JP7067835B2 - 熱的に安定な微細構造化セミipn層 - Google Patents
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Description
本開示は、ポリウレタン、ポリウレア及び/又はポリウレタン/ウレアセミIPN材料を含む表面フィルムなどの層であって、耐久性が高く、耐食性であり、かつ熱的に安定である微細構造化表面(微細構造化された表面)を有する、層に関する。
以下の参照特許は、本開示の全般的な技術分野に関連し得る:米国特許第8,096,508号;米国特許第5,959,775号;米国特許第4,948,859号;米国特許第4,859,742号;米国特許第4,302,553号;米国特許第8,916,271号;米国特許第6,623,824号;米国特許第7,713,604号;米国特許第8,668,166号;米国特許出願公開第2010/0282909号;及び米国特許出願公開第2014/0174642号。
簡潔に述べると、本開示は、平均高さが3.0マイクロメートルを超え300.0マイクロメートル未満の微細構造を持つ微細構造化表面(微細構造化された表面)を有する微細構造化層(微細構造化された層)を含み、微細構造化層は、ウレタンアクリレートポリマーネットワーク、ウレタン/ウレアアクリレートポリマーネットワーク及びウレアアクリレートポリマーネットワークからなる群から選択されるポリマーネットワークと、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性ポリウレタン/ポリウレア、熱可塑性ポリウレア、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される熱可塑性ポリマーである線状又は分岐ポリマーとのセミIPNを含む、物品を提供する。一部の実施形態では、微細構造は、102℃(215°F)の温度に30分間、一部の実施形態では132℃(270°F)の温度に30分間、及び一部の実施形態では149℃(300°F)の温度に30分間加熱された場合にその形状を保持する程度まで、熱的に安定である。一部の実施形態では、熱可塑性ポリマーがある温度でG’G’’交点を有する場合、微細構造は、熱可塑性ポリマーのG’G’’交点よりも30℃を超えて高い、一部の実施形態では40℃を超えて高い、一部の実施形態では50℃を超えて高い温度に30分間加熱された場合にその形状を保持する程度まで、熱的に安定である。一部の実施形態では、セミIPNにおける線状又は分岐ポリマーのポリマーネットワークに対する重量比は、52:48より大きく、一部の実施形態では75:25より大きく、一部の実施形態では80:20より大きく、一部の実施形態では85:15より大きく、一部の実施形態では89:11より大きく、一部の実施形態では94:6より大きい。一部の実施形態では、熱可塑性ポリマーは、149℃未満、一部では132℃未満、一部では115℃未満、一部では102℃未満、一部では100℃未満の温度でG’G’’交点を有する。一部の実施形態では、物品は接着剤層を更に含む。いくつかのそのような実施形態では、接着剤層は、微細構造化表面の反対側の微細構造化層の裏面に接着されている。いくつかのそのような実施形態では、接着剤は、80℃以上、一部では100℃以上、一部では120℃以上、一部では140℃以上の温度で硬化する熱硬化性接着剤である。
「ロールによる連続プロセス」は、ロール品原材料の供給からロール品原材料を使い切るまで連続的に稼働できるプロセスであり、
「自立膜」は、支持材との接触から独立した、物理的一体性を有する固体フィルムを意味し(とりわけ、独立した物理的一体性を有さない液体及び表面コーティングは除く)、
微細構造化層の微細構造化表面の微細構造に関する「高さ」は、微細構造の近傍で微細構造化層の基準面(general plane)と直交する軸に沿って測定した表面の高さの最大差を意味し、例えば、隆起部と溝部のパターンにおいては、隆起部の先端と溝底部との間の差を意味し、
「相互貫入ポリマーネットワーク」又は「IPN」は、分子レベルで少なくとも部分的に絡み合っているが、互いに共有結合はしておらず、化学結合が切断されない限り分離できない、2つ以上のポリマーネットワークを含む材料を意味し、
微細構造化層の微細構造化表面の微細構造に関する「ピッチ」は、微細構造の近傍における微細構造化層の基準面内の連続的な対応する点又は線同士の間の距離、例えば、隆起部と溝部のパターンにおいては、隣接する隆起部の先端同士の間の距離を意味し、
