JP2002542356A - ブロック形のポリメタクリルイミド発泡材料の製造方法 - Google Patents
ブロック形のポリメタクリルイミド発泡材料の製造方法Info
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Abstract
Description
リルイミド発泡材料からなるブロック、板など、ならびにメタクリル酸およびメ
タクリルニトリルからなるコポリマーからなる、中間製品として生じる成形体に
関する。
この場合、まずメタクリル酸およびメタクリルニトリルから共重合により、すで
に相応する板状で得られる前製品を製造する。引き続き該コポリマーをイミドへ
と環化する。反応混合物中に存在する発泡剤は、加熱の際に相応する発泡の形成
を生じる。
可能であるにすぎなかった。均一かつ確実な重合経過を保証することは必要不可
欠であるため、重合の間は交互に冷却し、かつ加熱しなくてはならない。という
のも特に、加熱が強すぎる場合には、重合をもはや制御することができなくなり
、かつ不均一な構造が生じるからである。この交互の冷却および加熱段階が煩雑
であることは自明であり、かつさらに高いエネルギーおよび水の消費を伴う。
。比較的厚みのある発泡ブロックが所望されている場合には、複数の発泡板を接
着しなくてはならない。さらに、組み立ての際に周辺領域から生じる廃棄物は極
めて多い。
れている2枚のガラス板の間でメタクリルニトリルおよびメタクリル酸からなる
混合物を重合させることにより、発泡性のプラスチックを板状に製造する方法が
記載されている。出発混合物にはすでに、発泡剤、つまりホルムアミドまたはモ
ノアルキルホルムアミドが添加されている。さらに、ラジカル生成剤が、たとえ
ばt−ブチルペルピバレートおよびベンゾイルペルオキシドからなる2成分混合
物として存在している。
0時間かかる。引き続き約100℃で温度処理し、かつその後、170〜300
℃に加熱する。最終的な温度でイミドへの環化および発泡の形成を行う。
温度を超えうるからである。従って温度の変動を極めて正確に制御し、かつ交互
に冷却または加熱する段階によってバランスをとらなくてはならない。
い。というのも、その際に繰り返し温度が上昇し、かつ重合混合物の伝熱性が比
較的劣っているために、生じる熱を十分な速度で除去することができないからで
ある。調節不可能であり、かつ制御することのできない温度上昇はもちろん、さ
らに高いラジカル生成につながるので、反応は極めて容易に制御できなくなる。
が記載されている。ラジカル生成剤としてたとえば、アゾ−ビス−イソブチロニ
トリルを使用しており、重合すべき混合物には導電性粒子0.1〜10質量%が
添加されている。
により得られるポリマー板は厚さ25mmを有するにすぎない。
あるが、該発泡板を製造するための改善された方法に対する要求および改善され
たポリメタクリルイミド板に対する要求もなお存在する。
必要なしに、このようなブロックを製造することができる方法に対する要求が存
在する。
びに80mmまで、およびそれ以上の厚さを有する均一なブロックを製造するこ
とができるブロックの製造方法を提供することであり、これにより確実で制御さ
れた重合経過が可能になり、かつ水およびエネルギーの必要量を少なくして作業
することができ、かつ組み立ての際に生じる廃棄物が比較的少ないブロックが得
られる。本発明の課題はさらに、温度調節した浴、特に温度調節した水浴を十分
に一定の温度で運転することができる、相応する方法を提供することである。
共重合可能なモノマーを、ラジカル生成開始剤の存在下に共重合し、後重合し、
かつコポリマーをポリイミドへと環化し、かつ発泡材料に加工することによって
ブロック形のポリメタクリルイミド発泡材料を製造する方法において、段階的な
半減期を有する少なくとも3種の開始剤を含有する混合物の存在下に共重合を実
施することを特徴とする、ブロック形または板状のポリメタクリルイミド発泡材
料の製造方法により解決される。
様は請求項2〜7に記載されており、ならびに相応して製造したブロックは請求
項8および9に記載されている。本発明の対象はさらに、請求項10記載の方法
