JP6583969B2 - 3次元基材のための導電性ポリマーコーティング - Google Patents
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Description
本発明の1つの態様は、コンフォーマルコーティングを3次元基材に塗布するのに使用するために適合されたコーティング前駆体組成物に関する。コーティング前駆体組成物は、下記で記載される成分の1つ以上を含み得る。
コーティング前駆体組成物は導電性ポリマーを含む。
コーティング前駆体組成物は、通常、導電性ポリマーと結合する荷電官能基を実質的に中和する第1の対イオン成分を含み、さらに、得られたポリマーコーティングに、特定の用途のために望まれる改善された電気的、化学的、および機械的特性を提供することができる。
導電性ポリマーはポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)を含むことができ、第1の対イオンは、PSSを含むことができる。PEDOTおよびPEDOT:PSSの水性分散物は多くの供給元から市販されており、本明細書で記載される方法、コーティング、および前駆体組成物において使用するのに好ましい。
コーティング前駆体組成物は、1つ以上の溶媒をさらに含む。
コーティング前駆体組成物は、コーティングの導電率を改善する1つ以上の第2のドープ剤をさらに含み得る。
コーティング前駆体組成物は、1つ以上の界面活性剤をさらに含み得る。
コーティング前駆体組成物は、1つ以上の架橋剤をさらに含み得る。
コーティング前駆体溶液は、1つ以上の可撓性増強剤を含み得る。
コーティング前駆体組成物は、組成物の粘度を増加させ、よって、所望のコーティング厚さを得るのに必要とされる総浸漬数を低減させるために1つ以上の増粘剤を含み得る。一般に、より厚いコーティングが望ましいほど、より低い電気抵抗を示す。
コーティング前駆体溶液は、1つ以上の追加の導電性材料(時として、本明細書では導電性フィラーと呼ばれる)を含むことができ、それらは、コーティング組成物の接触抵抗を低減させる。好ましくは、追加の導電性材料はまた、コーティング組成物のバルク導電率を改善する。
コーティング前駆体組成物は、コーティング組成物の接着、粘着、耐摩耗性、潤滑性、および/または可撓性を増強させるために、1つ以上のモノマー添加物をさらに含み得る。
コーティング前駆体組成物は、コーティング組成物を、化学分解、例えばフリーラジカル、紫外線、熱、および/またはオゾン曝露により引き起こされる分解に対して保護するために、1つ以上の安定剤をさらに含み得る。
コーティング前駆体組成物は、コーティングの基材の上面への単なる接着ではなく、導電性ポリマーコーティングの基材中への組み入れを促進する、1つ以上の膨潤剤をさらに含み得る。
コーティング前駆体組成物は、生化学変化を電気信号に変換することができる、1つ以上の天然の、または合成により生成させた生理活性化合物をさらに含むことができ、これらはコーティング組成物中に組み入れられ、バイオセンサ表面が生成され得る。
コーティング前駆体組成物は、1つ以上の電気活性粒子をさらに含み得る。
本発明の別の態様は、コンフォーマルコーティングを3次元基材に塗布する方法に関する。
本明細書で記載されるコーティングは、当技術分野で知られている多種多様の基材材料に塗布され得る。
本発明の好ましい態様は以下を包含する。
〔1〕ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)と負電荷を持つ官能基を有する1つ以上の繰り返し単位を含む第1の対イオンとを含む導電性ポリマー成分;
第2のドープ剤;
架橋剤;
界面活性剤成分;ならびに
ポリアクリル酸、ポリ(アクリルアミド−co−アクリル酸)、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポロキシプロピレン−ポリオキシエチレンポロキサマー(polaxamer)、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸)、スルホン化ポリテトラフルオロエチレン、ポリスチレンスルホン酸、ポリスチレンスルホネート、ポリ(アクリル酸−co−マレイン酸)、ポリ(2−ヒドロキシエチルメタクリレート)、ポリアネトールスルホン酸ナトリウム塩、ポリビニルスルホン酸ナトリウム塩、ポリ(1−ビニルピロリドン−co−ビニルアセテート)、ポリスチレン−ブロック−ポリ(エチレン−r−ブチレン)−ブロック−ポリスチレンスルホネート、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、またはそれらの組み合わせを含む可撓性増強剤
を含む、コーティング前駆体組成物から誘導される導電性ポリマーコーティング。
〔2〕ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)と負電荷を持つ官能基を有する1つ以上の繰り返し単位を含む第1の対イオンとを含む導電性ポリマー成分;
第2のドープ剤;
架橋剤;
界面活性剤成分;ならびに
親水性ポリマーを含む可撓性増強剤
を含む、コーティング前駆体組成物から誘導される導電性ポリマーコーティングであって、
前記コーティングの電気抵抗は、前記コーティングが0.25インチの外径を有する基材に塗布され、各サイクルが、前記コート基材を1.25インチの曲げ半径で屈曲させることを含む場合、600屈曲サイクル後の増加が50%以下である、導電性ポリマーコーティング。
〔3〕ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)と負電荷を持つ官能基を有する1つ以上の繰り返し単位を含む第1の対イオンとを含む導電性ポリマー成分;
第2のドープ剤;
架橋剤;
界面活性剤成分;ならびに
金属粒子、カーボンブラック、炭素繊維、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、炭素繊維ケイ素、ケイ素粒子、またはそれらの組み合わせを含む導電性フィラー
