JP2017518396A - ポリアミドプレポリマーおよびジエポキシド鎖延長剤の反応性組成物を含浸させた複合材料のための組成物および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
40から95mol%の10T、
5から40mol%の6T
を有する、10T/6Tコポリアミドをベースとする成形組成物について記載している。
前記ポリアミド熱可塑性ポリマーの前記前駆体反応性組成物が:
a)少なくとも1つの熱可塑性ポリアミドプレポリマーであって、−NH2および−CO2H、好ましくは−CO2Hから選ばれるn個の同一の反応性末端官能基Xを持ち、nが1から3、好ましくは1から2、より好ましくは1または2、より詳細には2である、熱可塑性ポリアミドプレポリマー、および
b)少なくとも1つの鎖延長剤Y−A’−Yであって、A’が2個の官能基Yを結合する単結合または非ポリマー構造の炭化水素系ジラジカルであり、2個の反応性エポキシ末端官能基Yが重付加によって前記プレポリマーa)の少なくとも1つの官能基Xと反応性であり、前記延長剤b)が好ましくは500未満の、より好ましくは400未満の分子量を有する鎖延長剤
を含み、
前記半結晶性ポリアミドポリマーが少なくとも80℃の、好ましくは少なくとも90℃のガラス転移温度および280℃以下の融点Tmを有する前記前駆体組成物の前記成分a)およびb)間の重付加反応から得られ
を含み、
前記ポリアミドポリマーおよびこれのプレポリマーa)がこれらの構造中に、以下のように選択される、異なるアミド単位AおよびBならびに場合によりアミド単位CおよびDを含み:
Aは:55%から95%の、好ましくは55%から85%の、より優先的には55%から80%の範囲に及ぶモル含有率で存在し、単位x.Tより選ばれる主アミド単位であり、ここで、xは直鎖脂肪族C9−C18ジアミン、好ましくはC9、C10、C11およびC12であり、ならびにTはテレフタル酸であり、
Bは:Aとは異なるアミド単位であり、前記単位Bは、単位AをベースとするポリアミドのTmに応じて、5%から45%の、好ましくは15%から45%の、より好ましくは20%から45%の範囲に及ぶモル含有率で存在し、前記アミド単位Bは、x’.T単位から選ばれ、x’は:
B1)単一のメチルもしくはエチル分枝(または分枝(branching))を持ち、前記結合単位Aのジアミンxの主鎖長に対して少なくとも炭素原子2個分だけ異なる主鎖長を有し、好ましくはx’が2−メチルペンタメチレンジアミン(MPMD)である、分枝脂肪族ジアミンまたは
B2)m−キシリレンジアミン(MXD)または
B3)単位Aにおいて、前記ジアミンxが直鎖脂肪族C11−C18ジアミンであり、x’がC9−C18ジアミンである場合、単位Aにおいて、前記ジアミンxがC9もしくはC10ジアミンである場合、直鎖脂肪族C4−C18ジアミン
から選ばれ、
ならびに好ましくは、Bがx’.Tから選ばれ、x’がB1)によるMPMDまたはB2)によるMXDまたはB3)により上で定義した直鎖脂肪族ジアミンであり、より優先的にはx’がB1)によるMPMDまたはB2)によるMXD、またより優先的にはB2)によるMXDであり、
C:必須ではないアミド単位であって、AおよびBとは異なり、脂環式および/もしくは芳香族構造をベースとするまたはBについて上で定義した、しかしx’が単位Bのx’とは異なるx’Tをベースとするアミド単位より選ばれ、
D:必須ではないアミド単位であって、Cが存在する場合にはA、BおよびCとは異なり:
C6−C12、好ましくはC6、C11およびC12アミノ酸もしくはラクタムまたはこれの混合物、
直鎖脂肪族C6−C18、好ましくはC6−C12二酸および直鎖脂肪族C6−C18、好ましくはC6−C12ジアミンまたはこれの混合物の反応
から得られる脂肪族アミド単位から選ばれ、
A+B+C+Dのモル含有率の和が100%に等しい条件下であることを特徴とする。
脂環式ジアミンからおよびテレフタル酸からまたは
イソフタル酸およびナフテン酸から選ばれる二酸から、シクロヘキサンに基づいてならびに単位AおよびBそれぞれについて上で定義したようなジアミンxもしくはx’に基づいて
誘導される単位から選ばれる。