ならびに請求項11記載のポリマー板および請求項12記載の使用である。
特定の温度で異なった半減期を有するか、もしくは異なった温度範囲で同一の半
減期を有することを意味する。有利にはそれぞれ、少なくとも互いに10℃離れ
た温度範囲で半時間の半減期を有する開始剤を使用する。
および110〜200℃、有利には110〜150℃の範囲で1時間の半減期を
有する、低温分解物質(Niedrigzerfaller)、中温分解物質(Mittelzerfaller)お
よび高温分解物質(Hochzerfaller)を含有する開始剤混合物を使用する。
開始剤を少なくとも4種含有する開始剤混合物を使用する。
って重合時間を制御することができ、また使用される開始剤の量によって重合温
度に影響を与えることができる。本発明の範囲で使用される量の記載は、モノマ
ー100質量部あたりの開始剤の質量部である。モノマー100質量部あたり開
始剤混合物を約0.2〜0.3質量部、有利には0.21〜0.24質量部の総
量で使用することは有利である。
変化してもよく、有利には個々の開始剤相互の質量比は1:1〜1:10、有利
には1:1〜1:4の範囲である。適切な量および混合比は容易な予備試験に基
づいて決定することができる。
板であり、これは上記の方法により得られる。
よびメタクリルニトリルを有利には2:3〜3:2のモル比で含有するモノマー
混合物を製造する。付加的に別のコモノマー、たとえばアクリル酸またはメタク
リル酸のエステル、スチレン、マレイン酸またはイタコン酸もしくはこれらの無
水物、ビニルピロリドンなどを使用することができる。その際、コモノマーの割
合は両方の主成分の30質量%を、有利には10質量%を越えるべきではない。
架橋性モノマー、たとえばアリルアクリレートを少量併用することもできる。し
かしその量は多くても0.05〜1質量%であるべきである。重合混合物はさら
に、それぞれが異なった温度範囲で1時間のオーダーの半減期を有する、少なく
とも3種の開始剤を含有している。少なくとも4つの温度範囲からなる相応する
開始剤を使用することは有利である。適切な温度範囲はたとえば第一の範囲とし
て50〜57℃、第二の範囲として60〜80℃、第三の範囲として85〜10
5℃、ならびに第四の範囲として115〜125℃である。個々の温度範囲から
の開始剤として、それぞれ単一の化合物を開始剤として使用することができるが
、しかし、その都度、相応する温度範囲からの相応する半減期を有する2種また
は3種の開始剤を使用することも可能である。
始剤として、自体、ラジカル的に開始される重合の際にラジカル生成のために使
用される通常の開始剤を使用することができる。これには、有機過酸化物、たと
えばジクミルペルオキシド、ペルオキシジカーボネート、たとえばジイソプロピ
ルペルオキシジカーボネート、過酸エステル、たとえばt−ブチルペルオキシ−
2−エチルヘキサノエートなどが属する。遊離基を形成することができる別の化
合物もまた、本発明の範囲で適切である。これには特にアゾ化合物、たとえばア
ゾビス−(イソブチロニトリル)およびアゾ−ビス(2,4−ジメチルバレロニ
トリル)が属する。
合物が適切である:アゾ−ビス−(イソブチロニトリル)、t−ブチルペルオク
トエート、t−ブチルペルベンゾエート、t−ブチルペルピバレート、アゾ−ビ
ス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、t−ブチルペルネオデカノエート、
ジベンゾイルペルオキシド、ビス−(4−t−ブチルシクロヘキシル)−ペルオ
キシジカーボネート、クミルペルオキシ−ネオデカノエート、1,4−ジ(2−
ネオデカノイルペルオキシ−イソプロピル)ベンゼンなど。
0時間、1時間および1分に関する半減期のための時間が記載されており、なら
びに一連の温度に関する時間で半減期が記載されている。第2表では、半減期と
温度との依存性がグラフで示す。これらのグラフに基づいて、容易な方法で開始
剤混合物を調製することができる。
いる。
これは容易に分析によって決定することができ、その際、溶剤として一般にベン
ゼンが適切であることが判明した。決定は一般に0.1モルの溶液で行う。
