JP2017524067A - ガラス繊維サイジング組成物、サイズ処理されたガラス繊維、及びポリオレフィン複合体 - Google Patents

ガラス繊維サイジング組成物、サイズ処理されたガラス繊維、及びポリオレフィン複合体 Download PDF

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Abstract

本発明は、サイジング組成物に、このサイジング組成物で少なくとも部分的にコーティングされたガラス繊維に、このサイジング組成物で少なくとも部分的にコーティングされた種々の繊維ガラス製品に、及びシクロオレフィンから生成され、本発明のサイジング組成物でコーティングされた複合体に関する。1つの非限定的な実施態様で、ガラス繊維のためのサイジング組成物は、反復単位が少なくとも4個の炭素原子及び少なくとも1つの炭素−炭素二重結合を含むポリマーを含むフィルム形成剤とシランとを含む。別非限定的な実施態様で、ガラス繊維のためのサイジング組成物は、反復単位が4〜6個の炭素原子及び1つの炭素−炭素二重結合を含むポリマーを含むフィルム形成剤を、総固形分に対して約60〜約90質量%の量で含み、末端ビニル基を含むシランを、総固形分に対して約5〜約25質量%の量で含む。(A)環状オレフィン、(B)前記環状オレフィンを重合させるためのメタセシス触媒、(C)0.1〜30質量%の少なくとも1つのビニル基を含む化合物、及び(D)0.1〜10質量%の化合物(C)のための硬化剤を含み、前記質量%は、前記組成物の総質量に対するものである硬化性組成物が提供される。前記組成物は、加工性、靭性及び耐熱性の望ましい組み合わせを提供する。また、前記組成物及び強化繊維を含む成形品及びその製造方法が提供される。【選択図】図1

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2014年8月7日に出願された米国仮特許出願第62/034414号の優先権を主張する。この米国仮特許出願はここに完全に記載されているかのように本明細書に組み込まれる。本出願はまた、2014年8月7日に出願された欧州特許出願第14306252.9号の優先権を主張する。この欧州特許出願はここに完全に記載されているかのように本明細書に参照により組み込まれる。
発明の分野
本発明は、一般にガラス繊維のためのサイジング組成物に、及び特にジシクロペンタジエン(DCPD)樹脂を含むポリオレフィン製品を補強するのに適したガラス繊維のためのサイジング組成物に関する。
本発明は、硬化性組成物、この硬化性組成物の成形品の製造方法、及びこの組成物を含む成形品に関する。特に、本発明は、環状ポリオレフィンを含む組成物に関する。この組成物は、良い加工性、高い靭性及び高い耐熱性の望ましい組み合わせを提供する。
ガラス繊維は、溶融ガラスを重力によってブシング(bushing)と呼ばれる貴金属装置の多数の小さな開口部から流すことで製造される。典型的なガラス繊維の生成は、K. Loewenstein,「連続的ガラス繊維の製造技術」(第3版,1993年)に記載されている。
繊維は、ブシングから出た直後、通常はブシングに極めて近接して直ちに冷却され、その後、これらの繊維は、本技術分野でサイジング組成物、サイジング、又はサイズと通常呼ばれる化学処理配合物で処理される。サイジング組成物は、繊維を強化して加工をより容易にするために最終的に使用される材料とより適合させる働きをする。サイジング組成物は、噴霧器、ローラー、ベルト、計量装置又は任意の類似の塗布装置によって塗布することができる。このサイズ処理されたガラス繊維は、一般に200から4000を超える複数の個々の繊維を含む束又はストランドに集められる。
それらの生成及び処理の後、ストランドを糸巻き又は「成形パッケージ」に巻き付け、及び/又は切断することができる。成形パッケージ又は巻付けたストランドは、通常、オーブンで又は室温で乾燥させて、繊維から水分の一部を取り除く。成形パッケージからのストランドはロービングに巻き取ることもできる。
処理された繊維のストランドは、熱可塑性ポリマー及び熱硬化性ポリマー等の様々な材料を補強するために用いることができる。処理された繊維の商業的に重要な1つの使用例は、オレフィン熱硬化性ポリマー、特にシクロオレフィンのポリマーを強化することである。開環メタセシス重合(「ROMP」)反応によって硬化するシクロオレフィン樹脂に有効な補強材である市販の繊維ガラス材料を有することが望ましい。特に、ジシクロペンタジエン(「DCPD」)モノマーから生成されるポリマーに有効な補強材である市販の繊維ガラス材料を有することが望ましい。
DCPD樹脂に有効な繊維ガラス補強材の必要性が高まっている。これらの樹脂は、より一般的な熱硬化性樹脂、特にコモノマー及び希釈剤としてスチレンを有する広く使用されているポリエステル樹脂よりも多くの利点を有する。さらに、DCPD樹脂は、一般的な熱硬化性樹脂と比較して、類のない靭性及び腐食特性を提供することができる。
ポリマーマトリックス複合体は、比較的軽量でも良い機械的及び物理的特性を提供する。複合体は、強化繊維が埋め込まれた熱硬化性又は熱可塑性のいずれかのポリマーマトリックス材料に基づくことができる。複合体の特性は、繊維及びポリマーマトリックスの特性によって制御され、それによって強化繊維とポリマーマトリックスとの間の十分な界面領域が特別な役割を果たす。実際、ポリマーマトリックスから強化繊維への十分な荷重伝達(load transfer)を確保するための、強化繊維とポリマーマトリックスの間の十分な界面結合が、一般に強化繊維の特性を効果的に利用するために必要とされる。
複合体の特性、特に靭性は、組成の特性に基づいて容易に予測することはできず、ポリマーマトリックス材料の良い特性は複合体の良い特性に変換されないことがある。
本発明は、サイジング組成物に、このサイジング組成物で少なくとも部分的にコーティングされたガラス繊維に、このサイジング組成物で少なくとも部分的にコーティングされた種々の繊維ガラス製品に、及びシクロオレフィンから生成され、本発明のサイジング組成物でコーティングされた複合体に関する。本発明はまた、繊維ガラスストランドを生成する方法、及びポリオレフィン複合体を生成する方法に関する。
本発明のサイジング組成物で少なくとも部分的にコーティングされた繊維ガラスストランドは、開環メタセシス重合によって硬化するシクロオレフィン等のポリオレフィン製品を補強するために用いられると、望ましい強度又は改善された強度を付与することができる。いくつかの実施態様で、本発明のサイジング組成物は、サイジング組成物でコーティングされた繊維ガラス補強材とポリオレフィン樹脂との間の接着を改善すると考えられている。加えて、ROMP触媒はシクロオレフィンを硬化させるためにしばしば用いられるため、本発明のサイジング組成物はまた、ROMP触媒を毒しないように適合される。
本発明の一実施態様で、ガラス繊維のためのサイジング組成物は、反復単位が少なくとも4個の炭素原子及び少なくとも1つの炭素−炭素二重結合を含むポリマーを含むフィルム形成剤とシランとを含む。1つの非限定的な実施態様において、少なくとも1つの炭素−炭素二重結合はポリマーの主鎖にある。
いくつかの実施態様では、フィルム形成剤は、反復単位が4〜6個の炭素原子及び1つの炭素−炭素二重結合を含むポリマーを含む。他の実施態様で、フィルム形成剤は、ポリブタジエン、ポリペンタジエン及びポリヘキサジエンの少なくとも1つを含む。いくつかの実施態様で、ポリマー中の1つ以上の反復単位は、少なくとも1つのペンダント基を含む。いくつかの実施態様で、1つ以上のペンダント基は、少なくとも1つのビニル基を含む。いくつかの実施態様における1つ以上のペンダント基は、少なくとも1つの環状ペンダント基を含む。いくつかの実施態様で、1つ以上のペンダント基は、本明細書に開示される他の基、及びこれらの組み合わせを含む。
フィルム形成剤は、いくつかの実施態様で、総固形分に基づいてサイジング組成物の少なくとも約60質量%(例えば、総固形分に基づいてサイジング組成物の約90質量%まで)を構成する。いくつかの実施態様で、フィルム形成剤は、総固形分に基づいてサイジング組成物の約70〜約85質量%を構成する。他の実施態様で、フィルム形成剤は、総固形分に基づいてサイジング組成物の少なくとも約20質量%を構成する。
本発明の非限定的な実施態様はまた、第2のフィルム形成剤を含むことができる。いくつかの実施態様で、第2のフィルム形成剤は、総固形分に対して少なくとも20質量%の量で存在することができる。いくつかのこの実施態様で、反復単位が少なくとも4個の炭素原子及び少なくとも1つの炭素−炭素二重結合を含むポリマーを含むフィルム形成剤は、総固形分に基づいてサイジング組成物の少なくとも約20質量%を構成する。第2のフィルム形成剤は総固形分に基づいてサイジング組成物の少なくとも約20質量%を構成する。第2のフィルム形成剤は、いくつかの実施態様において、パラフィンワックス、及びプロピレン、エチレン、イソブチレン、スチレン、無水マレイン酸、アクリレート若しくはこれらの組み合わせのポリマー又はコポリマーを含む。
1つの非限定的な実施態様で、フィルム形成剤はポリブタジエンを含む。これらの実施態様で、サイジング組成物は、総固形分に対して少なくとも約60質量%のポリブタジエン(例えば、総固形分に対して約90質量%までのポリブタジエン)を含むことができる。いくつかの実施態様で、サイジング組成物は、総固形分に対して約70〜約85質量%のポリブタジエンを含む。ポリブタジエンは、いくつかの実施態様で、20,000未満の数平均分子量を有する。他の実施態様で、ポリブタジエンは10,000未満の数平均分子量を有する。いくつかの実施態様で、サイジング組成物は、総固形分に対して少なくとも約20質量%のポリブタジエンを含む。少なくとも約20質量%のポリブタジエンを含むいくつかの実施態様で、サイジング組成物は、総固形分に対して少なくとも約20質量%の量の第2のフィルム形成剤をさらに含むことができる。いくつかの実施態様で、第2のフィルム形成剤は、パラフィンワックス、及びプロピレン、エチレン、イソブチレン、スチレン、無水マレイン酸、アクリレート若しくはこれらの組み合わせのポリマー又はコポリマーを含む。
本発明の様々な実施態様で用いることができるシランは、例えば、ビニルベンジル基、メタクリルオキシプロピルトリアルコキシシラン及びこれらの組み合わせを含む末端ビニル基を含むシランを含む。いくつかの実施態様で、シランは、総固形分に基づいてサイジング組成物の少なくとも約2質量%を構成することができる。いくつかの実施態様で、シランは、総固形分に基づいてサイジング組成物の少なくとも約5質量%を構成することができる。他の実施態様で、シランは、総固形分に基づいてサイジング組成物の約25質量%までを構成することができる。シランは、いくつかの実施態様では、サイジング組成物の約5〜約25質量%を構成することができる。更なる実施態様で、シランは、総固形分に基づいてサイジング組成物の約10〜約20質量%を構成することができる。
本発明の非限定的な実施態様はまた、抗酸化剤及び/又は界面活性剤を含むことができる。いくつかの実施態様で、界面活性剤は、総固形分に基づいてサイジング組成物の約10質量%未満を構成する。
いくつかの実施態様で、サイジング組成物は水性サイジング組成物である。
本発明のガラス繊維のためのサイジング組成物の別の実施態様は、反復単位が4〜6個の炭素原子及び1つの炭素−炭素二重結合を含むポリマーを含むフィルム形成剤を、総固形分に対して約60〜約90質量%の量で含み、末端ビニル基を含むシランを、総固形分に対して約5〜約25質量%の量で含む。
本発明のガラス繊維のためのサイジング組成物の更なる実施態様は、反復単位が4〜6個の炭素原子及び1つの炭素−炭素二重結合を含むポリマーを含むフィルム形成剤と、末端ビニル基を含むシランと、1つ以上の界面活性剤とから本質的になる。
本発明はまた、本発明のサイジング組成物のいずれかで少なくとも部分的にコーティングされた少なくとも1つのガラス繊維を含む繊維ガラスストランドに関する。
本発明はまた、ポリオレフィン複合体に関する。1つの実施態様で、本発明のポリオレフィン複合体は、(a)本発明のサイジング組成物のいずれかで少なくとも部分的にコーティングされた複数のガラス繊維と、(b)開環メタセシス重合触媒を用いて環状オレフィンを重合させて調製されたポリオレフィンとを含む。1つの非限定的な実施態様で、ポリオレフィンは、ジシクロペンタジエンの重合によって生成されるポリマーを含むことができる。
本発明の目的は、良い加工性、高い靭性及び高い耐熱性の望ましい組み合わせを有する組成物を提供することである。さらなる目的は、複合体中でポリマーマトリックス材料として用いた場合、特性の望ましい組み合わせを保持する組成物を提供することである。さらなる目的は、上述の利点を有する環状ポリオレフィン組成物を提供することである。
この目的及び他の目的は、(A)環状オレフィン、(B)環状オレフィンを重合させるためのメタセシス触媒、(C)0.1〜30質量%の少なくとも1つのビニル基を含む化合物、及び(D)0.1〜10質量%の化合物(C)のための硬化剤を含み、質量%は、組成物の総質量に対するものである硬化性組成物によって提供される。
本発明の実施態様で、化合物(C)は15.4と19.8MPa1/2の間に含まれるヒルデブラント溶解度パラメーターδを有する。ヒルデブラント溶解度パラメーターは、チャールズ M.ハンセンによって開発された3つのパラメーターシステムに基づいて計算される。
δ=δ +δ +δ
(式中、
δ=総ヒルデブラントパラメーター
δ=分散成分
δ=極性成分
δ=水素結合成分)
http//hansen-solubility.comで見出されるHSPiPソフトウェアを用いて、計算を行う。
本発明の実施態様で、3〜20質量%の化合物(C)、より好ましくは3〜15質量%の化合物(C)、及び最も好ましくは4〜12質量%の化合物(C)を含む組成物が提供される。
さらに別の実施態様は、化合物(C)が(メタ)アクリレート化合物を含む組成物に関する。
本発明の別の実施態様は、0.01〜8質量%の硬化剤、より好ましくは0.1〜7質量%の硬化剤、さらにより好ましくは0.2〜1質量%の硬化剤、及び最も好ましくは0.2〜0.8質量%の硬化剤を含む組成物を提供する。
本発明のさらに別の実施態様で、硬化剤がラジカル開始剤を含む組成物が提供される。
本発明の別の実施態様は、ラジカル開始剤が非環状パーオキシドを含む組成物に関する。
本発明のさらなる実施態様は、少なくとも1つの環状オレフィンがジシクロペンタジエンを含む組成物を提供する。
本発明の別の実施態様は、サイジング組成物と共に提供される強化繊維を含む組成物を提供する。
サイジング組成物は、少なくともカップリング剤及びフィルム形成剤を含む。本発明の有用な実施態様は、サイジング組成物のフィルム形成剤が15.9と19.9MPa1/2の間に含まれるヒルデブラント溶解度パラメーターδを有する硬化性組成物を提供する。
