JP2006522203A - 粉体化エポキシ組成物 - Google Patents
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Abstract
ビスフェノールAのジグリシジルエーテルからなる群より選択される、約30%〜約40%の少なくとも1種のエポキシ樹脂、約55%〜約60%の粒子状難燃剤、約1%〜約4%の少なくとも1種の多官能ヒンダードフェノール;および約5%以下の少なくとも1種の接着促進剤を含む、硬化させたエポキシコーティング。この硬化させたコーティングは、電流運搬体に絶縁性を与え、ペソメーター(Pethometer)M4P150表面プロファイル測定器を用いて測定すると、その平均表面粗さが約10μm〜約13μmである。
Description
本願は、係属中の米国特許出願第10/034534号(2001年12月12日出願)の一部継続出願である。
本発明は、基材に塗布する際に低溶融粘度を示し、均一にコーティングが可能で、基材の小さな間隙や割れ目の中への浸透性が良好な、融着粉体化エポキシ組成物に関する。さらに詳しくは、本発明は、低溶融粘度のための溶融粘度変性剤を使用し、金属バー、ロッド、コイルなどの基材に塗布する際に改良された流動性を示す、粉体化エポキシ組成物に関する。
粉体化エポキシコーティング組成物には多くの用途がある。1つの有用な用途は、モーターの分野である。典型的なモーターには、多くの構成部分、たとえば回転子(または電機子)固定子などが含まれる。ほとんどの場合、回転子や固定子においては、部品のまわりに電線、典型的には銅線が用いられている。そのように巻き付けた電線は一般に「巻線(winding)」と呼ばれている。モーターまたはコイルの巻線では、金属の巻線の上に絶縁コーティングをして、その巻線を埃、湿分および化学物質から保護してやる必要がある。いくつかの場合には、その絶縁材料が多孔質となって湿分を吸収しやすくなる傾向がある。コーティングが劣っていたり損傷を受けたために、保護が不充分となった巻線を有するモーターは、たとえば高湿度環境などの悪条件下に暴露されると、機器の故障を起こしかねない。通常の使用時にモーター巻線の中に取り込まれた物質は、湿分の吸収蓄積を起こし、それによってモーターの換気が損なわれる可能性がある。そのようにしてモーター巻線の中に取り込まれた湿分は、電流の接地経路となる。そのような経路がいったん出来てしまうと、後に残る炭素の痕跡が電流を通し続け、最後に故障を起こすことになる。
エポキシコーティングが金属巻線を保護することは、判っている。たとえば、米国特許第5,747,565号明細書(オノ(Ono)ら)には、電気および電子部品の絶縁に使用するのに適したエポキシ粉体コーティング組成物が開示されている。その特許には以下のものを含む組成物が開示されている:(A)100重量部の、エポキシ当量が800〜2000の混合エポキシ樹脂であって、これには、(i)エポキシ当量が180〜2500のビスフェノールAのジグリシジルエーテルと、(ii)ビスフェノールAのジグリシジルエーテルをカルボキシル末端のアクリロニトリルブタジエンコポリマーと反応させることによって得られ、エポキシ当量が180〜2500のゴム変性エポキシ樹脂とが含まれる、エポキシ樹脂;(B)混合硬化剤であって、(i)0.05重量部のイミダゾール化合物、(ii)0.5〜10重量部のジシアノジアミドおよび(iii)1〜10重量部の二塩基性カルボン酸のジヒドラジドとからなる、硬化剤;および(C)50〜100重量部のシリカ。
特開平11−172075号公報には、以下のものを含むエポキシ樹脂組成物が開示されている:(A)少なくとも60重量%の結晶性エポキシ樹脂;(B)ビスフェノールAタイプのエポキシであってもよい、フェノール樹脂硬化剤;(C)溶融シリカ粉体;および(D)たとえばイミダゾールなどの、少なくとも1つのタイプの硬化剤加硫促進剤。
特開平07−258384号公報には、以下のものを含むエポキシ樹脂組成物が開示されている:(A)結晶性エポキシ樹脂;(B)ビスフェノールAエポキシ樹脂タイプのフェノール樹脂硬化剤;(C)ノボラックフェノール樹脂;(D)ビスフェノールA、および(E)イミダゾール加硫促進剤。
巻線をコーティングするために液状ワニスを使用することもまた、当業者には公知である。典型的なプロセスでは、巻線の上にワニスを滴り落として金属をコーティングする。そのようなプロセスは、時間がかかる傾向がある。さらに典型的には、ワニスには揮発性の有機成分が含まれるので、環境にとって優しくないものとなってしまっている。
