JP2018537577A

JP2018537577A - 含水カオリンを含むポリマー複合組成物

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Publication number: JP2018537577A
Application number: JP2018531576A
Authority: JP
Inventors: ダブリュ．デュルフ，デヴィット; ペシェイヴ，チンメイ; ポウラキス，イオアニス
Original assignee: アイメリーズユーエスエー，インコーポレーテッド
Priority date: 2015-12-15
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2018-12-20
Anticipated expiration: 2036-12-14
Also published as: US20180371207A1; CA3006771A1; EP3390538A1; EP3390538A4; JP6924759B2; CN108603025A; WO2017106343A1; BR112018011967A2

Abstract

物品の製造に対するポリマー複合組成物は、含水カオリンと、針状物質と、ナイロン、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリスルフィド、ポリエーテル−ケトン、ポリカーボネート、又はポリオレフィンの少なくとも１つを含み得るポリマーとを含み得る。含水カオリンと、針状物質と、ポリマーとを組み合わせて、ポリマー複合組成物を形成し得る。ポリマー複合組成物を含む物品の曲げ弾性率を維持しながら、針状物質とポリマーとを含むポリマー複合組成物中の針状物質を減少させる方法は、ポリマー複合組成物中の針状物質の少なくとも一部を含水カオリンで置換することを含み得る。
【選択図】図１

Description

［優先権の主張］
本ＰＣＴ国際出願は、２０１５年１２月１５日付けで出願された米国仮出願第６２／２６７，４６９号の優先権の利益を主張し、その主題は、その全体において引用することにより本発明の一部をなす。

［記載分野］
本開示は、ポリマー複合組成物、特に含水カオリンを含むポリマー複合組成物に関する。

多くの熱可塑性製品は、時には「エンジニアリングサーモプラスチック（engineering thermoplastics）」と称されるプラスチック材料から形成される。エンジニアリングサーモプラスチックは、ナイロン、ポリエステル、芳香族ポリアミド、ポリスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリカーボネート、又はポリオレフィン等のポリマーを含み得る。エンジニアリングサーモプラスチックは、望ましい特徴として高剛性、耐溶剤性、バリア性、高反射率表面、耐熱性、高衝撃強度、及び／又は耐クリープ性を含み得る物品を形成するために使用され得る。エンジニアリングサーモプラスチックから形成された物品の強度又は他の望ましい特徴を増強するため、ポリマーにガラスファイバーを組み込んで複合材料を形成することもある。しかしながら、エンジニアリングサーモプラスチックにガラスファイバーを含むことは、幾つかの不利点を有する可能性がある。例えば、ガラスファイバーは、比較的高価であり、加工が難しく、時には完成品の表面品質に悪影響を及ぼす場合がある。

したがって、ガラスファイバーを減少させながら、又は排除しながら、ポリマーにガラスファイバーを添加することの利益の少なくとも幾つかをもたらす、代替の組成物及び方法を提供することが望まれ得る。本明細書に開示される組成物及び方法は、上に記載される可能性のある１以上の不利点だけでなく、他の可能性のある不利点を軽減し得る又は克服し得る。

一態様によれば、物品の製造に対するポリマー複合組成物は、含水カオリンと、針状物質と、ナイロン、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリカーボネート、及びポリオレフィンの少なくとも１つを含み得るポリマーとを含み得る。含水カオリンと、針状物質と、ポリマーとを組み合わせて、ポリマー複合組成物を形成し得る。

別の態様によれば、ポリマー複合組成物を含む物品の曲げ弾性率を維持しながら、針状物質とポリマーとを含むポリマー複合組成物中の針状物質を減少させる方法は、ポリマー複合組成物中の針状物質の少なくとも一部を含水カオリンで置換することを含み得る。

先の全般的な記載及び以下の詳細な記載はいずれも例示及び説明であるにすぎず、特許請求の範囲に記載される本発明を限定するものではないことが理解される。

１５個の例示的なポリマー複合組成物の試料に関する、ヤング率（ＧＰａ）対例示的なカオリンの重量％を示すグラフである。１５個の例示的なポリマー複合組成物の試料に関する、極限引張り強さ（ＵＴＳ）（ＭＰａ）対例示的なカオリンの重量％を示すグラフである。１５個の例示的なポリマー複合組成物の試料に関する、破断点伸び（ｍｍ）対例示的なカオリンの重量％を示すグラフである。１５個の例示的なポリマー複合組成物の試料に関する、曲げ弾性率（ＧＰａ）対例示的なカオリンの重量％を示すグラフである。１５個の例示的なポリマー複合組成物の試料に関する、曲げ強度（ＭＰａ）対例示的なカオリンの重量％を示すグラフである。１５個の例示的なポリマー複合組成物の試料に関する、衝撃強度（ｆｔ−ｌｂ／ｉｎ^２）対例示的なカオリンの重量％を示すグラフである。

幾つかの実施形態によれば、物品の製造に対するポリマー複合組成物は、含水カオリンと、針状物質と、ナイロン、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリカーボネート、及びポリオレフィンの少なくとも１つを含み得るポリマーとを含み得る。含水カオリンと、針状物質と、ポリマーとを組み合わせて、ポリマー複合組成物を形成し得る。幾つかの実施形態によれば、ポリマーはポリアミドを含み得る。

本明細書で使用される「針状」は、細い針のような構造若しくは結晶を含む、又はそれらに由来する微粒子、又は同様の形態を有する微粒子を指す。幾つかの実施形態によれば、針状物質はファイバーを含み得る。例えば、針状物質はチョップドファイバーを含み得る。幾つかの実施形態によれば、針状物質は、例えばチョップドグガラスファイバー等のガラスファイバーを含み得る。他の実施形態によれば、針状物質はウォラストナイトを含み得る。ガラスは、シリカ又はケイ酸塩と、カルシウム、マグネシウム、及びホウ素の１以上の酸化物とを含み得る。

