JP2018535850A - ２つのポリアミドプラスチックの溶接方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、プライマーを用いた２つのポリアミドプラスチックの溶接方法であって、プライマーは少なくとも１つの無水マレイン酸または無水マレイン酸誘導体から合成された少なくとも１つのポリマーを含有する、溶接方法に関する。本発明はまた、対応して溶接された製造物品に関する。

Description

本発明は、プライマーを用いた２つのポリアミドプラスチックの溶接方法であって、プライマーは少なくとも１つの無水マレイン酸または無水マレイン酸誘導体から合成された少なくとも１つのポリマーを含有する、溶接方法に関する。本発明はまた、対応して溶接された製造物品に関する。

プラスチック材料〔例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリアクリレートまたはポリアミド（ＰＡ）〕からなる基材の２以上を相互に接合するための様々な方法は、従来技術から知られている。この場合、両方の機械的接続の選択肢、例えば締付けもしくはねじ込み、または接着的接合法が存在する。或いは、プラスチック材料は一緒に溶接することもできる。溶接は、一般に同じタイプであるプラスチック材料（例えばＰＥとＰＥまたは２つの同じＰＡ）を分離できず一体化するよう物理的に相互に接合するための接合方法である。この場合同じＰＡとは、その反復単位または充填剤のタイプのいずれに関しても異なっていない２つのポリアミドであると理解される。同じタイプの熱可塑性物質とは、その分子構造、その融点、その溶融粘度およびその熱膨張率に関して実質的に異なっておらず、基本的にある程度互いに混合できるポリマーである。同じタイプのプラスチック材料とは通常、同じポリマーベースを有するプラスチック材料であるか、および／または同じプラスチック材料である。

同じタイプの２つ以上のプラスチック材料を一緒に溶接するための様々な方法は知られている。この場合、赤外線溶接、赤外線／振動溶接、超音波溶接、ホットプレート溶接などの幅広い溶接方法を使用できる。同じタイプのプラスチック材料を溶接するためのこれらの方法は、関連するプラスチック材料が溶接ゾーン領域で溶融され、これらの材料が一体化接合および圧入されて前記領域内で相互に接合されることに基づいている。

これらの溶接方法は、同じタイプのプラスチック材料または同じプラスチック材料が相互に接合される限り、良好に機能する。しかし、同じタイプではないおよび／または相互に適合しない２つのプラスチック材料を一緒に溶接してすぐ、２つの基材の間に十分高い機械的強度を有する長期的接続をもたらすことは不可能である。従来技術から知られている溶接方法を用いて２つの異なったポリアミドプラスチックを直接溶接しようとすると、通常は非常に低く、不十分な強度が得られる。

これまで、強度を高めるために、もっぱら機械的接続または接着的接合法を用いて、対応する異なったポリアミドプラスチックを相互に接合することは可能であった。機械的接続の欠点は、複雑な取付け、場所ごとの材料応力、および追加の機械的接続手段の使用の必要性である。さらに、機械的接続の場合には、一体化接合された接続部はめったに達成できない。しかし、接着的接合法の欠点は、接続の最終的強度が、数週間であり得る長時間の後にしか達成されないことである。さらに、低エネルギー表面を接着的に接合することは通常、接合材料の面倒な前処理を必要とする。加えて、接着的接続は、屋外気象条件の故にしばしばいつまでも安定というわけではない。さらに、清浄な接着的接続を提供することは、しばしば複雑で時間を要する。従って、溶接方法による接続は、プラスチック材料にとって最も清浄で最も迅速で最も簡単な解決法である。

従って、本発明の目的は、２つのポリアミドプラスチックを簡単に溶接する方法を提供することであり、できるだけ高い機械的強度を達成することを意図している。この場合、溶接シームによる異なったポリアミドプラスチック間の接続は、可能な限り安定しており長く持続することを意図している。

意外なことに、この目的が、プライマーを用いた２つのポリアミドプラスチックの溶接方法であって、プライマーは少なくとも１つの無水マレイン酸または無水マレイン酸誘導体から合成された少なくとも１つのポリマーを含有する、溶接方法によって達成されることが見出された。

少なくとも１つの相応のポリマーを含有するプライマーを用いることにより、２つのポリアミドプラスチックを溶接した際にプラスチック材料間の特に安定で経年劣化しにくい接続を達成することができた。

本発明に従ってプライマーを用いて溶接される接合材料は２つのポリアミドプラスチックである。２つの好ましくは異なったポリアミドプラスチックは特に熱可塑性ポリアミドである。アミドベース熱可塑性ポリマーは、例えば、ポリアミド６、ε−カプロラクタムのホモポリマー（ポリカプロラクタム）；ポリアミド１１、１１−アミノウンデカン酸の重縮合物（ポリ−１１−アミノウンデカンアミド）；ポリアミド１２、ω−ラウリルラクタムのホモポリマー（ポリラウリルラクタム）；ポリアミド６．６、ヘキサメチレンジアミンおよびアジピン酸のホモ重縮合物（ポリヘキサメチレンアジプアミド）；ポリアミド６．１０、ヘキサメチレンジアミンおよびセバシン酸のホモ重縮合物〔ポリ（ヘキサメチレンセバクアミド）〕；ポリアミド６．１２、ヘキサメチレンジアミンおよびドデカン二酸のホモ重縮合物（ポリヘキサメチレンドデカンアミド）、またはポリアミド6-3-T、トリメチルヘキサメチレンジアミンおよびテレフタル酸のホモ重縮合物（ポリトリメチルヘキサメチレンジアミン）、フェニレンジアミンおよびテレフタル酸のポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）またはポリ（ｍ−フェニレンテレフタルアミド）、異なったジアミンおよびテレフタル酸のポリフタルアミド（ＰＰＡ）、およびそれらの混合物を包含する。

