JP2014518320A - ハイブリッドエポキシ樹脂付加物 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、「ハイブリッドエポキシ樹脂付加物」と題された2011年7月1日に出願の米国特許仮出願第61/503,874号の優先権を主張する非仮出願であり、その教示は、以下に完全に複製されるかのように、参照により本明細書に組み込まれる。
(A)ハイブリッド多官能性脂肪族エポキシ樹脂、ハイブリッド脂環式エポキシ樹脂およびその組合せからなる群から選択される物質であって;
(a)脂肪族ヒドロキシル含有物質、脂環式ヒドロキシル含有物質およびその組合せからなる群から選択されるヒドロキシル含有物質;
(b)モノグリシジルエーテル含有物質、ジグリシジルエーテル含有物質およびその組合せからなる群から選択され、(a)と異なる前駆体から調製される物質;
(c)エピハロヒドリン;
(d)塩基性作用物質(basic acting substance);
(e)非ルイス酸触媒;ならびに
(f)任意選択で、溶媒、
を接触させることによって形成される物質と、
(B)1分子につき2つ以上のエポキシド反応性水素原子を有する1種または複数の化合物を含む少なくとも1つのエポキシド反応性化合物と
の反応生成物を含むか、それからなるか、または事実上それからなるハイブリッドエポキシ樹脂付加物が開示される。
(I)(a)脂肪族および/または脂環式ヒドロキシル含有物質;(b)モノグリシジルエーテル含有物質、ジグリシジルエーテル含有物質およびその組合せ(以後、グリシジルエーテル流と呼ぶ)からなる群から選択される物質;(c)エピハロヒドリン、(d)塩基性作用物質、(e)非ルイス酸触媒、ならびに(f)任意選択で溶媒、の混合物を反応させ、エポキシ樹脂組成物を形成するステップであって、(b)は(a)と異なる前駆体から調製されるステップ;
(II)(E)残っているH−PACE樹脂生成物が完全にエポキシ化された脂肪族および/または脂環式ヒドロキシル含有物質(D)の50重量%以下を含有するように、ステップ(I)で生成されるハイブリッドエポキシ樹脂組成物を分離(分別)工程にかけて、(A)「軽い」構成成分、例えば、あるならばエポキシ化反応で用いられる溶媒、未反応のエピハロヒドリン、および副産物、例えばジ(エポキシプロピル)エーテル;(B)あるならば未反応の脂肪族および/または脂環式ヒドロキシル含有物質;(C)部分的にエポキシ化された脂肪族および/または脂環式ヒドロキシル含有物質(複数可)、例えばMGE(複数可);(D)完全にエポキシ化された脂肪族および/または脂環式ヒドロキシル含有物質(複数可)、例えばDGE(複数可)、を除去するステップ
によって調製することができる。
(1)エポキシ樹脂の別のエポキシ基に既に付加されているエポキシ樹脂含有分子からのエポキシ基と、本発明の付加物からの2−ヒドロキシプロピル結合のヒドロキシル基の間の反応;または
(2)本発明の反応性化合物(B)からの3つの反応性水素原子を有する3つの別々のエポキシ樹脂含有分子間の反応。
一般的な方法では、同一に備えられた一対のHewlett Packard 5890シリーズII Plusガスクロマトグラフを使用した。各GCは、DB−1毛細管カラム(0.25μmフィルム厚の61.4m×0.25mm、Agilent)を備えていた。カラムは、50℃の初期温度でクロマトグラフオーブンに維持した。注入器インレットおよび炎イオン化検出器の両方を、300℃に維持した。カラムを通すヘリウムキャリヤーガス流量は、1分間につき1.1mLに維持した。合成の間、または回転蒸発からのエポキシ樹脂の分析については、300℃の最終温度まで1分間につき12℃で加熱した最初の50℃のオーブン温度は、残留するエピクロロヒドリン、シクロヘキサンジメタノールおよびシクロヘキサンジメタノールのモノグリシジルエーテルを含む事実上全ての軽い沸騰構成成分が回転蒸発によって除去されたことを明らかにした。H−PACE樹脂および再エポキシ化H−PACE樹脂の分析については、分析のための50分間の合計時間内での全てのオリゴマー構成成分の完全な溶出のために、300℃の最終温度まで1分間につき13.3℃で加熱した最初の250℃のオーブン温度を使用した。参照実施例1および参照実施例2でのピークのクラスターの滞留時間範囲の小さな変動は、各試料が異なるGCで分析されたことによる。面積%でのGC分析は、いかなる所与の構成成分の定量的測定項目ではない。