本発明の別の実施態様で、サイジング組成物中のフィルム形成剤は、4〜6個の炭素原子及び1つの炭素−炭素二重結合を含むモノマー単位の(コ)ポリマー、より好ましくはポリブタジエンを含む。
本発明のさらに別の実施態様は、フィルム形成剤がパラフィンワックスを含むサイジング組成物を提供する。複数のフィルム形成剤を有するサイジング組成物を提供することもでき、ポリブタジエン及びパラフィンワックスの組み合わせは好ましい実施態様である。
本発明のさらに別の実施態様は、カップリング剤が不飽和結合を有するシラン化合物を含む組成物を提供する。
本発明はまた、発明された組成物の成形品の製造方法であって、
・少なくとも成分(A)〜(D)を組み合わせて組成物を生成する工程、及び
・環状オレフィンのオレフィンメタセシス反応、及び化合物(C)のラジカル重合を促進するのに有効な条件に組成物を供する工程を含む製造方法に関する。
方法のさらなる実施態様は、追加の工程:
・硬化性組成物を接着基材と接触させる工程、及び
・組成物及び接着基材との間の結合を提供する条件に硬化性組成物を供する工程を含む。
さらに別の実施態様は、組成物を密閉金型内に注入する工程を含む方法、好ましくは組成物を注入する前に、強化繊維を金型に提供する工程による方法に関する。
本方法の別の実施態様で、条件は120℃〜150℃の間の温度で最大で60分間、加熱する工程を含む。本方法のこのような実施態様によって、驚くべきことに、比較的低い硬化温度範囲及び時間にも関わらず、180℃を超えるガラス転移温度を有する重合組成物が得られる。
本発明は、別の局面において、本発明の組成物を含む成形品にも関する。特別の実施態様で、複合体材料が、(A)本出願に記載の実施態様のいずれか1つによる硬化性組成物の重合によって調製されたマトリックスポリマー、及び(B)本出願に記載の実施態様のいずれか1つによる強化繊維を含む、複合体材料の成形品が提供される。
本発明は、実施態様でさらに、マトリックスポリマーが、そのマトリックスポリマーの総質量に対して5質量%未満、より好ましくは3質量%未満、及び最も好ましくは2質量%未満の揮発性成分含量を有する複合体成形品に関する。本発明の重合組成物におけるこの相対的に低い揮発性成分含量によって、環境上及びその他における利点が得られる。揮発性物質は、例えば、硬化性組成物の成分及び/又はサイジング組成物の成分に由来する、未反応のモノマー又はオリゴマーによる。揮発性成分含量は、成形品を窒素雰囲気中、200℃の温度に施して、1/2時間後の質量損失を測定することによって、好適に決定される。
本発明はさらに、本発明の方法で得ることができる複合体成形品であって、その複合体材料の特性が、
・180℃を超えるASTM D7028−07elに基づくガラス転移温度(Tg)、
・50MPaを超えるISO 14125に基づく横断する3点曲げ強度、及び
・800J/mを超えるISO 15024に基づくG1c
の少なくとも1つを満足する複合体成形品に関する。
より好ましい実施態様において、複合体材料の特性は、先に示した特性の少なくとも2つ、そして最も好ましくは3つを満足する。
本発明のこれらの及び他の実施態様を、さらに詳細に以下に説明する。
様々な歪みレベルでの引張試験中の試料の透過光写真である。JBFは「破壊直前」(1秒前)を示す。 2つの材料の疲労寿命データと95/95区間を示す図である。これらの区間の下限線は、将来のすべての試験結果の95%信頼性95%を含む領域の下限値を示す。 150MPaまでの疲労で試験された試料のコードモジュラスの進展を示すグラフである。 150MPaまでの疲労試験の特定のサイクル数の時点の透過光写真である。エポキシ−ガラス試料の疲労損傷の進展を示し、40567サイクルで破壊した(この写真の荷重の方向は水平方向である)。 150MPaまでの疲労試験の特定のサイクル数の時点の透過光写真である。pDCPD−ガラス試料の疲労損傷の進展を示し、200107サイクルで破壊した(この写真の荷重の方向は水平方向である)。 25Jのエネルギーで衝撃を与えたエポキシ/比較例A試料(左)及びpDCPD F2.06/サンプル1試料(右)の透過光写真である。両写真の目盛りは同じである。 超音波C−スキャンで測定された、両方の材料及び両方の衝撃エネルギーについて算出された剥離サイズを示すグラフである。 実施例1の組成物のDSCサーモグラフを表す。 実施例2の組成物のDSCサーモグラフを表す。 異なる亀裂長に対するG1c値を示すグラフである。
本明細書の目的のために、異なって示さない限り、明細書中で用いられる成分の量、反応条件等を表す全ての数字は、全ての場合において「約」という用語によって修飾されたものとして理解されるべきである。従って、反対のことが示されていない限り、以下の明細書に記載される数値パラメーターは、本発明によって得られることが求められる所望の特性に応じて変化し得る近似値である。最低限、そしてクレーム範囲への均等論の適用を制限しようとする試みとしてではなく、各数値パラメーターは少なくとも報告された有効数字の数を考慮して、通常の端数処理を適用して解釈されるべきである。
本発明の広い範囲を示す数値範囲及びパラメーターが近似値であるが、特定の実施例に示された数値は可能な限り正確に報告されている。しかし、いずれの数値は、それぞれの試験測定で見られる標準偏差から必然的に生じる特定の誤差を本質的に含んでいる。さらに、本明細書中に開示される全ての範囲は、その中に包含されるいかなる及び全ての部分範囲を包含するものと理解されるべきである。例えば、「1〜10」の記載された範囲は、最小値1と最大値10との間(及びそれらを含む)のいかなる及びすべての部分範囲、すなわち、1以上の最小値で始まるすべての部分範囲、例えば1〜6.1、最大値が10以下で終わるすべての部分範囲、例えば5.5〜10を含むと考えられるべきである。さらに、「本明細書に組み込まれる」と言及されるいかなる参照も、その全体が組み込まれると理解されるべきである。
本明細書で用いられるように、単数形「a」、「an」及び「the」は、明示的及び明白に1つの指示物に限定されない限り、複数の指示物を含むことにさらに留意されたい。
いくつかの実施態様で、本発明は、複合体を補強するために用いられるコーティング材料のためのサイジング組成物に関する。多数の補強材が、例えばポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維及びポリアミド繊維を含む複合体を補強するために用いられることができるが、本発明のサイジング組成物の実施態様は、ガラス繊維のコーティングでの使用に特に適している。
本発明の実施態様は、ガラス繊維のためのサイジング組成物に関する。本発明の非限定的な実施態様のサイジング組成物は、開環メタセシス重合(「ROMP」)反応によって硬化するシクロオレフィンの補強材として使用されるガラス繊維のコーティングに有用である。ROMP反応によるシクロオレフィンの重合は、通常、複合体を硬化させるROMP触媒の存在を必要とする。シクロオレフィンの重合のためのROMP触媒の例には、例えば、当業者に知られているルテニウム、オスミウム及びモリブデン金属カルベン触媒が含まれる。
非限定的な実施態様で、本発明のサイジング組成物は、ジシクロペンタジエン(「DCPD」)樹脂中の繊維ガラス補強材に有用である。サイジング組成物は、DCPD樹脂を強化するための繊維ガラス補強材への使用に関連して本明細書で主に議論されているが、サイジング組成物は、米国特許第6436476号及び米国特許第6323296号に記載された反応を含む開環メタセシス重合反応によって重合されうる他のシクロオレフィンを補強するための少なくとも部分的にコーティングされたガラス繊維に用いてもよい。これらは、本明細書に組み込まれる。サイジング組成物はまた、ポリエステル等のROMPによって必ずしも硬化しない他の不飽和フリーラジカル硬化性樹脂を補強するために用いられる繊維ガラス製品に有用であり得る。
ROMPを用いるDCPD重合の一般的な反応メカニズムは以下の通りである。
Figure 2017524067
DCPDから生成されるポリマーに強化材として使用するための適合性のある有効な繊維ガラスを製造する際の1つの難点は、繊維ガラスサイジング組成物に一般に用いられる種々の成分がROMP触媒を「毒」することによって重合を阻害する可能性があることである。本明細書で使用される「毒」という用語は、サイジング組成物又はサイジング組成物の成分と関連して使用される場合、例えば、所望の重合プロセスを阻害し、遅らせ、妨害し又は停止することで、シクロオレフィンの重合に悪影響を及ぼすサイジング組成物又はその成分に関する。例えば、サイジング組成物の成分は、ROMP触媒と反応して、触媒ではない化学種を生成させ、それによってROMP触媒がモノマーの重合を阻害しうる。その結果、触媒メーカーは、サイジング成分に対するROMP触媒化学の感受性を低下させる努力を続けている。DCPDの硬化を制限せず、依然として許容可能な剪断強度を有する複合体を製造するサイジング組成物の提供が望ましいであろう。
本発明は、ROMP触媒を毒することで重合を実質的に阻害しない、ROMP触媒に適合するサイジング組成物を有利に提供する。本発明のサイジング組成物はまた、重合されたシクロオレフィンを補強するために用いられるガラス繊維の上に少なくとも部分的にコーティングされる場合、いくつかの実施態様で、適切な又は望ましい剪断強度を有する複合体を提供する。成分の選択及びそれらの相対量によって、そのような特性及びその他を提供できる。
1つの非限定的な実施態様で、本発明のサイジング組成物は、反復単位が少なくとも4個の炭素原子及び少なくとも1つの炭素−炭素二重結合を含むポリマーを含む少なくとも1つのフィルム形成剤と少なくとも1つのシランとを含む。
本発明の非限定的な実施態様で有用なフィルム形成剤は、シクロオレフィン樹脂の重合に用いられるROMP触媒を毒する可能性が比較的低い。いくつかの実施態様で、本発明の非限定的な実施態様に有用なフィルム形成剤は、1級アミン、チオール、末端エポキシド、活性酸素基を有する官能基(例えば、ヒドロパーオキシド及び活性化エポキシド)、アセチレン及びビニルエーテルを含まない。ROMP触媒の被毒を避けるために、本発明の非限定的な実施態様に有用なフィルム形成剤は、官能基:1級アミン、チオール、末端エポキシド、活性酸素基を有する官能基(例えば、ヒドロパーオキシド及び活性化エポキシド)、アセチレン及びビニルエーテルを、実質的に含まず、又は限定された方法(すなわち、1質量%未満、0.5質量%、0.1質量%未満、0.05質量%未満、又は0.01質量%未満)でのみ含有してもよい。このような構造は、ROMP触媒の作用を害し、及び/又は悪影響を与えると考えられている。以下に記載するように、本発明の実施態様に用いられるシランは、これらの官能基を含むことはできない。ルイス塩基として作用しうる特定の成分はまた、本発明の実施態様でフィルム形成剤としての使用には望ましくない。本発明の実施態様に有用なフィルム形成剤は、一緒に繊維ガラスフィラメントを保持するのを助けて、液状樹脂で湿潤させることができるストランドを形成することができる。
フィルム形成剤は、いくつかの実施態様で、主鎖に少なくとも1つの炭素−炭素二重結合を含むポリマーを含む。いくつかの実施態様で、ポリマーの反復単位(すなわち、モノマー単位)は、4〜6個の炭素原子及び1つの炭素−炭素二重結合を含む。フィルム形成剤は、いくつかの実施態様で、ポリブタジエン、ポリペンタジエン及びポリヘキサジエンの少なくとも1つを含むことができる。(例えば、ROMP触媒と反応して触媒ではない化学種を形成することによって)ROMP触媒を毒することのない他の一般的なフィルム形成剤は、いくつかの実施態様で、追加のフィルム形成剤として用いることもできる。
いくつかの実施態様で、ポリマーの主鎖は、以下に示す構造の1つに従った4個の炭素原子及び1つの炭素−炭素二重結合を含むポリブタジエン反復単位を含むことができる:
Figure 2017524067
ポリブタジエン反復単位において、「n」は1より大きい整数である。いくつかの実施態様では、「n」は20〜400の整数である。ポリブタジエン反復単位において、R、R、R、R、R及びRは、それぞれ独立して、水素、脂肪族基、ヘテロ脂肪族基、炭素環基、又はヘテロ環基である。いくつかの実施態様で、R〜Rの各々は水素である。いくつかの実施態様では、R、R、R、R、R及びRの1つ以上は、ペンダント基、又は主鎖をペンダント基に結合させる結合分子であることができる。必要に応じて、ポリブタジエン反復単位はトランス配置を有する。
任意に、1つ以上の基は、ポリマーの主鎖から張り出てもよい。いくつかの実施態様で、1つ以上のペンダント基は、1つ以上の反復単位に結合することができる。例えば、100個の反復単位を有するポリマー(すなわち、nが100である)の場合、ペンダント基は、反復単位の0〜100個に結合してよい。言い換えれば、ポリマーにおけるペンダント基を含有する反復単位の百分率は、ポリマーの反復単位の総数に対して、100%以下(例えば、90%以下、80%以下、70%以下、60%以下、50%以下、40%以下、30%以下、20%以下、10%以下、5%以下、又は1%以下)でありうる。いくつかの実施態様で、R、R、R、R、R及びRの1つ以上は、ペンダント基を含むことができる。他の実施態様で、隣接する炭素上の2つのR基(例えば、R及びR、R及びR、又はR及びR)は、一緒になって、炭素環基又はヘテロ環基を形成することができる。いくつかの非限定的な実施態様で、ペンダント基はビニル基を含むことができる。他の非限定的な実施態様で、ペンダント基は、シクロペンテン基等の環状基を含むことができる。いくつかの非限定的な実施態様で、ペンダント基は、無水マレイン酸を含むことができる。異なるペンダント基が様々な量でポリマー中に存在することができる。例えば、100個の反復単位を有するポリマー(すなわち、nが100である)の場合、ビニルペンダント基は、ポリマー中の反復単位の15〜25%に結合し、ポリマー中の反復単位の残りは改変されていない(すなわち、ペンダント基が結合されていない)ことができる。別の実施態様で、100個の反復単位を有するポリマー(すなわちnが100)の場合、ビニルペンダント基は、ポリマー中の反復単位の40〜55%に結合し、環状ペンダント基は、ポリマー中の反復単位の15〜20%に結合し、ポリマー中の反復単位の残りは改変されていない(すなわち、ペンダント基が結合していない)ことができる。1つの非限定的な実施態様で、少なくとも1つのフィルム形成剤は、無水マレイン酸で官能化されたポリマー等の官能化されたポリマーであってもよい。例えば、少なくとも1つのフィルム形成剤は、無水マレイン酸で官能化されたポリブタジエンであってもよい。無水マレイン酸で官能化されたポリマーは、無水マレイン酸をポリマーの主鎖の炭素−炭素二重結合と熱的条件下で反応させて無水マレイン酸付加物を生成することによって製造することができる。
1つの非限定的な実施態様で、少なくとも1つのフィルム形成剤は、20,000未満の数平均分子量を有するポリブタジエンを含む。例えば、ポリブタジエンは、種々の実施態様で、17,500以下、15,000以下、12,500以下、10,000以下、7,500以下、5,000以下、又は3,000以下の数平均分子量を有することができる。