を含む、コーティング前駆体組成物から誘導される導電性ポリマーコーティングであって、
前記導電性フィラーは、前記導電性ポリマーコーティング中に、前記ポリマーコーティングの接触抵抗を低減させるのに十分な量で存在し、
かつに、前記導電性フィラーは、前記コーティング前駆体組成物中に、体積あたりの重量基準で、前記組成物の約25%以下の濃度で存在する、導電性ポリマーコーティング。
〔4〕前記第1の対イオンは、リン酸基、ホスホン酸基、スルファメート基、カルボキシレート基、硫酸基、スルホン酸基、またはそれらの組み合わせを含む負電荷を持つ官能基を含む、〔1〕〜〔3〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔5〕前記負電荷を持つ官能基は、リン酸基、カルボキシレート基、スルホン酸基、またはそれらの組み合わせを含む、〔4〕に記載のコーティング。
〔6〕前記負電荷を持つ官能基はスルホン酸基、カルボキシレート基、またはそれらの組み合わせを含む、〔5〕に記載のコーティング。
〔7〕前記負電荷を持つ官能基はスルホン酸基を含む、〔6〕に記載のコーティング。
〔8〕前記第1の対イオンは、ポリビニルスルホネート、ポリスチレンスルホネート、ポリアリルスルホネート、ポリエチルアクリレートスルホネート、ポリブチルアクリレートスルホネート、ポリアクリルスルホネート、ポリメタクリルスルホネート、ポリ−2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホネート、ポリイソプレンスルホネート、ポリビニルカルボキシレート、ポリスチレンカルボキシレート、ポリアリルカルボキシレート、ポリアクリルカルボキシレート、ポリメタクリルカルボキシレート、ポリ−2−アクリルアミド−2−メチルプロパンカルボキシレート、ポリイソプレンカルボキシレート、ポリアクリレート、ポリグルタメート、ポリドーパミン、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン(S−PEEK)、スルホン化ポリウレタン、またはそれらの組み合わせを含む、〔1〕〜〔3〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔9〕前記第1の対イオンはスルホン酸、フルオロスルホネート、トルエンスルホネート、タウリン、アントラキノンスルホネート、ビニルスルホネート、2−アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸、ポリスチレンスルホネート、ポリビニルスルホネート、スルホン化ポリテトラフルオロエチレン、ポリアネトールスルホン酸、その塩もしくは官能化誘導体、またはそれらの組み合わせを含む、〔1〕〜〔3〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔10〕前記第1の対イオンは、ポリスチレンスルホネートを含む、〔7〕に記載のコーティング。
〔11〕前記第1の対イオンは、異なる分子量を有する2種以上のポリスチレンスルホネート混合物を含む、〔10〕に記載のコーティング。
〔12〕前記第1の対イオンはパラトルエンスルホネート(pTS)、4−ビニルベンゼンスルホネート(VBS)またはビニルスルホネート(VS)を含む、〔7〕に記載のコーティング。
〔13〕前記第1の対イオンは、スルホン化ポリテトラフルオロエチレンを含む、〔7〕に記載のコーティング。
〔14〕前記第1の対イオンは、ポリスチレンスルホネートおよび無水マレイン酸から誘導されるブロックコポリマー(PSS−CoMA)を含む、〔10〕に記載のコーティング。
〔15〕前記第2の対イオン成分は、ポリスチレンスルホネートとポリスチレンスルホネートおよび無水マレイン酸から誘導されるブロックコポリマー(PSS−CoMA)との混合物を含む、〔10〕に記載のコーティング。
〔16〕前記第1の対イオンはポリアニオン性コポリマー、ポリアニオン性ブロックコポリマー、またはポリアニオン性マルチブロックコポリマーを含み、前記繰り返し単位またはブロックの1つ以上は負電荷を持つ官能基で官能化される、〔1〕〜〔15〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔17〕前記第1の対イオンは、負電荷を持つ官能基を含むランダムコポリマーを含む、〔1〕〜〔16〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔18〕前記第1の対イオンは、負電荷を持つ官能基で官能化されたカーボンナノチューブを含む、〔1〕〜〔17〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔19〕前記コーティング前駆体組成物は、水を含む、〔1〕〜〔18〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔20〕前記コーティング前駆体組成物は、PEDOTを水性分散物の形態で含む、〔19〕に記載のコーティング。
〔21〕前記コーティング前駆体組成物は、PEDOT:PSSを水性分散物の形態で含む、〔20〕に記載のコーティング。
〔22〕前記コーティング前駆体組成物は、有機溶媒を含む、〔1〕〜〔21〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔23〕前記有機溶媒はメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、1−プロパノール、1−ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、炭酸プロピレン、テトラヒドロフラン、酢酸、ジエチルエーテル、酢酸エチル、またはそれらの組み合わせを含む、〔22〕に記載のコーティング。
