(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023160743
(43)【公開日】2023-11-02
(54)【発明の名称】ポリマーでコーティングされた微粒子組成物並びに関連する方法及び用途
(51)【国際特許分類】
C08J 3/12 20060101AFI20231026BHJP
B29C 64/135 20170101ALI20231026BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20231026BHJP
B33Y 70/10 20200101ALI20231026BHJP
C08K 3/36 20060101ALI20231026BHJP
C08L 101/00 20060101ALI20231026BHJP
C08L 83/04 20060101ALI20231026BHJP
【FI】
C08J3/12 Z CER
C08J3/12 CEZ
B29C64/135
B33Y10/00
B33Y70/10
C08K3/36
C08L101/00
C08L83/04
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023048204
(22)【出願日】2023-03-24
(31)【優先権主張番号】17/725,721
(32)【優先日】2022-04-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】596170170
【氏名又は名称】ゼロックス コーポレイション
【氏名又は名称原語表記】XEROX CORPORATION
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100119013
【弁理士】
【氏名又は名称】山崎 一夫
(74)【代理人】
【識別番号】100123777
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 さつき
(74)【代理人】
【識別番号】100111796
【弁理士】
【氏名又は名称】服部 博信
(74)【代理人】
【識別番号】100123766
【弁理士】
【氏名又は名称】松田 七重
(72)【発明者】
【氏名】ヴァレリー、エム.、ファルジア
(72)【発明者】
【氏名】マイケル、エス.、ホーキンス
(72)【発明者】
【氏名】デイヴィッド、ロートン
【テーマコード(参考)】
4F070
4F213
4J002
【Fターム(参考)】
4F070AA54
4F070AB11
4F070AC04
4F070AC23
4F070AC92
4F070AD02
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4F213WL02
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4J002AA01W
4J002CL01W
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4J002DA066
4J002DF016
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4J002FD016
4J002FD34W
4J002FD34X
4J002GF00
4J002GN00
4J002HA09
(57)【要約】 (修正有)
【課題】3D印刷に好適な、ポリマーでコーティングされた微粒子を生成する方法、該微粒子、および該微粒子を含む組成物を提供する。
【解決手段】ポリマーでコーティングされた微粒子は、溶融乳化法により、例えば、分散媒と、微粒子と、熱可塑性ポリマーと、任意選択的に乳化安定剤とを含む混合物110を、熱可塑性ポリマーの融点又は軟化温度以上の温度で混合することであって、微粒子対熱可塑性ポリマーの質量比が約1:0.1~約1:5である、混合することと、混合物114を融点又は軟化温度未満まで冷却116して、ポリマーでコーティングされた微粒子122を形成することと、ポリマーでコーティングされた微粒子を分散媒から分離することと、により、生成され得る。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
分散媒と、微粒子と、熱可塑性ポリマーと、任意選択的に乳化安定剤とを含む混合物を、前記熱可塑性ポリマーの融点又は軟化温度以上の温度で混合することであって、前記微粒子対前記熱可塑性ポリマーの質量比が約1:0.1~約1:5である、混合することと、
前記混合物を前記融点又は前記軟化温度未満まで冷却して、ポリマーでコーティングされた微粒子を形成することと、
前記ポリマーでコーティングされた微粒子を前記分散媒から分離することと、を含む、方法。
【請求項2】
前記微粒子対前記熱可塑性ポリマーの質量比が、約1:1~約1:2である、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記微粒子の少なくとも一部が、約5μm以上の平均有効直径を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項4】
前記微粒子の少なくとも一部が、約1:1~約30:1のアスペクト比を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項5】
前記微粒子が、炭素繊維、金属繊維、窒化ケイ素繊維、セラミック繊維、ガラスビーズ、中空ガラス球、炭素フレーク、又はそれらの任意の組み合わせのうちの1つ以上を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項6】
前記微粒子を前記分散媒の第1の部分中に分散させて、第1の分散液を得ることと、
前記熱可塑性ポリマーを含むポリマー溶融物を前記分散媒の第2の部分中に分散させて、第2の分散液を得ることと、
前記第1の分散液と前記第2の分散液とを混合することと、を更に含む、請求項1に記載の方法。
【請求項7】
前記第2の分散液が、前記乳化安定剤を更に含む、請求項6に記載の方法。
【請求項8】
前記微粒子を前記分散媒中に分散させて、分散液を得ることと、
前記分散液を、前記熱可塑性ポリマーの融点又は軟化温度以上の温度まで加熱することと、
前記熱可塑性ポリマー及び任意選択的に前記乳化安定剤を、加熱された前記分散液に添加することと、を更に含む、請求項1に記載の方法。
【請求項9】
前記乳化安定剤が前記混合物中に存在し、前記乳化安定剤が、前記混合物中の前記熱可塑性ポリマーの総重量を基準にして、約1重量%~約50重量%で前記混合物中に存在する、請求項1に記載の方法。
【請求項10】
微粒子を第1の分散媒中に分散させて、第1の分散液を得ることと、
熱可塑性ポリマー及び任意選択的に乳化安定剤を、前記熱可塑性ポリマーの融点又は軟化温度以上の温度で、第2の分散媒中に分散させて、第2の分散液を得ることと、
前記第1の分散液と前記第2の分散液とを混合して混合物を得ることと、
前記混合物を前記融点又は軟化温度未満まで冷却して、ポリマーでコーティングされた微粒子を形成することと、
前記ポリマーでコーティングされた微粒子を前記第1の分散媒及び前記第2の分散媒から分離することと、を含む、方法。
【請求項11】
前記第2の分散液の前記熱可塑性ポリマーが、前記第2の分散液中に、溶融及び/又は軟化した熱可塑性ポリマー粒子として存在する、請求項10に記載の方法。
【請求項12】
前記第2の分散液が、前記第1の分散液より以前に生成される、請求項10に記載の方法。
【請求項13】
前記第1の分散媒及び前記第2の分散媒が異なり、かつ混和性である、請求項10に記載の方法。
【請求項14】
前記微粒子が、炭素繊維、金属繊維、窒化ケイ素繊維、セラミック繊維、ガラスビーズ、中空ガラス球、炭素フレーク、又はそれらの任意の組み合わせのうちの1つ以上を含む、請求項10に記載の方法。
【請求項15】
ポリマーでコーティングされた微粒子を含み、前記ポリマーでコーティングされた微粒子が、熱可塑性ポリマーコーティングと、前記熱可塑性ポリマーコーティングの表面の少なくとも一部分をコーティングする乳化安定剤とを有する前記微粒子を含む、組成物。
【請求項16】
前記乳化安定剤の少なくとも一部が、前記熱可塑性ポリマーコーティングに埋め込まれている、請求項15に記載の組成物。
【請求項17】
前記熱可塑性ポリマーコーティングが、約0.01μm~約10μmの厚さを有する、請求項15に記載の組成物。
【請求項18】
前記ポリマーでコーティングされた微粒子中の前記熱可塑性ポリマー対前記微粒子の重量比が、約1:0.1~約1:5である、請求項15に記載の組成物。
【請求項19】
前記ポリマーでコーティングされた微粒子中の前記熱可塑性ポリマー対前記乳化安定剤の重量比が、約2:1~約20:1である、請求項15に記載の組成物。
【請求項20】
請求項15に記載のポリマーでコーティングされた微粒子及び任意選択的にポリマー粒子を表面上に堆積させることと、
堆積させたら、前記ポリマーでコーティングされた微粒子及びポリマー粒子(含まれる場合)の少なくとも一部分をレーザに曝露して、前記ポリマーでコーティングされた微粒子及びポリマー粒子(含まれる場合)を融合させ、圧密体を形成することと、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ポリマーでコーティングされた微粒子、当該ポリマーでコーティングされた微粒子を生成する方法、及びポリマーでコーティングされた微粒子の用途に関する。
【背景技術】
【0002】
選択的レーザ焼結(selective laser sintering、SLS)などの三次元(three-dimensional、3D)印刷は、高度にカスタマイズ可能な物体が層ごとのプロセスによって迅速に製作されることを可能にする。SLS印刷は、設計において高度に柔軟である短期運転又は低中規模の低コスト製造を可能にするが、典型的には、航空宇宙及び自動車などの産業用途に必要とされるいくつかの特性を欠く。これらの部品は、通常、機能的又は耐荷重性であり、高い機械的強度、熱的堅牢性及び耐薬品性を必要とする。複合材料(例えば、炭素繊維複合材(carbon fiber composite、CFC))は、軽量材料が必要とされる用途において非常に望ましいが、それでもほとんどの金属の強度に匹敵することができる。
【0003】
炭素繊維強化粒子は、炭素繊維及びポリマーの両方を有機溶媒に溶解して均質な溶液を作製することによって、SLSプロセスのために調製されなければならない。次いで、有機溶液を溶液から蒸発させて、CF及びポリマーからなる粉末を残す。残念なことに、このプロセスでは、SLS 3Dプリンタで使用する前に、粉末を更に破砕及び粉砕する必要がある。
【0004】
別のプロセスは、直径約7ミクロンの炭素繊維をコーティングするために直径約3ミクロンの単分散ポリスチレンを使用する。ポリスチレンをオゾン帯電システムで帯電させ、ガラスサイクロン及びコーティングチャンバを使用して、接地された炭素繊維の表面にコーティングする。この粉末コーティングプロセスは、炭素繊維をコーティングする互いの上に積み重ねられたポリスチレン粒子の別個の層を示す。
【0005】
更に、3D印刷のための市販の材料としては、例えば、炭素繊維をポリアミド12粉末と乾式混合することによって製造される短繊維強化複合材が挙げられ、印刷材料は、約30重量%の炭素繊維、約1.76g/cm3の密度、並びに約8μmの直径及び約50μm~200μmの長さの繊維である。
【0006】
低温粉砕法と組み合わせた溶融混合もまた、カーボンナノファイバー/ポリアミド12粉末を調製するために使用される。残念ながら、SLSのためのこれらの炭素繊維強化ポリマーの多くは、炭素繊維とニートベースポリマーとの単純な機械的混合であり、ポリアミド12を通してカーボンナノファイバーの不均一分散を生成するので、これらの材料の調製は非常に困難である。次いで、凍結粉砕すると、得られた粒子は、不均一分散の結果として異なる組成を有し、凍結粉砕の結果としての形状及びサイズを有する。異なる粒子形状、サイズ、及び密度は、カーボンナノファイバー/ポリアミド12粉末の積層中に凝固及び分離を引き起こす可能性がある。
【発明の概要】
【0007】
本開示は、ポリマーでコーティングされた微粒子、当該ポリマーでコーティングされた微粒子を生成する方法、及びポリマーでコーティングされた微粒子の用途に関する。
【0008】
本開示の非限定的な例示的方法は、分散媒と、微粒子と、熱可塑性ポリマーと、任意選択的に乳化安定剤とを含む混合物を、当該熱可塑性ポリマーの融点又は軟化温度以上の温度で混合することであって、微粒子対熱可塑性ポリマーの質量比が、約1:0.1~約1:5である、混合することと、混合物を融点又は軟化温度未満まで冷却して、ポリマーでコーティングされた微粒子を形成することと、ポリマーでコーティングされた微粒子を分散媒から分離することと、を含む。
【0009】
本開示の別の非限定的な例示的方法は、微粒子を第1の分散媒中に分散させて、第1の分散液を得ることと、熱可塑性ポリマー及び任意選択的に乳化安定剤を、熱可塑性ポリマーの融点又は軟化温度以上の温度で、第2の分散媒中に分散させて、第2の分散液を得ることと、第1の分散液と第2の分散液とを混合して混合物を得ることと、混合物を融点又は軟化温度未満まで冷却して、ポリマーでコーティングされた微粒子を形成することと、ポリマーでコーティングされた微粒子を第1の分散媒及び第2の分散媒から分離することと、を含む。
【0010】
本開示の非限定的な例示的組成物は、熱可塑性ポリマーコーティングと、熱可塑性ポリマーコーティングの表面の少なくとも一部分をコーティングする乳化安定剤とを有する微粒子を含むポリマーでコーティングされた微粒子を含む。
【0011】
本開示の別の非限定的な例示的方法は、上記組成物のポリマーでコーティングされた微粒子又は上記方法による生成物と、任意選択的にポリマー粒子とを表面上に堆積させることと、堆積させたら、ポリマーでコーティングされた微粒子及びポリマー粒子(含まれる場合)の少なくとも一部をレーザに曝露して、ポリマーでコーティングされた微粒子及びポリマー粒子(含まれる場合)を融合させ、圧密体を形成することと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【0012】
以下の図は、本開示の特定の態様を例示するために含まれ、排他的な構成として見られるべきではない。開示される主題は、本開示の利益を有する当業者に想到されるような、形態及び機能において相当な修正、変更、組み合わせ、及び等価物が可能である。
【
図1】本開示の非限定的な例示的方法100のフローチャートである。
【
図2】それぞれ、ZOLTEK(商標)PX30炭素繊維及び試料2の光学顕微鏡写真を示す。
【
図3】それぞれ、ZOLTEK(商標)PX30炭素繊維及び試料2の光学顕微鏡写真を示す。
【
図4】それぞれ、ZOLTEK(商標)PX30炭素繊維原料、試料1、及び試料2(ふるいにかけた)の走査型電子顕微鏡写真(scanning electron micrograph、SEM)画像を含む。
