JP2022532049A - 多成分エポキシ樹脂系用の硬化剤組成物、エポキシ樹脂化合物および改善された低温硬化性を有するエポキシ樹脂化合物 - Google Patents

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Abstract

本発明は、建築部材を化学的に留め付けるための多成分エポキシ樹脂化合物用の硬化剤組成物、エポキシ樹脂化合物、および多成分エポキシ樹脂系に関する。本発明はさらに、掘削孔内の建築部材を化学的に留め付けるための方法に関する。本発明はまた、硬化および引き抜き強度を改善するために、特に低温(≦0℃)で建築部材を化学的に留め付けるための、塩(S)とフェノール誘導体との組み合わせの使用に関する。

Description

本発明は、建設要素を化学的に留め付けるための多成分エポキシ樹脂化合物用の硬化剤組成物、エポキシ樹脂化合物、および多成分エポキシ樹脂系に関する。本発明はさらに、掘削孔内の建設要素を化学的に留め付けるための方法に関する。本発明はまた、硬化および引き抜き強度を改善するために、特に低温(≦0℃)で建築部材を化学的に留め付けるための、塩(S)とフェノール誘導体との組み合わせのエポキシ樹脂化合物中での使用に関する。
硬化性エポキシ樹脂とアミン硬化剤とに基づく多成分モルタル化合物は、以前から知られており、亀裂を修復するための接着剤および補修ペースト、ならびに様々な基材の掘削孔内にアンカーロッド、強化バー、およびネジなどの建築部材を留め付けるための接着系アンカーとして使用されている。しかしながら、これらのモルタル化合物は、多くの場合、≦0℃の低温で極端に長い硬化時間を呈するか、または十分な硬化反応を達成することが可能ではないので、対応する化合物は、耐荷重(破壊荷重)の欠落または非常に低い耐荷重のために、建築部材の化学的留め付けに好適ではない。
従来技術は、高温で非常に良好な耐荷重を呈する、硬化性エポキシ樹脂とアミン硬化剤とに基づく多成分モルタル化合物について記載している。例えば、未公開の欧州特許出願第18195417.3号、未公開の欧州特許出願第18195422.3号、および未公開の欧州特許出願第18195415.7号は、硬化剤成分が硝酸の塩、亜硝酸の塩、ハロゲンの塩、およびトリフルオロメタンスルホン酸の塩からなる群から選択された塩(S)である、多成分エポキシ樹脂系について記載している。これらの多成分モルタル化合物はすべて、≦0℃の低温で掘削孔に適用され、対応する低温で硬化するとすぐに不十分な耐荷重を呈する。したがって、ある特定の国の冬季に、または低い平均気温を有する国では、これらの多成分モルタル化合物を使用することは不可能である。
したがって、本発明によって対処される問題は、従来のモルタル化合物と比較して、留め付け目的に好適であり、低温(≦0℃)で改善された引き抜き強度を有する多成分エポキシ樹脂化合物用の硬化剤成分、多成分エポキシ樹脂化合物から生成されたモルタル化合物を提供することである。同時に、多成分エポキシ樹脂化合物から生成されたモルタル化合物は、従来のモルタル化合物と比較して、標準温度(20~25℃)で、同様か、または可能であればわずかでも改善された引き抜き強度を有する必要がある。
本発明によって対処される問題は、請求項1に記載の硬化剤組成物(B)によって解決される。本発明による硬化剤組成物(B)の好ましい態様は、従属請求項に提供されており、これらは、任意選択的に互いに組み合わせることができる。
本発明はさらに、請求項9に記載のエポキシ樹脂化合物、および請求項11に記載の多成分エポキシ樹脂系に関する。本発明によるエポキシ樹脂化合物および多成分エポキシ樹脂系の好ましい態様は、従属請求項に提供されており、これらは、任意選択的に互いに組み合わせることができる。
本発明はさらに、掘削孔内の建築部材を化学的に留め付けるための請求項13に記載の方法に関する。
本発明は、請求項14に記載の、低温で、好ましくは≦0℃で、好ましくは0℃~-10℃の範囲でエポキシ樹脂化合物の引き抜き強度を改善するために、少なくとも1種のフェノール誘導体と組み合わせた、硝酸の塩、亜硝酸の塩、ハロゲンの塩、およびトリフルオロメタンスルホン酸の塩からなる群から選択された少なくとも1種の塩(S)の使用をさらに含む。
本発明によれば、エポキシ樹脂化合物用の硬化剤組成物(B)が提供され、この組成物は、エポキシ基に反応性である少なくとも1種のアミンと、加速剤として、硝酸の塩、亜硝酸の塩、ハロゲンの塩、トリフルオロメタンスルホン酸の塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択された少なくとも1種の塩(S)と、を有し、硬化剤成分(B)が、加速剤として少なくとも1種のフェノール誘導体を追加で含む。
留め付け目的のために本発明による硬化剤組成物(B)をエポキシ樹脂化合物中に使用することにより、≦0℃の温度での硬化反応の大幅な改善、したがってまた、≦0℃の温度での引き抜き強度の大幅な改善がもたらされる。硬化した化合物は、≦0℃の温度、好ましくは≦0℃~-10℃の範囲で優れた引き抜き強度を呈する。従来の化合物と比較して、本発明による化合物は、より短い時間の後に荷重をかけることができる(参照荷重の90%)。したがって、本発明による硬化剤組成物(B)およびそれから調製されるエポキシ樹脂化合物は、低い温度プロファイルを有する国での使用に特に好適である。
本発明の文脈内で、上および次の記載で使用される用語は、次の意味を有する。
「脂肪族化合物」とは、芳香族化合物を除く、非環式または環式の飽和または不飽和炭素化合物であり、
「脂環式化合物」とは、ベンゼン誘導体または他の芳香族系を除く、炭素環構造を有する化合物であり、
「芳香脂肪族化合物」とは、官能化された芳香脂肪族化合物の場合、存在する官能基が化合物の芳香族部分ではなく脂肪族に結合しているような芳香族骨格を有する脂肪族化合物であり、
「芳香族化合物」とは、ヒュッケル則(4n+2)に従う化合物であり、
「アミン」とは、1個、2個、または3個の水素原子を炭化水素基で置き換えることによってアンモニアから誘導され、一般構造RNH(一級アミン)、RNH(二級アミン)、およびRN(三級アミン)を有する化合物であり(A.D.McNaught and A.Wilkinson,Blackwell Scientific Publications,Oxford(1997)によって編集されたIUPAC Compendium of Chemical Terminology,2nd ed.(the“Gold Book”)を参照されたい)、
「塩」とは、正に帯電したイオン(カチオン)および負に帯電したイオン(アニオン)で構成される化合物である。これらのイオン間にはイオン結合がある。表現「硝酸の塩」とは、硝酸(HNO)から誘導され、アニオンとして硝酸塩(NO )を含む化合物について記載している。表現「亜硝酸の塩」とは、亜硝酸(HNO)から誘導され、アニオンとして亜硝酸塩(NO )を含む化合物について記載している。表現「ハロゲンの塩」とは、周期表の第7族の元素をアニオンとして含む化合物について記載している。特に、表現「ハロゲンの塩」とは、アニオンとしてフッ化物(F)、塩化物(Cl)、臭化物(Br)、またはヨウ化物(I)を含む化合物を意味すると理解されるべきである。表現「トリフルオロメタンスルホン酸の塩」とは、トリフルオロメタンスルホン酸(CFSOH)から誘導され、アニオンとしてトリフラート(CFSO )を含む化合物について記載している。本発明の文脈において、用語「塩」(S)はまた、塩の対応する水和物を包括する。加速剤として使用される塩(S)はまた、本発明の文脈において「塩」と称される。
「フェノール誘導体」は、フェノール(実験式COH)から誘導されるすべての化合物の総称である。フェノール誘導体の場合、芳香環に結合した水素原子のうちの1個以上は、任意選択的にヘテロ原子を含有する炭化水素基で置換されている。
「ノボラック樹脂」は、ホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒド前駆体と、フェノール、クレゾール、ビスフェノールAまたはFなどのフェノール化合物およびカルダノール誘導体との重縮合生成物についての用語である。
本発明によれば、硬化剤組成物(B)は、エポキシ基に反応性である少なくとも1種のアミンを含む。対応するアミンは、一般に当業者に既知である。好ましくは、エポキシ基に反応性である少なくとも1種のアミンは、脂肪族、脂環式、芳香族、および芳香脂肪族(araliphatic)アミンからなる群から選択され、窒素原子に結合している反応性水素原子を、分子当たり平均して少なくとも2個有する。
