JP2004256659A

JP2004256659A - Method for producing ceramic-compounded plastic pellet and ceramic-compounded plastic molded form

Info

Publication number: JP2004256659A
Application number: JP2003048622A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Katagawa; 幸亮方川; Kenichi Nakatsuka; 建一中司; Shinya Ikeda; 慎哉池田; Naoki Komura; 直樹小村; Satoshi Tsukawaki; 聡塚脇
Original assignee: DAIWA GIKEN KOGYO KK; Hiroshima Prefecture
Current assignee: DAIWA GIKEN KOGYO KK; Hiroshima Prefecture
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2023-02-26
Also published as: JP3723932B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accomplish the high-specific gravity/high-precision of a plastic product by compounding a plastic( matrix resin material ) with surface-treated ceramic fine powder as filler, and also improve the mechanical properties including strength/impact/breaking strain of the plastic product by imparting the plastic with a silane coupling agent and a functional resin. <P>SOLUTION: A method for producing ceramic-compounded plastic pellets is provided, comprising carrying out in an one-path way a compounding operation including the dynamic surface treatment of ceramic fine powder using an extruder followed by pelletization. Specifically, this method comprises the following process: The extruder is quantitatively fed with the matrix resin material 3( and the functional resin 5 ) and the ceramic fine powder 4 coated or stuck with the silane coupling agent, the matrix resin material 3( and the functional resin 5 ) and the ceramic fine powder 4 are compounded together by promoting the dynamic surface treatment while undergoing a screw 1 conveyance under melt heating, the resulting melt 7 is extruded linearly and quenched to solidification, and then cut in the linear direction into the objective pellets 10. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチック〔マトリックス樹脂原料〕に表面処理セラミックス微粉体を充填材として複合することにより、プラスチック製品の高比重・高精度化を実現可能とするとともに、プラスチックにシランカップリング剤や機能性樹脂を付加することにより強度・衝撃・破断ひずみ等の機械的性質を改善可能とするセラミックス複合プラスチックペレットの製造方法及びセラミックス複合プラスチック成形体に関する。ここで、セラミックス微粉体及びプラスチック〔マトリックス樹脂原料〕はいずれも廃材を利用するものであってよい。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、セラミックス微粒子を含有させた繊維において、セラミックス微粒子と繊維間に衝撃や化学的作用が加わってもセラミック微粒子が繊維から容易に剥離することがないよう、シランカップリング剤で、セラミックス微粒子を化学結合させた繊維を製造し、これより作製した肌着はセラミックス微粒子に汗を素早く吸収し、皮膚がべとつかない、さわやかな感触を与える手法の提案があった。（例えば、特許文献１を参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１１６８６２号公報（全頁、全図）
【０００４】
また、プラスチックにシランカップリング剤を表面処理した無機物のフイラーを添加・混練してスラリーを形成した後、このスラリーを真空脱泡して注型し、プラスチックを付加重合反応させて硬化形成させることにより、収縮が殆ど起こらない高精度の成形体を得る手法の提案があった。（例えば、特許文献２を参照。）
【０００５】
【特許文献２】
特開平１１−１２４４４２号公報（全頁、全図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１は、シランカップリング剤により、セラミックス微粒子を繊維に化学結合させる手法であるが、この手法は、加工条件を動物性繊維・植物性繊維・合成繊維によってそれぞれ相違させる必要があり、加工の複雑・多様化に大きな課題を有している。
