JP7341899B2 - 長繊維材料および短繊維材料ならびに天然ナノ粒子を有するハイブリッド熱可塑性複合体 - Google Patents
長繊維材料および短繊維材料ならびに天然ナノ粒子を有するハイブリッド熱可塑性複合体 Download PDFInfo
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Description
[0001]本出願は、2017年6月5日に出願された先行の米国仮出願第62/515,372号の継続出願である。上記出願の全開示は、参考として本明細書に組み込まれる。
[0004]複合材料は、車体パネルおよび内装品から自動車の構造部材までに及ぶ様々な用途ならびに他の分野における広範囲の構成部品に使用されている。典型的な複合体としては、ガラス長短繊維充填熱可塑性樹脂が挙げられる。ガラスは熱可塑性樹脂よりも高密度な材料であるため、ガラス繊維複合体の全密度はそれを充填する熱可塑性樹脂よりも高くなる。全密度が上昇することにより、重量が増加し、車両用途では燃料効率を低下させ、1609.344m(1マイル)当たりの排気を増加させるおそれがある。長繊維複合体は、高い添加量では、処理装置に過度の摩耗を引き起こし、経時的に製造コストの上昇を引き起こすおそれがある。さらに、多くのガラス繊維複合材料にはその調製および製造に著しいエネルギーが必要である。
[0022]本開示の別の態様では、熱可塑性複合材料は重量パーセント単位で、約79.3%のPP、約15%のガラス繊維、約5%のセルロースナノ結晶および約0.7%のMAH-アミンを含み、熱可塑性複合材料は約38MPaの引張り強度および約2374MPaの引張り弾性率を有する。
[0028]以下の記載は、本質的に単なる例示であり、本開示、用途または使用を限定しようとするものではない。
[発明の態様]
[1]
熱可塑性ポリマーマトリックス成分、
マイクロ粒子成分、
ナノ粒子成分、および
該マイクロ粒子成分と該ナノ粒子成分と該熱可塑性ポリマーマトリックス成分とを相溶化させる相溶化剤成分
を含み、
該マイクロ粒子成分およびまたは該ナノ粒子成分の少なくとも一部分が天然繊維である、
熱可塑性複合材料。
[2]
該熱可塑性ポリマーマトリックスが、ポリプロピレン(PP)マトリックスを含み、
該マイクロ粒子成分が、ガラス繊維、炭素繊維、ミクロンスケールのセルロース繊維または靱皮繊維を含み、
該ナノ粒子成分が、ガラス繊維、炭素繊維、ミクロンスケールのセルロース繊維または靱皮繊維を含み、
該相溶化剤が、無水マレイン酸変性ポリプロピレン(MAPP)およびジエチレントリアミン(DETA)を含む、
パラグラフ1に記載の熱可塑性複合材料。
[3]
重量パーセント単位で、
約80%のPP、
約15%のガラス繊維、
約5%のセルロースナノ結晶、
約0%のMAH-アミン
を含み、
約56MPaの引張り強度および約3497MPaの引張り弾性率を有する、
パラグラフ1に記載の熱可塑性複合材料。
[4]
重量パーセント単位で、
約79.3%のPP、
約15%のガラス繊維、
約5%のセルロースナノ結晶、および
約0.7%のMAH-アミン
を含み、
約56MPaの引張り強度および約4014MPaの引張り弾性率を有する、
パラグラフ1に記載の熱可塑性複合材料。
[5]
重量パーセント単位で、
約83.86%のPP、
約15%のガラス繊維、
約1%のセルロースナノ結晶、および
約0.14%のMAH-アミン
を含み、
約59MPaの引張り強度および約3577MPaの引張り弾性率を有する、
パラグラフ1に記載の熱可塑性複合材料。
[6]
重量パーセント単位で、
約78.6%のPP、
約10%のガラス繊維、
約10%のセルロースナノ結晶、および
約1.4%のMAH-アミン
を含み、
約37MPaの引張り強度および約2612MPaの引張り弾性率を有する、
パラグラフ1に記載の熱可塑性複合材料。
[7]
重量パーセント単位で、
約84.3%のPP、
約10%のガラス繊維、
約5%のセルロースナノ結晶、および
約0.7%のMAH-アミン、
を含み、
約45MPaの引張り強度および約2714MPaの引張り弾性率を有する、
パラグラフ1に記載の熱可塑性複合材料。
[8]
重量パーセント単位で、