本発明の範囲を限定するものではないが、エポキシ基に反応性である好適なアミンの例を以下に示す:1,2-ジアミノエタン(エチレンジアミン)、1,2-プロパンジアミン、1,3-プロパンジアミン、1,4-ジアミノブタン、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジアミン(ネオペンタンジアミン)、ジエチルアミノプロピルアミン(DEAPA)、2-メチル-1,5-ジアミノペンタン、1,3-ジアミノペンタン、2,2,4-または2,4,4-トリメチル-1,6-ジアミノヘキサンおよびそれらの混合物(TMD)、1,3-ビス(アミノメチル)-シクロヘキサン、1,2-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、ヘキサメチレンジアミン(HMD)、1,2-および1,4-ジアミノシクロヘキサン(1,2-DACHおよび1,4-DACH)、ビス(4-アミノ-3-メチルシクロヘキシル)メタン、ジエチレントリアミン(DETA)、4-アザヘプタン-1,7-ジアミン、1,11-ジアミノ-3,6,9-トリオキソンデカン(trioxundecane)、1,8-ジアミノ-3,6-ジオキサオクタン、1,5-ジアミノ-メチル-3-アザペンタン、1,10-ジアミノ-4,7-ジオキサデカン、ビス(3-アミノプロピル)アミン、1,13-ジアミノ-4,7,10-トリオキサトリデカン、4-アミノメチル-1,8-ジアミノオクタン、2-ブチル-2-エチル-1,5-ジアミノペンタン、N,N-ビス(3-アミノプロピル)メチルアミン、トリエチレンテトラミン(TETA)、テトラエチレンペンタミン(TEPA)、ペンタエチレンヘキサミン(PEHA)、1,3-ベンゼンジメタンアミン(m-キシリレンジアミン、MXDA)、1,4-ベンゼンジメタンアミン(p-キシリレンジアミン、PXDA)、5-(アミノメチル)ビシクロ[[2.2.1]ヘプト-2-イル]メチルアミン(NBDA、ノルボルナンジアミン)、ジメチルジプロピレントリアミン、ジメチルアミノプロピルアミノプロピルアミン(DMAPAPA)、3-アミノメチル-3,5,5-トリメチルシクロヘキシルアミン(イソホロンジアミン(IPDA))、ジアミノジシクロヘキシルメタン(PACM)、ジエチルメチルベンゼンジアミン(DETDA)、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン(ダプソン)、混合多環式アミン(MPCA)(例えばAncamine2168)、ジメチルジアミノジシクロヘキシルメタン(Laromin C260)、2,2-ビス(4-アミノシクロヘキシル)プロパン、(3(4),8(9)ビス(アミノメチルジシクロ[5.2.1.02,6]デカン(異性体の混合物、三環式一級アミン、TCD-ジアミン)、メチルシクロヘキシルジアミン(MCDA)、N,N’-ジアミノプロピル-2-メチルシクロヘキサン-1,3-ジアミン、N,N’-ジアミノプロピル-4-メチルシクロヘキサン-1,3-ジアミン、N-(3-アミノプロピル)シクロヘキシルアミン、ならびに2-(2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-4-イル)プロパン-1,3-ジアミン。
本発明による硬化剤組成物(B)中の好ましいアミンは、2-メチルペンタンジアミン(DYTEK A)、3-アミノメチル-3,5,5-トリメチルシクロヘキサン(IPDA)、1,3-ベンゼンジメタンアミン(m-キシリレンジアミン、MXDA)、1,4-ベンゼンジメタンアミン(p-キシリレンジアミン、PXDA)、1,6-ジアミノ-2,2,4-トリメチルヘキサン(TMD)、ジエチレントリアミン(DETA)、トリエチレンテトラミン(TETA)、テトラエチレンペンタミン(TEPA)、ペンタエチレンヘキサミン(PEHA)、N-エチルアミノピペラジン(N-EAP)、(3(4),8(9)ビス(アミノメチル)ジシクロ[5.2.1.02,6]デカン(異性体の混合物、三環式一級アミン、TCD-ジアミン)、1,14-ジアミノ-4,11-ジオキサテトラデカン、ジプロピレントリアミン、2-メチル-1,5-ペンタンジアミン、N,N’-ジシクロヘキシル-1,6-ヘキサンジアミン、N,N’-ジメチル-1,3-ジアミノプロパン、N,N’-ジエチル-1,3-ジアミノプロパン、N,N-ジメチル-1,3-ジアミノプロパン、二級ポリオキシプロピレンジアミンおよびトリアミン、2,5-ジアミノ-2,5-ジメチルヘキサン、ビス(アミノ-メチル)トリシクロペンタジエン、1,8-ジアミノ-p-メンタン、ビス(4-アミノ-3,5-ジメチルシクロヘキシル)メタン、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(1,3-BAC)、ジペンチルアミン、N-2-(アミノエチル)ピペラジン(N-AEP)、N-3-(アミノプロピル)ピペラジン、ピペラジン、ならびにメチルシクロヘキシルジアミン(MCDA)などのポリアミンである。
アミンは、個々に、および指定のアミンのうちの2種以上の混合物で、の両方で使用することができる。
エポキシ基に反応性であるアミンは、好ましくは、硬化剤組成物(B)の総重量に基づいて、10~90重量%、特に好ましくは35~70重量%の割合で硬化性組成物中に含有される。
好ましくは脂肪族、脂環式、芳香族、および芳香脂肪族チオール、およびそれらの混合物からなる群から選択されたチオール、ジチオール、および/またはポリチオールを、アミンの代替物として、および/または硬化剤組成物(B)のさらなる添加剤として使用してもよい。
エポキシ基に反応性である少なくとも1種のアミンが少なくとも1種のマンニッヒ塩基を含むことも可能である。これは、単独で、または上記のアミンと組み合わせて使用することができる。使用されるマンニッヒ塩基は、アミンおよびアルデヒドと、フェノール、ピロカテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン、ヒドロキシヒドロキノン、フロログルシノール、ピロガロール、o-クレゾール、m-クレゾール、p-クレゾール、ビスフェノールFまたはビスフェノールAなどのビスフェノール、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されたフェノール化合物との反応生成物である。
マンニッヒ塩基を形成するために、フェノール化合物は、好ましくは一級または二級アミン、およびアルデヒドまたは分解の結果としてアルデヒドを生じるアルデヒド前駆体と反応する。有利には、アルデヒドまたはアルデヒド前駆体を、特におよそ50℃~90℃の高温で水溶液として反応混合物に添加し、アミンおよびフェノール化合物と反応させてもよい。
フェノールまたはスチレン化フェノール、レゾルシノール、スチレン化レゾルシノール、ビスフェノールAまたはビスフェノールFは、マンニッヒ塩基を形成するためのフェノール化合物として使用されることが好ましく、フェノールまたはスチレン化フェノール、スチレン化レゾルシノールまたはビスフェノールAの使用が特に好ましい。
マンニッヒ塩基を形成するために使用されるアルデヒドは、好ましくは脂肪族アルデヒド、特に好ましくはホルムアルデヒドである。水の存在下で加熱することによって分解してホルムアルデヒドを形成するトリオキサンまたはパラホルムアルデヒドは、好ましくはアルデヒド前駆体として使用され得る。
マンニッヒ塩基を形成するためにアルデヒドおよびフェノール化合物と反応させるために使用されるアミンは、好ましくは、上記のアミンのうちの1つであり、好ましくは、1,3-ベンゼンジメタンアミン(MXDA)、3-アミノメチル-3,5,5-トリメチルシクロヘキサン(IPDA)、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(1,3-BAC)、1,2-および1,4-ジアミノシクロヘキサン(1,2-DACHおよび1,4-DACH)、ジアミノジシクロヘキシルメタン(PACM)、メチルシクロヘキシルジアミン(MCDA)、ならびに5-(アミノメチル)ビシクロ[[2.2.1]ヘプト-2-イル]メチルアミン(NBDA)である。アミンは、好ましくは、マンニッヒ塩基が遊離アミノ基を有するように過剰に存在する。
