JP2018501356A - 2系統硬化のポリチオエーテル - Google Patents

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Abstract

ポリチオエーテルポリマーへ硬化可能である組成物であって、a)ジチオールモノマー、b)ジエンモノマー、c)ラジカル開裂型光開始剤、d)ペルオキシド、及び、e)アミン、を含み、ペルオキシド及びアミンが組み合わさって、ペルオキシド−アミンレドックス開始剤となる、組成物が提供される。いくつかの実施形態において、アミンは第3級アミンである。いくつかの実施形態において、アミンは、ジヒドロキシエチル−p−トルイジン、N,N−ジイソプロピルエチルアミン、及びN,N,N’,N”,N”−ペンタメチル−ジエチレントリアミンからなる群より選択される。いくつかの実施形態において、ペルオキシドは、ジ−tert−ブチルペルオキシド、メチルエチルケトンペルオキシド、及びベンゾイルペルオキシドからなる群より選択される。いくつかの実施形態において、組成物は、3つ以上のチオール基を有するポリチオールモノマーを更に含んでもよい。【選択図】図1

Description

発明の詳細な説明
(開示の分野)
本開示は、硬化してポリチオエーテルポリマーを形成し、かつ2系統硬化の硬化機構を含む、組成物、及びそれを含むシール剤に関する。
(開示の概要)
簡略に述べると、本開示は、ポリチオエーテルポリマーへ硬化可能である組成物であって、a)ジチオールモノマー、b)ジエンモノマー、c)ラジカル開裂型光開始剤、d)ペルオキシド、及び、e)アミン、を含み、ペルオキシド及びアミンが組み合わさって、ペルオキシド−アミンレドックス開始剤となる、組成物を提供する。いくつかの実施形態において、アミンは第3級アミンである。いくつかの実施形態において、アミンは、ジヒドロキシエチル−p−トルイジン、N,N−ジイソプロピルエチルアミン、及びN,N,N’,N”,N”−ペンタメチル−ジエチレントリアミンからなる群より選択される。いくつかの実施形態において、ペルオキシドは、ジ−tert−ブチルペルオキシド、メチルエチルケトンペルオキシド、及びベンゾイルペルオキシドからなる群より選択される。いくつかの実施形態において、組成物は、3つ以上のチオール基を有するポリチオールモノマーを更に含んでもよい。いくつかの実施形態において、組成物は、1つ以上の充填剤を更に含んでもよい。いくつかの実施形態において、組成物は、1つ以上のナノ粒子充填剤を更に含んでもよい。いくつかの実施形態において、組成物は、炭酸カルシウムを更に含んでもよい。いくつかの実施形態において、組成物は、ナノ粒子炭酸カルシウムを更に含んでもよい。いくつかの実施形態において、組成物は、化学線光源からの光の適用によって硬化できる。いくつかの実施形態において、組成物は、青色光源からの光の適用によって硬化できる。いくつかの実施形態において、組成物は、UV光源からの光の適用によって硬化できる。
別の態様において、本開示は、本開示による硬化性組成物を含むシール剤を提供する。別の態様において、本開示は、そのようなシール剤の硬化により得られたシールを提供する。
別の態様において、本開示は、本開示によるいずれかの組成物の硬化により得られたポリチオエーテルポリマーを提供する。いくつかの実施形態において、ポリチオエーテルポリマーのTgは、−50℃未満である。いくつかの実施形態において、ポリチオエーテルポリマーは高い耐ジェット燃料性を示し、自動車技術会(SAE)国際規格AS5127/1により測定したとき、体積膨張30%未満、及び重量増加20%未満である。
本明細書において使用される全ての科学的用語及び技術的用語は、別段の指定がない限り、当分野において一般的に使用されている意味を有する。
本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用する場合、単数形「a」、「an」及び「the」は、その内容物が特に明確な指示をしない限り、複数の指示物を有する実施形態を包含する。
本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用する場合、用語「又は」は、一般に、その内容物が特に明確な指示をしない限り、「及び/又は」を含む意味で使用される。