たは気化し、かつその際に気相を形成する発泡剤を含有している。発泡剤として
たとえば窒素含有化合物である尿素、モノメチル−もしくはN,N′−ジメチル
尿素、ホルムアミドまたはモノメチルホルムアミドがあげられる。別の窒素不含
の発泡剤は、ギ酸、水または一価の脂肪族アルコール、特に3〜8個の炭素原子
を有するものである。発泡剤は一般に、使用されるモノマーに対して0.5〜8
質量%の量で使用する。
さを有する平坦な層を製造する場合には、端部がそれぞれ密閉されており、かつ
一種の扁平室(Flachkammer)を形成する2枚のガラス板の間にモノマー混合物が
存在する。この扁平室は水浴によって包囲されており、該水浴を所望の重合温度
に調整する。
することができる。多くの場合、重合の最初から最後まで水浴温度を一定に維持
することが可能である。しかしまた、場合によっては水浴温度をまず長時間一定
に維持し、かつ一定の時間後に上昇させて重合の一部を比較的高い温度で実施す
ることもできる。
ができる。
る。その際、一般に、製造すべき板の厚さが増大すると共に重合温度ひいては水
浴の温度を低い値に推移することが有利である。
することができる。
ることなく、重合の際に放出される熱を十分に連行することができるように温度
を調整することは自明である。周囲の水浴によって制御される重合工程の終了後
、加熱室中で後重合を実施する。後重合は一般に38〜140℃の温度で実施す
る。温度処理室中での最終的な重合のために一般に10〜1000℃時間で十分
である。
ミド構造への環化および発泡の形成が行われる。
より別の共重合可能なモノマーをラジカル生成開始剤の存在下に共重合し、かつ
後重合することによるポリマー板の製造方法であり、該方法は、段階的な半減期
を有する少なくとも3種の開始剤を含有する混合物の存在下で共重合を実施する
ことを特徴とする。
を製造する際の中間製品として生じる。本発明の対象はさらに、前記の方法によ
り得られるポリマー板である。
の際に、ブロックの全厚さにわたって均一な特性プロフィールを有し(このこと
は均質で一様なポリマーの証拠である)、80mmまでの厚さを有するポリマー
ブロックを得ることが可能であることは特に意外であった。ここから製造される
発泡ブロックはそのままで組み立てることができ、その際、端部領域ではわずか
な廃棄物が生じるにすぎない。この方法によって、単一のブロックを使用して相
応する厚さの成形体を製造することが可能であるが、以前はこのために接着した
複数のブロックを必要としていた。得られる一体形の発泡ブロックもしくは板は
有利には80〜300mmの厚さを有する。
、かつ特に飛行機建造の際の構造部材として使用することが所望される。本発明
により製造したポリマーブロックは、極めて均質な構造によって優れており、該
ブロックは任意の期間貯蔵することができ、かつ場合により相応する加熱によっ
てケースバイケースで発泡板に加工することができる。
びプロパノール−2 4.2部からなる混合物およびt−ブチルペルピバレート
0.3部、t−ブチルペル−2−エチルヘキサノエート0.04部、t−ブチル
ペルベンゾエート0.07部およびクミルペルネオデカノエート0.077部か
らなる開始剤混合物を、23mmの間隔を有し、かつパッキング用ストリングに
より密閉されている2枚のガラス板の間で、水浴温度38℃で66時間重合させ
、引き続き加熱室中、温度115℃で24時間、後重合させた。均質な板が得ら
れた。水浴により制御される重合の間、実質的に温度の変動は起こらなかったか
、またはわずかに起こったにすぎず、このため水浴温度の変更は不要であった。
発泡板に加工することができる。
室中で重合させた。その際、水浴を33℃で92時間、33〜38℃で10時間
、および38℃で14時間維持した。温度115℃での加熱室中での温度処理は
40時間以内に実施した。
きる。
室中で重合させた。水浴を28℃で198時間、28〜37℃で30時間、およ
び37℃で24時間維持した。温度115℃で50時間以内に後重合を実施した
。
部、メタクリルニトリル44.0部、ホルムアミド1.0部、プロパノール−2 3.3部、アリルメタクリレート0.31部、t−ブチルペルピバレート0.
