(57)【要約】  耐腐食性コーティングおよびそのコーティングを作製および使用する方法が提供される。耐腐食性コーティングは、ポリマーマトリックス中に分散された磁性粒子を含み、ポリマーマトリックスが、非極性かつ少なくとも部分的に疎水性であり、磁性粒子が、強磁性材料を含む接着領域と、複数のリガンドを含む、接着領域を取り囲むポリマー界面領域であって、各リガンドが、固定端および非極性端を含む、ポリマー界面領域と、を含有する。耐腐食性物品を生成する方法も提供される。その方法は、耐腐食性コーティングを物品に適用することと、コーティングを硬化させることと、を含む。
2019530796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐腐食性コーティングであって、
ポリマーマトリックス中に分散された複数の磁性粒子を含み、
前記ポリマーマトリックスが、非極性かつ少なくとも部分的に疎水性であり、
前記磁性粒子が、
強磁性材料を含む接着領域と、
複数のリガンドを含む、前記接着領域を取り囲むポリマー界面領域であって、各リガンドが、前記接着領域に近接する固定端および前記ポリマーマトリックスに近接する非極性端を含む、ポリマー界面領域と、を含む、耐腐食性コーティング。
【請求項２】
前記リガンドが、一般式ＸＡ−Ｒ−ＸＥ（式中、
ＸＡは、前記接着領域に近接する固定部分であり、前記固定部分が極性であり、
Ｒは、ヒドロカルビル鎖であり、
ＸＥは、前記ポリマーマトリックスに近接する末端基であり、前記末端基が非極性である）を含む、請求項１に記載の耐腐食性コーティング。
【請求項３】
前記固定部分が、酸素または硫黄を含む、請求項１または２に記載の耐腐食性コーティング。
【請求項４】
前記ヒドロカルビル鎖が、１〜１００個の炭素を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の耐腐食性コーティング。
【請求項５】
前記磁性粒子が、１ナノメートル（ｎｍ）〜１００マイクロメートル（μｍ）の平均最長寸法を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の耐腐食性コーティング。
【請求項６】
前記磁性粒子が、５０ｎｍ〜１００μｍの平均最長寸法を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の耐腐食性コーティング。
【請求項７】
前記磁性粒子が、前記ポリマーマトリックスの全厚さにわたって分散されている、請求項１〜６のいずれかに記載の耐腐食性コーティング。
【請求項８】
前記磁性粒子が、前記ポリマーマトリックスの全厚さの１０％〜５０％にわたって分散されている、請求項１〜６のいずれかに記載の耐腐食性コーティング。
【請求項９】
前記磁性粒子の前記接着領域が、コアを形成する前記強磁性材料および前記コアを取り囲むシェルを形成する第２の別個の材料を有するコア−シェル構造を含む、請求項１〜８のいずれかに記載の耐腐食性コーティング。
【請求項１０】
前記シェルが、結晶性である、請求項９に記載の耐腐食性コーティング。
【請求項１１】
前記シェルが、非晶質である、請求項９に記載の耐腐食性コーティング。
【請求項１２】
前記強磁性材料が、結晶性である、請求項１〜１１のいずれかに記載の耐腐食性コーティング。
【請求項１３】
耐腐食性物品を生成する方法であって、前記方法が、
耐腐食性コーティングを物品に適用することであって、前記耐腐食性コーティングが、ポリマーマトリックス中に分散された複数の磁性粒子を含み、
前記ポリマーマトリックスが、非極性かつ少なくとも部分的に疎水性であり、
前記磁性粒子が、
強磁性材料を含む接着領域と、
複数のリガンドを含む、前記接着領域を取り囲むポリマー界面領域であって、各リガンドが、極性端および非極性端を含む、ポリマー界面領域と、を含む、適用することと、
前記耐腐食性コーティングを硬化させて前記耐腐食性物品を生成することと、を含む、方法。
【請求項１４】
前記リガンドが、一般式ＸＡ−Ｒ−ＸＥ（式中、
ＸＡは、前記接着領域に近接する固定部分であり、前記固定部分が極性であり、
Ｒは、ヒドロカルビル鎖であり、
ＸＥは、前記ポリマーマトリックスに近接する末端基であり、前記末端基が非極性である）を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記耐腐食性コーティングが、硬化剤で硬化され、前記硬化剤が、前記リガンドとしても機能する、請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ポリマーマトリックス中に分散された前記複数の磁性粒子をその場で合成することによって前記耐腐食性コーティングを生成することを更に含む、請求項１３〜１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記複数の磁性粒子を未硬化状態の前記ポリマーマトリックスに添加し、その後前記ポリマーマトリックスを硬化させることによって前記耐腐食性コーティングを生成することを更に含む、請求項１３〜１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記ポリマーマトリックスが、熱硬化性ポリマーである、請求項１３〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記硬化させる工程が、前記耐腐食性コーティングが前記物品に適用される前に行われる、請求項１３〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記硬化させる工程が、前記耐腐食性コーティングが前記物品に適用された後に行われる、請求項１３〜１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、概して、耐腐食性コーティングおよびその作製方法に関する。