JP2005529769A - 金属基材に直接接合した熱可塑性エラストマー - Google Patents
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Abstract
【課題】熱可塑性エラストマーをプライマー層や接着剤層を必要とせずに直接金属に接合する方法を提供する。
【解決手段】熱可塑性エラストマーに接合した金属基材からなり、ここで変換被覆が先ず金属基材の少なくとも接合表面に付与されそして熱可塑性エラストマーが変換被覆した金属基材表面に直接接合していることを特徴とする接合組み合わせ品。
【解決手段】熱可塑性エラストマーに接合した金属基材からなり、ここで変換被覆が先ず金属基材の少なくとも接合表面に付与されそして熱可塑性エラストマーが変換被覆した金属基材表面に直接接合していることを特徴とする接合組み合わせ品。
Description
本発明は金属基材への熱可塑性エラストマーの直接接合に関する。
金属基材への熱可塑性エラストマーのような有機材料の接合は大変重要である。金属基材に接合した熱可塑性エラストマーを利用する増大しつつある工業的用途の一例は、電子用品向けの包装材、特にでこぼこのある移動用電子機器の包装材である。金属基材はその耐衝撃性によってデリケートな内部の電子部品を乱暴な取り扱いから保護しそしてさらに電磁気的遮蔽、環境抵抗性及び良好な耐熱特性を与えることができる。‘ソフトタッチな’外観及び感触のような人間工学に加えて、熱可塑性エラストマーはさらに衝撃エネルギーを吸収し、耐熱性でそして電子機器を厳しい環境条件から保護することができる。さらに、熱可塑性エラストマーからの大きな寄与は目的に即した蝶番性や本来備わったウエザーシール性の形成のような機能統合から生ずる。
熱可塑性エラストマーと金属は異なった表面特性をもちそして両立性の度合いは変化する。通常、これらの化学的に異質な材料は容易に剥がれる。熱可塑性エラストマーは、窒素含有材料、酸素含有材料、硫黄含有材料、シリコーン含有材料、ハロゲン含有材料、等々のような表面接合特性に影響を与えるような異なった原子をもっている。金属及び金属合金(まとめて金属と呼ぶ)は、耐腐食性、耐化学薬品性、生成する酸素のタイプ、等々に関しては表面特性を変化させる。例えば、マグネシウムは塩素のような塩には非常に敏感である。マグネシウムはまた容易にそして急速に酸化する。マグネシウム表面の酸化によって生成する酸化マグネシウムは他の材料と強い結合を形成するには非常に難しい表面である。成功の度合いは変化するが、これらの異なる材料を接合する機構や試みを与えるために多くの試みがなされてきた。典型的には、金属材料への熱可塑性エラストマーの接合は金属のプライマー層及び/又は金属と熱可塑性エラストマーの片方又は両方に対する接着剤層を付与する必要があった。例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4及び特許文献5を参照されたい。多くの接着剤は特定のエラストマーを特定の金属に接合させるのに有用であるだけで多様性に欠けている。さらに、プライマー層及び/又は接着剤層の使用は時間が掛りそして高価につく。それゆえに、熱可塑性エラストマーをプライマー層や接着剤層を必要とせずに直接金属に接合することが要望されている。
本発明の課題は熱可塑性エラストマーをプライマー層や接着剤層を必要とせずに直接金属に接合する方法を提供することである。
本発明は、熱可塑性エラストマーに接合した金属基材からなり、ここで変換被覆が先ず金属基材の少なくとも接合表面に付与されそして熱可塑性エラストマーが変換被覆した金属基材表面に直接接合していることを特徴とする接合組み合わせ品である。
本発明のさらなる態様は、熱可塑性エラストマーに接合した金属基材からなり、ここで変換被覆が先ず金属基材の少なくとも接合表面に付与されそして熱可塑性エラストマーが変換被覆した金属基材表面に直接接合していることを特徴とする接合組み合わせ品の製造方法である。
本発明のさらに別の態様は、成形加工物品形態、例えば、移動式電子測定データ処理機用の包装材、動力工具用のハウジングのような電子機器用包装材、及び電話器、コンピューター、コピー機、携帯用コンピューター、携帯情報端末、携帯電話等々のような情報技術機器用の包装材の形態である、熱可塑性エラストマーに接合した金属基材からなり、ここで変換被覆が先ず金属基材の少なくとも接合表面に付与されそして熱可塑性エラストマーが変換被覆した金属基材表面に直接接合していることを特徴とする接合組み合わせ品である。
本発明により、熱可塑性エラストマーをプライマー層や接着剤層を必要とせずに直接金属に接合することができる。
本発明に使用するのに好適な金属基材としては、鉄、鋼(ステンレス鋼を含む)、鉛、アルミニウム、銅、真鍮、青銅、ニッケル、亜鉛そして好ましくはマグネシウムが包含される。マグネシウム含有金属は、純粋なマグネシウム、実質上純粋なマグネシウム、及びマグネシウム合金を含む。マグネシウム合金は少なくとも約25wt%のマグネシウム、好ましくは少なくとも約50wt%、より好ましくは75wt%そして最も好ましくは85wt%のマグネシウムを含む。好ましいマグネシウム合金は特許文献1及び特許文献6、共にここでは参照として取り込まれている、に開示されている。
