(57)【要約】  本発明は、プラスチック組成物であって、少なくとも１種類の熱可塑性ポリマー（ａ）と、少なくとも１種類の不飽和脂肪族脂肪酸の金属塩（ｂ）と、融点が、（ａ）に記載の熱可塑性ポリマーの融点より８０度低い温度未満であって５０度高い温度未満である、少なくとも１種類の多価アルコール（ｃ）と、（ｃ）に記載のアルコールとは異なるアルコールで、沸点が（ａ）に記載の熱可塑性ポリマーの融点より１００度低い温度未満であって８０度高い温度未満である、少なくとも１種類の追加されるアルコール（ｄ）と、を備えることを特徴とするプラスチック組成物である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック組成物であって、
少なくとも１種類の熱可塑性ポリマー（ａ）と、
少なくとも１種類の不飽和脂肪族脂肪酸の金属塩（ｂ）と、
融点が、（ａ）に記載の熱可塑性ポリマーの融点より８０度低い温度未満であって５０度高い温度未満である、少なくとも１種類の多価アルコール（ｃ）と、
（ｃ）に記載のアルコールとは異なるアルコールで、沸点が（ａ）に記載の熱可塑性ポリマーの融点より１００度低い温度未満であって８０度高い温度未満である、少なくとも１種類の追加されるアルコール（ｄ）と、を備えることを特徴とするプラスチック組成物。
【請求項２】
前記プラスチック組成物は、少なくとも１種の、粒状の充填剤（ｅ）を含むことを特徴とする、請求項１に記載のプラスチック組成物。
【請求項３】
前記プラスチック組成物に含まれる充填剤の量は、充填剤を含んだ前記プラスチック組成物の総体積の４０体積％より多い及び／又は該充填剤の理論上の最大値の８０体積％より多いことを特徴とする、請求項１に記載のプラスチック組成物。
【請求項４】
前記多価アルコール（ｃ）の融点は、前記熱可塑性ポリマー（ａ）の融点より５０度低い温度未満である及び／又は３０度高い温度未満であって、及び／又は前記熱可塑性ポリマー（ａ）の融点より７０度低い温度未満であって及び／又は５０度高い温度未満であることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のプラスチック組成物。
【請求項５】
前記充填剤（ｅ）は金属粉体、金属酸化物粉体、若しくは酸化物セラミック粉体であり、及び／又は前記充填剤（ｅ）の平均粒径は１〜１５０μmの範囲であることを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のプラスチック組成物。
【請求項６】
前記熱可塑性ポリマー（ａ）の平均モル質量は１０４〜１０６ｇ／ｍｏｌであり、及び／又は前記熱可塑性ポリマーの融点は１４０〜４００度の範囲であることを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載のプラスチック組成物。
【請求項７】
前記熱可塑性ポリマー（ａ）は結晶度が８０％未満であり及び／又は多分散性が５未満である半結晶質ポリマーであることを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載のプラスチック組成物。
【請求項８】
前記熱可塑性ポリマー（ａ）はポリアミドを含む、及び／又はポリアミドであることを特徴とする、請求項１〜７の何れか１項に記載のプラスチック組成物。
【請求項９】
前記金属塩（ｂ）の脂肪酸は、８個より多いカルボン酸原子を有し、少なくとも一つの二重結合を有する一価カルボン酸であることを特徴とする、請求項１〜８の何れか１項に記載のプラスチック組成物。
【請求項１０】
未充填部分におけるプラスチック組成物において、前記金属塩（ｂ）の割合は１〜１５重量％であり、好ましくは３〜７重量％であることを特徴とする、請求項１〜９の何れか１項に記載のプラスチック組成物。
【請求項１１】
多価アルコール（ｃ）は、２〜８個のヒドロキシル基を有し、並びに／又は、主鎖中の多価アルコール（ｃ）が、直鎖状、環状、及び／若しくは直鎖状かつ環状部分を有し、炭素原子のみを有し、任意で酸素原子を有することを特徴とする、請求項１〜１０の何れか１項に記載のプラスチック組成物。
【請求項１２】
未充填部分におけるプラスチック組成物において、前記多価アルコール（ｃ）の割合は３〜４０重量％であり、好ましくは１０〜３０重量％であることを特徴とする、請求項１〜１１の何れか１項に記載のプラスチック組成物。
【請求項１３】
前記アルコール（ｄ）は一価又は多価芳香族アルコールであり、及び／又は前記プラスチック組成物における前記アルコール（ｄ）の割合は３〜２０重量％であり、好ましくは５〜１５重量％であることを特徴とする、請求項１〜１２の何れか１項に記載のプラスチック組成物。
【請求項１４】
請求項２〜１３の何れか１項に記載の、充填剤を含むプラスチック組成物の製造方法において、
前記充填剤（ｅ）を溶媒内で懸濁させる行程Ａと、
前記金属塩（ｂ）と、前記多価アルコール（ｃ）と、を懸濁液に添加混合する行程Ｂと、
前記懸濁液を乾燥し、前記溶媒を除去する行程Ｃと、
前記懸濁液の残渣を前記ポリマー（ａ）と混合する行程Ｄと、
更に前記アルコール（ｄ）を追加する行程Ｅと、を備えることを特徴とする、プラスチック組成物の製造方法。
【請求項１５】
成形品の製造工程である射出成型プロセス又は押出成形プロセスの一部として製造するための、請求項１〜１３の何れか１項に記載のプラスチック組成物の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラスチック組成物、充填剤を含むプラスチック組成物の製造方法、及び該プラスチック組成物の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来機能部品を製造するために、充填剤を含むプラスチック組成物を使用することが知られている。そのような組成物は、一般的にプラスチック母材と充填剤とを含んでいる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような機能部品のある特性を向上させるためには、充填剤の割合を高くすることが望ましい。充填剤の割合を増加させることにより、例えば、機能部品の熱伝導率、密度、磁性、又は電磁信号及びイオン化放射線に対する遮断効果が向上し得る。特に、充填剤の割合が理論上の最大値に近いときに、ある特性にはとりわけ大きな向上がみられる。それはこの割合において、充填剤に含まれる粒子が接触する回数が著しく増加するからである。充填剤の体積分率が、最大充填密度における該充填剤微粒子本来の体積分率に近似するときに、充填剤が理論上の最大値に近いと言える。充填剤の粒度分布は、最大充填密度における充填剤微粒子本来の体積分率に直接影響を及ぼす。
【０００４】
一方、充填剤の割合が増加するにつれ、プラスチック組成物の融解粘度もまた上昇する。ゆえに充填剤の割合が高いこの種類の組成物には、全ての処理技術が適用できるわけではない。成型物及び鋳造物には、多量の充填剤が含まれ得る代わりに意匠の自由度がある程度低くなる。ゆえにこのようなプラスチック組成物は、可変射出成型プロセス又は押出成形プロセスの範疇に入る製造プロセスには適さないことが多い。更に、充填剤の割合が高いことにより、部品の機械特性によっては悪化するものもあり、そのような部品は壊れやすい。
【０００５】
本発明の目的は、射出成型プロセス又は押出成形プロセスの範疇で処理可能であり、かつ許容可能な機械的特性を有する、可能な限り充填剤の含有率が高いプラスチック組成物を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
