マンニッヒ塩基を含み、高温用途に適したエポキシ樹脂組成物
本発明は、硬化剤成分中に少なくとも１種のマンニッヒ塩基を含み、５℃から６０℃の間の温度で硬化された後で８０℃を超えるガラス転移温度をもつ２成分型エポキシ樹脂組成物に関する。この独創的な２成分型エポキシ樹脂組成物は特に接着剤として用いられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は低温硬化により、続く熱処理なしに硬化し、高いガラス転移温度を有する２成分型エポキシ樹脂システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
２成分型エポキシ樹脂システムは長い間知られてきた。第一成分は少なくとも１種のエポキシ樹脂を含み、一方で第二成分は硬化剤を含む。この２成分が混合された場合、エポキシ樹脂と硬化剤が互いに反応して架橋が生じる。アミン系硬化剤が広く用いられている。しかし、硬化したエポキシ樹脂の特性は、用いるアミン類の選択、適用温度、及び硬化温度に非常に大きく左右される。
【０００３】
エポキシ樹脂システムは、硬い接着結合を達成するためによく用いられる。多くの場合、この種の結合は構造結合である。そのような結合を特徴とする組み立て品の使用分野は非常に多様であり、非常に様々な温度範囲を含んでいる。特に高温での使用にとって、接着剤のガラス転移温度はきわめて重要な要素である。ガラス転移温度を超えると、接着剤はその特性に著しい変化をうけ、その結果として確実且つ長期の結合を確保することができない。
【０００４】
したがって、高いガラス転移温度を有するエポキシ樹脂システムを開発するためにますます努力がなされている。高いガラス転移温度は熱硬化性エポキシ樹脂システムによって首尾良く実現されている。熱硬化性エポキシシステムの場合、１００℃よりもかなり高い温度が典型的には用いられる。例えば、ジシアンジアミド（ｄｉｃｙ）の影響下で、エポキシ樹脂は、通常１２０℃より高い温度で硬化されうる。しかし、そのような高温での硬化は、多くの場合不可能か又は望ましくない。
【０００５】
さらに、室温又はわずかに高い温度で適用される多くのエポキシ樹脂接着剤の場合に、ガラス転移温度は、続く熱処理によって上昇されうることが知られている。この場合に、例えば、エポキシ樹脂接着剤は、室温で適用されてそれが特定の初期強度に達した後、例えば１００℃の温度に加熱チャンバー内で夜通し又は数日間保管される。熱処理によって接着剤のガラス転移温度を増加させることには、材料による限界がある。さらに、建築構造物はもちろんのこと、大きな部品に対しては、加熱チャンバー内に移動させ、あるいは人工的に広範囲に加熱することは、実際上不可能である。
【０００６】
特に、大きな部品の接着結合の場合や、建築及び土木における屋外での適用の場合は、それゆえ、混合、適用及び室温又はわずかに高い温度での硬化に続いて、高いガラス転移温度を有する低温硬化性（コールドキュア）接着剤に対する増大しつつある要求が存在する。この場合の意図は、熱硬化の方式又は続く熱処理の方式において人工的に発生させた熱の追加的供給を全く必要としないことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
〔本発明のまとめ〕
５℃から６０℃の間の温度で硬化した後で高いガラス転移温度を有する２成分型エポキシ樹脂組成物を提供することが本発明の目的である。
【０００８】
驚くべきことに、このことは、硬化剤成分中に少なくとも１種のマンニッヒ塩基を使用することを通して達成されうることを発見した。
【０００９】
この種の２成分型エポキシ樹脂組成物では、一方では室温で硬化し、且つ他方では硬化後に続く熱処理の必要なしに８０℃より高いガラス転移温度を有する、実施に適したシステムを配合し、かなりの高温でさえ、これらのエポキシ樹脂組成物の信頼できる使用へと導くことが可能である。
【００１０】
ガラス転移温度は多くの異なる方法で測定することができる。用いる方法に応じて、決定される値は変化しうる。したがって、ここ及び以下では、「Ｔｇ」ともいう「ガラス転移温度」は、ＤＳＣにより、pr EN 12614に準拠して（ピークの）高さの半分から決定される値を意味する。
【００１１】
したがって、従来の熱硬化又は熱処理が可能でないか又は望ましくない用途についてさえ、エポキシ樹脂組成物を用いることが可能なる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、硬化剤成分中に少なくとも１種のマンニッヒ塩基を含み、且つ５℃から６０℃の間の温度で硬化させた後で、８０℃よりも高いガラス転移温度を有する２成分型エポキシ樹脂組成物に関する。
【００１３】
適したマンニッヒ塩基はフェノール系化合物、ホルムアルデヒド、及びポリアミン類から調製することができる。
【００１４】
特に適したフェノール系化合物は、フェノール基に関してオルト（ｏ）及び／又はパラ（ｐ）位が非置換のものである。それらの例は、ヒドロキシナフタレン類、ポリヒドロキシナフタレン類、アルキルフェノール類、ジアルキルフェノール類、架橋フェノール類、例えば、テトラヒドロナフトールなどである。単核及び多核両方のポリフェノール系化合物もまた含まれる。そのようなポリフェノール系化合物の例は、ピロカテコール、レゾルシノール、ピロガロール、フロログルシノール、ビスフェノールＡ、及びビスフェノールＦである。
【００１５】
特に適していることが発見されたマンニッヒ塩基は以下の式（I）又は（II）のフェノール系化合物、ホルムアルデヒド、及び少なくとも１種のポリアミンを用いて調製されたものであり、Ｒ１はＨ又はＣＨ３である。
【００１６】
【化１】
【００１７】
特に好ましいと考えられるものは、ｍ−クレゾールであり、式（I）でＲ１が水素原子である。
【００１８】
ホルムアルデヒドは、当業者に知られている形態で直接又はホルムアルデヒド供与化合物から用いられうる。好ましいものはパラホルムアルデヒドの形態のホルムアルデヒド、又はホルマリン溶液の形態のホルムアルデヒドである。ホルマリン溶液が特に好ましい。
【００１９】
「ポリアミン」は、２つ以上の第一級アミノ基を有する化合物を意味する。この種のポリアミン類は、エポキシド化学及びポリウレタン化学の技術分野の当業者には架橋剤として公知である。特に適したものは、
− 脂肪族ポリアミン類、例えば、エチレンジアミン、１，２−及び１，３−プロパンジアミン、２−メチル−１，２−プロパンジアミン、２，２−ジメチル−１，３−プロパンジアミン、１，３−及び１，４−ブタンジアミン、１，３−及び１，５−ペンタンジアミン、１，５−ジアミノ−２−メチルペンタン（ＭＰＭＤ）、１，６−ヘキサンジアミン、２，２，４−及び２，４，４−トリメチルヘキサメチレンジアミン、１，７−ヘプタンジアミン、１，８−オクタンジアミン、４−アミノメチル−１，８−オクタンジアミン、メチルビス（３−アミノプロピル）アミン、１，３−ジアミノペンタン（ＤＡＭＰ）、２，５−ジメチル−１，６−ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、（３，６−ジアザ−オクタメチレンジアミン）、テトラエチレンペンタミン、ペンタメチレンヘキサミン、ジプロピレントリアミン、トリプロピレンテトラミン、テトラプロピレンペンタミン、４，７−ジアザ−デカメチレン−１，１０−ジアミン、及び前記ポリアミン類の混合物。
− 脂環族ポリアミン類、例えば、１，３−及び１，４−ジアミノシクロヘキサン、１，２−ジアミノシクロヘキサン（ＤＣＨ）、ビス（４−アミノシクロへキシル）メタン（ＰＡＣＭ）、ビス（４−アミノ−３−メチルシクロへキシル）メタン、ビス（４−アミノ−３−エチルシクロへキシル）メタン、ビス（４−アミノ−３，５−ジメチルシクロへキシル）メタン、１−アミノ−３−アミノメチル−３，５，５−トリメチルシクロヘキサン（＝イソホロンジアミン又はＩＰＤＡ）、２−及び４−メチル−１，３−ジアミノシクロヘキサン、１，３−及び１，４−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、１，３−２，５（２，６）−ビス−（アミノメチル）ビシクロ［２．２．１］ヘプタン（ＮＢＤＡ、三井化学社製造）、３（４），８（９）−ビス（アミノメチル）トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン、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、１，３−及び１，４−キシリレンジアミン、オクタヒドロ−４，７−メタノ−インデン−２，５−ジアミン、オクタヒドロ−４，７−メタノ−インデン−１，６−ジアミン、ビス−（２−アミノエチル）エーテルなどのエーテル基を含む脂肪族ポリアミン類、及びそれらの高次のオリゴマー類、並びに前記ポリアミン類の混合物。
