JPH0668084B2 - 表面疎水性金属材料の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、金属粉等の金属材料の表面を疎水化するため
の表面処理方法に関し、特に高度に疎水化された金属材
料の製造法に関する。

＜従来技術とその問題点＞ 金属粉、カーボンブラック、セラミック粉等の無機材料
は、塗料、インキなどに使用される顔料プラスチック、
磁気テープ、導電塗料、ゴム、プラスチックマグネッ
ト、半導体封止樹脂、等の有機材に混入して、機械的強
度の強化、導電性の付与、磁気シールドなどの機能性付
与材料として、工業的に幅広く利用される。

ところが、無機物質の表面は本質的に親水性であり、こ
れを有機素材と結合させて使用する場合、有機素材との
界面親和性、無機物質の分散性等が最終的な材料の物性
機能性に大きな影響を及ぼす。このため従来より無機物
質の表面を有機化し疎水性にするために、シラン系カッ
プリング剤、アルミニウム系カップリング剤、リン酸系
カップリング剤等のカップリング剤で処理することが工
業的に行われ、ある程度の効果が得られている。

しかしながら、これらのカップリング剤による表面処理
法では複合材料の高機能が十分引き出されているとは言
い難い。この原因としては無機物表面と上記カップリン
グ剤との親和力が小さいことがあげられる。

シラン系カップリング剤では金属およびカーボンブラッ
クには効果が少ないし、他のカップリング剤は加水分解
により無機表面からはなれやすい。

また別の原因としては、これらのカップリング剤に結合
している有機基が、複合しようとする有機樹脂と十分に
一体化しているとは考えられないことがあげられる。従
って従来法においては、無機物表面を高度に疎水化する
ことは不可能である。

＜発明の目的＞ 本発明の目的は、金属材料表面を高度に疎水化し、高機
能複合材料として広く利用できる表面疎水性金属材料の
製造法を提供するものである。

＜発明の構成＞ 本発明はシリルイソシアネートが金属材料表面の水酸基
及び／又は吸着水と極めて強い親和性あるいは反応性を
有することを応用し、金属表面に強く結合したシリルイ
ソシアネートにさらに優れた疎水性を有し、かつNCOと
反応する基を有する疎水性化合物を結合させ、これによ
って金属材料の表面を高度に疎水化するものである。

本発明は、金属材料の表面をSi−NCO結合を有するシリ
ルイソシアネートで処理し、次いで得られたシリルイソ
シアネート処理金属材料を、分子中にシラノール基、水
酸基、メルカプト基、アミノ基、エポキシ基、カルボキ
シル基からなる群から選ばれた少なくとも１個の基をも
つ疎水性化合物で処理することを特徴とする表面疎水性
金属材料の製造法を提供する。

以下本発明を詳細に説明する。

本発明で使用される金属材料としては、通常、顔料や充
填剤として使用されるもののほか、導電性顔料、導電性
フィラー等として使用されるもの、さらには磁気記録材
料素材として使用される磁性粉等があり、例えば、Al、
As、Bi、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Ni、Pb、Sb、S
i、Ti、Zn等の金属等主として元素単体からなるもの、
鋼、ステンレス等の金属と他の元素の混合物、およびこ
れらの合金等をあげることができ、その形状についても
粉末状、鱗片状、繊維状、板状、針状等如何なる形状の
ものであっても良い。

上記金属材料の表面処をまず始めに処理するSi−NCO結
合を有するシリルイソシアネートとしては、RnSi（NC
O）_4-nで表わされ、ｎは0,1,2,3で、Ｒは炭素数１以上
のアルキル基、アルコキシ基、アリール基、ビニル基な
どである。

このシリルイソシアネートの使用量は、金属材料の表面
積、シリルイソシアネートの種類によって異なるが通常
金属材料に対し0.1〜10重量％程度である。

次に、金属材料を処理する疎水性化合物としては、以下
の基を有する疎水性化合物がある。

（１）シラノール基 一般式RnSi（OH）_4-n、Ｒはアルキル基等、またはなく
てもよい。ｎ＝3,2,1,0を持つ疎水性化合物であればい
かなるものであってもよいが、α（１）−ジハイドロキ
シジメチルポリシロキサン等を代表的に挙げることがで
きる。

（２）水酸基 −OHを持つ疎水性化合物は、上記シラノール基以外の水
酸基を有する化合物であればいかなるものでもよいが、
フェノール樹脂等が好ましい。

（３）メルカプト基 −SHを持つ疎水性化合物は、γ−メルカプトプロピルト
リエトキシシラン等を代表的に挙げることができる。

（４）アミノ基 −NH₂を持つ疎水性化合物は、ユリア樹脂、メラミン樹
脂、グアナミン樹脂等のアミノ樹脂等が好ましい。

（５）エポキシ基 （ｎは０以上の整数） を持つ疎水性化合物は、エポキシ樹脂に称される、ビス
フェノール類とエピクロロヒドリンの重縮合体、および
それをハロゲン化した樹脂、多価アルコール、ダイマー
酸、トリマー酸およびノボラックなどにエピクロロヒド
リンを反応させてエポキシ基を導入した樹脂、ポリオレ
フィンに過酸化水素でエポキシ樹脂を導入した樹脂、脂
環式エポキシ樹脂等を代表的に挙げることができる。

