(57)【要約】【課題】高い曲げ弾性と耐衝撃性とが要求される合成樹脂系複合材料に有利に適用できる合成樹脂用のフィラーを提供すること。【解決手段】タルク粒子粉末と炭酸カルシウム粒子粉末及び／又は酸化チタン粒子粉末とを高速旋回気体流中に投入することにより、タルク粒子と炭酸カルシウム粒子及び／又は酸化チタン粒子粉末とを微粒子化し、各粒子を互いに接触させて得た、タルク粒子と炭酸カルシウム粒子及び／又は酸化チタン粒子とが互いに固着した複合粒子を含む合成樹脂用のフィラー。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
タルク粒子粉末と炭酸カルシウム粒子粉末及び／又は酸化チタン粒子粉末とを高速旋回気体流中に投入することにより、タルク粒子と炭酸カルシウム粒子及び／又は酸化チタン粒子粉末とを微粒子化し、各粒子を互いに接触させて得た、タルク粒子と炭酸カルシウム粒子及び／又は酸化チタン粒子とが互いに固着した複合粒子を含む合成樹脂用のフィラー。
【請求項２】
タルク粒子粉末と炭酸カルシウム粒子粉末及び／又は酸化チタン粒子粉末とが、質量比で５５：４５〜９９：１の割合にある請求項１に記載の合成樹脂用のフィラー。
【請求項３】
高速旋回気体流が、ジェットミルによって生成されている請求項１に記載の合成樹脂用のフィラー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成樹脂用のフィラーに関し、さらに詳しくは高い曲げ弾性と耐衝撃性とが要求される合成樹脂系複合材料の製造に有利に適用できるフィラーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
合成樹脂材料の剛性、弾性、耐衝撃性、そして耐熱性などの各種特性を改良する手法の一つとして、フィラーを合成樹脂材料に充填する方法が知られている。これまで、種々の合成樹脂用のフィラーが開発され、これらのフィラーを充填した合成樹脂系複合材料が実用化されている。
【０００３】
特許文献１には、タルク粉末と炭酸カルシウム粉末とを乾式で高速撹拌によって均一に混合粉砕して得た合成樹脂用のフィラーが開示されている。この特許文献１の実施例によれば、炭酸カルシウム粉末とタルク粉末とを３：１（質量比）で、ヘンシェルミキサを用い、周速２５ｍ／秒の回転羽根にて混合して得たフィラーを、その充填量が２０質量％となるようにブロックポリプレンに充填して、衝撃強度が４５ｋＪ／ｍ２、弾性率が１３８０ＭＰａのブロックポリプレン系複合材料が得られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８０６３１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載の方法により、各種特性において優れた合成樹脂系複合材料を製造することが可能になった。しかしながら、合成樹脂系複合材料の使用が多様な分野に拡がるに応じて、さらに優れた機械的特性を有する合成樹脂系複合材料の開発が必要となっている。例えば、自動車の構成材料として使用される合成樹脂系複合材料は、衝撃性と曲げ弾性とのバランスにおいて、さらに優れた特性を持つことが好ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、タルク粒子粉末と炭酸カルシウム粒子粉末及び／又は酸化チタン粒子粉末とを高速旋回気体流中に投入することによって、タルク粒子と炭酸カルシウム粒子及び／又は酸化チタン粒子とが互いに固着した複合粒子を得ることができ、このような処理により得られた複合粒子粉末を充填した合成樹脂系複合材料は、高速撹拌により得た複合粒子粉末を充填した合成樹脂系複合材料と比べ、優れた曲げ弾性を維持しながらも、耐衝撃性が向上する傾向にあることを見出した。
従って、本発明により、高い曲げ弾性と耐衝撃性とが要求される合成樹脂系複合材料に有利に適用できるフィラーを提供することが可能となった。
【０００７】
本発明は、タルク粒子粉末と炭酸カルシウム粒子粉末及び／又は酸化チタン粒子粉末とを高速旋回気体流中に投入することにより、タルク粒子と炭酸カルシウム粒子及び／又は酸化チタン粒子粉末とを微粒子化し、各粒子を互いに接触させて得た、タルク粒子と炭酸カルシウム粒子及び／又は酸化チタン粒子とが互いに固着した複合粒子を含む合成樹脂用のフィラーにある。高速旋回気体流は、公知のジェットミルを用いて生成させることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明において、ジェットミルなどによる高速旋回気体流処理で用いるタルク粒子粉末は、板状の一次粒子及びその二次粒子（凝集塊ともいう）を含み、そのレーザ回折法による平均粒子径は、一般に１〜１０μｍの範囲にあり、好ましくは１〜６μｍの範囲にある。
