JP2021155508A - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents
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- Epoxy Resins (AREA)
Abstract
Description
しかしながら、特許文献1及び特許文献2に記載されたエポキシ樹脂組成物は、低粘度化、低温硬化性、硬化時間の短縮、熱の伝わり方が不均一な場合での十分な硬化領域の確保、において改善の余地が残る。
本発明は、上述の現状を鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、低粘度化、低温硬化性の向上、硬化時間の短縮、熱の伝わり方が不十分な場合での十分な硬化領域の確保、が可能なエポキシ樹脂組成物を提供することである。
なお、特許文献1に記載のアルコール性水酸基を2つ以上有する成分は、下記式(1)で示される構造を有していない。
本発明は以下のとおりのものである。
[1]
下記成分(A)、下記成分(B)及び下記成分(C)を含むエポキシ樹脂組成物。
(A)エポキシ樹脂
(B)硬化剤
(C)下記式(1)で示される化合物
[2]
前記成分(B)が固体の硬化剤を含む、[1]に記載のエポキシ樹脂組成物。
[3]
前記式(1)のR1がヒドロキシル基である、[1]又は[2]に記載のエポキシ樹脂組成物。
[4]
前記式(1)のR2、R3及びR4が水素である、[1]〜[3]のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
[5]
前記成分(B)として、活性水素を4つ以上含む化合物を含む、[1]〜[4]のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
[6]
前記成分(B)が、イミダゾール系硬化剤を含む、[1]〜[4]のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
[7]
前記成分(B)が、マイクロカプセル型硬化剤を含む、[1]〜[4]のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
[8]
前記成分(D)として、硬化促進剤をさらに含む、[1]〜[7]のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
[9]
下記成分(A)、下記成分(B)及び下記成分(C)を含むエポキシ樹脂組成物の製造方法であって、成分(A)及び成分(B)の群から選ばれる少なくとも一つを有する化合物又は組成物に成分(C)を添加する工程を含む、エポキシ樹脂組成物の製造方法。
(A)エポキシ樹脂
(B)硬化剤
(C)下記式(1)で示される化合物
[10]
エポキシ樹脂組成物がさらに下記成分(D)を含み、
成分(A)、成分(B)、及び成分(D)の群から選ばれる少なくとも一つを有する化合物又は組成物に成分(C)を添加する工程を含む、[9]に記載のエポキシ樹脂組成物の製造方法。
(D)硬化促進剤
[11]
エポキシ樹脂組成物がさらに下記成分(E)を含み、
成分(A)、成分(B)、及び成分(E)の群から選ばれる少なくとも一つを有する化合物又は組成物に成分(C)を添加する工程を含む、[9]又は[10]に記載のエポキシ樹脂組成物の製造方法。
(E)フィラー
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、(A)エポキシ樹脂(以下「成分(A)」とも記す。)、(B)硬化剤(以下「成分(B)」とも記す。)、及び(C)下記式(1)で示される化合物(以下「成分(C)」とも記す。)を含む。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、成分(A)〜(C)を含むことにより、低粘度化、低温硬化性の向上、硬化時間の短縮、熱の伝わり方が不十分な場合での十分な硬化領域の確保が可能となる。
成分(A)エポキシ樹脂としては、以下に限定されるわけではないが、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ビスフェノールM型エポキシ樹脂、ビスフェノールP型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、テトラメチルビフェニル型エポキシ樹脂、テトラブロモビフェニル型エポキシ樹脂、ジフェニルエーテル型エポキシ樹脂、ベンゾフェノン型エポキシ樹脂、フェニルベンゾエート型エポキシ樹脂、ジフェニルスルフィド型エポキシ樹脂、ジフェニルスルホキシド型エポキシ樹脂、ジフェニルスルホン型エポキシ樹脂、ジフェニルジスルフィド型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、ヒドロキノン型エポキシ樹脂、メチルヒドロキノン型エポキシ樹脂、ジブチルヒドロキノン型エポキシ樹脂、レゾルシン型エポキシ樹脂、メチルレゾルシン型エポキシ樹脂、カテコール型エポキシ樹脂、N,N−ジグリシジルアニリン型エポキシ樹脂等の2官能型エポキシ樹脂類;N,N−ジグリシジルアミノベンゼン型エポキシ樹脂、o−(N,N−ジグリシジルアミノ)トルエン型エポキシ樹脂、トリアジン型エポキシ樹脂等の3官能型エポキシ樹脂類;テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン型エポキシ樹脂、ジアミノベンゼン型エポキシ樹脂等の4官能型エポキシ樹脂類;フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、テトラフェニルエタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ブロモ化フェノールノボラック型エポキシ樹脂等の多官能型エポキシ樹脂類;及び脂環式エポキシ樹脂類が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上併用してもよい。さらに、これらをイソシアネート等で変性したエポキシ樹脂等も併用することができる。本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、取り扱い性と耐熱性の観点から、ビスフェノール型エポキシ樹脂を含むことが好ましい。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物に含まれる成分(B)硬化剤としては、以下に限定されないが、アミン系硬化剤、アミド系硬化剤、フェノール系硬化剤、酸無水物系硬化剤、潜在性硬化剤、触媒型硬化剤等が挙げられる。硬化剤は、これらに限定されるものではない。
