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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2025-10-01
(54)【発明の名称】カテコール含有材料でコーティングされた高性能繊維
(51)【国際特許分類】
D06M 15/233 20060101AFI20250924BHJP
C08K 9/04 20060101ALI20250924BHJP
C08L 101/00 20060101ALI20250924BHJP
C08J 5/04 20060101ALI20250924BHJP
C08K 7/02 20060101ALN20250924BHJP
D06M 101/36 20060101ALN20250924BHJP
【ＦＩ】
D06M15/233
C08K9/04
C08L101/00
C08J5/04 CER
C08J5/04 CEZ
C08K7/02
D06M101:36
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2025512932
(86)(22)【出願日】2023-09-01
(85)【翻訳文提出日】2025-04-03
(86)【国際出願番号】 US2023073346
(87)【国際公開番号】W WO2024050535
(87)【国際公開日】2024-03-07
(31)【優先権主張番号】63/403,237
(32)【優先日】2022-09-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523112806
【氏名又は名称】マッセル・ポリマーズ・インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｍｕｓｓｅｌ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ， Ｉｎｃ．
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100221501
【弁理士】
【氏名又は名称】式見 真行
(74)【代理人】
【識別番号】100206324
【弁理士】
【氏名又は名称】齋藤 明子
(72)【発明者】
【氏名】スティーグ，ジェイソン
【テーマコード（参考）】
4F072
4J002
4L033
【Ｆターム（参考）】
4F072AA02
4F072AA07
4F072AA08
4F072AB10
4F072AB14
4F072AB15
4F072AC08
4F072AC12
4F072AD04
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4F072AD06
4F072AD09
4F072AD13
4F072AD23
4F072AD37
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4F072AD44
4F072AD45
4F072AD46
4F072AL01
4F072AL02
4F072AL04
4F072AL11
4F072AL16
4F072AL19
4J002AA001
4J002BB031
4J002BB121
4J002BD151
4J002CC031
4J002CD001
4J002CF001
4J002CK021
4J002CL031
4J002CL062
4J002CM041
4J002DA016
4J002FA042
4J002FA046
4J002FB262
4J002FB266
4J002GN00
4L033AA09
4L033AC11
4L033AC15
4L033CA33
4L033CA34
(57)【要約】
本開示は、高性能繊維（ＨＰＦ）、繊維強化複合材、プラスチック、及び他の材料に関する。本開示はまた、カテコールポリマー、より具体的にはポリカテコールスチレン（ＰＣＳ）を含有する材料でコーティングされたＨＰＦ繊維に関する。本開示はまた、ＰＣＳ型コーティングを使用して、ＨＰＦ繊維表面を官能化するプロセスに関する。いくつかの実施形態では、繊維は、アラミド、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、及び超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）などのポリマー材料である。一実施形態では、ＨＰＦは、炭素繊維である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
コーティングされた高性能繊維（ＨＰＦ）であって、カテコール、セミキノン、又はキノンを含有するポリマーを含む、前記ＨＰＦ上のカテコール含有材料でコーティングされた、コーティングされた高性能繊維（ＨＰＦ）。
【請求項2】
前記ＨＰＦ上にコーティングされた前記カテコール含有材料が、モノマー、オリゴマー、又はポリマーカテコール又はカテコール含有材料を含み、前記カテコールが、アミンの存在を伴わずに、カテコールとして及び／又はセミキノンとして及び／又はキノンとして存在し、前記ポリマー層が、任意選択的に、ａ）前記カテコール又はカテコール含有材料とは別個の反応性種、及びｂ）触媒、共触媒、又は促進剤、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のコーティングされたＨＰＦ。
【請求項3】
前記ポリマー材料が、前記カテコール含有ポリマー又はオリゴマーとは別個の前記反応性種を含み、前記反応性種が、ウレタン成分、エポキシ樹脂、アクリレートモノマー若しくはオリゴマー、メタクリレートモノマー若しくはオリゴマー、シラン、又はそれらの組み合わせである、請求項１に記載のコーティングされたＨＰＦ。
【請求項4】
前記反応性種が、（ｉ）ウレタン成分、
（ｉｉ）ポリオール、又は複数のヒドロキシル基を含有する有機化合物である、ウレタン成分であって、前記ウレタンが、直鎖状又は分岐鎖状である、ウレタン成分、
（ｉｉｉ）１，６－ヘキサンジオール、グリセロール、Ｓｔｅｐａｎｐｏｌ ＰＤＣ－２７９（登録商標）、又はポリカプロラクトントリオールである、ウレタン成分、
（ｉｖ）エポキシ樹脂、
（ｖ）エポキシモノマー、エポキシオリゴマー、ポリエポキシド、又はそれらの組み合わせである、エポキシ樹脂であって、前記エポキシが、直鎖状又は分岐鎖状である、エポキシ樹脂、
（ｖｉ）ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、ビスフェノールＡエポキシ樹脂、ビス（４－グリシジルオキシフェニル）メタン、ビスフェノールＥジグリシジルエーテル（ＤＧＥＢＥ）、２，２’－［１，１－エタンジイルビス（４，１－フェニレンオキシメチレン）］ジオキシラン、ビスフェノールＦジグリシジルエーテル（ＤＧＥＢＦ）、ポリ（ビスフェノールＡ－ｃｏ－エピクロロヒドリン）、又はそれらの組み合わせである、エポキシ樹脂、
（ｖｉｉ）アクリレートモノマー又はオリゴマー、
（ｖｉｉｉ）ビニル基と、カルボン酸エステル及びカルボン酸ニトリルのうちの少なくとも１つと、を含む、アクリレートモノマーである、アクリレートモノマー又はオリゴマーであって、前記アクリレートが、直鎖状又は分岐鎖状である、アクリレートモノマー又はオリゴマー、あるいは
（ｉｘ）エチルアクリレート、エチレン－メチルアクリレート、メチルメタクリレート、２－クロロエチルビニルエーテル、２－ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ブチルアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート（ＴＭＰＴＡ）、又はそれらの組み合わせである、アクリレートモノマー又はオリゴマーである、請求項３に記載のコーティングされたＨＰＦ。
【請求項5】
前記ポリマー層が、前記触媒、共触媒、又は促進剤を含み、前記触媒、共触媒、又は促進剤が、ウレタン重合反応を促進するウレタン触媒、エポキシ重合反応を促進するエポキシ触媒、アクリレート重合反応を促進するアクリレート触媒、又はそれらの組み合わせである、請求項１～４のいずれか一項に記載のコーティングされたＨＰＦ。
【請求項6】
前記触媒、共触媒、又は促進剤が、（ｉ）ウレタン重合反応を促進するウレタン触媒、
（ｉｉ）１，４－ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン、Ｋ－ＫＡＴ ６２１２、ベンジルジメチルアミン、又はそれらの組み合わせである、ウレタン重合反応を促進するウレタン触媒、
（ｉｉｉ）エポキシ重合を促進するエポキシ触媒、
（ｉｖ）１，４－ジアザビシクロ［２．２．２］オクタンであるエポキシ触媒、
（ｖ）アクリレート重合を促進するアクリレート触媒、あるいは
（ｖｉ）アクリル重合促進剤又はフリーラジカル重合促進剤であるアクリレート触媒である、請求項５に記載のコーティングされたＨＰＦ。
【請求項7】
前記ポリマー材料のコーティングが、（ｉ）約５ナノメートル～約１００ミクロン、
（ｉｉ）約１５ナノメートル～約５０ミクロン、
（ｉｉｉ）約１５ナノメートル～約１５ミクロン、
（ｉｖ）約５０ナノメートル～約１５ミクロン未満、又は
（ｖ）約５０ナノメートル～約１．５ミクロンの厚さを有する、請求項１～６のいずれか一項に記載のコーティングされたＨＰＦ。
【請求項8】
前記カテコール含有ポリマー又はオリゴマーが、ポリカテコールスチレン（ＰＣＳ）を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載のコーティングされたＨＰＦ。
【請求項9】
分子量が、１００～１，０００，０００の範囲である、請求項１～８のいずれか一項に記載のコーティングされたＨＰＦ。
【請求項10】
前記ＰＣＳが、約１５％のカテコール～約８５％のカテコールを含む、請求項８に記載のコーティングされたＨＰＦ。
【請求項11】
前記ＰＣＳが、約２５％のカテコール又は約３５％のカテコールを含む、請求項１０に記載のコーティングされたＨＰＦ。
【請求項12】
前記ＨＰＦが、ポリマーである、請求項１～１１のいずれか一項に記載のコーティングされたＨＰＦ。
【請求項13】
前記ＨＰＦが、アラミド、スーパーアラミド、アラミドコポリマー、メタアラミド、ＬＣＰ、ＵＨＭＷＰＥポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン、又はそれらの組み合わせである、請求項１～１２のいずれか一項に記載のコーティングされたＨＰＦ。
【請求項14】
請求項１３に記載の１つ以上のＨＰＦを含む、繊維強化複合材。
【請求項15】
前記ＨＰＦが、炭素繊維である、請求項１～１１に記載のコーティングされた高性能繊維（ＨＰＦ）。
【請求項16】
請求項１５に記載のＨＰＦ繊維を含む、繊維強化複合材。
【請求項17】
マトリックスポリマーが、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルイミド、アセタール、スルホンポリマー、エチレン－酢酸ビニル、液晶ポリマー、ポリブチレンテレフタレート、アクリロニトリルブタジエンスチレン、フルオロポリマー、熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリウレタン、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、ポリスチレン、シリコーン樹脂、シアネートエステル、メラニン－ホルムアルデヒド樹脂、ポリジシクロペンタジエン、ポリアリレート、ポリベンゾイミダゾール、ポリクロロトリフルオロエチレン、メチルメタクリレート－ブタジエン－スチレン、ポリアクリロニトリル、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリ乳酸、ポリヒドロキシブタレート、ポリオキシメチレンコポリマーから選択される、請求項１４又は１６に記載の繊維強化複合材。
【請求項18】
請求項１３又は１５に記載のＨＰＦを調製するための方法であって、前記方法が、１つ以上の溶媒に溶解された予備重合されたカテコール含有ポリマーにＨＰＦを曝露することを含む、方法。
【請求項19】
請求項１３又は１５に記載のＨＰＦ表面の表面を官能化するための方法であって、１つ以上の溶媒に溶解された予備重合されたカテコール含有ポリマーに前記ＨＰＦを曝露することを含む、方法。
【請求項20】
前記ＨＰＦが、ＰＣＳポリマーを含む材料で完全に又は部分的に被覆されている、請求項１３又は１５に記載のコーティングされたＨＰＦ。
【請求項21】
請求項１３又は１５に記載の繊維強化複合材を含む、製造物品。
【請求項22】
請求項１４又は１６に記載の繊維強化複合材から作製された基材の少なくとも１つの面にコーティングを適用するための方法であって、前記方法が、グラフェン又は亜鉛の粒子で充填されたＰＣＳ層を、プライマーとして前記基材の前記少なくとも１つの面に適用することと、
前記亜鉛又はグラフェン粒子充填ＰＣＳ層にコーティングを適用することと、を含む、方法。
【請求項23】
前記亜鉛又はグラフェン粒子充填接着ＰＣＳ層が、２００ｎｍ～１００μｍの厚さを有し、かつ／又は前記ＰＣＳ層が、グラフェン粒子で充填されており、０．５重量％～２重量％のグラフェンを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項24】
少なくとも１つの面上に、請求項２１又は２２に記載の方法を実施することによって適用されたコーティングを含む、基材。
【請求項25】
請求項２３に記載の基材を含む、航空機部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の相互参照）
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０２２年９月１日に出願された米国仮出願第６３／４０３，２３７号の優先権を主張する。
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０２２年９月１日に出願された米国仮出願第６３／４０３，２３７号の優先権を主張する。
【0002】
（発明の分野）
本開示は、高性能繊維（high-performance fiber、ＨＰＦ）、繊維強化複合材、プラスチック、及び他の材料に関する。本開示はまた、カテコールポリマー、より具体的にはポリカテコールスチレン（polycatechol styrene、ＰＣＳ）を含有する材料でコーティングされたＨＰＦ繊維に関する。本開示はまた、ＰＣＳ型コーティングを使用して、ＨＰＦ繊維表面を官能化するプロセスに関する。いくつかの実施形態では、繊維は、アラミド、液晶ポリマー（liquid-crystalline polymer、ＬＣＰ）、及び超高分子量ポリエチレン（ultra-high molecular-weight polyethylene、ＵＨＭＷＰＥ）などのポリマー材料である。一実施形態では、ＨＰＦは、炭素繊維である。
本開示は、高性能繊維（high-performance fiber、ＨＰＦ）、繊維強化複合材、プラスチック、及び他の材料に関する。本開示はまた、カテコールポリマー、より具体的にはポリカテコールスチレン（polycatechol styrene、ＰＣＳ）を含有する材料でコーティングされたＨＰＦ繊維に関する。本開示はまた、ＰＣＳ型コーティングを使用して、ＨＰＦ繊維表面を官能化するプロセスに関する。いくつかの実施形態では、繊維は、アラミド、液晶ポリマー（liquid-crystalline polymer、ＬＣＰ）、及び超高分子量ポリエチレン（ultra-high molecular-weight polyethylene、ＵＨＭＷＰＥ）などのポリマー材料である。一実施形態では、ＨＰＦは、炭素繊維である。
【背景技術】
【0003】
高性能ポリマー繊維（high-performance polymeric fiber、ＨＰＰ繊維）などの高性能繊維（ＨＰＦ）は、熱硬化性材料、熱可塑性座材料、及び他の複合材料のための非常に重要な強化繊維である。ＨＰＰ繊維強化プラスチック（fiber-reinforced plastic、ＦＲＰ）は、その高い比弾性率、比強度、及び耐食性に起因して、並びにＨＰＰ繊維の表面上の不活性ポリマー構造に起因して、ある範囲の産業にわたる多くの用途のための優れた材料であり得るが、繊維とマトリックスとの間の界面接着は、弱い場合があり、多くのＨＰＰ－ＦＲＰは、繊維－マトリックス界面において破損する傾向を示す。この現象は、曲げ性能、層間せん断強度（interlaminar shear strength、ＩＬＳＳ）などの複合材の全体的な機械的特性に大きく影響し得る。良好な界面接着は、応力をマトリックスから強化材に効果的に伝達することができ、これが応力の分散を促進し、複合材の機械的強度を増加させる。
【0004】
同様に、炭素繊維（carbon fiber、ＣＦ）などのＨＰＦは、熱硬化性材料、熱可塑性材料、及び他の複合材料のための非常に重要な強化繊維である（ＣＦＲＰ）。ＣＦＲＰは、その高い比弾性率、比強度、及び耐食性に起因して、ある範囲の産業にわたる多くの用途のための優れた材料である。しかしながら、ＣＦの表面上の不活性グラファイト構造に起因して、繊維とマトリックスとの間の界面接着は弱くなる傾向があり、ほとんどのＣＦＲＰは、繊維－マトリックス界面でも破損する傾向を示す。この現象は、曲げ性能、層間せん断強度（ＩＬＳＳ）などの複合材の全体的な機械的特性に大きく影響し得る。ＨＰＰと同様に、ＣＦにおいても、良好な界面接着は、応力をマトリックスから強化材に効果的に伝達することができ、これが応力の分散を促進し、複合材の機械的強度を増加させる。
【0005】
近年、化学的グラフト化、サイジング、カーボンブラック、電気泳動堆積、及びナノ粒子の導入など、複合マトリックスへの繊維材料の界面接着を改善するための多くの方法が提案されている。しかしながら、これらのプロセスの多くは非常に有毒であり、大量のエネルギーを消費し、繊維自体を損傷し得る過酷な条件下で行われる。このことが、工業的用途についてのこれらのプロセスの開発を制限してきた。高性能ＨＰＰ－ＦＲＰの開発のためのＨＰＰ繊維及び高性能ＣＦＲＰの開発のためのＣＦなどのＨＰＦの界面特性を改善するための、効果的で、安全で、かつ環境に優しいプロセスを開発することが、非常に有用になるであろう。
【0006】
マトリックス材料に対する繊維の界面せん断強度を改善するための１つの方法は、表面「粗さ」、ひいては繊維の表面エネルギーを変化させることによる。例えば、炭素繊維の場合、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラフェン、及びカーボンブラックなどの炭素質材料の堆積又はコーティングである。この方法は、ＣＦの表面を化学的に官能化せず、むしろ表面「粗さ」を変化させ、ひいては繊維の表面エネルギーを変化させる。これらの炭素質材料は、費用がかかるか、危険であるか、又はその両方であり得るいくつかの方法によって堆積される。これらの方法には、化学蒸着、スプレーコーティング、及び浸漬コーティングが含まれる。
【発明の概要】
【0007】
一方、本開示は、ＨＰＰ繊維及びＣＦなどのＨＰＦ上にポリカテコールスチレン系コーティングを提供し、それを効果的な接着促進剤とし、次いで、これを様々な複合材料に組み込むことができる。そのようなコーティングはまた、単に実験室環境におけるより小さいスケールで効果的であるだけでなく、より大きいスケールの工業的及び商業的用途にも効果的であろう。
【0008】
一実施形態では、本開示は、コーティングされた高性能繊維（ＨＰＦ）であって、カテコール、セミキノン、又はキノンを含有するポリマーを含む、ＨＰＦ上のカテコール含有材料でコーティングされた、コーティングされた高性能繊維（ＨＰＦ）に関する。
【0009】
別の実施形態では、本開示は、ＨＰＦ上にコーティングされたカテコール含有材料が、モノマー、オリゴマー、又はポリマーカテコール又はカテコール含有材料を含み、当該カテコールが、アミンの存在を伴わずに、カテコールとして及び／又はセミキノンとして及び／又はキノンとして存在し、ポリマー層が、任意選択的に、ａ）カテコール又はカテコール含有材料とは別個の反応性種、及びｂ）触媒、共触媒、又は促進剤、のうちの少なくとも１つを含む、上記のコーティングされたＨＰＦに関する。
【0010】
更に別の実施形態では、本開示は、ポリマー材料が、カテコール含有ポリマー又はオリゴマーとは別個の反応性種を含み、反応性種が、ウレタン成分、エポキシ樹脂、アクリレートモノマー若しくはオリゴマー、メタクリレートモノマー若しくはオリゴマー、シラン、又はそれらの組み合わせである、上記のコーティングされたＨＰＦに関する。