それら従来技術は有用ではあろうが、当業界で必要とされているのは、良好な接着性を有すると共に、その組成物を各種の基材、特に金属基材に塗布する際に良好な流動特性を与える、また別な粉体化エポキシ組成物である。
粉体コーティング組成物の中の粘度変性剤として、多官能フェノール基を、本明細書に開示されるように大量に使用するというのは、これまでに無かったことだと考えられる。
簡潔にまとめれば、1つの態様において本発明は、下記のものを含む粉体化エポキシ組成物に関する:(a)約30〜40重量%の少なくとも1種の結晶性エポキシ樹脂;(b)約10〜40重量%の少なくとも1種のフェノール系レゾール樹脂;(c)約10〜40重量%の少なくとも1種の多官能分岐状ヒンダードフェノール。パーセントはすべて、全組成物重量を基準にしたものである。場合によっては、その組成物には、約1重量%未満のベンゾイン、約50重量%までのビスフェノールA末端エポキシ、および約1重量%未満のメチルイミダゾールをさらに含む。
本発明の粉体化エポキシは、各種の表面の保護コーティングとして使用することができる。1つの塗布法においては、粉体を加熱した基材に塗布する。加熱した基材に接触することによって、その粉体が溶融、反応し、コーティングを形成する。また別な塗布法では、粉体をまず溶融させておいてから、基材に塗布する。さらには、粉体を静電的に帯電させることができるので、次いでその帯電させた粉体粒子を基材に引きつけて、それに続けて加熱することもできる。粉体化エポキシは、モーターコイルの電線をコーティングするのに特に適している。具体的には、粉体化エポキシを用いて電気回転子や固定子を包み込んで封入し、コイルの巻線を補強し、コイルを回転子のコアに接着させることができる。この粉体化エポキシは、変圧器のボビン巻条に使用することもできる。その溶融粘度が低いために、本発明の粉体化エポキシは繊維質基材のためのバインダーとして使用することもできる。たとえば、パーソナルコンピューターの基板は通常、絡み合わせた繊維を含む基材を出発物質とするが、そのような基材は、本発明の粉体化エポキシを含浸させることにより、互いに固定させることができる。
本発明による粉体化エポキシ組成物には、各種の配電システムおよび電気機器にエネルギーを供給するための、たとえば母線(buss bar)のような電流運搬体を絶縁するための融着粉体エポキシコーティングも含まれる。使用時に母線の温度が上がって、表面の絶縁体を損傷し、多くの場合炭化を引き起こし、極端なケースでは、絶縁エポキシ材料が発火する可能性もある。高温による絶縁コーティングが破壊されるような現象に対処するために、難燃剤を使用することも可能である。
一般的に使用される難燃剤としては、ハロゲン置換基を含むものや、粒子状の難燃材料、またはそれらの混合物が挙げられる。ハロゲン含有難燃剤は環境汚染を引き起こす可能性を有するので、その代替物として、粒子状の難燃材料は魅力がある。しかしながら、効果的な難燃性を得るために必要とされる粒子状難燃剤の量によっては、コーティングの配合物特性、たとえば流動特性や平滑性などに悪い影響がでる可能性がある。本発明による粉体化エポキシコーティング組成物からは、塗布の際にはその加熱された溶融状態における改良された流動性を有し、冷却すると改良された外観を有するコーティング配合物が得られる。
理論に束縛されることを望むものではないが、高温における流動性と、室温における外観と、本発明によるコーティング組成物の溶融粘度を変性するのに用いられた、選択された多官能フェノール成分の量との間には、相関関係があるように見える。そのようなコーティング組成物には、約30%〜約40%の、ビスフェノールAのジグリシジルエーテルからなる群より選択される少なくとも1種のエポキシ樹脂を含む、粉体化エポキシ組成物が含まれる。その組成物にはさらに、約55%〜約60%の粒子状難燃剤、約1%〜約4%の少なくとも1種の多官能ヒンダードフェノール、および約5%以下の少なくとも1種の接着促進剤も含まれる。
高温に加熱することによって、本発明による粉体化エポキシ組成物は、約30%〜約40%の、ビスフェノールAのジグリシジルエーテルからなる群より選択される少なくとも1種のエポキシ樹脂、約55%〜約60%の粒子状難燃剤、約1%〜約4%の少なくとも1種の多官能ヒンダードフェノール、および約5%以下の少なくとも1種の接着促進剤を含む、硬化したエポキシコーティングとなる。この硬化コーティングは、ペソメーター(Pethometer)M4P150表面プロファイル測定器を用いて測定すると、その平均表面粗さが約10μm〜約13μmである。