− 芳香族アミン、例えば、トリレンジアミン、フェニレンジアミン、４，４−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）、及び前記ポリアミン類の混合物。
【００２０】
ＤＡＭＰ、ＩＰＤＡ、１，３−及び１，４−ジアミノシクロヘキサン、１，２−ジアミノシクロヘキサン、１，３−及び１，４−ブタンジアミン、１，３−及び１，５−ペンタンジアミン、ＭＰＭＤ、１，３−キシリレンジアミン、１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、（３，６−ジアザ−オクタメチレンジアミン）、テトラエチレンペンタミン、ペンタメチレンヘキサミン、ジプロピレントリアミン、トリプロピレンテトラミン、テトラプロピレンペンタミン、４，７−ジアザ−デカメチレン−１，１０−ジアミン、ビス（４−アミノシクロへキシル）メタン、ビス（４−アミノ−３−メチル−シクロへキシル）メタン、３（４），８（９）ビス（アミノメチル）トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン、並びにそれらの混合物、を含む群から選択されるポリアミン類が好ましい。
【００２１】
特に好ましくは、ポリアミン類は、１，３−キシリレンジアミン、１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、（３，６−ジアザ−オクタメチレンジアミン）、テトラエチレンペンタミン、ＩＰＤＡ、１，２−ジアミノシクロヘキサン、４，７−ジアザ−デカメチレン−１，１０−ジアミン、及びそれらの混合物、を含む群から選択される。
【００２２】
上記ポリアミン類とその他のポリアミン類又はその他のアミン類との混合物もまた可能であることが理解されよう。
【００２３】
マンニッヒ塩基は、フェノール系化合物、ホルムアルデヒド、及びポリアミン類から調製されうる。慣用法によってマンニッヒ塩基を調製することができる。
【００２４】
２段階調製法が有利であることを発見した。この場合、第一段階でフェノール系化合物、特に式（I）又は（II）のフェノール系化合物を塩基の作用下でホルムアルデヒドと反応させる。この塩基は第三級アミン、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類水酸化物、又はそれらの混合物であることができる。特に適したものは第三級アミン類、特に第一級アミノ基を追加で含む第三級アミンであり、例えば、１−（２−アミノエチル）ピペラジンなどである。好ましい第三級アミン類は式（III）のものであり、Ｒ２基はＣ１〜Ｃ６アルキルであり、ｎ＝１、２、又は３である。
【００２５】
【化２】
【００２６】
Ｒ２として好ましいものは、Ｒ２＝メチル又はエチルであり、特にＲ２＝メチルである。ｎとして好ましいものは、ｎ＝２である。
【００２７】
第一段階においては、フェノール系成分と塩基との混合物、特に式（I）又は（II）のフェノール系化合物と第三級アミンの混合物にホルムアルデヒドを添加するのが有利である。この添加は、冷却しながら、同様に冷却したホルムアルデヒドをゆっくり加えて、わずかな温度上昇しか記録されないように行うのが有利である。
【００２８】
第二段階においては、反応は少なくとも１種のポリアミンとともに行う。第二段階では、第一段階で得られる生成物をポリアミンにゆっくり添加することが有利である。
【００２９】
当業者には、この種の反応の場合には、未反応成分が最終生成物中にわずかな程度でしか存在しないことが可能であることは明らかである。
【００３０】
しかし、特定条件下では、フェノール系成分、ホルムアルデヒド、及びポリアミンを反応させる一段階法であっても、本発明のエポキシ樹脂組成物に用いられるマンニッヒ塩基をもたらす。
【００３１】
このマンニッヒ塩基は第二級アミノ基だけでなく第一級アミノ基も含んでいる。
【００３２】
上記マンニッヒ塩基は有利にはいかなる多核オリゴマーをも含まないか又は少なくとも少量画分の多核オリゴマーしか含まない。このオリゴマー画分（フラクション）はマンニッヒ塩基の重量を基準にして２０重量％未満、特に１０重量％未満であることが好ましい。
【００３３】
マンニッヒ塩基が、マンニッヒ塩基の重量を基準にして、未反応のフェノール系化合物を１重量％未満、特に０．５重量％未満、好ましくは０．１重量％未満しか含まない場合は、さらに有利である。
【００３４】
本マンニッヒベースは低い粘度を有することが有利である。接着剤の配合に特に適しているのは、２００〜１０００ｍＰａｓ、特に２００から７００ｍＰａｓの間の粘度である。
【００３５】
説明したマンニッヒ塩基は、２成分型エポキシ樹脂組成物の硬化剤成分の一部である。それは単独で、又は２成分型エポキシ樹脂組成物のための硬化剤成分中の通常の構成成分と共に混合されて存在しうる。その他のアミン類、特にポリアミン類、付加（アダクト）アミン硬化剤、促進剤、補助剤（例えば添加剤、顔料、及びフィラー）がこの目的に特に適している。好ましい促進剤は、トリス（２，４，６−ジメチルアミノメチル）フェノール及びアミノエチルピペラジンである。増量剤又は希釈剤もまた用いられうるが、これらの場合には、硬化したエポキシ樹脂組成物のガラス転移温度がそのエポキシシステムについて予定した使用温度よりも低くなるほどにはガラス転移温度の低下が大きくないことを保証するように大きな注意を払わなければならない。
【００３６】
この種の硬化剤成分は通常の撹拌機で調製されうる。
【００３７】
本発明の２成分型エポキシ樹脂組成物は樹脂成分を有する。この樹脂成分にはエポキシ樹脂が含まれる。エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂分野の当業者に公知のエポキシ樹脂、特にビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、及びビスフェノールＡ／Ｆ混合物のグリシジルエーテル類に基づくエポキシ樹脂である。液体樹脂とともに、固体樹脂も特に非常に重要である。特に興味あるものはノボラック樹脂である。さらに反応性希釈剤が樹脂成分の通常の成分である。２以上、特に２又は３つのグリシジル基を有する反応性希釈剤が好ましい。さらなる適切な反応性希釈剤は、Ｎ−グリシジルエーテル類であり、これはエピクロルヒドリンとアミン類の反応生成物として調製されうる。この反応に適したアミン類は、アニリン、ｍ−キシリレンジアミン（ＭＸＤＡ）、４，４−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）、又はビス（４−メチル−アミノフェニル）メタンである。特に適したＮ−グリシジルエーテル類は、ｐ−ヒドロキシアミノベンゼン−トリグリシジル付加体、ＭＸＤＡ−テトラグリシジル付加体、及びＭＤＡ−テトラグリシジル付加体である。
【００３８】
さらなる成分は増量剤、希釈剤、促進剤、添加剤などの助剤、顔料、及びフィラーであることができる。反応性の希釈剤、増量剤、及びその他の希釈剤を用いる場合は、硬化したエポキシ樹脂組成物のガラス転移温度がそのエポキシシステムについて予定した使用温度よりも低くなるほどにはガラス転移温度の低下が大きくないことを保証するように大きな注意を払わなければならない。
【００３９】
この種のエポキシ樹脂成分は通常の撹拌機で調製されうる。
【００４０】
エポキシ樹脂成分と硬化剤成分の混合比は、当業者に公知のとおり、エポキシ基とアミノ基が互いに化学量論的に反応するように選択されることが有利である。しかし、この割合から外れ、ある特定の状況下では約２０％までアンダーキュア（未硬化）又はオーバーキュア（過硬化）であることもできる。
【００４１】
