JP2024005422A - Epoxy resin composition, prepreg and fiber-reinforced plastic including the same - Google Patents
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- Epoxy Resins (AREA)
Abstract
Description
本発明は、エポキシ樹脂組成物、プリプレグ及びこれらを用いた繊維強化プラスチックに関する。 The present invention relates to epoxy resin compositions, prepregs, and fiber reinforced plastics using these.
繊維強化プラスチック(FRP)は軽量、高強度などの優れた物性を示し、多くの分野で利用されている。その中でも、炭素繊維を強化繊維として用いたもの(CFRP)は、特に機械的強度に優れることで知られている。 Fiber-reinforced plastics (FRP) exhibit excellent physical properties such as light weight and high strength, and are used in many fields. Among these, those using carbon fibers as reinforcing fibers (CFRP) are known to have particularly excellent mechanical strength.
FRPの母材(マトリックス)樹脂として、価格、物性のバランスに優れるため、エポキシ樹脂が主に使用されており、その中でも、特許文献1は、エポキシ化合物とフェノール性水酸基含有化合物とを予め強化繊維と混合し、重合触媒及び反応遅延剤を使用して重付加反応により重合させ、繊維強化熱可塑性樹脂を成形する方法を提案している。特許文献2は、2官能エポキシ化合物と、フェノール性水酸基、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基、イソシアネート基及びシアネートエステル基からなる群より選ばれる官能基を有する2官能化合物とを重付加反応させることも提案している。こうしたエポキシ樹脂は、現場重合型熱可塑性エポキシ樹脂とも言われ、これを使用したFRPは量産性、成型性、リサイクル性に優れると期待されている。現場重合型熱可塑性エポキシ樹脂は、重合前の低粘度状態で繊維へ含浸させるため含浸性が良く、強化繊維の割合を高めることができ、汎用的な熱硬化エポキシ樹脂に比べ、衝撃強度や靭性に優れる。 Epoxy resins are mainly used as matrix resins for FRP due to their excellent balance between price and physical properties. Among them, Patent Document 1 discloses that epoxy resins and phenolic hydroxyl group-containing compounds are pre-coated with reinforcing fibers. This paper proposes a method of molding a fiber-reinforced thermoplastic resin by mixing it with a polymer and polymerizing it by a polyaddition reaction using a polymerization catalyst and a reaction retarder. Patent Document 2 discloses polyaddition reaction between a bifunctional epoxy compound and a bifunctional compound having a functional group selected from the group consisting of a phenolic hydroxyl group, an amino group, a carboxyl group, a mercapto group, an isocyanate group, and a cyanate ester group. is also proposed. Such epoxy resins are also called in-situ polymerizable thermoplastic epoxy resins, and FRP using them is expected to be excellent in mass production, moldability, and recyclability. In-situ polymerization type thermoplastic epoxy resin has good impregnation properties because it is impregnated into fibers in a low viscosity state before polymerization, and the proportion of reinforcing fibers can be increased, resulting in higher impact strength and toughness than general-purpose thermosetting epoxy resins. Excellent in
FRPの要求特性の一つに耐熱性の向上がある。120℃以上の耐熱性があると適用可能な部材が拡大するため有用である。エポキシ樹脂の耐熱性向上の手法としては、架橋密度の増加、剛直な分子構造の骨格の適用が挙げられる。架橋密度の増加は、熱可塑性樹脂である現場重合型熱可塑性エポキシ樹脂には不適である。剛直な骨格への変更は、樹脂粘度の増加や反応成分の相溶性の悪化をもたらす。これにより、樹脂フィルムの塗工や繊維への含浸工程が困難になり、繊維内での反応性も低下する。 One of the required characteristics of FRP is improved heat resistance. Heat resistance of 120° C. or higher is useful because it expands the range of members to which it can be applied. Methods for improving the heat resistance of epoxy resins include increasing crosslink density and applying a rigid molecular skeleton. An increase in crosslink density is not suitable for in-situ polymerizable thermoplastic epoxy resins, which are thermoplastic resins. A change to a rigid skeleton results in an increase in resin viscosity and a deterioration in the compatibility of reaction components. This makes coating the resin film and impregnating the fibers difficult, and also reduces the reactivity within the fibers.
剛直骨格な分子構造を有する樹脂を低粘度化させ、樹脂フィルムの塗工や強化繊維への含浸工程を容易にする手法として、溶剤の添加又は樹脂のハンドリング温度の上昇が挙げられる。溶剤の添加は、重合物中に残留することで最終製品の物性を低下させる。ハンドリング温度の上昇は、樹脂の反応速度が増加する為可使時間が短くなり、ハンドリングを困難とする。 Addition of a solvent or raising the handling temperature of the resin can be cited as a method for reducing the viscosity of a resin having a rigid molecular structure and facilitating the process of coating a resin film or impregnating reinforcing fibers. Addition of a solvent reduces the physical properties of the final product by remaining in the polymer. As the handling temperature increases, the reaction rate of the resin increases, which shortens the pot life and makes handling difficult.
重合触媒の添加量を低減することで、樹脂の可使時間を延ばすことはできるが、反応性が悪くなり、現場重合において時間がかかってしまうために生産性が低下する恐れがあるほか、目標の分子量に到達するまでに何らかの理由で失活する恐れがある。 Although it is possible to extend the pot life of the resin by reducing the amount of polymerization catalyst added, there is a risk that the reactivity will deteriorate and the on-site polymerization will take time, reducing productivity. There is a risk that the activity will be deactivated for some reason before reaching the molecular weight of .
特許文献3の実施例では、ホスフィン系の重合触媒を使用し、Tgを139℃まで向上させた現場重合型熱可塑性エポキシについて示されているが、樹脂組成物中に溶剤を30重量部以上含んでおり、重合物中に溶剤が残留し物性に悪影響を及ぼすことが懸念される。
特許文献4では、重合触媒としてアミン系重合触媒が検討されているが、可使時間に関する記載は一切ない。
The example of Patent Document 3 describes an in-situ polymerization type thermoplastic epoxy using a phosphine-based polymerization catalyst and increasing the Tg to 139°C, but the resin composition contains 30 parts by weight or more of a solvent. There is a concern that the solvent may remain in the polymer and adversely affect the physical properties.
In Patent Document 4, an amine polymerization catalyst is considered as a polymerization catalyst, but there is no description regarding pot life.
本発明の課題は、2官能エポキシ樹脂と1分子中にフェノール性水酸基及び/又は活性エステル基を官能基として2つ有する化合物とを反応させて熱可塑性エポキシ樹脂が得る際に、反応前の可使時間が十分長く、かつ重合反応が十分に進行できるエポキシ樹脂組成物、プリプレグ及びこれらを用いた繊維強化プラスチックを提供することにある。 The problem of the present invention is to obtain a thermoplastic epoxy resin by reacting a bifunctional epoxy resin with a compound having two phenolic hydroxyl groups and/or active ester groups as functional groups in one molecule. An object of the present invention is to provide an epoxy resin composition, a prepreg, and a fiber-reinforced plastic using the same, which can be used for a sufficiently long time and allow a sufficient polymerization reaction to proceed.
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、2官能エポキシ樹脂と1分子中にフェノール性水酸基及び/又は活性エステル基を官能基として2つ有する化合物とを原料として用いて熱可塑性エポキシ樹脂を得る際に、特定のホスホニウム塩を重合触媒として使用することにより、上記課題を解決し得ることを見出し、発明の完成に至った。
また、特定のホスホニウム塩を重合触媒として用いることで、重合触媒量を増加させても可使時間が十分に確保でき、かつ現場重合にかかる時間が大幅に短縮されるため、生産性に優れることを見出した。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors found that a bifunctional epoxy resin and a compound having two phenolic hydroxyl groups and/or active ester groups as functional groups in one molecule were used as raw materials to generate heat. The inventors have discovered that the above problems can be solved by using a specific phosphonium salt as a polymerization catalyst when obtaining a plastic epoxy resin, leading to the completion of the invention.
In addition, by using a specific phosphonium salt as a polymerization catalyst, sufficient pot life can be secured even if the amount of polymerization catalyst is increased, and the time required for on-site polymerization is significantly shortened, resulting in excellent productivity. I found out.
すなわち本発明は、分子中にエポキシ基を2つ有するエポキシ化合物(A)、1分子中にフェノール性水酸基及び/又は活性エステル基(アシルオキシ基)を官能基として2つ有する化合物(B)、及び重合触媒(C)を必須成分として含み、重合反応によって熱可塑性プラスチックとなるエポキシ樹脂組成物であって、重合触媒(C)は下記一般式(1)で表されるホスホニウム塩である。
上記エポキシ樹脂組成物(E)は、有機溶剤を含まないか、又は有機溶剤を含む場合は、有機溶剤の含有量がエポキシ樹脂組成物中の0.05重量%以上10重量%以下であり、エポキシ樹脂組成物を85℃に加温した際の粘度が100Pa・s以下であることが好ましい。
上記エポキシ化合物(A)と上記化合物(B)との配合量は、エポキシ化合物(A)1モルに対して化合物(B)0.95~1.05モルであることが好ましく、上記重合触媒(C)の配合量は、エポキシ化合物(A)100重量部に対して0.5~10重量部であることが好ましい。
上記エポキシ化合物(A)及び/又は上記化合物(B)の一部又は全部が、リン含有化合物であってもよく、その場合のリン含有率は、エポキシ樹脂組成物として1~6重量%であることが好ましい。
The epoxy resin composition (E) does not contain an organic solvent, or if it contains an organic solvent, the content of the organic solvent is 0.05% by weight or more and 10% by weight or less of the epoxy resin composition, It is preferable that the epoxy resin composition has a viscosity of 100 Pa·s or less when heated to 85°C.
The blending amount of the above epoxy compound (A) and the above compound (B) is preferably 0.95 to 1.05 mol of the compound (B) per 1 mol of the epoxy compound (A), and the above polymerization catalyst ( The blending amount of C) is preferably 0.5 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of the epoxy compound (A).
Part or all of the epoxy compound (A) and/or the compound (B) may be a phosphorus-containing compound, and in that case, the phosphorus content is 1 to 6% by weight as the epoxy resin composition. It is preferable.
本発明は、上記エポキシ樹脂組成物(E)と強化繊維(F)を含有することを特徴とする強化繊維含有エポキシ樹脂組成物である。強化繊維(F)としては、炭素繊維が好ましく、50~80重量%の割合で含有することが好ましい。 The present invention is a reinforcing fiber-containing epoxy resin composition characterized by containing the above-mentioned epoxy resin composition (E) and reinforcing fibers (F). The reinforcing fiber (F) is preferably carbon fiber, and is preferably contained in a proportion of 50 to 80% by weight.
また本発明は、上記強化繊維含有エポキシ樹脂組成物からなるプリプレグである。
また本発明は、上記強化繊維含有エポキシ樹脂組成物を用いた繊維強化プラスチックであり、上記プリプレグを用いた繊維強化プラスチックである。
The present invention also provides a prepreg comprising the reinforcing fiber-containing epoxy resin composition.
