JP2022084025A - 付加製造中のポリアミドの原位置架橋に関連する組成物、方法、及び物品 - Google Patents
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Abstract
【課題】付加製造の圧密化工程中にポリアミドの原位置架橋を可能にする組成物及び方法を提供する。【解決手段】不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子が生成され得る。当該粒子は、粒子を他の熱可塑性ポリマー粒子と任意に組み合わせて表面上に堆積させることと、堆積させた後、粒子の少なくとも一部を加熱して、その圧密化及び不飽和ポリアミドの架橋を促進し、それにより、架橋ポリアミドを含む圧密体を形成することと、を含む付加製造方法に使用される。【選択図】図1
Description
本開示は、付加製造プロセス中に架橋されるポリアミドに関連する、組成物、合成方法、及び物品を含む。
熱可塑性ポリマーは、フィルム、袋、粒子、及びフィラメントなどの押出成形された物体を作製するために使用されることが多い。熱可塑性ポリマーの一例は、ポリアミドである。ナイロンのようなポリアミドは、物理的特性を損なうことなく高温又は低温に耐える能力を有するオフホワイト色ポリマーである。したがって、ポリアミドで形成された物体は、動力工具、自動車部品、ギア、及び電気器具部品のような要求の厳しい用途に使用することができる。付加製造は、このような物体を生成するために益々使用されている。
一般に、付加製造とは、広くは何層もの材料を付加することによって三次元物体を構築する技術を説明する。層の付加は、フィラメント又は粉末を使用して達成することができる。フィラメントの場合、フィラメントの材料は、溶融され、押出され、層に堆積されて、所望の物体を生成する。このような方法は、融着フィラメント製造(fused filament fabrication、FFF)と呼ばれ得る。選択的レーザ焼結(Selective laser sintering、SLS)は、粉末(典型的には微小粒子)の薄層が層として適用される別の付加製造方法である。この層内の選択された領域が、レーザ光(例えば、CO2レーザ光)への曝露によって融着されて、未使用の粉末によって支持された固体物体を構築する。
ポリアミドは、その流動特性、他のポリマーよりも低いコスト、及び望ましい焼結窓から、付加製造に使用される最も一般的なポリマーのうちの1つである。しかしながら、付加製造によって生成された物体に必要な物理的特性は、ポリアミドの特性を超える場合がある。
本開示は、付加製造プロセス中に架橋されるポリアミドに関連する、組成物、合成方法、及び物品を含む。すなわち、本明細書に記載される組成物及び方法は、付加製造の圧密化工程中にポリアミドの原位置架橋を可能にするものである。
本明細書では、不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子を含む組成物が開示される。
本明細書では、前述の組成物を、他の熱可塑性ポリマー粒子と任意に組み合わせて表面上に堆積させることと、堆積させた後、粒子の少なくとも一部を加熱して、その圧密化及び不飽和ポリアミドの架橋を促進し、それにより、架橋ポリアミドを含む圧密体を形成することと、を含む、方法が開示される。
本明細書では、不飽和ポリアミド、不飽和ポリアミドと不混和性の分散媒、及び任意に乳化安定剤を含む混合物を、不飽和ポリアミドの融点又は軟化温度を超える温度、かつ分散媒中に不飽和ポリアミド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、混合物を不飽和ポリアミドの融点又は軟化温度未満まで冷却して、不飽和ポリアミド、及び存在する場合は不飽和ポリアミド粒子の外側表面に会合した乳化安定剤を含む不飽和ポリアミド粒子を形成することと、を含む、方法が開示される。
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。
本開示は、付加製造プロセス中に架橋されるポリアミドに関連する、組成物、合成方法、及び物品を含む。より具体的には、本明細書に記載されるポリアミド合成は、少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を有する1つ以上のポリアミドモノマーを使用する。得られたポリアミドは、本明細書では不飽和ポリアミドと呼ばれ、不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含有する。
本開示はまた、不飽和ポリアミドを含む粒子及び関連方法にも関する。当該粒子は、本明細書では不飽和ポリアミド粒子と呼ばれる。不飽和ポリアミド粒子は、開始剤をドープしてもよい。開始剤をドープした不飽和ポリアミド粒子を調製する方法、及び付加製造で開始剤をドープした不飽和ポリアミド粒子を使用する方法が、本明細書に記載される。付加製造中、より具体的には圧密化中、開始剤は、不飽和ポリアミド間の架橋を引き起こし得る。ポリアミドの架橋は、より高い耐熱性、改善された耐摩耗性を付与し、架橋されていない場合にはポリアミドと比較して他の物理的特性を改善することができる。したがって、当該改善された特性は、付加製造方法によって生成された物品及び物体に付与されてもよい。
更に、付加製造方法では、溶融流動速度が低いため、高度な架橋ポリアミドと直接動作することが困難な場合がある。したがって、高度な架橋ポリアミドを含む粒子は、効果的に圧密化しない場合があるか、又は高度な架橋ポリアミドを含むフィラメントは、好適な溶融及び流動特性を有する。有利には、本開示の組成物及び方法は、不飽和ポリアミドの原位置架橋を使用する。したがって、付加製造方法中に不飽和ポリアミドの望ましい溶融及び流動特性を利用して粒子の良好な圧密化を提供することができると同時に、付加製造方法で遭遇する温度及び/又はレーザ波長は、開始剤の活性化によって不飽和ポリアミドの架橋を開始することができる。これにより、不飽和ポリアミドが所望の場所に溶融及び/又は圧密化され、架橋が形成されるのに十分な時間を可能にし得、その結果、得られる物品又は物体は、架橋ポリアミドから実際に形成される。したがって、得られる物品は、架橋ポリアミドの改善された物理的特性を有し得る。
定義及び試験方法
定義及び試験方法
本明細書で使用するとき、用語「不混和性」は、組み合わされたときに、周囲気圧にて室温で、又は室温で固体である場合は構成成分の融点で、互いに5重量%未満の溶融度を有する2つ以上の相を形成する構成成分の混合物を指す。例えば、10,000g/モル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、室温で液体である材料及び当該ポリエチレンオキシドが65℃で5重量%未満の溶融度を有する場合、当該ポリエチレンオキシドは当該材料と不混和性である。
本明細書で使用するとき、用語「熱開始剤」は、熱に曝露されたときに反応種(例えば、フリーラジカル、カチオン、又はアニオン)を生み出す分子を指す。熱開始剤を活性化するのに必要な温度は、分子に依存し、参照によって及び/又は当業者による単純な実験によって容易に達成される。
本明細書で使用するとき、用語「光開始剤」は、電磁放射線(例えば、紫外線、可視光など、及びこれらの任意の組み合わせ)に曝露されたときに反応種(例えば、フリーラジカル、カチオン、又はアニオン)を生み出す分子を指す。
本明細書で使用するとき、用語「開始剤」は、一般に、1つ以上の熱開始剤、1つ以上の光開始剤、又は1つ以上の熱開始剤と1つ以上の光開始剤との組み合わせを指す。
本明細書で使用するとき、用語「ポリアミドモノマー」は、ポリアミドを形成するモノマーを指す。
本明細書で使用するとき、化合物を指す場合の用語「ポリ酸」は、2つ以上のカルボン酸部分を有する化合物を指す。本明細書では、無水物部分は、無水物が合成中にカルボン酸に開環するため、カルボン酸部分とみなされる。
本明細書で使用するとき、化合物を指す場合の用語「ポリアミン」は、2つ以上のアミン部分を有する化合物を指す。
本明細書で使用するとき、化合物を指す場合の用語「アミノ酸」は、1つ以上のカルボン酸部分及び1つ以上のアミン部分を有する化合物を指す。ここでも、無水物部分は、無水物が合成中にカルボン酸に開環するため、カルボン酸部分とみなされる。
ポリマーを-mer単位(例えば、ポリアミドモノマー)という用語で指すとき、当業者であれば、-mer単位がポリマー中で重合した形態にあることを理解するであろう。
本明細書で使用するとき、用語「熱可塑性ポリマー」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。
本明細書で使用するとき、用語「エラストマー」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の鎖延長基を含むポリウレタンの一部を含んでもよく、軟質部分は、例えば、ポリオールを含んでもよい。
本明細書で使用するとき、用語「ポリウレタン」は、ジイソシアネートと、ポリオールと、任意の鎖延長剤との間のポリマー反応生成物を指す。
本明細書で使用するとき、用語「酸化物」は、金属酸化物及び非金属酸化物の両方を指す。本開示の目的のために、ケイ素は、金属であるとみなされる。
本明細書においては、乳化安定剤と表面との間の用語「会合した」、「会合」、及びその文法的な変形は、表面への乳化安定剤の化学結合及び/又は物理的接着を指して使用される。理論に制限されるものではないが、ポリマーと乳化安定剤との間の本明細書に記載される会合は、主に、水素結合及び/又は他の機構による物理的接着であると考えられる。しかしながら、化学結合がある程度発生している可能性がある。
本明細書で使用するとき、ナノ粒子、及びポリマー粒子の表面に対しての用語「埋め込まれた」は、ナノ粒子がポリマー粒子の表面上に単純に堆積された場合に生じるよりも大きい程度でポリマーがナノ粒子と接触しているように、ナノ粒子が少なくとも部分的に表面内に延在することを指す。
本明細書で使用するとき、用語「乾式ブレンド」は、各構成成分が、当該構成成分の重量で存在する溶媒及び/又は分散剤(例えば、水、メタノール、アセトンなど、及び任意の組み合わせ)の10重量%未満を有する構成成分を混合することを指す。
本明細書で使用するとき、用語「湿式ブレンド」は、少なくとも1つの構成成分が、当該構成成分の重量で、10重量%以上の溶媒及び/又は分散剤(例えば、水、メタノール、アセトンなど、及び任意の組み合わせ)の存在下にある構成成分を混合することを指す。
以下本明細書では、D10、D50、D90、及び直径スパンは、粒径を記載するために主に使用される。本明細書で使用するとき、用語「D10」は、(別段の指定がない限り体積基準で)試料の10%が当該直径値未満の直径を有する粒子からなっている直径を指す。本明細書で使用するとき、用語「D50」は、(別段の指定がない限り体積基準で)試料の50%が当該直径値未満の直径を有する粒子からなっている直径を指す。本明細書で使用するとき、用語「D90」は、(別段の指定がない限り体積基準で)試料の90%が当該直径値未満の直径を有する粒子からなっている直径を指す。
本明細書で使用するとき、直径を指すときの用語「直径スパン」及び「スパン」及び「スパンサイズ」は、粒径分布の広がりの指標を提供し、(D90-D10)/D50として計算される(繰り返すが、それぞれのD値は、別途記載のない限り、体積に基づく)。
粒径は、Malvern社製MASTERSIZER(商標)3000を使用した光散乱技術によって、又は光学デジタル顕微鏡写真の分析によって決定され得る。別途記載のない限り、光散乱技術は、粒径を分析するために使用される。
光散乱技術については、対照試料は、Malvern Analytical Ltd.から入手した商標名Quality Audit Standards QAS4002(商標)の15μm~150μmの範囲内の直径を有するガラスビーズであった。別途記載のない限り、試料は乾燥粉末として分析した。分析された粒子は空気中に分散され、MASTERSIZER(商標)3000と共にAERO S乾燥粉末分散モジュールを使用して分析された。粒径は、サイズの関数としての体積密度のプロットから、計器ソフトウェアを使用して導出された。
粒径測定及び直径スパンはまた、光学デジタル顕微鏡法によっても決定され得る。光学画像は、粒径分析のためのバージョン2.3.5.1ソフトウェア(システムバージョン1.93)を使用するKeyence VHX-2000デジタル顕微鏡を使用して得られる。
本明細書で使用するとき、ふるい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)に記載されている。
本明細書で使用するとき、粒子に対する用語「円形度」及び「球形度」は、粒子が完全な球体にどのくらい近いかを指す。円形度を決定するために、粒子の光学顕微鏡画像が撮影される。顕微鏡画像の平面内の粒子の周囲の長さ(P)及び面積(A)が(例えば、Malvern Instrumentsから入手可能なSYSMEX FPIA 3000粒子形状及び粒径分析器を使用して)計算される。粒子の円形度はCEA/Pであり、CEAは、実際の粒子の面積(A)に相当する面積を有する円の円周である。
本明細書で使用するとき、用語「剪断力」は、流体中で機械的撹拌を誘導する撹拌又は類似のプロセスを指す。
本明細書で使用するとき、用語「アスペクト比」は、長さを幅で割った比率を指して使用される。なお、長さは幅よりも大きいものとする。
別途記載のない限り、ポリマーの融点は、ASTM E794-06(2018)で10℃/分の昇温速度及び冷却速度を使用して決定される。
特に指定がない限り、ポリマーの軟化温度又は軟化点は、ASTM D6090-17によって決定される。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社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。
安息角は、粉末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。
ハウスナー比(Hr)は、粉末の流動性の尺度であり、Hr=ρtap/ρbulkによって計算され、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。
本明細書で使用するとき、分散媒の粘度は、特に指定のない限り、ASTM D445-19に従って測定された25℃での運動粘度である。商業的に獲得された分散媒(例えば、PDMS油)については、本明細書に引用される運動粘度データは、前述のASTMに従って測定されたか、又は別の標準測定技術に従って測定されたかにかかわらず、製造業者によって提供されたものである。
不飽和ポリアミド
不飽和ポリアミド
不飽和ポリアミドは、少なくとも1つのモノマーが少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含む様々な方法によって合成され得る。方法の例としては、縮合重合(本明細書では重縮合とも呼ばれる)及び開環重合が挙げられるが、これらに限定されない。理論に束縛されるものではないが、合成方法は、好ましくは不飽和結合が重合に関与しない温度で行われてもよい。この温度は、使用されるモノマーに基づいて変化するが、好ましくは、不飽和ポリアミドは、100℃以下の温度で合成される。
本明細書では、これらの重合は、1つ以上のポリアミンモノマー、1つ以上のポリ酸モノマー、1つ以上のアミノ酸モノマー、又はこれらの任意の組み合わせの存在下で行われ、当該モノマーのいずれかのうちの少なくとも1つは、少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含む。
いくつかの例の重縮合及び開環重合反応が以下に提示され、続いて、当該反応の1つ以上に使用するのに好適なポリアミドモノマーの非限定的な例が提示される。以下の実施例は、ポリアミドモノマーの範囲に限定されない。
