复合材料

文档序号:572968 发布日期:2021-05-18 浏览:35次 >En<

阅读说明:本技术 复合材料 (Composite material ) 是由 齐木智秋 横田英之 泽本大介 矢野亨 于 2019-10-24 设计创作,主要内容包括:本发明的课题在于,提供一种在配合于硅酮树脂等中时分散性良好,且物性改良效果大的剥片化层状物质。本发明是一种复合材料,其是通过被覆物质被覆剥片化层状物质的表面而得到的复合材料,其中,被覆物质为具有有机基团的聚硅氧烷化合物,被覆物质相对于剥片化层状物质100质量份的含量为0.1质量份~100质量份。剥片化层状物质的平均厚度为1200nm以下,剥片化层状物质的平均面积为0.1μm~2~500μm~2。(The present invention addresses the problem of providing a delaminated layered material that has good dispersibility when incorporated in a silicone resin or the like, and has a large effect of improving physical properties. The present invention is a composite material obtained by coating the surface of a exfoliated layered substance with a coating substance, wherein the coating substance is a polysiloxane compound having an organic group, and the content of the coating substance is 0.1 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the exfoliated layered substance. The average thickness of the exfoliated layered material is 1200nm or less, and the average area of the exfoliated layered material is 0.1 μm 2 ~500μm 2 。)

复合材料

技术领域

本发明涉及一种通过具有有机基团的聚硅氧烷化合物被覆剥片化层状物质的表面而得到的复合材料。

背景技术

将作为层叠物质的石墨剥离所获得的石墨烯等剥片化石墨被用作二次电池的电极的导电助剂(例如,参照专利文献1)、导电性油墨(例如,参照专利文献2)、树脂或弹性体的填料(例如,参照专利文献3~4)、阻气材料(例如,参照专利文献5~6)等。层状物质存在因剥片化而变薄,层数越少越容易产生凝聚,因而难以分散于基质中的问题,有时无法获得充分的物性。为了提高凝聚性或在溶剂等中的分散性,对利用聚乙烯醇等高分子被覆表面的剥片化石墨(例如,参照专利文献7)进行了研究,但配合在硅酮树脂等中时的分散性改善效果并不充分。另外,也已知为了提高在树脂中的分散性而利用硅烷偶联剂对层状物质的表面进行处理的方法(例如,参照专利文献8),但硅烷偶联剂较为昂贵,需要廉价的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2016-060887号公报

专利文献2:US20170179490

专利文献3:WO2011/086391

专利文献4:WO2013/165677

专利文献5:US20140272350

专利文献6:WO2016/115377

专利文献7:US20160200580

专利文献8:日本特开2015-040211号公报

发明内容

本发明的课题在于,提供一种在配合于硅酮树脂等中时分散性良好,且物性改良效果大的剥片化层状物质。

本发明人等对上述课题进行了锐意研究,结果发现能够通过以特定物质被覆剥片化层状物质的表面而解决上述课题,从而完成了本发明。即,本发明是一种复合材料,其是通过被覆物质被覆剥片化层状物质的表面而得到的复合材料,其中,被覆物质为具有有机基团的聚硅氧烷化合物,被覆物质相对于剥片化层状物质100质量份的含量为0.1质量份~100质量份。

另外,本发明提供一种含有上述复合材料及合成树脂的树脂组合物。

具体实施方式

[剥片化层状物质]

作为本发明中使用的剥片化层状物质的原料的层状物质具有如下层状结构:通过如共价键或离子键那样的强键所形成的单元层主要经由弱的范德华力而层叠。作为层状物质,可列举:石墨类、氮化硼类、过渡金属二硫属化物、13族硫属化物、14族硫属化物、铋硫属化物、层状卤化金属、层状过渡金属氧化物、层状钙钛矿氧化物、粘土矿物或层状硅酸盐等。

