JP2010265387A - Method for producing carbon nano composite resin material - Google Patents

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Makoto Kozuka
誠 小塚
Yoshitoshi Yamagiwa
佳年 山極
Yukihiko Takahashi
幸彦 高橋
Yasuhiko Tatewaki
康彦 帯刀
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a production method by which a satisfactory carbon nano composite resin material can be stably and more easily obtained. <P>SOLUTION: ST01: A resin material (A), a carbon nano material (B) and a higher fatty acid metal soap (C) are prepared in prescribed amounts. ST02: The resin material and the carbon nano material are put in a mixer and mixed while a temperature for softening the whole surface of the resin material is maintained. Thereby, a mixture 10 can be obtained. ST03: The obtained mixture 10 is kneaded by using a kneader to obtain the carbon nano composite resin material 15 having e.g. a pellet shape. The higher fatty acid metal soap (C) known as a fluidization promotor of a resin is used as a dispersant. Flocculation of the carbon nano material can be suppressed by using the higher fatty acid metal soap (C) as the dispersant and thus mechanical properties can be improved. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、樹脂成形に供される素材としてのカーボンナノ複合樹脂材料を製造する技術に関する。   The present invention relates to a technique for producing a carbon nanocomposite resin material as a material used for resin molding.

カーボンナノ材料の代表例であるカーボンナノファイバは、六角網目状に配列した炭素原子のシートを筒状に巻いた形態のものであり、直径が1.0nm(ナノメートル)〜150nmであり、ナノレベルであるため、カーボンナノファイバ(又は、カーボンナノチューブ)と呼ばれる。なお、アスペクト比は100以上である。   A carbon nanofiber, which is a representative example of the carbon nanomaterial, has a form in which a sheet of carbon atoms arranged in a hexagonal network is wound in a cylindrical shape, and has a diameter of 1.0 nm (nanometer) to 150 nm. Because it is a level, it is called a carbon nanofiber (or carbon nanotube). The aspect ratio is 100 or more.

このようなカーボンナノ材料を、樹脂材料に添加して樹脂製品の機械的性質の改善、電気的性質の改善などが行われるようになってきた。
ただし、カーボンナノ材料は、μmサイズのカーボン材料に比較して格段に微細であるため、凝集しやすく扱いにくい。そこで、従来、メカニカルアロイ法と呼ばれる機械式撹拌により、樹脂粒子の表面にカーボンナノ材料を付着させることが提案された(例えば、特許文献1(図1、図2)参照。)。
Such carbon nanomaterials have been added to resin materials to improve the mechanical properties and electrical properties of resin products.
However, since the carbon nanomaterial is much finer than the carbon material of μm size, it is easy to aggregate and difficult to handle. Therefore, conventionally, it has been proposed to attach a carbon nanomaterial to the surface of resin particles by mechanical stirring called a mechanical alloy method (see, for example, Patent Document 1 (FIGS. 1 and 2)).

特許文献1の技術を図面に基づいて説明する。
図8は従来の製造フロー図であり、ST××はステップ番号を示す。
ST101:先ず、樹脂材料及びカーボンナノ材料を所定量準備する。樹脂材料は、粉末や粒状物など表面積が大きな形態の材料が望ましい。
ST102:樹脂材料及びカーボンナノ材料を混合器に入れ、樹脂材料の表面全体が軟化する温度に保ちつつ混合する。これで、混合物を得ることができる。
The technique of patent document 1 is demonstrated based on drawing.
FIG. 8 is a conventional manufacturing flow diagram, where STxx indicates a step number.
ST101: First, a predetermined amount of resin material and carbon nanomaterial are prepared. The resin material is preferably a material having a large surface area such as powder or granular material.
ST102: The resin material and the carbon nanomaterial are put into a mixer and mixed while maintaining a temperature at which the entire surface of the resin material is softened. Thus, a mixture can be obtained.

樹脂材料の表面全体が軟化する温度は、樹脂材料がポリプロピレンであれば、その融点温度は160〜170℃であり、加熱温度は140〜160℃とする。また、樹脂材料がPET(ポリエチレンテレフタレート)であれば、その融点温度は253〜265℃であり、加熱温度は200〜210℃とする。   If the resin material is polypropylene, the temperature at which the entire surface of the resin material softens is 160 to 170 ° C., and the heating temperature is 140 to 160 ° C. Further, if the resin material is PET (polyethylene terephthalate), the melting point temperature is 253 to 265 ° C, and the heating temperature is 200 to 210 ° C.