より詳細には、本開示の実施形態は、ポリマーマトリックス中に分散された磁性粒子を含有するコーティング、およびポリマーマトリックス中に分散された磁性粒子を含有する耐腐食性コーティングを作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
耐腐食性コーティングは、典型的には、水反発と下地金属に対する接着とのバランスを取らざるを得ないが、それは、ほとんどのコーティングが、金属に接着するための極性特質、または水に反発するための非極性特質のいずれかを有するポリマーから作製されるからである。結果として、従来のコーティングは、非極性の水反発能力を有する改変トップ層と、金属に接着するための極性特質を有する主構成層とを利用し得る。結果として、そのようなコーティングの防水能力は、このトップ層の厚さに反比例し、より効果的なコーティングをより繊細なものとし、下地基材から剥離する可能性が高くなる。
【０００３】
典型的な耐腐食性コーティングは、しばしば、例えば、亜鉛系粒子などの犠牲アノードを含有する外層で覆われたエポキシまたはポリウレタン組成物を利用する。他の場合では、典型的な耐腐食性コーティングの疎水性は、例えば、ポリマーマトリックス中により長いアルキル鎖を導入することによって、その非極性特質を増加させることによって増大し得る。しかしながら、極性／非極性非相溶性は、第１の層、プライマー層、および任意の追加の保護層（ＵＶまたは機械的保護層など）の間の界面で生じる。このように、表面上での疎水性を達成するために、多数の層が極性／非極性の差異を減少させるために必要とされる。他のコーティングは、非極性頭部および極性尾部を有する分子が水をはじくように整列された両親媒性表面単層を使用し得る。この両親媒性表面単層の使用は、強く頑丈な障壁を提供せず、経時的に分解する場合がある。他のアプローチは、金属に接着するように十分に極性であるポリマーマトリックス中の疎水性ナノ粒子を使用してもよいが、これらの解決策はコーティングの疎水性をわずかに増加させるだけであり、水は最終的に様々な分子間を通過し、コーティングを効果のないものにする。このように、従来の疎水性耐腐食性コーティングは、不十分な疎水性、繊細な表面層に対する損傷、またはその両方に起因するかどうかにかかわらず、水がコーティングを浸透し得るので、長期耐性に効果的ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、金属に対する強い接着性および長期の水反発特性を有する耐腐食性コーティングに対する継続的な必要性が存在する。本実施形態は、改善された耐腐食性、金属に対する接着性、および長期の水反発性を提供する耐腐食性コーティングおよびその作製方法を提供することによってこれらの問題に対処する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一実施形態は、耐腐食性コーティングであって、ポリマーマトリックス中に分散された複数の磁性粒子を含有し、ポリマーマトリックスが、非極性かつ少なくとも部分的に疎水性であり、磁性粒子が、強磁性材料を含有する接着領域と、複数のリガンドを含む、接着領域を取り囲むポリマー界面領域であって、各リガンドが、固定端および非極性端を含む、ポリマー界面領域と、を含む、耐腐食性コーティングを対象とする。
【０００６】
本開示の別の実施形態は、耐腐食性物品を生成する方法に関する。その方法は、耐腐食性コーティングを物品に適用することであって、耐腐食性コーティングが、ポリマーマトリックス中に分散された複数の磁性粒子を含み、ポリマーマトリックスが、非極性かつ少なくとも部分的に疎水性であり、磁性粒子が、強磁性材料を含む接着領域と、複数のリガンドを含む、接着領域を取り囲むポリマー界面領域であって、各リガンドが、極性端および非極性端を含む、ポリマー界面領域と、を含有する、適用することを含む。その方法はまた、耐腐食性コーティングを硬化させて耐腐食性物品を生成することを含む。
【０００７】
記載された実施形態の追加的な特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載され、部分的には、説明から当業者に容易に明らかになるか、または詳細な説明および特許請求の範囲を含む記載された実施形態を実施することによって認識される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示の特定の実施形態の以下の詳細な説明は、同様の構造が同様の参照番号で示されている以下の図面と併せて読むと最もよく理解することができる。
【０００９】
【図１】本明細書に示され記載された実施形態による、磁性粒子の概略図である。
