JP6705824B2 - 低密度で燃料耐性を示す含硫ポリマーの組成物およびその使用 - Google Patents

低密度で燃料耐性を示す含硫ポリマーの組成物およびその使用 Download PDF

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Description

本開示は、燃料耐性が強化された低密度で燃料耐性を示す含硫ポリマーの組成物およびシーラントに関する。
背景
航空機産業および車両産業などにおける一定の用途において、材料の全重量を減少させることが望ましい可能性がある。例えば、ポリマー組成物の重量を、低密度フィラーを組み込むことによって減少させることができる。航空宇宙用途において、コーティングおよびシーラントは、接着性、引張強度、伸長、および高温安定性が含まれる多数の厳しい性能要求事項を満たさなければならず、これらの性質は、航空燃料への曝露後に維持されなければならない。中空ポリマーミクロスフィアなどの低密度フィラーは、ポリマー組成物の全密度を低下させるのに有効であるが、航空燃料への曝露時に膨潤し、それにより、硬化したコーティングまたはシーラントの物理的性質が低下する傾向がある。無機フィラーは強化効果を提供するが、硬化したコーティングまたはシーラントの密度が増加する。
燃料耐性が強化された低密度のコーティング組成物およびシーラント組成物が望まれる。
概要
含硫プレポリマー系シーラントの燃料耐性を、ポリフェニレンスルフィドフィラーをシーラントに組み込むことによって改良することができる。ポリフェニレンスルフィドフィラーの使用により、航空宇宙用途における使用に適切な低密度のコーティング組成物およびシーラント組成物が得られる。
第1の態様では、含硫プレポリマー;およびポリフェニレンスルフィドフィラーを含むフィラーを含む組成物であって、比重が1.1〜1.4であることを特徴とする、組成物を提供する。
第2の態様では、(a)チオール末端化含硫プレポリマー;(b)ポリフェニレンスルフィドフィラーおよび無機フィラーを含むフィラー;および(c)novolac(登録商標)エポキシ樹脂、ビスフェノールA/エピクロロヒドリン由来エポキシ樹脂、およびその組み合わせから選択されるポリエポキシ硬化剤を含む組成物であって、比重が1.1〜1.4であることを特徴とする、組成物を提供する。
第3の態様では、本開示によって提供される組成物から調製された硬化したシーラントを提供する。
第4の態様では、1つまたは複数の表面をシールする方法であって、本開示によって提供される組成物を1つまたは複数の表面に塗布する工程;および組成物を硬化させて1つまたは複数の表面をシールする工程を含む、方法を提供する。
詳細な説明
以下の詳細な説明の目的のために、そうでないと明白に指定される場合を除き、本開示によって提供された実施形態が種々の代替的な変法および工程順序を仮定してもよいことが理解されるべきである。その上、任意の機能している例、または別段に記載の場合を除き、本明細書および特許請求の範囲において使用される、例えば成分の量を表す数はすべて、用語「約」によってすべての場合において修飾されるものとして理解されるべきである。したがって、別段の記載がない限り、以下の明細書および添付の特許請求の範囲において示される数的パラメータは、本発明によって得られるべき所望の特性に応じて変動してもよい概数である。少なくとも、および特許請求の範囲に対する均等論の適用を制限する意図としてではなく、各数的パラメータは、報告された有効桁数を考慮して、および通常の丸め技術を適用することによって、少なくとも解釈されるべきである。
本発明の広範な範囲を示す数的な範囲およびパラメータが概数であるにもかかわらず、具体的な例において示される数値は、できる限り正確に報告される。しかしながら、いかなる数値も、それらの個々の試験測定において認められる標準偏差から必ず結果として生じるある誤差を本質的に含有する。
また、本明細書に記載されるいかなる数的範囲も、該数的範囲内に含まれる下位の範囲をすべて含むことが意図されると理解されるべきである。例えば、「1〜10」の範囲は、記載された最小値1と記載された最大値10の間の(ならびに最小値1および最大値10を含む)、すなわち、1または1を超える最小値と10または10未満の最大値を有する下位の範囲をすべて含むことが意図される。
2つの文字またはシンボルの間にないダッシュ(「−」)を、置換基または2原子間の結合点を示すために使用する。例えば、−CONHは、炭素原子を介して別の化学的部分に付着する。
「アルカンジイル」は、例えば、1〜18個の炭素原子(C1〜18)、1〜14個の炭素原子(C1〜14)、1〜6個の炭素原子(C1〜6)、1〜4個の炭素原子(C1〜4)、または1〜3個の炭化水素原子(C1〜3)を有する、飽和した分枝鎖または直鎖の非環式炭化水素基のジラジカルをいう。分枝鎖アルカンジイルは最少で3個の炭素原子を有すると認識されるであろう。一定の実施形態では、アルカンジイルは、C2〜14アルカンジイル、C2〜10アルカンジイル、C2〜8アルカンジイル、C2〜6アルカンジイル、C2〜4アルカンジイルであり、一定の実施形態では、C2〜3アルカンジイルである。アルカンジイル基の例には、メタン−ジイル(−CH−)、エタン−1,2−ジイル(−CHCH−)、プロパン−1,3−ジイルおよびイソ−プロパン−1,2−ジイル(例えば、−CHCHCH−および−CH(CH)CH−)、ブタン−1,4−ジイル(−CHCHCHCH−)、ペンタン−1,5−ジイル(−CHCHCHCHCH−)、ヘキサン−1,6−ジイル(−CHCHCHCHCHCH−)、ヘプタン−1,7−ジイル、オクタン−1,8−ジイル、ノナン−1,9−ジイル、デカン−1,10−ジイル、ならびにドデカン−1,12−ジイルなどが含まれる。
「アルカンシクロアルカン」は、1つまたは複数のシクロアルキル基および/またはシクロアルカンジイル基ならびに1つまたは複数のアルキル基および/またはアルカンジイル基(シクロアルキル、シクロアルカンジイル、アルキル、およびアルカンジイルは、本明細書中で定義されている)を有する飽和炭化水素基をいう。一定の実施形態では、各シクロアルキル基および/またはシクロアルカンジイル基(単数または複数)は、C3〜6、C5〜6であり、一定の実施形態では、シクロヘキシルまたはシクロヘキサンジイルである。一定の実施形態では、各アルキル基および/またはアルカンジイル基(単数または複数)は、C1〜6、C1〜4、C1〜3であり、一定の実施形態では、メチル、メタンジイル、エチル、またはエタン−1,2−ジイルである。一定の実施形態では、アルカンシクロアルカン基は、C4〜18アルカンシクロアルカン、C4〜16アルカンシクロアルカン、C4〜12アルカンシクロアルカン、C4〜8アルカンシクロアルカン、C6〜12アルカンシクロアルカン、C6〜10アルカンシクロアルカンであり、一定の実施形態では、C6〜9アルカンシクロアルカンである。アルカンシクロアルカン基の例には、1,1,3,3−テトラメチルシクロヘキサンおよびシクロヘキシルメタンが含まれる。
「アルカンシクロアルカンジイル」は、アルカンシクロアルカン基のジラジカルをいう。一定の実施形態では、アルカンシクロアルカンジイル基は、C4〜18アルカンシクロアルカンジイル、C4〜16アルカンシクロアルカンジイル、C4〜12アルカンシクロアルカンジイル、C4〜8アルカンシクロアルカンジイル、C6〜12アルカンシクロアルカンジイル、C6〜10アルカンシクロアルカンジイルであり、一定の実施形態では、C6〜9アルカンシクロアルカンジイルである。アルカンシクロアルカンジイル基の例には、1,1,3,3−テトラメチルシクロヘキサン−1,5−ジイルおよびシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイルが含まれる。
「アルケニル」基は、(R)C=C(R)基または−C(R)=C(R)基(式中、アルケニル基は末端基であり、より大きな分子に結合している)をいう。かかる実施形態では、各Rを、例えば、水素およびC1〜3アルキルから選択することができる。一定の実施形態では、各Rは水素であり、アルケニル基は構造−CH=CHを有する。
「アルキル」は、例えば、1〜20個の炭素原子、1〜10個の炭素原子、1〜6個の炭素原子、1〜4個の炭素原子、または1〜3個の炭素原子を有する、分枝鎖または直鎖の飽和非環式炭化水素基のモノラジカルをいう。分枝鎖アルキルは最少で3個の炭素原子を有すると認識されるであろう。一定の実施形態では、アルキル基は、C1〜6アルキル、C1〜4アルキルであり、一定の実施形態では、C1〜3アルキルである。アルキル基の例には、メチル、エチル、n−プロピル、イソ−プロピル、n−ブチル、イソ−ブチル、tert−ブチル、n−ヘキシル、n−デシル、およびテトラデシルなどが含まれる。一定の実施形態では、アルキル基は、C1〜6アルキル、C1〜4アルキルであり、一定の実施形態では、C1〜3アルキルである。分枝鎖アルキルは少なくとも3個の炭素原子を有すると認識されるであろう。
「シクロアルカンジイル」は、ジラジカルの飽和した単環式または多環式の炭化水素基をいう。一定の実施形態では、シクロアルカンジイル基は、C3〜12シクロアルカンジイル、C3〜8シクロアルカンジイル、C3〜6シクロアルカンジイルであり、一定の実施形態では、C5〜6シクロアルカンジイルである。シクロアルカンジイル基の例には、シクロヘキサン−1,4−ジイル、シクロヘキサン−1,3−ジイル、およびシクロヘキサン−1,2−ジイルが含まれる。
「オキシアルカンジイル」は、1つまたは複数の炭素原子、およびこの1つまたは複数の炭素原子に結合した一定の原子または基が酸素原子で置き換えられている、アルカンジイル基をいう。オキシアルカンジイルの一定の実施形態では、酸素(oxyen)原子は他の酸素原子に隣接していないであろう。一定の実施形態では、オキシアルカンジイルは、C2〜10オキシアルカンジイル、C2〜8オキシアルカンジイル、C2〜6オキシアルカンジイルであり、一定の実施形態では、C2〜4オキシアルカンジイルである。
「比重」は、室温および室内圧力での水の密度に対する物質の密度の比をいう。密度を、ASTM D 792方法Aにしたがって測定することができる。
本明細書中で使用する場合、「ポリマー」は、オリゴマー、ホモポリマー、およびコポリマーをいい、これらは、硬化していても未硬化でもよい。別段の記載がない限り、分子量は、例えば、当該分野で認識された様式でのポリスチレン標準を使用したゲル浸透クロマトグラフィによって決定される「M」と示されるポリマー材料の数平均分子量である。別段の記載がない限り、分子量は、例えば、当該分野で認識された様式でのポリスチレン標準を使用したゲル浸透クロマトグラフィによって決定することができる「Mn」と示されるポリマー材料の数平均分子量である。
「プレポリマー」は、硬化前のポリマーをいう。一般に、本開示によって提供されるプレポリマーは、室温で液体である。「付加体」は、反応性末端基で官能化されたプレポリマーをいう;しかし、プレポリマーはまた、末端官能基を含んでよい。したがって、プレポリマーおよび付加体という用語を、互換的に使用する。付加体という用語を、プレポリマーを調製するために使用される一連の反応の中間体であるプレポリマーをいうためにしばしば使用する。
ここに、化合物、組成物、および方法の一定の実施形態について詳細に言及する。開示の実施形態は、特許請求の範囲を限定することを意図しない。それとは反対に、特許請求の範囲は、全ての代替形態、修正形態、および均等物を対象とすることを意図する。
組成物
本開示によって提供された低密度組成物には、含硫プレポリマーおよびポリフェニレンスルフィドフィラーが含まれる。一定の実施形態では、組成物を、航空宇宙用シーラントなどのシーラントとして配合する。
含硫プレポリマー
