JP2013523926A - 構造用接着剤に基づく形状記憶材料 - Google Patents
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Abstract
そのような組成物はいわゆる形状記憶材料を構成し、例えば車体などの構造用部品のキャビティを補強するのに適する。
Description
そのようなキャビティの形状および/または限られた寸法に起因して、それらを効果的に補強すること、それらを絶縁すること、または雑音の伝導を制御することが難しい場合も多い。
i) 少なくとも一つの硬化性構造用接着剤、および
ii) 少なくとも一つの化学的に架橋されたエラストマー、
ここで化学的に架橋されたエラストマーは貫入ポリマーネットワークとして構造用接着剤内に存在する。
室温において固体である本発明による組成物は、室温よりも高いガラス転移温度Tgを有するべきである。他の方法では、その一時的な形状にされた後、本発明による組成物は、室温でのこの形状において、この一時的な形状において歪んだエラストマーを保持することができなかった。
好ましくは、本発明による組成物は23℃から95℃、好ましくは30℃から80℃、より好ましくは35℃から75℃の範囲のガラス転移温度Tgを有する。
さらに、好ましくは、本発明による組成物の表面は室温において粘着性ではなく、したがって取り扱いが容易である。
本明細書において用語「硬化剤」には触媒および触媒活性を有する化合物も含まれる。この場合、触媒または触媒活性を有する化合物が硬化剤Bとして使用されるとき、全硬化性構造用接着剤における硬化剤Bの比率が上述の数値範囲のうち低い範囲にあることは、当業者には明らかである。
本明細書において、「耐衝撃性改良剤」はエポキシ樹脂マトリックスへの有機ポリマーの添加を意味し、添加は少量(すなわち典型的には0.1から20重量%)であり、強度の有意な増加をもたらし、したがって材料が裂けたり破れたりする前に高い衝突または衝撃応力を受け入れることが可能である。
特に、硬化性構造用接着剤は少なくとも一つのフィラーをさらに含む。好ましくは、それはマイカ、滑石、カオリン、珪灰石、長石、閃長岩、緑泥石、ベントナイト、モンモリロナイト、炭酸カルシウム(沈殿または粉砕)、ドロマイト、石英、ケイ酸(発熱性または沈殿)、クリストバライト、酸化カルシウム、水酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、中空セラミック球、中空ガラス球、中空有機物球、ガラス球、顔料である。フィラーは、当業者に知られるような市販の形態の、有機物でコーティングされたもの、またはコーティングされていないものの双方を意味する。他の例としては、その内容が参照によってここに含まれる米国特許第6,322,890号明細書に記載されるような官能化アルモキサンが挙げられる。
有利には、フィラーの量の比率は、全硬化性構造用接着剤の重量に対して、1から60重量%、好ましくは5から50重量%、特に10から35重量%である。
典型的には、本発明による組成物は、組成物を発泡させる化学的推進剤または他の物質を含まない。
この目的で、エラストマー形成成分は、制御されたやり方で硬化性構造用接着剤の機能に悪影響を与えることなく、硬化性構造用接着剤との混合物中で架橋することができるどのような成分であってもよい。
特に、エラストマー形成成分は下記からなる群から選択される。
・少なくとも一つの天然または合成ゴム、および少なくとも一つのゴム用硬化剤、および
・少なくとも一つのポリイソシアネート、および少なくとも一つのポリオール。
これらのポリオールは特に重合ポリオールであり、特に2官能または3官能ポリオールである。適切な高分子ポリオールとして、典型的にはポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、およびこれらのポリオールの混合物が挙げられる。特に高分子ポリオールは500から5000g/molの分子量を有する。
さらに、硬化剤Hの活性化温度は上述の硬化剤Bの活性化温度よりも低い。好ましくは、硬化剤Hの活性化温度は少なくとも10℃、特に少なくとも20℃、好ましくは少なくとも30℃、硬化剤Bの活性化温度よりも低い。
また、エポキシ樹脂Aのエポキシ基に対する硬化剤Hおよび硬化剤Bの全反応性基の化学量論比は0.9:1以上の範囲である。
本発明に関して、硬化剤Hが、組成物の残りの部分、特にエポキシ樹脂Aと混在する、エポキシ樹脂組成物に対する耐衝撃性改良剤として通常添加される既知のエラストマーで知られるような、ベース構造を有することが重要である。例えば、これはアクリロニトリル比率が特に25mol%未満の低いアクリロニトリル比率を有するアクリロニトリルブタジエンゴムの場合である。