マグネシウム合金はマグネシウムと1以上のアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、希土類金属、その他の金属及びある種の非金属を含む。マグネシウム合金の一般例は、マグネシウムと1以上のアルミニウム、クロム、コバルト、銅、イリジウム、鉄、金、マンガン、ニッケル、ランタン、セリウム、プラセオジウム、ネオジミウム、プロメシウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、シュウリウム、イッテルビウム、及びルテチウムのような希土類金属、パラジウム、白金、スカンジウム、ケイ素、銀、スズ、チタン、イットリウム、亜鉛、及びジルコニウムを含む合金である。マグネシウム合金の特殊例は以下のASTM名称のものを含む:AM100A;AZ63A;AZ81A;AZ91C,E;AZ92A;EZ23A;QE22A;WE43A;WE54A;ZE41A;ZK51A;ZK61A;AM50A;AE42X1;AM60A,B;AS41A,B;AZ91B,D;AZ31B,C;AZ61A;AZ80A;及びZK60A。
一態様においては、マグネシウム含有金属は約25wt%−100wt%のマグネシウムと0wt%−約75wt%の1以上の非−マグネシウム化合物、例えば、1以上のアルカリ金属、アルカリ土類金属(マグネシウムではない)、遷移金属、希土類金属、その他の金属及びある種の非−金属を含む。他の態様においては、マグネシウム含有金属は約50wt%−99wt%のマグネシウムと約1wt%−約50wt%の1以上の非−マグネシウム化合物又は金属、例えば、約1wt%−約50wt%のアルミニウムを含む。さらに別の態様においては、マグネシウム含有金属は約75wt%−98wt%のマグネシウムと約2wt%−約25wt%の1以上の非−マグネシウム化合物、例えば、約2wt%−約25wt%のアルミニウム、亜鉛及びマンガンを含む。
金属基材はスタンピング、マシニング、及びダイキャスティング、好ましくは高圧ダイキャスティングのような当業界で公知の手段によって製造できる。一態様においては、金属基材はチキソトロピックな金属合金の射出成形によって製造する。特許文献7、特許文献8及び特許文献6、ここでは全て参照として取り込まれている、は合金をその固体化温度以上でその液化温度以下に維持するように加熱を調節して合金を射出成形の過程でせん断力をかけることによって樹枝突起的な性質をもつ金属合金をチキソトロピックな、固体状態に変換することを開示している。チキソトロピックに射出成形された金属基材は対応するダイカストの金属基材より多孔性が少なくそして平面性と許容度が良好である。チキソトロピックな射出成形は又理想的には、例えば、携帯用コンピューター及び解析器、携帯情報端末(PAD)や携帯電話で使用される薄壁金属基材に適している。
本発明に使用するための好適な熱可塑性エラストマーはブロックコポリマーであり、ポリスチレンとポリブタジェン、ポリスチレンとポリイソプレン、ポリスチレンとポリ(エチレン−コ−ブチレン)及びポリ(α−メチルスチレン)とポリジメチルシロキサンのようなスチレンブロックコポリマー(S−TPE);メタロセン触媒を使用した実質上線状のエチレンポリマー、メタロセン触媒を使用した線状エチレンポリマー、エチレンプロピレンゴム(EPR)/プロピレンブレンド物、エチレンプロピレンジエン(EPDM)/ポリプロピレンブレンド物、反応器内で得られるプロピレンとエチレンのコポリマー及びオレフィン系加硫物(TVP)を含む熱可塑性ポリオレフィンエラストマー;ポリエステル系及びポリエーテル系のようなポリウレタン(TPU);ポリカーボネートとポリエステル、ポリエーテルとポリエステルのようなコポリエステル(COPE);ポリアミド(PEBA);及びポリジメチルシロキサンとポリスルフォン及びポリジメチルシロキサンとポリカーボネートのようなシリコーン系ゴムである。
種々の熱可塑性エラストマーについての議論は、非特許文献1及び非特許文献2、共にここでは参照として取り込まれている、に記載されている。
用語“ブロックコポリマー”はここでは硬いポリマー単位の少なくとも1のブロックセグメントとゴムモノマー単位の少なくとも1のブロックセグメントをもっているエラストマーを意味する。しかしながら、その用語は、一般的には、ランダムポリマーである熱可塑性エチレンインターポリマーを含むことは意図していない。好ましいブロックコポリマーは飽和又は未飽和のゴムモノマーセグメントと組み合わせてスチレン系ポリマーの硬いセグメントを含む。本発明に有用なブロックコポリマーの構造は臨界的ではなくそして線状又はラジアルタイプ、ジブロック又はトリブロック、又はそれらの組み合わせであることができる。好ましくは有利な構造はトリブロックの構造でありそしてより好ましくは線状トリブロックの構造である。本発明に有用なブロックコポリマーの製造方法は本発明の主題ではない。そのようなブロックコポリマーの製造方法は当業界では公知である。不飽和ゴムモノマー単位をもつ有用なブロックコポリマーの製造のための好適な触媒はリチウム系触媒そして特にリチウムーアルキルを含む。特許文献9は不飽和ゴムモノマー単位をもつブロックコポリマーを水素化して飽和ゴムモノマー単位をもつブロックコポリマーを生成させる好適な方法を記載している。ポリマーの構造はその重合方法によって決定される。例えば、線状ポリマーはリチウム−アルキル又はジリチオスチルベンのような開始剤を使用して反応容器に所望のゴムモノマーを連続的に導入するか、又は2個のセグメントブロックコポリマーを二官能性カップリング剤でカップリングさせることによって生成する。理論的に分岐構造のように振舞う構造は、一方では、所望により3以上の不飽和ゴムモノマー単位をもつブロックコポリマーに対して官能性をもつ適当なカップリング剤を使用して得られる。カップリングは所望によりジハロアルカン又はアルケン及びジビニルベンゼンのような多官能性カップリング剤によって、又同様にハロゲン化ケイ素、シロキサン又は一価アルコールとカルボン酸のエステルのような或る種の極性化合物で変性してもよい。ポリマー中のカップリング残渣の存在は所望により本発明の組成物の一部を形成するブロックコポリマーの適切な記述としては無視してもよい。