JPS62138517A - 本質上ポリイソシアヌレ−トを基剤とする高密度複合材料 - Google Patents

本質上ポリイソシアヌレ−トを基剤とする高密度複合材料

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JPS62138517A
JPS62138517A JP61291721A JP29172186A JPS62138517A JP S62138517 A JPS62138517 A JP S62138517A JP 61291721 A JP61291721 A JP 61291721A JP 29172186 A JP29172186 A JP 29172186A JP S62138517 A JPS62138517 A JP S62138517A
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ジオバンニ・ロンゴ
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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、本質上ポリインシアヌレートを基剤とする高
密度複合材料に関する。
SMC技法(シートモールディングコンパウンド)又は
類似技法(流動成形、バルクモールティングコンパウン
ド等)による使用時非常に高い機械的(構造)特性を示
す、ガラス繊維又は他の無機若しくは有機充填材で強化
された材料を製造するのに適する重合体マトリックスが
知られており、通常ポリエステルおよびポリオキシマト
リックスが用いられている。本山L4人の知る限り、類
似の結果は、インシアネートより3導される重合体マト
リックス(ポリウレタンマトリックス、ポリ尿素化合物
等)を用いて達成することができない。
その主な理由にいくつかあるが、例えば(a)  長期
運転(SMC技法で必要とされる)で安定な、インシア
ネートおよび、該インシアネートと反応しうる化合物を
同時に含む1成分系流体混合物の取得がきわめて困難な
こと、 (b)  応用技術によりsせられる非常に限定された
時間および温度条件下で反応し且つ完全に重合すること
のできる上記タイプ1成分系の取得がむづかしいこと、 (c)  特に長さが1crnを越える多量の補強材(
ガラス繊維又は他の剤)に含浸させうる所望タイプのイ
ンシアネート基剤混合物の取得がむづかしく、また得ら
れた混合物の既知技法(SMC等)による成形が困難な
こと、 (d)  通常SMCポリエステル若しくはSMCポリ
エポキシドマトリックスで覆われたアプライアンスに要
求される非常に高い機械的特性を示す複合材料の、上記
方法によるまた在来のポリウレタン若しくはポリ尿素タ
イプマトリックスよシ出発した取得がむつかしいこと の理由が挙げられる。なお、(d)の困難さはまた、微
細若しくはほぼ微細な補強材の使用によってのみ、適用
要件を満たすのに必要な剛性、熱安定性および衝撃強さ
を達成しうるという事実にも依る。
而して、これまで、従来技術には、在来のポリウレタン
構造の形成を事実上基礎とした、主に短繊維(≦1 c
m )で強化せる中ないし低密度補剛物(<5oo4/
fns)の例しか報告されていない。
更に、密度の非常に低い(30〜50Kf/m3)ポリ
インシアヌレート基剤発泡樹脂(PIRフオーム)の製
造に適した既知技法がある。しかし、その樹脂の機械的
特性は構造タイプのものからはほど遠いが主にすぐれた
絶縁力とそれと共に熱や化学薬剤若しくは環境剤に対す
る高い安定性ゆえに、該樹脂は重装である。
然るに、本出願人は、インシアネートから3導せる特定
の重合体マトリックス特に本質上ポリインシアヌレート
マトリックから出発して、SMC技法又は類似技法の手
順若しくは典型的特徴に従い、前述の在来マトリックス
で達成し傅だものに匹敵し又はそれより高い構造特性を
示す、カラス繊維ないし他の補強材で強化された高密度
複合材料の製造に成功した。
