JPS60262868A - 融蝕性組成物 - Google Patents

融蝕性組成物

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JPS60262868A
JPS60262868A JP60116869A JP11686985A JPS60262868A JP S60262868 A JPS60262868 A JP S60262868A JP 60116869 A JP60116869 A JP 60116869A JP 11686985 A JP11686985 A JP 11686985A JP S60262868 A JPS60262868 A JP S60262868A
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    • C09D181/00Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing sulfur, with or without nitrogen, oxygen, or carbon only; Coating compositions based on polysulfones; Coating compositions based on derivatives of such polymers
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は軍合体側脂をベースにした塗膜に関し、より詳
細には融蝕性自己硬化型の重合体塗膜組成物に関してい
ゐ。
先−イ、耐燃性、難燃性及び融蝕性材料の区別をしてお
かねばならない。耐燃性材料とは炎に接して燃焼しない
か仮に層火しても火炎が伝播しない材料として定義され
る。例えは、セラミックやセメント質の材料、構造材料
等は耐燃性であると考えられる。
一万、難燃性材料は炎にさらされた時着火し火炎が遅く
又は非常にゆっくり伝播するものと定義され祷る。例と
しては、米国特許番号第3,783,133号、第3,
514,424号、第3,748゜317号、第3,5
24,901号の外多数の米国特許に記載されている多
くの合成ポリマーがある。
融蝕性材料とは熱にさらされた時着火するが仮に着火し
ても非常にゆっくりと着火するという意味では難燃性で
あるが、融蝕性材料は難燃性以外の特性をも示す。融蝕
性材料が熱に加えて、高温カス又はプラズマ噴射又は流
の浸蝕環境にさらされた場合、融触材料の表面で溶融又
は急止が起こりこれによって高温カスよりエネルギーか
局F9T的に吸収ちれる。
溶融し又は気化した材料は容易に流動境界盾を形成する
が、この流動境界WIは、A温ガス流が直接触触材料に
当たるのを防止し、気体膜(ガス−フィルム)係数の値
を減少させ、月料近辺のカス温度を滅する。もちろん、
こわまでに述べたことに全て、炎又は尚温カスの、待に
、その化学的性状、史に飯も重要な要素とじてその温度
に慎存している。i+++えは、マツチ炎のよりな比較
的穏やかな熱に対し″(耐燃性材料と考えられるジルコ
ニア(酸化ジルコニウム)寺の利料は温度が数千度に達
するようなロケットノズル中の融蝕性ライナとして使用
されている。本発明の対象となる材料は少なくとも20
00’F以トの瀞薦の炎1tl XIし熊燃性て融蝕性
と考えられるものである。
融蝕性塗装材料に各抑革体を・炎による信書から守るた
めに使用される。かかる基体の9f例(1飛行機、船、
建造物におVYる防火壁である。ロケットエンジンから
の噴射を受り−る飛行機の載体や、軍艦のデツキや甲板
トの王安部分や、陸上のロケット兄射台等である。かか
る基体用の融触塗膜は必要とされる耐炎効果に加え良好
な付着性、柔軟性、環境安定性を要求される。
多くの市販融触塗装材料は主としてシリコーンゴム、エ
ポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂又はフルオロカーホンエ
