JP2024007372A - Polyurethane-modified epoxy resin, polyurethane-modified epoxy resin composition, and cured product using the composition, resin composition for fiber-reinforced composite material and fiber-reinforced composite material - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composition using a new polyurethane-modified epoxy resin which has a high glass transition temperature, has low viscosity and excellent fiber impregnation property, and has high attenuation property in itself, as an urethane-modified epoxy resin used in a casting material, a composite material and a structural adhesive, and a cured product of the same.
SOLUTION: There are provided a polyurethane-modified epoxy resin composition which contains a polyurethane-unmodified epoxy resin (A), a polyurethane-modified epoxy resin (B) having such a structure that a structure having a polyether polyol-derived structure and a polyisocyanate-derived structure and having an isocyanate group at a terminal of a molecular chain is reacted with a hydroxyl group of an epoxy resin having an average of two or more epoxy groups in the molecule, and a curing agent (C), as essential components, wherein 20-70 wt.% of the polyurethane-modified epoxy resin (B) is contained with respect to the total amount (solid content) of the epoxy resin composition, the component (A) and the component (B) are compatible with each other, as the cured product after curing reaction, the component (A) and the component (B) form a phase-separation structure, a loss coefficient (tanδ) measured using a dynamic viscoelasticity apparatus under the conditions of a frequency of 10 Hz and temperature rise speed of 2°C/min is 0.03 or more in a temperature range of -40°C to 40°C, and viscosity at 25°C measured by an E type viscometer is 50 Pa s or less; and a cured product using the same.
SELECTED DRAWING: None
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

本発明は、繊維基材への含浸性、耐熱性、および減衰性に優れた性能を有するエポキシ樹脂組成物、およびそれを用いた硬化物等に関する。 The present invention relates to an epoxy resin composition having excellent performance in impregnating fiber base materials, heat resistance, and attenuation, and a cured product using the same.

エポキシ樹脂は、加工性に優れかつ高耐熱性、高絶縁信頼性、高剛性、高接着性、高耐蝕性等の多様な硬化物特性が引き出させるので、電気絶縁材料(注型、含浸、積層板、封止材)、CFRPのような複合材料のマトリックスレジン、構造用接着剤、重防蝕塗料等各種の用途で多量に使用されている。 Epoxy resin has excellent processability and brings out various properties of the cured product such as high heat resistance, high insulation reliability, high rigidity, high adhesiveness, and high corrosion resistance. It is used in large quantities in a variety of applications, including plates, sealants), matrix resins for composite materials such as CFRP, structural adhesives, and heavy-duty anti-corrosion paints.

反面、エポキシ樹脂硬化物は、低破断伸度、低破壊靭性、低剥離強度であるため、これらの特性が要求される複合材料のマトリックスレジン用途や構造用接着剤用途では、ゴム変性、ポリウレタン変性などの各種変性によって上記特性の改良が行われてきた。 On the other hand, cured epoxy resins have low elongation at break, low fracture toughness, and low peel strength, so when used as matrix resins for composite materials or as structural adhesives, which require these properties, rubber-modified or polyurethane-modified products are used. The above characteristics have been improved through various modifications such as.

ポリウレタン変性に関して、例えば、特許文献1、2は、ビスフェノールA-アルキレンオキサイド付加物のジグリシジルエーテル(A)と、エポキシ樹脂とエポキシ樹脂中に分散しているポリウレタンとを含有し、ポリウレタンが、エポキシ樹脂中で、ポリイソシアネート化合物と、ポリイソシアネート化合物と反応しうる硬化剤とを反応させて得られたポリウレタンであるエポキシ樹脂/ポリウレタン混合物(B)を開示する。
特許文献3は、エポキシ基を有する化合物と、分子内に一般式(II)で表される構造単位を含むポリウレタンとを含有する樹脂組成物を開示する。
特許文献4は、ビスフェノール型エポキシ樹脂(a)を、中高分子量ポリオール化合物(b)、ポリイソシアネート化合物(c)および鎖長延長剤としての低分子量ポリオール化合物(d)によって変性してなり、エポキシ樹脂(a)を所定量使用し、かつ中高分子量ポリオール化合物(b)とポリイソシアネート化合物(c)を所定使用量にて反応させたのち、所定量の低分子量ポリオール化合物(d)を加えて得られるポリウレタン変性エポキシ樹脂を開示する。
特許文献5は、水酸基含有エポキシ樹脂(A)、ポリイソシアネート化合物(B)及びポリカーボネートポリオール(C)を必須の反応原料とし、ポリカーボネートポリオール(C)が所定量であるポリカーボネート変性エポキシ樹脂を開示する。
特許文献6は、エポキシ樹脂(A)と、ポリエーテルポリオール由来の構造を有し、且つ、分子鎖の両末端にイソシアネート基又は水酸基を有するウレタンプレポリマー(B)、及び硬化剤(C)を配合して得られるエポキシ樹脂組成物であって、硬化反応前は(A)と(B)が相溶しており、硬化反応後は(A)が海構造を形成し、且つ(B)が島構造を形成して、得られるエポキシ樹脂組成物の硬化物が海島相分離構造である繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物を開示する。
Regarding polyurethane modification, for example, Patent Documents 1 and 2 contain diglycidyl ether (A) of a bisphenol A-alkylene oxide adduct, an epoxy resin, and a polyurethane dispersed in the epoxy resin, and the polyurethane contains an epoxy resin. Disclosed is an epoxy resin/polyurethane mixture (B) which is a polyurethane obtained by reacting a polyisocyanate compound and a curing agent capable of reacting with the polyisocyanate compound in a resin.
Patent Document 3 discloses a resin composition containing a compound having an epoxy group and a polyurethane containing a structural unit represented by general formula (II) in the molecule.
Patent Document 4 discloses an epoxy resin obtained by modifying a bisphenol type epoxy resin (a) with a medium-high molecular weight polyol compound (b), a polyisocyanate compound (c), and a low molecular weight polyol compound (d) as a chain extender. Obtained by using a predetermined amount of (a) and reacting a medium-high molecular weight polyol compound (b) and a polyisocyanate compound (c) in a predetermined amount, and then adding a predetermined amount of a low molecular weight polyol compound (d). A polyurethane modified epoxy resin is disclosed.
Patent Document 5 discloses a polycarbonate-modified epoxy resin in which a hydroxyl group-containing epoxy resin (A), a polyisocyanate compound (B), and a polycarbonate polyol (C) are essential reaction raw materials, and the polycarbonate polyol (C) is in a predetermined amount.
Patent Document 6 discloses an epoxy resin (A), a urethane prepolymer (B) having a structure derived from a polyether polyol and having isocyanate groups or hydroxyl groups at both ends of the molecular chain, and a curing agent (C). An epoxy resin composition obtained by blending, in which (A) and (B) are compatible before the curing reaction, after the curing reaction, (A) forms a sea structure, and (B) Disclosed is an epoxy resin composition for fiber-reinforced composite materials in which an island structure is formed and the resulting cured product of the epoxy resin composition has a sea-island phase separation structure.

他の手法として、特許文献7~9は、エポキシ樹脂と、ポリエーテルスルホン樹脂などの熱可塑性樹脂と、硬化剤を含有するエポキシ樹脂組成物などを開示する。
特許文献10は、ポリアリールエーテル骨格を有する熱可塑性樹脂と熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂からなる粒子を含む樹脂層を形成して衝撃特性を改善することを開示する。
As other techniques, Patent Documents 7 to 9 disclose epoxy resin compositions containing an epoxy resin, a thermoplastic resin such as a polyethersulfone resin, and a curing agent.
Patent Document 10 discloses improving impact properties by forming a resin layer containing particles of a thermoplastic resin having a polyarylether skeleton, a thermoplastic resin, and a thermosetting resin.

しかしながら、これらの特許文献によっても、未だ要求特性を十分に満たさない場合がある。本発明は、各種用途における要求物性を満たし、減衰性に優れたポリウレタン変性エポキシ樹脂を提案するものである。樹脂自体が減衰性を有することにより、耐熱性や耐溶剤性に劣るエラストマーの添加による硬化物の機械特性や熱特性、耐薬品性などの低下が抑えられたり、応力緩和層(接着層)を形成させることも不要になることが期待される。 However, even with these patent documents, the required characteristics may still not be fully satisfied. The present invention proposes a polyurethane-modified epoxy resin that satisfies the physical properties required for various uses and has excellent damping properties. The resin itself has damping properties, which prevents deterioration of mechanical properties, thermal properties, and chemical resistance of the cured product due to the addition of elastomers with poor heat resistance and solvent resistance, and prevents stress relaxation layers (adhesive layers) from deteriorating. It is expected that the formation of such a material will also become unnecessary.

特開2007-284467号公報Japanese Patent Application Publication No. 2007-284467 特開2007-284474号公報Japanese Patent Application Publication No. 2007-284474 特開2007-224144号公報Japanese Patent Application Publication No. 2007-224144 特開2016-11409号公報Unexamined Japanese Patent Publication No. 2016-11409 特開2017-226717号公報JP2017-226717A 特開2017-82128号公報JP2017-82128A 特開2005-105151号公報Japanese Patent Application Publication No. 2005-105151 特開2007-284545号公報Japanese Patent Application Publication No. 2007-284545 特開2008-144110号公報Japanese Patent Application Publication No. 2008-144110 WO2019/098243WO2019/098243

本発明は、注型材、複合材、構造用接着剤等で使用されるウレタン変性エポキシ樹脂において、ガラス転移温度が高く、より低粘度で繊維含浸性に優れ、フィラメントワインディング(FW)成型や引抜き成型に適した樹脂自体が高い減衰性を有する新規なポリウレタン変性エポキシ樹脂組成物およびその硬化物を提供しようとするものである。 The present invention is a urethane-modified epoxy resin used in casting materials, composite materials, structural adhesives, etc., which has a high glass transition temperature, lower viscosity, and excellent fiber impregnation properties, and is suitable for filament winding (FW) molding and pultrusion molding. The object of the present invention is to provide a novel polyurethane-modified epoxy resin composition which has high damping properties and a cured product thereof.

本発明は、ポリウレタン未変性エポキシ樹脂(A)、ポリエーテルポリオール由来の構造とポリイソシアネート由来の構造とを有し、且つ、分子鎖の末端にイソシアネート基とを有する構造が、分子内に平均して2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂の水酸基と反応した構造を有するポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)、および硬化剤(C)を必須成分として含み、エポキシ樹脂組成物の合計量(固形分)に対して、ポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)を20~70重量%含有し、成分(A)と成分(B)が相溶しているポリウレタン変性エポキシ樹脂組成物であって、硬化反応後の硬化物としては、成分(A)と成分(B)が相分離構造を形成し、周波数10Hz、昇温速度2℃/minの条件下、動的粘弾性装置を用いて測定した損失係数(tanδ)が、-40℃~40℃の温度範囲において0.03以上であり、E型粘度計により測定した25℃での粘度が50Pa・s以下であることを特徴とするポリウレタン変性エポキシ樹脂組成物である。 The present invention provides a polyurethane unmodified epoxy resin (A) having a structure derived from a polyether polyol and a structure derived from a polyisocyanate, and in which the structure having an isocyanate group at the end of the molecular chain is averaged in the molecule. A polyurethane-modified epoxy resin (B) having a structure that has reacted with the hydroxyl group of an epoxy resin having two or more epoxy groups, and a curing agent (C) as essential components, and the total amount (solid content) of the epoxy resin composition. A polyurethane-modified epoxy resin composition containing 20 to 70% by weight of a polyurethane-modified epoxy resin (B) in which the component (A) and the component (B) are compatible with each other, and the curing after the curing reaction. As a material, component (A) and component (B) form a phase-separated structure, and the loss coefficient (tan δ) was measured using a dynamic viscoelasticity device under the conditions of a frequency of 10 Hz and a temperature increase rate of 2°C/min. is 0.03 or more in the temperature range of -40°C to 40°C, and the viscosity at 25°C measured with an E-type viscometer is 50 Pa s or less. be.

本発明のポリウレタン変性エポキシ樹脂組成物は、ポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)において、前記ポリエーテルポリオールに由来する構造の30モル%以上が、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMG)に由来することが望ましい。
また、前記の分子内に平均して2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂において、反応する当該エポキシ樹脂のモル数の1/3以上が脂肪族型エポキシ樹脂であることが望ましい。
また、ポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)は、重量平均分子量が8000以上であり、成分(B)のなかの後述のウレタン成分量、すなわち、ポリオール化合物とイソシアネート化合物の配合量が、成分(A)と成分(B)の合計量に対して、13.5重量%以上であることが好ましい。
また、ポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)において、前記脂肪族エポキシ樹脂が、トリメチロールプロパンのポリグリシジルエーテルであることが好ましい。
In the polyurethane-modified epoxy resin composition of the present invention, it is desirable that in the polyurethane-modified epoxy resin (B), 30 mol% or more of the structure derived from the polyether polyol is derived from polytetramethylene ether glycol (PTMG).
Further, in the epoxy resin having an average of two or more epoxy groups in the molecule, it is desirable that 1/3 or more of the number of moles of the epoxy resin to be reacted is an aliphatic epoxy resin.
Furthermore, the polyurethane-modified epoxy resin (B) has a weight average molecular weight of 8,000 or more, and the amount of the urethane component (described later) in component (B), that is, the blended amount of the polyol compound and the isocyanate compound, is the same as that of component (A). It is preferably 13.5% by weight or more based on the total amount of component (B).
Moreover, in the polyurethane-modified epoxy resin (B), it is preferable that the aliphatic epoxy resin is polyglycidyl ether of trimethylolpropane.