広い態様において、本発明は、本質上ポリイソシアヌレ
−トラ基剤とし且つ補強充填材を含む、密度500以上
好ましくは1000初/−s以上の高密度複合材料にし
て、ポリインシアヌレートプレポリマーが、式 〔式中、Xの少くとも一つは−R1−NGOを表わし、
またXの少くとも一つは−R,−NH−CO−OR,−
(OC0−NH−R1−NCO)n(nは1〜8好まし
くは1〜3の整数である)を表わし、R,は 脂肪族、
脂穐式、芳香族又はこれらの混成基であり、R2はR1
と同じか又は別異にして、脂肪族、脂環式、芳香族又は
これらの混成基か或は炭素、シロキサン、シラン又はこ
れらの混成基である〕 を有する反復構造単位よシなる、複合材料に関する。
好ましい具体化に従えば、式(1)の反復構造単位にお
いて、平均して、二つのXが−R1−NCO基を表わし
、三つ目のXが−R,−NH−Co−OR2−(OCO
−NH−R1−NCO)n  を表わすっ 複合材料中の補強充填材の骨は5〜85重量%節囲であ
る。
技術的見地から、上記複合材料は例外的な適用性(va
l 1dity )を示し、特に下記特性仙を有した。
曲げ弾性率(ASTM D790 )≧4,0OON/
簡2好ましくは≧5.000  N7m” より好ましくは≧20.000 N/vm”、室温での
ノツチ付アイゾツトレジリエンス(ASTM、D256
)≧1o o J/m 好ましくは≧200 J / m よシ好ましくは≧500J/m。
本複合材料は最適な外観および高いカラス転移温度を示
す。それは、熱硬化性樹脂の類に属し、きわめて多岐に
わたる分野例えはビヒクル、建築、家庭電気製品、硬質
パツキン等の分野で有利に用いられうる。
本発明の別の特徴は、架橋触媒の存在で少くとも数日間
、いずれにせよ、ガラス細組および(又は)他の充填材
の含浸を遂行するのに十分以上の期間面して成形が実施
されるときまで室温で流体状We保つポリインシアネー
トとポリオールとの部分添加により製せられた特定のプ
レポリマーを用いることよりなる。抱合材料の取得方法
である。
特に、本発明の、目的を構成する複合材料の製造方法は
、次の如き三つの異なるトー階で実施されうる: 第一段階において、ポリインシアネート例えば4.4′
−ジフェニルメタン−ジインシアネートおよび(又ii
)その2.4′−異性体と、広範囲の分子号を有する官
能何歩くとも2のポリオールとを、ポリインシアネート
/ポリオール当侶比〉1.2で縮合させることによシ、
部分重合したウレタン系(プレポリマー)を製造する。
熱硬化性樹脂を製造するときは、通常3以上の官能価を
有するポリオール特にグリセリン又はトリメチロールプ
ロパンから得られるトリオールが用いられる。
第二段階では、生成せる上記プレポリマーと、80℃よ
シ高い温度で活性な、有機1.無トー、金属有機若しく
は金属給源のものでありうる架橋触媒とを混合し、かく
して得られたマトリックスを用いてチョツプドグラスフ
ァイバー、ガラス繊維布又は別の補強材(例えば炭素繊
維若しくはアラミジツクファイバー)よりなる担体に含
浸させる。
このようにして、通常「予備含浸」物と呼ばれるドウ、
シートないし他の成形品が取得される。チョツプドファ
イバーの墳・合、例えば85重i%濃度のファイバーを
先ず調製し、そのおと該濃厚物を、企図せる濃度(全体
に対し5〜85重量%好ましくは30〜70重量%の補
強材濃度)になるまで純粋なプレポリマーで希釈する。
一般には、マトリックスとの相容性を付与しうる物質で
表面を被損した、径8〜30/jm(好ましくは10〜
18μm)、長さ1〜100闇(好ましくは5〜50f
i)のガラス繊維を用いることが好ましい。
第三段階では、型内80〜200℃好捷しくは100〜
150℃範囲の温度で、或はいずれにせよ用いられる触
媒、インシアネートおよびポリオールの種類また圧力に
より左右され且つ複合製品の表面きずを除くのに十分高
くなければならない温度で、予備含浸物を重合させるの
また、保膿雰凹気中で作動させることによシ、吸水又は
吸湿の可能性を最小限に減することが必要である。成形