図9は従来の方法で得た混合物の模式図であり、混合物110は、樹脂材料111の表面に無数のカーボンナノ材料112が付着したものである。この形態であれば、カーボンナノ材料112同士が接触し、凝集することは避けられる。   FIG. 9 is a schematic view of a mixture obtained by a conventional method. In the mixture 110, an infinite number of carbon nanomaterials 112 are attached to the surface of the resin material 111. If it is this form, it will be avoided that the carbon nanomaterial 112 contacts and aggregates.

得られた混合物110を射出成形機に投入し、射出成形を行い、得られた成形品の引張強さを測定したところ、次の結果が得られた。
図10は混合時間と引張強さの関係を示すグラフであり、混合(撹拌)開始から5時間までは混合時間の増加と共に引張強さが増加した。しかし、それ以降は、逆に引張強さが減少した。混合時間が延びたため、カーボンナノ材料が切断され、繊維長さが失われたことに起因すると想定される。最適混合時間は、樹脂材料の種類、カーボンナノ材料の添加割合などにより変化することが考えられ、最適値に合わせるには熟練を要する。すなわち、特許文献1の技術では、高度な作業形態が必要となる。
When the obtained mixture 110 was put into an injection molding machine, injection molding was performed, and the tensile strength of the obtained molded product was measured, the following results were obtained.
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the mixing time and the tensile strength. From the start of mixing (stirring) to 5 hours, the tensile strength increased with increasing mixing time. However, the tensile strength decreased after that. It is assumed that due to the increased mixing time, the carbon nanomaterial was cut and the fiber length was lost. It is conceivable that the optimum mixing time varies depending on the type of the resin material, the addition ratio of the carbon nanomaterial, etc., and skill is required to match the optimum value. That is, the technique of Patent Document 1 requires an advanced work form.

生産性を考慮すると、より平易な方法で安定的に良品の混合物(カーボンナノ複合樹脂材料)を得ることができる製造方法が求められる。   In consideration of productivity, a production method that can stably obtain a good product mixture (carbon nanocomposite resin material) by a simpler method is required.

特開2005−298553公報JP 2005-298553 A

本発明は、より平易な方法で安定的に良品のカーボンナノ複合樹脂材料を得ることができる製造方法を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a production method capable of stably obtaining a good carbon nanocomposite resin material by a simpler method.

請求項1に係る発明は、樹脂成形に供される素材としてのカーボンナノ複合樹脂材料を製造する方法であって、
アリール基及びカルボニル基を有する樹脂材料(A)と、カーボンナノ材料(B)と、遷移金属塩を主体とする高級脂肪酸金属石けん(C)と、を準備する工程と、
前記樹脂材料(A)に、前記カーボンナノ材料(B)及び前記高級脂肪酸金属石けん(C)を混合して混合物を得る混合工程と、
得られた混合物を、混練機により混練してカーボンナノ複合樹脂材料を得る成形工程と、からなることを特徴とする。
The invention according to claim 1 is a method for producing a carbon nanocomposite resin material as a material used for resin molding,
Preparing a resin material (A) having an aryl group and a carbonyl group, a carbon nanomaterial (B), and a higher fatty acid metal soap (C) mainly composed of a transition metal salt;
A mixing step of mixing the resin material (A) with the carbon nanomaterial (B) and the higher fatty acid metal soap (C) to obtain a mixture;
The obtained mixture is kneaded with a kneader to obtain a carbon nanocomposite resin material, and is characterized by comprising a molding step.

請求項2に係る発明では、樹脂材料(A)は、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、芳香族ポリエーテルケトン樹脂の1つ又は複数からなることを特徴とする。   The invention according to claim 2 is characterized in that the resin material (A) is composed of one or more of a polycarbonate resin, a polyester resin, an acrylic resin, and an aromatic polyether ketone resin.

請求項3に係る発明では、樹脂材料(A)は、粉末であることを特徴とする。   The invention according to claim 3 is characterized in that the resin material (A) is a powder.

請求項4に係る発明は、混合工程では、前記樹脂材料(A)の表面に前記カーボンナノ材料(B)が付着するように加熱することを特徴とする。   The invention according to claim 4 is characterized in that in the mixing step, heating is performed so that the carbon nanomaterial (B) adheres to the surface of the resin material (A).

請求項5に係る発明では、高級脂肪酸金属石けん(C)は、亜鉛を含むことを特徴とする。   The invention according to claim 5 is characterized in that the higher fatty acid metal soap (C) contains zinc.

