JP2015512467A - 常温硬化性エポキシ系用の硬化剤 - Google Patents

常温硬化性エポキシ系用の硬化剤 Download PDF

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Abstract

a)i)単官能エポキシと、ii)第一のアミンと、の非分離アダクトと、b)第二のアミンと、c)改質剤と、d)促進剤と、を含む、硬化剤組成物が開示される。硬化剤組成物はエポキシ樹脂と組み合わせて、プライマーの調製に有用な組成物を構成することができる。【選択図】なし

Description

関連出願の参照
本出願は、2012年4月9日出願の米国仮出願第61/621,631号の優先権を主張する。
本発明は、常温硬化性エポキシ系に関する。具体的には、本発明は常温硬化性エポキシ系用の硬化剤に関する。
常温硬化性エポキシ系は、床材、漆喰、接着剤、コーティング、ラッカー、ペンキ等、産業上の幅広い用途に適する。常温硬化性のアミン硬化剤の大多数は、改質剤として、エポキシ系の硬化後においても放出を起こす揮発性有機化合物(VOC)であるベンジルアルコールを含む。
VOCを含まない系は、不適切に高い粘度、劣悪な表面状態、もしくは長い硬化時間、のうちいずれかを有する。これらは、ノニルフェノール、p−t−ブチルフェノール、又はビスフェノールA等のアルキルフェノールを硬化剤に加える事で解決され得る。しかしながら、これらの物質は欧州共同体によって、生殖障害のおそれがあるR62物質として分類されており、好ましくない。
別のアプローチが、遊離アミンの追加である。しかしながら、硬化剤中に遊離アミンが多すぎると、硬化時の白化、またはブラッシングを引き起こす。これへの解決策が、硬化剤中に分離アダクトを用いることである。これは全体として優れた特性の硬化剤を実現し得るが、アダクトの分離には、減圧蒸留によって未反応のあらゆるアミンを除去することが必要であり、多くの時間と労力を要する。
したがって、揮発性有機化合物を含まず、好ましい物質から構成され、かつ実用に耐える粘度を有するアミン系硬化剤の必要性が依然として存在する。
本発明の一の実施形態において、a)i)単官能エポキシと、ii)第一のアミンと、の非分離アダクトと、b)第二のアミンと、c)改質剤と、d)促進剤と、を含む、これらからなる、もしくは主にこれらからなる、硬化剤組成物が開示される。
本発明の一の実施形態において、a)i)単官能エポキシと、ii)第一のアミンと、の非分離アダクトと、b)第二のアミンと、c)改質剤と、d)促進剤と、を含む、これらからなる、もしくは主にこれらからなる、硬化剤組成物が開示される。
成分(a)−単官能エポキシ及び第一のアミン
一の実施形態において、組成物の一の成分は、単官能エポキシi)と第一のアミンii)との非分離アダクトである。
単官能エポキシi)の例は、フェニルグリシジルエーテル、クレシルグリシジルエーテル、p.−t.ブチルフェニルグリシジルエーテル、C12/C14アルキルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、及び2−エチルヘキシルグリシジルエーテル、C13/15アルコールグリシジルエーテル等の分岐グリシジルエーテル、及びバーサチック酸グリシジルエステル等のグリシジルエステル、を含むがこれらに限定されない。
第一のアミンii)の例は、脂肪族ポリアミン、アリール脂肪族ポリアミン、環状脂肪族ポリアミン、芳香族ポリアミン、複素環ポリアミン、ポリアルコキシポリアミン、及びこれらの組み合わせ、を含むがこれらに限定されない。ポリアルコキシポリアミンのアルコキシ基は、オキシエチレン、オキシプロピレン、オキシ−1,2−ブチレン、オキシ−1,4−ブチレン、又はこれらの共重合体である。
脂肪族ポリアミンの例は、エチレンジアミン(EDA)、ジエチレントリアミン(DETA)、トリエチレンテトラミン(TETA)、トリメチルヘキサンジアミン(TMDA)、ヘキサメチレンジアミン(HMDA)、N−(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(N3−Amine)、N,N’−1,2−エタンジイルビス−1,3−プロパンジアミン(N4−amine)、及びジプロピレントリアミン、を含むがこれらに限定されない。アリール脂肪族ポリアミンの例は、m−キシリレンジアミン(mXDA)及びp−キシリレンジアミンを含むがこれらに限定されない。