(57)【要約】  ポリマーナノコンポジットは、粘土及びポリマーマトリックスのための相溶化剤と一緒にポリマーマトリックスに分散した層状化粘土を含む。相溶化剤は２つ以上のグラフトポリマーの組合せである。１つのグラフトポリマーは高官能性及び短鎖長を有し、もう１つのグラフトポリマーは低官能性及び長鎖長を有する。その様なポリマーナノコンポジットは改善された分散性並びに良好な強度及び弾性率を有する一方で、良好な強靭性及び衝撃強度を維持する。ポリマーナノコンポジットは、良好な機械的性能及び軽量が重要とされる用途に特に有用である。
2008525536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマーマトリックスに分散した層状化粘土並びに前記粘土及びポリマーマトリックスのための２つ以上の相溶化剤を含み、２つ以上の相溶化剤が第１及び第２グラフトポリマーを含み、第１グラフトポリマーが高官能性及び短鎖長を有し、第２グラフトポリマーが低官能性及び長鎖長を有するポリマーナノコンポジット。
【請求項２】
ポリマーマトリックスが重量平均分子量を有し、第１グラフトポリマーが第２グラフトポリマーよりも多い官能基含有量を有し、第１グラフトポリマーが第２グラフトポリマーよりも小さい重量平均分子量を有する、請求項１に記載のナノコンポジット。
【請求項３】
第１グラフトポリマーの官能基含有量が、第２グラフトポリマーの官能基含有量よりも１．１倍以上多い、請求項２に記載のナノコンポジット。
【請求項４】
第１グラフトポリマーの官能基含有量が、第２グラフトポリマーの官能基含有量よりも１．１〜１０００倍多い範囲にある、請求項２に記載のナノコンポジット。
【請求項５】
第１グラフトポリマーの官能基含有量が、第２グラフトポリマーの官能基含有量よりも１．３〜５００倍多い範囲にある、請求項２に記載のナノコンポジット。
【請求項６】
第１グラフトポリマーの官能基含有量が、第２グラフトポリマーの官能基含有量よりも１．５〜１００倍多い範囲にある、請求項２に記載のナノコンポジット。
【請求項７】
第１グラフトポリマーの官能基含有量が、第２グラフトポリマーの官能基含有量よりも２〜１０倍多い範囲にある、請求項２に記載のナノコンポジット。
【請求項８】
第１グラフトポリマーの重量平均分子量が、ポリマーマトリックスの重量平均分子量の０．４倍未満である、請求項２から７までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項９】
第１グラフトポリマーの重量平均分子量が、ポリマーマトリックスの重量平均分子量の０．３５倍未満である、請求項２から７までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項１０】
第１グラフトポリマーの重量平均分子量が、ポリマーマトリックスの重量平均分子量の０．２８倍未満である、請求項２から７までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項１１】
第２グラフトポリマーの重量平均分子量が、ポリマーマトリックスの重量平均分子量の０．４倍以上である、請求項２から１０までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項１２】
第２グラフトポリマーの重量平均分子量が、ポリマーマトリックスの重量平均分子量の０．５倍以上である、請求項２から１０までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項１３】
第２グラフトポリマーの重量平均分子量が、ポリマーマトリックスの重量平均分子量の０．６７倍以上である、請求項２から１０までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項１４】
相溶化剤が、第２グラフトポリマーより多い官能基含有量及び第２グラフトポリマーよりも小さい重量平均分子量を有する第３グラフトポリマーを含む、請求項１から１３までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項１５】
相溶化剤が、ナノコンポジットにおいて、ナノコンポジットの全重量を基準にして０．１〜２５重量％の合計量で存在する、請求項１から１４までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項１６】
合計量が０．２〜１５重量％である、請求項１５に記載のナノコンポジット。
【請求項１７】
合計量が０．５〜１０重量％である、請求項１５に記載のナノコンポジット。
【請求項１８】
合計量が１〜５重量％である、請求項１５に記載のナノコンポジット。
【請求項１９】
低官能性及び長鎖長を有するグラフトポリマーが、高官能性及び短鎖長を有するグラフトポリマーとの比較において０．１：１〜１００：１の範囲の比で存在する、請求項１から１８までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項２０】
低官能性及び長鎖長を有するグラフトポリマーが、高官能性及び短鎖長を有するグラフトポリマーとの比較において１：１〜１０：１の範囲の比で存在する、請求項１から１８までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項２１】
相溶化剤が、カルボキシル、ヒドロキシル、ハロゲン、チオール、エポキシ若しくはアミノ部分又はこれらの組合せを有する１つ又は複数の官能基により官能化される、請求項１から２０までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項２２】
相溶化剤が、カルボキシル部分を有する１つ又は複数の官能基で官能化される、請求項１から２０までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項２３】
相溶化剤が、無水マレイン酸部分を有する１つ又は複数の官能基で官能化される、請求項１から２０までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項２４】
グラフトポリマーが、ポリマーマトリックスと化学的に及び／又は物理的に相溶性である骨格を有する、請求項１から２３までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項２５】
骨格がポリオレフィンを含む、請求項２４に記載のナノコンポジット。
【請求項２６】
骨格がポリプロピレンンを含む、請求項２４に記載のナノコンポジット。
【請求項２７】
グラフトポリマーが無水マレイン酸グラフトポリプロピレンである、請求項１から２６までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項２８】
ポリマーマトリックスが疎水性ポリマーを含む、請求項１から２７までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項２９】
