説明

エポキシ樹脂用の硬化剤

エポキシ樹脂用の硬化剤は、1つ以上の5員または6員芳香族環を有し、前記1つ以上の5員または6員環上で、ヒドロキシル、アミン、イミダゾール、アジン、ヒドラジド、無水物、およびルイス酸基からなる群より選択される少なくとも2種類のエポキシとの反応性がある官能基によって置換されている。官能基の選択によって混合ポリマーネットワークを提供することができ、その1つは高いTgを有する、より密な架橋ポリマー構造を伴い、その他は応力の減少に寄与する、より直鎖状のポリマー構造を伴う。

【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
(関連技術の簡単な説明)
エポキシ樹脂は、製造または操作のいずれかの間に熱サイクルを受ける物品の製造において、接着剤、被覆剤、およびモールド組成物として使用される。
【0002】
2種類の一般的なエポキシ樹脂用の硬化剤は、芳香族アミンまたはフェノール類である。芳香族アミン硬化剤は、フェノール硬化剤よりもより高い架橋密度、および結果的により高いTg値を与える。硬化されたエポキシに特性のバランスを与えるエポキシ樹脂用の硬化剤を得ることが望ましいであろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0003】
本発明は、エポキシ樹脂、および2種類以上の異なった官能基(いずれもエポキシと反応性がある)を有するエポキシ樹脂用の硬化剤を含む硬化性組成物である。これらの官能基は、エポキシと反応して共有結合を形成することができるか、またはエポキシ硬化反応を促進することができるかのいずれかである。硬化剤に2種類以上の異なった官能基が存在する場合、混合エポキシポリマーネットワークを形成することができ、これにより硬化エポキシの物理的および機械的特性を高めることができる。
【発明を実施するための形態】
【0004】
(発明の詳細な説明)
硬化剤は、1つ以上の5員または6員芳香族環を有し、その1つ以上の5員または6員環上で、ヒドロキシル、アミン、イミダゾール、アジン、ヒドラジド、無水物、およびルイス酸基からなる群より選択される少なくとも2種類の官能基によって置換された化合物であってよい。5員または6員芳香族環は、任意にヘテロ原子(窒素または硫黄)を含んでいてよく、任意に1つ以上の他の芳香族または脂肪族環状環に縮合していてよく、および任意に電子吸引性基または電子供与性基であってよい。
【0005】
これらの硬化剤の例示的な構造としては、
【0006】
【化1】

が挙げられ、
【0007】
構造中、fおよびfは、fおよびfが異なるという条件で、独立して、ヒドロキシル、アミン、アジン、ヒドラジド、無水物、イミダゾールまたはルイス酸からなる群より選択され(第1の構造において、縮合を伴わずRによって結合されている繰り返しアリール環は、ベンゼン環上のオルト、メタ、またはパラ位で結合されうる);
【0008】
nおよびmは、nが0の場合、xが少なくとも1であるという条件で、独立して、0〜4の数字であり;
【0009】
xは、xが0の場合、nは少なくとも1およびRはfであるという条件で、0〜100、好ましくは0〜20の数字であり;
【0010】
Rは、1価または多価基であり、Rとしては、ヒドロカルビル、ヘテロ原子含有ヒドロカルビル、置換ヘテロ原子含有ヒドロカルビル、ヒドロカルビレン、置換ヒドロカルビレン、ヘテロ原子含有ヒドロカルビレン、置換ヘテロ原子含有ヒドロカルビレン、ポリシロキサン、ポリシロキサン−ポリウレタンブロックコポリマー、ならびに上記のものが共有結合−O−、−S−、−NR−、−O−C(O)−、−O−C(O)−O−、−O−C(O)−NR−、−NR−C(O)−、−NR−C(O)−NR−、−N=N−、−S−C(O)−、
【0011】
【化2】

(ここで、Rは、各々の位置に対して独立して、水素、アルキル、アルキレン、アルコキシ、アクリレート、アリール、およびマレイミドからなる群より選択される)からなる群より選択される1つ以上の結合基によって結合された任意の組合せ、が挙げられ;
【0012】
およびRは、xが0の場合、Rはfであるという条件で、独立して、−R、−H、−CH、−OCH、−O(CHCH、−(CH[ここでnは、1〜20の数字であり、およびfは、炭素−炭素不飽和結合を少なくとも1つ含有するヒドロカルビル基である(例えば、ビニル基、およびアリル基、アリール基)]、
【0013】
【化3】