H−PACE樹脂(蒸留ポット)生成物および再エポキシ化H−PACE樹脂中に残っているシス−、トランス−1,3−および1,4−シクロヘキサンジメタノールの残留ジグリシジルエーテルのGC分析のために、単一点内部標準方法を開発した。シクロヘキサノンはUNOXOL(商標)ジオールエポキシ化生成物の分析で観察された他のいかなる構成成分のものと異なった滞留時間を有していたので、それを内部標準として選択した。UNOXOL(商標)ジオールのジグリシジルエーテルの標準のために、蒸留カットを使用した。この蒸留カットは、0.71重量%のモノグリシジルエーテルおよび99.29重量%のジグリシジルエーテルを有した。ジグリシジルエーテルの標準の0.2500gの試料と、0.7500gのアセトニトリルと、重さ0.0047gの5μLのシクロヘキサノンをガラスバイアルに加えた。GCでは3つの別々の注入を行い、生じた面積カウントをシクロヘキサノンおよびジグリシジルエーテルについて平均した。このデータは、以下の通り、内部応答因子を計算するために用いた:
内部応答因子=(内部標準面積)(ジグリシジルエーテル量)/(内部標準量)(ジグリシジルエーテル面積)
ジグリシジルエーテル量=(内部標準量)(ジグリシジルエーテル面積)(内部応答因子)/(内部標準面積)
様々なエポキシ樹脂でエポキシド%を判定するために、標準滴定法を用いた。この滴定のための一般方法は、科学文献、例えば、Jay, R.R.、「Direct Titration of Epoxy Compounds and Aziridines」、Analytical Chemistry、36巻、3号、667〜668頁(1964年3月)で見出される。簡潔には、これらの方法の現在の応用では、慎重に計量した試料(試料重量は、下4桁の小数点の精度のスケールを用いて0.17〜0.18gの範囲)をジクロロメタン(15mL)に溶解し、続いて臭化テトラエチルアンモニウムの酢酸溶液(15mL)を加えた。生じた溶液を3滴のクリスタルバイオレット溶液(酢酸に0.1重量/容量%)で処理し、Metrohm 665 Dosimat滴定装置(Brinkmann)により酢酸中の0.1N過塩素酸で滴定した。ジクロロメタン(15mL)および臭化テトラエチルアンモニウムの酢酸溶液(15mL)を含むブランク試料の滴定は、溶媒バックグラウンドの補正を提供した。エポキシド%およびEEWは、以下の方程式を用いて計算した:
エポキシド%=[(滴定試料mL)−(滴定ブランクmL)](0.4303)/(滴定した試料g)
EEW=4303/エポキシド%
ジグリシジルエーテルの熱硬化可能混合物、H−PACE樹脂または再エポキシ化H−PACE樹脂の本発明のDETAまたはDETA付加物による硬化を分析するために、1分間につき35立方センチメートルの窒素流の下で、0℃から300℃まで1分間につき7℃の加熱速度を用いてDSC2910 Modulated DSC(TA Instruments)を使用した。各試料をアルミニウムパンに入れ、アルミニウムのふたで軽くカバーした(密封せず)。試験したそれぞれの試料重量を、得られた結果と一緒に与える。
粘度は、I.C.I.Cone and Plate Viscometer Viscosity(モデルVR−4540)により25℃で判定した。0〜40ポアズのスピンドルを備え、25℃へ平衡させた粘度計(モデルVR−4140)を、ゼロに較正した。試料を粘度計に加え、2分間保持し、次に粘度をチェックし、15秒後に読み取った。試験される特定の生成物の新鮮な一定分量を用いて、5回の2反復粘度試験を完了した。個々の測定値を平均した。
シス−、トランス−1,3−および1,4−シクロヘキサンジメタノール(UNOXOL(商標)ジオール)のエポキシ化は、第1段階での1,3−ジヒドロキシ−2,2−ジメチルプロパンのMGEおよびDGEの添加による2段階の水酸化ナトリウム水溶液添加と、続くエポキシ樹脂の構成成分を分離する分別真空蒸留とを用いて実施した:
5Lのガラス製4つ口丸底反応器に、UNOXOL(商標)ジオール(432.63g、3.0モル、ヒドロキシル6.0当量)、エピクロロヒドリン(1110.24g、12.0モル、2:1エピクロロヒドリン:UNOXOL(商標)ジオールヒドロキシル当量比)、トルエン(2.5L)、塩化ベンジルトリエチルアンモニウム(43.62g、0.1915モル)、ならびに1,3−ジヒドロキシ−2,2−ジメチルプロパンのMGE(27.46g、0.1714モル)および1,3−ジヒドロキシ−2,2−ジメチルプロパンのDGE(95.08g、0.4396モル)の再利用流を指示された順序で加えた。反応器は、凝縮器(0℃に維持される)、温度計、クライゼンアダプター、オーバーヘッド窒素インレット(1LPMのN2を用いた)および撹拌機アセンブリー(Teflon(商標)パドル、ガラスシャフト、変速電動機)をさらに備えていた。[Teflon(商標)フッ化炭素樹脂は、E.I.duPont de Nemoursの商標である。]コントローラは反応器内の温度計で記録される温度を監視し、反応器の下に置かれる加熱マントルを通して加熱を提供するだけでなく、反応器外部に置かれる一組のファンによって送られる冷却も提供した。