ポリマーマトリックスが、熱可塑性ポリマー、エラストマー又はこれらの混合物を含む、請求項１から２８までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項３０】
ポリマーマトリックスが熱可塑性ポリマーを含む、請求項１から２８までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項３１】
ポリマーマトリックスがポリオレフィンを含む、請求項１から２８までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項３２】
ポリマーマトリックスが、ポリエチレン、エチレンとその他のモノマーとのコポリマー、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリメチルペンテン、及びこれらの混合物からなる群から選択されるポリオレフィンを含む、請求項１から２８までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項３３】
ポリマーマトリックスが、エチレンとその他のモノマーとのコポリマー又はポリプロピレンを含む、請求項１から２８までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項３４】
ポリマーマトリックスが、ナノコンポジットの全重量を基準にして０．１〜９９．９重量％の量で存在する、請求項１から３３までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項３５】
ポリマーマトリックスの量が２０〜９９．０重量％である、請求項３４に記載のナノコンポジット。
【請求項３６】
ポリマーマトリックスの量が４０〜９８．０重量％である、請求項３４に記載のナノコンポジット。
【請求項３７】
層状化粘土がフィロケイ酸塩を含む、請求項１から３６までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項３８】
層状化粘土がモンモリロナイトを含む、請求項１から３６までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項３９】
粘土が０．１〜４０重量％の量で存在する、請求項１から３８までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項４０】
粘土の量が０．２〜３０重量％である、請求項３９に記載のナノコンポジット。
【請求項４１】
粘土の量が０．５〜２０重量％である、請求項３９に記載のナノコンポジット。
【請求項４２】
粘土の量が１〜１０重量％である、請求項３９に記載のナノコンポジット。
【請求項４３】
着色剤、顔料、カーボンブラック、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、充填剤、衝撃改良剤、耐酸化剤、安定剤、難燃剤、再加熱助剤、結晶化助剤、アセトアルデヒド低減化合物、リサイクル放出助剤、酸素捕獲剤、可塑剤、可撓化剤、成核剤、発泡剤、離型剤、及びこれらの組合せからなる群から選択される添加剤を更に含む、請求項１から４２までのいずれか一項に記載のナノコンポジット。
【請求項４４】
ポリマー／粘土ナノコンポジットを調製するための、高官能性及び短鎖長を有する第１グラフトポリマー並びに低官能性及び長鎖長を有する第２グラフトポリマーを含む２つ以上の相溶化剤の使用。
【請求項４５】
ポリマーマトリックス、層状化粘土並びに前記粘土及びポリマーマトリックスのための２つ以上の相溶化剤を有し、２つ以上の相溶化剤が第１及び第２グラフトポリマーを含み、第１グラフトポリマーが高官能性及び短鎖長を有し、第２グラフトポリマーが低官能性及び長鎖長を有するマスターバッチを調製すること、並びにナノコンポジットを調製するために更なるポリマーマトリックスを添加することを含む、ナノコンポジットの調製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、その開示が全体に参照として本明細書に組み込まれる米国特許仮出願第６０／６３８３４３号（２００４年１２月２３日出願）及び米国特許仮出願第６０／６４４００５号（２００５年１月１８日出願）の権利を主張する。
本発明は、ポリマー／粘土ナノコンポジット（ｐｏｌｙｍｅｒ／ｃｌａｙ  ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）及びナノコンポジットにおけるポリマー−粘土相互作用を調節するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
疎水性ポリマー（例えば、ポリオレフィン）及び親水性層状化ナノ粘土表面との間の低水準の相互作用は、ポリマーマトリックスにおける粘土小板の分散を困難にし、加えてナノコンポジットの性能を減少させる弱いマトリックス−粘土相互作用の原因ともなる。
【０００３】
通常、粘土は、それらを更に疎水性にするためにアルキルアンモニウム又はアルキルホスホニウム化合物で処理されている。粘土にアルキルアンモニウム化合物を挿入する従来の手法は満足できるものではない。得られるポリマーナノコンポジットは、一般に、挿入が不十分で剥離に乏しく、弱い機械的性能の原因となる弱いマトリックス−粘土界面を有する。
【０００４】
一方、無水マレイン酸グラフト化ポリオレフィン（ＭＡｇＰＯ）、即ち、従来のポリオレフィンコンポジットのための最も一般的なカップリング剤は、ポリオレフィン／層状化ナノ−ケイ酸塩のナノコンポジットの配合のために使用されている。しかしながら、ＭＡｇＰＯも又別の挑戦に直面している。相溶化を最大限とするためには、ＭＡｇＰＯは主鎖に沿ってではなく鎖の末端に官能基を含まなければならない。そこで、遊離基グラフト化方法はＭＡｇＰＯの製造には好まれる。遊離基グラフト化方法の性質により、市販のＭＡｇＰＯは、高グラフト化率を伴う低分子量か、低グラフト化率を伴う高分子量のいずれかであることができる。前者は良好な挿入（剥離ではない）を与え、弱い強靭性、延性及び衝撃性能をもたらす。後者は強靭性及び衝撃性能の損失を抑えるが、ポリマーマトリックスにおける粘土の分散を悪くする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、マトリックス−粘土相互作用及び機械的性能との間の十分な調和を維持するポリマー／粘土ナノコンポジットのための相溶化剤に対する要求が残っている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様によれば、ポリマーマトリックスに分散した層状化粘土（ａ  ｌａｙｅｒｅｄ  ｃｌａｙ）、並びに該粘土及び該ポリマーマトリックスのための２つ以上の相溶化剤を含み、該２つ以上の相溶化剤が第１及び第２グラフトポリマーを含み、該第１グラフトポリマーが高官能性及び短鎖長を有し、該第２グラフトポリマーが低官能性及び長鎖長を有するポリマーナノコンポジットが提供される。
【０００７】
