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JPH07309942A - Production of composite material - Google Patents

Production of composite material

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Publication number
JPH07309942A
JPH07309942A JP8479695A JP8479695A JPH07309942A JP H07309942 A JPH07309942 A JP H07309942A JP 8479695 A JP8479695 A JP 8479695A JP 8479695 A JP8479695 A JP 8479695A JP H07309942 A JPH07309942 A JP H07309942A
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Japan
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composite material
polyamide
composite
monomer
swelling agent
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JP8479695A
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Yoshiaki Fukushima
喜章 福嶋
Shinji Inagaki
伸二 稲垣
Arimitsu Usuki
有光 臼杵
Akane Okada
茜 岡田
Shigetoshi Sugiyama
繁利 杉山
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Toyota Central R&D Labs Inc
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Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

PURPOSE:To produce a composite material excellent in mechanical strengths and heat resistance. CONSTITUTION:A method for producing a composite material is provided which comprises the step of bringing a clay mineral having a cation-exchange capacity of 50-200 milliequivalents/100g into contact with a swelling agent comprising a 12C or higher org. cation having alkylene and carboxyl groups to ionically combine the mineral with the swelling agent to give a composite which is swollen by a monomer at the m.p. of the monomer or higher, the step. of mixing the composite with a polyamide monomer, and the step of polymerizing the resulting mixture by heating it to a specified temp. under the catalytic action of the swelling agent.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、機械的強度および耐熱
性に優れた複合材料の製造方法に関し、さらに詳しく
は、ポリアミドを含む樹脂組成物と粘土鉱物を構成する
珪酸塩層とがイオン結合を介して互いに結合し、それら
が均一に混合されてなり、樹脂のみの成形品よりも機械
的強度に優れた複合材料の製造方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a composite material having excellent mechanical strength and heat resistance. More specifically, a resin composition containing polyamide and a silicate layer constituting a clay mineral are ionically bonded. The present invention relates to a method for producing a composite material, which is bonded to each other via, and is uniformly mixed with each other, and is superior in mechanical strength to a molded product made of only resin.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、有機高分子材料の機械的特性
を改善する目的で、炭酸カルシウムや粘土鉱物、雲母等
の無機質材料の添加・混合が検討されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, the addition and mixing of inorganic materials such as calcium carbonate, clay minerals, and mica have been studied for the purpose of improving the mechanical properties of organic polymer materials.

【0003】しかし、これらの無機質材料は、添加・混
合した場合、有機高分子材料中での有機高分子母相との
間の結合が非常に弱いため、添加による脆化等の多くの
問題があり、また、無機質材料の添加量にも限界があ
る。この無機質材料と高分子材料との結合を強くする目
的で、該無機質材料のシランカップリング剤による処理
等が知られている。しかし、これらの方法により得られ
る有機高分子材料と無機質材料との結合は、ファンデル
ワールス結合によるものであって、両者の間のなじみを
良くする程度であり、補強効果や耐熱性改善のためには
充分のものとすることはできない。
However, when these inorganic materials are added and mixed, the bond between them and the organic polymer matrix phase in the organic polymer material is very weak, so that many problems such as embrittlement due to addition are caused. There is also a limit to the amount of addition of the inorganic material. For the purpose of strengthening the bond between the inorganic material and the polymer material, treatment of the inorganic material with a silane coupling agent is known. However, the bond between the organic polymer material and the inorganic material obtained by these methods is due to the Van der Waals bond, and is only to the extent that the compatibility between them is improved. Can't be enough.

【0004】これらの問題を解決するため、本出願人
は、先に、ポリアミドを含む樹脂と該ポリアミド中に分
散したアスペクト比の平均が5以上のひる石薄片とから
なる「ポリアミドを含む樹脂組成物」(特開昭57−8
3551号公報)を提案した。この組成物は、樹脂中に
アスペクト比(粒子の大きさ/厚さ)の大きいひる石薄
片を混入させることにより、有機高分子材料の機械的強
度を向上させようとするものである。
[0004] In order to solve these problems, the applicant of the present invention has previously stated that a "polyamide-containing resin composition" composed of a polyamide-containing resin and a vermiculite flakes having an average aspect ratio of 5 or more dispersed in the polyamide. Thing "(JP-A-57-8)
3551). This composition is intended to improve the mechanical strength of an organic polymer material by incorporating a vermiculite flakes having a large aspect ratio (particle size / thickness) into a resin.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この樹
脂組成物は、従来のものに比較して確かに機械的強度が
向上したが、ひる石薄片を得るために機械的粉砕を必要
とするため、充分なアスペクト比が得られない。しか
も、鉱物層と母相との結合力が弱いため、必要な強度を
得るには、脆化を犠牲にして添加量を多くする必要があ
った。
However, although this resin composition has certainly improved the mechanical strength as compared with the conventional one, it requires mechanical crushing to obtain vermiculite flakes. A sufficient aspect ratio cannot be obtained. Moreover, since the bond strength between the mineral layer and the matrix phase is weak, it was necessary to increase the amount of addition at the expense of embrittlement in order to obtain the required strength.

【0006】また、粘土鉱物の層間でポリアミドやポリ
スチレンなどの高分子を合成して複合材料を得ようとす
る試みがなされている(「高分子」,19,759,1
979; 「工業材料」,25,「3」,58,197
7)。しかし、これまでの方法では、有機高分子鎖が充
分には粘土鉱物の層間に侵入しないため、この層間距離
を拡大することができず、珪酸塩層と有機高分子とが均
一に、さらには、該珪酸塩の構成単位層が分子状に分散
することはなかった。また、このような場合には、層状
鉱物のアスペクト比を小さくするので、機械的強度向上
には逆効果になる。さらに、母相である高分子材料と層
間化合物との結合も充分ではないため、十分な補強効果
が得られなかった。
Attempts have also been made to synthesize polymers such as polyamide and polystyrene between layers of clay minerals to obtain composite materials ("Polymer", 19, 759, 1).
979; "Industrial materials", 25, "3", 58, 197.
7). However, in the conventional methods, since the organic polymer chain does not sufficiently penetrate between the layers of the clay mineral, it is not possible to increase the distance between the layers, and the silicate layer and the organic polymer are evenly formed, and further, The constituent unit layer of the silicate was not dispersed in a molecular form. Further, in such a case, since the aspect ratio of the layered mineral is reduced, it has an adverse effect on improving the mechanical strength. Furthermore, since the bond between the polymer material as the matrix and the intercalation compound is not sufficient, a sufficient reinforcing effect cannot be obtained.

【0007】また、少なくとも1個のアミノ基を含有し
かつラクタムの重合触媒作用を有する有機化合物をイオ
ン交換反応で粘土に結合せしめた粘土・有機複合体の存
在下でラクタムを重合せしめる「粘土・ポリアミド複合
体の製造方法」(特開昭51−109998号公報)が
提案されている。しかし、この粘土・ポリアミド複合体
の製造方法により得られた複合体は、樹脂中の粘土は何
れも結晶単位層ごとに分離されたものではなく、粘土層
の層間距離が小さいため、引張り強さがマトリックスと
しての樹脂の強度以下である。すなわち、例えばナイロ
ン6の引張り強さ以下である。従って、この方法により
得られる複合体は、強度機械的強度および耐熱性が不十
分であるという問題を有している。
[0007] Further, an organic compound containing at least one amino group and having a catalytic activity for lactam polymerization is bound to clay by an ion exchange reaction. A clay is prepared by polymerizing a lactam in the presence of an organic complex. A method for producing a polyamide composite "(JP-A-51-109998) is proposed. However, the composite obtained by this method for producing a clay-polyamide composite does not have the clay in the resin separated for each crystal unit layer, and the interlayer distance between the clay layers is small, so the tensile strength is Is less than the strength of the resin as the matrix. That is, for example, it is not more than the tensile strength of nylon 6. Therefore, the composite obtained by this method has a problem of insufficient mechanical strength and heat resistance.

