JP7368366B2 - 長いオープンタイムを有する、加速されたペルオキシド硬化樹脂組成物 - Google Patents
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Description
a)少なくとも1種の硬化性樹脂;
b)少なくとも1種の、25℃で液状である、室温で安定な、ペルケタール以外の、有機ペルオキシド;
c)少なくとも1種の、25℃で液状である、室温で安定なペルケタール;
d)少なくとも1種の、Li、Al、Mg、Co、Fe、Cu、Zn、Ni、Mn、Cr、Sn、Au、Pd、及びPtからなる群から選択される少なくとも1種の金属の塩;
e)少なくとも1種の、チオール官能化された有機化合物;及び
f)少なくとも1種のフリーラジカル捕捉剤。
本発明において使用することが可能な、好適な硬化性樹脂としては、以下のものが挙げられるが、これらに限定される訳ではない:アルキド樹脂、不飽和ポリエステル(UP)樹脂、ビニルエステル樹脂、(メタ)アクリレート樹脂(アクリル樹脂とも呼ばれる)、及びそれらの混合物。好ましい樹脂としては、(メタ)アクリレート樹脂、UP樹脂、及びビニルエステル樹脂が挙げられる。本出願の文脈においては、「不飽和ポリエステル樹脂」及び「UP樹脂」という用語は、不飽和ポリエステル樹脂とエチレン性不飽和モノマー化合物たとえばスチレンとの組合せを指しているが、後者は、典型的には、(未硬化の)不飽和ポリエステル樹脂の粘度を低下させ、架橋及び硬化させた複合材料物品にとって有用な物理的性質の発現を容易とするために使用される。不飽和ポリエステル樹脂は、典型的には、ポリオール(多価アルコールとも呼ばれる)と飽和及び/又は不飽和の二塩基酸との反応によって形成される縮合ポリマーである。「(メタ)アクリレート樹脂」という用語は、アクリレート及び/又はメタクリレート樹脂と、エチレン性不飽和モノマー化合物との組合せを指している。そのようなUP樹脂及びアクリレート樹脂は、当業者には周知であり、市販されている。
本発明の硬化性樹脂組成物は、少なくとも2種の異なったタイプの有機ペルオキシドを混在させることを特徴としている:a)少なくとも1種の、25℃で液状である、室温で安定な有機ペルオキシド(ペルケタールを除く);及びb)少なくとも1種の、25℃で液状である、室温で安定なペルケタール。したがって、2種以上の有機ペルオキシドのブレンド物又は混合物又はエマルションであってよい、本発明の有機ペルオキシド配合物は、室温では液状である。本発明の配合物は室温で安定であるので、貯蔵のために冷蔵する必要がなくてもよく、そのため、それらの輸送、取扱、及び貯蔵がより容易となる。
ペルケタール以外の、25℃で液状である、好適な室温で安定な有機ペルオキシドとしては、特には、ペルエステル(「ペルオキシエステル」とも呼ばれる)が挙げられる。そのようなペルエステルの好ましい例としては、以下のものが挙げられるが、これらに限定される訳ではない:t-ブチルペルオキシベンゾエート;t-アミルペルオキシベンゾエート;t-ブチルペルオキシアセテート;t-アミルペルオキシアセテート;t-ブチルペルオキシ-3,5,5-トリメチルヘキサノエート;及びt-アミルペルオキシ-3,5,5-トリメチルヘキサノエート。たとえば以下のような、25℃で液状である、ある種のペルオキシカーボネートもまた使用できる:OO-(t-ブチル)O-イソプロピルモノペルオキシカーボネート;OO-(t-ブチル)O-(2-エチルヘキシル)モノペルオキシカーボネート;OO-(t-アミル)O-(2-エチルヘキシル)モノペルオキシカーボネート;及びポリエーテルポリ-t-ブチルペルオキシカーボネート。
好適な、25℃で液状である、室温で安定なペルケタール(これは、「ペルオキシケタール」とも呼ばれる)としては、以下のものが挙げられるが、これらに限定される訳ではない:1,1-ジ(t-アミルペルオキシ)-シクロヘキサン、1,1-ジ(t-ブチルペルオキシ)-シクロヘキサン、1,1-ジ(t-ブチルペルオキシ)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、1,1-ジ(t-アミルペルオキシ)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、3,3-ジ(t-アミルペルオキシ)酪酸エチル、及び4,4-ジ(t-ブチルペルオキシ)吉草酸n-ブチル。
本発明の硬化性樹脂組成物には、1種又は複数の促進剤の塩を存在させる。そのような塩は、その硬化性樹脂組成物の中に存在する1種又は複数の有機ペルオキシドの分解を促進或いは活性化させ、それによって、有機ペルオキシドによる硬化性樹脂組成物の硬化を加速する。いかなる特定な理論に束縛されることを望むものではないが、そのような促進剤の塩が、その硬化性樹脂組成物の中にやはり存在しているチオール官能化された有機化合物と反応して、実質的に、高温での硬化を加速する役目をはたす化学種である錯体を形成するか、又はそうではなくて、チオールが、ペルオキシドの分解及び樹脂の硬化を助けることができると考えられる。