請求項6に係る発明では、高級脂肪酸金属石けん(C)は、100ppm〜1000ppm相当量が混合されることを特徴とする。   The invention according to claim 6 is characterized in that the higher fatty acid metal soap (C) is mixed in an amount equivalent to 100 ppm to 1000 ppm.

請求項1に係る発明では、混合工程で、樹脂材料(A)とカーボンナノ材料(B)とに、高級脂肪酸金属石けん(C)を混合させた。高級脂肪酸金属石けん(C)を分散剤として使用することにより、カーボンナノ材料の凝集を抑制することができ、機械的性質の改善を図ることができる。すなわち、樹脂の流動化促進剤として知られる高級脂肪酸金属石けん(C)を本発明では分散剤としたことに用途上の特徴がある。   In the invention which concerns on Claim 1, higher fatty acid metal soap (C) was mixed with the resin material (A) and the carbon nanomaterial (B) at the mixing process. By using the higher fatty acid metal soap (C) as a dispersant, aggregation of the carbon nanomaterial can be suppressed and mechanical properties can be improved. That is, the higher fatty acid metal soap (C) known as a resin fluidization accelerator is used as a dispersant in the present invention.

そして、従来のメカニカルアロイ法であれば、5〜10時間の撹拌が必要であるが、本発明によれば、30分程度の混合で済ませることができ、生産性の向上が図れる。
すなわち、より平易な方法で安定的に良品のカーボンナノ複合樹脂材料を得ることができる。
And if it is the conventional mechanical alloy method, stirring for 5 to 10 hours is required, but according to this invention, it can be completed by mixing for about 30 minutes, and the improvement of productivity can be aimed at.
That is, a non-defective carbon nanocomposite resin material can be stably obtained by a simpler method.

請求項2に係る発明では、樹脂材料(A)は、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、芳香族ポリエーテルケトン樹脂の1つ又は複数とした。これらの樹脂は何れもアリール基及びカルボニル基を有し、高級脂肪酸金属石けんと金属錯体を形成する。そして、これらの樹脂は、入手が容易で安価であるため、カーボンナノ複合樹脂材料の低コスト化に貢献する。   In the invention according to claim 2, the resin material (A) is one or more of a polycarbonate resin, a polyester resin, an acrylic resin, and an aromatic polyether ketone resin. Each of these resins has an aryl group and a carbonyl group, and forms a metal complex with a higher fatty acid metal soap. Since these resins are easily available and inexpensive, they contribute to the cost reduction of the carbon nanocomposite resin material.

請求項3に係る発明では、粉末の樹脂材料(A)を採用する。粉末であれば、表面にカーボンナノ材料を均等に分散して配置することができる。   In the invention which concerns on Claim 3, a powdered resin material (A) is employ | adopted. If it is powder, the carbon nanomaterial can be uniformly dispersed on the surface.

請求項4に係る発明は、混合工程では、樹脂材料(A)の表面にカーボンナノ材料(B)が付着するように加熱する。樹脂材料の表面にカーボンナノ材料を融着させることができ、両者の結合性を強固にすることができる。   In the invention according to claim 4, in the mixing step, heating is performed so that the carbon nanomaterial (B) adheres to the surface of the resin material (A). The carbon nanomaterial can be fused to the surface of the resin material, and the bondability between the two can be strengthened.

請求項5に係る発明では、高級脂肪酸金属石けん(C)は、亜鉛を含む。亜鉛であれば入手が容易であり安価である。   In the invention according to claim 5, the higher fatty acid metal soap (C) contains zinc. Zinc is easy to obtain and inexpensive.

請求項6に係る発明では、高級脂肪酸金属石けん(C)は、100ppm〜1000ppm相当量を混合する。100ppm未満では分散作用が不足し凝集が起こり、機械的性質等が低下する。また、1000ppm超では分散作用は十分であるが、樹脂の特性が失われ機械的性質等が低下する。そこで、高級脂肪酸金属石けん(C)は、100ppm〜1000ppm相当量とすることが望まれる。   In the invention according to claim 6, the higher fatty acid metal soap (C) is mixed in an amount equivalent to 100 ppm to 1000 ppm. If it is less than 100 ppm, the dispersing action is insufficient, aggregation occurs, and the mechanical properties and the like deteriorate. On the other hand, if it exceeds 1000 ppm, the dispersing action is sufficient, but the resin properties are lost and the mechanical properties and the like deteriorate. Therefore, it is desirable that the higher fatty acid metal soap (C) has an equivalent amount of 100 ppm to 1000 ppm.