スキーム1は、アミノ酸ポリアミドモノマーの重縮合反応を示し、式中、C-1は、重縮合反応に関与するカルボン酸とアミン部分との間のアミノ酸ポリアミドモノマーの部分を表す。本開示の組成物及び方法に関して、本実施例におけるC-1は、少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含む。スキーム2は、スキーム1の非限定的な例である。
スキーム3は、2つのアミノ酸ポリアミドモノマー間の重縮合反応を示し、式中、C-1及びC-2は、重縮合反応に関与するカルボン酸とアミン部分との間のそれぞれのアミノ酸ポリアミドモノマーの部分を表す。本開示の組成物及び方法に関して、C-1、C-2、又はC-1及びC-2の両方は、少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含み得る。
スキーム4は、スキーム3の非限定的な例であり、式中、C-1は、不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含まず、C-2は、不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含む。1つのポリアミドモノマーが少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含み、他方が不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含まないスキーム4のような例では、2つのモノマーの相対比は、得られるポリアミド中の不飽和脂肪族炭素-炭素結合の量を制御するために使用され得る。
スキーム5は、アミノ酸ポリアミドモノマーとポリアミンアミドモノマーとの間の重縮合反応を示し、式中、C-1及びC-2は、重縮合反応に関与するカルボン酸とアミン部分又は2つのアミン部分との間のそれぞれのポリアミドモノマーの部分を表す。本開示の組成物及び方法に関して、C-1、C-2、又はC-1及びC-2の両方は、少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含み得る。
式中、スキーム5のC-1は、少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含み、得られるポリアミドの大部分は、不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含む。式中、スキーム5のC-2は、少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含み、また、スキーム5のC-1は、不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含まず、ポリマー鎖当たり単一の場合のC-2の不飽和脂肪族炭素-炭素結合のみが、(例えば、付加製造方法の圧密化中に)将来の架橋に関与し得る。このような例では、得られるポリアミドは、本明細書のいくつかの他の実施例よりも低い架橋電位を有する。スキーム6は、スキーム5の非限定的な例であり、式中、C-2は、少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含み、C-1は、不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含まない。
スキーム7は、アミノ酸ポリアミドモノマーとポリ酸ポリアミドモノマーとの間の重縮合反応を示し、式中、C-1及びC-2は、重縮合反応に関与するカルボン酸とアミン部分又は2つのカルボン酸部分との間のそれぞれのポリアミドモノマーの部分を表す。本開示の組成物及び方法に関して、C-1、C-2、又はC-1及びC-2の両方は、少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含み得る。
式中、スキーム7のC-1は、少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含み、得られるポリアミドの大部分は、不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含む。式中、スキーム7のC-2は、少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含み、また、スキーム7のC-1は、不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含まず、ポリマー鎖当たり単一の場合のC-2の不飽和脂肪族炭素-炭素結合のみが、(例えば、付加製造方法の圧密化中に)将来の架橋に関与し得る。このような例では、得られるポリアミドは、本明細書のいくつかの他の実施例よりも低い架橋電位を有する。スキーム8は、スキーム7の非限定的な例であり、式中、C-2は、少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含み、C-1は、不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含まない。
スキーム9は、アミノ酸ポリアミドモノマーと、ポリアミンポリアミドモノマーと、ポリ酸ポリアミドモノマーとの間の重縮合反応を示し、式中、C-1、C-2、及びC-3は、重縮合反応に関与するカルボン酸と、アミン部分(C-1)と、2つのアミン部分(C-2)と、2つのカルボン酸部分(C-3)との間のそれぞれのポリアミドモノマーの部分を表す。本開示の組成物及び方法に関して、C-1、C-2、及びC-3のうちの1つ以上は、少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含み得る。
スキーム10は、ポリアミンポリアミドモノマーとポリ酸ポリアミドモノマーとの間の重縮合反応を示し、式中、C-1及びC-2は、重縮合反応に関与する2つのアミン部分又は2つのカルボン酸部分との間のそれぞれのポリアミドモノマーの部分を表す。本開示の組成物及び方法に関して、C-1、C-2、又はC-1及びC-2の両方は、少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含み得る。
スキーム1~10の重縮合反応例は、非限定的な例である。追加のポリアミドモノマーは、このようなスキームに含まれてもよい。例えば、スキーム10は、2つのアミン部分の間にC-3部分を有するポリ酸ポリアミドモノマーである第3のポリアミドモノマーを含み得る。更に、スキーム1~10は、ニ酸ポリアミドモノマー、ジアミンポリアミドモノマー、及び1つのアミン部分及び1つのカルボン酸部分を有するアミノ酸ポリアミドモノマーを示す。当業者であれば、当該スキームが、ポリ酸ポリアミドモノマー、ポリアミンポリアミドモノマー、及び1つ以上のアミン部分及び1つ以上のカルボン酸部分を有するアミノ酸ポリアミドモノマーにどのように延在するかを認識するであろう。
スキーム11は、環状ポリアミドモノマーとアミノ酸ポリアミドモノマーとの間の開環反応を示し、式中、C-1は、反応に関与するアミンとカルボン酸部分との間のアミノ酸ポリアミドモノマーの部分を表す。本開示の組成物及び方法に関して、C-1は、少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含む。
スキーム12は、環状ポリアミドモノマーとポリ酸ポリアミドモノマーとの間の開環反応を示し、式中、C-1は、反応に関与する2つのカルボン酸部分の間のポリ酸ポリアミドモノマーの部分を表す。本開示の組成物及び方法に関して、C-1は、少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含む。
スキーム13は、環状ポリアミドモノマーとポリアミンポリアミドモノマーとの間の開環反応を示し、式中、C-1は、反応に関与する2つのアミン部分の間のポリアミンポリアミドモノマーの部分を表す。本開示の組成物及び方法に関して、C-1は、少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含む。
スキーム11~13の開環反応例は、非限定的な例である。追加のポリアミドモノマーは、このようなスキームに含まれてもよい。例えば、スキーム13は、2つのカルボン酸部分の間にC-2部分を有するポリ酸ポリアミドモノマーである第3のポリアミドモノマーを含み得る。更に、スキーム11~13は、ニ酸ポリアミドモノマー、ジアミンポリアミドモノマー、及び1つのアミン部分及び1つのカルボン酸部分を有するアミノ酸ポリアミドモノマーを示す。当業者であれば、当該スキームが、ポリ酸ポリアミドモノマー、ポリアミンポリアミドモノマー、及び1つ以上のアミン部分及び1つ以上のカルボン酸部分を有するアミノ酸ポリアミドモノマーにどのように延在するかを認識するであろう。
重縮合で使用するのに好適な少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を有さないアミノ酸ポリアミドモノマーの例としては、限定するものではないが、nが1~20であるHN-(CH2)n-COOH、分枝脂肪族アミノ酸(例えば、C4~C20)、環状脂肪族アミノ酸(例えば、C4~C20)、芳香族アミノ酸(例えば、3-アミノ安息香酸、4-アミノ安息香酸)など、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。
少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を有するアミノ酸ポリアミドモノマーの例としては、限定するものではないが、マレアミド酸、N-プロピルマレアミド酸など、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。
重縮合で使用するのに好適な少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を有さないポリ酸ポリアミドモノマーの例としては、限定するものではないが、nが1~20であるHOOC-(CH2)n-COOH(例えば、アジピン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ピメリン酸、スベリン酸、デカン二酸、ドデカン二酸)、イソフタル酸、テレフタル酸、ペント-2-エンジオ酸、ドデカ-2-エンジオ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アジン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、1,3-シクロヘキサンジカルボン酸など、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。
少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を有するポリ酸ポリアミドモノマーの例としては、限定するものではないが、フマル酸、マレイン酸、グルタコン酸、アコニット酸、イタコン酸など、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。
重縮合で使用するのに好適な少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を有さないポリアミンポリアミドモノマーの例としては、限定するものではないが、nが1~20であるHN-(CH2)n-NH、1,5-ジアミノ-2-メチルペンタン、1,2-ジアミノプロパン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、2-メチルオクタン-1,8-ジアミン、Nが2又は3であるn-メチル1,6-ヘキサメチレンジアミン、Nが2~4であるn-メチル1,7-ヘプタメチレンジアミン、Nが2~4であるn-メチル1,8-オクタメチレンジアミン、Nが2~6であるn-メチル1,12-ドデカメチレンジアミン、1,3-ビス(アミノメチル)ベンゼン、オルト-フェニレン-ビス(メチルアミン)、1,4-ビス(アミノメチル)ベンゼン、1,4-シクロヘキサンジアミン、4-メチルシクロヘキサン-1,3-ジアミン、4-メチルシクロヘキサン-1,3-ジアミン、ジフェニルエチレンジアミン、ジフェニルエチレンジアミン、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、4,4’-メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、4,4’-ビフェニルジアミン、1,8-ジアミノナフタレンなど、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。
少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を有するポリアミンポリアミドモノマーの例としては、限定するものではないが、1,4-ジアミノ-2-ブテン、1,5-ビス(3-アミノフェニル)-1,4-ペンタジエン-3-オン(DADBA)、トランス-4-シクロヘキセン-1,2-ジアミンなど、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。
開環重合で使用するのに好適な環状ポリアミドモノマーの例としては、限定するものではないが、アゼリジノン、2-アゼチジノン、2-ピロリジノン、2-ピペリジノン、ε-カプロラクタム、2-アザシクロオクタノン、2-アザシクロノナノン、2-アザシクロデカノン、2-アザシクロウンデカノン、2-アザ-シクロドデカノン、ラウロラクタム、ブチロラクタム、ピバロラクタム、ε-カプロラクタム、カプリロラクタム、エナントラクタム、ウンデカノネラクタム、ラウロラクタム(ドデカノラクタム)など、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。
重縮合反応(例えば、スキーム1~10及びその変形)は、活性化剤及び/又は金属塩の存在下で行われ得る。活性化剤の例としては、限定するものではないが、トリフェニルホスフィンなど、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。金属塩の例としては、限定するものではないが、塩化カルシウム、フッ化セシウムなど、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。
重縮合反応(例えば、スキーム1~10及びその変形)は、約50℃~約200℃(又は約50℃~約100℃、又は約75℃~約150℃、又は約125℃~約200℃)で行われ得る。
重縮合反応(例えば、スキーム1~10及びその変形)は、約5分~約24時間(又は約5分~約6時間、又は約2時間~約12時間、又は約6時間~約24時間)にわたって行われ得る。
重縮合反応(例えば、スキーム1~10及びその変形)は、N-メチルピロリドン(N-mehtyl pyrrolidone、NMP)、ピリジン、ジクロロメタン、ジメチルスルホキシド(dimethyl sulfoxide、DMSO)、N,N-ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、テトラヒドロフランなど、及びこれらの任意の組み合わせを含むが、これらに限定されない、溶媒中で行われ得る。