微粒子の形態は、「形状係数」によって特徴づけられ得る。本明細書で使用される「板状（platy）」は、１より大きい形状係数を有する微粒子を指す。対照的に、１以下の形状係数を有する微粒子は、「塊状（blocky）」の形態を有するとされる。

本明細書で使用される「形状係数」は、その主題が引用することによって本明細書の一部をなす、米国特許第５，５７６，６１７号の記載に従って電気伝導法を使用して測定される、変動するサイズ及び形状の粒子の集団に関する、粒子の厚さに対する平均粒径の比率の平均値（重量平均基準）の尺度であり、粒子の完全な解膠懸濁液を得て、懸濁液中の粒子を全般的に第１の方向に配向させ、第１の方向で実質的に粒子懸濁液の伝導率を測定し、第１の方向と交わる方向で同時に又は実質的に同時に粒子懸濁液の伝導率を測定することによって、非球形微粒子の形状係数を測定するために装置を使用してもよい。その後、２つの伝導率の測定の差を特定して、懸濁液中での粒子の形状係数の尺度が提供され得る。「実質的に同時に」伝導率を測定することは、測定されている懸濁液の温度が各測定に対して事実上同じとなるように、第１の伝導率測定に十分近い時間の後に第２の伝導率測定を行うことを意味する。

幾つかの実施形態によれば、含水カオリンは板状含水カオリンを含み得る。例えば、含水カオリンは、少なくとも１０の形状係数を有し得る。例えば、形状係数は、少なくとも２０、少なくとも３０、少なくとも４０、少なくとも５０、少なくとも６０、少なくとも７０、又は少なくとも８０であり得る。幾つかの実施形態によれば、含水カオリンの形状係数は、１０〜７０、１０〜６０、１０〜５０、１０〜４０、２０〜７０、２０〜６０、２０〜５０、２０〜４０、３０〜７０、３０〜６０、３０〜５０、３０〜４０、４０〜７０、４０〜６０、４０〜５０、５０〜７０、５０〜６０、又は６０〜７０の範囲であり得る。

幾つかの実施形態によれば、含水カオリンは表面処理された含水カオリンを含み得る。例えば、含水カオリンは、シラン、アミノシラン、ケイ酸塩、シリコーン油、エマルジョン、及びシロキサンの少なくとも１つで表面処理された含水カオリンを含み得る。幾つかの実施形態によれば、含水カオリンはアミノシランで表面処理された含水カオリンを含み得る。

幾つかの実施形態によれば、ポリマー複合組成物は、組成物の総重量に対して少なくとも１０重量％の含水カオリンを含み得る。例えば、ポリマー複合組成物は、組成物の総重量に対して少なくとも２０重量％の含水カオリン、少なくとも３０重量％の含水カオリン、少なくとも４０重量％の含水カオリン、又は少なくとも５０重量％の含水カオリンを含み得る。

本開示で述べられる粒径及び他の粒径の特性は、Micromeritics Corporationによって供給されるＳｅｄｉｇｒａｐｈ５１００機器を使用して測定することができる。かかる測定デバイスの使用により、所与の粒子のサイズは、懸濁液を通じて沈殿する、相当径の球体の直径に関して表され、「球相当径（equivalent spherical diameter）」または「ｅｓｄ」と称されることもある。メジアン粒径、すなわち「ｄ_５０」値は、粒子のｅｓｄによって特定される値であり、その値では粒子の５０重量％がｄ_５０値未満のｅｓｄを有する。粒径及び関連する特性を決定するための他の方法及び／又はデバイスが考慮される。

幾つかの実施形態によれば、含水カオリンのメジアン粒径ｄ_５０は、２ミクロン以下であり得る。例えば、含水カオリンのメジアン粒径ｄ_５０は、１．５ミクロン以下、１．４ミクロン以下、１．３ミクロン以下、１．２ミクロン以下、１．１ミクロン以下、１．０ミクロン以下、０．９ミクロン以下、０．８ミクロン以下、０．７ミクロン以下、０．６ミクロン以下、０．５ミクロン以下、０．４ミクロン以下、０．３ミクロン以下、又は０．２ミクロン以下であり得る。幾つかの実施形態によれば、含水カオリンのメジアン粒径ｄ_５０は、０．５ミクロン以下（例えば０．３ミクロン未満）であり得て、含水カオリンはアミノシランで表面処理された含水カオリンを含み得る。

幾つかの実施形態によれば、物品の製造に対するポリマー複合組成物は、含水カオリンと、ナイロン、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリカーボネート、又はポリオレフィンの少なくとも１つを含み得るポリマーとを含み得る。含水カオリンとポリマーとを組み合わせて、ポリマー複合組成物を形成し得る。含水カオリンを含むポリマー複合組成物を含む物品は、含水カオリンを欠くポリマー複合組成物を含む物品よりも高い曲げ弾性率を有し得る。

幾つかの実施形態によれば、含水カオリンを含むポリマー複合組成物を含む物品は、含水カオリンを欠くポリマー複合組成物を含む物品よりも少なくとも１０％高い曲げ弾性率を有し得る。例えば、含水カオリンを含むポリマー複合組成物を含む物品は、含水カオリンを欠くポリマー複合組成物を含む物品よりも少なくとも２５％高い曲げ弾性率を有し得る。幾つかの実施形態によれば、含水カオリンを含むポリマー複合組成物を含む物品は、含水カオリンを欠くポリマー複合組成物を含む物品よりも少なくとも４０％高い曲げ弾性率を有し得る。