脂肪族アミンとしては、以下に限定されないが、例えば、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミン、テトラエチレンペンタミン、m−キシレンジアミン、トリメチルへキサメチレンジアミン、2−メチルペンタメチレンジアミン、イソフォロンジアミン、1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、ノルボルネンジアミン、1,2−ジアミノシクロヘキサン等が挙げられる。
芳香族アミンとしては、以下に限定されないが、例えば、ジアミノジフェニルメタン、m−フェニレンジアミン、ジアミノジフェニルスルホン、ジエチルトルエンジアミン、トリメチレンビス(4−アミノベンゾエート)、ポリテトラメチレンオキシド−ジ−p−アミノベンゾエート、KAYAHARD A−A(日本化薬製)、エタキュア100(三井化学ファイン製)等が挙げられる。
低温での良好な硬化性、少量の添加で樹脂硬化が可能であること、短時間硬化で高いガラス転移温度を持つ硬化物を得らえる観点からは、硬化剤としてイミダゾール系硬化剤を含むことが好ましい。イミダゾール系硬化剤に含まれるイミダゾール化合物としては、特に限定されないが、例えば、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、1−(2−シアノエチル)−2−エチル―4−メチルイミダゾール、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−フェニルイミダゾリン、2,3−ジヒドロ―1H−ピロロ[1,2−a]ベンズイミダゾールが挙げられる。また、イミダゾール系硬化剤としては、特に限定されないが、例えば、ノバキュア HX−3721、HX−3722、HX−3613、HX−3921HP、HXA9322HP(旭化成株式会社製)が挙げられる。
常温での保存安定性やディスペンサー等でエポキシ樹脂組成物を塗布する際の増粘制御の観点から、(B)硬化剤はマイクロカプセル型硬化剤を含むことが好ましい。マイクロカプセル型硬化剤としては、ノバキュア HX−3721、HX−3722、HX−3613、HX−3921HP、HXA9322HPを用いることができる。
また、架橋点を多くすることで、架橋構造を複雑化させ、硬化物の強度を向上させる観点から、成分(B)として、活性水素を4つ以上含む化合物を含むことが好ましく、さらに基材との密着性を向上させる観点で、ヘテロ原子を含み且つ活性水素を4つ以上含む化合物を含むことがより好ましい。このような化合物としては、特に限定されないが、例えば、ジシアンジアミドが挙げられる。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、下記式(1)で示される化合物(成分(C))を含む。本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、下記式(1)で示される化合物(成分(C))を含むことで、優れた低温硬化性、低粘度化、硬化時間の短縮、十分な硬化領域の確保、が可能となる。
さらに、(B)硬化剤への配位性を高め、より硬化性を向上させる観点から、上記式(1)のR1がヒドロキシル基であることが好ましい。
また、ヒドロキシル基の配位性を立体障害により阻害しない観点から、上記式(1)のR2、R3及びR4が水素であることが好ましい。
下記式(1−1)で表される化合物(以下「化合物1」とも記す)、
δ=(ΣΔe/ΣΔv)1/2 ・・・・・数式(i)
Δeは置換基ごとの凝集エネルギーを表し、Δvはモル分子容を示す。
〔成分(A)〕
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(n=0体)・・・・・δ=10.9(cal/cm3)1/2
ビスフェノールF型エポキシ樹脂(n=0体)・・・・・δ=12.1(cal/cm3)1/2
エポキシクレゾールノボラック ・・・・・δ=11.0(cal/cm3)1/2
テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン ・・・・δ=11.9(cal/cm3)1/2
〔成分(B)〕
ジシアンジアミド ・・・・・δ=17.8(cal/cm3)1/2
〔成分(C)〕
3−フェノキシ−1−プロパノール ・・・・・δ=12.0(cal/cm3)1/2
3−フェノキシ−1,2−プロパンジオール ・・・・δ=14.3(cal/cm3)1/2
Bisphenol A (3−hydroxypropyl) glycidyl ether ・・・・・δ=11.6(cal/cm3)1/2
Bisphenol A (2,3−dihydroxypropyl) glycidyl ether ・・・・・δ=12.9(cal/cm3)1/2
化合物1 ・・・・・δ=12.0(cal/cm3)1/2
化合物2 ・・・・・δ=12.0(cal/cm3)1/2
化合物3 ・・・・・δ=12.6(cal/cm3)1/2
〔その他成分〕
グリセロール ・・・・・δ=20.0(cal/cm3)1/2