Further, the present invention is a fiber-reinforced plastic using the above-mentioned reinforcing fiber-containing epoxy resin composition, and a fiber-reinforced plastic using the above-mentioned prepreg.
本発明のエポキシ樹脂組成物は、耐熱性が高く、機械的強度に優れ、短時間で重合反応が完了し生産性にも優れる熱可塑性繊維強化プラスチック(FRP)を提供することができる。 The epoxy resin composition of the present invention can provide a thermoplastic fiber-reinforced plastic (FRP) that has high heat resistance, excellent mechanical strength, completes the polymerization reaction in a short time, and has excellent productivity.
以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。
本発明のエポキシ樹脂組成物(E)は、1分子中にエポキシ基を2つ有するエポキシ化合物(A)と、1分子中にフェノール性水酸基及び/又は活性エステル基(アシルオキシ基)を官能基として2つ有する化合物(B)と、上記一般式(1)で表されるホスホニウム塩を重合触媒(C)として含み、加熱により重合し、熱可塑性プラスチックとなる組成物である。この組成物には、有機溶剤や、充填剤、難燃剤などの添加剤が含まれていてもよい。本発明の繊維強化含有エポキシ樹脂組成物は、このエポキシ樹脂組成物(E)と強化繊維(F)を必須成分とする。
なお、本明細書において、1分子中にエポキシ基を2つ有するエポキシ化合物(A)を「エポキシ化合物(A)」や「2官能エポキシ化合物(A)」と称することがある。1分子中にフェノール性水酸基及び/又は活性エステル基(アシルオキシ基)を官能基として2つ有する化合物(B)を「化合物(B)」や「2官能化合物(B)」と称することがある。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on its preferred embodiments.
The epoxy resin composition (E) of the present invention comprises an epoxy compound (A) having two epoxy groups in one molecule, and a phenolic hydroxyl group and/or active ester group (acyloxy group) in one molecule as a functional group. This composition contains two compounds (B) and a phosphonium salt represented by the above general formula (1) as a polymerization catalyst (C), and is polymerized by heating to become a thermoplastic plastic. This composition may contain additives such as organic solvents, fillers, and flame retardants. The fiber-reinforced epoxy resin composition of the present invention contains this epoxy resin composition (E) and reinforcing fiber (F) as essential components.
In this specification, an epoxy compound (A) having two epoxy groups in one molecule may be referred to as an "epoxy compound (A)" or a "bifunctional epoxy compound (A)." A compound (B) having two phenolic hydroxyl groups and/or active ester groups (acyloxy groups) as functional groups in one molecule may be referred to as a "compound (B)" or a "bifunctional compound (B)."
エポキシ樹脂組成物(E)で使用するエポキシ化合物(A)は、1分子中にエポキシ基を2つ有するエポキシ化合物であればよい。エポキシ化合物(A)の純度は95%以上であることが好ましい。エポキシ化合物(A)中に1官能の不純物が含まれている場合には重合後の分子量が上がらなくなるため、得られた熱可塑性樹脂製品の機械物性が悪くなる恐れがある。そのため、1官能の不純物はエポキシ化合物(A)に対して2重量%以下であることが好ましい。3官能以上の不純物が含まれている場合には、その不純物を起点に架橋構造を形成しやすくなるため、重合物の分散が大きくなるほか、ゲル化して熱可塑性を損なう恐れがある。そのため、3官能以上の不純物についてはエポキシ化合物(A)に対して1重量%以下であることが好ましい。エポキシ化合物(A)としての純度が高ければ、位置異性体やオリゴマーが含まれてもよい。また、これらのエポキシ化合物(A)は1種のみでも複数種を組み合わせて使用してもよい。 The epoxy compound (A) used in the epoxy resin composition (E) may be any epoxy compound having two epoxy groups in one molecule. The purity of the epoxy compound (A) is preferably 95% or more. If the epoxy compound (A) contains a monofunctional impurity, the molecular weight after polymerization will not increase, so the mechanical properties of the obtained thermoplastic resin product may deteriorate. Therefore, it is preferable that the monofunctional impurity is 2% by weight or less based on the epoxy compound (A). When trifunctional or higher functional impurities are included, a crosslinked structure is likely to be formed starting from the impurities, which increases the dispersion of the polymer and may cause gelation, which may impair thermoplasticity. Therefore, the amount of trifunctional or higher functional impurities is preferably 1% by weight or less based on the epoxy compound (A). As long as the purity of the epoxy compound (A) is high, positional isomers and oligomers may be included. Further, these epoxy compounds (A) may be used alone or in combination.
エポキシ化合物(A)としては、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E型エポキシ樹脂、ビスフェノールZ型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ビスフェノールアセトフェノン型エポキシ樹脂、ビスフェノールトリメチルシクロヘキサン型エポキシ樹脂、ビスフェノールフルオレン型エポキシ樹脂(例えば、ZX-1201(日鉄ケミカル&マテリアル株式会社製)など)、ビスクレゾールフルオレン型エポキシ樹脂(例えば、OGSOL CG-500(大阪ガスケミカル株式会社製)など)、テトラメチルビスフェノールA型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールF型エポキシ樹脂(例えば、YSLV-80XY(日鉄ケミカル&マテリアル株式会社製)など)、テトラ-t-ブチルビスフェノールA型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールS型エポキシ樹脂、ジヒドロキシジフェニルエーテル型エポキシ樹脂、チオジフェノール型エポキシ樹脂、テトラブロムビスフェノールA型エポキシ樹脂などのビスフェノール型エポキシ樹脂や、ビフェノール型エポキシ樹脂、テトラメチルビフェノール型エポキシ樹脂(例えば、YX4000(三菱ケミカル株式会社製)など)、ジメチルビフェノール型エポキシ樹脂、テトラ-t-ブチルビフェノール型エポキシ樹脂などのビフェノール型エポキシ樹脂や、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、メチルハイドロキノン型エポキシ樹脂、ジブチルハイ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などのベンゼンジオール型エポキシ樹脂や、ジヒドロキシアントラセン型エポキシ樹脂、ヒドロアントラハイドロキノン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂、ビスナフトールフルオレン型エポキシ樹脂、ジフェニルジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂などが挙げられる。 Examples of the epoxy compound (A) include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol E type epoxy resin, bisphenol Z type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, bisphenol AD type epoxy resin, and bisphenol acetophenone type epoxy resin. resin, bisphenol trimethyl cyclohexane type epoxy resin, bisphenol fluorene type epoxy resin (for example, ZX-1201 (manufactured by Nippon Steel Chemical & Materials Co., Ltd.), etc.), biscresol fluorene type epoxy resin (for example, OGSOL CG-500 (manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd.)), ), tetramethylbisphenol A type epoxy resin, tetramethylbisphenol F type epoxy resin (for example, YSLV-80XY (manufactured by Nippon Steel Chemical & Materials Co., Ltd.), etc.), tetra-t-butylbisphenol A type epoxy Resins, bisphenol-type epoxy resins such as tetramethylbisphenol S-type epoxy resin, dihydroxydiphenyl ether-type epoxy resin, thiodiphenol-type epoxy resin, tetrabromobisphenol-A type epoxy resin, biphenol-type epoxy resin, tetramethylbiphenol-type epoxy resin ( For example, biphenol-type epoxy resins such as YX4000 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), dimethylbiphenol-type epoxy resin, tetra-t-butylbiphenol-type epoxy resin, hydroquinone-type epoxy resin, methylhydroquinone-type epoxy resin, dibutylhydroquinone-type epoxy resin, etc. Epoxy resins, benzenediol-type epoxy resins such as resorcinol-type epoxy resins, methylresorcin-type epoxy resins, dihydroxyanthracene-type epoxy resins, hydroanthrahydroquinone-type epoxy resins, dihydroxynaphthalene-type epoxy resins, bisnaphtholfluorene-type epoxy resins, diphenyldi Examples include cyclopentadiene type epoxy resin.
エポキシ化合物(A)としては、更に、上記2官能エポキシ化合物の芳香環に水素を添加した2官能エポキシ化合物や、アジピン酸、コハク酸、フタル酸、テトラヒドロフタル酸、メチルヘキサヒドロフタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、オルソフタル酸、ビフェニルジカルボン酸、ダイマー酸などの種々のジカルボン酸類と、エピハロヒドリンとから製造されるグリシジルエステル型エポキシ樹脂や、アニリンなどのアミン化合物と、エピハロヒドリンとから製造されるグリシジルアミン型エポキシ樹脂や、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテル、ポリテトラメチレングリコールジグリシジルエーテル、1,5-ペンタンジオールジグリシジルエーテル、ポリペンタメチレングリコールジグリシジルエーテル、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ポリヘキサメチレングリコールジグリシジルエーテル、1,7-ヘプタンジオールジグリシジルエーテル、ポリヘプタメチレングリコールジグリシジルエーテル、1,8-オクタンジオールジグリシジルエーテル、1,10-デカンジオールジグリシジルエーテル、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジオールジグリシジルエーテルなどの鎖状構造のみからなる(ポリ)アルキレングリコール型エポキシ樹脂や、1,4-シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテルなどの環状構造を有するアルキレングリコール型エポキシ樹脂や、脂肪族環状エポキシ樹脂や、リン含有2官能エポキシ樹脂(例えば、FX-305(日鉄ケミカル&マテリアル株式会社製)、ジフェニルホスフィニルハイドロキノンジグリシジルエーテルなど)なども挙げられる。 Examples of the epoxy compound (A) include bifunctional epoxy compounds obtained by adding hydrogen to the aromatic ring of the above bifunctional epoxy compounds, adipic acid, succinic acid, phthalic acid, tetrahydrophthalic acid, methylhexahydrophthalic acid, and terephthalic acid. , glycidyl ester type epoxy resins manufactured from various dicarboxylic acids such as isophthalic acid, orthophthalic acid, biphenyldicarboxylic acid, and dimer acid and epihalohydrin, and glycidyl amine type epoxy resins manufactured from amine compounds such as aniline and epihalohydrin. Epoxy resin, ethylene glycol diglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ether, propylene glycol diglycidyl ether, polypropylene glycol diglycidyl ether, 1,4-butanediol diglycidyl ether, polytetramethylene glycol diglycidyl ether, 1,5- Pentanediol diglycidyl ether, polypentamethylene glycol diglycidyl ether, 1,6-hexanediol diglycidyl ether, polyhexamethylene glycol diglycidyl ether, 1,7-heptanediol diglycidyl ether, polyheptamethylene glycol diglycidyl ether, (Poly)alkylene glycol type epoxy consisting only of a chain structure such as 1,8-octanediol diglycidyl ether, 1,10-decanediol diglycidyl ether, 2,2-dimethyl-1,3-propanediol diglycidyl ether, etc. resins, alkylene glycol type epoxy resins with a cyclic structure such as 1,4-cyclohexanedimethanol diglycidyl ether, aliphatic cyclic epoxy resins, and phosphorus-containing bifunctional epoxy resins (for example, FX-305 (Nippon Steel Chemical & Material Co., Ltd.), diphenylphosphinyl hydroquinone diglycidyl ether, etc.).
