JP2019532850A - ポリオレフィンプラスチックと追加のプラスチックの溶接方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、ポリオレフィンプラスチックとプラスチックとをプライマーを使って溶接する方法に関し、前記プライマーは少なくとも1つの無水マレイン酸含有ポリマーおよび少なくとも1つのポリエステルを含む。本発明は、対応する接着した製品にも関する。
Description
本発明は、プライマーを使用してポリオレフィンプラスチック材料をプラスチック材料に溶接する方法に関し、該プライマーは、無水マレイン酸を含有する少なくとも1種のポリマーと少なくとも1種のポリエステルとを含有する。本発明はまた、この方法により溶接された製品に関する。
ポリエチレン(PE)、ポリアクリレートまたはポリアミド(PA)のようなプラスチック材料でできている2つ以上の基材を相互接続するための様々な方法が当該技術分野において知られている。このことは、ラッチやネジ留めなどの機械的な接続方法や、接着方法の両方を含む。あるいは、プラスチック材料を一緒に溶接することもできる。溶接は、PEにPEまたはPAにPAのような一般に同じ種類のプラスチック材料の取り外し不可能な、物質の物理的接続の接合方法である。同じ種類の熱可塑性材料は、分子構造、融点、溶融粘度および熱膨張係数に関して実質的に異ならず、原則としてある程度一緒に混合することができるポリマーである。同じ種類のプラスチック材料は、同一のポリマーベースを有するプラスチック材料または同一のプラスチック材料である。
同じ種類の2つ以上のプラスチック材料を一緒に溶接するための広範囲の方法が知られている。この場合、広範囲の溶接方法、例えば赤外線溶接、赤外線/振動溶接または超音波溶接を使用することができる。同じ種類のプラスチック材料を溶接するためのこれらの方法は、それぞれのプラスチック材料が溶接ゾーンの領域で溶融され、このゾーン内の物質が互いに一体的かつ摩擦的に結合されていることに基づいている。
これらの溶接方法は、同じ種類のプラスチック材料を相互接続することを意図している限りにおいて効果的である。しかしながら、同じ種類ではない、または互いに不適合な2つのプラスチック材料、例えばポリプロピレンとポリカーボネートからなるプラスチック材料を互いに溶接することを意図している場合、2つの基材間に高い機械的強度を有する永久接続は不可能である。2つのプラスチック材料ポリプロピレンおよびポリカーボネート、または2つのプラスチック材料プロピレンおよびABS(アクリロニトリルブタジエンスチレンコポリマー)、または2つのプラスチック材料ポリプロピレンおよびPET(ポリエチレンテレフタレート)、または2つのプラスチック材料ポリプロピレンおよびPBT(ポリブチレンテレフタレート)を従来技術から公知の溶接方法を使用して直接溶接しようとする場合、ほとんどから全く強度を達成しない。
従ってこれまでは、異なるプラスチック材料は、機械的接続または接着方法によってのみ相互接続することができた。機械的接続の欠点は、複雑な取り付け、特定の箇所での材料の歪み、および追加の機械的接続手段の必要性である。さらに、機械的接続の場合には、一体的な接合が達成されることはめったにない。しかしながら、接着方法の不利な点は、結合の最終強度が長期間の後にしか達成されないことであり、それは数週間になり得る。さらに、低エネルギー表面を接合することは、接合部品の複雑な前処理をしばしば必要とする。結合された接続は、外部の大気条件のために、しばしば無限には安定しない。適切な結合接続を提供することもまた、しばしば複雑で時間がかかる。従ってプラスチック材料を溶接する方法による接続が、最も適切で、最も速くそして最も単純な解決策となる。
したがって、本発明が取り組む問題は、ポリオレフィンプラスチック材料を第2のプラスチック材料に溶接するための簡単な方法を見出すことである。これらの異なるプラスチック材料間の接続は、溶接の結果として、恒久的かつ可能な限り安定であるべきである。
驚くべきことに、この問題は、無水マレイン酸を含有する少なくとも1つのポリマー、特に少なくとも1つのマレイン酸無水物グラフトポリオレフィンポリマーと、少なくとも1つのポリエステル、特に少なくとも1つのコポリエステルとを含む、プライマーを使用してポリオレフィンプラスチック材料を第2のプラスチック材料に溶接する方法により解決されることが見出された。
無水マレイン酸を含有する少なくとも1つのポリマー、特に少なくとも1つの無水マレイン酸グラフトポリオレフィンポリマー、および少なくとも1つのポリエステル、好ましくは少なくとも1つのコポリエステルを含有するプライマーを使用することによって、ポリオレフィンプラスチック材料をプラスチック材料に溶接するとき、プラスチック材料間に特に安定な一体結合を達成することができた。
プライマーを用いた溶接のための第1の接合部は、ポリオレフィンプラスチック材料、特に熱可塑性ポリオレフィンプラスチック材料である。ポリオレフィンプラスチック材料は、アルファ−オレフィンのホモポリマーおよびコポリマーなどのポリオレフィン系ポリマーに基づく。前記ポリオレフィン系ポリマーは、エチレン、プロピレンおよび/またはブチレン、特にエチレンホモポリマーまたはプロピレンホモポリマーに基づくポリアルファ−オレフィンホモポリマー、およびエテン、プロペン、1−ブテン、1−ヘキセンおよび1−オクテンに基づくポリ−アルファ−オレフィンコポリマー、特にエチレン/アルファ−オレフィンおよびプロピレン/アルファ−オレフィンコポリマー、好ましくは1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテンまたはそれらの組み合わせを有するエテンまたはプロペンのコポリマーからなる群から選択することができる。特に、前記ポリオレフィンプラスチック材料は、ポリエチレン(特に高密度(HD)ポリエチレン、中密度(MD)ポリエチレン、低密度(LD)ポリエチレン、超高分子量(UHMW)ポリエチレンおよび線形低密度(LLD)ポリエチレン、好ましくはHDポリエチレン、MDポリエチレンまたはLDポリエチレン)およびポリプロピレンプラスチック材料から好ましくは選択される。前記ポリオレフィンプラスチック材料は特に好ましくは、ポリエチレンプラスチック材料またはポリプロピレンプラスチック材料であり、特に好ましくはポリプロピレンプラスチック材料である。
前記ポリオレフィンポリマー、特にポリプロピレンポリマーは、好ましくは10,000g/mol超、特に20,000g/mol超、好ましくは50,000g/mol超、特に好ましくは100,000g/mol超の重量平均モル質量(重量平均Mw)を有する。前記ポリオレフィンポリマー、特にポリプロピレンポリマーは、好ましくは2,000,000g/mol未満、特に1,000,000g/mol未満、好ましくは500,000g/mol未満の重量平均モル質量(重量平均Mw)を有する。特に好ましいポリエチレンポリマーは、50,000g/mol〜1,000,000g/mol、特に200,000g/mol〜500,000g/molの重量平均モル質量(重量平均Mw)を有する。他の好ましいポリエチレンポリマー(UHMW PEポリマー)は、2,000,000g/mol超、特に4,000,000g/mol〜6,000,000g/molの重量平均モル質量を有する。特に好ましいポリオレフィンポリマー、特にポリプロピレンポリマーは、50,000g/mol〜250,000g/molの重量平均モル質量(重量平均Mw)を有する。
前記ポリオレフィンプラスチック材料、特にポリプロピレンプラスチック材料はさらなる成分、例えば、天然またはガラス繊維などのフィラー、顔料、染料、レオロジー助剤、離型助剤または安定剤などを含むことができる。前記ポリオレフィンプラスチック材料、特にポリエチレンプラスチック材料および/またはポリプロピレンプラスチック材料、好ましくはポリプロピレンプラスチック材料、特定のポリオレフィンポリマー、特に特定のポリエチレンポリマーおよび/またはポリプロピレンポリマー、好ましくはポリプロピレンポリマーから特に好ましくは構成され、それぞれの場合ポリオレフィンプラスチック材料(フィラーを含まない全ポリオレフィンプラスチック材料)のポリマー割合に基づいて、好ましくは80重量%超、特に90重量%超、好ましくは98重量%超の量で構成される。前記ポリオレフィンプラスチック材料、好ましくはポリプロピレンプラスチック材料は、特定のポリオレフィンポリマー、特にポリプロピレンから好ましくは構成され、それぞれの場合全ポリオレフィンプラスチック材料(フィラーを含む)に基づいて、好ましくは50重量%超、特に70重量%超、好ましくは90重量%超、より好ましくは95重量%超、特に好ましくは98重量%超の量で構成される。さらに好ましいポリオレフィンプラスチック材料、特にポリエチレンおよび/またはポリプロピレンプラスチック材料、好ましくはポリプロピレンプラスチック材料は、特定のポリオレフィンポリマー、特に特定のポリエチレンおよび/またはポリプロピレンポリマー、好ましくはポリプロピレンポリマーから構成され、それぞれの場合全ポリオレフィンプラスチック材料(フィラーを含む)に基づいて、10〜80重量%、特に30〜50重量%の量で構成される。これは、天然繊維で充填されているポリオレフィンプラスチック材料にとって特に好ましい。好ましいポリオレフィンプラスチック材料、特にポリエチレンおよび/またはポリプロピレンプラスチック材料、好ましくはポリプロピレンプラスチック材料は、全ポリオレフィンプラスチック材料(フィラーを含む)に基づいて、20〜80重量%、特に50〜70重量%の繊維、特に天然繊維を含有する。
プライマーを用いた溶接のための第2の接合部は、さらなるプラスチック材料である。接合される前記プラスチック材料、または前記プラスチック材料が基づくポリマーは、以下から選択することができる:ポリオキシアルキレン、ポリカーボネート(PC)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)またはポリエチレンテレフタレート(PET)などのポリエステル、ポリエチレンまたはポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリ(メタ)アクリレート、ポリアミド、ポリスチレンなどのビニル芳香族(コ)ポリマー、HIPSなどの耐衝撃性ポリスチレン、またはSAN、ASA、ABSまたはAESポリマー、ポリフェニレンエーテル(PPE)などのポリアリーレンエーテル、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリウレタン、ポリラクチド、ポリ塩化ビニル(PVC)などのハロゲン含有ポリマー、イミド基含有ポリマー、セルロースエステル、シリコーンポリマーおよび熱可塑性エラストマー。異なる熱可塑性ポリマーの混合物もまたプラスチック成形部品用の材料として使用することができる。前記混合物は、単相または多相ポリマーブレンドであり得る。相互接続される成形部品は、同一または異なる熱可塑性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーブレンドから構成され得る;前記プラスチック材料は、好ましくは主成分として熱可塑性ポリマーを含み、それぞれの場合プラスチック材料のポリマー割合に基づいて、特にそれぞれの場合全プラスチック材料(フィラーを含む)に基づいて、好ましくは30重量%超、特に60重量%超、好ましくは70重量%超、より好ましくは90重量%超、特に好ましくは95重量%超の量で構成される。
