(57)【要約】【課題】ゲル化によって生成する有機無機複合組成物の流動性を大幅に向上させることによって、他の有機合成樹脂、添加物、硬化剤等と均一に混合できること。【解決手段】エポキシ樹脂（ビスフェノールＡタイプ、ＥＰ４３００）１００重量部に対してＴＨＦを加え、均一になるように溶液を調整し（Ｓ１０）、シリカゾルを固形分として５重量部になるように攪拌しながら添加した（Ｓ１１）。この溶液を室温で保持してゲル化させた（Ｓ１２）後にＴＨＦを減圧除去し（Ｓ１３）、得られた混合物をエポキシ樹脂（ＥＤ５０６）に加え、更に硬化剤を加えて、３本ロールで混練・分散した（Ｓ１４）。顔料としてカーボンを加えてディスパーで攪拌した後、脱泡して（Ｓ１５）有機無機複合組成物を得た。これをＥＤ鋼板に厚さ２ｍｍに塗布して加熱硬化させたものは、シリカゾルを加えていないものに比較して、約３０％の曲げ応力の向上が確認された。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機合成樹脂と無機化合物とが均一に分散してなる有機無機複合組成物であって、
前記有機合成樹脂またはその溶液と前記無機化合物のゾルとを均一に混合した後に、混合物をゲル化させて前記溶液の溶媒を除去し、せん断力を掛けながら混合することによって得たことを特徴とする有機無機複合組成物。
【請求項２】
有機合成樹脂と無機化合物とが均一に分散してなる有機無機複合組成物の製造方法であって、
前記有機合成樹脂またはその溶液と前記無機化合物のゾルとを均一に混合する工程と、
前記工程によって得られた混合物をゲル化させる工程と、
前記ゲル化した混合物をせん断力を掛けながら混合する工程と
を具備することを特徴とする有機無機複合組成物の製造方法。
【請求項３】
前記有機無機複合組成物の粘度がグリース見掛粘度計（ＳＯＤ）によって、せん断速度２５０において測定した場合に１Ｐａ・ｓ〜１５００Ｐａ・ｓの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の有機無機複合組成物または請求項２に記載の有機無機複合組成物の製造方法。
【請求項４】
前記無機化合物のゾルはシリカゾルであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の有機無機複合組成物または有機無機複合組成物の製造方法。
【請求項５】
前記シリカゾルは水ガラスをイオン交換し、または酸で中和することによって得られることを特徴とする請求項４に記載の有機無機複合組成物または有機無機複合組成物の製造方法。
【請求項６】
前記有機合成樹脂はエポキシ系樹脂であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の有機無機複合組成物または有機無機複合組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機合成樹脂と無機化合物とが連続的な微細構造を形成した有機無機複合組成物に関し、特に、ゾルーゲル法によっても優れた流動性を確保することができる有機無機複合組成物及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自由な形状の成形が容易で量産に向いている有機合成樹脂について、高強度・高硬度・耐熱性等の特性の向上を目的として、有機合成樹脂中に金属酸化物等の無機化合物を分散させた有機無機複合組成物を製造する技術の開発が盛んに行われている。
【０００３】
先に、本発明者らは、高価なシリコンアルコキシドの代わりに水ガラスを原料とすることによって、安価に得ることができるシリカ含有樹脂組成物及びその製造方法についての発明をなし、この発明について特許出願をしている（特許文献１）。このシリカ含有樹脂組成物及びその製造方法についての発明においては、金属酸化物のゾルーゲル法を活用した複合化を行っている。
