JP2019530784A - 硬化性組成物及び関連方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書で使用する場合、
「アルキル基」及び接頭辞「アルク(alk-)」は直鎖及び分枝鎖の両方の基、並びに環状基を含む。
「アルキレン」は、上で定義した「アルキル」基の多価(例えば二価又は三価)形態である。
「周囲温度」は、摂氏25度を意味する。
「アリール」及び「アリーレン」は、本明細書で使用されるとき、炭素環式芳香族環又は環系を含み、例えば、1、2、又は3個の環を有し、任意選択的に環中に少なくとも1個のヘテロ原子(例えば、O、S、又はN)を含有しているものを含む。
「アリールアルキレン」は、アリール基が結合している「アルキレン」部分を指し、「アルキルアリーレン」は、アルキル基が結合している「アリーレン」部分を指す。
「圧縮性」は、圧力の増加に応じて体積を有意に減少することができることを意味する。
「硬化性樹脂」は、硬化可能なモノマー又はオリゴマーを指す。
「硬化」は、架橋分子又は基を用いた共有化学結合によってポリマー鎖を結合させて、ネットワークポリマーを形成することを指す。
「硬化剤」は、硬化反応を引き起こす又は促進する物質を指す。
「ナノ粒子」は、メジアン粒径が500nm以下の粒子を指す。
硬化性組成物のベース成分は、硬化性樹脂及びその中に分散されている圧縮性フィラーを含む。
HS−R3−[S−(CH2)2−O[−R4−O−]m−(CH2)2−S−R3−]n−SH (I)
式中、R3及びR4はそれぞれ、独立に、直鎖又は分枝状であってもよいC2〜6アルキレン、C6〜8シクロアルキレン、C6〜10アルキルシクロアルキレン、−[(CH2−)p−X−]q−(−CH2−)rであり、ここで、少なくとも1つの−CH2−は、任意選択によりメチル基で置換されており、Xは、O、S及び−NR5−からなる群から選択されるものであり、R5は、水素又はメチルを示し、mは、0〜10の数であり、nは、1〜60の数であり、pは、2〜6の数であり、qは、1〜5の数であり、rは、2〜10の数である。
−S−R3−S−CH2−CH(OH)−CH2−O−C6H5−CH2−C6H5−O−CH2−CH(OH)−CH2−S−R3−S− (II)
式中、R3は上記のとおりであり、ビスフェノール単位(すなわち、−O−C6H5−CH2−C6H5−O−)は、非置換(例えば、ビスフェノールF)であってもよく、又はフェニル環若しくはメチレン基のいずれかが、ハロゲン(例えば、フルオロ、クロロ、ブロモ、ヨード)、メチル、トリフルオロメチル、若しくはヒドロキシメチルによって置換されていてもよい。
本開示の二成分組成物は、硬化成分を更に含む。好ましい実施形態において、硬化成分をベース成分と均一に混合し、周囲温度で硬化反応を開始することができる。任意選択により、組成物は、これらの成分が一緒に混合されるだけでなく、高温に加熱して硬化反応を促進することも必要とする。このような組成物は、一般的に、熱硬化性と呼ばれる。
硬化性組成物は、多数の好適な軽量のフィラーのいずれかを含むことができる。このようなフィラーを組成物に添加すると、硬化済みシーラントの密度を顕著に低減することができ、航空宇宙用途における燃料経済性を改善することができる。このようなフィラーは、潜在的に範囲が非常に広く、多数の異なる機能のいずれも作用することができる。特に、これらのフィラーは、圧縮性及び非圧縮性(すなわち、剛性)の両方のフィラーを含む。
硬化性組成物は、追加の添加剤を取り入れてもよい。好ましい実施形態では、これらの添加剤は、非圧縮性である、又はごく僅かな圧縮率しか有さない。任意選択の添加剤としては、組成物全体のベース成分及び硬化成分のうちの片方又は両方に含まれ得る顔料が挙げられる。顔料は、二酸化チタン、硫化亜鉛、カーボンブラック、並びに当該技術分野で既知のその他の種々の有機及び無機物質を含むことができる。
提供される組成物の例示的な使用方法を、図1のブロック図に概略的に示す。組成物のA部及びB部を、第1の容器100及び第2の容器102の中で保管する。この概略図において、A部は、硬化性樹脂及び第1の圧縮性フィラーを含有するベース成分を表し、一方で、B部は、硬化剤及び第2の圧縮性フィラーを含有する硬化成分を表す。好ましくは、A部及びB部は、周囲温度で巨視的に均質な液体である。
1.硬化性樹脂及びその中に分散されている第1の圧縮性フィラーから構成されるベース成分と、硬化剤及びその中に分散されている第2の圧縮性フィラーから構成される硬化成分と、を含み、ベース成分と硬化成分は混合により互いに反応して架橋ネットワークを生成する、二成分硬化性組成物。