【０００７】
上記特許文献２は、既にシランカップリング剤で表面処理している無機物のフイラーとプラスチックとのスラリーを真空脱泡し、付加重合反応で硬化させ、高精度の成形体を得る手法であるが、これだと、シランカップリング剤で処理した無機物のフイラーに限定されることや、真空脱泡や付加重合反応では生産性が低下する等、大きな課題を有している。
【０００８】
本発明者らは、従来技術の複雑・多様な加工法、セラミックス微粉体の限定、あるいは生産性の低下等の課題解決の要請に応えるため、押出機を用いて動的表面処理を施すことによりセラミックス微粉体とプラスチックとの結合強化を図り、低コストで機械的強度その他の物性を改善した複合プラスチックペレットの製造技術に関する研究開発をおこなってきた。
【０００９】
あわせて、処分場や公害等の低負荷を図り、環境問題や環境会計に資するために、廃セラミックス微粉体（特に、廃鋳型微粉体。）や廃プラスチックのリサイクル技術に関する研究開発をおこなってきた。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、上記課題を解消し、押出機を用いて表面処理セラミックス微粉体とマトリックス樹脂原料の投入から混練、分散及び化学反応〔一連の動的表面処理〕を経る複合化とこれにつづくペレット作製までを１パスでおこなうようにしたセラミックス複合プラスチックペレットの製造方法及びセラミックス複合プラスチック成形体を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するために本発明は、押出機を用いてセラミックス微粉体の動的表面処理を含む複合化とこれにつづくペレット作製までを１パスでおこなうようにしたセラミックス複合プラスチックペレットの製造方法であって、
シランカップリング剤を表面塗布又は表面付着したセラミックス微粉体とマトリックス樹脂原料とをそれぞれ押出機に定量供給し、溶融加熱下でスクリュー搬送しながら動的表面処理を推進して複合化し、溶融体を線状に押し出して急冷凝固させた後、線状方向に切断して粒状物とすることを特徴とするものである。
【００１２】
ここで、マトリックス樹脂原料がポリマーブレンドであって、定量供給時にマレイン化変性ポリプロピレン、スチレン系エラストマーその他の機能性樹脂を添加する場合がある。
【００１３】
また、セラミックス微粉体が廃鋳型微粉体であって、精密鋳造廃鋳型を粗粉砕して磁力選別により金属類を除去した後、微粉砕し、かつ分級して得られたものであり、セラミックス微粉体の動的表面処理が、押出機に付設の撹拌機にセラミックス微粉体とシランカップリング剤を投入して高速撹拌し、セラミックス微粉体の表面にシランカップリング剤を塗布又は付着し、押出機に投入してマトリックス樹脂原料との間で混練、分散及び化学反応を進行させるものである。
【００１４】
さらに、上記製造方法により得られたセラミックス複合プラスチックペレットを成形材料として射出成形により賦型化したセラミックス複合プラスチック成形体であって、セラミックス微粉体の配合割合が２０〜５０重量％であり、成形材料又は成形体の比重が１．０以上であることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、上記構成のセラミックス複合プラスチックペレットの製造方法において、第１のステップは、２軸押出機のヘンセルミキサー（高速撹拌機：毎分１８００回転）により、表面処理のシランカップリング剤を瞬時に充填材のセラミックス微粉体（廃鋳型材は材質：シリカ、アルミナ、ジルコニアの混合物、比重：２．５〜３．０、粒径：５３〜２１０μｍ）の表面に０．２〜０．５重量％を均一に塗布又は付着することである。
【００１６】
第２のステップは、シランカップリング剤を均一塗布（付着）したセラミックス微粉体（配合率２０〜５０重量％）とマトリックス樹脂原料（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール）とをそれぞれ押出機に定量供給し、マトリックス樹脂原料を１８０〜２５０℃加熱・溶融させながら、スクリュー（毎分１００回転）で混練・分散・押出しを連続的に行うとともに、シランカップリング剤の化学反応により、セラミックス微粉体とプラスチック〔マトリックス樹脂原料〕との結合力を強化させることである。〔動的表面処理〜複合化〕
【００１７】
第３のステップは、セラミックス微粉体を均一分散したプラスチック溶融体を、線状に押出し、水により急冷凝固させた後、刃物でペレット形状に切断することである。このペレット（及び後述の成形体）は比重が１．０〜１．５程度である。
【００１８】
第４のステップは、選択的なステップであって、成形体の強度・破断ひずみ・衝撃値等の機械的性質を一段と向上させるために、マトリックス樹脂原料に機能性樹脂を添加配合したポリマーブレンドを用いることである。
【００１９】
第５のステップは、選択的なステップであって、精密鋳物工場から廃棄されたセラミックス鋳型（精密鋳造廃鋳型）を微粉化処理したセラミックス微分体（廃鋳型微粉体）とプラスチック工場から排出された廃プラスチック〔マトリックス樹脂原料〕とを再利用することである。
【００２０】
【実施例】
本発明の一実施例を添付図面に基づいて以下説明する。
【００２１】
図１は、本発明のセラミックス複合プラスチックペレットの製造方法〔以下、実施例方法。〕の概要説明図であり、２軸押出機のヘンセルミキサー２でシランカップリング剤をセラミックス微粉体４に塗布又は付着した後〔動的表面処理〕、表面処理セラミックス微粉体４とプラスチック３〔マトリックス樹脂原料であって必要に応じて機能性樹脂５を添加配合する場合がある〕をそれぞれ定量フィーダー６により定量供給し、プラスチック３を加熱・溶融しながらスクリュー１により混練・分散・押出し、線状に押出された複合プラスチック７を水により急冷凝固させた後、刃物９により適宜寸法（粒径）に切断してペレット１０を製造する。以下、添加配合又は配合に関してはブレンドと表記する。