【図２】本明細書に示され記載された実施形態による、コア−シェル構造を含む磁性粒子の概略図である。
【図３Ａ】本明細書に示され記載された実施形態による、その全厚さ内に均一に分布した磁性粒子を含むポリマーマトリックスの概略図である。
【図３Ｂ】本明細書に示され記載された実施形態による、ポリマーマトリックスの部分厚を通して分布した磁性粒子を含む別のポリマーマトリックスの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の実施形態の説明は、その用途または使用において限定することは決して意図されていない。本開示の実施形態は、概して、耐腐食性コーティング３５０およびその作製方法に関する。耐腐食性コーティング３５０は、ポリマーマトリックス中に分散された複数の磁性粒子を含む。
【００１１】
特定の理論に拘束されるものではなく、本開示の耐腐食性コーティング３５０および耐腐食性物品は、従来の耐腐食性コーティングおよび耐腐食性物品よりも改善された疎水性および強磁性材料に対する改善された引力を提供し得る。伝統的には、他方のパラメータを損なって一方のパラメータを改善する逆相関を一般的に有する疎水性と金属に対する引力とのバランスを耐腐食性コーティングは取らざるを得ない。しかしながら、本開示は、疎水性を提供するためのファンデルワールス力および強磁性材料に対する引力を提供するための分離した磁力を利用する耐腐食性コーティング３５０および耐腐食性物品を作製する方法を提供する。磁力とファンデルワールス力は競合せず、他方の効果を中和しない。このように、本開示のコーティングは、慣用の耐腐食性コーティングと比較して改善された疎水性および強磁性材料に対する改善された引力を提供する。これより具体的な実施形態を図を参照して説明する。可能な限り、同じ参照番号は、図面を通して同じまたは同様の構成要素を指すために使用される。図は本質的に代表的なものであることを意味し、縮尺通りに描かれていない場合があることが理解されるべきである。
【００１２】
図１は、本明細書に示され記載された実施形態による磁性粒子１００の概略図である。図１は、複数のリガンド１２０によって取り囲まれた接着領域１１０を図示しており、複数のリガンド１２０は、非極性端１４０を有し、かつ固定端１６０によって接着領域１１０に固定されている。磁性粒子１００は、ポリマーマトリックス２４０内に配置され、耐腐食性コーティング３５０を形成する。
【００１３】
いくつかの実施形態では、磁性粒子１００の接着領域１１０は、強磁性材料を含有し得る。本開示を通して使用される場合、「強磁性」は、磁石に引き寄せられるか、それによって整列されるか、またはその特性を取得する能力を指す、磁化に対して高い感受性を有する物質を指す。少なくとも１つの実施形態では、接着領域１１０は結晶性であり得る。更なる実施形態では、接着領域１１０は、半結晶性であり得るか、または非晶質であり得る。任意の材料は、結晶性、半結晶性、または非晶質であり得る。１つ以上の実施形態では、接着領域１１０の内部領域は結晶性であり、接着領域の外部領域は非晶質である。ナノ粒子が十分に小さい場合、またはナノ粒子の形成が十分迅速である場合、磁性粒子１００の接着領域１１０全体が非晶質であり得る。例えば、１０ナノメートル（ｎｍ）の直径を有する結晶性マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）から形成された接着領域１１０を有する磁性粒子１００、および非晶質マグネタイトから形成された更なる磁性粒子が存在し得る。また、微結晶ドメインは、微結晶が断片化されて磁性粒子１００を通して伸びていなくてもよい。この場合、粒子は半結晶性とみなされ得る。同一のナノ粒子が、結晶性、半結晶性、および非晶質の３つの相の全てを含み得ることは明らかである。結晶性粒子の利点は、格子セルが整列され、それ故、それらの磁気引力がより高くなり得ることである。
【００１４】
いくつかの実施形態では、接着領域１１０は無機であり得る。接着領域１１０、およびそれ故、磁性粒子１００は、鋼、鉄、ニッケル、コバルト、およびこれらの合金などの強磁性金属を含む物品に引き寄せられ得る。制限されることを望まないが、磁性粒子１００のための好適な材料には、酸化物、例えばマグネタイトおよびマグヘマイトまたは金属が含まれ得る。
【００１５】
磁性粒子１００は、強磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子であり得る。範囲内で使用される場合、「ナノ粒子」は、０．１〜１０００ナノメートル（ｎｍ）の平均粒子サイズを有する粒子を意味する。同様に、本明細書で使用される場合、「マイクロ粒子」は、０．１〜１０００マイクロメートル（μｍまたは「ミクロン」）の平均粒子サイズを有する粒子を意味する。いくつかの実施形態では、磁性粒子１００は、幅、高さ、長さ、または直径にかかわらず、１ｎｍ〜１００μｍ（１００，０００ｎｍ）の平均最長寸法を有し得る。様々な実施形態では、磁性粒子１００は、５０ｎｍ〜１００μｍ、５００ｎｍ〜１００μｍ、１００ｎｍ〜１μｍ、１ｎｍ〜１００ｎｍ、１μｍ〜１００μｍ、５０ｎｍ〜１００ｎｍ、５０μｍ〜１００μｍ、または１ｎｍ〜５０μｍの平均最長寸法を有し得る。所定の実施形態では、磁性粒子１００は、１００ｎｍ〜５０００ｎｍの平均最長寸法を有し得る。
【００１６】