本発明の硬化性樹脂組成物には、少なくとも1種のチオール官能化された有機化合物が含まれる。そのようなチオール官能化された有機化合物は、本発明において使用した場合、硬化性樹脂組成物の硬化速度を高めることが可能な、1分子あたり少なくとも1個のチオール(-SH)官能基を含む有機化合物として、特徴づけることができる。本発明のある種の実施態様においては、その少なくとも1種のチオール官能化された有機化合物としては、1分子あたり2個以上のチオール官能基を含む、少なくとも1種のチオール官能化された有機化合物が挙げられる。本発明の一つの実施態様におけるチオール官能化された有機化合物の中のチオール基は、単一又は複数の脂肪族チオール基であってよい(ここで、それぞれのチオール基は、脂肪族炭素原子に結合されている)。もっとさらなる実施態様においては、そのチオール基が、単一又は複数の一級脂肪族チオール基である。その少なくとも1種のチオール官能化された有機化合物としては、少なくとも1種の、アルコールのα-メルカプトアセテート又はβ-メルカプトプロピオネートエステルが挙げられ得る。そのアルコールは、1分子あたり2個以上のヒドロキシル基を含む多価アルコール、たとえば、グリコール;トリメチロールプロパン;ペンタエリスリトールなどであってよい。適切なチオール官能化された有機化合物の説明例としては、以下のものが挙げられる:ジペンテンジメルカプタン;エチルシクロヘキシルジメルカプタン;エチレン-1,2-ビス-3-メルカプトアセテート;エチレン-1,2-ビス-3-メルカプトプロピオネート;1,2,3-プロパントリチオール;1,2,6-ヘキサントリチオール;ペンタエリスリチルテトラチオール;ペンタエリスリトールテトラメルカプトアセテート;ペンタエリスリトールテトラメルカプトプロピオネート;トリメチロールプロパントリス(3-メルカプトプロピオネート);1,1,1-プロパントリイルトリス(メルカプトアセテート);並びにチオール系誘導体の式:R-(R’-CH(OH)-CH2-SH)n(ここで、Rは、3~30個の炭素原子を有する直鎖状のアルキル基であり、R’は、3~30個の炭素原子を有する直鎖状のアルキレン基であり、そしてnは、2~6の整数である)。本発明において使用するのに好適なチオール官能化された有機化合物としてはさらに、米国特許第5,310,826号明細書に開示されている各種のチオール系化合物が挙げられる(この特許の全開示を、すべての目的のために、参考として引用し本明細書に組み入れたものとする)。2種以上の異なったチオール官能化された有機化合物の組合せを使用してもよい。
本発明の硬化性樹脂組成物にはさらに、少なくとも1種のフリーラジカル捕捉剤が含まれる(これは、「フリーラジカル阻害剤(free radical inhibitor)」又は「フリーラジカルスカベンジャー(free radial scavenger)」とよばれることもある)。本発明の目的のためには、「フリーラジカル捕捉剤」は、フリーラジカルと、可逆的若しくは不可逆的に反応するか、又は可逆的若しくは不可逆的に反応する化学種を生成する物質として定義されるが、その正味の効果は、硬化性樹脂組成物のオープンタイムを延ばす、すなわち硬化性樹脂の重合を遅らせることにある。硬化性樹脂組成物の中に1種又は複数のフリーラジカル捕捉剤を存在させると、周囲温度で、その硬化性樹脂組成物のオープンタイムを延ばすのに役立つ。たとえば、1種又は複数のフリーラジカル捕捉剤を、硬化性樹脂組成物の中に、25℃で、少なくとも1時間、2時間、3時間、4時間、5時間、6時間、7時間、8時間、9時間、又は10時間のオープンタイムを与えるのに有効な量で、含ませてもよい。本発明の各種の態様において使用することが可能な、好適なフリーラジカル捕捉剤の例としては、以下のものが挙げられるが、これらに限定される訳ではない:ニトロキシドリビングフリーラジカル、及びヒドロキノン。
上述の硬化性樹脂、ペルオキシド、促進剤の塩、チオール官能化された有機化合物、及びフリーラジカル捕捉剤は、硬化樹脂技術で慣用される各種のその他の添加剤と組み合わせることができるが、そのような添加物としては、たとえば以下のものが挙げられる:充填剤、繊維、顔料、剤鈍感(phlegmatizer)、阻害剤(たとえば、酸化分解、熱分解及び/又は紫外線分解の阻害剤)、滑沢剤、チクソトロープ剤、架橋助剤、及び促進剤。
本発明における硬化性樹脂組成物の調製は、各種好適な方法を使用して実施することができる。たとえば、少なくとも1種の硬化性樹脂;少なくとも1種の、25℃で液状である、室温で安定な有機ペルオキシド(ペルケタールを除く);少なくとも1種の、25℃で液状である、室温で安定なペルケタール;少なくとも1種の、Li、Al、Mg、Co、Fe、Cu、Zn、Ni、Mn、Cr、Sn、Au、Pd、及びPtからなる群から選択される少なくとも1種の金属の塩;少なくとも1種のチオール官能化された有機化合物;並びに少なくとも1種のフリーラジカル捕捉剤を、ほぼ室温(たとえば、20℃~30℃)で組合せて、液状及び/又は流動性の硬化性樹脂組成物を形成させ、次いでそれを加熱して、その硬化性樹脂組成物を硬化させるのに有効な温度とする。