環状脂肪族ポリアミンの例は、1,3−ビスアミノシクロヘキシルアミン(1,3−BAC)、イソホロンジアミン(IPDA)、及び4,4’−メチレンビスシクロヘキサンアミン、を含むがこれらに限定されない。芳香族ポリアミンの例はm−フェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン(DDM)、及びジアミノジフェニルスルホン(DDS)、を含むがこれらに限定されない。複素環ポリアミンの例は、N−アミノエチルピペラジン(NAEP)、及び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、を含むがこれらに限定されない。アルコキシ基がオキシエチレン、オキシプロピレン、オキシ−1,2−ブチレン、オキシ−1,4−ブチレン、又はこれらの共重合体であるポリアルコキシポリアミンの例は、4,7−ジオキサデカン−1,10−ジアミン、1−プロパンアミン、2,1−エタンジイルオキシ))ビス(ジアミノプロピル化ジエチレングリコール)(ANCAMINE(商標)1922A);ポリ(オキシ(メチル−1,2−エタンジイル))、α−(2−アミノメチルエチル)ω−(2−アミノメチルエトキシ)(JEFFAMINE(商標)D−230,D−400);トリエチレングリコールジアミン及びオリゴマー(JEFFAMINE(商標)XTJ−504、JEFFAMINE(商標)XTJ−512)、ポリ(オキシ(メチル−1,2−エタンジイル))、α,α’−(オキシジ−2,1−エタンジイル)ビス(ω−(アミノメチルエトキシ))(JEFFAMINE(商標)XTJ−511);ビス(3−アミノプロピル)ポリテトラヒドロフラン350;ビス(3−アミノプロピル)ポリテトラヒドロフラン750;ポリ(オキシ(メチル−1,2−エタンジイル))、a−ヒドロ−w−(2−アミノメチルエトキシ)エーテルと2−エチル−2−(ヒドロキシメチル)−1,3−プロパンジオール(JEFFAMINE(商標)T−403)、及びジアミノプロピルジプロピレングリコール、を含むがこれらに限定されない。
一の実施形態において、単官能エポキシ成分i)は通常、成分a)が未反応のアミンを有するアミノ官能性分子であることを確実にするために、第一のアミン成分ii)と比較してモル過剰で用いられるか、又は1:1の割合以下で用いられる。
一般に、当業者であれば、硬化剤の組成中の非分離アダクトa)の使用量を決定できる。用いられる第一のアミン成分ii)の性質と、単官能エポキシ成分i)との反応の程度は、アダクトa)の粘度に大きく影響し得る。アダクトa)の粘度が高いと、硬化剤組成中に用いることのできる量が少なくなる。アダクトa)の粘度が低ければ、組成全体においてより多くのアダクトを用いることができる。
一の実施形態において、非分離アダクトは、組成物の総重量を基準として10重量%〜80重量%の範囲内で組成物中に存在する。アダクトは、別の実施形態においては15重量%〜70重量%、また別の実施形態においては20重量%〜60重量%の範囲内で組成物中に存在する。
成分(b)−第二のアミン
一の実施形態において、組成物は第二のアミンを含んでよい。第二のアミンは、上に列挙したアミンのいずれであってもよい。一の実施形態において、第二のアミンはポリ(オキシ(メチル−1,2−エタンジイル))、又はα−(2−アミノメチルエチル)オメガ−(2−アミノメチルエトキシ)(JEFFAMINE(商標)D−230又はJEFFAMINE(商標)D−400)であってよい。
第二のアミンは、通常、組成物の総重量を基準として10重量%〜80重量%の範囲内の量で存在する。一の実施形態において、第二のアミンは、組成物の総重量を基準として15重量%〜70重量%の範囲内、さらに別の実施形態においては、組成物の総重量を基準として20重量%〜60重量%の範囲内の量で存在する。
成分(c)−改質剤
組成物は改質剤も含む。改質剤は希釈に有用であり、エポキシ樹脂との組み合わせで、硬化速度を早め得る。改質剤は更に、表面状態を改善することができる。
改質剤の例は、スチレン化フェノール、ジイソプロピルナフタレン、ポリアルキレングリコール、ポリアルキレングリコールのエーテル、ベンジルアルコール、及び高沸点の一価又は多価アルコールを含むがこれらに限定されない。
改質剤は通常、組成物の総重量を基準として5重量%〜50重量%の範囲内で存在する。
成分(d)−促進剤
組成物は更に、エポキシ樹脂とともに組成物の硬化を促進する促進剤を含んでよい。