好ましくは、第2のプラスチック材料は、ポリカーボネート(PC)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリスチレン(PS)、ポリスチレンアクリロニトリル(SAN)、ポリアクリル酸エステルスチレンアクリロニトリル(ASA)、メチルメタクリレートアクリロニトリルブタジエンスチレン(MABS)、耐衝撃性ポリスチレン(HIPS)、ポリアミド(PA)またはそれらの混合物からのプラスチック材料から選択される。ブレンドとしても知られる前記混合物は、可能である限り、特定のプラスチック材料または対応するポリマーの混合物である。一例はABS/PCプラスチック材料である。好ましい実施形態では、前記第2の接合部は、組成および/または特性の点で第1の接合部のプラスチック材料とは異なるプラスチック材料から構成される。したがって、第2のプラスチック材料は第1のポリオレフィンプラスチック材料とは異なることが好ましい。特に、第2のプラスチック材料は、ポリエチレンまたはポリプロピレンプラスチック材料ではなく、好ましくはポリオレフィンプラスチック材料ではない。
例えばポリアミドプラスチック材料は、接合される第2のプラスチック材料として適している。前記ポリアミドプラスチック材料は、好ましくは熱可塑性ポリアミドである。アミド系熱可塑性ポリマーとしては、例えば、ε−カプロラクタムのホモポリマーであるポリアミド6(ポリカプロラクタム);11−アミノウンデカン酸の重縮合物であるポリアミド11(ポリ−11−アミノウンデカン酸アミド);ω−ラウロラクタムのホモポリマーであるポリアミド12(ポリラウロラクタム);ヘキサメチレンジアミンとアジピン酸とのホモ重縮合物であるポリアミド6.6(ポリヘキサメチレンアジパミド);ヘキサメチレンジアミンとセバシン酸とのホモ重縮合物であるポリアミド6.10(ポリヘキサメチレンセバカミド);ヘキサメチレンジアミンとドデカン二酸のホモ重縮合物であるポリアミド6.12(ポリヘキサメチレンドデカンアミド)またはトリメチルヘキサメチレンジアミンとテレフタル酸のホモ重縮合物であるポリアミド6−3−T(ポリトリメチルヘキサメチレンテレフタルアミド)、フェニレンジアミンとテレフタル酸のポリ(p−フェニレン−テレフタルアミド)またはポリ(m−フェニレン−テレフタルアミド)、種々のジアミンとテレフタル酸のポリフタルアミドPPAおよびそれらの混合物を含む。
光学的に透明なポリアミドは、直鎖状脂肪族ジカルボン酸および脂環式ジアミンを含有する微結晶ポリアミド、直鎖状脂肪族ジカルボン酸および脂環式ジアミンおよび任意にラクタムまたはアミノカルボン酸を含有する非晶質ポリアミド、テレフタル酸および脂環式または分岐脂肪族ジアミンおよび任意にラクタムまたはアミノカルボン酸を含有する非晶質ポリアミド、またはイソフタル酸と脂環式または直鎖または分枝状脂肪族ジアミンおよび任意にラクタムまたはアミノカルボン酸とを含む非晶質ポリアミドを含む。好適な光学的に透明なポリアミドは、例えば、ドデカン二酸および4,4'−ビス(アミノシクロヘキシル)メタンの異性体混合物の、テレフタル酸および2,2,4−および2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジアミンの異性体混合物の、ドデカン二酸および3,3'−ジメチル−4,4'−ビス(アミノシクロヘキシル)メタンの異性体混合物の、ラウロラクタム、イソフタル酸と3,3'−ジメチル−4,4'−ビス−(アミノシクロヘキシル)メタンの異性体混合物の、またはテトラデカン二酸および、3,3'−ジメチル−4,4'−ビス(アミノシクロヘキシル)メタンの異性体混合物の、またはイプシロン−カプロラクタムまたはオメガ−ラウロラクタムのアミドである。
好ましいポリアミドは、ポリアミド6、ポリアミド6.6、ポリアミド6.10、ポリアミド6.12、ポリアミド10.10、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド10.12、ポリフタルアミド、光学的に透明なポリアミド、またはこれらのポリアミドに基づく混合物からなる群から選択される。特に好ましいポリアミドは、ポリアミド6、ポリアミド6.6、ポリアミド12、ポリフタルアミド、光学的に透明なポリアミドおよびそれらの混合物、特にポリアミド6、ポリアミド6.6およびそれらの混合物から選択される。
ポリオキシアルキレンホモポリマーまたはコポリマー、特に(コ)ポリオキシメチレン(POM)もプラスチック材料の製造に適している。非常に一般的には、前記ポリマーはポリマー主鎖中に少なくとも50モル%の繰り返し−CH2O単位を有する。ホモポリマーは一般に、好ましくは適切な触媒の存在下で、ホルムアルデヒドまたはトリオキサンの重合によって製造される。ポリオキシメチレンコポリマーおよびポリオキシメチレンターポリマーが好ましい。好ましいポリオキシメチレン(コ)ポリマーは少なくとも150℃の融点および5,000〜200,000、好ましくは7,000〜150,000g/モルの範囲の重量平均モル質量(重量平均)Mwを有する。鎖末端にC−C結合を有する末端基安定化ポリオキシメチレンポリマーが特に好ましい。さらなる実施形態においては、特にヒドロキシル基末端ポリオキシメチレンポリマー。
ポリアリーレンエーテルは、好ましくはポリアリーレンエーテルそれ自体、ポリアリーレンエーテルスルフィド、ポリアリーレンエーテルスルホンまたはポリアリーレンエーテルケトンであると理解される。それらのアリーレン基は同一でも異なっていてもよく、互いに独立して、6〜18個の炭素原子を有する芳香族官能基を意味する。好適なアリーレン官能基の例は、フェニレン、ビフェニレン、ターフェニレン、1,5−ナフチレン、1,6−ナフチレン、1,5−アントリレン、9,10−アントリレンまたは2,6−アントリレンである。これらのうち、1,4−フェニレンおよび4,4'−ビフェニレンが好ましい。前記芳香族官能基は、好ましくは置換されていない。しかしながら、それらは1以上の置換基を有することができる。
好ましくは、第2のプラスチック材料はポリエステルプラスチック材料であり得る。好適なポリエステルプラスチック材料は、同様にそれ自体既知であり、そして文献に記載されている。好ましいポリエステルプラスチック材料は、主鎖中に芳香族ジカルボン酸から誘導される芳香環を有するポリエステルを含む。前記芳香環はまた、例えば塩素または臭素などのハロゲン、またはメチル、エチル、i−またはn−プロピル基、またはn−、i−もしくはt−ブチル基などのC1−C4アルキル基により置換されてもよい。前記ポリエステルはそれ自体既知の方法で、芳香族ジカルボン酸、それらのエステルまたは他のエステル形成性誘導体を脂肪族ジヒドロキシ化合物と反応させることによって製造することができる。好ましいジカルボン酸としては、ナフタレンジカルボン酸、オルトフタル酸、テレフタル酸およびイソフタル酸またはそれらの混合物が挙げられる。前記芳香族ジカルボン酸の30モル%までをアジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン酸およびシクロヘキサンジカルボン酸などの脂肪族または脂環式ジカルボン酸で置換することができる。脂肪族ジヒドロキシ化合物のうち、2〜8個の炭素原子を有するジオール、特に1,2−エタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメチロールおよびネオペンチルグリコールまたはそれらの混合物が好ましい。特に好ましいポリエステルとしては、2〜6個の炭素原子を有するアルカンジオールから誘導されるポリアルキレンテレフタレートが挙げられる。
前記ポリエステルプラスチック材料は、好ましくはポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレートおよびポリブチレンテレフタレート(PBT)プラスチック材料ならびにそれらの混合物、特にポリエチレンテレフタレート(PET)およびポリブチレンテレフタレート(PBT)プラスチック材料およびそれらの混合物の群から選択される。
また、前記ポリエステルプラスチック材料、特にポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)プラスチック材料は、さらなる成分、例えば、ガラス繊維などのフィラー、顔料、鉱物粒子、染料、レオロジー助剤、離型助剤または安定剤などを含むことができる。前記ポリエステルプラスチック材料は、それぞれ全ポリエステルプラスチック材料(フィラーを含む)に基づいて、好ましくは40重量%超、特に60重量%超、好ましくは70重量%超、より好ましくは90重量%超の量の特定のポリエステルから構成される。前記ポリエステルプラスチック材料は、それぞれ前記ポリエステルプラスチック材料(フィラーを除く全プラスチック材料)のポリマー割合に基づいて、90重量%超、特に95重量%超、好ましくは98重量%超の量の特定のポリエステルから構成される。前記ポリエステルプラスチック材料は、特定のポリエステル、特にポリエチレンテレフタレートおよび/またはポリブチレンテレフタレートを、それぞれの場合の全ポリエステルプラスチック材料(フィラーを含む)に基づいて、好ましくは50〜100重量%、特に90〜100重量%の含有量で有する。
好ましい実施形態では、第2のプラスチック材料はポリカーボネートプラスチック材料である。ポリカーボネートプラスチック材料は好ましくは、正式には炭酸のポリエステルとして説明し得る熱可塑性材料である。ポリカーボネートは原則としてホスゲンとジオール、好ましくはビスフェノールとの重縮合によって調製することができる。好ましいポリカーボネートは芳香族ポリカーボネートである。芳香族ポリカーボネートは少なくとも1つの芳香族モノマーから構成される。好ましいポリカーボネートプラスチック材料はビスフェノール、特にビスフェノールAおよびビスフェノールFに基づくプラスチック材料である。前記ビスフェノールに基づくポリカーボネートについて、ジオール成分は、50重量%まで、特に70重量%まで、好ましくは90重量%まで、好ましくは100重量%までのビスフェノール、特にビスフェノールAおよび/またはビスフェノールFからなる。
ポリカーボネートプラスチック材料はさらなる成分、例えばガラス繊維などのフィラー、顔料、鉱物粒子、染料、レオロジー助剤、離型助剤または安定剤なども含むことができる。前記ポリカーボネートプラスチック材料は、それぞれ前記全ポリカーボネートプラスチック材料(フィラーを含む)に基づいて、好ましくは40重量%超、特に60重量%超、好ましくは70重量%超、より好ましくは90重量%超の量の特定のポリカーボネートからなる。前記ポリカーボネートプラスチック材料は、好ましくはそれぞれ前記ポリカーボネートプラスチック材料(フィラーを含まない全プラスチック材料)のポリマー割合に基づいて、好ましくは90重量%超、特に95重量%超、好ましくは98重量%超の量の特定のポリカーボネートからなる。前記ポリカーボネートプラスチック材料は、それぞれの場合、全ポリカーボネートプラスチック材料(充填剤を含む)を基づいて、50〜100重量%、特に90〜100重量%の特定のポリカーボネートの含有量を有する。
