JP5558812B2 - 熱可塑性ポリマー系を選択的に加熱するためにマイクロ波エネルギーを使用するための添加剤 - Google Patents
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Description
本出願は、米国特許仮出願第60/809,520号、同第60/809,526号および同第60/809,568号(それぞれが2006年5月31に出願され、それぞれが参照により本明細書に組み込まれる)の優先権を主張するものである。
a)元素、例えば、C、Co、Ni、Fe、Zn、Al、Cu、Ag、Au、Cr、MoおよびW;
b)重金属塩、例えば、CuXn、ZnX2、またはSnX2(この場合、Xは、ハロゲンであり、nは、1から6の整数である);
c)塩水和物、例えば、NiCl2・6H2O、Al2(SO4)3・18H2O;
d)複合水和物、例えば、エトリンジャイト;
e)他の単純水和物、例えば、エプソム塩;
f)金属酸化物、例えば、CuO、Cu2O、NiO、Fe3O4、Fe2O3、FeO Co2O3;
g)複合酸化物、例えば、BaTiO3;
h)金属硫化物、例えば、Ag2S、CuS、MoS2、PbS、ZnS、FeS 黄鉄鉱(FeS2)および他の硫化鉱;
i)金属炭化物および窒化物、例えば、W2C、SiC、B4C、およびTiN;
j)半導体、例えば、Si、Ge、Se、GaP、GaAs、InP、InAs、CdS、CdSe、およびZnSe;
k)イオン導体、例えば、固体酸、ベータアルミナ、ポリマー酸、およびイオン交換樹脂;
l)含水材料、例えば、水和形態のゼオライト、シリカ、アルミナ、アルミノホスフェート、アルミノシリケート、マグネシア、チアニア、粘土、マイカ、ゲル、バーミキュライト、アタパルジャイト、セピオライト、他の無機ゲル、有機ヒドロゲル、例えば高吸収性ポリマー(SAP)、Methocel、ならびにヒドロキシエチルセルロース(HEC)、カルボキシメチルセルロース、およびマイクロカプセル化水;
m)永久双極子を有する分子、オリゴマーまたはポリマー材料、例えば、ヒドロキシル、アミン、アミド、カルボニル、エステル、カーボネート、カルバメート、ウレア、チオウレア、ニトリル、ニトロ、ニトレート、ニトロシル、ヒドロキシルアミン、アンモニウム、スルホンアミド、スルフヒドリル、スルフィド、スルホン、スルホキシド、ホスフェート、ホスホネート、ホスホンアミド、ハライド、オキシハライドでの一または多置換を含むことがある官能基を有する、ならびに糖、アミノ酸、ラクタム、エチレン一酸化炭素(ECO)コポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、アクリレートコポリマー、アクリレート変性ポリマー、デンプン、ケラチン、ゼラチン、他の副生成物、ホルムアミド、n−メチルホルムアミド、n−メチルアセトアミド、およびこれらの組み合わせも含む場合がある、分子、オリゴマーまたはポリマー材料;
n)ケージド双極子、例えば、ゼオライトまたは粘土の中に、あるいはシリカゲルまたは他の無機もしくは有機吸収剤上に吸着された、またはカプセル化された、上(m)に挙げた双極子;
o)金属および半導体以外の有機導体、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン、および他の有機導体;
p)磁性物質、例えば、硬質または軟質フェライト、SrまたはBaチタネート、CoZn、NiZnまたはMnZn。
図7〜10を参照して、A層が本質的にマイクロ波エネルギー透過性であり得、およびB層がマイクロ波エネルギー感受性であり得る、図2に示すものに類似した三層A/B/Aシート系のマイクロ波加熱および放射加熱のモデリングからの結果を示す。この多層A/B/A構造をマイクロ波によって加熱して、B層を優先的に加熱することができる。その後、熱エネルギーは、A層に伝導され得る。
上の結果を生ずるために使用したモデルは、マイクロ波感受性ポリマーが熱成形サイクル、特に、加熱サイクルに対して及ぼすことができる効果を推定するためにも使用することができる。積層シート(厚さの60%が、マイクロ波感受性の芯Bである、A/B/Aポリプロピレンシート)を代表的な熱成形温度に加熱するために必要な時間を概算した。指定時間内に指定厚のシートを加熱するために必要なワット数を計算した。その結果を図8に提示する。これらの結果は、所要電力約100kWが、シート5mm厚について10秒という少ない加熱サイクル時間を生じさせ得ることを示しており、これはサイクル時間の有意な低減と言うことができる。厚手シート(10mmまたはそれ以上)については、従来の加熱システムで達成されるものに匹敵する300秒のサイクル時間を、それより有意に低い所要電力で達成することができる。
