交番電磁界における溶接により得られるプラスチック複合成形体
本発明は、溶接接合が、凝集した一次粒子からなるナノスケールの磁性酸化物粒子を含有するプラスチック材料を用いて行われ、その際、一次粒子は、非磁性金属酸化物マトリックスまたはメタロイド酸化物マトリックス中の２〜１００ｎｍの直径を有する磁性金属酸化物ドメインから構成されている、交番電磁界における溶接により得られるプラスチック複合成形体に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交番電磁界における溶接により得られ、溶接接合が、ナノスケールの磁性酸化物粒子を含有するプラスチック材料により行われている、プラスチック複合成形体に関する。
【０００２】
プラスチック成形部材は、種々のプラスチック溶接法により結合することができる。慣用の方法は、加熱素子による溶接、加熱コイルによる溶接、超音波溶接、振動溶接、レーザービーム溶接、回転の摩擦による溶接及び高周波溶接である。
【０００３】
交番電磁界またはマイクロ波を使用した接合法が使用されることはまれであり、依然として特殊な方法とみなされている。
【０００４】
レーザー光線溶接の場合、少なくとも放射線源の方に向いた成形部材は、レーザー光線に対して透過性でなくてはならず、このことによって問題となるプラスチック材料の着色および色の調整に関する選択は限定さている。
【０００５】
これに対して交番電磁界における溶接の場合、着色剤に関する制限は生じない。
【０００６】
電磁線を用いた溶接（誘導溶接）のために、通常はそのままで、または相応する含有物質に基づいて磁気により活性化可能な溶接助剤が必要である。交番電磁界におけるヒステリシス損失および／または乱流損失により、溶接助剤は加熱され、その際、誘導加熱におけるエネルギー入力は、熱伝導の場合よりも約１５００倍高い。誘導溶接は、溶融、融接および硬化の段階を経るが、その際、溶接法は連続的に、または不連続的に実施することができる。
【０００７】
溶接助剤は、接合すべき成形部材の接合面の間で、たとえば半製品またはシートの形で存在していてもよい。磁気による活性化可能性は、しばしば金属製の挿入物によりもたらされるが、しかしこれは接合すべきプラスチック部材の製造法を複雑化し、場合によりその後に得られる製品中で望ましくない。粒子状の強磁性充填剤を含有する溶接助剤は比較的高価であり、かつ作用の度合いは劣るので、確立された接合法に対する方法はこれまで実施することはできなかった。
【０００８】
従って本発明は、交番電磁界で溶接可能にするために、相応する添加剤により磁気的に活性化することができるプラスチック成形材料を開発するという課題に基づいている。これらの材料は、接合すべきプラスチック部材の一体化された構成部材として、または付加的な溶接助剤として使用可能であるべきである。
【０００９】
ＤＥ−Ａ−１９９２４１３８には、特に超常磁性を有するナノスケールの粒子を含有する接着剤組成物が請求されている。
【００１０】
ＤＥ−Ａ−１０１６３３９９には、コヒーレントな相と、該相中に分散している、超常磁性のナノスケール粒子の少なくとも１の粒子状の相とを有するナノ粒子状の調製物が記載されている。この場合、接着剤組成物の形の調製物が有利である。
【００１１】
ＤＥ−Ａ−１９９２４１３８およびＤＥ−Ａ−１０１６３３９９の組成物は、交番電磁界で加熱可能である。
【００１２】
ＤＥ−Ａ−１９９２４１３８に関しても、ＤＥ−Ａ−１０１６３３９９に関しても、使用される粒子は、ナノスケールの粒子の凝集または成長を防止するために、および／またはコヒーレントな相中の粒子状の相の良好な分散性を保証するために、有利に表面変性されているか、もしくは表面被覆されていることが該当する。この場合の欠点は、表面被覆もしくは表面変性のために使用される物質が、特に高温および／または機械的な影響のもとで溶解しうることである。この結果、ナノスケールの粒子は凝集するか、または成長する可能性があり、このことによって超常磁性が失われる。
【００１３】
ＤＥ−Ａ−１０１６３３９９に記載のナノ粒子状の調製物またはＤＥ−Ａ−１９９２４１３８に記載の接着剤組成物のレオロジー特性は、分散剤の種類および量により広い範囲で調整することができる。しかし、調製物のレオロジーを、ナノスケールの超常磁性粒子自体によって調整することは不可能であるか、または限定的に可能であるにすぎない。というのも、超常磁性は特定の粒径と結びついているからである。粒子は調製物中でほぼ一次粒子として存在しており、これによりレオロジーの調整、たとえば増粘は、超常磁性粒子の含有率を同時に変更することによって可能であるにすぎない。
【００１４】
２００４年１２月１日付けの、公開されていない先のドイツ特許出願ＤＥ１０２００４０５７８３０には、重合可能なモノマーおよび／またはポリマー、およびこれらの中に分散している、凝集した一次粒子からなる超常磁性酸化物粒子を含有し、その際、該一次粒子が、非磁性金属酸化物マトリックスもしくはメタロイドマトリックス中で２〜１００ｎｍの直径を有する磁性金属酸化物ドメインから構成されている接着剤組成物が記載されており、その内容全てをここで引用する。
【００１５】
意外なことに、ナノスケールの磁性酸化物粒子が、プラスチック材料を交番電磁界中で溶接可能にするために、プラスチック材料用の添加剤として適切であることが判明した。
【００１６】
従って本発明の対象は特に、プラスチック材料を交番電磁界で溶接可能にするための、プラスチック材料中での添加剤としてのナノスケールの磁性酸化物粒子の使用である。
【００１７】
本発明の対象はさらに、交番電磁界で溶接することによりプラスチック複合成形体を製造するための方法であり、この場合、溶接接合は、ナノスケールの磁性酸化物粒子を含有するプラスチック材料を用いて行われる。
【００１８】
本発明の対象は、交番電磁界における溶接により得られ、溶接接合が、ナノスケールの磁性酸化物粒子を含有するプラスチック材料により行われている、プラスチック複合成形体である。
【００１９】
本発明によるプラスチック材料中で、ナノスケールの磁性酸化物粒子は、ほぼ均一に分散しており、かつ特に凝集化していない形で存在している。特にこれらの粒子は、プラスチック材料中で温度安定性であり、かつ高温でも凝集を示さない。さらに、組成物のレオロジーを、前記粒子の含有率とはほぼ無関係に制御することが可能である。
【００２０】
本発明の意味で凝集とは、成長した一次粒子の三次元構造であると理解すべきである。複数のアグリゲートは結合してアグロメレートになることができる。これらのアグロメレートは、たとえば機械的な作用、例えば押出工程により、容易に再分離することができる。これに対して、一次粒子へのアグリゲートの分解は通常、不可能である。
【００２１】
ナノスケールの磁性酸化物粒子のアグリゲート直径は、有利には１００ｎｍを超え、かつ１μｍ未満であってよい。
【００２２】
有利には、ナノスケールの磁性酸化物粒子のアグリゲートは、空間方向で２５０ｎｍ未満の直径を有していてよい。この実情は図１に記載されており、ここでは１のアグリゲートの２本の側方アーム状物が、８０ｎｍおよび１３５ｎｍの直径を有している。
【００２３】
ドメインとは、マトリックス中で空間的に相互に分離された領域であると理解すべきである。ナノスケールの磁性粒子のドメインは、２〜１００ｎｍの直径を有している。
【００２４】
ナノスケールの磁性酸化物粒子とは、特に超常磁性粒子であると理解すべきである。
【００２５】
ドメインは、非磁性領域を有していてもよいが、しかし該領域は粒子の磁性特性に貢献しない。
【００２６】
さらにその大きさに基づいて、超常磁性を示し、かつ残留磁気を誘導する磁性ドメインが存在していてもよい。このことは、体積特有の飽和磁化の向上につながる。本発明によれば、超常磁性粒子が、本発明によるプラスチック材料を交番電界、交番磁界または交番電磁界により融点に加熱することができるような数の超常磁性ドメインを含んでいることが該当する。
【００２７】
超常磁性粒子のドメインは、周囲のマトリックスから完全に、または部分的にのみ包囲されていてもよい。部分的に包囲されているとは、個々のドメインが、アグリゲートの表面から突出していてもよいことを意味している。
【００２８】
いずれの場合でも、粒子の超常磁性ドメインは、凝集していない。
【００２９】
ドメインは、１もしくは複数の金属酸化物を有していてもよい。
【００３０】
