JP2024017469A - 無機物及びフェノール化合物の併産方法、及び複合材料の製造方法 - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
【課題】分解槽に対して腐食によるダメージを与えることなく、得られる無機物及び熱硬化性樹脂への着色が抑制された、ケミカルリサイクルの方法を提供する。【解決手段】 無機物と熱硬化性樹脂硬化物とを含む複合材料から、無機物及びフェノール化合物を、併せて生産する方法であって、以下の工程1~工程4を含む、無機物及びフェノール化合物の併産方法。工程1:無機物と熱硬化性樹脂硬化物とを含む複合材料を、金属アルコキシド及び有機溶媒を含有する処理液に接触させて、無機物とフェノール化合物とを含有する分解液Aを得る工程工程2:工程1で得られた分解液Aを、粗無機物Bとフェノール化合物を含有する溶解液Cとに固液分離する工程工程3:工程2で得られた粗無機物Bを洗浄して、無機物を得る工程工程4:工程2で得られた溶解液Cからフェノール化合物を分離する工程【選択図】なし
Description
本発明は、無機物及びフェノール化合物の併産方法、及び複合材料の製造方法に関する。
エポキシ樹脂は、その優れた接着性、電気特性、耐熱性により、接着剤、絶縁材、塗料、注型材料、複合材料などの様々な用途に使用されている重要な材料である。このエポキシ樹脂を硬化させて得られるエポキシ樹脂硬化物は、溶融せず、汎用な溶媒に溶解させることが困難である。これは、エポキシ樹脂硬化物が三次元的に架橋された、複雑な構造を有する所以である。
昨今のカーボンニュートラルに鑑み、無機物及びエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂硬化物からなる複合材料も無機物やモノマー原料に戻すケミカルリサイクルが求められている。
無機炭素繊維については、熱分解方法や溶解方法によりリサイクルする方法が知られているものの、モノマー原料に戻す方法については、前述のエポキシ樹脂硬化物の特性により困難であった。
無機炭素繊維については、熱分解方法や溶解方法によりリサイクルする方法が知られているものの、モノマー原料に戻す方法については、前述のエポキシ樹脂硬化物の特性により困難であった。
無機繊維材料及びエポキシ樹脂硬化物からなる複合材料から、無機繊維材料であるガラス繊維や炭素繊維を回収する方法が知られている。たとえば、エポキシ樹脂硬化物分解触媒と有機溶媒により、無機繊維材料及びエポキシ樹脂硬化物からなる複合材料から無機繊維材料であるガラス繊維や炭素繊維を得る方法が知られている(特許文献1)。
また、エポキシ樹脂硬化物を分解及び溶解させ、得られた回収物を用いて再びエポキシ樹脂硬化物を得る方法が知られている。たとえば、エポキシ樹脂硬化物を分解し、その分解物を回収し、得られたエポキシ樹脂分解物を硬化剤として使用して、エポキシ樹脂硬化物を得る方法が知られている(特許文献2)。
また、エポキシ樹脂硬化物を分解及び溶解させ、得られた回収物を用いて再びエポキシ樹脂硬化物を得る方法が知られている。たとえば、エポキシ樹脂硬化物を分解し、その分解物を回収し、得られたエポキシ樹脂分解物を硬化剤として使用して、エポキシ樹脂硬化物を得る方法が知られている(特許文献2)。
無機繊維材料及びエポキシ樹脂硬化物からなる複合材料から無機繊維材料であるガラス繊維や炭素繊維を回収する方法では、エポキシ樹脂分解触媒であるアルカリ金属化合物がSUS304に代表されるステンレス鋼を腐食してしまうことから、硬化物の分解に供する容器には耐腐食性の高級材料を使用する必要があった。また、この腐食により溶出した金属が、回収されたガラス繊維や炭素繊維やフェノール化合物を汚染してしまう問題もあった。
特許文献1の実施例A1によれば、エポキシ樹脂硬化物分解触媒であるアルカリ金属化合物と有機溶媒により、複合材料よりエポキシ樹脂硬化物を溶解出来る。しかし、ステンレス鋼SUS304製の分解槽を用いて、同様に複合材料を分解したところ、分解槽に著しい腐食が見られ、得られたガラス繊維や炭素繊維は溶出した金属由来の着色が見られ、また得られたビスフェノールにも着色が見られた。
また、エポキシ樹脂硬化物を分解し、その分解物を回収し、得られたエポキシ樹脂分解物を硬化剤としてリサイクルする方法では、得られたエポキシ樹脂分解物は、その組成が
不明な化学品であるため、同品質のエポキシ樹脂硬化物を安定的に製造することは困難であり、製造における安全面についての課題があった。
このように、工業的に複合材料をケミカルリサイクルするためには、更なる改良が求められていた。
また、エポキシ樹脂硬化物を分解し、その分解物を回収し、得られたエポキシ樹脂分解物を硬化剤としてリサイクルする方法では、得られたエポキシ樹脂分解物は、その組成が
不明な化学品であるため、同品質のエポキシ樹脂硬化物を安定的に製造することは困難であり、製造における安全面についての課題があった。
このように、工業的に複合材料をケミカルリサイクルするためには、更なる改良が求められていた。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、無機物及び熱硬化性樹脂を含む複合材料に、金属アルコキシド含む処理液を使用して処理することで分解槽の腐食を抑制することが可能となり、また、熱硬化性樹脂硬化物の分解液から、水でフェノール化合物を抽出することで、フェノール化合物を選択的に得られることを見出した。更に、得られた前記フェノールを用いてエポキシ樹脂を製造し、該エポキシ樹脂と無機物とを用いて再度複合材料を製造できることを見出した。
すなわち、本発明は、以下の[1]~[5]を含み得る。
[1]無機物と熱硬化性樹脂硬化物とを含む複合材料から、無機物及びフェノール化合物を、併せて生産する方法であって、以下の工程1~工程4を含む、無機物及びフェノール化合物の併産方法。
工程1:無機物と熱硬化性樹脂硬化物とを含む複合材料を、金属アルコキシド及び有機溶媒を含有する処理液に接触させて、無機物とフェノール化合物とを含有する分解液Aを得る工程
工程2:工程1で得られた分解液Aを、粗無機物Bとフェノール化合物を含有する溶解液Cとに固液分離する工程
工程3:工程2で得られた粗無機物Bを洗浄して、無機物を得る工程
工程4:工程2で得られた溶解液Cからフェノール化合物を分離する工程
[2]前記工程1が、ステンレス鋼を含む容器内で実施される、[1]に記載の併産方法。
[3]前記熱硬化性樹脂硬化物がエポキシ樹脂を含む、[1]又は[2]に記載の併産方法。
[4]前記無機物が、炭素繊維及びガラス繊維からなる群より選択される1種を含む、[1]~[3]のいずれかに記載の併産方法。
[5][1]~[4]のいずれかに記載の方法で得られたフェノール化合物とエピクロルヒドリンとを反応させる反応工程、及び
該反応工程で得られたエポキシ樹脂と無機物とを含むエポキシ樹脂組成物を硬化する工程、を含む複合材料の製造方法。
[1]無機物と熱硬化性樹脂硬化物とを含む複合材料から、無機物及びフェノール化合物を、併せて生産する方法であって、以下の工程1~工程4を含む、無機物及びフェノール化合物の併産方法。
工程1:無機物と熱硬化性樹脂硬化物とを含む複合材料を、金属アルコキシド及び有機溶媒を含有する処理液に接触させて、無機物とフェノール化合物とを含有する分解液Aを得る工程
工程2:工程1で得られた分解液Aを、粗無機物Bとフェノール化合物を含有する溶解液Cとに固液分離する工程
工程3:工程2で得られた粗無機物Bを洗浄して、無機物を得る工程
工程4:工程2で得られた溶解液Cからフェノール化合物を分離する工程
[2]前記工程1が、ステンレス鋼を含む容器内で実施される、[1]に記載の併産方法。
[3]前記熱硬化性樹脂硬化物がエポキシ樹脂を含む、[1]又は[2]に記載の併産方法。
[4]前記無機物が、炭素繊維及びガラス繊維からなる群より選択される1種を含む、[1]~[3]のいずれかに記載の併産方法。
[5][1]~[4]のいずれかに記載の方法で得られたフェノール化合物とエピクロルヒドリンとを反応させる反応工程、及び
該反応工程で得られたエポキシ樹脂と無機物とを含むエポキシ樹脂組成物を硬化する工程、を含む複合材料の製造方法。
本発明により、分解槽に対して腐食によるダメージを与えることなく、得られる無機物及び熱硬化性樹脂への着色が抑制された、ケミカルリサイクルの方法を提供することができる。
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明は以下の説明に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変形して実施することができる。本明細書において、「~」を用いてその前後に数値又は物性値を挟んで表現する場合、その前後の値を含むものとして用いることとする。
本発明の一形態は、無機物と熱硬化性樹脂硬化物とを含む複合材料から、無機物及びフェノール化合物を、併せて生産する方法であって、以下の工程1~工程4を含む、無機物及びフェノール化合物の併産方法である。
工程1:無機物と熱硬化性樹脂硬化物とを含む複合材料を、金属アルコキシド及び有機溶
媒を含有する処理液に接触させて、無機物とフェノール化合物とを含有する分解液Aを得る工程
工程2:工程1で得られた分解液Aを、粗無機物Bとフェノール化合物を含有する溶解液Cとに固液分離する工程
工程3:工程2で得られた粗無機物Bを洗浄して、無機物を得る工程
工程4:工程2で得られた溶解液Cからフェノール化合物を分離する工程
工程1:無機物と熱硬化性樹脂硬化物とを含む複合材料を、金属アルコキシド及び有機溶
媒を含有する処理液に接触させて、無機物とフェノール化合物とを含有する分解液Aを得る工程
工程2:工程1で得られた分解液Aを、粗無機物Bとフェノール化合物を含有する溶解液Cとに固液分離する工程
工程3:工程2で得られた粗無機物Bを洗浄して、無機物を得る工程
工程4:工程2で得られた溶解液Cからフェノール化合物を分離する工程