a)少なくとも1種の不飽和ポリエステル樹脂;
b)少なくとも1種の、25℃で液状である、室温で安定な有機ペルオキシド(ペルケタールを除く)、そしてそれは、以下のものからなる群から選択される:t-ブチルペルオキシベンゾエート;t-アミルペルオキシベンゾエート;t-ブチルペルオキシアセテート;t-アミルペルオキシアセテート;t-ブチルペルオキシ-3,5,5-トリメチルヘキサノエート;t-アミルペルオキシ-3,5,5-トリメチルヘキサノエート;OO-(t-ブチル)O-イソプロピルモノペルオキシカーボネート;OO-(t-ブチル)O-(2-エチルヘキシル)モノペルオキシカーボネート;OO-(t-アミル)O-(2-エチルヘキシル)モノペルオキシカーボネート;並びにポリエーテルポリ-t-ブチルペルオキシカーボネート(特には、OO-(t-ブチル)O-(2-エチルヘキシル)モノペルオキシカーボネート、及び/又はOO-(t-アミル)O-(2-エチルヘキシル)モノペルオキシカーボネート);
c)少なくとも1種の、25℃で液状である、室温で安定なペルケタール、そしてそれは、以下のものからなる群から選択される:1,1-ジ(t-アミルペルオキシ)-シクロヘキサン、1,1-ジ(t-ブチルペルオキシ)-シクロヘキサン、1,1-ジ(t-ブチルペルオキシ)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、1,1-ジ(t-アミルペルオキシ)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、3,3-ジ(t-アミルペルオキシ)酪酸エチル、及び4,4-ジ(t-ブチルペルオキシ)吉草酸n-ブチル(特には、1,1-ジ(t-アミルペルオキシ)-シクロヘキサン及び/又は1,1-ジ(t-ブチルペルオキシ)-シクロヘキサン);
d)少なくとも1種のハロゲン化亜鉛(特には、塩化亜鉛);
e)少なくとも1種のチオール官能化された有機化合物、それは、アルコールのα-メルカプトアセテート又はβ-メルカプトプロピオネートエステルである(特には、トリメチロールプロパントリス(3-メルカプトプロピオネート);ペンタエリスリトールテトラメルカプトプロピオネート;及び1,1,1-プロパントリイルトリス-(メルカプトアセテート)からなる群から選択される少なくとも1種のチオール官能化された有機化合物);並びに
f)少なくとも1種のフリーラジカル捕捉剤、それは、ニトロキシドラジカル(特には、SG-1フリーラジカル及びTEMPOフリーラジカルからなる群から選択されるニトロキシドラジカル)である。
本発明の硬化性樹脂組成物は、周囲温度(たとえば、室温又は25℃)では長いオープンタイムを有するが、その硬化性樹脂組成物を、高温(たとえば、少なくとも50℃、60℃、70℃、又は80℃であるが、典型的には250℃、240℃、230℃、220℃、210℃、又は200℃以下)に加熱すると、比較的短い硬化時間を有することが望ましい用途において特に有用である。本発明の各種の実施態様においては、その硬化時間(すなわち、その硬化性樹脂組成物が加熱されている時間)が、少なくとも0.5、1、2、3、4又は5分であるが、ただし6、5、4、3、2、1、又は0.5時間以下である。たとえば、その硬化性樹脂組成物は、1分~20分の時間加熱してもよい。硬化性樹脂組成物の加熱は、硬化性樹脂の中に元々存在していたモノマーが、少なくとも95%、96%、97%、98%、99%、99.5%、99.9%、99.99%、さらには100%の反応が達成されるのに有効な、温度と時間で実施してもよい。モノマーの反応パーセントは、硬化させた樹脂の中に残っている残りの未反応のモノマーを、全組成配合物のパーセントとして、分析により測定することによって、計算することができる。
[態様1]
硬化性樹脂組成物であって、
a)少なくとも1種の硬化性樹脂;
b)少なくとも1種の、25℃で液状である、室温で安定な有機ペルオキシド(ペルケタール以外);
c)少なくとも1種の、25℃で液状である、室温で安定なペルケタール;
d)少なくとも1種の、Li、Al、Mg、Co、Fe、Cu、Zn、Ni、Mn、Cr、Sn、Au、Pd、及びPtからなる群から選択される少なくとも1種の金属の塩;
e)少なくとも1種の、チオール官能化された有機化合物;及び
f)少なくとも1種のフリーラジカル捕捉剤、
を含むか、実質的にそれらからなるか、又はそれらからなる、硬化性樹脂組成物。
[態様2]
前記少なくとも1種のチオール官能化された有機化合物が、少なくとも1種の、2個以上のチオール官能基を含む、チオール官能化された有機化合物を含む、態様1に記載の硬化性樹脂組成物。
[態様3]
前記少なくとも1種のチオール官能化された有機化合物が、少なくとも1種の、アルコールのα-メルカプトアセテート又はβ-メルカプトプロピオネートエステルを含む、態様1又は2に記載の硬化性樹脂組成物。
[態様4]
