JP2015071757A - グラフェンフルオロポリマー分散物を製造する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】グラフェン粒子、フルオロシランカップリング剤および第1の溶媒を混合し、グラフェン粒子を約0.1〜約0.8重量%含む第1の分散物を製造し、第1の溶媒を除去することによって第1の分散物を濃縮して、グラフェン粒子を約2.0〜約10.0重量%含む濃縮した分散物を製造し、次いで、濃縮した分散物と、第2の溶媒、界面活性剤及びフルオロポリマー粒子を含む固形物含有量が約30〜約50重量%のフルオロポリマー粒子分散物とを混合し、第2の分散物を作製し、第3の溶媒中のポリマーバインダーを第2の分散物と混合し、作製するコーティング分散物。
【選択図】なし
Description
本出願は、「グラフェンおよびフルオロポリマーコンポジット(Graphene and Fluoropolymer Composite)」という名称の同一出願人による同時係属中の出願番号14/044446(書類番号20121649−US−NP)に関する。
任意の適切な種類のグラフェン粒子を本開示の分散物に使用することができる。一実施形態では、グラフェン粒子としては、グラフェン、グラフェン平板およびこれらの混合物を挙げることができる。グラフェン粒子は、粒径が約5nm〜約100nm、またはいくつかの実施形態では、約6nm〜約90nm、または約6nm〜約70nmである。グラフェン平板は、グラフェンシートの短い積み重ねを含む固有のナノ粒子である。グラフェン平板は、平均厚みが、例えば、約6nm〜約8nmであってもよい。一実施形態では、グラフェン平板は、単位表面積あたり、比較的大きくてもよく、例えば、約120〜150m2/gであってもよい。このようなグラフェンを含む粒子は、当該技術分野でよく知られている。
上述のように、ナノサイズのグラフェン材料の性質およびフルオロポリマー粒子との一般的な不相溶性に起因して、フルオロポリマー粒子(例えば、PFA)に十分に分散したグラフェン粒子を含む均一なコンポジット材料を製造することは課題がある。音波処理によって、十分に分散した分散物を作製するためのグラフェン粒子(図1、100)を、その後、フルオロポリマー/グラフェン分散物をコーティングするために処理する。
本発明の実施形態で有用な適切な有機溶媒の例としては、ケトン、例えば、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンおよびN−メチル−2−ピロリドン;アミド、例えば、ジメチルホルムアミド;スルホキシド、例えば、ジメチルスルホキシド;アルコール、エーテル、エステル、炭化水素、塩素化炭化水素および上述のいずれかの混合物が挙げられる。当業者は、グラフェン粒子およびフルオロポリマー粒子を分散させるのに適切な溶媒を決定することができるだろう。
フルオロシラン処理したグラフェン粒子分散物を、フルオロポリマー粒子を含む第2の分散物と混合する。任意の適切な方法によってフルオロポリマー粒子分散物を作成することができる。一実施形態では、フルオロポリマー粒子と第2の溶媒を合わせることによって、フルオロポリマー粒子分散物を作成する。第2の溶媒は、フルオロポリマー粒子の分散物を作製するための任意の適切な溶媒、例えば、上に列挙した任意の溶媒を含み、グラフェン粒子分散物で使用する溶媒と同じであってもよく、または異なっていてもよい。
コーティング分散物は、ポリマーバインダー溶液を含む。コーティング特性に悪い影響を与えない任意の適切なポリマーバインダー粒子を使用してもよい。適切なポリマーバインダー粒子の例としては、ポリ(アルキレンカーボネート)、例えば、ポリ(プロピレンカーボネート)、ポリ(エチレンカーボネート)、ポリ(ブチレンカーボネート)、ポリ(シクロヘキセンカーボネート);ポリ(アクリル酸)、アクリル系コポリマー、メタクリル系コポリマー、ポリ(メタクリル酸)およびこれらの混合物が挙げられる。列挙したそれぞれのポリマーバインダー粒子の例は、当該技術分野でよく知られている。ポリマーバインダー粒子は、任意の適切な量で、例えば、コーティング分散物中のフルオロポリマーの合計重量を基準として約1重量%〜約10重量%の量で存在していてもよい。
コーティング分散物は、分散剤の合計重量を基準とした固形物含有量の百分率が約20重量%〜約80重量%である。一実施形態では、コーティング分散物中の固形物含有量は、約25重量%〜約70重量%または約25重量%〜約60重量%である。
Claims (10)
- コーティング分散物を製造する方法であって、
グラフェン粒子、フルオロシランカップリング剤および第1の溶媒を混合し、グラフェン粒子を約0.1〜約0.8重量%含む第1の分散物を製造することと;
