JPH11236488A - ポリマーブレンドの成形法 - Google Patents

ポリマーブレンドの成形法

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JPH11236488A
JPH11236488A JP10327642A JP32764298A JPH11236488A JP H11236488 A JPH11236488 A JP H11236488A JP 10327642 A JP10327642 A JP 10327642A JP 32764298 A JP32764298 A JP 32764298A JP H11236488 A JPH11236488 A JP H11236488A
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epoxy resin
curing agent
epoxy
catalyst
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JP10327642A
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Den Berg Eduard Aarts Van
エドゥアルト・アーツ・ヴァン・デン・バーグ
Christian Maria Emile Bailly
クリスチャン・マリア・エイミール・ベイリー
Johannes E Fortuyn
ヨハネス・イー・フォーツィン
Der Ree Marinus Cornelis A Van
マリヌス・コルネリス・アドリアン・ヴァン・デール・リー
Robert Walter Venderbosch
ロバート・ウォルター・ヘンデルボス
Fritz Jan Viersen
フリッツ・ヤン・ヒエルセン
Wit Gerrit De
ゲルト・デ・ウィット
Hua Wang
ファ・ワング
Sadhan C Jana
サダハン・シー・ジャナ
Andrew Jay Salem
アンドリュー・ジェイ・セイラム
Joel Matthew Caraher
ジョエル・マシュー・カラハー
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    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/005Processes for mixing polymers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
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    • C08G59/18Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L63/00Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2363/00Characterised by the use of epoxy resins; Derivatives of epoxy resins

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少なくとも1種の熱可塑性ポリマーと未硬化
の熱硬化性および/または重合性エポキシ樹脂からなる
ポリマーブレンドの成形法を提供すること。この方法は
強化されたプリプレグの製造に有用である。 【解決手段】 (a)少なくとも1種の熱可塑性ポリマ
ーを、その熱可塑性ポリマーのガラス転移温度または融
解温度より高い温度で、(i)未硬化のエポキシ樹脂、
または(ii)エポキシ硬化剤もしくは触媒の一方と溶融
混合してブレンドを形成し、(b)(i)エポキシ樹
脂、または(ii)エポキシ硬化剤もしくは触媒の他方
を、熱可塑性ポリマーのガラス転移温度または融解温度
より高い温度で、(a)のブレンドとさらに溶融混合し
て、実質的に未硬化であるが本質的に硬化可能および/
または重合可能な組成物を形成し、(c)場合により、
(b)の組成物から成形品を形成し、(d)この場合に
より形成した成形品を速硬化および/または速重合させ
ることからなるポリマー組成物の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも1種の
熱可塑性ポリマーと未硬化の熱硬化性および/または重
合性エポキシ樹脂とからなるポリマーブレンドを成形す
る方法に係る。また本発明は、硬化または重合したエポ
キシ粒子が分散している熱可塑性相からなる材料から成
形された物品にも係る。これら物品は本発明の方法によ
って得ることができる。
【0002】
【従来の技術】エポキシ樹脂とブレンドした熱可塑性ポ
リマーからなるポリマーブレンドを成形する方法は公知
である。これら方法の利点は、いくつかの熱可塑性ポリ
マーはその加工温度が高いため成形が困難であるという
事実に関連している。そのようなポリマーを未硬化すな
わち低分子量のエポキシ樹脂とブレンドすることによっ
てそのようなポリマーをより低い温度で成形することが
可能になる。使用した熱可塑性ポリマーの良好な性質を
もつ成形品を得るには、成形工程の後熱可塑性ポリマー
からエポキシ樹脂を分離してエポキシ粒子が分散した熱
可塑性ポリマーの連続したマトリックスを得る必要があ
る。一方、熱可塑性粒子が分散している硬化したエポキ
シ樹脂の連続相を有する材料から製品を作成する方法も
公知である。この後者の場合、製品としては、分散され
た熱可塑性樹脂の粒子によっていくらか調節されている
硬化したエポキシ樹脂の材料特性をもったものが得られ
る。
【0003】米国特許第3,763,088号に記載さ
れている方法では、非結晶性の熱可塑性樹脂を未硬化の
エポキシ樹脂とブレンドしている。このブレンドは、高
温の溶融押出機で成分をドライブレンドし融解混合する
ことによって調製することができる。この熱い溶融物は
射出成形によって成形してもよい。最終構造が、未硬化
のエポキシ樹脂粒子が分散しているポリマー粒子の連続
相となるように、エポキシ樹脂の相対量を選択する。そ
のような構造を得るには、充分に高い分子量をもったエ
ポキシ樹脂を使用することが必須である。その実施例で
は分子量3,600〜8,000のエポキシ樹脂を使用
している。
【0004】米国特許第4,623,558号に記載さ
れている方法では、熱可塑性樹脂を、未硬化のエポキシ
樹脂および熱開始剤または光開始剤と、その系の硬化温
度より低い温度でブレンドしている。このブレンドをガ
ラスマットと混合した後加熱し硬化させる。しかし、ポ
リフェニレンエーテルのように融解温度またはガラス転
移温度が高いポリマーの場合は、熱可塑性樹脂の相対量
が多過ぎると、硬化温度より低い温度でポリマー、エポ
キシ樹脂および開始剤の均一なブレンドを得るのは不可
能である。実際、この特許の方法は、硬化後に、熱可塑
性ポリマーの粒子が分散している硬化したエポキシ樹脂
の連続相を形成するブレンドの加工にのみ適している。
【0005】米国特許第5,382,384号とその親
出願に係る米国特許第5,250,228号に記載され
ている方法では、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、導電性
充填材および硬化剤を一緒に混合し、その混合物をその
硬化温度より低い温度で成形し、その成形した混合物を
急速に硬化温度まで加熱し、その硬化温度で硬化させ
る。混合は硬化剤の硬化温度より低い温度で行なう。す
でに記載したように、この方法では、ポリフェニレンエ
ーテルのような融解温度の高いポリマーを比較的大量に
使用するのは不可能である。
【0006】欧州特許第537,005号にはプリプレ
グの製造方法が記載されており、その方法では、ポリフ
ェニレンエーテルポリマーを液体のエポキシ材料と、場
合によっては難燃剤および触媒と共に、100〜130
℃の温度でブレンドする。次いで、このブレンドを造粒
し、得られた微粒を1種以上の強化用の織物または繊維
と一緒にし、そうして得られた混合物を加圧下210〜
250℃で硬化させる。ポリフェニレンエーテルとエポ
キシのブレンド操作はエポキシ樹脂の硬化温度より低い
温度で行なう。このため、この方法の可能性は大きく制
限される。
【0007】「ポリマー(Polymer) 」第35巻第20号
(1994年)第3450頁に記載されている方法で
は、175℃のブラベンダーニーダーで約1時間混練す