磁性ドメインは有利には、鉄、コバルト、ニッケル、クロム、ユーロピウム、イットリウム、サマリウムまたはガドリニウムの酸化物を含有していてよい。これらのドメインには、金属酸化物が、均一な変態として、または異なった変態として存在していてよい。
【００３１】
特に有利な磁性ドメインは、γ−Ｆｅ2Ｏ3、Ｆｅ3Ｏ4の形の酸化鉄、γ−Ｆｅ2Ｏ3および／またはＦｅ3Ｏ4の混合物である。
【００３２】
磁性ドメインはさらに、鉄、コバルト、ニッケル、スズ、亜鉛、カドミウム、マグネシウム、マンガン、銅、バリウム、マグネシウム、リチウムまたはイットリウムの金属成分を含有する少なくとも２種類の金属の混合酸化物として存在していてもよい。
【００３３】
磁性ドメインはさらに、一般式ＭIIＦｅ2Ｏ4を有する物質であってもよく、前記式中でＭIIは、相互に異なった少なくとも２の二価の金属を含む。有利には、二価の金属の１つは、マンガン、亜鉛、マグネシウム、コバルト、銅、カドミウムまたはニッケルであってよい。
【００３４】
さらに、磁性ドメインは、一般式（Ｍa1-x-yＭbxＦｅy）IIＦｅ2IIIＯ4の三成分系から構成されていてもよく、前記式中、Ｍa、もしくはＭbは、金属のマンガン、コバルト、ニッケル、亜鉛、銅、マグネシウム、バリウム、イットリウム、スズ、リチウム、カドミウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、チタン、クロム、バナジウム、ニオブ、モリブデンであってよく、その際ｘ＝０．０５〜０．９５であり、ｙ＝０〜０．９５であり、かつｘ＋ｙ≦１である。
【００３５】
特に、ＺｎＦｅ2Ｏ4、ＭｎＦｅ2Ｏ4、Ｍｎ0.6Ｆｅ0.4Ｆｅ2Ｏ4、Ｍｎ0.5Ｚｎ0.5Ｆｅ2Ｏ4、Ｚｎ0.1Ｆｅ1.9Ｏ4、Ｚｎ0.2Ｆｅ1.8Ｏ4、Ｚｎ0.3Ｆｅ1.7Ｏ4、Ｚｎ0.4Ｆｅ1.6Ｏ4またはＭｎ0.39Ｚｎ0.27Ｆｅ2.34Ｏ4、ＭｇＦｅ2Ｏ3、Ｍｇ1.2Ｍｎ0.2Ｆｅ1.6Ｏ4、Ｍｇ1.4Ｍｎ0.4Ｆｅ1.2Ｏ4、Ｍｇ1.6Ｍｎ0.6Ｆｅ0.8Ｏ4、Ｍｇ1.8Ｍｎ0.8Ｆｅ0.4Ｏ4が有利でありうる。
【００３６】
非磁性マトリックスの金属酸化物の選択は、それ以上限定されない。チタン、ジルコニウム、亜鉛、アルミニウム、ケイ素、セリウムまたはスズの酸化物が有利でありうる。
【００３７】
本発明の意味で、メタロイド酸化物、例えば二酸化ケイ素も金属酸化物に属する。
【００３８】
さらに、マトリックスおよび／またはドメインが、非晶質および／または結晶質で存在していてもよい。
【００３９】
粒子中の磁性ドメインの割合は、マトリックスとドメインとが空間的に分離されているかぎり、限定されていない。有利には超常磁性粒子中の磁性ドメインの割合は、１０〜９０質量％であってよい。
【００４０】
本発明によるプラスチック材料は、有利には０．１〜４０質量％の範囲の超常磁性粒子の割合を有していてよい。
【００４１】
適切な超常磁性粒子は例えばＥＰ−Ａ−１２８４４８５ならびにＤＥ１０３１７０６７に記載されており、これらを全ての範囲で引用する。従って超常磁性酸化物粒子は、以下の工程を有する方法により得られる：
非磁性マトリックスの金属成分またはメタロイド成分を含有する化合物、および超常磁性ドメインの金属成分を含有する化合物を一緒に、または別々に蒸発させる工程、その際、少なくとも１の化合物は塩素を含有し、かつその際、蒸気の組成は、後に所望される超常磁性ドメインと非磁性マトリックスの比率に相応する、
前記混合物を、空気および／または酸素および燃焼ガスと混合される混合帯域へ供給し、かつ混合物を公知の構造の燃焼装置に供給し、かつ該混合物を燃焼室内の火炎中で燃焼させる工程、
高温ガスおよび固体生成物を冷却し、該ガスを固体生成物から分離し、かつ場合により固体生成物を、水蒸気により湿ったガスを用いた熱処理により精製する工程。
【００４２】
さらに、粒子は、以下の工程を有する方法により得られる：
超常磁性ドメインの金属成分を含有し、かつ塩の溶液または分散液の形で存在する前駆体を噴霧することによりエーロゾルを製造する工程、
前記エーロゾルを、混合帯域中で、非磁性マトリックスの前駆体を含有する火炎加水分解または火炎酸化の気体混合物と混合する工程、その際、蒸気の組成は、後に所望される超常磁性ドメインおよび非磁性マトリックスの比率に相応する、
エーロゾルと気体との混合物を、公知の構造の燃焼装置に供給し、かつ該混合物を燃焼室内の火炎中で燃焼させる工程、
高温ガスおよび固体生成物を冷却し、該ガスを固体生成物から分離し、かつ場合により固体生成物を、水蒸気により湿ったガスを用いた熱処理により精製する工程、
その際、超常磁性ドメインの前駆体および／または非磁性マトリックスの前駆体は、塩素を含有する化合物である。
【００４３】
さらに、粒子は、以下の工程を有する方法により得られる：
超常磁性ドメインの前駆体および非磁性マトリックスの前駆体を噴霧することによりエーロゾルを一緒に、または別々に製造する工程、その際、これらの前駆体は、塩の溶液または分散液の形で存在しており、その際、エーロゾルの組成は、後に所望される超常磁性ドメインおよび非磁性マトリックスの比率に相応する、
前駆体のエーロゾルを一緒に、または別々に、空気および／または酸素および燃焼ガスと混合される混合帯域中に供給する工程、および
エーロゾルと気体との混合物を、公知の構造の燃焼装置に供給し、かつ該混合物を燃焼室内の火炎中で燃焼させる工程、
高温ガスおよび固体生成物を冷却し、該ガスを固体生成物から分離し、かつ場合により固体生成物を、水蒸気により湿ったガスを用いた熱処理により精製する工程、
その際、超常磁性ドメインの前駆体および／または非磁性マトリックスの前駆体は、塩素を含有する化合物である。
【００４４】
燃焼ガスとして有利には水素またはメタンを使用することができる。
【００４５】
溶接性を鑑みると、本発明によるプラスチック材料のベースとなっているポリマー材料は、該プラスチック材料が熱可塑性に軟化可能であるように選択される。溶接接合をもたらすプラスチック材料は、有利には１成分もしくは２成分のポリウレタン、１成分もしくは２成分のポリエポキシド、１成分もしくは２成分のシリコーンポリマー、シラン変性ポリマー、ポリアミド、（メタ）アクリレート官能性ポリマー、ポリエステル、ポリカーボネート、シクロオレフィンコポリマー、ポリシロキサン、ポリ（エーテル）スルホン、ポリエーテルケトン、ポリスチレン、ポリオキシメチレン、ポリアミドイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ペルフルオロエチレンプロピレンコポリマー、ペルフルオロアルコキシコポリマー、メタクリレート／ブタジエン／スチレンコポリマーおよび／または液晶コポリエステルをベースとしていてよい。
【００４６】
ナノスケールの磁性酸化物粒子を含有するプラスチック材料は、有利には、ベースとなっているポリマー材料を粉末または顆粒の形でナノスケールの、磁性酸化物粒子と、粉末の形で混合し、押出成形、ストランドプレス成形および引き続き造粒する方法で製造される。これらの形状は特にポリアミドポリマーにとって有利でありうる。
【００４７】
この場合、プラスチック材料は顆粒の形で存在しており、該顆粒はふたたび押出成形により成形体、半製品、板、シートなどへとさらに加工することができる。
【００４８】
ポリマー以外に、プラスチック材料は場合によりさらに重合可能なモノマー、水または有機分散剤を含有していてよい。適切な有機分散剤は例えば、油、脂肪、ワックス、Ｃ6〜Ｃ30−モノカルボン酸と１価、２価もしくは３価のアルコールとのエステル、飽和の非環式および環式炭化水素、脂肪酸、低分子アルコール、脂肪アルコールおよびこれらの混合物から選択されていてよい。これには例えばパラフィンおよびパラフィン油、鉱油、通常８個より多くの炭素原子を有する線状の飽和炭化水素、例えばテトラデカン、ヘキサデカン、オクタデカンなど、環式炭化水素、例えばシクロヘキサンおよびデカヒドロナフタリン、ワックス、脂肪酸のエステル、シリコーン油などが挙げられる。有利であるのは例えば線状および環式の炭化水素およびアルコールである。
【００４９】
ナノスケールの磁性酸化物粒子を含有するプラスチック材料は、本発明によれば溶接接合をもたらす手段として、交番電磁界で溶接することによりプラスチック複合成形体を製造する際に使用される。
【００５０】