2.第1及び第2の圧縮性フィラーがそれぞれ、中空粒子を含む、実施形態1の組成物。
3.中空粒子が、弾性中空粒子を含む、実施形態2の組成物。
4.第1の圧縮性フィラーが、ベース成分の総重量に基づいて0.9重量%〜28重量%の量で存在する、実施形態1〜3のいずれか1つの組成物。
5.第1の圧縮性フィラーが、ベース成分の総重量に基づいて2重量%〜15重量%の量で存在する、実施形態4の組成物。
6.第1の圧縮性フィラーが、ベース成分の総重量に基づいて2重量%〜13重量%の量で存在する、実施形態5の組成物。
7.第2の圧縮性フィラーが、硬化成分の総重量に基づいて1重量%〜38重量%の量で存在する、実施形態1〜6のいずれか1つの組成物。
8.第2の圧縮性フィラーが、硬化成分の総重量に基づいて2.5重量%〜20重量%の量で存在する、実施形態7の組成物。
9.第2の圧縮性フィラーが、硬化成分の総重量に基づいて2.5重量%〜16重量%の量で存在する、実施形態8の組成物。
10.ベース成分及び硬化成分がそれぞれ、周囲温度で5バールの圧力を受けたとき、5%〜50%の平均圧縮を示す、実施形態1〜9のいずれか1つの組成物。
11.ベース成分及び硬化成分がそれぞれ、周囲温度で5バールの圧力を受けたとき、8%〜48%の平均圧縮を示す、実施形態10の組成物。
12.ベース成分及び硬化成分がそれぞれ、周囲温度で5バールの圧力を受けたとき、8%〜45%の平均圧縮を示す、実施形態11の組成物。
13.ベース成分及び硬化成分が、周囲温度で5バールの圧力を受けたとき、ベース成分は、硬化成分の平均圧縮の15%以内の平均圧縮を示す、実施形態1〜12のいずれか1つの組成物。
14.ベース成分及び硬化成分が、周囲温度で5バールの圧力を受けたとき、ベース成分は、硬化成分の平均圧縮の10%以内の平均圧縮を示す、実施形態13の組成物。
15.ベース成分及び硬化成分が、周囲温度で5バールの圧力を受けたとき、ベース成分は、硬化成分の平均圧縮の5%以内の平均圧縮を示す、実施形態14の組成物。
16.第1及び第2の圧縮性フィラーがそれぞれ、アクリロニトリルコポリマー、メタクリロニトリルコポリマー、又はポリスルフィドを含む、実施形態1〜15のいずれか1つの組成物。
17.硬化性樹脂が、ポリスルフィド、ポリチオエーテル、1,3−ジエン、シリコーン、フッ化炭素、フルオロシリコーン、エポキシ、マレイミド、ポリシアネートエステル、ポリウレタン前駆体、又はこれらの混合物若しくはコポリマーを含む、実施形態1〜16のいずれか1つの組成物。
18.硬化性樹脂がポリスルフィドを含む、実施形態17の組成物。
19.硬化性樹脂がポリチオエーテルを含む、実施形態17の組成物。
20.硬化成分が、二酸化鉛、二酸化マンガン、重クロム酸カルシウム、及び重クロム酸アンモニウムのうちの1つ以上を含む、実施形態18又は19の組成物。
21.組成物が、混合後、最大1.7g/mLの密度を有する、実施形態1〜20のいずれか1つの組成物。
22.組成物が、混合後、最大1.5g/mLの密度を有する、実施形態21の組成物。
23.組成物が、混合後、最大1.35g/mLの密度を有する、実施形態22の組成物。
24.ベース成分及び硬化成分がそれぞれ、6000ポアズ〜16,000ポアズの粘度を有する、実施形態1〜23のいずれか1つの組成物。
25.ベース成分がシリカフィラーを更に含む、実施形態1〜24のいずれか1つの組成物。
26.シリカフィラーが、表面改質されている、実施形態25の組成物。
27.シリカフィラーが、ベース成分の総重量に基づいて0.1%〜10%の量で存在する、実施形態25又は26の組成物。
28.シリカフィラーが、ベース成分の総重量に基づいて0.1%〜8%の量で存在する、実施形態27の組成物。
29.シリカフィラーが、ベース成分の総重量に基づいて0.1%〜7%の量で存在する、実施形態28の組成物。
30.ベース成分は、平均粒径が50〜200ナノメートルの炭酸カルシウムフィラーを更に含む、実施形態1〜29のいずれか1つの組成物。
31.炭酸カルシウムフィラーが、ベース成分の総重量に基づいて2%〜40%の量で存在する、実施形態30の組成物。
32.炭酸カルシウムフィラーが、ベース成分の総重量に基づいて5%〜35%の量で存在する、実施形態31の組成物。
33.炭酸カルシウムフィラーが、ベース成分の総重量に基づいて5%〜30%の量で存在する、実施形態32の組成物。
34.ベース成分及び硬化成分が、15:1〜1:1の重量による混合比で存在する、実施形態1〜33のいずれか1つの組成物。