ポリマー複合組成物を含む物品の曲げ弾性率を維持しながら、針状物質とポリマーとを含むポリマー複合組成物中の針状物質を減少させる方法は、ポリマー複合組成物中の針状物質の少なくとも一部を、含水カオリン又は０．５ミクロン未満のメジアン粒径ｄ_５０を有するカオリンで置換することを含み得る。幾つかの実施形態によれば、置換は、重量基準で、少なくとも１：１の針状物質に対する含水カオリンの比率で針状物質の少なくとも一部を、含水カオリン又は０．５ミクロン未満のメジアン粒径ｄ_５０を有するカオリンで置換することを含み得る。幾つかの実施形態によれば、置換は、重量基準で、１：４〜４：１、１：３〜３：１、又は１：２〜２：１の範囲の針状物質に対する含水カオリンの比率で、針状物質の少なくとも一部を含水カオリンで置換することを含み得る。

上記方法の幾つかの実施形態によれば、含水カオリンは、板状含水カオリン又は０．５ミクロン未満のメジアン粒径ｄ_５０を有するカオリンを含み得て、置換は、針状物質の少なくとも一部を板状含水カオリン又は０．５ミクロン未満のメジアン粒径ｄ_５０を有するカオリンで置換することを含み得る。例えば、含水カオリンは、少なくとも１０の形状係数を有し得る。例えば、形状係数は、少なくとも２０、少なくとも３０、少なくとも４０、少なくとも５０、少なくとも６０、少なくとも７０、又は少なくとも８０であり得る。幾つかの実施形態によれば、含水カオリンの形状係数は、１０〜７０、１０〜６０、１０〜５０、１０〜４０、２０〜７０、２０〜６０、２０〜５０、２０〜４０、３０〜７０、３０〜６０、３０〜５０、３０〜４０、４０〜７０、４０〜６０、４０〜５０、５０〜７０、５０〜６０、又は６０〜７０の範囲であり得る。

上記方法の幾つかの実施形態によれば、含水カオリンは表面処理された含水カオリンを含み得て、置換は、針状物質の少なくとも一部を表面処理された含水カオリンで置換することを含み得る。例えば、含水カオリンは、シラン、アミノシラン、ケイ酸塩、シリコーン油、エマルジョン、及びシロキサンの少なくとも１つで表面処理された含水カオリンを含み得る。幾つかの実施形態によれば、含水カオリンは、アミノシランで表面処理された含水カオリンを含み得る。

上記方法の幾つかの実施形態によれば、針状物質はファイバーを含み得て、置換は、ファイバーの少なくとも一部を含水カオリンで置換することを含み得る。例えば、針状物質はガラスファイバーを含み得て、置換は、ガラスファイバーの少なくとも一部を含水カオリンで置換することを含み得る。上記方法の幾つかの実施形態によれば、針状物質はチョップドガラスファイバーを含み得て、置換は、チョップドガラスファイバーの少なくとも一部を含水カオリンで置換することを含み得る。

上記方法の幾つかの実施形態によれば、ポリマーは、ナイロン、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリカーボネート、及びポリオレフィンの少なくとも１つを含み得る。例えば、ポリマーはポリアミドを含み得る。

カオリンは、それらの好適な層間剥離を生じるように、粗カオリンの簡単な粉砕（light comminution）（例えば、研削及び／又は製粉）によって作製され得る。粉砕は、プラスチック（例えばナイロン、研削及び／又は製粉の助剤）のビーズ又は顆粒の使用によって行われ得る。また、シリカ及び／又は砂等のセラミック媒体を使用してもよい。例えばポリマー中のカオリンの分散を改良するため、ジェット粉砕及び／又は流体エネルギー粉砕を使用してもよい。米国特許第６，１４５，７６５号及び米国特許第３，９３２，１９４号は、かかる処理の例を提供し得る。よく知られている手順を使用し、粗カオリンを精製して不純物を除去し、物理特性を改善してもよい。カオリンを、例えば、スクリーニング及び／又は遠心分離等の既知の粒径分類法によって処理して、所望のメジアン粒径ｄ_５０値を有する粒子を得てもよい。

カオリンは、有機化合物及び／又は無機化合物から選択され得る１以上の化合物で表面処理され得る。これらの化合物は、本明細書では、表面処理剤と称される場合がある。表面処理は、一般に、カオリン表面の酸性部位の活性を中和及び／又は減少させようとするものであり、それによってカオリンが組み込まれるポリマー複合組成物の有効寿命を安定化、好ましくは増加させ得る。酸性部位の中和は、いわゆるカオリンの不動態化をもたらし、また或る特定の状況では疎水性を増加させる。

本明細書で使用される「表面処理」の用語は広く理解され、例えば均一なコーティング及び／又は粒子の全表面領域を被覆するコーティングに限定されない。表面の別々の領域が表面処理剤で改質され、表面の領域が表面処理剤の別々の分子と関連する粒子は、本出願に関して表面改質されていると理解される。化合物は、好適には、カオリンの表面酸性部位の活性を減少させる及び／又は表面酸性部位を不動態化させるのに十分な量で存在し得る。例えば、化合物は、被覆微粒子カオリン材料の重量基準で０．１重量％〜１０重量％の範囲の量で存在し得る。例えば、化合物は、０．１重量％〜３重量％、例えば、０．５重量％、０．６重量％、又は０．７重量％〜２．０重量％（例えば１．５重量％）等の範囲の量で存在し得る。これは、或る程度までは、カオリンの表面積に依存し得るが、典型的には、乾燥カオリン粘土の１表面積（平方メートル（ｍ^２）単位）当たりの表面処理剤のコーティングレベル（ミリグラム（ｍｇ）単位）は、０．０５ｍｇ／ｍ^２〜８ｍｇ／ｍ^２、例えば、０．０８ｍｇ／ｍ^２〜６ｍｇ／ｍ^２、又は０．１ｍｇ／ｍ^２〜２ｍｇ／ｍ^２の範囲であり得る。