接着領域１１０は、１つ以上のリガンド１２０を含有するポリマー界面領域１８０によって取り囲まれ得る。任意の数のリガンド１２０が接着領域１１０を取り囲み得ることが理解されるべきである。リガンドの密度は、粒子材料の特質、リガンドのサイズ、それらの結合メカニズムに依存する。リガンド１２０は、固定端１６０および非極性端１４０を含み得る。いくつかの実施形態では、リガンド１２０は、一般式ＸＡ−Ｒ−ＸＥ（式中、ＸＡは固定端１６０であり、Ｒはヒドロカルビル鎖であり、ＸＥは非極性末端基１４０である）を有し得る。本開示を通して使用される場合、「ヒドロカルビル鎖」または「ヒドロカルビル基」は、炭素および水素からなる化学基を指す。典型的には、ヒドロカルビル基は、ヒドロカルビル基が別の化学基に接続している単一の欠損水素を有する炭化水素分子に類似し得る。ヒドロカルビル基は、直鎖状（線状）、分枝状、芳香族、またはこれらの構成のいずれかの組み合わせを含む、任意の配置で飽和または不飽和の炭素原子を含有し得る。いくつかの実施形態におけるヒドロカルビルＲ基は、アルキル（−ＣＨ３）、アルケニル（−ＣＨ＝ＣＨ２）、アルキニル基（−Ｃ≡ＣＨ）、またはフェニル基などの環式ヒドロカルビル基であり得、これはヒドロカルビル鎖に結合していてもよい。いくつかの実施形態では、Ｒは、１〜１００個の炭素、例えば１〜７５個の炭素、１〜５０個の炭素、または１〜２５個の炭素を有し得る。いくつかの実施形態では、Ｒは、１〜３５個、１〜２０個、１〜１０個、１０〜５０個、１０〜３５個、または１０〜２０個の炭素を有し得る。概して、鎖長が増加するにつれて、リガンドのその末端の極性が減少する。
【００１７】
いくつかの実施形態では、リガンド１２０は非極性であり得る。リガンド１２０は、ポリマーマトリックス２４０中の接着領域１１０を安定化させ得る。いくつかの実施形態では、長いアルキル鎖を有するシランリガンドは、ポリエチレンなどの非極性ポリマーマトリックス中の金属酸化物粒子を安定化させ得る。化学的相互作用によって提供されるこの安定化はまた、依然として液体または粘性の低い状態にあるとき、ポリマーマトリックス中のナノ粒子の凝集を低減または防止する。
【００１８】
いくつかの実施形態では、リガンド１２０は、後に図３Ａおよび３Ｂを参照して論述される、ポリマーマトリックス２４０などのポリマーの硬化剤を含み得る。例えば、金属ナノ粒子は、シロキサンの硬化剤によって安定化され得る。これらの硬化剤は、ポリマーの架橋および金属ナノ粒子の同じエラストマーへの結合の両方を担う。
【００１９】
依然として図１を参照すると、固定端「Ａ」または「ＸＡ」１６０は、リガンド１２０を接着領域１１０に固定することが可能な任意の好適な構成要素であり得る。固定端１６０は、極性または非極性であり得る。いくつかの実施形態では、固定端１６０は、リガンド１２０を接着領域１１０に固定するために極性であり得る。いくつかの実施形態では、固定端１６０は酸素を含み得る。更なる実施形態では、固定端１６０は、硫黄または他の電気陰性元素を含み得る。
【００２０】
同様に、非極性末端基「Ｅ」、または「ＸＥ」１４０は、任意の好適な非極性部分であり得る。いくつかの実施形態では、リガンド１２０は、メチル基（−ＣＨ３）または別の好適なアルカン基を含む末端基１４０を有するアルキル鎖であり得る。末端基１４０は、アルケンおよびアルキンを含む任意の炭化水素であり得るか、または他の好適な非極性基から構成され得る。いくつかの実施形態では、非極性末端基は有機硫黄化合物であり得る。
【００２１】
いくつかの特定の実施形態では、固定端１６０は極性であり得る。そのように、非極性末端基１４０のため、リガンド１２０は両親媒性であり得、これは、リガンド１２０が極性頭部および非極性尾部を含み得ることを意味する。これにより、図３Ａおよび３Ｂを参照して後に論述されるように、リガンド１２０は、接着領域１１０内の磁性粒子１００がポリマーマトリックス２４０内で凝集することを防止することが可能となり得る。特定の理論に拘束されるものではなく、凝集を防止することにより、磁性粒子１００をポリマーマトリックス２４０内に均一に分散させることができる。
【００２２】
いくつかの実施形態では、ポリマーマトリックス内の磁性粒子を安定化させる場合、リガンド１２０は、その極性側を磁性粒子１００の接着領域１１０に結合させ、その非極性尾部をポリマーマトリックス２４０に結合させる。例えば、リガンド１２０は、Ｓｉ−Ｏ基がシラン化を介して磁性粒子１００の接着領域１１０に付着する一方でアルキル基がポリマーマトリックス２４０のアルキル鎖に結合するシランであり得る。
【００２３】
ここで図２を参照すると、図２は、磁性粒子１００の別の実施形態の概略図である。図２では、磁性粒子１００の接着領域１１０は、強磁性材料を含むコア１０５および第２の別個の材料を含有するシェル１３０を有するコア−シェル構造を含む。シェル１３０は、結晶性であり得るか、または半結晶性もしくは非晶質であり得る。コア−シェル構造は、先に論述したように、磁性であり得るナノまたはマイクロサイズの粒子から構成され得る。理論に拘束されるものではなく、シェル１３０は、ポリマーマトリックス２４０への導入の際に接着領域１１０を安定化させ得る。いくつかの実施形態では、シェル１３０は、コア１０５の結晶性を保護し、維持し、かつ安定化し得る。固定端１６０および非極性末端基１４０を含有するリガンド１２０は、図１を参照して前述した実施形態のいずれかに従うことができる。同様に、接着領域１１０およびポリマー界面領域１８０は、前述した実施形態のいずれかに従うことができる。
