WO2017179653A1 - 強靭化エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

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WO2017179653A1
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信雄 宮武
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    • C08L2207/00Properties characterising the ingredient of the composition
    • C08L2207/53Core-shell polymer

Definitions

  • the present invention relates to a toughened epoxy resin, a method for producing a toughened epoxy resin composition, and a cured product formed from the toughened epoxy resin composition.
  • Epoxy resins have been used in a wide range of applications since ancient times because their cured products are excellent in heat resistance, mechanical properties, chemical resistance, and the like.
  • a cured product of epoxy resin has a drawback of being brittle, and in many cases, toughening is required.
  • various methods for adding a rubber component as a modifier to an epoxy resin have been studied and applied as a technique for toughening the epoxy resin.
  • a reactive liquid rubber such as butadiene-acrylonitrile liquid rubber (CTBN) having a terminal carboxylic acid or a nitrile rubber
  • CBN butadiene-acrylonitrile liquid rubber
  • Patent Document 1 a reactive liquid rubber or a nitrile rubber is once dissolved in an epoxy resin and then phase-separated at the time of curing.
  • the rubber component partially dissolves and remains in the cured epoxy resin phase. For this reason, there exists a problem that the glass transition temperature (henceforth Tg) of hardened
  • Patent Document 2 describes that a polyether polyol having a molecular weight of 1000 to 3000 is used as a toughening agent for an epoxy resin. In this method, the cured epoxy resin is toughened, but a decrease in Tg is inevitable.
  • Patent Document 3 describes that by using a polyether polyol having a molecular weight of greater than 7000, it is toughened without lowering the Tg of the cured epoxy resin.
  • the molecular weight of the polyether polyol to be used is large, the viscosity of the compound is increased, and the storage stability is deteriorated.
  • Patent Documents 4 and 5 describe the use of block-type polyether polyols composed of polyethylene oxide and polypropylene oxide or polybutylene oxide. However, the toughening of the cured epoxy resin is insufficient with either technique.
  • Patent Document 6 describes that a polyoxyalkylene polyol and a core-shell rubber are used in combination.
  • a low-viscosity formulation can be obtained by using a polyoxyalkylene polyol, but toughness must be sacrificed.
  • Tg falls when the usage-amount of a polyol increases. For these reasons, there is still a need for a method of toughening a composition with a low viscosity without reducing the Tg of the cured product.
  • An object of the present invention is to provide a toughened epoxy resin composition which is a cured product having low viscosity and easy handling and excellent heat resistance and toughness. Moreover, this invention also raised as a subject to provide the toughened epoxy resin composition used as the hardened
  • the present invention includes an end-capped polyalkylene oxide (A) having a number average molecular weight of 1500 to 5000, an epoxy resin (B), an epoxy curing agent (C), and a core-shell polymer (D). ) 40% or more of all terminals are blocked with at least one selected from an alkyl group, an allyl group, and an aryl group, and the weight ratio of the end-blocked polyalkylene oxide (A) to the core-shell polymer (D) Is 10/90 to 90/10, and the core-shell polymer (D) is selected from the group consisting of diene rubbers, (meth) acrylate rubbers, organosiloxane rubbers, styrene polymers, and (meth) acrylate polymers.
  • the present invention provides a toughened epoxy resin composition in which the end-capped polyalkylene oxide (A) is at least one selected from polypropylene oxide, polybutylene oxide and oxy-3-methyltetramethylene / oxybutylene copolymer. It is preferable that it is a thing. 3) Furthermore, the present invention is preferably a toughened epoxy resin composition in which the end of the end-capped polyalkylene oxide (A) is blocked with an allyl group and / or an alkyl group.
  • the present invention is preferably a toughened epoxy resin composition in which 70% or more of the total number of terminals of the end-capped polyalkylene oxide (A) are blocked.
  • the shell layer of the core-shell polymer (D) has an alkyl group-containing (meth) acrylate monomer of 60 to 99% by weight, an epoxy group-containing vinyl monomer of 1 to 40% by weight, and monomers 0 to A toughened epoxy resin composition containing 25% by weight of a polymer is preferred.
  • the end-capped polyalkylene oxide (A) in the toughened epoxy resin composition comprises an end-capped polyalkylene oxide (A), an epoxy resin (B), an epoxy curing agent (C), and a core-shell polymer.
  • the toughened epoxy resin composition is preferably 0.5 to 20% by weight in the total of 100% by weight of (D).
  • the present invention is characterized by mixing the dispersion in which the core-shell polymer (D) is dispersed in the epoxy resin (B), the end-capped polyalkylene oxide (A) and the epoxy curing agent (C). To a toughened epoxy resin composition.
  • the present invention is characterized in that a dispersion in which the core-shell polymer (D) is dispersed in the end-capped polyalkylene oxide (A) is mixed with the epoxy resin (B) and the epoxy curing agent (C). To a toughened epoxy resin composition. 9) Furthermore, this invention relates to the hardened
  • the toughened epoxy resin composition of the present invention has a low viscosity, and the cured product obtained therefrom has excellent heat resistance and toughness. Further, according to the present invention, the effects of thermal shock resistance, delamination resistance, and adhesiveness are also exhibited.
  • the toughened epoxy resin composition of the present invention contains an end-capped polyalkylene oxide (A), an epoxy resin (B), an epoxy curing agent (C), and a core-shell polymer (D).
  • A end-capped polyalkylene oxide
  • B epoxy resin
  • C epoxy curing agent
  • D core-shell polymer
  • Polyalkylene oxypolyol has been used for a long time to lower the viscosity and toughness of epoxy resin compositions.
  • core-shell polymer has already been studied, but it is still difficult to sufficiently improve the toughness while maintaining the heat resistance of the epoxy resin.
  • the viscosity increases when the core-shell polymer is used, how to suppress the increase in the viscosity of the compound is also a problem.
  • the surprising point of the present invention is that when the core-shell polymer and the end-capped polyalkylene oxide are used in combination, the toughening effect is totally unexpected and synergistic as compared with the case where each is used alone. This is an effect not found in Patent Document 6 using a polyoxyalkylene polyol and a core-shell polymer. Fracture toughness and thermal shock resistance are used as indicators of toughness, but these are not necessarily correlated, and even if fracture toughness is high, thermal shock resistance may be low and vice versa. On the other hand, in this invention, both physical properties can be improved simultaneously, and Tg of the hardened
  • the end-capped polyalkylene oxide (A) of the present invention has a number average molecular weight of 1500 to 5000, and the main chain structure may be a polymer having a structure represented by —RO— as a repeating unit.
  • R may be a divalent organic group having 1 to 20 carbon atoms (including at least an alkylene group).
  • the number average molecular weight of the end-capped polyalkylene oxide (A) is preferably 1600 to 4800, more preferably 1700 to 4600, and still more preferably 1800 to 4400 from the viewpoint of improving fracture toughness.
  • the number average molecular weight can be measured, for example, using gel permeation chromatography based on polystyrene conversion.
  • the carbon number of the divalent organic group is more preferably 2 to 10, and further preferably 2 to 6.
  • the divalent organic group contains at least an alkylene group, and the alkylene group may be substituted with a group selected from the group consisting of an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group, and an alicyclic hydrocarbon group. .
  • the aliphatic hydrocarbon group is a linear alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group, a heptyl group or an octyl group; a branched chain such as an iso-propyl group or a tert-butyl group
  • An alkyl group; an alkenyl group such as a vinyl group, an allyl group, a 1-propenyl group, and a 1-butenyl group is preferable.
  • the alicyclic hydrocarbon group is preferably a cycloalkylene group such as a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group and a cycloheptyl group; and a cycloalkenyl group such as 1-cyclohexenyl.
  • the aromatic hydrocarbon group is preferably an aryl group such as a phenyl group or a naphthyl group.
  • the divalent organic group is more preferably a linear or branched alkylene group.
  • the main chain may have a branched structure, and the branched structure is preferable because the viscosity of the blend can be lowered.
  • the —RO— unit having R having 3 or more carbon atoms is preferably 80% by weight or more of the total. If the content is less than this, the balance between Tg and toughness of the cured epoxy resin tends to be poor.
  • R Specific examples of the alkylene group contained in R include —CH 2 CH 2 —, —CH (CH 3 ) CH 2 —, —CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 —, —CH 2 CH (CH 3 ) CH 2. CH 2 —, —CH 2 C (CH 3 ) 2 CH 2 — and the like can be mentioned. R is particularly preferably —CH (CH 3 ) CH 2 —, —CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 —, or —CH 2 CH (CH 3 ) CH 2 CH 2 —.
  • —RO— include polypropylene oxide, polypropylene oxide containing a small amount of oxyethylene units, polybutylene oxide, and oxy-3-methyltetramethylene / oxybutylene copolymer containing oxy-3-methyltetramethylene units. A polymer etc. are mentioned. From the viewpoint of low Tg reduction, polypropylene oxide, polybutylene oxide and oxy-3-methyltetramethylene / oxybutylene copolymers containing oxy-3-methyltetramethylene units are preferred.
  • Terminals of 40% or more of the total number of terminals of the end-capped polyalkylene oxide (A) are blocked with at least one selected from alkyl groups, aryl groups, and allyl groups. That is, the terminal of the polyalkylene oxide is usually at least one selected from an alkyl group, an aryl group, and an allyl group via an ether bond, urethane bond, urea bond, ester bond, carbonate bond, etc. It will be blocked.
  • the number of carbon atoms of the alkyl group, aryl group, and allyl group is, for example, 1 to 8, preferably 1 to 6, and more preferably 2 to 5.
  • Specific examples of the alkyl group include —CH 3 , —CH 2 CH 3 , —CH 2 CH 2 CH 3 , —CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 , —CH 2 CH (CH 2 CH 3 ) CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 and the like.
  • Specific examples of the aryl group include —C 6 H 5 , —C 6 H 4 —CH 3 and the like.
  • Specific examples of the allyl group include —CH 2 —CH ⁇ CH 2 , —CH 2 —C (CH 3 ) ⁇ CH 2 and the like.
  • the end of the end-capped polyalkylene oxide (A) is preferably capped with an allyl group and / or an alkyl group, and more preferably capped with an allyl group or a butyl group.
  • These terminal structures may be the same or different.
  • polyalkylene oxide may be used independently and may be used together 2 or more types.
  • all terminals of the end-capped polyalkylene oxide (A) are blocked, preferably 50% or more of all terminals, more preferably 70% or more of all terminals, and still more preferably all terminals. 80% or more, particularly preferably 90% or more of all terminals are blocked by the organic group.
  • the upper limit of the blocking rate at all ends is, for example, 100%, and may be about 99% or 97%. When the blocking rate at all ends is increased, fracture toughness, Tg, and thermal shock resistance can be further improved.
  • those which are end-capped through an ether bond can reduce the viscosity of the compound, the end-capped structure can be stably maintained even during curing at high temperatures, and the Tg of the cured product can be easily maintained. It is preferable because of its high effect. Furthermore, those having a branched structure are more preferred because the compounding viscosity can be lowered.
  • the weight ratio polyalkylene oxide (A) / core-shell polymer (D) is 10/90 to 90/10, preferably 15/85 to 85/15, and further fracture toughness and thermal shock From the viewpoint of improving the properties, 25/75 to 75/25 is more preferable. Outside this range, the combined effect of the polyalkylene oxide (A) and the core-shell polymer (D) tends to be small.
  • the end-capped polyalkylene oxide (A) component in the toughened epoxy resin composition is the sum of the end-capped polyalkylene oxide (A), the epoxy resin (B), the epoxy curing agent (C), and the core-shell polymer (D). In 100% by weight, it is preferably 0.5 to 20% by weight, more preferably 0.6 to 16% by weight, still more preferably 0.7 to 12% by weight, and even more preferably 1.0 to 7%. 0% by weight. If the amount is too small, the effect of improving the toughness is not observed. If the amount is too large, an adhesive is seen on the surface of the cured epoxy resin, and the toughness may be lowered due to warpage.
  • epoxy resin (B) of the present invention any epoxy resin can be used as long as it has two or more epoxy groups in the molecule.
  • epoxy resin (B) of the present invention any epoxy resin can be used as long as it has two or more epoxy groups in the molecule.
  • glycidyl ether type epoxy resins such as bisphenol A diglycidyl ether and bisphenol F diglycidyl ether
  • cycloaliphatic type epoxy resins such as 3,4-epoxycyclohexylmethylcarboxylate and 1,4-cyclohexanedimethanol diglycidyl ether
  • Linear aliphatic epoxy resins such as 1,4-butanediol diglycidyl ether, 1,6-hexanediol diglycidyl ether and polypropylene glycol diglycidyl ether
  • glycidyl ester epoxy resins such as glycidyl hexahydrophthalate, tetra Glycidylamine-
  • a reactive diluent having one epoxy group in the molecule may be added to the epoxy resin (B).
  • the reactive diluent has an effect of lowering the viscosity of the epoxy resin composition.
  • the reactive diluent is preferably used up to 45 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin. If too much reactive diluent is used, the heat resistance of the cured product is lowered.
  • Examples of the reactive diluent having one epoxy group in the molecule include butyl glycidyl ether, 2-ethylhexyl glycidyl ether, alkyl monoglycidyl ethers such as alkyl glycidyl ether having 8 to 14 carbon atoms, phenyl glycidyl ether, and nonylphenyl glycidyl. Mention may be made of phenol monoglycidyl ethers such as ethers. Two or more of these may be used in combination.
  • the epoxy equivalent of the epoxy resin is, for example, 130 to 4000 g / eq, preferably 150 to 3000 g / eq, more preferably 160 to 1500 g / eq, and further preferably 170 to 1000 g / eq.
  • the epoxy resin (B) is preferably 10 to 85% by weight, more preferably 15 to 80% by weight, and further preferably 20 to 75% by weight in 100% by weight of the toughened epoxy resin composition.
  • ⁇ Epoxy curing agent (C)> A conventionally well-known thing can be widely used as an epoxy hardening
  • aliphatic amines such as diethylaminopropylamine, hexamethylenediamine, methylpentamethylenediamine, trimethylhexamethylenediamine, guanidine, oleylamine; mensendiamine, isophoronediamine, norbornanediamine, piperidine, N, N′-dimethylpiperazine, N-aminoethylpiperazine, 1,2-diaminocyclohexane, bis (4-amino-3-methylcyclohexyl) methane, bis (4-aminocyclohexyl) methane, polycyclohexylpolyamine, 1,8-diazabicyclo [5,4,0 Alicyclic amines such as undecene-7 (DBU); 3,9-bis (3-aminopropyl
  • Polyamide amines such as 2-ethyl-4-methylimidazole; dicyandiamide; an epoxy-modified amine obtained by reacting the above amines with an epoxy compound; Phosphorus, Mannich-modified amines obtained by reacting the phenols, Michael addition-modified amines, modified amines, and the like, such as ketimine.
  • alicyclic amines, amines having an ether bond, acid anhydrides, and imidazoles are preferable.
  • acid anhydrides and imidazoles are more preferable.
  • These curing agents may be used alone or in combination of two or more.
  • a curing accelerator may be used together with the curing agent.
  • curing accelerators include tertiary amines such as triethylamine and benzyldimethylamine, imidazoles such as 2-methylimidazole and 2-ethyl-4-methylimidazole, triphenylphosphine, tri-p-tolylphosphine, phosphorus Organic phosphorus compounds such as triphenyl acid, tetraphenylphosphonium tetraphenylborate, tetraphenylphosphonium tetra-p-tolylborate, tetotaphenylphosphine bromide, tetra-n-butylphosphonium bromide, tetran-butylphosphonium-o, o- Quaternary phosphonium salts such as diethyl phosphorodithionate, diazabicycloalkenes
  • microcapsule-type latent accelerators amine salt-type latent curing accelerators, Lewis acid salts, Bronsted acid salts, etc., in which the surfaces of high-melting imidazole compounds, dicyandiamides, phosphorus-based and phosphine-based accelerators are coated with polymers.
  • a latent curing accelerator represented by a high temperature dissociation type thermal cationic polymerization type latent curing accelerator and the like can also be used. These curing accelerators can be used alone or in admixture of two or more.
  • the amount of epoxy curing agent used depends on the chemical properties of the curing agent, the desired properties of the epoxy resin composition and the cured product. In the case of an amine group, an acid anhydride group, or a phenolic hydroxy group, it is preferably used in an amount of 0.7 to 1.3 per equivalent of epoxy group.
  • the curing accelerator is preferably used in an amount of about 0.01 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin.
  • the core-shell polymer (D) is a particulate polymer having a structure of at least two layers.
  • the ratio of the core layer in the core-shell polymer is preferably 70 to 95% by weight and more preferably 80 to 93% by weight from the viewpoint of mechanical properties.
  • the ratio of the core layer is small, the viscosity of the epoxy resin composition tends to increase.
  • the ratio of the core layer is too large, the preparation of the core-shell polymer becomes difficult (synthesis itself is possible, but it is difficult to take out the reaction solution in a practical form).