また、本発明は、前記のポリウレタン変性エポキシ樹脂組成物を硬化させて得られる硬化物であり、当該組成物を強化繊維に含浸してなる繊維強化複合材料用樹脂組成物、及びこれから得られる繊維強化複合材料である。
さらに、本発明は、ポリエーテルポリオール由来の構造とポリイソシアネート由来の構造とを有し、且つ、分子鎖の末端にイソシアネート基とを有する構造が、分子内に平均して2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂の水酸基と反応した構造を有するポリウレタン変性エポキシ樹脂であって、前記ポリエーテルポリオールに由来する構造の30モル%以上が、ポリテトラメチレンエーテルグリコールに由来しており、前記分子内に平均して2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂のモル数の1/3以上が、脂肪族型エポキシ樹脂であることを特徴とするポリウレタン変性エポキシ樹脂である。
The present invention also relates to a cured product obtained by curing the polyurethane-modified epoxy resin composition, a resin composition for fiber-reinforced composite materials obtained by impregnating reinforcing fibers with the composition, and fibers obtained from the resin composition. It is a reinforced composite material.
Furthermore, the present invention provides that the structure having a structure derived from a polyether polyol and a structure derived from a polyisocyanate, and having an isocyanate group at the end of the molecular chain has an average of two or more epoxy groups within the molecule. A polyurethane-modified epoxy resin having a structure that has reacted with the hydroxyl group of an epoxy resin having a structure, in which 30 mol% or more of the structure derived from the polyether polyol is derived from polytetramethylene ether glycol, and within the molecule The present invention is a polyurethane-modified epoxy resin characterized in that ⅓ or more of the moles of the epoxy resin having two or more epoxy groups on average are aliphatic epoxy resins.

本発明のポリウレタン変性エポキシ樹脂組成物は、25℃での粘度が50Pa・s以下と低粘度であり繊維含浸性に優れ、ガラス転移温度の低下を抑制しつつ、かつ硬化物が最適に相分離した状態を形成しており、高い損失係数(tanδ)を有するため、減衰性を必要とする産業用、スポーツレジャー用、土木建築用などの複合材料用のマトリックス樹脂や接着剤の配合樹脂などに適するものとなる。 The polyurethane-modified epoxy resin composition of the present invention has a low viscosity of 50 Pa·s or less at 25°C, has excellent fiber impregnating properties, suppresses a decrease in glass transition temperature, and allows optimal phase separation of the cured product. Because it has a high loss coefficient (tan δ), it is used as a matrix resin for composite materials for industrial, sports and leisure, civil engineering and construction applications that require damping properties, and resins used in adhesives. be suitable.

硬化物の相構造を示す実体顕微鏡画像である(実施例10)。This is a stereoscopic microscope image showing the phase structure of the cured product (Example 10). 硬化物の相構造を示す実体顕微鏡画像である(比較例3)。This is a stereoscopic microscope image showing the phase structure of the cured product (Comparative Example 3).

本発明のポリウレタン変性エポキシ樹脂組成物は、ポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)に、ポリウレタン濃度の調整剤としてのポリウレタン未変性のエポキシ樹脂(A)、及び硬化剤(C)を必須成分として含み、エポキシ樹脂組成物の合計量(固形分)に対して、ポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)を20~70重量%含有することを特徴とする。
本発明の樹脂組成物は、必要に応じて、硬化促進剤(D)、さらには炭酸カルシウム、タルク、二酸化チタン等の無機フィラーを増量材、補強材として配合できる。
The polyurethane-modified epoxy resin composition of the present invention contains a polyurethane-modified epoxy resin (B), a polyurethane-unmodified epoxy resin (A) as a polyurethane concentration adjuster, and a curing agent (C) as essential components; It is characterized by containing 20 to 70% by weight of the polyurethane-modified epoxy resin (B) based on the total amount (solid content) of the resin composition.
The resin composition of the present invention may contain a curing accelerator (D) and further inorganic fillers such as calcium carbonate, talc, and titanium dioxide as extenders and reinforcing materials, if necessary.

本発明に使用するポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)は、液状ビスフェノール型エポキシ樹脂(a-1)や脂肪族型エポキシ樹脂(a-2)等の分子内に平均して2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂〔以下、これらをまとめてエポキシ樹脂(a)と表記することがある。〕、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMG)(b-1)等のポリエーテルポリオール化合物、およびポリイソシアネート化合物(c)を必須成分として使用する。物性や粘度の最適化、相溶性の微調整、分子量制御などの観点からPTMG以外からなる数平均分子量500以上のポリオール化合物(b-2)、鎖長延長剤としての数平均分子量500未満の低分子量ポリオール化合物(d)を適宜使用してもよい。ここで記載している数平均分子量は、水酸基価(ヒドロキシル価)から換算される値であり、水酸基価はJISK1557に準じた測定方法で測定した値が通常用いられる。以下、同様である。
以下、ポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)の各成分について説明する。
The polyurethane-modified epoxy resin (B) used in the present invention has two or more epoxy groups on average in the molecule, such as liquid bisphenol type epoxy resin (a-1) or aliphatic type epoxy resin (a-2). [Hereinafter, these may be collectively referred to as epoxy resin (a). ], a polyether polyol compound such as polytetramethylene ether glycol (PTMG) (b-1), and a polyisocyanate compound (c) are used as essential components. From the viewpoint of optimizing physical properties and viscosity, fine-tuning compatibility, and controlling molecular weight, polyol compounds (b-2) with a number average molecular weight of 500 or more made of materials other than PTMG, and low polyol compounds with a number average molecular weight of less than 500 as chain extenders are used. A molecular weight polyol compound (d) may be used as appropriate. The number average molecular weight described here is a value converted from a hydroxyl value (hydroxyl value), and a value measured by a measuring method according to JIS K1557 is usually used as the hydroxyl value. The same applies hereafter.
Each component of the polyurethane-modified epoxy resin (B) will be explained below.

分子内に平均して2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂(a)としては、前記した(a―1)や(a-2)を用いることが好ましい。分子内に平均して2つ以上のエポキシ基を有することにより、その後の硬化剤との反応で各種物性を発現させるという点等で好適である。
ここで、前記エポキシ樹脂(a-1)は、耐熱性や機械特性発現のために好適な成分であり、常温で液状であり、かかる観点からエポキシ当量が300g/eq以下であることが好ましい。さらに好ましくは、エポキシ当量が150~300g/eqで、水酸基当量800~3600g/eqのエポキシ樹脂である。具体的には、下記一般式(1)で示され、エポキシ当量150~200g/eq、かつ水酸基当量2000~3000g/eqの2級水酸基含有ビスフェノール型エポキシ樹脂が好適である。

Figure 2024007372000001
式中、Rはそれぞれ独立に、H又はアルキル基であり、aは0~10の数である。Rがアルキル基である場合、好ましくは炭素数1~3の範囲であり、より好ましくは炭素数1である。 As the epoxy resin (a) having an average of two or more epoxy groups in the molecule, it is preferable to use the above-mentioned (a-1) and (a-2). Having an average of two or more epoxy groups in the molecule is advantageous in that various physical properties can be developed through subsequent reaction with a curing agent.
Here, the epoxy resin (a-1) is a component suitable for exhibiting heat resistance and mechanical properties, and is liquid at room temperature, and from this viewpoint, it is preferable that the epoxy equivalent is 300 g/eq or less. More preferably, the epoxy resin has an epoxy equivalent of 150 to 300 g/eq and a hydroxyl equivalent of 800 to 3,600 g/eq. Specifically, a secondary hydroxyl group-containing bisphenol-type epoxy resin represented by the following general formula (1) and having an epoxy equivalent of 150 to 200 g/eq and a hydroxyl group equivalent of 2000 to 3000 g/eq is suitable.
Figure 2024007372000001
In the formula, R 1 is each independently H or an alkyl group, and a is a number from 0 to 10. When R 1 is an alkyl group, it preferably has 1 to 3 carbon atoms, more preferably 1 carbon number.

特に好ましいエポキシ樹脂(a-1)は、式(1a)で示されるビスフェノールA型エポキシ樹脂及び/または式(1b)で示されるビスフェノールF型エポキシ樹脂である。

Figure 2024007372000002
式中、a1、a2は0~10の数である。
式(1)、式(1a)、式(1b)において、繰り返し数a、a1又はa2の平均値(数平均)は1~5の範囲であり、好ましくは1~3の範囲である。 Particularly preferred epoxy resins (a-1) are bisphenol A epoxy resins represented by formula (1a) and/or bisphenol F epoxy resins represented by formula (1b).
Figure 2024007372000002
In the formula, a1 and a2 are numbers from 0 to 10.
In formula (1), formula (1a), and formula (1b), the average value (number average) of the number of repetitions a, a1, or a2 is in the range of 1 to 5, preferably in the range of 1 to 3.

また、エポキシ樹脂(a-2)はポリウレタン変性エポキシ樹脂およびそれを用いた組成物の低粘度化のために好適な成分であり、25℃における粘度が100mPa・s以上5000mPa・s以下であることが好ましい。また構造中に水酸基を含有するエポキシ樹脂であればよく、1級水酸基、2級水酸基のどちらを有してもよく、また、これらのどちらを反応に用いてもよく、末端のグリシジル化がすべて完結していないエポキシ樹脂の水酸基を用いてもよい。ポリウレタン変性エポキシ樹脂およびそれを用いた組成物の低粘度化の観点から、脂肪族型エポキシ樹脂(a-2)は、前述のエポキシ樹脂(a)に対して、反応するエポキシ樹脂(a)の合計のモル数の1/3以上を用いることが好適である。より好ましくは当該モル数の1/2以上であり、さらに好ましくは当該モル数の2/3以上である。なお、ここでいう「モル数」については、各エポキシ樹脂の使用量(質量)を水酸基当量で除して単位官能基あたりに換算した値が採用されることが好ましい。本発明では、エポキシ樹脂(a-1)および(a-2)の多量体(例えば、上記式(1)のa=1以上の場合)の2級水酸基の1つがイソシアネート基と反応することでウレタン構造の末端をキャップするような形でウレタンプレポリマーを形成することを想定しているが、a=2以上ではウレタン構造の末端をキャップせずに分子鎖の延長に寄与する傾向になることや分子量の増大からゲル化の傾向も想定される。それゆえ、a=0体以外はa=1体がほとんどを占めることから、水酸基当量で除した値がほぼn1体の数を示していると想定している。そのためこの数をモル数とし、数の比をモル比として表している。 In addition, the epoxy resin (a-2) is a suitable component for lowering the viscosity of polyurethane-modified epoxy resins and compositions using the same, and has a viscosity of 100 mPa·s or more and 5000 mPa·s or less at 25°C. is preferred. In addition, any epoxy resin containing a hydroxyl group in its structure may be used, and it may have either a primary hydroxyl group or a secondary hydroxyl group, and either of these may be used in the reaction. Hydroxyl groups of incomplete epoxy resins may also be used. From the viewpoint of lowering the viscosity of a polyurethane-modified epoxy resin and a composition using the same, the aliphatic epoxy resin (a-2) has a higher content of the reacting epoxy resin (a) than the above-mentioned epoxy resin (a). It is preferable to use ⅓ or more of the total number of moles. More preferably, it is 1/2 or more of the number of moles, and still more preferably 2/3 or more of the number of moles. In addition, regarding the "number of moles" here, it is preferable to adopt a value obtained by dividing the usage amount (mass) of each epoxy resin by the hydroxyl group equivalent and converting it per unit functional group. In the present invention, one of the secondary hydroxyl groups of the multimer of epoxy resins (a-1) and (a-2) (for example, when a=1 or more in the above formula (1)) reacts with an isocyanate group. It is assumed that the urethane prepolymer is formed in a manner that caps the ends of the urethane structure, but when a = 2 or more, it tends to contribute to the extension of the molecular chain without capping the ends of the urethane structure. A tendency toward gelation is also assumed due to the increase in molecular weight. Therefore, since the a=1 form accounts for most of the forms other than the a=0 form, it is assumed that the value divided by the hydroxyl group equivalent approximately indicates the number of the n1 form. Therefore, this number is expressed as the number of moles, and the ratio of the numbers is expressed as the molar ratio.

脂肪族型エポキシ樹脂(a-2)としては、2価以上の脂肪族アルコールのポリグリシジルエーテルが好ましく、脂環式骨格を有していてもよい。2価の脂肪族アルコールとしては、1,4-ブタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,6-ヘキサンジオール、1,9-ノナンジオール、シクロヘキサンジメタノール、プロピレングリコールなどが挙げられる。また、3価以上の脂肪族アルコールとしては、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、テトラメチロールプロパン、ソルビトール、ペンタエリスリトール等が挙げられる。なかでもトリメチロールプロパンのポリグリシジルエーテルが、粘度や相溶性、機械物性などの観点から好適である。 The aliphatic epoxy resin (a-2) is preferably a polyglycidyl ether of a dihydric or higher aliphatic alcohol, and may have an alicyclic skeleton. Examples of divalent aliphatic alcohols include 1,4-butanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, diethylene glycol, neopentyl glycol, 1,6-hexanediol, 1,9-nonanediol, and cyclohexanedimethanol. , propylene glycol, etc. Further, examples of trivalent or higher aliphatic alcohols include glycerin, trimethylolpropane, trimethylolethane, tetramethylolpropane, sorbitol, pentaerythritol, and the like. Among them, polyglycidyl ether of trimethylolpropane is preferred from the viewpoint of viscosity, compatibility, mechanical properties, and the like.

ポリエーテルポリオール化合物(後述のポリオール化合物に包含される)としては、次の(b-1)及び(b-2)などのような、末端に1級ヒドロキシ基を有する化合物を好適に用いることができる。例えば、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMG)(b-1)は、下記式(2a)で表される1級ヒドロキシ基を両末端にもった線状のポリエーテルグリコールであり、数平均分子量が200くらいから4000を超えるようなものまである。なお、当該ポリエーテルポリオール化合物は、ポリオール化合物に包含される。

Figure 2024007372000003
As the polyether polyol compound (included in the polyol compounds described below), compounds having a primary hydroxyl group at the terminal, such as the following (b-1) and (b-2), can be suitably used. can. For example, polytetramethylene ether glycol (PTMG) (b-1) is a linear polyether glycol having primary hydroxy groups at both ends represented by the following formula (2a), and has a number average molecular weight of 200. There are some that range from around 4,000 to over 4,000. Note that the polyether polyol compound is included in the polyol compound.
Figure 2024007372000003

本発明においては、数平均分子量は500から4000くらいが望ましく、樹脂との相溶性や減衰性発現などを踏まえると、2000~4000が好ましい。 In the present invention, the number average molecular weight is preferably about 500 to 4,000, and from 2,000 to 4,000 in consideration of compatibility with the resin and development of attenuation properties.