本発明に係る製造フロー図である。It is a manufacturing flow figure concerning the present invention. 本発明の製造に用いる混合装置の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the mixing apparatus used for manufacture of this invention. 混合装置を射出機構に適用した例を示す図である。It is a figure which shows the example which applied the mixing apparatus to the injection mechanism. ステアリン酸亜鉛の添加量と引張強さの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the addition amount of zinc stearate, and tensile strength. ステアリン酸亜鉛の添加量と伸びの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the addition amount of zinc stearate, and elongation. ステアリン酸亜鉛の添加量と分散率の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the addition amount of a zinc stearate, and a dispersion rate. ステアリン酸亜鉛の分散作用を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the dispersion | distribution effect | action of a zinc stearate. 従来の製造フロー図である。It is a conventional manufacturing flowchart. 従来の方法で得た混合物の模式図である。It is a schematic diagram of the mixture obtained by the conventional method. 従来の方法における混合時間と引張強さの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the mixing time and the tensile strength in the conventional method.

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The drawings are viewed in the direction of the reference numerals.

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図1は本発明に係る製造フロー図であり、ST××はステップ番号を示す。
ST01:先ず、樹脂材料(A)、カーボンナノ材料(B)及び高級脂肪酸金属石けん(C)を所定量準備する。樹脂材料(A)は、粉末や粒状物など表面積が大きな形態の材料が望ましい。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a manufacturing flow diagram according to the present invention, where STxx indicates a step number.
ST01: First, a predetermined amount of resin material (A), carbon nanomaterial (B), and higher fatty acid metal soap (C) are prepared. The resin material (A) is preferably a material having a large surface area such as a powder or a granular material.

樹脂材料(A)は、アリール基及びカルボニル基を有する樹脂であれば種類は問わない。このような樹脂には、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、芳香族ポリエーテルケトン樹脂がある。このうちの一つ又は複数を混合して使用することができる。   The resin material (A) is not limited as long as it is a resin having an aryl group and a carbonyl group. Such resins include polycarbonate resins, polyester resins, acrylic resins, and aromatic polyether ketone resins. One or more of these can be mixed and used.

カーボンナノ材料(B)は、ナノサイズのカーボン材料であれば種類は問わない。このような材料には、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、フラーレンがある。   The carbon nanomaterial (B) may be of any type as long as it is a nanosize carbon material. Such materials include carbon nanotubes, carbon nanofibers, and fullerenes.

高級脂肪酸金属石けん(C)は、炭素数が12以上の高級脂肪酸と、遷移金属との結合体であれば種類は問わない。高級脂肪酸には、ステアリン酸、オレフィン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチル酸がある。遷移金属には、マンガン、銅、亜鉛が挙げられる。なかでもステアリン酸亜鉛は、亜鉛が安価で入手容易であるため、使用に適している。   The higher fatty acid metal soap (C) is not limited as long as it is a conjugate of a higher fatty acid having 12 or more carbon atoms and a transition metal. Higher fatty acids include stearic acid, olefinic acid, lauric acid, myristic acid, and palmitic acid. Transition metals include manganese, copper, and zinc. Among these, zinc stearate is suitable for use because zinc is inexpensive and readily available.

ST02:樹脂材料及びカーボンナノ材料を混合装置(図2、符号20)に入れ、樹脂材料の表面全体が軟化する温度に保ちつつ混合する。これで、混合物10を得ることができる。   ST02: The resin material and the carbon nanomaterial are put into a mixing apparatus (FIG. 2, reference numeral 20) and mixed while maintaining a temperature at which the entire surface of the resin material is softened. Thus, the mixture 10 can be obtained.

ST03:得られた混合物10を、混練機により混練して、例えばペレット形状のカーボンナノ複合樹脂材料15を得る。混練機は、1本又は2本のスクリューを筒内で回転させて、混合物10を混練しながら圧縮する、一軸又は二軸スクリュー式混練機が好適である。   ST03: The obtained mixture 10 is kneaded by a kneader to obtain, for example, a pellet-shaped carbon nanocomposite resin material 15. The kneading machine is preferably a single-screw or twin-screw kneader that rotates one or two screws in a cylinder and compresses the mixture 10 while kneading.

