JP7284153B2 - ポリマー-金属接合 - Google Patents
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Description
本出願は、2017年9月14日出願の米国仮特許出願第62/558615号及び2018年2月21日出願の欧州特許出願公開第18157838.6号に対する優先権を主張するものであり、これらの出願のそれぞれの全内容は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
本明細書で使用される場合、「PEEK-PEDEKコポリマー」は、式:
の繰り返し単位(RPEEK1)と、
-式(B):
の繰り返し単位(RPEDEK)と、を含むポリマーを示し、
式中、それぞれのR1及びR2は、ハロゲン、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、エーテル、チオエーテル、カルボン酸、エステル、アミド、イミド、アルカリ又はアルカリ土類金属スルホネート、アルキルスルホネート、アルカリ又はアルカリ土類金属ホスホネート、アルキルホスホネート、アミン及び第四級アンモニウムからなる群から独立して選択され、
それぞれのa及びbは、0~4の範囲の整数から独立して選択される。好ましくは、それぞれのa及びbはゼロである。
の単位から選択され、繰り返し単位(RPEDEK)は、式:
の単位から選択され、
式中、R1’、R2’、a’、及びb’のそれぞれは、それぞれR1、R2、a、及びbについて上述した基から独立して選択される。好ましくは、それぞれのa’及びb’はゼロである。
いくつかの実施形態では、ポリマー成分は、PEEK-PEDEKコポリマーに加えてPEEKを更に含む。
(式中、それぞれのR3は、ハロゲン、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、エーテル、チオエーテル、カルボン酸、エステル、アミド、イミド、アルカリ又はアルカリ土類金属スルホネート、アルキルスルホネート、アルカリ又はアルカリ土類金属ホスホネート、アルキルホスホネート、アミン及び第四級アンモニウムからなる群から独立して選択され、それぞれのcは、0、1、2、3、及び4から独立して選択される)の単位からなる群から選択される65モル%を超える繰り返し単位(RPEEK2)を含む任意のポリマーを示す。好ましくは、それぞれのcは0である。
(式中、それぞれのR3’及びc’は、それぞれ、R3及びcについて上記の群から独立して選択される)の繰り返し単位であるポリマーである。好ましくは、それぞれのc’はゼロである。
ポリマー成分は、上記のPEEK-PEDEKコポリマー及びPEEKに加えて、ポリ(エーテルケトンケトン)(PEKK)を更に任意選択で含み得る。
(式中、それぞれのR4は、ハロゲン、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、エーテル、チオエーテル、カルボン酸、エステル、アミド、イミド、アルカリ又はアルカリ土類金属スルホネート、アルキルスルホネート、アルカリ又はアルカリ土類金属ホスホネート、アルキルホスホネート、アミン及び第四級アンモニウムからなる群から独立して選択され、それぞれのdは、0、1、2、3、及び4から独立して選択される)の単位からなる群から選択される50モル%を超える繰り返し単位(RPEKK)を含む任意のポリマーを示す。好ましくは、それぞれのdは0である。
(式中、それぞれのR4’及びd’は、それぞれ、R4及びdについて上記の群から独立して選択される)の繰り返し単位の組み合わせであるポリマーである。好ましくは、式(D-1)及び(D-2)のそれぞれのd’はゼロである。
本明細書で使用される場合、「低分子量化合物」は、式:
(式中、A1、A3、及びA4のそれぞれは、結合、スルホン基[-S(=O)2-]、ケトン基[-C(=O)-]、エーテル[-O-]、及び基-C(R5)(R6)-からなる群から独立して選択され、但し、A4は、任意選択である)の化合物からなる群から選択される少なくとも1つの化合物を意味する。
それぞれのR5及びR6は、好ましくはメチル又はフェニル基である。