PTMG以外のポリエーテルポリオール化合物(b-2)としては、下記式(2b)~(2d)で示される化合物等であり、例えばポリエチレングリコール(PEG)、ポリプロピレングリコール(PPG)、ポリエチレンプロピレングリコール(PEPG)、2種以上のアルキレンオキサイド共重合体(例えば、エチレンオキサイド・プロピレンオキサイド共重合体)等が挙げられる。また、(b-2)として、本発明の目的を阻害しない範囲で、ラクトン変性ポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオールなどのポリオール化合物を用いることができ、これらは1種又は2種以上を混合して用いることができる。これら(b-2)成分についても、(b-1)と同様の数平均分子量を有することが好ましい。

Figure 2024007372000004
ここで、RはH又はメチル基であり、b1、b2、b3は独立に1~50の数で、cは0又は1の数である。 Examples of the polyether polyol compound (b-2) other than PTMG include compounds represented by the following formulas (2b) to (2d), such as polyethylene glycol (PEG), polypropylene glycol (PPG), polyethylene propylene glycol (PEPG), etc. ), two or more types of alkylene oxide copolymers (for example, ethylene oxide/propylene oxide copolymers), and the like. In addition, as (b-2), polyol compounds such as lactone-modified polyols, polyester polyols, and polycarbonate polyols can be used as long as they do not impede the purpose of the present invention, and these can be used singly or in combination of two or more. Can be used. These (b-2) components also preferably have the same number average molecular weight as (b-1).
Figure 2024007372000004
Here, R 2 is H or a methyl group, b1, b2, and b3 are independently a number of 1 to 50, and c is a number of 0 or 1.

Figure 2024007372000005
ここで、q1、q2、q3、q4は独立に1~20の数である。
Figure 2024007372000005
Here, q1, q2, q3, and q4 are independently numbers from 1 to 20.

Figure 2024007372000006
ここで、r,s,tは独立に1~20の数であり、nは1~50の数である。
Figure 2024007372000006
Here, r, s, and t are independently numbers from 1 to 20, and n is a number from 1 to 50.

ポリイソシアネート化合物(c)は、NCO基の数は2以上であればよいが、2であることが好ましい。一般式(3)で示され、Rは式(i)~(vi)から選ばれる2価の基であるものが好ましい。これらの中でエポキシ樹脂(a)との相溶性に優れるものが好適に選択される。 The polyisocyanate compound (c) may have two or more NCO groups, but preferably two. It is preferably represented by the general formula (3), in which R 4 is a divalent group selected from formulas (i) to (vi). Among these, those having excellent compatibility with the epoxy resin (a) are preferably selected.

具体的には、トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、水素化キシリレンジイソシアネート(HXDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ナフタレンジイソシアネート等を挙げることができる。それぞれ、異性体のうちのいずれか又は異性体の混合物であってもよい。

Figure 2024007372000007
Specific examples include tolylene diisocyanate (TDI), diphenylmethane diisocyanate (MDI), xylylene diisocyanate (XDI), hydrogenated xylylene diisocyanate (HXDI), isophorone diisocyanate (IPDI), naphthalene diisocyanate, and the like. Each may be any one of the isomers or a mixture of isomers.
Figure 2024007372000007

ここで、Rは式i~viから選ばれる2価の基であることが好ましい。なお、式ii及びvではメチル基を省略して記載している。

Figure 2024007372000008
Here, R 4 is preferably a divalent group selected from formulas i to vi. Note that in formulas ii and v, the methyl group is omitted.
Figure 2024007372000008

特に、低分子量で増粘性がなく低価格、安全性などの観点から、式(3a)で示される4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)がより好ましい。また、後述の実施例にて例示したようなトリレンジイソシアネート(TDI)(2,4-TDI及び/又は2,6-TDI)、m-キシリレンジイソシアネート(XDI)もより好ましく用いることができる。

Figure 2024007372000009
In particular, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI) represented by formula (3a) is more preferable from the viewpoints of low molecular weight, no thickening property, low cost, and safety. Further, tolylene diisocyanate (TDI) (2,4-TDI and/or 2,6-TDI) and m-xylylene diisocyanate (XDI) as exemplified in Examples below can also be used more preferably.
Figure 2024007372000009

低分子量ポリオール化合物(d)は、数平均分子量が500未満のポリオール化合物である。好ましくは200未満である。鎖長延長剤として使用される。好ましくは、式(4)で示され、1級水酸基を2個有するジオール化合物である。

Figure 2024007372000010
ここで、Rは式viiで表されるアルキレン基であり、gは1~10の数である。 The low molecular weight polyol compound (d) is a polyol compound having a number average molecular weight of less than 500. Preferably it is less than 200. Used as a chain extender. Preferably, it is a diol compound represented by formula (4) and having two primary hydroxyl groups.
Figure 2024007372000010
Here, R 5 is an alkylene group represented by formula vii, and g is a number from 1 to 10.

低分子量ポリオール化合物(d)は、具体的には1,4-ブタンジオール、1,6-ペンタンジオール等の多価アルコールなどが挙げられる。特に、1,4-ブタンジオールが入手の容易さ、価格と特性のバランスの良さの点からより好ましい。 Specific examples of the low molecular weight polyol compound (d) include polyhydric alcohols such as 1,4-butanediol and 1,6-pentanediol. In particular, 1,4-butanediol is more preferred in terms of easy availability and good balance between price and properties.

次に、上記で例示した各成分(a―1)、(a-2)、(b-1)、(b-2)、(c)及び(d)のうちのいずれか又は全部を用いたポリウレタン変性エポキシ樹脂について、反応機構を交えながら説明する。各成分はそれぞれ、1種又は2種以上を混合して用いることができる。 Next, any or all of the components (a-1), (a-2), (b-1), (b-2), (c) and (d) exemplified above were used. Polyurethane-modified epoxy resin will be explained, including the reaction mechanism. Each component can be used alone or in combination of two or more.

エポキシ樹脂(a)(例えば、(a―1)、(a-2))中のOH基は、主に2級OH基である。一方、ポリテトラメチレングリコール(PTMG)(b-1)及びPTMG以外ポリエーテルポリオール化合物(b-2)のOH基は、主に1級OH基である。そのため、エポキシ樹脂(a)、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMG)(b-1)及び/又はPTMG以外のポリエーテルポリオール化合物(b-2)並びにポリイソシアネート化合物(c)等を仕込んで反応させたとき、前記(b-1)や(b-2)の1級OH基とポリイソシアネート化合物(c)のNCO基が優先的に反応する。 The OH groups in the epoxy resin (a) (eg, (a-1), (a-2)) are mainly secondary OH groups. On the other hand, the OH groups of polytetramethylene glycol (PTMG) (b-1) and the polyether polyol compound other than PTMG (b-2) are mainly primary OH groups. Therefore, epoxy resin (a), polytetramethylene ether glycol (PTMG) (b-1) and/or polyether polyol compound other than PTMG (b-2), polyisocyanate compound (c), etc. were charged and reacted. At this time, the primary OH groups of (b-1) and (b-2) and the NCO group of the polyisocyanate compound (c) react preferentially.

代表的には、前記(b-1)、(b-2)中の1級OH基と前記(c)中のNCO基とが先に反応して、これらが結合されたNCO基末端のウレタンプレポリマー(P1)が生成する。すなわち、ウレタンプレポリマー(P1)は、(b-1)、(b-2)に由来するポリエーテルポリオール由来の構造と、ポリイソシアネート化合物由来の構造とを有する構造が結合されてなる。ここで、ポリエーテルポリオール由来の構造とは、ポリエーテルポリオール化合物のうち分子末端の少なくとも1つの水酸基(一部を含んでもよい)を除いた残構造を指す。また、ポリイソシアネート化合物由来の構造とは、ポリイソシアネート化合物のうち分子末端の少なくとも1つのイソシアネート基(一部を含んでもよい)を除いた残構造を指す。好ましくは、反応後の両末端にNCO基を有するウレタンプレポリマー(P1)として生成されることがよい。その後、エポキシ樹脂(a)の中のOH基(好適には、2級OH基)が、ウレタンプレポリマー(P1)の末端NCO基と反応してウレタン結合を形成し、ウレタンプレポリマー(P1)の両末端もしくは片末端にエポキシ樹脂(a)が付加したウレタンプレポリマー(P2)となると考えられる。 Typically, the primary OH groups in (b-1) and (b-2) and the NCO group in (c) react first, and the urethane group at the end of the NCO group to which they are bonded is formed. A prepolymer (P1) is produced. That is, the urethane prepolymer (P1) is formed by combining a structure having a structure derived from a polyether polyol derived from (b-1) and (b-2) and a structure derived from a polyisocyanate compound. Here, the structure derived from polyether polyol refers to the structure remaining after removing at least one hydroxyl group (which may partially contain) at the molecular end of the polyether polyol compound. Moreover, the structure derived from a polyisocyanate compound refers to the structure remaining after removing at least one isocyanate group (which may partially contain) at the molecular end of the polyisocyanate compound. Preferably, it is produced as a urethane prepolymer (P1) having NCO groups at both ends after the reaction. Then, the OH groups (preferably secondary OH groups) in the epoxy resin (a) react with the terminal NCO groups of the urethane prepolymer (P1) to form urethane bonds, and the urethane prepolymer (P1) It is considered that the urethane prepolymer (P2) has the epoxy resin (a) added to both ends or one end of the urethane prepolymer (P2).

すなわち、ウレタンプレポリマー(P)は、NCO基末端のウレタンプレポリマー(P1)と、P1の両末端もしくは片末端にエポキシ樹脂(a)〔エポキシ樹脂(a)由来の構造〕が付加したウレタンプレポリマー(P2)の混合物と考えられるが、NCO基のモル比が大きく、またエポキシ樹脂も大過剰に使用するため、主にP1の両末端にエポキシ樹脂が付加したウレタンプレポリマー(P2)が生成していると考えられる。ここで、エポキシ樹脂由来の構造とは、エポキシ樹脂のうちの少なくとも1つの水酸基(一部を含んでもよい)を除いた残構造を指す。 That is, the urethane prepolymer (P) is a urethane prepolymer (P1) with an NCO group terminal and an epoxy resin (a) [a structure derived from epoxy resin (a)] added to both ends or one end of P1. It is thought to be a mixture of polymer (P2), but since the molar ratio of NCO groups is large and epoxy resin is used in large excess, urethane prepolymer (P2) is mainly produced with epoxy resin added to both ends of P1. it seems to do. Here, the epoxy resin-derived structure refers to the structure remaining after removing at least one hydroxyl group (which may partially contain) from the epoxy resin.

エポキシ樹脂(a)の仕込み割合としては、成分(a)、(b-1)、(b-2)、(c)、(d)の合計量に対して50~85重量%使用することが好ましい。エポキシ樹脂(a)の仕込み割合を増加させるにつれ、ウレタンプレポリマー(P1)の両末端もしくは片末端がエポキシ樹脂(a)で封止され、末端NCO基が消費され、鎖長延長剤である低分子量ポリオール化合物(d)とも反応しないウレタンプレポリマー(P2)量が増加し、末端がNCO基である当初のウレタンプレポリマー(P1)の割合が減少し、P1の末端NCO基と鎖延長剤である低分子量ポリオール化合物(d)のOH基との反応で生成するポリウレタンの生成量が減少するため、ポリウレタン変性エポキシ樹脂の分子量分布も低分子量側にシフトする。 The charging ratio of epoxy resin (a) is 50 to 85% by weight based on the total amount of components (a), (b-1), (b-2), (c), and (d). preferable. As the charging ratio of the epoxy resin (a) increases, both ends or one end of the urethane prepolymer (P1) are sealed with the epoxy resin (a), the terminal NCO group is consumed, and the The amount of urethane prepolymer (P2) that does not react with the molecular weight polyol compound (d) increases, and the proportion of the initial urethane prepolymer (P1) whose terminal end is an NCO group decreases, and the terminal NCO group of P1 and the chain extender decrease. Since the amount of polyurethane produced by the reaction with the OH group of a certain low molecular weight polyol compound (d) decreases, the molecular weight distribution of the polyurethane-modified epoxy resin also shifts to the lower molecular weight side.

反対に、エポキシ樹脂(a)の仕込み割合を減少させると、両末端もしくは片末端がエポキシ樹脂(a)で封止されたウレタンプレポリマー(P2)の量が減少し、末端がNCO基のままの当初のウレタンプレポリマー(P1)の割合が増大する。そのため、P1の末端NCO基と鎖延長剤である低分子量ポリオール化合物(d)のOH基との反応で生成するポリウレタンの生成量が増大するため、ポリウレタン変性エポキシ樹脂の分子量分布も高分子量側にシフトする。 On the other hand, when the charging ratio of epoxy resin (a) is decreased, the amount of urethane prepolymer (P2) whose both ends or one end are sealed with epoxy resin (a) decreases, and the end remains as an NCO group. The proportion of the initial urethane prepolymer (P1) increases. Therefore, the amount of polyurethane produced by the reaction between the terminal NCO group of P1 and the OH group of the low molecular weight polyol compound (d), which is a chain extender, increases, and the molecular weight distribution of the polyurethane-modified epoxy resin also shifts to the high molecular weight side. shift.

