JP5681172B2 - 改質型ジオポリマー組成物、方法、及び使用 - Google Patents
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Description
(M)y[−(−SiO2)z−AlO2)]x・wH2O (G)
から成り、式中、それぞれのMは独立して元素周期表の1族のカチオンであり;xは2又は3以上の整数であって、ポリシアル酸塩反復単位の数を表し;yは、xに対するyの比がゼロより大きくなる(y/x>0)ように、好ましくはゼロを上回り1以下である(0<y/x≦1)ように選択される整数であり;zは、1〜35の有理数又は無理数であり;そしてwは、xに対するwの比(w/x)が1ポリシアル酸塩反復単位当たりの水のモル比を表す。zは、ポリシアル酸塩中のアルミニウム原子のモルに対するケイ素原子のモル(Si/Al)に等しいモル比を表す。本発明のジオポリマー組成物中のSiO2官能基の分布は、ランダムなものとして特徴づけることができる。このように、zは有理数又は無理数であってよい。
(M)y[−(−SiO2)z−AlO2)]x・wH2O (G)
の水和ポリシアル酸塩を含み、式中、それぞれのMは独立して元素周期表の1族のカチオンであり;xは2又は3以上の整数であって、ポリシアル酸塩反復単位の数を表し;yは、xに対するyの比がゼロより大きくなる(y/x>0)ように選択される整数であり;zは、ケイ素/アルミニウムのモル比であって、有理数又は無理数であり;そしてwは、xに対するwの比が1ポリシアル酸塩反復単位当たりの水のモル比を表すような有理数又は無理数であり、(a)zは1.70〜3であるか、又は(b)zは1.9〜3である。より好ましくは、zは1.70〜3である。さらにより好ましくは、zは1.9〜3であり、より好ましくは、zは1.9〜3であり、水濃度改質及びSi/Alモル比改質型ジオポリマー組成物は、水濃度改質及びSi/Alモル比改質型ジオポリマーの総重量を基準として、34.0重量パーセント未満の水を有している。
ポリ(シアレート):(M)y−(−Si−O−Al−O−)x・wH2O(M−PS)(Si:Alのモル比は1:1である)(Z=1);
工程(a):硬化され、乾燥された三層試験試料:
それぞれの試料片の寸法が2インチ(5.1センチメートル(cm)x2インチ(5.1cm)平方x1インチ(2.54cm)高さである有機ポリマー基体(例えばプロスチレンフォーム)試料2片を得た。試料片のそれぞれ1つの第1の4平方インチ(26平方cm)の面を別々に試験ジオポリマー組成物で塗布し、そして得られたジオポリマー層を手で押し合わせることにより、下側有機ポリマー基体層と、真ん中のジオポリマー層と、上側有機ポリマー基体層とを三層積層複合前駆体試料を提供する。前駆体試料のエッジから余剰の試験ジオポリマー組成物を拭い取る。これを4回繰り返すことにより全部で5つの前駆体試料を提供する。前駆体試料をプラスチック・ラップ(例えばポリ塩化ビニリデンのラップ)で別々にラップするか、又は気密な蓋で密閉された部分充填水浴内に前駆体試料を入れ、そして得られたプラスチックでラッピングされた前駆体試料、又は部分充填水浴内に密閉された前駆体試料を45℃の炉内に一晩(例えば12時間〜24時間)にわたって入れることにより、ジオポリマーを硬化させる(すなわちジオポリマーをハードニングする)。{或いは、特定の環境下で望ましいことがあるように、最低2日間にわたって、好ましくは約7日間にわたって、開いた(すなわちカバーされていない)環境内で(すなわち、プラスチック・ラップ内に前駆体試料をラッピングすることなしに、又は前駆体試料を密閉水浴内に入れることなしに)、周囲温度(約20℃)で前駆体試料を硬化・乾燥させる}。結果として生じた硬化された前駆体試料を炉から取り出してプラスチック・ラップを取り外し、又は部分充填水浴から試料を取り出し、そしてラッピングされていない硬化された前駆体試料を室温で一定の重量になるまで乾かしておくことにより、硬化され、乾燥された三層試験試料を提供する。