【0008】すなわち、前記粘土・ポリアミド複合体の
製造方法は、粘土鉱物と「少なくとも1個のアミノ基を
含有し且つラクタムの重合触媒作用を有する有機化合
物」とを陽イオン交換して複合体を得る製造方法であ
り、有機化合物としては、ω−アミノカプロン酸、ナイ
ロン塩、ヘキサメチレンジアミン、アミノウンデカン酸
が例示され、実施例では、アミノカプロン酸、ナイロン
塩、アミノウンデカン酸が開示されている。すなわち、
この方法では炭素鎖の長さ(炭素数)が11以下の有機
化合物が用いられ、カルボン酸を含む「アミノウンデカ
ン酸塩酸塩水溶液」を用いて陽イオン交換して粘土を結
合せしめ、重合して得た6−ナイロンとの層間距離が最
大約57Åの複合体が開示されている。
That is, in the method for producing the clay-polyamide composite, the clay mineral and the "organic compound containing at least one amino group and having a lactam polymerization catalyst action" are cation-exchanged to form the composite. As the organic compound, ω-aminocaproic acid, nylon salt, hexamethylenediamine, and aminoundecanoic acid are illustrated as the organic compound, and in Examples, aminocaproic acid, nylon salt, and aminoundecanoic acid are disclosed. That is,
In this method, an organic compound having a carbon chain length (carbon number) of 11 or less is used, and cation exchange is performed using "aminoundecanoic acid hydrochloride aqueous solution" containing carboxylic acid to bind clay and polymerize. A composite having a maximum interlaminar distance of about 57Å with the resulting 6-nylon is disclosed.

【0009】しかし、この方法で用いている炭素数が1
1以下の有機化合物分子で交換した粘土鉱物は、親水的
であるため、イオン交換後の乾燥が通常の方法では、粘
土鉱物粒子の凝集が起こる。そのため、その後のナイロ
ンとの混合状態が不均一となり、その結果、重合後の膨
潤状態も不十分となり、機械的特性の向上は得られな
い。その結果、公報記載の実施例に示されるように、重
合して得た6−ナイロンとの層間距離が、約13Å(層
間隔6.2Å)、約20Å(層間隔13.1Å)、約5
7Å(層間隔50.6Å)と、最大でも約57Å程度の
ものしか得られない。
However, the carbon number used in this method is 1
Clay minerals exchanged with 1 or less organic compound molecules are hydrophilic, and therefore, when the drying after ion exchange is a usual method, clay mineral particles aggregate. Therefore, the subsequent mixing state with nylon becomes non-uniform, and as a result, the swelling state after polymerization becomes insufficient, and improvement in mechanical properties cannot be obtained. As a result, as shown in the examples described in the publication, the interlayer distance with the 6-nylon obtained by polymerization was about 13Å (layer spacing 6.2Å), about 20Å (layer spacing 13.1Å), about 5
Only 7Å (layer spacing 50.6Å), about 57Å at maximum, can be obtained.

【0010】従って、前記方法により得られた複合体
は、層間距離が57Å以下であるため、引張り強度がナ
イロン6の30〜80%程度のものしか得られない。こ
れより、前記方法では、「ナイロン6単独の成形品に比
べ引張強度は低下するけれども、単にナイロン6にモン
モリロナイトを添加したのみの成形品に比べ引張強度が
若干向上した程度の複合体」しか得ることができない。
Therefore, the composite obtained by the above method has an interlayer distance of 57 Å or less, so that only a tensile strength of 30 to 80% of nylon 6 can be obtained. From this, according to the above method, only "a composite having a lower tensile strength than a molded product of nylon 6 alone, but having a slightly improved tensile strength as compared with a molded product of simply adding montmorillonite to nylon 6" is obtained. I can't.

【0011】そもそも、従来より、ポリアミド中に粘土
を分散させハイブリッド化すると、もともとの樹脂より
も引張り強さ等の機械的強度が低下すると言われてい
る。前記特開昭51−109998号公報に開示された
方法により得られる複合体は、この従来の複合体の強度
低下を改善し、マトリックス樹脂単体で得られる成形体
の強度に近づけようとするものであり、換言すれば、何
れも複合化によりもともとの樹脂単体で得られる成形体
より機械的強度が低下するものである。このように上記
方法では、マトリックス樹脂単体で得られる成形体の強
度より優れた強度特性を有する複合体を得ることができ
ないないう問題を有している。
In the first place, it is conventionally said that when clay is dispersed in polyamide to form a hybrid, the mechanical strength such as tensile strength is lower than that of the original resin. The composite obtained by the method disclosed in JP-A-51-109998 aims to improve the strength reduction of this conventional composite and to approach the strength of the molded product obtained by the matrix resin alone. In other words, in other words, in each case, the mechanical strength is lower than that of the molded body obtained from the original resin alone by the compounding. As described above, the above method has a problem that it is not possible to obtain a composite having strength characteristics superior to the strength of the molded body obtained from the matrix resin alone.

【0012】そこで、本発明者らは、上述のごとき従来
技術の問題点を解決すべく鋭意研究し、各種の系統的実
験を重ねた結果、本発明を成すに至ったものである。
Therefore, the inventors of the present invention have earnestly studied to solve the problems of the prior art as described above, and as a result of various systematic experiments, the present invention has been accomplished.

【0013】(発明の目的)本発明の目的は、機械的強
度および耐熱性に優れた複合材料の製造方法を提供する
にある。本発明の他の目的は、マトリックスとしての樹
脂よりも優れた機械的強度や耐熱性を有する複合材料の
製造方法を提供するにある。
(Object of the Invention) An object of the present invention is to provide a method for producing a composite material having excellent mechanical strength and heat resistance. Another object of the present invention is to provide a method for producing a composite material having mechanical strength and heat resistance superior to those of a resin as a matrix.

【0014】本発明者らは、上述の従来技術の問題点に
関して、以下のことに着眼した。すなわち、先ず、従来
より提案されている粘土−ポリアミド複合体は、ポリア
ミド中に粘土を分散させハイブリッド化すると、もとも
との樹脂よりも引張り強さ等の機械的強度が低下する。
これは、従来より提案されている粘土−ポリアミド複合
体は、粘土層とポリアミドの結合が弱く、粘土層の分散
性が十分でないので、引張り強さがマトリックスとして
の樹脂の強度以下(例えばナイロン6の引張り強さ以
下)となることが分かった。また、分散している粘土層
そのものの構成単位が大きいことが分かった。
With respect to the above-mentioned problems of the prior art, the present inventors have focused on the following points. That is, first, in the conventionally proposed clay-polyamide composite, when clay is dispersed in polyamide to form a hybrid, mechanical strength such as tensile strength is lower than that of the original resin.
This is because the conventionally proposed clay-polyamide composite has a weak bond between the clay layer and the polyamide and insufficient dispersibility of the clay layer, so that the tensile strength is not higher than the strength of the resin as the matrix (for example, nylon 6 The tensile strength is less than or equal to). It was also found that the constituent units of the dispersed clay layer itself are large.

【0015】本発明者らは、これら問題を解決する方法
として、樹脂中に分散させる珪酸塩層を構成単位の最
小とし、珪酸塩層とポリアミド分子鎖をイオン結合によ
り結合させることこと、珪酸塩層を樹脂中に均一に分
散させること、樹脂中に分散させる珪酸塩層間の距離
を100Å以上とすること、に着眼した。
As a method of solving these problems, the present inventors have made the silicate layer dispersed in a resin a minimum of constitutional units, and bond the silicate layer and the polyamide molecular chain by ionic bonding, Attention was paid to that the layer is uniformly dispersed in the resin, and that the distance between the silicate layers dispersed in the resin is 100 Å or more.