エポキシ樹脂(a)について、例えば、(a―1)、(a-2)は、繰り返し数aが0の単量体と、1以上の多量体の混合物であることが多いが、多量体の場合はエポキシ基が開環して生じる2級OH基を有する。この2級OH基は、ポリイソシアネート化合物(c)のNCO基又はウレタンプレポリマー(P)の末端のNCO基と反応性であるため、エポキシ樹脂(a―1)、(a-2)中に2級OH基を有する場合(例えば、式(1)のa=1以上体)は反応する。なお、エポキシ樹脂(a)においてOH基を有しない場合(例えば、式(1)におけるa=0体等)はこの反応には関与しない。このように、本発明におけるポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)は、上記で例示した各成分(a―1)、(a-2)、(b-1)、(b-2)、(c)及び(d)のうちのいずれか又は全部を用いて反応させた複雑な構造、また、反応や機能の発現には直接関与しないと考えられるものの、前述のOH基を有しないエポキシ樹脂(a)を完全には区別又は排除され難い状態で含有した混合物の形態であると解されることから、当該(B)成分をその構造又は特性により直接特定することが不可能であるか、又はおよそ実際的でないという事情(いわゆる、不可能・非実際的事情)が一部存在する。 Regarding epoxy resin (a), for example, (a-1) and (a-2) are often a mixture of a monomer with a repeating number a of 0 and one or more multimers; In this case, the epoxy group has a secondary OH group generated by ring opening. This secondary OH group is reactive with the NCO group of the polyisocyanate compound (c) or the terminal NCO group of the urethane prepolymer (P), so it is When it has a secondary OH group (for example, a=1 or more in formula (1)), it reacts. In addition, when the epoxy resin (a) does not have an OH group (for example, a=0 body in formula (1), etc.), it does not participate in this reaction. As described above, the polyurethane-modified epoxy resin (B) in the present invention includes each of the components (a-1), (a-2), (b-1), (b-2), (c) and Complex structures reacted using any or all of (d), and epoxy resins (a) that do not have the above-mentioned OH groups, although they are not considered to be directly involved in the reaction or expression of functions. Since it is understood that the component (B) is in the form of a mixture that cannot be completely distinguished or excluded, it is impossible or impractical to directly identify the component (B) by its structure or characteristics. There are some circumstances (so-called impossible/impractical circumstances) where this is not possible.

本発明のポリウレタン変性エポキシ樹脂組成物が減衰性を発現するのは、ポリウレタン変性エポキシ樹脂部がエポキシ樹脂組成物中において相分離するためである。一般に相分離というと海島構造を形成させる報告が多いが、本発明では島部が球状で存在する海島構造ではなく、島部どうしが互いに連結しはじめる構造をとる状態である。そのような相分離構造は、相互侵入構造や相互連結構造などと言われ、本発明においては、少なくとも部分的に相互侵入構造や相互連結構造を有する相分離構造であることが望ましい。ポリエーテルポリオール由来の構造を有するポリエーテルポリオール化合物の30モル%以上が、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMG)であるポリウレタン変性エポキシ樹脂を用いると、相分離した島部(ポリウレタン変性エポキシ樹脂部)は島部のTgが-40℃から40℃域になだらかなピークを有し、その島部が海部(エポキシ樹脂部)とほとんど相溶せず相分離し、島部どうしが互いに連結しはじめる構造をとることで、-40℃~40℃域およびその前後の温度領域において高い損失係数(tanδ)を発現させることができる。そのため、本発明の相分離構造となるために、島部のサイズや数、海部との相溶性などの制御が必要となってくる。 The reason why the polyurethane-modified epoxy resin composition of the present invention exhibits damping properties is that the polyurethane-modified epoxy resin portion undergoes phase separation in the epoxy resin composition. In general, there are many reports that phase separation causes the formation of a sea-island structure, but in the present invention, the state is not a sea-island structure in which the islands exist in a spherical shape, but a structure in which the islands begin to connect with each other. Such a phase-separated structure is called an interpenetrating structure or an interconnected structure, and in the present invention, a phase-separated structure having at least partially an interpenetrating structure or an interconnected structure is preferable. When using a polyurethane-modified epoxy resin in which 30 mol% or more of the polyether polyol compound having a structure derived from a polyether polyol is polytetramethylene ether glycol (PTMG), the phase-separated island part (polyurethane-modified epoxy resin part) The Tg of the island part has a gentle peak in the -40℃ to 40℃ range, and the island part is almost incompatible with the sea part (epoxy resin part) and phase separates, creating a structure in which the island parts begin to connect with each other. By doing so, a high loss coefficient (tan δ) can be exhibited in the −40° C. to 40° C. range and the temperature range around it. Therefore, in order to obtain the phase-separated structure of the present invention, it is necessary to control the size and number of island parts, compatibility with the sea part, etc.

相分離構造の制御因子の1つとして、ウレタン部の量が挙げられる。ウレタン部とはポリウレタン変性エポキシ樹脂のなかでポリエーテルポリオール化合物とポリイソシアネート化合物が反応している部分のことであり、組成物中のウレタン部の量によって島部のサイズや数、形状などが大きく変わってくる。図1~2に相分離した状態の例を画像で示しているが、本発明においてポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)中における後述のウレタン成分量、すなわち、ポリオール化合物とポリイソシアネート化合物の配合量が成分(A)と成分(B)の合計量に対して17重量%だと図1のように海島構造がはっきりと見えるレベルまで相分離することが分かるが、13重量%だと図2のように島部の構造が微細であることが分かる。完全に海島構造を形成し島部が数nm~数十nmサイズで単独で存在するような状態ではtanδは低く、数百nm~数μmサイズまで島部が凝集し海島構造に濃淡が出始めるとtanδが上がってくる挙動が確認される。また、さらに相分離が進むと数十μm~数百μmサイズまで島部が連結した相分離構造になり、より好適なtanδを示すようになる。しかしながら相分離サイズが大き過ぎると機械物性が低下する。本発明の相分離構造となるために、相分離の島サイズとしては10nm~200μmが好ましく、100nm~100μmがより好ましく、1μm~100μmが特に好ましい。 One of the factors controlling the phase separation structure is the amount of urethane moiety. The urethane part is the part in the polyurethane-modified epoxy resin where the polyether polyol compound and the polyisocyanate compound react, and the size, number, shape, etc. of the island parts can vary depending on the amount of the urethane part in the composition. It's going to change. Images of examples of phase separation are shown in Figures 1 and 2. In the present invention, the amount of the urethane component (described later) in the polyurethane-modified epoxy resin (B), that is, the amount of the polyol compound and the polyisocyanate compound, is the component. It can be seen that when the total amount of (A) and component (B) is 17% by weight, phase separation occurs to a level where the sea-island structure is clearly visible as shown in Figure 1, but when it is 13% by weight, as shown in Figure 2. It can be seen that the structure of the island is minute. In a state where a sea-island structure is completely formed and the islands exist alone with a size of several nanometers to several tens of nanometers, tan δ is low, and as the islands aggregate up to a size of several hundred nm to several μm, the sea-island structure begins to have shading. A behavior in which tan δ increases is confirmed. Furthermore, as the phase separation progresses further, a phase-separated structure in which islands are connected up to a size of several tens of micrometers to several hundred micrometers is formed, and a more suitable tan δ is exhibited. However, if the phase separation size is too large, mechanical properties will deteriorate. In order to obtain the phase-separated structure of the present invention, the phase-separated island size is preferably 10 nm to 200 μm, more preferably 100 nm to 100 μm, and particularly preferably 1 μm to 100 μm.

相分離する島部のサイズを支配するのはポリウレタン変性エポキシ樹脂の分子量だけでなく、海部との相溶性も重要となってくる。相溶性が高いとエポキシ樹脂組成物の硬化時に島部が海部に相溶し、相分離が進まず望ましい相分離構造を形成することができなくなる。そのため好ましいサイズと数の島部を形成させるために、島部のポリウレタン変性エポキシ樹脂には、ある程度の分子量サイズと海部の未変性エポキシ樹脂と非相溶であることとが必要になってくる。また非相溶な島部は相分離時の時間経過に伴い、島部どうしが徐々に連結して大きなドメインを形成し、機械物性の低下などの原因となってしまう。そのため樹脂組成物の粘度や用途に応じた硬化条件(硬化温度や硬化時間、昇温速度)によってポリウレタン変性エポキシ樹脂の最適な分子量や組成の選定が必要となる。 It is not only the molecular weight of the polyurethane-modified epoxy resin that controls the size of the islands that undergo phase separation, but also the compatibility with the sea area. If the compatibility is high, the island portions will be compatible with the sea portions when the epoxy resin composition is cured, and phase separation will not proceed, making it impossible to form a desired phase-separated structure. Therefore, in order to form islands of a desirable size and number, the polyurethane-modified epoxy resin of the islands needs to have a certain molecular weight and be incompatible with the unmodified epoxy resin of the sea. In addition, as time passes during phase separation, the incompatible island portions gradually connect with each other to form large domains, which causes deterioration of mechanical properties. Therefore, it is necessary to select the optimum molecular weight and composition of the polyurethane-modified epoxy resin depending on the viscosity of the resin composition and the curing conditions (curing temperature, curing time, temperature increase rate) depending on the application.

ポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)は、相分離した島部のTgが-40℃から40℃域になだらかなピークをもつために、ポリエーテルポリオール化合物に由来する構造の30モル%以上が、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMG)に由来する構造であることが好ましい。より好ましくは50モル%以上であり、さらに好ましくは75モル%以上、最も好ましくは100モル%使用するとよい。ここで使用しているモルとは、各成分の重量を数平均分子量で割った値をモルとする。 Since the polyurethane-modified epoxy resin (B) has a gentle peak in the Tg of the phase-separated islands in the -40°C to 40°C range, 30 mol% or more of the structure derived from the polyether polyol compound is polytetra A structure derived from methylene ether glycol (PTMG) is preferred. It is more preferably used in an amount of 50 mol% or more, still more preferably 75 mol% or more, and most preferably 100 mol%. The mole used here is the value obtained by dividing the weight of each component by the number average molecular weight.

相分離した島部が海部に相溶しないため、ポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)は重量平均分子量8000以上であり、成分(B)の中の後述のウレタン成分量、すなわち、ポリオール化合物とポリイソシアネート化合物の配合量が成分(A)と成分(B)の合計量に対して、13.5重量%以上であることが好ましい。重量分子量については、より好ましくは10000以上であり、さらに好ましくは12000以上45000以下であり、さらにより好ましくは12000以上35000以下であるとよい。また望ましい相分離構造を形成させるために成分(B)の中の後述のウレタン成分量、すなわち、ポリオール化合物とポリイソシアネート化合物の配合量が成分(A)と成分(B)の合計量に対して、より好ましくは13.5重量%以上19重量%以下であるとよい。 Since the phase-separated island part is not compatible with the sea part, the polyurethane-modified epoxy resin (B) has a weight average molecular weight of 8000 or more, and the amount of the urethane component described below in component (B), that is, the polyol compound and the polyisocyanate compound. It is preferable that the blending amount is 13.5% by weight or more based on the total amount of component (A) and component (B). The weight molecular weight is more preferably 10,000 or more, still more preferably 12,000 or more and 45,000 or less, and even more preferably 12,000 or more and 35,000 or less. In addition, in order to form a desirable phase-separated structure, the amount of the urethane component (described below) in component (B), that is, the amount of the polyol compound and polyisocyanate compound, is determined relative to the total amount of component (A) and component (B). , more preferably 13.5% by weight or more and 19% by weight or less.

本発明に使用するポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)の製造方法としては、例えばエポキシ樹脂(a)としての(a―1)、(a-2)等を、ポリエーテルポリオール化合物としてのポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMG)(b-1)、PTMG以外のポリエーテルポリオール化合物(b-2)と、ポリイソシアネート化合物(c)と、および鎖長延長剤としての数平均分子量500未満の低分子量ポリオール化合物(d)との合計量に対して50~85重量%使用し、かつ(b-1)、(b-2)及びポリイソシアネート化合物(c)を、エポキシ樹脂(a)の存在下で反応させる(反応1)。この反応1では、(b-1)、(b-2)とポリイソシアネート化合物(c)との反応が優先的に起こり、ウレタンプレポリマー(P1)が生成する。その後、ウレタンプレポリマー(P1)とエポキシ樹脂(a)との反応が起こり、主にP1の両末端がエポキシ化されたウレタンプレポリマー(P2)が生成する。 As a method for producing the polyurethane-modified epoxy resin (B) used in the present invention, for example, (a-1), (a-2), etc. as the epoxy resin (a) are mixed with polytetramethylene ether as a polyether polyol compound. Glycol (PTMG) (b-1), a polyether polyol compound other than PTMG (b-2), a polyisocyanate compound (c), and a low molecular weight polyol compound with a number average molecular weight of less than 500 as a chain extender ( (b-1), (b-2) and the polyisocyanate compound (c) are reacted in the presence of the epoxy resin (a). Reaction 1). In this reaction 1, the reaction between (b-1), (b-2) and the polyisocyanate compound (c) occurs preferentially to produce the urethane prepolymer (P1). Thereafter, a reaction between the urethane prepolymer (P1) and the epoxy resin (a) occurs, and a urethane prepolymer (P2) in which both ends of P1 are mainly epoxidized is produced.

上記ウレタンプレポリマー(P1)とエポキシ樹脂(a)の反応は、エポキシ樹脂(a)中のOH基(主に、低反応性な2級OH基)を、P1のNCO基と反応させてウレタン結合を生成させる必要から、反応温度は80~150℃の範囲に、反応時間は1~5時間の範囲とすることが好ましい。 The reaction between the urethane prepolymer (P1) and the epoxy resin (a) is carried out by reacting the OH groups (mainly low-reactive secondary OH groups) in the epoxy resin (a) with the NCO groups of P1 to form the urethane prepolymer (P1) and the epoxy resin (a). Since it is necessary to form bonds, the reaction temperature is preferably in the range of 80 to 150°C, and the reaction time is preferably in the range of 1 to 5 hours.