不飽和ゴムモノマー単位をもつ好適なブロックコポリマーとしては、限定はしないが、スチレン−ブタジエン(SB)、スチレン−イソプレン(SI)、スチレン−ブタジエン−スチレン(SBS)、スチレン−イソプレン−スチレン(SIS)、α−メチルスチレン−ブタジエン−α−メチルスチレン及びα−メチルスチレン−イソプレン−α−メチルスチレンが包含される。ブロックコポリマーのスチレン部分は好ましくはα−メチルスチレンや環置換スチレン、特に環がメチル化されたスチレンを含むスチレンのポリマー又はインターポリマー及びその類似体や相応物である。好ましいスチレン類はスチレン及びα−メチルスチレン、そしてスチレンが特に好ましい。不飽和ゴムモノマー単位をもつブロックコポリマーは所望によりブタジェン又はイソプレンのホモポリマー及びこれら二つのジエンの一つまたは両方とスチレン系モノマーの少量とのコポリマーを含む。使用されるモノマーがブタジエンのときは、1,2配位をもつブタジエンポリマーブロック中の縮合ブタジエン単位の35から55モル%の間が好ましい。このように、そのようなブロックが水素化されるときには、得られる生成物はエチレンと1−ブテンの規則的なコポリマーブロック(EB)かその類似体である。もし使用される共役ジエンがイソプレンのときは、得られる生成物はエチレンとプロピレンの規則的なコポリマーブロックかその類似体である。飽和ゴムモノマー単位をもつ好ましいブロックコポリマーはスチレン単位の少なくとも1のセグメントとエチレン−ブテン又はエチレン−プロピレンコポリマーの少なくとも1のセグメントからなる。そのような飽和ゴムモノマー単位をもつブロックコポリマーの好ましい例としてはスチレン/エチレン−ブテン(SEB)コポリマー、スチレン/エチレン−プロピレン(SEP)コポリマー、スチレン/エチレン−ブテン/スチレン(SEBS)コポリマー、スチレン/エチレン−プロピレン/スチレン(SEPS)コポリマーが包含される。
不飽和ゴムモノマー単位をもつブロックコポリマーの水素化は好ましくはアルミニウムアルキル化合物とニッケル又はコバルトの炭酸エステル又はアルコキサイドの反応生成物からなる触媒を使用して実質上脂肪族二重結合の少なくとも80%を完全に水素化し一方スチレン系芳香族二重結合の25%以上は水素化しない条件下で効果的に行われる。好ましいブロックコポリマーは脂肪族二重結合の少なくとも99%が水素化され一方芳香族二重結合の5%以下しか水素化されていないものである。
スチレン系ブロックの割合はブロックコポリマーの合計重量の8から65wt%の間であることが有利である。好ましくは、ブロックコポリマーはブロックコポリマーの合計重量基準でスチレン系ブロックセグメントを10−35wt%そしてゴムモノマーブロックセグメントを90−65wt%含む。それぞれのブロックの平均分子量は或る範囲内で変化する。多くの場合、スチレン系ブロックセグメントは5,000−125,000の範囲の数平均分子量(Mn)をもち、一方ゴムモノマーブロックセグメントは10,000−300,000、好ましくは30,000−150,000の範囲の平均分子量をもつ。ブロックコポリマーの合計平均分子量は25,000−250,000、好ましくは35,000−200,000の範囲であることが有利である。分子量はトリチウム計数法又は逆浸透法によって決定される。
さらに、本発明で使用するために好適な種々のブロックコポリマーは所望により、例えば、無水マレイン酸のような官能基の少量を当業者に公知の方法でグラフトさせることによって変性してもよい。
本発明に有用なブロックコポリマーは市販されているもので、例えば、シェルケミカル社のKRATON(商標)及びデクスコポリマー社のVECTOR(商標)がある。
熱可塑性ポリオレフィンエラストマーはおおまかに三つのカテゴリーに分類される:
1)B−TPO、即ち、熱可塑性ポリオレフィンと炭化水素ゴムのブレンド物
2)TPV、即ち、熱可塑性ポリオレフィンと少なくとも部分的に加硫された炭化水素ゴムのブレンド物
3)R−TPO、又は反応器内熱可塑性ポリオレフィンエラストマー、即ち、熱可塑性ポリオレフィン上のエラストマーセグメントの共重合生成物。
1)B−TPO、即ち、熱可塑性ポリオレフィンと炭化水素ゴムのブレンド物
2)TPV、即ち、熱可塑性ポリオレフィンと少なくとも部分的に加硫された炭化水素ゴムのブレンド物
3)R−TPO、又は反応器内熱可塑性ポリオレフィンエラストマー、即ち、熱可塑性ポリオレフィン上のエラストマーセグメントの共重合生成物。
一方のカテゴリー1)及び2)と他方のカテゴリー3)の間の差異は前者のカテゴリーがブレンド物であるのに対して後者のカテゴリーはコポリマーであるという事実である。全ての場合においてモルフォロジーは、その中にエラストマーが分散している連続マトリックスとしてのポリオレフィン樹脂が分散層として部分架橋しているかどうかということである。R−TPOが製造されるとき、ゴム成分は又少なくとも部分的に加硫することができる;なぜならばゴム成分は既にポリオレフィン樹脂、特にポリオレフィン成分に固定されているからであるが、これは厳密には必ずしも必要ではない。
TPO中の熱可塑性ポリオレフィン成分は熱可塑性結晶性ポリオレフィンホモポリマー及びコポリマーを含むことができる。これらのポリオレフィンは2−7又はそれ以上の炭素原子をもつモノオレフィンモノマーから製造することができる。好適なそのようなモノオレフィンとしては、エチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブチレン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、3−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、5−メチル−1−ヘキセン、それらのいずれかの混合物、そして(メタ)アクリレート及び/又は酢酸ビニルのような1以上の官能性未飽和モノマーとそれらとのコポリマーが包含される。3−6の炭素原子をもつモノオレフィンが好ましく、これらのうちプロピレンが容易に利用可能である。