以上に述べた製造フローを実施するために好適な混合装置20を次に説明する。
図2に示すように、混合装置20は、樹脂材料11の投入口21並びにカーボンナノ材料12及び高級脂肪酸金属石けん13の投入口22を備えた蓋23を有するホッパ形状の容器24と、この容器24に貼り付けたヒータ25と、このヒータ25に被せた保温材26と、容器24の内部温度を計測するために容器24に設けた温度センサ27と、この温度センサ27で検出した温度が所定温度になるようにヒータ25の出力を制御する温度制御部28と、容器24内の材料を撹拌して混合する撹拌手段30と、からなる。
Next, a mixing device 20 suitable for carrying out the manufacturing flow described above will be described.
As shown in FIG. 2, the mixing device 20 includes a hopper-shaped container 24 having a lid 23 provided with an inlet 21 for the resin material 11 and an inlet 22 for the carbon nanomaterial 12 and the higher fatty acid metal soap 13, and the container. A heater 25 affixed to the heater 24, a heat insulating material 26 placed on the heater 25, a temperature sensor 27 provided in the container 24 for measuring the internal temperature of the container 24, and a temperature detected by the temperature sensor 27 is predetermined. The temperature control part 28 which controls the output of the heater 25 so that it may become temperature, and the stirring means 30 which stirs and mixes the material in the container 24 are comprised.

撹拌手段30は、蓋23にモータ軸31が下向きになるように取付けた撹拌モータ32と、蓋23に設けた軸受リング33に下から挿入する回転軸34と、この回転軸34の途中に設けたボス35と、ボス35から放射方向へ突出した撹拌羽根36と、容器24の底部を撹拌する下部撹拌羽根38と、回転軸34の下端を回転自在に支持するために容器24から延ばした軸支持ブラケット37とからなる。50は断熱構造体であり、必須要素ではないが、回転軸34に介在させることが望ましい。   The stirring means 30 includes a stirring motor 32 attached to the lid 23 so that the motor shaft 31 faces downward, a rotating shaft 34 inserted from below into a bearing ring 33 provided on the lid 23, and provided in the middle of the rotating shaft 34. Boss 35, stirring blade 36 protruding radially from boss 35, lower stirring blade 38 for stirring the bottom of container 24, and shaft extending from container 24 to rotatably support the lower end of rotating shaft 34 And a support bracket 37. Reference numeral 50 denotes a heat insulating structure, which is not an essential element, but is desirably interposed on the rotating shaft 34.

以上の構成からなる混合装置20の作用を次に述べる。
先ず、ヒータ25に通電し、温度制御部28で制御することで、容器24の内部温度を樹脂材料の表面全体が軟化する温度に保つ。
この状態で、撹拌モータ32を始動し、回転軸34、撹拌羽根36及び下部撹拌羽根38を所定の速度で連続的に回す。弁41、42、43は閉じておく。
The operation of the mixing apparatus 20 having the above configuration will be described next.
First, the heater 25 is energized and controlled by the temperature control unit 28 to maintain the internal temperature of the container 24 at a temperature at which the entire surface of the resin material is softened.
In this state, the stirring motor 32 is started, and the rotating shaft 34, the stirring blade 36, and the lower stirring blade 38 are continuously rotated at a predetermined speed. The valves 41, 42 and 43 are closed.

弁41を開いて投入口21から所定量の樹脂材料11を投入し、弁42を開いて投入口22から所定量のカーボンナノ材料12及び高級脂肪酸金属石けん13を投入し、弁41、42を閉じる。
撹拌羽根36及び下部撹拌羽根38で撹拌しつつ、ヒータ25で加熱することで、樹脂材料11の表面が軟化し、粘着性が増す。すると、カーボンナノ材料12が樹脂材料11の表面に付着する。必要に応じて、弁43を開けば、混合物10を落下させることができる。
The valve 41 is opened and a predetermined amount of the resin material 11 is introduced from the inlet 21. The valve 42 is opened and the predetermined amounts of the carbon nanomaterial 12 and the higher fatty acid metal soap 13 are introduced from the inlet 22. close.
Heating with the heater 25 while stirring with the stirring blade 36 and the lower stirring blade 38 softens the surface of the resin material 11 and increases the adhesiveness. Then, the carbon nanomaterial 12 adheres to the surface of the resin material 11. If necessary, the mixture 10 can be dropped by opening the valve 43.

得られた混合物10は、混練機により混練してカーボンナノ複合樹脂材料(図1、符号15)を得ることを原則とする。カーボンナノ複合樹脂材料がペレットであれば、運搬、保管が容易である。ペレット状のカーボンナノ複合樹脂材料は、必要なときに射出成形機、圧縮成形機、押出し成形機などの樹脂成形機に供給することができる。   In principle, the obtained mixture 10 is kneaded by a kneader to obtain a carbon nanocomposite resin material (FIG. 1, reference numeral 15). If the carbon nanocomposite resin material is a pellet, it can be easily transported and stored. The pellet-like carbon nanocomposite resin material can be supplied to a resin molding machine such as an injection molding machine, a compression molding machine, or an extrusion molding machine when necessary.