その後、必要に応じてウレタンプレポリマー(P1)中のNCO基と低分子量ポリオール化合物(d)中のOH基のモル比(P):(d)が0.9:1.0~1.0:0.9の範囲になるように低分子量ポリオール化合物(d)を加えてポリウレタン化反応させる(反応2)。なお、エポキシ樹脂のエポキシ基とポリオール化合物(d)のOH基はアルコール性OH基なので反応しない。 Thereafter, if necessary, the molar ratio (P) of the NCO groups in the urethane prepolymer (P1) and the OH groups in the low molecular weight polyol compound (d) is adjusted to 0.9:1.0 to 1.0. : A low molecular weight polyol compound (d) is added so that the molecular weight is in the range of 0.9, and a polyurethane reaction is carried out (reaction 2). Note that the epoxy group of the epoxy resin and the OH group of the polyol compound (d) do not react because they are alcoholic OH groups.

反応2の反応温度は、80~150℃の範囲に、反応時間は1~5時間の範囲とすることが好ましいが、上記NCO基と低分子量ポリオール化合物(d)中のOH基との反応であるため反応1より穏やかな条件で良い。 The reaction temperature in reaction 2 is preferably in the range of 80 to 150°C, and the reaction time is preferably in the range of 1 to 5 hours. Therefore, milder conditions than for reaction 1 are sufficient.

上記反応(反応1及び2)の過程においては、必要に応じて触媒を用いることができる。この触媒は、ウレタン結合の生成を十分に完結させる目的のために使用するものであり、エチレンジアミン等のアミン化合物やスズ系化合物、亜鉛系化合物などが例示できる。 In the process of the above reactions (reactions 1 and 2), a catalyst can be used as necessary. This catalyst is used for the purpose of sufficiently completing the formation of urethane bonds, and examples include amine compounds such as ethylenediamine, tin-based compounds, and zinc-based compounds.

反応2では、残存する両末端もしくは片末端がNCOであるウレタンプレポリマー(P1)は、前記低分子量ポリオール化合物(d)と反応して鎖長が延長されポリウレタン化し、両末端がエポキシ樹脂(a)の付加物であるウレタンプレポリマー(P2)は、(d)成分とは未反応のまま存在する。
低分子量ポリオール化合物(d)を用いない場合は、ポリイソシアネート化合物(c)を加えた際に、末端のNCOは各水酸基と反応してウレタンプレポリマー(P2)となる。
本発明で使用するポリウレタン変性エポキシ樹脂は、エポキシ当量は180~1000g/eqの範囲、120℃における粘度は0.1~30Pa・sの範囲であることが好ましい。
In reaction 2, the remaining urethane prepolymer (P1) having NCO at both ends or one end reacts with the low molecular weight polyol compound (d) to extend the chain length and convert into polyurethane, and both ends are formed by epoxy resin (a The urethane prepolymer (P2), which is an adduct of ), remains unreacted with component (d).
When the low molecular weight polyol compound (d) is not used, when the polyisocyanate compound (c) is added, the terminal NCO reacts with each hydroxyl group to form a urethane prepolymer (P2).
The polyurethane-modified epoxy resin used in the present invention preferably has an epoxy equivalent in the range of 180 to 1000 g/eq and a viscosity at 120° C. in the range of 0.1 to 30 Pa·s.

ポリウレタン未変性エポキシ樹脂(A)の配合量を増減することによって、ポリウレタン変性エポキシ樹脂組成物中のポリウレタン濃度を増減することができる。ここで、エポキシ樹脂組成物中のポリウレタン濃度は、前記に例示した成分を用いれば、下記数式で計算されるが、各成分の種類はこれに限定されない。
ポリウレタン濃度={(b-1)+(b-2)+(c)+(d)}×100/{(A)+(B)+(C)}
なお、この場合、(B)=(a-1)+(a-2)+(b-1)+(b-2)+(c)+(d)である。
ここで、(a-1)、(a-2)、(b-1)、(b-2)、(c)、(d)、(A)、(B)、(C)は、対応する各成分の使用重量である。なお、その他の成分、例えば硬化促進剤(D)などを配合する場合、これらの他成分が分母に加算される。
本発明において、エポキシ樹脂組成物中のポリウレタン濃度は、好ましくは5~30重量%、より好ましくは10~20重量%である。
ポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)において、ウレタン成分濃度は、好ましくは20~50重量%である。ここで、前記の例示の場合、ウレタン成分濃度は、{(b-1)+(b-2)+(c)+(d)}/{(a-1)+(a-2)+(b-1)+(b-2)+(c)+(d)}をいう。
By increasing or decreasing the blending amount of the polyurethane-unmodified epoxy resin (A), the polyurethane concentration in the polyurethane-modified epoxy resin composition can be increased or decreased. Here, the polyurethane concentration in the epoxy resin composition is calculated by the following formula using the components exemplified above, but the types of each component are not limited thereto.
Polyurethane concentration = {(b-1)+(b-2)+(c)+(d)}×100/{(A)+(B)+(C)}
In this case, (B)=(a-1)+(a-2)+(b-1)+(b-2)+(c)+(d).
Here, (a-1), (a-2), (b-1), (b-2), (c), (d), (A), (B), and (C) are the corresponding This is the weight of each component used. Note that when other components such as a curing accelerator (D) are added, these other components are added to the denominator.
In the present invention, the polyurethane concentration in the epoxy resin composition is preferably 5 to 30% by weight, more preferably 10 to 20% by weight.
In the polyurethane-modified epoxy resin (B), the urethane component concentration is preferably 20 to 50% by weight. Here, in the case of the above example, the urethane component concentration is {(b-1)+(b-2)+(c)+(d)}/{(a-1)+(a-2)+( b-1)+(b-2)+(c)+(d)}.

本発明のポリウレタン変性エポキシ樹脂組成物に使用するポリウレタン未変性エポキシ樹脂(A)としては、ポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)の原料として使用する上述したエポキシ樹脂(a)としての(a-1)、(a-2)等を、好ましく使用できる。すなわち、ポリウレタン変性されておらず、30℃で液状のエポキシ樹脂が好ましい。中でもビスフェノールA型エポキシ樹脂及び/またはビスフェノールF型エポキシ樹脂が入手の容易さ、価格と特性のバランスの良さの点から好ましい。(a-2)としては、トリメチロールプロパンのポリグリシジルエーテルが、粘度や相溶性、機械物性などの観点から好適である。 As the polyurethane unmodified epoxy resin (A) used in the polyurethane modified epoxy resin composition of the present invention, (a-1) as the above-mentioned epoxy resin (a) used as a raw material for the polyurethane modified epoxy resin (B), (a-2) etc. can be preferably used. That is, an epoxy resin that is not modified with polyurethane and is liquid at 30° C. is preferable. Among these, bisphenol A type epoxy resin and/or bisphenol F type epoxy resin are preferred from the viewpoint of easy availability and good balance between price and properties. As (a-2), polyglycidyl ether of trimethylolpropane is suitable from the viewpoint of viscosity, compatibility, mechanical properties, etc.

本発明のポリウレタン変性エポキシ樹脂組成物には、ポリウレタン未変性エポキシ樹脂(A)として、粘度調整やTgを上げたりするために、3官能以上の多官能エポキシ樹脂を用いることもできる。多官能のエポキシ樹脂を用いると架橋密度が上がり、相分離状態が変化したり破壊靱性が失われたりするため、全組成物重量に対して0.1~10重量%にするのが好ましい。3官能以上の多官能エポキシ樹脂としては、例えばフェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタンのようなグリシジルアミン型エポキシ樹脂、テトラキス(グリシジルオキシフェニル)エタンやトリス(グリシジルオキシフェニル)メタンのようなグリシジルフェニルエーテル型エポキシ樹脂、トリグリシジルアミノフェノールのようなグリシジルアミン型かつグリシジルフェニルエーテル型エポキシ樹脂が挙げられる。さらにはこれらのエポキシ樹脂を変性したエポキシ樹脂、これらのエポキシ樹脂をブロム化したブロム化エポキシ樹脂などが挙げられる。 In the polyurethane-modified epoxy resin composition of the present invention, a trifunctional or higher functional epoxy resin can also be used as the polyurethane-unmodified epoxy resin (A) in order to adjust the viscosity or increase the Tg. If a polyfunctional epoxy resin is used, the crosslinking density will increase and the phase separation state will change or fracture toughness will be lost, so it is preferably used in an amount of 0.1 to 10% by weight based on the total weight of the composition. Examples of trifunctional or higher polyfunctional epoxy resins include phenol novolak epoxy resins, cresol novolac epoxy resins, glycidylamine epoxy resins such as tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, tetrakis(glycidyloxyphenyl)ethane and tris(glycidyloxyphenyl). ) Glycidyl phenyl ether type epoxy resins such as methane, and glycidyl amine type and glycidylphenyl ether type epoxy resins such as triglycidylaminophenol. Further examples include epoxy resins obtained by modifying these epoxy resins, and brominated epoxy resins obtained by brominating these epoxy resins.

この場合、25℃における粘度が5000mPa・s以下のエポキシ樹脂を用いることが好ましい。それにより組成物としての粘度が下がり、炭素繊維への含浸性が向上し、トウプリプレグや引抜き成型などに適用することが可能になる。例えば、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、単独で用いることも2種以上を併用することもできる。 In this case, it is preferable to use an epoxy resin having a viscosity of 5000 mPa·s or less at 25°C. This lowers the viscosity of the composition, improves its impregnating properties into carbon fibers, and makes it possible to apply it to tow prepregs, pultrusion molding, and the like. Examples include glycidyl ether type epoxy resins, glycidyl ester type epoxy resins, glycidylamine type epoxy resins, alicyclic epoxy resins, and the like. These epoxy resins can be used alone or in combination of two or more.

グリシジルエーテル型エポキシ樹脂としては、例えば、グリセロールグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ブチルグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、フェニルグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、(ポリ)エチレングリコールジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、(ポリ)プロピレングリコールジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、トリメチロールプロパンボリグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ジグリセロールポリグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、アリルグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、2-エチルヘキシルグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、p-(tert-ブチル)フェニルグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ドデシルグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、トリデシルグリシジルエーテル型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂は、単独で用いることも、2種以上を併用することもできる。 Examples of the glycidyl ether type epoxy resin include glycerol glycidyl ether type epoxy resin, butyl glycidyl ether type epoxy resin, phenyl glycidyl ether type epoxy resin, (poly)ethylene glycol diglycidyl ether type epoxy resin, and (poly)propylene glycol diglycidyl. Ether type epoxy resin, neopentyl glycol diglycidyl ether type epoxy resin, 1,4-butanediol diglycidyl ether type epoxy resin, 1,6-hexanediol diglycidyl ether type epoxy resin, trimethylolpropane polyglycidyl ether type epoxy resin , diglycerol polyglycidyl ether type epoxy resin, allyl glycidyl ether type epoxy resin, 2-ethylhexyl glycidyl ether type epoxy resin, p-(tert-butyl)phenyl glycidyl ether type epoxy resin, dodecyl glycidyl ether type epoxy resin, tridecyl glycidyl Examples include ether type epoxy resins. These glycidyl ether type epoxy resins can be used alone or in combination of two or more.

グリシジルエステル型エポキシ樹脂としては、例えば、ヘキサヒドロ無水フタル酸ジグリシジルエステル型エポキシ樹脂、テロラヒドロ無水フタル酸ジグリシジルエステル型エポキシ樹脂、第3級脂肪酸モノグリシジルエステル型エポキシ樹脂、o-フタル酸ジグリシジルエステル型エポキシ樹脂、ダイマー酸グリシジルエステル型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのグリシジルエステル型エポキシ樹脂は、単独で用いることも2種以上を併用することもできる。 Examples of the glycidyl ester type epoxy resin include hexahydrophthalic anhydride diglycidyl ester type epoxy resin, terolahydrophthalic anhydride diglycidyl ester type epoxy resin, tertiary fatty acid monoglycidyl ester type epoxy resin, and o-phthalic acid diglycidyl ester. Examples include a type epoxy resin, a dimer acid glycidyl ester type epoxy resin, and the like. These glycidyl ester type epoxy resins can be used alone or in combination of two or more.

グリシジルアミン型エポキシ樹脂としては、例えば、m-(グリシドキシフェニル)ジグリシジルアミン型エポキシ樹脂、N,N-ジグリシジルアミノベンゼン型エポキシ樹脂、o-(N、N-ジグリシジルアミノ)トルエン型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのグリシジルアミン型エポキシ樹脂としては、単独で用いることも2種以上を併用することもできる。 Examples of the glycidylamine type epoxy resin include m-(glycidoxyphenyl) diglycidylamine type epoxy resin, N,N-diglycidylaminobenzene type epoxy resin, and o-(N,N-diglycidylamino)toluene type. Examples include epoxy resin. These glycidylamine type epoxy resins can be used alone or in combination of two or more.

脂環式エポキシ樹脂としては、例えば、アリサイクリックジエポキシアジペート型エポキシ樹脂、3,4-エポキシシクロヘキシルメチルカルボキシレート型エポキシ樹脂、ビニルシクロヘキセンジオキシド型エポキシ樹脂、水素化ビスフェノールAジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂等が挙げられる。 Examples of alicyclic epoxy resins include alicyclic diepoxy adipate type epoxy resins, 3,4-epoxycyclohexylmethylcarboxylate type epoxy resins, vinylcyclohexene dioxide type epoxy resins, and hydrogenated bisphenol A diglycidyl ether type epoxy resins. Examples include resin.

硬化剤(C)は、貯蔵安定性に優れた一液化が可能で、かつ容易に入手できる点でジシアンジアミド(DICY)又はその誘導体を使用するとよい。 As the curing agent (C), it is preferable to use dicyandiamide (DICY) or a derivative thereof because it can be made into a single component with excellent storage stability and is easily available.

硬化剤(C)の配合量は、硬化剤がDICYの場合はポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)とポリウレタン未変性エポキシ樹脂(A)を含む全エポキシ樹脂のエポキシ基のモル数とDICYの活性水素基のモル数の比が1:0.3~1:1.2の範囲、好ましくは1:0.9~1:1.1に設定することが、硬化物特性の点から好ましい。 When the curing agent (C) is DICY, the amount of the curing agent (C) is determined by the number of moles of epoxy groups in all epoxy resins including the polyurethane-modified epoxy resin (B) and the unmodified polyurethane epoxy resin (A) and the active hydrogen group of DICY. It is preferable from the viewpoint of the properties of the cured product that the ratio of the number of moles is set in the range of 1:0.3 to 1:1.2, preferably 1:0.9 to 1:1.1.