本明細書で使用されるところの「有する(have、having)」、「含む(include、including、comprise、comprising)」などは、非限定的(open ended)な意味で用いられており、概ね「含むが、これらに限定されない」ことを意味する。「〜からなる」及び「〜から本質的になる」という語は、「〜を含む」という語及び同様の語に包含されることが理解されよう。
2基材間のシール剤としての、本発明による2系統硬化のポリチオエーテルの使用を表す図である。
(詳細な説明)
本開示は、シール剤などの、2系統硬化のポリチオエーテル材料を提供する。いくつかの実施形態において、シール剤は、オンデマンド硬化特性及び暗硬化特性の両方を有する。いくつかの実施形態において、シール剤は、化学線照射への曝露によって120秒以内に硬化でき、いくつかの実施形態において90秒以内、いくつかの実施形態において60秒以内、いくつかの実施形態において30秒以内、及びいくつかの実施形態において20秒以内である。いくつかの実施形態において、オンデマンド硬化は、UV光によって、場合により可視光によって、場合によりLED線源のUV光によって、及び場合によりLED線源の可視光によって、開始できる。更にまた、いくつかの実施形態において、最初に光開始した硬化は、暗硬化機構により、光を利用することなく、ポリチオエーテル材料の隣接部分へ伝播する。いくつかの実施形態において、硬化は、暗領域内へ少なくとも2.5cm、変換率90%以上で120秒以内に伝播し、いくつかの実施形態において90秒以内、いくつかの実施形態において60秒以内、いくつかの実施形態において30秒以内、及びいくつかの実施形態において20秒以内である。いくつかの実施形態において、硬化は、暗領域内へ少なくとも5.0cm、変換率90%以上で120秒以内に伝播し、いくつかの実施形態において90秒以内、いくつかの実施形態において60秒以内、いくつかの実施形態において30秒以内、及びいくつかの実施形態において20秒以内である。
図1を参照すると、本開示によるシール剤の一実施形態において、シール剤10は、不透明な基材20の間に適用されている。化学線光源30からの化学線の光40を用い、曝露領域100内において、上記光に曝露したシール剤10の一部分の硬化を開始する。しかし、暗領域(110、120)内のシール剤10は、化学線の光40に曝露されない。本開示の2系統硬化の開始系を用いることにより、最初に光開始した硬化が、暗硬化機構により、隣接する暗領域(110、120)内へ伝播可能となる。いくつかの実施形態において、曝露領域100の真隣2インチ(5cm)を表す暗領域110内のシール剤は、20秒以内に完全硬化し、硬化は暗領域120内へ更に続く。
いくつかの実施形態において、開始系は、a)ラジカル開裂型光開始剤、及びb)ペルオキシド−アミンレドックス開始剤を含む。
いくつかの実施形態において、硬化した材料のガラス転移温度は低く、いくつかの実施形態において、−20℃未満、いくつかの実施形態において、−30℃未満、いくつかの実施形態において、−40℃未満、及びいくつかの実施形態において、−50℃未満である。いくつかの実施形態において、硬化した材料は、優れた耐燃料性を有する。いくつかの実施形態において、硬化した材料は、−50℃未満の低いガラス転移温度と、優れた耐燃料性を兼ね備えている。したがって、特定の実施形態において、この2系統硬化の技術は、航空機又は自動車のシール剤用途に適用でき、車両生産の容易性及び速度向上をもたらすことができる。
選択実施形態
以下の番号が付された実施形態は、本開示を更に例示することを意図しているが、本開示を不当に限定するように解釈されるべきではない。
1.ポリチオエーテルポリマーへ硬化可能である組成物であって、
a)ジチオールモノマー、
b)ジエンモノマー、
c)ラジカル開裂型光開始剤、
d)ペルオキシド、及び、
e)アミン、
を含み、ペルオキシド及びアミンが組み合わさって、ペルオキシド−アミンレドックス開始剤となる、組成物。
2.アミンが第3級アミンである、実施形態1に記載の組成物。