マンニッヒ塩基を形成するためにアルデヒドおよびフェノール化合物と反応させるために使用されるアミンはまた、3-アミノプロピル-トリ(メトキシまたは)エトキシシランなどの3-アミノアルキルトリアルコキシシラン、3-アミノプロピルメチルジ(メトキシまたは)エトキシシランなどの3-アミノアルキルアルキルジアルコキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルトリ(メトキシまたは)エトキシシランなどのN-(アミノアルキル)-3-アミノアルキルトリアルコキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジ(メトキシまたは)エトキシシランなどのN-(アミノアルキル)-3-アミノアルキル-アルキルジアルコキシシラン、3-[2-(2-アミノエチルアミノ)エチルアミノ]プロピルトリ(メトキシまたは)エトキシシラン、ビス-(ガンマ-トリメトキシシリルプロピル)アミン、もしくはそれらの混合物からなる群から選択されたか、または、N-シクロヘキシル-3-アミノプロピルトリ(メトキシまたは)エトキシシラン、N-シクロヘキシルアミノメチルメチルジエトキシシラン、N-シクロヘキシルアミノメチルトリエトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリ(メトキシまたは)エトキシシラン、N-メチル[3-(トリメトキシシリル)-プロピルカルバメート、N-トリメトキシシリルメチル-O-メチルカルバメート、およびN-ジメトキシ(メチル)シリルメチル-O-メチルカルバメートからなる群からも選択された、アミノシランであり得る。
好ましい態様では、マンニッヒ塩基は、硬化剤組成物(B)の総重量に基づいて、10重量%~70重量%、好ましくは15重量%~60重量%、より好ましくは20重量%~50重量%、特に好ましくは25重量%~40重量%の割合で硬化剤組成物(B)中に存在する。
エポキシ基に反応性である少なくとも1種のアミンが少なくとも1種のベンゾオキサジン-アミン付加物を含むことも可能である。これは、単独で、または上記のアミンと組み合わせて使用することができる。ベンゾオキサジン-アミン付加物は、次の構造を有する式Iaによる物質、式Ibによる物質、またはそれらの混合物からなる群から選択され、
Figure 2022532049000001
および
Figure 2022532049000002
式中、R、R、R、R、およびRが、各々独立して、H、アルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、アリールアルキル、ヘテロアルキル、アルコキシ、ヒドロキシル、ヒドロキシアルキル、カルボキシル、ハロ、ハロアルキル、アミノ、アミノアルキル、アルキルカルボニルオキシ、アリールカルボニルオキシ、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニル、アルキルスルホニルアミノ、アミノスルホニル、スルホン酸、またはアルキルスルホニル基、およびまたこれらの基のうちの2種以上の組み合わせから選択され、基が、各々非置換または任意選択的に置換可能であり、
およびRが、各々独立して、H、または脂肪族、脂環式、もしくは芳香族アミン基からなる群から選択されたアミノ、ジアミノ、もしくはポリアミノ基、およびまたこれらの基のうちの2種以上の組み合わせを表し、これらの基が、各々非置換または任意選択的に置換可能であり、
Zが、直接結合、-C(O)-、-S-、-O-、-S(O)-、--S(O)-、-C(R)(R)-、-[C(R)(R)]-C(R)(R)-[C(R10)(R11)]-、-[C(R)(R)]-C(R)(アリール)-[C(R10)(R11)]-、-[C(R)(R)]-C(O)-[C(R10)(R11)]-、-[C(R)(R)]-S-[C(R10)(R11)]-、-[C(R)(R)]-O-[C(R10)(R11)]--、-[C(R)(R)]-S(O)-[C(R10)(R11)]-、--[C(R)(R)]-S(O)-[C(R10)(R11)]-、二価のヘテロ環、および--[C(R)(R)]-アリーレン-[C(R10)(R11)]-から選択され、mおよびnが、各々独立して、0~10、好ましくは0~5であり、R、R、R10、およびR11が、各々独立して、R~Rの基と同じ意味を有する。
構造IaおよびIbによるベンゾオキサジン-アミン付加物では、RおよびRが、各々Hであることが好ましい。
さらに、Zは、好ましくは、直接結合、-C(R)(R)-、-C(R)(アリール)-、-C(O)-、-S-、-O-、-S(O)-、-S(O)-、二価のヘテロ環、および-[C(R)(R)]-アリーレン-[C(R10)(R11)]-から選択され、式中、mおよびnが、各々独立して、0~5である。特に好ましくは、Zは、直接結合、または--C(R)(R)-から選択され、式中、RおよびRが、各々独立して、HもしくはC-Cアルキル基、好ましくはHおよびメチルから選択されるか、または一緒に二価のラクトン基を形成する。
有利な態様では、ベンゾオキサジン-アミン付加物における構造IaおよびIbによるRおよびRは、各々Hであり、Zは、上に示される意味を有する。
好ましい態様では、ベンゾオキサジン-アミン付加物は、硬化剤組成物(B)の総重量に基づいて、10重量%~70重量%、好ましくは15重量%~60重量%、より好ましくは20重量%~50重量%、特に好ましくは25重量%~40重量%の割合で硬化剤組成物中(B)に存在する。
ベンゾオキサジン-アミン付加物は、少なくとも1種のベンゾオキサジン成分を、少なくとも1種のアミン成分、好ましくは芳香族アミン、または芳香脂肪族アミン、ジアミン成分、および/もしくはポリアミン成分と反応させることによって得られる。本発明の範囲を限定するものではないが、ベンゾオキサジン-アミン付加物の調製に好適なベンゾオキサジンは、好ましくは、次の構造を有し、
Figure 2022532049000003
または
Figure 2022532049000004
式中、R~R、およびZが、上に示される意味を有する。
ベンゾオキサジン成分の有利な態様では、RおよびRは、各々Hを表し、Zは、直接結合、-C(R)(R)-、-C(R)(アリール)-、-C(O)-、-S-、-O-、-S(O)-、--S(O)--、二価のヘテロ環、および-[C(R)(R)]-アリーレン-[C(R10)(R11)]-から選択され、式中、mおよびnが、各々独立して、0~5である。特に好ましくは、Zは、直接結合、または--C(R)(R)-から選択され、式中、RおよびRが、各々独立して、HもしくはC-Cアルキル基、好ましくはHおよびメチルから選択されるか、または一緒に二価のラクトン基を形成する。
ベンゾオキサジンは、好ましくは、次の構造から選択される:
Figure 2022532049000005
Figure 2022532049000006
Figure 2022532049000007
Figure 2022532049000008
および
Figure 2022532049000009
本発明の範囲を限定するものではないが、ベンゾオキサジン-アミン付加物の調製に好適なアミンは、好ましくは、非分岐または分岐C-C10アルキルジアミン、C-C10ポリアルキレンポリアミン、ならびに好ましくは置換または無置換ベンゼン環を含有する芳香族および芳香脂肪族アミンの群から選択される。アミンは、単独で、または指定のアミンのうちの2種以上の混合物として、のいずれかで使用することができる。2種以上のアミンで構成されるアミン混合物が有利であることが証明されている。
上記のすべての物質またはそれらの混合物は、ベンゾオキサジン-アミン付加物を調製するための、ベンゾオキサジンおよびアミン成分として使用することができる。当業者には、ベンゾオキサジン-アミン付加物を調製するための様々な方法が知られている。ベンゾオキサジン-アミン付加物を調製するために、好ましくは、上記のベンゾオキサジン成分のうちの1種を溶媒に溶解させ、高温でアミン成分と反応させる。アミンは、好ましくは過剰量で添加される。溶媒の代わりに、過剰量のアミン成分にベンゾオキサジンを溶解させてもよい。反応時間は、好ましくは30時間以下、好ましくは26時間以下、特に好ましくは最長およそ24時間である。
本発明によれば、硬化剤組成物(B)は、加速剤として少なくとも1種の塩(S)を含有する。本発明によれば、塩(S)は、硝酸の塩、亜硝酸の塩、ハロゲンの塩、トリフルオロメタンスルホン酸の塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択された少なくとも1種の塩である。塩(S)は、好ましくは、硝酸の塩、ハロゲンの塩、トリフルオロメタンスルホン酸の塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択された少なくとも1種の塩である。硝酸塩(NO )、ヨウ化物(I)、トリフラート(CFSO )、およびそれらの組み合わせからなる群から選択された塩(S)が特に好ましいことが見出されている。塩(S)は、特に好ましくは、少なくとも1種の硝酸塩(NO )を含む。
アルカリ金属硝酸塩、アルカリ土類金属硝酸塩、硝酸ランタニド、硝酸アルミニウム、硝酸アンモニウム、およびそれらの混合物は、特に好適な硝酸の塩である。対応する硝酸の塩は、市販されている。好ましくは、Ca(NOまたはNaNOなどのアルカリ金属硝酸塩および/またはアルカリ土類金属硝酸塩が、硝酸の塩として使用される。硝酸の塩の溶液、例えば、Ca(NO/HNOを含有する溶液を塩(S)として使用することも可能である。この溶液を調製するためには、CaCOをHNOに溶解させる。
