JP2023531898A - ガラス物品を被覆する方法 - Google Patents

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Abstract

ガラス物品を被覆する方法は、ガラス物品を得る工程;フッ素化ポリイミドを含むコーティングを選択する工程;およびそのフッ素化ポリイミドを含む選択されたコーティングでガラス物品を被覆する工程を有してなる。このフッ素化ポリイミドは、300KJ/モル以下の凝集エネルギー密度、および625K以下のガラス転移温度(Tg)を有する。

Description

優先権
本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、2020年6月17日に出願された米国仮特許出願第63/040087号の米国法典第35編第119条の下での優先権の恩恵を主張するものである。
本明細書は、広く、ガラス物品を被覆する方法に関し、より詳しくは、ガラス物品をフッ素化ポリイミドで被覆する方法に関する。
ガラス物品が、電子機器の画面や、医薬品を含む物質の容器など、多くの用途に使用されている。ガラス物品には、光学的透明度、化学的耐久性、化学的不活性などの利点があるが、ある用途にとって、ガラスには若干の欠点がある。例えば、ガラスは、他の材料よりも、引っ掻き傷、亀裂、および他の損傷を受けやすいであろう。
ガラス物品に関連する上記と他の懸念に対処するために、コーティングを使用して、ガラス物品の様々な性質を改善することができる。例えば、ガラス物品と、以下に限られないが、別のガラス物品を含む他の物体との間の接触により生じる損傷を減少させるために、ガラス物品に摩擦防止コーティングを施すことができる。それに加え、コーティングは、ガラス物品に取扱い中に施され、次いで、殺菌などのその後の過程の最中に除去することができる。しかしながら、ガラス物品用のコーティングを形成するために、多くの異なる材料が使用されることがあり、特定の要求に対処するために、どの材料が最も適しているかを決定することが難しいことがある。さらに、全てのコーティング材料が、全てのガラス物品用のコーティングとして適合しているとは限らない。
したがって、ガラス物品を被覆する方法にとって、コーティングをガラス物品に施す前に、コーティング材料が適しているか否かを決定する必要がある。
第1の態様によれば、ガラス物品を被覆する方法は、ガラス物品を得る工程;300KJ/モル以下の凝集エネルギー密度と、625K以下のガラス転移温度(T)とを有するフッ素化ポリイミドから作られたコーティングを選択する工程;およびそのフッ素化ポリイミドから作られた選択されたコーティングでガラス物品を被覆する工程を有してなる。
第2の態様は、フッ素化ポリイミドが低いフッ素密度を有する、第1の態様のガラス物品を被覆する方法を含む。
第3の態様は、フッ素化ポリイミドから作られたコーティングの摩擦係数が、以下の不等式:
0.27≧0.111*CED-4.319*10-4*CED+5.594*CED+1.135*f-5.859*10-2*T+5.314*T +6.823
を満たし、式中、CEDは、フッ素化ポリイミドコーティングの凝集エネルギー密度であり、fは、高分子繰り返し単位中の重原子の総数で除算された高分子繰り返し単位中のフッ素原子の数であり、Tは、フッ素化ポリイミドコーティングのガラス転移温度である、第1と第2の態様のいずれか一方のガラス物品を被覆する方法を含む。
第4の態様は、フッ素化ポリイミドが中位のフッ素密度を有し、フッ素化ポリイミドが575K以下のTを有する、第1から第3の態様のいずれか1つのガラス物品を被覆する方法を含む。
第5の態様は、フッ素化ポリイミドから作られたコーティングの摩擦係数が、以下の不等式:
0.27≧-9.017*10-3*CED+1.941*10-5*CED-4.773*f+28.477*f +2.041*10-3*T-2.351*10-6*T +0.913
を満たし、式中、CEDは、フッ素化ポリイミドコーティングの凝集エネルギー密度であり、fは、高分子繰り返し単位中の重原子の総数で除算された高分子繰り返し単位中のフッ素原子の数であり、Tは、フッ素化ポリイミドコーティングのガラス転移温度である、第4の態様のガラス物品を被覆する方法を含む。
第6の態様は、フッ素化ポリイミドコーティングが、高いフッ素密度を有する高分子から作られ、フッ素化ポリイミドコーティングが500K以下のTを有する、第1から第3の態様のいずれか1つのガラス物品を被覆する方法を含む。
第7の態様は、フッ素化ポリイミドコーティングの摩擦係数が、以下の不等式:
0.27≧-5.09*10-4*CED-0.463*f+4.683*10-5*T+0.373
を満たし、式中、CEDは、フッ素化ポリイミドコーティングの凝集エネルギー密度であり、fは、高分子繰り返し単位中の重原子の総数で除算された高分子繰り返し単位中のフッ素原子の数であり、Tは、フッ素化ポリイミドコーティングのガラス転移温度である、第6の態様のガラス物品を被覆する方法を含む。
第8の態様は、フッ素化ポリイミドが、8.6(cal/cm1/2以下の溶解度を有する、第1から第7の態様のいずれか1つのガラス物品を被覆する方法を含む。
第9の態様は、ガラス物品が、内面と外面を有するガラス製医薬品容器である、第1から第8の態様のいずれか1つのガラス物品を被覆する方法を含む。
第10の態様は、フッ素化ポリイミドから作られた選択されたコーティングでガラス物品を被覆する工程が、ガラス製医薬品容器の外面の少なくとも一部を被覆する工程を含む、第9の態様のガラス物品を被覆する方法を含む。
第11の態様は、フッ素化ポリイミドから作られたコーティングを選択する工程が、元の高分子化学構造を選ぶ工程;元の高分子化学構造を官能基で修飾して、多数の修飾高分子化学構造を生成する工程;その多数の修飾高分子化学構造の各々の凝集エネルギー密度(CED)を決定する工程;多数の修飾高分子化学構造の各々のTを決定する工程;多数の修飾高分子化学から指定の高分子化学構造の群を選ぶ工程であって、高分子化学構造の指定の群における各高分子化学構造が、元の高分子化学構造のCED以下のCEDを有し、その高分子化学構造の指定の群における各高分子化学構造が、元の高分子化学構造のTより低いTを有する、工程;高分子化学構造の指定の群における各高分子化学構造の摩擦係数を決定する工程;および高分子化学構造の指定の群からえり抜きの高分子化学構造を選ぶ工程であって、そのえり抜きの高分子化学構造が、元の高分子化学構造の摩擦係数より小さい摩擦係数を有する工程を含む、第1から第10の態様のいずれか1つのガラス物品を被覆する方法を含む。
第12の態様は、元の高分子化学構造を修飾する工程が、元の高分子化学構造の骨格構造を特定する工程であって、その骨格構造が1つ以上の付着部位を有する工程;一連の側鎖構造を提供する工程;および一連の側鎖構造における各側鎖構造を骨格構造の1つ以上の付着部位にコンビナトリアル様式で付着させる工程を含む、第11の態様のガラス物品を被覆する方法を含む。
第13の態様は、骨格構造が二無水物単量体構造を含む、第12の態様のガラス物品を被覆する方法を含む。
第14の態様は、二無水物単量体構造が、
Figure 2023531898000002
からなる群より選択される1つ以上の構成要素を含む、第13の態様のガラス物品を被覆する方法を含む。
第15の態様は、一連の側鎖構造が1つ以上のジアミンを含む、第12の態様のガラス物品を被覆する方法を含む。
第16の態様は、1つ以上のジアミンが、
Figure 2023531898000003
からなる群より選択される1つ以上の構成要素を含む、第15の態様のガラス物品を被覆する方法を含む。
第17の態様は、元の高分子化学構造の骨格構造が、一連の側鎖構造における各側鎖構造を骨格構造の1つ以上の付着部位にコンビナトリアル様式で付着させる前に修飾されている、第12の態様のガラス物品を被覆する方法を含む。
第18の態様は、元の高分子化学構造の骨格構造が、骨格構造を延長させること、骨格構造を縮小させること、または骨格構造の化学基を交換することによって、修飾されている、第17の態様のガラス物品を被覆する方法を含む。