【
図5】それぞれ、ZOLTEK(商標)PX30炭素繊維原料、試料1、及び試料2(ふるいにかけた)の走査型電子顕微鏡写真(scanning electron micrograph、SEM)画像を含む。
【
図6】それぞれ、ZOLTEK(商標)PX30炭素繊維原料、試料1、及び試料2(ふるいにかけた)の走査型電子顕微鏡写真(scanning electron micrograph、SEM)画像を含む。
【
図7A】それぞれ、12倍及び160倍の倍率での焼結単層物品の光学画像を示す。
【
図7B】それぞれ、12倍及び160倍の倍率での焼結単層物品の光学画像を示す。
【
図8A】
図8Aは試料14(ポリマーでコーティングされた炭素繊維)の光学画像であり、
図8B~
図8CはそのSEM画像である。
【
図8B】
図8Aは試料14(ポリマーでコーティングされた炭素繊維)の光学画像であり、
図8B~
図8CはそのSEM画像である。
【
図8C】
図8Aは試料14(ポリマーでコーティングされた炭素繊維)の光学画像であり、
図8B~
図8CはそのSEM画像である。
【
図9】それぞれ、コーティングされていない銅繊維及びコーティングされた銅繊維の光学画像である。
【
図10】それぞれ、コーティングされていない銅繊維及びコーティングされた銅繊維の光学画像である。
【
図11A】それぞれ、コーティングされていない銅繊維及びコーティングされた銅繊維のSEM画像である。
【
図11B】それぞれ、コーティングされていない銅繊維及びコーティングされた銅繊維のSEM画像である。
【
図12A】それぞれ、コーティングされていない銅繊維及びコーティングされた銅繊維のSEM画像である。
【
図12B】それぞれ、コーティングされていない銅繊維及びコーティングされた銅繊維のSEM画像である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本開示は、ポリマーでコーティングされた微粒子、当該ポリマーでコーティングされた微粒子を生成する方法、及びポリマーでコーティングされた微粒子の用途に関する。より具体的には、熱可塑性ポリマーで微粒子をコーティングするために、生成するための溶融乳化プロセスが開示される。
【0014】
有利には、調製方法における熱可塑性ポリマーの量、熱可塑性ポリマー対微粒子の比、並びに乳化安定剤の使用及び使用される場合には乳化安定剤の量のようなパラメータが、得られる生成物におけるコーティング厚及びポリマーでコーティングされた微粒子凝集の量を調整するために使用され得る。理論によって限定されるものではないが、溶融乳化アプローチは、微粒子上に一貫したコーティング厚さを有するより均質な生成物を提供すると考えられる。
【0015】
得られたポリマーでコーティングされた微粒子は、例えば、SLSプロセスにおける3D印刷材料のために、単独で、又はポリマー粉末と組み合わせて使用されてもよい。ポリマーでコーティングされた微粒子における改善された組成均一性は、ポリマーでコーティングされた微粒子間及びポリマーでコーティングされた微粒子とポリマー粉末との間の結合を増加させ、印刷物品における欠陥を減少させ得る。改善された結合及び減少した欠陥は、微粒子の組み込みによって提供される利益を超えて、更に改善された機械的、電気的、及び/又は熱的特性を提供し得る。
【0016】
微粒子は、ポリマーでコーティングされた微粒子及びそれから生成される物品に所望の特性を付与するように選択されてもよい。例えば、炭素繊維及び/又はカーボンナノファイバーは、熱伝導率を増加させるため、難燃性を改善するため、及び耐熱性を改善するため、又はそれらの任意の組み合わせのために使用され得る。
【0017】
加えて、一部の微粒子(例えば、炭素繊維)は、SLS印刷プロセスにおいてレーザ出力を吸収して熱を生成することができ、これにより、より低いレーザ出力の印刷が効果的な融合を達成することが可能になり得る。
【0018】
定義及び試験方法
本明細書で使用される数値範囲は、範囲に列挙される数字を含む。例えば、「1重量%~10重量%」の数値範囲は、列挙された範囲内で1重量%及び10重量%を含む。
【0019】
本明細書で使用するとき、「不混和性」という用語は、合わされたときに、周囲気圧及び室温で、又は室温で固体である場合は成分の融点で、互いに5重量%未満の溶解度を有する2つ以上の相を形成する成分の混合物を指す。例えば、10,000g/molの分子量を有するポリエチレンオキシドは、室温で固体であり、65℃の融点を有する。したがって、当該ポリエチレンオキシドは、材料及び当該ポリエチレンオキシドが、65℃で5重量%未満の溶解度をお互いに有する場合、室温で液体である当該材料と非混和性である。
【0020】
「ポリマー」は、同じ又は異なるマー単位のうちの2つ以上を有する。「ホモポリマー」は、同じであるマー単位を有するポリマーである。本明細書で使用される場合、「ポリマー」という用語は、ホモポリマー、コポリマー、ターポリマーなどを含むが、これらに限定されない。本明細書で使用される場合、「ポリマー」という用語はまた、インパクトコポリマー、ブロックコポリマー、グラフトコポリマー、ランダムコポリマー、及び交互コポリマーを含む。「ポリマー」という用語は、特に明記しない限り、全ての可能な幾何学的構成を更に含むものとする。そのような構成は、アイソタクチック、シンジオタクチック、及びランダム対称性を含み得る。
【0021】
本明細書で使用するとき、「熱可塑性ポリマー」という用語は、加熱及び冷却において可逆的に軟化及び硬化するプラスチックポリマー材料を指す。熱可塑性ポリマーは、熱可塑性エラストマーを包含する。
【0022】
本明細書で使用するとき、「エラストマー」という用語は、結晶性「硬質」部分及び非晶性「軟質」部分を含むコポリマーを指す。ポリウレタンの場合、結晶性部分は、ウレタン官能性及び任意選択的な鎖延長基を含むポリウレタンの一部分を含み得、軟質部分は、例えば、ポリオールを含み得る。
【0023】
本明細書で使用するとき、「酸化物」という用語は、金属酸化物及び非金属酸化物の両方を指す。本開示の目的では、ケイ素は、金属であるとみなされる。
【0024】
代替的に「アルケン」と称される、「オレフィン」は、少なくとも1つの二重結合を有する炭素及び水素の直鎖状、分岐状、又は環状化合物である。更に、ポリマーが「オレフィンを含む」又は「ポリオレフィン」と称される場合、ポリマー中に存在するオレフィンは、オレフィンの重合形態である。
【0025】
本明細書で使用するとき、ポリマーがモノマー「を含む、からなる、又はから本質的になる」と称される場合、モノマーは、モノマーの重合形態でポリマー中に存在するか、又はモノマーの誘導体形態である。例えば、コポリマーが、35重量%~55重量%の「エチレン」含有量を有すると言われる場合、コポリマー中のマー単位は、重合反応においてエチレンから誘導され、当該誘導単位は、コポリマーの重量に基づいて、35重量%~55重量%で存在することが理解される。
【0026】
本明細書で使用するとき、粒子(例えば、ナノ粒子)及びポリマーの表面に関して「埋め込む」という用語は、ナノ粒子がポリマーの表面上に単に置かれた場合よりも大きい程度まで、ポリマーがナノ粒子と接触するように、粒子がポリマーの表面に少なくとも部分的に延在していることを指す。
【0027】
本明細書で使用される場合、微粒子の「有効直径」という用語は、微粒子を完全に包含する最小球の直径を指す。
【0028】
本明細書で使用される場合、「平均直径」という用語は、直径であって、それ未満に、微粒子集団の50%(別段の指定がない限り、体積基準のメジアン平均に関して)が見出される、直径を指す。本明細書で使用される場合、「平均有効直径」という用語は、有効直径であって、それ未満に、微粒子集団の50%(別段の指定がない限り、有効直径を決定するために使用される球体の体積基準のメジアン平均に関して)が見出される、有効直径を指す。
【0029】
粒子直径、有効粒子直径、及び粒径分布は、顕微鏡による。粒子の寸法に応じて、光学顕微鏡法(より大きい寸法)又は走査電子顕微鏡法(SEM)(より小さい寸法)を使用することができる。いずれの場合も、粒子は、基材(例えば、光学顕微鏡用のガラススライド及びSEMの粒子に対してコントラストを有するのに適した基材)上に分散されるべきである。粒子の寸法特性を決定するために少なくとも1,000個の粒子の試料サイズが使用されるように、複数の画像が撮影されるべきである。
【0030】
本明細書で使用するとき、ふるい分けについて言及する場合、孔/スクリーンサイズは、U.S.A.Standard Sieve(ASTM E11-17)により説明される。
【0031】
本明細書で使用するとき、「剪断」という用語は、流体中で機械的撹拌を誘導する撹拌又は同様のプロセスを指す。
【0032】
本明細書で使用される場合、「アスペクト比」という用語は、長さを幅で割ったものを指し、長さは幅より大きく、長さは最大直径であり、幅は長さに垂直な最小直径である。
【0033】
別途指定のない限り、ポリマーの融点は、ASTM E794-06(2018)により、昇温速度及び冷却速度10℃/分で決定される。
【0034】
別途指定のない限り、ポリマーの軟化温度又は軟化点は、ASTM D6090-17により決定される。軟化温度は、1℃/分の加熱速度で0.50グラムの試料を使用して、Mettler-Toledoから入手可能なカップアンドボール装置を使用することによって測定することができる。
【0035】
結晶化温度は、ポリマーが、自然に又は人工的に開始されたプロセスで結晶化(すなわち、凝固)して構造形態になる温度であり、原子又は分子は、結晶へと高度に編成される。結晶化温度は、示差走査熱量測定(Differential Scanning Calorimetry、DSC)によって測定され得る。DSCは、ポリマーの溶融に必要な熱に基づいてポリマー結晶化度を決定するための迅速な方法を提供する。結晶化温度(℃)は、ASTM E794-06(2018)に従って、10℃/分の傾斜及び冷却速度で測定され、結晶化温度は、第2の加熱及び冷却サイクルに基づいて決定される。
【0036】
別途指定のない限り、ポリマーの結晶化度は、ASTM D3418-15により決定される。結晶化度計算の場合、100%結晶性TPUは、196.8J/gのエンタルピーを有すると考えられる。
【0037】
Mwは、重量平均分子量である。特に明記しない限り、Mwは、g/mol又はkDa(1,000g/mol=1kDa)の単位を有し、ゲル浸透クロマトグラフィによって測定される。
【0038】
メルトフローインデックス(melt flow index、MFI)は、定義された条件のセット(単位:g/10分)下でのポリマー溶融物の流れに対する耐性の尺度であり、2mmのオリフィス及び2.16kgの荷重を使用して195℃でASTM1238-20標準手順Aによって測定される。低剪断速度条件における尺度であるため、MFIは、ポリマーの分子量に反比例する。
【0039】
本明細書で使用するとき、固体材料の「引張弾性率」(MPa)は、その剛性を測定する機械的特性である。MPaは、弾性変形を受けるときのその引張応力(単位面積当たりの力)対その歪み(相対変形)の比率として定義される。MPaは、1平方インチ当たり(per square inch、psi)のパスカル又はポンドで表され得る。ポリマーの引張弾性率は、ASTM D638-14を使用して決定され得る。
【0040】
安息角は、粉体の流動性の尺度である。安息角の測定値は、ASTM D6393-14「Standard Test Method for Bulk Solids Characterized by Carr Indices」を使用するHosokawa Micron Powder Characteristics Tester PT-Rを使用して決定された。
【0041】
通気密度(aerated density)(ρaer)は、ASTM D6393-14に従って測定される。
【0042】
嵩密度(ρbulk)は、ASTM D6393-14に従って測定される。
【0043】
タップ密度(ρtap)は、ASTM D6393-14に従って測定される。
【0044】
ハウスナー比(Hr)は、粉体の流動性の尺度であり、Hr=ρtap/ρbulkにより計算され、式中、ρbulkは、ASTM D6393-14による嵩密度であり、ρtapはASTM D6393-14によるタップ密度である。
【0045】
本明細書で使用するとき、分散媒の粘度は、別途記載のない限り、ASTM D445-19により測定して、25℃での動粘度である。商業的に調達された分散媒(例えば、ポリジメチルシロキサン油(polydimethylsiloxane oil、PDMS))については、本明細書に引用される動粘度データは、前述のASTM又は別の標準的な測定技法に従って測定されるかどうかにかかわらず、製造元によって提供された。
【0046】
ポリマーでコーティングされた微粒子及び作製方法
本明細書に記載される組成物は、ポリマーでコーティングされた微粒子に関し得る。溶融乳化法を使用して当該ポリマーでコーティングされた微粒子を生成する方法が、本明細書に更に開示される。例えば、本開示は、(a)熱可塑性ポリマー、(b)微粒子、(c)熱可塑性ポリマーと不混和性である分散媒、及び任意選択的に、(d)乳化安定剤を含む混合物を、熱可塑性ポリマーの各々の融点又は軟化温度を超える温度、及び分散媒中に熱可塑性ポリマーを分散させるのに十分に高い剪断速度で混合することと、混合物を当該融点又は軟化温度未満に冷却して、ポリマーでコーティングされた微粒子を形成することと、ポリマーでコーティングされた微粒子を分散媒から分離することと、を含む方法を含む。
【0047】
図1は、本開示の非限定的な例示的方法100のフローチャートである。熱可塑性ポリマー102、微粒子104、分散媒106、及び任意選択的に他の添加剤108(例えば、乳化安定剤、相溶化剤など)を合わせて、混合物110を生成する。成分102、104、106、及び108は、個別に、又は成分のブレンドで任意の順序で添加することができ、成分102、104、106、及び108を合わせるプロセス中の混合及び/又は加熱を含む。更に、合わせることのうちの少なくとも一部分は、処理及び/又は別の好適な容器に使用される混合装置で生じ得る。
【0048】
成分を合わせることの第1の非限定的な例は、成分の全てを混合装置(例えば、ブレンダ、ミキサー、押出機など)に入れることと、これらの成分を混合すること(任意選択的に混合しながら加熱すること)と、を含み得る。
【0049】
成分を合わせることの第2の非限定的な例は、微粒子を第1の分散媒中に分散させて、第1の分散液を得ることと、熱可塑性ポリマー及び任意選択的に乳化安定剤を、熱可塑性ポリマーの融点又は軟化温度以上の温度で、第2の分散媒中に分散させて、第2の分散液を得ることと、第1の分散液と第2の分散液とを混合して混合物を得ることと、を含み得る。第1の分散媒及び第2の分散媒は、同じ組成物であっても異なる組成物であってもよい。組成物は、化学構造及び/又は粘度によって異なり得る。分散媒に異なる組成物を使用する場合、当該分散媒は混和性であるべきである。他の添加剤(例えば、乳化安定剤、相溶化剤など)がいずれかの分散液中に存在してもよい。好ましくは、相溶化剤は、熱可塑性ポリマーを含む分散液中に存在する。好ましくは、乳化安定剤は、熱可塑性ポリマーを含む分散液中に存在する。前述の第2の非限定的な例及びその繰り返しにおいて、熱可塑性ポリマーは、第2の分散液中に、第2の分散媒中に分散された溶融及び/又は軟化した熱可塑性ポリマー粒子として存在し得る。