工程(a)の硬化され、乾燥された三層試験試料のそれぞれに対して、二剤エポキシ(3M Scotch-Weldエポキシ接着剤2216 B/A)を、下側有機ポリマー基体層の外(底)面、及び上側有機ポリマー基体層の外(上)面に塗布する。硬化され、乾燥された試験試料のそれぞれのエポキシ含有外面を、2枚の2インチ(2.54cm)x2インチ(2.54cm)鋼板のうちの異なる1枚に接触させる。エポキシを少なくとも24時間にわたって乾かしておくことにより、対向する下側及び上側の鋼板層を有する五層最終試験試料を提供する。
工程(b)の五層最終試験試料の引張り強度を、Instron (モデル4204又は5585)機器で測定する。1分当たり0.05インチ(1分当たり0.13cm)のクロスヘッド速度でプロスチレンフォームの引張り試験に特に有用な、ASTM D 1623に記載された試験パラメータを使用する。
本発明の或る態様と対照を成すものとして比較例を提供する。これらは、従来技術又は本発明以外のものの代表として解釈されるものではない。
B1a〜B1d:それぞれ、前述の引張り試験法の工程(a)及び(b)の調製を用いて、そして試験ジオポリマー組成物の代わりに比較例A1a〜A1dのうちの1つの非改質型ジオポリマーを使用して、それぞれの非改質型ジオポリマーによって、比較例B1a〜B1dの五層最終試験試験試料を調製する。前述の引張り試験法の工程(c)に従って五層最終試験試料の平均付着強度を測定した。引張り試験結果を後で表1に記録する。
本発明の非制限的な例を下記のように説明する。いくつかの態様の場合、本発明は例において説明した通りである。
52.0gの水と、19.65gのNaOHと、18.45gのシリカと、40gの焼成カオリンとを用いることを除いて比較例Alaの一般手順を繰り返す。非改質型ジオポリマー組成物に、所定の重量(19.6g)のLatex DL 460 {米国ミシガン州Midland在Dow Chemical Companyから商業的に入手可能なPolyglycol-36(PG-36), 安定化水性(スチレン−ブタジエン)ラテックス、Tg=8℃}を添加することにより、両方とも、安定化させたジオポリマー−有機ポリマーラテックス組成物の総重量を基準として、6.5wt%の水性ポリ(スチレン−ブタジエン)ラテックスと、44.2wt%の水とを含有し、Si/Alモル比が1.85である改質型ジオポリマー組成物を提供する。
(i)比較例A1aの非改質型ジオポリマー組成物の代わりに、比較例A1bの非改質型ジオポリマー組成物を使用すること;そして(ii) Latex DL 460の代わりに、Tg=3℃の適切な重量のポリ(ビニルアセテート/エチレン)ラテックス粉末(例A5a〜A5d);又は、Tg=8℃のポリ(スチレン−ブタジエン)ラテックス粉末(例A6a〜A6d);又は、Tg=10℃のポリアクリル酸ラテックス粉末(例A7a〜A7d)を使用することを除いて、例A1の一般手順を別々に繰り返す。これらの調製により、例A5〜A5cのそれぞれ4.8wt%、9.1wt%、及び17wt%のポリ(ビニルアセテート/エチレン)ラテックス粉末を含有する安定化させたジオポリマー−有機ポリマーラテックス組成物;例A6a〜A6dのそれぞれ4.8wt%、9.1wt%、23wt%、及び33wt%のポリ(スチレン−ブタジエン)ラテックス粉末を含有する安定化させたジオポリマー−有機ポリマーラテックス組成物;及び、例A7a〜A7dのそれぞれ4.8wt%、9.1wt%、17wt%、及び23wt%のポリアクリル酸ラテックス粉末を含有する安定化させたジオポリマー−有機ポリマーラテックス組成物を提供し、そして例A5a〜A7dの安定化させたジオポリマー−有機ポリマーラテックス組成物のすべての含水率は36.8wt%;Si/Alモル比=1.625である。
