KR20110124278A - 2부분 액체 심 조성물 - Google Patents
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Abstract
에폭시 경화제, 및 에폭시 경화제 부분과 에폭시 수지 부분을 포함하는 2부분 조성물뿐만 아니라, 액체 심 응용에서의 그들의 사용 방법이 제공된다. 에폭시 경화제는 적어도 하나의 지환족 폴리아민 경화제, 및 a) 지방족 폴리아미도아민 및 b) 과잉량의 비분지형 폴리에테르다이아민과 에폭시 수지의 부가물로부터 선택되는 적어도 하나의 제2 경화제를 포함한다.
Description
관련 출원과의 상호 참조
본 출원은 그 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된 2009년 2월 9일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/151076호의 이익을 주장한다.
본 발명은 경화제 조성물, 및 액체 심(shim) 응용에 유용할 수 있는 경화제 부분과 에폭시 수지 부분을 포함하는 2부분 조성물뿐만 아니라, 그들의 사용 방법에 관한 것이다.
조립된 부품들을 위치설정하고 이들 사이의 간극을 충전하기 위하여 조립 작업의 많은 면에서 심이 사용된다. 시밍(shimming)에 대한 필요성은 계면(interface)에서의 간극을 제거할 필요성 및 엄격한 공차 요건으로 인해 항공우주선 조립 작업에서 특히 중대하다. 조립 작업에 사용되는 심은 일반적으로 3가지 카테고리 내에 속한다. 고체 심은 일부 경우에 접속 부품(interfacing part)과 동일한 재료로 만들어진다. 라미네이팅된 박리가능한 심은 양호한 맞춤이 달성될 때까지 하나씩 제거될 수 있는 포일(foil) 층들로 만들어질 수 있다. 액체 심 재료는 불규칙하거나 테이퍼 형성된(tapered) 계면을 충전하는 데 유용할 수 있다. 액체 심 재료는 전형적으로 폭이 0.7 ㎜ 이하인 간극을 충전하는 데 사용된다.
본 발명은 에폭시 조성물, 경화제 조성물, 및 액체 심 응용으로서 유용할 수 있는 본 발명의 에폭시 조성물 및 경화제 조성물을 포함하는 2부분 조성물, 및 그들의 사용 방법을 제공한다.
간단하게 말하면, 본 발명은 적어도 하나의 지환족 폴리아민 경화제, 및 a) 지방족 폴리아미도아민 및 b) 과잉량의 비분지형 폴리에테르다이아민과 에폭시 수지의 부가물로부터 선택되는 적어도 하나의 제2 경화제를 포함하는 에폭시 경화제를 제공한다. 일부 실시 형태에서, 적어도 하나의 제2 경화제는 지방족 폴리아미도아민이다. 일부 실시 형태에서, 적어도 하나의 제2 경화제는 과잉량의 비분지형 폴리에테르다이아민과 에폭시 수지의 부가물이다. 일부 그러한 실시 형태에서, 비분지형 폴리에테르다이아민은 화학식 I에 따른 화합물이다:
[화학식 I]
H2N-[(CH2)xO]y-(CH2)x-NH2
(여기서, y는 1, 2, 3 또는 4이고, 각각의 x는 독립적으로 2, 3 또는 4로부터 선택됨). 일부 그러한 실시 형태에서, 과잉량의 비분지형 폴리에테르다이아민과 에폭시 수지의 부가물은 에폭시 수지 1 부당 2 내지 8 부의 비분지형 폴리에테르다이아민의 부가물이다. 일부 실시 형태에서, 에폭시 경화제는 적어도 하나의 질산칼슘 촉진제를 추가로 포함한다. 일부 실시 형태에서, 에폭시 경화제는 미립자 금속을 포함하지 않는다.