【0050】
合わせることの第3の非限定的な例は、微粒子を分散媒中に分散させて分散液を得ることと、分散液を、熱可塑性ポリマーの融点又は軟化温度以上の温度まで加熱することと、熱可塑性ポリマー及び任意選択的に他の添加剤を、加熱された分散液に添加することと、を含んでもよい。
【0051】
本明細書で使用するとき、微粒子の分散液は、好ましくは、少なくとも約75重量%(又は少なくとも約80重量%、又は少なくとも約85重量%、又は少なくとも約90重量%)の、個々の微粒子として、約20個以下の微粒子の小さな凝集体として、又はこれらの組み合わせとして分散されている当該微粒子を含む。
【0052】
微粒子は、混合物の約5重量%~約60重量%(又は約5重量%~約25重量%、又は約10重量%~約30重量%、又は約20重量%~約45重量%、又は約25重量%~約50重量%、又は約40重量%~約60重量%)で混合物中に存在し得る。
【0053】
微粒子は、球体、楕円体、繊維、多面体、星形、小板、フレーク、又はそれらの混成物として特徴付けられる形状を有し得る。
【0054】
微粒子は、平均有効直径が、約5μm以上(又は約5μm~約500μm、又は約5μm~約50μm、又は約25μm~約100μm、又は約50μm~約200μm、又は約100μm~約300μm、又は約250μm~約500μm)であってもよい。
【0055】
微粒子は、約1:1~約30:1(又は約1:1~約5:1、又は約2:1~約10:1、又は約5:1~約20:1、又は約15:1~約30:1)の平均アスペクト比を有し得る。
【0056】
微粒子の例としては、炭素繊維、金属繊維(例えば、銅、ニッケル、鉄、鋼、金、銀、パラジウム、白金、アルミニウム、又はモリブデンのうちの1つ以上を含む繊維)、窒化ケイ素繊維、セラミック繊維、ガラスビーズ、中空ガラス球、カーボンフレークなど、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
【0057】
混合物中に存在する微粒子対熱可塑性ポリマーの重量比は、約1:0.1~約1:5(又は約1:1~約1:2)であってもよい。
【0058】
他の添加剤(例えば、乳化安定剤、相溶化剤など)は、混合物中の熱可塑性ポリマーの総重量を基準にして約0.01重量%~約10重量%(又は約0.01重量%~約1重量%、又は約0.1重量%~約3重量%、又は約1重量%~約5重量%、又は約5重量%~約10重量%)の量において、混合物中に含まれてもよい。例えば、乳化安定剤が使用される場合、乳化安定剤は、混合物中の熱可塑性ポリマーの総重量を基準にして、約1重量%~約50重量%(又は約1重量%~約10重量%、又は約5重量%~約35重量%、又は約10重量%~約25重量%、又は約30重量%~約50重量%)の量において、混合物中に存在してもよい。別の例では、相溶化剤が使用される場合、相溶化剤は、混合物中の熱可塑性ポリマーの総重量を基準にして約0.01重量%~約10重量%(又は約0.01重量%~約1重量%、又は約0.1重量%~約3重量%、又は約1重量%~約5重量%、又は約5重量%~約10重量%)の量で、混合物中に存在していてもよい。
【0059】
熱可塑性ポリマー、分散媒、及び添加剤に関する更なる説明は、以下に更に提供される。
【0060】
次いで、
図1を参照すると、熱可塑性ポリマー102のポリマーの融点又は軟化温度を超える温度で、混合物110に十分に高い剪断を適用することによって混合物110を処理(例えば、混合)112する。理論に束縛されるものではないが、前述のプロセスは、微粒子を分散させ(又は分散状態を維持し)、熱可塑性ポリマー溶融物が微粒子をコーティングすることを可能にすると考えられる。剪断速度は、ポリマー溶融物(例えば、存在する場合、熱可塑性ポリマー102及び相溶化剤を含む)及び微粒子104を分散媒106中に分散させるのに十分であるべきである。次に、ポリマー溶融物が微粒子104をコーティングしてもよい。いくつかの例において、ポリマー溶融物は、微粒子をコーティングしてもよく、並びに微粒子と会合していない球状液滴を形成してもよい。乳化安定化添加剤は、含まれる場合、ポリマー溶融物が微粒子をコーティングしているか、又は微粒子と会合していないかにかかわらず、ポリマー溶融物と分散媒との間の界面に優先的に位置し得る。
【0061】
加熱された混合物114を生成するために処理112に使用する混合装置は、加熱された混合物114を、本明細書に記載の混合物110中のポリマー(例えば、熱可塑性ポリマー102のうちの1つ以上のポリマー)の必要な融点又は軟化温度を超える温度で、加熱された混合物114を維持することが可能であるべきである。混合装置は更に、微粒子を分散させる及び/又は微粒子の分散を維持するのに十分な剪断速度を適用することが可能であり得る。
【0062】
加熱された混合物114を生成するための処理に使用する混合装置の例としては、押出機(例えば、連続押出機、バッチ押出機など)、撹拌反応器、ブレンダ、インラインホモジナイザシステムを備える反応器など、及びそこから派生する装置が挙げられ得るが、これらに限定されない。
【0063】
設定した期間に好適なプロセス条件(例えば、温度、剪断速度など)での処理112及び加熱された混合物114の形成。
【0064】
処理112及び加熱された混合物114の形成の温度は、本明細書に記載の混合物112中のポリマーの必要な融点又は軟化温度を超えるべきであり、混合物中の任意の成分102、104、106、108の分解温度未満であるべきである。例えば、処理112及び加熱された混合物114の形成の温度は、処理112及び加熱された混合物114の形成の温度が混合物中の任意の成分102、104、106、108の分解温度未満であるという条件で、本明細書に記載の混合物中のポリマーの融点又は軟化温度を約1℃~約50℃(又は約1℃~約25℃、又は約5℃~約30℃、又は約20℃~約50℃)超えてもよい。
【0065】
処理112及び加熱された混合物114の形成のための当該温度及び剪断速度を維持する時間は、10秒~18時間以上(又は10秒~30分、又は5分~1時間、又は15分~2時間、又は1時間~6時間、又は3時間~18時間)であってもよい。
【0066】
次に、混合容器の内側及び/又は外側の加熱された混合物114を冷却116して、加熱された混合物114のポリマー溶融部分を凝固させることができる。冷却112は、低速(例えば、ポリマー溶融物を周囲条件下で冷却することを可能にする)から高速(例えば、急冷)であり得る。例えば、冷却速度は、約10℃/時間~約100℃/秒、更には(例えば、ドライアイス中の)急冷でのほぼ瞬時まで(又は約10℃/時間~約60℃/時間、又は約0.5℃/分~約20℃/分、又は約1℃/分~約5℃/分、又は約10℃/分~約60℃/分、又は約0.5℃/秒~約10℃/秒、又は約10℃/秒~約100℃/秒)の範囲であり得る。
【0067】
冷却116中、剪断力は、加熱された混合物114にほとんど又は全く印加されなくてもよい。
【0068】
加熱された混合物114の冷却116から得られる冷却された混合物118は、ポリマーでコーティングされた微粒子及び他の成分(例えば、分散媒、過剰な乳化安定剤、過剰な他の添加剤など)を含み得る。場合によっては、加熱された混合物114中の微粒子と会合していないポリマー溶融液滴が形成される場合、冷却された混合物118は、凝固したポリマー粒子を更に含んでもよい。次いで、冷却された混合物118を処理120して、ポリマーでコーティングされた微粒子122及び凝固したポリマー粒子(存在する場合)を他の成分124(例えば、分散媒106、過剰な乳化安定剤、過剰な他の添加剤など)から単離することができる。冷却された混合物118中のポリマーでコーティングされた微粒子122は、分散媒中に分散され得るか、及び/又は分散媒中に沈降し得る。単離処理の例としては、限定するものではないが、濾過、遠心分離、デカントなど、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。
【0069】
ポリマーでコーティングされた微粒子122と凝固したポリマー粒子(形成された場合)との間の分離技術及び凝集度に応じて、凝固したポリマー粒子もポリマーでコーティングされた微粒子122から分離することができる。例えば、ポリマーでコーティングされた微粒子122及び凝固したポリマー粒子が別々に分散される場合、濾過技術は、冷却後に存在する実質的な量(例えば、約50重量%以上、又は約70重量%以上)の凝固したポリマー粒子を除去することができる場合がある。別の例では、ポリマーでコーティングされた微粒子122及び凝固したポリマー粒子が別々に分散され、ポリマーでコーティングされた微粒子122の微粒子が凝固したポリマー粒子の熱可塑性ポリマーを超える(好ましくは、少なくとも0.5g/cm3)密度を有する場合、遠心分離技術は、冷却後に存在する凝固したポリマー粒子の実質的な量(例えば、約50重量%以上、又は約70重量%以上)を除去するのに有用であり得る。
【0070】
ポリマーでコーティングされた微粒子122は、熱可塑性ポリマー102、微粒子104、及び含まれている場合、他の添加剤108(例えば、乳化安定剤、相溶化剤など)を含む。
【0071】
ポリマーでコーティングされた微粒子122は、任意選択的に更に精製されるか、さもなければ、処理126されることにより、精製されており、かつポリマーでコーティングされた微粒子128を得てもよい。好適な処理としては、限定するものではないが、洗浄、濾過、遠心分離、デカントなど、並びにこれらの任意の組み合わせが挙げられる。
【0072】
ポリマーでコーティングされた微粒子122の洗浄に使用される溶媒は、一般に(a)分散媒と混和性であり、(b)ポリマーでコーティングされた微粒子のポリマーと非反応性(例えば、非膨潤性及び非溶解性)であるべきである。溶媒の例としては、炭化水素溶媒(例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、シクロペンタン、デカン、ドデカン、トリデカン、及びテトラデカン)、芳香族炭化水素溶媒(例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、2-メチルナフタレン、及びクレゾール)、エーテル溶媒(例えば、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジイソプロピルエーテル、及びジオキサン)、ケトン溶媒(例えば、アセトン及びメチルエチルケトン)、アルコール溶媒(例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、及びn-プロパノール)、エステル溶媒(例えば、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸ブチル、プロピオン酸ブチル、及び酪酸ブチル)、ハロゲン化溶媒(例えば、クロロホルム、ブロモホルム、1,2-ジクロロメタン、1,2-ジクロロエタン、四塩化炭素、クロロベンゼン、及びヘキサフルオロイソプロパノール)、水など、並びにこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
【0073】
溶媒は、空気乾燥、加熱乾燥、減圧乾燥、凍結乾燥、又はこれらの混成物などの適切な方法を使用する乾燥によって、ポリマーでコーティングされた微粒子128から除去され得る。加熱は、好ましくは、ポリマーのガラス転移点よりも低い温度(例えば、約50℃~約150℃)で実行することができる。
【0074】
有利には、本明細書に記載のシステム及び方法の分散媒及び洗浄溶媒は、再生可能かつ再利用可能である。当業者であれば、再生プロセスに必要な使用済み分散媒及び溶媒の任意の必要な洗浄を認識するであろう。
【0075】
別の精製126の例では、粒径分布を狭くする(又は直径スパンを減少させる)ために、ポリマーでコーティングされた微粒子122は、約10μm~約250μm(又は約10μm~約100μm、又は約50μm~約200μm、又は約150μm~約250μm)の孔径を有するふるいに通過させられ得る。
【0076】
別の例では、ポリマーでコーティングされた微粒子122は、ポリマーでコーティングされた微粒子122の表面に会合するナノ粒子乳化安定剤のうちの実質的に全てを維持しながら、水により洗浄して界面活性剤乳化安定剤を除去してもよい。更に別の例示的な精製技術では、ポリマーでコーティングされた微粒子122を添加剤とブレンドして、所望の最終生成物を達成してもよい。明確にするために、そのような添加剤は、ポリマーが凝固した後に、本明細書に記載のポリマーでコーティングされた微粒子とブレンドされるため、そのような添加剤は、本明細書では「外部添加剤」と称される。外部添加剤の例としては、流動助剤、他のポリマーでコーティングされた微粒子、ポリマー粒子、充填剤など、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。
【0077】
場合によっては、ポリマーでコーティングされた微粒子122を作製する際に使用される界面活性剤乳化安定剤は、下流用途においては望ましくない場合がある。それに応じて、更に別の例示的な精製技術126は、ポリマーでコーティングされた微粒子122から(例えば、洗浄及び/又は熱分解により)界面活性剤を少なくとも実質的に除去することを含んでもよい。
【0078】
ポリマーでコーティングされた微粒子122及び/又は精製され、かつポリマーでコーティングされた微粒子128は、組成物、物理的構造などによって特徴付けられ得る。
【0079】
ポリマーでコーティングされた微粒子(生成されたまま又は精製された)のポリマーコーティングは、約5nm~約250nm(又は約5nm~約25nm、又は約10nm~約50nm、又は約25nm~約150nm、又は約100nm~約250nm)であり得る。
【0080】
ポリマーでコーティングされた微粒子(生成されたまま又は精製された)は、約0.5m2/g~約500m2/g(又は約0.5m2/g~約10m2/g、又は約5m2/g~約50m2/g、又は約10m2/g~約150m2/g、又は25m2/g~約100m2/g、又は100m2/g~約250m2/g、又は250m2/g~約500m2/g)のBET表面積を有し得る。
【0081】
ポリマーでコーティングされた微粒子(生成されたまま又は精製された)は、約10°~約45°(又は約10°~約30°、又は約25°~約35°、又は約30°~約40°、又は約35°~約45°)の安息角を有し得る。
【0082】
ポリマーでコーティングされた微粒子(生成されたまま又は精製された)は、約1.0~約1.5(又は約1.0~約1.2、又は約1.1~約1.3、又は約1.2~約1.35、又は約1.3~約1.5)のハウスナー比を有し得る。