【0016】また、これを実現する方法として、陽イ
オン交換容量が適量(例えば、50〜200ミリ当量/
100g)の粘土鉱物を用いること、ポリアミドモノ
マーと粘土鉱物以外に、ポリアミドモノマー分子を層間
に取り込む作用が大変強い触媒作用を奏する物質を共存
させること、粘土層間距離を重合前に適度に拡大する
ことができ、しかも珪酸塩層とポリアミド分子鎖とがイ
オン結合で結合されるような物質を共存させること、に
着眼した。そして、上記およびを満足する物質とし
て、 (a)銅イオン,水素イオン,アルミニウムイオン等
の無機陽イオンからなる膨潤化剤、または (b)炭素数が
12以上のアルキレン基とカルボキシル基とを有する有
機陽イオン(有機アンモニウムイオン)からなる膨潤化
剤に着目した。そして、予め前記所定の陽イオン交換容
量を有する粘土鉱物と前記膨潤化剤とを接触させてこの
両者をイオン結合させ、モノマーの溶融温度以上の温度
でモノマーにより膨潤する性質を有する複合体を作製
し、該複合体とポリアミドモノマーとを混合し、該混合
物を所定温度に加熱して前記膨潤化剤の触媒作用のもと
に重合することにより、機械的強度および耐熱性に優れ
た複合材料に到達し、本発明を成すに至った。
As a method for realizing this, an appropriate amount of cation exchange capacity (for example, 50 to 200 milliequivalent /
100 g) of clay minerals, coexistence of polyamide monomer and clay mineral with a substance having a very strong catalytic action for incorporating polyamide monomer molecules between layers, and appropriate expansion of the clay interlayer distance before polymerization. The present inventor has focused on the coexistence of a substance capable of forming a silicate layer and a polyamide molecular chain that are bound by an ionic bond. And, as a substance satisfying the above and, (a) a swelling agent composed of an inorganic cation such as a copper ion, a hydrogen ion, an aluminum ion, or (b) an alkylene group having 12 or more carbon atoms and a carboxyl group Attention was paid to a swelling agent composed of an organic cation (organic ammonium ion). Then, a clay mineral having the predetermined cation exchange capacity and the swelling agent are brought into contact with each other in advance to form an ionic bond between the two, and a composite having a property of being swollen by the monomer at a temperature equal to or higher than the melting temperature of the monomer is produced. Then, the composite and the polyamide monomer are mixed, and the mixture is heated to a predetermined temperature to polymerize under the catalytic action of the swelling agent, whereby a composite material having excellent mechanical strength and heat resistance is obtained. It reached, and came to complete the present invention.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】本発明の複合材料の製
造方法は、陽イオン交換容量が50〜200ミリ当量/
100gの粘土鉱物と、炭素数が12以上のアルキレン
基とカルボキシル基とを有する有機陽イオン(有機アン
モニウムイオン)からなる膨潤化剤とを接触させてこの
両者をイオン結合させ、モノマーの溶融温度以上の温度
でモノマーにより膨潤する性質を有する複合体とする接
触工程と、該複合体とポリアミドモノマーとを混合する
工程と、該混合物を所定温度に加熱して前記膨潤化剤の
触媒作用のもとに重合する重合工程と、からなることを
特徴とする。
The method for producing the composite material of the present invention has a cation exchange capacity of 50 to 200 meq / m.
100 g of a clay mineral and a swelling agent composed of an organic cation (organic ammonium ion) having an alkylene group having 12 or more carbon atoms and a carboxyl group are brought into contact with each other to form an ionic bond between them, and the temperature is higher than the melting temperature of the monomer. At a temperature of swelling with a monomer having a property of swelling with a monomer, a step of mixing the composite with a polyamide monomer, and heating the mixture to a predetermined temperature to cause the catalyst action of the swelling agent. And a polymerization step of polymerizing into a.

【0018】[0018]

【作用】本発明の複合材料の製造方法が、優れた効果を
発揮するメカニズムについては、未だ必ずしも明らかで
はないが、次のように考えられる。
The mechanism by which the method for producing a composite material of the present invention exerts excellent effects is not clear yet, but it is considered as follows.

【0019】本発明の複合材料の製造方法は、先ず、陽
イオン交換容量が50〜200ミリ当量/100gの粘
土鉱物と、炭素数が12以上のアルキレン基とカルボキ
シル基とを有する有機陽イオンからなる膨潤化剤とを接
触させてこの両者をイオン結合させ、モノマーの溶融温
度以上の温度でモノマーにより膨潤する性質を有する複
合体とする(接触工程)。これにより、粘土鉱物に膨潤
化剤を吸着させて、モノマーの溶融温度以上の温度でモ
ノマーにより膨潤する性質を有する複合体を得ることが
きる。ここで、粘土鉱物は、陽イオンの交換容量が50
〜200ミリ当量/100gと、反応させるモノマーと
の接触面積が大きい粘土鉱物である。該交換容量を上記
範囲とすることにより、無機陽イオンからなる膨潤化剤
の交換吸着が充分に行え、しかも粘土鉱物自身の層間の
距離を重合前に適度に拡大することができる。さらに、
炭素数が12以上のアルキレン基とカルボキシル基とを
有する有機陽イオンからなる膨潤化剤を用いることによ
り、水溶液中で粘土鉱物が凝集し易くなり、濾過、水洗
が容易となり、該工程の所要時間を短縮できる。
In the method for producing a composite material of the present invention, first, a clay mineral having a cation exchange capacity of 50 to 200 meq / 100 g and an organic cation having an alkylene group having 12 or more carbon atoms and a carboxyl group are prepared. The swelling agent is contacted with each other to form an ionic bond between the two, thereby forming a composite having a property of being swollen by the monomer at a temperature equal to or higher than the melting temperature of the monomer (contact step). As a result, a swelling agent can be adsorbed on the clay mineral to obtain a composite having a property of being swollen by the monomer at a temperature equal to or higher than the melting temperature of the monomer. Here, the clay mineral has a cation exchange capacity of 50.
It is a clay mineral having a large contact area with a monomer to be reacted, which is about 200 meq / 100 g. By setting the exchange capacity within the above range, the exchange and adsorption of the swelling agent composed of an inorganic cation can be sufficiently performed, and the distance between the layers of the clay mineral itself can be appropriately expanded before the polymerization. further,
By using the swelling agent composed of an organic cation having an alkylene group having a carbon number of 12 or more and a carboxyl group, the clay mineral is easily aggregated in the aqueous solution, the filtration and the water washing become easy, and the time required for the step Can be shortened.

【0020】次に、前記接触工程において得られた複合
体とポリアミドモノマーとを混合する(混合工程)。
Next, the composite obtained in the contacting step and the polyamide monomer are mixed (mixing step).

【0021】次に、前記混合工程において得られた混合
物を、所定温度に加熱して前記膨潤化剤の触媒作用のも
とに重合する(重合工程)。これにより、ポリアミドを
含む樹脂中に均一に分子状に分散させた珪酸塩層とから
なり、珪酸塩層間の距離が所定値以上であり,かつ前記
珪酸塩層が前記ポリアミドの高分子鎖の一部とイオン結
合してなり、機械的強度および耐熱性に優れた複合材料
を得ることができる。
Next, the mixture obtained in the mixing step is heated to a predetermined temperature to polymerize under the catalytic action of the swelling agent (polymerization step). As a result, the silicate layer is uniformly dispersed in a resin containing polyamide in a molecular shape, the distance between the silicate layers is a predetermined value or more, and the silicate layer is one of the polymer chains of the polyamide. By forming an ionic bond with the part, a composite material having excellent mechanical strength and heat resistance can be obtained.

【0022】このとき、炭素数が12以上のアルキレン
基とカルボキシル基とを有する有機陽イオンからなる膨
潤化剤は、ポリアミドモノマー分子を層間に取り込む作
用、ラクタム化合物の開環重合開始作用を有し、重合反
応進行に伴い、生成ポリマーをも層間に取り込む作用を
も有する。これは、該膨潤化剤が、上記モノマーを層間
に取り込む力が強いことで粘土層間距離が重合前にある
程度拡げられ、その結果層間の凝集力が減少させられる
ためではないかと考えられる。このように、凝集力を減
ずることによって、はじめて珪酸塩を均一にかつ分子状
に分散することができるものと考えられる。
At this time, the swelling agent composed of an organic cation having an alkylene group having 12 or more carbon atoms and a carboxyl group has an action of incorporating polyamide monomer molecules between layers and an action of initiating ring-opening polymerization of a lactam compound. As the polymerization reaction progresses, it also has a function of incorporating the produced polymer between layers. It is considered that this is because the swelling agent has a strong force of incorporating the above-mentioned monomer between layers, so that the distance between clay layers is expanded to some extent before the polymerization, and as a result, the cohesive force between layers is reduced. Thus, it is considered that the silicate can be uniformly and molecularly dispersed for the first time by reducing the cohesive force.