本発明の非限定的な実施態様におけるフィルム形成剤として有用で適切なポリブタジエンの例には、Synthomer社(英国,ハーロウ)からLitheneの製品名で販売されているポリブタジエン等の官能化されたポリブタジエン及び官能化されていないポリブタジエンが含まれる。例えば、適切な官能化されていないポリブタジエンには、限定するものではないが、Lithene Ultra AL,数平均分子量が1,000であり、ビニル基と環状ペンダント基を含むポリブタジエン;Lithene Ultra AH,数平均分子量が1,800であり、ビニル基と環状ペンダント基を含むポリブタジエン;Lithene Ultra PH,数平均分子量が2,600であり、ビニルペンダント基を含むポリブタジエン;Lithene Ultra PM4,数平均分子量が1,500であり、ビニルペンダント基を含むポリブタジエン;Lithene Ultra P4−25P,数平均分子量が2,600であり、ビニルペンダント基を含むポリブタジエン;Lithene Ultra P4−150P,数平均分子量が3,200であり、ビニルペンダント基を含むポリブタジエン;Lithene Ultra N4−5000,数平均分子量が5,000であり、ビニルペンダント基を含むポリブタジエン;及びLithene Ultra N4−9000,数平均分子量が9,000であり、ビニルペンダント基を含むポリブタジエンが含まれる。
適切な官能化されたポリブタジエンには、Lithene Ultra AL−15MA,数平均分子量が1,300であるマレイン酸で官能化されたポリブタジエン;Lithene Ultra PM4−7.5MA,数平均分子量が1,600であるマレイン酸で官能化されたポリブタジエン;Lithene Ultra N4−5000−15MA,数平均分子量が5,750であるマレイン酸で官能化されたポリブタジエン;Lithene Ultra N4−B−10MA,数平均分子量が8,200であるマレイン酸で官能化されたポリブタジエン;及びLithene Ultra N4−9000−10MA,数平均分子量が9,500であるマレイン酸で官能化されたポリブタジエン等のマレイン酸で官能化されたポリブタジエンが含まれる。
別の非限定的な実施態様で、少なくとも1つのフィルム形成剤は、コポリマーを含むことができる。例えば、少なくとも1つのフィルム形成剤は、第1のモノマー単位と1つ以上の追加のモノマー単位とから生成されるコポリマーを含むことができる。第1のモノマー単位は、少なくとも4個の炭素原子(例えば、4〜6個の炭素原子)を含むことができる。1つ以上の追加のモノマー単位は、当業者に公知の任意の共重合可能なモノマーであってもよい。例えば、1つ以上の追加のモノマー単位は、ビニル芳香族モノマー単位(例えば、スチレン)、アクリレートモノマー単位、メタクリレートモノマー単位、アクリロニトリル単量体単位、及び/又はオレフィンモノマー単位を含むことができる。
任意に、少なくとも1つのフィルム形成剤は、スチレン−ブタジエンコポリマーを含んでもよい。本発明の非限定的な実施態様でフィルム形成剤として有用なスチレン−ブタジエンコポリマーの例には、PolymerLatex GmbH(ドイツ,マール)から販売されているPlextol X−9110が含まれる。
任意に、少なくとも1つのフィルム形成剤は、スチレン−アクリレートコポリマーを含んでもよい。本発明の非限定的な実施態様でフィルム形成剤として有用なスチレン−アクリレートコポリマーの例には、PolymerLatex GmbH(ドイツ,マール)から販売されているPlextol X−4020及びPlextol X−4545が含まれる。
サイジング組成物は、いくつかの実施態様では1つのフィルム形成剤を、又は他の実施態様では複数のフィルム形成剤を含むことができる。1つ以上のフィルム形成剤は、一般にサイジング組成物の総固形分に基づく百分率で少なくとも60質量%の量でサイジング組成物中に存在する。任意に、1つ以上のフィルム形成剤は、他の実施態様で、少なくとも65質量%、少なくとも70質量%、少なくとも75質量%、少なくとも80質量%、又は少なくとも85質量%の量でサイジング組成物中に存在する。1つ以上のフィルム形成剤は、いくつかの実施態様で、サイジング組成物の総固形分に基づく百分率で約90質量%までの量でサイジング組成物中に存在する。いくつかの実施態様で、1つ以上のフィルム形成剤は、約70〜約85質量%の量でサイジング組成物中に存在する。
いくつかの非限定的な実施態様で、サイジング組成物は、反復単位が少なくとも4個の炭素原子及び少なくとも1つの炭素−炭素二重結合を含むポリマー(例えば、上記のそのようなポリマーを含む)を含む第1のフィルム形成剤と、第2のフィルム形成剤とを含む。1つの非限定的な実施態様で、第1のフィルム形成剤は、総固形分に基づいてサイジング組成物の少なくとも約20質量%を構成する。任意に、様々な実施態様で、第1のフィルム形成剤は、総固形分に基づいてサイジング組成物の少なくとも約25質量%、少なくとも30質量%、少なくとも35質量%、少なくとも40質量%、又は少なくとも45質量%を構成する。
適切な第2の(及び他の追加の)フィルム形成剤には、例えば、非反応性ポリマーが含まれる。いくつかの実施態様で、第2のフィルム形成剤は、パラフィンワックス、及びプロピレン、エチレン、イソブチレン(例えば、ポリイソブチレン)、スチレン(例えば、ポリスチレン)、無水マレイン酸、アクリレート(例えば、ポリメチルメタクリレート)、又はそれらの組み合わせのポリマー又はコポリマーが含まれる。本発明の非限定的な実施態様における好適な第2のフィルム形成剤の例には、MichemLub 723,Michelman社(オハイオ州,シンシナティ)から販売されているパラフィンワックス分散液;Aquacer 1605,Byk社(ドイツ,ヴェセル)から販売されているポリプロピレン分散液;Novacer 1200,Byk社から販売されているポリエチレン分散液;及びML93135,Michelman社から販売されているポリエチレン分散液が含まれる。第2の(又は追加の)フィルム形成剤は、総固形分に対して約50質量%未満(例えば、約45質量%未満、約40質量%未満、約30質量%未満、約25質量%未満、又は約20質量%未満)の量でサイジング組成物中に存在することができる。いくつかの実施態様で、ポリブタジエンを含む第1のフィルム形成剤は、総固形分に対してサイジング組成物の少なくとも約20質量%の量で存在し、パラフィンワックスを含む第2のフィルム形成剤は、総固形分に対してサイジング組成物の少なくとも約10質量%で存在する。他の実施態様で、ポリブタジエンを含む第1のフィルム形成剤は、総固形分に対してサイジング組成物の少なくとも約50質量%の量で存在し、パラフィンワックスを含む第2のフィルム形成剤は、総固形分に対してサイジング組成物の約45質量%未満で存在する。いくつかの実施態様で、ポリブタジエンを含む第1のフィルム形成剤は、総固形分に対してサイジング組成物の少なくとも約50質量%の量で存在し、パラフィンワックスを含む第2のフィルム形成剤は、総固形分に対してサイジング組成物の約30質量%未満で存在する。いくつかの実施態様で、ポリブタジエンを含む第1のフィルム形成剤は、総固形分に対してサイジング組成物の少なくとも約50質量%の量で存在し、パラフィンワックスを含む第2のフィルム形成剤は、総固形分に対してサイジング組成物の約20質量%未満で存在する。
本発明のサイジング組成物は、さらに1つ以上のシランを含む。1つ以上のシランは、硬化中にジシクロペンタジエン(「DCPD」)等の環状オレフィン樹脂と反応するか、そうでなければ相互作用することができる。いくつかの非限定的な実施態様で、DCPDと反応することができるシランは、DCPD樹脂の重合及び架橋メカニズムに関与し得る。シランは、ROMP触媒を毒する可能性が比較的低い。1つ以上のシランは、本明細書に記載されたポリブタジエンフィルム形成剤等のフィルム形成剤と反応するか、そうでなければ相互作用することができる。
いくつかの非限定的な実施態様で、本発明のサイジングに有用なシランは、末端ビニル基を含む。当業者に理解されるように、「末端」ビニル基は、シラン中の珪素原子に結合する末端と反対の炭化水素基の末端で二重結合が生じることを意味する。
いくつかの実施態様で、末端ビニル基を含む適切なシランは、ビニルベンジル基を含むシランを含むことができる。ビニルベンジル基を含む市販のシランの例は、Degussa社(ドイツ,デュッセルドルフ)から販売されているDYNASYLAN(登録商標)1172,N−2−(ビニルベンジルアミノ)−エチル−3−アミノプロピルトリメトキシシランであり、以下の構造を有する。
Figure 2017524067
ビニルベンジル基を含む市販のシランの別の例は、Degussa社(ドイツ,デュッセルドルフ)から販売されているDYNASYLAN(登録商標)1175であり、DYNASYLAN(登録商標)1172と同じ構造を有すると考えられる。ビニルベンジル基を含む市販のシランの別の例は、Dow Corning社のZ−6032,N−2−(ビニルベンジルアミノ)−エチル−3−アミノプロピルトリメトキシシランである。DYNASYLAN 1172は酢酸塩で提供され、DYNASYLAN 1175及びZ−6032は塩酸塩で提供される。ビニルベンジル基を含む市販のシランの別の例は、KBM−974であり、これは信越化学工業(日本,東京)から販売されている[3−[[2−[(ビニルベンジル)アミノ]エチル]アミノ]プロピル]トリメトキシシランである。
いくつかの非限定的な実施態様で、本発明のサイジングに有用なシランは、繊維ガラス強化材とポリオレフィンとの間の接着性を低下させる末端ビニル基を有するより短い鎖状シランを含む。好適なシランの例には、例えばビニルトリアルコキシシランが含まれる。いくつかの実施態様で、適切なビニルトリアルコキシシランには、Silquest A−151,Momentive Performance Materials社(オハイオ州,コロンバス)から販売されているビニルトリエトキシシランを含む。適切なシランのさらなる例は、いくつかの実施態様で、Momentive Performance Materials社(オハイオ州,コロンバス)からSilquest A−174として販売されている3−メタクリルオキシプロピルトリアルコキシシラン等のメタクリロキシプロピルトリアルコキシシランを含む。
別の非限定的な実施態様で、本発明のサイジングに有用なシランは、ノルボルネニル官能性シランを含む。本発明に有用なノルボルネニル官能性シランは、例えば、珪素原子とノルボルネニル基との間の鎖中に4個以上の炭素原子を有するノルボルネニルトリメトキシシラン及びノルボネニルトリエトキシシランを含むことができる。
他の潜在的に有用なシランは、官能基が結合した鎖中の炭素を含むことができるが、好ましくはそのいずれの官能基もROMP触媒を毒さない。望ましくない官能基の例は、フィルム形成剤に関連して前述されている。このような望ましくない官能基は、例えば1級アミン、チオール、末端エポキシド、ヒドロパーオキシド、活性化エポキシド、アセチレン及びビニルエーテルを含み得る。
少なくとも1つのシランは、一般に、サイジング組成物の総固形分に基づく百分率で少なくとも約5質量%から約25質量%までの量でサイジング組成物中に存在することができる。さらなる非限定的な実施態様で、少なくとも1つのシランは、サイジング組成物の総固形分に基づく百分率で5質量%〜15質量%、又は10質量%〜20質量%の量で存在してもよい。
本発明のサイジング組成物の実施態様は、本明細書に記載の複数のシランを含むことができる。これらの実施態様で、少なくとも1つのシランは、硬化中にジシクロペンタジエン(「DCPD」)等の環状オレフィン樹脂と反応することができる。複数のシランを用いる場合、各々のシランは、ROMP触媒を毒する(例えば、ROMP触媒と反応して、触媒ではない化学種を生成させる)可能性が低いものとすることができる。ROMP触媒を毒する可能性は、例えば、次の官能基:1級アミン、チオール、末端エポキシド、ヒドロペルオキシド、活性化エポキシド、アセチレン及びビニルエーテルを含むシランを使用しないことによって回避することができる。
用いられる特定のフィルム形成剤に応じて、フィルム形成剤の水又は水溶液への分散を促進させるために、1つ以上の乳化剤又は界面活性剤を用いることができる。乳化剤はまた、いくつかの実施態様で、サイジング組成物の他の成分の乳化又は分散を促進することができる。例えば、フィルム形成剤が、反復単位が少なくとも4個の炭素原子及び少なくとも1つの炭素−炭素二重結合を含むポリマー(例えば、上記のポリマーを含む)を含む場合、水性サイジング組成物中へのポリマーの分散を促進させるために1つ以上の乳化剤又は界面活性剤を利用することが有益である。
適切な乳化剤の非限定的な例には、ポリオキシアルキレンブロックコポリマー、エトキシル化アルキルフェノール、ポリオキシエチレンオクチルフェニルグリコールエーテル、ソルビトールエステルのエチレンオキシド誘導体、ポリオキシエチル化植物油、エトキシル化アルキルフェノール、及びノニルフェノール界面活性剤が含まれる。本発明の実施態様で有用な市販の乳化剤の例は、Pluronic F−108,BASF社(ニュージャージー州,フローラム・パーク)から販売されているポリオキシアルキレンブロックコポリマー;Alkamuls EL−719,Rhodia社(フランス,クールブヴォア)から販売されているエトキシル化ヒマシ油;Genapol UD 050,Clariant社(ノースカロライナ州,マウント・ホーリー)から販売されている;及びLutensol OP−10,BASF社から販売されているオクチルフェノールエトキシレートを含むことができる。
上記のように、本発明の実施態様は、1つ以上の乳化剤又は界面活性剤を利用することができる。いくつかの実施態様で、より安定なエマルジョンの提供を促進させるために、複数の乳化剤を使用することができる。複数の乳化剤は、特定のフィルム形成剤等の疎水性成分を水又は水溶液に分散させるのに有効な量で用いることができる。例えば、フィルム形成剤が、反復単位が少なくとも4個の炭素原子及び少なくとも1つの炭素−炭素二重結合を含むポリマー(例えば、上記のポリマーを含む)を含む場合、水性サイジング組成物中へのポリマーの分散を促進させるために複数の乳化剤又は界面活性剤を利用することが有益である。1つ以上の乳化剤又は界面活性剤を含むサイジング組成物のいくつかの非限定的な実施態様で、乳化剤又は界面活性剤の総量は、総固形分に基づいてサイジング組成物の20質量%までを構成することができる。他の非限定的な実施態様で、乳化剤の総量は、総固形分に基づいてサイジング組成物の17質量%までを構成することができる。他の非限定的な実施態様で、乳化剤の総量は、総固形分に基づいてサイジング組成物の16質量%までを構成することができる。いくつかの実施態様で、乳化剤の総量は、総固形分に基づいてサイジング組成物の10質量%以上を構成することができる。いくつかの実施態様で、乳化剤の総量は、総固形分に基づいてサイジング組成物の10〜20質量%を構成することができる。