本明細書において「併産方法」とは、複合材料から無機物又はフェノール化合物のどちらか一方のみ得る方法とは異なり、複合材料をケミカルリサイクルすることで炭素繊維などの無機物を回収しつつ、更に熱硬化性樹脂の原料となるフェノール化合物も回収することを意味する。すなわち、無機物のみをケミカルリサイクルにより回収する方法や、フェノール化合物のみをケミカルリサイクルにより回収する方法とは、目的物が異なる方法である。
<工程1>
工程1は、無機物と熱硬化性樹脂硬化物とを含む複合材料を、金属アルコキシド及び有機溶媒を含有する処理液に接触させて、無機物とフェノール化合物とを含有する分解液Aを得る工程である。従来行われていた、エポキシ樹脂硬化物分解触媒であるアルカリ金属化合物と有機溶媒とを含む処理液を用いて、複合材料よりエポキシ樹脂硬化物を溶解する方法では、分解槽に著しい腐食が見られ、得られたガラス繊維や炭素繊維は溶出した金属由来の着色が見られ、また得られたビスフェノールにも着色が見られたところ、本実施形態では、金属アルコキシドを使用することで分解槽の腐食を抑制することが可能となった。
工程1は、無機物と熱硬化性樹脂硬化物とを含む複合材料を、金属アルコキシド及び有機溶媒を含有する処理液に接触させて、無機物とフェノール化合物とを含有する分解液Aを得る工程である。従来行われていた、エポキシ樹脂硬化物分解触媒であるアルカリ金属化合物と有機溶媒とを含む処理液を用いて、複合材料よりエポキシ樹脂硬化物を溶解する方法では、分解槽に著しい腐食が見られ、得られたガラス繊維や炭素繊維は溶出した金属由来の着色が見られ、また得られたビスフェノールにも着色が見られたところ、本実施形態では、金属アルコキシドを使用することで分解槽の腐食を抑制することが可能となった。
金属アルコキシドを使用することで分解槽(ステンレス)の腐食を抑制できる理由としては、処理液中に水酸化物イオンが存在すると、ステンレスと反応して腐食及び減肉すると考えられ、アルコキシドであればそのような反応を抑制できると、本発明者らは考える。
(複合材料)
分解の対象となる複合材料は、無機物と熱硬化性樹脂硬化物を含む。
熱硬化性樹脂としては、特に限定されるものではなく、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。熱硬化性樹脂のうち、エポキシ樹脂はエポキシ基を構成要素に持つ樹脂であり、フェノール樹脂は芳香族化合物であるフェノールを構成要素に持つ樹脂である。
該熱硬化性樹脂よりなる硬化物は、これらの熱硬化性樹脂の1種のみよりなるものであってもよく、2種以上の熱硬化性樹脂よりなるものであってもよい。
分解の対象となる複合材料は、無機物と熱硬化性樹脂硬化物を含む。
熱硬化性樹脂としては、特に限定されるものではなく、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。熱硬化性樹脂のうち、エポキシ樹脂はエポキシ基を構成要素に持つ樹脂であり、フェノール樹脂は芳香族化合物であるフェノールを構成要素に持つ樹脂である。
該熱硬化性樹脂よりなる硬化物は、これらの熱硬化性樹脂の1種のみよりなるものであってもよく、2種以上の熱硬化性樹脂よりなるものであってもよい。
エポキシ樹脂としては、特に制限されず、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S型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、脂肪族鎖状エポキシ樹脂、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、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂、ビフェノールのジグリシジルエーテル化物、ナフタレンジオールのジグリシジルエーテル化物、フェノール化合物のジグリシジルエーテル化物、アルコール化合物のジグリシジルエーテル化物、これらのアルキル置換体、これらのハロゲン化物、これらの水素添加物などが挙げられる。エポキシ樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの熱硬化性樹脂の硬化剤としては、酸無水物、アミン化合物、フェノール化合物、イソシアネート化合物等が挙げられる。硬化剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
また、硬化促進剤としては、特に制限されず、アルカリ金属化合物、イミダゾール化合物、第三級アミン化合物、第四級アンモニウム塩、有機リン化合物等が挙げられる。硬化促進剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
また、硬化促進剤としては、特に制限されず、アルカリ金属化合物、イミダゾール化合物、第三級アミン化合物、第四級アンモニウム塩、有機リン化合物等が挙げられる。硬化促進剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
無機物としては、特に限定されるものではなく、例えば炭素、ガラス、金属、金属化合物等が挙げられる。また、無機材料の形状としては、繊維、粒子、箔等が挙げられる。繊維は、不織布状であっても織布状であってもよく、織布状の場合、繊維束を織って作製したクロス材であってもよく、繊維束を一方向に配列したUD(Uni-Direction)材であってもよい。無機材料は、1種を単独で含んでいてもよく、2種以上を含んでいてもよい。
(処理液)
処理液は、金属アルコキシド及び有機溶媒を含む。
金属アルコキシドは、アルコール類のヒドロキシ基の水素原子を、金属で置換した化合物であり、アルコールに金属を添加することで得ることができる。金属の種類は、金属アルコキシドを形成できる金属であれば特に限定されないが、アルカリ金属であることが好ましい。アルカリ金属としては、ナトリウム、リチウム、カリウムが好ましく、より好ましくはナトリウムである。アルカリ金属以外の金属は、マグネシウム、アルミニウムなどが挙げられる。
処理液は、金属アルコキシド及び有機溶媒を含む。
金属アルコキシドは、アルコール類のヒドロキシ基の水素原子を、金属で置換した化合物であり、アルコールに金属を添加することで得ることができる。金属の種類は、金属アルコキシドを形成できる金属であれば特に限定されないが、アルカリ金属であることが好ましい。アルカリ金属としては、ナトリウム、リチウム、カリウムが好ましく、より好ましくはナトリウムである。アルカリ金属以外の金属は、マグネシウム、アルミニウムなどが挙げられる。
また、金属アルコキシドを得るために使用されるアルコールとしては、特に制限されず、メタノール、エタノール、1-ブタノール、2-ブタノール、2-メチル-1-プロパノール、2-メチル-2-プロパノール、1-ペンタノール、2-ペンタノール、3-ペンタノール、2-メチル-1-ブタノール、2-メチル-2-ブタノール、3-メチル-1-ブタノール、3-メチル-2-ブタノール、2,2-ジメチル-1-プロパノール、1-ヘキサノール、2-ヘキサノール、3-ヘキサノール、2-メチル-1-ペンタノール、4-メチル-2-ペンタノール、2-エチル-1-ブタノール、1-ヘプタノール、2-ヘプタノール、3-ヘプタノール、2-エチルヘキサノール、ドデカノール、シクロヘキサノール、1-メチルシクロヘキサノール、2-メチルシクロヘキサノール、3-メチルシクロヘキサノール、4-メチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、フェノキシエタノール、1-(2-ヒドロキシエチル)-2-ピロリドン、ジアセトンアルコール、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール(分子量200~400)、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、グリセリン、ジプロピレングリコール等が挙げられる。これらのアルコールは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
金属アルコキシドは、固体の状態でも、溶液の状態でもよい。金属アルコキシドとしては、熱硬化性樹脂硬化物の分解効率の観点からナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、ナトリウムプロポキシド、ナトリウムイソプロポキシド、ナトリウムベンジルアルコキシド(ナトリウムベンジルオキシド)、カリウムメトキシド、カリウムエトキシド、カリウムプロポキシド、イソプロポキシド、カリウムベンジルアルコキシド(カリウムベンジルオキシド)が好ましい。
これらのアルカリ金属アルコキシドは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
有機溶媒は、特に制限されず、アルコール系溶媒、エーテル系溶媒、芳香族系溶媒等が挙げられる。
アルコール系溶媒は、特に制限されず、メタノール、エタノール、1-ブタノール、2-ブタノール、2-メチル-1-プロパノール、2-メチル-2-プロパノール、1-ペンタノール、2-ペンタノール、3-ペンタノール、2-メチル-1-ブタノール、2-メチル-2-ブタノール、3-メチル-1-ブタノール、3-メチル-2-ブタノール、2,2-ジメチル-1-プロパノール、1-ヘキサノール、2-ヘキサノール、3-ヘキサノール、2-メチル-1-ペンタノール、4-メチル-2-ペンタノール、2-エチル-1-ブタノール、1-ヘプタノール、2-ヘプタノール、3-ヘプタノール、2-エチルヘキサノール、ドデカノール、シクロヘキサノール、1-メチルシクロヘキサノール、2-メチルシクロヘキサノール、3-メチルシクロヘキサノール、4-メチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、フェノキシエタノール、1-(2-ヒドロキシエチル)-2-ピロリドン、ジアセトンアルコール、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール(分子量200~400)、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、グリセリン、ジプロピレングリコール等が挙げられる。アルコール系溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