【0011】
一実施形態では、本開示は、反応性種が、
（ｉ）ウレタン成分、
（ｉｉ）ポリオール、又は複数のヒドロキシル基を含有する有機化合物である、ウレタン成分であって、ウレタンが、直鎖状又は分岐鎖状である、ウレタン成分、
（ｉｉｉ）１，６－ヘキサンジオール、グリセロール、Ｓｔｅｐａｎｐｏｌ ＰＤＣ－２７９（登録商標）、又はポリカプロラクトントリオールである、ウレタン成分、
（ｉｖ）エポキシ樹脂、
（ｖ）エポキシモノマー、エポキシオリゴマー、ポリエポキシド、又はそれらの組み合わせである、エポキシ樹脂であって、エポキシが、直鎖状又は分岐鎖状である、エポキシ樹脂、
（ｖｉ）ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、ビスフェノールＡエポキシ樹脂、ビス（４－グリシジルオキシフェニル）メタン、ビスフェノールＥジグリシジルエーテル（bisphenol E diglycidyl ether、ＤＧＥＢＥ）、２，２’－［１，１－エタンジイルビス（４，１－フェニレンオキシメチレン）］ジオキシラン、ビスフェノールＦジグリシジルエーテル（bisphenol F diglycidyl ether、ＤＧＥＢＦ）、ポリ（ビスフェノールＡ－ｃｏ－エピクロロヒドリン）、又はそれらの組み合わせである、エポキシ樹脂、
（ｖｉｉ）アクリレートモノマー又はオリゴマー、
（ｖｉｉｉ）ビニル基と、カルボン酸エステル及びカルボン酸ニトリルのうちの少なくとも１つと、を含む、アクリレートモノマーである、アクリレートモノマー又はオリゴマーであって、アクリレートが、直鎖状又は分岐鎖状である、アクリレートモノマー又はオリゴマー、あるいは
（ｉｘ）エチルアクリレート、エチレン－メチルアクリレート、メチルメタクリレート、２－クロロエチルビニルエーテル、２－ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ブチルアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート（trimethylolpropane triacrylate、ＴＭＰＴＡ）、又はそれらの組み合わせである、アクリレートモノマー又はオリゴマーである、上記のコーティングされたＨＰＦに関する。
（ｉ）ウレタン成分、
（ｉｉ）ポリオール、又は複数のヒドロキシル基を含有する有機化合物である、ウレタン成分であって、ウレタンが、直鎖状又は分岐鎖状である、ウレタン成分、
（ｉｉｉ）１，６－ヘキサンジオール、グリセロール、Ｓｔｅｐａｎｐｏｌ ＰＤＣ－２７９（登録商標）、又はポリカプロラクトントリオールである、ウレタン成分、
（ｉｖ）エポキシ樹脂、
（ｖ）エポキシモノマー、エポキシオリゴマー、ポリエポキシド、又はそれらの組み合わせである、エポキシ樹脂であって、エポキシが、直鎖状又は分岐鎖状である、エポキシ樹脂、
（ｖｉ）ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、ビスフェノールＡエポキシ樹脂、ビス（４－グリシジルオキシフェニル）メタン、ビスフェノールＥジグリシジルエーテル（bisphenol E diglycidyl ether、ＤＧＥＢＥ）、２，２’－［１，１－エタンジイルビス（４，１－フェニレンオキシメチレン）］ジオキシラン、ビスフェノールＦジグリシジルエーテル（bisphenol F diglycidyl ether、ＤＧＥＢＦ）、ポリ（ビスフェノールＡ－ｃｏ－エピクロロヒドリン）、又はそれらの組み合わせである、エポキシ樹脂、
（ｖｉｉ）アクリレートモノマー又はオリゴマー、
（ｖｉｉｉ）ビニル基と、カルボン酸エステル及びカルボン酸ニトリルのうちの少なくとも１つと、を含む、アクリレートモノマーである、アクリレートモノマー又はオリゴマーであって、アクリレートが、直鎖状又は分岐鎖状である、アクリレートモノマー又はオリゴマー、あるいは
（ｉｘ）エチルアクリレート、エチレン－メチルアクリレート、メチルメタクリレート、２－クロロエチルビニルエーテル、２－ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ブチルアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート（trimethylolpropane triacrylate、ＴＭＰＴＡ）、又はそれらの組み合わせである、アクリレートモノマー又はオリゴマーである、上記のコーティングされたＨＰＦに関する。
【0012】
別の実施形態では、本開示は、ポリマー層が、触媒、共触媒、又は促進剤を含み、触媒、共触媒、又は促進剤が、ウレタン重合反応を促進するウレタン触媒、エポキシ重合反応を促進するエポキシ触媒、アクリレート重合反応を促進するアクリレート触媒、又はそれらの組み合わせである、上記のコーティングされたＨＰＦに関する。
【0013】
更に別の実施形態では、本開示は、触媒、共触媒、又は促進剤が、
（ｉ）ウレタン重合反応を促進するウレタン触媒、
（ｉｉ）１，４－ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン、Ｋ－ＫＡＴ ６２１２、ベンジルジメチルアミン、又はそれらの組み合わせである、ウレタン重合反応を促進するウレタン触媒、
（ｉｉｉ）エポキシ重合を促進するエポキシ触媒、
（ｉｖ）１，４－ジアザビシクロ［２．２．２］オクタンであるエポキシ触媒、
（ｖ）アクリレート重合を促進するアクリレート触媒、あるいは
（ｖｉ）アクリル重合促進剤又はフリーラジカル重合促進剤であるアクリレート触媒である、上記のコーティングされたＨＰＦに関する。
（ｉ）ウレタン重合反応を促進するウレタン触媒、
（ｉｉ）１，４－ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン、Ｋ－ＫＡＴ ６２１２、ベンジルジメチルアミン、又はそれらの組み合わせである、ウレタン重合反応を促進するウレタン触媒、
（ｉｉｉ）エポキシ重合を促進するエポキシ触媒、
（ｉｖ）１，４－ジアザビシクロ［２．２．２］オクタンであるエポキシ触媒、
（ｖ）アクリレート重合を促進するアクリレート触媒、あるいは
（ｖｉ）アクリル重合促進剤又はフリーラジカル重合促進剤であるアクリレート触媒である、上記のコーティングされたＨＰＦに関する。
【0014】
一実施形態では、本開示は、ポリマー材料のコーティングが、
（ｉ）約５ナノメートル～約１００ミクロン、
（ｉｉ）約１５ナノメートル～約５０ミクロン、
（ｉｉｉ）約１５ナノメートル～約１５ミクロン、
（ｉｖ）約５０ナノメートル～約１５ミクロン未満、又は
（ｖ）約５０ナノメートル～約１．５ミクロンの厚さを有する、上記のコーティングされたＨＰＦに関する。
（ｉ）約５ナノメートル～約１００ミクロン、
（ｉｉ）約１５ナノメートル～約５０ミクロン、
（ｉｉｉ）約１５ナノメートル～約１５ミクロン、
（ｉｖ）約５０ナノメートル～約１５ミクロン未満、又は
（ｖ）約５０ナノメートル～約１．５ミクロンの厚さを有する、上記のコーティングされたＨＰＦに関する。
【0015】
別の実施形態では、本開示は、カテコール含有ポリマー又はオリゴマーがポリカテコールスチレン（ＰＣＳ）を含む、上記のコーティングされたＨＰＦに関する。
【0016】
更に別の実施形態では、本開示は、分子量が１００～１，０００，０００の範囲である、上記のコーティングされたＨＰＦに関する。
【0017】
一実施形態では、本開示は、ＰＣＳが、約１５％のカテコール～約８５％のカテコールを含む、上記のコーティングされたＨＰＦに関する。
【0018】
別の実施形態では、本開示は、ＰＣＳが、約２５％のカテコール又は約３５％のカテコールを含む、上記のコーティングされたＨＰＦに関する。
【0019】
更に別の実施形態では、本開示は、ＨＰＦが、ポリマーである、上記のコーティングされたＨＰＦに関する。
【0020】
一実施形態では、本開示は、ＨＰＦが、アラミド、スーパーアラミド、アラミドコポリマー、メタアラミド、ＬＣＰ、ＵＨＭＷＰＥポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン、又はそれらの組み合わせである、上記のコーティングされたＨＰＦに関する。
【0021】
別の実施形態では、本開示は、ＨＰＦが、炭素繊維である、上記のコーティングされたＨＰＦに関する。
【0022】
更に別の実施形態では、本開示は、上記の１つ以上のＨＰＦを含む、繊維強化複合材に関する。
【0023】
一実施形態では、本開示は、マトリックスポリマーが、
ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルイミド、アセタール、スルホンポリマー、エチレン－酢酸ビニル、液晶ポリマー、ポリブチレンテレフタレート、アクリロニトリルブタジエンスチレン、フルオロポリマー、熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリウレタン、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、ポリスチレン、シリコーン樹脂、シアネートエステル、メラニン－ホルムアルデヒド樹脂、ポリジシクロペンタジエン、ポリアリレート、ポリベンゾイミダゾール、ポリクロロトリフルオロエチレン、メチルメタクリレート－ブタジエン－スチレン、ポリアクリロニトリル、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリ乳酸、ポリヒドロキシブタレート、ポリオキシメチレンコポリマーから選択される、上記の繊維強化複合材に関する。
ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルイミド、アセタール、スルホンポリマー、エチレン－酢酸ビニル、液晶ポリマー、ポリブチレンテレフタレート、アクリロニトリルブタジエンスチレン、フルオロポリマー、熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリウレタン、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、ポリスチレン、シリコーン樹脂、シアネートエステル、メラニン－ホルムアルデヒド樹脂、ポリジシクロペンタジエン、ポリアリレート、ポリベンゾイミダゾール、ポリクロロトリフルオロエチレン、メチルメタクリレート－ブタジエン－スチレン、ポリアクリロニトリル、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリ乳酸、ポリヒドロキシブタレート、ポリオキシメチレンコポリマーから選択される、上記の繊維強化複合材に関する。
【0024】
別の実施形態では、本開示は、上記のＨＰＦを調製するための方法であって、当該方法が、１つ以上の溶媒に溶解された予備重合されたカテコール含有ポリマーにＨＰＦを曝露することを含む、方法に関する。
【0025】
更に別の実施形態では、本開示は、上記のＨＰＦ表面の表面を官能化するための方法であって、１つ以上の溶媒に溶解された予備重合されたカテコール含有ポリマーにＨＰＦを曝露することを含む、方法に関する。
【0026】
一実施形態では、本開示は、ＨＰＦが、ＰＣＳポリマーを含む材料で完全に又は部分的に被覆されている、上記のコーティングされたＨＰＦに関する。
【0027】
別の実施形態では、本開示は、上記の繊維強化複合材を含む、製造物品に関する。
【0028】
更に別の実施形態では、本開示は、上記の繊維強化複合材から作製された基材の少なくとも１つの面にコーティングを適用するための方法であって、方法が、
グラフェン又は亜鉛の粒子で充填されたＰＣＳ層を、プライマーとして基材の少なくとも１つの面に適用することと、
亜鉛又はグラフェン粒子充填ＰＣＳ層にコーティングを適用することと、を含む、方法に関する。
グラフェン又は亜鉛の粒子で充填されたＰＣＳ層を、プライマーとして基材の少なくとも１つの面に適用することと、
亜鉛又はグラフェン粒子充填ＰＣＳ層にコーティングを適用することと、を含む、方法に関する。
【0029】
一実施形態では、本開示は、
亜鉛又はグラフェン粒子充填接着ＰＣＳ層が、２００ｎｍ～１００μｍの厚さを有し、かつ／又は
ＰＣＳ層が、グラフェン粒子で充填されており、０．５重量％～２重量％のグラフェンを含む、上記の方法に関する。
亜鉛又はグラフェン粒子充填接着ＰＣＳ層が、２００ｎｍ～１００μｍの厚さを有し、かつ／又は
ＰＣＳ層が、グラフェン粒子で充填されており、０．５重量％～２重量％のグラフェンを含む、上記の方法に関する。
【0030】
別の実施形態では、本開示は、少なくとも１つの面上に、上記の方法を実施することによって適用されたコーティングを含む、基材に関する。
【0031】
更に別の実施形態では、本開示は、上記の基材を含む、航空機部品に関する。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】カテコール含有材料の少なくとも１つの層、及び１つ以上のカテコール含有層を含む他の任意選択的な層でコーティングされている、高性能繊維（ＨＰＦ）を描示する。
【図2A】コーティング処理されていないアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ａ、２Ｄ、２Ｇ）。６％のＺｎＣｌ２浴によるアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ｂ、２Ｅ、２Ｈ）。ＺｎＣｌ２浴及びＰＣＳコーティングで処理されたアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ｃ、２Ｆ、２Ｉ）。
【図2B】コーティング処理されていないアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ａ、２Ｄ、２Ｇ）。６％のＺｎＣｌ２浴によるアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ｂ、２Ｅ、２Ｈ）。ＺｎＣｌ２浴及びＰＣＳコーティングで処理されたアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ｃ、２Ｆ、２Ｉ）。
【図2C】コーティング処理されていないアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ａ、２Ｄ、２Ｇ）。６％のＺｎＣｌ２浴によるアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ｂ、２Ｅ、２Ｈ）。ＺｎＣｌ２浴及びＰＣＳコーティングで処理されたアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ｃ、２Ｆ、２Ｉ）。
【図2D】コーティング処理されていないアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ａ、２Ｄ、２Ｇ）。６％のＺｎＣｌ２浴によるアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ｂ、２Ｅ、２Ｈ）。ＺｎＣｌ２浴及びＰＣＳコーティングで処理されたアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ｃ、２Ｆ、２Ｉ）。
【図2E】コーティング処理されていないアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ａ、２Ｄ、２Ｇ）。６％のＺｎＣｌ２浴によるアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ｂ、２Ｅ、２Ｈ）。ＺｎＣｌ２浴及びＰＣＳコーティングで処理されたアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ｃ、２Ｆ、２Ｉ）。
【図2F】コーティング処理されていないアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ａ、２Ｄ、２Ｇ）。６％のＺｎＣｌ２浴によるアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ｂ、２Ｅ、２Ｈ）。ＺｎＣｌ２浴及びＰＣＳコーティングで処理されたアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ｃ、２Ｆ、２Ｉ）。
【図2G】コーティング処理されていないアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ａ、２Ｄ、２Ｇ）。６％のＺｎＣｌ２浴によるアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ｂ、２Ｅ、２Ｈ）。ＺｎＣｌ２浴及びＰＣＳコーティングで処理されたアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ｃ、２Ｆ、２Ｉ）。
【図2H】コーティング処理されていないアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ａ、２Ｄ、２Ｇ）。６％のＺｎＣｌ２浴によるアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ｂ、２Ｅ、２Ｈ）。ＺｎＣｌ２浴及びＰＣＳコーティングで処理されたアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ｃ、２Ｆ、２Ｉ）。
【図2I】コーティング処理されていないアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ａ、２Ｄ、２Ｇ）。６％のＺｎＣｌ２浴によるアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ｂ、２Ｅ、２Ｈ）。ＺｎＣｌ２浴及びＰＣＳコーティングで処理されたアラミド繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を示す（２Ｃ、２Ｆ、２Ｉ）。
【図4A】未処理のＴｅｉｊｉｎ Ｔｅｎａｘチョップド炭素繊維及びＰＣＳコーティングされたチョップド炭素繊維の両方についてのＳＥＭ画像を示す（コーティング処理なし（４Ａ、４Ｃ、４Ｅ）又はＰＣＳコーティングあり（４Ｂ、４Ｄ、４Ｆ）の炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真）。
【図4B】未処理のＴｅｉｊｉｎ Ｔｅｎａｘチョップド炭素繊維及びＰＣＳコーティングされたチョップド炭素繊維の両方についてのＳＥＭ画像を示す（コーティング処理なし（４Ａ、４Ｃ、４Ｅ）又はＰＣＳコーティングあり（４Ｂ、４Ｄ、４Ｆ）の炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真）。
【図4C】未処理のＴｅｉｊｉｎ Ｔｅｎａｘチョップド炭素繊維及びＰＣＳコーティングされたチョップド炭素繊維の両方についてのＳＥＭ画像を示す（コーティング処理なし（４Ａ、４Ｃ、４Ｅ）又はＰＣＳコーティングあり（４Ｂ、４Ｄ、４Ｆ）の炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真）。
【図4D】未処理のＴｅｉｊｉｎ Ｔｅｎａｘチョップド炭素繊維及びＰＣＳコーティングされたチョップド炭素繊維の両方についてのＳＥＭ画像を示す（コーティング処理なし（４Ａ、４Ｃ、４Ｅ）又はＰＣＳコーティングあり（４Ｂ、４Ｄ、４Ｆ）の炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真）。
【図4E】未処理のＴｅｉｊｉｎ Ｔｅｎａｘチョップド炭素繊維及びＰＣＳコーティングされたチョップド炭素繊維の両方についてのＳＥＭ画像を示す（コーティング処理なし（４Ａ、４Ｃ、４Ｅ）又はＰＣＳコーティングあり（４Ｂ、４Ｄ、４Ｆ）の炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真）。
【図4F】未処理のＴｅｉｊｉｎ Ｔｅｎａｘチョップド炭素繊維及びＰＣＳコーティングされたチョップド炭素繊維の両方についてのＳＥＭ画像を示す（コーティング処理なし（４Ａ、４Ｃ、４Ｅ）又はＰＣＳコーティングあり（４Ｂ、４Ｄ、４Ｆ）の炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真）。
【図5A】ＰＣＳでコーティングされた再生炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を描示する（図５）。（５Ａ、５Ｃ）は、アセトンで洗浄されている再生炭素繊維であり、図（５Ｂ、５Ｄ）は、ポリ（カテコールスチレン）（ＰＣＳ）コーティングで処理されている再生炭素繊維である。