第1の溶媒を除去することによって第1の分散物を濃縮し、グラフェン粒子を約2.0〜約10.0重量%含む濃縮した分散物を製造することと;
濃縮した分散物と、第2の溶媒、界面活性剤およびフルオロポリマー粒子を含み、固形物含有量が約30重量%〜約50重量%のフルオロポリマー粒子分散物とを混合し、第2の分散物を作製することと;
第3の溶媒中のポリマーバインダーを第2の分散物に加え、粘度が約10センチポイズ〜約200センチポイズのコーティング分散物を作製することとを含む、コーティング分散物を製造する方法。 - 第1の溶媒が、ケトン、アミド、スルホキシド、アルコール、エーテル、エステル、炭化水素および塩素化炭化水素からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 第2の溶媒が、ケトン、アミド、スルホキシド、アルコール、エーテル、エステル、炭化水素および塩素化炭化水素からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 第3の溶媒が、ケトン、アミド、スルホキシド、アルコール、エーテル、エステル、炭化水素および塩素化炭化水素からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 界面活性剤が、ポリ(フルオロアクリレート)−グラフト−ポリ(メタクリル酸メチル)、側鎖グリコール基を含むフッ素化アクリレートコポリマー、側鎖ペルフルオロアルキルスルホネート基を含むフッ素化アクリレートコポリマーおよび側鎖トリフルオロエトキシ基を含むポリエーテルコポリマーからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- フルオロシランカップリング剤が、(3,3,3−トリフルオロプロピル)トリクロロシラン、ノナフルオロヘキシルトリクロロシラン、ノナフルオロヘキシルトリメトキシシラン、ペンタフルオロフェニルプロピルトリクロロシラン、(トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラ−ヒドロオクチル)トリクロロシラン)、ペンタフルオロフェニルプロピルトリアルコキシシラン、ペルフルオロアルキルエチルトリエトキシシラン、ペルフルオロドデシル−1H,1H,2H,2H−トリエトキシシランおよび(トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラ−ヒドロオクチル)トリアルコキシシランからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- ポリマーバインダーが、ポリ(アルキレンカーボネート)、ポリ(アクリル酸)、アクリル系コポリマー、メタクリル系コポリマーおよびポリ(メタクリル酸)からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 表面層を製造する方法であって、
グラフェン粒子、フルオロシランカップリング剤および第1の溶媒を混合し、グラフェン粒子を約0.1〜約0.8重量%含む第1の分散物を製造することと;
第1の溶媒およびフルオロシランカップリング剤を除去することによって第1の分散物を濃縮し、グラフェン粒子を約2.0〜約10.0重量%含む濃縮した分散物を製造することと;
濃縮した分散物と、第2の溶媒、界面活性剤およびPFA粒子を含み、固形物含有量が約30重量%〜約50重量%のPFA分散物とを混合し、第2の分散物を作製することと;
第3の溶媒中のポリマーバインダーを第2の分散物に加え、粘度が約10センチポイズ〜約200センチポイズのコーティング分散物を作製することと;
基材を与えることと;
基材にコーティング分散物をコーティングすることと;
コーティング分散物を硬化させることとを含む、表面層を製造する方法。 - コーティング分散物は、固形物含有量が約25重量%〜約60重量%である、請求項8に記載の方法。
- コーティング分散物を製造する方法であって、
グラフェン粒子、フルオロシランカップリング剤および第1の溶媒を混合し、グラフェン粒子を約0.1〜約0.8重量%含む第1の分散物を製造することと;
第1の溶媒を除去することによって第1の分散物を濃縮し、グラフェン粒子を約2.0〜約10.0重量%含む濃縮した分散物を製造することと;
濃縮した分散物と、第2の溶媒、界面活性剤およびフルオロポリマー粒子を含み、固形物含有量が約30重量%〜約50重量%のフルオロポリマー粒子分散物とを混合し、第2の分散物を作製することと;
第3の溶媒中のポリ(アルキレンカーボネート)を第2の分散物に加え、粘度が約10センチポイズ〜約200センチポイズのコーティング分散物を作製することとを含む、コーティング分散物を製造する方法。
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