JP2020526645A - 樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
式中、R1、R2、R3、R4、R1’、R2’、R3’およびR4’は独立して、水素、C1〜C6アルコキシ、好ましくはC1〜C4アルコキシ(ただし、前記アルコキシ基は直鎖状または分岐型であり得る)(例えば、メトキシ、エトキシおよびイソプロポキシ)、C1〜C6アルキル、好ましくはC1〜C4アルキル(ただし、前記アルキル基は直鎖状または分岐型であり得るし、任意選択で置換され得る)(例えば、メチル、エチル、イソプロピルおよびトリフルオロメチル)、ハロゲンから選択され、かつ、R1、R2、R3、R4、R1’、R2’、R3’およびR4’の少なくとも1つがC1〜C6アルキル基である。
・ASTM D5045−99(2007)e1に従って測定された場合、500J/m2〜1000J/m2の範囲、好ましくは700J/m2〜1000J/m2の範囲、および/または前述範囲の組合せの範囲での臨界ひずみエネルギー解放率GIc;
・ASTM D5045−99(2007)e1に従って測定された場合、1.0〜2.5MPa 0.5の範囲、好ましくは1.4〜2.0MPa 0.5の範囲または1.6〜2.0MPa 0.5の範囲、および/または前述範囲の組合せの範囲での臨界応力拡大係数KIc;
・ASTM D790に従って測定された場合、3.0〜3.8の範囲、好ましくは3.2〜3.6の範囲または3.0〜3.8の範囲もしくは3.3〜3.5の範囲、および/または前述範囲の組合せの範囲での弾性率G;
・Tg開始(乾燥)が、130℃〜220℃の範囲または150℃〜200℃の範囲、好ましくは170℃〜190℃の範囲、および/または前述範囲の組合せの範囲である;
・Tg開始(湿潤)が、100℃〜180℃の範囲または120℃〜170℃の範囲、好ましくは130℃〜160℃の範囲または125℃〜145℃の範囲、および/または前述範囲の組合せの範囲である。
式中、それぞれのR0は独立して、水素、ならびにエポキシド基含有化合物の重合において不活性である基で、好ましくはハロゲン、1個〜6個の炭素原子を有する直鎖状アルキル基および分岐型アルキル基、フェニル、ニトロ、アセチルならびにトリメチルシリルから選択される基から選択される;
それぞれのRは独立して、水素、ならびに1個〜6個の炭素原子を有する直鎖状アルキル基および分岐型アルキル基から選択される;かつ
それぞれのR1は独立して、R、水素、フェニルおよびハロゲンから選択される。
使用される場合、用語「ポリマー粉末」により、ナノメートル範囲での粒子を含む一次ポリマーの凝集によって得られる少なくとも1マイクロメートル(μm)の範囲での粉末粒を含むポリマーが意味される。
a)モノマーまたはモノマー混合物(Am)の乳化重合によって重合して、ガラス転移温度が0℃未満であるポリマー(A1)を含む少なくとも1つの層(A)を得る工程、
b)モノマーまたはモノマー混合物(Bm)の乳化重合によって重合して、ガラス転移温度が少なくとも30℃であるポリマー(B1)を含む層(B)を得る工程
を含み、
前記モノマーまたはモノマー混合物(Am)および前記モノマーまたはモノマー混合物(Bm)は、前述のポリマー(A1)およびポリマー(B1)のための組成に従うモノマーから選ばれる。
a)モノマーまたはモノマー混合物(Am)の乳化重合によって重合して、ガラス転移温度が0℃未満であるポリマー(A1)を含む1つの層(A)を得る工程、
b)モノマーまたはモノマー混合物(Bm)の乳化重合によって重合して、ガラス転移温度が少なくとも30℃であるポリマー(B1)を含む層(B)を得る工程
を順々に含む多段階プロセスである。
回分プロセスについては、モノマーの混合物が、開始剤系の1種または一部を導入する直前または導入した直後において一回で導入される;
半連続プロセスについては、モノマー混合物が、30分から500分までの範囲であり得る所定の添加期間の間に多数回で、または開始剤の添加と並行して連続的に加えられる(開始剤もまた、多数回で、または連続的に加えられる)。