それぞれのRは、ハロゲン、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、エーテル、チオエーテル、カルボン酸、エステル、アミド、イミド、アルカリ又はアルカリ土類金属スルホネート、アルキルスルホネート、アルカリ又はアルカリ土類金属ホスホネート、アルキルホスホネート、アミン、及び第四級アンモニウムからなる群から独立して選択される。
ポリマー組成物は、任意選択的に繊維状又は粒子状のフィラーなどの補強フィラーを含み得る。繊維状補強フィラーは、平均長さが幅と厚さの両方よりもかなり大きい、長さ、幅、及び厚さを有する材料である。好ましくは、そのような材料は、少なくとも5の、長さと最小の幅及び厚さとの間の平均比と定義される、アスペクト比を有する。好ましくは、補強繊維のアスペクト比は、少なくとも10、より好ましくは少なくとも20、更により好ましくは少なくとも50である。粒子状フィラーは、多くとも5、好ましくは多くとも2のアスペクト比を有する。
ポリマー組成物は、二酸化チタン、硫化亜鉛、酸化亜鉛、紫外光安定剤、熱安定剤、有機ホスファイト及びホスホナイトなどの酸化防止剤、酸捕捉剤、加工助剤、核形成剤、潤滑剤、難燃剤、発煙抑制剤、帯電防止剤、アンチブロッキング剤、並びにカーボンブラックなどの導電性添加剤などの任意選択の添加剤を更に含み得る。
金属基材は、好ましくは、銅、鋼、アルミニウム、又はこれらの組み合わせ、好ましくはアルミニウムである。
例示的な実施形態は、ポリマー組成物の製造方法も含む。
又、例示的な実施形態は、金属基材と接触している、好ましくは接着している本明細書に記載のポリマー組成物を含むポリマー-金属接合、及びポリマー-金属接合の製造方法に関する。
又、例示的な実施形態は、ポリマー-金属接合を含む造形品及び造形品の製造方法を含む。
KetaSpire(登録商標)PEEK KT-880P[MV(400℃、1000s-1)は0.15kPa.s、Tm=344℃である]は、Solvay Specialty Polymers USA,LLCから入手可能なPEEKポリマーである。
溶融温度(Tm)、結晶化温度(Tc)、ガラス転移温度(Tg)及び融解熱は、ASTM D3418-03、E794-06、E1356-03、及びE793-06に従って示差走査熱量計(DSC)によって決定された。
-第1熱サイクル:20.00℃/分で30.00℃から400.00℃、400.00℃で1分間等温、
-第1冷却サイクル:20.00℃/分で400.00℃から30.00℃、1分間等温、
-第2熱サイクル:20.00℃/分で30.00℃から400.00℃、400.00℃で1分間等温。
-第1熱サイクル:20.00℃/分で30.00℃から450.00℃、400.00℃で1分間等温、
-第1冷却サイクル:20.00℃/分で450.00℃から30.00℃、1分間等温、
-第2熱サイクル:20.00℃/分で30.00℃から450.00℃、400.00℃で1分間等温。
溶融粘度は、ASTM D3835に従って、キャピラリーレオメーターを使用して測定した。測定値は、下記の特性:直径=1.016mm、長さ=20.32mm、円錐角=120°を備えるタングステン-カーバイドダイを使用して410℃及び46.3秒-1の剪断速度で10分間の滞留時間後に読み取った。
比較例1:
KetaSpire(登録商標)PEEK KT-880を比較例1として使用した。
攪拌機、N2注入管、反応媒体中に入れられた熱電対を備えるClaisenアダプター、並びに凝縮器及びドライアイストラップ付きのDean-Starkトラップを装備した500mLの4つ口反応フラスコに、129.80gのジフェニルスルホン、18.942gのヒドロキノン、13.686gの4,4’-ビフェノール及び54.368gの4,4’-ジフルオロベンゾフェノンを導入した。フラスコ内容物を真空下で排気し、次いで(10ppm未満のO2を含む)高純度窒素で満たした。次いで、反応混合物を一定の窒素パージ(60mL/分)下に置いた。
攪拌機、N2注入管、反応媒体中に入れられた熱電対を備えるClaisenアダプター、並びに凝縮器及びドライアイストラップ付きのDean-Starkトラップを備えた500mLの4口反応フラスコに、128.21gのジフェニルスルホン、20.295gのヒドロキノン、11.405gの4,4’ビフェノール、及び54.368gの4,4’-ジフルオロベンゾフェノンを導入した。フラスコ内容物を真空下で排気し、次いで(10ppm未満のO2を含む)高純度窒素で満たした。次いで、反応混合物を一定の窒素パージ(60mL/分)下に置いた。