先に記載された背景に基づき、本発明は、充填剤の含有率が高いプラスチック組成物であって、少なくとも１種類の熱可塑性ポリマー（ａ）と、少なくとも１種類の不飽和脂肪族脂肪酸の金属塩（ｂ）と、融点が、（ａ）に記載の熱可塑性ポリマーの融点より８０度低い温度未満であって５０度高い温度未満である、少なくとも１種類の多価アルコール（ｃ）と、（ｃ）に記載のアルコールとは異なるアルコールで、沸点が（ａ）に記載の熱可塑性ポリマーの融点より１００度低い温度未満であって８０度高い温度未満である、少なくとも１種類の追加されるアルコール（ｄ）と、を備えることを特徴とするプラスチック組成物に関する。
【０００７】
ここでの沸点は常圧における沸点とする。
【０００８】
プラスチック組成物は、少なくとも１種の、粒状の充填剤（ｅ）を含み得る。
【０００９】
充填剤を含むプラスチック組成物は、例えば、射出成型プロセス又は押出成形プロセスの範疇で処理され得るように、ペレット状であり得る。更に、プラスチック組成物は、例えば、射出成型プロセス又は押出成形プロセスを活用して成型され得る固体組成物であり得る。
【００１０】
ある実施形態においては、プラスチック組成物に含まれる充填剤の量は、充填剤を含んだプラスチック組成物の総体積の４０体積％より多い。ある好ましい実施形態においては、充填剤の量は５０体積％より大きい。更により好ましい実施形態においては、充填剤の量は６０体積％より大きくなり得る。
【００１１】
ある実施形態においては、特定の充填剤（ｅ）の粒径は、単峰的に分布している。他の実施形態においては、充填剤の粒径は多峰的に分布している。
【００１２】
本発明の着想では、充填剤がプラスチック組成物に多量に含まれる場合、その含有量は、粒度分布に起因する理論上の最大値に近似する。粒径が単峰的に分布している充填剤は、多峰的に分布している充填剤に比べて、充填剤含有量の理論上の最大値が一般的に低い（例えば単峰的な分布時は６５体積％、多峰的な分布時は７５体積％）。多量の充填剤が含まれるプラスチック組成物の物性の種類（例えば、熱伝導率）は、絶対的な充填剤の量よりも充填剤の量が理論上の最大値にどれだけ近いかにより左右されることが分かっている。この効果は恐らく、充填剤の粒子が接触する回数が確実に効果に影響し、この回数が理論上の最大値に著しく近いという事実に基づいている。
【００１３】
ゆえにある実施形態において、プラスチック組成物に含まれる充填剤の量は少なくとも８０体積％、好ましくは少なくとも９０体積％、より好ましくは少なくとも９５体積％であることが考えられる。
【００１４】
充填剤が含まれないプラスチック組成物は、総じて「有機材料」と呼ばれる。充填剤を多量に含んだ又は限界近くまで充填剤を含んだ、本発明のプラスチック組成物において、多価アルコール（ｃ）により溶融物の体積が増加しかつ処理中における融解粘度が低下し、完成品としてのプラスチック組成物に含まれる多価アルコール（ｃ）により、有機材料と充填剤との間の親和性又は結合強度が増加し、追加されたアルコール（ｄ）は処理中に気体となり、有機材料の体積が更に増加しかつ粘度が更に低下し、完成品としてのプラスチック組成物に含まれる追加されたアルコール（ｄ）により、有機材料と充填剤との間の親和性又は結合強度が増加し、金属塩（ｂ）により、混合物が均一になると考えられる。
【００１５】
ある実施形態において、充填剤（ｅ）は、金属粉体、金属酸化物粉体、又は酸化物セラミック粉体であり得る。本発明では、このような粉体を含む混合物及び非酸化物セラミック粉体をそれ自体で又は混合しての使用も考えられるし、発明の範囲にも含まれる。
【００１６】
充填剤の粒子は、好ましくは球状又は粒状である。ある実施形態においては、充填剤の平均粒径は１〜１５０μｍであり、好ましくは２０〜１００μｍである。充填剤の平均粒径は、例えば、ＤＩＮ６６１６５に準拠したふるい分け分析によって決定し得る。
【００１７】
ある実施形態において、多価アルコール（ｃ）の融点は、熱可塑性ポリマー（ａ）の融点より５０度低い温度未満である及び／又は３０度高い温度未満であり得る。
【００１８】
ある実施形態において、追加されたアルコール（ｄ）の融点は、熱可塑性ポリマー（ａ）の融点より７０度低い温度未満であって及び／又は５０度高い温度未満であることを特徴とする。
【００１９】
材料（ａ）、（ｃ）、及び（ｄ）間における、一般的な及び好ましくは最高の沸点及び融点の差を特定する背景としては、処理中において、ポリマー（ａ）と多価アルコール（ｃ）とは融解状態であり、追加されたアルコール（ｄ）は気体状態である必要がある一方、これらの物質の何れも分解されてはならないためである。追加されたアルコール（ｄ）の沸点が、常圧において、ポリマー（ａ）の融点より１００度低い温度まで上昇し得る事実は、沸点の上昇をもたらす処理中に、多重棒の局所圧力を加え得るという事実による。
【００２０】
極性ポリマー（ａ）は、順に少なくとも二つの異なった原子を含む反復単位を構成し、該原子の電気陰性度は、ポーリング量において互いに少なくとも０．５及び好ましくは０．９又は１．２異なっている。反復単位内で電気陰性度が異なる二つの異なった原子間に、好ましくは少なくとも一つの炭素原子又は少なくとも一つの芳香族単位が配置される。例えば、原子間には少なくとも一つのメチレン基が存在する。好ましくは、反復単位は、例えばヒドロキシ基及び／又はアミン基からなる、少なくとも一つのプロトン基を含む。
【００２１】
ある実施形態において、熱可塑性ポリマー（ａ）の平均モル質量は１０４〜１０６ｇ／ｍｏｌであり得る。好適なポリマー（ａ）の平均モル質量は、例えば３０，０００〜１００，０００ｇ／ｍｏｌであり得る。
【００２２】
ある実施形態において、熱可塑性ポリマーの融点は１４０〜４００度の範囲であり得る。
【００２３】
ある実施形態において、熱可塑性ポリマー（ａ）の結晶度は８０％であり得る。該結晶度は、例えば３０〜６０％であり得る。
【００２４】
ある実施形態において、熱可塑性ポリマー（ａ）の多分散性は５未満であり得る。
【００２５】
ある実施形態において、熱可塑性ポリマー（ａ）はポリアミドを含み得る。ポリマーにはポリアミドのみを使用してもよい。
【００２６】
好適なポリアミドには、脂肪族ポリアミド、半芳香族ポリアミド、又は芳香族ポリアミド（例えばポリアミド６、ポリアミド６６、又はコポリアミド）等が挙げられる。例えば、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６、ポリアミド１２、並びに／又はコポリアミド及びターポリアミド等の異なったポリアミドの混合物が使用されてもよい。更には、ポリアミドと、ポリオレフィン等の他の熱可塑性ポリマーと、の混合物が好適である。
【００２７】
より好適なポリマーには、ポリイミド、ポリスルホンアミド、ポリビニルアルコール、ハロゲン化ポリマー、及び上記の定義において極性を有する酸性基を有するポリマー等が挙げられる。
【００２８】
ある実施形態において、金属塩（ｂ）の脂肪酸は、８個より多いカルボン酸原子を有し、少なくとも一つの二重結合を有する一価カルボン酸である。好ましくは、カルボン酸は２５個未満の炭素原子からなり得る。二重結合の数は、好ましくは１〜５である。炭素原子の総数は、例えば１５〜２０個であり得る。二重結合の総数は、例えば１〜２であり得る。好適なカルボン酸には、オレイン酸及びリノール酸等が挙げられる。金属塩（ｂ）のカチオンは、例えばアルカリ金属、特にナトリウム又はカリウムであり得る。
【００２９】
ある実施形態において、未充填部分におけるプラスチック組成物において、金属塩（ｂ）（即ち有機材料）の割合は１〜１５重量％であり、好ましくは３〜７重量％であり得る。
【００３０】
ある実施形態において、多価アルコール（ｃ）は２〜９個のヒドロキシル基を有し得る。
【００３１】
ある実施形態において、多価アルコール（ｃ）は炭素原子のみを有し、更には任意で主鎖状の酸素原子を有し得る。
【００３２】