a)モノマーまたはモノマー混合物(Am)の乳化重合によって重合して、ガラス転移温度が0℃未満であるポリマー(A1)を含む段階中の1つの層(A)を得る工程、
b)モノマーまたはモノマー混合物(Bm)の乳化重合によって重合して、ガラス転移温度が少なくとも30℃であるポリマー(B1)を含む段階中の層(B)を得る工程、
c)モノマーまたはモノマー混合物(P1m)の乳化重合によって重合し、ガラス転移温度が少なくとも30℃である(メタ)アクリルポリマー(P1)を含むこのさらなる段階での層を得る工程
を含み、
前記(メタ)アクリルポリマー(P1)が100000g/mol未満の質量平均分子量Mwを有することを特徴とする。
a)モノマーまたはモノマー混合物(Am)の乳化重合によって重合して、ガラス転移温度が0℃未満であるポリマー(A1)を含む段階中の1つの層(A)を得る工程、
b)モノマーまたはモノマー混合物(Bm)の乳化重合によって重合して、ガラス転移温度が少なくとも30℃であるポリマー(B1)を含む段階中の層(B)を得る工程、
c)モノマーまたはモノマー混合物(P1m)の乳化重合によって重合し、ガラス転移温度が少なくとも30℃である(メタ)アクリルポリマー(P1)を含むこのさらなる段階での層を得る工程
を順々に含み、
前記(メタ)アクリルポリマー(P1)が100000g/mol未満の質量平均分子量Mwを有することを特徴とする。
a)(メタ)アクリルポリマー(P1)および多段階ポリマーを混合する工程、
b)前段工程の得られた混合物をポリマー粉末の形態で回収する工程
を含み、
ただし、工程a)における(メタ)アクリルポリマー(P1)および多段階ポリマーは水相における分散物の形態である。
粘度測定
粘度は、Anton Paarから得られるMCR301レオメーターを用いて測定される。クエット(Couette)配置が使用される。温度が25℃であり、せん断速度が0.1s−1〜100s−1である。
ポリマーのガラス転移温度(Tg)は、熱機械分析を実現することができる機器を用いて測定される。Rheometrics Companyによって提案されるRDAII“RHEOMETRICS DYNAMIC ANALYSER”が使用されている。熱機械分析では、サンプルの粘弾性変化が、温度、加えられたひずみまたは変形の関数で正確に測定される。装置は、サンプルの変形を、温度変化の制御されたプログラムの期間中、固定されたひずみを保ちながら連続して記録する。
結果が、弾性係数(G’)、損失弾性率およびタンジェントデルタを温度の関数で描くことによって得られる。Tgは、タンジェントデルタの微分がゼロに等しいとき、タンジェントデルタ曲線において読み取られる高温側の温度値である。
ポリマーの質量平均分子量(Mw)はサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)によって測定される。
多段階重合後の一次粒子の粒子サイズが、Zetasizerを用いて測定される。
回収後のポリマー粉末の粒子サイズが、MALVERNから得られるMalvern Mastersizer 3000を用いて測定される。
重量平均粉末粒子サイズ、粒子サイズ分布および微粒子比率を推定するために、0.5μmから880μmまでの範囲を測定する、300mmのレンズを有するMalvern Mastersizer 3000装置が使用される。
GIc
Gicは、ASTM D5045−99(2007)e1に従って測定される臨界ひずみエネルギー解放率である。
KIc
KIcは、ASTM D5045−99(2007)e1に従って求められる臨界応力拡大係数である。
圧縮弾性率
圧縮弾性率は、平行する端面に機械加工されたニート樹脂チューブについてInstron機械試験機でASTM D790を使用して求められた。
乾燥E’Tg Dryおよび湿潤Tg
乾燥E’Tg Dryおよび湿潤Tgは、ASTM D7028に従って動的機械分析(DMA)によって測定される。湿潤試験が、70℃の温度の水に2週間浸漬した後のサンプルに対して行われた。
吸水率
吸水率は、事前に重量測定されたニート樹脂サンプル(40mm×8mm×3mm)を70℃の温度の水に浸漬することによって求められた。サンプルが2週間後に取り出された。余分な水がペーパータオルにより除かれ、サンプルは重量が測定され、その後、これにより、どのくらいの水が取り込まれたかが求められた。