【００２４】
いくつかの実施形態では、シェル１３０は、シリカから形成され得る。コア１０５の上にシェル１３０を形成するプロセスは、コアおよびシェル構造を形成するために当業者に知られている多数のプロセスのいずれかを使用して達成され得る。例えば、シリカから形成されたシェル１３０は、Ｓｔｏｅｂｅｒ法またはその改変バージョンを使用して調製され得る。
【００２５】
いくつかの実施形態では、シェル１３０は、ポリマーマトリックス２４０とは別個の第２のポリマーから形成される。例えば、シェル１３０、ポリマーマトリックス２４０、またはその両方は、ポリスチレン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、およびポリ（２−ビニルピリジン−ｂ−ジメチルシロキサン）（Ｐ２ＶＰ−ｂ−ＰＤＭＳ）のうちの１つ以上から形成され得る。
【００２６】
いくつかの実施形態では、シェル１３０は、磁性材料から形成され得る。シェル１３０の磁性材料は、コア１０５を形成する磁性材料に加えてまたはその代わりに存在し得る。具体的には、コア１０５およびシェル１３０は、いずれとも、強磁性材料を含むことができ、強磁性材料はいくつかの実施形態では同じであり、追加の実施形態では異なる。更に、コア１０５およびシェル１３０の一方は、強磁性材料を含み得、コア１０５はいくつかの実施形態では強磁性材料を含み、シェル１３０は更なる実施形態では強磁性材料を含む。
【００２７】
シェル１３０は「１つのシェル」に関して記載されているが、１つを超えるシェル１３０を有する磁性粒子１００が本開示の範囲内であるものとして企図されることは理解される。具体的には、磁性粒子１００は、１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、または任意の数のシェル１３０（１００個のシェル１３０を含むがこれに限定されない）を含み得る。シェル１３０の数は、磁性粒子１００の所望のサイズ、ならびに磁性粒子１００および生じる耐腐食性コーティング３５０の所望の用途および特性によってのみ制限される。１つ以上の実施形態では、各シェル１３０は同じ材料を含む。複数のシェル１３０を有する様々な実施形態では、シェル１３０は、全ての強磁性材料または強磁性材料と非強磁性材料との組み合わせを含む２種以上の異なる材料を含む。
【００２８】
ここで、磁性粒子１００を含有するポリマーマトリックス２４０を含む耐腐食性コーティング３５０の概略図である図３Ａを参照する。図３Ａにおいて、磁性粒子１００は、ポリマーマトリックス２４０の全厚さ内に分布している。ポリマーマトリックス２４０の全厚さは、使用の用途に応じて、コーティングの幅、長さ、高さ、または深さであり得る、ポリマーマトリックスの第１の面３２０と第２の面３２２との間の距離を指す。磁性粒子１００は、ポリマーマトリックス２４０の全厚さの間に分布していてもよい。磁性粒子１００の分布は、均一かつ規則的であり得るか、またはランダムかつ散在的であり得る。
【００２９】
いくつかの実施形態では、磁性粒子１００は、耐腐食性コーティングの１〜８０重量百分率（重量％）を構成し得る。様々な更なる実施形態では、磁性粒子１００は、耐腐食性コーティングの５〜７０重量％、耐腐食性コーティングの１０〜５０重量％、または耐腐食性コーティングの２０〜４０重量％を構成し得る。耐腐食性コーティング内の磁性粒子１００の重量％が増加するにつれて、耐腐食性コーティングを強磁性下地基材に付着させる磁力が増加するであろう。また、耐腐食性コーティング内の磁性粒子１００の重量％の増加はまた、耐腐食性コーティングの全体の重量を増加させ、耐腐食性コーティングの全体の強度の低下をもたらす場合がある。更に、耐腐食性コーティング内の磁性粒子１００の重量％の増加は、耐腐食性コーティングの全体の一体性に影響を及ぼし得るポリマーマトリックス２４０の材料の一体性を損なう。
【００３０】
図３Ｂにおいて、磁性粒子１００は、ポリマーマトリックス２４０内に均一に分布しておらず、むしろ、ポリマーマトリックス２４０の第１の面３２０の近くに分散している。図３Ｂにおいて、ポリマーマトリックス２４０は、第１の面３２０と、第１の面３２０の反対側に位置する第２の面３２２と、を有する。ここでも、これらの面３２０、３２２は、ポリマーマトリックス２４０の任意の面であり得ることが理解されるべきである。図３Ｂは、理解の容易さのために、直方体としてのポリマーマトリックス２４０を図示しているが、ポリマーマトリックス２４０は任意の形状であり得ることが理解されるべきである。
【００３１】
いくつかの実施形態では、磁性粒子１００は、ポリマーマトリックス２４０の第１の面３２０、第２の面３２２、またはその両方のより近くに分散され得る。いくつかの実施形態では、磁性粒子１００は、ポリマーマトリックス２４０の全厚さの１％〜８０％にわたって分散され得る。例えば、磁性粒子１００は、ポリマーマトリックス２４０の全厚さの１％〜７５％、１％〜５０％、１０％〜８０％、１０％〜７５％、または１０％〜５０％であり得る。いくつかの実施形態では、磁性粒子１００は、ポリマーマトリックス２４０の全厚さの１％〜３５％、１％〜２０％、１％〜１０％、または１０％〜３５％で分散され得る。