  • the ratio of the core layer in the core-shell polymer can be measured from the absorbance ratio of the spectrum of infrared spectroscopic analysis.
  • the core-shell polymer (D) preferably has an arithmetic number average particle size of 0.01 to 0.6 ⁇ m, more preferably 0.03 to 0.5 ⁇ m, still more preferably 0.05 to 0.4 ⁇ m. .
  • an emulsion polymerization method is suitable. However, if it is too small or too large, economical and industrial production becomes difficult.
  • the arithmetic average particle diameter can be measured using a Microtrac UPA150 (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) or the like.
  • the core-shell polymer (D) preferably has an insoluble content with respect to methyl ethyl ketone (MEK), and the insoluble content (MEK insoluble content) is preferably 95% by weight or more, and more preferably 97% by weight or more. More preferred is 98% by weight or more. When the amount is less than 95% by weight, the viscosity of the epoxy resin composition tends to increase, and it becomes difficult to handle.
  • the method for obtaining the MEK insoluble content of the core-shell polymer (D) is as follows. About 2 g of core-shell polymer powder or film is weighed and immersed in 100 g of MEK at 23 ° C. for 24 hours. Thereafter, the obtained MEK insoluble matter is separated, dried and weighed, and the weight fraction (%) with respect to the weight of the core-shell polymer used for the measurement is calculated as the MEK insoluble matter amount.
  • the core-shell polymer (D) is preferably a polymer composed of a core layer made of a crosslinked polymer and a shell layer made of a polymer component graft-polymerized thereon. That is, it is preferable that a chemical bond exists between the shell layer and the core layer. Since the shell layer graft-polymerizes the monomer constituting the graft component to the core component, the shell layer covers a part or the whole of the surface of the core portion.
  • the core layer is at least one selected from the group consisting of diene rubber, (meth) acrylate rubber, organosiloxane rubber, styrene polymer, and (meth) acrylate polymer.
  • the core layer is preferably a diene rubber.
  • (meth) acrylate means acrylate and / or methacrylate.
  • the core layer is preferably a rubber-like crosslinked polymer from the viewpoint of toughening the epoxy resin.
  • the glass transition temperature of the core layer (hereinafter sometimes simply referred to as “Tg”) is preferably 0 ° C. or less, more preferably ⁇ 20 ° C. or less.
  • the temperature is preferably ⁇ 40 ° C. or less.
  • the Tg can be measured by, for example, a dynamic viscoelasticity measurement method or a differential scanning calorimetry method.
  • the polymer capable of forming the core layer having properties as rubber examples include at least one monomer (first monomer) selected from natural rubber, diene monomers (conjugated diene monomers), and (meth) acrylate monomers.
  • first monomer selected from natural rubber
  • diene monomers conjuggated diene monomers
  • second monomer another copolymerizable vinyl monomer
  • a diene rubber using a diene monomer is preferred.
  • (meth) acrylate rubber also referred to as acrylic rubber
  • the core layer is preferably a polysiloxane rubber.
  • Examples of the monomer constituting the diene rubber used for forming the core layer include 1,3-butadiene, isoprene, 2-chloro-1,3-butadiene, 2-methyl-1,3. -Butadiene and the like. These diene monomers may be used alone or in combination of two or more.
  • butadiene rubber using 1,3-butadiene, butadiene-styrene rubber which is a copolymer of 1,3-butadiene and styrene, 1,3-butadiene and butyl acrylate or 2-ethylhexyl acrylate A butadiene-acrylate rubber which is a copolymer is preferred, and a butadiene rubber is more preferred.
  • butadiene-styrene rubber is more preferable when it is possible to increase the transparency of the epoxy resin composition obtained by adjusting the refractive index, and to obtain a product having a good balance of good appearance and toughness.
  • butadiene-acrylate rubber is preferable when the introduction of acrylate lowers the double bond concentration of butadiene in the rubber, so that the weather resistance is good and such characteristics are required.
  • Examples of monomers constituting the (meth) acrylate rubber (also referred to as acrylic rubber) used for forming the core layer include, for example, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, 2- Alkyl (meth) acrylates such as ethylhexyl (meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, dodecyl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, behenyl (meth) acrylate; phenoxyethyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate Aromatic ring-containing (meth) acrylates; hydroxyalkyl (meth) acrylates such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate and 4-hydroxybutyl (meth) acrylate; glycidyl (meth) acrylate, Glycidyl (meth
  • (meth) acrylate monomers may be used alone or in combination of two or more. Preferred are ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, and 2-ethylhexyl (meth) acrylate.
  • vinyl monomer (second monomer) copolymerizable with the first monomer examples include vinyl arenes such as styrene, ⁇ -methyl styrene, monochlorostyrene and dichlorostyrene; vinyl carboxylic acids such as acrylic acid and methacrylic acid.
  • Vinyl vinyls such as acrylonitrile and methacrylonitrile; vinyl halides such as vinyl chloride, vinyl bromide and chloroprene; vinyl acetate; alkenes such as ethylene, propylene, butylene and isobutylene; diallyl phthalate, triallyl cyanurate, And polyfunctional monomers such as triallyl isocyanurate and divinylbenzene.
  • vinyl monomers may be used alone or in combination of two or more. Particularly preferred is styrene.
  • organosiloxane polymers may be used alone or in combination of two or more.
  • a composite rubber composed of (meth) acrylate rubber / organosiloxane rubber combined with (meth) acrylate rubber may be used.
  • dimethylsiloxane rubber, methylphenylsiloxane rubber, and dimethylsiloxane / butylacrylate composite rubber are preferable in terms of weather resistance and mechanical properties, and dimethylsiloxane rubber and dimethylsiloxane / butylacrylate composite rubber are easily available and economical. Most preferred.
  • the organosiloxane polymer portion contains at least 10% by weight with respect to 100% by weight of the entire core layer so as not to impair mechanical properties at low temperatures. It is preferable.
  • examples of the monomer constituting the styrene polymer used for forming the core layer include styrene, ⁇ -methylstyrene, monochlorostyrene, dichlorostyrene and the like. Styrene is preferable.
  • Examples of the monomer constituting the (meth) acrylate polymer used for forming the core layer include, for example, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, Alkyl (meth) acrylates such as octyl (meth) acrylate, dodecyl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate and behenyl (meth) acrylate; aromatic ring containing phenoxyethyl (meth) acrylate and benzyl (meth) acrylate ( (Meth) acrylates; hydroxyalkyl (meth) acrylates such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate and 4-hydroxybutyl (meth) acrylate; glycidyl (meth) acrylate, glycidylalkyl ( Glycidyl (
  • the (meth) acrylate monomers may be used alone or in combination of two or more.
  • the monomer constituting the (meth) acrylate polymer is preferably methyl methacrylate, ethyl methacrylate, or butyl methacrylate. Therefore, a preferable (meth) acrylate polymer is a hard (meth) acrylate polymer, unlike a soft (meth) acrylate polymer such as rubber elasticity.
  • the core layer may have a crosslinked structure introduced into a polymer component obtained by polymerizing the monomer or an organosiloxane polymer component.
  • a method for introducing a crosslinked structure a generally used method can be employed.
  • a method for introducing a cross-linked structure into a polymer component obtained by polymerizing the above monomer a method in which a cross-linkable monomer such as a polyfunctional monomer or a mercapto group-containing compound is added to the monomer constituting the polymer component and then polymerized. Etc.
  • a method for introducing a crosslinked structure into an organosiloxane polymer a method in which a polyfunctional alkoxysilane compound is partially used at the time of polymerization, or a reactive group such as a vinyl reactive group, a mercapto group, or a methacryloyl group is used. Introduce into a siloxane polymer and then add a vinyl polymerizable monomer or organic peroxide to cause a radical reaction, or an organosiloxane polymer with a crosslinkable monomer such as a polyfunctional monomer or a mercapto group-containing compound. Examples of the method include adding and then polymerizing.
  • butadiene is not included, and allylalkyl (meth) acrylates such as allyl (meth) acrylate and allylalkyl (meth) acrylate; allyloxyalkyl (meth) acrylates; (poly) ethylene glycol di It has two or more (meth) acryl groups such as (meth) acrylate, butanediol di (meth) acrylate, ethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, and tetraethylene glycol di (meth) acrylate.
  • Polyfunctional (meth) acrylates diallyl phthalate, triallyl cyanurate, triallyl isocyanurate, divinylbenzene and the like. Particularly preferred are allyl methacrylate, triallyl isocyanurate, butanediol di (meth) acrylate, and divinylbenzene.
  • the Tg of the core layer is preferably greater than 0 ° C, more preferably 20 ° C or more, and 50 ° C or more. More preferably, it is more preferably 80 ° C. or higher, and most preferably 120 ° C. or higher.
  • At least one monomer having a Tg of a homopolymer larger than 0 ° C. is 50 to 100%. And containing 0 to 50% by weight (more preferably 1 to 35% by weight) of at least one monomer having a Tg of less than 0 ° C. Polymers to be used.
  • the core layer has a crosslinked structure introduced therein.
  • Tg is raised by introducing a crosslinked structure. Examples of the method for introducing a crosslinked structure include the above-described methods.
  • Examples of the monomer having a Tg higher than 0 ° C. include, but are not limited to, those containing one or more of the following monomers.
  • unsubstituted vinyl aromatic compounds such as styrene and 2-vinylnaphthalene
  • vinyl-substituted aromatic compounds such as ⁇ -methylstyrene
  • 3-methylstyrene 4-methylstyrene, 2,4-dimethylstyrene, 2
  • Alkylated vinyl aromatic compounds such as 5-dimethylstyrene, 3,5-dimethylstyrene and 2,4,6-trimethylstyrene
  • alkoxylated vinyl aromatic compounds such as 4-methoxystyrene and 4-ethoxystyrene
  • 2 -Halogenated vinyl aromatic compounds such as chlorostyrene and 3-chlorostyrene
  • ester-substituted vinyl aromatic compounds such as 4-acetoxystyrene
  • hydroxylated vinyl aromatic compounds such
  • Further examples include monomers such as acrylamide, isopropylacrylamide, N-vinylpyrrolidone, isobornyl methacrylate, dicyclopentanyl methacrylate, 2-methyl-2-adamantyl methacrylate, 1-adamantyl acrylate, and 1-adamantyl methacrylate.
  • monomers such as acrylamide, isopropylacrylamide, N-vinylpyrrolidone, isobornyl methacrylate, dicyclopentanyl methacrylate, 2-methyl-2-adamantyl methacrylate, 1-adamantyl acrylate, and 1-adamantyl methacrylate.
  • the core layer often has a single layer structure, but may have a multilayer structure.
  • the polymer composition of each layer may be different. That is, a third layer having a different polymer composition is further formed on a two-layer core having a second layer having a different polymer composition on the outside of the first core layer, and a third layer having a different polymer composition.
  • the core layer which consists of may be sufficient.
  • the second layer of the two-layer core or the third layer of the three-layer core is made of a polymer obtained by polymerizing a polyfunctional monomer such as triallyl isocyanurate described above as a main component, a shell polymer described later is grafted. There is a merit that makes it easier.
  • the formation of the multi-layer core has a drawback that the manufacturing process becomes complicated.
  • the amount of the core component in 100% by weight of the core-shell polymer (D) is 70 to 95% by weight, preferably 70 to 94% by weight.
  • the outermost shell layer of the core-shell polymer (D), that is, the shell polymer, controls the compatibility with the end-capped polyalkylene oxide (A) and the epoxy resin (B), and effectively disperses the core-shell polymer. To play a role.
  • Such a shell polymer is preferably grafted on the core layer. More precisely, it is preferable that the monomer component used for forming the shell polymer is graft-polymerized to the core polymer forming the core layer, so that the shell polymer and the core are substantially chemically bonded. That is, preferably, the shell polymer is formed by graft polymerization of the shell-forming monomer in the presence of the core polymer, and in this way, the core polymer is graft-polymerized. Covers part or whole. This polymerization operation can be carried out by adding a monomer which is a constituent component of the shell polymer to the latex of the core polymer prepared and existing in the state of an aqueous polymer latex.
  • the shell layer of the core-shell polymer (D) includes a polymer of 60 to 99% by weight of an alkyl group-containing (meth) acrylate monomer, 1 to 40% by weight of an epoxy group-containing vinyl monomer, and 0 to 25% by weight of a different monomer. It is more preferable to include a polymer of 60 to 99% by weight of an alkyl group-containing (meth) acrylate monomer, 1 to 15% by weight of an epoxy group-containing vinyl monomer, and 0 to 15% by weight of a different monomer.
  • a reactive group-containing monomer containing at least one selected from the group consisting of a benzoxazine group and a cyanate ester group may be contained.
  • an epoxy group or a hydroxyl group-containing vinyl monomer is preferably used as a part of the monomer for forming the shell layer. These have a great effect of stabilizing the dispersion of the core-shell polymer in the epoxy resin over a long period of time.
  • the hydroxyl group-containing or epoxy group-containing vinyl monomer is preferably contained in the shell layer forming monomer in an amount of 1 to 40% by weight, more preferably 2 to 35% by weight.
  • the hydroxyl group or epoxy group-containing vinyl monomer is too much in the shell-forming monomer, the dispersion of the core-shell polymer in the epoxy resin tends to become unstable.
  • a polyfunctional monomer having two or more double bonds is used as the shell layer forming monomer
  • a crosslinked structure is introduced into the shell layer.
  • interaction with a core-shell polymer (D) and an epoxy resin (B) falls, As a result, the viscosity of an epoxy resin composition can be lowered
  • the elongation of the cured epoxy resin tends to decrease, if you want to improve the elongation to the maximum, do not use a polyfunctional monomer with two or more double bonds as the monomer for shell layer formation. Is preferred.
  • the polyfunctional monomer is preferably contained in the shell layer forming monomer in an amount of 0.5 to 10% by weight, more preferably 1 to 5% by weight.
  • alkyl group-containing (meth) acrylate monomer examples include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, 2-methoxyethyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, Examples include octyl (meth) acrylate.
  • aromatic vinyl monomer examples include styrene, ⁇ -methylstyrene, p-methylstyrene, divinylbenzene and the like.
  • hydroxyl group-containing vinyl monomer examples include 2-hydroxyethyl (meth) acrylate and 4-hydroxybutyl (meth) acrylate.
  • the monomer having an epoxy group examples include glycidyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate glycidyl ether, allyl glycidyl ether, and the like.
  • glycidyl methacrylate is preferable from the viewpoint of stability and reactivity.
  • polyfunctional monomer having two or more double bonds include the same monomers as the above-mentioned polyfunctional monomer, preferably allyl methacrylate and triallyl isocyanurate.
  • the shell layer may be formed including other monomer components in addition to the monomer components.
  • the ratio of the shell layer in the core-shell polymer (D) is preferably 5 to 30% by weight, more preferably 7 to 20% by weight, based on 100% by weight of the entire core-shell polymer.
  • the ratio of the shell layer is too large, the viscosity of the epoxy resin composition tends to be too high.
  • distribution to the epoxy resin of a core-shell polymer will become difficult.
  • the core-shell polymer (D) is preferably 0.1 to 20% by weight, more preferably 0.2 to 18% by weight, still more preferably 0.4 to 16% by weight in 100% by weight of the toughened epoxy resin composition. Even more preferably, it is 0.6 to 14% by weight. When the amount of the core-shell polymer is within the above range, toughness and thermal shock resistance can be improved.
  • the polymer forming the core layer constituting the core-shell polymer (D) used in the present invention is at least one monomer (first monomer) selected from diene monomers (conjugated diene monomers) and (meth) acrylate monomers.
  • first monomer selected from diene monomers (conjugated diene monomers) and (meth) acrylate monomers.
  • the core layer can be formed by, for example, emulsion polymerization, suspension polymerization, microsuspension polymerization or the like, and for example, the method described in WO 2005/028546 can be used. .
  • the core layer can be formed by, for example, emulsion polymerization, suspension polymerization, microsuspension polymerization, etc.
  • the method described in EP1338625 can be used.
  • the shell layer can be formed by polymerizing a shell layer forming monomer by known radical polymerization.
  • the core layer is obtained as an emulsion of the core-shell polymer (D) precursor
  • the polymerization of the monomer for forming the shell layer is preferably carried out by an emulsion polymerization method. For example, it is produced according to the method described in WO2005 / 028546. be able to.
  • alkyl or aryl sulfonic acid represented by dioctylsulfosuccinic acid and dodecylbenzenesulfonic acid
  • alkyl or arylether sulfonic acid alkyl or aryl represented by dodecylsulfuric acid, and the like.
  • the dispersion stability of the aqueous latex of the core-shell polymer (D) is hindered, it is preferable to reduce the amount of emulsifier (dispersant) used.
  • an emulsifier (dispersant) is so preferable that the water solubility is high. When the water solubility is high, the emulsifier (dispersant) can be easily removed by washing with water, and adverse effects on the finally obtained polyol composition can be easily prevented.