次に、本発明が、例証してのみ説明される。
その後、最終ポリマー組成物を回収し、ポリマー組成物を噴霧乾燥によって乾燥して、多段階粒子2を得た。
配合物RFを、スピードミキサー(Hauschild DAC 600 FVZ)を2,500rpmの速度で3分間使用して、粒子1および粒子3を下記の表に示されるような異なる濃度でMY721にブレンドすることによって調製した。このプロセスをさらに2回繰り返し、この結果、総混合時間が9分となった。
Claims (41)
- a.少なくとも1種の樹脂成分を含む樹脂系、
b.アミン系硬化剤の形態での少なくとも1種の成分を含む硬化剤系、および
c.多段階ポリマー粒子を含む粒子系
を含む硬化性ポリマー樹脂組成物であって、
前記粒子が前記硬化性ポリマー樹脂組成物の重量に基づいて2重量%〜10重量%の範囲で存在し、好ましくは2重量%〜8重量%の範囲で存在し、かつ、前記組成物の粘度が110℃の温度において10mPa.s〜130mPa.sの範囲であり、好ましくは40mPa.s〜100mPa.sの範囲である、硬化性ポリマー樹脂組成物。 - 前記アミン系硬化剤が、アルキレン架橋芳香族アミンを含む芳香族アミンである、請求項1に記載の組成物。
- 前記アミン系硬化剤がメチレンビスアニリンを含み、好ましくは4,4−メチレンビスアニリンを含む、請求項1または2に記載の組成物。
- 前記メチレンビスアニリンが20℃において液体であり、下記の式:
(式中、R1、R2、R3、R4、R1’、R2’、R3’およびR4’は独立して、
水素;
C1〜C6アルコキシ、好ましくはC1〜C4アルコキシ(ただし、前記アルコキシ基は直鎖状または分岐型であり得る:例えば、メトキシ、エトキシおよびイソプロポキシであってよい);
C1〜C6アルキル、好ましくはC1〜C4アルキル(ただし、前記アルキル基は直鎖状または分岐型であってよく、任意選択で置換されていてよい:例えば、メチル、エチル、イソプロピルおよびトリフルオロメチルであってよい);
ハロゲン(例えば、塩素)
から選択され、
R1、R2、R3、R4、R1’、R2’、R3’およびR4’の少なくとも1つがC1〜C6アルキル基である)
を有する、請求項3に記載の組成物。 - 前記アミン型硬化剤が、アルキルアルカノアニリンから選択され、好ましくはメチレン−ビス(ジエチルアニリン)(MDEA)、4,4−メチレンビス(イソプロピル−6−メチルアニリン)(MMIPA)、メチレン−ビス−(クロロジエチルアニリン)(MCDEA)またはビスメチルエチルアニリン−ビス(クロロジエチルアニリン)(MMEACDEA)から選択される、請求項1〜4のいずれかに記載の組成物。
- 前記アミン型硬化剤がメチレン−ビス(ジエチルアニリン)(MDEA)および4,4−メチレンビス(イソプロピル−6−メチルアニリン)(MMIPA)の混合物であり、MDEA対MMIPAの比が2:1である、請求項1〜5のいずれかに記載の組成物。
- 前記硬化剤系がアルキルベンゼンジアミンを含む、請求項1または2に記載の組成物。
- 前記アルキルベンゼンジアミンが、1つもしくは複数のアルキル基または1つもしくは複数のチオアルキル基を有するトルエンジアミンを含む、請求項6に記載の組成物。
- 前記アルキルベンゼンジアミンが、下記の式:
(式中、Yは、1個〜4個の炭素原子を含有するアルキル基であり、Xは、水素、または1個〜4個の炭素原子を含有するアルキル基であり、RおよびR’はアルキル基またはアルキルチオ基であり、好ましくは1個〜4個の炭素原子を含有するアルキル基またはアルキルチオ基である)
である、請求項6または7に記載の組成物。 - アルキルベンゼンジアミンが混合物として存在し、前記構造成分(i)対構造成分(ii)の比が90:10〜70:30であり、好ましくは80:20である、請求項8に記載の組成物。
- 硬化剤系が、前記硬化剤系の重量に基づいて10wt%〜50wt%の前記ジアルキルチオアルキルベンゼンジアミンを含み、好ましくは20wt%〜40wt%の前記ジアルキルチオアルキルベンゼンジアミンを含み、より好ましくは18wt%〜25wt%を含む、請求項8または9に記載の組成物。