主鎖中の前記多価アルコール（ｃ）は、直鎖状、環状、及び／又は直鎖状かつ環状部分を有し得る。
【００３３】
好適な多価アルコール（ｃ）の例としては、単糖基（例えば、フルクトース、ラクトース、又はマンノース）及びビニルアルコールポリマー基からなる、１，２−エタンジオール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、２，２−ビス（ヒドロキシメチル）−１，３−プロパンジオール、１，２，３−プロパントリオール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、２，３−ブタンジオール、２，２−ビス（ヒドロキシメチル）−１，３−ブタンジオール、２−ブテン−１，４−ジオール、２−ブチン−１，４−ジオール、１，２，４−ブタントリオール、ブタン−１，２，３，４−テトラオール、１，６−ヘキサンジオール、１，２，６−ヘキサントリオール、３−ヘキシン−２，５−ジオール、マンニトール、キシリトール、ポリオール等が挙げられる。
【００３４】
ある実施形態において、未充填部分におけるプラスチック組成物（即ち有機材料）において、多価アルコール（ｃ）の割合は３〜４０重量％であり、好ましくは１０〜３０重量％である。
【００３５】
ある実施形態において、 追加されたアルコール（ｄ）は一価又は多価芳香族アルコールであり得る。充填剤が含まれないプラスチック組成物（即ち有機材料）における、追加されたアルコール（ｄ）の割合の総計は３〜２０重量％であり得る。好ましくは、追加されたアルコール（ｄ）の体積分率は、５重量％より大きく１５重量％未満である。好適な追加されたアルコール（ｄ）の例としては、メタノール、エタノール、ブタノール、及びヘキサノール等が挙げられる。更に、アルコール（ｄ）の例としては、フェニルエチルアルコール、チオフェニルメチルアルコール、ヒドロシンナミルアルコール、フェニルメチルアルコール、１−プロピルヘプチルアルコール、９−デセン−１−オール、（α，α−ジメチルフェニル）メタノール、１−ドデカノール、（α−エチルフェニル）メタノール、（４−ヒドロキシフェニル）メタノール、（４−イソプロピルフェニル）メタノール、４−メトキシフェニルメタノール、（２−メチルフェニル）メタノール、６−メチル−１−ヘプタノール、（２−ニトロフェニル）メタノール、１−ノナノール、１−オクタコサノール、１−オクタノール、２−オクタノール、１−テトラデカノール、１−トリデカノール、１−ウンデカノール、及び２−ウンデカノール等である。
【００３６】
有機材料におけるポリマー（ａ）の重量％は、追加される添加物の重量％の合計と１００重量％の間との差分から求められる。
【００３７】
更に、好適な添加物には、フェノール、クレゾール、レゾルシノール、ハイドロキノン、ビスフェノールＡ等のフェノール類、及びこれらフェノール類のハロゲン化誘導体等が挙げられる。更に、好適な添加物には、ギ酸又は酢酸のような無置換の又はハロゲン化された有機酸等が挙げられる。更に、好適なエステル類には、脂肪酸エステル等が挙げられる。脂肪酸エステルは、例えば、プラスチック組成物に対してその融解粘度を低下させる影響を与え及び／又は充填剤（ｅ）の前処理剤として機能し得る。更に、好適な添加物には、アルキルシラン等が挙げられる。更に、好適な添加物は、有機チタネート、有機ホスホン酸、及び有機リン酸塩等が挙げられる。これら添加物のそれぞれは、プラスチック組成物に、例えば０．１〜５体積％含まれる。
【００３８】
先に記載された背景以外に、本発明は更に、充填剤を含むプラスチック組成物の製造方法に関する。該製造方法は以下の工程、即ち充填剤（ｅ）を溶媒内で懸濁させる行程Ａと、金属塩（ｂ）と、前記多価アルコール（ｃ）と、を懸濁液に添加混合する行程Ｂと、懸濁液を乾燥し、前記溶媒を除去する行程Ｃと、懸濁液の残渣を前記ポリマー（ａ）と混合する行程Ｄと、更に前記アルコール（ｄ）を追加する行程Ｅと、を含む。
【００３９】
この方法で調整された組成物において、金属塩（ｂ）と、多価アルコール（ｃ）と、は単に混合物内に存在するだけでなく、これより先に行われた表面処理によって充填剤に付着する。
【００４０】
工程Ｃにおける乾燥より以前の、工程Ｂにおける添加混合の後に、反応過程が続く。反応過程の時間は、例えば１０分〜２時間であり得る。このときの温度は、室温又はそれよりも高温でもよい。反応過程中に、懸濁液を例えば撹拌することにより、かき混ぜることが可能である。又は、懸濁液は、反応過程中に動かさずに放置しておくことも考えられ得る。
【００４１】
工程Ｄにおける混合は、工程Ｃにおいて任意で予め粉砕された残渣の粉体と、粉体の又は粒状のポリマー（ａ）とを乾燥させた状態で行われる。更に、ポリマーが融解した状態で混合を行うことも考えられる。
【００４２】
ある実施形態において、工程Ｄにおける混合の後に、融解状態の混合物を化合し、冷却し、粉砕する。
【００４３】
工程Ｅにおいて、粉砕した乾燥混合物に更にアルコール（ｄ）を吹き付けることによって、アルコール（ｄ）を追加する。
【００４４】
好適な溶媒には、アセトンのような例えば非プロトン性極性溶媒又はエタノールのようなプロトン性極性溶媒のような、極性溶媒が挙げられる。
【００４５】
最後に、本発明は、先に記載された背景以外に、成形品の製造工程である射出成型プロセス又は押出成形プロセスの一部として製造するための、充填剤を多量に含むプラスチック組成物の使用に関する。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本発明は、技術的な処理及び機械的な側面から実体的な方法で、ポリマーに対する充填剤の量を、充填剤粉体本来の理論的な最大充填密度に著しく近づけることに関する。磁性又は熱伝導率のような、充填剤における特定の物性は、プラスチック組成物に大きな影響を及ぼし得るので、例えば金属置換のような新たな分野への適用もあり得る。
【００４７】
本発明の更なる詳細及び効果は、以下先行技術文献と、本発明の必要性と、充填剤微粒子及び母材の推定される組み合わせの種類と、に基づいて説明される。なお、これらの特徴は単なる例示であり、例えば、特定の物質が必要とされるような限定的なものではない。
【００４８】
本発明における組成物は、高密度で可塑性を有する、プラスチック接合粉体／繊維／カーボンナノチューブ、ウィスカー、又は充填剤の割合が高い熱可塑性樹脂を製造するために、射出成型プロセス、押出成形プロセス、及びそれらに類似のプロセスで使用される材料である、熱可塑性を有し有機的に変更されたプラスチック組成物の実施形態と見なされ得る。この組成物は物性（熱伝導率、磁性現象、高密度、イオン化放射線の減衰、高周波及び摩耗の影響からの遮断）を向上させたプラスチック及びＭＩＭ、ＣＩＭ処理や３Ｄプリント処理に使用する材料へと適用される。
【００４９】
このような組成物は、適用分野に応じて異なった要求を満たす必要がある。以下適用分野を例示する。上記のように適用される、変更されたポリマー系は、完成した部品として以下の要求を満たさなければならない。変更されたポリマー系の組成物は、張力、弾性率、耐久性、耐熱性、硬度、及び耐摩耗性のような機械特性を有する。これらの機械特性は、ポリマーそれ自体及び粉体／繊維充填剤の結合においても要求される。組成物は、環境の変化及び処理並びに適用条件に応じて、耐薬品性を有している必要がある。組成物は全体的に可塑性を有し、充填剤の充填密度が著しく高く又は充填量が著しく多く、プラスチック射出成型における組成物の配合中及び部品の製作中の双方に一般的にみられるように、複雑に成型され得る必要がある。同様に、優れた潤滑特性を有し高圧に耐え得る充填剤の表面に、対応する層が付着／接着される必要がある。融解粘度は、実質的にポリマー本来の融解粘度よりも低い、極めて低粘度である必要がある。流動状態となった充填剤と、一時的な体積の増加により高密度となり流動が止まった充填剤と、の充填密度の差を相殺する必要がある。固化及び結晶化により、部品内に過度な応力を生じさせてはならない。可塑化条件の下において加熱により充填剤微粒子が強固に結合しても、固化条件の下において、組成物は型から容易に脱型され得る必要がある。
