JP2020502332A5

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Publication number: JP2020502332A5
Application number: JP2019532048A
Authority: JP
Filing date: 2017-12-04
Publication date: 2021-01-21

Description

本発明は、繊維材料及び特定の熱可塑性バインダーを含む組成物に関する。熱可塑性バインダーは、少なくとも１つの熱可塑性ポリウレタンポリマー（ＴＰＵ）を含み、前記熱可塑性ポリウレタンポリマーは、（ｉ）少なくとも１つの、本明細書で定義される半結晶質ポリエステルポリオール及び（ｉｉ）少なくとも１つのポリイソシアネートの反応生成物を含む。前記ポリイソシアネート（ｉｉ）のＮＣＯ基と、前記ポリエステルポリオール（ｉ）のＯＨ基の合計とのモル比が、１．００未満：１である。さらに、本発明は、本発明による組成物により強化された、硬化した熱硬化性ポリウレタンポリマーマトリックスを含む繊維強化複合材料に関する。さらに、本発明による繊維強化複合材料の製造方法及び鉄道車両、自走車両、航空機、ボート、宇宙船、オートバイ、自転車、スポーツ用具、ヘルメット、機能性衣料品、靴、橋及びビルの建築部材又は風力タービンブレードにおける組成物又は繊維強化複合材料の使用が記載される。

特に、本発明は、繊維材料及び熱可塑性バインダーを含む組成物に関し、該熱可塑性バインダーは、少なくとも１つの熱可塑性ポリウレタンポリマーを含み、前記熱可塑性ポリウレタンポリマーは、
（ｉ）４０〜１８０℃の融点（Ｔ_ｍ）を有する少なくとも１つの半結晶質ポリエステルポリオール；及び
（ｉｉ）少なくとも１つのポリイソシアネートの反応生成物、
を含み；
前記ポリイソシアネート（ｉｉ）のＮＣＯ基と、前記少なくとも１つの半結晶質ポリエステルポリオール（ｉ）のＯＨ基の合計とのモル比が１．００未満：１であり；前記熱可塑性ポリウレタンポリマーが、（ａ）少なくとも２０Ｊ／ｇ、好ましくは２０〜７０Ｊ／ｇ、より好ましくは３０〜５０Ｊ／ｇの融解エンタルピー、（ｂ）７０℃超、好ましくは９０℃超、より好ましくは９０℃超〜１８０℃の融点（Ｔ_ｍ）、及び（ｃ）５，０００〜８０，０００ｇ／ｍｏｌ、より好ましくは５，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌ、さらにより好ましくは６，０００〜４０，０００ｇ／ｍｏｌ、特に好ましくは７，０００〜３０，０００ｇ／ｍｏｌ、最も好ましくは１０，０００〜２５，０００ｇ／ｍｏｌの数平均分子量（Ｍ_ｎ）を有する。

本発明による熱可塑性ポリウレタンポリマーは、１未満：１のＮＣＯ：ＯＨ比を有する。好ましい実施形態では、ＮＣＯ：ＯＨ比は、０．９９未満：１、０．９７５未満：１、０．９５未満：１、０．９未満：１、０．８５未満：１、０．８未満：１、０．７５未満：１、０．７未満：１、０．６５未満：１又は０．６未満：１から選択される上限値及び０．２５：１、０．３０：１、０．３５：１、０．４：１、０．４５：１から選択される下限値の任意の組み合わせの範囲内にある。より好ましい実施形態では、ＮＣＯ：ＯＨ比は、０．４５〜０．７５：１の範囲である。さらにより好ましい実施形態では、ＮＣＯ：ＯＨ比は、０．５〜０．７：１である。

いくつかの好ましい実施形態では、熱可塑性ポリウレタンポリマーは、
（ｉ）少なくとも１つのポリエステルポリオール；
（ｉｉ）少なくとも１つのポリイソシアネート；及び
（ｉｉｉ）上記少なくとも１つのポリエステルポリオール（ｉ）とは異なる任意の少なくとも１つのジオール、
の反応生成物を含まず；
前記ポリイソシアネート（ｉｉ）のＮＣＯ基と、前記ポリエステルポリオール（ｉ）及び前記任意に含むジオール（ｉｉｉ）のＯＨ基の合計とのモル比が、１．００未満：１であり；
前記ポリエステルポリオール（ｉ）が、
（ａ）４０〜１８０℃の融点（Ｔ_ｍ）を有する少なくとも１つの半結晶質ポリエステルポリオール；及び
（ｂ）少なくとも１つの非結晶質ポリエステルポリオール、
を含む。