促進剤の例は、サリチル酸、硝酸カルシウム、ビスフェノールA、ビスフェノールF、レゾルシノール、及びヒドロキノン、又はその他のカルボン酸基及び/又はフェノール基含有成分、を含むがこれらに限定されない。
促進剤は、通常、組成物の総重量を基準として0.5重量%〜15重量%の範囲内で組成物中に存在する。
任意の成分
第三のアミン
一の実施形態において、組成物は第三のアミンを含んでよい。用いることの出来るアミンは、例えば1,3−ビスアミノシクロヘキシルアミン(1,3−BAC)又はN−アミノエチルピペラジン(NAEP)、ジエチレントリアミン(DETA)、トリエチレンテトラミン(TETA)、m−キシリレンジアミン(mXDA)及び2−メチル−1,5−ペンタンジアミン(MPMD)等の反応性の高いアミンを含むが、これらに限定されない。
第三のアミンは、通常、組成物の総重量を基準として5重量%〜50重量%の範囲内の量で組成物中に存在する。別の実施形態において、第三のアミンは、組成物の総重量を基準として5重量%〜25重量%の範囲内、さらに別の実施形態においては5重量%〜10重量%の範囲内の量での量で組成物中に存在する。
一の実施形態において、上述のアミンの1つと共に、液状エポキシ樹脂のアダクト(例えば、DER(商標)330、DER(商標)331、及びDER(商標)354)が用いられてよい。
組成物の製造工程
一の実施形態において、成分a)、すなわち非分離アダクト、の形成は、投入速度による反応制御下で、60〜120℃の高温で行われる。投入速度は、主に、用いられる反応容器の冷却力に依存する。一の実施形態において、温度は75℃〜85℃の範囲内である。反応容器には、上部より、第一のアミンと単官能エポキシが、撹拌を行いながら投入される。投入が終了した後、後反応が20〜40分間行われる。後反応の時間中、未反応のエポキシが反応混合物中に残存しないよう、単官能エポキシとアミンとの反応が継続し、完了する。
アダクトは非分離アダクトである。反応が完了した後、アダクトa)には、あらゆる未反応のアミン成分を除去するための追加の蒸留工程は行われない。
アダクトa)が形成された後、その他の成分が、任意の組み合わせ又は副組み合わせで投入されてよい。
硬化性組成物製品
一の実施形態において、硬化性組成物は、I)上述の硬化剤と、II)エポキシ樹脂と、を含む、これらからなる、主にこれらからなる。
一の実施形態において、エポキシ樹脂は液状エポキシ樹脂である。用いることのできる液状エポキシ樹脂の例は、ビスフェノール−Aジグリシジルエーテル(BADGE)と、ビスフェノール−Fジグリシジルエーテル(BFDGE)と、エポキシノボラックと、を含むがこれらに限定されない。別の実施形態において、エポキシ樹脂は固形状ビスフェノール−Aエポキシ樹脂であってよい。
硬化性組成物は、任意で、例えば、クレシルグリシジルエーテル(CGE)、p.t.−ブチルフェニルグリシジルエーテル(ptBPGE)、C12/C14グリシジルエーテル、ブタンジオールジグリシジルエーテル(BDDGE)、ヘキサンジオール−ジグリシジルエーテル(HDDGE)、C13/15アルコールグリシジルエーテル等の分岐グリシジルエーテル、及びバーサチック酸グリシジルエステル等のグリシジルエステル、等の反応性希釈剤で希釈されてもよい。
一の実施形態において、硬化剤組成物とエポキシ樹脂は、エポキシ1当量とアミン水素1当量とが反応することを確実にするために、硬化剤当量(HEW)及びエポキシド当量(EEW)に従って混合される。組成物は室温で硬化される。
これらの組成物は、通常、コンクリートや床材用のプライマーとして用いられる。
以下の実施例及び比較例は本発明を更に詳細に例示するが、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
以下の実施例において、例えばこのような様々な用語及び記号が用いられる:
Polypox(商標)E270及びE403:反応性希釈エポキシ樹脂、UPPCから入手。
E270:A/F型、希釈されたヘキサンジオールジグリシジルエーテル及びブタンジオールジグリシジルエーテルを含む。
E403:A/F、C12/C14グリシジルエーテルを含む。
Polypox(商標)IH7011:UPPCから入手の硬化剤、分離されたMPMD−クレシルグリシジルエーテルアダクトを基剤とする。
実施例1
アダクト:
IPD−アダクトI:
イソホロンジアミン(IPDA)596.9gを90℃に加熱した。撹拌を行いながら、ptBPGE403.1gを加えた。1時間後、高粘度の透明な液体1000gを得た。