別の好ましい実施形態では、前記第2のプラスチック材料は、少なくとも1つのビニル芳香族ポリマー、特に、スチレン、クロロスチレン、アルファ−メチルスチレンおよびパラ−メチルスチレンから選択されるモノマーのコポリマーを含む。少量の割合では、ビニル芳香族コポリマー(好ましくは20重量%以下、特に8重量%以下)および(メタ)アクリロニトリルまたは((メチル)メタクリレート等の)(メタ)アクリル酸エステル等のコモノマーも、組成の一部になり得る。特に好ましいビニル芳香族ポリマーは、ポリスチレン、スチレンアクリロニトリルコポリマー(SAN)、ポリスチレンメチルメタクリレート(SMMA)および耐衝撃性ポリスチレン(HIPS=High Impact Polystyrene、高衝撃性ポリスチレン)である。もちろん、前記ポリマーの混合物も使用することができる。
非常に特に好ましいビニル芳香族ポリマーは、MABS、SAN、ASA、ABSおよびAESポリマー(MABS=(メチル)メタクリレートアクリロニトリルブタジエンスチレン、SAN=スチレンアクリロニトリル、ASA=アクリロニトリルスチレンアクリル酸エステル、ABS=アクリロニトリルブタジエンスチレン、AES=アクリロニトリルEPDMゴムスチレン)である。これらの耐衝撃性ビニル芳香族ポリマーは少なくとも1つのゴム弾性グラフトポリマーおよび1つの熱可塑性ポリマー(マトリックスポリマー)を含有する。マトリックス材料として、スチレン/アクリロニトリルポリマー(SAN)が一般的に用いられる。ブタジエンまたはイソプレン(ABS)などのジエンに基づくジエンゴム、n−ブチルアクリレートおよび2−エチルヘキシルアクリレートなどのアクリル酸のアルキルエステルに基づくアルキルアクリレートゴム、エチレン、プロピレンおよびジエンに基づくEPDMゴム、または前記ゴムまたはゴムモノマーの混合物が、ゴムとして好ましくは使用される。
前記ビニル芳香族ポリマーの重量平均分子量は、特に1,500〜2,000,000g/mol、好ましくは70,000〜1,000,000g/molである。
好ましい実施形態では、第2のプラスチック材料はSMMA、SAN、ASA、ABSおよびAESプラスチック材料、特にABSプラスチック材料から選択される。
ビニル芳香族ポリマーを含有する前記第2のプラスチック材料、好ましくはSMMA、SAN、ASA、ABSおよびAESプラスチック材料は、さらなる成分、例えばガラス繊維のようなフィラー、顔料、鉱物粒子、染料、レオロジー助剤、離型助剤または安定剤なども含むことができる。前記第2のプラスチック材料、特に前記SAN、ASA、ABSおよびAESプラスチック材料は、それぞれ全プラスチック材料(フィラーを含む)に基づいて、好ましくは40重量%超、特に60重量%超、好ましくは70重量%超、より好ましくは90重量%超の量の特定のビニル芳香族ポリマーからなる。前記第2のプラスチック材料は、それぞれプラスチック材料(フィラーを含まない全プラスチック材料)のポリマー割合に基づいて、好ましくは90重量%超、特に95重量%超、好ましくは98重量%超の量の特定のビニル芳香族ポリマー、特にSAN、ASA、ABSおよび/またはAESポリマーからなる。前記第2のプラスチック材料は、それぞれの場合、全プラスチック材料(フィラーを含む)に基づいて、好ましくは60〜100重量%、特に80〜100重量%のビニル芳香族ポリマーの含有量を有する。
別の好ましい実施形態では、前記第2のプラスチック材料は、少なくとも1つのポリカーボネートと少なくとも1つのビニル芳香族ポリマー、好ましくは上述のものとの混合物を有する。前記混合物は、好ましくはビニル芳香族ポリマー、特にSMMA、SAN、ASA、ABSおよび/またはAES、好ましくはABSよりも多くのポリカーボネートを含む。ポリカーボネート、特に芳香族ポリカーボネートのビニル芳香族ポリマー、特にSMMA、SAN、ASA、ABSおよび/またはAESに対する比は、それぞれの場合重量部に基づいて、好ましくは1:1〜100:1、特に2:1〜50:1、好ましくは3:1〜10:1である。
少なくとも1つのポリカーボネートと少なくとも1つのビニル芳香族ポリマーとの混合物を含有する第2のプラスチック材料は、さらなる成分、例えばガラス繊維のようなフィラー、顔料、鉱物粒子、染料、レオロジー助剤、離型助剤または安定剤などを含むことができる。前記第2のプラスチック材料は、それぞれ全プラスチック材料(フィラーを含む)に基づいて、好ましくは40重量%超、特に60重量%超、好ましくは70重量%超、より好ましくは90重量%超の量の、少なくとも1つのポリカーボネートと少なくとも1つのビニル芳香族ポリマーとの特定の混合物からなる。前記第2のプラスチック材料は、それぞれプラスチック材料(フィラーを含まない全プラスチック材料)のポリマー割合に基づいて、好ましくは90重量%超、特に95重量%超、より好ましくは98重量%超の量の少なくとも1つのポリカーボネートと少なくとも1つのビニル芳香族ポリマーとの特定の混合物からなる。前記第2のプラスチック材料は、それぞれの場合全プラスチック材料(フィラーを含む)に基づいて、好ましくは50〜90重量%、特に60〜80重量%の少なくとも1つのポリカーボネートと少なくとも1つのビニル芳香族ポリマーの混合物のポリマー含有量を有する。
別の好ましい実施形態では、前記第2のプラスチック材料は、少なくとも1つのポリカーボネートと少なくとも1つのポリエステル、好ましくは上述のポリエステルプラスチック材料との混合物を含有する。ポリカーボネート、特に芳香族ポリカーボネートのポリエステル、特にPETおよび/またはPBTに対する比は、それぞれの場合重量部に基づいて、好ましくは50:1〜1:50、特に20:1〜1:20、好ましくは9:1〜1:9、より好ましくは5:1〜1:5である。対応する混合物は、好ましくはポリエステル(特にPETおよび/またはPBT)よりも多くのポリカーボネートを含む。
少なくとも1つのポリカーボネートと少なくとも1つのポリエステルとの混合物を含有する前記第2のプラスチック材料は、さらなる成分、例えばガラス繊維のようなフィラー、顔料、鉱物粒子、染料、レオロジー助剤、離型助剤または安定剤なども含むことができる。前記第2のプラスチック材料は、それぞれ全プラスチック材料(フィラーを含む)に基づいて、好ましくは40重量%超、特に60重量%超、好ましくは70重量%超、より好ましくは90重量%超の量の、少なくとも1つのポリカーボネートと少なくとも1つのポリエステルとの特定の混合物からなる。前記第2のプラスチック材料は、それぞれプラスチック材料(フィラーを含まない全プラスチック材料)のポリマー割合に基づいて、好ましくは90重量%超、特に95重量%超、好ましくは98重量%超の量の、少なくとも1つのポリカーボネートおよび少なくとも1つのポリエステルとの特定の混合物からなる。第2のプラスチック材料は、それぞれの場合全プラスチック材料(フィラーを含む)に基づいて、好ましくは50〜90重量%、特に60〜80重量%の少なくとも1つのポリカーボネートと少なくとも1つのポリエステルとの混合物のポリマー含有量を有する。
別の好ましい実施形態では、第2のプラスチック材料は少なくとも1つのポリ(メタ)アクリレートを含有する。ポリ(メタ)アクリレートは合成の、好ましくは透明な、熱可塑性材料である。好ましいポリ(メタ)アクリレートは、50〜100重量%、特に70〜100重量%のアクリレートおよび/またはメタクリレートから構成され、前記(メタ)アクリレート単位は、好ましくはC1〜C12アルキル官能基、特にC1〜C4、好ましくはメチル官能基でエステル化されている。ポリ(メタ)アクリレートという表記は、ポリマーがアクリレートおよび/またはメタクリレートから構成されることを示す。したがって、(メタ)アクリレートという表記は、これがアクリレートおよびメタクリレートの両方であり得ることを示す。特に好ましくは、前記ポリ(メタ)アクリレートは、ポリメチルメタクリレート(PMMA、口語的にはアクリルガラスまたはプレキシグラスとしても知られている)である。好ましいポリメチルメタクリレートは、50〜100重量%、特に70〜100重量%のメチルメタクリレートからなる。
ポリ(メタ)アクリレート、特にポリメチルメタクリレートの成分のコモノマーとして、メタ(アクリル酸)、特にアクリル酸、およびアルキル官能基中に1〜12個の炭素原子、特に1〜4個の炭素原子を有するそれらのアルキルエステル、およびアクリロニトリルおよび/またはメタクリロニトリル、アクリルアミドおよび/またはメタクリルアミド、スチレンおよび/または無水マレイン酸が第一の例として考えられる。熱可塑性的および熱弾性的に変形可能なプラスチック材料が好ましい。好ましい熱可塑性ポリメチルメタクリレートプラスチック材料は、50,000g/mol超、特に100,000g/mol超の重量平均モル質量(重量平均Mw)を有する。前記熱可塑性ポリ(メタ)アクリレートプラスチック材料、特にポリメチルメタクリレートプラスチック材料は、好ましくは2,000,000g/mol未満、特に1,000,000g/mol未満、好ましくは500,000g/mol未満の重量平均モル質量(重量平均Mw)を有する。特に好ましい熱可塑性ポリ(メタ)アクリレートプラスチック材料、特にポリメチルメタクリレートプラスチック材料は、50,000g/mol〜250,000g/molの重量平均モル質量(重量平均Mw)を有し、例えば射出成形の場合には、約100,000g/mol〜約180,000g/molである。
本発明に必須のさらなる成分は、少なくとも1つのプライマー、好ましくは厳密に1つのプライマーの使用である。前記プライマーは、無水マレイン酸を含有する少なくとも1つのポリマー、特に無水マレイン酸グラフトポリオレフィンポリマーと、少なくとも1つのポリエステル、特に少なくとも1つのコポリエステルとを含有する。
プライマーは溶接助剤を構成し、好ましくは接合領域の範囲において、溶接される基材表面の少なくとも1つに前処理層として適用される。前記プライマーは、接着剤、洗浄剤などとして理解されるべきではない;むしろ、前記プライマーは溶接助剤であり、その結果として、接合部分が接合領域(または溶接領域)において相溶性になり、接合領域で接合が生じると、接合される基材間の一体的な接合および摩擦接続がもたらされる。
実験は、本発明によるポリマーを含有する対応するプライマーを使用することによって、接合されるプラスチック材料が接合の継ぎ目での溶接の場合に相溶性になり、それによって安定で永久的な接続の達成が可能になることを示した。対応するプライマーを使用しないと、溶接接続部の強度は全くないかまたは非常に限られたものにしかできなかった。接合された基材は、好ましくは2MPa超、特に5MPa超、好ましくは7MPa超の引張強度を有する。引張強度は、実験に記載された実験技術に従って5mm/分の引張速度によって決定される。
好ましい実施形態では、無水マレイン酸を含有する前記少なくとも1種のポリマーは複数種のポリマーであり、特にその主鎖に反応または重合した無水マレイン酸基を含有するコポリマーである。この場合、無水マレイン酸または無水マレイン酸誘導体、特に無水マレイン酸を反応または重合させてポリマーに組み込むことができる。無水マレイン酸誘導体の一例は、1,2,3,6−テトラヒドロフタル酸無水物であり、これは適切な5員の無水物基を含む。この場合、前記ポリマーは、例えば、少なくとも1つの無水マレイン酸モノマーとアクリレートおよび/またはアルファ−オレフィンモノマーとからなるコポリマー中で主鎖中に重合された、および無水マレイン酸グラフトポリオレフィンのようにグラフト化された、両方の無水マレイン酸基を含み得る。好ましい形態では、プライマー中のポリマーは、無水マレイン酸グラフトポリオレフィン、特に無水マレイン酸グラフトポリエチレンおよび/または無水マレイン酸グラフトポリプロピレン、好ましくは無水マレイン酸グラフトポリプロピレンである。