最初の添加のためのDI水(360g)に溶解させた水酸化ナトリウム(360.0g、9.0モル)を、サイドアームのベントされた添加漏斗に加え、磨ガラスストッパーで密封し、次に反応器に取り付けた。撹拌を開始して22℃の混合物を与え、続いて水酸化ナトリウム水溶液の滴下による添加を開始した。水酸化ナトリウム水溶液の添加時間の間、反応混合物を40℃の限度まで自己発熱させ、次に、達成されるならば、必要に応じてファンからの冷却を通してその温度で保持した。したがって、232分後、水酸化ナトリウム水溶液の100%を加え、反応温度を37℃に到達させた。水酸化ナトリウム水溶液添加の完了から1時間後に、GC分析のために試料をとった。溶媒(アセトニトリルおよびトルエン)および未反応のエピクロロヒドリンを除去する標準化の後、GC分析は、4.57面積%の軽構成成分、2.97面積%の1,3−ジヒドロキシ−2,2−ジメチルプロパンのMGE;8.68面積%の未反応のシス−、トランス−1,3−および1,4−シクロヘキサンジメタノール;10.14面積%の1,3−ジヒドロキシ−2,2−ジメチルプロパンのDGE;シス−、トランス−1,3−および1,4−シクロヘキサンジメタノールのMGEと関連する0.13面積%の一組のピーク;43.39面積%のシス−、トランス−1,3−および1,4−シクロヘキサンジメタノールのMGE;シス−、トランス−1,3−および1,4−シクロヘキサンジメタノールのDGEと関連する0.34面積%の一組のピーク;20.32面積%のシス−、トランス−1,3−および1,4−シクロヘキサンジメタノールのDGE、ならびに、GC分析の条件下で揮発性の9.44面積%のオリゴマーの存在を明らかにした。
第2の水酸化ナトリウム水溶液添加による反応物から水層を除去した後、一組の分液漏斗に有機層を等しく分割し、次に激しく振盪することによって各それぞれの分液漏斗の内容物をDI水(400mL)で洗浄した。洗浄した生成物を2時間沈殿させ、次に、水層を取り出して廃棄物として廃棄した。前記の方法を用いて2回目の洗浄を完了したが、有機層と水層を完全に分解するために一晩(20時間)の沈殿を必要とした。合わせた曇った有機溶液を600mLのフリットガラス漏斗中の無水の粒状硫酸ナトリウムの床を通して濾過し、透明濾液を与えた。
回転蒸発からの生成物の一部(843.02g)を、磁気撹拌およびポット温度の監視のための温度計を備えている、1Lのガラス製の3つ口丸底反応器に加えた。1つの一体式真空ジャケットVigreux蒸留塔およびヘッドを反応器に取り付けた。蒸留塔は、動作モードに従い9〜18個の理論プレートを名目上提供した。蒸留ヘッドは、オーバーヘッド温度計、空冷凝縮器、受け器および真空枝管を備えていた。真空ポンプは、液体窒素トラップおよびインラインデジタル熱伝導率真空計と一緒に使用された。撹拌を開始し、続いて完全真空を適用し、次にサーモスタット制御の加熱マントルを用いて次第に増加する加熱を適用した。各それぞれの蒸留カットを収集するために、清潔な受け器を用いた。最終蒸留カットは、シス−、トランス−1,3−および1,4−シクロヘキサンジメタノールのDGEを選択的に除去し、蒸留ポット内にオリゴマー生成物(252.72g)を残すことを目指した。回転蒸発から回収される総エポキシ樹脂に関する標準化は、252.93gのオリゴマーを示した。シクロヘキサノン内部標準を用いるGC分析は、オリゴマーが残留する4.52重量%のシス−、トランス−1,3−および1,4−シクロヘキサンジメタノールのDGEを含有し、残部はオリゴマーであることを明らかにした。残留DGEが寄与する重量の除去の後、DGEが含まれないオリゴマーの標準化重量は241.50gであった。
23.13〜30.40分の滞留時間領域での3.93面積%は、以下を含む:
新しいハイブリッドオリゴマー構成成分
および
2−プロパノール、1−(オキシラニルメトキシ)−3−[[3(または4)−[(オキシラニルメトキシ)メチル]シクロヘキシル]メトキシ]−
および
オキシラン、2−[[2−クロロ−1−[[[3(または4)−[(オキシラニルメトキシ)メチル]シクロヘキシル]メトキシ]メチル]エトキシ]メチル]−
31.59〜31.95分の滞留時間領域での0.25面積%:
新しいハイブリッドオリゴマー構成成分
32.59〜37.98分の滞留時間領域での22.66面積%:
オキシラン、2−[[[3(または4)−[[2,3−ビス(オキシラニルメトキシ)プロポキシ]メチル]シクロヘキシル]メトキシ]メチル]−
38.80〜39.99分の滞留時間領域での0.24面積%:
シクロヘキサンメタノール、3(または4)−[[2−ヒドロキシ−3−[[3(または4)−[(オキシラニルメトキシ)メチル]シクロヘキシル]メトキシ]プロポキシ]メチル]−