石墨类是具有由碳形成的单元层的层状化合物。作为石墨类,除石墨以外,也包含使石墨的层间膨胀而成的膨胀化石墨、利用氧化剂使石墨氧化而成的氧化石墨。

氮化硼类是包含氮及硼作为构成元素的层状物质,是氮化硼(BN)及氮化碳硼(BCN)等。

过渡金属二硫属化物是由过渡金属及硫属元素组成的层状物质,其以式MX2表示,式中,M为过渡金属,X为硫属元素。作为过渡金属,可列举钛、锆、铪、钒、铌、铬、钼、钨、锝、铼、镍、锡、钯或铂。作为硫属元素,可列举硫、硒或碲。作为过渡金属二硫属化物,可列举TiS2、TiSe2、TiTe2、HfS2、HfSe2、HfTe2、VTe2、VSe2、NbS2、NbSe2、NbTe2、MoS2、MoSe2、MoTe2、WS2、WSe2、WTe2、TcS2、ReSe2、ReS2、ReTe2、TaS2、TaSe2、TaTe2、PtTe2等。

13族硫属化物是由作为第13族元素的镓或铟及硫属元素组成的层状物质,可列举GaS、GaSe、GaTe、InSe等。

14族硫属化物是由作为第14族元素的锗、锡或铅及硫属元素组成的层状物质,可列举GeS、SnS2、SnSe2、PbO等。

铋硫属化物是由铋及硫属元素组成的层状物质,可列举Bi2、Se3、Bi2Te3等。

层状卤化金属是由金属元素及卤素组成的层状物质,可列举MgBr2、CdCl2、CdI2、AgF2、AsI3、AlCl3等。

层状过渡金属氧化物是由钛、锰、钼、铌、钒等过渡金属的氧化物或含氧酸盐组成的层状物质,可列举MoO3、Mo18O52、V2O5、LiNbO2、K2Ti2O5、K2Ti4O9、KTiNbO5等。

层状金属磷酸盐是钛、锆、硒、锡、锆、铝等的层状磷酸盐,可列举Ti(HPO4)2、Ce(HPO4)2、Zr(HPO4)2、AlH2P3O10等。

作为层状钙钛矿氧化物,可列举KCa2Nb3O10、KSr2Nb3O10、KLaNb2O7等。

作为粘土矿物或层状硅酸盐,可列举:蒙脱石、绿脱石、皂石等蒙皂石类;高岭土、叶蜡石、滑石、蛭石、云母类、脆云母类、绿泥石、海泡石、坡缕石、丝状铝英石、水铝英石、水硅铁石、麦羟硅钠石、水硅钠石等。

本发明中使用的剥片化层状物质是将如上所述的层状物质剥片化而得到的物质,是指具有层状物质的单元层层叠1层~数千层而成的层状结构的物质。剥片化层状物质的层数越少、厚度越薄,则物性改良效果越大,但越容易凝聚。从此种情况及经济性的观点出发,在本发明中,平均厚度优选为0.3nm~1200nm,更优选为1.5nm~400nm,最优选为3nm~200nm。

本发明优选应用于凝聚性较高且难以分散于树脂等中的剥片化层状物质。作为此种剥片化层状物质,可列举剥片化石墨类、剥片化氮化硼类。其中,本发明优选应用于剥片化石墨、剥片化氮化硼。

在本发明中,所谓剥片化层状物质的厚度,是相对于剥片化层状物质的层叠面垂直的方向的厚度,所谓平均厚度,是任意30个以上的剥片化层状物质的厚度的平均值。剥片化层状物质的厚度例如可使用通过扫描型电子显微镜拍摄剥片化层状物质所获得的SEM图像进行测定。再者,剥片化层状物质的厚度变为最薄的情况是仅由1层单元层构成,但其厚度根据剥片化层状物质而不同,认为是1nm左右。例如,石墨的剥片化层状物质中,将由1层单元层构成的物质称作石墨烯,理论上厚度约为0.335nm。