攪拌機、N2注入管、反応媒体中に入れられた熱電対を備えるClaisenアダプター、並びに凝縮器及びドライアイストラップ付きのDean-Starkトラップを備えた500mLの4つ口反応フラスコに、127.7gのジフェニルスルホン、21.861gのヒドロキノン、9.207gの4,4’-ビフェノール、及び54.835gの4,4’-ジフルオロベンゾフェノンを導入した。フラスコ内容物を真空下で排出し、次いで(10ppm未満のO2を含む)高純度窒素で満たした。次いで、反応混合物を一定の窒素パージ(60mL/分)下に置いた。
攪拌機、N2注入管、反応媒体中に入れられた熱電対を備えるClaisenアダプター並びに凝縮器及びドライアイストラップ付きのDean-Starkトラップを装備した500mLの4つ口反応フラスコに、127.70gのジフェニルスルホン、9.894gのヒドロキノン、25.103gの4,4’-ビフェノール、及び50.130gの4,4’-ジフルオロベンゾフェノンを導入した。フラスコ内容物を真空下で排出し、次いで(10ppm未満のO2を含む)高純度窒素で満たした。次いで、反応混合物を一定の窒素パージ(60mL/分)下に置いた。
攪拌機、N2注入管、反応媒体中に入れられた熱電対を備えるClaisenアダプター並びに凝縮器及びドライアイストラップ付きのDean-Starkトラップを装備した500mLの4つ口反応フラスコに、212.00gのジフェニルスルホン、4.226gのヒドロキノン、21.442gの4,4’-ビフェノール、及び33.853gの4,4’-ジフルオロベンゾフェノンを導入した。フラスコ内容物を真空下で排気し、次いで(10ppm未満のO2を含む)高純度窒素で満たした。次いで、反応混合物を一定の窒素パージ(60mL/分)下に置いた。
以下の表1に示す実施例では、組成物のポリマー成分を5ガロンドラムで10分間タンブルブレンドした。事前に混合されたブレンドは、26mm Coperion ZSK-26 12バレル共回転噛み合い二軸スクリュー押出機の供給口に供給された。重量比フィーダーを使用して樹脂混合物を計量し、繊維ガラスをバレル7に供給して、ガラス含有量が30重量%の最終生成物を生成した。配合処理速度は25~35lb/時間に維持された。実施例11は、最初の5つのバレルで400℃、5つのバレルに続いて、その後2つのバレルで、380℃、340℃のバレル温度設定点、及び380℃のダイ温度を使用して作製され、手で持って操作できる温度プローブで測定した約400℃の溶融温度を有する溶融ストランドが得られた。実施例12は同様に行ったが、最初の8バレルの温度は400℃であった。又、この材料は、約400℃の溶融温度を示した。約25水銀柱インチの真空排気を行い、溶融物がダイに入り、配合機を出る直前に、水分及びいかなる他の揮発性残留物をも配合物から除去した。化合物の押出物をダイから撚り合わせ、空気と水で冷却し、次いで取り扱いが便利になるようにペレット化した。
これらの実施例は、ポリ(アリールエーテル)接着組成物を使用したアルミニウムA-6061基材へのオーバーモールドされたポリマー組成物の接着性を実証する。接着性を実証するために、ラップ剪断試料を調製し、ラップ剪断応力を、室温で3.5インチのグリップ距離でASTM D1002に従って測定した。実施例の組成物で金属基材をオーバーモールドすることにより、ラップ剪断試料を調製した。金属基材は、アルミニウム6061合金から形成され、約0.25平方インチの表面積のX形重ね継ぎを有した。
ブレンド調製
実施例のこのセットのポリマー組成物は、以下の表3に記載される。これらの組成物は、溶融二軸押出配合により調製された。このプロセスの第1の工程は、必要に応じて約20分間望ましい組成比で、樹脂とDTDオリゴマーのペレット及び/又は粉末をタンブルブレンドすることであった。これに続いて、26mm Coperion(登録商標)共回転部分噛み合い二軸押出機を使用して溶融配合した。押出物についてそれがダイを出たときに記録した溶融温度は、ポリマー組成物全てについて380~400℃であった。樹脂成分、低分子量芳香族添加剤、及びガラス繊維は、重量測定法で計量された。押出機は、35lb/時間(15.9kg/時間)の総処理速度及び200rpmのスクリュー速度で操作し、押出機トルク読取り値は、組成物全ての配合中45~65%の範囲で維持した。真空レベル>25水銀柱インチを有する真空排出を配合の際に適用して、化合物から水分及びあらゆる可能な残留揮発分を除いた。それぞれの実験からの押出物をストランドし、水トラフで冷却し、次いで、直径約2.7mm及び長さ3.0mmのペレットにペレット化した。