エーテル系溶媒は、特に制限されず、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ブチルメチルエーテル、ブチルエチルエーテル、ジイソアミルエーテル、ヘキシルメチルエーテル、オクチルメチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、ジシクロペンチルエーテル等が挙げられる。エーテル系溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
芳香族系溶媒は、特に制限されず、ベンゼン、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、エチルベンゼンなどのアルキルベンゼン、メチルナフタレン、エチルナフタレン、ジメチルナフタレンなどのアルキルナフタレン等が挙げられる。芳香族系溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
また、アルコール系溶媒の1種又は2種以上とエーテル系溶媒の1種又は2種以上を併用してもよく、アルコール系溶媒の1種又は2種以上と芳香族系溶媒の1種又は2種以上とを併用してもよく、エーテル系溶媒の1種又は2種以上と芳香族系溶媒の1種又は2種以上とを併用してもよく、アルコール系溶媒の1種又は2種以上とエーテル系溶媒の1種又は2種以上と芳香族系溶媒の1種又は2種以上とを併用してもよい。
これらのうち、熱硬化性樹脂硬化物の分解物の溶解性に優れることから、アルコール系溶媒が好ましく、有機溶媒中の少なくとも一部として、用いる金属アルコキシドの原料アルコールと同じアルコール系溶媒を含むことが好ましい。
また、有機溶媒は、熱硬化性樹脂硬化物の処理工程で加熱を必要とする観点から、大気
圧下での沸点が100℃以上の有機溶媒であることが好ましく、この沸点は120℃以上がより好ましく、150℃以上が特に好ましい。
このような観点からも、ベンジルアルコール(沸点205℃)は好ましい有機溶媒である。
圧下での沸点が100℃以上の有機溶媒であることが好ましく、この沸点は120℃以上がより好ましく、150℃以上が特に好ましい。
このような観点からも、ベンジルアルコール(沸点205℃)は好ましい有機溶媒である。
処理液は、必要に応じて金属アルコキシド及び有機溶媒以外の他の成分を更に含有していてもよい。他の成分としては、界面活性剤、低粘度溶媒等が挙げられる。
処理液に含まれる金属アルコキシドの濃度は、熱硬化性樹脂硬化物の分解効率を向上させる観点から、処理液1L中に0.001モル~100モルが好ましく、0.005モル~50モルがより好ましく、0.01モル~20モルが特に好ましい。金属アルコキシドの濃度が高くなるほど、熱硬化性樹脂硬化物を効率的に分解することができる。金属アルコキシドの濃度が低くなるほど、処理液の粘度を上昇させることなく熱硬化性樹脂硬化物を分解することができる。
処理液の調製に際して、金属アルコキシドは、固体の状態で有機溶媒と混合してもよく、溶液の状態で有機溶媒と混合してもよい。処理液の調製に当たり、加熱を行う必要はなく、5~35℃程度の常温で、有機溶媒と金属アルコキシドを混合することで、処理液を調製することができる。
(処理方法)
複合材料を処理液と接触させる際には、ステンレス鋼を含む容器内で行われることが好ましい。ステンレス鋼としては、特に限定されないが、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステナイト・フェライト系ステンレス鋼、析出硬化系ステンレス鋼などが挙げられ、好ましくは、オーステナイト系ステンレス鋼、特に好ましくは、SUS304、SUS316、SUS316Lである。
上記処理液を用いることで、容器の腐食を抑制することが可能となり、ステンレス鋼を含む容器で複合材料と処理液を接触させても、ケミカルリサイクルにより得られる無機物及び熱硬化性樹脂への着色を抑制することができる。
複合材料を処理液と接触させる際には、ステンレス鋼を含む容器内で行われることが好ましい。ステンレス鋼としては、特に限定されないが、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステナイト・フェライト系ステンレス鋼、析出硬化系ステンレス鋼などが挙げられ、好ましくは、オーステナイト系ステンレス鋼、特に好ましくは、SUS304、SUS316、SUS316Lである。
上記処理液を用いることで、容器の腐食を抑制することが可能となり、ステンレス鋼を含む容器で複合材料と処理液を接触させても、ケミカルリサイクルにより得られる無機物及び熱硬化性樹脂への着色を抑制することができる。
ステンレス鋼を含む容器は、複合材料と処理液とを接触させることが可能であれば特に限定されない。分解槽として用いることができる容器であれば、箱型であってもよく、筒形であってもよく、網目状のかご型であってもよく、多孔質材料からなる容器であってもよい。
容器の体積に対する、容器内に配置する複合材料の体積の割合(充填率)は、溶解効率の観点から5%~25%の範囲内であることが好ましい。
容器の体積に対する、容器内に配置する複合材料の体積の割合(充填率)は、溶解効率の観点から5%~25%の範囲内であることが好ましい。
接触させる際の処理液の加熱温度は、熱硬化性樹脂硬化物の分解効率を向上させる観点から、100℃以上が好ましく、130℃以上がより好ましく、150℃以上が特に好ましい。一方、この温度は溶媒および分解生成物の変性を抑制する観点から300℃以下、特に250℃以下であることが好ましい。
接触時間は、熱硬化性樹脂硬化物が十分に分解されて溶解する時間であればよく、熱硬化性樹脂の種類、用いた金属アルコキシド及び有機溶媒の種類や濃度、処理温度によっても異なるが、通常2~50時間程度で熱硬化性樹脂硬化物の50重量%以上を分解して溶解させることができる。
<工程2>
工程2は、工程1で得られた分解液Aを、粗無機物Bとフェノール化合物を含有する溶
解液Cとに固液分離する工程である。
固液分離の方法は、特に限定されるものではなく、ろ過、デカンテーション、比重分離、遠心分離などの方法を用いることができる。ろ過は常圧で行ってもよいが、加圧又は減圧下で行うことで分離に要する時間を短縮することができる。
工程2は、工程1で得られた分解液Aを、粗無機物Bとフェノール化合物を含有する溶
解液Cとに固液分離する工程である。
固液分離の方法は、特に限定されるものではなく、ろ過、デカンテーション、比重分離、遠心分離などの方法を用いることができる。ろ過は常圧で行ってもよいが、加圧又は減圧下で行うことで分離に要する時間を短縮することができる。
<工程3>
工程3は、工程2で得られた粗無機物Bを洗浄して、無機物を得る工程である。
洗浄は、有機溶剤及び水からなる群より選択される少なくとも1種を用いて行うことが好ましく、有機溶剤による洗浄と、水による洗浄を組み合わせることが、より好ましい。洗浄に用いる有機溶剤は、例えばアルコール系の溶剤、エーテル系の溶剤、ケトン系の溶剤などを用いることができる。洗浄に用いる水は、純水、蒸留水の他に、希塩酸、希硫酸、希硝酸、リン酸などの無機酸、ギ酸や酢酸などの有機酸を用いることができる。洗浄は、粗無機物Bに付着している分解液の溶媒等を洗い流すのに十分な時間行うことが好ましい。例えば無機物が炭素繊維である場合、その外観が市販の炭素繊維と目視で同等となる程度まで洗浄することが好ましい。
工程3は、工程2で得られた粗無機物Bを洗浄して、無機物を得る工程である。
洗浄は、有機溶剤及び水からなる群より選択される少なくとも1種を用いて行うことが好ましく、有機溶剤による洗浄と、水による洗浄を組み合わせることが、より好ましい。洗浄に用いる有機溶剤は、例えばアルコール系の溶剤、エーテル系の溶剤、ケトン系の溶剤などを用いることができる。洗浄に用いる水は、純水、蒸留水の他に、希塩酸、希硫酸、希硝酸、リン酸などの無機酸、ギ酸や酢酸などの有機酸を用いることができる。洗浄は、粗無機物Bに付着している分解液の溶媒等を洗い流すのに十分な時間行うことが好ましい。例えば無機物が炭素繊維である場合、その外観が市販の炭素繊維と目視で同等となる程度まで洗浄することが好ましい。
<工程4>
工程4は、工程2で得られた溶解液Cからフェノール化合物を分離する工程である。
溶解液Cには、フェノール化合物以外に、多くの油溶成分が含まれることから、油水分離を行うことで、水相からフェノール化合物を回収することができる。
油水分離の方法は特に限定されるものではなく、溶解液Cに純水や蒸留水などの水を加えて混合した後、透過膜を用いた分離、比重分離による分離、遠心分離による分離、などにより分離することができる。
工程4は、工程2で得られた溶解液Cからフェノール化合物を分離する工程である。
溶解液Cには、フェノール化合物以外に、多くの油溶成分が含まれることから、油水分離を行うことで、水相からフェノール化合物を回収することができる。
油水分離の方法は特に限定されるものではなく、溶解液Cに純水や蒸留水などの水を加えて混合した後、透過膜を用いた分離、比重分離による分離、遠心分離による分離、などにより分離することができる。
工程4で分離した水相から、フェノール化合物を回収することができる。フェノール化合物としては、特に限定されないが、エピクロルヒドリンと反応してエポキシ樹脂を合成できるフェノール化合物が好ましい。フェノール化合物としては、ビスフェノール化合物が好ましく、ビスフェノール化合物としては、ビスフェノールA、ビスフェノールAP、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E、ビスフェノールF、ビスフェノールG、ビスフェノールS、などが挙げられるがこれらに限定されない。