【００２２】
本発明では、シランカップリング剤を塗布した市販のセラミックス微粉体を使用しないので、独自の表面処理方法〔動的表面処理〕を開発したものである。
【００２３】
動的表面処理は、セラミックス微粉体とプラスチックとの結合を強化する化学反応を、スクリューにより混練・分散・押出しを強力に行うものであり、密度が高まり結合が非常に強固になることが重要なポイントである。また、一連の工程を動的に行うので、ペレットの生産性も大きく、低コスト化が実現できる。
【００２４】
図２は、微粉体の粒子径がセラミックス複合プラスチック成形体〔以下、供試体という。〕の引張強さや破断ひずみに及ぼす影響を示すデータプロットである。ここでは、ポリエチレンに各粒子径の廃鋳型微粉体（シリカ、アルミナ、ジルコニア等を含有する混合セラミックスの微粉体）を２０重量％ブレンドしてペレットを作製し、このペレットを射出成形機によって、ＪＩＳＫ７１３９の試験片を作製した後、引張試験を行った。
【００２５】
この図から、廃鋳型微分体の粒子径が供試体の引張強さや破断ひずみに与える影響は小さいことが認められる。
【００２６】
図３は、廃鋳型微粉体のブレンド率が供試体の引張強さと耐力に及ぼす影響を示すデータプロットである。ここでは、ポリエチレンに粒子径２０μｍの廃鋳型微粉体を２０、３０、４０、５０重量％ブレンドしてペレットを作成し、このペレットを射出成形機によって、ＪＩＳＫ７１３９の試験片を作製した後、引張り試験を行っている。
【００２７】
この図から、ポリエチレンに廃鋳型微粉体をブレンドすると、ポリエチレン単体（ブレンド率０重量％）より、引張強さ、耐力ともに低下し、さらに、ブレンド率が増加すると引張強さ、耐力ともに大きく低下することが認められる。
【００２８】
図４は、廃鋳型微粉体のブレンド率が供試体の破断ひずみと弾性率に及ぼす影響を示すデータプロットである。ここでは、図３と同様のＪＩＳＫ７１３９の試験片を使用した。
【００２９】
この図から、ポリエチレンに廃鋳型微粉体をブレンドすると、ポリエチレン単体より、破断ひずみが低下するが、弾性率は逆に増大していくことが認められる。
【００３０】
図５は、廃鋳型微粉体のブレンド率が供試体のアイゾット衝撃値と硬度に及ぼす影響を示すデータプロットである。
【００３１】
この図から、アイゾット衝撃値は廃鋳型微粉体のブレンド率に比例して低下するが、硬度は逆に増大することが認められる。
【００３２】
以上の結果から、廃鋳型微粉体にシランカップリング剤を塗布しない場合、ポリエチレンと廃鋳型微粉体との結合力が弱く、引張強さ、耐力、破断ひずみ、衝撃値等がポリエチレン単体より低下する。これらの特性を改善するには、廃鋳型微粉体にシランカップリング剤を塗布することが不可欠であると考察される。
【００３３】
図６は、実施例方法により作製した供試体の性能を示すグラフであって、表面処理条件の変更が引張強さ、破断ひずみ及び曲げ強さに及ぼす影響を示すものである。ここで、廃鋳型微粉体にシランカップリング剤（トリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン）を表面処理条件を変えて塗布した後、ポリエチレンに２０重量％ブレンドして作製した供試体の引張強さ、破断ひずみ、曲げ強さを求めている。
【００３４】
すなわち、未処理はシランカップリング剤を塗布せず、ポリエチレンに廃鋳型微粉体を２０％重量ブレンドしたものである。処理１はトリメトキシシラン０．２重量％、処理２はビニルトリメトキシシラン０．２重量％、処理３はトリメトキシシラン０．５重量％、処理４はビニルトリメトキシシラン０．５重量％塗布した後、それぞれポリエチレンに２０重量％ブレンドして引張強さ、破断ひずみ、曲げ強さを求めたものである。
【００３５】
この図からシランカップリング剤を塗布すると、引張強さ、破断ひずみ、曲げ強さが改善されており、とくに破断ひずみが大きく改善されたことが認められる。
【００３６】
図７は、上記同様〔図６〕に作製した各供試体の他の性能を示すグラフであって、表面処理条件の変更が衝撃値と粘度に及ぼす影響を示すものである。
【００３７】
この図から、廃鋳型微粉体にシランカップリング剤を塗布すると衝撃値が２倍以上に向上し、改善が著しいことが認められる。
【００３８】
図８は、再生ポリプロピレンに廃鋳型微粉体を２０重量％ブレンドした再生材供試体の機械的性質を示すグラフであって、表面処理（０．３重量％塗布）及び種々の機能性樹脂のブレンド（１２重量％ブレンド）が引張強さ、破断ひずみ及び衝撃値に与える影響を示すものである。
【００３９】
ここでは、再生ポリプロピレン［ＰＰ（Ｒ）］に廃鋳型微粉体２０重量％ブレンド［ＰＰ（Ｒ）：ＷＭ］、廃鋳型微粉体２０重量％にシランカップリング剤のγ−アミノプロピルトリエトキシシランを０．３重量％塗布後再生ポリプロピレンとブレンド［ＰＰ（Ｒ）：ＷＭ（９０３０．３％）］、廃鋳型微粉体２０重量％にγ−アミノプロピルトリエトキシシランを０．３重量％塗布後再生ポリプロピレン６８重量％と機能性樹脂のマレイン化変性ポリプロピレン１２重量％とをブレンド［ＰＰ（Ｒ）：ＷＭ（９０３０．３％）：ＭＰＰ］、廃鋳型微粉体２０重量％にγ−アミノプロピルトリエトキシシランを０．３重量％塗布後再生ポリプレン６８重量％と機能性樹脂のスチレン系エラストマーを１２重量％とをブレンド［ＰＰ（Ｒ）：ＷＭ（９０３０．３％）：ＳＢＣ］、これら５種類について引張強さ、破断ひずみ、衝撃値を比較検討している。
【００４０】
この図から、マレイン化変性ポリプロピレン、スチレン系エラストマー（いずれも機能性樹脂）をブレンドすると再生ポリプロピレンより、引張強さ、破断ひずみ、衝撃値が大きくなる。このことから、引張強さにはマレイン化変性ポリプロピレン、破断ひずみ、衝撃値にはスチレン系エラストマーをブレンドするとより効果的なことを見出した。
【００４１】
図９は、再生ポリプロピレンに廃鋳型微粉体のブレンドを５０重量％まで増加させた再生材供試体の機械的性質を示すグラフであって、表面処理（０．３重量％塗布）及び種々の機能性樹脂のブレンド（７．５重量％ブレンド）が引張強さ、破断ひずみ及び衝撃値に与える影響を示すものである。
【００４２】