耐熱性の向上のためには、ジヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂、ビスフェノールフルオレン型エポキシ樹脂、ビスクレゾールフルオレン型エポキシ樹脂、ビスナフトールフルオレン型エポキシ樹脂が好ましく、ビスフェノールフルオレン型エポキシ樹脂、ビスクレゾールフルオレン型エポキシ樹脂、ビスナフトールフルオレン型エポキシ樹脂などのフルオレン環構造を有する2官能エポキシ化合物がより好ましい。難燃性付与のためには、テトラブロムビスフェノールA型エポキシ樹脂、リン含有2官能エポキシ樹脂が好ましく、リン含有2官能エポキシ樹脂がより好ましい。 In order to improve heat resistance, dihydroxynaphthalene type epoxy resin, bisphenol fluorene type epoxy resin, biscresol fluorene type epoxy resin, bisnaphthol fluorene type epoxy resin are preferable, and bisphenol fluorene type epoxy resin, biscresol fluorene type epoxy resin, A bifunctional epoxy compound having a fluorene ring structure such as a bisnaphtholfluorene type epoxy resin is more preferred. For imparting flame retardancy, a tetrabromobisphenol A type epoxy resin and a phosphorus-containing bifunctional epoxy resin are preferred, and a phosphorus-containing bifunctional epoxy resin is more preferred.
特に、下記一般式(2)で表されるエポキシ化合物(a)を含むことが好ましい。その場合、エポキシ化合物(A)中に50重量%以上含むことが好ましく、より好ましくは66重量%以上であり、更に好ましくは75重量%以上であり、特に好ましくは80重量%以上である。エポキシ化合物(a)はエポキシ化合物(A)の一部を構成する。 In particular, it is preferable to include an epoxy compound (a) represented by the following general formula (2). In that case, the content in the epoxy compound (A) is preferably 50% by weight or more, more preferably 66% by weight or more, still more preferably 75% by weight or more, particularly preferably 80% by weight or more. The epoxy compound (a) constitutes a part of the epoxy compound (A).
式(2)において、Aは下記式(2a)で表される2価の基である。
式(2a)において、Xは単結合、炭素数1~13の炭化水素基、-O-、-CO-、-COO-、-S-、-SO2-のいずれかである。
炭素数1~13の炭化水素基としては、炭素数1~9のアルキレン基又は炭素数6~13のアリーレン基が好ましく、例えば、-CH2-、-CH(CH3)-、-C(CH3)2-、-C(CF3)2-、-CHPh-、-C(CH3)Ph-、1,1-シクロプロピレン基、1,1-シクロブチレン基、1,1-シクロペンチレン基、1,1-シクロヘキシレン基、4-メチル-1,1-シクロヘキシレン基、3,3,5-トリメチル-1,1-シクロヘキシレン基、1,1-シクロオクチレン基、1,1-シクロノニレン基、1,2-エチレン基、1,2-シクロプロピレン基、1,2-シクロブチレン基、1,2-シクロペンチレン基、1,2-シクロヘキシレン基、1,2-フェニレン基、1,3-プロピレン基、1,3-シクロブチレン基、1,3-シクロペンチレン基、1,3-シクロヘキシレン基、1,3-フェニレン基、1,4-ブチレン基、1,4-シクロヘキシレン基、1,4-フェニレン基、1,1-フルオレン基、1,2-キシリレン基、1,4-キシリレン基、テトラヒドロジシクロペンタジエニレン基、テトラヒドロトリシクロペンタジエニレン基などが挙げられる。なお、Phはフェニル基を表す。
これらの内、Xは、単結合、-O-、-CO-、-COO-、-S-、-SO2-、-CH2-、-CH(CH3)-、-C(CH3)2-、-CHPh-、-C(CH3)Ph-、1,1-シクロヘキシレン基、4-メチル-1,1-シクロヘキシレン基、3,3,5-トリメチル-1,1-シクロヘキシレン基、1,4-シクロヘキシレン基、1,4-フェニレン基、1,1-フルオレン基が好ましく、単結合、-O-、-CO-、-COO-、-S-、-SO2-、-CH2-、-CH(CH3)-、-C(CH3)2-、-C(CH3)Ph-、1,1-シクロヘキシレン基、3,3,5-トリメチル-1,1-シクロヘキシレン基、1,1-フルオレン基がより好ましい。なお、Phはフェニル基を表す。アルキレン基はアルキリデン基を含む意味である。
In formula (2a), X is a single bond, a hydrocarbon group having 1 to 13 carbon atoms, -O-, -CO-, -COO-, -S-, or -SO 2 -.
The hydrocarbon group having 1 to 13 carbon atoms is preferably an alkylene group having 1 to 9 carbon atoms or an arylene group having 6 to 13 carbon atoms, such as -CH 2 -, -CH(CH 3 )-, -C( CH 3 ) 2 -, -C(CF 3 ) 2 -, -CHPh-, -C(CH 3 )Ph-, 1,1-cyclopropylene group, 1,1-cyclobutylene group, 1,1-cyclopentyl group Ren group, 1,1-cyclohexylene group, 4-methyl-1,1-cyclohexylene group, 3,3,5-trimethyl-1,1-cyclohexylene group, 1,1-cyclooctylene group, 1, 1-cyclononylene group, 1,2-ethylene group, 1,2-cyclopropylene group, 1,2-cyclobutylene group, 1,2-cyclopentylene group, 1,2-cyclohexylene group, 1,2-phenylene group group, 1,3-propylene group, 1,3-cyclobutylene group, 1,3-cyclopentylene group, 1,3-cyclohexylene group, 1,3-phenylene group, 1,4-butylene group, 1, 4-cyclohexylene group, 1,4-phenylene group, 1,1-fluorene group, 1,2-xylylene group, 1,4-xylylene group, tetrahydrodicyclopentadienylene group, tetrahydrotricyclopentadienylene group, etc. can be mentioned. In addition, Ph represents a phenyl group.
Among these, X is a single bond, -O-, -CO-, -COO-, -S-, -SO 2 -, -CH 2 -, -CH(CH 3 )-, -C(CH 3 ) 2 -, -CHPh-, -C(CH 3 )Ph-, 1,1-cyclohexylene group, 4-methyl-1,1-cyclohexylene group, 3,3,5-trimethyl-1,1-cyclohexylene group, 1,4-cyclohexylene group, 1,4-phenylene group, 1,1-fluorene group is preferable, single bond, -O-, -CO-, -COO-, -S-, -SO 2 -, -CH 2 -, -CH(CH 3 )-, -C(CH 3 ) 2 -, -C(CH 3 )Ph-, 1,1-cyclohexylene group, 3,3,5-trimethyl-1,1 -Cyclohexylene group and 1,1-fluorene group are more preferred. In addition, Ph represents a phenyl group. The alkylene group is meant to include alkylidene groups.
Y1は独立に、炭素数1~4のアルキル基、炭素数6~10のアリール基のいずれかである。
炭素数1~4のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、iso-ブチル基、t-ブチル基などが挙げられる。
炭素数6~10のアリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、エチルフェニル基、キシリル基、n-プロピルフェニル基、イソプロピルフェニル基、メシチル基、ナフチル基などが挙げられる。
これらの内、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、t-ブチル基、フェニル基、トリル基、キシリル基、又はナフチル基が好ましく、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、t-ブチル基、フェニル基、又はトリル基がより好ましい。
Y 1 is independently either an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms.
Examples of the alkyl group having 1 to 4 carbon atoms include methyl group, ethyl group, n-propyl group, iso-propyl group, n-butyl group, sec-butyl group, iso-butyl group, t-butyl group, etc. Can be mentioned.
Examples of the aryl group having 6 to 10 carbon atoms include phenyl group, tolyl group, ethylphenyl group, xylyl group, n-propylphenyl group, isopropylphenyl group, mesityl group, and naphthyl group.
Among these, methyl group, ethyl group, n-propyl group, n-butyl group, t-butyl group, phenyl group, tolyl group, xylyl group, or naphthyl group are preferable, and methyl group, ethyl group, n-propyl group , n-butyl group, t-butyl group, phenyl group, or tolyl group are more preferred.
Y2は独立に、水素原子、炭素数1~4のアルキル基、炭素数6~10のアリール基のいずれかであり、水素原子以外の基が好ましい。アルキル基、アリール基の例としては、前記Y1で例示した基と同様である。好ましいY2はY1と同様である。
Y3は独立に、水素原子、炭素数1~4のアルキル基、炭素数6~10のアリール基のいずれかである。アルキル基、アリール基の例としては、Y1で例示した基と同様である。好ましいY3は水素原子又はY1と同様である。
Y 2 is independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, and groups other than hydrogen atoms are preferred. Examples of the alkyl group and aryl group are the same as those exemplified for Y1 above. Preferred Y2 is the same as Y1 .
Y 3 is independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms. Examples of the alkyl group and aryl group are the same as those exemplified for Y1 . Preferred Y 3 is a hydrogen atom or the same as Y 1 .
エポキシ化合物(a)としては、例えば、テトラメチルビスフェノールF型エポキシ樹脂テトラメチルビフェノール型エポキシ樹脂ビスクレゾールフルオレン型エポキシ樹脂などが挙げられる。 Examples of the epoxy compound (a) include tetramethylbisphenol F type epoxy resin, tetramethylbiphenol type epoxy resin, biscresol fluorene type epoxy resin, and the like.
エポキシ樹脂組成物(E)に使用する2官能化合物(B)としては、芳香環に結合した水酸基を2個有するジフェノール化合物(B1)、芳香環に結合したアシルオキシ基を2つ有するジエステル系化合物(B2)、又は芳香環に結合した水酸基とアシルオキシ基を1個ずつ有するモノエステル系化合物(B3)のいずれかであればよい。なお、ジエステル系化合物(B2)とモノエステル系化合物(B3)を区別せずに、「エステル系化合物」と称することがある。
2官能化合物(B)の純度は95重量%以上であることが好ましい。1官能の不純物が含まれている場合には重合後の分子量が上がらなくなるために製造された熱可塑性樹脂の機械物性が悪くなる恐れがある。そのため、1官能の不純物は、2官能化合物(B)に対して2重量%以下であることが好ましい。3官能以上の不純物が含まれている場合には、その不純物を起点に架橋構造を形成しやすくなるため、重合物の分散が大きくなるほか、ゲル化して熱可塑性を損なう恐れがある。そのため、3官能以上の不純物は、2官能化合物(B)に対して1重量%以下であることが好ましい。2官能化合物(B)としての純度が高ければ、位置異性体については含まれていてもよい。また、これらの2官能化合物(B)は1種のみでも複数種を組み合わせて使用してもよい。なお、アシルオキシ基はR-CO-O-で表され、Rは炭素数1~19の炭化水素基である。炭素数1~19の炭化水素基としては、炭素数1~12のアルキル基、炭素数6~12のアリール基、又は炭素数7~13のアラルキル基が好ましい。
The bifunctional compound (B) used in the epoxy resin composition (E) includes a diphenol compound (B1) having two hydroxyl groups bonded to an aromatic ring, and a diester compound having two acyloxy groups bonded to an aromatic ring. (B2) or a monoester compound (B3) having one hydroxyl group and one acyloxy group bonded to an aromatic ring. Note that the diester compound (B2) and the monoester compound (B3) may be referred to as "ester compound" without distinction.