다른 태양에서, 본 발명은 a) 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 성분을 본 발명에 따른 에폭시 경화제와 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; b) 혼합물로 간극을 충전하는 단계; 및 c) 혼합물이 경화되게 하는 단계를 포함하는 간극 충전 방법을 제공한다. 일부 실시 형태에서, 에폭시 성분은 코어-셸(core-shell) 충격 개질제를 추가로 포함한다. 일부 실시 형태에서, 에폭시 성분은 테트라글리시딜 메타-자일렌다이아민을 포함하는데, 특히 여기서 에폭시 경화제는 지방족 폴리아미도아민이다. 일부 실시 형태에서, 에폭시 성분은 에폭시 노볼락 수지를 포함하는데, 특히 여기서 에폭시 경화제는 과잉량의 비분지형 폴리에테르다이아민과 에폭시 수지의 부가물이다.
다른 태양에서, 본 발명은 a) 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 성분과 b) 본 발명에 따른 에폭시 경화제를 혼합하고 경화되게 함으로써 얻어지는 조성물을 제공한다. 일부 실시 형태에서, 에폭시 성분은 코어-셸 충격 개질제를 추가로 포함한다. 일부 실시 형태에서, 에폭시 성분은 테트라글리시딜 메타-자일렌다이아민을 포함하는데, 특히 여기서 에폭시 경화제는 지방족 폴리아미도아민이다. 일부 실시 형태에서, 에폭시 성분은 에폭시 노볼락 수지를 포함하는데, 특히 여기서 에폭시 경화제는 과잉량의 비분지형 폴리에테르다이아민과 에폭시 수지의 부가물이다.
본 발명은 에폭시 조성물, 경화제 조성물, 및 액체 심 응용으로서 유용할 수 있는 본 발명의 에폭시 조성물과 경화제 조성물을 포함하는 2부분 조성물을 제공한다. 본 발명은 개시된 2부분 조성물의 두 부분을 혼합함으로써 얻어지는 조성물을 추가로 제공한다.
임의의 적합한 에폭시 조성물이 본 발명의 2부분 조성물에 사용될 수 있다. 전형적으로 분자당 3개 이상의 에폭시 기를 갖는 다작용성 수지가 사용된다. 일부 실시 형태에서, 에폭시 노볼락 수지가 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 메타-자일렌다이아민, 예컨대 에리시스(ERISYS) GA 240을 기재로 한 에폭시 수지가 사용될 수 있다. 에폭시 조성물은 충격 개질제, 충전제, 리올로지(rheology) 개질제 및/또는 안료를 포함할 수 있는 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
임의의 적합한 경화제 조성물이 본 발명의 2부분 조성물에 사용될 수 있다. 경화제 조성물은 전형적으로 둘 이상의 경화제 화학종을 포함하며, 이들 경화제 화학종은 전형적으로 폴리아민이다. 일부 실시 형태에서, 경화제 조성물은 적어도 하나의 지환족 폴리아민을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 경화제 조성물은 과잉량의 비분지형 폴리에테르다이아민과 에폭시 수지의 적어도 하나의 부가물을 포함하며, 과잉량은 전형적으로 200% 초과, 더 전형적으로 250% 초과, 더 전형적으로 280% 초과, 더 전형적으로 300% 초과, 일부 실시 형태에서는 350% 초과, 그리고 일부 실시 형태에서는 400% 초과이다. 일부 실시 형태에서, 경화제 조성물은 과잉량의 비분지형 폴리에테르다이아민과 에폭시 수지의 적어도 하나의 부가물을 포함하며, 여기서 과잉량은 전형적으로 800% 미만, 더 전형적으로 700% 미만, 더 전형적으로 600% 미만, 더 전형적으로 500% 미만, 그리고 더 전형적으로 450% 미만이다. 비분지형 폴리에테르다이아민은 전형적으로 분자량이 500 미만, 더 전형적으로 400 미만, 더 전형적으로 300 미만, 더 전형적으로 280 미만, 더 전형적으로 260 미만, 그리고 더 전형적으로 240 미만이다. 비분지형 폴리에테르다이아민은 전형적으로 분자량이 130 이상, 더 전형적으로 150 이상, 더 전형적으로 180 이상, 그리고 더 전형적으로 200 이상이다. 비분지형 폴리에테르다이아민은 전형적으로 1 내지 4개의 에테르 산소, 그리고 더 전형적으로 2 또는 3개의 에테르 산소를 갖는다. 일부 실시 형태에서, 비분지형 폴리에테르다이아민은 화학식 I에 따른 화합물일 수 있다:
[화학식 I]
H2N-[(CH2)xO]y-(CH2)x-NH2
여기서, y는 1, 2, 3 또는 4, 더 전형적으로 2 또는 3이고, 여기서 각각의 x는 독립적으로 2, 3 또는 4, 더 전형적으로 2 또는 3으로부터 선택된다. 일부 실시 형태에서, y는 2이다. 일부 실시 형태에서, y는 2이고, 각각의 x는 독립적으로 2 또는 3으로부터 선택된다. 일부 실시 형태에서, y는 3이다. 일부 실시 형태에서, y는 3이고, 각각의 x는 독립적으로 2 또는 3으로부터 선택된다. 일부 실시 형태에서, 비분지형 폴리에테르다이아민은 4,7,10-트라이옥사 트라이데칸 1,13-다이아민(TTD)일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 비분지형 폴리에테르다이아민은 제파민(Jeffamine)(등록상표) EDR 176으로 구매가능한 4,7-다이옥사 데칸 1,10-다이아민일 수 있다.