重縮合反応(例えば、スキーム1~10及びその変形)は、(累積的に)少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を有するポリアミドモノマーと(累積的に)少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を有さないポリアミドモノマーとのモル比が、約500:1~約1:500(又は約500:1~約100:1、又は約250:1~約50:1、又は約100:1~約10:1、又は約50:1~約1:1、又は約25:1~約1:25、又は約1:1~約1:50、又は約1:10~約1:100、又は約1:50~約1:250、又は約1:100~約1:500で行われ得る。重縮合反応に含まれる少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を有するポリアミドモノマーが多ければ多いほど、(例えば、付加製造方法の圧密化中に)架橋の可能性がある場所が多くなる。
開環重合反応(例えば、スキーム11~13及びその変形)は、活性化剤及び/又は金属塩の存在下で行われ得る。活性化剤の例としては、限定するものではないが、トリフェニルホスフィンなど、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。金属塩の例としては、塩化カルシウム、フッ化セシウムなど、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。
開環重合反応(例えば、スキーム11~13及びその変形)は、約50℃~約200℃(又は約50℃~約100℃、又は約75℃~約150℃、又は約125℃~約200℃)で行われ得る。
開環重合反応(例えば、スキーム11~13及びその変形)は、約5分~約24時間(又は約5分~約6時間、又は約2時間~約12時間、又は約6時間~約24時間)にわたって行われ得る。
開環重合反応(例えば、スキーム11~13及びその変形)は、N-メチルピロリドン(NMP)、ピリジン、ジクロロメタン、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N-ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、テトラヒドロフランなど、及びこれらの任意の組み合わせを含むが、これらに限定されない、溶媒中で行われ得る。
開環重合反応(例えば、スキーム11-13及びその変形)は、(累積的に)少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を有するポリアミドモノマーと(累積的に)少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を有さないポリアミドモノマーとのモル比が、約500:1~約1:500(又は約500:1~約100:1、又は約250:1~約50:1、又は約100:1~約10:1、又は約50:1~約1:1、又は約25:1~約1:25、又は約1:1~約1:50、又は約1:10~約1:100、又は約1:50~約1:250、又は約1:100~約1:500で行われ得る。重縮合反応に含まれる少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を有するポリアミドモノマーが多ければ多いほど、架橋の可能性がある場所が多くなる。
任意の好適な合成経路から得られる不飽和ポリアミドは、少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を有するポリアミド単位と少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を有さないポリアミド単位とが、約500:1~約1:500(又は約500:1~約100:1、又は約250:1~約50:1、又は約100:1~約10:1、又は約50:1~約1:1、又は約25:1~約1:25、又は約1:1~約1:50、又は約1:10~約1:100、又は約1:50~約1:250、又は約1:100~約1:500)のモル当量を有し得る。
開始剤ドープ、不飽和ポリアミド組成物及び方法
開始剤ドープ、不飽和ポリアミド組成物及び方法
本明細書に記載される方法及び組成物は、(例えば、付加製造方法の圧密化中に)不飽和ポリアミドを架橋するのに好適な開始剤をドープした不飽和ポリアミドを含む。開始剤は、熱開始剤、光開始剤、又は熱開始剤と光開始剤との組み合わせであってもよい。
熱開始剤の例としては、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム;過硫酸カリウム、有機過酸化物(例えば、過酸化ベンゾイル、t-アミルパーアセテート、2,5-ジメチル-2,5-ビス(t-ブチルペルオキシ)-3-ヘキシン、2,5-ジメチル-2,5-ジ-(t-ブチルペルオキシ)-ヘキサン、t-ブチルアルファ-クミルペルオキシド、ジブチルペルオキシド、t-ブチルヒドロペルオキシド、ジクロロベンゾイルペルオキシド、ジクミルペルオキシド、ジ-t-ブチルペルオキシド、2,5ジメチル-2,5-ジ(ペルオキシ安息香酸)-3-ヘキシン、1,3-ビス(t-ブチルペルオキシイソプロピル)ベンゼン、ラウロイルペルオキシド、ジ-t-アミルペルオキシド、1,1-ジ-(t-ブチルペルオキシ)シクロヘキサン、2,2-ジ-(t-ブチルペルオキシ)ブタン、及び2,2-ジ-(t-アミルペルオキシ)プロパン)、2,2’-アゾビス(2-メチルプロパンニトリル、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)(azobis(isobutyronitrile)、AIBN)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリル)、1,1’-アゾビス(シアノシクロヘキサン)、2,2’-アゾジイ(2-メチルブチロニトリル、2-メチル2-2’-アゾビスプロパンニトリル、2-2’-アゾビスイソブチルアミド脱水物、2、2’-アゾビス(2-メチル-N-フェニルプロピオンアミジン)ジヒドロクロリド、2,2’-アゾビス[N-(4-クロロフェニル)-2-メチルプロピオンアミジン]ジヒドロクロリド、2,2’-アゾビス[N-(4-ヒドロキシフェニル)-2-メチル-プロピオンアミジン]ジヒドロクロリド、2,2’-アゾビス[N-(4-アミノ-フェニル)-2-メチルプロピオンアミジン]テトラヒドロクロリド、2,2’-アゾビス[2-メチル-N(フェニルメチル)プロピオンアミジン]ジヒドロクロリド、2,2’-アゾビス[2-メチル-N-2-プロペニルプロピオンアミジン]ジヒドロクロリド、2,2’-アゾビス[N-(2-ヒドロキシ-エチル)-2-メチルプロピオンアミジン]ジヒドロクロリド、2,2’-アゾビス[2(5-メチル-2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]ジヒドロクロリド、2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]ジヒドロクロリド、2,2’-アゾビス[2-(4,5,6,7-テトラヒドロ-1H-1,3-ジアゼピン-2-イル)プロパン]ジヒドロクロリド、2,2’-アゾビス[2-(3,4,5,6-テトラヒドロピリミジン-2-イル)プロパン]ジヒドロクロリド、2,2’-アゾビス[2-(5-ヒドロキシ-3,4,5,6-テトラヒドロピリミジン-2-イル)プロパン]ジヒドロクロリド、2,2’-アゾビス{2-[1-(2-ヒドロキシエチル)-2-イミダゾリン-2-イル]プロパン}ジヒドロクロリド、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、ジメチル2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオネート)、2,2’-アゾビス(N-ブチル-2-メチルプロピオンアミド)、2,2’-アゾビス[2-メチル-N-(2-ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]、2,2’-アゾビス[N-(2-カルボキシエチル)-2-メチルプロピオンアミジン]四水和物など、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。
光開始剤の例としては、限定するものではないが、(±)-カンファキノン、アセトフェノン、3-アセトフェノール、4-アセトフェノール、ベンゾフェノン、2-メチルベンジルフェノン、3-メチルベンゾフェノン、3-ヒドロキシベンゾフェノン、3,4-ジメチルベンソフェノン、4-ヒドロキシベンゾフェノン、4-ベンゾイル安息香酸、2-ベンゾイル安息香酸、メチル-2-ベンゾイルベンゾエート、4,4’-ジヒドロキシベンゾフェノン、4-(ジメチルアミノ)-ベンゾフェノン、4,4’-ビス(ジメチルアミノ)-ベンゾフェノン、4,4’-ビス(ジエチルアミノ)-ベンゾフェノン、4,4’-ジクロロベンゾフェノン、4-(p-トリルチオ)ベンゾフェノン、4-フェニルベンゾフェノン、1,4-ジベンゾイルベンゼン、ベンジル、4,4’-ジメチルベンジル、P-アニシル、2-ベンゾイル-2-プロパノール、2-ヒドロキシ-4’-(2-ヒドロキシエトキシ)-2-メチルプロピオフェノン、1-ベンゾイルシクロヘキサノール、ベンゾイン、アニソニン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、O-トシルベンゾイン、2,2-ジエトキシアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール、2-メチル-4’-(メチルチオ)-2-モルホリノプロピオフェノン、2-ベンジル-2-(ジメチルアミノ)-4’-モルホリノブチロフェノン、2-イソニトロソプロピオフェノン、アントラキノン、2-エチルアントラキノン、アントラキノン-2-スルホン酸ナトリウム水和物、9,10-フェナントレンキノン、9,10-フェナントレンキノン、ジベンゾスベレノン、2-クロロチオキサントン、2-イソプロピルチオキサントン、2,4-ジエチルチオザンテン-9-オン、2,2’-ビス(2-クロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾール、ジフェニル(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド、フェニルビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド((trimethylbenzoyl)phosphine oxide、TPO)、アシルホスフィンオキシド(acyl phosphine oxide、APO)、ビスアシルホスフィンオキシド(bis acyl phosphine oxide、BAPO)、リチウムフェニル(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィネートなど、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。
不飽和ポリアミドを開始剤でドープするいくつかの方法を使用することができる。一般に、ドープは、溶融ブレンド、乾式ブレンド(上記定義)、湿式ブレンド(上記定義)、又はこれらの組み合わせによって生じ得る。
溶融ブレンドでは、1つ以上の不飽和ポリアミドが溶融し、1つ以上の開始剤と混合される。このようなブレンドでは、他の添加剤(例えば、他の熱可塑性ポリマー、充填剤など)が任意に含まれてもよい。しかしながら、溶融温度は、1つ以上の開始剤が架橋を引き起こす温度未満であるべきである。一般に、溶融ブレンド方法は、不飽和ポリアミドを溶融するのに必要な温度で使用できる開始剤が制限されているため、制限される。
乾式ブレンドでは、1つ以上の不飽和ポリアミドを1つ以上の開始剤と混合してもよい。このようなブレンドでは、他の添加剤(例えば、他の熱可塑性ポリマー、充填剤など)が任意に含まれてもよい。乾式ブレンドでは、ブレンドされる構成成分の各々は、当該構成成分の重量で存在する溶媒及び/又は分散剤(例えば、水、メタノール、アセトンなど、及び任意の組み合わせ)の10重量%未満を有するべきである。乾式ブレンドは、不飽和ポリアミド及び/又は開始剤の微粒子を破壊する剪断力を生み出すブレンダ又は他のミキサで行われ得る。場合によっては、開始剤は、室温で液体であってもよい。このような場合、開始剤は、不飽和ポリアミド粒子にコーティング及び/又は吸収されてもよい。
湿式ブレンドでは、1つ以上の不飽和ポリアミドは、溶媒及び/又は分散剤(例えば、水、メタノール、アセトンなど、及び任意の組み合わせ)の存在下で、1つ以上の開始剤と混合されてもよい。このようなブレンドでは、他の添加剤(例えば、他の熱可塑性ポリマー、充填剤など)が任意に含まれてもよい。本明細書に記載される方法では、一般に、1つ以上の不飽和ポリアミドは、典型的には固体粒子として、流体中に分散されてもよく、1つ以上の開始剤(乾式又は湿式のいずれか)を、当該分散液に添加してもよく、かつ/又は不飽和ポリアミドの流体添加中に添加してもよい。ここでも、当該分散液に他の添加剤が含まれてもよい。分散液は、所望の時間(例えば、約15分~約1日、又は約30分~約3時間)混合し、次いで濾過し、洗浄し、乾燥させて流体を除去してもよい(好ましくは、10重量%未満の流体が残るように乾燥させる)。場合によっては、混合中、開始剤は、不飽和ポリアミド粒子に吸収され得る。
各ブレンド方法では、1つ以上の不飽和ポリアミドと1つ以上の開始剤との混合物を生成することが目的である。
不飽和ポリアミド(累積的に)と開始剤(累積的に)との重量比は、約90:10~約99:1であってもよい。
開始剤ドープ、不飽和ポリアミドを用いた選択的レーザ焼結
開始剤ドープ、不飽和ポリアミドを用いた選択的レーザ焼結
本明細書に記載されるように、SLSは、ポリマー粒子(又は粉末)を使用して物体を生成する。本開示の方法及び組成物は、本明細書に記載される不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子を含む。
粒子は、沈殿法、低温製粉法、又は溶融乳化法によって生成され得る。これらの方法に応じて、開始剤は、粒子の形成中、及び/又は粒子の形成後に存在し得る。
粒子を生成するための例示的な沈殿法は、本明細書に記載される重縮合及び/又は開環反応が乳化中で行われる、直接乳化重合である。乳化の不連続相は、重縮合反応が発生する場所である。次いで、反応が停止したとき、不連続相は、不飽和ポリアミド粒子となる。本実施例では、開始剤のドープは、好ましくは不飽和ポリアミド粒子の形成後に行われる。開始剤が重縮合反応中に存在した場合、架橋が発生し得る。したがって、開始剤ドープ不飽和ポリアミド粒子は、好ましくは、最初に直接乳化重合及び沈殿によって不飽和ポリアミド粒子を形成し、次いで、得られる粒子を開始剤と湿式及び/又は乾式ブレンドすることによって形成される。非限定的な例として、本開示の方法は、第1のポリアミドモノマーと第2のポリアミドモノマーとの間の重縮合及び/又は開環反応を介して(例えば、スキーム1~13のうちの1つ以上を介して)乳化重合することであって、第2のポリアミドモノマーは、不飽和ポリアミドを生成するための少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含む、乳化重合することと、不飽和ポリアミドを粒子として沈殿させることと、不飽和ポリアミドを含む粒子と開始剤を(湿式及び/又は乾式ブレンドを介して)ブレンドすることと、を含み得る。
別の粒子生成例では、不飽和ポリアミドは、高圧及び高温(例えば、約100℃~約150℃)下で溶媒(例えば、エタノール又はプロパノール)中に溶解され得る。冷却すると、不飽和ポリアミドは粒子中に沈殿する。本明細書では、本方法は、熱誘導性沈殿と呼ばれる。本実施例では、開始剤は、沈殿後に不飽和ポリアミドと共に存在し得る。あるいは、又はこのような実施形態に加えて、沈殿粒子は、開始剤と湿式及び/又は乾式ブレンドされてもよい。非限定的な例として、本開示の方法は、不飽和ポリアミド(例えば、スキーム1~13のうちの1つ以上の生成物)を溶媒中に溶解させることと、不飽和ポリアミドを粒子として沈殿させることと、不飽和ポリアミドを含む粒子と開始剤を(湿式及び/又は乾式ブレンドを介して)ブレンドすることと、を含み得る。別の非限定的な例では、本開示の方法は、不飽和ポリアミド(例えば、スキーム1~13のうちの1つ以上の生成物)及び開始剤を溶媒中に溶解させることと、不飽和ポリアミドを沈殿させて、不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子を得ることと、を含み得る。