The purity of the bifunctional compound (B) is preferably 95% by weight or more. If a monofunctional impurity is contained, the molecular weight after polymerization will not increase, and the mechanical properties of the produced thermoplastic resin may deteriorate. Therefore, the monofunctional impurity is preferably 2% by weight or less based on the bifunctional compound (B). If trifunctional or higher functional impurities are contained, a crosslinked structure is likely to be formed starting from the impurities, which may increase the dispersion of the polymer and may cause gelation, which may impair thermoplasticity. Therefore, it is preferable that the amount of trifunctional or higher functional impurities is 1% by weight or less based on the bifunctional compound (B). As long as the bifunctional compound (B) has high purity, positional isomers may be included. Further, these bifunctional compounds (B) may be used alone or in combination. The acyloxy group is represented by R-CO-O-, where R is a hydrocarbon group having 1 to 19 carbon atoms. The hydrocarbon group having 1 to 19 carbon atoms is preferably an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, or an aralkyl group having 7 to 13 carbon atoms.
炭素数1~12のアルキル基としては、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよく、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、t-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、t-ペンチル基、シクロペンチル基、n-ヘキシル基、イソヘキシル基、シクロヘキシル基、n-ヘプチル基、シクロヘプチル基、メチルシクロヘキシル基、n-オクチル基、シクロオクチル基、n-ノニル基、3,3,5-トリメチルシクロヘキシル基、n-デシル基、シクロデシル基、n-ウンデシル基、n-ドデシル基、シクロドデシル基などが挙げられる。
炭素数6~12のアリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、エチルフェニル基、キシリル基、n-プロピルフェニル基、イソプロピルフェニル基、メシチル基、ナフチル基、メチルナフチル基などが挙げられる。
炭素数7~13のアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、メチルベンジル基、ジメチルベンジル基、トリメチルベンジル基、フェネチル基、2-フェニルイソプロピル基、ナフチルメチル基などが挙げられる。
これらの中でも、炭素数1~7の炭化水素基を有するアシルオキシ基が好ましく、アセチルオキシ基、プロパノイルオキシ基、ブタノイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基、メチルベンゾイルオキシ基がより好ましく、アセチルオキシ基、ベンゾイルオキシ基が更に好ましく、アセチルオキシ基が特に好ましい。
The alkyl group having 1 to 12 carbon atoms may be linear, branched, or cyclic, such as methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, sec-butyl group, t-butyl group, n-pentyl group, isopentyl group, neopentyl group, t-pentyl group, cyclopentyl group, n-hexyl group, isohexyl group, cyclohexyl group, n-heptyl group, cycloheptyl group, methylcyclohexyl group, n- Examples include octyl group, cyclooctyl group, n-nonyl group, 3,3,5-trimethylcyclohexyl group, n-decyl group, cyclodecyl group, n-undecyl group, n-dodecyl group, and cyclododecyl group.
Examples of the aryl group having 6 to 12 carbon atoms include phenyl group, tolyl group, ethylphenyl group, xylyl group, n-propylphenyl group, isopropylphenyl group, mesityl group, naphthyl group, and methylnaphthyl group.
Examples of the aralkyl group having 7 to 13 carbon atoms include benzyl group, methylbenzyl group, dimethylbenzyl group, trimethylbenzyl group, phenethyl group, 2-phenylisopropyl group, and naphthylmethyl group.
Among these, an acyloxy group having a hydrocarbon group having 1 to 7 carbon atoms is preferred, an acetyloxy group, a propanoyloxy group, a butanoyloxy group, a benzoyloxy group, and a methylbenzoyloxy group are more preferred, and an acetyloxy group, A benzoyloxy group is more preferred, and an acetyloxy group is particularly preferred.
ジフェノール化合物(B1)としては、例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールE、ビスフェノールZ、ビスフェノールS、ビスフェノールAD、ビスフェノールAF、ビスフェノールB、ビスフェノールBP、ビスフェノールC、ビスフェノールG、ビスフェノールM、ビスフェノールP、ビスフェノールPH、ビスフェノールアセトフェノン、ビスフェノールトリメチルシクロヘキサン、ビスフェノールフルオレン、ビスクレゾールフルオレン、テトラメチルビスフェノールA、テトラメチルビスフェノールF、テトラ-t-ブチルビスフェノールA、テトラメチルビスフェノールS、ジヒドロキシジフェニルエーテル、ジヒドロキシジフェニルメタン、ビス(ヒドロキシフェノキシ)ベンゼン、チオジフェノール、ジヒドロキシスチルベンなどのビスフェノール化合物や、ビフェノール、テトラメチルビフェノール、ジメチルビフェノール、テトラ-t-ブチルビフェノールなどのビフェノール化合物や、ハイドロキノン、メチルハイドロキノン、ジブチルハイドロキノン、レゾルシン、メチルレゾルシンなどのベンゼンジオール化合物や、ジヒドロキシアントラセン、ジヒドロキシナフタレン、ジヒドロアントラハイドロキノンなどや、10-(2,5-ジヒドロキシフェニル)-9,10-ジヒドロ-9-オキサ-10-ホスファフェナントレン-10-オキサイド(DOPO-HQ)、10-(2,7-ジヒドロキシナフチル)-9,10-ジヒドロ-9-オキサ-10-ホスファフェナントレン-10-オキサイド(DOPO-NQ)、10-(1,4-ジヒドロキシ-2-ナフチル)-10H-9-オキサ-10-ホスファフェナントレン-10-オキシド、10-(2,5-ジヒドロキシフェニル)-8-ベンジル-9,10-ジヒドロ-9-オキサ-10-ホスファフェナントレン-10-オキシド、10-(2,7-ジヒドロキシ-1-ナフチル)-8-ベンジル-9,10-ジヒドロ-9-オキサ-10-ホスファフェナントレン-10-オキシド、ジフェニルホスフィニルヒドロキノン、ジフェニルホスフィニル-1,4-ジオキシナフタリン、1,4-シクロオクチレンホスフィニル-1,4-フェニルジオール、1,5-シクロオクチレンホスフィニル-1,4-フェニルジオールなどのリン含有フェノール化合物などが挙げられる。
熱可塑性エポキシ樹脂の耐熱性向上のためには、ジヒドロキシナフタレン、ビスフェノールフルオレン、ビスクレゾールフルオレンが好ましく、ビスフェノールフルオレン、ビスクレゾールフルオレンがより好ましい。特に、強化繊維含有エポキシ樹脂組成物(E)に使用する場合は、ビスフェノール化合物又はビフェニル化合物が好ましい。また難燃性を付与する目的で、リン含有フェノール化合物を用いてもよい。
Examples of the diphenol compound (B1) include bisphenol A, bisphenol F, bisphenol E, bisphenol Z, bisphenol S, bisphenol AD, bisphenol AF, bisphenol B, bisphenol BP, bisphenol C, bisphenol G, bisphenol M, bisphenol P, Bisphenol PH, bisphenolacetophenone, bisphenol trimethylcyclohexane, bisphenol fluorene, biscresol fluorene, tetramethylbisphenol A, tetramethylbisphenol F, tetra-t-butylbisphenol A, tetramethylbisphenol S, dihydroxydiphenyl ether, dihydroxydiphenylmethane, bis(hydroxyphenoxy) ) Bisphenol compounds such as benzene, thiodiphenol, dihydroxystilbene, biphenol compounds such as biphenol, tetramethylbiphenol, dimethylbiphenol, tetra-t-butylbiphenol, hydroquinone, methylhydroquinone, dibutylhydroquinone, resorcinol, methylresorcinol, etc. Benzenediol compounds, dihydroxyanthracene, dihydroxynaphthalene, dihydroanthrahydroquinone, etc., 10-(2,5-dihydroxyphenyl)-9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide (DOPO- HQ), 10-(2,7-dihydroxynaphthyl)-9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide (DOPO-NQ), 10-(1,4-dihydroxy-2- naphthyl)-10H-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide, 10-(2,5-dihydroxyphenyl)-8-benzyl-9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene- 10-oxide, 10-(2,7-dihydroxy-1-naphthyl)-8-benzyl-9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide, diphenylphosphinylhydroquinone, diphenylphos Phosphorus-containing materials such as finyl-1,4-dioxynaphthalene, 1,4-cyclooctylenephosphinyl-1,4-phenyldiol, and 1,5-cyclooctylenephosphinyl-1,4-phenyldiol Examples include phenol compounds.
In order to improve the heat resistance of the thermoplastic epoxy resin, dihydroxynaphthalene, bisphenol fluorene, and bis-cresol fluorene are preferred, and bisphenol fluorene and bis-cresol fluorene are more preferred. In particular, when used in the reinforcing fiber-containing epoxy resin composition (E), bisphenol compounds or biphenyl compounds are preferred. Further, a phosphorus-containing phenol compound may be used for the purpose of imparting flame retardancy.
ジエステル系化合物(B2)及びモノエステル系化合物(B3)としては、上記ジフェノール化合物(B1)の水酸基がアシルオキシ基(活性エステル)に2個又は1個置換された化合物が挙げられる。ジエステル系化合物(B2)はジフェノール化合物(B1)を有機酸の酸無水物、有機酸のハロゲン化物、又は有機酸などのアシル化剤との縮合反応でアシル化して得られる。モノエステル系化合物(B3)もジフェノール化合物(B1)のアシル化時のアシル化剤のモル比調整することで得られる、モノエステル系化合物(B3)、ジエステル系化合物(B2)、及びジフェノール化合物(B1)の混合物から単離することで得られる。 Examples of the diester compound (B2) and the monoester compound (B3) include compounds in which two or one hydroxyl group of the diphenol compound (B1) is substituted with an acyloxy group (active ester). The diester compound (B2) is obtained by acylating the diphenol compound (B1) through a condensation reaction with an acylating agent such as an organic acid anhydride, an organic acid halide, or an organic acid. Monoester compound (B3) is also obtained by adjusting the molar ratio of the acylating agent during acylation of diphenol compound (B1), monoester compound (B3), diester compound (B2), and diphenol. It can be obtained by isolation from a mixture of compound (B1).