この図からも、図８と同様に機能性樹脂は大きな効果を示すことが認められる。
【００４３】
また、実施例方法によるセラミックス複合プラスチック成形体の成形ひずみを評価するために、廃鋳型微粉体をブレンドした方向指示板用重り〔成形体〕を作製した。その成形ひずみと重量を表１に示す。
【００４４】
【表１】

【００４５】
この表から理解されるように、従来の塩化ビニルやポリエチレン単体より、ポリエチレンに廃鋳型微粉体をブレンドした方向指示板用重りの成形ひずみが少ないことが認められる。
【００４６】
因みに、微粉体とプラスチックの複合化において、動的表面処理（の導入）の有効性を考察しておく。
【００４７】
上述した溶融粘度に関して、本発明の動的表面処理を施した供試体（セラミックス複合プラスチック成形体）は、未処理のものに対して５〜１０％低下している。〔図７〕
【００４８】
これは表面処理効果によりマトリックス樹脂（上記供試体ではポリエチレン）との濡れ性が改善されるためであると推認される。このことは同時に分散性の向上を期待させるものでもある。
【００４９】
確認までに、図１０及び図１１に破断面のＳＥＭ観察像（図面代用写真）を示す。
【００５０】
図１０は未処理の廃鋳型微粉体をブレンドした供試体の破断面であり、微粉体の剥離した空隙や粉体とプラスチックの界面にクラックが見られ、界面剥離が生じていることが確認される。
【００５１】
図１１は動的表面処理を施した廃鋳型微粉体をブレンドした供試体の破断面であり、粉体とプラスチックの界面が確認できない。これは破壊がプラスチック層で生じているためであり、表面処理の効果であると推認される。
【００５２】
この結果からも、微粉体とプラスチックの複合化において動的表面処理は有効な手法であることが認められる。
【００５３】
【発明の効果】
上述したように本発明は、押出機でシランカップリング剤の塗布と化学反応とを、１パスで動的に行う新たな製造技術を創出するものであり、高生産性を実現し、大幅なコストの低減が図れる。
【００５４】
プラスチックに廃鋳型微粉体を２０〜５０重量％ブレンドすると機械的性質が低下するが、シランカップリング剤を塗布すると機械的性質が向上し、さらに機能性樹脂をブレンドすると、機械的性質がプラスチック単体（廃鋳型微粉体のブレンド率０重量％）より増大する等の新技術を創出した。
【００５５】
廃鋳型材、再生ポリプロピレンを使用することにより、埋め立て処分や炭酸ガス排出を低減でき、環境低負荷に寄与することができる。
【００５６】
廃鋳型微粉体を含有させたプラスチック成形品は、比重が１〜１．５となり、水に沈み、大雨や台風での洪水にも流されにくい利点がある。
【００５７】
また、廃鋳型微粉体をブレンドさせたプラスチック成形品は、成形ひずみが少ないので利用価値が高く、車椅子用の段差解消板や農業用水路用のＵ字溝、福祉関連製品等としての用途拡大が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例方法の概要説明図である。
【図２】微粉体の粒子径が引張強さや破断ひずみに及ぼす影響を示すデータプロットである。
【図３】廃鋳型微粉体のブレンド率が引張強さと耐力に及ぼす影響を示すデータプロットである。
【図４】廃鋳型微粉体のブレンド率が破断ひずみと弾性率に及ぼす影響を示すデータプロットである。
【図５】廃鋳型微粉体のブレンド率がアイゾット衝撃値と硬度に及ぼす影響を示すデータプロットである。
【図６】実施例方法により作製した供試体の性能を示すグラフであって、表面処理条件の変更が引張強さ、破断ひずみ及び曲げ強さに及ぼす影響を示すものである。
【図７】実施例方法により作製した供試体の他の性能を示すグラフであって、表面処理条件の変更が衝撃値と粘度に及ぼす影響を示すものである。
【図８】再生ポリプロピレンに廃鋳型微粉体を２０重量％ブレンドした再生材供試体の機械的性質を示すグラフであって、表面処理及び機能性樹脂のブレンドが引張強さ、破断ひずみ及び衝撃値に及ぼす影響を示すものである。
【図９】再生ポリプロピレンに廃鋳型微粉体を５０重量％ブレンドした再生材供試体の機械的性質を示すグラフであって、表面処理及び機能性樹脂のブレンドが引張強さ、破断ひずみ及び衝撃値に及ぼす影響を示すものである。
【図１０】未処理の廃鋳型微粉体をブレンドした供試体の破断面の組織（ＳＥＭ観察像）を示す図面代用写真である。
【図１１】動的表面処理を施した廃鋳型微粉体をブレンドした供試体の破断面の組織（ＳＥＭ観察像）を示す図面代用写真である。
【符号の説明】
１スクリュー
２ヘンセルミキサー
３プラスチック〔マトリックス樹脂原料〕
４セラミックス微粉体
５機能性樹脂
６定量フィーダー
７複合プラスチック
８水
９刃物
１０ペレット[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention makes it possible to achieve high specific gravity and high precision of plastic products by compounding plastics (matrix resin raw material) with surface-treated ceramic fine powder as a filler, and to provide silane coupling agents and functional The present invention relates to a method for producing a ceramic composite plastic pellet which can improve mechanical properties such as strength, impact, and breaking strain by adding a resin, and a ceramic composite plastic molded product. Here, both the ceramic fine powder and the plastic (matrix resin raw material) may use waste materials.