- 前記ジアルキルチオアルキルベンゼンジアミンが、
から構成される混合物である、請求項8〜10のいずれかに記載の組成物。 - 前記ジアルキルチオアルキルベンゼンおよび前記アミン成分がともに室温において液体である、請求項7〜10のいずれかに記載の組成物。
- 前記アミン系硬化剤が、2種以上の異なるアルキレン架橋芳香族アミンの混合物である、請求項1〜13のいずれかに記載の組成物。
- 前記アミン系硬化剤が、ビスアニリン系芳香族アミンおよびアルキルベンゼンジアミンを含む成分から選択される混合物である、請求項13に記載の組成物。
- 前記アミン型硬化剤がアミノ−フェニルフルオレン型硬化剤を含む、請求項1に記載の組成物。
- 前記硬化剤が、下記の構造式:
(式中、それぞれのR0は独立して、水素、ならびにエポキシド基含有化合物の重合において不活性である基で、好ましくはハロゲン、1個〜6個の炭素原子を有する直鎖状アルキル基および分岐型アルキル基、フェニル、ニトロ、アセチルならびにトリメチルシリルから選択される基から選択される;
それぞれのRは独立して、水素、ならびに1個〜6個の炭素原子を有する直鎖状アルキル基および分岐型アルキル基から選択される;かつ
それぞれのR1は独立して、R、水素、フェニルおよびハロゲンから選択される)
を有する、請求項1または2に記載の組成物。 - 前記硬化剤がハロゲン置換アミノ−フェニルフルオレン型硬化剤を含む、請求項16または17のいずれかに記載の組成物。
- 前記樹脂成分が、グリシジルエーテルエポキシ樹脂を含む第1の樹脂ポリマーa)と、ナフタレン系エポキシ樹脂を含む第2の樹脂ポリマーb)とから少なくともなる混合物であり、前記エポキシ樹脂ポリマーa)およびエポキシ樹脂ポリマーb)が、ポリマーa)およびポリマーb)の総重量に基づいて前記第2の樹脂ポリマーb)の最大でも33wt%を含有する、請求項16〜18のいずれかに記載の組成物。
- 前記第2の樹脂ポリマーb)が、ビスフェノール−A(BPA)ジグリシジルエーテルおよび/またはビスフェノール−F(BPF)ジグリシジルエーテルならびにそれらの誘導体の少なくとも1つを含む、請求項23に記載の組成物。
- 前記第2のポリマー樹脂b)が10wt%以上の量で存在し、好ましくは15wt%以上の量で存在し、より好ましくは20wt%以上の量で存在する、請求項23または24のいずれかに記載の組成物。
- 請求項23〜25のいずれかに記載の組成物において、前記組成物の非ナフタレン成分が、前記組成物の総重量に基づいて10wt%〜90wt%の範囲での量で、好ましくは20wt%〜45wt%の範囲での量で、より好ましく65wt%〜80wt%の範囲での量で、および/または前記前述範囲の組合せの範囲での量で存在する、組成物。
- 前記ポリマー粒子が、ガラス転移温度が0℃未満であるポリマー(A1)を含む少なくとも1つの層(A)と、ガラス転移温度が30℃を超えるポリマー(B1)を含む別の層(B)とを含む多段階ポリマーによって形成される多層構造を有する、請求項1〜22のいずれかに記載の組成物。
- 前記ポリマー(B1)が少なくとも30℃のガラス転移温度を有し、前記ポリマー粒子の外側層を形成する、請求項15に記載の組成物。
- 少なくとも30℃のガラス転移温度を有する前記ポリマー(B1)が、前記多段階ポリマーがモノマー(M1)と接触させられる前に前記ポリマー粒子の中間層を形成する、請求項16に記載の組成物。
- 前記段階(A)が第1の段階であり、ポリマー(B1)を含む前記段階(B)が、ポリマー(A1)または別の中間層を含む段階(A)にグラフト化され、前記第1の段階が、ポリマー(B1)を含む段階(B)に先立って作成されるポリマー(A1)を含む段階(A)として定義される、請求項17に記載の組成物。
- 前記ポリマー粒子が、ガラス転移温度が0℃未満であるポリマー(A1)を含む少なくとも1つの段階(A)と、ガラス転移温度が30℃を超えるポリマー(B1)を含む少なくとも1つの段階(B)と、ガラス転移温度が30℃〜150℃の間である(メタ)アクリルポリマー(P1)を含む少なくとも1つの段階(P1)とを含む多層構造を有する、請求項16〜19のいずれかに記載の組成物。