光透過性ポリアミドは、直鎖脂肪族ジカルボン酸および脂環式ジアミンを含有する単結晶ポリアミド、直鎖脂肪族ジカルボン酸および脂環式ジアミンおよび任意にラクタムもしくはアミノ酸を含有する非晶質ポリアミド、テレフタル酸および脂環式もしくは分岐脂肪族ジアミンおよび任意にラクタムもしくはアミノ酸を含有する非晶質ポリアミド、またはイソフタル酸および脂環式もしくは直鎖もしくは分岐脂肪族ジアミンおよび任意にラクタムもしくはアミノ酸を含有する非晶質ポリアミドを包含する。適当な光透過性ポリアミドは、例えば、ドデカン二酸と４，４’−ジアミノジシクロヘキシルメタンの異性体の混合物とのアミド、テレフタル酸と２，２，４−および２，４，４−トリメチルヘキサメチレンジアミンの異性体の混合物とのアミド、ドデカン二酸と３，３’−ジメチル−４，４’−ジアミノシクロヘキシルメタンの異性体の混合物とのアミド、ラウリルラクタムとイソフタル酸と３，３’−ジメチル−４，４’−ジアミノシクロヘキシルメタンの異性体の混合物とのアミド、またはテトラデカン二酸と３，３’−ジメチル−４，４’−ジアミノシクロヘキシルメタンの異性体の混合物とのアミド、またはε−カプロラクタムもしくはω−ラウリルラクタムのアミドである。

好ましいポリアミドは、ポリアミド６、ポリアミド６．６、ポリアミド６．１０、ポリアミド６．１２、ポリアミド１０．１０、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリアミド１０．１２、ポリフタルアミド、光透過性ポリアミドまたは前記ポリアミドに基づく混合物からなる群から選択される。特に好ましいポリアミドは、ポリアミド６、ポリアミド６．６、ポリアミド１２、ポリフタルアミド、光透過性ポリアミドおよびそれらの混合物から選択される。各ポリアミドプラスチックはまた、さらなる成分、例えば、ガラス繊維のような充填剤、顔料、無機粒子、染料、レオロジー助剤、剥離助剤または安定剤を含有できる。接合する各ポリアミドプラスチックは、好ましくは、各々の場合に（充填剤を含む）全ポリアミドプラスチックに基づいて４０重量％より多い、特に６０重量％より多い、好ましくは７０重量％より多い、好ましくは９０重量％より多い前記ポリマーからなる。接合する各ポリアミドプラスチックは、好ましくは、各々の場合にポリアミドプラスチックの総ポリマー含量（充填剤を含まない全ポリアミドプラスチック）に基づいて９０重量％より多い、特に９５重量％より多い、好ましくは９８重量％より多い前記ポリアミドからなる。各ポリアミドプラスチックは、好ましくは、各々の場合に（充填剤を含む）全ポリアミドプラスチックに基づいて５０〜９０重量％、特に６０〜８０重量％の前記ポリアミドの含量を有する。

２つの同じＰＡとは、その反復単位または充填剤のタイプのいずれについても異なっていない２つのポリアミドであると理解される。接合する２つのポリアミドプラスチックは好ましくは、ポリアミドポリマーの、即ちポリアミドプラスチックのベースであるポリアミドポリマーの構造における反復単位のタイプおよび／または順序について異なる。特に、ポリアミドプラスチックのポリアミドポリマーの１構成単位あたりの炭素原子の平均数が、１炭素原子より多く、特に２炭素原子より多く、好ましくは６炭素原子より多く異なる。例えば、ポリアミド６およびポリアミド６．６はそれぞれ１構成単位あたり６個の炭素原子を有する一方で、ポリアミド６．１２は１構成単位あたり９個の炭素原子を有する。第一接合材料は、好ましくは、ポリアミド６、ポリアミド６．６、ポリアミド６．１０、ポリアミド６．１２からなる群からのポリアミドプラスチックから選択され、第二接合材料は、好ましくは、ポリアミド１０．１０、ポリアミド１１、ポリアミド１２からなる群からのポリアミドプラスチックから選択される。好ましくはポリアミド６（ポリカプロラクタム）をポリアミド１２（ポリラウリルラクタム）と溶接させる。さらに、接合するプラスチック材料は、その充填剤、従って、そのプラスチック含量について異なっていてよく、例えば、ポリアミドは様々な量のガラス繊維充填剤および無機充填ポリアミドを有する。従って、接合する２つのポリアミドプラスチックは、ポリアミドポリマーおよび／またはその充填剤および／またはプラスチック含量、特にポリアミドポリマーの構造について異なってよい。

本発明の別の本質的な部分は、少なくとも１つのプライマー、好ましくは正確に１つのプライマーの使用である。プライマーは、重合により組み込まれたモノマーとしての少なくとも１つの無水マレイン酸または無水マレイン酸誘導体を含む少なくとも１つのポリマーを含有する。

プライマーとは、接合領域において溶接する基材表面の少なくとも１つに前処理層として好ましくは適用される溶接助剤である。プライマーは、接着剤または清浄化剤などとして理解されるものではなく、溶接のための助剤である。プライマーにより、接合材料は接合領域（即ち溶接領域）において相互に適合し、従って、溶接する基材間の（接合時の）接合領域において一体化接合および圧入接続が達成される。

本発明に従った対応するポリマー含有プライマーの使用により、２つの異なったポリアミドプラスチックの溶接時の接合シームにおける適合が可能になること、従って、安定かつ長期的な接続が達成されることが試験で示された。対応するプライマーを用いないと、溶接接続の非常に低い強度しか得ることはできなかった。好ましくは、接合した基材は、５ＭＰａより大きい、特に７ＭＰａより大きい、好ましくは１０ＭＰａより大きい引張強度を有する。引張強度は５ｍｍ／ｓの引張速度で試験に記載した試験手順に従って測定される。