【図5B】ＰＣＳでコーティングされた再生炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を描示する（図５）。（５Ａ、５Ｃ）は、アセトンで洗浄されている再生炭素繊維であり、図（５Ｂ、５Ｄ）は、ポリ（カテコールスチレン）（ＰＣＳ）コーティングで処理されている再生炭素繊維である。
【図5C】ＰＣＳでコーティングされた再生炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を描示する（図５）。（５Ａ、５Ｃ）は、アセトンで洗浄されている再生炭素繊維であり、図（５Ｂ、５Ｄ）は、ポリ（カテコールスチレン）（ＰＣＳ）コーティングで処理されている再生炭素繊維である。
【図5D】ＰＣＳでコーティングされた再生炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を描示する（図５）。（５Ａ、５Ｃ）は、アセトンで洗浄されている再生炭素繊維であり、図（５Ｂ、５Ｄ）は、ポリ（カテコールスチレン）（ＰＣＳ）コーティングで処理されている再生炭素繊維である。
【図6A】ポリ（カテコールスチレン）（ＰＣＳ）でコーティングされた再生炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を描示する。図（６Ａ、６Ｃ）は、０．５％のＰＣＳ溶液を使用して炭素繊維をコーティングする繊維に関し、図（５Ｂ、５Ｄ）は、炭素繊維をコーティングするために使用される３％のＰＣＳ溶液に関し、これは、厚いＰＣＳコーティングにおいて繊維を重度にコーティングする。
【図6B】ポリ（カテコールスチレン）（ＰＣＳ）でコーティングされた再生炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を描示する。図（６Ａ、６Ｃ）は、０．５％のＰＣＳ溶液を使用して炭素繊維をコーティングする繊維に関し、図（５Ｂ、５Ｄ）は、炭素繊維をコーティングするために使用される３％のＰＣＳ溶液に関し、これは、厚いＰＣＳコーティングにおいて繊維を重度にコーティングする。
【図6C】ポリ（カテコールスチレン）（ＰＣＳ）でコーティングされた再生炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を描示する。図（６Ａ、６Ｃ）は、０．５％のＰＣＳ溶液を使用して炭素繊維をコーティングする繊維に関し、図（５Ｂ、５Ｄ）は、炭素繊維をコーティングするために使用される３％のＰＣＳ溶液に関し、これは、厚いＰＣＳコーティングにおいて繊維を重度にコーティングする。
【図6D】ポリ（カテコールスチレン）（ＰＣＳ）でコーティングされた再生炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を描示する。図（６Ａ、６Ｃ）は、０．５％のＰＣＳ溶液を使用して炭素繊維をコーティングする繊維に関し、図（５Ｂ、５Ｄ）は、炭素繊維をコーティングするために使用される３％のＰＣＳ溶液に関し、これは、厚いＰＣＳコーティングにおいて繊維を重度にコーティングする。
【図7E】３つの異なる倍率で２つの層である受け取ったままのＣｈｏｍａｒａｔ（登録商標）炭素繊維（０／９０）を示す。図７Ｈは、バーンオフ前の炭素繊維を示し、図７Ｉ及び図７Ｊは、バーンオフ後の炭素繊維である。図７Ｋ、図７Ｌ、及び図７Ｍは、炉のバーンオフ後の炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図7F】３つの異なる倍率で２つの層である受け取ったままのＣｈｏｍａｒａｔ（登録商標）炭素繊維（０／９０）を示す。図７Ｈは、バーンオフ前の炭素繊維を示し、図７Ｉ及び図７Ｊは、バーンオフ後の炭素繊維である。図７Ｋ、図７Ｌ、及び図７Ｍは、炉のバーンオフ後の炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図7G】３つの異なる倍率で２つの層である受け取ったままのＣｈｏｍａｒａｔ（登録商標）炭素繊維（０／９０）を示す。図７Ｈは、バーンオフ前の炭素繊維を示し、図７Ｉ及び図７Ｊは、バーンオフ後の炭素繊維である。図７Ｋ、図７Ｌ、及び図７Ｍは、炉のバーンオフ後の炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図7H】３つの異なる倍率で２つの層である受け取ったままのＣｈｏｍａｒａｔ（登録商標）炭素繊維（０／９０）を示す。図７Ｈは、バーンオフ前の炭素繊維を示し、図７Ｉ及び図７Ｊは、バーンオフ後の炭素繊維である。図７Ｋ、図７Ｌ、及び図７Ｍは、炉のバーンオフ後の炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図7I】３つの異なる倍率で２つの層である受け取ったままのＣｈｏｍａｒａｔ（登録商標）炭素繊維（０／９０）を示す。図７Ｈは、バーンオフ前の炭素繊維を示し、図７Ｉ及び図７Ｊは、バーンオフ後の炭素繊維である。図７Ｋ、図７Ｌ、及び図７Ｍは、炉のバーンオフ後の炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図7J】３つの異なる倍率で２つの層である受け取ったままのＣｈｏｍａｒａｔ（登録商標）炭素繊維（０／９０）を示す。図７Ｈは、バーンオフ前の炭素繊維を示し、図７Ｉ及び図７Ｊは、バーンオフ後の炭素繊維である。図７Ｋ、図７Ｌ、及び図７Ｍは、炉のバーンオフ後の炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図7K】３つの異なる倍率で２つの層である受け取ったままのＣｈｏｍａｒａｔ（登録商標）炭素繊維（０／９０）を示す。図７Ｈは、バーンオフ前の炭素繊維を示し、図７Ｉ及び図７Ｊは、バーンオフ後の炭素繊維である。図７Ｋ、図７Ｌ、及び図７Ｍは、炉のバーンオフ後の炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図7L】３つの異なる倍率で２つの層である受け取ったままのＣｈｏｍａｒａｔ（登録商標）炭素繊維（０／９０）を示す。図７Ｈは、バーンオフ前の炭素繊維を示し、図７Ｉ及び図７Ｊは、バーンオフ後の炭素繊維である。図７Ｋ、図７Ｌ、及び図７Ｍは、炉のバーンオフ後の炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図7M】３つの異なる倍率で２つの層である受け取ったままのＣｈｏｍａｒａｔ（登録商標）炭素繊維（０／９０）を示す。図７Ｈは、バーンオフ前の炭素繊維を示し、図７Ｉ及び図７Ｊは、バーンオフ後の炭素繊維である。図７Ｋ、図７Ｌ、及び図７Ｍは、炉のバーンオフ後の炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図7-1】５分間の浸漬コーティング、１５分間の浸漬コーティング、及び３０分間の浸漬コーティングに使用される、アセトン中１％濃度と同じポリマーである、ＰＣＳポリマー２４０Ｋ分子量についての波数の関数としてのＦＴＩＲ透過率を示す。
【図8】受け取ったままの炭素繊維及びバーンオフした炭素繊維のＦＴＩＲ走査を示す。
【図9A】３０分間浸漬コーティングされているアセトン中の０．５％のＰＣＳポリマー溶液でコーティングされている、受け取ったままの炭素繊維のＳＥＭである。使用したＰＣＳは、２４０Ｋダルトン分子量材料である。
【図9B】３０分間浸漬コーティングされているアセトン中の０．５％のＰＣＳポリマー溶液でコーティングされている、受け取ったままの炭素繊維のＳＥＭである。使用したＰＣＳは、２４０Ｋダルトン分子量材料である。
【図9C】３０分間浸漬コーティングされているアセトン中の０．５％のＰＣＳポリマー溶液でコーティングされている、受け取ったままの炭素繊維のＳＥＭである。使用したＰＣＳは、２４０Ｋダルトン分子量材料である。
【図10A】３０分間浸漬コーティングされているアセトン中の１．０％のＰＣＳポリマー溶液でコーティングされている、受け取ったままの炭素繊維のＳＥＭである。使用したＰＣＳは、２４０Ｋダルトン分子量材料である。
【図10B】３０分間浸漬コーティングされているアセトン中の１．０％のＰＣＳポリマー溶液でコーティングされている、受け取ったままの炭素繊維のＳＥＭである。使用したＰＣＳは、２４０Ｋダルトン分子量材料である。
【図10C】３０分間浸漬コーティングされているアセトン中の１．０％のＰＣＳポリマー溶液でコーティングされている、受け取ったままの炭素繊維のＳＥＭである。使用したＰＣＳは、２４０Ｋダルトン分子量材料である。
【図11】５分、１５分、及び３０分の浸漬コーティングによりアセトン溶媒中の１％のＰＣＳでコーティングされた、受け取ったままの炭素繊維のＦＴＩＲ走査を示す。使用したＰＣＳは、２４０Ｋダルトン分子量材料である。
【図12A】５分間浸漬コーティングされているアセトン中の１．５％のＰＣＳポリマー溶液でコーティングされている、受け取ったままの炭素繊維のＳＥＭである。
【図12B】５分間浸漬コーティングされているアセトン中の１．５％のＰＣＳポリマー溶液でコーティングされている、受け取ったままの炭素繊維のＳＥＭである。
【図12C】５分間浸漬コーティングされているアセトン中の１．５％のＰＣＳポリマー溶液でコーティングされている、受け取ったままの炭素繊維のＳＥＭである。
【図13A】１５分間浸漬コーティングされているアセトン中の１．５％のＰＣＳポリマー溶液でコーティングされている、受け取ったままの炭素繊維のＳＥＭである。
【図13B】１５分間浸漬コーティングされているアセトン中の１．５％のＰＣＳポリマー溶液でコーティングされている、受け取ったままの炭素繊維のＳＥＭである。
【図13C】１５分間浸漬コーティングされているアセトン中の１．５％のＰＣＳポリマー溶液でコーティングされている、受け取ったままの炭素繊維のＳＥＭである。
【図14A】３０分間浸漬コーティングされているアセトン中の１．５％のＰＣＳポリマー溶液でコーティングされている、受け取ったままの炭素繊維のＳＥＭである。
【図14B】３０分間浸漬コーティングされているアセトン中の１．５％のＰＣＳポリマー溶液でコーティングされている、受け取ったままの炭素繊維のＳＥＭである。
【図14C】３０分間浸漬コーティングされているアセトン中の１．５％のＰＣＳポリマー溶液でコーティングされている、受け取ったままの炭素繊維のＳＥＭである。
【図15】５分、１５分、及び３０分の浸漬コーティングによりアセトン溶媒中の１．５％のＰＣＳでコーティングされた、受け取ったままの炭素繊維のＦＴＩＲ走査を示す。使用したＰＣＳは、２４０Ｋダルトン分子量材料である。
【図16A】５分間浸漬コーティングされているアセトン中の２．０％のＰＣＳポリマー溶液でコーティングされている、受け取ったままの炭素繊維のＳＥＭである。
【図16B】５分間浸漬コーティングされているアセトン中の２．０％のＰＣＳポリマー溶液でコーティングされている、受け取ったままの炭素繊維のＳＥＭである。
【図16C】５分間浸漬コーティングされているアセトン中の２．０％のＰＣＳポリマー溶液でコーティングされている、受け取ったままの炭素繊維のＳＥＭである。
【図17A】１５分間浸漬コーティングされているアセトン中の２．０％のＰＣＳポリマー溶液でコーティングされている、受け取ったままの炭素繊維のＳＥＭである。
【図17B】１５分間浸漬コーティングされているアセトン中の２．０％のＰＣＳポリマー溶液でコーティングされている、受け取ったままの炭素繊維のＳＥＭである。
【図17C】１５分間浸漬コーティングされているアセトン中の２．０％のＰＣＳポリマー溶液でコーティングされている、受け取ったままの炭素繊維のＳＥＭである。
【図18A】３０分間浸漬コーティングされているアセトン中の２．０％のＰＣＳポリマー溶液でコーティングされている、受け取ったままの炭素繊維のＳＥＭである。
【図18B】３０分間浸漬コーティングされているアセトン中の２．０％のＰＣＳポリマー溶液でコーティングされている、受け取ったままの炭素繊維のＳＥＭである。
【図18C】３０分間浸漬コーティングされているアセトン中の２．０％のＰＣＳポリマー溶液でコーティングされている、受け取ったままの炭素繊維のＳＥＭである。
【図19】５分、１５分、及び３０分の浸漬コーティングによりアセトン溶媒中の２．０％のＰＣＳでコーティングされた、受け取ったままの炭素繊維のＦＴＩＲ走査を示す。使用したＰＣＳは、２４０Ｋダルトン分子量材料である。
【図20A】５分、１５分、及び３０分での浸漬コーティング後の炭素繊維の上面を示す。
【図20B】５分、１５分、及び３０分での浸漬コーティング後の炭素繊維の底面を示す。
【図21】浸漬コーティングを介してＰＣＳでサイジングされており、次いでＰＥＥＫマトリックスを有する積層体を作製するために使用される炭素繊維を示す。
【発明を実施するための形態】
【0033】
別段の定義がない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、本開示が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本開示を限定することを意図するものではない。
【0034】
以下の用語は、本開示を説明するために使用される。用語が本明細書で具体的に定義されていない場合、その用語は、本開示を説明する際のその使用に、文脈においてその用語を適用する当業者によって当技術分野で認識された意味を与えられる。
【0035】
本開示において、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、複数の言及物を含み、特定の数値に対する言及は、文脈による別段の明確な指示がない限り、少なくともその特定の値を含む。したがって、例えば、「材料」に対する言及は、少なくとも１つのそのような材料及び当業者に既知のそれらの等価物などに対する言及である。
【0036】
ある値が記述子「約」又は「実質的に」の使用により近似的値として表現されているとき、その特定の値は別の実施形態を形成すると理解されよう。一般に、「約」又は「実質的に」という用語の使用は、開示する主題が達成しようとする所望の特性に依存して変わる場合があり、それが使用される具体的な文脈の中でその機能に基づいて解釈されるべきである近似値を指す。当業者は、いつものこととしてこれを解釈することができよう。ある事例では、特定の値に使用される有効桁数は、「約」又は「実質的に」という語の程度を判定する１つの非限定的方法であり得る。他の事例では、一連の値において使用される漸次的変化は、各値についての「約」又は「実質的に」という用語に利用可能な意図される範囲を決定し得る。存在する場合、全ての範囲は、包括的で組み合わせ可能なものである。すなわち、範囲で述べられている値に対する言及は、その範囲内の全ての値を含む。
【0037】
リストが提示される場合、別段の記載がない限り、そのリストの各個々の要素及びそのリストのあらゆる組み合わせは、別個の実施形態として解釈されるべきであることを理解されたい。例えば、「Ａ、Ｂ、又はＣ」として提示される実施形態のリストは、実施形態「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ａ若しくはＢ」、「Ａ若しくはＣ」、「Ｂ若しくはＣ」、又は「Ａ、Ｂ、若しくはＣ」を含むものとして解釈されるべきである。
【0038】
明確にするために別個の実施形態の文脈で本明細書に記載する本開示の一定の特徴が、単一の実施形態において組み合わせで提供され得るということは、理解されるものとする。すなわち、明らかに矛盾しない限り、又は除外されていない限り、各個々の実施形態は、任意の他の実施形態と組み合わせ可能であると考えられ、そのような組み合わせは別の実施形態であるとみなされる。逆に言うと、簡潔にするために単一の実施形態の文脈で記載する本開示の様々な特徴は、別個に又は任意の部分的組み合わせで提供され得る。本請求項がいずれの任意選択的な要素も除外するように起草され得るということに、更に留意されたい。このように、上記のくだりは、請求項の要素の詳説に関しての「単に」、「のみ」などのような排他的用語の使用、又は「否定的」限定の使用についての先行する基礎としての役割を果たすことを意図したものである。最後に、実施形態は、一連の工程の一部又はより一般的な構造の一部として記載され得るが、各当該工程はまた、それ自体、独立した実施形態とみなされ得る。
【0039】
以下は、高性能繊維（ＨＰＦ）の文脈における本開示の例示的な実施形態を記載する。本開示は、カテコール含有材料でコーティングされているＨＰＦに関する。好ましいカテコール含有材料は、以下に記載されるように、ポリカテコールスチレン（ＰＣＳ）を含む。以下に開示される様々な実施形態は、ＰＣＳ又はＰＣＳ型材料に言及し得るが、ＰＣＳは、カテコール含有材料の例として使用されていることを理解されたい。ＰＣＳ型という用語は、カテコールを含有し、ＰＣＳに類似した材料を示すためにも使用される。
【0040】
一実施形態では、本開示におけるコーティングに使用される高性能繊維又はスーパー繊維としては、芳香族ポリアミド（アラミド）、例えば、Ｋｅｖｌａｒ（商標）、ゲル紡糸高弾性ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、スーパーアラミド及びアラミドコポリマー、溶融紡糸液晶芳香族ポリエステル（ＬＣＰ）、並びに炭素繊維が挙げられる。
【0041】
別の実施形態では、本開示で使用される他のＨＰＰ繊維としては、ポリアミド、ポリオレフィン、及びポリエステルが挙げられる。これらには、溶融紡糸されているナイロン６、ナイロン６，６、高性能芳香族ポリアミド、又はモノマーから酸紡糸されているアラミド、又はＮｏｍｅｘ（登録商標）などのメタアラミド、及びそれらのコポリマーなどの汎用繊維が含まれる。ポリオレフィンの例としては、溶融紡糸されているＬＬＤＰＥ又はポリプロピレンからの汎用繊維、並びにゲル紡糸されている高性能ポリエチレン及びポリプロピレン繊維が挙げられる。ポリエステルの例としては、溶融紡糸されているＰＥＴ、ＰＴＴ、及びＰＢＴなどのポリエステルからの汎用繊維、並びにアレスター若しくは液晶ポリマー（ＬＣＰ）、及び／又はそれらのコポリマーを含む高性能芳香族ポリエステルが挙げられる。
【0042】
Ｉ．芳香族ポリアミド又はアラミド
本開示においてコーティングのために使用されるアラミド繊維は、航空宇宙用途及び軍事用途において、弾道定格の身体防護具（body armor）布及び弾道複合材のために、海洋索具、海洋船体強化材において、並びにアスベスト代替物として使用される、耐熱性かつ強力な合成繊維であるものを含む。繊維中の鎖状分子は、繊維軸に沿って高度に配向している。結果として、より高い割合の化学結合が、多くの他の合成繊維よりも繊維強度に寄与する。アラミドは、非常に高い融点（５００℃超）を有する。一般的なアラミドブランド名としては、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）、Ｎｏｍｅｘ（登録商標）、及びＴｗａｒｏｎ（登録商標）が挙げられる。アラミドは、超高分子量ポリエチレンなどの他の繊維と高い配向度を共有しており、この特徴がそれらの特性を支配している。アラミドの更なる例としては、Ｔｅｃｈｎｏｒａ（登録商標）及びＶｅｃｔｒａｎ（登録商標）が挙げられる。
本開示においてコーティングのために使用されるアラミド繊維は、航空宇宙用途及び軍事用途において、弾道定格の身体防護具（body armor）布及び弾道複合材のために、海洋索具、海洋船体強化材において、並びにアスベスト代替物として使用される、耐熱性かつ強力な合成繊維であるものを含む。繊維中の鎖状分子は、繊維軸に沿って高度に配向している。結果として、より高い割合の化学結合が、多くの他の合成繊維よりも繊維強度に寄与する。アラミドは、非常に高い融点（５００℃超）を有する。一般的なアラミドブランド名としては、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）、Ｎｏｍｅｘ（登録商標）、及びＴｗａｒｏｎ（登録商標）が挙げられる。アラミドは、超高分子量ポリエチレンなどの他の繊維と高い配向度を共有しており、この特徴がそれらの特性を支配している。アラミドの更なる例としては、Ｔｅｃｈｎｏｒａ（登録商標）及びＶｅｃｔｒａｎ（登録商標）が挙げられる。
【0043】
アラミドは、以下の特性のうちの１つ以上を有する。
・高引張強度
・高耐摩耗性
・軽量
・高耐化学薬品性、良好な耐有機溶剤性
・優れた耐久性
・熱的安定性
・耐熱性／耐炎性
・低吸湿性
・耐切断性／耐斬撃性／耐衝撃性
・非導電性
・非常に高い融点（５００℃超）
・高温での良好な布地保全性