【0023】以上により、炭素数が該範囲内のカルボキ
シル基の有機陽イオンとする膨潤剤を用いることによ
り、該膨潤化剤はポリアミドモノマー分子を層間に取り
込む作用が大変強く、粘土層間距離を重合前に適度に拡
大することができ、その結果層間の凝集力が減少させら
れるので、機械的性質や耐熱特性に優れた複合材料を得
ることがきる。さらに、これら膨潤化剤を用いることに
より、水溶液中で粘土鉱物が凝集し易いので、濾過、水
洗が容易であり、該工程の所要時間を短縮できるものと
考えられる。
As described above, by using a swelling agent having an organic cation of a carboxyl group having a carbon number within the above range, the swelling agent has a very strong effect of incorporating polyamide monomer molecules between layers and polymerizes the distance between clay layers. It is possible to obtain a composite material having excellent mechanical properties and heat resistance because it can be appropriately expanded before, and as a result, the cohesive force between layers is reduced. Furthermore, it is considered that the use of these swelling agents facilitates the aggregation of clay minerals in an aqueous solution, facilitates filtration and washing with water, and shortens the time required for the step.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明の複合材料の製造方法は、接触工
程−混合工程−重合工程により、補強性に優れた複合材
料を得ることができ、重合後にさらに加熱溶融処理等の
強度向上処理を行うことを要せず、経済的かつ効率的で
ある。また、本発明の複合材料の製造方法は、接触工程
において炭素数が12以上のアルキレン基とカルボキシ
ル基とを有する有機陽イオンからなる膨潤化剤を用いる
ことにより、濾過、水洗が容易となり、該工程の所要時
間を短縮することができ、経済的かつ効率的である。ま
た、本発明の複合材料の製造方法により得られた複合材
料は、機械的強度や耐熱性に優れた複合材料である。さ
らに、本発明の製造方法によれば、上記のような優れた
複合材料が得られるというばかりでなく、従来の複合材
料製造工程を省くことができ、経済的かつ効率的に製造
することができる。すなわち、 (1)本発明の方法による
イオンを吸着した粘土鉱物は、ラクタム化合物などのポ
リアミドモノマーの重合触媒作用をするため、新たな触
媒添加やアミノ酸合成のための開環反応工程が不要であ
る。 (2)加熱重合過程で複合化できるため、粘土鉱物の
表面処理や混合の工程が省略できる。 (3)化学反応を利
用して珪酸塩層を分散させるため、粘土鉱物の粉砕や混
合方法が簡略化でき、しかも粉砕のしすぎのためのアス
ペクト比の低下もない。 (4)粘土鉱物はポリアミドモノ
マーを変質させることはなく、保存安定性に優れている
ので、モノマーと予め混合したままでも、重合後のポリ
マーと複合体の形でも保存や輸送が可能である。
According to the method for producing a composite material of the present invention, a composite material excellent in reinforcement can be obtained by the contact step-mixing step-polymerization step, and after the polymerization, strength improving treatment such as heating and melting treatment is performed. Economical and efficient without the need to do it. Further, in the method for producing a composite material of the present invention, by using a swelling agent composed of an organic cation having an alkylene group having 12 or more carbon atoms and a carboxyl group in the contacting step, filtration and washing with water are facilitated, The time required for the process can be shortened, which is economical and efficient. Further, the composite material obtained by the method for producing a composite material of the present invention is a composite material having excellent mechanical strength and heat resistance. Further, according to the manufacturing method of the present invention, not only the above-mentioned excellent composite material can be obtained, but also the conventional composite material manufacturing step can be omitted, and the manufacturing can be performed economically and efficiently. . That is, (1) since the clay mineral having adsorbed ions according to the method of the present invention acts as a polymerization catalyst for polyamide monomers such as lactam compounds, no new catalyst addition or ring-opening reaction step for amino acid synthesis is required. . (2) Since it can be composited in the heating polymerization process, the steps of surface treatment and mixing of clay minerals can be omitted. (3) Since the silicate layer is dispersed by utilizing a chemical reaction, the method of crushing and mixing clay minerals can be simplified, and the aspect ratio does not decrease due to over-crushing. (4) The clay mineral does not deteriorate the polyamide monomer and has excellent storage stability. Therefore, the clay mineral can be stored and transported in a form of a complex with a polymer after being premixed with the monomer.

【0025】(発明の実施態様)本発明の複合材料の製
造方法について、以下に説明する。先ず、陽イオン交換
容量が50〜200ミリ当量/100gの粘土鉱物と、
炭素数が12以上のアルキレン基とカルボキシル基とを
有する有機陽イオンからなる膨潤化剤とを接触させてこ
の両者をイオン結合させ、モノマーの溶融温度以上の温
度でモノマーにより膨潤する性質を有する複合体とする
(接触工程)。これにより、粘土鉱物に膨潤化剤を吸着
させて、モノマーの溶融温度以上の温度でモノマーによ
り膨潤する性質を有する複合体を得る。
(Embodiment of the Invention) A method for manufacturing the composite material of the present invention will be described below. First, with a clay mineral having a cation exchange capacity of 50 to 200 meq / 100 g,
A composite having a property of contacting a swelling agent composed of an organic cation having an alkylene group having a carbon number of 12 or more and a carboxyl group to form an ionic bond between them and swelling with the monomer at a temperature equal to or higher than the melting temperature of the monomer Body (contact process). As a result, a swelling agent is adsorbed on the clay mineral to obtain a composite having a property of being swollen by the monomer at a temperature equal to or higher than the melting temperature of the monomer.

【0026】ここで、この接触方法としては、所望の
膨潤化剤を含む水溶液中に粘土鉱物を浸漬した後、該粘
土鉱物を水洗して過剰なイオンを除去する方法、予め
所定の膨潤化剤で交換した陽イオン交換樹脂と粘土鉱物
の水懸濁液を接触させてイオン交換する方法、などがあ
る。
Here, the contacting method includes a method of immersing the clay mineral in an aqueous solution containing a desired swelling agent and then washing the clay mineral with water to remove excess ions. There is a method of contacting the cation exchange resin exchanged in step 1 with an aqueous suspension of clay mineral to perform ion exchange.

【0027】また、粘土鉱物は、陽イオンの交換容量が
50〜200ミリ当量/100gと、反応させるモノマ
ーとの接触面積が大きい粘土鉱物である。具体的には、
モンモリロナイト、サポナイト、ハイデライト、ノント
ロナイト、ヘクトライト、スティブンサイト等のスメク
タイト系粘土鉱物や、バーミキュライト、ハロイサイ
ト、などがあり、天然のものでも合成されたものでも良
い。
The clay mineral is a clay mineral having a large cation exchange capacity of 50 to 200 meq / 100 g and a large contact area with a monomer to be reacted. In particular,
There are smectite clay minerals such as montmorillonite, saponite, hydelite, nontronite, hectorite, and stevensite, vermiculite, halloysite, and the like, which may be natural or synthetic.

【0028】ここで、本発明で用いる粘土鉱物の陽イオ
ンの交換容量を50〜200ミリ当量/100gとした
のは、該容量が200ミリ当量/100gを超える場
合、その鉱物の層間の結合力が強固なため、本発明の目
的とする複合体を得ることが困難となるからである。ま
た、粘土鉱物の陽イオン交換容量が50ミリ当量/10
0g未満の場合、本発明の製造方法において不可欠であ
る有機陽イオンからなる上記膨潤化剤の交換吸着が充分
に行えず、本発明の目的する複合材料の合成が困難とな
るからである。なお、この粘土鉱物は、ミキサー、ボー
ルミル、振動ミル、ピンミル、ジェットミル、叩解機等
を用いて粉砕し、予め所望の形状・大きさのものとして
おくことが好ましい。
Here, the cation exchange capacity of the clay mineral used in the present invention is set to 50 to 200 meq / 100 g when the capacity exceeds 200 meq / 100 g. This is because it is difficult to obtain the composite object of the present invention. The cation exchange capacity of the clay mineral is 50 meq / 10
If the amount is less than 0 g, the exchange adsorption of the swelling agent consisting of an organic cation, which is indispensable in the production method of the present invention, cannot be sufficiently performed, and the synthesis of the composite material intended by the present invention becomes difficult. The clay mineral is preferably crushed using a mixer, a ball mill, a vibration mill, a pin mill, a jet mill, a beating machine or the like to have a desired shape and size in advance.

【0029】さらに、膨潤化剤は、粘土鉱物の層間を拡
げる役割および粘土鉱物に層間ポリマーを取り込む力を
与える役割を有するものであり、炭素数が12以上のア
ルキレン基とカルボキシル基とを有する有機陽イオンの
一種以上からなる膨潤化剤を用いる。
Further, the swelling agent has a role of expanding the layers of the clay mineral and a role of giving a force to take in the interlayer polymer into the clay mineral, and is an organic compound having an alkylene group having 12 or more carbon atoms and a carboxyl group. A swelling agent composed of one or more cations is used.

