(57)【要約】本発明は、粒状物質とマトリックスから成る組成物のための粒状物質を、少なくとも一つの均質相互作用パラメーターだけを用いて、又は少なくとも一つの不均質相互作用パラメーターと組み合わせて用いて選択及び／又は開発する方法に関する。これらのパラメーターは粒状物質及びマトリックスに関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を含む。プロセス・マップと性能マップ、並びにマッピングの方法、も開示される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状物質とマトリックスから成る組成物のために候補粒状物質を選択する方法であって、該方法が：
A）該組成物の少なくとも一つの性能特性と
B）１）該粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター、又は
B）２）該粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター及び該粒状物質と該マトリックスの少なくとも一つの不均質相互作用パラメーター、
の間の予め定められた関係に基づいて候補粒状物質を選択するステップを含む方法。
【請求項２】
該均質相互作用パラメーターは該粒状物質に関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該不均質相互作用パラメーターは該粒状物質と該マトリックスに関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
該選択された候補粒状物質は、該組成物の性能特性の目標値を達成するような界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
さらに、A）とB）の間の関係を決定するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
該粒状物質は炭素質であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
該粒状物質はカーボンブラックであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
該粒状物質は金属酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
該粒状物質はフュームド・シリカであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
該マトリックスは、少なくとも一つのポリマー、溶媒、着色剤、界面活性剤、別の粒状物質、又はそれらの組み合わせ、を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
該マトリックスはポリマーであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
該マトリックスは溶媒であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
該粒状物質及び／又は該マトリックスに関する該界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせは、アブソープトメトリー（absorptometry）法によって決定されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項１４】
該アブソープトメトリー法はDBP又はパラフィン・オイル以外の液体を用いることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
該アブソープトメトリー法は炭酸プロピレン、水、エチレングリコール、又はそれらの混合物、を用いることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
該粒状物質及び／又は該マトリックスに関する該界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせは、吸い上げ速度（wicking rate）法によって決定されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項１７】
該吸い上げ速度法は、ノナン、ヘキサデカン、イソアルカン、エチレングリコール、ホルムアミド、ブロモナフタレン、アセトニトリル、ベンズアルデヒド、炭酸プロピレン、アニリン、シクロヘキサノール、ニトロアニソール、ジクロロベンゼン、水、又はそれらの混合物、を用いることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
該粒状物質及び／又は該マトリックスに関する該界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせは、降伏点（yield point）法によって決定されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項１９】
該降伏点法は炭化水素を用いることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
該炭化水素は、パラフィン・オイル、ヘキサデカン、ノナン、又はそれらの混合物、であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
該粒状物質及び／又は該マトリックスに関する該界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせは、界面ポテンシャル蒸気吸着法によって決定されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項２２】
該界面ポテンシャル蒸気吸着法は、ペンタン、ノナン、アセトニトリル、塩化メチレン、水、又はそれらの混合物、を用いることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
該粒状物質及び／又は該マトリックスに関する該界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせは、IGC法によって決定されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項２４】
該IGC法は、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、テトラヒドロフラン、アセトン、酢酸エチル、エーテル、クロロホルム、アセトニトリル、又はそれらの混合物、を用いることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
該性能特性は、導電率、分散性、衝撃強度、色、強化、粉末流動、摩擦帯電、及びレオロジーであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
該関係は、粒状物質に関する凝集の仕事と該粒状物質と該マトリックスに関する付着の仕事の差であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
該方法はさらに、少なくとも一つの形態値に基づいて候補粒状物質を選択するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
該方法はさらに、少なくとも一つの化学値に基づいて候補粒状物質を選択するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
さらに、該マトリックスに関する界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を決定するステップを含む請求項３に記載の方法。
【請求項３０】
該マトリックスに関する界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を決定するステップは、該マトリックスと予め定められた界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を有する少なくとも一つのプローブ粒状物質を含む組成物の性能特性を決定するステップを含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
該マトリックスは、予め定められた界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を有することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項３２】
さらに、予め定められた界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を有する代用マトリックスを決定するステップを含む請求項３に記載の方法。
【請求項３３】
さらに、
A)該代用マトリックスと粒状物質を含む組成物の少なくとも一つの性能特性と
B）i）該粒状物質に関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、及び
ii）該代用マトリックスに関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、
の組み合わせ、
の間の予め定められた関係に基づいて候補粒状物質を選択するステップを含む請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
さらに、A）とB）の間の関係を決定するステップを含む請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
粒状物質とマトリックスから成る組成物のために候補粒状物質を選択する方法であって、該方法が：
A）該粒状物質と代用マトリックスから成る組成物の少なくとも一つの性能特性と
B）１）該粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター、又は
B）２）該粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター及び該粒状物質と該マトリックスの少なくとも一つの不均質相互作用パラメーター、
の間の予め定められた関係に基づいて候補粒状物質を選択するステップを含む方法。
【請求項３６】
該均質相互作用パラメーターが該粒状物質に関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を含むことを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
該不均質相互作用パラメーターは該粒状物質と該マトリックスに関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を含むことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
さらに、A）とB）の間の関係を決定するステップを含む請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
さらに、該粒状物質に関する界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を決定するステップを含む請求項３に記載の方法。
【請求項４０】
さらに、該粒状物質に関する界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を決定するステップを含む請求項２９に記載の方法。
【請求項４１】
粒状物質とマトリックスから成る組成物のために候補粒状物質を選択する方法であって、該方法が：
A）予め定められた界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を有する少なくとも一つのプローブ粒状物質を顧客に提供するステップ；
B）a）該組成物の少なくとも一つの性能特性と
b）１）該粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター、又は
b）２）該粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター及び該粒状物質と該マトリックスの少なくとも一つの不均質相互作用パラメーター、
の間の予め定められた関係に基づいて候補粒状物質を選択するステップ；及び
C）該候補粒状物質を顧客に提供するステップ；
を含む方法。
【請求項４２】
該均質相互作用パラメーターは該粒状物質に関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を含むことを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
該不均質相互作用パラメーターは該粒状物質と該マトリックスに関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を含むことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
該選択された候補粒状物質は、該組成物の性能特性の目標値を達成するような界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を有することを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４５】
さらに、a）とb）の間の関係を決定するステップを含む請求項４１に記載の方法。
【請求項４６】
粒状物質とマトリックスから成る組成物であって：
A）該粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター、又は
B）該粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター及び該粒状物質と該マトリックスの少なくとも一つの不均質相互作用パラメーター、
の組み合わせに関連づけられる少なくとも一つの性能特性を有する組成物。
【請求項４７】
該均質相互作用パラメーターは該粒状物質に関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を含むことを特徴とする請求項４６に記載の組成物。
【請求項４８】
該不均質相互作用パラメーターは該粒状物質と該マトリックスに関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を含むことを特徴とする請求項４７に記載の組成物。
【請求項４９】
該性能特性は、導電率、分散性、衝撃強度、色、強化、粉末流動、摩擦帯電、及びレオロジーであることを特徴とする請求項４６に記載の組成物。
【請求項５０】
該性能特性は、凝集の仕事と付着の仕事の差に関連していることを特徴とする請求項４６に記載の組成物。
【請求項５１】
粒状物質とマトリックスを組み合わせるステップを含む性能特性を提供する方法であって、該粒状物質と該マトリックスは、該性能特性に関連した少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を有することを特徴とする方法。
【請求項５２】
該性能特性は、導電率、分散性、衝撃強度、色、強化、粉末流動、摩擦帯電、及びレオロジーであることを特徴とする請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
該性能特性は、凝集の仕事と付着の仕事の差に関連していることを特徴とする請求項５１に記載の方法。
【請求項５４】