48.8gの水、21.9gのNaOH,29.3gのシリカを有する含水率が低減されたケイ酸ナトリウム溶液を使用し、含水率が低減されたケイ酸ナトリウム溶液を60.2gの焼成カオリンと混合することにより、比較例A1cの非改質ジオポリマー組成物の含水率と比較して含水率が低減された水濃度改質及びSi/Alモル比改質型ジオポリマー組成物を調製し、これにより、含水率が33.5wt%でありSi/Alモル比が1.9である例A8の水濃度改質及びSi/Alモル比改質型ジオポリマー組成物である、高い有機ポリマー付着能力を有する改質型ジオポリマー組成物を提供する。
試験ジオポリマー組成物の代わりに、それぞれ例A1〜A4、B5a〜B5c;B6a〜B6d;及びB7a〜B7d、又はB8の安定化させたジオポリマー−有機ポリマーラテックス組成物のそれぞれに対して、引張り試験法の工程(a)及び(b)の手順を4回繰り返す。4つの五層最終試験試料のそれぞれを用いて引張り試験法の前述の工程(c)に従って平均付着強度を測定する。改質型ジオポリマー組成物の改質のタイプ、重量パーセント、及び引張り試験結果を下記表1に記録する。
本発明に関連する発明の実施態様の一部を以下に示す。
[態様1]
(i)ジオポリマー及び有機ポリマーラテックスの混合物を含む安定化させたジオポリマー−有機ポリマーラテックス組成物、又は(ii)高い有機ポリマー付着能力を有する改質型ジオポリマー組成物を含んでなる改質型ジオポリマー組成物であって、
該高い有機ポリマー付着能力とは、該高い有機ポリマー付着能力を有する改質型ジオポリマー組成物が、硬化させられ、乾燥させられた後、有機ポリマー基体の被覆準備ができた表面(例えば、押し出しポリスチレンフォーム基体の表面)に、結合強度50キロパスカル(kPa)以上で結合されることができるとして特徴づけることができることを意味する、改質型ジオポリマー組成物。
[態様2]
ジオポリマー及び有機ポリマーラテックスの均一な混合物を含む、安定化させたジオポリマー−有機ポリマーラテックス組成物である、改質型ジオポリマー組成物。
[態様3]
該安定化させたジオポリマー−有機ポリマーラテックス組成物が、水和ポリシアル酸塩と、1.0重量パーセント〜50重量パーセントの有機ポリマーラテックスとの第1混合物を含むか、又は水和ポリシアル酸塩と、1.0重量パーセント〜50重量パーセントの有機ポリマーラテックスとの第1混合物を混合させることにより形成され、該有機ポリマーラテックスの重量パーセントが該第1混合物の総重量を基準とする、上記態様2に記載の改質型ジオポリマー組成物。
[態様4]
該水和ポリシアル酸塩が、実験式(G):
(M) y [−(−SiO 2 ) z −AlO 2 )] x ・wH 2 O (G)
(上式中、それぞれのMは独立して元素周期表の1族のカチオンであり;xは2又は3以上の整数であって、ポリシアル酸塩反復単位の数を表し;yは、xに対するyの比がゼロより大きくなる(y/x>0)ように選択される整数であり;zは、1〜35の有理数又は無理数であり;そしてwは、xに対するwの比が1ポリシアル酸塩反復単位当たりの水のモル比であるような有理数又は無理数を表す)
を有する、上記態様3に記載の改質型ジオポリマー組成物。
[態様5]
該第1の混合物を形成するために使用される該有機ポリマーラテックスが、水性有機ポリマーラテックスと0.05重量パーセント〜10重量パーセントのラテックス安定剤とを含む第2混合物を含み、該ラテックス安定剤の重量パーセントが該第2混合物の総重量を基準とする、上記態様3又は4に記載の改質型ジオポリマー組成物。
[態様6]
