JP6067885B2 - ポリカーボネートマイクロ流体物品 - Google Patents
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Description
本開示は、概して薄壁付きの物品における使用のための流動性を有する熱可塑性組成物に関する。
薄壁付き物品は、医療分野で、例えばマイクロ流体および/またはポリメラーゼ連鎖反応(PCR)用途で一般的に使用される。マイクロ流体用途は、概して1ミリメートル(mm)以下の少なくとも1つの寸法を有する1つまたは複数のチャネルの存在を特徴とし得るマイクロ流体デバイスにおいて幾何学的に拘束される(constrained)流体の精密な制御を扱う。正確な微細鋳型詳細複製を達成することができ、またかかる小さな寸法を有するチャネルの生産を可能にし得るマイクロ流体デバイスを得ることは、絶え間ない挑戦である。
PCR用途を考慮すると、PCRは、多重桁にわたるDNA配列片を増幅およびコピーするために使用されるプロセスであり、分子生物学の分野で不可欠な技法である。PCRプロセスでは、DNAフラグメントは、相補的なDNAプライマーおよびDNAポリメラーゼ酵素と水溶液中で混合されて、混合物は、幾つかの熱サイクル工程から採取される。この熱サイクルプロセスは、標的DNA配列の二重らせんを分離させて、DNAポリメラーゼ触媒により新たなDNA合成を開始させる。PCR反応に関する典型的な熱プロフィールを以下の表1に示す。ここで、℃は、セ氏温度である。
PCR反応は、8〜96個のウェルおよび容積0.2〜0.5ミリリットル(mL)のアレイ中のマイクロウェルで通常実施される。各マイクロウェルプレート中の多数の試料に起因して、生体分子スクリーニング学会(Society of Biomolecular Screening)および米国国家規格協会(the American National Standards Institute、ANSI)は、96個、984個および1536個のウェルを有するマイクロウェルプレートに対するマイクロウェルの特定の寸法および位置に関して、マイクロウェルプレートに対して規格ANSI/SBS 1-2004〜4-2004を発表した。
マイクロウェルの壁から反応溶液への効率的な熱伝達は、PCR反応プロセス中の厳密な温度制御に必要とされる。効率的な熱伝達を達成するために、PCRトレイは、およそ0.2mmなどの非常に薄いマイクロウェル壁厚で設計される。これらの薄壁トレイの射出成型は、極めて高い流量の材料が薄いマイクロウェル壁を充填するのに必要とされるため重要な課題となっている。さらに、材料は、PCR熱サイクル工程中の変形を回避するのに十分な耐熱性を有する必要があり、光学的透明度(optical clarity)は、液体容積レベルを観察することができるため望ましい。通常、LYONDELL BASELL社からのPD702などのポリプロピレンが、PCRトレイの射出成型に使用される。しかしながら、ポリプロピレンは、PCR変性サイクルで使用されるものなどの高温での軟化を受け、PCRまたは他のマイクロ流体構成成分が、加工処理中に過度に可撓性になるのを引き起こし、および/または反り(warping)もしくは他の物理的変形および/または漏れを受けさせ得る。
多くのポリカーボネートがPCRまたは他のマイクロ流体用途に望まれる透明度および高い耐熱性を保有するのに対して、ポリカーボネート材料は一般的に、必要とされる薄いツーリング(tooling)を充填するのに十分な流量を欠如していると考えられており、および/または室温で十分な延性(ductility)を有さないため、PCRマイクロウェルなどの薄壁マイクロ流体用途には通常使用されていない。したがって、ポリプロピレンが一般的に、PCRおよび他のマイクロ流体用途にとって最適な熱可塑性物質となっている。
かかるデバイスに使用されているポリプロピレンまたは他の材料から製造された多数のマイクロ流体および/またはPCRデバイスが提唱されているが、マイクロ流体および/またはPCR作動条件に適合する薄壁付き物品を製造する際の使用のための材料は、当該技術分野で引き続き必要とされている。
本明細書中にさらに記載するように、マイクロ流体デバイスは、アルファ,オメガC6〜20脂肪族ジカルボン酸またはその誘導体、ジヒドロキシ芳香族化合物およびカーボネート供給源を含むモノマーに由来する、軟質ブロックエステル単位を含むポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートを含む熱可塑性組成物から形成される物品を含み得る。
幾つかの実施形態では、アルファ,オメガC6〜20脂肪族ジカルボン酸またはその誘導体、ジヒドロキシ芳香族化合物およびカーボネート供給源を含むモノマーに由来する、軟質ブロックエステル単位を含むポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートを含むマイクロ流体デバイスは、PCRマイクロウェルまたはPCRマイクロウェルプレートである。
同様に、以下でさらに詳述するように、流体を加工処理するためのマイクロ流体デバイスを使用する方法は、
デバイスの一部を少なくとも90℃の加工処理温度に曝す工程を含み、
加工処理温度に曝されるデバイスの一部は、
アルファ,オメガC6〜20脂肪族ジカルボン酸またはその誘導体、ジヒドロキシ芳香族化合物、およびカーボネート供給源を含むモノマーに由来する、軟質ブロックエステル単位を含むポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートを含む熱可塑性組成物から形成される物品を含む。
デバイスの一部を少なくとも90℃の加工処理温度に曝す工程を含み、
加工処理温度に曝されるデバイスの一部は、
アルファ,オメガC6〜20脂肪族ジカルボン酸またはその誘導体、ジヒドロキシ芳香族化合物、およびカーボネート供給源を含むモノマーに由来する、軟質ブロックエステル単位を含むポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートを含む熱可塑性組成物から形成される物品を含む。
同様に、少なくとも90℃のプロセス温度で流体を加工処理するためのマイクロ流体デバイスであって、
アルファ,オメガC6〜20脂肪族ジカルボン酸またはその誘導体、ジヒドロキシ芳香族化合物、およびカーボネート供給源を含むモノマーに由来する、軟質ブロックエステル単位を含むポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートを含む熱可塑性組成物から形成されるプロセス温度に曝される物品を含むマイクロ流体デバイスが提供される。
アルファ,オメガC6〜20脂肪族ジカルボン酸またはその誘導体、ジヒドロキシ芳香族化合物、およびカーボネート供給源を含むモノマーに由来する、軟質ブロックエステル単位を含むポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートを含む熱可塑性組成物から形成されるプロセス温度に曝される物品を含むマイクロ流体デバイスが提供される。
本出願のより完全な理解のために、ここでは、添付の図面と併せて解釈される下記説明について言及する。
本明細書中に記載するマイクロ流体デバイスを作製するのに使用される熱可塑性組成物もまた、ポリカーボネート、具体的にはポリエステル-ポリカーボネート共重合体、より具体的にはポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネート共重合体を含む高流量熱可塑性組成物とも称される。概して、本明細書中で使用する場合、「ポリカーボネート」という用語は、式(1)
(式中、R1基の総数の少なくとも60パーセントが、芳香族部分を含有し、その残余は、脂肪族、脂環式または芳香族である)を有する反復構造カーボネート単位を指す。R1はそれぞれ、式-A1-Y1-A2-の芳香族基であり得る。R1はそれぞれ、C6〜30芳香族基を含むことができ、即ち少なくとも1つの芳香族部分を含有する。R1は、式HO-R1-OH、特に式(2)
HO-A1-Y1-A2-OH (2)
(式中、A1およびA2はそれぞれ、単環式二価芳香族基であり、Y1は、単結合、またはA1とA2とを分離する1つまたは複数の原子を有する架橋基である)を有するジヒドロキシ化合物に由来し得る。ある実施形態では、1つの原子が、A1とA2とを分離する。このタイプの基の実例となる非限定的な例は、-O-、-S-、-S(O)-、S(O)2-、-C(O)-、メチレン、シクロヘキシルメチレン、2-[2.2.1]-ビシクロヘプチリデン、エチリデン、イソプロピリデン、ネオペンチリデン、シクロヘキシリデン、シクロペンタデシリデン、シクロドデシリデンおよびアダマンチリデンである。架橋基Y1は、メチレン、シクロヘキシリデンもしくはイソプロピリデンなどの炭化水素基または飽和炭化水素基であり得る。具体的には、R1基は、式(3)
HO-A1-Y1-A2-OH (2)
(式中、A1およびA2はそれぞれ、単環式二価芳香族基であり、Y1は、単結合、またはA1とA2とを分離する1つまたは複数の原子を有する架橋基である)を有するジヒドロキシ化合物に由来し得る。ある実施形態では、1つの原子が、A1とA2とを分離する。このタイプの基の実例となる非限定的な例は、-O-、-S-、-S(O)-、S(O)2-、-C(O)-、メチレン、シクロヘキシルメチレン、2-[2.2.1]-ビシクロヘプチリデン、エチリデン、イソプロピリデン、ネオペンチリデン、シクロヘキシリデン、シクロペンタデシリデン、シクロドデシリデンおよびアダマンチリデンである。架橋基Y1は、メチレン、シクロヘキシリデンもしくはイソプロピリデンなどの炭化水素基または飽和炭化水素基であり得る。具体的には、R1基は、式(3)
(式中、RaおよびRbはそれぞれ独立して、ハロゲン、C1〜12アルコキシまたはC1〜12アルキルであり、pおよびqはそれぞれ独立して、0〜4の整数である)を有するジヒドロキシ芳香族化合物に由来し得る。pが0である場合、Raは水素であり、同様にqが0である場合は、Rbは水素であることが理解されよう。また、式(3)では、Xaは、2つのヒドロキシ置換芳香族基を結合する架橋基であり、ここで架橋基および各C6アリーレン基のヒドロキシ置換基は、C6アリーレン基上で互いにオルト、メタまたはパラ(具体的には、パラ)で配置される。架橋基Xaの例としては、単結合、-O-、-S-、-S(O)-、S(O)2-、-C(O)-またはC1〜18有機基が挙げられる。C1〜18有機架橋基は、環式また非脂環式、芳香族または非芳香族であってもよく、ハロゲン、酸素、窒素、硫黄、ケイ素またはリンなどのヘテロ原子をさらに含むことができる。C1〜18有機基は、そこに結合されるC6アリーレン基が、一般的なアルキリデン炭素に、またはC1〜18有機架橋基の異なる炭素にそれぞれ結合されるように配置され得る。ある実施形態では、pおよびqは、それぞれ1であり、RaおよびRbはそれぞれ、各アリーレン基上のヒドロキシ基に対してメタで配置されるC1〜3アルキル基、具体的にはメチルである。Xaは、置換もしくは無置換C3〜18シクロアルキリデン、式-C(Rc)(Rd)-(式中、RcおよびRdはそれぞれ独立して、水素、C1〜12アルキル、C1〜12シクロアルキル、C7〜12アリールアルキル、C1〜12ヘテロアルキルまたは環式C7〜12ヘテロアリールアルキルである)を有するC1〜25アルキリデン、または式-C(=Re)-(式中、Reは、メチレン、シクロヘキシルメチレン、エチリデン、ネオペンチリデンおよびイソプロピリデン、ならびに2-[2.2.1]-ビシクロへプチリデン、シクロヘキシリデン、シクロペンチリデン、シクロドデシリデンまたはアダマンチリデンなどの二価C1〜12炭化水素基である)を有する基であり得る。
置換または無置換シクロヘキサン単位を含有するビスフェノール、例えば式(4)
(式中、Rfはそれぞれ独立して、水素、C1〜12アルキルまたはハロゲンであり、Rgはそれぞれ独立して、水素またはC1〜12アルキルである)を有するビスフェノールもまた、ジヒドロキシ化合物として使用され得る。置換基は、脂肪族または芳香族、直鎖、環式、二環式、分岐状、飽和または不飽和であり得る。かかるシクロヘキサン含有ビスフェノール、例えば、2モルのフェノールと1モルの水素化イソホロンとの反応生成物は、高いガラス転移温度および高い熱変形温度(distortion temperature)を有するポリカーボネートポリマーを作製するのに使用することができる。シクロヘキシルビスフェノール含有ポリカーボネート、または他のビスフェノールポリカーボネートとともに上述のものの少なくとも1つを含む組合せは、商品名APEC*でBAYER社により供給される。
式HO-R1-OHの他の芳香族ジヒドロキシ化合物として、式(5)
(式中、Rhはそれぞれ独立して、ハロゲン原子、C1〜10アルキル基などのC1〜10ヒドロカルビル基、ハロゲン置換C1〜10アルキル基、C6〜10アリール基またはハロゲン置換C6〜10アリール基であり、nは、0〜4である)を有する化合物が挙げられる。ハロゲンは、臭素であってもよい。