前、通常の添加剤例えば顔料および(又は)消゛炎剤を
加えること・ができる。
第一段階の作業φ件については、ポリオールに関し化学
量論的過剰のポリインシアネートを存在させた反応性混
合物を用い、50〜90℃で好ましくは減圧下N2の如
き不活性ガス中5分〜3時間の反応を行なうことが提案
される。
かかる条件下で、下記AとBとのブレンド(プレポリマ
ー)が得られる: A = 0CN−R,−NCO(遮蔽状態でのポリイン
シアネ − ト  )  ・・・・・・・  (IV)
B = 0CN−R1−NH−CO−OR2−(−0C
N−NH−R1−NCO)n(ウレタン化合物)・・・
(V) 次いで、加熱下、架橋触媒(活性剤)、補強充填材およ
び(又は)不活性充填材並びに他の随意添加剤を加えた
のち、上記ブレンドは、主に、反応比において、次式で
表わされるポリインシアヌレート構造単位を有する化合
物に変換せしめられる: 2 (OCN−Rt −N CO) +OCN−Rt 
−N’H−C0−0R2+o C0−NH−Rt −N
CO) n(II)               (
I[l)ここでXは下記基のいずれかでありうる二a)
  Rt NGO b)  Rt NHCOOR2(’OCONHRt−N
CO)n最終構造は、残留−NCO基 の事実上完全な
変換1で上記に類似せる機構に従い、構造式(1)の重
付加から取得される三次元格子である。換言するに、プ
ロセスの最初の二段階で、予備含浸物が得られ、そして
このものは、成形段階における高温で非常に短時間(0
,5〜4分)で硬化する。
本発明の複合物を取得するだめの別の方法は、a)成像
すのポリインシアネート、式(■のウレタン化合物およ
び1神若しくは2種以上の補強充填材を、随意有機およ
び(又は)無枦充填剤並びにプラスチックおよび(又は
)ニジストマー拐判と一緒に含む混合物を調製し、b)
80℃よシ高い温度で作用する架橋触媒を加えたのち、
得られた混合物を80〜200’C範囲の温度に加熱す
る、ことよりなる。この場合も亦、補強材の添加量は5
〜85重量%、好ましくは30〜70重量%の節回であ
る。
本発明に従った方法において、向々のポリオールが随意
適当な抗酸化剤との混合で使用しうる。
概ね、ジオール、トリオール又は、4個以上のヒドロキ
シル末端基を有するポリオールが有利に用いられ、すぐ
れた結果は、グリセリン、トリメチロールプロパン又は
ペンタエリトリットとエチレンオキシド、プロピレンオ
キシド、ブチレンオキシド等の如きアルキレンオキシド
との縮合或いはポリオキシアルキレン鎖(ポリオキシエ
チレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシブチレン鎖
、混成オキシエチレン−オキシプロピレンm等)との縮
合により達成されている。本発明の好ましい、しかし非
制限的な具体化に従えば、平均分子量250〜10,0
00好ましくけ250〜7.000範囲の、トリオール
2個を含む混合物を用いることができ、このうち I)より低い平均分子量ヲ有する一方のトリオールば、
グリセリンおよび(又は)トリメチルロールプロパンと
プロピレンオキシドおよび<又ハ>エチレンオキシドと
の縮合物からなり、また11)より高い分子#を有する
他方のトリオールは、混成オキシエチレン−オキシプロ
ピレン鎖ニよるグリセリンおよび(又は)トリメチロー
ルプロパンエーテル化′吻からなり、 シカモプロピレンオキシド/エチレンオキシド重量比は
9515〜20/80範囲であシ、タイプ11)のトリ
オール の重量比は好ましくは70:30〜10:90範囲であ
る。
当朶者に知られているように、上記ポリオールは、ヒド
ロキシル末端基がアミノ基(NH2)で置換された類似
化合物で代用され得、或はポリオールポリエステル、ポ
リオールポリチオエーテルおよび、例えばヨーロッパ特
許公告第12,417号に記載の他のポリオールのいず
れによっても代用させることができる。
本発明方法で用いることのできるポリインシアネートも
亦多岐にわたる。適当なポリイソシアネートの例は4.