Claims

繊維材料及び熱可塑性バインダーを含む組成物であって、前記熱可塑性バインダーが、少なくとも１つの熱可塑性ポリウレタンポリマーを含み、前記熱可塑性ポリウレタンポリマーが、
（ｉ）４０〜１８０℃の融点（Ｔ_ｍ）を有する少なくとも１つの半結晶質ポリエステルポリオール；及び
（ｉｉ）少なくとも１つのポリイソシアネート
の反応生成物を含み；
前記ポリイソシアネート（ｉｉ）のＮＣＯ基と、前記少なくとも１つの半結晶質ポリエステルポリオール（ｉ）のＯＨ基の合計とのモル比が、１．００未満：１であり；前記熱可塑性ポリウレタンポリマーが、（ａ）少なくとも２０Ｊ／ｇ、好ましくは２０〜７０Ｊ／ｇ、より好ましくは３０〜５０Ｊ／ｇの融解エンタルピー、（ｂ）７０℃超、好ましくは９０℃超、より好ましくは９０℃超〜１８０℃の融点（Ｔ_ｍ）、及び（ｃ）５，０００〜８０，０００ｇ／ｍｏｌ、より好ましくは５，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌ、さらにより好ましくは６，０００〜４０，０００ｇ／ｍｏｌ、特に好ましくは７，０００〜３０，０００ｇ／ｍｏｌ、最も好ましくは１０，０００〜２５，０００ｇ／ｍｏｌの数平均分子量（Ｍ_ｎ）を有する、組成物。
前記熱可塑性ポリウレタンポリマーが、３５００〜１５０００ｇ／ｅｑ、好ましくは６０００〜１２０００ｇ／ｅｑの当量を有する、請求項１に記載の組成物。
前記熱可塑性バインダーが、前記熱可塑性バインダーの総重量を基準にして、５０〜９９．９重量％の前記少なくとも１つの熱可塑性ポリウレタン；及び０．１〜５０重量％の添加剤を含む、請求項１又は２に記載の組成物。
前記添加剤が、安定剤、接着促進剤、充填剤、可塑剤及び少なくとも熱可塑性ポリウレタンコポリマーとは異なるさらなる熱可塑性ポリマー、又はこれらの組み合わせから選択される、請求項３に記載の組成物。
前記組成物の総重量を基準にして、
０．１〜４０重量％の前記熱可塑性バインダー；及び
６０〜９９．９重量％の繊維材料を含む、
請求項１〜４のいずれかに記載の組成物。
前記繊維材料が、ガラス繊維、合成繊維、炭素繊維、ホウ素繊維、セラミック繊維、金属繊維、天然繊維、及びこれらの組み合わせから選択される繊維を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の組成物。
前記繊維材料が、マット、織物、不織布、非捲縮織物、編物、撚り、又は粗紡糸の形態である、請求項１〜６のいずれかに記載の組成物。
前記少なくとも１つのポリエステルポリオールが、少なくとも２個のヒドロキシル基を含む、請求項１〜７のいずれかに記載の組成物。
前記少なくとも１つのポリエステルポリオールが、２〜３０個の炭素原子を有する１つ以上の多価アルコールと、２〜１４個の炭素原子を有する１つ以上のポリカルボン酸との縮合により形成される、請求項１〜８のいずれかに記載の組成物。
前記少なくとも１つのポリイソシアネートが、１６０ｇ／ｍｏｌ〜５００ｇ／ｍｏｌの分子量を有する、請求項１〜９のいずれかに記載の組成物。
前記少なくとも１つのポリイソシアネートが、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）の異性体、フェニレンジイソシアネートの異性体、ナフタレン−１，５−ジイソシアネート（ＮＤＩ）、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）の異性体、ｍ−及びｐ−テトラメチルキシリレンジイソシアネート（ＴＭＸＤＩ）、ｍ−及びｐ−キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、３，３’−ジメチルジフェニル−４，４’−ジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、トルエンジイソシアネート、ジ及びテトラアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、４，４’−ジベンジルジイソシアネート、ならびにこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項１〜１０のいずれかに記載の組成物。
前記少なくとも１つのポリイソシアネートが、エチレンジイソシアネート、ドデカンジイソシアネート、ダイマー脂肪酸ジイソシアネート、４，４’−ジベンジルジイソシアネート、１，６−ジイソシアナト−２，２，４−トリメチルヘキサン、ブタン−１，４−ジイソシアネート、ヘキサン−１，６−ジイソシアネート（ＨＤＩ）、テトラメトキシブタン−１，４−ジイソシアネート、１，１２−ジイソシアナト−ドデカン、４，４’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、１，３−シクロヘキサン又は１，４−シクロヘキサンジイソシアネート、１−メチル−２，４−ジイソシアナト−シクロヘキサン、１−イソシアナトメチル−３−イソシアナト−１，５，５−トリメチルシクロヘキサン（イソホロンジイソシアネート、ＩＰＤＩ）、水素添加又は部分水素添加ＭＤＩ（［Ｈ］１２ＭＤＩ（水素添加）又は［Ｈ］６ＭＤＩ（部分水素添加）、ならびにこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項１〜１０のいずれかに記載の組成物。
請求項１〜１２のいずれかに記載の組成物により強化された、硬化した熱硬化性ポリウレタンポリマーマトリックスを含む繊維強化複合材料であって、繊維が、前記繊維強化複合材料の総体積を基準にして３０体積％を超える割合で含まれることを特徴とする、繊維強化複合材料。
前記硬化した熱硬化性ポリウレタンポリマーマトリックスが、
３０００ｇ／ｍｏｌ未満の数平均分子量（Ｍ_ｎ）を有する少なくとも１つのポリオール（Ｉ）；
少なくとも１つのポリイソシアネート（ＩＩ）；
を含む２成分ポリウレタンマトリックス樹脂の反応により得られ、
前記ポリオール（Ｉ）のＯＨ基と、前記ポリイソシアネート（ＩＩ）のＮＣＯ基とのモル比が、２：１〜１：１０、好ましくは２：１〜１：５、最も好ましくは２：１〜１：２である、請求項１３に記載の繊維強化複合材料。
請求項１３又は１４に記載の繊維強化複合材料の製造方法であって、
１）請求項１〜１２のいずれかに記載の組成物を含む外型を準備する工程；
２）２成分ポリウレタンマトリックス樹脂を圧力下及び／又は真空下で前記外型に導入する工程；及び
３）前記組成物を最大１４０℃までの温度、好ましくは６０〜１３０℃の温度で硬化する工程を含む、方法。
鉄道車両、自走車両、航空機、ボート、宇宙船、オートバイ、自転車、スポーツ用具、ヘルメット、機能性衣料品、靴、橋及びビルの建築部材又は風力タービンブレードにおける、請求項１〜１２のいずれかに記載の組成物又は請求項１３又は１４に記載の繊維強化複合材料の使用。