JP5977239B2 - グラスバブルズ、それによる複合材料、及びグラスバブルズの製造方法 - Google Patents
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Description
メメジアン径、最大10マイクロメートルの粒径を有するいくつかのグラスバブルズ、及び少なくとも40マイクロメートルの粒径を有するいくつかのグラスバブルズ、を含む第2の粒径分布を有する第2の複数のグラスバブルズを提供する工程と、
少なくとも40マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの少なくとも一部を除去する工程と、
最大10マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの少なくとも一部を除去する工程と、を含み、
少なくとも40マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの少なくとも一部を除去し、最大10マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの少なくとも一部を除去した後、第1の複数のグラスバブルズがグラスバブルズの選別した画分として残り、第1の複数のグラスバブルズ中の最大10マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの数が、第2の複数のグラスバブルズ中の最大10マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの数より少なく、次の条件、すなわち、
第1の複数のグラスバブルズ及び第2の複数のグラスバブルズが同等の密度を有するが、第1の複数のグラスバブルズの強度が第2の複数のグラスバブルズの強度よりも高いか、
第1の複数のグラスバブルズ及び第2の複数のグラスバブルズが同等の強度を有するが、第1の複数のグラスバブルズの密度が第2の複数のグラスバブルズの密度よりも低いか、又は
第2の複数のグラスバブルズより、第1の複数のグラスバブルズの密度が低くかつ強度が高い、のうち1つを満足する。
第1の実施形態では、本開示は、最大約0.55グラム/立方センチメートルの平均真密度、及び15マイクロメートル〜40マイクロメートルの範囲の体積メジアン径を含む粒径分布を有する第1の複数のグラスバブルズを提供し、このとき、第1の複数のグラスバブルズの10体積パーセントが破壊される静水圧は、少なくとも約100メガパスカルである。
体積メジアン径、最大10マイクロメートルの粒径を有するいくつかのグラスバブルズ、及び少なくとも40マイクロメートルの粒径を有するいくつかのグラスバブルズ、を含む第2の粒径分布を有する第2の複数のグラスバブルズを提供する工程と、
最大10マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの少なくとも一部を除去する工程と、を含み、
最大10マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの少なくとも一部を除去した後、第1の複数のグラスバブルズが残り、第1の複数のグラスバブルズ中の最大10マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの数が、第2の複数のグラスバブルズ中の最大10マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの数より少ない。
体積メジアン径、最大10マイクロメートルの粒径を有するいくつかのグラスバブルズ、及び少なくとも40マイクロメートルの粒径を有するいくつかのグラスバブルズ、を含む第2の粒径分布を有する第2の複数のグラスバブルズを提供する工程と、
少なくとも40マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの少なくとも一部を除去する工程と、
最大10マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの少なくとも一部を除去する工程と、を含み、
少なくとも40マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの少なくとも一部を除去し、最大10マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの少なくとも一部を除去した後、第1の複数のグラスバブルズが残り、第1の複数のグラスバブルズ中の最大10マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの数が、第2の複数のグラスバブルズ中の最大10マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの数より少なく、次の条件、すなわち、
第1の複数のグラスバブルズ及び第2の複数のグラスバブルズが同等の密度を有するが、第1の複数のグラスバブルズの強度が第2の複数のグラスバブルズの強度よりも高いか、
第1の複数のグラスバブルズ及び第2の複数のグラスバブルズが同等の強度を有するが、第1の複数のグラスバブルズの密度が第2の複数のグラスバブルズの密度よりも低いか、又は第2の複数のグラスバブルズより、
第1の複数のグラスバブルズの密度が低くかつ強度が高い、のうち1つを満足する。