他の特に好ましい実施形態では、前記プライマーは、無水マレイン酸または無水マレイン酸誘導体に加えて、アクリレートおよびメタクリレート(一緒にすると:(メタ)アクリレート)、特に1〜12個の炭素原子、好ましくは1〜4個の炭素原子を有するアルキル官能基を有する(メタ)アクリレート、好ましくはエチルおよびブチル(メタ)アクリレート、メタ(アクリル)酸およびアルファ−オレフィン、特にエチレン、プロペン、1−ブテン、1−ヘキセンおよび1−オクテン、好ましくはエチレンの群から選択される1つ以上のモノマーをその中に重合して含むコポリマーを好ましくは含む。加えて、エポキシドまたはイソシアネート基、カルボキシル基またはアミン基、さらにアルコキシシラン基などの官能基を有する官能性モノマーを使用することができる。前記少なくとも1つのコポリマーは、特に好ましくは、そこで重合する、少なくとも1つの無水マレイン酸(誘導体)、(メタ)アクリレートおよびアルファ−オレフィン、好ましくは無水マレイン酸、C1〜C4アルキル官能基を有する(メタ)アクリレートおよびエチレンまたはプロピレンを含有する。
無水マレイン酸基を含有する前記ポリマーは、既知の方法でモノマーから合成することができる。前記ポリマーはポリマー類似反応でグラフトすることもできる。グラフト化のための特に好ましい反応相手は、アルコール、チオール、アミン、イソシアネート、無水物、カルボン酸、特にアルコール、好ましくはメタノールおよびイソブタノールなどの1〜6個の炭素原子を有するアルコールである。グラフト化のために、ポリマー中の無水マレイン酸モノマーまたは無水マレイン酸単位を反応相手と反応させることができ、特にアルコールを使用してエステル化することができる。好ましくは、無水マレイン酸基のいくつかのみ、特に無水マレイン酸基の70%未満が反応またはエステル化される。無水マレイン酸基が反応せず、無水物基として残ることが特に好ましい。好ましい実施形態では、無水マレイン酸基は部分的に加水分解されてもよい。無水マレイン酸基の完全な反応は、得られる溶接接合部の強度の低下を招き得る。
好ましい実施形態では、無水マレイン酸を含有する前記少なくとも1つのポリマーは、アルファ−オレフィンのホモポリマーおよびコポリマー、特に無水マレイン酸グラフトポリオレフィンポリマーなどの、無水マレイン酸を含有するポリオレフィンポリマーである。好ましいポリオレフィンポリマーは、エテン、プロペンおよび/またはブテンに基づくポリ−アルファ−オレフィンホモポリマー、特にエチレンホモポリマーまたはプロピレンホモポリマー、およびエテン、プロペン、1−ブテン、1−ヘキセンおよび1−オクテンに基づくポリ−アルファ−オレフィンコポリマー、特にエチレン/アルファ−オレフィンおよびプロピレン/アルファ−オレフィンコポリマー、好ましくはエテンまたはプロペンと1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテンのコポリマーまたはそれらの組み合わせからなる群から選択することができる。
ポリオレフィン系ポリマーは、ハロゲン化、特に塩素化されていてもよい。これに関連して、塩素化ポリエチレンポリマーおよび/または塩素化ポリプロピレンポリマー、特に塩素化ポリプロピレンポリマーが好ましい。塩素化ポリオレフィン、特に塩素化ポリエチレンおよび/または塩素化ポリプロピレンポリマーは、好ましくは5重量%超、特に10重量%超、好ましくは15重量%超の塩素含有量を有する。前記塩素化ポリオレフィン、特に塩素化ポリエチレンおよび/または塩素化ポリプロピレンポリマーは、好ましくは5〜42重量%、特に10〜40重量%、好ましくは20〜35重量%の塩素含有量を有する。ポリオレフィン系ポリマーは、好ましくは塩素化されていない、特にハロゲン化されていない。
無水マレイン酸を含有するポリオレフィン系ポリマーは、既知の方法で合成することができる。前記ポリオレフィンポリマーは、スチレンまたはアクリレートなどの少量の非アルファ−オレフィンモノマーも含有し得る。前記ポリオレフィンポリマーは、好ましくはブロックコポリマーではない。特に、前記ポリオレフィンは、スチレンおよびアクリレートから選択されるモノマーを10重量%未満、好ましくは2重量%未満、より好ましくは1重量%未満含み、特に好ましくは全く含まず、特にアルファ−オレフィンモノマーを含まない。前記ポリマーは、ポリマー類似反応においてさらにグラフト化することもできる。グラフト化のための特に好ましい反応相手は、アルコール、チオール、アミン、イソシアネート、無水物、カルボン酸、特にアルコール、好ましくはメタノールおよびイソブタノールなどの1〜6個の炭素原子を有するアルコールである。グラフト化のために、ポリマー中の無水マレイン酸モノマーまたは無水マレイン酸単位は、特にアルコールを使用してまたはアミンを使用して、反応相手と反応することができる。特に、無水マレイン酸含有量をさらに増加させるために、ポリマーを無水マレイン酸でさらにグラフト化することもできる。特にポリオレフィンの混合物の場合、特にポリエチレンとポリプロピレンの混合物の場合、前記ポリオレフィンは、相互に連結するために、特にアミン、好ましくはジアミンでさらにグラフトすることができる。好ましくは、無水マレイン酸基の一部のみ、特に無水マレイン酸基の90モル%未満、好ましくは70モル%未満が反応する。好ましくは、無水マレイン酸基のいくつかはアミン、特に脂肪族アミン、好ましくはヘキサメチレンジアミンなどの脂肪族ジアミンと反応する。好ましくは5〜100モル%、特に10〜80モル%、好ましくは20〜70モル%の本発明によるポリマーの無水マレイン酸基、特に無水マレイン酸グラフトポリオレフィンポリマーの混合物の無水マレイン酸基は、アミンと反応する。
別の好ましい実施形態では、無水マレイン酸基は反応せず、無水物として存在し続ける。好ましい実施形態では、無水マレイン酸基も部分的に加水分解され得る。無水マレイン酸基の完全な反応は、得られる溶接接合部の強度の低下を招き得る。
ポリオレフィンポリマーに基づいて、0.001重量%以上、特に0.01重量%以上、好ましくは0.02重量%以上、特に好ましくは0.05重量%以上の無水マレイン酸含有量を含むポリマーが特に有利である。有利には、前記ポリマーは、ポリオレフィンポリマーに基づいて、0.01〜15重量%、特に0.02〜10重量%、好ましくは0.05〜5重量%の無水マレイン酸含有量を含む。別の好ましい実施形態では、前記ポリマーは、ポリオレフィンポリマーに基づいて、2〜15重量%、特に5〜10重量%の無水マレイン酸含有量を含む。対応する無水マレイン酸含有量を有するポリオレフィンポリマーは、溶接接合部において特に良好な強度を示す。
有利には、無水マレイン酸を含有するポリマー、特に無水マレイン酸グラフトポリオレフィンポリマーは、5,000g/mol以上、特に50,000g/mol以上、好ましくは100,000g/mol以上の重量平均分子量Mwを有する。前記ポリマーは、好ましくは5,000〜2,000,000g/mol、特に50,000〜1,000,000g/mol、好ましくは100,000〜500,000g/molの範囲の重量平均分子量Mwを有する。対応する重量平均分子量を有するポリマーは、得られる接続部の脆性および強度に好ましい影響を与える。前記重量平均分子量は、ポリスチレン標準に対するGPCによって決定することができる。
好ましい実施形態では、前記プライマーは無水マレイン酸グラフトポリオレフィンポリマーを含み、前記ポリオレフィンポリマーは第1の接合部のポリオレフィンプラスチック材料に従って選択される。これは、ポリプロピレンプラスチック材料が第1の接合部分として選択されるとき、前記プライマーは好ましくは無水マレイン酸グラフトポリプロピレンを含有することを意味する。前記プライマーは、ポリプロピレンプラスチック材料が溶接される場合、特に好ましくは、少なくとも1つの無水マレイン酸グラフトポリプロピレンを含有し、または、ポリエチレンプラスチック材料が溶接される場合は無水マレイン酸グラフトポリエチレンを含有する。前記プライマー中の無水マレイン酸グラフトポリプロピレンと第1の接合部分としてのポリプロピレンプラスチック材料との組み合わせが特に好ましい。
無水マレイン酸を含有するポリマーに加えて、前記プライマーはポリエステル、好ましくはコポリエステルを含有する。ポリエステルは、ジカルボン酸、塩化ジカルボン酸および/または無水物を対応する多官能アルコール、特に二官能アルコールと反応させることによって得られる。これは脂肪族、脂環式または芳香族ジカルボン酸またはそれらの無水物と脂肪族、環式または芳香族ポリオールとの反応生成物を含み得る。少なくとも2つの異なるカルボン酸および/またはアルコールが使用される場合、これはコポリエステルである。カルボン酸およびポリオールを選択することによって、非晶質半結晶性または結晶性ポリエステルおよびコポリエステルを得ることができる。ジカルボン酸とジオールを通常反応させる。しかしながら、少量のトリカルボン酸またはトリオールを部分的に使用することも可能である。得られるポリマーは好ましくは架橋されておらず、そして好ましくは溶融性である。直鎖ポリエステルが好ましく使用される。適切なポリエステルの重量平均分子量は、好ましくは1,500〜100,000g/molの間、特に5,000〜75,000g/molの間、好ましくは15,000〜50,000g/molの間(ポリスチレン標準に対するGPCによって決定される)であるべきである。
前記ポリエステルは、好ましくは、主成分として、8〜16個の炭素原子を有する少なくとも1つの芳香族カルボン酸および2〜10個の炭素原子を有する少なくとも1つの脂肪族または脂環式グリコールから製造される。ここで、「主成分」とは、8〜16個の炭素原子を有する少なくとも1つの芳香族カルボン酸および2〜10個の炭素原子を有する少なくとも1つの脂肪族または脂環式グリコールが、酸成分またはアルコール成分の合計量に基づいて、少なくとも50モル%、好ましくは少なくとも60モル%、より好ましくは少なくとも65モル%を構成することを意味する。テレフタル酸、イソフタル酸またはそれらの混合物が、8〜16個の炭素原子を有する少なくとも1つのカルボン酸として好ましく使用される。ポリエステルは他の多塩基カルボン酸を含有することもできる。他の多価カルボン酸の例には、オルトフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、デカン酸、ダイマー酸、シクロヘキサンジカルボン酸、トリメリット酸などが含まれる。
ポリエステルのアルコール成分は、好ましくは、主成分として、2〜10個の炭素原子を有する少なくとも1つの脂肪族または脂環式グリコールを含む。ポリエステルは、2〜10個の炭素原子を有する脂肪族又は脂環式グリコールとして、3−ヒドロキシ−2,2−ジメチルプロピル−3−ヒドロキシ−2,2−ジメチルプロパノエート(HPHP)、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオールからなる群から選択される少なくとも1つのアルコールを好ましくは含む。