工程4で分離した水相に含まれるフェノ―ル化合物は、フェノール化合物の金属塩であることから、水に溶解する有機溶媒を供給することで、フェノール化合物を析出させることが出来る。水に溶解する有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、アセトン、メチルエチルケトン、などが挙げられるが、これらに限定されない。水に溶解する有機溶媒の供給量は、少ないと十分にフェノール化合物を析出することが出来なく、多いと容器が大きくなり、効率が低下する。そのため、水に溶解する有機溶媒の供給量は、工程4で分離した水相の重量に対して、0.001~1000が好ましく、0.01~100がより好ましく、0.05~10が特に好ましい。水に溶解する有機溶媒を供給する温度は、用いる有機溶媒の沸点以下が好ましく、70℃以下がより好ましく、50℃以下が特に好ましい。
析出したビスフェノール化合物は、ろ過、遠心分離、デカンテーション等より固液分離することで回収することができる。
析出したビスフェノール化合物は、ろ過、遠心分離、デカンテーション等より固液分離することで回収することができる。
<エポキシ樹脂の合成>
前記工程4で得られたビスフェノール化合物を用いて製造する、再生エポキシ樹脂の製造方法に関する発明もまた、本明細書の開示に含まれる。また、得られた再生エポキシ樹脂を、多価ヒドロキシ化合物原料と更に反応させ、再生エポキシ樹脂を製造してもよい。
このように、再生エポキシ樹脂は、原料の少なくとも一部に、ビスフェノール化合物及び/又はビスフェノール化合物を用いて製造された再生エポキシ樹脂を用いて製造することができる。本発明の再生エポキシ樹脂は、ビスフェノール化合物(本発明のビスフェノールの製造方法で得られたビスフェノール)及び/又はビスフェノール化合物を用いて製造された再生エポキシ樹脂を原料として用いる以外は、特に制限なく、公知のエポキシ樹脂の製造方法を利用して製造することができる。例えば、ビスフェノール化合物は、後述する通り、一段法や酸化法、二段法を利用して製造する際の多価ヒドロキシ化合物原料の少なくとも一部として用いることができる。得られた再生エポキシ樹脂は、二段法を利用して製造する際のエポキシ樹脂原料の少なくとも一部として用いることもできる。
前記工程4で得られたビスフェノール化合物を用いて製造する、再生エポキシ樹脂の製造方法に関する発明もまた、本明細書の開示に含まれる。また、得られた再生エポキシ樹脂を、多価ヒドロキシ化合物原料と更に反応させ、再生エポキシ樹脂を製造してもよい。
このように、再生エポキシ樹脂は、原料の少なくとも一部に、ビスフェノール化合物及び/又はビスフェノール化合物を用いて製造された再生エポキシ樹脂を用いて製造することができる。本発明の再生エポキシ樹脂は、ビスフェノール化合物(本発明のビスフェノールの製造方法で得られたビスフェノール)及び/又はビスフェノール化合物を用いて製造された再生エポキシ樹脂を原料として用いる以外は、特に制限なく、公知のエポキシ樹脂の製造方法を利用して製造することができる。例えば、ビスフェノール化合物は、後述する通り、一段法や酸化法、二段法を利用して製造する際の多価ヒドロキシ化合物原料の少なくとも一部として用いることができる。得られた再生エポキシ樹脂は、二段法を利用して製造する際のエポキシ樹脂原料の少なくとも一部として用いることもできる。
なお、「エポキシ樹脂原料」とは、再生エポキシ樹脂の原料として用いられるエポキシ樹脂を意味する。「多価ヒドロキシ化合物」は、2価以上のフェノール化合物及び2価以上のアルコール化合物の総称であり、「多価ヒドロキシ化合物原料」とは、再生エポキシ樹脂の原料として用いられる多価ヒドロキシ化合物を意味する。
本発明の再生エポキシ樹脂の製造方法としては、一段法、酸化法、二段法などを利用することができる。
一段法による再生エポキシ樹脂の製造方法は、ビスフェノール化合物(本発明のビスフェノールの製造方法で得られるビスフェノール)を用いてエピハロヒドリンと反応させて再生エポキシ樹脂を得る方法である。
酸化法による再生エポキシ樹脂の製造方法は、ビスフェノール化合物を、ハロゲン化アリル(塩化アリルや臭化アリル等)を用いてアリル化した後に、酸化反応させて再生エポキシ樹脂を得る方法である。
二段法による再生エポキシ樹脂の製造方法は、エポキシ樹脂原料と多価ヒドロキシ化合物原料とを反応させる方法であり、原料として、ビスフェノール化合物及び/又は再生エポキシ樹脂を用いる。
一段法による再生エポキシ樹脂の製造方法は、ビスフェノール化合物(本発明のビスフェノールの製造方法で得られるビスフェノール)を用いてエピハロヒドリンと反応させて再生エポキシ樹脂を得る方法である。
酸化法による再生エポキシ樹脂の製造方法は、ビスフェノール化合物を、ハロゲン化アリル(塩化アリルや臭化アリル等)を用いてアリル化した後に、酸化反応させて再生エポキシ樹脂を得る方法である。
二段法による再生エポキシ樹脂の製造方法は、エポキシ樹脂原料と多価ヒドロキシ化合物原料とを反応させる方法であり、原料として、ビスフェノール化合物及び/又は再生エポキシ樹脂を用いる。
以下、一段法、酸化法、及び二段法を利用した再生エポキシ樹脂の製造方法について説明する。
(一段法による再生エポキシ樹脂の製造方法)
一段法による再生エポキシ樹脂の製造方法は、公知の製造方法であれば特に制限はないが、以下に詳述する。
一段法による再生エポキシ樹脂の製造方法は、公知の製造方法であれば特に制限はないが、以下に詳述する。
一段法による再生エポキシ樹脂の製造方法は、ビスフェノール化合物に、ビスフェノール化合物以外の多価ヒドロキシ化合物(以下、「他の多価ヒドロキシ化合物」と称す場合がある。)を併用して製造してもよい。すなわち、一段法による再生エポキシ樹脂の製造方法は、多価ヒドロキシ化合物原料とエピハロヒドリンと反応させて再生エポキシ樹脂を得る方法であり、多価ヒドロキシ化合物原料の少なくとも一部が、ビスフェノール化合物である方法とすることができる。
多価ヒドロキシ化合物原料におけるビスフェノール化合物の含有量は特に限定されないが、ビスフェノール化合物の含有量が高いと環境に優しいことから、1~100質量%が好ましく、10~100質量%がより好ましい。
ここで、「他の多価ヒドロキシ化合物」とは、ビスフェノール化合物を除く、2価以上のフェノール化合物及び2価以上のアルコール化合物の総称である。一段法による再生エポキシ樹脂の製造方法においては、「多価ヒドロキシ化合物原料」は、ビスフェノール化合物と、必要に応じて用いられる他の多価ヒドロキシ化合物をあわせた全多価ヒドロキシ化合物である。
他の多価ヒドロキシ化合物としては、ビスフェノールA、テトラメチルビスフェノールA、ビスフェノールF、テトラメチルビスフェノールF、ビスフェノールS、ビスフェノールC、ビスフェノールAD、ビスフェノールAF、ハイドロキノン、レゾルシン、メチルレゾルシン、ビフェノール、テトラメチルビフェノール、ジヒドロキシナフタレン、ジヒドロキシジフェニルエーテル、チオジフェノール類、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、テルペンフェノール樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール樹脂、ビスフェノールAノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂、臭素化ビスフェノールA、臭素化フェノールノボラック樹脂等の種々の多価フェノール類や、種々のフェノール類とベンズアルデヒド、ヒドロキシベンズアルデヒド、クロトンアルデヒド、グリオキザール等の種々のアルデヒド類との縮合反応で得られる多価フェノール樹脂類、キシレン樹脂とフェノール類との縮合反応で得られる多価フェノール樹脂類、重質油又はピッチ類とフェノール類とホルムアルデヒド類との共縮合樹脂等の各種のフェノール樹脂類、エチレングリコール、トリメチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,3-ペンタンジオール、1,4-ペンタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール等の鎖状脂肪族ジオール類、シクロヘキサンジオール、シクロデカンジオール等の環状脂肪族ジオール類、ポリエチレンエーテルグリコール、ポリオキシトリメチレンエーテルグリコール、ポリプロピレンエーテルグリコール等のポリアルキレンエーテルグリコール類等が例示される。
反応に際しては、多価ヒドロキシ化合物原料を、エピハロヒドリンに溶解させて均一な溶液とする。エピハロヒドリンとしては、通常、エピクロロヒドリン又はエピブロモヒドリンが用いられるが、本発明ではエピクロロヒドリンが好ましい。
エピハロヒドリンの使用量は、多価ヒドロキシ化合物原料(全多価ヒドロキシ化合物)の水酸基1当量あたり、通常1.0~14.0当量、特に2.0~10.0当量に相当する量であることが好ましい。エピハロヒドリンの量が上記下限以上であると、高分子量化反応を制御しやすく、得られる再生エポキシ樹脂を適切なエポキシ当量とすることができるために好ましい。一方、エピハロヒドリンの量が上記上限以下であると、生産効率が向上する傾向にあるために好ましい。
次いで、上記溶液を撹拌しながら、多価ヒドロキシ化合物原料の水酸基1当量あたり通常0.1~3.0当量、好ましくは0.8~2.0当量に相当する量のアルカリ金属水酸化物を固体又は水溶液で加えて反応させる。アルカリ金属水酸化物の添加量が上記下限以上であると、未反応の水酸基と生成したエポキシ樹脂が反応しにくく、高分子量化反応を制御しやすいために好ましい。また、アルカリ金属水酸化物の添加量が上記上限以下であると、副反応による不純物が生成しにくいために好ましい。ここで用いられるアルカリ金属水酸化物としては通常、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムが挙げられる。
この反応は、常圧下又は減圧下で行うことができ、反応温度は好ましくは20~200℃、より好ましくは40~150℃である。反応温度が上記下限以上であると、反応を進行させやすく、且つ反応を制御しやすいために好ましい。また、反応温度が上記上限以下であると、副反応が進行しにくく、特にポリマー量を低減しやすいために好ましい。