3.アミンが、ジヒドロキシエチル−p−トルイジン、N,N−ジイソプロピルエチルアミン、及びN,N,N’,N”,N”−ペンタメチル−ジエチレントリアミンからなる群より選択される、実施形態1又は2に記載の組成物。
4.ペルオキシドが、ジ−tert−ブチルペルオキシド、メチルエチルケトンペルオキシド、及びベンゾイルペルオキシドからなる群より選択される、実施形態1〜3のいずれか1つに記載の組成物。
5.f)3つ以上のチオール基を有するポリチオールモノマー
を更に含む、実施形態1〜4のいずれか1つに記載の組成物。
6.g)少なくとも一の充填剤
を更に含む、実施形態1〜5のいずれか1つに記載の組成物。
7.h)少なくとも一のナノ粒子充填剤
を更に含む、実施形態1〜6のいずれか1つに記載の組成物。
8.j)炭酸カルシウム
を更に含む、実施形態1〜7のいずれか1つに記載の組成物。
9.k)ナノ粒子炭酸カルシウム
を更に含む、実施形態1〜8のいずれか1つに記載の組成物。
10.化学線光源によって硬化可能である、実施形態1〜9のいずれか1つに記載の組成物。
11.青色光源によって硬化可能である、実施形態1〜10のいずれか1つに記載の組成物。
12.UV光源によって硬化可能である、実施形態1〜11のいずれか1つに記載の組成物。
13.実施形態1〜12のいずれか1つに記載の組成物を含むシール剤。
14.実施形態1〜12のいずれか1つに記載のいずれかの組成物の硬化によって得られた、ポリチオエーテルポリマー。
15.Tgが−50℃未満である、実施形態14に記載のポリチオエーテルポリマー。
16.高い耐ジェット燃料性を示し、自動車技術会(SAE)国際規格AS5127/1により測定したとき、体積膨張30%未満、及び重量増加20%未満である、実施形態14又は15に記載のポリチオエーテルポリマー。
本開示の目的及び利点は以下の実施例によって更に例証されるが、これらの実施例に引用される具体的な物質及びそれらの量、並びにその他の条件及び詳細は、本開示を過度に制限しないと解釈されるべきである。
特に記載のない限り、全ての試薬はSigma−Aldrich Company(St.Louis,Missouri)から入手し、若しくは入手可能であり、又は公知の方法により合成してもよい。特に報告のない限り、全ての比は、重量パーセント(重量%)基準である。
以下の略記を用いて実施例を説明する。
℃:摂氏温度
cm:センチメートル
LED:発光ダイオード
mL:ミリリットル
Mn:分子量
mW:ミリワット
nm:ナノメートル
:ガラス転移温度
UV:紫外/紫外光
定義
最大加工時間:チオール−エン硬化性組成物のゲル化開始までの所要時間。
光硬化時間:チオール−エン硬化性組成物のうち光に曝露した部分の硬化時間。
暗硬化時間:チオール−エン硬化性組成物のうち光に曝露しなかった部分の硬化時間。
レドックス硬化時間:チオール−エン硬化性組成物のうちレドックス機構によって開始した部分の硬化時間。
暗硬化距離:暗硬化したチオール−エン組成物の、不透明シリコーンゴムシートの先端から測定した長さ。
材料
実施例に使用される材料に対する略語は以下のとおりである。
A−200:親水性ヒュームドシリカ、Evonik Industries AG(Essen,Germany)から入手、商品名「AEROSIL200」。
BPO:ベンゾイルペルオキシド。
CMP:3−クロロ−2−メチル−1−プロペン。
DABCO:1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン、Air Products&Chemicals,Inc.(Allentown,Pennsylvania)から入手、商品名「DABCO」。
DHEPT:ジヒドロキシエチル−p−トルイジン。
DIPEA:N,N−ジイソプロピルエチルアミン、Alfa Aesar,Ward Hill(Massachusetts)から入手。
DMDO:1,8−ジメルカプト−3,6−ジオキサオクタン、Arkena,Inc.(King of Prussia,Pennsylvania)から入手。
DSW:アルミノケイ酸塩クレー、Applied Minerals,Inc.(New York,New York)から入手、商品名「DRAGONITE SELECT WHITE」。
