(57)【要約】  結晶性ベーマイト生成物および前記生成物を形成する方法が提供され、結晶性ベーマイトが、７，０００ナノメートル未満である平均粒径（ｄ５０）を示す。この方法は、水、大きな酸化アルミニウム前駆体、高分散性ベーマイトグレード、および任意に、有機分散剤を一緒に混合することによって水性スラリーを調製するステップ；スラリーのｐＨを調整するステップ；スラリーを所定の時間加熱するステップ；スラリーを回収してウェットケーキを形成するステップ；およびウェットケーキを乾燥して結晶性ベーマイト生成物を得るステップを含む。結晶性ベーマイト生成物は、プラスチック樹脂と混合されて、難燃性プラスチック混合物を形成することができ、これは従来のプラスチック加工方法に供されて、難燃性複合材料を形成することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶性ベーマイト生成物を形成する方法であって、
水、大きな酸化アルミニウム前駆体、高分散性ベーマイトグレード、および任意に、分散剤を一緒に混合することによって水性スラリーを調製するステップと、
前記スラリーのｐＨを約８．０〜約１２．０の間であるよう調整するステップと、
前記スラリーを約１．０時間〜約２４時間までの時間の間、１２０℃と２５０℃の間の温度に加熱するステップと、
前記スラリーを回収してウェットケーキを形成するステップと、
前記ウェットケーキを乾燥させて、前記結晶性ベーマイト生成物を得るステップと、
を含み、
前記結晶性ベーマイト生成物は、７，０００ナノメートル未満の平均粒径（ｄ５０）を示す、前記方法。
【請求項２】
前記方法は、有機分散剤の使用を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記有機分散剤が、アクリル酸またはポリアクリル酸、アクリル酸の塩、アクリル酸コポリマー、またはそれらの混合物である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記スラリーのｐＨが、約１０．０と約１２．０の間であるよう調整される、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記スラリーは、約１７０℃と約２２０℃の間の温度に加熱される、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記スラリーが約１８０℃の温度に加熱される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記スラリーは、約１時間から約１０時間の間の時間で加熱される、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記スラリーは、約２時間から約５時間の間の時間で加熱される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記結晶性ベーマイト生成物は、約１００ナノメートルより大きく、約３，０００ナノメートル未満である平均粒径（ｄ５０）を示す、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記結晶性ベーマイト生成物は、約５００ナノメートルと２，０００ナノメートルの間の平均粒径を示す、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記結晶性ベーマイト生成物は、約３０ナノメートルから約１２０ナノメートルの間の微結晶サイズをさらに含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記高分散性ベーマイトが種材料として作用する、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記大きな酸化アルミニウム前駆体は、約５０マイクロメートル以上の平均粒径（ｄ５０）を示す、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記大きな酸化アルミニウム前駆体は、粗等級のギブサイトである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記高分散性ベーマイトは、１００ｎｍ未満である粒径を示し、そしてアルミナ含有量に対して０．５％〜７．５％の鉱酸または有機酸の濃度で熱および／またはせん断を使用して形成される、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかのプロセスに従って形成される結晶性ベーマイト生成物。