「ポリウレタン/ポリウレア」は、その主鎖中にウレタン結合と尿素結合の両方を含むポリマー又はオリゴマーを意味し、ポリイソシアネート、ポリオール及びポリアミンを含む混合物を重合させることによって得られるポリマー又はオリゴマーを含み、
「セミ相互貫入ポリマーネットワーク」又は「セミIPN」は、線状又は分岐ポリマーがネットワークに分子レベルで貫入していることによって特徴付けられる、互いに共有結合していない、少なくとも1つのポリマーネットワーク及び少なくとも1つの線状又は分岐ポリマーを含む材料を意味し、
「ウレアアクリレートオリゴマー」は、重合可能なアクリレート末端基を有するポリウレアオリゴマーを意味し、
「ウレアアクリレートポリマーネットワーク」は、ポリウレアセグメント及びポリアクリレートセグメントを含むポリマーネットワークを意味し、1つ以上のウレアアクリレートオリゴマーのアクリレート末端基を重合させることによって得られるポリマーネットワークを含み、
「ウレタンアクリレートオリゴマー」は、重合可能なアクリレート末端基を有するポリウレタンオリゴマーを意味し、
「ウレタンアクリレートポリマーネットワーク」は、ポリウレタンセグメント及びポリアクリレートセグメントを含むポリマーネットワークを意味し、1つ以上のウレタンアクリレートオリゴマーのアクリレート末端基を重合させることによって得られるポリマーネットワークを含み、
「ウレタン/ウレアアクリレートオリゴマー」は、重合可能なアクリレート末端基を有するポリウレタン/ポリウレアオリゴマーを意味し、
「ウレタン/ウレアアクリレートポリマーネットワーク」は、ポリウレタン/ポリウレアセグメント及びポリアクリレートセグメントを含むポリマーネットワークを意味し、1つ以上のウレタン/ウレアアクリレートオリゴマーのアクリレート末端基を重合させることによって得られるポリマーネットワークを含む。
本開示は、ポリウレタン、ポリウレア及び/又はポリウレタン/ウレアセミIPN材料によって構成される微細構造化層であって、耐久性が高く、かつ熱的に安定である微細構造化表面を有する、微細構造化層を提供する。一部の実施形態では、本開示は、高温環境で形状を維持する抵抗低減微細構造を持つ、航空機用途向けの高耐食性かつ熱的に安定な表面フィルムを提供する。驚くべきことに、この熱的に安定な微細構造化フィルムは、多量の熱可塑性物質を含む溶融加工可能な材料を用いて作製することができる。
文字及び数字が付された以下の実施形態は、本開示を更に例示することを意図しているが、本開示を過度に限定しないと解釈されるべきである。
a)相補的な微細構造化表面を有するライナーを準備する工程と、
b)ライナー上に、
i)ウレタンアクリレートオリゴマー、ウレタン/ウレアアクリレートオリゴマー、ウレアアクリレートオリゴマー、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるオリゴマー、並びに
ii)熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性ポリウレタン/ポリウレア、熱可塑性ポリウレア、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される熱可塑性ポリマーである線状又は分岐ポリマーを含むポリマーブレンドをキャスティングする工程と、
c)その後、放射線硬化によってオリゴマーを硬化させて、ポリマーブレンドを、微細構造化表面を有する微細構造化層に変える工程と、を含む、方法。
d)微細構造化層の裏面に接着剤を適用して、接着剤付き微細構造化層を作製する工程を更に含む、実施形態M1に記載の方法。
d)接着剤付き微細構造化層を部材に適用する工程と、
e)微細構造化層からライナーを取り外して、微細構造化層の微細構造化表面を最外面として有する部材を作製する工程と、を更に含む、実施形態M2に記載の方法。
f)微細構造化層の裏面を、未硬化の樹脂マトリックス-繊維複合部材に適用する工程と、
g)樹脂マトリックスを硬化させる工程と、
h)微細構造化層からライナーを取り外して、微細構造化層の微細構造化表面を最外面として有する樹脂マトリックス-繊維複合部材を作製する工程と、を更に含む、実施形態M1に記載の方法。
k)実施形態A43~A49のいずれか1つに記載の物品を準備する工程と、
l)物品と部材を接着剤によって接合するように、物品を部材に適用する工程と、を含む、方法。
m)微細構造化層からライナーを取り外して、微細構造化層の微細構造化表面を最外面として有する部材を作製する工程を更に含む、実施形態MD1~MD4のいずれか1つに記載の方法。
n)実施形態A1~A42のいずれか一項に記載の物品を準備する工程であって、微細構造化層は微細構造化表面の反対側に裏面を有する、工程と、