03部、t−ブチルペル−2−エチルヘキサノエート0.03部、t−ブチルペ
ルベンゾエート0.1部およびクミルペルネオデカノエート0.077部。重合
をその都度、23mm、30mmおよび50mmのガラス板間隔を有する扁平室
中で実施した。その際、重合時間は23mmの場合に37℃で80時間であり、
かつ後重合は加熱室中で32時間であった。間隔が30mmの場合、32℃で1
14時間、32〜38℃で10時間および38℃で24時間であり、ならびに後
重合は加熱室中で45時間であった。間隔が50mmの場合、重合時間は27℃
で198時間、27〜37℃で24時間、および37℃で24時間であった。後
重合は加熱室中で57時間継続した。全ての板は均質な構造を示し、かつ容易に
発泡材料に加工することができる。
ンゼン、 TBPP=t−ブチルペルピバレート、 TBPEH=t−ブチルペルオクトエート、 TBPB=t−ブチルペルベンゾエート。
度(重合温度)により制御される重合の間、重合組成物中の温度もまた実質的に
一定している。重合組成物中での差異はわずか数度であり、最大で3.4℃であ
る。重合の間、重合組成物へ挿入された熱電対により温度を制御する。わずかな
温度の変動は無視することができ、かつ1種または2種の開始剤のみで作業し、
かつ等温の水浴で反応を制御しようとする場合に得られる温度変動からははるか
に離れている。この場合、13℃以上の温度の変動が生じ、このことにより重合
を制御することができなくなり、かつ重合が加速され、かつ品質が劣るか、また
は欠陥商品である板が得られる。
状もしくは薄板状の発泡材料の製造にも適用することができることは意外であっ
た。従って通常の充填剤を含有する板を製造することができる。有利には本発明
により、導電性粒子、特に導電性カーボンブラックのような炭素粒子、たとえば
市販のKetjenblack 600EC(Akzo Nobel Chemie社製)を含有する発泡材料を製造
することができる。カーボンブラック以外に炭素繊維を充填剤として単独で、ま
たは別の充填剤に付加的に使用することができる。
プロパノール−2 2982.29g、MgO149.11gおよびアリルメタ
クリレート1.4911g中に、カーボンブラック(Ketjenblack 600EC)16
80.00gを50分間で分散させた。その後、溶解した開始剤を攪拌導入し、
かつ重合溶液を30分間排気した。ポリマー溶液をさらにキノン50ppmで安
定させた。
40分間排気した。同一の組成で第三の室を充てんしたが、ただしその際、真空
下で25分間分散させ、かつさらに20分間排気した(室の寸法、特に製造すべ
き板の厚さをさらに記載されたい)。重合を3つ全ての場合に34℃で実施し、
このために73.25時間を必要とした。引き続き34〜60℃で13時間、6
0℃で3時間、60〜100℃で10時間、100〜115℃で5時間および1
15℃で3時間温度処理した。得られたポリマー板は欠陥のない品質を有してい
た。重合の間の温度差は無視することのできるものである。
Claims (12)
- 【請求項1】 メタクリル酸およびメタクリルニトリルならびに場合により
別の共重合可能なモノマーを、ラジカル生成開始剤の存在下に共重合し、後重合
し、かつコポリマーをポリイミドへと環化し、かつ発泡材料に加工することによ
ってブロック形または板状のポリメタクリルイミド発泡材料を製造する方法にお
いて、段階的な半減期を有する少なくとも3種の開始剤を含有する混合物の存在
下に共重合を実施することを特徴とする、ブロック形または板状のポリメタクリ
ルイミド発泡材料の製造方法。 - 【請求項2】 それぞれ少なくとも10℃の間隔がある温度で半時間の半減
期を有する開始剤を使用する、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 開始剤として、40〜80℃、80〜110℃および110
〜200℃、有利には110〜150℃の範囲で1時間の半減期を有する低温分
解物質、中温分解物質および高温分解物質の混合物を使用する、請求項1または
2記載の方法。 - 【請求項4】 全重合時間またはそれぞれの部分に関して、その温度が一定
している水浴によって共重合を完全にまたは部分的に温度調節する、請求項1か
ら3までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項5】 それぞれ異なった温度範囲のために、少なくとも4種の開始
剤を使用する、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項6】 共重合混合物が充填剤を含有する、請求項1から5までのい
ずれか1項記載の方法。 - 【請求項7】 共重合混合物が導電性粒子、特に炭素繊維を含有する、請求
項6記載の方法。 - 【請求項8】 請求項1から7までのいずれか1項記載の方法により得られ
る、ポリメタクリルイミドからなる発泡ブロックまたは板。 - 【請求項9】 厚さが80まで〜300mmであることを特徴とする、請求
項1記載の一体形の発泡ブロックまたは板。 - 【請求項10】 メタクリル酸およびメタクリルニトリルならびに場合によ
り別の共重合可能なモノマーをラジカル生成開始剤の存在下に共重合し、ならび
に後重合することによりポリマー板を製造する方法において、段階的な半減期を
有する少なくとも3種の開始剤を含有する混合物の存在下に共重合を実施するこ
とを特徴とする、ポリマー板の製造方法。 - 【請求項11】 請求項10記載の方法により得られるポリマー板。
- 【請求項12】 飛行機建造の際の構造部材としての請求項8または9記載
の発泡ブロックまたは板の使用。
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