JP7319926B2 - 揮発性有機化合物の排出を削減するための沈降炭酸カルシウム - Google Patents

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Description

本発明は、一般に、揮発性有機化合物(VOC)を保持するための多孔性沈降炭酸カルシウム(PCC)の使用に関する。これは、例えば、吸収および/または吸着により起こり得る。特に、本発明は、組成物からのVOCの排出を削減するための多孔性PCCの使用に関する。本発明はさらに、多孔性PCCを含む組成物および前記組成物を作製する方法に関する。
揮発性有機化合物(VOC)は、室温で高い蒸気圧を有する有機化合物であり、多数の分子が液体または固体から蒸発または昇華し、周囲の空気に進入する。人工の、および天然に存在する化合物を含めて多くの種類のVOCがあり、動物の健康にとって危険であり、または環境に害を及ぼす可能性のあるものもある。特に、自動車産業での使用に適した塗料、接着剤、コーティングおよびポリマー組成物は、しばしば比較的高いレベルのVOCを含む。したがって、人工のVOCの排出は、特に室内では、しばしば規制されている。したがって、雰囲気中のVOCの濃度を削減するための代替の、および/または改善した方法および製品を提供することが望ましい。
本発明の第1の態様によれば、VOCを保持するための多孔性PCCの使用が提供される。本発明のさらなる態様によれば、VOCを吸着および/または吸収するための多孔性PCCの使用が提供される。本発明のさらなる態様によれば、組成物、例えば、ポリマー組成物中にVOCを保持するための多孔性PCCの使用が提供される。本発明のさらなる態様によれば、組成物、例えば、ポリマー組成物中にVOCを吸着および/または吸収するための多孔性PCCの使用が提供される。これは、例えば、組成物(例えば、ポリマー組成物)からのVOCの排出を削減し得る。本発明のさらなる態様によれば、雰囲気中のVOCの濃度を削減するための多孔性PCCの使用が提供される。
本発明の第2の態様によれば、組成物からのVOCの排出を削減する方法であって、多孔性PCCを組成物に添加することを含む、方法が提供される。
本発明の第3の態様によれば、多孔性PCCを含む組成物が提供される。組成物は、例えば、ポリマー組成物であってもよい。
本発明の第4の態様によれば、多孔性PCCを含むポリマー組成物を作製する方法であって、ポリマー樹脂と多孔性PCCを混合することを含み、ポリマー樹脂を硬化することを含んでもよい、方法が提供される。
ある実施形態では、多孔性PCCは、ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体を含む。
ある実施形態では、ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体は、複数の相互連結したカルサイト結晶を含む。
ある実施形態では、カルサイト結晶は、菱面体の形態を有する。
ある実施形態では、ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体は、凝集して、ミクロシェル(microshells)を形成する。
本発明の任意の態様のある実施形態は、以下の複数の利点の1つを提供し得る。
・VOCの吸着(例えば、組成物からの、または雰囲気からの);
・組成物からのVOCの排出の削減(例えば、多孔性PCCを含まない組成物と比較して、および/またはVOC排出を削減するための代替の製品を含む組成物と比較して);
・雰囲気中のVOC濃度の削減。
本発明の任意の特定の1つまたは複数の記載される態様に関して提供される詳細、例および選択は、本明細書でさらに記載され、本発明のすべての態様に等しく適用することになる。すべての考えられるその変形で本明細書に記載される実施形態、例および選択の任意の組み合わせは、本明細書で別段の指示がない限り、または状況により明確に矛盾しない限り、本発明に含まれる。
本発明は、多孔性沈降炭酸カルシウム(PCC)が、ポリマー組成物からの揮発性有機化合物(VOC)の排出を削減することができるという驚くべき知見に基づく。理論に拘泥するものではないが、VOCは、多孔性PCCにより保持されると考えられる。「保持する」は、VOCが、多孔性PCCの周りの雰囲気中で自由に動くことを妨げられることを意味する。例えば、VOCは、多孔性PCCの周りの雰囲気中に放出されるのを妨げられる可能性がある。これは、例えば、機械的捕獲により起こり得る。VOCは、例えば、多孔性PCCによる吸収および/または吸着により保持することができる。
用語「揮発性有機化合物(VOC)」は、当該技術分野で十分に理解されており、室温で高い蒸気圧を有する有機化合物を指し、多数の分子が、液体または固体から蒸発または昇華し、周囲の空気に進入する。ある実施形態では、用語は、標準気圧で250℃以下の初留点を有する有機化合物を指す。ある実施形態では、用語は、標準気圧で50℃~250℃の範囲の沸点を有する有機化合物を指す。
本発明は、したがって、VOCを保持するための多孔性PCCの使用を提供する。例えば、本発明は、VOCを吸収および/または吸着するための多孔性PCCの使用を提供する。雰囲気中のVOC濃度を削減するための多孔性PCCの使用も提供される。
ある実施形態では、VOCは、雰囲気で存在することができる。例えば、VOCは、化石燃料の燃焼による雰囲気、タバコの煙、車両からの排ガス、塗料、コーティング、接着剤またはポリマー組成物中で存在することができる。ある実施形態では、多孔性PCCは、空気浄化システムで使用することができ、例えば、空気は、多孔性PCCを通すろ過後に減少したVOCを含む。
ある実施形態では、VOCは、組成物(例えば、ポリマー組成物)中に存在し、および/または組成物の加工時に発生し得り、多孔性PCCは、組成物中のVOCを保持するために使用され、したがって、組成物からのVOCの排出を削減する。組成物の加工は、例えば、組成物の製造(例えば、ポリマー組成物の硬化時)、組成物からの製品の形成または製品のライフサイクル時(例えば、製品設置時)を含む。したがって、本発明は、組成物からのVOCの排出を削減する方法であって、孔性PCCを組成物に添加することを含む、方法も提供する。
多孔性PCCは、例えば、指定された空気体積中のVOC濃度を少なくとも約10%削減することができる。例えば、多孔性PCCは、指定された空気体積中のVOC濃度を少なくとも約15%または少なくとも約20%または少なくとも約25%または少なくとも約30%または少なくとも約35%または少なくとも約40%削減することができる。例えば、多孔性PCCは、指定された空気体積中のVOC濃度を最大で約100%、例えば最大で約95%または最大で約90%または最大で約85%または最大で約80%または最大で約75%または最大で約70%または最大で約65%または最大で約60%削減することができる。指定された空気体積中のVOC濃度は、例えば、VOCセンサーを使用して、例えば熱脱着により測定することができる(例えば、TD-GC/MS)。
多孔性PCCは、例えば、多孔性PCCを含まない点を除き同一である比較用組成物と比較して、組成物(例えば、ポリマー組成物)からのVOC排出を少なくとも約10%削減することができる。比較用組成物は、例えば、多孔性PCCの代わりに別の種類のPCC、GCCまたは鉱物を含み得る。あるいは、比較用組成物は、多孔性PCCの代わりにさらなる量のポリマーを含み得る。多孔性PCCは、例えば、多孔性PCCを含まない点を除き同一である比較用組成物と比較して、組成物(例えば、ポリマー組成物)からのVOC排出を少なくとも約15%または少なくとも約20%または少なくとも約25%または少なくとも約30%または少なくとも約35%削減することができる。比較用組成物は、例えば、多孔性PCCを含まない点を除き同一である比較用組成物と比べて、組成物(例えば、ポリマー組成物)からのVOC排出を最大で約100%または最大で約95%または最大で約90%または最大で約85%または最大で約80%または最大で約75%または最大で約70%または最大で約65%または最大で約60%削減することができる。VOC排出は、例えば、VOCセンサーを使用して、例えば熱脱着により測定することができる(例えば、TD-GC/MS)。
組成物は、例えば、ポリマー組成物であってもよい。組成物は、例えば、塗料、コーティング(例えば、ワニス)または接着剤組成物であってもよい。
ポリマーは、例えば、熱可塑性ポリマーであってもよい。ポリマーは、例えば、エラストマー性ポリマーであってもよい。ポリマーは、例えば、ポリマーマトリックスの形態で存在してもよい。ポリマー組成物の他の成分(例えば、多孔性PCC)は、ポリマーマトリックス中に分散している。