일부 실시 형태에서, 경화제 조성물은 비분지형 폴리에테르다이아민/에폭시 부가물 및 적어도 하나의 지환족 폴리아민 둘 모두를 포함한다. 경화제 조성물은 그 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된 PCT 출원 공개 WO2008/089410호[대리인 관리번호 제62522WO005호]에 개시된 바와 같이, 촉진제로서 질산칼슘을 추가로 포함할 수 있다. 경화제 조성물은 충격 개질제, 충전제, 리올로지 개질제 및/또는 안료를 포함할 수 있는 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 경화제 조성물은 전형적으로 미립자 금속 충전제 또는 첨가제를 포함하지 않는다. 본 발명에 따른 경화제 조성물은 전형적으로 미립자 알루미늄 또는 알루미늄 합금 충전제 또는 첨가제를 포함하지 않는다. 본 발명에 따른 경화제 조성물은 전형적으로 미립자 철(iron), 강(steel), 또는 철 합금 충전제 또는 첨가제를 포함하지 않는다. 본 발명에 따른 경화제 조성물은 전형적으로 미립자 구리 또는 구리 합금 충전제 또는 첨가제를 포함하지 않는다.
많은 실시 형태에서, 액체 심 조성물은 24시간 내지 48시간 내에 실온에서 완전히 경화될 것이며, 적용 4시간 후 샌딩(sanding)되거나 드릴링(drilling)될 수 있다. 많은 실시 형태에서, 액체 심 조성물은 약 3시간의 가사 수명(pot life)(위치설정 및 조정을 위한 시간)을 가질 것이며, 약한 열의 적용으로 가속된 속도로 경화될 수 있으며, 전형적으로 70℃에서 30분 이내에 경화될 수 있다.
많은 실시 형태에서, 액체 심 조성물은 적용시 낮은 정도의 늘어짐(sag) 또는 크리프(creep)와 함께 주입기에 의한 주입 또는 적용에 적합할 수 있는 것과 같은 낮은 점도의 조합을 비롯한 경화 전 특성을 보여줄 것이다.
많은 실시 형태에서, 액체 심 조성물은 부서짐(brittleness) 없이 양호한 압축 강도, 저온 및 고온(-55 내지 120℃)에서의 적당한 강도 특성, 및 대부분의 용매, 오일, 유압유 등에 대한 내성을 비롯한 경화 후 특성을 보여줄 것이다. 많은 실시 형태에서, 본 발명의 조성물은 경화 후 Tg가 120℃ 초과, 더 전형적으로 140℃ 초과, 더 전형적으로 160℃ 초과, 그리고 더 전형적으로 180℃ 초과임을 보여줄 것이다. 많은 실시 형태에서, 액체 심 조성물은 에어버스(Airbus) AIMS 품질인증 10-07-001의 요건을 충족시켜야 한다.