本開示において使用可能なカオリンの粒子は、好ましくは少なくとも５ｍ^２／ｇ、例えば少なくとも１５ｍ^２／ｇ、少なくとも２０ｍｇ^２／ｇ、少なくとも２５ｍ^２／ｇ、又は１０ｍ^２／ｇ〜４０ｍ^２／ｇの比表面積（例えば、ＢＥＴ液体窒素吸収法ＩＳＯ５７９４／１によって測定される）を有し得る。

表面処理剤は、ポリマーであってもよく、又はポリマーでなくてもよい。表面処理剤は、カオリン（例えば高い形状係数の含水カオリン）を使用してポリマー又は充填される他の材料と相互作用することができる、少なくとも１つの官能基を含み得る。表面処理が１以上の有機化合物の使用を含む場合であれば、１以上の有機化合物は有機部分及び塩基性部分を含み得る。化合物の有機部分は、例えば８個〜２４個の炭素原子等の少なくとも３個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖のアルキル基、例えばＣ_１３、Ｃ_１４、Ｃ_１５、Ｃ_１６、Ｃ_１７、Ｃ_１８、Ｃ_１９、Ｃ_２０、Ｃ_２１、Ｃ_２２、又はＣ_２３のアルキル基等を含み得る。代替的には、有機部分は、飽和、不飽和、又は芳香族であってもよく、１以上のヘテロ原子、例えばＯ、Ｎ、Ｓ、及びＳｉ等を含み得る、１以上の環状有機基を含んでいてもよい。環状有機基として、例えば少なくとも１つの六員環が挙げられ得る。化合物の有機部分は、１以上の置換基、例えば、表面処理されたカオリン粒子を使用して充填されるポリマー材料と協同的に相互作用し得る官能基等を含み得る。相互作用は、例えば、共有結合、架橋、水素結合、鎖の絡み合い（chain entanglement）、又はイオン相互作用を含み得る。官能性置換基は、例えば極性又は非極性の基、及び疎水性又は親水性の基を含み得る。かかる基の例として、ナイロン、カルボキシル基、ビニル基等のポリアミドと協同的に相互作用し得る、天然若しくは合成のゴム、メルカプト、又は他の含硫基と協同的に相互作用し得る、天然若しくは合成のゴム、又はエチルアミノ基若しくはプロピルアミノ基等のアルキルアミノ基と協同的に相互作用し得る、アミド基又はポリアミド基が挙げられる。有機化合物は、モノマーであってもよく、又はポリマーであってもよい。「ポリマー（の）」の用語は、ホモポリマー及びコポリマーを含む。有機化合物は、１以上の飽和又は不飽和のＣ_３〜Ｃ_２４脂肪酸、例えばＣ_８〜Ｃ_２４、ステアリン酸（Ｃ_１８）又はベヘン酸（Ｃ_２２）等から選択され得る。

化合物の塩基性部分は、カオリン粒子の酸性部位と関連することができる任意の基を含み得る。塩基性部分は、例えば、少なくとも１つの一級、二級、又は三級のアミン基を含み得る。有機化合物の塩基性部分は、１以上の一級アミン基ＮＨ_２を含み得る。

例えば、有機化合物は、直鎖又は分岐鎖のアルキル部分に８個〜２４個の炭素原子を含むアルキルモノアミン（例えば水素化タロウアルキルアミン）、有機ポリアミン、及び環（例えばメラミン）を含む少なくとも６個の原子を有する少なくとも１つの環状の環構造を含む環状のモノアミン又はポリアミンから選択され得る。例えば、上に記載されるように、これらの化合物は有機部分に更に官能性の置換基を持つ場合がある。かかる有機化合物の例として、例えば２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール等のアミノアルコールが挙げられる。好適な商業的に入手可能なアミノアルコールは、５％の水を含む２−アミノ−２−メチル−１−プロパノールの製剤である、ＡＭＰ−９５（商標）である。

表面処理薬剤としての使用に適した有機アミン化合物は、例えば下記式Ｉ：
Ｒ−ＮＲ_１Ｒ_２（Ｉ）
（式中、ＲはＣ_８〜Ｃ_２４の直鎖又は分枝鎖のアルキル基から選択することができ、Ｒ_１及びＲ_２は互いに独立して、Ｈ、Ｃ_８〜Ｃ_２４の直鎖又は分岐鎖のアルキル基から選択することができる）を特徴とし得る。幾つかの実施形態によれば、Ｒ_１及びＲ_２の少なくとも一方はＨであり得る。

幾つかの実施形態によれば、含水カオリンは、シロキサン、シリコーン油、オリゴマー及び／又はポリマーのエマルジョン、ヘキサデシルトリメトキシシラン、並びにポリエチレングリコールアルコキシシランの１以上で表面処理され得る。例えば、シロキサンとして、限定されないが、ジメチルポリシロキサン流体、及び／又はヒドロキシル末端直鎖ポリジメチルシロキサン流体が挙げられ得る。また、好適なシロキサンとして、直鎖及び環状のシロキサンオリゴマー、及び／又はポリシロキサンが挙げられ得る。シリコーン油処理は、限定されないが、例えば、水又は有機溶媒等の液体担体中に分散された、天然ワックス、半合成ワックス、及び合成ワックスを含むワックスエマルジョン、粉末形態の微粉化ワックス、及び／又はエマルジョンを含み得る。オリゴマー及び／又はポリマーのエマルジョンは、高密度酸化ＰＥホモポリマー、及び／又は酸化ＰＥホモポリマーを含み得る。好適なヘキサデシルトリメトキシシランは、疎水性及び湿潤性の官能性を有し得る。好適なフェニルトリメトキシシランは、疎水性の官能性を有し得る。好適なポリエチレングリコールアルコキシシランは、湿潤性の官能性を有し得る。