第19の態様において、低い摩擦係数を有するフッ素化ポリイミドを形成する方法は、元の高分子化学構造を選ぶ工程;元の高分子化学構造を官能基で修飾して、多数の修飾高分子化学構造を生成する工程;その多数の修飾高分子化学構造の各々の凝集エネルギー密度(CED)を決定する工程;多数の修飾高分子化学構造の各々のTを決定する工程;多数の修飾高分子化学から指定の高分子化学構造の群を選ぶ工程であって、高分子化学構造の指定の群における各高分子化学構造が、元の高分子化学構造のCED以下のCEDを有し、その高分子化学構造の指定の群における各高分子化学構造が、元の高分子化学構造のTより低いTを有する、工程;高分子化学構造の指定の群における各高分子化学構造の摩擦係数を決定する工程;および高分子化学構造の指定の群からえり抜きの高分子化学構造を形成する工程であって、そのえり抜きの高分子化学構造が、指定の群の高分子化学構造の最低の摩擦係数を有する工程を有してなる。
第20の態様は、高分子化学構造の指定の群における各高分子化学構造の摩擦係数を決定する工程が、以下の式:
CoF=0.111*CED-4.319*10-4*CED+5.594*CED+1.135*f-5.859*10-2*T+5.314*T +6.823
を使用し、式中、CEDは、フッ素化ポリイミドの凝集エネルギー密度であり、fは、高分子繰り返し単位中の重原子の総数で除算された高分子繰り返し単位中のフッ素原子の数であり、かつ0.1未満であり、Tは、フッ素化ポリイミドのガラス転移温度である、第19の態様の低い摩擦係数を有するフッ素化ポリイミドを形成する方法を含む。
第21の態様は、高分子化学構造の指定の群における各高分子化学構造の摩擦係数を決定する工程が、以下の式:
CoF=-9.017*10-3*CED+1.941*10-5*CED-4.773*f+28.477*f +2.041*10-3*T-2.351*10-6*T +0.913
を使用し、式中、CEDは、フッ素化ポリイミドの凝集エネルギー密度であり、fは、高分子繰り返し単位中の重原子の総数で除算された高分子繰り返し単位中のフッ素原子の数であり、fは、0.1超かつ0.15未満であり、Tは、フッ素化ポリイミドのガラス転移温度である、第19の態様の低い摩擦係数を有するフッ素化ポリイミドを形成する方法を含む。
第22の態様は、高分子化学構造の指定の群における各高分子化学構造の摩擦係数を決定する工程が、以下の式:
CoF=-5.09*10-4*CED-0.463*f+4.683*10-5*T+0.373
を使用し、式中、CEDは、フッ素化ポリイミドの凝集エネルギー密度であり、fは、高分子繰り返し単位中の重原子の総数で除算された高分子繰り返し単位中のフッ素原子の数であり、fは0.15超であり、Tは、フッ素化ポリイミドのガラス転移温度である、第19の態様の低い摩擦係数を有するフッ素化ポリイミドを形成する方法を含む。
追加の特徴および利点が、以下の詳細な説明に述べられており、一部には、その説明から当業者に容易に明白となるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載された実施の形態を実施することによって、認識されるであろう。
先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、様々な実施の形態を記載しており、請求項の主題の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供する意図があることを理解すべきである。添付図面は、様々な実施の形態のさらなる理解を与えるために含まれ、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、ここに記載された様々な実施の形態を図示しており、説明と共に、請求項の主題の原理と作動を説明する働きをする。
KAPTON(登録商標)およびCP1ポリイミドの溶解度および摩擦係数を示すグラフ ここに開示され、記載された実施の形態による、コンピュータによる高分子スクリーニング方法の流れ図 ここに開示され、記載された実施の形態による、コンピュータによる高分子スクリーニング方法の流れ図 ここに開示され、記載された実施の形態による、Y軸上のシミュレーションされたフッ素化ポリイミドの溶解度に対してX軸上のシミュレーションされたフッ素化ポリイミドの摩擦係数をプロットしたグラフ ここに開示され、記載された実施の形態による、Y軸上のシミュレーションされたフッ素化ポリイミドの摩擦係数に対してX軸上のフッ素化ポリイミドの凝集エネルギー密度をプロットしたグラフ ここに開示され、記載された実施の形態による、Y軸上のシミュレーションされたフッ素化ポリイミドの計算摩擦係数に対してX軸上のフッ素化ポリイミドのガラス転移温度およびフッ素密度をプロットしたグラフ ここに開示され、記載された実施の形態による、Y軸上のフッ素化ポリイミドの予測摩擦係数に対してX軸上のフッ素化ポリイミドのシミュレーションされた摩擦係数をプロットしたグラフ ここに開示され、記載された実施の形態による、Y軸上のフッ素化ポリイミドの予測摩擦係数に対してX軸上のフッ素化ポリイミドの実験摩擦係数をプロットしたグラフ ここに開示され、記載された実施の形態によるガラス容器の概略図
ここで、ガラス物品を被覆する方法の実施の形態を詳しく参照する。できるときはいつでも、図面に亘り、同じまたは同様の部分を指すために、同じ参照番号を使用する。実施の形態において、ガラス物品を被覆する方法は、ガラス物品を得る工程;300KJ/モル以下の凝集エネルギー密度、および625K以下のガラス転移温度(T)を有するフッ素化ポリイミドから作られたコーティングを選択する工程;およびそのフッ素化ポリイミドから作られた選択されたコーティングでガラス物品を被覆する工程を有してなる。セラミック体を焼成する様々な方法が、添付図面を具体的に参照して、ここに記載される。
多くのガラス物品、特に、ガラス製医薬品容器は、コーティングを備えている。特に有用なコーティングの一種に、ガラス物品の表面の摩擦係数(CoF)を減少させる摩擦防止コーティングがある。医薬品用途では、そのコーティングは、(i)接触の際にガラス微粒子の生成を最小限にすること、(ii)耐摩耗性を加え、ガラス物品の表面での亀裂の形成を最小限にすること、(iii)ガラス関連事象に関与する破壊の数を減少させ、充填操作における容器の流れを改善すること、および(iv)充填ラインを通る容器の流れをより均一に、一貫性を持たせ、速くし、それゆえ、ガラスの被削性を改善して、充填ラインの利用率およびライン速度を増加させることによって、充填操作を支援する。
一般的な被覆化学構造は、ピロメリト酸二無水物-4,4’-ジアミノジフェニルエーテル(PMDA-ODA)ポリイミドに基づく。そのようなポリイミドの1つが、DuPont(商標)により製造されている「KAPTON」として入手できる。このPMDA-ODAポリイミドは、二段階被覆過程で結合層上に堆積される。この過程は、非効率で時間のかかる製造過程となり得る。別の被覆化学構造は、4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸二無水物-2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン(6FDA-BDAF)を含み、これは、CP1ポリイミドとしてNeXolveから市販されている。このフッ素化高分子は、完全にイミド化された状態で従来の溶媒中に可溶性であり、よって、一段階でガラス表面に施せる被覆配合物を与え、このため、被覆過程の経済性が著しく改善される。しかしながら、PMDA-ODA系ポリイミドのCoFは0.19から0.2であり、一方で、6FDA-BDAF系コーティングは約0.27のCoFを有する。PMDA-ODA系ポリイミドと、6FDA-BDAF系コーティングとの間のCoFの増加により、コーティングの被削性の価値命題が低下する。したがって、一段階で施せる、CoFの減少したコーティングが必要とされている。
しかしながら、新たな被覆化学構造の配合および特徴付けは、フッ素化ポリイミドの限られた入手可能性、大きい化学空間、および費用のかかる調達と合成手順のために、時間がかかり、資源集約的である。それに加え、異なるコーティングを配合し、試験するには、数週間もかかり得る。本開示において、集約的な配合および試験を必要としないフッ素化ポリイミドから作られたコーティングでガラス物品を被覆する方法が提供される。