【特許文献１】特開２００５−３２０５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された技術においては、金属酸化物のゾルーゲル法を活用した複合化が行われているが、この際、ゲル化によってシリカ含有樹脂組成物の流動性が大幅に低下してしまう。このため、他の有機合成樹脂と混合したり、添加物を分散したりすることが難しく、また硬化剤との反応効率が低下したりして、十分な性能の向上ができないという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明は、ゲル化によって生成する有機無機複合組成物と有機合成樹脂とをせん断を掛けながら均一分散させることで流動性を大幅に向上させ、他の添加物、硬化剤等と均一に混合することができる有機無機複合組成物及びその製造方法の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明にかかる有機無機複合組成物は、有機合成樹脂と無機化合物とが均一に分散してなる有機無機複合組成物であって、前記有機合成樹脂またはその溶液と前記無機化合物のゾルとを均一に混合した後に、混合物をゲル化させて前記溶液の溶媒を除去し、せん断力を掛けながら混合することによって得られるものである。
ここで、せん断力を掛けるとは、以下の実施の形態では、３本ロールで挟持することによってせん断力を掛ける手法を採用しているが、本発明を実施する場合には、外力の掛け方によってせん断力を加えることができる。それらの手法によって実施できる。
【０００７】
請求項２の発明にかかる有機無機複合組成物の製造方法は、有機合成樹脂と無機化合物とが均一に分散してなる有機無機複合組成物の製造方法であって、前記有機合成樹脂またはその溶液と前記無機化合物のゾルとを均一に混合する工程と、前記工程によって得られた混合物をゲル化させる工程と、前記ゲル化した混合物をせん断力を掛けながら混合する工程とを具備するものである。
【０００８】
請求項３の発明にかかる有機無機複合組成物または有機無機複合組成物の製造方法は、請求項１または請求項２の構成において、前記有機無機複合組成物の粘度がグリース見掛粘度計（ＳＯＤ）によってせん断速度２５０において測定した場合に１Ｐａ・ｓ〜１５００Ｐａ・ｓの範囲内であるものである。
【０００９】
請求項４の発明にかかる有機無機複合組成物または有機無機複合組成物の製造方法は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、前記無機化合物のゾルはシリカゾルであるものである。
【００１０】
請求項５の発明にかかる有機無機複合組成物または有機無機複合組成物の製造方法は、請求項４の構成において、前記シリカゾルは水ガラスをイオン交換し、または酸で中和することによって得られるものである。
【００１１】
請求項６の発明にかかる有機無機複合組成物または有機無機複合組成物の製造方法は、請求項１乃至請求項５のいずれか１つの構成において、前記有機合成樹脂はエポキシ系樹脂であるものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明にかかる有機無機複合組成物は、有機合成樹脂と無機化合物とが均一に分散してなる有機無機複合組成物であって、有機合成樹脂またはその溶液と無機化合物のゾルとを均一に混合した後に、混合物をゲル化させて溶液の溶媒を除去し、せん断力を掛けながら混合することによって得られる。
【００１３】
このようにゾルーゲル法によって得られた有機無機複合組成物であっても、せん断力を掛けながら混合することによって流動性が向上して、他の有機合成樹脂を始めとして他の物質と均一に混合することができるようになる。
【００１４】
このようにして、ゲル化によって生成する有機無機複合組成物と有機合成樹脂とをせん断を掛けながら均一分散させることで流動性を大幅に向上させ、他の添加物、硬化剤等と均一に混合することができる有機無機複合組成物となる。
【００１５】
請求項２の発明にかかる有機無機複合組成物の製造方法は、有機合成樹脂と無機化合物とが均一に分散してなる有機無機複合組成物の製造方法であって、有機合成樹脂またはその溶液と無機化合物のゾルとを均一に混合する工程と、得られた混合物をゲル化させる工程と、ゲル化した混合物をせん断力を掛けながら混合する工程とを具備する。
【００１６】
このようにゾルーゲル法によって得られた有機無機複合組成物であっても、せん断力を掛けながら混合することによって流動性が向上して、他の有機合成樹脂を始めとして他の物質と均一に混合することができるようになる。