接合すべきプラスチック成形部材は、完全に、もしくは部分的にナノスケールの磁性酸化物粒子を含有する粒子を含有するプラスチック材料からなっていてよい。
【００５１】
その際、接合すべき成形部材の少なくとも１つは、少なくとも接合面の領域において、前記プラスチック材料からなる。
【００５２】
プラスチック成形体の製造は、自体公知の方法で、および任意の形状で行うことができる。
【００５３】
部分的に、例えば接合面の領域にのみナノスケールの磁性酸化物粒子を備えた成形体は、例えば同時押出または連続的な同時押出、多層押出、多成分射出成形により、または被覆により得ることができる。
【００５４】
接合すべきプレフォームは、例えば中空成形体の部材であってよい。この場合、これらは一体化された中空成形体、例えば容器、管、または導管へと加工することができ、これらは直接、または結合部材、例えばスリーブ、取付部品またはフランジを介して溶接されている。
【００５５】
溶接接合をもたらすプラスチック材料は、別々に、例えば平面状のプラスチック部材の間に導入され、かつ該部材を溶接剤として接合される板またはシートの形で存在していてもよい。
【００５６】
次いで、こうして得られたプラスチック複合成形体は平面状に溶接された部材、例えば板および／またはシートからなる多層複合材の形で存在していてよい。
【００５７】
相応する方法で、接合すべきプラスチック成形体は少なくとも接合面の範囲で、交番電界、交番磁界または交番電磁界に供され、その際、溶接接合をもたらすプラスチック材料は、溶融温度に加熱される。
【００５８】
有利には加熱のために、３０Ｈｚ〜１００ＭＨｚの範囲の周波数を有する交番電磁界を適用する。慣用の誘導装置の周波数、例えば１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚの範囲の中程度の周波数、または１０ｋＨｚ〜６０ＭＨｚ、特に５０ｋＨｚ〜３ＭＨｚの範囲の高周波が適切である。
【００５９】
超常磁性粒子の磁性ドメインおよび特にナノ粒子状のドメインにより、エネルギー入力を使用可能にする電磁線の利用が特に効果的に可能となる。
【００６０】
同様に、交番電磁界による加熱のために、マイクロ波照射が該当する。その際、有利には０．３〜３００ＧＨｚの範囲の周波数を有するマイクロ波照射が使用される。共振周波数を調整するために有利にはマイクロ波照射に加えて、約０．００１〜１０テスラの範囲の電界強度を有する直流電界を使用する。有利には電界強度は０．０１５〜０．０４５テスラおよび特に０．０２〜０．０６テスラの範囲である。
【００６１】
例１
超常磁性粒子の製造
粒子Ｐ−１：
ＳｉＣｌ4 ０．５７ｋｇ／ｈを、約２００℃で気化し、かつ４．１Ｎｍ3／ｈの水素ならびに１１Ｎｍ3／ｈの空気と共に混合帯域に供給する。さらに２５質量％の塩化鉄（ＩＩＩ）水溶液（１．２７ｋｇ／ｈ）から得られるエーロゾルを、キャリアガス（３Ｎｍ3／ｈ窒素）により、燃焼装置内の混合帯域に導入する。均質に混合されたガスとエーロゾルとの混合物はここで約１２００℃の断熱燃焼温度および約５０ミリ秒の滞留時間で燃焼する。反応後に、公知の方法で、反応ガスおよび生じた粒子粉末を冷却し、かつフィルターを用いて排ガス流から分離する。別の工程で、水蒸気を含有する窒素を用いた処理により、なお付着している塩酸残留物を粉末から除去する。
【００６２】
粒子Ｐ−２：
ＳｉＣｌ4 ０．１７ｋｇ／ｈを、約２００℃で気化し、かつ４．８Ｎｍ3／ｈの水素ならびに１２．５Ｎｍ3／ｈの空気と共に混合帯域に供給する。さらに２５質量％の塩化鉄（ＩＩＩ）水溶液（２．１６ｋｇ／ｈ）から得られるエーロゾルを、キャリアガス（３Ｎｍ3／ｈ窒素）により、燃焼装置内の混合帯域に導入する。均質に混合されたガスとエーロゾルとの混合物はここで約１２００℃の断熱燃焼温度および約５０ミリ秒の滞留時間で燃焼する。反応後に、公知の方法で、反応ガスおよび生じた粒子粉末を冷却し、かつフィルターを用いて排ガス流から分離する。別の工程で、水蒸気を含有する窒素を用いた処理により、なお付着している塩酸残留物を粉末から除去する。
【００６３】
粒子Ｐ−３：
マトリックス前駆体であるＳｉＣｌ4 ０．５７ｋｇ／ｈを、約２００℃で気化し、かつ４Ｎｍ3／ｈの水素ならびに１１Ｎｍ3／ｈの空気および１Ｎｍ3／ｈの窒素と共に反応器中へ供給する。
【００６４】
さらに、塩化鉄（ＩＩ）水溶液、塩化マグネシウム（ＩＩ）水溶液、塩化マンガン水溶液から２流体ノズルにより得られる、ドメイン前駆体からなるエーロゾルを、キャリアガス（３Ｎｍ3／ｈ窒素）により反応器に導入する。該水溶液は、ＭｎＣｌ2 １．８質量％、ＭｇＣｌ2 ８．２質量％およびＦｅＣｌ2 １４．６質量％を含有している。
【００６５】
均質に混合されたガスとエーロゾルとの混合物は反応器へと流入し、かつここで約１３５０℃の断熱燃焼温度および約７０ミリ秒の滞留時間で燃焼する。
【００６６】
滞留時間は貫流される装置体積とプロセスガスの運転体積流との商から断熱燃焼温度で算出される。
【００６７】
火炎加水分解の後、公知の方法で反応ガス、および生じた、亜鉛−マグネシウム−フェライトによりドープされた二酸化ケイ素粉末を冷却し、かつフィルターを用いて固体を排ガス流から分離する。
【００６８】
別の工程で、水蒸気を含有する窒素を用いた処理により、なお付着している塩酸残留物を粉末から除去する。
【００６９】
例２
超常磁性粒子を含有するプラスチック材料の製造
例２．１
例１からの粒子Ｐ−１ ２ｋｇを、ポリアミド顆粒（Ｖｅｓｔａｍｉｄ（登録商標）Ｌ１９０１、ＩＳＯ １８７４−１による名称：ＰＡ１２、ＸＮ、１８−０１０、Ｄｅｇｕｓｓａ ＡＧ）８ｋｇと共に、Ｂｅｒｓｔｏｒｆｆ社の二軸スクリュー押出機ＺＥ２５−３３Ｄ中、２５０℃および１０ｋｇ／ｈの処理量で溶融混合し、ストランドプレス成形し、かつ造粒する。
【００７０】
例２．２
例１からの粒子Ｐ−１ ２ｋｇを、ポリブチレンテレフタレート顆粒であるＶｅｓｔｏｄｕｒ（登録商標）Ｘ９４０７（Ｄｅｇｕｓｓａ ＡＧ）８ｋｇと共に、Ｂｅｒｓｔｏｒｆｆ社の二軸スクリュー押出機ＺＥ２５−３３Ｄ中、２５０℃および１０ｋｇ／ｈの処理量で溶融混合し、ストランドプレス成形し、かつ造粒する。
【００７１】
例２．３
例１からの粒子Ｐ−１ ２ｋｇを、ポリプロピレンコポリマーの顆粒（Ａｄｍｅｒ（登録商標）ＧＦ５５１Ａ；Ｍｉｔｓｕｉ Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ ＧｍｂＨ）８ｋｇと共に、Ｂｅｒｓｔｏｒｆｆ社の二軸スクリュー押出機ＺＥ２５−３３Ｄ中、２００℃および１０ｋｇ／ｈの処理量で溶融混合し、ストランドプレス成形し、かつ造粒する。
【００７２】
例２．４
例１からの粒子Ｐ−１ ２ｋｇを、ポリプアミド６の顆粒（Ｕｌｔｒａｍｉｄ（登録商標）Ｂ４；ＢＡＳＦ ＡＧ）８ｋｇと共に、Ｂｅｒｓｔｏｒｆｆ社の二軸スクリュー押出機ＺＥ２５−３３Ｄ中、２５０℃および１０ｋｇ／ｈの処理量で溶融混合し、ストランドプレス成形し、かつ造粒する。
【００７３】
例２．５
例１からの粒子Ｐ−１ ２ｋｇを、ポリフッ化ビニリデン（ＤＹＦＬＯＲ（登録商標）Ｘ７３９４（Ｄｅｇｕｓｓａ ＡＧ））８ｋｇと共に、Ｂｅｒｓｔｏｒｆｆ社の二軸スクリュー押出機ＺＥ２５−３３Ｄ中、２５０℃および１０ｋｇ／ｈの処理量で溶融混合し、ストランドプレス成形し、かつ造粒する。
【００７４】
例２．６
例１からの粒子Ｐ−１ ２ｋｇを、ポリアミド顆粒（Ｖｅｓｔａｍｉｄ（登録商標）Ｄ１８、Ｄｅｇｕｓｓａ ＡＧ）８ｋｇと共に、Ｂｅｒｓｔｏｒｆｆ社の二軸スクリュー押出機ＺＥ２５−３３Ｄ中、２００℃および１０ｋｇ／ｈの処理量で溶融混合し、ストランドプレス成形し、かつ造粒する。
【００７５】
例２．７
例１からの粒子Ｐ−２ ２ｋｇを、ポリアミド顆粒（Ｖｅｓｔａｍｉｄ（登録商標）Ｄ１８、Ｄｅｇｕｓｓａ ＡＧ）８ｋｇと共に、Ｂｅｒｓｔｏｒｆｆ社の二軸スクリュー押出機ＺＥ２５−３３Ｄ中、２００℃および１０ｋｇ／ｈの処理量で溶融混合し、ストランドプレス成形し、かつ造粒する。
【００７６】
例３ 交番電磁界におけるプラスチック成形体の溶接
一般的な実施：
例２．１〜２．７に記載の超常磁性粒子を含有するプラスチック材料を、厚さ１ｍｍの板へと押出成形した。
【００７７】
それぞれのこのような板を、同一の、または異なったプラスチックベース材料（超常磁性粒子不含）の板１枚毎の間に設置し、かつ該多層構造体を巻いて接着テープで固定する。引き続き該多層構造体を、１００％の電力供給で規定の時間、交番電磁界に供した。