〔24〕前記有機溶媒は、テトラヒドロフランを含む、〔22〕に記載のコーティング。
〔25〕前記第2のドープ剤は、低揮発性極性溶媒を含む、〔1〕〜〔24〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔26〕前記第2のドープ剤はエチレングリコール、ソルビトール、グリセロール、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、エリスリトール、2−ニトロエタノール、メトキシフェノール、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、スクシンイミド、プロピレングリコール、またはそれらの組み合わせを含む、〔25〕に記載のコーティング。
〔27〕前記第2のドープ剤はエチレングリコール、プロピレングリコール、ジメチルスルホキシド、グリセロール、ソルビトール、またはそれらの組み合わせを含む、〔26〕に記載のコーティング。
〔28〕前記第2のドープ剤は、エチレングリコールを含む、〔27〕に記載のコーティング。
〔29〕前記第2のドープ剤は、プロピレングリコールまたはジメチルスルホキシドを含む、〔28〕に記載のコーティング。
〔30〕前記コーティング前駆体組成物は、前記第2のドープ剤を体積あたりの重量基準で、前記組成物の約1%〜約50%、約2%〜約30%、または約4%〜約25%の濃度で含む、〔1〕〜〔29〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔31〕前記界面活性剤成分は、非イオン性界面活性剤またはアニオン性界面活性剤を含む、〔1〕〜〔30〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔32〕前記界面活性剤成分は、アニオン性界面活性剤を含む、〔31〕に記載のコーティング。
〔33〕前記界面活性剤成分は、アルキルベンゼンスルホン酸およびそれらの塩、オルガノスルフェート、カルボキシレート、ならびに天然脂肪酸およびそれらの塩からなる群より選択される1つ以上のアニオン性界面活性剤を含む、〔32〕に記載のコーティング。
〔34〕前記界面活性剤成分は、ドデシルベンゼンスルホン酸、オクチルベンゼンスルホン酸、ドデシル硫酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、およびオレイン酸からなる群より選択される1つ以上のアニオン性界面活性剤を含む、〔33〕に記載のコーティング。
〔35〕前記界面活性剤成分は、ドデシルベンゼンスルホン酸またはドデシル硫酸ナトリウムを含む、〔34〕に記載のコーティング。
〔36〕前記界面活性剤成分は、ドデシルベンゼンスルホン酸を含む、〔35〕に記載のコーティング。
〔37〕前記界面活性剤成分は、非イオン性界面活性剤を含む、〔31〕〜〔36〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔38〕前記界面活性剤成分は、ポロキサマーおよびブロックコポリマー、脂肪アルコール、エトキシル化脂肪アルコール、アルキルフェノールエトキシレート、ポリオキシエチレングリコールアルキルエーテル、グリセロールアルキルエステル、ポリオキシエチレングリコールソルビタンアルキルエステル、またはシリコーン系界面活性剤から構成される1つ以上の非イオン性界面活性剤を含む、〔32〕に記載のコーティング。
〔39〕前記界面活性剤成分は、1つ以上のポリオキシエチレンポロキサマー(polaxamer)を含む、〔33〕に記載のコーティング。
〔40〕前記コーティング前駆体組成物は、前記界面活性剤成分を、体積あたりの重量基準で、前記組成物の約0.01%〜約5%、約0.1%〜約1%、または約0.2%〜約0.5%の濃度で含む、〔1〕〜〔34〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔41〕前記コーティング前駆体組成物は、3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−(トリメトキシシリル)プロピルメタクリレート、3−(トリメトキシシリル)プロピルアクリレート、ビニルトリメトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、テトラキス(トリメチルシリルオキシ)シラン、ポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテル、ポリ(エチレングリコール)ジアクリレート、ポリ(エチレングリコール)ジメタクリレート、ポリ(エチレングリコール)ジビニルエーテル、分枝トリアルキルオキシシラン、分枝エポキシド、または分枝アクリレートもしくはメタクリレートから構成される架橋剤を含む、〔1〕〜〔35〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔42〕前記架橋剤は、3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシランを含む、〔36〕に記載のコーティング。
