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技術 金属−ポリアセタールアセンブリ

出願人 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー
発明者 ダルモリンマルタ加藤誠
出願日 2019年7月26日 (1年4ヶ月経過) 出願番号 2019-138095
公開日 2020年3月19日 (8ヶ月経過) 公開番号 2020-041130
状態 未査定
技術分野 ポリオキシメチレン、炭素-炭素結合重合体 高分子組成物
主要キーワード 腐食表面 金属ホイール 腐食領域 金属製ハウジング 腐食面積 腐食部分 固定距離 主鎖単位
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年3月19日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

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課題

金属−ポリアセタールアセンブリを提供する。

解決手段

本発明は、ポリアセタール部品金属部品とを含むアセンブリであって、ポリアセタール部品中にカルボジイミドを配合することによって金属部分の腐食が低減される、アセンブリを提供する。

概要

背景

一般的に「POM」と呼ばれるポリアセタールは、機械およびコンベアベルト中のギアおよびベアリングなどの部品においてしばしば使用される。そのような部品は通常は金属と接触しているかまたは金属に近接している。特定の条件下では、POMは金属部品腐食を誘発する場合があることが観察されている。

POM配合物に近接した金属部品の腐食を低減させるPOM配合物が必要とされている。

概要

金属−ポリアセタールアセンブリを提供する。本発明は、ポリアセタール部品と金属部品とを含むアセンブリであって、ポリアセタール部品中にカルボジイミドを配合することによって金属部分の腐食が低減される、アセンブリを提供する。なし

目的

本発明は、少なくとも2つの部品のアセンブリであって、
(1)ポリアセタールを少なくとも20重量%含むプラスチック部品;および
(2)金属部品;
を含み、ポリアセタールがカルボジイミドを含む、アセンブリを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

少なくとも2つの部品アセンブリであって、(1)ポリアセタールを少なくとも20重量%含むプラスチック部品;および(2)金属部品;を含み、前記ポリアセタールがカルボジイミドを含む、アセンブリ。

請求項2

前記プラスチック部品が、少なくとも50重量%のポリアセタールであるポリマー成分を有する、請求項1に記載のアセンブリ。

請求項3

前記ポリアセタールが、ホルムアルデヒドホモポリマーまたはコポリマーである、請求項2に記載のアセンブリ。

請求項4

前記ポリアセタール中の前記カルボジイミド含有率が、前記プラスチック部品の重量を基準として0.01〜1重量%である、請求項3に記載のアセンブリ。

請求項5

前記ポリアセタール中の前記カルボジイミド含有率が、前記プラスチック部品の重量を基準として0.01〜0.3重量%である、請求項3に記載のアセンブリ。

請求項6

前記カルボジイミドが、前記プラスチック部品の重量を基準として0.025重量%よりも大きい濃度で存在する、請求項4に記載のアセンブリ。

請求項7

前記カルボジイミドが、前記プラスチック部品の重量を基準として0.05重量%よりも大きい濃度で存在する、請求項4に記載のアセンブリ。

請求項8

前記カルボジイミドが一般式RN=C=NRのものであり、前記Rラジカルが同じであるかまたは異なり、脂肪族および芳香族のラジカルから独立して選択される、請求項6に記載のアセンブリ。

請求項9

前記カルボジイミドが芳香族Rラジカルを有する、請求項8に記載のアセンブリ。

請求項10

前記カルボジイミドがポリマーである、請求項8に記載のアセンブリ。

請求項11

前記カルボジイミドが以下の式:(式中、R1、R2、R3、R4、およびR5は、独立してHおよび1〜4個の炭素原子アルキルラジカルから選択され、nは8〜12の整数である)のポリマーである、請求項10に記載のアセンブリ。

請求項12

前記カルボジイミドが以下の式:(式中、数平均分子量に基づいて、nは8および/または9である)のポリマーである、請求項10に記載のアセンブリ。

請求項13

前記カルボジイミドが700より大きい分子量を有する、請求項10に記載のアセンブリ。

請求項14

前記金属がステンレス鋼および炭素鋼から選択される、請求項13に記載のアセンブリ。

請求項15

前記プラスチック部品がポリアセタールギアまたはホイールからなる群から選択され;前記金属部品がギア、ホイール、またはロッドであり、前記ポリアセタールギアまたはホイールは、前記金属シャフト、ギア、ロッド、またはホイールと接触するか近接しており、前記プラスチック部品は、前記金属部品の少なくとも一部と接触しているか前記金属部品から5mm以下離れている、請求項14に記載のアセンブリ。