本発明は、優れたオーバーラップ剪断力(後に定義する)を有するエポキシコーティングを与える。そのような性質は、モーターコイルにおいては特に望ましいものであって、巻線中の個々の電線の相互絶縁を維持し、使用中に電線が巻線そのものから外れてしまうような可能性を最小限に抑制する。
好適なことには、多官能分岐状ヒンダードフェノールが機能して、加熱した基材に塗布する際の粉体コーティングの粘度を低下させ、それによって、コーティングが基材の上の小さな割れ目の中へもより浸透しやすくなる。さらに、ヒンダードフェノールを使用することによって、コーティングのオーバーラップ剪断力が上がると考えられる。
従来技術と比較すると、本発明では結晶性エポキシ樹脂の使用量がかなり少ないが、結晶性エポキシ樹脂は通常、組成物の中では、価格の高い成分の1つである。経済的なメリットがあり、それに加えて、金属母線やモーターコイルなどの基材へ粉体化エポキシを塗布するために必要な加工時間を短くすることもできるので、本発明の粉体化エポキシ組成物は産業において特に有用である。
本発明の組成物の個々の成分、およびその組成物の製造方法について以下に詳しく述べる。
一般に、本発明で使用する結晶性エポキシ樹脂は、使用される室温(22℃〜25℃)で、通常、結晶性の固体である。その結晶性エポキシ樹脂を、組成物の全重量を基準にして約25〜45重量%、好ましくは約30〜40重量%の量で存在させる。有用な結晶性エポキシ樹脂は、当量が約130未満、好ましくは約115〜125であるか、または150℃における溶融粘度が約5センチポワズ未満、好ましくは約2〜3センチポワズのものである。その結晶性エポキシ樹脂の当量が約115〜125であって、かつ150℃における溶融粘度が約2〜3センチポワズであれば、より好ましい。この結晶性エポキシ樹脂にはオリゴマーが、ほとんどまたは全く含まれていないのが好ましい。
フェノール系レゾール樹脂および多官能分岐状ヒンダードフェノールは硬化樹脂として働く。本明細書で使用するとき、「レゾール」という用語は、アルカリ性の条件下でフェノールとホルムアルデヒドを反応させることによって製造される縮合反応生成物を意味する。本発明を実施するのに有用な、好適なフェノール系レゾール樹脂の1例としては、ニューヨーク州スケネクタディ(Schenectady,NY)のスケネクタディ・インターナショナル(Schenectady International)から製品番号HRJ−1367として市販されているものが挙げられる。この樹脂を、組成物の全重量を基準にして約10〜40重量%、好ましくは約15〜35重量%の量で存在させる。
本明細書で使用するとき、「多官能分岐状ヒンダードフェノール」という用語は、3官能フェノール、4官能フェノール、およびそれらの組合せからなる群より選択されるフェノールを意味する。硬化剤としての機能に加えて、この多官能分岐状ヒンダードフェノールは粘度変性剤でもある。好適な多官能分岐状ヒンダードフェノールの例を挙げれば、ニューヨーク州タリータウン(Tarrytown,NY)のチバ・スペシャルティ・ケミカルズ(Ciba Specialty Chemicals)から市販されているイルガノックス(IRGANOX)1010(4官能)、およびインディアナ州インディアナポリス(Indianapolis,IN)のグレート・レークス・ケミカル・カンパニー(Great Lakes Chemical Co.)から市販されているロウイノックス(LOWINOX)1790(3官能)などがある。そのようなヒンダードフェノールは、全組成物重量を基準にして約5〜40重量%、好ましくは約10〜40重量%の量で存在させる。このように、通常は1%以下の量で耐熱安定剤として使用されるイルガノックス(IRGANOX)1010を、本発明の組成物においては40重量%までの量で使用することによって、溶融粘度を下げることができるということが見出されたのである。イルガノックス(IRGANOX)1010は4官能の分岐状ヒンダードフェノールであるので、本発明の組成物の中で硬化でき、しかもオーバーラップ剪断力を下げることがないと考えられる。それに加えて、イルガノックス(IRGANOX)1010は環境毒性が極めて低く、食品グレードの原料であるというメリットもある。