しかし、得られた混合物10を、滞留させることなく、直ちに樹脂成形機へ供給することは差し支えない。この形態を次図で説明する。
図3は混合装置を射出機構に適用した例を示す図であり、樹脂の射出機構には各種あるが、その一つが予備可塑化(一般にプリプラと呼ぶ)方式の射出機構である。
プリプラ式射出機構70は、プリプラ筒体71にプリプラスクリュー72を内蔵したプリプラ部73と、射出筒74にプランジャ75を内蔵し、このプランジャ75を射出ラム76で前後進させるようにした射出部77とからなり、予めプリプラ部73で可塑化処理した材料を、射出部77で射出することができる射出機である。
However, the obtained mixture 10 may be immediately supplied to the resin molding machine without being retained. This form will be described with reference to the next figure.
FIG. 3 is a diagram showing an example in which the mixing apparatus is applied to an injection mechanism. There are various types of resin injection mechanisms, one of which is a pre-plasticizing (generally referred to as pre-plastic) type injection mechanism.
The pre-plastic injection mechanism 70 includes a pre-plastic portion 73 in which a pre-plastic screw 72 is built in a pre-plastic cylinder 71, and a plunger 75 in the injection cylinder 74, and an injection portion 77 in which the plunger 75 is moved forward and backward by an injection ram 76. The injection machine is capable of injecting the material plasticized in advance by the pre-plastic part 73 in the injection part 77.

プリプラ筒体71の基部に本発明の混合装置20を装着することで、樹脂材料11にカーボンナノ材料12を付着させた混合物を、直接的に射出機構70へ供給することができる。なお、射出機構70は、プリプラ式射出機構の他、スクリュー式射出機構であってもよく、樹脂の射出成形に使用される射出機構であれば、種類は問わない。   By attaching the mixing apparatus 20 of the present invention to the base of the pre-plastic cylinder 71, the mixture in which the carbon nanomaterial 12 is adhered to the resin material 11 can be supplied directly to the injection mechanism 70. The injection mechanism 70 may be a screw-type injection mechanism in addition to the pre-plastic injection mechanism, and may be of any type as long as it is an injection mechanism used for resin injection molding.

(実験例)
本発明に係る実験例を以下に述べる。なお、本発明は実験例に限定されるものではない。
○準備する材料:
・樹脂材料(A):PC(ポリカーボネート樹脂)の粉末
・カーボンナノ材料(B):樹脂材料(A)の3質量%
・高級脂肪酸金属石けん(C):ステアリン酸亜鉛、全体の100ppm、1000ppm又は3000ppm相当量
(Experimental example)
Experimental examples according to the present invention will be described below. Note that the present invention is not limited to experimental examples.
○ Materials to prepare:
-Resin material (A): PC (polycarbonate resin) powder-Carbon nanomaterial (B): 3% by mass of resin material (A)
Higher fatty acid metal soap (C): zinc stearate, equivalent to 100ppm, 1000ppm or 3000ppm of the whole

○混合:
上記樹脂材料(A)、カーボンナノ材料(B)及び高級脂肪酸金属石けん(C)を、混合装置に投入し、150℃、30分間の条件で撹拌混合を実施する。
○ Mixed:
The resin material (A), the carbon nanomaterial (B), and the higher fatty acid metal soap (C) are charged into a mixing apparatus and stirred and mixed at 150 ° C. for 30 minutes.

○乾燥:
試験片の作製の一環として、混合物を3時間にわたって乾燥させた。
○射出成形:
試験片の取得と混練工程とを兼ねて、射出成形機により、混練を実施し、試験片を得た。
○ Dry:
As part of making the specimen, the mixture was dried for 3 hours.
○ Injection molding:
The test piece was obtained and the kneading step was performed, and kneading was performed by an injection molding machine to obtain a test piece.