技術分野

0001

関連出願の相互参照
本出願は、2018年7月26日に出願された米国仮特許出願第62/703,526号に基づく優先権を主張する。この出願はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。

0002

本発明は、金属−ポリアセタールアセンブリ、特に低減された金属腐食を示す金属−ポリアセタールアセンブリの分野に関する。

背景技術

0003

一般的に「POM」と呼ばれるポリアセタールは、機械およびコンベアベルト中のギアおよびベアリングなどの部品においてしばしば使用される。そのような部品は通常は金属と接触しているかまたは金属に近接している。特定の条件下では、POMは金属部品腐食を誘発する場合があることが観察されている。

0004

POM配合物に近接した金属部品の腐食を低減させるPOM配合物が必要とされている。

課題を解決するための手段

0005

第1の態様では、本発明は、少なくとも2つの部品のアセンブリであって、
(1)ポリアセタールを少なくとも20重量%含むプラスチック部品;および
(2)金属部品;
を含み、ポリアセタールがカルボジイミドを含む、アセンブリを提供する。

0006

本発明者らは、驚くべきことに、少なくとも1種のカルボジイミドをポリアセタール樹脂に添加すると、そのような樹脂から製造される部品と接触または近接する金属部品が、少なくとも1種のカルボジイミドを有さない樹脂から製造されたポリアセタール部品と接触または近接する金属部品と比べて低減された腐食を示すことを見出した。

0007

プラスチック部品は実質的にポリアセタール樹脂から製造される。ポリマー成分はポリアセタールのみであってもよく、あるいはこれは1種以上の他のポリマーとポリアセタールとのブレンドであってもよい。好ましくは、これは少なくとも20重量%のポリアセタール、より好ましくは少なくとも30重量%のポリアセタール、更に好ましくは少なくとも50重量%のポリアセタールであるポリマー成分を用いて製造される。特に好ましい実施形態では、ポリマー成分はポリアセタールのみである。

0008

本発明で使用されるポリアセタール樹脂としては、ホルムアルデヒド、ホルムアルデヒド環状オリゴマートリオキサンテトラオキサンアセトアルデヒドプロピオンアルデヒドなどのポリマー若しくはコポリマー、またはアルデヒド環状エーテル若しくは環状アセタールエチレンオキシドプロピレンオキシド、1,3−ジオキサンなど)とを共重合するなどによって得られるポリマーが挙げられる。ポリアセタール樹脂は、−(CH2)nO主鎖単位(nは自然数である)および/または−(CHR−O)−単位(Rはアルキル基である)を含み、その末端基が保護されていないか、−O−CO−CH3、−OCH3、および−O(CH2)n−OHからなる群から選択されるラジカルで保護されている、直鎖のポリマーである。ポリアセタール樹脂は、約10,000〜100,000、好ましくは20,000〜70,000の数平均分子量を有する。本発明で使用されるポリアセタール樹脂には、必要に応じて、本発明に悪影響を及ぼさない範囲内で、熱安定剤酸化防止剤可塑剤強化剤紫外線安定剤潤滑剤、充填剤着色剤顔料などが任意選択的に配合されていてもよい。

0009

好ましくは、本発明で使用されるポリアセタールはホモポリマーまたはコポリマーである。ホモポリマーは、モノマーとしてホルムアルデヒドのみを使用して製造される。コポリマーでは、−CH2O−基のいくつか(例えば、約1〜1.5%)が−CH2CH2O−基で置き換えられている。ホモポリマーが好ましい。

0010

プラスチック部品は1種以上のカルボジイミドを含む。カルボジイミドまたはメタンジイミンは、式RN=C=NRからなる官能基である。本発明において有用なカルボジイミドは特に限定されず、Rラジカルは脂肪族(環状または直鎖)もしくは芳香族、または混合であってもよい。芳香族ラジカルは、少なくとも1個のC原子、または1個のヘテロ原子(N、S、および/またはO)を有する置換基を有していてもよい。

0011

モノマーカルボジイミドが本発明において有用であるものの、ポリマーカルボジイミドを使用することが好ましい。ポリマーカルボジイミドは取り扱いにおいて毒性が少なく、またポリアセタール中に移動する傾向が少ない。好ましいポリマーカルボジイミドは、700より大きい、より好ましくは1,500より大きい、特に好ましくは2000より大きい分子量を有する。脂肪族および芳香族のポリマーカルボジイミドを使用することができる。好ましくは、カルボジイミドは350,000未満の分子量を有する。