[0002]
[Prior art]
As a conventional technique, in a fiber containing ceramic fine particles, a silane coupling agent is used to prevent the ceramic fine particles from being easily separated from the fibers even when an impact or a chemical action is applied between the ceramic fine particles and the fibers. There has been a proposal for a method of producing a fiber which is chemically bonded to an underwear, and a method of giving a refreshing feel to the underwear made from the material by quickly absorbing sweat into the ceramic fine particles, and making the skin non-sticky. (For example, see Patent Document 1)
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-6-116682 (all pages, all drawings)
[0004]
In addition, after adding and kneading an inorganic filler obtained by surface-treating a silane coupling agent to a plastic to form a slurry, the slurry is vacuum-defoamed and cast, and the plastic is cured by addition polymerization reaction. Thus, there has been proposed a method of obtaining a high-precision molded body that hardly causes shrinkage. (See, for example, Patent Document 2)
[0005]
[Patent Document 2]
JP-A-11-124442 (all pages, all drawings)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Patent Document 1 described above is a method of chemically bonding ceramic fine particles to fibers by using a silane coupling agent. In this method, processing conditions need to be different for animal fibers, vegetable fibers, and synthetic fibers, respectively. There is a major problem in the complexity and diversification of processing.
[0007]
Patent Document 2 mentioned above is a method of obtaining a high-precision molded body by vacuum defoaming a slurry of an inorganic filler and plastic that has already been surface-treated with a silane coupling agent, and curing by an addition polymerization reaction. This has major problems, such as being limited to inorganic fillers treated with a silane coupling agent, and reducing productivity in vacuum defoaming and addition polymerization reactions.
[0008]
The present inventors have performed a dynamic surface treatment using an extruder in order to respond to requests for solving problems such as complicated and diverse processing methods of the prior art, limitation of ceramic fine powder, or reduction in productivity. We have been conducting research and development on the manufacturing technology of composite plastic pellets that have improved mechanical strength and other physical properties at low cost by strengthening the bond between ceramic fine powder and plastic.
[0009]
At the same time, in order to reduce the burden on disposal sites and pollution, etc., and to contribute to environmental issues and environmental accounting, we have been conducting research and development on waste ceramic fine powder (especially waste mold fine powder) and waste plastic recycling technologies. .
[0010]
The present invention has been made in view of such circumstances, and solves the above-mentioned problems, and kneading, dispersing, and chemically reacting a mixture of a surface-treated ceramic fine powder and a matrix resin raw material using an extruder. The present invention provides a method for producing ceramic composite plastic pellets and a ceramic composite plastic molded article, in which composite processing through surface treatment] and subsequent pellet production are performed in one pass.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the problem, the present invention relates to a method for producing ceramic composite plastic pellets, in which a composite including dynamic surface treatment of ceramic fine powder using an extruder and subsequent pellet production are performed in one pass. So,
A silane coupling agent is surface-applied or adhered to the surface, and the ceramic fine powder and the matrix resin material are respectively supplied to the extruder in a fixed amount. It is characterized by being extruded linearly, rapidly solidified, and then cut in a linear direction into a granular material.
[0012]
Here, the matrix resin raw material is a polymer blend, and a maleated modified polypropylene, a styrene-based elastomer, or another functional resin may be added at the time of the fixed supply.
[0013]
Also, the ceramic fine powder is a waste mold fine powder, which is obtained by coarsely grinding a precision casting waste mold, removing metals by magnetic force sorting, then finely grinding and classifying. Dynamic surface treatment of the body, the ceramic fine powder and a silane coupling agent are put into a stirrer attached to the extruder and stirred at high speed, and the silane coupling agent is applied or adhered to the surface of the ceramic fine powder, And promotes kneading, dispersion and chemical reaction with the matrix resin raw material.
