JP2014523451A - エポキシ樹脂中のホウ酸トリメチル - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2011年5月2日に出願された「TRIMETHYL BORATE IN EPOXY RESINS」と題する米国特許仮出願番号第61/481,283号の優先権を主張する非仮出願であり、特許仮出願の教示は、下記に完全に再現されたかのように、参照により本明細書に組み込まれる。
a)ポリエポキシド、
b)硬化剤、
c)ホウ酸トリメチル、及び
d)難燃剤
を含む、から成る、又はから本質的に成る組成物が提供される。
a)ポリエポキシド、
b)硬化剤、
c)ホウ酸トリメチル、及び
d)難燃剤
を含む、から成る、又はから本質的に成る組成物が提供される。
本明細書で用いられるポリエポキシドとは、複数のエポキシ部分を含む化合物を指す。別の実施形態において、ポリエポキシドとは、1分子当たり平均して複数のエポキシ部分を含む化合物の混合物を指す。本明細書で用いられるポリエポキシドは、部分的に進行したエポキシ樹脂、即ち反応生成物が1分子当たり平均して少なくとも1個の未反応エポキシド単位を有しているポリエポキシド及び硬化剤の反応を含んでいる。
本発明の組成物はまた、硬化剤(curing agent)としても知られている硬化剤(hardener)を含有する。
任意選択で、前述した組成物に触媒を添加することができる。触媒として、1分子当たり1個のイミダゾール環を有する化合物を含むイミダゾール化合物、例えばイミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−イソプロピルイミダゾール、2−フェニル−4−ベンジルイミダゾール、1−シアノエチル−2−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾール、1−シアノエチル−2−イソプロピルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール、2,4−ジアミノ−6−[2’−メチルイミダゾリル−(1)’]−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−[2’−エチル−4−メチルイミダゾリル−(1)’]−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−[2’−ウンデシルイミダゾリル−(1)’]−エチル−s−トリアジン、2−メチル−イミダゾ−リウム−イソシアン酸付加物(2-methyl-imidazo-lium-isocyanuric acid adduct)、2−フェニルイミダゾリウム−イソシアン酸付加物、1−アミノエチル−2−メチルイミダゾール、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4−ベンジル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール等;及び前記ヒドロキシメチル含有イミダゾール化合物、例えば2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、及び2−フェニル−4−ベンジル−5−ヒドロキシ−メチルイミダゾールの脱水により得られる、1分子当たり2つ以上のイミダゾール環を含む化合物;並びにそれらとホルムアルデヒドとの縮合、例えば4,4’−メチレンービス−(2−エチル−5−メチルイミダゾール)等を挙げることができるがこれらに限定されない。組成物はまた、シアネートの硬化に従来用いられている金属触媒、即ちナフテン酸亜鉛、オクチル酸亜鉛、エチルヘキサン酸亜鉛、ヘキサン酸亜鉛、並びにそれらと同じアニオンを有するマンガン、銅、及び他の遷移元素(第4〜13族)を含有することができる。
組成物は、ルイス酸硬化阻害剤であるホウ酸トリアルキルを含有し、ホウ酸トリアルキルは触媒と錯体を形成する。ある実施形態において、ホウ酸トリアルキルはホウ酸トリメチルである。錯体は、錯体を形成しない触媒及び錯化剤と平衡状態で存在する。いかなる時点においても、触媒の一部は錯化剤と錯体を形成し、一部は形成していない。フリーな触媒の部分は、錯化剤、触媒に対する錯化剤の濃度、及び混合物の温度を含むいくつかの変数によって決まる。