含硫プレポリマーは、プレポリマーから形成された生成物が航空燃料への曝露後にその物理的性質を保持する能力を有することを理由の一部として、航空宇宙用のコーティングおよびシーラント用途において有用であることが周知である。適切な含硫プレポリマーには、例えば、ポリチオエーテル、ポリスルフィド、含硫ポリホルマール、および前述のものの任意の組み合わせが含まれる。含硫プレポリマーを、特定の硬化化学に適切な官能基で末端化してもよい。例えば、含硫プレポリマーを、ポリエポキシ硬化剤を使用する場合またはポリアルケニル化合物を使用したUV硬化系においてチオール末端化してもよい。他の実施形態では、含硫プレポリマーを、必要に応じてイソシアナート硬化剤と共に使用するためにアミン末端化してもよい。
一定の実施形態では、含硫プレポリマーをチオール末端化する;したがって、含硫プレポリマーには、チオール末端化ポリチオエーテル、チオール末端化ポリスルフィド、チオール末端化含硫ポリホルマール、または前述のものの任意の組み合わせが含まれ得る。
一定の実施形態では、含硫ポリマーは、ポリチオエーテル、ポリスルフィド、含硫ポリホルマール、および前述のものの任意の組み合わせから選択される。一定の実施形態では、含硫プレポリマーはポリチオエーテルを含み、一定の実施形態では、含硫ポリマーはポリスルフィドを含む。含硫ポリマーは異なるポリチオエーテルおよび/またはポリスルフィドの混合物を含んでよく、ポリチオエーテルおよび/またはポリスルフィドは同一または異なる官能性を有してよい。一定の実施形態では、含硫ポリマーの平均官能性は、2〜6、2〜4、2〜3、2.3〜2.8であり、一定の実施形態では、2.05〜2.5である。例えば、含硫プレポリマーを、二官能性含硫プレポリマー、三官能性含硫プレポリマー、およびその組み合わせから選択することができる。一定の実施形態では、含硫プレポリマーを、含硫ポリホルマールから選択することができる。
一定の実施形態では、含硫プレポリマーは、チオール末端化されている。チオール末端化ポリチオエーテルの例は、例えば、米国特許第6,172,179号に開示されている。一定の実施形態では、チオール末端化ポリチオエーテルは、Permapol(登録商標)P3.1E、およびPermapol(登録商標)L56086、または前述のものの任意の組み合わせ(それぞれ、PRC−DeSoto International Inc.,Sylmar,CAから入手可能である)を含む。
ポリチオエーテルプレポリマー
本開示によって提供される組成物およびシーラント配合物は、ポリチオエーテルプレポリマーを含み、一定の実施形態では、チオール末端化ポリチオエーテルプレポリマーを含む。
適切なポリチオエーテルの例は、例えば、米国特許第6,172,179号に開示されている。
一定の実施形態では、ポリチオエーテルプレポリマーは、式(1):
−R−[−S−(CH−O−(−R−O−)−(CH−S−R− (1)
(式中、
各Rは、独立して、C2〜10n−アルカンジイル、C3〜6分枝鎖アルカンジイル、C6〜8シクロアルカンジイル、C6〜10アルカンシクロアルカンジイル、複素環、−[(−CHR−)−X−]−(CHR−から選択され、各Rは、水素およびメチルから選択され;
各Rは、独立して、C2〜10n−アルカンジイル、C3〜6分枝鎖アルカンジイル、C6〜8シクロアルカンジイル、C6〜14アルカンシクロアルカンジイル、複素環、および−[(−CH−)−X−]−(CH−から選択され;
各Xは、独立して、O、S、および−NR−から選択され、Rは水素およびメチルから選択され;
mは0〜50の整数であり;
nは1〜60の範囲の整数であり;
pは2〜6の範囲の整数であり;
qは1〜5の範囲の整数であり;
rは2〜10の範囲の整数である)
の構造を含む骨格を有するポリチオエーテルを含む。
式(1)の化合物の一定の実施形態では、Rは、−[−(CHR−X−]−(CHR−であり、各Xは、独立して、−O−および−S−から選択される。Rが−[−(CHR−X−]−(CHR−である一定の実施形態では、各Xは−O−であり、一定の実施形態では、各Xは−S−である。
式(1)の化合物の一定の実施形態では、Rは、−[−(CH−X−]−(CH−であり、各Xは、独立して、−O−および−S−から選択される。Rが−[−(CH−X−]−(CH−である一定の実施形態では、各Xは−O−であり、一定の実施形態では、各Xは−S−である。
一定の実施形態では、式(1)中のRは−[(−CH−)−X−]−(CH−であり、pは2であり、XはOであり、qは2であり、rは2であり、Rはエタンジイルであり、mは2であり、nは9である。
式(1)の一定の実施形態では、各Rはジメルカプトジオキサオクタン(DMDO)に由来し、一定の実施形態では、各Rはジメルカプトジエチルスルフィド(DMDS)に由来する。
式(1)の一定の実施形態では、各mは、独立して、1〜3の整数である。一定の実施形態では、各mは同一であり、1、2であり、一定の実施形態では3である。式(1)の一定の実施形態では、mは1〜50であり、一定の実施形態では、2〜40であり、一定の実施形態では、1〜10である。
式(1)の一定の実施形態では、nは、1〜30の整数、1〜20の整数、1〜10の整数であり、一定の実施形態では、1〜5の整数である。さらに、一定の実施形態では、nは、1〜60の任意の整数であってよい。
式(1)の一定の実施形態では、各pは、独立して、2、3、4、5、および6から選択される。一定の実施形態では、各pは同一であり、2、3、4、5、または6である。
式(1)の一定の実施形態では、各rは、2、3、4、5、6、7、および8から選択される。
式(1)の一定の実施形態では、各qは、1、2、3、4、および5から選択される。
一定の実施形態では、式(1)の骨格構造を有するポリチオエーテルプレポリマーは、チオール末端化ポリチオエーテルプレポリマーである。適切なチオール末端化ポリチオエーテルの例は、例えば、米国特許第6,172,179号に開示されている。一定の実施形態では、チオール末端化ポリチオエーテルは、Permapol(登録商標)P3.1E、Permapol(登録商標)L56086、または前述のものの任意の組み合わせ(PRC−DeSoto International Inc.,Sylmar,CAから入手可能な製品)を含む。
一定の実施形態では、チオール末端化ポリチオエーテルは、以下の式(2a)のチオール末端化ポリチオエーテル、式(2b)のチオール末端化ポリチオエーテル:
HS−R−[−S−(CH−O−(R−O)−(CH−S−R−]−SH (2a)
{HS−R−[−S−(CH−O−(R−O)−(CH−S−R−]−S−V’−}B (2b)
(式中、
各Rは、独立して、C2〜10アルカンジイル、C6〜8シクロアルカンジイル、C6〜14アルカンシクロアルカンジイル、C5〜8ヘテロシクロアルカンジイル、および−[(−CHR−)−X−]−(−CHR−)−から選択され、
pは2〜6の整数であり;
qは1〜5の整数であり;
rは2〜10の整数であり;
各Rは、独立して、水素およびメチルから選択され;
各Xは、独立して、−O−、−S−、および−NR−から選択され、Rは水素およびメチルから選択され;
各Rは、独立して、C1〜10アルカンジイル、C6〜8シクロアルカンジイル、C6〜14アルカンシクロアルカンジイル、および−[(−CHR−)−X−]−(−CHR−)−から選択され、p、q、r、R、およびXは、Rに関して定義の通りであり;
mは0〜50の整数であり;
nは1〜60の整数であり;
Bは、z価の多官能化剤B(−V)のコアを示し、
zは3〜6の整数であり;
各Vは、チオールと反応性を示す末端基を含む部分であり;
各−V’−は、−Vのチオールとの反応に由来する)
およびその組み合わせから選択されるチオール末端化ポリチオエーテルを含む。
一定の実施形態では、式(2a)および式(2b)では、Rは−[(−CH−)−X−]−(CH−であり、pは2であり、Xは−O−であり、qは2であり、rは2であり、Rはエタンジイルであり、mは2であり、nは9である。
式(2a)および式(2b)の一定の実施形態では、Rは、C2〜6アルカンジイルおよび−[−(CHR−X−]−(CHR−から選択される。
式(2a)および式(2b)の一定の実施形態では、Rは−[−(CHR−X−]−(CHR−であり、一定の実施形態では、Xは−O−であり、一定の実施形態では、Xは−S−である。式(2a)および式(2b)の一定の実施形態では、Rは、−[−(CH−X−]−(CH−であり、一定の実施形態では、Xは−O−であり、一定の実施形態では、Xは−S−である。
が−[−(CHR−X−]−(CHR−である、式(2a)および式(2b)の一定の実施形態では、pは2であり、rは2であり、qは1であり、Xは−S−であり;一定の実施形態では、pは2であり、qは2であり、rは2であり、Xは−O−であり;一定の実施形態では、pは2であり、rは2であり、qは1であり、Xは−O−である。Rが−[−(CH−X−]−(CH−である、式(2a)および式(2b)の一定の実施形態では、pは2であり、rは2であり、qは1であり、Xは−S−であり;一定の実施形態では、pは2であり、qは2であり、rは2であり、Xは−O−であり;一定の実施形態では、pは2であり、rは2であり、qは1であり、Xは−O−である。
が−[−(CHR−X−]−(CHR−である、式(2a)および式(2b)の一定の実施形態では、各Rは水素であり、一定の実施形態では、少なくとも1つのRはメチルである。
式(2a)および式(2b)の一定の実施形態では、各Rは同一であり、一定の実施形態では、少なくとも1つのRは異なる。
一定の実施形態では、各mは、1、2、3、または4である。一定の実施形態では、mは1〜10、1〜6の整数であり、一定の実施形態では、1〜4の整数である。一定の実施形態では、mは、2〜10、2〜6の整数であり、一定の実施形態では、2〜4の整数である。式(1)の一定の実施形態では、mは1〜50であり、一定の実施形態では、2〜40であり、一定の実施形態では、1〜10である。
式(2a)および式(2b)の一定の実施形態では、nは1〜30の整数、1〜20の整数、1〜10の整数であり、一定の実施形態では、1〜5の整数である。さらに、一定の実施形態では、nは、1〜60の任意の整数であってよい。
式(2a)および式(2b)の一定の実施形態では、各pは、独立して、2、3、4、5、および6から選択される。一定の実施形態では、各pは同一であり、2、3、4、5、または6である。
式(2a)および式(2b)の一定の実施形態では、各rは、2、3、4、5、6、7、および8から選択される。
式(2a)および式(2b)の一定の実施形態では、各qは、1、2、3、4、および5から選択される。
種々の方法を使用して、式(2a)および式(2b)のチオール末端化ポリチオエーテルを調製することができる。適切なチオール末端化ポリチオエーテルおよびその生成方法の例は、米国特許第6,172,179号(その全体が参考として援用される)に記載されている。かかるチオール末端化ポリチオエーテルは、二官能性(すなわち、2個の末端チオール基を有する線状プレポリマー)または多官能性(すなわち、分枝鎖プレポリマーが3個もしくはそれを超える末端チオール基を有する)であってよい。適切なチオール末端化ポリチオエーテルは、例えば、Permapol(登録商標)P3.1E、Permapol(登録商標)L56086、または前述のものの任意の組み合わせ(PRC−DeSoto International Inc.,Sylmar,CAから入手可能)として市販されている。
一定の実施形態では、チオール末端化ポリチオエーテルプレポリマーは、異なるポリチオエーテルの混合物を含んでよく、これらのポリチオエーテルは、同一または異なる官能性を有してよい。一定の実施形態では、チオール末端化ポリチオエーテルの平均官能性は、2〜6、2〜4、2〜3、2.05〜2.8、2.3〜2.8であり、一定の実施形態では、2.05〜2.5である。例えば、チオール末端化ポリチオエーテルを、二官能性チオール末端化ポリチオエーテル、三官能性チオール末端化ポリチオエーテル、およびその組み合わせから選択することができる。