（６）カルボキシル基 −COOHを持つ疎水性化合物は、ステアリン酸等が好まし
い。

以上の疎水性化合物は単独で用いてもよいし、複合して
用いてもよい。またこれらの化合物の共重合体でもよ
い。シラノール基、水酸基、メルカプト基、エポキシ
基、カルボキシル基を単独で有する疎水性化合物でもよ
いし、多種のこれらの基を有してもよいし、これらの基
を多数有してもよい。

金属材料の表面をシリルイソシアネートで処理し、その
後疎水性化合物で処理する方法は以下の方法がある。

まず始めに、金属材料をシリルイソシアネートで処理す
る。その方法としては、例えば、Ｖブレンダー、ヘンシ
ェルミキサー等で金属材料を強制的に攪拌しながら溶剤
の存在下、若しくは存在させることなく表面処理する。
具体的には、スプレー等によりシリルイソシアネート単
独若しくは活性水素を含有しない溶剤、たとえばエステ
ル、ケトン、エーテル、炭化水素に溶解したシリルイソ
シアネートを噴霧して処理する乾式法、金属材料を活性
水素を含有しない溶剤に分散させ、スラリー状にし、こ
れにシリルイソシアネートを添加する湿式法等、通常良
く用いられる方法を採用することができる。

次に、シリルイソシアネートで処理して得られた金属材
料と疎水性化合物とを反応させる方法としては、両者を
均一に混合することが必要であるが、上述したシリルイ
ソシアネートで処理する方法と同様の方法で均一に混合
した後、必要に応じて加熱する方法を採用することがで
きる。例えば、疎水性化合物の官能基がエポキシ基であ
る場合には、両者の混合物を乾燥器もしくは反応器で加
熱することにより容易に行うことができる。

上記手法により処理された金属材料の疎水性の判定は、
簡単には水とこれに不溶性の有機溶剤の二相系溶液に該
金属材料を入れ、激しく攪拌したあと金属材料の分散相
を観察する一般的な方法で行うことができる。例えば、
20mlのｎ−ヘプタンと80mlの水からなる二相系溶液を容
積140mlの密封付沈降管に入れ、これに疎水性を判定す
べき金属材料1.0gを添加し、激しく振りまぜたのち、静
置して金属材料の分散状態を観察する。完全に疎水化し
た金属材料はｎ−ヘプタン相に安定に分散する、疎水化
が不完全な金属材料は水層に移りやすい。

＜実施例＞ 以下、実施例に基づいて本発明法を具体的に説明する。

実施例1. 厚さ0.3μ・平均直径20μのステンレスフレーク100重量
部をキシレン100重量部に分散させ、これにオルガチッ
クスSI310（松本製薬工業（株）製メチルシリルイソシ
アネートCH₃Si（NCO）_３）1.7重量部、を加え、90℃で3
0分反応させた。その後ブレンマーCP30（日本油脂
（株）製のグリシジルメタアクリレートとアクリル酸エ
ステルのラジカル共重合体で、エポキシ当量529）5.3重
量部（メチルシリルイソシアネート１モルに対し、１当
量）を添加し、更に90℃で30分攪拌し反応させた。その
後ステンレスフレークをロ別し、乾燥することにより表
面疎水性ステンレスフレークを得た。得られたステンレ
スフレークはｎ−ヘプタン／水系二層溶液中でｎ−ヘプ
タン中に分散した。

このステンレスフレークをABS樹脂中に30％添加し、コ
ンパウンドを得た。このコンパウンドの破断面の走査型
電子顕微鏡観察では、樹脂とステンレスフレークの破断
面が巨視的な剥離試験における“接着が良好な場合”に
相当する界面破壊様式と凝集破壊様式が混在したような
状態であり、ステンレスフレークと樹脂が強固に結合し
たことを示していた。

一方、ABS樹脂へ５％〜30％の範囲で段階的に添加量を
変えたコンパウンドを作り、射出成形により試片を作り
テストした結果、引張り強度、曲げ強度は添加量に比例
して増加し、本発明法による表面疎水性ステンレスフレ
ークと樹脂が強固に結合する事を示した。

比較例1. 上記実施例２と同様のステンレスフレークをブレンマー
CP30を使用することなく、オルガチックスSI310のみで
表面処理した。得られたステンレスフレークはｎ−ヘプ
タン／水系二層溶剤中でｎ−ヘプタン側に分散した。し
かし、ABS樹脂中に10％添加し、実施例１と同様に顕微
鏡観察を行ったところ、界面破壊様式であり、表面処理
ステンレスとABS樹脂の結合が不十分であった。

＜発明の効果＞ 本発明法によれば、金属材料の表面疎水化を非常に高度
に達成することができる。

このため本発明法で製造された表面疎水性金属材料は、
有機樹脂との混練性が強固で、有機樹脂の機械的強度の
強化、導電性の付与、磁気シールドなどの機能性付与材
料として広範囲に利用できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 清司 千葉県市川市南八幡５丁目13番２号 松本 製薬工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−123561（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属材料の表面をSi−NCO結合を有するシ
   リルイソシアネートで処理し、次いで得られたシリルイ
   ソシアネート処理金属材料を、分子中にシラノール基、
   水酸基、メルカプト基、アミノ基、エポキシ基、カルボ
   キシル基からなる群から選ばれた少なくとも１個の基を
   もつ疎水性化合物で処理することを特徴とする表面疎水
   性金属材料の製造法。