具体的な芳香族ジヒドロキシ化合物の幾つかの実例となる例として、下記:4,4'-ジヒドロキシビフェニル、1,6-ジヒドロキシナフタレン、2,6-ジヒドロキシナフタレン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)-1-ナフチルメタン、1,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)エタン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-1-フェニルエタン、2-(4-ヒドロキシフェニル)-2-(3-ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)フェニルメタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3-ブロモフェニル)プロパン、1,1-ビス(ヒドロキシフェニル)シクロペンタン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)イソブテン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)シクロドデカン、トランス-2,3-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-2-ブテン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)アダマンタン、α,α'-ビス(4-ヒドロキシフェニル)トルエン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)アセトニトリル、2,2-ビス(3-メチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-エチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-n-プロピル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-イソプロピル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-sec-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-シクロヘキシル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-アリル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-メトキシ-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,1-ジクロロ-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)エチレン、1,1-ジブロモ-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)エチレン、1,1-ジクロロ-2,2-ビス(5-フェノキシ-4-ヒドロキシフェニル)エチレン、4,4'-ジヒドロキシベンゾフェノン、3,3-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-2-ブタノン、1,6-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-1,6-ヘキサンジオン、エチレングリコールビス(4-ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(4-ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(4-ヒドロキシフェニル)スルフィド、ビス(4-ヒドロキシフェニル)スルホキシド、ビス(4-ヒドロキシフェニル)スルホン、9,9-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フッ素、2,7-ジヒドロキシピレン、6,6'-ジヒドロキシ-3,3,3',3'-テトラメチルスピロ(ビス)インダン(「スピロビインダンビスフェノール」)、3,3-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フタルイミド、2,6-ジヒドロキシジベンゾ-p-ジオキシン、2,6-ジヒドロキシチアントレン、2,7-ジヒドロキシフェノキサチン、2,7-ジヒドロキシ-9,10-ジメチルフェナジン、3,6-ジヒドロキシジベンゾフラン、3,6-ジヒドロキシジベンゾチオフェン、および2,7-ジヒドロキシカルバゾール、レゾルシノール、5-メチルレゾルシノール、5-エチルレゾルシノール、5-プロピルレゾルシノール、5-ブチルレゾルシノール、5-t-ブチルレゾルシノール、5-フェニルレゾルシノール、5-クミルレゾルシノール、2,4,5,6-テトラフルオロレゾルシノール、2,4,5,6-テトラブロモレゾルシノール等の置換レゾルシノール化合物;カテコール;ヒドロキノン;2-メチルヒドロキノン、2-エチルヒドロキノン、2-プロピルヒドロキノン、2-ブチルヒドロキノン、2-t-ブチルヒドロキノン、2-フェニルヒドロキノン、2-クミルヒドロキノン、2,3,5,6-テトラメチルヒドロキノン、2,3,5,6-テトラ-t-ブチルヒドロキノン、2,3,5,6-テトラフルオロヒドロキノン、2,3,5,6-テトラブロモヒドロキノン等の置換ヒドロキノン、または上述のジヒドロキシ化合物の少なくとも1つを含む組合せが挙げられる。
式(3)を有するビスフェノール化合物の具体例として、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)メタン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)エタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン(以下「ビスフェノールA」または「BPA」)、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ブタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)オクタン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)n-ブタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-2-メチルフェニル)プロパン、1,1-ビス(4-ヒドロキシ-t-ブチルフェニル)プロパン、3,3-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フタルイミジン、2-フェニル-3,3-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フタルイミジン(PPPBP)、および1,1-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)シクロヘキサン(DMBPC)が挙げられる。上述のジヒドロキシ化合物の少なくとも1つを含む組合せも使用することができる。
幾つかの実施形態では、ポリカーボネートは、ビスフェノールAに由来する直鎖状単独重合体であり、ここで式(2)において、A1およびA2はそれぞれ、p-フェニレンであり、Y1は、イソプロピリデンである。
ポリカーボネートは、25℃でクロロホルム中で測定される場合、0.3〜1.5デシリットルパーグラム(dl/g)、具体的には0.45〜1.0dl/gの固有粘度を有し得る。ポリカーボネートは、架橋スチレン-ジビニルベンゼンカラムを使用したゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により測定する場合、1ミリリットル当たり1ミリグラムの試料濃度で、またポリカーボネート標準物質で較正した場合に、10,000〜100,000グラムパーモル(g/mol)の質量平均分子量(MW)を有し得る。ポリカーボネートは、規定の温度および荷重でオリフィスに通した熱可塑性物質の押出の速度を測定するメルトボリュームフローレート(多くの場合、MVRと略記される)を有し得る。物品の形成用のポリカーボネートは、ASTM D1238-10またはISO 1133に従って、300℃で荷重1.2kgの下で測定して、0.5〜80立方センチメートルパー10分(cc/10分)のMVRを有し得る。
「ポリカーボネート」および「ポリカーボネート樹脂」は本明細書中で使用する場合、ホモポリカーボネート、カーボネート中に種々のR1部分を含む共重合体(本明細書中では「コポリカーボネート」と称する)、カーボネート単位およびエステル単位、ポリシロキサン単位などの他のタイプのポリマー単位を含む共重合体、ならびにホモポリカーボネートおよびコポリカーボネートの少なくとも1つを含む組合せをさらに包含する。本明細書中で使用する場合、「組合せ」は、ブレンド、混合物、アロイ、反応生成物等を包含する。特定タイプの共重合体は、ポリエステル-ポリカーボネートとしても知られるポリエステルカーボネートである。かかる共重合体は、式(1)を有する反復性カーボネート鎖単位の他に、式(6)
(式中、R2は、ジヒドロキシ化合物に由来する二価基であり、例えば、C2〜10アルキレン基、C6〜20脂環式、C6〜20芳香族基またはポリオキシアルキレン基(ここで、アルキレン基は、2〜6個の炭素原子、具体的には2、3または4の炭素原子を含有する)であり得る)を有する単位をさらに含有する。R2は、直鎖、分岐鎖または環式(多環式を含む)構造を有するC2〜30アルキレン基であり得る。あるいは、R2は、上記式(3)を有する芳香族ジヒドロキシ化合物に、または上記式(5)を有する芳香族ジヒドロキシ化合物に由来し得る。Tは、ジカルボン酸(脂肪族、芳香族またはアルキル芳香族)に由来する二価基であり、例えば、C4〜18脂肪族基、C6〜20アルキレン基、C6〜20脂環式基、C6〜20アルキル芳香族基またはC6〜20芳香族基であり得る。
ポリエステル単位を調製するために使用することができる芳香族ジカルボン酸の例としては、イソフタル酸またはテレフタル酸、1,2-ジ(p-カルボキシフェニル)エタン、4,4'-ジカルボキシジフェニルエーテル、4,4'-ビス安息香酸および上述の酸の少なくとも1つを含む組合せが挙げられる。1,4-、1,5-または2,6-ナフタレンジカルボン酸などの縮合環を含有する酸もまた存在し得る。具体的なジカルボン酸は、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸またはそれらの組合せである。具体的なジカルボン酸は、イソフタル酸およびテレフタル酸の組合せを含み、ここで、イソフタル酸対テレフタル酸の質量比は、91:9〜2:98である。別の特定の実施形態では、R2は、C2〜6アルキレン基であり、Tは、p-フェニレン、m-フェニレン、ナフタレン、二価脂環式基、またはそれらの組合せである。この種類のポリエステルとしては、ポリ(アルキレンテレフタレート)が挙げられる。
共重合体中のエステル単位対カーボネート単位のモル比は、広範囲にわたって様々であり、最終組成物の所望の特性に応じて、例えば1:99〜99:1、具体的には10:90〜90:10、より具体的には25:75〜75:25であり得る。
熱可塑性組成物は、ポリエステル-ポリカーボネート共重合体、具体的にはポリエステル-ポリカーボネート共重合体(ここで、式(6)のエステル単位は、脂肪族ジカルボン酸エステル単位とも称される軟質ブロックエステル単位を含む)を含み得る。軟質ブロックエステル単位を含むかかるポリエステル-ポリカーボネート共重合体は、本明細書ではポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートとも称される。軟質ブロックエステル単位は、C6〜20脂肪族ジカルボン酸エステル単位(ここで、C6〜20は、末端カルボキシル基を含む)であってもよく、直鎖(即ち、未分岐状)もしくは分岐鎖ジカルボン酸、シクロアルキルもしくはシクロアルキリデン含有ジカルボン酸単位、またはこれらの構造単位の組合せであってもよい。幾つかの実施形態では、C6〜20脂肪族ジカルボン酸エステル単位は、メチレン(-CH2-)反復単位を含む直鎖アルキレン基を含む。幾つかの実施形態では、軟質ブロックエステル単位は、式(6a)
(式中、mは、4〜18、より具体的には8〜10である)を有する単位を含む。ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートは、25質量%以下の軟質ブロック単位を含み得る。ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートは、ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートの総質量に基づいて、0.5〜10質量%、具体的には2〜9質量%、より具体的には3〜8質量%の量で式(6a)を有する単位を含み得る。ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートは、110〜145℃、具体的には115〜145℃、より具体的には128〜139℃、さらに具体的には130〜139℃のガラス転移温度を有し得る。
ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートは、軟質ブロックエステル単位とカーボネート単位との共重合体である。ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートは、式(6b)
(式中、R3はそれぞれ独立して、式(3)または(5)を有するジヒドロキシ芳香族化合物に由来し、mは、4〜18であり、xおよびyはそれぞれ、ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートの平均質量パーセントを表し、ここで平均質量パーセント比x:yは、10:90〜0.5:99.5、具体的には9:91〜1:99、より具体的には8:92〜3:97であり、x+yは100である)で示される。
軟質ブロックエステル単位は、本明細書中で規定する場合、アルファ,オメガC6〜20、具体的にはC10〜12脂肪族ジカルボン酸またはそれらの反応性誘導体に由来し得る。式(6a)を有する脂肪族エステル単位のカルボキシレート部分(ここで、末端カルボキシレート基は、反復メチレン(-CH2-)単位(式中、mは式(6a)に関して規定する通りである)の鎖により結合される)は、相当するジカルボン酸、または酸ハロゲン化物(具体的には、酸塩化物)、エステル等のそれらの反応性誘導体に由来し得る。例示的なアルファ,オメガジカルボン酸(相当する酸塩化物はそれに由来し得る)としては、ヘキサン二酸(アジピン酸とも称される)などのアルファ,オメガC6ジカルボン酸;デカン二酸(セバシン酸とも称される)などのアルファ,オメガC10ジカルボン酸;およびドデカン二酸(場合によっては、DDDAと略記される)などのアルファ,オメガC12ジカルボン酸が挙げられる。脂肪族ジカルボン酸は、これらの例示的な炭素鎖長に限定されないこと、C6〜20限定内の他の鎖長を使用することができることは理解されよう。幾つかの実施形態では、直鎖メチレン基およびビスフェノールAポリカーボネート基を含む軟質ブロックエステル単位を有するポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートは、式(6c)
(式中、mは、4〜18であり、xおよびyは、式(6b)に関して規定する通りである)で示される。ある実施形態では、ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネート共重合体は、セバシン酸エステル単位およびビスフェノールAカーボネート単位を含む(式(6c)、式中、mが8であり、x:yの平均質量比が、6:94である)。
上述するようなポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネート共重合体は、共重合体鎖に沿って無作為に組み込まれた脂肪族ジカルボン酸エステル軟質ブロック単位を有するポリカーボネートであり得る。ポリカーボネートのポリマー鎖中の軟質ブロックセグメント(例えば、反復CH2単位の可撓性鎖)の導入により、生じる軟質ブロック含有ポリカーボネート共重合体のガラス転移温度(Tg)が低下される。これらの材料は、一般的に透明であり、軟質ブロックを有さないポリカーボネート単独重合体または共重合体よりも高いメルトボリューム比を有する。
ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネート共重合体、即ち、共重合体鎖に沿って無作為に組み込まれた脂肪族ジカルボン酸エステル軟質ブロック単位を有するポリカーボネートは、ポリマー鎖中に軟質ブロックセグメント(例えば、反復-CH2-単位の可撓性鎖)を有し、ここでポリカーボネート中にこれらの軟質ブロックセグメントを含むことにより、生じる軟質ブロック含有ポリカーボネート共重合体のガラス転移温度(Tg)が低下される。ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートの質量の0.5〜10wt%の量で軟質ブロックを含むこれらの熱可塑性組成物は、透明であり、軟質ブロックを有さないポリカーボネート単独重合体または共重合体よりも高いMVRを有する。
ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートは、透明度および光透過率特性を有することができ、ここでそれらで作製される物品のチャネルおよび/またはウェル内に含有される検体の光度または蛍光分析測定を行うのに十分な量の光が、熱可塑性組成物を通過することができる。ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートは、ASTM D1003-11により決定する場合、3.2mm厚のプラークを使用して、80〜100%の透過率、より具体的には89〜100%の光透過率を有し得る。ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートはまた、ASTM D1003-11により決定する場合、3.2mm厚のプラークを使用して、低いヘイズ、具体的には0.001〜5%、より具体的には0.001〜1%を有し得る。
ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネート共重合体の軟質ブロック単位は、具体的に本明細書中に開示するアルファ,オメガC6〜20ジカルボン酸に限定することはできない一方で、より短い軟質ブロック鎖長(C6未満、カルボン酸基を含む)は、MVRを所望のレベル(即ち、250℃および1.2kg荷重で13cc/10分以上)に増大させるのに、ポリ(脂肪族エステル)ポリカーボネート中で十分な鎖可撓性を提供することができず、同様に、軟質ブロック鎖長を増大させると(C20を上回る、カルボン酸基を含む)、ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネート組成物内の結晶性ドメインの創出をもたらす可能性があり、続いて透明度の減少およびヘイズの増大として現れ得るドメインの相分離を招く可能性があり、Tg(ここで、多重Tg値は、種々の相分離されたドメインに関する結果であり得る)およびMVRなどの熱特性に影響を及ぼし得る(MVRを、250℃および1.2kg荷重で13cc/10分未満の値に減少させる)と考えられる。
例示的な熱可塑性組成物としては、ポリ(セバシン酸エステル)-コ-(ビスフェノールAカーボネート)が挙げられる。多種多様な熱可塑性組成物およびそれらに由来する物品は、熱可塑性組成物を変更させることによって(例えば、ポリ(セバシン酸エステル)-コ-(ビスフェノールAカーボネート)中でセバシン酸をアジピン酸で置き換えることによって)だけではなく、一定分子量を維持しながら、または分子量を変化させながら、ブレンド中のセバシン酸もしくは他の脂肪族酸含有量の量を変更させることによって得ることができる。同様に、新たな熱可塑性組成物は、例えばセバシン酸含有量を一定に保持しながら、例示的な共重合体ブレンド中の構成成分の分子量を変化させることにより同定することができる。
熱可塑性組成物の延性、透明度およびメルトフローは、ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートの組成物により様々であり得る。例えば、脂肪族ジカルボン酸エステル単位(例えば、セバシン酸)のwt%は、熱可塑性組成物の総質量の1〜10wt%で変わり得る。共重合体中のセバシン酸(または他のジカルボン酸エステル)の(ポリマー鎖における)分布もまた、所望の特性を得るためにポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネート共重合体の合成方法(例えば、界面、溶融加工、または再分布触媒を伴う低MVRポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートのさらなる反応性押出)の選択により様々であり得る。このようにして、ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートはMVRが低すぎるか、または不透明である場合に(軟質ブロックが、長さが長すぎる場合、共重合体中の軟質ブロックの濃度が高すぎる場合、または共重合体の全体的な分子量が高すぎる場合、または共重合体がブロック構築物(ここで、共重合体中の軟質ブロック単位は凝集して、より大きなブロックを形成する)を有する場合)、高い流量(例えば、1.2Kgおよび250℃で最大25cc/10分のMVR)を有する熱可塑性組成物はさらに達成することができる一方で、85%以上の透過率、1%未満のヘイズ(3.2mm厚の成形プラークで測定された)および高い流量(1.2Kgおよび250℃で最大25cc/10分のMVP)および延性を有する透明な製品が得られ得る。特性のこの組合せを有する熱可塑性組成物は、例えばポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネート共重合体を含まない、ビスフェノールAポリカーボネート単独重合体のポリカーボネート組成物からは得られない。
ポリエステル-ポリカーボネート共重合体は概して、1,500〜100,000グラムパーモル(g/mol)、具体的には1,700〜50,000g/molの質量平均分子量(Mw)を有することができる。ある実施形態では、ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートは、15,000〜45,000g/mol、具体的には17,000〜40,000g/mol、より具体的には20,000〜30,000g/mol、さらに具体的には20,000〜25,000g/molを有する。分子量測定は、架橋スチレン-ジビニルベンゼンカラムを使用したゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を使用して実施され、ポリカーボネート参照物質に対して較正される。試料は、1ミリグラム(mg)/mLの濃度で調製されて、1.0mL/分の流速で溶出される。
ポリエステル-ポリカーボネートは、ASTM D1238-10に従って300℃および荷重1.2kgで測定して、5〜150立方センチメートル(cc)/10分、具体的には7〜125cc/10分、より具体的には9〜110cc/分、さらに具体的には10〜100cc/10分のメルトボリューム比(MVR)により記載されるようなメルトフローレートを示し得る。ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートは、ASTM D1238-10に従って300℃で、および荷重1.2キログラムの下で測定して、66〜150g/10分、より具体的には100〜150g/分のMVRを有し得る。ポリカーボネートとの市販のポリエステルブレンドは、例えばXYLEX(登録商標)X7300を含む商品名XYLEX(登録商標)で市販され、市販のポリエステル-ポリカーボネートは、例えばLEXAN(登録商標)SLX-9000を含む商品名LEXAN(登録商標)SLXポリマーで市販され、SABIC Innovative Plastics社(以前は、GE Plastics社)から入手可能である。ある実施形態では、ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートは、ASTM D1238-10に従って250℃で、および荷重1.2キログラムおよび滞留時間6分の下で測定して、13〜25cc/10分、より具体的には15〜22cc/10分のMVRを有する。同様に、ある実施形態では、ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートは、ISO 1133に従って250℃で、および荷重1.2キログラムおよび滞留時間4分の下で測定して、13〜25cc/10分、より具体的には15〜22cc/10分のMVRを有する。
熱可塑性組成物は、ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネート共重合体と異なるポリカーボネートポリエステル共重合体、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリシロキサン-ポリカーボネート共重合体、または上述の1つもしくは複数を含む組合せなどの別の熱可塑性ポリマーをさらに含むことができる。