該候補粒状物質は第二の候補粒状物質よりもコストが低く、該候補粒状物質と第二の候補粒状物質は同様の界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を有し、該組成物の性能特性に関する同様の目標値を達成することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項５５】
該候補粒状物質は第二の候補粒状物質よりも１％乃至５０％コストが低いことを特徴とする請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
粒状物質とマトリックスから成る組成物のために候補マトリックスを選択する方法であって、該方法が：
A）該組成物の少なくとも一つの性能特性と
B）１）該粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター、又は
B）２）該粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター及び該粒状物質と該マトリックスの少なくとも一つの不均質相互作用パラメーター、
の間の予め定められた関係に基づいて候補マトリックスを選択するステップを含む方法。
【請求項５７】
該均質相互作用パラメーターは該粒状物質に関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を含むことを特徴とする請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
該不均質相互作用パラメーターは該粒状物質と該マトリックスに関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を含むことを特徴とする請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
該選択された候補マトリックスは、該組成物の性能特性の目標値を達成するような界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を有することを特徴とする請求項５６に記載の方法。
【請求項６０】
さらに、A）とB）の間の関係を決定するステップを含む請求項５６に記載の方法。
【請求項６１】
新しい又は改良された粒状物質を開発する方法であって：
A）各組成物が粒状物質とマトリックスから成る二つ以上の組成物の少なくとも一つの性能特性と
B）１）該粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター、又は
B）２）該粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター及び該粒状物質と該マトリックスの少なくとも一つの不均質相互作用パラメーター、
の間の少なくとも一つの傾向及び／又は機能的関係を得るステップを含む方法。
【請求項６２】
該均質相互作用パラメーターは、前記組成物の各々の該粒状物質に関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を含むことを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
該不均質相互作用パラメーターは前記組成物の各々の該粒状物質と該マトリックスに関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を含むことを特徴とする請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
さらに、前記傾向及び／又は機能的関係を用いて前記新しい又は改良された粒状物質に関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を同定するステップを含む請求項６１に記載の方法。
【請求項６５】
さらに、同定された界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を有する前記新しい又は改良された粒状物質を作るステップを含む請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
さらに、利用できる粒状物質の目録から同定された界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を有する前記新しい又は改良された粒状物質を選択するステップを含む請求項６４に記載の方法。
【請求項６７】
Ｂ）２）は二つ以上のマトリックスに基づいていることを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項６８】
粒状物質の数は、粒状物質に関する界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、の数以上であることを特徴とする請求項６３に記載の方法。
【請求項６９】
前記傾向及び／又は機能的関係は、グラフ、式、チャート、生のデータ、アルゴリズム、又はそれらの組み合わせ、の形で提供されることを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項７０】
前記新しい又は改良された粒状物質は、利用できる他の粒状物質に比べて少なくとも一つの性能特性に関して改良された性能に基づいて同定されることを特徴とする請求項６４に記載の方法。
【請求項７１】
前記新しい又は改良された粒状物質は、利用できる他の粒状物質に比べた前記粒状物質のコストに基づいて同定されることを特徴とする請求項６４に記載の方法。
【請求項７２】
さらに、前記傾向及び／又は機能的関係を得るときに該粒状物質の少なくとも一つの形態値を利用することを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項７３】
前記マトリックスは、顧客の特定組成又はその代用物であることを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項７４】
該マトリックスは、少なくとも一つのポリマー、溶媒、着色剤、界面活性剤、別の粒状物質、又はそれらの組み合わせ、を含むことを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項７５】
該マトリックスはポリマーであることを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項７６】
該マトリックスは溶媒であることを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項７７】
該傾向及び／又は機能的関係はさらに該マトリックスの少なくとも一つの特性を含むことを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項７８】
マトリックスと粒状物質から成る新しい又は改良された組成物を開発する方法であって：
A）各組成物が該マトリックスと粒状物質から成る二つ以上の組成物の少なくとも一つの性能特性と
B）１）該粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター、又は
B）２）該粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター及び該粒状物質と該マトリックスの少なくとも一つの不均質相互作用パラメーター、
の間の少なくとも一つの傾向及び／又は機能的関係を得るステップを含む方法。
【請求項７９】
該均質相互作用パラメーターは、前記組成物の各々の粒状物質に関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を含むことを特徴とする請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
該不均質相互作用パラメーターは、前記組成物の各々の粒状物質及び該マトリックスに関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を含むことを特徴とする請求項７９に記載の方法。
【請求項８１】
さらに、前記傾向及び／又は機能的関係を用いて前記新しい又は改良された組成物を同定するステップを含む請求項７８に記載の方法。
【請求項８２】
該傾向及び／又は機能的関係は、さらに該マトリックスの少なくとも一つの特性を含むことを特徴とする請求項７８に記載の方法。
【請求項８３】
A）マトリックスと粒状物質から成る組成物の少なくとも一つの性能特性、及び
B）１）該粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用、又は
B）２）該粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用と該粒状物質と該マトリックスの少なくとも一つの不均質相互作用、
を含む性能マップ。
【請求項８４】
該均質相互作用パラメーターは、該粒状物質に関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を含むことを特徴とする請求項８３に記載の性能マップ。
【請求項８５】
該不均質相互作用パラメーターは、該粒状物質及び該マトリックスに関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を含むことを特徴とする請求項８４に記載の性能マップ。
【請求項８６】
前記性能マップはA）とB）の間の少なくとも一つの傾向及び／又は機能的関係を示すことを特徴とする請求項８３に記載の性能マップ。
【請求項８７】
前記性能マップは、新しい又は改良された粒状物質に関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を同定するために用いられることを特徴とする請求項８３に記載の性能マップ。
【請求項８８】
前記マトリックスは顧客の特定組成又はその代用物であることを特徴とする請求項８３に記載の性能マップ。
【請求項８９】
該マトリックスは、少なくとも一つのポリマー、溶媒、着色剤、界面活性剤、別の粒状物質、又はそれらの組み合わせ、を含むことを特徴とする請求項８３に記載の性能マップ。
【請求項９０】
前記マトリックスはポリマーであることを特徴とする請求項８３に記載の性能マップ。
【請求項９１】
前記マトリックスは溶媒であることを特徴とする請求項８３に記載の性能マップ。
【請求項９２】
性能マッピングの方法であって：
A）マトリックスと粒状物質から成る組成物の少なくとも一つの性能特性、及び
B）１）該粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用、又は
B）２）該粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用及び該粒状物質と該マトリックスの少なくとも一つの不均質相互作用、
を比較するステップを含む方法。
【請求項９３】
該均質相互作用パラメーターは、該粒状物質に関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を含むことを特徴とする請求項９２に記載の性能マッピングの方法。
【請求項９４】
該不均質相互作用パラメーターは、該粒状物質及び該マトリックスに関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を含むことを特徴とする請求項９３に記載の性能マッピングの方法。
【請求項９５】
A）粒状物質に関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、及び
B）前記粒状物質を調製するプロセスの少なくとも一つのプロセス変数、
を含むプロセス・マップ。
【請求項９６】
前記プロセス・マップはA）とB）の間の少なくとも一つの傾向及び／又は機能的関係を示すことを特徴とする請求項９５に記載のプロセス・マップ。
【請求項９７】
前記プロセス・マップは、新しい又は改良された粒状物質に関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を同定するために用いられることを特徴とする請求項９５に記載のプロセス・マップ。
【請求項９８】
前記プロセス変数は、温度、圧力、化学組成、滞留時間、化学量論、反応器のクエンチ長さ、クエンチ空気の量、供給原料の組成、一次燃料のタイプ、下流添加物のタイプ及び／又はレベル、又は後処理のタイプ、濃度、及び／又は量、であることを特徴とする請求項９５に記載のプロセス・マップ。
【請求項９９】
前記後処理のタイプは化学的修飾又は付着剤（adherent）の添加であることを特徴とする請求項９５に記載のプロセス・マップ。
【請求項１００】
前記付着剤が界面活性剤又は分散剤であることを特徴とする請求項９９に記載のプロセス・マップ。
【請求項１０１】
A）粒状物質に関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、と
B）前記粒状物質を調製するプロセスの少なくとも一つのプロセス変数、
の間で比較するステップを含むプロセス・マッッピングの方法。
【請求項１０２】
前記プロセス変数は、温度、圧力、化学組成、滞留時間、化学量論、反応器のクエンチ長さ、クエンチ空気の量、供給原料の組成、一次燃料のタイプ、下流添加物のタイプ及び／又はレベル、又は後処理のタイプ、濃度、及び／又は量、であることを特徴とする請求項１０１に記載のプロセス・マッッピングの方法。
【請求項１０３】
前記後処理のタイプは化学的修飾又は付着剤（adherent）の添加であることを特徴とする請求項１０２に記載のプロセス・マッピングの方法。
【請求項１０４】
前記付着剤が界面活性剤又は分散剤であることを特徴とする請求項１０３に記載のプロセス・マッピングの方法。
【請求項１０５】
さらに、
A）マトリックスと粒状物質から成る組成物の少なくとも一つの性能特性、及び
B）１）該粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用、又は
B）２）該粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用及び該粒状物質と該マトリックスの少なくとも一つの不均質相互作用、
を比較するステップを含む性能マッピングの方法を用いるステップを含む請求項１０１に記載のプロセス・マッピングの方法。
【請求項１０６】
新しい又は改良された粒状物質を開発する方法であって、請求項８３に記載の性能マップを利用するステップを含む方法。
【請求項１０７】
新しい又は改良された粒状物質を開発する方法であって、請求項９５に記載のプロセス・マップを利用するステップを含む方法。
【請求項１０８】
さらに、
A）粒状物質に関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、及び
B）前記粒状物質を調製するプロセスの少なくとも一つのプロセス変数、
を含むプロセス・マップを利用するステップを含む請求項１０６に記載の方法。
【請求項１０９】
前記新しい又は改良された粒状物質を作るステップが、
A）粒状物質に関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、及び
B）前記粒状物質を調製するプロセスの少なくとも一つのプロセス変数、
を含むプロセス・マップを利用することを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項１１０】
該粒状物質が炭素質であることを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項１１１】
該粒状物質がカーボンブラックであることを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項１１２】
該粒状物質が金属酸化物であることを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項１１３】