幾つかの実施形態によれば、表面処理は、１以上の無機化合物の使用を含み得る。かかる実施形態について、１以上の無機化合物は、例えば、シラン、アミノシラン、及びケイ酸塩等のケイ素含有化合物を含み得る。好適なアミノシランとして、例えば、トリメトキシシリルエチルアミン、トリエトキシシリルエチルアミン、トリプロポキシシリルエチルアミン、トリブトキシシリルエチルアミン、トリメトキシシリルプロピルアミン、トリエトキシシリルプロピルアミン、トリプロポキシシリルプロピルアミン、トリイソプロポキシシリルプロピルアミン、トリブトキシシリルプロピルアミン、トリメトキシシリルブチルアミン、トリエトキシシリルブチルアミン、トリプロポキシシリルブチルアミン、トリブトキシシリルブチルアミン、トリメトキシシリルペンチルアミン、トリエトキシシリルペンチルアミン、トリプロポキシシリルペンチルアミン、トリブトキシシリルペンチルアミン、トリメトキシシリルヘキシルアミン、トリエトキシシリルヘキシルアミン、トリプロポキシシリルヘキシルアミン、トリブトキシシリルヘキシルアミン、トリメトキシシリルヘプチルアミン、トリエトキシシリルヘプチルアミン、トリプロポキシシリルヘプチルアミン、トリブトキシシリルヘプチルアミン、トリメトキシシリルオクチルアミン、トリエトキシシリルオクチルアミン、トリプロポキシシリルオクチルアミン、トリブトキシシリルオクチルアミン、及び／又は類似のアミノシランが挙げられる。他の可能な無機物として、例えばヘキサメタリン酸ナトリウム、ピロリン酸四ナトリウム等のリン酸塩等の無機分散剤、及び／又はミョウバン等の硫酸塩系化合物が挙げられる。

表面処理されたカオリン（例えば含水カオリン）は、所望の形状係数を有する微粒子カオリンを、表面処理剤がカオリン粒子の表面と関連する条件下で、１以上の表面処理剤と接触させることによって得られてもよい。化合物は、物質間の接触を改善するため、カオリンの粒子と密接に混合され得る。湿式と乾式のいずれの条件を使用してもよく、固体粒子の形態（例えばプリル）で表面処理剤を使用してもよく、又はコーティング処理用の溶媒中に混入させてもよい。コーティング処理を高温で行ってもよい。

表面処理剤で表面処理されることに加えて、幾つかの実施形態によれば、カオリンを二次処理に供してもよい。二次処理は、例えば、シラン及び／又はアミノシラン等の疎水性部分を持つ無機化合物等の表面処理と関連して記載される１以上の処理剤の使用を含み得る。本明細書では「二次不動態化剤（secondary passivants）」と称されることがある他の二次処理剤は、次の１以上、すなわち、フェノール系抗酸化剤等の抗酸化剤、低分子量若しくは中分子量のエポキシ樹脂等の樹脂、カオリン分散剤等の分散剤、疎水性に改質されたポリアクリレート等のポリマー、ポリアクリル酸のエチレンコポリマー等のコポリマー、及び／又はポリエチレンワックス及びシリコーンオイル等の潤滑剤を含み得る。

また、幾つかの実施形態によれば、ポリマー物品での使用に対するポリマー複合組成物は、添加剤、例えば、分散剤、架橋リンカー、保水性助剤、粘度調整剤又は増粘剤、滑性助剤、泡止め剤／消泡剤、乾式若しくは湿式の摩擦改善剤又は耐摩耗性添加剤、蛍光増白剤、ホワイトニング剤、染料、及び／又は殺生物剤等を含み得る。

ポリマー複合組成物に含まれるポリマーは、任意の天然若しくは合成のポリマー又はそれらの混合物を含み得る。ポリマーは、例えば、熱可塑性であってもよく、熱硬化性であってもよい。本明細書で使用される「ポリマー」の用語は、架橋した及び／又は絡み合ったポリマーと並んで、ホモポリマー及びコポリマー、並びに天然又は合成のゴム等のエラストマー、並びにそれらの混合物を含む。好適なポリマーの具体例として、限定されないが、架橋又は非架橋の両方の、ポリエチレン及びポリプロピレン等の任意の密度のポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエステル、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマー、ナイロン、ポリウレタン、エチレン−酢酸ビニルポリマー、エチレンビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）及びそれらの混合物が挙げられる。

或る特定の実施形態では、ポリマーは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、又はそれらの混合物を含み得る。かかるＰＥＴ及び／又はＰＢＴのポリマー、又は混合物は、疎水性シラン、反応性シラン、又はそれらの混合物を更に含み得る。かかるシランとして、工業で一般に見られるものが挙げられる。