上記アシル化に使用する酸成分としては、例えば、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、ペンタン酸、オクタン酸、カプリル酸、ラウリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、安息香酸、t-ブチル安息香酸、ヘキサヒドロ安息香酸、フェノキシ酢酸、アクリル酸、メタクリル酸などの有機酸や、有機酸の酸無水物や、有機酸のハロゲン化物や、有機酸のエステル化物などを使用することができる。
有機酸の酸無水物としては、例えば、無水酢酸、安息香酸無水物、フェノキシ酢酸無水物などが挙げられる。
有機酸のエステル化物としては、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、安息香酸メチル、安息香酸エチルなどが挙げられる。有機酸のハロゲン化物としては、例えば、酢酸クロリド、安息香酸クロリド、フェノキシ酢酸クロリドなどが挙げられる。
これらのアシル化剤としては、酢酸クロリド、安息香酸クロリド、フェノキシ酢酸クロリドなどの有機酸のハロゲン化物や無水酢酸、安息香酸無水物、フェノキシ酢酸無水物などの酸ハロゲン化物や有機酸の酸無水物が好ましく、エステル化の後水洗が不要で、電材用途で嫌われるハロゲンの混入を避ける意味で、無水酢酸や安息香酸無水物などの酸無水物がより好ましく、無水酢酸が更に好ましい。
Examples of acid components used in the acylation include acetic acid, propionic acid, butyric acid, isobutyric acid, pentanoic acid, octanoic acid, caprylic acid, lauric acid, stearic acid, oleic acid, benzoic acid, t-butylbenzoic acid, Organic acids such as hexahydrobenzoic acid, phenoxyacetic acid, acrylic acid, and methacrylic acid, acid anhydrides of organic acids, halides of organic acids, and esterified products of organic acids can be used.
Examples of organic acid anhydrides include acetic anhydride, benzoic anhydride, phenoxyacetic anhydride, and the like.
Examples of esterified organic acids include methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, methyl benzoate, and ethyl benzoate. Examples of halides of organic acids include acetic acid chloride, benzoic acid chloride, phenoxyacetic acid chloride, and the like.
These acylating agents include halides of organic acids such as acetic acid chloride, benzoic acid chloride, and phenoxyacetic acid chloride; acid halides and acid anhydrides of organic acids such as acetic anhydride, benzoic anhydride, and phenoxyacetic anhydride; is preferable, and acid anhydrides such as acetic anhydride and benzoic anhydride are more preferable, and acetic anhydride is even more preferable, in the sense that washing with water after esterification is unnecessary and to avoid contamination with halogen, which is disliked in electrical material applications.
エポキシ樹脂組成物(E)において、化合物(B)の割合は、エポキシ化合物(A)1.00モルに対して、0.90~1.10モルであり、好ましくは0.95~0.99モル、より好ましくは0.97~0.98モルである。
エポキシ樹脂組成物(E)では、エポキシ化合物(A)と化合物(B)が逐次的に反応し、直鎖構造をとることで熱可塑性を発現する。エポキシ化合物(A)が過剰であるとエポキシ基末端となり、化合物(B)が過剰であるとフェノール基末端又はアシルオキシ基末端となり反応が終了する。
化合物(B)の割合が0.99モル超の場合、重合物がフェノール基末端又はアシルオキシ基末端となって反応が終了するため、高分子量化しにくい恐れがある。一方、化合物(B)の割合が0.95モル未満の場合、過剰なエポキシ基が副反応を起こすことにより、重合物がゲル化し熱可塑性が損なわれる恐れがある。
In the epoxy resin composition (E), the ratio of compound (B) is 0.90 to 1.10 mol, preferably 0.95 to 0.99 mol, per 1.00 mol of epoxy compound (A). mol, more preferably 0.97 to 0.98 mol.
In the epoxy resin composition (E), the epoxy compound (A) and the compound (B) react sequentially to form a linear structure, thereby exhibiting thermoplasticity. If the epoxy compound (A) is in excess, the reaction will end with an epoxy group, and if the compound (B) is in excess, the reaction will end with a phenol group or an acyloxy group.
If the proportion of compound (B) exceeds 0.99 mol, the reaction ends with the polymer having a phenol group or acyloxy group at its end, which may make it difficult to increase the molecular weight. On the other hand, if the proportion of compound (B) is less than 0.95 mol, the excess epoxy groups may cause a side reaction, resulting in gelation of the polymer and loss of thermoplasticity.
エポキシ樹脂組成物(E)において、化合物(B)がエポキシ化合物(A)中に結晶状態で存在すると、ミクロで見た時にモル比が設計から外れる。この状態で反応を開始すると、重合が十分に進行しないことがある。重合を十分に進行させるためには、化合物(B)とエポキシ化合物(A)が相互に均一に相溶しているエポキシ樹脂組成物(E)が好ましい。
また、強化繊維などを配合する前のエポキシ樹脂組成物(E)は完全に溶解又は均一な液状となっていることが望ましいが、例えば、気泡を含まない状態でガラス製シャーレに厚さ2mmになるように溶融混合物を入れて厚み方向のヘイズ値を測定した場合において、その厚み方向のヘイズ値が30%未満であれば、重合反応に影響しない水準まで溶解又は均一な液状となったものと判断する。ヘイズ値についてより好ましくは20%未満、更に好ましくは10%未満である。なお、ヘイズ値の測定方法は実施例に記載の条件に従う。
In the epoxy resin composition (E), if the compound (B) is present in the epoxy compound (A) in a crystalline state, the molar ratio will deviate from the design when viewed microscopically. If the reaction is started in this state, polymerization may not proceed sufficiently. In order to allow the polymerization to proceed sufficiently, it is preferable to use an epoxy resin composition (E) in which the compound (B) and the epoxy compound (A) are uniformly compatible with each other.
In addition, it is desirable that the epoxy resin composition (E) is completely dissolved or in a uniform liquid state before adding reinforcing fibers, etc., but for example, in a glass petri dish with a thickness of 2 mm without containing air bubbles. When the haze value in the thickness direction is measured after adding the molten mixture, if the haze value in the thickness direction is less than 30%, it is assumed that the mixture has dissolved or become a uniform liquid to a level that does not affect the polymerization reaction. to decide. The haze value is more preferably less than 20%, still more preferably less than 10%. Note that the method for measuring the haze value follows the conditions described in Examples.
ジエステル系化合物(B2)としては、例えば、下記式(3)で示される化合物が挙げられる。
ジエステル系化合物(B2)は、リン含有化合物であってもよく、リン含有合物としては、例えば、下記式(4)で示される環状リン含有化合物(DOPO-HQ)のジアセチル化物などが挙げられる。
エポキシ樹脂組成物(E)に難燃性を付与する場合、そのリン含有率は、エポキシ化合物(A)と化合物(B)の総量に対して、1重量%以上6重量%以下が好ましく、1.5重量%以上5重量%以下がより好ましく、2重量%以上4重量%が更に好ましい。また、エポキシ樹脂組成物(E)にはエポキシ化合物(A)、化合物(B)以外のリン含有化合物(例えば、赤燐など)を配合してもよい。 When imparting flame retardancy to the epoxy resin composition (E), the phosphorus content is preferably 1% by weight or more and 6% by weight or less, based on the total amount of the epoxy compound (A) and the compound (B), and 1 The content is more preferably .5% by weight or more and 5% by weight or less, and even more preferably 2% by weight or more and 4% by weight. Further, the epoxy resin composition (E) may contain a phosphorus-containing compound (for example, red phosphorus) other than the epoxy compound (A) and the compound (B).
また、2官能エポキシ化合物(A)、2官能化合物(B)のいずれとも反応する活性基を持たず、単体では重合反応を阻害しない不純物成分についても、量が多くなると重合後の分子量が小さくなる恐れがある。そのため、2官能エポキシ化合物(A)及び2官能化合物(B)のいずれに対しても2重量%以下であることが好ましい。 Also, regarding impurity components that do not have active groups that react with either the bifunctional epoxy compound (A) or the bifunctional compound (B) and do not inhibit the polymerization reaction when used alone, the molecular weight after polymerization decreases when the amount increases. There is a fear. Therefore, it is preferable that the amount is 2% by weight or less for both the bifunctional epoxy compound (A) and the bifunctional compound (B).
エポキシ樹脂組成物(E)は、重合触媒(C)として、下記一般式(1)で表されるホスホニウム塩を少なくとも1種を必須成分として含有する。ホスホニウム塩は、2官能エポキシ化合物(A)と2官能化合物(B)との反応の重合触媒として作用する。
式(1)において、R1、R2、R3、R4、R5及びR6は、それぞれ独立して、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表し、同一の基であっても異なる基であってもよい。アルキル基は、炭素数1~12が好ましく、炭素数1~4がより好ましい。アリール基は、炭素数6~10が好ましく、フェニル基がより好ましく、アラルキル基は、炭素数7~12が好ましい。
Zは酸素原子(O)又は硫黄原子(S)である。
In formula (1), R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 each independently represent an alkyl group, an aryl group or an aralkyl group, and even if they are the same group, they may be different groups. It may be. The alkyl group preferably has 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 4 carbon atoms. The aryl group preferably has 6 to 10 carbon atoms, more preferably the phenyl group, and the aralkyl group preferably has 7 to 12 carbon atoms.
Z is an oxygen atom (O) or a sulfur atom (S).
重合触媒(C)としては、例えば、トリブチル(メチル)ホスホニウム・ジメチルホスフェート、トリブチル(エチル)ホスホニウム・ジエチルホスフェート、メチルトリブチルホスホニウム・ジメチルホスフェート(例えば、ヒシコーリン PX-4MP(日本化学工業株式会社製)など)、メチルトリオクチルホスホニウム・ジメチルホスフェート、テトラブチルホスホニウム・o,o-ジエチルホスホロジチオエート(例えば、ヒシコーリン PX-4ET(日本化学工業株式会社製)など)などが挙げられる。これらのホスホニウム塩は、1種のみでも複数種を組み合わせて使用してもよい。 Examples of the polymerization catalyst (C) include tributyl(methyl)phosphonium dimethylphosphate, tributyl(ethyl)phosphonium diethylphosphate, methyltributylphosphonium dimethylphosphate (for example, Hishicolin PX-4MP (manufactured by Nihon Kagaku Kogyo Co., Ltd.)), etc. ), methyltrioctylphosphonium dimethylphosphate, tetrabutylphosphonium o,o-diethylphosphorodithioate (eg, Hishicorin PX-4ET (manufactured by Nihon Kagaku Kogyo Co., Ltd.)), and the like. These phosphonium salts may be used alone or in combination.