ポリマーは、例えば、ポリアルキレン(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはポリブチレン)、ポリオキシメチレン(ポリアセタールおよびポリホルムアルデヒドとしても知られている)、ポリビニルエステル(一般式-[RCOOCHCH2]-)、アクリルポリマー、エポキシポリマー、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアミド、ポリ乳酸、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾチアゾール(polybenzthiazole)、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルファイド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ酢酸ビニル(例えば、エチレン酢酸ビニルまたはポリ(メタメタクリレート))、またはその2つ以上の組み合わせであってもよい。
ポリマーは、例えば、合成ゴム(任意の人工エラストマー)であってもよい。例えば、ポリマーは、1つまたは複数のイソプレン、クロロプレンおよびイソブチレンを含むポリマーであってもよい。例えば、ポリマーは、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリレートゴム、エチレン酢酸ビニルコポリマー、ポリ塩化ビニル、エチレンアクリレートゴム、ポリエステルウレタン、ブロモイソブチレンイソプレン、ポリブタジエン、クロロイソブチレンイソプレン、ポリクロロプレン、クロロスルホン化ポリエチレン、エピクロロヒドリン、エチレンプロピレン、エチレンプロピレンジエンモノマーゴム(EPDM)、ポリエーテルウレタン、パーフルオロカーボン(perflurocarbon)ゴム、フッ素化炭化水素、フルオロシリコーン、フルオロカーボンゴム、水素化ニトリルブタジエン、ポリイソプレン(polyisoprepne)、イソブチレンイソプレンブチル、アクリロニトリルブタジエン、ポリウレタン、スチレンエチレンブチレンスチレンコポリマー、ポリシロキサン、ビニルメチルシリコーン、アクリロニトリルブタジエンカルボキシモノマー、スチレンブタジエンカルボキシモノマー、熱可塑性ポリエーテル-エステル、スチレンブタジエンブロックコポリマー、スチレンブタジエンカルボキシブロックコポリマーまたはそれらの1つもしくは複数の組み合わせであってもよい。ある実施形態では、ポリマーは、EPDM、エチレン酢酸ビニルコポリマー、ポリ塩化ビニルまたはそれらの1つもしくは複数の組み合わせである。
多孔性PCCは、組成物(例えば、ポリマー組成物)に約0.1質量%~約20質量%の範囲の量で使用することができる。例えば、多孔性PCCは、組成物(例えば、ポリマー組成物)に約0.5質量%~約18質量%または約1質量%~約17質量%または約1.5質量%~約16質量%または約2質量%~約15質量%の範囲の量で使用することができる。例えば、多孔性PCCは、組成物に約0.1質量%~約20質量%または約0.1質量%~約18質量%または約1質量%~約16質量%または約0.1質量%~約15質量%または約0.1質量%~約14質量%または約0.1質量%~約12質量%または約0.1質量%~約10質量%または約0.1質量%~約8質量%または約0.1質量%~約6質量%または約0.1質量%~約5質量%または約0.1質量%~約4質量%または約0.1質量%~約3質量%または約0.1質量%~約2質量%の範囲の量で使用することができる。
PCCに関して使われる用語「多孔性」は、気体および/または液体がPCCを通過するのを可能にするボイドの存在を指す。特に、「多孔性」という用語は、相互連結して、PCC凝集物を形成するPCCの基本粒子間のボイドの存在を指す。
多孔性PCCは、例えば、約0.04cm3/g以上の全細孔容積(total pore volume)を有し得る。多孔性PCCは、例えば、約0.045cm3/g以上または約0.05cm3/g以上または約0.055cm3/g以上または約0.06cm3/g以上または約0.065cm3/g以上または約0.07cm3/g以上または約0.075cm3/g以上または約0.08cm3/g以上または約0.085cm3/g以上または約0.09cm3/g以上または約0.095cm3/g以上または約0.1cm3/g以上の全細孔容積を有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約0.4cm3/g以下の全細孔容積を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約0.35cm3/g以下または約0.3cm3/g以下または約0.25cm3/g以下または約0.2cm3/g以下の全細孔容積を有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約0.04cm3/g~約0.4cm3/gまたは約0.045cm3/g~約0.35cm3/gまたは約0.05cm3/g~約0.3cm3/gまたは約0.1cm3/g~約0.2cm3/gの範囲の全細孔容積を有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約2nm以上の平均細孔径(average pore size)を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約3nm以上または約4nm以上または約5nm以上または約6nm以上または約7nm以上または約8nm以上または約9nm以上または約10nm以上または約11nm以上の平均細孔径を有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約12nm以上の平均細孔径を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約12.5nm以上または約13nm以上または約13.5nm以上または約14nm以上または約14.5nm以上または約15nm以上または約15.5nm以上または約16nm以上の平均細孔径を有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約50nm以下の平均細孔径を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約48nm以下または約46nm以下または約45nm以下または約44nm以下または約42nm以下または約40nm以下または約38nm以下または約36nm以下または約35nm以下または約34nm以下または約32nm以下または約30nm以下または約28nm以下または約26nm以下または約25nm以下または約24nm以下または約22nm以下の平均細孔径を有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約20nm以下の平均細孔径を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約19.5nm以下または約19nm以下または約18.5nm以下または約18nm以下または約17.5nm以下または約17nm以下の平均細孔径を有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約2nm~約50nmまたは約5nm~約40nmまたは約10nm~約30nmの範囲の平均細孔径を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約12nm~約20nmまたは約14nm~約18nmまたは約15nm~約17nmの範囲の平均細孔径を有し得る。
細孔径特性(例えば、全細孔容積および平均細孔径)は、BJH(Barrett-Joyner-Halenda)モデルの一部である円筒形仮定(4V/A)を使用して測定する。BJHモデルは、BET表面積計算で使用される同じN2吸収等温線から誘導される(BET法、AFNOR標準X11-621および622またはISO 9277による測定)。BJHモデルは、Barrett et al., Am. Chem. Soc., 73(1951), pages 373 to 380に記載され、その内容は、参照により本明細書に組み込まれている。例えば、Micromeritics TRISTAR 3000およびMicromeritics VACPREP 061を使用することができる。試料は、例えば、105℃のオーブン中で一晩脱ガスし、その後、窒素流下180℃で30分間保ち、窒素流下で30分間冷却することができる。等温線は、例えば、0.05~0.98の範囲の相対圧力P/P0で測定することができる。平均細孔径は、細孔直径を指す。多孔性体積は、累積であり、1.7~50nmの細孔径用の脱着枝のBJHにより得られる。