【００３２】
図３Ｂに示されるように、磁性粒子１００は、第１の面３２０のより近くに近接して位置し、磁気豊富部分３５２を形成し得る。磁気豊富部分３５２は、（図３Ａに示されるように）ポリマーマトリックス２４０の全厚さであり得るか、またはポリマーマトリックス２４０の全厚さの１％〜８０％、例えばポリマーマトリックス２４０の全厚さの１％〜７５％、１％〜５０％、１０％〜８０％、１０％〜７５％、または１０％〜５０％であり得る。いくつかの実施形態では、ポリマーマトリックス２４０の磁気豊富部分３５２は、ポリマーマトリックス２４０の全厚さの１％〜３５％、１％〜２０％、１％〜１０％、または１０％〜３５％であり得る。
【００３３】
磁性粒子１００は、均質または不均質分布でポリマーマトリックス２４０中に分散され得る。例えば、少なくとも１つの実施形態では、磁性粒子１００の濃度がポリマーマトリックス２４０を通して実質的に一貫して、磁性粒子１００はポリマーマトリックス２４０中に均一に分散され得る。様々な更なる実施形態では、磁性粒子は、ポリマーマトリックス２４０の厚さにわたって濃度勾配または段階的濃度を形成し得る。例えば、磁性粒子は、ポリマーマトリックス２４０の１つの表面に近い第１の濃度であり得、ポリマーマトリックス２４０の厚さにわたって段階的または勾配様式で減少するポリマーマトリックス２４０の反対側の面に近接して７５％、５０％、２５％、１０％、または５％の相対濃度を有し得る。
【００３４】
磁性粒子１００は、図１および２を参照して前述した実施形態のいずれかに従うことができる。任意の好適なポリマーがポリマーマトリックス２４０に使用され得る。いくつかの実施形態では、ポリマーマトリックス２４０は、疎水性ポリマーであり得る。本開示を通して使用される場合、「疎水性」は、水に対する引力の欠如、水に対する反発、または水中での不混和性などを指す。水接触角は、ポリマーマトリックス２４０の疎水性を評価するために利用され得る。１つ以上の実施形態では、ポリマーマトリックス２４０の水接触角は、９０〜１８０°であり得る。特定の理論に拘束されるものではなく、ポリマーマトリックス２４０は、ポリマー分子間の架橋によって引き起こされ得る。いくつかの実施形態では、ポリマーマトリックス２４０は、シリコーンを含有し得、かつシリコーン系ポリマーであり得る。様々な更なる実施形態では、ポリマーマトリックス２４０は、ポリエチレン、ポリプロピレン、または当業者に既知の他のポリマーを含み得る。いくつかの実施形態では、ポリマーマトリックス２４０は、熱硬化性ポリマーであり得る。
【００３５】
磁性粒子１００をポリマーマトリックス２４０の内部に分散させて耐腐食性コーティング３５０を形成するための様々な方法が企図される。いくつかの実施形態では、形成された磁性粒子１００は、耐腐食性コーティング３５０を形成するために、ポリマーマトリックス２４０と混合され得るか、またはそうでなければ組み合わされ得る。例えば、磁石または強磁性材料を粉砕し、リガンド１２０と混合して、磁性粒子１００を作製することができ、これはポリマーマトリックス２４０中で混合され得る。また、コア−シェル構造を有する磁性粒子１００は、未硬化ポリマーマトリックス２４０に添加され得る。
【００３６】
いくつかの実施形態では、磁性粒子１００は、予備形成されたポリマーに添加されて耐腐食性コーティング３５０を形成し得る。例えば、ポリマーマトリックス２４０は、溶融され、磁性粒子１００と混合され得る。固化すると、磁性粒子１００はポリマーマトリックス２４０に同伴される。いくつかの実施形態では、予備形成されたポリマーマトリックス２４０は、磁性粒子１００が添加される前に完全に硬化され得る。いくつかの実施形態では、磁性粒子１００の添加前にポリマーマトリックス２４０が重合され得るが、磁性粒子１００を添加するまで溶媒は除去されずにポリマーマトリックス２４０を液体状態に保持する。
【００３７】
いくつかの実施形態では、磁性粒子１００は、ポリマーマトリックス２４０の内部で合成され得る。例えば、磁性粒子１００のコア−シェル構造は、形成されるポリマーマトリックス２４０内でその場で合成され得る。
【００３８】
いくつかの実施形態では、耐腐食性コーティング３５０は、磁性粒子１００を製作し、磁性粒子１００を硬化剤に分散させることによって形成され得る。磁性粒子１００は、硬化剤中に分散され、ポリマーマトリックス２４０と組み合わされ、硬化前に物品に適用され、耐腐食性物品を形成し得る。
【００３９】
いくつかの実施形態では、コーティングを物品に適用する前に、ポリマーマトリックス２４０を硬化させて耐腐食性コーティング３５０を形成し得る。いくつかの実施形態では、硬化した耐腐食性コーティング３５０は、物品を包装するか、またはそうでなければ物品をコーティングで覆うことによって物品に適用され得る。好適な生成方法の選択は、所望の使用方法に依存し得る。コーティングされる物品が滑らかで規則的な表面を有する場合、耐腐食性コーティング３５０は、硬化した状態で予備形成された包装として適用され得る。コーティングされる物品が目に見えない凹部のある不規則なものであるか、または滑らかではない表面である場合、耐腐食性コーティング３５０は、液相で適用され得、および適所で硬化、重合、固化、または硬化され得る。液相の耐腐食性コーティング３５０は、スプレー、ブラシ、または液体を表面に適用するための当業者に知られている他の適用方法で適用され得る。