本発明のその他の態様によれば、高官能性及び短鎖長を有する第１グラフトポリマー並びに低官能性及び長鎖長を有する第２グラフトポリマーを含む２つ以上の相溶化剤の、ポリマー／粘土ナノコンポジットを調製するための使用が提供される。
【０００８】
本発明のなおその他の態様では、層状化粘土、ポリマーマトリックス及び２つ以上の相溶化剤を混合することを含むポリマー／粘土ナノコンポジットを調製する方法であって、前記２つ以上の相溶化剤が、高官能性及び短鎖長を有する第１グラフトポリマー、並びに低官能性及び長鎖長を有する第２グラフトポリマーを含む方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
従来のコンポジットと比較すると、本発明のナノコンポジットは、ポリマーマトリックスにおける粘土の更に均質な分散及び改善されたマトリックス−粘土界面を示す。ナノコンポジットは、更に、機械的特性及び挿入との間の良好な調和を示す。
【００１０】
高官能性及び短鎖長を有する第１グラフトポリマーは挿入及び剥離を増加し、これによって良好な分散をもたらすマトリックス−粘土相互作用を増加するものと考える。低官能性及び長鎖長を有する第２グラフトポリマーはポリマーマトリックスと更に相溶性で、これによって強靭性及び衝撃強度の損失を低減し、これによってこれらの特性についての第１グラフトポリマーの悪影響を相殺するものと考える。第１グラフトポリマーは、その粘土ギャラリー（ｃｌａｙ  ｇａｌｌｅｒｙ）中への容易な侵入を可能とする高い反応性及び易動性を与え、この様にして粘土ギャラリーの間隔を広げ、これによって粘土−粘土の層間の相互作用を減少させる。次いで、低い反応性及び易動性を有する第２グラフトポリマーは、広げられた粘土ギャラリーに更に容易に入ることができ、そのギャラリー間隔を押し広げ続ける。更に、第２グラフトポリマーの長鎖はポリマーマトリックスと、例えば共結晶化により相互反応して、これによりマトリックス及び粘土との間の界面相互作用を増加する。その結果、良好な分散を達成するために第１グラフトポリマーは少量で済み、少量の第１グラフトポリマーは強靭性及び衝撃強度の損失を抑えながら曲げ及び／又は引張り強度及び弾性率の顕著な改善を可能にする。この様に、本発明は、マトリックス−粘土相互作用及び機械的性能との間の調和を調節するために、異なる分子量及び官能化の範囲を有する相溶化剤の組合せを含む相溶化概念を考慮する。
【００１１】
本発明のナノコンポジット及び方法は、良好な機械的性能及び軽量が重要な用途、例えば、梱包、輸送及び消費物資産業において特に有用である。改善された性能並びに液体及び気体に対して低減された透過性を伴う低い燃焼性を有する軽量材は、本発明のナノコンポジット及び方法を使用して製造されてもよい。トレー、フィルム、自動車製品の部品、並びにビール及びホットフィル（ｈｏｔ−ｆｉｌｌ）食品のための包装は、本発明のナノコンポジット及び方法の特に好ましい用途である。
【００１２】
本発明の更なる特徴は、以下の詳細な説明の過程で記載され又は明らかとなる。
【００１３】
本発明が更に明確に理解されてもよい様に、本発明の好ましい実施形態は、例示として添付の図面を参照して詳細に記載される。
【００１４】
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈がそうでないことを明確に指示しない限り複数対象を含む。
【００１５】
範囲は、「約」若しくは「凡そ」の１つの特定の値から及び／又は「約」若しくは「凡そ」のもう１つの特定の値までとして本明細書において示されている場合がある。その様な範囲が示される場合、その他の実施形態はその１つの特定の値から及び／又はそのもう１つの特定の値までを含む。同様に、値が先行詞の「約」の使用により近似値として示される場合は、特定の値はその他の実施形態を形成するものと理解される。
【００１６】
相溶化剤：
２つ以上の相溶化剤が本発明のナノコンポジットにおいて使用される。１つの相溶化剤は、高官能性及び短鎖長を有するグラフトポリマーであり、もう１つは低官能性及び長鎖長を有するグラフトポリマーである。本発明の文脈における１つのグラフトポリマーの高官能性及び短鎖長は、もう１つのグラフトポリマーの低官能性及び長鎖長との比較である。従って、第１グラフトポリマーの高官能性とは、第１グラフトポリマーが第２グラフトポリマーの官能基含有量よりも多い官能基含有量を有することを意味する。又、第１グラフトポリマーの短鎖長とは、第１グラフトポリマーが第２グラフトポリマーの平均分子量より小さい平均分子量を有することを意味する。
【００１７】
グラフトポリマーは、１つ又は複数の官能基がグラフトされているポリマー骨格を含む。ポリマー骨格は、ポリマーマトリックスに関連して以下で言及されるポリマーの任意のタイプを含んでもよい。骨格は、好ましくは、ナノコンポジットにおいて使用されるポリマーマトリックスと物理的に及び／又は化学的に相溶性であるポリマーを含む。好ましくは、骨格は、ポリマーマトリックスと同じタイプのポリマー、更に好ましくは全く同じポリマーを含む。
【００１８】
骨格にグラフトされる官能基（１つ又は複数）のタイプはナノコンポジットにおいて使用される粘土の広範囲のタイプに依存する。表面が主として正に帯電している粘土に対しては、官能基（１つ又は複数）は正に帯電した表面と反応性であるものである。表面が主として負に帯電している粘土に対しては、官能基（１つ又は複数）は負に帯電した表面と反応性であるものである。表面がヒドロキシル基を含む粘土に対しては、官能基（１つ又は複数）は粘土表面上のヒドロキシル基と反応性であるものである。第１及び第２グラフトポリマーは、同じ及び／又は異なる官能基を含んでもよい。幾つかの例は、カルボキシル、ヒドロキシル、ハロゲン、チオール、エポキシ及び／又はアミノ部分を有する官能基である。特に注目すべきものは、カルボキシル部分（例えば、無水マレイン酸、マレイン酸及びアクリル酸）を有する官能基及びエポキシ部分（例えば、グリシジルメタクリレート及びエピクロルヒドリン）を有する官能基である。無水マレイン酸グラフトポリオレフィン（ＭＡｇＰＯ）、特に無水マレイン酸グラフトポリプロピレン（ＭＡｇＰＰ）はグラフトポリマーの例として挙げられてもよい。
【００１９】
高官能性を有するグラフトポリマーは、好ましくは、低官能性グラフトポリマーの官能基含有量よりも１．１倍以上多い官能基含有量を有する。高官能性を有するグラフトポリマーは、低官能性グラフトポリマーの官能基含有量よりも約１．１〜約１０００倍多い範囲で官能基含有量を有してもよい。約１．３〜約５００、又は約１．５〜１００、又は約２〜約１０倍多い範囲が特に挙げられてもよい。
【００２０】
グラフトポリマーの平均分子量は、ポリマーマトリックスの平均分子量との比較において示されてもよい。
【００２１】
高官能性及び低分子量を有するグラフトポリマーの重量平均分子量（Ｍｗ）は、好ましくは、ポリマーマトリックスの重量平均分子量の０．４倍未満である。更に好ましくは、高官能性を有するグラフトポリマーの重量平均分子量は、ポリマーマトリックスの重量平均分子量の０．３５倍未満である。なお更に好ましくは高官能性を有するグラフトポリマーの重量平均分子量は、ポリマーマトリックスの重量平均分子量の０．２８倍未満である。