２成分は人手又は機械で混合されうる。充填剤未添加システム又はわずかにペースト状システムは撹拌機又は混合装置、例えば２Ｃカートリッジガンを用いて、又はスタティックミキサー又はダイナミックミキサーと組み合わせたポンプで、容易に混合されうる。高充填システムは、撹拌機（スターラー）、人手、又は混合機（アジテーター）によって混合することが有利である。
【００４２】
本発明の２成分型エポキシ樹脂組成物の可能な使用法は多様である。例えば、コーティング剤、ワニス、被覆剤、シーラント、又は接着剤が可能である。接着剤としての使用は特に特に興味がもたれる。特に好ましいのは、建築又は土木における用途に接着剤として用いることである。特に重要なのは、固定補強のための接着剤としての使用である。重要な用途は構造接着剤としての使用である。
【００４３】
接着剤として使用するためには、２成分型エポキシ樹脂組成物を混合し、一つの固体の表面に少なくとも適用し、次にさらなる固体表面と接触させる。接着剤がギャップに注入されること及びそこで硬化されることもまた可能である。エポキシ樹脂組成物の硬化後、このように生じた接着結合は荷重をかけられることができる。最大強度に達するまで、数週間経過する可能性がある。
【００４４】
これらのシステムは、フェノール、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、ノニルフェノール及び／又はビスフェノールＡ、並びにポリアミン類から通常の手法によって調製される公知のマンニッヒ塩基よりもさらに長いポットライフを有することをさらに発見している。
【００４５】
２成分型エポキシ樹脂組成物を混合し、適用する。それは低温、すなわち５℃から６０℃の間の温度で硬化しうる。それらの成分は５℃から６０℃の間の温度で同様に混合かつ適用されることが有利である。
【００４６】
これらの温度は、特に建築及び土木において、接着剤が通常適用され且つ硬化される環境温度である。１０℃から５０℃の間の範囲、特に１０℃から３０℃の間の範囲が特に重要である。室温領域の温度での適用は特に一般的である。硬化したエポキシ樹脂組成物の特性に、硬化温度は特に関係がある。したがって、１０℃から５０℃の間、特に１０℃から３０℃の間の温度での硬化が好ましい。
【００４７】
予め人為的に供給した熱は適用コスト及び製造コストを低減する。そのうえに多くの対象物は、可能でない場合は通常手段を用いて人為的に加熱することが困難である。そのような人為的に発生させた広範囲の加熱を必要としないことは、例えば建築又は土木において普通である大きな対象物への適用を初めて可能にする。
【００４８】
５℃よりも低い温度では、充分な硬化が保証されない。６０℃より高い温度を用いる場合は、人工的熱源を用いることが必要である。当業者には、混合、適用、及び硬化は、より高い温度でも可能であることが明らかである。この目的に最も必要であるポットライフ及び粘度を適応させることは、当業者に公知の手法によって達成されうる。続いて熱処理を行うこともまた可能である。これらの場合もまた、８０℃より高いガラス転移温度が実現されうる。当業者には、硬化した２成分型エポキシ樹脂組成物がかなり高い使用温度で用いられる必要がないことも同様に明らかである。この種の低温硬化した２成分型エポキシ樹脂組成物は室温においてうまく用いられうる。
【００４９】
本発明の２成分型エポキシ樹脂組成物は典型的には室温又はわずかに高い温度で混合し、適用し、さらに環境温度で硬化する。硬化後、硬化したエポキシ樹脂が用いられている間、温度はガラス転移温度近くまで達するが、機械特性が急激に悪影響を及ぼされることはない。特にエポキシ樹脂組成物を接着剤として用いた場合には、用いられる温度において被着材間の力の伝達が明らかに低下するべきではなく、あるいは接着破壊もしくは接着剤のクリープが生じてはならない。
【００５０】
硬化後は、本発明の２成分型エポキシ樹脂組成物は、８０℃、好ましくは１００℃より高く、特に１００℃から１５０℃の間のガラス転移温度を有する。
【００５１】
本発明の２成分型エポキシ樹脂組成物は、例えば、繊維強化複合材料を結合するための接着剤として用いることができる。これの一つの実例は建築構造物、例えば橋、の強化に関連するカーボンファイバー層状体の接着結合である。
【００５２】
さらに、本発明の２成分型エポキシ樹脂組成物は、繊維強化複合材料を生産するためのポリマーマトリクスとして用いることもできる。例えば、カーボンファイバー又はガラスファイバーを２成分型エポキシ樹脂組成物中に埋め込むことができ、ファイバー複合材料として、例えば層状物の形態の硬化した状態で用いることができる。
【００５３】
同様に、例えば、ファイバー織物又はファイバー縒り物を構築構造物に適用し、その構築構造物とともにそこで繊維強化複合材料を形成するために、２成分型エポキシ樹脂組成物を用いることも可能である。
【００５４】
［実施例］
以下に示す実施例は本発明を説明するために提供する。
【００５５】
〔２段階マンニッヒ塩基調製の例〕
調製の第一段階
８６．４ｇのｍ−クレゾールをガラスフラスコに入れ、８１．３ｇの１，３−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアミンを加えた。混合物を２０℃に冷却し、次に１９７ｇの冷ホルマリン溶液（３６．５％水溶液）を冷却しながらゆっくり滴下して加えた。かなりの発熱が起こった。内温を４０℃から４５℃の間に保った。添加終了後、４０〜４５℃で１時間、撹拌を続けた。
【００５６】
調製の第二段階
表１に示したポリアミンを室温（ＲＴ）で、窒素下で反応器に仕込み８０℃に加熱し、上記第一段階で得られた中間体を撹拌しながらゆっくり注ぎ入れた。穏やかな発熱が起こった。窒素下で約１１０℃に加熱し、同時に反応による水を大気圧下で留去した。反応による水の理論量の８０％が留去された後、減圧にし、水の理論量まで蒸留による除去を行った。
【００５７】
〔一段階マンニッヒ塩基調製の例〕
３４２ｇの１，２−ジアミノシクロヘキサン（ＤＣＨ）、１２９ｇのアミノエチルピペラジン、及び１２２ｇの３，５−キシレノールを容器中に入れた。冷却しながら、２０〜３０℃の温度で、１９７ｇの冷ホルマリン溶液（３６．５％水溶液）を滴下して加えた。かなりの発熱が起こった。窒素下で約１１０℃に加熱を行い、同時に反応による水を大気圧下で留去した。反応による水の理論量の８０％が留去された後、減圧にし、水の理論量まで蒸留による除去を行った。
【００５８】
【表１】
【００５９】
表１は、室温まで冷却した後のマンニッヒ塩基の特性を示している。記した粘度は５重量％の促進剤トリス−（２，４，６−ジメチルアミノメチル）フェノール［アラルダイト（Araldite）ＨＹ−９６０（バンチコ(Vantico)社）］とのブレンド物についてのものである。粘度はDIN EN ISO 3219に準拠してレオマット（Rheomat）（コーン／プレート）を使用して回転式粘度計によって決定した。比較例としてのＲｅｆ．１及びＲｅｆ．２はマンニッヒ塩基ではなく、アミン類である。
【００６０】
表２は、２成分型エポキシ樹脂組成物の特性を示している。この場合のエポキシ樹脂成分は、それぞれの場合、８５％のビスフェノールＡジグリシジルエーテル（Araldite GY-250としてVantico社から市販されている）と１５％のトリメチロールプロパントリグリシジルエーテルからなる混合物である。組成物は、２０〜２３℃、５０％相対湿度で、９５重量％のマンニッヒ塩基又はポリアミンと５重量％のトリス−（２，４，６−ジメチルアミノエチル）フェノール（Araldite HY-960, Vantico社）からなる硬化剤と混合し、混合はアミン−Ｈ／エポキシ基に関して化学量論的に行い、組成物をこれらの条件下で７日間硬化させた。
【００６１】
【表２】
【００６２】
１００ｇの混合物のポットライフ（可使時間）は、ゲルタイマーを用いて２３℃において断熱円筒カップ中で決定した。
【００６３】
ガラス転移温度（Ｔｇ）はEN 12614に準拠し、ＤＳＣによって決定した。この目的のために、最初の走査において、硬化したサンプルを初めに＋５℃に冷却し、次に１０Ｋ／分の速度で１６０℃まで加熱した（ポリマー構造の緩和）。その後、サンプルを５０Ｋ／分で＋５℃まで冷却し、５℃に１０分間保ち、さらに第二の走査において１０Ｋ／分の速度で１６０℃まで加熱した。この第二の走査のための測定線図より、半分の高さからガラス転移温度（Ｔｇ）を決定した。