本発明のウレタン変性エポキシ樹脂組成物は、さらに硬化促進剤(D)を含むことが出来る。硬化促進剤(D)としては、イミダゾール系硬化助剤が混合時の強化繊維への含浸性、粘度増加の抑制に加え、硬化時における耐熱性を満足させるために好適に用いられる。イミダゾール系硬化助剤としては、2-メチルイミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、2-ウンデシルイミダゾール、2-ヘプタデシルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、2-フェニル-4´,5´-ジヒドロキシメチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾール等を用いることが好ましい。更に、トリアジン環を含有するイミダゾール化合物が好ましく、このような化合物としては、例えば、2,4-ジアミノ-6-[2´-メチルイミダゾリル-(1´)]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2´-エチル-4´-メチルイミダゾリル-(1´)]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2´-ウンデシルイミダゾリル-(1´)]-エチル-s-トリアジン等が挙げられる。なかでも短時間で硬化させることができるという観点から2,4-ジアミノ-6-[2´-メチルイミダゾリル-(1´)]-エチル-s-トリアジンがより好適に用いられる。トリアジン環を含有するイミダゾール化合物は、それぞれ単独または2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The urethane-modified epoxy resin composition of the present invention can further contain a curing accelerator (D). As the curing accelerator (D), an imidazole-based curing aid is suitably used in order to impregnate reinforcing fibers during mixing and suppress viscosity increase, as well as to satisfy heat resistance during curing. Examples of imidazole curing aids include 2-methylimidazole, 1,2-dimethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole, 2-undecylimidazole, 2-heptadecylimidazole, It is preferable to use 2-phenylimidazole, 2-phenyl-4-methylimidazole, 2-phenyl-4',5'-dihydroxymethylimidazole, 1-cyanoethyl-2-ethyl-4-methylimidazole, and the like. Furthermore, imidazole compounds containing a triazine ring are preferred, and examples of such compounds include 2,4-diamino-6-[2'-methylimidazolyl-(1')]-ethyl-s-triazine, 2, 4-Diamino-6-[2'-ethyl-4'-methylimidazolyl-(1')]-ethyl-s-triazine, 2,4-diamino-6-[2'-undecylimidazolyl-(1') ]-ethyl-s-triazine and the like. Among them, 2,4-diamino-6-[2'-methylimidazolyl-(1')]-ethyl-s-triazine is more preferably used from the viewpoint that it can be cured in a short time. The imidazole compounds containing a triazine ring may be used alone or in combination of two or more.

一方で用途や工法によっては前記のような短時間で硬化させる必要がない場合もある。そのような場合には、2,4-ジアミノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジンイソシアヌル酸付加塩(2MA-OK)、等の結晶性イミダゾール化合物や3-(3,4-ジクロロフェニル)-1,1-ジメチル尿素(DCMU)等の尿素化合物を用いることができる。硬化促進剤(D)の配合量は、ポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)とポリウレタン未変性エポキシ樹脂(A)を含む全エポキシ樹脂と硬化剤(C)の合計に対し、0.1~5wt%の範囲が好ましい。 On the other hand, depending on the application or construction method, there may be cases where it is not necessary to cure the material in such a short period of time as described above. In such cases, crystalline imidazole compounds such as 2,4-diamino-6-[2'-methylimidazolyl-(1')]-ethyl-s-triazine isocyanuric acid addition salt (2MA-OK), Urea compounds such as 3-(3,4-dichlorophenyl)-1,1-dimethylurea (DCMU) can be used. The amount of curing accelerator (D) is 0.1 to 5 wt% based on the total of all epoxy resins including polyurethane modified epoxy resin (B) and polyurethane unmodified epoxy resin (A) and curing agent (C). A range is preferred.

本発明のエポキシ樹脂組成物は用途や工法により必要に応じて離型剤(E)を含むことが出来る。離型剤は液状離型剤や固体(粉体)状離型剤などがあり、液状離型剤としては、低粘度な組成物においても均一に混ぜ合わせることができるように常温(10~30℃)で液体であればよい。また、離型剤を樹脂中に混合しておくことで、引き抜き成型性が向上する。このことにより、成型品における繊維の配向がよくなるために成型品の圧縮強度などの機械特性や、また、平滑な表面のために接着剤との密着性が増す。 The epoxy resin composition of the present invention can contain a mold release agent (E) as required depending on the use and construction method. There are two types of mold release agents, such as liquid mold release agents and solid (powder) mold release agents.As liquid mold release agents, even low-viscosity compositions can be mixed uniformly at room temperature (10 to 30℃). It suffices if it is liquid at ℃). Further, by mixing a mold release agent into the resin, pultrusion moldability is improved. This improves the orientation of the fibers in the molded product, which improves the mechanical properties of the molded product, such as its compressive strength, and improves its adhesion with adhesives due to its smooth surface.

離型剤の配合量としては、全エポキシ樹脂100質量部に対して、0.1~6質量部であることが好ましい。より好ましくは0.1~4質量部である。0.1質量部未満であると、十分な離型性が得られないことがある。また6質量部を超えて添加すると、成型品の強度が低下したり、密着性や接着性が低下することがある。離型剤は、それぞれ単独または2種以上を組み合わせてもよい。 The amount of the mold release agent blended is preferably 0.1 to 6 parts by weight based on 100 parts by weight of the total epoxy resin. More preferably, it is 0.1 to 4 parts by mass. If it is less than 0.1 part by mass, sufficient mold releasability may not be obtained. Moreover, if more than 6 parts by mass is added, the strength of the molded product may decrease, and the adhesion and adhesion may decrease. The mold release agents may be used alone or in combination of two or more.

このような液状離型剤としては、エポキシ樹脂組成物と相分離せず、かつ金型の温度で蒸発や分解しないものなら特に限定されない。具体的な支配品としては、有機酸やグリセリドを重縮合した巴工業株式会社製MOLDWIZ INT-1324、1324B、1836、1846、1850、1854、1882などが挙げられる。 Such a liquid mold release agent is not particularly limited as long as it does not phase separate from the epoxy resin composition and does not evaporate or decompose at the temperature of the mold. Specific examples include MOLDWIZ INT-1324, 1324B, 1836, 1846, 1850, 1854, and 1882 manufactured by Tomoe Kogyo Co., Ltd., which are polycondensed organic acids and glycerides.

また固体(粉体)状離型剤としては、動物系ワックスとしてはシェラックワックス、蜜ろう、鯨ろう、植物系ワックスとしてはカルナバワックス、はぜろう、鉱物系ワックスとしては、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、合成系ワックスとしては、フィッシャートロプシュワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなどがあり、エポキシ樹脂組成物中に均一に分散できるよう粉体状であることが望ましく、かつ成型、硬化時の温度で融解、溶解する性状であることが望ましい。 Solid (powder) mold release agents include animal waxes such as shellac wax, beeswax, and spermaceti, vegetable waxes such as carnauba wax and white wax, and mineral waxes such as paraffin wax and microcrystalline wax. Waxes and synthetic waxes include Fischer-Tropsch wax, polyethylene wax, polypropylene wax, etc., and are preferably in powder form so that they can be uniformly dispersed in the epoxy resin composition, and which melt at the temperature during molding and curing. , it is desirable that it has the property of being soluble.

本発明の硬化物は、前記エポキシ樹脂組成物を硬化反応させて得られるものである。前記硬化物を得る方法としては、一般的な硬化性樹脂組成物の硬化方法に準拠すればよく、例えば、加熱温度条件は、組み合わせる硬化剤の種類や用途等によって、適宜選択すればよい。例えば、前記エポキシ樹脂組成物を室温~250℃程度の温度範囲で加熱する方法が挙げられる。成型方法なども硬化性樹脂組成物の一般的な方法を用いることが可能である。 The cured product of the present invention is obtained by subjecting the epoxy resin composition to a curing reaction. The method for obtaining the cured product may be based on a general method for curing a curable resin composition, and, for example, the heating temperature conditions may be appropriately selected depending on the type of curing agent to be combined, the use, etc. For example, a method may be mentioned in which the epoxy resin composition is heated in a temperature range of about room temperature to 250°C. As for the molding method, it is possible to use a general method for producing curable resin compositions.

本発明の硬化物は、優れた耐熱性を有し、減衰性に優れたものとなることから、前記硬化物におけるガラス転移温度(Tg)が120℃以上でありことが好ましく、-40℃~40℃の温度範囲において損失係数(tanδ)が0.03以上である。 Since the cured product of the present invention has excellent heat resistance and excellent damping properties, it is preferable that the glass transition temperature (Tg) of the cured product is 120°C or higher, and -40°C to The loss coefficient (tan δ) is 0.03 or more in a temperature range of 40°C.

本発明の繊維強化複合材料とは、本発明のエポキシ樹脂組成物を強化繊維に含浸させ繊維強化複合材料用組成物を得てそれを成型硬化させることで得ることが出来る。ここで、強化繊維は、有撚糸、解撚糸、または無撚糸などいずれでも良いが、解撚糸や無撚糸が、繊維強化複合材料において優れた成型性を有することから好ましい。さらに、強化繊維の形態は、繊維方向が一方向に引き揃えたものや、織物が使用できる。織物では、平織り、朱子織りなどから、使用する部位や用途に応じて自由に選択することができる。具体的には、機械強度や耐久性に優れることから、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維などが挙げられ、これらは単独で用いることも2種以上を併用することもできる。これらの中でもとりわけ成型品の強度が良好なものとなる点から炭素繊維が好ましく、かかる、炭素繊維は、ポリアクリロニトリル系、ピッチ系、レーヨン系などの各種のものが使用できる。 The fiber-reinforced composite material of the present invention can be obtained by impregnating reinforcing fibers with the epoxy resin composition of the present invention to obtain a composition for fiber-reinforced composite material, and then molding and curing the composition. Here, the reinforcing fibers may be twisted yarns, untwisted yarns, or non-twisted yarns, but untwisted yarns and non-twisted yarns are preferable because they have excellent moldability in the fiber-reinforced composite material. Furthermore, the reinforcing fibers can be in the form of one in which the fibers are aligned in one direction or a woven fabric. Fabrics can be freely selected from plain weave, satin weave, etc. depending on the part and purpose of use. Specifically, carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, boron fibers, alumina fibers, silicon carbide fibers, etc. are used because of their excellent mechanical strength and durability, and these can be used alone or in combination of two or more types. You can also. Among these, carbon fibers are particularly preferable because they provide good strength to the molded product, and various types of carbon fibers such as polyacrylonitrile, pitch, and rayon fibers can be used.

本発明のエポキシ樹脂組成物から繊維強化複合材料を得る方法としては、特に限定されないが、例えば、前記エポキシ樹脂組成物を構成する各成分を均一に混合してワニスを製造し、プリプレグとして、例えば連続した炭素繊維を一方向に並べシート状にしたものや炭素繊維織物などの機材に樹脂を含浸させたもの、炭素繊維基材の少なくとも片方の表面に樹脂層を配置したもの、またその前記表面にさらに繊維層を配置したもの、また前記で得られたワニスに強化繊維を一方向に引き揃えた一方向強化繊維を浸漬させる方法(プルトリュージョン法やフィラメントワインディング法での硬化前の状態、トウプリプレグ)、また強化繊維のシートや織物を重ねて金型内にセットし、その後金型内に樹脂を注入し圧力をかけて含浸または内部を減圧させて含浸させる方法(RTM法での硬化前の状態)等が挙げられる。 The method for obtaining a fiber-reinforced composite material from the epoxy resin composition of the present invention is not particularly limited. Continuous carbon fibers arranged in one direction to form a sheet, materials such as carbon fiber fabrics impregnated with resin, carbon fiber base materials with a resin layer placed on at least one surface, and those surfaces. A method in which a fiber layer is further arranged on the varnish, and a method in which unidirectional reinforcing fibers in which reinforcing fibers are aligned in one direction are immersed in the varnish obtained above (before curing by pultrusion method or filament winding method, Tow prepreg), or reinforcing fiber sheets or fabrics are stacked and set in a mold, and then resin is injected into the mold and impregnated by applying pressure, or by reducing pressure inside the mold (RTM curing) previous state), etc.

本発明の繊維強化複合材料は、成型物全体積に対する強化繊維の体積含有率が40%~85%であることが好ましく、強度の点から50~75%の範囲であることがさらに好ましい。体積含有率が40%未満の場合、前記エポキシ樹脂組成物の含有量が多すぎて得られる硬化物の弾性率や強度が不足したり、要求される諸特性を満たすことができなかったりする場合がある。また体積含有率が85%を超えると、強化繊維中の樹脂が不足し接着性不足やボイドの発生などにつながり、硬化物の弾性率や強度が不足したり、界面密着性が低下してしまう場合がある。 In the fiber-reinforced composite material of the present invention, the volume content of reinforcing fibers relative to the total volume of the molded product is preferably 40% to 85%, and more preferably 50 to 75% from the viewpoint of strength. When the volume content is less than 40%, the content of the epoxy resin composition is too high, and the resulting cured product may lack elastic modulus or strength, or may not be able to satisfy the required properties. There is. Furthermore, if the volume content exceeds 85%, the resin in the reinforcing fibers will be insufficient, leading to insufficient adhesion and the generation of voids, resulting in insufficient elastic modulus and strength of the cured product, and reduced interfacial adhesion. There are cases.

次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。本発明はこの具体例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。 Next, the present invention will be specifically explained based on Examples. The present invention is not limited to this specific example, and various modifications and changes can be made without departing from the gist of the present invention.