アルカリ金属亜硝酸塩、アルカリ土類金属亜硝酸塩、亜硝酸ランタニド、亜硝酸アルミニウム、亜硝酸アンモニウム、およびそれらの混合物は、特に好適な亜硝酸の塩である。対応する亜硝酸の塩は、市販されている。好ましくは、アルカリ金属亜硝酸塩、および/またはCa(NOなどのアルカリ土類金属亜硝酸塩が、亜硝酸の塩として使用される。
ハロゲン化アルカリ金属、ハロゲン化アルカリ土類金属、ハロゲン化ランタニド、ハロゲン化アルミニウム、ハロゲン化アンモニウム、およびそれらの混合物は、特に好適なハロゲンの塩である。対応するハロゲンの塩は、市販されている。ハロゲンは、好ましくは、塩化物、臭化物、ヨウ化物、およびそれらの混合物からなる群から選択され、使用するにはヨウ化物が特に好ましい。
アルカリ金属トリフラート、アルカリ土類金属トリフラート、ランタニドトリフラート、アルミニウムトリフラート、アンモニウムトリフラート、およびそれらの混合物は、特に好適なトリフルオロメタンスルホン酸の塩である。トリフルオロメタンスルホン酸の対応する塩は、市販されている。好ましくは、アルカリ金属硝酸塩および/またはCa(CFSOなどのアルカリ土類金属硝酸塩が、トリフルオロメタンスルホン酸の塩として使用される。
原則として、塩(S)のカチオンは、有機、無機、またはそれらの混合物であってもよい。塩(S)のカチオンは、好ましくは無機カチオンである。
好適な有機カチオンは、例えば、テトラエチルアンモニウムカチオンなどの、C-C-アルキル基などの有機基で置換されているアンモニウムカチオンである。
塩(S)の好適な無機カチオンは、好ましくは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ランタニド、アルミニウム、アンモニウム(NH )、およびそれらの混合物からなる群から、より好ましくは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルミニウム、アンモニウム、およびそれらの混合物からなる群から、さらにより好ましくは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルミニウム、およびそれらの混合物からなる群から選択されたカチオンである。塩(S)のカチオンは、ナトリウム、カルシウム、アルミニウム、アンモニウム、およびそれらの混合物からなる群から選択されることが特に好ましい。
したがって、次の化合物または成分は、塩(S)として特に好適である:Ca(NO(硝酸カルシウム、通常カルシウム、Ca(NO四水和物として使用される)、Ca(NO/HNO、KNO(硝酸カリウム)、NaNO(硝酸ナトリウム)、Mg(NO(硝酸マグネシウム、通常Mg(NO六水和物として使用される)、Al(NO(硝酸アルミニウム、通常Al(NO九水和物として使用される)、NHNO(硝酸アンモニウム)、Ca(NO(硝酸カルシウム)、NaCl(塩化ナトリウム)、NaBr(臭化ナトリウム)、NaI(ヨウ化ナトリウム)、Ca(CFSO(カルシウムトリフラート)、Mg(CFSO(マグネシウムトリフラート)、およびLi(CFSO(チリウムトリフラート)の混合物。
本発明による硬化剤組成物(B)は、1種以上の塩(S)を含み得る。塩は、個々に、および指定の塩のうちの2種以上の混合物で、の両方で使用することができる。
硬化剤組成物(B)中の塩(S)の溶解特性を改善するために、塩(S)を好適な溶媒に溶解させ、したがって溶液として使用してもよい。この目的には、例えば、メタノール、エタノール、またはグリセロールなどの有機溶媒が好適である。しかしながら、水を溶媒として使用してもよく、上記の有機溶媒との混合物でも可能である。対応する塩溶液を調製するために、塩(S)を溶媒に添加し、好ましくは完全に溶解するまで撹拌する。
好ましくは、塩(S)は、硬化剤組成物(B)の総重量に基づいて、0.1~15重量%の割合で硬化剤組成物(B)中に含有される。好ましくは、塩(S)は、硬化剤組成物(B)の総重量に基づいて、0.2~12重量%の割合で、より好ましくは0.8~10重量%の割合で、さらにより好ましくは1.0~8.0重量%の割合で硬化剤組成物(B)中に含有される。
本発明によれば、硬化剤組成物(B)は、少なくとも1種の塩(S)に加えて、加速剤として少なくとも1種のフェノール誘導体を追加で含む。
フェノール誘導体は、好ましくは、ノボラック樹脂の群からのポリフェノール、スチレン化フェノール、フェノール脂質、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。
次の式(III)の化合物は、好ましくは、ノボラック樹脂の群からのポリフェノールとして使用される:
Figure 2022532049000010
(式中、
20およびR21が、互いに独立して、各々Hまたは-CHを表し、
22、R23、R24、およびR25が、互いに独立して、各々H、-CH、または脂肪族官能基、好ましくは最大15個の炭素原子を有する線状の、任意選択的に部分的に不飽和の非分岐炭化水素鎖、またはアルカリール官能基、好ましくは-Cを表し、
aが、0~20、好ましくは0~15である)。
ノボラック樹脂の群からのポリフェノールは、特に好ましくは、次の式(IV)に対応する:
Figure 2022532049000011
(式中、
26が、C-C15アルキル基、好ましくはメチル基またはtert-ブチル基を表し、
bが、0、1、または2、好ましくは1であり、
cが、0~15、好ましくは0~6である)。
ノボラック樹脂は、非常に特に好ましくは、R26がCHを表し、bが1もしくは2であるか、またはR26がtert-ブチルもしくはC-C15アルキル基を表し、bが1であり、cが、0~15、好ましくは1~15である、上の式(IV)に対応する。
用語スチレン化フェノールは、フェノール、ピロカテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン、ヒドロキシヒドロキノン、フロログルシノール、ピロガロール、o-クレゾール、m-クレゾール、またはp-クレゾールなどのフェノールと、ビニルトルエン、ビニルピリジン、またはジビニルベンゼンなどのスチレンまたはスチレン類似体、特にスチレンとの求電子置換生成物を意味すると理解される。スチレン化フェノールは、特に好ましくは、次の式の化合物の混合物もしくは個々の化合物、
Figure 2022532049000012
Figure 2022532049000013
Figure 2022532049000014
および
Figure 2022532049000015
または、オリゴスチレン化合物およびポリスチレン化合物の部分もしくは化合物などの2,6-ジスチリルフェノール(フェノール中のスチレンのカチオン重合から得られる生成物、オリゴマーまたはポリマー生成物)を含有する、スチレンとフェノールとの反応生成物から選択される。
用語「フェノール脂質」は、長い脂肪族鎖およびフェノール環を含む天然生成物の部類の総称である。フェノール脂質は、好ましくは、アルキルカテコール、アルキルフェノール、アルキルレゾルシノール、およびアナカルド酸から選択される。少なくとも1種のフェノール脂質は、特に好ましくは、プロピルフェノール、ブチルフェノール、アミルフェノール、オクチルフェノール、ノニルフェノール、ドデシルフェノール、およびカルダノール系化合物から選択されたアルキルフェノールである。
本発明による硬化剤組成物(B)は、1種以上のフェノール誘導体を含み得る。フェノール誘導体は、個々に、および指定のフェノール誘導体のうちの2種以上の混合物で、の両方で使用することができる。
本発明による硬化剤組成物(B)は、好ましくは、硬化剤組成物の総重量に基づいて、4~25重量%、好ましくは10~20重量%の割合でフェノール誘導体を含有する。
好ましい態様では、フェノール誘導体は、ノボラック樹脂の群から選択された少なくとも1種のポリフェノールであり、硝酸塩の群から選択された塩(S)と組み合わせられる。
本発明による硬化剤組成物(B)中のすべてのフェノール誘導体、特にノボラック樹脂の群からのポリフェノール対すべての塩(S)の重量パーセント比は、好ましくは250:1~1:4、より好ましくは40:1~1:2である。
さらに有利な態様では、硬化剤組成物(B)は、さらなる加速剤、接着促進剤、増粘剤、および充填剤の群から選択された少なくとも1種のさらなる添加剤を含む。
好ましくは、非反応性希釈剤(溶媒)は、硬化剤組成物の総重量に基づいて、最大30重量%、例えば、1~20重量%の量で含有され得る。好適な溶媒の例は、メタノール、エタノール、もしくはグリコールなどのアルコール、アセトンなどの低級アルキルケトン、ジメチルアセトアミドなどのジ低級アルキル低級アルカノイルアミド、キシレン、またはトルエン、フタル酸エステル、もしくはパラフィンなどの低級アルキルベンゼンである。溶媒の量は、硬化剤組成物の総重量に基づいて、好ましくは≦5重量%である。
