JP5215758B2 - ナノ粉末含有複合材料およびそれを製造するための組成物 - Google Patents

Description

本発明は、可撓性ナノクレイ複合材料（換言すれば、可撓性ナノ粉末含有複合材料）に関する。好ましくは、本発明は、家庭用、自動車用ならびに工業用の清掃用途で用いられるナノクレイ複合材料に関する。

清掃は、工業および家庭の場のいずれにおいても、日課として必要不可欠なことである。一般的な家庭清掃において、現行の手順は典型的には洗剤と水を混合してから、清掃用スポンジまたは他の道具を用いてみがく（scrub）ことを含む。しかしながら、清掃後に残った活性洗剤は通常は廃棄されるし、みがき具は、表面に損傷を与えたり、表面を十分にきれいにできない場合もある。さらに、自動車の美観的な面において、車両の表面は、運転中に小石や空気中の粒子を含んだ粒子状物質による衝撃を受けることを避けられないため、従来の泡洗浄方法によっては表面が荒れるのを解消することは難しい。さらに、粘着性の小石や粒状物質が生み出す摩擦は、自動車の塗装にさらなる損傷をもたらす場合もある。

工業的な面では、ロット歩留を向上させるために様々な清掃手順が利用されている。たとえば、半導体加工において、シリコンウェハを研磨するために種々の化学機械平坦化（ＣＭＰ）方法が用いられているが、そこでは大量の研磨スラリーと水が消費されることになる。したがって、使用済み研磨スラリーの処理が重大な環境問題となってきている。

したがって、本発明は、潜在的（potential）な汚染の低減のために付加的なみがき作用および界面活性作用を有した、工業用、家庭用または自動車用の清掃における水／溶剤の使用を低減する無溶剤／ほぼ無溶剤の清掃材料を提供することを目的とする。

従来技術の欠点に鑑みて、本発明の目的の一つは、非消耗性の清掃用複合材料を提供することであって、その複合材料が可撓性を持つことによって、付着した不要な汚れに対して密着することによる清掃が容易になり、無溶媒またはほぼ無溶媒の状態において、化学親和性および／または機械的な力を通じて上記のごとき物質は除去される。さらに、本発明の他の目的は、調合（compounding）によって生産可能な可撓性を有する非消耗性の清掃用複合材料を形成するための組成物を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明は、ポリマーと、界面活性剤と、ポリマー改質成分と、ミクロ／ナノ粉末とを含んだ可撓性ナノクレイ複合材料を製造するために用いることのできる組成物を提供する。各成分の好ましい比率は、ポリマーが１００重量部、界面活性剤が０．１〜４０重量部、改質剤が０．１〜４０重量部、ミクロ／ナノ粉末が０．１〜１００重量部である。

本発明のいくつかの実施形態において、複合材料を製造するために用いられる前記組成物は繊維材料をさらに含有し、繊維材料の好ましい量は０．１〜１０重量部である。
本発明の好ましい実施形態において、組成物は、１００重量部のポリマーと、０．１〜４０重量部の界面活性剤と、０．１〜４０重量部のポリマー改質成分と、０．１〜１００重量部のミクロ／ナノ粉末と、０．１〜８重量部の繊維材料とを含有する。

本発明のさらに好ましい実施形態において、組成物は、１００重量部のポリマーと、０．５〜３０重量部の界面活性剤と、０．５〜３０重量部のポリマー改質成分と、０．１〜５０重量部のミクロ／ナノ粉末と、０．１〜８重量部の繊維材料とを含有する。

本発明の別のより好ましい実施形態において、組成物は、１００重量部のポリマーと、１〜２０重量部の界面活性剤と、１〜２０重量部のポリマー改質成分と、０．１〜２５重量部のミクロ／ナノ粉末と、０．５〜５重量部の繊維材料とを含有する。

本発明はまた、ポリマーと、界面活性剤と、ポリマー改質成分と、ミクロ／ナノ粉末とを含んだ組成物を調合して製造されるナノクレイ複合材料を提供し、得られるナノクレイ複合材料には可撓性が与えられる。前記組成物の製造のためのより好ましい組み合わせは、１００重量部のポリマーと、０．１〜４０重量部の界面活性剤と、０．１〜４０重量部のポリマー改質成分と、０．１〜１００重量部のミクロ／ナノ粉末である。