【0083】
ポリマーでコーティングされた微粒子(生成されたまま又は精製された)は、約0.5g/cm3~約10g/cm3(又は約0.5g/cm3~約3g/cm3、又は約1g/cm3~約5g/cm3、又は約3g/cm3~約7g/cm3、又は約5g/cm3~約10g/cm3)の密度を有し得る。密度は、コーティングされていない粒子の密度と同様であってもよい。
【0084】
ポリマーでコーティングされた微粒子(生成されたまま又は精製された)は、約0.3g/cm3~約0.8g/cm3(又は約0.3g/cm3~約0.6g/cm3、又は約0.4g/cm3~約0.7g/cm3、又は約0.5g/cm3~約0.6g/cm3、又は約0.5g/cm3~約0.8g/cm3)の嵩密度を有し得る。
【0085】
ポリマーでコーティングされた微粒子(生成されたまま又は精製された)は、約0.5g/cm3~約0.8g/cm3(又は約0.5g/cm3~約0.7g/cm3、又は約0.55g/cm3~約0.80g/cm3)の通気密度を有し得る。
【0086】
ポリマーでコーティングされた微粒子(生成されたまま又は精製された)は、約0.6g/cm3~約0.9g/cm3(又は約0.60g/cm3~約0.75g/cm3、又は約0.65g/cm3~約0.80g/cm3、又は約0.70g/cm3~約0.90g/cm3)のタップ密度を有し得る。
【0087】
コーティングの熱可塑性ポリマーは、混合物中に使用された熱可塑性ポリマー又はこれらのブレンドの焼結ウィンドウの、10℃以内、好ましくは5℃以内である焼結ウィンドウを有し得る。
【0088】
熱可塑性ポリマーは、ポリマーでコーティングされた微粒子の約5重量%~約85重量%(又は約5重量%~約30重量%、又は約10重量%~約50重量%、又は約25重量%~約75重量%、又は約50重量%~約85重量%)でポリマーでコーティングされた微粒子(生成されたまま又は精製された)中に存在し得る。
【0089】
乳化安定剤は、ポリマーでコーティングされた微粒子中の熱可塑性ポリマーの総重量を基準にして、約0.1重量%~約50重量%(又は約0.1重量%~約5重量%、又は約1重量%~約10重量%、又は約5重量%~約35重量%、又は約10重量%~約25重量%、又は約30重量%~約50重量%)の量でポリマーでコーティングされた微粒子(生成されたまま又は精製された)中に存在し得る。
【0090】
熱可塑性ポリマー、分散媒、及び添加剤
当該熱可塑性ポリマーの例としては、熱可塑性ポリオレフィン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート(polybutylene terephthalate、PBT)、ポリエチレンテレフタレート(polyethylene terephthalate、PET)、ポリエチレンナフタレート(polyethylene naphthalate、PEN)、ポリトリメチレンテレフタレート(polytrimethylene terephthalate、PTT)、エチレンビニルアセテートコポリマー(ethylene vinyl acetate、EVA)、ポリヘキサメチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエテン、ポリエステル(例えば、ポリ乳酸)、ポリエーテル、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリイミド、アクリロニトリルブタジエンスチレン(acrylonitrile butadiene styrene、ABS)、ポリフェニレンスルフィド、ビニルポリマー、ポリアリーレンエーテル、ポリアリーレンスルフィド、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエステル、ポリエーテルブロック及びポリアミドブロック(PEBA又はポリエーテルブロックアミド)を含むコポリマー、官能化又は非官能化エチレン/ビニルモノマーポリマー、官能化又は非官能化エチレン/アルキル(メタ)アクリレート、官能化又は非官能化(メタ)アクリル酸ポリマー、官能化又は非官能化エチレン/ビニルモノマー/アルキル(メタ)アクリレートターポリマー、エチレン/ビニルモノマー/カルボニルターポリマー、エチレン/アルキル(メタ)アクリレート/カルボニルターポリマー、メチルメタクリレート-ブタジエン-スチレン(methylmethacrylate-butadiene-styrene、MBS)型コアシェルポリマー、ポリスチレン-ブロック-ポリブタジエン-ブロック-ポリ(メチルメタクリレート)(polystyrene-block-polybutadiene-block-poly(methyl methacrylate)、SBM)ブロックターポリマー、塩素化又はクロロスルホン化ポリエチレン、ポリビニリデンフルオリド(polyvinylidene fluoride、PVDF)、フェノール樹脂、ポリ(エチレン/酢酸ビニル)、ポリブタジエン、ポリイソプレン、スチレン系ブロックコポリマー、ポリアクリロニトリル、シリコーンなど、並びにこれらの任意の組み合わせが挙げられ得るが、これらに限定されない。また、前述の1つ以上を含むコポリマーが本開示の方法及びシステムにおいて使用され得る。場合によっては、ポリ(エチレン-co-ビニルアセテート)、ポリ(エチレン-co-メチルアクリレート)、ポリ(エチレン-co-グリシジルメタクリレート)、及びポリ(エチレン-co-ビニルアルコール)など極性モノマーとのPEのコポリマーは、ポリエチレン-ポリ(メチルメタクリレート)(PE/PMMA)ブレンドにおける相溶性を改善し得る。
【0091】
本開示の組成物及び方法における熱可塑性ポリマーは、エラストマー又は非エラストマーであってもよい。熱可塑性ポリマーの前述の例のうちのいくつかは、ポリマーの正確な組成に応じて、エラストマー又は非エラストマーであってもよい。
【0092】
熱可塑性エラストマーは、一般に、スチレン系ブロックコポリマー、熱可塑性加硫ゴム(エラストマー合金とも称される)、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性コポリエステル、及び熱可塑性ポリアミド(典型的にはポリアミドを含むブロックコポリマー)の6つのクラスのうちの1つの範囲内に入る。熱可塑性エラストマーの例は、Handbook of Thermoplastic Elastomers,2nd ed.,B.M.Walker and C.P.Rader,eds.,Van Nostrand Reinhold,New York,1988に見出すことができる。熱可塑性エラストマーの例としては、エラストマー性ポリアミド、ポリウレタン、ポリエーテルブロック及びポリアミドブロックを含むコポリマー(PEBA又はポリエーテルブロックアミド)、メチルメタクリレート-ブタジエン-スチレン(MBS)型コアシェルポリマー、ポリスチレン-ブロック-ポリブタジエン-ブロック-ポリ(メチルメタクリレート)(SBM)ブロックターポリマー、ポリブタジエン、ポリイソプレン、スチレン系ブロックコポリマー、並びにポリアクリロニトリル、シリコーンなどが挙げられるが、これらに限定されない。弾性スチレン系ブロックコポリマーとしては、イソプレン、イソブチレン、ブチレン、エチレン/ブチレン、エチレン-プロピレン、及びエチレン-エチレン/プロピレンからなる群から選択される少なくとも1つのブロックが挙げられ得る。より具体的な弾性スチレン系ブロックコポリマーの例としては、ポリ(スチレン-エチレン/ブチレン)、ポリ(スチレン-エチレン/ブチレン-スチレン)、ポリ(スチレン-エチレン/プロピレン)、スチレン-エチレン/プロピレン-スチレン)、ポリ(スチレン-エチレン/プロピレン-スチレン-エチレン-プロピレン)、ポリ(スチレン-ブタジエン-スチレン)、ポリ(スチレン-ブチレン-ブタジエン-スチレン)など、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
【0093】
ポリアミドの例としては、ポリカプロアミド(ナイロン6、ポリアミド6、又はPA6)、ポリ(ヘキサメチレンサクシンアミド)(ナイロン4,6、ポリアミド4,6、又はPA4,6)、ポリヘキサメチレンアジパミド(ナイロン6,6、ポリアミド6,6、又はPA6,6)、ポリペンタメチレンアジパミド(ナイロン5,6、ポリアミド5,6、又はPA5,6)、ポリヘキサメチレンセバカミド(ナイロン6,10、ポリアミド6,10、又はPA6,10)、ポリウンデカアミド(ナイロン11、ポリアミド11、又はPA11)、ポリドデカアミド(ナイロン12、ポリアミド12、又はPA12)、及びポリヘキサメチレンテレフタルアミド(ナイロン6T、ポリアミド6T、又はPA6T)、ナイロン10,10(ポリアミド10,10又はPA10,10)、ナイロン10,12(ポリアミド10,12又はPA10,12)、ナイロン10,14(ポリアミド10,14又はPA10,14)、ナイロン10,18(ポリアミド10,18又はPA10,18)、ナイロン6,18(ポリアミド6,18又はPA6,18)、ナイロン6,12(ポリアミド6,12又はPA6,12)、ナイロン6,14(ポリアミド6,14又はPA6,14)、ナイロン12,12(ポリアミド12,12又はPA12,12)など、並びにこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。コポリアミドも使用され得る。コポリアミドの例としては、PA11/10,10、PA6/11、PA6,6/6、PA11/12、PA10,10/10,12、PA10,10/10,14、PA11/10,36、PA11/6,36、PA10,10/10,36、PA6T/6,6など、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。ポリアミドの後に第1の数字、コンマ、第2の数字が続くものは、ペンダント=Oを有しない部分の窒素の間の第1の数の主鎖炭素と、ペンダント=Oを有する部分の2つの窒素の間にある第2の数の主鎖炭素とを有するポリアミドである。非限定的な例として、ナイロン6,10は、[NH-(CH2)6-NH-CO-(CH2)8-CO]nである。ポリアミドの後に数字、バックスラッシュ、数字が付いたものは、バックスラッシュの前後の数字によって示されたポリアミドのコポリマーである。
【0094】
ポリウレタンの例としては、ポリエーテルポリウレタン、ポリエステルポリウレタン、混合ポリエーテル及びポリエステルポリウレタンなど、並びにこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。熱可塑性ポリウレタンの例としては、ポリ[4,4’-メチレンビス(フェニルイソシアネート)-alt-1,4-ブタンジオール/ジ(プロピレングリコール)/ポリカプロラクトン]、ELASTOLLAN(登録商標)1190A(ポリエーテルポリウレタンエラストマー、BASFから入手可能)、ELASTOLLAN(登録商標)1190A10(ポリエーテルポリウレタンエラストマー、BASFから入手可能)など、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
【0095】
ポリオレフィンは、置換又は非置換のC2~C40アルファオレフィン、好ましくはC2~C20アルファオレフィン、好ましくはC2~C12アルファオレフィン、好ましくはエチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、ノネン、デセン、ウンデセン、ドデカン、及びこれらの異性体が挙げられ得るが、これらに限定されない、1つ以上のモノマーのポリマーであり得る。例えば、ポリオレフィンは、プロピレンと、1つ以上のエチレン又はC4~C40オレフィン、好ましくはC4~C20オレフィン、若しくは好ましくはC6~C12オレフィンを含む任意選択的なコモノマーとを含み得る。C4~C40オレフィンモノマーは、直鎖状、分岐状、又は環状であり得る。C4~C40環状オレフィンは、歪み又は無歪み、単環式若しくは多環式であり得、任意選択的にヘテロ原子及び/又は1つ以上の官能基を含み得る。別の例では、ポリオレフィンは、エチレンと、1つ以上のC3~C40オレフィン、好ましくはC4~C20オレフィン、又は好ましくはC6~C12オレフィンを含む任意選択的なコモノマーとを含み得る。C3~C40オレフィンモノマーは、直鎖状、分岐状、又は環状であり得る。C3~C40環状オレフィンは、歪み又は無歪み、単環式若しくは多環式であり得、任意選択的にヘテロ原子及び/又は1つ以上の官能基を含み得る。
【0096】
C2~C40オレフィンの例としては、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、ノネン、デセン、ウンデセン、ドデセン、ノルボルネン、ノルボルナジエン、ジシクロペンタジエン、シクロペンテン、シクロヘプテン、シクロオクテン、シクロオクタジエン、シクロドデセン、7-オキサノルボルネン、7-オキサノルボルナジエン、これらの置換誘導体、及びこれらの異性体、好ましくは、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、ノネン、デセン、ドデセン、シクロオクテン、1,5-シクロオクタジエン、1-ヒドロキシ-4-シクロオクテン、1-アセトキシ-4-シクロオクテン、5-メチルシクロペンテン、シクロペンテン、ジシクロペンタジエン、ノルボルネン、ノルボルナジエン、並びにそれらのそれぞれの相同体及び誘導体、好ましくはノルボルネン、ノルボルナジエン、及びジシクロペンタジエンが挙げられ得るが、これらに限定されない。
【0097】
特定のポリオレフィンの例としては、ポリエチレン(35重量%以下のC2~C40アルファオレフィンコモノマーを有するホモポリマー又はコポリマーとして)、ポリプロピレン(35重量%以下のC4~C40アルファオレフィンコモノマーを有するホモポリマー又はコポリマーとして)、エチレン-プロピレンコポリマー、エチレン-プロピレン-ジエンコポリマー、ポリブテン、ポリイソブチレン、ポリメチルペンテン、ポリ(4-メチル-1-ペンテン)など、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられ得るが、これらに限定されない。
【0098】
熱可塑性ポリマーは、約50℃~約450℃(又は約50℃~約125℃、又は約100℃~約175℃、又は約150℃~約280℃、又は約200℃~約350℃、又は約300℃~約450℃)の融点又は軟化温度を有し得る。
【0099】
熱可塑性ポリマーは、約-50℃~約400℃(又は約-50℃~約0℃、又は約-25℃~約50℃、又は約0℃~約150℃、又は約100℃~約250℃、又は約150℃~約300℃、又は約200℃~約400℃)のガラス転移温度(10℃/分の昇温速度及び冷却速度を有するASTM E1356-08(2014))を有し得る。
【0100】