したがって、熱可塑性組成物は、ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネート共重合体、および任意にポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートと同一でないポリカーボネートポリマーを含むことができる。かかる添加されるポリカーボネートポリマーが、熱可塑性組成物に含まれてもよいが、必須ではない。ある実施形態では、望ましい場合、熱可塑性組成物は、ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートおよび任意の添加されるポリカーボネートの総質量に基づいて、50wt%以下の量でポリカーボネートを含んでもよい。熱可塑性ポリマーの中で具体的に有用なものとして、ホモポリカーボネート、コポリカーボネート、ポリエステル-ポリカーボネート、ポリシロキサン-ポリカーボネート、ポリエステルとのそれらのブレンドおよび上述のポリカーボネートタイプの樹脂またはブレンドの少なくとも1つを含む組合せが挙げられる。ポリカーボネートなどの他のポリマーを含むことが、熱可塑性組成物の所望の特性が著しく悪影響を及ぼさないという条件で許可されることは、さらに留意すべきである。特定の実施形態では、熱可塑性組成物は、ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネート共重合体から本質的になる。別の特定実施形態では、熱可塑性組成物は、ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネート共重合体からなる。
ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートが他のポリマーとブレンドされる場合、ポリカーボネートの添加が、熱可塑性組成物の所望の特性に著しく悪影響を及ぼさない条件で、ポリカーボネート単独重合体および/もしくは共重合体、ポリエステル、上記で開示するポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネート以外のポリエステル-ポリカーボネート、またはポリシロキサン-ポリカーボネートのブレンドを含む熱可塑性組成物は、ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートおよび任意の添加されるポリカーボネートの総質量に基づいて、50wt%以下の量、具体的には1〜50wt%、より具体的には10〜50wt%の量でポリカーボネートを含み得る。ポリカーボネートが、ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートに加えて使用される場合、ポリカーボネート(またはポリカーボネートの組合せ、即ちポリカーボネート組成物)は、ASTM D1238-10またはISO 1133に従って300℃で荷重1.2kgの下で測定して、45〜75cc/10分、具体的には50〜70cc/10分、より具体的には55〜65cc/10分のMVRを有し得る。
ポリエステルは、例えば、ポリ(アルキレンジカルボキシレート)を含む式(6)を有する反復単位を有するポリエステル、液晶ポリエステルおよびポリエステル共重合体を包含し得る。本明細書中に記載するポリエステルは概して、ブレンドされるとポリカーボネートと完全に混和性である。
かかるポリエステルとしては概して、芳香族ポリエステル、ポリ(アルキレンアリーレート)を含むポリ(アルキレンエステル)、およびポリ(シクロアルキレンジエステル)が挙げられる。芳香族ポリエステルは、式(8)(式中、DおよびTはそれぞれ、本明細書中で上述するような芳香族基である)に従うポリエステル構造を有し得る。ある実施形態では、芳香族ポリエステルとしては、例えば、ポリ(イソフタレート-テレフタレート-レゾルシノール)エステル、ポリ(イソフタレート-テレフタレート-ビスフェノールA)エステル、ポリ[(イソフタレート-テレフタレート-レゾルシノール)エステル-コ-(イソフタレート-テレフタレート-ビスフェノールA)]エステル、またはこれらの少なくとも1つを含む組合せが挙げられ得る。また、ポリエステルの総質量に基づいて、少量、例えば、0.5〜10wt%のコポリエステルを作製するための脂肪族二酸および/または脂肪族ポリオールに由来する単位を有する芳香族ポリエステルも意図される。ポリ(アルキレンアリーレート)は、式(8)(式中、Tは、芳香族ジカルボキシレート、脂環式ジカルボン酸またはそれらの誘導体に由来する基を含む)に従うポリエステル構造を有し得る。特定のT基の例として、1,2-、1,3-および1,4-フェニレン;1,4-および1,5-ナフチレン;シスまたはトランス-1,4-シクロヘキシレン等が挙げられる。具体的には、Tが1,4-フェニレンである場合、ポリ(アルキレンアリーレート)は、ポリ(アルキレンテレフタレート)である。さらに、ポリ(アルキレンアリーレート)に関して、特定アルキレン基Dとしては、例えば、エチレン、1,4-ブチレン、ならびにシスおよび/またはトランス-1,4-(シクロヘキシレン)ジメチレンを含むビス(アルキレン-二置換シクロヘキサン)が挙げられる。ポリ(アルキレンテレフタレート)の例としては、ポリ(エチレンテレフテレート)(PET)、ポリ(1,4-ブチレンテレフタレート)(PBT)およびポリ(プロピレンテレフタレート)(PPT)が挙げられる。ポリ(エチレンナフタノエート)(PEN)およびポリ(ブチレンナフタノエート)(PBN)などのポリ(アルキレンナフトエート)、またはポリ(シクロヘキサンジメチレンテレフタレート)(PCT)などのポリ(シクロアルキレンジエステル)も使用することができる。上述のポリエステルの少なくとも1つを含む組合せもまた、使用することができる。
他のエステル基とともにアルキレンテレフタレート反復エステルを含む共重合体もまた、使用することができる。エステル単位は、個々の単位として、またはポリ(アルキレンテレフタレート)のブロックとしてポリマー鎖中に存在し得る種々のアルキレンテレフタレート単位を含むことができる。かかる共重合体の具体例としては、PETGと略記されるポリ(シクロヘキサンジメチレンテレフタレート)-コ-ポリ(エチレンテレフタレート)(ここでは、ポリマーは、50モル%以上のポリ(エチレンテレフタレート)を含む)、およびPCTGと略記されるポリ(シクロヘキサンジメチレンテレフタレート)-コ-ポリ(エチレンテレフタレート)(ここでは、ポリマーは、50モル%を上回るポリ(1,4-シクロヘキサンジメチレンテレフタレート)を含む)が挙げられる。
ポリ(シクロアルキレンジエステル)はまた、ポリ(アルキレンシクロヘキサンジカルボキシレート)を包含し得る。これらのうち、具体例は、式(7)
(式中、式(6)を使用して記載されるように、R2は、1,4-シクロヘキサンジメタノールに由来する1,4-シクロヘキサンジメチレン基であり、Tは、シクロヘキサンジカルボキシレートまたはそれらの化学等価体に由来するシクロヘキサン環であり、シス異性体、トランス異性体または上述の異性体の少なくとも1つを含む組合せを含み得る)を有する反復性単位を有するポリ(1,4-シクロヘキサン-ジメタノール-1,4-シクロヘキサンジカルボキシレート)(PCCD)である。
ポリエステルは、上述するような界面重合もしくは溶融加工縮合により、溶液相縮合により、またはエステル交換重合(ここでは、例えば、ジメチルテレフタレートなどのジアルキルエステルが、酸触媒を使用してエチレングリコールとエステル交換されて、ポリ(エチレンテレフタレート)を生成することができる)により得ることができる。分岐剤、例えば3つもしくはそれ以上の水酸基、または三官能性もしくは多官能性カルボン酸を有するグリコールが組み込まれた分岐ポリエステルを使用することが可能である。さらに、場合によっては、組成物の最終的な用途に応じて、ポリエステル上に様々な濃度の酸およびヒドロキシル末端基を有することが望ましい。
熱可塑性組成物は、ポリシロキサン-ポリカーボネートとも称されるポリシロキサン-ポリカーボネート共重合体を含み得る。共重合体のポリシロキサン(本明細書中では「ポリジオルガノシロキサン」とも称される)ブロックは、式(8):
(式中、Rの存在はそれぞれ、同じであるか、または異なり、C1〜13一価有機基である)を有する反復シロキサン単位(本明細書中では「ジオルガノシロキサン単位」とも称される)を含む。例えば、Rは独立して、C1〜13アルキル基、C1〜13アルコキシ基、C2〜13アルケニル基、C2〜13アルケニルオキシ基、C3〜6シクロアルキル基、C3〜6シクロアルコキシ基、C6〜14アリール基、C6〜10アリールオキシ基、C7〜13アリールアルキル基、C7〜13アリールアルコキシ基、C7〜13アルキルアリール基、またはC7〜13アルキルアリールオキシ基であり得る。上述の基は、フッ素、塩素、臭素もしくはヨウ素、またはそれらの組合せで、完全にまたは部分的にハロゲン化され得る。上述のR基の組合せは、同じ共重合体中で使用できる。
式(8)中のDの値は、熱可塑性組成物中の各構成成分のタイプおよび相対量、組成物の所望の特性等の考慮に応じて、多様であり得る。概して、Dは、2〜1,000、具体的には2〜500、より具体的には5〜100の平均値を有し得る。ある実施形態では、Dは、30〜60、具体的には40〜60の平均値を有する。別の実施形態では、Dは、45の平均値を有する。
Dがより低い値、例えば40未満である場合、比較的大量のポリカーボネート-ポリシロキサン共重合体を使用することが望ましい場合がある。逆に、Dがより高い値、例えば40を上回る場合、比較的少量のポリカーボネート-ポリシロキサン共重合体を使用することが必要である場合がある。
第1および第2(またはそれ以上)のポリシロキサン-ポリカーボネート共重合体の組合せを使用することができ、ここで、第1の共重合体のDの平均値は、第2の共重合体のDの平均値未満である。1つの実施形態では、ポリジオルガノシロキサンブロックは、式(9):
(式中、Dは上記で規定する通りであり、Rはそれぞれ独立して、同じであってもよく、または異なってもよく、上記で規定する通りであり、Arはそれぞれ独立して、同じであってもよく、または異なってもよく、置換または無置換C6〜30アリーレン基であり、ここで結合は、芳香族部分に直接結合されている)を有する反復構造単位により提供される。式(9)中のAr基は、C6〜30ジヒドロキシアリーレン化合物、例えば、上記式(2)、(3)または(5)を有するジヒドロキシアリーレン化合物に由来し得る。上述のジヒドロキシアリーレン化合物の少なくとも1つを含む組合せも使用することができる。ジヒドロキシアリーレン化合物の具体例は、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)メタン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)エタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ブタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)オクタン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)n-ブタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-1-メチルフェニル)プロパン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、ビス(4-ヒドロキシフェニルスルフィド)、および1,1-ビス(4-ヒドロキシ-t-ブチルフェニル)プロパンである。上述のジヒドロキシ化合物の少なくとも1つを含む組合せも使用することができる。
式(9)を有する単位は、式(10)
(式中、R、ArおよびDは、上述の通りである)を有する相当するジヒドロキシ化合物に由来し得る。式(10)を有する化合物は、相間移動条件下でのジヒドロキシアリーレン化合物と例えば、アルファ,オメガ-ビスアセトキシポリジオルガノシロキサンとの反応により得ることができる。
別の実施形態では、ポリジオルガノシロキサンブロックは、式(11)
(式中、RおよびDは、上述の通りであり、R5の存在はそれぞれ独立して、二価C1〜30アルキレンであり、重合されたポリシロキサン単位は、その相当するジヒドロキシ化合物の反応残基である)を有する単位を含む。特定の実施形態では、ポリジオルガノシロキサンブロックは、式(12)
(式中、RおよびDは、上記で規定する通りである)を有する反復構造単位により提供される。式(12)中のR5はそれぞれ独立して、二価C2〜8脂肪族基である。式(12)中のMはそれぞれ、同じであってもよく、または異なってもよく、ハロゲン、シアノ、ニトロ、C1〜8アルキルチオ、C1〜8アルキル、C2〜8アルコキシ、C2〜8アルケニル、C3〜8アルケニルオキシ基、C3〜8シクロアルキル、C3〜8シクロアルコキシ、C6〜10アリール、C6〜10アリールオキシ、C7〜12アリールアルキル、C7〜12アリールアルコキシ、C7〜12アルキルアリール、またはC7〜12アルキルアリールオキシであってもよく、nはそれぞれ独立して、0、1、2、3または4である。