本発明の組成物においては、以下に記す任意成分を使用することも可能である。たとえばベンゾインのような流動化剤を添加して、加熱した基材に粉体化エポキシを塗布してコーティングを形成させる際に、揮発性のガスが放出されやすくする。この流動化剤はまた、ボイドの数を最小限に抑えたコーティングを製造するのにも役立つ。この添加剤はさらに、フェノール系レゾール樹脂のホモ重合の際に起きる縮合反応で生成する水を放出させるのにも役立つ。ベンゾインを使用する場合には、全組成物重量の1重量%以下の量で存在させる。
ビスフェノールA末端エポキシ、高分子量エポキシは、また別な任意成分である。それを使用する場合には、全組成物の約50重量%まで、好ましくは約35〜45重量%の量で存在させる。
このエポキシ硬化性樹脂は自己硬化させることも可能で、すなわち、粉体コーティングの硬化の際にそれがホモ重合により反応する。触媒を使用して、その反応が商業的に許容される速度で進むようにするのが好ましい。本発明において好適な触媒は2−メチルイミダゾールであるが、イミダゾール系のその他の化合物、たとえば、2−エチル−、プロピル−、ブチルなどであってもよい。
製造方法
粉体化樹脂は、均質な混合物を得るために、樹脂と硬化剤の混合物を高温(たとえば、>200゜F)で押出すことによって製造することができる。次いでその混合物を粉砕して微粉砕物とし、それを篩いにかけて所望の粒径分布とすることができる。
粉体化樹脂は、均質な混合物を得るために、樹脂と硬化剤の混合物を高温(たとえば、>200゜F)で押出すことによって製造することができる。次いでその混合物を粉砕して微粉砕物とし、それを篩いにかけて所望の粒径分布とすることができる。
本発明の組成物を製造する1つの好適な方法では、成分を冷却付きの高剪断ブレンダーに仕込む。好適で代表的なブレンダーが、ニュージャージー州ペクアノック(Pequannock,NJ)のマイクロ−ミル・ベル−アート・プロダクツ(Micro−Mill Bel−Art Products)から市販されている。ジャケット付きで、(温度40〜60℃の)圧縮空気を用いて冷却するブレンダーが好ましい。ブレンド時間は最終的に希望する粒径によって決まってくるが、熟練者ならば適当なブレンド時間を選択することが可能な筈である。
次いでその粉体化エポキシ組成物を落下させて、すなわち重力の作用を用いて、加熱した基材の上に粉体を塗布する。別な方法として、粉体化エポキシを静電的に基材の上にスプレーすることも可能である。当業者ならば、基材に粉体化エポキシ組成物を塗布するためには、別な方法もあることは理解するであろう。
以下の実施例を用いて、本発明の各種の実施態様と詳細を説明する。実施例はこの目的のためのものではあるが、特定の成分、使用量、さらにはその他の条件や詳細が、本発明の範囲を限定すると不当に受け取ってはならない。特に断らない限り、すべてのパーセントは重量パーセントである。
試験方法:ホットプレートゲル化時間
この試験方法で得られる結果は、定性的なものである。その利点は、容易に短時間で実施できることである。測定の一貫性を保つために、同一人物により試験する。
この試験方法で得られる結果は、定性的なものである。その利点は、容易に短時間で実施できることである。測定の一貫性を保つために、同一人物により試験する。
温度プローブを使用して、ホットプレートの表面温度を調べ、それが約150℃であることを確認する。0.2グラムの粉体化エポキシをホットプレートの表面に置く。木製の舌圧子を用いて、粉体を直径約1インチ(2.54cm)の円状になるようにならす。粉体が溶融するとき、計時を始める。舌圧子を用いて、溶融した粉体をかき混ぜる。その溶融した粉体が明らかにゲル化の粘度を示したら、計時を停止する。その間の時間が、その粉体のゲル化時間である。カミソリの刃を用いて、ホットプレートから硬化した樹脂を除く。さらに2回実験を繰り返し、3回の時間の読みを平均する。本発明の組成物は、150℃で約60〜180秒のゲル化時間を有しているべきである。
試験方法:ピル流動性(コイルコーティング)
0.5グラムの粉体化エポキシを秤量する。12mmのダイとプランジャーと空気プレスを用いて、その秤量した粉体を47psiで5秒間加圧してペレットを作製する。これに適したダイ、プランジャーおよび空気プレスは、ウィスコンシン州ミルトン(Milton,WI)のジェーンズビル・ツール・アンド・マニュファクチャリング・インコーポレーテッド(Janesville Tool & Manufacturing,Inc.)(JT&M)から、製品番号A−1000シリーズとして、入手することが可能である。サンプルそれぞれについて、粉体化エポキシのペレットを2個作製する。