  • Thermal initiators such as 2,2′-azobisisobutyronitrile, organic peroxides, hydrogen peroxide, potassium persulfate, and ammonium persulfate are well known as initiators for the emulsion polymerization method.
  • organic peroxide is particularly preferable.
  • Preferred organic peroxides include t-butyl peroxyisopropyl carbonate, paramentane hydroperoxide, cumene hydroperoxide, dicumyl peroxide, t-butyl hydroperoxide, di-t-butyl peroxide, di-t- Examples include hexyl peroxide. Among them, di-t-butyl peroxide (T10: 124 ° C.) paramentane hydroperoxide (T10: 128 ° C.) having a thermal decomposition temperature (hereinafter also referred to as T10) having a 10-hour half-life of 120 ° C.
  • Use of organic peroxides such as cumene hydroperoxide (T10: 158 ° C.) and t-butyl hydroperoxide (T10: 167 ° C.) is preferable in that the MEK insoluble content of the core-shell polymer (D) can be increased. .
  • organic peroxides such as sodium formaldehyde sulfoxylate and glucose as necessary, transition metal salts such as iron (II) sulfate as necessary, and disodium ethylenediaminetetraacetate as necessary
  • reducing agents such as sodium formaldehyde sulfoxylate and glucose
  • transition metal salts such as iron (II) sulfate as necessary
  • disodium ethylenediaminetetraacetate it is preferable to use a redox-type initiator that is used in combination with a chelating agent, and, if necessary, a phosphorus-containing compound such as sodium pyrophosphate.
  • the polymerization can be performed at a low temperature at which the peroxide is not substantially thermally decomposed, and the polymerization temperature can be set in a wide range, which is preferable.
  • the amount of the initiator used, or the redox type initiator is used, the amount of the reducing agent / transition metal salt / chelating agent used may be within a known range.
  • chain transfer agents can be used if necessary.
  • the chain transfer agent is not particularly limited as long as it is used in ordinary emulsion polymerization.
  • chain transfer agent examples include t-dodecyl mercaptan, n-octyl mercaptan, n-tetradecyl mercaptan, n-hexyl mercaptan and the like.
  • the polymerization temperature, pressure, deoxygenation, and other conditions during the polymerization can be within the known ranges.
  • the end-capped polyalkylene oxide is a polyalkylene oxide having a number average molecular weight of 1500 to 5000 and having 40% or more of all ends capped with at least one selected from an alkyl group, an allyl group, and an aryl group.
  • the core-shell polymer comprises 70 to 95% by weight of a core layer selected from the group consisting of diene rubber, (meth) acrylate rubber, organosiloxane rubber, styrene polymer and (meth) acrylate polymer;
  • the shell layer preferably contains 5 to 30% by weight containing a polymer of a monomer mixture containing at least the containing (meth) acrylate monomer and the epoxy group-containing vinyl monomer.
  • the end-capped polyalkylene oxide is a polyalkylene oxide having a number average molecular weight of 1600 to 4800, 70% or more of all terminals blocked with an alkyl group and / or an allyl group
  • the core-shell polymer is a diene-based polymer.
  • a shell layer containing a polymer of a monomer mixture containing at least a group-containing vinyl monomer.
  • another compounding component can be used as needed.
  • Any other compounding component can be used without particular limitation as long as it is used in an ordinary epoxy resin composition.
  • fillers such as silica and calcium carbonate, dehydrating agents such as calcium oxide, anti-tracking agents and flame retardants such as aluminum hydroxide, heat dissipation agents such as aluminum oxide, silane coupling agents, antifoaming agents, anti-settling agents Agents, thixotropic agents, colorants such as pigments and dyes, extender pigments, UV absorbers, antioxidants, stabilizers (anti-gelling agents), plasticizers, leveling agents, antistatic agents, flame retardants, lubricants , Thickeners, low shrinkage agents, organic fillers, thermoplastic resins, desiccants, dispersants and the like.
  • the glass fiber, carbon fiber, etc. which are used for fiber reinforced resin can also be used.
  • the silane coupling agent is particularly preferable because it improves the adhesion between the filler, the adhesive substrate, the glass fiber, the carbon fiber, and the like and the resin.
  • Specific examples include 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, and the like.
  • the amount used is preferably 0.1 to 2% by weight based on 100% by weight of the epoxy resin composition.
  • the antifoaming agent may be appropriately selected from, for example, silicone-based, fluorine-based, acrylic-based, polyoxyethylene-based, and polyoxypropylene-based antifoaming agents. Specific examples include BYK-A500 and BYK-1790 manufactured by Big Chemie. The amount used is preferably 0.01 to 4% by weight with respect to 100% by weight of the epoxy resin composition. Moreover, when a filler etc. are used for an epoxy resin composition, since the storage stability is improved, it is preferable to mix
  • an additive that enhances the thixotropy of the epoxy resin composition such as fumed silica or finely divided organic bentonite, is preferable.
  • the amount of the antisettling agent used is preferably 0.1 to 10% by weight based on 100% by weight of the epoxy resin composition.
  • These anti-settling agents can be used as a thixotropic agent in an adhesive formulation. The same amount is preferable.
  • the flame retardant examples include inorganic flame retardants such as aluminum hydroxide and magnesium hydroxide, halogenated flame retardants such as tetrabromobisphenol A and modified products thereof, tetrabromophthalate, triphenyl phosphate, bisphenol A bis (diphenyl) phosphate, and Examples thereof include phosphorus-based flame retardants such as reactive bisphenol A bis (diphenyl) phosphate, and silicone-based flame retardants.
  • the flame retardant is preferably used in an amount of 1 to 200 weights per 100 weight parts of the epoxy resin (B).
  • the toughened epoxy resin composition of the present invention is a cured product composed of an end-capped polyalkylene oxide (A) having a number average molecular weight of 1500 to 5000, an epoxy resin (B), an epoxy curing agent (C), and a core-shell polymer (D). It is an adhesive resin composition.
  • the toughened epoxy resin composition is prepared by a method in which the core-shell polymer (D) is dispersed in the epoxy resin (B), the end-capped polyalkylene oxide (A), and the epoxy curing agent (C) are mixed. Is done.
  • the toughened epoxy resin composition is a method of mixing a dispersion in which the core-shell polymer (D) is dispersed in the end-capped polyalkylene oxide (A) with the epoxy resin (B) and the epoxy curing agent (C). It is prepared by.
  • a dispersion in which the core-shell polymer (D) is dispersed in the polyalkylene oxide (A) or the epoxy resin (B) in the form of primary particles It is preferable in that it is easy to control.
  • Various methods can be used to obtain the dispersion in which the core-shell polymer (D) is dispersed in the polyalkylene oxide (A) or the epoxy resin (B) in the form of primary particles.
  • the core-shell polymer (D) obtained in step 1 is brought into contact with the polyalkylene oxide (A) or the epoxy resin (B), unnecessary components such as water are removed, and the core-shell polymer (D) is once extracted into an organic solvent.
  • the method of removing an organic solvent after mixing with a polyalkylene oxide (A) or an epoxy resin (B) later it is preferable to use the method described in International Publication No. 2005/0285546.
  • the specific production method is as follows.
  • An aqueous latex containing the core-shell polymer (D) (specifically, a reaction mixture after producing the core-shell polymer by emulsion polymerization) has a solubility in water at 20 ° C. of 5% or more.
  • the core-shell polymer After mixing with an organic solvent of 40% or less and further mixing with excess water, the core-shell polymer is agglomerated, and after the aggregated core-shell polymer (D) is separated and recovered from the liquid phase, the organic solvent again
  • the organic solvent solution is further mixed with the polyalkylene oxide (A) or the epoxy resin (B) after the second step of obtaining an organic solvent solution of the core-shell polymer (D), and then the organic solvent is distilled off. It is preferable to prepare including a 3rd process.
  • the polyalkylene oxide (A) or the epoxy resin (B) is liquid at 23 ° C. because the third step becomes easy.
  • “Liquid at 23 ° C.” means that the softening point is 23 ° C. or lower, and indicates fluidity at 23 ° C.
  • the primary particle dispersion composition in which the core-shell polymer (D) is dispersed in the state of primary particles in the polyalkylene oxide (A) or the epoxy resin (B) obtained through the above steps.
  • polyalkylene oxide (A) or epoxy resin (B) is added to appropriately dilute the primary particle dispersion composition, and further, epoxy curing agent (C) is additionally mixed.
  • the epoxy resin composition of the present invention in which the core-shell polymer (D) is dispersed can be obtained by mixing the other blending components.
  • the powdery core-shell polymer (D) obtained by solidifying by a method such as salting out and drying is obtained by using a disperser having a high mechanical shearing force such as a three paint roll, a roll mill, or a kneader.
  • a disperser having a high mechanical shearing force such as a three paint roll, a roll mill, or a kneader.
  • a mechanical shearing force is applied to the polyalkylene oxide (A) or the mixture of the epoxy resin (B) and the core-shell polymer (D) at a high temperature, whereby the core-shell polymer (D) is converted into the polyalkylene oxide (A) or the epoxy. It enables efficient dispersion in the resin (B).
  • the temperature at the time of dispersion is preferably 50 to 200 ° C, more preferably 70 to 170 ° C, still more preferably 80 to 150 ° C, and particularly preferably 90 to 120 ° C.
  • the core-shell polymer (D) may not be sufficiently dispersed.
  • the temperature is higher than 200 ° C, the polyalkylene oxide (A), the epoxy resin (B) and the core-shell polymer (D) are heated. May deteriorate.
  • the epoxy resin composition of the present invention is prepared by mixing polyalkylene oxide (A), epoxy resin (B), epoxy curing agent (C), and core-shell polymer (D) as two liquids of a main component and a curing component. May be.
  • the epoxy resin composition of the present invention is prepared by mixing a polyalkylene oxide (A), an epoxy resin (B), and a core-shell polymer (D) as a main component and an epoxy curing agent (C) as a curing component and then mixing them.
  • the mixed component of the polyalkylene oxide (A) and / or the core-shell polymer (D) and the epoxy curing agent (C) may be used as a curing agent component and then mixed with a main component composed of an epoxy resin.
  • An epoxy resin composition may be prepared.
  • the present invention includes a cured product formed from the above epoxy resin composition.
  • the obtained cured product is excellent in heat resistance and toughness.
  • the toughened epoxy resin composition of the present invention becomes a cured product having excellent heat resistance and toughness, it is suitable for various uses such as adhesives, paints, and composite materials.
  • Tg glass transition temperature
  • the cured product obtained by evaluation of toughness or thermal shock resistance was cut with a diamond cutter.
  • measurement was performed under a nitrogen flow with a differential scanning calorimeter DSC220C manufactured by Seiko Instruments Inc.
  • the temperature was raised from 50 ° C. to 220 ° C. at a rate of 20 ° C. for 1 minute, and immediately after that, the temperature history was lowered to 40 ° C. for 1 minute to 50 ° C. to erase the thermal history. Thereafter, the glass transition temperature was measured by raising the temperature from 50 ° C. to 220 ° C. at a rate of temperature increase of 20 ° C. for 1 minute.
  • the filler-containing epoxy resin composition was cast into a mold set so that a stainless steel hexagon nut (size M10) was embedded in the center and cured by heating (curing). The conditions are shown in the practical example).
  • the obtained cured product having a diameter of 30 mm and a height of 10 mm was subjected to a heat cycle test with one cycle of 150 ° C. for 30 minutes and ⁇ 40 ° C. for 30 minutes. The number of cycles where cracks occurred in the cured product was recorded. The higher the value, the higher the thermal shock resistance.
  • Shear adhesive strength In accordance with JIS K 6850, a compound (toughened epoxy resin composition) is applied and bonded between two aluminum plates (A2024-T3) with dimensions of 25 ⁇ 100 ⁇ 1.6 mm. In addition, the adhesive thickness was 250 ⁇ m. This was cured at room temperature for 20 hours and further at 80 ° C. for 3 hours. Thereafter, a tensile shear adhesion test was performed on the test piece at 23 ° C. under a test speed of 1 mm / min.
  • a dispersion (E) was prepared by dispersing the core-shell polymer (D) in the end-capped polyalkylene oxide (A) or the epoxy resin (B).
  • A-1 PTA3000, allyl-terminated polypropylene oxide in which the end of polyoxypropylene triol having a number average molecular weight of 3000 described in Synthesis Example 1 is blocked with an allyl group: the end-capping rate is 90% or more.
  • A-2 PTA4000, an allyl-terminated polypropylene oxide having a number-average molecular weight of 4000 polyoxypropylene triol blocked in the allyl group described in Synthesis Example 2 below: the end-capping rate is 90% or more.
  • A-3 PDA3000, allyl-terminated polypropylene oxide in which the ends of polyoxypropylene diol having a number average molecular weight of 3000 described in Synthesis Example 3 are blocked with an allyl group: the end-capping rate is 90% or more.
  • PDA 3000-35 An allyl-terminated polypropylene oxide having a number-average molecular weight of 3000 polyoxypropylenediol capped with an allyl group as described in Synthesis Example 5 below: The end-capping rate is about 35%.
  • A-6 PPG 3000, polyoxypropylene diol having a number average molecular weight of 3000 (manufactured by Mitsui Chemicals, Actol D-3000: terminal blocking rate of about 0%)
  • A-7 PPT 3000, polyoxypropylene triol having a number average molecular weight of 3000 (manufactured by Mitsui Chemicals, Actol T-3000: terminal blocking rate of about 0%)
  • A-8 PMB3000, polyoxypropylene glycol monobutyl ether having a number average molecular weight of 3000 (manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., Newpol LB-3000: terminal blocking rate of about 50%)
  • A-10 PMB1200, polyoxypropy
  • C-1 MTHPA-1% 2E4MZ, methyltetrahydrophthalic anhydride (HN2200 manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) and 1% 2-ethyl-4-methylimidazole (Curesol 2E4MZ manufactured by Shikoku Chemicals Co., Ltd.)
  • C-2 A mixture of IPD-D230, isophorone diamine (Evonik VESTAMIN IPD) and polypropylene glycol diamine (Huntsman JEFFAMINE D230).
  • C-3 V-140, polyamide (VERSAMID 140 manufactured by BASF)
  • F-1 CMC-12S, crystalline silica (manufactured by Tatsumori, Crystallite CMC-12S, median diameter D50: 6 ⁇ m)
  • G-1 BYK-1790, antifoaming agent (BYK)
  • H-1 A product obtained by adding CTBN-Adduct and butadiene acrylonitrile rubber (CTBN) to bisphenol A diglycidyl ether.
  • CTBN content of 40% by weight HyPox RA1340, manufactured by CVC
  • H-2 DY965, polyol reactive toughener (DY965 manufactured by Huntsman)
  • TS-720 fumed silica (manufactured by Cabot, CAB-O-SIL TS-720)
  • branched polypropylene oxide PTA3000 having a number average molecular weight of about 3000 in which about 90% of the polymer terminals are allyl groups was obtained.
  • Synthesis Example 1-2 Allyl-terminated polypropylene oxide, PTA4000
  • Synthesis Example 1-1 instead of polyoxypropylene triol having a number average molecular weight of 3000, 100 parts (0.025 equivalent) of polyoxypropylene triol having a number average molecular weight of 4000 (Accor T-4000 manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) was added.
  • Synthesis Example 1-1 except that 6.1 parts of allyl chloride (0.08 equivalents) was used, a branch having a number average molecular weight of about 4000 where about 90% of the polymer ends are allyl groups.
  • Polypropylene oxide: PTA4000 was obtained.
  • Synthesis Example 1-3 Allyl-terminated polypropylene oxide, PDA3000
  • Synthesis Example 1-1 instead of polyoxypropylene triol having a number average molecular weight of 3000, 100 parts (0.033 equivalent) of polyoxypropylene diol having a number average molecular weight of 3000 (Actol D-3000 manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.)
  • Synthesis Example 1-1 except that 6.7 parts of allyl chloride (0.875 equivalents) was used, the number average molecular weight of which about 90% of the polymer terminals are allyl groups was about 3000.
  • Linear polypropylene oxide: PDA3000 was obtained.
  • Synthesis Example 1-4 allyl-terminated polypropylene oxide, PDA 3000-50
  • Synthesis Example 1-3 except that 4.0 parts (0.525 equivalents) of allyl chloride was used, the number average molecular weight in which about 50% of the polymer ends were allyl groups was the same as in Synthesis Example 1-3.
  • Synthesis Example 1-5 Allyl-terminated polypropylene oxide, PDA 3000-35
  • Synthesis Example 1-3 except that 2.6 parts of allyl chloride (0.205 equivalent) was used, the number average molecular weight in which about 35% of the polymer ends are allyl groups was the same as in Synthesis Example 1-3.
  • the amount of the rubber component of the core-shell polymer (D-1) was 81% from the charged amount and the reaction rate.
  • the arithmetic average particle diameter of the core-shell polymer (D-1) contained in the obtained latex was 0.15 ⁇ m, and the MEK insoluble content was 98%.