一定の実施形態では、チオール末端化ポリチオエーテルを、ポリチオールおよびジエン(ジビニルエーテルなど)を反応させることによって調製することができ、ポリチオエーテルを調製するために使用される各反応物質の量を、末端チオール基が得られるように選択する。したがって、いくつかの場合、(nまたは>n、n+1など)モルのポリチオール(ジチオールなど)または少なくとも2個の異なるジチオールの混合物、および約0.05モル〜1モル(0.1モル〜0.8モルなど)のチオール末端化多官能化剤を、(n)モルのジエン(ジビニルエーテルなど)または少なくとも2つの異なるジエン(少なくとも2つのジビニルエーテルなど)の混合物と反応させてもよい。一定の実施形態では、チオール末端化多官能化剤は、平均官能性が2.05〜3(2.1〜2.8または2.1〜2.6など)であるチオール末端化ポリチオエーテルを得るのに十分な量で反応混合物中に存在する。
チオール末端化ポリチオエーテルを作製するために使用される反応を、フリーラジカル触媒によって触媒してもよい。適切なフリーラジカル触媒には、アゾ化合物(例えば、アゾビスニトリル化合物(アゾ(ビス)イソブチロニトリル(AIBN)など));有機過酸化物(過酸化ベンゾイルおよびt−ブチルペルオキシドなど);および無機過酸化物(過酸化水素など)が含まれる。ラジカル開始剤/光増感剤を用いるか用いない紫外線照射によって反応させることもできる。無機塩基または有機塩基(例えば、トリエチルアミン)のいずれかを使用したイオン触媒法も使用してよい。
適切なチオール末端化ポリチオエーテルを、ジビニルエーテルまたはジビニルエーテルの混合物の、過剰量のジチオールまたはジチオールの混合物との反応によって生成してもよい。
したがって、一定の実施形態では、チオール末端化ポリチオエーテルは、以下:
(a)式(3):
HS−R−SH (3)
(式中、
は、C2〜6アルカンジイル、C6〜8シクロアルカンジイル、C6〜10アルカンシクロアルカンジイル、C5〜8ヘテロシクロアルカンジイル、および−[−(CHR−X−]−(CHR−から選択され;
各Rは、独立して、水素およびメチルから選択され;
各Xは、独立して、−O−、−S−、−NH−、および−N(−CH)−から選択され;
pは2〜6の整数であり;
qは1〜5の整数であり;
rは2〜10の整数である)のジチオール;および
(b)式(4):
CH=CH−O−(−R−O−)−CH=CH (4)
(式中、
mは0〜50の整数であり;
各Rは、独立して、C1〜10アルカンジイル、C6〜8シクロアルカンジイル、C6〜14アルカンシクロアルカンジイル、および−[(−CHR−)−X−]−(−CHR−)−から選択され、n、p、q、r、R、およびXは、式(1)に関して定義の通りである)のジビニルエーテル
を含む反応物質の反応生成物を含む。
また、一定の実施形態では、反応物質は、(c)多官能化合物(多官能化合物B(−V)(式中、B、−V、およびzは、式(2b)について定義の通りである)など)を含んでもよい。
一定の実施形態では、チオール末端化ポリチオエーテルの調製での使用に適切なジチオールには、式(3)を有するジチオール、本明細書中に開示の他のジチオール、または本明細書中に開示の任意のジチオールの組み合わせが含まれる。一定の実施形態では、ジチオールは、式(3):
HS−R−SH (3)
(式中、
は、C2〜6アルカンジイル、C6〜8シクロアルカンジイル、C6〜10アルカンシクロアルカンジイル、C5〜8ヘテロシクロアルカンジイル、および−[−(CHR−X−]−(CHR−から選択され;
各Rは、独立して、水素およびメチルから選択され;
各Xは、独立して、−O−、−S−、および−NR−から選択され、Rは水素およびメチルから選択され;
pは2〜6の整数であり;
qは1〜5の整数であり;
rは2〜10の整数である)の構造を有する。
式(3)のジチオールの一定の実施形態では、Rは、−[−(CHR−X−]−(CHR−である。
式(16)の化合物の一定の実施形態では、Xは、−O−および−S−から選択され、したがって、式(3)中の−[−(CHR−X−]−(CHR−は、−[(−CHR−)−O−]−(CHR−、−[(−CHR−)−S−]−(CHR−、−[(−CH−)−O−]−(CH−、または−[(−CH−)−)s−S−]−(CH−である。一定の実施形態では、pおよびrは等しい(pおよびrの両方が2であるなど)。
式(3)のジチオールの一定の実施形態では、Rは、C2〜6アルカンジイルおよび−[−(CHR−X−]−(CHR−から選択される。
式(3)のジチオールの一定の実施形態では、Rは−[−(CHR−X−]−(CHR−であり、一定の実施形態では、Xは−O−であり、一定の実施形態では、Xは−S−である。式(3)のジチオールの一定の実施形態では、Rは−[−(CH−X−]−(CH−であり、一定の実施形態では、Xは−O−であり、一定の実施形態では、Xは−S−である。
が−[−(CHR−X−]−(CHR−である式(3)のジチオールの一定の実施形態では、pは2であり、rは2であり、qは1であり、Xは−S−であり;一定の実施形態では、pは2であり、qは2であり、rは2であり、Xは−O−であり;一定の実施形態では、pは2であり、rは2であり、qは1であり、Xは−O−である。Rが−[−(CH−X−]−(CH−である式(3)のジチオールの一定の実施形態では、pは2であり、rは2であり、qは1であり、Xは−S−であり;一定の実施形態では、pは2であり、qは2であり、rは2であり、Xは−O−であり;一定の実施形態では、pは2であり、rは2であり、qは1であり、Xは−O−である。
が−[−(CHR−X−]−(CHR−である式(3)のジチオールの一定の実施形態では、各Rは水素であり、一定の実施形態では、少なくとも1つのRはメチルである。
式(3)の一定の実施形態では、各Rは、ジメルカプトジオキサオクタン(DMDO)に由来し、一定の実施形態では、各Rは、ジメルカプトジエチルスルフィド(DMDS)に由来する。
式(3)の一定の実施形態では、各pは、独立して、2、3、4、5、および6から選択される。一定の実施形態では、各pは同一であり、2、3、4、5、または6である。
式(3)の一定の実施形態では、各rは、2、3、4、5、6、7、および8から選択される。
式(3)の一定の実施形態では、各qは、1、2、3、4、および5から選択される。
適切なジチオールの例には、例えば、1,2−エタンジチオール、1,2−プロパンジチオール、1,3−プロパンジチオール、1,3−ブタンジチオール、1,4−ブタンジチオール、2,3−ブタンジチオール、1,3−ペンタンジチオール、1,5−ペンタンジチオール、1,6−ヘキサンジチオール、1,3−ジメルカプト−3−メチルブタン、ジペンテンジメルカプタン、エチルシクロヘキシルジチオール(ECHDT)、ジメルカプトジエチルスルフィド、メチル置換ジメルカプトジエチルスルフィド、ジメチル置換ジメルカプトジエチルスルフィド、ジメルカプトジオキサオクタン、1,5−ジメルカプト−3−オキサペンタン、および前述のものの任意の組み合わせが含まれる。ポリチオールは、低級(例えば、C1〜6)アルキル基、低級アルコキシ基、およびヒドロキシ基から選択される1つまたは複数のペンダント基を有してもよい。適切なアルキルペンダント基には、例えば、C1〜6直鎖アルキル、C3〜6分枝鎖アルキル、シクロペンチル、およびシクロヘキシルが含まれる。
適切なジチオールの他の例には、ジメルカプトジエチルスルフィド(DMDS)(式(3)中、Rは−[(−CH−)−X−]−(CH−であり、pは2であり、rは2であり、qは1であり、Xは−S−である);ジメルカプトジオキサオクタン(DMDO)(式(3)中、Rは−[(−CH−)−X−]−(CH−であり、pは2であり、qは2であり、rは2であり、Xは−O−である);および1,5−ジメルカプト−3−オキサペンタン(式(3)中、Rは−[(−CH−)−X−]−(CH−であり、pは2であり、rは2であり、qは1であり、Xは−O−である)が含まれる。炭素骨格中のヘテロ原子およびペンダントアルキル基(ペンダントメチル基など)の両方を含むジチオールを使用することも可能である。かかる化合物には、例えば、メチル置換DMDS(HS−CHCH(CH)−S−CHCH−SH、HS−CH(CH)CH−S−CHCH−SHなど)およびジメチル置換DMDS(HS−CHCH(CH)−S−CHCHCH−SHおよびHS−CH(CH)CH−S−CHCH(CH)−SHなど)が含まれる。
チオール末端化ポリチオエーテルの調製に適切なジビニルエーテルには、例えば、式(4):
CH=CH−O−(−R−O−)−CH=CH (4)
(式中、mは0〜50であり、式(4)中のRは、C2〜6n−アルカンジイル、C3〜6分枝鎖アルカンジイル、C6〜8シクロアルカンジイル、C6〜10アルカンシクロアルカンジイル、および−[(−CH−)−O−]−(−CH−)−から選択され、pは2〜6の範囲の整数であり、qは1〜5の整数であり、rは2〜10の整数である)のジビニルエーテルが含まれる。式(4)のジビニルエーテルの一定の実施形態では、Rは、C2〜6n−アルカンジイル、C3〜6分枝鎖アルカンジイル、C6〜8シクロアルカンジイル、C6〜10アルカンシクロアルカンジイルであり、一定の実施形態では、−[(−CH−)−O−]−(−CH−)−である。
適切なジビニルエーテルには、例えば、少なくとも1つのオキシアルカンジイル基(1〜4個のオキシアルカンジイル基など)を有する化合物(すなわち、式(4)中のmが1〜4の範囲の整数である化合物)が含まれる。一定の実施形態では、式(4)中のmは2〜4の範囲の整数である。分子あたりのオキシアルカンジイル単位数についての非整数平均値を特徴とする市販のジビニルエーテル混合物を使用することも可能である。したがって、式(4)中のmはまた、0〜10.0(1.0〜10.0、1.0〜4.0など)、または2.0〜4.0(2.5など)の範囲の有理数の値であり得、これは平均官能性を示す。
適切なビニルエーテルの例には、ジビニルエーテル、エチレングリコールジビニルエーテル(EG−DVE)(式(4)中のRはエタンジイルであり、mは1である)、ブタンジオールジビニルエーテル(BD−DVE)(式(4)中のRはブタンジイルであり、mは1である)、ヘキサンジオールジビニルエーテル(HD−DVE)(式(4)中のRはヘキサンジイルであり、mは1である)、ジエチレングリコールジビニルエーテル(DEG−DVE)(式(4)中のRはエタンジイルであり、mは2である)、トリエチレングリコールジビニルエーテル(式(4)中のRはエタンジイルであり、mは3である)、テトラエチレングリコールジビニルエーテル(式(4)中のRはエタンジイルであり、mは4である)、シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、ポリテトラヒドロフリルジビニルエーテル;トリビニルエーテルモノマー(トリメチロールプロパントリビニルエーテルなど);四官能性エーテルモノマー(ペンタエリスリトールテトラビニルエーテルなど);および2つまたはそれを超えるかかるポリビニルエーテルモノマーの組み合わせが含まれる。ポリビニルエーテルは、アルキル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、およびアミン基から選択される1つまたは複数のペンダント基を有し得る。
一定の実施形態では、式(4)中のRがC3〜6分枝鎖アルカンジイルであるジビニルエーテルを、ポリヒドロキシ化合物をアセチレンと反応させることによって調製してもよい。分枝鎖ジビニルエーテルの例には、式(4)中のRがアルキル置換メタンジイル基(−CH(−CH)−など)である化合物、式(4)中のRがエタンジイルであり、mは3である、すなわち、アルキル置換エタンジイルである化合物が含まれる。
他の有用なジビニルエーテルには、式(4)中のRがポリテトラヒドロフリル(ポリ−THF)またはポリオキシアルカンジイルである化合物(平均約3個のモノマー単位を有する化合物など)が含まれる。
2つまたはそれを超えるタイプの式(4)のジチオールおよび/またはポリビニルエーテルモノマーを使用してよい。したがって、一定の実施形態では、2つの式(3)のジチオールおよび1つの式(4)のポリビニルエーテルモノマー、1つの式(3)のジチオールおよび2つの式(4)のポリビニルエーテルモノマー、2つの式(3)のジチオールおよび2つの式(4)のジビニルエーテルモノマー、ならびに式(3)および式(4)の一方または両方の2つを超える化合物を使用して、種々のチオール末端化ポリチオエーテルを生成してもよい。