4′−および2.4′−ジフェニルメタン−ジイソシア
ネート、トルエンジインシアネート(TDI)、1.4
−テトラメチレン−ジインシアネート、1.6−へキサ
メチレンジイソシアネート、p−若しくはm−フェニレ
ンジインシアネート、1−クロロフェニレン−2,4−
ジイソシアネート、1.5−ナフタレン−ジインシアネ
ート、ジ−フェニル−4,4′−ジインシアネート、1
.4−若しくは1.2−’/クロヘキシレンージイソシ
アネートおよび(又は)、ポリフェニルメタンポリイン
シアネートの如き官能価が2より高いポリインシアネー
トである。
式(1)のインシアヌレート構造を生成するのに必要な
条件は、ポリイソシアネートとポリオールとの当量比が
1.20以上好寸しくは2より高いことである。
予備含浸物を成形するのに用いられる架橋触媒(活性剤
)にも種々の有機、fW機、金属、金属有機タイプのも
のがある。好ましくは、J、 wBritainとP、
 G、 Gemeinhardtが1960年J、 A
ppl、 Polym。
Set (第4巻、第207〜211頁)で報告してい
る鉛およびビスマスの化合物或は、随意アミンと混合さ
れる、Ti、V 、Co s Nl %Sn  基剤金
属有機化合物を用いることが提案される。最適な結果は
、ステアリン酸、オレイン酸および2−エチルヘキサン
酸の鉛塩を用いるときに達成される。
本発明に従った予備含浸物の製造に使用すべき補強材と
して、ガラスの繊維および(又は)布に加え、有機若し
くは無機の繊維又は布例えば、炭素繊維、ポリアミド繊
維(特に芳香族ポリアミド繊維)、結晶質ポリオレフィ
ン繊維、ポリエステル、岩綿等が挙けられる。また、タ
ルク、炭酸カルシウム、g!4にカルシウム、シリカ、
アルミナ、セメント、ゼオライト、珪藻土、木粉、セル
ロース、アミド等を用いることもできる。何らかの優械
的特性を高めるために、別秒のプラスチックおよび(又
は)エラストマー材料を配合させることも有用であシう
るっ特に、離散粒子(平均径α01〜10μm)形の、
随意架橋せる、ABS、ポリカーボネート、ポリエステ
ル、ポリアミド、弾性ポリエステル、ブタジェンゴム若
L<1dsnR。
ホリウレタンエジストマー、ニトリルゴム、エチレン−
プロピレンゴム、アクリルゴム等の如きプラスチック又
はエラストマー材料の配合は、恒工撃強度の高い最終製
品を得ることを可能にする。
下記例は本発明全弁制限的に例示する。
例  1゜ 4.41−ジフェニルメタンジインシアネート(MDI
)70Fを、混成オキシエチレン−オキシプロピレン鎖
でエーテル化したグリセリンよシなる分子量約5000
の三官能価ポリエーテルポリオール20fおよび、グリ
セリンとプロピレンオキシドとの縮合によシ製造した分
子量約300のオキシプロピレン基剤三官能価ポリエー
テルポリオール102と80℃で2.5時間給合させた
。次いで、この生成物を減圧下70℃で脱気し、かくし
て粘度7000〜8000mPa (23℃)、遊離N
CO基 含量約18重量%のプレポリマーを得た。
次いで、触媒としてステアリン酸Pb1.5重量%を加
え、攪拌機を備えた容器内で、減圧操作が行なわれるよ
う注意しながら混合物を均質化した。
このプレポリマーを用いて、厚さCL1〜α2m範囲の
連続ガラス繊維布1枚に含浸させた。その上に、別の予
備含浸布を、所定の厚さおよび繊維含量′ft有する最
終複合物が得られる枚数で載せた。
かかる組合せ物を、120℃で加熱せる型内に導入し、
次いで45パールで圧縮した。五5分後に、倚られた試
験片を取出した。この複合物は下記特性値を示した。
一ガラス繊維      80重忙チ ー複合物の厚さ     1.3冒 −曲は弾性率      2.6 X 10’  N/
嘘2−曲11−t’s古An n  M/ 2−引張強
さ       150〜200 N/ws2−ショア
硬度      90〜92D例  2 例1に従って製造したプレポリマーに、平均径12 μ
m、平均長さ6mのガラス繊維を、マトリックスとの4
0/60重量比で加え、且つステアリン酸鉛1.5重量