また、この反応は、必要に応じて所定の温度を保持しながら反応液を共沸させ、揮発する蒸気を冷却して得られた凝縮液を油/水分離し、水分を除いた油分を反応系へ戻す方法により脱水しながら行われる。アルカリ金属水酸化物は、急激な反応を抑えるために、好ましくは0.1~24時間、より好ましくは0.5~10時間かけて少量ずつを断続的又は連続的に添加する。アルカリ金属水酸化物の添加時間が上記下限以上であると、急激に
反応が進行するのを防ぐことができ、反応温度の制御がしやすくなるために好ましい。添加時間が上記上限以下であると、ポリマー量を低減しやすいため好ましい。
反応が進行するのを防ぐことができ、反応温度の制御がしやすくなるために好ましい。添加時間が上記上限以下であると、ポリマー量を低減しやすいため好ましい。
反応終了後、不溶性の副生塩を濾別して除くか、水洗により除去した後、未反応のエピハロヒドリンを加温及び/又は減圧留去によって留去し、除くことができる。
また、この反応においては、テトラメチルアンモニウムクロリド、テトラエチルアンモニウムブロミド等の第四級アンモニウム塩、ベンジルジメチルアミン、2,4,6-トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール等の第三級アミン、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール等のイミダゾール類、エチルトリフェニルホスホニウムアイオダイド等のホスホニウム塩、トリフェニルホスフィン等のホスフィン類等の触媒を用いてもよい。
更に、この反応においては、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、メトキシプロパノール等のグリコールエーテル類、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等の非プロトン性極性溶媒等の不活性な有機溶媒を用いてもよい。
[全塩素含有量が低下した再生エポキシ樹脂の製造]
上記のようにして得られた再生エポキシ樹脂の全塩素含有量を低減する必要がある場合には、アルカリとの反応によって全塩素含有量が低下した再生エポキシ樹脂を製造することができる。
上記のようにして得られた再生エポキシ樹脂の全塩素含有量を低減する必要がある場合には、アルカリとの反応によって全塩素含有量が低下した再生エポキシ樹脂を製造することができる。
アルカリとの反応には、再生エポキシ樹脂を溶解させるための有機溶媒を用いてもよい。反応に用いる有機溶媒は、特に制限されるものではないが、製造効率、取り扱い性、作業性等の面から、ケトン系の有機溶媒を用いることが好ましい。また、より加水分解性塩素量を下げる観点から、非プロトン性極性溶媒を用いてもよい。
ケトン系の有機溶媒としては、例えば、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶媒が挙げられる。効果や後処理の容易さなどから、特にメチルイソブチルケトンが好ましい。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
非プロトン性極性溶媒としては、例えば、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド、ジメチルスルホン、スルホラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ヘキサメチルホスホルアミド等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。これらの非プロトン性極性溶媒の中では、入手し易く、効果が優れていることから、ジメチルスルホキシドが好ましい。
上記の溶媒の使用量は、アルカリによる処理に供する液中の再生エポキシ樹脂の濃度が通常1~95質量%となる量であり、好ましくは5~80質量%となる量である。
アルカリとしては、アルカリ金属水酸化物の固体又は溶液を使用することができる。アルカリ金属水酸化物としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等が挙げられ、好ましくは水酸化ナトリウムである。また、アルカリ金属水酸化物は、有機溶媒や水に溶解したものを使用してもよい。好ましくは、アルカリ金属水酸化物を水溶媒、又は有機溶媒に溶解した溶液として用いる。
使用するアルカリ金属水酸化物の量としては、アルカリ金属水酸化物の固形分換算で再
生エポキシ樹脂100質量部に対して0.01~20.0質量部以下が好ましい。より好ましくは0.10~10.0質量部である。アルカリ金属水酸化物の使用量が上記下限以下の場合、全塩素含有量の低減効果が低く、また上記上限以上の場合は、ポリマーが多く生成するため収率が低下する。
生エポキシ樹脂100質量部に対して0.01~20.0質量部以下が好ましい。より好ましくは0.10~10.0質量部である。アルカリ金属水酸化物の使用量が上記下限以下の場合、全塩素含有量の低減効果が低く、また上記上限以上の場合は、ポリマーが多く生成するため収率が低下する。
反応温度は好ましくは20~200℃、より好ましくは40~150℃であり、反応時間は好ましくは0.1~24時間、より好ましくは0.5~10時間である。
反応後、水洗等の方法で過剰のアルカリ金属水酸化物や副性塩を除去し、更に有機溶媒を加温及び/又は減圧留去及び/又は水蒸気蒸留で除去することができる。
反応後、水洗等の方法で過剰のアルカリ金属水酸化物や副性塩を除去し、更に有機溶媒を加温及び/又は減圧留去及び/又は水蒸気蒸留で除去することができる。
(酸化法による再生エポキシ樹脂の製造方法)
酸化法による再生エポキシ樹脂の製造方法は、公知の製造方法であれば特に制限はないが、例えば、特開2011-225711号公報、特開2012-092247号公報、特開2012-111858号公報等に記載の方法に従って実施することができる。
酸化法による再生エポキシ樹脂の製造方法は、公知の製造方法であれば特に制限はないが、例えば、特開2011-225711号公報、特開2012-092247号公報、特開2012-111858号公報等に記載の方法に従って実施することができる。
酸化法による再生エポキシ樹脂の製造方法においても、一段法と同様に、ビスフェノール化合物に、ビスフェノール化合物以外の他の多価ヒドロキシ化合物を併用して製造してもよい。すなわち、酸化法による再生エポキシ樹脂の製造方法は、多価ヒドロキシ化合物原料を、ハロゲン化アリルを用いてアリル化した後に、酸化反応させて再生エポキシ樹脂を得る方法であり、多価ヒドロキシ化合物原料の少なくとも一部が、ビスフェノール化合物である方法とすることができる。
酸化法による再生エポキシ樹脂の製造方法においては、「多価ヒドロキシ化合物原料」は、ビスフェノール化合物と、必要に応じて用いられる他の多価ヒドロキシ化合物をあわせた全多価ヒドロキシ化合物であり、他の多価ヒドロキシ化合物としては、一段法と同様のものが挙げられる。多価ヒドロキシ化合物原料におけるビスフェノール化合物の含有量は特に限定されないが、ビスフェノール化合物の含有量が高いと環境に優しいことから、1~100質量%が好ましく、10~100質量%がより好ましい。
(二段法による再生エポキシ樹脂の製造方法)
二段法による再生エポキシ樹脂の製造方法は、公知の製造方法であれば特に制限はないが、以下に詳述する。
二段法による再生エポキシ樹脂の製造方法は、公知の製造方法であれば特に制限はないが、以下に詳述する。
二段法による再生エポキシ樹脂の製造方法は、エポキシ樹脂原料と多価ヒドロキシ化合物原料とを反応させる工程を有し、前記エポキシ樹脂原料の少なくとも一部が再生エポキシ樹脂であり、及び/又は、前記多価ヒドロキシ化合物原料の少なくとも一部がビスフェノール化合物である、方法とすることができる。
すなわち、二段法による再生エポキシ樹脂の製造方法は、下記方法(i)~方法(iii)のいずれかである。
方法(i):再生エポキシ樹脂以外の他のエポキシ樹脂(以下、単に「他のエポキシ樹脂」と称す場合がある。)と、ビスフェノール化合物を含む多価ヒドロキシ化合物原料を反応させる方法
方法(i)において、エポキシ樹脂原料は、再生エポキシ樹脂以外の他のエポキシ樹脂である。また、多価ヒドロキシ化合物原料は、ビスフェノール化合物と、必要に応じて用いられる他の多価ヒドロキシ化合物をあわせた全多価ヒドロキシ化合物である。
方法(ii):再生エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂原料と、ビスフェノール化合物を
含む多価ヒドロキシ化合物原料を反応させる方法
含む多価ヒドロキシ化合物原料を反応させる方法
方法(ii)において、エポキシ樹脂原料は、再生エポキシ樹脂と、必要に応じて用いられる他のエポキシ樹脂をあわせた全エポキシ樹脂である。また、多価ヒドロキシ化合物原料は、ビスフェノール化合物と、必要に応じて用いられる他の多価ヒドロキシ化合物をあわせた全多価ヒドロキシ化合物である。
方法(iii):再生エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂原料と、ビスフェノール化合物以外の他の多価ヒドロキシ化合物を反応させる方法
方法(iii)において、エポキシ樹脂原料は、再生エポキシ樹脂と、必要に応じて用いられる他のエポキシ樹脂をあわせた全エポキシ樹脂である。また、多価ヒドロキシ化合物原料は、ビスフェノール化合物以外の他の多価ヒドロキシ化合物である。
方法(ii)及び方法(iii)で用いられる再生エポキシ樹脂は、一段法による再生エポキシ樹脂の製造方法や、酸化法による再生エポキシ樹脂の製造方法により得ることができる。また、方法(i)で得られた再生エポキシ樹脂を用いてもよい。なお、他のエポキシ樹脂は、再生エポキシ樹脂硬化物の製造方法において後述する通りであり、他の多価ヒドロキシ化合物は、一段法と同様である。
方法(i)、方法(ii)において、ビスフェノール化合物を含む多価ヒドロキシ化合物におけるビスフェノール化合物の含有量は特に限定されないが、ビスフェノール化合物の含有量が高いと環境に優しいため、1~100質量%が好ましく、10~100質量%がより好ましい。