40.44〜47.30分の滞留時間領域での11.43面積%:
新しいハイブリッドオリゴマー構成成分
52.59〜64.00分の滞留時間での18.98面積%:
2−プロパノール、1,3−ビス[[3(または4)−[(オキシラニルメトキシ)メチル]シクロヘキシル]メトキシ]−
73.86〜93.31分の滞留時間での36.94面積%:
オキシラン、2−[[2−[[3(または4)−[(オキシラニルメトキシ)メチル]シクロヘキシル]メトキシ]−1−[[[3(または4)−[(オキシラニルメトキシ)メチル]シクロヘキシル]メトキシ]メチル]エトキシ]メチル]−
K+IDS MS分析を用いるイオン化技術は、試料が直接曝露プローブ(DEP)フィラメントのK+放出マトリックスに置かれ、MSイオン源の中で非常に速やかに加熱されるとき、[M+K]+の形の「親イオン」を提供する。
5.22の相対的存在度、256amu、DGE
4.49の相対的存在度、330amu、2−プロパノール、1−(オキシラニルメトキシ)−3−[[3(または4)−[(オキシラニルメトキシ)メチル]シクロヘキシル]メトキシ]−
25.35の相対的存在度、386amu、オキシラン、2−[[[3(または4)−[[2,3−ビス(オキシラニルメトキシ)プロポキシ]メチル]シクロヘキシル]メトキシ]メチル]−
4.53の相対的存在度、400amu、シクロヘキサンメタノール、3(または4)−[[2−ヒドロキシ−3−[[3(または4)−[(オキシラニルメトキシ)メチル]シクロヘキシル]メトキシ]プロポキシ]メチル]−
17.51の相対的存在度、416amu、新しいハイブリッドオリゴマー構成成分:
57.92の相対的存在度、456amu、2−プロパノール、1,3−ビス[[3(または4)−[(オキシラニルメトキシ)メチル]シクロヘキシル]メトキシ]−
20.97の相対的存在度、472amu、新しいハイブリッドオリゴマー構成成分:
100の相対的存在度、512amu、オキシラン、2−[[2−[[3(または4)−[(オキシラニルメトキシ)メチル]シクロヘキシル]メトキシ]−1−[[[3(または4)−[(オキシラニルメトキシ)メチル]シクロヘキシル]メトキシ]メチル]エトキシ]メチル]−
22.46の相対的存在度、586amu:
1Lのガラス製の3つ口丸底反応器に、窒素下でDETA(412.7g、4.0モル、20アミン水素当量)を入れた。用いたDETAは、99%の純度規格を有する、Sigma−Aldrich Chemical Companyから得られた市販グレード製品であった。反応器は、凝縮器(24℃に維持される)、温度計、クライゼンアダプター、オーバーヘッド窒素インレット(1LPMのN2を用いた)および磁気撹拌をさらに備えていた。上の参照実施例1からのハイブリッド多官能性脂肪族脂環式オリゴマーエポキシ樹脂の一部(40.25g、0.20エポキシド当量)をサイドアームのベントされた添加漏斗に加え、次に反応器に取り付けた。サーモスタット制御の加熱マントルを用いる撹拌および加熱を開始し、40℃溶液を与えた。反応温度を40℃に維持しながら、ハイブリッド多官能性脂肪族脂環式オリゴマーエポキシ樹脂の滴下による添加を開始した。4.15時間後に、滴下による添加は完了した。生じた淡黄色の溶液を撹拌し、次の44時間40℃に維持し、続いて75℃で回転蒸発にかけて過剰なDETAの大部分を除去した。最大140℃の油浴温度を用いて0.41mmHgの真空までさらなる回転蒸発を完了した。回転蒸発から、透明の淡黄色の液体付加物生成物が回収された(60.65g)。付加物生成物の一定分量のGC分析で、全ての多官能性脂肪族脂環式オリゴマーエポキシ樹脂の完全な反応が起こっていたことが分かった。付加物の一部の滴定は、79.29のAHEWを示した。I.C.I.cone and plate粘度は、100℃において1388cPであった。
参照実施例1からのハイブリッド多官能性脂環式オリゴマーエポキシ樹脂(8.4353g、0.0419エポキシド当量)と、実施例1からのハイブリッド多官能性脂肪族脂環式オリゴマーエポキシ樹脂のDETA付加物の一部(3.3233g、0.0419アミン水素当量)の混合物をガラスバイアルに量り入れ(下4桁の小数点の精度のスケールを用いた)、次に激しく撹拌して透明の淡黄色の液体を与えた。DSC分析は、液体の9.5mg分を用いて完了した。付加物中の反応性水素原子とエポキシ基との反応に帰される発熱遷移が、37.2℃の開始温度、111.7℃の最大値、318.8J/gのエンタルピーおよび209.5℃の最終温度で観察された。