更に別の実施例では、不飽和ポリアミドは、低温冷却され、製粉されて粒子を生成し得る。本実施例では、開始剤は、低温製粉前に不飽和ポリアミドと共に存在し得る。あるいは、又はこのような実施形態に加えて、得られる粒子は、開始剤と湿式及び/又は乾式ブレンドされてもよい。非限定的な例として、本開示の方法は、不飽和ポリアミド(例えば、スキーム1~13のうちの1つ以上の生成物)を低温冷却することと、低温冷却された不飽和ポリアミドを製粉して粒子を得ることと、不飽和ポリアミドを含む粒子と開始剤を(湿式及び/又は乾式ブレンドを介して)ブレンドすることと、を含み得る。別の非限定的な例では、本開示の方法は、開始剤の存在下で不飽和ポリアミド(例えば、スキーム1~13のうちの1つ以上の生成物)を低温冷却することと、低温冷却された不飽和ポリアミドを製粉して、不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子を得ることと、を含み得る。
別の例では、不飽和ポリアミドは、溶融乳化によって粒子に形成され得る(本明細書でより詳細に記載される)。本実施例では、開始剤は、溶融物中に存在し得る。しかしながら、本明細書で論じられるように、溶融物の温度は、開始剤が不飽和ポリアミドを架橋させる温度よりも低いことが好ましい。あるいは、又はこのような実施形態に加えて、得られる粒子は、開始剤と湿式及び/又は乾式ブレンドされてもよい。非限定的な例として、本開示の方法は、不飽和ポリアミド(例えば、スキーム1~13のうちの1つ以上の生成物)を溶融乳化することと、溶融乳化物を冷却して粒子を得ることと、不飽和ポリアミドを含む粒子と開始剤を(湿式及び/又は乾式ブレンドを介して)ブレンドすることと、を含み得る。別の非限定的な例では、本開示の方法は、開始剤の存在下で不飽和ポリアミド(例えば、スキーム1~13のうちの1つ以上の生成物)を溶融乳化することと、溶融乳化物を冷却して、不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子を得ることと、を含み得る。
熱誘導性沈殿、低温製粉、及び溶融乳化の場合、生成された粒子は、不飽和ポリアミド、任意に、不飽和ポリアミドとは異なる熱可塑性ポリマー、及び任意に相溶化剤を含む。すなわち、このような方法の出発物質は、不飽和ポリアミド、任意に、不飽和ポリアミドとは異なる熱可塑性ポリマー、及び任意に相溶化剤を含み得る。例えば、熱可塑性ポリマー及び任意に相溶化剤は、熱誘導性沈殿法で沈殿する前に溶媒中に溶解されてもよい。別の例では、不飽和ポリアミドは、不飽和ポリアミド及び任意に相溶化剤とは異なる熱可塑性ポリマーと溶融ブレンドされ得る。得られるブレンドポリマーは、低温製粉法で使用され得る。更に別の例では、溶融乳化の構成成分は、不飽和ポリアミド、不飽和ポリアミドとは異なる熱可塑性ポリマー、及び任意に相溶化剤を含み得る。
熱可塑性ポリマーはまた、架橋に関与する不飽和部位を有し得る。熱可塑性ポリマーは、架橋に関与しないが、他の機械的、熱的、又は物理的特性を提供し得る。前述の2つの種類の熱可塑性ポリマーの組み合わせが含まれ得る。
不飽和ポリアミド(累積的に)と不飽和ポリアミドとは異なる熱可塑性ポリマーとの重量比は、約500:1~約1:10(又は約500:1~約100:1、又は約250:1~約50:1、又は約100:1~約10:1、又は約50:1~約1:1、又は約25:1~約1:10)であってもよい。不飽和ポリアミドとは異なる熱可塑性ポリマーが多く含まれていると、当該熱可塑性ポリマーが架橋に関与していないことを条件に、SLS法によって形成された得られる物体の架橋量が低減される。
熱可塑性ポリマーの例としては、飽和ポリアミド、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、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)、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チレン、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を含むコポリマー(PEBA又はポリエーテルブロックアミド)、グラフト化又は非グラフト化熱可塑性ポリオレフィン、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)(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、ポリフッ化ビニリデン(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、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。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てもよい。
本開示の組成物及び方法における他の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。他の熱可塑性ポリマーの前述の例のいくつかは、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。例えば、エチレンとプロピレンとのコポリマーであるポリエチレンは、ポリマー中のプロピレンの量に応じて、エラストマーであっても又はエラストマーでなくてもよい。
熱可塑性エラストマーは、一般に、6つのクラス、スチレン系ブロックコポリマー、熱可塑性ポリオレフィンエラストマー、熱可塑性加硫ゴム(エラストマー合金とも呼ばれる)、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)のうちの1つの範囲内にある。熱可塑性ポリマーの例は、「熱可塑性エラストマーのハンドブック」(Handbook of Thermoplastic Elastomers)第2版 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、及びポリアクリロニトリル、シリコーンなどが挙げられる。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、限定するものではないが、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)等、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。
ポリアミドの例としては、限定するものではないが、ポリカプロアミド、ポリ(ヘキサメチレンスクシンアミド)、ポリヘキサメチレンアジパミド、ポリペンタメチレンアジパミド、ポリヘキサメチレンセバカミド、ポリウンデカアミド、ポリドデカアミド、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド、ナイロン10,10、ナイロン10,12、ナイロン10,14、ナイロン10,18、ナイロン6,18、ナイロン6,12、ナイロン6,14、ナイロン12,12、半芳香族ポリアミド、芳香族ポリアミド、これらの任意のコポリマー、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。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、及びPA10.10/10.36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。ポリアミドエラストマーの例としては、ポリエステルアミド、ポリエーテルエステルアミド、ポリカーボネート-エステルアミド、及びポリエーテル-ブロック-アミドエラストマーが挙げられるが、これらに限定されない。
ポリウレタンの例としては、限定するものではないが、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。熱可塑性ポリウレタンの例としては、限定するものではないが、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。
相溶化剤は、不飽和ポリアミドと1つ以上の熱可塑性ポリマーとのブレンド効率及び効果を改善するために任意に使用することができる。ポリマー相溶化剤の例としては、限定するものではないが、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)チタン酸塩&ジルコン酸塩(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(共押し出し可能な接着性樹脂、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)、スチレン系樹脂、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)(Dowから入手可能なポリマー改質剤)、AMPLIFY TY(商標)(無水マレイン酸グラフト化ポリマー、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。
本明細書に記載されるように、SLS法では、粒子を圧密化するために、レーザ及び他の供給源からの熱を使用する(例えば、チャンバを粒子中のポリマーの溶融温度未満に加熱してもよい)。レーザによって引き起こされる加熱を強化するために、SLS法で使用される粒子は、赤外線吸収剤を含んでもよく、かつ/又は赤外線吸収剤と混合されてもよい。一般に、赤外線吸収剤は、電磁放射線を(例えば、約100nm~約1mmの1つ以上の波長で)吸収し、熱を生成する。赤外線吸収剤は、開始剤の開始を加速することができ、その結果、(例えば、付加製造方法の圧密化中に)架橋する。赤外線吸収剤の例としては、限定するものではないが、カーボンブラック、炭、炭素繊維、カーボンナノチューブ、黒鉛、水酸化銅リン酸、チョーク、骨、干渉顔料(例えば、Merckから入手可能なIRIODIN(登録商標))、真珠光沢顔料、金属酸化被覆雲母顔料などの着色剤及び/又は顔料(例えば、有機物又は無機物、及び合成又は天然)、酸化アンチモン、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、硫化亜鉛、硫化スズ、又はこれらの混合物などの酸化物及び硫化物、メラミンシアヌレート(DSMから入手可能なMELAPUR(登録商標))に基づく作用剤、又はリン、好ましくはリン酸塩、亜リン酸エステル、ホスホニト、又は赤リン元素に基づく作用剤などの防炎加工剤、炭素繊維、ガラスビーズ(中空、多孔質、又は固体カオリン、珪灰石など、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。当該赤外線吸収剤は、そのまま分散されてもよいし、又は次いで分散される雲母のような基材上分散されてもよい。赤外線吸収剤は、開始剤に対して記載されるように、粒子中に存在し、その粒子と組み込まれてもよい。
本明細書に記載されるSLS法で使用される粒子は、(a)不飽和ポリアミド、開始剤、任意に赤外線吸収剤、任意に、不飽和ポリアミドとは異なる熱可塑性ポリマー、任意に相溶化剤、及び任意に他の添加剤を含む開始剤ドープ不飽和ポリアミド粒子と、任意に(b)不飽和ポリアミドとは異なる熱可塑性ポリマー、及び任意に相溶化剤を含む他の熱可塑性粒子と、を含み得る。
SLS法は、開始剤ドープ不飽和ポリアミド粒子(及び任意に他の熱可塑性粒子)を表面上に堆積させることと、堆積させた後、粒子の少なくとも一部を加熱して、粒子の圧密化及び不飽和ポリアミドの架橋を促進して、圧密体(物体)を形成することと、を含み得る。理論に束縛されるものではないが、粒子の加熱及び/又はレーザへの曝露は、開始剤が不飽和ポリアミド中の不飽和結合の架橋を開始させると考えられる。
本明細書に記載される不飽和ポリアミドを利用するSLS法によって生成され得る物体の例は、限定するものではないが、粒子、フィルム、パッケージ、玩具、生活雑貨、自動車部品、航空宇宙/航空機関連部品、容器(例えば、食品、飲料、化粧品、パーソナルケア組成物、医薬品など用の容器)、靴のソール、家具部品、装飾用家庭商品、プラスチックギア、ネジ、ナット、ボルト、結束バンド、宝石類、美術品、彫刻、医療品目、プロテーゼ、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物、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、生体医学装置(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、当該物品の全て又はその一部であってもよい。更に、粒子は、塗料、粉末コーティング、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ってもよい。
溶融乳化法及び得られる粒子
溶融乳化法及び得られる粒子
図は、本開示の非限定的な例示的方法100のフロー図である。熱可塑性ポリマー102(本明細書に記載される1つ以上の不飽和ポリアミド、及び任意に本明細書に記載される1つ以上の他の熱可塑性ポリマーを含む)、分散媒104、及び任意に乳化安定剤106を108で組み合わせて、混合物110を生成する。構成成分102、104、及び106は、任意の順序で添加され、構成成分102、104、及び106を組み合わせるプロセス108中の混合及び/又は加熱を含み得る。
任意に、本明細書に記載される開始剤、赤外線吸収剤、及び相溶化剤のような他の添加剤は、混合物中に含まれ、構成成分102、104及び106と任意の順序で組み合わされ得る。
次いで、混合物110は、熱可塑性ポリマー102の融点又は軟化温度を超える温度で混合物110に十分に高い剪断力を適用することによって処理されて(112)、溶融乳化物114が形成される。温度は熱可塑性ポリマー102の融点又は軟化温度よりも高いため、熱可塑性ポリマー102はポリマー溶融物となる。剪断速度は、液滴(すなわち、ポリマー乳化物114)として、分散媒104中にポリマー溶融物を分散させるのに十分であるべきである。理論に束縛されるものではないが、全ての他の要因が同じである場合、剪断力を高めると、分散媒104中のポリマー溶融物の液滴の大きさが減少するはずであると考えられる。しかしながら、ある点においては、剪断力を高め、液滴直径を減少させることによる収穫逓減が存在する場合があり、又は製造される粒子の質を低下させる液滴内容物への分裂が存在する場合もある。
次いで、混合容器の内側及び/又は外側の溶融乳化物114が冷却されて(116)、ポリマー液滴を熱可塑性ポリマー粒子(固化熱可塑性ポリマー粒子とも呼ばれる)へと固化される。次いで、冷却された混合物118が処理されて(120)、熱可塑性ポリマー粒子122が他の構成成分124(例えば、分散媒104、余剰乳化安定剤106など)から単離され、熱可塑性ポリマー粒子122が洗浄、ないしは別の方法で精製され得る。熱可塑性ポリマー粒子122は、熱可塑性ポリマー102を含み、含まれる場合、熱可塑性ポリマー粒子122の外側表面を被覆する乳化安定剤106の少なくとも一部を含む。乳化安定剤106又はその一部は、熱可塑性ポリマー粒子122上に均一なコーティングとして堆積されてもよい。温度(冷却速度を含む)、熱可塑性ポリマー102の種類、並びに乳化安定剤106の種類及びサイズなどの非限定的要因に依存し得るいくつかの事例では、乳化安定剤106のナノ粒子は、熱可塑性ポリマー粒子122の外側表面内に、そこに会合する過程で少なくとも部分的に埋め込まれた状態になり得る。実施形態が実行されない場合でも、少なくとも乳化安定剤106内のナノ粒子は、熱可塑性ポリマー粒子122に強固に会合したまま、それらの更なる使用を促進し得る。対照的に、既に形成された(例えば、低温粉砕又は沈殿プロセスによって形成された)熱可塑性ポリマー微粒子と、シリカナノ粒子のような流動助剤との乾式ブレンドは、熱可塑性ポリマー微粒子上の流動助剤の堅牢で均一なコーティングをもたらさない。