【請求項１７】
難燃性複合材料を形成する方法であって、
７，０００ナノメートル未満である平均粒径（ｄ５０）を示す請求項１〜１４のいずれかに記載の結晶性ベーマイト生成物を形成するステップと、
前記結晶性ベーマイト生成物をプラスチック樹脂と混合して、難燃性プラスチック混合物を形成するステップと、
前記難燃性プラスチック混合物を従来のプラスチック加工方法に供して難燃性複合材料を形成するステップと、
を含む、前記方法。
【請求項１８】
前記プラスチック樹脂は、熱可塑性または熱硬化性樹脂のいずれかとして選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記プラスチック樹脂は、オレフィン樹脂、芳香族ポリエステル、ポリエステル、およびポリアミドの群からの１つとして選択される熱可塑性樹脂である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記プラスチック樹脂は、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、およびメラミン樹脂の群からの１つとして選択される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記プラスチック加工方法が、配合、押出、または成形である、請求項１７〜１９のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的には、ベーマイトとしても知られているアルミナ水和物の製造方法に関する。より具体的には、本開示は、ナノスケールの結晶性ベーマイトを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
このセクションの記述は、単に本開示に関連する背景情報を提供するだけであり、先行技術を構成し得るものではない。工業プラスチック配合物は、１以上の強化された性能特性の存在を要求する、とりわけスイッチ、ソケット、コネクタ、ヒューズボックス、およびマニホールドカバーなどの多くの適用でよく使用されるようになってきた。これらの性能特性は、多くの場合、高衝撃強度、高耐久性、難燃性、低摩耗性、油および他の攻撃的媒体に対する高抵抗性、高耐熱性、および／または電気抵抗を含む。必要な特性を達成するために、プラスチック樹脂、例えば、ポリアミド、エポキシ、およびポリエステルは、射出成形プロセスでの使用のために特別に設計された硝子繊維および様々な他の添加剤と配合される。
【０００３】
ある一般的で、有効な難燃剤の開発は、火に曝された際に既知の工業プラスチック配合物によって示される広範囲の挙動のため、達成することが困難であった。しかしながら、ベーマイト（酸化アルミニウム水酸化物）によって示される高い熱安定性は、この無機充填剤を多くの工業プラスチック配合物で使用するのに望ましいものにする。いくつかの適用において、ベーマイトはまた、リン含有および窒素含有難燃剤と組み合わせられて、所望の結果を提供し得る。このタイプの適用において、結晶性ベーマイトの平均粒径（ｄ５０）は、およそ７，０００ナノメートル（７．０マイクロメートル）以下である。
【０００４】
ベーマイトを製造するために使用できるいくつかの方法は、（ｉ）高温（２００〜２５０℃）および蒸気圧で、三水酸化アルミニウムまたはギブサイト（すなわち、Ａｌ２Ｏ３−３Ｈ２Ｏ）の水熱処理；（ｉｉ）ＮａＯＨ、ＫＯＨおよびＮＨ４ＯＨなどのアルカリによる、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウムおよび硝酸アルミニウムなどのアルミニウム塩の水性溶液の中和；（ｉｉｉ）酸（例えば、ＨＣｌまたはＨ２ＳＯ４）または一酸化炭素による、アルミン酸ナトリウムなどのアルミン酸塩の中和；または（ｉｖ）アルミニウムアルキレートなどの有機アルミニウム化合物の加水分解を含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの方法の使用は、比較的高コストで、使用前に還元を必要とする平均粒径を有する結晶性ベーマイトの形成を導く。結晶性ベーマイトの平均粒径（ｄ５０）を７，０００ナノメートル未満に減らす一般的な方法は、この方法が前駆体または最終材料を減少させることを含むかどうかにかかわらず、最終生成物の全体的なコストにさらに影響を及ぼす。