0.5グラムの粉体化エポキシを秤量する。12mmのダイとプランジャーと空気プレスを用いて、その秤量した粉体を47psiで5秒間加圧してペレットを作製する。これに適したダイ、プランジャーおよび空気プレスは、ウィスコンシン州ミルトン(Milton,WI)のジェーンズビル・ツール・アンド・マニュファクチャリング・インコーポレーテッド(Janesville Tool & Manufacturing,Inc.)(JT&M)から、製品番号A−1000シリーズとして、入手することが可能である。サンプルそれぞれについて、粉体化エポキシのペレットを2個作製する。
鋼製(9インチ×2インチまたは20.5インチ×5インチのいずれか)のプレートの長さ全体を#80番グリットサンドペーパーを用いて粗面にする。使用する鋼の種類は軟鋼である。粗面を作った鋼製プレートをイソプロパノールを用いて清浄化し、余分なものをチーズクロスを用いて拭き取る。手袋を着用して、その鋼製プレートを302゜F(150℃)の炉の中に、プレートの長さ方向に10度傾けて入れる。プレートを302゜Fで20分間予熱する。
デジタルキャリパーを用いて、先に作製したペレットの厚みを測定する。2つのペレットを横にならべて、炉中で予熱した、傾けたプレートの上に載せる。20分後に金属プレートを取り出し、ペレットの流動長さを測定する。次式により、流動パーセントを計算する:
流動%=(ペレットの流動長さ−ペレット直径)/(ペレット厚み)
12mmのダイを用いてペレットを作製したのであるから、上式において、ペレットの直径は12mmとするべきである。本発明の組成物は45%以上のピル流動性を有しているべきである。
流動%=(ペレットの流動長さ−ペレット直径)/(ペレット厚み)
12mmのダイを用いてペレットを作製したのであるから、上式において、ペレットの直径は12mmとするべきである。本発明の組成物は45%以上のピル流動性を有しているべきである。
試験方法:ピル流動性(金属バーコーティング)
0.9グラムの粉体化エポキシ組成物を秤量する。12mmのダイとプランジャーと空気プレス(ウィスコンシン州ミルトン(Milton,WI)のジェーンズビル・ツール・アンド・マニュファクチャリング・インコーポレーテッド(Janesville Tool and Manufacturing Inc.)から入手可能なA−1000シリーズのユニット)を用いて、その秤量した粉体を、5,000psiで20秒間加圧した。それぞれの試験で2個のペレットが必要である。
0.9グラムの粉体化エポキシ組成物を秤量する。12mmのダイとプランジャーと空気プレス(ウィスコンシン州ミルトン(Milton,WI)のジェーンズビル・ツール・アンド・マニュファクチャリング・インコーポレーテッド(Janesville Tool and Manufacturing Inc.)から入手可能なA−1000シリーズのユニット)を用いて、その秤量した粉体を、5,000psiで20秒間加圧した。それぞれの試験で2個のペレットが必要である。
加熱炉の中でガラスプレートを約149℃(300゜F)で約30分加熱する。加熱炉の中に水平においた加熱ガラスプレートの上端に、2つのペレットを横に並べて載せる。35秒後に、そのガラスプレートを63度の角度に傾ける。その傾けた状態で10分間置いてから、ガラスプレートを炉から取り出し、室温にまで冷却させる。ガラススライドの裏側から、溶融したペレットの流動長さをミリメートルの物差しで測る。45mm以上のピル流動性を有する組成物が好ましい。
試験方法:オーバーラップ剪断強度
それぞれのサンプルに対して、2本の鋼製のバーを用意する(100mm×15mm×1.15mm)。軟鋼を使用するべきである。それぞれのバーの片側を、#120のサンドペーパーを用いて長さ方向に粗面を作る。その粗面を作ったバーをイソプロパノールを用いて清浄化し、余分なものをチーズクロスを用いて拭き取る。粗面を作り清浄化したバーを全部、アルミニウムパンの中に入れる。そのパンを200゜Fの炉の中に入れ、20〜40分間予熱する。
それぞれのサンプルに対して、2本の鋼製のバーを用意する(100mm×15mm×1.15mm)。軟鋼を使用するべきである。それぞれのバーの片側を、#120のサンドペーパーを用いて長さ方向に粗面を作る。その粗面を作ったバーをイソプロパノールを用いて清浄化し、余分なものをチーズクロスを用いて拭き取る。粗面を作り清浄化したバーを全部、アルミニウムパンの中に入れる。そのパンを200゜Fの炉の中に入れ、20〜40分間予熱する。