[0014]
Further, the present invention is a ceramic composite plastic molded article formed by injection molding using the ceramic composite plastic pellet obtained by the above-mentioned production method as a molding material, wherein the compounding ratio of the ceramic fine powder is 20 to 50% by weight. Alternatively, the molded article has a specific gravity of 1.0 or more.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
According to the embodiment of the present invention, in the method for producing a ceramic composite plastic pellet having the above-described configuration, the first step is to use a Hensel mixer (high-speed stirrer: 1,800 revolutions per minute) of a twin-screw extruder to perform surface treatment of silane. The coupling agent is instantaneously filled with 0.2 micron powder on the surface of the ceramic fine powder of the filler (waste mold material is a mixture of silica, alumina and zirconia, specific gravity: 2.5-3.0, particle size: 53-210 μm). To 0.5% by weight uniformly.
[0016]
In the second step, a ceramic fine powder (compounding ratio of 20 to 50% by weight) uniformly coated (adhered) with a silane coupling agent and a matrix resin raw material (polyethylene, polypropylene, polyacetal) are quantitatively supplied to an extruder, respectively. While kneading, dispersing and extruding continuously with a screw (100 revolutions per minute) while heating and melting the matrix resin material at 180 to 250 ° C, ceramic fine powder and plastic [matrix] are formed by a chemical reaction of a silane coupling agent. (Resin raw material). (Dynamic surface treatment-composite)
[0017]
The third step is to extrude a plastic melt in which ceramic fine powder is uniformly dispersed into a linear shape, rapidly solidify it with water, and then cut it into a pellet shape with a blade. This pellet (and a molded body described later) has a specific gravity of about 1.0 to 1.5.
[0018]
The fourth step is an optional step. In order to further improve the mechanical properties such as strength, breaking strain, impact value, etc. of the molded body, a polymer blend obtained by adding a functional resin to a matrix resin raw material is used. It is to use.
[0019]
The fifth step is an optional step, in which a ceramics differential element (waste mold fine powder) obtained by pulverizing a ceramic mold (precise casting waste mold) discarded from a precision casting factory and discharged from a plastic factory. This is to recycle waste plastic [matrix resin raw material].
[0020]
【Example】
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0021]
FIG. 1 shows a method for producing a ceramic composite plastic pellet of the present invention [hereinafter, an example method. FIG. 1 is a schematic explanatory view of the present invention. After a silane coupling agent is applied or adhered to a ceramic fine powder 4 by a Hensel mixer 2 of a twin-screw extruder [dynamic surface treatment], a surface-treated ceramic fine powder 4 and a plastic 3 [ A matrix resin raw material, and the functional resin 5 may be added and compounded as necessary] by means of a quantitative feeder 6 and kneading, dispersing and extruding with a screw 1 while heating and melting the plastic 3; After the composite plastic 7 extruded into a shape is rapidly cooled and solidified with water, it is cut into appropriate dimensions (particle diameter) by a blade 9 to produce a pellet 10. Hereinafter, the addition or blending is referred to as a blend.
[0022]
In the present invention, since a commercially available ceramic fine powder coated with a silane coupling agent is not used, a unique surface treatment method (dynamic surface treatment) has been developed.
[0023]
Dynamic surface treatment uses a screw to knead, disperse, and extrude the chemical reaction that strengthens the bond between the ceramic fine powder and the plastic, and it is important that the density increases and the bond becomes very strong. Is the point. In addition, since a series of steps are performed dynamically, the productivity of pellets is large, and cost reduction can be realized.
[0024]
FIG. 2 shows that the fine powder has a particle size of ceramic composite plastic [hereinafter referred to as a specimen. ] Is a data plot showing the effect on the tensile strength and the breaking strain. Here, pellets were prepared by blending 20% by weight of waste mold fine powder (fine powder of mixed ceramics containing silica, alumina, zirconia, etc.) with polyethylene in each particle size, and pellets were produced by an injection molding machine using JIS K7139. , And a tensile test was performed.
[0025]
From this figure, it is recognized that the particle size of the waste mold differential has little effect on the tensile strength and breaking strain of the test specimen.
[0026]
FIG. 3 is a data plot showing the effect of the blending ratio of the waste mold fine powder on the tensile strength and proof stress of the specimen. Here, 20, 30, 40, and 50% by weight of a waste mold fine powder having a particle diameter of 20 μm was blended with polyethylene to prepare pellets, and the pellets were formed by an injection molding machine into a JIS K7139 test piece, which was then subjected to a tensile test. It is carried out.
[0027]
From this figure, when the waste mold fine powder is blended with polyethylene, both the tensile strength and the proof stress are reduced as compared with polyethylene alone (blend ratio 0% by weight). Further, when the blend ratio is increased, both the tensile strength and the proof stress are greatly reduced. It is recognized that.
[0028]
FIG. 4 is a data plot showing the effect of the blend ratio of the waste mold fine powder on the breaking strain and the elastic modulus of the test specimen. Here, a test piece of JISK7139 similar to FIG. 3 was used.
[0029]
From this figure, it can be seen that when polyethylene is blended with the waste mold fine powder, the breaking strain is lower than that of polyethylene alone, but the elastic modulus is conversely increased.
[0030]
FIG. 5 is a data plot showing the effect of the blending ratio of the waste mold fine powder on the Izod impact value and hardness of the specimen.
[0031]
From this figure, it can be seen that the Izod impact value decreases in proportion to the blend ratio of the waste mold fine powder, but the hardness increases conversely.