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、一般的には、結晶性ベーマイト生成物を形成する方法を提供する。本発明の方法は、水、大きな酸化アルミニウム前駆体、高分散性ベーマイトグレード（highly dispersible Boehmite grade）、および任意に、分散剤を一緒に混合することによって、水性スラリーを調製するステップ；スラリーのｐＨを約８．０〜約１２．０の間であるよう調整するステップ；スラリーを、約１．０時間〜約２４時間までである時間の間、１２０℃と２５０℃の間の温度に加熱するステップ；スラリーを回収してウェットケーキを形成するステップ；およびウェットケーキを乾燥させて、結晶性ベーマイト生成物を得るステップを含む。本発明の方法を使用して形成される結晶性ベーマイト生成物は、７，０００ナノメートル未満である平均粒径（ｄ５０）を示す。任意に、本発明の方法は、限定されないが、有機分散剤を含む分散剤の使用をさらに含み得る。この有機分散剤は、限定されないが、アクリル酸またはポリアクリル酸、アクリル酸の塩、アクリル酸コポリマー、またはそれらの混合物を含み得る。
【０００７】
本開示の別の側面によると、上記で記載され、本明細書中にさらに定義される方法に従って形成される結晶性ベーマイト生成物が提供される。
【０００８】
本開示の１つの側面によると、スラリーのｐＨは、約１０．０と約１２．０の間であるように調整される。スラリーは、約１７０℃と約２２０℃の間、あるいは約１８０℃の温度に加熱され得る。スラリーが加熱される時間は、約１時間と１０時間の間；あるいは約２時間と約５時間の間の範囲であり得る。
【０００９】
形成される結晶性ベーマイト生成物は、約１００ナノメートルより大きく、約３，０００ナノメートル未満である平均粒径（ｄ５０）を示す。あるいは、結晶性ベーマイト生成物は、約５００ナノメートルと２，０００ナノメートルの間の平均粒径を示す。結晶性ベーマイト生成物は、約３０ナノメートル〜約１２０ナノメートルの間である微結晶サイズをさらに含み得る。
【００１０】
本開示の別の側面によると、高分散性ベーマイトは、種材料として作用することができる。高分散性ベーマイトは、１００ｎｍ未満である粒径を示すことができ、アルミナ含有量に対して０．５％〜７．５％の鉱酸または有機酸の濃度で熱および／またはせん断を使用して形成されることができる。
【００１１】
大きな酸化アルミニウム前駆体は、約５０マイクロメートル以上の平均粒径（ｄ５０）を示す。大きな酸化アルミニウム前駆体は、粗等級のギブサイト（coarse grade Gibbsite）であり得る。
【００１２】
本開示の別の側面によると、難燃性複合材料を形成する方法が提供される。この方法は、７，０００ナノメートル未満である平均粒径（ｄ５０）を示す上記および本明細書中に記載される方法に従って結晶性ベーマイト生成物を形成するステップ；結晶性ベーマイト生成物をプラスチック樹脂と混合して、難燃性プラスチック混合物を形成するステップ；および難燃性プラスチック混合物を従来のプラスチック加工方法に供して難燃性複合材料を形成するステップを含む。
【００１３】
プラスチック樹脂は、熱可塑性または熱硬化性樹脂のいずれかとして選択され得る。熱可塑性樹脂は、オレフィン樹脂、芳香族ポリエステル、ポリエステル、およびポリアミドの群からの１つとして選択され得る。熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、およびメラミン樹脂の群からの１つとして選択され得る。プラスチック樹脂は、配合、押出、または成形などの任意の従来の方法を使用して加工され得る。
【００１４】
適用性のさらなる領域は、本明細書中で提供される記載から明らかになるだろう。説明および特定の実施例は、例示のみを目的とするものであり、本開示の範囲を限定するものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本明細書中に記載される図面は、説明目的のみのためのものであり、決して本開示の範囲を限定するものではない。
【００１６】
【図１】図１は、本開示の教示による結晶性ベーマイト生成物を形成する方法の概略図である。
【００１７】
【図２】図２は、図１の方法に従って形成された結晶性ベーマイト生成物を利用して難燃性複合材料を形成する方法の概略図である。