プライマーにおける少なくとも１つの第一ポリマーは、好ましくは、少なくともモノマーである無水マレイン酸または無水マレイン酸誘導体から合成される。この場合、ポリマーは、重合により組み込まれた形態で無水マレイン酸基を含有する。無水マレイン酸誘導体の例は１，２，３，６−テトラヒドロフタル酸無水物であり、これは関連する５員無水物基を含む。第一ポリマーは好ましくはコポリマー、好ましくは少なくとも１つのスチレンまたはスチレン誘導体および少なくとも１つの無水マレイン酸または無水マレイン酸誘導体を含有するコポリマーである。無水マレイン酸または無水マレイン酸誘導体に加えて、ポリマーは、重合により組み込まれるさらなるモノマーを含有することもできる。コポリマーは好ましくは、アクリレートおよびメタクリレート〔合わせて（メタ）アクリレート〕、特にＣ_１〜１２、好ましくはＣ_１〜４のアルキル官能基を有する（メタ）アクリレート、好ましくはメチル（メタ）アクリレートからなる群から選択されるモノマーを含有する。さらに、エポキシドまたはイソシアネート基、カルボキシルまたはアミン基、またアルコキシシラン基のような官能基を有する官能性モノマーを使用することもできる。

特定の態様では、コポリマーは重合により組み込まれたスチレンおよび無水マレイン酸からなる。別の特定の態様では、コポリマーは重合により組み込まれたスチレン、無水マレイン酸およびメチルメタクリレートからなる。これらの態様においてモノマーは様々なモル比で使用できる。

本発明に従ってコポリマーの好ましい態様では、スチレンと無水マレイン酸とのモル比は１：０．０１〜１：２、好ましくは１：０．０５〜１：１、特に好ましくは１：０．１〜１：０．３である。重合により組み込まれたアクリレートおよび／またはメタクリレート、特にメチルアクリレートおよび／またはメチルメタクリレートを含有する本発明のコポリマーの別の好ましい態様では、スチレンと（メタ）アクリレートと無水マレイン酸とのモル比は、１：５：２〜１：０．２：０．０１、特に１：２：１〜１：０．５：０．０５、好ましくは１：１．５：０．５〜１：０．８：０．１、特に好ましくは１：１：０．２である。

コポリマーは、既知の方法でモノマーから合成され得る。また、コポリマーは、ポリマーと同様の反応でグラフトされ得る。グラフトに特に好ましい反応体は、アルコール、チオール、アミン、イソシアネート、無水物、カルボン酸、特にアルコール、好ましくはＣ_１〜６アルコール、例えばメタノールおよびイソブタノールである。グラフト化のため、反応体とのポリマー反応における無水マレイン酸モノマーまたは無水マレイン酸単位を特にアルコールによりエステル化する。無水マレイン酸基は好ましくはもっぱら部分的に、特に7０％未満の無水マレイン酸基について反応またはエステル化される。好ましくは５〜７０％の無水マレイン酸基が、特にメタノールおよび／またはイソブタノールによりエステル化される。無水マレイン酸基が反応せず、無水物基として存在し続けることが好ましい場合もある。好ましい態様では、無水マレイン酸基は、ある程度加水分解されて存在していてもよい。無水マレイン酸基の完全反応により、得られる溶接接続の強度の低下が起こり得る。

ポリマーに基づいて０．１重量％以上、特に０．５重量％以上、好ましくは４重量％以上、特に好ましくは８重量％以上の無水マレイン酸含量を有するポリマーまたはコポリマーが特に有利である。ポリマーは有利には、ポリマーに基づいて０．１〜５０重量％、特に０．５〜４０重量％、好ましくは４〜３０重量％、特に好ましくは８〜２６重量％の無水マレイン酸含量を有する。相応の無水マレイン酸含量を有するポリマーは特に、溶接接続の良好な強度を示す。

さらに、３０℃より高い、特に８０℃より高い、特に好ましくは１００℃より高い（特にDIN EN ISO 11357-1：2010-3およびDIN EN ISO 11357-2：2014-07に従って、窒素中１０Ｋ／分の加熱速度でＤＳＣを用いて測定される）ガラス転移温度Ｔｇを有するポリマーが好ましい。相応のガラス転移温度を有するポリマーは特に、溶接接続の機械的性質を改善する。

ポリマーまたはコポリマーは有利には、５０００ｇ／ｍｏｌ以上、特に５００００ｇ／ｍｏｌ以上、好ましくは１０００００ｇ／ｍｏｌ以上、特に好ましくは１７５０００ｇ／ｍｏｌ以上の重量平均分子量Ｍｗを有する。ポリマーまたはコポリマーは好ましくは、５０００〜２００００００ｇ／ｍｏｌ、特に５００００〜１００００００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは１０００００〜５０００００ｇ／ｍｏｌの範囲に重量平均分子量Ｍｗを有する。相応の重量平均分子量を有するポリマーまたはコポリマーは、得られた接続の強度および脆さにプラスの影響を及ぼす。重量平均分子量は、ポリスチレン標準に対してＧＰＣにより測定される。

本発明の第一ポリマーに加えて、プライマーは好ましくは、少なくとも１つのさらなるポリマーを含有できる。少なくとも１つのさらなるポリマーまたはコポリマーは好ましくは、溶接する２つのプラスチック材料の少なくとも１つおよびプライマーポリマーと適合性である。プライマーは特に好ましくは、少なくとも１つのポリアミドポリマー、好ましくは上記ポリアミドポリマーの１つを含有する。本発明のコポリマーだけでなくプライマー中にさらなるポリマーを用いることにより、強度のさらなる向上がもたらされる。

適合性のさらなるポリマーとして、好ましくは、特に接合する２つのプラスチック材料から、また、特に上記した本発明の第一ポリマーから、２２ＭＰａ未満、特に１７ＭＰ未満、好ましくは１５ＭＰａ未満、特に好ましくは１２ＭＰａ未満のハンセンパラメーター（Ｒａ）^２の加重平方距離を有するポリマーが使用される。

