(57)【要約】  ポリマー強化材用の被覆繊維が開示される。被覆繊維は、繊維及び前記繊維の周りに配置された被膜を含む。繊維は約250〜約3,000のデニールを有する。被膜は分岐ポリエチレンイミンを含む。繊維は被覆繊維中に約80〜約99.8重量パーセントの量で存在し、被膜は被覆繊維中に約0.2〜約20重量パーセントの量で存在し、重量パーセントは被覆繊維の全重量に対するものである。被覆繊維を製造する方法も開示される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマー強化材用の被覆繊維であって、
A.約250〜約3,000のデニールを有し、前記被覆繊維の全重量に対して約80〜約99.8重量パーセントの量で存在する繊維、及び
B.前記繊維の周りに配置され、分岐ポリエチレンイミンを含み、前記被覆繊維の全重量に対して約0.2〜約20重量パーセントの量で存在する被膜
を含む被覆繊維。
【請求項２】
前記分岐ポリエチレンイミンが、約300〜約2,000,000の重量平均分子量(Mw)を有する、請求項1に記載の被覆繊維。
【請求項３】
前記分岐ポリエチレンイミンが、D2O中での13C-NMRを介して決定した、約0.30〜約0.85の分岐度を有する、請求項1又は2に記載の被覆繊維。
【請求項４】
前記分岐ポリエチレンイミンが、D2O中での13C-NMRを介して決定した、前記分岐ポリエチレンイミンに存在するすべての基の100パーセントに対して、約30〜約45パーセントの直鎖基、約20〜約30パーセントの樹状基、及び約30〜約45パーセントの末端基を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の被覆繊維。
【請求項５】
前記分岐ポリエチレンイミンが、脂肪酸によるアミド化、アルキレンオキシドによるアルコキシ化、並びに/又はアクリル酸及び/若しくはマレイン酸によるカルボキシ化を介してさらに修飾されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の被覆繊維。
【請求項６】
前記被膜が、ポリアルキレンオキシド、アルキルポリアルキレンオキシド、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、アルキルポリグルコシド、アルキルポリグルコシドのアニオン誘導体、脂肪アルコール、脂肪アルコールのアニオン誘導体、及びリン酸エステルの群から選択される界面活性剤をさらに含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の被覆繊維。
【請求項７】
前記繊維が、ポリマー繊維、天然繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維、炭素及び炭素複合繊維、鉱物繊維、複合繊維、並びにこれらの組み合わせから選択される、請求項1〜6のいずれか一項に記載の被覆繊維。
【請求項８】
前記繊維がポリマーを含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の被覆繊維。
【請求項９】
前記繊維がアラミド繊維である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の被覆繊維。
【請求項１０】
前記繊維がポリエステル繊維である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の被覆繊維。
【請求項１１】
前記繊維が、前記被覆繊維の全重量に対して約90〜約99重量パーセントの量で存在し、前記分岐ポリエチレンイミンが、前記被覆繊維の全重量に対して約1〜約10重量パーセントの量で存在する、請求項1〜10のいずれか一項に記載の被覆繊維。
【請求項１２】
RFLをさらに含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載の被覆繊維。
【請求項１３】
約0.3〜約25mmの長さを有する、請求項1〜12のいずれか一項に記載の被覆繊維。
【請求項１４】
レゾルシノール-ホルムアルデヒド-ラテックス及び/又はイソシアネートを実質的に含まない、請求項1〜13のいずれか一項に記載の被覆繊維。
【請求項１５】
約2〜約8本の前記繊維の素糸/ストランドを含む、請求項1〜14のいずれか一項に記載の被覆繊維。
【請求項１６】
熱可塑性プラスチック、エラストマー、又は熱可塑性エラストマーを含むポリマー、及び請求項1〜15のいずれか一項に記載の前記被覆繊維を含む、複合材料。
【請求項１７】
天然ゴム(天然ポリイソプレン)、合成ポリイソプレン、ポリブタジエン、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、スチレン-ブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、エピクロロヒドリンゴム、ポリアクリルゴム、シリコーンゴム、フルオロシリコーンゴム、及びフルオロエラストマーから選択されるエラストマーを含む、請求項16に記載の複合材料。
【請求項１８】
繊維及び分岐ポリエチレンイミンを含む被覆繊維を製造する方法であって、
約250〜約3,000のデニールを有する繊維を用意するステップ、
分岐ポリエチレンイミンを含む被膜組成物を用意するステップ、及び
繊維に被膜組成物を塗布して被覆繊維を形成するステップを含む、
方法。
【請求項１９】
組成物が、水及び/又は界面活性剤をさらに含む、請求項18に記載の方法。
【請求項２０】
繊維が約30〜約60mJ/m2の表面エネルギーを有し、組成物が約20〜約65J/m2の表面張力を有する、請求項18又は19に記載の方法。
【請求項２１】
塗布するステップが、吹付け、はけ塗り又は浸漬を介して繊維に被覆するステップとしてさらに定義される、請求項18〜20のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
塗布するステップが、約10秒未満で行われる、請求項18〜21のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
塗布するステップに続いて繊維を加熱するステップをさらに含む、請求項18〜22のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
塗布するステップが、被膜組成物の単一塗布としてさらに定義される、請求項18〜23のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概してポリマー強化用の被覆繊維及び被覆繊維を製造する方法に関する。本開示は、さらに被覆繊維を含むポリマー複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリマー材料の物理的特性及びレオロジー特性を改善するためのフィラーの使用は、当該技術分野で公知である。例えば、ポリマー単独では絶縁体として作用するという事実にもかかわらず、ポリマーへの導電性フィラーの添加によって、結果として得られるポリマー複合材料に導電性を付与することができる。別の例として、ポリマーへの強化フィラー、例えば強化繊維の添加によって、改善された負荷、クリープ、疲労、強度、耐久性、及び他の特性を、結果として得られるポリマー複合材料に付与することができる。
【０００３】
しかしながら、ポリマー複合材料でのフィラーの使用は問題となる恐れがある。例えば、望ましい物理的特性及びレオロジー特性を有するポリマー複合材料を達成するために必要なフィラーの充填は、加工、例えば配合(compounding)、押出成形、射出成形などを困難にする恐れがある。フィラー、特に繊維状フィラーは、ポリマーマトリックス内に分散させることが困難であり得、したがって、従来のポリマーと繊維状フィラーとを混ぜ合わせる方法は、しばしば一貫性のない物理的特性及びレオロジー特性を有するポリマー複合材料をもたらす。いったん、ポリマー複合材料が形成されると、ポリマー複合材料内でフィラー(例えば、繊維状フィラー)がポリマー(例えば、エラストマー)から層間剥離する恐れがあり、これは、こうしたポリマー複合材料の物理的特性及び性能特性に悪影響を及ぼす。
【０００４】