9Tである単位Aでは、前記単位Bは:10T、11T、12T、13T、14T、15T、16T、17Tおよび18T、MPMD.TおよびMXD.T、好ましくは11T、12T、13T、14T、15T、16T、17Tおよび18T、MPMD.TおよびMXD.T、より優先的にはMPMD.TまたはMXD.Tより選択され、Bのモル含有率は30%から45%の範囲に及び、
10Tである単位Aでは、前記単位Bは:9T、11T、12T、13T、14T、15T、16T、17Tおよび18T、MPMD.TおよびMXD.T、好ましくは12T、13T、14T、15T、16T、17Tおよび18T、MPMD.TおよびMXD.T、より優先的にはMPMD.TまたはMXD.Tより選択され、Bのモル含有率は25%から45%の範囲に及び、
11Tである単位Aでは、前記単位Bは:9T、10T、12T、13T、14T、15T、16T、17Tおよび18T、MPMD.TおよびMXD.T、好ましくは9T、13T、15T、16T、17Tおよび18T、MPMD.TおよびMXD.T、より優先的にはMPMD.TまたはMXD.Tより選択され、Bのモル含有率は20%から45%の範囲に及び、
12Tである単位Aでは、前記単位Bは:9T、10T、11T、13T、14T、15T、16T、17Tおよび18T、MPMD.TおよびMXD.T、好ましくは9T、10T、14T、15T、16T、17Tおよび18T、MPMD.TおよびMXD.T、より優先的にはMPMD.TまたはMXD.Tより選択され、Bのモル含有率は20%から45%の範囲に及ぶ。
イミダゾール、例えば2−メチルイミダゾールまたは1,2−ジメチルイミダゾール、
第四級アンモニウム塩、例えばテトラメチルアンモニウム塩、特にテトラメチルアンモニウムアセテート、テトラメチルアンモニウムクロリドもしくはテトラメチルアンモニウムブロミド、またはテトラブチルアンモニウム塩、例えばテトラブチルアンモニウムアセテート、テトラブチルアンモニウムクロリドもしくはテトラブチルアンモニウムブロミド、またはベンジルトリエチルアンモニウム塩、例えばベンジルトリエチルアンモニウムアセテート、ベンジルトリエチルアンモニウムクロリドもしくはベンジルトリエチルアンモニウムブロミド、
ホスフィン、例えばトリフェニルホスフィン、
第三級アミン、例えばベンジルジメチルアミンまたは(Ancamine(R)K54という名称の)2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、
強酸、例えばパラ−トルエンスルホン酸、
金属塩、例えば亜鉛アセテート、亜鉛アセチルアセトネートまたはジルコニウムアセチルアセトネート。
i)本発明により上で定義した繊維強化材を有する成形組成物を得るために、オープンモールドもしくはクローズドモールド内にてまたはモールド外で、繊維強化材を本発明により上で定義したような前駆体反応性組成物により溶融含浸する工程、
ii)鎖延長を伴う、前記前駆体反応性組成物の成分a)とb)との間のバルク溶融重付加重合反応と共に、工程i)による組成物を加熱する工程、
iii)成形により、または別の加工システムによって、重合工程ii)同時に加工する工程。
280℃における粘度は、直径50mmの2枚の平行な平面間で100秒−1の剪断下にて、所与の温度での窒素フラッシング中で使用した測定装置、即ちフィジカMCR301レオメータの製造者のリファレンスマニュアルに従って測定する。
この手順は、本発明のあらゆるタイプのポリアミドを示している。
水500g、
ジアミン、
(複数の)二酸、
溶解状態のホスフィン酸ナトリウム35g、
Wacker AK1000消泡剤(ワッカーシリコーンズ社)0.1g。
乾燥および粉砕後の上記のプレポリマーを、ある量のジエポキシドと混合する。酸/エポキシの化学量論が守られるように(1/1)、および総質量が12gに等しくなるように、各生成物の量または割合を計算する。
Claims (30)
- 反応性成形組成物、特に熱可塑性複合材料用の反応性成形組成物であって、半結晶性ポリアミドである半結晶性熱可塑性ポリマーの前駆体反応性組成物と、場合により、少なくとも1つの繊維強化材を含んでもよく、この場合、好ましくは長繊維をベースとし:
前記ポリアミド熱可塑性ポリマーの前記前駆体反応性組成物が:
a)少なくとも1つの熱可塑性ポリアミドプレポリマーであって、−NH2および−CO2H、好ましくは−CO2Hから選ばれるn個の同一の反応性末端官能基Xを持ち、nが1から3、好ましくは1から2、より好ましくは1または2、より詳細には2である、熱可塑性ポリアミドプレポリマー、および
b)少なくとも1つの鎖延長剤Y−A’−Yであって、A’が2個の官能基Yを結合する単結合または非ポリマー構造の炭化水素系ジラジカルであり、2個の反応性エポキシ末端官能基Yが重付加によって前記プレポリマーa)の少なくとも1つの官能基Xと反応性であり、前記延長剤b)が好ましくは500未満の、より好ましくは400未満の分子量を有する鎖延長剤
を含み、ならびに
前記前駆体組成物の前記成分a)およびb)間の重付加反応から得られた前記半結晶性ポリアミドポリマーが、少なくとも80℃の、好ましくは少なくとも90℃のガラス転移温度および280℃以下の融点Tmを有し、
ならびに
前記ポリアミドポリマーおよびこれのプレポリマーa)がこれらの構造中に、以下のように選択される、異なるアミド単位AおよびBならびに場合によりアミド単位CおよびDを含み:
Aは:55%から95%の、好ましくは55%から85%の、より優先的には55%から80%の範囲に及ぶモル含有率で存在し、単位x.Tより選ばれる主アミド単位であり、式中、xは直鎖脂肪族C9−C18ジアミン、好ましくはC9、C10、C11およびC12であり、ならびにTはテレフタル酸であり、
Bは:Aとは異なるアミド単位であり、前記単位Bは、単位AをベースとするポリアミドのTmに応じて、5%から45%の、好ましくは15%から45%の、より好ましくは20%から45%の範囲に及ぶモル含有率で存在し、前記アミド単位Bは、x’.T単位から選ばれ、x’は:
B1)単一のメチルもしくはエチル分枝(または分枝(branching))を持ち、前記結合単位Aのジアミンxの主鎖長に対して少なくとも炭素原子2個分だけ異なる主鎖長を有し、好ましくはx’が2−メチルペンタメチレンジアミン(MPMD)である、分枝脂肪族ジアミンまたは
B2)m−キシリレンジアミン(MXD)または
B3)単位Aにおいて、前記ジアミンxが直鎖脂肪族C11−C18ジアミンであり、x’がC9−C18ジアミンである場合、単位Aにおいて、前記ジアミンxがC9もしくはC10ジアミンである場合、直鎖脂肪族C4−C18ジアミンから選ばれ、
ならびに好ましくは、Bがx’.Tから選ばれ、x’がB1)によるMPMDまたはB2)によるMXDまたはB3)により上で定義した直鎖脂肪族ジアミンであり、より優先的にはx’がB1)によるMPMDまたはB2)によるMXD、またより優先的にはB2)によるMXDであり、
C:必須ではないアミド単位であって、AおよびBとは異なり、脂環式および/もしくは芳香族構造をベースとするまたはBについて上で定義した、しかしx’が単位Bのx’とは異なるx’Tをベースとするアミド単位より選ばれ、
D:必須ではないアミド単位であって、Cが存在する場合にはA、BおよびCとは異なり:
C6−C12、好ましくはC6、C11およびC12アミノ酸もしくはラクタムまたはこれの混合物、
直鎖脂肪族C6−C18、好ましくはC6−C12二酸および直鎖脂肪族C6−C18、好ましくはC6−C12ジアミンまたはこれの混合物の反応から得られる脂肪族アミド単位から選ばれ
A+B+C+Dのモル含有率の和が100%に等しい条件下である、非反応性成形組成物。 - 請求項1に記載の組成物であって、前記アミド単位Cが存在し、および前記単位Bに対して25%までの範囲に及ぶモル含有率でBを一部置換することを特徴とする組成物。
- 請求項1および2の一項に記載の組成物であって、前記単位Dが存在し、および前記単位Bに対して70%までの範囲に及ぶモル含有率でBを一部置換することを特徴とする組成物。
- 請求項1から3の一項に記載の組成物であって、前記半結晶性熱可塑性ポリマーの融点Tmと結晶化温度Tcとの間の差Tm−Tcが50℃を超えず、好ましくは40℃を超えず、およびより詳細には30℃を超えないことを特徴とする組成物。
- 請求項1から4の一項に記載の組成物であって、ISO11357−3規格に従って示差走査熱量測定(DSC)によって測定した前記マトリクスポリマーの結晶化熱が40J/gより大きく、好ましくは45J/gより大きいことを特徴とする組成物。