ハンセンパラメーター（Ｒａ）^２の加重平方距離は、下記式に従って求められる。
（Ｒａ）^２＝４（Δδ_Ｄ）^２＋（Δδ_Ｐ）^２＋（Δδ_Ｈ）^２

この式において、δ_Ｄは分散力についてのハンセンパラメーターであり、δ_Ｐは極性についてのハンセンパラメーターであり、δ_Ｈは水素架橋結合についてのハンセンパラメーターである。Δδ_Ｄ、Δδ_ＰおよびΔδ_Ｈは各々の場合において、比較するプラスチック材料またはポリマーについてのこれらのハンセンパラメーターの差を意味する。例えば、ポリマー１および２のΔδ_Ｄは（δ_Ｄ１−δ_Ｄ２）である。関連するプラスチック材料またはポリマーについて個々のハンセンパラメーターδ_Ｄ、δ_Ｐおよびδ_Ｈの値は、Charles M. Hansenによる「Hansen Solubility Parameters: A User's Handbook」（第二版; Taylor & Francis Group; 2007; ISBN-10 0-88493-7248-8）に従って測定される。個々のポリマーについての値のいくつかは既に、この出典に見られる。この本に記載の方法に従って、ハンセンパラメーターは好ましくは、プログラムHSPIP（第四版4.1.07）を用いて付随のデータベースから得ることができ、または入手できない場合は「help」の項に記載されているように、プログラムの組み込まれた「DIY」機能を用いて、好ましくは付随のニュートラルネットワークを用いて求めることができる。HSPIPプログラムは、Steven Abbott TCNF Ltd.から入手可能である。

プライマーについて、さらなるポリマー、特にポリアミドポリマーの含量は、各々の場合にプライマーの総重量に基づいて好ましくは０〜４０重量％、特に５〜３０重量％、特に好ましくは１０〜２０重量％である。プライマーのポリマー含量について、さらなるポリマー、特にポリアミドポリマーの含量は、各々の場合にプライマーの総ポリマー含量（溶媒を含まず充填剤を含まないプライマー）に基づいて好ましくは５〜７０重量％、特に２０〜６０重量％、特に好ましくは３０〜５０重量％である。

第一ポリマーおよびさらなるポリマーに加えて、プライマーは溶媒、特に有機溶媒を含有することもできる。プライマーは好ましくは、各々の場合にプライマーの総重量に基づいて１０〜９０重量％、特に５０〜８５重量％、特に好ましくは６０〜８０重量％の溶媒含量を有する。

全ての常套の溶媒、例えば、水、アルコール、ケトン、例えばメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）もしくはシクロヘキサノン（ＣＨ）、エーテル、例えばジエチルエーテルもしくはテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、エステル、例えば酢酸エチル、またはカーボネート、例えばジメチルカーボネートもしくはジプロピルカーボネート、またはそれらの混合物が適当な溶媒である。

好ましい態様では、プライマーは有機溶媒を含有する。１〜６００ｈＰａ、特に２〜２００ｈＰａ、特に好ましくは５〜２０ｈＰａの２０℃での蒸気圧を有する溶媒が特に好ましい。この場合、相応の蒸気圧を有する溶媒が、蒸発時のプライマー層における気泡形成を最小化または防止するのに特に有利であることが見出された。特に好ましくはプライマーは、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、シクロヘキサノン（ＣＨ）およびそれらの混合物から選択される溶媒を含有し、特に好ましくはプライマーはＴＨＦ、シクロヘキサノン、またはＭＩＢＫとＣＨとの混合物を含有し、最も特に好ましくはプライマーはシクロヘキサノンを含有する。メチルイソブチルケトンおよびシクロヘキサノンの混合物を溶媒として使用する場合、そのような混合物は好ましくは、各々の場合に全溶媒混合物に基づいて１０〜５０重量％、特に２０〜３５重量％のシクロヘキサノンを含有する。

有機溶媒を使用する場合、プライマーの総ポリマー含量は、各々の場合にプライマーの総重量に基づいて、好ましくは１０〜９０重量％、特に１５〜５０重量％、特に好ましくは２０〜４０重量％である。総ポリマー含量は、プライマーに使用されている全ポリマー、特に本発明に従ったポリマーおよび上記したさらなるポリマーの含量に相当する。

別の好ましい態様では、プライマーは水性分散体またはエマルションの形態で存在する。この場合、本発明に従ったポリマーおよび存在する場合はさらなるポリマーは水中で乳化または分散されている。この場合、プライマーの総ポリマー含量は、各々の場合にプライマーの総重量に基づいて好ましくは５〜９０重量％、特に２０〜７０重量％、特に好ましくは３０〜５５重量％である。水性分散体／エマルションについて、ポリマー成分がもっぱら本発明に従ったポリマーおよび任意に存在してよい上記のさらなるポリマーから、特にもっぱら本発明に従ったポリマーから実質的になることが有利である。本発明において用語「実質的に〜からなる」とは、ポリマー成分が９５重量％より多い、好ましくは９７重量％より多い、最も特に好ましくは９９重量％より多い本発明に従ったポリマーおよび任意に存在してよい上記のさらなるポリマーからなること、特にもっぱら本発明に従ったポリマーからなることを意味すると理解される。

本発明に従ったポリマー、上記のさらなるポリマーおよび溶媒に加えて、プライマーは、さらなる成分、例えば、充填剤、（蛍光性）染料および顔料、消泡剤、湿潤在、安定剤または可塑剤を含有してよい。しかし、染料および顔料を除き、プライマーは好ましくはさらなる成分を実質的に含有せず、特に他のいかなる成分も実質的に含有しない。本発明において用語「実質的に含有しない」とは、プライマーが５重量％未満、好ましくは１重量％未満、最も特に好ましくは０．１重量％未満の関連する物質を含有すること、特に関連する物質を含有しないことを意味すると理解される。

２つのポリアミドプラスチックを溶接するための本発明の方法ではプライマーを使用し、プライマーは少なくとも１つの無水マレイン酸または無水マレイン酸誘導体から合成された少なくとも１つのポリマーを含有する。

この方法において、プライマーは、各々の場合に溶融により、２つの異なったポリアミドプラスチックを溶接するための助剤として使用される。本発明に従ったポリマーを含有して使用されるプライマーは、２つの接合材料間に適合性が生じることを可能にし、その結果、２つのプラスチック材料間に安定かつ長期の一体化接合接続が形成され得る。