実施例2からの硬化可能な溶液の残りの部分をアルミニウム皿(直径2.5インチ、深さ0.5インチ)に加え、以下のスケジュールを用いてオーブンで硬化させた:70℃で1時間、100℃で1時間、125℃で1時間および150℃で1時間。硬化生成物は、強固な淡琥珀色の透明固体であった。以前に与えられた方法を用いて、硬化生成物の一部(32.6mg)をDSC分析によって試験し、50.6℃のガラス転移温度を与えた。以前に与えられた方法を用いる硬化生成物の第2のスキャンは、52.0℃のガラス転移温度を与えた。以前に与えられた方法を用いる硬化生成物の第3のスキャンは、52.8℃のガラス転移温度を与えた。
3段階合成からのUNOXOL(商標)ジオールのエポキシ樹脂の分別真空蒸留から得たUNOXOL(商標)ジオール(シス−、トランス−1,3−および1,4−シクロヘキサンジメタノール)のジグリシジルエーテルの一部(5.3901g、0.0418エポキシド当量)を、ガラスバイアルに加えた。ジグリシジルエーテルのG.C.分析は、99.49重量%のジグリシジルエーテル、0.16重量%のモノグリシジルエーテル、ジグリシジルエーテルピークと関連する0.35重量%の一組の軽微なピーク、および検出可能なオリゴマーの非存在を実証した。実施例1からのハイブリッド多官能性脂肪族脂環式オリゴマーエポキシ樹脂のDETA付加物の一部(3.3134g、0.0418アミン水素当量)をガラスバイアルに加え、次に内容物を激しく撹拌してわずかに曇った液体を与え、それは静置により徐々に分離した。DSC分析は、撹拌され、わずかに曇った液体の13.2mg分を用いて完了した。付加物中の反応性水素原子とエポキシ基との反応に帰される発熱遷移が、45.8℃の開始温度、98.3℃の最大値、226.6J/gのエンタルピーおよび200.6℃の最終温度で観察された。
実施例4からの硬化可能な混合物の残り部分を50℃まで穏やかに加熱し、わずかに曇った液体を透明な淡黄色の溶液に変換させた。加熱を中止し、液体が冷却し始めるに従い、この透明の液体状態は維持された。溶液をアルミニウム皿に加え、次にオーブンに入れ、実施例3の方法を用いて硬化させた。硬化生成物は、強固な淡琥珀色の透明固体であった。以前に与えられた方法を用いて、硬化生成物の一部(34.8mg)をDSC分析によって試験し、48.2℃のガラス転移温度を与えた。以前に与えられた方法を用いる硬化生成物の第2のスキャンは、48.0℃のガラス転移温度を与えた。
DETAによるシス−、トランス−1,3−および1,4−シクロヘキサンジメタノールの高純度ジグリシジルエーテルの硬化
3段階合成からのUNOXOL(商標)ジオールのエポキシ樹脂の分別真空蒸留から得たUNOXOL(商標)ジオール(シス−、トランス−1,3−および1,4−シクロヘキサンジメタノール)のジグリシジルエーテルの一部(5.0226g、0.03900エポキシド当量)を、ガラスバイアルに加えた。G.C.分析は、上の実施例4で与えられる。DETA(0.81g、0.03926アミン水素当量)をガラスバイアルに加え、次に内容物を激しく撹拌して、均質の混合物を与えた。DSC分析は、溶液の11.4mg分を用いて完了した。付加物中の反応性水素原子とエポキシ基との反応に帰される発熱遷移が、44.9℃の開始温度、116.8℃の最大値、719.7J/gのエンタルピーおよび203.8℃の最終温度で観察された。
DETAで硬化させたシス−、トランス−1,3−および1,4−シクロヘキサンジメタノールの高純度ジグリシジルエーテルの透明な無充填注型の調製ならびにガラス転移温度の分析
比較実施例Aからの硬化可能な混合物の残り部分をアルミニウム皿に加え、次にオーブンに入れ、実施例3の方法を用いて硬化させた。硬化生成物は、強固な淡琥珀色の透明固体であった。以前に与えられた方法を用いて、硬化生成物の一部(28.5および32.4mg)をDSC分析によって試験した(最終温度は250℃であった)。DETAによるシス−、トランス−1,3−および1,4−シクロヘキサンジメタノールのジグリシジルエーテルの硬化から得た注型は、70℃での初期硬化の間に最初に観察された深いチャネルまたはひび割れの領域を示した。硬化の非常に高いエンタルピー(比較実施例A)が、注型中に広がったチャネルの原因である可能性がある。注型の2つの別々の試料を、DSC分析のためにランダムにとった(表IおよびII)。試料1および2の両方のDSC分析では、残留発熱状態が第1のスキャンに存在し、不完全な硬化を示した。第2のスキャンの結果、残留発熱状態は試料2にもはや検出されなかったが、試料1には低減された量ではあったがなお存在した。この硬化可能な混合物(比較実施例A)と関連する大きなエンタルピーが不完全な硬化の原因であるかもしれず、熱硬化性マトリックスでのアミン基およびエポキシ基の移動度が制限されるほど活発に硬化が起こる。
ハイブリッド多官能性脂肪族脂環式エポキシ樹脂およびDETAの熱硬化可能混合物の調製および硬化
