JPS61179802A - 金属粉の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は合成樹脂に金属粉を充填して機能性を有する複
合材料を得るために最適な金属粉の処理方法に関するも
のである。

具体的な利用分野の例を上げると、金属粉を充填した合
成樹脂成形材料としては、高比重材料、放射線遮蔽材料
、軸受材料、感圧スイッチ材料、導電材料、熱伝導材料
、耐摩耗材料１などが有る。

また金属粉を配合した合成樹脂塗料の例としては、導電
性、電磁波シールド性、耐摩耗性を有するものが上げら
れる。

本発明により処理した金属粉は、合成樹脂との親和性が
良好で、かつ合成樹脂と有害な化学反応を起こさないた
め、金属粉を大量に充填しても合成樹脂複合材料の物理
的性質の劣化が少なく、また金属粉による合成樹脂の酸
化劣化の問題が生巳ない。さらに導電性など金属特有の
特性が維持されるため、新しい機能を有する複合材料の
開発が可能となる。

〔従来の技術〕

金属と合成樹脂とは一船に互に親和性に乏しく、また金
属粉の腐食、金属粉による合成樹脂の酸化劣化の問題が
生じるため種々の表面処理方法、添加剤が考案されてい
る。

従来の技術としてベンゾトリアゾール、トリルトリアゾ
ールなどの有機インヒビターで金属粉に防錆効果を与え
る方法があげられるが、それらの保護被覆は導電性を悪
くし、導電性を目的とする用途には使用できない。合成
樹脂との親和性、分散性を改善するものとしてチオール
・Ｓ・トリアジン及びその誘導体を添加する方法（例え
ば特開昭５３−４５３４６号公報）、あるいはチタネー
ト系カップリング剤を使用する方法（例えば特開昭５７
−２０７６５１号公報）がある。しかしこれらの方法は
改善効果は認められるものの不十分であり、金属粉の有
する特性を阻害する傾向も有り、合成樹脂に充填する金
属粉の処理方法として優れた方法とは言えない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

金属粉の腐食、金属粉による合成樹脂の酸化劣化を防止
するためには、なんらかの防錆処理が必要である。しか
し従来の技術では防錆のための保護被膜は金属酸化膜を
介して結合するものや、絶縁性のものが多（、導電性を
目的とした用途には使用できない。したがって導電性な
ど金属の特性を悪くしない防錆処理方法が必要である。

一方、無機物と合成樹脂との親和性を良（するためのカ
ップリング剤としてシラン系、アルｄニウム系、チタネ
ート系などが市販されている。シリカ、ガラスにはシラ
ン系が良く、炭酸カルシウムにはチタネート系が有効で
あることは知られているが、金属粉に対しては有効な処
理方法が見出されてなく、カップリング剤として十分な
効果が生かされていない。

したがって本発明者等は、表面処理後も金属の有する導
電性などの特性を維持あるいは改善し、かつ合成樹脂と
有害な化学反応を起こさせず、合成樹脂との親和性が良
い金属粉の処理方法を見出すために種々の研究を行った
結果、本発明を完成したものである。

〔問題を解決するための手段〕

即ち、本発明は、金属粉をアミン及びその誘導体の少な
くとも１種を溶解した水溶液で処理し、次いで該金属粉
を乾燥し、チタネート系カップリング剤を該金属粉に混
合被覆することを特徴とする金属粉の処理方法である。

金属粉とは、銅、鉄、ニッケル、鉛、錫、銀、並びにこ
れらの合金粉が含まれるが、特に銅粉、銅合金粉、鉄粉
、ニッケル粉等の金属粉に本発明方法を実施すると、き
わめて良好な結果が得られる。

本発明の方法に使用するアミンとは、アンモニアの水素
原子を炭化水素残５Ｒで置換した化合物であって、例え
ばエチルアミン、アミルアミン、シアミルアミン、トリ
エタノールアミンユアリリルアミン、シクロヘキシルア
ミンなどが挙げられる。アミンの誘導体としては塩酸塩
、硫酸塩および有機酸塩などであるが、水に可溶なア、
ミン化合物であれば使用可能である。

アミンの金属粉に対する添加量は、使用する水溶液の量
、処理方法、金属粉の粒子の大きさより異なるが、一般
に処理する金属粉に対して重量で０．０１％から効果が
あり１０％以下が望ましい。処理方法としては、水溶液
をスプレー添加する方法、水溶液中にて金属粉を攪拌す
る方法、少量の水溶液でペースト状態にして湿潤する方
法などが有る。