幾つかの実施形態では、Mは、ブロモまたはクロロ、メチル、エチルまたはプロピルなどのアルキル基、メトキシ、エトキシまたはプロポキシなどのアルコキシ基、またはフェニル、クロロフェニルもしくはトリルなどのアリール基であり;R5は、ジメチレン、トリメチレンまたはテトラメチレン基であり;Rは、C1〜8アルキル、トリフルオロプロピルなどのハロアルキル、シアノアルキル、またはフェニル、クロロフェニルもしくはトリルなどのアリールである。幾つかの実施形態では、Rは、メチル、またはメチルおよびトリフルオロプロピルの混合物、またはメチルおよびフェニルの混合物である。さらに別の実施形態では、Mはメトキシであり、nは1であり、R5は、二価C1〜3脂肪族基であり、Rはメチルである。
式(12)の単位は、相当するジヒドロキシポリジオルガノシロキサン(13)
(式中、R、D、M、R5およびnは、上述の通りである)に由来し得る。かかるジヒドロキシポリシロキサンは、式(14)
(式中、RおよびDは、これまでに規定する通りであり、脂肪族不飽和一価フェノールである)を有する水素化シロキサン間の白金を触媒とする付加を達成することにより作製され得る。脂肪族不飽和一価フェノールとしては、例えば、オイゲノール、2-アリルフェノール、4-アリル-2-メチルフェノール、4-アリル-2-フェニルフェノール、4-アリル-2-ブロモフェノール、4-アリル-2-t-ブトキシフェノール、4-フェニル-2-フェニルフェノール、2-メチル-4-プロピルフェノール、2-アリル-4,6-ジメチルフェノール、2-アリル-4-ブロモ-6-メチルフェノール、2-アリル-6-メトキシ-4-メチルフェノールおよび2-アリル-4,6-ジメチルフェノールが挙げられる。上述のものの少なくとも1つを含む混合物もまた使用することができる。
ポリシロキサン-ポリカーボネートは、ポリシロキサン-ポリカーボネートの総質量に基づいて、50〜99.9wt%のカーボネート単位、および0.1〜50wt%のシロキサン単位を含む。特定のポリシロキサン-ポリカーボネート共重合体は、90〜99wt%、具体的には75〜99wt%のカーボネート単位、および1〜25wt%、具体的には1〜10wt%のシロキサン単位を含む。例示的なポリシロキサン-ポリカーボネート共重合体は、6wt%のシロキサン単位を含み得る。別の例示的なポリシロキサン-ポリカーボネートは、20wt%のシロキサン単位を含む。ポリシロキサン-ポリカーボネート中の質量パーセント組成物に対する言及は全て、ポリシロキサン-ポリカーボネートの総質量に基づく。
例示的なポリシロキサン-ポリカーボネートは、ジメチルシロキサン単位(例えば、式(11)(式中、Rはメチルである))、およびビスフェノールAに由来するカーボネート単位、例えば、式(3)(式中、A1およびA2はそれぞれ、p-フェニレンであり、Y1はイソプロピリデンである)を有するジヒドロキシ化合物に由来するカーボネート単位を含む。ポリシロキサン-ポリカーボネートは、2,000〜100,000g/mol、具体的には5,000〜50,000g/molの質量平均分子量を有し得る。幾つかの特定のポリシロキサン-ポリカーボネートは、例えば15,000〜45,000g/molの質量平均分子量を有する。本明細書中で言及される分子量は、架橋スチレン-ジビニルベンゼンカラムを使用したゲル浸透クロマトグラフィーにより、1ミリリットル当たり1ミリグラムの試料濃度で測定される通りであり、またポリカーボネート標準物質により較正される通りである。
ポリシロキサン-ポリカーボネートは、300℃で荷重1.2kgの下で測定して、1〜50cc/10分、具体的には2〜30cc/10分のメルトボリュームフローレートを有し得る。ある実施形態では、ポリシロキサン-ポリカーボネートは、300℃で荷重1.2kgの下で測定して、5〜15cc/10分、具体的には6〜14cc/10分、具体的には8〜12cc/10分のメルトボリュームレートを有する。異なる流量特性のポリシロキサン-ポリカーボネートの混合物は、全体的な所望の流量特性を達成するのに使用することができる。ある実施形態では、例示的なポリシロキサン-ポリカーボネートは、SABIC Innovative Plastics社(以前は、GE Plastics社)から入手可能な商品名LEXAN(登録商標)EXLポリカーボネートで市販されている。
熱可塑性組成物は、このタイプの熱可塑性組成物とともに通常組み込まれる様々な他の添加剤をさらに含み得る。ここで、添加剤は、熱可塑性組成物の所望の特性に著しく悪影響を及ぼさないように選択される。添加剤の混合物を使用することができる。かかる添加剤は、熱可塑性組成物を形成するための構成成分の混合中に適切な時間で混合させることができる。
本明細書中で意図される添加剤としては、衝撃改質剤、充填剤、染料および顔料を含む着色剤、酸化防止剤、熱安定剤、光および/もしくはUV光安定剤、強化剤(reinforcing agent)、光反射剤、表面効果添加剤、可塑剤、潤滑剤、離型剤、難燃剤、帯電防止剤、ドリップ防止剤(anti-drip agent)、放射線(ガンマ)安定剤等、または上述の添加剤の少なくとも1つを含む組合せが挙げられるが、これらに限定されない。添加剤の組合せ、例えば熱安定剤、離型剤および紫外光安定剤の組合せを使用することができる。具体的には、IRGAPHOS*などの酸化防止剤、ペンタエリスリトールステアレート、JONCRYL*エポキシなどの相溶化剤(compatibilizer)、水酸化テトラメチルアンモニウムまたは水酸化テトラブチルアンモニウムのなどの第四級アンモニウム化合物、および水酸化テトラブチルホスホニウムまたは酢酸テトラブチルホスホニウムなどの第四級ホスホニウム化合物の1つまたは複数を含む添加剤の組合せを使用することができる。概して、添加剤は、有効であると一般的に知られている量で使用される。添加剤(任意の衝撃改質剤、充填剤または強化剤以外)の総量は、組成物の総質量に基づいて、概して0.01〜5質量%である。他の樹脂および/または添加剤が、本明細書中に記載する熱可塑性組成物で使用することができると意図される一方で、かかる添加剤は、幾つかの例示的な実施形態では望ましいが、必須ではない。
熱可塑性組成物は、ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートおよび任意の添加されるポリカーボネートの総質量に基づいて、50〜100wt%の量で、ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートを含み得る。熱可塑性組成物は、ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートのみを含むことができる。熱可塑性組成物は、反応的に押し出されて、反応生成物を形成したポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートを含むことができる。熱可塑性組成物は、反応的に押し出されたポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートのブレンドを含み得る。
熱可塑性組成物は、ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネート共重合体および任意の添加されるポリカーボネートの総質量に基づいて、0.5〜10wt%、具体的には1〜9wt%、より具体的には3〜8wt%の軟質ブロック含有量(即ち、アルファ,オメガC6〜20ジカルボン酸エステル単位含有量)を含み得る。
熱可塑性組成物は、透明度および光透過率特性を有することができ、ここでそれらで作製される物品のチャネルおよび/またはウェル内に含有される検体の光度または蛍光分析測定を行うのに十分な量の光が、熱可塑性組成物を通過することができる。熱可塑性組成物は、ASTM D1003-11により測定する場合、3.2mm厚のプラークを使用して、80〜100%の光透過率、より具体的には89〜100%の光透過率を有し得る。熱可塑性組成物はまた、ASTM D1003-11により決定する場合、3.2mm厚のプラークを使用して、低いヘイズ、具体的には0.001〜5%、より具体的には0.001〜1%を有し得る。
熱可塑性組成物は、ASTM D1238-10に従って、300℃で荷重1.2kgの下で、13cc/10分以上のMVR、具体的には13〜25cc/10分、より具体的には300℃で荷重1.2kgの下で、15〜22cc/10分のMVRを有し得る。
熱可塑性組成物はさらに、ASTM D648-07に従って、アニーリングされていない3.2mmプラークを使用して1.82メガパスカル(MPa)で測定して、100℃以上のHDT、より具体的には100〜140℃のHDTを有し得る。熱可塑性組成物はまた、ASTM D648-07に従って、アニーリングされていない3.2mmプラークを使用して0.45MPaで測定して、115℃以上のHDT、より具体的には115〜155℃のHDTを有し得る。
熱可塑性組成物は、ASTM D256-10に従って、1/8インチ厚の棒(3.18mm)を使用して23℃で測定して、400〜700ジュールパーメートル(J/m)または510〜650J/mのノッチ付きアイゾッド衝撃をさらに有し得る。熱可塑性組成物はさらに、ASTM D256-10に従って、1/8インチ厚の棒(3.18mm)を使用して23℃で測定して、30〜100%または50〜100%のノッチ付きアイゾッド衝撃延性を有し得る。
熱可塑性組成物は、ASTM D3763-10に従って、23℃で測定して、40〜80J/mまたは50〜70J/mのピーク時の計装化衝撃エネルギーを有し得る。熱可塑性組成物は、ASTM D3763-10に従って、23℃で測定して、65〜100%または85〜100%の計装化衝撃延性を有し得る。
熱可塑性組成物は、ASTM D638-10に従って、0.2インチ(in)/分(およそ5.0mm/分)で測定して、1500〜3500MPaまたは2000〜3000MPaの引張または曲げ弾性率を有し得る。熱可塑性組成物は、ASTM D638-10に従って、0.2in/分で測定して、35〜100MPaまたは50〜80MPaの降伏引張応力を有し得る。熱可塑性組成物は、ASTM D638-10に従って、0.2in/分で測定して、35〜100MPaまたは50〜80MPの破壊引張応力を有し得る。ポリカーボネート組成物は、ASTM D638-10に従って、0.2in/分で測定して、2〜10%または5〜8%の降伏引張応力を有し得る。熱可塑性組成物は、ASTM D638-10に従って、0.2in/分で測定して、85〜150%または95〜110%の破壊引張応力を有し得る。
ポリカーボネートおよびポリエステルカーボネートは、界面重合または溶融重合などのプロセスにより製造することができる。界面重合に関する反応条件は様々であり得るが、例示的なプロセスは概して、苛性ソーダまたはカリ水中で二価フェノール反応物を溶解または分散させること、得られた混合物を水不混和性溶媒に添加すること、および例えば第四級アミンまたは相間移動触媒などの触媒の存在下で、制御されたpH条件、例えば8〜10下で反応物をカーボネート前駆体と接触させることを含む。最も一般的に使用される水不混和性溶媒としては、塩化メチレン、1,2-ジクロロエタン、クロロベンゼン、トルエン等が挙げられる。
例示的なカーボネート前駆体として、例えば臭化カルボニルもしくは塩化カルボニルなどのハロゲン化カルボニル、または二価フェノール(例えば、ビスフェノールA、ヒドロキノン等のビスクロロホルメート)もしくはグリコール(例えば、エチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ポリエチレングリコール等のビスハロホルメート)のビスハロホルメートなどのハロホルメートが挙げられる。上述のタイプのカーボネート前駆体の少なくとも1つを含む組合せもまた、使用することができる。例示的な実施形態では、カーボネート結合を形成するための界面重合反応は、カーボネート前駆体としてホスゲンを使用し、ホスゲン化反応と称される。
使用することができる第三級アミンには、トリエチルアミン、トリブチルアミンなどの脂肪族第三級アミン、N,N-ジエチル-シクロヘキシルアミンなどの脂環式アミン、およびN,N-ジメチルアニリンなどの芳香族第三級アミンがある。
使用することができる相間移動触媒には、式(R3)4Q+X(式中、R3はそれぞれ、同じであるか、または異なり、C1〜10アルキル基であり、Qは、窒素またはリン原子であり、Xは、ハロゲン原子またはC1〜8アルコキシ基またはC6〜18アリールオキシ基である)を有する触媒がある。例示的な相間移動触媒としては、例えば、[CH3(CH2)3]4NX、[CH3(CH2)3]4PX、[CH3(CH2)5]4NX、[CH3(CH2)6]4NX、[CH3(CH2)4]4NX、CH3[CH3(CH2)3]3NXおよびCH3[CH3(CH2)2]3NX(式中、Xは、Cl-、Br-、C1〜8アルコキシ基またはC6〜18アリールオキシ基である)が挙げられる。相間移動触媒の有効な量は、ホスゲン化混合物中のビスフェノールの質量に基づいて、0.1〜10質量パーセント(wt%)であり得る。別の実施形態では、相間移動触媒の有効な量は、ホスゲン化混合物中のビスフェノールの質量に基づいて、0.5〜2wt%であり得る。