(ここで、Rは、各々の位置に対して独立して、水素、アルキル、アルキレン、アルコキシ、アクリレート、アリール、およびマレイミドからなる群より選択される)からなる群より選択される。
【0014】
前記官能基は、その内の1つが密に架橋した高いTgポリマーネットワークを提供でき、他のものがより低密に架橋されている低いTgポリマーネットワークを提供できるように選択される。この組合せによって、硬化された組成物での強度と強靱性(柔軟性)とを共に提供することができる。
【0015】
前記例示的な構造上に嵩高い側鎖、RおよびRを導入することによって、立体障害を増大することができ、したがって反応性を低下させ、配合物のポットライフを改善することができる。この1つの例は、下記の反応スキームに示される:
【0016】
【化4】

【0017】
他の実施形態では、さらに反応性を低下させるために、カルボニル基を有する嵩高い側鎖を導入して反応中間体の遷移状態を安定化することができる。これは、下記の反応スキームで示される:
【0018】
【化5】

【0019】
1つの実施形態では、本硬化剤は、アミンおよびフェノール官能基を共に有する。アミンおよびフェノール官能基は、同時に機能して硬化速度を高め、硬化した接着剤にバランスの取れた性能を与える。アミンで硬化したエポキシ成分は、フェノールで硬化したエポキシ成分よりも高密に架橋された、結果的により高いTgを有するポリマーネットワークを与える。フェノールで硬化したエポキシ成分は、より直鎖状のポリマー構造を提供し、これは応力の減少に寄与する。
【0020】
特定の硬化剤は、
【0021】
【化6】

【0022】
【化7】

からなる群より選択され、ここでRおよびRは独立して、−H、−CH、−OCH、−O(CHCH、および−(CH(ここでnは、1〜20の数字、好ましくは1〜10の数字であり、およびfは、少なくとも1つのビニル官能基を含有するヒドロカルビル基である)、および
【0023】
【化8】

(ここでRは、各々の位置に対して独立して、水素、アルキル、アルキレン、アルコキシ、アクリレート、アリール、およびマレイミドからなる群より選択される)からなる群より選択され、
【0024】
ならびに、ここでRは、
【0025】
【化9】

(ここで、nは1〜6の数字である)からなる群より選択される。
【0026】
硬化性組成物を形成するのに適したエポキシ樹脂としては、ビスフェノール、ナフタレン、および脂肪族型のエポキシ樹脂が挙げられる。市販の入手可能な材料としては、大日本インキ化学工業から入手できるビスフェノール型のエポキシ樹脂(Epiclon 830LVP、830CRP、835LV、850CPR);大日本インキ化学工業から入手できるナフタレン型のエポキシ樹脂(Epiclon HP4032);脂肪族エポキシ樹脂としてCiba Specialty Chemicalsから入手できるもの(Araldite CY179、184、192、175、179)、Dowから入手できるもの(Epoxy1234、249、206)、およびダイセル化学工業から入手できるもの(EHPE−3150)が挙げられる。他の適したエポキシ樹脂としては、脂環式エポキシ樹脂、ビスフェノール−A型のエポキシ樹脂、ビスフェノール−F型のエポキシ樹脂、エポキシノボラック樹脂、ビフェニル型のエポキシ樹脂、ナフタレン型のエポキシ樹脂、およびジシクロペンタジエンフェノール型のエポキシ樹脂が挙げられる。
【0027】
高度に架橋化された、高密なポリマーネットワークを形成するためには、アミン硬化剤のエポキシ樹脂に対する化学量論比は、できるだけ1:2に近くすべきである。低度に架橋された、密でないポリマーネットワークを形成するためには、フェノール硬化剤のエポキシに対する化学量論比は、できるだけ1:1に近くすべきである。
【0028】
ある組成物では、望ましくはフィラーを含んでよい。適した非伝導性フィラーとしては、シリカ、炭酸カルシウム、雲母、チタニア、砂、ガラス、およびポリマーフィラーが挙げられる。フィラーが含まれる場合、配合物の10〜90重量%の量で存在することができる。
【0029】
試料配合物は、下記の表に開示されたものを含む。
【0030】
【表1】