〔43〕前記コーティング前駆体組成物は、金属イオンから構成されるイオン添加物を含む、〔1〕〜〔37〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔44〕前記コーティング前駆体組成物は、前記架橋成分を、体積あたりの重量基準で、前記前駆体組成物の約0.1%〜約10%、約0.1%〜約5%、または約0.5%〜約4%の濃度で含む、〔1〕〜〔38〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔45〕前記コーティング前駆体組成物はポリアクリル酸、ポリ(アクリルアミド−co−アクリル酸)、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポロキシプロピレン−ポリオキシエチレンポロキサマー(polaxamer)、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸)、スルホン化ポリテトラフルオロエチレン、ポリスチレンスルホン酸、ポリスチレンスルホネート、ポリ(アクリル酸−co−マレイン酸)、ポリ(2−ヒドロキシエチルメタクリレート)、ポリアネトールスルホン酸ナトリウム塩、ポリビニルスルホン酸ナトリウム塩、ポリ(1−ビニルピロリドン−co−ビニルアセテート)、ポリスチレン−ブロック−ポリ(エチレン−r−ブチレン)−ブロック−ポリスチレンスルホネート、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、またはそれらの組み合わせから構成される可撓性増強剤を含む、〔2〕〜〔39〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔46〕前記可撓性増強剤はポリ(アクリルアミド−co−アクリル酸)、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、またはそれらの組み合わせを含む、〔40〕に記載のコーティング。
〔47〕前記可撓性増強剤は、ポリビニルピロリドンを含む、〔40〕に記載のコーティング。
〔48〕前記コーティング前駆体組成物は、前記可撓性増強剤を体積あたりの重量基準で、前記組成物の約0.005%〜約0.5%、約0.1%〜約1%、または約0.1%〜約0.5%の濃度で含む、〔1〕〜〔42〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔49〕前記コーティング前駆体組成物は、増粘剤を含む、〔1〕〜〔43〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔50〕前記増粘剤はポリアクリル酸、ポリ(アクリルアミド−co−アクリル酸)、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸)、スルホン化ポリテトラフルオロエチレン、ポリスチレンスルホン酸、ポリスチレンスルホネート、ポリ(アクリル酸−co−マレイン酸)、ポリ(2−ヒドロキシエチルメタクリレート)、ポリアネトールスルホン酸ナトリウム塩、ポリビニルスルホン酸ナトリウム塩、ポリ(1−ビニルピロリドン−co−ビニルアセテート)、ポリスチレン−ブロック−ポリ(エチレン−r−ブチレン)−ブロック−ポリスチレンスルホネート、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポロキシプロピレン−ポリオキシエチレンポロキサマー(polaxamer)、またはそれらの組み合わせを含む、〔44〕に記載のコーティング。
〔51〕前記増粘剤はポリアクリル酸、ポリエチレングリコール、ポリアクリルアミド、またはそれらの組み合わせを含む、〔45〕に記載のコーティング。
〔52〕前記増粘剤は、ポリアクリル酸を含む、〔46〕に記載のコーティング。
〔53〕前記コーティング前駆体組成物は、前記増粘剤を、体積あたりの重量基準で、前記組成物の約0.001%〜約1%、約0.01%〜約0.5%、または約0.01%〜約0.2%の濃度で含む、〔44〕〜〔47〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔54〕前記コーティング前駆体組成物は、金属粒子、カーボンブラック、炭素繊維、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、炭素繊維ケイ素、ケイ素粒子、またはそれらの組み合わせから構成される導電性フィラーを含み、
前記導電性フィラーは、前記導電性ポリマーコーティング中に、前記ポリマーコーティングの接触抵抗を低減させるのに十分な量で存在し、
前記導電性フィラーは、前記コーティング前駆体組成物中に、体積あたりの重量基準で、前記組成物の約25%以下の濃度で存在する、〔1〕〜〔48〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔55〕前記導電性フィラーは炭素繊維、カーボンナノチューブ、ステンレス鋼フレーク、ニッケルフレーク、ステンレス鋼ナノ粉末、グラファイト、グラフェン、貴金属球、またはそれらの組み合わせを含む、〔49〕に記載のコーティング。
〔56〕前記導電性フィラーは、超微粒グラファイトまたはマルチロールカーボンナノチューブを含む、〔50〕に記載のコーティング。
〔57〕前記導電性フィラーは、前記コーティング前駆体組成物中に、体積あたりの重量基準で、前記組成物の約20%以下、約15%以下、約10%以下、または約5%以下の濃度で存在する、〔49〕〜〔51〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔58〕前記導電性フィラーは、前記コーティング前駆体組成物中に、体積あたりの重量基準で約1%〜約20%、体積あたりの重量基準で約1%〜約10%、体積あたりの重量基準で約2%〜約10%、体積あたりの重量基準で約1%〜約5%、または体積あたりの重量基準で約2%〜約5%の濃度で存在する、〔49〕〜〔52〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔59〕前記コーティング前駆体組成物は、モノマー添加物を含む、〔1〕〜〔53〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔60〕前記モノマー添加物は、1つ以上のメタクリレート、アクリレート、またはアクリルアミド系モノマーを含む、〔54〕に記載のコーティング。
〔61〕前記モノマー添加物は、ポリエチレングリコールジメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、または2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸を含む、〔55〕に記載のコーティング。
