JP2020152818A - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents
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Landscapes
- Epoxy Resins (AREA)
Abstract
Description
[1]
エポキシ樹脂とエポキシ樹脂硬化剤とを含み、
70℃におけるゲル化時間(GT70)と80℃におけるゲル化時間(GT80)との比(GT70/GT80)が2.5以上である、エポキシ樹脂組成物。
[2]
前記エポキシ樹脂硬化剤がポリチオール硬化剤であり、
硬化促進剤をさらに含む、[1]に記載のエポキシ樹脂組成物。
[3]
70℃におけるゲル化時間(GT70)が10分以上であり、かつ、80℃におけるゲル化時間(GT80)が5分以下である、[1]に記載のエポキシ樹脂組成物。
[4]
70℃におけるゲル化時間(GT70)と80℃におけるゲル化時間(GT80)との比(GT70/GT80)が10.0以下である、[1]に記載のエポキシ樹脂組成物。
[5]
前記硬化促進剤がコアシェル構造を有する潜在性硬化剤である、[2]に記載のエポキシ樹脂組成物。
[6]
前記硬化促進剤のコア中に低分子アミン化合物を有する、[5]に記載のエポキシ樹脂組成物。
[7]
硬化促進剤のコア中に下記構造式(1)で表されるアミン化合物とエポキシ樹脂との反応物を有する、[5]に記載のエポキシ樹脂組成物。
本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない、本発明は、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂とエポキシ樹脂硬化剤とを含む。さらに、本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、70℃におけるゲル化時間(GT70)と80℃におけるゲル化時間(GT80)との比(GT70/GT80)が2.5以上である。
なお、本実施形態において、エポキシ樹脂組成物のゲル化時間は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂を含有する。エポキシ樹脂は、本発明の効果を奏することができれば、以下に限定されるものではないが、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、テトラメチルビフェニル型エポキシ樹脂、テトラブロモビフェニル型エポキシ樹脂、ジフェニルエーテル型エポキシ樹脂、ベンゾフェノン型エポキシ樹脂、フェニルベンゾエート型エポキシ樹脂、ジフェニルスルフィド型エポキシ樹脂、ジフェニルスルホキシド型エポキシ樹脂、ジフェニルスルホン型エポキシ樹脂、ジフェニルジスルフィド型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、ヒドロキノン型エポキシ樹脂、メチルヒドロキノン型エポキシ樹脂、ジブチルヒドロキノン型エポキシ樹脂、レゾルシン型エポキシ樹脂、メチルレゾルシン型エポキシ樹脂、カテコール型エポキシ樹脂、N,N−ジグリシジルアニリン型エポキシ樹脂等の2官能型エポキシ樹脂類;N,N−ジグリシジルアミノベンゼン型エポキシ樹脂、o−(N,N−ジグリシジルアミノ)トルエン型エポキシ樹脂、トリアジン型エポキシ樹脂等の3官能型エポキシ樹脂類;テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン型エポキシ樹脂、ジアミノベンゼン型エポキシ樹脂等の4官能型エポキシ樹脂類;フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、テトラフェニルエタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ブロモ化フェノールノボラック型エポキシ樹脂等の多官能型エポキシ樹脂類;及び脂環式エポキシ樹脂類、これらのエポキシ樹脂をイソシアネート等で変性したエポキシ樹脂等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いられる。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂硬化剤(以下、単に「硬化剤」とも記す。)を含有する。硬化剤は、本発明の効果を奏することができれば、以下に限定されるものではないが、低温硬化性の観点からポリチオール硬化剤(分子内にチオール基を2個以上有するチオール化合物)が好ましい。ポリチオール硬化剤としては特に限定されないが、例えば、トリメチロールプロパントリス(チオグリコレート)、ペンタエリスリトール テトラキス(チオグリコレート)、エチレングリコール ジチオグリコレート、トリメチロールプロパントリス(β−チオプロピオネート)、ペンタエリスリトール テトラキス(β−チオプロピオネート)、ジペンタエリスリトール ポリ(β−チオプロピオネート)等のポリオールとチオール有機酸とのエステル化反応によって得られるチオール化合物や、1,4−ブタンジチオール、1,6−ヘキサンジチオール、1,10−デカンジチオール等のアルキルポリチオール化合物、末端チオール基含有ポリエーテル、末端チオール基含有ポリチオエーテル、エポキシ化合物と硫化水素の反応によって得られるチオール化合物、ポリチオールとエポキシ化合物との反応によって得られる末端チオール基を有するチオール化合物等が挙げられる。