[0032]
From the above results, when the silane coupling agent is not applied to the waste mold fine powder, the bonding force between the polyethylene and the waste mold fine powder is weak, and the tensile strength, proof stress, breaking strain, impact value, etc. are lower than those of polyethylene alone. . In order to improve these properties, it is considered essential to apply a silane coupling agent to the waste mold fine powder.
[0033]
FIG. 6 is a graph showing the performance of the specimens produced by the method of the example, and shows the effect of changing the surface treatment conditions on the tensile strength, breaking strain and bending strength. Here, after applying a silane coupling agent (trimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane) to the waste mold fine powder under different surface treatment conditions, the tensile strength of a specimen prepared by blending with 20% by weight of polyethylene, The breaking strain and bending strength are required.
[0034]
In other words, the untreated is obtained by blending 20% by weight of the waste mold fine powder with polyethylene without applying the silane coupling agent. Treatment 1 applied 0.2% by weight of trimethoxysilane, Treatment 2 applied 0.2% by weight of vinyltrimethoxysilane, Treatment 3 applied 0.5% by weight of trimethoxysilane, Treatment 4 applied 0.5% by weight of vinyltrimethoxysilane After that, each was blended with 20% by weight of polyethylene, and the tensile strength, breaking strain and bending strength were determined.
[0035]
From this figure, it can be seen that when the silane coupling agent was applied, the tensile strength, the breaking strain, and the bending strength were improved, and in particular, the breaking strain was greatly improved.
[0036]
FIG. 7 is a graph showing other performances of the respective test specimens prepared in the same manner as described above (FIG. 6), and shows the effect of changing the surface treatment conditions on the impact value and the viscosity.
[0037]
From this figure, it is recognized that the impact value is more than doubled when the silane coupling agent is applied to the waste mold fine powder, and the improvement is remarkable.
[0038]
FIG. 8 is a graph showing the mechanical properties of a recycled material specimen obtained by blending 20% by weight of a waste mold fine powder with recycled polypropylene, showing surface treatment (0.3% by weight application) and blending of various functional resins. (12 wt% blend) shows the effect on tensile strength, breaking strain and impact value.
[0039]
Here, 20% by weight of a waste mold fine powder [PP (R): WM] is blended with recycled polypropylene [PP (R)], and γ-aminopropyltriethoxysilane as a silane coupling agent is blended with 20% by weight of the waste mold fine powder. After application of 0.3% by weight, blend with recycled polypropylene [PP (R): WM (903 0.3%)], after application of 0.3% by weight of γ-aminopropyltriethoxysilane to 20% by weight of fine powder of waste mold Blend 68% by weight of recycled polypropylene and 12% by weight of maleated modified polypropylene of functional resin [PP (R): WM (903% 0.3%): MPP], 20% by weight of waste mold fine powder and γ-aminopropyl After 0.3% by weight of triethoxysilane is applied, 68% by weight of recycled polypropylene and 12% by weight of a styrene elastomer as a functional resin are blended [PP (R): W (903 0.3%): SBC], these five Tensile strength, fracture strain, and compare the impact value.
[0040]
From this figure, it is found that blending maleated modified polypropylene and styrene-based elastomer (both functional resins) results in higher tensile strength, breaking strain and impact value than recycled polypropylene. From this, it was found that blending a maleated modified polypropylene for tensile strength and a styrene elastomer for breaking strain and impact value was more effective.
[0041]
FIG. 9 is a graph showing the mechanical properties of a recycled material specimen obtained by increasing the blend of the waste mold fine powder to the recycled polypropylene to 50% by weight, showing the surface treatment (0.3% by weight application) and various functions. 1 shows the effect of a blend of a conductive resin (7.5 wt% blend) on tensile strength, breaking strain and impact value.
[0042]
From this figure, it is recognized that the functional resin shows a great effect as in FIG.
[0043]
Further, in order to evaluate the molding strain of the ceramic composite plastic molded article according to the example method, a weight [molded article] for a directional indicator plate was prepared by blending fine powder of a waste mold. Table 1 shows the molding strain and weight.
[0044]
[Table 1]

[0045]
As can be understood from this table, it is recognized that the molding distortion of the weight for the direction indicator plate obtained by blending the waste mold fine powder with polyethylene is smaller than that of the conventional vinyl chloride or polyethylene alone.
[0046]
Incidentally, the effectiveness of dynamic surface treatment (introduction) in the composite of fine powder and plastic is considered.
[0047]
With respect to the above-mentioned melt viscosity, the specimen (ceramic composite plastic molded article) subjected to the dynamic surface treatment of the present invention is reduced by 5 to 10% as compared with the untreated one. [Fig. 7]
[0048]
It is presumed that this is because the wettability with the matrix resin (polyethylene in the specimen) was improved by the surface treatment effect. This also makes it possible to improve the dispersibility.
[0049]
Before confirmation, FIGS. 10 and 11 show SEM observation images (drawing substitute photographs) of the fractured surface.
[0050]
FIG. 10 is a fractured surface of the specimen blended with the untreated waste mold fine powder. Cracks were observed in the voids where the fine powder was peeled and at the interface between the powder and the plastic, and it was confirmed that interface peeling had occurred. You.