如果剥片化层状物质的面积较小,有时无法获得充分的物性改良效果,因此优选剥片化层状物质的面积较大。但是,在过于大时,剥片化需要大量劳力,因此本发明中的剥片化层状物质的平均面积优选为0.1μm2~500μm2,更优选为0.5μm2~300μm2,进一步优选为1.0μm2~130μm2。在本发明中,剥片化层状物质的面积是俯视剥片化层状物质时的投影面积,平均面积是任意50个以上的剥片化层状物质的面积的平均值。剥片化层状物质的面积例如可使用将剥片化层状物质的稀薄分散液滴于滤纸上,并通过显微镜拍摄剥片化层状物质所获得的图像进行测定。

将层状物质剥片化的方法并无特别限定,通过公知的装置对层状物质施加剪力、超声波振动、空蚀等进行剥片化即可。作为此种装置,可列举:砂磨机、磨碎机、珠磨机等介质搅拌磨机;滚磨机、振动磨机、行星研磨机等以球或杆为介质的容器驱动型研磨机;喷射磨机、辊磨机、锤磨机、针磨机、高压乳化机、超声波乳化机等。作为高压乳化机,例如可列举贯通型高压乳化机及碰撞型高压乳化机。作为贯通型高压乳化机的贯通形式,可列举单喷嘴形式、狭缝喷嘴形式等。作为碰撞型高压乳化机的碰撞形式,可列举使包含原料的液体与阀等的平面或球等的球面碰撞的形式、使包含原料的液体彼此碰撞的形式等。

在将层状物质剥片化时,可以为使用溶剂的湿式剥片化方法、不使用溶剂的干式剥片化方法中的任一种方法,只要结合各个装置的剥片化方法进行选择即可。

作为湿式剥片化方法所使用的溶剂,从不易带静电的方面出发,优选为甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、丙二醇、甲氧基乙醇等醇系溶剂;丙酮、甲基乙基酮等酮系溶剂;吡啶、哌啶、吗啉、四氢呋喃、二噁烷等杂环式溶剂;1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐等离子液体、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、水等。

在将层状物质剥片化时,也可并用水溶性盐。关于水溶性盐,在剥片化工序中,固体状的水溶性盐作为促进剥片化的介质发挥作用,溶解于溶剂中的水溶性盐作用于层状物质的层间而促进剥片化。剥片化后,水溶性盐可通过水洗而容易地除去。作为优选的水溶性盐,可列举氯化钠、氯化钾、氯化镁、硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、乙酸钠等。

[具有有机基团的聚硅氧烷化合物]

在本发明中,所谓具有有机基团的聚硅氧烷化合物,是以硅氧烷键(Si-O-Si键)为主骨架,具有键合于硅原子上的有机基团的聚合物或低聚物的总称。作为本发明的复合材料中所使用的具有有机基的聚硅氧烷化合物的有机基团,可列举烷基、烯基、炔基、环烷基、环烯基、芳基、芳烷基等,这些有机基团可具有羟基、醚基、酯基、环氧基、(甲基)丙烯酰氧基、羰基、羧基、氨基、硫醇基、硫醚基等取代基。作为有机基团,从原料的获取容易出发,优选为甲基、乙基、丁基、乙烯基、2-环己基乙基、2-环己烯基乙基、苯基、2-苯基乙基、2-苯基丙基、2-降冰片烯基乙基、3-羟丙基、2-(3,4-环氧基环己基)乙基、3-缩水甘油氧基丙基、3-丙烯酰氧基丙基、3-甲基丙烯酰氧基丙基、3-(聚氧亚烷基)丙基等,优选甲基、乙基、乙烯基、苯基。另外,从在树脂中的分散性的观点出发,具有有机基团的聚硅氧烷化合物的有机基团优选为苯基等芳基,2-苯基乙基、2-苯基丙基等芳烷基。有机基团可以仅为1种,也可以为2种以上的组合,为2种以上的组合时,从在树脂中的分散性的观点出发,优选1种是芳基或芳烷基。在具有苯基作为有机基团时,化合物中的苯基的含量优选为5质量%~70质量%,进一步优选为6质量%~70质量%,最优选为8质量%~60质量%。化合物中的苯基的含量可根据构成聚硅氧烷化合物的重复单元中的含量、及重复单元的含有比率进行计算。再者,在有机基团具有除苯基以外的芳基或芳烷基时,规定苯基的含量中仅包含苯环部分。在组合使用具有苯基含量不同的2种以上有机基团的聚硅氧烷化合物时,苯基含量设为考虑了所使用的具有有机基团的聚硅氧烷化合物的质量比的质量平均值。关于具有有机基团的聚硅氧烷化合物,硅的取代基可全部为有机基团,也可为将有机基团的一部分取代为相对于有机基团而言为少数的氢原子、卤素原子、羟基、烷氧基等。