処理時間は短時間で良く、処理時間は自由に選定するこ
とができる。

本発明の方法に使用するチタネート系カップリング剤と
は、例えばイソプロピルトリイソステアロイルチタネー
ト、イソプロピルトリドデシルベンゼンスルホニルチタ
ネート、イソプロピルトリス（ジオクチルパイロホスフ
ェート）チタネート、テトラオクチルビス（ジトリデシ
ルホスファ・イト）チタネート、ビス（ジオクチルパイ
ロホスフェート）オキシアセテートチタネートなどが挙
げられる。

チタネート系カップリング剤の添加量は金属粉。

の粒子の大きさ、金属組成によって異なるが、一般に、
処理する金属粉に対して重量で０．１％から効果があり
１０％以下が望ましい。

チタネート系カップリング剤の処理方法としては、直接
金属粉に添加し、ミキサーあるいはボールミルなどで撹
拌混合する方法が工業的に筒車である。チタネート系カ
ップリング剤を相溶性の良いトルエン、メチルエチルケ
トンなどの溶剤に希釈して攪拌混合する方法は短時間に
均一な被覆が得られ効果的な方法である。

〔作用〕

本発明の処理方法が優れた特性を有する理由については
、どのような機構で、どのような結合、あるいは相互作
用をしているか十分に明らかになっていないが次のよう
なことが考えられる。

金属粉をアミンの水溶液で処理することは金属粉表面を
清浄する効果があり、処理した金属粉を乾燥することに
より金属粉表面にキレ−、ト化合物が生成し、ある程度
の防錆効果が得られる。

さらに金属粉を水溶液中で処理し乾燥することは金属粉
表面に水酸基を強制的に付与したことになり、チタネー
ト系カップリング剤が金属粉表面と結合するのに最適な
状態となり、優れた力、プリング剤の効果が生ずる。つ
まりチタネート系カップリング剤の遷移金属であるＴｉ
元素が金属表面と十分に結合したのち、イソステアリン
酸残基、オクチルアルコール酸基及び亜リン酸エステル
のトリデシルアルコール残基などの疎水基が外側に向き
金属粉表面を疎水化する。これらの疎水基はを機構と親
和する部分が有るため、合成樹脂との親和性も良くなる
と考えられる。

他のカップリング剤を使用しても機構的には同じと考え
られるが、シラン系は導電性を著しく悪くし、アル゛ミ
ニウム系は耐湿性に劣るなどの欠点があることが本発明
者等の研究で判明し、チタネート系カップリング剤を使
用した。

金属粉に水を添加してカップリング効果を向上する方法
も有るが、乾燥中に金属粉が酸化する問題がある。また
乾燥せずにカップリング剤を添加したり、カップリング
剤と水を同時に添加して処理した場合には、残留水分が
多く有るため種々の問題を生じる。本発明の処理方法に
おいて、アミンの水溶液で処理し乾燥した金属粉の残留
水分を測定した結果、重量で０．００５部程度であった
。金属粉の種類により含水量に差は有るが、このくらい
の量がチタネート系カップリング剤の親木基が加水分解
し金属と結合するのに必要かつ不可欠な量であろう。金
属粉を充填した合成樹脂複合材料の導電性が良くなるの
は防錆性と親和性の相乗効果によるものと考えられる。

〔実施例〕

以下実施例により本発明を具体的に説明する。

なお文中に部とあるのはすべて重量部である。

実施例１ 水１００部にトリエタノールアミンを０．０１部溶解し
た水溶液に平均粒径５０μの噴霧銅粉を１００部浸漬し
、１分間攪拌した。その後ろ紙で銅粉と水を分離し、熱
風乾燥器にて８０℃１２０分間加熱乾燥した。乾燥後室
温にてしばらく放置した後、チタネート系カップリング
剤であるイソプロピルトリイソステアロイルチタネート
を０．１部トルエン２部に溶解して、銅粉に添加した。

ミキサーで６Ｏｒｐｍ１０分間混合し、銅粉表面にチタ
ネート系カップリング剤を被覆した。

このようにして処理した銅粉は金属銅の色を呈しており
かつ疎水性を有していた。

合成樹脂との親和性、反応性を見るために、このように
して得た処理銅粉をポリブヂレンテレフタレート樹脂に
重量で７５％充填し、射出成形機にてフライホイールを
成形した。