有利には、本明細書に記載されるシステム及び方法(例えば、方法100)の分散媒及び洗浄溶媒は、再生かつ再利用することができる。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。
熱可塑性ポリマー102及び分散媒104は、様々な処理温度(例えば、室温からプロセス温度まで)にて熱可塑性ポリマー102及び分散媒104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、溶融ポリアミド102と分散媒104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)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、溶融ポリアミド102及び分散媒104の粘度が類似しすぎると、全体としての生成物の円形度が低減され得、粒子はより卵形になり、より細長い構造が観察されると考えられる。
熱可塑性ポリマー102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。
熱可塑性ポリマー102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(ASTM E1356-08(2014)で10℃/分の昇温及び冷却速度を使用)を有してもよい。
熱可塑性ポリマー102は、添加剤を任意に含んでもよい。典型的には、添加剤は、熱可塑性ポリマー102を混合物110に添加する前に存在するものである。したがって、熱可塑性ポリマー溶融液滴及び結果として得られる熱可塑性ポリマー粒子において、添加剤は熱可塑性ポリマー全体に分散される。それに応じて、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」と呼ばれる。内部添加剤は、混合物110又はウェルを予め作製する直前に、熱可塑性ポリマーとブレンドされてもよい。
本明細書に記載の組成物(例えば、混合物110及び熱可塑性ポリマー粒子122)中の構成成分量を記載するとき、重量パーセントは、内部添加剤を含まない熱可塑性ポリマー102に基づいている。例えば、10重量%の内部添加剤及び90重量%の熱可塑性ポリマーを含む100gの熱可塑性ポリマー102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の乳化安定剤と、90gの熱可塑性ポリマーと、10gの内部添加剤と、を含む組成物である。
内部添加剤は、熱可塑性ポリマー102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102中に存在し得る。例えば、熱可塑性ポリマー102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。
内部添加剤の例としては、限定するものではないが、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。充填剤の例としては、限定するものではないが、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、アルミニウム粉末)など、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。顔料の例としては、限定するものではないが、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。
熱可塑性ポリマー102は、組み合わされた熱可塑性ポリマー102及び分散媒104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110中に存在し得る。
好適な分散媒104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)の粘度を有する。
分散媒104の例としては、限定するものではないが、シリコーンオイル、フッ素化シリコーンオイル、ペルフッ素化シリコーンオイル、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(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、ミンクオイル、タートルオイル、大豆油、ペルヒドロスクアレン、スイートアーモンドオイル、カロフィルムオイル、パームオイル、パールリームオイル、グレープシードオイル、ゴマ油、トウモロコシ油、菜種油、ヒマワリ油、綿実油、杏油、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、脂肪酸で修飾されたポリシロキサン、脂肪族アルコールで修飾されたポリシロキサン、ポリオキシアルキレンで修飾された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。シリコーンオイルの例としては、限定するものではないが、ポリジメチルシロキサン、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。分散媒104が前述の2つ以上を含む場合、分散媒104は1つ以上の相を有し得る。例えば、脂肪酸で修飾されたポリシロキサン及び脂肪族アルコールで修飾されたポリシロキサン(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104を形成し得る。別の例では、シリコーンオイル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104は、二相分散媒104を形成し得る。
分散媒104は、組み合わされた熱可塑性ポリマー102及び分散媒104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110中に存在し得る。
場合によっては、分散媒104は、約0.6g/cm3~約1.5g/cm3の密度を有してもよく、熱可塑性ポリマー102は、約0.7g/cm3~約1.7g/cm3の密度を有し、熱可塑性ポリマーは、分散媒の密度と同様の密度、それより低い密度、又はそれより高い密度を有する。
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。
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、そ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また、金属酸化物という用語に含まれる。酸化物ナノ粒子は、親水性であっても又は疎水性であってもよく、天然の粒子であっても又は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てもよい。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てもよい。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。
シリカナノ粒子の市販の例としては、限定するものではないが、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。
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馴染みのあるものであり、そのうちのいずれかが本明細書で使用され得る。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てもよい。
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、本明細書内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、熱硬化性である及び/又は架橋されている1つ以上のポリマーを含んでもよい。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は、同様に、好適なポリマーナノ粒子乳化安定剤を含んでもよい。
ナノ粒子は、約1nm~約500nm(又は約10nm~約150nm、又は約25nm~約100nm、又は約100nm~約250nm、又は約250nm~約500nm)の平均直径(体積に基づくD50)を有し得る。
ナノ粒子は、約10m2/g~約500m2/g(又は約10m2/g~約150m2/g、又は約25m2/g~約100m2/g、又は約100m2/g~約250m2/g、又は250m2/g~約500m2/g)のBET表面積を有し得る。
ナノ粒子は、熱可塑性ポリマー102の重量に基づいて、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%)の濃度で混合物110中に含まれ得る。
界面活性剤は、アニオン性、カオチン性、非イオン性、又は双極性イオン性であり得る。界面活性剤の例としては、限定するものではないが、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、及びこ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、限定するものではないが、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。
界面活性剤は、ポリアミド102の重量に基づいて約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%)の濃度で混合物110中に含まれ得る。あるいは、混合物110は、界面活性剤を含まなくても(又は不在であっても)よい。
ナノ粒子と界面活性剤との重量比は、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)であってもよい。
上述のように、構成成分102、104、及び106は、任意の順番で添加され、構成成分102、104、及び106を含むプロセス108中の混合及び/又は加熱を含み得る。例えば、乳化安定剤106は、熱可塑性ポリマー102を添加する前に、まず分散媒104に分散されてもよく、任意選択的に当該分散液の加熱を伴う。別の非限定的な例では、熱可塑性ポリマー102は、分散媒104及び乳化安定剤106が一緒に又はいずれかの順序で添加されるポリマー溶融物を製造するために加熱され得る。更に別の非限定的な例では、熱可塑性ポリマー102及びキャリア流体104は、熱可塑性ポリマー102の融点又は軟化温度を超える温度、及びキャリア流体104中に熱可塑性ポリマー溶融物を分散させるのに十分な剪断速度で混合することができる。次いで、乳化安定剤106は、混合物110を形成するために添加され、設定された期間に好適なプロセス条件で維持され得る。
構成成分102、104、及び106を任意の組み合わせで組み合わせること(108)は、処理112に使用される混合装置及び/又は別の好適な容器内で行われ得る。非限定的な例として、熱可塑性ポリマー102は、処理112に使用される混合装置内で熱可塑性ポリマー102の融点又は軟化温度を超える温度まで加熱されてもよく、乳化安定剤106は、別の容器内で分散媒104中に分散されてもよい。次いで、当該分散液は、処理112に使用される混合装置内で熱可塑性ポリマー102の溶融物に添加されてもよい。
溶融乳化物114を製造するために処理112に使用される混合装置は、溶融乳化物114を熱可塑性ポリマー102の融点又は軟化温度を超える温度に維持し、ポリマー溶融物を液滴として分散媒104中に分散させるのに十分な剪断速度を適用することができるべきである。
溶融乳化物114を生成するための処理112に使用され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るが、これらに限定されない。
設定され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及び溶融乳化物114の形成。
処理112及び溶融乳化物114の形成の温度は、熱可塑性ポリマー102の融点又は軟化温度を超える、かつ混合物110中の任意の構成成分102、104、及び106の分解温度未満の温度であるべきである。例えば、処理112及び溶融乳化物114の形成の温度が、混合物110中の構成成分102、104、及び106のいずれかの分解温度未満であれば、処理112及び溶融乳化物114の形成の温度は、熱可塑性ポリマー102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℃)超えてよい。
処理112及び溶融乳化物114の形成の剪断速度は、ポリマー溶融物を液滴として分散媒104中に分散させるのに十分な高さであるべきである。当該液滴は、約1000μm以下(又は約1μm~約1000μm、又は約1μm~約50μm、又は約10μm~約100μm、又は約10μm~約250μm、又は約50μm~約500μm、又は約250μm~約750μm、又は約500μm~約1000μm)の直径を有する液滴を含むべきである。
処理112及び溶融乳化物114の形成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。理論に束縛されるものではないが、液滴直径の定常状態には、処理112が停止され得る時点で到達すると考えられる。その時間は、とりわけ、温度、剪断速度、熱可塑性ポリマー102の組成、分散媒104の組成、及び乳化安定剤106の組成に依存し得る。
溶融乳化物114は、その後116で冷却されてもよい。116における冷却は低速(例えば、周囲条件下で溶融乳化物を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、更には急冷(例えばドライアイス)によるほぼ瞬時(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)の範囲であってもよい。
冷却中、剪断力はほとんど又は全く溶融乳化物114に適用されなくてもよい。場合によっては、加熱中に適用される剪断力が冷却中に適用されてもよい。
溶融乳化物114の冷却116から得られる冷却された混合物118は、固化熱可塑性ポリマー粒子122(又は単純に熱可塑性ポリマー粒子)及び他の構成成分124(例えば、分散媒104、余剰乳化安定剤106など)を含む。熱可塑性ポリマー粒子は、分散媒中に分散されてもよく、又は分散媒中に沈降してもよい。
冷却された混合物118は、その後、他の構成成分124から別個の熱可塑性ポリマー粒子122(又は単純に熱可塑性ポリマー粒子122)に処理されてもよい(120)。好適な処理としては、洗浄、濾過、遠心分離、及びデカントなど、並びにこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。
熱可塑性ポリマー粒子122を洗浄するために使用される溶媒は一般に、(a)分散媒104と混和性であり、(b)熱可塑性ポリマー102と非反応性(例えば、非膨潤性及び非溶融性)であるべきである。溶媒の選択は、とりわけ、分散媒の組成及び熱可塑性ポリマー102の組成に依存することになる。