また、方法(ii)、方法(ii)において、再生エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂原料における再生エポキシ樹脂の含有量は特に限定されないが、再生エポキシ樹脂の含有量が高いと環境に優しいため、1~100質量%が好ましく、10~100質量%がより好ましい。
また、方法(ii)、方法(ii)において、再生エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂原料における再生エポキシ樹脂の含有量は特に限定されないが、再生エポキシ樹脂の含有量が高いと環境に優しいため、1~100質量%が好ましく、10~100質量%がより好ましい。
二段法による反応において、エポキシ樹脂原料と多価ヒドロキシ化合物原料の使用量は、その配合当量比で、(エポキシ基当量):(水酸基当量)=1:0.1~2.0となるようにするのが好ましい。より好ましくは、1:0.2~1.2である。この当量比が上記範囲内であると高分子量化を進行させやすく、また、エポキシ基末端をより多く残すことができるため好ましい。
また、二段法による反応においては触媒を用いてもよく、その触媒としては、エポキシ基とフェノール性水酸基、アルコール性水酸基との反応を進めるような触媒能を持つ化合物であればどのようなものでもよい。例えば、アルカリ金属化合物、有機リン化合物、第3級アミン、第4級アンモニウム塩、環状アミン類、イミダゾール類等が挙げられる。これらの中でも第4級アンモニウム塩が好ましい。また、触媒は1種のみを使用することも、2種以上を組み合わせて使用することもできる。触媒の使用量は、エポキシ樹脂原料に対して、通常0.001~10質量%である。
また、二段法による反応において、溶媒を用いてもよく、その溶媒としては、エポキシ樹脂原料を溶解するものであれどのようなものでもよい。例えば、芳香族系溶媒、ケトン系溶媒、アミド系溶媒、グリコールエーテル系溶媒等が挙げられる。溶媒は1種のみで用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いることもできる。また溶媒中の樹脂濃度は10~95質量%が好ましい。より好ましくは20~80質量%である。また、反応途中で高粘性生成物が生じたときは溶媒を追加添加して反応を続けることもできる。反応終了後、溶媒は必要に応じて、除去することもできるし、更に追加することもできる。
二段法による反応において、反応温度は好ましくは20~250℃、より好ましくは50~200℃である。反応温度が上記上限以上の場合、生成するエポキシ樹脂が劣化するおそれがある。また上記下限以下の場合、十分に反応が進まないことがある。また、反応時間は通常0.1~24時間、好ましくは0.5~12時間である。
<再生エポキシ樹脂硬化物の製造方法>
再生エポキシ樹脂の製造方法で得られた再生エポキシ樹脂と硬化剤を含む再生エポキシ樹脂組成物を硬化して再生エポキシ樹脂硬化物を得る、再生エポキシ樹脂硬化物の製造方法に関する発明もまた、本明細書は開示する。本発明の再生エポキシ樹脂硬化物の製造方法では、上述する再生エポキシ樹脂の製造方法で得られた再生エポキシ樹脂と硬化剤を混合し、再生エポキシ樹脂と硬化剤を含む組成物(以下、「再生エポキシ樹脂組成物」と称する場合がある。)を得た後、該再生エポキシ樹脂組成物を硬化して再生エポキシ樹脂硬化物を得る。
再生エポキシ樹脂の製造方法で得られた再生エポキシ樹脂と硬化剤を含む再生エポキシ樹脂組成物を硬化して再生エポキシ樹脂硬化物を得る、再生エポキシ樹脂硬化物の製造方法に関する発明もまた、本明細書は開示する。本発明の再生エポキシ樹脂硬化物の製造方法では、上述する再生エポキシ樹脂の製造方法で得られた再生エポキシ樹脂と硬化剤を混合し、再生エポキシ樹脂と硬化剤を含む組成物(以下、「再生エポキシ樹脂組成物」と称する場合がある。)を得た後、該再生エポキシ樹脂組成物を硬化して再生エポキシ樹脂硬化物を得る。
また、再生エポキシ樹脂組成物には必要に応じて、本発明の再生エポキシ樹脂の製造方法によって得られる再生エポキシ樹脂以外の他のエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤、カップリング剤等を適宜配合することができる。
再生エポキシ樹脂組成物における再生エポキシ樹脂の含有量は特に限定されない。再生エポキシ樹脂の含有量が高いと環境に優しいため、再生エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂成分100質量部に対して、再生エポキシ樹脂は40質量部以上が好ましく、60質量部以上がより好ましい。他のエポキシ樹脂を含む場合、再生エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂成分100質量部に対して、再生エポキシ樹脂は40~99質量部や、60~99質量部などとすることができる。なお、「全エポキシ樹脂成分」とは、再生エポキシ樹脂組成物に含まれる全てのエポキシ樹脂の量に相当し、再生エポキシ樹脂と必要に応じて用いられる他のエポキシ樹脂との合計である。
(硬化剤)
本開示において硬化剤とは、エポキシ樹脂のエポキシ基間の架橋反応及び/又は鎖長延長反応に寄与する物質を示す。なお、本開示においては、通常、「硬化促進剤」と呼ばれるものであってもエポキシ樹脂のエポキシ基間の架橋反応及び/又は鎖長延長反応に寄与する物質であれば、硬化剤とみなすこととする。
本開示において硬化剤とは、エポキシ樹脂のエポキシ基間の架橋反応及び/又は鎖長延長反応に寄与する物質を示す。なお、本開示においては、通常、「硬化促進剤」と呼ばれるものであってもエポキシ樹脂のエポキシ基間の架橋反応及び/又は鎖長延長反応に寄与する物質であれば、硬化剤とみなすこととする。
再生エポキシ樹脂組成物において、硬化剤の含有量は、全エポキシ樹脂成分100質量部に対して好ましくは0.1~1000質量部である。また、より好ましくは500質量部以下である。
硬化剤としては、特に制限はなく一般的にエポキシ樹脂硬化剤として知られているものはすべて使用できる。例えば、フェノール系硬化剤、脂肪族アミン、ポリエーテルアミン、脂環式アミン、芳香族アミンなどのアミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、アミド系硬化剤、第3級アミン、イミダゾール類等が挙げられる。硬化剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。硬化剤を2種以上併用する場合、これらをあらかじめ混合して混合硬化剤を調製してから使用してもよいし、本発明の再生エポキシ樹脂の製造方法によって得られる再生エポキシ樹脂や他のエポキシ樹脂の各成分を混合する際に硬化剤の各成分をそれぞれ別々に添加して同時に混合してもよい。
[フェノール系硬化剤]
フェノール系硬化剤の具体例としては、ビスフェノール化合物、ビスフェノールA、テトラメチルビスフェノールA、ビスフェノールF、テトラメチルビスフェノールF、ビス
フェノールC、ビスフェノールS、ビスフェノールAD、ビスフェノールAF、ハイドロキノン、レゾルシン、メチルレゾルシン、ビフェノール、テトラメチルビフェノール、ジヒドロキシナフタレン、ジヒドロキシジフェニルエーテル、チオジフェノール類、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、テルペンフェノール樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール樹脂、ビスフェノールAノボラック樹脂、トリスフェノールメタン型樹脂、ナフトールノボラック樹脂、臭素化ビスフェノールA、臭素化フェノールノボラック樹脂等の種々の多価フェノール類や、種々のフェノール類とベンズアルデヒド、ヒドロキシベンズアルデヒド、クロトンアルデヒド、グリオキザール等の種々のアルデヒド類との縮合反応で得られる多価フェノール樹脂類、キシレン樹脂とフェノール類との縮合反応で得られる多価フェノール樹脂類、重質油又はピッチ類とフェノール類とホルムアルデヒド類との共縮合樹脂、フェノール・ベンズアルデヒド・キシリレンジメトキサイド重縮合物、フェノール・ベンズアルデヒド・キシリレンジハライド重縮合物、フェノール・ベンズアルデヒド・4,4’-ジメトキサイドビフェニル重縮合物、フェノール・ベンズアルデヒド・4,4’-ジハライドビフェニル重縮合物等の各種のフェノール樹脂類等が挙げられる。
フェノール系硬化剤の具体例としては、ビスフェノール化合物、ビスフェノールA、テトラメチルビスフェノールA、ビスフェノールF、テトラメチルビスフェノールF、ビス
フェノールC、ビスフェノールS、ビスフェノールAD、ビスフェノールAF、ハイドロキノン、レゾルシン、メチルレゾルシン、ビフェノール、テトラメチルビフェノール、ジヒドロキシナフタレン、ジヒドロキシジフェニルエーテル、チオジフェノール類、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、テルペンフェノール樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール樹脂、ビスフェノールAノボラック樹脂、トリスフェノールメタン型樹脂、ナフトールノボラック樹脂、臭素化ビスフェノールA、臭素化フェノールノボラック樹脂等の種々の多価フェノール類や、種々のフェノール類とベンズアルデヒド、ヒドロキシベンズアルデヒド、クロトンアルデヒド、グリオキザール等の種々のアルデヒド類との縮合反応で得られる多価フェノール樹脂類、キシレン樹脂とフェノール類との縮合反応で得られる多価フェノール樹脂類、重質油又はピッチ類とフェノール類とホルムアルデヒド類との共縮合樹脂、フェノール・ベンズアルデヒド・キシリレンジメトキサイド重縮合物、フェノール・ベンズアルデヒド・キシリレンジハライド重縮合物、フェノール・ベンズアルデヒド・4,4’-ジメトキサイドビフェニル重縮合物、フェノール・ベンズアルデヒド・4,4’-ジハライドビフェニル重縮合物等の各種のフェノール樹脂類等が挙げられる。