  • Synthesis Example 2-2-2 Preparation of Latex (D-2LX) Containing Core-Shell Polymer (D-2)
  • ⁇ ST7 part, GMA7 part, MMA107 part, CHP0 In the same manner as in Synthesis Example 2-2-1 except that ⁇ ST2 part, GMA2 part, MMA35 part, CHP0.1 part> was used instead of 4 parts>, a latex of core-shell polymer (D-2) (D -2LX).
  • the polymerization reaction rate was 99% or more.
  • the amount of the rubber component of the core-shell polymer (D-2) was 93% from the charged amount and the reaction rate.
  • the arithmetic average particle diameter of the core-shell polymer (D-2) contained in the obtained latex was 0.14 ⁇ m, and the MEK insoluble content was 98%.
  • Synthesis Example 2-2-3 Preparation of Latex (D-3LX) Containing Core-Shell Polymer (D-3)
  • Synthesis Example 2-2-1 ⁇ ST7 part, GMA7 part, MMA107 part, CHP0.
  • a latex of core-shell polymer (D-3) (D -3LX).
  • the polymerization reaction rate was 99% or more.
  • the amount of the rubber component of the core-shell polymer (D-3) was 70% from the amount charged and the reaction rate.
  • the arithmetic average particle diameter of the core-shell polymer (D-3) contained in the obtained latex was 0.16 ⁇ m, and the MEK insoluble content was 98%.
  • the obtained latex was poured into a large amount of methanol, and the resulting precipitate was filtered off and dried under reduced pressure at room temperature to obtain a core-shell polymer powder (D-3P).
  • Synthesis Example 2-3-2 Preparation of Dispersion (E-2) Based on Epoxy Resin (B-1) Core Shell Instead of Core-Shell Polymer Aqueous Latex (D-1LX) Used in Synthesis Example 2-3-1
  • E-2) was obtained.
  • Synthesis Example 2-3-3 Preparation of Dispersion (E-3) Based on Epoxy Resin (B-1) Core Shell Instead of Core-Shell Polymer Aqueous Latex (D-1LX) Used in Synthesis Example 2-3-1
  • Examples 1 to 8, Comparative Examples 1 to 9 In accordance with the formulation shown in Table 1, each component was weighed and mixed uniformly using a stirrer (automatic revolution mixer, Awatori Nertaro, manufactured by Shinky Co., Ltd.). The mixture was defoamed under reduced pressure to obtain a toughened epoxy resin composition. The obtained composition was cured at 100 ° C. for 1 hour and at 150 ° C. for 3 hours to obtain a cured product. Using the obtained cured product, evaluation of fracture toughness, glass transition temperature, and thermal shock resistance were measured. The results including the blend viscosity of the toughened epoxy resin composition are shown in Table 1.
  • the toughened epoxy resin composition of the present invention has a low viscosity without an increase in viscosity, and the cured product obtained from the toughened epoxy resin composition of the present invention has heat resistance and toughness. Recognize.
  • Example 9 to 13 Comparative Examples 10 to 13
  • each component was weighed and mixed uniformly using a stirrer (automatic revolution mixer, Awatori Kentaro, manufactured by Shinky Co., Ltd.). The mixture was defoamed under reduced pressure to obtain a toughened epoxy resin composition. The obtained composition was cured at 23 ° C. for 20 hours and post-cured at 130 ° C. for 2 hours to obtain a cured product. Using the obtained cured product, evaluation of fracture toughness and glass transition point were measured. Table 2 shows the results including the viscosity of the toughened epoxy resin composition.
  • the toughened epoxy resin composition of the present invention has a low viscosity without an increase in viscosity, and the cured product obtained from the toughened epoxy resin composition of the present invention has heat resistance and toughness. Recognize.
  • Example 14 Comparative Examples 14 to 15
  • each component was weighed and uniformly mixed using a stirrer (automatic revolution mixer, Awatori Kentaro, manufactured by Shinky Co., Ltd.). The mixture was defoamed under reduced pressure to obtain a toughened epoxy resin composition.
  • the obtained composition was impregnated into a 15 cm ⁇ 15 cm glass cloth (300 g / m 2 ) using a roller. Twelve of these were prepared, laminated, and pressed at 100 ° C. for 1 hour and subsequently at 150 ° C. for 3 hours to obtain a fiber-reinforced composite material. Delamination evaluation was performed using the obtained composite material.
  • the results including the viscosity of the toughened epoxy resin composition are shown in Table 3.
  • the toughened epoxy resin composition of the present invention has a low viscosity without increasing the viscosity, and the toughened epoxy resin composition of the present invention is difficult to delaminate.
  • each component other than the epoxy curing agent and antifoaming agent was first weighed and uniformly mixed using a stirrer (automatic revolution mixer, Awatori Kentaro, manufactured by Shinky Corporation). Then, an epoxy curing agent and an antifoaming agent were added and mixed uniformly using the same stirring device. The mixture was defoamed under reduced pressure to obtain a toughened epoxy resin composition. The obtained composition was cured at 100 ° C. for 1 hour and at 150 ° C. for 3 hours to obtain a cured product. Using the obtained cured product, the glass transition temperature and the thermal shock resistance were measured. Table 4 shows the results including the compounding viscosity of the toughened epoxy resin composition.
  • the toughened epoxy resin composition of the present invention has a low viscosity without increasing the viscosity, and the cured product obtained from the toughened epoxy resin composition of the present invention is extremely good with respect to heat resistance and thermal shock resistance. It can be seen that this has a physical property balance.
  • Example 16 Comparative Examples 19 to 27
  • each component was weighed and uniformly mixed using a stirrer (automatic revolution mixer, Awatori Nertaro, manufactured by Shinky Co., Ltd.). The mixture was defoamed under reduced pressure to obtain a toughened epoxy resin composition. Using the obtained composition, a tensile shear adhesion test piece was prepared, and the shear adhesion strength was evaluated. The results are shown in Table 5.

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Abstract

本発明の強靭化エポキシ樹脂組成物は、数平均分子量1500~5000の末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)、エポキシ樹脂(B)、エポキシ硬化剤(C)およびコアシェルポリマー(D)を含み、末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)の全末端の40%以上の末端が、アルキル基、アリル基、およびアリール基から選ばれる少なくとも1種で封鎖されており、末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)とコアシェルポリマー(D)の重量比率が10/90~90/10であり、コアシェルポリマー(D)がジエン系ゴム、(メタ)アクリレート系ゴム、オルガノシロキサン系ゴム、スチレン系ポリマーおよび(メタ)アクリレート系ポリマーよりなる群から選択される1種以上のコア層を有し、(D)のコア成分量が70~95重量%であることを特徴とする。本発明によれば、粘度が低く、得られる硬化物は、優れた耐熱性および強靭性を有する。

Description

強靭化エポキシ樹脂組成物
 本発明は、強靱化エポキシ樹脂、強靱化エポキシ樹脂組成物の製造方法、および強靱化エポキシ樹脂組成物から形成される硬化物に関する。
 エポキシ樹脂は、その硬化物が耐熱性、機械特性や耐薬品性などに優れることから、古くから幅広い用途で使用されている。しかしながら、エポキシ樹脂の硬化物は脆いという欠点があり、多くの場合、強靭化が必要になる。そこで、エポキシ樹脂の強靭化の手法として、エポキシ樹脂にゴム成分を改質剤として添加するさまざまな方法が検討され適用されてきた。
 たとえば、末端カルボン酸を有するブタジエン・アクリロニトリル液状ゴム(CTBN)のような反応性液状ゴムやニトリルゴムを添加する方法がある(たとえば、特許文献1)。この技術では、反応性液状ゴムやニトリルゴムは、一旦エポキシ樹脂へ溶解した後、硬化時に相分離する。他方、ゴム成分が、エポキシ樹脂との反応あるいはエポキシ樹脂との強い相互作用のため、硬化後のエポキシ樹脂相にゴム成分が一部溶解し残存することになる。このために、硬化物のガラス転移温度(以下、Tgとも言う。)が、大きく低下してしまうという問題がある。
 特許文献2には、分子量1000~3000のポリエーテルポリオールをエポキシ樹脂の強靭化剤として用いることが記載されている。この方法では、エポキシ樹脂の硬化物は強靭化されるが、Tgの低下は避けられない。
 特許文献3では、分子量7000より大きいポリエーテルポリオールを用いることで、エポキシ樹脂の硬化物のTgを下げずに強靭化されることが記載されている。しかしながら、この方法では、用いるポリエーテルポリオールの分子量が大きいことから、配合物の粘度上昇が起こり、また貯蔵安定性が悪くなる。
 特許文献4、特許文献5では、ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドあるいはポリブチレンオキシドとからなるブロック型のポリエーテルポリオールを用いることが記載されている。しかしながら、いずれの技術でもエポキシ樹脂硬化物の強靭化が不十分である。
 他方、特許文献6では、ポリオキシアルキレンポリオールとコアシェルラバーを併用することが記載されている。しかし、この方法では、ポリオキシアルキレンポリオールを用いることで、低粘度な配合物を得ることができるが、強靭性を犠牲にしなければならない。また、ポリオールの使用割合が多くなるとTgが低下する。
 こうしたことから、配合物の粘度が低く、その硬化物のTgを低下させずに強靭化する方法が依然として求められている。
米国特許第3208980号明細書 米国特許第4497945号明細書 米国特許第8927677号明細書 特開平9-324110号公報 米国特許第7923073号明細書 米国特許出願公開第2015/0274962号明細書
 本発明の目的は、粘度が低く取り扱いやすく、優れた耐熱性および強靭性を有する硬化物となる強靱化エポキシ樹脂組成物を提供することである。また、本発明は、耐熱衝撃性、耐層間剥離性を有する硬化物となる強靱化エポキシ樹脂組成物、接着性を有する強靱化エポキシ樹脂組成物を提供することも課題として掲げた。
 すなわち、本発明は、数平均分子量1500~5000の末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)、エポキシ樹脂(B)、エポキシ硬化剤(C)およびコアシェルポリマー(D)を含み、末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)の全末端の40%以上の末端が、アルキル基、アリル基、およびアリール基から選ばれる少なくとも1種で封鎖されており、末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)とコアシェルポリマー(D)の重量比率が10/90~90/10であり、コアシェルポリマー(D)がジエン系ゴム、(メタ)アクリレート系ゴム、オルガノシロキサン系ゴム、スチレン系ポリマーおよび(メタ)アクリレート系ポリマーよりなる群から選択される1種以上のコア層を有し、(D)のコア成分量が70~95重量%であることを特徴とする強靭化エポキシ樹脂組成物に関する。
2)さらに、本発明は、末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)がポリプロピレンオキシド、ポリブチレンオキシドおよびオキシ-3-メチルテトラメチレン/オキシブチレン共重合体から選ばれる少なくとも1種である強靭化エポキシ樹脂組成物であることが好ましい。
3)さらに、本発明は、末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)の末端が、アリル基および/またはアルキル基で封鎖されている強靭化エポキシ樹脂組成物であることが好ましい。
4)さらに、本発明は、末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)の全末端数の70%以上の末端が封鎖されている強靭化エポキシ樹脂組成物であることが好ましい。