【００２２】
低官能性及び高分子量を有するグラフトポリマーの重量平均分子量は、好ましくは、ポリマーマトリックスの重量平均分子量の０．４倍以上である。更に好ましくは、低官能性を有するグラフトポリマーの重量平均分子量は、ポリマーマトリックスの重量平均分子量の０．５倍以上である。なお更に好ましくは、低官能性を有するグラフトポリマーの重量平均分子量は、ポリマーマトリックスの重量平均分子量の０．６７倍以上である。低官能性有するグラフトポリマーの重量平均分子量は、ポリマーマトリックスの重量平均分子量の０．９倍以上であってもよい。
【００２３】
ナノコンポジットにおいて存在する全ての相溶化剤の合計量は、ナノコンポジットが用いられる特定の使用及び特定のポリマーマトリックスに依存する。相溶化剤はナノコンポジットの全重量を基準にして約０．１〜約２５重量％、又は約０．２〜約１５重量％、又は約０．５〜約１０重量％、又は約１〜約５重量％の合計量で存在してもよい。ポリマーマトリックスに関して以下で示される通り、相溶化剤を含むグラフトポリマーの１つ又は複数は、ポリマーマトリックスとして機能してもよく、従って、１つ又は複数のグラフトポリマーの量は、相溶化剤としての使用のために特定された量にポリマーマトリックスとしての使用のために特定された量を足したものである場合がある。
【００２４】
一般的に、高官能性の短鎖グラフトポリマーの量を制限することが好ましい。長鎖相溶化剤対短鎖相溶化剤の比は、好ましくは、約１：１〜約１００：１、又は約１：１〜約１０：１の範囲である。更に、低官能性の長鎖相溶化剤に加えて２つ以上の高官能性、短鎖相溶化剤を使用することが好ましい。
【００２５】
粘土：
粘土は好ましくは層状化粘土である。層状化粘土は、複数の小板から成る水和アルミニウム又はアルミニウム−マグネシウムケイ酸塩である。層状化粘土は天然、合成又は半合成であってもよい。ポリマーマトリックス又は相溶化剤が層状化粘土と相互反応する場合、良く整列した多層粘土の個々の層の間のギャラリー空間は増加する。層状化粘土は、例えば層状化ケイ酸塩であってもよい。フィロケイ酸塩（スメクタイト）は特に適している。幾つかの層状化粘土としては、例えば、ベントナイト、カオリナイト、ディッカイト、ナクライト、スタプルガイト（ｓｔａｐｕｌｇｉｔｅ）、イライト、ハロイサイト、モンモリロナイト、ヘクトライト、フルオロヘクトライト、ノントロナイト（ｎｏｎｔｒｏｎｉｔｅ）、バイデルライト（ｂｅｉｄｅｌｌｉｔｅ）、サポナイト、フォルコンスコイト（ｖｏｌｋｏｎｓｋｏｉｔｅ）、マガディート（ｍａｇａｄｉｉｔｅ）、メドモンタイト（ｍｅｄｍｏｎｔｉｔｅ）、ケニアイト（ｋｅｎｙａｉｔｅ）、ソーコナイト（ｓａｕｃｏｎｉｔｅ）、ムスコバイト（ｍｕｓｃｏｖｉｔｅ）、バーミキュライト、マイカ、ハイドロマイカ、フェガイト（ｐｈｅｇｉｔｅ）、ブランマライト（ｂｒａｍｍａｌｉｔｅ）、セラドナイト（ｃｅｌａｄｏｎｉｔｅ）等、又はこれらの混合物が挙げられる。モンモリロナイトが特に好ましく、例えばＣｌｏｉｓｉｔｅ（商標）１５Ａ及びＣｌｏｉｓｉｔｅ（商標）２０Ａを含めた、サザーンクレープロダクツ社（Ｓｏｕｔｈｅｒｎ  Ｃｌａｙ  Ｐｒｏｄｕｃｔ、Ｉｎｃ．）のＣｌｏｉｓｉｔｅ（商標）系粘度が好ましい。
【００２６】
層状化粘土は、無機若しくは有機塩基又は酸又はイオンで処理されてもよく或いは有機親和性挿入剤（例えば、シラン、チタネート、ジルコネート、カルボキシル、アルコール、フェノール、アミン、オニウムイオン）で変性して、粘土と相溶化剤及び／又はポリマーマトリックスとの物理的及び化学的相互作用を高めてもよい。有機親和性オニウムイオンは、層状化材料の小板の間のギャラリー空間において無機カチオン（例えば、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋）でイオン交換できる有機カチオン（例えば、Ｎ＋、Ｐ＋、Ｏ＋、Ｓ＋）である。オニウムイオンは、層状化材料の小板間で吸着され、プロトン化したＮ＋、Ｐ＋、Ｏ＋、Ｓ＋イオンにおいて小板表面上の無機カチオンでイオン交換されて挿入物を形成する。幾つかの適当な有機親和性オニウムイオンの例は、アルキルアンモニウムイオン（例えば、ヘキシルアンモニウム、オクチルアンモニウム、２−エチルヘキサアンモニウム、ドデシルアンモニウム、ラウリルアンモニウム、オクタデシルアンモニウム、トリオクチルアンモニウム、ビス（２−ヒドロキシエチル）オクタデシルメチルアンモニウム、ジオクチルジメチルアンモニウム、ジステアリルジメチルアンモニウム、ステアリルトリメチルアンモニウム、ラウリン酸アンモニウム等）、及びアルキルホスホニウムイオン（例えば、オクタデシルトリフェニルホスホニウム）である。好ましくは、層状化粘土は、粘土のイオン交換容量の約０．３〜約３当量の量、更に好ましくは約０．５〜約２当量の量においてオニウムイオンで変性されてもよい。
【００２７】
粘土は、ナノコンポジットが使用されるべき用途にとって必要なコンポジットのその他の特性を犠牲にすることなく所望の効果（例えば、強化効果）を付与するのに適した量でナノコンポジットに存在してもよい。粘土の量が低過ぎる場合は十分な効果が得られず、一方粘土が多過ぎると剥離を妨げ、ナノコンポジットの成形性を損ね、その性能パラメータを減少させる。当業者は実験によって適当な量を容易に決定することができる。ナノコンポジットにおける粘土の量は、ナノコンポジットの全重量を基準にして約０．１〜約４０重量％、又は約０．２〜約３０重量％、又は約０．５〜約２０重量％、又は約１〜約１０重量％であってもよい。
【００２８】
ポリマーマトリックス：
ポリマーマトリックスは、ナノコンポジットが意図される特定の用途にとって適当な任意のポリマー材料又はポリマー材料の混合物を含んでもよい。ポリマーマトリックスは、多数の異なる方式で分類されてもよい。適当なポリマーマトリックスはホモポリマー、コポリマー、ターポリマー、又はこれらの混合物を含んでもよい。ポリマーマトリックスは、無定形又は結晶性ポリマーを含んでもよい。ポリマーマトリックスは、疎水性又は親水性ポリマーを含んでもよい。ポリマーマトリックスは、線状、分岐、星状、架橋された又は樹枝状ポリマー或いはこれらの混合物を含んでもよい。ポリマーマトリックスは、又熱可塑性、熱硬化性及び／又は弾性ポリマーとして都合よく分類されてもよい。所定のポリマーマトリックスが前述の範疇の１つより多い範疇に分類可能であってもよいことは当業者には明らかである。
【００２９】
上述の相溶化剤は、又ポリマー材料でもあるので、ポリマーマトリックスとして相溶化剤の１つ又は複数を使用することが可能である。その様な場合、ポリマーはポリマーマトリックス及び相溶化剤の両方として作用する。
【００３０】
好ましいポリマーマトリックスは、一般的に、従来の押し出し、成形及び圧縮装置でそれらのガラス転移温度より上で又はそれらの融点より上で加工されてもよいものである。従って、熱可塑性ポリマー（ホモポリマー、コポリマー等を含む）、エラストマー、又はこれらの混合物が好ましい。