本発明の処理を行なわない銅粉を使用して成形したもの
と比べて非常に成形性が良く、かつ表面外観も赤変色せ
ず銅色を呈していた。成形品の物理的性質、電気的性質
を表１に、無処理銅粉を充填したものを比較例１として
示す。

表１ 実施例２ 水１００部にトリエタノールアミンを２部溶解した水溶
液に平均粒径２μの電解銅粉１００部浸漬し、６０分間
混合撹拌した。その後ろ紙で銅粉と水を分離し、熱風乾
燥器にて８０℃１２０分間加熱乾燥した。

乾燥後室温にてしばらく放置した後、チタネート系カッ
プリング剤であるビス（ジオクチルパイロホスフェート
）オキシアセテートチタネートを５部銅粉に添加しミキ
サーで６Ｏｒｐｍ６０分間混合し、銅粉表面にチクネー
ト系カップリング剤を被覆した。

このようにして処理した銅粉は金属銅の色を呈しており
かつ疎水性があり、水中に３０日間浸漬しても無処理銅
粉は黒弯色するが変色しなかった。

合成樹脂との親和性、反応性、電気伝導性を見るために
、このようにして得た処理銅粉をアクリル樹脂固形分に
対して重１で８０％になる。ように配合し、トルエンで
希釈した導電塗料を製造した。

この導電塗料によって得られた塗膜は無処理銅粉を使用
して製造したものと比べて塗膜外観にザラツキがなく、
塗膜から銅粉の脱落がなく、また長期間塗料を放置して
もゲル化が生じなかった。

塗膜の電気的性能を表２に無処理銅粉を充填したものを
比較例２として示す。なお塗膜厚は５０ミクロンである
。

表２ 実施例３ 水１００部にシクロヘキシルアミンのカルボン酸塩を１
０部添加溶解した水溶液を平均粒径５μの粉砕鉄粉にス
プレー添加し、直ちに鉄粉を水と分離し、真空乾燥器に
て１８０分間乾燥した。その後、チタネート系カップリ
ング剤であるテトラオクチルビス（ジトリデシルホスフ
ァイト）チタネートを１０部添加し、ボールミルにて３
Ｏｒｐｍ　３０分間混合した。

このようにして処理した鉄粉は疎水性を有しており、無
処理鉄粉が酸化する塩水中でも錆の発生が防止できた。

合成樹脂との親和性を見るためにＡＢＳ樹脂に重量で４
０％充填した射出成形板のアイゾツト衝撃強度（インチ
有り）を測定した結果、無処理鉄粉を充填したものは２
．３ｋｇ、ｃｍ／ｃｍであったが本発明の実施例３の処
理鉄粉を充填したものは５　ｋｇ、ｃｍ／ｃｍと２倍以
上の値となり、十分使用に耐えるものとなった。

実施例４ 水１０部にアミルアミンを０．５部溶解した水溶液を平
均粒径５μのニッケル粉１００部に添加し、ミキサーで
６Ｏｒｐｍ　３０分間混合攪拌した。その後熱風乾燥器
にて１２０℃１８０分間加熱乾燥した。乾燥後室温にて
しばらく放置した後、チタネート系カップリング剤であ
るイソプロピルトリドデシルベンゼンスルホニルチタネ
ートを３部二ソヶル扮に添加し、ミキサーで５Ｑｒｐｍ
　６０分間混合し、ニッケル粉表面にチタネート系カッ
プリング剤を被覆した。

このようにして処理したニッケル粉の親和性、電気伝導
性を見るためにエポキシ樹脂に重量で８０％充填した。

その結果、均一に分散することが容易となり、かつ無処
理ニッケル粉を充電した場合の電気伝導性が１０−１Ω
・ｃｍであったが本発明の実施例４の処理ニッケル粉を
充填した場合は１０−　”Ω・ｃｍの体積固有抵抗値が
得られた。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明した通り本発明の処理方法は、表面処理
後も金属粉の有する導電性などの特性が良くなり、かつ
合成樹脂と有害な化学反応を起こさせず、しかも合成樹
脂との親和性が非常に改善される効果が有る。

したがって、金属の特徴をいかした新しい金属粉含有合
成樹脂複合材料を得ることが可能となった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属粉をアミン及びその誘導体の少なくとも１種を溶解
   した水溶液で処理し、次いで該金属粉を乾燥し、チタネ
   ート系カップリング剤を該金属粉に混合被覆することを
   特徴とする金属粉の処理方法。