5)さらに、本発明は、コアシェルポリマー(D)のシェル層が、アルキル基含有(メタ)アクリレートモノマー60~99重量%、エポキシ基含有ビニルモノマー1~40重量%、およびこれらと異なるモノマー0~25重量%の重合物を含む強靭化エポキシ樹脂組成物であることが好ましい。
6)さらに、本発明は、強靭化エポキシ樹脂組成物に占める末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)が、末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)とエポキシ樹脂(B)とエポキシ硬化剤(C)とコアシェルポリマー(D)の合計100重量%中、0.5~20重量%である強靭化エポキシ樹脂組成物であることが好ましい。
7)さらに、本発明は、コアシェルポリマー(D)がエポキシ樹脂(B)中に分散している分散体と、末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)およびエポキシ硬化剤(C)を混合することを特徴とする強靭化エポキシ樹脂組成物の製造方法に関する。
8)さらに、本発明は、コアシェルポリマー(D)が末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)中に分散している分散体と、エポキシ樹脂(B)およびエポキシ硬化剤(C)を混合することを特徴とする強靭化エポキシ樹脂組成物の製造方法に関する。
9)さらに、本発明は、上記強靭化エポキシ樹脂組成物から形成される硬化物に関する。
 本発明の強靭化エポキシ樹脂組成物は、粘度が低く、また、それから得られる硬化物は、優れた耐熱性および強靭性を有する。また、本発明によれば、耐熱衝撃性、耐層間剥離性、接着性の効果も奏する。
 本発明の強靭化エポキシ樹脂組成物は、末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)、エポキシ樹脂(B)、エポキシ硬化剤(C)およびコアシェルポリマー(D)を含有する。
 ポリアルキレンオキシポリオールは、エポキシ樹脂組成物の低粘度化および強靭化のため古くから使用されている。また、コアシェルポリマーとの併用もすでに検討されているが、エポキシ樹脂の耐熱性を維持して、強靭性を十分に改善することは依然難しい。さらにはコアシェルポリマーを使用すると粘度が上昇するので、配合物の粘度上昇をいかに抑えるかも問題である。
 本発明の驚くべき点は、コアシェルポリマーと末端封鎖ポリアルキレンオキシドを併用すると、それぞれ単独で使用したときよりも、強靭化効果が全く予想外に大きく、相乗効果を示すことである。これは、ポリオキシアルキレンポリオールとコアシェルポリマーを用いた特許文献6には見られない効果である。
 強靭性の指標として、破壊靱性や耐熱衝撃性が用いられるが、これらは必ずしも相関しておらず、破壊靱性が高くても、耐熱衝撃性が低い場合もあるし、その逆もある。これに対し、本発明では、両方の物性を同時に向上させることができ、エポキシ樹脂の硬化物のTgも維持される。さらには、得られるエポキシ樹脂組成物の粘度上昇も大きくなく、きわめて物性バランス(破壊靭性、耐熱衝撃性、耐層間剥離性、接着性)に優れた強靭化エポキシ樹脂組成物が得られる。
 以下、本発明の強靭化エポキシ樹脂組成物について詳述する。
<末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)>
 本発明の末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)は、数平均分子量1500~5000を有しており、その主鎖構造としては、-R-O-で示される構造を繰り返し単位とする重合体であればよく、このとき、Rは炭素数1から20の2価の有機基(少なくともアルキレン基を含む)であればよい。
 末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)の数平均分子量は、破壊靭性の改善の観点から、好ましくは1600~4800、より好ましくは1700~4600、さらに好ましくは1800~4400である。数平均分子量は、例えば、ポリスチレン換算に基づいたゲル浸透クロマトグラフィーを用いて測定することができる。
 2価の有機基の炭素数は、より好ましくは2~10であり、さらに好ましくは2~6である。2価の有機基は、少なくともアルキレン基を含み、アルキレン基が脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、および脂環式炭化水素基からなる群より選択される基で置換されていてもよい。
 脂肪族炭化水素基は、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等の直鎖アルキル基;iso-プロピル基、tert-ブチル基等の分岐鎖アルキル基;ビニル基、アリル基、1-プロペニル基、1-ブテニル基等のアルケニル基等であることが好ましい。
 脂環式炭化水素基は、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基等のシクロアルキレン基;1-シクロヘキセニル等のシクロアルケニル基であることが好ましい。
 芳香族炭化水素基は、フェニル基、ナフチル基等のアリール基であることが好ましい。
 中でも、2価の有機基は、直鎖又は分岐鎖のアルキレン基であることがより好ましい。
 また、繰り返し単位の全てが同一である単独重合体であってもよく、2つ以上の種類の繰り返し単位を含む共重合体であってもよい。更に、主鎖中に分岐構造を有していてもよく、分岐構造は配合物の粘度を低くできることから好ましい。また、エポキシ樹脂やエポキシ硬化剤と反応しないものが、硬化物のTgを維持しやすいことから好ましい。ただし、炭素数3以上のRを有する-R-O-単位が、全体の80重量%以上であることが好ましい。これよりも含有量が少なくなるとエポキシ樹脂硬化物のTgと強靭性のバランスが悪くなる傾向にある。
 Rに含まれるアルキレン基の具体例としては、-CHCH-、-CH(CH)CH-、-CHCHCHCH-、-CHCH(CH)CHCH-、-CHC(CHCH-等が挙げられる。Rとしては特に-CH(CH)CH-、-CHCHCHCH-、-CHCH(CH)CHCH-が好ましい。
 -R-O-の具体例としては、ポリプロピレンオキシド、オキシエチレン単位を少量含有したポリプロピレンオキシド、ポリブチレンオキシドおよびオキシ-3-メチルテトラメチレン単位を含有したオキシ-3-メチルテトラメチレン/オキシブチレン共重合体などが挙げられる。Tgの低下が少ない点から、ポリプロピレンオキシド、ポリブチレンオキシドおよびオキシ-3-メチルテトラメチレン単位を含有したオキシ-3-メチルテトラメチレン/オキシブチレン共重合体が好ましい。
 前記末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)の全末端数の40%以上の末端は、アルキル基、アリール基、及びアリル基から選ばれる少なくとも1種で封鎖されている。
 すなわち、ポリアルキレンオキシドの末端は、通常、水酸基であるところを、エーテル結合、ウレタン結合、尿素結合、エステル結合、カーボネート結合等を介しアルキル基、アリール基、及びアリル基から選ばれる少なくとも1種で封鎖されることになる。
 アルキル基、アリール基、アリル基の炭素数は、例えば1~8、好ましくは1~6、より好ましくは2~5である。
 アルキル基の具体例としては、-CH、-CHCH、-CHCHCH、-CHCHCHCH、-CHCH(CHCH)CHCHCHCH等が挙げられる。
 アリール基の具体例としては、-C、-C-CH等が挙げられる。
 アリル基の具体例としては、-CH-CH=CH、-CH-C(CH)=CH等が挙げられる。
 中でも、末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)の末端は、アリル基および/またはアルキル基で封鎖されていることが好ましく、アリル基またはブチル基で封鎖されていることがより好ましい。これら末端構造は同一であってもよく、異なっていてもよい。また、ポリアルキレンオキシドは単独で使用してもよく、2種以上併用してもよい。
 本発明において、末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)の全末端の40%以上が封鎖されており、好ましくは全末端の50%以上、より好ましくは全末端の70%以上、更に好ましくは全末端の80%以上、特に好ましくは全末端の90%以上が前記の有機基により封鎖されている。全末端の封鎖率の上限は、例えば100%であり、99%または97%程度であってもよい。全末端の封鎖率が高くなると、破壊靭性、Tg、耐熱衝撃性をより一層改善することができる。
 特にエーテル結合を介して末端封鎖されているものが、配合物の粘度を低くできること、高温下での硬化時においても末端封鎖構造が安定に維持され硬化物のTgが維持されやすいこと、および強靭化効果が高いことから好ましい。さらには、分岐構造を有しているものが、配合粘度を低くできることからより好ましい。
 末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)は、後述するコアシェルポリマー(D)と併用することが必須であり、配合物の粘度を低くしつつ、破壊靱性を向上させ、ガラス転移温度を維持し、耐熱衝撃性を改善するとの観点から、その重量比率ポリアルキレンオキシド(A)/コアシェルポリマー(D)が10/90~90/10であり、15/85~85/15が好ましく、さらに破壊靱性と耐熱衝撃性を改善する観点から、25/75~75/25がより好ましい。この範囲外では、ポリアルキレンオキシド(A)とコアシェルポリマー(D)の併用効果が小さくなる傾向にある。
 また強靭化エポキシ樹脂組成物に占める前記末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)成分は、末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)とエポキシ樹脂(B)とエポキシ硬化剤(C)とコアシェルポリマー(D)の合計100重量%中、0.5~20重量%であることが好ましく、より好ましくは0.6~16重量%、さらに好ましくは0.7~12重量%、さらにより好ましくは1.0~7.0重量%である。少なすぎると、靭性改善効果が見られず、多すぎるとエポキシ樹脂の硬化物の表面に粘着物が見られるようになり、靭性が反って低下する場合がある。
<エポキシ樹脂(B)>
 本発明のエポキシ樹脂(B)としては、分子内に2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂であれば、任意のものを使用することができる。
 例えば、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル等のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂;3,4-エポキシシクロヘキシルメチルカルボキシレート、1,4-シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル等の環状脂肪族型エポキシ樹脂;1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル等の直鎖脂肪族型エポキシ樹脂;ヘキサヒドロフタル酸グリシジルエステル等のグリシジルエステル型エポキシ樹脂、テトラグリシジルアミノジフェニルメタン、キシレンジアミンのグリシジル化合物、トリグリシジルアミノフェノール、グリシジルアニリンなどのグリシジルアミン型エポキシ樹脂、ポリジメチルシロキサンの末端あるいは側鎖にエポキシ基を有するポリシロキサン型エポキシ樹脂あるいは、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、トリフェニルグリシジルエーテルメタン、テトラフェニルグリシジルエーテルメタン;ブロム化フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂を挙げることができる。これらのエポキシ樹脂は、単独で又は組み合わせて用いることができる。
 また、エポキシ樹脂(B)に、分子内に1つのエポキシ基を有する反応性希釈剤を添加してもよい。反応性希釈剤は、エポキシ樹脂組成物の粘度を下げる効果をもつ。反応性希釈剤は、上記エポキシ樹脂100重量部に対して45重量部まで使用するのが好ましい。反応性希釈剤をあまりにも多く使用すると、硬化物の耐熱性が低くなる。
 前記分子内に1つのエポキシ基を有する反応性希釈剤としては、ブチルグリシジルエーテル、2-エチルヘキシルグリシジルエーテル、炭素数8~14のアルキルグリシジルエーテルなどのアルキルモノグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、ノニルフェニルグリシジルエーテルなどのフェノールモノグリシジルエーテルなどを挙げることができる。これらは2種以上組み合わせて使用してもよい。
 エポキシ樹脂のエポキシ当量は、例えば130~4000g/eq、好ましくは150~3000g/eq、より好ましくは160~1500g/eq、さらに好ましくは170~1000g/eqである。
 エポキシ樹脂(B)は、強靱化エポキシ樹脂組成物100重量%中、好ましくは10~85重量%、より好ましくは15~80重量、さらに好ましくは20~75重量%である。
<エポキシ硬化剤(C)>
 本発明のエポキシ硬化剤(C)としては、従来公知のものを広く使用することができる。例えば、ジエチルアミノプロピルアミン、ヘキサメチレンジアミン、メチルペンタメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、グアニジン、オレイルアミン等の脂肪族アミン類;メンセンジアミン、イソホロンジアミン、ノルボルナンジアミン、ピペリジン、N,N’-ジメチルピペラジン、N-アミノエチルピペラジン、1,2-ジアミノシクロヘキサン、ビス(4-アミノ-3-メチルシクロヘキシル)メタン、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、ポリシクロヘキシルポリアミン、1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデセン-7(DBU)等の脂環族アミン類;3,9-ビス(3-アミノプロピル)-2,4,8,10-テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン(ATU)、モルホリン、N-メチルモルホリン、ポリオキシプロピレンジアミン、ポリオキシプロピレントリアミン、ポリオキシエチレンジアミン等のエーテル結合を有するアミン類;ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等の水酸基含有アミン類;テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、ドデシル無水コハク酸等の酸無水物類;ダイマー酸にジエチレントリアミンやトリエチレンテトラミン等のポリアミンを反応させて得られるポリアミド、ダイマー酸以外のポリカルボン酸を使ったポリアミド等のポリアミドアミン類;2-エチル-4-メチルイミダゾール等のイミダゾール類;ジシアンジアミド;上記アミン類にエポキシ化合物を反応させて得られるエポキシ変性アミン、上記アミン類にホルマリン、フェノール類を反応させて得られるマンニッヒ変性アミン、マイケル付加変性アミン、ケチミンといった変性アミン類等が挙げられる。中でも、脂環族アミン類、エーテル結合を有するアミン類、酸無水物類、イミダゾール類が好ましい。靭性を高めたい場合、脂環族アミン類がより好ましい。Tgの低下を抑制し、靭性を改善する場合、酸無水物類やイミダゾール類がより好ましい。これらの硬化剤は、単独で用いてもよく、2種以上併用してもよい。
 また、エポキシ硬化剤の硬化を促進させるために、硬化促進剤を硬化剤と一緒に用いてもよい。硬化促進剤の例としては、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン等の3級アミン、2-メチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール等のイミダゾール類、トリフェニルホスフィン、トリ-p-トリルホスフィン、亜リン酸トリフェニル等の有機リン系化合物、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウムテトラ-p-トリルボレート、テトタフェニルホスフィンブロマイド、テトラ-n-ブチルホスホニウムブロマイド、テトラn-ブチルホスホニウム-o,o-ジエチルホスホロジチオネート等の4級ホスホニウム塩、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン-7やその有機酸塩類等のジアザビシクロアルケン類、オクチル酸亜鉛、オクチル酸錫やアルミニウムアセチルアセトン錯体等の有機金属化合物類、テトラエチルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムブロマイド等の4級アンモニウム塩類、三フッ化ホウ素、トリフェニルボレート等のホウ素化合物、塩化亜鉛、塩化第二錫等の金属ハロゲン化合物が挙げられる。
 更には、高融点イミダゾール化合物、ジシアンジアミド、リン系、ホスフィン系促進剤の表面をポリマーで被覆したマイクロカプセル型潜在性促進剤、アミン塩型潜在性硬化促進剤、ルイス酸塩、ブレンステッド酸塩等の高温解離型熱カチオン重合型の潜在性硬化促進剤等に代表される潜在性硬化促進剤も使用することができる。これらの硬化促進剤は単独又は2種類以上を混合して使用することができる。
 エポキシ硬化剤の使用量は、硬化剤の化学的性質、エポキシ樹脂組成物および硬化物の所望の特性に依存する。アミン基、酸無水物基、フェノール性ヒドロキシ基の場合、1エポキシ基当量当り、0.7~1.3になるように使用されることが好ましい。硬化促進剤は、エポキシ樹脂100重量部に対して0.01~10重量部程度を使用することが好ましい。
<コアシェルポリマー(D)>
 コアシェルポリマー(D)は、少なくとも2層の構造からなる粒子状ポリマーである。コアシェルポリマーにおける、コア層の比率としては、機械特性の観点から、好ましくは70~95重量%であり、80~93重量%がより好ましい。コア層の比率が小さいと、エポキシ樹脂組成物の粘度が高くなる傾向にある。コア層の比率があまりにも大きい場合、コアシェルポリマーの調製が難しくなる(合成自体は、可能であるが、反応液から実用的な形態で取り出すことが難しくなる)。なお、コアシェルポリマー中のコア層の比率は、赤外分光分析のスペクトルの吸光度比などから測定できる。
 前記コアシェルポリマー(D)は、算術数平均粒子径が0.01~0.6μmであることが好ましく、より好ましくは0.03~0.5μm、さらに好ましくは0.05~0.4μmである。このような平均粒子径を有するコアシェルポリマー(D)を得るには、乳化重合法が好適であるが、あまりにも小さい場合、あまりにも大きい場合は、経済的かつ工業的な製造が難しくなる。なお、算術数平均粒子径は、マイクロトラックUPA150(日機装株式会社製)などを用いて測定することができる。
 前記コアシェルポリマー(D)は、メチルエチルケトン(MEK)に対して不溶分を有することが好ましく、その不溶分量(MEK不溶分量)は、95重量%以上であることが好ましく、さらには97重量%以上がより好ましく、98重量%以上がさらに好ましい。95重量%未満の場合には、エポキシ樹脂組成物の粘度が高くなる傾向があり取り扱いにくくなる。なお、本明細書において、コアシェルポリマー(D)のMEK不溶分量を得る方法は下記の通りである。コアシェルポリマーのパウダーあるいはフィルム約2gを秤量してMEK100gに23℃で24時間浸漬する。その後、得られたMEK不溶分を分離し、乾燥して重量を計り、測定に使用したコアシェルポリマーの重量に対する重量分率(%)をMEK不溶分量として算出する。
 前記コアシェルポリマー(D)は、架橋ポリマーからなるコア層と、これにグラフト重合されたポリマー成分からなるシェル層より構成されるポリマーであることが好ましい。すなわち、シェル層とコア層間に化学結合が存在していることが好ましい。シェル層は、グラフト成分を構成するモノマーをコア成分にグラフト重合することから、コア部の表面の一部もしくは全体を覆う。