ラストマーをベースとしている。シリコーンプラスチッ
クは比較的高価で、融蝕性と耐浸触性とのかねあいが満
足のいくものではない。又、エポキシ樹脂は一般に堅す
ぎてほとんどの基体に対し良好な熱歪相溶性を示さない
。ポリウレタン樹脂は熱安定性が悪いことに加えて、有
害な分解生成物を発生する。又、フルオロカーホンエラ
ストマーは高価で、かつ低固体成分量の浴液から塗布す
る必要があるので、多量の揮発性的媒を除去する必要が
あるとともに一回の塗布で得られる塗膜厚に限度がある
。それ故、Mill触環境において各種基体を保護し得
る改良型の融蝕性塗膜が要求されている。
従って、本発明の王たる目的は各種基体全長から保護す
るため基体に塗布し得る改良された融蝕性塗膜組成物を
提供することである。
本発明のもう一つの目的は比較的安価で、使用に先たつ
最終的な混合1で各成分が長い保存寿命に!し、容易に
かつす早く塗布される性状の塗膜組成物を提供すること
である。更なる目的は十分なる柔軟性ケ有して良好な熱
歪相溶性を与え、良好な熱安定性ケ示し、広い範囲にわ
たって表面と強固な結合を運成し、溶媒の除去が不要で
、かつ自己電化型である融蝕性塗膜組H,@を提供する
ことである。本発明の他の目的の一部は自明であろうし
、又一部は以Fに明らかにされる。
従って、本発明は以下に詳述される特徴、特性及び成分
を有する組成物と、各要素の特徴、特性及び関保を封す
る製品とより成るものである。
尾明者VCより1981年3月13日出願された米国特
許出顔番号第243,608号には、基体に塗布してそ
の基体上で硬化して融蝕性塗膜を形成するのに適した塗
膜組成物が開示されている。その組成物は、エポキシ樹
脂とポリサルファイド樹脂との反応性混合物より成って
おり、混合物にはエポキシ樹脂が全樹脂量に対し最低2
5重量%調合されている。この混合物は自己硬化型で、
強靭な付着性塗膜を与えるが、この塗wは高温の炎にさ
らされると炭化物を形成する。この組成物はまた反応性
樹脂混合物用のアミン硬化剤や1以上のルイス酸源全与
えかつガラス状の反応生成物を形成して炭化物を安定化
し得る微細無機物質の混合物をも含んでいる。この混合
物は、炭化物が形成をれる間に繊維構造が保持された′
1までいる短い、即ち、細かく刻1れた耐火性の繊維を
も含んでいることが重要である。
その組成は1だ艶色消剤や1種以上の低密11i光填剤
を任意に含南しても良い。
米国特許出鴫番号第24.3,608号に示σれる組成
中に使用される耐火繊維はシリカ、アルミナ、ジルコニ
ア、炭化珪素等のセラミックであり、特にカーボンやグ
ラファイトである。
かかる耐火繊維は一般に、組成物電縫の20%程度も含
有されており、比較的高価であるためにこの組成を混相
するには大きなコスト上の障害となってし1う。本発明
は米国特許出願番号第243,608号に開示されてい
る組成物に対し次の点で新規な改良を璋b’1.L、て
いる。
すなわち、上記米+=出願では繊維が耐火性でなければ
ならなかったか、予期16反しこの耐火線維は全部を若
しくはその一部を「予備酸化J (pro−ox ) 
された炭素質th維で代替できることが判明した。
耐火性のカーホンクラファイト繊維の代表的従来技術に
よる製造方法において、先駆物質である炭素質繊維は直
頻状のオリマーg4を44する構造を与えるものが使用
されている。アクリル系側脂、特に、ポリアクリロニト
リル(PAN)は、とりわけ熱分M irjに浴融せず
更にそれより生by、 sれ斤クラファイト繊維がピッ
チあるいに再生セルロース4 U−等の仙の安価な先駆
物質から生成された繊維より実質的に大きな強度を有し
ているという理由のため、炭素繊維先駆物質としてしば
しは好ましいものであるが、前述の米国特許出願番号第
243.608号に示される融蝕性塗膜を製造するため
VCFi先駆物質の性状はコスト面を除き重要なもので
はない。先駆物質がPANである場合、9&、MIは酸
素含有雰囲気中で加熱してはt丁10重量ぢの酸素含有