いくつかの非限定的な実施態様で、本発明のサイジング組成物は、1つ以上の酸化防止剤をさらに含むことができる。いくつかの実施態様で、乾燥製品中のフィルム形成剤の酸化的乾燥を防止するために、1つ以上の酸化防止剤を使用することができる。1つ以上の酸化防止剤はまた、ポリブタジエン及び類似のフィルム形成剤等の特定のフィルム形成剤の皮膚の形成及び変色を抑制するのに有用でありえる。適切な酸化防止剤の非限定的な例は、立体障害があるフェノール、ヒンダードアミン光安定剤(HALS)、及びホスファイトを含むことができる。本発明の実施態様に有用な市販の酸化防止剤の例は、ブチル化ヒドロキシトルエン(BHT);次亜リン酸ナトリウム;Westco社(Western Reserve Chemical社,オハイオ州,ストー)から販売されているN,N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミン(DPPD);BASF社からIrganox 245として販売されているエチレンビス(オキシエチレン)ビス[3−(5−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−m−トリル)プロピオネート];BASF社からIrganox 1520として販売されている4,6−ビス(オクチルチオメチル)−o−クレゾール;BASF社からIrganox 1726として販売されている4,6−ビス(ドデシルチオメチル)−o−クレゾール;BASF社からIrganox 1076として販売されているオクタデシル−3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)−プロピオネート;Irgastab PVC 76,BASF社から販売されている熱安定剤;BASF社からIrgafos 168として販売されているトリス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ホスファイト;Tinuvin 765,BASF社から販売されている液体ヒンダードアミン光安定剤;Aquanox TD,Aquaspersions社(英国,ハリファックス)から販売されている水ベースの抗酸化剤;及びChimasorb 119,Sabo社(イタリア,レヴァーテ)から販売されているヒンダードアミン光安定剤を含むことができる。本発明のいくつかの実施態様で使用することができるホスファイトの非限定的な例には、米国特許第6207737号に開示されるものも含まれ、これは参照により本明細書に組み込まれる。
1つ以上の酸化防止剤は、一般にサイジング組成物の総固形分に基づいて約10質量%までの量でサイジング組成物中に存在し得る。さらなる非限定的な実施態様で、1つ以上の酸化防止剤は、サイジング組成物の総固形分に基づく百分率で0.1質量%〜10質量%、又は1質量%〜5質量%の量で存在し得る。
少なくとも1つのフィルム形成剤及び少なくとも1つのシランに加えて、本発明のサイジング組成物は、1つ以上の潤滑剤をさらに含むことができる。1つの非限定的な実施態様で、潤滑剤は、少なくとも1つの非イオン性潤滑剤を含む。本明細書で用いられる場合、用語「非イオン性」は、当業者によって通常理解される方法で用いられる。本発明の実施態様に有用な非イオン性潤滑剤は、好ましくは、ROMP触媒を毒し、又はシクロオレフィンの重合に悪影響を与え得る、本明細書に記載された反応性基又は他の構造を含まない。
本発明の実施態様に有用な非イオン性潤滑剤の例は、エトキシル化モノオレアート、エトキシル化ジオレート、エトキシル化モノタレート及びエトキシル化ジタレート等のエトキシル化脂肪アルコールを含む。適切なエトキシル化ジタレートの例は、BASF社からMAPEG 600 DOTの商品名で入手可能である。MAPEG 600 DOTは、600の平均分子量を有するポリエチレングリコールジタレートである。適切なエトキシル化ジオレエートの例は、BASF社からMAPEG 600 DOの製品名で入手可能である。MAPEG 600 DOは、600の平均分子量を有するポリエチレングリコールジオレエートである。エトキシル化ジタレート及びエトキシル化ジオレート並びにエトキシル化モノオレート及びエトキシル化モノタレートの他の例は、BASF社からMAPEG製品ラインで入手可能である。実施態様に有用な非イオン性潤滑剤のさらなる例は、HallStar社からHALLSTAR PEG 600 MLとして販売されているポリエチレングリコールモノラウレートである。
少なくとも1つの非イオン性潤滑剤は、一般にサイジング組成物の総固形分に基づく百分率で10質量%〜55質量%の量でサイジング組成物中に存在することができる。さらなる非限定的な実施態様で、少なくとも1つの非イオン性潤滑剤は、サイジング組成物の総固形分に基づく百分率で25質量%〜35質量%の量で存在してもよい。
本発明のサイジング組成物は、少なくとも1つのカチオン性潤滑剤をさらに含むことができる。別の非限定的な実施態様で、サイジング組成物は、非イオン性潤滑剤を含まずに少なくとも1つのカチオン性潤滑剤を含むことができる。本明細書で用いられる場合、用語「カチオン性」は、当業者によって通常理解される方法で使用される。カチオン性潤滑剤は、繊維と繊維の摩耗を有利に防止する。1つの非限定的な実施態様で、カチオン性潤滑剤の濃度は、ROMP触媒の被毒を避けるのに十分に低い。カチオン性潤滑剤は、ROMP触媒を毒し得る官能基(例えば、2級アミン)を含んでもよいが、いくつかのカチオン性潤滑剤が、繊維と繊維の摩耗を防ぐために必要とされ得る。従って、実施態様は、ROMP触媒の機能に著しい影響を与えることなく、繊維と繊維の摩耗を防止する量のカチオン性潤滑剤を用いることができる。
1つの非限定的な実施態様におけるカチオン性潤滑剤の強熱減量(loss on ignition)は、0.01%以下である。繊維ガラスサイジング組成物に使用される一般的に大部分のカチオン性潤滑剤は本発明での使用に適しているが、本発明の非限定的な実施態様に有用なカチオン性潤滑剤の例には、アミドアミンのカルボン酸塩が含まれる。好適なアミドアミンのカルボン酸塩の例には、Cognis社から販売されているEmery 6717L、Rhone Poulenc社から販売されているCat X、及びBASF社から販売されているAlubraspin 261が含まれる。好適なカチオン性潤滑剤のさらなる例には、Rhodia社(ニュージャージー州,クランベリー)から販売されているLubril Cat−X /VC、及びPulcra Chemical社(ドイツ,ゲーレッツリート)から販売されているKatax 6717が含まれる。
少なくとも1つのカチオン性潤滑剤は、サイジング組成物の総固形分に基づく百分率で0質量%〜5質量%の量でサイジング組成物中に存在することができる。いくつかの実施態様でROMP触媒を毒する可能性があるため、このような実施態様では少量のアミン含有カチオン性潤滑剤を用いることができる。いくつかの非限定的な実施態様で、少なくとも1つのカチオン性潤滑剤は、サイジング組成物の総固形分に基づく百分率で0質量%〜2質量%の量でサイジング組成物中に存在することができる。少なくとも1つのカチオン性潤滑剤は、他の非限定的な実施態様で、サイジング組成物の総固形分に基づく百分率で0質量%〜1質量%の量でサイジング組成物中に存在することができる。
本発明のサイジング組成物は、少なくとも1つのアニオン性潤滑剤をさらに含むことができる。別の非限定的な実施態様で、サイジング組成物は、カチオン性潤滑剤及び非イオン性潤滑剤を含まずに、少なくとも1つのアニオン性潤滑剤を含むことができる。本明細書で用いられる場合、用語「アニオン性」は、当業者によって通常理解される方法で使用される。本発明での使用に適したアニオン潤滑剤の例には、Ketjenlube 522部分エステル(Dapral GE202としても販売されている)等の分岐カルボン酸コポリマーの部分エステルが含まれる。Ketjenlube 522部分エステルは、Akzo Chemie America社(イリノイ州,シカゴ)から販売されている。
サイジング組成物はまた、任意に、繊維ガラスサイジング組成物に有用であることが当業者に知られている、消泡剤、殺生物剤、湿潤剤等の他の成分を含むことができる。サイジング組成物は、当業者に公知の任意の方法によって調製することができ、当技術分野で公知の任意の方法によって繊維及び/又は充填材に適用することができる。
本発明はまた、本発明のサイジング組成物で少なくとも部分的にコーティングされた複数のガラス繊維を含む繊維ガラス製品に関する。1つの非限定的な実施態様で、繊維ガラス製品は、繊維ガラスストランドである。繊維ガラスストランドは、円筒状パッケージに巻き取って、当業者に公知の技術を用いて乾燥してもよい。これらの個々のパッケージは、強化複合体を製造するために複合体製造メーカーに出荷してもよい。複合体製造メーカーは、通常、複合体を製造するために複数のパッケージからのストランドを使用する。別の非限定的な実施態様で、ガラス繊維ストランドは、直接、繊維ガラスロービングに巻き取って、乾燥し、複合体製造メーカーに出荷してもよい。非限定的な実施態様で、ロービングは、4000本以上の直径13〜35μmの繊維を含む。他の非限定的な実施態様で、ロービングは、10,000本以上の直径10〜23μmの繊維を含む組立ロービング(assembled roving)である。いくつかの用途に、細断された繊維ガラスストランド及び繊維ガラスマットを用いることができる。
本発明の非限定的な実施態様で、繊維ガラス上のサイジングの強熱減量は、一般に、0.1〜2.0%であり得る。他の非限定的な実施態様で、強熱減量は、一般に0.1〜1.5%であり得る。他の非限定的な実施態様において、繊維ガラス上のサイジングの強熱減量は、一般に0.1%〜0.8%であり得る。
本発明はまた、本発明のサイジングを塗布した複数のガラス繊維を生成する方法に関する。補強に適したガラス繊維は、本発明に従って適切に処理することができる。本発明における使用に適したガラス繊維の非限定的な例は、「E−ガラス」、「A−ガラス」、「C−ガラス」、「S−ガラス」、「ECR−ガラス」(耐腐食性ガラス)、及びそれらのフッ素及び/又はホウ素を含まない誘導体等の繊維化可能なガラス組成物から調製されるものを含むことができる。
本発明のガラス繊維は、当該技術分野で知られているガラス繊維を生成するために適切な任意の方法で生成することができる。例えば、ガラス繊維は、直接溶融繊維形成操作、又は間接溶融繊維形成操作、又はマーブルメルト繊維形成操作で生成することができる。直接溶融繊維形成操作では、ガラス溶融炉内で原材料を混合し、溶融し、均質化する。溶融ガラスは、炉から前炉に、そして繊維形成装置に移動し、同装置内で溶融ガラスが連続ガラス繊維に細められる。マーブルメルトガラス形成操作では、所望の最終ガラス組成物を有するガラスの小片又は小さな玉(marble)が予備成形され、ブシングに供給され、同ブシング内でそれらが溶融され、連続ガラス繊維に細められる。プレメルターが使用される場合、小さな玉は最初にプレメルターに供給され、溶融され、次いで溶融ガラスが繊維形成装置に供給され、そこでガラスが連続繊維に細められる。本発明において、ガラス繊維は、直接溶融繊維形成操作によって生成することができる。ガラス組成物及びガラス繊維の生成方法に関する追加の情報として、K.Loewenstein,「連続ガラス繊維」(第3版,1993年),30〜44頁,47〜103頁及び115〜165頁を参照されたい。これは、特に参照により本明細書に組み込まれる。生成の直後、フィラメントは、前述のサイジング組成物の実施態様で少なくとも部分的にコーティングされる。ガラス繊維へのサイジングの塗布は、当該技術分野において周知であり、ベルト塗布器、「キスロール」塗布器等の従来の方法、又は噴霧によって達成することができる。次いで、ガラス繊維を少なくとも1本のストランドに集め、ワインダー上の成形パッケージに集める。一般的に、K.Loewenstein,「連続ガラス繊維」(第3版,1993年)を参照されたい。
本発明はまた、本発明のサイジング組成物を含むサイジングでサイズ処理されたガラス繊維で強化されたポリオレフィン複合体に関する。1つの非限定的な実施態様で、ポリオレフィンは、環状オレフィンから生成されるポリマーを含む。さらなる非限定的な実施態様で、環状オレフィンは、ROMP触媒で硬化される。別の非限定的な実施態様で、ポリオレフィンは、DCPDから生成されるポリマーを含む。さらなる非限定的な実施態様で、DCPDモノマーは、ROMP触媒で硬化される。別の非限定的な実施態様で、本発明のサイジング組成物は、当業者に知られている、不飽和ポリエステル、アクリル等を含む反応等の他の不飽和重合反応で生成される複合体の補強に用いるための少なくとも部分的にコーティングされたガラス繊維に使用することができる。
複合体がpDCPD等の環状オレフィンから生成されるポリマーを含む実施態様で、本発明のサイジング組成物の実施態様を含むガラス繊維を硬化性組成物に添加することができる。硬化性組成物は、そのようないくつかの実施態様で、環状オレフィン(例えば、DCPD)、環状オレフィンを重合するためのメタセシス触媒、調整剤(modifier)化合物、及び調整剤化合物のための硬化剤を含むことができる。調整剤化合物は、いくつかの実施態様で、組成物の総質量に基づいて約0.1〜30質量%の量で硬化性組成物中に存在することができる。いくつかの実施態様で、調整剤化合物は、組成物の総質量に基づいて約3〜20質量%の量で硬化性組成物中に存在することができる。いくつかの実施態様で、硬化剤は、硬化性組成物の総質量に基づいて約0.1〜約10質量%の量で存在することができる。いくつかの実施態様で、硬化剤は、硬化性組成物の総質量に基づいて約0.2〜約1質量%の量で存在することができる。いくつかの実施態様で、硬化剤は、非環状パーオキシド等のラジカル開始剤を含むことができる。いくつかの実施態様で、硬化性組成物は、環状オレフィン(例えば、DCPD)、環状オレフィンを重合するためのメタセシス触媒、組成物の総質量に基づいて0.1〜30質量%の調整剤化合物、及び組成物の総質量に基づいて0.1〜10質量%の調整剤化合物のための硬化剤を含む。そのような硬化性組成物及び本発明のサイジング組成物で少なくとも部分的にコーティングされたガラス繊維から生成される複合体は、当業者に公知の技術を用いて生成することができる。
他の非限定的な実施態様で、本発明の複合体は、短ビーム剪断(SBS)試験で測定して4,000ポンド/平方インチ(psi)を超える結合強度を有する。他の非限定的な実施態様で、複合体は、SBS試験で測定して5,000psiを超える結合強度を有する。他の非限定的な実施態様で、本発明の複合体は、SBS試験で測定して6,000psiを超える結合強度を有する。