○機械的性質の評価:
試験片に破壊検査を施し、引張強さと伸びとを計測した。結果を図面に基づいて説明する。
図4に示すように、引張強さは、0〜100ppmの間で、ステアリン酸亜鉛の添加率の増加に比例して増加し、100〜1000ppmの間にピークがあり、1000〜3000ppmの間ではステアリン酸亜鉛の添加率の増加に対して減少した。
すなわち、100〜1000ppmで高い引張強さが得られる。
○ Evaluation of mechanical properties:
The specimen was subjected to destructive inspection, and the tensile strength and elongation were measured. A result is demonstrated based on drawing.
As shown in FIG. 4, the tensile strength increases in proportion to the increase in the addition rate of zinc stearate between 0 and 100 ppm, has a peak between 100 and 1000 ppm, and between 1000 and 3000 ppm. It decreased with increasing zinc stearate addition rate.
That is, a high tensile strength is obtained at 100 to 1000 ppm.

伸び(延ばし始めから破断までの間の伸び)は、図5に示すように、0〜100ppmの間で、ステアリン酸亜鉛の添加率の増加に比例して増加し、100〜〜3000ppmの間ではステアリン酸亜鉛の添加率の増加に対して減少した。100〜1000ppmで大きな伸びが得られた。   As shown in FIG. 5, the elongation (elongation from the beginning of elongation to break) increases in proportion to the increase in the zinc stearate addition rate between 0 and 100 ppm, and between 100 and 3000 ppm. It decreased with increasing zinc stearate addition rate. Large elongation was obtained at 100 to 1000 ppm.

○分散性:
試験片を破断し、破断面を金属顕微鏡で観察し、分散性を調べた。結果を次図で説明する。
ステアリン酸亜鉛は分散剤として機能するが、図6に示すように1000ppm付近に分散率のピークがあり、それ以上ではむしろ分散率が低下した。すなわち、100〜1000ppmで高い分散率が得られた。
○ Dispersibility:
The test piece was broken, the fracture surface was observed with a metal microscope, and the dispersibility was examined. The results are described in the next figure.
Zinc stearate functions as a dispersant, but as shown in FIG. 6, there was a peak of the dispersion rate in the vicinity of 1000 ppm, and the dispersion rate was rather lowered above that. That is, a high dispersion rate was obtained at 100 to 1000 ppm.

ステアリン酸亜鉛の分散作用は次のように説明することができる。
図7(a)に示すように、樹脂材料であるポリカーボネート81、81に、カーボンナノ材料82、82が混合され、これらにステアリング酸亜鉛83が介在している模式図を想定する。
The dispersing action of zinc stearate can be explained as follows.
As shown in FIG. 7A, a schematic diagram is assumed in which carbon nanomaterials 82 and 82 are mixed with polycarbonate 81 and 81, which are resin materials, and a steering acid zinc 83 is interposed therebetween.

ステアリング酸亜鉛83のZn(亜鉛)は基本的に直線型(手が2本)の錯体を形成するが弱い結合ながらも平面正方形(手が4本)の金属錯体を形成する。そのため、ポリカーボネート81のカルボキシル基の酸素の電子が亜鉛と錯体を形成し平面正方形となる。このとき、カーボンナノ材料82のベンゼン環とポリカーボネート81のベンゼン環が、π−πスタッキングを起こしポリカーボネート81の周りにカーボンナノ材料82が矢印(1)のように引かれる。
また、カーボンナノ材料82同士もπ−πスタッキングにより、矢印(2)のように互いに引き合う。矢印(2)はカーボンナノ材料82の凝集化を招く。
The zinc (zinc) of the steering acid zinc 83 basically forms a straight-line (two hands) complex, but forms a planar square (four hands) metal complex with weak bonds. Therefore, the oxygen electron of the carboxyl group of the polycarbonate 81 forms a complex with zinc and becomes a planar square. At this time, the benzene ring of the carbon nanomaterial 82 and the benzene ring of the polycarbonate 81 cause π-π stacking, and the carbon nanomaterial 82 is drawn around the polycarbonate 81 as indicated by an arrow (1).
Also, the carbon nanomaterials 82 are attracted to each other as indicated by an arrow (2) by π-π stacking. The arrow (2) causes the carbon nanomaterial 82 to aggregate.

一方、(b)に示すように、Zn(亜鉛)の周りに存在するC−C単結合とカーボンナノ材料82のベンゼン環との間で、矢印(3)のように反発力が働く。
この反発力は、矢印(1)、(2)で示した引き力よりも十分に大きい。そのため、ステアリング酸亜鉛83は、カーボンナノ材料82の凝集を有効に抑制する分散剤の役割を果たす。
On the other hand, as shown in (b), a repulsive force acts between the C—C single bond existing around Zn (zinc) and the benzene ring of the carbon nanomaterial 82 as shown by an arrow (3).
This repulsive force is sufficiently larger than the attractive force indicated by the arrows (1) and (2). Therefore, the steering acid zinc 83 serves as a dispersant that effectively suppresses aggregation of the carbon nanomaterial 82.