【００４０】
いくつかの実施形態では、耐腐食性コーティング３５０は除去可能であり得る。いくつかの実施形態では、耐腐食性コーティング３５０は、電磁信号を引き起こして、耐腐食性コーティング３５０と物品との間の接着を低減または除去することによって除去され得る。いくつかの実施形態では、耐腐食性コーティング３５０と物品との間の接着は、図１および２を参照して論述された、接着領域１１０内の磁性材料の量を各磁性粒子１００中で変化させることによって、またはポリマーマトリックス２４０中の磁性粒子１００の数および濃度を変化させることによって調整および調節され得る。いくつかの実施形態では、磁性粒子１００の磁気強度を変えて、磁性粒子１００の接着特性をスイッチオンまたはオフにすることを可能とするために電気信号が使用され得る。磁気強度はまた、磁性粒子１００を取り囲む電流を変化させることによって調節され得る。
【００４１】
更に、いくつかの実施形態では、電気信号は、物品上の耐腐食性コーティング３５０を再調節および再配置するため、または別の物品または装置上の耐腐食性コーティング３５０を除去および交換するために使用され得る。この除去可能性により、同じ耐腐食性コーティング３５０を複数の場所または場合に再使用することが可能となる。除去可能性のメカニズムは、磁性粒子１００の磁気および耐腐食性コーティング３５０でコーティングされる下地基材に対する相応の引力に基づいている。磁性粒子１００は、下地基材の位置に対して垂直かつ反対の力を適用することによって耐腐食性コーティング３５０を金属製下地基材に接触させて保持する。磁性粒子１００と下地金属製基材との間の距離は、２つの要素間の引力の強さを決定する。引力は、式（１）（式中、Ｆは力であり、ｑｍ１およびｑｍ２は強度または磁気双極子を表し、μは磁気双極子を分離する媒体の透磁率であり、ｒは距離である）に従って要素間の距離の二乗に反比例する。
【数１】
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【００４２】
理論に拘束されるものではなく、本開示は、磁性粒子１００とポリマーマトリックス２４０との間のファンデルワールス相互作用と共に、磁力を引力として独自に利用する。本開示により、耐腐食性コーティング３５０は、従来の耐腐食性コーティングより良好な接着性およびより優れた耐水性を示すことが可能になり得る一方で、耐腐食性コーティング３５０を再配置可能で再使用可能とすることが追加的に可能となる。
【００４３】
いくつかの実施形態では、耐腐食性コーティング３５０を物品から除去することができるように、物品と耐腐食性コーティング３５０との間の磁気引力を不活性化または低減するために電気信号が使用され得る。移動する電荷によって磁場も発生し得るので、耐腐食性コーティング３５０内の磁性粒子１００によって発生する磁場の強度は、磁性粒子１００に近接して電流を生成して磁力を減少または増加させる一方で、磁性粒子１００とコーティングされる金属製表面との間の同じ距離を維持する装置を利用して調節され得る。除去されると、耐腐食性コーティング３５０は、修復され、再生され、次いで、コーティング、物品、またはその両方にほとんどまたは全く損傷を与えずに物品に再適用され得る。従来の耐腐食性コーティングは、物品、コーティング、またはその両方を実質的に損傷することなく容易に除去されない。
【００４４】
磁性粒子１００は、磁性粒子１００が第１の面３２０および第２の面３２２の近くに分散され、ポリマーマトリックス２４０の中心に磁性粒子１００がほとんどまたは全く位置していない配置を含む、任意の数の手法で集合し得ることが理解されるべきである。本開示を通して使用される場合、「少数（ｆｅｗ）」は、粒子の総約の５重量％以下、例えば粒子の総重量の３重量％以下、２重量％以下、１重量％以下、または更に０．５重量％以下を指す。代替的には、磁性粒子１００は、ポリマーマトリックス２４０の特定の面、ポリマーマトリックス２４０の特定の端のより近くに、または別の好適な配置で集団化され得る。磁気豊富部分３５２は、耐腐食性コーティング３５０の任意の領域に配置され得る。
【００４５】
いくつかの実施形態では、磁気構成要素の大部分は、耐腐食性コーティング３５０と物品との間の引力を増加させて最適化するために、物品と直接接触するポリマー成分の面に近接して存在し得る。他の実施形態では、耐腐食性コーティング３５０と物品との間の結合の引力および強度を減少させるように、物品と直接接触していないポリマーコーティングの面に近接して磁性構成要素の大部分を有することが望ましい場合がある。
【００４６】
更に、上述のように、いくつかの実施形態では、ポリマーマトリックス２４０の内部の磁性粒子１００の配置を操作して、磁性粒子１００を第１の面３２０、第２の面３２２、両方の面３２０および３２２のより近くに、または面３２０、３２２のいずれの近くでもなく（磁性粒子１００がポリマーマトリックス２４０の全厚さの中央にのみ分散され得るように）分散させてもよい。特定の理論に拘束されるものではなく、磁性粒子１００の分散を制御することにより、耐腐食性コーティング３５０の磁気強度を制御して、磁気を増加または減少させることが可能となり得る。これにより、耐腐食性コーティング３５０が強磁性材料間に強力な結合を形成することが可能となり、耐腐食性コーティング３５０が除去され、交換され、および所望の場合には、再付着され得るようにその強力な結合を破壊することも可能となり得る。