グラスバブルズは、3M Company(St.Paul,MN)より「3M GLASS BUBBLES iM30K」及び「3M GLASS BUBBLES K42HS」の商品名のものを入手した。これらのグラスバブルズは、70〜80重量パーセントの範囲のSiO2、8〜15重量パーセントの範囲のアルカリ土類金属酸化物、及び3〜8重量パーセントの範囲のアルカリ金属酸化物、及び2〜6重量パーセントの範囲のB2O3を含むガラス組成を有し、各重量パーセントはグラスバブルズの総重量に基づく。
平均粒子密度の決定:Micromeritics(Norcross,Georgia)から商品名「ACCUPYC 1330 PYCNOMETER」で入手した完全に自動化されたガス置換比重瓶を用いて、ASTM D2840−69「Average True Particle Density of Hollow Microspheres」に従って微小球の密度を決定した。
USA Standard Testing Sievesを含むふるいのセットを、上から下にメッシュ開口部サイズが小さくなるように並べ、その上部に秤量量(261グラム)の「3M GLASS BUBBLES iM30K」グラスバブルズを置いた。次のふるいを用いた:200メッシュ(74μm)、230メッシュ(63μm)、270メッシュ(53μm)、325メッシュ(44μm)、及び400メッシュ(37μm)。次にふるいセットを、Tyler振動ふるい振とう器に約15分間かけた。ふるい分けプロセス後、各ふるいの上部に残った物質(すなわち「オーバー」)を集め、秤量した。セットで用いたふるいの全てを通過したグラスバブルズ(38マイクロメートルふるい「アンダー」)を再度ふるいにかけたが、今回は真空を伴うエアジェット式ふるい(型式「Alpine Augsburg Jet Sieve」、Hosokawa Alpine(Augsburg,Germany)から入手)を用いた。ジェット式ふるいの際には、1種類のふるいのみ使用した。初めに、グラスバブルズを32マイクロメートル(450メッシュ)のジェット式ふるいにかけた。「オーバー」を集めて秤量した。次に450メッシュのふるいを通過したバブルズを、ジェット式ふるい上の20マイクロメートル(635メッシュ)のふるいに通した。大きすぎる粒子がふるいのスクリーンに詰まったときに起こり、より小さい粒子を通過させない「目詰まり」を防ぐため、少量の物質をジェット式ふるい上の各ふるいを通過させた。ふるいサイクル間に、ジェット式ふるいに空気を吹き込んできれいにした。20マイクロメートルのふるいの「オーバー」を集めて秤量したものをグラスバブルズ実施例1と呼ぶ。グラスバブルズ実施例1について、上記のようにレーザー光回折を用いて粒径分布を測定したものを以下の表1に示す。グラスバブルズ実施例1は0.5259g/cm3の平均真密度を有し、グラスバブルズ実施例1の10体積パーセントが破壊される静水圧は、30,000PSI(206.8MPa)より高かった。
グラスバブルズ実施例1で記載した38マイクロメートルのふるいの「オーバー」を集めて秤量したものグラスバブルズ比較例Aと呼ぶが、これは0.5779g/cm3の平均真密度、約10,213PSI(70.4MPa)の90%強度を有した。
グラスバブルズ実施例2は、「3M GLASS BUBBLES K42HS」グラスバブルズから出発した以外は、グラスバブルズ実施例1の方法に従って調製した。グラスバブルズ実施例2について、上述のようにレーザー光回折を用いて粒径分布を測定したものを以下の表1に示す。グラスバブルズ実施例2は0.42g/cm3の平均真密度を有し、グラスバブルズ実施例2の10体積パーセントが破壊される静水圧は、16,000PSI(110MPa)であった。
グラスバブルズ実施例2で記載した32マイクロメートルのふるいの「オーバー」を集めてグラスバブルズ実施例3と呼ぶが、これは0.3370g/cm3の平均真密度、約11,453PSI(78.9MPa)の90%強度を有した。
側方充填機を備え、200℃に加熱した24mmの2軸押し出し機(型式「Prism」、Thermo Fisher Scientific(Waltham,MA)より入手)内に、PPのペレットを供給した。押し出し機の速度は200rpmに設定した。射出成形機(型式Boy 22D、Boy Limited(Northants,UK)より入手)及びASTM試験片成形型を用いて、押し出されたPPで試験体を調製した。射出成形機バレルを220℃に加熱し、成形型を50℃に維持した。成形圧を最大限にする条件で、PPを成形型内に射出した。最高圧力では、射出圧は3,200PSI(22MPa)であった。射出成形機の増圧比は6.6であり、そのため複合材料にかかる最大圧力は約21,200PSI(146MPa)であった。
0.813g/cm3の所望の標的密度を有する、「3M GLASS BUBBLES iM30K」グラスバブルズとPPとの複合材料を調製した。PPのペレットとグラスバブルズを、78.5/21.5重量パーセント比で200℃に加熱した2軸押し出し機内に供給した。複合材料比較例Aの試験体を上述の対照例1のように調製した。
0.816g/cm3の所望の標的密度を有する、「3M GLASS BUBBLES K42HS」グラスバブルズとPPとの複合材料を、複合材料比較例Aに記載したように調製した。PP/グラスバブルズの重量比は約91/9とした。複合材料比較例Bの試験体を上述の対照例1のように調製した。
0.813g/cm3の所望の標的密度を有する、グラスバブルズ実施例1とPPとの複合材料を、複合材料比較例Aに記載したように調製した。PP/グラスバブルズの重量比は約85/15とした。温度50℃、射出圧3,200PSI(22MPa)において、ASTM試験片成形型を用いてBoy 22D射出成形機中で複合材料のペレットを射出成形した。複合材料実施例1の試験体は、対照例1に記載したように調製した。