〔62〕前記モノマー添加物は、1つ以上のビニル系モノマーを含む、〔54〕〜〔56〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔63〕前記モノマー添加物は、スチレンスルホン酸を含む、〔55〕に記載のコーティング。
〔64〕前記コーティング前駆体組成物は、安定剤を含む、〔1〕〜〔58〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔65〕前記安定剤は2,2,6,6−テトラメチルピペリジンおよびその誘導体、ベンゾフェノン、ベンゾフラノン、オキサニリド、p−フェニレンジアミン、N−(1,3−ジメチルブチル)−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン、N−イソプロピル−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン、6−エトキシ−2,2,4−トリメチル−1,2−ジヒドロキノリン、エチレンジウレア、ヒンダードフェノール、芳香族アミン、ベンゾトリアゾール、ヒドロキシフェニルトリアジン、またはそれらの組み合わせを含む、〔59〕に記載のコーティング。
〔66〕前記コーティング前駆体組成物は、膨潤剤を含む、〔1〕〜〔60〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔67〕前記膨潤剤は、極性溶媒を含む、〔61〕に記載のコーティング。
〔68〕前記膨潤剤は、アセトニトリル、アセトン、およびジメチルホルムアミドからなる群より選択される1つ以上の極性溶媒を含む、〔62〕に記載のコーティング。
〔69〕前記コーティング前駆体組成物は、生体成分を含む、〔1〕〜〔63〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔70〕前記コーティング前駆体組成物は、酵素、DNA、およびRNAセグメントからなる群より選択される1つ以上の生体成分を含む、〔64〕に記載のコーティング。
〔71〕前記コーティング前駆体組成物は、1つ以上の活性粒子を含む、〔1〕〜〔65〕のいずれか一項に記載のコーティング。
〔72〕前記コーティング前駆体組成物は、発光化合物、光吸収化合物、光起電力成分、および感知粒子からなる群より選択される1つ以上の活性粒子を含む、〔66〕に記載のコーティング。
〔73〕ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)と負電荷を持つ官能基を有する1つ以上の繰り返し単位を含む第1の対イオンとを含む導電性ポリマー成分、
第2のドープ剤、
架橋剤、および
界面活性剤成分
を含む、コーティング前駆体組成物を調製すること;
前記コーティング前駆体組成物を3次元基材に浸漬コーティングプロセスを使用して塗布すること;ならびに
前記塗布されたコーティング組成物を熱硬化させ、少なくとも約0.5ミクロンの厚さを有するコーティングを含むコート基材を形成させること
を含む、基材を導電性ポリマーコーティングでコートする方法。
〔74〕〔1〕〜〔67〕のいずれか一項に記載のコーティング前駆体組成物を調製すること;
前記コーティング前駆体組成物を3次元基材に浸漬コーティングプロセスを使用して塗布すること;ならびに
前記塗布されたコーティング組成物を熱硬化させ、コート基材を形成させること
を含む、基材を導電性コーティングでコートする方法。
〔75〕前記基材は、ポリマーを含む、〔68〕または〔69〕に記載の方法。
〔76〕前記基材は、PET、PE、PP、PU、TPU、ポリ(p−キシリレン)、SU−8、ナイロン、PGA、PLA、PGLA、PEBAX、ポリカーボネート、PMMA、アクリル、PVC、ポリイミド、ゴム、ラテックス、NBR、SIBS、シリコーン、フォトレジスト、ポリエステル、ポリスチレン、p(2−HEMA)、およびPEEKからなる群より選択される1つ以上のポリマーを含む、〔70〕に記載の方法。
〔77〕前記基材は、ポリ(p−キシリレン)を含む、〔70〕に記載の方法。
〔78〕前記基材は金属酸化物、金属窒化物、セラミック、メタロイド、またはそれらの組み合わせを含む、〔68〕〜〔72〕のいずれか一項に記載の方法。
〔79〕前記基材は、ケイ素、炭素、およびそれらの組み合わせからなる群より選択されるメタロイドを含む、〔73〕に記載の方法。
〔80〕前記基材は、炭素繊維を含む、〔74〕に記載の方法。
〔81〕前記基材は窒化炭素、炭素布、カーボン紙、炭素スクリーン印刷電極、カーボンブラック、炭素粉末、炭素繊維、カーボンナノチューブ、ダイヤモンドコート導体、ガラス状炭素、メソポーラス炭素、グラファイト、またはそれらの組み合わせを含む、〔74〕に記載の方法。
〔82〕前記基材はアルミニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、モリブデン、タングステン、レニウム、イリジウム、またはそれらの組み合わせからなる群より選択される金属酸化物を含む、〔72〕に記載の方法。
〔83〕前記基材は、セラミックを含む、〔68〕〜〔77〕のいずれか一項に記載の方法。
〔84〕前記基材は、シリコーン、二酸化ケイ素、ガラス、アルミナ、インジウム、酸化スズ、およびそれらの組み合わせからなる群より選択されるセラミックを含む、〔78〕に記載の方法。
〔85〕前記基材は、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化ケイ素、リン酸カルシウム、およびそれらの組み合わせからなる群より選択されるセラミックを含む、〔78〕に記載の方法。
〔86〕前記基材は、金属を含む、〔68〕〜〔80〕のいずれか一項に記載の方法。
〔87〕前記基材は貴金属、遷移金属、またはそれらの組み合わせを含む、〔81〕に記載の方法。