これまで、コーティングを配合し製造し、それをガラス物品に施し、ガラス物品に施された後のコーティングのCoFを試験せずには、ガラス物品のコーティングのCoFを評価することは難しかった。この過程には、時間がかかり、著しい量の資源が必要である。さらに、この過程は、異なる化学構造のコーティングを試験するために何回も完了しなければならない。したがって、材料の公知の記録された特性と材料のCoFとを関係付けることができれば、時間、資源、および費用を節約できるであろう。本開示に詳しく記載される様々な研究およびモデル化により、CoFと以下の3つのパラメータ:(1)凝集エネルギー密度(CED)、(2)ガラス転移温度(T)、および(3)フッ素密度(f)との間の関係を発見した。CEDは、無限分離を達成するために隣接する分子から単位体積の分子を取り出すために必要なエネルギーの量である。凝縮相では、CEDは、モル体積で除算された化合物の気化熱と等しい。ここに用いられているように、フッ素密度は、高分子繰り返し単位中の重原子の総数で除算された高分子繰り返し単位中のフッ素原子の数である。ここに用いられている「重原子」は、水素(H)以外の任意の原子を称し、繰り返し単位は、高分子構造全体を構成するために何回も共に結合する代表的な化学構造である(例えば、ポリエチレンはC繰り返し単位を有する)。
これらの研究を考慮して、予期せぬことに、CED、T、およびフッ素密度の特定の組合せを有するフッ素化ポリイミドコーティングが、一段階で施せる従来のポリイミドコーティングよりも小さいCoFを有することが分かった。先の相関関係により、先に開示されたようなCED、T、およびフッ素密度の組合せを有するフッ素化ポリイミドを選択することによって、費用と時間がかかる試験を行う必要なく、低いCoFを有するフッ素化ポリイミドコーティングを選択することができる。これより、これらの相関関係を得て、フッ素化ポリイミドを選択する方法を説明する。
最初に、多数のパラメータ-ここでは「モチーフ」とも称される-を試験して、モチーフとCoFとの間の相関関係を決定した。そのようなモチーフとしては、フッ素分布、環の数、および剛性などの構造要素;ヒルデブランド(VK)-溶解度、CED、およびTなどの材料特性;表面粗さ、高分子間相互貫入(interpenetration)、および表面積などのトポグラフィー;およびファンデルワールス相互作用、水素結合相互作用、電荷間相互作用、および表面エネルギーなどの熱力学が挙げられる。様々なモチーフおよびCoFに対するそれらの作用を分析するために、コンピュータによる特性評価方法を開発した。シミュレーションされ、配合されたフッ素化ポリイミドをかなり分析した後、高分子相互貫入、表面積、ファンデルワールス相互作用、クーロン力の相互作用、表面エネルギー、配向、フッ素含有量、および密度などのほとんどのモチーフは、CoFとどのような相関関係も持たないことが分かった。しかしながら、この分析により、予期せぬことに、CED、T、およびフッ素密度がCoFと相関関係を持つことが見出された。本開示より前のどの文献にも、CoF、CED、T、およびフッ素密度の間の相関関係は示されていなかった。しかしながら、CEDは、隣接する高分子鎖間の引力を測定し、それゆえ、CEDが増加するにつれて、高分子鎖は、界面でより強力に反応し、CoFを増加させると予測される。同様に、Tが上昇するにつれて、室温での高分子によるエネルギーの相対的消散が減少し、これにより、CoFが増加するのが予測されるであろう。この知見から、1回の施用で施すことができ、それでも、低いCoFを有するコーティングを得るために、低いCEDおよび低いTを有するフッ素化ポリイミドを研究し、操作することができる。
先に開示されたように、低いCEDとTを有するフッ素化ポリイミドは、低いCoFを有すると予測されるであろう。したがって、数十万の公知のフッ素化ポリイミドから、さらに研究するための少数のフッ素化ポリイミドを選ぶ場合、公知の低CoFコーティングのCED以下のCEDを有するフッ素化ポリイミドを選択した。この選択により、評価すべきフッ素化ポリイミドの数を、数十万からたった数百に著しく減少させることができる。しかしながら、数百のフッ素化ポリイミドの化学構造を評価するのでさえ、数ヶ月もかかり得る。したがって、CEDが低い数百のフッ素化ポリイミドは、この群のフッ素化ポリイミドから、公知の低CoFコーティングのT以下のTを有するポリイミドを選択することによって、さらに減少させることができる。この選択を行った後、CEDが低い数百のフッ素化ポリイミドは、低いCEDと低いTの組合せを有する数十のフッ素化ポリイミドまでさらに減少する。数百のフッ素化ポリイミドを分析し、改良するのには、たった数週間から一ヶ月しかかからない。このようにして、低CoFコーティングをもたらす可能性が最も高いフッ素化ポリイミドを研究することによって、資源を使うことができる。
次に、低いCEDおよび低いTを有するものとして選択されたフッ素化ポリイミドを分析し、操作して、低CoFコーティングに使用するフッ素化ポリイミドを選択することができる。ここに開示され、記載された実施の形態によれば、フッ素化ポリイミドから作られたコーティングを選択する工程は、元の高分子化学構造を選ぶ工程;元の高分子化学構造を官能基で修飾して、多数の修飾高分子化学構造を生成する工程;その多数の修飾高分子化学構造の各々の凝集エネルギー密度(CED)を決定する工程;多数の修飾高分子化学構造の各々のTを決定する工程;多数の修飾高分子化学から指定の高分子化学構造の群を選ぶ工程であって、高分子化学構造の指定の群における各高分子化学構造が、元の高分子化学構造のCED以下のCEDを有し、その高分子化学構造の指定の群における各高分子化学構造が、元の高分子化学構造のTより低いTを有する、工程;高分子化学構造の指定の群における各高分子化学構造の摩擦係数を決定する工程;および高分子化学構造の指定の群からえり抜きの高分子化学構造を選ぶ工程であって、えり抜きの高分子化学構造が、指定の群の高分子化学構造の最低の摩擦係数を有する工程を含む。この方法は、下記の特定の高分子により詳細に述べられる。
2つの公知の低COFコーティング材料は、「DuPont」から入手できる「KAPTON」およびNeXolveから入手できるCP1ポリイミドであり、ここに開示され、記載された高分子を修飾するための実施の形態を説明するのに使用される。この実施の形態によれば、「KAPTON」およびCP1ポリイミドは、「元の高分子化学」と称される。この元の高分子化学構造は、コンピュータによるシミュレーションで、水素原子を官能基と置換することにより、または側鎖を、異なる官能基を持つ緩く結合した官能基(例えば、アルキル基など)と置換することにより、修飾することができる。側鎖が変えられた高分子は、「修飾高分子化学構造」と称される。下記にさらに詳しく記載されるコンピュータプロセスにより、修飾高分子化学構造の各々のCEDとTが決定される。
実施の形態によれば、少なくとも1つの付着部位および少なくとも1つの側鎖構造を持つ骨格構造は、各付着部位に各側鎖構造をコンビナトリアル様式で付着させることにより、操作される。実施の形態において、その骨格構造は任意の数の付着部位を含み、側鎖構造は任意の数の側鎖構造を含む。1つ以上の実施の形態において、各側鎖構造は、各付着部位にコンビナトリアル様式で付着している(例えば、4つの付着部位および10の異なる側鎖構造がある場合、ひいては、10すなわち10,000の別個の高分子構造が生成されるであろう)。実施の形態において、全ての可能な高分子構造が生成される訳ではないことを理解すべきである。実施の形態において、骨格構造自体は、骨格構造を延長させること、骨格構造を縮小させること、または化学基を交換することにより、修飾されることがある。化学基を交換することは、置換が起こり得る骨格構造に沿った部位を指定し、次に、骨格構造に沿ってその地点で官能原子(例えば、フッ素など)および官能基(例えば、フェニルなど)のライブラリーからの異なる官能基を挿入して、その部位に何が置換できるかを決定することによって行われる。例えば、骨格構造に沿った水素原子は、官能原子および官能基のライブラリーにおける様々な官能原子および官能基で個別に置換して、新たな高分子の一群を形成することがある。経験的モデルを使用して、これらの有力候補の凝集エネルギー密度を計算した。このモデルは、単純化分子入力行入力システム(simplified molecular-input line-entry system)(スマイルス(SMILES))文字列を入力と考え、対応する分子構造をグラフと解釈し、この場合、原子がノードであり、原子間の結合がエッジである。このスマイルス文字列は、所定の分子における原子の全ての間の結合性を表す言語的構成概念である。そのグラフから、特定の記述子を導き出して(例えば、特定の官能基の数)、計算のための説明可能な特徴集合を提供する。