該粒状物質がフュームド・シリカであることを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項１１４】
該粒状物質が炭素質であることを特徴とする請求項８３に記載の性能マップ。
【請求項１１５】
該粒状物質がカーボンブラックであることを特徴とする請求項８３に記載の性能マップ。
【請求項１１６】
該粒状物質が金属酸化物であることを特徴とする請求項８３に記載の性能マップ。
【請求項１１７】
該粒状物質がフュームド・シリカであることを特徴とする請求項８３に記載の性能マップ。
【請求項１１８】
該粒状物質が炭素質であることを特徴とする請求項９５に記載のプロセス・マップ。
【請求項１１９】
該粒状物質がカーボンブラックであることを特徴とする請求項９５に記載のプロセス・マップ。
【請求項１２０】
該粒状物質が金属酸化物であることを特徴とする請求項９５に記載のプロセス・マップ。
【請求項１２１】
該粒状物質がフュームド・シリカであることを特徴とする請求項９５に記載のプロセス・マップ。
【請求項１２２】
該粒状物質が炭素質であることを特徴とする請求項１０６に記載の方法。
【請求項１２３】
該粒状物質がカーボンブラックであることを特徴とする請求項１０６に記載の方法。
【請求項１２４】
該粒状物質が金属酸化物であることを特徴とする請求項１０６に記載の方法。
【請求項１２５】
該粒状物質がフュームド・シリカであることを特徴とする請求項１０６に記載の方法。
【請求項１２６】
該粒状物質が炭素質であることを特徴とする請求項１０７に記載の方法。
【請求項１２７】
該粒状物質がカーボンブラックであることを特徴とする請求項１０７に記載の方法。
【請求項１２８】
該粒状物質が金属酸化物であることを特徴とする請求項１０７に記載の方法。
【請求項１２９】
該粒状物質がフュームド・シリカであることを特徴とする請求項１０７に記載の方法。
【請求項１３０】
粒状物質の数が少なくとも３であることを特徴とする請求項６８に記載の方法。
【請求項１３１】
粒状物質の数が少なくとも５であることを特徴とする請求項６８に記載の方法。
【請求項１３２】
粒状物質の数が少なくとも１０であることを特徴とする請求項６８に記載の方法。
【請求項１３３】
該性能マップが多次元的であることを特徴とする請求項８３に記載の性能マップ。
【請求項１３４】
該プロセス・マップが多次元的であることを特徴とする請求項９５に記載のプロセス・マップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、35 U.S.C. §120の下で2003年9月26日出願のU.S. 特許出願No. 10/673,093の優先権、及び 35 U.S.C.セクション119の下でU.S. 特許仮出願Nos. 60/491,632; 60/485,965; 60/485,964;及び60/459,230; 及び60/497,592の優先権を主張するものであり、これらは参照によって本明細書に全体が組み込まれる。本発明はある組成物又は応用のために粒状物質を選択又は開発する方法に関する。本発明は、また、界面ポテンシャル特性値に基づく粒状物質又は粒状物質のグループのコレクションに関する。U.S. 特許仮出願Nos. 60/491,632; 60/485,965; 60/485,964;及び60/459,230; 及び60/497,592における記載は参照によって本明細書に全体が組み込まれる。
【０００２】
一般に、化学産業の製品は次の二つのタイプのどちらかに入る−すなわち、組成ケミカル（formulaic chemicals）及び性能ケミカル（performance chemicals）のどちらかである。組成ケミカルはその組成によって定義される。それらが異なる等級で売られる場合、それらの等級は不純物の濃度によって区別される。例としては、アンモニア、ベンゼン、四塩化炭素、ジエチル・エーテル、ホルムアルデヒド、ソーダ灰、及び酸化カルシウム、などがある。性能ケミカルは、ポリマー、色素、顔料、及び芳香剤などで、組成が何であるかよりも、何ができるかによって価値が決まるものである。性能ケミカルの重要なタイプとしては、微粒子製品、例えばカーボンブラック、シリカ、チタニア、タンタル、炭酸カルシウムなど、があり、強化、レオロジー、着色、及び導電性、などの用途に用いられる。
【０００３】
微粒子は、レオロジー、流動性、強度、着色、などの複合物質の性質を増強するために用いられる。微粒子が所望のレベルの強化を達成できるかどうかは粒子の特性に依存する。性能のクラスを区別するために、タイプ又は等級が普通定められる。それらの定義は粒子のいくつかの性質の呼称とそれらの性質の典型値な又は目標値の割り当てを含む。本発明の前には、粒子の性質は形態、例えば、粒径、粒径分布、粒子の形又は構造、など、と結びつけられてきた。
【０００４】
一貫性を保証するために、微粒子製品に関する仕様が設けられている。普通、この仕様は、形態の一つ以上の尺度を含み、さらに化学成分の一つ以上の尺度を含むこともある。よくある形態の尺度としては、粒径、表面積、構造、多孔度、集合体サイズ、及び集合体の形、などがある。よくある化学成分の尺度としてはバルク組成及び表面組成、並びに抽出できる化学種の分析、がある。これらの性質のばらつきの測定は、工程を管理（しばしば、品質管理、QC、と呼ばれる）するために製造時に行うことも、出荷前の製品について行う（しばしば、品質保証、QA、と呼ばれる）こともできる。
【０００５】
例えば、カーボンブラックは、普通、少なくとも一つの形態的な仕様によって売られ、それは表面積、粒径、構造、及び多孔度、などである。性能試験、例えば、結合ゴム又は複合物の水分吸収（CMA）試験、もカーボンブラックの意図する用途によっては行われる。しかし、これらは普通、製品仕様シートには含められない。
【０００６】
このような品質管理及び品質保証（QC/QA）の努力にもかかわらず、顧客が受領した製品は“仕様の範囲内にある”にもかかわらず、その性能が予期したほどでなかったと顧客が不平を言うことは珍しいことではない。例えば、ゴム硬化の速さの変動、成形したゴム部品の白いぼやけの出現、接着剤の低いチクソトロピー、及びプラスチックの重合時間の変動、などはすべて、カーボンブラックの各ロットは仕様の範囲内にあってもロットごとに変動があることに基因する。その結果、しばしば製造業者は工程について金のかかる徹底した研究を行って、製品が再び予期したような性能を発揮するように手直しすることになる。粒状物質の製品性能にはこのような変動が起こりうるために、顧客も製造業者も、組成物の最良の粒状物質を選択することが困難になる。粒状物質と組成物の中でのその相互作用について十分に理解できていない状況で、製品性能をいかにして最良にできるだろうか？本発明は、粒状物質のより良い理解、及び優れた選択を提供することによって、性能の向上を達成できるようにする。
【０００７】
ある製品がなぜ予期したような性能を発揮しないのかを決定することは、非効率的であり、しばしば時間と金がかかる。それには、なぜある問題が起こったかを調べる必要があり、その問題をまず回避することは二の次になる。多くの場合、製造業者は、結果について理解することなく、製造工程を手直しして、製品を何とか変化させて製品の違いを見つけようとする。時には、これは当てずっぽうになってしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ある組成物における粒状物質の挙動と性能は上述したように問題を生ずる可能性があるので、粒状物質を選択してマトリックス又は組成物における性能を最適にして上述の問題を回避又は最小にする手段を開発する必要がある。また、あるマトリックス又は組成物における粒状物質の適切な又は最適な選択を可能にする改良されたシステム、例えばある用途における性能を向上又は最適にできるシステムを開発する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、部分的に、粒状物質とマトリックスから成る組成物のために候補粒状物質を選択する方法であって：
A）その組成物の少なくとも一つの性能特性と
B）１）その粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター、又は
B）２）その粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター及びその粒状物質とマトリックスの少なくとも一つの不均質相互作用パラメーター、
の間の予め定められた関係に基づいて候補粒状物質を選択するステップを含む方法に関する。均質相互作用パラメーターは、その粒状物質に関して、少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を含むことができ、不均質相互作用パラメーターは、その粒状物質とマトリックスに関して、少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を含むことができる。
【００１０】
本発明は、さらに、粒状物質とマトリックスから成る組成物のために候補粒状物質を選択する方法であって：
A）その粒状物質及び代用マトリックスから成る組成物の少なくとも一つの性能特性と
B）１）その粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター、又は
B）２）その粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター及びその粒状物質とマトリックスの少なくとも一つの不均質相互作用パラメーター、
の間の予め定められた関係に基づいて候補粒状物質を選択するステップを含む方法に関する。均質及び不均質相互作用パラメーターは上述のようなものであってよい。
【００１１】
本発明は、さらに、粒状物質とマトリックスから成る組成物のために候補粒状物質を提供する方法であって：
A）予め定められた界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を有する少なくとも一つのプローブ粒状物質を顧客に提供するステップ；
B）a）組成物の少なくとも一つの性能特性と
b）１）その粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター、又は
b）２）その粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター及びその粒状物質とマトリックスの少なくとも一つの不均質相互作用パラメーター、
の間の予め定められた関係に基づいて候補粒状物質を選択するステップ；及び
C）その候補粒状物質を顧客に提供するステップ；
を含む方法に関する。
【００１２】
本発明は、さらに、粒状物質とマトリックスから成る組成物であって：
A）その粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター、又は
B）その粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター及びその粒状物質とマトリックスの少なくとも一つの不均質相互作用パラメーター、
の組み合わせに関連した少なくとも一つの性能特性を有する組成物に関する。
【００１３】
本発明は、さらに、粒状物質とマトリックスを組み合わせるステップを含む性能特性を提供する方法であって、粒状物質とマトリックスは少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値成分、又は性能特性に関連したそれらの組み合わせ、を有することを特徴とする方法に関する。
【００１４】
本発明は、さらに、粒状物質とマトリックスから成る組成物のための候補粒状物質を選択する方法であって：
A）その組成物の少なくとも一つの性能特性と
B）１）粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター、又は
B）２）粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター及び粒状物質とマトリックスの少なくとも一つの不均質相互作用パラメーター、
の間の予め定められた関係に基づいて候補粒状物質を選択するステップを含む方法に関する。
【００１５】
本発明は、さらに、新しい又は改良された粒状物質を開発する方法であって：
A）二つ以上の組成物の少なくとも一つの性能特性、前記組成物の各々はマトリックスと粒状物質から成る、及び
B）１）粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター、又は
B）２）粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター及び粒状物質とマトリックスの少なくとも一つの不均質相互作用パラメーター、
の間の少なくとも一つの傾向及び／又は機能関係を得るステップを含む方法に関する。この方法は、さらに、同定された界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を有する前記新しい又は改良された粒状物質を作るステップを含むことができる。
【００１６】
本発明は、さらに、マトリックスと粒状物質から成る新しい又は改良された組成物を開発する方法であって：
A）二つ以上の組成物の少なくとも一つの性能特性、前記組成物の各々はマトリックスと粒状物質から成る、及び
B）１）粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター、又は
B）２）粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター及び粒状物質とマトリックスの少なくとも一つの不均質相互作用パラメーター、
の間の少なくとも一つの傾向及び／又は機能関係を得るステップを含む方法に関する。
【００１７】
本発明は、さらに：
A）マトリックスと粒状物質から成る組成物の少なくとも一つの性能特性、及び
B）１）粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター、又は
B）２）粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター及び粒状物質とマトリックスの少なくとも一つの不均質相互作用パラメーター、
を含む性能マップ（performance map）に関する。好ましくは、この性能マップはA）とB）の間の少なくとも一つの傾向及び／又は機能的関係をはっきりと示す。さらに、本発明は、この性能マップを用いて、新しい及び／又は改良された粒状物質又は組成物を開発する方法に関する。
【００１８】
本発明は、さらに、性能をマップする方法であって：
A）マトリックスと粒状物質から成る組成物の少なくとも一つの性能特性、と
B）１）粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター、又は
B）２）粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター及び粒状物質とマトリックスの少なくとも一つの不均質相互作用パラメーター、
の間の比較を行うステップを含む方法に関する。
【００１９】
本発明は、さらに：
A）粒状物質に関する、少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、及び
B）前記粒状物質を調製するプロセスの少なくとも一つのプロセス変数；
を含むプロセス・マップに関する。
好ましくは、プロセス変数は、温度、圧力、化学組成、滞留時間、化学量論、反応器のクエンチ長さ、クエンチ空気の量、供給原料の組成、一次燃料のタイプ、下流添加物のタイプ及び／又はレベル、又は後処理のタイプ、濃度、及び／又は量、である。後処理のタイプは、化学的修飾であっても、付着剤（adherent）、例えば界面活性剤又は分散剤、の添加であってもよい。さらに、本発明は、このプロセス・マップを用いて新しい及び／又は改良された粒状物質又は組成物を開発する方法に関する。