該水性有機ポリマーラテックスが、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリスチレン、又はポリ(スチレン−ブタジエン)の水性分散体を含む、上記態様5に記載の改質型ジオポリマー組成物。
[態様7]
第1混合物を形成するために使用される該有機ポリマーラテックスが、有機ポリマーラテックス粉末を含む、上記態様3又は4に記載の改質型ジオポリマー組成物。
[態様8]
該有機ポリマーラテックス粉末が、アクリル酸モノマーから調製されて該アクリル酸モノマーの残基を含むホモポリマー、又はポリ(スチレンブタジエン)コポリマーを含む、上記態様7に記載の改質型ジオポリマー組成物。
[態様9]
該安定化させたジオポリマー−有機ポリマーラテックス組成物が、高い有機ポリマー付着能力を有するとして特徴づけることができ、高い有機ポリマー付着能力を有するとは、硬化させられ、乾燥させられた後、有機ポリマー基体の被覆準備ができた表面と接触する該安定化させたジオポリマー−有機ポリマーラテックス組成物が、該有機ポリマー基体の該被覆準備ができた表面上に、有機ポリマーに高度に付着する硬化され、乾燥されたジオポリマー−有機ポリマーラテックス層を生成することを意味し、該有機ポリマーに高度に付着する硬化され、乾燥されたジオポリマー−有機ポリマーラテックス層は、結合強度50キロパスカル(kPa)以上で、該有機ポリマー基体の被覆準備ができた表面又はその一部に付着するものとして特徴づけることができる、上記態様2〜8のいずれか1項に記載の改質型ジオポリマー組成物。
[態様10]
高い有機ポリマー付着能力を有する改質型ジオポリマー組成物である改質型ジオポリマー組成物であって、
高い有機ポリマー付着能力を有するとは、硬化させられ乾燥させられた後、有機ポリマー基体の被覆準備ができた表面と接触する該高い有機ポリマー付着能力を有する改質型ジオポリマー組成物が、該有機ポリマー基体の被覆準備ができた表面上に、有機ポリマーに高度に付着する硬化され、乾燥された改質型ジオポリマー層を生成することを意味し、該有機ポリマーに高度に付着する硬化され、乾燥された改質型ジオポリマー層は、結合強度50キロパスカル(kPa)以上で、該有機ポリマー基体の被覆準備ができた表面又はその一部に付着するものとして特徴づけることができる、改質型ジオポリマー組成物。
[態様11]
該高い有機ポリマー付着能力を有する改質型ジオポリマー組成物が、水濃度改質及びSi/Alモル比改質型ジオポリマー組成物であり、該水濃度改質及びSi/Alモル比改質型ジオポリマー組成物が、該水濃度改質及びSi/Alモル比改質型ジオポリマーの総重量を基準として、36.0重量パーセント未満の水を有し、そして1.70以上のケイ素/アルミニウムのモル比を有している、上記態様10に記載の改質型ジオポリマー組成物。
[態様12]
該水濃度改質及びSi/Alモル比改質型ジオポリマー組成物が、実験式(G):
(M) y [−(−SiO 2 ) z −AlO 2 )] x ・wH 2 O (G)
(上式中、それぞれのMは独立して元素周期表の1族のカチオンであり;xは2又は3以上の整数であって、ポリシアル酸塩反復単位の数を表し;yは、xに対するyの比がゼロより大きくなる(y/x>0)ように選択される整数であり;zは、ケイ素/アルミニウムのモル比であって、1.70〜35の有理数又は無理数であり;そしてwは、xに対するwの比が1ポリシアル酸塩反復単位当たりの水のモル比であるような有理数又は無理数を表す)を有する水和ポリシアル酸塩を含む、上記態様11に記載の改質型ジオポリマー組成物。
[態様13]
(a)zが1.70〜3であるか、又は(b)zが1.9〜3であり、そして該水濃度改質及びSi/Alモル比改質型ジオポリマー組成物が、該水濃度改質及びSi/Alモル比改質型ジオポリマーの総重量を基準として、34.0重量パーセント未満の水を有している、請求項12に記載の改質型ジオポリマー組成物。