こうした問題に対処するために、費用のかかる加工の調整、例えば配合時間の増加及び配合温度の変更を従来のポリマーを混ぜ合わせる方法に対してしばしば行い、一貫性のある物理的特性及びレオロジー特性を有するポリマー複合材料を製造しようとする。さらに、処方に関する変化、例えば加工添加剤を包含させることをポリマー複合材料に対して行い、(1)従来のポリマーと繊維状フィラーとを混ぜ合わせる方法により、一貫性のある物理的特性及びレオロジー特性を有するポリマー複合材料を製造し、且つ(2)望ましい物理的特性及びレオロジー特性を有するポリマー複合材料を得るのに必要とされる繊維状フィラーの量を最小限にしようとする。なおさらに、剥離問題に対処するために、フィラーの処理、例えば、シラン、レゾルシノール-ホルムアルデヒド-ラテックス(RFL)、イソシアネート、エポキシ、及び/又はビニルピリジンを含むターポリマー格子(ter-polymer lattice)による繊維状フィラーの処理を用いて、ポリマー複合材料内で繊維状フィラーがポリマーから剥離することを防いできた。しかしながら、フィラー処理剤の多くは作業場で刺激物として知られており、したがって、使用上の注意を必要とする。さらに、こうした処理剤でフィラーを被覆することは、複数の被膜塗布(coating application)を有する複雑で高価な被覆プロセスを必要とする可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
その結果、改善の機会が残っている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、ポリマー強化のための被覆繊維、及び被覆繊維を含むポリマー複合材料を提供する。被覆繊維は、繊維及び前記繊維の周りに配置された被膜を含む。繊維は、約250〜約3,000のデニールを有する。被膜は、分岐ポリエチレンイミンを含む。繊維は、被覆繊維中に約80〜約99.8重量パーセントの量で存在し、被膜は被覆繊維中に約0.2〜約20重量パーセントの量で存在し、重量パーセントは被覆繊維の全重量に対するものである。
【０００７】
本開示は、被覆繊維を製造する方法も提供する。方法は、繊維を用意するステップ、被膜を用意するステップ、及び繊維に被膜組成物を塗布して被覆繊維を形成するステップを含む。
【０００８】
本明細書で開示する被覆繊維は、効率的に製造し、様々なポリマー中に容易に分散することができる。被覆繊維が様々なポリマー中に容易に分散するので、被覆繊維をポリマー複合材料に包含させることによって、望ましい物理的特性及びレオロジー特性を有するポリマー複合材料がしばしばもたらされる。さらに、従来のポリマーと被覆繊維とを混ぜ合わせる方法を使用して、一貫性のある物理的特性及びレオロジー特性を有するポリマー複合材料を製造することができる。
【０００９】
添付の図面と関連して考慮した場合、以下の詳細な記述を参照することによって本発明がよりよく理解されるので、本発明の他の利点が容易に認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】1本のストランドを含む被覆繊維の拡大した断面斜視図である。
【図２】3本のストランドを含む被覆繊維の拡大した断面斜視図である。
【図３】Nanotronics nSpec 3Dの縦方向とは逆に(against the machine direction)撮影された、実施例のポリマー複合材料1(実施例1の被覆繊維を含む)の表面トポグラフィー画像である。
【図４】Nanotronics nSpec 3Dの縦方向で(with the machine direction)撮影された、実施例のポリマー複合材料1(実施例1の被覆繊維を含む)の別の表面トポグラフィー画像である。
【図５】Nanotronics nSpec 3Dの縦方向とは逆に撮影された、実施例のポリマー複合材料2(実施例2の被覆繊維を含む)の表面トポグラフィー画像である。
【図６】Nanotronics nSpec 3Dの縦方向で撮影された、実施例のポリマー複合材料1(実施例2の被覆繊維を含む)の別の表面トポグラフィー画像である。
【図７】Nanotronics nSpec 3Dの縦方向とは逆に撮影された、従来技術の比較例のポリマー複合材料1(比較例1の被覆繊維を含む)の表面トポグラフィー画像である。
【図８】Nanotronics nSpec 3Dの縦方向で撮影された、従来技術の比較例のポリマー複合材料1(比較例1の被覆繊維を含む)の別の表面トポグラフィー画像である。
【図９】Nanotronics nSpec 3Dの縦方向とは逆に撮影された、実施例のポリマー複合材料3(実施例3の被覆繊維を含む)の表面トポグラフィー画像である。
【図１０】Nanotronics nSpec 3Dの縦方向で撮影された、実施例のポリマー複合材料3(実施例3の被覆繊維を含む)の別の表面トポグラフィー画像である。
【図１１】Nanotronics nSpec 3Dの縦方向とは逆に撮影された、実施例のポリマー複合材料4(実施例4の被覆繊維を含む)の表面トポグラフィー画像である。
【図１２】Nanotronics nSpec 3Dの縦方向で撮影された、実施例のポリマー複合材料4(実施例4の被覆繊維を含む)の別の表面トポグラフィー画像である。
【図１３】Nanotronics nSpec 3Dの縦方向とは逆に撮影された、従来技術の比較例のポリマー複合材料2(比較例2の被覆繊維を含む)の表面トポグラフィー画像である。
【図１４】Nanotronics nSpec 3Dの縦方向で撮影された、従来技術の比較例のポリマー複合材料2(比較例2の被覆繊維を含む)の別の表面トポグラフィー画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図1〜14は本来例示的なものであって、縮尺通りに描かれておらず、したがって被覆繊維の様々な構成要素の相対的な大きさを表すようには意図されていない。
【００１２】
本開示はポリマー強化用の被覆繊維10、及び被覆繊維10を含むポリマー複合材料20を提供する。ポリマー複合材料20は、多様な商業製品及び工業製品で使用することができる。様々な実施形態では、ポリマー複合材料20は、タイヤ、ベルト、コンベヤーベルト、ホース、エンジンマウント、シール、ガスケット、及び他の製品で使用される。本開示のポリマー複合材料20は、本明細書で具体的に説明していない製品でも使用することができることを、認識すべきである。
【００１３】
被覆繊維
図1を参照すると、いくつかの視点を通じて同一の数字は対応部位を示し、被覆繊維は概して10で示される。被覆繊維10は、繊維12及び前記繊維12の周りに配置された被膜14を含む。
【００１４】
本明細書で使用する場合「周りに配置された」という用語は、繊維12の周りに配置された被膜14を包含し、被膜14による繊維12の部分的被膜及び完全被膜の両方も包含する。被膜14は、繊維12の特性を変化させる、例えば、ポリマー中に効率的かつ効果的に分散してポリマー複合材料20を形成することができる被覆繊維10を提供する、及びいくつかの実施形態では、ポリマー複合材料20内でポリマー22と架橋することができる被覆繊維10を提供するのに十分な程度まで、繊維12の周りに配置される。そのため、被覆繊維10の任意の所与の試料は、典型的には、繊維の上に配置された被膜14を有する繊維12を含み、被膜14は、望ましい特性を有するポリマー複合材料20の中に被覆繊維10の試料を効果的に組み込むことができるように、個々の繊維12の十分大きな表面領域に典型的には配置される。
【００１５】
いくつかの実施形態では、被膜14は、繊維12の外周表面の、約30より大きい、約40より大きい、約50より大きい、約60より大きい、約70より大きい、約80より大きい、約90より大きい、約95より大きい、又は約99より大きいパーセントを覆う。追加の非限定的な実施形態では、前述の1つ以上の範囲の中で、すべての値及び値の範囲、全体及び部分の両方が、本明細書によって明確に意図される。
【００１６】
多くの実施形態では、(例えば、タイヤ、熱可塑性ホースなどでのポリマー複合材料20としての)その最終用途に基づいて、被覆繊維10は所望の長さに切断される。いくつかの実施形態では、被覆繊維10は、約0.3〜約25、約0.5〜約15、又は約3〜約6mmの長さを有する。
【００１７】
繊維
様々な実施形態では、繊維12は、ポリマー繊維(例えば、アクリル、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維、フェノール-ホルムアルデヒド/ノバロイド(novaloid)繊維など)、天然繊維(例えば、セルロース繊維、リグニン繊維、レーヨン繊維、木材繊維など)、ガラス繊維(例えば、E-ガラス、A-ガラス、E-CR-ガラス、C-ガラス、D-ガラス、S-ガラスなど)、セラミック繊維、金属繊維(例えば、ステンレス鋼、アルミニウムなど)、炭素及び炭素複合繊維(例えば、黒鉛繊維、ポリアクリロニトリル(PAN)系繊維、カーボンナノチューブ繊維など)、鉱物繊維(例えば、玄武岩繊維など)、並びにこれらの組み合わせの群から選択される。いくつかの実施形態では、繊維は、本明細書のために設定された好適な材料(ポリマー、金属、鉱物など)の任意の組み合わせ含む、複合又は多成分繊維である。こうした複合繊維の例としては、ニッケル被覆炭素繊維、銀被覆繊維、及び、共押出ポリマー繊維が挙げられる。