指定の高分子化学構造の群は、多数の修飾高分子化学構造から選択され、この指定の高分子化学構造における各高分子化学構造は、元の高分子化学構造のCED以下のCEDを有し、指定の高分子化学構造における各高分子化学構造は、元の高分子化学構造のT以下のTを有する。次に、指定の高分子化学構造の群からのフッ素化ポリイミドをコンピュータで分析して、指定の高分子化学構造におけるフッ素化ポリイミドの各々のCoFを決定する。下記の表1は、「KAPTON」およびCP1ポリイミドの元の化学構造についてのこのプロセスの結果を示しており、最低のCoFを持つ変種および最高のCoFを持つ変種が示されている。表1に例示されているように、最低のCoFを持つ「KAPTON」変種は、元の「KAPTON」化学構造のベンゼン環に2つのフッ素原子を加えたものであり、元の「KAPTON」高分子化学構造より5%低い。最高のCoFの変種は、元の「KAPTON」化学構造に2つのベンゼン環を加えたものであり、元の「KAPTON」高分子化学構造よりも17%高い。同様に、表1は、最低のCoFを持つCP1ポリイミド変種は、CP1ポリイミドの元の化学構造のベンゼン環に2つのフッ素原子を加えたものであり、CP1ポリイミドの元の高分子化学構造より14%低かったことを示す。最高のCoFを持つCP1ポリイミド変種は、CP1ポリイミドの元の化学構造に2つのベンゼン環を加えたものであり、CP1ポリイミドの元の化学構造より1%高かった。最低のCoFを有する指定の高分子の変種が、性能の観点から望ましいが、費用、製造条件などに基づいて、最低のCoFを持たない指定の高分子の他の変種を使用しても差し支えないことを理解すべきである。
Figure 2023531898000004
ここに開示され、記載された方法は、フッ素化ポリイミド含有コーティングのCoFを決定するために使用できるだけでなく、多数の変数にも使用できる。例えば、フッ素化ポリイミドの溶解度は、フッ素化ポリイミドをどれだけ容易に基体に適用できるかに影響し得る。したがって、ここに開示され、記載された実施の形態は、CoFと溶解度の良好な組合せを有するフッ素化ポリイミドを配合するために使用できる。一例として、図1に示されるように、「KAPTON」は、低いCoFを有するが、高分子の溶解度パラメータと溶媒との間に大きい差があり、一方で、CP1ポリイミドは、高分子の溶解度パラメータと溶媒との間の差は小さいが、CoFは相対的に劣っている。
図2Aおよび2Bは、コンピュータによる高分子スクリーニングシステムおよび方法の動作および特徴を示すブロック図である。図2Aおよび2Bは、多数のブロック205~265を含む。図2Aおよび2Bに示された実施の形態において、実質的に連続して配列されているが、他の例は、多数のプロセッサ、もしくは2つ以上の仮想計算機またはサブプロセッサとして組織化された単一プロセッサを使用して、ブロックを並べ替える、1つ以上のブロックを除外する、および/または2つ以上のブロックを並列して実行することができる。さらに、また他の例は、関連する制御およびデータ信号がモジュールの間とモジュールを通じて通信される、1つ以上の専用の相互接続ハードウェアまたは集積回路モジュールとしてブロックを実行することができる。それゆえ、どのプロセスフローも、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、およびハイブリッド実装にも適用できる。
ここで図2Aおよび2Bを参照すると、205で、高分子フイルムのモデルで高分子鎖を構成する予定の単量体単位の総数、数または量が、コンピュータによる高分子スクリーニングシステムに受信される。モデル化高分子鎖を構成する単量体単位の数は、ほんのわずか(例えば、3または4)から数十かそこらまで及び得る。206に示されるように、高分子フイルムのモデルで高分子鎖を構成する単量体単位は、2つ以上の類似のまたは異なる単量体単位を含み、それによって、共重合体を提供することができる。モデル化された高分子鎖は、もちろん、単独重合体であって差し支えない。例示のファイルは、所望の高分子フイルムの名称、高分子フイルムを構成する鎖当たりの単量体単位の数、および所望の高分子フイルムの密度を含む(操作210)。
210では、コンピュータによる高分子スクリーニングシステムは、モデル化される予定の高分子フイルムの目標密度、目標サイズ、および目標アスペクト比を受信し、215で、そのシステムは、単量体単位の各々について、末端尾部の水素原子の指数、末端頭部の水素原子の指数、新たな尾部の原子タイプの指数、および新たな頭部の原子タイプの指数を受信する。206で示されるように、モデル化高分子鎖は、単独重合体であっても、共重合体であっても差し支えない。モデル化鎖が単独重合体である場合、末端尾部の水素原子、末端頭部の水素原子、新たな尾部の原子タイプ、および新たな頭部の原子タイプの指数が、単一の単量体単位の各々に適用される。モデル化鎖が共重合体である場合、末端尾部の水素原子の指数、末端頭部の水素原子の指数、新たな尾部の原子タイプの指数、および新たな頭部の原子タイプの指数は、単量体単位の異なるタイプの各々について受信される。220では、そのシステムは、異なるタイプの単量体単位の各々について、原子位置、電荷、および結合情報を受信する。
操作225では、このシステムは、コンピュータ化されたシステムに入力された、複数の入手できる単量体単位から第1の単量体単位を無作為に選択し、第1の単量体単位の末端尾部の水素原子および第2の単量体単位の末端頭部の水素原子を介して、第1の単量体単位を第2の単量体単位に結合させることによって、高分子鎖を成長させさせる。230に示されるように、225の操作は、各連続した単量体単位について、新たな尾部の原子タイプの指数および新たな頭部の原子タイプの指数を使用して繰り返される。この繰り返しにより、鎖の長さが操作225で特定された単量体単位の総数と等しくなるまで、高分子鎖が成長する。
235では、原子位置、電荷、および結合情報を使用して、モデル化高分子鎖の原子構造が最小化される。この最小化の結果は、高分子鎖の結合距離、結合角、二面角、および不規則(impropers)が正確に指定される、すなわち、原子結合は、公知の結合距離、角度などで生じる。この操作により、高分子原子構造を生成したときに、これらの正確に指定された構造が確実に得られる。このことは、現行の空間化学配置を前提として、システムのエネルギーを与える表現である、力場を指定することによって、行われる。この力場は実質的に、これらの原子タイプ並びに正確な結合、角度、および二面角数に関する公称値、並びに結合、角度、二面角などが変化するときにエネルギーがどれだけ変化するかを表す関連するエネルギー関数のリストを含むルックアップテーブルである。力場自体は、公表されている。手短に言うと、所定の結合距離および結合角について、力場は、基準の結合距離および結合角を含み、これにより、比較を行うことができ、力場を使用することにより報告されたこのエネルギー値を最小にすることによって、構造が最適化される。236に示されるように、高分子鎖の原子構造の最小化は、高分子鎖に各連続した単量体単位を加えた後に実行される。
240では、高分子鎖は、第1のバリアに付け加えられ、第1の単量体単位、第2の単量体単位、および各連続した単量体単位の間の重複を防ぐ。そのような第1のバリアは、3D周期箱(periodic box)であり得る。
245では、このシステムは、高分子鎖を圧縮して、以前に選択された目標密度、目標サイズ、および目標アスペクト比を有する高分子フイルムのモデルを作成する。246に示されるように、圧縮操作は、高圧縮率を使用して、高分子鎖を圧縮する工程を含む。先に述べたように、圧縮率は、約0.04Å/fsであるべきであるが、理想的には、計算オーバーヘッドが許す限りできるだけ低くなるべきである。圧縮操作は、第1のバリア(例えば、周期箱)の第1の端部と第2の端部に第2のバリアを位置付ける工程、および第1の端部の第2のバリアおよび第2の端部の第2のバリアを互いに向けて動かすことによって、高分子鎖を目標密度、目標サイズ、および目標アスペクト比に圧縮する工程をさらに含む。247に示されるように、第2のバリアは、レナード・ジョーンズの反発壁(repulsive wall)もしくは他の類似のバリアまたは反発壁であり得る。特定例では、例えば、バリアまたは反発壁がレナード・ジョーンズの反発壁である場合、このレナード・ジョーンズの反発壁は、第1のバリア(例えば、周期箱)の第1の端部と第2の端部に位置付けられる(248)。レナード・ジョーンズの反発壁のこの位置付けにより、第1のバリアの境界条件が破られ、高分子フイルムのモデルが形成される。ある実施の形態において、第2のバリアが反発壁、または特に、レナード・ジョーンズの反発壁である場合、このレナード・ジョーンズの反発壁は、以下のように公式化できる:
Figure 2023531898000005
上記式において、εは、壁と任意の高分子原子との間の位置エネルギースケール(1.0Kcal/モルに設定される)であり、σは、壁と任意の高分子原子との間の長さスケール(1.0Åに設定される)であり、γは、壁と任意の高分子原子との間の電位カットオフ(1.2Åに設定される)であり、rは結合距離であり、τは、反発ポテンシャルが印加されるカットオフ距離である。この式の一次導関数は、壁と任意の高分子原子との間の力を与える。これらのパラメータは、高分子原子が、壁に近づき過ぎた場合(≦1.2Å)、大きい反発力を受けるようなやり方で設定される。
高圧縮率を使用した高分子鎖の圧縮は、いくつかの操作を含む。最初に、246Aに示されるように、システムは、Z軸に沿って無作為の回転角でいくつかの高分子鎖を積み重ねる。これにより、初期の開放されたバルク高分子鎖構造が作られる。次に、246Bで、システムは、目標密度の約75%に到達するまで、高分子鎖をNVTアンサンブル、NPTアンサンブル、またはNVEアンサンブルで圧縮する。246Cで、システムは、第1のバリアの第1の端部と第2の端部を調節することによって、アスペクト比を維持する。アスペクト比を維持する工程は、アスペクト比をシステムのx/yとz寸法の間に維持する工程を含む。原子間の相互作用はx/yで周期的であるので、システムがx/yで広がる傾向があり得、よって、これを制限するために、z寸法でアスペクト比を維持して、フイルムがそれに対して特定の厚さを有することを確実にする。最後に、246Dで、高分子鎖は、第1の端部の第2のバリアまたは反発壁および第2の端部の第2のバリアを互いに向けて動かすことによって、目標密度にさらに圧縮される。別の実施の形態において、246Eに示されるように、システムは、第1の端部の第2のバリアおよび第2の端部の第2のバリアをある期間に亘り固定して保持する。第2のバリアをこのように保持することにより、高分子鎖が緩み、高分子フイルムのモデルが形成される。
システムは、圧縮が完了した後、250で、高分子フイルムのモデルの摩擦係数を予測する。別の実施の形態において、255に示されるように、システムは、1つ以上の溶媒中の高分子鎖の溶解度を予測し、260で、システムは、ガラスの表面上への高分子鎖の付着を予測する。圧縮された高分子フイルムの付着は、これらの高分子鎖を互いに保持できるエネルギーであり、これは、システムの全エネルギーから各単鎖のエネルギーを差し引くことによって計算できる。全システムおよび単鎖エネルギーは、力場を使用して計算される。全ての結合距離、結合角、二面角、および不規則は、いくらかのエネルギー成分に寄与し、これらは、エネルギーを示すために加算される。高分子の溶解度は、溶解度の測定基準として付着エネルギー密度を使用する、ヒルダーブランド&スコット(Hilderbrand & Scott)の式を使用して計算される。付着エネルギー密度は、体積当たりの圧縮された高分子フイルムの付着である。
265に示されるように、システムは、複数の操作の多くを並列して実行できるマルチプロセッサシステムであり得る。具体的に言うと、高分子鎖を成長させる操作(225)、高分子鎖の原子構造を最小化する操作(235)、高分子鎖を第1のバリアに付け加える操作(240)、高分子鎖を圧縮する操作(245)、および高分子フイルムのモデルの摩擦係数を予測する操作(250)は、並列して実行することができる。より詳しくは、Pythonファイルは、実行される多数の並列プロセスを決定するパラメータを含み得る。
低いCoFおよび良好な溶解度を有する配合物を決定するために、ここに開示され、記載された実施の形態にしたがって、多数の高分子および共重合体の化学構造をシミュレーションした。実施の形態によれば、少なくとも1つの二無水物単量体構造を含むポリイミドの骨格構造が、低いCoFおよび良好な溶解度の組合せを提供したことが分かった。実施の形態によれば、ポリイミドの骨格構造に組み込まれる二無水物単量体構造は、
Figure 2023531898000006
からなる群より選択される。1つ以上の実施の形態において、1つ以上のジアミンを含む側鎖構造が、低いCoFおよび良好な溶解度を有するフッ素化ポリイミドを提供することが分かった。実施の形態において、その1つ以上のジアミンは、
Figure 2023531898000007
からなる群より選択される。
どのフッ素化ポリイミドが、CoFと溶解度の最良の組合せを有するかを決定するために、ここに開示され、記載された方法を使用して、先に示された二無水物を組み込んだポリイミドの骨格構造を、水素が芳香族炭素に付着している所はどこでも、上述したジアミンを含む官能基でコンビナトリアル様式で置換して、百四十(140)の高分子化学構造を形成した。これらの化学構造の各々の溶媒と高分子の溶解度パラメータの差およびCoFが、図3にグラフで示されている。このデータから、低いCoFおよび良好な溶解度の組合せを有するフッ素化ポリイミドから作られたコーティングが分かる。
ここに開示され、記載された方法を使用して、数多くのフッ素化ポリイミドのCED、T、フッ素密度、およびCoFを、ほとんど費用をかけずに、直ぐに評価することができる。数多くのフッ素化ポリイミドをシミュレーションし、分析し、それからデータをグラフで示すことにより、低CoFコーティングをもたらすCED、T、およびフッ素密度の値が得られる。
図4は、Y軸上のフッ素化ポリイミドコーティングの計算CoFに対してプロットされたX軸上の様々なフッ素化ポリイミドコーティングのCEDを示す。図4から分かるように、CP1ポリイミドのCEDは、約300キロジュール毎モル(KJ/モル)である。しかしながら、ここに開示され、記載された方法を使用すれば、300KJ/モル未満のCEDを有する多数のフッ素化ポリイミドが、CP1ポリイミドより低いCoFを提供することが示された。実施の形態において、コーティングとして使用されるフッ素化ポリイミドのCEDは、280KJ/モル以下、270KJ/モル以下、260KJ/モル以下、250KJ/モル以下、240KJ/モル以下、230KJ/モル以下、220KJ/モル以下、210KJ/モル以下、または200KJ/モル以下など、290KJ/モル以下である。実施の形態において、フッ素化ポリイミドは、150KJ/モル以上かつ290KJ/モル以下、150KJ/モル以上かつ280KJ/モル以下、150KJ/モル以上かつ270KJ/モル以下、150KJ/モル以上かつ260KJ/モル以下、150KJ/モル以上かつ250KJ/モル以下、150KJ/モル以上かつ240KJ/モル以下、150KJ/モル以上かつ230KJ/モル以下、150KJ/モル以上かつ220KJ/モル以下、150KJ/モル以上かつ210KJ/モル以下、150KJ/モル以上かつ200KJ/モル以下、150KJ/モル以上かつ190KJ/モル以下、または150KJ/モル以上かつ180KJ/モル以下、150KJ/モル以上かつ170KJ/モル以下、または150KJ/モル以上かつ160KJ/モル以下など、150KJ/モル以上かつ300KJ/モル以下のCEDを有する。
図5は、Y軸上のフッ素化ポリイミドコーティングの計算CoFに対してプロットされたX軸上の様々なフッ素化ポリイミドコーティングのTを示す。ここに開示され、記載された方法を使用すれば、様々なT値を有する多数のフッ素化ポリイミドが、CP1ポリイミドより低いCoFを提供することが示された。実施の形態による、コーティングとして使用されるフッ素化ポリイミドのTは、615K以下、610K以下、600K以下、590K以下、580K以下、570K以下、560K以下、550K以下、540K以下、530K以下、520K以下、510K以下、500K以下、490K以下、480K以下、470K以下、460K以下、または450K以下など、625K以下である。実施の形態において、コーティングとして使用されるフッ素化ポリイミドのTは、360K以上かつ615K以下、350K以上かつ610K以下、350K以上かつ600K以下、350K以上かつ590K以下、350K以上かつ580K以下、350K以上かつ570K以下、350K以上かつ560K以下、350K以上かつ550K以下、350K以上かつ540K以下、350K以上かつ530K以下、350K以上かつ520K以下、350K以上かつ510K以下、350K以上かつ500K以下、350K以上かつ490K以下、350K以上かつ480K以下、350K以上かつ470K以下、350K以上かつ460K以下、350K以上かつ450K以下、350K以上かつ440K以下、350K以上かつ430K以下、350K以上かつ420K以下、350K以上かつ410K以下、350K以上かつ400K以下、350K以上かつ390K以下、350K以上かつ380K以下、350K以上かつ370K以下、または350K以上かつ360K以下など、350K以上かつ625K以下である。