【００５０】
先行技術文献においては、上記の適用分野における如何なる物質も、理論上達成し得る粉体の最大充填密度に近づくことすらできない。弱極性ポリアミドＰＡ１１、ＰＡ１２等又はポリオレフィンのような技術的な熱可塑性樹脂を基に調製されたポリマーは、粒度分布においてＬＥＥ公式に従って達成し得る、せいぜい粒径ｄ９０＜４５μｍ、１０体積％以上約６５体積％未満の球状の単峰型粉体を満たすものである。これらの数値は、変形した又は平板状の形態のような不規則な形態によってさらに異なる。同様に、強度がより高い、ＰＡ４６、ＰＡ６、又はＰＡ６６のような極性ポリアミドがより多く使用されると、物質の含有量は更に低下する。ポリマーの粉体表面への結合力が不十分なため、射出成型プロセス時の流動特性の著しい低下、特に上記の粉体において５５体積％より大きいことによる、粉体の機械特性の著しい低下の双方が見られる。密度１１ｇ／ｃｍ３のタングステン遮断物質の限界は、現時点での鉛遮断性（１４ｇ／ｃｍ３、鉛遮断性５０％超が可能）又は２〜３Ｗ／ｍｋの等方性熱伝導性プラスチックの熱伝導性（Ｌｅｗｉｓ−Ｎｉｅｌｓｅｎによると、理論上の充填密度達成の際に１５〜２０Ｗ／ｍｋが可能）である。同様の不均一性が、機械的強度が更に大幅に低下する永久磁石材料及び軟磁性材料においてもみられる。本発明において、前述のように予め達成された及び達成されうる、例示された密度において、充填剤の体積量は約１６体積％となったが、充填剤の絶対的な体積は、プラスチックの量に変化がないにもかかわらず２倍となった。成形品及び鋳造品の材料用の合成樹脂及び短鎖化後少々時間をおいたポリオレフィンは、僅かに良い数値を示す。しかし、強度及び温度によっては、意匠の自由度、採算性、及び予想される使用条件に制限がある。
【００５１】
本発明では、極性ポリマーが使用される。それは、物理的に検討に値する充填剤の大部分は、同様に極性の表面特性を有するからである。従来のポリアミド、ポリアミド誘導体、及びポリアミド合金に加え、本発明のポリマーは、ポリアミド、ポリスルホンアミド、ポリビニルアルコールと、それらの誘導体及び合金と、ある特定のハロゲン含有ポリマーと、を含む。選択される充填剤としては、上記金属及び金属酸化物粉体に加えて、酸化物セラミック粉体、及び任意で非酸化物セラミック粉体が挙げられる。充填剤の割合が高い熱可塑性樹脂を基材ポリマーへと変更するために、選択された有機添加剤をモジュール化したものが開発されている。これにより、高密度で可塑性を有し、プラスチック接合された可塑性の粉体又は充填剤の割合が高い熱可塑性樹脂が、射出成型、押出成型、及びそれらに類似のプロセスで使用される材料として製造され得る。モジュール化により、部品の製造中及び完成後の状態の部品の双方において、変更されたプラスチックの単一の及び複数の特性が直接影響を受け得る。本発明は、多様な混合物粉体の使用により、充填剤を含むプラスチックの粘度を低下させることを目的とした、最近の研究の進展を踏まえて記述された。ここで、流動性の向上は単に充填密度を上昇させるのみであり、溶融したポリマーは湿潤特性が低く及び潤滑被膜体積が小さいため、充填剤の体積を同程度まで増加させることができず、プラスチックの物性が悪化する。
【００５２】
接着／結合、粘度、体積、強度、耐衝撃性、滑り又は成形品の脱型等の特性は、モジュール化により、それぞれ単独で組み合わせられるだけではなく、時には相乗的に複数設定され得る。十分かつ同時に可動濡れを有する高充填剤密度を達成するには、極性ポリマーの融解粘度では不十分である。永続的に分子構造を失わず、かつ親水性の表面において接着／結合力の低下を伴わずに、前記融解粘度を著しく低下させる必要がある。本発明において、それは初期段階において、沸点及び融点に対して、ポリマー溶融物と熱力学的に互換可能な適切なプロトン性溶媒と有機塩との著しく低い溶媒粘度と塩分融解粘度と有する、高いポリマー融解粘度で部分的に代用される。ここで得られた粘性は、実質的に低い。ゆえに、既知の溶融物の体積における湿潤特性は、大きく増加する。湿潤特性と潤滑被膜体積とをさらに増加させるため、溶融物の体積は更に同時に一時的に大きく増加する。このとき、液相における溶融物の体積は本質的に増加し、この体積の増加は、副次的に定義されたガス体積を更に導入するのに必要である。このガス体積により、ガスの体積分率により本質的に生成された液体の体積を更に増加させる。
【００５３】
ここでは、ポリマーの融解における作用の詳細は、基本的に周知であり、ここでは新規な方法でのみ用いられているので、その詳細を省略する。特に、適切な溶液中で著しい極性を有した結晶化ポリアミドを使用することにより、非常に大きな粘性減少効果以上に、ポリマーの凝縮力を拡散律速により減少させることにより、極性充填剤へ向けて接着力が大きく増加する。開発された有機材料にとって、このことは、粘着力は充填剤表面の極性とはより無関係であることを意味している。ポリアミド溶融物に必要なアルコールは、その融点がポリアミド融解物の融点に近い。ポリマー溶融物の体積は、このアルコールの体積分率が高いと大きく増加する。
【００５４】
多価アルコールは、更にポリアミドの可塑剤としても作用する。多価アルコールの高い極性と、極性充填剤及びポリマー母材の双方に対する高い親和性とにより、ポリマー鎖の充填剤の分子構造内への侵入を促すことにより、充填剤微粒子の定着率を向上させる。しかし、溶融条件下で気体であり、同様に凝縮状態で水素結合によりポリマーと結合されている、液状のアルコールの加えられた体積分率が低くなれば、体積がより増加する。溶媒はさらに、耐衝撃性において新しく認識された効果を有する。固化したポリマーでの凝縮溶剤フェーズにおける可塑化効果は、エラストマーに対して同様の効果を及ぼす。ポリアミド溶融物のアルコール溶融物に対する混和性及び均一性は、脂肪酸塩を添加することにより向上する。
【００５５】
同時に、この脂肪酸塩は、冷却時に、融点の高いアルコールの結晶化を防ぐことにより、物質の脆弱化を防ぐ。同時にこの塩は、高温では滑り剤として、低温では脱型剤として機能する。更にこの脂肪酸塩は、結晶化において強度を向上させる効果を有する。
【００５６】
以下の実施形態では、本発明の更なる詳細及び効果を述べる。
【００５７】
適切な容器の中で、アルミニウム粉体３４．１容積部をアセトン４１．８容積部に添加し、十分に攪拌する。アルミニウム粉体として使用されるのは、以下の粒径に分類されたものである。即ちｄ５＜１０μm、ｄ１０＜１５μm、ｄ２０＜２０μm、ｄ５０＜２５μm、ｄ７０＜３０μm、ｄ８０＜３５μm、ｄ１００＜１４５μmである。オレイン酸ナトリウム１．１容積部と、２，２−ビス（ヒドロキシメチル）−１，３−プロパンジオール４．４容積部と、をこの懸濁液に添加し、攪拌し、室温で３０分間放置する。
【００５８】
その後、この懸濁液を乾燥させる。
【００５９】
その後、乾燥した混合物を、１５．４容積部のポリアミド−６と攪拌・混合する。ポリアミド−６の結晶性は４５％未満であり、平均モル質量が７０，０００ｇ／ｍｏｌ未満である。フェニルメチルアルコール３．２容積部をこの混合物の粉体に吹き付ける。混合物全体を、攪拌機で均質に攪拌する。
【００６０】
得られた粉体組成物をシグマニーダで化合し、射出成型用にミルで粒状にする。
【００６１】
その結果、充填剤６２体積％を含むポリアミド−６と鉄粉体とからなる、射出成型可能な熱可塑性組成物を得る。前記粉体を使用した充填剤の理論的な最大量は６５体積％に達する。