【００１８】
【図３】図３Ａは、本開示の教示に従って形成された結晶性ベーマイト生成物の顕微鏡写真である。
【００１９】
図３Ｂは、図３Ａに示される結晶性ベーマイト生成物について測定されたＸ線回折パターンである。
【００２０】
【図４】図４Ａは、従来の方法に従って形成された比較の結晶性ベーマイト生成物の顕微鏡写真である。
【００２１】
図４Ｂは、図４Ａに示される比較の結晶性ベーマイト生成物について測定されたＸ線回折パターンである。
【００２２】
【図５】図５Ａは、別の従来の方法に従って形成された比較の結晶性ベーマイト生成物の顕微鏡写真である。
【００２３】
図５Ｂは、図５Ａに示される比較の結晶性ベーマイト生成物について測定されたＸ線回折パターンである。
【００２４】
【図６】図６Ａは、さらに別の従来の方法に従って形成された比較の結晶性ベーマイト生成物の顕微鏡写真である。そして
【００２５】
図６Ｂは、図６Ａで示される比較の結晶性ベーマイト生成物について測定されたＸ線回折パターンである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下の説明は、実際は、単なる例示であり、決して本開示またはその適用または使用を限定するものではない。説明全体を通じて、対応する参照番号は、同様または対応する部分および特徴を示すことが理解されるべきである。
【００２７】
本開示は、一般的には、７．０マイクロメートル以下、あるいは約３．０マイクロメートル未満である平均粒径（ｄ５０）を有する結晶性ベーマイトの形成に関する。本明細書中に含まれる教示に従って作られ、使用されるベーマイトは、その概念をより完全に説明するために難燃剤としてのその使用と合わせて本開示の全体にわたって記載される。他の適用において本明細書中で記載される方法に従って形成されるベーマイトの導入および使用は、本開示の範囲内であると企図される。
【００２８】
用語「ベーマイト」は、一般的には、酸化アルミニウム−水酸化物、ＡｌＯ（ＯＨ）に類似するＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを示すアルミナ水和物を記載するために使用される。ベーマイトは、様々な量の水和水を含むことができ、したがって、表面積、細孔容積および比重、並びに熱処理の際の熱特性を示し得る。ベーマイト中の結晶度、結晶サイズ、および不完全性の量は、測定されたＸＲＤパターン内のピークの鋭さおよび位置によって決定されることができる。ベーマイトは、公害防止、炭化水素クラッキング、エチレンオキシドまたはメタノールの製造、クロロフルオロハイドロカーボン（ＣＦＣ）の転換、およびガスタービンの排ガスからの窒素酸化物の低減のための、セラミック材料、研削剤、遅延剤、吸着剤、複合材料の充填剤、および触媒、例えば、製油所操作で炭化水素供給を水素化処理するために使用されるものなどとして利用され得る。
【００２９】
図１を参照すると、方法１は、一般的には、種材料、および任意に、分散剤として作用させるために、水、粗等級のギブサイト、高分散性ベーマイトグレードを一緒に混合することによって、水性スラリーを調製するステップ１０；スラリーのｐＨを調整するステップ１５；スラリーを加熱するステップ２０；ウェットケーキを形成するためにスラリーを回収するステップ２５；ウェットケーキを乾燥させて結晶性ベーマイト生成物を得るステップ３０を含み、ここで、結晶性ベーマイト生成物は、約７，０００ナノメートル（７．０マイクロメートル）未満である平均粒径（ｄ５０）を表す。プロセス中、スラリーのｐＨは、約８．０〜約１２．０；あるいは、約１０．０と約１２．０の間；あるいは、約１１．０であるように調整される（ステップ１５）。スラリーは、約１時間〜約２４時間までである時間分の間、１２０℃と２５０℃の間の温度に加熱される（ステップ２０）。あるいは、スラリーは、約１７０℃〜２２０℃の間；あるいは、約１８０℃の温度に加熱される（ステップ２０）。あるいは、スラリーが加熱される（ステップ２０）間の時間は、約１時間と約１０時間の間；あるいは、約２時間と約５時間の間であり得る。
【００３０】
スラリーのｐＨおよび温度は、ベーマイトについて生じる結晶化速度に影響を及ぼす結晶性ベーマイト生成物の調製における特徴を示す。より具体的には、結晶化速度は、ｐＨおよび／または温度の上昇と共に増加する。言い換えれば、プロセスで利用されるｐＨおよび／または温度が高ければ高いほど、結晶性ベーマイトを形成する可能性が高くなる。