TPO中のポリオレフィン/ゴム(分散相のマトリックス)の相対量はポリオレフィンが約8−90wt%であることができる。ポリオレフィンの量は変えることができるが、しかし典型的には熱可塑性エラストマー成分の約10−約60wt%の範囲である。
本質的には、好適な熱可塑性オレフィン系エラストマー中の分散相は熟練した当業者に公知の如何なるゴムも使用できる。例えば、ゴムは少なくとも1のコポリマーゴム(例えば、エチレン−プロピレンゴム)、エチレン、プロピレン及び非−共役ジエンのターポリマー(EPDM)、及び/又はブチルゴムを含むことができる。明らかなように、一般的には、ゴムはブチルゴム(ターポリマーと同様にコポリマー、そしてまたそのハロゲン化形態で);エチレン/α−オレフィン/ジエンターポリマーゴム(EADM);アクリロニトリル/ブタジエンゴム(NBR);スチレン/ブタジエンゴム(SBR);及び天然ゴム(NR)と同様にエチレン/α−オレフィン/コポリマーゴム(EAM)を含むことができる。前に記載したように、SBブロックコポリマーも使用することができる。EAM又はEADMゴムの場合には、そのようなゴム中のα−オレフィンは好ましくはプロピレンであり;その場合はEP(D)Mと呼ばれる。
熱可塑性オレフィン系エラストマーは、TPO中のゴムが、抽出可能なゴム量が90%以下であるような加硫度をもつとき、ここでは熱可塑性オレフィン系エラストマー加硫物(TPV)と呼ばれる。そのような抽出可能な量を決定するためのテストは一般的に非−加硫ゴムと同様にポリオレフィンが溶解する溶媒で行われる。好適な溶媒は沸騰キシレンである。理論的には、TPV中のゴムは好ましくは抽出可能ゴム量が15%以下、より好ましくは5%以下程度に加硫される。
熱可塑性エラストマーは種々の加硫系で完全に又は部分的に加硫することができる。TPO中のゴムは当業者に公知の如何なる加硫システムで加硫してもよい。例えば、EA(D)M−ゴムの場合には、硫黄システム、過酸化物システムそして好ましくはフェノール樹脂に基づく加硫システムが使用される。一般には、好適な加硫剤及び加硫システムは非特許文献3、特許文献10、特許文献11(ここでは完全な開示は参照として取り込まれている)に記載されている。
本発明で使用するための好適なポリオレフィンエラストマーは1以上のC2−C20のα−オレフィンを重合形態で含み、25℃以下、好ましくは0℃以下のガラス転移温度(Tg)をもつ。Tgは、ポリマー材料が、例えば、機械的な強度を含むその物理的性質において急激な変化を示す温度又は温度範囲である。Tgは示差熱量計によって決定することができる。本発明のポリオレフィンエラストマーを選択するためのポリマー種の例としてはポリエチレン及びエチレンとプロピレンのようなα−オレフィンのコポリマー、エチレンと1−ブテン、エチレンと1−ヘキセン又はエチレンと1−オクテンとのコポリマー、そしてエチレン、プロピレンとヘキサジエン又はエチリデンノルボルネンのようなジエンコモノマーとのターポリマーが包含される。
好ましいポリオレフィンエラストマーは1以上の実質上線状のエチレンポリマー又は1以上の線状エチレンポリマー(S/LEP)、又は1以上のそれぞれの混合物である。実質上線状のエチレンポリマー及び線状エチレンポリマーは公知である。実質上線状のエチレンポリマー及びそれらの製造方法は特許文献12及び特許文献13に完全に記載されておりそして線状エチレンポリマー及びそれらの製造方法は特許文献14;特許文献15;特許文献16;特許文献17;特許文献18;特許文献19;特許文献20;特許文献21;及び特許文献22に完全に記載されており、それらの開示はここでは参照として取り込まれている。
種々のS/LEPは多くの企業から種々の商標名で市販されており、例えば、ダウケミカル社からAFFINITY(商標)、デュポンダウエラストマー社からENGAGE(商標)、エクソンケミカル社からEXXACT(商標)が市販されている。
別の好ましい熱可塑性エラストマーはi)エチレン及び/又は1以上のα−オレフィンモノマーそしてii)1以上のビニル又はビニリデン芳香族モノマー及び/又は1以上の立体障害脂肪族又は脂環族ビニル又はビニリデンモノマー、そして所望によりiii)その他の重合性エチレン系不飽和モノマーを重合させることによって製造される実質上ランダムなインターポリマーである。好適なα−オレフィンとしては、例えば、3−約20、好ましくは3−12、より好ましくは3−8の炭素原子を含むα−オレフィンを包含する。特に好適なものはエチレン、プロピレン、ブテン−1、4−メチル−1−ペンテン、ヘキセン−1又はオクテン−1又は1以上のプロピレン、ブテン−1、4−メチル−1−ペンテン、ヘキセン−1又はオクテン−1と組み合わせたエチレンである。これらのα−オレフィンは芳香族基を含まない。
インターポリマーを製造するために使用できる好適なビニル又はビニリデン芳香族モノマーは、例えば、次式によって示されるものである:
用語“立体障害脂肪族又は脂環族ビニル又はビニリデン化合物”によって、次式に対応する付加重合可能なビニル又はビニリデンモノマーを意味する:
その他の所望による重合可能なエチレン系未飽和モノマーとしてはノルボルネン及びC1−10アルキル及びC6−10アリール置換ノルボルネンが包含され、代表的なインターポリマーはエチレン/スチレン/ノルボルネンである。