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月4日(2016.10.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は充填剤を含むプラスチック組成物、その製造方法、及びその使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来機能部品を製造するために、充填剤を含むプラスチック組成物を使用することが知られている。そのような組成物は、一般的にプラスチック母材と充填剤とを含んでいる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような機能部品のある特性を向上させるためには、充填剤の割合を高くすることが望ましい。充填剤の割合を増加させることにより、例えば、機能部品の熱伝導率、密度、磁性、又は電磁信号及びイオン化放射線に対する遮断効果が向上し得る。特に、充填剤の割合が理論上の最大値に近いときに、ある特性にはとりわけ大きな向上がみられる。それはこの割合において、充填剤に含まれる粒子が接触する回数が著しく増加するからである。充填剤の体積分率が、最大充填密度における該充填剤微粒子本来の体積分率に近似するときに、充填剤が理論上の最大値に近いと言える。充填剤の粒度分布は、最大充填密度における充填剤微粒子本来の体積分率に直接影響を及ぼす。
【０００４】
一方、充填剤の割合が増加するにつれ、プラスチック組成物の融解粘度もまた上昇する。ゆえに充填剤の割合が高いこの種類の組成物には、全ての処理技術が適用できるわけではない。成型物及び鋳造物には、多量の充填剤が含まれ得る代わりに意匠の自由度がある程度低くなる。ゆえにこのようなプラスチック組成物は、可変射出成型プロセス又は押出成形プロセスの範疇に入る製造プロセスには適さないことが多い。更に、充填剤の割合が高いことにより、部品の機械特性によっては悪化するものもあり、そのような部品は壊れやすい。独国特許第１０２０１３１０７５１４Ａ１号は、射出成型され得る、充填剤の含有率が高い半製品の組成物を開示している。この半製品の組成物は、ポリアミド、ＰＣＶ、ＰＰＳ、又はＰＥＥＫ等の熱可塑性樹脂と、高含有率の、金属及び/又は金属化合物等の充填剤と、を備える。
【０００５】
本発明の目的は、射出成型プロセス又は押出成形プロセスの範疇で処理可能であり、かつ許容可能な機械的特性を有する、可能な限り充填剤の含有率が高いプラスチック組成物を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
先に記載された背景に基づき、本発明は、充填剤の含有率が高いプラスチック組成物であって、少なくとも１種類の熱可塑性ポリマー（ａ）と、少なくとも１種類の不飽和脂肪族脂肪酸の金属塩（ｂ）と、融点が、（ａ）に記載の熱可塑性ポリマーの融点より８０度低い温度未満であって５０度高い温度未満である、少なくとも１種類の多価アルコール（ｃ）と、（ｃ）に記載のアルコールとは異なるアルコールで、沸点が（ａ）に記載の熱可塑性ポリマーの融点より１００度低い温度未満であって８０度高い温度未満である、少なくとも１種類の追加されるアルコール（ｄ）と、少なくとも１種の、粒状の充填剤（ｅ）と、を備えることを特徴とするプラスチック組成物に関する。
【０００７】
ここでの沸点は常圧における沸点とする。
【０００８】
充填剤を含むプラスチック組成物は、例えば、射出成型プロセス又は押出成形プロセスの範疇で処理され得るように、ペレット状であり得る。更に、プラスチック組成物は、例えば、射出成型プロセス又は押出成形プロセスを活用して成型され得る固体組成物であり得る。
【０００９】
ある実施形態においては、本発明に係るプラスチック組成物に含まれる充填剤の量は、充填剤を含んだプラスチック組成物の総体積の４０体積％より多い。ある好ましい実施形態においては、充填剤の量は５０体積％より大きい。更により好ましい実施形態においては、充填剤の量は６０体積％より大きくなり得る。
【００１０】
ある実施形態においては、特定の充填剤（ｅ）の粒径は、単峰的に分布している。他の実施形態においては、充填剤の粒径は多峰的に分布している。
【００１１】
本発明の着想では、充填剤がプラスチック組成物に多量に含まれる場合、その含有量は、粒度分布に起因する理論上の最大値に近似する。粒径が単峰的に分布している充填剤は、多峰的に分布している充填剤に比べて、充填剤含有量の理論上の最大値が一般的に低い（例えば単峰的な分布時は６５体積％、多峰的な分布時は７５体積％）。多量の充填剤が含まれるプラスチック組成物の物性の種類（例えば、熱伝導率）は、絶対的な充填剤の量よりも充填剤の量が理論上の最大値にどれだけ近いかにより左右されることが分かっている。この効果は恐らく、充填剤の粒子が接触する回数が確実に効果に影響し、この回数が理論上の最大値に著しく近いという事実に基づいている。
【００１２】
ゆえにある実施形態において、プラスチック組成物に含まれる充填剤の量は少なくとも８０体積％、好ましくは少なくとも９０体積％、より好ましくは少なくとも９５体積％であることが考えられる。
【００１３】
充填剤が含まれないプラスチック組成物は、総じて「有機材料」と呼ばれる。充填剤を多量に含んだ又は限界近くまで充填剤を含んだ、本発明のプラスチック組成物において、多価アルコール（ｃ）により溶融物の体積が増加しかつ処理中における融解粘度が低下し、完成品としてのプラスチック組成物に含まれる多価アルコール（ｃ）により、有機材料と充填剤との間の親和性又は結合強度が増加し、追加されたアルコール（ｄ）は処理中に気体となり、有機材料の体積が更に増加しかつ粘度が更に低下し、完成品としてのプラスチック組成物に含まれる追加されたアルコール（ｄ）により、有機材料と充填剤との間の親和性又は結合強度が増加し、金属塩（ｂ）により、混合物が均一になると考えられる。
【００１４】
ある実施形態において、充填剤（ｅ）は、金属粉体、金属酸化物粉体、又は酸化物セラミック粉体であり得る。本発明では、このような粉体を含む混合物及び非酸化物セラミック粉体をそれ自体で又は混合しての使用も考えられるし、発明の範囲にも含まれる。
【００１５】
充填剤の粒子は、好ましくは球状又は粒状である。ある実施形態においては、充填剤の平均粒径は１〜１５０μｍであり、好ましくは２０〜１００μｍである。充填剤の平均粒径は、例えば、ＤＩＮ６６１６５に準拠したふるい分け分析によって決定し得る。
【００１６】
ある実施形態において、多価アルコール（ｃ）の融点は、熱可塑性ポリマー（ａ）の融点より５０度低い温度未満である及び／又は３０度高い温度未満であり得る。
【００１７】
ある実施形態において、追加されたアルコール（ｄ）の融点は、熱可塑性ポリマー（ａ）の融点より７０度低い温度未満であって及び／又は５０度高い温度未満であることを特徴とする。
【００１８】
材料（ａ）、（ｃ）、及び（ｄ）間における、一般的な及び好ましくは最高の沸点及び融点の差を特定する背景としては、処理中において、ポリマー（ａ）と多価アルコール（ｃ）とは融解状態であり、追加されたアルコール（ｄ）は気体状態である必要がある一方、これらの物質の何れも分解されてはならないためである。追加されたアルコール（ｄ）の沸点が、常圧において、ポリマー（ａ）の融点より１００度低い温度まで上昇し得る事実は、沸点の上昇をもたらす処理中に、多重棒の局所圧力を加え得るという事実による。
【００１９】
極性ポリマー（ａ）は、順に少なくとも二つの異なった原子を含む反復単位を構成し、該原子の電気陰性度は、ポーリング量において互いに少なくとも０．５及び好ましくは０．９又は１．２異なっている。反復単位内で電気陰性度が異なる二つの異なった原子間に、好ましくは少なくとも一つの炭素原子又は少なくとも一つの芳香族単位が配置される。例えば、原子間には少なくとも一つのメチレン基が存在する。好ましくは、反復単位は、例えばヒドロキシ基及び／又はアミン基からなる、少なくとも一つのプロトン基を含む。