【００７８】
その際、インダクターコイルは以下のデータを有していた：
寸法：２００×４５×４０ｍｍ3（Ｌ×Ｂ×Ｈ）
材料：角柱形銅管１０×６×１ｍｍ
導管断面積２８ｍｍ2
コイル供給長さ：１２０ｍｍ
コイル巻数：３
コイル巻長さ（有効）：３５ｍｍ
コイル直径（内径）：２０ｍｍ〜４０ｍｍ
コイル内表面積：７２０ｍｍ2
誘導率（１００ｋＨｚ）：約２７０ｎＨ
作業周波数：３２３ｋＨｚ
使用される高周波半導体発生装置は、以下のデータを有している：
製造業者：ＳＴＳ−Ｓｙｓｔｅｍｔｅｃｈｎｉｋ Ｓｋｏｒｎａ ＧｍｂＨ
型式名：ＳＴＳ Ｍ２６０Ｓ型
クランプ出力：６ｋＷ
誘導領域：２５０〜１２００ｎＨ
作業周波数：１５０〜４００ｋＨｚ（使用される誘導コイルにより３２３ｋＨｚ）。
【００７９】
試験体を交番電磁界から除去した後、付着強度を以下の評点に従って評価した：
０ 付着なし
１ わずかな付着
２ 若干の付着、分離のための労力はわずかである
３ 良好な付着、分離のためには大きな労力と、場合により工具を使用する
４ 分離不可能な付着、分離は凝集破壊によるのみ
【００８０】
実施例：
【表１−１】
【００８１】
【表１−２】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交番電磁界における溶接により得られ、溶接接合が、ナノスケールの磁性酸化物粒子を含有するプラスチック材料により行われている、プラスチック複合成形体に関する。
【０００２】
プラスチック成形部材は、種々のプラスチック溶接法により結合することができる。慣用の方法は、加熱素子による溶接、加熱コイルによる溶接、超音波溶接、振動溶接、レーザービーム溶接、回転の摩擦による溶接及び高周波溶接である。
【０００３】
交番電磁界またはマイクロ波を使用した接合法が使用されることはまれであり、依然として特殊な方法とみなされている。
【０００４】
レーザー光線溶接の場合、少なくとも放射線源の方に向いた成形部材は、レーザー光線に対して透過性でなくてはならず、このことによって問題となるプラスチック材料の着色および色の調整に関する選択は限定さている。
【０００５】
これに対して交番電磁界における溶接の場合、着色剤に関する制限は生じない。
【０００６】
電磁線を用いた溶接（誘導溶接）のために、通常はそのままで、または相応する含有物質に基づいて磁気により活性化可能な溶接助剤が必要である。交番電磁界におけるヒステリシス損失および／または乱流損失により、溶接助剤は加熱され、その際、誘導加熱におけるエネルギー入力は、熱伝導の場合よりも約１５００倍高い。誘導溶接は、溶融、融接および硬化の段階を経るが、その際、溶接法は連続的に、または不連続的に実施することができる。
【０００７】
溶接助剤は、接合すべき成形部材の接合面の間で、たとえば半製品またはシートの形で存在していてもよい。磁気による活性化可能性は、しばしば金属製の挿入物によりもたらされるが、しかしこれは接合すべきプラスチック部材の製造法を複雑化し、場合によりその後に得られる製品中で望ましくない。粒子状の強磁性充填剤を含有する溶接助剤は比較的高価であり、かつ作用の度合いは劣るので、確立された接合法に対する方法はこれまで実施することはできなかった。
【０００８】
従って本発明は、交番電磁界で溶接可能にするために、相応する添加剤により磁気的に活性化することができるプラスチック成形材料を開発するという課題に基づいている。これらの材料は、接合すべきプラスチック部材の一体化された構成部材として、または付加的な溶接助剤として使用可能であるべきである。
【０００９】
ＤＥ−Ａ−１９９２４１３８には、特に超常磁性を有するナノスケールの粒子を含有する接着剤組成物が請求されている。
【００１０】
ＤＥ−Ａ−１０１６３３９９には、コヒーレントな相と、該相中に分散している、超常磁性のナノスケール粒子の少なくとも１の粒子状の相とを有するナノ粒子状の調製物が記載されている。この場合、接着剤組成物の形の調製物が有利である。
【００１１】
ＤＥ−Ａ−１９９２４１３８およびＤＥ−Ａ−１０１６３３９９の組成物は、交番電磁界で加熱可能である。
【００１２】
ＤＥ−Ａ−１９９２４１３８に関しても、ＤＥ−Ａ−１０１６３３９９に関しても、使用される粒子は、ナノスケールの粒子の凝集または成長を防止するために、および／またはコヒーレントな相中の粒子状の相の良好な分散性を保証するために、有利に表面変性されているか、もしくは表面被覆されていることが該当する。この場合の欠点は、表面被覆もしくは表面変性のために使用される物質が、特に高温および／または機械的な影響のもとで溶解しうることである。この結果、ナノスケールの粒子は凝集するか、または成長する可能性があり、このことによって超常磁性が失われる。
【００１３】
ＤＥ−Ａ−１０１６３３９９に記載のナノ粒子状の調製物またはＤＥ−Ａ−１９９２４１３８に記載の接着剤組成物のレオロジー特性は、分散剤の種類および量により広い範囲で調整することができる。しかし、調製物のレオロジーを、ナノスケールの超常磁性粒子自体によって調整することは不可能であるか、または限定的に可能であるにすぎない。というのも、超常磁性は特定の粒径と結びついているからである。粒子は調製物中でほぼ一次粒子として存在しており、これによりレオロジーの調整、たとえば増粘は、超常磁性粒子の含有率を同時に変更することによって可能であるにすぎない。
【００１４】
２００４年１２月１日付けの、公開されていない先のドイツ特許出願ＤＥ１０２００４０５７８３０には、重合可能なモノマーおよび／またはポリマー、およびこれらの中に分散している、凝集した一次粒子からなる超常磁性酸化物粒子を含有し、その際、該一次粒子が、非磁性金属酸化物マトリックスもしくはメタロイドマトリックス中で２〜１００ｎｍの直径を有する磁性金属酸化物ドメインから構成されている接着剤組成物が記載されており、その内容全てをここで引用する。
【００１５】
意外なことに、ナノスケールの磁性酸化物粒子が、プラスチック材料を交番電磁界中で溶接可能にするために、プラスチック材料用の添加剤として適切であることが判明した。
【００１６】
従って本発明の対象は特に、プラスチック材料を交番電磁界で溶接可能にするための、プラスチック材料中での添加剤としてのナノスケールの磁性酸化物粒子の使用である。
【００１７】
本発明の対象はさらに、交番電磁界で溶接することによりプラスチック複合成形体を製造するための方法であり、この場合、溶接接合は、ナノスケールの磁性酸化物粒子を含有するプラスチック材料を用いて行われる。
【００１８】
本発明の対象は、交番電磁界における溶接により得られ、溶接接合が、ナノスケールの磁性酸化物粒子を含有するプラスチック材料により行われている、プラスチック複合成形体である。
【００１９】
本発明によるプラスチック材料中で、ナノスケールの磁性酸化物粒子は、ほぼ均一に分散しており、かつ特に凝集化していない形で存在している。特にこれらの粒子は、プラスチック材料中で温度安定性であり、かつ高温でも凝集を示さない。さらに、組成物のレオロジーを、前記粒子の含有率とはほぼ無関係に制御することが可能である。
【００２０】
本発明の意味で凝集とは、成長した一次粒子の三次元構造であると理解すべきである。複数のアグリゲートは結合してアグロメレートになることができる。これらのアグロメレートは、たとえば機械的な作用、例えば押出工程により、容易に再分離することができる。これに対して、一次粒子へのアグリゲートの分解は通常、不可能である。
【００２１】
ナノスケールの磁性酸化物粒子のアグリゲート直径は、有利には１００ｎｍを超え、かつ１μｍ未満であってよい。
【００２２】
有利には、ナノスケールの磁性酸化物粒子のアグリゲートは、空間方向で２５０ｎｍ未満の直径を有していてよい。この実情は図１に記載されており、ここでは１のアグリゲートの２本の側方アーム状物が、８０ｎｍおよび１３５ｎｍの直径を有している。
【００２３】
ドメインとは、マトリックス中で空間的に相互に分離された領域であると理解すべきである。ナノスケールの磁性粒子のドメインは、２〜１００ｎｍの直径を有している。
【００２４】
ナノスケールの磁性酸化物粒子とは、特に超常磁性粒子であると理解すべきである。
【００２５】
ドメインは、非磁性領域を有していてもよいが、しかし該領域は粒子の磁性特性に貢献しない。
【００２６】