【００２０】
本発明は、さらに、プロセス・マッピングの方法であって：
A）粒状物質に関する、少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、及び
B）前記粒状物質を調製するプロセスの少なくとも一つのプロセス変数；
の間の比較を行うステップを含む方法に関する。
【００２１】
上の一般的な記述も、以下の詳細な記述も例示的かつ説明的なものであって、特許請求の範囲に示されている本発明の詳しい説明を与えることを意図したものであることは言うまでもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
粒状物質の分野で、そして製造者が粒状物質をポリマーやその他の組成物に組み込んでいる分野で、所望の性能に基づいてその組成物に対して最良の粒状物質の候補を選択するために絶えず努力が払われている。従来、ある組成物で所望の性能を達成するために用いる粒状物質を選択する手段は、粒状物質の形態及び／又は粒状物質の化学に基づいていた。これらのパラメーターを知っていても、ある組成物に組み込んで所望の性能を達成するための粒状物質の選択はある程度予測不可能な部分があって当て推量になっていた。組成物で用いる候補粒状物質を選んで、性能の改善、又は所望の性能に導くような正確なやり方を可能にする方法及びシステムに対する要望が業界にはある。
【００２３】
本発明はそのような方法及びシステムを、すなわち、人がある組成物に対して候補粒状物質を選んで、好ましくは、その組成物で性能特性を改善する又は最適にすることを可能にする方法及びシステムを提供する。本発明は、粒状物質の界面ポテンシャルを単独で、又は粒状物質を用いるマトリックスの界面ポテンシャルと組み合わせて利用する。すなわち、本発明は粒状物質に関する少なくとも一つの均質相互作用パラメーター（例えば、粒状物質の凝集の仕事）又は粒状物質に関する少なくとも一つの均質相互作用パラメーターと粒状物質とマトリックスに関する少なくとも一つの不均質相互作用パラメーターの組み合わせ（例えば、凝集の仕事と付着の仕事）の利用を含む。
【００２４】
“均質相互作用パラメーター”は、粒状物質が自分自身と相互作用する仕方に関する。“不均質相互作用パラメーター”は、粒状物質とマトリックスが互いに相互作用する仕方に関する。一般に、粒状物質とマトリックスから成る組成物の性能特性は粒状物質とマトリックスが互いに相互作用する仕方に依存することが知られている。すなわち、性能は不均質相互作用と結びつけられてきた。しかし、驚くべきことに、性能特性は、粒状物質の自分自身との相互作用だけ、又は均質相互作用と粒状物質とマトリックスとの相互作用（不均質相互作用）のバランスに依存するということが今度見出された。本発明のいろいろな実施形態はこの関係を利用する。これに基づいて、本発明において開示されたように、粒状物質に関する均質相互作用パラメーターを単独で、又は不均質相互作用パラメーターと組み合わせて、利用することによって、粒状物質に関してより正確な選択を行うことができることが見出された。本明細書で説明される各実施形態で、“界面ポテンシャル値”又は“界面ポテンシャル”という用語は、粒状物質又はマトリックスのある特性表現を指す。界面ポテンシャル特性値は、粒状物質とある所定のシステムとの相互作用によって決定される。“均質相互作用パラメーター”という用語は、粒状物質に関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値（すなわち、界面ポテンシャルに関わる測定値又は計算値）、界面ポテンシャル特性値から導出又は計算できる少なくとも一つの値（例えば、凝集の仕事）、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分（例えば、酸性成分、塩基性成分、又は分散成分）、又はそれらの組み合わせ、を含むことができる。“不均質相互作用パラメーター”という用語は、粒状物質とマトリックスの両方に関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、を含むことができる。全体にわたって、“組み合わせ”という用語は、数学的組み合わせ（例えば、差又は比）、並びに組み合わせた利用（例えば、多次元グラフやその他の視覚的表現における）の両方を指す。
【００２５】
さらに詳しく説明すると、ある実施形態では、本発明は部分的に、粒状物質とマトリックスから成る組成物のために候補粒状物質を選択する方法であって：
A）組成物の少なくとも一つの性能特性と
Ｂ）１）粒状物質に関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、又は
B）２）粒状物質とマトリックスに関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、
の間の予め定められた関係に基づいて候補粒状物質を選択するステップを含む方法に関する。選択された候補粒状物質は、組成物の性能特性に関する目標値を生ずるような界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を有する。この方法はさらに、A）とB）の関係を決定するステップを含むこともできる、又はこの関係を予め決めておくこともできる。この方法はさらに、マトリックスに関する界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を決定するステップを含むことができる。オプションとして、マトリックスに関する界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を決定するステップは、そのマトリックスと予め定められた界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を有する少なくとも一つのプローブ粒状物質から成る組成物の性能特性を決定するステップを含むことができる。
【００２６】
この方法は、予め定められた界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を有する代用マトリックスを決定することによって、マトリックスに関する界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を決定するステップを含むことができる。この方法はさらに：
A）代用マトリックスと粒状物質から成る組成物の少なくとも一つの性能特性と
B）i）粒状物質に関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、及び
ii）代用マトリックスに関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、
の間の予め定められた関係に基づいて候補粒状物質を選択するステップを含むことができる。この関係は予め定められたものであってもよい、又はこの方法がA）とB）との間の関係を決定するステップを含むこともできる。
【００２７】
本発明はまた、粒状物質とマトリックスから成る組成物のために候補粒状物質を提供する方法であって：
A）予め定められた界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を有する少なくとも一つのプローブ粒状物質を顧客に提供するステップ；
B）a）組成物の少なくとも一つの性能特性と
b）１）少なくとも一つの均質相互作用パラメーター、例えば、少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、又は
２）粒状物質に関する少なくとも一つの均質相互作用パラメーター、例えば、少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせと、粒状物質とマトリックスに関する少なくとも一つの不均質パラメーター、例えば、少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、
の間の予め定められた関係に基づいて候補粒状物質を選択するステップ；及び
C）その候補粒状物質を顧客に提供するステップ；
を含む方法に関する。
【００２８】
この方法では、選択された候補粒状物質は、組成物の性能特性に関する目標値を達成するような界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を有する。前述したように、この方法はさらにA）とB）の間の関係を決定するステップを含むことができる。
【００２９】
本発明のある実施形態では、本発明の方法は、もっと高価な粒状物質と同じ又は同様の性能特性を与える粒状物質を選択することを可能にする。言い換えると、本発明は、候補粒状物質と第二の候補粒状物質は、界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、が同様であって、組成物の性能特性に関して同じような目標値を達成できる場合に、人が第二の候補粒状物質よりもコストが安い候補粒状物質を選択することを可能にする。
【００３０】
本発明はさらに、各粒状物質の界面ポテンシャルに基づく粒状物質のコレクションに関する。この実施形態では、いろいろな粒状物質（例えば、二つ以上のタイプの粒状物質）が、各粒状物質に関する少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、に基づいてグループ分け又はランク付けされる。このコレクション又はランキングは、いろいろな界面ポテンシャル特性値の粒状物質の選択キー又は選択ガイドとなる。粒状物質のそのようなコレクション又はランキングを提供することによって、このコレクション又はランキングを、例えば、顧客に提供して、ある組成物のための候補粒状物質の選択プロセスで顧客の助けとすることができる。
【００３１】
本発明は、さらに、少なくとも二つの粒状物質の、各粒状物質の少なくとも一つの界面ポテンシャル値に基づく序列化に関する。ある界面ポテンシャル値システムに基づく少なくとも二つの粒状物質の序列化は、例えば、顧客がある組成物で、例えば好ましい性能特性を得るために用いるのに適切な又は最適な候補粒状物質を選択することを可能にする。例えば、増加する又は減少する界面ポテンシャルに基づく粒状物質の序列化は、顧客又は粒状物質の製造業者が、ある組成物のための最良の粒状物質が何かを決定するときの助けになる。少なくとも二つの粒状物質に関する序列化を提供することによって、選択プロセスを遂行することが容易になる。例えば、ある粒状物質が以前に用いた粒状物質に比べて優れた性能を発揮する場合、少なくとも二つ以上の粒状物質の序列化は、顧客が組成物の性能特性をテストするために序列の中で次の粒状物質を選択することを可能にする。粒状物質の序列は、グラフ、表、又はその他の表現、などどんな仕方でも表現することができる。粒状物質の序列化は、二つ以上の粒状物質に基づいて、例えば少なくとも３つ、少なくとも５つ、少なくとも１０，少なくとも５０，又は少なくとも１００の粒状物質に基づいて行うことができる。本質的には、この粒状物質の序列化は、界面ポテンシャル値、及びオプションとして形態及び／又は化学パラメーターなど他のパラメーターに基づく粒状物質のライブラリーを構築することを可能にする。この粒状物質の序列化は、人がこの序列を利用してある特定マトリックスに対して特定の粒状物質を拾い出すことを可能にする。さらに、粒状物質の序列化は、特定の応用のために、例えば導電性のために、そして究極的には最終用途で、例えばトナー、コーティング、インク、その他のポリマー用途、などによって、序列化を用いて粒状物質を拾い出すことを可能にする。
【００３２】
本発明によって、製造業者及び／又は顧客は粒状物質を系統的に選択するための優れた手段を得る。本発明によって、どの粒状物質について性能特性をテストすべきか、そして次にどの粒状物質について性能をテストすべきか、についてのロードマップを作成できる。界面ポテンシャルに部分的に基づいて粒状物質を序列化することによって、人はどの粒状物質を次にテストすべきかを論理的に決定できる。
【００３３】
すなわち、本発明は一つの実施形態として、ある特定マトリックスにおいて予め定められた界面ポテンシャル特性値、例えば界面ポテンシャル特性値から導出される値、界面ポテンシャル特性値の成分、又はそれらの組み合わせ、を有する少なくとも二つの粒状物質のグループ分けを含む。このグループ分けは界面ポテンシャル特性値が同じであっても異なっていてもよい。粒状物質のグループ分けは、同じ界面ポテンシャルを有し、少なくとも形態及び／又は化学的パラメーターに関して異なることもある。あるいはまた、粒状物質のグループ分けは、少なくとも一つの形態値及び／又は化学値が同じであり、界面ポテンシャルの値が異なることもある。すなわち、粒状物質のこのグループ分けに関して、特性のどんな組み合わせも可能である。部分的に界面ポテンシャル値に基づいて組織的な仕方で粒状物質をグループ分けできるこの能力によって、本発明はさらに、サンプリング・キット又はコレクションを顧客に提供することを可能にする。サンプリング・キット又はコレクションは、予め定められた界面ポテンシャルを有する少なくとも二つの粒状物質を含む。このキットによって、顧客は、いろいろな粒状物質を組成物でテストして、組成物の望ましい性能特性のためにどれが最良の候補であるかを決定することができる。このサンプリング・キットは、部分的に各粒状物質の界面ポテンシャルに基づいているので、顧客がある与えられた組成物で候補粒状物質を最適化する又は改良するための正確で知見に富む方法を提供する。業界で従来行われていたサンプリングと異なり、このサンプリング・コレクション及びサンプリング方法は、ある組成物のために最良の又は最適の粒状物質を適切に正確に選択するためのピントが合ったシステムを提供する。このシステム及び方法は、すでに決定された組成物を改良するためにも、又は初めて調製しようとしている組成物のために顧客にサンプリング・コレクションを提供することにも役立てることができる。
【００３４】
本発明の目的に、本明細書で用いられる場合、“値”という用語はある特定の数又は数値、又は複数の数又は数値、又はある範囲の数又は数値、を含む。
【００３５】
充填剤や顔料などの粒状物質は定められた仕様の範囲内で作られるが、そのようにしても、顧客の特定の応用で、製品が一定した性能を示さないことが時としてある。これまでのところ、製品が形態的な仕様に合致していても一定した性能を示さないのは何故かを業界は完全に解明していなかった。今度、本発明は、粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーターに基づいて、単独で又は粒状物質とマトリックスの少なくとも一つの不均質相互作用パラメーターと組み合わせて、顧客が製品の所望の性能を容易に達成することを可能にする粒状物質を選択することを可能にした。このようにして、顧客にはその最終製品で一定して最適な性能を発揮する製品が提供される。本発明はまた、粒状物質のタイプ、等級、及び／又はブランドをより良く選択する方法を提供する。
【００３６】
粒状物質は一般に、バッチ、ロット、サンプル、発送（shipment）、など、いろいろな単位で提供される。普通、顧客及び／又は供給者は、製品の単位に関する指定について合意し、それが口頭協定、購入注文、インボイス、契約書、契約の放棄、又はそれらの組み合わせ、などの契約協定に含められる。本発明の方法は、粒状物質に関する少なくとも一つの均質相互作用パラメーターに基づいて、単独で又は粒状物質とマトリックスに関する少なくとも一つの不均質相互作用パラメーターと組み合わせて、ある粒状物質を選択するステップを含む。さらに、本発明の方法はまた、粒状物質の少なくとも一つの形態値及び／又は少なくとも一つの化学値に基づいて粒状物質を選択するステップを含むことができる。
【００３７】