一定の実施形態では、ポリビニルエーテルモノマーは、チオール末端化ポリチオエーテルを調製するために使用される20モルパーセント〜50モルパーセント未満の反応物質、一定の実施形態では、30モルパーセント〜50モルパーセント未満の反応物質を含む。
本開示によって提供される一定の実施形態では、ジチオールおよびジビニルエーテルの相対量は、末端チオール基を有するポリチオエーテルを生成するように選択される。したがって、式(3)のジチオールまたは少なくとも2つの異なる式(3)のジチオールの混合物を、式(4)のジビニルエーテルまたは少なくとも2つの異なる式(4)のジビニルエーテルの混合物と、チオール基対アルケニル基のモル比が1:1を超える(1.1:1.0〜2.0:1.0など)ような相対量で反応させることができる。
ジチオールとジビニルエーテルとの間および/またはポリチオールとポリビニルエーテルとの間の反応を、フリーラジカル触媒によって触媒してもよい。適切なフリーラジカル触媒には、例えば、アゾ化合物(例えば、アゾ(ビス)イソブチロニトリル(AIBN)などのアゾビスニトリル);有機過酸化物(過酸化ベンゾイルおよびt−ブチルペルオキシドなど);および無機過酸化物(過酸化水素など)が含まれる。触媒は、フリーラジカル触媒、イオン触媒、または紫外放射線であってよい。一定の実施形態では、触媒は酸性化合物や塩基性化合物を含まず、分解時に酸性化合物や塩基性化合物を生成しない。フリーラジカル触媒の例には、アゾ型触媒(Vazo(登録商標)−57(Du Pont)、Vazo(登録商標)−64(Du Pont)、Vazo(登録商標)−67(Du Pont)、V−70(登録商標)(Wako Specialty Chemicals)、およびV−65B(登録商標)(Wako Specialty Chemicals)など)が含まれる。他のフリーラジカル触媒の例には、アルキル過酸化物(t−ブチルペルオキシドなど)が含まれる。カチオン性光開始部分を使用するか使用せずに紫外線照射によって反応させることもできる。
本開示によって提供されるチオール末端化ポリチオエーテルを、少なくとも1つの式(3)のジチオールおよび少なくとも1つの式(4)のジビニルエーテルを合わせ、その後に適切な触媒を添加し、30℃〜120℃(70℃〜90℃など)の温度で2時間〜24時間(2時間〜6時間など)反応させることによって調製してもよい。
本明細書中に開示するように、チオール末端化ポリチオエーテルは、多官能性ポリチオエーテルを含んでもよい(すなわち、平均官能性が2.0を超えてよい)。適切な多官能性チオール末端化ポリチオエーテルには、例えば、式(2b):
{HS−R−[−S−(CH−O−(R−O)−(CH−S−R−]−S−V’−}B (2b)
(式中、zは平均値が2.0を超え、一定の実施形態では、2と3との間の値、2と4との間の値、3と6との間の値、一定の実施形態では、3〜6の整数である)の構造を有するものが含まれる。
かかる多官能性チオール末端化ポリチオエーテルの調製での使用に適切な多官能化剤には、三官能化剤(すなわち、zが3である化合物)が含まれる。適切な三官能化剤には、例えば、シアヌル酸トリアリル(TAC)、1,2,3−プロパントリチオール、イソシアヌレート含有トリチオール、およびその組み合わせ(例えば、米国特許出願公開第2010/0010133号(その全体が参考として援用される)に開示)、およびイソシアヌレート(例えば、米国特許出願公開第2011/0319559号(その全体が参考として援用される)に開示)が含まれる。他の有用な多官能化剤には、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、およびポリチオール(米国特許第4,366,307号;同第4,609,762号;および同第5,225,472号(それぞれ、その全体が参考として援用される)に記載)が含まれる。多官能化剤の混合物も使用してよい。結果として、本開示によって提供されるポリチオエーテルは、広範な平均官能性を有し得る。例えば、三官能化剤により、平均官能性を2.05〜3.0(2.1〜2.6など)にすることができる。四官能化剤またはより高次の官能性の多官能化剤の使用によってより広範な平均官能性を達成することができる。官能性を、当業者に理解されるように、化学量論などの要因によって決定することもできる。
ポリスルフィドプレポリマー
適切なポリスルフィドの例は、例えば、米国特許第4,623,711号、同第6,172,179号、同第6,509,418号、同第7,009,032号、および同第7,879,955号(それぞれ、その全体が参考として援用される)に開示されている。
本明細書中で使用する場合、ポリスルフィドという用語は、プレポリマー骨格中および/またはプレポリマー鎖上のペンダント位置に1つまたは複数のポリスルフィド結合(すなわち、−S−結合(式中、xは2〜4である))を含むプレポリマーをいう。一定の実施形態では、ポリスルフィドプレポリマーは、2つまたはそれを超える硫黄−硫黄結合を有するであろう。適切なポリスルフィドは、例えば、Akzo NobelおよびToray Fine Chemicalsから、名称Thiokol−LP(登録商標)およびThioplast(登録商標)で市販されている。Thioplast(登録商標)という製品は、例えば、1,100ダルトン未満〜8,000ダルトン超にわたる広範な分子量で入手可能であり、ここで、分子量はグラム/モルを単位とする平均分子量である。いくつかの場合、ポリスルフィドの数平均分子量は、1,000ダルトン〜4,000ダルトンである。これらの製品の架橋密度も、架橋剤の使用量に応じて変動する。これらの製品の−SH含有量(すなわち、チオールまたはメルカプタンの含有量)も変動し得る。ポリスルフィドのメルカプタン含有量および分子量は、プレポリマーの硬化速度に影響を及ぼし得、分子量の増加に伴って硬化速度が増大する。
一定の実施形態では、含硫プレポリマー硬化剤は、Thiokol−LP(登録商標)ポリスルフィド、Thioplast(登録商標)ポリスルフィド、およびその組み合わせ(Thioplast(登録商標)G131、Thioplast(登録商標)G21、およびその組み合わせなど)から選択されるポリスルフィドを含む。
含硫ポリホルマールプレポリマー
航空宇宙用シーラント用途で有用な含硫ポリホルマールプレポリマーは、例えば、米国特許出願公開第2012/0234205号および米国特許出願公開第2012/0238707号(それぞれ、その全体が参考として援用される)に開示されている。
低密度フィラー
本開示によって提供される組成物およびシーラントは、ポリフェニレンスルフィドを含む。
ポリフェニレンスルフィドは、寸法安定性、耐化学薬品性、ならびに腐食環境および高温環境に対する耐性を示す熱可塑性エンジニアリング樹脂である。ポリフェニレンスルフィドエンジニアリング樹脂は、例えば、商標名Ryton(登録商標)(Chevron)、Techtron(登録商標)(Quadrant)、Fortron(登録商標)(Celanese)、およびTorelina(登録商標)(Toray)で市販されている。ポリフェニレンスルフィド樹脂は、一般に、約1.3g/cc〜約1.4g/ccの密度、一定の実施形態では、約1.35g/ccの密度を特徴とする。
本開示によって提供される組成物中で使用するために、ポリフェニレンスルフィドフィラーは、例えば、5ミクロン〜50ミクロン、5ミクロン〜75ミクロン、75ミクロン未満、50ミクロン未満、一定の実施形態では、40ミクロン未満の粒径を特徴とする。
ポリフェニレンスルフィドフィラーを、ペレットとして得ることができ、次いで、微粉に粉砕し、濾過して、望ましい公称粒径および/または望ましい粒径分布を得ることができる。
本開示によって提供される組成物は、約5重量%〜約40重量%のポリフェニレンスルフィドフィラー、10重量%〜約35重量%、一定の実施形態では、約20重量%〜約30重量%のポリフェニレンスルフィドフィラーを含み、ここで、重量%は、コーティングまたはシーラントとして配合した場合の組成物の総重量に基づく。
ポリフェニレンスルフィドフィラーに加えて、本開示によって提供される組成物は、1つまたは複数の無機フィラーを含んでもよい。一般に、無機フィラーは強化効果を提供し、無機フィラーが組み込まれたシーラントは優れた燃料耐性を示すが、高密度のため最終生成物の密度が増大してしまう。例えば、一般的に使用されるフィラーである炭酸カルシウムの密度は約2.7g/ccである。含硫プレポリマー系の組成物およびシーラントでは、炭酸カルシウムを、配合物の総重量に対して約20重量%〜40重量%の量で使用することができる。本発明の組成物および配合物では、無機フィラーの全部または一部を、ポリフェニレンスルフィドフィラーに置き換えて低密度組成物を得ることができる。炭酸カルシウムに加えて、他の適切な無機フィラーの例には、カーボンブラックが含まれる。
組成物
コーティングおよびシーラント配合物を、硬化化学に応じて1部組成物または2部組成物として提供することができる。例えば、1部系は、全成分を合わせ、使用前まで保存し、その後にUVへの曝露の際に活性化するUV硬化系に適切であり得る。チオール−エポキシ硬化化学などに適切な他の配合物では、2部系を使用してよい。2部系では、ベースの成分はチオール末端化含硫プレポリマーを含むことができ、促進物質の成分はポリエポキシ硬化剤を含むことができる。ベースの成分および促進物質の成分のいずれかまたは両方は、低密度フィラーを含んでもよい。一定の実施形態では、ベースの成分はポリフェニレンスルフィドフィラーを含む。一定の実施形態では、ベースの成分は、ポリフェニレンスルフィドフィラーおよび無機フィラー(炭酸カルシウムなど)を含む。一定の実施形態では、促進物質の成分は、無機フィラー(炭酸カルシウムなど)を含む。含硫プレポリマーおよびポリフェニレンスルフィドフィラーに加えて、ベースの成分は、適切な触媒も含んでもよい。硬化剤に加えて、促進物質の成分は、1つまたは複数のさらなる成分(顔料、接着促進剤、および可塑剤など)も含んでよい。
一定の実施形態では、コーティング配合物またはシーラント配合物は、約75重量%〜約95重量%のベースの成分、約80重量%〜約90重量%のベースの成分を含み、一定の実施形態では、約82重量%〜約88重量%のベースの成分を含み、ここで、重量%は、配合物の総重量に基づく。
一定の実施形態では、ベースの成分は、約50重量%〜約80重量%の含硫プレポリマー、55重量%〜約75重量%、一定の実施形態では、約55重量%〜約70重量%の含硫プレポリマーを含み、ここで、重量%は、ベースの成分の総重量に基づく。
一定の実施形態では、ベースの成分は、約10重量%〜約50重量%のポリフェニレンスルフィドフィラー、15重量%〜約45重量%、一定の実施形態では、約15重量%〜約40重量%のポリフェニレンスルフィドフィラーを含み、ここで、重量%は、ベースの成分の総重量に基づく。ベースの成分中の唯一のフィラーがポリフェニレンスルフィドである実施形態では、ベースの成分は、約30重量%〜約40重量%のポリフェニレンスルフィドフィラーを含み、ここで、重量%は、ベースの成分の総重量に基づく。
一定の実施形態では、ベースの成分は、ポリフェニレンスルフィドフィラーおよび無機フィラーを含んでもよい。かかる配合物では、ベースの成分中のフィラーの総量は、約30重量%〜約45重量%、約35重量%〜約45重量%、一定の実施形態では、約35重量%〜約40重量%の範囲であり得る。一定の実施形態では、ポリフェニレンスルフィドフィラーおよび無機フィラーの重量%は、ほぼ同一であり得る(約15重量%〜約20重量%など)。
促進物質の成分は、フィラーを含んでも含まなくてもよい。一定の実施形態では、促進物質の成分は、約10重量%〜約35重量%のフィラーを含み、一定の実施形態では、約15重量%〜約30重量%のフィラーを含む。