【００４７】
本開示の実施形態はまた、耐腐食性物品を生成する方法に関する。その方法は、耐腐食性コーティング３５０を物品に適用することおよびコーティングを硬化させることを含み得る。耐腐食性コーティング３５０は、前述した実施形態のいずれかに従うことができる。具体的には、耐腐食性コーティング３５０は、ポリマーマトリックス中に分散された複数の磁性粒子を含み得る。いくつかの実施形態では、ポリマーマトリックスは、非極性かつ少なくとも部分的に疎水性であり得る。磁性粒子は、強磁性材料を含有する接着領域と、複数のリガンドを含有する接着領域を取り囲むポリマー界面領域と、を含み得る。リガンドは、極性端および非極性端を含み得る。磁性粒子およびポリマーマトリックスは、前述した実施形態のいずれかに従うことができる。
【００４８】
いくつかの実施形態では、物品は、例えば、工具、配管、機械、フレームワーク、電気器具、および他のそのような品物であり得る。いくつかの実施形態では、物品は金属であり得る。物品は、鋼、鉄、ニッケル、コバルト、およびこれらの合金、または他のそのような金属から作製され得る。
【００４９】
耐腐食性コーティング３５０を物品に適用するために、任意の既知の好適な技法が使用され得る。コーティングは、物品上に配置されてもよく、物品上にスプレーされてもよく、物品上に塗装またはコーティングされてもよく、または別のやり方で適用されてもよい。
【００５０】
前述したように、耐腐食性コーティング３５０は、コーティングを物品に適用する前、間、または後に硬化され得る。コーティングは、任意の既知の硬化技術を使用して硬化され得る。いくつかの実施形態では、コーティングは、オーブンまたはオートクレーブを使用して硬化され得る。様々な実施形態では、コーティングは、０℃〜２００℃または１０℃〜６０℃の温度で硬化され得る。コーティングは、コーティングを物品に適用した後に硬化され得るか、または代替的には、コーティングは、硬化され、次いでその後に物品に適用され得る。
【００５１】
いくつかの実施形態では、本方法は、コーティングを物品に適用する前に、まず耐腐食性コーティング３５０を生成することを含み得る。耐腐食性コーティング３５０の生成は、ポリマーマトリックス中に分散された磁性粒子をその場で合成すること、または磁性粒子を未硬化状態のポリマーマトリックスに添加し、その後にポリマーマトリックスを硬化させることによってコーティングを生成することを含み得る。耐腐食性コーティング３５０を生成する１つの方法は、磁性粒子１００を可溶化された予備形成ポリマーに添加することを含む。更なる方法は、磁性酸化物前駆体を可溶化された予備形成ポリマーに添加することを含む。磁性酸化物前駆体は、還元剤で還元すると磁性粒子１００に遷移する。また、耐腐食性コーティング３５０は、磁性酸化物前駆体をプレポリマーに添加し、重合中に磁性酸化物前駆体を磁性粒子１００に還元することによって形成され得る。この場合、還元剤は、例えば、アンモニアまたはポリマー自体の硬化剤であり得る。磁性粒子をプレポリマーに添加し、重合中に酸化物を磁性粒子に還元する。この場合、還元剤は、例えば、アンモニアまたはポリマー自体の硬化剤であり得る。
【００５２】
特許請求された主題の主旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載された実施形態に対して様々な改変および変形がなされ得ることは、当業者には明らかである。それ故、本明細書は、本明細書に記載の様々な実施形態の改変および変形を、そのような改変および類型が添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内に入る限り、包含することが意図される。本開示の主題を詳細に、およびその特定の実施形態を参照して説明したが、本明細書に開示された様々な詳細は、本明細書に付随する図面の各々に特定の要素が示されている場合であっても、これらの詳細が、本明細書に記載の様々な実施形態の必須構成要素である要素と関連することを暗示するものとして受け取られるべきではない。更に、添付の特許請求の範囲で定義される実施形態を含むが、これに限定されない本開示の範囲から逸脱することなく、修正および変形が可能であることは明らかである。より具体的には、本開示のいくつかの態様が本明細書において好ましいまたは特に有利であると特定されるが、本開示は必ずしもこれらの態様に限定されないことが企図される。
【００５３】
他に定義されない限り、本開示で使用される全ての技術および科学用語は、当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、限定することを意図するものではない。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈上他に明白に示されていない限り、複数形も含むことが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【国際調査報告】
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