o)微細構造化層の裏面に接着剤を適用して、接着剤付き微細構造化層を作製する工程と、
p)物品と部材を接着剤によって接合するように、物品を部材に適用する工程と、を含む、方法。
q)微細構造化層からライナーを取り外して、微細構造化層の微細構造化表面を最外面として有する部材を作製する工程を更に含む、実施形態MD6~MD9のいずれか1つに記載の方法。
r)実施形態A1~A42のいずれか1つに記載の物品を準備する工程と、
s)外面に接着剤を有する部材を準備する工程と、
t)物品と部材を接着剤によって接合するように、物品を部材に適用する工程と、を含む、方法。
u)微細構造化層からライナーを取り外して、微細構造化層の微細構造化表面を最外面として有する部材を作製する工程を更に含む、実施形態MD11~MD14のいずれか1つに記載の方法。
v)微細構造化層の微細構造化表面と直接接触している相補的な微細構造化表面を有する取り外し可能なライナーを更に含む、実施形態A1~A42のいずれか1つに記載の物品を準備する工程であって、微細構造化層は、微細構造化表面の反対側に裏面を有する、工程と、
w)物品を、未硬化の樹脂マトリックス-繊維複合部材に適用する工程と、
x)物品と部材を樹脂マトリックスによって接合するように、樹脂マトリックスを硬化させる工程と、を含む、方法。
y)微細構造化層からライナーを取り外して、微細構造化層の微細構造化表面を最外面として有する部材を作製する工程を更に含む、実施形態MD16又はMD17に記載の方法。
℃:摂氏温度
°F:華氏温度
cm:センチメートル
IPN:相互貫入ネットワーク
kV:キロボルト
μm:マイクロメートル
mil:1/1000インチ
psi:ポンド/平方インチ
psa:感圧性接着剤
MRL:断面が三角形の直線状隆起部の配列を有し、溝部から先端までの高さが63μmであり、先端から先端までの距離が63μmであり、図1Aにおいてみられる配列に相補的な、ポリエステルライナーである微細構造複製ライナー。
Krystalgran PN3429-108という熱可塑性ポリウレタン(Huntsman Corporation(The Woodlands,TX)から入手可能)、及びCN9893という脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマー(Sartomer Company(Exton,PA)から入手可能)を90/10の重量比で、約84:1のL/D比及び26’’(66cm)幅のダイを有する、58mmのDavis Standard同方向回転二軸押出機において、ブレンド及び共押出した。Krystalgran PN3429-108のG’G’’交点を測定したところ、97℃であった。Ktron重量式フィーダーにより、ポリウレタンを供給した。170°Fに設定したヒートブランケットを用いて加熱し、空気で60psiまで加圧した加熱圧力容器から、CN9893を供給した。流量は、ニードル弁を用いて手動で制御した。ポットを重量計の上に置き、流量/重量減少を一貫して監視できるようにした。
TPUBフィルムの4×4インチ(10.16cm×10.16cm)の試験片を、686mmHgの減圧下で、オーブン中300°F(148.9℃)で30分間、同じサイズのMRL試験片に積層した。ライナー-フィルム組立品をオーブンから取り出し、70°F(21.1℃)まで冷まし、次に、ESI Electrocurtain(登録商標)CB-300電子線装置を使用して、6MRAD及び300kVで、ウレタンフィルムのトップ面全体に照射した。得られたセミIPN微細構造化リブレット(微細な縦溝)ポリウレタンフィルムをMRLから取り外し、215°F(101.7℃)に設定したオーブン中に30分間置いた。次に、フィルムをオーブンから取り出し、70°F(21.1℃)まで冷まし、今度は270°F(132.2℃)に設定したオーブンに更に30分間戻した。フィルムを再びオーブンから取り出し、70°F(21.1℃)まで冷まし、その後、今度は300°F(148.9℃)に設定したオーブンに更に30分間戻した。フィルムを再びオーブンから取り出し、70°F(21.1℃)まで冷ました。
Claims (14)
- 平均高さが3.0マイクロメートルを超え300.0マイクロメートル未満の微細構造を持つ微細構造化表面を有する微細構造化層を含み、