参考実施例1からのハイブリッド多官能性脂肪族脂環式エポキシ樹脂(蒸留ボトム)の一部(10.0302g、0.04984エポキシド当量)およびDETA(1.0284g、0.04985N−H当量)をガラスボトルに加えて一緒に激しく撹拌した(4箇所精度のスケールを計量のために用いた)。均一溶液の一部(12.5mg)を、DSC分析のために取り出した。硬化に帰される発熱線は、47.7℃開始、110.1℃最大値、および206.4℃エンドポイントで観察され、416.6J/gのエンタルピーを伴った。DSC分析から回収された硬化生成物は、透明な淡黄色の固い固体であった。
ハイブリッド多官能性脂肪族脂環式エポキシ樹脂およびDETAの熱硬化可能な混合物の透明な無充填注型の調製ならびにガラス転移温度の分析
参考実施例2からのハイブリッド多官能性脂肪族脂環式エポキシ樹脂(蒸留ボトム)およびDETA混合物の残りの部分をアルミニウム皿に加え、次いでオーブン内に置き、実施例3の方法を用いて硬化させた。透明な淡黄色の注型の一部(33.9mg)を、DSC分析のために取り出した。51℃のTgが観察され、250℃のDSC分析温度まで、さらなる硬化または放熱性の分解の指標は観察されなかった。前記の条件を用いる第2のスキャニングは、53℃のTgを再び明らかにした。
ハイブリッド多官能性脂肪族脂環式オリゴマーエポキシ樹脂の再エポキシ化
ハイブリッド多官能性脂肪族脂環式オリゴマー生成物(参考実施例1)の再エポキシ化は、2段階の水酸化ナトリウム水溶液添加を用いて実施した:
5Lのガラス製4つ口丸底反応器に、ハイブリッド多官能性脂肪族脂環式のオリゴマー生成物(150.48g)、エピクロロヒドリン(167.2g、1.806モル)、トルエン(602mL)および塩化ベンジルトリエチルアンモニウム(6.57g、0.02885モル)を入れた。反応器は、上の参考実施例1に規定される通りにさらに備えられた。用いたハイブリッド多官能性脂肪族脂環式のオリゴマー生成物は、参考実施例1Cに由来した。最初の添加のためのDI水(54.2g)に溶解させた水酸化ナトリウム(54.2g、1.355モル)を、サイドアームのベントされた添加漏斗に加え、磨ガラスストッパーで密封し、次に反応器に取り付けた。撹拌を開始して24℃の混合物を与え、続いて水酸化ナトリウム水溶液の滴下による添加を開始した。水酸化ナトリウム水溶液の添加の間、反応混合物を自己発熱させた。したがって、61分後、反応温度は25.5℃に先ず到達し、水酸化ナトリウム水溶液の添加は完了した。水酸化ナトリウム水溶液添加の完了の直後に加熱を開始し、24分間の加熱の後に反応を40℃にした。反応から20.45時間後、40℃で撹拌を終了し、反応器内容物を沈殿させた。有機層を反応器からデカントし、参考実施例1に規定される通りに処理し、用いたDI水は250mLに減少した。
反応からの有機層を参考実施例1に規定される通りに処理し、用いたDI水洗浄水は250mLに減少した。4.7mmのHgの最終真空までの、125℃の最大油浴温度を用いる濾液の回転蒸発は、揮発性物質の大部分を除去した。生成物を24℃に保持し、次に紙を通して重力濾過した。濾過の完了後、合計150.14gの黄色の透明液体が回収された(注:濾紙上の生成物損失は測定されなかった)。アセトニトリル溶媒ならびにシス−、トランス−1,3−および1,4−シクロヘキサンジメタノールのDGEと関連するピークを除去するための標準化の後、GC分析は、複数の異性体を含有する以下のオリゴマー構成成分を実証した:
24.79〜29.79分の滞留時間領域での5.83面積%は、以下を含む:
新しいハイブリッドオリゴマー構成成分
および
2−プロパノール、1−(オキシラニルメトキシ)−3−[[3(または4)−[(オキシラニルメトキシ)メチル]シクロヘキシル]メトキシ]−
および
オキシラン、2−[[2−クロロ−1−[[[3(または4)−[(オキシラニルメトキシ)メチル]シクロヘキシル]メトキシ]メチル]エトキシ]メチル]−
30.94〜31.33分の滞留時間領域での0.32面積%:
新しいハイブリッドオリゴマー構成成分
31.97〜37.28分の滞留時間領域での18.06面積%は、以下を含む:
オキシラン、2−[[[3(または4)−[[2,3−ビス(オキシラニルメトキシ)プロポキシ]メチル]シクロヘキシル]メトキシ]メチル]−
41.64〜46.77分の滞留時間領域での15.71面積%:
新しいハイブリッドオリゴマー構成成分
52.09〜63.49分の滞留時間での4.43面積%は、以下を含む:
2−プロパノール、1,3−ビス[[3(または4)−[(オキシラニルメトキシ)メチル]シクロヘキシル]メトキシ]−
73.49〜92.71分の滞留時間での55.65面積%は、以下を含む:
オキシラン、2−[[2−[[3(または4)−[(オキシラニルメトキシ)メチル]シクロヘキシル]メトキシ]−1−[[[3(または4)−[(オキシラニルメトキシ)メチル]シクロヘキシル]メトキシ]メチル]エトキシ]メチル]−