重合触媒(C)の配合量は、エポキシ化合物(A)100重量部に対して、0.5~10重量部であることが望ましい。本発明の重合触媒(C)の量を増加させても、可使時間を十分に確保でき、かつ現場重合に要する時間を大幅に短縮可能である。0.5重量部未満である場合は、現場重合において時間がかかってしまうために生産性が低下する恐れがあるほか、目標の分子量に到達するまでに何らかの理由で失活する恐れがある。一方、10重量部を超える場合は、重合反応が速やかに進行する一方で貯蔵安定性を損なってプロセス適合性に問題が発生する恐れがあり、反応に関与するが骨格には取り込まれない成分であるため、重合後の物性を損なう恐れがあるほか、単純に高価であるため、経済的にも不利益である。より好ましくは0.5~5.0重量部、更に好ましくは0.5~3.0重量部である。可使時間と重合時間とのバランス等を総合的に考慮して、適宜選択できる。 The blending amount of the polymerization catalyst (C) is preferably 0.5 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the epoxy compound (A). Even if the amount of the polymerization catalyst (C) of the present invention is increased, a sufficient pot life can be ensured, and the time required for on-site polymerization can be significantly shortened. If the amount is less than 0.5 part by weight, in-situ polymerization may take time, which may reduce productivity, and there may be a risk of deactivation for some reason before the target molecular weight is reached. On the other hand, if the amount exceeds 10 parts by weight, the polymerization reaction will proceed rapidly, but storage stability may be impaired, causing problems with process suitability, and components that participate in the reaction but are not incorporated into the skeleton. Because of this, there is a risk that the physical properties after polymerization may be impaired, and since it is simply expensive, it is also economically disadvantageous. More preferably 0.5 to 5.0 parts by weight, still more preferably 0.5 to 3.0 parts by weight. It can be selected as appropriate by comprehensively considering the balance between pot life and polymerization time.
エポキシ樹脂組成物(E)は、有機溶剤を含有しないことが望ましいが、必要に応じて、重合触媒(C)の溶媒として又は粘度調整のために、有機溶剤を含有してもよい。有機溶剤としては、エポキシ化合物(A)と化合物(B)との反応を阻害しないものであれば特に限定されるものではないが、入手のし易さから、炭化水素系、ケトン系、エーテル系が好ましい。具体的には、トルエン、キシレン、アセトン、メチルエチルケトン、イソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、ジエチレングリコールジメチルエーテルなどが挙げられる。ただし、反応中に有機溶剤が多量に存在すると重合反応を阻害し、重合物中に有機溶剤が残存すると機械物性や耐熱性を悪化させる。このため、有機溶剤を配合する場合、その割合は、エポキシ樹脂組成物中の10重量%以下であり、5重量%以下が好ましく、2重量%以下が特に望ましい。
エポキシ樹脂組成物は、強化繊維への含浸性を維持するためには低粘度であることが望ましい。85℃に加温した際の粘度が、好ましくは100Pa・s以下、より好ましくは50Pa・s以下、更に好ましくは10Pa・s以下である。また、初期に測定した粘度の2倍になるまでの時間(粘度倍加時間)が、好ましくは30分以上、より好ましくは60分以上である。
Although it is desirable that the epoxy resin composition (E) does not contain an organic solvent, it may contain an organic solvent as a solvent for the polymerization catalyst (C) or for viscosity adjustment, if necessary. The organic solvent is not particularly limited as long as it does not inhibit the reaction between the epoxy compound (A) and the compound (B), but hydrocarbon-based, ketone-based, and ether-based is preferred. Specific examples include toluene, xylene, acetone, methyl ethyl ketone, isobutyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, diethylene glycol dimethyl ether, and the like. However, if a large amount of organic solvent is present during the reaction, the polymerization reaction will be inhibited, and if the organic solvent remains in the polymer, the mechanical properties and heat resistance will deteriorate. Therefore, when an organic solvent is blended, its proportion in the epoxy resin composition is 10% by weight or less, preferably 5% by weight or less, and particularly preferably 2% by weight or less.
The epoxy resin composition desirably has a low viscosity in order to maintain its ability to impregnate reinforcing fibers. The viscosity when heated to 85° C. is preferably 100 Pa·s or less, more preferably 50 Pa·s or less, still more preferably 10 Pa·s or less. Further, the time required for the viscosity to double the initially measured viscosity (viscosity doubling time) is preferably 30 minutes or more, more preferably 60 minutes or more.
エポキシ樹脂組成物(E)の重合の進行状況は、重合物の重量平均分子量の推移で判断することがよい。重量平均分子量が増加傾向にある場合は、重合反応が完了していない可能性がある。エポキシ樹脂組成物から熱可塑性プラスチック重合物を得るための重合条件は、例えば、160℃で1時間以下の加熱条件であることが好ましく、より好ましくは30分以下の加熱が生産性に優れる為より好ましい。 The progress of polymerization of the epoxy resin composition (E) is preferably judged by the change in the weight average molecular weight of the polymer. If the weight average molecular weight tends to increase, there is a possibility that the polymerization reaction has not been completed. The polymerization conditions for obtaining a thermoplastic polymer from an epoxy resin composition are preferably, for example, heating conditions at 160°C for 1 hour or less, more preferably 30 minutes or less because it is superior in productivity. preferable.
強化繊維含有エポキシ樹脂組成物の重合の進行状況も、同様に重合物の重量平均分子量の推移で判断することができる。強化繊維含有エポキシ樹脂組成物から繊維強化熱可塑性プラスチック重合物を得るための重合条件は、例えば、160℃で4時間以下の加熱条件であることが好ましく、より好ましくは2時間以下の加熱が生産性に優れる為より好ましい。 The progress of polymerization of the reinforcing fiber-containing epoxy resin composition can also be determined by the change in the weight average molecular weight of the polymer. The polymerization conditions for obtaining a fiber-reinforced thermoplastic polymer from a reinforcing fiber-containing epoxy resin composition are, for example, preferably heating at 160°C for 4 hours or less, more preferably 2 hours or less. It is more preferable because it has excellent properties.
エポキシ樹脂組成物(E)を重合することで得られる重合物の重量平均分子量(Mw)は30000以上200000以下である。重合物の重量平均分子量が範囲下限未満の場合、十分に重合が進行していない化合物を多く含むこととなり、機械的強度が悪化する恐れがある。一方、重合物の重量平均分子量が範囲上限超の場合、架橋反応が進行しており、熱可塑性が損なわれている恐れがある。好ましくMwは、30,000以上150,000以下、より好ましくは50,000以上100,000以下である。重合物のエポキシ当量は10000g/eq.以上であることが望ましい。エポキシ当量が10,000g/eq.未満であると、十分に重合が進行していない恐れがある。エポキシ当量は好ましくは20,000g/eq.以上、より好ましくは25,000g/eq.以上である。重合物のガラス転移温度(Tg)は、好ましくは120℃以上、より好ましくは130℃以上、更に好ましくは140℃以上である。 The weight average molecular weight (Mw) of the polymer obtained by polymerizing the epoxy resin composition (E) is 30,000 or more and 200,000 or less. If the weight average molecular weight of the polymer is less than the lower limit of the range, it will contain a large amount of compounds whose polymerization has not progressed sufficiently, and there is a possibility that the mechanical strength will deteriorate. On the other hand, when the weight average molecular weight of the polymer exceeds the upper limit of the range, the crosslinking reaction is progressing, and thermoplasticity may be impaired. Preferably, Mw is 30,000 or more and 150,000 or less, more preferably 50,000 or more and 100,000 or less. The epoxy equivalent of the polymer is 10,000 g/eq. The above is desirable. Epoxy equivalent is 10,000g/eq. If it is less than that, polymerization may not proceed sufficiently. The epoxy equivalent is preferably 20,000 g/eq. Above, more preferably 25,000g/eq. That's all. The glass transition temperature (Tg) of the polymer is preferably 120°C or higher, more preferably 130°C or higher, even more preferably 140°C or higher.
エポキシ樹脂組成物(E)は添加剤を含むことができる。添加剤としては、例えば、ヒュームドシリカなどの充填剤、水酸化アルミニウムや赤燐などの難燃剤、コアシェルゴムなどの改質剤、キシレン樹脂などの粘度調整剤などが挙げられる。重合反応を安定させる観点から、添加剤は樹脂相とは異なるものが配合されることが望ましいが、反応に影響しない範囲において、可塑剤、相溶型の難燃剤が含まれていてもよい。 The epoxy resin composition (E) can contain additives. Examples of additives include fillers such as fumed silica, flame retardants such as aluminum hydroxide and red phosphorus, modifiers such as core shell rubber, and viscosity modifiers such as xylene resin. From the viewpoint of stabilizing the polymerization reaction, it is desirable that additives different from those in the resin phase be blended, but a plasticizer and a compatible flame retardant may be included as long as they do not affect the reaction.
エポキシ樹脂組成物(E)は、重合させることにより、熱可塑性プラスチックとなる。この熱可塑性エポキシ樹脂は繊維強化プラスチックの樹脂成分として優れる。
本発明の強化繊維含有エポキシ樹脂組成物は、上記エポキシ樹脂組成物と強化繊維を混合又は含侵することにより得られる。また、プリプレグは下記のようにして得ることができる。
The epoxy resin composition (E) becomes a thermoplastic plastic by polymerizing. This thermoplastic epoxy resin is excellent as a resin component for fiber-reinforced plastics.
The reinforcing fiber-containing epoxy resin composition of the present invention can be obtained by mixing or impregnating the above-mentioned epoxy resin composition with reinforcing fibers. Moreover, prepreg can be obtained as follows.
エポキシ樹脂組成物(E)を、離型処理された紙又はプラスチックフィルムに塗工し、必要に応じて、離型処理されたカバーフィルムを付与することで、エポキシ樹脂組成物フィルムを得ることができる。離型紙や離形プラスチックフィルム、カバーフィルムに関しては公知のものを用いることができ、特に限定されるものではない。エポキシ樹脂組成物フィルムの厚さはプリプレグの設計厚さと樹脂比率によって定められるが、通常の厚さは1μm以上300μm以下である。1μm未満の場合、強化繊維をきれいに解繊しなければ繊維の目開きが目立ってしまう問題があり、300μmを超える場合は強化繊維に均一に含浸しにくくなる。好ましくは5μm以上150μm以下であり、より好ましくは10μm以上100μm以下である。 An epoxy resin composition film can be obtained by coating the epoxy resin composition (E) on a paper or plastic film that has been subjected to a release treatment, and if necessary, applying a cover film that has been treated with a release treatment. can. As for the release paper, release plastic film, and cover film, known ones can be used and there are no particular limitations. The thickness of the epoxy resin composition film is determined by the design thickness of the prepreg and the resin ratio, but the usual thickness is 1 μm or more and 300 μm or less. If it is less than 1 μm, there is a problem that the opening of the fibers becomes noticeable unless the reinforcing fibers are defibrated properly, and if it exceeds 300 μm, it becomes difficult to uniformly impregnate the reinforcing fibers. Preferably it is 5 μm or more and 150 μm or less, more preferably 10 μm or more and 100 μm or less.
本発明で使用する強化繊維(F)は、炭素繊維、アラミド繊維、セルロース繊維などのプラスチックを強化するためのものであり、特に限定されるものではない。また、繊維の形態についても繊維を引きそろえたUDシート、織物、トウ、チョップドファイバー、不織布、抄紙などが挙げられ、特に限定されるものではない。ただし、含浸性の観点から、それぞれの繊維束の厚みは1mm以下、好ましくは0.5mm以下、より好ましくは0.2mm以下である。 The reinforcing fiber (F) used in the present invention is for reinforcing plastics such as carbon fiber, aramid fiber, and cellulose fiber, and is not particularly limited. Furthermore, the form of the fibers is not particularly limited, and examples include UD sheets with aligned fibers, woven fabrics, tows, chopped fibers, nonwoven fabrics, and papermaking. However, from the viewpoint of impregnation, the thickness of each fiber bundle is 1 mm or less, preferably 0.5 mm or less, and more preferably 0.2 mm or less.