[態様14]
有機ポリマー基体と付着するように接触した乾燥された改質型ジオポリマー層を含むジオポリマー被覆された有機ポリマー基体を調製する方法であって、付着するように接触することが、25キロパスカル(kPa)以上の結合強度を有するとして特徴づけることができ、該方法が、硬化された改質型ジオポリマーの前駆体層を乾燥させることの作用として、該ジオポリマー被覆された有機ポリマー基体を形成することを含む、ジオポリマー被覆された有機ポリマー基体を調製する方法。
[態様15]
硬化された改質型ジオポリマー前駆体層を提供するために、改質型ジオポリマー前駆体層を硬化させることをさらに含み、該硬化が、該乾燥と事実上同時に、又は該乾燥に実質的に先んじて行われる、上記態様14に記載の方法。
[態様16]
該方法が:
(a) 被覆準備ができた表面を有する該有機ポリマー基体を用意する工程;
(b) 改質型ジオポリマー組成物を、該有機ポリマー基体の該被覆準備ができた表面、又はその一部に接触させることにより、該被覆準備ができた表面又はその一部と物理的に接触した改質型ジオポリマー前駆体層を提供する工程、
該改質型ジオポリマー組成物は、(i)安定化させたジオポリマー−有機ポリマーラテックス組成物;又は(ii)高い有機ポリマー付着能力を有する改質型ジオポリマー組成物である;
(c) 該改質型ジオポリマー前駆体層を硬化させることにより、該硬化された改質型ジオポリマー前駆体層を提供する工程;そして
(d) 少なくとも25重量パーセントの水を除去するように、該硬化された改質型ジオポリマー前駆体層を乾燥させることにより、該ジオポリマー被覆された有機ポリマー基体を提供する工程
を含む、上記態様14又は15に記載の方法。
[態様17]
該硬化され、乾燥された改質型ジオポリマー層が、硬化され、乾燥されたジオポリマー−有機ポリマーラテックス層を含み、該硬化された改質型ジオポリマー前駆体層が、硬化されたジオポリマー−有機ポリマーラテックス前駆体層を含み、そして改質型ジオポリマー前駆体層が、ジオポリマー−有機ポリマーラテックス前駆体層を含み、
該ジオポリマー−有機ポリマーラテックス前駆体層が、水和ポリシアル酸塩と、1.0重量パーセント〜50重量パーセントの有機ポリマーラテックスとの第1混合物を含むか、又は水和ポリシアル酸塩と、1.0重量パーセント〜50重量パーセントの有機ポリマーラテックスとの第1混合物を混合させることにより形成された、安定化させたジオポリマー−有機ポリマーラテックス組成物から形成され、該有機ポリマーラテックスの重量パーセントは、該第1混合物の総重量を基準とし、そして
該有機ポリマーラテックスは、ガラス転移温度を有するものとして特徴づけることができ、そして該乾燥工程が、乾燥温度を有するものとして特徴づけることができ、該乾燥工程の乾燥温度は、該有機ポリマーラテックスのガラス転移温度よりも高く、該硬化され、乾燥されたジオポリマー−有機ポリマーラテックス層が、該有機ポリマー基体の該被覆準備ができた表面又はその一部に、引張り試験法で試験して結合強度25キロパスカル(kPa)以上で付着しているとして特徴づけられる、上記態様16に記載の方法。
[態様18]
該有機ポリマー基体がポリスチレンを含む、上記態様14〜17のいずれか1項に記載の方法。
[態様19]
有機ポリマー基体の被覆準備ができた表面又はその一部と付着するように接触した乾燥された改質型ジオポリマー層を含むジオポリマー被覆された有機ポリマー基体であって、該付着するように接触することが、25キロパスカル(kPa)以上の結合強度を有するものとして特徴づけることができる、ジオポリマー被覆された有機ポリマー基体。
[態様20]
上記態様19に記載のジオポリマー被覆された有機ポリマー基体を含む物品。