[0051]
FIG. 11 is a fractured surface of the specimen blended with the waste mold fine powder subjected to the dynamic surface treatment, and the interface between the powder and the plastic cannot be confirmed. This is because the destruction has occurred in the plastic layer, and is presumed to be the effect of the surface treatment.
[0052]
From these results, it is recognized that the dynamic surface treatment is an effective method in the composite of the fine powder and the plastic.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, the present invention is to create a new manufacturing technology for dynamically performing the application and chemical reaction of a silane coupling agent in an extruder in one pass, realizing high productivity, and significantly increasing Cost can be reduced.
[0054]
When 20-50% by weight of waste mold fine powder is blended with plastic, the mechanical properties are reduced. However, when a silane coupling agent is applied, the mechanical properties are improved. (Blend ratio of waste mold fine powder: 0% by weight).
[0055]
By using a waste mold material and recycled polypropylene, landfill disposal and carbon dioxide emission can be reduced, which can contribute to lower environmental impact.
[0056]
The plastic molded article containing the waste mold fine powder has an advantage that the specific gravity becomes 1 to 1.5, and the plastic molded article sinks in water and is not easily washed away by heavy rain or flood due to a typhoon.
[0057]
In addition, plastic molded products blended with waste mold fine powder are highly useful because of low molding distortion, and are expected to expand their applications as step-elimination plates for wheelchairs, U-shaped grooves for agricultural waterways, and welfare-related products. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory view of an embodiment method.
FIG. 2 is a data plot showing the effect of the particle size of the fine powder on tensile strength and breaking strain.
FIG. 3 is a data plot showing the effect of the blend ratio of the waste mold fine powder on tensile strength and proof stress.
FIG. 4 is a data plot showing the effect of the blend ratio of the waste mold fine powder on breaking strain and elastic modulus.
FIG. 5 is a data plot showing the effect of the blend ratio of the waste mold fine powder on the Izod impact value and hardness.
FIG. 6 is a graph showing the performance of a specimen manufactured by the method of the example, and shows the effect of changes in surface treatment conditions on tensile strength, breaking strain, and bending strength.
FIG. 7 is a graph showing other performances of a test piece manufactured by the method of the example, and shows an influence of a change in surface treatment conditions on an impact value and a viscosity.
FIG. 8 is a graph showing the mechanical properties of a recycled material specimen obtained by blending recycled polypropylene with 20% by weight of a waste mold fine powder, wherein the surface treatment and the functional resin blend showed tensile strength, breaking strain and impact value. It shows the effect on
FIG. 9 is a graph showing mechanical properties of a recycled material specimen in which 50% by weight of a waste mold fine powder is blended with recycled polypropylene, wherein the surface treatment and the functional resin blend have tensile strength, breaking strain and impact value. It shows the effect on
FIG. 10 is a drawing-substituting photograph showing the structure (SEM observation image) of a fracture surface of a test sample blended with untreated waste mold fine powder.
FIG. 11 is a photograph substituted for a drawing showing the structure (SEM observation image) of the fractured surface of the test sample in which the waste mold fine powder subjected to the dynamic surface treatment is blended.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Screw 2 Hensel mixer 3 Plastic [matrix resin raw material]
4 Ceramic fine powder 5 Functional resin 6 Quantitative feeder 7 Composite plastic 8 Water 9 Blade 10 Pellets

Claims

In a method for producing a ceramic composite plastic pellet using a surface-treated ceramic fine powder as a filler,
A method of manufacturing ceramic composite plastic pellets, in which a composite including dynamic surface treatment of ceramic fine powder and a subsequent pellet preparation are performed in one pass using an extruder,
A silane coupling agent is surface-applied or adhered to the surface, and the ceramic fine powder and the matrix resin material are respectively supplied to the extruder in a fixed amount. A method for producing ceramic composite plastic pellets, comprising extruding linearly, rapidly solidifying, and then cutting in a linear direction to obtain a granular material.

The method for producing ceramic composite plastic pellets according to claim 1, wherein the matrix resin raw material is a polymer blend, and a maleated modified polypropylene, a styrene-based elastomer, or another functional resin is added and compounded at the time of fixed supply.

Ceramic fine powder is a waste mold fine powder, which is obtained by coarsely pulverizing a precision casting waste mold and removing metals by magnetic force sorting, then finely pulverizing and classifying,
The surface treatment of the ceramic fine powder is a dynamic surface treatment. The ceramic fine powder and the silane coupling agent are put into a stirrer attached to the extruder and stirred at high speed, and the silane coupling agent is applied to the surface of the ceramic fine powder. The method for producing ceramic composite plastic pellets according to claim 1 or 2, wherein the ceramic composite plastic pellets are applied or adhered, and charged into an extruder to progress kneading, dispersion and chemical reaction with a matrix resin raw material.

A ceramic composite plastic molded article formed by injection molding using the ceramic composite plastic pellet according to any one of claims 1 to 3, wherein a mixing ratio of the ceramic fine powder is 20 to 50% by weight. A ceramic composite plastic molded article, wherein the specific gravity of the molding material or the molded article is 1.0 or more.