JP5384110B2 - ゴムとポリアミドブロックグラフトコポリマーとをベースにした多層構造物と、その空調回路および冷却回路用パイプでの使用 - Google Patents
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Description
本発明構造物は空調回路用流体または気体や冷却回路用流体の輸送に適した少なくとも一つのバリヤー層を有する、エラストマーを主成分とする多層管の製造で特に好ましく用いられる。
(a)ゴムとポリアミドとで形成される任意成分としての第1の内側層(1)、
(b)ポリオレフィン幹ポリマーと少なくとも1つのポリアミドグラフト鎖とから成るポリアミドブロックグラフトコポリマーをベースにした少なくとも一つの層(2)(上記グラフト鎖はアミン末端基を有するポリアミドと反応可能な官能基を有する不飽和モノマー(X)の残基を介して幹ポリマーに結合し、この不飽和モノマー(X)の残基は二重結合を介して幹ポリマーにグラフト結合するか共重合で結合している)、
(c)ゴムで形成された第2の層(3)、
(d)任意成分としての結合層(4)、
(e)ゴムで形成された外側層(5)
(f)上記の層の2つの層の間か、上記の層の中に位置した任意成分としての補強層。
(1)熱的安定性と、耐加水分解安定性と、熱可塑性成形加工性とが同時に得られる。
(2)従来のPA樹脂よりも耐熱性が良い。
(3)(可塑剤を用いないでの)可撓性が良く、振動および騒音が低減し、耐座屈性の性能レベルが良い。
(4)CO2およびヒドロフルオロアルカン(HFA)、特にアルケマ社から商品名フォラン(Forane、登録商標)で市販のR134aのような冷却気体または流体に対する非透過性が全てがゴムから成る構造物に比べて高い。
本発明の多層構造物は少なくとも一つのポリアミド層(7)をさらに有するのが有利である。
層(2)および(2’)は2つのポリアミド層(7)の間か、一つのポリアミド層(7)と一つのゴム層との間か、一つのポリアミド層(7)と1つの別のバリヤー層との間に挿入することができる。
他の層もナノフィラーを含むことができる。
不飽和モノマー(X)は不飽和カルボン酸無水物が好ましく、この不飽和モノマー(X)を含むポリオレフィン幹ポリマーはエチレン−無水マレイン酸コポリマーおよびエチレン−アルキル(メタ)アクリレート−無水マレイン酸コポリマーの中から選択するのが好ましい。
本発明ではポリアミドグラフト鎖はモノ−NH2ポリアミド6またはモノ−NH2コポリアミド6/11グラフトであるのが好ましい。
本発明の一つの好ましい実施例では、ポリアミドブロックグラフトコポリマーをベースにした層(2)および(2’)はナノフィラーを混合物として含む。
本発明の多層構造物は少なくとも一つの内側層と一つの外側層とを有するのが好ましく、追加のバリヤー層、特に部分鹸化したエチレン酢酸ビニルコポリマー(EVOH)またはポリアミドのバリヤー層をさらに有することができる。
さらに、構造物の一層または複数の層を帯電防止性にすることもできる。この特性はこれらの層の組成物中に添加剤または充填剤、例えばカーボンブラック、カーボンナノチューブまたは金属繊維を添加することで得ることができる。
各層は熱可塑性樹脂の成形分野で一般的な技術を用いて共押出しで一段階または複数の段階を経てパイプにすることができる。各層の間には結合層を入れても入れなくてもよい。
このパイプは直管(直径が一定)でも波形加工したものでもよく、蛇腹部分と直管部分の両方を有していてもよい。
本発明の対象はバリヤー特性を有する上記パイプまたは管(チューブ)の使用にある。
この不飽和モノマー(X)は例えば不飽和エポキシドまたは不飽和カルボン酸無水物にすることができ、不飽和カルボン酸無水物は例えば無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、無水アリルコハク酸、シクロヘキシ−4−エン−1,2−ジカルボン酸無水物、4−メチレン−シクロヘキシ−4−エン−1,2−ジカルボン酸無水物、ビシクロ[2,2,1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボン酸無水物およびX−メチルビシクロ[2,2,1]ヘプト−5−エン−2,2−ジカルボン酸無水物の中から選択することができる。無水マレイン酸を用いるのが有利である。無水物の全部または一部を不飽和カルボン酸、例えば(メタ)アクリル酸に代えても本発明の範囲を逸脱するものではない。