%を加えた。これらを減圧下ミキサーで混合し、かくし
て得たドウを例1と同じ条件で、但し時間22.5分と
して成形した。その結果、下記特性値を有する製品が得
られたニーガラス繊維      40重量% −曲げ弾性率      50 Q ON/ltm”−
曲げ強さ        100〜15ON/ff11
12−HDT(1,8N/+a”)   200℃−ア
イゾツトレジリエンス  200 J / m−ショア
硬度      85〜87D例  五 例2に従って得たドウに、微細なアクリルゴム(平均均
粒径α5μm ) k、該ドウとの10/90重量比で
加えた。この混合物を例2の如((2,5分間)成形し
、それにより下記特性値を有する製品を得たニ 一曲は弾性率      470ON/闘2−HDT(
1,8N/祁”)   190℃−アイゾットレジリエ
ンス  400 J / m−ショア硬度      
82〜85DO例  4゜ 平均粒径・12μm、平均長さ25mのガラス繊維30
重量部に、例1に従って得たプレポリマー100部と不
活性充填剤としてのCaCO350部および触媒として
のステアリン酸鉛1部との混合により調製した混合物7
0重量部を含浸させた。
次いで、この含浸物を120℃、100/<−A4”の
熱圧縮による成形に付した結果、下記特性値を示す厚さ
3目、径25日の円形製品を得たニー曲は弾性率   
   9600 N/簡2−曲げ強さ        
25ON/覇2−アイゾツトレジリエンス  600 
J / mHD T (1,8N/1rfn2)   
200℃。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、本質上ポリシアヌレートを基剤とし且つ補強充填材
    を含む、密度500kg/m^3以上の高密度複合材料
    にして、ポリイソシアヌレートマトリックスが、式 ▲数式、化学式、表等があります▼( I ) 〔式中、Xの少くとも一つは−R_1−NCOを表わし
    、またXの少くとも一つは−R_1−NH−CO−OR
    _2−(OCO−NH−R_1−NCO)_n(nは1
    〜8の整数である)を表わし、R_1は脂肪族、脂環式
    、芳香族又はこれらの混成基であり、R_2はR_1と
    同じか又は別異にして、脂肪族、脂環式、芳香族又はこ
    れらの混成基か或は炭素、シロキサン、シラン又はこれ
    らの混成基である。〕 を有する反復構造単位よりなる、複合材料。 2、式(1)の反復構造単位において、平均して、二つ
    のXが−R_1−NCO基を表わし、一つのXが−R_
    1−NH−CO−OR_2−(OCO−NH−R_1−
    NCO)_nを表わす、特許請求の範囲第1項記載の複
    合材料。 3、補強充填材の量が5〜85重量%、好ましくは30
    〜70重量%である、特許請求の範囲第1項又は2項記
    載の複合材料。 4、曲げ弾性率≧4,000N/mm^2、アイゾット
    レジリエンス≧100J/mの特性値を有する、特許請
    求の範囲第1〜3項のいずれか一項記載の複合材料。 5、曲げ弾性率≧5,000N/mm^2、好ましくは
    ≧20,000N/mm^2アイゾットレジリエンス≧
    200J/m好ましくは≧500J/mの特性値を有す
    る、特許請求の範囲第4項記載の複合材料。 6、加熱撓み温度が150℃より高く、好ましくは≧2
    20℃である、特許請求の範囲第4項又は5項記載の複
    合材料。 7、補強充填材がガラスの繊維および(又は)布、炭素
    繊維、ポリアミド繊維特に芳香族ポリアミド繊維、結晶
    質ポリオレフィン繊維、ポリエステル繊維並びに岩綿よ
    り選ばれる、特許請求の範囲第1〜6項のいずれか一項
    記載の複合材料。 8、補強充填材が、平均径8〜30μm好ましくは10
    〜18μm、平均長さ1〜100mm好ましくは5〜5
    0mmのチョップドグラスファイバーよりなる、特許請
    求の範囲第2項記載の複合材料。 9、更に有機および(又は)無機充填材並びに(或は)