オーバーモールドされたラップ剪断試験片を使用して、Taiseiplasから入手した長さ4.5mm×幅1.75mm×厚さ2mmの化学エッチングされたA-6061アルミニウムクーポンに対するそれぞれのポリマー組成物の接着度を定量化した。Taiseiplas Corpが製造及び供給している3プレート鋳型を使用して、ポリマーの小さな長方形の棒状試験片をアルミニウムクーポンにオーバーモールドした。アルミニウムクーポンにオーバーモールドされたプラスチックの長方形ストリップは、公称寸法として長さ4.5cm、幅1.0cm、及び厚さ3.0mmであった。プラスチックの片を、アルミニウムクーポンに対してオーバーモールドし、10mm×5mmの公称寸法によって規定された2つの片の間に接合又は重なり領域があり、従って公称のラップ剪断接続領域が50mm2となるようにした。
アルミニウム1100は、厚さ0.005インチのシムストックで入手した。それぞれのシムは、アセトンでの洗浄、続くイソプロパノールでの洗浄を用いて、油及びグリースなどの表面汚染を除去してきれいにした。
手順は上記に従ったが、レーザーエッチングされたアルミニウムを、後部393℃、前部393℃のバレル温度、ノズル399℃、鋳型199℃、圧力900psi、2秒の射出時間、及び20秒のサイクル時間を使用して、Mini-Jector(登録商標)成形機でオーバーモールドした。オーバーモールドの評価のためのPEEK及びPEEK-PEDEKコポリマーとガラス繊維のブレンドは、上記のように二軸スクリュー押出機を使用して調製した。
比較例39:PEDEK-PEEKコポリマー50/50の調製
攪拌機、N2注入管、反応媒体中に入れられた熱電対を備えるClaisenアダプター、並びに凝縮器及びドライアイストラップ付きのDean-Starkトラップを装備した1000mLの4つ口反応フラスコに、341.75gのジフェニルスルホン、33.859gのヒドロキノン、57.260gの4,4’-ビフェノール、及び135.132gの4,4’-ジフルオロベンゾフェノンを導入した。フラスコ内容物を真空下で排気し、次いで(10ppm未満のO2を含む)高純度窒素で満たした。次いで、反応混合物を一定の窒素パージ(60mL/分)下に置いた。
であった。
攪拌機、N2注入管、反応媒体中に入れられた熱電対を備えるClaisenアダプター、並びに凝縮器及びドライアイストラップ付きのDean-Starkトラップを装備した1000mLの4つ口反応フラスコに、435.51gのジフェニルスルホン、14.039gのヒドロキノン、55.397gの4,4’-ビフェノール、及び93.384gの4,4’-ジフルオロベンゾフェノンを導入した。フラスコ内容物を真空下で排気し、次いで(10ppm未満のO2を含む)高純度窒素で満たした。次いで、反応混合物を一定の窒素パージ(60mL/分)下に置いた。
であった。
Claims (13)
- 金属基材と接触するポリマー組成物を含むポリマー-金属接合であって、
-前記ポリマー組成物は、式(A):
の繰り返し単位(R PEEK1 )と、
式(B):
の繰り返し単位(R PEDEK )と、
[式中、それぞれのR 1 及びR 2 は、ハロゲン、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、エーテル、チオエーテル、カルボン酸、エステル、アミド、イミド、アルカリ又はアルカリ土類金属スルホネート、アルキルスルホネート、アルカリ又はアルカリ土類金属ホスホネート、アルキルホスホネート、アミン及び第四級アンモニウムからなる群から独立して選択され、
それぞれのa及びbは、0~4の範囲の整数から独立して選択される]
を含むPEEK-PEDEKコポリマーを含むポリマー成分を含み、PEEK-PEDEKコポリマーは、ポリマー組成物の重量に基づいて10~60重量%の範囲の量で存在し、繰り返し単位(R PEEK1 )と(R PEDEK )の合計はPEEK-PEDEKコポリマーの少なくとも90モル%であり、(R PEEK1 )/(R PEDEK )モル比は45/55~30/70の範囲であり、
-前記PEEK-PEDEKコポリマーは、ASTM D3418-03及びE794-06に従って示差走査熱量計(DSC)によって決定される、320℃を超える融点(Tm)を有し、