コーティング配合物またはシーラント配合物を得るために組み合わせる場合、配合物は、約45重量%〜約70重量%の含硫プレポリマーを含んでよく、一定の実施形態では、約50重量%〜約65重量%の含硫プレポリマーを含んでよく、ここで、重量%は、配合物の総重量に基づく。
一定の実施形態では、配合物は、25重量%〜約45重量%、約25重量%〜約35重量%のフィラーを含み、一定の実施形態では、約30重量%〜約40重量%フィラーを含み、ここで、重量%は、配合物の総重量に基づく。フィラーは、ポリフェニレンスルフィドであってよいか、ポリフェニレンスルフィドと無機フィラー(炭酸カルシウムなど)との組み合わせであってよい。一定の実施形態では、ポリフェニレンスルフィドフィラーに加えて、配合物は、約1重量%〜約30重量%、約5重量%〜約25重量%、約1重量%〜約10重量%、約1重量%〜約5重量%、約0重量%〜約10重量%の無機フィラーを含んでよく、一定の実施形態では、約15重量%〜約25重量%の無機フィラーを含んでよい。
硬化剤
本開示によって提供される組成物および配合物は、適切な硬化剤を含んでよい。特定の硬化剤の適合性は、その一部が、使用した硬化化学に依存し得る。一定の実施形態では、適切な硬化剤は、ポリエポキシ硬化剤を含む。
ポリエポキシ
一定の実施形態では、本開示によって提供される組成物は、ポリエポキシ硬化剤を含む。適切なポリエポキシ硬化剤の例には、例えば、ポリエポキシド樹脂(ヒダントインジエポキシドなど)、ビスフェノール−Aのジグリシジルエーテル、ビスフェノール−Fのジグリシジルエーテル、novolac(登録商標)タイプエポキシド(DEN(商標)438など)、一定のエポキシド化不飽和樹脂、および前述のものの任意の組み合わせが含まれる。ポリエポキシドは、2つまたはそれを超える反応性エポキシ基を有する化合物をいう。
一定の実施形態では、ポリエポキシは、novolac(登録商標)エポキシ樹脂(DEN(登録商標)431など)、ビスフェノールA/エピクロロヒドリン由来エポキシ樹脂(EPON(登録商標)828など)、またはその組み合わせから選択されるポリエポキシを含む。
一定の実施形態では、ポリエポキシ硬化剤は、エポキシ官能性プレポリマーを含む。適切なエポキシ官能性プレポリマーの例には、米国特許出願公開第2012/0238707号に開示のエポキシ官能性含硫ポリホルマールプレポリマーおよび米国特許第7,671,145号に開示のエポキシ官能性ポリチオエーテルプレポリマーが含まれる。一般に、硬化剤として使用する場合、エポキシ官能性プレポリマーの分子量は、約2,000ダルトン未満、約1,500ダルトン未満、約1,000ダルトン未満であり、一定の実施形態では、約500ダルトン未満である。エポキシ官能性含硫プレポリマーを、例えば、チオール官能性含硫プレポリマーをジエポキシドまたはエポキシオレフィンと反応させることによって形成することができる。
かかる組成物では、ポリエポキシ硬化剤は、組成物の約0.5重量%〜約20重量%、約1重量%〜約10重量%、約2重量%〜約8重量%、約2重量%〜約6重量%、一定の実施形態では、約3重量%〜約5重量%を構成してよく、ここで、重量%は、組成物の総固体重量に基づく。
触媒
本開示によって提供される組成物は、1つまたは複数の適切な触媒を含んでよい。触媒を、使用される硬化の化学的性質に適切なように選択することができる。一定の実施形態では、例えば、チオール末端化含硫プレポリマーおよびポリエポキシドを硬化する場合、触媒はアミン触媒であり得る。硬化触媒は、例えば、組成物の総重量に基づいて0.1〜5重量パーセントの量で存在してもよい。適切な触媒の例には、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO(登録商標)、Air Products,Chemical Additives Division,Allentown,Pa.から市販)およびDMP−30(登録商標)(2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノールを含む反応促進組成物)が含まれる。適切なアミン触媒の他の例には、ジメチルシクロヘキシルアミン(DMCHA)、ジメチルエタノールアミン(DMEA)、ビス−(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、N−エチルモルホリン、トリエチルアミン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7(DBU)、ペンタメチルジエチレントリアミン(PMDETA)、ベンジルジメチルアミン(BDMA)、N,N,N’−トリメチル−N’−ヒドロキシエチル−ビス(アミノエチル)エーテル、およびN’−(3−(ジメチルアミノ)プロピル)−N,N−ジメチル−1,3−プロパンジアミンが含まれる。
他の成分
本開示によって提供される組成物は、航空宇宙用シーラントでの使用に適切な1つまたは複数のさらなる成分を含んでよく、適切なさらなる成分の選択は、少なくとも一部が、硬化したシーラントの使用条件下での所望する性能特性に依存し得る。
一定の実施形態では、本開示によって提供される組成物は、金属基材への硬化したシーラントの接着を改良することができるエチレン性不飽和シラン(例えば、含硫エチレン性不飽和シランなど)を含む。本明細書中で使用する場合、含硫エチレン性不飽和シランという用語は、分子内に、(i)少なくとも1つの硫黄(S)原子、(ii)少なくとも1つの、いくつかの場合、少なくとも2つのエチレン性不飽和炭素−炭素結合(炭素−炭素二重結合(C=C)など);および(iii)少なくとも1つのシラン基、−Si(−R)(−OR)3−m(式中、各Rは、独立して、水素、アルキル、シクロアルキル、アリールなどから選択され、mは、0、1、および2から選択される)を含む分子化合物をいう。エチレン性不飽和シランの例は、米国特許出願公開第2012/0040104号(その全体が参考として援用される)に開示されている。
一定の実施形態では、本開示によって提供される組成物は、1つまたは1つを超える接着促進剤を含む。1つまたは複数のさらなる接着促進剤は、組成物の総乾燥重量に基づいて組成物の0.1重量%〜15重量%、5重量%未満、2重量%未満、一定の実施形態では、1重量%未満の量で存在してもよい。接着促進剤の例には、フェノール類(Methylon(登録商標)フェノール樹脂など)、および有機シラン(エポキシ官能性シラン、メルカプト官能性シラン、またはアミノ官能性シラン(Silquest(登録商標)A−187およびSilquest(登録商標)A−1100など)が含まれる。他の有用な接着促進剤が当該分野で公知である。一定の実施形態では、接着促進剤には、PRC−DeSoto Internationalから入手可能なT−1601が含まれる。
一定の実施形態では、本開示によって提供される組成物およびシーラントは、含硫接着促進剤などの接着促進剤も含んでよい。有用な含硫接着促進剤は、米国特許第8,513,339号に開示されている。かかる接着促進剤は、含硫化合物(DMDOなど)および三官能化剤(TACなど)の反応生成物を含み、少なくともいくつかの末端チオール基およびいくつかの末端メルカプトシラン基を有する。
本開示によって提供される組成物は、1つまたは複数の異なるタイプのフィラーを含んでよい。適切なフィラーには、当該分野で一般的に公知のフィラー(無機フィラー(カーボンブラックおよび炭酸カルシウム(CaCO)など)、シリカ、ポリマー粉末、および軽量フィラーが含まれる)が含まれる。適切な軽量フィラーには、例えば、米国特許第6,525,168号に記載のフィラーが含まれる。一定の実施形態では、組成物は、組成物の総乾燥重量に基づいて、5重量%〜60重量%のフィラーまたはフィラーの組み合わせ、10重量%〜50重量%、一定の実施形態では、20重量%〜40重量%のフィラーまたはフィラーの組み合わせを含む。
ポリフェニレンスルフィドに加えて、一定の実施形態では、本開示によって提供される組成物およびシーラントは、1つまたは複数のさらなる軽量の低密度フィラーを含んでもよい。一定の実施形態では、本開示によって提供される組成物は、他の低密度フィラー粒子を含む。本明細書中で使用される場合、「低密度」は、かかる粒子に関して使用する場合、粒子の比重がわずか0.7、一定の実施形態では、わずか0.25、一定の実施形態では、わずか0.1であることを特徴とすることを意味する。適切な軽量フィラー粒子は、しばしば、以下の2つのカテゴリーに分類される−ミクロスフィアおよび非晶質粒子。ミクロスフィアの比重は、0.1〜0.7の範囲であり得、例えば、ポリスチレンフォーム、ポリアクリレートおよびポリオレフィンのミクロスフィア、ならびに粒径が5ミクロン〜100ミクロンの範囲であり、比重が0.25であるシリカミクロスフィア(Eccospheres(登録商標))が含まれる。他の例には、粒径が5ミクロン〜300ミクロンの範囲であり、比重が0.7であるアルミナ/シリカミクロスフィア(Fillite(登録商標))、比重が約0.45〜約0.7であるケイ酸アルミニウムミクロスフィア(Z−Light(登録商標))、比重が0.13である炭酸カルシウムコーティングしたポリビニリデンコポリマーミクロスフィア(Dualite(登録商標)6001AE)、および炭酸カルシウムコーティングしたアクリロニトリルコポリマーミクロスフィア(平均粒径が約40μmであり、密度が0.135g/ccであるDualite(登録商標)E135(Henkel)など)が含まれる。組成物の比重を減少させるのに適切なフィラーには、例えば、中空ミクロスフィア(Expancel(登録商標)ミクロスフィア(AkzoNobelから入手可能)、またはDualite(登録商標)低密度ポリマーミクロスフィア(Henkelから入手可能)など)が含まれる。一定の実施形態では、本開示によって提供される組成物には、薄型コーティングされた外面を含む軽量フィラー粒子(米国特許出願公開第2010/0041839号(その全体が参考として援用される)に記載のものなど)が含まれる。
一定の実施形態では、さらなる低密度フィラーは、組成物の2重量%未満、1.5重量%未満、1.0重量%未満、0.8重量%未満、0.75重量%未満、0.7重量%未満、一定の実施形態では、組成物の0.5重量%未満を構成し、ここで、重量%は、組成物の総乾燥固体重量に基づく。
一定の実施形態では、本開示によって提供される組成物は、組成物の比重を低下させるのに有効な少なくとも1つのフィラーを含む。一定の実施形態では、組成物の比重は、0.8〜1、0.7〜0.9、0.75〜0.85であり、一定の実施形態では、約0.8である。一定の実施形態では、組成物の比重は、約0.9未満、約0.8未満、約0.75未満、約0.7未満、約0.65未満、約0.6未満であり、一定の実施形態では、約0.55未満である。
組成物はまた、必要に応じて、一定の適用のために、任意の数の追加的な添加物を含んでもよい。適切な添加物の例には、可塑剤、顔料、界面活性剤、接着促進剤、チキソトロープ剤、難燃剤、マスキング剤、および促進物質(1,4−ジアザ−ビシクロ[2.2.2]オクタン、DABCO(登録商標)が含まれるアミンなど)、および前述のものの任意の組み合わせが含まれる。使用する場合、添加物は、組成物中に、例えば、約0重量%〜60重量%の範囲の量で存在してよい。一定の実施形態では、添加物は、組成物中に、約25重量%〜60重量%の範囲の量で存在してよい。
用途
本開示によって提供される組成物を、例えば、シーラント、コーティング、カプセルの材料、および注封組成物中で使用してよい。シーラントは、操作条件(水分および温度など)に耐性を示し、物質(水、燃料、ならびに他の液体および気体など)の透過を少なくとも部分的に遮断する能力を有する薄膜を生成することができる組成物を含む。コーティング組成物は、例えば、基材の性質(外観、接着、濡れ性、耐食性、摩耗抵抗(wear resistance)、燃料耐性、および/または耐摩耗性(abrasion resistance)など)を改善するために基材表面に塗布される被覆を含む。注封組成物は、電子アセンブリにおいて、衝撃および振動に対する耐性を付与し、水分および腐食性因子を排除するのに有用な材料を含む。一定の実施形態では、本開示によって提供されるシーラント組成物は、例えば、航空宇宙用シーラント(燃料タンクの裏打ちなどが含まれる)として有用である。