【０００９】
本発明において、タルク粒子粉末と共にジェットミルなどによる高速旋回気体流処理に用いる炭酸カルシウム粒子粉末及び酸化チタン粒子粉末は、一次粒子及びその二次粒子を含み、その平均粒子径は、一般に０．０１〜５μｍの範囲にあり、好ましくは０．０５〜３μｍの範囲にある。
【００１０】
本発明においては、タルク粒子粉末と炭酸カルシウム粒子粉末及び／又は酸化チタン粒子粉末とを高速旋回気体流中に投入することにより、タルク粒子と炭酸カルシウム粒子及び／又は酸化チタン粒子とを微粒子化して、各粒子を互いに接触させる。タルク粒子、炭酸カルシウム粒子、及び酸化チタン粒子の微粒子化は、それらの二次粒子の解砕による微粒子化と、一次粒子の粉砕による微粒子化とによって進行する。特に、二次粒子の解砕によって進行する。微粒子化されたタルク粒子と炭酸カルシウム粒子及び／又は酸化チタン粒子は、高速旋回気体流中にて、互いに接触して、炭酸カルシウム粒子とタルク粒子及び／又は酸化チタン粒子とが互いに固着した複合粒子を形成する。
【００１１】
タルク粒子粉末と炭酸カルシウム粒子粉末及び／又は酸化チタン粒子粉末との投入量は、質量比で５５：４５〜９９：１の割合が好ましく、７０：３０〜９５：５の割合がより好ましい。タルク粒子粉末と炭酸カルシウム粒子粉末及び／又は酸化チタン粒子粉末の高速旋回気体流中への投入は、あらかじめ混合した後に実施してもよいし、それぞれを独立して実施してもよい。
【００１２】
タルク粒子と炭酸カルシウム粒子及び／又は酸化チタン粒子の微粒子化は、表面改質剤の存在下にて行うことが好ましい。表面改質剤の例としては、ステアリン酸などの高級脂肪酸あるいはその塩、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、及びリン酸エステルを挙げることができる。表面改質剤は、タルク粒子粉末と炭酸カルシウム粒子粉末及び／又は酸化チタン粒子粉末の両方もしくは一方に混合して、あるいは高速旋回気体流中に直接投入して用いることができる。
【００１３】
高速旋回気体流を生成する装置の例としては、ジェットミル、メカノミル、オングミル、及びハイブリダイゼーションシステムを挙げることができる。前述のように、これらの装置の中でもジェットミルが好ましい。ジェットミルの操作条件に特には制限はないが、高速旋回気体流生成用の気体吹き込みノズルに供給する圧縮気体の圧力は、１〜１０ｋｇ／ｃｍ２の範囲にあることが好ましく、２〜６ｋｇ／ｃｍ２の範囲にあることがより好ましい。
【００１４】
本発明の合成樹脂用のフィラーは、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂のいずれの合成樹脂材料にも適用することができる。合成樹脂材料の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ＡＢＳ樹脂、ポリエステル、ポリエーテル、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂を挙げることができる。
【００１５】
本発明の合成樹脂用のフィラーは、例えば、マイカ、クレー、二酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウム、ケイ酸、チタン酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、及びカーボン繊維などの公知の合成樹脂用フィラーと併用することもできる。
【００１６】
本発明の合成樹脂用のフィラーを１〜４０質量％（好ましくは１０〜３０質量％）の範囲にて充填した合成樹脂系複合材料は、高い曲げ弾性と耐衝撃性を示すので、各種産業用材料として有利に使用することができる。例えば、本発明の合成樹脂用のフィラーを充填したブロックポリプロピレン系複合材料は、自動車のバンパー用の材料として好適に使用できる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明する。本実施例において、タルク粒子粉末には、レーザ回折法による平均粒子径が４．７μｍのタルク粉末（ＬＳ４０２、宇部マテリアルズ（株）製）を用いた。