具体的には、特に限定されないが、例えば、ペンタエリトリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)、ジペンタエリトリトールヘキサシス(3−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)等が挙げられる。これらの硬化剤は、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いられる。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、硬化促進剤をさらに含有することが好ましい。硬化促進剤としては本発明の効果を奏することができれば、以下に限定されるものではないが、保存安定性の観点から、コアシェル構造を有する潜在性硬化剤(以下「マイクロカプセル型潜在性硬化剤」とも記す。)であることが好ましい。
活性水素化合物としては、以下に限定されるものではないが、例えば、水、少なくとも1個の1級アミノ基及び/又は2級アミノ基を有する化合物、少なくとも1個の水酸基を有する化合物等が挙げられる。また、活性水素化合物は、1種単独で、又は2種以上を組み合わせて用いられる。
なお、上述したような反応生成物が、前記シェル(S)中に占める割合としては、通常1質量%以上であり、好ましくは50質量%以上であり、100質量%であってもよい。
(1)分散媒である溶剤中に、シェルの成分と、平均粒径0.3μmを超えて12μm以下であるマイクロカプセル型潜在性硬化剤のコアの粒子を溶解・分散させた後、分散媒中のシェルの成分の溶解度を下げて、マイクロカプセル型潜在性硬化剤のコアの粒子の表面にシェルを析出させる方法。
(2)平均粒径0.3μmを超えて12μm以下であるマイクロカプセル型潜在性硬化剤のコアの粒子を分散媒に分散させ、この分散媒に上記のシェルを形成する材料を添加してエポキシ樹脂用硬化剤の粒子上に析出させる方法。
(3)分散媒に上記のシェルを形成する原材料成分を添加し、平均粒径0.3μmを超えて12μm以下であるマイクロカプセル型潜在性硬化剤のコアの粒子の表面を反応の場として、そこでシェル形成材料を生成する方法。
ここで、前記(2)、(3)の方法は、反応と被覆を同時に行うことができるので好ましい。
また、溶媒、可塑剤、樹脂としては、特に限定されず、例えば、上述したイソシアネート化合物、活性水素化合物、エポキシ樹脂用硬化剤、エポキシ樹脂、及びアミン化合物のいずれか2種、又はそれ以上の反応生成物を得る際に使用できる溶媒、可塑剤、樹脂の例として挙げたものが使用できる。
分散媒を除去した後、マイクロカプセル型潜在性硬化剤を洗浄することが好ましい。マイクロカプセル型潜在性硬化剤の洗浄により、マイクロカプセル型潜在性硬化剤の表面に付着している、未反応のシェルを形成する材料を除去できる。
洗浄の方法は特に限定されないが、ろ過による残留物の際に、分散媒又はマイクロカプセル型潜在性硬化剤を溶解しない溶媒を用いて洗浄することができる。ろ過や洗浄を行った後にマイクロカプセル型潜在性硬化剤を乾燥することで、マイクロカプセル型潜在性硬化剤を粉末状の形態で得ることができる。乾燥の方法は特に限定されないが、マイクロカプセル型潜在性硬化剤の融点、又は軟化点以下の温度で乾燥することが好ましく、例えば減圧乾燥が挙げられる。マイクロカプセル型潜在性硬化剤を粉末状にすることで、エポキシ樹脂との配合作業を容易に適用することができる。また、分散媒としてエポキシ樹脂を用いると、シェル形成と同時に、エポキシ樹脂とマイクロカプセル型潜在性硬化剤とからなる液状樹脂組成物を得ることができるため好適である。
安定化剤としては、特に限定されないが、ボレート化合物、チタネート化合物、アルミネート化合物、ジルコネート化合物、イソシアネート化合物、カルボン酸、及び酸無水物からなる群より選ばれる1種以上を含有することが好ましい。
かかるホウ酸エステルを含む製品としては、特に限定されないが、例えば、“キュアダクト”(登録商標)L−01B(四国化成工業(株))、“キュアダクト”(登録商標)L−07N(四国化成工業(株))が挙げられる。
JIS K6910に準拠した手法により、実施例及び比較例のエポキシ樹脂組成物のゲル化時間を測定した。あらかじめ所定の温度に温めておいたくぼみ付き熱板上に試料を0.5±0.05g量り取り、注射器でくぼみに注入すると同時にストップウォッチを押し、先端のとがった棒を用いて試料をかき混ぜ、棒を持ち上げた際に糸が引かなくなった点をその温度でのゲル化時間とした。70℃におけるゲル化時間(GT70)と80℃におけるゲル化時間(GT80)とを測定して、これらの比(GT70/GT80)を算出した。