【００２０】
ある実施形態において、熱可塑性ポリマー（ａ）の平均モル質量は１０４〜１０６ｇ／ｍｏｌであり得る。好適なポリマー（ａ）の平均モル質量は、例えば３０，０００〜１００，０００ｇ／ｍｏｌであり得る。
【００２１】
ある実施形態において、熱可塑性ポリマーの融点は１４０〜４００度の範囲であり得る。
【００２２】
ある実施形態において、熱可塑性ポリマー（ａ）の結晶度は８０％であり得る。該結晶度は、例えば３０〜６０％であり得る。
【００２３】
ある実施形態において、熱可塑性ポリマー（ａ）の多分散性は５未満であり得る。
【００２４】
ある実施形態において、熱可塑性ポリマー（ａ）はポリアミドを含み得る。ポリマーにはポリアミドのみを使用してもよい。
【００２５】
好適なポリアミドには、脂肪族ポリアミド、半芳香族ポリアミド、又は芳香族ポリアミド（例えばポリアミド６、ポリアミド６６、又はコポリアミド）等が挙げられる。例えば、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６、ポリアミド１２、並びに／又はコポリアミド及びターポリアミド等の異なったポリアミドの混合物が使用されてもよい。更には、ポリアミドと、ポリオレフィン等の他の熱可塑性ポリマーと、の混合物が好適である。
【００２６】
より好適なポリマーには、ポリイミド、ポリスルホンアミド、ポリビニルアルコール、ハロゲン化ポリマー、及び上記の定義において極性を有する酸性基を有するポリマー等が挙げられる。
【００２７】
ある実施形態において、金属塩（ｂ）の脂肪酸は、８個より多いカルボン酸原子を有し、少なくとも一つの二重結合を有する一価カルボン酸である。好ましくは、カルボン酸は２５個未満の炭素原子からなり得る。二重結合の数は、好ましくは１〜５である。炭素原子の総数は、例えば１５〜２０個であり得る。二重結合の総数は、例えば１〜２であり得る。好適なカルボン酸には、オレイン酸及びリノール酸等が挙げられる。金属塩（ｂ）のカチオンは、例えばアルカリ金属、特にナトリウム又はカリウムであり得る。
【００２８】
ある実施形態において、未充填部分におけるプラスチック組成物において、金属塩（ｂ）（即ち有機材料）の割合は１〜１５重量％であり、好ましくは３〜７重量％であり得る。
【００２９】
ある実施形態において、多価アルコール（ｃ）は２〜９個のヒドロキシル基を有し得る。
【００３０】
ある実施形態において、多価アルコール（ｃ）は炭素原子のみを有し、更には任意で主鎖状の酸素原子を有し得る。
【００３１】
主鎖中の前記多価アルコール（ｃ）は、直鎖状、環状、及び／又は直鎖状かつ環状部分を有し得る。
【００３２】
好適な多価アルコール（ｃ）の例としては、単糖基（例えば、フルクトース、ラクトース、又はマンノース）及びビニルアルコールポリマー基からなる、１，２−エタンジオール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、２，２−ビス（ヒドロキシメチル）−１，３−プロパンジオール、１，２，３−プロパントリオール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、２，３−ブタンジオール、２，２−ビス（ヒドロキシメチル）−１，３−ブタンジオール、２−ブテン−１，４−ジオール、２−ブチン−１，４−ジオール、１，２，４−ブタントリオール、ブタン−１，２，３，４−テトラオール、１，６−ヘキサンジオール、１，２，６−ヘキサントリオール、３−ヘキシン−２，５−ジオール、マンニトール、キシリトール、ポリオール等が挙げられる。
【００３３】
ある実施形態において、未充填部分におけるプラスチック組成物（即ち有機材料）において、多価アルコール（ｃ）の割合は３〜４０重量％であり、好ましくは１０〜３０重量％である。
【００３４】
ある実施形態において、 追加されたアルコール（ｄ）は一価又は多価芳香族アルコールであり得る。充填剤が含まれないプラスチック組成物（即ち有機材料）における、追加されたアルコール（ｄ）の割合の総計は３〜２０重量％であり得る。好ましくは、追加されたアルコール（ｄ）の体積分率は、５重量％より大きく１５重量％未満である。好適な追加されたアルコール（ｄ）の例としては、メタノール、エタノール、ブタノール、及びヘキサノール等が挙げられる。更に、アルコール（ｄ）の例としては、フェニルエチルアルコール、チオフェニルメチルアルコール、ヒドロシンナミルアルコール、フェニルメチルアルコール、１−プロピルヘプチルアルコール、９−デセン−１−オール、（α，α−ジメチルフェニル）メタノール、１−ドデカノール、（α−エチルフェニル）メタノール、（４−ヒドロキシフェニル）メタノール、（４−イソプロピルフェニル）メタノール、４−メトキシフェニルメタノール、（２−メチルフェニル）メタノール、６−メチル−１−ヘプタノール、（２−ニトロフェニル）メタノール、１−ノナノール、１−オクタコサノール、１−オクタノール、２−オクタノール、１−テトラデカノール、１−トリデカノール、１−ウンデカノール、及び２−ウンデカノール等である。
【００３５】
有機材料におけるポリマー（ａ）の重量％は、追加される添加物の重量％の合計と１００重量％の間との差分から求められる。
【００３６】
更に、好適な添加物には、フェノール、クレゾール、レゾルシノール、ハイドロキノン、ビスフェノールＡ等のフェノール類、及びこれらフェノール類のハロゲン化誘導体等が挙げられる。更に、好適な添加物には、ギ酸又は酢酸のような無置換の又はハロゲン化された有機酸等が挙げられる。更に、好適なエステル類には、脂肪酸エステル等が挙げられる。脂肪酸エステルは、例えば、プラスチック組成物に対してその融解粘度を低下させる影響を与え及び／又は充填剤（ｅ）の前処理剤として機能し得る。更に、好適な添加物には、アルキルシラン等が挙げられる。更に、好適な添加物は、有機チタネート、有機ホスホン酸、及び有機リン酸塩等が挙げられる。これら添加物のそれぞれは、プラスチック組成物に、例えば０．１〜５体積％含まれる。
【００３７】
先に記載された背景以外に、本発明は更に、充填剤を含むプラスチック組成物の製造方法に関する。該製造方法は以下の工程、即ち充填剤（ｅ）を溶媒内で懸濁させる行程Ａと、金属塩（ｂ）と、前記多価アルコール（ｃ）と、を懸濁液に添加混合する行程Ｂと、懸濁液を乾燥し、前記溶媒を除去する行程Ｃと、懸濁液の残渣を前記ポリマー（ａ）と混合する行程Ｄと、更に前記アルコール（ｄ）を追加する行程Ｅと、を含む。
【００３８】
この方法で調整された組成物において、金属塩（ｂ）と、多価アルコール（ｃ）と、は単に混合物内に存在するだけでなく、これより先に行われた表面処理によって充填剤に付着する。
【００３９】
工程Ｃにおける乾燥より以前の、工程Ｂにおける添加混合の後に、反応過程が続く。反応過程の時間は、例えば１０分〜２時間であり得る。このときの温度は、室温又はそれよりも高温でもよい。反応過程中に、懸濁液を例えば撹拌することにより、かき混ぜることが可能である。又は、懸濁液は、反応過程中に動かさずに放置しておくことも考えられ得る。
【００４０】
工程Ｄにおける混合は、工程Ｃにおいて任意で予め粉砕された残渣の粉体と、粉体の又は粒状のポリマー（ａ）とを乾燥させた状態で行われる。更に、ポリマーが融解した状態で混合を行うことも考えられる。
【００４１】
ある実施形態において、工程Ｄにおける混合の後に、融解状態の混合物を化合し、冷却し、粉砕する。
【００４２】
工程Ｅにおいて、粉砕した乾燥混合物に更にアルコール（ｄ）を吹き付けることによって、アルコール（ｄ）を追加する。