溶媒の例としては、限定するものではないが、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、ブロモフォーム、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。
溶媒は、空気乾燥、熱乾燥、減圧乾燥、凍結乾燥、又はこれらのハイブリッドなどの適切な方法を用いて乾燥することによって、熱可塑性ポリマー粒子122から除去されてもよい。加熱は、好ましくは、熱可塑性ポリマーのガラス転移点より低い温度(例えば、約50℃~約150℃)で行われてもよい。
他の構成成分124から分離した後の熱可塑性ポリマー粒子122は、所望により、精製された熱可塑性ポリマー粒子128を生成するように更に分類されてもよい。例えば、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、熱可塑性ポリマー粒子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。
精製技術の別の例では、熱可塑性ポリマー粒子122は、熱可塑性ポリマー粒子122の表面に会合した実質的に全てのナノ粒子を維持しながら界面活性剤を除去するために、水で洗浄されてもよい。精製技術の更に別の例では、熱可塑性ポリマー粒子122は、所望の最終生成物を得るために、添加剤とブレンドされてもよい。明確にするために、かかる添加剤は、粒子が固化した後に本明細書に記載される方法から得られる熱可塑性粒子122又は他の粒子とブレンドされるため、かかる添加剤は、本明細書では「外部添加剤」と呼ばれる。外部添加剤の例としては、流動助剤、他のポリマー粒子、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。
場合によっては、熱可塑性ポリマー粒子122の製造に使用される界面活性剤は、下流用途において不必要であり得る。それに応じて、精製技術の更に別の例は、熱可塑性ポリマー粒子122から界面活性剤を(例えば、洗浄及び/又は熱分解によって)少なくとも実質的に除去することを含み得る。
熱可塑性ポリマー粒子122及び/又は精製熱可塑性ポリマー粒子128(粒子122/128と呼ばれる)は、組成、物理的構造などによって特徴付けられ得る。
上述のように、乳化安定剤は、ポリマー溶融物と分散媒との間の界面にある。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、粒子122/128の構造は、一般に、(a)粒子122/128の外側表面上に分散された、かつ/又は(b)粒子122/128の外側部分(例えば、外側の1体積%)に埋め込まれた乳化安定剤を含む。
更に、ポリマー溶融液滴の内部に空隙が形成される場合、乳化安定剤106は、一般に、空隙の内部と熱可塑性ポリマーとの間の界面に存在する(及び/又は埋め込まれる)べきである。空隙は、一般に、熱可塑性ポリマーを含まない。むしろ、空隙は、例えば、分散媒、空気を含むか、又は空っぽであり得る。粒子122/128は、粒子122/128の約5重量%以下(又は約0.001重量%~約5重量%、又は約0.001重量%~約0.1重量%、又は約0.01重量%~約0.5重量%、又は約0.1重量%~約2重量%、又は約1重量%~約5重量%)の分散媒を含み得る。
熱可塑性ポリマー102は、粒子122/128の約90重量%~約99.5重量%(又は約90重量%~約95重量%、又は約92重量%~約97重量%、又は約95重量%~約99.5重量%)で粒子122/128中に存在し得る。
含まれる場合、乳化安定剤106は、粒子122/128の約10重量%以下(又は約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5重量%、又は約3重量%~約7重量%、又は約5重量%~約10重量%)で粒子122/128中に存在してもよい。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ために精製された場合、乳化安定剤106は、0.01重量%未満(又は0重量%~約0.01重量%、又は0重量%~0.001重量%)で粒子128中に存在し得る。
本明細書の開示による熱可塑性微粒子を形成する際、シリカナノ粒子などのナノ粒子の少なくとも一部は、熱可塑性微粒子の外側表面上にコーティングとして配置され得る。界面活性剤の少なくとも一部は、使用される場合、同様に外側表面に会合し得る。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、用語「実質的に均一」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)、特に外側表面全体によって被覆される表面位置における均一なコーティング厚さを指す。乳化安定剤106は、粒子122/128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ために精製された場合、乳化安定剤106は、粒子128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%)で粒子128中に存在し得る。粒子122/128の外側表面上の乳化安定剤106の被覆率は、走査型電子顕微鏡画像(SEM顕微鏡写真)の画像解析を用いて決定してもよい。乳化安定剤106は、粒子122/128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ために精製された場合、乳化安定剤106は、粒子128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%)で粒子128中に存在し得る。粒子122/128の外表面上の乳化安定剤106の被覆率は、SEM顕微鏡写真の画像解析を用いて決定され得る。
粒子122/128は、約0.1μm~約125μm(又は約0.1μm~約5μm、約1μm~約10μm、約5μm~約30μm、又は約1μm~約25μm、又は約25μm~約75μm、又は約50μm~約85μm、又は約75μm~約125μm)のD10と、約0.5μm~約200μm(又は約0.5μm~約10μm、又は約5μm~約50μm、又は約30μm~約100μm、又は約30μm~約70μm、又は約25μm~約50μm、又は約50μm~約100μm、又は約75μm~約150μm、又は約100μm~約200μm)のD50と、約3μm~約300μm(又は約3μm~約15μm、又は約10μm~約50μm、又は約25μm~約75μm、又は約70μm~約200μm、又は約60μm~約150μm、又は約150μm~約300μm)のD90と、を有し得、D10<D50<D90である。粒子122/128はまた、約0.4~約3(又は約0.6~約2、又は約0.4~約1.5、又は約1~約3)の直径スパンを有し得る。限定するものではないが、1.0以上の直径スパン値は広いとみなされ、直径スパン値0.75以下は狭いとみなされる。例えば、粒子122/128は、約5μm~約30μmのD10、約30μm~約100μmのD50、及び約70μm~約120μmのD90を有し得、D10<D50<D90である。
粒子122/128はまた、約0.4~約3(又は約0.6~約2、又は約0.4~約1.5、又は約1~約3)の直径スパンを有し得る。
第1の非限定的な例では、粒子122/128は、約0.5μm~約5μmのD10、約0.5μm~約10μmのD50、及び約3μm~約15μmのD90を有し得、D10<D50<D90である。
第2の非限定的な例では、粒子122/128は、約1μm~約50μmのD10、約25μm~約100μmのD50、及び約60μm~約300μmのD90を有し得、D10<D50<D90である。
第3の非限定的な例では、粒子122/128は、約5μm~約30μmのD10、約30μm~約70μmのD50、及び約70μm~約120μmのD90を有し得、D10<D50<D90である。当該粒子122/128は、約1.0~約2.5の直径スパンを有し得る。
第4の非限定的な例では、粒子122/128は、約25μm~約60μmのD10、約60μm~約110μmのD50、及び約110μm~約175μmのD90を有し得、D10<D50<D90である。当該粒子122/128は、約0.6~約1.5の直径スパンを有し得る。
第5の非限定的な例では、粒子122/128は、約75μm~約125μmのD10、約100μm~約200μmのD50、及び約125μm~約300μmのD90を有し得、D10<D50<D90である。当該粒子122/128は、約0.2~約1.2の直径スパンを有し得る。
粒子122/128は、約0.7以上(又は約0.90~約1.0、又は約0.93~約0.99、又は約0.95~約0.99、又は約0.97~約0.99、又は約0.98~1.0)の円形度を有し得る。
粒子122/128は、約25°~約45°(又は約25°~約35°、又は約30°~約40°、又は約35°~約45°)の安息角を有してもよい。
粒子122/128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。
粒子122/128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。
処理112の温度及び剪断速度、並びに成分102、104、及び106の組成及び相対濃度に応じて、粒子122/128を構成する構造の異なる形状が観察されている。典型的には、粒子122/128は、実質的に球状の粒子(約0.97以上の円形度を有する)を含む。しかしながら、粒子122/128では、ディスク構造及び細長い構造を含む他の構造が観察されている。したがって、粒子122/128は、(a)0.97以上の円形度を有する実質的に球状の粒子、(b)約2~約10のアスペクト比を有するディスク構造、及び(c)10以上のアスペクト比を有する細長い構造のうちの1つ以上を含み得る。上記の(a)、(b)、及び(c)構造のそれぞれは、(a)、(b)、及び(c)構造の外側表面上に分散された乳化安定剤、及び/又は(a)、(b)、及び(c)構造の外側部分に埋め込まれた乳化安定剤を有する。(a)、(b)、及び(c)構造のうちの少なくともいくつかは凝集し得る。例えば、(c)の細長い構造は、(a)の実質的に球状の粒子の表面上に位置し得る。
粒子122/128は、熱可塑性ポリマー102の焼結窓の10℃以内、好ましくは5℃以内の焼結窓を有してもよい。
非限定的な例
本開示の第1の非限定的な例示的実施形態は、不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子を含む組成物である。第1の非限定的な例示的実施形態には、要素1:粒子が、約0.9~約1.0の円形度を有する、要素2:不飽和ポリアミドと開始剤との重量比が、約90:10~約99:1である、要素3:粒子が、赤外線吸収剤を更に含む、要素4:組成物が、粒子と混合された赤外線吸収剤を更に含む、要素5:粒子が、不飽和ポリアミドではない熱可塑性ポリマーを更に含む、要素6:粒子が、粒子の外側表面に会合した乳化安定剤を更に含む、要素7:要素6であって、粒子の少なくともいくつかが、空隙/ポリマー界面において乳化安定剤を含む空隙を有する、要素8:要素6であって、乳化安定剤が、ナノ粒子を含み、ナノ粒子が、粒子の外側表面に埋め込まれている、要素9:粒子が、約0.1μm~約125μmのD10と、約0.5μm~約200μmのD50と、約3μm~約300μmのD90と、を有し、D10<D50<D90である、要素10:粒子が、約0.2~約10の直径スパンを有する、及び要素11:固化粒子が、約1.0~約1.5のハウスナー比を有する、うちの1つ以上を更に含み得る。組み合わせの例としては、限定するものではないが、要素2~11のうちの1つ以上と組み合わせた要素1、要素3~11のうちの1つ以上と組み合わせた要素2、要素4~11のうちの1つ以上と組み合わせた要素3、要素5~11のうちの1つ以上と組み合わせた要素4、要素9~11のうちの1つ以上と組み合わせた要素6(任意に、要素7及び/又は要素8と組み合わせた)、及び要素9~11のうちの2つ以上の組み合わせが挙げられる。
第2の非限定的な例示的実施形態は、(任意に、要素1~11のうちの1つ以上を有する)第1の非限定的な例示的実施形態の組成物を、他の熱可塑性ポリマー粒子と任意に組み合わせて表面上に堆積させることと、堆積させた後、粒子の少なくとも一部を加熱して、その圧密化及び不飽和ポリアミドの架橋を促進し、それにより、架橋ポリアミドを含む圧密体を形成することと、を含む、方法である。
第3の非限定的な例示的実施形態は、不飽和ポリアミド、不飽和ポリアミドと不混和性の分散媒、及び任意に乳化安定剤を含む混合物を、不飽和ポリアミドの融点又は軟化温度を超える温度、かつ分散媒中に不飽和ポリアミド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、混合物を不飽和ポリアミドの融点又は軟化温度未満まで冷却して、不飽和ポリアミド、及び存在する場合は不飽和ポリアミド粒子の外側表面に会合した乳化安定剤を含む不飽和ポリアミド粒子を形成することと、を含む、方法である。第1の非限定的な例示的実施形態は、要素1、要素9、要素10、要素11、要素12:方法が、不飽和ポリアミド粒子を開始剤と乾式ブレンドすることを更に含み、不飽和ポリアミドと開始剤との重量比が、約90:10~約99:1である、要素13:方法が、不飽和ポリアミド粒子を開始剤と湿式ブレンドすることを更に含み、不飽和ポリアミドと開始剤との重量比が、約90:10~約99である、要素14:開始剤が、光開始剤である、要素15:開始剤が、熱開始剤である、要素16:混合物が、不飽和ポリアミドではない熱可塑性ポリマーを更に含む、要素17:混合物が、赤外線吸収剤を更に含む、要素18:乳化安定剤が、混合物中に含まれ、乳化安定剤が、不飽和ポリアミド粒子の外側表面に会合している、要素19:要素18であって、乳化安定剤が、ナノ粒子を含み、ナノ粒子が、不飽和ポリアミド粒子の外側表面に埋め込まれている、及び要素20:混合物が、開始剤を更に含み、開始剤と不飽和ポリアミドとの重量比が、約90:10~約99:1である、うちの1つ以上を更に含み得る。組み合わせの例としては、限定するものではないが、要素12、13及び20のうちの2つ以上の組み合わせ、要素9~20のうちの1つ以上と組み合わせた要素1、要素10~20のうちの1つ以上と組み合わせた要素9、要素11~20のうちの1つ以上と組み合わせた要素10、要素12~20のうちの1つ以上と組み合わせた要素11、要素13~20のうちの1つ以上と組み合わせた要素12、要素14~20のうちの1つ以上と組み合わせた要素13、要素15~20のうちの1つ以上と組み合わせた要素14、要素16~20のうちの1つ以上と組み合わせた要素15、要素17~20のうちの1つ以上と組み合わせた要素16、及び要素18~20のうちの2つ以上の組み合わせが挙げられる。
第4の非限定的な例示的実施形態は、第1のポリアミドモノマーと第2のポリアミドモノマーとの間の重縮合及び/又は開環反応を介して乳化重合することであって、第2のポリアミドモノマーは、不飽和ポリアミドを生成するための少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含む、乳化重合することと、不飽和ポリアミドを粒子として沈殿させることと、不飽和ポリアミドを含む粒子と開始剤をブレンドすることと、を含む、方法である。第4の非限定的な例示的実施形態は、要素21:ブレンドが、乾式ブレンドを含む、要素22:ブレンドが、湿式ブレンドを含む、要素23:開始剤が、光開始剤である、要素24:開始剤が、熱開始剤である、及び要素25:方法が、不飽和ポリアミドを含む粒子と赤外線吸収剤をブレンドすることを更に含む、うちの1つ以上を含み得る。