好ましい実質上ランダムなインターポリマーはエチレン/プロピレン/スチレン、エチレン/スチレン/ノルボルネン、及びエチレン/プロピレン/スチレン/ノルボルネンインターポリマーである。最も好ましい実質上ランダムなインターポリマーはエチレン/スチレンインターポリマーである。実質上ランダムなインターポリマーとしては特許文献23及び特許文献24、共にここではその全体が参照として取り込まれている、に記載されているような擬似−ランダムインターポリマーを包含する。
好適な熱可塑性ポリウレタンは95を超えないショアA硬度をもつTPUブレンド物である。好ましくは、TPUは25℃以下のTgをもつ。本発明に好適なTPUはTPUの合計重量基準で約15wt%かそれ以上、より好ましくは20かそれ以上、そして最も好ましくは約25wt%かそれ以上の硬いセグメントをもっている。本発明に好適なTPUはTPUの合計重量基準で約50wt%かそれ以下、より好ましくは約40かそれ以下、そして最も好ましくは約30wt%かそれ以下の硬いセグメントをもっている。好ましくは、TPUはTPUの合計重量基準で約50wt%かそれ以上、より好ましくは約60かそれ以上、そして最も好ましくは約70wt%かそれ以上の軟らかいセグメントをもっている。本発明に好適なTPUはTPUの合計重量基準で約85wt%かそれ以下、より好ましくは約80かそれ以下、そして最も好ましくは約75wt%かそれ以下の軟らかいセグメントをもっている。
95を超えないショアA硬度をもつTPUブレンド物を作るために使用される材料の例としては、天然ブチルゴム、スチレン−イソプレン−スチレン及びスチレン−ブタジェン−スチレントリブロックコポリマー、及び無水マレイン酸グラフト物を含むポリオレフィン系材料を包含する。使用されるそのような材料の量は、勿論、要求される材料とその硬さによって変化する。
TPUの硬いセグメントはポリイソシアネートと二官能性連鎖拡張剤間の反応から生ずるブロックである。好ましいポリイソシアネートとしては、芳香族、脂肪族、及び脂環式ジイソシアネート及びそれらの組み合わせを包含する。これらの好ましいジイソシアネートの代表例は、例えば、特許文献25、特許文献26及び特許文献27に見出すことができる。より好ましいジイソシアネートとしては、4,4−ジイソシアナトジフェニルメタン、p−フェニレンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,4−ジイソシアナトシクロヘキサン、ヘキサメチレンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、3,3’−ジメチル−4,4’−ビフェニルジイソシアネート、4,4’−ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン、及び2,4−トルエンジイソシアネート、又はそれらの混合物が包含される。より好ましいものは4,4’−ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン及び4,4−ジイソシアナトジフェニルメタンである。最も好ましいものは4,4−ジイソシアナトジフェニルメタンである。
二官能性連鎖拡張剤は200を超えない分子量をもつポリオールである。好ましい連鎖拡張剤はエチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ネオペンタルグリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,4−ビスヒドロキシエチルハイドロキノン、及びそれらの混合物である。より好ましい連鎖拡張剤は1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、及び1,4−シクロヘキサンジメタノール、及びそれらの混合物である。
TPUの軟らかなセグメントは約500か又はそれ以上、より好ましくは約1000かそれ以上、最も好ましくは約1500かそれ以上、しかし好ましくは約6000かそれ以下、より好ましくは4000かそれ以下、そして最も好ましくは3000かそれ以下の重量平均分子量(Mw)をもつポリオールである。ポリオールは好ましくはポリエステルポリオール又はポリエーテルポリオール又はそれらの組み合わせである。好ましいポリエステルポリオール及びポリエーテルポリオールの例としては、ポリカプロラクトングリコール、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、ポリオキシエチレン/ポリオキシプロピレングリコールコポリマー、ポリオキシテトラミングリコール、ポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジペート、ポリエチレン−ブチレンアジペート、及びポリ(ヘキサメチレン)カーボネートグリコール、又はそれらの組み合わせが包含される。
TPUは好ましくは90又はそれ以下のショアAデュロメーター硬度をもつ。好ましくは、TPUは80又はそれ以下、より好ましくは75又はそれ以下のショアAデュロメーター硬度をもつ。
種々のTPUが多くの企業から種々の商標名で市販されており、例えば、ダウケミカル社からのPELLETHANE(商標)TPU樹脂、B.F.グッドリッチ社のESTANE(商標)、及びバイエル社のDESMOPAN(商標)が市販されている。
コポリエステルエラストマーは本質的にはエステル結合の頭から尻尾に結合した多数の繰り返し長鎖エステル単位又は短鎖エステル単位から成り立っているのが有利である。長鎖エステル単位は次式によって示される:
代替としては、コポリエステルエラストマーはコポリエステルエステルである。
コポリエーテルエステルエラストマー及びコポリエステルエステルエラストマーは特許文献28、特許文献29及び特許文献30に記載されるか又は例示されており、ここでの記載は参照によって取り込まれている。