前記少なくとも1種のチオール官能化された有機化合物が、ジペンテンジメルカプタン;エチルシクロヘキシルジメルカプタン;エチレン-1,2-ビス-3-メルカプトアセテート;エチレン-1,2-ビス-3-メルカプトプロピオネート;1,2,3-プロパントリチオール;1,2,6-ヘキサントリチオール;ペンタエリスリチルテトラチオール;ペンタエリスリトールテトラメルカプトアセテート;ペンタエリスリトールテトラメルカプトプロピオネート;トリメチロールプロパントリス(3-メルカプトプロピオネート);1,1,1-プロパントリイルトリス(メルカプトアセテート)、及びチオール系誘導体の式:R-(R’-CH(OH)-CH2-SH)n(ここで、Rは、3~30個の炭素原子を有する直鎖状のアルキル基であり、R’は、3~30個の炭素原子を有する直鎖状のアルキレン基であり、そしてnは、2~6の整数である)、からなる群から選択される少なくとも1種のチオール官能化された有機化合物を含む、態様1に記載の硬化性樹脂組成物。
[態様5]
前記少なくとも1種のフリーラジカル捕捉剤が、少なくとも1個のニトロキシドラジカルを含む、態様1~4のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
[態様6]
前記少なくとも1個のニトロキシドラジカルが、SG-1フリーラジカル及びTEMPOフリーラジカルからなる群から選択される、態様5に記載の硬化性樹脂組成物。
[態様7]
前記少なくとも1種の室温で安定な有機ペルオキシド(ペルケタールを除く)が、少なくとも1種の、25℃で液状である、室温で安定なペルエステル又はペルカーボネートを含む、態様1~6のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
[態様8]
前記少なくとも1種の室温で安定な有機ペルオキシドが、t-ブチルペルオキシベンゾエート;t-アミルペルオキシベンゾエート;t-ブチルペルオキシアセテート;t-アミルペルオキシアセテート;t-ブチルペルオキシ-3,5,5-トリメチルヘキサノエート;OO-(t-ブチル)O-イソプロピルモノペルオキシカーボネート;OO-(t-ブチル)O-(2-エチルヘキシル)モノペルオキシカーボネート;OO-(t-アミル)O-(2-エチルヘキシル)モノペルオキシカーボネート;及びポリエーテルポリ-t-ブチルペルオキシカーボネートからなる群から選択される、少なくとも1種の、25℃で液状である、室温で安定なペルエステル又はペルカーボネートを含む、態様1~7のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
[態様9]
前記少なくとも室温で安定なペルケタールが、1,1-ジ(t-アミルペルオキシ)-シクロヘキサン;1,1-ジ(t-ブチルペルオキシ)-シクロヘキサン;1,1-ジ(t-ブチルペルオキシ)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン;3,3-ジ(t-アミルペルオキシ)酪酸エチル;及び4,4-ジ(t-ブチルペルオキシ)吉草酸n-ブチルからなる群から選択される、少なくとも1種の室温で安定なペルケタールを含む、態様1~8のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
[態様10]
前記少なくとも1種の塩が、少なくとも1種の遷移金属ハライドを含む、態様1~9のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
[態様11]
前記少なくとも1種の塩が、少なくとも1種のハロゲン化亜鉛を含む、態様1~10のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
[態様12]
前記少なくとも1種の硬化性樹脂が、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、及び(メタ)アクリレート樹脂からなる群から選択される、少なくとも1種の硬化性樹脂を含む、態様1~11のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
[態様13]
硬化させた樹脂組成物であって、態様1~12のいずれか1項に記載の前記硬化性樹脂組成物を硬化させることにより得られる、硬化させた樹脂組成物。
[態様14]
複合材料であって、態様13に記載の前記硬化させた樹脂組成物、及び場合によっては、少なくとも1種の補強充填剤を含む、複合材料。
[態様15]
前記複合材料が、引抜き成形物品又は現場硬化型パイプの形態にある、態様14に記載の複合材料。
[態様16]
硬化させた組成物を調製するための方法であって、少なくとも1種の硬化性樹脂;少なくとも1種の、25℃で液状である、室温で安定な有機ペルオキシド(ペルケタールを除く);少なくとも1種の、25℃で液状である、室温で安定なペルケタール;Li、Al、Mg、Co、Fe、Cu、Zn、Ni、Mn、Cr、Sn、Au、Pd、及びPtからなる群から選択される少なくとも1種の金属の少なくとも1種の塩;少なくとも1種のチオール官能化された有機化合物;及び少なくとも1種のフリーラジカル捕捉剤を組み合わせて、硬化性樹脂組成物を形成させる工程、並びに前記硬化性樹脂組成物を加熱する工程、を含む方法。