一定の実施形態では、チオール末端化ポリチオエーテルプレポリマーを含む組成物を、シーラントとして配合する。
一定の実施形態では、シーラントなどの組成物を、第1のパッケージが1つまたは複数の本開示によって提供されるチオール末端化含硫プレポリマーを含み、第2のパッケージが1つまたは複数のポリエポキシ硬化剤を含む2パック組成物などのマルチパック組成物として提供することができる。望ましい場合または必要な場合に、添加剤および/または他の材料を、いずれかのパッケージに添加してもよい。使用前に2つのパッケージを合わせ、混合することができる。
一定の実施形態では、1つまたは複数の混合したチオール末端化含硫プレポリマーおよびポリエポキシの可使時間は、少なくとも30分間、少なくとも1時間、少なくとも2時間、一定の実施形態では、2時間超であり、ここで、可使時間は、混合した組成物が依然として混合後にシーラントとしての使用に適切な時間をいう。
本開示によって提供される組成物(シーラントが含まれる)を、任意の種々の基材に塗布することができる。組成物を塗布することができる基材の例には、陽極酸化、下塗り、有機被膜、またはクロム酸塩被膜を行うことができるチタン、ステンレス鋼、およびアルミニウムなどの金属;エポキシ;ウレタン;グラファイト;ガラス繊維複合材料;Kevlar(登録商標);アクリル;およびポリカーボネートが含まれる。シーラントを塗布する前に、基材を浄化し、そして/または耐蝕プライマなどのプライマもしくは接着促進組成物で処理することができる。一定の実施形態では、本開示によって提供される組成物を、基材上のコーティング(ポリウレタンコーティングなど)に塗布することができる。
本開示によって提供される組成物を、任意の適切なコーティングプロセスによって基材表面上に直接塗布するか、下層に塗布することができる。
さらに、本開示によって提供される組成物を利用して開口部表面をシーリングする方法を提供する。これらの方法は、例えば、表面をシールするために本開示によって提供されるシーラントを表面に塗布する工程、およびシーラントを硬化させる工程を含む。一定の実施形態では、表面をシールする方法は、表面を画定する表面に本開示によって提供されるシーラント組成物を塗布する工程およびシーラントを硬化させてシールした表面を得る工程を含む。
一定の実施形態では、組成物を、周囲条件下で硬化させることができ、ここで、周囲条件は、20℃〜25℃の温度および大気湿度をいう。一定の実施形態では、組成物を、0℃〜100℃の温度および0%相対湿度〜100%相対湿度の湿度を含む条件下で硬化させることができる。一定の実施形態では、組成物を、より高い温度(少なくとも30℃、少なくとも40℃、一定の実施形態では、少なくとも50℃など)で硬化させることができる。一定の実施形態では、組成物を、室温(例えば、25℃)で硬化させることができる。一定の実施形態では、組成物を、化学線(紫外放射線など)への曝露時に硬化させることができる。
一定の実施形態では、シーラントは、約2時間未満、約4時間未満、約6時間未満、約8時間未満、一定の実施形態では、約10時間未満で、約200°F未満の温度にて不粘着硬化が達成される。
本開示の硬化性組成物を使用して実行可能なシールを形成する時間は、当業者が認識することができるように、そして適用可能な標準および仕様の要件によって規定されるように、いくつかの要因に依存し得る。一般に、本開示の硬化性組成物は、混合および表面への塗布から24時間〜30時間以内に接着強度が生じ、2日〜3日で全接着強度の90%が得られる。一般に、本開示の硬化したシーラントの全接着強度および他の性質は、硬化性組成物の混合および表面への塗布後7日以内に十分に得られるようになる。
性質
本開示によって提供される組成物および配合物は、低密度を特徴とする。例えば、一定の実施形態では、組成物または配合物は、約1.15〜約1.35、約1.15〜約1.30、約1.15〜1.25の比重、一定の実施形態では、約1.20〜約1.30の比重を特徴とする。
航空宇宙用シーラントへの適用のために、シーラントが20ミルの硬化厚さでMil−S−22473E(Sealant Grade C)の要件を満たし、200%超の伸長、250psi超の引張強度、および優れた燃料耐性を示し、これらの性質を−67°F〜360°Fの広範な温度にわたって維持することが望ましい可能性がある。一般に、硬化したシーラントの外観は、重要な特質ではない。硬化前に、混合した成分が少なくとも24時間の有用な貼合わせ時間または可使時間を有し、可使時間の24時間以内の硬化時間を有することが望ましい。有用な貼合わせ時間または可使時間は、組成物が触媒を放出した後の周囲温度での塗布のために依然として加工可能な時間をいう。一定の実施形態では、本開示によって提供される組成物の可使時間は、少なくとも6時間、少なくとも12時間、少なくとも18時間、少なくとも24時間であり、一定の実施形態では、24時間超である。一定の実施形態では、本開示によって提供される組成物は、可使時間後に6時間未満で、12時間未満で、18時間未満で、24時間未満で、48時間未満で硬化し、一定の実施形態では、有用な貼合わせ時間後72時間未満で硬化する。
本明細書中に開示の硬化した組成物(硬化したシーラントなど)は、航空宇宙用途における使用が許容され得る性質を示す。一般に、航空および航空宇宙用途で使用されるシーラントは、以下の性質を示すことが望ましい:JRFタイプIへの7日間の浸漬後および米国航空宇宙材料仕様書(AMS)3265B試験仕様書に従う3%NaClの溶液中に浸漬後、乾燥条件下で決定されたAMS3265B基材上で直線1インチ当たり20ポンド(pli)超の剥離強度;1平方インチ当たり300ポンド(psi)と400psiとの間の引張強度;直線1インチ当たり50ポンド(pli)を超える引裂き強度;250%と300%との間の伸長;および40デュロメータAを超える硬度。航空および航空宇宙用途に適切なこれらのおよび他の硬化したシーラントの特性は、AMS3265B(その全体が参考として援用される)に開示されている。硬化した場合、航空および航空宇宙用途に使用される本開示の組成物は、JRFタイプI中60℃(140°F)および周囲圧力で1週間浸漬後、25%を超えない体積膨潤パーセントを示すことも望ましい。他の性質、範囲、および/または閾値は、他のシーラント用途に適切であり得る。
一定の実施形態では、本開示によって提供される組成物は、燃料耐性を示す。本明細書中で使用する場合、用語「燃料耐性」は、組成物が、基材に塗布され、硬化される場合、ASTM D792(米国材料試験協会)またはAMS3269(航空宇宙材料仕様書)に記載されるものと同様の方法に従って、ジェット基準流体(JRF)タイプIにおいて、140°F(60℃)および周囲圧力で1週間浸漬後、40%を超えない、いくつかの場合に25%を超えない、いくつかの場合に20%を超えない、さらなる他の場合に10%を超えない体積膨潤パーセントを示す硬化した生成物(例えば、シーラント)を提供することができることを意味する。燃料耐性の決定に用いられる、ジェット基準流体タイプIは、以下の組成を有する:すなわち、トルエン:28±1体積%;シクロヘキサン(工業グレード):34±1体積%;イソオクタン:38±1体積%;および第三級ジブチルジスルフィド:1%±0.005体積%(SAE(自動車技術者協会)から入手可能な、1989年7月1日に発行された、AMS2629、§3.1.1などを参照のこと)。
一定の実施形態では、本明細書中に提供した組成物は、AMS3279、§3.3.17.1、試験手順SAE AS5127/1、§7.7に記載の手順に従って測定した場合、少なくとも100%の引張伸びおよび少なくとも400psiの引張強度を示す硬化した生成物(シーラントなど)を提供する。
一定の実施形態では、硬化したシーラントの引張強度および伸長を、ASTM D412にしたがって測定し、硬度および燃料膨潤を、SAE As5127/1Bにしたがって測定する。
一定の実施形態では、本開示によって提供される組成物を含む硬化したシーラントは、AMS3277に記載の航空宇宙用シーラントのための要件を満たし、またはそれを超える。
シールされた表面(本開示によって提供される組成物およびシーラントでシールされた航空宇宙機の表面が含まれる)も開示する。
本開示によって提供される実施形態は、本開示によって提供されるプレポリマーの組成物およびシーラントを記載する以下の実施例を参照することによってさらに例証される。本開示の範囲を逸脱することなく、材料および方法の両方について、多くの修正形態が実施され得ることが当業者に明らかであろう。
実施例1
シーラント組成物
シーラント組成物は、2つの部分(ポリフェニレンスルフィドフィラーとのポリマーブレンドおよび促進物質)からなる。ポリマーブレンドの組成を表1−1に示し、促進物質の組成を表1−2に示す。
Figure 0006705824
PRC−DeSoto International,Inc.から入手可能なPermapol(登録商標)チオール末端化ポリチオエーテルプレポリマー
** Chevron Phillips Chemical Companyから入手可能なポリフェニレンスルフィドV−1
Air Products and Chemicals,Inc.から入手可能
上記成分を混合し、混合物を室温で24時間保持後、促進物質と混合した。
Figure 0006705824
PRC−DeSoto International,Inc.から入手可能なT−1601としての接着促進剤
** CaCO3、Solvay Chemicals.のWinnofil(登録商標)SPM
Momentive Performance Materials.から入手可能なビスフェノールA/エピクロロヒドリンポリエポキシ樹脂
Dow Chemical.から入手可能なNovolacポリエポキシ樹脂
上記成分を混合し、混合物を室温で24時間保持後、ベースと混合した。
シーラントを、ポリマーブレンドを4.76gの促進物質と混合することによって調製し、シーラントを室温で静置して硬化させた。
硬化したシーラントの引張強度および伸長を、ASTM D412にしたがって、未曝露サンプルおよびジェット基準流体タイプIに曝露したサンプルについて測定した。さらに、燃料膨潤および硬度を、SAE AS5127/1Bにしたがって測定した。結果を表11に示す。
実施例2
シーラント組成物
ポリマーブレンドの組成を表2−1に示し、促進物質の組成を表2−2に示す。
Figure 0006705824
Permapol(登録商標)ポリマーは、PRC−DeSoto International,Inc.から入手可能である。
** Chevron Phillips Chemical Companyから入手可能なポリフェニレンスルフィドP−6
ポリマーブレンドの成分を混合し、混合物を室温で24時間保持後、促進物質と混合した。
Figure 0006705824
T−1601としての接着促進剤は、PRC−DeSoto International,Inc.から入手可能である。
促進物質の成分を混合し、混合物を室温で24時間保持後、ベースと混合した。
シーラントを、ポリマーブレンドを4.76gの促進物質と混合することによって調製し、シーラントを室温で硬化させた。
硬化したシーラントの引張強度および伸長を、ASTM D412にしたがって、未曝露サンプルおよびジェット基準流体タイプIに曝露したサンプルについて測定した。さらに、燃料膨潤および硬度を、SAE AS5127/1Bにしたがって測定した。結果を表11に示す。
実施例3
比較シーラント組成物
ポリマーブレンドの組成を表3−1に示し、促進物質の組成を表3−2に示す。
Figure 0006705824
Permapol(登録商標)ポリマーは、PRC−DeSoto International,Inc.から入手可能である。