好適なポリエステルの成分の組み合わせの特定の例としては、(テレフタル酸/イソフタル酸)/エチレングリコール=(90〜70/10〜30)/100モル%、テレフタル酸/(エチレングリコール/1,2−プロピレングリコール)=100/(80〜50/20〜50)モル%、(テレフタル酸/イソフタル酸)/(エチレングリコール/1,3−プロピレングリコール)=(95〜80/5〜20)/(90〜70/10〜30)モル%、(テレフタル酸/イソフタル酸)/(エチレングリコール/ブタンジオール−1,4)=(95〜70/5〜30)/(90〜50/10〜50)モル%、テレフタル酸/(エチレングリコール/2−メチル−1,3−プロパンジオール)=100/(60〜80/40〜20)モル%、(テレフタル酸/イソフタル酸)/(エチレングリコール/2−メチル−1,3−プロパンジオール)=(95〜80/5〜20)/(70〜90/30〜10)モル%、テレフタル酸/(エチレングリコール/ネオペンチルグリコール)=100/(85〜60/15〜40)モル%、(テレフタル酸/イソフタル酸)/(エチレングリコール/ネオペンチルグリコール)=(95〜80/5〜20)/(90〜70/10〜30)モル%、テレフタル酸/(エチレングリコール/ジエチレン)グリコール)=100/(75〜50/25〜50)モル%、(テレフタル酸/イソフタル酸)/(エチレングリコール/ジエチレングリコール)=(95〜80/5〜20)/(90〜75/10〜25)モル%、テレフタル酸/(エチレングリコール/1,4−シクロヘキサンジメタノール)=100/(80〜60/20〜40)モル%が挙げられる。
より好ましい組み合わせの例としては、テレフタル酸/(エチレングリコール/ネオペンチルグリコール)=100/(85〜60/15〜40)モル%、(テレフタル酸/イソフタル酸)/(エチレングリコール/ネオペンチルグリコール)=(95〜80/5〜20)/(90〜70/10〜30)モル%、テレフタル酸/(エチレングリコール/ジエチレングリコール)=100/(75〜50/25〜50)モル%、(テレフタル酸/イソフタル酸)/(エチレングリコール/ジエチレングリコール)=(95〜80/5〜20)/(90〜75/10〜25)モル%およびテレフタル酸/(エチレングリコール/1,4−シクロヘキサンジメタノール)=100/(80〜60/20〜40)モル%が挙げられる。
エチレングリコール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオールおよび2−メチル−1,3−プロパンジオールに加えて、ポリエステルはアルコール成分として他の多価アルコールを含んでもよい。他の多価アルコールの例には、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ノナンジオール、ダイマージオール、エチレンオキシドおよび/またはビスフェノールAのプロピレンオキシド付加物、ビスフェノールF、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、トリシクロデカンジメタノール、ネオペンチルヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステル、2,2,4−トリメチル−1,5−ペンタンジオールとトリメチロールプロパンが含まれる。
特に好ましいポリエステルは、酸成分として、テレフタル酸および/またはイソフタル酸を含有する。そこで重合する、テレフタル酸とイソフタル酸の両方を含むコポリエステルが特に好ましく、イソフタル酸よりもテレフタル酸が好ましくは使用される。
一実施形態では、使用されるポリエステルは、好ましくは非晶性ポリエステルである。他の好ましい態様において、使用されるポリエステルは、好ましくは半結晶性または結晶性ポリエステルである。ここで、「非晶性ポリエステル」とは、示差走査熱量計(DSC)を使用して、10K/分の昇温速度で−100℃から300℃に昇温し、再び50K/分の冷却速度で−100℃に冷却し、10K/分の加熱速度で−100℃から300℃まで再度加熱したときに、第2の昇温工程において溶融ピークを示さないポリエステルを表す。用語「半結晶性または結晶性ポリエステル」は、2つの加熱工程のうちの一方に溶融ピークを有するポリエステルを表す。
好ましい実施形態では、半結晶性または結晶性ポリエステルは、最大80〜220℃の溶融ピークを有する。溶融ピーク最大値の下限は、好ましくは100℃、特に好ましくは110℃であり、溶融ピーク最大値の上限は、好ましくは200℃、特に好ましくは190℃である(10K/分の加熱速度でのDSCにより決定される)。対応するポリエステルは、溶接された製品がより高い温度、例えば80℃を超える温度にさらされる用途に特によく適している。
結晶性ポリエステルは、アルコール成分の全量(100モル%)に基づいて、少なくとも50モル%、より好ましくは少なくとも55モル%、特に好ましくは少なくとも60モル%の、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、1,6−ヘキサンジオールおよびシクロヘキサンジメタノールからなる群からの少なくとも1つのアルコールを含有する。
前記少なくとも1つのポリエステルは、酸基末端およびヒドロキシル基末端の両方であり得る。特に好ましい実施形態では、前記プライマーは少なくとも1つのヒドロキシル基末端ポリエステル、特にヒドロキシル基末端コポリエステルを含有する。
前記プライマーは、好ましくは、無水マレイン酸を含有する少なくとも1つのポリマー、特に無水マレイン酸を含有する好ましいポリマーを、それぞれの場合にプライマーのポリマー含有量に基づいて、特にそれぞれの場合にプライマーの全重量に基づいて、好ましくは10〜90重量%、特に20〜80重量%、好ましくは25〜70重量%、特に好ましくは30〜60重量%の量で含有する。プライマーは、少なくとも1つのポリエステル、特に上記の好ましいコポリエステルを、それぞれの場合にプライマーのポリマー含有量に基づいて、特にそれぞれの場合にプライマーの全重量に基づいて、好ましくは10〜90重量%、特に20〜80重量%、好ましくは25〜70重量%、特に好ましくは30〜60重量%の量で含有する。プライマーは、特に好ましくは、無水マレイン酸を含む少なくとも1つのポリマーと少なくとも1つのポリエステルとを、5:1〜1:5、特に2:1〜1:2、好ましくは1.5:1〜1:1.5、より好ましくは1:1〜1:1.5の重量比で含む。さらに好ましい実施形態では、プライマーは、ポリエステルの重量分率と比較して、より少ない無水マレイン酸含有ポリマーの重量分率を有する。
無水マレイン酸含有ポリマーおよびポリエステルに加えて、プライマーは、好ましくは少なくとも1つのさらなるポリマーを含むことができる。前記少なくとも1つのさらなるポリマーまたはコポリマーは、溶接される2つのプラスチック材料のうちの少なくとも1つと、そしてプライマーポリマーのうちの少なくとも1つと好ましくは相溶性である。前記プライマーは、好ましくは、結合されるプラスチック材料のうちの1つ、好ましくはそれぞれの場合において上記で特定されたものの基礎となる少なくとも1つのさらなるポリマーを含む。本発明によるプライマーにおいて、(コ)ポリマーと一緒に追加のポリマーを使用すると、強度をさらに向上させることができる。
相溶性のあるさらなるポリマーとして、好ましくは1つに関して、特に接合される2つのプラスチック材料に関して、特に本発明による少なくとも1つの上述のプライマーポリマーに関して、22MPa未満、特に17MPa未満、好ましくは15MPa未満、特に好ましくは12MPa未満のハンセンパラメータ−の加重平方距離(weighted squared distance)(Ra)2を有するポリマーが使用される。
この式において、δDは分散力についてのハンセンパラメータであり、δPは極性についてのハンセンパラメータであり、δHは水素架橋結合についてのハンセンパラメータである。ΔδD、ΔδPおよびΔδHはそれぞれ、比較されるプラスチック材料またはポリマーからのこれらのハンセンパラメータの差、例えばΔδDはポリマー1および2の(δD1−δD2)を示す。それぞれのプラスチック材料またはポリマーについての個々のハンセンパラメータδD、δPおよびδHの値は、Charles M. Hansenによる書籍“Hansen Solubility Parameters:A User’s Handbook”(第2版;Taylor&Francis Group; 2007; ISBN−10 0−8493−7248−8)に従って決定される。この情報源を使用して、個々のポリマーに関する多数の値をすでに取得することができる。この本に記載されている方法によれば、ハンセンパラメータは、好ましくは、供給されたデータベースからのHSPIPプログラム(第4版 4.1.07)で取得されるか、またはそこにない場合は、好ましくはヘルプセクションで記載されているように、供給されたニューラルネットワークを使用して、プログラムに含まれる「DIY」機能を用いて取得できる。HSPIPプログラムは、Steven Abbott TCNF Ltdから入手できる。
プライマー中のさらなるポリマーの含有量は、それぞれの場合プライマーの全重量に基づいて、好ましくは1〜40重量%、特に5〜30重量%、特に好ましくは10〜20である。プライマーのポリマー含有量中のさらなるポリマーの含有量は、それぞれの場合にプライマー(溶剤およびフィラーを含まないプライマー)の全ポリマー割合に基づいて、好ましくは5〜75重量%、特に30〜70重量%、特に好ましくは40〜65重量%である。
(コ)ポリマーおよびさらなるポリマーに加えて、プライマーはまた、溶媒、特に有機溶媒を含むことができる。プライマーは、それぞれの場合にプライマーの全重量に基づいて、好ましくは10〜90重量%、特に50〜85重量%、特に好ましくは60〜80重量%の溶媒含有量を有する。
適切な溶媒は、全ての従来の溶媒、例えば、水、アルコール、メチルイソブチルケトン(MIBK)またはシクロヘキサノン(CH)などのケトン、ジエチルエーテルまたはテトラヒドロフラン(THF)などのエーテル、酢酸エチルエステルなどのエステル、またはジメチルカーボネートまたはジプロピルカーボネートなどのカーボネート、キシレン、トルエン、またはそれらの混合物などである。
好ましい態様において、プライマーは有機溶媒を含有する。特に好ましい溶媒は、20℃で1〜600hPa、特に2〜200hPa、特に好ましくは5〜20hPaの蒸気圧を有する溶媒である。対応する蒸気圧を有する溶媒は、蒸発中のプライマー層中の気泡形成を最小化または防止するのに特に有利であることが証明されている。プライマーは、テトラヒドロフラン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンおよびそれらの混合物から選択される溶媒を特に好ましくは含有し、より好ましくはプライマーはテトラヒドロフランまたはメチルイソブチルケトンとシクロヘキサノンとの混合物を含有する。メチルイソブチルケトンとシクロヘキサノンとの混合物を溶剤として使用する場合、前記混合物は、それぞれ溶剤の全混合物に基づいて、好ましくは10〜50重量%、特に20〜35重量%のシクロヘキサノンを含有する。