DVE−3:トリエチルエングリコールジビニルエーテル、Ashland Specialty Ingredients(Wilmington,Delaware)から入手、商品名「RAPI−CURE DVE−3」。
E−8220:ビスフェノールFのジグリシジルエーテル、Emerald Performance Materials,LLC(Cuyahoga Falls,Ohio)から入手、商品名「EPALLOY8220」。
I−819:フェニルビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド、BASF Corp.(Florham Park,New Jersey)から入手、商品名「IRGACURE819」。
MEHQ:ヒドロキノンモノメチルエーテル。
MEKP:メチルエチルケトンペルオキシド、3M Company(St.Paul,Minnesota)から入手。
PMETA:N,N,N’,N”,N”−ペンタメチル−ジエチレントリアミン、TCI America(Portland,Oregon)から入手。
S−31:ナノ粒子(70〜100nm)炭酸カルシウム、Solvay Chemicals,Inc.(Houston,Texas)から入手、商品名「SOCAL31」。
TAC:トリアリルシアヌレート、Sartomer,Inc.(Exton,Pennsylvania)から入手。
TBPO:ジ−tert−ブチルペルオキシド、TCI Americaから入手。
TEMPO:2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシル、Oakwood Products,Inc.(West Columbia,South Carolina)から入手。
TPTMP:トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトプロピオネート)。
TVCH:1,2,4−トリビニルシクロヘキサン、BASF Corp.(Florham Park,New Jersey)から入手。
TVBT:トリス[4−(ビニルオキシ)ブチル]トリメリテート、Allied Signal,Inc.(Morristown,New Jersey)から入手。
VAZO52:2,2’−アゾビス(2,4−ジメチル−ペンタンニトリル)、E.I.du Dupont de Nemours and Company(Wilmington,Delaware)から入手、商品名「VAZO52」。
VAZO67:2,2’アゾビス−(2−メチルブチロニトリル)、E.I.du Dupont de Nemours and Companyから入手、商品名「VAZO67」。
ポリチオエーテルを以下のとおりに合成した。
PTE−1。空気駆動式撹拌機、温度計、及び滴下漏斗を備えた1000mL丸底フラスコに、392.14g(2.15モル)のDMDO、及び82.23g(0.25モル)のE−8220を加えた。この混合物に、0.15gのDABCOを加えた。系に窒素を通し、次に60〜70℃で4時間、混合及び加熱し、12.5g(0.05モル)のTAC、次いで約0.15gのVAZO67を加えた。撹拌を続けつつ、混合物を60℃に加熱し、この温度で約30〜45分間保った。313.13g(1.55モル)のDVE−3を、45〜60分の時間をかけて、フラスコにゆっくり滴下し、温度を約68〜80℃で保持した。更にVAZO67を約6時間かけて約0.15g単位で加え、合計約0.6gとなった。温度を100℃まで上げ、材料を約10分間脱気した。得られたポリチオエーテルは、約3200のMn、2.2の官能価であった。
PTE−2。撹拌機、温度計、水冷式冷却器、及び等圧滴下漏斗を固定した500mL4つ口丸底フラスコに、206.54gの20%水酸化ナトリウム水溶液(1.033モル)を加えた。これに、94.08g(0.51モル)のDMDOを撹拌しつつ滴下し、次いで混合物を約21℃まで放冷した。96.4g(1.065モル)のCMPを激しく撹拌しつつ滴下し、撹拌を更に2時間続けた。次に、混合物を21℃で約16時間保ち、その後、150gの透明層をデカントにより移した。NMR分析によりデカントにより移した層がCMPジエンであると確認した。