ることによってエポキシとポリフェニレンエーテル(P
PE、熱可塑性樹脂)の溶液を調製する。別法として、
同方向回転型二軸式押出機で5〜10分間混合すること
によってブレンドを調製することが提案されている。そ
の後、ブラベンダーミキサー中の均一な溶液に約2分間
硬化剤を加え、得られたコンパウンドを圧縮成形し、2
時間の硬化サイクルで硬化させ、200℃で4時間の間
後硬化処理する。
【0008】エポキシ/PPE混合物、特に20重量%
以上のPPEを含む混合物を175℃の温度で混合する
と、射出成形のような多くの商業的に有用な成形方法に
とっては粘稠過ぎる組成物が得られる。選択した溶融混
合温度で速い硬化剤または触媒を用いた場合でも、エポ
キシ樹脂の早期反応を起こすことなく高温で(PPEの
場合、220℃より高温で)加工することが可能である
ということがこのたび判明した。これは迅速な混合を確
保することによって達成することができる。本発明の方
法の第二の工程における混合時間は、成分の種類および
必要とされる温度に応じて、2分よりずっと短くなり得
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、1種以上の
熱可塑性ポリマーと未硬化の熱硬化性および/または重
合性エポキシ樹脂とからなるポリマーブレンドを成形す
るための簡単で有効な方法を提供する。本発明の方法に
よると、サイクル時間が短くなる比較的速い硬化および
/または重合系を使用することが可能である。本発明の
方法によると、ポリマーをその通常の加工温度より低い
温度で成形することが可能になる。これは、その加工温
度で不安定であったり酸化に対して感受性であったりす
る熱可塑性材料の加工にとって重要である。また、本発
明の方法によると、ポリマーの通常の加工温度で熱的に
不安定な物質をポリマー中に配合することも可能にな
る。本発明の方法によると、融点またはガラス転移温度
が高い熱可塑性樹脂を比較的大量に使用する場合でも、
ブレンドを成形し、成形工程後そのブレンド中のエポキ
シ樹脂を硬化および/または重合させることが可能であ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、(a)少なく
とも1種の熱可塑性ポリマーを、その熱可塑性ポリマー
のガラス転移温度または融解温度より高い温度で、
(i)未硬化のエポキシ樹脂、または(ii)エポキシ硬
化剤もしくは触媒の一方と溶融混合してブレンドを形成
し、(b)(i)エポキシ樹脂、または(ii)エポキシ
硬化剤もしくは触媒の他方を、熱可塑性ポリマーのガラ
ス転移温度または融解温度より高い温度で、(a)のブ
レンドとさらに溶融混合して、実質的に未硬化であるが
本質的に硬化可能および/または重合可能な組成物を形
成し、(c)場合により、(b)の組成物から成形品を
形成し、(d)この場合により形成した成形品を速硬化
および/または速重合させることからなるポリマー組成
物の製造方法を提供する。
【0011】
【発明の実施の形態】添付の図面は本発明の方法に適し
た装置の概略を示す。図1に、2成分共射出成形機のミ
キシングヘッドを概略的に示す。2つの低粘稠ポリマー
流を、チャンネル1および2を介して、ノズル3内に装
着された静的ミキサー4の中に供給する。このポリマー
流は、たとえば、一方が熱可塑性ポリマーと未硬化のエ
ポキシ樹脂とのブレンド、他方が担体樹脂と硬化剤もし
くは触媒とのブレンドであることができる。この静的ミ
キサー4で混合されると実質的に未硬化であるが本質的
に硬化可能な組成物が得られ、これは場合によって行な
われるさらなる成形および硬化のためにノズル3のオリ
フィスから出て行く。
【0012】図2の適合した押出機は2つの供給口、す
なわち押出機の喉部の供給口1および押出機の出口ノズ
ル付近の供給口2を備えている。押出機は基本的に、一
本のスクリューまたは二本のスクリューが設置されてい
る長いチューブ様構造を形成する一連のバレルで構成さ
れている。このスクリューはいくつかのセクション部分
をもっている。図2で異なるタイプの陰影をつけてある
ように、スクリューの供給口2付近には、すべての成分
の充分な混合を確保するセクションが設けられているの
が好ましい。
【0013】図3に、図2の押出機をプリプレグ製造手
段と組合せて概略的に示す。図3で、ひとつ、または実
際に示されているように2つのロール3が、押出機から
出て来る低粘稠組成物と共にガラスマットを2対のロー
ル4に供給する。ロール4は押出機から出て来る組成物
とガラスマットを一緒にしてプリプレグにする。本発明
は、(a)少なくとも1種の熱可塑性ポリマーを、
(i)未硬化のエポキシ樹脂、または(ii)エポキシ硬
化剤もしくは触媒の一方と溶融混合してブレンドを形成
し、(b)(i)エポキシ樹脂、または(ii)エポキシ
硬化剤もしくは触媒の他方を、工程(a)のブレンドと
さらに溶融混合して、実質的に未硬化であるが本質的に
硬化可能および/または重合可能な組成物を形成し、
(c)場合により、工程(b)の組成物から成形品を形
成し、(d)前記場合により形成した成形品を速硬化お
よび/または速重合させることからなるポリマー組成物
の製造方法を提供する。
【0014】好ましい態様では、上記方法の工程(b)
の溶融混合に使用する温度で、粘度の上昇によって明ら
かになる相分離を2分以内に示すエポキシ樹脂とエポキ
シ硬化剤または触媒との組合せを使用する方法が提供さ
れる。また別の好ましい態様においては、上記方法の硬
化工程(d)を60分以内に行なう。
【0015】別の好ましい態様では、少なくとも1種の
熱可塑性ポリマー、未硬化エポキシ樹脂およびエポキシ
硬化剤または触媒の相対量を、工程(d)の後少なくと
も1種の熱可塑性ポリマーが連続相を形成するように選
択する方法が提供される。必要な量は各種成分の正確な
性質に依存する。この必要量は、少なくとも1種の熱可
塑性ポリマーとエポキシ樹脂との重量比をさまざまに変
えた一連の異なる組成物を調製し、成形し、硬化させる
ことによって容易に決定することができる。こうして得
られた硬化生成物を電子顕微鏡で分析して硬化した製品
中の少なくとも1種の熱可塑性相の形態を決定すること
ができる。
【0016】少なくとも1種の熱可塑性ポリマーの含量
が比較的低く、熱可塑性ポリマーが硬化したエポキシ樹
脂の連続相内に分散しているような組成物は、熱可塑性
ポリマーの含量が高くて、熱可塑性ポリマーが連続相を
形成するような組成物と区別される。連続相が熱可塑性
ポリマーである場合2つの可能性があり、いずれも好ま
しい構造に属する。ひとつは、熱可塑性ポリマーの連続
相にエポキシ樹脂が不連続に分散しているものである。
もうひとつは、エポキシ樹脂も連続相を形成しており、
そのため熱可塑性ポリマーとエポキシ樹脂の連続相が互
いに絡み合っていわゆる相互侵入網目構造を形成してい
るものである。
【0017】別の好ましい方法は、熱可塑性ポリマーと
未硬化エポキシ樹脂またはエポキシ硬化剤もしくは触媒
の一方とのブレンドを溶融押出機の上流部で形成し、エ
ポキシ樹脂またはエポキシ硬化剤もしくは触媒の他方と
前記ブレンドとの混合を前記押出機の下流部で行なって
実質的に未硬化であるが硬化可能および/または重合可
能な組成物を形成するものである。好ましい方法はエポ
キシ硬化剤または触媒を予め担体とブレンドするもので
ある。
【0018】本発明のさらに別の態様では、少なくとも
1つの静的または動的ミキサーを用いて、エポキシ樹脂
またはエポキシ硬化剤の他方を前記ブレンドと混合する
ことによって、実質的に未硬化であるが本質的に硬化可
能および/または重合可能な組成物を形成する方法が提
供され、この際、エポキシ硬化剤または触媒を予め担体
とブレンドすると好ましい。
【0019】本発明の好ましい方法は、硬化または重合
の後エポキシ樹脂を少なくとも部分的に架橋するもので
ある。未硬化のエポキシ樹脂の分子量が約3,000未
満であるのが好ましい。別の態様では、実質的に未硬化
であるが本質的に硬化可能および/または重合可能な組
成物を押出して粉末、顆粒、フィルムまたはシートを形
成する方法が提供される。また、本発明により、本発明
の方法によって形成されたプリプレグも提供される。好
ましい熱可塑性ポリマーはポリフェニレンエーテル、ポ
リエーテルイミド、ポリエステル、脂肪族ポリケトンま
たはシンジオタクチックポリスチレンの少なくとも1種
からなる。
【0020】本発明の別の一面では、(a)少なくとも
1種の熱可塑性ポリマーを、(i)未硬化のエポキシ樹
脂、または(ii)エポキシ硬化剤もしくは触媒の一方と