【００１８】
様々な特定の実施形態では、繊維12は、アクリル繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維、セルロース繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、ノボロイド(フェノール-ホルムアルデヒド)繊維、炭素繊維、鉱物繊維、金属繊維、前述の材料の少なくとも1種を含む複合繊維、及びこれらの組み合わせの群から選択される。
【００１９】
多くの実施形態では、繊維12はガラスを含むか、本質的にそれからなるか、又はそれからなる。いくつかのこうした実施形態では、ガラスは、E-ガラス繊維(1%w/w未満のアルカリ酸化物を有するアルミノ-ホウケイ酸ガラス)、A-ガラス(酸化硼素がほとんどないか全くないアルカリ-石灰ガラス)、E-CR-ガラス(電気的/化学的耐性、1%w/w未満のアルカリ酸化物を有するアルミノ-石灰ケイ酸塩、高耐酸性を有する)、C-ガラス(高い酸化硼素含量を有するアルカリ-石灰ガラス、ガラスステープル繊維及び絶縁材に使用される)、D-ガラス(ホウケイ酸ガラス、その低誘電率により命名された)、R-ガラス(強化材としての高い機械的要件を有する、MgO及びCaOのないアルミノケイ酸塩ガラス)、及びS-ガラス(高い引張強度を有する、CaOはないが高いMgO含量を有するアルミノケイ酸塩ガラス)としてさらに定義される。
【００２０】
多くの実施形態では、繊維12はポリマー22を含むか、本質的にそれからなるか、又はそれからなる。ポリマー22は当該技術分野で公知の任意のポリマーであることができ、当該技術分野で公知の任意の方法、例えば、湿式紡糸、高温押出などで製造することができる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、ポリマーは、ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン、熱可塑性ポリウレタン(TPU)、ポリ(ビニルアルコール)(例えば、PVOH、PVA、又はPVAl)、ポリオレフィン(例えば、ポリエチレン(PE)、超高分子量PE(UHMWPE)、ポリプロピレン(PP))、及びこれらの組み合わせから選択される。
【００２２】
多くの実施形態では、繊維12はポリアミド繊維を含むか、本質的にそれからなるか、又はそれからなる。ポリアミドは、繰り返しアミド、-CO-NH-結合を含むポリマー22として定義され得る。ポリアミドはホモポリマー(例えば、ナイロン6)、又はコポリマー(例えば、ナイロン6,6、ナイロン6/66)であってもよい。本明細書で定義されるように、コポリマーは2種以上の異なるモノマーを含む。
【００２３】
ポリアミドは脂肪族、例えばナイロン、又は芳香族ポリアミド、例えばアラミドであり得る。いくつかの実施形態では、ポリアミドはメタ-アラミドである。他の実施形態では、ポリアミドはパラ-アラミドである。アラミド繊維は耐熱性で強い合成繊維の一種である。様々な実施形態で、「本質的にからなる」という用語は、ポリアミド自体を単なる単一の配合物(compound)、2つの配合物、3つの配合物などとして記述し、任意の他のポリアミド又は配合物はなくてもよい。
【００２４】
典型的には、ポリアミドは、1種以上のナイロン、アラミド、タンパク質、金属ポリ(アスパラギン酸塩)、例えば、ポリ(アスパラギン酸)ナトリウム、及びこれらの組み合わせであり得るか、又はそれを含むか、本質的にそれからなるか、若しくはそれからなってもよい。
【００２５】
いくつかの実施形態では、ポリアミドは脂肪族又は半芳香族ポリアミド、例えば、ナイロンである。ナイロンは、典型的にはジアミンとジカルボン酸を反応させてペプチド結合を形成することによって形成される、縮合コポリマーである。一実施形態では、ナイロンは、2つの脂肪族基に直接結合したアミド結合(-CO-NH-)を、約85パーセント未満有しているとさらに定義される。より具体的には、ポリアミドは、1種以上のポリアミド6、ポリアミド6,6、ポリアミド6/66、ポリアミド10/10、ポリアミド10/12、ポリ(4-アミノ酪酸)(ナイロン4)、ポリ(7-アミノヘプタン酸)(ナイロン7)、ポリ(8-アミノオクタン酸)(ナイロン8)、ポリ(9-アミノノナン酸)(ナイロン9)、ポリ(10-アミノデカン酸)(ナイロン10)、ポリ(11-アミノウンデカン酸)(ナイロン11)、ポリ(12-アミノドデカン酸)(ナイロン12)、ナイロン4,6、ポリ(ヘキサメチレンセバカミド)(ナイロン6,10)、ポリ(ヘプタメチレンピメラミド)(ナイロン7,7)、ポリ(オクタメチレンスベラミド)(ナイロン8,8)、ポリ(ヘキサメチレンアゼラミド)(ナイロン6,9)、ポリ(ノナメチレンアゼラミド)(ナイロン9,9)、ポリ(デカメチレンアゼラミド)(ナイロン10,9)、ポリ(テトラメチレンジアミン-co-シュウ酸)(ナイロン4,2)、n-ドデカン二酸とヘキサメチレンジアミンのポリアミド(ナイロン6,12)、ドデカメチレンジアミンとn-ドデカン二酸のポリアミド(ナイロン12,12)、トリメチレンアジパミド/ヘキサメチレンアゼライアミドコポリマー(ナイロントリメチル6,2/6,2)、ヘキサメチレンアジパミド-ヘキサメチレン-アゼライアミドカプロラクタムコポリマー(ナイロン6,6/6,9/6)、ポリ(テトラメチレンジアミン-co-イソフタル酸)(ナイロン4,I)、ポリヘキサメチレンイソフタルアミド(ナイロン6,I)、ヘキサメチレンアジパミド/ヘキサメチレン-イソフタルアミド(ナイロン6,6/61)、ヘキサメチレンアジパミド/ヘキサメチレンテレフタルアミド(ナイロン6,6/6T)、ポリ(2,2,2-トリメチルヘキサメチレンテレフタルアミド)、ポリ(m-キシリレンアジパミド)(MXD6)、ポリ(p-キシリレンアジパミド)、ポリ(ヘキサメチレンテレフタルアミド)、ポリ(ドデカメチレンテレフタルアミド)、ポリアミド6T/6I、ポリアミド6/MXDT/I、ポリアミドMXDI、ラウリルラクタム、イソフタル酸及びビス(4-アミノ-3-メチルシクロヘキシル)メタンのターポリマー及びポリノルボルナミド(polynorbornamide)、並びにこれらの組み合わせであり得るか、又はそれを含むか、本質的にそれからなるか、若しくはそれからなってもよい。さらにより典型的には、ポリアミドは、ポリアミド6、ポリアミド6,6、ポリアミド6/66、及びこれらの組み合わせから選択される。他の実施形態では、ポリアミドは、ポリアミド6、ポリアミド6,6、ポリアミド6/66、ポリアミド12、ポリアミド11、ポリアミド6/10、ポリアミド6/6.36、ポリアミド6I/6T、及びこれらの組み合わせから選択される。
【００２６】
好ましい実施形態では、ポリアミドは芳香族ポリアミド、すなわちアラミドである。アラミドは、典型的にはアミンとカルボン酸ハライドを反応させることによって形成される。一実施形態では、アラミドは、2つの芳香環に直接結合したアミド結合(-CO-NH-)を少なくとも約85パーセント有しているとさらに定義される。アラミドは当該技術分野で公知のいずれかであり得るが、典型的には、例えばNomex(登録商標)、Kevlar(登録商標)、Twaron(登録商標)及び/又はNew Star(商標)などの商品名の下で販売されている、AABBポリマーとしてさらに定義される。当技術分野で周知であるように、NOMEX(登録商標)及びNew Star(商標)は、メタ結合を主に含み、典型的にはポリ-メタフェニレンイソフタルアミドとしてさらに定義される。Kevlar(登録商標)及びTwaron(登録商標)は、両方ともパラ-フェニレンテレフタルアミド(PPTA)であり、AABBパラ-ポリアラミドの最も単純な形態である。PPTAは、p-フェニレンジアミン(PPD)とテレフタロイルジクロリド(TDC又はTCl)の生成物である。代わりに、アラミドは、PPD、3,4'-ジアミノジフェニルエーテル、及び塩化テレフタロイル(TCl)の反応生成物としてさらに定義されてもよい。好ましい一実施形態では、ポリアミドはポリ-パラフェニレンテレフタルアミドである。
【００２７】
様々な実施形態では、ポリアミドは、約10,000より大きい、又は約25,000より大きい、又は約10,000〜約1,000,000、又は約50,000〜約750,000、又は約25,000〜約500,000g/molの重量平均分子量を有する。追加の非限定的な実施形態では、前述の1つ以上の範囲の中で、すべての値及び値の範囲、全体及び部分の両方が、本明細書によって明確に意図される。
【００２８】