0.17グラムの粉体化エポキシを秤量皿の中に取る。ピル流動性試験方法に記載したようにして、空気プレスと12mmのダイとプランジャーを用いて(80psi、12秒間)、12mmのピルを作製する。第1のバーを炉から取り出し、鋼製バーを、利便性よく固定するために使用する組立固定具の一方に置く。そのバーのサンドペーパーをかけた側の面に、ペレットを押しつける。第2のバーを炉から取り出し、組立固定具におく。バーの粗面側同士を押しつける。ライオン(Lion)#107クリップを用いてサンプルを挟んで、組立固定具から取り外す。そのサンプルをアルミニウムパンに入れて、200゜Fの炉に30分間入れておく。次いで、炉の温度を374゜F(190℃)に上げる。サンプルをこの温度で1時間45分かけて硬化させるか、あるいは完全に硬化するまで入れておく。炉から取り出して、室温(22℃〜25℃)にまで冷却させる。
引張剪断試験を実施するには、インストロン(Instron)を使用する。粉体化エポキシの3つのサンプルを調製して、180℃で試験することとする。インストロン(Instron)の掴み具にサンプルを長さ方向に取り付ける。下側の掴み具の表面に熱電対を取り付けておく。温度計が設定温度から0.3℃以内の範囲を示したら、サンプルの試験を行う。3つのサンプルを試験し、それぞれの例について剪断の計算を平均する。本発明の組成物は、180℃において50psi以上のオーバーラップ剪断強度を有しているべきである。
試験方法:衝撃強度
この機械的強度の測定には、ガードナー(Gardner)衝撃試験機(メリーランド州ベセスダ(Bethesda,MD)のガードナー・ラボラトリーズ・インコーポレーテッド(Gardner Laboratories,Inc.)から入手可能)を使用する。
この機械的強度の測定には、ガードナー(Gardner)衝撃試験機(メリーランド州ベセスダ(Bethesda,MD)のガードナー・ラボラトリーズ・インコーポレーテッド(Gardner Laboratories,Inc.)から入手可能)を使用する。
粉体化樹脂を塗布するために静電流動層を使用して、アルミニウム試験用プレート(10cm×10cm×0.6cm)に約375μm〜約500μmのコーティング厚みを得る。約177℃(350゜F)に温度調節した加熱炉の中で45分かけて、そのコーティングした試験パネルを硬化させる。
直径1.6cm、重量約1.8Kg(4ポンド)のロッドを取り付けたガードナー(Gardner)衝撃試験機を使用する。そのロッドの一端の上に重りを落とし、ロッドの他端がコーティングした試験片の表面に当たるようにする。重りを繰り返して落とすが、落下のたびに落下高さを増やしていって、コーティングに目に見えるような損傷が起きるまで続ける。本発明によるコーティングの衝撃強度が合格とみなされるのは、少なくとも約115cmKg(100インチポンド)まで損傷が認められない場合である。
試験方法:コーティングの表面粗さ
この測定には、ペソメーター(Pethometer)M4P150表面プロファイル測定器(ドイツ国ゲッティンゲン(Gottingen,Germany)のファインプルーフ・GmbH(Feinpruf GmbH)から入手可能)を使用する。
この測定には、ペソメーター(Pethometer)M4P150表面プロファイル測定器(ドイツ国ゲッティンゲン(Gottingen,Germany)のファインプルーフ・GmbH(Feinpruf GmbH)から入手可能)を使用する。
粉体化樹脂を塗布するために静電流動層を使用して、アルミニウム試験用プレート(7.6cm×15.2cm×0.6cm)に約375μm〜約500μmのコーティング厚みを得る。約177℃(350゜F)に温度調節した加熱炉の中で45分かけて、そのコーティングした試験パネルを硬化させる。
試験パネルの長さ方向で3回繰り返し測定した表面状態の結果から、平均表面粗さ(average surface roughness)Ra(DIN4768)と、平均粗さ深さ(average roughness depth)Rzの値が得られる。
Ra=表面状態測定の長さの中での、粗さ状態のすべての偏差の算術平均
Rz=コーティングの表面上での最高と最低点の間の平均高さで、連続5点の測定長さの平均値。