空気駆動式撹拌機、温度計、及び滴下漏斗を備えた100mL丸底フラスコに、39.64g(0.22モル)のDMDO、及び4.10g(0.0125モル)のE−8220を加えた。この混合物に、0.02gのDABCOを加えた。系に窒素を通し、次に60〜70℃で1.5時間、混合及び加熱し、3.66g(0.0125モル)のCMPジエン、次いで約0.01gのVAZO52を加えた。撹拌を続けつつ、混合物を60℃に加熱し、この温度で約1.5時間保った。0.83g(0.005モル)のTVCHを加え、更に1.5時間、その温度を維持した。31.80g(0.157モル)のDVE−3を、45〜60分の時間をかけて、フラスコにゆっくり滴下し、温度を約70℃で保持した。更にVAZO52を約16時間かけて約0.01g単位で加え、合計約0.4gの量となった。温度を100℃まで上げ、材料を約10分間脱気。得られたポリチオエーテルは、約3200のMn、2.2の官能価であった。
実施例1
A部の調製は、0.0139gのBPO及び0.0300gのI−819を、20mL褐色瓶中、3.0000gのDVE−3に、21℃で40分間ロールミルにかけて溶解することで行われた。B部の調製は、0.0139gのDHEPT及び0.0394gのI−819を、20mL褐色瓶中、3.9407gのTPTMPに、21℃で8時間、これもまたロールミルにかけて溶解することで行われた。次に、A部をB部に加え、1分間手作業で撹拌すると、均質に分散した。
実施例2〜8
A部中のペルオキシド、光開始剤、及びビニルモノマー、並びにB部中のアミン、光開始剤、及びチオールモノマーの均質な混合物の調製には、表1A及び1Bに列挙した処方により、実施例1に全体的に記載した手順を繰り返した。
実施例9
A部の調製は、0.0347gのBPO及び0.1549gのI−819を、20mL褐色瓶中、15.0000gのDVE−3に、21℃で40分間ロールミルにかけて溶解することで行われた。溶液を高速ミキサの容器へ移した。0.1000gのA−200及び5.3111gのクレーを溶液に加え、高速ミキサにより2,000rpmで1分間、均質に分散した。B部の調製は、0.0347gのDIPEA及び0.1974gのI−819を、40mL褐色瓶中、19.7034gのTPTMPに、21℃で40分間、これもまたロールミルにかけて溶解することで行われた。溶液を高速ミキサの容器へ移した。0.1000gのA−200及び1.8916gのクレーを溶液に加え、高速ミキサにより2,000rpmで1分間、均質に分散した。A部及びB部を、スタティックミキサに通し、均質に分散した。
実施例10
A部及びB部の均質な混合物の調製には、表1A及び1Bに列挙した処方により、実施例9に全体的に記載した手順を繰り返した。
実施例11
A部及びB部の均質な混合物の調製には、表1A及び1Bに列挙した処方により、実施例1に全体的に記載した手順を繰り返した。
実施例12
0.0694gのI−819を、20mL褐色瓶中、3.0000gのDVE−3及び3.9407gのTPTMPの混合物に、21℃で40分間ロールミルにかけて溶解した。
実施例13
A部及びB部の均質な混合物の調製には、表1A及び1Bに列挙した処方により、実施例1に全体的に記載した手順を繰り返した。
実施例14
0.0765gのI−819を、20mL褐色瓶中、4.0000gのDMDO及び3.3467gのTACの混合物に、21℃で40分間ロールミルにかけて溶解した。
実施例15
A部及びB部の均質な混合物の調製には、表1A及び1Bに列挙した処方により、実施例1に全体的に記載した手順を繰り返し、但し、B部の混合は8時間ではなく24時間とした。
実施例16
A部及びB部の均質な混合物の調製には、表1A及び1Bに列挙した処方により、実施例1に全体的に記載した手順を繰り返した。
Figure 2018501356

Figure 2018501356
評価
以下の枠を用い硬化評価した。
ガラス枠。長細い25cm×1.27cm×深さ0.1cmのシリコーンゴム枠をガラス基板上に設け、不透明なシリコーンゴムシートにより、枠の一方の端部1.27cm以外全てを被覆したもの。