・酸及び塩に対する感受性
・紫外線放射に対する感受性
・仕上げしない限り静電荷が蓄積しやすい
・Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）及びＴｗａｒｏｎ（登録商標）などのパラアラミド繊維は、顕著な強度対重量特性を提供する
・高コード弾性率
・低クリープ
・低い破断点伸び（約３．５％）
・染色困難－通常は溶液染色
・高引張強度
・高耐摩耗性
・軽量
・高耐化学薬品性、良好な耐有機溶剤性
・優れた耐久性
・熱的安定性
・耐熱性／耐炎性
・低吸湿性
・耐切断性／耐斬撃性／耐衝撃性
・非導電性
・非常に高い融点（５００℃超）
・高温での良好な布地保全性
・酸及び塩に対する感受性
・紫外線放射に対する感受性
・仕上げしない限り静電荷が蓄積しやすい
・Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）及びＴｗａｒｏｎ（登録商標）などのパラアラミド繊維は、顕著な強度対重量特性を提供する
・高コード弾性率
・低クリープ
・低い破断点伸び（約３．５％）
・染色困難－通常は溶液染色
【0044】
これらの繊維の最終用途には以下のものが含まれる。
・保護用織物及び衣服／ＰＰＥ
・工業用特殊布地
・ロープ／ケーブル
・航空宇宙／軍事／法執行
・ヘビーリフトスリング／ストラップ
・特殊電子機器
・可撓性複合材／膨張可能物
・防炎服
・防熱服及びヘルメット
・身体防護具
・複合材料
・アスベスト代替（例えば、ブレーキライニング）
・熱風濾過布
・タイヤ、新たにＳｕｌｆｒｏｎ（登録商標）（硫黄変性Ｔｗａｒｏｎ（登録商標））として
・機械的ゴム製品強化材
・ロープ及びケーブル
・Ｖベルト（自動車、機械、設備など）
・ファイアダンス用のウィック
・光ファイバーケーブルシステム
・帆布
・スポーツ用品
・ドラムヘッド
・管楽器リード
・ラウドスピーカダイヤフラム
・船体材料
・繊維強化コンクリート
・強化熱可塑性パイプ
・テニス弦
・ホッケースティック
・スノーボード
・ジェットエンジンエンクロージャ
・フィッシングリールドラグシステム。
・アスファルト強化材
・ロッククライマーのためのプルージック。
・保護用織物及び衣服／ＰＰＥ
・工業用特殊布地
・ロープ／ケーブル
・航空宇宙／軍事／法執行
・ヘビーリフトスリング／ストラップ
・特殊電子機器
・可撓性複合材／膨張可能物
・防炎服
・防熱服及びヘルメット
・身体防護具
・複合材料
・アスベスト代替（例えば、ブレーキライニング）
・熱風濾過布
・タイヤ、新たにＳｕｌｆｒｏｎ（登録商標）（硫黄変性Ｔｗａｒｏｎ（登録商標））として
・機械的ゴム製品強化材
・ロープ及びケーブル
・Ｖベルト（自動車、機械、設備など）
・ファイアダンス用のウィック
・光ファイバーケーブルシステム
・帆布
・スポーツ用品
・ドラムヘッド
・管楽器リード
・ラウドスピーカダイヤフラム
・船体材料
・繊維強化コンクリート
・強化熱可塑性パイプ
・テニス弦
・ホッケースティック
・スノーボード
・ジェットエンジンエンクロージャ
・フィッシングリールドラグシステム。
・アスファルト強化材
・ロッククライマーのためのプルージック。
【0045】
【化1】
【0046】
一実施形態では、ＰＣＳ型コーティングのための本開示のアラミドは、上に示されるような分子構造を有し、概して、六角形の環が、２つのＮＨ基又は２つのＣＯ基のいずれかに交互に結合されている。各環上の結合点は、互いに正反対であり、これがパラ－アラミドとして分類されることを意味する。アラミドにおいて、芳香族環は、ＮＨ基に結合したＣＯ基を各々が含むアミド連結を介して接続されている。アラミドは、その連結が環に結合する場所に応じて２つの主なタイプに分けられる。環の周りの炭素原子を順番に番号付けすると、パラアラミドは、１位及び４位に結合した連結を有し、メタアラミドは、１位及び３位に連結を有する。すなわち、結合点は、パラアラミドでは互いに正反対であり、メタアラミドでは２原子離れている。したがって、例解図は、パラアラミドを示す。
【0047】
本開示においてＰＣＳ型コーティングに使用されるメタアラミド繊維Ｎｏｍｅｘ（登録商標）は、通常のレベルの酸素において溶融も発火もしないため、その優れた耐熱性によって特徴付けられる。これは、防護服、空気濾過、断熱及び電気絶縁、並びにアスベストの代替物の生産において広く使用されている。メタアラミドとしては、Ｔｅｉｊｉｎｃｏｎｅｘ（登録商標）、Ａｒａｗｉｎ（登録商標）、Ｎｅｗ Ｓｔａｒ（登録商標）、Ｘ－Ｆｉｐｅｒ（登録商標）、及びメタアラミドＫｅｒｍｅｌ（登録商標）の変種が挙げられる。
【0048】
本開示においてＰＣＳ型コーティングに使用されるパラアラミド繊維としては、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）、Ｔｗａｒｏｎ（登録商標）、Ｈｅｒａｃｒｏｎ（登録商標）、及びＴａｐａｒａｎ（登録商標）が挙げられる。パラアラミドは、航空宇宙用途及び軍事用途などの多くのハイテク用途において、「防弾」身体防護具のために使用される。メタアラミド繊維及びパラアラミド繊維の両方を使用して、アラミド紙を作製することができる。アラミド紙は、ハニカムコアを作製するための電気絶縁材料及び建築材料として使用される。アラミド紙としては、メタアラミド及びパラアラミド紙、例えば、Ｎｏｍｅｘ（登録商標）紙及びＭｅｔａｓｔａｒ（登録商標）紙が挙げられる。アラミド繊維は、繊維、チョップド繊維、粉末、又はパルプにすることができる。
【0049】
Ｎｏｍｅｘ（登録商標）のようなメタアラミドに加えて、本開示におけるＰＣＳ型コーティングに使用される他の変形形態は、アラミド繊維の範囲に属する。これらは、主にコポリアミド型であり、商標名Ｔｅｃｈｎｏｒａ（登録商標）で最もよく知られている。
【0050】
ＩＩ．液晶ポリマー（ＬＣＰ）繊維
【0051】
【化2】
【0052】
紡糸ポリマーにおける分子配向及び結晶配向
本開示におけるＰＣＳ型コーティングのための使用のために、一実施形態では、ｐ－ヒドロキシ安息香酸（ＨＢＡ）及び２－ヒドロキシ－６－ナフトエ酸（ＨＮＡ）のＨＢＡ／ＨＮＡコポリマーに基づくＬＣＰを使用することができ、これは、Ｖｅｃｔｒａｎ（登録商標）ＨＴ ＬＣＰ繊維の生産のために使用されている。液晶ポリマーを紡糸して繊維にすると、上に概略的に示されるように、結晶ドメインのいくらかの整列が生じる。ＰＥＴなどの非晶質ポリマーでは、紡糸方向へのいくらかの整列も生じるが、ＬＣＰでは、整列した結晶ドメインが、強度及び弾性率などのはるかに高い引張特性をもたらす。
本開示におけるＰＣＳ型コーティングのための使用のために、一実施形態では、ｐ－ヒドロキシ安息香酸（ＨＢＡ）及び２－ヒドロキシ－６－ナフトエ酸（ＨＮＡ）のＨＢＡ／ＨＮＡコポリマーに基づくＬＣＰを使用することができ、これは、Ｖｅｃｔｒａｎ（登録商標）ＨＴ ＬＣＰ繊維の生産のために使用されている。液晶ポリマーを紡糸して繊維にすると、上に概略的に示されるように、結晶ドメインのいくらかの整列が生じる。ＰＥＴなどの非晶質ポリマーでは、紡糸方向へのいくらかの整列も生じるが、ＬＣＰでは、整列した結晶ドメインが、強度及び弾性率などのはるかに高い引張特性をもたらす。
【0053】
本開示においてＰＣＳ型コーティングに使用されるポリエステル系ＬＣＰ繊維は、４％未満の破断点伸びで３．５ＧＰａ（２８ｇｐｄ超）を超えるテナシティに達することができる。競合する高性能繊維に対するＬＣＰの主な利点としては、広範囲の温度にわたる寸法安定性及び特性安定性、並びに繰り返しの摩耗、屈曲疲労、及び化学的曝露に対して増強された耐久性に起因する長い耐用年数が挙げられる。このクラスの繊維は、広範囲の環境にわたって、要求の厳しい航空宇宙用途、軍事用途、及び工業的用途においてますます使用されている。
【0054】
本開示におけるＰＣＳ型コーティングに使用されるＬＣＰ繊維の具体的な用途としては、低クリープロープ、多成分ケーブル及びアンビリカル、並びに工業用布地が挙げられる。コーティングされたＶｅｃｔｒａｎ（登録商標）布地を使用する可撓性複合材は、迅速に展開可能な膨張可能構造、軽航空機、及び空気支持引張部材などの多くの技術的最終用途において使用される。ＬＣＰ繊維は、ＵＨＭＷＰＥ（超高分子量ポリエチレン）及びアラミド繊維と同様の用途において使用される。例えば、荒い海洋環境におけるロープ取扱者はより軽量のＵＨＭＷＰＥ繊維を好むが、ＬＣＰ繊維は高温で使用され、これはＵＨＭＷＰＥに寸法不安定性を生じさせ得る。ケーブル及びコーティングされた布地において、ＬＣＰのほぼ０の水分含有量は、押出し中にポリマーコーティング又はジャケットの膨れを引き起こし得る繊維のガス放出を排除する。工業用布地において、アラミドと比較して改善されたＬＣＰの曲げ－折り畳み及び耐摩耗性は、コーティングされた布地及び個人用防護具における早期疲労破壊を低減する。
【0055】
ＬＣＰは、液晶コアの位置によって分類される。主鎖液晶ポリマー（main chain liquid crystal polymer、ＭＣＬＣＰ）は、主鎖中に液晶コアを有する。側鎖液晶ポリマー（side chain liquid crystal polymer、ＳＣＬＣＰ）は、液晶コアを含有するペンダント側鎖を有する。主鎖ＬＣＰは、ポリマー骨格中に剛直な棒状メソゲンを有し、これが間接的にこの種のＬＣＰの高い溶融温度をもたらす。側鎖ＬＣＰでは、メソゲンは、ポリマー側鎖中にある。メソゲンは、通常、可撓性スペーサを介して骨格に連結されている。
【0056】
ＬＣＰ中のメソゲンは、自己組織化して、異なる条件で液晶領域を形成することができる。凝集及び秩序化の機構に基づいて、ＬＣＰは大まかに、リオトロピック系及びサーモトロピック系の２つのサブカテゴリに分けることができる。
【0057】
リオトロピック主鎖ＬＣＰは、骨格に剛直なメソゲンコア（芳香族環のような）を有する。リオトロピック主鎖ＬＣＰは主に、Ｋｅｖｌａｒなどの高強度繊維を生成するために使用されてきた。ポリシロキサンポリマーに結合したアルキルポリオキシエチレン界面活性剤のようなリオトロピック側鎖ＬＣＰは、液体石鹸のようなパーソナルケア製品に適用され得る。
【0058】
サーモトロピックＬＣＰは、溶融温度が分解温度よりはるかに低い場合に加工することができる。溶融温度及びガラス転移温度より高く、透明点より低い温度では、サーモトロピックＬＣＰは、液晶を形成する。フォトトロピック系のような他の系が存在する。
【0059】
本開示はまた、上記ＨＰＦをカテコール含有材料でコーティングするための方法に関する。
【0060】
ＩＩＩ．炭素繊維
炭素繊維は、軽量で強度及び弾性率に優れていることから、様々なマトリックス樹脂と組み合わせて複合材料を形成し、航空機部材、宇宙機部材、自動車部材、船舶部材、建築材料、スポーツ用品を含む様々な分野で使用される。炭素繊維を含む複合材料に炭素繊維の優れた特徴を付与するためには、炭素繊維とマトリックス樹脂との間の優れた接着性が重要である。
炭素繊維は、軽量で強度及び弾性率に優れていることから、様々なマトリックス樹脂と組み合わせて複合材料を形成し、航空機部材、宇宙機部材、自動車部材、船舶部材、建築材料、スポーツ用品を含む様々な分野で使用される。炭素繊維を含む複合材料に炭素繊維の優れた特徴を付与するためには、炭素繊維とマトリックス樹脂との間の優れた接着性が重要である。
【0061】
炭素繊維とマトリックス樹脂との間の接着性を改善するためには、典型的には、炭素繊維に気相酸化及び液相酸化などの酸化を施し、そうすることで炭素繊維の表面に酸素含有官能基が導入される。例えば、開示される方法は、炭素繊維を電気分解に施して、接着性の指標としての層間せん断強度を改善することを含む。しかしながら、複合材料が近年、高特徴化を有することが必要とされているため、このような酸化のみで達成される接着性は不十分になりつつある。
【0062】
炭素繊維は脆く、結合性及び耐摩耗性に劣るため、高次加工工程で毛羽又は糸切れが発生しやすい。この問題に対処するために、炭素繊維をコーティングする方法が開示されている。
【0063】
一実施形態では、本開示は、薄いポリ（カテコールスチレン）（ＰＣＳ）膜でコーティングされている個々の及び複数の炭素繊維に関する。この薄いポリマー膜は、以前は不活性であった炭素繊維表面を、様々な熱硬化性材料、熱可塑性材料、及び他の複合材料のマトリックスへの接着性を助けることができるカテコール部分で官能化する。コーティングの方法は、溶解したＰＣＳを含む有機溶媒中で未加工炭素繊維を撹拌することを含む。溶液中からのＰＣＳは、炭素繊維表面と結合を形成し、その上に堆積した薄膜を残す。このコーティング反応に続いて、繊維を濾過し、イソプロピルアルコール及びＤＩ水ですすぎ、好ましくは真空チャンバで乾燥させていずれの残留溶媒も除去する。
【0064】
この一工程コーティングプロセスは、多くの他のコーティングプロセスに有利である。一実施形態では、ＰＣＳの利点は、それが予備重合されることであり、したがって、コーティングプロセスの一実施形態では、予備形成されたカテコール含有ポリマーが炭素繊維表面と相互作用する。
【0065】
炭素繊維は、チョップドストランドとすることができ、ＰＡＮ型、ピッチ型、及び他のもののうちのいずれでもあり得、その出発材料及び生産方法は、限定されない。炭素繊維チョップドストランドの長さは重要ではないが、一実施形態では、５ミクロン～５０ｍｍである。炭素繊維チョップドストランドを構成するフィラメントの直径及び数も重要ではないが、一実施形態では、直径は、通常５００ｎｍ～５０ミクロンである。フィラメントの数は、通常１００～１００，０００本である。炭素繊維チョップドストランドには、予めサイジング剤が適用され得る。
【0066】
ＩＶ．高性能繊維上へのカテコール含有材料のコーティング
上に記載された高性能繊維（ＨＰＦ）は、以下に記載されるように、ＰＣＳなどのカテコール含有材料を含む少なくとも１つの層でコーティングされ得る。
上に記載された高性能繊維（ＨＰＦ）は、以下に記載されるように、ＰＣＳなどのカテコール含有材料を含む少なくとも１つの層でコーティングされ得る。
【0067】
ある態様では、本開示は、カテコール含有ポリマー又はオリゴマーを含むＰＣＳなどのカテコール含有材料でコーティングされたＨＰＦを対象とし、当該カテコールは、一級アミン又は二級アミンの存在を伴わずに、カテコールとして及び／又はセミキノンとして及び／又はキノンとして存在し、ポリマー材料は、任意選択的に、ａ）カテコール含有ポリマー又はオリゴマーとは別個の反応性種、及びｂ）触媒、共触媒、又は促進剤、のうちの少なくとも１つを含む。
【0068】
いくつかの実施形態では、ＨＰＦ上にコーティングされたカテコール含有材料は、カテコール含有ポリマー又はオリゴマーを含み、当該カテコールは、一級アミン又は二級アミンの存在を伴わずに、カテコールとして及び／又はセミキノンとして及び／又はキノンとして存在する。
【0069】
いくつかの実施形態では、ＨＰＦ上にコーティングされたカテコール含有材料は、カテコール含有ポリマー又はオリゴマーを含み、当該カテコールは、一級アミン又は二級アミンの存在を伴わずに、カテコールとして及び／又はセミキノンとして及び／又はキノンとして存在し、カテコール含有ポリマー又はオリゴマーとは別個の反応性種も含む。
【0070】
いくつかの実施形態では、ＨＰＦ上にコーティングされたカテコール含有材料は、カテコール含有ポリマー又はオリゴマーを含み、当該カテコールは、一級アミン又は二級アミンの存在を伴わずに、カテコールとして及び／又はセミキノンとして及び／又はキノンとして存在し、触媒、共触媒、又は促進剤も含む。
【0071】
いくつかの実施形態では、ＨＰＦ上にコーティングされたカテコール含有材料は、カテコール含有ポリマー又はオリゴマーを含み、当該カテコールは、一級アミン又は二級アミンの存在を伴わずに、カテコールとして及び／又はセミキノンとして及び／又はキノンとして存在し、カテコール含有ポリマー又はオリゴマーとは別個の反応性種と、触媒、共触媒、又は促進剤との両方も含む。
【0072】
図１は、カテコール含有ポリマー又はオリゴマーを含むＨＰＦ２０上にコーティングされたカテコール含有材料２０、及び本明細書に記載されるカテコール含有材料を含む層状ＨＰＦ１００の一般的な概略図を示す。コーティングされたＨＰＦ１００は、ＨＰＦコア１０と、ＨＰＦ１０上にコーティングされたカテコール含有材料２０と、を含む。
【0073】
コーティングされたＨＰＦ１００はまた、任意選択的に、ＨＰＦ上にコーティングされたカテコール含有材料２０上に配置され、かつＨＰＦ上にコーティングされたカテコール含有材料２０と接触している、別のポリマー３０を含み得る。コーティングされたＨＰＦ１００はまた、ポリマー３０上に配置され、かつそれと接触している、カテコール含有ポリマー又はオリゴマーを含むＨＰＦ上にコーティングされた第２のカテコール含有材料４０を含み得る。一実施形態では、コーティングされたＨＰＦ１００はまた、ＨＰＦ上にコーティングされた第２のカテコール含有材料４０上に配置され、かつそれと接触している、第２のポリマー層５０を含み得る。ポリマー３０又は第２のポリマー５０は、カテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は別のポリマーであり得る。
【0074】
いくつかの実施形態では、ＨＰＦ上にコーティングされたカテコール含有材料２０中のカテコール含有ポリマー又はオリゴマーは、オリゴマーである。いくつかの実施形態では、ＨＰＦ上にコーティングされたカテコール含有材料２０中のカテコール含有ポリマー又はオリゴマーは、ポリマーである。
【0075】
ある態様では、ＨＰＦ上にコーティングされたカテコール含有材料２０は、カテコール含有ポリマー又はオリゴマーとは別個の反応性種を含む。ある態様では、反応性種は、ウレタン成分、エポキシ樹脂、アクリレートモノマー若しくはオリゴマー、メタクリレートモノマー若しくはオリゴマー、シラン、又はそれらの組み合わせである。
【0076】
いくつかの実施形態では、カテコール含有ポリマー又はオリゴマーとは別個の反応性種は、ウレタン成分である。いくつかの実施形態では、ウレタン成分は、ポリオール、又は複数のヒドロキシル基を含有する有機化合物であり、ウレタンは、直鎖状又は分岐鎖状である。
【0077】
いくつかの実施形態では、ウレタン成分は、１，６－ヘキサンジオール、グリセロール、Ｓｔｅｐａｎｐｏｌ ＰＤＣ－２７９（登録商標）、又はポリカプロラクトントリオールである。いくつかの実施形態では、ウレタン成分は、１，６－ヘキサンジオールである。いくつかの実施形態では、ウレタン成分は、グリセロールである。いくつかの実施形態では、ウレタン成分は、Ｓｔｅｐａｎｐｏｌ ＰＤＣ－２７９（登録商標）である。いくつかの実施形態では、ウレタン成分は、ポリカプロラクトントリオールである。
【0078】
ある態様では、カテコール含有ポリマー又はオリゴマーとは別個の反応性種は、エポキシ樹脂である。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、エポキシモノマー、エポキシオリゴマー、ポリエポキシド、又はそれらの組み合わせであり、エポキシは、直鎖状又は分岐鎖状である。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、エポキシモノマーである。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、エポキシオリゴマーである。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、ポリエポキシドである。
【0079】
いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、ビスフェノールＡエポキシ樹脂、ビス（４－グリシジルオキシフェニル）メタン、ビスフェノールＥジグリシジルエーテル（ＤＧＥＢＥ）、２，２’－［１，１－エタンジイルビス（４，１－フェニレンオキシメチレン）］ジオキシラン、ビスフェノールＦジグリシジルエーテル（ＤＧＥＢＦ）、ポリ（ビスフェノールＡ－ｃｏ－エピクロロヒドリン）、又はそれらの組み合わせである。
【0080】
いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡジグリシジルである。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡエポキシ樹脂である。いくつかの実施形態では、エポキシは、ビス（４－グリシジルオキシフェニル）メタンである。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、ビスフェノールＥジグリシジルエーテル（ＤＧＥＢＥ）である。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、２，２’［１，１－エタンジイルビス（４，１－フェニレンオキシメチレン）］ジオキシランである。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、ビスフェノールＦジグリシジルエーテル（ＤＧＥＢＦ）である。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、ポリ（ビスフェノールＡ－ｃｏ－エピクロロヒドリン）である。