본 발명의 목적 및 이점은 하기의 실시예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 실시예에 인용된 특정 물질 및 그 양뿐만 아니라 기타 조건이나 상세 사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예
달리 언급되지 않으면, 모든 시약은 미국 위스콘신주 밀워키 소재의 알드리치 케미칼 컴퍼니(Aldrich Chemical Co.)로부터 입수하였거나 입수가능하고, 또는 공지 방법에 의해 합성될 수 있다.
에폭시 수지 조성물
소형 실험실용 혼합기 내에서 혼합함으로써 표 I에 제시된 에폭시 수지 조성물을 제조하였다. 제형 B4의 제조를 2l 도펠(doppel) Z 실험실용 모글(lab mogul) 내에서 행하였다. 모글 내로 노볼락 수지를 도입하고, 케인 에이스(Kane Ace) 156과 블렌딩하였다. 약 30분 혼합 후, 에어로실(Aerosil)을 첨가하였으며, 이어서 이산화티타늄 분말을 첨가하였다. 이어서, 전체를 진공 하에서 40분 이상 동안 혼합하였다. 결과물은 균질한 백색 페이스트였다.
[표 I]
경화제 조성물
소형 실험실용 혼합기 내에서 혼합함으로써 표 II에 제시된 경화제 조성물을 제조하였다. 제형 A1 및 제형 A2의 제조를 B4 부분에 대하여 기술된 것과 동일한 모글 내에서 행하였다. 제1 단계는 안카민(Ancamine) 2167 및 질산칼슘의 도입이었다. 이들을 80℃로 가열하고 1시간 동안 혼합하였다. 실온(RT)으로 냉각시킨 후, 에어로실을 첨가하고 균질해질 때까지 혼합하였다. 그 후, TTD 및 에피코트(Epikote) 828 부가물을 도입하고, 약 30분 동안 실온에서 혼합하였다. 그 후, 민실(Minsil) 및 카본 블랙을 혼입하고, 1시간 동안 진공 하에서 혼합하였다. TTD 및 에피코트 828 부가물은 180 부의 TTD를 60 부의 에피코트 828을 반응시킴으로써 제조되었다. 두 성분을 1시간 동안 실온에서 혼합하고, 이어서 80℃까지 가열하였다. 온도를 1시간 동안 유지하여 사전-중합 반응을 완료시켰다.
[표 II]
수지/경화제 조합
본 발명은 B1/A0, B1/A1, B1/A2, B2/A0, B2/A1, B2/A2, B3/A0, B3/A1, B3/A2, B4/A0, B4/A1 및 B4/A2를 비롯한 B 부분과 A 부분의 임의의 조합을 고려한다. 하기의 B 부분과 A 부분의 조합을 2 부피부의 B 대 1 부피부의 A의 비로 제조하였다: B1/A0, B2/A0, B3/A0, B4/A1 및 B4/A2. 제형 B4/A1 및 B4/A2의 혼합 점도는 하케 레오윈(Haake RheoWin) 계기에서 측정했을 때 600 파스칼(Pa) 미만인 것으로 측정되었다.
결과 - 경화 시간
B1/A0, B2/A0 및 B3/A0 제형의 가사 수명을 DSC 측정에 의해 측정하였다(경화의 정도). 표 III은 이들 3개의 조합에 대하여 혼합 후 시간의 함수로서의 경화 잠재성을 보고한다.
[표 III]
B4/A1의 가사 수명은 대략 120분인 것으로 관찰되었다. B4/A2의 가사 수명은 대략 90분인 것으로 관찰되었다.
결과 - 기계적 시험
에어버스 AIMS 품질인증 10-07-001에 따라 기계적 시험을 수행하였다. 결과가 표 IV, 표 V 및 표 VI에 개시되어 있다.
[표 IV]
[표 V]
[표 VI]
B1/A0 및 B4/A2 제형이 최상의 기계적 특성을 나타내었다. 표 VII, 표 VIII 및 표 IX에 보고되어 있는, 유체 저항성 및 에이징(aging) 시험을 비롯한, B4/A2 제형에 대한 추가의 특성화를 수행하였다.