これらのフェノール系硬化剤は、1種のみで用いても2種以上を任意の組み合わせ及び配合比率で組み合わせて用いてもよい。
フェノール系硬化剤の配合量は、再生エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂成分100質量部に対して好ましくは0.1~1000質量部であり、より好ましくは500質量部以下である。
[アミン系硬化剤]
アミン系硬化剤(ただし、第3級アミンを除く。)の例としては、脂肪族アミン類、ポリエーテルアミン類、脂環式アミン類、芳香族アミン類等が挙げられる。
アミン系硬化剤(ただし、第3級アミンを除く。)の例としては、脂肪族アミン類、ポリエーテルアミン類、脂環式アミン類、芳香族アミン類等が挙げられる。
脂肪族アミン類としては、エチレンジアミン、1,3-ジアミノプロパン、1,4-ジアミノプロパン、ヘキサメチレンジアミン、2,5-ジメチルヘキサメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、イミノビスプロピルアミン、ビス(ヘキサメチレン)トリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、N-ヒドロキシエチルエチレンジアミン、テトラ(ヒドロキシエチル)エチレンジアミン等が例示される。
ポリエーテルアミン類としては、トリエチレングリコールジアミン、テトラエチレングリコールジアミン、ジエチレングリコールビス(プロピルアミン)、ポリオキシプロピレンジアミン、ポリオキシプロピレントリアミン類等が例示される。
脂環式アミン類としては、イソホロンジアミン、メタセンジアミン、N-アミノエチルピペラジン、ビス(4-アミノ-3-メチルジシクロヘキシル)メタン、ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、3,9-ビス(3-アミノプロピル)-2,4,8,10-テトラオキサスピロ(5,5)ウンデカン、ノルボルネンジアミン等が例示される。
芳香族アミン類としては、テトラクロロ-p-キシレンジアミン、m-キシレンジアミン、p-キシレンジアミン、m-フェニレンジアミン、o-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、2,4-ジアミノアニソール、2,4-トルエンジアミン、2,4-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノ-1,2-ジフェニルエタン、2,4-ジアミノジフェニルスルホン、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、m-アミノフェノール、m-アミノベンジルアミン、ベンジルジ
メチルアミン、2-(ジメチルアミノメチル)フェノール、トリエタノールアミン、メチルベンジルアミン、α-(m-アミノフェニル)エチルアミン、α-(p-アミノフェニル)エチルアミン、ジアミノジエチルジメチルジフェニルメタン、α,α’-ビス(4-アミノフェニル)-p-ジイソプロピルベンゼン等が例示される。
メチルアミン、2-(ジメチルアミノメチル)フェノール、トリエタノールアミン、メチルベンジルアミン、α-(m-アミノフェニル)エチルアミン、α-(p-アミノフェニル)エチルアミン、ジアミノジエチルジメチルジフェニルメタン、α,α’-ビス(4-アミノフェニル)-p-ジイソプロピルベンゼン等が例示される。
以上で挙げたアミン系硬化剤は1種のみで用いても2種以上を任意の組み合わせ及び配合比率で組み合わせて用いてもよい。
上記のアミン系硬化剤は、再生エポキシ樹脂組成物に含まれる全エポキシ樹脂成分中のエポキシ基に対する硬化剤中の官能基の当量比で0.1~2.0の範囲となるように用いることが好ましい。より好ましくは当量比で0.8~1.2の範囲である。この範囲内であると未反応のエポキシ基や硬化剤の官能基が残留しにくくなるために好ましい。
[第3級アミン]
第3級アミンとしては、1,8-ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン-7、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール等が例示される。
以上で挙げた第3級アミンは1種のみで用いても2種以上を任意の組み合わせ及び配合比率で組み合わせて用いてもよい。
第3級アミンとしては、1,8-ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン-7、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール等が例示される。
以上で挙げた第3級アミンは1種のみで用いても2種以上を任意の組み合わせ及び配合比率で組み合わせて用いてもよい。
上記の第3級アミンは、再生エポキシ樹脂組成物に含まれる全エポキシ樹脂成分中のエポキシ基に対する硬化剤中の官能基の当量比で0.1~2.0の範囲となるように用いることが好ましい。より好ましくは当量比で0.8~1.2の範囲である。この範囲内であると未反応のエポキシ基や硬化剤の官能基が残留しにくくなるために好ましい。
[酸無水物系硬化剤]
酸無水物系硬化剤としては、酸無水物、酸無水物の変性物等が挙げられる。
酸無水物系硬化剤としては、酸無水物、酸無水物の変性物等が挙げられる。
酸無水物としては、例えば、フタル酸無水物、トリメリット酸無水物、ピロメリット酸無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、ドデセニルコハク酸無水物、ポリアジピン酸無水物、ポリアゼライン酸無水物、ポリセバシン酸無水物、ポリ(エチルオクタデカン二酸)無水物、ポリ(フェニルヘキサデカン二酸)無水物、テトラヒドロフタル酸無水物、メチルテトラヒドロフタル酸無水物、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物、ヘキサヒドロフタル酸無水物、メチルハイミック酸無水物、トリアルキルテトラヒドロフタル酸無水物、メチルシクロヘキセンジカルボン酸無水物、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸無水物、エチレングリコールビストリメリテート二無水物、ヘット酸無水物、ナジック酸無水物、メチルナジック酸無水物、5-(2,5-ジオキソテトラヒドロ-3-フラニル)-3-メチル-3-シクロヘキサン-1,2-ジカルボン酸無水物、3,4-ジカルボキシ-1,2,3,4-テトラヒドロ-1-ナフタレンコハク酸二無水物、1-メチル-ジカルボキシ-1,2,3,4-テトラヒドロ-1-ナフタレンコハク酸二無水物等が挙げられる。
酸無水物の変性物としては、例えば、上述した酸無水物をグリコールで変性したもの等が挙げられる。ここで、変性に用いることのできるグリコールの例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール等のアルキレングリコール類や、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール等のポリエーテルグリコール類等が挙げられる。更には、これらのうちの2種以上のグリコール及び/又はポリエーテルグリコールの共重合ポリエーテルグリコールを用いることもできる。
以上で挙げた酸無水物系硬化剤は1種のみでも2種以上を任意の組み合わせ及び配合量で組み合わせて用いてもよい。
酸無水物系硬化剤を用いる場合、再生エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂成分中のエポキシ基に対する硬化剤中の官能基の当量比で0.1~2.0の範囲となるように用いることが好ましい。より好ましくは当量比で0.8~1.2の範囲である。この範囲内であると未反応のエポキシ基や硬化剤の官能基が残留しにくくなるために好ましい。
[アミド系硬化剤]
アミド系硬化剤としてはジシアンジアミド及びその誘導体、ポリアミド樹脂等が挙げられる。
アミド系硬化剤は1種のみで用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で混合して用いてもよい。
アミド系硬化剤を用いる場合、再生エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂成分とアミド系硬化剤との合計に対してアミド系硬化剤が0.1~20質量%となるように用いることが好ましい。
アミド系硬化剤としてはジシアンジアミド及びその誘導体、ポリアミド樹脂等が挙げられる。
アミド系硬化剤は1種のみで用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で混合して用いてもよい。
アミド系硬化剤を用いる場合、再生エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂成分とアミド系硬化剤との合計に対してアミド系硬化剤が0.1~20質量%となるように用いることが好ましい。
[イミダゾール類]
イミダゾール類としては、2-フェニルイミダゾール、2-エチル-4(5)-メチルイミダゾール、2-フェニル-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、1-ベンジル-2-フェニルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール、1-シアノ-2-フェニルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾールトリメリテイト、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、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’-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体、2-フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加体、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、及びエポキシ樹脂と上記イミダゾール類との付加体等が例示される。なお、イミダゾール類は触媒能を有するため、一般的には硬化促進剤にも分類されうるが、本発明においては硬化剤として分類するものとする。
