JP2020186208A - ジイミドジカルボン酸およびそれを用いたエポキシ樹脂硬化物 - Google Patents
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Abstract
Description
<1>無水トリカルボン酸と炭素数18以上のジアミンとからなる一般式(1)で示されるジイミドジカルボン酸。
<2>無水トリカルボン酸が、無水トリメリット酸である<1>に記載のジイミドジカルボン酸。
<3>炭素数18以上のジアミンが、ダイマージアミンである<1>または<2>に記載のジイミドジカルボン酸。
<4>無水トリカルボン酸と炭素数18以上のジアミンとを反応させてジイミドジカルボン酸を製造する方法において、無溶媒下で反応させる<1>〜<3>いずれかに記載のジイミドジカルボン酸の製造方法。
<5>メカノケミカル効果を用いて反応させる<4>に記載の製造方法。
<6><1>〜<3>いずれかに記載のジイミドジカルボン酸とエポキシ樹脂とを含有するエポキシ樹脂組成物。
<7><1>〜<3>いずれかに記載のジイミドジカルボン酸とエポキシ樹脂と有機溶剤とを含有するエポキシ樹脂溶液。
<8><6>に記載のエポキシ樹脂組成物または請求項7に記載のエポキシ樹脂溶液を硬化してなるエポキシ樹脂硬化物。
本発明のジイミドジカルボン酸は、一般式(1)で示されるジイミドジカルボン酸であって、無水トリカルボン酸と炭素数18以上のジアミンとから構成される。
一般式(1)で示されるジイミドジカルボン酸の製造方法は特に限定されないが、溶剤回収等の工程を必要としないことから、無水トリカルボン酸と炭素数18以上のジアミンとを、無溶剤下で反応させたのち、加熱イミド化反応をおこなうことが好ましい。無溶剤下で反応させる方法としては、例えば、固体状の無水トリカルボン酸を、得られるジイミドジカルボン酸の融点以下かつ炭素数18以上のジアミンの融点以上の温度に加熱し、無水トリカルボン酸がその固体状態を保つように、液体状態の炭素数18以上のジアミンを添加して反応させる方法や、無水トリカルボン酸と炭素数18以上のジアミンとを、メカノケミカル効果を利用して反応させる方法が挙げられる。
本発明のエポキシ樹脂溶液は、有機溶剤に、一般式(1)で示されるジイミドジカルボン酸とエポキシ樹脂とを溶解させることにより得ることができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、一般式(1)で示されるジイミドジカルボン酸とエポキシ樹脂とを混合することにより得ることができる。
本発明のエポキシ樹脂溶液やエポキシ樹脂組成物を加熱することにより、ジイミドジカルボン酸とエポキシ樹脂とを反応させ、本発明のエポキシ樹脂硬化物を得ることができる。加熱温度(硬化温度)は、80〜350℃とすることが好ましく、130〜300℃とすることがより好ましい。加熱時間(硬化時間)は、1分〜20時間とすることが好ましく、5分〜10時間とすることがより好ましい。なお、エポキシ樹脂溶液を加熱する場合、加熱により有機溶媒は留去される。
(1)無水トリカルボン酸
・無水トリメリット酸:東京化成工業社製
(2)ジアミン
・水添ダイマージアミン:クローダジャパン社製「PRIAMINE1075」
・ビスフェノールA型:三菱化学社製「jER828」、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、エポキシ当量184〜194g/eq
・ノボラック型:日本化薬社製「EOCN−1020−55」、o−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ当量195g/eq
(4)硬化促進剤
・2−エチル−4−メチルイミダゾール:東京化成工業社製
合成例1
無水トリメリット酸と水添ダイマージアミンのモル比が66.6/33.4で混合した試料を、大阪ケミカル社製ワンダークラッシャーWC−3Cを用いて、9000rpmの回転速度で1分間混合粉砕することを3回繰り返して、メカノケミカル処理をおこなった。
処理した試料をガラス容器に移し、ヤマト科学社製イナートオーブンDN411Iにて、窒素雰囲気下で300℃2時間イミド化反応をおこない、ジイミドジカルボン酸を得た。
ジアミン成分を表1に記載のジアミンに変更する以外は合成例1と同様の操作をおこなって、メカノケミカル処理、イミド化反応をおこない、ジイミドジカルボン酸を得た。
[ジイミドジカルボン酸の評価]
(1)反応の確認
赤外分光法(IR)を用いて、以下の条件で測定し、1778cm−1付近および1714cm−1付近の吸収の有無を確認した。
赤外分光法(IR)
装置:Perkin Elmer社製 System 2000 赤外分光装置
方法:KBr法
積算回数:64スキャン(分解能4cm−1)
1778cm−1付近および1714cm−1付近のいずれの吸収も確認できる場合、反応が進行したと評価して「○」とし、いずれかの吸収がない場合、または、いずれの吸収もない場合、反応が進行していないと評価して「×」とした。
高速液体クロマトグラフ質量分析計(LC/MS)を用いて、以下の条件で測定し、分子量を求めた。
試料:ジイミドジカルボン酸/DMSO溶液(200μg/mL)
装置:ブルカー・ダルトニクス社製microTOF2−kp
カラム:Cadenza CD−C18 3μm 2mm×150mm
移動相:(移動相A)0.1% ギ酸水溶液、(移動相B)メタノール