ここに開示され、記載されたフッ素化ポリイミドコーティングの実施の形態は、先に記載されたCEDとTのどの組合せを有してもよいことを認識すべきである。実施の形態の方法によれば、ここに開示され、記載されたCEDとTの組合せを有するフッ素化ポリイミドから作られたコーティングが選択され、得られたガラス物品上に被覆される。その被覆は、吹き付け塗り、浸漬被覆、噴射塗布、回転塗布、刷毛塗りなどの適切な方法で行うことができる。
フッ素化ポリイミド含有コーティングのCoFは、このフッ素化ポリイミド含有コーティングのフッ素密度によって、さらに改善できることも分かった。図5は、様々なフッ素化ポリイミドコーティングのフッ素密度も示す(対角点線)。図5から分かるように、フッ素化ポリイミドのフッ素密度が増加するにつれて、一般にCoFは増加し、これは、概して、低いCoFを提供するには、より低いT値が必要であることを意味する。したがって、高分子のフッ素密度が高いほど、低いCoFを提供するのにより低いTが要求されることが分かった。
フッ素密度を使用して、フッ素化ポリイミド含有コーティングのCoFを、少なくとも3つの群:(1)低いフッ素密度、(2)中位のフッ素密度、および(3)高いフッ素密度に分類できる。実施の形態において、低いフッ素密度を有するフッ素化ポリイミドは、0.10未満のフッ素密度(f<0.10)を有するフッ素化ポリイミドを含み、中位のフッ素密度を有するフッ素化ポリイミドは、0.10以上かつ0.15以下のフッ素密度(0.10≦f≦0.15)を有するフッ素化ポリイミドを含み、高いフッ素密度を有するフッ素化ポリイミドは、0.15超のフッ素密度(f>0.15)を有するフッ素化ポリイミドを含む。これらのフッ素密度の群の各々の中で、フッ素化ポリイミドのCEDおよびTと、フッ素化ポリイミドコーティングのCoFとの間の関係が決定された。それゆえ、フッ素密度の群の各々について、望ましく低いCoFを達成するために、フッ素化ポリイミドのCEDとTに基づいて、フッ素化ポリイミドを選択することができる。
図5に示された情報など、ここに開示され、記載された方法から、原子論的シミュレーションから得られたデータについて、CoFとTg、フッ素密度、およびCEDの間の相関関係を評価した。シミュレーションから収集された情報と、実験とを組み合わせて、以下の相関関係を発見した。
実施の形態によれば、ガラス物品のためのフッ素化ポリイミド含有コーティングに使用されるフッ素化ポリイミドは、低いフッ素密度を有する。ここで図6を参照すると、ここに開示され、記載された方法にしたがって評価された多数のフッ素化ポリイミドのCED、T、およびfを使用してシミュレーションされたCoFに関する線形回帰を作成した。例えば、図6に示されるように、ここに開示され、記載された実施の形態にしたがってシミュレーションされたCoFは、Y軸上の予測CoFに対してX軸上にプロットされている。ここに用いられているように、予測CoFは、導かれた回帰方程式(以下に示されるものなど)を使用して計算されるCoFである。シミュレーションされたCoFは、分子力学シミュレーションを使用して計算されるCoFである。1つ以上の実施の形態において、低いフッ素密度を有するフッ素化ポリイミドから作られたコーティングのCoFは、以下の式:
CoF=0.111*CED-4.319*10-4*CED+5.594*CED+1.135*f-5.859*10-2*T+5.314*T +6.823
によりCEDとTに関連付けられる。図6に示されるように、この方程式の回帰分析(r)は1.000と等しい。
ここに開示され、記載された1つ以上の実施の形態において、低いフッ素密度を有するフッ素化ポリイミドから作られたコーティングのCoFは、0.27以下であり、よって、上記方程式は、以下の不等式:
0.27≧0.111*CED-4.319*10-4*CED+5.594*CED+1.135*f-5.859*10-2*T+5.314*T +6.823
と記載することができる。
実施の形態において、低いフッ素密度を有するフッ素化ポリイミドから作られたコーティングのCoFは、0.25以下、0.24以下、0.23以下、0.22以下、0.21以下、または0.20以下など、0.26以下である。実施の形態において、低いフッ素密度を有するフッ素化ポリイミドから作られたコーティングのCoFは、0.26以下かつ0.10以上、0.25以下かつ0.10以上、0.24以下かつ0.10以上、0.23以下かつ0.10以上、0.22以下かつ0.10以上、0.21以下かつ0.10以上、または0.20以下かつ0.10以上など、0.27以下かつ0.10以上である。
実施の形態によれば、ガラス物品のためのフッ素化ポリイミド含有コーティングにおけるフッ素化ポリイミドは、中位のフッ素密度および575K以下のTを有する。ここで図6を参照すると、ここに開示され、記載された方法にしたがって評価された多数のフッ素化ポリイミドのCED、T、およびfを使用してシミュレーションされたCoFに関する線形回帰を作成した。例えば、図6に示されるように、ここに開示され、記載された実施の形態にしたがってシミュレーションされたCoFは、Y軸上の予測CoFに対してX軸上にプロットされている。1つ以上の実施の形態において、中位のフッ素密度および575K以下のTを有するフッ素化ポリイミドから作られたコーティングのCoFは、以下の方程式:
CoF=-9.017*10-3*CED+1.941*10-5*CED-4.773*f+28.477*f +2.041*10-3*T-2.351*10-6*T +0.913
によりCEDとTに関連付けられる。図6に示されるように、この方程式のrは0.899である。
ここに開示され、記載された1つ以上の実施の形態において、中位のフッ素密度および575K以下のTを有するフッ素化ポリイミドから作られたコーティングのCoFは、0.27以下であり、よって、上記方程式は、以下の不等式:
0.27≧-9.017*10-3*CED+1.941*10-5*CED-4.773*f+28.477*f +2.041*10-3*T-2.351*10-6*T +0.913
と記載することができる。
実施の形態において、中位のフッ素密度および575K以下のTを有するフッ素化ポリイミドから作られたコーティングのCoFは、0.25以下、0.24以下、0.23以下、0.22以下、0.21以下、または0.20以下など、0.26以下である。実施の形態において、中位のフッ素密度および575K以下のTを有するフッ素化ポリイミドから作られたコーティングのCoFは、0.26以下かつ0.10以上、0.25以下かつ0.10以上、0.24以下かつ0.10以上、0.23以下かつ0.10以上、0.22以下かつ0.10以上、0.21以下かつ0.10以上、または0.20以下かつ0.10以上など、0.27以下かつ0.10以上である。
実施の形態によれば、ガラス物品のためのフッ素化ポリイミド含有コーティング中のフッ素化ポリイミドは、高いフッ素密度および500K以下のTを有する。ここで図6を参照すると、ここに開示され、記載された方法にしたがって評価された多数のフッ素化ポリイミドのCED、T、およびfを使用してシミュレーションされたCoFに関する線形回帰を作成した。例えば、図6に示されるように、ここに開示され、記載された実施の形態にしたがってシミュレーションされたCoFは、Y軸上の予測CoFに対してX軸上にプロットされている。1つ以上の実施の形態において、高いフッ素密度および500K以下のTを有するフッ素化ポリイミドから作られたコーティングのCoFは、以下の方程式:
CoF=-5.09*10-4*CED-0.463*f+4.683*10-5*T+0.373
によりCEDとTに関連付けられる。図6に示されるように、この方程式のrは0.997である。
ここに開示され、記載された1つ以上の実施の形態において、高いフッ素密度および500K以下のTを有するフッ素化ポリイミドから作られたコーティングのCoFは、0.27以下であり、よって、上記方程式は、以下の不等式:
0.27≧-5.09*10-4*CED-0.463*f+4.683*10-5*T+0.373
と記載することができる。
実施の形態において、高いフッ素密度および500K以下のTを有するフッ素化ポリイミドから作られたコーティングのCoFは、0.25以下、0.24以下、0.23以下、0.22以下、0.21以下、または0.20以下など、0.26以下である。実施の形態において、高いフッ素密度および500K以下のTを有するフッ素化ポリイミドから作られたコーティングのCoFは、0.26以下かつ0.10以上、0.25以下かつ0.10以上、0.24以下かつ0.10以上、0.23以下かつ0.10以上、0.22以下かつ0.10以上、0.21以下かつ0.10以上、または0.20以下かつ0.10以上など、0.27以下かつ0.10以上である。
図7は、X軸上の実験CoFに対してY軸上にプロットされた予測CoFの線形回帰分析を示している。この分析から、実験CoFは、以下の式:
CoFexp=1.676*CoFsim-2.403*10-2
にしたがって予測CoFと相関関係があることが分かった。図7に示されるように、この方程式のrは0.948である。
先に開示されたように、1つ以上の実施の形態において、上述した性質-CED、Tg、フッ素密度、およびCoFなど-を有するフッ素化ポリイミドは、従来の工業用溶媒に可溶である。従来の溶媒としては、以下に限られないが、酢酸アルキルなどの酢酸エステル、ジオキサン、テトラヒドロフラン(THF)、ジオキソラン、ジメチルアセトアミド、およびN-メチル-2-ピロリドンが挙げられる。溶媒中に可溶であることにより、フッ素化ポリイミド含有コーティングは、吹きつけ塗り、浸漬被覆、回転塗布、またはブラシなどの塗布具による被覆など、従来の被覆方法によって、ガラス物品に容易に施すことができる。実施の形態において、溶媒は、8.6カロリー毎立方センチメートル((cal/cm1/2)以下、例えば、8.0((cal/cm1/2)以下、7.5((cal/cm1/2)以下、7.0((cal/cm1/2)以下、6.5((cal/cm1/2)以下、6.0((cal/cm1/2)以下、5.5((cal/cm1/2)以下、5.0((cal/cm1/2)以下、4.5((cal/cm1/2)以下、4.0((cal/cm1/2)以下、3.5((cal/cm1/2)以下、3.0((cal/cm1/2)以下、または2.5((cal/cm1/2)以下のヒルデブランド溶解度を有する酢酸n-プロピルである。
実施の形態によれば、ここに開示され、記載された実施の形態によるガラス物品を被覆する方法は、ガラス容器を被覆する方法を含む。一例として、図8を参照すると、医薬品組成物を貯蔵するためのガラス容器などのガラス容器が、断面で概略示されている。ガラス容器800は、概して、ガラス本体820を含む。ガラス本体820は、内面840と外面860との間に延在し、概して、内部容積880を取り囲む。図8に示されたガラス容器800の実施の形態において、ガラス本体820は、概して、壁部分900および床部分920を含む。壁部分900および床部分920は、一般に、約0.5mmから約3.0mmの範囲の厚さを有することがある。壁部分900は、踵部分940を通じて床部分920に移行する。実施の形態によれば、内面840と床部分920は、被覆されておらず、それゆえ、ガラス容器800の内部容積880内に貯蔵される内容物は、ガラス容器800を形成しているガラスと直接接触する。しかしながら、実施の形態において、内面840と床部分920は、被覆されている。ガラス容器800は、特定の形状形態(すなわち、バイアル)を有すると図8に示されているが、ガラス容器800は、制限無く、Vacutainer(登録商標)、カートリッジ、注射器、注射筒、アンプル、ボトル、フラスコ、バイアル(phials)、管、ビーカーなどを含む他の形状形態を有してもよいことを理解すべきである。ここに開示され、記載された方法は、ここに開示されたフッ素化ポリイミドを含有するコーティングをガラス容器800の外面860の少なくとも一部に施す工程を含む。実施の形態において、ガラス容器800の外面860全体が、ここに開示されたようなフッ素化ポリイミドを含有するコーティングで被覆されている。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態1
ガラス物品を被覆する方法において、
ガラス物品を得る工程 、
300KJ/モル以下の凝集エネルギー密度と、
625K以下のガラス転移温度(T)と、
を有するフッ素化ポリイミドから作られたコーティングを選択する工程、および
前記フッ素化ポリイミドから作られた選択されたコーティングで前記ガラス物品を被覆する工程、
を有してなる方法。
実施形態2
前記フッ素化ポリイミドが、0.10以下のフッ素密度を有する、実施形態1に記載のガラス物品を被覆する方法。
実施形態3
前記フッ素化ポリイミドから作られたコーティングの摩擦係数が、以下の不等式:
0.27≧0.111*CED-4.319*10-4*CED+5.594*CED+1.135*f-5.859*10-2*T+5.314*T +6.823
を満たし、式中、
CEDは、前記フッ素化ポリイミドコーティングの凝集エネルギー密度であり、
は、高分子繰り返し単位中の重原子の総数で除算された該高分子繰り返し単位中のフッ素原子の数であり、
は、前記フッ素化ポリイミドコーティングのガラス転移温度である、実施形態2に記載のガラス物品を被覆する方法。
実施形態4
前記フッ素化ポリイミドが、0.10超かつ0.15以下のフッ素密度を有し、該フッ素化ポリイミドが575K以下のTを有する、実施形態1に記載のガラス物品を被覆する方法。
実施形態5
前記フッ素化ポリイミドから作られたコーティングの摩擦係数が、以下の不等式:
0.27≧-9.017*10-3*CED+1.941*10-5*CED-4.773*f+28.477*f +2.041*10-3*T-2.351*10-6*T +0.913
を満たし、式中、
CEDは、前記フッ素化ポリイミドコーティングの凝集エネルギー密度であり、
は、高分子繰り返し単位中の重原子の総数で除算された該高分子繰り返し単位中のフッ素原子の数であり、
は、前記フッ素化ポリイミドコーティングのガラス転移温度である、実施形態4に記載のガラス物品を被覆する方法。
実施形態6
前記フッ素化ポリイミドコーティングが、0.15超のフッ素密度を有する高分子から作られ、該フッ素化ポリイミドコーティングが500K以下のTを有する、実施形態1に記載のガラス物品を被覆する方法。
実施形態7
前記フッ素化ポリイミドコーティングの摩擦係数が、以下の不等式:
0.27≧-5.09*10-4*CED-0.463*f+4.683*10-5*T+0.373
を満たし、式中、
CEDは、前記フッ素化ポリイミドコーティングの凝集エネルギー密度であり、
は、高分子繰り返し単位中の重原子の総数で除算された該高分子繰り返し単位中のフッ素原子の数であり、
は、前記フッ素化ポリイミドコーティングのガラス転移温度である、実施形態1または6に記載のガラス物品を被覆する方法。
実施形態8
前記フッ素化ポリイミドが、8.6(cal/cm1/2以下の溶解度を有する、実施形態1に記載のガラス物品を被覆する方法。
実施形態9
前記ガラス物品が、内面と外面を有するガラス製医薬品容器である、実施形態1に記載のガラス物品を被覆する方法。
実施形態10
前記フッ素化ポリイミドから作られた選択されたコーティングでガラス物品を被覆する工程が、前記ガラス製医薬品容器の外面の少なくとも一部を被覆する工程を含む、実施形態9に記載のガラス物品を被覆する方法。
実施形態11
前記フッ素化ポリイミドから作られたコーティングを選択する工程が、
元の高分子化学構造を選ぶ工程、
前記元の高分子化学構造を官能基で修飾して、多数の修飾高分子化学構造を生成する工程、
前記多数の修飾高分子化学構造の各々の凝集エネルギー密度(CED)を決定する工程、
前記多数の修飾高分子化学構造の各々のTを決定する工程、
前記多数の修飾高分子化学から指定の高分子化学構造の群を選ぶ工程であって、該高分子化学構造の指定の群における各高分子化学構造が、前記元の高分子化学構造のCED以下のCEDを有し、該高分子化学構造の指定の群における各高分子化学構造が、該元の高分子化学構造のTより低いTを有する、工程、
前記高分子化学構造の指定の群における各高分子化学構造の摩擦係数を決定する工程、および