さらにその大きさに基づいて、超常磁性を示し、かつ残留磁気を誘導する磁性ドメインが存在していてもよい。このことは、体積特有の飽和磁化の向上につながる。本発明によれば、超常磁性粒子が、本発明によるプラスチック材料を交番電界、交番磁界または交番電磁界により融点に加熱することができるような数の超常磁性ドメインを含んでいることが該当する。
【００２７】
超常磁性粒子のドメインは、周囲のマトリックスから完全に、または部分的にのみ包囲されていてもよい。部分的に包囲されているとは、個々のドメインが、アグリゲートの表面から突出していてもよいことを意味している。
【００２８】
いずれの場合でも、粒子の超常磁性ドメインは、凝集していない。
【００２９】
ドメインは、１もしくは複数の金属酸化物を有していてもよい。
【００３０】
磁性ドメインは有利には、鉄、コバルト、ニッケル、クロム、ユーロピウム、イットリウム、サマリウムまたはガドリニウムの酸化物を含有していてよい。これらのドメインには、金属酸化物が、均一な変態として、または異なった変態として存在していてよい。
【００３１】
特に有利な磁性ドメインは、γ−Ｆｅ2Ｏ3、Ｆｅ3Ｏ4の形の酸化鉄、γ−Ｆｅ2Ｏ3および／またはＦｅ3Ｏ4の混合物である。
【００３２】
磁性ドメインはさらに、鉄、コバルト、ニッケル、スズ、亜鉛、カドミウム、マグネシウム、マンガン、銅、バリウム、マグネシウム、リチウムまたはイットリウムの金属成分を含有する少なくとも２種類の金属の混合酸化物として存在していてもよい。
【００３３】
磁性ドメインはさらに、一般式ＭIIＦｅ2Ｏ4を有する物質であってもよく、前記式中でＭIIは、相互に異なった少なくとも２の二価の金属を含む。有利には、二価の金属の１つは、マンガン、亜鉛、マグネシウム、コバルト、銅、カドミウムまたはニッケルであってよい。
【００３４】
さらに、磁性ドメインは、一般式（Ｍa1-x-yＭbxＦｅy）IIＦｅ2IIIＯ4の三成分系から構成されていてもよく、前記式中、Ｍa、もしくはＭbは、金属のマンガン、コバルト、ニッケル、亜鉛、銅、マグネシウム、バリウム、イットリウム、スズ、リチウム、カドミウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、チタン、クロム、バナジウム、ニオブ、モリブデンであってよく、その際ｘ＝０．０５〜０．９５であり、ｙ＝０〜０．９５であり、かつｘ＋ｙ≦１である。
【００３５】
特に、ＺｎＦｅ2Ｏ4、ＭｎＦｅ2Ｏ4、Ｍｎ0.6Ｆｅ0.4Ｆｅ2Ｏ4、Ｍｎ0.5Ｚｎ0.5Ｆｅ2Ｏ4、Ｚｎ0.1Ｆｅ1.9Ｏ4、Ｚｎ0.2Ｆｅ1.8Ｏ4、Ｚｎ0.3Ｆｅ1.7Ｏ4、Ｚｎ0.4Ｆｅ1.6Ｏ4またはＭｎ0.39Ｚｎ0.27Ｆｅ2.34Ｏ4、ＭｇＦｅ2Ｏ3、Ｍｇ1.2Ｍｎ0.2Ｆｅ1.6Ｏ4、Ｍｇ1.4Ｍｎ0.4Ｆｅ1.2Ｏ4、Ｍｇ1.6Ｍｎ0.6Ｆｅ0.8Ｏ4、Ｍｇ1.8Ｍｎ0.8Ｆｅ0.4Ｏ4が有利でありうる。
【００３６】
非磁性マトリックスの金属酸化物の選択は、それ以上限定されない。チタン、ジルコニウム、亜鉛、アルミニウム、ケイ素、セリウムまたはスズの酸化物が有利でありうる。
【００３７】
本発明の意味で、メタロイド酸化物、例えば二酸化ケイ素も金属酸化物に属する。
【００３８】
さらに、マトリックスおよび／またはドメインが、非晶質および／または結晶質で存在していてもよい。
【００３９】
粒子中の磁性ドメインの割合は、マトリックスとドメインとが空間的に分離されているかぎり、限定されていない。有利には超常磁性粒子中の磁性ドメインの割合は、１０〜９０質量％であってよい。
【００４０】
本発明によるプラスチック材料は、有利には０．１〜４０質量％の範囲の超常磁性粒子の割合を有していてよい。
【００４１】
適切な超常磁性粒子は例えばＥＰ−Ａ−１２８４４８５ならびにＤＥ１０３１７０６７に記載されており、これらを全ての範囲で引用する。従って超常磁性酸化物粒子は、以下の工程を有する方法により得られる：
非磁性マトリックスの金属成分またはメタロイド成分を含有する化合物、および超常磁性ドメインの金属成分を含有する化合物を一緒に、または別々に蒸発させる工程、その際、少なくとも１の化合物は塩素を含有し、かつその際、蒸気の組成は、後に所望される超常磁性ドメインと非磁性マトリックスの比率に相応する、
前記混合物を、空気および／または酸素および燃焼ガスと混合される混合帯域へ供給し、かつ混合物を公知の構造の燃焼装置に供給し、かつ該混合物を燃焼室内の火炎中で燃焼させる工程、
高温ガスおよび固体生成物を冷却し、該ガスを固体生成物から分離し、かつ場合により固体生成物を、水蒸気により湿ったガスを用いた熱処理により精製する工程。
【００４２】
さらに、粒子は、以下の工程を有する方法により得られる：
超常磁性ドメインの金属成分を含有し、かつ塩の溶液または分散液の形で存在する前駆体を噴霧することによりエーロゾルを製造する工程、
前記エーロゾルを、混合帯域中で、非磁性マトリックスの前駆体を含有する火炎加水分解または火炎酸化の気体混合物と混合する工程、その際、蒸気の組成は、後に所望される超常磁性ドメインおよび非磁性マトリックスの比率に相応する、
エーロゾルと気体との混合物を、公知の構造の燃焼装置に供給し、かつ該混合物を燃焼室内の火炎中で燃焼させる工程、
高温ガスおよび固体生成物を冷却し、該ガスを固体生成物から分離し、かつ場合により固体生成物を、水蒸気により湿ったガスを用いた熱処理により精製する工程、
その際、超常磁性ドメインの前駆体および／または非磁性マトリックスの前駆体は、塩素を含有する化合物である。
【００４３】
さらに、粒子は、以下の工程を有する方法により得られる：
超常磁性ドメインの前駆体および非磁性マトリックスの前駆体を噴霧することによりエーロゾルを一緒に、または別々に製造する工程、その際、これらの前駆体は、塩の溶液または分散液の形で存在しており、その際、エーロゾルの組成は、後に所望される超常磁性ドメインおよび非磁性マトリックスの比率に相応する、
前駆体のエーロゾルを一緒に、または別々に、空気および／または酸素および燃焼ガスと混合される混合帯域中に供給する工程、および
エーロゾルと気体との混合物を、公知の構造の燃焼装置に供給し、かつ該混合物を燃焼室内の火炎中で燃焼させる工程、
高温ガスおよび固体生成物を冷却し、該ガスを固体生成物から分離し、かつ場合により固体生成物を、水蒸気により湿ったガスを用いた熱処理により精製する工程、
その際、超常磁性ドメインの前駆体および／または非磁性マトリックスの前駆体は、塩素を含有する化合物である。
【００４４】
燃焼ガスとして有利には水素またはメタンを使用することができる。
【００４５】
溶接性を鑑みると、本発明によるプラスチック材料のベースとなっているポリマー材料は、該プラスチック材料が熱可塑性に軟化可能であるように選択される。溶接接合をもたらすプラスチック材料は、有利には１成分もしくは２成分のポリウレタン、１成分もしくは２成分のポリエポキシド、１成分もしくは２成分のシリコーンポリマー、シラン変性ポリマー、ポリアミド、（メタ）アクリレート官能性ポリマー、ポリエステル、ポリカーボネート、シクロオレフィンコポリマー、ポリシロキサン、ポリ（エーテル）スルホン、ポリエーテルケトン、ポリスチレン、ポリオキシメチレン、ポリアミドイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ペルフルオロエチレンプロピレンコポリマー、ペルフルオロアルコキシコポリマー、メタクリレート／ブタジエン／スチレンコポリマーおよび／または液晶コポリエステルをベースとしていてよい。
【００４６】
ナノスケールの磁性酸化物粒子を含有するプラスチック材料は、有利には、ベースとなっているポリマー材料を粉末または顆粒の形でナノスケールの、磁性酸化物粒子と、粉末の形で混合し、押出成形、ストランドプレス成形および引き続き造粒する方法で製造される。これらの形状は特にポリアミドポリマーにとって有利でありうる。
【００４７】
この場合、プラスチック材料は顆粒の形で存在しており、該顆粒はふたたび押出成形により成形体、半製品、板、シートなどへとさらに加工することができる。
【００４８】