【００３１】
熱可塑性ポリマーマトリックスは更に好ましい。熱可塑性ポリマーは、一般的に、室温で顕著な弾性を有し、高温では粘稠な液状材料になり、この変化は可逆である。幾つかの熱可塑性ポリマーは、ポリマーが結晶化するのを不可能にする分子構造を有し、一方その他の熱可塑性ポリマーは、結晶性、又はむしろ半結晶性になることができる。前者は無定形熱可塑性であり、後者は結晶性熱可塑性である。幾つかの適当な熱可塑性ポリマーとしては、例えば、オレフィン（即ち、ポリオレフィン）、ビニル、スチレン、アクリロニトリル、アクリル、セルロース、ポリアミド、熱可塑性ポリエステル、熱可塑性ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリイミド、ポリエーテル／オキシド、ポリケトン、フルオロポリマー、これらのコポリマー、又はこれらの混合物が挙げられる。
【００３２】
ポリマーマトリックスは、又疎水性又は親水性として分類されてもよい。親水性ポリマーは水、湿潤又は極性溶媒と著しい程の相互作用を示し、水性媒体においてある程度の溶解性又は分散性を有してもよい。従って、或る程度までこれらは粘土上の親水性表面基と相互反応することができてもよい。疎水性ポリマーは普通水に不溶性（又は非分散性）で、水、湿潤又は極性溶媒と全く又は殆ど相互作用を持たない。従って、疎水性ポリマーは粘土上の親水性表面基と十分に相互反応しない。疎水性ポリマーマトリックスが好ましい。
【００３３】
オレフィン系ポリマーマトリックスは特に好ましい。幾つかの適当なオレフィン系（即ち、ポリオレフィン）としては、例えば、ポリエチレン（例えば、ＬＤＰＥ、ＨＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ、ＵＨＭＷＰＥ、ＸＬＰＥ）、エチレンとその他のモノマーとのコポリマー（例えば、エチレン−プロピレンコポリマー）、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリメチルペンテン、又はこれらの混合物が挙げられる。
【００３４】
ポリマーマトリックスの重量平均分子量（Ｍｗ）は、ポリマーの特定のタイプ及びナノコンポジットが用いられる使用により相当に変動してもよい。好ましくは、重量平均分子量は約１０００よりも大きい。約２，０００〜約１５，０００，０００の重量平均分子量を有するポリマーマトリックスは多数の用途に適している。１つの実施形態においては、重量平均分子量は約２，０００〜約２，０００，０００であってもよい。その他の実施形態では、重量平均分子量は約５，０００〜約５００，０００であってもよい。
【００３５】
ナノコンポジットにおいて存在するポリマーマトリックスの量は、ナノコンポジットが用いられる特定の使用及び特定のポリマーマトリックスに依存する。ポリマーマトリックスはナノコンポジットの全重量を基準にして約０．１〜約９９．９重量％の量、又は約２０〜約９９．０重量％、又は約４０〜約９８．０重量％の量で存在してもよい。量が粘土、相溶化剤及びその他のナノコンポジット添加剤に対して選択されようとも、ポリマーマトリックスはナノコンポジットの調和を作り出す。
【００３６】
その他のナノコンポジット添加剤：
必ずしも好ましいものではないが、ナノコンポジットは、又ポリマーにおいて普通に使用される適当な添加剤を含んでもよい。その様な添加剤は従来の量で使用されてもよく、ナノコンポジットの形成中の方法に直接添加されてもよい。当技術分野において知られているその様な添加剤の例は、着色剤、顔料、カーボンブラック、繊維（ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維）、充填剤、衝撃改良剤、耐酸化剤、安定剤、難燃剤、再加熱助剤、結晶化助剤、アセトアルデヒド低減化合物、リサイクル放出助剤、酸素捕獲剤、可塑剤、可撓化剤、成核剤、発泡剤、離型剤等、又はこれらの組合せである。これら全て及び類似の添加剤並びにこれらの使用は当技術分野において知られており、広範囲に及ぶ検討を必要としない。従って、限られた数だけが参照され、任意のこれらの化合物は、これらが本発明の主要な目的を果すことから本発明を妨げない限り任意の組合せで使用することができることが理解される。更に、ナノコンポジットは充填剤、ホイスカー及びその他の強化材と混合することができ、これらがナノ−又はミクロ或いはマクロ−規模であっても混合することができる。ナノコンポジットはその他のポリマー又はポリマーナノコンポジットとブレンドされてもよく或いは化学的又は物理的発泡剤により発泡されてもよい。
【００３７】
ナノコンポジットの調製方法：
一般的に、標準的なポリマー加工技術は本発明のナノコンポジットを調製するために使用されてもよい。その様な技術の検討は、次の４つの参照において見出されてもよい：「ポリマーの混合（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｍｉｘｉｎｇ）、ｂｙ  Ｃ．Ｒａｕｗｅｎｄａａｌ、（Ｃａｒｌ  Ｈａｎｓｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ、１９９８年）；「ポリマーの混合及び配合（Ｍｉｘｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｉｎｇ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ）」、ｂｙ  Ｉ．Ｍａｎａｓ−Ｚｌｏｃｚｏｗｅｒ  ａｎｄ  Ｚ．Ｔａｄｍｏｒ（Ｃａｒｌ  Ｈａｎｓｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ、１９９４年）；「ポリマー材料加工：プラスチック、エラストマー及びコンポジット（Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：Ｐｌａｓｔｉｃｓ、Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）」、ｂｙ  Ｊｅａｎ−Ｍｉｃｈｅｌ  Ｃｈａｒｒｉｅｒ  （Ｃａｒｌ  Ｈａｎｓｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ、１９９１年）；及び「粘土含有ポリマーナノコンポジット（Ｃｌａｙ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ  Ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）」、ｂｙ  Ｌ．Ａ．Ｕｔｒａｃｋｉ（ＲＡＰＲＡ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２００４年）。以下に、ナノコンポジットを形成するための幾つかの適当な技術の概要が説明される。
【００３８】