蓋になる壕で酸化いれ、これにより、引続く炭化、グラ
ファイト化ステップで更に加熱するため構造が安定化す
る。約10重量%の酸素を含有するこれらの繊維を「予
備酸化」された繊維と言う。繊維中のポリマー鎖は酸化
の過程で分子間結合してはしご構造全形成することは明
白である。
予備酸化された繊維を形成するためには、先駆物質を苧
気中で200’−400℃の温度で・所望の酸素含M倉
が得られる1で加熱するたけで良い。PAN繊維は非常
に安価で高温処理は非常に単純なので、予備酸化さtた
炭素質の繊維は耐火繊維に比しかなりコストの安いもの
となる。例えば、最近の酸化PAN稙維は1ポンド当り
約6.00ドルであるのに対し、(ユニオンカーバイド
社より市販されているソーネルVME (r Thor
nel VME J )のごとき)ピッチ系の先駆物質
から製造されたカーホン繊維では約2200ドル/ボン
ド、又、PANより製造された炭素繊維Fi30.00
ドル/ボンド以上である。
米国特許出願番号第243,608号におけると同様に
、本発明の樹脂系は成分Aと成分Bとより成っており、
これらの成分は混合きれると、基体へ塗布されてそこで
硬化し融触性塗膜ケ形成するに通した塗膜成分金与える
。成分Aは液状ポリサルファイド樹脂と、アミン硬化剤
と、短い予備酸化繊維と?含んでいる。
成分Bは液状エポキシ樹脂と、1以上のルイス酸源を与
えかつ素膜が融触/浸&gl槙境にさらされた時カラス
状反応生#、?!+を形成し祷る微細な無機物質と、短
い耐火繊維とより成つている。成分A及び成分Bの組成
は混合きれて塗膜組成物を形成する時エポキシ樹脂が全
樹脂量の少なくとも25重食%と成るように又、アミン
硬化剤が約5〜約15%、無機物質が全債Hh量の約2
0〜約25重量%、M維が全樹脂量の約25〜約40重
量%で繊維の大部分が成分Aに存在するように調整され
ている。これら2つの液状成分の各々Fiそれ自体比較
的不活性であるが、これらを混ぜ合わせると互いに反応
するので本発明の塗膜成分と成る。
成分Aを形成する不活性な組成はポリサルファイド樹脂
、樹脂混合物用硬化剤及び予備酸化した繊維の一部よシ
成っている。成分Aに過した液状ポリサルファイド樹脂
はジサルファイド結合を含冷メルカプタン末端基を有す
る長鎖脂肪族ポリマーとして特徴づけられる。これら樹
脂は一般に入手可能で、その1つは例えにヂオコール社
より曲品名LP−3として市販されている。このLP−
3ポリサルフアイド樹脂は、粘度が25℃で94〜14
4ポアズ、メルカプタン貴59〜77y6、平均分子量
1565、流動点−26℃、比重25℃にて127であ
る。
ポリサルファイド樹脂の役割に硬化/iA!+lii!
ll塗膜に柔軟性と靭性を与えて現存するほぼ全ての構
造の基体表面に有効な厚さの塗膜を形成できるようにす
るとともに、融触/浸蝕壌境において基体を保庫するた
め塗膜に十分な熱歪相溶性を与えられるようにすること
である。
エポキシ樹脂の使用量に対するポリサルファイド樹脂量
は塗布される塗膜に要求塾れる柔軟性と靭性の程度によ
る。成分A中のポリサルファイド樹脂量は反応性グJ脂
混台吻の全i、1711ち、ポリサルファイド桐脂量吉
エポキシ柄脂量を足した全量の56重倉%を越えないよ
うに定めることができ心。しかしながら、全樹脂車量に
対し液状ポリサルファイド樹脂は75重量%以丁である
ことが望1しく、又40乃至60重量%1更用すること
か好寸しい。
成分Bのエポキシ樹脂と反応するため成分Aには硬化剤
ケ加える必要がある。かがる硬化剤は良く知られており
、なかでも最も一般に使用されているものは第1アミン
や第3アミンである。第1アミンとしては硬化剤として
市販されているトリエチレンテトラアミンがある。この
ような脂肪族第1アミンはエポキシ樹脂の架橋や単重合
の触媒作用をし、かつポリサルファイド樹脂のメルカプ
タン基とエポキシ樹脂のエポキシ基との間の反応を促進
することが知られている。各組成物成分は長期間にわた
って安定でなければならないので、アミン硬化剤は使用