コポリエーテルエステルエラストマー及びコポリエステルエステルエラストマーは特許文献28、特許文献29及び特許文献30に記載されるか又は例示されており、ここでの記載は参照によって取り込まれている。
ポリエーテルエステルブロックコポリマー及びそれらの製造方法はまた非特許文献4に記載されておりそして参照もそこに報告されている。
種々のポリエーテルエステルブロックコポリマーは多くの企業から種々の商標名で市販されており、例えば、デュポン社のHYTREL(商標)、チコナ社のRITEFLEX(商標)、GAF社のGAFLEX(商標)及びDSM社のARNITEL(商標)が市販されている。
種々のポリエーテルエステルブロックコポリマーは多くの企業から種々の商標名で市販されており、例えば、デュポン社のHYTREL(商標)、チコナ社のRITEFLEX(商標)、GAF社のGAFLEX(商標)及びDSM社のARNITEL(商標)が市販されている。
硬/軟セグメント比を変え、異なったアルキレンオキサイドと軟セグメントの異なった分子量を使用することにより、異なった硬度、例えばショアDが30と80の間、をもつブロックコポリエステルを得ることが可能となる。
所望の特性パターンによって、熟練した当業者は本発明に従った組成物のためのポリエーテルエステルブロックコポリマーを選択することができるであろう。
多くの態様において、熱可塑性エラストマーと接合させる前に金属基材の少なくとも接合面を洗浄することが好ましい。洗浄は少なくとも1の水リンス、脱イオン水リンス、希酸洗浄、及びマイルドな酸洗浄で行われる。金属表面が実質上崩壊又は損傷を受けない限り鉱酸又は有機酸が金属表面を洗浄するために使用される。
多くの態様において、熱可塑性エラストマーと接合させる前に金属基材の少なくとも接合面を洗浄することが好ましい。洗浄は少なくとも1の水リンス、脱イオン水リンス、希酸洗浄、及びマイルドな酸洗浄で行われる。金属表面が実質上崩壊又は損傷を受けない限り鉱酸又は有機酸が金属表面を洗浄するために使用される。
金属基材に熱可塑性エラストマーを接合させる前に、金属基材の少なくとも接合面を変換被覆で処理する。非−接合面もさらに変換被覆で処理してもよい。一態様においては、金属は熱可塑性エラストマーと接合させる前にクロメート溶液と接触させる。クロメート溶液は水とクロメートイオンを含んでいる。クロメート溶液は金属上に実質的な被覆量を沈積させないが、しかし酸化によって表面を変化させる。接触は金属をクロメート溶液中にスプレーするか浸漬することによって達成される。クロメートはクロム酸、ナトリウムジクロメート、カリウムクロメート及びマンガンクロメートを含む多くの原料源から生ずる。クロメート溶液はさらに少なくとも1のハイブロフルオジルコン酸及びフルオロ硼酸を含む添加剤を含んでいてもよい。クロメート浴の組成は処理すべき金属に依存する。好適なクロメート変換被覆の例はヘンケル社から市販されているALODINE(商標)600及び1200である。好ましくはアルミニウム及びマグネシウム用の好ましいクロメート変換被覆はValmont Applied Coating Technology社から市販されているNH35である。クロメート変換被覆は当業者に公知の手段、好ましくは、スプレー又は浸漬によって行われる。クロメート変換被覆の議論は非特許文献5、ここでは参照として取り込まれている、に見出すことができる。
一態様においては、クロメート溶液中のクロメートの濃度は約0.1g/リットル(g/l)−約25g/lである。他の態様においては、クロメート溶液中のクロメートの濃度は約1g/リットル(g/l)−約5g/lである。一態様においては、金属はクロメート溶液と約2秒―約2分、好ましくは約5秒−約1分、そしてより好ましくは約10秒―約30秒間接触する。
一態様においては、金属は熱可塑性エラストマーと接合させる前にフォスフェート被覆と接触させる。好適なフォスフェート被覆は鉄フォスフェート、亜鉛フォスフェート又は重フォスフェートである。フォスフェート被覆形成の起こる基本プロセスは金属表面上への二価金属とフォスフェートイオン(PO4 −3)の沈殿である。熟練した当業者に公知の加速剤をフォスフェート化プロセスの加速のために使用してもよい。フォスフェート変換被覆は当業者に公知の手段、好ましくは、スプレー又は浸漬によって行われる。フォスフェート変換被覆の議論は非特許文献6中に見出すことができる。
一態様においては、金属はチタン及びジルコニウム化合物に基づくクロムを含まない変換被覆と接触させられる。そのような変換被覆は多くの組成が可能である。クロムを含まない変換被覆の例はBetz Metchem社のPERMATREAT(商標)615M、617M、604A及び686A、Bi−K Corp.社のAKLIMATE(商標)、ブレントアメリカ社のOXSILAN(商標)0500及びPYRENE(商標)777、ケマット社のAL9210、ヘンケル社のALODINE2000、2600、及び5200、マックダーミッド社のCHEMIDIZE(商標)727、オアカイト社のCHEMCOAT(商標)4500、サンケム社のSAFEGARD(商標)CC−3400及びCC−7000及びナチュラルコーティングシステムズ社のZIRCONOX(商標)である。好ましくはアルミニウム及びマグネシウム金属用の好ましいクロムを含まない変換被覆はヘンケルサーフェステクノロジー社から市販されているALODINE5200である。クロムを含まない変換被覆は当業者に公知の手段、好ましくは、スプレー又は浸漬によって行われる。