溶融混合してブレンドを形成し、(b)(i)未硬化の
エポキシ樹脂、または(ii)エポキシ硬化剤もしくは触
媒の他方を、工程(a)のブレンドとさらに溶融混合し
て、実質的に未硬化であるが本質的に硬化可能および/
または重合可能な組成物を形成し、(c)溶融状態で工
程(b)の組成物と強化材を組合せて強化されたプリプ
レグを形成することからなる強化されたプリプレグの製
造方法が提供される。
【0021】好ましい強化材は粉末ガラス、チョップド
ガラス、ガラスマット、ポリマー性強化用繊維、または
マットおよび無機充填材および繊維である。ポリマー繊
維の例はポリ(エチレンテレフタレート)、ポリアミド
6、ポリアミド6,6またはポリアミド4,6から作成
されたものである。適した無機強化材はロックウール繊
維などである。
【0022】さらに好ましい方法は、押出の直後である
が固体のブレンドが形成される前にガラスマットをブレ
ンドと組合せるものである。また、本発明の方法によっ
て得られたプリプレグも提供される。加工プロセス エポキシ樹脂の硬化および/または重合の際にはエポキ
シ樹脂の相分離が起こる。硬化および/または重合の際
にポリマーブレンドは、溶融ブレンドの粘度を測定する
ことで決定することができるようにずっと粘稠になる。
実質的に硬化なしとは、(最初に融解の際に低下した
後)粘度の上昇がまだ始まっていないことを意味する。
【0023】本発明の方法において、少なくとも1種の
熱可塑性ポリマーとエポキシ樹脂との相対量は、硬化お
よび/または重合の後、熱可塑性ポリマーが連続相を形
成し、その中に硬化および/または重合したエポキシ樹
脂の粒子が分散することになるように、あるいはポリマ
ー相とエポキシ相とが相互侵入網目構造を形成するよう
に、選択するのが好ましい。
【0024】本発明の方法においては、他の成分を配合
することが可能である。これは本方法の工程(a)と
(b)で可能である。本発明の方法には、射出成形、圧
縮成形または射出‐圧縮成形などいかなる成形工程も適
している。本発明の方法においては、工程(b)を高温
で実施し、そこで成形された製品を、エポキシ樹脂を速
硬化および/または速重合させるのに充分な時間前記の
高温に保持することによって、工程(b)と(c)を一
緒に組合せることが可能である。
【0025】追加の工程を含ませることによって本発明
の方法を変更することが可能である。しかし、すでに記
載したように工程(a)と(b)は含まなければならな
い。たとえば、硬化剤と担体を溶融混合することによっ
てそのブレンドを最初に形成し、そうして得られたブレ
ンドを押出し、それをペレット化することが可能であ
る。こうして得られたペレットは次いで本発明方法の工
程(a)で使用することができる。また、工程(a)の
ブレンドを迅速に冷却・固化し、それを成形する前に再
加熱することも可能である。
【0026】押出機のような標準的な混合機で標準的な
方法により硬化剤および/または触媒を熱可塑性樹脂お
よびエポキシ樹脂とブレンドすると、エポキシ樹脂の早
期の硬化が起こり、得られるブレンドの成形がほとんど
不可能になることが立証されている。これは特に、サイ
クル時間を短くするのに必要とされる好ましい速硬化剤
を使用する場合に当てはまる。驚くべきことに、本発明
の方法を用いると成分を効率よく混合することができる
ということが判明した。実質的な硬化または重合を回避
するような短い滞留時間で、良好な混合を迅速に達成す
ることができる。本発明の方法は、たとえば特別な混合
装置で行なうことができる。これらの混合装置は、たと
えば押出機のノズルのところに装着することができ、工
程(b)の実質的に未硬化であるが本質的に硬化可能お
よび/または重合可能な組成物を調製するのに使用する
ことができる。
【0027】適した混合装置の代表例を以下に示す。 1.静的混合装置。市販のスルザー(Sulzer)、ケニクス
(Kenics)、コマックス(Komax) またはロス(Ross)ミキサ
ー。スルザー(Sulzer)設計の静的ミキサーは一組の金属
バーで構成されており、線状の溶融流を激しく分断し、
いろいろな材料の流れを撹拌・混合する。スルザー社(S
ulzer A.G.) の設計と仕様に基づく静的混合装置は具合
よく使用されている。
【0028】2.動的混合装置(たとえば、キャビティ
ートランスファーミキサー(cavitytransfer mixer) 、
「CTM」、押出機)。キャビティートランスファーミ
キサーの動的混合装置は穴付きの可動リングで構成され
ており、このリングが溶融流の中で回転することによっ
て撹拌・混合を生じさせる。計量供給系を備えた適切な
キャビティートランスファーミキサーは、ゲール(G.M.
Gale) によりラプラ・テクノロジー社(RAPRA Technolog
y Ltd.) 「単軸押出機を使用するポリマー中への固体お
よび液体の添加剤の混合(Mixing of Solid and Liquid
Additives into Polymers Using Single Screw Extrude
rs) 」ANTEC(1991年)第95頁、またはゲー
ル(G.M. Gale) により「ブリティッシュ・プラスチック
・アンド・ラバー(British Plastics & Rubber) 」第1
0巻、1994年6月に記載されている(引用により本
明細書に含まれているものとする)。
【0029】本発明の方法の好ましい態様においては、
熱可塑性ポリマー(1種以上)とエポキシ樹脂をひとつ
の押出機内で溶融混和し、硬化剤および/または触媒
と、熱可塑性ポリマーと同じであってもよい担体ポリマ
ーとを第二の押出機内で溶融混和し、両方のフィーダー
の溶融押出物を静的ミキサーや動的ミキサーのような混
合装置に同時に供給する。そしてこの混合装置で2つの
押出物が迅速にブレンドされる。
【0030】硬化または重合後の最終製品の良好な機械
的性質および熱的性質を得るためには、熱可塑性ポリマ
ー(1種以上)およびエポキシ樹脂のブレンドと硬化剤
および/または触媒との充分な混合が重要である。ま
た、本発明の方法は、ガラス繊維マットのような繊維マ
ットで強化された熱可塑性ポリマー(1種以上)から作
成されるシートの製造にも極めて有用である。
【0031】本発明方法の工程(a)の必要なブレンド
および工程(b)の硬化および/または重合可能な組成
物を作成するのに適したひとつの押出機は、ワーナー‐
プフライデラー(Werner-Pfleiderer) から入手可能なも
ののような充分に噛みあって同方向に回転する多バレル
型の二軸式押出機である。本発明の方法に適したいくつ
かのオプションのひとつで、(図2に概略を示したよう
な)多バレル型の二軸式押出装置は、以下に述べるよう
な構造になっている。たとえばポリフェニレンエーテル
(PPE)/エポキシ樹脂の予め押出したブレンドは、
極めて流動性が高く、必要とされる融解温度が純粋なP
PEよりずっと低く、このブレンドは押出機の供給喉部
1に添加することができる。バレルの設定温度とスクリ
ュー設計は、熱可塑性ポリマー(たとえばPPE)とエ
ポキシ樹脂が押出機の上流部分で溶融して混合されるよ
うになっている。バレル温度は、熱可塑性ポリマーがP
PEの場合、約150〜約300℃の範囲である。その
際、熱可塑性樹脂の溶融・混合用の押出機の上流側バレ
ルゾーンの温度範囲は熱可塑性樹脂のTg(ガラス転移
温度)または融点以上である。次いで、熱可塑性樹脂と
エポキシ樹脂の溶融混合された溶融ブレンドは、押出機
の下流側バレルゾーンにおいて、適切なエポキシ樹脂硬
化剤および/または触媒(簡単にするために、以下、硬
化剤および/または触媒を意図している場合は単に「硬
化剤」とのみ記載する)を側方フィーダー2を用いてバ
レルの下流部分に添加することによって、この硬化剤と
ブレンドされる。PPE/エポキシと硬化剤との混合を
促進するために、側方供給口に隣接してタービン混合装
置、ギア混合装置または混練ブロックのような混合装置
を使用するのが好ましい。溶融ブレンドが押出機を出る
直前に押出機の下流バレルゾーンに硬化剤を添加するこ
とは、PPE/エポキシ中に速硬化系を混入する際に重
要であることが分かる。PPE、エポキシおよび硬化剤
からなるブレンドは、その後、溶融形態のままポンプに
より、ペレット化用ダイを介して水浴およびペレタイザ
ーへ送られるか、またはシートダイを介してシート/フ
ィルム押出用ニップロール対へ送られるか、またはシー
トダイを介して送られ次いでガラスマット強化複合材製