ポリマー以外に、プラスチック材料は場合によりさらに重合可能なモノマー、水または有機分散剤を含有していてよい。適切な有機分散剤は例えば、油、脂肪、ワックス、Ｃ6〜Ｃ30−モノカルボン酸と１価、２価もしくは３価のアルコールとのエステル、飽和の非環式および環式炭化水素、脂肪酸、低分子アルコール、脂肪アルコールおよびこれらの混合物から選択されていてよい。これには例えばパラフィンおよびパラフィン油、鉱油、通常８個より多くの炭素原子を有する線状の飽和炭化水素、例えばテトラデカン、ヘキサデカン、オクタデカンなど、環式炭化水素、例えばシクロヘキサンおよびデカヒドロナフタリン、ワックス、脂肪酸のエステル、シリコーン油などが挙げられる。有利であるのは例えば線状および環式の炭化水素およびアルコールである。
【００４９】
ナノスケールの磁性酸化物粒子を含有するプラスチック材料は、本発明によれば溶接接合をもたらす手段として、交番電磁界で溶接することによりプラスチック複合成形体を製造する際に使用される。
【００５０】
接合すべきプラスチック成形部材は、完全に、もしくは部分的にナノスケールの磁性酸化物粒子を含有する粒子を含有するプラスチック材料からなっていてよい。
【００５１】
その際、接合すべき成形部材の少なくとも１つは、少なくとも接合面の領域において、前記プラスチック材料からなる。
【００５２】
プラスチック成形体の製造は、自体公知の方法で、および任意の形状で行うことができる。
【００５３】
部分的に、例えば接合面の領域にのみナノスケールの磁性酸化物粒子を備えた成形体は、例えば同時押出または連続的な同時押出、多層押出、多成分射出成形により、または被覆により得ることができる。
【００５４】
接合すべきプレフォームは、例えば中空成形体の部材であってよい。この場合、これらは一体化された中空成形体、例えば容器、管、または導管へと加工することができ、これらは直接、または結合部材、例えばスリーブ、取付部品またはフランジを介して溶接されている。
【００５５】
溶接接合をもたらすプラスチック材料は、別々に、例えば平面状のプラスチック部材の間に導入され、かつ該部材を溶接剤として接合される板またはシートの形で存在していてもよい。
【００５６】
次いで、こうして得られたプラスチック複合成形体は平面状に溶接された部材、例えば板および／またはシートからなる多層複合材の形で存在していてよい。
【００５７】
相応する方法で、接合すべきプラスチック成形体は少なくとも接合面の範囲で、交番電界、交番磁界または交番電磁界に供され、その際、溶接接合をもたらすプラスチック材料は、溶融温度に加熱される。
【００５８】
有利には加熱のために、３０Ｈｚ〜１００ＭＨｚの範囲の周波数を有する交番電磁界を適用する。慣用の誘導装置の周波数、例えば１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚの範囲の中程度の周波数、または１０ｋＨｚ〜６０ＭＨｚ、特に５０ｋＨｚ〜３ＭＨｚの範囲の高周波が適切である。
【００５９】
超常磁性粒子の磁性ドメインおよび特にナノ粒子状のドメインにより、エネルギー入力を使用可能にする電磁線の利用が特に効果的に可能となる。
【００６０】
同様に、交番電磁界による加熱のために、マイクロ波照射が該当する。その際、有利には０．３〜３００ＧＨｚの範囲の周波数を有するマイクロ波照射が使用される。共振周波数を調整するために有利にはマイクロ波照射に加えて、約０．００１〜１０テスラの範囲の電界強度を有する直流電界を使用する。有利には電界強度は０．０１５〜０．０４５テスラおよび特に０．０２〜０．０６テスラの範囲である。
【００６１】
例１
超常磁性粒子の製造
粒子Ｐ−１：
ＳｉＣｌ4 ０．５７ｋｇ／ｈを、約２００℃で気化し、かつ４．１Ｎｍ3／ｈの水素ならびに１１Ｎｍ3／ｈの空気と共に混合帯域に供給する。さらに２５質量％の塩化鉄（ＩＩＩ）水溶液（１．２７ｋｇ／ｈ）から得られるエーロゾルを、キャリアガス（３Ｎｍ3／ｈ窒素）により、燃焼装置内の混合帯域に導入する。均質に混合されたガスとエーロゾルとの混合物はここで約１２００℃の断熱燃焼温度および約５０ミリ秒の滞留時間で燃焼する。反応後に、公知の方法で、反応ガスおよび生じた粒子粉末を冷却し、かつフィルターを用いて排ガス流から分離する。別の工程で、水蒸気を含有する窒素を用いた処理により、なお付着している塩酸残留物を粉末から除去する。
【００６２】
粒子Ｐ−２：
ＳｉＣｌ4 ０．１７ｋｇ／ｈを、約２００℃で気化し、かつ４．８Ｎｍ3／ｈの水素ならびに１２．５Ｎｍ3／ｈの空気と共に混合帯域に供給する。さらに２５質量％の塩化鉄（ＩＩＩ）水溶液（２．１６ｋｇ／ｈ）から得られるエーロゾルを、キャリアガス（３Ｎｍ3／ｈ窒素）により、燃焼装置内の混合帯域に導入する。均質に混合されたガスとエーロゾルとの混合物はここで約１２００℃の断熱燃焼温度および約５０ミリ秒の滞留時間で燃焼する。反応後に、公知の方法で、反応ガスおよび生じた粒子粉末を冷却し、かつフィルターを用いて排ガス流から分離する。別の工程で、水蒸気を含有する窒素を用いた処理により、なお付着している塩酸残留物を粉末から除去する。
【００６３】
粒子Ｐ−３：
マトリックス前駆体であるＳｉＣｌ4 ０．５７ｋｇ／ｈを、約２００℃で気化し、かつ４Ｎｍ3／ｈの水素ならびに１１Ｎｍ3／ｈの空気および１Ｎｍ3／ｈの窒素と共に反応器中へ供給する。
【００６４】
さらに、塩化鉄（ＩＩ）水溶液、塩化マグネシウム（ＩＩ）水溶液、塩化マンガン水溶液から２流体ノズルにより得られる、ドメイン前駆体からなるエーロゾルを、キャリアガス（３Ｎｍ3／ｈ窒素）により反応器に導入する。該水溶液は、ＭｎＣｌ2 １．８質量％、ＭｇＣｌ2 ８．２質量％およびＦｅＣｌ2 １４．６質量％を含有している。
【００６５】
均質に混合されたガスとエーロゾルとの混合物は反応器へと流入し、かつここで約１３５０℃の断熱燃焼温度および約７０ミリ秒の滞留時間で燃焼する。
【００６６】
滞留時間は貫流される装置体積とプロセスガスの運転体積流との商から断熱燃焼温度で算出される。
【００６７】
火炎加水分解の後、公知の方法で反応ガス、および生じた、亜鉛−マグネシウム−フェライトによりドープされた二酸化ケイ素粉末を冷却し、かつフィルターを用いて固体を排ガス流から分離する。
【００６８】
別の工程で、水蒸気を含有する窒素を用いた処理により、なお付着している塩酸残留物を粉末から除去する。
【００６９】
例２
超常磁性粒子を含有するプラスチック材料の製造
例２．１
例１からの粒子Ｐ−１ ２ｋｇを、ポリアミド顆粒（Ｖｅｓｔａｍｉｄ（登録商標）Ｌ１９０１、ＩＳＯ １８７４−１による名称：ＰＡ１２、ＸＮ、１８−０１０、Ｄｅｇｕｓｓａ ＡＧ）８ｋｇと共に、Ｂｅｒｓｔｏｒｆｆ社の二軸スクリュー押出機ＺＥ２５−３３Ｄ中、２５０℃および１０ｋｇ／ｈの処理量で溶融混合し、ストランドプレス成形し、かつ造粒する。
【００７０】
例２．２
例１からの粒子Ｐ−１ ２ｋｇを、ポリブチレンテレフタレート顆粒であるＶｅｓｔｏｄｕｒ（登録商標）Ｘ９４０７（Ｄｅｇｕｓｓａ ＡＧ）８ｋｇと共に、Ｂｅｒｓｔｏｒｆｆ社の二軸スクリュー押出機ＺＥ２５−３３Ｄ中、２５０℃および１０ｋｇ／ｈの処理量で溶融混合し、ストランドプレス成形し、かつ造粒する。
【００７１】
例２．３
例１からの粒子Ｐ−１ ２ｋｇを、ポリプロピレンコポリマーの顆粒（Ａｄｍｅｒ（登録商標）ＧＦ５５１Ａ；Ｍｉｔｓｕｉ Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ ＧｍｂＨ）８ｋｇと共に、Ｂｅｒｓｔｏｒｆｆ社の二軸スクリュー押出機ＺＥ２５−３３Ｄ中、２００℃および１０ｋｇ／ｈの処理量で溶融混合し、ストランドプレス成形し、かつ造粒する。
【００７２】
例２．４
例１からの粒子Ｐ−１ ２ｋｇを、ポリプアミド６の顆粒（Ｕｌｔｒａｍｉｄ（登録商標）Ｂ４；ＢＡＳＦ ＡＧ）８ｋｇと共に、Ｂｅｒｓｔｏｒｆｆ社の二軸スクリュー押出機ＺＥ２５−３３Ｄ中、２５０℃および１０ｋｇ／ｈの処理量で溶融混合し、ストランドプレス成形し、かつ造粒する。
【００７３】
例２．５
例１からの粒子Ｐ−１ ２ｋｇを、ポリフッ化ビニリデン（ＤＹＦＬＯＲ（登録商標）Ｘ７３９４（Ｄｅｇｕｓｓａ ＡＧ））８ｋｇと共に、Ｂｅｒｓｔｏｒｆｆ社の二軸スクリュー押出機ＺＥ２５−３３Ｄ中、２５０℃および１０ｋｇ／ｈの処理量で溶融混合し、ストランドプレス成形し、かつ造粒する。
【００７４】
例２．６
例１からの粒子Ｐ−１ ２ｋｇを、ポリアミド顆粒（Ｖｅｓｔａｍｉｄ（登録商標）Ｄ１８、Ｄｅｇｕｓｓａ ＡＧ）８ｋｇと共に、Ｂｅｒｓｔｏｒｆｆ社の二軸スクリュー押出機ＺＥ２５−３３Ｄ中、２００℃および１０ｋｇ／ｈの処理量で溶融混合し、ストランドプレス成形し、かつ造粒する。
【００７５】
例２．７