用語「沈降炭酸カルシウム(PCC)」は、合成炭酸カルシウムを指し、当技術分野において知られている任意の方法により作製することができる。
内容を参照により本明細書に組み込むTAPPI Monograph Series No 30, "Paper Coating Pigments", pages 34-35は、沈降炭酸カルシウムを調製するための3つの主な商業的プロセスを記載する。すべての3つのプロセスで、石灰石は、最初にか焼して、生石灰を生じ、次いで、生石灰は、水で消化して、水酸化カルシウムまたは石灰乳を生じる。第1のプロセスでは、石灰乳は、炭酸ガスを用い直接炭酸化される。このプロセスは、副産物が形成されないという利点を有し、炭酸カルシウム製品の特性および純度を制御することは比較的容易である。第2のプロセスでは、石灰乳は、ソーダ灰と接触して、複分解により、炭酸カルシウムの沈殿および水酸化ナトリウム溶液を生じる。このプロセスが商業的に魅力的になるには、水酸化ナトリウムが、実質的に完全に炭酸カルシウムから分離されるべきである。第3の主な商業的プロセスでは、石灰乳は、最初に塩化アンモニウムと接触して、塩化カルシウム溶液およびアンモニアガスを生じる。次いで、塩化カルシウム溶液は、ソーダ灰と接触して、複分解により、沈降炭酸カルシウムおよび塩化ナトリウム溶液を生じる。
あるいは、PCCは、セッコウ(硫酸カルシウム)と炭酸アンモニウムまたは重炭酸アンモニウムとの反応により作製することができる。
あるいは、PCCは、塩化カルシウムと炭酸ナトリウムまたは炭酸アンモニウムとの反応により作製することができる。
ある実施形態では、多孔性PCCは、ポリアクリル酸、その塩およびそれらの混合物から選択される結晶化制御剤の存在下での石灰乳の炭酸化によって得られる、および/または得ることが可能である。例えば、PCCは、WO03/004414に記載される1つまたは複数の方法により調製することができ、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる(特に2頁、11行~3頁、38行;4頁、29行~5頁、6行;および5頁、36行~6頁、28行ならびに実施例4~5)。
調製プロセスでは、石灰乳中の水酸化カルシウムの濃度は、石灰乳の0.3~30質量%の値を有することができる。有利には、この濃度は、少なくとも1質量%、特に2質量%以上、例えば、2.5質量%以上の値を有する。石灰乳中の水酸化カルシウム濃度は、25質量%を超えないことが推奨され、特に20質量%以下、15質量%以下の値が特に適切である。例えば、石灰乳中の水酸化カルシウムの濃度は、低い範囲、例えば、2~5質量%、またはより高い範囲、例えば、10~15質量%であってもよい。
前記調製プロセスでは、温度は、0から80℃へ、特に10から60℃へ変化し得る。通常、炭酸化の開始温度は、10℃以上、特に12℃以上である。炭酸化の開始温度は、しばしば25℃以下、多くの場合20℃以下である。炭酸化の開始温度は、例えば約15℃であってもよい。炭酸化の終了温度は、より高く、通常、10~80℃、例えば15~60℃であってもよい。
調製プロセスでは、石灰乳は、後者と炭酸ガスとの反応により炭酸化される。3~100%の二酸化炭素濃度を有する炭酸ガスは、首尾よく使用することができる。しかし、濃度が10~60%、特に25~40%である炭酸ガスを使用することが好ましく、炭酸ガスは空気で希釈されている。
いくつかの添加剤、例えば、イソアスコルビン酸を、炭酸化ステップ時にさらに添加して、得られる炭酸カルシウム粒子の黄色を低減することもできる。前記調製プロセスは、通常、スラリーの質量で例えば3~20質量%のPCCを含む沈降炭酸カルシウムスラリーを生じる。
沈降炭酸カルシウム粒子は、次いで、例えば平面フィルタを通してろ過することができ、および、例えばオーブン中で、熱風流中に噴霧することにより(スプレードライ)、または照射作用、例えば、赤外線(エピラジエター)により、好ましくはオーブン中で、または照射作用、例えば、赤外線により乾燥することができる。次いで、得られる粒子は、例えば、10000rpm~20000rpmの範囲のミリング強度を用いるピンミル装置でさらに粉砕することができる。
PCCを作製するためのプロセスは、「基本」または「1次」粒子と呼ぶことができる非常に純粋な炭酸カルシウム結晶を生じる。この状況では、「基本粒子」または「1次粒子」という用語は、物理的におよび化学的に自立した構成要素を指す。基本粒子は、使用する特定の反応プロセスに依存して、様々な異なる形状およびサイズであってもよい。様々な形態の混合物も、使用することができる。
PCC結晶の主な形態は、アラゴナイトおよびカルサイトである。アラゴナイト結晶は針状であり、ランダムに凝集していてもよい。カルサイト結晶は、擬似球面、立方晶または犬牙状形態であってもよい。例えば、カルサイト結晶は、菱面体の形態を有し得る。本発明はカルサイト結晶、特に菱面体カルサイト結晶に関して議論される傾向にあり得る。しかし、本発明は、そのような実施形態に限定されると解釈するべきではない。
1次粒子は、例えば、約10nm~約500nmの範囲の平均粒径(dp)を有し得る。例えば、1次粒子は、約20nm~約450nmまたは約20nm~約400nmまたは約20nm~約350nmまたは約20nm~約300nmまたは約20nm~約250nmまたは約20nm~約200nmまたは約20nm~約150nmまたは約20nm~約100nmの範囲の平均粒径(dp)を有し得る。例えば、1次粒子は、約20nm~約100nmまたは約25nm~約95nmまたは約30nm~約90nmまたは約35nm~約85nmの範囲の平均粒径(dp)を有し得る。例えば、1次粒子は、約20nm~約80nmまたは約20nm~約75nmまたは約20nm~約70nmまたは約25nm~約65nmまたは約25nm~約60nmの範囲の平均粒径(dp)を有し得る。これらの値は、いかなる任意選択のコーティングを加える前の1次粒子に関連する。
平均1次粒径(dp)は、通常、透過性により測定し、それは以下に記載される。
dpは、BS4359-2から誘導される方法により測定される透過性により決定する。この方法の基礎は、ペレットの通気性の測定であり、これは、「Blaine」または「Lea & Nurse法」に類似している。dpの計算は、Carman & Malherbe式から導く。
Figure 0007319926000001
この場合、
Figure 0007319926000002
Carman & Malherbe式により決定される平均粒径dsは、ペレットの気孔率から完全に独立しているわけではないことがわかる。したがって、基準気孔率ε=0.45を考慮して補正を行い、次式によりdpを算出した。
Figure 0007319926000003
定義および単位は、以下のとおりである。
q=PCCペレットを通過した空気体積流量(cm3/g)、
ε=気孔率、
W=PCCの質量、
L=ペレットの厚さ、
D=PCCの密度(g/cm3)、
A=ペレットの断面積(cm2)、
ds=Carman & Malherbeによる平均粒径(μm)、および
dp=平均粒径(μm)。
菱面体結晶は、例えば、細長い物質(例えば、ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体)を形成し得る。犬牙状結晶は、それ自体細長い物質である。多孔性PCCは、例えば、細長い形状(すなわち、1超のアスペクト比)を有し得る。細長い物質は、例えば、約2以上または約3以上または約4以上または約5以上のアスペクト比を有し得る。細長い物質は、例えば、約50以下または約40以下または約20以下または約15以下または約10以下のアスペクト比を有し得る。アスペクト比は、粒子の「より小さい寸法」、通常、その直径に対する粒子の「より大きい寸法」(L)、通常、その長さの比を指す。アスペクト比は、SEMまたはTEMを使用する画像解析および算術平均アスペクト比を算出することにより決定することができる。
多孔性PCCは、例えば、細長い物質を少なくとも部分的に含み得る。多孔性PCCは、例えば、炭酸カルシウム粒子の質量を基準として少なくとも約1%の細長い物質を含み得る。例えば、多孔性PCCは、炭酸カルシウム粒子の質量を基準として少なくとも約8%または少なくとも約10%または少なくとも約15%の細長い物質を含み得る。