0.816g/cm3の所望の標的密度を有する、グラスバブルズ実施例2とPPとの複合材料を、複合材料比較例Bに記載したように調製した。PP/グラスバブルズの重量比は約91/9とした。複合材料実施例2の試験体は、対照例1に記載したように調製した。
PPのペレット及び耐衝撃性改良剤(IM)「AMPLIFY GR 216」を、90/10重量パーセント比で2軸押し出し機に供給し、0.897g/cm3の標的密度を有する耐衝撃性を改良したポリプロピレン(対照例2)を作製した。対照例2の試験体は、対照例1に記載したように調製した。
「3M GLASS BUBBLES iM30K」グラスバブルズも同様に2軸押し出し機内に供給し、0.812g/cm3の標的密度を有する複合材料を作製した以外は、対照例2に記載したように複合材料比較例Cを調製した。PP/IM/グラスバブルズの比は68.5/10/21.5重量パーセントとした。複合材料比較例Cの試験体を対照例1に記載したように調製した。
「3M GLASS BUBBLES K42HS」グラスバブルズも同様に2軸押し出し機内に供給し、0.814g/cm3の標的密度を有する複合材料を作製した以外は、対照例2に記載したように複合材料比較例Dを調製した。PP/IM/グラスバブルズの比は81/10/9重量パーセントとした。複合材料比較例Dの試験体を対照例1に記載したように調製した。
グラスバブルズ実施例1も同様に2軸押し出し機内に供給し、0.811g/cm3の標的密度を有する複合材料を作製した以外は、対照例2に記載したように耐衝撃性を改良した複合材料を調製した。PP/IM/グラスバブルズの比は75/10/15重量パーセントとした。複合材料実施例3の試験体は、対照例1に記載したように調製した。
グラスバブルズ実施例2も同様に2軸押し出し機内に供給し、0.814g/cm3の標的密度を有する複合材料を作製した以外は、対照例2に記載したように耐衝撃性を改良した複合材料を調製した。PP/IM/グラスバブルズの比は81/10/9重量パーセントとした。複合材料実施例4の試験体は、対照例1に記載したように調製した。
ナイロンのペレットを対照例1に記載したように2軸押し出し機内に供給し、1.14g/cm3の密度を有するポリアミド複合材料(対照例3)を作製した。射出成形機バレルを270℃に加熱した以外は、対照例1に記載したように対照例3の試験体を調製した。
「3M GLASS BUBBLES iM30K」グラスバブルズも同様に2軸押し出し機内に供給し、0.970g/cm3の標的密度を有する複合材料を作製した以外は、対照例3に記載したように複合材料比較例Eを調製した。ナイロン/グラスバブルズの比は80.54/19.46重量パーセントとした。複合材料比較例Eの試験体を対照例1に記載したように調製した。
「3M GLASS BUBBLES K42HS」グラスバブルズも同様に2軸押し出し機内に供給し、0.985g/cm3の標的密度を有する複合材料を作製した以外は、対照例3に記載したように複合材料比較例Fを調製した。ナイロン/グラスバブルズの比は90.85/9.15重量パーセントとした。複合材料比較例Fの試験体を対照例1に記載したように調製した。
0.940g/cm3の所望の標的密度を有する、グラスバブルズ実施例1とナイロンとの複合材料を、ナイロンを用いた以外は複合材料比較例Aに記載したように調製した。ナイロン/グラスバブルズの重量比は約85/15とした。複合材料実施例5の試験体は、対照例1に記載したように調製した。
0.986g/cm3の所望の標的密度を有する、グラスバブルズ実施例2とナイロンとの複合材料を、ナイロンを用いた以外は複合材料比較例Aに記載したように調製した。ナイロン/グラスバブルズの重量比は約90/10とした。複合材料実施例6の試験体は、対照例1に記載したように調製した。
[1]
最大約0.55グラム/立方センチメートルの平均真密度、及び約15マイクロメートル〜約40マイクロメートルの範囲の体積メジアン径を含む粒径分布を有し、第1の複数のグラスバブルズの10体積パーセントが破壊される静水圧が少なくとも約100メガパスカルである、第1の複数のグラスバブルズ。
[2]
前記メジアン径が約15マイクロメートル〜約25マイクロメートルの範囲であり、前記粒径分布が更に、最大10マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズを最大20個数パーセント含む、項目1に記載の第1の複数のグラスバブルズ。
[3]
前記平均真密度が最大0.45グラム/立方センチメートルであり、前記メジアン径が約15〜約25マイクロメートルの範囲である、項目1に記載の第1の複数のグラスバブルズ。
[4]
前記粒径分布が更に、最大10マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズを最大40個数パーセント含む、項目1又は3に記載の第1の複数のグラスバブルズ。
[5]
前記グラスバブルズが、アルカリ土類金属酸化物及びアルカリ金属酸化物を1.2:1〜3:1の範囲の重量比で含むガラス組成を有する、項目1〜4のいずれか一項に記載の第1の複数のグラスバブルズ。
[6]
前記グラスバブルズが、前記グラスバブルズの総重量に基づき2〜6重量パーセントの範囲のB 2 O 3 を含むガラス組成を有する、項目1〜5のいずれか一項に記載の第1の複数のグラスバブルズ。
[7]