造用のニップロール対もしくは二重ベルト積層装置でガ
ラスマットまたはガラス繊維と組合せられる。その後、
この押出されたブレンドをさらに成形し、その成形品の
エポキシ樹脂成分をエポキシ樹脂の相分離条件下で硬化
させる。
【0032】あるいは、別法として、PPEのような熱
可塑性樹脂中に予め押出された濃縮物の形態の硬化剤
を、押出機の下流バレルゾーンに添加することができ
る。この方法で製造されたペレットをさらに圧縮成形し
硬化させる。さらに別の態様では、PPE粉末を押出機
の供給喉部1に加え、液体のエポキシ樹脂はギアポンプ
によって押出機の供給喉部1と側方フィーダー2との間
に注入し、硬化剤を側方フィーダー2によって加えた。
別法として、エポキシ樹脂はいくつかの流れに分割した
後押出機に供給してもよい。
【0033】流動性の高いPPE/エポキシ/硬化剤ブ
レンドは複合材用途に特に適している。そのような用途
において、予めブレンドしたPPE/エポキシのような
熱可塑性樹脂/エポキシは押出機の供給喉部に加えるこ
とができ、シート押出およびガラスマット強化複合材の
製造では硬化剤の下流での添加を保つ。熱可塑性PPE
樹脂とエポキシ樹脂を押出機の上流部分で融解・混合す
る。その後、溶融混合した熱可塑性(たとえばPPE)
樹脂とエポキシ樹脂の溶融ブレンドを、押出機の下流ゾ
ーンにおいて、側方フィーダーを介して下流バレルに適
切なエポキシ樹脂硬化剤を加えることによって、この硬
化剤と混和する。次いで、PPE、エポキシおよび硬化
剤からなるブレンドを溶融状態のままポンプによりシー
トダイ、次に冷却されたニップロールを介して引き下
げ、押出機から出た後そのシートを固化させる。さら
に、製造されたシートをガラスマットと交互に積層して
ガラスマットと組合せ、圧縮成形し、硬化させてガラス
繊維で強化された複合物品を作成する。
【0034】別法として、ガラスマット強化複合材は、
図3に示してあるように制御されたやり方で、押出され
たシートと直ぐさまガラスマットを組合せることによっ
て調製できる。ブレンドを押出してシートとし、ローラ
3の助けにより適当な寸法のガラスマットをそのシート
と直ぐさま組合せる。得られたPPE/エポキシ/硬化
剤ブレンドシートとガラスマットのサンドイッチを一連
のロール4または二重ベルト積層装置で注意深く混練し
てガラスにシートを完全に含浸させる。
【0035】成分 ポリマー(たとえば熱可塑性樹脂) 本発明の方法においては熱可塑性樹脂または熱可塑性樹
脂の組合せのいかなるものも使用することができる。し
かし、本発明の方法は、融点またはガラス転移温度が高
いポリマーブレンドを成形したい場合に特に有利であ
る。そのようなポリマーブレンドの例は、ポリフェニレ
ンエーテル、芳香族ポリカーボネート、芳香族ポリスル
ホン樹脂、ポリエーテルスルホン、ポリスチレン、シン
ジオタクチックポリスチレン、ポリアミド、フェノキシ
樹脂、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテル
イミド/シリコーンブロックコポリマー、ポリウレタ
ン、ポリエステル、アクリル樹脂、スチレン/アクリロ
ニトリル樹脂、スチレンブロックコポリマーおよび脂肪
族ポリケトンを含むブレンドである(たとえば、欧州特
許出願公開第0121965号および同第021367
1号参照)。
【0036】上記ポリマーはよく知られており、そのほ
とんどはさまざまな供給元から市販されている。本発明
に有用なその他の熱可塑性樹脂は、たとえば、米国特許
第4,528,346号または欧州特許出願公開第01
48493号(いずれも引用したことにより本明細書に
含まれているものとする)に記載されているものであ
る。
【0037】極めて適切な熱可塑性ポリマーはポリフェ
ニレンエーテル樹脂(通常PPEと略記される)であ
る。市販のPPEはポリ(2,6‐ジメチル‐1,4‐
フェニレンエーテル)である。また、以下に述べるさま
ざまなフェノール系モノマーとのコポリマー、または化
学結合したアミンを含有する末端基(いわゆる「マンニ
ッヒ端(Mannich-ends)」)を有するポリマーも有用で
ある。このPPEは米国特許第4,853,423号に
記載されているように数平均分子量が約1000〜約8
0,000であってよい。「PPE」の追加の説明は米
国特許第4,496,695号および同第5,141,
791号または欧州特許第0557086号に見ること
ができる。適切なPPEはまた末端基が変性され「キャ
ッピングされた」PPEまたはその他「変性された」P
PEでもある。また、PPEが欧州特許出願公開第02
83775号に記載されているような反応性の基で変性
されている「官能化された」PPEも包含される。本発
明によるPPE樹脂および変性されたPPE樹脂はま
た、欧州特許出願公開第0557086号に記載されて
いるようにスチレンポリマー(ビニル芳香族(コ)ポリ
マー)または他のコポリマーとのグラフトポリマーと混
和することもできる。このスチレン(コ)ポリマーはポ
リスチレン(PS)、結晶性透明ポリスチレン(ccP
S)、耐衝撃性ポリスチレン(HIPS)であることが
できる。特に、アクリロニトリルおよび場合によりゴム
とのスチレンコポリマー(スチレン‐アクリロニトリル
コポリマー(SAN)、アクリロニトリル‐ブタジエン
‐スチレンターポリマー、アクリロニトリル‐スチレン
‐アクリレートターポリマーおよびスチレン‐無水マレ
イン酸コポリマー)を挙げることができる。アクリロニ
トリル含量の高いSAN、およびポリアクリロニトリ
ル、ならびに無水マレイン酸含量の高いコポリマーがこ
の方法で有用である。これらのコポリマーとPPEとの
ブレンドも有用である。
【0038】エポキシ樹脂(未硬化の熱硬化性および/
または重合性エポキシ樹脂) エポキシ樹脂は本発明における熱可塑性ポリマーの可塑
剤として機能する。ここでエポキシ樹脂とは、少なくと
も1つのエポキシ官能基を含有する通常のダイマー性、
オリゴマー性またはポリマー性のエポキシ材料のいずれ
かを意味している。有用な化合物は米国特許第5,25
0,228号または欧州特許出願公開第0148493
号(引用により本明細書に含まれているものとする)に
記載されている。
【0039】特に有用なのは、エピクロロヒドリンとビ
スフェノールAまたはビスフェノールFとの縮合によっ
て得られる化合物である。特に、(米国特許第4,49
6,695号に記載されているように)分子量が約12
0〜約12,000であるエポキシ樹脂が有用である。
分子量200〜1,000のエポキシ化合物がさらに好
ましく、分子量200〜800が特に好ましい。とりわ
け有用なものは、エピクロロヒドリンとビスフェノール
Aとの縮合によって得られるエポキシ樹脂である。これ
らは、分子中に取り込まれたビスフェノール‐A(BP
A)単位の数によっていろいろな分子量のものが入手で
きる。概観としては、「エポキシ樹脂マニュアル、比較
データ、フォーム(Epoxy Resin Manual, Comparative D
ata, Form)第296−005−79号、ダウ(DOW) (1
979年)」または「エポキシ樹脂の長短(The Long an
d the Short of Epoxy Resins)、シェル(SHELL) (19
92年)」を参照することができ、これらは引用により
本明細書に含まれているものとする。本発明の基礎とな
った実験でも使用した基本的なものは、両方のフェノー
ル端にグリシジル基を有する1つのBPAから実質的に
成る(以下「BADGE」とする)。これらはエピコー
ト(Epikote) (登録商標)828[シェル(SHELL) ]、
D.E.R.331[ダウ(DOW) ]、アラルダイト(Ara
ldite)(登録商標)GY250またはUSA6010
[チバ‐ガイギ(Ciba-Geigy)]のような名称で市販され
ている。これらの化合物の分子量は約380である。
【0040】BADGEエポキシ樹脂はまた、エポキシ
基を1つしかもたないエポキシ樹脂および/または「希
釈剤」、すなわち流動性をさらに改良する添加剤として
用いる化合物と混和してもよい。「エポキシ樹脂マニュ
アル、比較データ、フォーム(Epoxy Resin Manual, Com
parative Data, Form)第296−005−79号、ダウ
(1979年)」参照。
【0041】特に重要な他の群のものは、環式脂肪族化
合物をベースとするエポキシ基変性樹脂(たとえば、E
RL−樹脂、ユニオン・カーバイド(Union Carbide)
)、フェノールをベースとする樹脂(たとえば、EP