【0081】
ある態様では、カテコール含有ポリマー又はオリゴマーとは別個の反応性種は、アクリレートモノマー又はオリゴマーである。いくつかの実施形態では、アクリレートモノマー又はオリゴマーは、ビニル基と、カルボン酸エステル及びカルボン酸ニトリルのうちの少なくとも１つと、を含む、アクリレートモノマーであり、アクリレートは、直鎖状又は分岐鎖状である。
【0082】
いくつかの実施形態では、アクリレートモノマー又はオリゴマーは、エチルアクリレート、エチレン－メチルアクリレート、メチルメタクリレート、２－クロロエチルビニルエーテル、２－ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ブチルアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート（ＴＭＰＴＡ）、又はそれらの組み合わせである。
【0083】
いくつかの実施形態では、アクリレートモノマー又はオリゴマーは、エチルアクリレートである。いくつかの実施形態では、アクリレートモノマー又はオリゴマーは、エチレン－メチルアクリレートである。いくつかの実施形態では、アクリレートモノマー又はオリゴマーは、メチルメタクリレートである。いくつかの実施形態では、アクリレートモノマー又はオリゴマーは、２－クロロエチルビニルエーテルである。いくつかの実施形態では、アクリレートモノマー又はオリゴマーは、２－ヒドロキシエチルアクリレートである。いくつかの実施形態では、アクリレートモノマー又はオリゴマーは、ヒドロキシエチルメタクリレートである。いくつかの実施形態では、アクリレートモノマー又はオリゴマーは、ブチルアクリレートである。いくつかの実施形態では、アクリレートモノマー又はオリゴマーは、トリメチロールプロパントリアクリレート（ＴＭＰＴＡ）である。
【0084】
いくつかの実施形態では、カテコール含有ポリマー又はオリゴマーとは別個の反応性種は、シランである。いくつかの実施形態では、カテコール含有ポリマー又はオリゴマーとは別個の反応性種は、メタクリレートモノマー又はオリゴマーである。いくつかの実施形態では、カテコール含有ポリマー又はオリゴマーとは別個の反応性種は、メタクリレートモノマーである。いくつかの実施形態では、カテコール含有ポリマー又はオリゴマーとは別個の反応性種は、メタクリレートオリゴマーである。
【0085】
ある態様では、ＨＰＦ１０上にコーティングされたカテコール含有材料２０は、触媒、共触媒、又は促進剤を含み、触媒、共触媒、又は促進剤は、ウレタン重合反応を促進するウレタン触媒、エポキシ重合反応を促進するエポキシ触媒、アクリレート重合反応を促進するアクリレート触媒、又はそれらの組み合わせである。
【0086】
いくつかの実施形態では、触媒、共触媒、又は促進剤は、ウレタン重合反応を促進するウレタン触媒である。いくつかの実施形態では、ウレタン触媒は、脂肪族アミン触媒、脂環式アミン触媒、アルコールアミン触媒、芳香族アミン触媒、又はエーテルアミン触媒である。
【0087】
いくつかの実施形態では、ウレタン触媒は、脂肪族アミン触媒である。いくつかの実施形態では、脂肪族アミン触媒は、Ｎ，Ｎ－ジメチルシクロヘキサン、トリエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ，Ｎ－テトラメチルアルキレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ，Ｎ－ペンタメチルジエチレントリアミン、トリエチルアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチルベンジルアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチルヘキサデシルアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチルブチルアミン、又はそれらの組み合わせである。
【0088】
いくつかの実施形態では、ウレタン触媒は、脂環式アミン触媒である。いくつかの実施形態では、脂環族アミン触媒は、トリエチレンジアミン、Ｎ－エチルモルホリン、Ｎ－メチルモルホリン、Ｎ，Ｎ－ジエチルピペラジン、Ｎ，Ｎ－ビス－（α－ヒドロキシプロピル）－２－メチルピペラジン、Ｎ－ヒドロキシプロピルジメチルモルホリン、又はそれらの組み合わせである。
【0089】
いくつかの実施形態では、ウレタン触媒は、アルコールアミン触媒である。いくつかの実施形態では、アルコールアミン触媒は、トリエタノールアミン又はＮ，Ｎ－ジメチルエタノールアミンである。
【0090】
いくつかの実施形態では、ウレタン触媒は、芳香族アミン触媒である。いくつかの実施形態では、芳香族アミン触媒は、ピリジン又はＮ，Ｎ－ジメチルピリジンである。
【0091】
いくつかの実施形態では、ウレタン触媒は、エーテルアミン触媒である。いくつかの実施形態では、エーテルアミン触媒は、ＢＤＭＡＥＥである。
【0092】
いくつかの実施形態では、ウレタン触媒は、１，４－ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン、Ｋ－ＫＡＴ ６２１２、ベンジルジメチルアミン、又はそれらの組み合わせである。いくつかの実施形態では、ウレタン触媒は、１，４－ジアザビシクロ［２．２．２］オクタンである。いくつかの実施形態では、ウレタン触媒は、Ｋ－ＫＡＴ ６２１２である。いくつかの実施形態では、ウレタン触媒は、ベンジルジメチルアミンである。
【0093】
いくつかの実施形態では、触媒、共触媒、又は促進剤は、エポキシ重合を促進するエポキシ触媒である。
【0094】
好適な触媒、共触媒、又は促進剤は、酸又は酸へと加水分解可能な化合物などの、アミノ基とエポキシ基との間の反応を促進する物質である。限定するものではないが、好適な触媒、共触媒、又は促進剤は、酢酸、安息香酸、サリチル酸、２－ニトロ安息香酸、乳酸などの、有機カルボン酸；メタンスルホン酸、ｐ－トルエンスルホン酸、又は４－ドデシルベンゼンスルホン酸などの、有機スルホン酸；スルホン酸エステル；リン酸などの、他の有機酸若しくは無機酸、又は前述の酸及び酸エステルの混合物；特に硝酸カルシウムなどの硝酸塩；あるいは、１，４－ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン、ベンジルジメチルアミン、α－メチルベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノプロピルアミンなどの、三級アミンである。
【0095】
いくつかの実施形態では、エポキシ触媒は、酢酸、安息香酸、サリチル酸、２－ニトロ安息香酸、乳酸、メタンスルホン酸、ｐ－トルエンスルホン酸、４－ドデシルベンゼンスルホン酸、スルホン酸エステル、リン酸、硝酸カルシウム、１，４－ジアザビシクロ－［２．２．２］オクタン、ベンジルジメチルアミン、α－メチルベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチルピペリジン、トリエチレンジアミン、２，４，６－トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール（ＤＭＰ－３０）、ベンジルジメチルアミン（benzyldimethyl-amine、ＢＤＭＡ）、２－（ジメチルアミノメチル）フェノール（ＤＭＰ－１０）、Ｎ，Ｎジメチルベンジルアミン、（ジメチルアミノメチル）フェノール、又はそれらの組み合わせである。
【0096】
いくつかの実施形態では、エポキシ触媒は、１，４－ジアザビシクロ［２．２．２］オクタンである。
【0097】
いくつかの実施形態では、触媒、共触媒、又は促進剤は、アクリレート重合を促進するアクリレート触媒である。いくつかの実施形態では、アクリレート触媒は、アクリル重合促進剤又はフリーラジカル重合促進剤である。
【0098】
いくつかの実施形態では、アクリレート触媒は、４－Ｎ，Ｎ－ジメチルアミノ－フェニル酢酸メチル（methyl 4-N,N-dimethylamino-phenylacetate、ＭＤＭＡＰＡ）、Ｎ，Ｎ－ジメチルアミノグルテチミド（N,N-dimethylaminoglutethimide、ＯＭＡＧ）、Ｎ，Ｎ－ジメチル－ｐ－トルイジン（N,N-dimethyl-p-toluidine、ＯＭＰＴ）、Ｎ，Ｎ－ジ－２－ヒドロキシエチル－ｐ－トルイジン（N,N-di-2-Hydroxyethyl-p-toluidine、ＤＨＥＰＴ）、Ｎ，Ｎ－ジ－２－ヒドロキシプロピル－ｐ－トルイジン（N,N-di-2-hydroxypropyl-p-toluidine、ＤＨＰＰＴ）、Ｎ，Ｎ－ジメチル－ｓｙｍ－キシリジン（N,N-dimethyl-sym-xylidine、ＤＭＳＸ）、Ｎ，Ｎ－ビス（３－ｐ－トリルオキシ－２－ヒドロキシ－プロピル）－ｍ－キシリジン（N,N-bis(3-p-tolyloxy-2-hydroxy-propyl）-m-xylidine、ＢＴＸ）、又はそれらの組み合わせである。
【0099】
ある態様では、ＨＰＦ上にコーティングされたカテコール含有材料２０中のカテコール含有ポリマー又はオリゴマーは、ポリカテコールスチレン（ＰＣＳ）を含む。
【0100】
ある態様では、ＨＰＦ１０上にコーティングされたＰＣＳなどのカテコール含有材料２０は、約５ナノメートル～約１００ミクロンの厚さを有する。いくつかの実施形態では、ＨＰＦ上にコーティングされたＰＣＳなどのカテコール含有材料２０は、約１５ナノメートル～約５０ミクロンの厚さを有する。いくつかの実施形態では、ＨＰＦ上にコーティングされたＰＣＳなどのカテコール含有材料２０は、約１５ナノメートル～約１５ミクロンの厚さを有する。いくつかの実施形態では、ＨＰＦ上にコーティングされたＰＣＳなどのカテコール含有材料２０は、約１００ナノメートル～約５ミクロン未満の厚さを有する。いくつかの実施形態では、ＨＰＦ上にコーティングされたＰＣＳなどのカテコール含有材料２０は、約１５０ナノメートル～約１．５ミクロンの厚さを有する。
【0101】
いくつかの実施形態では、ＨＰＦ上にコーティングされたＰＣＳなどのカテコール含有材料２０は、約１０ナノメートル～約１００ミクロン、又は約１０ナノメートル～約１００ナノメートル、又は約１００ナノメートル～約１５０ナノメートル、又は約１５０ナノメートル～約２００ナノメートル、又は約２００ナノメートル～約２５０ナノメートル、又は約２５０ナノメートル～約３００ナノメートル、又は約３００ナノメートル～約３５０ナノメートル、又は約３５０ナノメートル～約４００ナノメートル、又は約４００ナノメートル～約４５０ナノメートル、又は約４５０ナノメートル～約５００ナノメートル、又は約５００ナノメートル～約５５０ナノメートル、又は約５５０ナノメートル～約６００ナノメートル、又は約６００ナノメートル～約６５０ナノメートル、又は約６５０ナノメートル～約７００ナノメートル、又は約７００ナノメートル～約７５０ナノメートル、又は約７５０ナノメートル～約８００ナノメートル、又は約８００ナノメートル～約８５０ナノメートル、又は約８５０ナノメートル～約９００ナノメートル、又は約９００ナノメートル～約９５０ナノメートル、又は約９５０ナノメートル～約１０００ナノメートルの厚さを有する。
【0102】
いくつかの実施形態では、ＨＰＦ上にコーティングされたＰＣＳなどのカテコール含有材料２０は、約１ミクロン～約１．５ミクロン、又は約１．５ミクロン～約５ミクロン、又は約５ミクロン～約１０ミクロン、又は約１０ミクロン～約１５ミクロン、又は約１５ミクロン～約２０ミクロン、又は約２０ミクロン～約２５ミクロン、又は約２５ミクロン～約３０ミクロン、又は約３０ミクロン～約３５ミクロン、又は約３５ミクロン～約４０ミクロン、又は約４０ミクロン～約４５ミクロン、又は約４５ミクロン～約５０ミクロン、又は約５０ミクロン～約５５ミクロン、又は約５５ミクロン～約６０ミクロン、又は約６０ミクロン～約６５ミクロン、又は約６５ミクロン～約７０ミクロン、又は約７０ミクロン～約７５ミクロン、又は約７５ミクロン～約８０ミクロン、又は約８０ミクロン～約８５ミクロン、又は約８５ミクロン～約９０ミクロン、又は約９０ミクロン～約９５ミクロン、又は約９５ミクロン～約１００ミクロンの厚さを有する。
【0103】
いくつかの実施形態では、高性能繊維（ＨＰＦ）上にコーティングされたＰＣＳなどのカテコール含有材料の凝集体の厚さは、約５ナノメートル～約１０ミクロンの範囲である。別の言い方をすれば、凝集体の厚さは、以下の数の集合から選択される任意の１つの数であるか、又はナノメートルで測定される任意の２つの数によって規定される範囲内（そのような範囲の端点を含む）である：
５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００、．．．２００、．．．３００、．．．４００、５００、６００、７００、８００．．．、９００、．．．１０００、２０００、３０００、４０００、５０００、６０００、７０００、８０００、９０００、及び１００００。
５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００、．．．２００、．．．３００、．．．４００、５００、６００、７００、８００．．．、９００、．．．１０００、２０００、３０００、４０００、５０００、６０００、７０００、８０００、９０００、及び１００００。
【0104】
いくつかの実施形態では、ＰＣＳは、約５％のカテコール～約８５％のカテコールを含む。いくつかの実施形態では、ＰＣＳは、約１０％～７５％、約１５％～６０％、又は約２０％カテコール～約４０％カテコールを含む。いくつかの実施形態では、ＰＣＳは、約２５％のカテコール～約３５％のカテコールを含む。いくつかの実施形態では、ＰＣＳは、約２５％のカテコールを含む。いくつかの実施形態では、ＰＣＳは、約３５％のカテコールを含む。
【0105】
いくつかの実施形態では、ＰＣＳは、約２０％のカテコール～約２２％のカテコール、又は約２２％のカテコール～約２４％のカテコール、又は約２４％のカテコール～約２６％のカテコール、又は約２６％のカテコール～約２８％のカテコール、又は約２８％のカテコール～約３０％のカテコール、又は約３０％のカテコール～約３２％のカテコール、又は約３２％のカテコール～約３４％のカテコール、又は約３４％のカテコール～約３６％のカテコール、又は約３６％のカテコール～約３８％のカテコール、又は約３８％のカテコール～約４０％のカテコールを含む。
【0106】
いくつかの実施形態では、ＰＣＳは、約５％のカテコール～約８５％のカテコールを含む。別の言い方をすれば、ＰＣＳ中のカテコール含有量は、以下の数の集合から選択される任意の１つの数であるか、又は重量含有量で測定される任意の２つの数によって規定される範囲内（そのような範囲の端点を含む）である：
５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、及び８５。
５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、及び８５。
【0107】
ある態様では、ＨＰＦ上にコーティングされたカテコール含有材料２０は、連続層である。ある態様では、ＨＰＦ上にコーティングされたカテコール含有材料２０は、非連続層である。
【0108】
いくつかの実施形態では、ＨＰＦ１０は、湿潤である。いくつかの実施形態では、ＨＰＦ１０は、乾燥している。いくつかの実施形態では、ＨＰＦ１０は、半湿潤である。いくつかの実施形態では、ＨＰＦ１０は、含水である。
【0109】
いくつかの実施形態では、ＨＰＦ１０の表面は、ＨＰＦ上にコーティングされたカテコール含有材料の配置の前に処理され得る。いくつかの実施形態では、ＨＰＦ１０の表面は、陽極酸化される。いくつかの実施形態では、ＨＰＦ１０の表面は、リン酸塩処理される。
【0110】
本開示の実施形態は、ＨＰＦ上にコーティングされたカテコール含有材料に関して記載されている。
【0111】
一態様では、本開示は、本明細書に記載されるように、別のポリマー３０とも接触し得るＨＰＦ１０上にコーティングされたカテコール含有材料２０を対象とする。
【0112】
いくつかの実施形態では、ポリマー３０は、ポリエステルを含む。いくつかの実施形態では、ポリマー３０は、ウレタンを含む。いくつかの実施形態では、ポリマー３０は、フェノールを含む。いくつかの実施形態では、ポリマー３０は、エポキシ、アクリル、又はシランを含む。いくつかの実施形態では、ポリマー３０は、エポキシを含む。いくつかの実施形態では、ポリマー３０は、アクリルを含む。いくつかの実施形態では、ポリマー３０は、シランを含む。いくつかの実施形態では、ポリマー３０は、シリコーンを含む。
【0113】
いくつかの実施形態では、ポリマー３０は、以下の表１に列挙される１つ以上のポリマー、及び以下のリストからの１つ以上のポリマーを含む。
【0114】
熱可塑性物質
ポリプロピレン、ポリエチレン（高密度及び低密度）、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル（Polyvinyl Chloride、ＰＶＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（Polyetheretherketone、ＰＥＥＫ）、ポリエーテルスルホン（Polyethersulfone、ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（Polyphenylene Sulfide、ＰＰＳ）、ポリアミド（ナイロン）、ポリメチルメタクリレート（Polymethyl Methacrylate、ＰＭＭＡ）、ポリエーテルイミド（Polyetherimide、ＰＥＩ）、アセタール（ＰＯＭ）、スルホンポリマー（ＰＰＳＵ、ＰＳＵ）、エチレン－酢酸ビニル（Ethylene-Vinyl Acetate、ＥＶＡ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリブチレンテレフタレート（Polybutylene Terephthalate、ＰＢＴ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（Acrylonitrile Butadiene Styrene、ＡＢＳ）、フルオロポリマー（ＰＴＦＥ、ＦＥＰ）、熱可塑性エラストマー（Thermoplastic Elastomer、ＴＰＥ）、熱可塑性ポリウレタン（Thermoplastic Polyurethane、ＴＰＵ）、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート（Polycyclohexylenedimethylene Terephthalate、ＰＣＴ）。
ポリプロピレン、ポリエチレン（高密度及び低密度）、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル（Polyvinyl Chloride、ＰＶＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（Polyetheretherketone、ＰＥＥＫ）、ポリエーテルスルホン（Polyethersulfone、ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（Polyphenylene Sulfide、ＰＰＳ）、ポリアミド（ナイロン）、ポリメチルメタクリレート（Polymethyl Methacrylate、ＰＭＭＡ）、ポリエーテルイミド（Polyetherimide、ＰＥＩ）、アセタール（ＰＯＭ）、スルホンポリマー（ＰＰＳＵ、ＰＳＵ）、エチレン－酢酸ビニル（Ethylene-Vinyl Acetate、ＥＶＡ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリブチレンテレフタレート（Polybutylene Terephthalate、ＰＢＴ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（Acrylonitrile Butadiene Styrene、ＡＢＳ）、フルオロポリマー（ＰＴＦＥ、ＦＥＰ）、熱可塑性エラストマー（Thermoplastic Elastomer、ＴＰＥ）、熱可塑性ポリウレタン（Thermoplastic Polyurethane、ＴＰＵ）、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート（Polycyclohexylenedimethylene Terephthalate、ＰＣＴ）。