【0030】炭素数が12以上のアルキレン基とカルボ
キシル基とを有する有機陽イオンは、ラクタム化合物の
重合促進作用を有するもので、炭素数が12以上で、X
+ −R−COOHで表される陽イオンで、X+ はアンモ
ニウムイオン(−NH3 + )またはトリメチルアンモニ
ウムイオン(−N+ (CH3)3)、R基は−(CH)n−
で表されるアルキル鎖を含むアルキレン基であり、その
途中にフェニレン基
The organic cation having an alkylene group having a carbon number of 12 or more and a carboxyl group has an action of promoting the polymerization of the lactam compound, has a carbon number of 12 or more, and is X.
Is a cation represented by + -R-COOH, X + is an ammonium ion (-NH 3 + ) or trimethylammonium ion (-N + (CH 3 ) 3 ), and the R group is-(CH) n-.
Is an alkylene group containing an alkyl chain represented by

【0031】[0031]

【化1】 [Chemical 1]

【0032】、分枝Branch

【0033】[0033]

【化2】 [Chemical 2]

【0034】を含むビニレン基(HC=CH−)等の結
合が含まれていてもよい。具体的には、12−アミノド
デカン酸イオン(NH3 + ・C1222・COOH)、1
4−アミノテトラデカン酸イオン(NH3 + ・C1326
・COOH)、16−アミノヘキサデカン酸イオン(N
3 + ・C1530・COOH)、18−アミノオクタデ
カン酸イオン(NH3 + ・C1734・COOH)などが
あり、これらの一種または二種以上の混合物を用いる。
A bond such as a vinylene group (HCCH--) containing is also included. Specifically, 12-aminododecanoic acid ion (· NH 3 + · C 12 H 22 COOH), 1
4-aminotetradecanoate ion (NH 3 + · C 13 H 26
-COOH), 16-aminohexadecanoate ion (N
H 3 + · C 15 H 30 · COOH), include 18-amino-octadecanoic acid ion (NH 3 + · C 17 H 34 · COOH), using these one or two or more thereof.

【0035】これらのイオン吸着した上記の粘土鉱物
は、ε−カプロラクタムなどのラクタム化合物の開環重
合の触媒作用を有する。そればかりでなく、ラクタムの
開環重合やアミノ酸あるいはナイロン塩の脱水縮合で生
成されるポリアミドを粘土の層間へ取り込む能力を有す
る。従って、これらのイオンを吸着した粘土鉱物を利用
することにより、本発明にかかる超分散複合体が合成さ
れる。この重合反応の開始あるいは重合反応において
は、有機陽イオンは、
The above-mentioned adsorbed clay minerals have a catalytic action for ring-opening polymerization of lactam compounds such as ε-caprolactam. Not only that, it has the ability to incorporate the polyamide produced by ring-opening polymerization of lactam and dehydration condensation of amino acid or nylon salt into the layers of clay. Therefore, the super-dispersed composite according to the present invention can be synthesized by using the clay mineral that adsorbs these ions. In the initiation of the polymerization reaction or in the polymerization reaction, the organic cation is

【0036】[0036]

【化3】 [Chemical 3]

【0037】のアミド基を介して高分子鎖と結合する。
従って、粘土鉱物表面の親油化に利用される通常の界面
活性剤では、重合開始作用、ポリアミドの層間への取り
込み作用、および有機高分子鎖との結合能力が全くない
ため利用できない。
It is bonded to the polymer chain through the amide group of.
Therefore, ordinary surfactants used for lipophilicity of the surface of clay minerals cannot be used because they have no polymerization initiation action, incorporation action between polyamide layers, and binding ability with organic polymer chains.

【0038】ここで、カルボキシル基を有する有機陽イ
オンは、上記条件を満足するものであればどのようなも
のを用いてもよいが、ラクタム化合物を層間等へ引き
込むため、またはラクタムの蒸発を抑制するため、お
よび粘土鉱物による補強効果を充分とするために、該
有機陽イオンの投影面積が120〜500Å2 程度の大
きさであることが好ましい。例えば、R基が−(CH2)
n −である場合には、12≦n≦20に対応する。な
お、該n<12の場合、またはこれに対応する大きさよ
りイオンの大きさが小さい場合には、水溶液中で粘土鉱
物が凝縮しにくいので、濾過・水洗が困難となり、ま
た、粘土鉱物の吸湿性の改善が難しくなる。また、ラク
タム分子の粘土層間への侵入促進作用が小さいので好ま
しくない。一方、n>20の場合、難溶となるのでイオ
ン交換が困難となり、好ましくない。すなわち、炭素数
が前記範囲内のカルボキシル基の有機陽イオンとする膨
潤剤を用いることにより、該膨潤化剤はポリアミドモノ
マー分子を層間に取り込む作用が大変強く、粘土層間距
離を重合前に適度に拡大することができ、その結果層間
の凝集力が減少させられるので、機械的性質や耐熱特性
に優れた複合材料を得ることがきる。さらに、これら膨
潤化剤を用いることにより、水溶液中で粘土鉱物が疎水
化し、かつ粒子同志が凝集し易いので、濾過、水洗が容
易であり、該工程の所要時間が著しく短縮されるという
特有な効果を奏することができる。
Here, as the organic cation having a carboxyl group, any organic cation may be used as long as it satisfies the above conditions, but it is for drawing the lactam compound into the interlayer or for suppressing the evaporation of the lactam. In order to achieve this, and in order to achieve a sufficient reinforcing effect by the clay mineral, the projected area of the organic cations is preferably about 120 to 500Å 2 . For example, the R group - (CH 2)
When n −, it corresponds to 12 ≦ n ≦ 20. In the case of n <12, or when the size of the ions is smaller than the size corresponding to this, the clay mineral is less likely to condense in the aqueous solution, which makes filtration and washing difficult, and the moisture absorption of the clay mineral. It becomes difficult to improve sex. In addition, the effect of promoting penetration of lactam molecules into the clay layer is small, which is not preferable. On the other hand, in the case of n> 20, it becomes difficult to dissolve and ion exchange becomes difficult, which is not preferable. That is, by using a swelling agent having an organic cation of a carboxyl group having a carbon number within the above range, the swelling agent has a very strong action of incorporating polyamide monomer molecules between layers, and the clay interlayer distance is appropriately adjusted before polymerization. Since it can be expanded and, as a result, the cohesive force between layers is reduced, a composite material having excellent mechanical properties and heat resistance can be obtained. Furthermore, by using these swelling agents, the clay minerals are made hydrophobic in the aqueous solution and the particles are easily aggregated, so that filtration and washing are easy, and the time required for the process is significantly shortened. It is possible to exert an effect.

【0039】上記のような膨潤化剤として用いる有機陽
イオンは、ポリアミドモノマー分子を層間に取り込む作
用、およびラクタム化合物の開環重合開始作用を有し、
重合反応進行に伴い、生成ポリマーをも層間に取り込む
作用をも有する。上記イオンのみがポリマーを層間に十
分に取り込む作用、すなわち均一に分子状に珪酸塩をポ
リマー中に分散させる作用を有する理由は必ずしも明ら
かではないが、以下のようである。すわなち、有機陽イ
オンは、その分子の大きさがかなり大きく、あらかじめ
層間距離がある程度拡げられることと、カルボキシル基
とポリアミドモノマー中のアミノ基との相互作用により
これらを層間に取り込む力が強いからと考えられる。こ
のように、凝集力を減ずることによって、はじめて珪酸
塩を均一にかつ分子状に分散することができるものと考
えられる。
The organic cation used as the swelling agent as described above has a function of incorporating polyamide monomer molecules between layers and a function of initiating ring-opening polymerization of a lactam compound,
As the polymerization reaction progresses, it also has a function of incorporating the produced polymer into the layers. The reason why only the above ions have a function of sufficiently incorporating the polymer between the layers, that is, a function of uniformly dispersing the silicate in the polymer in the polymer is not clear, but it is as follows. That is, organic cations have a large molecular size, the interlayer distance can be expanded to some extent in advance, and the interaction between the carboxyl group and the amino group in the polyamide monomer has a strong ability to incorporate these into the interlayer. Thought to be from. Thus, it is considered that the silicate can be uniformly and molecularly dispersed for the first time by reducing the cohesive force.

【0040】次に、前記接触工程において得られた複合
体とポリアミドモノマーとを混合する(混合工程)。
Next, the composite obtained in the contacting step and the polyamide monomer are mixed (mixing step).

【0041】ここで、ポリアミドモノマーは、複合材料
の基体をなすものであり、重合後ポリアミドまたはポリ
アミドとそれ以外の重合体との混合物になる原料であ
り、具体的には、6−アミノ−n−カプロン酸,12−
アミノドデカン酸等のアミノ酸化合物、ヘキサメチレン
ジアミンのアジピン酸塩等のナイロン塩化合物、ε−カ
プロラクタム,バレロラクタム,カプリルラクタム,α
−ピロリジノン等のラクタム化合物である。
Here, the polyamide monomer serves as a base material of the composite material and is a raw material which becomes polyamide or a mixture of polyamide and a polymer other than the polyamide after polymerization, and specifically, 6-amino-n. -Caproic acid, 12-
Amino acid compounds such as aminododecanoic acid, nylon salt compounds such as hexamethylenediamine adipate, ε-caprolactam, valerolactam, capryllactam, α
A lactam compound such as pyrrolidinone.