Ra=表面状態測定の長さの中での、粗さ状態のすべての偏差の算術平均
Rz=コーティングの表面上での最高と最低点の間の平均高さで、連続5点の測定長さの平均値。
試験方法:難燃性
難燃性の測定には、イリノイ州ノースブルック(Northbrook,IL)のアンダーライターズ・ラボラトリー(Underwriter’s Laboratory)により開発された、プラスチック材料の安全性を測定するための、試験方法UL−94−V0を使用する。
難燃性の測定には、イリノイ州ノースブルック(Northbrook,IL)のアンダーライターズ・ラボラトリー(Underwriter’s Laboratory)により開発された、プラスチック材料の安全性を測定するための、試験方法UL−94−V0を使用する。
溶融させるために177℃(350゜F)に加熱したホットプレートに粉体化樹脂を載せて、粉体を広げてコーティング厚みが約500μmになるようにする。完全に硬化する前にその溶融したフィルムをホットプレートから外して、長さ約12.5cm(5インチ)幅約1.3cm(0.5インチ)のサンプル片を調製する。その試験片を、約177℃(350゜F)に温度調節した加熱炉の中で45分かけて、硬化させる。
100%綿製のフラットなマット(5cm×5cm×0.6cm)の上に、約12cmの試験片をクランプから垂直につるす。そのマットは約0.08g以下とする。次いで、それぞれの試験片について、UL−94試験手順に従って試験をする。
実施例1〜3および比較例A〜H
粉体エポキシ組成物は、表2にリストアップした成分をマイクロ−ミル(Micro−Mill)ブレンダーの中に仕込み、60秒間混合することにより製造した(表の中の数値の単位はグラムである)。そのブレンダーは、温度40゜F〜50゜Fの圧縮空気を用いて冷却した。次いでそれぞれのサンプルを、先に挙げた試験法に従って試験した。
粉体エポキシ組成物は、表2にリストアップした成分をマイクロ−ミル(Micro−Mill)ブレンダーの中に仕込み、60秒間混合することにより製造した(表の中の数値の単位はグラムである)。そのブレンダーは、温度40゜F〜50゜Fの圧縮空気を用いて冷却した。次いでそれぞれのサンプルを、先に挙げた試験法に従って試験した。
表3のデータから判るように、比較例Aはピル流動性が低かったが、その理由は、イルガノックス(IRGANOX)1010、すなわち4官能の分岐状ヒンダードフェノールの使用量が少なすぎた(2グラム)からである。比較例BとCにおいては、オーバーラップ剪断力が低すぎたが、その理由は、使用したフェノール系レゾール樹脂がそれぞれ、少ないか、または存在していなかったためである。比較例Dにおいては、ロウイノックス(LOWINOX)1790、すなわち3官能の分岐状ヒンダードフェノールの量が少なすぎた(2グラム)。比較例Eにおいては、オーバーラップ剪断力が低すぎたが、その理由は、好ましくない2官能の分岐状ヒンダードフェノール(アノックス(Anox)70)が使用されていたからである。比較例Fにおいてもまた、オーバーラップ剪断力が低すぎたが、その理由は、好ましくない高分子立体ヒンダードフェノール(ロウイノックス(LOWINOX)CPL)が使用されていたからである。比較例Gにおいては、ゲル化時間が短すぎたが、その理由は、好ましくない結晶性エポキシ樹脂(RSS1407)が使用されていたからである。比較例Hにおいては、ピル流動性が低すぎたが、その理由は、フェノール系レゾール樹脂を使用しなかったからである。
母線コーティング配合
金属バーのための絶縁材として、下記の融着粉体化エポキシコーティング配合を開発した。しかしながら、当業者のよく認識するところであるが、これらおよび類似のエポキシ粉体には、その他の使用法も存在する。表4に示した例では、母線コーティングに適した例を特定するために、頭に「B]の文字を付けた。特に断らない限り、このセクションで示す例では、原料の量は重量パーセントとして表している。
金属バーのための絶縁材として、下記の融着粉体化エポキシコーティング配合を開発した。しかしながら、当業者のよく認識するところであるが、これらおよび類似のエポキシ粉体には、その他の使用法も存在する。表4に示した例では、母線コーティングに適した例を特定するために、頭に「B]の文字を付けた。特に断らない限り、このセクションで示す例では、原料の量は重量パーセントとして表している。