0012

好ましい実施形態では、カルボジイミドは以下の式:

0013

(式中、R1、R2、R3、R4、およびR5は、独立してHおよび1〜4個の炭素原子アルキルラジカルから選択され、nは8〜12の整数である)のポリマーである。

0014

特に好ましい実施形態では、カルボジイミドは以下の式A:

0015

(式中、nは数平均分子量に基づいて7〜11、より好ましくは8および/または9の整数である)を有するポリマーである。

0016

ポリマーは異なる分子量を有する分子の分布であり、本明細書で特定される任意の数の繰り返し単位または分子量は数平均分子量に基づくことが理解される。

0017

好ましくは、すぐ上で示したポリマーカルボジイミドは、2,900〜4,351、より好ましくは3,260〜3626の分子量を有する。

0018

カルボジイミドは、好ましくは0.01〜0.3重量%の濃度で存在し、より好ましくは、これはプラスチック部品の重量を基準として0.025重量%を超える、より好ましくは0.05重量%を超える、更に好ましくは0.075重量%を超える濃度で存在する。好ましくは、カルボジイミドは、プラスチック部品の重量を基準として2重量%以下で存在する。

0019

金属部品は、腐食しやすい任意の金属で作られていてもよい。これには鋼、特にはステンレス鋼および炭素鋼が含まれる。本発明は、使用中に高レベルの腐食を典型的に示す炭素鋼に特に適している。

0020

アセンブリの好ましい実施形態では、プラスチック部品は、少なくとも20重量%のポリアセタール、より好ましくは少なくとも30重量%のポリアセタール、更に好ましくは少なくとも50重量%のポリアセタール、最も好ましくは100重量%のポリアセタールから製造され、ポリアセタールはホモポリマーであり、カルボジイミドは8〜9個のモノマー単位を有する式Aのポリマーであり、これは好ましくは0.075〜0.3重量%で存在する。好ましくは、ポリアセタールは70kDaの分子量を有する。好ましくは、金属部品はプラスチック部品から2cm以下である。

0021

アセンブリの特に好ましい実施形態では、プラスチック部品は、70kDaの分子量を有する100重量%のホモポリマーから製造され、カルボジイミドは、数平均分子量に基づいて8〜9個のモノマー単位を有する式Aのポリマーであり、これは好ましくは0.2重量%で存在する。好ましくは、金属部品はプラスチック部品から2cm以下である。

0022

このアセンブリは、プラスチック部品が金属部品と近接しているかまたは接触している、任意の機械的、構造的、または装飾的なアセンブリであってもよい。これには、例えば:
金属シャフトまたはロッドに取り付けられたポリアセタールギアまたはホイール
・金属ギアまたはホイールと接触しているかまたは近接しているポリアセタールギアまたはホイール;
・ポリアセタールハウジング内部の金属部品;
金属製ハウジング内部のポリアセタール部品;
が含まれる。

0023

好ましい実施形態では、プラスチック部品と金属部品とは相互作用する。すなわちプラスチック部品と金属部品はそれらの表面の少なくとも一部で接触する、あるいはこれらは例えば金属シャフトに取り付けられたギアまたはホイールであるか、または金属製のホイールまたはギアによって作動する場合には動的に相互作用する。その逆、すなわち、プラスチックシャフトに取り付けられているか、またはプラスチックギアまたはホイールによって作動する金属ホイールまたはギアであることも可能である。

0024

閉鎖系における「〜に近接して」という表現は、プラスチック部品が金属部品から10cm以下、好ましくは5cm以下、より特に好ましくは2cm以下、または1cm以下離れていることを意味する。開放系では、「〜に近接して」という表現は、プラスチック部品が金属部品から5cm以下、好ましくは1cm以下離れていることを意味する。閉鎖系および開放系の両方において、好ましくはプラスチック部品は金属部品から5mm以下、より好ましくは1mm以下離れており、特に好ましくは金属部品と接触している。

0025

充填剤および/または添加剤
本明細書に記載のポリアセタール樹脂は、限定するものではないが、ガラス繊維およびガラスビーズなどの強化剤、炭素繊維および他の強化繊維炭酸カルシウム酸化物アルミナシリカ、および二酸化チタンなど)、硫酸塩(硫酸バリウムなど)、チタン酸塩カオリン粘土、および他のケイ酸塩水酸化マグネシウムタルク珪灰石、他の鉱物グラファイト、およびカーボンブラックなどの充填剤を含有していてもよい。