若具有有机基团的聚硅氧烷化合物为低分子量则易挥发,因此具有有机基团的聚硅氧烷化合物优选为至少具有5个硅原子,优选为具有10个以上硅原子。具有有机基团的聚硅氧烷化合物的分子形状可为线状、环状、支链状、笼状、梯状(ladder状)等的任一者,也可为它们的组合,也可为具有有机基团的聚硅氧烷化合物彼此由烃基等连结而成的分子形状。

[复合材料]

本发明的复合材料通过具有有机基团的聚硅氧烷化合物被覆剥片化层状物质的表面。在本发明中,具有有机基团的聚硅氧烷化合物可覆盖剥片化层状物质的表面的一部分,也可覆盖整个表面,但优选为至少覆盖过半表面。进而,具有有机基团的聚硅氧烷化合物可连续地覆盖剥片化层状物质的表面,也可断续地覆盖。

在本发明的复合材料中,相对于剥片化层状物质100质量份的具有有机基团的聚硅氧烷化合物的含量为0.1质量份~100质量份。在具有有机基团的聚硅氧烷化合物的含量少于0.1质量份时,有时利用具有有机基团的聚硅氧烷化合物的被覆变得不充分,在多于100质量份时,不仅无法获得与使用量相对应的增量效果,且将本发明的复合材料添加于树脂等中使用时,会对树脂等的物性产生不良影响。相对于剥片化层状物质100质量份的具有有机基团的聚硅氧烷化合物的含量优选为0.2质量份~70质量份,进一步优选为0.5质量份~60质量份,最优选为1质量份~50质量份。

[复合材料的制造方法]

作为通过具有有机基团的聚硅氧烷化合物被覆剥片化层状物质的方法,例如可列举:使具有有机基团的聚硅氧烷化合物与剥片化层状物质在溶剂中分散、混合而进行被覆的方法(以下,称为混合被覆法);在剥片化层状物质的水分散液中添加水解性硅烷化合物,使水解性硅烷化合物进行水解-缩合反应(所谓溶胶-凝胶反应),通过所生成的具有有机基团的聚硅氧烷化合物进行被覆的方法(以下,称为溶胶-凝胶被覆法)等。

<混合被覆法>

剥片化层状物质容易凝聚而形成二次粒子,因而若仅将剥片化层状物质浸渍于具有有机基团的聚硅氧烷化合物的溶液或分散液中,则被覆不充分。因此,优选在具有有机基团的聚硅氧烷化合物的溶液或分散液中将剥片化层状物质的二次粒子破碎而进行被覆,或在将剥片化层状物质的二次粒子破碎所获得的分散液中添加具有有机基团的聚硅氧烷化合物。为了将剥片化层状物质的二次粒子破碎,需要使用分散装置对含有剥片化层状物质的液体施加剪切力、超声波振动、空蚀等。作为用于此的分散装置,可列举:均质搅拌机等高速旋转剪切型搅拌机;砂磨机、磨碎机、珠磨机等介质搅拌磨机;滚磨机、振动磨机、行星研磨机等以球或杆为介质的容器驱动型研磨机;胶体磨机、高压乳化机、超声波乳化机等。作为高压乳化机,例如可列举贯通型高压乳化机及碰撞型高压乳化机。作为贯通型高压乳化机的贯通形式,可列举单喷嘴形式等。作为碰撞型高压乳化机的碰撞形式,可列举使包含原料的液体与阀等的平面或球等的球面碰撞的形式、使包含原料的液体彼此碰撞的形式等。在对剥片化层状物质施加强剪切力时,有时剥片化层状物质的层数、厚度、粒径等与被覆前相比降低。