ポリマーマトリックスと全てのタイプの添加剤との溶融ブレンドは当技術分野において知られており、本発明の実施において使用されてもよい。一般的に、溶融ブレンド操作においては、ポリマーマトリックスは溶融体を形成するのに十分な温度まで加熱され、次いで、所望量の粘土、相溶化剤及びその他の添加剤が添加される。次いで、溶融体ブレンドは、適当な混合機、例えば押出機、動的混合機、射出成形機、密閉式混合機、外延流動混合機、又は連続混合機等での機械的手段により剪断及び／又は外延的混合に掛けられる。例えば、ポリマーマトリックスの溶融体は押出機（単軸又は２軸スクリュー）の一端で導入されてもよく、粘土、相溶化剤及びその他の添加剤は一度に又は押出機に沿う段階において添加されてもよい。均質化されたナノコンポジットは押出機のもう一方の端で受けとられる。
【００３９】
溶融体の温度、押出機における滞留時間及び押出機の設計（単軸スクリュー、２軸スクリュー、単位長さ当りのフライトの数、チャンネルの深さ、フライトの間隔、混合帯域、ギアポンプの存在、伸長流動混合機等）は、応力の量及びタイプを制御するために変えることができる。剪断混合又は伸長混合は、粘土が所望の範囲まで剥離（ｅｘｆｏｌｉａｔｅ）又は層間剥離（ｄｅｌａｍｉｎａｔｅ）するまで一般的に維持される。一般的に、少なくとも約６０重量％、好ましくは少なくとも約８０重量％、更に好ましくは少なくとも約９０重量％、最も好ましくは少なくとも約９５重量％の粘土が、ポリマーマトリックスにおいて実質的に均質に分散される小繊維又は小板粒子を形成するために層間剥離する。本発明の実施に当って、溶融ブレンドは好ましくは空気の存在しない状態で、例えば、不活性ガス、例えばアルゴン、ネオン、二酸化炭素又は窒素等の存在において行われる。然しながら、本発明は空気の存在において実施されてもよい。溶融ブレンド操作は、１つ又は複数の加工機械、例えば空気が殆ど又は完全に排除される押出機においてバッチ又は非連続形式或いは連続形式で行われてもよい。押出しは１つの帯域又はステップで或いは直列の又は平行した複数の反応帯域において行われてもよい。必要に応じて、溶融体は何度も押出機を通してもよい。マスターバッチ技術も又有用である。揮発分除去が有用であってもよい。
【００４０】
種々の成分の添加順序は重要である場合がある。１つの方法においては、ポリマーマトリックス及び粘土のマスターバッチは全く相溶化剤なしで調製される。更なるポリマーマトリックスと一緒の相溶化剤は、押出機におけるその後の段階で添加される。別の方法では、ポリマーマトリックス、粘土及び相溶化剤の１つのマスターバッチが調製され、更なるポリマーマトリックスと一緒の相溶化剤のもう１つが押出機におけるその後の段階で添加される。なおその他の方法においては、ポリマーマトリックス、粘土及び両方の相溶化剤のマスターバッチが、押出機におけるその後の段階で添加される更なるポリマーマトリックスと一緒に調製される。
【００４１】
混合のその他の方法も利用可能である。熱衝撃剪断混合は、熱膨張を引き起こし、混合を引き起こす内部応力を生じる、組成物の温度の選択的上昇又は降下により達成される。圧力変更混合は急な圧力変化により達成される。超音波技術においては、キャビテーション又は共鳴振動が組成物の部分を振動させ或いは異なる相で励起して混合に掛けられる。これらの剪断方法は有用な方法の単なる代表に過ぎず、挿入物を混合するために当技術分野において知られている任意の方法が使用されてもよい。
【００４２】
その場での重合は、ナノコンポジットを調製するためのもう１つの技術である。ナノコンポジットは、溶媒の存在又は不存在においてモノマー及び／又はオリゴマーを粘土及び相溶化剤と混合することにより形成される。モノマー及び／又はオリゴマーの順次重合はナノコンポジットのためのポリマーマトリックスの形成をもたらす。重合後に、使用される任意の溶媒は従来の手段で除去される。
【００４３】
溶液重合は、又、ナノコンポジットを調製するために使用されてもよく、そこでは粘土が添加剤の存在又は不存在において相溶化剤と一緒に液体媒体中に分散される。次いで、混合物はポリマー溶液又はポリマー溶融体中に導入されてナノコンポジットを形成してもよい。
【００４４】
ナノコンポジットを製品に形成するための方法：
標準のコンポジット形成技術は、本発明のナノコンポジットから製品を製造するために使用されてもよい。例えば、溶融紡糸、キャスティング、真空成形、シート成形、射出成形及び押出し、溶融ブロー、スパンボンド、ブロー成形、オーバーモールド、圧縮成形、樹脂トランスファー成形（ＲＴＭ）、熱成形、ロール成形及び共又は多層押出しの全てが使用されてもよい。
【００４５】
本発明のナノコンポジットは射出成形若しくは熱圧成形により直接成形されてもよく、又はその他のコポリマーを含むその他のポリマーと混合されてもよい。或いは又、金型においてその場での重合反応を行うことにより成形品を得ることも可能である。
【実施例】
【００４６】
材料：
実施例において使用された材料は表１に列挙される。
【表１】
2008525536.tif 000003
【００４７】
ナノコンポジット：
一般的に、ナノコンポジットを、Ｌ／ｄ＝４０を有する側面供給２軸スクリュー押出機（Ｌｅｉｓｔｒｉｔｚ、３４ｍｍ）における溶融方法を使用して配合した。配合は、２００ｒｐｍのスクリュー速度で、１８０〜２００℃で行った。その様にして製造したナノコンポジットを、２００℃で射出成形することにより製品を形成した。一般的な方法で３つの変法、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３を使用した。
【００４８】
Ｐ１の方法では、ポリマーマトリックス及び粘土のマスターバッチを、相溶化剤の包含なしで配合した。最終のナノコンポジットは、所望の配合物を得るために相溶化剤及び更なるポリマーマトリックスとマスターバッチとを混合することにより配合した。
【００４９】
Ｐ２の方法では、ポリマーマトリックス、粘土及び高官能性、短鎖相溶化剤のマスターバッチを、低官能性、長鎖相溶化剤の包含なしで配合した。最終のナノコンポジットは、所望の配合物を得るために低官能化、長鎖相溶化剤及び更なるポリマーマトリックスとマスターバッチとを混合することにより配合した。
【００５０】
Ｐ３の方法では、ポリマーマトリックス、粘土及び全ての相溶化剤のマスターバッチを配合した。最終のナノコンポジットは、所望の配合物を得るために更なるポリマーマトリックスとマスターバッチとを混合することにより配合した。
【００５１】
全て３つの方法では、マスターバッチは、上においてその概要が説明されている条件下で２軸スクリュー押出機で製造した。乾燥したポリマー成分（即ち、ポリマーマトリックス又はポリマーマトリックス＋相溶化剤）を押出機に導入し、粘土を押出機のその後の段階で添加した。最終のナノコンポジットを製造するために、押出機に導入する前に、マスターバッチを更なるポリマーマトリックス又はポリマーマトリックスと相溶化剤と乾式ブレンドした。押出しを、上においてその概要が説明されている条件下で行った。
【００５２】
表２は、ポリマーマトリックスとしてＰｒｏ−ｆａｘ（商標）１２７４（ｈＰＰ１２７４）及び粘土としてＣｌｏｉｓｉｔｅ（商標）１５Ａを配合したナノコンポジットサンプルの一覧を与える。各サンプルは上においてその概要が説明されている３つの方法の１つを使用して配合した。Ｃ１〜Ｃ３のサンプルは比較例であり１つの相溶化剤のみが存在する。