本発明のサイジングでコーティングされたロービングを利用する複合体は、従来の繊維ガラス強化材を利用する複合体よりも改善されたガラス−マトリックス樹脂結合強度を示すことができることが観察された。ASTM 2344に従った短ビーム剪断試験は、ガラス−マトリックス樹脂の結合強度を測定できる1つの方法である。
本発明の硬化性組成物は、環状オレフィン、環状オレフィンのメタセシス重合触媒、接着基材への接着を促進するように適合された多官能不飽和化合物を含む化合物(C)、及び化合物(C)のための硬化剤を含む。
本発明に用いられる環状オレフィンは、配置されて環状オレフィンモノマー単位の重合によって環状オレフィン系重合体を形成する環状オレフィンモノマー単位を含む。当技術分野で知られた環状オレフィンモノマー単位のポリマーはいかなるものも、原則として、本発明で使用できる。環状オレフィンポリマーは、飽和環状炭化水素(シクロアルカン)構造及び/又は不飽和環状炭化水素(シクロアルケン)構造の環状モノマー単位を含む。モノマー単位の環状構造を形成する炭素原子数はまた、特に限定されないが、好ましい実施態様では4〜30の範囲、より好ましくは5〜20の範囲、最も好ましくは5〜15の範囲である。
環状オレフィンポリマー中の環状オレフィンモノマー単位の量は、広い範囲で選択してもよいが、本組成物中の充填剤を除いて、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、最も好ましくは90質量%以上である。異なる環状モノマーの組み合わせを用いてもよい。本組成物の環状オレフィンポリマーは、環状オレフィンモノマー単位の追加のポリマー、必要に応じて他のオレフィンモノマーと共重合したポリマーを含んでもよく、及び/又は環状オレフィンモノマー単位の開環ポリマーを含んでもよい。後者が好ましい。
環状オレフィンモノマー単位は、炭素原子及び炭素−炭素二重結合の環状構造を形成し、その例にノルボルネン系モノマー単位及び単環式モノマー単位が含まれるが、これらに限定されない。ノルボルネン系モノマー単位が好ましい。ノルボルネン系モノマー単位は、ノルボルネン環を有し、例えば2−ノルボルネン、ノルボルナジエン及び他の二環性化合物;ジシクロペンタジエン(DCPD)、ジヒドロジシクロペンタジエン及び他の三環性化合物;テトラシクロドデセン、エチリデンテトラシクロドデセン、フェニルテトラシクロドデセン及び他の四環性化合物;トリシクロペンタジエン及び他の五環性化合物;テトラシクロペンタジエン及び他の七環性化合物;アルキル置換化合物、例えばメチル、エチル、プロピル及びブチル置換化合物、アルキリデン置換化合物、例えばエチリデン置換化合物、及びアリール置換化合物、例えばフェニル、トリル置換化合物;及び、例えばエポキシ基、メタクリル基、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、シアノ基、ハロゲン原子及びその他を有するそれらの誘導体を含んでよい。
単環の環状オレフィンモノマー単位を用いてもよい。その適した例は、シクロブテン、シクロペンテン、シクロオクテン、シクロドデセン、1,5−シクロオクタジエン及び他の単環の環状オレフィン、及びノルボルネン系モノマー単位の例として挙げたものの置換化合物及び極性基を有する誘導体を含む。このような環状オレフィンモノマーは、単独で又は他の若しくは複数の種類のものと組み合わせて用いることができる。上記環状オレフィンモノマー単位と付加共重合することができる好適な鎖状オレフィンモノマー単位は、例えばエチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−ブテン、2−ペンテン、及び1,4−ヘキサジエンを含むが、これらに限定されない。用いられる鎖状レフィンモノマー単位の量は、好ましくは環状オレフィンと鎖状オレフィンモノマー単位の合計量の50質量%未満、より好ましくは20質量%未満、及び最も好ましくは10質量%未満である。
環状オレフィンモノマー単位とは別に、本硬化性組成物は、さらに本組成物の総質量に対して30〜1000ppmの量の環状オレフィン重合メタセシス触媒を含む。本発明のメタセシス重合触媒は、環状オレフィンモノマー単位のメタセシス開環重合が可能な触媒を含む。このような触媒は、中心原子としての遷移金属原子、及びこれに結合する複数のイオン、原子及び/又は化合物を含む複合体を含みうる。遷移金属原子の中で特にタンタル、モリブデン、タングステン、ルテニウム及びオスミウムが挙げられ、有利に用いることができる。好適な触媒系は、例えば以下の特許文献:EP1468004、EP2280017、EP2151446、EP1757613及びEP1577282に開示されている。これらは、本明細書に組み込まれる。
特に有用な触媒系は、以下に示す触媒等のモノ及びビス−シッフ塩基触媒を含む。
Figure 2017524067
2つのシッフ塩基配位子を含む上記の触媒前駆体の例が、欧州特許出願EP2280017に開示されている。
Figure 2017524067
本発明で用いられうる他の触媒の例を、以下に記載する。
Figure 2017524067
特に好適な触媒は、以下の触媒等のMo−W触媒を含む。
Figure 2017524067
オレフィンメタセシス重合触媒は、触媒が溶媒に溶解又は懸濁される形態を含む任意の好適な形態で用いることができる。好適な溶媒は、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、流動パラフィン等の鎖状脂肪族炭化水素、及びいくつか例を挙げるとシクロペンタン、シクロヘキサン、アルキル置換シクロヘキサン、ジ−及びトリ−シクロヘプタン、シクロオクタン等の脂環族炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレン、その他等の芳香族炭化水素;ニトロメタン、ニトロベンゼン、アセトニトリル等の窒素含有溶媒、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等の酸素含有溶媒を含む。
本硬化性組成物はまた、好ましくは、硬化開始前に作業時間を延長することができる触媒遅延剤を含む。好適な重合反応遅延剤には、例えばEP2460587に開示されている化合物等のホスファイト化合物が含まれるが、これらに限定されない。
本組成物はまた、例えば置換基を有する鎖状オレフィン等の連鎖移動剤(chain transfer agent)を含んでもよい。好適な連鎖移動剤には、ビニルノルボルネン、1−ヘキセン、2−ヘキセン及び他の脂肪族オレフィン;スチレン、ジビニルベンゼン、及び他のビニル芳香族オレフィン;ビニルシクロヘキサン等の脂環式炭化水素基を有するオレフィン;ビニルエーテル;メチルビニルケトン、並びにビニル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート等の置換(メタ)アクリル酸及びその塩、並びにアリルトリビニルシラン、アリルメチルジビニルシラン、アリルジメチルビニルシラン、4−ビニルアニリン等の化合物が含まれる。このような連鎖移動剤は単独で又は組み合わせて用いてよく、一般に環状オレフィンモノマー単位100質量部に対して、0.01〜10質量部、好ましくは0.1〜5質量部の範囲の量で添加される。
本発明の組成物は、さらに1〜30質量%の化合物(C)を含む。化合物(C)は、少なくとも1つのビニル基を含み、単官能であってもよい。少なくとも1つのビニル基を含む多官能の化合物も用いることができる。化合物(C)は、好ましくは接着基材への接着を促進し、ポリマー構造を形成することができるように構成される。好ましい実施態様で、化合物(C)は、本組成物中のメタセシス重合触媒の触媒活性に実質的に影響を与えず、及び環状オレフィンモノマー単位と適合性があり、すなわち相分離を生じない。好ましい実施態様で、化合物(C)は、ハンセンパラメーター(http://Hansen-solubility.com)から計算される、15.4と19.8MPa1/2の間に含まれるヒルデブラント溶解度パラメーターを有する。他の好ましい実施態様で、化合物(C)は、それぞれ2つ又は3つの炭素−炭素不飽和結合を有する二官能性又は三官能性化合物を含む。
好ましい不飽和化合物は、エチレン性不飽和化合物を含む。エチレン性不飽和化合物は、本明細書では、スチレン、α−メチルスチレン、パラメチルスチレン、アミノスチレン、ヒドロキシスチレン、ジビニルベンゼン、ビニルトルエン等のビニル芳香族化合物;モノアリルエステル及び/又はモノアリルエーテル及びジアリルエステル及び/又はジアリルエーテル等のアリル化合物;ビニル安息香酸等のビニルエーテル及びビニルエステル化合物;(メタ)アクリル酸及びそのエステル等の(メタ)アクリル化合物を意味すると理解される。特に好ましい多官能性不飽和化合物は、アクリル化合物及び/又はメタクリル化合物を含む。好適な(メタ)アクリル化合物には、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロパンジオールジ(メタ)アクリレート、ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート及び他の二官能性化合物、並びにトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンプロピレンオキサイド−変性トリ(メタ)アクリレート及び他の三官能性化合物が含まれるが、これらに限定されない。不飽和化合物の組み合わせを用いることもできる。
本発明の好適な化合物(C)を、表1に示す。表1は、ハンセン溶解度パラメーターに基づいて計算されたDCPD、ブタジエンアクリレート及びメタクリレートモノマーの溶解度パラメーターを提供する。計算はhttp://hansen-solubility.comから入手されるHSPiPのソフトウェアを用いてなされた。
Figure 2017524067
特に有用な触媒システムは、以下に示す触媒等のモノ及びビス−シッフ塩基触媒を含む。
本発明による組成物は、さらに0.1〜10質量%の化合物(C)のための硬化剤を含む。実施態様において、化合物(C)のための硬化剤は、ラジカルを生成し、化合物(C)モノマー又はオリゴマー単位のラジカル重合反応を開始させて、架橋した化合物(C)ポリマーを形成するように構成されている。
好適な硬化剤は、環状及び鎖状化合物を含むパーオキシド、ヒドロパーオキシド、パーエステル及び/又はパーケトン化合物等のラジカル源を含む。鎖状(ヒドロ)パーオキシドは、化合物(C)のための硬化剤として特に好適である。好適なパーオキシドには、アルキルパーオキシド、アリールパーオキシド、アラルキル又はアルカリールパーオキシドが含まれるが、これらに限定されない。tert−ブチルヒドロパーオキシド、tert−アミルヒドロパーオキシド、及びクメンヒドロパーオキシド等の二級及び三級脂肪族及び芳香族ヒドロパーオキシドが、特に好ましい。
パーオキシド化合物は、一般に、ゲル状態の開始前の任意の時点で反応混合物に添加することができ、本組成物に0.01〜8質量%、より好ましくは0.1〜7質量%、さらにより好ましくは0.2〜1質量%、及び最も好ましくは0.2〜0.8質量%の量で添加される。代替的に、パーオキシド化合物はまず化合物(C)に添加され、及びメタセシス触媒化工程の間に本組成物に送ることができる。
例えば、難燃剤、光安定剤、顔料、染料及び他の着色剤、並びに発泡剤等の他の添加剤を、本組成物に添加することもできる。好適な難燃剤には、リン、窒素及びハロゲンを含有する難燃剤、例えば水酸化アルミニウム等の金属水酸化物、三酸化アンチモン等のアンチモン化合物が含まれるが、これらに限定されない。
好ましい実施態様で、充填剤を基材材料として本発明の組成物に添加することができる。無機及び有機の両方の充填剤は、特に制限なく用いることができるが、無機充填剤が好ましい。好適な無機充填剤には、例えば鉄、銅、ニッケル、金、銀、アルミニウム、鉛、及びタングステンの金属粒子;カーボンブラック、グラファイト、活性炭、炭素マイクロバルーン等の炭素粒子;シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等の無機酸化物粒子;炭酸カルシウム及び炭酸マグネシウム等の無機炭酸塩粒子;硫酸カルシウム;タルク、粘土、マイカ、カオリン、フライアッシュ、モンモリロナイト、ケイ酸カルシウム及びガラス粒子等の無機ケイ酸塩粒子;並びにチタン酸塩、窒化アルミニウム及び炭化ケイ素の粒子が含まれる。
好適な有機充填剤には、例えば木材、デンプン、リグニン、有機顔料、並びにポリスチレン、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、エラストマー及び/又は廃棄物ポリマー等のポリマー粒子が含まれる。圧電性セラミック等の機能充填剤、カーボンナノチューブ等の静的/導電性の特性を変更する充填剤、及びレオロジー調整剤を添加することも可能である。充填剤は、本発明のサイジング組成物で提供することができる。
本発明の特定の実施態様によれば、本組成物は、接着基材として強化繊維を含む。本発明で用いられる好適な強化繊維は、広い範囲から選択することができる。例えば、ガラス繊維、炭素繊維及びグラファイト繊維、アルミナ繊維、タングステン繊維、モリブデン繊維、チタン繊維、スチール繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維、シリカ繊維等の無機繊維を用いることができる。他の好適な繊維には、アラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、液晶繊維及び他のポリエステル繊維等の有機繊維、並びに天然繊維及び補強材が含まれる。好適な強化繊維には、ガラス繊維及び炭素繊維が含まれ、そのうちE−ガラス繊維、R−ガラス繊維、S−ガラス繊維、及びS2−ガラス繊維が最も好ましく用いられる。PPG社のAdvancetex/HipertexとInnofiber等の新しい繊維も用いることができる。
強化繊維は、任意の物理的形態で適用することができ、例えばモノ及びマルチフィラメントとして、又はストランド及び糸の形態で、織物として、又は他の任意の織物構造で、短繊維として、又は連続繊維として、又はプリプレグシート(「プリプレグ」)の形態で適用することができる。異なるタイプの繊維の任意の組み合わせも可能である。強化繊維の量は、広い範囲で選択することができるが、好適な量は通常30〜70体積%であり、55〜65体積%の繊維体積量がほとんどの用途で好ましい。
本発明の他の実施態様では、強化繊維は、サイジング組成物に含まれるカップリング剤と共に提供される。サイジング組成物は、強化繊維等の接着基材材料への本組成物の接着を改良するように構成される。接着した基板材料は、好ましくは、使用されるオレフィンメタセシス触媒を妨害せず、環状オレフィンポリマー、特にポリジシクロペンタジエンと適合性がある市販のシラン化合物と、大きさを合わせる。