在混合被覆法中,在将剥片化层状物质的二次粒子破碎所获得的分散液中添加具有有机基团的聚硅氧烷化合物时,因具有有机基团的聚硅氧烷化合物的溶解、分散变得容易,所以可在将剥片化层状物质破碎后直接使用破碎时所使用的分散装置。

混合被覆法所使用的溶剂不仅可使用能够使具有有机基团的聚硅氧烷化合物溶解的溶剂,只要能够使用分散装置使具有有机基团的聚硅氧烷化合物分散并溶解,则也可使用无法使具有有机基的聚硅氧烷化合物溶解的溶剂,只要考虑除去的容易性、安全性(毒性、易燃性、带电性等)等进行选择即可。作为混合被覆法所使用的溶剂,可列举:甲醇、乙醇、异丙醇、甲氧基乙醇等醇系溶剂;丙酮、甲基乙基酮等酮系溶剂;水等。剥片化层状物质与溶剂或具有有机基团的聚硅氧烷化合物的溶液的比根据粉碎装置而不同,但溶剂或具有有机基团的聚硅氧烷化合物的溶液相对于剥片化层状物质100质量份优选为200质量份~5000质量份左右。

在混合剥片化层状物质与具有有机基团的聚硅氧烷化合物后,除去溶剂而获得本发明的复合材料。除去溶剂的方法并无特别限定,加热干燥、减压干燥、喷雾干燥、冷冻干燥等方法,或组合使用这些方法即可。在除去溶剂前,可根据需要通过过滤或离心分离等除去过量的具有有机基团的聚硅氧烷化合物与溶剂的一部分后,除去剩余的溶剂。本发明的复合材料也可根据需要进行粉碎、造粒。

<溶胶-凝胶被覆法>

在溶胶-凝胶被覆法的情况下,也以水作为溶剂,将剥片化层状物质的二次粒子破碎后,使水解性硅烷化合物进行溶胶-凝胶反应。作为破碎时所使用的分散装置,可列举混合被覆法中例示过的分散装置。在溶胶-凝胶被覆法的情况下,也与混合被覆法的情况同样,在通过劈开对剥片化层状物质施加强的剪切力时,有时剥片化层状物质的层数、厚度、粒径等与被覆前相比降低。

水解性硅烷化合物是具有通过水解生成硅烷醇(Si-OH)基的基团的硅烷化合物,硅烷醇基进行脱水缩合而生成硅氧烷基。水解性硅烷化合物除了考虑导入到具有有机基团的聚硅氧烷化合物中的有机基团以外,考虑具有水解性基团及有机基团的聚硅氧烷化合物的结构而进行选择即可。

作为水解性硅烷化合物的水解性基团,可列举:甲氧基甲硅烷基、乙氧基甲硅烷基、丙氧基甲硅烷基、甲氧基乙氧基甲硅烷基等烷氧基甲硅烷基;氯硅烷基、溴硅烷基等卤素硅烷基;乙酰氧基甲硅烷基等酰氧基甲硅烷基;二甲氨基甲硅烷基、环己基氨基甲硅烷基等氨基甲硅烷基等。其中,从对装置的腐蚀少、水解反应快、工业上获取容易的方面出发,优选烷氧基甲硅烷基,进一步优选甲氧基甲硅烷基、乙氧基甲硅烷基。