熱可塑性エラストマーは変換被覆処理した金属基材にオーバーモールディングプロセス、ときどきはインサートモールディングプロセスと呼ばれる、を使用して幸便に接合される。オーバーモールディングは当業者に公知でありそれによって基材、この場合は変換被覆した基材は成形用型に入れられそこで熱可塑性エラストマーが成形され熱可塑性エラストマーに接合された金属基材からなる接合組み合わせ品が得られる。オーバーモールディングに適した成形プロセスの例は圧縮成形又は好ましくは射出成形である。金属基材は成形型に挿入される前に室温にするか又は加熱することができる。熟練した当業者は、使用される熱可塑性エラストマー及び金属基材に対応したオーバーモールディングプロセスに適した温度を選択することができる。
金属基材は頂面、底面及び厚み(例えば、その側面の)をもつ。本発明の金属基材の厚みは約0.01インチ(in.)(0.25mm)かそれ以上、好ましくは約0.02in.(0.51mm)かそれ以上そして最も好ましくは0.03in.(0.76mm)かそれ以上である。本発明の金属基材の厚みは約0.3インチ(in.)(7.62mm)かそれ以下、好ましくは約0.2in.(5.08mm)かそれ以下そして最も好ましくは0.1in.(2.54mm)かそれ以下である。熱可塑性エラストマーは金属基材の頂面及び/又は底面及び/又は側面で接合される。
別の態様においては、金属基材は熱可塑性エラストマーと金属基材の間の1以上の機械的締め付けを可能なようにデザインされる。例えば、金属基材は1以上の溝、孔、受け口、窪み、リブ、噛み合わせ歯、又はそれらの組み合わせ等々を含んでいてもよく、そこで熱可塑性エラストマーは熱可塑性エラストマーと金属基材の間の機械的締め付けを与えるように成形される。
〔実施例〕
比較例A−C及び実施例1−6においては、熱可塑性エラストマーはチキソマット社から市販されているチキソモールデッド(THIXOMOLDED)(商標名)射出成形マグネシウムブランク板上に成形される。チキソモールデッドマグネシウムは、9%のアルミニウム、1%の亜鉛及び微量のマンガン含量からなり1.82g/ccの密度をもつAZ91D合金である。ブランク板は約0.06in.(1.52mm)の厚みをもちそしてエラストマー接触のための挿入成形面に末端加工されている。金属基材をオーバーモールドするための挿入板は約1.24in.(31.5mm)/3.774in.(95.86mm)/0.06in.(1.52mm)と測定された。
比較例A−C及び実施例1−6においては、熱可塑性エラストマーはチキソマット社から市販されているチキソモールデッド(THIXOMOLDED)(商標名)射出成形マグネシウムブランク板上に成形される。チキソモールデッドマグネシウムは、9%のアルミニウム、1%の亜鉛及び微量のマンガン含量からなり1.82g/ccの密度をもつAZ91D合金である。ブランク板は約0.06in.(1.52mm)の厚みをもちそしてエラストマー接触のための挿入成形面に末端加工されている。金属基材をオーバーモールドするための挿入板は約1.24in.(31.5mm)/3.774in.(95.86mm)/0.06in.(1.52mm)と測定された。
比較例A−Cにおいては、熱可塑性エラストマーはチキソモールデッドマグネシウムブランクの成形面上にオーバーモールドされる。実施例1−6においては、熱可塑性エラストマーは変換被覆で処理されたチキソモールデッドマグネシウムブランクの成形面上にオーバーモールドされる。変換被覆はApplied Coating Technology社(Eden Prairie Minnesota)によってチキソモールデッドマグネシウムブランクに付与される。
長さ:直径=14:1のスクリューを有する22トンのバッテンフェルド社製往復動スクリュー射出成形機を使用する。おおよその熔融加工温度は以下の通りである:SARLINK6555:193℃(380°F)、Teknor Apex1728:196℃(385°F)、そしてPELLETHANE2103−70A TPU:204℃(400°F)、全ては室温の加工及び挿入温度で加工される。
成形型は約3.775in.(95.89mm)/1.25in.(31.75mm)/0.3in.(7.62mm)の直交キャビティーから構成される単一キャビティー型である。成形キャビティーは0.0245in2の断面積をもつ0.25in.(6.35mm)径の半円状ゲートによって供給される。約0.26in.(6.6mm)幅の真鍮製の保持用挿入物をキャビティーの各末端に置き、成形合い欠きが閉まる位置に挿入板を保持し;一つは材料をキャビティーに入れるために機械化されたゲートをもっている。
以下の成形において、真鍮製の保持用挿入物をどちらかの末端から取除くと、チキソモールデッドマグネシウム金属基材に接合した約3.25in.(82.55mm)/1.24in.(31.50mm)/0.24in.(6.1mm)の熱可塑性エラストマーの層を得た。ランナーは取除かず、薄層剥離試験の結節点として使用する。
比較例A−C及び実施例1−6の組成を表1に列記する。表1において:
“SEBS”はTeknor Apex社から市販されているTeknor Apex1728−L3 S−EB−S型熱可塑性エラストマーである。
“SEBS”はTeknor Apex社から市販されているTeknor Apex1728−L3 S−EB−S型熱可塑性エラストマーである。
“TPV”はDSM Thermoplastics Elastomersから市販されているSARLINK6555二層ポリプロピレン/EPDM熱可塑性加硫物である。
“TPU”はダウケミカル社から市販されているPELLETHANE2103−70A TPU、ポリエステルポリカプロラクトン系ポリウレタンエラストマーである。
“ALODINE 5200”はHenkel Surface Technologies社から市販されている適正なクロムを含まない有機フッソ含有プロポキシプロパノール変換被覆である。
“NH35”はApplied Coatings社から市販されている適正なクロム含有変換被覆である。