犬牙状結晶は、例えば、約80nm~約300nm、例えば約100nm~約200nmの範囲の平均1次粒径を有し得る。これは、粒子のより小さい寸法を指す。
細長い物質(例えば、犬牙状1次粒子)は、例えば、凝集して、ミクロシェルを形成し得る。
PCCの基本粒子は、様々な方法で凝集して、2次構造を形成し得る。例えば、PCCの基本粒子は、少なくとも部分的にナノファイバまたはナノチェーン様凝集体の形態であってもよい。例えば、多孔性PCCは、ナノファイバまたはナノチェーン様凝集体を含み得る/から本質的になり得る/またはからなり得る。これらは、少なくとも2つの相互連結された1次粒子により構成され、したがって、細長い形態を有すると記載され得る。例えば、PCCの基本粒子は、少なくとも部分的に個々の1次粒子の形態であってもよく、および/またはランダムに凝集していてもよい。
各ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体は、約2~約20個の1次粒子を含み得る。例えば、各ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体は、約2~約15個または約2~約10個または約2~約8個の1次粒子を含み得る。
「ナノファイバ」および「ナノチェーン様凝集体」という用語では、接頭語「ナノ」は、ナノファイバまたはナノチェーン様凝集体が、少なくとも1つのナノスケールでの特徴的寸法、特に、平均して、500nm未満、例えば、250nm未満または200nm未満または100nm未満である特徴的寸法を有することを意味する。ナノファイバまたはナノチェーン様凝集体では、前記特徴的寸法は、平均直径(すなわち、dpに対応するナノファイバの幅)である。
用語「ナノファイバ」は、特徴的寸法、すなわち、500nm未満、例えば、250nm未満または200nm未満または100nm未満の平均直径を有する細長い物質を表すものである。用語「ナノチェーン様凝集体」は、特徴的寸法、すなわち、500nm未満、例えば250nm未満または200nm未満または100nm未満の平均直径を有する細長い物質を表すものである。ナノファイバは、もはや個々の1次粒子が区別できないという点で、主としてナノチェーン様凝集体とは異なり、例えば電子顕微鏡写真でどんな倍率でも均一で一様に見えるナノファイバを形成する。ナノチェーン様凝集体では、1次粒子は、その個性を保持し、例えば電子顕微鏡で依然として見られる。ナノチェーン様凝集体は、「ナノロザリー(nanorosaries)」とも呼ばれ得る。
ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体を形成する平均1次粒径(dp)は、一般に犬牙状基本粒子のより小さい寸法に、およびナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体の平均直径に近い。平均1次粒径(dp)は、例えば、犬牙状粒子のより小さい寸法と、および/またはナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体の平均直径と50%未満または25%未満または10%未満だけ異なっていてもよい。
用語「少なくとも部分的にナノファイバまたはナノチェーン様凝集体の形態で存在する」は、沈降炭酸カルシウム粒子が、一般に、炭酸カルシウム粒子の少なくとも1質量%の量でナノファイバまたはナノチェーン様凝集体の形態で存在することを表す。しばしば、沈降炭酸カルシウム粒子は、炭酸カルシウム粒子の少なくとも8質量%の量でナノファイバまたはナノチェーン様凝集体の形態で存在する。例えば、沈降炭酸カルシウム粒子は、炭酸カルシウム粒子の少なくとも10質量%または炭酸カルシウムの少なくとも約11質量%または少なくとも約12質量%または少なくとも約13質量%または少なくとも約14質量%または少なくとも約15質量%の量のナノファイバまたはナノチェーン様凝集体の形態で存在することができる。例えば、沈降炭酸カルシウム粒子は、炭酸カルシウム粒子の最大で約100質量%または最大で約99質量%または最大で約98質量%または最大で約95質量%または最大で約90質量%または最大で約85質量%または最大で約80質量%または最大で約75質量%の量のナノファイバまたはナノチェーン様凝集体の形態で存在することができる。ナノファイバまたはナノチェーン様凝集体の形態ではない残りの沈降炭酸カルシウム粒子は、例えば、個々の1次粒子または個々の1次粒子の凝集物(例えば、ランダム凝集物)の形態で存在し得る。
ナノファイバまたはナノチェーン様凝集体の量は、SEM(走査電子顕微鏡)またはTEM(透過電子顕微鏡)の画像解析により評価することができる。得られる値は、基本ナノ粒子の総数に関してナノファイバに属する基本粒子の数に対応し、測定は、許容される解像度の領域で実施される。したがって、平均は算術平均である。ホモジナイズした試料で量を決定することが好ましい。SEMを使用する測定では、炭酸カルシウム粒子を金属コーティングする。試料を黒鉛テープ上に直接置き、次いで、6mAのビーム強度、10-1Paの真空下で1分間、白金を用いて金属コーティングする。測定のために、Hitachi S-4800 SEMを使用した。これは、犬牙状(scalendohedral)1次粒子の平均直径および/またはナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体の平均直径を決定するために使用することもできる。平均長さおよび直径は、SEMまたはTEMにより撮影した写真の画像解析により、粒子の長さを直接測定し、または粒子を含む長方形の長さを測定して、推測することができる。
SEMまたはTEMを使用して平均直径、長さなどを測定する場合は、倍率は、粒子が適度に画定され、十分な数が存在するような妥当な方法で選択されるべきである。そのような条件では、妥当な数の写真、例えば約10枚の写真の解析で、粒子の正確な物性評価が可能になるはずである。倍率が低すぎる場合は、粒子の数が多すぎで、解像度が低すぎるであろう。例えば、倍率が高すぎ、写真1枚当たり10個未満の粒子を有する場合は、解析すべき写真の枚数は多くなりすぎ、正確な測定をするために、数百枚の写真が解析されるべきである。したがって、方法は、試料中のナノ粒子が良好に分散するように選択されなければならない。SEMを使用する場合は、50kの倍率が、例えば、適切となり得る。
ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体は、約20nm~約2000nmの範囲の平均長さを有し得る。例えば、ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体は、約20nm~約1900nmまたは約20nm~約1800nmまたは約20nm~約1700nmまたは約20nm~約1600nmまたは約20nm~約1500nmまたは約20nm~約1400nmまたは約20nm~約1300nmまたは約20nm~約1200nmまたは約20nm~約1100nmまたは約20nm~約1000nmの範囲の平均長さを有し得る。例えば、ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体は、約50nm~約1000nmまたは約50nm~約900nmまたは約50nm~約800nmまたは約100nm~約700nmまたは約100nm~約600nmまたは約100nm~約500nmまたは約150nm~約500nmまたは約200nm~約500nmの範囲の平均長さを有し得る。例えば、ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体は、約100nm~約400nmまたは約100nm~約300nmまたは約150nm~約250nmの範囲の平均長さを有し得る。
2次構造は、例えば、様々な形でさらに凝集して、3次構造を形成し得る。