- 前記(メタ)アクリルポリマー(P1)が前記ポリマー(A1)およびポリマー(B1)のいずれにもグラフト化されない、請求項20に記載の組成物。
- 前記(メタ)アクリルポリマー(P1)が前記ポリマー(A1)およびポリマー(B1)の一方に、またはそれらの両方にグラフト化される、請求項20に記載の組成物。
- 前記粒子の直径に基づく加重平均粒子サイズが、15nm〜900nmの範囲、好ましくは20nm〜800nmの範囲、より好ましくは25nm〜600nmの範囲、一層より好ましくは30nm〜550nmの範囲、さらにまたより好ましくは40nm〜400nmの範囲、一層より好都合には75nm〜350nmの範囲、好都合には80nm〜300nmの範囲、および/または前記前述範囲の組合せの範囲である、請求項1〜29のいずれかに記載の組成物。
- 前記樹脂成分が、官能性が少なくとも2であるエポキシ樹脂成分を含み、好ましくは官能性が少なくとも4であるエポキシ樹脂成分を含む、請求項1〜30のいずれかに記載の組成物。
- 前記樹脂成分が、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン(TGDDM)を含むエポキシ樹脂である、請求項1〜31のいずれかに記載の組成物。
- 前記多段階粒子が、前記硬化性ポリマー樹脂組成物の重量に基づいて0.1重量%〜15重量%の範囲で、好ましくは0.5%〜13%の範囲で、より好ましくは1.5%〜11%の範囲で、一層より好ましくは2重量%〜8重量%の範囲で、最も好ましくは前記硬化性ポリマー樹脂組成物の重量に基づいて2.5重量%〜7.5重量%の範囲で、および/または前記前述範囲のいずれかの組合せの範囲で存在する、請求項1〜32のいずれかに記載の組成物。
- 前記粒子系が、異なる粒子との組合せでの多段粒子の混合物を含み、前記異なる粒子が、メタクリルポリマー(P1)粒子、またはモノマー(M1)粒子、またはポリメタクリラートブタジエン/スチレン(MBS)粒子から選択される、請求項1〜33のいずれかに記載の組成物。
- 前記粒子系が、前記硬化性ポリマー樹脂組成物の重量に基づいて0.1重量%〜15重量%の範囲で、好ましくは0.5%〜13%の範囲で、より好ましくは1.5%〜11%の範囲で、一層より好ましくは2重量%〜8重量%の範囲で、最も好ましくは前記硬化性ポリマー樹脂組成物の重量に基づいて2.5重量%〜7.5重量%の範囲で、および/または前記前述範囲のいずれかの組合せの範囲で存在する、請求項1〜34のいずれかに記載の組成物。
- 前記硬化剤系が、前記硬化性ポリマー樹脂組成物の重量に基づいて5重量%〜80重量%の範囲で、好ましくは10%〜60%の範囲で、より好ましくは15%〜50%の範囲で、一層より好ましくは18%〜42%の範囲で、最も好ましくは前記硬化性ポリマー樹脂組成物の重量に基づいて35重量%〜40重量%の範囲で、および/または前記前述範囲のいずれかの組合せの範囲で存在する、請求項1〜35のいずれかに記載の組成物。
- 前記樹脂成分と前記硬化剤系との比率が1:1〜5:2の範囲であり、好ましくは2:1〜4:3の範囲であり、より好ましくは3:2である、請求項1〜36のいずれかに記載の組成物。
- 繊維状強化材を請求項1〜37のいずれかで定義されるような組成物との組合せで含む複合材料または複合部品。
- 繊維強化複合材を製造するためのプロセスであって、繊維状材料が閉鎖容器においてレイアップされ、請求項1〜25のいずれかに記載される硬化性エポキシ樹脂組成物が80℃〜130℃の温度で前記強化用繊維状材料に引き込まれ、いったん前記樹脂が前記強化用材料に引き込まれたら、温度が150℃〜190℃の範囲内に上昇させられる、プロセス。
- 前記繊維強化複合材の製造における前記硬化性樹脂としての請求項1〜28のいずれかに記載の組成物の使用。
- 請求項30の前記注入プロセスによる前記繊維強化複合材の製造における請求項31に記載の使用。
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