Claims (5)
- ジオポリマー及び有機ポリマーラテックスの混合物を含む安定化させたジオポリマー−有機ポリマーラテックス組成物を含んでなる改質型ジオポリマー組成物であって、該安定化させたジオポリマー−有機ポリマーラテックス組成物が、水和ポリシアル酸塩と、1.0重量パーセント〜50重量パーセントの有機ポリマーラテックスとの第1混合物を混合させることにより形成され、該有機ポリマーラテックスの重量パーセントが該第1混合物の総重量を基準とし、有機ポリマーラテックスの有機ポリマーがポリ(ビニルアセテート/エチレン)コポリマー、ポリ(ビニルアセテート/ビニルベルサテート)コポリマー、アクリル酸の残基を含むポリマー、及びポリ(アクリル酸)から選ばれる、改質型ジオポリマー組成物。
- 該水和ポリシアル酸塩が、実験式(G):
(M)y[−(−SiO2)z−AlO2)]x・wH2O (G)
(上式中、それぞれのMは独立して元素周期表の1族のカチオンであり;xは2又は3以上の整数であって、ポリシアル酸塩反復単位の数を表し;yは、xに対するyの比がゼロより大きくなる(y/x>0)ように選択される整数であり;zは、1〜35の有理数又は無理数であり;そしてwは実数であり、xに対するwの比は1ポリシアル酸塩反復単位当たりの水のモル比を表す)
を有する、請求項1に記載の改質型ジオポリマー組成物。 - 該第1の混合物を形成するために使用される該有機ポリマーラテックスが、水性有機ポリマーラテックスと0.05重量パーセント〜10重量パーセントのラテックス安定剤とを含む第2混合物を含み、該ラテックス安定剤の重量パーセントが該第2混合物の総重量を基準とし、
該水性有機ポリマーラテックスが、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリスチレン、又はポリ(スチレン−ブタジエン)の水性分散体を含む、請求項1又は2に記載の改質型ジオポリマー組成物。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の改質型ジオポリマー組成物から形成された、硬化され、乾燥された被膜を有して成る有機ポリマー基体を含む物品であって、
該有機ポリマー基体が、天然ゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン、(C4−C8)アルファ−オレフィン、ポリ(ブタジエン)、及びこれらの共重合混合物、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、及び前記有機ポリマーの製造時に使用されるモノマーのインターポリマーから選ばれ、
該被膜は、結合強度50キロパスカル(kPa)以上で、該有機ポリマー基体に付着している、物品。 - 請求項4に記載の物品の製造方法であって、
(a) 被覆準備ができた表面を有する該有機ポリマー基体を用意する工程;
(b) 請求項1〜3のいずれか一項に記載の改質型ジオポリマー組成物を、該有機ポリマー基体の該被覆準備ができた表面、又はその一部に接触させることにより、該被覆準備ができた表面又はその一部と物理的に接触した改質型ジオポリマー前駆体層を提供する工程、そして
(c) 少なくとも25重量パーセントの水を除去するように、該硬化された改質型ジオポリマー前駆体層を、硬化させ、そして乾燥させることにより、前記物品を提供する工程、
を含み、そして
該乾燥工程が、乾燥温度を有するものとして特徴づけることができ、該乾燥工程の乾燥温度は、該有機ポリマーラテックスのガラス転移温度よりも高く、
該硬化が、該乾燥と同時に、又は該乾燥に先んじて行われる、
請求項4に記載の物品の製造方法。
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