【００３１】
平均粒径Ｄ５０は、質量による粒径のメジアン径またはメディアム値（中央値）として定義され、通常、ナノメートル（ｎｍ）またはマイクロメートル（μｍ）で表される。ベーマイトの生成物のＤ５０の測定は、篩い分け分析、空気浄化分析、光分析、光学計数法、電気抵抗計数法、沈降技術、レーザー回折法、および音響分光法を含むがこれらに限定されない当業者に既知の任意の方法によって得ることができる。再び図１を参照すると、本開示の方法１によって形成される結晶性ベーマイト生成物は、約７，０００ナノメートル（７．０マイクロメートル）未満である平均粒径（ｄ５０）を表す。あるいは、平均粒径（ｄ５０）は、約１００ナノメートルより大きく、約３，０００ナノメートル未満；あるいは、約５００ナノメートルと２，０００ナノメートルの間である。
【００３２】
本開示の別の側面によれば、結晶性ベーマイト生成物は、約２０ナノメートルと約１５０ナノメートルの間；あるいは、約３０ナノメートルと約１２０ナノメートルの間；あるいは、約５０ナノメートルと約１００ナノメートルの間である微結晶サイズをさらに含む。微結晶サイズは、Ｘ線回折（ＸＲＤ）分光法を利用して測定することができる。微結晶サイズを測定することができる機器の１つの例は、Ｒｉｇａｋｕ Ｍｉｎｉｆｌｅｘ ２ベンチトップＸＲＤ分光計である。微結晶サイズは、０２１反射におけるピークを測定することによって得られ、次に、任意のバックグラウンドまたはピークフィッティングを考慮しないＳｃｈｅｒｒｅｒ式を使用して計算される。
【００３３】
本開示の教示に従って形成される結晶性ベーマイト生成物によって示される小さな平均粒径（ｄ５０）は、小さな粒径を必要とする適用、例えば、難燃剤および金属不動態化などで使用される場合、生成物の全体的なコストを低減するのに有益である。結晶性ベーマイトを形成するための従来のプロセスは、典型的には、約５０マイクロメートルより大きい平均粒径（ｄ５０）をもたらし、粉砕などの更なる処理ステップを必要とする。用語「粉砕」は、アルミナ生成物によって示される平均粒径（ｄ５０）の減少をもたらす任意の既知のプロセスまたは技術として定義される。そのような粉砕プロセスで使用される技術の例には、数例挙げると、ボールまたは磨砕機ミル、ジェットミル、高せん断ミキサー、およびコロイドミキサーが挙げられる。
【００３４】
本開示の別の側面によると、結晶ベーマイトを製造する方法は、約５０マイクロメートル以上の平均粒径（ｄ５０）を示す大きな酸化アルミニウム前駆体を使用する。これらの大きな酸化アルミニウム前駆体は、多くの市販のギブサイトで存在することが一般的に見られるような粗等級ギブサイトであり得る。市販のギブサイトのいくつかの例は、水和アルミナまたは水酸化アルミニウム、例えば、特に、Ｃ−３０ （Ａｌｃｏａ Ｗｏｒｌｄ Ａｌｕｍｉｎａ ＬＬＣ, Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ, ＰＡ）およびＧＢ／Ｔ ４２９４−２０１０ (Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｌｔｄ.またはＣＨＡＬＣＯ, Ｂｅｉｊｉｎｇ, 中国)を含む。
【００３５】
本開示の別の側面によると、高分散性ベーマイトは、スラリー中の種材料として作用する。この高分散性ベーマイトの一例は、Ｐａｃｉｆｉｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ, Ａｎｎ Ａｒｂｏｒ, Ｍｉｃｈｉｇａによって製造されるＡｌｕｍａｘ ＰＢ−９５０生成物である。高分散性ベーマイトは、沈殿プロセスを介して調製され得、鉱酸または有機酸の少量の存在下で、熱および／またはせん断を使用して１００ｎｍ未満の粒子に容易に分散される生成物を９５％超有すると定義できる。水熱処理によって提供される熱および／またはせん断も、ベーマイトを分散するように作用し、初期種材料を提供し得る。鉱酸または有機酸の量は、全分散量の約０．５重量％〜約７．５重量％の範囲であり得る。
【００３６】