界面重合が、重合方法として使用される場合、ジカルボン酸(アルファ,オメガC6〜20脂肪族ジカルボン酸などの)自体を利用するというよりは、相当するジカルボン酸ハロゲン化物、特に酸二塩化物および酸二臭化物などのジカルボン酸の反応性誘導体を用いることが可能である。したがって、例えばイソフタル酸、テレフタル酸または(ポリ(アリーレートエステル)-ポリカーボネートに関して)上述するものの少なくとも1つを含む組合せを使用することに代わって、二塩化イソフタロイル、二塩化テレフタロイルおよび上述するものの少なくとも1つを含む組合せを用いることが可能である。同様に、ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートに関して、例えば、C6ジカルボン酸塩化物(塩化アジポイル)、C10ジカルボン酸塩化物(塩化セバコイル)またはC12ジカルボン酸塩化物(塩化ドデカンジオイル)などの酸塩化物誘導体を使用することが可能である。ジカルボン酸または反応誘導体は、第1の縮合ではジヒドロキシ芳香族化合物と縮合することができ、続いて原位置でホスゲン化を行い、ジヒドロキシ芳香族化合物とカーボネート結合を生成することができる。あるいは、ジカルボン酸または誘導体は、ホスゲン化と同時に、ジヒドロキシ芳香族化合物と縮合させることができる。
あるいは、溶融プロセスを使用して、ポリカーボネートを作製することができる。概して、溶融重合プロセスでは、ポリカーボネートは、エステル交換触媒の存在下で、BANBURY*混合機、二軸押出機等において、溶融状態でジヒドロキシ反応物および炭酸ジフェニルなどの炭酸ジアリールエステルを同時反応させて、一様な分散液を形成することにより調製することができる。揮発性一価フェノールは、蒸留により溶融反応物から除去されて、ポリマーは、溶融残渣として単離される。ポリカーボネートを作製する特定の溶融プロセスは、アリール上に電子吸引性置換基を有する炭酸ジアリールエステルを使用する。電子吸引性置換基を有する特定のジアリールカーボネートエステルの例として、ビス(4-ニトロフェニル)カーボネート、ビス(2-クロロフェニル)カーボネート、ビス(4-クロロフェニル)カーボネート、ビス(メチルサリチル)カーボネート、ビス(4-メチルカルボキシフェニル)カーボネート、ビス(2-アセチルフェニル)カルボキシネート、ビス(4-アセチルフェニル)カルボキシレート、または上述のものの少なくとも1つを含む組合せが挙げられる。さらに、使用するためのエステル交換触媒としては、上記式(R4)4QA(式中、R4、QおよびXは、上記で規定する通りである)を有する相間移動触媒を挙げることができる。エステル交換触媒の例としては、水酸化テトラブチルアンモニウム、水酸化メチルトリブチルアンモニウム、酢酸テトラブチルアンモニウム、水酸化テトラブチルホスホニウム、酢酸テトラブチルホスホニウム、テトラブチルホスホニウムフェノラート、または上述するものの少なくとも1つを含む組合せを挙げることができる。
全てのタイプのポリカーボネート末端基は、かかる末端基が、組成物の所望の特性に著しく悪影響を及ぼさないという条件でポリカーボネート組成物中で意図される。
分岐状ポリカーボネートブロックは、重合中に分岐剤を添加することにより調製することができる。これらの分岐剤としては、ヒドロキシル、カルボキシル、カルボン酸無水物、ハロホルミル、および上述の官能基の混合物から選択される少なくとも3つの官能基を含有する多官能性有機化合物が挙げられる。具体例としては、トリメリット酸、トリメリット酸無水物、トリメリット酸三塩化物、トリス-p-ヒドロキシフェニルエタン、イサチン-ビスフェノール、トリス-フェノールTC(1,3,5-トリス((p-ヒドロキシフェニル)イソプロピル)ベンゼン)、トリス-フェノールPA(4(4(1,1-ビス(p-ヒドロキシフェニル)-エチル)アルファ,アルファ-ジメチルベンジル)フェノール)、4-クロロホルミルフタル酸無水物、トリメシン酸およびベンゾフェノンテトラカルボン酸が挙げられる。分岐剤は、0.05〜2.0質量%のレベルで添加され得る。直鎖状ポリカーボネートおよび分岐状ポリカーボネートを含む混合物が使用され得る。
鎖停止剤(chain stopper)(キャッピング剤とも称される)は、重合中に含まれ得る。鎖停止剤は、分子量成長速度を制限し、したがって、ポリカーボネート中の分子量を制御する。例示的な鎖停止剤としては、ある特定のモノフェノール化合物、モノカルボン酸塩化物および/またはモノクロロホルメートが挙げられる。モノフェノール鎖停止剤は、フェノールなどの単環式フェノール、およびp-クミル-フェノール、レゾルシノールモノベンゾエートならびにp-およびtert-ブチルフェノールなどのC1〜22アルキル置換フェノール類;およびp-メトキシフェノールなどのジフェノールのモノエーテルにより例示される。8〜9個の炭素原子を有する分岐鎖アルキル置換基を有するアルキル置換フェノール類が、具体的に言及され得る。ある特定のモノフェノールUV吸収剤、例えば4-置換-2-ヒドロキシベンゾフェノンおよびそれらの誘導体、サリチル酸アリール、レゾルシノールモノベンゾエートなどのジフェノールのモノエステル、2-(2-ヒドロキシアリール)-ベンゾトリアゾールおよびそれらの誘導体、2-(2-ヒドロキシアリール)-1.3.5-トリアジンおよびそれらの誘導体等もまた、キャッピング剤として使用することができる。
モノカルボン酸塩化物もまた、鎖停止剤として使用することができる。これらとしては、塩化ベンゾイル、塩化C1〜22アルキル置換ベンゾイル、塩化トルオイル、塩化ハロゲン置換ベンゾイル、塩化ブロモベンゾイル、塩化シンナモイル、塩化4-ナジミドベンゾイルおよびそれらの組合せなどの単環式モノカルボン酸塩化物;トリメリット酸無水物クロリドおよび塩化ナフトイルなどの多環式モノカルボン酸塩化物;ならびに単環式および多環式モノカルボン酸塩化物の組合せが挙げられる。22個以下の炭素原子を有する脂肪族モノカルボン酸の塩化物が有用である。塩化アクリロイルおよび塩化メタクロイルなどの脂肪族モノカルボン酸の官能基化された塩化物もまた有用である。同様に、クロロギ酸フェニル、クロロギ酸アルキル置換フェニル、クロロギ酸p-クミルフェニル、クロロギ酸トルエンおよびそれらの組合せなどの単環式モノクロロホルメートを含むモノクロロホルメートも有用である。
別の場合では組成上適切なポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートのメルトボリュームレートが適切に高くない場合、即ち、MVRが、250℃で荷重1.2kg下で測定する場合に13cc/10分未満である場合、ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートは、反応性押出の条件下で再分布触媒を使用した処理により、より高い流量を有する(即ち、250℃で荷重1.2kg下で測定する場合に13cc/10分以上)反応生成物を提供するように修飾することができる。反応性押出中、再分布触媒は通常、ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートが供給されている押出機へ再分布触媒の希水溶液を注入することにより、質量400パーツパーミリオン(ppm)以下の少量で含まれ得る。
再分布触媒は、水酸化テトラアルキルホスホニウム、テトラアルキルホスホニウムアルコキシド、テトラアルキルホスホニウムアリールオキシド、炭酸テトラアルキルホスホニウム、水酸化テトラアルキルアンモニウム、炭酸テトラアルキルアンモニウム、亜リン酸テトラアルキルアンモニウム、酢酸テトラアルキルアンモニウムまたは上述の触媒の少なくとも1つを含む組合せであってもよく、ここで、アルキルはそれぞれ独立して、C1〜6アルキルである。特定の実施形態では、再分布触媒は、水酸化テトラC1〜6アルキルホスホニウム、C1〜6アルキルホスホニウムフェノキシド、または上述の触媒の1つもしくは複数を含む組合せである。例示的な再分布触媒は、水酸化テトラ-n-ブチルホスホニウムである。
再分布触媒は、ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートの質量に基づいて、40〜120質量ppm、具体的には40〜110質量ppm、より具体的には40〜100質量ppmで存在し得る。
本明細書中に記載する熱可塑性組成物は、例えば、射出成型(1回または2回射出成型など)、押出、回転成形、ブロー成形および熱成形により、造形物品へ成形され得る。望ましくは、熱可塑性組成物は、その高い流動特性に起因して、優れた鋳型充填能力を有する。
熱可塑性組成物は、例えば、HENSCHEL MIXER*高速混合機中で、添加したポリカーボネートおよび/または添加剤と一緒に、粉末状ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネート共重合体を混合することにより製造することができる。手動混合を含むがこれに限定されない他の低せん断プロセスもまた、このブレンドを遂行することができる。次に、ブレンドを、ホッパーを介して押出機の口(throat)へ供給することができる。あるいは、構成成分の1つまたは複数を、サイドスタッファー(sidestuffer)を通じて口および/または下流で押出機へ直接供給することにより、構成成分の1つまたは複数を組成物に組み込むことができる。添加剤はまた、所望のポリマー樹脂とともにマスターバッチへと配合することができ、押出機中に供給することができる。押出機は概して、組成物を流動させるのに必要な温度よりも高い温度で作動させるが、その温度で、熱可塑性組成物の構成成分は、組成物に著しく悪影響を及ぼさないように分解しない。押出物は、水浴中で即座に急冷させて、ペレット化する。押出物を切断する場合にそのようにして調製されるペレットは、必要に応じて長さ1/4インチ長であるか、またはそれ未満であり得る。かかるペレットは、続く成形、造形または形成に使用することができる。
特定の実施形態では、配合用押出機は、二軸押出機である。押出機は通常、180〜385℃、具体的には200〜330℃、より具体的には220〜300℃の温度で作動させ、ここで、ダイ温度は、異なってもよい。押し出された熱可塑性組成物は、水中で急冷されて、ペレット化する。
熱可塑性組成物は、真空の印可を伴って、または伴わずに、射出成型(1回または2回射出成型など)、押出、回転成形、ブロー成形および熱成形などの様々な手段により、造形物品へ成形され得る。幾つかの実施形態では、成形は、射出成型により行われ得る。望ましくは、熱可塑性組成物は、その高い流動特性に起因して、優れた鋳型充填能力を有する。
熱可塑性組成物から作製される製品(例えば、物品)は、薄壁付き物品を含む様々な用途で使用することができ、ここで、透明度および低温での延性保持がともに必要とされるか、または透明度、高度の再現性より規定するような精度、衝撃強度を含む機械特性の保持および精密な光特性が必要とされる。熱可塑性組成物を供給するためのかかるブレンドは、改善された延性およびより良好な流動に起因して、成形された物品において残留応力を低減させる。熱可塑性組成物を含む、造形されたか、形成されたか、または成形された物品もまた提供される。
高いメルトフロー熱可塑性組成物ポリカーボネートは、ポリエステル-ポリカーボネート共重合体、より具体的にはポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネート共重合体を含む。したがって、本明細書中に記載する高いメルトフロー熱可塑性物質は、例えば、PCR用途等のマイクロ流体用途での使用のための物品を作製するのに使用することができ、ここで、物品は、プロセス中の幾つかの点で、少なくとも90℃、より具体的には少なくとも95℃、さらに具体的には少なくとも98℃の温度に曝す。幾つかの実施形態では、加工処理温度は、120℃以下、より具体的には110℃以下、さらに具体的には105℃以下、さらに具体的には100℃以下である。これらの上限および下限は、機能的な使用中に95℃〜105℃の例示的な加工処理温度範囲、または95℃〜100℃の例示的な加工処理温度範囲のような加工処理温度を形成するように独立して組み合わせることが可能である。さらに、高いメルトフロー熱可塑性組成物は、光学的透明度、改善された弾性率、改善された室温延性および耐熱性の1つまたは複数を示し得る。
マイクロ流体デバイスは、ナノおよびピコリットルの流体容積を取り扱うのに使用され得る。本明細書中に記載する例示的なマイクロ流体デバイスは、1000マイクロリットル以下、具体的には10ピコリットル〜1000マイクロリットル、より具体的には50ピコリットル〜500マイクロリットル、さらに具体的には100ピコリットル〜200マイクロリットルなどの少量の流体を取り扱うことが可能なデバイスであり得る。PCRマイクロウェルなどのマイクロウェルの場合、例示的なマイクロウェル容積容量は、1マイクロリットル〜1000マイクロリットル、より具体的には10マイクロリットル〜500マイクロリットル、より具体的には20マイクロリットル〜250マイクロリットルの範囲であり得る。