【0042】また、複合体とポリアミドモノマーとの混
合は、通常の混合方法を採用することができ、具体的に
は、自動乳鉢や振動ミル等による機械混合により行う。
The mixture of the composite and the polyamide monomer can be carried out by an ordinary mixing method, specifically, mechanical mixing with an automatic mortar, a vibration mill or the like.

【0043】次に、前記混合工程において得られた混合
物を、所定温度に加熱して前記膨潤化剤の触媒作用のも
とに重合する(重合工程)。ここで、この重合は、混合
後直ちに所定温度に昇温して行ってもよいが、一旦モノ
マー融点直上に加熱し、その後均一に粘土鉱物をモノマ
ー中に分散させるとより効果的である。
Next, the mixture obtained in the mixing step is heated to a predetermined temperature to polymerize under the catalytic action of the swelling agent (polymerization step). Here, this polymerization may be carried out by raising the temperature to a predetermined temperature immediately after mixing, but it is more effective if the polymer is once heated just above the melting point of the monomer and then the clay mineral is uniformly dispersed in the monomer.

【0044】以上のようにして得られた複合材料は、直
接射出成形や加熱加圧成形などで成形して利用してもよ
いし、予め他のポリアミド等の高分子と混合して所定の
混合割合としてもよい。また、上記の重合反応を所定の
型中で進行させて成形体を得てもよい。また、ポリアミ
ドの重合工程においては、燐酸や水などの重合触媒をさ
らに添加してもよい。
The composite material obtained as described above may be used by molding by direct injection molding, heat and pressure molding or the like, or it may be mixed with another polymer such as polyamide in advance and mixed in a predetermined manner. It may be a ratio. Further, the above-mentioned polymerization reaction may be advanced in a predetermined mold to obtain a molded product. In the polyamide polymerization step, a polymerization catalyst such as phosphoric acid or water may be added.

【0045】本発明では、上記の方法により、ポリアミ
ドを含む樹脂と、該樹脂中に均一に分子状に分散させた
珪酸塩層とからなり、該珪酸塩層は厚さが7〜12Å
で,珪酸塩層間の距離が100Å以上であり、かつ前記
珪酸塩層が前記ポリアミドの高分子鎖の一部とイオン結
合してなる好適な複合材料を得ることができる。これに
より、引張り強度や弾性率などの機械的性質や、軟化温
度や高温強度などの耐熱特性により優れた複合材料を得
ることができる。この複合材料は、強度および耐熱性を
従来のナイロンよりも格段に向上させることができると
いう、従来にはない顕著な効果を有する。
In the present invention, a polyamide-containing resin and a silicate layer uniformly dispersed in the resin in a molecular form are formed by the above method, and the silicate layer has a thickness of 7 to 12Å.
Thus, it is possible to obtain a suitable composite material in which the distance between the silicate layers is 100 Å or more, and the silicate layer is ionically bonded to a part of the polymer chain of the polyamide. This makes it possible to obtain a composite material having excellent mechanical properties such as tensile strength and elastic modulus and heat resistance characteristics such as softening temperature and high temperature strength. This composite material has an unprecedented remarkable effect that strength and heat resistance can be remarkably improved as compared with conventional nylon.

【0046】すなわち、本発明の複合材料の製造方法に
より得られる複合材料は、ポリアミド分子鎖が珪酸塩層
とのイオン結合により橋かけされた構造を有するため、
その熱的あるいは機械的に変形させることが困難であ
る。そのために、引張強度や弾性率などの機械的性質、
軟化温度や高温強度などの耐熱特性が優れている。ま
た、層状の無機物質が均一に分散しているため、寸法安
定性、耐摩耗性、表面潤滑性、透水性、耐水性に優れて
いる。また、無機層状物質である珪酸塩が10Å程度と
いう分子レベルの厚さの単位で分散、すなわち、分子長
が10Å程度の珪酸塩を樹脂中に均一に分子状に分散し
ている。これにより、本発明では、ポリアミドを含む樹
脂中に、層状珪酸塩を分子レベルで、すなわち結晶単位
層ごとに分離された状態で均一に分散させたことによ
り、複合体の強度を向上させることができる。また、珪
酸塩層は、有機分子鎖と強く結合している。すなわち、
珪酸塩層は、ポリアミドの高分子鎖の一部とイオン結合
しているので、従来の無機質による複合材料に見られる
ような脆化のような悪影響を残すことがない。また、樹
脂中に分散した珪酸塩の層間の距離が100Å以上であ
る。このように、ポリアミドを含む樹脂中に、層状珪酸
塩を100Å以上の層間距離をもって分散させた複合材
料としたことにより、複合体の機械的強度および耐熱性
を向上させ、通常のナイロン以上の優れた強度および耐
熱性を得ることができる。
That is, since the composite material obtained by the method for producing a composite material of the present invention has a structure in which the polyamide molecular chain is crosslinked by an ionic bond with the silicate layer,
It is difficult to deform it thermally or mechanically. Therefore, mechanical properties such as tensile strength and elastic modulus,
Excellent heat resistance such as softening temperature and high temperature strength. Further, since the layered inorganic substance is uniformly dispersed, it is excellent in dimensional stability, wear resistance, surface lubricity, water permeability and water resistance. In addition, the silicate which is an inorganic layered substance is dispersed in a unit of a molecular level thickness of about 10Å, that is, a silicate having a molecular length of about 10Å is uniformly dispersed in the resin in a molecular state. As a result, in the present invention, the strength of the composite can be improved by uniformly dispersing the layered silicate in the resin containing polyamide at the molecular level, that is, in the state of being separated for each crystal unit layer. it can. Further, the silicate layer is strongly bonded to the organic molecular chain. That is,
Since the silicate layer is ionically bonded to a part of the polymer chain of polyamide, it does not leave an adverse effect such as embrittlement which is found in a conventional inorganic composite material. The distance between the layers of the silicate dispersed in the resin is 100Å or more. In this way, by using a composite material in which a layered silicate is dispersed in a resin containing polyamide with an interlayer distance of 100Å or more, the mechanical strength and heat resistance of the composite are improved, and it is superior to ordinary nylons. Excellent strength and heat resistance can be obtained.

【0047】以上により、本発明の製造方法により、機
械的強度および耐熱性に優れた複合材料を得ることがで
きたものと考えられる。
From the above, it is considered that the composite material excellent in mechanical strength and heat resistance could be obtained by the manufacturing method of the present invention.

【0048】本発明により得られる複合材料における樹
脂は、ポリアミドを含む樹脂であり、ポリアミドまたは
ポリアミドとそれ以外の重合体との混合物からなる樹脂
である。
The resin in the composite material obtained by the present invention is a resin containing polyamide, and is a resin composed of polyamide or a mixture of polyamide and a polymer other than polyamide.

【0049】ここで、ポリアミドとは、酸アミド結合
(−CONH−)を有する重合体の総称で、具体的には
ナイロン66、ナイロン6、ナイロン11などがある。
Here, the polyamide is a general term for polymers having an acid amide bond (-CONH-), and specifically, nylon 66, nylon 6, nylon 11 and the like.

【0050】この樹脂は、ポリアミド樹脂を含む割合が
多ければ多いほど本発明の効果を顕著に奏することがで
きるが、その含有割合が10重量%(wt%)であって
も本発明の効果を奏することができる。
The higher the proportion of the polyamide resin, the more the effect of the present invention can be obtained. However, even if the content of the resin is 10% by weight (wt%), the effect of the present invention can be obtained. Can play.

【0051】また、珪酸塩層は、高分子材料に機械的特
性および耐熱性を付与するものであり、厚さが7〜12
Åの珪酸マグネシウム層または珪酸アルミニウム層より
形成される層状フィロ珪酸塩鉱物である。これらの珪酸
塩層は、同形イオン置換等により負に帯電している。こ
の負電荷の密度や分布などによりその特性が異なるが、
本発明では、負電荷1価当りの層表面の占有面積が25
〜200Å2 の珪酸塩層であることが好ましい。
The silicate layer imparts mechanical properties and heat resistance to the polymer material and has a thickness of 7-12.
It is a layered phyllosilicate mineral formed from the Å magnesium silicate layer or aluminum silicate layer. These silicate layers are negatively charged by isomorphic ion substitution or the like. The characteristics vary depending on the density and distribution of this negative charge,
In the present invention, the occupied area of the layer surface per negative charge is 25
It is preferably a silicate layer of about 200Å 2 .

【0052】本発明により得られる複合材料は、上述し
たポリアミドを含む樹脂と、該樹脂中に均一に分子状に
分散させた珪酸塩層とからなる。
The composite material obtained by the present invention comprises a resin containing the above-mentioned polyamide and a silicate layer uniformly and molecularly dispersed in the resin.