[표 VII]
[표 VIII]
[표 IX]
본 발명의 다양한 변형 및 변경은 본 발명의 범주 및 원리로부터 벗어남이 없이 당업자에게 명백할 것이며, 본 발명이 전술한 예시적인 실시 형태들로 부당하게 한정되지 않음을 이해하여야 한다.
Claims (20)
- 적어도 하나의 지환족 폴리아민 경화제, 및
a) 지방족 폴리아미도아민 및 b) 과잉량의 비분지형 폴리에테르다이아민과 에폭시 수지의 부가물로부터 선택되는 적어도 하나의 제2 경화제
를 포함하는 에폭시 경화제. - 제1항에 있어서, 적어도 하나의 제2 경화제는 a) 지방족 폴리아미도아민인 에폭시 경화제.
- 제1항에 있어서, 적어도 하나의 제2 경화제는 b) 과잉량의 비분지형 폴리에테르다이아민과 에폭시 수지의 부가물인 에폭시 경화제.
- 제3항에 있어서, 비분지형 폴리에테르다이아민은 화학식 I에 따른 화합물인 에폭시 경화제:
[화학식 I]
H2N-[(CH2)xO]y-(CH2)x-NH2
(여기서, y는 1, 2, 3 또는 4이고, 각각의 x는 독립적으로 2, 3 또는 4로부터 선택됨). - 제3항에 있어서, 과잉량의 비분지형 폴리에테르다이아민과 에폭시 수지의 부가물은 에폭시 수지 1 부당 2 내지 8 부의 비분지형 폴리에테르다이아민의 부가물인 에폭시 경화제.
- 제4항에 있어서, 과잉량의 비분지형 폴리에테르다이아민과 에폭시 수지의 부가물은 에폭시 수지 1 부당 2 내지 8 부의 비분지형 폴리에테르다이아민의 부가물인 에폭시 경화제.
- 제1항에 있어서, 적어도 하나의 질산칼슘 촉진제를 추가로 포함하는 에폭시 경화제.
- 제1항에 있어서, 미립자 금속을 포함하지 않는 에폭시 경화제.
- a) 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 성분을 제1항에 따른 에폭시 경화제와 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
b) 혼합물로 간극을 충전하는 단계; 및
c) 혼합물이 경화되게 하는 단계를 포함하는 간극 충전 방법. - a) 테트라글리시딜 메타-자일렌다이아민을 포함하는 에폭시 성분을 제2항에 따른 에폭시 경화제와 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
b) 혼합물로 간극을 충전하는 단계; 및
c) 혼합물이 경화되게 하는 단계를 포함하는 간극 충전 방법. - a) 에폭시 노볼락 수지를 포함하는 에폭시 성분을 제3항에 따른 에폭시 경화제와 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
b) 혼합물로 간극을 충전하는 단계; 및
c) 혼합물이 경화되게 하는 단계를 포함하는 간극 충전 방법. - 제9항에 있어서, 에폭시 성분은 코어-셸(core-shell) 충격 개질제를 추가로 포함하는 방법.
- a) 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 성분과 b) 제1항에 따른 에폭시 경화제를 혼합하고 경화되게 함으로써 얻어지는 조성물.
- a) 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 성분과 b) 제2항에 따른 에폭시 경화제를 혼합하고 경화되게 함으로써 얻어지는 조성물.
- 제14항에 있어서, 에폭시 성분은 테트라글리시딜 메타-자일렌다이아민을 포함하는 조성물.
- a) 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 성분과 b) 제3항에 따른 에폭시 경화제를 혼합하고 경화되게 함으로써 얻어지는 조성물.
- 제16항에 있어서, 에폭시 성분은 에폭시 노볼락 수지를 포함하는 조성물.
- a) 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 성분과 b) 제4항에 따른 에폭시 경화제를 혼합하고 경화되게 함으로써 얻어지는 조성물.
- a) 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 성분과 b) 제5항에 따른 에폭시 경화제를 혼합하고 경화되게 함으로써 얻어지는 조성물.
- 제13항에 있어서, 에폭시 성분은 코어-셸 충격 개질제를 추가로 포함하는 조성물.
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