第5の非限定的な例示的実施形態は、不飽和ポリアミドを溶媒中に溶解することと、不飽和ポリアミドを粒子として沈殿させることと、不飽和ポリアミドを含む粒子と開始剤をブレンドすることと、を含む、方法である。第5の非限定的な例示的実施形態は、要素26:ブレンドが、乾式ブレンドを含む、要素27:ブレンドが、湿式ブレンドを含む、要素28:開始剤が、光開始剤である、要素29:開始剤が、熱開始剤である、及び要素30:方法が、不飽和ポリアミドを含む粒子と赤外線吸収剤をブレンドすることを更に含む、うちの1つ以上を含み得る。
第6の非限定的な例示的実施形態は、不飽和ポリアミドを溶媒中に溶解させることと、不飽和ポリアミドを粒子として沈殿させることと、不飽和ポリアミドを含む粒子と開始剤をブレンドすることと、を含む、方法である。第6の非限定的な例示的実施形態は、要素31:ブレンドが、乾式ブレンドを含む、要素32:ブレンドが、湿式ブレンドを含む、要素33:開始剤が、光開始剤である、要素34:開始剤が、熱開始剤である、及び要素35:方法が、不飽和ポリアミドを含む粒子と赤外線吸収剤をブレンドすることを更に含む、うちの1つ以上を含み得る。
第7の非限定的な例示的実施形態は、不飽和ポリアミド及び開始剤を溶媒中に溶解させることと、不飽和ポリアミドを沈殿させて、不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子を得ることと、を含む、方法である。第7の非限定的な例示的実施形態は、要素36:不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子と(開始剤と同じ又は異なる)別の開始剤を乾式ブレンドすることを更に含む、要素37:不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子と(開始剤と同じ又は異なる)別の開始剤を湿式ブレンドすることを更に含む、要素38:開始剤が、光開始剤である、要素39:開始剤が、熱開始剤である、及び素子40:方法が、不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子と赤外線吸収剤をブレンドすることを更に含む、うちの1つ以上を含み得る。
第8の非限定的な例示的実施形態は、不飽和ポリアミドを低温冷却することと、低温冷却された不飽和ポリアミドを製粉して粒子を得ることと、不飽和ポリアミドを含む粒子と開始剤をブレンドすることと、を含む、方法である。第6の非限定的な例示的実施形態は、要素41:ブレンドが、乾式ブレンドを含む、要素42:ブレンドが、湿式ブレンドを含む、要素43:開始剤が、光開始剤である、要素44:開始剤が、熱開始剤である、及び要素45:方法が、不飽和ポリアミドを含む粒子と赤外線吸収剤をブレンドすることを更に含む、うちの1つ以上を含み得る。
第9の非限定的な例示的実施形態は、開始剤の存在下で不飽和ポリアミドを低温冷却することと、低温冷却された不飽和ポリアミドを製粉して、不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子を得ることと、を含む、方法である。第9の非限定的な例示的実施形態は、要素46:不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子と(開始剤と同じ又は異なる)別の開始剤を乾式ブレンドすることを更に含む、要素47:不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子と(開始剤と同じ又は異なる)別の開始剤を湿式ブレンドすることを更に含み、要素48:開始剤が、光開始剤である、要素49:開始剤が、熱開始剤である、及び要素50:方法が、不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子と赤外線吸収剤をブレンドすることを更に含む、うちの1つ以上を含み得る。
第10の非限定的な例示的実施形態は、不飽和ポリアミドを溶融乳化することと、溶融乳化物を冷却して粒子を得ることと、不飽和ポリアミドを含む粒子と開始剤をブレンドすることと、を含む、方法である。第10の非限定的な例示的実施形態は、要素51:ブレンドが、乾式ブレンドを含む、要素52:ブレンドが、湿式ブレンドを含む、要素53:開始剤が、光開始剤である、要素54:開始剤が、熱開始剤である、及び要素55:方法が、不飽和ポリアミドを含む粒子と赤外線吸収剤をブレンドすることを更に含む、うちの1つ以上を含み得る。
第11の非限定的な例示的実施形態は、開始剤の存在下で不飽和ポリアミドを溶融乳化することと、溶融乳化物を冷却して、不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子を得ることと、を含む、方法である。第11の非限定的な例示的実施形態は、要素56:不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子と(開始剤と同じ又は異なる)別の開始剤を乾式ブレンドすることを更に含む、要素57:不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子と(開始剤と同じ又は異なる)別の開始剤を湿式ブレンドすることを更に含む、要素58:開始剤が、光開始剤である、要素59:開始剤が、熱開始剤である、及び要素60:方法が、不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子と赤外線吸収剤をブレンドすることを更に含む、うちの1つ以上を含み得る。
追加の非限定的な例示的実施形態は、第4~第11の非限定的な例示的実施形態のうちの1つ以上に従って調製された組成物を、他の熱可塑性ポリマー粒子と任意に組み合わせて表面上の堆積させることと、堆積させた後、粒子の少なくとも一部を加熱して、その圧密化及び不飽和ポリアミドの架橋を促進し、それにより、架橋ポリアミドを含む圧密体を形成することと、を含む、方法である。
条項
条項1. 不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子を含む組成物。
条項2. 粒子が、約0.9~約1.0の円形度を有する、条項1に記載の組成物。
条項3. 不飽和ポリアミドと開始剤との重量比が、約90:10~約99:1である、条項1に記載の組成物。
条項4. 粒子が、赤外線吸収剤を更に含む、条項1に記載の組成物。
条項5. 粒子と混合された赤外線吸収剤を更に含む、条項1に記載の組成物。
条項6. 粒子が、不飽和ポリアミドではない熱可塑性ポリマーを更に含む、条項1に記載の組成物。
条項7. 粒子が、粒子の外側表面に会合した乳化安定剤を更に含む、条項1に記載の組成物。
条項8. 粒子の少なくともいくつかが、空隙/ポリマー界面において乳化安定剤を含む空隙を有する、条項7に記載の組成物。
条項9. 乳化安定剤が、ナノ粒子を含み、ナノ粒子が、粒子の外側表面に埋め込まれている、条項7に記載の組成物。
条項10. 条項1に記載の組成物を、他の熱可塑性ポリマー粒子と任意に組み合わせて表面上に堆積させることと、堆積させた後、粒子の少なくとも一部を加熱して、その圧密化及び不飽和ポリアミドの架橋を促進し、それにより、架橋ポリアミドを含む圧密体を形成することと、を含む、方法。
条項11. 不飽和ポリアミド、不飽和ポリアミドと不混和性の分散媒、及び任意に乳化安定剤を含む混合物を、不飽和ポリアミドの融点又は軟化温度を超える温度、かつ分散媒中に不飽和ポリアミド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、混合物を不飽和ポリアミドの融点又は軟化温度未満まで冷却して、不飽和ポリアミド、及び存在する場合は不飽和ポリアミド粒子の外側表面に会合した乳化安定剤を含む不飽和ポリアミド粒子を形成することと、を含む、方法。
条項12. 不飽和ポリアミド粒子を開始剤と乾式ブレンドすることを更に含み、不飽和ポリアミドと開始剤との重量比が、約90:10~約99:1である、条項11に記載の方法。
条項13. 不飽和ポリアミド粒子を開始剤と湿式ブレンドすることを更に含み、不飽和ポリアミドと開始剤との重量比が、約90:10~約99:1である、条項11に記載の方法。
条項14. 開始剤が、光開始剤である、条項11に記載の方法。
条項15. 開始剤が、熱開始剤である、条項11に記載の方法。
条項16. 混合物が、不飽和ポリアミドではない熱可塑性ポリマーを更に含む、条項11に記載の方法。
条項17. 混合物が、赤外線吸収剤を更に含む、条項11に記載の方法。
条項18. 乳化安定剤が、混合物中に含まれ、乳化安定剤が、不飽和ポリアミド粒子の外側表面に会合している、条項11に記載の方法。
条項19. 乳化安定剤が、ナノ粒子を含み、ナノ粒子が、不飽和ポリアミド粒子の外側表面に埋め込まれている、条項18に記載の方法。
条項20. 混合物が、開始剤を更に含み、開始剤と不飽和ポリアミドとの重量比が、約90:10~約99:1である、条項11に記載の方法。
条項21. 第1のポリアミドモノマーと第2のポリアミドモノマーとの間の重縮合及び/又は開環反応を介して乳化重合することであって、第2のポリアミドモノマーが、不飽和ポリアミドを生成するための少なくとも1つの不飽和脂肪族炭素-炭素結合を含む、乳化重合することと、不飽和ポリアミドを粒子として沈殿させることと、不飽和ポリアミドを含む粒子と開始剤をブレンドすることと、を含む、方法。
条項22. ブレンドが、乾式ブレンドを含む、条項21に記載の方法。
条項23. ブレンドが、湿式ブレンドを含む、条項21に記載の方法。
条項24. 開始剤が、光開始剤である、条項21に記載の方法。
条項25. 開始剤が、熱開始剤である、条項21に記載の方法。
条項26. 不飽和ポリアミドを含む粒子と赤外線吸収剤をブレンドすることを更に含む、条項21に記載の方法。
条項27. 不飽和ポリアミドを溶媒中に溶解させることと、不飽和ポリアミドを粒子として沈殿させることと、不飽和ポリアミドを含む粒子と開始剤をブレンドすることと、を含む、方法。
条項28. ブレンドが、乾式ブレンドを含む、条項27に記載の方法。
条項29. ブレンドが、湿式ブレンドを含む、条項27に記載の方法。
条項30. 開始剤が、光開始剤である、条項27に記載の方法。
条項31. 開始剤が、熱開始剤である、条項27に記載の方法。
条項32. 不飽和ポリアミドを含む粒子と赤外線吸収剤をブレンドすることを更に含む、条項27に記載の方法。
条項33. 方法であって、
不飽和ポリアミド及び開始剤を溶媒中に溶解させることと、
不飽和ポリアミドを沈殿させて、不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子を得ることと、含む、方法。
条項34. 不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子と第2の開始剤を乾式ブレンドすることを更に含む、条項33に記載の方法。
条項35. 不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子と第2の開始剤を湿式ブレンドすることを更に含む、条項33に記載の方法。
条項36. 開始剤が、光開始剤である、条項33に記載の方法。
条項37. 開始剤が、熱開始剤である、条項33に記載の方法。
条項38. 不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子と赤外線吸収剤をブレンドすることを更に含む、条項33に記載の方法。
条項39. 不飽和ポリアミドを低温冷却することと、低温冷却された不飽和ポリアミドを製粉して粒子を得ることと、不飽和ポリアミドを含む粒子と開始剤をブレンドすることと、を含む、方法。
条項40. ブレンドが、乾式ブレンドを含む、条項39に記載の方法。
条項41. ブレンドが、湿式ブレンドを含む、条項39に記載の方法。
条項42. 開始剤が、光開始剤である、条項39に記載の方法。
条項43. 開始剤が、熱開始剤である、条項39に記載の方法。
条項44. 不飽和ポリアミドを含む粒子と赤外線吸収剤をブレンドすることを更に含む、条項39に記載の方法。
条項45. 開始剤の存在下で不飽和ポリアミドを低温冷却することと、低温冷却された不飽和ポリアミドを製粉して、不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子を得ることと、を含む、方法。
条項46. 不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子と第2の開始剤を乾式ブレンドすることを更に含む、条項45に記載の方法。
条項47. 不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子と第2の開始剤を湿式ブレンドすることを更に含む、条項45に記載の方法。
条項48. 開始剤が、光開始剤である、条項45に記載の方法。
条項49. 開始剤が、熱開始剤である、条項45に記載の方法。
条項50. 不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子と赤外線吸収剤をブレンドすることを更に含む、条項45に記載の方法。
条項51. 不飽和ポリアミドを溶融乳化することと、溶融乳化物を冷却して粒子を得ることと、不飽和ポリアミドを含む粒子と開始剤をブレンドすることと、を含む、方法。
条項52. ブレンドが、乾式ブレンドを含む、条項51に記載の方法。
条項53. ブレンドが、湿式ブレンドを含む、条項51に記載の方法。
条項54. 開始剤が、光開始剤である、条項51に記載の方法。
条項55. 開始剤が、熱開始剤である、条項51に記載の方法。
条項56. 不飽和ポリアミドを含む粒子と赤外線吸収剤をブレンドすることを更に含む、条項51に記載の方法。
条項57. 開始剤の存在下で不飽和ポリアミドを溶融乳化することと、溶融乳化物を冷却して、不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子を得ることと、を含む、方法。
条項28. 不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子と第2の開始剤を乾式ブレンドすることを更に含む、条項57に記載の方法。
条項59. 不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子と第2の開始剤を湿式ブレンドすることを更に含む、条項57に記載の方法。
条項60. 開始剤が、光開始剤である、条項57に記載の方法。
条項61. 開始剤が、熱開始剤である、条項57に記載の方法。
条項62. 不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子と赤外線吸収剤をブレンドすることを更に含む、条項57に記載の方法。
別途記載のない限り、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、全ての場合において、用語「約」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、請求項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、それぞれの数値パラメータは、報告された有効数字の数に照らして、通常の四捨五入法を適用することによって解釈されるべきである。
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、物理的実装の全ての特徴は、本出願に記載又は表示されていない。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。
組成物及び方法は、様々な構成成分又は工程を「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、様々な構成成分及び工程「から本質的になる」又は「からなる」可能性がある。