本発明の各実施形態には、どんな粒状物質も用いることができる。粒状物質はどんな形であってもよい、例えば粉末、ペレット、又はふわふわした物質、などであってもよい。粒状物質の例としては、充填剤、増量剤、炭素質物質、カーボンブラック、無機塩、シリカ（フュームド・シリカ、沈殿シリカ、又はコロイド状シリカ、など）、シリカ・エアロゾル、フュームド・オキサイド、ケイ酸塩、Stoeberゾルなどのシリカ・ゾル、金属酸化物、水素化金属酸化物、酸化鉄、酸化アルミニウム、ベーマイト、ケイ酸アルミニウム、粘土、カオリン、ハロイ石、モントモリロナイト、アタパルジャイト、ゼオライト、セラミック（金属炭化物、金属窒化物、又は金属ホウ化物、など）、炭酸カルシウム、チョーク、硫酸バリウム、ケイ藻土、アスベスト、顔料（フタロシアニン、プルッシアン・ブルー、酸化クロム、及びクロム・グリーン、など）、硫化亜鉛、酸化亜鉛、チタニア、酸化アンチモン、鉛亜鉛、金属（タンタル、ニオブ、銅、銀、プラチナ、鉄、アルミニウム、銅、銀、金、プラチナ、又はシリコン、など）、金属合金、及び表面処理された上記のいずれか、例えば疎水性シリカ、表面修飾カーボンブラック、ポリマー処理した粉末、及びレーキ顔料、などがあげられるが、それだけに限定されない。これらの粒状物質の組み合わせ又は混合物も用いることができる。炭素質物質の例としては、カーボンブラック、グラファイト、ガラス状炭素、活性炭、バッキーボール、炭素ファイバー、ナノチューブ、グラファイト、などがあげられるが、それだけに限定されない。その他の例としては、炭素相及びシリコン含有化学種相を含む集合体、又は炭素相を金属含有化学種相と共に含む集合体、などがある。また、被膜粒状物質、例えばシリカ被膜カーボンブラックなど、も粒状物質の別の例である。さらに、炭素質物質やその他の粒状物質は何らかの仕方で修飾されていることがある、例えば有機グループ、ポリマー・グループ、などが付着しているモノもある。例としては、U.S. 特許Nos. 5,747,652, 5,830,930, 5,877,238, 5,904,762, 5,916,934, 5,919,841, 5,948,835, 6,008,272, 6,017,980, 6,028,137, 6,057,387, 6, 197,274, 6,211,279, 6,323,273, 6,364,944, 6,448,309に記載されているものがあり、これらの特許はすべて参照によって全体が本明細書に組み込まれる。
【００３８】
さらに、本発明の各実施形態で、マトリックスは粒状物質を添加することができるどんなシステムであってもよい。例えば、マトリックスは、少なくとも一つのポリマー、溶媒、着色剤、界面活性剤、別の粒状物質、又はそれらの組み合わせ、を含むことができる。好ましくは、マトリックスは溶媒又はポリマーである。ポリマー・マトリックスの例としては、天然ゴム、セルロース、フッ素ポリマー、ポリアミド、及びブタジエンのホモ−及びコポリマー、エチレン、プロピレン、アクリロニトリル、塩化ビニル、酢酸ビニル、（メタ）アクリレート・モノマー、スチレン、オキシメチレン、及びエチレン・テレフタレート、などがある。溶媒の例としては、水性ビヒクルと非水性ビヒクルの両方が含まれる。
【００３９】
粒状物質はいろいろな複合システムで、例えば、エラストマー、ポリマー、溶媒、樹脂、又はそれらの混合物、における分散物として、用いられる。性能の重要な様態は、強化、レオロジーの調節、浸透ネットワークの形成、分散の度合い、色、導電率、などである。これらの複合システムの特性は、部分的に、用いる粒状物質の形態に由来する。粒状物質に関わるその他の物理現象には、界面ポテンシャル特性に由来するものがある。両方の組み合わせに由来するものもある。したがって、界面ポテンシャルは形態と並んで粒状物質で重要な役割を演ずるものであるから、本発明の方法は、粒状物質の界面ポテンシャルを反映する少なくとも一つの均質相互作用パラメーターを、単独で、又は粒状物質とマトリックスの界面ポテンシャルを反映する少なくとも一つの不均質相互作用パラメーターと組み合わせて利用するステップを含んでいる。このようにして、製品は、特に顧客のためにその特性がより良く表現され、より良く同定され、良く選択でき、容易に開発できる。このようなパラメーターとシステムによって、ある組成物で使用する最適の粒状物質を良く選択することが可能になる。
【００４０】
ある粒状物質の界面ポテンシャルは、形態の影響を除いた後に、粒状物質と他の物質又は自分自身との相互作用に依存する物理現象の測定量によって定められる。二つの粒子が互いに接触しているとき、界面ポテンシャルは単位接触面積あたりの凝集力（cohesion）である。粒状物質が流体に混合されたとき、界面ポテンシャルは粒子の単位面積あたりの付着力（adhesion）である。測定値が単位質量あたりである場合、全相互作用は単位質量あたりの表面積と単位面積あたりの界面ポテンシャルに依存する。
【００４１】
界面ポテンシャルだけに関連する現象の例としては、複数の液体相の間の粒子の分配、吸着したガスが拡がる圧力、及び液的の接触角、などがある。これらの現象は測定できるものであり、結果は界面ポテンシャルだけに依存するので、結果が形態に由来するものか界面ポテンシャルに由来するものかという点に関して曖昧さなしに応用することができる。
【００４２】
しかし、上で述べたように、多くの有用な物理現象は形態と界面ポテンシャルの両方に応答する。粒状物質の形態とは、その形、サイズ、及び構造の記述である。形態には、粒径、表面積、粒子の多孔性、集合体サイズ、集合体の形、最大充填密度、パウダーベッド多孔性、などが含まれる。さらに、形態値には、粒径、孔径、集合体サイズなどの値の平均、標準偏差、幅、歪度、等の数値も含まれる。形態値は、これらの特性の一つ、又はそれらの組み合わせ、の測定の結果である。単位質量あたりの表面積、単一粒子の拡散定数、一次粒子の平均直径、及び孔の直径、形、及び数などの微細構造、などが形態値の例である。
【００４３】
形態と界面ポテンシャルの両方に応答する現象の例は、レオロジーのほとんどの側面（例えば、降伏、粘性、及びずり流動化（shear thinning））、粉末カラムにおける液体吸い上げ（wicking）速度、及び塗れた粉末を攪拌する時の最大トルクとそれが起こる液体量（すなわち、吸液計又はオイル吸収テスト）、などである。例えば、粒子が充填されたカラムを液体が上昇する速度は、カラムの孔径分布と液体と粒子表面の間の単位面積あたりの濡れ相互作用の強さの両方に依存する。最大トルクが発生するときの体積は、粉末を充填できる最大密度と粉末を圧縮する毛管力の強さに依存する。逆に、毛管力は、孔径と単位面積あたりの界面ポテンシャルに依存する。相互作用が十分に大きい及び／又は孔が十分に小さい場合、粒状物質はその最大密度に、又はその近くまで圧縮される。このように、ある液体ではある粒状物質で吸収測定を行うと、特性体積は形態だけで決まる。別の液体では、体積とトルクは形態と界面ポテンシャルによって決められる。
【００４４】
これらの現象は形態の効果と界面ポテンシャルの効果の両方から生ずるが、測定を分析する仕方、すなわち、用いる計算又はアルゴリズムが、形態値であるか、界面ポテンシャル特性値であるかを決定する。したがって、形態と界面ポテンシャルの両方に応答するテストを用いて、両方についての独立な情報を得ることが可能である。
【００４５】
例えば、形態と界面ポテンシャルの両方に応答する物理現象のサブセットは、形態の関連する側面が表面積だけであり、面積への依存性が知られているようなものである。このタイプの現象の典型的な例は吸着研究であり、微量の分子の表面と気相又は液相の間での微量分子の分配が決定される。これらの物理現象では、測定は表面積と計算された界面ポテンシャルで調整される。
【００４６】
形態と界面ポテンシャルの両方に応答する物理現象の別のサブセットは、形態と界面ポテンシャルへの依存性が数学的な分析によって分離できるものである。例えば、圧力の関数としての吸着した気体の量は表面積と界面ポテンシャルに依存する。この関数と知られている気体分子のサイズを用いて、表面積又は界面ポテンシャルを計算することができる。窒素ガスを用いる表面積の計算はいわゆるBET法である。通常の計算は形態の一側面としての表面積を与えるので、その方法は形態学的方法である。別の計算は界面ポテンシャルを与えるので、その方法は界面ポテンシャル法である。
【００４７】
いくつかの物理現象は、アルゴリズムによって形態的効果と界面ポテンシャルに分離される。これらは、形態又は相互作用ポテンシャルを測定する基礎になる。データを解釈する時のアルゴリズムがどちらのタイプの測定であるかを決定する。
【００４８】
形態と界面ポテンシャルの両方に応答する物理現象を用いると、以下の条件のどれかが満たされる場合、粒状物質に界面ポテンシャル特性値を付与することができる、すなわち：
A）不活性プローブによってもその物理現象を測定して形態の効果を除くことができる場合。不活性プローブとは、界面ポテンシャルが無視できるようなものである。例えば、インバース・ガスクロマトグラフィー（IGC）では、不活性プローブの保持時間も測定される。
B）圧力や温度などの外部パラメーターを変えて、そのパラメーターへの応答によって形態値と界面ポテンシャル値の一つ以上を独立に計算できる場合。例えば、BET分析は吸着量を圧力の関数として記録しそのデータから二つの定数を計算する。定数の一つは表面積を測り、もう一つの定数は界面ポテンシャルを測る。
C）異なる流体中の同じ粒状物質で物理現象が測定される場合。結果を比較して同じ形態の粒子での差を決定する。この差は界面ポテンシャルの差から生ずる。例えば、いろいろな液体の吸い上げ（wicking）速度を同じように充填された粉末ベッドを通してある炭化水素を吸い上げる速度と比べることができる。
D）形態と界面ポテンシャルの両方に応答する異なるテストの数が、問題となる形態パラメーターの数、マイナス独立なテストで決定されたパラメーターの数、を上回った場合、形態パラメーターの一貫性（consistency）を保証し、プラス界面ポテンシャルの少なくとも一つの側面、を明らかにするのに十分な数の独立なテストがある。
【００４９】
D）を除くこれらのすべてにおいて、共通する目的は、形態の効果を除いた後の、粒状物質と他の物質又は自分自身との相互作用に依存する物理現象の部分を同定することである。この部分が界面ポテンシャルになる。
【００５０】
したがって、本発明の方法の各実施形態は、上述した手法のいずれかを利用、又は含むことができる。その他の手法について、以下で詳しく説明する。
【００５１】
すでに述べたように、本発明の方法はまた、さらに、少なくとも一つの形態値に基づいて選択するステップを含むことができる。形態値は上記の値のいずれであってもよく、当業者に公知のどんな方法を用いて決定されてもよく、例えば液体又は気体吸着などのコロイド法、顕微鏡法、又はそれらの組み合わせ、によって決定できる。吸着法のための典型的な液体又は気体プローブとしては、窒素、ヨウ素、セチルトリメチル臭化アンモニウム（CTAB）、ジブチル・フタレート（DBP）、又はパラフィン・オイルなどがある。これまでは、窒素、ヨウ素、及びセチルトリメチル臭化アンモニウム（CTAB）の吸着を用いてカーボンブラックの表面積が測定されてきた（例えば、窒素吸着に関するASTM D4820, D5816, 及びD6556; ヨウ素枢に関するD1510; 及びCTAB面積に関するD3756）。すべての方法で表面積は同じになるはずであるが、カーボンブラックによっては表面積が同じにならないことがある。この差は、多孔度やその他の形態的特性の差に基因するとされた。有用な顕微鏡法の例としては、透過電子顕微鏡法（TEM）、Ｘ線回折、暗視野顕微鏡法、酸化研究、回折ビーム電子顕微鏡法、位相差透過電子顕微鏡イメージング法、高分解能走査電子顕微鏡法（SEM）、走査トンネル電子顕微鏡法（STEM）、走査トンネル顕微鏡法（STM）、走査フォース顕微鏡法（SFM）、及び原子間力顕微鏡（AFM）イメージング法などがあげられるが、それだけに限定されない。コロイド法としては、マストーン（ブラックネス又はカラー）、着色力（ASTM D 3265）、窒素ガス吸着データ（ASTM D 3037）、セチルトリメチル臭化アンモニウム（ASTM D 3765）、又はヨウ素（ASTM D 1510）などがあげられるが、それだけに限定されない。上記の各方法から得られた表面積は、多孔性の量とタイプ、並びに粒状物質の表面の化学的性質、によって異なる仕方で影響される。多孔度は、大きなプローブ、例えばCTAB、と比べた小さなプローブ、例えば窒素、の吸着で検出される見かけ上余分な表面積から推定できる。集合体サイズは、TEM、ディスク遠心沈降測定、沈降場流動分画法、毛管流体力学分画法、動的光散乱、及び微分型移動度測定、によって推定できる。集合体の形は、オイル吸着、特にDBP、密度−圧力カーブからの比容積、及びTEM、によって推定できる。
【００５２】
形態的な特性とそれらを測定するために用いられるテストの例を下の表１に示す。これらの形態値は、単独で、又は他の形態値と組み合わせて用いられる。
【表１】
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【００５３】
本発明の方法は、さらに、本発明のいろいろな実施形態で、部分的に少なくとも一つの化学値に基づいて選択するステップを含むことができる。ある粒状物質の化学とは、その物質の全体的な（又は、バルクの）組成、表面組成、及び／又は抽出できる物質、を指す。表面における化学部分（chemical moieties）のタイプ、量、及び配置、は表面化学と呼ばれる。例えば、カーボンブラックの表面は、炭素−酸素表面グループ、炭素−水素表面グループ、及び／又はその他の置換された炭素表面グループを含む。
【００５４】
粒状物質の化学値は、当業者に公知の任意の方法によって決定できる。例えば、化学部分の量は、脱離,（例えば、カーボンブラック上の酸素グループの脱離）、酸と塩基による表面グループの中和、電位差適定、温度適定、及び放射適定（radiometric titration）、電気運動測定、特異的化学反応による直接分析、ポーラログラフィー、赤外分光（IR）、電子スピン共鳴（ESR）、及びＸ線光電子分光（XPS）によって測定できる。表面化学は、化学反応によって、又は抽出できる物質を除去することによって変化する。化学値の例としては、pH、官能基レベル、及びゼータ電位、などがあるが、それだけに限定されない。
【００５５】
一般に、形態の測定と合わせて化学成分を測定しても、粒状物質を効果的に特定して最終製品の一貫性（consistency）を高めるのに十分ではないことが見出された。粒状物質の表面は、多数の異なるタイプの化学種を含むことがあり、したがって、粒状物質を効果的に特定するためには、はるかに多くの種を同定して表面でのそれらの相対的位置を決定しなければならない。さらに、定性的及び定量的分析のための方法は存在するが、表面における位置決定は現在の技術水準を超えている。
【００５６】
上述したように、界面ポテンシャル特性値は、粒状物質の界面ポテンシャルと関連づけられるどんな特性であってもよい。本発明の目的には、そして以下で詳しく説明するように、界面ポテンシャルを決定するために利用できる、又はある粒状物質の界面ポテンシャル特性によって影響される値を粒状物質自身に、又はある等級又はブランドの粒状物質に付与することを可能にするテストからの結果は、本発明における界面ポテンシャル特性値であると見なされる。これらは、次のような当業者に公知のいろいろな方法を用いて決定できる：
【００５７】
マストーンによる界面ポテンシャル。マトリックス中の顔料などの粒状物質の光学的濃度は、その固有の性質と、その粒状物質がマトリックスの全体にわたってどのように分散しているかに依存する。良く分散していない場合、光学的濃度は低くなる。良く分散していると、光学的濃度は高い。粒状物質の分散し易さはその形態と界面ポテンシャルの両方に依存する。したがって、マストーンは顔料の界面ポテンシャルに依存する。同じ条件の下で異なるマトリックスに分散させた同じ粒状物質のマストーンの差は、その粒状充填物質の界面ポテンシャルの明細事項（specification）として用いることができる。