前記微細構造化層は、ウレタンアクリレートポリマーネットワーク、ウレタン/ウレアアクリレートポリマーネットワーク及びウレアアクリレートポリマーネットワークからなる群から選択されるポリマーネットワークと、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性ポリウレタン/ポリウレア、熱可塑性ポリウレア、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される熱可塑性ポリマーである線状又は分岐ポリマーとのセミ相互貫入ポリマーネットワークを含み、
前記セミ相互貫入ポリマーネットワークにおける線状又は分岐ポリマーのポリマーネットワークに対する重量比は、52:48より大きい、物品。 - 前記セミ相互貫入ポリマーネットワークにおける線状又は分岐ポリマーのポリマーネットワークに対する重量比は、75:25より大きい、請求項1に記載の物品。
- 前記熱可塑性ポリマーは、102℃未満の温度でG’G’’交点を有し、前記G’G’’交点は、Polym Int 2000,49,591の記載に従って粘弾性特性を測定した際、損失弾性率G’’が貯蔵弾性率G’を超える点を意味する、請求項1又は2に記載の物品。
- 前記熱可塑性ポリマーは、熱可塑性ポリウレタンである、請求項1~3のいずれか一項に記載の物品。
- 前記ポリマーネットワークは、ウレタンアクリレートポリマーネットワークである、請求項1~4のいずれか一項に記載の物品。
- 前記微細構造は、12.0マイクロメートルを超える平均高さ及び120.0マイクロメートル未満の平均高さを有する、請求項1~5のいずれか一項に記載の物品。
- 接着剤層を更に含み、前記微細構造化層は、前記微細構造化表面の反対側に裏面を有し、前記接着剤層は、前記微細構造化層の前記裏面に接着されている、請求項1~6のいずれか一項に記載の物品。
- 前記微細構造化層の前記微細構造化表面を最外面として有する樹脂マトリックス-繊維複合部材を含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の物品。
- a)ライナーであって、当該ライナー上に形成される微細構造化層の微細構造化表面の構造に相補的な微細構造化表面を有するライナーを準備する工程と、
b)前記ライナー上に、
i)ウレタンアクリレートオリゴマー、ウレタン/ウレアアクリレートオリゴマー、ウレアアクリレートオリゴマー、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるオリゴマー、並びに
ii)熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性ポリウレタン/ポリウレア、熱可塑性ポリウレア、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される熱可塑性ポリマーである線状又は分岐ポリマー
を含むポリマーブレンドをキャスティングする工程と、
c)その後、放射線硬化によって前記オリゴマーを硬化させて、前記ポリマーブレンドを、微細構造化表面を有する微細構造化層に変える工程と、を含み、
前記線状又は分岐ポリマーの前記オリゴマーから形成されるポリマーネットワークに対する重量比は、52:48より大きい、方法。 - 前記微細構造化層は、前記微細構造化表面の反対側に裏面を有し、前記方法は、
d)前記微細構造化層の前記裏面に接着剤を適用して、接着剤付き微細構造化層を作製する工程を更に含む、請求項9に記載の方法。 - d)前記接着剤付き微細構造化層を部材に適用する工程と、
e)前記微細構造化層から前記ライナーを取り外して、前記微細構造化層の前記微細構造化表面を最外面として有する部材を作製する工程と、を更に含む、請求項10に記載の方法。 - 前記微細構造化層は、前記微細構造化表面の反対側に裏面を有し、前記方法は、
f)前記微細構造化層の前記裏面を、未硬化の樹脂マトリックス-繊維複合部材に適用する工程と、
g)前記樹脂マトリックスを硬化させる工程と、
h)前記微細構造化層から前記ライナーを取り外して、前記微細構造化層の前記微細構造化表面を最外面として有する樹脂マトリックス-繊維複合部材を作製する工程と、を更に含む、請求項9に記載の方法。 - k)請求項7に記載の物品を準備する工程と、
l)前記物品と部材を前記接着剤によって接合するように、前記物品を部材に適用する工程と、を含む、方法。 - n)請求項1~6のいずれか一項に記載の物品を準備する工程であって、前記微細構造化層は前記微細構造化表面の反対側に裏面を有する、工程と、
o)前記微細構造化層の前記裏面に接着剤を適用して、接着剤付き微細構造化層を作製する工程と、
p)前記物品と部材を前記接着剤によって接合するように、前記物品を部材に適用する工程と、を含む、方法。
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