炭酸カルシウム粒子粉末には、レーザ回折法による平均粒子径が０．８μｍの炭酸カルシウム粉末（ステアリン酸にて表面処理されているもの）を用いた。酸化チタン粒子粉末には、レーザ回折法による平均粒子径が０．８μｍの酸化チタン粉末（ステアリン酸にて表面処理されているもの）を用いた。本実施例にて製造した合成樹脂系複合材料の曲げ弾性率は、ＪＩＳ−Ｋ−７１１３に従い、１号形試験片（長さ１７５ｍｍ、平行部長さ６０ｍｍ、平行部幅１０ｍｍ、厚さ３ｍｍ）により測定した。また、複合材料のアイゾット衝撃強度は、ＪＩＳ−Ｋ−７１１０に従い、短冊状の２号Ａ試験片（長さ６４ｍｍ、厚さ１２．７ｍｍ、幅３ｍｍ、切欠き深さ２．５４ｍｍ、切欠き先端半径０．２５ｍｍ）により測定した。
【００１８】
［実施例１］
シングルトラック・ジェットミル（ＳＴＪ−２００、（株）セイシン企業製）に備えられた高速旋回気体流生成用の気体吹き込みノズル（グラインディングノズル）に２００℃の圧縮高温空気を２ｋｇ／ｃｍ２の圧力で供給し、これにより生成した高速旋回気体流中に、タルク粉末９０質量部、炭酸カルシウム粉末１０質量部そして少量のステアリン酸を同時に投入した。得られた粉末を電子顕微鏡にて観察した結果、タルク粒子の表面に微細な炭酸カルシウム粒子が固着した複合粒子の生成が確認された。この複合粒子粉末のレーザ回折法による平均粒子径の測定結果を表１に示す。
次に、この複合粒子粉末とブロックポリプロピレン（Ｋ７０１４、チッソ（株）製）とを、その配合量を変えて混合し、粉末充填量がそれぞれ、１０質量％、２０質量％、そして３０質量％のブロックポリプロピレン系複合複合材料を得た。この複合材料の曲げ弾性率、及びアイゾット衝撃強度を測定した結果を表２〜４に示す。なお、複合粒子粉末とブロックポリプロピレンとの混合には二軸押出機を用いた。また、試験片の成形には射出成形機を用いた。
【００１９】
［実施例２］
タルク粉末と炭酸カルシウム粉末との使用量を、タルク粉末８０質量部と炭酸カルシウム粉末２０質量部とに変えた以外は、実施例１と同じ条件で、タルク粉末と炭酸カルシウム粉末とを高速旋回気体流中に投入した。得られた粉末を電子顕微鏡にて観察した結果、タルク粒子の表面に微細な炭酸カルシウム粒子が固着した複合粒子の生成が確認された。この複合粒子粉末のレーザ回折法による平均粒子径の測定結果を表１に示す。
次に、実施例１と同じ条件で、複合粒子粉末とブロックポリプロピレンとを、その配合量を変えて混合し、粉末充填量がそれぞれ、１０質量％、２０質量％、そして３０質量％のブロックポリプロピレン系複合材料を得た。この複合材料の曲げ弾性率、及びアイゾット衝撃強度を測定した結果を表２〜４に示す。
【００２０】
［実施例３］
ジェットミルの高速旋回気体流生成用の気体吹き込みノズル（グラインディングノズル）に供給する圧縮高温空気の圧力を６ｋｇ／ｃｍ２に変えた以外は、実施例１と同じ条件で、タルク粉末と炭酸カルシウム粉末とを高速旋回気体流中に投入した。得られた粉末を電子顕微鏡にて観察した結果、タルク粒子の表面に炭酸カルシウム粒子が固着した複合粒子が確認された。この複合粒子粉末のレーザ回折法による平均粒子径の測定結果を表１に示す。
次に、実施例１と同じ条件で、複合粒子粉末とブロックポリプロピレンとを、その配合量を変えて混合し、粉末充填量がそれぞれ、１０質量％、２０質量％、そして３０質量％のブロックポリプロピレン系複合材料を得た。この複合材料の曲げ弾性率、及びアイゾット衝撃強度を測定した結果を表２〜４に示す。
【００２１】
［比較例１］
炭酸カルシウム粉末を、高速流動式混合混練機（スーパーミキサー・ゲレーションタイプ：型式ＳＭＶ−２０（Ａ）、（株）カワタ製）を用い、周速２５ｍ／秒の回転羽根にて２０分間撹拌して、予備解砕した。次に、予備解砕した炭酸カルシウム粉末１０質量部、タルク粉末９０質量部及び少量のステアリン酸を、別の高速流動式混合混練機（パワーコンスタントミキサー：型式Ｚ−１Ｓ（Ｐ）、（株）カワタ製）を用い、周速２０ｍ／秒の回転羽根にて２０分間混合した。得られた粉末を電子顕微鏡にて観察した結果、タルク粒子の表面に炭酸カルシウム粒子が固着した複合粒子が確認された。この複合粒子粉末のレーザ回折法による平均粒子径の測定結果を表１に示す。
次に、実施例１と同じ条件で、複合粒子粉末とブロックポリプロピレンとを、その配合量を変えて混合し、粉末充填量がそれぞれ、１０質量％、２０質量％、そして３０質量％のブロックポリプロピレン系複合材料を得た。この複合材料の曲げ弾性率、及びアイゾット衝撃強度を測定した結果を表２〜４に示す。
【００２２】