別の実施形態では、繊維12は、ポリエステル繊維を含むか、本質的にそれからなるか、又はそれからなる。ポリエステルは、繰り返しエステル官能基(エステル)を含むポリマーとして定義され得る。言い換えれば、いくつかのエステルがポリエステル内で結合される。典型的には、アルコールはカルボン酸と化学的に反応して、結果としてエステルを形成する。代わりに、ポリエステルは、少なくとも約85重量パーセントのエステル、二価アルコール、テレフタル酸を含むポリマーとして定義され得る。ポリエステルはホモポリマー又はコポリマーであり得る。
【００２９】
いくつかの実施形態では、ポリエステルは脂肪族ポリエステルである。好適な脂肪族ポリエステルの例としては、限定されるものではないが、ホモポリマー、例えば、ポリグリコリド又はポリグリコール酸(典型的にはグリコール酸の重縮合を介して形成される)、ポリ乳酸(典型的にはラクチドの開環重合を介して形成される)、ポリカプロラクトン(典型的にはカプロラクトンの開環重合を介して形成される)、ポリヒドロキシアルカノエート、及びポリヒドロキシブチレートが挙げられる。好適な脂肪族ポリエステルの例としては、限定されるものではないが、コポリマー、例えばポリエチレンアジペート、ポリブチレンサクシネート(典型的にはコハク酸と1,4-ブタンジオールの重縮合を介して形成される)、及びポリ(3-ヒドロキシブチレート-co-3-ヒドロキシバレレート)(典型的には3-ヒドロキシブタン酸及び3-ヒドロキシペンタン酸、ブチロラクトン、バレロラクトンの、触媒としてのオリゴマーのアルミノキサンと一緒の共重合を介して形成される)、並びにポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート(典型的にはテレフタル酸とシクロヘキシレン-ジメタノールの重縮合を介して形成される)が挙げられる。
【００３０】
他の実施形態では、ポリエステルは芳香族ポリエステル、例えば、vectran(商標)(典型的には4-ヒドロキシ安息香酸と6-ヒドロキシナフタレン-2-カルボン酸の重縮合を介して形成される)である。
【００３１】
好ましい実施形態では、ポリエステルは、半芳香族ポリエステルである。好適な脂肪族ポリエステルの例としては、限定されるものではないが、コポリマー、例えば、ポリエチレンテレフタレート(典型的にはテレフタル酸とエチレングリコールの重縮合を介して形成される)、ポリブチレンテレフタレート(典型的にはテレフタル酸と1,4-ブタンジオールの重縮合を介して形成される)、ポリトリメチレンテレフタレート(典型的にはテレフタル酸と1,3-プロパンジオールの重縮合を介して形成される)、及びポリエチレンナフタレート(典型的には少なくとも1種のナフタレンジカルボン酸とエチレングリコールの重縮合を介して形成される)が挙げられる。
【００３２】
いくつかの特定の実施形態では、ポリエステルは、ポリアルキレンテレフタレート、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンアジペート、ポリヒドロキシアルカノエート(polyhydroxylalkanoate)、ポリヒドロキシブチレート(polyhydroxyl butyrate)、ポリ(3-ヒロキシブチレート-co-3-ヒドロキシバレレート)、ポリグリコリド、ポリ乳酸、4-ヒドロキシ安息香酸と6-ヒドロキシナフタレン-2-カルボン酸の重縮合生成物、並びにポリカプロラクトンから選択することができる。1つの特定の実施形態では、ポリマー22は、半結晶質熱可塑性ポリエステルとしてさらに定義され、限定されるものではないが、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート-co-イソフタレート、及びこれらの組み合わせを含む。1つの好ましい実施形態では、ポリマー22は、ポリブチレンテレフタレートである。別の好ましい実施形態では、ポリマー22はポリエチレンナフタレートである。
【００３３】
様々な実施形態では、ポリエステルは、約10,000より大きい、又は約25,000より大きい、又は約10,000〜約1,000,000、又は約50,000〜約750,000、又は約25,000〜約500,000g/molの重量平均分子量を有する。追加の非限定的な実施形態では、前述の1つ以上の範囲の中で、すべての値及び値の範囲、全体及び部分の両方が、本明細書によって明確に意図される。
【００３４】
いくつかの実施形態では、繊維12は約2〜約8本、又は約2〜約4本の素糸(end)又はストランドを含むとさらに定義される。当該技術分野で公知のように、「素糸」は1本以上のフィラメントを含む単一ストランドである。いくつかの実施形態では、繊維12はバルクの連続フィラメント又はステープルである。いくつかの実施形態では、繊維12は延伸される(drawn)又は不織布(non-woven)であり得る。他の実施形態では、繊維12は織られる(woven)又は編まれる(braided)。ヤーンは、1つの材料の素糸(例えば、単なるポリアミド素糸)又は2つ以上の材料の素糸(例えば、ポリアミド及びポリエステル素糸の両方)を含むことができる。この目的を達するために、繊維12はモノ-素糸、マルチ-素糸、又はステープルヤーンであり得る。
【００３５】
ここで図1及び2を参照すると、図1は単一ストランドを含む被覆繊維10の拡大した断面図であり、図2は3本のストランドを含む被覆繊維10の拡大した断面図である。当然、これらの図は本来例示的なものであって、被覆繊維10は1、2、3、4、5、6、7、8、9本、又はそれ以上の素糸又はストランドを含むことができる。さらに、図1及び2に示す繊維12は円形断面の輪郭を有しているが、繊維12は様々な形状、例えば円形、卵形、三角形、長方形、矩形、5面形(5 sided)、6面形、鐘形、星形、双葉、三葉、扁平(flattened)などの断面の輪郭を有することができることを認識すべきである。いくつかの実施形態では、繊維は中空である。
【００３６】
多くの実施形態では、繊維12は、約250〜約3,000、約1,000〜約2,500、若しくは約1,400〜約2,100のデニール、及び/又は、約0.1〜約15、約0.3〜約7.5、若しくは約0.5〜約3μmの直径を有する。本明細書で定義するように、デニールは、繊維12の9,000メートル当たりのグラムでの質量である。追加の非限定的な実施形態では、前述の1つ以上の範囲の中で、すべての値及び値の範囲、全体及び部分の両方が、本明細書で明確に意図される。
【００３７】
多くの実施形態では、繊維12は被覆繊維10中に、被覆繊維10の全重量に対して約80〜約99.8、約90〜約99.8、約90〜約99、約92〜約99、又は約93〜約97重量パーセントの量で存在する。追加の非限定的な実施形態では、前述の1つ以上の範囲の中で、すべての値及び値の範囲、全体及び部分の両方が、本明細書で明確に意図される。
【００３８】
被膜
上で説明しているように、被覆繊維10は、繊維12の周りに配置された被膜14を含む。被膜14はポリエチレンイミン(PEI)を含む。
【００３９】
PEIは当該技術分野で理解される様々な方法によって製造することができる。例えば、PEIは、酸性の触媒重合によるアジリジンの開環によって製造することができる。ある特定の実施形態では、例えば、脂肪酸によるアミド化によって、アルキレンオキシドによるアルコキシ化によって、又はアクリル酸及び/若しくはマレイン酸によるカルボキシ化によって、PEIをさらに修飾(変性)することができる。多くの実施形態では、PEIは、約300〜約2,000,000、約400〜約1,000,000、約500〜約900,000、約800〜約800,000、約800〜約25,000g/molの重量平均分子量(Mw)を有する。
【００４０】
様々な実施形態では、PEIは例えば以下の基を含む分岐ポリマーである:
【００４１】
【化１】
2020511602.tif 000002
[式中、nは、PEIが約800〜約2,000,000g/molの重量平均分子量を有するように、約18〜約50,000である]。PEIは、上で記述した範囲の中で、任意の値又は値の範囲、
全体及び部分の両方を有することができることも意図される。さらに他の実施形態では、PEIは以下の例示的な構造を有する分岐ポリマーである:
【００４２】
【化２】
2020511602.tif 000003
【００４３】
さらに、上の代表的な構造を参照して、PEIの分岐構造は、第1級、第2級及び第3級アミンを提供する。つまり、PEIは典型的には直鎖基(L)、樹状基(dendric、D)、及び末端基(T)を含む。
【００４４】
いくつかの実施形態では、分岐ポリエチレンイミンは、前記分岐ポリエチレンイミンに存在するすべての基の100パーセントに対して、約20〜約55、又は約30〜約45パーセントの直鎖基(L)、約10〜約40、又は約20〜約30の樹状基(D)、及び約20〜約55、又は約30〜約45パーセントの末端基(T)を含み、これはD2O中での13C-NMRを介して決定される。追加の非限定的な実施形態では、前述の1つ以上の範囲の中で、すべての値及び値の範囲、全体及び部分の両方が、本明細書で明確に意図される。