されるポリサルファイド樹脂と相溶性がなけnばならな
い。
成分Aに混入されるアミン硬化剤量は反応樹脂の全量に
依存しており、その全量の約5腎〜約15%の範囲で可
変である。約5%以下の硬化剤では樹脂系の完全な急速
硬什か達成をれす、又、15畜以上の硬化剤を使用する
と過剰の発熱を引き起こす。
予期に反し、予備酸化された短繊維は従来のより高価な
完全炭素化あるいはグラファイト化した繊維と同様に高
熱溶融・浸触環境下で塗膜を補強し安定化させる。組成
中の予備酸化された繊維は高熱にさらされた場合に耐火
性を示し、高熱に樹脂をさらして形成される炭化物を強
化する能力を有している。繊維は捷だ混合された塗膜組
成物が基体に容易に塗布されるように作用する。
過当な予備酸化した炭素繊維の例としては、アスペクト
比約10乃至約100の範囲を与える1mふるいケ通し
て磨砕された直径9乃至14μm を有するものがある
成分Aを配合する場合に、硬化剤と繊維とは適当な混合
装置を使用して液状ポリサルファイド樹脂中へ、好適に
は固別に混入ざ着る。
得られる混合物は安定で、長期間貯蔵可能である。
成分B全構成する組aは液状エポキシ樹脂き、好適には
ガラス状物を形成する粒状無機物質と、残漫の繊維とよ
り成っている。少量の艶消剤と低密度充填剤とを添加し
ても良い。
使用される工゛ポキシ樹脂は多環フェノールのグリシジ
ルエーテル誘導体である。ビスフェノールAのグリシジ
ルエーテル類が入手可能で、本発明の塗膜組成には特に
適している。
しかしながら、レソルシノール又はノボラックフェノー
ル樹脂等のフェノールを含むあらゆる多環芳香族フェノ
ールのグリシジルエーテル類も使用可能である。これら
エポキシ樹脂の芳香族構造は融蝕性塗膜の熱安定性を与
え、炭化物収率を増加させる。
成分B用のエポキシ樹脂としては例えばシェルケミカル
ネ士によりエポン828 (Epon828)として販
売されているビスフェノールAのジグリシジルエーテル
(2,2−ビス−(P−(2,3−エポキシプロポキシ
)フ工二九)プロパン)がある。このエポキシ樹脂はエ
ポキシ当量185〜】92、粘度25℃テ10000〜
16oooセンチボアス、分子量380、比率1165
である。この樹脂は少量、例えば、ブチルグリシジルエ
ーテルに対し約10重量%で希釈できる。
周成分A及びBが混合のために流動状態に保たれるため
には、全繊維をこれら2つの成分間に分けることが望捷
しい。液状のポリサルファイド樹脂はより粘度が低いの
で、成分Aに半分より幾分多めの(例えば65重景%捷
での)繊維を加えることが一般には奸才しい。反応性樹
脂の全重量に対し、成分AとBを混合して形成される組
成物中の繊維重量の比率は約15%乃至約40%である
のが好ましい。##維のわずかの部分、例えは約15乃
至20%1ではフェノール、ガラス、カーホンのマイク
ロバルーン、粉砕コルク、パーライト等の低密度充填剤
で置き換えて塗膜の密度及び/又は熱伝導度’r7にす
ることもできる。
上述のごとく、エポキシ樹脂とポリサルファイド樹脂の
相対量は炭化物収率とは相反するが融蝕性材料に必要上
される靭性や柔軟性等の物理特性に依存して変わる。成
分A中に存在しうるポリサルファイド樹脂量の範囲では
、成分Bに混入されるエポキシ樹脂量は全樹脂重責の少
なくとも25イ、好適範囲は全樹脂重量の40%〜60
%の間となる。
有効な融触塗膜として作用するには安定な炭化物を形成
できること、即ち、強烈な火炎熱に対して実質的に連続
なバリアを与えるとともに保糧すべき基体に付着して届
まるものであることが必要であろう。安定な炭化物の形
成と保持によっていくつかの作用を果すことを望むのは
当然であろう。その作用とは熱分解により放出される質
量損失及び可燃ガス量を減少させ、後退/浸蝕速度を低
ドさせることである。炭化物形成の正確なメカニズムは
良くは判明していないが、1つ以上のルイス酸(1[子
対受容体)又はルイス酸先駆物質の存在により触媒され