前記グラスバブルズが、前記グラスバブルズの総重量に基づき最大5重量パーセントのAl 2 O 3 を含むガラス組成を有する、項目1〜5のいずれか一項に記載の第1の複数のグラスバブルズ。
[8]
前記グラスバブルズが、70〜80重量パーセントの範囲のSiO 2 、8〜15重量パーセントの範囲のアルカリ土類金属酸化物、及び3〜8重量パーセントの範囲のアルカリ金属酸化物を含むガラス組成を有し、各重量パーセントが前記グラスバブルズの総重量に基づく、項目1〜7のいずれか一項に記載の第1の複数のグラスバブルズ。
[9]
前記第1の複数のグラスバブルズが、第2の複数のグラスバブルズを分級することにより調製可能な選別した画分であり、前記第2の複数のグラスバブルズが、前記第1の複数のグラスバブルズより高い比率で、最大10マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズを有する、項目1〜8のいずれか一項に記載の第1の複数のグラスバブルズ。
[10]
前記第2の複数のグラスバブルズが、前記第1の複数のグラスバブルズより大きいメジアン径を有する、項目9に記載の第1の複数のグラスバブルズ。
[11]
前記選別した画分が、1マイクロメートル〜32マイクロメートルに分布するグラスバブルズを収集することにより得られる、項目9又は10に記載の第1の複数のグラスバブルズ。
[12]
ポリマーと、項目1〜11のいずれか一項に記載の第1の複数のグラスバブルズと、を含む複合材料。
[13]
前記第1の複数のグラスバブルズが、前記複合材料の総重量に基づき最大40重量パーセントの量で前記複合材料中に存在する、項目12に記載の複合材料。
[14]
項目1〜8のいずれか一項に記載の第1の複数のグラスバブルズを製造する方法であって、
体積メジアン径、最大10マイクロメートルの粒径を有するいくつかのグラスバブルズ、及び少なくとも40マイクロメートルの粒径を有するいくつかのグラスバブルズ、を含む第2の粒径分布を有する第2の複数のグラスバブルズを提供する工程と、
前記最大10マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの少なくとも一部を除去する工程と、
を含み、
前記最大10マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの少なくとも一部を除去した後、第1の複数のグラスバブルズが残り、前記第1の複数のグラスバブルズ中の前記最大10マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの数が、前記第2の複数のグラスバブルズ中の前記最大10マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの数より少ない、
方法。
[15]
前記少なくとも40マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの少なくとも一部を除去する工程を更に含む、項目14に記載の方法。
[16]
グラスバブルズの選別した画分の製造方法であって、
メジアン径、最大10マイクロメートルの粒径を有するいくつかのグラスバブルズ、及び少なくとも40マイクロメートルの粒径を有するいくつかのグラスバブルズ、を含む第2の粒径分布を有する第2の複数のグラスバブルズを提供する工程と、
前記少なくとも40マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの少なくとも一部を除去する工程と、
最大10マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの少なくとも一部を除去する工程と、を含み、
前記少なくとも40マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの少なくとも一部を除去し、前記最大10マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの少なくとも一部を除去した後、第1の複数のグラスバブルズが残り、前記第1の複数のグラスバブルズ中の前記最大10マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの数が、第2の複数のグラスバブルズ中の前記最大10マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズの数より少なく、次の条件、すなわち、
前記第1の複数のグラスバブルズ及び前記第2の複数のグラスバブルズが同等の密度を有するが、前記第1の複数のグラスバブルズの強度が第2の複数のグラスバブルズの強度よりも高いか、
前記第1の複数のグラスバブルズ及び前記第2の複数のグラスバブルズが同等の強度を有するが、前記第1の複数のグラスバブルズの密度が前記第2の複数のグラスバブルズの密度よりも低いか、又は
前記第2の複数のグラスバブルズより、前記第1の複数のグラスバブルズの密度が低くかつ強度が高い、のうち1つを満足する、方法。
Claims (1)
- 最大0.55グラム/立方センチメートルの平均真密度、及び15マイクロメートル〜25マイクロメートルの範囲の体積メジアン径を含む粒径分布を有し、第1の複数のグラスバブルズの10体積パーセントが破壊される静水圧が少なくとも100メガパスカルであり、前記粒径分布が更に、最大10マイクロメートルの粒径を有するグラスバブルズを最大20個数パーセント含む、第1の複数のグラスバブルズ。
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