 前記コア層は、ジエン系ゴム、(メタ)アクリレート系ゴム、オルガノシロキサン系ゴム、スチレン系ポリマーおよび(メタ)アクリレート系ポリマーよりなる群から選択される1種以上である。中でも、コア層は、ジエン系ゴムであることが好ましい。なお、本発明において(メタ)アクリレートとは、アクリレートおよび/またはメタクリレートを意味する。
 前記コア層は、エポキシ樹脂の強靭化の点から、ゴム状の架橋ポリマーであることが好ましい。コア層が、ゴム状の性質を有するためには、コア層のガラス転移温度(以下、単に「Tg」と称する場合がある)は、0℃以下であることが好ましく、-20℃以下がより好ましく、-40℃以下であることが特に好ましい。前記Tgは、たとえば、動的粘弾性測定法や示差走査熱量分析法により測定できる。
 ゴムとしての性質を有する前記コア層を形成し得るポリマーとしては、天然ゴムや、ジエン系モノマー(共役ジエン系モノマー)および(メタ)アクリレート系モノマーから選ばれる少なくとも1種のモノマー(第1モノマー)を50~100重量%、および他の共重合可能なビニル系モノマー(第2モノマー)を0~50重量%含んで構成されるゴムポリマーや、ポリシロキサンゴム、あるいはこれらを併用したものが挙げられる。より高い強靭化効果を得る場合、ジエン系モノマーを用いたジエン系ゴムが好ましい。強靭性、耐候性、経済性などのバランスが要求される場合、(メタ)アクリレート系ゴム(アクリルゴムともいう)が好ましい。また、低温での高い強靭性を得ようとする場合には、コア層はポリシロキサンゴムであることが好ましい。
 前記コア層の形成に用いるジエン系ゴムを構成するモノマー(共役ジエン系モノマー)としては、例えば、1,3-ブタジエン、イソプレン、2-クロロ-1,3-ブタジエン、2-メチル-1,3-ブタジエンなどが挙げられる。これらのジエン系モノマーは、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 強靭化効果が高い点から、1,3-ブタジエンを用いるブタジエンゴム、1,3-ブタジエンとスチレンの共重合体であるブタジエン-スチレンゴム、1,3-ブタジエンとブチルアクリレートあるいは2-エチルヘキシルアクリレートの共重合体であるブタジエン-アクリレートゴムが好ましく、ブタジエンゴムがより好ましい。また、ブタジエン-スチレンゴムは、屈折率の調整により得られるエポキシ樹脂組成物の透明性を高めることができ、良好な外観および強靭性のバランスに優れたものを得る場合には、より好ましい。また、ブタジエン-アクリレートゴムは、アクリレートの導入により、ゴム中でのブタジエンの二重結合濃度が低くなるため、耐候性が良好になり、そのような特性が必要な場合は、好ましい。
 また、前記コア層の形成に用いる(メタ)アクリレート系ゴム(アクリルゴムともいう)を構成するモノマーとしては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ベヘニル(メタ)アクリレートなどのアルキル(メタ)アクリレート類;フェノキシエチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレートなどの芳香環含有(メタ)アクリレート;2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどのヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート類;グリシジル(メタ)アクリレート、グリシジルアルキル(メタ)アクリレートなどのグリシジル(メタ)アクリレート類;アルコキシアルキル(メタ)アクリレート類;アリル(メタ)アクリレート、アリルアルキル(メタ)アクリレートなどのアリルアルキル(メタ)アクリレート類;モノエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレートなどの多官能性(メタ)アクリレート類などが挙げられる。これらの(メタ)アクリレート系モノマーは、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。好ましくはエチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレートである。
 上記第1モノマーと共重合可能なビニル系モノマー(第2モノマー)としては、例えば、スチレン、α-メチルスチレン、モノクロロスチレン、ジクロロスチレンなどのビニルアレーン類;アクリル酸、メタクリル酸などのビニルカルボン酸類;アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどのビニルシアン類;塩化ビニル、臭化ビニル、クロロプレンなどのハロゲン化ビニル類;酢酸ビニル;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレンなどのアルケン類;ジアリルフタレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、ジビニルベンゼンなどの多官能性モノマーなどが挙げられる。これらのビニル系モノマーは、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。特に好ましくはスチレンである。
 また、前記コア層を構成し得るオルガノシロキサン系ゴムとしては、例えば、ジメチルシロキサン、ジエチルシロキサン、メチルフェニルシロキサン、ジフェニルシロキサン、ジメチルシロキサン-ジフェニルシロキサンなどの、アルキル或いはアリール2置換シリルオキシ単位から構成されるオルガノシロキサン系ポリマーや、側鎖のアルキルの一部が水素原子に置換されたオルガノハイドロジェンシロキサンなどの、アルキル或いはアリール1置換シロキサン単位から構成されるオルガノシロキサン系ポリマーが挙げられる。これらのオルガノシロキサン系ポリマーは、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。さらには、(メタ)アクリレート系ゴムと組み合わせた、(メタ)アクリレート系ゴム/オルガノシロキサン系ゴムからなる複合ゴムを用いてもよい。中でも、ジメチルシロキサンゴム、メチルフェニルシロキサンゴム、ジメチルシロキサン/ブチルアクリレート複合ゴムが耐候性、機械特性で好ましく、ジメチルシロキサンゴムおよびジメチルシロキサン/ブチルアクリレート複合ゴムが容易に入手できて経済的でもあることから最も好ましい。
 前記コア層がオルガシロキサン系ゴムから形成される態様において、オルガノシロキサン系ポリマー部位は、低温での機械特性を損なわないために、コア層全体を100重量%として少なくとも10重量%以上含有していることが好ましい。
 また、前記コア層の形成に用いるスチレン系ポリマーを構成するモノマーとしては、スチレン、α-メチルスチレン、モノクロロスチレン、ジクロロスチレンなどが挙げられる。好ましくは、スチレンである。
 また、前記コア層の形成に用いる(メタ)アクリレート系ポリマーを構成するモノマーとしては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ベヘニル(メタ)アクリレートなどのアルキル(メタ)アクリレート類;フェノキシエチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレートなどの芳香環含有(メタ)アクリレート;2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどのヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート類;グリシジル(メタ)アクリレート、グリシジルアルキル(メタ)アクリレートなどのグリシジル(メタ)アクリレート類;アルコキシアルキル(メタ)アクリレート類;アリル(メタ)アクリレート、アリルアルキル(メタ)アクリレートなどのアリルアルキル(メタ)アクリレート類;モノエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレートなどの多官能性(メタ)アクリレート類などが挙げられる。これらの(メタ)アクリレート系モノマーは、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。(メタ)アクリレート系ポリマーを構成するモノマーは、好ましくはメチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレートである。よって、好ましい(メタ)アクリレート系ポリマーは、ゴム弾性等の軟質の(メタ)アクリレート系ポリマーとは異なり、硬質の(メタ)アクリレート系ポリマーである。
 前記コアシェルポリマー(D)のエポキシ樹脂中での分散安定性を保持する観点から、コア層は、上記モノマーを重合してなるポリマー成分やオルガノシロキサン系ポリマー成分に架橋構造が導入されていることが好ましい。架橋構造の導入方法としては、一般的に用いられる手法を採用することができる。例えば、上記モノマーを重合してなるポリマー成分に架橋構造を導入する方法としては、ポリマー成分を構成するモノマーに多官能性モノマーやメルカプト基含有化合物等の架橋性モノマーを添加し、次いで重合する方法などが挙げられる。また、オルガノシロキサン系ポリマーに架橋構造を導入する方法としては、重合時に多官能性のアルコキシシラン化合物を一部併用する方法や、ビニル反応性基、メルカプト基、メタクリロイル基などの反応性基をオルガノシロキサン系ポリマーに導入し、その後ビニル重合性のモノマーあるいは有機過酸化物などを添加してラジカル反応させる方法、あるいは、オルガノシロキサン系ポリマーに多官能性モノマーやメルカプト基含有化合物などの架橋性モノマーを添加し、次いで重合する方法などが挙げられる。
 前記多官能性モノマーとしては、ブタジエンは含まれず、アリル(メタ)アクリレート、アリルアルキル(メタ)アクリレート等のアリルアルキル(メタ)アクリレート類;アリルオキシアルキル(メタ)アクリレート類;(ポリ)エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル基を2個以上有する多官能(メタ)アクリレート類;ジアリルフタレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、ジビニルベンゼン等が挙げられる。特に好ましくはアリルメタアクリレート、トリアリルイソシアヌレート、ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、及びジビニルベンゼンである。
 一方、エポキシ樹脂の強度と弾性率のバランスの良さが求められる場合には、コア層のTgは、0℃よりも大きくすることが好ましく、20℃以上であることがより好ましく、50℃以上であることが更に好ましく、80℃以上であることが特に好ましく、120℃以上であることが最も好ましい。
 Tgが0℃よりも大きく、エポキシ樹脂の弾性率を低下させないあるいは向上させる、コア層を形成し得るポリマーとしては、単独重合体のTgが0℃よりも大きい少なくとも1種のモノマーを50~100重量%(より好ましくは、65~99重量%)、および単独重合体のTgが0℃未満の少なくとも1種のモノマーを0~50重量%(より好ましくは、1~35重量%)含んで構成されるポリマーが挙げられる。
 コア層のTgが0℃よりも大きい場合においても、コア層は架橋構造が導入されていることが好ましい。架橋構造が導入されることで、Tgが引き上げられる。架橋構造の導入方法としては、前記の方法が挙げられる。
 前記単独重合体のTgが0℃よりも大きいモノマーは、以下のモノマーの一つ以上を含有するものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。例えば、スチレン、2-ビニルナフタレン等の無置換ビニル芳香族化合物類;α―メチルスチレン等のビニル置換芳香族化合物類;3-メチルスチレン、4-メチルスチレン、2,4-ジメチルスチレン、2,5-ジメチルスチレン、3,5-ジメチルスチレン、2,4,6―トリメチルスチレン等のアルキル化ビニル芳香族化合物類;4-メトキシスチレン、4-エトキシスチレン等のアルコキシル化ビニル芳香族化合物類;2-クロロスチレン、3―クロロスチレン等のハロゲン化ビニル芳香族化合物類;4-アセトキシスチレン等のエステル置換ビニル芳香族化合物類;4-ヒドロキシスチレン等のヒドロキシル化ビニル芳香族化合物類;ビニルベンゾエート、ビニルシクロヘキサノエート等のビニルエステル類;塩化ビニル等のビニルハロゲン化物類;アセナフタレン、インデン等の芳香族モノマー類;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート等のアルキルメタクリレート類;フェニルメタクリレート等の芳香族メタクリレート;イソボルニルメタクリレート、トリメチルシリルメタクリレート等のメタクリレート類;メタクリロニトリル等のメタクリル酸誘導体を含むメタクリルモノマー;イソボルニルアクリレート、tert-ブチルアクリレート等のある種のアクリル酸エステル;アクリロニトリル等のアクリル酸誘導体を含むアクリルモノマーを挙げることができる。更に、アクリルアミド、イソプロピルアクリルアミド、N-ビニルピロリドン、イソボルニルメタクリレート、ジシクロペンタニルメタクリレート、2-メチル-2-アダマンチルメタクリレート、1-アダマンチルアクリレート及び1-アダマンチルメタクリレート等のモノマーが挙げられる。
 本発明において、コア層は単層構造であることが多いが、多層構造であってもよい。コア層が多層構造の場合は、各層のポリマー組成が各々相違していてもよい。
 すなわち、第1のコア層の外側にポリマー組成の異なる第2の層を有する2層からなるコアや、2層からなるコアにさらに、ポリマー組成の異なる第3の層を形成させて、3層からなるコア層であってもよい。2層コアの2層目や3層コアの3層目が、前記記載のトリアリルイソシアヌレートなどの多官能モノマーを主要成分として重合させて得られるポリマーからなる場合、後述するシェルポリマーがグラフトしやすくなるメリットがある。しかし、多層構造コアの形成は、製造工程が複雑になるという欠点がある。
 コアシェルポリマー(D)100重量%中のコア成分量は、70~95重量%であり、好ましくは70~94重量%である。
 前記コアシェルポリマー(D)の最も外側に存在するシェル層、すなわちシェルポリマーは、末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)やエポキシ樹脂(B)などとの相溶性を制御し、コアシェルポリマーを効果的に分散させる役割をする。
 このようなシェルポリマーは、好ましくは前記コア層にグラフトしている。より正確には、シェルポリマーの形成に用いるモノマー成分が、コア層を形成するコアポリマーにグラフト重合して、実質的にシェルポリマーとコアとが化学結合していることが好ましい。即ち、好ましくは、シェルポリマーは、コアポリマーの存在下に前記シェル形成用モノマーをグラフト重合させることで形成され、このようにすることで、このコアポリマーにグラフト重合されており、コアポリマーの一部又は全体を覆っている。この重合操作は、水性のポリマーラテックス状態で調製され存在するコアポリマーのラテックス対して、シェルポリマーの構成成分であるモノマーを加えて重合させることで実施できる。
 コアシェルポリマー(D)のシェル層は、アルキル基含有(メタ)アクリレートモノマー60~99重量%、エポキシ基含有ビニルモノマー1~40重量%、及びこれらと異なるモノマー0~25重量%の重合物を含むことが好ましく、アルキル基含有(メタ)アクリレートモノマー60~99重量%、エポキシ基含有ビニルモノマー1~15重量%、及びこれらと異なるモノマー0~15重量%の重合物を含むことがより好ましい。
 エポキシ樹脂中でコアシェルポリマーを均一分散させるために、シェル層形成用モノマーとして、エポキシ基、オキセタン基、水酸基、アミノ基、イミド基、カルボン酸基、カルボン酸無水物基、環状エステル、環状アミド、ベンズオキサジン基、及びシアン酸エステル基からなる群から選ばれる1種以上を含有する反応性基含有モノマーを含有させてもよい。
 特にエポキシ基あるいは水酸基含有ビニルモノマーをシェル層形成用モノマーの一部として用いることが好ましい。これらは、エポキシ樹脂中のコアシェルポリマーの分散を長期に安定させる効果が大きい。
 前記水酸基含有あるいはエポキシ基含有ビニルモノマーは、シェル層形成用モノマー中に、1~40重量%含まれていることが好ましく、さらに2~35重量%がより好ましい。水酸基あるいはエポキシ基含有ビニルモノマーがシェル形成用モノマー中に、あまりにも多い場合、エポキシ樹脂中のコアシェルポリマーの分散が不安定になる傾向がある。
 また、シェル層形成用モノマーとして、二重結合を2個以上有する多官能性モノマーを使用すると、シェル層に架橋構造が導入される。これにより、コアシェルポリマー(D)とエポキシ樹脂(B)との相互作用が低下し、その結果、エポキシ樹脂組成物の粘度を下げることができる。このため、二重結合を2個以上有する多官能性モノマーの使用が好ましい場合がある。一方、エポキシ樹脂の硬化物の伸びが低下する傾向にあるので、伸びを最大限に改善したい場合は、シェル層形成用モノマーとして、二重結合を2個以上有する多官能性モノマーを使用しないことが好ましい。
 多官能性モノマーは、使用する場合、シェル層形成用モノマー中に、0.5~10重量%含まれていることが好ましく、より好ましくは1~5重量%である。
 前記アルキル基含有(メタ)アクリレートモノマーの具体例としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2-メトキシエチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
 前記芳香族ビニルモノマーの具体例としては、スチレン、α-メチルスチレン、p-メチルスチレン、ジビニルベンゼン等が挙げられる。
 前記水酸基含有ビニルモノマーの具体例としては、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
 前記エポキシ基を有するモノマーの具体例としては、グリシジル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル等が挙げられる。特に、グリシジルメメタクリレートが安定性およびその反応性から好ましい。
 前記二重結合を2個以上有する多官能性モノマーの具体例としては、上述の多官能性モノマーと同じモノマーが例示されるが、好ましくはアリルメタクリレート、トリアリルイソシアヌレートである。
 シェル層は、上記モノマー成分の他に、他のモノマー成分を含んで形成されてもよい。前記コアシェルポリマー(D)における、シェル層の割合は、コアシェルポリマー全体を100重量%として、好ましくは5~30重量%であり、7~20重量%がより好ましい。シェル層の割合が多すぎる場合、エポキシ樹脂組成物の粘度が高くなりすぎる傾向がある。また、少なすぎる場合、コアシェルポリマーのエポキシ樹脂への分散が難しくなる。
 コアシェルポリマー(D)は、強靱化エポキシ樹脂組成物100重量%中、好ましくは0.1~20重量%、より好ましくは0.2~18重量%、さらに好ましくは0.4~16重量%、さらにより好ましくは0.6~14重量%である。コアシェルポリマーの量が上記範囲であると、靭性、耐熱衝撃性を改善することができる。
≪コアシェルポリマー(D)の製造方法≫
(コア層の製造方法)
 本発明で用いるコアシェルポリマー(D)を構成するコア層を形成するポリマーが、ジエン系モノマー(共役ジエン系モノマー)および(メタ)アクリレート系モノマーから選ばれる少なくとも1種のモノマー(第1モノマー)を含んで構成される場合には、コア層の形成は、例えば、乳化重合、懸濁重合、マイクロサスペンジョン重合などによって製造することができ、例えばWO2005/028546号公報に記載の方法を用いることができる。
 また、コア層を形成するポリマーがオルガノシロキサン系ポリマーを含んで構成される場合には、コア層の形成は、例えば、乳化重合、懸濁重合、マイクロサスペンジョン重合などによって製造することができ、例えばEP1338625号公報に記載の方法を用いることができる。