【0053】ここで、ポリアミドを含む樹脂中の珪酸塩
層の含有量は、樹脂100重量部に対して0.5〜150
重量部であることが好ましい。これは、該含有量が0.5
重量部未満の場合、珪酸塩層が少なすぎため充分な補強
効果が得られないからである。また、前記含有量が15
0重量部を超えた場合、樹脂成分が少ないため層間化合
物粉体が得られるに過ぎず、これを成形体として利用す
ることが困難だからである。なお、より好適には、珪酸
塩層の含有量が、樹脂100重量部に対して0.5〜2
5重量部である。さらに、最適には、珪酸塩層の含有量
が、樹脂100重量部に対して0.5〜10重量部であ
る。これにより、ポリアミドを含む樹脂中に、層間の距
離が100Å以上の珪酸塩層をより均一にかつ分子状に
十分に分散させた複合材料を得ることができ、これによ
り、引張り強度や弾性率などの機械的性質や、軟化温度
や高温強度などの耐熱特性により優れた複合材料を得る
ことができる。この複合材料は、強度および耐熱性を従
来のナイロンよりも格段に向上させることができるとい
う、従来にはない顕著な効果を有する。
The content of the silicate layer in the resin containing polyamide is 0.5 to 150 with respect to 100 parts by weight of the resin.
It is preferably part by weight. This is because the content is 0.5
This is because if the amount is less than the amount by weight, the silicate layer is too small and a sufficient reinforcing effect cannot be obtained. Further, the content is 15
This is because when the amount exceeds 0 part by weight, the amount of the resin component is small and only the intercalation compound powder is obtained, and it is difficult to use this as a molded body. In addition, more preferably, the content of the silicate layer is 0.5 to 2 with respect to 100 parts by weight of the resin.
5 parts by weight. Further, optimally, the content of the silicate layer is 0.5 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the resin. This makes it possible to obtain a composite material in which a silicate layer having a distance between layers of 100 Å or more is sufficiently dispersed in a resin containing polyamide in a more uniform and molecular form, which results in tensile strength and elastic modulus. It is possible to obtain a composite material having excellent mechanical properties and heat resistance characteristics such as softening temperature and high temperature strength. This composite material has an unprecedented remarkable effect that strength and heat resistance can be remarkably improved as compared with conventional nylon.

【0054】この複合材料は、負に帯電した粘土鉱物の
構成単位である珪酸塩層と、樹脂中のポリアミドの一部
が持つ正電荷を有する基とイオン結合を形成している。
該正電荷には、有機イオン中に存在したアンモニウムイ
オン(−NH3 + ) 基またはトリメチルアンモニウムイ
オン(−N+ (CH3)3 )基、などの少なくとも一種以
上からなり、併せて+3価になる)などがある。
This composite material forms an ionic bond with a silicate layer, which is a constituent unit of a negatively charged clay mineral, and a group having a positive charge that a part of polyamide in the resin has.
The positive charge, ammonium were present in the organic ion ion (-NH 3 +) group, or trimethylammonium ion (-N + (CH 3) 3 ) group consists of at least one or more, such as a trivalent together There will be.

【0055】すなわち、従来技術の粘土・ポリアミド複
合体の製造法により得られる複合体は、粘土層が本願発
明のように大きな層間距離をもって分散されたものでは
ないので、引張り強さがマトリックスとしての樹脂の強
度以下(例えばナイロン6の引張り強さ以下)となる。
これは、そもそも、従来技術ではポリアミド中に粘土を
分散させハイブリッド化すると、もともとの樹脂よりも
引張り強さ等の機械的強度が低下すると言われている。
本発明は、この従来技術の考え方によるのではなく、も
ともとの樹脂単体で得られる成形体の機械的強度や耐熱
性を向上させることを目的としてなされたものであり、
上記構成により、引張り強度や弾性率などの機械的性質
や、軟化温度や高温強度などの耐熱特性に優れたものを
実現したものである。これにより、本発明は、機械的強
度および耐熱性を従来のナイロンよりも格段に向上させ
ることができるという、従来にはない顕著な効果を奏す
ることができる。
That is, in the composite obtained by the conventional method for producing a clay-polyamide composite, since the clay layers are not dispersed with a large inter-layer distance as in the present invention, the tensile strength as a matrix. It is less than the strength of the resin (for example, less than the tensile strength of nylon 6).
In the first place, it is said that in the prior art, when clay is dispersed in polyamide to form a hybrid, the mechanical strength such as tensile strength is lower than that of the original resin.
The present invention is not based on the idea of this conventional technique, but is made for the purpose of improving the mechanical strength and heat resistance of the molded body obtained from the original resin alone,
With the above-mentioned constitution, a material having excellent mechanical properties such as tensile strength and elastic modulus and heat resistance characteristics such as softening temperature and high temperature strength is realized. As a result, the present invention can exert a remarkable effect which has not been obtained in the past, that mechanical strength and heat resistance can be remarkably improved as compared with conventional nylon.

【0056】以下に、本発明の実施例を説明する。Examples of the present invention will be described below.

【0057】(実施例1)粘土鉱物として山形県産モン
モリロナイト(陽イオン交換容量:100ミリ当量/1
00g)を膨潤化剤として第1表に示すものを用いて複
合体を作製し、ラクタム化合物の重合を行った。
(Example 1) Montmorillonite produced in Yamagata Prefecture as a clay mineral (cation exchange capacity: 100 meq / 1
00g) was used as the swelling agent shown in Table 1 to prepare a composite, and the lactam compound was polymerized.

【0058】[0058]

【表1】 [Table 1]

【0059】先ず、モンモリロナイトに、膨潤化剤とし
ての第1表に示す有機陽イオンを吸着させた。この場
合、吸着させるイオンを含む塩化物の水溶液(濃度1規
定)1リットル中にモンモリロナイト10gを浸漬した
後、ブフナーロートを用いて濾過−水洗を繰り返すこと
により行った。
First, the organic cations shown in Table 1 as a swelling agent were adsorbed on montmorillonite. In this case, 10 g of montmorillonite was immersed in 1 liter of an aqueous chloride solution containing ions to be adsorbed (concentration: 1 N), and then filtration-washing with a Buchner funnel was repeated.

【0060】このイオン交換されたモンモリロナイトと
ε−カプロラクタムとを所定の割合で乳鉢を用いて混合
した後、アルミニウム製の容器に入れ、80℃で3時間
乾燥およびε−カプロラクタムの溶融による均一を図っ
た。得られたものをステンレス製の密封容器中に入れ、
250℃で5時間加熱処理をして生成物を得た。これ
を、DSC(示差走査熱量計)を用いて2℃/分で加熱
し、生成物の融解熱を測定し、生成物中のポリアミドの
転化率を推定した。また、分散の程度を、X線回折によ
り、珪酸塩層間の距離を測定して求めた。得られた結果
を、第1表に示す。
The ion-exchanged montmorillonite and ε-caprolactam were mixed in a predetermined ratio using a mortar, placed in an aluminum container, dried at 80 ° C. for 3 hours, and homogenized by melting ε-caprolactam. It was Put the obtained in a stainless steel sealed container,
Heat treatment was performed at 250 ° C. for 5 hours to obtain a product. This was heated at 2 ° C./min using a DSC (differential scanning calorimeter), the heat of fusion of the product was measured, and the conversion rate of the polyamide in the product was estimated. The degree of dispersion was determined by measuring the distance between silicate layers by X-ray diffraction. The results obtained are shown in Table 1.

【0061】次に、試料番号2〜4の複合材料を射出成
形機により成形して、試験片を得た。この試験片を用い
て、引張り試験(JISK7113)および熱変形温度
の測定を行った。その結果を、第2表に示す。
Next, the composite materials of sample numbers 2 to 4 were molded by an injection molding machine to obtain test pieces. Using this test piece, a tensile test (JISK7113) and a heat distortion temperature were measured. The results are shown in Table 2.

【0062】[0062]

【表2】 [Table 2]

【0063】比較のため、上述の膨潤化剤のかわりに、
ナトリウムイオン(Na+ )、マグネシウムイオン(M
2+)、および界面活性剤(NH3 + ( CH2)17
3 )を用いた他は、上記の実施例1と同様の方法で比
較用複合体を得(試料番号:C1〜C3)、ポリアミド
の転化率の推定および珪酸塩層間の距離の測定を行っ
た。得られた結果を、第1表に併せて示す。
For comparison, instead of the swelling agent described above,
Sodium ion (Na + ), magnesium ion (M
g 2+ ), and a surfactant (NH 3 + (CH 2 ) 17 C
H 3 ) was used, and a comparative composite was obtained in the same manner as in Example 1 above (Sample Nos. C1 to C3). The conversion of polyamide was estimated and the distance between silicate layers was measured. It was The obtained results are also shown in Table 1.