【００４３】
好適な溶媒には、アセトンのような例えば非プロトン性極性溶媒又はエタノールのようなプロトン性極性溶媒のような、極性溶媒が挙げられる。
【００４４】
最後に、本発明は、先に記載された背景以外に、成形品の製造工程である射出成型プロセス又は押出成形プロセスの一部として製造するための、充填剤を多量に含むプラスチック組成物の使用に関する。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本発明は、技術的な処理及び機械的な側面から実体的な方法で、ポリマーに対する充填剤の量を、充填剤粉体本来の理論的な最大充填密度に著しく近づけることに関する。磁性又は熱伝導率のような、充填剤における特定の物性は、プラスチック組成物に大きな影響を及ぼし得るので、例えば金属置換のような新たな分野への適用もあり得る。
【００４６】
本発明の更なる詳細及び効果は、以下先行技術文献と、本発明の必要性と、充填剤微粒子及び母材の推定される組み合わせの種類と、に基づいて説明される。なお、これらの特徴は単なる例示であり、例えば、特定の物質が必要とされるような限定的なものではない。
【００４７】
本発明における組成物は、高密度で可塑性を有する、プラスチック接合粉体／繊維／カーボンナノチューブ、ウィスカー、又は充填剤の割合が高い熱可塑性樹脂を製造するために、射出成型プロセス、押出成形プロセス、及びそれらに類似のプロセスで使用される材料である、熱可塑性を有し有機的に変更されたプラスチック組成物の実施形態と見なされ得る。この組成物は物性（熱伝導率、磁性現象、高密度、イオン化放射線の減衰、高周波及び摩耗の影響からの遮断）を向上させたプラスチック及びＭＩＭ、ＣＩＭ処理や３Ｄプリント処理に使用する材料へと適用される。
【００４８】
このような組成物は、適用分野に応じて異なった要求を満たす必要がある。以下適用分野を例示する。上記のように適用される、変更されたポリマー系は、完成した部品として以下の要求を満たさなければならない。変更されたポリマー系の組成物は、張力、弾性率、耐久性、耐熱性、硬度、及び耐摩耗性のような機械特性を有する。これらの機械特性は、ポリマーそれ自体及び粉体／繊維充填剤の結合においても要求される。組成物は、環境の変化及び処理並びに適用条件に応じて、耐薬品性を有している必要がある。組成物は全体的に可塑性を有し、充填剤の充填密度が著しく高く又は充填量が著しく多く、プラスチック射出成型における組成物の配合中及び部品の製作中の双方に一般的にみられるように、複雑に成型され得る必要がある。同様に、優れた潤滑特性を有し高圧に耐え得る充填剤の表面に、対応する層が付着／接着される必要がある。融解粘度は、実質的にポリマー本来の融解粘度よりも低い、極めて低粘度である必要がある。流動状態となった充填剤と、一時的な体積の増加により高密度となり流動が止まった充填剤と、の充填密度の差を相殺する必要がある。固化及び結晶化により、部品内に過度な応力を生じさせてはならない。可塑化条件の下において加熱により充填剤微粒子が強固に結合しても、固化条件の下において、組成物は型から容易に脱型され得る必要がある。
【００４９】
先行技術文献においては、上記の適用分野における如何なる物質も、理論上達成し得る粉体の最大充填密度に近づくことすらできない。弱極性ポリアミドＰＡ１１、ＰＡ１２等又はポリオレフィンのような技術的な熱可塑性樹脂を基に調製されたポリマーは、粒度分布においてＬＥＥ公式に従って達成し得る、せいぜい粒径ｄ９０＜４５μｍ、１０体積％以上約６５体積％未満の球状の単峰型粉体を満たすものである。これらの数値は、変形した又は平板状の形態のような不規則な形態によってさらに異なる。同様に、強度がより高い、ＰＡ４６、ＰＡ６、又はＰＡ６６のような極性ポリアミドがより多く使用されると、物質の含有量は更に低下する。ポリマーの粉体表面への結合力が不十分なため、射出成型プロセス時の流動特性の著しい低下、特に上記の粉体において５５体積％より大きいことによる、粉体の機械特性の著しい低下の双方が見られる。密度１１ｇ／ｃｍ３のタングステン遮断物質の限界は、現時点での鉛遮断性（１４ｇ／ｃｍ３、鉛遮断性５０％超が可能）又は２〜３Ｗ／ｍｋの等方性熱伝導性プラスチックの熱伝導性（Ｌｅｗｉｓ−Ｎｉｅｌｓｅｎによると、理論上の充填密度達成の際に１５〜２０Ｗ／ｍｋが可能）である。同様の不均一性が、機械的強度が更に大幅に低下する永久磁石材料及び軟磁性材料においてもみられる。本発明において、前述のように予め達成された及び達成されうる、例示された密度において、充填剤の体積量は約１６体積％となったが、充填剤の絶対的な体積は、プラスチックの量に変化がないにもかかわらず２倍となった。成形品及び鋳造品の材料用の合成樹脂及び短鎖化後少々時間をおいたポリオレフィンは、僅かに良い数値を示す。しかし、強度及び温度によっては、意匠の自由度、採算性、及び予想される使用条件に制限がある。
【００５０】
本発明では、極性ポリマーが使用される。それは、物理的に検討に値する充填剤の大部分は、同様に極性の表面特性を有するからである。従来のポリアミド、ポリアミド誘導体、及びポリアミド合金に加え、本発明のポリマーは、ポリアミド、ポリスルホンアミド、ポリビニルアルコールと、それらの誘導体及び合金と、ある特定のハロゲン含有ポリマーと、を含む。選択される充填剤としては、上記金属及び金属酸化物粉体に加えて、酸化物セラミック粉体、及び任意で非酸化物セラミック粉体が挙げられる。充填剤の割合が高い熱可塑性樹脂を基材ポリマーへと変更するために、選択された有機添加剤をモジュール化したものが開発されている。これにより、高密度で可塑性を有し、プラスチック接合された可塑性の粉体又は充填剤の割合が高い熱可塑性樹脂が、射出成型、押出成型、及びそれらに類似のプロセスで使用される材料として製造され得る。モジュール化により、部品の製造中及び完成後の状態の部品の双方において、変更されたプラスチックの単一の及び複数の特性が直接影響を受け得る。本発明は、多様な混合物粉体の使用により、充填剤を含むプラスチックの粘度を低下させることを目的とした、最近の研究の進展を踏まえて記述された。ここで、流動性の向上は単に充填密度を上昇させるのみであり、溶融したポリマーは湿潤特性が低く及び潤滑被膜体積が小さいため、充填剤の体積を同程度まで増加させることができず、プラスチックの物性が悪化する。
【００５１】
接着／結合、粘度、体積、強度、耐衝撃性、滑り又は成形品の脱型等の特性は、モジュール化により、それぞれ単独で組み合わせられるだけではなく、時には相乗的に複数設定され得る。十分かつ同時に可動濡れを有する高充填剤密度を達成するには、極性ポリマーの融解粘度では不十分である。永続的に分子構造を失わず、かつ親水性の表面において接着／結合力の低下を伴わずに、前記融解粘度を著しく低下させる必要がある。本発明において、それは初期段階において、沸点及び融点に対して、ポリマー溶融物と熱力学的に互換可能な適切なプロトン性溶媒と有機塩との著しく低い溶媒粘度と塩分融解粘度と有する、高いポリマー融解粘度で部分的に代用される。ここで得られた粘性は、実質的に低い。ゆえに、既知の溶融物の体積における湿潤特性は、大きく増加する。湿潤特性と潤滑被膜体積とをさらに増加させるため、溶融物の体積は更に同時に一時的に大きく増加する。このとき、液相における溶融物の体積は本質的に増加し、この体積の増加は、副次的に定義されたガス体積を更に導入するのに必要である。このガス体積により、ガスの体積分率により本質的に生成された液体の体積を更に増加させる。
【００５２】