金属バー基材、特に母線に塗布するために調製した、配合BA〜BFは、高温におけるメルトフローの改良と、硬化させたコーティングにおける表面粗さが低下したことが原因の外観の改良とを証明している。アルミナ三水和物の粒子状難燃剤の濃度を常に55.5%の一定濃度に維持したので、すべてのサンプルがUL94試験法によるV0評価に合格した。
多官能分岐状ヒンダードフェノール(イルガノックス(IRGANOX)1010)の濃度を上げると、RaとRzで測定される粗さに顕著な変化が表れた。評価の数値が低いほど、コーティングがより平滑であることを示している。例BBとBCは、ヒンダードフェノールを含まない配合物よりも、いくぶん平滑なバーコーティングを与えている。ヒンダードフェノールを約4.0%を超えて含む配合物では、粗さが増すことが証明された。抗酸化剤として典型的に使用されてはいるものの、多官能分岐状ヒンダードフェノールは、融着粉体化エポキシ組成物のメルトフロー特性を変性するために使用することができ、それによってより平滑なコーティングが得られる、と考えられる。ヒンダードフェノールを全組成物の約1.25%〜約4.0%の範囲で添加すると、望ましいコーティングの平滑さが得られる。これらの結果は、流動層塗布技術を使用して金属バーに塗布し、それに続けて加熱することによって、そのコーティングを金属表面で溶融、結合、硬化させるコーティングに関係する。多官能分岐状ヒンダードフェノールを約3%を超えて含むコーティングでは、衝撃強度の大きさが顕著に失われる。衝撃強度の損失が起きる理由は、たとえば、BD〜BFのように、組成物中のエポキシ結合樹脂の有効濃度が低下したためである。結合樹脂が少なくなると、ピル流動性低下の原因となるが、その理由は、高温で溶融されたコーティングを広げるのに必要な溶融相が少なくなるからである。
本明細書に引用して文献はすべて、ここに引用することにより、それら文献の全てを取り入れたものとする。
必要に応じて、本発明の詳細な実施態様を本明細書に開示したが、ここに開示された実施態様は、単に本発明を説明するためのものであって、本発明は各種の別な形態で具体化することが可能である、ということは理解されたい。したがって、本明細書に開示された詳細が限定を示すと受け取ってはならず、単に特許請求の範囲のための基本事項であり、本発明を種々応用するために当業者に教示するための、代表的な基本事項であると受け取るべきである。
Claims (9)
- ビスフェノールAのジグリシジルエーテルからなる群より選択される、約30%〜約40%の少なくとも1種のエポキシ樹脂;
約55%〜約60%の粒子状難燃剤;
約1%〜約4%の少なくとも1種の多官能ヒンダードフェノール;および
約5%以下の少なくとも1種の接着促進剤;
を含む粉体化エポキシ組成物。 - 温度約205℃において、約70秒〜約125秒のゲル化時間を有する、請求項1に記載の粉体化エポキシ組成物。
- 前記少なくとも1種の多官能ヒンダードフェノールが、ペンタエリスリトールテトラキスプロピオネートである、請求項1に記載の粉体化エポキシ組成物。
- 硬化させた場合に、ペソメーター(Pethometer)M4P150表面プロファイル測定器により測定した平均表面粗さが約10μm〜約13μmである、請求項1に記載の粉体化エポキシ組成物。
- 硬化させた場合に、ペソメーター(Pethometer)M4P150表面プロファイル測定器を用いて測定した平均表面深さが約30μm〜約50μmである、請求項1に記載の粉体化エポキシ組成物。
- 硬化させた場合に、約115cmKgを超える衝撃強度を有する、請求項1に記載の粉体化エポキシ組成物。
- ビスフェノールAのジグリシジルエーテルからなる群より選択される、約30%〜約40%の少なくとも1種のエポキシ樹脂;
約55%〜約60%の粒子状難燃剤;
約1%〜約4%の少なくとも1種の多官能ヒンダードフェノール;および
約5%以下の少なくとも1種の接着促進剤;
を含み、
ペソメーター(Pethometer)M4P150表面プロファイル測定器を用いて測定した平均表面粗さが約10μm〜約13μmである、硬化させたエポキシコーティング。 - ペソメーター(Pethometer)M4P150表面プロファイル測定器を用いて測定した平均表面深さが約30μm〜約50μmである、請求項7に記載の硬化させたエポキシコーティング。
- 約115cmKgを超える衝撃強度を有する、請求項7に記載の硬化させたエポキシコーティング。
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