(シェル層の形成方法)
 シェル層は、シェル層形成用モノマーを、公知のラジカル重合により重合することによって形成することができる。コア層をコアシェルポリマー(D)前駆体のエマルジョンとして得た場合には、シェル層形成用モノマーの重合は乳化重合法により行うことが好ましく、例えば、WO2005/028546号公報に記載の方法に従って製造することができる。
 乳化重合において用いることができる乳化剤(分散剤)としては、ジオクチルスルホコハク酸やドデシルベンゼンスルホン酸などに代表されるアルキルまたはアリールスルホン酸、アルキルまたはアリールエーテルスルホン酸、ドデシル硫酸に代表されるアルキルまたはアリール硫酸、アルキルまたはアリールエーテル硫酸、アルキルまたはアリール置換燐酸、アルキルまたはアリールエーテル置換燐酸、ドデシルザルコシン酸に代表されるN-アルキルまたはアリールザルコシン酸、オレイン酸やステアリン酸などに代表されるアルキルまたはアリールカルボン酸、アルキルまたはアリールエーテルカルボン酸などの各種の酸類、これら酸類のアルカリ金属塩またはアンモニウム塩などのアニオン性乳化剤(分散剤);アルキルまたはアリール置換ポリエチレングリコールなどの非イオン性乳化剤(分散剤);ポリビニルアルコール、アルキル置換セルロース、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸誘導体などの分散剤が挙げられる。これらの乳化剤(分散剤)は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 コアシェルポリマー(D)の水性ラテックスの分散安定性に支障を来さない限り、乳化剤(分散剤)の使用量は少なくすることが好ましい。また、乳化剤(分散剤)は、その水溶性が高いほど好ましい。水溶性が高いと、乳化剤(分散剤)の水洗除去が容易になり、最終的に得られるポリオール組成物への悪影響を容易に防止できる。
 乳化重合法の開始剤として、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、有機過酸化物、過酸化水素、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムなどの熱分解型開始剤が良く知られているが、本発明においては、有機過酸化物が特に好ましい。
 好ましい有機過酸化物として、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、パラメンタンハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、t-ブチルハイドロパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキサイド、ジ-t-ヘキシルパーオキサイドなどを挙げることができる。なかでも、10時間半減期の熱分解温度(以下、T10ともいう)が120℃以上である、ジ-t-ブチルパーオキサイド(T10:124℃)パラメンタンハイドロパーオキサイド(T10:128℃)、クメンハイドロパーオキサイド(T10:158℃)、t-ブチルハイドロパーオキサイド(T10:167℃)などの有機過酸化物を使用することが、コアシェルポリマー(D)のMEK不溶分量を高くできる点で好ましい。
 また有機過酸化物と、必要に応じてナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート、グルコースなどの還元剤、および必要に応じて硫酸鉄(II)などの遷移金属塩、さらに必要に応じてエチレンジアミン四酢酸二ナトリウムなどのキレート剤、さらに必要に応じてピロリン酸ナトリウムなどのリン含有化合物などを併用したレドックス型開始剤を使用することが好ましい。
 レドックス型開始剤を用いた場合には、前記過酸化物が実質的に熱分解しない低い温度でも重合を行うことができ、重合温度を広い範囲で設定できるようになり好ましい。
 前記開始剤の使用量、レドックス型開始剤を用いる場合には前記還元剤・遷移金属塩・キレート剤などの使用量は公知の範囲で用いることができる。
 また、要すれば連鎖移動剤も使用できる。該連鎖移動剤は通常の乳化重合で用いられているものであればよく、とくに限定はされない。
 前記連鎖移動剤の具体例としては、t-ドデシルメルカプタン、n-オクチルメルカプタン、n-テトラデシルメルカプタン、n-ヘキシルメルカプタンなどが挙げられる。
重合に際しての重合温度、圧力、脱酸素などの条件は、公知の範囲のものが適用できる。
 本発明において、末端封鎖ポリアルキレンオキシドは、数平均分子量1500~5000であり、全末端の40%以上がアルキル基、アリル基、およびアリール基から選ばれる少なくとも1種で封鎖されたポリアルキレンオキシドであり、コアシェルポリマーは、ジエン系ゴム、(メタ)アクリレート系ゴム、オルガノシロキサン系ゴム、スチレン系ポリマーおよび(メタ)アクリレート系ポリマーからなる群より選択されるコア層70~95重量%と、アルキル基含有(メタ)アクリレートモノマーおよびエポキシ基含有ビニルモノマーを少なくとも含むモノマー混合物の重合物を含むシェル層5~30重量%とを含むことが好ましい。
 より好ましくは、末端封鎖ポリアルキレンオキシドは、数平均分子量1600~4800であり、全末端の70%以上がアルキル基および/またはアリル基で封鎖されたポリアルキレンオキシドであり、コアシェルポリマーは、ジエン系ゴム、(メタ)アクリレート系ゴム、オルガノシロキサン系ゴム、スチレン系ポリマーおよび(メタ)アクリレート系ポリマーからなる群より選択されるコア層70~95重量%と、アルキル基含有(メタ)アクリレートモノマーおよびエポキシ基含有ビニルモノマーを少なくとも含むモノマー混合物の重合物を含むシェル層5~30重量%とを含む。
 <その他の配合成分>
 本発明では、必要に応じて、その他の配合成分を使用することができる。その他の配合成分としては、通常のエポキシ樹脂組成物に使用されるものであれば、特に限定されることなく使用できる。たとえば、シリカや炭酸カルシウムなどの充填剤、酸化カルシウムなどの脱水剤、水酸化アルミニウムなどの耐トラッキング低減剤・難燃剤、酸化アルミニウムのような放熱剤、シランカップリング剤、消泡剤、沈降防止剤、チキソ性付与剤、顔料や染料等の着色剤、体質顔料、紫外線吸収剤、酸化防止剤、安定化剤(ゲル化防止剤)、可塑剤、レベリング剤、帯電防止剤、難燃剤、滑剤、減粘剤、低収縮剤、有機質充填剤、熱可塑性樹脂、乾燥剤、分散剤等が挙げられる。また、繊維強化樹脂に使用される、ガラス繊維や炭素繊維なども使用できる。特にシランカップリング剤は、充填剤、接着基材、ガラス繊維や炭素繊維などと樹脂との接着性を改良することから、特に好ましい。具体例としては、3-グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。使用量は、エポキシ樹脂組成物100重量%に対して0.1~2重量%が好ましい。また、エポキシ樹脂組成物は、気泡を極力減らす必要があるので、消泡剤を配合中に添加することが好ましい。消泡剤としては、例えば、シリコーン系、フッ素系、アクリル系、ポリオキシエチレン系、ポリオキシプロピレン系等の消泡剤より適宜選択すればよい。具体的な例としては、ビックケミー社のBYK-A500やBYK-1790などを挙げることができる。使用量は、エポキシ樹脂組成物100重量%に対して、0.01~4重量%を使用することが好ましい。また、エポキシ樹脂組成物に充填剤などを用いた場合、その貯蔵安定性を高めることから、沈降防止剤を配合することが好ましい。沈降防止剤としては、エポキシ樹脂組成物のチキソ性を高める添加剤、例えばヒュームドシリカや微粉末有機ベントナイトなどが好ましい。沈降防止剤の使用量は、エポキシ樹脂組成物100重量%に対して0.1~10重量%使用することが好ましい。これらの沈降防止剤は、接着剤配合では、チキソ性付与剤として使用できる。使用量も同程度が好ましい。難燃剤としては、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムなどの無機難燃剤、テトラブロモビスフェノールAやその変性体、テトラブロモフタレードなどのハロゲン系難燃剤、トリフェニルホスフェート、ビスフェノールAビス(ジフェニル)ホスフェートおよび反応型ビスフェノールAビス(ジフェニル)ホスフェートなどのリン系難燃剤、シリコーン系難燃剤などを挙げることができる。難燃剤は、エポキシ樹脂(B)100重量部に対して1~200重量使用することが好ましい。
<強靱化エポキシ樹脂組成物の製法>
 本発明の強靱化エポキシ樹脂組成物は、数平均分子量1500~5000の末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)、エポキシ樹脂(B)、エポキシ硬化剤(C)およびコアシェルポリマー(D)から構成せられる硬化性樹脂組成物である。
 強靱化エポキシ樹脂組成物は、コアシェルポリマー(D)がエポキシ樹脂(B)中に分散している分散体と、末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)およびエポキシ硬化剤(C)を混合する方法により調製される。
 他方、強靱化エポキシ樹脂組成物は、コアシェルポリマー(D)が末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)中に分散している分散体と、エポキシ樹脂(B)およびエポキシ硬化剤(C)を混合する方法により調製される。
 前記配合において、コアシェルポリマー(D)を1次粒子の状態で前記ポリアルキレンオキシド(A)あるいは前記エポキシ樹脂(B)に、一旦分散させた分散物を用いることが、前記エポキシ樹脂組成物の粘度を制御しやすい点で好ましい。特にコアシェルポリマー(D)をポリアルキレンオキシド(A)あるいはエポキシ樹脂(B)に分散させた分散物を用いることが、配合時の取り扱いやすさの点から好ましい。
 コアシェルポリマー(D)を前記ポリアルキレンオキシド(A)あるいは前記エポキシ樹脂(B)に1次粒子の状態で分散させた前記分散物を得る方法は、種々の方法が利用できるが、例えば水性ラテックス状態で得られたコアシェルポリマー(D)をポリアルキレンオキシド(A)あるいはエポキシ樹脂(B)と接触させた後、水等の不要な成分を除去する方法、コアシェルポリマー(D)を一旦有機溶剤に抽出後にポリアルキレンオキシド(A)あるいはエポキシ樹脂(B)と混合してから有機溶剤を除去する方法等が挙げられるが、国際公開第2005/028546号に記載の方法を利用することが好ましい。その具体的な製造方法は、順に、コアシェルポリマー(D)を含有する水性ラテックス(詳細には、乳化重合によってコアシェルポリマーを製造した後の反応混合物)を、20℃における水に対する溶解度が5%以上40%以下の有機溶媒と混合した後、さらに過剰の水と混合して、コアシェルポリマーを凝集させる第1工程と、凝集したコアシェルポリマー(D)を液相から分離・回収した後、再度有機溶媒と混合して、コアシェルポリマー(D)の有機溶媒溶液を得る第2工程と、有機溶媒溶液をさらにポリアルキレンオキシド(A)あるいはエポキシ樹脂(B)と混合した後、前記有機溶媒を留去する第3工程とを含んで調製されることが好ましい。
 ポリアルキレンオキシド(A)あるいはエポキシ樹脂(B)は、23℃で液状であると、前記第3工程が容易となる為、好ましい。「23℃で液状」とは、軟化点が23℃以下であることを意味し、23℃で流動性を示すものである。
 上記の工程を経て得た、ポリアルキレンオキシド(A)あるいはエポキシ樹脂(B)にコアシェルポリマー(D)が1次粒子の状態で分散した組成物(以下、1次粒子分散組成物ともいう)に、必要があれば、ポリアルキレンオキシド(A)あるいはエポキシ樹脂(B)を加えて、1次粒子分散組成物を適宜希釈し、更に、エポキシ硬化剤(C)を追加混合し、また必要があれば前記その他配合成分を混合する事により、コアシェルポリマー(D)が分散した本発明のエポキシ樹脂組成物が得られる。
 一方、塩析等の方法により凝固させた後に乾燥させて得た、粉体状のコアシェルポリマー(D)は、3本ペイントロールやロールミル、ニーダー等の高い機械的せん断力を有する分散機を用いて、ポリアルキレンオキシド(A)あるいはエポキシ樹脂(B)中に再分散することが可能である。この際、ポリアルキレンオキシド(A)あるいはエポキシ樹脂(B)とコアシェルポリマー(D)の混合物に、高温で機械的せん断力を与えることで、コアシェルポリマー(D)がポリアルキレンオキシド(A)あるいはエポキシ樹脂(B)中に効率良く分散することを可能にする。分散させる際の温度は、50~200℃が好ましく、70~170℃がより好ましく、80~150℃が更に好ましく、90~120℃が特に好ましい。温度が50℃よりも小さいと、十分にコアシェルポリマー(D)が分散しない場合があり、200℃よりも大きいと、ポリアルキレンオキシド(A)、エポキシ樹脂(B)およびコアシェルポリマー(D)が熱劣化する場合がある。
 また、本発明のエポキシ樹脂組成物は、ポリアルキレンオキシド(A)、エポキシ樹脂(B)、エポキシ硬化剤(C)およびコアシェルポリマー(D)を主成分と硬化成分の2液として混合して調製してもよい。例えば、ポリアルキレンオキシド(A)、エポキシ樹脂(B)およびコアシェルポリマー(D)の混合成分を主成分とし、エポキシ硬化剤(C)を硬化成分としてから混合して本発明のエポキシ樹脂組成物を調製してもよく、ポリアルキレンオキシド(A)および/またはコアシェルポリマー(D)とエポキシ硬化剤(C)の混合成分を硬化剤成分としてから、エポキシ樹脂からなる主成分と混合して本発明のエポキシ樹脂組成物を調製してもよい。
<硬化物>
 本発明には、上記エポキシ樹脂組成物から形成される硬化物が含まれる。特定のポリアルキレンオキシド(A)とコアシェルポリマーを併用することで、得られた硬化物は耐熱性および強靭性に優れる。
<用途>
 本発明の強靱化エポキシ樹脂組成物は、耐熱性および強靭性に優れる硬化物となることから、接着剤、塗料、複合材などのさまざま用途に好適である。
 本願は、2016年4月13日に出願された日本国特許出願第2016-080286号に基づく優先権の利益を主張するものである。2016年4月13日に出願された日本国特許出願第2016-080286号の明細書の全内容が、本願に参考のため援用される。
 以下、実施例および比較例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適宜変更して実施することが可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。なお下記実施例および比較例において「部」および「%」とあるのは、重量部または重量%を意味する。
 なお、以下の合成例、実施例および比較例における測定および試験はつぎのように行った。
[1]コアシェルポリマーの算術数平均粒子径の測定
 水性ラテックスに分散しているコアシェルポリマーの算術数平均粒子径(Mn)は、マイクロトラックUPA150(日機装株式会社製)を用いて測定した。脱イオン水で希釈したものを測定試料として用いた。
[2]コアシェルポリマーのMEK不溶分量の測定 ラテックスから乾燥させて得られたコアシェルポリマーの2gを23℃にて、MEK100gに24時間浸漬した後にMEK不溶分を遠心分離した。得られた不溶分を乾燥させて重量を計り、コアシェルポリマーの重量に対するMEK不溶分の重量分率(%)を算出した。
[3]配合物(強靭化エポキシ樹脂組成物)粘度の評価
 配合物約2gを直径4.5mmのチューブ内壁に沿って自由落下させ、50mm移動したときの時間(sec)で評価した。粘度が高くなると、測定時間が長くなる。また、充填剤を含んだ配合物の粘度は、BOHLIN INSTRUMENTS社製CVOレオメータでコーンプレート4°/20mmを用いて、25℃で、10サイクル/秒のせん断速度の粘度値を測定した。
[4]破壊靭性の評価
 強靱化エポキシ樹脂組成物から形成されたエポキシ樹脂硬化物について、ASTM 5045に準じてタフネスを評価した。成形体から60mm(長さ)x12mm(幅)x5mm(厚み)の試験片を切り出し、試験片にプレクラックを入れ、23℃で3点試験曲げ試験を行い、破壊靭性値(破壊ひずみエネルギー解放率)G1c(J/m)を求めた。
[5]硬化物のガラス転移温度(Tg)の測定
 タフネスの評価あるいは耐熱衝撃性評価で得られた硬化物をダイヤモンドカッターにより切削した。20mgの硬化物を用いて、セイコーインスツルメント社製の示差走査熱量計DSC220Cにより窒素フロー下で測定した。測定方法は、50℃から220℃へ1分間20℃の昇温速度で昇温し、その後ただちに1分間40℃で50℃まで温度を下げることにより熱履歴を消した。その後、50℃から220℃まで1分間20℃の昇温速度で昇温してガラス転移温度を測定した。
[6]耐熱衝撃性の評価
 充填剤の含まないエポキシ樹脂組成物の評価: エポキシ樹脂組成物をステンレス製のスプリングワッシャー(サイズM10)が中心に埋め込まれるようにセットされた型枠に注型して、加熱硬化した(硬化条件は、実施例の文中に示す)。得られた直径30mm、高さ7mmの硬化物を、170℃10分、0℃5分を1サイクルとするヒートサイクルテストを行った。硬化物にクラックが発生したサイクル数を記録した。値が大きい程、高い耐熱衝撃性を示す。
 充填剤含有エポキシ樹脂組成物の評価:充填剤含有エポキシ樹脂組成物をステンレス製の六角ナット(サイズM10)が中心に埋め込まれるようにセットされた型枠に注型して、加熱硬化した(硬化条件は、実施例文中に示す)。得られた直径30mm、高さ10mmの硬化物を、150℃30分、-40℃30分を1サイクルとするヒートサイクルテストを行った。硬化物にクラックが発生したサイクル数を記録した。値が大きい程、高い耐熱衝撃性を示す。
[7]層間剥離評価
 繊維強化複合材から100mm(長さ)x10mm(幅)x2.8mm(厚み)の試験片を切り出し、支点間距離80mm、試験速度2mm/minで3点曲げ試験を23℃で行った。曲げによって生じた白色化部分幅を測定し層間剥離幅とした。
[8]ガラス繊維含有量
 繊維強化複合材のガラス繊維含有量は、ASTM D2584に準じて燃焼法により測定した。
[9]せん断接着強度
 JIS K 6850に従って、寸法:25×100×1.6mmの2枚のアルミ板(A2024-T3)の間に、配合物(強靱化エポキシ樹脂組成物)を塗布し、貼り合せて、接着剤厚みを250μmとした。これを、室温で20時間、さらに80℃で3時間置き硬化させた。その後、試験片を23℃で、試験速度1mm/分の条件で引張せん断接着試験を行なった。
 実施例および比較例において用いた末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)、エポキシ樹脂(B)、エポキシ硬化剤(C)およびコアシェルポリマー(D)を示す。なお、コアシェルポリマー(D)が末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)あるいはエポキシ樹脂(B)に分散したものを分散物(E)とした。
<ポリアルキレンオキサイド(A)>
 A-1~A-5について後述の合成例を参照。
A-1:PTA3000、下記合成例1で述べられた、数平均分子量3000のポリオキシプロピレントリオールの末端をアリル基で封鎖したアリル末端ポリプロピレンオキシド:末端封鎖率は90%以上。
A-2:PTA4000、下記合成例2で述べられた、数平均分子量4000のポリオキシプロピレントリオールの末端をアリル基で封鎖したアリル末端ポリプロピレンオキシド:末端封鎖率は90%以上。
A-3:PDA3000、下記合成例3で述べられた、数平均分子量3000のポリオキシプロピレンジオールの末端をアリル基で封鎖したアリル末端ポリプロピレンオキシド:末端封鎖率は90%以上。
A-4:PDA3000-50:下記合成例4で述べられた、数平均分子量3000のポリオキシプロピレンジオールの末端をアリル基で封鎖したアリル末端ポリプロピレンオキシド:末端封鎖率は約50%。
A-5:PDA3000-35:下記合成例5で述べられた、数平均分子量3000のポリオキシプロピレンジオールの末端をアリル基で封鎖したアリル末端ポリプロピレンオキシド:末端封鎖率は約35%。