35.ベース成分及び硬化成分が、15:1〜2:1の重量による混合比で存在する、実施形態34の組成物。
36.ベース成分及び硬化成分が、15:1〜4:1の重量による混合比で存在する、実施形態35の組成物。
37.組成物が、航空宇宙シーラント組成物である、実施形態1〜36のいずれか1つの組成物。
38.実施形態1〜37のいずれか1つの組成物の反応生成物。
39.表面をシーリングする方法であって、硬化性樹脂及び第1の圧縮性フィラーを含むベース成分を計量して容器に入れることと、硬化剤及び第2の圧縮性フィラーから構成される硬化成分を計量して容器に入れることと、容器中でベース成分と硬化成分を混合して、硬化性樹脂の硬化を開始することと、得られた混合物を、シーリングする表面上に分注することと、を含む、方法。
40.ベース成分及び硬化成分がそれぞれ、周囲温度で5バールの圧力を受けたとき、互いに実質的に一致する平均圧縮値を示し、それにより、各成分が、経時的に一貫した化学量論比で計量される、実施形態39の方法。
41.ベース成分及び硬化成分を計量することが、加圧力が時間に応じて正弦波的に変動する各計量ポンプによりそれぞれをポンピングすることを含む、実施形態39又は40の方法。
atm:気圧
℃:摂氏温度
g/cm2:グラム/立方センチメートル
kPa:キロパスカル
vol.%:体積パーセント
wt.%:重量パーセント
G−1:Akzo Nobel Functional Chemicals GmbH(Greiz,Germany)から商標名「THIOPLAST G1」で入手される、液体ポリスルフィド樹脂(分子量3,700)。
G−12:Akzo Nobel Functional Chemicals GmbHから商標名「THIOPLAST G12」で入手される、液体ポリスルフィド樹脂(分子量4,000)。
G−44:Akzo Nobel Functional Chemicals GmbHから商標名「THIOPLAST G44」で入手される、液体ポリスルフィド樹脂(分子量1,000)。
HB−40:Univar USA,Inc.(Downers Grove,Illinois)から商標名「HB−40」で入手される、部分的に水素添加されたテルフェニル可塑剤。
MnO2:Shepard Color Company(Cincinnati,Ohio)から入手される、二酸化マンガン(活性化II型)。
R−202:Evonik Industries,AG(Essen,Germany)から商標名「AEROSIL R202」で入手される、表面改質ヒュームドシリカ。
RE−610:Solvay Chemicals,Inc.(Houston,Texas)から商標名「RHODAFAC RE−610」で入手される、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル界面活性剤。
S−302:Solvay Chemicals,Inc.から商標名「SOCAL 302」で入手される、ナノ粒子炭酸カルシウム。
BC−1
ガラスケトルにG−1、G−12及びG−44の1:1:1ブレンド100重量部を添加することによって、ポリスルフィドシーラントベース成分を調製した。次いで21℃で5分間の高剪断ミキサーの手段により40部のS−302をポリマーブレンド中に均質に分散した。次いで1.5部のR−202を添加し、均質に分散されるまで(約5分間)高速混合を続けた。得られたベース成分の密度は1.51g/cm2であり、圧縮性粒子の量は0vol.%だった。
BC−1の調製に一般的に記載される手順を繰り返し、4.7部のEMを、S−302と共に添加した。得られたベース成分の密度は1.25g/cm2であり、圧縮性粒子の量は20vol.%だった。
BC−2の調製に一般的に記載される手順を繰り返し、EMを12.5重量部まで増加した。ベース成分の密度は0.99g/cm2であり、圧縮性粒子の量は40vol.%だった。
CC−1
94重量部の可塑剤HB−40及び1.3部の界面活性剤RE−610を21℃のガラスるつぼ中で混合した。100部のMnO2及び4部の水を10分にわたって含浸するまで増加的に添加し、次いで高剪断ミキサーの手段によって更に10分間、完全に分散させた。硬化成分の密度は1.62g/cm2であり、圧縮性粒子の量は0vol.%だった。
CC−1の調製に一般的に記載される手順を繰り返し、MnO2が含浸した後に6.17部のEM及び4部の脱イオン水を添加した。弾性粒子が均質に分散されるまで(約5分)、高速混合を続けた。硬化成分の密度は1.33g/cm2であり、圧縮性粒子の量は20vol.%だった。