N−樹脂、チバ‐ガイギ(Ciba-Geigy))およびクレゾー
ルをベースとする樹脂(たとえば、ECN−樹脂、チバ
‐ガイギ(Ciba-Geigy))である。
【0042】硬化剤および/または触媒 低分子量のエポキシ樹脂から、前記熱可塑性ポリマー
(1種以上)ともはや混和しない高分子量の、通常は架
橋した樹脂への変換を助けるために硬化剤および/また
は触媒を使用する。硬化剤は、エポキシ樹脂上のエポキ
シド基と化学量論的に反応する試薬と定義される。
【0043】有用な種類の硬化剤は、脂肪族アミン、脂
肪族アミン付加物、芳香族アミン、芳香族アミン付加
物、アミドアミン、ポリアミド、環式脂肪族アミン、無
水物、ポリカルボン酸ポリエステル、イソシアネート、
フェノールをベースとする樹脂(たとえば、フェノール
ノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノー
ルテルペンコポリマー、ポリビニルフェノールコポリマ
ー、ビスフェノール‐Aホルムアルデヒドコポリマー、
ビスヒドロキシフェニルアルカン)から選択されるもの
である。
【0044】本発明で使用する触媒は、エポキシド基の
重合を開始させるかまたは硬化剤とエポキシド基との反
応を促進する化合物である。触媒の代表例と硬化剤のリ
ストはポリマー科学・技術事典(Encyclopedia of Polym
er Science and Engineering) (引用により本明細書に
含まれているものとする)に見られる。本発明で有用な
硬化剤は、米国特許第5,250,228号および同第
4,623,558号(引用により本明細書に含まれて
いるものとする)に挙げられている。たとえば、ルイス
酸塩、BF3 錯体、イミダゾール、ジシアンジアミドお
よびホスホニウム塩である。触媒の詳細なリストは、米
国特許第4,833,423号および同第4,496,
695号(引用により本明細書に含まれているものとす
る)に提供されている。
【0045】硬化剤と触媒は、所望の反応速度および特
性を得るためにさまざまな組合せで使用することができ
る。エポキシ樹脂と、架橋されたエポキシ樹脂に導く硬
化剤および/または触媒の組合せを使用するのが好まし
い。このためには、たとえば、二官能性のエポキシ樹脂
を少なくとも三重の官能性を有する硬化剤と組合せるこ
とができる。
【0046】硬化剤および/または触媒は、通常、ブレ
ンド中のエポキシ樹脂の望ましくない早期の反応(重
合、硬化)を最小限にするようにできるだけ遅く添加す
る。硬化剤および/または触媒がまた高温での容易な混
和を可能にするのに充分なように少なくとも1種の熱可
塑性ポリマーを可塑化もするような場合には、その硬化
剤および/または触媒を最初に混和することができる
が、エポキシ樹脂はその後できるだけ遅く添加するべき
である。
【0047】この系に(エポキシドの反応に必要とされ
る)熱をかけるのに有用な手段は、市販されているバッ
テンフェルド(Battenfeld)2K共射出成形機と同様に、
単軸または二軸の押出機または二重バレル射出装置を用
いるものであることができる。金型を介して直接または
間接に材料を加熱する手段は米国特許第4,623,5
58号および同第4,496,695号に列挙されてい
る。これらには、紫外線、太陽灯、電磁加熱、高周波誘
導加熱、高周波誘電加熱、電磁線および電子ビームが包
含される。
【0048】本発明の方法で加工するブレンドには追加
の成分を使用してもよい。当業者には公知のように、本
発明の方法によって作成されるブレンドは、チョーク、
粘土、MgO、雲母、繊維状充填材(ガラス繊維、ガラ
ス織物マット、ガラス不織マット、天然繊維、炭素繊
維、炭素繊維マット、合成繊維、ポリマー繊維、たとえ
ばポリアミド繊維、ポリエステル繊維またはポリアラミ
ド繊維)、ゴム材料、安定剤、導電性添加剤、難燃性添
加剤、Mg(OH)2 、顔料、ワックスおよび潤滑剤を
含むことができる。欧州特許出願公開第0557086
号、欧州特許出願公開第0350696号、米国特許第
4,496,695号およびドイツ特許第371175
7号には豊富な例示がされている。
【0049】これらの必須ではない成分を混合するには
各種の手段を応用できる。これらの成分は、熱可塑性ポ
リマー(1種以上)とエポキシ樹脂とをブレンドするプ
ロセスの間に添加することもできるし、または、未硬化
であるが重合可能な組成物を成形する時(しかし、エポ
キシ樹脂と硬化剤および/または触媒との実質的な反応
が起こる前)にも添加することができる。
【0050】重要な組成および組成範囲 本発明の最終目的は、成形の間に高流動性の熱可塑性組
成物を用いるために短いサイクル時間内に容易に得るこ
とができる高耐熱性で耐衝撃性の熱可塑性製品を得るこ
とである。熱可塑性ポリマーとしてPPEを使用する場
合、連続相のPPEブレンドは22%という低いPPE
含量を用いて得ることができる [高分子化学、高分子
シンポジウム(Makromol. Chem., Makromol. Symp.)第7
5巻、第73〜84頁(1993年)/ポリマー(Polym
er) 第35(20)巻、第4349頁(1994
年)]。しかし、これはブレンド中の成分の実際の種類
と濃度に依存する。
【0051】本発明の好ましい態様では、組成物全体の
約22〜約99重量%のPPE、組成物全体の約5〜約
77重量%のエポキシ樹脂、および組成物全体の約1〜
約25重量%の硬化剤/硬化触媒を含む。本発明の好ま
しい態様では、本発明方法の工程(b)の溶融混合に用
いる温度で2分以内に相分離を示す(粘度の上昇に現れ
る)エポキシ樹脂とエポキシ硬化剤または触媒との組合
せを使用する。相分離までにかかる時間の評価試験は密
閉式ミキサー[ハーケ・ブフラー・レオコード40シス
テム(Haake Buchler Rheocord 40 System)]で実施す
る。少なくとも1種の熱可塑性ポリマー、エポキシ樹脂
およびエポキシ硬化剤または触媒からなる混合物60グ
ラムを本発明方法の二番目の溶融混合工程に用いる温度
において48RPMで混練する。相対量は本発明方法を
実施する際と同じにする。機械に組み込まれた測定系を
用いてトルクを連続的にモニターする。ニーダーに成分
を加えると、最初トルクが上昇し(成分の融解)、次に
それより低い値で安定する。硬化反応が始まると相分離
が起こり、その結果粘度が上昇し、この系を撹拌するの
により高いトルクが必要になる。相分離の始まるまでの
時間は、融解ピークと安定期後のトルク上昇開始との時
間差として評価される。
【0052】
【実施例】以下の成分を用いて本発明の組成物を調製し
た。以下の実施例は本発明を例示するために示すもので
あり、本発明を限定するものではない。PPE−1 :ポリ(2,6‐ジメチル‐1,4‐フェニ
レンエーテル)。クロロホルム中の固有粘度約40ml/
g。PPO(登録商標)、ジー・イー・プラスチクス(G
E Plastics) 。示差走査熱分析で測定したTg値は21
5℃。
【0053】PPE−2:ポリ(2,6‐ジメチル‐
1,4‐フェニレンエーテル)。クロロホルム中の固有
粘度約46ml/g。PPO(登録商標)、ジー・イー・
プラスチクス(GE Plastics) 。示差走査熱分析で測定し
たTg値は215℃。BADGE :市販のビスフェノールAジグリシジルエー
テル。分子量370〜384。エピコート(Epikote) 8
28またはイーポン(Epon)828、シェル(Shell) 。B
ADGEは粘稠な液体である。
【0054】PA:ポリアミド6,6。ISO307に
よる粘度数約150ml/g。硬化剤として使用。ウルト
ラミド(Ultramid)A3、BASF。MCDEA :4,4′‐メチレン‐ビス‐(3‐クロロ
‐2,6‐ジエチルアニリン)。硬化剤として使用。ロ
ンザキュア(Lonzacure) M−CDEA、ロンザ(Lonza)
【0055】MDEA:4,4′‐メチレン‐ビス‐
(2,6‐ジイソプロピルアニリン)。硬化剤として使
用。ロンザキュア(Lonzacure) M−DEA、ロンザ(Lon
za) 。2−PHIM :2‐フェニルイミダゾール。触媒として
使用。アルドリッチ(Aldrich) 製。比較例1 加工時間がより短く粘度がより低くて成形がより容易な
材料を得ようとして、ポリマー(POLYMER) 第35巻、第
20号、1994年、第4350頁に記載されている方
法を高温で実施した。
【0056】41.2重量部のPPE−1、27.5重
量部のBADGE、30重量部のガラス繊維および1.