- 請求項1から5の一項に記載の組成物であって、前記アミド単位Aが前記ポリマーのすべての単位に対して、55%から80%の、好ましくは55%から75%の、より好ましくは55%から70%の範囲に及ぶモル含有率で存在することを特徴とする組成物。
- 請求項1から6の一項に記載の組成物であって、前記単位Bがx’Tに相当し、x’が選択肢B1)によって選ばれ、特にジアミンx’がMPMDであることを特徴とする組成物。
- 請求項1から6の一項に記載の組成物であって、前記単位Bがx’Tに相当し、x’が選択肢B2)によって選ばれ、x’がMXDであることを特徴とする組成物。
- 請求項1から6の一項に記載の組成物であって、前記単位Bがx’Tに相当し、x’が選択肢B3)によって定義される直鎖脂肪族ジアミンであることを特徴とする組成物。
- 請求項1から6の一項に記載の組成物であって、単位AおよびBが以下のように選択され:
9Tである単位Aでは、前記単位Bは:10T、11T、12T、13T、14T、15T、16T、17Tおよび18T、MPMD.TおよびMXD.T、好ましくは11T、12T、13T、14T、15T、16T、17Tおよび18T、MPMD.TおよびMXD.T、より優先的にはMPMD.TまたはMXD.Tより選択され、Bのモル含有率は30%から45%の範囲に及び、
10Tである単位Aでは、前記単位Bは:9T、11T、12T、13T、14T、15T、16T、17Tおよび18T、MPMD.TおよびMXD.T、好ましくは12T、13T、14T、15T、16T、17Tおよび18T、MPMD.TおよびMXD.T、より好ましくはMPMD.TまたはMXD.Tより選択され、Bのモル含有率は25%から45%の範囲に及び、
11Tである単位Aでは、前記単位Bは:9T、10T、12T、13T、14T、15T、16T、17Tおよび18T、MPMD.TおよびMXD.T、好ましくは9T、13T、15T、16T、17Tおよび18T、MPMD.TおよびMXD.T、より好ましくはMPMD.TまたはMXD.Tより選択され、Bのモル含有率は20%から45%の範囲に及び、
12Tである単位Aでは、前記単位Bは:9T、10T、11T、13T、14T、15T、16T、17Tおよび18T、MPMD.TおよびMXD.T、好ましくは9T、10T、14T、15T、16T、17Tおよび18T、MPMD.TおよびMXD.T、より好ましくはMPMD.TまたはMXD.Tより選択され、Bのモル含有率は20%から45%の範囲に及ぶことを特徴とする組成物。 - 請求項10に記載の組成物であって、単位Aが単位9Tであり、ならびに単位Bが:10T、11T、12T、13T、14T、15T、16T、17Tおよび18T、MPMD.TおよびMXD.T、好ましくは11T、12T、13T、14T、15T、16T、17Tおよび18T、MPMD.TおよびMXD.T、より好ましくはMPMD.TまたはMXD.Tより選択され、Bのモル含有率が30%から45%の範囲に及ぶことを特徴とする組成物。
- 請求項10に記載の組成物であって、単位Aが単位10Tであり、ならびに単位Bが:9T、11T、12T、13T、14T、15T、16T、17Tおよび18T、MPMD.TおよびMXD.T、好ましくは12T、13T、14T、15T、16T、17Tおよび18TならびにMPMD.T、より好ましくはMPMD.TまたはMXD.TおよびMXD.Tより選択され、Bのモル含有率が25%から45%の範囲に及ぶことを特徴とする組成物。
- 請求項10に記載の組成物であって、単位Aが単位11Tであり、ならびに単位Bが:9T、10T、12T、13T、14T、15T、16T、17Tおよび18T、MPMD.TおよびMXD.T、好ましくは9T、13T、15T、16T、17Tおよび18T、MPMD.TおよびMXD.T、より好ましくはMPMD.TまたはMXD.Tより選択され、Bのモル含有率が20%から45%の範囲に及ぶことを特徴とする組成物。
- 請求項10に記載の組成物であって、単位Aが単位12Tであり、および単位Bが:10T、11T、13T、14T、15T、16T、17Tおよび18T、MPMD.TおよびMXD.T、好ましくは9T、10T、14T、15T、16T、17Tおよび18T、MPMD.TおよびMXD.T、より好ましくはMPMD.TまたはMXD.Tより選択され、Bのモル含有率が20%から45%の範囲に及ぶことを特徴とする組成物。