在本发明中,关于水解性硅烷化合物,根据有机基团及水解性基团的数量,将有机基团为3个且水解性基团为1个的称为M型硅烷化合物,将有机基团为2个且水解性基团为2个的称为D型硅烷化合物,将有机基团为1个且水解性基团为3个的称为T型硅烷化合物,将水解性基团为4个的称为Q型硅烷化合物。通过溶胶-凝胶反应所获得的具有有机基团的聚硅氧烷化合物的结构因所使用的水解性硅烷化合物的水解性基团的数量而受到较大影响。例如,在仅使用D型硅烷化合物时,可获得高分子量且直链状的具有有机基团的聚硅氧烷化合物,在仅使用T型硅烷化合物时,可获得笼状的具有有机基团的聚硅氧烷化合物。作为溶胶-凝胶被覆法中使用的水解性硅烷化合物,从能够在剥片化层状物质上形成高分子量的具有有机基团的聚硅氧烷化合物的被膜的方面出发,优选D型硅烷化合物,在组合使用不同类型的水解性硅烷化合物时,优选至少1种为D型硅烷化合物。作为优选的D型硅烷化合物,可列举二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基苯基二甲氧基硅烷、甲基苯基二乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷等。

在溶胶-凝胶被覆法中,在剥片化层状物质二次粒子经破碎而以一次粒子的状态分散的水中,添加水解性硅烷化合物,产生溶胶-凝胶反应,在剥片化层状物质的表面形成具有有机基团的聚硅氧烷化合物的被膜。所使用的水可为单独的水,也可为包含甲醇、乙醇、异丙醇等可溶于水的溶剂的水。另外,为了促进反应,所使用的水也可包含下述成分作为催化剂:盐酸、磷酸、硫酸等无机酸类;甲酸、乙酸、草酸、柠檬酸、甲磺酸、苯磺酸等有机酸类;氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氨等无机碱类等。溶胶-凝胶反应的温度根据水解性硅烷化合物的种类、催化剂的种类及量等而变化,但优选为5~50℃,进一步优选为8~30℃。

溶胶-凝胶反应结束后,根据需要进行过滤、清洗后,进行干燥,干燥方法并无特别限定,使用加热干燥、减压干燥、喷雾干燥、冷冻干燥等方法,或组合使用这些方法即可。另外,本发明的复合材料也可根据需要进行粉碎、造粒。

本发明的复合材料利用具有有机基团的聚硅氧烷化合物被覆剥片化层状物质的表面,由此不产生剥片化层状物质的凝聚,从而大幅度地改善在基材中的分散性。由此,能够提高利用剥片化层状物质的物性的改善效果,例如导电性、散热性、机械物性(耐冲击性、弯曲强度、压缩强度等)等。本发明的复合材料可合适地应用于合成树脂等树脂、弹性体、涂料等的添加剂;电池用电极的导电性添加剂等用途。

[树脂组合物]

本发明的树脂组合物含有本发明的复合材料及合成树脂。作为可优选地用于本发明的树脂组合物的合成树脂,可列举:酚醛树脂、环氧树脂、三聚氰胺树脂、尿素树脂、醇酸树脂、PET树脂、PBT树脂、聚碳酸酯树脂、聚缩醛树脂、改性聚苯醚树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、聚酰亚胺酰胺、聚醚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、氟系树脂、ABS树脂、AS树脂、丙烯酸树脂、硅酮等,本发明的复合材料特别是在硅酮树脂中的分散性良好。