本発明の強化繊維含有エポキシ樹脂組成物、又はプリプレグは、上記エポキシ樹脂組成物及び/又はエポキシ樹脂組成物フィルムと強化繊維から得られる。強化繊維とエポキシ樹脂組成物の比率は重量比で、好ましくは5:5~8:2である。樹脂含有率(Rc)でいえば、20~50重量%であり、強化繊維の割合を高めることが可能であり、必要であればRcを35重量%以下にすることもできる。強化繊維の比率が、強化繊維が少なすぎると繊維強化材料に求められる強度を十分に満足できない恐れがあり、強化繊維が多すぎるとボイドなどの欠陥が生じる恐れがある。 The reinforcing fiber-containing epoxy resin composition or prepreg of the present invention is obtained from the above-mentioned epoxy resin composition and/or epoxy resin composition film and reinforcing fibers. The weight ratio of the reinforcing fibers to the epoxy resin composition is preferably 5:5 to 8:2. In terms of resin content (Rc), it is 20 to 50% by weight, and it is possible to increase the proportion of reinforcing fibers, and if necessary, Rc can be reduced to 35% by weight or less. If the ratio of reinforcing fibers is too small, the strength required of the fiber-reinforced material may not be fully satisfied, and if the ratio of reinforcing fibers is too large, defects such as voids may occur.
以下、本発明を実施例に基づいてより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。特に断りがない限り「部」は重量部を表し、「%」は重量%を表す。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples, but the present invention is not limited to the following Examples. Unless otherwise specified, "parts" represent parts by weight, and "%" represent weight %.
実施例において用いた原料、重合触媒、溶媒、強化繊維は以下のとおりである。 The raw materials, polymerization catalysts, solvents, and reinforcing fibers used in the examples are as follows.
[エポキシ化合物]
A1:テトラメチルビフェノール型エポキシ樹脂(三菱ケミカル株式会社製、YX4000、エポキシ当量186g/eq.)
A2:ビスフェノールフルオレン型エポキシ樹脂(日鉄ケミカル&マテリアル株式会社製、ESF-300、エポキシ当量250g/eq.)
[Epoxy compound]
A1: Tetramethylbiphenol type epoxy resin (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, YX4000, epoxy equivalent: 186 g/eq.)
A2: Bisphenol fluorene type epoxy resin (Nippon Steel Chemical & Materials Co., Ltd., ESF-300, epoxy equivalent 250g/eq.)
[フェノール化合物、エステル系化合物]
B1:ビスフェノールA(日鉄ケミカル&マテリアル株式会社製、水酸基当量114g/eq.)
B2:4,4’-ビス(3,3,5-トリメチルシクロヘキシリデン)ビスフェノール(本州化学工業株式会社製、BisP-HTG、水酸基当量155g/eq.)
B1: Bisphenol A (manufactured by Nippon Steel Chemical & Materials Co., Ltd., hydroxyl equivalent: 114 g/eq.)
B2: 4,4'-bis(3,3,5-trimethylcyclohexylidene) bisphenol (manufactured by Honshu Chemical Industry Co., Ltd., BisP-HTG, hydroxyl equivalent weight 155 g/eq.)
[重合触媒]
C1:メチルトリブチルホスホニウム・ジメチルホスフェート(日本化学工業株式会社製、ヒシコーリン PX-4MP)
C1: Methyltributylphosphonium dimethylphosphate (Hishicorin PX-4MP, manufactured by Nihon Kagaku Kogyo Co., Ltd.)
[その他]
D:シクロヘキサノン(試薬一級、富士フィルム和光純薬株式会社製)
E:PAN系炭素繊維(東レ株式会社製、トレカ T700-12K-60E)
[others]
D: Cyclohexanone (first class reagent, manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
E: PAN-based carbon fiber (manufactured by Toray Industries, Inc., trading card T700-12K-60E)
実施例における評価方法は以下のとおりである。
(1)相溶性:
フェノール化合物がエポキシ化合物中に均一に溶融しているかどうかはヘイズ値により判断した。具体的には、エポキシ樹脂組成物を無色透明のガラス製シャーレに厚み2mmになるように入れ、村上色彩技術研究所製のヘイズ標準板を参考に、ヘイズ値を「5%未満(<5)」「5%以上10%未満(<10)」「10%以上20%未満(<20)」「20%以上30%未満(<30)」「30%以上(30<)」の5段階で評価した。ヘイズ値が30%未満であれば、フェノール化合物がエポキシ化合物中に均一に溶解していると判断できる。
The evaluation method in Examples is as follows.
(1) Compatibility:
Whether the phenol compound was uniformly melted in the epoxy compound was determined by the haze value. Specifically, the epoxy resin composition was placed in a colorless and transparent glass petri dish to a thickness of 2 mm, and the haze value was adjusted to "less than 5% (<5)" using a haze standard plate manufactured by Murakami Color Research Institute as a reference. ” “5% or more and less than 10% (<10)” “10% or more and less than 20% (<20)” “20% or more and less than 30% (<30)” “30% or more (30<)” evaluated. If the haze value is less than 30%, it can be determined that the phenol compound is uniformly dissolved in the epoxy compound.
(2)粘度及び粘度倍加時間:
JIS K6870規格及びJIS K5600-2-3規格に準拠して、85℃での粘度及び粘度倍加時間を測定した。具体的には、MCR 102(アントンパール社製)を用いて測定した。測定周波数3Hz、負荷歪1% 20mm直径の平プレート、プレート間ギャップは0.5mmの条件で、85℃に加温した際の粘度を測定した。また、85℃に保温した際、初期に測定した粘度の2倍になるまでの時間を計測し、粘度倍加時間とした。60分以上保温しても初期粘度の2倍未満である場合は、十分な潜在性があると判断できる為、測定時間は60分までとし、その場合は「60<」と表記した。
(2) Viscosity and viscosity doubling time:
The viscosity and viscosity doubling time at 85°C were measured in accordance with the JIS K6870 standard and the JIS K5600-2-3 standard. Specifically, it was measured using MCR 102 (manufactured by Anton Paar). The viscosity was measured when heated to 85° C. under the conditions of a measurement frequency of 3 Hz, a load strain of 1%, a 20 mm diameter flat plate, and a gap between the plates of 0.5 mm. Further, when the sample was kept at 85° C., the time required for the viscosity to double from the initially measured viscosity was measured, and this was defined as the viscosity doubling time. If the viscosity is less than twice the initial viscosity even after being kept warm for 60 minutes or more, it can be determined that there is sufficient potential, so the measurement time was limited to 60 minutes, and in that case, it was written as "60<".
(3)分子量:
重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)をGPC測定により求めた。具体的には、本体HLC8320GPC(東ソー株式会社製)にカラム(TSKgel SuperH-H、SuperH2000、SuperHM-H、SuperHM-H、以上東ソー株式会社製)を直列に備えたものを使用し、カラム温度は40℃にした。また、溶離液はテトラヒドロフラン(THF)を使用し、1.0mL/分の流速とし、検出器は示差屈折率検出器を使用した。測定試料は固形分で0.1gを10mLのTHFに溶解し、0.45μmのマイクロフィルターでろ過したものを使用し、注入量は50μLとした。標準ポリスチレン(東ソー株式会社製、PStQuick A、PStQuick B、PStQuick C)より求めた検量線より換算して、Mw、Mnを求めた。なお、データ処理は東ソー株式会社製GPC8020モデルIIバージョン6.00を使用した。
(3) Molecular weight:
The weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) were determined by GPC measurement. Specifically, we used a main body HLC8320GPC (manufactured by Tosoh Corporation) equipped with a column (TSKgel SuperH-H, SuperH2000, SuperHM-H, SuperHM-H, manufactured by Tosoh Corporation) in series, and the column temperature was The temperature was set to 40°C. In addition, tetrahydrofuran (THF) was used as the eluent at a flow rate of 1.0 mL/min, and a differential refractive index detector was used as the detector. The measurement sample used was one in which 0.1 g of solid content was dissolved in 10 mL of THF and filtered through a 0.45 μm microfilter, and the injection amount was 50 μL. Mw and Mn were calculated using a calibration curve obtained from standard polystyrene (manufactured by Tosoh Corporation, PStQuick A, PStQuick B, PStQuick C). Note that GPC8020 Model II version 6.00 manufactured by Tosoh Corporation was used for data processing.
(4)ガラス転移温度(Tg):
JIS K7121規格に準じて、示差走査熱量測定装置(株式会社日立ハイテクサイエンス製、EXSTAR6000 DSC6200)にて10℃/分の昇温条件で測定を行った時のDSC・Tmg(ガラス状態とゴム状態の接線に対して変異曲線の中間温度)の温度で表した。
(4) Glass transition temperature (Tg):
In accordance with the JIS K7121 standard, DSC Tmg (glass state and rubber state) was measured using a differential scanning calorimeter (EXSTAR6000 DSC6200, manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd.) at a temperature increase of 10°C/min. The temperature is expressed as the midpoint temperature of the mutation curve with respect to the tangent line.
(5)溶剤溶解性:
100mLのバイアル瓶に試料1gと、50mLのテトラヒドロフランを加え、室温で超音波拡散を1時間行った後、23時間以上室温で静置して溶解した。重合物が溶剤に溶解し、固形物が観察されない場合は溶剤溶解性を〇と評価した。一部溶け残りが生じ、ゲル状態として観察される場合は△とした。重合物が溶剤に溶解しない場合は×とした。
(5) Solvent solubility:
1 g of sample and 50 mL of tetrahydrofuran were added to a 100 mL vial, subjected to ultrasonic diffusion at room temperature for 1 hour, and then allowed to stand at room temperature for 23 hours or more to dissolve. When the polymer was dissolved in the solvent and no solid matter was observed, the solvent solubility was evaluated as ○. When a portion remained undissolved and was observed as a gel state, it was marked as △. When the polymer did not dissolve in the solvent, it was marked as ×.
(6)曲げ強度及び曲げ弾性率:
JIS K7074規格に従って3点曲げ試験(A法)にて、90度方向で測定した。試験機は(島津サイエンス製オートグラフAGS-X)を使用し、サンプルの寸法は厚さ2mm、長さ100mm、幅15mmとし、曲げスパンは70mmとし、試験速度1mm/minにて試験を実施した。
(6) Bending strength and bending modulus:
Measurement was performed in a 90 degree direction using a three-point bending test (method A) according to the JIS K7074 standard. A testing machine (Autograph AGS-X manufactured by Shimadzu Science) was used, the sample dimensions were 2 mm in thickness, 100 mm in length, and 15 mm in width, the bending span was 70 mm, and the test was conducted at a test speed of 1 mm/min. .