約83.95%のPP、
約7.5%のガラス繊維、
約7.5%のセルロースナノ結晶、および
約1.05%のMAH-アミン、
を含み、
約37MPaの引張り強度および約2230MPaの引張り弾性率を有する、
パラグラフ1に記載の熱可塑性複合材料。
[9]
重量パーセント単位で、
約86.8%のPP、
約7.5%のガラス繊維、
約5%のセルロースナノ結晶、および
約0.7%のMAH-アミン
を含み、
約41MPaの引張り強度および約2374MPaの引張り弾性率を有する、
パラグラフ1に記載の熱可塑性複合材料。
[10]
重量パーセント単位で、
約91.36%のPP、
約7.5%のガラス繊維、
約1%のセルロースナノ結晶、および
約0.14%のMAH-アミン
を含み、
約40MPaの引張り強度および約2010MPaの引張り弾性率を有する、
パラグラフ1に記載の熱可塑性複合材料。
[11]
重量パーセント単位で、
約89.4%のPP、
約5%のガラス繊維、
約5%のセルロースナノ結晶、および
約0.6%のMAH-アミン
を含み、
約41MPaの引張り強度および約2282MPaの引張り弾性率を有する、
パラグラフ1に記載の熱可塑性複合材料。
[12]
重量パーセント単位で、
約93.86%のPP、
約5%のガラス繊維、
約1%のセルロースナノ結晶、および
約0.14%のMAH-アミン、
を含み、
約39MPaの引張り強度および約1990MPaの引張り弾性率を有する、
パラグラフ1に記載の熱可塑性複合材料。
[13]
重量パーセント単位で、
約94%のPP、
約5%のガラス繊維、
約1%のセルロースナノ結晶、および
約0.0%のMAH-アミン、
を含み、
約39MPaの引張り強度および約1344MPaの引張り弾性率を有する、
パラグラフ1に記載の熱可塑性複合材料。
[14]
セルロースナノ結晶およびガラス繊維を配合したポリプロピレン(PP)マトリックス、
完全に天然の靱皮繊維、
マイクロ-ナノセルロース繊維、
無水マレイン酸変性ポリプロピレン(MAPP)、ならびに
ジエチレントリアミン(DETA)を含み、該MAPPおよび該DETAが該セルロースナノ結晶と該靱皮繊維と該セルロース繊維と該PPマトリックスとを相溶化させており、
該靱皮繊維および該マイクロ-ナノセルロース繊維が反応押出によりPPマトリックスに組み込まれている、
熱可塑性複合材料。
[15]
反応押出中に、該MAPPおよび該DETAが約1対1の比で使用される、パラグラフ14に記載の熱可塑性複合材料。
[16]
重量パーセント単位で、
約79.3%のPP、
約15%のガラス繊維、
約5%のセルロースナノ結晶、および
約0.7%のMAH-アミン
を含み、
約38MPaの引張り強度および約2374MPaの引張り弾性率を有する、
パラグラフ14に記載の熱可塑性複合材料。
[17]
ガラス繊維と靱皮繊維とマイクロ-ナノセルロース繊維とのハイブリッドブレンドを配合したポリプロピレン(PP)マトリックス、
複合ナノセルロースフィラー材料、
無水マレイン酸変性ポリプロピレン(MAPP)、ならびに
ジエチレントリアミン(DETA)を含み、MAPPおよびDETAがセルロースナノ結晶と靱皮繊維とセルロース繊維とPPマトリックスとを相溶化させており、
靱皮繊維、ガラス繊維、ガラス長繊維およびマイクロ-ナノセルロース繊維がPPマトリックスに組み込まれ、アミン基がガラス繊維上のオキシド基と相互作用している、
熱可塑性複合材料。
[18]
重量パーセント単位で、
約89.3%のPP、
約5%のガラス長繊維、
約5%のセルロースナノ結晶、および
約0.7%のMAH-アミン
を含み、
約37MPaの引張り強度および約2164MPaの引張り弾性率を有する、
パラグラフ17に記載の熱可塑性複合材料。
[19]
重量パーセント単位で、
約93.86%のPP、
約5%のガラス長繊維、
約1%のセルロースナノ結晶、および
約0.14%のMAH-アミン
を含み、
約38MPaの引張り強度および約1909MPaの引張り弾性率を有する、
パラグラフ17に記載の熱可塑性複合材料。
[20]
重量パーセント単位で、
約94.0%のPP、
約5%のガラス長繊維、
約1%のセルロースナノ結晶、および
約0.0%のMAH-アミン
を含み、