例えば、三級アミン、またはイミダゾール、オルガノホスフィン、リン酸エステルなどのルイス塩基もしくは酸、またはそれらの2種以上の混合物をさらなる加速剤として使用することができる。
さらなる加速剤は、硬化剤組成物(B)の総重量に基づいて、0.001~20重量%、好ましくは0.001~5重量%の重量割合で硬化剤組成物(B)中に含有される。好適なさらなる加速剤の例は、特に、トリス-2,4,6-ジメチルアミノメチルフェノール、2,4,6-トリス(ジメチルアミノ)フェノール、およびビス[(ジメチルアミノ)メチル]フェノールである。好適な加速剤混合物は、2,4,6-トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、およびビス(ジメチルアミノメチル)フェノールを含有する。この種の混合物は、例えば、Ancamine(登録商標)K54(Evonik)として市販されている。
接着促進剤を使用することにより、掘削孔壁とモルタル化合物との架橋が改善され、それにより、硬化状態での接着が増加する。好適な接着促進剤は、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチル-ジエトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピル-トリエトキシシラン、3-アミノプロピル-トリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-フェニル-3-アミノエチル-3-アミノプロピル-トリメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、および3-メルカプトプロピルメチルジメトキシシランなどの少なくとも1個のSi結合加水分解性基を有するシランの群から選択される。特に、3-アミノプロピルトリメトキシシラン(AMMO)、3-アミノプロピルトリエトキシシラン(AMEO)、2-アミノエチル-3-アミノプロピル-トリメトキシシラン(DAMO)、およびトリメトキシシリルプロピルジエチレンテトラミン(TRIAMO)が接着促進剤として好ましい。さらなるシランは、例えば、欧州特許出願公開第3000792号に記載されており、その内容は、本出願に組み込まれる。
接着促進剤は、硬化剤組成物の総重量に基づいて、最大10重量%、好ましくは0.1~8重量%、より好ましくは1.0~5重量%の量で含有され得る。
好ましくは、シリカが増粘剤として使用される。増粘剤は、硬化剤組成物(B)の総重量に基づいて、最大10重量%、好ましくは0.1重量%~8重量%の量で含有され得る。
無機充填剤、特に、ポルトランドセメントもしくはアルミン酸セメントなどのセメント、ならびに他の水硬性無機物質、石英、ガラス、コランダム、磁器、陶器、バライト、ライトスパー(light spar)、石膏、タルク、および/またはチョーク、およびそれらの混合物は、充填剤として使用される。さらに、ヒュームドシリカなどの増粘剤を無機充填剤として使用することもできる。特に好適な充填剤は、Millisil W3、Millisil W6、Millisil W8、およびMillisil W12、好ましくはMillisil W12などの、表面処理されていない石英粉末、微細石英粉末、および超微細石英粉末である。シラン化石英粉末、微細石英粉末、および超微細石英粉末も使用することができる。これらは、例えば、QuarzwerkeからのSilbond製品シリーズから市販されている。製品シリーズSilbond EST(エポキシシラン修飾)およびSilbond AST(アミノシラン処理)が特に好ましい。さらに、デンカ社(日本)からのASFPタイプ(d50=0.3μm)、またはタイプ指定45(d50<44μm)、07(d50<9.4μm)、05(d50<5.5μm)、および03(d50<4.1μm)を有するDAWもしくはDAMなどのグレードの酸化アルミニウム超微細充填剤などの酸化アルミニウム系充填剤が可能である。さらに、Hoffman MineralからのAktisil AMタイプ(アミノシラン処理、d50=2.2μm)、およびAktisil EM(エポキシシラン処理、d50=2.2μm)の表面処理された微細および超微細充填剤を使用してもよい。
無機充填剤は、砂、細粉、または成形体の形態、好ましくは繊維またはボールの形態で添加され得る。充填剤は、以下に記載の多成分エポキシ樹脂系の1種またはすべての成分中に存在し得る。タイプおよび粒子サイズ分布/(繊維)長さに関する充填剤の好適な選択を使用して、レオロジー挙動、押し出し力、内部強度、引張強度、引き抜き力、および衝撃強度など、用途に関連する特性を制御することができる。
有利な態様では、硬化剤組成物(B)は、20~1000g/EQ、好ましくは30~500g/EQ、より好ましくは40~350g/EQ、さらにより好ましくは50~225g/EQ、特に好ましくは50~150g/EQのAHEW(アミン水素当量)を有する。AHEW値は、アミンの分子量(Mw)を分子当たりの反応性水素原子の数で除算することによって決定する(H eq.=Mw/官能性)。
実験では、エポキシ樹脂(既知のEEWを有する)とアミン成分との混合物からガラス転移温度(Tg)を決定することによってAHEWを得ることができる。この場合、エポキシ樹脂/アミン混合物のガラス転移温を、異なる比で決定する。試料を、-20K/分の加熱速度で21℃から-70℃まで冷却し、第1の加熱サイクルで250℃(加熱速度10K/分)まで加熱し、次いで、-70℃まで(加熱速度-20K/分)再冷却し、最後のステップで200℃まで(20K/分)加熱する。第2の加熱サイクルで最高のガラス転移温度(「Tg2」)を有する混合物は、エポキシ樹脂とアミンとの最適な比を有する。AHEW値は、既知のEEWおよび最適なエポキシ樹脂/アミン比から計算することができる。
例:EEW=158g/モル
最大Tg2を有するアミン/エポキシ樹脂混合物:4.65gのエポキシ樹脂を含む1gのアミン
Figure 2022532049000016
本発明はさらに、少なくとも1種の硬化性エポキシ樹脂と、上述の硬化剤組成物(B)と、を含むエポキシ樹脂化合物に関する。エポキシ樹脂化合物は、好ましくは多成分エポキシ樹脂化合物、より好ましくは二成分エポキシ樹脂化合物である。
当業者には既知であり、この目的のために市販されている、分子当たり平均して2個以上のエポキシ基、好ましくは2個のエポキシ基を含有する多数の化合物を、硬化性エポキシドとして使用することができる。これらのエポキシ樹脂は、飽和および不飽和の両方、ならびに脂肪族、脂環式、芳香族、または複素環式であり得、ヒドロキシル基を有してもよい。それらはまた、混合または反応条件下で破壊的な二次反応を引き起こさない置換基、例えば、アルキルまたはアリール置換基、エーテル基などを含有し得る。本発明の文脈では、三量体および四量体エポキシも好適である。
エポキシ樹脂は、好ましくは、多価アルコール、特にビスフェノールおよびノボラックなどの多価フェノール、特に、平均1.5個以上、特に2個以上、例えば、2~10個のグリシジル基官能性を有するものから誘導されたグリシジルエーテルである。
エポキシ樹脂を調製するために使用される多価フェノールの例は、レゾルシノール、ヒドロキノン、2,2-ビス-(4-ヒドロキシフェニル)-プロパン(ビスフェノールA)、ジヒドロキシフェニルメタンの異性体混合物(ビスフェノールF)、テトラブロモビスフェノールA、ノボラック、4,4’-ジヒドロキシフェニルシクロヘキサン、および4,4’-ジヒドロキシ-3,3’-ジメチルジフェニルプロパンである。
エポキシ樹脂は、好ましくは、ビスフェノールA、またはビスフェノールF、またはそれらの混合物のジグリシジルエーテルである。150~300g/EQのエポキシ当量(EEW)を有するビスフェノールAおよび/またはFに基づく液体ジグリシジルエーテルが特に好ましく使用される。
さらなる例は、例えばMn≦2000g/モルの平均分子量を有する、ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ビスフェノールAエピクロロヒドリン樹脂、および/またはビスフェノールFエピクロロヒドリン樹脂である。
本発明はさらに、エポキシ樹脂成分(A)と、硬化剤成分と、を含む多成分エポキシ樹脂系であって、エポキシ樹脂成分(A)が、硬化性エポキシ樹脂を含有し、硬化剤成分が、エポキシ基に反応性であるアミンを含む、多成分エポキシ樹脂系に関する。多成分エポキシ樹脂系は、加速剤として、硝酸の塩、亜硝酸の塩、ハロゲンの塩、トリフルオロメタンスルホン酸の塩、およびそれらの組み合わせから選択された少なくとも1種の塩(S)と、少なくとも1種のフェノール誘導体との組み合わせをさらに含む。