熱可塑性ポリマーは、ポリマー複合組成物の物品の生産における使用に適している。例として、ポリエチレン、ポリプロピレン、及び環状オレフィンコポリマー等のポリオレフィンが挙げられる。低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）は、例えば、高温及び高圧の重合条件を使用して形成され得る。これらの重合条件が、比較的長く、分子同士が密集し、結晶構造を形成することを防止し得る多くの分岐の形成をもたらすことから密度は低い。したがって、ＬＤＰＥは、低い結晶化度（典型的に４０％未満）を有し、構造は主に非晶質である。ＬＤＰＥの密度は、約０．９１０ｇ／ｃｍ^３〜０．９２５ｇ／ｃｍ^３の範囲とされる。他の好適な種類のポリエチレンとして、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、直鎖低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、及び超低密度ポリエチレン（ＵＬＤＰＥ）が挙げられる。これらの材料の密度は、以下の範囲内に含まれ得る：ＨＤＰＥ０．９３５ｇ／ｃｍ^３〜０．９６０ｇ／ｃｍ^３、ＬＬＤＰＥ０．９１８ｇ／ｃｍ^３〜０．９４０ｇ／ｃｍ^３、及びＵＬＤＰＥ０．８８０ｇ／ｃｍ^３〜０．９１５ｇ／ｃｍ^３。

或る特定の実施形態によれば、ポリアミドは、ＰＡ６６、ＰＡ６、ＰＡ１１、ＰＡ６６／６、ＰＡ６／６６、ＰＡ４６、ＰＡ６１２、ＰＡ１２、ＰＡ６１０、ＰＡ６Ｉ／６Ｔ、ＰＡ６Ｉ、ＰＡ９Ｔ、ＰＡＤＴ、ＰＡＤ６（Ｄ＝２−メチル−１，５−ジアミノペンタン）、及びＰＡ７、及び／又はコポリマーを含むそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。

「前駆物質」の用語は、当業者によって理解されるように本明細書において使用される。例えば、好適な前駆物質として、１以上のモノマー、架橋剤、架橋剤及び促進剤を含む硬化システム、又はそれらの任意の組み合わせが挙げられ得る。幾つかの実施形態によれば、カオリン材料をポリマーの前駆物質と混合し、その後、前駆物質成分を硬化及び／又は重合することで所望のポリマーを形成することにより、ポリマー組成物が形成され得る。

熱可塑性ポリマーを含む幾つかの実施形態では、最終物品の形成に先立ってポリマー樹脂を溶融してもよく（或いは、柔らかくしてもよく）、ポリマーを任意の更なる化学的変換に供しなくてもよい。最終物品の形成後、ポリマー樹脂を冷却し、硬くさせてもよい。

熱可塑性ポリマー組成物は、当該技術分野で知られている方法によって作製され得る。幾つかの実施形態では、ポリマーと混合する前にカオリンと表面処理剤とを合わせてもよい。同様に、或る特定の原料は、所望に応じて、配合混合物を添加する前に予備混合してもよい。例えば、所望に応じて、カオリンを混合物に添加する前に、カップリング剤を表面処理された含水カオリンと予備混合してもよい。表面処理された含水カオリン及びポリマー樹脂を好適な比率で共に混合して、ブレンドを形成してもよく、これは「配合（compounding）」と称されることもある。ポリマー樹脂は、その中にカオリンの粒子を分散させ得る、液体形態であってもよい。ポリマー樹脂が周囲温度で固体である場合、配合を行う前にポリマー樹脂を溶融してもよい。幾つかの実施形態では、例えば押出し機によって溶融物から物品を形成するのに先立って溶融物を得る場合、含水カオリンをポリマー樹脂の粒子とドライブレンドしてもよく、粒子を樹脂中に分散させてもよい。

幾つかの実施形態では、ポリマー樹脂、カオリン、及び任意の他の添加剤を、既知の方法で好適なコンパウンダー／ミキサーを使用して好適なマスターバッチへと形成し、例えば、ペレットへと切断されるか、又は粉砕され得るストランドを形成する、一軸スクリュー押出機又は二軸スクリュー押出機によってペレット化してもよい。コンパウンダーは、フィラー及びポリマー樹脂を共に導入するための単一の注入口を有し得る。代替的には、フィラー及びポリマー樹脂に対して別々の注入口が設けられ得る。好適なコンパウンダーは、例えばWerner & Pfleiderer等から商業的に入手可能である。幾つかの実施形態によれば、高剪断配合を使用してもよく、それは改善されたカオリンの分散をもたらし得る。

幾つかの実施形態によれば、ポリマー複合組成物は、例えば、安定剤、及び／又はカップリング剤、酸掃去剤、及び金属不活性化剤を含む他の添加剤等の熱可塑性ポリマー配合の技術分野において知られている他の成分又は添加剤と共に配合され得る。酸掃去の添加剤は、製剤中で酸性種を中和する能力を有し、ポリマー物品の安定性を改善するために使用され得る。好適な酸掃去剤として、金属ステアリン酸塩、ハイドロタルサイト、ハイドロカルマイト、及び酸化亜鉛が挙げられる。好適なカップリング剤としてシランが挙げられる。安定剤として、１以上の熱酸化安定剤及び光安定剤が挙げられ得る。熱酸化安定剤は、抗酸化剤及びプロセス安定剤を含み得る。光安定剤は、紫外線吸収剤及び紫外線安定剤を含む。幾つかの紫外線安定剤、例えばヒンダードアミン光安定剤（ＨＡＬＳ）等も、熱酸化安定剤と見なされ得る。

幾つかの実施形態によれば、ポリマー複合組成物は、多くの好適な方法で物品を形成するように、又は物品に組み込まれるように処理され得る。かかる処理として、圧縮成形、射出成形、ガスアシスト射出成形、真空成形、熱成形、押出し、吹込み成形、絞り出し（drawing）、紡糸、成膜、積層、又はそれらの任意の組み合せが挙げられ得る。任意の好適な装置を使用することができる。