-前記ポリマー組成物は、前記ポリマー組成物の総重量に基づいて10重量%未満の硫黄又はカルボニル含有溶媒、好ましくはジフェニルスルホンを含む、金属基材と接触するポリマー組成物を含むポリマー-金属接合。 - 前記PEEK-PEDEKコポリマーは、関係(Tm-Tc)/(Tm-Tg)<0.31を満たす溶融温度(Tm)、結晶化温度(Tc)、及びガラス転移温度(Tg)を有する、請求項1に記載のポリマー-金属接合。
- 前記ポリマー成分は、ポリ(エーテルエーテルケトン)(PEEK)を更に含む、請求項1又は2に記載のポリマー-金属接合。
- 前記ポリマー成分は、ポリ(エーテルエーテルケトン)(PEEK)とポリ(エーテルケトンケトン)(PEKK)とを更に含む、請求項1又は2に記載のポリマー-金属接合。
- 前記ポリマー組成物は、前記ポリマー組成物の重量に対して0.5重量%~5重量%、好ましくは1重量%~3重量%の式(E):
(式中:
-A1、A3及びA4のそれぞれは、結合、スルホン基[-S(=O)2-]、ケトン基[-C(=O)-]、エーテル[-O-]、及び基-C(R5)(R6)-からなる群から独立して選択され、但し、A4は任意選択であり、
-それぞれのA2は、結合、スルホン基[-S(=O)2-]、ケトン基[-C(=O)-]、エーテル[-O-]、基-C(R5)(R6)-、及び基:
からなる群から独立して選択され、
-それぞれのR5及びR6は、水素、ハロゲン、ハロゲン化されていてもよいアルキル、アルケニル、アルキニル、フェニル、エーテル、チオエーテル、カルボン酸、エステル、アミド、イミド、アルカリ又はアルカリ土類金属スルホネート、アルキルスルホネート、アルカリ又はアルカリ土類金属ホスホネート、アルキルホスホネート、-CF3基、アミン、及び第四級アンモニウムからなる群から独立して選択され、
-それぞれのRは、ハロゲン、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、エーテル、チオエーテル、カルボン酸、エステル、アミド、イミド、アルカリ又はアルカリ土類金属スルホネート、アルキルスルホネート、アルカリ又はアルカリ土類金属ホスホネート、アルキルホスホネート、アミン、及び第四級アンモニウムからなる群から独立して選択され、
-それぞれのiは、0、1、2、3、4、及び5から独立して選択されるが、但し、iの最大値は、それぞれの芳香族環での置換に自由な位置の数に等しく、
-nは、0及び1から選択される整数であり、
-mは、0~32の範囲の整数である)の少なくとも1つの低分子量芳香族化合物を更に含む、請求項1~4のいずれか一項に記載のポリマー-金属接合。 - 前記低分子量芳香族化合物は、ジフェニルスルホン又は1,4-ビス(4-フェノキシベンゾイル)ベンゼンである、請求項5に記載のポリマー-金属接合。
- 前記ポリマー成分は、45J/gより大きい、好ましくは50J/gより大きい融解熱を有し、
前記融解熱は、20℃/分の加熱及び冷却速度によるASTM D3418-03及びE793-06に従う示差走査熱量計(DSC)での第2の加熱走査における溶融吸熱下の面積として決定される、請求項1~6のいずれか一項に記載のポリマー-金属接合。 - 前記ポリマー組成物は、補強フィラー、好ましくはガラス繊維、炭素繊維、又はこれらの組み合わせを更に含む、請求項1~7のいずれか一項に記載のポリマー-金属接合。
- 前記金属基材は、銅、鋼、アルミニウム、又はこれらの組み合わせ、好ましくはアルミニウムを含む、請求項1~8のいずれか一項に記載のポリマー-金属接合。
- 前記金属基材は、構造化金属表面を含む、請求項1~9のいずれか一項に記載のポリマー-金属接合。
- 前記ポリマー-金属接合は、ワイヤー又はケーブルにおけるコーティングである、請求項1~10のいずれか一項に記載のポリマー-金属接合。
- 前記ポリマー-金属接合は、携帯電子機器の一部である、請求項1~11のいずれか一項に記載のポリマー-金属接合。
- 前記金属基材を前記ポリマー組成物と接触させることを含む、請求項1~12のいずれか一項に記載のポリマー-金属接合の製造方法。
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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