エポキシ基に反応性であるアミン、塩(S)、およびフェノール誘導体に関する上の記載は、本発明による多成分エポキシ樹脂系に適用される。
加速剤として使用される塩(S)は、エポキシ樹脂成分(A)もしくは硬化剤成分、またはエポキシ樹脂成分(A)と硬化剤成分との両方に含有され得る。同じことが、フェノール誘導体にも当てはまる。硬化剤成分中に少なくとも塩(S)またはフェノール誘導体が含有されることが好ましい。硬化剤成分中に塩(S)およびフェノール誘導体の両方が含有されることがさらに好ましい。この場合、上述の硬化剤組成物(B)は、多成分エポキシ樹脂系中に使用される。
エポキシ樹脂成分(A)中のエポキシ樹脂の割合は、エポキシ樹脂成分(A)の総重量に基づいて、>0重量%~100重量%、好ましくは10重量%~70重量%、特に好ましくは30重量%~60重量%である。
エポキシ樹脂成分(A)は、エポキシ樹脂に加えて、任意選択的に、少なくとも1種の反応性希釈剤を含有してもよい。芳香族基を含有するエポキシよりも低い粘度を有する、脂肪族、脂環式、もしくは芳香族のモノアルコール、または特に多価アルコールのグリシジルエーテルが、反応性希釈剤として使用される。反応性希釈剤の例は、モノグリシジルエーテル、例えば、o-クレジルグリシジルエーテル、および1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテル(BDDGE)、シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、およびヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ならびにグリセロールトリグリシジルエーテル、ペンタエリトリトールテトラグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル(TMPTGE)、またはトリメチロールエタントリグリシジルエーテル(TMETGE)などのトリ-もしくはより高次のグリシジルエーテルなどの少なくとも2個のエポキシド官能性を有するグリシジルエーテルであり、トリメチロールエタントリグリシジルエーテルが好ましい。また、これらの反応性希釈剤のうちの2種以上の混合物、好ましくはトリグリシジルエーテルを含有する混合物、特に好ましくは1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテル(BDDGE)とトリメチロールプロパントリグリシジルエーテル(TMPTGE)との、または1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテル(BDDGE)とトリメチロールエタントリグリシジルエーテル(TMETGE)との混合物を使用してもよい。
反応性希釈剤は、好ましくは、エポキシ樹脂成分(A)の総重量に基づいて、0重量%~60重量%、より好ましくは1重量%~20重量%の量で存在する。
好適なエポキシ樹脂および反応性希釈剤はまた、Michael Dornbusch,Ulrich Christ and Rob Rasing,“Epoxidharze,”Vincentz Network GmbH&Co.KG(2015),ISBN13:9783866308770の標準参照に見出すことができる。これらの化合物は、参照により本明細書に含まれる。
さらなる態様では、エポキシ樹脂成分(A)は、共加速剤を含有し得るが、ただし、この共加速剤が、エポキシ樹脂と相溶性であることを条件とする。例えば、三級アミン、またはイミダゾール、オルガノホスフィン、リン酸エステルなどのルイス塩基もしくは酸、またはそれらの2種以上の混合物を共加速剤として使用することができる。上記のように、これらの共加速剤もまた、硬化剤組成物(B)中に存在し得る。
多成分エポキシ樹脂系の総重量に対するエポキシ樹脂成分(A)の割合は、好ましくは5重量%~90重量%、より好ましくは20重量%~80重量%、さらにより好ましくは30重量%~70重量%、またはさらにより好ましくは40重量%~60重量%である。
エポキシ樹脂は、120~2000g/Eq、好ましくは140~400g/Eq、特に150~300g/EqのEEWを有し得る。複数のエポキシ樹脂の混合物を使用してもよい。
多成分エポキシ樹脂系の総重量に対する硬化剤成分の割合は、好ましくは10重量%~95重量%、より好ましくは15重量%~80重量%、さらにより好ましくは15重量%~60重量%、または特に好ましくは20重量%~40重量%である。
さらに、エポキシ樹脂成分(A)は、硬化剤組成物(B)について既に記載されているように、従来の添加剤、特に接着促進剤および充填剤を含有し得る。
接着促進剤は、エポキシ樹脂成分(A)の総重量に基づいて、最大10重量%、好ましくは0.1~5重量%、特に好ましくは1.0~5.0重量%の量で含有され得る。
好ましくは、上述の無機充填剤が、充填剤として使用される。充填剤はまた、多成分エポキシ樹脂系の1種またはすべての成分中に存在し得る。充填剤の割合は、多成分エポキシ樹脂系の総重量に基づいて、好ましくは0重量%~90重量%、例えば10重量%~90重量%、好ましくは15重量%~75重量%、より好ましくは20重量%~50重量%、さらにより好ましくは25重量%~40重量%である。
多成分エポキシ樹脂系へのさらに想定される添加剤はまた、任意選択的に有機的に後処理されたヒュームドシリカ、ベントナイト、アルキル-およびメチルセルロース、およびヒマシ油誘導体などのチキソトロープ剤、フタル酸エステルもしくはセバシン酸エステルなどの可塑剤、安定剤、帯電防止剤、増粘剤、柔軟剤、硬化触媒、レオロジー助剤、湿潤剤、例えば、混合時に制御性を改善するために成分を異なって染色するための染料もしくは顔料などの着色添加剤、ならびに湿潤剤、減感剤、分散剤、ならびに反応速度のための他の制御剤、またはそれらの2種以上の混合物である。
非反応性希釈剤(溶媒)はまた、好ましくは、関連成分(エポキシ樹脂成分および/または硬化剤成分)の総重量に基づいて、最大30重量%、例えば、1重量%~20重量%の量で含有され得る。好適な溶媒の例は、メタノールもしくはエタノールなどのアルコール、アセトンなどの低級アルキルケトン、ジメチルアセトアミドなどのジ低級アルキル低級アルカノイルアミド、キシレン、またはトルエン、フタル酸エステル、もしくはパラフィンなどの低級アルキルベンゼンである。
この種のさらなる添加剤は、好ましくは、エポキシ樹脂成分の総重量に基づいて、合計で0重量%~40重量%の重量割合で添加され得る。
多成分エポキシ樹脂系は、好ましくは、モルタル化合物のエポキシ樹脂成分(A)と硬化剤成分とを別個に配置して反応を防止する、2個以上の別個のチャンバを備えることを特徴とする、カートリッジまたはフィルムパウチ内に存在する。
多成分エポキシ樹脂系の意図される使用のために、エポキシ樹脂成分(A)と硬化剤成分とは別個のチャンバから排出され、好適なデバイス、例えば、スタティックミキサまたは溶解器で混合される。次いで、エポキシ樹脂成分(A)と硬化剤成分との混合物を、既知の注入デバイスの手段によって、事前に清浄した掘削孔に導入する。次いで、留め付ける構成要素をエポキシ樹脂化合物に挿入し、位置合わせする。エポキシ樹脂化合物が所望の期間内、好ましくは数時間以内に環境条件下で硬化するように、重付加によって硬化剤成分の反応性構成成分をエポキシ樹脂成分(A)のエポキシ樹脂と反応させる。
多成分エポキシ樹脂系の成分は、好ましくは、EEWおよびAHEW値によってバランスのとれた化学量論が得られる比で混合される。
本発明によるエポキシ樹脂化合物または本発明による多成分エポキシ樹脂系は、好ましくは、建設目的で使用される。表現「建設目的」は、コンクリート/コンクリート、鋼/コンクリート、または鋼/鋼、または他の鉱物材料との当該材料のうちの1種の構造的接着、コンクリート、レンガ、および他の鉱物材料で作製された構成要素の構造強化、繊維強化ポリマーを用いる建築物の強化用途、コンクリート、鋼、または他の鉱物材料で作製された表面の化学的留め付け、特に、(強化)コンクリート、レンガ、他の鉱物材料、金属(例えば鋼)、セラミック、プラスチック、ガラス、および木材などの掘削孔内の様々な基材への、建築部材ならびにアンカーロッド、アンカーボルト、(ネジ山付き)ロッド、(ネジ山付き)スリーブ、強化バー、ネジなどのアンカー固定手段の化学的留め付けを指す。最も特に好ましくは、本発明によるエポキシ樹脂化合物および本発明による多成分エポキシ樹脂系は、アンカー固定手段を化学的に留め付けるために使用される。