【００１７】
このようにして、ゲル化によって生成する有機無機複合組成物と有機合成樹脂とをせん断を掛けながら均一分散させることで流動性を大幅に向上させ、他の添加物、硬化剤等と均一に混合することができる有機無機複合組成物の製造方法となる。
【００１８】
請求項３の発明にかかる有機無機複合組成物または有機無機複合組成物の製造方法においては、有機無機複合組成物の粘度がグリース見掛粘度計（ＳＯＤ）によってせん断速度２５０において測定した場合に１Ｐａ・ｓ〜１５００Ｐａ・ｓの範囲内、より好ましくは４．０Ｐａ・ｓ〜１３００Ｐａ・ｓの範囲内である。
【００１９】
グリース見掛粘度計によって圧力せん断を掛けたときの流動性が１Ｐａ・ｓ〜１５００Ｐａ・ｓの範囲内、より好ましくは４．０Ｐａ・ｓ〜１３００Ｐａ・ｓの範囲内であれば、分散混練機での混練によって、容易に他の有機合成樹脂を始めとする他の物質と均一に混合分散することができる。
【００２０】
このようにして、ゲル化によって生成する有機無機複合組成物と有機合成樹脂とをせん断を掛けながら均一分散させることで流動性を大幅に向上させ、他の添加物、硬化剤等と均一に混合することができる有機無機複合組成物またはその製造方法となる。
【００２１】
請求項４の発明にかかる有機無機複合組成物または有機無機複合組成物の製造方法においては、無機化合物のゾルがシリカゾルである。シリカゾルは入手も合成も容易であり、シリカ微粒子が有機合成樹脂中に微視的に均一に分散した有機無機複合組成物は、強度・硬度・耐熱性等において優れた特性を有し、種々の用途に応用することができる。
【００２２】
このようにして、ゲル化によって生成する有機無機複合組成物と有機合成樹脂とをせん断を掛けながら均一分散させることで流動性を大幅に向上させ、他の添加物、硬化剤等と均一に混合することができる有機無機複合組成物またはその製造方法となる。
【００２３】
請求項５の発明にかかる有機無機複合組成物または有機無機複合組成物の製造方法においては、シリカゾルが水ガラスをイオン交換し、または酸で中和することによって得られる。
【００２４】
シリカゾルを得る方法としては、一般に金属（シリコン）アルコキシドの加水分解による方法が知られているが、金属アルコキシドは高価であるため、原料コストが高くなってしまう。そこで、金属アルコキシドに比較して遥かに安価な水ガラス（ケイ酸ナトリウム等の濃厚水溶液）をシリカゾルの原料として用いることによって、原料コストを低く抑えることができる。
【００２５】
このようにして、ゲル化によって生成する有機無機複合組成物と有機合成樹脂とをせん断を掛けながら均一分散させることで流動性を大幅に向上させ、他の添加物、硬化剤等と均一に混合することができ、原料コストを低く抑えることができる有機無機複合組成物またはその製造方法となる。
【００２６】
請求項６の発明にかかる有機無機複合組成物または有機無機複合組成物の製造方法においては、有機合成樹脂がエポキシ系樹脂である。エポキシ系樹脂は硬化剤を添加することによって及び／または加熱することによって、三次元架橋して硬化するため、強度が必要な有機無機複合組成物を得るためには、最適な有機合成樹脂である。
【００２７】
このようにして、ゲル化によって生成する有機無機複合組成物と有機合成樹脂とをせん断を掛けながら均一分散させることで流動性を大幅に向上させ、他の添加物、硬化剤等と均一に混合することができ、大きな強度を得ることができる有機無機複合組成物またはその製造方法となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態にかかる有機無機複合組成物及びその製造方法について、図１及び図２を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施の形態の実施例にかかる有機無機複合組成物の製造方法の概略を示すフローチャートである。図２は本発明の実施の形態の実施例にかかる有機無機複合組成物及び比較例にかかる組成物を塗布した鋼板の曲げ応力特性を比較して示すグラフである。
【００２９】