例１からの粒子Ｐ−２ ２ｋｇを、ポリアミド顆粒（Ｖｅｓｔａｍｉｄ（登録商標）Ｄ１８、Ｄｅｇｕｓｓａ ＡＧ）８ｋｇと共に、Ｂｅｒｓｔｏｒｆｆ社の二軸スクリュー押出機ＺＥ２５−３３Ｄ中、２００℃および１０ｋｇ／ｈの処理量で溶融混合し、ストランドプレス成形し、かつ造粒する。
【００７６】
例３ 交番電磁界におけるプラスチック成形体の溶接
一般的な実施：
例２．１〜２．７に記載の超常磁性粒子を含有するプラスチック材料を、厚さ１ｍｍの板へと押出成形した。
【００７７】
それぞれのこのような板を、同一の、または異なったプラスチックベース材料（超常磁性粒子不含）の板１枚毎の間に設置し、かつ該多層構造体を巻いて接着テープで固定する。引き続き該多層構造体を、１００％の電力供給で規定の時間、交番電磁界に供した。
【００７８】
その際、インダクターコイルは以下のデータを有していた：
寸法：２００×４５×４０ｍｍ3（Ｌ×Ｂ×Ｈ）
材料：角柱形銅管１０×６×１ｍｍ
導管断面積２８ｍｍ2
コイル供給長さ：１２０ｍｍ
コイル巻数：３
コイル巻長さ（有効）：３５ｍｍ
コイル直径（内径）：２０ｍｍ〜４０ｍｍ
コイル内表面積：７２０ｍｍ2
誘導率（１００ｋＨｚ）：約２７０ｎＨ
作業周波数：３２３ｋＨｚ
使用される高周波半導体発生装置は、以下のデータを有している：
製造業者：ＳＴＳ−Ｓｙｓｔｅｍｔｅｃｈｎｉｋ Ｓｋｏｒｎａ ＧｍｂＨ
型式名：ＳＴＳ Ｍ２６０Ｓ型
クランプ出力：６ｋＷ
誘導領域：２５０〜１２００ｎＨ
作業周波数：１５０〜４００ｋＨｚ（使用される誘導コイルにより３２３ｋＨｚ）。
【００７９】
試験体を交番電磁界から除去した後、付着強度を以下の評点に従って評価した：
０ 付着なし
１ わずかな付着
２ 若干の付着、分離のための労力はわずかである
３ 良好な付着、分離のためには大きな労力と、場合により工具を使用する
４ 分離不可能な付着、分離は凝集破壊によるのみ
【００８０】
実施例：
【表１−１】
【００８１】
【表１−２】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交番電磁界における溶接により得られるプラスチック複合成形体において、溶接接合が、ナノスケールの磁性酸化物粒子を含有するプラスチック材料により行われることを特徴とする、交番電磁界における溶接により得られるプラスチック複合成形体。
【請求項２】
溶接接合が、凝集した一次粒子からなるナノスケールの磁性酸化物粒子を含有するプラスチック材料を用いて行われ、その際、該一次粒子は、非磁性金属酸化物マトリックスまたはメタロイド酸化物マトリックス中の２〜１００ｎｍの直径を有する磁性金属酸化物ドメインから構成されていることを特徴とする、請求項１記載のプラスチック複合成形体。
【請求項３】
溶接接合をもたらすプラスチック材料が、ナノスケールの磁性酸化物粒子を含有することを特徴とする、請求項１または２記載のプラスチック複合成形体。
【請求項４】
溶接接合をもたらすプラスチック材料が、凝集した一次粒子からなるナノスケールの磁性酸化物粒子を含有しており、その際、該磁性酸化物粒子のアグリゲートの大きさは、１００ｎｍを上回り、かつ１μｍ未満であることを特徴とする、請求項３記載のプラスチック複合成形体。
【請求項５】
磁性酸化物粒子の磁性ドメインが、酸化鉄粒子を含有していることを特徴とする、請求項１から４ ３までのいずれか１項記載のプラスチック複合成形体。
【請求項６】
ナノスケールの磁性酸化物粒子が、凝集していない超常磁性ドメインを有していることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載のプラスチック複合成形体。
【請求項７】
超常磁性酸化物粒子の磁性ドメインが、フェライトを含有していることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載のプラスチック複合成形体。
【請求項８】
超常磁性酸化物粒子の磁性ドメインが、一般式（Ｍa1-x-yＭbxＦｅy）IIＦｅ2IIIＯ4の三成分系から構成されており、前記式中で、ＭaもしくはＭbは、マンガン、コバルト、ニッケル、亜鉛、銅、マグネシウム、バリウム、イットリウム、スズ、リチウム、カドミウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、チタン、クロム、バナジウム、ニオブまたはモリブデンであり、かつｘは、０．０５〜０．９５であり、ｙは、０〜０．９５であり、かつｘ＋ｙは１以下であることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載のプラスチック複合成形体。
【請求項９】
ナノスケールの磁性酸化物粒子中の磁性ドメインの割合が、１０〜９０質量％であることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載のプラスチック複合成形体。
【請求項１０】
溶接接合をもたらすプラスチック材料中のナノスケールの磁性酸化物粒子の割合が、０．１〜４０質量％であることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載のプラスチック複合成形体。
【請求項１１】
溶接接合をもたらすプラスチック材料が、熱可塑性に軟化可能であることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載のプラスチック複合成形体。
【請求項１２】
溶接接合をもたらすプラスチック材料が、１成分もしくは２成分のポリウレタン、１成分もしくは２成分のポリエポキシド、１成分もしくは２成分のシリコーンポリマー、シラン変性ポリマー、ポリアミド、（メタ）アクリレート官能性ポリマー、ポリエステル、ポリカーボネート、シクロオレフィンコポリマー、ポリシロキサン、ポリ（エーテル）スルホン、ポリエーテルケトン、ポリスチレン、ポリオキシメチレン、ポリアミドイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ペルフルオロエチレンプロピレンコポリマー、ペルフルオロアルコキシコポリマー、メタクリレート／ブタジエン／スチレンコポリマーおよび／または液晶コポリエステルをベースとしていることを特徴とする、請求項１１記載のプラスチック複合成形体。
【請求項１３】
直接に、または結合部材、たとえばスリーブ、取付部品またはフランジを介して溶接されている、一体化された中空成形体、たとえば容器、管または導管の形の請求項１から１２までのいずれか１項記載のプラスチック複合成形体。
【請求項１４】
平面状に溶接された部材、たとえば板および／またはシートからなる多層複合材の形の請求項１から１３までのいずれか１項記載のプラスチック複合成形体。
【請求項１５】
交番電磁界における溶接によりプラスチック複合成形体を製造する方法において、溶接接合が、凝集した一次粒子からなるナノスケールの磁性酸化物粒子を含有するプラスチック材料を用いて行われ、その際、該一次粒子は、非磁性金属酸化物マトリックスまたはメタロイド酸化物マトリックス中の２〜１００ｎｍの直径を有する磁性金属酸化物ドメインから構成されていることを特徴とする、交番電磁界における溶接によりプラスチック複合成形体を製造する方法。
【請求項１６】
接合すべき成形部材の少なくとも１つが、少なくとも接合面の範囲で、凝集した一次粒子からなるナノスケールの磁性酸化物粒子を含有するプラスチック材料からなり、その際、該一次粒子は、非磁性金属酸化物マトリックスまたはメタロイド酸化物マトリックス中の２〜１００ｎｍの直径を有する磁性金属酸化物ドメインから構成されていることを特徴とする、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
接合すべきプラスチック成形体を、少なくとも接合面の範囲で、交番電界、交番磁界または交番電磁界に供し、その際、溶接接合をもたらすプラスチック材料を、溶融温度に加熱することを特徴とする、請求項１５または１６記載の方法。
【請求項１８】
プラスチック材料を交番電磁界において溶接可能にするためのプラスチック材料中の添加剤としての、一次粒子が非磁性金属酸化物マトリックスまたはメタロイド酸化物マトリックス中の２〜１００ｎｍの直径を有する磁性金属酸化物ドメインからなる凝集した一次粒子からなるナノスケールの磁性酸化物粒子の使用。
【請求項１】