ると思われる。ルイス酸は不発明の融蝕性塗膜とは区別
すべき前述の難燃性材料を配合するのに一般に使用いれ
ている。急速に炭化物を形成しその炭化物を安定させる
融触性能は、ルイス酸をも与えるときが可能なガラス形
成性の無機物質混合物とともに繊維を使用している本発
明の塗膜によって達成される。それらの正確な役割がい
かなるものであっても、これらガラス形成性材料は炭化
物に所望の安定性を与える。かかる無機物質の存在効果
は例1及び2の塗膜による以下の試験データの概要中に
明瞭に示されている。ガラス形成性粒状無機物質の好適
な混合物は等重量の硼酸亜鉛とアルミナ三水和物より、
成るものである。この物質の好適な大きさは約20〜約
60μmの範囲である。
組成物中で、それらの物質Vi成分B中に全樹脂重量に
対し約20〜約25%加えられている。
成分Aに加えられない全袂維量の残り部分は必要と芒れ
る低密城光填剤及び所望の艶消剤とともに成分Bに加え
られる。艶消剤の目的は基体上に形成ブれる最、V的に
硬化した塗膜を無光沢あるいは艶消し仕上けとすること
である。少量の例えは全樹脂重量の約1〜約2%のアモ
ルファスシリカは効果的な艶消剤である。
成分Bの配合時、粒状無機物質、艶消剤及び繊維はそれ
ぞれ個別に液状エポキシ樹脂に攪拌しながら加えられる
融蝕性塗膜組成物を調整するため、成分Aと成分Bとは
2つの樹脂の所望の比を与える比率で混合される。かか
る混合により系は化学的に活性となるので、塗膜組成物
は混合終了後ただちに(はけ塗、こて塗、又は他の適当
な手法でン基体に塗布されなければならない。硬化反応
は発熱で、自己硬化は、周囲の温度や湿度とともに塗布
される塗嗅厚によって1日から数日で終了する。
塗膜組成物は溶媒無しに作られるので、塗膜を広範囲の
厚さにわたり塗布できるとともに基体のサイズ、外形状
、位置に関係なく基体を適当Kf&うことができる。塗
膜組成物は本質的にはいかなる清浄な表面にも良く付着
し、硬化して所望の艶消し六面倉与える。
以下の例は、一部の例示でろって本兜明を限定するもの
ではなく、本発明VCついて更に記載し、いくつかの異
なる試験栄件下での塗膜の特性を詳述するものである。
例1 成分A 樹脂ミキサーに1oofAの(チオコール社よりLP−
3として販売される)液状ポリサルファイドポリマーを
装填した。この樹脂に10部のトリエチレンテトラアミ
ンが良く練り込寸れた。次に、30部の高強度、高*j
I′+率の炭素傘蓼維(ンーネルVME)が樹脂中に良
く練り込まれた。
成分B 第2樹月旨ミキサーに100部の(ジェノしケミカル社
よりEpon828として吸光され、ビスフェノールA
のジグリシジルエーテルであるl状エポキシ樹脂を装填
し、その中VC続いて攪拌しながら25部の硼酸亜鉛、
25部のアルミナ三水和物、4部の超高表面積アモルフ
ァスシリカと30部の成分Aに使用されたと同じ高強度
、高弾性率の炭素繊維が加えられた。
成分Aと成分Bを混合した場合に、高強度、高弾性率の
炭素繊維は全重量の約19%、(14容量%)を構成し
た。
例2 成分A及び成分Bは、高強度、高弾性率の炭素繊維(ソ
ーネルVMg)をやめて、先駆物質PANより形成され
同様サイズの予備酸什繊維を同量樹脂中へ混入した点を
除き例1と同様に調合された。
上記各側において、成分Aと成分B吉は全て一緒に混合
きれて得られた組成物は同様の金属基体上に同じ厚さで
塗布された。塗IIgは雰囲気温度及び湿度で数日間十
分に硬化された。硬化に続いて、塗膜の固さと比重を調
べた。次に、塗装した基体をたて型のマウント内に置き
、オキシアセチレントーチ炎ヲ45度の角度でサンプル
に当て約2800℃の温度となるように炎とサンプル間
距離を定めた。
炎を7秒間当てた後ただちに8秒間の5O−psi切断
モードを実行した。
使用された融蝕性塗喚中の硬化組成物予備酸化繊維の浸
蝕環境中での有効性ははぎ取った塗膜の全容量を測定す
ること、及び切断した基体の浸蝕側断面を観察すること
により決定した。試験結果は第1表に示した。