実施例及び比較例のエポキシ樹脂組成物を使用して、JIS K6850に準拠して試験片を作製した。また、被着体として、JIS C3141に準拠した幅25mm×長さ100mm×厚み1.6mmの被着体(冷間圧延鋼板)を用いた。内温が80℃で安定したESPEC株式会社製小型高温チャンバーST−110B2の中に、未硬化の試験片に入れて、60分間加熱を行い、せん断接着強度測定試験片を得た。60分後、構造体を小型高温チャンバーから取出し、室温環境下に放置し、室温になるまで冷やした。室温冷却後に、島津製作所社製AGX−5kNXを使用して、ロードセル5kN、5mm/分の速さで、試験片の接着面が破断して、試験片が分離する最大荷重を測定し、分離した最大荷重を接着面積で割り返した値をせん断接着強度とした。得られたせん断接着強度から、以下の基準に基づきせん断接着性を評価した。
◎:せん断接着強度が20MPa以上であった場合。
○:せん断接着強度が18MPa以上20MPa未満であった場合。
×:せん断接着強度が18MPa未満であった場合。
(マイクロカプセル型潜在性硬化剤のコア(C−1)の製造)
1−ブタノールとトルエンとを1/1(質量比)の割合で混合した溶液605gに、アミン化合物としてN,N−ジメチルアミノプロピルアミン(分子量102)403gを加え、撹拌して均一な溶液を作製した。
次いで、1−ブタノールとトルエンとを1/1(質量比)の割合で混合した溶液400gに、エポキシ当量が189g/eqであるビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学社製品「jER828」)800gと、エポキシ当量が475g/eqであるビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学社製品「jER1001」)800gとを溶解させ、ビスフェノールA型エポキシ樹脂溶液を得た。
攪拌機、コンデンサー、温度制御用のOILバスを備えた反応容器において、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン溶液に対して、等圧滴下ロートを用いてビスフェノールA型エポキシ樹脂溶液を内温が50〜90℃の範囲において、5時間かけて滴下した。
滴下終了後、得られた反応溶液を80℃で2時間加熱した。
その後、反応溶液を150℃までさらに昇温した後、徐々に減圧して反応溶液から溶媒の一部を留去した。この段階でN,N−ジメチルアミノプロピルアミンの含有量は、0.1質量%であった。
溶媒を留去した後、反応溶液を、さらに165℃加熱し、220gのDABCO(東京化成社製1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン)を60rpmで165℃、1時間撹拌混合を行い、フラスコから払い出すことによりブロック状のアミンアダクト混合物を得た。
上記手順で作製したアミンアダクト混合物を粉砕機「ロートプレックス」(ホソカワミクロン社製)により平均粒径が0.1〜2mm程度になるまで粗砕し、粗粉物を得た。8.0kg/時間の供給量で、得られた粗砕物を気流式ジェットミル(日清エンジニアリング社製、「CJ25型」)に供給し、0.6MPa・sの粉砕圧での粉砕を2回繰り返し、その後、空気分級機(日清エンジニアリング社製、「ターボクラシファイア」)により分級を行い、粗大粒子の除去を行うことで、平均粒径5.0μmのマイクロカプセル型潜在性硬化剤のコア(C−1)を得た。
(マイクロカプセル型潜在性硬化剤のコア(C−2)の製造)
製造例1−1のN,N−ジメチルアミノプロピルアミンをN,N−ジエチルアミノプロピルアミン(分子量130)513gに、DABCOをDBU(東京化成社製、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン)に変更した以外は前記マイクロカプセル型潜在性硬化剤のコア(C−1)と同手順で作製し平均粒径4.5μmのマイクロカプセル型潜在性硬化剤のコア(C−2)を得た。
製造例1−1のN,N−ジメチルアミノプロピルアミンをN,N−ジメチルアミノエチルアミン(分子量88)347gに、DABCOをBDMA(東京化成社製、N,N−ジメチルベンジルアミン)に変更した以外は前記マイクロカプセル型潜在性硬化剤のコア(C−1)と同手順で作製し平均粒径4.0μmのマイクロカプセル型潜在性硬化剤のコア(C−3)を得た。
(マイクロカプセル型潜在性硬化剤のコア(C−4)の製造)
キシレン100g及びイソプロピルアルコール100gの混合溶液中に、アミン化合物として2−エチル−4−メチルイミダゾール(分子量110)110gを溶解した後、60〜100℃でエポキシ樹脂としてビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成イーマテリアルズ社製の「AER2603」、エポキシ当量189、全塩素量1800ppm、加水分解性塩素50ppm)189gを添加し、反応させた。
次いで、反応液を加熱減圧することで、溶媒であるキシレンとイソプロピルアルコールとを反応液から留去するとともに、未反応のジエチレントリアミンの含有量が0.01質量%未満になるまで留去することにより、アミンアダクト263gを得た。
上記手順で作製したアミンアダクトを、前記マイクロカプセル型潜在性硬化剤のコア(C−1)と同手順で粉砕し、マイクロカプセル型潜在性硬化剤のコア(C−4)を得た。
(コアシェル構造を有するマイクロカプセル型潜在性硬化剤(H−1)の製造)