熱可塑性エラストマーのマグネシウム表面への接着はINSTRON(商標)試験機内にサンプルを固定し、マグネシウム基材を挟み込みそしてオーバーモールドされた熱可塑性エラストマーに、標準で3.25in.(82.55mm)/1.24in.(31.5mm)面、そして試料の末端幅1.24in.(31.5mm)に適用される引っ張り荷重をかけることによって試験される。測定される引っ張り荷重は、その試料幅でポリマー/マグネシウムの面接着に打ち勝ちそして剥離によって薄化を維持するのに必要な力の反映である。INSTRON試験機フレーム試料グリップがランナーに附属しており、これが熱可塑性エラストマーオーバーモールドに成形する。0.5in/分(12.7mm/分)の断面速度が全ての実施例に対して使用された。接着力の結果は剥離過程のサンプルが受けた最大荷重であり表1にポンド(lbs.)で示される。
熱可塑性エラストマーのマグネシウム表面への接着はINSTRON(商標)試験機内にサンプルを固定し、マグネシウム基材を挟み込みそしてオーバーモールドされた熱可塑性エラストマーに、標準で3.25in.(82.55mm)/1.24in.(31.5mm)面、そして試料の末端幅1.24in.(31.5mm)に適用される引っ張り荷重をかけることによって試験される。測定される引っ張り荷重は、その試料幅でポリマー/マグネシウムの面接着に打ち勝ちそして剥離によって薄化を維持するのに必要な力の反映である。INSTRON試験機フレーム試料グリップがランナーに附属しており、これが熱可塑性エラストマーオーバーモールドに成形する。0.5in/分(12.7mm/分)の断面速度が全ての実施例に対して使用された。接着力の結果は剥離過程のサンプルが受けた最大荷重であり表1にポンド(lbs.)で示される。
表1に示す結果から、ALODINE 5200及びNH35変換被覆で処理した基材に対するマグネシウム/熱可塑性エラストマー接着に打ち勝つのに必要な相対荷重は未処理のブランクに較べて明らかに改良されていることがわかる。さらに、実施例1−4においては、TPV及びSEBSを剥離するのに必要な力は0.025in2(0.64mm2)(クロスヘッドグリップに繋がれているエラストマー片の断面)で荷重を支持するには材料の能力を超えている。
本発明は、移動式電子測定データ処理機用の包装材、動力工具用のハウジングのような電子機器用包装材、及び電話器、コンピューター、コピー機、携帯用コンピューター、携帯情報端末、携帯電話等々のような情報技術機器用の包装材として特に有用である。
Claims (15)
- 熱可塑性エラストマーに接合した金属基材からなり、ここで変換被覆が先ず金属基材の少なくとも接合表面に付与されそして熱可塑性エラストマーが変換被覆した金属基材表面に直接接合していることを特徴とする接合組み合わせ品。
- 金属基材が鉄、鋼、鉛、アルミニウム、銅、真鍮、青銅、ニッケル、亜鉛、マグネシウム又はそれらの合金からなる請求項1記載の接合組み合わせ品。
- 金属基材が射出成形したマグネシウムである請求項1記載の接合組み合わせ品。
- 金属基材がチキソモールデッド(THIXOMOLDED)マグネシウムである請求項3記載の接合組み合わせ品。
- 熱可塑性エラストマーがスチレンブロックコポリマー、熱可塑性ポリオレフィンエラストマー、ポリウレタン、ポリアミド又はシリコーン系ゴムである請求項1記載の接合組み合わせ品。
- 熱可塑性エラストマーがポリスチレンとポリブタジェンのブロックコポリマー、ポリスチレンとポリイソプレンのブロックコポリマー、ポリスチレンとポリ(エチレン−コ−ブチレン)のブロックコポリマー、ポリ(α−メチルスチレン)とポリジメチルシロキサンのブロックコポリマー、メタロセン触媒を使用した実質上線状のエチレンポリマー、メタロセン触媒を使用した線状エチレンポリマー、エチレンプロピレンゴム/プロピレンブレンド物、エチレンプロピレンジエン/ポリプロピレンブレンド物、反応器内で得られるプロピレンとエチレンのコポリマー、オレフィン系加硫物、コポリエステルエステル、コポリエーテルエステル、ポリジメチルシロキサンとポリスルフォンのブレンド物又はポリジメチルシロキサンとポリカーボネートのブレンド物である請求項1記載の接合組み合わせ品。
- 熱可塑性エラストマーがPELLETHANE2103−70A TPU、Teknor Apex 1728−L3 SEBS又はSARLINK6555二相ポリプロピレン/EPDM熱可塑性加硫物である請求項1記載の接合組み合わせ品。
- 変換被覆がクロムを含む請求項1記載の接合組み合わせ品。
- 変換被覆がチタン及びジルコニウム化合物に基づくクロムを含まない変換被覆である請求項1記載の接合組み合わせ品。
- 変換被覆がフォスフェートに基づくクロムを含まない変換被覆である請求項1記載の接合組み合わせ品。
- 成形加工物品形態である請求項1記載の接合組み合わせ品。
- 移動式電子測定データ処理機、動力工具、電話器、コンピューター、コピー機、携帯用コンピューター、携帯情報端末又は携帯電話用の包装材形態である請求項1記載の接合組み合わせ品。
- (i)金属基材を形成し、(ii)金属基材の少なくとも1の表面を変換被覆で被覆し、(iii)熱可塑性エラストマーを金属基材の変換被覆した表面に直接接合し、そして(iv)接合組み合わせ品を形成して得る諸工程からなる接合組み合わせ品の製造方法。
- 成形加工物品形態である請求項13記載の接合組み合わせ品の製造方法。
- 移動式電子測定データ処理機、動力工具、電話、コンピューター、コピー機、携帯用コンピューター、携帯情報端末又は携帯電話用の包装材形態である請求項13記載の接合組み合わせ品の製造方法。
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