【００６４】
表１及び２は、一方で低粘度を有するマンニッヒ塩基が得られること、さらに他方でそのようなマンニッヒ塩基を含む組成物により、公知の低温硬化用ポリアミン類（Ｒｅｆ．１及びＲｅｆ．２）とは対照的に、高いガラス転移温度が達成されうることを示している。
【００６５】
表３は、マンニッヒ塩基とポリアミンのブレンド物に相当する硬化剤を示す。
【００６６】
【表３】
【００６７】
表４は、表３によるマンニッヒ塩基／ポリアミン硬化剤を含む２成分型エポキシ樹脂組成物の特性を示す。これらの値を決定するために用いた方法は既に説明した。
【００６８】
【表４】
【００６９】
表４及び５は、マンニッヒ塩基とポリアミンの混合物でも所望する特性を有することに導くことを示している。しかし、ポリアミンと混合することはガラス転移温度の低下をもたらす。したがって、添加するポリアミンの量及び種類には注意を払わなければならない。
【００７０】
表５は、１段階又は２段階法にしたがって調製したマンニッヒ塩基の特性、及びそれぞれ、それらを含む２成分型エポキシ樹脂組成物の特性を示している。これらの値を決定するために用いた方法は既に説明した。
【００７１】
【表５】
【００７２】
表５から、１段階法のみでなく２段階法でも、適したマンニッヒ塩基へと導き、それぞれ適切な組成物へと導くが、２段階法は粘度及びガラス転移温度の両方に関して有利であることが明らかである。
【００７３】
〔実施例：接着剤としての使用〕
表６に示した、以下の硬化剤成分を調製した。それらを既に説明したエポキシ樹脂成分とともに硬化させた。充填成分の場合は、２５重量％の樹脂、６０重量％の石英砂、及び１５重量％の石英粉末からなる充填樹脂成分を用いて、例４の硬化を同様に行った。
【００７４】
引張強度は、ISO 527に準拠し、５ｍｍ／分の引張速度で、２３℃且つ５０％相対湿度において７日間硬化させた試験品について測定した。
【００７５】
スチール接着力は、ISO 4624に準拠し、１００Ｎ／ｓで、２３℃且つ５０％相対湿度において７日間硬化させた接着結合スチール試験品について測定した。
【００７６】
【表６】
【技術分野】
【０００１】
本発明は低温硬化により、続く熱処理なしに硬化し、高いガラス転移温度を有する２成分型エポキシ樹脂システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
２成分型エポキシ樹脂システムは長い間知られてきた。第一成分は少なくとも１種のエポキシ樹脂を含み、一方で第二成分は硬化剤を含む。この２成分が混合された場合、エポキシ樹脂と硬化剤が互いに反応して架橋が生じる。アミン系硬化剤が広く用いられている。しかし、硬化したエポキシ樹脂の特性は、用いるアミン類の選択、適用温度、及び硬化温度に非常に大きく左右される。
【０００３】
エポキシ樹脂システムは、硬い接着結合を達成するためによく用いられる。多くの場合、この種の結合は構造結合である。そのような結合を特徴とする組み立て品の使用分野は非常に多様であり、非常に様々な温度範囲を含んでいる。特に高温での使用にとって、接着剤のガラス転移温度はきわめて重要な要素である。ガラス転移温度を超えると、接着剤はその特性に著しい変化をうけ、その結果として確実且つ長期の結合を確保することができない。
【０００４】
したがって、高いガラス転移温度を有するエポキシ樹脂システムを開発するためにますます努力がなされている。高いガラス転移温度は熱硬化性エポキシ樹脂システムによって首尾良く実現されている。熱硬化性エポキシシステムの場合、１００℃よりもかなり高い温度が典型的には用いられる。例えば、ジシアンジアミド（ｄｉｃｙ）の影響下で、エポキシ樹脂は、通常１２０℃より高い温度で硬化されうる。しかし、そのような高温での硬化は、多くの場合不可能か又は望ましくない。
【０００５】
さらに、室温又はわずかに高い温度で適用される多くのエポキシ樹脂接着剤の場合に、ガラス転移温度は、続く熱処理によって上昇されうることが知られている。この場合に、例えば、エポキシ樹脂接着剤は、室温で適用されてそれが特定の初期強度に達した後、例えば１００℃の温度に加熱チャンバー内で夜通し又は数日間保管される。熱処理によって接着剤のガラス転移温度を増加させることには、材料による限界がある。さらに、建築構造物はもちろんのこと、大きな部品に対しては、加熱チャンバー内に移動させ、あるいは人工的に広範囲に加熱することは、実際上不可能である。
【０００６】
特に、大きな部品の接着結合の場合や、建築及び土木における屋外での適用の場合は、それゆえ、混合、適用及び室温又はわずかに高い温度での硬化に続いて、高いガラス転移温度を有する低温硬化性（コールドキュア）接着剤に対する増大しつつある要求が存在する。この場合の意図は、熱硬化の方式又は続く熱処理の方式において人工的に発生させた熱の追加的供給を全く必要としないことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
〔本発明のまとめ〕
５℃から６０℃の間の温度で硬化した後で高いガラス転移温度を有する２成分型エポキシ樹脂組成物を提供することが本発明の目的である。
【０００８】
驚くべきことに、このことは、硬化剤成分中に少なくとも１種のマンニッヒ塩基を使用することを通して達成されうることを発見した。
【０００９】
この種の２成分型エポキシ樹脂組成物では、一方では室温で硬化し、且つ他方では硬化後に続く熱処理の必要なしに８０℃より高いガラス転移温度を有する、実施に適したシステムを配合し、かなりの高温でさえ、これらのエポキシ樹脂組成物の信頼できる使用へと導くことが可能である。
【００１０】
ガラス転移温度は多くの異なる方法で測定することができる。用いる方法に応じて、決定される値は変化しうる。したがって、ここ及び以下では、「Ｔｇ」ともいう「ガラス転移温度」は、ＤＳＣにより、pr EN 12614に準拠して（ピークの）高さの半分から決定される値を意味する。
【００１１】
したがって、従来の熱硬化又は熱処理が可能でないか又は望ましくない用途についてさえ、エポキシ樹脂組成物を用いることが可能なる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、硬化剤成分中に少なくとも１種のマンニッヒ塩基を含み、且つ５℃から６０℃の間の温度で硬化させた後で、８０℃よりも高いガラス転移温度を有する２成分型エポキシ樹脂組成物に関する。
【００１３】
適したマンニッヒ塩基はフェノール系化合物、ホルムアルデヒド、及びポリアミン類から調製することができる。
【００１４】
特に適したフェノール系化合物は、フェノール基に関してオルト（ｏ）及び／又はパラ（ｐ）位が非置換のものである。それらの例は、ヒドロキシナフタレン類、ポリヒドロキシナフタレン類、アルキルフェノール類、ジアルキルフェノール類、架橋フェノール類、例えば、テトラヒドロナフトールなどである。単核及び多核両方のポリフェノール系化合物もまた含まれる。そのようなポリフェノール系化合物の例は、ピロカテコール、レゾルシノール、ピロガロール、フロログルシノール、ビスフェノールＡ、及びビスフェノールＦである。
【００１５】
特に適していることが発見されたマンニッヒ塩基は以下の式（I）又は（II）のフェノール系化合物、ホルムアルデヒド、及び少なくとも１種のポリアミンを用いて調製されたものであり、Ｒ１はＨ又はＣＨ３である。
【００１６】
【化１】
【００１７】
特に好ましいと考えられるものは、ｍ−クレゾールであり、式（I）でＲ１が水素原子である。
【００１８】
ホルムアルデヒドは、当業者に知られている形態で直接又はホルムアルデヒド供与化合物から用いられうる。好ましいものはパラホルムアルデヒドの形態のホルムアルデヒド、又はホルマリン溶液の形態のホルムアルデヒドである。ホルマリン溶液が特に好ましい。
【００１９】
「ポリアミン」は、２つ以上の第一級アミノ基を有する化合物を意味する。この種のポリアミン類は、エポキシド化学及びポリウレタン化学の技術分野の当業者には架橋剤として公知である。特に適したものは、