ここでは、ポリマーの融解における作用の詳細は、基本的に周知であり、ここでは新規な方法でのみ用いられているので、その詳細を省略する。特に、適切な溶液中で著しい極性を有した結晶化ポリアミドを使用することにより、非常に大きな粘性減少効果以上に、ポリマーの凝縮力を拡散律速により減少させることにより、極性充填剤へ向けて接着力が大きく増加する。開発された有機材料にとって、このことは、粘着力は充填剤表面の極性とはより無関係であることを意味している。ポリアミド溶融物に必要なアルコールは、その融点がポリアミド融解物の融点に近い。ポリマー溶融物の体積は、このアルコールの体積分率が高いと大きく増加する。
【００５３】
多価アルコールは、更にポリアミドの可塑剤としても作用する。多価アルコールの高い極性と、極性充填剤及びポリマー母材の双方に対する高い親和性とにより、ポリマー鎖の充填剤の分子構造内への侵入を促すことにより、充填剤微粒子の定着率を向上させる。しかし、溶融条件下で気体であり、同様に凝縮状態で水素結合によりポリマーと結合されている、液状のアルコールの加えられた体積分率が低くなれば、体積がより増加する。溶媒はさらに、耐衝撃性において新しく認識された効果を有する。固化したポリマーでの凝縮溶剤フェーズにおける可塑化効果は、エラストマーに対して同様の効果を及ぼす。ポリアミド溶融物のアルコール溶融物に対する混和性及び均一性は、脂肪酸塩を添加することにより向上する。
【００５４】
同時に、この脂肪酸塩は、冷却時に、融点の高いアルコールの結晶化を防ぐことにより、物質の脆弱化を防ぐ。同時にこの塩は、高温では滑り剤として、低温では脱型剤として機能する。更にこの脂肪酸塩は、結晶化において強度を向上させる効果を有する。
【００５５】
以下の実施形態では、本発明の更なる詳細及び効果を述べる。
【００５６】
適切な容器の中で、アルミニウム粉体３４．１容積部をアセトン４１．８容積部に添加し、十分に攪拌する。アルミニウム粉体として使用されるのは、以下の粒径に分類されたものである。即ちｄ５＜１０μm、ｄ１０＜１５μm、ｄ２０＜２０μm、ｄ５０＜２５μm、ｄ７０＜３０μm、ｄ８０＜３５μm、ｄ１００＜１４５μmである。オレイン酸ナトリウム１．１容積部と、２，２−ビス（ヒドロキシメチル）−１，３−プロパンジオール４．４容積部と、をこの懸濁液に添加し、攪拌し、室温で３０分間放置する。
【００５７】
その後、この懸濁液を乾燥させる。
【００５８】
その後、乾燥した混合物を、１５．４容積部のポリアミド−６と攪拌・混合する。ポリアミド−６の結晶性は４５％未満であり、平均モル質量が７０，０００ｇ／ｍｏｌ未満である。フェニルメチルアルコール３．２容積部をこの混合物の粉体に吹き付ける。混合物全体を、攪拌機で均質に攪拌する。
【００５９】
得られた粉体組成物をシグマニーダで化合し、射出成型用にミルで粒状にする。
【００６０】
その結果、充填剤６２体積％を含むポリアミド−６とアルミニウム粉体とからなる、射出成型可能な熱可塑性組成物を得る。前記粉体を使用した充填剤の理論的な最大量は６５体積％に達する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填剤を含むプラスチック組成物であって、
少なくとも１種類の熱可塑性ポリマー（ａ）と、
少なくとも１種類の不飽和脂肪族脂肪酸の金属塩（ｂ）と、
融点が、（ａ）に記載の熱可塑性ポリマーの融点より８０度低い温度未満であって５０度高い温度未満である、少なくとも１種類の多価アルコール（ｃ）と、
（ｃ）に記載のアルコールとは異なるアルコールで、沸点が（ａ）に記載の熱可塑性ポリマーの融点より１００度低い温度未満であって８０度高い温度未満である、少なくとも１種類の追加されるアルコール（ｄ）と、を備えることを特徴とするプラスチック組成物と、
少なくとも１種の、粒状の充填剤（ｅ）と、を備えることを特徴とするプラスチック組成物。
【請求項２】
前記プラスチック組成物に含まれる充填剤の量は、充填剤を含んだ前記プラスチック組成物の総体積の４０体積％より多い及び／又は該充填剤の理論上の最大値の８０体積％より多いことを特徴とする、請求項１に記載のプラスチック組成物。
【請求項３】
前記多価アルコール（ｃ）の融点は、前記熱可塑性ポリマー（ａ）の融点より５０度低い温度未満である及び／又は３０度高い温度未満であって、及び／又は前記熱可塑性ポリマー（ａ）の融点より７０度低い温度未満であって及び／又は５０度高い温度未満であることを特徴とする、請求項１及び２の何れか１項に記載のプラスチック組成物。
【請求項４】
前記充填剤（ｅ）は金属粉体、金属酸化物粉体、若しくは酸化物セラミック粉体であり、及び／又は前記充填剤（ｅ）の平均粒径は１〜１５０μmの範囲であることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のプラスチック組成物。
【請求項５】
前記熱可塑性ポリマー（ａ）の平均モル質量は１０４〜１０６ｇ／ｍｏｌであり、及び／又は前記熱可塑性ポリマーの融点は１４０〜４００度の範囲であることを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のプラスチック組成物。
【請求項６】
前記熱可塑性ポリマー（ａ）は結晶度が８０％未満であり及び／又は多分散性が５未満である半結晶質ポリマーであることを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載のプラスチック組成物。
【請求項７】
前記熱可塑性ポリマー（ａ）はポリアミドを含む、及び／又はポリアミドであることを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載のプラスチック組成物。
【請求項８】
前記金属塩（ｂ）の脂肪酸は、８個より多いカルボン酸原子を有し、少なくとも一つの二重結合を有する一価カルボン酸であることを特徴とする、請求項１〜７の何れか１項に記載のプラスチック組成物。
【請求項９】
未充填部分におけるプラスチック組成物において、前記金属塩（ｂ）の割合は１〜１５重量％であり、好ましくは３〜７重量％であることを特徴とする、請求項１〜８の何れか１項に記載のプラスチック組成物。
【請求項１０】
多価アルコール（ｃ）は、２〜８個のヒドロキシル基を有し、並びに／又は、主鎖中の多価アルコール（ｃ）が、直鎖状、環状、及び／若しくは直鎖状かつ環状部分を有し、炭素原子のみを有し、任意で酸素原子を有することを特徴とする、請求項１〜９の何れか１項に記載のプラスチック組成物。
【請求項１１】
未充填部分におけるプラスチック組成物において、前記多価アルコール（ｃ）の割合は３〜４０重量％であり、好ましくは１０〜３０重量％であることを特徴とする、請求項１〜１０の何れか１項に記載のプラスチック組成物。
【請求項１２】
前記アルコール（ｄ）は一価又は多価芳香族アルコールであり、及び／又は前記プラスチック組成物における前記アルコール（ｄ）の割合は３〜２０重量％であり、好ましくは５〜１５重量％であることを特徴とする、請求項１〜１１の何れか１項に記載のプラスチック組成物。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れか１項に記載の、充填剤を含むプラスチック組成物の製造方法において、
前記充填剤（ｅ）を溶媒内で懸濁させる行程Ａと、
前記金属塩（ｂ）と、前記多価アルコール（ｃ）と、を懸濁液に添加混合する行程Ｂと、
前記懸濁液を乾燥し、前記溶媒を除去する行程Ｃと、
前記懸濁液の残渣を前記ポリマー（ａ）と混合する行程Ｄと、
更に前記アルコール（ｄ）を追加する行程Ｅと、を備えることを特徴とする、プラスチック組成物の製造方法。
【請求項１４】
成形品の製造工程である射出成型プロセス又は押出成形プロセスの一部として製造するための、請求項１〜１２の何れか１項に記載の充填剤を含むプラスチック組成物の使用。
【国際調査報告】
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