有機溶媒が使用される場合、プライマーの全ポリマー含有量は、それぞれの場合にプライマーの全重量に基づいて、好ましくは10〜90重量%、特に15〜50重量%、特に好ましくは20〜40重量%である。総ポリマー含有量は、プライマーに使用されるすべてのポリマー、特に本発明によるポリマーおよび上記のさらなるポリマーの含有量に対応する。
他の好ましい態様において、前記プライマーは水性分散液またはエマルジョンの形態である。この場合、本発明によるポリマー、または存在する場合、さらなるポリマーは水中に乳化または分散されている。この場合、プライマーの全ポリマー含有量は、それぞれの場合プライマーの全重量に基づいて、好ましくは2〜90重量%、特に5〜50重量%、特に好ましくは10〜35重量%である。ポリマー成分のための水性分散液/エマルジョンが、実質的に本発明によるポリマーおよび任意で存在する上記のさらなるポリマーのみからなる、特に本発明によるポリマーのみからなることが有利である。本発明によれば、「実質的に」という用語は、ポリマー成分が、95重量%超、好ましくは97重量%超、最も特に好ましくは99重量%超の本発明によるポリマーおよび任意で存在する上記のさらなるポリマーからなる、特に本発明によるポリマーのみからなる場合を意味すると理解される。
本発明によるポリマー、上記のさらなるポリマーおよび溶媒に加えて、プライマーはさらなる成分、例えばフィラー、(蛍光)染料および顔料、レオロジー助剤、消泡剤、乳化剤、界面活性剤、湿潤助剤、安定剤または可塑剤などを含有してもよい。しかしながら、染料、安定剤、特に熱安定剤および加水分解安定剤、顔料および界面活性剤を除いて、プライマーは好ましくは実質的にさらなる成分を含まず、特に実質的に他の成分を全く含まない。本発明によれば、「実質的に含まない」という用語は、プライマーが5重量%未満、好ましくは1重量%未満、最も特に好ましくは0.1重量%未満の各物質を含むこと、特には、それぞれの物質を含まないことを意味する。
プライマーは、好ましくは少なくとも1つの安定剤、特に少なくとも1つの熱安定剤および/または加水分解安定剤を、それぞれの場合にプライマーの総量に基づいて、好ましくは0.01〜10重量%、特に0.1〜7重量%、好ましくは1〜5重量%の量で含有する。
本発明による方法では、ポリオレフィンプラスチック材料を第2のプラスチック材料に溶接するためにプライマーが使用され、前記プライマーは、無水マレイン酸を含有する少なくとも1つのポリマー、特に少なくとも1つの無水マレイン酸グラフトポリオレフィンと、少なくとも1つのポリエステル、特に少なくとも1つのコポリエステルとを含有する。
本発明による方法では、前記プライマーは、2つの異なるプラスチック材料をそれぞれ溶融させることによって、溶接用助剤として使用される。本発明によるポリマーを含有するプライマーを使用した結果として、2つの接合部分間に相溶性が生じ、その結果として2つのプラスチック材料間に、安定で永久的な一体的結合を生じさせることができる。
プライマーは、広範囲の方法を用いて一方または両方の接合部の表面に塗布することができる。例えば、前記塗布は、投与装置、針および投与ロボット、射出成形、押出し、フィルム塗布、ホットメルトとしての塗布、噴霧、散布または浸漬によって行うことができる。この方法では、プライマーは、溶接される基材の片面のみまたは両面に塗布することができる。
プライマーが溶媒を含有する場合、片方または両方の表面に塗布した後、非接着性の寸法安定性プライマー層が残るように、プライマーを溶媒が蒸発するまで乾燥させることが好ましい。特に、プライマーはほんの数秒後に溶接することができ、かつ数週間まで溶接可能なままである。好ましくは、プライマーを塗布後少なくとも1時間、好ましくは少なくとも12時間乾燥する。
溶接される基材の片方または両方の表面への塗布は好ましくは、プライマーが1μm〜5,000μm、特に100〜3,000μm、好ましくは300〜2,000μm、特に好ましくは500〜1,000μmの層厚さを有するように実施する。とりわけ、100μmを超える層厚さが好ましい。プライマー中に溶媒が含まれている場合、層厚さは溶媒を乾燥した後のプライマーを指す。
溶接される基材の片方または両方の表面へのプライマーの適用後、場合により、プライマーの乾燥後、溶接される基材は、従来の溶接方法によって相互接続することができる。プラスチック材料は、一般に、接合面における接合部分の局所可塑化および加圧接合によって溶接される。プロセスパラメータは、溶融物の顕著なスクイーズ流が、接合面における接合部品の最適な接続をもたらすように選択することができる。加熱は、対流、接触による加熱、放射または摩擦によって行うことができる。可塑化のための様々なエネルギー入力は多くの方法で行うことができ、プラスチック材料を溶接するための様々な方法をもたらす。適切な溶接方法は、例えば以下の通りである。
・ホットガス溶接[HG]
熱気流、一般には空気による対流加熱、二段階プロセス
・ホットプレート溶接[HP]
接触による、二段階プロセス
・超音波溶接[US]
摩擦による加熱:超音波領域の横波は境界層での加熱を誘導する、一段階プロセス
・高周波溶接[HF]
内部摩擦による加熱:極性分子は、高周波磁場により配向される、一段階プロセス、極性プラスチック材料およびフィルムにのみ使用される
・振動溶接[VIB](線形;環状;回転;角度)
摩擦による加熱、一段階プロセス
・レーザー溶接[LW](輪郭、同時、準同時、マスク)
放射による加熱、コヒーレント放射線、レーザー透過溶接、一般的には一段階プロセス(二段階が可能)
・赤外線溶接[IR]
放射による加熱、インコヒーレント放射線、二段階プロセス
・ホットガス溶接[HG]
熱気流、一般には空気による対流加熱、二段階プロセス
・ホットプレート溶接[HP]
接触による、二段階プロセス
・超音波溶接[US]
摩擦による加熱:超音波領域の横波は境界層での加熱を誘導する、一段階プロセス
・高周波溶接[HF]
内部摩擦による加熱:極性分子は、高周波磁場により配向される、一段階プロセス、極性プラスチック材料およびフィルムにのみ使用される
・振動溶接[VIB](線形;環状;回転;角度)
摩擦による加熱、一段階プロセス
・レーザー溶接[LW](輪郭、同時、準同時、マスク)
放射による加熱、コヒーレント放射線、レーザー透過溶接、一般的には一段階プロセス(二段階が可能)
・赤外線溶接[IR]
放射による加熱、インコヒーレント放射線、二段階プロセス
上述の溶接方法は、例えば赤外線溶接と振動溶接のように任意に組み合わせることもできる。プラスチック材料は、ホットプレート溶接、熱接触またはインパルス溶接、ウォームまたは熱ガス溶接、マイクロ波または誘導溶接から選択される溶接方法を使用して好ましくは溶接される。レーザー突合せまたは貫通溶接、赤外線溶接、超音波溶接およびそれらの組み合わせ、特に赤外線溶接、ホットプレート溶接、振動溶接、超音波溶接およびそれらの組み合わせから選択される。
以下の工程を含む方法は、プライマーを使用して2つのプラスチックを一体的に接合するために特に好ましい。
・第1の接合領域を有する第1のプラスチック材料を用意する
・第2の接合領域を有する第2のプラスチック材料を用意する
・第1の接合領域を予熱する
・特に無溶媒プライマーの場合、予熱された第1の接合領域にプライマーを塗布する
・プライマーを備えた第1の接合領域を第2の接合領域と接触させる。
・赤外線溶接、ホットプレート溶接、温ガス溶接、振動溶接または超音波溶接などのプラスチック材料を溶接するための従来の方法を使用することで、第1の接合領域と第2の接合領域とを一体的に接合する。
・第1の接合領域を有する第1のプラスチック材料を用意する
・第2の接合領域を有する第2のプラスチック材料を用意する
・第1の接合領域を予熱する
・特に無溶媒プライマーの場合、予熱された第1の接合領域にプライマーを塗布する
・プライマーを備えた第1の接合領域を第2の接合領域と接触させる。
・赤外線溶接、ホットプレート溶接、温ガス溶接、振動溶接または超音波溶接などのプラスチック材料を溶接するための従来の方法を使用することで、第1の接合領域と第2の接合領域とを一体的に接合する。
DIN 1910−3:1977−09の教示は、一般にプラスチック材料の溶接に適用することができる。したがって、これは熱および/または圧力を用いて熱可塑性材料を一体的に結合することとして理解することができる。加熱は、例えば接触による加熱(固体による溶接)、対流加熱(温かいガスによる溶接)、輻射加熱(ビームによる溶接)および摩擦による加熱(運動による溶接)、ならびに電流による溶接に基づいて行うことができる。
有利な態様では、プライマー中のポリマーの分解温度より低い温度に加熱および/または熱接続する領域へのその塗布が、プライマーの内部化学架橋に全く影響を与えないように選択され、方法に合わせて調整されたプライマーが使用される。
第1のプラスチック材料の第1の接合領域を予熱することは有利である。当業者に知られており、そして意図する用途に適している助剤および技術を予熱に使用することができる。高温ガスまたはプラズマの使用は予熱に特に有用である。予熱を輻射、特に赤外線輻射またはレーザー輻射によって行うことも考えられる。ホットプレートまたは加熱ツールを使用して第1の接合領域を予熱することもできる。最後に、炉または加熱チャンバー中で予熱することも考えられる。プラスチック材料全体、したがって前記接合領域も予熱することが考えられる。代替的または追加的に、接合領域自体のみを予熱することも可能である。
有利な態様では、予熱中の加熱装置とプラスチック材料との距離、特に予熱される第1の接合領域、特に加熱装置の発熱領域の距離、または加熱装置の放熱領域または予熱される加熱装置の活性表面または第1の接合領域とは反対側の加熱装置の領域は、0.5mm〜100mmの範囲、好ましくは1mm〜60mmの範囲であることが好ましい。あるいは、特に第1の接合領域と加熱装置のホットプレートが接触されることによって、および/またはそのような接触の場合に、加熱を行うことも考えられる。
さらに有利には、予熱中に第1の接合領域が溶融され、第1の接合領域内に溶融層が生成されるように、第1の接合部分のためのプラスチック材料を選択し、第1のプラスチック材料に対する方法パラメータを調整する。好ましい実施形態における溶融層の厚さは、好ましくは0.05mm〜6mmの範囲、特に好ましくは0.1mm〜5mmの範囲である。この種の溶融層は、分子の接着および/または拡散および/または相互作用を改善することができ、そして特定の流れと共に、改善された接続層をもたらすことができる。第1のプラスチック材料の境界層が溶融状態にある場合、化学結合に及ぶプライマーとの相互作用があり得る。溶融層は、特に構成要素の幾何学的形状および特定の構成要素の設計に依存し得る。好ましくは、方法パラメータは、構成要素が変形しないように調整および/または選択される。好ましくは、接合領域と適用されるプライマーとの間の温度差は、適切な手段および/または方法工程をとることによって補正することができる。この場合、好ましくは熱可塑性プライマーと第1の接合領域との間の温度差を低減するために、プライマーを予熱することが特に考えられる。これは、例えば方法工程間で第1の接合領域の急速な冷却を防ぐ可能性がある。