熱可塑性ポリマーは、添加剤を任意選択的に含んでもよい。典型的には、添加剤は、混合物への当該ポリマーの添加前に存在する。したがって、ポリマー溶融物及び得られたポリマーでコーティングされた微粒子では、添加剤は、熱可塑性ポリマー全体に分散される。そのため、明確にするために、この添加剤は本明細書では「内部添加剤」と称される。内部添加剤は、混合物を作製する直前に又はかなり前に当該ポリマーとブレンドされ得る。
【0101】
本明細書に記載の組成物(例えば、混合物及び得られたポリマーでコーティングされた微粒子)中の成分量を説明する場合、内部添加剤を含まないポリマーに基づいた重量パーセント。例えば、10重量%の内部添加剤及び90重量%のポリマーを含む100gのポリマーの重量に対して、1重量%の乳化安定剤を含む組成物は、0.9gの乳化安定剤、90gのポリマー、及び10gの内部添加剤を含む組成物である。
【0102】
内部添加剤は、熱可塑性ポリマーの約0.1重量%~約60重量%(又は約0.1重量%~約5重量%、又は約1重量%~約10重量%、又は約5重量%~約20重量%、又は約10重量%~約30重量%、又は約25重量%~約50重量%、又は約40重量%~約60重量%)で熱可塑性ポリマー中に存在し得る。例えば、熱可塑性ポリマーは、約70重量%~約85重量%の熱可塑性ポリマーと、約15重量%~約30重量%のガラス繊維又は炭素繊維のような内部添加剤と、を含み得る。
【0103】
内部添加剤の例としては、充填剤、強化剤、顔料、pH調整剤など、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。充填剤の例としては、ガラス繊維、ガラス粒子、鉱物繊維、炭素繊維、酸化物粒子(例えば、二酸化チタン及び二酸化ジルコニウム)、金属粒子(例えば、アルミニウム粉体)など、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。顔料の例としては、有機顔料、無機顔料、カーボンブラックなど、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。例えば、本明細書で使用される充填剤としては、剥離グラファイト(exfoliated graphite、EG)、剥離グラファイトナノプレートレット(exfoliated graphite nanoplatelet、xGnP)、カーボンブラック、カーボンナノファイバー(carbon nanofiber、CNF)、カーボンナノチューブ(CNT)、グラフェン、酸化グラフェン、酸化グラファイト、酸化グラフェンナノシート、及び/又はフラーレンが挙げられ得る。
【0104】
分散媒は、様々な処理温度(例えば、室温~プロセス温度)にて熱可塑性ポリマー及び分散媒が不混和性であるように選択されるべきである。考慮され得る追加の要因は、熱可塑性ポリマーと分散媒との間のプロセス温度における粘度の差(例えば、差又は比率)である。粘度の差は、液滴破壊及び粒径分布に影響を及ぼし得る。理論に束縛されるものではないが、熱可塑性ポリマー及び分散媒の粘度が類似しすぎると、全体としての生成物の真円度が低減することがあり、粒子がより卵形となり、より細長い構造が観察されると考えられる。
【0105】
好適な分散媒は、25℃で約1,000cSt~約150,000cSt(又は約1,000cSt~約60,000cSt、又は約40,000cSt~約100,000cSt、又は約75,000cSt~約150,000cSt)の粘度を有し得る。例えば、好適な分散媒は、25℃で約10,000cSt~約60,000cStの粘度を有し得る。
【0106】
分散媒の例としては、シリコーン油、フッ素化シリコーン油、ペルフッ素化シリコーン油、ポリエチレングリコール、アルキル末端ポリエチレングリコール(例えば、テトラエチレングリコールジメチルエーテル(tetraethylene glycol dimethyl ether、TDG)のようなC1~C4末端アルキル基)、パラフィン、流動ワセリン、ミンク油、タートル油、ダイズ油、ペルヒドロスクアレン、スイートアーモンド油、カロフィルム(calophyllum)油、パーム油、パールリーム油、グレープシード油、ゴマ油、トウモロコシ油、菜種油、ヒマワリ油、綿実油、アンズ油、ヒマシ油、アボカド油、ホホバ油、オリーブ油、穀物胚芽油、ラノリン酸のエステル、オレイン酸のエステル、ラウリン酸のエステル、ステアリン酸のエステル、脂肪族エステル、高級脂肪酸、脂肪族アルコール、脂肪酸変性ポリシロキサン、脂肪族アルコール変性ポリシロキサン、ポリオキシアルキレン変性ポリシロキサンなど、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられ得るが、これらに限定されない。シリコーン油の例としては、ポリジメチルシロキサン(polydimethylsiloxane、PDMS)、メチルフェニルポリシロキサン、アルキル変性ポリジメチルシロキサン、アルキル変性メチルフェニルポリシロキサン、アミノ変性ポリジメチルシロキサン、アミノ変性メチルフェニルポリシロキサン、フッ素変性ポリジメチルシロキサン、フッ素変性メチルフェニルポリシロキサン、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン、ポリエーテル変性メチルフェニルポリシロキサンなど、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。分散媒が前述のうちの2つ以上を含む場合、分散媒は1つ以上の相を有さないことがある。例えば、脂肪酸変性ポリシロキサン及び脂肪族アルコール変性ポリシロキサン(好ましくは、脂肪酸及び脂肪族アルコールと同様の鎖長を有する)は、単相分散媒を形成し得る。別の例では、シリコーン油及びアルキル末端ポリエチレングリコールを含む分散媒は、二相分散媒を形成し得る。少なくとも1つの実施形態では、分散媒は、ポリジメチルシロキサン(PDMS)である。
【0107】
分散媒は、混合物の約40重量%~約95重量%(又は約75重量%~約95重量%、又は約70重量%~約90重量%、又は約55重量%~約80重量%、又は約50重量%~約75重量%、又は約40重量%~約60重量%)で混合物中に存在し得る。
【0108】
いくつかの場合、分散媒は、約0.6g/cm3~約1.5g/cm3の密度を有し得、熱可塑性ポリマーは、約0.7g/cm3~約1.7g/cm3の密度を有し得、熱可塑性ポリマーは、分散媒の密度と同様であるか、それより低いか、又はそれより高い密度を有し得る。
【0109】
乳化安定剤、熱可塑性ポリマー、相溶化剤などのような他の添加剤、及びこれらの任意の組み合わせを、混合物及び得られたポリマーでコーティングされた微粒子中に含んでもよい。
【0110】
本開示の方法及び組成物に使用される乳化安定剤は、ナノ粒子(例えば、酸化物ナノ粒子、カーボンブラック、ポリマーナノ粒子、及びこれらの組み合わせ)、界面活性剤など、及びこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。
【0111】
酸化物ナノ粒子は、金属酸化物ナノ粒子、非金属酸化物ナノ粒子、又はこれらの混合物であってもよい。酸化物ナノ粒子の例としては、シリカ、チタニア、ジルコニア、アルミナ、酸化鉄、酸化銅、酸化スズ、酸化ホウ素、酸化セリウム、酸化タリウム、及び酸化タングステンなど、並びにこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。アルミノケイ酸塩、ホウケイ酸塩、及びアルミノホウケイ酸塩のような混合された金属酸化物及び/又は非金属酸化物も、金属酸化物という用語に含まれる。酸化物ナノ粒子は、親水性であっても疎水性であってもよく、天然の粒子であっても粒子の表面処理の結果であってもよい。例えば、ジメチルシリル、トリメチルシリルなどのような疎水性表面処理を有するシリカナノ粒子が本開示の方法及び組成物に使用され得る。加えて、メタクリレート官能基のような機能的な表面処理を施したシリカが、本開示の方法及び組成物に使用され得る。非官能化酸化物ナノ粒子もまた同様に、使用に好適であり得る。
【0112】
シリカナノ粒子の市販の例としては、Evonikから入手可能なAEROSIL(登録商標)(例えば、AEROSIL(登録商標)R812S(疎水変性表面及び260±30m2/gのBET表面積を有する平均直径約7nmのシリカナノ粒子)、AEROSIL(登録商標)RX50(疎水変性表面及び35±10m2/gのBET表面積を有する平均直径約40nmのシリカナノ粒子)、AEROSIL(登録商標)380(疎水変性表面及び380±30m2/gのBET表面積を有するシリカナノ粒子)など、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
【0113】
カーボンブラックは、本明細書に開示される組成物及び方法において乳化安定剤として存在し得る別の種類のナノ粒子である。様々な等級のカーボンブラックが当業者によく知られており、そのうちのいずれかが本明細書において使用され得る。赤外線を吸収することができる他のナノ粒子が同様に使用され得る。
【0114】
ポリマーナノ粒子は、本明細書の開示において乳化安定剤として存在し得る別の種類のナノ粒子である。好適なポリマーナノ粒子は、本明細書の開示による溶融乳化によって処理されたときに溶融しないように、熱硬化性であり、かつ/又は架橋されている、1つ以上のポリマーを含み得る。高い融点又は分解点を有する高分子量熱可塑性ポリマーも同様に、好適なポリマーナノ粒子乳化安定剤を含み得る。
【0115】
界面活性剤は、アニオン性、カチオン性、非イオン性、又は双性イオン性であり得る。界面活性剤の例としては、以下に限定されないが、ドデシル硫酸ナトリウム、オレイン酸ソルビタン、ポリ[ジメチルシロキサン-コ-[3-(2-(2-ヒドロキシエトキシ)エトキシ)プロピルメチルシロキサン]]、ドキュセートナトリウム(ナトリウム1,4-ビス(2-エチルヘキソキシ)-1,4-ジオキソブタン-2-スルホネート)など、及びそれらの任意の組み合わせが挙げられる。界面活性剤の市販の例としては、CALFAX(登録商標)DB-45(ドデシルジフェニルオキシドジスルホン酸ナトリウム、Pilot Chemicalsから入手可能)、SPAN(登録商標)80(ソルビタンマレエート非イオン性界面活性剤)、MERPOL(登録商標)界面活性剤(Stepan Companyから入手可能)、TERGITOL(商標)TMN-6(水溶性非イオン性界面活性剤、DOWから入手可能)、TRITON(商標)X-100(オクチルフェノールエトキシレート、SigmaAldrichから入手可能)、IGEPAL(登録商標)CA-520(ポリオキシエチレン(5)イソオクチルフェニルエーテル、SigmaAldrichから入手可能)、BRIJ(登録商標)S10(ポリエチレングリコールオクタデシルエーテル、SigmaAldrichから入手可能)など、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
【0116】
界面活性剤は、混合物中の熱可塑性ポリマー又はポリマー粒子中の熱可塑性ポリマーの総重量を基準にして、約0.01重量%~約10重量%(又は約0.01重量%~約1重量%、又は約0.5重量%~約2重量%、又は約1重量%~約3重量%、又は約2重量%~約5重量%、又は約5重量%~約10重量%)の量で、混合物中(例えば、
図1の混合物112)又はポリマーでコーティングされた微粒子中(例えば、
図1のポリマーでコーティングされた微粒子122/128)に含まれてもよい。あるいは、混合物は、界面活性剤を含まない(すなわち、界面活性剤が不在である)場合がある。
【0117】
混合物中(例えば、
図1の混合物112)又はポリマーでコーティングされた微粒子中(例えば、
図1のポリマーでコーティングされた微粒子122/128)の乳化安定剤におけるナノ粒子対界面活性剤の重量比は、約1:10~約10:1(又は約1:10~約1:1、又は約1:5~約5:1、又は約1:1~約10:1)であり得る。
【0118】
乳化安定剤は、加熱された混合物中のポリマー溶融物と分散媒との間の界面にあり得る。その結果、混合物が冷却されると、乳化安定剤は、当該界面に、又はその付近に留まる。したがって、ポリマーでコーティングされた微粒子の構造は、一般に乳化安定剤が使用される場合、(a)ポリマーでコーティングされた微粒子の外側表面上に分散された(例えば、ポリマーでコーティングされた微粒子の熱可塑性ポリマーコーティング上に分散された)及び/又は(b)ポリマーでコーティングされた微粒子の外側部分(例えば、外側1体積%)に埋め込まれた(例えば、ポリマーでコーティングされた微粒子の熱可塑性ポリマーコーティングに埋め込まれた)乳化安定剤を含む。すなわち、含まれている場合、乳化安定剤は、ポリマーでコーティングされた微粒子の熱可塑性ポリマーコーティング上にコーティング、おそらく均一なコーティングとして存在し得る。温度(冷却速度を含む)、熱可塑性ポリマーの種類、並びに乳化安定剤の種類及びサイズなどの非限定的な要因に依存し得るいくつかの場合には、ナノ粒子乳化安定剤は、ポリマーでコーティングされた微粒子の熱可塑性ポリマーコーティング内に少なくとも部分的に埋め込まれた状態であってもよい。埋め込みを行わなかったとしても、ナノ粒子乳化安定剤のうちの少なくとも一部分は、ポリマーでコーティングされた微粒子の熱可塑性ポリマーコーティングと強固に会合したままであり、その更なる使用を容易にし得る。対照的に、既に形成されたポリマー微粒子(例えば、低温粉砕又は沈殿のプロセスによって形成された)とシリカナノ粒子のような流動助剤との乾燥ブレンドによって、ポリマーでコーティングされた微粒子上の流動助剤の強固で均一なコーティングは得られない。
【0119】
界面活性剤の少なくとも一部分は、単独で又はナノ粒子乳化安定剤と組み合わせて乳化安定剤として使用される場合、同様に外側表面(例えば、ポリマーでコーティングされた微粒子の熱可塑性ポリマーコーティング)と会合してもよい。乳化安定剤(例えば、界面活性剤及び/又はナノ粒子を含む)のコーティングは、外側表面上に実質的に均一に配置され得る。コーティングに関して本明細書で使用するとき、「実質的に均一」という用語は、コーティング組成物(例えば、ナノ粒子及び/又は界面活性剤)によって被覆される表面位置、特に外側表面全体における、均一なコーティング厚さを指す。乳化安定剤は、ポリマーでコーティングされた微粒子の表面積の少なくとも5%(又は約5%~約100%、又は約5%~約25%、又は約20%~約50%、又は約40%~約70%、又は約50%~約80%、又は約60%~約90%、又は約70%~約100%)を被覆するコーティングを形成し得る。界面活性剤又は別の乳化安定剤を少なくとも実質的に除去するように精製される場合、乳化安定剤は、ポリマーでコーティングされた微粒子の表面積の25%未満(又は0%~約25%、又は約0.1%~約5%、又は約0.1%~約1%、又は約1%~約5%、又は約1%~約10%、又は約5%~約15%、又は約10%~約25%)で、ポリマーでコーティングされた微粒子の外側表面に存在し得る。ポリマーでコーティングされた微粒子の外側表面での乳化安定剤の被覆率は、走査電子顕微鏡画像(SEM顕微鏡写真)の画像分析を使用して決定され得る。乳化安定剤は、ポリマーでコーティングされた微粒子の表面積の少なくとも5%(又は約5%~約100%、又は約5%~約25%、又は約20%~約50%、又は約40%~約70%、又は約50%~約80%、又は約60%~約90%、又は約70%~約100%)を被覆するコーティングを形成し得る。界面活性剤又は別の乳化安定剤を少なくとも実質的に除去するように精製される場合、乳化安定剤は、ポリマーでコーティングされた微粒子の表面積の25%未満(又は0%~約25%、又は約0.1%~約5%、又は約0.1%~約1%、又は約1%~約5%、又は約1%~約10%、又は約5%~約15%、又は約10%~約25%)で、ポリマーでコーティングされた微粒子の外側表面に存在し得る。ポリマーでコーティングされた微粒子の外側表面での乳化安定剤の被覆率は、SEM顕微鏡写真の画像分析を使用して決定され得る。