【表１】
2004124019.tif 000002
【００２３】
表１の結果から、ジェットミルを用いて製造した複合粒子粉末は、高速流動式混合混練機を用いて製造した複合粒子粉末とを比較すると、平均粒子径が小さく、微粒子化が進んでいることが分かる。
【００２４】
【表２】
2004124019.tif 000003
【００２５】
【表３】
2004124019.tif 000004
【００２６】
【表４】
2004124019.tif 000005
【００２７】
表２〜４の結果から、ジェットミルを用いて製造した複合粒子粉末を充填した複合材料（実施例１〜実施例３）と、高速流動式混合混練機を用いて製造した複合粒子粉末を充填した複合材料（比較例１）とを比較すると、曲げ弾性率はほぼ同等であるのに対し、アイゾット衝撃強度は、ジェットミルを用いて製造した複合粒子粉末を充填した複合材料の方が高いことが分かる。
【００２８】
［実施例４］
シングルトラック・ジェットミル（ＳＴＪ−２００、（株）セイシン企業製）に備えられた高速旋回気体流生成用の気体吹き込みノズル（グラインディングノズル）に２００℃の圧縮高温空気を２ｋｇ／ｃｍ２の圧力で供給し、これにより生成した高速旋回気体流中に、タルク粉末９０質量部、酸化チタン粉末１０質量部そして少量のステアリン酸を同時に投入した。得られた粉末を電子顕微鏡にて観察した結果、タルク粒子の表面に微細な酸化チタン粒子が固着した複合粒子の生成が確認された。この複合粒子粉末のレーザ回折法による平均粒子径の測定結果を表５に示す。
次に、実施例１と同じ条件で、複合粒子粉末とブロックポリプロピレンとを、その配合量を変えて混合し、粉末充填量がそれぞれ、１０質量％、２０質量％、そして３０質量％のブロックポリプロピレン系複合材料を得た。この複合材料の曲げ弾性率、及びアイゾット衝撃強度を測定した結果を表６〜８に示す。
【００２９】
［実施例５］
ジェットミルの高速旋回気体流生成用の気体吹き込みノズル（グラインディングノズル）に供給する圧縮高温空気の圧力を６ｋｇ／ｃｍ２に変えた以外は、実施例４と同じ条件で、タルク粉末と酸化チタン粉末とを高速旋回気体流中に投入した。得られた粉末を電子顕微鏡にて観察した結果、タルク粒子の表面に微細な酸化チタン粒子が固着した複合粒子の生成が確認された。この複合粒子粉末のレーザ回折法による平均粒子径の測定結果を表５に示す。
次に、実施例１と同じ条件で、複合粒子粉末とブロックポリプロピレンとを、その配合量を変えて混合し、粉末充填量がそれぞれ、１０質量％、２０質量％、そして３０質量％のブロックポリプロピレン系複合材料を得た。この複合材料の曲げ弾性率、及びアイゾット衝撃強度を測定した結果を表６〜８に示す。
【００３０】
［比較例２］
酸化チタン粉末を、高速流動式混合混練機（スーパーミキサー・ゲレーションタイプ：型式ＳＭＶ−２０（Ａ）、（株）カワタ製）を用い、周速２５ｍ／秒の回転羽根にて２０分間撹拌して、予備解砕した。次に、予備解砕した酸化チタン粉末１０質量部、タルク粉末９０質量部及び少量のステアリン酸を、別の高速流動式混合混練機（パワーコンスタントミキサー：型式Ｚ−１Ｓ（Ｐ）、（株）カワタ製）を用い、周速２０ｍ／秒の回転羽根にて２０分間混合した。得られた粉末を電子顕微鏡にて観察した結果、タルク粒子の表面に酸化チタン粒子が固着した複合粒子が確認された。この複合粒子粉末のレーザ回折法による平均粒子径の測定結果を表５に示す。
次に、実施例１と同じ条件で、複合粒子粉末とブロックポリプロピレンとを、その配合量を変えて混合し、粉末充填量がそれぞれ、１０質量％、２０質量％、そして３０質量％のブロックポリプロピレン系複合材料を得た。この複合材料の曲げ弾性率、及びアイゾット衝撃強度を測定した結果を表６〜８に示す。
【００３１】
【表５】
2004124019.tif 000006
【００３２】
【表６】
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【００３３】
【表７】
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【００３４】
【表８】
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【００３５】
【発明の効果】
本発明の合成樹脂用フィラーを充填した合成樹脂系複合材料は、従来の高速撹拌により得た合成樹脂用フィラーを充填した合成樹脂系複合材料に比べて、曲げ弾性を維持しながらも、耐衝撃性が顕著に向上する。