例えば、沈降炭酸カルシウムのナノファイバまたはナノチェーン様凝集物は、さらに凝集して、ミクロシェルまたはミクロシーブ(microsheaves)を形成し得る。ミクロシェルは、数十~数百のナノファイバまたはナノチェーン様凝集体で構成され得る。そのような場合、ナノファイバまたはナノチェーン様凝集体は、通常、ミクロシェル様凝集体の少なくとも内側部分で見られる。ミクロシーブは、「ファゴット(faggots)」とも表される。ナノファイバまたはナノチェーンは、そのようなミクロシーブで意外にも組織的に互いに平行に凝集している。そのようなミクロシーブは、一般に、数十の類似のナノファイバおよび/またはナノチェーンで構成される。この数は、好ましくは100より大きい。10,000超のナノファイバおよび/またはナノチェーンを含むミクロシーブは、例外的である。ミクロシーブは、例えば、約50nm以上、例えば、約100nm~約500nmの直径を有し得る。ミクロシーブの長さは、例えば、ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体の長さに類似していてもよい。一般に、ミクロシーブの長さは、ファイバの長さより大きい。例えば、ミクロシーブは、約500nm~約1500nmの長さを有し得る。あるいは、ナノファイバまたはナノチェーン様凝集体は、ランダムに凝集していてもよい。以下、本発明は、ミクロシェルに関して議論される傾向があり得る。しかし、本発明は、そのような実施形態に限定されると解釈するべきではない。
ある実施形態では、PCCは、炭酸カルシウム粒子の質量で少なくとも部分的にナノファイバまたはナノチェーン様凝集体を含む/から本質的になる/またはからなるミクロシェルの形態で存在する。ある実施形態では、炭酸カルシウム粒子の質量で少なくとも約1%のPCC粒子は、ナノファイバまたはナノチェーン様凝集体を含む/から本質的になる/またはからなるミクロシェルの形態である。例えば、炭酸カルシウム粒子の質量で少なくとも約8%または少なくとも約10%または少なくとも約15%または少なくとも約20%または少なくとも約25%または少なくとも約30%または少なくとも約35%または少なくとも約40%または少なくとも約45%または少なくとも約50%のPCCは、ナノファイバまたはナノチェーン様凝集体を含む/から本質的になる/またはからなるミクロシェルの形態で存在する。ある実施形態では、炭酸カルシウム粒子の質量で最大で約100%のPCC粒子は、ナノファイバまたはナノチェーン様凝集体を含む/から本質的になる/またはからなるミクロシェルの形態である。例えば、炭酸カルシウム粒子の質量で最大で約99%または最大で約98%または最大で約95%または最大で約90%または最大で約85%または最大で約80%または最大で約75%または最大で約70%のPCC粒子は、ナノファイバまたはナノチェーン様凝集体を含む/から本質的になる/またはからなるミクロシェルの形態である。
多孔性PCCは、例えば、ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体のミクロシェル、犬牙状結晶のミクロシェル、ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体および犬牙状結晶のミクロシェル、またはそれらの1つもしくは複数の組み合わせを含み得る。
多孔性PCCは、例えば、ナノプレートを含み得る。例えば、1次粒子は、ナノプレートの形状を取り得る。各ナノプレートは、例えば、約20nm以上の厚さを有し得る。例えば、各ナノプレートは、約20nm~約50nmの範囲の厚さを独立に有し得る。ナノプレートは、例えば、約5以上の直径/厚さ比を有し得る。直径/厚さ比は、例えば、約100以下または約10以下であってもよい。
ナノプレートは、例えば、重ねて、「ナノプレートのアコーディオン」を形成し得る。アコーディオンの長さは、例えば、約200nm以上であってもよい。例えば、アコーディオンの長さは、約1500nm以下であってもよい。
多孔性PCCは、例えば、約0.1μm~約10μmの範囲のd50(セディグラフ)を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約0.1μm~約9μmまたは約0.1μm~約8μmまたは約0.1μm~約7μmまたは約0.1μm~約6μmまたは約0.1μm~約5μmの範囲のd50(セディグラフ)を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約0.2μm~約5μmまたは約0.2μm~約4.5μmまたは約0.3μm~約4μmまたは約0.5μm~約4μmまたは約0.5μm~約3.5μmまたは約0.5μm~約3μmまたは約0.6μm~約2.5μmまたは約0.6μm~約2μmまたは約0.7μm~約1.5μmまたは約1μm~約2μmの範囲のd50(セディグラフ)を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約0.6μm~約4μmの範囲のd50(セディグラフ)を有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約0.5μm~約15μmの範囲のd95(セディグラフ)を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約0.5μm~約14μmまたは約0.5μm~約13μmまたは約0.5μm~約12μmまたは約0.5μm~約11μmまたは約0.5μm~約10μmまたは約0.5μm~約9μmまたは約0.5μm~約8μmの範囲のd95(セディグラフ)を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約1μm~約8μmまたは約1μm~約7.5μmまたは約1μm~約7μmまたは約1μm~約6.5μmまたは約1~約6μmまたは約1.5μm~約5.5μmまたは約2μm~約5μmまたは約2.5μm~約4.5μmまたは約3μm~約4μmの範囲のd95(セディグラフ)を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約2.5μm~約5μmの範囲のd95(セディグラフ)を有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約0.2μm~約12μmの範囲のd75(セディグラフ)を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約0.2μm~約11μmまたは約0.2μm~約10μmまたは約0.2μm~約9μmまたは約0.2μm~約8μmまたは約0.2μm~約7μmまたは約0.2μm~約6μmの範囲のd75(セディグラフ)を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約0.2μm~約5.5μmまたは約0.3μm~約5μmまたは約0.4μm~約4.5μmまたは約0.5μm~約4μmまたは約0.5μm~約3.5μmまたは約0.6μm~約3μmの範囲のd75(セディグラフ)を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約0.7μm~約3μmの範囲のd75(セディグラフ)を有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約0.05μm~約5μmの範囲のd25(セディグラフ)を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約0.05μm~約4.5μmまたは約0.05μm~約4μmまたは約0.05μm~約3.5μmまたは約0.1μm~約3μmまたは約0.1μm~約2.5μmまたは約0.1μm~約2μmまたは約0.2μm~約1.5μmまたは約0.3μm~約1μmの範囲のd25(セディグラフ)を有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約0.1μm~約10μmの範囲のd50(セディグラフ)、約0.5μm~約15μmの範囲のd95(セディグラフ)および約0.05μm~約5μmの範囲のd25(セディグラフ)を有し得る。多孔性PCCは、例えば、さらに約0.2μm~約12μmの範囲のd75(セディグラフ)を有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約0.1μm~約5μmの範囲のd50(セディグラフ)、約1μm~約8μmの範囲のd95(セディグラフ)および約0.1μm~約3μmの範囲のd25(セディグラフ)を有し得る。多孔性PCCは、例えば、さらに約0.5μm~約6μmの範囲のd75(セディグラフ)を有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約0.6μm~約4μmの範囲のd50(セディグラフ)、約1μm~約6μmの範囲のd95(セディグラフ)および約0.1μm~約2μmの範囲のd25(セディグラフ)を有し得る。多孔性PCCは、例えば、約0.5μm~約5μmの範囲のd75(セディグラフ)をさらに有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約1μm~約2μmの範囲のd50(セディグラフ)、約3μm~約4.5μmの範囲のd95(セディグラフ)および約0.3μm~約1.5μmの範囲のd25(セディグラフ)を有し得る。