物性の評価方法は、次のとおりである。
(1)IRによる残存NCO基の有無判定: 得られたポリウレタン変性エポキシ樹脂0.05gを10mlのテトラヒドロフランに溶解した後、マイクロシュパーテル平板部を用いてKBr板上に塗り付け、室温で15分間乾燥してテトラヒドロフランを蒸発させてIR測定用試料を調製した。これをパーキンエルマー社製FT-IR装置Spectrum-Oneにセットし、NCO基の特性吸収帯である2270cm-1の伸縮振動吸収スペクトルが消失した場合に残存NCO基なし、と判定した。
(2)エポキシ当量: JIS K 7236 に従って定量した。
(3)水酸基当量: ジメチルホルムアミド25mlを200mlガラス栓付三角フラスコにとり、水酸基11mg/当量以下を含む試料を精秤して加え溶解させる。1mol/L-フェニルイソシアネートトルエン溶液20mlとジブチルスズマレート触媒溶液1mlとをそれぞれピペットで加え、よく振り混ぜて混合し、密栓して30~60分間反応させる。反応終了後2mol/L-ジブチルアミントルエン溶液20mlを加えよく振り混ぜて混合し、15分間放置して過剰のフェニルイソシアネートと反応させる。次に、メチルセロソルブ30mlとブロムクレゾールグリーン指示薬0.5mlとを加え、過剰のアミンを標定済の過塩素酸メチルセロソルブ溶液で滴定する。指示薬は青から緑さらに黄色へと変化するので、黄色になった最初の点を終点とし、以下の式i、式iiを用いて水酸基当量を求めた。
水酸基当量 (g/eq)=(1000×W)/C(S-B)・・・(i)
C:過塩素酸メチルセロソルブ溶液の濃度 mol/L
W:試料量 (g)
S:過塩素酸メチルセロソルブ溶液の滴定量 (ml)
B:滴定の際のブランクテストに要した過塩素酸メチルセロソルブ溶液の滴定量 (ml)
C=(1000×w)/{121×(s-b)}・・・(ii)
w:標定のために秤取したトリス-(ハイドロキシメチル)-アミノメタンの採取量 (g)
s:トリス-(ハイドロキシメチル)-アミノメタンの滴定に要した過塩素酸メチルセロソルブ溶液の滴定量 (ml)
b:標定の際のブランクテストに要した過塩素酸メチルセロソルブ溶液の滴定量 (ml)
(4)水酸基価:JISK1557を参考にした測定方法で測定した。
(5)粘度:25℃における粘度の値は、E型粘度計コーンプレートタイプを用いて測定した。本発明のエポキシ樹脂組成物を調製し、その内0.8mLを測定に用い、測定開始から60秒経過後の値を粘度の値とした。
The evaluation method for physical properties is as follows.
(1) Determination of the presence or absence of residual NCO groups by IR: After dissolving 0.05 g of the obtained polyurethane-modified epoxy resin in 10 ml of tetrahydrofuran, it was applied onto a KBr plate using a micro spatula plate, and the mixture was heated at room temperature for 15 minutes. A sample for IR measurement was prepared by drying and evaporating tetrahydrofuran. This was set in an FT-IR Spectrum-One manufactured by PerkinElmer, and it was determined that there were no residual NCO groups when the stretching vibration absorption spectrum at 2270 cm -1 , which is the characteristic absorption band of NCO groups, disappeared.
(2) Epoxy equivalent: Quantified according to JIS K 7236.
(3) Hydroxyl group equivalent: 25 ml of dimethylformamide is placed in a 200 ml Erlenmeyer flask with a glass stopper, and a sample containing 11 mg/equivalent or less of hydroxyl groups is accurately weighed and added and dissolved. Add 20 ml of 1 mol/L-phenylisocyanate toluene solution and 1 ml of dibutyltin malate catalyst solution using a pipette, shake well to mix, seal tightly, and allow to react for 30 to 60 minutes. After the reaction is complete, add 20 ml of 2 mol/L-dibutylamine toluene solution, shake well to mix, and leave to stand for 15 minutes to react with excess phenyl isocyanate. Next, 30 ml of methyl cellosolve and 0.5 ml of bromcresol green indicator are added, and excess amine is titrated with a standardized methyl cellosolve perchlorate solution. Since the indicator changed from blue to green and then yellow, the first point at which it turned yellow was taken as the end point, and the hydroxyl equivalent was determined using the following formulas i and ii.
Hydroxyl group equivalent (g/eq)=(1000×W)/C(SB)...(i)
C: Concentration of methyl cellosolve perchlorate solution mol/L
W: Sample amount (g)
S: Titration amount of methyl cellosolve perchlorate solution (ml)
B: Titration amount of methyl cellosolve perchlorate solution required for blank test during titration (ml)
C=(1000×w)/{121×(sb)}...(ii)
w: Amount of tris-(hydroxymethyl)-aminomethane weighed for standardization (g)
s: Titration amount of methyl cellosolve perchlorate solution required for titration of tris-(hydroxymethyl)-aminomethane (ml)
b: Titration amount of methyl cellosolve perchlorate solution required for blank test during standardization (ml)
(4) Hydroxyl value: Measured using a measurement method based on JIS K1557.
(5) Viscosity: The viscosity value at 25°C was measured using an E-type viscometer cone plate type. The epoxy resin composition of the present invention was prepared, 0.8 mL of which was used for measurement, and the value 60 seconds after the start of the measurement was taken as the viscosity value.

(6)ガラス転移温度(Tg):昇温速度10℃/分の条件下、示差走査熱量計(DSC)を用いてベースラインと変曲点での接線の交点とをガラス転移温度(Tg)として導出した。
(7)引張試験: JIS K 7161の形状に金型注型によって成形した硬化物を試験片とし、万能試験機を用いて、室温23℃下で引張試験を行い、引張強度、引張伸度、引張弾性率を各々測定した。
(8)重量平均分子量(Mw):下記条件のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。
測定装置:東ソー株式会社製 HLC-8420GPC
カラム:TSKgel SuperMultiporeHZ-M×2
測定条件:温度40℃、溶離液THF、流量0.35mL/min
試料:ポリスチレンSRM706a
(9)損失係数(tanδ):樹脂硬化物または成型物を50mmL×10mmW×2mmtの形状に金型注型、加工した試験片を、周波数10Hz、昇温速度2℃/minの条件下、動的粘弾性装置を用いて損失係数(tanδ)を測定し、-40℃~40℃温度範囲の値を算出した。
(10)硬化物の相分離構造の評価方法:実施例および比較例で得た樹脂組成物を真空脱泡し、4mm厚のスペーサーを金属板で挟んだ注型板を用いて、硬化促進剤(D)において2MAOKを用いたような速硬化系ではない場合は120℃で1時間、その後150℃で1時間かけて硬化物を得た。また硬化促進剤(D)において2MZA-PWを用いたような速硬化系の場合は130℃15分かけて硬化物を得た。その後、硬化物を切り出しミクロトームでトリミングして表面を実体顕微鏡で観察、もしくは原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)で観察した。
(6) Glass transition temperature (Tg): The intersection of the baseline and the tangent at the inflection point is measured as the glass transition temperature (Tg) using a differential scanning calorimeter (DSC) under the condition of a heating rate of 10°C/min. It was derived as
(7) Tensile test: A cured product molded into the shape of JIS K 7161 by mold casting was used as a test piece, and a tensile test was conducted at room temperature of 23°C using a universal testing machine to determine the tensile strength, tensile elongation, The tensile modulus of each was measured.
(8) Weight average molecular weight (Mw): Measured by gel permeation chromatography (GPC) under the following conditions.
Measuring device: HLC-8420GPC manufactured by Tosoh Corporation
Column: TSKgel SuperMultiporeHZ-M×2
Measurement conditions: temperature 40°C, eluent THF, flow rate 0.35mL/min
Sample: Polystyrene SRM706a
(9) Loss factor (tan δ): A test piece obtained by casting and processing a cured resin or molded product into a mold of 50 mmL x 10 mmW x 2 mmt was subjected to dynamic operation at a frequency of 10 Hz and a temperature increase rate of 2°C/min. The loss coefficient (tan δ) was measured using a viscoelastic device, and the value in the temperature range of -40°C to 40°C was calculated.
(10) Method for evaluating the phase separation structure of cured products: The resin compositions obtained in Examples and Comparative Examples were vacuum defoamed, and a curing accelerator was added using a casting plate with a 4 mm thick spacer sandwiched between metal plates. In the case of a non-fast curing system such as the one using 2MAOK in (D), a cured product was obtained at 120° C. for 1 hour and then at 150° C. for 1 hour. Further, in the case of a fast-curing system using 2MZA-PW as the curing accelerator (D), a cured product was obtained at 130° C. for 15 minutes. Thereafter, the cured product was cut out, trimmed with a microtome, and the surface was observed with a stereomicroscope or an atomic force microscope (AFM).

実体顕微鏡:
装置:ライカ実体顕微鏡M205C
照明:同軸照明
AFM:
装置:Dimension Icon型AFM(Bruker-AXS製)
プローブ:NCHV(Bruker-AXS製)
先端曲率半径10nm
ばね定数42N/m(公称値)
モード:Tapping Mode
判断基準は、以下のとおり。
×:海島構造。球状島構造で、島サイズが数10nm~数百nmレベル、tanδは低い(0.01~0.02レベル)。
〇:部分的に相互侵入連結した相分離構造。島凝集が生じ、島サイズが数μm~数十μmレベル、tanδは0.03以上。
Stereo microscope:
Equipment: Leica stereo microscope M205C
Illumination: Coaxial illumination AFM:
Equipment: Dimension Icon type AFM (manufactured by Bruker-AXS)
Probe: NCHV (made by Bruker-AXS)
Tip curvature radius 10nm
Spring constant 42N/m (nominal value)
Mode: Tapping Mode
The judgment criteria are as follows.
×: Sea-island structure. It has a spherical island structure, the island size is on the order of tens of nanometers to several hundred nanometers, and the tan δ is low (on the order of 0.01 to 0.02).
○: Phase-separated structure with partially interpenetrating connections. Island aggregation occurs, the island size is on the level of several μm to several tens of μm, and tan δ is 0.03 or more.

使用した原料は次のとおりである。
成分A
日鉄ケミカル&マテリアル製エポトートYD-128、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、エポキシ当量187g/eq、液状
日鉄ケミカル&マテリアル製エポトートYDF-170、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、エポキシ当量170g/eq、液状
日鉄ケミカル&マテリアル製エポトートYH-300、トリメチロールプロパンのポリグリシジルエーテル、エポキシ当量142g/eq、液体
The raw materials used are as follows.
Component A
Nippon Steel Chemical & Materials Epototh YD-128, Bisphenol A epoxy resin, epoxy equivalent 187g/eq, liquid Nippon Steel Chemical & Materials Epototh YDF-170, Bisphenol F epoxy resin, epoxy equivalent 170g/eq, liquid Nippon Steel Chemical & Material Epotote YH-300, polyglycidyl ether of trimethylolpropane, epoxy equivalent 142g/eq, liquid

成分B
エポキシ樹脂(a-1):
日鉄ケミカル&マテリアル製エポトートYDF-170、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、エポキシ当量170g/eq、水酸基当量2600g/eq、液状
エポキシ樹脂(a-2):
日鉄ケミカル&マテリアル製エポトートYH-300、トリメチロールプロパンのポリグリシジルエーテル、エポキシ当量142g/eq、水酸基当量837g/eq、液体
Component B
Epoxy resin (a-1):
Epotote YDF-170 manufactured by Nippon Steel Chemical & Materials, bisphenol F type epoxy resin, epoxy equivalent 170g/eq, hydroxyl equivalent 2600g/eq, liquid epoxy resin (a-2):
Epotote YH-300 manufactured by Nippon Steel Chemical & Materials, polyglycidyl ether of trimethylolpropane, epoxy equivalent 142 g/eq, hydroxyl equivalent 837 g/eq, liquid

下記式(2a)で表されるポリテトラメチレンエーテルグリコール(b-1):
三菱ケミカル製PTMG2000、数平均分子量2000、水酸基当量1000g/eq
三菱ケミカル製PTMG3000、数平均分子量3000、水酸基当量1450g/eq

Figure 2024007372000011
Polytetramethylene ether glycol (b-1) represented by the following formula (2a):
Mitsubishi Chemical PTMG2000, number average molecular weight 2000, hydroxyl group equivalent 1000g/eq
Mitsubishi Chemical PTMG3000, number average molecular weight 3000, hydroxyl group equivalent 1450g/eq
Figure 2024007372000011

ポリオール化合物(b-2):
ADEKA製アデカポリエーテルP-3000、ポリプロピレングリコール、数平均分子量3000、水酸基当量1500g/eq

Figure 2024007372000012
Polyol compound (b-2):
ADEKA Polyether P-3000, polypropylene glycol, number average molecular weight 3000, hydroxyl equivalent weight 1500g/eq
Figure 2024007372000012

ポリイソシアネート化合物(c):
(c-1)三井化学製コスモネートPH、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)

Figure 2024007372000013
(c-2)三井化学製コスモネートT-80、トリレンジイソシアネート(TDI)(2,4-トリレンジイソシアネートと2,6-トリレンジイソシアネートとの、質量割合が約8:2の混合物)
Figure 2024007372000014
(c-3)三井化学製タケネート500、m-キシリレンジイソシアネート(XDI)
Figure 2024007372000015
Polyisocyanate compound (c):
(c-1) Mitsui Chemical Cosmonate PH, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI)
Figure 2024007372000013
(c-2) Cosmonate T-80 manufactured by Mitsui Chemicals, tolylene diisocyanate (TDI) (mixture of 2,4-tolylene diisocyanate and 2,6-tolylene diisocyanate in a mass ratio of approximately 8:2)
Figure 2024007372000014
(c-3) Mitsui Chemicals Takenate 500, m-xylylene diisocyanate (XDI)
Figure 2024007372000015

低分子量ポリオール化合物(d):
1,4-ブタンジオール(BD)(試薬)、分子量90

Figure 2024007372000016
Low molecular weight polyol compound (d):
1,4-butanediol (BD) (reagent), molecular weight 90
Figure 2024007372000016

成分C:
EVONIK製DICYANEX1400F、ジシアンジアミド
Component C:
EVONIK DICYANEX1400F, dicyandiamide