再エポキシ化されたH−PACE樹脂およびジエチレントリアミンの熱硬化可能な混合物の調製および硬化
参考実施例2からの再エポキシ化H−PACE樹脂の一部(10.0151g、0.0553エポキシド当量)およびDETA(1.1410g、0.0553N−H当量)をガラスボトルに加えて一緒に激しく撹拌した(4箇所精度のスケールを計量のために用いた)。均一溶液の一部(11.3mg)を、DSC分析のために取り出した。硬化に帰される発熱線は、40.8℃開始、121.2℃最大値、および206.7℃エンドポイントで観察され、500.5J/gのエンタルピーを伴った。DSC分析から回収された硬化生成物は、透明な淡黄色の固い固体であった。
再エポキシ化H−PACE樹脂およびジエチレントリアミンの熱硬化可能な混合物の透明な無充填注型の調製ならびにガラス転移温度の分析
参考実施例2からの再エポキシ化H−PACE樹脂およびDETA混合物の残りの部分をアルミニウム皿に加え、次いでオーブン内に置き、実施例3の方法を用いて硬化させた。透明な淡黄色の注型の一部(32.1mg)を、DSC分析のために取り出した。64℃のTgが観察され、250℃のDSC分析温度まで、さらなる硬化または放熱性の分解の指標は観察されなかった。前記の条件を用いる第2および第3のスキャニングは、両方とも64℃のTgを再び明らかにした。
1Lのガラス製の3つ口丸底反応器に、窒素下でDETA(412.7g、4.0モル、20アミン水素当量)を入れた。用いたDETAは、99%の純度規格を有する、Sigma−Aldrich Chemical Companyから得られた市販グレード製品であった。反応器は、凝縮器(24℃に維持される)、温度計、クライゼンアダプター、オーバーヘッド窒素インレット(1LPMのN2を用いた)および磁気撹拌をさらに備えていた。上の参照実施例2からの再エポキシ化ハイブリッド多官能性脂肪族脂環式オリゴマーエポキシ樹脂の一部(36.22g、0.20エポキシド当量)をサイドアームのベントされた添加漏斗に加え、次に反応器に取り付けた。サーモスタット制御の加熱マントルを用いる撹拌および加熱を開始し、40℃溶液を与えた。反応温度を40℃に維持しながら、ハイブリッド多官能性脂肪族脂環式オリゴマーエポキシ樹脂の滴下による添加を開始した。2.92時間後に、滴下による添加は完了した。生じた淡黄色の溶液を撹拌し、次の44時間40℃に維持し、続いて75℃で回転蒸発にかけて過剰なDETAの大部分を除去した。最大140℃の油浴温度を用いて0.28mmHgの真空までさらなる回転蒸発を完了した。回転蒸発から、透明の淡黄色の液体付加物生成物が回収された(56.02g)。付加物生成物の一定分量のGC分析で、全ての多官能性脂肪族脂環式オリゴマーエポキシ樹脂の完全な反応が起こっていたことが分かった。付加物の一部の滴定は、77.63のAHEWを示した。I.C.I.cone and plate粘度は、100℃において1460cPであった。
参照実施例2からの再エポキシ化ハイブリッド多官能性脂環式オリゴマーエポキシ樹脂(8.1835g、0.0452エポキシド当量)と、実施例6からの再エポキシ化ハイブリッド多官能性脂肪族脂環式オリゴマーエポキシ樹脂のDETA付加物の一部(3.5077g、0.0452アミン水素当量)の混合物をガラスバイアルに量り入れ(下4桁の小数点の精度のスケールを用いた)、次に激しく撹拌して透明の淡黄色の液体を与えた。DSC分析は、液体の8.0mg分を用いて完了した。付加物中の反応性水素原子とエポキシ基との反応に帰される発熱遷移が、51.8℃の開始温度、115.3℃の最大値、173.8J/gのエンタルピーおよび196.2℃の最終温度で観察された。
実施例7からの硬化可能な溶液の残りの部分をアルミニウム皿(直径2.5インチ、深さ0.5インチ)に加え、次にオーブンに入れて実施例3の方法を用いて硬化させた。硬化生成物は、強固な淡琥珀色の透明固体であった。以前に与えられた方法を用いて、硬化生成物の一部(36.6mg)をDSC分析によって試験し、63.4℃のガラス転移温度を与えた。以前に与えられた方法を用いる硬化生成物の第2のスキャンは、64.4℃のガラス転移温度を与えた。300℃の最終温度を用いたが第3および第4のスキャンを完了し、それぞれ62.8℃および64.0℃のガラス転移温度を与えた。262.1℃および260.1℃で開始する発熱の上方遷移が、それぞれ第3および第4のスキャンでさらに注目された。
Claims (19)
- (A)ハイブリッド多官能性脂肪族エポキシ樹脂、ハイブリッド脂環式エポキシ樹脂、およびその組合せからなる群から選択される物質であって;
(a)脂肪族ヒドロキシル含有物質、脂環式ヒドロキシル含有物質およびその組合せからなる群から選択されるヒドロキシル含有物質;