任意に、結晶性ベーマイト生成物を形成する方法は、生成されるスラリーの一部として分散剤または界面活性剤の使用を含み得る。あるいは、分散剤は、有機分散剤である。この有機分散剤は、限定されないが、アクリル酸またはポリアクリル酸、アクリル酸の塩、アクリル酸コポリマー、またはそれらの混合物であり得る。アクリル酸の塩のいくつかの例は、特に、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリアクリル酸カリウムアルミニウム、ポリアクリル酸カリウム、およびポリアクリル酸ナトリウムを含む。アクリル酸コポリマーのいくつかの例は、アクリル酸アンモニウムコポリマー、エチレン／アクリル酸コポリマー、エチレン／アクリル酸ナトリウムコポリマー、アクリル酸／メタクリル酸アンモニウムコポリマー、スチレン／アクリル酸コポリマー、アクリル酸／ヒドロキシエステルアクリレートコポリマー、エチレン／メタクリル酸コポリマー、およびアクリル酸ナトリウム／アクロレインコポリマーを含むが、これらに限定されない。
【００３７】
本開示の別の側面によると、水は、スラリーの全重量に対して６０％〜９０％までの範囲で添加されることができ、種材料は、粗等級のギブサイトに対して０．０５〜０．２５の比で添加されることができ、粗等級のギブサイトは、スラリーの全重量に対して１０％〜３０％で添加されることができ、および任意の分散剤は、スラリーの全重量に対して０．００１％〜０．０２％まで添加されることができる。
【００３８】
本開示の別の側面によると、本開示の教示に従って調製される結晶性ベーマイト生成物は、数例を挙げると、プリント回路基板およびケーブルジャケットなどの、様々なタイプのプラスチック複合材料に機械的耐久性および難燃性を提供するために使用されることができる。ベーマイト自体は、式１に示されるように、約３４０℃の温度に到達するまで、熱分解を開始しないので、このタイプの適用に役立つ。プラスチックの加工中に遭遇する温度が２００℃を超える場合はいつでも、または最終用途にて高温で実施される長時間のエージング試験に合格する必要がある場合には、難燃剤としてのベーマイトの使用は適切である。
【００３９】
【数１】
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【００４０】
プラスチック複合材料は、限定はされないが、熱可塑性材料または熱硬化性材料を含み得る。熱可塑性材料のいくつかの具体例は、ポリエチレン（ＰＥ）とエチレン−ビニルアセテート−コポリマーおよびエチレン−プロピレン−ジエン−モノマー（ＥＰＤＭ）のようなエラストマーおよびシリコンゴム（ＳＲ）のブレンドを含むが、これらに限定されない。熱可塑性樹脂のいくつかの例は、オレフィン樹脂、例えば、オレフィンホモポリマー（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、およびポリブテン）およびオレフィンコポリマー（例えば、エチレン−プロピレンランダムコポリマー、エチレン−プロピレンブロックコポリマー、プロピレン−ブテンランダムコポオリマー、プロピレン−ブテンブロックコポリマー、およびエチレン−プロピレン−ブテンコポリマー）；芳香族ポリエステル、例えば、ポリエチレンテレフタレートおよびポリブチレンテレフタレート；ポリエステル、例えば、ポリカプロラクタムおよびポリヒドロキシブチレート；およびポリイミド、例えば、ナイロン−６、ナイロン−６６、ナイロン−１０、ナイロン−１２およびナイロン−４６を含むが、これらに限定されない。熱硬化性樹脂のいくつかの例は、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、およびメラミン樹脂を含むが、これらに限定されない。充填されるギブサイト型水酸化アルミニウム粒子の量は、通常、樹脂の１００質量部ごとに約３０〜１５０質量部である。追加の情報は、米国特許公開第２００７／０１１６６４１号で得ることができ、その全体の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００４１】
ここで図２を参照すると、難燃性複合材料を形成する方法１００は、本開示の教示に従って結晶性ベーマイト生成物を調製し１１０、続いてプラスチック樹脂と前記生成物を混合して難燃性プラスチック混合物を形成するステップ１１５を含む。次に、この難燃性プラスチック混合物は、従来のプラスチック加工方法に供され、難燃性複合材料を形成する。従来のプラスチック加工方法のいくつかの例は、限定はされないが、配合、押出、および成形を含む。
【００４２】