【実施例】
【0031】
実施例で使用した化合物については、Huntsmanから購入した1−[(2−メチル−1H−イミダゾール−1−イル)メチル]−2−ナフタレノール以外は、Aldrichから購入した。化合物は、下記の構造を有する。
【0032】
【化10】

【0033】
【化11】

【0034】
実施例1
表1に示す構成成分を有する組成物を調製した。すべての組成物でジグリシジルエーテルビスフェノールFをエポキシ樹脂として用いた。組成物Aには硬化剤として芳香族アミンを含め、組成物Bには硬化剤としてフェノールを含めた。組成物CからHには、本発明のハイブリッド硬化剤を含めた。組成物を示差走査熱量測定(DSC)に掛けて硬化を起こさせ、硬化開始時、硬化ピーク時の温度、および硬化発熱量を報告した。すべての組成物は、発熱反応を示した。
【0035】
【表2】

【0036】
【表3】

【0037】
実施例2
表2に示すように、ビス−Fエポキシ樹脂に対する硬化剤の化学量論比を、実施例1での硬化剤に対して計算した。
【0038】
【表4】

【0039】
実施例3
硬化剤のエポキシに対するモル比を0.9:1とし、DSCを用いながら硬化剤として5−アミノ−1−ナフテノール(5−amino−1−naphthenol)を使用して様々なエポキシ化合物を硬化した。DSCの結果を表3に報告した。
【0040】
【表5】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
エポキシ樹脂および少なくとも2種類の異なった官能基を有する前記エポキシ樹脂用の硬化剤を含み、前記官能基が共にエポキシと反応することができる、硬化性組成物。
【請求項2】
前記硬化剤が、1つ以上の5員または6員芳香族環を有し、前記1つ以上の5員また6員環上で、ヒドロキシル、アミン、イミダゾール、アジン、ヒドラジド、無水物、およびルイス酸基からなる群より選択される少なくとも2種類の官能基で置換されている化合物である、請求項1に記載の硬化性組成物。
【請求項3】
前記硬化剤が、構造:
【化1】

を有し、ここで
fおよびfは、fおよびfは異なるという条件で、独立して、ヒドロキシル、アミン、アジン、ヒドラジド、無水物、イミダゾールまたはルイス酸からなる群より選択され、
nおよびmは、nが0である場合、xは少なくとも1であるという条件で、独立して、0〜4の数字であり、
xは、xが0の場合、nは少なくとも1およびRはfであるという条件で、0〜100の数字であり、
Rは、1価または多価基であり、Rとしては、ヒドロカルビル、ヘテロ原子含有ヒドロカルビル、置換ヘテロ原子含有ヒドロカルビル、ヒドロカルビレン、置換ヒドロカルビレン、ヘテロ原子含有ヒドロカルビレン、置換ヘテロ原子含有ヒドロカルビレン、ポリシロキサン、ポリシロキサン−ポリウレタンブロックコポリマー、ならびに上記のものが共有結合−O−、−S−、−NR−、−O−C(O)−、−O−C(O)−O−、−O−C(O)−NR−、−NR−C(O)−、−NR−C(O)−NR−、−N=N−、−S−C(O)−、
【化2】

(ここでRは、各々の位置に対して独立して、水素、アルキル、アルキレン、アルコキシ、アクリレート、アリール、およびマレイミドからなる群より選択される)からなる群より選択された1つ以上の結合基によって結合された任意の組合せ、が挙げられ、
およびRは、独立して、−R、−H、−CH、−OCH、−O(CHCH、−(CHf(ここでnは、1〜20の数字であり、fは、炭素−炭素不飽和結合を少なくとも1つ含有するヒドロカルビル基である)、および
【化3】

(ここでRは、各々の位置に対して独立して、水素、アルキル、アルキレン、アルコキシ、アクリレート、アリール、およびマレイミドからなる群より選択される)からなる群より選択される、請求項1に記載の硬化性組成物。

【公表番号】特表2012−509391(P2012−509391A)
【公表日】平成24年4月19日(2012.4.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−537571(P2011−537571)
【出願日】平成21年11月18日(2009.11.18)
【国際出願番号】PCT/US2009/064929
【国際公開番号】WO2010/059683
【国際公開日】平成22年5月27日(2010.5.27)
【出願人】(500538520)ヘンケル コーポレイション (99)
【氏名又は名称原語表記】HENKEL CORPORATION
【Fターム(参考)】