【0115】
熱硬化性物質
エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、ポリスチレン、シリコーン樹脂、シアネートエステル、メラミン－ホルムアルデヒド樹脂、ポリジシクロペンタジエン（Polydicyclopentadiene、ｐＤＣＰＤ）、ポリアリレート（Polyarylate、ＰＡＲ）、ポリベンズイミダゾール（Polybenzimidazole、ＰＢＩ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（Polychlorotrifluoroethylene、ＰＣＴＦＥ）、メチルメタクリレート－ブタジエン－スチレン（Methacrylate-Butadiene-Styrene、ＭＢＳ）。
エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、ポリスチレン、シリコーン樹脂、シアネートエステル、メラミン－ホルムアルデヒド樹脂、ポリジシクロペンタジエン（Polydicyclopentadiene、ｐＤＣＰＤ）、ポリアリレート（Polyarylate、ＰＡＲ）、ポリベンズイミダゾール（Polybenzimidazole、ＰＢＩ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（Polychlorotrifluoroethylene、ＰＣＴＦＥ）、メチルメタクリレート－ブタジエン－スチレン（Methacrylate-Butadiene-Styrene、ＭＢＳ）。
【0116】
その他
ポリアクリロニトリル（Polyacrylonitrile、ＰＡＮ）、ポリヒドロキシアルカノエート（Polyhydroxyalkanoate、ＰＨＡ）、バイオベースポリマー（ＰＬＡ、ＰＨＢ）、ポリオキシメチレンコポリマー（Polyoxymethylene Copolymer、ＰＯＭ－Ｃ）。
ポリアクリロニトリル（Polyacrylonitrile、ＰＡＮ）、ポリヒドロキシアルカノエート（Polyhydroxyalkanoate、ＰＨＡ）、バイオベースポリマー（ＰＬＡ、ＰＨＢ）、ポリオキシメチレンコポリマー（Polyoxymethylene Copolymer、ＰＯＭ－Ｃ）。
【0117】
いくつかの実施形態では、ポリマー３０は、連続層である。いくつかの実施形態では、ポリマー３０は、非連続層である。
【0118】
いくつかの実施形態では、カテコール含有材料２０及びポリマー３０は、相互侵入ポリマーネットワーク（interpenetrating polymer network、ＩＰＮ）を形成する。本明細書で使用されるＩＰＮは、分子スケールで少なくとも部分的に絡み合っているが、互いに共有結合しておらず、化学結合が破壊されない限り分離することができない少なくとも２つのポリマーネットワークを意味すると解釈される。
【0119】
いくつかの実施形態では、カテコール含有材料２０及びポリマー３０は、半相互侵入ポリマーネットワーク（semi-interpenetrating polymer network、ＳＩＰＮ）を形成する。本明細書で使用されるＳＩＰＮは、１つ以上のポリマーネットワーク及び１つ以上の直鎖状又は分岐鎖状ポリマーを意味するものと解釈され、直鎖状又は分岐鎖状の高分子の少なくともいくつかによるネットワークうちの少なくとも１つの分子スケールでの侵入を特徴とする。
【0120】
いくつかの実施形態では、カテコール含有材料２０及びポリマー３０は、逐次相互侵入ポリマーネットワーク（sequential interpenetrating polymer network、ＳｅＩＰＮ）を形成する。本明細書で使用されるＳｅＩＰＮは、第１の成分ネットワークの形成に続いて第２の成分ネットワークが形成されるプロセスによって調製される、相互侵入ポリマーネットワークを意味すると解釈される。
【0121】
いくつかの実施形態では、カテコール含有材料２０及びポリマー３０は、逐次半相互侵入ポリマーネットワーク（sequential semi-interpenetrating polymer network、ＳＳｅＩＰＮ）を形成する。本明細書で使用されるＳＳｅＩＰＮは、ネットワークの形成をもたらす反応の完了後に直鎖状又は分岐鎖状成分が形成されるか、又はその逆のプロセスによって調製される、ポリマーネットワークを意味すると解釈される。
【0122】
いくつかの実施形態では、第２のポリマー５０は、ポリマー３０上に配置される。いくつかの実施形態では、第２のポリマー５０は、ポリマー３０上に配置され、かつそれに接触している。いくつかの実施形態では、第２のカテコール含有材料２０が、ポリマーマトリックス３０と第２のポリマー５０との間に配置される。
【0123】
Ｖ．カテコール含有材料のコーティングを有するＨＰＦを作製する方法
ある態様では、本開示は、本明細書に記載されるカテコール含有材料２０をＨＰＦ１０の表面上に配置することを含む、ＰＣＳなどのカテコール含有材料でコーティングされたＨＰＦを作製する方法を対象とする。本明細書に記載されるカテコール含有材料２０を配置する方法は、特に限定されず、当業者によって認識されよう。
ある態様では、本開示は、本明細書に記載されるカテコール含有材料２０をＨＰＦ１０の表面上に配置することを含む、ＰＣＳなどのカテコール含有材料でコーティングされたＨＰＦを作製する方法を対象とする。本明細書に記載されるカテコール含有材料２０を配置する方法は、特に限定されず、当業者によって認識されよう。
【0124】
いくつかの実施形態では、コーティングされたＨＰＦを作製する方法は、スピンコーティング、浸漬コーティング、スプレーコーティング、インクジェット印刷、フラッドコーティング、ブラッシング、ワイピングなどによって、ＨＰＦ１０上にカテコール含有材料２０を（例えば、一括して）配置することを含む。いくつかの実施形態では、方法は、スピンコーティングによって高性能繊維１０上にカテコール含有材料２０を配置することを含む。いくつかの実施形態では、方法は、浸漬コーティングによって高性能繊維１０上にカテコール含有材料２０を配置することを含む。いくつかの実施形態では、方法は、スプレーコーティングによって、高性能繊維１０上にポリマー層２０を配置することを含む。いくつかの実施形態では、方法は、インクジェット印刷によって、高性能繊維１０上にカテコール含有材料２０を配置することを含む。いくつかの実施形態では、方法は、フラッドコーティングによって高性能繊維１０上にカテコール含有材料２０を配置することを含む。いくつかの実施形態では、方法は、ブラッシングによって高性能繊維１０上にカテコール含有材料２０を配置することを含む。いくつかの実施形態では、方法は、ワイピングによって高性能繊維１０上にカテコール含有材料２０を配置することを含む。
【0125】
いくつかの実施形態では、高性能繊維を作製する方法は、高性能繊維１０上にカテコール含有材料２０を配置することを含み、カテコール含有材料２０は、溶液として高性能繊維１０に適用される。いくつかの実施形態では、溶液は、約０．００１重量％～約１０重量％のカテコール含有ポリマー又はオリゴマーを含む。いくつかの実施形態では、溶液は、約０．０１重量％～約５重量％のカテコール含有ポリマー又はオリゴマーを含む。いくつかの実施形態では、溶液は、約０．０１重量％～約１重量％のカテコール含有ポリマー又はオリゴマーを含む。いくつかの実施形態では、溶液は、約０．１重量％～約１重量％のカテコール含有ポリマー又はオリゴマーを含む。
【0126】
いくつかの実施形態では、溶液は、約０．００１重量％～約０．００５重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約０．００５重量％～約０．０１重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約０．０１重量％～約０．０２重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約０．０２重量％～約０．０３重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約０．０３重量％～約０．０４重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約０．０４重量％～約０．０５重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約０．０５重量％～約０．０６重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約０．０６重量％～約０．０７重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約０．０７重量％～約０．０８重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約０．０８重量％～約０．０９重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約０．０９重量％～約０．１重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約０．１重量％～約０．１１重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約０．１１重量％～約０．１２重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約０．１２重量％～約０．１３重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約０．１３重量％～約０．１４重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約０．１４重量％～約０．１５重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約０．１５重量％～約０．２重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約０．２重量％～約０．２５重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約０．２５重量％～約０．３重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約０．３重量％～約０．３５重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約０．３５重量％～約０．４重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約０．４重量％～約０．４５重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約０．４５重量％～約０．５重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約０．５重量％～約０．７５重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約０．７５重量％～約１重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約１．２５重量％～約１．５重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約１．５重量％～約１．７５重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマー、又は約１．７５重量％～約２重量％のカテコール含有ポリマー若しくはオリゴマーを含む。
【0127】
いくつかの実施形態では、溶液中で使用されるカテコール含有ポリマー又はオリゴマーは、ポリカテコールスチレン（ＰＣＳ）である。いくつかの実施形態では、溶液は、約０．００１重量％～約１０重量％のＰＣＳを含む。いくつかの実施形態では、溶液は、約０．０１重量％～約５重量％のＰＣＳを含む。いくつかの実施形態では、溶液は、約０．０１重量％～約１重量％のＰＣＳを含む。いくつかの実施形態では、溶液は、約０．１重量％～約１重量％のＰＣＳを含む。
【0128】
いくつかの実施形態では、溶液は、約０．００１重量％～約０．００５重量％のＰＣＳ、又は約０．００５重量％～約０．０１重量％のＰＣＳ、又は約０．０１重量％～約０．０２重量％のＰＣＳ、又は約０．０２重量％～約０．０３重量％のＰＣＳ、又は約０．０３重量％～約０．０４重量％のＰＣＳ、又は約０．０４重量％～約０．０５重量％のＰＣＳ、又は約０．０５重量％～約０．０６重量％のＰＣＳ、又は約０．０６重量％～約０．０７重量％のＰＣＳ、又は約０．０７重量％～約０．０８重量％のＰＣＳ、又は約０．０８重量％～約０．０９重量％のＰＣＳ、又は約０．０９重量％～約０．１重量％のＰＣＳ、又は約０．１重量％～約０．１１重量％のＰＣＳ、又は約０．１１重量％～約０．１２重量％のＰＣＳ、又は約０．１２重量％～約０．１３重量％のＰＣＳ、又は約０．１３重量％～約０．１４重量％のＰＣＳ、又は約０．１４重量％～約０．１５重量％のＰＣＳ、又は約０．１５重量％～約０．２重量％のＰＣＳ、又は約０．２重量％～約０．２５重量％のＰＣＳ、又は約０．２５重量％～約０．３重量％のＰＣＳ、又は約０．３重量％～約０．３５重量％のＰＣＳ、又は約０．３５重量％～約０．４重量％のＰＣＳ、又は約０．４重量％～約０．４５重量％のＰＣＳ、又は約０．４５重量％～約０．５重量％のＰＣＳ、又は約０．５重量％～約０．７５重量％のＰＣＳ、又は約０．７５重量％～約１重量％のＰＣＳ、又は約１．２５重量％～約１．５重量％のＰＣＳ、又は約１．５重量％～約１．７５重量％のＰＣＳ、又は約１．７５重量％～約２重量％のＰＣＳを含む。
【0129】
いくつかの実施形態では、溶液は、以下の数によって、又は以下の任意の２つの数によって規定される範囲内の数（そのような範囲の端点を含む）によって記載される重量パーセントで、ＰＣＳなどのカテコール含有ポリマー又はオリゴマーを含む：
０．００１、０．００２、０．００３、０．００４、０．００５、０．００６、０．００７、０．００８、０．００９、０．０１０、．．．、０．０２０、０．０３０、０．０４０、０．０５０、０．０６０、０．０７０、０．０８０、０．０９０、０．１００，．．．０．２００、０．３００、０．４００、０．５００、０．６００、０．７００、０．８００、０．９００、１．０００、．．．、２．０００、３．０００、４．０００、５．０００、６．０００、７．０００、８．０００、９．０００、及び１０．０００。
０．００１、０．００２、０．００３、０．００４、０．００５、０．００６、０．００７、０．００８、０．００９、０．０１０、．．．、０．０２０、０．０３０、０．０４０、０．０５０、０．０６０、０．０７０、０．０８０、０．０９０、０．１００，．．．０．２００、０．３００、０．４００、０．５００、０．６００、０．７００、０．８００、０．９００、１．０００、．．．、２．０００、３．０００、４．０００、５．０００、６．０００、７．０００、８．０００、９．０００、及び１０．０００。
【0130】
いくつかの実施形態では、ＰＣＳ型カテコール含有材料の濃度は、２０％もの高さであり得る。
【0131】
いくつかの実施形態では、溶液はまた、カテコール含有ポリマー又はオリゴマーを溶解させるための水性溶媒又は有機溶媒を含む。いくつかの実施形態では、有機溶媒は、アセトン、トルエン、クロロホルム、ジクロロメタン（dichloromethane、ＤＣＭ）、酢酸エチル、メチルエチルケトン（methyl ethyl ketone、ＭＥＫ）、又はそれらの組み合わせである。
【0132】
いくつかの実施形態では、有機溶媒は、アセトンである。いくつかの実施形態では、有機溶媒は、トルエンである。いくつかの実施形態では、有機溶媒は、クロロホルムである。いくつかの実施形態では、有機溶媒は、ジクロロメタン（ＤＣＭ）である。いくつかの実施形態では、有機溶媒は、酢酸エチルである。いくつかの実施形態では、有機溶媒は、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）である。いくつかの実施形態では、有機溶媒は、アセトン及びトルエンの組み合わせである。いくつかの実施形態では、有機溶媒は、アセトンであり、カテコール含有ポリマー又はオリゴマーは、ＰＣＳである。いくつかの実施形態では、有機溶媒は、トルエンであり、カテコール含有ポリマー又はオリゴマーは、ＰＣＳである。いくつかの実施形態では、有機溶媒は、アセトン及びトルエンの組み合わせであり、カテコール含有ポリマー又はオリゴマーは、ＰＣＳである。
【0133】
溶液のｐＨは、特に限定されない。いくつかの実施形態では、溶液のｐＨは、約３、又は約３．５、又は約４、又は約４．５、又は約５、又は約５．５、又は約６、又は約６．５、又は約７、又は約７．５、又は約８、又は約８．５、又は約９、又は約９．５、又は約１０、又は約１０．５、又は約１１である。
【0134】
いくつかの実施形態では、溶液のｐＨは、約３～３．５、又は約３．５～４、又は約４～４．５、又は約４．５～５、又は約５～５．５、又は約５．５～６、又は約６～６．５、又は約６．５～７、又は約７～７．５、又は約７．５～８、又は約８～８．５、又は約８．５～９、又は約９～９．５、又は約９．５～１０、又は約１０～１０．５、又は約１０．５～１１である。
【0135】
一実施形態では、ＰＣＳモノマー／オリゴマー／ポリマーの分子量は、４０００Ｄａの低さから１，０００，０００の高さまでの範囲である。これは、低分子量オリゴマー又は高分子量ポリマーが本開示に従うことを排除するものではない。
【0136】
一実施形態では、ＰＣＳ材料の分子量は、以下にキロダルトンで示す数のいずれか１つ、並びに以下の任意の２つの数によって規定される範囲内にある任意の数（それらの端点を含む）である：
０．２、０．４、０．６、０．８、１、２、３、４、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０、２９０、３００、３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０、３７０、３８０、３９０、４００、４１０、４２０、４３０、４４０、４５０、４６０、４７０、４８０、４９０、５００、５１０、５２０、５３０、５４０、５５０、５６０、５７０、５８０、５９０、６００、６１０、６２０、６３０、６４０、６５０、６６０、６７０、６８０、６９０、７００、７１０、７２０、７３０、７４０、７５０、７６０、７７０、７８０、７９０、８００、８１０、８２０、８３０、８４０、８５０、８６０、８７０、８８０、８９０、９００、９１０、９２０、９３０、９４０、９５０、９６０、９７０、９８０、９９０、及び１０００。
０．２、０．４、０．６、０．８、１、２、３、４、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０、２９０、３００、３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０、３７０、３８０、３９０、４００、４１０、４２０、４３０、４４０、４５０、４６０、４７０、４８０、４９０、５００、５１０、５２０、５３０、５４０、５５０、５６０、５７０、５８０、５９０、６００、６１０、６２０、６３０、６４０、６５０、６６０、６７０、６８０、６９０、７００、７１０、７２０、７３０、７４０、７５０、７６０、７７０、７８０、７９０、８００、８１０、８２０、８３０、８４０、８５０、８６０、８７０、８８０、８９０、９００、９１０、９２０、９３０、９４０、９５０、９６０、９７０、９８０、９９０、及び１０００。
【0137】
明らかに、上記範囲は、カテコールスチレンのモノマー部分、オリゴマー部分、及びポリマー部分を含む。
【0138】
ＶＩ．高性能繊維再通知（reinformed）複合ポリマー構造体
一実施形態では、本開示のＰＣＳなどのカテコール含有サイジング剤でコーティングされたＨＰＦは、ＦＲＣＰポリマー構造及び物品を調製するために使用される。熱硬化性及び熱可塑性ポリマーは、以下に記載されるようなマトリックス材料として使用される。次いで、ＰＣＳなどのカテコール含有材料でコーティングされている炭素繊維を以下のマトリックスに使用して、繊維強化複合材を調製する。