[態様17]
硬化性樹脂のための硬化系として有用な系であって、前記系が、第一の成分及び第二の成分を含み、前記第一の成分が、少なくとも1種の、25℃で液状である、室温で安定な有機ペルオキシド(ペルケタールを除く);及び少なくとも1種の、25℃で液状である、室温で安定なペルケタールを含み、そして前記第二の成分が、Li、Al、Mg、Co、Fe、Cu、Zn、Ni、Mn、Cr、Sn、Au、Pd、及びPtからなる群から選択される少なくとも1種の金属の少なくとも1種の塩、並びに少なくとも1種のチオール官能化された有機化合物を含み、ここで、少なくとも1種のフリーラジカル捕捉剤が、前記第一の成分又は前記第二の成分の少なくとも一方の中に存在している、系。
[態様18]
含浸された物品であって、態様1~12のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物を用いて含浸された、少なくとも1種の、補強充填剤のマトリックスを含む、含浸された物品。
[態様19]
引抜き成形された、繊維-強化、樹脂状物品を作成するための方法であって、態様1~12のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物を用いて連続繊維ストランドをコーティングして、樹脂-コーティングされた連続繊維ストランドを得る工程、及び前記樹脂-コーティングされた連続ガラス繊維ストランドを、成形ゾーンを通して引抜き加工して、延伸された構造物を得る工程を含み、前記硬化性樹脂組成物が、前記硬化性樹脂の硬化を開始させるのに有効な温度にまで加熱される、方法。
[態様20]
現場硬化型パイプを作成する方法であって、態様1~12のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物を用いてライナーを含浸させて、含浸されたライナーを得る工程、前記含浸されたライナー材料を既存のパイプの中に設置する工程、並びに前記既存のパイプの中で、前記含浸されたライナーを硬化させる工程、を含む方法。
[態様21]
樹脂のトランスファー成形された物品を作成するための方法であって、マッチドモールド工具の中で、態様1~12のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物を用いて、繊維強化材を含浸させて、複合材料部品を得る工程、を含む方法。
この実施例は、本発明と、標準の、一次開始剤としてフリーザー貯蔵したペルオキシドを含む三成分開始系との比較である。すべての配合物について、80℃で標準SPIゲル試験法で試験し、比較の尺度としてピーク発熱時間を使用した。SPIゲル試験法には、所定の体積の開始剤入り(initiated)樹脂(約25g)を含む試験管を加熱浴に入れ、ポリマーの硬化の間熱電対で温度をモニターすることが含まれる。ポリマーの硬化が進むにつれて、生成した発熱が記録され、その配合物の硬化時間の目安が得られる。以下の実施例において(表1)、「ピーク時間」は、重合の発熱によって得られる最高温度に達した時間を表しており、各種の配合物を比較するための、硬化時間の相対的な尺度として使用している。室温で安定な一次及び仕上げ用ペルオキシドを、数種の使用量レベルで評価した。報告されている使用量のレベルはすべて、硬化性樹脂の重量に対するものであり、ニートのペルオキシドが使用されていない場合には、希釈溶液の使用量を示している。たとえば、Luperox(登録商標)331M80で報告されている使用量は、1,1-ビス(tert-ブチルペルオキシ)シクロヘキサンの、無臭ミネラルスピリッツ中80重量パーセント溶液の重量である。
Luperox(登録商標)10:t-ブチルペルオキシネオデカノエート(Arkema)
Luperox(登録商標)575:t-ブチルペルオキシ-2-ヘキサン酸エチル(Arkema)
Luperox(登録商標)P:t-ブチルペルベンゾエート(Arkema)
Luperox(登録商標)TBEC:t-ブチルペルオキシ-2-エチルヘキシルカーボネート(Arkema)
Luperox(登録商標)331M80:1,1-ビス(tert-ブチルペルオキシ)シクロヘキサン、無臭ミネラルスピリッツ中80重量パーセント溶液(Arkema)
Luperox(登録商標)TAEC:t-アミルペルオキシ-2-エチルヘキシルカーボネート(Arkema)
Luperox(登録商標)JWEB(商標)50:ポリエーテルポリ(t-ブチルペルオキシカーボネート)、エチルベンゼン中50重量パーセント溶液(Arkema)
Luperox(登録商標)7M75:t-ブチルペルオキシアセテート、無臭ミネラルスピリッツ中75重量パーセント溶液(Arkema)