本発明のいくつかの実施形態において、ナノクレイ複合材料は繊維材料をさらに含有し、繊維材料のより好ましい量は、０．１〜１０重量部である。
本発明のさらに好ましい実施形態において、ナノクレイ複合材料の製造のために用いられる組成物は、１００重量部のポリマーと、０．５〜３０重量部の界面活性剤と、０．５〜３０重量部の改質剤と、０．１〜５０重量部のミクロ／ナノ粉末と、０．１〜８重量部の繊維材料とを含有する。

さらに、自動車の美観、インクプリントの工業的除去、または脱臭の目的で製造される本発明がの実施形態において、前記ナノクレイ複合材料の製造のために用いられる組成物は、１００重量部のポリマーと、１〜２０重量部の界面活性剤と、１〜２０重量部の改質剤と、０．１〜２５重量部のミクロ／ナノ粉末と、０．５〜５重量部の繊維材料とを含有する。

前記ナノクレイ複合材料の製造のために用いられる組成物は、可撓性ナノクレイ複合材料を形成することができ、その複合材料は、工業用および家庭用用途の非消耗性の清掃材料として利用可能であり、水および／または他の溶媒などの消耗性の清掃剤の使用を減らし、環境に優しいという目標を達成することになる。

本発明において可撓性ナノクレイ複合材料を製造するために用いられる組成物は、ポリマーと、界面活性剤と、ポリマー改質成分と、ミクロ／ナノ粉末とを含有する。各成分の好ましい比率は、ポリマーが１００重量部、界面活性剤が０．１〜４０重量部、ポリマー改質成分が０．１〜４０重量部、ミクロ／ナノ粉末が０．１〜１００重量部である。

本発明のいくつかの実施形態において、ナノクレイ複合材料は繊維材料をさらに含み、繊維材料のより好ましい量は０．１〜１０重量部である。
本発明のさらに好ましい実施形態において、ナノクレイ複合材料の製造のために用いられる組成物は、１００重量部のポリマーと、０．５〜３０重量部の界面活性剤と、０．５〜３０重量部のポリマー改質剤と、０．１〜５０重量部のミクロ／ナノ粉末と、０．１〜８重量部の繊維材料とを含有する。

本発明の別のさらに好ましい実施形態において、組成物は、１００重量部のポリマーと、１〜２０重量部の界面活性剤と、１〜２０重量部の改質剤と、０．１〜２５重量部のミクロ／ナノ粉末と、０．５〜５重量部の繊維材料とを含有する。

本発明でいう「ポリマー」とは、可撓性ナノクレイ複合材料の製造のために用いられる組成物中のポリマーマトリックスのことを指し、この場合、基質には可撓性が与えられるか、あるいは基質は他の成分との調合によって可撓性を獲得する。ポリマー成分として適切な材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、ゴム、またはそれらの混合物が挙げられる。

本発明でいう「界面活性剤」には、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、またはそれらの混合物が含まれる。本発明の複合材料中での界面活性剤の使用の一つの目的は、清掃面上の物質との間で極性−極性間または非極性−非極性間相互作用を誘発して、除去プロセスを容易にすることである。また、界面活性剤は、清掃効果を有する複合材料から遊離されてもよい。本発明において適切なアニオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテルホスフェート、カルボキシル化アルキルエトキシレート、カルボキシル化ドデシルベンゼンスルホネート、およびアンモニウムポリオキシエチレンアルキルエーテルサルフェートが挙げられる。本発明において適切なカチオン性界面活性剤としては、四級アンモニウム塩、塩化ベンズアルコニウム、およびラウリルベタインが挙げられる。最後に本発明において適切な非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、オレイン酸ポリオキシエチレン、ステアリン酸ポリオキシエチレン、またはラウリン酸ポリオキシエチレンが挙げられる。

本発明でいう「ポリマー改質成分」とは、剛性、靱性および可撓性などの性質を改変する目的で、ポリマー科学における当業者によって一般的に加えられる物質のことをいう。本発明において適切な改質剤としては、前記の性質を改変するために用いることのできる、可塑性改質剤、抗菌剤、増粘剤、炭化水素石油、植物油、動物油、またはそれらの混合物が挙げられる。たとえば、可塑性改質剤は、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリカプロラクトン、ポリカルボネートジオール、ジオクチルフタレート、ジブチルフタレート、トリアセチン、トリメチルペンタンジオールジイソブタン、またはそれらの混合物であってよい。炭化水素石油は、構造式Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２（ｎは６〜３０の整数を表す）で与えられる化合物である。さらに、炭化水素石油は、飽和または不飽和のシクロアルカンまたは芳香族化合物であってもよい。

本発明でいう「ミクロ／ナノ粉末」とは、清掃面上の不要な物質との接触を介して、付着した汚れを除去する目的をもつ、ナノまたはミクロ粉末とナノ粉末の混合物のことをいう。付着汚れとの接触によって、複合材料中に含まれるミクロ／ナノ粉末は遊離して清掃面上の付着汚れに結合し、研磨みがき効果をさらに誘導する。これによって付着汚れの除去は容易になる。複合材料は可撓性であるので、付着汚れは複合材料中に組み込まれ、それと同時に清掃面から除去される。ミクロ粉末の材料は、剛性および低可撓性を有したミクロン単位の粒子半径を有するいずれの物質であってもよく、ナノ粉末の材料は、限定はされないが、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、またはそれらの混合物を含むナノ単位の粒子半径を有するいずれの物質であってもよい。

本発明でいう「繊維材料」には、綿、パルプ、またはそれらの混合物が含まれる。
いくつかの実施形態において、可撓性ナノクレイ複合材料の製造に用いられる組成物は、芳香性および脱脂性などの複合機能の強化のために、たとえば、次亜塩素酸カルシウム、クエン酸、またはタンニン酸など、要求に応じた機能性添加剤をさらに含有する。

本発明におけるナノクレイ複合材料は、調合によって組成物から製造されるが、ポリマー、界面活性剤、改質剤、ミクロ／ナノ粉末、および繊維材料は先に定義したとおりである。

本発明でいう「調合（コンパウンディング）」とは、ポリマーおよび改質目的の他の成分を、調合機具を利用して均一に分布させることのできる技術のことを指す。このような技術は、限定はされないが、たとえば、一軸押出機、二軸押出機、ディスク混合押出機、または連続押出機などの既知あるいは当該目的のために特別に設計されたいずれの機具によっても実施することができる。

本発明のより好ましい実施形態において、ナノクレイ複合材料の製造に用いられる組成物は、１００重量部のポリマーと、０．５〜３０重量部の界面活性剤と、０．５〜３０重量部の改質剤と、０．１〜５０重量部のミクロ／ナノ粉末と、０．１〜８重量部の繊維材料とを含有する。複合材料は、家具、床、陶器、ポット表面、ホットプレート表面などの家庭清掃用途、およびワックスがけ前の拭き取りなどの自動車の美観用途に適している。

本発明の別のより好ましい実施形態において、ナノクレイ複合材料の製造に用いられる組成物は、１００重量部のポリマーと、１〜２０重量部の界面活性剤と、０．１〜２０重量部の改質剤と、０．１〜２５重量部のミクロ／ナノ粉末と、０．５〜５重量部の繊維材料とを含有する。上記の複合材料は、工業的な脱インクまたは脱臭目的に適している。

以下の実施例は本発明の利点を説明するために用いるものであるが、これらは本発明の範囲を限定するために用いられるものではない。
実施例１ ナノクレイ複合材料の調製

上記の成分をボイラー中で軟化させて一軸押出機で混合することによって、一般的な清掃用途、特に家庭清掃用途の複合材料は製造される。

上記の成分をボイラー中で軟化させて一軸押出機で混合することによって、自動車清掃用途の複合材料は製造される。

上記の成分をボイラー中で軟化させて一軸押出機で混合することによって、工業用の清掃用途、特にＰＵ（ポリウレタン）レザー上のインクプリントの清掃用途の複合材料は製造される。