【表２−１】
2008525536.tif 000004
【表２−２】
2008525536.tif 000005
【００５３】
表３は、ポリマーマトリックスとしてＤｏｗ  ６Ｄ８３Ｋ（ｃＰＰ６Ｄ８３Ｋ）及び粘土としてＣｌｏｉｓｉｔｅ（商標）１５Ａで配合したナノコンポジットサンプルの一覧を与える。各サンプルは上においてその概要が説明されているＰ３の方法を使用して配合した。Ｃ４〜Ｃ９のサンプルは比較例であり１つの相溶化剤のみが存在する。
【表３】
2008525536.tif 000006
【００５４】
挿入における相溶化剤の効果：
図１Ａ及び１Ｂを参照すると、Ｘ線強度対回折角度のグラフは、低官能性、長鎖相溶化剤を有するだけのナノコンポジットと比較して、低官能性、長鎖相溶化剤及び高官能性、短鎖相溶化剤の両方を含むナノコンポジットに対して回折角度の減少を示す。回折角度におけるこの減少は粘土ギャラリー間隔における増加を示し、従って、高官能性、短鎖相溶化剤の包含は、低官能性、長鎖相溶化剤を又含むナノコンポジットにおける挿入を改善するものと結論付けることができる。又、Ｅ４３の導入は、Ｅ３０１５の導入と比較して良好な挿入を与えることも図１Ａ及び１Ｂから明らかである。更に、同じ傾向は異なる量の粘土に対しても観察される。
【００５５】
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）は、Ｅ４３又はＥ３０１５の量の増加は、より小さな凝集体及び更に均質且つ微細な分散体を与えることを示していた。この効果はＥ４３に対して特に有効であった。Ｃ１、Ｓ２及びＳ３のサンプルの界面の観察は、Ｃ１に対する塑性ワーク散逸（β−Ｗｐ）（ｃｌａｙ  ｓｉｎｃｅ  ｐｌａｓｔｉｃ  ｗｏｒｋ  ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ）が、Ｓ２及びＳ３のそれぞれの１．４ＭＪ／ｍ３及び２．１ＭＪ／ｍ３と比較して０．９ＭＪ／ｍ３であったので高官能性、短鎖相溶化剤の存在がポリマーマトリックス及び粘土との間の界面の相互作用を改善することを示した。
【００５６】
図１Ｃは、Ｐ３の方法で調製された、異なる比で低官能性、長鎖相溶化剤及び高官能性、短鎖相溶化剤の両方を含むナノコンポジットに対するＸ線強度対回折角度のグラフである。この結果は、図１Ａ及び１Ｂにおいて証される通り挿入（ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）の改善を確認する。
【００５７】
図１Ｄを参照すると、Ｐ１及びＰ２の方法を使用して調製された同じ組成物のナノコンポジットに対するＸ線強度対回折角度のグラフは挿入において顕著な相違の無いことを示す。Ｓ８及びＳ１０のＳＥＭ比較は、又、ミクロ−分散においても顕著な相違の無いことを示した。従って、マスターバッチにおける高官能性、短鎖相溶化剤の存在は挿入を改善するのを助けないことは明らかである。Ｐ１及びＰ２の方法を使用して調製された組成物に対する曲げ強度及び弾性率の測定は顕著な相違の無いことを示し、これによってマスターバッチにおいて高官能性、短鎖相溶化剤を含ませることの必要性がないことを確認する。
【００５８】
図１Ｅを参照すると、Ｐ１及びＰ３の方法を使用して調製された同じ組成物のナノコンポジットに対するＸ線強度対回折角度のグラフは回折角度における減少、従って、Ｐ３の方法により調製されたナノコンポジットに対する挿入及び分散における改善を示す。従って、マスターバッチにおける高官能性、短鎖相溶化剤及び低官能性、長鎖相溶化剤の両方の存在は挿入における改善に寄与する。
【００５９】
図１Ｆを参照すると、異なる相溶化剤／粘土比を有するナノコンポジットに対するＸ線強度対回折角度のグラフは相溶化剤／粘土比の増加が挿入を顕著に改善することを示す。
【００６０】
機械的特性における相溶化剤の効果：
図２Ａは、表１に列挙されているサンプルの幾つかの引張り特性を比較するグラフである。引張り強度及び弾性率は、ナノコンポジットにおいて高官能性、短鎖相溶化剤及び低官能性、長鎖相溶化剤の両方の存在で一般的に増加することが図２より明らかである（Ｃ１及びＣ２とＳ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４との比較並びにＣ３とＳ５、Ｓ６、Ｓ７及びＳ８との比較）。又、高官能性、短鎖相溶化剤Ｅ４３は、一般的に引張り特性において減少効果を有するが、低官能性、長鎖相溶化剤ＰＢ３１５０は、両者がナノコンポジットに存在する場合はＥ４３の効果を相殺することも明らかである（Ｃ２とＳ３及びＳ４との比較）。Ｅ４３の様に短鎖でもなければ高官能化もされてもいない高官能性、短鎖相溶化剤Ｅ３０１５は、引張り特性にはさほど有害な影響を与えない（Ｓ１及びＳ２とＳ３及びＳ４との比較）。
【００６１】
図２Ｂは、表２に列挙されているサンプルの幾つかの引張り特性を比較するグラフである。この結果は、図２Ａの一般的な結論、即ち、ナノコンポジットにおける高官能性、短鎖相溶化剤及び低官能性、長鎖相溶化剤の両方の存在は、１つのタイプの相溶化剤だけを含むナノコンポジットと比較して引張り強度及び弾性率を改善することを確認する（Ｃ４、Ｃ５及びＣ６とＳ３６との比較並びにＣ７、Ｃ８及びＣ９とＳ３７との比較）。同様の結果は、異なる粘土の導入量を有するナノコンポジットに対して観察される。
【００６２】
図３Ａは、表２に列挙されているサンプルの幾つかの衝撃強度を比較するグラフである。
Ｓ１及びＳ２のサンプルは、Ｃ１のサンプルより衝撃強度において改善を示すが、Ｓ３及びＳ４のサンプルは、Ｃ１のサンプルより衝撃強度において減少を示す。同様のパターンは、Ｓ５及びＳ６とＣ３並びにＳ７及びＳ８とＣ３とを比較した場合に明らかになる。一方、Ｓ３及びＳ４のサンプルはＣ２のサンプルより衝撃強度において改善を示す。低官能性、長鎖相溶化剤の存在が衝撃強度を改善することは明らかである。又、高官能性、短鎖相溶化剤の選択が衝撃強度に影響を及ぼすことも明らかである。高官能性、短鎖相溶化剤Ｅ３０１５は、衝撃強度の改善を助けることができる（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ５及びＳ６のサンプル）。然しながら、Ｅ４３（Ｃ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ７及びＳ８のサンプル）はＥ３０１５よりも短い鎖を有し、衝撃強度を著しく減少させる。この効果は、より高い相溶化剤含有量で更に顕著になる。従って、短鎖化相溶化剤は分散を改善するが（上記で検討した通り）衝撃強度を減少させるので高官能性、短鎖相溶化剤のタイプ及び量の選択は重要で、ナノコンポジットの用途に依存する。
【００６３】