場合により、第1の接合領域の前処理は、第1の接合領域を予熱する工程の前に行われる。代替的にまたは追加的に、第2の接合領域を前処理することもできる。例えば、可能な前処理として、溶媒またはアルカリ性(例えば)のプラスチッククリーナーによる洗浄も考えられる。特に掻き取り、サンディング、ブラッシングまたは照射を用いることによる機械的前処理を、使用することもできる。考えられる化学的前処理は、特に酸洗浄または反応性ガスの使用である。熱的、化学的および/または物理的な前処理、特にガス炎またはプラズマアークの使用も好都合であり得る。代替的にまたは付加的に、電気的前処理はコロナ放電によって行うことができ、この場合、第1の接合領域および/または第2の接合領域は電気コロナ放電を受け、対応する表面上に極性分子を生じる。他の可能性は、特に対応する表面の活性化および/またはクリーニングを達成するために、好ましくは接合領域を前処理するためのプラズマノズルを使用する、プラズマ処理である。プラズマによる被覆もまた好都合であり得る。さらなる可能性は、適切なプラスチック材料における表面張力を増加させるための、接合領域の火炎処理である。前処理のさらなる形態は、紫外線、電子線、放射線またはレーザーによる放射線照射である。最後に、前処理は、コーティング、特に塗料のコートまたは接着促進剤の形態であり得る。予熱前により長い時間間隔があるように、第1のプラスチック材料または第1のプラスチック材料の接合領域を前処理することも考えられる。例えば、前処理されたプラスチック材料を本発明による方法でさらに処理するために、第1のプラスチック材料の製造工程の一部として前処理を行うことが考えられる。
プライマーをいくつかの方法で塗布することが考えられる。例えば、そして特に工業的には、自動塗布補助器具による、特に投与ロボットによる塗布が考えられる。この場合、前記ロボットは、複雑な投与を実行することができるように、針および/または高さセンサーを備えていてもよい。プライマーが射出成形機で可塑化され、第1の接合領域を有する第1のプラスチック材料を含む金型に圧入される射出成形によってプライマーを適用することもできる。あるいは、フィルム塗布も考えられ、その場合、第一工程において、フィルムブロー成形またはキャストフィルム押出によってプライマーからフィルムが製造される。続いて、フィルムは、例えば切断または打ち抜き工程によって任意の所望の形状に適合させることができ、さらなる工程において、上述の予熱の後の第1の接合領域に塗布することができる。この場合、1μm〜5,000μmの範囲の厚さを有するフィルム/シートの使用が好都合であることが証明されている。さらに考えられる塗布の選択肢は、プライマーが溶接ワイヤの形態であるか、または押出機中で溶融されそして溶融物として第1の接合領域に塗布され得る押出溶接である。プライマーは、熱風溶接による塗布を可能にするために、溶接ワイヤの形態でも提供され得る。スプレー工程によってプライマーを塗布することが、さらに考えられ得る。射出成形による塗布の場合、射出成形型の前処理および/または予熱および/または温度の局所的な調節もまた可能である。当業者に公知であり、特定の実施に適した他の種類の塗布も当然考えられる。
さらに有利には、さらなる加熱、特に予熱とプライマー塗布の間に、第1の接合領域の温度が低下するのを回避するための、プライマー塗布中における、第1接合領域のさらなる加熱である。これは、便宜上塗布中に継続される上記の予熱方法工程によって行うことができる。代替的にまたは追加的に、特にさらなる方法ステップによって、追加の加熱が可能である。例えば、予熱後に第1の接合領域の温度が低下するのを避けるために、例えば第1の接合領域の同時放射、塗布中の強制対流または接触による加熱によって、第1の接合領域の同時加熱を実行することが好都合であり得る。
有利な態様では、1μm〜5mmの範囲、好ましくは10μm〜3mmの範囲の厚さを有する接続層が、第1の接合領域上に配置されるようにプライマーが塗布される。この場合、接続層の厚さは、第1の接合領域上の接続層の材料の厚さとして理解される。
さらなる利点は、第1の接続領域と投与装置の間の相対的な動きとして、投与装置によりプライマーを第1の接続領域に塗布することであり、第1の接合領域と加熱装置との間の相対的な動きとして、プライマーが塗布される前に、プライマーが塗布される第1の接合領域は加熱装置により予熱され、第1の接合領域が予熱されるとき、プライマーは投与装置によって塗布される。
これに関して、加熱装置が予熱中10mm/分から100分の範囲、好ましくは10mm/分〜30m/分の範囲の速度で第1の接合領域を通過してガイドされることが有利であることが証明されている。
投与装置が、好ましくは規定された一定の間隔で加熱装置を追従することも有利であり得る。10mm/分〜100m/分の範囲の、好ましくは10mm/分〜30m/分の範囲の、投与装置と第1の接合領域の相対的な動きとして、投与装置によってプライマーが第1の接合領域に塗布されるような方法を実行することが特に有利であり、プライマーが塗布される前記接合領域は、加熱装置と第1の接合領域の相対的な動きとして、プライマーが塗布される前に加熱装置によって予熱され、同時にプライマーを塗布するための投与装置または投与装置のノズルは、0.1〜10秒の範囲の時間差で、加熱装置を追従する。
これに関して、投与装置および加熱装置からなるコーティングユニットを使用することが有利であることが証明されている。この場合、コーティングユニットは、特にプライマーが塗布される直前に第1の接合領域が予熱されることを確実にするため、相対的な動きの間、好ましくは規定された一定の間隔で投与装置が加熱装置を追従するような、加熱装置と投与装置との間の堅固な接続を提供するユニットとして理解されるべきである。もちろん、この点に関して、間隔を調整すること、または対流式予熱の場合には、特に適切な機械的または電気機械的または空気作用的調整器を使用し、媒体の体積流量またはノズル径を調整することも考えられる。
あるいは、コーティングユニットはまた、加熱装置および投与装置を、2つの完全に独立した、または別々の集成品を意味すると理解され得るが、それらは、プライマーが塗布される直前に、プライマー塗布が意図される場所が予熱されることを確実にするため、プラスチック材料に関して、同じまたは実質的に同じ相対的な動きをする。
有利な態様では、加熱装置および投与装置は、実質的に同じ主要相対運動を行うか、またはプラスチック材料に関して、実質的に同じ方向を有するが、前記主要相対運動に加えて、2つの特定の装置のうちの少なくとも1つが、プラスチック材料に関する追加の相対運動を行う。例えば加熱装置および/または投与装置は、例えばプライマーが塗布される主要相対運動に加えて、1つ以上の第二相対運動を行うことができる。例えば、特に加熱装置および/または投与装置は、主要相対運動を中心に回転するまたは蛇行状の第二相対運動を実行または行うことができる。
この方法では、一方でプラスチック材料を、または他方でコーティングユニットとして加熱装置と投与装置を、もしくは2つの装置を一緒に移動させることができる。この方法により、一方でコーティングユニットとして、加熱装置と投与装置とを、もしくは2つの装置を一緒にしたものを、または他方でプラスチック材料を静止させることができ、またはそれぞれの場合に、それらの移動部位により異なる方向に移動させることができる。
有利な態様では、10mm/分〜100m/分の範囲、好ましくは10mm/分〜30m/分の範囲の速度で主要相対運動があるため、特に加熱装置が適切に設計されていることにより、プラスチック材料は加熱装置の加熱面内で可能な限り短い時間で、特に1〜60秒の範囲で留まる。これは、温度上昇、すなわち第1のプラスチック材料の第1接合領域を予熱することによって、温度に影響が及ぶ、加熱装置の周囲領域または周囲空間を含み得る。このため、例えば、プラスチック材料の過熱、損傷または分解を回避することができる。
特に投与装置および/または加熱装置を既存の生産ラインに/生産ライン中に取り付けるために、バスインターフェースを有する、特にPROFIBUSまたはリアルタイムイーサネットインターフェースを有する加熱装置を供給することも有利であり得る
前記プライマーを塗布した後、第2の接合領域をプライマー層と接触させる。これに関して、特に締付け装置または当業者に知られている他の固定補助手段によって、2つのプラスチック材料を互いに固定することが好都合であり得る。
もちろん、第2の接合領域をプライマー層と接触させる工程の前に、第2の接合領域を任意に前処理することができる。この場合、特に上記の全ての技術が前処理に考えられる。接触前のかなり前に、第2のプラスチック材料または第2のプラスチック材料の接合領域を前処理することも考えられる。例えば、本発明による方法で前処理されたプラスチック材料をさらに処理するために、第2のプラスチック材料の製造工程の一部として前処理を実行することが考えられる。第2のプラスチック材料を前処理することはまた、第2の接合領域にプライマーを塗布することを含み得る。この場合、プライマーを塗布する前に、第2の接合領域も予熱することが好ましいと考えられる。この段階でも上記実施形態は好ましい。
接合プロセスが、上述の第2の接合領域とプライマーとの接触に続き、そのプロセスにおいて、処理されたおよび/または被覆された接合部品は熱供給により可塑化され、好ましくは圧力効果の下で、互いに一体的に接合される。第2の接合領域とプライマーとの間の前述の一体的な結合のために、熱伝導、例えばホットプレート溶接および/または熱接触溶接および/または熱インパルス溶接;摩擦、特に超音波、摩擦/振動または高周波溶接;マイクロ波または誘導溶接;対流、例えば温ガスまたは熱ガス溶接;放射による、例えば赤外線、レーザー突合せまたはレーザー溶け込み溶接、またはそれらの技術の2つ以上を組み合わせることによる、熱供給を使うことが考えられる。
本発明はまた、本発明による方法に従って製造された物品または製品に関する。
本発明はさらに、ポリオレフィンプラスチック材料をプラスチック材料に溶接するための本発明によるプライマーの使用に関する。
(態様)
使用した材料および略語:
PP=ポリプロピレン
PMMA=ポリメチルメタクリレート
PBT=ポリブチレンテレフタレート
SAN=スチレンアクリロニトリル
PET=ポリエチレンテレフタレート
PC=ポリカーボネート
ABS=アクリロニトリルブタジエンスチレン
MAH=無水マレイン酸
IR:赤外線溶接 IR−VIB:赤外線/振動溶接 US:超音波溶接
使用した材料および略語:
PP=ポリプロピレン
PMMA=ポリメチルメタクリレート
PBT=ポリブチレンテレフタレート
SAN=スチレンアクリロニトリル
PET=ポリエチレンテレフタレート
PC=ポリカーボネート
ABS=アクリロニトリルブタジエンスチレン
MAH=無水マレイン酸
IR:赤外線溶接 IR−VIB:赤外線/振動溶接 US:超音波溶接
コポリエステル1:モノマーとして、イソフタル酸、テレフタル酸、HPHPグリコール、ネオペンチルグリコールおよび分子量15,000g/molのエチレングリコールを含有する非晶質コポリエステル。
コポリエステル2:モノマーとして、イソフタル酸、テレフタル酸、アジピン酸および分子量18,000g/molおよび138℃の最大溶融ピークを有するブタンジオールを含有する半結晶性コポリエステル。
コポリエステル3:モノマーとして、イソフタル酸、テレフタル酸および20,000g/molの分子量および179℃の最大溶融ピークを有するブタンジオールを含有する半結晶性コポリエステル。