A-6:PPG3000、数平均分子量3000のポリオキシプロピレンジオール(三井化学(株)製、アクトコールD-3000:末端封鎖率約0%)
A-7:PPT3000、数平均分子量3000のポリオキシプロピレントリオール(三井化学(株)製、アクトコールT-3000:末端封鎖率約0%)
A-8:PMB3000、数平均分子量3000のポリオキシプロピレングリコールモノブチルエーテル(三洋化成工業(株)製、ニューポールLB-3000:末端封鎖率約50%)
A-9:PMB1870、数平均分子量1870のポリオキシプロピレングリコールモノブチルエーテル(三洋化成工業(株)製、ニューポールLB-625:末端封鎖率約50%)
A-10:PMB1200、数平均分子量1200のポリオキシプロピレングリコールモノブチルエーテル(三洋化成工業(株)製、ニューポールLB-285:末端封鎖率約50%)
A-11:PPG2000、数平均分子量2000のポリオキシプロピレンジオール(三井化学(株)製、アクトコールD-2000:末端封鎖率約0%)
A-12:PGEB2000、数平均分子量2000のポリオキシプロピレンとポリオキシエチレンのブロック共重合体(三洋化成工業(株)製、ニューポールPE-61:末端封鎖率約0%)
<エポキシ樹脂(B)>
B-1:BPADGE、ビスフェノールAジグリシジルエーテル(三菱化学(株)製jER828EL、エポキシ当量190g/eq)
<エポキシ硬化剤(C)>
C-1:MTHPA-1%2E4MZ,メチルテトラヒドロフタル酸無水物(日立化成(株)製HN2200)に1%の2-エチル-4-メチルイミダゾール(四国化成工業(株)製キュアゾール2E4MZ)硬化促進剤を混合したもの
C-2:IPD-D230、イソホロンジアミン(エボニック製VESTAMIN IPD)とポリプロピレングリコールジアミン(ハンツマン製JEFFAMINE D230)を均等混合したもの。
C-3:V-140、ポリアミド(BASF製 VERSAMID 140)
<コアシェルポリマー(D)>
 後述の合成例を参照
D-1~D-3:コアの主成分がブタジエンゴムコアであるコアシェルポリマー
<コアシェルポリマー(D)がエポキシ樹脂(B)に分散した分散物(E)>
 後述の調製例(E-1)~(E-3)を参照。
<充填剤(F)>
F-1:CMC-12S、結晶性シリカ((株)龍森製、クリスタライトCMC-12S、メジアン径D50:6μm)
<消泡剤(G)>
G-1:BYK-1790、消泡剤(BYK社製)
<液状タフナー(H)>
H-1:CTBN-Adduct、ブタジエンアクリルニトリルラバー(CTBN)がビスフェノールAジグリシジルエーテルに付加した物。CTBN含量40重量%(CVC社製 HyPox RA1340)
H-2:DY965、ポリオール反応性タフナー(Huntsman社製 DY965)
<チキソ性付与剤(I)>
I-1:TS-720、ヒュームドシリカ(Cabot社製、CAB-O-SIL TS-720)
<シランカップリング剤(J)>
J-1:Z-6040,3-グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン(東レダウコーニング社製、Z-6040)
1.末端封鎖ポリアルキレンオキシドの調製
(合成例1-1:アリル末端ポリプロピレンオキシド、PTA3000)
 耐圧反応機中に、数平均分子量3000のポリオキシプロピレントリオール(三井化学(株)製アクトコール T-3000)100部(0.033当量)を仕込み、窒素雰囲気下にした。つづいて、ポリオキシプロピレントリオールの水酸基の3.3倍当量のナトリウムメトキシド(NaOMe)をメタノール溶液で添加した。撹拌しながら減圧脱揮して、メタノールを留去した。窒素雰囲気下にもどしたのち、塩化アリル10.2部(0.133当量)を滴下して4時間撹拌をしてアリル化を終了した。
 得られた未精製の両末端にアリル基を有するポリプロピレンオキシド100部に対して、n-ヘキサン300部、水300部を混合撹拌した後、遠心分離により水を除去した。
さらに、得られたヘキサン溶液に水300部を混合撹拌し、再度遠心分離により水を除去した後、ヘキサンを減圧脱揮により除去した。以上により、ポリマー末端の約90%がアリル基である数平均分子量が約3000の分岐ポリプロピレンオキシド:PTA3000を得た。
(合成例1-2:アリル末端ポリプロピレンオキシド、PTA4000)
 合成例1-1において、数平均分子量3000のポリオキシプロピレントリオールの代わりに数平均分子量4000のポリオキシプロピレントリオール(三井化学(株)製アクトコール T-4000)100部(0.025当量)を用いて、塩化アリル6.1部(0.08当量)を用いた以外は、合成例1-1と同様にして、ポリマー末端の約90%がアリル基である数平均分子量が約4000の分岐ポリプロピレンオキシド:PTA4000を得た。
(合成例1-3:アリル末端ポリプロピレンオキシド、PDA3000)
 合成例1-1において、数平均分子量3000のポリオキシプロピレントリオールの代わりに、数平均分子量3000のポリオキシプロピレンジオール(三井化学(株)製アクトコール D-3000)100部(0.033当量)を用いて、塩化アリル6.7部(0.875当量)を用いた以外は、合成例1-1と同様にして、ポリマー末端の約90%がアリル基である数平均分子量が約3000の直鎖ポリプロピレンオキシド:PDA3000を得た。
(合成例1-4:アリル末端ポリプロピレンオキシド、PDA3000-50)
 合成例1-3において、塩化アリル4.0部(0.525当量)を用いた以外は、合成例1-3と同様にして、ポリマー末端の約50%がアリル基である数平均分子量が約3000の直鎖ポリプロピレンオキシド:PDA3000-50を得た。
(合成例1-5:アリル末端ポリプロピレンオキシド、PDA3000-35)
 合成例1-3において、塩化アリル2.6部(0.205当量)を用いた以外は、合成例1-3と同様にして、ポリマー末端の約35%がアリル基である数平均分子量が約3000の直鎖ポリプロピレンオキシド:PDA3000-35を得た。
(合成例2 コアシェルポリマーの調製)
2-1.コア層の形成
合成例2-1-1;ポリブタジエンゴムラテックス(R-1)の調製
 耐圧重合機中に、脱イオン水200部、リン酸三カリウム0.03部、リン酸二水素カリウム0.25部、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム(EDTA)0.002部、硫酸第一鉄・7水和塩(Fe)0.001部およびドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(SDS)0.2部を投入し、撹拌しつつ十分に窒素置換を行なって酸素を除いた後、ブタジエン(BD)100部を系中に投入し、45℃に昇温した。パラメンタンハイドロパーオキサイド(PHP)0.015部、続いてナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート(SFS)0.04部を投入し重合を開始した。重合開始から4時間目に、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(SDS)0.3部、パラメンタンハイドロパーオキサイド(PHP)0.01部、EDTA0.0015部および硫酸第一鉄・7水和塩(Fe)0.001部を投入した。さらに重合から7時間目に、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(SDS)0.4部を投入した。重合10時間目に減圧下残存モノマーを脱揮除去して重合を終了し、ポリブタジエンゴム粒子を含むラテックス(R-1)を得た。重合反応率は99%以上であった。得られたラテックスに含まれるポリブタジエンゴム粒子の算術数平均粒子径は0.14μmであった。
2-2.コアシェルポリマー(D)の調製(シェル層の形成)
合成例2-2-1;コアシェルポリマー(D-1)を含有するラテックス(D-1LX)の調製
 還流冷却器、窒素吹込口、モノマーと乳化剤の追加口、温度計を備えた5口ガラス容器に、合成例2-1-1で得たラテックス(R-1)1575部(ポリブタジエンゴム粒子518部相当)および脱イオン水315部を仕込み、窒素置換を行いながら60℃で撹拌した。EDTA0.024部、硫酸第一鉄・7水和塩(Fe)0.006部、ナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート(SFS)1.2部を加えた後、グラフトモノマー(ST7部、グリシジルメタクリレート(GMA)7部、MMA107部)、およびクメンヒドロパーオキシド(CHP)0.4部の混合物を2時間かけて連続的に添加しグラフト重合した。添加終了後、更に2時間撹拌して反応を終了させ、コアシェルポリマー(D-1)のラテックス(D-1LX)を得た。重合反応率は99%以上であった。コアシェルポリマー(D-1)のゴム成分量は、仕込み量と反応率から81%であった。得られたラテックスに含まれるコアシェルポリマー(D-1)の算術数平均粒子径は0.15μmであり、MEK不溶分量は98%であった。
合成例2-2-2;コアシェルポリマー(D-2)を含有するラテックス(D-2LX)の調製
 合成例2-2-1において、グラフトモノマーとして<ST7部、GMA7部、MMA107部、CHP0.4部>の代わりに<ST2部、GMA2部、MMA35部、CHP0.1部>を用いたこと以外は合成例2-2-1と同様にして、コアシェルポリマー(D-2)のラテックス(D-2LX)を得た。重合反応率は99%以上であった。コアシェルポリマー(D-2)のゴム成分量は、仕込み量と反応率から93%であった。得られたラテックスに含まれるコアシェルポリマー(D-2)の算術数平均粒子径は0.14μmであり、MEK不溶分量は98%であった。
合成例2-2-3;コアシェルポリマー(D-3)を含有するラテックス(D-3LX)の調製
 合成例2-2-1において、グラフトモノマーとして<ST7部、GMA7部、MMA107部、CHP0.4部>の代わりに<ST12部、GMA12部、MMA198部、CHP0.7部>を用いたこと以外は合成例2-2-1と同様にして、コアシェルポリマー(D-3)のラテックス(D-3LX)を得た。重合反応率は99%以上であった。コアシェルポリマー(D-3)のゴム成分量は、仕込み量と反応率からから70%であった。得られたラテックスに含まれるコアシェルポリマー(D-3)の算術数平均粒子径は0.16μmであり、MEK不溶分量は98%であった。
 また、得られたラテックスを大量のメタノールに投入して、得られた沈殿物をろ別したのち、室温で減圧乾燥を行い、コアシェルポリマーの粉体を得た(D-3P)。
2-3.コアシェルポリマー(D-1)~(D-3)がエポキシ樹脂(B-1)に分散した分散物(E-1~E-3)の調製
合成例2-3-1:エポキシ樹脂(B-1)ベースの分散物(E-1)の調製
 25℃の1L混合槽にメチルエチルケトン(MEK)100部を導入し、撹拌しながら、それぞれ前記合成例2-2-1で得られたコアシェルポリマーの水性ラテックス(D-1LX):コアシェルポリマー30部相当分を投入した。均一に混合後、水150部を60部/分の供給速度で投入した。供給終了後、速やかに撹拌を停止したところ、浮上性の凝集体および有機溶媒を一部含む水相からなるスラリー液を得た。次に、水相を槽下部の払い出し口より排出させた。得られた凝集体にMEK70部を追加して均一に混合し、コアシェルポリマーが均一に分散した分散体を得た。この分散体に、エポキシ樹脂(B-1)70部を混合した。この混合物から、回転式の蒸発装置で、MEKを除去した。このようにして、エポキシ樹脂(B-1)にコアシェルポリマー(D-1)が30重量%分散した分散物(E-1)を得た。
合成例2-3-2:エポキシ樹脂(B-1)ベースの分散物(E-2)の調製
 合成例2-3-1において使用したコアシェルポリマーの水性ラテックス(D-1LX)の代わりにコアシェルポリマーの水性ラテックス(D-2LX)を用いた以外は、合成例2-3-1と同様にしてエポキシ樹脂(B-1)にコアシェルポリマー(D-2)が30重量%分散した分散物(E-2)を得た。
合成例2-3-3:エポキシ樹脂(B-1)ベースの分散物(E-3)の調製
 合成例2-3-1において使用したコアシェルポリマーの水性ラテックス(D-1LX)の代わりにコアシェルポリマーの水性ラテックス(D-3LX)を用いた以外は、合成例2-3-1と同様にしてエポキシ樹脂(B-1)にコアシェルポリマー(D-3)が30重量%分散した分散物(E-3)を得た。
(実施例1~8、比較例1~9)
 表1に示す処方にしたがって、各成分をそれぞれ計量し、撹拌装置(自転公転ミキサー、あわとり練太郎、株式会社シンキー製)を用いて均一に混合した。混合物の脱泡を減圧下で行い、強靱化エポキシ樹脂組成物を得た。得られた組成物を、100℃で1時間、150℃で3時間硬化して、硬化物を得た。得られた硬化物を用いて、破壊靭性の評価、ガラス転移温度および耐熱衝撃性を測定した。強靱化エポキシ樹脂組成物の配合物粘度を含む結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 
 表1から、本発明の強靱化エポキシ樹脂組成物は、粘度上昇することなく低い粘度であり、本発明の強靱化エポキシ樹脂組成物から得られる硬化物は、耐熱性と強靭性を有することがわかる。
(実施例9~13、比較例10~13)
 表2に示す処方にしたがって、各成分をそれぞれ計量し、撹拌装置(自転公転ミキサー、あわとり練太郎、株式会社シンキー製)を用いて均一に混合した。混合物の脱泡を減圧下で行い、強靱化エポキシ樹脂組成物を得た。得られた組成物を、23℃で20時間硬化して、130℃で2時間後硬化して、硬化物を得た。得られた硬化物を用いて、破壊靭性の評価およびガラス転移点を測定した。強靱化エポキシ樹脂組成物の配合物粘度を含む結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2から、本発明の強靱化エポキシ樹脂組成物は、粘度上昇することなく低い粘度であり、本発明の強靱化エポキシ樹脂組成物から得られる硬化物は、耐熱性と強靭性を有することがわかる。
(実施例14、比較例14~15)
 表3に示す処方にしたがって、各成分をそれぞれ計量し、撹拌装置(自転公転ミキサー、あわとり練太郎、株式会社シンキー製)を用いて均一に混合した。混合物の脱泡を減圧下で行い、強靱化エポキシ樹脂組成物を得た。得られた組成物を15cmx15cmのガラスクロス(300g/m)に、ローラーを用いて含浸させた。これを12枚作製して、積層し、100℃で1時間、引き続いて150℃で3時間プレスして繊維強化複合材料を得た。得られた複合材料を用いて、層間剥離評価を行った。強靱化エポキシ樹脂組成物の配合物粘度を含む結果を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 
 表3から、本発明の強靱化エポキシ樹脂組成物は、粘度上昇することなく低い粘度であり、本発明の強靱化エポキシ樹脂組成物は、層間剥離しにくいことがわかる。
(実施例15、比較例16~18)
 表4に示す処方にしたがって、まずエポキシ硬化剤と消泡剤以外の各成分をそれぞれ計量し、撹拌装置(自転公転ミキサー、あわとり練太郎、株式会社シンキー製)を用いて均一に混合した。ついで、エポキシ硬化剤と消泡剤を追加して、同じ撹拌装置を用いて均一に混合した。混合物の脱泡を減圧下で行い、強靱化エポキシ樹脂組成物を得た。得られた組成物を、100℃で1時間、150℃で3時間硬化して、硬化物を得た。得られた硬化物を用いて、ガラス転移温度および耐熱衝撃性を測定した。強靱化エポキシ樹脂組成物の配合粘度を含む結果を表4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 
 表4から、本発明の強靱化エポキシ樹脂組成物は、粘度上昇することなく低い粘度であり、本発明の強靱化エポキシ樹脂組成物から得られる硬化物は、耐熱性と耐熱衝撃性に関して極めて良好の物性バランスを有することがわかる。
(実施例16、比較例19~27)
 表5に示す処方にしたがって、各成分をそれぞれ計量し、撹拌装置(自転公転ミキサー、あわとり練太郎、株式会社シンキー製)を用いて均一に混合した。混合物の脱泡を減圧下で行い、強靱化エポキシ樹脂組成物を得た。得られた組成物を用いて引張せん断接着試験片を作製して、せん断接着強度を評価した。結果を表5に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 
 表5から、本発明のエポキシ樹脂組成物は接着性においても優れることがわかる。
 

Claims (9)

  1.  数平均分子量1500~5000の末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)、エポキシ樹脂(B)、エポキシ硬化剤(C)およびコアシェルポリマー(D)を含み、
     前記末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)の全末端の40%以上の末端が、アルキル基、アリル基、およびアリール基から選ばれる少なくとも1種で封鎖されており、
     前記末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)と前記コアシェルポリマー(D)の重量比率が10/90~90/10であり、
     前記コアシェルポリマー(D)がジエン系ゴム、(メタ)アクリレート系ゴム、オルガノシロキサン系ゴム、スチレン系ポリマーおよび(メタ)アクリレート系ポリマーよりなる群から選択される1種以上のコア層を有し、前記コアシェルポリマー(D)100重量%中のコア成分量が70~95重量%であることを特徴とする強靭化エポキシ樹脂組成物。
  2.  前記末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)がポリプロピレンオキシド、ポリブチレンオキシドおよびオキシ-3-メチルテトラメチレン/オキシブチレン共重合体から選ばれる少なくとも1種である請求項1記載の強靭化エポキシ樹脂組成物。
  3.  前記末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)の末端が、アリル基および/またはアルキル基で封鎖されている請求項1~2のいずれかに記載の強靭化エポキシ樹脂組成物。
  4.  前記末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)の全末端数の70%以上の末端が封鎖されている請求項1~3のいずれかに記載の強靭化エポキシ樹脂組成物。
  5.  前記コアシェルポリマー(D)のシェル層が、アルキル基含有(メタ)アクリレートモノマー60~99重量%、エポキシ基含有ビニルモノマー1~40重量%、およびこれらと異なるモノマー0~25重量%の重合物を含む請求項1~4のいずれかに記載の強靱化エポキシ樹脂組成物。
  6.  前記強靭化エポキシ樹脂組成物に占める前記末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)が、末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)とエポキシ樹脂(B)とエポキシ硬化剤(C)とコアシェルポリマー(D)の合計100重量%中、0.5~20重量%である請求項1~5のいずれかに記載の強靭化エポキシ樹脂組成物。
  7.  請求項1~6のいずれかに記載の強靭化エポキシ樹脂組成物の製造方法であって、コアシェルポリマー(D)がエポキシ樹脂(B)中に分散している分散体と、末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)およびエポキシ硬化剤(C)を混合することを特徴とする強靭化エポキシ樹脂組成物の製造方法。
  8.  請求項1~6のいずれかに記載の強靭化エポキシ樹脂組成物の製造方法であって、コアシェルポリマー(D)が末端封鎖ポリアルキレンオキシド(A)中に分散している分散体と、エポキシ樹脂(B)およびエポキシ硬化剤(C)を混合することを特徴とする強靭化エポキシ樹脂組成物の製造方法。
  9.  請求項1~6いずれかに記載の強靭化エポキシ樹脂組成物から形成される硬化物。
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