ナノダイヤモンド ディノベア熱安定剤(酸化防止剤)

熱分解抑制効果の発現機構

ナノダイヤモンドは260~400℃の高温域でも機能する酸化防止剤として応用することができます。ナノダイヤの最表面にはsp2炭素と酸素官能基が多数存在します。この表面構造は、一般的に酸化防止剤として広く使用されているヒンダードフェノール系樹脂添加剤と類似した構造であり、ナノダイヤ表面の酸素官能基はラジカルを捕捉する機能を有していると考えられます。

ナノダイヤモンド構造と表面化学
ナノダイヤモンドの構造
酸化防止効果を発現するナノダイヤモンド表面状態
酸化防止効果を発現する表面状態

ナノダイヤモンドコア(中心のダイヤモンド構造)およびナノダイヤ表面に存在する酸素系官能基は、耐熱性が極めて高く、300℃を超える温度条件においても安定に存在することが確認されています。ナノダイヤはこの高い熱安定性のおかげで、従来の酸化防止剤ではカバーできなかったエンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチック(PEEK、ポリイミド、ポリアミドイミド等)に対しても、酸化防止剤として機能することが期待されます。

ラジカル捕捉で得られる付加価値

薄膜高耐熱コートの性能補強

ポリイミド、ポリアミドイミドのように被膜を薄層被覆して機能させる用途においては、バルク特性に比べて、耐熱性能が低下する傾向があります。ナノダイヤモンドはこのような耐熱性能低下を補強する材料として、使用可能です。

樹脂種 PEEK ポリイミド ポリアミドイミド
温度条件 420℃ in Air 450℃ in Air 400℃ in Air
熱重量分析
PEEKの耐熱性向上効果
ポリイミドの耐熱性向上効果
ポリアミドイミドの耐熱性向上効果

高温環境での強度保持

高温環境での使用を前提とする樹脂製品の場合、高温による熱分解を抑制することで、ヒートエージング後の強度保持率を向上させることができます。使用雰囲気の温度だけでなく、摺動部品で発生する摩擦熱や、接触する他部品から伝わる熱等で劣化抑制が期待できます。PEEKでは下記グラフのように、引張強度保持率を向上させる効果を確認済みです。

ナノダイヤモンド添加PEEKの耐熱性向上効果

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