【００４５】
多くの実施形態では、分岐ポリエチレンイミンは、約0.30〜約0.85、約0.40〜約0.75、又は約0.60〜約0.70の分岐度(DB)を有し、これはD2O中での13C-NMRを介して決定され、Frechetの式(DB=(D+T)/(D+L+T))を用いて計算される。追加の非限定的な実施形態では、前述の1つ以上の範囲の中で、すべての値及び値の範囲、全体及び部分の両方が、本明細書で明確に意図される。
上に示すように、PEIの分岐構造は、第1級、第2級及び第3級アミンを含む。以下の表1は、被膜組成物に含まれ、被膜14を形成するために使用され得る、PEIの4つの例示的な実施形態を説明している。表1で説明するPEIの実施形態は非限定的な実施形態であり、したがって、異なる物理的特性を有する他のアルキルアミンのPEI実施形態も意図される。
【００４６】
【表１】
2020511602.tif 000004
【００４７】
当然、被膜組成物は水を含んでもよい。水が被膜組成物から蒸発した場合、被膜14が形成される。この水は、PEIと混合されているすぐ上で記述した水と同一か、又はそれから独立していてもよい。水は様々なタイプであり得る。ある特定の実施形態では、水は脱-ミネラル化及び/又は脱-イオン化されている。水は被膜組成物中に、実施形態に応じて様々な量で存在する。水は別の成分として被膜組成物に添加することができる。
【００４８】
好適なPEIは、BASF CorporationからLUPASOL(登録商標)の商品名の下で市販されている。
【００４９】
多くの実施形態では、PEIは被膜14中に、被膜14の全重量に対して約80〜約100、約90〜約99.5、又は約92〜約99重量パーセントの量で存在する。さらに、被膜14中に2つ以上のタイプのPEI(例えば、2つの異なる分子量のPEI)が含まれていてもよく、その場合、被膜14中に存在するすべてのPEIの全量は、上記の範囲内にあることを認識すべきである。追加の非限定的な実施形態では、前述の1つ以上の範囲の中で、すべての値及び値の範囲、全体及び部分の両方が、本明細書で明確に意図される。
【００５０】
被膜14は、1種以上の界面活性剤も含んでもよい。界面活性剤は、被膜組成物のぬれを改善する且つ/又は表面張力を低下させるために含まれる。用いる場合、界面活性剤は典型的には非イオン性界面活性剤、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤、及びこれらの組み合わせの群から選択される。ある特定の実施形態では、界面活性剤はポリアルキレンオキシド、アルキルポリアルキレンオキシド、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、アルキルポリグルコシド、アルキルポリグルコシドのアニオン誘導体、脂肪アルコール、脂肪アルコールのアニオン誘導体、及びリン酸エステルの群から選択される。
【００５１】
様々な実施形態では、被膜14は非イオン性界面活性剤を含む。本開示の目的に好適な非イオン性界面活性剤としては、アルコールアルコキシレート、例えば、ポリアルキレンオキシドが挙げられる。好適なアルコールアルコキシレートとしては、直鎖アルコールエトキシレートが挙げられる。追加のアルコールアルコキシレートとしては、アルキルフェノールエトキシレート、分岐アルコールエトキシレート、第2級アルコールエトキシレート、ひまし油エトキシレート、アルキルアミンエトキシレート(アルコキシ化アルキルアミンとしても公知)、タロウアミンエトキシレート、脂肪酸エトキシレート、ソルビトールオレエートエトキシレート(sorbital oleate ethoxylate)、末端キャップされたエトキシレート、又はこれらの組み合わせが挙げられる。さらなる非イオン性界面活性剤としては、アミド、例えば、脂肪アルカノールアミド、アルキルジエタノールアミド、ココナッツジエタノールアミド、ラウラミドジエタノールアミド、ココアミドジエタノールアミド、ポリエチレングリコールココアミド、オレイン酸ジエタノールアミド、又はこれらの組み合わせが挙げられる。またさらなる非イオン性界面活性剤としては、ポリアルコキシ化脂肪族塩基(polyalkoxylated aliphatic base)、ポリアルコキシ化アミド、グリコールエステル、グリセロールエステル、アミンオキシド、リン酸エステル、アルコールホスフェート、脂肪トリグリセリド、脂肪トリグリセリドエステル、アルキルエーテルホスフェート、アルキルエステル、アルキルフェノールエトキシレートホスフェートエステル、アルキル多糖類、ブロックコポリマー、アルキルポリグルコシド、又はこれらの組み合わせが挙げられる。好適な非イオン性界面活性剤は、BASF CorporationからPLURAFAC(登録商標)、PLURONIC(登録商標)、TETRONIC(登録商標)、及びLUTENSOL(登録商標)の商品名の下で市販されている。
【００５２】
様々な実施形態では、被膜14は両性界面活性剤を含む。本開示の目的に好適な両性界面活性剤としては、ベタイン、イミダゾリン、及びプロピオネートが挙げられる。好適な両性界面活性剤のさらなる例としては、スルタイン、アンホプロピオネート、アンホジプロピオネート(amphrodipropionate)、アミノプロピオネート、アミノジプロピオネート、アンホアセテート、アンホジアセテート、及びアンホヒドロキシプロピルスルホネートが挙げられる。ある特定の実施形態では、両性界面活性剤はプロピオネート又はアンホジアセテートの少なくとも1つである。さらに、好適な両性界面活性剤の具体例としては、N-アシルアミノ酸、例えば、N-アルキルアミノアセテート及びココアンホ二酢酸二ナトリウム、並びにアミンオキシド、例えば、ステアラミンオキシドが挙げられる。一実施形態では、両性界面活性剤はココアンホ二酢酸二ナトリウムを含む。
【００５３】
ある特定の実施形態では、両性界面活性剤は式:RCH2NHCH2CH2COOM又はRCH2N(CH2CH2COOM)2[式中、Mは塩形成カチオン(例えば、Na又はH)であり、Rは、長鎖脂肪酸RCOOH、例えば、C7〜C35又はC7〜C18脂肪酸の炭化水素部分である]によって説明される。こうした両性界面活性剤としては、N-ココ-β-アミノプロピオン酸ナトリウム、N-ココ-βアミノプロピオン酸;N-ラウリル、ミリスチル-β-アミノプロピオン酸;N-タロウ-β-イミノプロピオン酸二ナトリウム;N-ラウリル-β-イミノプロピオン酸二ナトリウム(ラウリミノジプロピオン酸ナトリウムとしても公知):及びN-ラウリル-β-イミノプロピオン酸の部分ナトリウム塩が挙げられる。一実施形態では、両性界面活性剤はラウリミノ二プロピオン酸ナトリウムを含む。好適な両性界面活性剤は、BASF CorporationからDERIPHAT(登録商標)、MAFO(登録商標)及びDEHYTON(登録商標)の商品名の下で市販されている。
【００５４】
多くの実施形態では、界面活性剤(1又は複数)は被膜14中に、被膜14の全重量に対して約0.1〜約9、約0.2〜約6、又は約0.3〜約3重量パーセントの量で存在する。さらに、2つ以上のタイプの界面活性剤(例えば、ポリアルキレンオキシド及び脂肪アルコールの両方)が被膜14中に含まれていてもよく、その場合、被膜14中に存在するすべての界面活性剤の全量は、上記範囲内であることを認識すべきである。追加の非限定的な実施形態では、前述の1つ以上の範囲の中で、すべての値及び値の範囲、全体及び部分の両方が、本明細書で明確に意図される。
【００５５】
ある特定の実施形態では、被膜14は1種以上の添加剤をさらに含む。様々なタイプの添加剤を使用することができる。好適な添加剤の例としては、酸化防止剤、キレート剤、着色剤、分散剤、安定剤、粘度調整剤、フィラー、架橋剤/硬化剤、触媒、発泡剤、及びこれらの組み合わせが挙げられる。利用する場合、添加剤(1又は複数))は様々な量で使用され得る。
【００５６】
いくつかの実施形態では、被膜14はレゾルシノール-ホルムアルデヒド-ラテックス(RFL)及び/又はイソシアネートをさらに含む。ある特定の実施形態では、被膜14は、レゾルシノール-ホルムアルデヒド-ラテックス及び/又はイソシアネートを実質的に含まない。すぐ上で使用した「実質的に含まない」という用語は、被覆繊維10中に存在する被膜14の全重量に対して約5重量パーセント未満、約1重量パーセント未満、約0.1重量パーセント未満の量を意味する。
いくつかの実施形態では、被膜14は本質的に分岐PEI及び界面活性剤からなる。本明細書で使用する場合、「本質的にからなる」は、ポリアミド組成物の基本的で新規な特性を変える可能性がある任意の元素又は元素の組み合わせ、及び任意の元素又は元素の組み合わせの任意の量を排除することを意味する。