アルミニウム、フリットガラス、及び黒色コーティング木質枠。長細い10cm×1.27cm×深さ0.1cmのシリコーンゴム枠をアルミニウム、フリットガラス、又は黒色コーティング木質基板上に設け、不透明なシリコーンゴムシートにより、枠の一方の端部1.27cm以外全てを被覆したもの。
テフロン(商標)枠。8.4cm×3.2cm×深さ0.2cmのシリコーンゴム枠をテフロン(商標)基板上に設け、不透明なシリコーンゴムシートにより、枠の一方の端部2cm以外全てを被覆したもの。
硬化性組成物を枠に適用した後、不透明なシリコーンゴムシートを硬化性組成物の上に、上記の寸法に従って載せた。次に、組成物の残る露出している領域を、88mW、455nmのLED光源に、1.27cmの距離で10〜60秒、曝露した。続いて、チオール−エン硬化評価を、表2及び3に列挙する。
Figure 2018501356

Figure 2018501356
光開始し、またレドックス開始した実施例1、7、及び15のTgを、TA Instruments(New Castle,Delaware)から入手したモデル「DSC Q2000」の示差走査熱量計を用いて測定した。結果を表4に列挙する。
Figure 2018501356
本開示の様々な修正及び変更は、本開示の範囲及び原理から逸脱することなく当業者には明白であり、また、本開示は、本明細書に記載した例示的な実施形態に不当に制限されるものではないと理解すべきである。

Claims (15)

  1. ポリチオエーテルポリマーへ硬化可能である組成物であって、
    a)ジチオールモノマー、
    b)ジエンモノマー、
    c)ラジカル開裂型光開始剤、
    d)ペルオキシド、及び、
    e)アミン、
    を含み、前記ペルオキシド及びアミンが組み合わさって、ペルオキシド−アミンレドックス開始剤となる、組成物。
  2. 前記アミンが第3級アミンである、請求項1に記載の組成物。
  3. 前記アミンが、ジヒドロキシエチル−p−トルイジン、N,N−ジイソプロピルエチルアミン、及びN,N,N’,N”,N”−ペンタメチル−ジエチレントリアミンからなる群より選択される、請求項1又は2に記載の組成物。
  4. 前記ペルオキシドが、ジ−tert−ブチルペルオキシド、メチルエチルケトンペルオキシド、及びベンゾイルペルオキシドからなる群より選択される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の組成物。
  5. f)3つ以上のチオール基を有するポリチオールモノマーを更に含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の組成物。
  6. g)少なくとも一の充填剤を更に含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の組成物。
  7. h)少なくとも一のナノ粒子充填剤を更に含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の組成物。
  8. j)炭酸カルシウムを更に含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の組成物。
  9. k)ナノ粒子炭酸カルシウムを更に含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の組成物。
  10. 化学線光源によって硬化可能である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の組成物。
  11. 青色光源によって硬化可能である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の組成物。
  12. UV光源によって硬化可能である、請求項1〜11のいずれか一項に記載の組成物。
  13. 請求項1〜12のいずれか一項に記載の組成物を含む、シール剤。
  14. 請求項1〜12のいずれか一項に記載のいずれかの組成物の硬化によって得られた、ポリチオエーテルポリマー。
  15. Tgが−50℃未満である、請求項14に記載のポリチオエーテルポリマー。
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