0026

本明細書に記載のポリアセタール樹脂は、潤滑剤、酸化防止剤、紫外線安定剤、熱安定剤、強化剤、造核剤離型剤、可塑剤、帯電防止剤界面活性剤、および着色剤などの添加剤も含有していてもよい。好適な潤滑添加剤としては、ジメチルポリシロキサンおよびそれらの誘導体などのシリコーン潤滑剤、オレイン酸アミド、ならびにアルキルアミドが挙げられる。他の好適な添加剤としては、ホルムアルデヒド捕捉剤非イオン性界面活性潤滑剤、炭化水素ワックスクロヒドロカーボンフルオロカーボンオキシ脂肪酸、脂肪酸の低級アルコールエステルなどのエステル、ポリグリコールおよびポリグリセロールなどの多価アルコール、ならびにラウリン酸およびステアリン酸などの脂肪酸の金属塩が挙げられる。好適な紫外線安定剤としては、ベンゾトリアゾールベンゾフェノン、芳香族ベンゾエートシアノアクリレート、およびシュウ酸アニリドが挙げられる。

0027

本明細書に記載のポリアセタール樹脂は、プラスチック部品の重量を基準として0〜40重量%の範囲の、本明細書に開示されているかまたは当該技術分野で公知の充填剤および添加剤を、単独でまたは任意の組み合わせで、任意の重量%含んでいてもよい。本明細書では、これらのプラスチック部品は0〜30重量%の充填剤および最大10重量%の添加剤を含み得ることが明確に想定されている。

0028

ベースポリマーは、DuPontにより製造された約70KDaの分子量を有するアセテートキャッピングされたホモポリマーポリアセタールであった。カルボジイミドは以下の構造:

0029

(式中、nは数平均分子量に基づいて8および/または9である)を有するポリマーであった。

0030

配合物で使用した全ての成分は製造元から購入し、更に精製することなく使用した。成分はドライブレンドし、190℃、スクリュー速度125rpm、35kg/時の処理量に設定したバレルを有する二軸押出機Berstorff ZE40Aで混錬した。押し出された材料をペレット化し、80℃で3時間乾燥して過剰の水分を除去した。205℃の溶融温度を得るためにバレル温度を設定して、材料をISO引張試験片へと射出した。モールドの温度は90℃に設定した。

0031

金属棒を用いた腐食試験
実験を開始する前に直径5mm、長さ約150mmの炭素鋼棒を洗浄し、超音波浴中のアセトンに15分間完全に浸漬することによって任意の酸化防止剤コーティングを除去した。処理が完了した後、棒をアセトン浴から取り出し、きれいな布で乾燥させ、空気中に一晩放置して微量のアセトンを全て除去した。

0032

気密ねじ蓋を備えた1Lのガラス瓶を腐食チャンバーとして使用した。各瓶の中に、1本の炭素鋼棒と、3本の半分に切断したPOM引張試験片と、約50mLの飽和KCl水溶液が入っているビーカーとを入れた。塩溶液を入れてチャンバーの相対湿度をRH78%に維持した。塩溶液が入っているビーカーと金属棒とが直接接触しないように注意した。棒および塩溶液のみが入っている瓶(POMなし)を対照として使用した。POMは鋼棒から約2cmの地点に配置した。

0033

密封した瓶を90℃のオーブン中で50時間加熱した。次いで瓶を室温まで冷却して開け、金属棒上に存在する腐食を目視で評価した。50時間暴露した後、POMを入れていない対照を含む全ての棒が複数の腐食の兆候を示す。腐食は、棒の表面に褐色/黒色残留物が存在することによって証明される。上述したカルボジイミドをポリアセタールの配合において使用すると、棒の腐食の程度は有意に減少した。

0034

50時間暴露した後の腐食量を、画像処理ソフトウェアを用いて暫定的に定量化した。実験後、各棒の写真を、同じ照明条件下固定距離に配置したCanon EOS700Dで撮影した。レンズ開放および露光時間は、できる限り最良品質の画像を得るように調節し、全ての写真で一定に保った。

0035

写真は画像処理ソフトウェア(ImageJ Fijiパッケージ)で処理した。各画像を閾値処理して、腐食領域のみが強調された二値画像を形成した。腐食部分面積の合計は、各棒の総面積百分率として報告した。腐食面積の合計の%は、POM配合物に添加されたカルボジイミドの量に依存する(表1)。

0036

実施例

0037

表1から、カルボジイミドが存在すると腐食表面が有意に減少することが明らかである。

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