ステアリン酸亜鉛に代表される高級脂肪酸金属石けんは、炭素数が12以上の高級脂肪酸と、遷移金属との結合体であれば種類は問わない。高級脂肪酸には、ステアリン酸、オレフィン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチル酸がある。遷移金属には、マンガン、銅、亜鉛が挙げられる。なかでもステアリン酸亜鉛は、亜鉛が安価で入手容易であるため、特に使用に適している。   The higher fatty acid metal soap typified by zinc stearate is not limited as long as it is a conjugate of a higher fatty acid having 12 or more carbon atoms and a transition metal. Higher fatty acids include stearic acid, olefinic acid, lauric acid, myristic acid, and palmitic acid. Transition metals include manganese, copper, and zinc. Among these, zinc stearate is particularly suitable for use because zinc is inexpensive and readily available.

本発明は、樹脂成形に供される素材としてのカーボンナノ複合樹脂材料を製造する方法に好適である。   The present invention is suitable for a method for producing a carbon nanocomposite resin material as a material used for resin molding.

10…混合物、11…樹脂材料、12、82…カーボンナノ材料、13…高級脂肪酸金属石けん、15…カーボンナノ複合樹脂材料、20…混合装置、81…ポリカーボネート、83…ステアリン酸亜鉛。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Mixture, 11 ... Resin material, 12, 82 ... Carbon nano material, 13 ... Higher fatty acid metal soap, 15 ... Carbon nano composite resin material, 20 ... Mixing apparatus, 81 ... Polycarbonate, 83 ... Zinc stearate.

Claims (6)

樹脂成形に供される素材としてのカーボンナノ複合樹脂材料を製造する方法であって、
アリール基及びカルボニル基を有する樹脂材料(A)と、カーボンナノ材料(B)と、遷移金属塩を主体とする高級脂肪酸金属石けん(C)と、を準備する工程と、
前記樹脂材料(A)に、前記カーボンナノ材料(B)及び前記高級脂肪酸金属石けん(C)を混合して混合物を得る混合工程と、
得られた混合物を、混練機により混練してカーボンナノ複合樹脂材料を得る成形工程と、からなることを特徴とするカーボンナノ複合樹脂材料の製造方法。
A method for producing a carbon nanocomposite resin material as a material used for resin molding,
Preparing a resin material (A) having an aryl group and a carbonyl group, a carbon nanomaterial (B), and a higher fatty acid metal soap (C) mainly composed of a transition metal salt;
A mixing step of mixing the resin material (A) with the carbon nanomaterial (B) and the higher fatty acid metal soap (C) to obtain a mixture;
A method for producing a carbon nanocomposite resin material, comprising: a molding step of kneading the obtained mixture with a kneader to obtain a carbon nanocomposite resin material.
前記樹脂材料(A)は、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、芳香族ポリエーテルケトン樹脂の1つ又は複数からなることを特徴とする請求項1記載のカーボンナノ複合樹脂材料の製造方法。   2. The method for producing a carbon nanocomposite resin material according to claim 1, wherein the resin material (A) comprises one or more of a polycarbonate resin, a polyester resin, an acrylic resin, and an aromatic polyetherketone resin. 前記樹脂材料(A)は、粉末であることを特徴とする請求項1記載又は請求項2記載のカーボンナノ複合樹脂材料の製造方法。   The said resin material (A) is a powder, The manufacturing method of the carbon nano composite resin material of Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned. 前記混合工程では、前記樹脂材料(A)の表面に前記カーボンナノ材料(B)が付着するように加熱することを特徴とする請求項3記載のカーボンナノ複合樹脂材料の製造方法。   The method for producing a carbon nanocomposite resin material according to claim 3, wherein in the mixing step, heating is performed so that the carbon nanomaterial (B) adheres to the surface of the resin material (A). 前記高級脂肪酸金属石けん(C)は、亜鉛を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載のカーボンナノ複合樹脂材料の製造方法。   The said higher fatty acid metal soap (C) contains zinc, The manufacturing method of the carbon nano composite resin material of any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. 前記高級脂肪酸金属石けん(C)は、100ppm〜1000ppm相当量が混合されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載のカーボンナノ複合樹脂材料の製造方法。   The method for producing a carbon nanocomposite resin material according to any one of claims 1 to 5, wherein the higher fatty acid metal soap (C) is mixed in an amount equivalent to 100 ppm to 1000 ppm.
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