【0120】
相溶化剤は、任意選択的に、2つ以上の熱可塑性ポリマーを使用するときに、ブレンド効率及び有効性を改善するために使用してよい。ポリマー相溶化剤の例としては、PROPOLDER(商標)MPP2020 20(ポリプロピレン、Polygroup Inc.から入手可能)、PROPOLDER(商標)MPP2040 40(ポリプロピレン、Polygroup Inc.から入手可能)、NOVACOM(商標)HFS2100(無水マレイン酸官能化高密度ポリエチレンポリマー、Polygroup Inc.から入手可能)、KEN-REACT(商標)CAPS(商標)L(商標)12/L(有機金属カップリング剤、Kenrich Petrochemicalsから入手可能)、KEN-REACT(商標)CAPOW(商標)L(商標)12/H(有機金属カップリング剤、Kenrich Petrochemicalsから入手可能)、KEN-REACT(商標)LICA(商標)12(有機金属カップリング剤、Kenrich Petrochemicalsから入手可能)、KEN-REACT(商標)CAPS(商標)KPR(商標)12/LV(有機金属カップリング剤、Kenrich Petrochemicalsから入手可能)、KEN-REACT(商標)CAPOW(商標)KPR(商標)12/H(有機金属カップリング剤、Kenrich Petrochemicalsから入手可能)、KEN-REACT(商標)チタン酸&ジルコン酸(有機金属カップリング剤、Kenrich Petrochemicalsから入手可能)、VISTAMAXX(商標)(エチレン-プロピレンコポリマー、ExxonMobilから入手可能)、SANTOPRENE(商標)(エチレン-プロピレン-ジエンゴム及びポリプロピレンの熱可塑性加硫物、ExxonMobilから入手可能)、VISTALON(商標)(エチレン-プロピレン-ジエンゴム、ExxonMobilから入手可能)、EXACT(商標)(プラストマー、ExxonMobilから入手可能)EXXELOR(商標)(ポリマー樹脂、ExxonMobilから入手可能)、FUSABOND(商標)M603(ランダムエチレンコポリマー、Dowから入手可能)、FUSABOND(商標)E226(無水物変性ポリエチレン、Dowから入手可能)、BYNEL(商標)41E710(共押出可能な接着剤樹脂、Dowから入手可能)、SURLYN(商標)1650(アイオノマー樹脂、Dowから入手可能)、FUSABOND(商標)P353(化学修飾ポリプロピレンコポリマー、Dowから入手可能)、ELVALOY(商標)PTW(エチレンターポリマー、Dowから入手可能)、ELVALOY(商標)3427AC(エチレン及びブチルアクリレートのコポリマー、Dowから入手可能)、LOTADER(商標)AX8840(エチレンアクリレート系ターポリマー、Arkemaから入手可能)、LOTADER(商標)3210(エチレンアクリレート系ターポリマー、Arkemaから入手可能)、LOTADER(商標)3410(エチレンアクリレート系ターポリマー、Arkemaから入手可能)、LOTADER(商標)3430(エチレンアクリレート系ターポリマー、Arkemaから入手可能)、LOTADER(商標)4700(エチレンアクリレート系ターポリマー、Arkemaから入手可能)、LOTADER(商標)AX8900(エチレンアクリレート系ターポリマー、Arkemaから入手可能)、LOTADER(商標)4720(エチレンアクリレート系ターポリマー、Arkemaから入手可能)、BAXXODUR(商標)EC 301(エポキシ用アミン、BASFから入手可能)、BAXXODUR(商標)EC 311(エポキシ用アミン、BASFから入手可能)、BAXXODUR(商標)EC 303(エポキシ用アミン、BASFから入手可能)、BAXXODUR(商標)EC 280(エポキシ用アミン、BASFから入手可能)、BAXXODUR(商標)EC 201(エポキシ用アミン、BASFから入手可能)、BAXXODUR(商標)EC 130(エポキシ用アミン、BASFから入手可能)、BAXXODUR(商標)EC 110(エポキシ用アミン、BASFから入手可能)、スチレン系、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、EASTMAN(商標)G-3003(無水マレイン酸グラフト化ポリプロピレン、Eastmanから入手可能)、RETAIN(商標)(ポリマー変性剤、Dowから入手可能)、AMPLIFY TY(商標)(無水マレイン酸グラフトポリマー、Dowから入手可能)、INTUNE(商標)(オレフィンブロックコポリマー、Dowから入手可能)など、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
【0121】
別の例では、相溶化剤が使用される場合、相溶化剤は、ポリマーでコーティングされた微粒子の熱可塑性ポリマーの総重量を基準にして約0.01重量%~約10重量%(又は約0.01重量%~約1重量%、又は約0.1重量%~約3重量%、又は約1重量%~約5重量%、又は約5重量%~約10重量%)の量で、混合物中に存在していてもよい。
【0122】
ポリマーでコーティングされた微粒子の用途
本開示はまた、選択的レーザ焼結の方法を含み、この方法は、(a)本明細書に記載のポリマーでコーティングされた微粒子、及び任意選択的に(b)熱可塑性ポリマー粒子を表面上に堆積させることと、堆積させたら、粒子(a)及び(b)(含まれる場合)の少なくとも一部分をレーザに曝露して、粒子(a)及び(b)(含まれる場合)を融合させ、圧密体を形成することと、を含み得る。
【0123】
本明細書に記載のポリマーでコーティングされた微粒子は、任意選択的に熱可塑性ポリマー粒子と併せて、様々な物品を生成するために使用され得る。非限定的な例として、本開示の3D印刷プロセスは、本明細書に記載の粒子(例えば、前述の粒子(a)及び(b)(含まれる場合))を表面上に(例えば、層及び/又は特定の形状で)堆積させることと、堆積されると、粒子のうちの少なくとも一部分を加熱して、粒子の圧密を促進し、圧密体(又は物体)を形成することと、を含んでもよい。例えば、任意選択的に熱可塑性ポリマー粒子と併せて、本明細書に記載のポリマーでコーティングされた微粒子を加熱及び圧密化することは、選択的レーザ焼結によって加熱及び圧密化が行われるように、レーザを用いた3D印刷装置内で行われ得る。
【0124】
任意選択的に熱可塑性ポリマー粒子と併せて、本明細書に記載のポリマーでコーティングされた微粒子を使用して当該物品のうちの全部又は一部分を形成し得る、そのような方法により生成され得る物品の例としては、粒子、フィルム、梱包材、玩具、家庭用品、自動車部品、航空宇宙/航空機関連部品、コンテナ(例えば、食品、飲料、化粧品、パーソナルケア組成物、医薬品などのためのもの)、靴のソール、家具部品、装飾用家庭用品、プラスチックギア、ネジ、ナット、ボルト、結束バンド、宝飾品、芸術品、彫像、医療品目、補装具、整形外科用インプラント、教育における学習を支援するアーチファクトの生成、手術を支援するための3D解剖学的モデル、ロボット工学用品、生体医学デバイス(装具)、家庭電化製品、歯科用品、電子機器、スポーツ用品などが挙げられるが、これらに限定されない。更に、粒子は、塗料、粉体コーティング、インクジェット材料、電子写真トナー、3D印刷などが挙げられるがこれらに限定されない用途において有用であり得る。
【0125】
更に、任意選択的に熱可塑性ポリマー粒子と併せて本明細書に記載されるポリマーでコーティングされた微粒子は、付加製造以外の用途に使用されてもよい。例えば、本明細書に記載のポリマーでコーティングされた微粒子は、任意選択的に熱可塑性ポリマー粒子と併せて、農業技術における様々な化学物質(例えば、殺虫剤、栄養素など)のための送達システムとして使用することができる。同様に、化粧品及び生物医学的用途は、これらの潜在的な送達システムを利用し得る。
【0126】
別の例では、任意選択的に熱可塑性ポリマー粒子と併せて本明細書に記載されるポリマーでコーティングされた微粒子は、バリアコーティングにおいて使用されてもよい。バリアコーティングは、紙及び梱包材料に有用であり得る。
【0127】
追加の例では、本明細書に記載のポリマーでコーティングされた微粒子は、任意選択的に熱可塑性ポリマー粒子と併せて、接着剤、低グレード燃料、軽量材料、電池(例えば、カソード及び/又はアノード材料)、電極(例えば、電気化学用途のための複雑な形状を有する電極製造)、及び創傷被覆材に使用することができる。
【0128】
微粒子に応じて、当該微粒子は、以下の特性のうちの1つ以上を、ポリマーでコーティングされた微粒子が実装される最終用途から生成される物体及び/又は最終用途に付与し得る。
【0129】
例示的実施形態
実施形態A:分散媒と、微粒子と、熱可塑性ポリマーと、任意選択的に乳化安定剤とを含む混合物を、熱可塑性ポリマーの融点又は軟化温度以上の温度で混合することであって、微粒子対熱可塑性ポリマーの質量比が、約1:0.1~約1:5である、混合することと、混合物を融点又は軟化温度未満まで冷却して、ポリマーでコーティングされた微粒子を形成することと、ポリマーでコーティングされた微粒子を分散媒から分離することと、を含む、方法。以下のうちの1つ以上が、実施形態Aに含まれてもよい。要素1:微粒子対熱可塑性ポリマーの質量比が、約1:1~約1:2である。要素2:微粒子の少なくとも一部が、約5μm以上の平均有効直径を有する。要素3:微粒子の少なくとも一部が、約1:1~約30:1のアスペクト比を有する。要素4:微粒子の少なくとも一部の形状が、球体、楕円体、繊維、多面体、星形、小板、フレーク、又はそれらの混成物として特徴付けられる。要素5:微粒子が、炭素繊維、金属繊維、窒化ケイ素繊維、セラミック繊維、ガラスビーズ、中空ガラス球、炭素フレーク、又はそれらの任意の組み合わせのうちの1つ以上を含む。要素6:微粒子を分散媒の第1の部分中に分散させて第1の分散液を得ることと、熱可塑性ポリマーを含むポリマー溶融物を分散媒の第2の部分中に分散させて、第2の分散液を得ることと、第1の分散液と第2の分散液とを混合することと、を更に含む、方法。要素7:要素6であって、第2の分散液が乳化安定剤を更に含む。要素8:微粒子を分散媒中に分散させて分散液を得ることと、分散液を、熱可塑性ポリマーの融点又は軟化温度以上の温度で加熱することと、熱可塑性ポリマー及び任意選択的に乳化安定剤を、加熱された分散液に添加することと、を更に含む方法。要素9:ポリマーでコーティングされた微粒子が、1.50~1.70g/cm3の密度を有する。要素10:乳化安定剤が混合物中に存在し、当該乳化安定剤が、混合物中の熱可塑性ポリマーの総重量を基準にして、約1重量%~約50重量%で混合物中に存在する。要素11:要素10であって、乳化安定剤が酸化金属粒子を含む。要素12:熱可塑性ポリマーが、熱可塑性ポリオレフィン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)、エチレンビニルアセテートコポリマー(EVA)、ポリヘキサメチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエテン、ポリエステル(例えば、ポリ乳酸)、ポリエーテル、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリイミド、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリフェニレンスルフィド、ビニルポリマー、ポリアリーレンエーテル、ポリアリーレンスルフィド、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエステル、ポリエーテルブロック及びポリアミドブロック(PEBA又はポリエーテルブロックアミド)を含むコポリマー、官能化又は非官能化エチレン/ビニルモノマーポリマー、官能化又は非官能化エチレン/アルキル(メタ)アクリレート、官能化又は非官能化(メタ)アクリル酸ポリマー、官能化又は非官能化エチレン/ビニルモノマー/アルキル(メタ)アクリレートターポリマー、エチレン/ビニルモノマー/カルボニルターポリマー、エチレン/アルキル(メタ)アクリレート/カルボニルターポリマー、メチルメタクリレート-ブタジエン-スチレン(MBS)型コアシェルポリマー、ポリスチレン-ブロック-ポリブタジエン-ブロック-ポリ(メチルメタクリレート)(polystyrene-block-polybutadiene-block-poly(methyl methacrylate)、SBM)ブロックターポリマー、塩素化又はクロロスルホン化ポリエチレン、ポリビニリデンフルオリド(PVDF)、フェノール樹脂、ポリ(エチレン/酢酸ビニル)、ポリブタジエン、ポリイソプレン、スチレン系ブロックコポリマー、ポリアクリロニトリル、シリコーンのうちの1つ以上を含む。要素13:熱可塑性ポリマーが、ポリアミド(例えば、PA12、PA6、PA11、又はそれらの任意の組み合わせ)を含む。要素14:熱可塑性ポリマーが、ポリオレフィン(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、又はそれらの任意の組み合わせ)を含む。要素15:熱可塑性ポリマーが、ポリエチレンテレフタレートを含む。要素16:熱可塑性ポリマーが、ポリメチルメタクリレートを含む。要素17:熱可塑性ポリマーが、芳香族ポリアミドを含む。要素18:熱可塑性ポリマーが、ポリスチレンを含む。要素19:熱可塑性ポリマーが、ポリカーボネートを含む。要素20:熱可塑性ポリマーが、ポリウレタンを含む。要素21:ポリマーでコーティングされた微粒子が、約10°~約45°の安息角を有する。要素22:ポリマー粒子が、約0.5m2/g~約500m2/gのBET表面積を有する。組み合わせの例としては、以下に限定するものではないが、以下が挙げられる。要素1と、要素2~22のうちの1つ以上との組み合わせ、要素2と、要素3~22のうちの1つ以上との組み合わせ、要素3と、要素4~22のうちの1つ以上との組み合わせ、要素4と、要素5~22のうちの1つ以上との組み合わせ、要素5と、要素6~22のうちの1つ以上との組み合わせ、要素6(任意選択的に要素7と組み合わせたもの)と、要素9~22のうちの1つ以上との組み合わせ、要素8と、要素9~22のうちの1つ以上との組み合わせ、要素9と、要素2~22のうちの1つ以上との組み合わせ、要素10(任意選択的に要素11と組み合わせたもの)と、要素12~22のうちの1つ以上との組み合わせ、要素12~20のうちの1つ以上と、要素21~22及び21~22のうちの1つ以上との組み合わせ。