交番電磁界における溶接により得られるプラスチック複合成形体において、溶接接合が、ナノスケールの磁性酸化物粒子を含有するプラスチック材料により行われることを特徴とする、交番電磁界における溶接により得られるプラスチック複合成形体。
【請求項２】
溶接接合が、凝集した一次粒子からなるナノスケールの磁性酸化物粒子を含有するプラスチック材料を用いて行われ、その際、該一次粒子は、非磁性金属酸化物マトリックスまたはメタロイド酸化物マトリックス中の２〜１００ｎｍの直径を有する磁性金属酸化物ドメインから構成されていることを特徴とする、請求項１記載のプラスチック複合成形体。
【請求項３】
溶接接合をもたらすプラスチック材料が、ナノスケールの磁性酸化物粒子を含有することを特徴とする、請求項１または２記載のプラスチック複合成形体。
【請求項４】
溶接接合をもたらすプラスチック材料が、凝集した一次粒子からなるナノスケールの磁性酸化物粒子を含有しており、その際、該磁性酸化物粒子のアグリゲートの大きさは、１００ｎｍを上回り、かつ１μｍ未満であることを特徴とする、請求項３記載のプラスチック複合成形体。
【請求項５】
磁性酸化物粒子の磁性ドメインが、酸化鉄粒子を含有していることを特徴とする、請求項１から４ ３までのいずれか１項記載のプラスチック複合成形体。
【請求項６】
ナノスケールの磁性酸化物粒子が、凝集していない超常磁性ドメインを有していることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載のプラスチック複合成形体。
【請求項７】
超常磁性酸化物粒子の磁性ドメインが、フェライトを含有していることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載のプラスチック複合成形体。
【請求項８】
超常磁性酸化物粒子の磁性ドメインが、一般式（Ｍa1-x-yＭbxＦｅy）IIＦｅ2IIIＯ4の三成分系から構成されており、前記式中で、ＭaもしくはＭbは、マンガン、コバルト、ニッケル、亜鉛、銅、マグネシウム、バリウム、イットリウム、スズ、リチウム、カドミウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、チタン、クロム、バナジウム、ニオブまたはモリブデンであり、かつｘは、０．０５〜０．９５であり、ｙは、０〜０．９５であり、かつｘ＋ｙは１以下であることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載のプラスチック複合成形体。
【請求項９】
ナノスケールの磁性酸化物粒子中の磁性ドメインの割合が、１０〜９０質量％であることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載のプラスチック複合成形体。
【請求項１０】
溶接接合をもたらすプラスチック材料中のナノスケールの磁性酸化物粒子の割合が、０．１〜４０質量％であることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載のプラスチック複合成形体。
【請求項１１】
溶接接合をもたらすプラスチック材料が、熱可塑性に軟化可能であることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載のプラスチック複合成形体。
【請求項１２】
溶接接合をもたらすプラスチック材料が、１成分もしくは２成分のポリウレタン、１成分もしくは２成分のポリエポキシド、１成分もしくは２成分のシリコーンポリマー、シラン変性ポリマー、ポリアミド、（メタ）アクリレート官能性ポリマー、ポリエステル、ポリカーボネート、シクロオレフィンコポリマー、ポリシロキサン、ポリ（エーテル）スルホン、ポリエーテルケトン、ポリスチレン、ポリオキシメチレン、ポリアミドイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ペルフルオロエチレンプロピレンコポリマー、ペルフルオロアルコキシコポリマー、メタクリレート／ブタジエン／スチレンコポリマーおよび／または液晶コポリエステルをベースとしていることを特徴とする、請求項１１記載のプラスチック複合成形体。
【請求項１３】
直接に、または結合部材、たとえばスリーブ、取付部品またはフランジを介して溶接されている、一体化された中空成形体、たとえば容器、管または導管の形の請求項１から１２までのいずれか１項記載のプラスチック複合成形体。
【請求項１４】
平面状に溶接された部材、たとえば板および／またはシートからなる多層複合材の形の請求項１から１３までのいずれか１項記載のプラスチック複合成形体。
【請求項１５】
交番電磁界における溶接によりプラスチック複合成形体を製造する方法において、溶接接合が、凝集した一次粒子からなるナノスケールの磁性酸化物粒子を含有するプラスチック材料を用いて行われ、その際、該一次粒子は、非磁性金属酸化物マトリックスまたはメタロイド酸化物マトリックス中の２〜１００ｎｍの直径を有する磁性金属酸化物ドメインから構成されていることを特徴とする、交番電磁界における溶接によりプラスチック複合成形体を製造する方法。
【請求項１６】
接合すべき成形部材の少なくとも１つが、少なくとも接合面の範囲で、凝集した一次粒子からなるナノスケールの磁性酸化物粒子を含有するプラスチック材料からなり、その際、該一次粒子は、非磁性金属酸化物マトリックスまたはメタロイド酸化物マトリックス中の２〜１００ｎｍの直径を有する磁性金属酸化物ドメインから構成されていることを特徴とする、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
接合すべきプラスチック成形体を、少なくとも接合面の範囲で、交番電界、交番磁界または交番電磁界に供し、その際、溶接接合をもたらすプラスチック材料を、溶融温度に加熱することを特徴とする、請求項１５または１６記載の方法。
【請求項１８】
プラスチック材料を交番電磁界において溶接可能にするためのプラスチック材料中の添加剤としての、一次粒子が非磁性金属酸化物マトリックスまたはメタロイド酸化物マトリックス中の２〜１００ｎｍの直径を有する磁性金属酸化物ドメインからなる凝集した一次粒子からなるナノスケールの磁性酸化物粒子の使用。
【公表番号】特表２００９−５１１３００（Ｐ２００９−５１１３００Ａ）
【公表日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５３４９６１（Ｐ２００８−５３４９６１）
【出願日】平成１８年９月１５日（２００６．９．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００６／０６６４０５
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０４２３６８
【国際公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【出願人】（５０１０７３８６２）エボニック デグサ ゲーエムベーハー (837)
【氏名又は名称原語表記】Ｅｖｏｎｉｋ Ｄｅｇｕｓｓａ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｒｅｌｌｉｎｇｈａｕｓｅｒ Ｓｔｒａｓｓｅ １−１１， Ｄ−４５１２８ Ｅｓｓｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１５日（２００６．９．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００６／０６６４０５
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０４２３６８
【国際公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【出願人】（５０１０７３８６２）エボニック デグサ ゲーエムベーハー (837)
【氏名又は名称原語表記】Ｅｖｏｎｉｋ Ｄｅｇｕｓｓａ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｒｅｌｌｉｎｇｈａｕｓｅｒ Ｓｔｒａｓｓｅ １−１１， Ｄ−４５１２８ Ｅｓｓｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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