【００５７】
他の実施形態では、被膜14は、当該技術分野で公知の他のポリマー(エラストマーを含む)、当該技術分野で公知のフィラー(強化フィラーを含む)、及び/又は当該技術分野で公知の可塑剤を実質的に含まない。すぐ上で使用した「実質的に含まない」という用語は、被覆繊維10中に存在する被膜14の全重量に対して約5重量パーセント未満、約1重量パーセント未満、約0.1重量パーセント未満、又は約0重量パーセントの量を意味する。
【００５８】
多くの実施形態では、被膜14は被覆繊維10中に、被覆繊維10の全重量に対して約0.2〜約10、約1〜約8、又は約3〜約6重量パーセントの量で存在する。追加の非限定的な実施形態では、前述の1つ以上の範囲の中で、すべての値及び値の範囲、全体及び部分の両方が、本明細書で明確に意図される。
【００５９】
他の接着剤及び成分
いくつかの実施形態では、被覆繊維10は追加の接着剤成分を含む。接着剤成分は被膜14中に含まれるか、又は被覆繊維10に別個に(例えば、繊維12と被膜14の間の追加の層として、若しくは被膜14の上の追加の層として)塗布することができる。好適な接着剤の好適な非限定的な例は、ポリマー、例えば、エチレン酢酸ビニルコポリマー、エチレンアクリレートコポリマー、(メタ)アクリレート、ポリオレフィン(例えば、ポリエチレン(HDPE、LDPEなど)、ポリプロピレン、ポリブテン-1、酸化ポリエチレン、ポリブテン、非晶質ポリオレフィン(非晶質プロピレン、非晶質プロピレン/エチレン、非晶質プロピレン/ブテン、非晶質プロピレン/ヘキセン、非晶質プロピレン/エチレン/ブテンなど)、塩素化ポリオレフィン(塩素化ポリプロピレン)、無水マレイン酸変性ポリオレフィン、ポリアミド及びポリエステル、ポリエステル、ポリウレタン(TPU、PURなど)、スチレンブロックコポリマー(スチレン-ブタジエン-スチレン、スチレン-イソプレン-スチレン、スチレン-エチレン/ブチレン-スチレン、スチレン-エチレン/プロピレン)、ポリカプロラクトン、ポリカーボネート、フルオロポリマー、シリコーン、熱可塑性エラストマー、ゴム(天然ゴム、ポリブタジエン、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、EPDMゴム)、ポリピロール、レゾルシノールホルムアルデヒド、イソシアネート(例えば、PMDI)、並びに他のポリマー及びコポリマー、並びにこれらの組み合わせを含む。
【００６０】
いくつかの実施形態では、接着剤成分は、レゾルシノール-ホルムアルデヒド-ラテックス(RFL)接着剤を含むか、又はそれである。RFL接着剤では、レゾルシノールはホルムアルデヒドと反応して、レゾルシノールホルムアルデヒド反応生成物を生成する。この反応生成物は、レゾルシノールのフェノール基とホルムアルデヒドのアルデヒド基の間の縮合反応の結果である。レゾルシノールレゾール及びレゾルシノール-フェノールレゾールは、ラテックス内でその場で形成されたとしても又は水溶液中で別個に形成されたとしても、典型的にはRFL接着剤/接着層中に含まれて、さらなる層/成分のゴム接着を促進する。いくつかのこうした実施形態では、RFL接着剤は、レゾルシノールホルムアルデヒド樹脂、スチレン-ブタジエンコポリマーラテックス、ビニルピリジン-スチレン-ブタジエンターポリマーラテックス、及びブロックイソシアネートを含む。他の実施形態では、RFL接着剤は、レゾルシノール、ホルムアルデヒド、スチレン-ブタジエンゴムラテックス、ビニルピリジン-スチレン-ブタジエンターポリマーラテックス、及びブロックイソシアネートを含む。
【００６１】
いくつかの特定の実施形態では、被覆繊維10はRFL接着剤を含む補助的な被膜を含む。補助的な被膜は、繊維12と被膜14の間(例えば、繊維12の外周表面周り及び被膜14の内周表面周り)に配置することができるか、又は被膜14の外周表面周りに、すなわち外側被膜として配置することができる。
【００６２】
いくつかの実施形態では、接着剤成分はイソシアネートを含むか、又はそれである。いくつかのこうした実施形態では、イソシアネートは、限定されるものではないが、イソシアネート、ジイソシアネート、ポリイソシアネート、及びこれらの組み合わせを含む。イソシアネート成分は、1つ以上の異なるイソシアネートを含むことができる。一実施形態では、イソシアネート成分はn-官能性イソシアネートを含む。この実施形態では、nは約2〜約5、約2〜約4、約2〜約3、又は約2の数字である。nは整数であり得るか、又は約2〜約5の中間値を有し得ることを理解すべきである。イソシアネートとしては、典型的には、芳香族イソシアネート、脂肪族イソシアネート、及びこれらの組み合わせの群から選択されるイソシアネートが挙げられる。別の実施形態では、イソシアネート成分は、脂肪族イソシアネート、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ジシクロヘキシル-メチル-ジイソシアネート(H12MDI)、イソホロン-ジイソシアネート、及びこれらの組み合わせを含む。イソシアネート成分が脂肪族イソシアネートを含む場合、イソシアネート成分は変性多価脂肪族イソシアネート、すなわち、脂肪族ジイソシアネート及び/又は脂肪族ポリイソシアネートの化学反応を通して得られる生成物を含んでもよい。例としては、限定されるものではないが、尿素、ビウレット、アロファネート、カルボジイミド、ウレトンイミン、イソシアヌレート、ウレタン群(urethane groups)、ダイマー、トリマー、及びこれらの組み合わせが挙げられる。イソシアネートはまた、限定されるものではないが、個々に用いられるか、又はポリオキシアルキレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシプロピレンポリオキシエチレングリコール、ポリエステロール、ポリカプロラクトン、及びこれらの組み合わせとの反応生成物で用いられる、変性ジイソシアネートを含んでもよい。イソシアネートは、イソシアネートプレポリマーであってもよい。
【００６３】
多くの実施形態では、被覆繊維10は、当該技術分野で公知である接着剤成分を含まないか、又は実質的に含まない。すぐ上で使用した「実質的に含まない」という用語は、被覆繊維10の全重量に対して接着剤成分の約5重量パーセント未満、約1重量パーセント未満、約0.1重量パーセント未満、又は約0重量パーセントの量を意味する。
【００６４】
被覆繊維を製造する方法
本開示は、被覆繊維10を製造する方法も提供する。本方法は、繊維12を用意するステップ、被膜組成物を用意するステップ、及び繊維12に被膜組成物を塗布して被覆繊維10を形成するステップを含む。繊維12、被膜14、及び被覆繊維10は、まさに上で記述した通りである。
【００６５】
多くの実施形態では、被覆繊維10は2本以上の素糸を含むヤーンである。そのため、本方法のいくつかの実施形態では、本方法は、約1〜約12個のキャリヤ/ボビンを有する編み機(braiding equipment)で1本以上の素糸を編むステップを含む。組みひも(braid)は、素糸の任意の組み合わせを含むことができる。いくつかのこうした実施形態では、塗布するステップは、被膜組成物を塗布するステップと連動して(in-line)行われる。
【００６６】
本方法は、繊維12に被膜組成物を塗布して被覆繊維10を形成するステップも含む。当然、被膜組成物は水及び/又は硬化剤を含んでもよい。水が蒸発した場合及び/又は硬化剤がPEIを硬化した場合、被膜14が形成される。繊維12に被膜組成物を塗布して被覆繊維10を形成するステップは、典型的には吹付け、はけ塗り、浸漬、又は当該技術分野で公知の他の方法を介して行われる。好ましい実施形態では、塗布するステップは、浸漬を介して行われる。様々な実施形態では、塗布するステップは、約10、約9、約8、約7、約6、約5、約4、約3、約2、又は約1秒未満で行われる。
【００６７】
1つの特定の実施形態では、被覆繊維10は、繊維12及び被膜14を含むか、本質的にそれからなるか、又はそれからなり、本方法は、被膜組成物の単一塗布、すなわち被膜の単層を含む。従来技術の方法はしばしば複数の接着剤成分(例えば、イソシアネート及びRFL)を利用し、したがって、複数の接着剤成分が必要であり、且つ接着剤成分が互いに反応する(例えば、イソシアネートがRFLと反応する)可能性があるので、被膜の複数塗布を必要とする。有利なことに、他の被膜組成物の複数塗布の代わりに、本出願の被膜組成物の単一塗布を使用することができる。
【００６８】
本方法のいくつかの実施形態では、繊維12は約30〜約60mJ/m2の表面エネルギーを有し、組成物は約20〜約65J/m2の表面張力を有し、このため単一塗布ステップが可能になる。被膜組成物の表面張力を調節して、被覆繊維10に組み込むために選択された特定の繊維12(例えば、アラミド対ポリエステル)のぬれを促進することができる。