(b)モノグリシジルエーテル含有物質、ジグリシジルエーテル含有物質およびその組合せからなる群から選択され、(a)と異なる前駆体から調製される物質;
(c)エピハロヒドリン;
(d)塩基性作用物質;
(e)非ルイス酸触媒;および
(f)任意選択で、溶媒
を接触させることによって形成される物質と、
(B)1分子につき2つ以上のエポキシド反応性水素原子を有する1種または複数の化合物を含む少なくとも1つのエポキシド反応性化合物と
の反応生成物を含むハイブリッドエポキシ樹脂付加物。 - 構成成分(a)が、シス−、トランス−1,3−および1,4−シクロヘキサンジメタノール;シス−、トランス−1,4−シクロヘキサンジメタノール;シス−、トランス−1,3−シクロヘキサンジメタノール;1,1−シクロヘキサンジメタノールならびにその組合せからなる群から選択される、請求項1に記載のハイブリッドエポキシ樹脂付加物。
- (B)が、アルキレンアミンまたはポリアルキレンポリアミン、ジ−もしくはポリアミン、または第一級モノアミンを含む、請求項1に記載のハイブリッドエポキシ樹脂付加物。
- 化合物(A)と異なる、(C)エポキシ樹脂化合物
をさらに含む、請求項1に記載のハイブリッドエポキシ樹脂付加物。 - エポキシ樹脂化合物(C)が、脂肪族エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂およびその組合せからなる群から選択されるエポキシ樹脂を含む、請求項4に記載のハイブリッドエポキシ樹脂付加物。
- 化合物(A)が、再エポキシ化ハイブリッド多官能性脂肪族エポキシ樹脂、再エポキシ化ハイブリッド多官能性脂環式エポキシ樹脂およびその組合せからなる群から選択されるハイブリッドエポキシ樹脂の再エポキシ化生成物を含む、請求項1に記載のハイブリッドエポキシ樹脂付加物。
- (A)ハイブリッド多官能性脂肪族エポキシ樹脂、ハイブリッド多官能性脂環式エポキシ樹脂、およびその組合せからなる群から選択される化合物であって、
(a)脂肪族ヒドロキシル含有物質、脂環式ヒドロキシル含有物質およびその組合せからなる群から選択されるヒドロキシル含有物質;
(b)モノグリシジルエーテル含有物質、ジグリシジルエーテル含有物質およびその組合せからなる群から選択される物質;
(c)エピハロヒドリン、
(d)塩基性作用物質、
(e)非ルイス酸触媒、および
(f)任意選択で、溶媒
を接触させることによって形成され、(b)は(a)と異なる前駆体から調製される化合物と、
(B)1分子につき2つ以上のエポキシド反応性水素原子を有する1種または複数の化合物を含む少なくとも1つの反応性化合物と
を反応させることを含む、ハイブリッドエポキシ樹脂付加物の調製方法。 - 請求項1に記載のハイブリッドエポキシ樹脂付加物(I)および少なくとも1つのエポキシ樹脂化合物(II)を含む、硬化可能なエポキシ樹脂組成物。
- 少なくとも1つのエポキシ樹脂化合物(II)が、
(i)ハイブリッドオリゴマー多官能性脂肪族エポキシ樹脂、ハイブリッドオリゴマー脂環式エポキシ樹脂、およびその組合せからなる群から選択されるエポキシ樹脂、
(ii)(i)と異なるエポキシ樹脂化合物、ならびに
(iii)その組合せ
からなる群から選択される、請求項8に記載の硬化可能なエポキシ樹脂組成物。 - 少なくとも1つのエポキシ樹脂化合物(II)が、シス−、トランス−1,3−および1,4−シクロヘキサンジメタノール、シス−、トランス−1,4−シクロヘキサンジメタノール;シス−、トランス−1,3−シクロヘキサンジメタノール、1,1−シクロヘキサンジメタノールならびにその組合せのジグリシジルエーテルからなる群から選択される、請求項8に記載の硬化可能なエポキシ樹脂組成物。
- 請求項1に記載のハイブリッドエポキシ樹脂付加物(I)と、少なくとも1つのエポキシ樹脂化合物(II)とを混合して混合物を形成することを含む、硬化可能なエポキシ樹脂組成物の調製方法。
- 混合物が約0℃から約300℃の範囲内の温度を有する、請求項11に記載の方法。
- 部分的に硬化した請求項8に記載のエポキシ樹脂組成物を含む、B段階の熱硬化樹脂生成物。
- 請求項8に記載のエポキシ樹脂組成物を部分的に硬化させることを含む、エポキシ樹脂組成物をB段階化する方法。
- 完全に硬化した請求項8に記載のエポキシ樹脂組成物を含む、硬化した熱硬化樹脂生成物。
- 請求項8に記載のエポキシ樹脂組成物を完全に硬化させることを含む、エポキシ樹脂組成物を硬化させる方法。
- 請求項1に記載の組成物から作製される物品。
- 請求項7に記載の組成物から作製される物品。
- 請求項8に記載の組成物から作製される物品。
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