【0130】
実施形態B:微粒子を第1の分散液中に分散させて、第1の分散液を得ることと、熱可塑性ポリマー及び任意選択的に乳化安定剤を、熱可塑性ポリマーの融点又は軟化温度以上の温度で、第2の分散媒中に分散させて、第2の分散液を得ることと、第1の分散液と第2の分散液とを混合して混合物を得ることと、混合物を融点又は軟化温度未満まで冷却して、ポリマーでコーティングされた微粒子を形成することと、ポリマーでコーティングされた微粒子を第1の分散媒及び第2の分散媒から分離することと、を含む、方法。以下のうちの1つ以上が、実施形態Bに含まれ得る。要素1、要素2、要素3、要素4、要素5、要素9、要素10、要素11、要素12、要素13、要素14、要素15、要素16、要素17、要素18、要素19、要素20、要素21及び要素22。組み合わせの例としては、以下に限定するものではないが、要素1~5のうちの1つ以上と、要素9~22のうちの1つ以上との組み合わせ、要素1~5のうちの2つ以上の組み合わせ、並びに要素9~22のうちの2つ以上の組み合わせが挙げられる。
【0131】
実施形態C:熱可塑性ポリマーコーティングと、熱可塑性ポリマーコーティングの表面の少なくとも一部分をコーティングする乳化安定剤とを有する微粒子を含むポリマーでコーティングされた微粒子を含む組成物。以下のうちの1つ以上が、実施形態Bに含まれ得る。要素1、要素2、要素3、要素4、要素5、要素9、要素10、要素11、要素12、要素13、要素14、要素15、要素16、要素17、要素18、要素19、要素20、要素21、要素22、要素23:乳化安定剤の少なくとも一部分が、熱可塑性ポリマーコーティングに埋め込まれている、要素24:熱可塑性ポリマーコーティングが、約0.01μm~約10μmの厚さを有する、要素25:ポリマーでコーティングされた微粒子中の熱可塑性ポリマー対微粒子の重量比が、約1:0.1~約1:5である、要素26:ポリマーでコーティングされた微粒子中の熱可塑性ポリマー対乳化安定剤の重量比が、約2:1~約20:1である、要素27:乳化安定剤が、酸化金属粒子を含む。組み合わせの例としては、以下に限定するものではないが、要素1~5のうちの1つ以上と、要素9~27のうちの1つ以上との組み合わせ、要素1~5のうちの2つ以上の組み合わせ、並びに要素9~21のうちの2つ以上の組み合わせが挙げられる。
【0132】
実施形態D:実施形態Cに記載のポリマーでコーティングされた微粒子(任意選択的に要素1~5及び9~27のうちの1つ以上を含む)及び任意選択的にポリマー粒子を表面上に堆積させることと、堆積させたら、ポリマーでコーティングされた微粒子及びポリマー粒子(含まれる場合)の少なくとも一部をレーザに曝露して、ポリマーでコーティングされた微粒子及びポリマー粒子(含まれる場合)を融合させ、圧密体を形成することと、を含む、方法。圧密体は、約5%以下の空隙率を有してもよい。
【0133】
条項
条項1。分散媒と、微粒子と、熱可塑性ポリマーと、任意選択的に乳化安定剤とを含む混合物を、熱可塑性ポリマーの融点又は軟化温度以上の温度で混合することであって、微粒子対熱可塑性ポリマーの質量比が、約1:0.1~約1:5である、混合することと、混合物を融点又は軟化温度未満まで冷却して、ポリマーでコーティングされた微粒子を形成することと、ポリマーでコーティングされた微粒子を分散媒から分離することと、を含む、方法。
【0134】
条項2。微粒子対熱可塑性ポリマーの質量比が、約1:1~約1:2である、条項1に記載の方法。
【0135】
条項3。微粒子の少なくとも一部が、約5μm以上の平均有効直径を有する、条項1に記載の方法。
【0136】
条項4。微粒子の少なくとも一部が、約1:1~約30:1のアスペクト比を有する、条項1に記載の方法。
【0137】
条項5。微粒子の少なくとも一部の形状が、球体、楕円体、繊維、多面体、星形、小板、フレーク、又はそれらの混成物として特徴付けられる、条項1に記載の方法。
【0138】
条項6。微粒子が、炭素繊維、金属繊維、窒化ケイ素繊維、セラミック繊維、ガラスビーズ、中空ガラス球、炭素フレーク、又はそれらの任意の組み合わせのうちの1つ以上を含む、条項1に記載の方法。
【0139】
条項7。微粒子を分散媒の第1の部分中に分散させて第1の分散液を得ることと、熱可塑性ポリマーを含むポリマー溶融物を分散媒の第2の部分中に分散させて、第2の分散液を得ることと、第1の分散液と第2の分散液とを混合することと、を更に含む、条項1に記載の方法。
【0140】
条項8。第2の分散液が乳化安定剤を更に含む、条項7に記載の方法。
【0141】
条項9。微粒子を分散媒中に分散させて分散液を得ることと、分散液を、熱可塑性ポリマーの融点又は軟化温度以上の温度まで加熱することと、熱可塑性ポリマー及び任意選択的に乳化安定剤を、加熱された分散液に添加することと、を更に含む、条項1に記載の方法。
【0142】
条項10。ポリマーでコーティングされた微粒子が、1.50~1.70g/cm3の密度を有する、条項1に記載の方法。
【0143】
条項11。乳化安定剤が混合物中に存在し、当該乳化安定剤が、混合物中の熱可塑性ポリマーの総重量を基準にして、約1重量%~約50重量%で混合物中に存在する、条項1に記載の方法。
【0144】
条項12。乳化安定剤が酸化金属粒子を含む、条項11に記載の方法。
【0145】
条項13。熱可塑性ポリマーが、熱可塑性ポリオレフィン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)、エチレンビニルアセテートコポリマー(EVA)、ポリヘキサメチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエテン、ポリエステル(例えば、ポリ乳酸)、ポリエーテル、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリイミド、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリフェニレンスルフィド、ビニルポリマー、ポリアリーレンエーテル、ポリアリーレンスルフィド、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエステル、ポリエーテルブロック及びポリアミドブロック(PEBA又はポリエーテルブロックアミド)を含むコポリマー、官能化又は非官能化エチレン/ビニルモノマーポリマー、官能化又は非官能化エチレン/アルキル(メタ)アクリレート、官能化又は非官能化(メタ)アクリル酸ポリマー、官能化又は非官能化エチレン/ビニルモノマー/アルキル(メタ)アクリレートターポリマー、エチレン/ビニルモノマー/カルボニルターポリマー、エチレン/アルキル(メタ)アクリレート/カルボニルターポリマー、メチルメタクリレート-ブタジエン-スチレン(MBS)型コアシェルポリマー、ポリスチレン-ブロック-ポリブタジエン-ブロック-ポリ(メチルメタクリレート)(polystyrene-block-polybutadiene-block-poly(methyl methacrylate)、SBM)ブロックターポリマー、塩素化又はクロロスルホン化ポリエチレン、ポリビニリデンフルオリド(PVDF)、フェノール樹脂、ポリ(エチレン/酢酸ビニル)、ポリブタジエン、ポリイソプレン、スチレン系ブロックコポリマー、ポリアクリロニトリル、シリコーンのうちの1つ以上を含む、条項1に記載の方法。
【0146】
条項14。熱可塑性ポリマーが、ポリアミド(例えば、PA12、PA6、PA11、又はそれらの任意の組み合わせ)を含む、条項1に記載の方法。
【0147】
条項15。熱可塑性ポリマーが、ポリオレフィン(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、又はそれらの任意の組み合わせ)を含む、条項1に記載の方法。
【0148】
条項16。熱可塑性ポリマーが、ポリエチレンテレフタレートを含む、条項1に記載の方法。
【0149】
条項17。熱可塑性ポリマーが、ポリメチルメタクリレートを含む、条項1に記載の方法。
【0150】
条項18。熱可塑性ポリマーが、芳香族ポリアミドを含む、条項1に記載の方法。
【0151】
条項19。熱可塑性ポリマーが、ポリスチレンを含む、条項1に記載の方法。
【0152】
条項20。熱可塑性ポリマーが、ポリカーボネートを含む、条項1に記載の方法。
【0153】
条項21。熱可塑性ポリマーが、ポリウレタンを含む、条項1に記載の方法。
【0154】
条項22。ポリマーでコーティングされた微粒子が、約10°~約45°の安息角を有する、条項1に記載の方法。
【0155】
条項23。ポリマー粒子が、約0.5m2/g~約500m2/gのBET表面積を有する、条項1に記載の方法。
【0156】
条項24。微粒子を第1の分散媒に分散させて、第1の分散液を得ることと、熱可塑性ポリマー及び任意選択的に乳化安定剤を、熱可塑性ポリマーの融点又は軟化温度以上の温度で、第2の分散媒中に分散させて、第2の分散液を得ることと、第1の分散液と第2の分散液とを混合して混合物を得ることと、混合物を融点又は軟化温度未満まで冷却して、ポリマーでコーティングされた微粒子を形成することと、ポリマーでコーティングされた微粒子を第1の分散媒及び第2の分散媒から分離することと、を含む、方法。
【0157】
条項25。第2の分散液の熱可塑性ポリマーが、第2の分散液中に、第2の分散媒中に分散された溶融及び/又は軟化した熱可塑性ポリマー粒子として存在する、条項24に記載の方法。
【0158】
条項26。第2の分散液が、第1の分散液より以前に生成される、条項24に記載の方法。
【0159】
条項27。第1の分散媒及び第2の分散媒が異なり、かつ混和性である、条項24に記載の方法。
【0160】
条項28。第1の分散媒及び第2の分散媒が同じ組成を有する、条項24に記載の方法。
【0161】
条項29。微粒子対熱可塑性ポリマーの質量比が、約1:1~約1:2である、条項24に記載の方法。
【0162】
条項30。微粒子の少なくとも一部が、約5μm以上の平均有効直径を有する、条項24に記載の方法。
【0163】
条項31。微粒子の少なくとも一部が、約1:1~約30:1のアスペクト比を有する、条項24に記載の方法。
【0164】
条項32。微粒子の少なくとも一部の形状が、球体、楕円体、繊維、多面体、星形、小板、フレーク、又はそれらの混成物として特徴付けられる、条項24に記載の方法。
【0165】
条項33。微粒子が、炭素繊維、金属繊維、窒化ケイ素繊維、セラミック繊維、ガラスビーズ、中空ガラス球、炭素フレーク、又はそれらの任意の組み合わせのうちの1つ以上を含む、条項24に記載の方法。
【0166】
条項34。ポリマーでコーティングされた微粒子が、1約0.5g/cm3~約10g/cm3の密度を有する、条項24に記載の方法。
【0167】
条項35。乳化安定剤が混合物中に存在し、当該乳化安定剤が、混合物中の熱可塑性ポリマーの総重量を基準にして、約1重量%~約50重量%で混合物中に存在する、条項24に記載の方法。
【0168】
条項36。乳化安定剤が、酸化金属粒子を含む、条項35に記載の方法。
【0169】
条項37。熱可塑性ポリマーが、熱可塑性ポリオレフィン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)、エチレンビニルアセテートコポリマー(EVA)、ポリヘキサメチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエテン、ポリエステル(例えば、ポリ乳酸)、ポリエーテル、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリイミド、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリフェニレンスルフィド、ビニルポリマー、ポリアリーレンエーテル、ポリアリーレンスルフィド、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエステル、ポリエーテルブロック及びポリアミドブロック(PEBA又はポリエーテルブロックアミド)を含むコポリマー、官能化又は非官能化エチレン/ビニルモノマーポリマー、官能化又は非官能化エチレン/アルキル(メタ)アクリレート、官能化又は非官能化(メタ)アクリル酸ポリマー、官能化又は非官能化エチレン/ビニルモノマー/アルキル(メタ)アクリレートターポリマー、エチレン/ビニルモノマー/カルボニルターポリマー、エチレン/アルキル(メタ)アクリレート/カルボニルターポリマー、メチルメタクリレート-ブタジエン-スチレン(MBS)型コアシェルポリマー、ポリスチレン-ブロック-ポリブタジエン-ブロック-ポリ(メチルメタクリレート)(polystyrene-block-polybutadiene-block-poly(methyl methacrylate)、SBM)ブロックターポリマー、塩素化又はクロロスルホン化ポリエチレン、ポリビニリデンフルオリド(PVDF)、フェノール樹脂、ポリ(エチレン/酢酸ビニル)、ポリブタジエン、ポリイソプレン、スチレン系ブロックコポリマー、ポリアクリロニトリル、シリコーンのうちの1つ以上を含む、条項24に記載の組成物。
【0170】
条項38。熱可塑性ポリマーが、ポリアミド(例えば、PA12、PA6、PA11、又はそれらの任意の組み合わせ)を含む、条項24に記載の方法。
【0171】
条項39。熱可塑性ポリマーが、ポリオレフィン(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、又はそれらの任意の組み合わせ)を含む、条項24に記載の方法。
【0172】
条項40。熱可塑性ポリマーが、ポリエチレンテレフタレートを含む、条項24に記載の方法。
【0173】
条項41。熱可塑性ポリマーが、ポリメチルメタクリレートを含む、条項24に記載の方法。
【0174】
条項42。熱可塑性ポリマーが、芳香族ポリアミドを含む、条項24に記載の方法。
【0175】
条項43。熱可塑性ポリマーが、ポリスチレンを含む、条項24に記載の方法。
【0176】
条項44。熱可塑性ポリマーが、ポリカーボネートを含む、条項24に記載の方法。
【0177】
条項45。熱可塑性ポリマーが、ポリウレタンを含む、条項24に記載の方法。
【0178】
条項46。熱可塑性ポリマーコーティングと、熱可塑性ポリマーコーティングの表面の少なくとも一部分をコーティングする乳化安定剤とを有する微粒子を含む、ポリマーでコーティングされた微粒子を含む、組成物。
【0179】
条項47。乳化安定剤の少なくとも一部が、熱可塑性ポリマーコーティングに埋め込まれている、条項46に記載の組成物。
【0180】