プライマーは、様々な方法を用いて接合材料の一方もしくは両方の表面に適用できる。従って、例えば前記プライマーは、計量供給デバイスを用いて、ニードルおよび計量供給ロボットを用いて、射出成形により、押出しにより、フィルムコーディングにより、ホットメルトとしての適用により、噴霧により、塗布により、または浸漬により適用できる。この場合、プライマーは、溶接する基材の一方の表面にだけまたは両方の表面のいずれに適用してもよい。プライマーは好ましくは一方の表面にだけ適用する。フィルムを用いて溶接する場合、フィルムは基材間に配置してよい。

溶媒を含有するプライマーの場合、一方または両方の表面に適用した後、非粘着性で寸法安定なプライマー層が得られる程度に溶媒が蒸発するまで、好ましくはプライマーを乾燥する。適用後、好ましくはプライマーを少なくとも１時間、好ましくは少なくとも１２時間乾燥する。特にプライマーはほんの数秒後および数週間までの期間、溶接可能である。

溶接する基材の一方または両方の表面への適用は好ましくは、プライマーが１μｍ〜５０００μｍ、特に１０〜３０００μｍ、好ましくは５０〜１０００μｍ、特に好ましくは１００〜５００μｍの層厚さを有するように実施する。溶媒がプライマーに含まれていた場合、層厚さは溶媒を乾燥した後のプライマーに関する。

溶接する基材の一方または両方の表面にプライマーを適用した後、および任意にプライマーを乾燥した後、溶接する基材を常套の溶接方法を用いて相互に接合できる。プラスチック材料の溶接は通常、接合面における接合材料の局所的可塑化および加圧接合により実施される。工程パラメーターは、溶融物の明らかな圧縮された流れが接合面において接合材料の最適な接続をもたらすように選択しなければならない。加熱は、対流、接触加熱、放射または摩擦により実施できる。可塑化のための様々なエネルギー入力は、様々な手段で実施でき、プラスチック材料を溶接するための様々な方法をもたらす。

適当な溶接方法は例えば下記方法である。
・熱風溶接［ＨＧ］
熱風流、一般に空気を用いた対流加熱、二段階工程
・ホットプレート溶接［ＨＰ］
接触加熱、二段階工程
・超音波溶接［ＵＳ］
摩擦による加熱、超音波範囲の横波が境界層において加熱をもたらす、一段階工程
・高周波溶接［ＨＦ］
内部摩擦による加熱、極性分子が高周波磁場により整列する、一段階、もっぱら極性プラスチック材料およびフィルムのために使用される
・振動溶接［ＦＲＷ］：線状；環状；回転；角度
摩擦による加熱、一段階工程
・レーザー溶接［ＬＷ］：輪郭、同時、準同時、マスク
放射による加熱、コヒーレント放射、レーザー透過溶接、一般に一段階（二段階も可能）
・赤外線溶接［ＩＲ］
放射による加熱、インコヒーレント放射、二段階

上記溶接方法は任意に、例えば赤外線溶接および振動溶接のように組み合わせることもできる。ポリアミドプラスチックは特に好ましくは、ホットプレート溶接、熱接触または熱パルス溶接、温風溶接または熱風溶接、振動溶接、マイクロ波溶接または誘導溶接、レーザーバット溶接またはレーザー照射溶接、赤外線溶接、超音波溶接およびそれらの組み合わせから選択される、特にホットプレート溶接、振動溶接、赤外線溶接、超音波溶接およびそれらの組み合わせから選択される、好ましくは赤外線溶接、超音波溶接およびそれらの組み合わせから選択される溶接方法を用いて溶接される。

下記工程を含む、プライマーを用いて２つのプラスチック材料を一体化接合する方法が特に好ましい：
・第一接合領域を含む第一プラスチック材料を供給する工程、
・第二接合領域を含む第二プラスチック材料を供給する工程、
・第一接合領域を予備加熱する工程、
・特に溶媒不含有プライマーの場合に、予備加熱した第一接合領域にプライマーを適用する工程、
・プライマーを備えた第一接合領域と第二接合領域とを接触させる工程、
・特に常套のプラスチック材料溶接方法、例えば赤外線溶接、ホットプレート溶接、熱風溶接、振動溶接、超音波溶接を用いて、第一接合領域と第二接合領域とを一体化接合する工程。

一般に、プラスチック材料の溶接にはDIN 1910-3：1977-09が適用され得る。従って、熱および／または圧力を用いた熱可塑性プラスチック材料の一体化接合は本明細書において理解される。加熱は例えば、接触加熱（固形物を用いた溶接）、対流加熱（熱風を用いた溶接）、放射加熱（光線を用いた溶接）、摩擦による加熱（運動による溶接）および電力による溶接に基づいて行うことができる。

有利な態様では、プライマー中のポリマーの分解温度よりも低い温度に加熱されたおよび／または熱接合する領域へのその適用がプライマーの内部化学架橋になんら影響を及ぼさないように選択され、方法に適合させたプライマーを使用する。

第一プラスチック材料の第一接合領域を予備加熱することが有利である。当業者に知られており、目的に適当な技術および助剤を予備加熱に使用できる。特に、熱風またはプラズマを用いることは予備加熱に適している。放射、特に赤外線放射またはレーザー放射による予備加熱もまた考えられる。加熱要素または加熱したツールを第一接合領域の予備加熱に用いることもできる。最後に、炉または加熱室における予備加熱も考えられる。プラスチック材料全体を、従って前記接合領域も予備加熱することが考えられる。しかし、それに代えてまたは加えて、接合領域自体だけを予備加熱することも可能である。

有利な態様では、プラスチック材料から（特に予備加熱する第一接合領域から）加熱デバイスの間隔、特に加熱デバイスの熱放射領域または加熱デバイスの熱放射領域または加熱デバイスの予備加熱する有効表面または第一接合領域の反対側の加熱デバイスの領域の間隔は、予備加熱中、０．５ｍｍ〜１００ｍｍの範囲、好ましくは１ｍｍ〜６０ｍｍの範囲である。別の態様では、特に第一接合領域と加熱デバイスの加熱要素との接触により、および／またはそのような接触を行いながら、加熱を実施することも考えられる。