PP−MAH 1:アクリレート変性無水マレイン酸グラフトポリプロピレン
PP−MAH 2:0.25重量%のMAH含量を有する無水マレイン酸変性ポリプロピレン。
PP−MAH 3:7重量%のMAH含量を有する無水マレイン酸変性ポリプロピレン。
(実施例1)
ホットプレート溶接法のために、コポリエステル1とPP−MAH 1またはPP−MAH 2とから50:50w/wの比でプライマーを調製した。ホットプレートを用いて、プライマーの溶融物中に浸漬したPPおよび非ポリオレフィン系接合部上に溶融物を作製し、次いで互いに接合させた。このホットプレート溶接は、溶接24時間後に相溶化中間層を有する溶接サンプルの以下の引張強度をもたらした。
ホットプレート溶接法のために、コポリエステル1とPP−MAH 1またはPP−MAH 2とから50:50w/wの比でプライマーを調製した。ホットプレートを用いて、プライマーの溶融物中に浸漬したPPおよび非ポリオレフィン系接合部上に溶融物を作製し、次いで互いに接合させた。このホットプレート溶接は、溶接24時間後に相溶化中間層を有する溶接サンプルの以下の引張強度をもたらした。
その結果、PPと非ポリオレフィン系ポリマーに対するプライマーの非常に良好な接着性ならびに他のものとは不適合なプラスチック材料の優れた溶接性の両方を実証することができた。追加の中間層がなければ、有意で測定可能な結果を達成することはできなかった。
(実施例2)
さらなる実験では、コポリエステル1/PP−MAH 2/PP−MAH 3から50:25:25w/w/wの比でプライマーを調製した。このプロセスにおいて、MAH含量はさらなるPP−MAHによって有意に増加した。上記のホットプレート溶接法において、このプライマーは、PP−PETについて16.89N/mm2という結果であった。
さらなる実験では、コポリエステル1/PP−MAH 2/PP−MAH 3から50:25:25w/w/wの比でプライマーを調製した。このプロセスにおいて、MAH含量はさらなるPP−MAHによって有意に増加した。上記のホットプレート溶接法において、このプライマーは、PP−PETについて16.89N/mm2という結果であった。
(実施例3)
より高温での塗布のために、半結晶性コポリエステル2およびコポリエステル3を、それぞれPP−MAH 2と50:50w/wの混合物で使用した。
より高温での塗布のために、半結晶性コポリエステル2およびコポリエステル3を、それぞれPP−MAH 2と50:50w/wの混合物で使用した。
上記の方法に従って行われたホットプレート溶接実験は、以下の引張強度を示した:
このように、特定の材料の組み合わせについて非常に高い強度が達成された。
(実施例4)
非ポリオレフィン系接合部との接着性を調べるために、コポリエステルとPP−MAHとの混合比を50:50から60:40および70:30(重量部)で変化させた。この目的のために、コポリエステル3およびPP−MAH 2からプライマーを適宜調製し、記載のホットプレート溶接法に従って溶接した材料は以下の強度を示した:
非ポリオレフィン系接合部との接着性を調べるために、コポリエステルとPP−MAHとの混合比を50:50から60:40および70:30(重量部)で変化させた。この目的のために、コポリエステル3およびPP−MAH 2からプライマーを適宜調製し、記載のホットプレート溶接法に従って溶接した材料は以下の強度を示した:
(実施例5)
2つのT字形接合部からなる標準AWS試験片を用いて、機械超音波溶接を実施した。 コポリエステル1とPP−MAH 2の比率が50:50(重量部)の相溶化プライマー層をホットプレスによりフィルムとしてプレスし、ストリップに切断し、T字型標本の予熱後の一つに溶融物を置き、ウォームガスを使用して溶かした。続いて、超音波を用いて第2のT接合部を被覆接合部に溶接した。24時間後の通常の引張強度に加えて、エイジング後の引張強度を測定した。その目的のために、試料を98%相対湿度で−30〜+60℃の間で8時間当たり10サイクルの往復気候試験において老化させた。溶接の24時間後またはエイジングの後、様々なPP−PET材料の組み合わせについて以下の引張強度が得られた。
2つのT字形接合部からなる標準AWS試験片を用いて、機械超音波溶接を実施した。 コポリエステル1とPP−MAH 2の比率が50:50(重量部)の相溶化プライマー層をホットプレスによりフィルムとしてプレスし、ストリップに切断し、T字型標本の予熱後の一つに溶融物を置き、ウォームガスを使用して溶かした。続いて、超音波を用いて第2のT接合部を被覆接合部に溶接した。24時間後の通常の引張強度に加えて、エイジング後の引張強度を測定した。その目的のために、試料を98%相対湿度で−30〜+60℃の間で8時間当たり10サイクルの往復気候試験において老化させた。溶接の24時間後またはエイジングの後、様々なPP−PET材料の組み合わせについて以下の引張強度が得られた。
表によれば、相溶化プライマー中間層を有する溶接サンプルについて非常に高い強度が得られた。対照的に、プライマー層のない例は測定可能な強度を有さなかった。
同じ方法で、PP−PCおよびPP−PAを溶接し、直接または往復気候試験の後に引張試験で試験した。
この実験でも非常に高い引張強度が測定された。
以下の表は、他のプライマー層を使用する特定の方法におけるエイジング前後の引張強度を示す(いずれの場合も50:50w/w比)。
このように、プライマー層に半結晶性コポリエステルを用いても非常に高い強度を得ることができた。
(実施例6)
赤外線溶接のために、接合されるポリマーからなるプレートを使用し、プライマーで130×3mm2のプレート端部を被覆した。塗布方法は超音波溶接について記載したのと同じであった。コポリエステル1とPP−MAH 2(50:50w/w)からなるプライマーを使用して、ポリマーの組み合わせPP−PC、PP−PMMAおよびPP−ABSは、エイジング有および無で、溶接後に以下の引張強度を示した:
赤外線溶接のために、接合されるポリマーからなるプレートを使用し、プライマーで130×3mm2のプレート端部を被覆した。塗布方法は超音波溶接について記載したのと同じであった。コポリエステル1とPP−MAH 2(50:50w/w)からなるプライマーを使用して、ポリマーの組み合わせPP−PC、PP−PMMAおよびPP−ABSは、エイジング有および無で、溶接後に以下の引張強度を示した:
結果は、プライマーがIR溶接にも適していることを示した。プライマーがなければ、プラスチック材料は溶接できなかった。同じ実験においてコポリエステル1の代わりにコポリエステル3を使用すると、PP/PCについて15.9N/mm2およびPP/ABSについて10.4N/mm2の強度さえも得られることを意味する。
Claims (11)
- プライマーを使用してポリオレフィンプラスチック材料を第2のプラスチック材料に溶接する方法であって、前記プライマーが、無水マレイン酸を含有する少なくとも1つのポリマー、および少なくとも1つのポリエステルを含有する、方法。
- 前記ポリオレフィンプラスチック材料が、ポリエチレンプラスチック材料、特にHDポリエチレン、MDポリエチレン、LDポリエチレン、UHMWポリエチレンまたはLLDポリエチレンプラスチック材料、およびポリプロピレンプラスチック材料の群から選択され、特にポリプロピレンプラスチック材料であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記ポリオレフィンプラスチック材料がポリオレフィンポリマー、特にポリエチレンおよび/またはポリプロピレンを、それぞれの場合の全ポリオレフィンプラスチック材料に基づいて90重量%を超える量で含有し、および/またはポリオレフィンプラスチック材料は、10,000g/molより大きいモル質量(重量平均Mw)を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 前記第2のプラスチック材料が、ポリカーボネート(PC)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリスチレン(PS)、ポリスチレンアクリロニトリル(SAN)、ポリアクリル酸エステルスチレンアクリロニトリル(ASA)、メチルメタクリレートアクリロニトリルブタジエンスチレン(MABS)、耐衝撃性ポリスチレン(HIPS)、ポリアミド(PA)またはそれらの混合物からのプラスチック材料から選択されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 前記無水マレイン酸を含有する少なくとも1つのプライマーポリマーが、無水マレイン酸を含むポリオレフィンポリマー、特に無水マレイン酸グラフトポリオレフィンポリマー、好ましくは無水マレイン酸グラフトポリエチレンまたはポリプロピレンポリマーであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- 前記無水マレイン酸を含有する少なくとも1つのポリマーが、5,000〜2,000,000g/mol、特に50,000〜1,000,000g/mol、好ましくは100,000〜500,000g/molの範囲の重量平均分子量Mwを有することを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
- 前記プライマーが、少なくとも1つのポリエステルとして少なくとも1つのコポリエステルを含有し、前記ポリエステルが、酸成分としてテレフタル酸およびイソフタル酸から選択される少なくとも1つの酸、および/またはアルコール成分として3−ヒドロキシ−2,2−ジメチルプロピル−3−ヒドロキシ−2,2−ジメチルプロパノエート(HPHP)、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオールおよび2−メチル−1,3−プロパンジオールからなる群から選択される少なくとも1つのアルコールを好ましくは含むことを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
- 前記少なくとも1つのポリエステルが、1,500〜100,000g/molの間、特に5,000〜75,000g/molの間、好ましくは15,000〜50,000g/molの間の重量平均分子量を有することを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
- 前記少なくとも1つのポリエステルが、ヒドロキシル基末端であることを特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の溶接方法に従って製造された物品。
- ポリオレフィンプラスチック材料を、好ましくはポリカーボネート(PC)、メチルメタクリレートアクリロニトリルブタジエンスチレン(MABS)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリスチレン(PS)、ポリスチレンアクリロニトリル(SAN)、ポリアクリル酸エステルスチレンアクリロニトリル(ASA)、ポリアミド(PA)および耐衝撃性ポリスチレン(HIPS)から選択される第2のプラスチック材料に溶接するための、請求項1〜9のいずれかに記載のプライマーの使用。
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