37重量部のTiO2 のブレンド約40グラムを、ハー
ケ密閉式ミキサー(Haake Internal Mixer)の中で280
℃の温度において充分に混合した。42重量部のPPE
−1、28重量部のPA(硬化剤として機能)、30重
量部のガラス繊維、0.07重量部のカーボンブラック
および0.5重量部のクエン酸の予め混合したブレンド
約20グラムを、ハーケ密閉式ミキサー(280℃)中
のブレンドに加え、2分間混和した。硬化反応は速く、
得られた配合製品をハーケ密閉式ミキサーから取り出す
のはほとんど不可能であった。また、粘度が極めて高
く、得られた製品を通常の圧縮成形で成形することはう
まくできなかった。
【0057】比較例2 60重量部のPPE−1、40重量部のPA、0.07
重量部のカーボンブラックおよび0.5重量部のクエン
酸の第一の予備ブレンドを、押出機で溶融混合して調製
した。58.8重量部のPPE−1、39.2重量部の
BADGEおよび2重量部のTiO2 を溶融混合して第
二の予備ブレンドを調製した。
【0058】この第一の予備ブレンドと第二の予備ブレ
ンドを(第一の予備ブレンド2部と第二の予備ブレンド
1部の重量比で)、後述の実施例1に記載するのと同じ
タイプの二軸押出機で、この押出機の供給喉部にこの2
つの予備ブレンドを供給することによって溶融混合し
た。この2つのブレンドの混合物100重量部に対して
30重量部のガラス繊維を押出機の下流で加えた。温度
は270℃とした。スクリュースピードは毎分300回
転とした。
【0059】この組成物を適当にコンパウンディングす
ることはできなかった。というのは、エポキシと硬化剤
が押出機内で反応を始めてしまって押出されたストラン
ドが非常に不安定であったからである。実施例1 PPE−1、チョップドガラス繊維、BADGE(また
はPA)および添加剤を含有する2つのブレンドを二軸
押出機でコンパウンディングした。ブレンドの組成は次
の通り。
【0060】 表 1 組成(重量部) ブレンド1 ブレンド2 PPE−1 41.2 42 BADGE 27.5 PA 28 ガラス繊維 30 20 TiO2 1.37 カーボンブラック 0.07 クエン酸 0.5 選択した成分の化学的性質は、ブレンド1とブレンド2
を250℃以上の溶融物中で充分に混合するとエポキシ
樹脂の相分離と架橋が起こると期待されるようなもので
ある。
【0061】ブレンド1をワーナー‐プフライデラー(W
erner-Pfleiderer) ZSK25同方向回転型二軸式押出
機でコンパウンディングしてペレットにした。BADG
Eを除くすべての成分はホッパーを介して押出機の喉部
に加え、BADGEはギアポンプで加えた。バレル温度
プロフィールは200℃、6×270℃、ダイヘッド温
度は270℃であり、スクリュースピードは300RP
M、溶融物温度は約325℃であった。
【0062】ブレンド2を、ワーナー‐プフライデラー
(Werner-Pfleiderer) ZSK28同方向回転型二軸式押
出機を用いて二段階でコンパウンディングしてペレット
にした。ガラスを除くすべての成分は第一段階で上流に
供給してコンパウンディングした。第二段階では、第一
段階のペレットをガラスと共に再度コンパウンディング
した。予備ブレンドは上流の喉部に供給し、ガラスは下
流で加えた。実験条件は次の通り。
【0063】 段階1 段階2 温度設定 280〜300℃ 280〜300℃ スクリュースピード 300RPM 300RPM 押出量 14kg/時 10kg/時 溶融物温度 約325℃ 約350℃ クエン酸はPPEとPAを相溶化するために使用した。
【0064】ブレンド1および2には、次段階で混合均
一性を目視評価できるようにそれぞれ二酸化チタンおよ
びカーボンブラックを加えた。押出挙動は安定であっ
た。ブレンド1と2のペレットを、75mmのスクリュー
を2つ備えたバッテンフェルド(Battenfeld)2K共射出
成形機(BM−T4000/2×2500)で2つの集
合体として別々に融解させた。バレル温度はブレンド1
と2でそれぞれ250℃と300℃であった。この機械
は、2つのチャンネル(1)と(2)を備えマシンヘッ
ドに適合した長いノズル(3)からなる(図1に概略的
に示した)加熱ミキシングヘッドをもっている。このノ
ズルは変えることのできる数の静的ミキサー(4)[ス
ルザー(Sulzer)SMK R22]を収容している。2つ
の溶融物流は、ノズル(3)に達するまでチャンネル
(1)と(2)内に別々に維持し、ブレンド2の1重量
部に対してブレンド1の2重量部の割合でミキシングエ
レメントに供給した。ミキシングヘッドの温度は約28
0℃に保った。この温度で粘度が低く射出成形に適した
組成物が得られた。混合した溶融物(ノズル3を出た
後)を射出成形して500×500×3mmの寸法の正方
形のシートにした。射出時間は約4秒であった。実際の
混合時間は全射出時間のほんの一部である。金型温度は
約60℃とした。これらの条件下でエポキシ相は硬化も
相分離もしなかった。これはブレンドの測定したTgが
124℃と単一であったことで立証された。
【0065】最初に混合均一性を外観によって目視評価
した。成形した小板は窒素元素分析にもかけた。これは
カルロ・エルバ(CARLO ERBA)の装置NA1500で行な
った。成形した小板から小さいサンプル(5mg)をドリ
ルで切り取った。25個のサンプルを分析のために50
×50mmの正方形のグリッドに載せた。25個すべての
測定値から平均と標準偏差を計算した。
【0066】射出成形した各小板を約2MPaの圧力の
垂直プレスで240℃において1時間圧縮成形すること
によって硬化し相分離した材料の試験片を得た。スチー
ルプレートに粘着するのを避けるためにテフロンをコー
トしたアルミホイルを使用した。結果を、静的ミキサー
エレメントの数の関数として表2と3に示す。
【0067】 表 2 混合したブレンド1と2に対する窒素元素分析と目視検査の結果 (ミキシングエレメントの数の関数として) 窒素分析 外 観 平均値 相対標準偏差 (%N) (s/x)(1) 静的ミキサーエレメント0 1.62 35.0% 極めて不均一 静的ミキサーエレメント8(2) 1.17 6.5% 曇り 静的ミキサーエレメント12 1.18 2.1% 均一 (1) 相対値で表した標準偏差:標準偏差を平均で割ったもの(%) (2) 2回の実験の平均 上記の試験結果は、ブレンド中の硬化剤の良好な分散を
達成するには、最小で8〜12個の静的ミキサーが最適
であることを示している。
【0068】 表 3 ミキシングエレメントの数の関数としての硬化製品の特性 DMA測定 Tg(℃) 温度性能 機 械 的 性 能 静的ミキ ノッチ無 サーエレ Vicat アイゾッ メントの エポキ PPE B/120 ト衝撃 曲げ弾性 曲げ強さ シ相 (C) (kJ/m2) 率 (GPa) (MPa) 0 80 150 152 6.7 3.5 50 8(1) 80 212 202 20 5.5 100 12 78 218 209 32 6 154 (1) 2回の実験の平均 ガラス転移温度は、動的機械的分析(DMA)によりタ
ンデルタピーク値から得た。この試験の条件は、加熱速
度2℃/分、負荷周波数1Hzであった。
【0069】ビカット(Vicat) B温度はISO306に
従って測定した。ノッチなしのアイゾット耐衝撃性はI
SO180に従って室温で測定した。曲げ弾性率と曲げ
強さはISO178に従って測定した。これらの結果
は、硬化後に優れた機械的・熱的性質をもつ製品を得る
ための適正な混合の重要性を示している。2つのTg値
の存在は、相分離が起こったことを示す。
【0070】実施例2 本実施例の目的は、適当なスクリューデザインと操作条
件の同方向回転型二軸式押出機(概略を図2に示す)で
硬化剤を下流に添加することによって、溶融PPE樹脂
およびエポキシ樹脂中に硬化剤を充分に混合することが
できることを示すことである。硬化剤としてはMCDE
Aを選択した。というのは、この硬化剤はBADGEと
極めてゆっくりと反応し、押出機内での早期の反応にじ
ゃまされることなく混合の比較ができるからである。比
較例1で示したようにMCDEAは上流の供給喉部で添
加することができる。
【0071】本実施例および以下の実施例のいくつかで
はPPE−2とBADGEを予めコンパウンディングし
てPPEとエポキシの重量比が70/30のブレンドと
する。このブレンドの製造の際、PPEはワーナー‐プ
フライデラー(Werner-Pfleiderer) ZKS−30という
10バレルの二軸式押出機の供給喉部に10kg/時の速
度で供給し、液体BADGEはギアポンプを用いて約
4.5kg/時でバレル5のところで押出機中に注入す
る。次の実験条件を使用する。
【0072】 バレル温度プロフィール: 250℃、8×270℃ ダイヘッド温度: 270℃ スクリュースピード: 300RPM ストランドダイから出た押出溶融物を水浴で冷却し、ペ
レット化した。このペレット化したブレンドを以下の説
明ではプレブレンドAという。
【0073】プレブレンドA中に硬化剤をコンパウンデ
ィングするのにもワーナー‐プフライデラー(Werner-Pf
leiderer) の30mm二軸式同方向回転型10バレルZS
K−30押出機(概略を図2に示す)を用いた。プレブ
レンドAを11.7kg/時の速度で上流の(1)に供給
した。硬化剤MCDEAは、サイド(側方)フィーダー
を用いて、約13.6kg/時の全体速度で下流の(2)
でバレル8に加えた。この押出機のスクリューはバレル
8で、迅速で良好な混合を確保するためにタービンミキ
シングエレメントを備えていた。比較のため、ひとつの