− 脂肪族ポリアミン類、例えば、エチレンジアミン、１，２−及び１，３−プロパンジアミン、２−メチル−１，２−プロパンジアミン、２，２−ジメチル−１，３−プロパンジアミン、１，３−及び１，４−ブタンジアミン、１，３−及び１，５−ペンタンジアミン、１，５−ジアミノ−２−メチルペンタン（ＭＰＭＤ）、１，６−ヘキサンジアミン、２，２，４−及び２，４，４−トリメチルヘキサメチレンジアミン、１，７−ヘプタンジアミン、１，８−オクタンジアミン、４−アミノメチル−１，８−オクタンジアミン、メチルビス（３−アミノプロピル）アミン、１，３−ジアミノペンタン（ＤＡＭＰ）、２，５−ジメチル−１，６−ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、（３，６−ジアザ−オクタメチレンジアミン）、テトラエチレンペンタミン、ペンタメチレンヘキサミン、ジプロピレントリアミン、トリプロピレンテトラミン、テトラプロピレンペンタミン、４，７−ジアザ−デカメチレン−１，１０−ジアミン、及び前記ポリアミン類の混合物。
− 脂環族ポリアミン類、例えば、１，３−及び１，４−ジアミノシクロヘキサン、１，２−ジアミノシクロヘキサン（ＤＣＨ）、ビス（４−アミノシクロへキシル）メタン（ＰＡＣＭ）、ビス（４−アミノ−３−メチルシクロへキシル）メタン、ビス（４−アミノ−３−エチルシクロへキシル）メタン、ビス（４−アミノ−３，５−ジメチルシクロへキシル）メタン、１−アミノ−３−アミノメチル−３，５，５−トリメチルシクロヘキサン（＝イソホロンジアミン又はＩＰＤＡ）、２−及び４−メチル−１，３−ジアミノシクロヘキサン、１，３−及び１，４−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、１，３−２，５（２，６）−ビス−（アミノメチル）ビシクロ［２．２．１］ヘプタン（ＮＢＤＡ、三井化学社製造）、３（４），８（９）−ビス（アミノメチル）トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン、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、１，３−及び１，４−キシリレンジアミン、オクタヒドロ−４，７−メタノ−インデン−２，５−ジアミン、オクタヒドロ−４，７−メタノ−インデン−１，６−ジアミン、ビス−（２−アミノエチル）エーテルなどのエーテル基を含む脂肪族ポリアミン類、及びそれらの高次のオリゴマー類、並びに前記ポリアミン類の混合物。
− 芳香族アミン、例えば、トリレンジアミン、フェニレンジアミン、４，４−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）、及び前記ポリアミン類の混合物。
【００２０】
ＤＡＭＰ、ＩＰＤＡ、１，３−及び１，４−ジアミノシクロヘキサン、１，２−ジアミノシクロヘキサン、１，３−及び１，４−ブタンジアミン、１，３−及び１，５−ペンタンジアミン、ＭＰＭＤ、１，３−キシリレンジアミン、１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、（３，６−ジアザ−オクタメチレンジアミン）、テトラエチレンペンタミン、ペンタメチレンヘキサミン、ジプロピレントリアミン、トリプロピレンテトラミン、テトラプロピレンペンタミン、４，７−ジアザ−デカメチレン−１，１０−ジアミン、ビス（４−アミノシクロへキシル）メタン、ビス（４−アミノ−３−メチル−シクロへキシル）メタン、３（４），８（９）ビス（アミノメチル）トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン、並びにそれらの混合物、を含む群から選択されるポリアミン類が好ましい。
【００２１】
特に好ましくは、ポリアミン類は、１，３−キシリレンジアミン、１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、（３，６−ジアザ−オクタメチレンジアミン）、テトラエチレンペンタミン、ＩＰＤＡ、１，２−ジアミノシクロヘキサン、４，７−ジアザ−デカメチレン−１，１０−ジアミン、及びそれらの混合物、を含む群から選択される。
【００２２】
上記ポリアミン類とその他のポリアミン類又はその他のアミン類との混合物もまた可能であることが理解されよう。
【００２３】
マンニッヒ塩基は、フェノール系化合物、ホルムアルデヒド、及びポリアミン類から調製されうる。慣用法によってマンニッヒ塩基を調製することができる。
【００２４】
２段階調製法が有利であることを発見した。この場合、第一段階でフェノール系化合物、特に式（I）又は（II）のフェノール系化合物を塩基の作用下でホルムアルデヒドと反応させる。この塩基は第三級アミン、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類水酸化物、又はそれらの混合物であることができる。特に適したものは第三級アミン類、特に第一級アミノ基を追加で含む第三級アミンであり、例えば、１−（２−アミノエチル）ピペラジンなどである。好ましい第三級アミン類は式（III）のものであり、Ｒ２基はＣ１〜Ｃ６アルキルであり、ｎ＝１、２、又は３である。
【００２５】
【化２】
【００２６】
Ｒ２として好ましいものは、Ｒ２＝メチル又はエチルであり、特にＲ２＝メチルである。ｎとして好ましいものは、ｎ＝２である。
【００２７】
第一段階においては、フェノール系成分と塩基との混合物、特に式（I）又は（II）のフェノール系化合物と第三級アミンの混合物にホルムアルデヒドを添加するのが有利である。この添加は、冷却しながら、同様に冷却したホルムアルデヒドをゆっくり加えて、わずかな温度上昇しか記録されないように行うのが有利である。
【００２８】
第二段階においては、反応は少なくとも１種のポリアミンとともに行う。第二段階では、第一段階で得られる生成物をポリアミンにゆっくり添加することが有利である。
【００２９】
当業者には、この種の反応の場合には、未反応成分が最終生成物中にわずかな程度でしか存在しないことが可能であることは明らかである。
【００３０】
しかし、特定条件下では、フェノール系成分、ホルムアルデヒド、及びポリアミンを反応させる一段階法であっても、本発明のエポキシ樹脂組成物に用いられるマンニッヒ塩基をもたらす。
【００３１】
このマンニッヒ塩基は第二級アミノ基だけでなく第一級アミノ基も含んでいる。
【００３２】
上記マンニッヒ塩基は有利にはいかなる多核オリゴマーをも含まないか又は少なくとも少量画分の多核オリゴマーしか含まない。このオリゴマー画分（フラクション）はマンニッヒ塩基の重量を基準にして２０重量％未満、特に１０重量％未満であることが好ましい。
【００３３】
マンニッヒ塩基が、マンニッヒ塩基の重量を基準にして、未反応のフェノール系化合物を１重量％未満、特に０．５重量％未満、好ましくは０．１重量％未満しか含まない場合は、さらに有利である。
【００３４】
本マンニッヒベースは低い粘度を有することが有利である。接着剤の配合に特に適しているのは、２００〜１０００ｍＰａｓ、特に２００から７００ｍＰａｓの間の粘度である。
【００３５】
説明したマンニッヒ塩基は、２成分型エポキシ樹脂組成物の硬化剤成分の一部である。それは単独で、又は２成分型エポキシ樹脂組成物のための硬化剤成分中の通常の構成成分と共に混合されて存在しうる。その他のアミン類、特にポリアミン類、付加（アダクト）アミン硬化剤、促進剤、補助剤（例えば添加剤、顔料、及びフィラー）がこの目的に特に適している。好ましい促進剤は、トリス（２，４，６−ジメチルアミノメチル）フェノール及びアミノエチルピペラジンである。増量剤又は希釈剤もまた用いられうるが、これらの場合には、硬化したエポキシ樹脂組成物のガラス転移温度がそのエポキシシステムについて予定した使用温度よりも低くなるほどにはガラス転移温度の低下が大きくないことを保証するように大きな注意を払わなければならない。
【００３６】
この種の硬化剤成分は通常の撹拌機で調製されうる。
【００３７】