この実施例は、数種の異なった室温貯蔵(室温で安定な)温度のペルエステルの、実施例1で述べた標準の三成分ペルオキシド配合物との比較であり、実施例1の場合と同じ方法を使用している。三成分の標準を除くすべての場合において、それらの室温で安定なペルオキシドは、硬化性樹脂重量に対して、0.03重量%のPETMP及び0.01重量%のZnCl2を用いて、加速している。
この実施例では、実施例1に記載したのと同じ方法を使用して、数種の異なった硫黄含有添加剤を比較している。すべての配合物に、0.01%のZnCl2、0.3%のLuperox(登録商標)TBEC、及び0.4%のLuperox(登録商標)331M80が含まれていた。いずれの硫黄含有添加剤も、1モル当量の0.03%PETMPに添加した。
この実施例は、BlocBuilder(登録商標)RC-50(SG-1ニトロキシドフリーラジカル捕捉剤、Arkemaから入手可能)を添加した場合の、数種のペルオキシド使用量レベルでの樹脂のオープンタイムを示し、実施例1に記載したのと同じ方法を使用したが、ただし浴温度は35℃に設定した。いずれの配合物も、硬化性樹脂重量に対して、0.03%のPETMP及び0.01%のZnCl2を用いて加速させた。この実施例の場合、発熱の開始を、配合物のオープンタイムの長さの目安としている。
固体状のペルオキシド成分を含むペルオキシドパッケージを使用して硬化性樹脂の配合をする慣用されるプロセスにおいては、ペルオキシドの粉体を秤量して、樹脂の中に混ぜ込む。その固体状のペルオキシドが、均一に分散されて、樹脂の中に溶解されるように注意しなければならないが、それには、十分な時間をかけ、そして十分に高い剪断力を加えて混合して、ペルオキシド濃度に局所的なばらつきが出ないようにすることが必要となる。粉体の流動及び粒径での変動が、分散の容易さに大きな影響を与える可能性がある。
フリーザー及び/又は冷蔵庫貯蔵のペルオキシド(すなわち、安定性の問題から、フリーザー又は冷蔵庫の中に貯蔵しなければならないペルオキシド)を含むペルオキシドパッケージを使用して硬化性樹脂を配合する、慣用されるプロセスにおいては、そのフリーザー及び/又は冷蔵庫貯蔵のペルオキシドは、冷蔵装置から取り出し、樹脂配合に基づいて適切な使用量を秤量し、直ちに冷蔵装置に戻して、ペルオキシド品質を維持すると共に、危険な分解を防がなければならない。ペルオキシドを直ちに冷蔵装置に戻すことを怠ると、安全性での大きな危険を招く。
固体のペルオキシジカーボネート又はフリーザー貯蔵のペルオキシドいずれかをベースとするペルオキシドパッケージを用いた樹脂配合物を使用する慣用される引抜き成形プロセスの一例では、含浸された繊維を、温度130℃に設定した成形ダイで12インチ/分の速度で引抜き成形して、受容可能な物性を有する、硬化させた複合材料部品を形成させる。引抜き速度で規定される製造速度は、ペルオキシドの使用量レベルを変動させることによる、所定の温度で修正することができる。ペルオキシドレベルを高くすると、引抜き速度を高くしながらも、完全に硬化させた部品を得ることが可能となるものの、しかしながら、発熱の増大、又は重合の際に発生するラジカルの総数の増大が、機械的性質又は部品の品質に悪影響を与える可能性がある。
固体のペルオキシジカーボネート又はフリーザー貯蔵のペルオキシドいずれかをベースとするペルオキシドパッケージを用いた樹脂配合物を使用する、慣用される現場硬化型パイププロセスの一例では、含浸されたパイプライナーを、修繕されるパイプの中に挿入する。次いでその複合材料ライナーを、加熱空気、熱水、又は水蒸気を用いて、高温で硬化させることができる。硬化時間は、加熱温度、所望の最終的な機械的性質、及び残存モノマーの要件によって決まる。これらのパラメーターは、配合物の中でのペルオキシド使用量を変化させることによって、所定の硬化時間に調節することができる。しかしながら、硬化時間を調節するためにペルオキシドレベルを変化させると、最終的な機械的性質及び残存モノマーレベルに悪影響が出る可能性がある。
固体のペルオキシジカーボネート又はフリーザー貯蔵のペルオキシドいずれかをベースとするペルオキシドパッケージを用いた樹脂配合物を使用する、慣用される樹脂のトランスファー成形プロセスの一例では、補強繊維(たとえば、マットの形態にあるもの)を、加熱したマッチドモールド工具の中に置き、その工具の隙間の中に樹脂をポンプ注入して、樹脂を注入し、受容可能な物性を有する硬化させた複合材料部品を形成させる。固体のペルオキシジカーボネート又はフリーザー貯蔵のペルオキシドは、いずれも、バッチ法によって、製造される樹脂の中に溶解させるか、或いは、フリーザー貯蔵のペルオキシドを、スタチックミキサーにポンプ輸送した後で、工具の中に注入する。ポンプ輸送されるペルオキシドの場合は特に、その系が、樹脂と混合する前に、ペルオキシドの分解を防止する、受容可能な温度に維持されているかを、細心の注意をもって確認する必要がある。
この実施例では、異なったレベルの4-ヒドロキシTEMPO、ニトロキシドフリーラジカル捕捉剤を用いた場合の樹脂のオープンタイムを示す(実施例4と同じ方法を用いた)。この実施例では、TBEC(0.3%)、及びLuperox 331M80(0.5%)を用いてすべての配合物を作成し、PETMP(0.03%)及びZnCl2(0.01%)を用いて加速させた。使用量のレベルはすべて、硬化性樹脂の重量に対するものである。それぞれの配合物に添加した4-ヒドロキシTEMPOの量を、表5に示す。この実施例の場合、発熱の開始を、配合物のオープンタイムの長さの目安としている。