予備加熱された際に第一接合領域が溶融し予備加熱時に第一接合領域において溶融層が生じるように、第一接合材料のためのプラスチック材料を選択し、第一プラスチック材料に対して工程パラメーターを調整することが、さらに有利である。特に好ましい態様では、溶融層の厚さは好ましくは０．０５ｍｍ〜６ｍｍの範囲、特に好ましくは０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲である。この種の溶融層は、分子の良好な接着性および／または拡散性および／または相互作用、および特定の流動性と関連して向上した接続層をもたらし得る。第一プラスチック材料の境界層が溶融状態であれば、プライマーとの化学結合にまで及ぶ相互作用が起こり得る。溶融層は特に成分の外形および関連する成分の設計に依存し得る。好ましくは、成分の変形が起こらないよう、工程パラメーターを調整および／または選択する。接合領域と適用するプライマーとの温度差は好ましくは、適当な手段および／または方法工程を用いて等しくする。この場合、好ましくは熱可塑性プライマーと第一接合領域との間の温度差を低減するためにプライマーを予備加熱することが特に考えられる。これにより例えば、工程間における第一接合領域の急速な冷却を防ぐことができる。

任意に、好ましくは第一接合領域の予備加熱工程前に、第一接合領域を前処理する。それに代えてまたは加えて、第二接合領域を前処理することもできる。例えば溶媒または例えばアルカリ性プラスチック清浄化剤を用いた清浄化が可能な前処理として考えられる。特に掻取り、研磨、ブラッシングまたは放射による、物理的前処理を使用してもよい。常套の化学的前処理は特に酸清浄化または反応性ガスの使用である。さらに、特にガス火炎またはプラズマアークによる、熱的、化学的および／または物理的前処理の使用が適切であることが理解され得る。それに代えてまたは加えて、コロナ放電による電気的前処理も可能であり、その間、極性分子が対応する表面に生じるように、第一接合領域および／または第二接合領域は電気的コロナ放電に付される。さらなる選択肢は、特に対応する表面を活性化および／または清浄化するために接合領域を前処理するための、好ましくはプラズマノズルを用いたプラズマ処理である。とはいえ、プラズマによる被覆もまた適切であることが理解され得る。さらなる選択肢は、適当なプラスチック材料における表面張力を高めるための接合領域の火炎処理である。別のタイプの前処理は、紫外線、電子線、放射線またはレーザーを用いた放射である。最後に、前処理は、特に接着促進剤を塗布または用いることにより、被覆の形態で実施することもできる。第一プラスチック材料または第一プラスチック材料の接合領域を、予備加熱よりかなり前に前処理することも考えられる。従って例えば、本発明の方法において前処理されたプラスチック材料をさらに加工できるようにするために、第一プラスチック材料の製造工程の間に既に前処理を実施することが考えられる。

プライマーを様々な方法で適用することが考えられる。例えば特に工業分野では、特に計量供給ロボットによる、自動化適用補助器具を用いた適用が考えられる。この場合、前記ロボットは、完全な計量供給工程を実施できるようにするためにニードルおよび／または高さセンサーを備えてよい。プライマーは、プライマーが射出成形機において可塑化され、第一接合領域を有する第一プラスチック材料を含む型に加圧下で射出される射出成形により適用することもできる。別の態様では、フィルム適用も考えられ、最初にフィルム吹込みまたはフラットフィルム押出しによりプライマーからフィルムを調製する。次いで、例えば切断または打抜き法により、所望の形状にフィルムを切断でき、上記予備加熱後にさらなる工程において第一接合領域に当該フィルムを適用できる。この場合、１μｍ〜５０００μｍの範囲の厚さを有するフィルム／プレートの使用が適していることが見出された。別の考えられる適用の可能性は、押出し溶接である。この溶接では、プライマーは溶接用ワイヤとして存在するか、または押出機において溶融され、溶融状態で第一接合領域に適用され得る。熱風溶接による適用を可能にするために、プライマーを溶接用ワイヤの形態で供給することも可能である。さらなる選択肢は、噴霧法によるプライマーの適用である。射出成形中に適用する場合は、射出成形ツールの前処理および／または予備加熱および／または局所的に変えた温度制御もまた可能である。もちろん、当業者に知られており、上記した特定の使用に適当な他のタイプの適用も考えられる。

予備加熱とプライマー適用との間の第一接合領域の温度の低下を防止するために、プライマーを適用しながら第一接合領域をさらに加熱または加熱することは、さらに有利である。これは上記した予備加熱法の工程により実施でき、簡単にするために適用中に継続できる。それに代えてまたは加えて、特にさらなる方法工程により、追加で加熱することも可能である。従って例えば、予備加熱後に第一接合領域の温度が低下することを防ぐために、例えばプライマー適用中の接触加熱、強制対流、第一接合領域の放射に同時暴露することにより、第一接合領域を同時に加熱することが適していると理解され得る。

有利な態様では、１μｍ〜５ｍｍの範囲、好ましくは１０μｍ〜３ｍｍの範囲の厚さを有する接続層が第一接合領域に配置されるようにプライマーを適用する。この場合、接続層の厚さは、第一接合領域上の接続層の材料厚さとして理解される。

別の有利な態様は、第一接合領域および計量供給デバイスを互いに対して動かしながら、計量供給デバイスにより第一接合領域にプライマーを適用することである。第一接合領域および加熱デバイスを互いに対して動かしながら、プライマーを適用する第一接合領域をプライマーの適用前に加熱デバイスにより予備加熱し、第一接合領域が予備加熱状態になったら、計量供給デバイスによりプライマーを適用する。

この場合、予備加熱中に、１０ｍｍ／分〜１００ｍ／分の範囲、好ましくは１０ｍｍ／分〜３０ｍ／分の範囲の速度で第一接合領域を通過して加熱デバイスを動かすことが特に有利であることが見出された。