本発明の２成分型エポキシ樹脂組成物は樹脂成分を有する。この樹脂成分にはエポキシ樹脂が含まれる。エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂分野の当業者に公知のエポキシ樹脂、特にビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、及びビスフェノールＡ／Ｆ混合物のグリシジルエーテル類に基づくエポキシ樹脂である。液体樹脂とともに、固体樹脂も特に非常に重要である。特に興味あるものはノボラック樹脂である。さらに反応性希釈剤が樹脂成分の通常の成分である。２以上、特に２又は３つのグリシジル基を有する反応性希釈剤が好ましい。さらなる適切な反応性希釈剤は、Ｎ−グリシジルエーテル類であり、これはエピクロルヒドリンとアミン類の反応生成物として調製されうる。この反応に適したアミン類は、アニリン、ｍ−キシリレンジアミン（ＭＸＤＡ）、４，４−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）、又はビス（４−メチル−アミノフェニル）メタンである。特に適したＮ−グリシジルエーテル類は、ｐ−ヒドロキシアミノベンゼン−トリグリシジル付加体、ＭＸＤＡ−テトラグリシジル付加体、及びＭＤＡ−テトラグリシジル付加体である。
【００３８】
さらなる成分は増量剤、希釈剤、促進剤、添加剤などの助剤、顔料、及びフィラーであることができる。反応性の希釈剤、増量剤、及びその他の希釈剤を用いる場合は、硬化したエポキシ樹脂組成物のガラス転移温度がそのエポキシシステムについて予定した使用温度よりも低くなるほどにはガラス転移温度の低下が大きくないことを保証するように大きな注意を払わなければならない。
【００３９】
この種のエポキシ樹脂成分は通常の撹拌機で調製されうる。
【００４０】
エポキシ樹脂成分と硬化剤成分の混合比は、当業者に公知のとおり、エポキシ基とアミノ基が互いに化学量論的に反応するように選択されることが有利である。しかし、この割合から外れ、ある特定の状況下では約２０％までアンダーキュア（未硬化）又はオーバーキュア（過硬化）であることもできる。
【００４１】
２成分は人手又は機械で混合されうる。充填剤未添加システム又はわずかにペースト状システムは撹拌機又は混合装置、例えば２Ｃカートリッジガンを用いて、又はスタティックミキサー又はダイナミックミキサーと組み合わせたポンプで、容易に混合されうる。高充填システムは、撹拌機（スターラー）、人手、又は混合機（アジテーター）によって混合することが有利である。
【００４２】
本発明の２成分型エポキシ樹脂組成物の可能な使用法は多様である。例えば、コーティング剤、ワニス、被覆剤、シーラント、又は接着剤が可能である。接着剤としての使用は特に特に興味がもたれる。特に好ましいのは、建築又は土木における用途に接着剤として用いることである。特に重要なのは、固定補強のための接着剤としての使用である。重要な用途は構造接着剤としての使用である。
【００４３】
接着剤として使用するためには、２成分型エポキシ樹脂組成物を混合し、一つの固体の表面に少なくとも適用し、次にさらなる固体表面と接触させる。接着剤がギャップに注入されること及びそこで硬化されることもまた可能である。エポキシ樹脂組成物の硬化後、このように生じた接着結合は荷重をかけられることができる。最大強度に達するまで、数週間経過する可能性がある。
【００４４】
これらのシステムは、フェノール、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、ノニルフェノール及び／又はビスフェノールＡ、並びにポリアミン類から通常の手法によって調製される公知のマンニッヒ塩基よりもさらに長いポットライフを有することをさらに発見している。
【００４５】
２成分型エポキシ樹脂組成物を混合し、適用する。それは低温、すなわち５℃から６０℃の間の温度で硬化しうる。それらの成分は５℃から６０℃の間の温度で同様に混合かつ適用されることが有利である。
【００４６】
これらの温度は、特に建築及び土木において、接着剤が通常適用され且つ硬化される環境温度である。１０℃から５０℃の間の範囲、特に１０℃から３０℃の間の範囲が特に重要である。室温領域の温度での適用は特に一般的である。硬化したエポキシ樹脂組成物の特性に、硬化温度は特に関係がある。したがって、１０℃から５０℃の間、特に１０℃から３０℃の間の温度での硬化が好ましい。
【００４７】
予め人為的に供給した熱は適用コスト及び製造コストを低減する。そのうえに多くの対象物は、可能でない場合は通常手段を用いて人為的に加熱することが困難である。そのような人為的に発生させた広範囲の加熱を必要としないことは、例えば建築又は土木において普通である大きな対象物への適用を初めて可能にする。
【００４８】
５℃よりも低い温度では、充分な硬化が保証されない。６０℃より高い温度を用いる場合は、人工的熱源を用いることが必要である。当業者には、混合、適用、及び硬化は、より高い温度でも可能であることが明らかである。この目的に最も必要であるポットライフ及び粘度を適応させることは、当業者に公知の手法によって達成されうる。続いて熱処理を行うこともまた可能である。これらの場合もまた、８０℃より高いガラス転移温度が実現されうる。当業者には、硬化した２成分型エポキシ樹脂組成物がかなり高い使用温度で用いられる必要がないことも同様に明らかである。この種の低温硬化した２成分型エポキシ樹脂組成物は室温においてうまく用いられうる。
【００４９】
本発明の２成分型エポキシ樹脂組成物は典型的には室温又はわずかに高い温度で混合し、適用し、さらに環境温度で硬化する。硬化後、硬化したエポキシ樹脂が用いられている間、温度はガラス転移温度近くまで達するが、機械特性が急激に悪影響を及ぼされることはない。特にエポキシ樹脂組成物を接着剤として用いた場合には、用いられる温度において被着材間の力の伝達が明らかに低下するべきではなく、あるいは接着破壊もしくは接着剤のクリープが生じてはならない。
【００５０】
硬化後は、本発明の２成分型エポキシ樹脂組成物は、８０℃、好ましくは１００℃より高く、特に１００℃から１５０℃の間のガラス転移温度を有する。
【００５１】
本発明の２成分型エポキシ樹脂組成物は、例えば、繊維強化複合材料を結合するための接着剤として用いることができる。これの一つの実例は建築構造物、例えば橋、の強化に関連するカーボンファイバー層状体の接着結合である。
【００５２】
さらに、本発明の２成分型エポキシ樹脂組成物は、繊維強化複合材料を生産するためのポリマーマトリクスとして用いることもできる。例えば、カーボンファイバー又はガラスファイバーを２成分型エポキシ樹脂組成物中に埋め込むことができ、ファイバー複合材料として、例えば層状物の形態の硬化した状態で用いることができる。
【００５３】
同様に、例えば、ファイバー織物又はファイバー縒り物を構築構造物に適用し、その構築構造物とともにそこで繊維強化複合材料を形成するために、２成分型エポキシ樹脂組成物を用いることも可能である。
【００５４】
［実施例］
以下に示す実施例は本発明を説明するために提供する。
【００５５】
〔２段階マンニッヒ塩基調製の例〕
調製の第一段階
８６．４ｇのｍ−クレゾールをガラスフラスコに入れ、８１．３ｇの１，３−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアミンを加えた。混合物を２０℃に冷却し、次に１９７ｇの冷ホルマリン溶液（３６．５％水溶液）を冷却しながらゆっくり滴下して加えた。かなりの発熱が起こった。内温を４０℃から４５℃の間に保った。添加終了後、４０〜４５℃で１時間、撹拌を続けた。
【００５６】
調製の第二段階
表１に示したポリアミンを室温（ＲＴ）で、窒素下で反応器に仕込み８０℃に加熱し、上記第一段階で得られた中間体を撹拌しながらゆっくり注ぎ入れた。穏やかな発熱が起こった。窒素下で約１１０℃に加熱し、同時に反応による水を大気圧下で留去した。反応による水の理論量の８０％が留去された後、減圧にし、水の理論量まで蒸留による除去を行った。
【００５７】
〔一段階マンニッヒ塩基調製の例〕
３４２ｇの１，２−ジアミノシクロヘキサン（ＤＣＨ）、１２９ｇのアミノエチルピペラジン、及び１２２ｇの３，５−キシレノールを容器中に入れた。冷却しながら、２０〜３０℃の温度で、１９７ｇの冷ホルマリン溶液（３６．５％水溶液）を滴下して加えた。かなりの発熱が起こった。窒素下で約１１０℃に加熱を行い、同時に反応による水を大気圧下で留去した。反応による水の理論量の８０％が留去された後、減圧にし、水の理論量まで蒸留による除去を行った。
【００５８】
【表１】
【００５９】