以下の特定の態様は、本開示の教示に従って結晶性ベーマイト生成物を形成する方法を例示するために与えられ、本開示の範囲を制限するものと解釈されるべきではない。当業者は、本開示に照らして、多くの変更が、本明細書中に開示される特定の態様でされることができ、本開示の精神または範囲から逸脱するこことなく、または離れることなく、同様または類似の結果を依然として得ることができることを理解するだろう。当業者は、本明細書中に報告される任意の特性が日常的に測定され、複数の異なる方法によって得ることができる特性を表すことをさらに理解するだろう。本明細書中に記載される方法は、１つのそのような方法を表し、他の方法は、本開示の範囲を超えることなく、利用され得る。
【実施例】
【００４３】
実施例１−結晶性ベーマイト生成物を形成する方法
【００４４】
合計７００ｇの脱イオン（ＤＩ）水を、混合条件下で分散剤として０．０３ｇのポリアクリル酸アンモニウムと組み合わせる。合計２７０ｇのギブサイト（粗等級アルミナ）および３０ｇの高分散性ベーマイト（Ａｌｕｍａｘ ＰＢ−９５０, Ｐａｃｉｆｉｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ, Ａｎｎ Ａｒｂｏｒ, Ｍｉｃｈｉｇａｎ)を水および分散剤に加えて、スラリーを形成する。均質性を確保するために、スラリーを１５分間混合する。次に、水酸化ナトリウム結晶を使用して、スラリーの酸性度／塩基性度を１１．０のｐＨに調整する。スラリーをパール（Ｐａｒｒ）２−リットルオートクレープに入れ、２００ｒｐｍの速度でスラリーを連続的に撹拌しながら１．５時間１８０℃の温度に加熱する。次に、これをスラリーを取り出し、ろ過してウェットケーキを得、次に１２０℃で一晩（約１２〜１４時間）乾燥させる。
【００４５】
最終生成物は、図３Ａの顕微鏡写真および図３ＢのＸＲＤスペクトルに示されるようにＸ線回折（ＸＲＤ）によって、結晶性ベーマイトであることが確認される。結晶性ベーマイトは、反射０２０および０２１でのピークとしてＸＲＤスペクトルで確認される。顕微鏡写真は、サブミクロン粒子（＜８００ｎｍ）の凝集体を示す。
【００４６】
得られた粒子分布はまた、Ｈｏｒｉｂａ ＬＡ９２０ＷＥＴを使用して測定され、平均粒径（ｄ５０）は１，３００ナノメートルであると決定される。この実施例で形成される結晶性ベーマイトは、平均粒径をさらに減少させるために粉砕または破砕するステップを導入する必要なく、適用して使用するのに適している。この実施例は、結晶性ベーマイトが難燃剤としての使用に適する平均粒径（ｄ５０）を表すように原材料または生成物を粉砕または破砕する必要なく、本開示に係る結晶性ベーマイト生成物の形成を証明する。
【００４７】
実施例２−比較例Ａ
【００４８】
合計７００ｇの脱イオン（ＤＩ）水を、混合条件下で０．０３ｇのポリアクリル酸アンモニウムと混合する。合計３００ｇのギブサイト（粗等級のアルミナ）を、水および分散剤に加え、均一性を確実にするために、１５分間混合する。次に、混合物の酸性度／塩基性度を、水酸化ナトリウム結晶を使用して、１１．０のｐＨに調整する。混合物をパール（Ｐａｒｒ）２−リットルオートクレープに入れ、２００ｒｐｍの速度で混合物を連続的に撹拌しながら１．５時間、１８０℃の温度に加熱する。次に、混合物を取り出し、ろ過してウェットケーキを得、これを次に１２０℃で一晩（約１２〜１４時間）乾燥させる。
【００４９】
最終生成物は、図４Ａの顕微鏡写真および図４ＢのＸＲＤスペクトルに示されるようにＸ線回折（ＸＲＤ）によって、結晶性ベーマイトであることが確認される。結晶性ベーマイトは、ＸＲＤスペクトルにおいて、反射０２０および０２１でのピークとして確認される。顕微鏡写真は、サイズが５ミクロンを超える大きな結晶粒子を示す。
【００５０】
得られた粒子分布はまた、Ｈｏｒｉｂａ ＬＡ９２０ＷＥＴを使用して測定され、平均粒径（ｄ５０）は７５，０００ナノメートルであると決定される。この実施例で形成される結晶性ベーマイトは、平均粒径をさらに減少させる粉砕または破砕するステップを導入する必要なしに、適用して使用するには大きすぎる。この実施例は、従来の方法に従って結晶性ベーマイト生成物を形成すると、さらなる粉砕プロセスに供されることなく、難燃剤として使用するには適しない平均粒径（ｄ５０）を示すことを証明する。
【００５１】
実施例３−比較例Ｂ
【００５２】