    随意架橋せるプラスチック又はエラストマー材料を含む
    、特許請求の範囲第1〜8項のいずれか一項記載の複合
    材料。 10、特許請求の範囲第1項記載の複合材料を製造する
    方法にして、下記三段階すなわち、 a)ポリイソシアネートと、官能価が少くとも2に等し
    いポリオールとを、ポリイソシアネート/ポリオール当
    量比>1.20で縮合させ、それにより、ポリイソシア
    ネートとウレタン化合物との混合物を含む安定な流体プ
    レポリマーを得、 b)前記第一段階で得たプレポリマーと、80℃より高
    い温度で活性な架橋触媒とを混合し、取得せる混合物を
    少くとも1種の補強材に含浸させ、それにより予備含浸
    物を得、そして c)前記第二段階で得た予備含浸物を80〜200℃の
    型内で重合させる ことよりなることを特徴とする方法。 11、段階(a)に従ったポリイソシアネートとポリオ
    ールとの縮合を、50〜90℃範囲の温度で5分〜3時
    間範囲の時間にわたり好ましくは減圧下、不活性雰囲気
    中で実施する、特許請求の範囲第10項記載の方法。 12、段階(a)におけるポリオールとして、250〜
    10,000、好ましくは250〜7,000の平均分
    子量を有するトリオール2種の混合物を用い、このうち i)より低い平均分子量を有する一方のトリオールは、
    グリセリンおよび(又は)トリメチロールプロパンとプ
    ロピレンオキシドおよび(又は)エチレンオキシドとの
    縮合物からなり、また ii)より高い分子量を有する他方のトリオールは、混
    成オキシエチレン−オキシプロピレン鎖によるグリセリ
    ンおよび(又は)トリメチロールプロパンエーテル化物
    からなり、 しかもプロピレンオキシド対エチレンオキシド重量比を
    95/5〜20/80とし、i/iiの重量比を70:
    30〜10:90とする、特許請求の範囲第10〜11
    項のいずれか一項記載の方法。 13、第二段階(段階(b))で、プレポリマーに、好
    ましくは平均径0.01〜10μmの粒子形をなすAB
    S樹脂、ポリカーボネート、ポリエステル、弾性ポリエ
    ステル、ポリアミド、ブタジエン若しくはイソプレンゴ
    ム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレン/プロピレン
    ゴムおよびアクリルゴムより選ばれる、随意架橋された
    プラスチックないしエラストマー材料を更に混合する、
    特許請求の範囲第10〜12項のいずれか一項記載の方
    法。 14、特許請求の範囲第1項に従った複合材料を製造す
    る方法にして、 a)式(IV)のポリイソシアネート、式(V)のウレタ
    ン化合物および1種若しくは2種以上の補強充填材を、
    随意有機および(又は)無機充填材並びにプラスチック
    および(又は)エラストマー材料と一緒に含む混合物を
    調製し、 b)80℃より高い温度で活性な架橋触媒を加え、そし
    て c)得られた混合物を80〜200℃範囲の温度に加熱
    する ことよりなることを特徴とする方法。 15、80℃より高い温度で活性な触媒が、鉛若しくは
    ビスマスの化合物又は、随意アミンと混合されるTi、
    V、Co、Ni、Sn基剤有機若しくは金属有機化合物
    から選ばれる、特許請求の範囲第10〜14項のいずれ
    か一項記載の方法。 16、触媒が、ステアリン酸、オレイン酸および2−エ
    チルヘキサン酸の鉛塩より選ばれる、特許請求の範囲第
    15項記載の方法。
JP61291721A 1985-12-10 1986-12-09 本質上ポリイソシアヌレ−トを基剤とする高密度複合材料 Pending JPS62138517A (ja)

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