多孔性PCCは、例えば、約1.5μm~約3μmの範囲のd75(セディグラフ)をさらに有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約5μm~約10μmの範囲のd95(レーザ)を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約5.5μm~約9.5μmまたは約6μm~約9μmまたは約6.5μm~約8.5μmまたは約7μm~約8μmの範囲のd95(レーザ)を有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約2μm~約8μmの範囲のd75(レーザ)を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約2.5μm~約7.5μmまたは約3μm~約7μmまたは約3.5μm~約6.5μmまたは約4μm~約6μmまたは約4.5μm~約5.5μmまたは約4μm~約5μmの範囲のd75(レーザ)を有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約0.5μm~約6μmの範囲のd50(レーザ)を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約1μm~約5.5μmまたは約1.5μm~約5μmまたは約2μm~約4.5μmまたは約2.5μm~約4μmまたは約3μm~約3.5μmの範囲のd50(レーザ)を有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約0.1μm~約4μmの範囲のd25(レーザ)を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約0.5μm~約3.5μmまたは約0.5μm~約3μmまたは約1μm~約2.5μmまたは約1μm~約2μmまたは約1.5μm~約2.5μmの範囲のd25(レーザ)を有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約5μm~約10μmの範囲のd95(レーザ)、約0.5μm~約6μmの範囲のd50(レーザ)および約0.1μm~約4μmの範囲のd25(レーザ)を有し得る。多孔性PCCは、例えば、約2μm~約8μmの範囲のd75(レーザ)も有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約6.5μm~約8.5μmの範囲のd95(レーザ)、約2μm~約4μmの範囲のd50(レーザ)および約1μm~約3μmの範囲のd25(レーザ)を有し得る。多孔性PCCは、例えば、約4μm~約6μmの範囲のd75(レーザ)も有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約7μm~約8μmの範囲のd95(レーザ)、約2.5μm~約3.5μmの範囲のd50(レーザ)および約1.5μm~約2.5μmの範囲のd25(レーザ)を有し得る。多孔性PCCは、例えば、約4μm~約5.5μmの範囲のd75(レーザ)も有し得る。
多孔性PCCは、例えば、セディグラフおよび/またはレーザにより測定される10μm超のサイズを有する約5質量%未満の凝集物を含み得る。例えば、多孔性PCCは、セディグラフおよび/またはレーザにより測定される10μm超のサイズを有する4質量%未満または3質量%未満または2質量%未満または1質量%未満の凝集物を含み得る。
多孔性PCCのd50、d95、d75およびd25は、それぞれ最終(例えば、3次構造)PCC材料のd50、d95、d75およびd25を指し、したがって、形成される凝集物/凝集体のサイズを指すことができる。例えば、多孔性PCCが、完全にミクロシェルからなる場合は、d50、d95、d75、およびd25は、ミクロシェルのサイズを指す。
本明細書で言及される粒径特性は、Micromeritics Instruments Corporation、Norcross、Georgia、USA(電話:+17706623620;ウェブサイト:www.micromeritics.com)により供給され、本明細書で「Micromeritics Sedigraph 5100ユニット」と呼ばれるSedigraph 5100装置を使用して、水性媒体中に完全に分散した条件の微粒フィラーまたは材料の沈降により、周知の方法で測定することができる。そのような装置は、当該技術分野で‘球相当径’(e.s.d)と呼ばれるサイズ、所与のe.s.d値未満を有する粒子の累積質量百分率の測定値およびプロットを提供する。平均粒径d50は、そのd50値未満の球相当径を有する粒子が50質量%存在する粒子e.s.dのこのようにして決定した値である。d98、90およびd10は、そのd98、d90またはd10値未満の球相当径を有する粒子がそれぞれ質量で98%、90%および10%存在する粒子e.s.dのこのようにして決定した値である。
本明細書で言及される粒径特性は、湿式Malvernレーザ散乱(標準ISO 13320-1)により測定することもできる。この技法では、粉末、懸濁液およびエマルション中の粒子のサイズは、Mie理論の応用に基づくレーザ光回折を使用して測定することができる。そのような装置、例えば、Malvern Mastersizer S(Malvern instrumentsにより供給される)は、当該技術分野で「球相当径」(e.s.d)と呼ばれるサイズ、所与のe.s.d値未満を有する粒子の累積体積百分率の測定値およびプロットを提供する。平均粒径d50は、そのd50値未満の球相当径を有する粒子が50質量%存在する粒子e.s.dのこのようにして決定した値である。誤解を避けるために、レーザ光散乱を使用する粒径の測定は、上記で言及される沈降法と同等の方法ではない。
ある実施形態では、多孔性PCCは、ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体のミクロシェルを含み、この場合、ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体は、約100nm~約500nmの範囲の平均長さを有し、1次粒子は、約20nm~約100nmの範囲の平均直径(dp)を有し、多孔性PCCは、約0.1μm~約5μmの範囲のd50を有する。
多孔性PCCは、例えば、1次粒子の平均直径(dp)に対する凝集メジアン径(d50)の比と定義され、1より大きい、凝集率を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約2以上または約5以上または約10以上または約20以上の凝集率を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約300以下または約100以下または約50以下の凝集率を有し得る。
PCCは任意選択で、例えば、コーティングにより表面改質され得る。コーティングは、シランまたはその任意の塩、例えば有機シランからなり得る、本質的になり得る、または含み得る。PCCは、脂肪酸またはその塩によりコーティングされ得る。例えば、炭酸カルシウムは、ステアリン酸またはステアリン酸塩によりコーティングされ得る。コーティングのレベルは、コーティングされるPCCの総質量を基準にして、約0.1~約10質量%、例えば、約0.1~約3質量%、例えば約0.5または0.6または0.7または0.8~約2.0質量%、例えば、約1.5質量%であってもよい。本明細書で使用される用語「コーティング」は、広く理解されるべきであり、例えば、均一なコーティングまたは粒子の全表面積を覆うコーティングに限定されない。表面の個々の領域がコーティングで改質される粒子は、本発明のある実施形態の条件内でコーティングされると理解されることになる。ある実施形態では、多孔性PCCは、表面改質またはコーティングされない。