本発明はまた、掘削孔内の建築部材を化学的に留め付けるための方法、建築部材を化学的に留め付けるために上述のように使用される、本発明によるエポキシ樹脂化合物または本発明による多成分エポキシ樹脂系に関する。本発明による方法は、コンクリート/コンクリート、鋼/コンクリート、または鋼/鋼、または他の鉱物材料との当該材料のうちの1種の構造的接着、コンクリート、レンガ、および他の鉱物材料で作製された構成要素の構造強化、繊維強化ポリマーを用いる建築物の強化用途、コンクリート、鋼、または他の鉱物材料で作製された表面の化学的留め付け、特に建築部材の化学的留め付け、ならびにアンカーロッド、アンカーボルト、(ネジ山付き)ロッド、(ネジ山付き)スリーブ、強化バー、ネジなどの、(強化)コンクリート、レンガ、他の鉱物材料、金属(例えば鋼)、セラミック、プラスチック、ガラス、および木材などの掘削孔内の様々な基材へのアンカー固定手段に特に好適である。本発明による方法は、非常に特に好ましくは、アンカー固定手段の化学的留め付けに使用される。
本発明はまた、建築部材の化学的留め付け、特に掘削孔内に留め付け要素をアンカー固定するための、好ましくは≦0℃の温度、好ましくは≦0℃~-10℃の範囲での硬化反応および引き抜き強度を改善するための、硝酸の塩、亜硝酸の塩、ハロゲンの塩、トリフルオロメタンスルホン酸の塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択された少なくとも1種の塩(S)と、加速剤として少なくとも1種のフェノール誘導体と、のエポキシ樹脂化合物中での使用に関する。エポキシ樹脂化合物は、上述のエポキシ樹脂成分(A)と硬化剤成分とを含む多成分エポキシ樹脂系の形態であることが好ましい。また、塩(S)およびフェノール誘導体は、硬化剤成分中に含有されること、したがって、上述の硬化剤組成物(B)が硬化剤成分として使用されることが好ましい。
本発明の意味の範囲内での少なくとも1種の塩(S)と、加速剤としてのフェノール誘導体との組み合わせをエポキシ樹脂化合物中、特に多成分エポキシ樹脂系中で使用することにより、≦0℃の温度でのエポキシ樹脂化合物の硬化時間を短縮し、それに応じて≦0℃の温度での、特に0℃~-10℃の範囲での引き抜き強度を大幅に改善することを可能にする。
本発明のさらなる利点は、好ましい実施例の次の記載に見出すことができるが、しかしながら、これらに決して限定するものとして理解されるものではない。本発明のすべての態様は、本発明の技術的範囲内で互いに組み合わせることができる。
エポキシ樹脂成分(A)
出発材料
実施例では、それぞれAraldite GY240およびAraldite GY282(Huntsman)の名称で市販されているビスフェノールA系およびビスフェノールF系エポキシ樹脂をエポキシ樹脂として使用した。
Dynalsylan GLYMO(登録商標)(Evonik Industries)の名称で入手可能な3-グリシジルオキシプロピル-トリメトキシシシラン(trimethoxysysilane)を接着促進剤として使用した。
それぞれAraldite DY-026およびAraldite(登録商標)DY-T(Huntsman)の名称で市販されている1,4-ブタンジオール-ジグリシジルエーテルおよびトリメチオルプロパン(trimethyolpropane)-トリグリシジルエーテルを反応性希釈剤として使用した。
液体成分は、手で事前に混合した。その後、石英(Quarzwerke FrechenからのMillisil(登録商標)W12またはMillisil W4(登録商標))を充填剤として添加し、ヒュームドシリカ(Cabot RheinfeldenからのCab-O-Sil(登録商標)TS-720またはEvonikからのAerosil R805)を増粘剤として添加し、80mbarの負圧、3500rpmで10分間、溶解器(PC laboratory system、容量1L)で混合物を撹拌した。
実施例で使用したエポキシ樹脂成分A1~A9の組成を以下の表1に示す。
Figure 2022532049000017
比較例で使用したエポキシ樹脂成分VA1~VA9の組成を以下の表2に示す。
Figure 2022532049000018
硬化剤組成物(B)
出発材料
三菱ガス化学社(MGC、日本)からのm-キシリレンジアミン(MXDA)および1,3-シクロヘキサンジメタンアミン(1,3-BAC)、Invista(オランダ)からの2-メチル-1,5-ペンタメチレンジアミン(Dytek A)、Evonik Degussa(ドイツ)からの3-アミノメチル-3,5,5-トリメチルシクロヘキサン(イソホロンジアミン、IPDA、商品名Vastamin IPD)、BASF SE(ドイツ)からのメチルシクロヘキサンジアミン(Baxxodur EC210、MCDA)、TCI EuropeからのN-(2-アミノメチル)ピペラジン(N-AEP)、Evonikからの4,4’-メチレン-ビス-シクロヘキシルアミン(PACM)を、硬化剤組成物(B)を調製するためのアミンとして使用した。
石英(Quarzwerke FrechenからのMillisil(登録商標)W12またはMillisil(登録商標)W4)およびアルミン酸カルシウムセメント(Kerneos SAからのSecar80)を充填剤として使用し、ヒュームドシリカ(Cabot RheinfeldenからのCab-O-Sil(登録商標)TS-720またはEvonikからのAerosil R805)を増粘剤として使用した。
塩(S)およびフェノール誘導体
以下の表3に示される構成成分を使用して、硬化剤組成物(B)で使用する塩(S)、ノボラック樹脂、およびさらなる加速剤を調製した。
Figure 2022532049000019
硝酸カルシウムの塩は、グリセロール(1,2,3-プロパントリオール、CAS番号56-81-5、Merck、G)中の溶液として使用した。硝酸カルシウム溶液を調製するために、400.0gの硝酸カルシウム四水和物を100.0gのグリセロールに添加し、完全に溶解するまで(3時間)50℃で撹拌した。この方式で調製した溶液は、80.0%の硝酸カルシウム四水和物を含有した。
硝酸カルシウム/硝酸溶液も加速剤として使用した。この溶液を調製するために、52.6gの炭酸カルシウムを135.2gの硝酸にゆっくりと添加し、次いで5分間撹拌した。
実施例1~9
液体成分を混合して、次の比較例B1~B9の硬化性組成物(B)を調製した。加速剤として使用したフェノール誘導体が固体の場合、溶液に添加し、撹拌しながらわずかに上昇した温度(最大50℃)で溶解させた。液体フェノール誘導体および塩(S)を添加し、次いで石英粉末およびケイ酸を添加し、80mbarの負圧、2500rpmで10分間、溶解器(PC laboratory system、容量1L)で撹拌した。
この方式で調製した硬化剤組成物(B)の組成を、以下の表4に示す:
Figure 2022532049000020
比較例1~9
液体成分を混合して、次の比較例VB1~VB5の硬化剤組成物(B)を調製した。加速剤として使用したフェノール誘導体が固体の場合、溶液に添加し、撹拌しながらわずかに上昇した温度(最大50℃)で溶解させた。液体フェノール誘導体および塩(S)を添加し、次いで石英粉末およびシリカを添加し、80mbarの負圧、2500rpmで10分間、溶解器(PC laboratory system、容量1L)で撹拌した。
表5は、比較例VB1~VB9の硬化剤成分(B)の組成を示している。
Figure 2022532049000021
モルタル化合物および引き抜き試験
3:1の体積比で、エポキシ樹脂成分A1~A9およびVA1~VA9を、各々硬化剤組成物B1~B9およびVB1~VB9(A1とB1、A2とB2、VA1とVB1など)と共にそれぞれハードカートリッジに充填し、スタティックミキサ(SulzerからのQuadro(登録商標)ミキサ)を介して掘削孔に注入した。通常、注入は室温で実行する。-5℃での硬化試験では、モルタル化合物を+5℃に温度制御し、掘削孔に注入する。
上の実施例によるエポキシ樹脂成分(AまたはVA)と硬化剤組成物(BまたはVB)とを混合することによって得たモルタル化合物の引き抜き強度は、C20/25コンクリート中の関連するモルタル化合物の手段により、直径14mmおよび掘削孔の深さ69mmを有するハンマードリルであけた掘削孔にダボで接合した高強度ネジ山付きアンカーロッドM12を使用して、ETAG 001パート5によって決定した。掘削孔は、圧縮空気(2×6bar)、ワイヤブラシ(2×)、および再び圧縮空気(2×6bar)の手段によって清浄した。
掘削孔は、掘削孔の底部から3分の2まで、各々の場合に試験されるモルタル化合物で満たした。ネジ山付きロッドを手で押し込んだ。スパチュラを使用して、過剰なモルタルを除去した。関連する試験で指定した硬化時間の後および温度の破壊荷重は、ネジ山付きアンカーロッドをしっかりと支えて中央から引き抜くことによって決定した。次の試験を実行した:
A1
乾燥コンクリート、埋め込み深さ68mm、25℃で24時間硬化、支えを制限;
A23、-5℃、168時間