一実施形態では、本開示のＰＣＳなどのカテコール含有サイジング剤でコーティングされたＨＰＦは、ＦＲＣＰポリマー構造及び物品を調製するために使用される。熱硬化性及び熱可塑性ポリマーは、以下に記載されるようなマトリックス材料として使用される。次いで、ＰＣＳなどのカテコール含有材料でコーティングされている炭素繊維を以下のマトリックスに使用して、繊維強化複合材を調製する。
【0139】
【表1】
【0140】
好適なプラスチック材料の例としては、例えば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、及びポリエーテルケトンケトン（polyetherketoneketone、ＰＥＫＫ）を含む、熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマー、樹脂、及び架橋樹脂が挙げられる。熱可塑性ポリマーマトリックス材料は、ポリプロピレン（polypropylene、ＰＰ）、ポリエチレン（polyethylene、ＰＥ）、及びポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などの様々な好適な熱可塑性ポリマーのうちのいずれか１つを含み得る。
【0141】
本開示のＨＰＦから繊維強化複合材を調製するためのマトリックスとして使用することができるマトリックス樹脂のいくつかは、以下の通りである。
【0142】
熱可塑性物質
ポリプロピレン、ポリエチレン（高密度及び低密度）、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリアミド（ナイロン）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、アセタール（ＰＯＭ）、スルホンポリマー（ＰＰＳＵ、ＰＳＵ）、エチレン－酢酸ビニル（ＥＶＡ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、フルオロポリマー（ＰＴＦＥ、ＦＥＰ）、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）。
ポリプロピレン、ポリエチレン（高密度及び低密度）、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリアミド（ナイロン）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、アセタール（ＰＯＭ）、スルホンポリマー（ＰＰＳＵ、ＰＳＵ）、エチレン－酢酸ビニル（ＥＶＡ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、フルオロポリマー（ＰＴＦＥ、ＦＥＰ）、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）。
【0143】
熱硬化性物質
エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、ポリスチレン、シリコーン樹脂、シアネートエステル、メラミン－ホルムアルデヒド樹脂、ポリジシクロペンタジエン（ｐＤＣＰＤ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、メチルメタクリレート－ブタジエン－スチレン（ＭＢＳ）。
エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、ポリスチレン、シリコーン樹脂、シアネートエステル、メラミン－ホルムアルデヒド樹脂、ポリジシクロペンタジエン（ｐＤＣＰＤ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、メチルメタクリレート－ブタジエン－スチレン（ＭＢＳ）。
【0144】
その他
ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）、バイオベースポリマー（ＰＬＡ、ＰＨＢ）、ポリオキシメチレンコポリマー（ＰＯＭ－Ｃ）。
ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）、バイオベースポリマー（ＰＬＡ、ＰＨＢ）、ポリオキシメチレンコポリマー（ＰＯＭ－Ｃ）。
【0145】
ＶＩＩ．繊維強化複合材（ＦＲＣ）からの物品
本開示の一態様では、物品は、上に記載されたＦＲＣから調製される。
本開示の一態様では、物品は、上に記載されたＦＲＣから調製される。
【0146】
個々の炭素繊維のコーティングに加えて、ＰＣＳ型材料は、ＨＰＦ繊維部品のための薄膜プライマーとして使用することができる。一実施形態では、部品は、例えば、ＰＣＳのオリゴマーなどのオリゴマーカテコール含有材料の自己重合容器に浸漬され、重合させられ、炭素繊維表面上にＰＣＳの層を作製する。代替的に、本開示に記載されるような溶液形態のポリマーＰＣＳは、本開示のＨＰＦから形成された部品又は物品を浸漬コーティング又はスプレーコーティングするために使用することができる。別の言い方をすれば、一実施形態では、本開示は、本明細書に記載されるＨＰＦ繊維から部品を調製することと、そのような部品を溶液中の（アセトンなどの溶媒に溶解された）ＰＣＳ型材料でコーティングすることと、に関する。
【0147】
本開示の一実施形態では、繊維強化複合ポリマーは、本明細書に記載される１つ以上のＨＰＦ繊維を使用することから調製され、ＰＣＳ型コーティング材料でコーティングされているか、又はコーティングされておらず、マトリックスは、本明細書に記載される１つ以上のマトリックスポリマー及び樹脂である。物品は、そのような繊維強化複合ポリマーから作製される。
【0148】
一実施形態では、本開示は、本明細書に記載される繊維強化熱可塑性複合材料から作製された基材の少なくとも１つの面にコーティングを適用する（ＰＣＳ型材料を用いるサイジング及び用いないサイジングする）ための方法であって、グラフェン又は亜鉛の粒子で任意選択的に充填されたＰＣＳ型層をプライマーとして基材の面に適用する第１の工程と、次いでコーティングを亜鉛又はグラフェン粒子充填接着性ＰＣＳ型層に適用する第２の工程と、を含む、方法を提供する。
【0149】
ＰＣＳ型層を使用することにより、繊維強化熱可塑性複合材料基材の表面エネルギーが低いにもかかわらず、基材とコーティングとの間に高レベルの接着性がもたらされる。
【0150】
接着性ＰＣＳ型層は、１００ｎｍ～１００μｍの厚さを有し、接着性ＰＣＳ型層は、グラフェンで充填され、０．５重量％～２重量％のグラフェンを含む。
【0151】
本開示はまた、少なくとも１つの面上にコーティングを含む航空機部品などの基材であって、基材が、基材の面とコーティングとの間に介在するプライマーとして亜鉛又はグラフェン粒子充填接着性ＰＣＳ型層を含む、基材を提供する。
【0152】
ある実施形態によれば、パネルは、ＦＲＣ材料から作製される。ある例として、パネルは、例えば、ＰＥＥＫ、ＰＥＫＫ、ＰＡＥＫ、又はＰＰＳ型の熱可塑性樹脂マトリックスに埋め込まれた炭素繊維を含む。
【0153】
このコーティングは、少なくとも１つの塗料又は保護層を含む。ある実施形態によれば、コーティングは、少なくとも１つの防食層、少なくとも１つの塗料層、及び少なくとも１つのワニス層を含む。これらの異なる層は、先行技術で行われるものと同じ方式で適用される。
【0154】
１つの手順によれば、適用方法は、例えば脱脂などの、基材の面上の準備工程の後に、接着性ＰＣＳ型層を適用する工程を含む。この後者の層は、例えば、スプレーコーティング又は浸漬コーティングによって、非水性溶液中で基材の面に適用され得る。
【0155】
ある実施形態によれば、接着性ＰＣＳ型層は、グラフェン粒子で充填されている。接着性ＰＣＳ型層は、０．５重量％～２重量％のグラフェンを含む。一構成では、グラフェン粒子は、小板の形態で存在する。存在するグラフェンのおかげで、接着性ＰＣＳ型層は、導電性及び熱伝導性である。存在するグラフェンはまた、層に防食特性を付与する。
【0156】
ある実施形態によれば、接着性ＰＣＳ型層は、防食特性を付与するために、及びクロム又はカドミウムのいずれも含まない防食バリアを得るために、亜鉛粒子で充填されている。この実施形態では、接着性ＰＣＳ層は、０．５重量％～２重量％の亜鉛を含む。
【0157】
接着性ＰＣＳ型層を使用することにより、熱可塑性複合材料基材の表面エネルギーが低いにもかかわらず、プラズマ処理などの表面処理を必要とせずに、基材とコーティングとの間に高レベルの接着性がもたらされる。
【0158】
接着性ＰＣＳ型層がグラフェンで充填されている場合、これは、金属メッシュなどの別の耐雷層を補助又は置換し得る、耐雷層を形成する。グラフェンを接着性ＰＣＳ型層に添加することは、耐雷層を得るために同量のグラフェンをＰＣＳに添加することよりも効果的であり、これは、接着性ＰＣＳ型層の厚さがコーティングの厚さよりも著しく薄く、より高い濃度のグラフェンを得ることが可能になるからである。
【0159】
ある実施形態によれば、第１のコーティングで被覆された先行技術の複合材料パネルは、パネルと第１のコーティングとの間に介在する金属メッシュを含み、耐雷層を形成する。この種のパネルは、金属メッシュ及び第１のコーティングが存在しなくなった表面上に損傷領域を有し得る。本発明の別の利点によれば、この種のパネルは、損傷領域をグラフェン粒子充填接着性ＰＣＳ型層で被覆し、次いで第２のコーティングで被覆することによって修復することができる。修復後、金属メッシュと接触している接着性ＰＣＳ型層は、耐雷層の連続性を確実にし、第２のコーティングは、第１のコーティングの連続性を確実にする。
【実施例】
【0160】
実験
実施例１：高性能繊維としてのアラミド繊維
上に記載されたように、本開示は、ポリカテコールスチレン（ＰＣＳ）でコーティングされたＨＰＰ（高性能ポリマー）繊維などの高性能繊維（ＨＰＦ）に関する。この実験では、未加工アラミド繊維（aramid fiber、ＡＦ；２５ｇ）をガラス反応器に入れた。反応器に１Ｌのアセトンを添加し、１時間撹拌してアラミド繊維を洗浄した。
実施例１：高性能繊維としてのアラミド繊維
上に記載されたように、本開示は、ポリカテコールスチレン（ＰＣＳ）でコーティングされたＨＰＰ（高性能ポリマー）繊維などの高性能繊維（ＨＰＦ）に関する。この実験では、未加工アラミド繊維（aramid fiber、ＡＦ；２５ｇ）をガラス反応器に入れた。反応器に１Ｌのアセトンを添加し、１時間撹拌してアラミド繊維を洗浄した。
【0161】
繊維の一部分を分離し、乾燥させ、残りを６０ｇのＺｎＣｌ２溶液を含む１Ｌのアセトンに入れ、６時間撹拌して繊維の水素結合を破壊して（この理論に束縛されることを望むものではないが、本発明者らは推測している）、繊維を官能化した。繊維の一部分を分離し、乾燥させ、残りを５ｇのＰＣＳを含む１Ｌのアセトンに入れ、１時間撹拌した。
【0162】
真空濾過を使用して、各溶液から繊維を濾過した。濾過した繊維を１×リン酸緩衝生理食塩水（phosphate buffer saline、ＰＢＳ）及びイソプロピルアルコールですすぎ、いずれの残留物、未結合ＰＣＳ、及び繊維に接着していない破片も除去した。
【0163】
２５℃の真空チャンバで乾燥させた後、ＳＥＭを使用して繊維を分析した。拡大下での目視検査により、繊維が薄膜コーティングを有することが観察された。得られたＳＥＭ画像は、以下の図２Ａ～図２Ｃ、図２Ｄ～図２Ｆ、及び図２Ｇ～図２Ｉである。図２Ａ～図２Ｃは、より低い倍率を描示し、図２Ｄ～図２Ｆは、より高い倍率を描示し、図２Ｇ～図２Ｉは、ＳＥＭに示されるように使用される最高倍率を示す。図２Ａ、図２Ｄ、及び図２Ｇは、洗浄したアラミド繊維を示す。図２Ｂ、図２Ｅ、及び図２Ｈは、ＺｎＣｌ２処理された洗浄したアラミド繊維を描示し、図２Ｃ、図２Ｆ、及び図２Ｉは、その後ＺｎＣｌ２＋ＰＣＳでコーティングされたアラミド繊維を示す。
【0164】
本開示は、薄いポリ（カテコールスチレン）（ＰＣＳ）膜でコーティングされている個々のアラミド繊維に関する。この薄いポリマー膜は、以前は不活性であったアラミド繊維表面を、様々な熱硬化性及び熱可塑性複合材料のマトリックスへの接着性を助けることができるカテコール部分で官能化する。一実施形態では、コーティングの方法は、溶解したＰＣＳを含む有機溶媒中で未加工アラミド繊維を単に撹拌することを含む。溶液中のＰＣＳは、アラミド繊維表面と結合を形成し、堆積した薄膜を残す。このコーティング反応に続いて、繊維を濾過し、イソプロピルアルコール及びＤＩ水ですすぎ、真空チャンバで乾燥させていずれの残留溶媒も除去する。
【0165】
この一工程コーティングプロセスは、多くの他のコーティングプロセスに有利である。イガイから着想を得た材料（具体的にはポリドーパミン）を使用する以前のＡＦコーティングは、自己重合反応が生じることを必要とする。この反応は、管理及び制御が困難であり、容易に拡張可能ではない。ＰＣＳの利点は、それが予備重合されることであり、したがって、コーティングプロセスは、予備形成されたカテコール含有ポリマーをアラミド繊維表面と相互作用させることを単に含む。現在の実験は、ＡＦ：アセトン浴中のＰＣＳの重量比が５：１で室温において実行されている。
【0166】
一実施形態では、本開示は、薄いポリ（カテコールスチレン）（ＰＣＳ）膜でコーティングされている個々の及び複数のＨＰＰ繊維に関する。この薄いポリマー膜は、以前は不活性であった炭素繊維表面を、様々な熱硬化性及び熱可塑性複合材料のマトリックスへの接着性を助けることができるカテコール部分で官能化する。コーティングの方法は、溶解したＰＣＳを含む有機溶媒中で未加工炭素繊維を撹拌することを含む。溶液中からのＰＣＳは、炭素繊維表面と結合を形成し、堆積した薄膜を残す。このコーティング反応に続いて、繊維を濾過し、イソプロピルアルコール及びＤＩ水ですすぎ、好ましくは真空チャンバで乾燥させて、いずれの残留溶媒も除去する。
【0167】
この一工程コーティングプロセスは、多くの他のコーティングプロセスに有利である。ＰＣＳの利点は、それが予備重合されることであり、したがって、コーティングプロセスの一実施形態では、予備形成されたカテコール含有ポリマーが炭素繊維表面と相互作用する。
【0168】
現在の実験は、ＨＰＰ繊維：アセトン浴中のＰＣＳの重量比が５：１で、室温において実行されている。温度、不活性雰囲気、酸化剤の添加、様々な材料比などのコーティングプロセス変数を調整して、繊維のより最適化されたコーティングを提供することができる。
【0169】
これらのコーティングされた繊維を複合マトリックスに組み込んで、繊維強化材料を作製する。
【0170】
コーティングプロセス
・第１の工程では、２５ｇの未加工チョップドアラミド繊維を４リットルの反応フラスコに添加した。
・１リットルのアセトンを反応フラスコに添加した。
・ＡＦ及びアセトンを、密封した反応フラスコにおいて、室温で１時間撹拌した。
・繊維の一部分を分離し、乾燥させ、残りを１リットルのアセトン及び６０ｇのＺｎＣｌ２の反応フラスコに入れた。
・ＡＦを、密封した反応フラスコにおいて、６％のＺｎＣｌ２浴中、室温で６時間撹拌した。
・繊維の一部分を分離し、乾燥させ、残りを１リットルのアセトン及び５グラムのＰＣＳの反応フラスコに入れた。ＰＣＳは、有機溶媒に溶解した。
・ＡＦを、密封した反応フラスコにおいて、０．５％のＰＣＳ浴中、室温で１時間撹拌した。
・繊維を液体培地から濾過し、１×リン酸緩衝生理食塩水、続いてイソプロパノールですすぎ、いずれの遊離ＰＣＳ及び他の破片も除去した。
・繊維をＳＥＭ下で分析し、画像２Ａ～２Ｉを撮影した。
・第１の工程では、２５ｇの未加工チョップドアラミド繊維を４リットルの反応フラスコに添加した。
・１リットルのアセトンを反応フラスコに添加した。
・ＡＦ及びアセトンを、密封した反応フラスコにおいて、室温で１時間撹拌した。
・繊維の一部分を分離し、乾燥させ、残りを１リットルのアセトン及び６０ｇのＺｎＣｌ２の反応フラスコに入れた。
・ＡＦを、密封した反応フラスコにおいて、６％のＺｎＣｌ２浴中、室温で６時間撹拌した。
・繊維の一部分を分離し、乾燥させ、残りを１リットルのアセトン及び５グラムのＰＣＳの反応フラスコに入れた。ＰＣＳは、有機溶媒に溶解した。
・ＡＦを、密封した反応フラスコにおいて、０．５％のＰＣＳ浴中、室温で１時間撹拌した。
・繊維を液体培地から濾過し、１×リン酸緩衝生理食塩水、続いてイソプロパノールですすぎ、いずれの遊離ＰＣＳ及び他の破片も除去した。
・繊維をＳＥＭ下で分析し、画像２Ａ～２Ｉを撮影した。
【0171】
図２では、コーティング処理されていないアラミド繊維（２Ａ、２Ｄ、２Ｇ）、６％のＺｎＣｌ２浴による繊維（２Ｂ、２Ｅ、２Ｈ）；並びにＺｎＣｌ２浴及びＰＣＳコーティングで処理された繊維（２Ｃ、２Ｆ、２Ｉ）のＳＥＭ顕微鏡写真が示される。（２Ａ、２Ｄ、２Ｇ）アラミド繊維は、１時間のアセトン浴で洗浄したものである。（２Ｂ、２Ｅ、２Ｈ）は、６％のＺｎＣｌ２浴中で６時間撹拌した、洗浄したアラミド繊維の一部分である。（２Ｃ、２Ｆ、２Ｉ）アラミド繊維は、０．５％のＰＣＳ浴中で１時間撹拌した、ＺｎＣｌ２処理した繊維の一部分である。次いで、ＰＣＳでコーティングされた繊維を１×リン酸緩衝生理食塩水、次いでイソプロパノールで洗浄して、いずれの未結合ＰＣＳも繊維から除去した。（Ｉ）ＰＣＳは、個々のアラミド繊維に接着し、個々のアラミド繊維をコーティングしていることがわかる。ＺｎＣｌ２浴は、アラミド繊維自体の間に形成された水素結合を破壊するために必要であり、したがって、繊維の表面改質能力を改善し、その部位が新しい水素結合を形成することを可能にする。アラミド繊維上の広範なコーティングは、アラミド繊維とＰＣＳの官能性カテコール基との間に作製された水素結合の結果である可能性が最も高い。パネル２Ｄ、２Ｇは、５０倍でのパネル２Ａのそれぞれ２５０倍及び２Ｋ倍での拡大図である。パネル２Ｅ、２Ｈは、６０倍でのパネル２Ｂの、それぞれ２５０倍及び２Ｋ倍での拡大図である。パネル２Ｆ、２Ｉは、６０倍でのパネル２Ｃの、それぞれ２５０倍及び２Ｋ倍での拡大図である。パネル２Ａ、２Ｂ、２Ｃのスケールバーは、２００ミクロンであり、パネル２Ｄ、２Ｅ、２Ｆは、１００ミクロンであり、パネル２Ｇ、２Ｈ、２Ｉは、１０ミクロンである。
【0172】
溶解したＰＣＳを未加工アラミド繊維とともに有機溶媒中で単に撹拌することによってポリマーコーティングが得られたことは驚くべきことであった。材料間の反応を刺激するために熱又は他の反応物が必要とされなかったという事実は、ＰＣＳがアラミド繊維表面に対して有する強い親和性を示すようである。
【0173】
ＨＰＰ繊維は、チョップドストランドとすることができ、ポリアラミド、ポリエステル、及びＵＨＭＷＰＥのポリマー型のいずれでもあり得る。ＨＰＰ繊維チョップドストランドの長さは重要ではないが、一実施形態では、５ミクロン～５０ｍｍである。ＨＰＰ繊維チョップドストランドを構成するフィラメントの直径及び数も重要ではないが、一実施形態では、直径は、通常５００ｎｍ～５０ミクロンである。フィラメントの数は、通常１００～１００，０００本である。ＨＰＰ繊維チョップドストランドには、予めサイジング剤が適用され得る。
【0174】
実施例２：高性能繊維としての炭素繊維
先に記載されたように、本開示は、ポリカテコールスチレン（ＰＣＳ）でコーティングされた炭素繊維（ＣＦ）に関する。この実験では、未加工炭素繊維（２５ｇ）をガラス反応容器に入れた。反応器に、１Ｌのアセトン及び４ｇのポリ（カテコールスチレン）を添加した。オーバーヘッドスターラを使用して、混合物を室温で２４時間撹拌した。真空濾過を使用して、溶液から繊維を濾過した。濾過した繊維をイソプロピルアルコール及び脱イオン水ですすぎ、繊維に接着していないいずれの残留物及び破片も除去した。
先に記載されたように、本開示は、ポリカテコールスチレン（ＰＣＳ）でコーティングされた炭素繊維（ＣＦ）に関する。この実験では、未加工炭素繊維（２５ｇ）をガラス反応容器に入れた。反応器に、１Ｌのアセトン及び４ｇのポリ（カテコールスチレン）を添加した。オーバーヘッドスターラを使用して、混合物を室温で２４時間撹拌した。真空濾過を使用して、溶液から繊維を濾過した。濾過した繊維をイソプロピルアルコール及び脱イオン水ですすぎ、繊維に接着していないいずれの残留物及び破片も除去した。
【0175】
２５℃の真空チャンバで乾燥させた後、ＳＥＭを使用して繊維を分析した。拡大下での目視検査により、繊維が炭素繊維上に薄膜コーティングを有することが観察された。得られたＳＥＭ画像を図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃに提供し、これらは、それぞれ、７Ｋ倍、２倍、及び７００倍の倍率に対応する。図４は、未処理のＴｅｉｊｉｎ Ｔｅｎａｘチョップド繊維及びＰＣＳコーティングされたチョップド繊維の両方のＳＥＭ画像を示す。