本発明の好適な実施態様では、シランカップリング剤、チオールカップリング剤及び/又はチタネートカップリング剤が、サイジング組成物に添加される。好適なシランカップリング剤の例には、メタクリレート、アクリレート、アミノ又はエポキシで官能化されたシラン、並びにアルキルシラン、アルケニルシラン及びノルボルニルシランが含まれるが、これらに限定されない。特に好ましいシランカップリング剤に、アリールトリメトキシシラン、スチリルトリメトキシシラン、N−ビニルベンジル−アミノエチル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン及びその塩、並びにビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、α−メタクリルオキシブチルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、及びアミノエチル−γ−アミノプロピルトリメトキシシランが含まれる。
接着基板、特に強化繊維の上に塗布されるサイジング配合物は、典型的にはさらに、カップリング剤と異なるフィルム形成剤及び任意に潤滑剤を含む。フィルム形成剤には、典型的には、フィルム形成ポリマーが含まれる。メタセシス触媒の作用を実質的に妨害せず、及び/又は環状オレフィン重合反応を実質的に低下させないサイジング配合物の任意の成分は、本組成物と適合性があると考えられ、一般に、本発明に用いることができる。
開環メタセシス重合(ROMP)に適合し、及び/又はROMPを妨害しないフィルム形成剤が好ましく用いられ、これらにはエポキシ、ポリエステル、ポリウレタン、ポリオレフィン、及び/又はポリビニルアセテートが含まれる。環状オレフィンメタセシス触媒の作用に悪影響を与えない他の一般的なフィルム形成剤も用いることができる。フィルム形成剤は、典型的には、非イオン性水性エマルジョンとして用いられ、所望により異なるフィルム形成剤との組み合わせを用いてもよい。
サイジング組成物の特に有用なフィルム形成剤は、15.9と19.9MPa1/2の間に含まれるヒルデブラント溶解度パラメーターδを有する。
本発明の特に好ましい実施態様では、サイジング配合物及びフィルム形成剤は特にポリオレフィンを含む。好適なポリオレフィンには、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、及びそれらのコポリマーが含まれるが、これらに限定されない。これらのポリオレフィンは、酸化され、マレイン化され、又は効果的なフィルム形成剤の使用のためにその他の処理がされてもよい。本発明の好ましい実施態様では、フィルム形成剤に、4〜6個の炭素原子及び1つの炭素−炭素二重結合を含むモノマー単位の(コ)ポリマーが含まれ、より好ましくは、例えば官能化され、又はブタジエン−スチレンコポリマーを含んでもよいポリブタジエンが含まれる。好ましくは、ポリブタジエンベースのフィルム形成剤には、ポリブタジエンが300と20000の間の質量平均分子量を有し、少なくとも15.9MPa1/2であり、19.9MPa1/2を超えない3つのハンセンパラメーターから計算される溶解度パラメーターδを有するポリマーエマルジョンが含まれる。好適なポリブタジエンベースのフィルム形成剤は、例えばRICON、Krasol及びLitheneの商品名でCray Valley社及びSynthomer社から入手可能である。
非イオン性潤滑剤及び帯電防止剤も、サイジング組成物に加えることができる。ROMP組成物と適合性がある好適な非イオン性潤滑剤には、ポリエチレングリコールのエステル及びエチレンオキシドとプロピレンオキシドのブロックコポリマーが含まれるが、これらに限定されない。所望により、サイジング配合物中に複数の非イオン性潤滑剤を用いることができる。好適な非イオン性潤滑剤に、エチレンオキシドとプロピレンオキシドのブロックコポリマーが含まれるが、これに限定されない。例えばポリエチレンイミン等のカチオン性潤滑剤も、サイジング組成物に加えることができる。サイジング組成物はさらに、酢酸等のpH調整剤を含んでもよい。サイジング組成物はさらに、例えば乳化剤、消泡剤及び共溶媒、並びに殺生物剤及び酸化防止剤等の他の有用な添加剤を含んでもよい。サイジング組成物は、当技術分野で公知の任意の方法で調製され、当技術分野で公知の任意の方法によって接着基材に、また特に有用な実施態様における強化繊維に適用することができる。
本発明はまた、環状オレフィン、ROMP触媒等の環状オレフィンメタセシス触媒、化合物(C)、化合物(C)のための硬化剤、及び必要に応じて例えば強化ガラス繊維等の接着材料を含む本発明の組成物から製造される成形品に関する。本発明の成形品は、少なくとも成分(A)〜(D)を組み合わせて組成物を生成する工程、及び環状オレフィンのオレフィンメタセシス反応、化合物(C)のラジカル重合を促進するのに有効な条件に本組成物を供する工程を含み、好ましくは本組成物を接着基材と接触させる工程、及び本組成物及び本接着基材との間の結合を提供する条件に本組成物を供する工程の追加の工程を含む方法で得られる。
本成形品を製造する方法には、鋳造、遠心鋳造、引抜成形、射出引抜成形、フィラメントワインディング、回転成形、オープンモールド成形等の現状技術の複合体製造技術の方法が含まれるが、これらに限定されない。本発明の実施態様では、この方法は、本組成物を注入する前に、強化繊維を金型に提供し、密閉金型の中に本組成物を注入する工程を含む。このような技術は、反応射出成形(RIM)、樹脂トランスファー成形(RTM)、真空補助樹脂インフュージョン(VARI)、シーマン複合樹脂インフュージョン成形プロセス(SCRIMP)、強化反応射出成形(RRIM)、構造反応射出成形(SRIM)、熱膨張トランスファー成形(TERM)、樹脂射出循環成形(RICM)、制御された大気圧樹脂インフュージョン(CAPRI)等を含む。
環状オレフィンのオレフィンメタセシス反応、化合物(C)のラジカル重合を促進するのに有効な条件に本組成物を供する工程は、一般的には、適切な時間、任意に0.1MPa以上の圧力で、本組成物を適切な硬化温度に加熱することを含む。本方法の実施態様における加熱温度は、室温〜200℃の範囲、より好ましくは50℃〜200℃の範囲、さらに好ましくは120℃〜150℃の範囲である。加熱時間は、好ましくは0.1〜180分間、より好ましくは1〜120分間、さらに好ましくは10〜60分間の範囲である。成形時の圧力は、使用される製造方法に従って選択することができ、例えばRTMを使用する場合は0.1〜0.5MPaのように低くてもよい。真空又は減圧を用いてもよい。
特に好ましい実施態様は、条件が120℃〜150℃の間の温度で最大で60分間、加熱する工程を含む方法に関する。
成形品は、様々な用途で用いることができる。その用途には、航空宇宙部品、船舶用部品、自動車部品、スポーツ用品、電気部品、医療用部品、及び軍用部品が含まれるが、これらに限定されない。有用な実施態様において、成形品はタービン翼部品又はタービン翼等のタービン部品とすることができる。航空宇宙部品の例には、例えば胴体外板、翼、フェアリング、ドア、アクセスパネル、及び補強材が含まれるが、これらに限定されない。自動車部品の例には、ボディパネル、フェンダー、スポイラー、保護板、フード、柱、板バネ及びドアが含まれるが、これらに限定されない。好適な物品の他の例には、橋、パイプ、圧力容器、コンテナ等が含まれる。軍用部品の例には、防弾装甲板、及び人や機器を保護するための他の構造が含まれるが、これらに限定されない。好適なスポーツ用品には、テニスラケット、ホッケースティック、ゴルフクラブシャフト等が含まれる。
本発明によるPDCPD組成物から生成された成形品は、特に前例のない特性の組み合わせを示し、特に非常に低い温度であっても比較的高い靭性、比較的高い化学的耐食性、及び比較的高い熱変形温度又はガラス転移温度Tgを示し、これらの特性は、現状技術のPDCPD成形品に相当する。また、特定の好ましい実施態様において、(マトリックス)ポリマーは、マトリックスポリマーの総質量に対して3質量%未満の揮発性成分含量を有する。
本発明の有用な実施態様は、複合体材料の特性が、180℃を超えるASTM D7028−07elに基づくガラス転移温度Tg、50MPaを超えるISO 14125に基づく横断する3点曲げ強度、及び800J/mを超えるISO 15024に基づくG1cの少なくとも1つを満足する成形品を提供する。
本発明の実施態様を、以下の特定の非限定的な実施例で説明する。
表2に示す配合物に従って、サイジング組成物を調製した。これらの配合物は、本発明のサイジング組成物の非限定的な実施態様を表す。実施例1は、例えば、強い接着レベルが望まれる用途でガラス繊維上に用いることができるサイジング組成物の一実施態様である。実施例2は、例えば、弾道操作(ballistics operation)等のより弱いレベルの基材への接着が望まれる用途でガラス繊維上に用いることができるサイジング組成物の別の実施態様である。
Figure 2017524067
本発明のサイジング組成物の非限定的な実施態様を表す追加の配合物を、実施例3〜15として表3及び4に示す。
Figure 2017524067
Figure 2017524067
サイジング組成物の調製
表2〜4の実施例1〜6、8及び10〜15に示されるサイジング組成物を調製するために、指定量のポリブタジエンポリマー、乳化剤、及び非イオン性界面活性剤を副混合槽に加えた。内容物を華氏150度に加熱した。高剪断混合条件下で、指定量の熱い脱イオン水を副混合槽にゆっくり加えた。水の添加の間、混合物は油中水型エマルジョンから水中油型エマルジョンに転化した。実施例7では、指定量の熱水及びアンモニアを含有する副混合槽にポリブタジエンポリマーCを連続的に攪拌しながら加え、透明な溶液が生成され、これを主混合槽に加えた。実施例9のスチレン−ブタジエンコポリマーは、エマルジョンとして供給され、主混合槽に直接加えられた。
すべての実施例で、脱イオン水を主混合槽に添加し、撹拌しながら、指定量のシランを加えた。加水分解が起こるまでシランを混合した(約30分間)。次いで、副混合槽の内容物を撹拌しながら主混合槽に加えた。その後、主混合槽を撹拌し、十分な脱イオン水を加えてサイジング組成物を所望の体積にした。
ガラス繊維ストランドの調製
表2〜4のサイジング組成物の各々を以下の方法で繊維ガラスストランドに塗布した。16μmの公称フィラメント直径を有する繊維ガラスフィラメントを、ブシングを用いて生成させ、次いでサイジング塗布器を用いて表2〜4のサイジング組成物の1つで少なくとも部分的にコーティングした。繊維ガラスの公称強熱減量は0.5質量%であった。繊維ガラスフィラメントをストランドに集め、次いでワインダー上の成形パッケージに巻き取った。実施例1及び2の各ストランドは、1984テックスの公称質量を有する4,000フィラメントを含んでいた。誘電乾燥を用いてストランドを乾燥させた。実施例3〜15の各ストランドは、600テックスの公称質量を有する1,200フィラメントを含んでいた。ストランドを40℃で乾燥させた。
実施例1及び2の機械的特性の測定
2種類のガラス繊維が用いられた。それらは、表2の実施例1のサイジング組成物で少なくとも部分的にコーティングされ、pDCPD樹脂と適合性があるサンプル1と、PPG社の市販の1383結合剤で少なくとも部分的にコーティングされ、エポキシ樹脂と適合性がある比較例Aである。繊維ガラスの公称強熱減量は0.55質量%であった。両種類のガラスは、公称フィラメント直径が16μmで、公称質量が1984テックスである繊維からロービング(直接引出)として調製した。ロービングを誘電乾燥を用いて乾燥させた。複数のロービングは、827g/mの面密度を有する平織りの織物に織り込まれた。用いられたマトリックス材料は、テレーヌ社から供給されるpDCPD配合物(以下、F2.06と示す)、及び標準エポキシ樹脂(Dyteck DCH 99硬化剤を含むエピコート828 LVEL)であった。
折り曲げ試験のための一方向性(UD)試料は、含浸された繊維の束を金型を通して引っ張ることによってハンド引抜成形プロセスによって製造された。織物積層体は、F2.06 pDCPD樹脂とエポキシ樹脂を有する4層のガラス繊維織りの真空注入によって製造した。異なる種類の試料の複合繊維体積分率を表5に示す。
Figure 2017524067
3点曲げ試験による接着性評価
単方向サンプルの横断する3点曲げ(3pb)試験は、ISO 14125規格に従って行われ、繊維サイジング/マトリックスの3つの組み合わせ:F2.06 pDCPDマトリックスと組み合わせたサンプル1ガラス、エポキシマトリックスと組み合わせた比較例Aガラス、及びF2.06 pDCPD樹脂と組み合わせた比較例Aガラスについて、繊維とマトリックスとの間の結合の質の指標を提供した。1mm/分のクロスヘッド変位速度を用いた。
pDCPD F2.06/サンプル1ガラスの組み合わせの繊維−マトリックス接着の質を、十分な接着性を有することが知られているエポキシ/比較例Aガラスの組み合わせと比較して調べるために、一連の横断する3点曲げ試験を一方向サンプルに対して行った。完全にするため、この試験をpDCPD F2.06/比較例Aの複合体についても行った。後者の試料の目視検査は、含浸の質が低いことを示唆したが、この試料は完全のために依然として試験された。
表6は、3つの材料について得られた横断する3点曲げ強度の平均値を示す。すべての3つの材料について得られた強度は大きく異なった。最高値はF2.06/サンプル1の組み合わせで得られ、その後にEP/比較例Aの組み合わせが続いた。後者は良好な接着性を有することが知られているため、pDCPD F2.06 /T73材料中の繊維とマトリックスとの間の接着も非常に良好であると考えることができる。
Figure 2017524067
引張り試験
水冷ダイヤモンドソーにより織物積層体から切り取った試料を、ASTM D3039及びD3479規格による静的試験及び疲労引張試験に使用した。静的試験中の歪み測定は、デジタル画像相関法によって行った。2mm/分の試験速度を使用した。疲労試験は、160kN水圧シェンク(160kN hydraulic Schenck)で荷重制御モードで行った。疲労頻度は5Hzであり、R比は0.1であった。コードモジュラス(chord modulus)は、各サイクルの変位の差に対する荷重の差の比として決定した。
Figure 2017524067
織物複合体試料の引張試験の結果を表7に示す。最終的な破壊が、試験されたすべての試料のゲージ部であった。剛性又は強度に関して、2つの材料の間で有意差は測定されなかった。エポキシ試料の破壊歪みは、pDCPD複合体の破壊歪みよりわずかに大きいことが見られた。これは、広範囲な層間剥離損傷の蓄積によって引き起こされる、試験終了時のエポキシ試料の剛性の顕著な低下によって説明することができる。