** Orgasol 1002Dは、Arkemaから入手可能な平均直径20μm、密度0.425g/ccのポリアミドの楕円体粉末である。
促進物質の成分を混合し、混合物を室温で24時間保持後、促進物質と混合した。
Figure 0006705824
T−1601としての接着促進剤は、PRC−DeSoto International,Inc.から入手可能である。
上記成分を混合し、混合物を室温で24時間保持後、ベースと混合した。
シーラントを、ポリマーブレンドを4.76gの促進物質と混合することによって調製し、シーラントを室温で硬化させた。
硬化したシーラントの引張強度および伸長を、ASTM D412にしたがって、未曝露サンプルおよびジェット基準流体タイプIに曝露したサンプルについて測定した。さらに、燃料膨潤および硬度を、SAE AS5127/1Bにしたがって測定した。結果を表11に示す。
実施例4
比較シーラント組成物
ポリマーブレンドの組成を表4−1に示し、促進物質の組成を表4−2に示す。
Figure 0006705824
Permapol(登録商標)ポリマーは、PRC−DeSoto International,Inc.から入手可能である。
ポリマーブレンドの成分を混合し、混合物を室温で24時間保持後、促進物質と混合した。
Figure 0006705824
T−1601としての接着促進剤は、PRC−DeSoto International,Inc.から入手可能である。
促進物質の成分を混合し、混合物を室温で24時間保持後、ベースと混合した。
シーラントを、ポリマーブレンドを6.06gの促進物質と混合することによって調製し、シーラントを室温で硬化させた。
硬化したシーラントの引張強度および伸長を、ASTM D412にしたがって、未曝露サンプルおよびジェット基準流体タイプIに曝露したサンプルについて測定した。さらに、燃料膨潤および硬度を、SAE AS5127/1Bにしたがって測定した。結果を表11に示す。
実施例5
シーラント組成物
ポリマーブレンドの組成を表5−1に示す。促進物質は、T−0644(PRC−DeSoto International,Inc.から市販されている二酸化マンガンペースト)を含む。T−0644は、約54%の二酸化マンガンおよび他の添加物を含む。
Figure 0006705824
Thioplast(登録商標)は、Akzo Nobelから入手可能なチオール末端化ポリスルフィドポリマーである。
ポリマーブレンドの成分を混合し、混合物を室温で24時間保持後、促進物質と混合した。
シーラントを、ポリマーブレンドを5.00gの促進物質と混合することによって調製し、シーラントを室温で硬化させた。
硬化したシーラントの引張強度および伸長を、ASTM D412にしたがって、未曝露サンプルおよびジェット基準流体タイプIに曝露したサンプルについて測定した。さらに、燃料膨潤および硬度を、SAE AS5127/1Bにしたがって測定した。結果を表11に示す。
実施例6
シーラント組成物
ポリマーブレンドの組成を表6−1に示す。促進物質は、T−0644(PRC−DeSoto International,Inc.から市販されている二酸化マンガンペースト)である。T−0644は、約54%の二酸化マンガンおよび他の添加物を含む。
Figure 0006705824
Thioplast(登録商標)は、Akzo Nobelから入手可能なチオール末端化ポリスルフィドポリマーである。
ポリマーブレンドの成分を混合し、混合物を室温で24時間保持後、促進物質と混合した。
シーラントを、ポリマーブレンドを5.00gの促進物質と混合することによって調製し、シーラントを室温で硬化させた。
硬化したシーラントの引張強度および伸長を、ASTM D412にしたがって、未曝露サンプルおよびジェット基準流体タイプIに曝露したサンプルについて測定した。さらに、燃料膨潤および硬度を、SAE AS5127/1Bにしたがって測定した。結果を表11に示す。
実施例7
比較シーラント組成物
ポリマーブレンドの組成を表7−1に示す。促進物質は、T−0644(PRC−DeSoto International,Inc.から市販されている二酸化マンガンペースト)である。T−0644は、約54%の二酸化マンガンおよび他の添加物を含む。
Figure 0006705824
Thioplast(登録商標)は、Akzo Nobelから入手可能なチオール末端化ポリスルフィドポリマーである。
ポリマーブレンドの成分を混合し、混合物を室温で24時間保持後、促進物質と混合した。
シーラントを、ポリマーブレンドを5.00gの促進物質と混合することによって調製し、シーラントを室温で硬化させた。
硬化したシーラントの引張強度および伸長を、ASTM D412にしたがって、未曝露サンプルおよびジェット基準流体タイプIに曝露したサンプルについて測定した。さらに、燃料膨潤および硬度を、SAE AS5127/1Bにしたがって測定した。結果を表11に示す。
実施例8
比較シーラント組成物
ポリマーブレンドの組成を表8−1に示す。促進物質は、T−0644(PRC−DeSoto International,Inc.から市販されている二酸化マンガンペースト)である。T−0644は、約54%の二酸化マンガンおよび他の添加物を含む。
Figure 0006705824
Thioplast(登録商標)は、Akzo Nobelから入手可能なチオール末端化ポリスルフィドポリマーである。
ポリマーブレンドの成分を混合し、混合物を室温で24時間保持後、促進物質と混合した。
シーラントを、ポリマーブレンドを5.00gの促進物質と混合することによって調製し、シーラントを室温で硬化させた。
硬化したシーラントの引張強度および伸長を、ASTM D412にしたがって、未曝露サンプルおよびジェット基準流体タイプIに曝露したサンプルについて測定した。さらに、燃料膨潤および硬度を、SAE AS5127/1Bにしたがって測定した。結果を表11に示す。
実施例9
シーラント組成物
ポリマーブレンドの組成を表9−1に示し、促進物質の組成を表9−2に示す。
Figure 0006705824
Permapol(登録商標)ポリマーは、PRC−DeSoto International,Inc.から入手可能である。
ポリマーブレンドの成分を混合し、混合物を室温で24時間保持後、促進物質と混合した。
Figure 0006705824
T−1601としての接着促進剤は、PRC−DeSoto International,Inc.から入手可能である。
促進物質の成分を混合し、混合物を室温で24時間保持後、ベースと混合した。
シーラントを、ポリマーブレンドを6.06gの促進物質と混合することによって調製し、シーラントを室温で硬化させた。
硬化したシーラントの引張強度および伸長を、ASTM D412にしたがって、未曝露サンプルおよびジェット基準流体タイプIに曝露したサンプルについて測定した。さらに、燃料膨潤および硬度を、SAE AS5127/1Bにしたがって測定した。結果を表11に示す。
実施例10
シーラント組成物
ポリマーブレンドの組成を表10−1に示し、促進物質の組成を表10−2に示す。
Figure 0006705824
Permapol(登録商標)ポリマーは、PRC−DeSoto International,Inc.から入手可能である。
ポリマーブレンドの成分を混合し、混合物を室温で24時間保持後、促進物質と混合した。
Figure 0006705824
T−1601としての接着促進剤は、PRC−DeSoto International,Inc.から入手可能である。
促進物質の成分を混合し、混合物を室温で24時間保持後、ベースと混合した。
シーラントを、ポリマーブレンドを6.06gの促進物質と混合することによって調製し、シーラントを室温で硬化させた。
硬化したシーラントの引張強度および伸長を、ASTM D412にしたがって、未曝露サンプルおよびジェット基準流体タイプIに曝露したサンプルについて測定した。さらに、燃料膨潤および硬度を、SAE AS5127/1Bにしたがって測定した。結果を表11に示す。
Figure 0006705824
ジェット基準流体タイプIへの140°F/7日間の曝露後。
**ジェット基準流体タイプIへの140°F/7日間の曝露後。燃料膨潤%を、SAE AS5127にしたがって測定した。
エポキシを用いて硬化させたチオール末端化ポリチオエーテル。
§ MnOを用いて硬化させたチオール末端化ポリスルフィド。
最後に、本明細書中に開示の実施形態を実施するための代替的方法が存在することに注目すべきである。従って、本実施形態は、例証と見なすべきであり、限定的なものとして見なすべきではない。さらに、本特許請求の範囲は、本明細書中に記載の詳細な事項に限定されるべきではなく、その範囲の全体およびその均等物に権利が与えられるべきである。
本発明の好ましい実施形態によれば、例えば、以下が提供される。
(項1)
含硫プレポリマー;および
ポリフェニレンスルフィドフィラーを含むフィラー
を含む組成物であって、
前記組成物が比重1.1〜1.4を特徴とする、組成物。
(項2)
前記含硫プレポリマーが、ポリチオエーテル、ポリチオール、含硫ポリホルマール、および前述のものの任意の組み合わせから選択される、上記項1に記載の組成物。
(項3)
前記含硫プレポリマーが、チオール末端化ポリチオエーテル、チオール末端化ポリチオール、チオール末端化含硫ポリホルマール、および前述のものの任意の組み合わせから選択される、上記項1に記載の組成物。
(項4)
前記含硫プレポリマーがチオール末端化ポリチオエーテルプレポリマーを含む、上記項1に記載の組成物。
(項5)
前記含硫プレポリマーが、式(1):
−R −[−S−(CH −O−(−R −O−) −(CH −S−R − (1)
[式中、
各R は、独立して、C 2〜10 n−アルカンジイル、C 3〜6 分枝鎖アルカンジイル、C 6〜8 シクロアルカンジイル、C 6〜10 アルカンシクロアルカンジイル、複素環、−[(−CHR −) −X−] −(CHR −から選択され、各R は、水素およびメチルから選択され;
各R は、独立して、C 2〜10 n−アルカンジイル、C 3〜6 分枝鎖アルカンジイル、C 6〜8 シクロアルカンジイル、C 6〜14 アルカンシクロアルカンジイル、複素環、および−[(−CH −) −X−] −(CH −から選択され;
各Xは、独立して、O、S、および−NR−から選択され、Rは水素およびメチルから選択され;
mは0〜50の整数であり;
nは1〜60の範囲の整数であり;
pは2〜6の範囲の整数であり;
qは1〜5の範囲の整数であり;
rは2〜10の範囲の整数である]
の構造を含む骨格を含むチオール末端化ポリチオエーテルを含む、上記項1に記載の組成物。
(項6)
前記含硫プレポリマーは、式(2a)のチオール末端化ポリチオエーテル、式(2b)のチオール末端化ポリチオエーテルプレポリマー:
HS−R −[−S−(CH −O−(R −O) −(CH −S−R −] −SH (2a)
{HS−R −[−S−(CH −O−(R −O) −(CH −S−R −] −S−V’−} B (2b)
[式中、
各R は、独立して、C 2〜10 アルカンジイル、C 6〜8 シクロアルカンジイル、C 6〜14 アルカンシクロアルカンジイル、C 5〜8 ヘテロシクロアルカンジイル、および−[(−CHR −) −X−] −(−CHR −) −から選択され、
pは2〜6の整数であり;
qは1〜5の整数であり;
rは2〜10の整数であり;
各R は、独立して、水素およびメチルから選択され;
各Xは、独立して、−O−、−S−、および−NR−から選択され、Rは水素およびメチルから選択され;
各R は、独立して、C 2〜10 アルカンジイル、C 6〜8 シクロアルカンジイル、C 6〜14 アルカンシクロアルカンジイル、および−[(−CHR −) −X−] −(−CHR −) −から選択され、p、q、r、R 、およびXは、R に関して定義の通りであり;
mは0〜50の整数であり;
nは1〜60の整数であり;
Bは、z価の多官能化剤B(−V) のコアを示し、
zは3〜6の整数であり;
各Vは、チオールと反応性を示す末端基を含む部分であり;