在本发明的树脂组合物的树脂为热塑性树脂时,与其他添加剂同样,只要在混炼树脂与添加剂的工序中配合本发明的复合材料即可,在热固性树脂的情况下,只要在未固化的树脂中配合本发明的复合材料后使树脂固化即可。例如,在含有本发明的复合材料及硅酮树脂的树脂组合物的情况下,只要在未固化的硅酮树脂组合物中与其他添加剂一起配合本发明的复合材料后,通过加热等方法使其固化即可。作为未固化的硅酮树脂组合物,例如可列举:包含具有氢甲硅烷基(SiH基)的聚硅氧烷化合物、具有乙烯基(CH2=CH-基)的聚硅氧烷化合物及氢甲硅烷化催化剂的加成固化型组合物;包含具有甲基甲硅烷基(Si-CH3基)的聚硅氧烷化合物及过氧化物催化剂的缩合固化型组合物;包含具有甲基甲硅烷基的聚硅氧烷化合物、具有乙烯基甲硅烷基的聚硅氧烷化合物及过氧化物催化剂的缩合固化型组合物;包含水解-缩合型聚硅氧烷化合物的湿气固化型组合物、包含含有(甲基)丙烯基的聚硅氧烷化合物的光固化型组合物等。

本发明的复合材料的添加量根据树脂的种类、所要求的物性而不同,但相对于合成树脂100质量份,本发明的复合材料优选为1~150质量份,更优选为2~100质量份。

在本发明的树脂组合物中,优选使用硅酮树脂作为树脂的树脂组合物。这样的树脂组合物耐热性优异,因而例如可优选地用作半导体的密封材料、散热片等。

实施例

以下,通过实施例及比较例进一步详细地说明本发明。但是,本发明并不受以下实施例等的任何限制。

在以下的实施例等中,剥片化层状物质的平均厚度是使用通过扫描型电子显微镜拍摄的SEM图像进行测定的任意30个剥片化层状物质的厚度的平均值。另外,剥片化层状物质的平均面积是使用将剥片化层状物质的稀薄分散液滴于滤纸上、并通过显微镜拍摄剥片化层状物质而获得的图像进行测定的任意50个剥片化层状物质的面积的平均值。

[制造例1]

根据国际公开第2013/172350号所记载的实施例1,从天然石墨制备剥片化层状物质A1。即,将1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐74质量份、及聚乙二醇(富士胶片和光纯药制造、产品名:聚乙二醇20000)26质量份混合并加热溶解,使天然石墨(富士胶片和光纯药制造)10质量份分散于其中。将该分散液0.6g采集至0.5cm3的小瓶中,盖上盖后,使用微波合成装置(Biotage Japan制造的Initiator+),在170℃下对分散液照射30分钟2450MHz的微波。之后,过滤分散液,用丙酮进行清洗,并用烘箱进行加热干燥,由此获得来自天然石墨的剥片化层状物质A1。剥片化层状物质A1的平均厚度为123nm,平均面积为11.6μm2

[制造例2]

使用膨胀化石墨(株式会社伊藤石墨工业制造、商品名:EC1500)来代替天然石墨,除此以外,进行与制造例1相同的操作,获得来自膨胀化石墨的剥片化层状物质A2。剥片化层状物质A2的平均厚度为30nm,平均面积为1.4μm2

[制造例3]

使用氮化硼(Aldrich公司制造)来代替天然石墨,除此以外,进行与制造例1相同的操作,获得来自氮化硼的剥片化层状物质A3。剥片化层状物质A3的平均厚度为183nm,平均面积为10.3μm2

[实施例1~9及比较例1]

以表1所示的质量比将上述剥片化层状物质、下述被覆物质及溶剂放入珠磨机(寿工业制造、商品名:UAM-015),进行剥片化层状物质的二次粒子的破碎处理,通过加热减压干燥除去溶剂,制造实施例1~9及比较例1的复合材料。

在表1中,括号内的数字表示质量比,溶剂的MEK表示甲基乙基酮。比较例1是使用聚乙烯醇作为被覆物质的实验例,但因其为粉状且不溶解于甲基乙基酮,所以仅使用水作为溶剂。

<被覆物质>

B1:二苯基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物

(苯基含量:31质量%、Gelest公司制造、商品名:PDM-1922)

B2:苯基甲基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物

(苯基含量:10质量%、Gelest公司制造、商品名:PMM-1015)

B3:苯基甲基硅氧烷聚合物

(苯基含量:56质量%、Gelest公司制造、商品名:PMM-0021)