マイクロ流体デバイスは、小規模に幾何学的に拘束される流体の精密な制御および操作が望ましい用途における使用のためのデバイスであり得る。例えば、マイクロ流体デバイスは、1mm以下、具体的には0.005〜1mm、より具体的には0.01〜0.5mm、さらに具体的には0.05〜0.25mmの加工寸法を含み得る。
マイクロ流体デバイスは、酵素分析(グルコースおよび乳酸塩アッセイなど)、DNA解析(PCR用途およびハイスループットスクリーニングなど)およびプロテオミクスに関する分子生物学の分野で使用され得る。
マイクロ流体デバイスは、マイクロ流体プレートであってもよく、例えばラブオンチップ用途で使用することができ、ここで、下記加工処理工程の1つまたは複数が、単一チップ上へ集積される:前処理工程、調製工程、混合工程、処理工程、分離工程、反応工程等。マイクロ流体プレートは、液体が少なくとも1つのチャネルを通って連続で流動する連続流動用途で使用することができる。チャネルは、微細加工チャネルであってもよく、流動は、内力(毛細管力など)により、または外力(圧力供給源または機械式ポンプなど)により達成され得る。チャネルは、上述するような加工寸法を有することができ、ここで、寸法は、チャネルの幅もしくは深さ、またはチャネルの境界を形成する壁の厚さの少なくとも1つである。加工寸法は、1mm以下、具体的には0.005〜1mm、より具体的には0.01〜0.5mm、さらに具体的には0.05〜0.25mmの寸法であり得る。チャネルは、例えば、射出成型、リソグラフィー技術、エッチングまたはマイクロマシニングにより製造することができる。例示的なマイクロデバイス100の上面図を図1に示し、ここで、チャネル105は、支持体110中または上で、上述するように形成される。作動中は、プロセス流体が、チャネル入口115でチャネル105に入り、チャネルを通ってチャネル出口120へと流動する。
マイクロ流体デバイスは、PCR用途での使用のためのPCRデバイス(アンプリチューブ(amplitube)、キャップおよびマイクロウェルプレートなど)であり得る。PCRデバイスは、少量の上述するような流体を含有するのに使用することができ、および/または1mm以下、具体的には0.005〜1mm、より具体的には0.01〜0.5mm、さらに具体的には0.05〜0.25mmの加工寸法を含むことができ、ここで、寸法は、壁の厚さであり、製造工程は、成形工程であり得る。
熱可塑性組成物は、PCRマイクロウェルなどのPCRデバイスで、またはマイクロウェル中のプロセス材料の保持を必要とする他の用途で使用することができる。PCRまたは他のマイクロウェルデバイスは、マイクロウェルプレートに集積されるマイクロウェル、ならびに個々のマイクロウェル、またはプレートもしくは他の保持デバイスの開口部に配置され得る縦列または横列のマイクロウェルを包含し得る。マイクロウェルは、ポット形状、シェル形状、カップ形状、コーン形状、チューブ形状等を含む各種形状を有し得る。マイクロウェルは、円筒形、球形、長方形、六角系、円錐形等であり得る。マイクロウェルはまた、マイクロウェルプレートの異なるセクションにおいて異なる形状を有し得る。マイクロウェルは、六角形または球形を含む任意の適切な形状を有し得る。PCRマイクロウェルプレートの例示的な実施形態を図2において断面図で示し、ここでマイクロウェルプレート200は、プレート部分210中に開口部を通じて結合された多数のマイクロウェルを有するプレート部分210を有する。マイクロウェルはそれぞれ、厚壁部分215、薄壁部分220およびカップ形状の底部部分225を含む。プレート部分へのマイクロウェルの結合の詳細は、図2には示していないが、以下の例示的な開示でさらに記載するように、多数の結合様式が当該技術分野で公知である。薄壁部分220は、0.01〜0.5mm、より具体的には0.05〜0.25mmの厚さを有し得る。
マイクロウェルが、プレートの下面または上面を超えて突出しないように、またはマイクロウェルが、プレートの下面および/または上面から突出するように、マイクロウェルプレートを設計することができる。プレートの下面から突出するマイクロウェルを有するマイクロウェルプレートは、熱交換が、熱循環装置のプレートとウェルの壁との間で直接行うことができるため、PCR用の熱循環装置における使用に特に適している。ウェルがプレートの下面から突出する場合、ウェルは、直径が3〜30mm、および深さが2〜15mmであり得る。ウェルが、プレートの上面を超えて突出する場合、カバーフィルムの封着(sealing attachment)は、ウェルの上縁へ直接適合させることができる。ウェルが、プレートの上面から突出しない場合、カバープレートが、ウェルの最上部にそれらを密封するように置くことができるように、プレートは平坦な表面を有する。カバープレートは、ガラスまたは熱可塑性物質などの任意の材料で作製することができ、感圧接着特性のなどの接着特性を有し得る。
プレートおよびマイクロウェルは、1片であってもよく、または一緒に結合されて、1片を形成することができる。プレートおよびマイクロウェルは、射出成型により一緒に結合され得る。あるいは、プレートは、複数の孔を有することができ、ウェルは、孔の縁状へ、成形により1片でプレートへ結合させることができる。プレートおよびマイクロウェルはともに、高いメルトフロー熱可塑性組成物を含むことができ、またはマイクロウェルは、高いメルトフロー熱可塑性組成物を含むことができ、プレートは、異なる材料で作製され得る。
マイクロウェルプレートはさらに、積層構造であってもよく、ここで1つまたは複数の層が、高いメルトフロー熱可塑性組成物を含む。積層構造は、共押出を介して形成され得る。積層構造は、気体バリア層、液体バリア層等が望ましい実施形態で、または表面特性、例えば疎水性を制御するための実施形態で有用であり得る。積層構造はまた、PCR技法で使用されるものなどの試薬が、接触して基板からある特定のポリマーを吸収し得る場合に有用であり、これが、吸収されるポリマーの量を潜在的に低減させて、また反応収率を改善することができる。
さらなる記載は、「Microwell Plate」という表題の代理人整理番号12PLAS0171-US-PSPで2013年1月24日に出願した米国特許出願第61/756,385号、および「Microwell Plate」という表題の代理人整理番号12PLAS0170-US-PSPで2013年1月24日に出願した米国特許出願第61/756,384号に見出すことができ、これらの開示は、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれている。
以下の実施例は、例示的な実施形態を説明するために提供される。実施例は、単なる説明に過ぎず、本明細書に記述される材料、条件またはプロセスパラメータに対する開示に従って作製されるデバイスに限定すると意図されない。
分子量測定は、架橋スチレン-ジビニルベンゼンカラムを使用したGPCを用いて実施して、ポリカーボネート参照物質に対して較正した。試料は、1mg/mLの濃度で調製して、1.0mL/分の流速で溶出させる。
MVRは、ASTM 1238-10に従って、300℃または250℃で1.2キログラム質量を使用して測定した。
ノッチ付きアイゾット衝撃強度を使用して、プラスチック材料の耐衝撃性を比較する。アイゾット衝撃は、ASTM D 256-10に従って、3.2mm厚の成形されたノッチ付きアイゾット衝撃棒を使用して測定した。
同様に、熱変形温度(HDT)を使用して、プラスチック材料の耐熱性を比較する。結果は、ASTM D648に従って、3.2mm厚の成形棒を使用して測定した。
引張強度および引張破断点伸びなどの引張特性は、ASTM D 638-10に従って測定した。
計装化衝撃延性は、ASTM D3763-10に従って23℃で測定した。
比重は、ASTM D792-08に従って測定した。
光透過率およびヘイズ%は、ASTM D1003-11に従って、3.2mmプラークを使用して測定した。
(実施例1ならびに比較例2および比較例3)
実施例1は、6.0モル(mol)%のセバシン酸および94.0mol%の分子量17,000g/molおよびガラス転移温度135℃を有するビスフェノールAである高いメルトフロー熱可塑性組成物から調製された。比較例2および比較例3は、それぞれ標準的なポリカーボネート材料であるPC-65およびPC-100を含み、ここで、PC-65は、分子量17,000g/molを有する線状BPAポリカーボネートであり、PC-100は、分子量15,000g/molを有する線状BPAポリカーボネートである。実施例1ならびに比較例2および比較例3の組成物は、30mmの共回転二軸スクリュー(Werner & Pfleiderer社;ZSK-30)押出機を使用して、溶融温度300℃を用いて、20kg/時間(hr)の速度、20インチの水銀真空および400RPMのスクリュー速度で調製した。実施例1の場合、IRGAPHOS溶液を、分離液ポンプ供給機を使用して押出機へ供給した。押出物を水中で冷却して、ペレット化して、乾燥剤床乾燥機により120℃で4時間乾燥させた。試験検体を作製するために、Van Dorn 80T成形機を使用して、溶融温度300℃で乾燥ペレットを射出成型して、衝撃および機械的検査用の試験パーツを形成させた。実施例1ならびに比較例2および比較例3の物理特性および機械特性を表2に示し、ここでは、pphは、樹脂のパーツパーハンドレッドである。
実施例1は、6.0モル(mol)%のセバシン酸および94.0mol%の分子量17,000g/molおよびガラス転移温度135℃を有するビスフェノールAである高いメルトフロー熱可塑性組成物から調製された。比較例2および比較例3は、それぞれ標準的なポリカーボネート材料であるPC-65およびPC-100を含み、ここで、PC-65は、分子量17,000g/molを有する線状BPAポリカーボネートであり、PC-100は、分子量15,000g/molを有する線状BPAポリカーボネートである。実施例1ならびに比較例2および比較例3の組成物は、30mmの共回転二軸スクリュー(Werner & Pfleiderer社;ZSK-30)押出機を使用して、溶融温度300℃を用いて、20kg/時間(hr)の速度、20インチの水銀真空および400RPMのスクリュー速度で調製した。実施例1の場合、IRGAPHOS溶液を、分離液ポンプ供給機を使用して押出機へ供給した。押出物を水中で冷却して、ペレット化して、乾燥剤床乾燥機により120℃で4時間乾燥させた。試験検体を作製するために、Van Dorn 80T成形機を使用して、溶融温度300℃で乾燥ペレットを射出成型して、衝撃および機械的検査用の試験パーツを形成させた。実施例1ならびに比較例2および比較例3の物理特性および機械特性を表2に示し、ここでは、pphは、樹脂のパーツパーハンドレッドである。
表2から理解され得るように、実施例1は、比較例2および比較例3のポリカーボネートと比較する場合に、改善された衝撃および熱的特性を有するポリカーボネート組成物をもたらし、ここで比較例3は、脆性すぎて、したがって、クラッキングまたはシャッタリングなしで適切な試験棒を成形することはできない材料を生じた。実施例1で使用したポリカーボネート組成物のそれぞれ300℃および250℃での改善されたメルトフローレート100および19g/10分により、組成物が、0.20mmの壁厚を有するマイクロウェルを含むマイクロ流体物品を生産することが可能となるのに対して、比較例2のポリカーボネートのそれぞれ300℃および250℃でのより劣るメルトフローレート65および11g/10分は、組成物が、0.20mm厚のPCRトレイツールを充填するのに十分な流量を有するのを可能にしない。
(実施例1および比較例4)
実施例1を行うのに使用したポリカーボネート組成物を、表3に示されるように、市販のマイクロウェル生産で使用される典型的なポリプロピレンであるLYONDELL BASELL社からのPD702(比較例4)と比較した。
実施例1を行うのに使用したポリカーボネート組成物を、表3に示されるように、市販のマイクロウェル生産で使用される典型的なポリプロピレンであるLYONDELL BASELL社からのPD702(比較例4)と比較した。
表3は、実施例1のポリカーボネートが、比較例4のポリプロピレン試料と比較した場合に優れた衝撃特性、剛性値、ならびに改善された熱変形値を有することを示す。
本明細書中に開示する範囲は全て、端点を含み、端点は独立して、互いに組み合わせることが可能である(例えば、「最大25wt%、またはより具体的には5wt%〜20wt%」の範囲は、端点および「5wt%〜25wt%」の範囲の中間値全てを含む、など)。「組合せ」は、ブレンド、混合物、合金、反応生成物等を包含する。さらに、本明細書中の「第1の」、「第2の」等の用語は、いかなる順序、量または重要性を表すのではなく、互いにある要素から別の要素までを表すのに使用される。本明細書中の「a」および「an」および「the」という用語は、量の限定を表さず、本明細書中で別記されない限り、または文脈により相反されない限りは、明らかに単数形および複数形の両方を網羅すると解釈されるべきである。接尾字「(s)」は本明細書中で使用する場合、それが修飾する用語の単数形および複数形の両方を包含すると意図され、それにより当該用語の1つまたは複数を包含する(例えば、フィルム(s)は、1つまたは複数のフィルムを包含する)。「1つの実施形態」、「別の実施形態」、「ある実施形態」等に対する明細書全体にわたる言及は、実施形態に関連して記載される特定の要素(例えば、特質、構造および/または特徴)が、本明細書中に記載される少なくとも1つの実施形態に包含され、他の実施形態に存在し得るか、または存在し得ないことを意味する。さらに、記載される要素は、各種実施形態において任意の適切な様式で組み合わせることができることが理解されよう。