条項48。熱可塑性ポリマーコーティングが、約0.01μm~約10μmの厚さを有する、条項46に記載の組成物。
【0181】
条項49。ポリマーでコーティングされた微粒子が、1.50g/cm3~1.70g/cm3の密度を有する、条項46に記載の組成物。
【0182】
条項50。ポリマーでコーティングされた微粒子中の熱可塑性ポリマー対微粒子の重量比が、約1:0.1~約1:5である、条項46に記載の組成物。
【0183】
条項51。ポリマーでコーティングされた微粒子中の熱可塑性ポリマー対乳化安定剤の重量比が、約2:1~約20:1である、条項46に記載の組成物
【0184】
条項52。乳化安定剤が酸化金属粒子を含む、条項46に記載の組成物。
【0185】
条項53。熱可塑性ポリマーが、熱可塑性ポリオレフィン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)、エチレンビニルアセテートコポリマー(EVA)、ポリヘキサメチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエテン、ポリエステル(例えば、ポリ乳酸)、ポリエーテル、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリイミド、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリフェニレンスルフィド、ビニルポリマー、ポリアリーレンエーテル、ポリアリーレンスルフィド、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエステル、ポリエーテルブロック及びポリアミドブロック(PEBA又はポリエーテルブロックアミド)を含むコポリマー、官能化又は非官能化エチレン/ビニルモノマーポリマー、官能化又は非官能化エチレン/アルキル(メタ)アクリレート、官能化又は非官能化(メタ)アクリル酸ポリマー、官能化又は非官能化エチレン/ビニルモノマー/アルキル(メタ)アクリレートターポリマー、エチレン/ビニルモノマー/カルボニルターポリマー、エチレン/アルキル(メタ)アクリレート/カルボニルターポリマー、メチルメタクリレート-ブタジエン-スチレン(MBS)型コアシェルポリマー、ポリスチレン-ブロック-ポリブタジエン-ブロック-ポリ(メチルメタクリレート)(polystyrene-block-polybutadiene-block-poly(methyl methacrylate)、SBM)ブロックターポリマー、塩素化又はクロロスルホン化ポリエチレン、ポリビニリデンフルオリド(PVDF)、フェノール樹脂、ポリ(エチレン/酢酸ビニル)、ポリブタジエン、ポリイソプレン、スチレン系ブロックコポリマー、ポリアクリロニトリル、シリコーンのうちの1つ以上を含む、条項46に記載の組成物。
【0186】
条項54。熱可塑性ポリマーが、ポリアミド(例えば、PA12、PA6、PA11、又はそれらの任意の組み合わせ)を含む、条項46に記載の組成物。
【0187】
条項55。熱可塑性ポリマーが、ポリオレフィン(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、又はそれらの任意の組み合わせ)を含む、条項46に記載の組成物。
【0188】
条項56。熱可塑性ポリマーが、ポリエチレンテレフタレートを含む、条項46に記載の組成物
【0189】
条項57。熱可塑性ポリマーが、ポリメチルメタクリレートを含む、条項46に記載の組成物。
【0190】
条項58。熱可塑性ポリマーが、芳香族ポリアミドを含む、条項46に記載の組成物。
【0191】
条項59。熱可塑性ポリマーが、ポリスチレンを含む、条項46に記載の組成物。
【0192】
条項60。熱可塑性ポリマーが、ポリカーボネートを含む、条項46に記載の組成物。
【0193】
条項61。熱可塑性ポリマーが、ポリウレタンを含む、条項46に記載の組成物。
【0194】
条項62。条項42に記載のポリマーでコーティングされた微粒子及び任意選択的にポリマー粒子を表面上に堆積させることと、
堆積させたら、ポリマーでコーティングされた微粒子及びポリマー粒子(含まれる場合)の少なくとも一部分をレーザに曝露して、ポリマーでコーティングされた微粒子及びポリマー粒子(含まれる場合)を融合させ、圧密体を形成することと、を含む、方法。
【0195】
条項63。圧密体が、約5%以下の空隙率を有する、条項62に記載の方法。
【0196】
別途指示のない限り、本明細書及び関連する特許請求の範囲で使用される成分、分子量などの特性、反応条件などの量を表す全ての数は、全ての事例において、「約」という用語によって修飾されているものとして理解されるべきである。したがって、それとは反対の指示がない限り、以下の明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、本発明の具現化によって得られると考えられる所望の特性に応じて変化してもよい近似値である。少なくとも、特許請求の範囲の範囲への均等論の適用を制限しようとするものではなく、各数値パラメータは、報告された有効数字の数に照らして、通常の四捨五入技法を適用することによって解釈されるべきである。
【0197】
1つ以上の発明要素を組み込む1つ以上の例示的な具現化が本明細書に提示される。明確にするために、物理的実装形態の全ての特徴が本出願に説明又は図示されているわけではない。本発明の1つ以上の要素を組み込んだ物理的実施形態の開発において、実装及び時により変化する、システム関連、ビジネス関連、政府関連、及び他の制約によるコンプライアンスなどの開発者の目標を達成するために、数多くの実装固有の決定がなされなければならないことが理解される。開発者の努力には時間がかかる場合があるが、それにもかかわらず、そのような努力は、当業者にとって日常的な作業であり、本開示の利益を得るものとなるであろう。
【0198】
組成物及び方法は、様々な成分又はステップを「含む」という用語で本明細書に記載されているが、組成物及び方法はまた、様々な成分及びステップ「から本質的になる」又は「からなる」可能性がある。
【0199】
本発明の実施形態のより良好な理解を容易にするために、好ましい又は代表的な実施形態の以下の実施例を付与する。以下の実施例は、決して、本発明の範囲を制限するか、又は定義するように読解されるべきではない。
【実施例0200】
試料1-Haake Rheomixを230℃に設定し、25gのPDMS油及び20gのポリアミド12(PA12)をミキサーに添加し、5分間混合して油中粒子を形成した。次いで、2gのZOLTEK(商標)PX30炭素繊維(1.79g/cm3の密度を有する炭素繊維、Zoltekから入手可能)をPDMS/PA12混合物に添加し、更に10分間混合した後、パンに排出し、200mLの酢酸エチルで3回洗浄した。次いで、粉末を乾燥させて残留溶媒を除去した。ポリマーでコーティングされた炭素繊維は生成されなかった。
【0201】
試料2-Haake Rheomixを230℃に設定し、25gのPDMS油及び20gのPA12をミキサーに添加し、5分間に混合して油中粒子を形成した。次いで、2gのZOLTEK(商標)PX30炭素繊維、続いて0.8gのR812SシリカをPDMS/PA12混合物に添加し、更に10分間混合した後、パンに排出し、続いて200mLの酢酸エチルで3回洗浄した。次いで、粉末を乾燥させて残留溶媒を除去した。
【0202】
試料3-Haake Rheomixを230℃に設定し、30gのPDMS油及び10gのPA12をミキサーに添加し、5分間混合して油中粒子を形成した。次いで、6gのZOLTEK(商標)PX30炭素繊維、続いて0.4gのR812SシリカをPDMS/PA12混合物に添加し、更に10分間混合した後、パンに排出し、続いて200mLの酢酸エチルで3回洗浄した。次いで、粉末を乾燥させて残留溶媒を除去した。
【0203】
試料4-Haake Rheomixを230℃に設定し、30gのPDMS油及び10gのPA12をミキサーに添加し、5分間混合して油中粒子を形成した。次いで、10gのZOLTEK(商標)PX30炭素繊維、続いて0.4gのR812SシリカをPDMS/PA12混合物に添加し、更に10分間混合した後、パンに排出し、続いて200mLの酢酸エチルで3回洗浄した。次いで、粉末を乾燥させて残留溶媒を除去した。得られた粒子は1.41g/cm3の密度を有していた。密度は、AccuPyc 1330ピクノメーターを用いて決定したが、これは、較正体積中のヘリウムの圧力変化を測定することによって密度及び体積を決定するものである。
【0204】
試料5-Haake Rheomixを230℃に設定し、30gのPDMS油及び10gのPA12をミキサーに添加し、続いて0.8gのR812Sシリカを添加し、一緒に5分間混合して油中粒子を形成した。次いで、6gのZOLTEK(商標)PX30炭素繊維をPDMS/PA12混合物に添加し、更に10分間混合した後、パンに排出し、続いて200mLの酢酸エチルで3回洗浄した。次いで、粉末を乾燥させて残留溶媒を除去した。得られた粒子は1.44g/cm3の密度を有していた。
【0205】
ZOLTEK(商標)PX30炭素繊維及び試料1~5をPDMS油中に分散させ、沈降させ、光学顕微鏡下で観察した。
図2及び
図3は、それぞれ、ZOLTEK(商標)PX30炭素繊維及び試料2の光学顕微鏡写真を示す。試料3~5は、光学顕微鏡下で試料2と同様に見えた。ポリマーでコーティングされた炭素繊維は凝集したが、依然としてSLS印刷プロセスのために適度にサイジングされていた。
【0206】
図4~
図6は、ZOLTEK(商標)PX30炭素繊維原料、試料1、及び試料2(ふるいにかけた)の走査型電子顕微鏡写真(SEM)画像を含む。
【0207】
試料2を、Sharebot SnowWhite SLSプリンタを用いてSLS印刷について試験した。床の温度を138℃に設定し、レーザ速度を45,000ポイント/秒(1ポイント/秒は約0.05mm/秒である)に設定し、レーザ出力を30%に設定した。焼結物品は、約30mm×30mmの単一層の正方形であった。
図7A~
図7Bは、それぞれ12倍及び160倍の倍率での単層物品の光学画像を示す。単層物品のパイル高さを、Keyence VR5200 Wide-Area 3D Measurement System Headによって測定した。l×w(yx)は、31.3mm×31.5mmであると測定された。焼結層の厚さは約1.4mmであった。比較のために、PA12粒子を用いて調製された単層物品は、通常、厚さが0.2mm~0.3mmである。
【0208】
表1の条件を用いて試料6~14を調製した。全ての実験についてHaakeを230℃に加熱し、50%のPDMS(試料6~8について30,000cSt、試料9~14について60,000cSt)をHaakeに充填した。PA12ペレットをPDMS油に添加し、ミキサーを高RPMで始動させた。R812Sシリカをポリマー/油混合物に乾燥状態で添加し、5分間混合して粒子を作製した。炭素繊維を残りの50%の油に予め分散させ、PA12/PDMS/R812S混合物に添加した。炭素繊維/PA12をHaake中で10分間混合して繊維をコーティングし、次いでドライアイス上に排出した。次いで、冷却した炭素繊維/PA12ペーストを酢酸エチルで洗浄して、コーティングされた炭素繊維をポリマー微粒子から単離し、乾燥させた。
【0209】
【0210】
得られたポリマーでコーティングされた炭素繊維の光学画像及びSEM画像は、試料2~5と比較して、より少ない凝集及びより多くの個々のポリマーでコーティングされた炭素繊維又はそれらの小さな凝集を示した(試料14の光学画像については
図8Aを、SEM画像については
図8B~
図8Cを参照)。
【0211】
試料2、13、及び14を、138℃、30%レーザ出力(最大レーザ出力は14Wである)、及び45,000ポイント/秒のスキャン速度でSharebot SnowWhite SLSプリンタを使用して、SLS印刷について試験した(追加条件については表2を参照)。焼結物品は、約30mm×30mmの単一層の正方形であった。
【0212】
【0213】
試料15-30gの60,000cSt PDMS、10gのPA12、及び2gのR812SシリカをHaakeミキサーに加え、約5分間混合した。次いで、25gのSTAX銅繊維を、混合しながらミキサーにゆっくりと添加した。全ての銅繊維を添加した後、混合を約10分間続けた。ミキサーの内容物をドライアイス上に排出してポリマーを凝固させた。得られた固体を有機溶媒で数回洗浄し、乾燥させ、画像化した。
図9及び
図10は、それぞれ、コーティングされていない銅繊維及びコーティングされた銅繊維の光学画像である。
図11A~
図11B及び
図12A~
図12Bは、それぞれ、コーティングされていない銅繊維及びコーティングされた銅繊維のSEM画像である。
【0214】
コーティングされていない出発材料銅繊維は、約8.9g/cm3の密度を有していたが、コーティングされた銅繊維は、約7.6g/cm3の密度を有していた。
【0215】
したがって、本発明は、上述した目的及び利点、並びにその中の固有の利点を達成するように十分に適合されている。本発明は、本明細書の教示の利益を有する当業者には明らかな、異なるが等価な方法で修正かつ実施してもよいため、上記に開示された特定の実施例及び構成は単なる例示に過ぎない。更に、以下の特許請求の範囲に記載されるもの以外の、本明細書に示される構造又は設計の詳細に限定することを意図するものではない。したがって、上記に開示された特定の例示的実施例は、変更されるか、組み合わせるか、又は修正されてもよく、そのような全ての変形例は、本発明の範囲内及び趣旨内で考慮されることは明らかである。本明細書で例示的に開示される本発明は、本明細書に具体的に開示されていないいずれかの要素、及び/又は本明細書に開示されるいずれかの任意選択的な要素の非存在下で実施されてもよい。組成物及び方法は、様々な成分又はステップを「含む(comprising)」、「含む(containing)」、又は「含む(including)」という用語で記載されているが、組成物及び方法はまた、様々な成分及びステップ「から本質的になる」又は「からなる」可能性がある。上に開示された全ての数及び範囲は、多少異なる場合がある。下限及び上限を有する数値範囲が開示されるときはいつでも、その範囲内にある任意の数及び任意の含まれる範囲が具体的に開示される。とりわけ、本明細書に開示される(「約a~約b(from about a to about b)」、又は等しく「約a~b(from approximately a to b)」、又は等しく「約a~b(from approximately a-b)」という形態の)値の全ての範囲は、より広範な値の範囲内に包含される全ての数及び範囲を記載するものと理解されるべきである。また、特許請求の範囲における用語は、特許権所有者によって明示的かつ明確に定義されない限り、平易な通常の意味を有する。加えて、特許請求の範囲で使用するとき、「a」又は「an」という不定冠詞は、本明細書において、それが導入する要素のうちの1つ又は1つ超を意味するように定義される。