多孔性PCC(すなわち、最終PCC材料)は、例えば、約10m2/g~約200m2/gの範囲のBET表面積を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約20m2/g~約190m2/gまたは約20m2/g~約180m2/gまたは約20m2/g~約170m2/gまたは約20m2/g~約160m2/gまたは約20m2/g~約150m2/gまたは約20m2/g~約140m2/gまたは約20m2/g~約130m2/gまたは約20m2/g~約120m2/gまたは約20m2/g~約110m2/gまたは約20m2/g~約100m2/gの範囲のBET表面積を有し得る。多孔性PCCは、例えば、約15m2/g~約95m2/gまたは約20m2/g~約90m2/gまたは約25m2/g~約85m2/gまたは約30m2/g~約80m2/gの範囲のBET表面積を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約10m2/g~約60m2/gまたは約15m2/g~約55m2/gまたは約20m2/g~約50m2/gまたは約20m2/g~約45m2/gの範囲のBET表面積を有し得る。
本明細書では、「BET表面積」は、前記表面を完全に覆う単分子層を形成するように、前記粒子の表面に吸着される窒素の量により、BET法に従い決定される、単位質量に対する微粒タルク材料の粒子の表面積を指す(BET法、AFNOR標準X11-621および622またはISO 9277による測定)。ある実施形態では、BET表面積は、ISO 9277またはこれと同等の任意の方法により決定される。BET表面積は、任意選択のコーティング前のPCC凝集物に関連する。
多孔性PCCは、任意選択で、1つまたは複数の結晶化制御剤をさらに含み得る。結晶化制御剤は、例えば、ポリアクリル酸、その塩およびそれらの混合物、クエン酸、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ポリアスパラギン酸およびエチレンジアミン四酢酸(EDTA)からなる群から選択することができる。ポリアクリル酸、その塩およびそれらの混合物、およびエチレンジアミン四酢酸(EDTA)は、最も好ましい結晶化制御剤である。
結晶化制御剤は、例えば、約0.1質量%(炭酸カルシウムの質量で)以上の量で多孔性PCC中に存在してもよい。例えば、結晶化制御剤は、約0.2質量%以上または約0.25質量%以上または約0.5質量%以上の量で多孔性PCC中に存在することができる。例えば、結晶化制御剤は、約4質量%以下または約3質量%以下または約2.5質量%以下または約2質量%以下または約1質量%以下の量で多孔性PCC中に存在することができる。
ポリアクリル酸、その塩およびそれらの混合物が、沈降炭酸カルシウム粒子中に存在する場合は、一般にポリアクリル酸またはその塩、特にナトリウム塩の分子量は、約500~最大約15,000g/molである。分子量は、例えば、約500g/mol以上または約700g/mol以上または約1000g/mol以上であってもよい。一般に分子量は、約15,000g/mol以下または約10,000g/mol以下または約5000g/mol以下である。例えば、分子量は、約1000~約3500g/molであってもよい。ポリアクリル酸が、塩、例えば、ナトリウム塩として存在する場合は、そのカチオン、特にナトリウムによる酸中和の割合は、0~100%とすることができる。例えば、酸基の約70%は、中和することができる。したがって、制御された結晶は、約5~約6の範囲のpHを有し得る。例えば、約100%の酸基は、中和することができ、結晶化制御剤は、約6.5~約10の範囲のpHを有し得る。
多孔性PCCは、例えば、105℃で約15g/kg以下の乾燥減量(LOD)を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約14g/kg以下または約13g/kg以下または約12g/kg以下または約11g/kg以下または約10g/kg以下のLODを有し得る。例えば、多孔性PCCは、約2g/kg~約15g/kgの範囲のLODを有し得る。例えば、多孔性PCCは、約3g/kg~約12g/kgまたは約4g/kg~約10g/kgまたは約5g/kg~約9g/kgまたは約6g/kg~約8g/kgの範囲のLODを有し得る。
LODは、以下の手順に従い決定する。
105℃で予備乾燥したはかり瓶に、約10gの沈降炭酸カルシウム粒子を0.1mg刻みの近似値で秤量し、約105℃で3時間加熱する。瓶をデシケーター内で約22℃に冷却し、0.1mg刻みの近似値で秤量する。乾燥減量は、g/kg=1000*(M1-M2)/M1として算出し、この場合M1は、乾燥前の粒子の質量(g)、M2は、乾燥後の粒子の質量(g)である。結果は、1桁のg/kgで与えられる。
本明細書で開示される組成物(例えば、ポリマー組成物)は、例えば、さらなる添加剤を含み得る。例えば、組成物は、1つまたは複数のカップリング剤(例えば、無水マレイン酸グラフト化ポリオレフィン)、相溶化剤(例えば、無水マレイン酸グラフト化ポリオレフィン)、不透明剤、顔料、着色剤、スリップ剤(例えばエルカミド)、酸化防止剤、防曇剤、帯電防止剤、粘着防止剤、モイスチャーバリア添加剤、ガスバリア添加剤、分散剤、炭化水素ワックス、安定剤、補助安定剤、潤滑剤、靭性改善剤、熱-および-形状安定性改善剤、処理性能改善剤、加工助剤(例えばポリバッチ(登録商標)AMF-705)、鋳型離型剤(例えば、脂肪酸、脂肪酸の亜鉛、カルシウム、マグネシウム、リチウム塩、有機リン酸エステル、ステアリン酸、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸リチウム、オレイン酸カルシウム、パルミチン酸亜鉛(zinc palmiate))、酸化防止剤および可塑剤をさらに含み得る。
さらなる添加剤の各々は、組成物の総質量を基準にして、約0%~約2%の範囲の量で組成物中に独立に存在することができる。例えば、さらなる添加剤の各々は、約0%~約1.5%または約0%~約1%または約0%~約0.5%の範囲の量で組成物中に存在することができる。組成物は、例えば、組成物の総質量を基準にして、約10質量%以下または約5質量%以下または約4質量%以下または約3質量%以下または約2質量%以下のさらなる添加剤を含み得る。
本明細書に記載される任意の態様または実施形態による多孔性PCCを含む組成物(例えば、ポリマー組成物)が、本明細書でさらに提供される。本明細書に記載される任意の態様または実施形態によるポリマーおよび多孔性PCCを含む/から本質的になる/またはからなる組成物が、本明細書でさらに提供される。本明細書で開示される任意の態様または実施形態による組成物から作製される、または含む物品が、本明細書でさらに提供される。
本明細書に記載される任意の態様または実施形態による組成物(例えば、ポリマー組成物)を作製する方法も本明細書で提供される。方法は、例えば、ポリマー、多孔性PCCおよび任意選択の添加剤を混合することを含んでもよく、混合物を硬化することを含んでもよい。
本明細書に記載されるポリマー組成物は、例えば、ポリマーを多孔性PCCと調合することにより作製することができる。調合は、それ自体、ポリマー加工および製造の当業者に公知の技術であり、溶融状態のポリマーおよび任意選択の添加剤を混合および/またはブレンドすることによりプラスチック製剤を調製することからなる。調合が、成分が溶融する温度未満で実施されるブレンドまたは混合プロセスと異なることは当該技術分野で周知である。調合は、例えば、マスターバッチ組成物を形成するために使用することができる。調合は、例えば、マスターバッチ組成物をポリマーに添加して、さらなるポリマー組成物を形成することを含み得る。
本明細書に記載されるポリマー組成物は、例えば、押出成形することができる。例えば、調合は、スクリュー、例えば、二軸スクリュー混合機、例えば、Baker Perkins 25mm二軸スクリュー混合機を使用して実施することができる。例えば、調合は、多段圧延機、例えば二本ロール機を使用して実施することができる。例えば、調合は、コニーダーまたは密閉式混合機を使用して実施することができる。本明細書で開示される方法は、例えば、圧縮成形法または射出成形法を含み得る。ポリマーおよび/またはPCCおよび/または任意選択の添加剤は、予備混合することができ、単一のホッパーから供給することができる。
得られるメルトは、例えば水浴で、例えば冷却され、次いで、ペレットにすることができる。得られるメルトは、カレンダー処理されて、シートまたはフィルムを形成し得る。
本明細書に記載されるポリマー組成物は、例えば、所望の形態または物品に成形することができる。ポリマー組成物の成形は、例えば、組成物を加熱して、軟化することを含み得る。本明細書に記載されるポリマー組成物は、例えば、成形(例えば、圧縮成形法、射出成形法、延伸ブロー成形、射出ブロー成形、オーバーモールディング)、押出し法、鋳造、または熱成形(themoforming)により成形することができる。