「底部」および/または「上部」という用語は、別記しない限り、単に説明の利便性のために本明細書中で使用されるものであり、任意の1つの位置または空間的定位に限定されない。
同じ構成成分または特性を対象とする全ての範囲の端点は含まれ、独立して組み合わせることが可能である(例えば、「25質量%以下、または5質量%〜20質量%」の範囲は、端点および「5質量%〜25質量%」の範囲の中間値全てを含む、など)。
本明細書中で使用する場合、「ヒドロカルビル」および「炭化水素」という用語は広範には、任意に1〜3個のヘテロ原子、例えば酸素、窒素、ハロゲン、ケイ素、硫黄またはそれらの組合せを有する炭素および水素を含む置換基を指し、「アルキル」は、直鎖または分岐鎖の飽和一価炭化水素基を指し、「アルキレン」は、直鎖または分岐鎖の飽和二価炭化水素基を指し、「アルキリデン」は、単一の共通炭素原子上に両方の原子価を有する直鎖または分岐鎖の飽和二価炭化水素基を指し、「アルケニル」は、炭素間二重結合により結合される少なくとも2個の炭素を有する直鎖または分岐鎖の一価炭化水素基を指し、「シクロアルキル」は、少なくとも3個の炭素原子を有する非芳香族一価単環式または多環式炭化水素基を指し、「シクロアルケニル」は、少なくとも1の不飽和度を有する少なくとも3個の炭素原子を有する非芳香族環式二価炭化水素基を指し、「アリール」は、芳香族環(単数または複数)中に炭素のみを含有する芳香族一価基を指し、「アリーレン」は、芳香族環(単数または複数)中に炭素のみを含有する芳香族二価基を指し、「アルキルアリール」は、上記で規定するようなアルキル基で置換されたアリール基を指し、4-メチルフェニルが、例示的なアルキルアリール基であり、「アリールアルキル」は、上記で規定するようなアリール基で置換されたアルキル基を指し、ベンジルが、例示的なアリールアルキル基であり、「アシル」は、カルボニル炭素架橋(C(=O)-)を介して結合される表示数の炭素原子を有する、上記で規定するようなアルキル基を指し、「アルコキシ」は、酸素架橋(-O-)を介して結合される表示数の炭素原子を有する、上記で規定するようなアルキル基を指し、「アリールオキシ」は、酸素架橋(-O-)を介して結合される表示数の炭素原子を有する、上記で規定するようなアリール基を指す。
別記しない限り、上述の基はそれぞれ、置換が化合物の合成、安定性または使用に著しく悪影響を及ぼさないという条件で、無置換であり得るか、または置換され得る。「置換」という用語は本明細書中で使用する場合、指定された原子の通常の原子価を超えないという条件で、指定された原子または基上の少なくとも1つの水素が別の基で置換されることを意味する。置換基がオキソ(即ち、=O)である場合、原子上の2つの水素が置換される。置換基および/または変数の組合せは、置換が化合物の合成または使用に著しく悪影響を及ぼさないという条件で許容される。「置換」位置上に存在し得る例示的な基としては、シアノ;ヒドロキシル;ニトロ;アジド;アルカノイル(例えば、アシルなどのC2〜6アルカノイル基など);カルボキシアミド;C1〜6またはC1〜3アルキル、シクロアルキル、アルケニルおよびアルキニル(少なくとも1つの不飽和結合および2〜8個または2〜6個の炭素原子を有する基を含む);C1〜6またはC1〜3アルコキシ基;フェノキシなどのC6〜10アリールオキシ;C1〜6アルキルチオ;C1〜6またはC1〜3アルキルスルフィニル;C1〜6またはC1〜3アルキルスルホニル;アミノジ(C1〜6またはC1〜3)アルキル;少なくとも1つの芳香環を有するC6〜12アリール(例えば、フェニル、ビフェニル、ナフチル等、それぞれ環が置換または無置換芳香族化合物のいずれかである);1〜3個の別個または縮合環および6〜18個の環炭素原子を有するC7〜19アルキレンアリール(ベンジルが、例示的なアリールアルキル基である);1〜3個の別個または縮合環および6〜18個の環炭素原子を有するアリールアルコキシ(ベンジルオキシが、例示的なアリールアルコキシ基である)が挙げられるが、これらに限定されない。
引用される特許、特許出願および他の参照文献は全て、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれている。しかしながら、本出願中の用語が、組み込まれている参照文献と相反するか、または矛盾する場合には、本出願由来の用語は、組み込まれている参照文献由来の矛盾する用語に対して優先される。
開示は例示的な実施形態を参照して記載されてきたが、様々な変更が成され得ること、また等価体は、開示の範囲を逸脱することなくそれらの要素に置き換えられ得ることが、当業者に理解されよう。さらに、開示の本質的な範囲を逸脱することなく、特定の状況または材料を開示の教示に適応させるように、多くの修飾が成され得る。したがって、開示が、本開示を実施すると意図される最良の様式として開示される特定の実施形態に限定されず、開示は、併記の特許請求の範囲の範疇にある実施形態全てを包含すると意図される。
100 マイクロデバイス
105 チャネル
110 支持体
115 チャネル入口
120 チャネル出口
200 マイクロウェルプレート
210 プレート部分
215 厚壁部分
220 薄壁部分
225 底部部分
105 チャネル
110 支持体
115 チャネル入口
120 チャネル出口
200 マイクロウェルプレート
210 プレート部分
215 厚壁部分
220 薄壁部分
225 底部部分
Claims (31)
- アルファ,オメガC6〜20脂肪族ジカルボン酸またはその酸ハロゲン化物もしくはエステル、
ジヒドロキシ芳香族化合物、および
カーボネート供給源
を含むモノマーに由来する、軟質ブロックエステル単位を含むポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートを含む熱可塑性組成物から形成される1mm以下の加工寸法を有する壁を含むチャネルまたはマイクロウェルにおいて流体試料を含むマイクロ流体デバイス。 - 前記ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートが、ASTM D1003-11に従って、3.2mm厚のプラークを使用して測定して、80〜100%の光透過率を有する、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記アルファ,オメガC6〜20脂肪族ジカルボン酸またはその酸ハロゲン化物もしくはエステルが、セバシン酸を含む、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記加工寸法が、0.005〜1mmである、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記加工寸法が、0.01〜0.5mmである、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記加工寸法が、0.05〜0.2mmである、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートが、式(6b)
を有するジヒドロキシ芳香族化合物に由来する)
を有する、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。 - 前記ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートが、式(6c)
を有する、請求項7に記載のマイクロ流体デバイス。 - mが8である、請求項7に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記熱可塑性組成物が、ASTM D1238-10に従って、300℃で、および荷重1.2キログラムの下で測定して、66〜150g/10分のメルトフローレートを有する、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記熱可塑性組成物が、ASTM D648-07に従って、アニーリングされていない3.2mmプラークを使用して0.45メガパスカル(MPa)で測定して、80〜140℃の熱変形温度（HDT）を有する、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記熱可塑性組成物が、ASTM D256-10に従って、1/8インチ厚の棒(3.18mm)を使用して23℃で測定して、30〜100%のノッチ付きアイゾッド衝撃(NII)延性を有する、請求項11に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記熱可塑性組成物が、ASTM D648-07に従って、アニーリングされていない3.2mmプラークを使用して1.82メガパスカル(MPa)で測定して、80〜140℃の熱変形温度（HDT）を有する、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記熱可塑性組成物が、ASTM D256-10に従って、1/8インチ厚の棒(3.18mm)を使用して23℃で測定して、30〜100%のノッチ付きアイゾッド衝撃(NII)延性を有する、請求項13に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記熱可塑性組成物が、ASTM D256-10に従って、1/8インチ厚の棒(3.18mm)を使用して23℃で測定して、30〜100%のノッチ付きアイゾッド衝撃(NII)延性を有する、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記熱可塑性組成物が、ASTM D256-10に従って、1/8インチ厚の棒(3.18mm)を使用して23℃で測定して、400〜700ジュールパーメートル(J/m)のノッチ付きアイゾッド衝撃(NII)を有する、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- PCRマイクロウェルデバイスである、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記PCRマイクロウェルデバイスが、マイクロウェル試料容器またはマイクロウェルキャップである、請求項17に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記流体のプロセス温度が少なくとも90℃である、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
- プロセス温度が、120℃以下である、請求項19に記載のマイクロ流体デバイス。
- プロセス温度が、110℃以下である、請求項19に記載のマイクロ流体デバイス。
- プロセス温度が、少なくとも95℃である、請求項19に記載のマイクロ流体デバイス。
- プロセス温度が、95℃から105℃である、請求項19に記載のマイクロ流体デバイス。
- プロセス温度が、95℃から100℃である、請求項19に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記ポリ(脂肪族エステル)-ポリカーボネートが、
アルファ,オメガC6〜20脂肪族ジカルボン酸またはその酸ハロゲン化物もしくはエステル、
ジヒドロキシ芳香族化合物、および
カーボネート供給源
からなるモノマーに由来する、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。 - 前記チャネルまたはマイクロウェルが、PCRマイクロウェルである、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 請求項25に記載のPCRマイクロウェルを含むPCRマイクロウェルプレート。
- 1mm以下の加工寸法を有する前記壁が、1mm以下の成形寸法を有する壁である、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記成形寸法が、0.005〜1mmである、請求項28に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記成形寸法が、0.01〜0.5mmである、請求項28に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記成形寸法が、0.05〜0.2mmである、請求項28に記載のマイクロ流体デバイス。
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