〔88〕前記基材は、金、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ロジウム、チタン、タンタル、タングステン、ルテニウム、マグネシウム、鉄、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される1つ以上の金属を含む、〔81〕に記載の方法。
〔89〕前記基材は、チタン、タンタル、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される非貴金属を含む、〔81〕に記載の方法。
〔90〕前記基材は、少なくとも1つの貴金属および少なくとも1つの遷移金属を含む金属合金を含む、〔81〕に記載の方法。
〔91〕前記基材は、鉄、硫黄、マンガン、およびモリブデン;鉄およびクロム;ニッケルおよびチタン;ニッケルおよびコバルト;コバルトおよびクロム;コバルト、クロムおよび鉄;コバルト、クロムおよびニッケル;コバルト、クロム、ニッケルおよびタングステン;ニッケルおよびクロム;マグネシウムおよび鉄;またはそれらの組み合わせから構成される金属合金を含む、〔85〕に記載の方法。
〔92〕前記基材は、ニッケルおよびコバルトを含む、〔86〕に記載の方法。
〔93〕前記基材は、ステンレス鋼304L、ステンレス鋼316L、ステンレス鋼316LVM、ステンレス鋼MP35N、ステンレス鋼35NLT、およびそれらの組み合わせからなる群より選択されるステンレス鋼合金を含む、〔81〕に記載の方法。
〔94〕前記基材は、生物材料または天然材料を含む、〔68〕〜〔88〕のいずれか一項に記載の方法。
〔95〕前記基材は、ヒトまたは動物組織、器官、細胞、身体部位、組織スキャフォールド、神経、および骨からなる群より選択される生物または天然材料を含む、〔89〕に記載の方法。
〔96〕前記基材は、木材を含む、〔89〕に記載の方法。
〔97〕前記基材は、発泡体を含む、〔68〕〜〔91〕のいずれか一項に記載の方法。
〔98〕前記基材は、ポリウレタン発泡体を含む、〔92〕に記載の方法。
〔99〕前記基材は、円筒チューブを含む、〔68〕〜〔91〕のいずれか一項に記載の方法。
〔100〕コーティング前に、前記基材を調製するための1つ以上の工程をさらに含む、〔68〕〜〔94〕のいずれか一項に記載の方法。
〔101〕前記基材の前記表面は有機分子層で改質される、〔95〕に記載の方法。
〔102〕前記基材の前記表面はO 2 プラズマ処理を用いて改質される、〔95〕に記載の方法。
〔103〕前記コート基材は、少なくとも約1ミクロン、少なくとも約2ミクロン、少なくとも約3ミクロン、少なくとも約4ミクロン、または少なくとも約5ミクロンの厚さを有するコーティングを含む、〔68〕〜〔97〕のいずれか一項に記載の方法。
〔104〕前記コート基材は、約200nm〜約10μm、または約500nm〜約5μmの厚さを有するコーティングを含む、〔68〕〜〔98〕のいずれか一項に記載の方法。
〔105〕前記方法は、複数回の浸漬コーティング工程を含む、〔68〕〜〔99〕のいずれか一項に記載の方法。
〔106〕前記基材は各浸漬後、約80℃〜約160℃の温度で約2分〜約30分間焼成される、〔100〕に記載の方法。
〔107〕前記基材は約100℃〜約150℃、約120℃〜約145℃、約125℃〜約140℃、または約130℃〜約140℃の温度で焼成される、〔101〕に記載の方法。
〔108〕前記基材は各浸漬後、約2分〜約20分、約3分〜約15分、約3分〜約10分、または約3分〜約7分間焼成される、〔101〕または〔102〕に記載の方法。
〔109〕前記コート基材は、約80℃〜約160℃の温度で約15分〜約4時間の間熱硬化される、〔68〕〜〔103〕のいずれか一項に記載の方法。
〔110〕前記コート基材は約20分〜約3時間、約30分〜約2.5時間、約45分〜約2時間、または約45分〜約1.5時間熱硬化される、〔104〕に記載の方法。
〔111〕前記コート基材は、約100℃〜約150℃、約120℃〜約145℃、約125℃〜約140℃、または約130℃〜約140℃の温度で熱硬化される、〔104〕または〔105〕に記載の方法。
〔112〕前記熱硬化工程前、後、またはこれと同時に実施されるUV開始重合工程をさらに含む、〔68〕〜〔103〕のいずれか一項に記載の方法。
〔113〕〔68〕〜〔107〕のいずれか一項に記載の方法にしたがい調製されるコート基材。
〔114〕内腔および外面を含む円筒チューブ、ならびに、
前記外面に接着された導電性ポリマーコーティング
を含み、
前記導電性ポリマーコーティングは1つ以上の導電性層を含み、
前記導電性層の1つ以上は、〔1〕〜〔67〕のいずれか一項に記載の導電性ポリマーコーティングを含む、円筒チューブ電極。
〔115〕ポリウレタン発泡体を含む基材、および、
前記基材の表面に接着された導電性ポリマーコーティング
を含み、
前記導電性ポリマーコーティングは1つ以上の導電性層を含み、
前記導電性層の1つ以上は、〔1〕〜〔67〕のいずれか一項に記載の導電性ポリマーコーティングを含む、導電性発泡体組成物。
〔116〕〔108〕に記載のコート基材、または〔109〕に記載の電極を含む医療装置。
〔117〕埋め込み式医療装置を含む、〔110〕に記載の医療装置。
プロセスは任意で、コーティング前に基材を調製するための1つ以上の工程を含み得る。
コーティング前駆体組成物は典型的には、基材に浸漬コーティングプロセスを用いて塗布される。
最終浸漬後、所望のコーティング厚さが得られた場合、コート基材は熱硬化される。
コーティング前駆体溶液がUV開始重合を使用して重合させることができる1つ以上のモノマーを含む場合、プロセスは、UV開始重合工程をさらに含み得る。
さらなる態様では、本発明は、本明細書で記載される方法にしたがい生成されたコート基材に関する。