第 I 表 これらの試験結果により、本発明の融蝕性塗膜(例2)
が耐火物に変えて予備酸化した繊維を使用しているにも
かかわらす対象とする例1の塗膜とほぼ同様の性能を有
していると2が示された。
U上のようl+c前述した本発明の目的が達成された。
又、本発明の範囲から逸脱することなく上述した組成を
変更することもでき、上記の記載の全ては本発明を説明
するためのものであって限定するつもりのものではない
ことを理解されたい。
405

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、基体上に塗布されてその上で硬化し融蝕性塗膜を形
    成するための塗膜組成物において、 エポキシ樹脂とポリサルファイド樹脂とより成り、該エ
    ポキシ樹脂が全樹脂重量の少なくとも25Xを構成して
    いる反応性側h=混合物であって、自己硬化して強靭で
    付着性の塗膜を与え融触/浸蝕猿境にさらされた時炭化
    物を形成する反応性樹脂混合物と; 該反応性樹脂混合物を硬化するためのアミン硬化剤と; 1以上のルイス酸源を与え、ガラス状反応生成物を形成
    して前記炭化物を安定化しうる微細な無機物質の混合物
    と; 該炭化物の形成時に繊維摺造を保持している予備酸化さ
    れた短繊維と; より成る塗膜組成物。 2 前記微細な無機物質は硼酸亜鉛とアルミナ三水和物
    の混合物より成り、この混合物は前記全樹脂重量の約2
    0高乃キ約25%組成中に存在していることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項に記載の塗膜組成物。 3 前記繊維は重量で約10%までの鍍素を含むよう酸
    化されたポリアクリロニトリルであること全特徴とする
    特許請求の範囲第1項に記載の塗膜組成物。 4 前記繊維は全樹脂量の約14重電%乃至約40電蓄
    %含1れていることを特徴とする特W!f請求の範囲第
    1項に記載の生膜組成物。 5 前記繊維は約10乃至約lOOのアスペクト比と約
    14μm以下の直径に’f4することを特徴とする特許
    請求の範曲第1JJに記載の塗膜組成物。 6 表面上に融蝕性塗膜全付宥した基体において、 融蝕性塗膜がポリサルファイド樹脂とエポキシ樹脂の重
    合体反応生成物であって微細無機物質の混合物を分散し
    て有しており、該無機物質は1以上のルイス酸源を与え
    塗膜が約2000下を超える温度にさらされた時ガラス
    状生成物を形成しうるものであり; 更に該混合物は予備酸化された炭素質繊維を含み; 前記無機物IJiは反応生成物のfJ25重量腎乃至約
    40重量%包含され; 前^己繊維は反応生成′吻の約15重量%乃至約40重
    量%包含されていることを特徴とするl1lk性塗膜と
    基体の組合せ物。 7、 前記微細無機物質Vi、夾實的に等量の硼酸 9
    亜鉛とアルミニウム三水和物であることケ特徴とする特
    許請求の範囲第6項に記載の融蝕性塗膜と基体の組8ぜ
    物。 8 エポキシ樹脂とポリサルファイド樹脂より成りエポ
    キシ樹脂が全樹脂量の少なくとも25重量%を構成して
    いる反応性樹脂混合物と、該反応性樹脂混合物用アミン
    硬化剤々、1以上のルイス酸源を与え融触/浸蝕環境に
    さらされた時ガラス状反応生成物を形成できる微細無機
    物質の混合物とを含んで成る塗膜組成物を基体表面に塗
    布するステップと; 前記反応性樹脂混合V!IJヲ周囲墳境条件下に硬化す
    るステップと: 更に、硬化に先たち無機物質中yc予備酸化された炭素
    質繊維を全樹脂量の約15重量%乃至約40重食%混合
    するステップをMすることを特徴とする融ti!II/
    浸蝕壌境において基体を保護するための方法。
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