(1)脂肪族グリシジルエステルおよびエーテル、例えばアリルグリシジルエーテル、ビニルグリシジルエーテル、グリシジルマレエートおよびイタコネート、グリシジルアクリレートおよびメタクリレート、
(2)脂環式グリシジルエステルおよびエーテル、例えば2−シクロヘキセン-1-グリシジルエーテル、シクロヘキセン−4,5−ジグリシジルカルボキシレート、シクロヘキセン−4−グリシジルカルボキシレート、5−ノルボルネン−2−メチル−2−グリシジルカルボキシレートおよびエンドシス-ビシクロ[2.2.1]−5−ヘプテン−2,3−ジグリシジルジカルボキシレート。
(1)ポリエチレンのホモポリマーおよびコポリマー、特にLDPE、HDPE、LLDPE(直鎖低密度ポリエチレン)、VLDPE(超低密度ポリエチレン)およびメタロセンポリエチレン、
(2)プロピレンのホモポリマーまたはコポリマー、
(3)エチレン/αオレフィンコポリマー、例えばエチレン/プロピレンコポリマー、EPR(エチレン/プロピレンゴム)およびエチレン/プロピレン/ジエンモノマー(EPDM)コポリマー、
(4)スチレン/エチレン−ブテン/スチレンブロックコポリマー(SEBS)、スチレン/ブタジエン/スチレンブロックコポリマー(SBS)、スチレン/イソプレン/スチレンブロックコポリマー(SIS)およびスチレン/エチレン−プロピレン/スチレン(SEPS)ブロックコポリマー。
(5)エチレンと、アルキル(メタ)アクリレート(例えばメチルアクリレート)等の不飽和カルボン酸の塩またはエステルまたは酢酸ビニル等の飽和カルボン酸ビニルエステルの中から選択される少なくとも1種の化合物とのコポリマー。コモノマーの比率は40重量%以下にする。
不飽和モノマー(X)がグラフトするポリエチレンはエチレンのホモポリマーでもコポリマーでもよい。
(1)α−オレフィン、好ましくは炭素数が3〜30のもので、例としては上記に挙げたものがある。このα−オレフィンを単独または2種以上の混合物の形で用いることができる。
(2)不飽和カルボン酸のエステル、例えばアルキル(メタ)アクリレート(アルキルは炭素数が24以下)、アルキルアクリレートまたはメタクリレートの例としては特にメチルメタクリレート、エチルアクリレート、n−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレートが挙げられる、
(3)飽和カルボン酸のビニルエステル、例えば酢酸ビニルまたはプロピオン酸ビニル、
(4)ジエン、例えば、1,4−ヘキサジエン、
(5)上記コモノマーを複数有するポリエチレン。
低密度ポリエチレン(LDPE)
高密度ポリエチレン(HDPE)
直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)
超低密度ポリエチレン(VLDPE)
メタロセン触媒で得られたポリエチレン、
EPRエラストマー(エチレン−プロピレンゴム)、
EPDMエラストマー(エチレン−プロピレン−ジエン)、
ポリエチレンとEPRまたはEPDMとの混合物、
エチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマー((メタ)アクリレートの比率は60重量%以下、好ましくは2〜40重量%)
エチレン/不飽和モノマー(X)コポリマーの場合、すなわち、不飽和モノマー(X)がグラフトでない場合の不飽和モノマー(X)および必要に応じて用いられるその他のモノマーは、グラフトされるエチレンのコポリマーに関して説明した上記の中から選択することができる。
(a) アミノカプロン酸、7−アミノヘプタン酸、11−アミノウンデカン酸および12−アミノドデカン酸のような1種または複数のアミノ酸またはカプロラクタム、エナントラクタムおよびラウリラクタム等の1種または複数のラクタム;
(b) ヘキサメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、メタキシリレンジアミン、ビス(p−アミノシクロヘキシル)メタン、トリメチルヘキサメチレンジアミン等のジアミンと、イソフタル酸、テレフタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、スベリン酸、セバシン酸およびドデカンジカルボキシル酸等のジアシッドとの1種または複数の塩または混合物;または