透過光による試験中に撮影された写真は、著しく異なる損傷発生を示す。図1は、引張試験中に撮られた、両方の材料の異なる歪み率についての透過光写真を示す。pDCPD複合体は約1%の歪みまでの大きなダメージを示さず、その後、限られた量の短く局所的な横方向及び縦方向の亀裂が発生し始める。層間剥離が始まる最初の兆候は、破壊の約1秒前に撮られた最後から2枚目の写真(図中でJBFと呼ばれる)である。最終の破壊は非常に局所的であり、非常に限定された量の層間剥離を伴う繊維の破壊からなる。しかし、エポキシ複合体では、0.5%の歪みの後に、既に多くの横方向のマトリックの亀裂が見られる。それらはより多数であるだけでなく、より長く、試料の全幅にわたって非常に迅速に成長することが観察された。横方向の亀裂の数は、歪みの増加に伴って急速に増加する。歪みが1%〜2%の間に、縦方向の亀裂が発生することが判明した。最初の層間剥離は、2%と2.5%の間の歪みで発生し、(織物積層体において予想されるように)繊維束の「クロスオーバー」点に局在する。多くの層間剥離が生成され、層間剥離が合体し、最終的に大規模な層間剥離と繊維の障害によって、最終的な破壊が引き起こされる。
引張疲労試験は、250、200及び150MPaの荷重レベルで行った。両方の材料の引張強度は約500MPaであったから、これは引張強度の50、40及び30%に相当する。各材料の少なくとも5つの試料を各荷重レベルで試験した。疲労寿命データを図2のグラフに示す。静的試験とは対照的に、比較的高い百分率(約65%)の疲労試料は、ゲージ領域では破壊せず、むしろエンドタブの近くで、又はエンドタブで破壊した。しかし、タブで破壊した試料と破壊しなかった試料の間には、疲労寿命に明確な差はなかった。
データに示されるように、2つの材質の間に疲労寿命の統計的有意差は見られなかったが、pDCPD複合体の疲労寿命データは明らかにエポキシ複合体の試験結果の範囲の上限に位置しているように見える。
試験した全ての荷重レベルで、pDCPD複合体の疲労寿命の変動は、エポキシ複合体の変動よりもずっと小さい。特定の疲労荷重レベルで観察された疲労寿命の最低値と最高値の差は、エポキシ複合体では約10倍(すなわち、エポキシ複合体について一般的に観察される一桁の大きさ)であり、pDCPD積層体ではこの差は3倍未満である。
これらの観察によって、両方の材料についての95%信頼区間が決められた。95%区間は図2にも示されている。これらの区間の下の一点鎖線は、この材料の将来のすべての疲労試験結果の95%信頼性95%を含む領域の下限値を示す。これらの曲線(curve)の検討は、上記の観察によってすでに示唆されているように、2つの材料間の非常に明確な差異を示す。このいわゆる95/95疲労寿命は、pDCPD複合体がエポキシ複合体よりも明らかにはるかに高い。
図3のグラフは、150MPa(引張強度の30%)での疲労中のコードモジュラスの進展を示す。コードモジュラスは、各サイクルの(最大荷重−最小荷重)/(最大位置−最小位置)の比である。このコードモジュラスの進展は、疲労中のサンプルの剛性の進展の代表として見ることができる。グラフは、エポキシ試料のコードモジュラスの減少がpDCPD試料よりも顕著であることを示す。
これは、図4に示すように、引張疲労中のこの種の試料で観察された損傷の進展によって支持される。100サイクルの後、エポキシ複合体に明確な横方向の亀裂が既に見られることがある。この時点で、pDCPD複合体に非常に限定された量の短い局所的な亀裂のみが見出される。サイクル数が増加するにつれて、短い縦方向の亀裂も生じる。約1,000サイクルの後、エポキシ複合体で亀裂からの局部的層間剥離の開始が観察され、一方、pDCPD複合体ではこの時点で層間剥離の兆候は見られない。10,000サイクルの時点で、pDCPD複合体で層間剥離の開始が観察される。サイクル数が増加するにつれて、エポキシ複合体で広範な層間剥離が生成されるが、pDCPD複合体ではこの種の損傷の進行ははるかに遅いようである。これは、後者の材料で観察されたコードモジュラスのより小さい減少を説明する。2つの材料の全体的な損傷の進展は、静的引張試験の場合と概して非常に類似しているが、pDCPD複合体では静的試験よりも疲労でわずかに高い(局所的な)層間剥離があるようである。
落錘衝撃試験
直径16mm及び質量3.120kgの半球状インパクターを用いて、織物積層体から切断した10×10cmの試料に対して落錘衝撃試験を行った。落下高さは49cm及び81.5cmであり、すなわち衝撃位置エネルギーはそれぞれ15及び25ジュールであった。衝撃損傷の評価は、透過光の助けを借りた目視検査、及び超音波C−スキャンによって行った。
落錘衝撃試験は、15ジュール及び25ジュールの衝撃エネルギーを用いて、pDCPD F2.06/サンプル1積層体及びエポキシ/比較例A積層体に実施した。試料が透明な性質を有しているため、衝撃損傷の目視検査が可能であった。25Jのエネルギーで衝撃を与えた2つの試料の透過光写真の例を図5に示す。両方のエネルギーレベルで、この目視検査によって、エポキシ積層体の損傷がpDCPD積層体の損傷よりも激しいことが明らかに示された。非常に限定された量の繊維損傷を有する中心の剥離領域が、衝撃部位上に見える。エポキシ試料では、この領域はマトリックスの亀裂によって取り囲まれている。これらは、pDCPD積層体と区別できないが、これらの試料の剥離領域の周りのわずかに不透明な領域は、微小な亀裂又は繊維/マトリックス層間剥離の存在を示唆しているようである。
C−スキャン超音波イメージングを用いて、衝撃を受けた試料の剥離サイズを決めた。これは透過型のスキャンであるため、スキャンの結果は、材料に存在するすべての層間剥離表面の合計ではなく、むしろすべての重ねられた層間剥離の算出された表面である。2つの材料の両方の衝撃エネルギーレベルのスキャンの結果を図6に示す。
衝撃試験から得られた全てのデータは、pDCPD積層体とエポキシ積層体との間に、等しい衝撃エネルギーに対する剥離サイズに有意な差があることを示す。試験された両方の衝撃エネルギーレベルで、測定された剥離サイズは、エポキシ積層体の方がpDCPD積層体より約2倍大きいことが分かった。このことから、pDCPD複合体のより高い靭性の挙動が示された。
表3及び表4の実施例の機械的特性の測定
サイズ処理された繊維ガラスストランドの層間剪断強さ(ILSS)、屈曲強度及び/又は屈曲モジュラスを測定した。層間剪断強度は、ISO 14130試験方法を用いて測定した。屈曲強度は、を用いて測定した。屈曲モジュラスはISO 3597試験法を用いて測定した。その結果を表8に示す。
Figure 2017524067
本発明によって提示されることができる望ましい特徴には、ROMP触媒によって硬化されたシクロオレフィン樹脂を強化するために用いることができる繊維ガラスに適したサイジング組成物;ROMP触媒によって硬化されたDCPD樹脂を強化する繊維ガラスに適したサイジング組成物;DCPD樹脂の重合及び架橋メカニズムに潜在的に関与し得るサイジング組成物;ROMP触媒を失活させる可能性が低い成分を利用するサイジング組成物;ROMP反応によって硬化するシクロオレフィン系樹脂の効果的な補強材である繊維ガラス;ROMP反応によって硬化するDCPD樹脂の効果的な補強材である繊維ガラス;所望の剪断強度を有するDCPD複合体;補強されていない硬化DCPD樹脂のSBS値に実質的にほぼ等しいSBS値を有するDCPD複合体;及び、スチレンコモノマー/希釈剤なしで硬化するコスト競争力のある低粘度樹脂系(例えば、DCPDモノマーから開発された樹脂系)の提供が含まれるが、これらに限定されない。
追加の実施例
ここで、実施例及び比較例を参照して具体的に本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。特に断りがない限り、実施例及び比較例における「部」及び「%」は質量に基づくことに留意すべきである。
実施例及び比較例における各特性は、下記の方法に従って測定し、評価した。
3点曲げ:ISO 14125
ガラス転移温度Tg:ASTM D7028−07el
引張試験:ASTM 3039
濡れ性:目視検査による
品質評価:X線断層撮影(nanotom)
圧縮強度:ASTM 3410
溶解度パラメーターは、チャールズ・ハンセンのハンセン溶解度パラメーター、ユーザーズ・ハンドブック第2版,2007年からに基づく“HSPiP−実践のハンセン溶解度パラメーター”ソフトウェア(http://hansen-solubility.com)を用いて計算した。
引張疲労試験:ASTM 3479
層間破壊靭性(G1C):ISO 15024
衝撃後圧縮:ISO 18352
品質評価
ハンド引抜成形サンプル(FI PDCPD−T48ガラス)を、製造方法(空隙率、繊維配向等)の品質を評価するため、X線断層撮影(nanotom)で分析した。
横断する3点曲げ試験
繊維とマトリックスとの間の接着強度の指標を提供するために、横断する3点曲げ試験を繊維サイジングマトリックスの4つの組み合わせについて行った。水冷式ダイヤモンドソーを用いて広い一方向ロッドから試験試料を切断し、切断による損傷を除去するためにその縁を磨いた。各々の材料の組み合わせについて8つのサンプルを試験した。
試験の詳細
・インストロン5567機を用いて1kNの荷重容量で試験を行った。
・ISO規格14125に従った。
・基準試料寸法:70×10×2mm,繊維方向はサンプル軸に垂直
・スパン長さ:40mm
・試験速度:1mm/分
圧縮試験
試験の詳細
・約8×4mm、アルミニウム1.5mmエンドタブ、サンプルゲージ長さ15mmのサンプル断面
・インストロン5985を用いて試験を実施した。
・ASTM 3410規格に従った。
・試験速度:1.5mm/分
・歪み測定:デジタル画像相関,Limessスナップショットシステム
計装落錘衝撃試験及び超音波スキャン
・“Huntsman”インパクターを用いて16mm小型容器で試験を実施した。
・衝撃エネルギー(位置エネルギー):15.00及び25.00ジュール
・落下高さ:49cm〜81.5cm
・インパクター質量:3.120kg
・サンプル寸法:10×10cm
引張試験
試験の詳細
・インストロン4505を用いて100kNの荷重容量で試験を実施した。
・ASTM 3039規格に従った。
・試験速度:2mm/分
・歪み測定:デジタル画像相関,Limess3Dシステム
引張疲労試験
試験の詳細
・160kNの油圧シェンクを用いて試験を実施した。
・ASTM 3479規格、長方形の試料,エンドタブに従った。
・試験周波数:5Hz
・R−比:0.1(最大疲労応力に対する最小疲労応力の比)
層間破壊靭性(G 1C
試験の詳細:中央に亀裂が開始したフィルム(アルミ箔)で型板の周りに巻き付けられたロービングの注入によって作られた単方向複合体積層板。サンプルは、上下にアルミニウム棒を接着することによって厚くされた。
試験片寸法:20×200mm
試験規格:ISO 15024
衝撃後圧縮(CAI)
試験の詳細:F2.06又はエポキシを注入した平織りガラス繊維織物の4層からなる複合体積層板。
試験片寸法:150×100×4.3mm
試験規格:ISO 18352
溶解度パラメーター
選択されたポリマーの溶解度パラメーターを表9に示す。溶解度パラメーターは、チャールズ M.ハンセンによって開発された3つのパラメーターシステムに基づいて計算された。計算は、HSPiPソフトウェア(http://hansen-solubility.com)を用いて行われた。
Figure 2017524067
実施例1
DCPDモノマー単位89.9g、2,2−ビス[(メタクリロイルオキシ)メチル]ブチルメタクリレート(TMPTMA,シグマ−アルドリッチ社)(10%)10g、及び0.1質量%のtert−ブチルパーオキシド(TBP,シグマ−アルドリッチ社)を混合して、DCPD配合物を調製した。次に、トリイソプロピルホスファイト0.02gを含むルテニウムサリチルアルジミン触媒溶液1.2gを加えた。得られた溶液を室温で5分間撹拌した。
生じた硬化性組成物の硬化挙動を、本組成物のDSCサーモグラムを得ることで測定した。DSCはTAインスツルメンツのUniversal V4.5Aを用いて測定し、加熱速度は10℃/分であった。
図7は、実施例1の組成物の重合反応のサーモグラフを表す。重合反応の総エンタルピーは、399J/gの範囲であり、DCPDの開環メタセシス重合(ROMP)のエンタルピー(380J/g)に近い。99℃あたりの最初のピークはROMPに対応し、165℃の温度あたりの第2のピークはTMPTMAのラジカル重合に対応する。
実施例2
1質量%のtert−ブチルパーオキシド(シグマ−アルドリッチ社)と30%のTMPTMAを加えたことを除いて、実施例1と同様の方法に従って組成物を得た。
生じた硬化性組成物の硬化挙動を、再び本組成物のDSCサーモグラムを得ることで測定した。DSCはTAインスツルメンツのUniversal V4.5Aを用いて測定し、加熱速度は10℃/分であった。
図8は、実施例2の組成物の重合反応のサーモグラフを表す。最初のピークはROMPに対応し、155℃の温度あたりの第2のピークはTMPTMAのラジカル重合に対応する。組成物中の大量のtert−ブチルパーオキシドに従う190℃あたりの幾分大きな発熱ピークがはっきりしている。総エンタルピーは、DCPDのROMPのみよりもはるかに高く、500J/gであった。
実施例3
0.6質量%のtert−ブチルパーオキシド(TBP,シグマ−アルドリッチ社)を加えたことを除いて、実施例1と同様の方法に従って組成物を得た。
室温で本組成物を約59体積%のT48ガラス繊維の織物に含浸する真空注入法によって、複合体板を調製した。T48ガラス繊維はPPG社から入手可能であり、フィルム形成剤としてポリブタジエン又はポリブタジエン誘導体(例えば、Lithene Ultra)を含む最適化されたサイジング(T48)を有し、その結果、高溶解性であり、DCPDと適合性を持ち、室温で良好な繊維濡れを達成する。さらに、市販のシラン:N−ビニルベンジル−N'−アミノエチル−3−アミノプロピルポリシロキサン塩酸塩を、交差メタセシス反応に利用可能な二重結合を有するスチレン誘導体であるサイジング製剤で用いた。これによって、メタセシス重合触媒の存在下、PDCPDマトリックスとガラス表面との間に共有結合を作ることが可能となる。
樹脂注入の後、約90℃の温度で20分間、本組成物を硬化させることで、複合体板を生成させた。後硬化は、190℃で60分間、行った。
実施例4
1.5質量%のtert−ブチルパーオキシドを加えたことを除いて、実施例1と同様の方法に従って組成物を得た。
複合体板が約62体積%の織物を含んでいることを除いて、実施例3と同様の方法に従って複合体板を調製した。硬化及び後硬化は実施例3と同様であった。
実施例5
3.0質量%のtert−ブチルパーオキシドを加えたことを除いて、実施例1と同様の方法に従って組成物を得た。
複合体板が約61体積%の織物を含んでいることを除いて、実施例3と同様の方法に従って複合体板を調製した。硬化及び後硬化は実施例3と同様であった。
実施例6
0.6質量%のtert−ブチルパーオキシドを加えたことを除いて、実施例1と同様の方法に従って組成物を得た。
実施例3と同様の方法に従って複合体板を調製した。複合体板は約59体積%の織物を含んでいた。適用した硬化サイクルは、実施例3と同様であった。しかし、後硬化は、120℃で60分間、行った。
実施例7
1.5質量%のtert−ブチルパーオキシド(シグマ−アルドリッチ社)を加えたことを除いて、実施例1と同様の方法に従って組成物を得た。
実施例3と同様の方法に従って複合体板を調製した。複合体板は約59体積%の織物を含んでいた。適用した硬化サイクルは、実施例3と同様であった。しかし、後硬化は、120℃で60分間、行った。
実施例8
5質量%のトリメチルプロパントリメタクリレート(TMPTMA,シグマ−アルドリッチ社)と0.3質量%のtert−ブチルパーオキシド(シグマ−アルドリッチ社)を加えたことを除いて、実施例1と同様の方法に従って組成物を得た。
実施例3と同様の方法に従って複合体板を調製した。複合体板は約60体積%の織物を含んでいた。適用した硬化サイクルは、実施例3と同様であった。しかし、後硬化は、190℃で60分間、行った。
実施例9
5質量%のトリメチルプロパントリメタクリレート(TMPTMA,シグマ−アルドリッチ社)と0.6質量%のtert−ブチルパーオキシド(シグマ−アルドリッチ社)を加えたことを除いて、実施例1と同様の方法に従って組成物を得た。
実施例3と同様の方法に従って複合体板を調製した。複合体板は約61体積%の織物を含んでいた。適用した硬化サイクルは、実施例3と同様であった。しかし、後硬化は、190℃で60分間、行った。
実施例10
10質量%のポリ(2−(アクリロイルオキシメチル)−2−エチルプロパン−1,3−ジイルジアクリレート)(TMPTA、SartomerSR 351)と0.6質量%のtert−ブチルパーオキシド(シグマ−アルドリッチ社)を加えたことを除いて、実施例1と同様の方法に従って組成物を得た。
実施例3と同様の方法に従って複合体板を調製した。複合体板は約60体積%の織物を含んでいた。適用した硬化サイクルは、実施例3と同様であった。しかし、後硬化は、190℃で60分間、行った。
実施例11
10質量%のトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−3,3−ジイルビス(メチレン)ビス(2−メチルアクリレート)(TCDDMDMA、SartomerSR 834)と0.6質量%のtert−ブチルパーオキシド(シグマ−アルドリッチ社)を加えたことを除いて、実施例1と同様の方法に従って組成物を得た。
実施例3と同様の方法に従って複合体板を調製した。複合体板は約60体積%の織物を含んでいた。適用した硬化サイクルは、実施例3と同様であった。しかし、後硬化は、190℃で60分間、行った。
実施例12
10質量%のトリシクロ[5.2.1.02,6]デカンジメタノールジアクリレート(TCDDMDA、SartomerSR 833S)と0.6質量%のtert−ブチルパーオキシド(シグマ−アルドリッチ社)を加えたことを除いて、実施例1と同様の方法に従って組成物を得た。
実施例3と同様の方法に従って複合体板を調製した。複合体板は約60体積%の織物を含んでいた。適用した硬化サイクルは、実施例3と同様であった。しかし、後硬化は、190℃で60分間、行った。
比較試験例A
トリメチルプロパントリメタクリレートとtert−ブチルパーオキシドを本組成物に加えなかったことを除いて、実施例1と同様の方法に従って組成物を得た。
実施例3と同様の方法に従って複合体板を調製した。複合体板は約60体積%の織物を含んでいた。適用した硬化サイクルは、実施例3と同様であった。しかし、後硬化は、190℃で60分間、行った。
比較試験例B
ガラス繊維が、PPG社から入手した標準サイジング(1383)を有するものであることを除いて、実施例3と同様の方法に従って組成物を得た。
実施例3と同様の方法に従って複合体板を調製した。複合体板は約60体積%の織物を含んでいた。適用した硬化サイクルは、実施例3と同様であった。しかし、後硬化は、190℃で60分間、行った。
比較試験例C
複合体板中のマトリックス材料として、エピコート828エポキシ樹脂及びジアミノシクロヘキサン硬化剤組成物を用いた。
実施例3と同様の方法に従って複合体板を得た。複合体板は約60体積%の織物を含んでおり、そのガラス繊維はPPG社から入手したサイジング1383でコーティングした。硬化及び後硬化サイクルは、エピコート828のための助言に従った。
結果
表10は、複合体試料の組成、及び熱抵抗に関する結果を表す。
Figure 2017524067
表10から分かるように、本発明のすべてのサンプルは、参照サンプル(比較試験例A)より高いガラス転移温度Tgを示す。パーオキシドの含有量がTg値を決定しているようであり、最高のTg260℃は、3%のTBPを含有するサンプルで計測された。同時に、本発明のすべてのサンプル、特に0.6〜3質量%のパーオキシドを含むものは、良好な濡れ性を示し、TMPTMA添加及び後硬化温度とは実質的に独立している。
実施例3の複合体試料を、比較試験例A、B及びCと比較した(表11)。
Figure 2017524067
得られた3点曲げ強度は、実施例3の組成物に基づく複合体板がエピコート828/3832の組み合わせで得られたものよりもさらに高い最高値を示すことを表す。これらの材料中のガラス繊維とマトリックスとの接着性が非常に良好であることが理解できる。比較試験例の組成物に基づく複合体板について観察された曲げ強度は、非常に低く、接着不良を示した。これは、ガラス繊維上のサイジング組成物がPDCPDマトリックスと適合しないとの事実による。
実施例3及び比較試験例Cの複合体の圧縮強度は大きく異なることはない。しかし、比較試験例Aの複合体の圧縮強度は顕著に低い。このことは、比較試験例Aの複合体と比較して、実施例1の複合体の繊維−マトリックス接着が有意に改善されたことを確認する。
15及び25ジュールの衝撃エネルギーでの落錘衝撃試験の結果は、両方の衝撃エネルギーレベルで、比較試験例Cのエポキシ積層体における剥離損傷がより激しいことを示す。同じ衝撃エネルギーで、比較試験例Cのエポキシ積層体の測定された層間剥離の大きさは、実施例3の積層体よりも約2倍大きい。
衝突場所上に中央の剥離領域が見られる。比較試験例Cのエポキシサンプルにおいて、この領域はマトリックスの亀裂で囲まれている。実施例3の積層体では亀裂は見られない。実施例3の積層体では、損傷が約1%までであり、多くの損傷は見られなかった。その後、短い局所的な横方向と縦方向の限定された亀裂の展開が認められた。最終的な破壊は、非常に局所的であり、非常に限定された層間剥離を伴って、横方向の繊維障害によって発生する。
しかし、比較試験例Cのエポキシ積層体では、0.5%の歪みの後に、既に、多くの横方向のマトリックスの亀裂が見られる。亀裂の数は急速に増加し、歪みが1%と2%の間に、縦方向の亀裂が展開することが認められる。最初の層間剥離は、2%と2.5%の間の歪みで発生し、繊維束の「クロスオーバー」点に局在する(織物積層体では正常である)。その際、多くの層間剥離が生成され、層間剥離が合体し、最終的に大規模な層間剥離と繊維の障害によって、最終的な破壊が引き起こされる。
この挙動における注目される相違は顕著であり、本発明の複合体積層板の高い靭性及び層間剥離に対する良好な耐性が確認された。
モード1層間破壊靭性G1Cを測定するために、二重片持梁試験を行った。その結果(図9)は、実施例3の積層体の層間破壊靭性のすべての初期値及びプロパゲーション値が、比較試験例Cの積層体よりも一貫してはるかに高く、層間剥離に対するより高い耐性を示すことを表す。これは、衝撃損傷試験での観察と一致する。
本発明の様々な実施態様が、本発明の様々な目的を達成するため記載された。これらの実施態様は、本発明の原理の単なる例示であることを認識すべきである。それらの多くの改変及び適応が、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、当業者には容易に明らかであろう。

Claims (33)

  1. シランと、反復単位が少なくとも4個の炭素原子及び少なくとも1つの炭素−炭素二重結合を含むポリマーを含むフィルム形成剤とを含むサイジング組成物で少なくとも部分的にコーティングされた複数のガラス繊維、並びに
    (a)環状オレフィン、(b)前記環状オレフィンを重合させるためのメタセシス触媒、(c)0.1〜30質量%の少なくとも1つのビニル基を含む化合物、及び(d)0.1〜10質量%の化合物(c)のための硬化剤を組み合わせて硬化性組成物を生成する工程、及び前記環状オレフィンのオレフィンメタセシス反応、及び化合物(c)のラジカル重合を促進するのに有効な条件に前記硬化性組成物を供することで調製されたポリオレフィン
    を含むポリオレフィン複合体。
  2. 前記少なくとも1つの炭素−炭素二重結合がポリマーの主鎖に存在する、請求項1に記載のポリオレフィン複合体。
  3. 前記ポリマーの反復単位が4〜6個の炭素原子及び1つの炭素−炭素二重結合を含む、請求項1又は2に記載のポリオレフィン複合体。
  4. 前記ポリマーの1つ以上の反復単位が少なくとも1つのペンダント基を含む、請求項1〜3のいずれかに記載のポリオレフィン複合体。
  5. 前記少なくとも1つのペンダント基が少なくとも1つのビニル基を含む、請求項4に記載のポリオレフィン複合体。
  6. 前記少なくとも1つのペンダント基が少なくとも1つの環状ペンダント基を含む、請求項4に記載のポリオレフィン複合体。
  7. 前記フィルム形成剤が15.9〜19.9MPa1/2のヒルデブラント溶解度パラメーターδを有する、請求項1〜6のいずれかに記載のポリオレフィン複合体。
  8. 前記フィルム形成剤がポリブタジエンを含む、請求項1〜7のいずれかに記載のポリオレフィン複合体。
  9. 前記ポリブタジエン中の1つ以上の反復単位が少なくとも1つのペンダント基を含む、請求項8に記載のポリオレフィン複合体。
  10. 前記サイジング組成物が、総固形分に対して少なくとも約60質量%のポリブタジエンを含む、請求項8又は9に記載のポリオレフィン複合体。
  11. 前記ポリブタジエンが20,000未満の数平均分子量を有する、請求項8〜10のいずれかに記載のポリオレフィン複合体。
  12. 前記ポリブタジエンが10,000未満の数平均分子量を有する、請求項8〜11のいずれかに記載のポリオレフィン複合体。
  13. 前記フィルム形成剤がパラフィンワックスを含む、請求項1〜12のいずれかに記載のポリオレフィン複合体。
  14. 前記フィルム形成剤が、総固形分に対してのサイジング組成物の少なくとも約60質量%を構成する、請求項1〜13のいずれかに記載のポリオレフィン複合体。
  15. 第1のフィルム形成剤が、総固形分に対してのサイジング組成物の少なくとも約20質量%を構成する、請求項1〜14のいずれかに記載のポリオレフィン複合体。
  16. さらに第2のフィルム形成剤を含む、請求項15に記載のポリオレフィン複合体。
  17. 前記第2のフィルム形成剤が、総固形分に対して前記サイジング組成物の少なくとも約20質量%を構成する、請求項16に記載のポリオレフィン複合体。
  18. 前記シランが末端ビニル基を含む、請求項1〜17のいずれかに記載のポリオレフィン複合体。
  19. 前記シランがビニルベンジル基を含む、請求項1〜17のいずれかに記載のポリオレフィン複合体。
  20. 前記シランがビニルトリアルコキシシランを含む、請求項1〜17のいずれかに記載のポリオレフィン複合体。
  21. 前記シランがメタクリルオキシプロピルトリアルコキシシランを含む、請求項1〜17のいずれかに記載のポリオレフィン複合体。
  22. 前記シランが、総固形分に対して前記サイジング組成物の約5〜約20質量%を構成する、請求項1〜21のいずれかに記載のポリオレフィン複合体。
  23. 化合物(c)が15.4〜19.8MPa1/2のヒルデブラント溶解度パラメーターδを有する、請求項1〜22のいずれかに記載のポリオレフィン複合体料。
  24. 前記ポリオレフィンが化合物(c)を3〜20質量%の量で含む、請求項1〜23のいずれかに記載のポリオレフィン複合体。
  25. 化合物(c)が(メタ)アクリレート化合物を含む、請求項1〜24のいずれかに記載のポリオレフィン複合体。
  26. 前記ポリオレフィンが前記硬化剤を0.2〜1質量%の量で含む、請求項1〜25のいずれかに記載のポリオレフィン複合体。
  27. 前記硬化剤がラジカル開始剤を含む、請求項1〜26のいずれかに記載のポリオレフィン複合体。
  28. 前記ラジカル開始剤が非環状パーオキシドを含む、請求項27に記載のポリオレフィン複合体。
  29. 前記環状オレフィンがジシクロペンタジエンを含む、請求項1〜28のいずれかに記載のポリオレフィン複合体。
  30. 請求項1〜29のいずれかに記載の前記ポリオレフィン複合体を含む、成形品。
  31. 請求項30に記載の成形品であって、
    前記ポリオレフィン複合体が、
    ・180℃を超えるASTM D7028−07elに基づくガラス転移温度(Tg)、
    ・50MPaを超えるISO 14125に基づく横断する3点曲げ強度、又は
    ・800J/mを超えるISO 15024に基づくG1c
    の少なくとも1つの特性を有する成形品。
  32. 反復単位が4〜6個の炭素原子及び1つの炭素−炭素二重結合を含むポリマーを含むフィルム形成剤を、総固形分に対して約60〜約90質量%の量で含み、末端ビニル基を含むシランを、総固形分に対して約5〜約25質量%の量で含むサイジング組成物で少なくとも部分的にコーティングされた複数のガラス繊維、並びに
    (a)環状オレフィン、(b)前記環状オレフィンを重合させるためのメタセシス触媒、(c)0.1〜30質量%の少なくとも1つのビニル基を含む化合物、及び(d)0.1〜10質量%の化合物(c)のための硬化剤を組み合わせて硬化性組成物を生成する工程、及び前記環状オレフィンのオレフィンメタセシス反応、及び化合物(c)のラジカル重合を促進するのに有効な条件に前記硬化性組成物を供することで調製されたポリオレフィン
    を含むポリオレフィン複合体。
  33. 反復単位が4〜6個の炭素原子及び1つの炭素−炭素二重結合を含むポリマーを含むフィルム形成剤と、末端ビニル基を含むシランと、1つ以上の界面活性剤とから本質的になるサイジング組成物で少なくとも部分的にコーティングされた複数のガラス繊維、並びに
    (a)環状オレフィン、(b)前記環状オレフィンを重合させるためのメタセシス触媒、(c)0.1〜30質量%の少なくとも1つのビニル基を含む化合物、及び(d)0.1〜10質量%の化合物(c)のための硬化剤を組み合わせて硬化性組成物を生成する工程、及び前記環状オレフィンのオレフィンメタセシス反応、及び化合物(c)のラジカル重合を促進するのに有効な条件に前記硬化性組成物を供することで調製されたポリオレフィン
    を含むポリオレフィン複合体。

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