実験では、バレル8の代わりに供給喉部でバレル1の
(1)にMCDEAを加えた。硬化剤とPPE−2樹脂
およびエポキシ樹脂とのコンパウンディングは次の実験
条件で行なった。
【0074】 バレル温度プロフィール: 220℃、8×240℃ ダイヘッド温度: 240℃ スクリュースピード: 300RPM ストランドダイから出た押出溶融物を水浴で冷却し、ペ
レット化した。押出機内の全滞留時間は約30秒であ
り、側方供給後の混合時間は10秒未満であった。
【0075】PPE−2/BADGE/MCDEAブレ
ンドのペレットを約240℃で約2時間圧縮成形して直
径100mmの3mmディスクとした。この小板をほぼ同じ
大きさの12個の小片に切断し、混合均一性を測定する
ためにすべての小片を窒素元素分析によって試験した。
表4に挙げたMCDEAの下流添加の結果は、本発明に
おけるスクリューデザインと実験条件で、下流のバレル
8での添加の場合に硬化剤MCDEAとプレブレンドA
ブレンドの混合が優れており、硬化剤MCDEAの下流
添加の混合の品質が硬化剤の上流バレル1への添加で達
成されるものと同じであることを示している。
【0076】硬化したブレンドのガラス転移温度Tgを
DSCおよびDMA温度走査法によって決定した。結果
は、MCDEAで硬化したエポキシ相のTgが約145
〜150℃であり、PPE相のTgが約220℃である
ことを示している。走査型電子顕微鏡で測定した硬化し
たPPE−2/BADGE/MCDEAブレンドの典型
的な形態は、エポキシが相分離し、連続のPPEマトリ
ックス中に微細に分散した直径約1μmの粒子に硬化す
ることを示している。最終製品において、熱硬化したエ
ポキシは連続した熱可塑性PPE中で剛性の充填材とし
て機能する。
【0077】 表 4 成形した小板からのサンプルの元素分析(N含量) (目標値は供給流における1.1%である) 窒素含量 測定平均 相対標準偏差 MCDEA供給位置 (%N) (%)(1) バレル1(供給喉部) 1.10 2 バレル8(末端近く) 1.09 2 (1) 表2脚注の定義参照実施例3 ワーナー‐プフライデラー(Werner-Pfleiderer) の30
mm二軸式同方向回転噛み合い型10バレルZSK−30
押出機を用いて、PPE−2樹脂とBADGE樹脂中に
硬化剤をコンパウンディングした。プレブレンドAを約
12.1kg/時の速度で上流の喉供給部に供給し、硬化
剤MDEAはサイドフィーダーを用いて約13.6kg/
時の全体速度で下流のバレル8に加えた。硬化剤MDE
AとPPE−2樹脂およびBADGEの押出コンパウン
ディングは次の実験条件で行なった。
【0078】 バレル温度プロフィール: 220℃、8×240℃ ダイヘッド: 240℃ スクリュースピード: 300RPM。 ストランドダイから出た押出溶融物を水浴で冷却し、ペ
レット化した。押出機内の全滞留時間は約30秒であ
り、側方供給後の混合時間は10秒未満であった。ペレ
ットは単一のTg値79℃を示し、相分離が起こらなか
ったことを示していた。
【0079】PPE−2、BADGEおよびMDEAか
らなるブレンドのペレットを約230℃で約1時間圧縮
成形して約100×100mmの小板にした。この小板を
ほぼ同じ大きさの12個の小片に切断し、混合均一性を
試験するために窒素元素分析によってすべての小片を試
験した(N含量)。表5に小板7つ、全部で7×12=
84サンプルについて各サンプルを三回ずつ繰返して測
定した元素分析結果をまとめて示す。表5の結果に基づ
いて、硬化剤MDEAのPPE−2/BADGEブレン
ド中への混合は満足できるものであると結論することが
できる。DMA(動的機械的分析)走査は硬化したブレ
ンドが相分離していることを示している。MDEAで硬
化したエポキシ相のTgは約145〜150℃、PPE
相のTgは222℃であった。
【0080】 表 5 成形した小板からのサンプルの元素分析(N含量) (目標値は供給流における1.0%である) 窒素含量 測定平均 相対標準偏差 小板番号 (%N) (%)(1) 1 1.04 1 2 1.04 1 3 1.00 1 4 1.06 1 5 1.06 1 (1) 表2脚注の定義参照実施例4 約95/5の重量比の硬化剤MDEAと触媒2−PHI
Mを強力ヘンシェル(Henschel)ミキサーでドライブレン
ドした。プレブレンドAを約12.1kg/時の供給速度
で押出機の供給喉部に供給し、次に前記で得られたMD
EAと2−PHIMの乾燥混合物を、サイドフィーダー
を用いて約1.5kg/時の供給速度で下流のバレル8に
供給することによって溶融プレブレンドAと下流で混和
した。硬化剤とPPE−2樹脂およびBADGE樹脂と
の押出コンパウンディングは次の実験条件で実施した。
【0081】バレル温度: 150℃、2×220℃、
4×210℃、2×190℃ ダイヘッド: 180℃ スクリュースピード: 300RPM。 ストランドダイから出た押出溶融物を水浴で冷却し、ペ
レット化した。ペレットは単一のTg値79℃を示し、
これは相分離が起こらなかったことを示している。この
ようなペレットの完全な発熱エポキシ硬化には240℃
で約12分が必要である(DSC測定による)。
【0082】本実施例および後記実施例5で得られるペ
レットは、たとえば実施例1の二番目の部分に記載した
プロセスで使用することができる。比較例3 本例では、実施例4と同じ組成ならびに同じ硬化剤と触
媒を有するブレンドを、比較例1に示した方法によって
調製することを試みた。まず、PPE−1/エポキシプ
レブレンド55グラムを240℃でハーケ密閉式ミキサ
ー(Haake Internal Mixer)に加えた。5〜10分の混合
後約7グラムのMDEA/2−PHIMプレブレンドを
加えた。相分離のため粘度が1分以内に急激に上昇し、
得られた配合製品を圧縮成形に使用することは不可能で
あった。
【0083】実施例5 本実施例では、PPE−2とBADGEを予めコンパウ
ンディングしてPPE−2とBADGEの重量比が60
/40のブレンドとした。このブレンドの製造の際、P
PE−2を6.8kg/時の速度でワーナー‐プフライデ
ラー(Werner-Pfleiderer) ZKS−30という10バレ
ルの二軸式押出機の供給喉部に供給し、BADGEは約
4.5kg/時で押出機のバレル5に注入した。押出コン
パウンディングは次の実験条件で行なった。
【0084】バレル温度: 250℃、4×270℃、
250℃、240℃、2×220℃、 ダイヘッド温度: 260℃ スクリュースピード: 約500RPM ストランドダイから出た押出溶融物を水浴で冷却し、ペ
レット化した。得られた製品は以下の説明でプレブレン
ドBと呼ぶ。
【0085】約95/5の重量比の硬化剤MDEAと触
媒2−PHIMを強力ヘンシェル(Henschel)ミキサーで
ドライブレンドした。次いで、この混合物約40部を、
ヘンシェル(Henschel)ミキサーを用いてPPE−2約6
0部と再びブレンドした。次に、PPE−2、MDEA
および2−PHIMからなるこの混合物を約6.8kg/
時の供給速度でワーナー‐プフライデラー(Werner-Pfle
iderer) ZSK−30二軸式押出機の供給喉部に供給し
た。コンパウンディングは次の実験条件で実施した。
【0086】バレル温度プロフィール: 150℃、5
×230℃、3×190℃ ダイヘッド温度: 210℃ スクリュースピード: 300RPM。 ストランドダイから出た押出溶融物を水浴で冷却し、ペ
レット化した。得られた製品を以下の説明ではプレブレ
ンドCと呼ぶ。
【0087】プレブレンドBを約9.6kg/時の供給速
度でZSK−30二軸式押出機の供給喉部に供給し、硬
化剤MDEA、触媒2−PHIMおよびPPE−2を含
有するプレブレンドCをサイドフィーダーを用いて約
3.9kg/時の供給速度でバレル8に供給することによ
って溶融プレブレンドBと下流で混和した。コンパウン
ディングは次の実験条件で実施した。
【0088】バレル温度プロフィール: 140℃、4
×160℃、4×150℃ ダイヘッド: 150℃ スクリュースピード: 300RPM ストランドダイから出た押出溶融物を水浴で冷却し、ペ
レット化した。このペレットは単一のTg79℃を示
し、これは相分離が起こらなかったことを示している。
【0089】実施例6 実施例3で使用したのと同じスクリューデザインのワー
ナー‐プフライデラー(Werner-Pfleiderer) の30mm二
軸式同方向回転噛み合い型で10バレルの押出機を用い
た。リップ間のギャップがフィルム厚の変化に合わせて
調節できる8インチのシートダイを用いてシート押出を
実施した。プレブレンドAを約12.1kg/時の速度で
上流の喉供給部に供給し、硬化剤MDEAはサイドフィ
ーダーを用いて約13.6kg/時の全体速度で下流のバ
レル8に供給した。硬化剤MDEAとPPE−2樹脂お
よびBADGE樹脂とのコンパウンディングは次の実験
条件で実施した。
【0090】バレル温度: 220℃、8×230℃ ダイヘッド温度: 230℃ スクリュースピード: 175RPM。 シートダイから出た押出溶融物を冷却し、所望の厚さに
引いて、室温でシートに固化させた。このシートは単一
のTg値72℃を示し、これはエポキシ樹脂の相分離が
起こらなかったことを示している。押出したシートの寸
法は幅が約125mm、厚さが約0.66mmであった。こ
れらのシートを次に、約370×370×3.5mmの寸
法の小板金型内で、ポリプロピレンガラスマット強化複
合材に使用するタイプの高度ニードルドランダムガラス
マット(1平方メートル当たりの重量約640グラム)