- 請求項7から14の一項に記載の組成物であって、請求項1から3の一項に記載の単位Cおよび/またはDが単位Bを、前記単位Bのモル含有率に対して、70%まで、好ましくは40%未満のモル含有率で一部置換することを特徴とする組成物。
- 請求項1から15の一項に記載の組成物であって、前記反応性プレポリマーa)が500から10000の、好ましくは1000から6000の範囲に及ぶ数平均分子量Mnを有することを特徴とする組成物。
- 請求項1から16の一項に記載の組成物であって、前記延長剤が場合により、置換脂肪族、脂環式または芳香族ジエポキシドであることを特徴とする組成物。
- 請求項1から17の一項に記載の組成物であって、特に1000を超える、好ましくは2000を超えるL/Dを有する円形断面を有する長繊維を好ましくは備え、より詳細にはガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維およびアラミド繊維またはこれの混合物より選択される、少なくとも1つの繊維強化材を含むことを特徴とする組成物。
- 請求項1から18の一項に記載の少なくとも1つの組成物をベースとする熱可塑性複合材料、特に機械部品または構造部品を製造する方法であって、少なくとも1つの繊維強化材を、オープンモールドもしくはクローズドモールド内にてまたはモールド外で、請求項1から17の一項に記載の前駆体反応性組成物で溶融含浸する工程を含むことを特徴とする方法。
- 請求項19に記載の方法であって、以下の:
i)請求項1から18の一項に記載の繊維強化材を有する成形組成物を得るために、オープンモールドもしくはクローズドモールド内にてまたはモールド外で、繊維強化材を請求項1から17の一項に記載の前駆体反応性組成物により溶融含浸する工程、
ii)鎖延長を伴う、前記前駆体反応性組成物の成分a)とb)との間のバルク溶融重付加重合反応と共に、工程i)による組成物を加熱する工程、
iii)成形により、または別の加工システムによって、重合工程ii)同時に加工する工程を含むことを特徴とする方法。 - 請求項20に記載の方法であって、工程i)からの前記含浸繊維強化材を成形および形成して、モールド内で最終複合部品を形成することを含む、加工工程を同時にまたはある間隔の後に含むことを特徴とする方法。
- 請求項21に記載の方法であって、前記加工がRTM、圧縮射出成形技法もしくはプルトルージョン技法により、またはインフュージョンによって行われることを特徴とする方法。
- 請求項1から17の一項に記載の前駆体反応性組成物であって、前記プレポリマー成分a)および延長剤b)を含むことを特徴とする前駆体反応性組成物。
- 繊維強化材の溶融含浸のための、請求項1から17の一項に記載の(繊維強化材が存在しない。)、または請求項23に記載の前駆体組成物の使用であって、複合材料をベースとする機械部品または構造部品の製造のための、熱可塑性ポリマーマトリクスの前駆体としての使用。
- 請求項24に記載の使用であって、前記複合材料の前記機械部品または構造部品が、自動車、鉄道、海上または沿岸、風力または光起電力分野、ソーラーパネルおよび太陽光発電所の部品を含む太陽エネルギー分野、スポーツ、航空宇宙分野、トラックに関する道路輸送分野、ならびに建築、土木工学、保護パネル、レジャー、電気および電子分野における用途に関係することを特徴とする使用。
- 請求項25に記載の使用であって、風力分野における用途に関係し、ならびに前記ポリアミドのTgが少なくとも80℃および好ましくは少なくとも90℃であることを特徴とする使用。
- 請求項25に記載の使用であって、自動車分野における用途に関係し、および前記ポリアミドポリマーのTgが少なくとも100℃であることを特徴とする使用。
- 請求項25に記載の使用であって、航空分野における用途に関連し、前記ポリアミドポリマーのTgが少なくとも120℃であることを特徴とする使用。
- 成形部品であって、請求項1から18の一項に記載の少なくとも1つの成形組成物の使用または請求項23に記載の前駆体組成物の使用から得られることを特徴とする成形部品。
- 請求項29に記載の部品であって、請求項18に記載の組成物をベースとする複合材料から作製される部品であることを特徴とする部品。
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