前記高分子化学構造の指定の群からえり抜きの高分子化学構造を選ぶ工程であって、該えり抜きの高分子化学構造が、前記元の高分子化学構造の摩擦係数より小さい摩擦係数を有する工程、
を含む、実施形態1に記載のガラス物品を被覆する方法。
実施形態12
前記元の高分子化学構造を修飾する工程が、
前記元の高分子化学構造の骨格構造を特定する工程であって、該骨格構造が1つ以上の付着部位を有する工程、
一連の側鎖構造を提供する工程、および
前記一連の側鎖構造における各側鎖構造を前記骨格構造の1つ以上の付着部位にコンビナトリアル様式で付着させる工程、
を含む、実施形態11に記載のガラス物品を被覆する方法。
実施形態13
前記骨格構造が二無水物単量体構造を含む、実施形態12に記載のガラス物品を被覆する方法。
実施形態14
前記二無水物単量体構造が、
Figure 2023531898000008
からなる群より選択される1つ以上の構成要素を含む、実施形態13に記載のガラス物品を被覆する方法。
実施形態15
前記一連の側鎖構造が1つ以上のジアミンを含む、実施形態12の態様のガラス物品を被覆する方法。
実施形態16
前記1つ以上のジアミンが、
Figure 2023531898000009
からなる群より選択される1つ以上の構成要素を含む、実施形態15に記載のガラス物品を被覆する方法。
実施形態17
前記元の高分子化学構造の骨格構造が、前記一連の側鎖構造における各側鎖構造を該骨格構造の1つ以上の付着部位にコンビナトリアル様式で付着させる前に修飾されている、実施形態12に記載のガラス物品を被覆する方法。
実施形態18
前記元の高分子化学構造の骨格構造が、該骨格構造を延長させること、該骨格構造を縮小させること、または該骨格構造の化学基を交換することによって、修飾されている、実施形態17に記載のガラス物品を被覆する方法。
実施形態19
低い摩擦係数を有するフッ素化ポリイミドを形成する方法において、
元の高分子化学構造を選ぶ工程、
前記元の高分子化学構造を官能基で修飾して、多数の修飾高分子化学構造を生成する工程、
前記多数の修飾高分子化学構造の各々の凝集エネルギー密度(CED)を決定する工程、
前記多数の修飾高分子化学構造の各々のTを決定する工程、
前記多数の修飾高分子化学から指定の高分子化学構造の群を選ぶ工程であって、該高分子化学構造の指定の群における各高分子化学構造が、前記元の高分子化学構造のCED以下のCEDを有し、該高分子化学構造の指定の群における各高分子化学構造が、該元の高分子化学構造のTより低いTを有する、工程、
前記高分子化学構造の指定の群における各高分子化学構造の摩擦係数を決定する工程、および
前記高分子化学構造の指定の群からえり抜きの高分子化学構造を形成する工程であって、該えり抜きの高分子化学構造が、前記指定の群の高分子化学構造の最低の摩擦係数を有する工程、
を有してなる方法。
実施形態20
前記高分子化学構造の指定の群における各高分子化学構造の摩擦係数を決定する工程が、以下の式:
CoF=0.111*CED-4.319*10-4*CED+5.594*CED+1.135*f-5.859*10-2*T+5.314*T +6.823
を使用し、式中、
CEDは、前記フッ素化ポリイミドの凝集エネルギー密度であり、
は、高分子繰り返し単位中の重原子の総数で除算された該高分子繰り返し単位中のフッ素原子の数であり、かつ0.1未満であり、
は、前記フッ素化ポリイミドのガラス転移温度である、実施形態19に記載の低い摩擦係数を有するフッ素化ポリイミドを形成する方法。
実施形態21
前記高分子化学構造の指定の群における各高分子化学構造の摩擦係数を決定する工程が、以下の式:
CoF=-9.017*10-3*CED+1.941*10-5*CED-4.773*f+28.477*f +2.041*10-3*T-2.351*10-6*T +0.913
を使用し、式中、
CEDは、前記フッ素化ポリイミドの凝集エネルギー密度であり、
は、高分子繰り返し単位中の重原子の総数で除算された該高分子繰り返し単位中のフッ素原子の数であり、fは、0.1超かつ0.15未満であり、
は、前記フッ素化ポリイミドのガラス転移温度である、実施形態19に記載の低い摩擦係数を有するフッ素化ポリイミドを形成する方法。
実施形態22
前記高分子化学構造の指定の群における各高分子化学構造の摩擦係数を決定する工程が、以下の式:
CoF=-5.09*10-4*CED-0.463*f+4.683*10-5*T+0.373
を使用し、式中、
CEDは、前記フッ素化ポリイミドの凝集エネルギー密度であり、
は、高分子繰り返し単位中の重原子の総数で除算された該高分子繰り返し単位中のフッ素原子の数であり、fは0.15超であり、
は、前記フッ素化ポリイミドのガラス転移温度である、実施形態19に記載の低い摩擦係数を有するフッ素化ポリイミドを形成する方法。
800 ガラス容器
820 ガラス本体
840 内面
860 外面
880 内部容積
900 壁部分
920 床部分
940 踵部分

Claims (10)

  1. ガラス物品を被覆する方法において、
    ガラス物品を得る工程 、
    300KJ/モル以下の凝集エネルギー密度と、
    625K以下のガラス転移温度(T)と、
    を有するフッ素化ポリイミドから作られたコーティングを選択する工程、および
    前記フッ素化ポリイミドから作られた選択されたコーティングで前記ガラス物品を被覆する工程、
    を有してなる方法。
  2. 前記フッ素化ポリイミドが、0.10以下のフッ素密度を有する、請求項1記載のガラス物品を被覆する方法。
  3. 前記フッ素化ポリイミドから作られたコーティングの摩擦係数が、以下の不等式:
    0.27≧0.111*CED-4.319*10-4*CED+5.594*CED+1.135*f-5.859*10-2*T+5.314*T +6.823
    を満たし、式中、
    CEDは、前記フッ素化ポリイミドコーティングの凝集エネルギー密度であり、
    は、高分子繰り返し単位中の重原子の総数で除算された該高分子繰り返し単位中のフッ素原子の数であり、
    は、前記フッ素化ポリイミドコーティングのガラス転移温度である、請求項2記載のガラス物品を被覆する方法。
  4. 前記フッ素化ポリイミドが、0.10超かつ0.15以下のフッ素密度を有し、該フッ素化ポリイミドが575K以下のTを有する、請求項1記載のガラス物品を被覆する方法。
  5. 前記フッ素化ポリイミドから作られたコーティングの摩擦係数が、以下の不等式:
    0.27≧-9.017*10-3*CED+1.941*10-5*CED-4.773*f+28.477*f +2.041*10-3*T-2.351*10-6*T +0.913
    を満たし、式中、
    CEDは、前記フッ素化ポリイミドコーティングの凝集エネルギー密度であり、
    は、高分子繰り返し単位中の重原子の総数で除算された該高分子繰り返し単位中のフッ素原子の数であり、
    は、前記フッ素化ポリイミドコーティングのガラス転移温度である、請求項4記載のガラス物品を被覆する方法。
  6. 前記フッ素化ポリイミドコーティングが、0.15超のフッ素密度を有する高分子から作られ、該フッ素化ポリイミドコーティングが500K以下のTを有する、請求項1記載のガラス物品を被覆する方法。
  7. 前記フッ素化ポリイミドコーティングの摩擦係数が、以下の不等式:
    0.27≧-5.09*10-4*CED-0.463*f+4.683*10-5*T+0.373
    を満たし、式中、
    CEDは、前記フッ素化ポリイミドコーティングの凝集エネルギー密度であり、
    は、高分子繰り返し単位中の重原子の総数で除算された該高分子繰り返し単位中のフッ素原子の数であり、
    は、前記フッ素化ポリイミドコーティングのガラス転移温度である、請求項1または6記載のガラス物品を被覆する方法。
  8. 前記フッ素化ポリイミドが、8.6(cal/cm1/2以下の溶解度を有する、請求項1記載のガラス物品を被覆する方法。
  9. 前記ガラス物品が、内面と外面を有するガラス製医薬品容器である、請求項1記載のガラス物品を被覆する方法。
  10. 前記フッ素化ポリイミドから作られた選択されたコーティングでガラス物品を被覆する工程が、前記ガラス製医薬品容器の外面の少なくとも一部を被覆する工程を含む、請求項9記載のガラス物品を被覆する方法。
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