(57)【要約】【課題】エンジニアリングアロイポリマーの機械的性質を改善するための無機充填材ウレタン表面処理およびそのような充填材の製造方法の提供。【解決手段】鉱物には、エンジニアリングポリマーの充填材として一般に用いられるもの、すなわち、限定するものではないが、高アスペクト比および低アスペクト比ケイ灰石、焼成クレー、雲母、タルク、および炭酸カルシウムが含まれる。好ましい処理方法は、水性ウレタンオリゴマ−混合物を鉱物粒子の攪拌床へ噴霧し、次に、得られた組成物を乾燥することである。材料の処理により、充填材で強化されたポリマー、例えば熱可塑性プラスチック、エンジニアリングプラスチック、アロイ、およびブレンドの物理的性質、例えば剛性、寸法安定性、破断点伸びおよび耐低温衝撃性などが改善される。このシステムでは、別の強化鉱物および添加剤に比べてコスト効率的に諸性質の均衡をもたらす。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジニアリングポリマーとの配合に使用される、処理された無機充填材の製造方法であって、
ａ）無機充填材を所定レベルの平均粒子サイズおよび平均粒子アスペクト比に粉砕する工程；
ｂ）粉砕された無機充填材を攪拌して粒子表面を露出させる工程；
ｃ）ウレタン化合物の水性分散液を粉砕された無機充填材と混合して均一なブレンドにする工程；および
ｄ）均一なブレンドを所定レベルの乾燥度に乾燥して、前記の処理された無機充填材を得る工程
を含む方法。
【請求項２】
前記混合工程が、前記水性分散液を前記露出された粒子表面へ噴霧することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記所定レベルの乾燥度が水分２％以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記所定レベルの乾燥度が約０．５％である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記鉱物基材粒子の長さ対幅の比が約１：１〜約２０：１である、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記鉱物粒子の平均粒子幅が約１〜約１００μｍであり且つ平均粒子長さが約１ｍｍ以下である、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記混合工程が１００℃未満の温度で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記乾燥工程が１００℃以上の温度で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
粒状の鉱物基材および鉱物基材表面に付着させられたウレタン化合物を含む、有機ポリマーと配合して機械的強度および導電率の向上のために用いられる鉱物系粒状物質。
【請求項１０】
鉱物基材が、雲母、タルク、ケイ灰石、焼成クレー、炭酸カルシウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項９に記載の物質。
【請求項１１】
ａ）鉱物基材粒子の表面に付着させられたウレタン化合物を有する粒状の鉱物強化基材；および
ｂ）エンジニアリングポリマー
を含む、エンジニアリングポリマーブレンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、ポリマー複合材および被覆に含有させるための充填材物質；より詳細には、充填材物質が天然由来の鉱物であるそのような材料；最も詳細には、熱可塑性プラスチック、エンジニアリングプラスチック、ポリマーアロイ、およびブレンドの物理的性質の改善に用いるための充填材を形成する鉱物粒子のウレタン材料処理に関する。この強化は強度モジュラス、引っ張り強さ、耐衝撃性、線熱膨張係数、および表面状態を一般に改善させる。さらに詳細には、本発明により処理された鉱物添加剤はエンジニアリングポリマーの低温衝撃脆性および延性を更に改善させる。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
いわゆるエンジニアリングポリマー材料はプラスチック物品を形成する上で広く知られている。エンジニアリングポリマー材料の一般的な例は、熱可塑性ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホン、ポリエステル（例えばポリエチレンテレフタレート）、およびＰＰＯ／ＰＰＥ、ＰＢＴ、およびＰＣ／ＡＢＳのようなポリマーブレンドである。
【０００３】
多くのポリマーの用途において、比較的安価な針状または繊維状材料、例えばチョップトガラス繊維、タルク、焼成クレー、ケイ灰石、または雲母の添加によって、ポリマーの機械的強度および延性が増加すること、並びに加工品の全体コストが減少することは知られている。
【０００４】
ケイ灰石は、４５μｍ以下の平均粒子サイズに粉砕するか、あるいは２〜３０μｍのメジアン直径で、その自然長対自然幅の比、すなわちアスペクト比を８：１〜２０：１に保つように特に粉砕することができる公知の強化材である。エンジニアリングポリマーの強化にケイ灰石を用いることは、例えば、米国特許第６，８１２，１６６号；第７，００１，９４４号；および第７，１３５，５２０号に開示されている。
【０００５】
タルク、雲母、およびクレーも、エンジニアリングポリマーの物理的性質の改善のために被覆された形で用いられる一般的な無機機能充填材である。それらの例は米国特許第４，８０６，５８６号；第５，０７５，３５１号；第６，７３７，４５４号；第６，７６７，９４４号；および第７，２５５，８１４号に開示されている。
【０００６】
通常ポリマー材料は半結晶性構造であるため、物理的性質を目標のエンジニアリング標準と均衡させることが、自動車関連ＯＥＭメーカーによる使用、工作機器、構成部品への使用の承認と解禁のためには欠かせない。適度なコストの強化鉱物が利用できることは、ストレート鉱物およびガラス／鉱物配合ポリマー複合材の物理的性質の均衡をとるために非常に望ましい。