例えば、コート基材は、内腔および外面を含む円筒チューブ電極を含むことができ、ここで、1つ以上の導電性層を含むポリマーコーティングは、外面に接着される。1つ以上の導電性層は、本明細書で記載される方法により調製され、および/または本明細書で記載されるコーティング前駆体組成物から誘導された導電性コーティング組成物を含み得る。
別の態様では、コート基材は、高い表面積を有する導電性複合材料を含み得る。例えば、コート基材は、導電性発泡体を含み得る。
別の態様では、コート基材は、導電性基材およびポリマーコーティングを含むコート電極を含むことができ、ここで、1つ以上の導電性層を含むポリマーコーティングは、外面に接着される。1つ以上の導電性層は、本明細書で記載される方法により調製され、および/または本明細書で記載されるコーティング前駆体組成物から誘導された導電性コーティング組成物を含み得る。
本明細書で記載される組成物および方法はまた、金属またはセラミック基材を有さない全ポリマー電極を調製するために使用することができる。
本発明の別の態様は、以上で記載されるコート基材を含む医療装置に関する。例えば、医療装置は埋め込み式医療装置とすることができる。
下記非限定的な実施例は本発明をさらに説明するために提供される。
それぞれ、80:20体積比のClevios PH 1000 PEDOT:PSS分散物およびエチレングリコールを有するコーティング溶液を調製する。3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシランを1%w/vで、ドデシルベンゼンスルホン酸を0.2%w/vで添加する。完全に混合されるまで、または少なくとも30分間、成分を撹拌する。
それぞれ、80:20体積比のClevios PH 1000 PEDOT:PSS分散物およびエチレングリコールを有するコーティング溶液を調製する。3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシランを1%w/vで、ドデシルベンゼンスルホン酸を0.2%w/vで、ポリ(アクリルアミド−co−アクリル酸)(モノマーで20%アクリル酸、Mw520,000)を0.2%w/vで添加する。完全に混合されるまで、少なくとも2時間成分を撹拌する。
代替案
それぞれ、95:5体積比のClevios PH 1000 PEDOT:PSS分散物およびエチレングリコールを有するコーティング溶液を調製する。2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸モノマーを2%w/vで、ポリ(エチレングリコール)ジメタクリレート(Mn750)を0.2%w/vで、過硫酸ナトリウムを0.1%w/vで、ドデシルベンゼンスルホン酸を0.2%w/vで添加する。完全に混合されるまで、または少なくとも30分間、成分を撹拌する。
それぞれ、95:5体積比のClevios PH 1000 PEDOT:PSS分散物およびエチレングリコールを有するコーティング溶液を調製する。3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシランを5%w/vで、ドデシルベンゼンスルホン酸を0.5%w/vで、Southwestern Graphite Microfyneグラファイト粉末を5%w/vで添加する。完全に混合されるまで、または少なくとも2時間成分を撹拌する。
ポリウレタンチューブ(OD0.25インチ)の4インチセクションを、可撓性増強剤を含まない(コーティング1)、または可撓性増強化合物をさらに含む(コーティング2〜4)、実施例1で記載される前駆体組成物で浸漬コートした(各6回の浸漬)。
Claims (20)
- ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)と負電荷を持つ官能基を有する1つ以上の繰り返し単位を含む第1の対イオンとを含む導電性ポリマー成分;
第2のドープ剤;
3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−(トリメトキシシリル)プロピルメタクリレート、3−(トリメトキシシリル)プロピルアクリレート、ビニルトリメトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、テトラキス(トリメチルシリルオキシ)シラン、ポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテル、ポリ(エチレングリコール)ジアクリレート、ポリ(エチレングリコール)ジメタクリレート、ポリ(エチレングリコール)ジビニルエーテル、分枝トリアルキルオキシシラン、分枝エポキシド、または分枝アクリレートもしくはメタクリレートを含む架橋剤;
界面活性剤成分;ならびに
ポリ(アクリルアミド−co−アクリル酸)、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、またはそれらの組み合わせを含む可撓性増強剤
を含む、コーティング前駆体組成物から誘導される導電性ポリマーコーティング。 - 前記コーティングの電気抵抗は、前記コーティングが0.25インチの外径を有する基材に塗布され、各サイクルが、コート基材を1.25インチの曲げ半径で屈曲させることを含む場合、600屈曲サイクル後の増加が50%以下である、請求項1に記載のコーティング。
- 前記第1の対イオンは、リン酸基、ホスホン酸基、スルファメート基、カルボキシレート基、硫酸基、スルホン酸基、またはそれらの組み合わせを含む負電荷を持つ官能基を含む、請求項1または2に記載のコーティング。