成分(C)のsp値は成分(A)のsp値と近しいことで、低粘度化、低温硬化性の改善、硬化時間の短縮、硬化領域の改善の効果をより発揮する観点から、成分(A)がsp値が10〜13(cal/cm3)1/2のエポキシ樹脂を含む場合に、成分(C)のsp値は、下限値として、7(cal/cm3)1/2以上が好ましく、8(cal/cm3)1/2以上がより好ましく、9(cal/cm3)1/2以上がさらに好ましく、10(cal/cm3)1/2以上がよりさらに好ましく、11(cal/cm3)1/2以上がさらにより好ましく、上限値として、20(cal/cm3)1/2未満が好ましく、18(cal/cm3)1/2以下がより好ましく、16(cal/cm3)1/2以下がさらにより好ましい。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、硬化反応を促進する目的で、(D)硬化促進剤(以下「成分(D)」とも記す)を含むことができる。(D)硬化促進剤としては、特に限定されないが、例えば、アミン系化合物、イミダゾール系化合物、オニウム化合物のボロン塩、リン系化合物、ルイス酸、尿素誘導体等が挙げられる。尿素誘導体としては、特に限定されないが、例えば、3,4−ジクロロフェニル−N,N−ジメチル尿素、3−(4−クロロフェニル)−1,1−ジメチル尿素等が挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
成分(B)硬化剤に該当するイミダゾール化合物は、他の成分(B)硬化剤を含む場合に、組み合わせによっては、成分(D)硬化促進剤に該当する。本明細書中では、以下に記載の場合にイミダゾール化合物は成分(D)硬化促進剤とする。
成分(D)の含有量はエポキシ樹脂組成物中、十分な硬化性を示す観点から、2質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましく、4質量%以上であることがさらに好ましい。また、成分(D)の含有量はエポキシ樹脂組成物中、十分な保存安定性を示す観点から、20質量%以下であることが好ましく、17質量%以下であることがより好ましく、14質量%以下であることがさらに好ましい。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、必要に応じて(E)有機フィラー及び/又は無機フィラー(以下「成分(E)」とも記す)を含んでもよい。
成分(E)の含有量はエポキシ樹脂組成物中、十分なチキソトロープ性の適正化や破壊靭性の向上の観点から、10質量%以上であることが好ましく、20質量%以上であることがより好ましく、25質量%以上であることがさらに好ましい。また、成分(E)の含有量はエポキシ樹脂組成物中、粘度が十分に低く取り扱いに優れる観点から、85質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であることがより好ましく、75質量%以下であることがさらに好ましい。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は上記成分(A)、成分(B)及び成分(C)を混合することによって得ることができる。各成分の混合方法は、特に限定されず、一般的な混合設備と加工条件が適用される。具体的には、特に限定されないが、例えば、上記成分(A)〜(C)と、必要に応じて上記成分(D)及び(E)並びにその他添加剤成分等とを、3本ロール等のミキシングロール、ディゾルバ、プラネタリミキサ、ニーダ、押出し機等を用いて均一になるまで充分に混合してエポキシ樹脂組成物を得る方法が挙げられる。
以下の表1に示す配合比率で、後述する成分(A)〜(C)及びその他成分を計量後、ノンバブリングニーダーでこれらの成分を2分間の撹拌及び3分間の脱泡を行い、混合し、エポキシ樹脂組成物を調製した。なお、表1における各成分の配合量は、(A)成分の合計量を100質量部としたときの質量部表示で示されている。
レオメーター(HAAKE MARS、Thermo scientific製)により昇温速度5℃/分、オシレーションモード(f=1Hz)にて、エポキシ樹脂組成物を25℃から200℃まで昇温した際の、動的粘度η’―温度曲線を取得した。得られた動的粘度―温度曲線において、T0℃〜T0+5℃の範囲で動的粘度η‘が単調増加であり、T0℃での動的粘度η’(To℃)と比較してT0+5℃での動的粘度η‘(T0+5℃)が数式(1)を満たす温度T0℃を増粘開始温度とした。
η‘(T0+5℃)−η’(T0℃)≧500(mPa・s)・・・・・・数式(1)
E型粘度計(TVE−35H、東機産業株式会社社製)を用いて室温(25℃)にてエポキシ樹脂組成物を調製した直後の粘度(初期粘度)を測定した。
キュラストメーター(キュラストメーターV、テイ・エスエンジニアリング社製)を用いて、設定温度80℃にてエポキシ樹脂組成物のゲルタイム測定を実施し、トルク−加硫時間チャートを得た。本実施形態においては、得られたチャートについて、1N・mとなる点と0.5N・mとなる点とを求め、二つの点を通る直線が加硫時間軸と交わる時間をゲルタイムと定義した。
エポキシ樹脂組成物を調製した直後の初期粘度と、エポキシ樹脂組成物を40℃、7日間放置後での経過時粘度とをE型粘度計を用いて室温(25℃)にて測定し、下記数式(2)にて保存安定性倍率を算出した。
保存安定性倍率=40℃、7日放置後経過時粘度/初期粘度 ・・・・数式(2)
保存安定性倍率は、2以下が好ましく、1.5以下がより好ましく、1.2以下がさらに好ましく、1.1以下がさらにより好ましく、1が特に好ましい。
縦:550mm×幅350mm×厚み2mmのテフロン(登録商標)製の型に、エポキシ樹脂組成物を開口部まで十分に流し入れ、加熱炉にて設定温度100℃で90分間加熱した。加熱完了後、テフロン(登録商標)製型から取り外した硬化体の体積をVc、エポキシ樹脂組成物を流し入れた体積をV0とし、下記数式(3)にて硬化領域を算出した。
硬化領域(%)=100×Vc/V0 ・・・・・・数式(3)
硬化領域の割合(%)に応じて以下の判定を下す。
〔(A)エポキシ樹脂〕
成分A−1:ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱ケミカル株式会社製)(エポキシ当量 182g/eq.)