合成例1(エステル系化合物)
撹拌装置、温度計、窒素ガス導入装置、冷却管、及び滴下装置を備えたガラス製反応容器に、室温下で、2官能フェノール化合物B3を162部、無水酢酸を105部、ピリジンを79部仕込み、窒素ガスを流し撹拌しながら60℃まで昇温し、2時間反応を行った。その後、150℃、1.3kPa(10torr)の条件で2時間減圧乾燥を行い、上記式(4)で表されるリン含有化合物B4を203部得た。
Synthesis example 1 (ester compound)
162 parts of bifunctional phenol compound B3, 105 parts of acetic anhydride, and 79 parts of pyridine were charged at room temperature into a glass reaction vessel equipped with a stirring device, a thermometer, a nitrogen gas introduction device, a cooling tube, and a dropping device. The temperature was raised to 60° C. while stirring while flowing nitrogen gas, and the reaction was carried out for 2 hours. Thereafter, vacuum drying was performed for 2 hours at 150° C. and 1.3 kPa (10 torr) to obtain 203 parts of phosphorus-containing compound B4 represented by the above formula (4).
合成例2(前駆体混合物)
A1を722部、A2を971部、B1を500部、B2を500部、それぞれはかりとり、ヘンシェルミキサーを用いて粉砕混合した。続いてバレル温度を190℃に予熱したS1KRCニーダー(株式会社栗本鐵工所製)を用いて溶融混合を行い、金属缶に全量回収し、撹拌しながら85℃まで冷却して、エポキシ樹脂組成物の前駆体混合物(F1)を得た。
Synthesis example 2 (precursor mixture)
722 parts of A1, 971 parts of A2, 500 parts of B1, and 500 parts of B2 were each weighed and ground and mixed using a Henschel mixer. Subsequently, melt mixing was performed using an S1KRC kneader (manufactured by Kurimoto Iron Works Co., Ltd.) whose barrel temperature was preheated to 190°C, the entire amount was collected in a metal can, and cooled to 85°C while stirring to form an epoxy resin composition. A precursor mixture (F1) was obtained.
合成例3(前駆体混合物)
A1を1356部、A2を0部、B1を300部、B2を700部に変更した以外は、合成例2と同様の操作を行い、エポキシ樹脂組成物の前駆体混合物(F2)を得た。
Synthesis example 3 (precursor mixture)
A precursor mixture (F2) of an epoxy resin composition was obtained by carrying out the same operation as in Synthesis Example 2, except that A1 was changed to 1356 parts, A2 was changed to 0 parts, B1 was changed to 300 parts, and B2 was changed to 700 parts.
合成例4(前駆体混合物)
A1を1136部、A2を0部、B1を280部、B4を720部に変更した以外は、合成例2と同様の操作を行い、エポキシ樹脂組成物の前駆体混合物(F3)を得た。前駆体混合物(F3)のリン含有率は2.6%であった。
Synthesis example 4 (precursor mixture)
A precursor mixture (F3) of an epoxy resin composition was obtained by performing the same operation as in Synthesis Example 2, except that A1 was changed to 1136 parts, A2 was changed to 0 parts, B1 was changed to 280 parts, and B4 was changed to 720 parts. The phosphorus content of the precursor mixture (F3) was 2.6%.
合成例2~4の配合(重量部)を、表1にまとめて示す。
実施例1(エポキシ樹脂組成物)
予めC1(重合触媒)1部を50℃に加温して溶融状態にした。85℃に設定したプラネタリーミキサーに前駆体混合物(F1)を100部入れ、先の重合触媒を加えて混合した。混合後は速やかに抜き出して、直ちに40℃以下に冷却して、エポキシ樹脂組成物(G1)を得た。
Example 1 (epoxy resin composition)
One part of C1 (polymerization catalyst) was heated to 50° C. in advance to bring it into a molten state. 100 parts of the precursor mixture (F1) was placed in a planetary mixer set at 85°C, and the above polymerization catalyst was added and mixed. After mixing, the mixture was quickly taken out and immediately cooled to 40° C. or lower to obtain an epoxy resin composition (G1).
エポキシ樹脂組成物(G1)について、ヘイズ値(相溶性)を測定したところ、5%以上10%未満(<10)であり、均一に溶解していると判断した。85℃での粘度を測定したところ、5.5Pa・sであり、粘度倍加時間は60分以上であった。 When the haze value (compatibility) of the epoxy resin composition (G1) was measured, it was 5% or more and less than 10% (<10), and it was determined that it was uniformly dissolved. When the viscosity at 85° C. was measured, it was 5.5 Pa·s, and the viscosity doubling time was 60 minutes or more.
得られたエポキシ樹脂組成物(G1)を85℃に加温撹拌して、あらかじめクリアランスを4mmにセットした鉄製クロムメッキ金型容器に流し込み、熱風循環式オーブン内で160℃、60分間熱重合を行い、熱可塑性樹脂である重合物(H1)を得た。得られた重合物のMwは61,000であり、Mnは12,000であり、ガラス転移温度は148℃であり、溶剤溶解性は〇であった。 The obtained epoxy resin composition (G1) was heated and stirred at 85°C, poured into a steel chrome-plated mold container with a clearance of 4 mm, and thermally polymerized at 160°C for 60 minutes in a hot air circulation oven. A polymer (H1), which is a thermoplastic resin, was obtained. The obtained polymer had Mw of 61,000, Mn of 12,000, glass transition temperature of 148° C., and solvent solubility of 0.
実施例2~5、比較例1~3(エポキシ樹脂組成物)
表2の処方の配合量(部)で配合し、実施例1と同様の操作で、エポキシ樹脂組成物(G2~G8)及び重合物(H2~H8)を得た。実施例1と同様の測定を行い、その評価結果を表1に示した。なお、表中においてD(有機溶剤)に値があるものは、予め重合触媒を有機溶剤に溶解した状態で用いた。得られたエポキシ樹脂組成物及び重合物(G2~G8、H2~H8)について、実施例1と同様の測定を行い、その結果を表2に示した。
Examples 2 to 5, Comparative Examples 1 to 3 (epoxy resin composition)
Epoxy resin compositions (G2 to G8) and polymers (H2 to H8) were obtained by blending the formulations in the amounts (parts) shown in Table 2 and in the same manner as in Example 1. The same measurements as in Example 1 were performed, and the evaluation results are shown in Table 1. In addition, in the table, those having a value for D (organic solvent) were used in a state in which the polymerization catalyst was dissolved in the organic solvent in advance. The obtained epoxy resin compositions and polymers (G2 to G8, H2 to H8) were measured in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 2.
実施例6
85℃に予熱したホットプレートの上に離型処理された離型紙を、離型面が上になるように固定し、実施例1で得られたエポキシ樹脂組成物(G1)を離型紙上に乗せてから、85℃に予熱したバーコーターを用いて樹脂の面積重量が79g/m2になるように塗工した。塗工後直ちにホットプレート上から取り外し空冷して、エポキシ樹脂組成物シートを得た。
続いて、得られたエポキシ樹脂組成物シート上に、繊維の面積重量が153g/m2となるように炭素繊維(E)を貼り合わせ、90℃に予熱したホットプレスを用いて面圧が0.5MPaになるように圧力を加え、1分後に取り出して空冷して、Rc=34%のプリプレグ(I1)を得た。
Example 6
A release paper that had been subjected to release treatment was fixed on a hot plate preheated to 85°C with the release side facing upward, and the epoxy resin composition (G1) obtained in Example 1 was placed on the release paper. After mounting, coating was performed using a bar coater preheated to 85° C. so that the area weight of the resin was 79 g/m 2 . Immediately after coating, it was removed from the hot plate and cooled in the air to obtain an epoxy resin composition sheet.
Subsequently, carbon fibers (E) were bonded onto the obtained epoxy resin composition sheet so that the area weight of the fibers was 153 g/ m2 , and a surface pressure of 0 was applied using a hot press preheated to 90°C. A pressure of .5 MPa was applied, and after 1 minute, it was taken out and air-cooled to obtain a prepreg (I1) with Rc=34%.
プリプレグ(I1)を繊維の配向方向を同一にして13枚積層した後、離型フィルムを上下面に貼り付け、厚さ3mmのアルミ板で挟み込んだ。プリプレグを挟み込んだアルミ板とカプラーをバグフィルムで包み込んだのち、カプラーと真空ポンプを接続し、バグフィルム内の空気を脱気した。あらかじめ160℃に予熱している熱風循環式オーブンにバグを静置し、真空引きを維持したまま硬化を実施し、厚さ2mmの一方向繊維強化プラスチック(J1)を成型した。なお、硬化温度は160℃、硬化時間は120分とした。 After 13 sheets of prepreg (I1) were laminated with the fibers oriented in the same direction, release films were attached to the top and bottom surfaces and sandwiched between 3 mm thick aluminum plates. After wrapping the coupler and the aluminum plate sandwiching the prepreg in bag film, the coupler and vacuum pump were connected to evacuate the air inside the bag film. The bug was placed in a hot air circulation oven preheated to 160° C. and cured while maintaining vacuum to form a unidirectional fiber-reinforced plastic (J1) with a thickness of 2 mm. Note that the curing temperature was 160° C. and the curing time was 120 minutes.
得られた一方向強化繊維プラスチック(J1)の樹脂成分について分子量を測定した結果、Mwは67,000、Mnは10,000であった。一方向強化繊維プラスチックのガラス転移温度(Tg)を測定した結果、148℃であった。曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した結果、78MPa、7.2GPaであった。 As a result of measuring the molecular weight of the resin component of the obtained unidirectionally reinforced fiber plastic (J1), the Mw was 67,000 and the Mn was 10,000. The glass transition temperature (Tg) of the unidirectionally reinforced fiber plastic was measured to be 148°C. The bending strength and bending elastic modulus were measured and found to be 78 MPa and 7.2 GPa.
実施例7~12、比較例4~6
実施例6と同様の手順により、表3の条件で成型を行うことで、一方向繊維強化プラスチック(J2~J8)を得た。実施例6と同様の評価を行った。結果を表3に示す。
Examples 7 to 12, Comparative Examples 4 to 6
Unidirectional fiber-reinforced plastics (J2 to J8) were obtained by molding according to the same procedure as in Example 6 and under the conditions shown in Table 3. The same evaluation as in Example 6 was performed. The results are shown in Table 3.
本発明のエポキシ樹脂組成物を、繊維強化プラスチック(FRP)の母材樹脂として用いることで、耐熱性が高く、可使時間が十分に長く、重合性に優れる高機械物性の熱可塑性CFRPを得ることができる。 By using the epoxy resin composition of the present invention as a base material resin of fiber reinforced plastic (FRP), thermoplastic CFRP with high heat resistance, sufficiently long pot life, and excellent polymerizability can be obtained. be able to.
本発明のエポキシ樹脂組成物は、繊維強化プラスチック(FRP)の母材樹脂として有用であり、特に現場重合型熱可塑性エポキシ樹脂用途に好適である。
The epoxy resin composition of the present invention is useful as a base material resin for fiber-reinforced plastics (FRP), and is particularly suitable for in-situ polymerization type thermoplastic epoxy resin applications.
Claims (11)
A fiber reinforced plastic using the prepreg according to claim 9.
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