(c) コポリアミドを生成する複数のモノマーの混合物。
モノアミン末端を有するポリアミドの場合、下記式の連鎖停止剤を使用すれば十分である:
この連鎖停止剤は、例えばラウリルアミンまたはオレイルアミンにすることができる。
アミン末端を有するポリアミドの分子量は1000〜5000g/mol、好ましくは2000〜4000g/molにするのが好ましい。
重縮合は一般に公知の通常の方法、例えば200〜300℃の温度で、真空下または不活性雰囲気下で、反応混合物を攪拌しながら行うことができる。オリゴマーの平均鎖長は重縮合するモノマーまたはラクタムと一官能性連鎖停止剤との初期モル比で決まる。平均鎖長の計算では一般に一つのオリゴマー鎖に対して一つの連鎖停止剤分子を計算する。
不飽和モノマー(X)を含むポリオレフィン幹ポリマーへのアミン末端を有するオリゴマーの付加は溶融状態で実行するのが好ましい。従って、オリゴマーと幹ポリマーとを一般に押出機で230〜280℃の温度で混合することができる。押出機中での溶融物の平均滞留時間は15秒〜5分の間、好ましくは1〜3分の間にする。この付加効率を上げるためには、遊離したポリアミドオリゴマー、すなわち最終ポリアミドブロックグラフトコポリマーを作るために未反応のものを選択的に抽出するのが好ましい。
不飽和モノマーXを含むポリオレフィン幹ポリマー(PO)とアミン末端基を有するポリアミド(PA)の比率PO/PAは55/45〜90/10、好ましくは60/40〜80/20である。
本発明で用いるコポリマーは押出機(単軸または二軸スクリュー押出機)、BUSSニーダー、ブラベンダーミキサー、一般には熱可塑性樹脂の混練で用いる通常の装置、好ましくは二軸スクリュー押出機を用いて溶融混合して製造できる。
本発明組成物は押出機中で一段階で調製できる。第1帯域にXを含む幹ポリマー(例えばエチレン/アルキル(メタ)アクリレート/無水マレイン酸コポリマー)およびアミン末端を有するポリアミドを導入し、その後の複数の帯域で添加剤を導入する。全ての成分を押出機の第1帯域で導入することも可能である。
LOTADER7500(登録商標)はアルケマ社から入手できるエチレン/エチルアクリレート(17.5wt%)/無水マレイン酸(2.9wt%)ターポリマーで、MFIは70。
LOTADER3210(登録商標)はアルケマ社から入手できるエチレン/ブチルアクリレート(6wt%)/無水マレイン酸(3wt%)ターポリマーで、MFIは5。
Irganox 1098はCIBA社から入手可能な酸化防止剤である。
Irgafos 168はCIBA社から入手可能な安定剤である。
これらの成分を共回転二軸スクリュー押出機LEISTRITZ(登録商標)LSM 306−34に導入した(温度範囲=240〜280℃)。得られた生成物をペレット化後、袋詰めにした。
水/Havoline中で130℃でエージングした後の機械的特性の変化:機械的特性(破断応力および破断点伸び)を−30℃で測定した。
(1)組成物A、B、またはCのポリアミドブロックグラフトコポリマーの層、ゴム層、補強層およびゴム被覆層、
(2)エラストマーまたはゴム(上記定義)の層、組成物A、BまたはCのポリアミドブロックグラフトコポリマーの層、ゴム層、結合層およびゴム被覆層、
(3)ゴム層、ナノフィラーを含む組成物A、BまたはCの層、ゴム層、結合層およびゴム被覆層、
(4)ゴム層、組成物A、BまたはCの第1層、部分鹸化エチレン酢酸ビニルコポリマー(EVOH)層、組成物A、BまたはCの第2の層、ゴム層、結合層およびゴム被覆層、
(5)PA層、部分鹸化エチレン酢酸ビニルコポリマー(EVOH)層、組成物A、BまたはCの層、ゴム層、結合層およびゴム被覆層。
本発明の多層構造物は少なくとも一つのポリアミド層、特にPA6またはPA6,6タイプのポリアミドを第1内側層中に有するか、連続する2層の間に形成することができる。
少なくとも一つの補強層を上記層の2層の界面か、その一層の内部に挿入することもできる。この補強層は例えばメッシュまたは繊維ブレード、特にポリエステルまたは金属繊維のような材料で構成できる。