CC−2の調製に一般的に記載される手順を繰り返し、EMを16.5重量部まで増加した。硬化成分の密度は1.05g/cm2であり、圧縮性粒子の量は40vol.%だった。
2つのペール缶専用ポンプModel 250Hを装着した固定体積流量計混合機Metermaster Model 523−456(全てH&G Industries International Inc.(Carson City,Nevada)から入手可能)と、3つの直列に接続されたTAH Industries Model 100(Nordson EFD Corporation(Westlake,Ohio)から入手される、品番102−812)管からなる静的ミキサーとを使用して、ポリスルフィドベース成分及び硬化成分を均質になるまで混合した。ポンプ圧及び混合圧は、5気圧(506.5kPa)に設定したが、分注中で実際に観察された圧力は2〜5気圧の間で変動した。
Claims (15)
- 硬化性樹脂及びその中に分散されている第1の圧縮性フィラーから構成されるベース成分と、
硬化剤及びその中に分散されている第2の圧縮性フィラーから構成される硬化成分と、
を含み、前記ベース成分と硬化成分は混合により互いに反応して架橋ネットワークを生成する、二成分硬化性組成物。 - 前記第1及び第2の圧縮性フィラーがそれぞれ、弾性中空粒子を含む、請求項1に記載の組成物。
- 前記第1の圧縮性フィラーが、前記ベース成分の総重量に基づいて0.9重量%〜28重量%の量で存在する、請求項1又は2に記載の組成物。
- 前記第2の圧縮性フィラーが、前記硬化成分の総重量に基づいて1重量%〜38重量%の量で存在する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記ベース成分及び前記硬化成分がそれぞれ、周囲温度で5バールの圧力を受けたとき、5%〜50%の平均圧縮を示す、請求項1〜4のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記ベース成分及び硬化成分が、周囲温度で5バールの圧力を受けたとき、前記ベース成分は、前記硬化成分の平均圧縮の15%以内の平均圧縮を示す、請求項1〜5のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記第1及び第2の圧縮性フィラーがそれぞれ、アクリロニトリルコポリマー、メタクリロニトリルコポリマー、又はポリスルフィドを含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記硬化性樹脂が、ポリスルフィド又はポリチオエーテルを含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記ベース成分が、表面改質シリカフィラーを更に含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記ベース成分は、平均粒径が50〜200ナノメートルの炭酸カルシウムフィラーを更に含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記ベース成分及び硬化成分が、15:1〜1:1の重量による混合比で存在する、請求項1〜10のいずれか一項に記載の組成物。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の組成物の反応生成物。
- 表面をシーリングする方法であって、
硬化性樹脂及び第1の圧縮性フィラーを含むベース成分を計量して容器に入れることと、
硬化剤及び第2の圧縮性フィラーから構成される硬化成分を計量して前記容器に入れることと、
前記容器中で前記ベース成分と前記硬化成分を混合して、前記硬化性樹脂の硬化を開始することと、
得られた混合物を、シーリングする前記表面上に分注することと、
を含む、方法。 - 前記ベース成分及び硬化成分がそれぞれ、周囲温度で5バールの圧力を受けたとき、互いに実質的に一致する平均圧縮値を示し、それにより、各成分が、経時的に一貫した化学量論比で計量される、請求項13に記載の方法。
- 前記ベース成分及び硬化成分を計量することが、加圧力が時間に応じて正弦波的に変動する各計量ポンプによりそれぞれをポンピングすることを含む、請求項13又は14に記載の方法。
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