〔(B)硬化剤〕
成分B−1:ジシアンジアミド(和光純薬工業株式会社製)
成分B−2:ノバキュアHXA9322HP(旭化成株式会社製)
〔(C)式(1)で示される化合物〕
成分C−1:3−フェノキシ−1,2−プロパンジオール(東京化成工業株式会社製)
成分C−2:3−フェノキシ−1−プロパノール(東京化成工業株式会社製)
〔(D)硬化促進剤〕
成分D−1:AERハードナーD1301(旭化成株式会社製)
〔その他の成分〕
その他成分−1:グリセロール(東京化成工業株式会社製)
表1−1〜1−4に示す割合で各成分を配合し、上記方法によりエポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物の各特性について上記方法により測定した。レオメーター測定での各エポキシ樹脂組成物の増粘開始温度測定結果、各エポキシ樹脂組成物の初期粘度測定結果を表1−1〜1−4に示す。
また、成分(A)、(B)及び(D)の配合が同じ実施例4と、比較例2とを対比すると、実施例4のエポキシ樹脂組成物は、成分(C)(成分C−1)を含まない比較例2よりも、増粘開始温度が低く、初期粘度も低く、低粘度化及び低温硬化性が向上していることがわかった。
また、成分(A)及び(B)の配合が同じ実施例5と、比較例3とを対比すると、実施例5のエポキシ樹脂組成物は、成分(C)(成分C−1)を含まない比較例3よりも、増粘開始温度が低く、初期粘度も低く、低粘度化及び低温硬化性が向上していることがわかった。
また、成分(A)及び(B)の配合が同じ実施例6〜8と、比較例4とを対比すると、実施例6〜8のエポキシ樹脂組成物は、成分(C)(成分C−1又は成分C−2)を含まない比較例4よりも、増粘開始温度が低く、初期粘度も低く、低粘度化及び低温硬化性が向上していることがわかった。なお、成分(C)に代えて、その他の成分として、末端にヒドロキシル基を有するが、式(1)で示される化合物に該当しない「その他成分−1:グリセロール」を用いた比較例5のエポキシ樹脂組成物は、グリセロールを含まないこと以外は同じ比較例4の初期粘度(13Pa・s)と同じ初期粘度であることから、粘度低下の効果がないことがわかった。
Claims (11)
- 前記成分(B)が固体の硬化剤を含む、請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記式(1)のR1がヒドロキシル基である、請求項1又は2に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記式(1)のR2、R3及びR4が水素である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記成分(B)として、活性水素を4つ以上含む化合物を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記成分(B)が、イミダゾール系硬化剤を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記成分(B)が、マイクロカプセル型硬化剤を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記成分(D)として、硬化促進剤をさらに含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物。
- エポキシ樹脂組成物がさらに下記成分(D)を含み、
成分(A)、成分(B)、及び成分(D)の群から選ばれる少なくとも一つを有する化合物又は組成物に成分(C)を添加する工程を含む、請求項9に記載のエポキシ樹脂組成物の製造方法。
(D)硬化促進剤 - エポキシ樹脂組成物がさらに下記成分(E)を含み、
成分(A)、成分(B)、及び成分(E)の群から選ばれる少なくとも一つを有する化合物又は組成物に成分(C)を添加する工程を含む、請求項9又は10に記載のエポキシ樹脂組成物の製造方法。
(E)フィラー
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