典型的には、そのような硬化剤Hは柔軟性を高める。
特に、硬化剤Bの反応性基に対する硬化剤Hの反応性基の化学量論比は1:1以上の範囲である。
逆に、エポキシ樹脂Aの残りのエポキシ基と硬化剤Bとの架橋が、構造用接着剤の十分な接着を生じることが確実にされる。理想的には、この実施形態において、本発明による組成物中の硬化剤Hの比率が、前記性質を有する形状記憶材料を形成するのに十分高い程度であればよく、可能な限り多くのエポキシ樹脂Aのエポキシ基が、硬化剤Bと硬化するために、すなわち接着を実現するために、使用できるようにする。
・エポキシ樹脂Aを少なくとも1つの硬化剤Bと混合する段階、
・硬化剤Hを添加し、かつ混合する段階、
・エポキシ樹脂Aを硬化剤Hと反応させる段階、
または、
・エポキシ樹脂Aを少なくとも1つの硬化剤Hおよび1つの硬化剤Bと混合する段階、
・エポキシ樹脂Aを硬化剤Bの活性化温度よりも低い温度で硬化剤Hと反応させる段階。
a)そのガラス転移温度Tgよりも高い温度に、上述のように、組成物を加熱する段階、
b)化学的に架橋されたエラストマーの張力の下で、組成物を変形する段階、
c)変形された組成物をそのガラス転移温度Tgよりも低い温度に冷却する段階。
ここで、固体組成物1は、例えば製造においてそれが成形された元々の形状を有して、その初期状態Z1で存在する。第1段階において、組成物はその後温度ΔT1だけ、そのガラス転移温度Tgよりも高い温度に、ただし熱硬化性エポキシ樹脂組成物の場合その硬化温度よりも低い温度に、加熱される。組成物がこの状態Z2にあるとき、力Fの衝撃によって、それはその一時的な、ただし未だ変形可能な形状2に成形される。状態Z3で示されるこの一時的な、未だ変形可能な形状において、化学的に架橋されたエラストマーは歪んだ形状を有する。組成物はこの一時的な形状に保持され、かつ組成物の温度は、そのガラス転移温度Tgよりも低い温度に、温度ΔT1だけ再度下げられる。この工程において、組成物は硬化し、状態Z4で示されるその固体の一時的形状3で存在するようになる。この状態において、成形された物品として、保管されるとき組成物は安定であり、かつさらに加工することができる。例えば、成形された物品は、穿孔され、または切断され、および/または、特に支持体に取り付けることができ、または強化を必要とする構造用部品のキャビティ内に配置することができる。
好ましいプラスチックは、ポリウレタン、ポリアミド、ポリエステル、およびポリオレフィン、およびポリオレフィンコポリマー、特にポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、またはポリエーテルスルホンなどの高温耐性ポリマーである。最も好ましいプラスチックは、PA6またはPA66などのポリアミド(PA)、ポリエチレンおよびポリプロピレン、およびポリスチレン、およびアクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)などのコポリマーである。好ましい金属はアルミニウム、鋼、ニッケル、およびそれらの合金である。さらに、金属は未処理の形態で存在してよく、または、例えば腐食を防ぐために、若しくは接着性を改良するために、適切な物質で前処理されてよい。
さらに、支持体は任意の組成および任意の構造を有してよい。それは、例えば、固体、中空、または発泡体であってよく、または格子構造を有してよい。典型的には、支持体の表面は平滑であってよく、凹凸を有してよく、または構造を有してよい。
本発明による組成物のための、またはそれから製造される成形された物品のための、支持体としての機能に加えて、支持体は構造的な補強、または部品の密閉、または雑音の低減にも寄与することができる。
さらに支持体は、キャビティ内に補強要素を固定し、かつ配置する少なくとも一つの固定手段、特にクリップを有してよい。クリップによる補強要素の固定は、部品の全表面(すなわちキャビティ壁の内側に関しても)が例えばディップコーティングによって処理可能である用途に特に適する。そのような場合、コーティングが結合場所に達することができないので、例えば接着剤による固定は適していない。
a’)構造用部品のキャビティ内に上述の補強要素を配置する段階、
b’)補強要素上の成形された物品3を、組成物のガラス転移温度Tgを超える温度に加熱する段階であって、ここで成形された物品がその成形前の形状、すなわち元々の形状に戻る段階、
c’)硬化性構造用接着剤を硬化する段階。
図6は、構造用部品6のキャビティに挿入された図5の補強要素を示し、この場合本発明による成形された物品または組成物は既にその元々の形状に戻っており、構造用部品6の内壁に付着する。さらに、図6は硬化された組成物4を示す。
本発明による補強要素の形状および構造は、その使用する場所に望ましいように選択することができる。