B4:硅烷醇封端的二苯基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物

(苯基含量:26质量%、Gelest公司制造、商品名:PDS-1615)

B5:乙烯基封端的二苯基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物

(苯基含量:22质量%、AB Specialty Silicones制造、商品名:AndisilSF2430CV)

C1:聚乙烯醇(株式会社kuraray制造、商品名:PVA217)

表1

[实施例10]

使用70质量份的剥片化层状物质A1及1400质量份的水,并使用珠磨机(寿工业制造、商品名:UAM-015),进行剥片化层状物质的二次粒子的破碎处理。将剥片化层状物质的分散液147质量份、二甲基二乙氧基硅烷4质量份、二苯基二甲氧基硅烷1.2质量份、及85%磷酸0.05质量份放入玻璃制容器中,在10℃下搅拌3小时,接着在30℃下搅拌小时,制造了实施例10的复合材料。此外,实施例10的具有有机基团的聚硅氧烷化合物的苯基含量为25质量%。

[树脂组合物的制作]

使用行星式搅拌脱泡装置,混合表2所示的复合材料或剥片化层状物质10质量份或30质量份、加成固化型硅酮树脂(信越化学工业制造、商品名:KE-109E-A/B)100质量份。将该混合物在温度100℃、压力5MPa下加热1小时,使其热压固化,制作厚度2mm的片状树脂组合物,即实施例11~21及比较例2~5的树脂片材。

[分散性的评价]

使用低温切片机切断所制作的树脂片材,并使用显微镜拍摄剖面的中央部,通过图像解析软件测定每300μm×300μm的凝聚物数量及凝聚物比。再者,凝聚物数量是使面积40μm2以上的粒子成为凝聚物时的数量,凝聚物比是凝聚物的面积的合计相对于全部粒子的面积的合计的比(%)。凝聚物数量越多,凝聚物比越大,表示凝聚物的比例越多。将结果示于表2。

表2

比较例4、5的树脂片材是使用来自剥片化层状物质A1的复合材料的例子,实施例11~19及比较例2~3的树脂片材是使用来自剥片化层状物质A1的复合材料的例子,实施例20的树脂片材是使用来自剥片化层状物质A2的复合材料的例子,实施例21的树脂片材是使用来自剥片化层状物质A3的复合材料的例子。通过具有有机基团的聚硅氧烷化合物被覆剥片化层状物质A1的实施例11~19的树脂片材与未被覆的比较例4~5相比,分散性提高。通过聚乙烯醇被覆的比较例2~3的树脂片材与未被覆的比较例4~5的树脂片材相比,分散性降低,可知根据被覆物质的不同,分散性具有较大差异。

[机械物性的评价]

将所制作的树脂片材加工成哑铃状(2号),根据JIS K6251(硫化橡胶及热塑性橡胶-拉伸特性的求出方法),测定拉伸应变。将结果示于表3。

[电特性的评价]

根据JIS K7194(导电性塑料的利用4探针法的电阻率试验方法),通过4探针法测定表面电阻值。将结果示于表3。

表3

通过具有有机基团的聚硅氧烷化合物被覆石墨系剥片化层状物质的表面的实施例13~18的树脂片材与通过聚乙烯醇被覆的比较例3及未被覆的比较例5的树脂片材相比,拉伸应变更大,表面电阻率更低。推定这是由在树脂中的分散性的影响所导致的。

通过具有有机基团的聚硅氧烷化合物被覆氮化硼系剥片化层状物质的表面的实施例21的树脂片材与未被覆的比较例6的树脂片材相比,拉伸应变更大。推定这是由在树脂中的分散性的影响所导致的。表面电阻率未见差异,推定是因为氮化硼的导电性原本就低。

产业上的可利用性

根据本发明,剥片化层状物质在树脂等中的分散性提高,所获得的树脂组合物的韧性、伸缩性、耐冲击性等物性大幅度提高。

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