本発明の実施形態のより良好な理解を促進するために、好ましい又は代表的な実施形態の以下の実施例が与えられる。以下の実施例は、本発明の範囲を制限するか、又は定義するために読まれるべきではない。
比較実施例1界面重縮合による不飽和ポリアミドの合成について説明する。界面重縮合は、オーバーヘッド撹拌機を備えた2Lのガラス容器内で、2000RPMの一定速度で実施され得る。0.2モル(M)の濃度のトルエン中のフマル酸二塩化500mL溶液を、4,4’-メチレンジアニリン(methylenedianiline、MDA)の0.2M水性懸濁液500mLを入れた撹拌容器に添加してもよい。MDAの水性懸濁液は、MDA1モル当たり1モルのKOHの速度で水相に添加される0.5規定(normality、N)溶液の形態でKOHを混ぜて、ポリアミドの最大分子量を確保してもよい。溶液を20℃±2℃で30分間混合した後、濃溶液が形成されるべきである。トルエンを圧力下又は蒸気下で回転蒸発によって留去した後、ポリマーは、薄いフィルムの形態であるべきである。このフィルムを粉砕し、流出水に塩素が検出されなくなるまで大量の水で洗浄してもよい。ポリマーを、高温の30%メタノールを用いて残留モノマーを更に洗浄除去し、次いで真空オーブン内で乾燥させてもよい。得られるポリマー(ポリマーA)の融点は、約230℃であるべきである。
比較実施例2脂肪族及び芳香族ジカルボン酸が、1,5-ビス(3-アミノフェニル)-1,4-ペンタジエン-3-オン(DADBA)と直接反応させることができる、ジカルボン酸からの不飽和ポリアミドの合成について説明する。これらのモノマーは、塩化チオニルの存在下、低温(例えば、約10℃以下)で極性溶媒中で反応させてもよい。例示的な合成手順は、オーバーヘッド撹拌機、熱電対、及び窒素パージを装備した2Lのガラス製ケトルに、ジメチルホルムアミド(dimethylformamide、DMF)300mL中の21.9g(150mmol)のアジピン酸を添加して行われ得る。次いで、この混合物をNaNO3/氷浴で-5℃まで冷却してもよく、同時に35.7g(300mmol)のチオニルクロリドを撹拌しながら添加する。約1~2分後、39.6g(150mmol)のDADBA及び30.3g(300mmol)のトリエチルアミン(triethyl amine、TEA)を混合物に添加し、0℃~5℃で10時間撹拌してもよい。反応が完了した後、ポリマー溶液を氷水浴に注ぎ、直ちに濾過してもよい。次いで、ポリマーを、冷水及びエタノールで数回洗浄してもよい。更にDMF溶液を除去して更に精製する場合は、メタノールを非溶媒として使用してもよい。得られるポリマー(ポリマーB)の融点は、約220℃であるべきである。
比較実施例3不飽和ポリアミドはまた、脂肪族及び芳香族ジカルボン酸の二酸塩化物を直接DADBAと反応させることによって、低温重合により生成されてもよい。例示的な合成手順は、オーバーヘッド撹拌機、熱電対、及び窒素パージを装備したガラス製ケトルに、N-メチルピロリドン(N-methyl pyrrolidone、NMP)300mL中の27.3g(150mmol)の塩化アジポイルを添加して行われ得る。次いで、この混合物をNaNO3/氷浴で-5℃まで冷却してもよく、同時に39.6g(150mmol)のDADBA及び30.3g(300mmol)のトリエチルアミン(TEA)を混合物に添加し、0℃~5℃で10時間撹拌する。反応が完了した後、ポリマー溶液を氷水浴に注ぎ、直ちに濾過してもよい。次いで、ポリマーをエタノール及びクロロホルムで洗浄してもよい。最終精製工程は、DMF中にポリマーを溶解し、続いてメタノール中で沈殿させることを含み得る。得られるポリマー(ポリマーB)の融点は、約220℃であるべきである。
比較実施例4微小粒子は、高剪断ロータを有するHaake小規模二軸押出機において、比較実施例1~3で合成した不飽和ポリアミドから生成され得る。分散媒は、本明細書に記載される分散媒(例えば、室温で約10,000cSt~約30,000cStの粘度を有するPDMS油)であってもよい。1重量%のAEROSIL(登録商標)R812Sシリカナノ粒子(ポリマーに対して)を分散させた分散媒を最初に添加し、ポリマーの融点付近の温度にしてもよい。次いで、不飽和ポリアミドの室温ポリマーペレット及び開始剤(好ましくは、熱的にトリガされた場合は、活性化エネルギー溶融乳化温度よりも高い開始剤)を、押出機内の加熱された分散媒に添加してもよい。分散媒とポリアミドとの重量比は、約60:40~約80:20であってもよい。ポリアミドと開始剤との重量比は、約90:10~約99:1であってもよい。温度では、押出機を約200rpmで約20分~約30分間動作させてもよい。次いで、混合物を押出機から低温表面上に排出して急速冷却を行うことができる。酢酸エチルを用いて不飽和ポリアミド微粒子から油を洗い流し、油/酢酸エチル混合物から濾過してもよい。洗浄手順には、室温で約200mL~約500mLの酢酸エチルの3回の洗浄を含み得る。粒子は、Whatman#1、90mm濾紙上への真空濾過によって溶媒から分離されてもよい。次いで、微小粒子をヒュームフード内のアルミニウムパンで一晩空気乾燥させて、残留酢酸エチルを蒸発させることができる。最終不飽和ポリアミド粒子は、約30ミクロン~約70ミクロンのD50、及び約0.9~約1.3のスパンを有するべきである。
比較実施例5微小粒子は、高剪断ロータを有するHaake小規模二軸押出機において、比較実施例1~3で合成した不飽和ポリアミドから生成され得る。分散媒は、本明細書に記載される分散媒(例えば、室温で約10,000cSt~約30,000cStの粘度を有するPDMS油)であってもよい。溶融乳化中のポリマーの早期架橋を緩和するために、1重量%のAEROSIL(登録商標)R812Sシリカナノ粒子(ポリマーに対して)を分散させた分散媒を最初に添加し、ポリマーの融点付近の温度にしてもよい。次いで、不飽和ポリアミドの室温ポリマーペレットを、押出機内の加熱された分散媒に添加してもよい。分散媒とポリアミドとの重量比は、約60:40~約80:20であってもよい。温度では、押出機を約200rpmで約20分~約30分間動作させてもよい。次いで、混合物を押出機から低温表面上に排出して急速冷却を行うことができる。酢酸エチルを用いて不飽和ポリアミド微粒子から油を洗い流し、油/酢酸エチル混合物から濾過してもよい。洗浄手順には、室温で約200mL~約500mLの酢酸エチルの3回の洗浄を含み得る。粒子は、Whatman#1、90mm濾紙上への真空濾過によって溶媒から分離されてもよい。次いで、微小粒子をヒュームフード内のアルミニウムパンで一晩空気乾燥させて、残留酢酸エチルを蒸発させることができる。最終不飽和ポリアミド粒子は、約30ミクロン~約70ミクロンのD50、及び約0.9~約1.3のスパンを有するであろう。
次いで、得られる不飽和ポリアミド粒子を開始剤と乾式ブレンドしてもよい。ポリアミドと開始剤との重量比は、約90:10~約99:1であってもよい。
比較実施例6微小粒子は、高剪断ロータを有するHaake小規模二軸押出機において、比較実施例1~3で合成した不飽和ポリアミドから生成され得る。分散媒は、本明細書に記載される分散媒(例えば、室温で約10,000cSt~約30,000cStの粘度を有するPDMS油)であってもよい。溶融乳化中のポリマーの早期架橋を緩和するために、1重量%のAEROSIL(登録商標)R812Sシリカナノ粒子(ポリマーに対して)を分散させた分散媒を最初に添加し、ポリマーの融点付近の温度にしてもよい。次いで、不飽和ポリアミドの室温ポリマーペレットを、押出機内の加熱された分散媒に添加してもよい。分散媒とポリアミドとの重量比は、約60:40~約80:20であってもよい。温度では、押出機を約200rpmで約20分~約30分間動作させてもよい。次いで、混合物を押出機から低温表面上に排出して急速冷却を行うことができる。酢酸エチルを用いて不飽和ポリアミド微粒子から油を洗い流し、油/酢酸エチル混合物から濾過してもよい。洗浄手順には、室温で約200mL~約500mLの酢酸エチルの3回の洗浄を含み得る。粒子は、Whatman#1、90mm濾紙上への真空濾過によって溶媒から分離されてもよい。次いで、微小粒子をヒュームフード内のアルミニウムパンで一晩空気乾燥させて、残留酢酸エチルを蒸発させることができる。最終不飽和ポリアミド粒子は、約30ミクロン~約70ミクロンのD50、及び約0.9~約1.3のスパンを有するであろう。
次いで、得られる不飽和ポリアミド粒子は、約15重量%~約30重量%の固形物負荷を有するメタノール中に分散され得る。ポリアミドと開始剤との重量比は、約90:10~約99:1であってもよい。粒子が湿潤した後、メタノール中の開始剤の約1重量%~約10重量%の分散液を、粒子スラリーに添加してもよい。混合は、周囲温度±約10℃で継続してもよい。加熱するとき、温度は、架橋を開始するのに十分な高い温度である必要はない。約30分~約3時間の混合後、粒子を濾過し、真空オーブン内で一晩乾燥させてもよい。
比較実施例7比較実施例4~6から開始剤をドープした不飽和ポリアミド粒子は、SLSで使用されて、圧密構造体を形成してもよい。例えば、CO2レーザが印刷プロセスの焼結工程中に粉末床を通過するにつれて、粒子の最上層をわずかに貫通し、不飽和結合の架橋反応をもたらし得る。これらの結合はまた、以前に印刷された層内で相互架橋し、硬化の程度及び最終的に印刷された部分の最終特性を改善し得る。レーザ速度は、十分な熱浸透を確実にするために低減され、印刷された層間の架橋を強化が行われ得る。層がレーザで走査されると、新たに添加された層の下の層は、部分的に溶融したままであり、また、粉末の次の層が上に広がるまで部分的に架橋されてもよい。新たな層を加熱し、更に、新たな層の粉末有効化粒子を溶融させて、近傍の他の粒子と化学的に反応させてもよい。
比較実施例8不飽和ラクタムモノマー、1-アザ-4-シクロオクテン、又は1-アザ-2-ケトシクロオクタ-5-エンの調製は、S.R.Wilson,R.A.Sawicki,J.Org.Chem.44(1979)287-291から得られ得る。アミンの合成は、一連の反応を必要とし、最初に4-シクロヘプテンのオキシムを生成し、続いてp-トルエンスルホニルクロリド及びピリジンで処理してトシラート形態を得ることができる。トシルオキシムは、ベックマン転位を受けて、ラクタム形態、白色結晶質材料を得ることができる。
開環口重合は、窒素下のフラスコで、1-アザ-4-シクロオクテン(125.17g、1mol)及び[RuCl2(p-cymene)]2/PCy3などの第2世代グラブス触媒(0.59g、10mmol)を最初に添加し、続いて乾燥クロロベンゼン(1L)を添加して行われ得る。混合物を60℃で5分間撹拌し、次いで300mLのトリメチルシリルジアゾメタン(trimethylsilyldiazomethane、TMSD、クロロベンゼン中0.1M、3×10-2mmol)をシリンジポンプを介して添加してもよい。TMSDは、原位置で、触媒プロセスRを活性化する高反応配位性不飽和ルテニウム-カルベン種を生成するために必要とされる。溶液を60℃で24時間撹拌してもよい。変換は、ガスクロマトグラフィー(gas chromatography、GC)によって監視されてもよい。次いで、混合物を周囲温度まで冷却し、大量のn-ヘプタンに注いでもよい。次いで、沈殿したポリマーを真空下で一晩乾燥させてもよい。
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任意の要素、及び/又は本明細書に開示される任意の要素の非存在下で実施されてもよい。組成物及び方法は、様々な構成成分又は工程を「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、様々な構成成分及び工程「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(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、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、請求項で使用するとき、不定冠詞「a」又は「an」は、本明細書において、それが導入する要素のうちの1つ又は複数を意味するように定義される。
Claims (20)
- 方法であって、
不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子を表面上に堆積させることと、
堆積させた後、前記粒子の少なくとも一部を加熱して、その圧密化及び前記不飽和ポリアミドの架橋を促進し、それにより、架橋ポリアミドを含む圧密体を形成することと、を含む、方法。 - 前記粒子が、約0.9~約1.0の円形度を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記不飽和ポリアミドと前記開始剤との重量比が、約90:10~約99:1である、請求項1に記載の方法。
- 前記粒子が、赤外線吸収剤を更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記粒子が、それと混合される赤外線吸収剤を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記粒子が、前記不飽和ポリアミドではない熱可塑性ポリマーを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記粒子が、前記粒子の外側表面に会合した乳化安定剤を更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記粒子の少なくともいくつかが、空隙/ポリマー界面において前記乳化安定剤を含む空隙を有する、請求項7に記載の方法。
- 前記乳化安定剤が、ナノ粒子を含み、前記ナノ粒子が、前記粒子の前記外側表面に埋め込まれている、請求項7に記載の方法。
- 組成物であって、
不飽和ポリアミド及び開始剤を含む粒子を含む、組成物。 - 方法であって、
不飽和ポリアミド、前記不飽和ポリアミドと不混和性の分散媒、及び任意に乳化安定剤を含む混合物を、前記不飽和ポリアミドの融点又は軟化温度を超える温度、かつ前記分散媒中に前記不飽和ポリアミド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、
前記混合物を前記不飽和ポリアミドの前記融点又は軟化温度未満まで冷却して、前記不飽和ポリアミド、及び存在する場合は前記不飽和ポリアミド粒子の外側表面に会合した前記乳化安定剤を含む不飽和ポリアミド粒子を形成することと、を含む、方法。 - 前記不飽和ポリアミド粒子を開始剤と乾式ブレンドすることを更に含み、前記不飽和ポリアミドと前記開始剤との重量比が、約90:10~約99:1である、請求項11に記載の方法。
- 前記不飽和ポリアミド粒子を開始剤と湿式ブレンドすることを更に含み、前記不飽和ポリアミドと前記開始剤との重量比が、約90:10~約99:1である、請求項11に記載の方法。
- 前記開始剤が、光開始剤である、請求項13に記載の方法。
- 前記開始剤が、熱開始剤である、請求項13に記載の方法。
- 前記混合物が、前記不飽和ポリアミドではない熱可塑性ポリマーを更に含む、請求項11に記載の方法。
- 前記混合物が、赤外線吸収剤を更に含む、請求項11に記載の方法。
- 前記乳化安定剤が、前記混合物中に含まれ、前記乳化安定剤が、前記不飽和ポリアミド粒子の外側表面に会合している、請求項11に記載の方法。
- 前記乳化安定剤が、ナノ粒子を含み、前記ナノ粒子が、前記不飽和ポリアミド粒子の前記外側表面に埋め込まれている、請求項18に記載の方法。
- 前記混合物が、開始剤を更に含み、前記開始剤と前記不飽和ポリアミドとの重量比が、約90:10~約99:1である、請求項11に記載の方法。
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