各−V’−は、−Vのチオールとの反応に由来する]
およびその組み合わせから選択されるチオール末端化ポリチオエーテルプレポリマーを含む、上記項1に記載の組成物。
(項7)
前記含硫プレポリマーは、チオール末端化ポリチオエーテルプレポリマーを含み、前記チオール末端化ポリチオエーテルプレポリマーは、
(a)式(3):
HS−R −SH (3)
[式中、
は、C 2〜6 アルカンジイル、C 6〜8 シクロアルカンジイル、C 6〜10 アルカンシクロアルカンジイル、C 5〜8 ヘテロシクロアルカンジイル、および−[−(CHR −X−] −(CHR −から選択され;
各R は、独立して、水素およびメチルから選択され;
各Xは、独立して、−O−、−S−、−NH−、および−NR−から選択され、Rは水素およびメチルから選択され;
pは2〜6の整数であり;
qは1〜5の整数であり;
rは2〜10の整数である]のジチオール;ならびに
(b)式(4):
CH =CH−O−[−R −O−] −CH=CH (4)
[式中、
mは0〜50の整数であり;
各R は、独立して、C 1〜10 アルカンジイル、C 6〜8 シクロアルカンジイル、C 6〜14 アルカンシクロアルカンジイル、および−[(−CHR −) −X−] −(−CHR −) −から選択され、p、q、r、R 、およびXは、式(3)に関する通りである]のジビニルエーテル
を含む反応物質の反応生成物を含む、上記項1に記載の組成物。
(項8)
前記反応物質は、(c)多官能化合物B(−V) などの多官能化合物を含み、ここで、
Bは、z価の多官能化剤B(−V) のコアを示し、
zは3〜6の整数であり;
各Vは、チオールと反応性を示す末端基を含む部分であり;
各−V’−は、−Vのチオールとの反応に由来する、上記項6に記載の組成物。
(項9)
前記フィラーが無機フィラーを含む、上記項1に記載の組成物。
(項10)
前記フィラーが、5重量%〜40重量%の前記ポリフェニレンスルフィドフィラーおよび
1重量%〜約10重量%の前記無機フィラーを含み、ここで、重量%は前記組成物の総重量に基づく、上記項9に記載の組成物。
(項11)
前記組成物が、20重量%〜40重量%の前記フィラーを含み、ここで、重量%は前記組成物の総重量に基づく、上記項1に記載の組成物。
(項12)
前記組成物が、5重量%〜40重量%の前記ポリフェニレンスルフィドフィラーを含み、ここで、重量%は前記組成物の総重量に基づく、上記項1に記載の組成物。
(項13)
シーラントとして配合される上記項1に記載の組成物。
(項14)
ポリエポキシ硬化剤を含む上記項13に記載の組成物。
(項15)
上記項13に記載の組成物から調製された硬化されたシーラント。
(項16)
1つまたは複数の表面をシールする方法であって、
上記項13に記載の組成物を1つまたは複数の表面に塗布する工程;および
前記組成物を硬化させて前記1つまたは複数の表面をシールする工程
を含む、方法。
(項17)
(a)チオール末端化含硫プレポリマー;
(b)ポリフェニレンスルフィドフィラーおよび無機フィラーを含むフィラー;ならびに(c)novolac(登録商標)エポキシ樹脂、ビスフェノールA/エピクロロヒドリン由来エポキシ樹脂、およびその組み合わせから選択されるポリエポキシ硬化剤を含む組成物であって、
前記組成物は比重1.1〜1.4を特徴とする、組成物。
(項18)
前記フィラーが、
5重量%〜約40重量%の前記ポリフェニレンスルフィドフィラー;および
約0重量%〜約10重量%の無機フィラー
を含み、
ここで、重量%は前記組成物の総重量に基づく、上記項17に記載の組成物。
(項19)
シーラントとして配合される上記項17に記載の組成物。
(項20)
上記項17に記載の組成物から調製された硬化したシーラント。

Claims (22)

  1. 含硫プレポリマー;および
    熱可塑性ポリフェニレンスルフィド樹脂粒子を含むフィラー
    を含む、硬化したシーラントを調製するための使用のための組成物であって、
    ここで、前記組成物が比重1.1〜1.4を特徴とし、そして
    ここで、前記含硫プレポリマーが、チオール末端化ポリチオエーテル、チオール末端化ポリスルフィド、チオール末端化含硫ポリホルマール、または前述のものの任意の組み合わせを含む
    組成物。
  2. 前記含硫プレポリマーがチオール末端化ポリチオエーテルプレポリマーを含む、請求項1に記載の組成物。
  3. 前記含硫プレポリマーが、式(1):
    −R−[−S−(CH−O−(−R−O−)−(CH−S−R− (1)
    [式中、
    各Rは、独立して、C2〜10n−アルカンジイル、C3〜6分枝鎖アルカンジイル、C6〜8シクロアルカンジイル、C6〜10アルカンシクロアルカンジイル、C5〜8ヘテロシクロアルカンジイル、および−[(−CHR−)−X−]−(CHR−から選択され、各Rは、水素およびメチルから選択され;
    各Rは、独立して、C2〜10n−アルカンジイル、C3〜6分枝鎖アルカンジイル、C6〜8シクロアルカンジイル、C6〜14アルカンシクロアルカンジイル、および−[(−CH−)−X−]−(CH−から選択され;
    各Xは、独立して、O、S、および−NR−から選択され、Rは水素およびメチルから選択され;
    mは0〜50の整数であり;
    nは1〜60の範囲の整数であり;
    pは2〜6の範囲の整数であり;
    qは1〜5の範囲の整数であり;
    rは2〜10の範囲の整数である]
    の構造を含む骨格を含むチオール末端化ポリチオエーテルを含む、請求項1に記載の組成物。
  4. 前記含硫プレポリマーは、式(2a)のチオール末端化ポリチオエーテル、式(2b)のチオール末端化ポリチオエーテルプレポリマー:
    HS−R−[−S−(CH−O−(R−O)−(CH−S−R−]−SH (2a)
    {HS−R−[−S−(CH−O−(R−O)−(CH−S−R−]−S−V’−}B (2b)
    [式中、
    各Rは、独立して、C2〜10アルカンジイル、C6〜8シクロアルカンジイル、C6〜14アルカンシクロアルカンジイル、C5〜8ヘテロシクロアルカンジイル、および−[(−CHR−)−X−]−(−CHR−)−から選択され、
    pは2〜6の整数であり;
    qは1〜5の整数であり;
    rは2〜10の整数であり;
    各Rは、独立して、水素およびメチルから選択され;
    各Xは、独立して、−O−、−S−、および−NR−から選択され、Rは水素およびメチルから選択され;
    各Rは、独立して、C2〜10アルカンジイル、C6〜8シクロアルカンジイル、C6〜14アルカンシクロアルカンジイル、および−[(−CHR−)−X−]−(−CHR−)−から選択され、p、q、r、R、およびXは、Rに関して定義の通りであり;
    mは0〜50の整数であり;
    nは1〜60の整数であり;
    Bは、z価の多官能化剤B(−V)のコアを示し、
    zは3〜6の整数であり;
    各Vは、チオールと反応性を示す末端基を含む部分であり;
    各−V’−は、−Vのチオールとの反応に由来する]
    およびその組み合わせから選択されるチオール末端化ポリチオエーテルプレポリマーを含む、請求項1に記載の組成物。
  5. 前記含硫プレポリマーは、チオール末端化ポリチオエーテルプレポリマーを含み、前記チオール末端化ポリチオエーテルプレポリマーは、
    (a)式(3):
    HS−R−SH (3)
    [式中、
    は、C2〜6アルカンジイル、C6〜8シクロアルカンジイル、C6〜10アルカンシクロアルカンジイル、C5〜8ヘテロシクロアルカンジイル、および−[−(CHR−X−]−(CHR−から選択され;
    各Rは、独立して、水素およびメチルから選択され;
    各Xは、独立して、−O−、−S−、−NH−、および−NR−から選択され、Rは水素およびメチルから選択され;
    pは2〜6の整数であり;
    qは1〜5の整数であり;
    rは2〜10の整数である]のジチオール;ならびに
    (b)式(4):
    CH=CH−O−[−R−O−]−CH=CH (4)
    [式中、
    mは0〜50の整数であり;
    各Rは、独立して、C1〜10アルカンジイル、C6〜8シクロアルカンジイル、C6〜14アルカンシクロアルカンジイル、および−[(−CHR−)−X−]−(−CHR−)−から選択され、p、q、r、R、およびXは、式(3)に関する通りである]のジビニルエーテル
    を含む反応物質の反応生成物を含む、請求項1に記載の組成物。
  6. 前記反応物質は、(c)多官能化合物B(−V)をさらに含み、ここで、
    Bは、z価の多官能化剤B(−V)のコアを示し、
    zは3〜6の整数であり;
    各Vは、チオールと反応性を示す末端基を含む部分であり;
    各−V’−は、−Vのチオールとの反応に由来する、請求項に記載の組成物。
  7. 前記フィラーがさらに無機フィラーを含む、請求項1に記載の組成物。
  8. 前記組成物が、
    5重量%〜40重量%の前記熱可塑性ポリフェニレンスルフィド樹脂粒子および
    1重量%〜10重量%の前記無機フィラーを含み、
    ここで、重量%は前記組成物の総重量に基づく、
    請求項に記載の組成物。
  9. 前記組成物が、1重量%〜30重量%の無機フィラーをさらに含み、ここで、重量%は前記組成物の総重量に基づく、請求項1に記載の組成物。
  10. 前記組成物が、5重量%〜40重量%の前記熱可塑性ポリフェニレンスルフィド樹脂粒子を含み、ここで、重量%は前記組成物の総重量に基づく、請求項1に記載の組成物。
  11. シーラントとして配合される請求項1に記載の組成物。
  12. ポリエポキシ硬化剤を含む請求項11に記載の組成物。
  13. 請求項11に記載の組成物から調製された硬化されたシーラント。
  14. 1つまたは複数の表面をシールする方法であって、
    請求項11に記載の組成物を1つまたは複数の表面に塗布する工程;および
    前記組成物を硬化させて前記1つまたは複数の表面をシールする工程
    を含む、方法。
  15. (a)チオール末端化含硫プレポリマー;
    (b)熱可塑性ポリフェニレンスルフィド樹脂粒子を含むフィラー;
    (c)無機フィラー;ならびに
    (d)novolacエポキシ樹脂、ビスフェノールA/エピクロロヒドリン由来エポキシ樹脂、またはその組み合わせから選択されるポリエポキシ硬化剤を含む、硬化したシーラントを調製するための使用のための組成物であって、
    ここで、前記組成物は比重1.1〜1.4を特徴とし、
    ここで、前記チオール末端化含硫プレポリマーが、チオール末端化ポリチオエーテル、チオール末端化ポリスルフィド、チオール末端化含硫ポリホルマール、または前述のものの任意の組み合わせを含む
    組成物。
  16. 前記フィラーが、
    5重量%〜40重量%の前記熱可塑性ポリフェニレンスルフィド樹脂粒子;および
    重量%〜10重量%の無機フィラー
    を含み、
    ここで、重量%は前記組成物の総重量に基づく、請求項15に記載の組成物。
  17. シーラントとして配合される請求項16に記載の組成物。
  18. 請求項16に記載の組成物から調製された硬化したシーラント。
  19. 請求項18に記載の硬化したシーラントを含む航空宇宙機の表面。
  20. 1つまたは複数の表面をシールする方法であって、
    請求項15に記載の組成物を1つまたは複数の表面に塗布する工程;および
    前記塗布された組成物を硬化させて前記1つまたは複数の表面をシールする工程
    を含む、方法。
  21. 前記熱可塑性ポリフェニレンスルフィド樹脂粒子が、1.3g/cc〜1.4g/ccの密度により特徴付けられる、請求項1に記載の組成物。
  22. 請求項13に記載の硬化したシーラントを含む航空宇宙機の表面。
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