本明細書に開示されるポリマー複合組成物は、望ましい特徴として高剛性、耐溶剤性、バリア性、高反射率表面、耐熱性、高衝撃強度、及び／又は耐クリープ性を含み得る製品を形成するために使用され得る。例えば、ポリマー複合組成物は、例えば、航空機部品、艇体、自動車部品（例えば、エンジンカバー等のボンネット下（under-the-hood）の部品、外部ミラー、燃料キャップ等）、バスタブ、エンクロージャー、スイミングプール、温水浴槽、浄化槽、水槽、屋根材、パイプ、外装材、水上スポーツデバイス、及び外部ドア外板（door skins）等の物品を形成するために使用され得る。他の種類の物品が考慮される。かかる物品は、各技術分野の当業者に知られているプロセスを使用して形成され得る。

実施例１
ヤング率（ＧＰａ）、極限引張り強さ（ＵＴＳ）（ＭＰａ）、破断点伸び（ｍｍ）、曲げ弾性率（ＧＰａ）、曲げ強度（ＭＰａ）、及び衝撃強度（ｆｔ−ｌｂ／ｉｎ^２）を試験するため、１５個のポリマー複合材料試験試料及び１個の対照ポリマー試験試料を用意した。試験試料は、ポリマーとしてのナイロンと、ポリマー複合組成物の試料の総重量に対して、各々１０重量％、２０重量％、及び３０重量％の充填量の５種類の試料カオリン（カオリンＡ〜カオリンＥ）のうち１つとを含む。下記表１は、カオリン試料の特徴を含む、各試験試料の特徴を提供する。対照試料はナイロンを含んだが、カオリンを含まなかった。

各試料を融解混合及び射出成形を使用して形成した。８０℃にて４時間、ＤＦＡ−７０００真空オーブンにナイロンを置いた。Ｘｐｌｏｒｅ１５ｃｃ二軸式コンパウンダー及びＸｐｌｏｒｅ１０ｃｃ射出成形機を使用して、各試料を作製した。溶融及び鋳型の温度は、それぞれ２３０℃及び８５℃とした。

引張り試験法は、プラスチックの引張り特性に対するＡＳＴＭ標準試験法（Ｄ６３８）に基づいた。Iｎｓｔｒｏｎ５５６７材料試験システムを使用して、試験データを測定した。５ｋＮロードセルを使用し、試料の伸張を５ｍｍ／分に設定した。ピーク負荷の９０％の負荷低下で終了するように試験を設定した。引張り歪が３０重量％のカオリンに対して１．０％、０％、１０重量％及び２０重量％の充填量に対して１．５％になった場合に取り除かれるように伸び計を設定した。ＡＳＴＭに従い、三点曲げを使用して曲げ特性を判定した。

下記表２〜表７は、試験によるデータを提供し、図１〜図６は表２〜表７に示されるデータに対応するグラフである。データからわかるように、試料３、試料８及び試料１３の板状カオリンは、ほぼ全ての充填量のレベルで優れた結果を提供し、充填量のレベルが増加するにつれて結果が改善された。

実施例２
８個のポリマー複合材料試験試料を、ＡＳＴＭインターナショナル及び国際標準化機構（ＩＳＯ）の基準を使用する物理試験に対して用意した。試験試料は、それぞれ、ナイロン、チョップドガラスファイバー（１０ミクロン）、及びカオリン系鉱産物を含んだ。具体的には、試料Ａ及び試料Ｂは、Ｔｒａｎｓｌｉｎｋ４４５（BASF corporationから商業的に入手可能なカオリン系製品）を含んだ。試料Ｃは、０．５％の濃度のシングルアミノシラン（３−アミノプロピルトリエトキシシラン）で処理した焼成カオリン粘土を含んだ。試料Ｄ及び試料Ｊは、１．０％の濃度のデュアルアミノシラン（２−アミノエチル−３−アミノ−プロピルトリメトキシシラン）で処理した、１．１μｍのＭａｌｖｅｒｎＤ５０、及び形状係数１００を有するハイパープレーティーカオリン粘土を含んだ。試料Ｅは、１％の濃度のデュアルアミノシランで処理した、３．５μｍのＭａｌｖｅｒｎＤ５０及び形状係数６０を有するハイパープレーティーカオリン粘土を含んだ。試料Ｆは、０．５％のシングルアミノシランで処理した、１．１μｍのＭａｌｖｅｒｎＤ５０及び形状係数１００を有するハイパープレーティーカオリン粘土を含んだ。試料Ｇ及び試料Ｈは、０．５％のシングルアミノシランで処理した、３．５μｍのＭａｌｖｅｒｎＤ５０及び形状係数６０を有するハイパープレーティーカオリン粘土を含んだ。また、試料Ｉは、０．５％のシングルアミノシランで処理した０．１３μｍのレーザーＤ５０を有する超微細カオリン粘度を含んだ。全ての試料を１５重量％のガラスファイバー及び２５重量％の鉱産物を含むように作製したが、下記表８及び表９に要約されるように、試料を試験した際、フィラー含有量の分析にはばらつきがあった。

試料を、各々、８つの試験に供し、それらの結果を下記表８及び表９に要約する。データからわかるように、試料Ｅ及び試料Ｈは優れた引張り強さ及び伸びの結果を提供した。

フィラー含有量は、ＡＳＴＭＤ５６３０（１５００°Ｆ／１０分）を用いて試験し、水分量は、ＡＳＴＭＤ６９８０（１８０°Ｆの温度にて）を用いて試験した。引張り強さ及び伸びはいずれも、５０ｍｍ／分の速度でＩＳＯ５２７を用いて試験した。曲げ弾性率コード及び曲げ強度は、２ｍｍ／分の速度でＩＳＯ１７８を用いて試験した。また、衝撃強度は、ＩＳＯ１７９を用いて２３℃で評価した。ノッチ付きシャルピー試験及びノッチなしシャルピー試験をいずれも行った。