合計７００ｇの脱イオン（ＤＩ）水を、混合条件下で０．０３ｇのポリアクリル酸アンモニウムと混合する。合計３００ｇのギブサイト（ジェット粉砕されたアルミナ）を、水および分散剤に加え、均一性を確実にするために１５分間混合する。この実施例において、約７５，０００ナノメートルの平均粒径（ｄ５０）を有する実施例１または２のギブサイト（粗等級アルミナ）は、パンケーキ型のＨｏｓａｋａｗａジェットミルを使用することによって混合物に加えられる前に粉砕に供される。この粉砕または破砕プロセスは、ギブサイト出発材料の平均粒径（ｄ５０）を２，０００ナノメートルに減少させた。
【００５３】
次に、混合物の酸性度／塩基性度を、水酸化ナトリウム結晶を使用して、１１．０のｐＨに調整する。混合物をパール（Ｐａｒｒ）２−リットルオートクレープに入れ、２００ｒｐｍの速度で混合物を連続的に撹拌しながら１．５時間、１８０℃の温度に加熱する。次に、混合物を取り出し、ろ過してウェットケーキを得、これを次に１２０℃で一晩（約１２〜１４時間）乾燥させる。
【００５４】
最終生成物は、図５Ａの顕微鏡写真および図５ＢのＸＲＤスペクトルに示されるようにＸ線回折（ＸＲＤ）によって、結晶性ベーマイトであることが確認される。結晶性ベーマイトは、ＸＲＤスペクトルにおいて、反射０２０および０２１でのピークとして確認される。顕微鏡写真は、サブミクロン粒子（＜１０００ｎｍ）の凝集体を示す。
【００５５】
得られた粒子分布はまた、Ｈｏｒｉｂａ ＬＡ９２０ＷＥＴを使用して測定され、平均粒径（ｄ５０）は７，５００ナノメートルであると決定される。この実施例で形成される結晶性ベーマイトは、最終生成物の平均粒径をさらに減少させるためにさらなる粉砕または破砕するステップを導入する必要なしに、適用して使用するには大きすぎる。この実施例は、別の従来の方法に従って結晶性ベーマイト生成物を形成すると、さらなる粉砕プロセスに供されることなく、難燃剤として使用するには適しない平均粒径（ｄ５０）を示すことを証明する。
【００５６】
実施例４−比較例Ｃ
【００５７】
合計７００ｇの脱イオン（ＤＩ）水を、混合条件下で０．０３ｇのポリアクリル酸アンモニウムと混合する。合計３００ｇのギブサイト（粗等級のアルミナ）および実施例１からの結晶性ベーマイトの３０ｇを、水および分散剤に加え、均一性を確実にするために、１５分間混合する。次に、混合物の酸性度／塩基性度を、水酸化ナトリウム結晶を使用して、１１．０のｐＨに調整する。混合物をパール（Ｐａｒｒ）２−リットルオートクレープに入れ、２００ｒｐｍの速度で混合物を連続的に撹拌しながら１．５時間、１８０℃の温度に加熱する。次に、混合物を取り出し、ろ過してウェットケーキを得、これを次に１２０℃で一晩（約１２〜１４時間）乾燥させた。
【００５８】
最終生成物は、図６Ａの顕微鏡写真および図６ＢのＸＲＤスペクトルに示されるようにＸ線回折（ＸＲＤ）によって、結晶性ベーマイトであることが確認される。結晶性ベーマイトは、ＸＲＤスペクトルにおいて、反射０２０および０２１でのピークとして確認される。顕微鏡写真は、約６，０００ｎｍより大きいサイズの粒子を示す。
【００５９】
得られた粒子分布はまた、Ｈｏｒｉｂａ ＬＡ９２０ＷＥＴを使用して測定され、平均粒径（ｄ５０）は６，０００ナノメートルであると決定される。この実施例で形成される結晶性ベーマイトは、最終生成物の平均粒径をさらに減少させるためにさらなる破砕するステップを導入する必要なしに、適用して使用するには大きすぎる。この実施例は、さらに別の従来の方法に従って結晶性ベーマイト生成物を形成すると、さらなる粉砕プロセスに供されることなく、難燃剤として使用するには適しない平均粒径（ｄ５０）を示すことを証明する。
【００６０】
本発明の様々な形態の前述の記載は、例示および説明のために提示されている。すべてを網羅したり、または開示された正確な形態に本発明を限定したりすることを意図するものではない。多くの修飾または変更は、上記の教示に照らして可能である。議論された形態は、本発明の原理およびその実際的な適用の最良の説明を提供するために選択および記載されており、それによって、当業者が本発明を様々な形態で利用すること、および企図される特定の使用に適するように様々な修飾を有することを可能にする。すべてのそのような修飾および変更は、それらが公正に、法的におよび公平に権利を与えられる幅に従って解釈される場合、添付の特許請求の範囲によって決定される本発明の範囲内にある。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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