アミン当量:83g/当量
25℃での粘度:27000mPas
アミン価:406mgKOH/g
IPD−アダクトII:
IPDA596.9gを90℃に加熱した。撹拌を行いながら、CGE307.0gを加えた。1時間後、高粘度の透明な液体903.9gを得た。
アミン当量:74g/当量
25℃での粘度:4160mPas
アミン価:436mgKOH/g
本発明の実施例
硬化剤I:
80℃で、撹拌を行いながら、サリチル酸24gを216gのJeffamine(商標)D−230に加えた。サリチル酸は自然に溶解/中和しないため、1,3−BAC30gを加え、透明な溶液を得た。アダクトI270gと、その後Sanko SP−F(芳香脂肪族フェノール、Sanko Corp.、日本、より入手)60gを加えた。混合物を80℃で均質化し、冷却して排出した。
アミン当量:80g/当量
25℃での粘度:470mPas
アミン価:396mgKOH/g
色数:ガードナー1.9
硬化剤II:
80℃で、撹拌を行いながら、サリチル酸24gを216gのJeffamine(商標)D−230に加えた。サリチル酸は自然に溶解/中和しないため、1,3−BAC30gを加え、透明な溶液を得た。アダクトII270gと、その後Sanko SP−F(芳香脂肪族フェノール、Sanko Corp.、日本、より入手)60gを加えた。混合物を80℃で均質化し、冷却して排出した。
アミン当量:74g/当量
25℃での粘度:300mPas
アミン価:410mgKOH/g
色数:ガードナー1.5
比較例A及び比較例B
比較例A及びBには、Polypox(商標)IH7011を硬化剤として用いた。Polypox(商標)IH7011は、UPPCが製造する市販の硬化剤である。これは分離アダクトを含む硬化剤製剤である。比較例AはPolypox(商標)E270を用いて調製し、比較例BはPolypox(商標)E403を用いて調製した。
エポキシ樹脂(例えばPolypox(商標)E403又はPolypox(商標)E270)と硬化剤製剤とを混合して、これらの硬化剤を含む薄膜を形成した。通常、1エポキシ当量と1アミン当量とを混合する。硬化剤とエポキシ成分の量を以下の表1に示す。
Figure 2015512467
両成分を2分間均質化した後、膜厚が3mmとなるよう、液状混合物を型に流し入れ、室温で7日間硬化した。
膜の試験は次のように行った。
3mmの膜を室温(約23℃)で7日間完全に硬化した。綿パッドに、例えばガソリン、アルコール混合物(エタノール及びイソプロパノール各46質量%と、水4質量%からなるB.P.G.5b)、酢酸、メチルイソブチルケトン(MIBK)等の試験液を含ませた。綿パッドを膜の表面に載置し、試験液の蒸発を防ぐために覆った。ショアD硬度の低下について、1日目、2日目、及び7日目の百分率値を測定した。所定の期間におけるショアD硬度の低下は、異なる試験液に対する耐性の指標として有用である。
結果
比較例A及びBの試料(同じ硬化剤を用い、2つの異なる樹脂を用いた)と、実施例1A及び1B(同じ本発明の硬化剤Iを用い、2つの異なる樹脂を用いた)と、実施例2A及び2B(同じ本発明の硬化剤IIを用い、2つの異なる樹脂を用いた)と、のそれぞれの試料を、溶液を含ませた綿パッドを試料上に載置し、パッド及び試料を覆うことで、溶液に7日間(168時間)曝露した。曝露から1日(24時間)後、2日(48時間)後、及び7日後に、試料のショアD硬度を測定した。ショアD硬度の測定値を表1〜6に示す。
%Δで示される、ショアD硬度の百分率値の変化は、当初硬度と、溶液への曝露から168時間後の最終硬度から求めた。ショアD硬度の百分率値の変化は、(1−(最終硬度/当初硬度))*100として算出し、ここで硬度における百分率の変化が負の変化である場合、最終硬度よりも当初硬度のほうが高いことを示した。
試験液は、20重量%硫酸溶液、20重量%水酸化ナトリウム溶液、B.P.G.5b、5重量%酢酸溶液、10重量%酢酸溶液、ガソリン、キシレン、及びメチルイソブチルケトン(MIBK)であった。具体的な成分を以下に列挙する:
酢酸、分析グレード、Merck KGaAから入手可能。
硫酸、分析グレード、Merck KGaAから入手可能。
水酸化ナトリウム、分析グレード、Merck KGaAから入手可能。
DIBTのBau− und Prufgrundsatze Gruppe 5b(ドイツ建築技術協会の構築及び試験グループ5b向けポリシー)(以下「B.P.G.5b」と呼ぶ)、メタノール(分析グレード、Merck KGaAから入手可能)48容積%と、イソプロパノール(分析グレード、Merck KGaAから入手可能)48容積%と、水4容量%との混合物。