上記の成分をボイラー中で軟化させて一軸押出機で混合することによって、工業用用途、特に脱臭用途の複合材料は製造される。

上記の実施例をまとめると、本発明の複合材料には可撓性が備わっており、これによって清掃面にぴたりと取り付いて、付着汚れはみがき落とされる。さらに、界面活性剤およびミクロ／ナノ粉末の遊離によって、清掃面に対する複合材料の付着は増強され、みがき効果が引き起こされ、これによって、残った活性清掃剤の廃棄を低減することができる。

他の実施形態
本明細書中に開示したすべての特徴は、他の方法と組み合わされてもよいし、同一、同等または同様の目的のための特徴によって入れ替えられてもよい。したがって、特に顕著な特徴を除いたすべての特徴は同等または同様の特徴の単なる例にすぎない。

本発明は、前述したようなより好ましい実施形態によって例示してきたが、これらの例は本発明を限定するために用いられるのではなく、当業者であれば、本発明の精神と範囲から逸脱しない限りにおいて様々な変更および改変を行うことができる。

Claims (13)

1. １００重量部のポリオレフィンと、
   ０．１〜４０重量部の界面活性剤と、
   ０．１〜４０重量部のポリマー改質成分と、
   ０．１〜１００重量部のミクロ／ナノ粉末と、
   ０．１〜１０重量部の繊維材料とを含有する可撓性ナノ粉末含有複合材料の製造のための組成物であって、
   前記ポリマー改質成分はトリアセチンであり、前記繊維材料はパルプであり、
   前記複合材料は、自動車の清掃用途、ポリウレタンレザー上のインクプリントの清掃用途、又は脱臭用途で使用される、可撓性ナノ粉末含有複合材料の製造のための組成物。
2. １００重量部のポリオレフィンと、
   ０．５〜３０重量部の界面活性剤と、
   ０．５〜３０重量部のポリマー改質成分と、
   ０．１〜５０重量部のミクロ／ナノ粉末と、
   ０．１〜８重量部の繊維材料と
   を含有する請求項１に記載の組成物。
3. １００重量部のポリオレフィンと、
   １〜２０重量部の界面活性剤と、
   １〜２０重量部のポリマー改質成分と、
   ０．１〜２５重量部のミクロ／ナノ粉末と、
   ０．５〜５重量部の繊維材料と
   を含有する請求項２に記載の組成物。
4. 前記ポリオレフィンは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、ゴム、またはそれらの混合物からなる請求項１に記載の組成物。
5. 前記界面活性剤は、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、またはそれらの混合物からなる請求項１に記載の組成物。
6. 前記アニオン性界面活性剤は、ポリオキシエチレンアルキルエーテルホスフェート、カルボキシル化アルキルエトキシレート、カルボキシル化ドデシルベンゼンスルホネート、またはアンモニウムポリオキシエチレンアルキルエーテルサルフェートからなる請求項５に記載の組成物。
7. 前記カチオン性界面活性剤は、四級アンモニウム塩、塩化ベンズアルコニウム、またはラウリルベタインからなる請求項５に記載の組成物。
8. 前記非イオン性界面活性剤は、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、オレイン酸ポリオキシエチレン、ステアリン酸ポリオキシエチレン、またはラウリン酸ポリオキシエチレンからなることを特徴とする請求項５に記載の組成物。
9. 前記ミクロ／ナノ粉末の材料は、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、またはそれらの混合物からなる請求項１に記載の組成物。
10. 前記ミクロ／ナノ粉末の粒子半径は５０ｎｍ〜９００ｎｍである請求項１に記載の組成物。
11. 機能性添加剤をさらに含有する請求項１に記載の組成物。
12. 前記機能性添加剤は、次亜塩素酸カルシウム、クエン酸、またはタンニン酸からなる請求項１１に記載の組成物。
13. 請求項１に記載の組成物を調合して製造されるナノ粉末含有複合材料。