好ましくは所定かつ一定の間隔で、加熱デバイスが計量供給デバイスに先行することがさらに有利であり得る。特に、１０ｍｍ／分〜１００ｍ／分の範囲、好ましくは１０ｍｍ／分〜３０ｍ／分の範囲で計量供給デバイスおよび第一接合領域を互いに対して動かしながら、計量供給デバイスによりプライマーが第一接合領域に適用されるように方法を実施することが有利である。加熱デバイスおよび第一接合領域を互いに対して動かしながら、プライマーを適用する前記接合領域を、プライマーの適用前に加熱デバイスにより予備加熱し、好ましくは同時に加熱デバイスは、プライマーを供給するための計量供給デバイスまたは計量供給デバイスのノズルに０．１〜１０秒の範囲の時間差で先行する。

この場合、計量供給デバイスおよび加熱デバイスからなる被覆装置を使用することが特に有利であることが見出された。この場合、被覆装置は特に、プライマー適用の直前に第一接合領域が確実に予備加熱されるために、相対運動の間、加熱デバイスが好ましくは所定かつ一定の間隔で計量供給デバイスに先行できるように、加熱デバイスおよび計量供給デバイスの間に固い接続をもたらす装置であると理解され得る。もちろんこの場合、その間隔は調整可能であり、または対流予備加熱の場合は特に適当な機械的もしくは電気機械的にまたは空気圧で操作される調整機器により、媒体の体積流量および／またはノズル直径は調整されると考えられる。

その一方で、被覆装置はまた、２つの完全に分離されたまたは別個のモジュールとしての、しかしプライマー適用の直前にプライマーの適用領域が確実に予備加熱されるためにプラスチック材料について同じまたは実質的に同じ相対運動を実施する、加熱デバイスおよび計量供給デバイスであると理解される。

有利な態様では、加熱デバイスおよび計量供給デバイスは同じ主要相対運動を実質的に実施するか、またはプラスチック材料に関して同じ基本的方向を実質的に有するが、２つの上記デバイスの少なくとも１つは前記主要相対運動に加えてプラスチック材料に関してさらなる相対運動を行う。従って例えば、加熱デバイスおよび／または計量供給デバイスは、その間に例えばプライマーが適用されてもよい主要相対運動に加えて、１以上の第二相対運動を実施できる。例えば特に、加熱デバイスおよび／または計量供給デバイスは、主要相対運動の周囲を蛇行または回る第二相対運動を実施または行うことができる。

この場合、一方ではプラスチック材料、または他方では被覆装置としての加熱デバイスおよび計量供給デバイスまたはその両デバイスを動かしてよい。この場合、一方では被覆装置としての加熱デバイスおよび計量供給デバイスまたはその両デバイス、他方ではプラスチック材料は静止しているか、またはその運動している部分について各々の場合に異なった方向で運動することが可能である。

有利な態様では、例えば特に加熱デバイスの適当な設計の故に、加熱デバイスの加熱表面においてプラスチック材料の滞留時間が可能な限り短くなるよう、特に１〜６０秒の範囲になるよう、１０ｍｍ／分〜１００ｍ／分の範囲、好ましくは１０ｍｍ／分〜３０ｍ／分の範囲の速度で主要相対運動を実施する。これは、第一プラスチック材料の第一接合領域の温度上昇、即ち予備加熱の意味で温度に影響が及ぼされる加熱デバイス周囲の領域または空間であると理解される。従って例えば、プラスチック材料に対する過熱および損傷、またはプラスチック材料の分解を回避することができる。

また、特に計量供給デバイスおよび／または加熱デバイスを現存する製造ラインに接続するために、（特にPROFIBUSのための）バスインターフェースを有する、またはリアルタイムイーサネットインターフェースを有する加熱デバイスを備えることが有利であることが理解され得る。

前記プライマーの適用後、第二接合領域をプライマー層と接触させる。この場合、特に締付けデバイスまたは当業者に知られている類似の固定補助剤により、２つのプラスチック材料を合わせて固定することが適していると理解され得る。

もちろん、第二接合領域は任意に、第二接合領域とプライマー層との接触工程前に前処理されてよい。この場合、特に前記前処理技術の全てが考えられる。接触のかなり前に、第二プラスチック材料または第二プラスチック材料の接合領域を前処理することも考えられる。従って例えば、本発明の方法において前処理されたプラスチック材料をさらに加工できるようにするために、第二プラスチック材料の製造工程中に前処理を既に実施することも考えられる。第二プラスチック材料の前処理は、第二接合領域に対するプライマーの適用も包含してよい。この場合好ましくは、プライマーの適用前に第二接合領域を予備加熱することも考えられる。また、本発明において上記態様は好ましい。

上記したような第二接合領域とプライマーとの接触に続いて接合工程を行う。この工程では、処理済みおよび／または被覆済み接合材料を、熱の供給により可塑化し、好ましくは加圧下で、相互に一体化接合する。第二接合領域とプライマーとの一体化接続のために、熱伝導、例えばホットプレート溶接および／または熱接触溶接および／または熱パルス溶接による；摩擦、特に超音波、振動溶接または高周波溶接による；マイクロ波溶接または誘導溶接；温風溶接または熱風溶接のような常套法による；放射、例えば赤外線溶接、レーザーバット溶接もしくはレーザー照射溶接による、または前記技術の２つ以上の組み合わせによる熱供給を採用することが考えられる。