【0176】
コーティングプロセス
現在の実験は、ＣＦ：アセトン浴中のＰＣＳの重量比が５：１で室温において実行された。温度、不活性雰囲気、酸化剤の添加、様々な材料比などのコーティングプロセス変数を調整して、繊維のより最適化されたコーティングを提供することができる。これらのコーティングされた繊維を複合マトリックスに組み込んで、繊維強化材料を作製する。
現在の実験は、ＣＦ：アセトン浴中のＰＣＳの重量比が５：１で室温において実行された。温度、不活性雰囲気、酸化剤の添加、様々な材料比などのコーティングプロセス変数を調整して、繊維のより最適化されたコーティングを提供することができる。これらのコーティングされた繊維を複合マトリックスに組み込んで、繊維強化材料を作製する。
【0177】
コーティングプロセスを、以下の工程において記載する。
・第１の工程では、２５グラムの未加工チョップド炭素繊維を４リットルの反応フラスコに添加した。
・次いで、１リットルのアセトンを反応フラスコに添加した。
・次の工程では、５グラムのＰＣＳをアセトン／炭素繊維混合物に添加した。ＰＣＳは、有機溶媒に溶解した。
・反応フラスコの合わせた内容物を、密封した反応フラスコにおいて、室温で２４時間撹拌した。
・繊維を液体媒体から濾過し、イソプロパノール、続いて脱イオン水ですすぎ、いずれの遊離ＰＣＳ及び他の破片も除去した。
・繊維をＳＥＭ下で分析し、図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃに示す画像を撮影した。
・第１の工程では、２５グラムの未加工チョップド炭素繊維を４リットルの反応フラスコに添加した。
・次いで、１リットルのアセトンを反応フラスコに添加した。
・次の工程では、５グラムのＰＣＳをアセトン／炭素繊維混合物に添加した。ＰＣＳは、有機溶媒に溶解した。
・反応フラスコの合わせた内容物を、密封した反応フラスコにおいて、室温で２４時間撹拌した。
・繊維を液体媒体から濾過し、イソプロパノール、続いて脱イオン水ですすぎ、いずれの遊離ＰＣＳ及び他の破片も除去した。
・繊維をＳＥＭ下で分析し、図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃに示す画像を撮影した。
【0178】
溶解したＰＣＳを未加工炭素繊維とともに有機溶媒中で単に撹拌することによってポリマーコーティングが得られたことは驚くべきことであった。材料間の反応を刺激するために熱又は他の反応物が必要とされなかったという事実は、ＰＣＳが炭素繊維表面に対して有する強い親和性を示すようである。
【0179】
実施例３：高性能繊維としての炭素繊維
この実験の目的は、ポリ（カテコールスチレン）（ＰＣＳ）でコーティングされた炭素繊維の有効性／性能を試験することである。炭素繊維上のＰＣＳの非常に薄いコーティング（又はサイジング）は、強化プラスチック複合材において使用される繊維と樹脂との間の界面接着を増強し、界面せん断強度（interfacial sheer strength、ＩＦＳＳ）を増加させる。これは、熱硬化性及び熱可塑性樹脂系の両方の場合である。更に、繊維／樹脂界面接着の改善は、得られた複合材料の改善された材料特性、例えば、増加した曲げ強度／弾性率、及び増加した圧縮強度／弾性率をもたらす。
この実験の目的は、ポリ（カテコールスチレン）（ＰＣＳ）でコーティングされた炭素繊維の有効性／性能を試験することである。炭素繊維上のＰＣＳの非常に薄いコーティング（又はサイジング）は、強化プラスチック複合材において使用される繊維と樹脂との間の界面接着を増強し、界面せん断強度（interfacial sheer strength、ＩＦＳＳ）を増加させる。これは、熱硬化性及び熱可塑性樹脂系の両方の場合である。更に、繊維／樹脂界面接着の改善は、得られた複合材料の改善された材料特性、例えば、増加した曲げ強度／弾性率、及び増加した圧縮強度／弾性率をもたらす。
【0180】
【表2】
【0181】
次いで、ＰＣＳなどのカテコール含有材料でコーティングされている炭素繊維を以下のマトリックスに使用して、繊維強化複合材を調製する。
【0182】
【表3】
【0183】
Ｅｃｏｄｙｓｔシステムを炭素繊維の大規模バッチコーティングに使用した。コーティングされる第１の繊維は、Ｒ＆Ｍからの再生チョップド炭素繊維であった。約１８リットルのアセトンを９０ｇのＰＣＳとともにＥｃｏｄｙｓｔに添加し、このコーティングのために、１５０，０００ｇ／ｍｏｌのＭｗを有するＰＣＳ３２を使用した。ＰＣＳをアセトンに完全に溶解させてから、２５０ｇの炭素繊維を添加した。次いで、炭素繊維を１時間撹拌し、その後、ＰＣＳ溶液を排出し、今後のバッチのために収集した。次いで、炭素繊維を大きいクッキーシート上に広げ、ヒュームフード下に一晩置いて乾燥させ、いずれの過剰なアセトンも除去した。このプロセスを、２ｋｇの炭素繊維がコーティングされるまで繰り返し、１ｋｇの炭素繊維がコーティングされた後にＰＣＳ溶液を完全に交換した。
【0184】
図４では、ＰＣＳでコーティングされた炭素繊維が示されている。コーティング処理なし（図４Ａ、図４Ｃ、図４Ｅ）又はＰＣＳコーティングあり（図４Ｂ、図４Ｄ、図４Ｆ）の炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真。図４Ａ、図４Ｃ、及び図４Ｅでは、炭素繊維は、１時間のアセトン浴で洗浄されている。図４Ｂ、図４Ｄ、及び図４Ｆは、０．５％のＰＣＳ浴中で１時間撹拌した、洗浄した炭素繊維の一部分を示す。次いで、ＰＣＳでコーティングされた繊維を１×リン酸緩衝生理食塩水、次いでイソプロパノールで洗浄して、いずれの未結合ＰＣＳも繊維から除去した。図４Ｆでは、ＰＣＳが、個々の炭素繊維に接着し、個々の炭素繊維をコーティングしていることがわかる。図４Ｃ及び図４Ｅは、５０倍での図４Ａのそれぞれ８００倍及び２Ｋ倍での拡大図である。図４Ｄ及び図４Ｆは、６０倍での図４Ｂのそれぞれ８００倍及び２Ｋ倍での拡大図である。図４Ａ及び図４Ｂのスケールバーは、２００ミクロンであり、図４Ｃ、図４Ｄは、２０ミクロンであり、図４Ｅ、図４Ｆは、１０ミクロンである。
【0185】
実施例４：高性能繊維としての再生炭素繊維
再生炭素繊維は、ＰＣＳでコーティングされている。再生炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を図５に提供する。（図５Ａ、図５Ｃ）は、アセトンで洗浄されている再生炭素繊維であり、おそらくエポキシであり得る残留コーティングが、繊維上に残っているようであった。図５Ｂ及び図５Ｄは、ポリ（カテコールスチレン）（ＰＣＳ）コーティングで処理されている再生炭素繊維を示す。ＰＣＳでコーティングされた繊維は、再生炭素繊維上の残留コーティングよりも厚くかつより顕著なコーティングを有するようであった。繊維をアセトン浴中で洗浄し、０．５％のＰＣＳ溶液中で１時間撹拌し、次いでイソプロピルアルコール浴ですすいで、いずれの未結合ＰＣＳも除去した。図５Ｃ及び図５Ｄは、それぞれ、２５０倍での図５Ａ及び図５Ｂの３Ｋ倍の拡大図である。図５Ａ及び図５Ｂのスケールバーは、２００ミクロンであり、図５Ｃ及び図５Ｄは、１０ミクロンである。
再生炭素繊維は、ＰＣＳでコーティングされている。再生炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を図５に提供する。（図５Ａ、図５Ｃ）は、アセトンで洗浄されている再生炭素繊維であり、おそらくエポキシであり得る残留コーティングが、繊維上に残っているようであった。図５Ｂ及び図５Ｄは、ポリ（カテコールスチレン）（ＰＣＳ）コーティングで処理されている再生炭素繊維を示す。ＰＣＳでコーティングされた繊維は、再生炭素繊維上の残留コーティングよりも厚くかつより顕著なコーティングを有するようであった。繊維をアセトン浴中で洗浄し、０．５％のＰＣＳ溶液中で１時間撹拌し、次いでイソプロピルアルコール浴ですすいで、いずれの未結合ＰＣＳも除去した。図５Ｃ及び図５Ｄは、それぞれ、２５０倍での図５Ａ及び図５Ｂの３Ｋ倍の拡大図である。図５Ａ及び図５Ｂのスケールバーは、２００ミクロンであり、図５Ｃ及び図５Ｄは、１０ミクロンである。
【0186】
更に、コーティング浴中のＰＣＳの濃度を変動させることによって、繊維コーティング厚さを調整することができることが示されている。しかしながら、ＩＦＳＳの改善及び複合材性能の改善のための最適なコーティング厚さは、まだ判定されていない。図２は、コーティング浴中のＰＣＳの濃度を変化させる際の影響を例解する。
【0187】
実施例５：ＰＣＳコーティング厚さは、ポリマー濃度で制御可能である。
ポリ（カテコールスチレン）（ＰＣＳ）コーティングされた再生炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を図６Ａ～図６Ｄに示す。図６Ａ及び図６Ｃでは、０．５％のＰＣＳ溶液を使用して繊維をコーティングし、これは、繊維の良好な被覆率を提供した。図５Ｂ及び図５Ｄでは、３％のＰＣＳ溶液を使用して繊維をコーティングし、これは、厚いＰＣＳコーティングにおいて繊維を重度にコーティングした。これらのデータは、ＰＣＳコーティング厚さがポリマー溶液の濃度に基づいて制御可能であることを示している。繊維をアセトン浴中で洗浄し、０．５％又は３％のいずれかのＰＣＳ溶液中で１時間撹拌し、次いでイソプロピルアルコール浴ですすいで、いずれの未結合ＰＣＳも除去した。図６Ｃ及び図６Ｄは、それぞれ、２５０倍での図６Ａ及び図６Ｂの３Ｋ倍の拡大図である。図６Ａ及び図６Ｂのスケールバーｕｎｂｏｕｎｄは２００ミクロンであり、図６Ｃ及び図６Ｄはｕｎｂｏｕｎｄ１０ミクロンである。
ポリ（カテコールスチレン）（ＰＣＳ）コーティングされた再生炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を図６Ａ～図６Ｄに示す。図６Ａ及び図６Ｃでは、０．５％のＰＣＳ溶液を使用して繊維をコーティングし、これは、繊維の良好な被覆率を提供した。図５Ｂ及び図５Ｄでは、３％のＰＣＳ溶液を使用して繊維をコーティングし、これは、厚いＰＣＳコーティングにおいて繊維を重度にコーティングした。これらのデータは、ＰＣＳコーティング厚さがポリマー溶液の濃度に基づいて制御可能であることを示している。繊維をアセトン浴中で洗浄し、０．５％又は３％のいずれかのＰＣＳ溶液中で１時間撹拌し、次いでイソプロピルアルコール浴ですすいで、いずれの未結合ＰＣＳも除去した。図６Ｃ及び図６Ｄは、それぞれ、２５０倍での図６Ａ及び図６Ｂの３Ｋ倍の拡大図である。図６Ａ及び図６Ｂのスケールバーｕｎｂｏｕｎｄは２００ミクロンであり、図６Ｃ及び図６Ｄはｕｎｂｏｕｎｄ１０ミクロンである。
【0188】
本明細書で使用した繊維は、相当量（５～１４％）の残留樹脂（エポキシであると考えられる）を含有する再生炭素繊維であった。それにもかかわらず、ＰＣＳコーティング厚さは、コーティング浴中のポリマーの濃度によって変化することが明らかである。ＰＣＳ濃度数（０．５％及び３％）は、アセトン浴中のＰＣＳの重量％であり、炭素繊維に添加されたコーティングの得られた重量％ではないことに留意することも重要である。
【0189】
実施例６：炭素繊維強化複合材のためのサイジング剤としてのポリ（カテコールスチレン）
この実施例において、ＰＣＳは、複合材料特性の性能に対する炭素繊維サイジング剤として使用される。ＰＣＳサイジング剤の性能は、樹脂系によって異なる。エポキシ樹脂系をこの試験に使用する。浸漬コーティングを使用して、炭素繊維のトウ及び布地をＰＣＳでコーティングする。炭素繊維材料に対するＰＣＳサイジング厚さ及びその重量濃度（浸漬浴濃度を変動させながら）を定量化する。積層体は、ＰＣＳサイズのトウ及び／又は布地から構成される。複合材料特性に対するＰＣＳサイジングの影響を、引張強度／弾性率、曲げ強度／弾性率、及び圧縮強度／弾性率について評価する。ＰＣＳサイジング剤で構成された複合材料の性能を、受け取ったままの布地（サイジング剤が提供されている）及び脱サイジングされた布地の両方を使用して構成された複合材と比較する。これは、複合材特性に対するＰＣＳサイジングの影響の明確な評価を可能にする。浸漬コーティングは、ＰＣＳサイジングされた炭素繊維布地及びトウを調製するために使用される。ＰＣＳは水溶性ではないため、コーティングプロセスに好適な溶媒が選択される。例えば、アセトンが、コーティング適用に使用される。浸漬コーティングプロセスは、コーティング浴中のＰＣＳ濃度及びコーティング溶液中の繊維の滞留時間によって制御される、ＰＣＳサイジング添加を制御するように最適化される。
この実施例において、ＰＣＳは、複合材料特性の性能に対する炭素繊維サイジング剤として使用される。ＰＣＳサイジング剤の性能は、樹脂系によって異なる。エポキシ樹脂系をこの試験に使用する。浸漬コーティングを使用して、炭素繊維のトウ及び布地をＰＣＳでコーティングする。炭素繊維材料に対するＰＣＳサイジング厚さ及びその重量濃度（浸漬浴濃度を変動させながら）を定量化する。積層体は、ＰＣＳサイズのトウ及び／又は布地から構成される。複合材料特性に対するＰＣＳサイジングの影響を、引張強度／弾性率、曲げ強度／弾性率、及び圧縮強度／弾性率について評価する。ＰＣＳサイジング剤で構成された複合材料の性能を、受け取ったままの布地（サイジング剤が提供されている）及び脱サイジングされた布地の両方を使用して構成された複合材と比較する。これは、複合材特性に対するＰＣＳサイジングの影響の明確な評価を可能にする。浸漬コーティングは、ＰＣＳサイジングされた炭素繊維布地及びトウを調製するために使用される。ＰＣＳは水溶性ではないため、コーティングプロセスに好適な溶媒が選択される。例えば、アセトンが、コーティング適用に使用される。浸漬コーティングプロセスは、コーティング浴中のＰＣＳ濃度及びコーティング溶液中の繊維の滞留時間によって制御される、ＰＣＳサイジング添加を制御するように最適化される。
【0190】
ＰＣＳサイジング添加の３つの異なる「レベル」（例えば、繊維材料へのＰＣＳの０．５％、１％、及び１．５％質量添加）が選択される。様々なサイジングされた炭素繊維布地を使用して、材料特性試験の目的のために多層積層体を製作する。積層体はまた、受け入れたままの布地（標準サイジングを有する）及び実験対照の目的のためのサイジングされていない布地を使用して製作される。全ての複合材試料にわたって適切なエポキシ樹脂が使用される。製作後、パネルを切断して試験用の試験試料を生産する。
【0191】
試験試料について、以下の材料特性を評価する。
・引張強度及び弾性率
・曲げ強度及び弾性率
・圧縮強度及び弾性率
・引張強度及び弾性率
・曲げ強度及び弾性率
・圧縮強度及び弾性率
【0192】
ＰＣＳサイジングされた試料からの材料特性データを対照試料と比較して、全体的な材料特性に対する影響を評価する。
【0193】
増加した積層体結合強度を試験するために、エポキシ２５０°Ｆ硬化接着剤で結合された複合積層体に対して重ねせん断試験を行う。試験は、表面調製物を含まないベースラインである試料及び表面調製物を含む試料について行われる。試料はまた、調製物を用いずに及び調製物を用いて、表面上にブラシ塗布された１％の添加剤で調製される。１つの試験では、ゴムシート材料を、高温及び室温で様々な接着剤によりビスマレイミド積層体表面上に接着する。剥離強度を測定する。１つの評価では、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）積層体の塗料接着試験を実行する。
【0194】
ポリカテコールスチレンの２つの試料を炭素繊維のサイジングに使用する。第１の試料は、２４０Ｋダルトンの分子量を有し、第２の試料は、１１０Ｋダルトンの分子量を有する。使用する炭素繊維を、０°／９０°の二軸配向でレイアップする。サイジングされた繊維及びサイジングされていない繊維を予備形成する。ＰＣＳの浸漬コーティング溶液は、０．５重量％、１．０重量％、１．５重量％、及び２重量％濃度で、アセトン中で作製される。サイジングされた繊維及びサイジングされていない繊維から複合パネルを作製する。２層構成のＣｈｏｍａｒａｔ（登録商標）炭素繊維（０／９０）（Ｃｈｏｍａｒａｔ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ、ＳＣ）を使用する。炭素繊維（図７Ａ）を、溶液（図７Ｂ及び図７Ｃ）、例えば、９９．５ｇのアセトン中の０．５ｇのポリマーに５分間、１５分間、及び３０分間浸漬する。試料を２４時間空気乾燥する（図７Ｄ）。
【0195】
ＭＰピークは、３０分の浸漬コーティング処理後に見られる。ＯＨ伸縮は、波数３３００～３４００ｃｍ－１付近で検出されない。以下の表３及び図７－１を参照されたい。
【0196】
【表4】
【0197】
図７Ｅ、図７Ｆ、及び図７Ｇは、３つの異なる倍率で２つの層である受け取ったままのＣｈｏｍａｒａｔ（登録商標）炭素繊維（０／９０）を示す。これらの繊維は処理されておらず、バーンオフの前に、いくらかのサイジングがＳＥＭに見られる。受け取ったままの炭素繊維中に既に存在するサイジング剤を除去するために、それらを炉において４００℃で１時間燃焼させる。図７Ｈは、バーンオフ前の炭素繊維を示し、図７Ｉ及び図７Ｊは、バーンオフ後の炭素繊維である。図７Ｋ、図７Ｌ、及び図７Ｍは、炉のバーンオフ後の炭素繊維のＳＥＭ顕微鏡写真である。見ることができるように、ここで、炭素繊維は、サイジングされていない。
【0198】
ＦＴＩＲは、ＴｈｅｒｍｏＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｎｉｃｏｌｅｔ ｉＳ５０ ＦＴ－ＩＲ分光計（中ＩＲ領域（５０００～４００ｃｍ－１）における吸収スペクトルを測定する）を使用して、炭素繊維、２４０Ｋポリマー試料、及びサイジングとして２４０Ｋポリマーがコーティングされた炭素繊維に対して実行される。赤外スペクトル領域は、４０００～４００ｃｍ－１であり、走査数は、６４であった。
【0199】
図８は、受け取ったままの炭素繊維及びバーンオフした炭素繊維のＦＴＩＲ走査を示す。受け取ったままの炭素繊維及びサイジングされていない炭素繊維の両方を、アセトン中の２４０Ｋ ＰＣＳ溶液で浸漬コーティングする。
【0200】
【0201】
【0202】
図１１は、５分、１５分、及び３０分の浸漬コーティングによりアセトン溶媒中の１％のＰＣＳでコーティングされた、受け取ったままの炭素繊維のＦＴＩＲ走査を示す。使用したＰＣＳは、２４０Ｋダルトン分子量材料である。
【0203】
【0204】
【0205】
【0206】
図１５は、５分、１５分、及び３０分の浸漬コーティングによりアセトン溶媒中の１．５％のＰＣＳでコーティングされた、受け取ったままの炭素繊維のＦＴＩＲ走査を示す。使用したＰＣＳは、２４０Ｋダルトン分子量材料である。
【0207】
【0208】
【0209】
【0210】
図１９は、５分、１５分、及び３０分の浸漬コーティングによりアセトン溶媒中の２．０％のＰＣＳでコーティングされた、受け取ったままの炭素繊維のＦＴＩＲ走査を示す。使用したＰＣＳは、２４０Ｋダルトン分子量材料である。
【0211】
【0212】
図２１は、浸漬コーティングを介してＰＣＳでサイジングされており、次いでＰＥＥＫマトリックスを有する積層体を作製するために使用される炭素繊維を示す。
【0213】
アセトン中の２４０ＫダルトンのＰＣＳを使用した１．５重量％及び２重量％の浸漬コーティングについて、ＣＦ（受け取ったままの）上で明確なピーク及びサイジングが観察されたことがわかった。
【0214】
同様に、サイジングされていない炭素繊維（バーンオフされている受け取ったままの状態）も、アセトン中の０．５、１．０、１．５、及び２．０％のＰＣＳ溶液でコーティングする。両方の分子量のＰＣＳを使用して浸漬コーティング溶液を形成する。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図2G】
【図2H】
【図2I】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図4F】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図7E】
【図7F】
【図7G】
【図7H】
【図7I】
【図7J】
【図7K】
【図7L】
【図7M】
【図7-1】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
【図17A】
【図17B】
【図17C】
【図18A】
【図18B】
【図18C】
【図19】
【図20A】
【図20B】
【図21】
【国際調査報告】