組成物はまた、ハロゲン化難燃剤を含有してもよい。ハロゲン化難燃剤として臭素化難燃剤を挙げることができる。臭素化添加剤の具体例として、臭素化ポリフェノール、例えばテトラブロモビスフェノールA(TBBA)及びテトラブロモビスフェノールF並びにそれらに由来する物質、即ちTBBA−ジグリシジルエーテル、ビスフェノールA又はTBBAとTBBA−ジグリシジルエーテルとの反応生成物、及びビスフェノールAジグリシジルエーテルとTBBAとの反応生成物が挙げられる。前述した難燃性添加剤の一種又は複数種の混合物を用いることもできる。
組成物はまた、非ハロゲン難燃剤を含有してもよい。ある実施形態において、非ハロゲン難燃剤としてリン含有化合物を挙げることができる。リン含有化合物は、組成物のエポキシ樹脂又は硬化剤と反応することができるいくつかの反応基、例えばフェノール基、酸性基、アミノ基、酸無水物基、ホスフェート基、又はホスフィネート基を含むことができる。
通常、組成物の複数の成分が共に混合される。常温で成分を任意の組み合わせ又は部分的組み合わせで共に混合することができる。通常、成分の混合は混合羽根又は撹拌器で実現される。
本明細書に開示した組成物の硬化は、使用される場合にはエポキシ樹脂、硬化剤及び触媒に応じて数分〜数時間の期間にわたって低くとも約30℃〜約250℃の温度を必要とする場合がある。他の実施形態において、硬化は数分から数時間の期間にわたって低くとも100℃の温度で起きることができる。更に後処理も用いることができ、このような後処理は通常、約100℃〜250℃の温度である。
本発明に従って調製及び硬化した配合物は、フェノールノボラックを含む他のポリフェノール樹脂及びオキサキソリジノン(oxaxolidinone)変性樹脂に比べて著しく高いガラス転移温度を示す。
本明細書に開示した硬化性組成物は、高強度のフィラメント又は繊維、例えば炭素(グラファイト)、ガラス、ホウ素等を含有する複合物において有用となり得る。複合物は、該複合物の全体積を基準として、いくつかの実施形態では約30%〜約70%で、他の実施形態では40%〜70%でこれらの繊維を含有することができる。
TA InstrumentsのモデルQ2000DSCを用いるDSCによりガラス転移温度(Tg)を測定した。使用した方法はIPC TM−650 2.4.25であった。
DER(商標)592A80、Dowanol PM、メタノール中ホウ酸(BAM)及びメタノール(6167g)を適切な混合比で用いてDER(商標)593からホウ酸の実施例を調製した。次いで、混合物をジシアナミド溶液(50/50Dowanol(商標)PM及びジメチルホルムアミド中に10重量%、1480g)に添加し、15分間にわたって撹拌器上で、又は混合羽根を用いて混合した。この溶液に2メチルイミダゾール(Dowanol PMの20重量%溶液、86.14g)を添加し、常温で1時間にわたり混合した。他の試験に関してワニスをそのまま用いることができる。この実施例から調製したこのワニスを様々な積層物の品質に関して試験し、表1に示したコントロールとして示す。
DER 592A80、Dowanol PM、及び未希釈のホウ酸トリメチル(4612g)を適切な混合比で用いてD.E.R.(商標)593からホウ酸トリメチルの実施例を調製した。次いで、混合物をジシアナミド溶液(50/50Dowanol PM及びジメチルホルムアミド中に10重量%、1107g)に添加し、15分間にわたって撹拌器上で、又は混合羽根を用いて混合した。この溶液に2メチルイミダゾール(Dowanol PMの20重量%溶液、64.6g)を添加し、混合物を常温で1時間にわたり混合した。他の試験に関してワニスをそのまま用いることができる。この実施例から調製したワニスを様々な積層物の品質に関して試験し、コントロールとして表1に示す。
メタノール及びDowanol(商標)PMをDER(商標)592エポキシ樹脂に添加することにより、試料配合物を調製した。次いで、溶媒量及び混合比を同一に維持しつつ、試料にBAM及びTMBをそれぞれ添加した。次に、常温で1時間にわたって撹拌器上で樹脂混合物を十分に混合した。Dowanol(商標)PMを用いて混合物を可溶化した。この試料を接触角及び表面エネルギーの測定に用いた。