まず、本実施の形態の実施例にかかる有機無機複合組成物の製造方法の概略について、図１を参照して説明する。図１に示されるように、まずエポキシ樹脂（ビスフェノールＡタイプ、ＥＰ４３００、固形分１００％）１００重量部に対してＴＨＦ（テトラヒドロフラン）を加えて、均一になるように溶液を調整した（ステップＳ１０）。調整した溶液に、シリカゾルを固形分として５重量部になるように、攪拌しながら添加した（ステップＳ１１）。
【００３０】
この溶液を室温で保持してゲル化させた（ステップＳ１２）後にＴＨＦを減圧除去し（ステップＳ１３）、得られた混合物をエポキシ樹脂（ＥＤ５０６、エポキシ樹脂希釈剤）に加え、更に硬化剤（ＥＨ−２５３−９）を加えて、３本ロールでせん断力を加えることによって混練・分散した（ステップＳ１４）。更に顔料としてカーボンを加えてディスパーで攪拌した後、脱泡して（ステップＳ１５）、有機無機複合組成物を得た。
【００３１】
得られた有機無機複合組成物の流動性を、グリース見掛粘度計（ＳＯＤ）によってせん断速度２５０において測定したところ、４．９Ｐａ・ｓであり、極めて流動性に優れていることが判明した。
【００３２】
次に、比較例にかかる組成物の製造方法について説明する。比較例にかかる組成物は、無機化合物としてのシリカが混合されていない点を除けば、図１に示される実施例にかかる有機無機複合組成物と同様の組成を有する有機樹脂組成物である。即ち、エポキシ樹脂（ビスフェノールＡタイプ、ＥＰ４３００、固形分１００％）にエポキシ樹脂（ＥＤ５０６、エポキシ樹脂希釈剤）及び硬化剤（ＥＨ−２５３−９）を加えて、３本ロールで混練・分散し、更に顔料としてカーボンを加えてディスパーで攪拌した後、脱泡して得られるものである。
【００３３】
このようにして得た本実施の形態の実施例にかかる有機無機複合組成物及び比較例にかかる有機樹脂組成物について、その強度特性を試験した。試験方法としては、寸法が２００ｍｍ×２５ｍｍ×厚さ０．８ｍｍのＥＤ鋼板に、厚さが２ｍｍになるように実施例の有機無機複合組成物及び比較例の有機樹脂組成物をそれぞれ塗布して、１８０℃×３０分加熱して硬化させた試験片の曲げ応力を測定した。２０℃における曲げ応力特性を図２（ａ）に、６０℃における曲げ応力特性を図２（ｂ）に示す。
【００３４】
図２（ａ）に示されるように、２０℃における曲げ応力特性より、シリカが分散されていない比較例の有機樹脂組成物を塗布した試験片に比べて、シリカが均一に分散された実施例の有機無機複合組成物を塗布した試験片においては、約３０％の曲げ応力の向上が確認された。また、図２（ｂ）に示されるように、６０℃においても、シリカが分散されていない比較例の有機樹脂組成物を塗布した試験片に比べて、シリカが均一に分散された実施例の有機無機複合組成物を塗布した試験片においては、約３０％の曲げ応力の向上が確認された。
【００３５】
本実施の形態においては、有機合成樹脂としてビスフェノールＡタイプのエポキシ樹脂を用いた場合について説明したが、これに限られるものではなく、ビスフェノールＡタイプ以外のエポキシ樹脂や他の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂を始めとして、種々の有機合成樹脂を用いることができる。
【００３６】
また、本実施の形態においては、無機化合物のゾルとしてシリカゾルを用いた例について説明したが、これ以外にもチタンアルコキシドを加水分解して得られるチタニアゾルを始めとして、種々の無機化合物のゾルを用いることができる。
【００３７】
有機無機複合組成物のその他の構成、配合、成分、材料、形状、大きさ、製造条件等についても、また有機無機複合組成物の製造方法のその他の工程についても、本実施の形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は本発明の実施の形態の実施例にかかる有機無機複合組成物の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図２】図２は本発明の実施の形態の実施例にかかる有機無機複合組成物及び比較例にかかる組成物を塗布した鋼板の曲げ応力特性を比較して示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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