【００５８】
気体吸着法による界面ポテンシャル。気体の吸着から表面積を求める上述した方法のいくつかは、例えばBET分析は、二つのパラメーター−一つは表面積に関するもの、もう一つは固体−気体相互作用に関するもの−を用いてデータをあてはめる。固体−気体相互作用に関するパラメーターは、界面ポテンシャルのある尺度である。したがって、BET分析によって表面積を報告するのに用いられる同じデータから、界面ポテンシャルについての情報が得られる。したがって、BET分析でよく用いられる“不活性”気体である窒素やクリプトン以外の気体の吸着を測定する方法を、界面ポテンシャルを決定するために用いることができる（界面ポテンシャル気相吸着法）。界面ポテンシャルを測定するために用いることができる別の気体の例としては、水、アンモニア、及びいろいろな有機蒸気、例えばトルエン、エタノール、ペンタン、ノナン、アセトニトリル、塩化メチレン、などがある。界面ポテンシャルを求めるために好ましい気体吸着法とデータ分析は、以下で詳しく説明する拡がり圧力（spreading pressure）を測定することである。
【００５９】
溶液からの吸着による界面ポテンシャル。溶液からの吸着は気体の吸着と類似した方法である。多くの溶質は表面活性である、すなわち、溶質は溶液に混合されると、粒状物質の表面に好んで集まる。吸着の量は、表面積、形態、及び界面ポテンシャルに依存する。二つ以上の異なる表面活性な溶質の吸着量を同じ粒状物質で測定すると、形態と界面ポテンシャルに独立に敏感な十分な情報が集められ、界面ポテンシャルを決定する方法として使用できる。例えば、ヨウ素とCTABの吸着が同じカーボンブラックで、飽和表面層を形成するのに必要な濃度より低い濃度で測定されると、形態と界面ポテンシャルに独立に敏感な十分な情報が集められる。
【００６０】
光散乱又は円板遠心法からの界面ポテンシャル。光散乱によって集合体サイズを求めるためには、粒状物質は液体で十分に希釈しなければならない。粒状物質が十分に離れて凝集しないようにしてサイズの正確な測定を可能にするように、しばしば界面活性剤が加えられる。このテストのあるバリエーションは、界面ポテンシャルについてを、特に粒状物質の凝集力（cohesion）についての情報を与える。この方法では、界面活性剤を加えずに粒子サイズが時間の関数として測定される。分散物は、十分に希釈しても時間と共に凝集する。凝集の速さは粒状物質の凝集力の尺度である。したがって、時間の関数としての粒径又は粒径分布の測定は、界面ポテンシャル、特に凝集力、の測定になる。
【００６１】
オイル吸収による界面ポテンシャル。カーボンブラックなどの粒状物質の構造に関する普通のタイプのQA/QCテストでは、物質の塊に液体をゆっくりと攪拌しながら加える。液体の体積の粒状物質の質量に対する比が増加するにつれて、混合するために必要なトルクが変化する。普通、最大トルクにおける加えられた液体の体積の物質の質量に対する比が、構造に関するQA/QCテストとして報告されて製品仕様シートに記載される。別のQA/QCテストでは、最大トルクの予め定められたある分数において同じ比が報告される。好ましい液体はジブチル・フタレート（DBP）であり、報告される値はしばしばDBP数と呼ばれる。パラフィン・オイルも用いられている。この体積対質量の比は粒状物質の形態の強い関数である。
【００６２】
しかし、液体で濡らされた粒状物質の流動性は、また、粒子−粒子相互作用と粒子−液体相互作用の相対的強さによって界面ポテンシャルに依存する。アブソープトメーター・テストが同じ粒状物質について第二の液体で繰り返されると、トルクと加えられた液体体積の間の関係は変化する。例えば、最大トルクが同じ粒状物質に対して異なる液体では異なることがあり、あるいはまた、最大トルクに達するために加えられる液体の体積が異なることもある。したがって、異なる液体でのオイル吸収テストの組み合わせを用いてある粒状物質の界面ポテンシャルを定めることができる。吸収測定法では、DBP又はパラフィン・オイル以外の液体を用いることが好ましい。使用できる液体の例としては、炭酸プロピレン、水、エチレン・グリコール、又はそれらの混合物、があげられる。
【００６３】
吸い上げ速度による界面ポテンシャル。粒状物質をカラムにパックして、パックされたベッドの底を液体に接触させると、液体はパックされたベッドを吸い上げられてゆく。吸い上げ速度は。粒状物質のパッキング（これは形態に依存する）と、粒状物質と液体の間の相互作用の強さ（これは界面ポテンシャルに依存する）によって決まる。ノナン、ヘキサデカン、イソアルカン、エチレン・グリコール、ホルムアミド、ブロモナフタレン、アセトニトリル、ベンズアルデヒド、炭酸プロピレン、アニリン、シクロヘキサノール、ニトロアニソール、ジクロロベンゼン、水、又はそれらの混合物、などの二つ以上の液体で、同じ粒状物質を同じようにパックしたカラムでの吸い上げ速度を比較すると、粒状物質の界面ポテンシャルの尺度として用いることができる。液体の選択は、毒性、蒸気圧、粘度、及び極性、などいろいろな因子に依存する。一般に、低い毒性、低い蒸気圧（例えば、０．６kPaよりも低い）、及び／又は低い粘度（例えば、約５ｃｐよりも低い）、を有する液体を用いることが好ましい。また、ある範囲の極性が好ましい。
【００６４】
レオロジー・テストによる界面ポテンシャル。液体中の粒状物質の凝集の度合いは、粒子−粒子相互作用と粒子−液体相互作用のバランスに依存する。言い換えると、凝集の度合いは粒状物質の界面ポテンシャルに依存する。このバランスの一つの尺度はずり流動化（shear thinning）−剪断速度の増加による粘度の低下−の度合いである。凝集の度合いの別の尺度は、Bingham降伏点である。凝集の度合いのさらに別の尺度は、低歪みでの弾性率である。これらの方法の各々を用いて粒状物質の界面ポテンシャルを決定できる。例えば、パラフィン・オイル、ヘキサデカン、ノナン、又はそれらの混合物、などの炭化水素液体を用いる降伏点法を用いて界面ポテンシャルを決定できる。
【００６５】
沈降体積による界面ポテンシャル。分散物が凝集するにつれて、粒子のサイズが大きくなるので粒子の沈降が起こる。粒子−粒子エネルギーが粒子−液体エネルギーに比べて強い場合、凝集した塊が大きく沈降高さが高くなる。したがって、粒状物質の凝集した分散物の沈降高さの測定値を界面ポテンシャルの尺度として用いることができる。
【００６６】
相分離による界面ポテンシャル。粒状物質を二つ以上の混合しない液体と共に容器に入れると、粒状物質は一方の相に、又は相の境界に優先的に蓄積する。この優先的な析出は粒状物質の界面ポテンシャルの結果であり、したがって、粒状物質のある仕様事項として用いることができる。
【００６７】
インバース・ガスクロマトグラフィーによる界面ポテンシャル。インバース・ガスクロマトグラフィー（IGC）は、粒状物質をパックしたベッドを通って流れる気体プローブの保持時間の測定である。界面ポテンシャルが強いほど、保持時間は長くなる。保持時間は、また、粒状物質の形態とパッキングにも依存する。したがって、典型的な手順では、有機蒸気の保持時間が炭化水素の保持時間と比較される。この分析は粒状物質の界面ポテンシャルのある測定尺度を与え、したがって、粒状物質を特定する方法として用いることができる。IGCによる界面ポテンシャルの測定尺度として使用できる有機蒸気は、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、テトラヒドロフラン、アセトン、酢酸エチル、エーテル、クロロホルム、アセトニトリル、又はそれらの混合物、などである。
【００６８】
拡がり圧力による界面ポテンシャル。粒状物質での気体の拡がり圧力は界面ポテンシャルのある尺度である。これは、気体吸着等温線（気体分圧の関数としての吸着された気体モル数）から計算できる。拡がり圧力は、分圧を対数でプロットしたときの吸着カーブの下の積分である。データが単位質量あたり吸着されたモル数で報告された場合、拡がり圧力は単位質量あたりのエネルギーである。計算された拡がり圧力を比表面積で割って界面ポテンシャルを単位面積あたりのエネルギーという単位で得ることができる。いろいろな気体、例えば、テトラヒドロフラン、水、エタノール、トルエン、メチルエチル・ケトン、シクロヘキサノン、など、を用いることができる。各気体で粒状物質の拡がり圧力を計算して界面ポテンシャルの測定尺度が得られる。
【００６９】
粒状物質の界面ポテンシャルを決定するためのその他の方法も用いることができ、当業者には公知である。例としては次のようなものがある：
a）粒状物質を圧縮して平坦な表面を作り出し、そこでプローブ液体の接触角を測定することによる；
b）粒状物質をパックしたベッドにプローブ液体を充填、又は部分的に充填した後、ベッドの孔からその液体を押し出すための気体の圧力を測定することによる；
c）プローブ液体に浮かんでいる粒状物質の粒子を沈めるために必要な遠心力を測定することによる；
d）プローブ液体に浮かんでいる粒状物質の粒子をLangmuirトラフに入れるのに十分な二次元圧力を測定することによる；
e）色素プローブの相対吸着を測定することによる；
f）粒状物質をプローブ液体に沈めたときの熱を測定することによる；
g）テスト吸着物質が粒状物質に吸着されたときにでる熱を測定することによる。これは、吸着物質をキャリア液体に溶解したフロー熱量計で、又は吸着物質が混ぜものなしの液体又は溶液であるバッチ熱量計で行うことができる。
h）Morrison, I.D.; Ross, S. Colloidal dispersions: Suspensions, Emulsions, and Foams; John Wiley & Sons: New York; 2002, pp 505-515,（これは、参照によって全体が本明細書に組み込まれる）に記載されているように、相同的な一連のテスト液体での沈降体積を測定することによる；
i）粒状物質の浮かんでいる粒子を沈めるのにちょうど十分な溶媒混合物の組成を決定することによる；
j）硬い球の流動に関するEinsteinの式からの粘度の偏差、又は高濃度での硬い球の分散物の挙動からのその他の偏差を測定することによる。
【００７０】
本発明の別の様態は、組成物又はマトリックス化合物で用いたときに優れた性能をもたらす粒状物質を開発するための改良された方法に関する。本発明は、粒状物質が自分自身及びマトリックスと相互作用する時の界面ポテンシャルが性能を決定するのに重要になるということを認識している。粒状物質の他の特性、例えば形態、も重要であるが、本発明は、界面ポテンシャルと並んで他のこれらの特性もコントロールすることによって性能を改良することも妨げない。この方法は、はっきりと異なる二つの主要なステップを含む。第一のステップは、界面ポテンシャルが性能にどのように影響を及ぼすかについての理解を広げることである。この理解はマッピングという形になる。第二のステップは、既存の粒状物質の目録から改良された性能を生み出す界面ポテンシャル値を有する一つ以上の粒状物質を選択するか、又は望ましい界面ポテンシャル値を持つ粒子を作り出す製造プロセス条件を選択することである。適切な製造条件の選択は第二のタイプのマッピング、すなわち、製造プロセスのパラメーターと得られる界面ポテンシャルの間の関係を示すマッピング、に依拠する。
【００７１】
本発明のこの様態のある実施形態では、カーボンブラックなどの粒状物質を含む組成物の性能は、性能特性、例えば電気抵抗又は導電率、衝撃強度、色、UV耐性、弾性率、化合物の吸湿性、レオロジー、伝導率、分散性、強化、粉末の流動性、摩擦帯電、など、がどのように粒状物質の界面ポテンシャルに依存するかを示すマップに作成できる。すなわち、この実施形態では、本発明は：
A）マトリックスと粒状物質から成る組成物の少なくとも一つの性能特性、及び
B）１）その粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター又は
B）２）その粒状物質の少なくとも一つの均質相互作用パラメーター及びその粒状物質とマトリックスの少なくとも一つの不均質相互作用パラメーター
を含む性能マップに関する。相互作用パラメーターとは上で述べたようなものである。この性能マッピングは、顧客、粒状物質の製造者、及び／又は任意の第三者が行うことができる。このマッピングは、例えば、図、生のデータ、チャート、式、アルゴリズム、などの形をとることができる。好ましくは、このマッピングは、a）いろいろな界面ポテンシャル値（本明細書では、粒状物質の界面ポテンシャル値、及び／又は、粒状物質の界面ポテンシャル値とマトリックスの界面ポテンシャル値の組み合わせ、として言及される）と、b）その粒状物質を含む組成物の少なくとも一つの性能特性、の間の傾向及び／又は機能的関係を与える。ここで述べたこの傾向又は機能的関係をさらに良く理解するために、オプションとして、マトリックスの界面ポテンシャル値又はマトリックスのその他の性質を用いる又は決定することができる。一般に、異なる界面ポテンシャル値を有する少なくとも二つの粒状物質を用いてマップを作成する。さらに好ましくは、少なくとも三つ、少なくとも四つ、少なくとも五つ、又は少なくとも十の異なる粒状物質、等を用いて性能をマップすることができる。好ましくは、これらの粒状物質の各々は異なる界面ポテンシャル値を有する。界面ポテンシャルは、単一の値で、又は二つ、三つ、又はそれ以上の数の値として測定される。すなわち、界面ポテンシャルは、単一の数値であっても、ポテンシャルの異なる成分を表す二つ以上の数値であってもよい。二成分の例としては、極性成分と非極性成分があり、三成分の例としては、非極性、酸性、及び塩基性成分がある。
【００７２】
性能をマップするのに必要な粒状物質の数は、界面ポテンシャルに割り当てられる成分の数以上である。これらの粒状物質は形態値及び／又は化学値が同じであっても異なっていても良い。組成物の性能が界面ポテンシャルだけでなく粒状物質の形態やその他の特性に依存する場合、粒状物質の数を増やしてマッピングに混同が生じないようにすることができる。広範囲にわたる界面ポテンシャルを有する選ばれた一組のの粒状物質を用いることによって、粒状物質を含む組成物の広範なマッピングが得られる。このマッピングを用いて、そのマトリックスで使用するためのより良い、改良された、又はより適当な粒状物質、又は最良の、又は最も適当な粒状物質を決定して所望の性能を得ることができる。
【００７３】
マッピングは、二次元表現であっても、多次元表現であってもよい。好ましくは、マッピングは、粒状物質のいろいろな界面ポテンシャル値、並びにマトリックスの一つ以上の特性を考慮に入れた傾向及び／又は機能的関係を与える。“マトリックスの特性”という用語は、その界面ポテンシャル値、及び／又は、その他の物理的性質、例えば分子量、モル体積、二重極モーメント、相対誘電率、粘度、密度、表面張力、融点、ガラス転移点、色、UV吸収性、などを含む。マトリックスの特性は、公表されているスケール、例えばHildebrandパラメーター、水素結合特性、静電因子、部分極性、Hansen溶解度パラメーター、Snyder極性指数、溶媒和発色パラメーター、などから得られる。マトリックスの特性は、少なくとも一つの粒状物質と組み合わされた後のマトリックスの一つ以上の性能特性から導出できる。マトリックスの特性は、一組の粒状物質の各々と組み合わされたマトリックスの一つ以上の性能特性から導出できる。組成物の性能特性と、粒状物質及びマトリックスの界面ポテンシャル特性の間の数学的関係が知られており、一つ以上の粒状物質の値が知られていると、その性能特性の測定を解釈してマトリックスの界面ポテンシャルを計算することができる。例えば、マトリックスの特性は、二つ以上の粒状物質の各々と組み合わせたマトリックスの粘度から導出できる。一組のマトリックスの特性は、一組の粒状物質の各々と組み合わせたマトリックスの一つ以上の性能特性から導出できる。あるいはまた、数学的関係が知られている場合、マトリックスと粒状物質の界面ポテンシャルの自己矛盾のない組が、各粒状物質と組み合わせた各マトリックスの一つ以上の性能特性から導出できる。粒状物質とマトリックスの両方の界面ポテンシャル値の自己矛盾のない組を導出するためには多数の組み合わせを調べることが必要である。