グラジエント(B Conc.):0分(50%)−5.7分(60%)−14.2分(60%)−17分(100%)−21.6分(100%)−27.2分(50%)−34分(50%)
イオン化法:ESI
検出条件:Negativeモード
ジイミドジカルボン酸の分子量と官能基数から計算により求めた。
(4)ジイミドジカルボン酸の溶解性
〇:10分間以内に完全に溶解した。
×:完全に溶解したものの、溶解するのに10分を要した。
(5)反応性
各実施例、比較例で得られたエポキシ樹脂溶液をアルミニウム基材に300μmの厚みで塗工し、イナートオーブンにて、窒素雰囲気下、180℃で2時間、続いて200℃で2時間乾燥して、脱溶媒および硬化反応をおこなった。その後、樹脂層を形成したアルミニウム基材からアルミ基材を除去し、エポキシ樹脂硬化物を得た。
得られたエポキシ樹脂硬化物について下記の条件により透過赤外吸収スペクトル(IR)測定をおこない、グリシジル基の吸光度比を求め、反応率を求めた。
グリシジル基に由来する吸収は、通常、900〜950cm−1の波数領域に検出される。これらの波数に検出される吸収ピークの両サイドの基底部を直線的に結んだ線をベースラインとし、ピークの頂点からベースラインに対し垂直に線を引いた時の交点からピークの頂点までの長さを吸光度とし、算出した。
赤外分光法(IR)
装置:Perkin Elmer社製 System 2000 赤外分光装置
方法:KBr法
積算回数:64スキャン(分解能4cm−1)
まず、各実施例により得られたエポキシ樹脂硬化物をKBr粉末と混合することによりIR測定用試料を作製し測定をおこなった。得られたスペクトル中で最も高い吸光度を示すピークの強度が吸光度0.8〜1.0の範囲に入ることを確認し、グリシジル基の吸光度αを求めた。次に、この試料をオーブンにて窒素気流下300℃の温度で2時間熱処理して、硬化反応を完全に進行させた。この硬化させた試料について同じ方法によりIR測定をおこない、グリシジル基に起因する波数の吸光度α’を求めた。このとき試料の反応率を次式として求め、以下の基準で評価した。試料の作製に使用したエポキシ樹脂溶液は、製造後、室温(25℃)で48時間放置したものを使用した。
反応率(%)={1−(α’/α)}×100
〇:80%≦反応率<90%(良)
×:反応率<80%(不良)
(5)で得られたエポキシ樹脂硬化物を、示差走査熱量測定装置(DSC)を用いて、以下の条件で測定した。
装置:Perkin Elmer社製 DSC 7
昇温速度:20℃/分
25℃から300℃まで昇温し、降温後、再度25℃から300℃まで昇温し、得られた昇温曲線中の転移温度に由来する不連続変化の開始温度をガラス転移温度とした。
(5)で得られたエポキシ樹脂硬化物を、インピーダンス・アナライザを用いて、以下の条件で誘電率と誘電正接を測定し、以下の基準で評価した。
装置:アジレント・テクノロジー社製E4991A RFインピーダンス/マテリアル・アナライザ
試料寸法:長さ20mm×幅20mm×厚み150μm
周波数:1GHz
測定温度:23℃
試験環境:23℃±1℃、50%RH±5%RH
〇:2.1<誘電率≦2.2(良)
×:2.2<誘電率(不良)
〇:0.006<誘電正接≦0.010(良)
×:0.010<誘電正接(不良)
(5)で得られたエポキシ樹脂硬化物を幅10×長さ100mmに切断して試験片を作製し、ISO 178に準拠して測定し、以下の基準で評価した。
◎:引張弾性率≦1400MPa(最良)
○:1400MPa<引張弾性率≦1700MPa(良)
×:1700MPa<引張弾性率(不良)
合成例1で得られたジイミドジカルボン酸とビスフェノールA型エポキシ樹脂を1.0/1.1(当量比)の割合で混合した試料60質量部に対して、2−エチル−4メチルイミダゾール0.2質量部と、ジメチルホルムアミド39.8質量部とを混合し、150℃で0.5時間の還流加熱をおこない、エポキシ樹脂溶液を得た。
実施例1で得られたエポキシ樹脂溶液に含まれるエポキシ樹脂におけるグリシジル基の反応率は10%以下であった。
用いるジイミドジカルボン酸とエポキシ樹脂の種類と配合量を、表2に記載の通りに変更する以外は実施例1と同様の操作をおこなって、エポキシ樹脂溶液を得た。
実施例2〜4、比較例1、2で得られたエポキシ樹脂溶液に含まれるエポキシ樹脂におけるグリシジル基の反応率は10%以下であった。
Claims (8)
- 無水トリカルボン酸と炭素数18以上のジアミンとからなる一般式(1)で示されるジイミドジカルボン酸。
- 無水トリカルボン酸が、無水トリメリット酸である請求項1に記載のジイミドジカルボン酸。
- 炭素数18以上のジアミンが、ダイマージアミンである請求項1または2に記載のジイミドジカルボン酸。
- 無水トリカルボン酸と炭素数18以上のジアミンとを反応させてジイミドジカルボン酸を製造する方法において、無溶媒下で反応させる請求項1〜3いずれかに記載のジイミドジカルボン酸の製造方法。
- メカノケミカル効果を用いて反応させる請求項4に記載の製造方法。
- 請求項1〜3いずれかに記載のジイミドジカルボン酸とエポキシ樹脂とを含有するエポキシ樹脂組成物。
- 請求項1〜3いずれかに記載のジイミドジカルボン酸とエポキシ樹脂と有機溶剤とを含有するエポキシ樹脂溶液。
- 請求項6に記載のエポキシ樹脂組成物または請求項7に記載のエポキシ樹脂溶液を硬化してなるエポキシ樹脂硬化物。
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