一時的な形状にある材料の形態安定性は、標準天候(23℃/湿度50%)において7日間測定され(「緩和」)、元々の形状への弾性回復は標準天候での7日間の保管の後測定された。試験片の元々の形状の寸法は、10×10×6mm(l×w×h)であった。すなわち元々の形状の高さ(H0)は6mmであった。高温で加圧しその後冷却することによって、試験片は高さ3mm(HTemp)を有する一時的形状に成形された。これは、50%の圧縮に相当し、結果的に回復のとき100%の高さに達することを可能にする。
例1および2は、エポキシ樹脂組成物およびエポキシ樹脂成分から形成された化学的に架橋されたエラストマーに基づく構造用接着剤を表す。
2 組成物(変形可能)
3 成形された物品(一時的な形状)
4 硬化された組成物
5 支持体
6 構造用部品
7 クリップ
8 金属層
9 鋲
10 キャビティ
Z1 元々の形状にある組成物の状態
Z2 変形可能な組成物の状態
Z3 一時的な形状にある組成物の状態(成形された物品)
Z4 硬化された組成物の状態
ΔT1 組成物のTgよりも低い温度と組成物のTgよりも高い温度との間の温度差
ΔT2 組成物のTgよりも高い温度と組成物の硬化温度との間の温度差
Claims (12)
- i) 少なくとも一つの硬化性構造用接着剤、および
ii) 少なくとも一つの化学的に架橋されたエラストマー、を含み、
化学的に架橋されたエラストマーは貫入ポリマーネットワークとして構造用接着剤中に存在することを特徴とする組成物。 - 硬化性構造用接着剤が、少なくとも1つのエポキシ樹脂Aと、高い温度で活性化される、エポキシ樹脂のための少なくとも1つの硬化剤Bとを含む熱硬化性エポキシ樹脂組成物であることを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
- ・少なくとも1つの硬化性構造用接着剤をエラストマー形成成分と混合する段階、
・混合物中のエラストマー形成成分をエラストマーに架橋して、構造用接着剤中で貫入ポリマーネットワークが形成されるようにする段階、によって得られる請求項1または2に記載の組成物。 - エラストマー形成成分が、
・少なくとも1つの天然ゴムまたは合成ゴム、および少なくとも1つのゴムのための架橋剤、および
・少なくとも1つのポリイソシアネート、および少なくとも1つのポリオール、
からなる群から選択されることを特徴とする、請求項3に記載の組成物。 - 貫入ポリマーネットワークとして構造用接着剤中に存在する化学的に架橋されたエラストマーが、エポキシ樹脂Aおよびエポキシ樹脂のための少なくとも一つのさらなる硬化剤Hから形成され、
・硬化剤Hは分子またはポリマーであり、エポキシド基と反応する官能基を有し、2よりも大きく5までの中程度の官能性および平均等価重量40から2000g/eqを有し、
・硬化剤Hの活性化温度は硬化剤Bの活性化温度よりも低く、
・エポキシ樹脂Aのエポキシド基に対する硬化剤Hおよび硬化剤Bの全反応性基の化学量論比が0.9:1以上の範囲である、
ことを特徴とする請求項2に記載の組成物。 - 硬化剤Bの反応性基に対する硬化剤Hの反応性基の化学量論比が1:1以上の範囲であることを特徴とする、請求項5に記載の組成物。
- 硬化剤Hがアミノ基またはカルボキシ基を有するポリマーであり、前記ポリマーがポリオレフィン、ポリエーテル、ポリエステル、脂肪酸、脂肪酸アミド、およびアクリロニトリル比率が25mol%以上のアクリロニトリルブタジエンゴムからなる群から選択されることを特徴とする、請求項5に記載の組成物。
- 硬化剤Hがポリエーテルポリアミンであることを特徴とする、請求項7に記載の組成物。
- ・エポキシ樹脂Aを少なくとも1つの硬化剤Bと混合する段階、
・硬化剤Hを添加し、かつ混合する段階、
・エポキシ樹脂Aを硬化剤Hと変換させる段階、
または、
・エポキシ樹脂Aを少なくとも1つの硬化剤Hおよび1つの硬化剤Bと混合する段階、
・エポキシ樹脂Aを硬化剤Bの活性化温度よりも低い温度で硬化剤Hと変換させる段階
を含む、請求項5に記載の組成物を製造する方法。 - ・請求項1から8の何れか一項に記載の組成物を、そのガラス転移温度Tgよりも高い温度に加熱する段階、
・化学的に架橋されたエラストマーの張力の下で、組成物を変形する段階、
・変形された組成物をそのガラス転移温度Tgよりも低い温度に冷却する段階、
を含む可逆的成形がされたことを特徴とする、成形された物品(3)。 - 請求項10に記載の成形された物品(3)が取り付けられる支持体(5)を含む構造用部品のキャビティを補強する補強要素。
- 支持体(5)が金属で覆われたプラスチックから作られることを特徴とする、請求項11に記載の補強要素。
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