- 前記第1の対イオンは、ポリビニルスルホネート、ポリスチレンスルホネート、ポリアリルスルホネート、ポリエチルアクリレートスルホネート、ポリブチルアクリレートスルホネート、ポリアクリルスルホネート、ポリメタクリルスルホネート、ポリ−2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホネート、ポリイソプレンスルホネート、ポリビニルカルボキシレート、ポリスチレンカルボキシレート、ポリアリルカルボキシレート、ポリアクリルカルボキシレート、ポリメタクリルカルボキシレート、ポリ−2−アクリルアミド−2−メチルプロパンカルボキシレート、ポリイソプレンカルボキシレート、ポリアクリレート、ポリグルタメート、ポリドーパミン、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン(S−PEEK)、スルホン化ポリウレタン、またはそれらの組み合わせを含む、請求項1または2に記載のコーティング。
- 前記第1の対イオンは、ポリスチレンスルホネートを含む、請求項1または2に記載のコーティング。
- 前記コーティング前駆体組成物は、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン):ポリスチレンスルホネートを水性分散物の形態で含む、請求項1または2に記載のコーティング。
- 前記第2のドープ剤は、エチレングリコール、ソルビトール、グリセロール、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、エリスリトール、2−ニトロエタノール、メトキシフェノール、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、スクシンイミド、プロピレングリコール、またはそれらの組み合わせを含む低揮発性極性溶媒を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載のコーティング。
- 前記界面活性剤成分は、アルキルベンゼンスルホン酸およびそれらの塩、オルガノスルフェート、カルボキシレート、ならびに天然脂肪酸およびそれらの塩からなる群より選択される1つ以上のアニオン性界面活性剤を含む、請求項1または2に記載のコーティング。
- 前記界面活性剤成分は、ドデシルベンゼンスルホン酸またはドデシル硫酸ナトリウムを含む、請求項8に記載のコーティング。
- コーティング前駆体組成物は、架橋剤成分を、体積あたりの重量基準で、前駆体組成物の0.1%〜10%濃度で;第2のドープ剤を、体積あたりの重量基準で、前駆体組成物の1%〜50%の濃度で;界面活性剤成分を、体積あたりの重量基準で、前駆体組成物の0.01%〜5%で含む請求項1〜9のいずれか一項に記載のコーティング。
- 前記可撓性増強剤は、ポリビニルピロリドンを含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載のコーティング。
- 前記コーティング前駆体組成物は、前記可撓性増強剤を体積あたりの重量基準で、前記組成物の0.005%〜1%の濃度で含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載のコーティング。
- 前記コーティング前駆体組成物は、金属粒子、カーボンブラック、炭素繊維、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、炭素繊維ケイ素、ケイ素粒子、またはそれらの組み合わせから構成される導電性フィラーを含み、
前記導電性フィラーは、前記導電性ポリマーコーティング中に、前記ポリマーコーティングの接触抵抗を低減させるのに十分な量で存在し、
前記導電性フィラーは、前記コーティング前駆体組成物中に、体積あたりの重量基準で、前記組成物の25%以下の濃度で存在する、請求項1〜12のいずれか一項に記載のコーティング。 - 前記導電性フィラーは炭素繊維、カーボンナノチューブ、ステンレス鋼フレーク、ニッケルフレーク、ステンレス鋼ナノ粉末、グラファイト、グラフェン、貴金属球、またはそれらの組み合わせを含む、請求項13に記載のコーティング。
- 前記コーティング前駆体組成物は、1つ以上のメタクリレート、アクリレート、アクリルアミド、またはビニル系のモノマーを含むモノマー添加物を含む、請求項1〜14のいずれか一項に記載のコーティング。
- 前記コーティング前駆体組成物は、2,2,6,6−テトラメチルピペリジンおよびその誘導体、ベンゾフェノン、ベンゾフラノン、オキサニリド、p−フェニレンジアミン、N−(1,3−ジメチルブチル)−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン、N−イソプロピル−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン、6−エトキシ−2,2,4−トリメチル−1,2−ジヒドロキノリン、エチレンジウレア、ヒンダードフェノール、芳香族アミン、ベンゾトリアゾール、ヒドロキシフェニルトリアジン、またはそれらの組み合わせを含む安定剤を含む、請求項1〜15のいずれか一項に記載のコーティング。
- 前記コーティング前駆体組成物は、膨潤剤を含み、膨潤剤は、極性溶媒を含む、請求項1〜16のいずれか一項に記載のコーティング。
- 請求項1〜17のいずれか一項に記載のコーティング前駆体組成物を3次元基材に浸漬コーティングプロセスを使用して塗布すること;ならびに
前記塗布されたコーティング組成物を熱硬化させ、コート基材を形成させること
を含む、基材を導電性ポリマーコーティングでコートする方法。 - 内腔および外面を含む円筒チューブ、ならびに、
前記外面に接着された導電性ポリマーコーティング
を含み、
前記導電性ポリマーコーティングは1つ以上の導電性層を含み、
前記導電性層の1つ以上は、請求項1〜17のいずれか一項に記載の導電性ポリマーコーティングを含む、円筒チューブ電極。 - ポリウレタン発泡体を含む基材、および、
前記基材の表面に接着された導電性ポリマーコーティング
を含み、
前記導電性ポリマーコーティングは1つ以上の導電性層を含み、
前記導電性層の1つ以上は、請求項1〜17のいずれか一項に記載の導電性ポリマーコーティングを含む、導電性発泡体組成物。
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