【０００７】
鉱物粒子およびエンジニアリングポリマーのブレンドの機械的性質を改善するために、オルガノシラン無機表面処理を利用することは知られている。オルガノシラン化合物は溶媒と共に噴霧することによって、あるいは固体状態吸収技術によって鉱物表面に付与される。オルガノシラン分子は分子のシロキシル末端で鉱物へ化学結合し（通常の強化鉱物はシリケートである）、反応性炭化水素、アミン、その他の部分を分子の反対側の末端に残して、界面に対して開放されているかあるいはポリマーマトリックスと結合する。
【０００８】
一般に、これらの鉱物および添加剤物質は、より脆い無機充填剤との化学的な結合のため、ブレンドの物理的耐衝撃性および他の延性を低下させる欠点を有する。さらに、鉱物との化学結合はＴＳＣＡ（毒物管理法）で分類しなければならないそれ自体の性質を有する新しい化合物を生成することになる。
【０００９】
さらに従来技術では、エンジニアリングポリマーへの結合を助けるための被覆の鉱物基材への付着は、化学的もしくは物理的蒸着、電気化学的付着、またはゾル−ゲル化学のような複雑で経費のかかるプロセスによって行われる。
【００１０】
食品、化粧品および医薬品産業では、凝集およびカプセル封入のような粒子形成技術が利用されてきた。これらの技術は、経費のかかる化学蒸気送達および真空システムを維持することなく、多量の材料を製造することができるのでコストおよび処理量の点で有利である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本技術分野で求められているのは、一緒に配合されるエンジニアリングポリマーの低温衝撃脆性および延性を改善する安価に処理された無機機能性充填材およびその製造法である。
【００１２】
本発明の主な目的は、無機機能性充填材を用いてエンジニアリングポリマーの低温衝撃脆性および延性を改善することである。
本発明の別の目的は、充填エンジニアリングポリマーブレンドのコストを減少させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
発明の概要
簡潔に述べると、エンジニアリングポリマー用強化充填材としての鉱物粒子は、水性ウレタン組成物を用いて処理され、好ましくは、粒子の攪拌床へ水性ウレタン組成物を噴霧し、次に、得られた組成物を乾燥することによって処理される。強化鉱物は、例えば、平らな結晶質形態を維持するように、好ましくは粒子の長さ対幅（アスペクト）比が１：１から２０：１以上までとなるように粉砕された雲母、タルク、クレー、ケイ灰石、または他の鉱物である。これらの材料の平均粒子幅または直径は１０〜１００μｍ、平均粒子厚さは１〜２５μｍであるのが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
好ましい態様の説明
本発明のウレタン／鉱物組成物は次の方法で製造されるのが好ましいが、ウレタンを無機充填材粒子と混合する他の方法も本発明に十分に包含される。
【００１５】
現在好ましい混合装置はすき型混合装置、例えば米国ケンタッキー州フローレンスのリトルフォード・デイ社から入手しうるＰｌｏｕｇｈｓｈａｒｅ  ＢａｔｃｈまたはＰｌｏｕｇｈｓｈａｒｅ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｍｉｘｅｒである。ある程度の量のケイ灰石、雲母、タルク、クレー等のような無機充填剤は、上記のような望ましい平均粒子サイズおよび平均アスペクト比となるように粉砕または公知の他の方法で調製する。調製した充填材は乾燥粉末を攪拌するための手段を含む混合容器に加える。１００℃未満の温度で、充填材およびウレタン分散液の混合物が十分にブレンドされるまで、ミキサーで攪拌する間、水性ウレタン分散液を充填材の露出表面へ供給する。現時点で好ましい分散液は米国ノースカロライナ州ラライヒのヒドロサイズ・テクノロジー社から入手しうるヒドロサイズポリウレタン分散液Ｕ２−０１である。好ましくは攪拌しながら、所定の時間少なくとも１００℃の温度に加熱することによって混合物を乾燥してほとんどの水を追い出し、ウレタン残留物が鉱物粒子と均質に接触している本発明の乾燥鉱物／ウレタン組成物とする。粉塵を減少させ、かつエンジニアリングポリマーとのその後の配合の際に配合物の供給が容易になる、適度なレベルの鉱物粒子の凝集が望ましい。凝集物の大きさは約５０〜約３００μｍが好ましい。残留水は２％未満、好ましくは約０．５％未満である。
【００１６】
得られた組成物は標準工業ポリマー配合製造装置を用いてエンジニアリングポリマーおよびポリマーブレンドへの配合に用いられる。そのような配合は通常、約２２０〜約３４０℃の処理温度で行われる。そのような温度で、ウレタンは鉱物粒子およびポリマーとともに流動し、そのような充填されたポリマーブレンドにとって本明細書に記載されるような利点をもたらす鉱物、ウレタンおよびポリマーの間に３元界面を形成する。用途としては、例えば、自動車の内部、外部およびアンダーフード複合材が含まれる。本発明のウレタンで処理された鉱物基材による強化に適したポリマーの例は、ナイロン６、ナイロン６６、熱可塑性ポリエステル、ポリカーボネート、およびポリカーボネート関連アロイ／ブレンド（例えばポリカーボネート／アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）、ポリフェニレンエーテル／ポリアミド等である。通常ブレンドされる配合物は、約１０〜約７０％ウレタン処理鉱物、又は、約１０〜約１５％ガラス繊維の存在下での約１０〜約５５％ウレタン処理鉱物である。
【００１７】
様々な具体的な態様を参考にして本発明を説明してきたが、記載の発明概念の精神および範囲内で様々に変更しうるものと理解されるべきである。従って、本発明は、記載の態様に限定されず、請求の範囲に規定される最大限の範囲を有する。
【外国語明細書】
2009293003000001.pdf