表１は、室温まで冷却した後のマンニッヒ塩基の特性を示している。記した粘度は５重量％の促進剤トリス−（２，４，６−ジメチルアミノメチル）フェノール［アラルダイト（Araldite）ＨＹ−９６０（バンチコ(Vantico)社）］とのブレンド物についてのものである。粘度はDIN EN ISO 3219に準拠してレオマット（Rheomat）（コーン／プレート）を使用して回転式粘度計によって決定した。比較例としてのＲｅｆ．１及びＲｅｆ．２はマンニッヒ塩基ではなく、アミン類である。
【００６０】
表２は、２成分型エポキシ樹脂組成物の特性を示している。この場合のエポキシ樹脂成分は、それぞれの場合、８５％のビスフェノールＡジグリシジルエーテル（Araldite GY-250としてVantico社から市販されている）と１５％のトリメチロールプロパントリグリシジルエーテルからなる混合物である。組成物は、２０〜２３℃、５０％相対湿度で、９５重量％のマンニッヒ塩基又はポリアミンと５重量％のトリス−（２，４，６−ジメチルアミノエチル）フェノール（Araldite HY-960, Vantico社）からなる硬化剤と混合し、混合はアミン−Ｈ／エポキシ基に関して化学量論的に行い、組成物をこれらの条件下で７日間硬化させた。
【００６１】
【表２】
【００６２】
１００ｇの混合物のポットライフ（可使時間）は、ゲルタイマーを用いて２３℃において断熱円筒カップ中で決定した。
【００６３】
ガラス転移温度（Ｔｇ）はEN 12614に準拠し、ＤＳＣによって決定した。この目的のために、最初の走査において、硬化したサンプルを初めに＋５℃に冷却し、次に１０Ｋ／分の速度で１６０℃まで加熱した（ポリマー構造の緩和）。その後、サンプルを５０Ｋ／分で＋５℃まで冷却し、５℃に１０分間保ち、さらに第二の走査において１０Ｋ／分の速度で１６０℃まで加熱した。この第二の走査のための測定線図より、半分の高さからガラス転移温度（Ｔｇ）を決定した。
【００６４】
表１及び２は、一方で低粘度を有するマンニッヒ塩基が得られること、さらに他方でそのようなマンニッヒ塩基を含む組成物により、公知の低温硬化用ポリアミン類（Ｒｅｆ．１及びＲｅｆ．２）とは対照的に、高いガラス転移温度が達成されうることを示している。
【００６５】
表３は、マンニッヒ塩基とポリアミンのブレンド物に相当する硬化剤を示す。
【００６６】
【表３】
【００６７】
表４は、表３によるマンニッヒ塩基／ポリアミン硬化剤を含む２成分型エポキシ樹脂組成物の特性を示す。これらの値を決定するために用いた方法は既に説明した。
【００６８】
【表４】
【００６９】
表４及び５は、マンニッヒ塩基とポリアミンの混合物でも所望する特性を有することに導くことを示している。しかし、ポリアミンと混合することはガラス転移温度の低下をもたらす。したがって、添加するポリアミンの量及び種類には注意を払わなければならない。
【００７０】
表５は、１段階又は２段階法にしたがって調製したマンニッヒ塩基の特性、及びそれぞれ、それらを含む２成分型エポキシ樹脂組成物の特性を示している。これらの値を決定するために用いた方法は既に説明した。
【００７１】
【表５】
【００７２】
表５から、１段階法のみでなく２段階法でも、適したマンニッヒ塩基へと導き、それぞれ適切な組成物へと導くが、２段階法は粘度及びガラス転移温度の両方に関して有利であることが明らかである。
【００７３】
〔実施例：接着剤としての使用〕
表６に示した、以下の硬化剤成分を調製した。それらを既に説明したエポキシ樹脂成分とともに硬化させた。充填成分の場合は、２５重量％の樹脂、６０重量％の石英砂、及び１５重量％の石英粉末からなる充填樹脂成分を用いて、例４の硬化を同様に行った。
【００７４】
引張強度は、ISO 527に準拠し、５ｍｍ／分の引張速度で、２３℃且つ５０％相対湿度において７日間硬化させた試験品について測定した。
【００７５】
スチール接着力は、ISO 4624に準拠し、１００Ｎ／ｓで、２３℃且つ５０％相対湿度において７日間硬化させた接着結合スチール試験品について測定した。
【００７６】
【表６】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬化剤成分中に少なくとも１種のマンニッヒ塩基を含み、５℃から６０℃の間の温度で硬化させた後に８０℃よりも高いガラス転移温度をもつことを特徴とする、２成分型エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
前記マンニッヒ塩基が下記式（I）又は式（II）：
【化１】
（式中、Ｒ１＝Ｈ又はＣＨ３である。）
のフェノール系化合物、ホルムアルデヒド、及び少なくとも１種のポリアミンを用いて調製されたことを特徴とする、請求項１記載の２成分型エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
前記マンニッヒ塩基が、式（I）でＲ１＝Ｈのフェノール系化合物を用いて調製されたことを特徴とする、請求項１又は２に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
前記マンニッヒ塩基の調製のために、第一段階においては式（I）又は（II）の少なくとも１種のフェノール系化合物が第三級アミンの存在下でホルムアルデヒドと反応され、さらに次の段階で少なくとも１種のポリアミンと反応されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物。
【請求項５】
前記第三級アミンが下記式（III）：
【化２】
（式中、Ｒ２＝Ｃ１〜Ｃ６アルキル、及びｎ＝１、２、又は３である。）
を有することを特徴とする、請求項４に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物。
【請求項６】
前記マンニッヒ塩基が第二級アミノ基だけでなく第一級アミノ基も含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物。
【請求項７】
前記ポリアミンが、ＤＡＭＰ、ＩＰＤＡ、１，３−及び１，４−ジアミノシクロヘキサン、１，２−ジアミノシクロヘキサン、１，３−及び１，４−ブタンジアミン、１，３−及び１，５−ペンタンジアミン、ＭＰＭＤ、１，３−キシリレンジアミン、１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、（３，６−ジアザ−オクタメチレンジアミン）、テトラエチレンペンタミン、ペンタメチレンヘキサミン、ジプロピレントリアミン、トリプロピレンテトラミン、テトラプロピレンペンタミン、４，７−ジアザ−デカメチレン−１，１０−ジアミン、ビス（４−アミノシクロヘキシル）メタン、ビス（４−アミノ−３−メチルシクロへキシル）メタン、３（４），８（９）ビス−（アミノメチル）トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン、及びそれらの混合物を含む群から選択されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物。
【請求項８】
前記ポリアミンが、１，３−キシリレンジアミン、１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、（３，６−ジアザオクタメチレンジアミン）、テトラエチレンペンタミン、ＩＰＤＡ、１，２−ジアミノシクロヘキサン、４，７−ジアザ−デカメチレン−１，１０−ジアミン、及びそれらの混合物を含む群から選択されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物。
【請求項９】
硬化が、１０℃から５０℃の間、特に１０℃から３０℃の間の温度で行われることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物。
【請求項１０】
硬化後に、ガラス転移温度が１００℃より高く、特に１００℃から１５０℃の間であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物。
【請求項１１】
接着剤としての、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物の使用。
【請求項１２】