本明細書で開示される組成物は、例えば、多孔性PCC以外の任意のVOC削減剤を実質的に含まなくてもよい。用語「実質的に含まない」は、例えば、組成物の総質量を基準にして、約2質量%以下または約1質量%以下または約0.5質量%以下または約0.1質量%以下を指すことができる。
本明細書では、「から本質的になる」という用語は、追加の要素、ステップまたは材料が本発明の基本的および新規な特性に実質的に影響を及ぼさないのでなければ、例えば、明確に列挙されない追加の要素、ステップまたは材料を除外し得る。1つまたは複数の追加の要素、ステップまたは材料が、組成物の1つまたは複数の追加の成分である場合は、組成物中の追加の成分の総量は、例えば、10質量%に制限され得る。例えば、組成物中の追加の成分の総量は、9質量%または8質量%または7質量%または6質量%または5質量%または4質量%または3質量%または2質量%または1質量%に限定され得る。
前述は、制限なしで本発明のある実施形態を広く記載する。当業者に容易に明らかなものである変形および改変は、添付の請求項で、および、添付の請求項により定義されるように、本発明の範囲内にあるものである。
ブレンドを二本ロール機に移す前に成分を最初に155℃で5分間乾燥ブレンドし、室温の金属板間で圧縮することによりできるだけ急速に冷却することにより、表1で定めた組成物を調製した。組成物を170℃で成形し、成形後、再び急冷した。
65~70℃の二本ロール機で20分間成分をブレンドすることにより表2で定めた組成物を調製し、次いで温度を30℃に下げた。組成物は、厚さを約2.2~2.6mmに小型化した後に取り出した。組成物を180℃で成形した。
GCCフィラーは、BET表面積2m2/g、d50(セディグラフ)3μm、2μm未満の粒子38質量%(+/-5質量%)および10μm超の粒子15質量%を有するGCCである。
以下の鉱物の種々の製剤中でのVOC削減を評価した。
PCC1は、BET表面積約32m2/gおよびd50(セディグラフ)約1.4μmを有する多孔性PCCである。PCC1は、平均細孔容積約0.05cm3/gおよび平均細孔径約16.5nmを有する。
PCC2は、BET表面積約19m2/gおよびd50(レーザ)約0.5μmを有する非多孔質PCCである。PCC2は、全細孔容積約0.03cm3/gおよび平均細孔径約11nmを有する。
PCC3は、BET表面積約20m2/gおよびd50(レーザ)約0.5μmを有する非多孔質PCCである。PCC3は、全細孔容積約0.04cm3/gおよび平均細孔径約11nmを有する。
PCC4は、BET表面積約44.5m2/gおよびd50(レーザ)約3.35μmを有する多孔性PCCである。PCC4は、平均細孔容積約0.12cm3/gおよび平均細孔径約15nmを有する。
DE1は、BET表面積2m2/g、25.0μm(レーザ)未満の粒子90%、14.1μm(レーザ)未満の粒子50%および5.89μm(レーザ)未満の粒子10%を有するフラックスか焼珪藻土である。
DE2は、BET表面積1.5m2/g、27.83μm(レーザ)未満の粒子90%、15.76μm(レーザ)未満の粒子50%および6.60μm(レーザ)未満の粒子10%を有するフラックスか焼淡水珪藻土である。
GCC1は、BET表面積3m2/g、d50(セディグラフ)3.5μmおよび2μm未満の粒子32質量%を有するGCCである。
ウォラストナイト1は、BET表面積3.0m2/g、d50(レーザ)4μmおよび練磨度(Hegman)6を有するウォラストナイトである。
Figure 0007319926000004
Figure 0007319926000005
80℃で2時間の熱脱着のための再構成した空気流下の脱ガスチャンバーに試料を導入することにより、VOC排出を分析した。排出ガスをTenax(登録商標)TA担体に貯蔵し、次いでこれをTD/GCMSにより分析した。VOC排出を、VOC削減剤を含まない点を除き同一であった比較用組成物と比較した。
PVCでは、PCC1は、VOC排出を33%削減し、他方、PCC2は、影響がなく、PCC3は、排出のレベルを32%増加したことを驚くべきことに見出した。DE1は、VOC排出を29%削減し、DE2は、排出のレベルを96%増加した。PCC4は、PCC1と比較してVOC排出を70%削減した。
EPDMでは、PCC1は、VOC排出を15%削減し、他方、DE2は、VOC排出を10%削減し、PCC2、PCC3およびGCC1は、VOC排出に効果がなかったことを驚くべきことに見出した。

Claims (13)

  1. 揮発性有機化合物(VOC)を保持するための多孔性沈降炭酸カルシウム(PCC)の使用であって、
    前記多孔性PCCが、0.045cm3/g~0.35cm3/gの全細孔容積を有し、
    前記多孔性PCCが、12nm以上の平均細孔径を有し
    前記多孔性PCCが、20m 2 /g~100m 2 /gのBET表面積を有し
    前記多孔性PCCが、0.6μm~4μmのd 50 (セディグラフ)を有し
    前記多孔性PCCが、ポリマー組成物中にVOCを保持し、前記ポリマーがポリ塩化ビニルである、前記使用。
  2. 組成物からの揮発性有機化合物(VOC)の排出を削減する方法であって、多孔性沈降炭酸カルシウム(PCC)を前記組成物に添加することを含み、
    前記多孔性PCCが、0.045cm3/g~0.35cm3/gの全細孔容積を有し、
    前記多孔性PCCが、12nm以上の平均細孔径を有し
    前記多孔性PCCが、20m 2 /g~100m 2 /gのBET表面積を有し
    前記多孔性PCCが、0.6μm~4μmのd 50 (セディグラフ)を有し
    前記組成物が、ポリマー組成物であり、
    前記ポリマーがポリ塩化ビニルである、前記方法。
  3. 前記多孔性PCCが、複数の相互連結した1次粒子から各々なるナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体を含む、請求項1又は2に記載の使用または方法。
  4. 前記1次粒子が、カルサイト結晶、例えば菱面体の形態を有するカルサイト結晶である、請求項に記載の使用または方法。
  5. 前記ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体が凝集して、ミクロシェルを形成する、請求項3又は4に記載の使用または方法。
  6. 前記1次粒子が、約10nm~約500nm、例えば約20nm~約100nmの平均粒径(dp)を有する、請求項のいずれか1項に記載の使用または方法。
  7. 前記ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体が、約20nm~約2000nm、例えば約200nm~約500nmの平均長さを有する、請求項のいずれか1項に記載の使用または方法。
  8. 前記多孔性PCCが、結晶化制御剤を含む、請求項1~7のいずれか1項に記載の使用または方法。
  9. 前記組成物からのVOC排出が、多孔性PCCを含まない点を除き同一である比較用組成物からのVOC排出より少なくとも約10%少ない、請求項2~8のいずれか1項に記載の方法。
  10. 前記多孔性PCCが、雰囲気からのVOC、例えば化石燃料の煙またはタバコの煙からのVOCを保持する、請求項1~8のいずれか1項に記載の使用。
  11. 0.045cm3/g~0.35cm3/gの全細孔容積を有する多孔性沈降炭酸カルシウム(PCC)を含むポリマー組成物であって、
    前記多孔性PCCが、12nm以上の平均細孔径を有し
    前記多孔性PCCが、20m 2 /g~100m 2 /gのBET表面積を有し
    前記多孔性PCCが、0.6μm~4μmのd 50 (セディグラフ)を有し
    前記ポリマーがポリ塩化ビニルである、前記ポリマー組成物
  12. 前記多孔性PCCが、請求項1~8のいずれか1項に記載されているとおりである、請求項11に記載のポリマー組成物。
  13. 0.045cm3/g~0.35cm3/gの全細孔容積を有する多孔性沈降炭酸カルシウム(PCC)を含むポリマー組成物を作製する方法であって、
    前記多孔性PCCが、12nm以上の平均細孔径を有し
    前記多孔性PCCが、20m 2 /g~100m 2 /gのBET表面積を有し
    前記多孔性PCCが、0.6μm~4μmのd 50 (セディグラフ)を有し
    前記ポリマーがポリ塩化ビニルであり、
    前記方法は、前記多孔性PCCをポリマー樹脂と混合することを含み、得られた混合物を硬化することを含んでもよい、前記方法。
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