【００７４】
マッピングは、粒状物質の一つ以上の形態値も考慮に入れた傾向及び／又は機能的関係を与える。例えば、マッピングは、a）粒状物質のいろいろな界面特性とそのDBP値（及びオプションとして、粒状物質を含むマトリックスの特性も考慮に入れる）と、b）粒状物質を含む組成物の導電率、の間で行うことができる。形態的特性は、表面積、又は表面積とDBP値の組み合わせであってもよい。
【００７５】
マッピングは、マトリックス中の粒状物質の一定濃度におけるものであっても、ある範囲の濃度にわたって用いることができるマッピングであってもよい。例えば、粘度又は色などの性能特性のマッピングは、マトリックスに加えられる粒状物質の質量比率の変動を考慮に入れることができる。マッピングは、マトリックス中の粒状物質の調製の変動を考慮に入れることができる。例えば、あるマッピングは、粒状物質をマトリックスに高い剪断速度で長時間混合した場合について行い、別のマッピングは、粒状物質をマトリックスに最小の攪拌で混合した場合について行うこともできる。温度のバリエーションや周囲条件のバリエーションなど、異なる条件で異なるマッピングを行うこともできる。
【００７６】
粒状物質のいろいろな界面ポテンシャル値の性能特性のマッピングは、一般に各マトリックスに対して異なる。顧客は、改良された性能特性に十分に関心を持って、異なるマトリックスを用いるようになるだろう。いろいろなマトリックスにおけるいろいろな粒状物質の性能特性のマッピングは粒状物質とマトリックスの両方の選択によって一つ以上の性能特性を改良できる方法を提供する。
【００７７】
このように、ある実施形態では、本発明は上述のように性能をマッピングすることによって少なくとも一つのタイプの粒状物質を含む新しい改良された製品を開発する方法に関する。この性能のマッピングは、また、人が所望の界面ポテンシャル値（単数又は複数）を知って好ましい粒状物質を同定することを可能にする。この性能のマッピングは、また、界面ポテンシャル値と形態値及び／又はその他の値の間のトレードオフを同定することを可能にする。二つ以上の性能特性に関するマップを用いて二つ以上の性能特性を同時に改良することができる。この性能のマッピングはまた、人が、所望の性能特性の間の望ましいトレードオフを可能にする粒状物質を同定することを可能にする。例えば、界面ポテンシャル値と色と衝撃強度のマップは、両方の性能特性で満足な又は強化された性能を与える粒状物質を選ぶことを可能にする。
【００７８】
性能をマッピングすることによって、所望の性能に関して、どの粒状物質も最適又は十分でないと判定されるかもしれない。例えば、性能をマッピングした後、性能が望ましい性能特性のどちらかの側にある二つの粒状物質があるかもしれない。このような状況では、製造業者のライブラリー又は目録にある粒状物質で、所望の性能特性にマッチする所望の界面ポテンシャル値を有する特定の望ましい粒状物質に適合するものが何もない場合、製造業者又は第三者は所望の界面ポテンシャル値を有する粒状物質の製造に進むことができる。別の言い方をすると、いろいろな粒状物質に対して性能vs.界面ポテンシャル値をマッピングすることによって“スイート・スポット”を決定し、この“スイート・スポット”を決定したら、製造業者は、粒状物質の目録又はライブラリーをチェックしてある粒状物質がこの望ましい“スイート・スポット”に合致するかどうかを調べるか、又は以前にはなかった粒状物質を製造する方向に進むことができる。あるいはまた、界面ポテンシャルの一つ以上の値を増加又は減少させて、組成物の所望の性能を改良できるかもしれない。この場合、性能が優れた組成物は製造業者が提供しているものより界面ポテンシャル値が高い又は低い粒状物質を含んでおり、製造業者は界面ポテンシャル値が高い又は低い粒状物質の製造へ進むことができる。本発明の目的には、最適値、最適な値、又は改良された値とは、少なくとも一つの性能特性に関して優れた性能を示すという観点から、顧客がそれまでコンシステントに得ていたものよりも良い値を意味する。
【００７９】
性能特性は特定のマトリックスによって、例えば顧客の正確な組成、又は顧客の正確な組成の代用、例えば化学的に関連した組成、のマトリックスによってマップできる。顧客の正確な組成におけるいろいろな粒状物質の性能特性は、粒状物質の製造業者によって、又は顧客によって、又は第三者によってマッピングされる。例えば、粒状物質の製造業者が異なる界面ポテンシャル値を有する一組の粒状物質を提供し、顧客が顧客自身のマトリックスでこれらの粒状物質の性能特性を評価し、マップを作成することもできるだろう。製造業者はいろいろなマトリックスを用いて、マップが顧客のものと同様になるものを見つけだすことができる。このマップを用いて他の粒状物質を選択してテストすることができるだろう。
【００８０】
性能特性を、あるクラスのマトリックスに関して、例えばいろいろな化学カテゴリーのポリマーに関して、マップすることができる。ある特定の顧客の組成で粒状物質の性能をマップし、好ましい界面ポテンシャル値を決定することによって、性能のマッピングは顧客の正確な組成に関して特定の粒状物質を示唆することができる。しかし、もっと広い知識が好ましい場合、又は顧客が粒状物質の製造業者に正確な組成を提供したがらない場合、製造業者その他は、広いカテゴリーのマトリックス又は組成に関して、例えばポリエチレン、ポリスチレン、及びその他の熱可塑プラスチック、などに関して性能マッピングを行って提供することができる。より一般的なこの性能マッピングは、顧客が新しい製品を開発しつつあり、その新しい組成の一部として粒状物質を最適化したいと思う場合に理想的である。一般的な性能マッピングは、特に標準のマトリックスに関して、例えばいろいろな用途で一般に用いられる標準ポリマーに関して行うことができる。例えば、ポリスチレン、ポリアクリレート、ポリウレタン、ポリエチレン、炭化水素オイル、印刷オイル、シリコーン・オイル、シリコン・ポリマー、におけるいろいろな粒状物質に関する性能特性、例えば導電性、分散性、又は色、を作成して粒状物質を選択するさいのガイドラインとして提供することができる。このタイプの一般的な性能マッピングは、製造業者と顧客にとって、新しい組成を開発し、これまでの組成を最適化するための関係と知識の優れた基礎を与える。また、上述のように、性能のマッピングは粒状物質だけに関して行うことも、やはり上で述べたようにマトリックスにおいて行うこともできる。
【００８１】
所望の界面ポテンシャル値を有する粒状物質を作るときには、すでに知られている界面ポテンシャル値を有するすでに知られている粒状物質を取りあげ、そのすでに知られている粒状物質がどのように作られたかを研究し、これらの背景を出発点として、一つ以上のいろいろなパラメーターを操作して、所望の界面ポテンシャル値を有する所望の粒状物質を製造する製造プロセスを調整する。プロセス変数は、温度、圧力、化学組成、化学量論、反応器のクエンチ長さ、急冷空気の量、供給原料の組成、一次燃料タイプ、下流での添加物のタイプ及び／又はレベル、又は後処理のタイプ、濃度、及び／又は量、などである。例えば、以下のパラメーターの一つ以上を調整できる：空気対燃料比；二次空気のパーセント；下流空気のパーセント；急冷レベル及び／又はクエンチの長さ；燃料又は供給原料の段階的な導入；酸素パーセント；乾燥器の温度；乾燥器の酸素パーセント；二次気体の供給原料及び使用；及び噴霧化の原料と使用；などである。その他の例としては、一次バーナーへの空気予熱、一次バーナーにおける空気／ガス比、総空気量対総供給原料の比、カリウム消費、供給原料の質（天然ガスから成る供給原料を含む）、一次バーナーにおけるガス又はオイルのタイプ、冷却水の噴霧化、冷却水の質、ペレット化のタイプ（湿式又は乾式ペレット化）、添加物のタイプと量（ガスの流れに導入される添加物、急冷前にガスとして導入される添加物、及びペレタイザーに導入される添加物）、乾燥機に導入されるガスのタイプとレベル、及び温度と圧力（特に乾燥機における）などがある。このようにして、粒子が形成される条件に影響するプロセス変数、並びに後処理の条件、が調整される。後処理の例としては、粒状物質の化学的修飾（表面反応及びケミカル付着）、並びに付着剤（界面活性剤及び分散剤）の使用、などがある。
【００８２】
本発明の別の実施形態では、異なる界面ポテンシャル値を有するいろいろな粒状物質を作るさいの上記のプロセス変数は、達成される界面ポテンシャル値に関してマップすることができる。このタイプのプロセス変数のマッピングによって、粒状物質に関して所望の界面値を達成するためにはどのプロセス変数を変えるべきかが分かるので、所望の界面ポテンシャル値を容易に達成することが可能になる。さらに、このプロセス変数のマッピングによって、所望の界面ポテンシャル値を達成する条件又は条件の組み合わせを選んで製造プロセスを改善すると同時に、製造のし易さ、必要な設備投資、又は収率、又はコスト、又はそれらの組み合わせ、を改善することが可能になる。
【００８３】
本発明を以下の実施例によってさらに詳しく説明するが、これらの実施例はもっぱら例示的な性格のものである。
【実施例】
【００８４】
実施例１
標準等級のカーボンブラックはいろいろな製造業者から提供されている。これらの標準等級のQ/C仕様の一つはDBPナンバーである。ジブチルフタレート（DBP）の最大トルクにおける体積はカーボンブラックの形態のQA/QC尺度である。
【００８５】
Brabenderミキサー中で６つの標準等級についてDBP値がトルク・データを記録する手段を備えた装置で測定された。データは下の表２に示されている。カーボンブラックはそのDBPナンバーで並べられる。
【００８６】
別の液体に関して最大トルクにおける体積を決定することが、カーボンブラックの界面ポテンシャルに関するQA/QCテストの一例であり、これを用いてこの粒状物質が特定される。この実施例では、水、６０／４０エチレングリコール／水混合物（体積で６０部のエチレングリコール対体積で４０部の水）、エチレングリコール、及びパラフィン・オイルが用いられた。最大トルクにおける体積はやはり表２に示されている。これらの結果は、標準等級は、プローブ液体としてどの液体が用いられるかによって並び方が異なることを示している。例えば、水のデータを見ると、DBPナンバーが増加するにつれて、界面ポテンシャル特性値は増加したり減少したりする。したがって、これらのカーボンブラックが構造と界面ポテンシャルの両方が重要な因子である応用で用いられると、製品の性質が予期されない変化をすることがある。したがって、これらの粒状物質を指定するためには、少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値が、特に製品仕様シートで、含められる。
【表２】
2006522210.tif 000003
【００８７】
実施例２
製造業者しばしば、同じ製品を異なる製造プラントで製造する。製品は、どこで製造されたかに関わりなく製品仕様に合致する必要がある。
【００８８】
表３は、４つの製造プラントからの同じ等級のカーボンブラックについて得られたデータを示す。この実施例では、“最大DBPの％”は、表における最大のDBP値（これはプラントEの値であった）のパーセンテージである。DBPナンバーは、Brabenderアブソープトメーターでトルクを測定できる装置で最大トルクにおける体積として測定された。DBP値はほぼ同一であることに注意しよう（最大値のほぼ９６％以内にある）。DBP値は現在の製品仕様の一部であり、したがって、この規準によればすべてのサンプルは同じであると見なされる（すなわち、仕様の範囲内にある）。
【００８９】
最大トルクにおける体積は、他の三つの液体：エチレングリコール（EG）、60/40エチレングリコール／水（体積で６０部のエチレングリコール対体積で４０部の水）、及び純粋な水、でも測定された。これは界面ポテンシャル特性テストの一例である。
【表３】
2006522210.tif 000004
【００９０】
表３に示されているように、他の液体で得られた体積は製造プラントによって同じでない。これは、４つのサンプルで界面ポテンシャルが同じでなく、したがって、製品は同じでないということを意味する。したがって、少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値を含めるなら製品はもっと良く特定されるであろう。
【００９１】
実施例３
実施例２のカーボンブラックはDBP値が低かった。同様のテストがDBP仕様がもっと高いある等級のカーボンブラックについて行われた。サンプルは三つの製造プラントから取られた。やはり、ＤＢＰでの最大トルクにおける体積がトルク・データを記録する手段を有する装置によってBrabenderアブソープトメーターで測定された。その結果は最大値（プラントF）のパーセンテージで示されている。結果を下の表４に示す。最大トルクにおける体積は、また、エチレングリコール（EG）、60/40 EG／水（体積で６０部のエチレングリコール対体積で４０部の水）、及び純粋な水、でも測定された。得られたデータも表４に示す。
【表４】
2006522210.tif 000005
【００９２】
データは、界面ポテンシャル特性値が測定されると、異なるプラントで作られた等級が異なることが認められることを示している。したがって、少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値を含めることがこれらの粒状物質を特定するために有効である。
【００９３】
実施例４
最新のカーボンブラック製造プラントはいろいろなプロセス条件の下で運転して、それでもほぼ同じ標準QA/QC値（分析特性）、例えばヨウ素ナンバー（I2ナンバー）、DBPナンバー（DBPA）、窒素表面積（N2SA）、t-面積（STSA）、及び色調、を有する製品を製造できる。下の表５の上の欄は、標準QA/QC値によれば、リストされたカーボンブラックは同じであることを示している。しかし、Bartell法（Morrison, I.D.; Ross, S. Colloidal Disperdsions, Suspensions, Emulsions, and Foams: John Wiley & Sons: New York; 2002; pp 210-212, これは参照によって全体が本明細書に組み込まれる）によってパックされた粉末ベッドをいろいろな液体が吸い上げられる速度で界面ポテンシャルを測定すると、顕著な差が見られる。吸い上げ速度の単位はg2/sである。
【表５】
2006522210.tif 000006
【００９４】
したがって、これらの粒状物質は標準的な仕様によればすべて同じであるが、界面ポテンシャルによれば異なって降り、少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値を付与することを含む本発明の方法はそれらを区別することができる。
【００９５】
実施例５
これまでの実施例は、各テストからの界面ポテンシャル・パラメーターを一つだけ用いていた。しかし、複数のパラメーターの組み合わせを用いることもできる。
【００９６】
ASTM テストD-2414-01に記載されている手順に従って、アブソープトメーター（C.W. Brabender Instruments Inc., 50E. Wesley St., South Hackensack, NJ07606から入手される）を用いた。ジブチルフタレート（DBP）が、混合チャンバ内でサンプルに一定流量ビューレットを用いて加えられた。トルク・センサーが、自由に流動する粉末から連続マスの半塑性的な流れまでの粘度の上昇を検出した。トルクが最大トルクに到達したことを確信させる仕方で最大値を通過したとき、アブソープトメーターとビューレットは閉止された。カーボンブラック単位質量当たりの体積がDBP吸収ナンバーとして記録された。テストを行う前にカーボンブラックを予備圧縮した同様のテストによってCDBP値が得られた（ASTM D-3493）。