本発明のパイプの場合は、層の厚さを10〜500μmにすることができるが、これに限定されるものではない。
自動車用の空調空気回路で用いられるCO2またはHFA冷媒に対する上記構造物の耐透過性試験結果はゴムおよびポリアミドで作られたパイプよりも優れた値を示す。
本発明の多層構造物は輸送車両および建設業での任意タイプの車両のパイプでの使用でき、空調空気回路用パイプでも使用できる。
Claims (19)
- 下記(1)(2)(3)および(5)の層:
(1)ゴムまたはポリアミドで形成される第1の内側層、
(2)ポリアミドブロックグラフトコポリマーをベースにした少なくとも一つの層、
(3)第2のゴムで形成された層、および
(5)ゴムで形成された外側層をこの順番で有するゴムとポリアミドブロックグラフトコポリマーとをベースにした多層構造物であって、
上記のポリアミドブロックグラフトコポリマーをベースにした少なくとも一つの層(2)がポリオレフィン幹ポリマーと少なくとも1つのポリアミドグラフト鎖とから成り、グラフト鎖はアミン末端基を有するポリアミドと反応可能な官能基を有する不飽和モノマー(X)の残基を介して幹ポリマーに結合し、この不飽和モノマー(X)の残基は二重結合を介して幹ポリマーにグラフト結合するか共重合で結合し、不飽和モノマーXを含むポリオレフィン幹ポリマー(PO)とアミン末端基を有するポリアミド(PA)の比率PO/PAが55/45〜90/10であり、上記ポリアミドブロックグラフトコポリマーは厚さが10〜50ナノメーターのポリアミドの薄片(lamelles)を有する共連続ナノ構造のアロイの形をしている、
ことを特徴とする多層構造物。 - 上記の第2のゴムで形成された層(3)とゴムで形成された外側層(5)との間に結合層(4)をさらに有する請求項1に記載の多層構造物。
- 上記の各層の2つの層の間または各層の内部に補強層をさらに有する請求項1または2に記載の多層構造物。
- 上記のポリアミドブロックグラフトコポリマーをベースにした層(2)と第2のゴム層(3)との間にバリヤー材料の層(6)をさらに有する請求項1〜3のいずれか一項に記載の多層構造物。
- 上記バリヤー材料の層(6)が部分鹸化されたエチレン酢酸ビニルコポリマー(EVOH)から成る請求項4に記載の多層構造物。
- 上記の層(2)とバリヤー材料の層(6)との間にポリアミドブロックグラフトコポリマーをベースにした第2の層(2’)をさらに有する請求項4または5に記載の多層構造物。
- 上記の層(1)(2)(3)(5)の一つまたは複数の層がナノフィラーをさらに含む請求項1〜6のいずれか一項に記載の多層構造物。
- 上記の各層の2つの層の間または各層の内部にポリアミド層(7)をさらに有する請求項1〜7のいずれか一項に記載の多層構造物。
- 上記の各層の少なくとも一層が電荷の放散を可能にする添加剤を含む請求項1〜8のいずれか一項に記載の多層構造物。
- 不飽和モノマー(X)が不飽和カルボン酸無水物である請求項1〜9のいずれか一項に記載の多層構造物。
- 不飽和モノマー(X)を含むポリオレフィン幹ポリマーが、エチレン−無水マレイン酸コポリマーおよびエチレン−アルキル(メタ)アクリレート−無水マレイン酸コポリマーの中から選択される請求項1〜10のいずれか一項に記載の多層構造物。
- ポリアミドグラフト鎖がモノ−NH2ポリアミド6またはモノ−NH2コポリアミド6/11である請求項1〜11のいずれか一項に記載の多層構造物。
- 請求項1〜12のいずれか一項に記載の多層構造物から成る空調空気回路用パイプ。
- 自動車の空調空気回路用である請求項13に記載のパイプ。
- 上記空調空気回路中を輸送される流体が冷却流体である請求項14に記載のパイプ。
- 請求項1〜12のいずれか一項に記載の多層構造物から成る内燃機関の冷却回路用パイプ。
- 内燃機関が自動車またはトラックのエンジンである請求項16に記載の冷却回路用パイプ。
- 上記冷却回路用中を輸送される流体がアルコールの形をした冷却液である請求項16または17に記載の冷却回路用パイプ。
- 上記冷却液がエチレングリコール、ジエチレングリコールまたはプロピレングリコールの水溶液の形をしている請求項18に記載のパイプ。
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