約40MPaの引張り強度および約1994MPaの引張り弾性率を有する、
パラグラフ17に記載の熱可塑性複合材料。
Claims (13)
- 熱可塑性複合材料であって、
該熱可塑性複合材料の約75重量%~約94.9重量%の量で存在するポリプロピレンマトリックス成分、
該熱可塑性複合材料の約5重量%~約15重量%の量で存在する、ガラス繊維を含むマイクロ粒子成分、
該熱可塑性複合材料の約0.1重量%~約10重量%の量で存在する、セルロースナノ結晶を含むナノ粒子成分、および
該熱可塑性複合材料の約0.14重量%~約10重量%の量で存在する、該マイクロ粒子成分と該ナノ粒子成分と該熱可塑性ポリマーマトリックス成分とを相溶化させる相溶化剤成分
を含み、
該相溶化剤が無水マレイン酸変性ポリプロピレン(MAPP)およびジエチレントリアミン(DETA)を含む、
熱可塑性複合材料。 - 重量パーセント単位で、
約79.3%のポリプロピレン、
約15%のガラス繊維、
約5%のセルロースナノ結晶、および
約0.7%の該相溶化剤
を含む、
請求項1に記載の熱可塑性複合材料。 - 重量パーセント単位で、
約83.86%のポリプロピレン、
約15%のガラス繊維、
約1%のセルロースナノ結晶、および
約0.14%の該相溶化剤
を含む、
請求項1に記載の熱可塑性複合材料。 - 重量パーセント単位で、
約78.6%のポリプロピレン、
約10%のガラス繊維、
約10%のセルロースナノ結晶、および
約1.4%の該相溶化剤
を含む、
請求項1に記載の熱可塑性複合材料。 - 重量パーセント単位で、
約84.3%のポリプロピレン、
約10%のガラス繊維、
約5%のセルロースナノ結晶、および
約0.7%の該相溶化剤、
を含む、
請求項1に記載の熱可塑性複合材料。 - 重量パーセント単位で、
約83.95%のポリプロピレン、
約7.5%のガラス繊維、
約7.5%のセルロースナノ結晶、および
約1.05%の該相溶化剤、
を含む、
請求項1に記載の熱可塑性複合材料。 - 重量パーセント単位で、
約86.8%のポリプロピレン、
約7.5%のガラス繊維、
約5%のセルロースナノ結晶、および
約0.7%の該相溶化剤
を含む、
請求項1に記載の熱可塑性複合材料。 - 重量パーセント単位で、
約91.36%のポリプロピレン、
約7.5%のガラス繊維、
約1%のセルロースナノ結晶、および
約0.14%の該相溶化剤
を含む、
請求項1に記載の熱可塑性複合材料。 - 重量パーセント単位で、
約89.4%のポリプロピレン、
約5%のガラス繊維、
約5%のセルロースナノ結晶、および
約0.6%の該相溶化剤
を含む、
請求項1に記載の熱可塑性複合材料。 - 重量パーセント単位で、
約93.86%のポリプロピレン、
約5%のガラス繊維、
約1%のセルロースナノ結晶、および
約0.14%の該相溶化剤、
を含む、
請求項1に記載の熱可塑性複合材料。 - 熱可塑性複合材料であって、
該熱可塑性複合材料の約75重量%~約94.9重量%の量で存在するポリプロピレン(PP)マトリックス、
該熱可塑性複合材料の約0.1重量%~約10重量%の量で存在するセルロースナノ結晶、
該熱可塑性複合材料の約5重量%~約50重量%の量で存在する靱皮繊維、
該熱可塑性複合材料の約0.14重量%~約10重量%の量で存在する、無水マレイン酸変性ポリプロピレン(MAPP)とジエチレントリアミン(DETA)とを含む相溶化剤、ここで該MAPPおよび該DETAが、該セルロースナノ結晶と該靱皮繊維と該ポリプロピレンマトリックスとを相溶化させており、
該靱皮繊維および該セルロースナノ結晶が反応押出により該ポリプロピレンマトリックスに組み込まれている、
熱可塑性複合材料。 - 重量パーセント単位で、
約79.3%のポリプロピレン、
約15%の靱皮繊維、
約5%のセルロースナノ結晶、および
約0.7%の該相溶化剤
を含む、
請求項11に記載の熱可塑性複合材料。 - 重量パーセント単位で、
約89.3%のポリプロピレン、
約5%のガラス繊維、
約5%のセルロースナノ結晶、および
約0.7%の該相溶化剤
を含む、
請求項1に記載の熱可塑性複合材料。
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