【００９７】
このデータが、ヨウ素ナンバー、及び窒素及びSTSA表面積値と合わせて表６に示されている。これらの形態値は表中の最大値のパーセンテージで報告されている。示されたすべての値、特に標準液体DBPの値、に基づくと、これらの物質は同一であると見なされることに注意しよう。
【表６】
2006522210.tif 000007
【００９８】
同様のアブソープトメトリー手順に従って、パラフィン・オイル、エチレングリコール、水、及びエチレングリコールと水の60/40混合物、を用いて測定を行った。結果を図１に示す。見られるように、エチレングリコールで測定されたパラメーターの値はサンプル毎に異なっている。同じことは、パラフィン・オイルについても言える。形態的には同じカーボンブラックのサンプルの間で、60/40エチレングリコール／水混合物（体積で６０部のエチレングリコール対体積で４０部の水）、及び純粋な水だけ、を用いた場合に顕著な隔たりが見出される。さらに、サンプルの並び方（高い値と低い値を示したカーボンブラック・サンプルが図１に示されている）も用いる溶媒によって変化する。このように、図１は、標準形態テストで同じだったカーボンブラック・サンプルが、異なる液体を用いてテストした時には互いに異なることを示す。したがって、これらの値を用いてカーボンブラックを特定することができる。これらの値の組み合わせも用いることができる。形態値を含めると、製品をさらに良く特定できるであろう。
【００９９】
図１と２は、高密度ポリエチレン及びポリアミド・ポリマー系について、カーボンブラック粒子とマトリックスの界面特性値に関する凝集の仕事（Wc）と付着の仕事（Wa）を計算することの有用性を示している。導電率とカーボンブラック装荷量の間の予め定められた関係を用いると、界面性質の組み合わせを用いて複合材のある比抵抗率を達成するために必要なカーボンブラックの量を予測できる。例えば10^3オーム／cmという導電率を複合材中５％のカーボンで達成するためには、Wc-Wa値は約２００でなければならない。カーボンブラック装荷量を増やすと、設定された複合材の抵抗率を維持するためにはWc-Wa値の大きさを減少させることが必要である。このタイプのプロットはカーボンブラック粒子が二つ以上の機能を果たしている場合に特に有益である。例えば、ケーブル・コーティングはある特定の導電率とUV安定性を必要とすることがある。耐UV性を高めるためにカーボンブラック装荷量を増やすと導電率も望ましくない形で増加させる。したがって、図１と２の情報を用いて特定のカーボンブラック粒子を選ぶと、UVと導電率仕様を満たすようにできるだろう。
【０１００】
図３と４は、さらに、ある与えられた用途でカーボンブラックを選択するために界面ポテンシャル値を用いることが有益であることを示す。図３と４に示された。それぞれ高密度ポリエチレン及びポリアミドについての予め定められた関係は、所望の衝撃強度を達成するための界面特性に基づいたカーボンブラックの選択を可能にする。例えば、図３の関係は、約５パーセントという低いカーボン装荷量で２５kJ/m2という衝撃強度を達成するためには、カーボンブラック粒子は高いWc-Wa値を有するものでなければならないことを示す。同様に、同じような関係が図４に示されているポリアミド・ポリマーについても存在する。このタイプのプロットは、カーボンブラックの界面性質をどのように操作したら衝撃強度を低下させずに複合システムにおける異なる装荷量が可能になるかを示す。
【０１０１】
実施例６
以下の実施例は、複合材で分散させるための改良されたカーボンブラックを選ぶのに、界面ポテンシャル値を用いて付着の仕事（Wa）を決定することが有益であることを示している。スチレン−アクリロニトリル・ポリマー系でハイカラーのカーボンブラックがいろと分散の質（すなわち、なめらかさ）についてテストされた。カーボンブラックの界面ポテンシャル値は、以下の“界面ポテンシャル関係を定めるステップについての一般的説明”で引用されているように決定された。サンプルはさらに高温（500 Cよりも高い）で予め定められた時間、熱的に処理された。その後、サンプルはスチレン−アクリロニトリル系ポリマーで評価され、界面ポテンシャル値が決定された。下の表は、L*, a*及びb*による色の質、及びなめらかさ指標をWaに対してまとめている。
【表７】
2006522210.tif 000008
【０１０２】
この実施例は、界面ポテンシャル値に基づいてマトリックスとカーボンブラックの間のWaを増加させると、スチレン−アクリロニトリル系ポリマー・システムに分散させたときの色の発現となめらかさが改善されることを示している。これによって、改良された性質を持つような最適のカーボンブラックを選ぶ方法が可能になる。
【０１０３】
実施例７：界面ポテンシャル関係を定めるステップの一般的説明
本実施例は、カーボンブラックの界面ポテンシャル値を決定する一般的な方法と一般的な性能関係又はマップの構築を略述する。引用されたステップは、界面ポテンシャル値に基づいて性能関係を定める一般的モードを確立するためのものであって、特定のある方法に限定されるものではない。
１．各カーボンブラックについて１５の異なるプローブの吸い上げ速度を測定する（実施例１−４で引用された５−７のブラック）
２．各固体／液体相互作用の吸い上げ速度を知られているスケール（Hansen溶解度パラメーター）と関連づけ、既存の数学的関係を用いて知られている液体スケールに関する各ブラックの界面ポテンシャル成分を計算する。（これは上で参照したU.S.特許仮出願におけるものと同様の仕方である）
３．界面ポテンシャルの知られているスケールを用いてカーボンブラックに接触するマトリックス／媒質の界面特性を決定する
４．知られているマトリックスの界面ポテンシャル値と計算されたカーボンブラックの界面ポテンシャル値から粒子−媒質相互作用を計算する。これは、カーボンブラックとマトリックスの間の付着の仕事を決定する。
５．一定の体積比率で鉱物油中の各カーボンブラックの降伏点を測定する。
６．知られているカーボンブラックの物理量（表面積、密度、集合体サイズ）に基づいて粒子−粒子相互作用を計算する。これは、カーボンブラック粒子の互いとの凝集の仕事を決定する。
７．実施例で示すように、導電率や衝撃強度など知られている性能特性によってWcとWaの関数形態（functional form）を決定し、カーボンブラック粒子に必要な最適性質／特性を決定する
【０１０４】
実施例８
Hansen溶解度パラメーター・スケールに基づく界面特性値の決定。Hansen溶解度パラメーター・スケールに基づく界面ポテンシャル値が、プラスチック組成物で用いられるカーボンブラックについて決定された。７つのカーボンブラックの各々をパックしたベッドについて、１１の液体：ヘキサデカン、ノナン、アセトニトリル、アニリン、ベンズアルデヒド、シクロヘキサノール、o-ジクロロベンゼン、エチレングリコール、ホルムアミド、o-ニトロアニソール、及び炭酸プロピレン、の吸い上げ速度（質量2/時間）が測定された。すべてのテスト液体で、各カーボンブラックは同じ密度にパックされた。吸い上げ速度データトセル寸法を表８に示す。
【表８】
2006522210.tif 000009
【０１０５】
液体と粉末の間の付着の仕事、Wlpadh、が次の形のWashburn式から各吸い上げ速度に対して計算された：
【数１】
2006522210.tif 000010
ここで、m/t2は吸い上げ速度、Vcはパックされたベッド、mpはパックされたベッド中の粒子の質量、ρpは粒子の密度、Σは粉末の比表面積、Lcはカラムの長さ、ρlは液体の密度、ηは液体の粘度、そしてσlは液体の表面張力である。
【０１０６】
Hansen溶解度パラメーターはプラスチック産業でプラスチックの互い同士の両立性といろいろな溶媒での溶解度を予測するために用いられている。吸い上げの液体に関するHansen溶解度パラメーターを表９に示す。
【表９】
2006522210.tif 000011
【０１０７】
付着の仕事は粉末とマトリックスの両立性の尺度である。固体と液体の間の付着の仕事は次の式によってHansen溶解度パラメーターから計算できる：
【数２】
2006522210.tif 000012
ここで、Spd, Spp, 及びSpHは対応する粉末のHansen溶解度パラメーターである。これらの３つの定数の組が粉末の界面ポテンシャル値である。各カーボンブラックに関するHansen溶解度スケールに対応する界面ポテンシャル値の組は、測定された付着の仕事と知られている液体の溶解度パラメーターの最小二乗フィットによって見出された。結果は表１０に示されている。各粉末の界面ポテンシャル値は三つの成分を有することに注意しよう。
【表１０】
2006522210.tif 000013
【０１０８】
実施例９
Hildebrandスケールでの界面ポテンシャル値の決定。実施例７で記載されたプラスチック組成で用いられる同じ７つの市販されているカーボンブラックについてHildebrandパラメーターに基づく界面ポテンシャル値も決定された。実施例８で用いられた９つの液体のHildebrandパラメーターを表１１に示す。
【表１１】
2006522210.tif 000014
【０１０９】
Hildebrandパラメーターは、また、プラスチック産業においてプラスチックの互い同士の両立性及びいろいろな溶媒での溶解度を予測するためによく用いられる。固体と液体の間の付着の仕事は、Hildebrandパラメーターから次の式によって計算できる：
【数３】
2006522210.tif 000015
ここで、δpとδlは、それぞれ、粉末と液体のHildebrandパラメーターである。
【０１１０】
各カーボンブラックのHildebrandパラメーター・スケールに対応する界面ポテンシャル値は測定された付着の仕事と知られている液体のHildebrandパラメーターの最小二乗フィットによって見出された。結果は表１１に示されている。各粉末の界面ポテンシャル値は一つの成分を有することに注意しよう。
【表１２】
2006522210.tif 000016
【０１１１】
実施例１０
Ab Initioスケールに基づく界面ポテンシャル値の決定：付着の仕事はまた、液体並びに粉末に関するパラメーターの独立な組に基づくことができる。ここで用いられる式は、各液体とブラックに関する三つのパラメーターを含む式[2]と同様である：
【数４】
2006522210.tif 000017
ここで、Sp1, Sp2, 及びSp3は粉末に関する三つのパラメーター、Sl1, Sl2, 及びSl3は各液体に関する三つのパラメーターである。これらのパラメーターは、データの組全体にわたって二乗の和を最小にすることによって見出される。カーボンブラックと液体についてこれは表１２で行われた。液体のパラメーターはパラメーターの和が液体の表面張力と等しくなるように選ばれた。
【数５】
2006522210.tif 000018
【０１１２】
ノナンとヘキサデカンに対する第二及び第三の成分はゼロとされた。カーボンブラックについて得られたパラメーターを表１２に示されている。液体についての対応する値は表１３に示されている。
【表１３】
2006522210.tif 000019
【表１４】
2006522210.tif 000020
【０１１３】
実施例１１
以下は、プロセス変数を調整して、同じような形態値を有するが界面ポテンシャル特性値が異なるカーボンブラックを製造するやり方の一例である。
【０１１４】
カーボンブラック（CB-6A, CB-6B,及びCB-6C）が、U.S. 特許No. 5,456,750に記載されているものと同様の反応炉を用いて調製された。具体的な反応条件は下の表１４に示されている：
【表１５】
2006522210.tif 000021
【０１１５】
見られるように、これらのカーボンブラックでは、反応器へのインプットは同様に保たれたが、クエンチ長さは17 ft.から33.5 ft.まで増加した。さらに、クエンチ長さが増加すると共に供給原料のカリウム濃度を減少させて同じようなDBPA値を維持した。表１５は、各カーボンブラックの形態値（表面積と構造）並びに界面ポテンシャル特性値（二つの液体−エチレングリコールとブロモナフタレン−の吸い上げ速度、gm2/sec）を示す。二つの測定された吸い上げ速度の比も含まれている。
【表１６】
2006522210.tif 000022
【０１１６】
見られるように、三つのカーボンブラックの窒素表面積もDBPA値も非常に似通っている。すなわち、これらの尺度だけを用いると、三つのカーボンブラックは同様と見なされるであろう。しかし、界面ポテンシャルの尺度を用いると、これらのカーボンブラックは全く異なることが明らかになる。
【０１１７】
表１５に示されている吸い上げ速度に対するクエンチ長さの影響が図５に示されている。この図はプロセス変数と界面ポテンシャル特性値の間の関係を示している。
【０１１８】
実施例１２
以下の実施例は、ゴムとカーボンブラックを含むゴム組成物について、アブソープトメトリーによって測定した界面ポテンシャル特性値とスコーチ（scorch）の間の関係を示す。
【０１１９】
表１６は、わづかに異なる条件で製造されたカーボンブラックの５つの異なるサンプルの分析値を示す。表はまた、実施例５に記載されたと同様の方法によってアブソープトメーターで発生された最大トルクとそのトルクでの炭酸プロピレンの体積も示している。表はまた、５つのブラックのスコーチ（scorch）値も示している。スコーチ値は、ASTM D-1646に記載されている方法によって決定された。
【表１７】
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【０１２０】
結果は、５つのカーボンブラックはその形態値によれば非常に似通っているが、界面ポテンシャルの尺度によれば異なることを示している。このデータはまた、スコーチ値versus最大トルクと最大トルクでの体積を示す図６にも示されている。
【０１２１】
本発明のその他の実施形態は、本明細書とそこで開示された本発明の実施形態を考察することによって当業者には明らかであろう。本明細書及び実施例は単に例示的なものであって、本発明の真の範囲と精神は以下の特許請求の範囲及びその等価物によってのみ示される。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】粒状物質に関する、性能特性と少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、の間の関係を示すグラフである。
【図２】粒状物質に関する、性能特性と少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、の間の関係を示すグラフである。
【図３】粒状物質に関する、性能特性と少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、の間の関係を示すグラフである。
【図４】粒状物質に関する、性能特性と少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、の間の関係を示すグラフである。
【図５】粒状物質の界面ポテンシャル値に対するクエンチ長さの影響を示すグラフである。
【図６】粒状物質に関する、性能特性と少なくとも一つの界面ポテンシャル特性値、界面ポテンシャル特性値から導出される少なくとも一つの値、界面ポテンシャル特性値の少なくとも一つの成分、又はそれらの組み合わせ、の間の関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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