乾燥コンクリート、埋め込み深さ68mm、-5℃(基材温度)で168時間硬化、アンカーロッドを設置したときのモルタル化合物温度+5℃。
エポキシ樹脂成分A1~A9およびVA1~VA9ならびに硬化剤成分B1~B9およびVB1~VB9を使用した実施例1~9および比較例1~9によるモルタル化合物で得られた荷重値を、それぞれ以下の表5および6に示す。
Figure 2022532049000022
Figure 2022532049000023
引き抜き試験は、本発明による実施例のモルタル化合物が、各々、硬化中に比較例のモルタル化合物よりも有意に高い荷重値および-5℃での引き抜きを有することを示している。
温度測定によるゲル化時間の決定
温度測定によりゲル化時間を決定するために、エポキシ樹脂成分(A)と硬化剤成分(B)との混合物100gを150mlのプラスチック容器に3:1の体積比で注いだ。プラスチック容器の中央に、温度センサを置いた。温度変化を記録した(デバイス:横河電機社製、DAQ station、モデル:DX1006-3-4-2)。この方法で、温度上昇の過程にわたり、モルタルの硬化を追跡することができた。硬化中に加速があった場合、より高い温度に関連して、より短い時間に最高温度へとシフトする。Tmax(達した最高温度)およびtTmax(最高温度に達した後の時間)を測定した。ゲル化時間は、硬化する前に混合モルタルを処理するためにユーザに残された時間と相関する。ゲル化時間が長く、同時に急速に硬化することは、ユーザにとって有利である。
本発明による実施例1および比較例1および2のゲル化時間を決定した。これら3種の実施例の唯一の違いは、加速剤の組み合わせである。本発明による実施例1は、6:38分のゲル化時間を有し、比較例1は、17:51分のかなり長いゲル化時間を有し、比較例2は、5:10分のゲル化時間を有した。しかしながら、比較例1の硬化は、-5℃で168時間後でもまだ完全ではない。比較例2および実施例1は、-5℃で168時間後に許容可能な荷重値を呈するが、実施例1は、ユーザにとって最も有利な、可能な限り長い処理時間および168時間後の高い最終荷重の組み合わせを有する。したがって、フェノール加速剤と無機塩との本発明による組み合わせは、最良の全体的な特性プロファイルを達成する。

Claims (14)

  1. 多成分エポキシ樹脂化合物用の硬化剤組成物(B)であって、エポキシ基に反応性である少なくとも1種のアミンと、加速剤として、硝酸の塩、亜硝酸の塩、ハロゲンの塩、トリフルオロメタンスルホン酸の塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択された少なくとも1種の塩(S)と、を含み、前記硬化剤組成物(B)が、加速剤として少なくとも1種のフェノール誘導体をさらに含むことを特徴とする、硬化剤組成物(B)。
  2. 前記フェノール誘導体が、ノボラック樹脂の群からのポリフェノール、スチレン化フェノール、フェノール脂質、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする、請求項1に記載の硬化剤組成物(B)。
  3. 前記塩(S)が、硝酸塩(NO )、ヨウ化物(I)、トリフラート(CFSO )、およびそれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の硬化剤組成物(B)。
  4. 前記フェノール誘導体が、次の式:
    Figure 2022532049000024
    (式中、
    20およびR21が、互いに独立して、各々Hまたは-CHを表し、
    22、R23、R24、およびR25が、互いに独立して、各々H、-CH、または脂肪族官能基、好ましくは最大15個の炭素原子を有する線状の、任意選択的に部分的に不飽和の非分岐炭化水素鎖、またはアルカリール官能基、好ましくは-Cを表し、
    aが、0~20である)に対応するノボラック樹脂の群からの少なくとも1種のポリフェノールを含むことを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか1つに記載の硬化剤組成物(B)。
  5. 前記ノボラック樹脂が、次の式:
    Figure 2022532049000025
    (式中、
    26が、C-C15アルキル基を表し、
    bが、0、1、または2であり、
    cが、0~15である)に対応することを特徴とする、請求項4に記載の硬化剤組成物(B)。
  6. 前記フェノール誘導体が、ノボロック(novoloc)樹脂の群からの少なくとも1種のポリフェノールを含み、前記塩(S)が、硝酸塩の群から選択されることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか1つに記載の硬化剤組成物(B)。
  7. エポキシ基に反応性である前記アミンが、2-メチルペンタンジアミン(DYTEK A)、3-アミノメチル-3,5,5-トリメチルシクロヘキサン(IPDA)、1,3-ベンゼンジメタンアミン(m-キシリレンジアミン、MXDA)、1,4-ベンゼンジメタンアミン(p-キシリレンジアミン、PXDA)、1,6-ジアミノ-2,2,4-トリメチルヘキサン(TMD)、ジエチレントリアミン(DETA)、トリエチレンテトラミン(TETA)、テトラエチレンペンタミン(TEPA)、ペンタエチレンヘキサミン(PEHA)、N-エチルアミノピペラジン(N-EAP)、(3(4),8(9)ビス(アミノメチル)ジシクロ[5.2.1.02,6]デカン、1,14-ジアミノ-4,11-ジオキサテトラデカン、ジプロピレントリアミン、2-メチル-1,5-ペンタンジアミン、N,N’-ジシクロヘキシル-1,6-ヘキサンジアミン、N,N’-ジメチル-1,3-ジアミノプロパン、N,N’-ジエチル-1,3-ジアミノプロパン、N,N-ジメチル-1,3-ジアミノプロパン、二級ポリオキシプロピレンジアミンおよびトリアミン、2,5-ジアミノ-2,5-ジメチルヘキサン、ビス(アミノ-メチル)トリシクロペンタジエン、1,8-ジアミノ-p-メンタン、ビス(4-アミノ-3,5-ジメチルシクロヘキシル)メタン、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(1,3-BAC)、ジペンチルアミン、N-2-(アミノエチル)ピペラジン(N-AEP)、N-3-(アミノプロピル)ピペラジン、ピペラジン、メチルシクロヘキシルジアミン(MCDA)、ならびにそれらの組み合わせから選択されることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか1つに記載の硬化剤組成物(B)。
  8. 前記塩(S)が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ランタノイド、アルミニウム、アンモニウム、およびそれらの組み合わせからなる群からのカチオンを含むことを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか1つに記載の硬化剤組成物(B)。
  9. 少なくとも1種の硬化性エポキシ樹脂と、請求項1乃至8のいずれか1つに記載の硬化剤組成物(B)と、を含有する、エポキシ樹脂化合物。
  10. 前記エポキシ樹脂化合物が、多成分エポキシ樹脂化合物であることを特徴とする、請求項9に記載のエポキシ樹脂化合物。
  11. エポキシ樹脂成分(A)と、硬化剤成分と、を含む、多成分エポキシ樹脂系であって、前記エポキシ樹脂成分(A)が、硬化性エポキシ樹脂を含有し、前記硬化剤成分が、エポキシ基に反応性である少なくとも1種のアミンを含有し、硝酸の塩、亜硝酸の塩、ハロゲンの塩、およびトリフルオロメタンスルホン酸の塩からなる群から選択された少なくとも1種の塩(S)、ならびに加速剤としての少なくとも1種のフェノール誘導体が、前記エポキシ樹脂成分(A)および/または前記硬化剤成分中に含有されることを特徴とする、多成分エポキシ樹脂系。
  12. 前記塩(S)および前記フェノール誘導体が、前記硬化剤成分中に含有されることを特徴とする、請求項11に記載の多成分エポキシ樹脂系。
  13. 請求項9もしくは請求項10に記載のエポキシ樹脂化合物、または請求項11または請求項12に記載の多成分エポキシ樹脂系が、化学的留め付けに使用される、掘削孔内の建築部材を化学的に留め付けるための方法。
  14. 低温での引き抜き強度を改善するために、加速剤としての少なくとも1種のフェノール誘導体と組み合わせた、硝酸の塩、亜硝酸の塩、ハロゲンの塩、およびトリフルオロメタンスルホン酸の塩からなる群から選択された少なくとも1種の塩(S)の、エポキシ樹脂化合物中での使用。

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