図３Ｂは、表３に列挙されているサンプルの幾つかの衝撃強度を比較するグラフである。高官能性、短鎖相溶化剤は、低官能性、長鎖相溶化剤（Ｃ４及びＣ７のサンプル）と比較して、衝撃強度を一般的に減少させること（Ｃ５、Ｃ６、Ｃ８及びＣ９のサンプル）はこの結果から明らかである。然しながら、低官能性、長鎖相溶化剤（ＰＢ  ３１５０）を２つの高官能性、短鎖相溶化剤（ＰＢ  ３２００及びＥ３０１５）の混合物と一緒に使用すると衝撃強度を改善した。
【００６４】
２つ以上の高官能性、短鎖相溶化剤の混合物を使用することの効果は、又、表２に列挙されているサンプルの幾つかに対する曲げ特性（曲げ強度及び弾性率）のグラフである図４においても見ることができる。Ｓ１３とＳ１５とを比較すると、高官能性、短鎖相溶化剤の混合物を使用する高粘土濃度（１０重量％）では、顕著に改善された曲げ弾性率が得られることが明らかである。
【００６５】
図５Ａ及び５Ｂを参照すると、衝撃強度における相溶化剤／粘土比の効果が表２に列挙されているサンプルの幾つかに対して示される。相溶化剤／粘土比の増加が衝撃強度を著しく減少させることは明らかである。既に示された通り、相溶化剤／粘土比の増加は挿入を増加する。従って、相溶化剤の量及び粘土の量との間の調和は、ナノコンポジットの特定の用途により達成されなければならない。
【００６６】
図６は、純粋なホモポリプロピレンと比較した、ホモポリプロピレンを含むポリマーマトリックスを有するナノコンポジットの引張り、曲げ及び衝撃特性における変化を示すグラフである。以下は図６から明らかな幾つかの結論である。
【００６７】
引張り強度、引張り弾性率、曲げ強度及び曲げ弾性率に関しては、高官能性、短鎖相溶化剤Ｅ３０１５と一緒の低官能性、長鎖相溶化剤ＰＢ３１５０の包含は、低官能性、長鎖相溶化剤だけを有するナノコンポジットと比較して、これらの特性を一般的に改善する（Ｓ１及びＳ２とＣ１との比較並びにＳ５及びＳ６とＣ３との比較）。
【００６８】
引張り強度、引張り弾性率、曲げ強度及び曲げ弾性率に関しては、高官能性、短鎖相溶化剤Ｅ４３と一緒の低官能性、長鎖相溶化剤ＰＢ３１５０の包含は、高官能性、短鎖相溶化剤だけを有するナノコンポジットと比較して、これらの特性を一般的に改善する（Ｓ３及びＳ４とＣ２との比較）。
【００６９】
高官能性、短鎖相溶化剤は、一般的に、低官能性、長鎖相溶化剤の存在により相殺することのできる衝撃強度に有害な効果を有する。長い側鎖を持ちやすい高官能性、短鎖相溶化剤は、衝撃強度についての有害な効果はさほどでもなく、従って、低官能性、長鎖相溶化剤とそれとの組合せは特に有効である。
【００７０】
結論：
上記の結果から、ナノコンポジットの機械的特性を維持するために高官能性、短鎖相溶化剤の量を制限することは好ましいが、上で検討された図１Ａ〜１Ｄにおいて証されている通り、高官能性、短鎖相溶化剤の存在はポリマーマトリックスにおける粘土の分散を改善することは明らかである。従って、ナノコンポジットにおける高官能性、短鎖相溶化剤及び低官能性、長鎖相溶化剤の両方の存在は特性の良好な調和をもたらす。
【００７１】
従って、少なくとも１つの高官能性、短鎖相溶化剤及び少なくとも１つの低官能性、長鎖相溶化剤の使用を基にした相溶化は、一方では分散及び界面との間の改善された調和を与え、他方において機械的性能を与える。利益は、相溶化剤の選択、相溶化剤の比及び含有量、粘土の導入並びに加工手順にある程度まで依存する。
【００７２】
上記の記載から、本発明は、自明で且つ構造に固有のその他の利点と一緒に示される上記の全ての目的及び目的物を達成するために十分に適合されるものであることが分かる。
【００７３】
特定の特徴及びサブコンビネーションは役に立つものであり、その他の特徴及びサブコンビネーションを参照することなしに使用されてもよいことが理解される。これは特許請求の範囲により考慮され且つその範囲内である。
【００７４】
多数の可能な実施形態は本発明の範囲から逸脱することなく本発明により作られてもよいので、本明細書において示される又は添付図面において示されている全ての事柄は例示として解釈されるべきものであって限定的意向で解釈されるべきものではないことが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１Ａ】２重量％の粘土を導入してＰ１の方法を使用して配合されたポリプロピレン／粘土ナノコンポジットに対するＸ線強度対回折角度のグラフである。
【図１Ｂ】４重量％の粘土を導入してＰ１の方法を使用して配合されたポリプロピレン／粘土ナノコンポジットに対するＸ線強度対回折角度のグラフである。
【図１Ｃ】２重量％、４重量％及び１０重量％の粘土を導入してＰ３の方法を使用して配合されたポリプロピレン／粘土ナノコンポジットに対するＸ線強度対回折角度のグラフである。
【図１Ｄ】Ｐ１及びＰ２の方法を使用して配合されたポリプロピレン／粘土ナノコンポジットに対するＸ線強度対回折角度のグラフである。
【図１Ｅ】Ｐ１及びＰ３の方法を使用して配合されたポリプロピレン／粘土ナノコンポジットに対するＸ線強度対回折角度のグラフである。
【図１Ｆ】相溶化剤／粘土比を変えたナノコンポジットに対するＸ線強度対回折角度のグラフである。
【図２Ａ】ホモポリプロピレンを含むポリマーマトリックスを有するナノコンポジットの引張り特性を比較するグラフである。
【図２Ｂ】ポリプロピレン及びポリエチレンのコポリマーを含むポリマーマトリックスを有するナノコンポジットの引張り特性を比較するグラフである。
【図３Ａ】ホモポリプロピレンを含むポリマーマトリックスを有するナノコンポジットの衝撃強度を比較するグラフである。
【図３Ｂ】ポリプロピレン及びポリエチレンのコポリマーを含むポリマーマトリックスを有するナノコンポジットの衝撃強度を比較するグラフである。
【図４】ホモポリプロピレンを含むポリマーマトリックスを有するナノコンポジットに対する曲げ強度及び弾性率のグラフである。
【図５Ａ】１の相溶化剤／粘土比を有するナノコンポジットの衝撃強度のグラフである。
【図５Ｂ】２の相溶化剤／粘土比を有するナノコンポジットの衝撃強度のグラフである。
【図６】純粋なホモポリプロピレンとの比較における、ホモポリプロピレンを含むポリマーマトリックスを有するナノコンポジットの引張り、曲げ及び衝撃特性における変化を示すグラフである。
【図１Ａ】
2008525536.tif 000007
【図１Ｂ】
2008525536.tif 000008
【図１Ｃ】
2008525536.tif 000009
【図１Ｄ】
2008525536.tif 000010
【図１Ｅ】
2008525536.tif 000011
【図１Ｆ】
2008525536.tif 000012
【図２Ａ】
2008525536.tif 000013
【図２Ｂ】
2008525536.tif 000014
【図３Ａ】
2008525536.tif 000015
【図３Ｂ】
2008525536.tif 000016
【図４】
2008525536.tif 000017
【図５Ａ】
2008525536.tif 000018
【図５Ｂ】
2008525536.tif 000019
【図６】
2008525536.tif 000020
【国際調査報告】
2008525536.tif 000021
2008525536.tif 000022