他の実施形態は、明細書及び本明細書に開示の実施形態の実施を考慮することで当業者に明らかとなる。明細書及び実施例は、単に例示的なものとみなすことが意図される。

Claims

物品の製造に対するポリマー複合組成物であって、
含水カオリンと、
針状物質と、
ナイロン、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリカーボネート、及びポリオレフィンの少なくとも１つを含むポリマーと、
を含み、
前記含水カオリンと、前記針状物質と、前記ポリマーとを組み合わせて、ポリマー複合組成物を形成する、ポリマー複合組成物。
前記含水カオリンが板状含水カオリンを含む、請求項１に記載の組成物。
前記含水カオリンが少なくとも１０の形状係数を有する、請求項１に記載の組成物。
前記含水カオリンが少なくとも３０の形状係数を有する、請求項１に記載の組成物。
前記含水カオリンが少なくとも６０の形状係数を有する、請求項１に記載の組成物。
前記含水カオリンが表面処理された含水カオリンを含む、請求項１に記載の組成物。
前記含水カオリンが、シラン、アミノシラン、ケイ酸塩、シリコーン油、エマルジョン、及びシロキサンの少なくとも１つで表面処理された含水カオリンを含む、請求項１に記載の組成物。
前記含水カオリンがアミノシランで表面処理された含水カオリンを含む、請求項１に記載の組成物。
前記針状物質がファイバーを含む、請求項１に記載の組成物。
前記針状物質がチョップドファイバーを含む、請求項１に記載の組成物。
前記針状物質がガラスファイバー又はウォラストナイトを含む、請求項１に記載の組成物。
前記針状物質がチョップドガラスファイバーを含む、請求項１に記載の組成物。
前記組成物が、該組成物の総重量に対して少なくとも１０重量％の含水カオリンを含む、請求項１に記載の組成物。
前記組成物が、該組成物の総重量に対して少なくとも２０重量％の含水カオリンを含む、請求項１に記載の組成物。
前記組成物が、該組成物の総重量に対して少なくとも３０重量％の含水カオリンを含む、請求項１に記載の組成物。
前記含水カオリンのメジアン粒径ｄ_５０が２ミクロン以下である、請求項１に記載の組成物。
前記含水カオリンのメジアン粒径ｄ_５０が１．５ミクロン以下である、請求項１に記載の組成物。
前記含水カオリンのメジアン粒径ｄ_５０が１．０ミクロン以下である、請求項１に記載の組成物。
前記含水カオリンのメジアン粒径ｄ_５０が０．５ミクロン以下である、請求項１に記載の組成物。
前記含水カオリンのメジアン粒径ｄ_５０が０．５ミクロン以下であり、前記含水カオリンがアミノシランで表面処理された含水カオリンを含む、請求項１に記載の組成物。
前記含水カオリンを含むポリマー複合組成物を含む物品が、前記含水カオリンを欠くポリマー複合組成物を含む物品よりも高い曲げ弾性率を有する、請求項１に記載のポリマー複合組成物を含む物品。
前記含水カオリンを含むポリマー複合組成物を含む物品が、前記含水カオリンを欠くポリマー複合組成物を含む物品よりも少なくとも１０高い曲げ弾性率を有する、請求項１に記載のポリマー複合組成物を含む物品。
前記含水カオリンを含むポリマー複合組成物を含む物品が、前記含水カオリンを欠くポリマー複合組成物を含む物品よりも少なくとも２５％高い曲げ弾性率を有する、請求項１に記載のポリマー複合組成物を含む物品。
ポリマー複合組成物を含む物品の曲げ弾性率を維持しながら、針状物質とポリマーとを含むポリマー複合組成物中の針状物質を減少させる方法であって、前記ポリマー複合組成物中の前記針状物質の少なくとも一部を含水カオリンで置換することを含む、方法。
前記置換が、重量基準で少なくとも１：１の針状物質に対する含水カオリンの比率で、前記針状物質の少なくとも一部を前記含水カオリンで置換することを含む、請求項２４に記載の方法。
前記含水カオリンが板状含水カオリン又は０．５ミクロン未満のメジアン粒径ｄ_５０を有するカオリンを含み、前記置換が前記針状物質の少なくとも一部を前記板状含水カオリン又は０．５ミクロン未満のメジアン粒径ｄ_５０を有するカオリンで置換することを含む、請求項２４に記載の方法。
前記板状含水カオリンが少なくとも１０の形状係数を有する、請求項２６に記載の方法。
前記板状含水カオリンが少なくとも３０の形状係数を有する、請求項２６に記載の方法。
前記板状含水カオリンが少なくとも６０の形状係数を有する、請求項２６に記載の方法。
前記含水カオリンが表面処理された含水カオリンを含み、前記置換が前記針状物質の少なくとも一部を該表面処理された含水カオリンで置換することを含む、請求項２４に記載の方法。
前記表面処理された含水カオリンが、シラン、アミノシラン、ケイ酸塩、シリコーン油、エマルジョン、及びシロキサンの少なくとも１つで表面処理される、請求項３０に記載の方法。
前記表面処理された含水カオリンがアミノシランで表面処理される、請求項３０に記載の方法。
前記針状物質がファイバーを含み、前記置換が該ファイバーの少なくとも一部を前記含水カオリンで置換することを含む、請求項２４に記載の方法。
前記針状物質がガラスファイバーを含み、前記置換が該ガラスファイバーの少なくとも一部を前記含水カオリンで置換することを含む、請求項２４に記載の方法。
前記針状物質がチョップドガラスファイバーを含み、前記置換が該チョップドガラスファイバーの少なくとも一部を前記含水カオリンで置換することを含む、請求項２４に記載の方法。
前記ポリマーが、ナイロン、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリカーボネート、及びポリオレフィンの少なくとも１つを含む、請求項２４に記載の方法。