と組合せた。3枚のシートと2枚のガラスマットを積層
した。この積層体をフォンティーン(Fontijne)垂直プレ
ス内において240℃の温度、約2MPaの圧力で30
分圧縮成形した。これらの条件はエポキシ相の完全な硬
化を確実にするのに充分であった。成形し硬化させた複
合小板の試験した性質の結果を表6にまとめた。
【0091】 表 6 ガラスマットを含むPPE−2/BADGE/ MDEAブレンド複合材の圧縮成形後の試験 ガラス含量(1) 重量% 24 ビカット(Vicat) B/120(2) ℃ 219 シャルピー(Charpy)ノッチなし(2) kJ/m2 37 引張り試験(2) 弾性率(GPa) 4.9 強さ(MPa) 83 曲げ試験(2) 弾性率(GPa) 3.9 強さ(MPa) 114 (1) 灰分残留法で測定した。 (2) ビカット(Vicat) B温度はISO306に従って測定した。
【0092】ノッチなしシャルピー(Charpy)耐衝撃性は
ISO179に従って室温で測定した。曲げ弾性率と曲
げ強さはISO178に従って測定した。引張り弾性率
と引張り強さはISO527に従って測定した。これら
の結果は、本発明の方法によって優れた性質が得られる
ことを示している。
【0093】実施例7 極めて概略的に図3に示したワーナー‐プフライデラー
(Werner-Pfleiderer)ZSK−30二軸式押出機と油加
熱能を有する改良キリオン(Killion) ロールセットを使
用してガラスマットを有するPPE−2/BADGE/
MDEAブレンド複合材を調製した。プレブレンドAを
約12.1kg/時の供給速度でZSK−30二軸式押出
機の供給喉部(1)に供給し、硬化剤MDEAはサイド
フィーダー(2)を用いて約1.5kg/時の供給速度で
下流のバレル8において溶融プレブレンドと混和した。
コンパウンディングは次の実験条件で実施した。
【0094】 バレル温度プロフィール: 150℃、8×220℃ シートダイ: 230℃ スクリュースピード: 300RPM。 シートダイから出た押出溶融物をひとつのガラスマット
と合わせ、ニップロール(4)によってマットに含浸さ
せ圧密化した。これらの実験では2対のニップロールを
用いた。第一の対のニップロールは高温の油により約1
40〜170℃に加熱されており、これは溶融ブレンド
とガラスマットの圧密化を容易にし、一方、第二の対の
室温ロールは圧密化されたプリプレグを冷却する。ガラ
スマットは、一対の磁気ベースによりキリオン(Killio
n) ロールセットに装着されており、溶融物がガラスマ
ットに含浸し易くなるようにホットエアガンによって約
140℃に予備加熱した。図3は、ガラスマットを2つ
のローラー(3)から供給して押出し溶融物と2つのガ
ラスマットを組合せることが可能な別の設計を示してい
る。優れたプリプレグの機械的一体性、良好なガラス含
浸および滑らかな表面外観が達成された。こうして調製
したプリプレグは成形・硬化して所望の寸法の物品にす
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】いわゆる2成分共射出成形機の改変されたノズ
ルを示す。
【図2】本発明の方法に適合した押出機を示す。
【図3】プリプレグの連続製造装置を示す。
【符号の説明】
1、2(図1) チャンネル 3(図1) ノズル 4(図1) 静的ミキサー 1(図2および3) 喉部供給口 2(図2および3) 出口ノズル付近の供給口 3(図3) ガラスマット供給ロール 4(図3) プリプレグ形成ロール
フロントページの続き (72)発明者 クリスチャン・マリア・エイミール・ベイ リー アメリカ合衆国、ニューヨーク州、アルタ モント、ナンバー2−11、ウェスタン・ア ヴェニュー、2568番 (72)発明者 ヨハネス・イー・フォーツィン オランダ、4621、ジェイビー、ベルゲン・ オプ・ゾーム、ウォウセストゥラート、68 番 (72)発明者 マリヌス・コルネリス・アドリアン・ヴァ ン・デール・リー オランダ、4675、シーヴィ、エスティ−フ ィリプスランド、ジィペストラート、36番 (72)発明者 ロバート・ウォルター・ヘンデルボス オランダ、4617、ケーイー、ベルゲン・オ プ・ゾーム、グローウェ・ガンズ、40番 (72)発明者 フリッツ・ヤン・ヒエルセン オランダ、4708、エイチイー、ルーゼンダ ール、ホヘニールスバーグ、79番 (72)発明者 ゲルト・デ・ウィット オランダ、4641、アールエックス、オッセ ンドゥレクト、ビネンウェグ、23番 (72)発明者 ファ・ワング アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ニスカ ユナ、2ビー−21、ヒルサイド・アヴェニ ュー、1187番 (72)発明者 サダハン・シー・ジャナ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ニスカ ユナ、アパートメント・1ビー1、ヒルサ イド・アヴァニュー、1187番 (72)発明者 アンドリュー・ジェイ・セイラム アメリカ合衆国、ニューヨーク州、オーバ ニー、マディソン・アヴェニュー、930番 (72)発明者 ジョエル・マシュー・カラハー アメリカ合衆国、ニューヨーク州、デラン ソン、ステイト・ハイウェイ・30、7894番

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)少なくとも1種の熱可塑性ポリマ
    ーを、その熱可塑性ポリマーのガラス転移温度または融
    解温度より高い温度で、(i)未硬化のエポキシ樹脂、
    または(ii)エポキシ硬化剤もしくは触媒の一方と溶融
    混合してブレンドを形成し、(b)(i)エポキシ樹
    脂、または(ii)エポキシ硬化剤もしくは触媒の他方
    を、熱可塑性ポリマーのガラス転移温度または融解温度
    より高い温度で、(a)のブレンドとさらに溶融混合し
    て、実質的に未硬化であるが本質的に硬化可能、重合可
    能または硬化可能で重合可能な組成物を形成し、(c)
    場合により、(b)の組成物から成形品を形成し、
    (d)前記場合により形成した成形品を速硬化および/
    または速重合させることからなるポリマー組成物の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 工程(b)の溶融混合に使用する温度
    で、粘度の上昇によって明らかになる相分離を2分以内
    に示すエポキシ樹脂とエポキシ硬化剤または触媒との組
    合せを使用する、請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 少なくとも1種の熱可塑性ポリマー、未
    硬化エポキシ樹脂およびエポキシ硬化剤または触媒の相
    対量を、工程(d)の後少なくとも1種の熱可塑性ポリ
    マーが連続相を形成するように選択する、請求項1記載
    の方法。
  4. 【請求項4】 熱可塑性ポリマーと未硬化エポキシ樹脂
    またはエポキシ硬化剤の一方とのブレンドを溶融押出機
    の上流部で形成し、エポキシ樹脂またはエポキシ硬化剤
    の他方と前記ブレンドとの混合を前記押出機の下流部で
    行なって実質的に未硬化であるが硬化可能、重合可能ま
    たは硬化可能で重合可能な組成物を形成する、請求項3
    記載の方法。
  5. 【請求項5】 少なくとも1つの静的または動的ミキサ
    ーを用いて、エポキシ樹脂またはエポキシ硬化剤の他方
    を前記ブレンドと混合することによって、実質的に未硬
    化であるが本質的に硬化可能、重合可能または硬化可能
    で重合可能な組成物を形成する、請求項3記載の方法。
  6. 【請求項6】 エポキシ硬化剤または触媒を予め担体と
    ブレンドする、請求項4または6記載の方法。
  7. 【請求項7】 速硬化または速重合の後熱可塑性ポリマ
    ーとエポキシ樹脂を少なくとも部分的に架橋する、請求
    項3記載の方法。
  8. 【請求項8】 未硬化のエポキシ樹脂の分子量が約3,
    000未満である、請求項3記載の方法。
  9. 【請求項9】 実質的に未硬化であるが本質的に硬化可
    能、重合可能または硬化可能で重合可能な組成物を押出
    して粉末、顆粒、フィルムまたはシートを形成する、請
    求項1記載の方法。
  10. 【請求項10】 (a)少なくとも1種の熱可塑性ポリ
    マーを、(i)未硬化のエポキシ樹脂、または(ii)エ
    ポキシ硬化剤もしくは触媒の一方と溶融混合してブレン
    ドを形成し、(b)(i)未硬化のエポキシ樹脂、また
    は(ii)エポキシ硬化剤もしくは触媒の他方を、(a)
    のブレンドとさらに溶融混合して、実質的に未硬化であ
    るが本質的に硬化可能、重合可能または硬化可能で重合
    可能な組成物を形成し、(c)溶融状態の(b)の組成
    物と強化材を組合せて強化されたプリプレグを形成する
    ことからなる強化されたプリプレグの製造方法。
  11. 【請求項11】 強化材が粉末ガラス、チョップドガラ
    ス、ガラスマット、ポリマー強化用繊維、ならびにマッ
    トおよび無機繊維より成る群の少なくとも1種からな
    る、請求項10記載の方法。
  12. 【請求項12】 押出の直後であるが固体のブレンドが
    形成される前にガラスマットをブレンドと組合せる、請
    求項11記載の方法。
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