ガソリン、Esso(Exxon)から入手可能。
キシレン、分析グレード、Merck KGaAから入手可能。
メチルイソブチルケトン(MIBK)、分析グレード、Merck KGaAから入手可能。
結果を以下の表2〜7に示す。
Figure 2015512467
Figure 2015512467
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Figure 2015512467
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上掲の表から明白であるとおり、硬化された製品は、特に比較例Bと比べて、酢酸に対する改善された化学安定性を示す。実施例1Aは、比較例Aと比べて、酢酸に対する改善された化学安定性を示す。酢酸は、アミン硬化性エポキシに対して最も損傷性の高い化学物質の一つとして知られている。

Claims (15)

  1. 硬化剤組成物であって、
    a)
    i)単官能エポキシと、
    ii)第一のアミンと、
    の非分離アダクトと、
    b)第二のアミンと、
    c)改質剤と、
    d)促進剤と、を含む、硬化剤組成物。
  2. 請求項1に記載の硬化剤組成物であって、
    e)第三のアミン
    をさらに含む、硬化剤組成物。
  3. 請求項1に記載の硬化剤組成物であって、前記単官能エポキシが、クレシルグリシジルエーテルとt−ブチルフェニルグリシジルエーテルとからなる群から選択される、硬化剤組成物。
  4. 請求項1に記載の硬化剤組成物であって、前記第一のアミンが脂肪族ポリアミンである、硬化剤組成物。
  5. 請求項4に記載の硬化剤組成物であって、前記脂肪族ポリアミンが、イソホロンジアミンと、TMDAと、1,3,BACとからなる群から選択される、硬化剤組成物。
  6. 請求項1に記載の硬化剤組成物であって、前記第二のアミンがポリエーテルアミンである、硬化剤組成物。
  7. 請求項6に記載の硬化剤組成物であって、前記ポリエーテルアミンが、ポリ(オキシ(メチル−1,2−エタンジイル))と、α−(2−アミノメチルエチル)ω−(2−アミノメチルエトキシ)と、これらの混合物と、からなる群から選択される、硬化剤組成物。
  8. 請求項1に記載の硬化剤組成物であって、前記改質剤が、スチレン化フェノールと、ジイソプロピルナフタレンとからなる群から選択される、硬化剤組成物。
  9. 請求項1に記載の硬化剤組成物であって、前記促進剤が、サリチル酸と、硝酸カルシウムとからなる群から選択される、硬化剤組成物。
  10. 請求項1に記載の硬化剤組成物であって、前記組成物の総重量を基準として、前記アダクトが10重量%〜80重量%の範囲内の量で存在し、前記第二のアミンが10重量%〜80重量%の範囲内の量で存在し、前記改質剤が5重量%〜50重量%の範囲内の量で存在し、前記促進剤が0.5重量%〜15重量%の範囲内の量で存在する、硬化剤組成物。
  11. 請求項2に記載の硬化剤組成物であって、前記組成物の総重量を基準として、前記第三のアミンが5重量%〜50重量%の範囲内の量で存在する、硬化剤組成物。
  12. a)単官能エポキシと第一のアミンとを、アダクトを形成する反応条件下で接触させる工程であって、前記反応条件が、前記アダクトの形成後に未反応の第一のアミンを除去することを含まない、工程と、
    b)
    i)前記アダクトと、
    ii)第二のアミンと、
    iii)改質剤と、
    iv)促進剤と、
    を混合して、硬化剤組成物を生成する工程と、
    を含む方法。
  13. 請求項12に記載の方法であって、工程a)における前記反応条件が、60℃〜120℃の範囲内の反応温度を含む、方法。
  14. I)請求項1に記載の硬化剤組成物と、
    II)液状ビスフェノール−Aジグリシジルエーテルと、液状ビスフェノール−Fジグリシジルエーテルと、液状エポキシノボラックと、固形状ビスフェノール−Aと、これらの組み合わせと、からなる群から選択されるエポキシ樹脂と、を含む、硬化性組成物。
  15. 請求項14に記載の硬化性組成物を用いて調製されるプライマー。
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