成分D:
四国化成工業製結晶性イミダゾール、キュアゾール2MZA-PW、2,4-ジアミノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン
Component D:
Shikoku Kasei Kogyo crystalline imidazole, Curazole 2MZA-PW, 2,4-diamino-6-[2'-methylimidazolyl-(1')]-ethyl-s-triazine

実施例1
エポキシ樹脂(a-1)としてエポトートYDF-170、エポキシ樹脂(a-2)としてエポトートYH-300、ポリテトラメチレンエーテルグリコールとして三菱ケミカルPTMG3000、ポリイソシアネート(c-1)としてコスモネートPH(MDI)、低分子量ポリオール化合物と(d)として1,4-ブタンジオール(BD)を使用した。これらの使用量(単位:重量部)を表1に示す。
窒素導入管、攪拌機、温度調節機を備えた1000ml四つ口セパラブルフラスコに、エポトートYDF-170、エポトートYH-300、PTMG3000を仕込み、120℃に加温し120分間撹拌混合した。次にコスモネートPHを添加し、120℃で2時間反応させた。次に、1,4-ブタンジオールを添加し、120℃で2時間反応させて、ポリウレタン変性エポキシ樹脂を得た(実施例1、UE1)。
反応が完結していることは、IR測定により、NCO基の吸収スペクトルが消失したことで確認した。得られたポリウレタン変性エポキシ樹脂(実施例1)のエポキシ当量は226g/eq、重量平均分子量は14000であった。
Example 1
Epototo YDF-170 as epoxy resin (a-1), Epototo YH-300 as epoxy resin (a-2), Mitsubishi Chemical PTMG3000 as polytetramethylene ether glycol, Cosmonate PH (MDI) as polyisocyanate (c-1) , 1,4-butanediol (BD) was used as a low molecular weight polyol compound and (d). The amounts used (unit: parts by weight) are shown in Table 1.
Epotote YDF-170, Epotote YH-300, and PTMG3000 were charged into a 1000 ml four-necked separable flask equipped with a nitrogen inlet tube, a stirrer, and a temperature controller, heated to 120° C., and stirred and mixed for 120 minutes. Next, Cosmonate PH was added and reacted at 120°C for 2 hours. Next, 1,4-butanediol was added and reacted at 120°C for 2 hours to obtain a polyurethane-modified epoxy resin (Example 1, UE1).
Completion of the reaction was confirmed by IR measurement when the absorption spectrum of the NCO group disappeared. The obtained polyurethane-modified epoxy resin (Example 1) had an epoxy equivalent of 226 g/eq and a weight average molecular weight of 14,000.

実施例2~9、比較例1~2
原料仕込み組成を表1のとおりとした以外は、実施例1と同じ手順で反応を行い、ポリウレタン変性エポキシ樹脂(UE2~UE9)を得た。エポキシ当量は、UE2が241g/eq、UE3が273g/eq、UE4が237g/eq、UE5が219g/eq、UE6が234g/eq、UE7が262g/eq、UE8が212g/eq、UE9が251g/eq、UE10が251g/eq、UE11が258g/eqであった。
Examples 2-9, Comparative Examples 1-2
Polyurethane-modified epoxy resins (UE2 to UE9) were obtained by carrying out the reaction in the same manner as in Example 1, except that the raw material composition was as shown in Table 1. The epoxy equivalent is 241g/eq for UE2, 273g/eq for UE3, 237g/eq for UE4, 219g/eq for UE5, 234g/eq for UE6, 262g/eq for UE7, 212g/eq for UE8, and 251g/eq for UE9. eq, UE10 was 251g/eq, and UE11 was 258g/eq.

次に、上述した実施例1~9、比較例1~2で得られたポリウレタン変性エポキシ樹脂を使用したエポキシ樹脂組成物及びエポキシ樹脂硬化物の実施例を示す。その結果を表2にまとめて示す。 Next, examples of epoxy resin compositions and cured epoxy resin products using the polyurethane-modified epoxy resins obtained in Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 2 described above will be shown. The results are summarized in Table 2.

実施例10
ポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)として、実施例1で得たポリウレタン変性エポキシ樹脂UE1、ポリウレタン未変性エポキシ樹脂(A)としてエポトートYD-128、エポトートYH-300、硬化剤(C)としてジシアンジアミド、硬化促進剤(D)として2MZA-PWを、各々表2記載の配合で200mlの専用ディスポカップに仕込み、自転・公転ラボ用真空プラネタリーミキサーを用いて5分間真空脱泡しつつ攪拌混合し、液状の樹脂組成物を得た。ここで、エポキシ基とジシアンジアミドのモル比は、1.0:0.5とし、ポリウレタン変性エポキシ樹脂組成物を140g調製した。
次に、この液状樹脂組成物をJISK7161の試験片寸法の溝形状を有する金型に注型した。引張試験用試験片寸法はダンベル型、破壊靭性試験片寸法は100mmL×10mmW×4mmtおよびDMA試験用試験片寸法は100mmL×10mmW×2mmtの金型もしくはシリコン製枠に注液し、測定に適したサイズにカットして用いた。このときの注型性は、余裕をもって十分注型可能なレベルであった。次に、樹脂組成物を事前に130℃で加温しておいた金型に注液し、その後熱風オーブン中に入れ、130℃で5分加熱硬化を行い、エポキシ樹脂硬化物試験片を調製した。この試験片を使用した試験結果を表2に示す。
Example 10
As polyurethane modified epoxy resin (B), polyurethane modified epoxy resin UE1 obtained in Example 1, as polyurethane unmodified epoxy resin (A), Epotote YD-128, Epotote YH-300, as curing agent (C), dicyandiamide, curing accelerator As agent (D), 2MZA-PW was charged into a 200 ml dedicated disposable cup with the formulation shown in Table 2, and stirred and mixed with vacuum degassing for 5 minutes using a rotating/revolution laboratory vacuum planetary mixer to form a liquid. A resin composition was obtained. Here, the molar ratio of epoxy group to dicyandiamide was set to 1.0:0.5, and 140 g of a polyurethane-modified epoxy resin composition was prepared.
Next, this liquid resin composition was cast into a mold having a groove shape having the dimensions of a JIS K7161 test piece. The specimen size for tensile test is dumbbell type, the specimen size for fracture toughness is 100 mm L x 10 mm W x 4 mm t, and the specimen size for DMA test is 100 mm L x 10 mm W x 2 mm t.The liquid is poured into a mold or silicone frame suitable for measurement. It was cut to size and used. The castability at this time was at a level that allowed for sufficient casting. Next, the resin composition was poured into a mold that had been preheated to 130°C, and then placed in a hot air oven and cured by heating at 130°C for 5 minutes to prepare a cured epoxy resin test piece. did. Table 2 shows the test results using this test piece.

実施例11~19、比較例3~7
原料仕込み量を表2のとおりとした以外は、実施例10と同じ手順で反応を行い、樹脂組成物および硬化物を得た。これらの試験片を使用した試験結果を表2に示す。
本発明のポリウレタン変性エポキシ樹脂部を用いることで130℃、5minという短時間の硬化条件で硬化が完了し、低粘度で含浸性に優れ、十分な機械物性を示しながら、優れた減衰性を有する樹脂組成物を得ることができる。
Examples 11 to 19, Comparative Examples 3 to 7
A resin composition and a cured product were obtained by carrying out the reaction in the same manner as in Example 10, except that the amount of raw materials charged was as shown in Table 2. Table 2 shows the test results using these test pieces.
By using the polyurethane-modified epoxy resin part of the present invention, curing can be completed in a short time of 130°C and 5 minutes, and it has low viscosity and excellent impregnation properties, and has excellent damping properties while exhibiting sufficient mechanical properties. A resin composition can be obtained.

Figure 2024007372000017
Figure 2024007372000017

Figure 2024007372000018
Figure 2024007372000018

本発明のポリウレタン変性エポキシ樹脂組成物は、低粘度であり繊維含浸性に優れ、ガラス転移温度の低下を抑制しつつ、かつ硬化物が最適な相分離構造を形成しており、高い損失係数(tanδ)を有するため、減衰性を必要とする産業用、スポーツレジャー用、土木建築用などの複合材料用のマトリックス樹脂や接着剤の配合樹脂などに有用である。
The polyurethane-modified epoxy resin composition of the present invention has a low viscosity and excellent fiber impregnation properties, suppresses a decrease in glass transition temperature, and forms an optimal phase separation structure in the cured product, and has a high loss coefficient ( tan δ), it is useful as a matrix resin for composite materials for industrial use, sports leisure use, civil engineering and construction use, etc. that require damping properties, and resins blended with adhesives.

Claims (9)

ポリウレタン未変性エポキシ樹脂(A)、ポリエーテルポリオール由来の構造とポリイソシアネート由来の構造とを有し、且つ、分子鎖の末端にイソシアネート基とを有する構造が、分子内に平均して2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂の水酸基と反応した構造を有するポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)、および硬化剤(C)を必須成分として含み、エポキシ樹脂組成物の合計量(固形分)に対して、ポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)を20~70重量%含有し、成分(A)と成分(B)が相溶しているポリウレタン変性エポキシ樹脂組成物であって、硬化反応後の硬化物としては、成分(A)と成分(B)が相分離構造を形成し、周波数10Hz、昇温速度2℃/minの条件下、動的粘弾性装置を用いて測定した損失係数(tanδ)が、-40℃~40℃の温度範囲において0.03以上であり、E型粘度計により測定した25℃での粘度が50Pa・s以下であることを特徴とするポリウレタン変性エポキシ樹脂組成物。 Polyurethane unmodified epoxy resin (A), which has a structure derived from polyether polyol and a structure derived from polyisocyanate, and has an average of two or more structures in the molecule that have an isocyanate group at the end of the molecular chain. Contains as essential components a polyurethane-modified epoxy resin (B) having a structure that has reacted with the hydroxyl group of an epoxy resin having an epoxy group, and a curing agent (C), based on the total amount (solid content) of the epoxy resin composition. A polyurethane-modified epoxy resin composition containing 20 to 70% by weight of a polyurethane-modified epoxy resin (B), in which component (A) and component (B) are compatible, and the cured product after the curing reaction is: Component (A) and component (B) form a phase-separated structure, and the loss coefficient (tan δ) measured using a dynamic viscoelasticity device under the conditions of a frequency of 10 Hz and a heating rate of 2°C/min is -40. A polyurethane-modified epoxy resin composition, characterized in that it has a viscosity of 0.03 or more in the temperature range from °C to 40 °C, and a viscosity of 50 Pa·s or less at 25 °C as measured by an E-type viscometer. ポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)において、前記ポリエーテルポリオールに由来する構造の30モル%以上が、ポリテトラメチレンエーテルグリコールに由来することを特徴とする請求項1に記載のポリウレタン変性エポキシ樹脂組成物。 The polyurethane-modified epoxy resin composition according to claim 1, wherein in the polyurethane-modified epoxy resin (B), 30 mol% or more of the structure derived from the polyether polyol is derived from polytetramethylene ether glycol. ポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)において、前記分子内に平均して2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂のモル数の1/3以上が、脂肪族型エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項1に記載のポリウレタン変性エポキシ樹脂組成物。 In the polyurethane-modified epoxy resin (B), 1/3 or more of the number of moles of the epoxy resin having two or more epoxy groups on average in the molecule is an aliphatic epoxy resin. 1. The polyurethane-modified epoxy resin composition according to 1. ポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)が、重量平均分子量8000以上であり、ウレタン成分量が13.5重量%以上であることを特徴とする請求項1に記載のポリウレタン変性エポキシ樹脂組成物。 The polyurethane-modified epoxy resin composition according to claim 1, wherein the polyurethane-modified epoxy resin (B) has a weight average molecular weight of 8,000 or more and a urethane component amount of 13.5% by weight or more. ポリウレタン変性エポキシ樹脂(B)において、前記脂肪族エポキシ樹脂が、トリメチロールプロパンのポリグリシジルエーテルであることを特徴とする請求項1に記載のポリウレタン変性エポキシ樹脂組成物。 The polyurethane-modified epoxy resin composition according to claim 1, wherein in the polyurethane-modified epoxy resin (B), the aliphatic epoxy resin is polyglycidyl ether of trimethylolpropane. 請求項1~5のいずれかに記載のポリウレタン変性エポキシ樹脂組成物を硬化させて得られる硬化物。 A cured product obtained by curing the polyurethane-modified epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 5. 請求項1~5のいずれかに記載のポリウレタン変性エポキシ樹脂組成物を強化繊維に含浸してなることを特徴とする繊維強化複合材料用樹脂組成物。 A resin composition for a fiber-reinforced composite material, which is obtained by impregnating reinforcing fibers with the polyurethane-modified epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 5. 請求項7に記載の繊維強化複合材料用樹脂組成物から得られる繊維強化複合材料。 A fiber-reinforced composite material obtained from the resin composition for fiber-reinforced composite materials according to claim 7. ポリエーテルポリオール由来の構造とポリイソシアネート由来の構造とを有し、且つ、分子鎖の末端にイソシアネート基とを有する構造が、分子内に平均して2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂の水酸基と反応した構造を有するポリウレタン変性エポキシ樹脂であって、
前記ポリエーテルポリオールに由来する構造の30モル%以上が、ポリテトラメチレンエーテルグリコールに由来しており、
前記分子内に平均して2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂のモル数の1/3以上が、脂肪族型エポキシ樹脂であることを特徴とするポリウレタン変性エポキシ樹脂。
The hydroxyl group of an epoxy resin that has a structure derived from a polyether polyol and a structure derived from a polyisocyanate, and has an isocyanate group at the end of the molecular chain has an average of two or more epoxy groups in the molecule. A polyurethane-modified epoxy resin having a structure reacted with
30 mol% or more of the structure derived from the polyether polyol is derived from polytetramethylene ether glycol,
A polyurethane-modified epoxy resin, characterized in that ⅓ or more of the number of moles of the epoxy resin having two or more epoxy groups on average in the molecule is an aliphatic epoxy resin.
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