Cahn動的接触角分析器(DCA)を用いて表面張力及び接触角の測定を行なった。DCAは、1つの物体が別のものに接触する際の力の変化を測定することにより接触角を算出する。顕微鏡のカバーガラス24mm×30mm×0.16mmを正確に計測し、計器に取り付けた。直径60mm×深さ15mmのガラス皿に、約6〜8mmの深さまで試料溶液を満たした。試料溶液から約3mm上にカバーガラスが位置するまでステージを上昇させた。次いで試験プログラムを開始し、ガラス皿内でカバーガラスを徐々に下げた。溶液表面がガラススライドに接触した際にデータ収集を開始した。次いで、試験を更に2mm進めた後、1秒当たり25ミクロンの速度で引き上げた。溶液からのスライドの引き上げが液体の表面張力を最もよく捕らえている間に表面張力を測定した。新しい溶液を用いて少なくとも2個の試料に関してこの工程を繰り返した。平均表面張力を求めた。
ホウ酸(BAM)を有するD.E.R.592及びホウ酸トリメチル(TMB)を有するD.E.R.592の両方を前記実施例3に記載の成分により45%の固形物で調製した。少なくとも2個の試料に関して、前述した標準的な試験手順に従って表面張力分析を行なった。BAM含有物質に関して28.13(ダイン/cm)の表面張力及びTMB含有物質に関して28.0(ダイン/cm)を示している表3に表面張力の結果を示す。これらの差違はわずかである。
ホウ酸(BAM)を有するD.E.R.(商標)592及びホウ酸トリメチル(TMB)を有するD.E.R.(商標)592の両方を前記実施例3に記載の成分により50%の固形物で調製した。少なくとも2個の試料に関して、前述した標準的な試験手順に従って表面張力分析を行なった。ホウ酸含有物質に関して28.21(ダイン/cm)の表面張力及びTMB含有物質に関して28.0(ダイン/cm)を示している表4に表面張力の結果を示す。これらの差違はわずかである。
最初の配合物を基準として様々な量のホウ素含有量を検討した。最初の表面張力測定に関して、ホウ酸により0.418%の固形物及びホウ酸トリメチルにより0.701%にホウ素の量を維持した。
Claims (18)
- a)ポリエポキシド、
b)硬化剤、
c)ホウ酸トリメチル、及び
d)難燃剤
を含む組成物。 - 前記ホウ酸トリメチルが、前記組成物の一部になる前は溶媒に分散していない、請求項1に記載の組成物。
- 前記ポリエポキシドが、臭素、リン、窒素、ホウ素及びケイ素から成る群から選択される元素を含む難燃剤でもある、請求項1に記載の組成物。
- 前記組成物の固形物の含有量が約76重量%〜約79重量%の範囲内である、請求項1に記載の組成物。
- 前記ポリエポキシドがテトラブロモビスフェノールAの誘導体を含有する、請求項1に記載の組成物。
- 前記ポリエポキシドがエポキシノボラックとDOPO(6H−ジベンゾ[c,e][1,2]オキサホスホリン,6−オキシド)との縮合生成物である、請求項1に記載の組成物。
- (a)請求項1の組成物、及び
(b)エポキシ樹脂触媒、並びに
(c)任意選択でエポキシ樹脂硬化剤
を含む反応性混合物。 - (ii)ホウ酸トリアルキルを含有していない同様の配合物と比較した場合に、140℃で測定されるゲル化時間が少なくとも10%増加している、請求項7に記載の組成物。
- (ii)ホウ酸トリアルキルを含有していない同様の配合物と比較した場合に、完全な硬化後のガラス転移温度が少なくとも5℃上昇している、請求項7に記載の組成物。
- (d)繊維強化材を更に含む、請求項6に記載の組成物。
- 請求項1の組成物から製造されるワニス。
- 請求項11のワニスから製造されるプリプレグ。
- 請求項11のワニスから製造される電気用積層物。
- 請求項11のワニスから製造される印刷回路基板。
- 請求項11のワニスから製造される塗膜。
- 請求項11のワニスから製造される複合物。
- 請求項11のワニスから製造されるキャスト品。
- 請求項11のワニスから製造される接着剤。
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