マイクロ波感受性ポリマーにおいて有用であり得るいくつかのフィラーのマイクロ波特性を、鉱油中で、マイクロ波エネルギーに対するそれらの応答について試験した。比較のために、それらの添加剤をニートポリプロピレンとも比較した。図13および14は、180グラムの軽油(Aldrichから入手可能)に粉末として分散させた、それぞれ20グラムのフィラー BaTiO3(Alfa Aesarから入手可能)、ゼオライトA(Aldrichから入手可能である、モレキュラーシーブ 4Å)、Fe3O4(Alfa Aesarから入手可能)、エチレン一酸化炭素(ミシガン州、ミッドランドのThe Dow Chemical Companyから入手可能)、Cu金属(Alfa Aesarから入手可能)、MYRANITE(英国のYeoman−Protex Limitedから入手可能)、およびMYRASHIELD(英国のYeoman−Protex Limitedから入手可能)についてのマイクロ波特性を提示するものである。
上のフィラーのうち、ゼオライトA(Aldrich、モレキュラーシーブ4Å、カタログ番号233668)およびFe3O4(Alfa Aesar、カタログ番号12374)を、選択的加熱プロセスにおける評価のために選択した。これら2つの添加剤を選択するために用いた基準としては、それらの添加剤の有効性(図13および14に関して上で説明したような応答)、コストおよび必要負荷量、環境、健康および安全性の懸念が挙げられた。ポリマー特性(粒径、形態および他の特性に基づく)に対してこれらの添加剤が有すると予測される影響も考慮した。例えば、図19は、ゼオライトAがPPおよびABSに対して有し得るアイゾッド衝撃の減少を示す実験室データを提示するものである。
Claims (8)
- マイクロ波受容性添加剤および熱可塑性ポリマーを含むマイクロ波感受性熱可塑性組成物であって、
前記マイクロ波受容性添加剤が、セピオライト粘土であり、該セピオライト粘土が水を含む、マイクロ波感受性熱可塑性組成物。 - 前記マイクロ波受容性添加剤が、0.1nmから50マイクロメートルの範囲の平均粒径を有する、請求項1に記載のマイクロ波感受性熱可塑性組成物。
- 前記熱可塑性ポリマーが、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスルホン、ポリラクトン、ポリアセタール、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂(ABS)、ポリフェニレンオキシド(PPO)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、スチレン−アクリロニトリル樹脂(SAN)、ポリイミド、スチレン/無水マレイン酸コポリマー(SMA)、芳香族ポリケトン、エチレンビニルアルコールコポリマー、およびこれらのコポリマーまたは混合物からなる群より選択される、請求項1または2に記載のマイクロ波感受性熱可塑性組成物。
- 前記熱可塑性ポリマーが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、エチレンコポリマー、プロピレンコポリマー、スチレンコポリマー、およびこれらの混合物からなる群より選択される1つまたはそれ以上のポリマーを含む、請求項1または2に記載のマイクロ波感受性熱可塑性組成物。
- 請求項1から4のいずれかに記載のマイクロ波感受性熱可塑性組成物を含む1つまたはそれ以上の領域;および
マイクロ波透過性である熱可塑性ポリマーを含む1つまたはそれ以上の領域、を含む熱可塑性材料であって、
前記熱可塑性材料が、芯/鞘構造を有し、前記芯が、前記マイクロ波感受性熱可塑性組成物を含み、前記鞘が、前記マイクロ波透過性である熱可塑性ポリマーを含む、熱可塑性材料。 - 請求項1から4のいずれかに記載のマイクロ波感受性熱可塑性組成物を含む1つまたはそれ以上の領域;および
マイクロ波透過性である熱可塑性ポリマーを含む1つまたはそれ以上の領域、を含む熱可塑性材料であって、
前記熱可塑性材料が、積層シートとして形作られ、1つまたはそれ以上の層が、前記マイクロ波感受性熱可塑性組成物を含み、その他の1つまたはそれ以上の層が、前記マイクロ波透過性である熱可塑性ポリマーを含む、熱可塑性材料。 - 前記積層シートの外層が、マイクロ波エネルギー透過性である、請求項6に記載の熱可塑性材料。
- 前記積層シートが、マイクロ積層シートである、請求項6に記載の熱可塑性材料。
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