前記接着剤が構造物強化のために用いられることを特徴とする、請求項１１に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物の使用。
【請求項１３】
前記接着剤が、構造物を構築するために繊維強化複合材料の接着に使用されることを特徴とする、請求項１２に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物の使用。
【請求項１４】
繊維強化複合材料を製造するためのポリマーマトリクスとしての請求項１〜１０のいずれか一項に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物の使用。
【請求項１５】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物を用いて製造されることを特徴とする繊維強化複合材料。
【請求項１６】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物を少なくとも１の固体表面に付け、続いて少なくとも１のさらなる固体表面と接触させることを特徴とする接着結合方法。
【請求項１７】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物から得られる硬化生成物。
【請求項１】
硬化剤成分中に少なくとも１種のマンニッヒ塩基を含み、５℃から６０℃の間の温度で硬化させた後に８０℃よりも高いガラス転移温度をもつことを特徴とする、２成分型エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
前記マンニッヒ塩基が下記式（I）又は式（II）：
【化１】
（式中、Ｒ１＝Ｈ又はＣＨ３である。）
のフェノール系化合物、ホルムアルデヒド、及び少なくとも１種のポリアミンを用いて調製されたことを特徴とする、請求項１記載の２成分型エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
前記マンニッヒ塩基が、式（I）でＲ１＝Ｈのフェノール系化合物を用いて調製されたことを特徴とする、請求項１又は２に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
前記マンニッヒ塩基の調製のために、第一段階においては式（I）又は（II）の少なくとも１種のフェノール系化合物が第三級アミンの存在下でホルムアルデヒドと反応され、さらに次の段階で少なくとも１種のポリアミンと反応されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物。
【請求項５】
前記第三級アミンが下記式（III）：
【化２】
（式中、Ｒ２＝Ｃ１〜Ｃ６アルキル、及びｎ＝１、２、又は３である。）
を有することを特徴とする、請求項４に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物。
【請求項６】
前記マンニッヒ塩基が第二級アミノ基だけでなく第一級アミノ基も含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物。
【請求項７】
前記ポリアミンが、ＤＡＭＰ、ＩＰＤＡ、１，３−及び１，４−ジアミノシクロヘキサン、１，２−ジアミノシクロヘキサン、１，３−及び１，４−ブタンジアミン、１，３−及び１，５−ペンタンジアミン、ＭＰＭＤ、１，３−キシリレンジアミン、１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、（３，６−ジアザ−オクタメチレンジアミン）、テトラエチレンペンタミン、ペンタメチレンヘキサミン、ジプロピレントリアミン、トリプロピレンテトラミン、テトラプロピレンペンタミン、４，７−ジアザ−デカメチレン−１，１０−ジアミン、ビス（４−アミノシクロヘキシル）メタン、ビス（４−アミノ−３−メチルシクロへキシル）メタン、３（４），８（９）ビス−（アミノメチル）トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン、及びそれらの混合物を含む群から選択されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物。
【請求項８】
前記ポリアミンが、１，３−キシリレンジアミン、１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、（３，６−ジアザオクタメチレンジアミン）、テトラエチレンペンタミン、ＩＰＤＡ、１，２−ジアミノシクロヘキサン、４，７−ジアザ−デカメチレン−１，１０−ジアミン、及びそれらの混合物を含む群から選択されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物。
【請求項９】
硬化が、１０℃から５０℃の間、特に１０℃から３０℃の間の温度で行われることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物。
【請求項１０】
硬化後に、ガラス転移温度が１００℃より高く、特に１００℃から１５０℃の間であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物。
【請求項１１】
接着剤としての、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物の使用。
【請求項１２】
前記接着剤が構造物強化のために用いられることを特徴とする、請求項１１に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物の使用。
【請求項１３】
前記接着剤が、構造物を構築するために繊維強化複合材料の接着に使用されることを特徴とする、請求項１２に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物の使用。
【請求項１４】
繊維強化複合材料を製造するためのポリマーマトリクスとしての請求項１〜１０のいずれか一項に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物の使用。
【請求項１５】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物を用いて製造されることを特徴とする繊維強化複合材料。
【請求項１６】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物を少なくとも１の固体表面に付け、続いて少なくとも１のさらなる固体表面と接触させることを特徴とする接着結合方法。
【請求項１７】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の２成分型エポキシ樹脂組成物から得られる硬化生成物。
【公表番号】特表２００６−５２４７１６（Ｐ２００６−５２４７１６Ａ）
【公表日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５００１２４（Ｐ２００６−５００１２４）
【出願日】平成１６年５月４日（２００４．５．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００４／０５０６９８
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０９９３１２
【国際公開日】平成１６年１１月１８日（２００４．１１．１８）
【出願人】（５０４２７４５０５）シーカ・テクノロジー・アーゲー (227)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年５月４日（２００４．５．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００４／０５０６９８
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０９９３１２
【国際公開日】平成１６年１１月１８日（２００４．１１．１８）
【出願人】（５０４２７４５０５）シーカ・テクノロジー・アーゲー (227)
【Ｆターム（参考）】
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