【００６９】
本方法のいくつかの実施形態では、被膜組成物(PEIを含む)を繊維12の外周表面に最初に塗布し、次に、続いてRFLを含む接着剤成分を被膜14に塗布する。本方法の別の実施形態では、RFLを含む接着剤成分を繊維12の外周表面に最初に塗布し、次に、続いて被膜組成物を、RFLを含む接着剤成分に塗布する。
【００７０】
本方法は、被膜組成物を塗布するステップに続いて、被膜組成物をその上に有する繊維12を加熱するステップを任意選択で含む。加熱するステップは典型的には、塗布するステップに続いて行われる。そのため、本方法の様々な実施形態では、加熱のステップは1回以上含むことができる、すなわち、本方法は1回以上の加熱ステップを含むことができる。こうした実施形態では、被膜組成物をその上に有する繊維12を、任意の好適な乾燥温度で乾燥することができる。いくつかの実施形態では、被膜組成物をその上に有する繊維12を、約35〜約250、約50〜約200、又は約75〜約125℃の温度に加熱する。
【００７１】
ポリマー複合材料
図5〜14を参照すると、いくつかの視点を通じて同一の数字は対応部位を示し、ポリマー複合材料は概して20で示される。ポリマー複合材料20は、被覆繊維10及びポリマー22を含む。
【００７２】
被覆繊維10は、まさに上で記述した通りであり、ポリマー複合材料20の全重量に対して約0.5〜約65、約1〜約45、約2〜約25、約2〜15、又は約2〜約10重量パーセントの量でポリマー複合材料20中に含まれ得る。追加の非限定的な実施形態では、前述の1つ以上の範囲の中で、すべての値及び値の範囲、全体及び部分の両方が、本明細書で明確に意図される。
【００７３】
ポリマー複合材料20は、1種以上のポリマー22を含む。ポリマー22は、エラストマー、熱可塑性プラスチック、熱可塑性エラストマー、及びこれらの組み合わせから選択される。
【００７４】
ポリマー22は、熱可塑性ポリマー又は熱硬化性ポリマーであり得る。熱可塑性プラスチックは、比較的高い分子量及び分子間力を通して会合する(associate)分子鎖を有し、分子間力は温度の上昇とともに急速に弱まり、したがって溶融する。そのため、熱可塑性プラスチックは加熱によって造り直すことができ、様々なポリマーの加工技法、例えば、射出成形、圧縮成形、カレンダー加工、及び押出成形によって、典型的には部品を製造するために使用される。熱可塑性プラスチックとは対照的に、熱硬化性樹脂は硬化した場合に不可逆的な化学結合を形成し、したがって、溶融しないが分解する。
【００７５】
多くの実施形態では、ポリマー22は熱可塑性ポリマー(熱可塑性プラスチック)である。熱可塑性プラスチックは非晶質又は結晶質ポリマーであり得る。一般に、結晶質ポリマーは、非晶質ポリマーと比較すると、比較的鋭い融点を有し、分子鎖のより規則正しい配列(arrangement)を有し、うまく流れるためにより高い温度を必要とする。一般に、非晶質ポリマーは真の融点を有さず、徐々に軟化し、分子鎖のよりランダムな配向(orientation)を有し、非晶質ポリマーほど容易には流動しない。いくつかの実施形態では、熱可塑性組成物は、結晶質及び非晶質の熱可塑性ポリマーの組み合わせを含む。他の実施形態では、熱可塑性組成物は熱可塑性エラストマーを含み、これは結晶質及び非晶質のセグメントを含むことができる。
【００７６】
好適な熱可塑性プラスチック及び熱可塑性エラストマーの様々な非限定的な例としては、ポリオレフィン(例えば、PP、PE、エチレン/ヘキサンコポリマー、エチレン/アクリル酸など)、ポリオレフィンエラストマー、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリアミド(PA)、スチレン系エラストマー、熱可塑性バルカネート(vulcanate)エラストマー(TPV)、フルオロポリマー(例えば、PTFE、パーフルオロエラストマーなど)、シリコーン、ポリエステル、ポリエステルエラストマー、ポリオキシメチレン(POM)、熱可塑性ポリウレタン(TPU)、及びこれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの好ましい実施形態では、ポリマー22は、熱可塑性ポリウレタン、ポリオキシメチレン、ポリアルキレンテレフタレート、及びこれらの組み合わせから選択される。
【００７７】
多くの好ましい実施形態では、ポリマーはエラストマー(ゴム)である。好適なエラストマーの様々な非限定的な例としては、天然ゴム(天然ポリイソプレン)、合成ポリイソプレン、ポリブタジエン、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、スチレン-ブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、エピクロロヒドリンゴム、ポリアクリルゴム、シリコーンゴム、フルオロシリコーンゴム、フルオロエラストマー、パーフルオロエラストマー、ポリエーテルブロックアミド、クロロスルホン化ポリエチレン、及びエチレン-酢酸ビニルが挙げられる。
【００７８】
多くの実施形態では、ポリマー22は、ポリマー複合材料20の全重量に対して約5〜約95、約20〜約90、約30〜約80、又は約40〜約70重量パーセントの量でポリマー複合材料20中に含まれる。さらに、2つ以上のタイプのポリマーがポリマー複合材料20中に含まれていてもよく(例えば、2つの異なるポリマー)、その場合、ポリマー複合材料20中に存在するすべてのポリマーの全量は、上記の範囲内であることを認識すべきである。追加の非限定的な実施形態では、前述の1つ以上の範囲の中で、すべての値及び値の範囲、全体及び部分の両方が、本明細書で明確に意図される。
【００７９】
様々な添加剤をポリマー複合材料20中に含むことができる。好適な添加剤としては、限定されるものではないが、加工添加剤、可塑剤、連鎖停止剤、表面活性剤、接着促進剤、難燃剤、酸化防止剤、水スカベンジャー、色素、紫外線安定剤、フィラー、酸性化剤、チキソトロピー剤、硬化剤/架橋剤、触媒、発泡剤、界面活性剤、及びこれらの組み合わせが挙げられる。添加剤(1又は複数)は、当業者によって所望される任意の量で含まれ得る。
【００８０】
いくつかの実施形態では、ポリマー複合材料20は、ベルト(例えば、Vベルト)、ホース、タイヤ、及び他の製品に組み込まれる。Vベルトは、通常継ぎ目がなく、台形の断面を有し、V字型の溝を有するプーリー中で動作するゴムベルトであり、ベルトの上面はプーリーの上面とほぼ同じ高さであり、多くの異なる用途で使用される。ポリマー複合材料20の組み込みは、当該技術分野で公知の方法を使用して、達成され得る。
【実施例】
【００８１】
以下の実施例は、本開示を説明することを意図しており、決して本開示の範囲を制限するものとして見るべきではない。
【００８２】
[実施例]
以下の表2で説明する実施例の被覆繊維1〜4は、本開示に従う。
【００８３】
【表２】
2020511602.tif 000005
【００８４】
繊維Aは、1本に撚られた3本の素糸を含むポリエステル繊維であり、約2000のデニールを有する。
【００８５】
繊維Bは、1本に撚られた2本の素糸を含むポリアミド繊維であり、約1500のデニール有する。
【００８６】
被膜組成物Aは、被膜組成物の全重量に対して約5重量パーセントの分岐ポリエチレンイミン、約0.5重量パーセントの界面活性剤、及び約94.5重量パーセントの溶媒を含む。
【００８７】
被膜組成物Bは、被膜組成物の全重量に対して約10重量パーセントのイソシアネート、及び約90重量パーセントの溶媒を含む。
【００８８】
被膜組成物Cは、被膜組成物の全重量に対して約20重量パーセントのレゾルシノールホルムアルデヒドラテックス(RFL)、及び約80重量パーセントの溶媒を含む。
【００８９】
実施例1〜4並びに比較例1及び2の被覆繊維を、3mmの長さに切断する。いったん切断したら、実施例1〜4並びに比較例1及び2の被覆繊維をエラストマー/ゴム系ベルト調合物の中に配合して、ポリマー複合材料(「PC」)1〜4並びに比較PC1及び2を形成する。PC1〜4並びに比較PC1及び2に含まれる各成分の量及びタイプを、すべての値をゴム100当たりの部として、以下の表3に示す。
【００９０】
促進剤及び硬化剤を除くすべての成分を、最初に従来のゴムミキサーで従来の混合手順を用いて約3分間配合し、基材を形成する。この「第1パス」の混合手順を、38℃(100°F)の開始温度及び65〜75RPMの開始ロータ速度で始動する。この第1パスの混合手順は、約137℃(280°F)でのダンプとともに、82℃(180°F)、93℃(200°F)及び110℃(230°F)でのスイープを利用する。
【００９１】