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学社製品「jER828」、エポキシ当量189g/eq)100g中に、製造例1−1で得られたマイクロカプセル型潜在性硬化剤のコア(C−1)の微粉砕物120gを添加し、分散させた後、水1.0g、及びトリレンジイソシアネート5.5gを添加し、40℃〜50℃で2時間、反応させて、コアシェル構造を有し、該コアがコア(C−1)であるマイクロカプセル型潜在性硬化剤(H−1)を得た。
(コアシェル構造を有するマイクロカプセル型潜在性硬化剤(H−2)の製造)
分散媒としてn−ヘキサン300gを用いた。該分散媒中に、エポキシ樹脂用硬化剤(C−2)の微粉砕物100gを添加し、分散させた後、水1.0g及びヘキサメチレンジイソシアネート4.5gを添加して40℃で2時間、反応させた。反応終了後、得られた反応液にビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学社製品「jER828」)を100g添加し、ろ過、洗浄及び乾燥を行うことで、エポキシ樹脂用マイクロカプセル型硬化剤(H−2)を得た。
(コアシェル構造を有するマイクロカプセル型潜在性硬化剤(H−3)の製造)
製造例2−2のエポキシ樹脂用硬化剤(C−2)の微粉砕物をエポキシ樹脂用硬化剤(C−3)に変更した以外は製造例2−2と同手順で処理を行いエポキシ樹脂用マイクロカプセル型硬化剤(H−3)を得た。
(コアシェル構造を有する硬化剤(H−4)の製造)
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成イーマテリアルズ社製品「AER2603」、エポキシ当量189g/eq、全塩素量1800ppm、加水分解性塩素量50ppm)200g中に、製造例1−2で得られたマイクロカプセル型潜在性硬化剤のコア(C−4)の微粉砕物100gを添加し、分散させた後、水1.0g、及びイソホロンジイソシアネート2.0gを添加し、40℃〜50℃で2時間、反応させて、コアシェル構造を有し、該コアがコア(C−4)であるマイクロカプセル型潜在性型硬化剤(H−4)を得た。
シンキー社製品「あわとり練太郎ARE−310」に、PP容器を取り付けた。エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤(硬化触媒)を表2〜5に示す配合量にて配合し、2000rpmで、撹拌3分間、脱泡2分間の設定で撹拌した。各配合物が混ざっていることを目視で確認してエポキシ樹脂組成物を得た。得られたエポキシ樹脂組成物について、ゲル化時間及び接着性について上記方法により測定した。当該測定結果を表2〜5に示す。
BE−186EL:長春人造樹脂社製ビスフェノールA型エポキシ樹脂、エポキシ当量189g/eq
PEMP:SC有機化学社製、ペンタエリトリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)、SH当量122g/eq
DPMP:SC有機化学社製、ジペンタエリトリトールヘキサシス(3−メルカプトプロピオネート)、SH当量131g/eq
TMTP:淀化学社製、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)SH当量140g/eq
H−1:製造例2−1で製造したマイクロカプセル型エポキシ樹脂硬化剤
H−2:製造例2−2で製造したマイクロカプセル型エポキシ樹脂硬化剤
H−3:製造例2−3で製造したマイクロカプセル型エポキシ樹脂硬化剤
H−4:製造例2−4で製造したマイクロカプセル型エポキシ樹脂硬化剤
2MZ:2−メチルイミダゾール(試薬)
BDMA:ベンジルジメチルアミン(試薬)
2E4MZ:2−エチル4―メチルイミダゾール(試薬)
L−07N:ホウ酸エステル化合物(四国化成工業)
TBB:ホウ酸トリブチル(試薬)
TEB:ホウ酸トリエチル(試薬)
Claims (7)
- エポキシ樹脂とエポキシ樹脂硬化剤とを含み、
70℃におけるゲル化時間(GT70)と80℃におけるゲル化時間(GT80)との比(GT70/GT80)が2.5以上である、エポキシ樹脂組成物。 - 前記エポキシ樹脂硬化剤がポリチオール硬化剤であり、
硬化促進剤をさらに含む、請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。 - 70℃におけるゲル化時間(GT70)が10分以上であり、かつ、80℃におけるゲル化時間(GT80)が5分以下である、請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 70℃におけるゲル化時間(GT70)と80℃におけるゲル化時間(GT80)との比(GT70/GT80)が10.0以下である、請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記硬化促進剤がコアシェル構造を有する潜在性硬化剤である、請求項2に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記硬化促進剤のコア中に低分子アミン化合物を有する、請求項5に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 硬化促進剤のコア中に下記構造式(1)で表されるアミン化合物とエポキシ樹脂との反応物を有する、請求項5に記載のエポキシ樹脂組成物。
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