この実施例では、長期間おいた後での、系の有効性を示した。この実施例では、TBEC(0.3%)、及びLuperox 331M80(0.5%)を用いてすべての配合物を作成し、PETMP(0.03%)及びZnCl2(0.01%)を用いて加速させた。使用量のレベルはすべて、硬化性樹脂の重量に対するものである。それぞれの配合物で使用したラジカル捕捉剤のタイプと量を表6に示す。この実施例では、大量の配合物を作成し、その樹脂の一部を直ちに、実施例1で記述した80℃での標準SPIゲル試験法を使用して、試験した。残りの樹脂を室温(約22℃)で24時間保存し、その後で、80℃での標準SPIゲル試験法を用いて再度試験した。
Claims (19)
- 引抜き成形物品又は現場硬化型パイプを形成用の硬化性樹脂組成物であって、
a)少なくとも1種の硬化性樹脂;
b)少なくとも1種の、25℃で液状である、室温で安定な有機ペルオキシド(ペルケタール以外);
c)少なくとも1種の、25℃で液状である、室温で安定なペルケタール;
d)少なくとも1種の、Li、Al、Mg、Co、Fe、Cu、Zn、Ni、Mn、Cr、Sn、Au、Pd、及びPtからなる群から選択される少なくとも1種の金属の塩;
e)少なくとも1種の、チオール官能化された有機化合物であって、少なくとも1種の、2個以上のチオール官能基を含む、チオール官能化された有機化合物を含む有機化合物;及び
f)少なくとも1種のフリーラジカル捕捉剤、
を含み、
25℃で実質的に液状を維持する、硬化性樹脂組成物。 - 前記少なくとも1種のチオール官能化された有機化合物が、少なくとも1種の、アルコールのα-メルカプトアセテート又はβ-メルカプトプロピオネートエステルを含む、請求項1に記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記少なくとも1種のチオール官能化された有機化合物が、ジペンテンジメルカプタン;エチルシクロヘキシルジメルカプタン;エチレン-1,2-ビス-3-メルカプトアセテート;エチレン-1,2-ビス-3-メルカプトプロピオネート;1,2,3-プロパントリチオール;1,2,6-ヘキサントリチオール;ペンタエリスリチルテトラチオール;ペンタエリスリトールテトラメルカプトアセテート;ペンタエリスリトールテトラメルカプトプロピオネート;トリメチロールプロパントリス(3-メルカプトプロピオネート);1,1,1-プロパントリイルトリス(メルカプトアセテート)、及びチオール系誘導体の式:R-(R’-CH(OH)-CH2-SH)n(ここで、Rは、3~30個の炭素原子を有する直鎖状のアルキル基であり、R’は、3~30個の炭素原子を有する直鎖状のアルキレン基であり、nは、2~6の整数である)、からなる群から選択される少なくとも1種のチオール官能化された有機化合物を含む、請求項1に記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記少なくとも1種のフリーラジカル捕捉剤が、少なくとも1個のニトロキシドラジカルを含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記少なくとも1個のニトロキシドラジカルが、SG-1フリーラジカル(ニトロキシド、1-(ジエトキシホスフィニル)-2,2-ジメチルプロピル1,1-ジメチルエチルフリーラジカル)及びTEMPOフリーラジカルからなる群から選択される、請求項4に記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記少なくとも1種の室温で安定な有機ペルオキシド(ペルケタールを除く)が、少なくとも1種の、25℃で液状である、室温で安定なペルエステル又はペルカーボネートを含む、請求項1~5のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記少なくとも1種の室温で安定な有機ペルオキシドが、t-ブチルペルオキシベンゾエート、t-アミルペルオキシベンゾエート、t-ブチルペルオキシアセテート;t-アミルペルオキシアセテート、t-ブチルペルオキシ-3,5,5-トリメチルヘキサノエート、OO-(t-ブチル)O-イソプロピルモノペルオキシカーボネート、OO-(t-ブチル)O-(2-エチルヘキシル)モノペルオキシカーボネート、OO-(t-アミル)O-(2-エチルヘキシル)モノペルオキシカーボネート、及びポリエーテルポリ-t-ブチルペルオキシカーボネートからなる群から選択される、少なくとも1種の、25℃で液状である、室温で安定なペルエステル又はペルカーボネートを含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記少なくとも室温で安定なペルケタールが、1,1-ジ(t-アミルペルオキシ)-シクロヘキサン;1,1-ジ(t-ブチルペルオキシ)-シクロヘキサン、1,1-ジ(t-ブチルペルオキシ)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、3,3-ジ(t-アミルペルオキシ)酪酸エチル、及び4,4-ジ(t-ブチルペルオキシ)吉草酸n-ブチルからなる群から選択される、少なくとも1種の室温で安定なペルケタールを含む、請求項1~7のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記少なくとも1種の塩が、少なくとも1種の遷移金属ハライドを含む、請求項1~8のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記少なくとも1種の塩が、少なくとも1種の塩化亜鉛を含む、請求項1~9のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記少なくとも1種の硬化性樹脂が、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂及び(メタ)アクリレート樹脂からなる群から選択される、少なくとも1種の硬化性樹脂を含む、請求項1~10のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
- 硬化させた樹脂組成物であって、請求項1~11のいずれか1項に記載の前記硬化性樹脂組成物を硬化させることにより得られる、硬化させた樹脂組成物。
- 複合材料であって、請求項12に記載の前記硬化させた樹脂組成物、及び少なくとも1種の補強充填剤を含む、複合材料。
- 硬化させた組成物を調製するための方法であって、少なくとも1種の硬化性樹脂;少なくとも1種の、25℃で液状である、室温で安定な有機ペルオキシド(ペルケタールを除く);少なくとも1種の、25℃で液状である、室温で安定なペルケタール;Li、Al、Mg、Co、Fe、Cu、Zn、Ni、Mn、Cr、Sn、Au、Pd、及びPtからなる群から選択される少なくとも1種の金属の少なくとも1種の塩;少なくとも1種のチオール官能化された有機化合物であって、少なくとも1種の、2個以上のチオール官能基を含む、チオール官能化された有機化合物を含む有機化合物;及び少なくとも1種のフリーラジカル捕捉剤を組み合わせて、硬化性樹脂組成物を形成させる工程、並びに前記硬化性樹脂組成物を加熱する工程、を含む方法。
- 硬化性樹脂のための硬化系として有用な系であって、前記系が、第一の成分及び第二の成分を含み、前記第一の成分が、少なくとも1種の、25℃で液状である、室温で安定な有機ペルオキシド(ペルケタールを除く);及び少なくとも1種の、25℃で液状である、室温で安定なペルケタールを含み、前記第二の成分が、Li、Al、Mg、Co、Fe、Cu、Zn、Ni、Mn、Cr、Sn、Au、Pd、及びPtからなる群から選択される少なくとも1種の金属の少なくとも1種の塩、並びに少なくとも1種のチオール官能化された有機化合物であって、少なくとも1種の、2個以上のチオール官能基を含む、チオール官能化された有機化合物を含む有機化合物、を含み、ここで、少なくとも1種のフリーラジカル捕捉剤が、前記第一の成分又は前記第二の成分の少なくとも一方の中に存在している、系。
- 含浸された物品であって、請求項1~11のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物を用いて含浸された、少なくとも1種の、補強充填剤のマトリックスを含む、含浸された物品。
- 引抜き成形された、繊維-強化、樹脂状物品を作成するための方法であって、請求項1~11のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物を用いて連続繊維ストランドをコーティングして、樹脂-コーティングされた連続繊維ストランドを得る工程、及び前記樹脂-コーティングされた連続ガラス繊維ストランドを、成形ゾーンを通して引抜き加工して、延伸された構造物を得る工程を含み、前記硬化性樹脂組成物が、前記硬化性樹脂の硬化を開始させるのに有効な温度にまで加熱される、方法。
- 現場硬化型パイプを作成する方法であって、請求項1~11のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物を用いてライナーを含浸させて、含浸されたライナーを得る工程、前記含浸されたライナー材料を既存のパイプの中に設置する工程、並びに前記既存のパイプの中で、前記含浸されたライナーを硬化させる工程、を含む方法。
- 樹脂のトランスファー成形された物品を作成するための方法であって、マッチドモールド工具の中で、請求項1~11のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物を用いて、繊維強化材を含浸させて、複合材料部品を得る工程、を含む方法。
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