硬化剤及び促進剤をPC1〜4並びに比較PC1及び2に添加し、次に、従来のゴムミキサー中で従来の混合手順を用いて、より低温で約1.3分間配合し、PC1〜4並びに比較PC1及び2を形成する。この「第2パス」の混合手順を、38℃(100°F)の開始温度及び65〜75RPMの開始ロータ速度で始動する。この「第1パス」の混合手順は、約99℃(210°F)でのダンプとともに、82℃(180°F)での単一のスイープを利用する。
【００９２】
ここで以下の表3を参照すると、PC1〜4並びに比較PC1及び2に含まれる各成分の量及びタイプを、すべての値をゴム100当たりの部として示し、配合プロセスで利用する加工パラメータを説明している。
【００９３】
【表３】
2020511602.tif 000006
【００９４】
ここで上記表3を参照すると、PC1及びPC2は、比較PC1より少ない混合時間及びパワーの利用を必要としている。実際、PC1、PC2及び比較PC1のなかで、PC2は最小の時間で混合し、最低のエネルギー量を利用しており、これらのすべては被覆ポリエーテル繊維を利用している。そのため、PC1及びPC2の被覆繊維(分岐PEIを含む実施例1及び2)は、効率的に加工されて優れた分散をもたらす。
上記表3を再度参照すると、PC3及びPC4は比較PC2と同様の混合時間及びパワーの利用を必要としている。そのため、PC3及びPC4の被覆繊維(分岐PEIを含む実施例3及び4)は、効率的に加工されて優れた分散をもたらす。
【００９５】
PC1〜4並びに比較PC1及び2について、以下を試験する。
・ムーニー粘度(ML 1+4):1分間の予熱に加えて4分間の試験時間の後の、指定された温度での未硬化配合物の粘度又はトルク。粘度は、粉砕器、カレンダー、又は射出若しくはトランスファー成形金型で配合物をどのように加工するかのよい指標である。(ASTM D1646-15/Monsanto MV 2000 Viscometer/100℃(212°F)/Large Rotor);
・MDR硬化データ:
1.Tc50:配合物が、硬化又は架橋の完全な状態の50パーセントに到達するのにかかる時間。
2.Tc90:配合物が、硬化又は架橋の完全な状態の90パーセントに到達するのにかかる時間。
3.Ts2:粘度が、最小トルク(ML)値より2ポイント上昇するのにかかる時間。これは、配合物が指定された温度で硬化し始めるのにかかる時間の指標である。Ts2は、配合物のシェルフライフ及び安定性を示すことができ、射出又はトランスファー成形金型に十分な時間を有しているか否か、決定するのを助けることができる。(ASTM D5289-12/TechPro RheoTECH MDR/170℃(338°F)/0.5°アーク(arc));
・デュロメーター:配合物の硬度を測定する。より高いほどより硬い配合物を意味する(ショアA);
・比重;
・ピーク引張強度:ゴム配合物が引き伸ばされている間、破断する前に耐えることができる最大の力(ASTM D412-15a、D2240-15);
・破断時引張強度:ゴム配合物が引き伸ばされている間、破断する前に耐えることができる力(ASTM D412-15a、D2240-15);
・ピーク引張強度での伸び:もとの長さの割合として表現される、ピーク引張強度での試験片の長さ(ASTM D412-15a、D2240-15);
・破断時の伸び:もとの長さの割合として表現される、破断点での長さ(ASTM D412-15a、D2240-15);
・トラウザー引裂強度(ASTM D624-00(2012))、DIE T(トラウザー引裂);及び
・耐摩耗性(ISO 4649(2010)):回転式ドラム摩耗、40rpm、10Nの負荷、方法A-回転しない試験片)。
【００９６】
試験結果を、以下の表4で説明する。
【００９７】
【表４】
2020511602.tif 000007
【００９８】
上記表4を参照すると、PC1〜4は優れた物理的特性を示す。特に、分岐PEIを含む実施例1及び2の繊維を含むPC1及びPC3は、他のポリマー複合材料に比べて特によく機能する。
【００９９】
ここで図3〜8を参照すると、PC1、PC2及び比較PC1を切断し、以下の設定下、Nanotronics nSpec 3Dで表面分析を実施する。
・使用した対物レンズ:10×
・トポグラフィー走査設定:ΔZ=0.5;モデル=0.4
・走査後にフラット化した3Dモデル
・ピーク閾値:6
・ピーク許容差:0
・逆目(Against the Grain)(Ag):繊維の末端を見ることができる
・順目(With the Grain)(WG):繊維の長さ/側面を見ることができる
・着色画像は表面の3Dモデルである。
【０１００】
図3〜8で説明する画像の比較は、実施例1及び2の繊維はPC1及びPC2中に均一に分散しており、一方比較例1の繊維は比較PC3中に均一に分散していないことを示唆している。より具体的には、順目及び逆目の両方で、PC1及びPC2はよく分散した繊維を含み、一方比較例1の繊維は比較PC1中で束のままであることは明白である。
【０１０１】
ここで図9〜14を参照すると、PC1、PC2、及び比較PC2を切断し、上で説明した設定下、Nanotronics nSpec 3Dで表面分析を実施する。PC3及びPC4の被覆繊維(分岐PEIを含む実施例3及び4を含む)は、効率的に加工されて優れた分散をもたらす。
【０１０２】
添付の特許請求の範囲は、詳細な説明に記述されている任意の特定の配合物、組成物、又は方法を表現することに限定されず、添付の特許請求の範囲の範囲に入る特定の実施形態の間で変更してもよいことを理解すべきである。様々な実施形態の特定の特徴又は態様を記述するために、本明細書で依拠される(relied upon)任意のマーカッシュグループに関して、異なる、特別な、及び/又は意外な結果が、他のすべてのマーカッシュメンバーから独立するそれぞれのマーカッシュグループの各メンバーから得られ得ることを認識すべきである。マーカッシュグループの各メンバーは、個々に及び又は組み合わせで依拠されることができ、添付の特許請求の範囲の範囲内で、特定の実施形態のための適切なサポートを提供する。
【０１０３】
本発明の様々な実施形態を記述する際に依拠される任意の範囲及び部分範囲は、独立して及び集団的に添付の特許請求の範囲の範囲内に入ることも理解すべきであり、その中の全体及び/又は部分的な値を含むすべての範囲を、こうした値が本明細書に明確に記載されていなくとも、記述及び意図していることが理解される。当業者は、列挙された範囲及び部分範囲が、本開示の様々な実施形態を十分に記述し且つ可能にし、こうした範囲及び部分範囲が、該当する半分、3分の1、4分の1、5分の1などにさらに記述され得ることを容易に認識する。単なる1例として、「0.1〜0.9」の範囲は、さらに下の3分の1すなわち0.1〜0.3、真ん中の3分の1すなわち0.4〜0.6、及び上の3分の1すなわち0.7〜0.9に記述してもよく、これは個々に及び集団的に添付の特許請求の範囲の範囲内にあり、個々に及び/又は集団的に依拠されることができ、添付の特許請求の範囲の範囲内で、特定の実施形態のために適切なサポートを提供する。さらに、範囲を規定又は修正する用語、例えば、「少なくとも」、「より大きな」「未満の」「以下の」等に関して、こうした用語が、部分範囲及び/又は上限若しくは下限を含むことを理解すべきである。別の例として、「少なくとも10」の範囲は、少なくとも10〜35の部分範囲、少なくとも10〜25の部分範囲、25〜35の部分範囲などを本来的に含み、各部分範囲は、個々に及び/又は集団的にそれぞれ依拠されることができ、添付の特許請求の範囲の範囲内で、特定の実施形態のために適切なサポートを提供する。最終的に、開示した範囲内の個々の数字は依拠されることができ、添付の特許請求の範囲の範囲内で、特定の実施形態のために適切なサポートを提供する。例えば、「1〜9の」範囲は、様々な個々の整数、例えば、3、及び小数点(又は小数)を含む個々の数字、例えば、4.1を含み、これは依拠されることができ、添付の特許請求の範囲の範囲内で、特定の実施形態のために適切なサポートを提供する。
【０１０４】
本開示は、例示的な様式で記述されており、使用した用語は、制約ではなく記述の言葉の性質であるように意図していることを理解すべきである。上記教示に照らして、明らかに本開示の多くの修正及び変形が可能である。したがって、添付の特許請求の範囲の範囲内で、具体的に記述した以外の方法で本開示を実施してもよいことを理解すべきである。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2020511602.tif 000019
【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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