本発明はまた、本発明の方法に従って製造された物品または製造物品に関する。

さらに、本発明は、２つのポリアミドプラスチックを溶接するための本発明に従ったプライマーの使用に関する。

態様
ＰＡ＝ポリアミド
ＰＡ ６＝ポリカプロラクタム
ＰＡ １２＝ポリラウリルラクタム
ＭＡＨ＝無水マレイン酸
ＭＩＢＫ＝メチルイソブチルケトン
ＣＨ＝シクロヘキサノン
ＰＳ＝１９２０００ｇ／ｍｏｌのＭｗを有するポリスチレン
コポリマーＳＭ１＝１５重量％のＭＡＨおよび１７００００ｇ／ｍｏｌのＭｗを有するスチレン−無水マレイン酸コポリマー
コポリマーＳＭ２＝８重量％のＭＡＨおよび２５００００ｇ／ｍｏｌのＭｗを有するスチレン−無水マレイン酸コポリマー
コポリマーＳＭ３＝１８００００ｇ／ｍｏｌのＭｗを有し、部分的イソブチル／メチルエステル化ポリ（スチレン−コ−マレイン酸）
ＵＳ＝超音波溶接

プライマー１−４の調製：
プライマーを調製するために、ポリマー成分を機械的撹拌により９０℃で溶媒に溶解し、２０℃に放冷した。プライマーの組成（単位：ｇ）を下記表に示す。

一般的な試験の実施
エネルギーダイレクターを有さないＡＷＳ（American Welding Society）試験片。試験片の下半分は、中央に配置された垂直のウェブ（９．４ｍｍ高さおよび２．５ｍｍ幅）を有する５０ｍｍ×１２．４ｍｍ×２．８ｍｍのベース板（Ｔ字形状）からなっていた。試験片の上半分は、中央に配置された垂直のウェブ（３ｍｍ高さおよび２．５ｍｍ幅）を有する５０ｍｍ×１２．４ｍｍ×２．８ｍｍのベース板（Ｔ字形状）からなっていた。中央のウェブの表面を溶接することにより、二重のＴ字形状を得た。

溶接するＰＡ １２プラスチック材料のエネルギーダイレクターを有さないＡＷＳ（American Welding Society）試験片の下半分の表面（５０ｍｍ×２．５ｍｍ）に室温でプライマーを適用した。次いで、プライマーを室温で２４時間乾燥して溶媒を除去した。乾燥後、プライマーの厚さは約０．２ｍｍであった。続いて、５０ｍｍ×２．５ｍｍの外形を有する試験片の上半分を、試験片の下半分の５０ｍｍ×２．５ｍｍの表面と端から端まで溶接した。２４時間後に５ｍｍ／秒の引張速度で引張強度を測定した。各々の場合の使用するプラスチック材料とプライマーとを組み合わせた溶接試験片について、室温で達成された引張強度（単位：ＭＰａ）を下記表に示す。

これらの結果は、ＭＡＨ含有プライマーを用いて溶接した試料が優れた引張強度を有したことを示している。プライマーを用いなかった試験片またはプライマーとしてポリスチレンを用いた試験片は十分な強度を有さなかった。溶媒としてのシクロヘキサノンを含有するプライマー層は、溶媒を蒸発させた後に気泡を有さなかったことも示された。しかし、調製物中のシクロヘキサノン含量が増えるにつれ、溶媒を蒸発させるのに必要な時間が増大した。

Claims (12)

1. プライマーを用いた２つのポリアミドプラスチックの溶接方法であって、プライマーは少なくとも１つの無水マレイン酸または無水マレイン酸誘導体から合成された少なくとも１つのポリマーを含有する、溶接方法。
2. ポリアミドプラスチックはポリアミド６、ポリアミド６．６、ポリアミド６．１０、ポリアミド６．１２、ポリアミド１０．１０、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリアミド１０．１２、ポリフタルアミド、光透過性ポリアミドおよび前記ポリアミドに基づく混合物からなる群から選択され、特に、第一接合材料はポリアミド６、ポリアミド６．６、ポリアミド６．１０、ポリアミド６．１２からなる群からのポリアミドプラスチックから選択され、および／または第二接合材料はポリアミド１０．１０、ポリアミド１１、ポリアミド１２からなる群からのポリアミドプラスチックから選択されることを特徴とする、請求項１に記載の溶接方法。
3. ポリマーは少なくとも１つのスチレンまたはスチレン誘導体および少なくとも１つの無水マレイン酸または無水マレイン酸誘導体からなるコポリマーであることを特徴とする、請求項１または２に記載の溶接方法。
4. 少なくとも１つのコポリマーは１：０．０１〜１：２、好ましくは１：０．０５〜１：１、特に好ましくは１：０．１〜１：０．３のスチレンと無水マレイン酸とのモル比を有することを特徴とする、請求項３に記載の溶接方法。
5. 少なくとも１つのポリマーはポリマーに基づいて０．１〜５０重量％、特に０．５〜４０重量％、好ましくは４〜３０重量％、特に好ましくは８〜２６重量％の無水マレイン酸含量を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の溶接方法。
6. プライマーの少なくとも１つのポリマーは３０℃より高い、特に８０℃より高い、特に好ましくは１００℃より高いガラス転移温度Ｔｇを有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の溶接方法。
7. 少なくとも１つのポリマーは５０００〜２００００００ｇ／ｍｏｌ、特に５００００〜１００００００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは１０００００〜５０００００ｇ／ｍｏｌの範囲に重量平均分子量Ｍｗを有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の溶接方法。
8. プライマーは、第一ポリマーに加えて、溶接する２つのプラスチック材料の少なくとも１つと適合する少なくとも１つのさらなるポリマー、好ましくは少なくとも１つのポリアミドポリマーを含有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の溶接方法。
9. プライマーは少なくとも１つの溶媒、特に少なくとも１つの有機溶媒を含有し、プライマーは各々の場合にプライマーの総重量に基づいて好ましくは１０〜９０重量％、特に５０〜８５重量％、特に好ましくは６０〜８０重量％の溶媒含量を有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の溶接方法。
10. 少なくとも１つの溶媒は１〜６００ｈＰａ、特に２〜２００ｈＰａ、特に好ましくは５〜２０ｈＰａの２０℃での蒸気圧を有し、好ましくは溶媒はテトラヒドロフラン、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、シクロヘキサノンおよびそれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項９に記載の溶接方法。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の溶接方法により製造された物品。
12. ２つの異なったポリアミドプラスチックを溶接するための、請求項１〜１０のいずれかに記載の溶接方法におけるプライマーの使用。