【0064】また、アミノシラン処理を施したモンモリ
ロナイトを同じ割合(モンモリロナイト:10g、ナイ
ロン6:100g)で混練した試料(試料番号:C4)
およびナイロン6のみ(試料番号:C5)を上記と同様
に成形して、同様に引張り試験および熱変形温度測定を
行った。得られた結果を、第2表に併せて示す。第1表
および第2表から明らかなように、本発明にかかる本実
施例の複合材料は、比較用材料に比べて機械的強度およ
び耐熱性に優れた材料であることが分かる。
A sample (sample number: C4) prepared by kneading montmorillonite treated with aminosilane in the same proportion (montmorillonite: 10 g, nylon 6: 100 g).
And nylon 6 alone (sample number: C5) was molded in the same manner as above, and similarly subjected to a tensile test and a heat distortion temperature measurement. The obtained results are also shown in Table 2. As is clear from Tables 1 and 2, it can be seen that the composite material of this example according to the present invention is a material having excellent mechanical strength and heat resistance as compared with the comparative material.

【0065】すなわち、本実施例により得られた複合材
料は、複合体の機械的強度および耐熱性を向上させ、通
常のナイロン(比較例:C5)以上の強度および耐熱性
が得られていることが分かる。
That is, the composite material obtained in this example has improved mechanical strength and heat resistance of the composite, and has strength and heat resistance higher than that of ordinary nylon (Comparative Example: C5). I understand.

【0066】また、比較例C1〜C3のように膨潤化剤
のかわりに、Na+ やMg2+、NH3 + ( CH2)17CH
3 を用いたものは、粘土層が本実施例のように大きな層
間距離をもって分散されたものではないので、引張り強
さがマトリックスとしての樹脂(ナイロン6)の強度以
下となることが確認された。
Instead of the swelling agent as in Comparative Examples C1 to C3, Na + , Mg 2+ , NH 3 + (CH 2 ) 17 CH
In the case of using No. 3 , since the clay layer was not dispersed with a large interlayer distance as in this example, it was confirmed that the tensile strength was less than the strength of the resin (nylon 6) as the matrix. .

【0067】これにより、本実施例では、引張り強度や
弾性率などの機械的性質や、軟化温度や高温強度などの
耐熱特性に優れた複合材料が得られ、しかもこの複合材
料は、機械的強度および耐熱性を従来のナイロンよりも
格段に向上させることができたことが分かる。
As a result, in this example, a composite material having excellent mechanical properties such as tensile strength and elastic modulus and heat resistance characteristics such as softening temperature and high temperature strength was obtained. It can be seen that the heat resistance was remarkably improved as compared with the conventional nylon.

【0068】(実施例2)中国産バーミキュライト(陽
イオン交換容量:180ミリ当量/100g)を、鋼製
のボールを用いた振動ボールミルで粉砕後、これを前記
実施例1と同様の方法で12−アミノドデカン酸イオン
(NH3 + (CH2 11COOH)を膨潤化剤としてイ
オン吸着させた。このバーミキュライト粉末25gにア
ジピン酸のヘキサメチレンジアミン塩(6.6塩)20
0gを混合して、これを窒素(N2)気流中230℃で
5時間処理して、本発明にかかる本実施例の複合材料を
得た。
Example 2 Vermiculite produced in China (cation exchange capacity: 180 meq / 100 g) was pulverized with a vibrating ball mill using steel balls, and then the same as in Example 1 above. - amino dodecanoic acid ion (NH 3 + (CH 2) 11 COOH) is ion adsorbed as swelling agent. To 25 g of this vermiculite powder, 20 hexamethylenediamine salt of adipic acid (6.6 salt) was added.
0 g was mixed and this was treated in a nitrogen (N 2 ) stream at 230 ° C. for 5 hours to obtain a composite material of this example according to the present invention.

【0069】得られた複合材料は、通常のX線回折法で
は層間距離に対応するピークは観測されず(層間距離は
100Å以上)、バーミキュライト層が均一に分散して
いることが確認された。
In the obtained composite material, no peak corresponding to the interlayer distance was observed by the usual X-ray diffraction method (interlayer distance was 100 Å or more), and it was confirmed that the vermiculite layer was uniformly dispersed.

【0070】(実施例3)群馬県産モンモリロナイト
(陽イオン交換容量:80ミリ当量/100g)粉末
を、前記実施例1と同様の方法で12−アミノドデカン
酸イオン(NH3 + (CH2 11COOH)を膨潤化剤
としてイオン吸着させた。この粉末50gに12−アミ
ノドデカン酸イオン(NH3 + (CH2 11COOH)
50gを混合後、窒素(N2 )気流中240℃で10時
間加熱処理して、本発明にかかる本実施例の複合材料を
得た。得られた複合材料の層間距離を前記実施例2と同
様にして確認したところ、100Å以上であった。
Example 3 A powder of montmorillonite (cation exchange capacity: 80 meq / 100 g) produced in Gunma prefecture was used in the same manner as in Example 1 to prepare 12-aminododecanoate ion (NH 3 + (CH 2 )). 11 COOH) was used as a swelling agent for ion adsorption. 50 g of this powder was added to 12-aminododecanoate ion (NH 3 + (CH 2 ) 11 COOH).
After mixing 50 g, the mixture was heat-treated in a nitrogen (N 2 ) stream at 240 ° C. for 10 hours to obtain a composite material of this example according to the present invention. When the interlayer distance of the obtained composite material was confirmed in the same manner as in Example 2, it was 100 Å or more.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C08L 77/00 KKT (72)発明者 岡田 茜 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 杉山 繁利 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical display location C08L 77/00 KKT (72) Inventor Akane Okada Aichi-gun Aichi-gun Nagakute-cho, Nagakute-machi, Yokozoji 41 No. 1 Toyota Central Research Institute (72) Inventor Shigetoshi Sugiyama 41 Nagayote, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 陽イオン交換容量が50〜200ミリ当
量/100gの粘土鉱物と、炭素数が12以上のアルキ
レン基とカルボキシル基とを有する有機陽イオンからな
る膨潤化剤とを接触させてこの両者をイオン結合させ、
モノマーの溶融温度以上の温度でモノマーにより膨潤す
る性質を有する複合体とする接触工程と、 該複合体とポリアミドモノマーとを混合する工程と、 該混合物を所定温度に加熱して前記膨潤化剤の触媒作用
のもとに重合する重合工程と、からなることを特徴とす
る複合材料の製造方法。
1. A clay mineral having a cation exchange capacity of 50 to 200 meq / 100 g is brought into contact with a swelling agent composed of an organic cation having an alkylene group having 12 or more carbon atoms and a carboxyl group. Ionically bond both,
The step of contacting to obtain a composite having the property of swelling with the monomer at a temperature equal to or higher than the melting temperature of the monomer, the step of mixing the composite with the polyamide monomer, and heating the mixture to a predetermined temperature to form the swelling agent. A method for producing a composite material, which comprises a polymerization step of polymerizing under a catalytic action.
【請求項2】 膨潤化剤が、12−アミノドデカン酸イ
オン、14−アミノテトラデカン酸イオン、16−アミ
ノヘキサデカン酸イオン、18−アミノオクタデカン酸
イオンの一種または二種以上の混合物であることを特徴
とする請求項1記載の複合材料の製造方法。
2. The swelling agent is one or a mixture of two or more of 12-aminododecanoate ion, 14-aminotetradecanoate ion, 16-aminohexadecanoate ion and 18-aminooctadecanoate ion. The method for manufacturing the composite material according to claim 1.
【請求項3】 ポリアミドモノマーが、ラクタム化合物
であることを特徴とする請求項1記載の複合材料の製造
方法。
3. The method for producing a composite material according to claim 1, wherein the polyamide monomer is a lactam compound.
【請求項4】 ポリアミドモノマーが、アミノ酸である
ことを特徴とする請求項1記載の複合材料の製造方法。
4. The method for producing a composite material according to claim 1, wherein the polyamide monomer is an amino acid.
【請求項5】 ポリアミドモノマーが、ナイロン塩であ
ることを特徴とする請求項1記載の複合材料の製造方
法。
5. The method for producing a composite material according to claim 1, wherein the polyamide monomer is a nylon salt.
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