以上に挙げたイミダゾール類は1種のみでも、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で混合して用いてもよい。
イミダゾール類としては、2-フェニルイミダゾール、2-エチル-4(5)-メチルイミダゾール、2-フェニル-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、1-ベンジル-2-フェニルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール、1-シアノ-2-フェニルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾールトリメリテイト、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、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’-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体、2-フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加体、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、及びエポキシ樹脂と上記イミダゾール類との付加体等が例示される。なお、イミダゾール類は触媒能を有するため、一般的には硬化促進剤にも分類されうるが、本発明においては硬化剤として分類するものとする。
以上に挙げたイミダゾール類は1種のみでも、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で混合して用いてもよい。
イミダゾール類を用いる場合、再生エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂成分とイミダゾール類との合計に対してイミダゾール類が0.1~20質量%となるように用いることが好ましい。
[他の硬化剤]
再生エポキシ樹脂組成物においては前記硬化剤以外にその他の硬化剤を用いることができる。再生エポキシ樹脂組成物に使用することのできるその他の硬化剤は特に制限はなく、一般的にエポキシ樹脂の硬化剤として知られているものはすべて使用できる。
これらの他の硬化剤は1種のみで用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
再生エポキシ樹脂組成物においては前記硬化剤以外にその他の硬化剤を用いることができる。再生エポキシ樹脂組成物に使用することのできるその他の硬化剤は特に制限はなく、一般的にエポキシ樹脂の硬化剤として知られているものはすべて使用できる。
これらの他の硬化剤は1種のみで用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(他のエポキシ樹脂)
再生エポキシ樹脂組成物は、本発明の再生エポキシ樹脂の製造方法によって得られる再生エポキシ樹脂以外に、更に他のエポキシ樹脂(他のエポキシ樹脂)を含むことができる。他のエポキシ樹脂を含むことにより、様々な物性を向上させることができる。
再生エポキシ樹脂組成物は、本発明の再生エポキシ樹脂の製造方法によって得られる再生エポキシ樹脂以外に、更に他のエポキシ樹脂(他のエポキシ樹脂)を含むことができる。他のエポキシ樹脂を含むことにより、様々な物性を向上させることができる。
再生エポキシ樹脂組成物に用いることのできる他のエポキシ樹脂は、本発明の再生エポキシ樹脂の製造方法によって得られる再生エポキシ樹脂に含まれるエポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂すべてが該当する。具体例としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールC型エポキシ樹脂、トリスフェノールメタン型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、フェノール変性キシレン樹脂型エポキシ樹脂、ビスフェノールシクロドデシル型エポキシ樹脂、ビスフェノールジイソプロピリデンレゾルシン型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ビスフェノールAF型エポキシ樹脂、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、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、テトラメチルビスフェノールF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、チオジフェノール類から誘導されるエポキシ樹脂、ジヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシアントラセン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシジヒドロアントラセン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシスチルベン類から誘導されるエポキシ樹脂、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、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、テルペンフェノール型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール型エポキシ樹脂、フェノール・ヒドロキシベンズアルデヒドの縮合物から誘導されるエポキシ樹脂、フェノール・クロトンアルデヒドの縮合物から誘導されるエポキシ樹脂、フェノール・グリオキザールの縮合物から誘導されるエポキシ樹脂、重質油又はピッチ類とフェノール類とホルムアルデヒド類との共縮合樹脂から誘導されるエポキシ樹脂、ジアミノジフェニルメタンから誘導されるエポキシ樹脂、アミノフェノールから誘導されるエポキシ樹脂、キシレンジアミンから誘導されるエポキシ樹脂、メチルヘキサヒドロフタル酸から誘導されるエポキシ樹脂、ダイマー酸から誘導されるエポキシ樹脂等が挙げられる。これらは1種のみで用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び配合比率で用いてもよい。
再生エポキシ樹脂組成物が、上記の他のエポキシ樹脂を含む場合、その含有量は組成物中の、全エポキシ樹脂成分100質量部に対して好ましくは1~60質量部であり、より好ましくは40質量部以下である。
(硬化促進剤)
再生エポキシ樹脂組成物は、硬化促進剤を含むことが好ましい。硬化促進剤を含むことにより、硬化時間の短縮、硬化温度の低温化が可能となり、所望の硬化物を得やすくすることができる。
再生エポキシ樹脂組成物は、硬化促進剤を含むことが好ましい。硬化促進剤を含むことにより、硬化時間の短縮、硬化温度の低温化が可能となり、所望の硬化物を得やすくすることができる。
硬化促進剤は特に制限されないが、具体例としては、有機ホスフィン類、ホスホニウム塩等のリン系化合物、テトラフェニルボロン塩、有機酸ジヒドラジド、ハロゲン化ホウ素アミン錯体等が挙げられる。
硬化促進剤として使用可能なリン系化合物としては、トリフェニルホスフィン、ジフェニル(p-トリル)ホスフィン、トリス(アルキルフェニル)ホスフィン、トリス(アルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(アルキル・アルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(ジアルキルフェニル)ホスフィン、トリス(トリアルキルフェニル)ホスフィン、トリス(テトラアルキルフェニル)ホスフィン、トリス(ジアルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(トリアルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(テトラアルコキシフェニル)ホスフィン、トリアルキルホスフィン、ジアルキルアリールホスフィン、アルキルジアリールホスフィン等の有機ホスフィン類又はこれら有機ホスフィン類と有機ボロン類との錯体やこれら有機ホスフィン類と無水マレイン酸、1,4-ベンゾキノン、2,5-ト
ルキノン、1,4-ナフトキノン、2,3-ジメチルベンゾキノン、2,6-ジメチルベンゾキノン、2,3-ジメトキシ-5-メチル-1,4-ベンゾキノン、2,3-ジメトキシ-1,4-ベンゾキノン、フェニル-1,4-ベンゾキノン等のキノン化合物、ジアゾフェニルメタン等の化合物を付加してなる化合物等が例示される。
ルキノン、1,4-ナフトキノン、2,3-ジメチルベンゾキノン、2,6-ジメチルベンゾキノン、2,3-ジメトキシ-5-メチル-1,4-ベンゾキノン、2,3-ジメトキシ-1,4-ベンゾキノン、フェニル-1,4-ベンゾキノン等のキノン化合物、ジアゾフェニルメタン等の化合物を付加してなる化合物等が例示される。
以上に挙げた硬化促進剤の中でも有機ホスフィン類、ホスホニウム塩が好ましく、有機ホスフィン類が最も好ましい。また、硬化促進剤は、上記に挙げたもののうち、1種のみで用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で混合して用いてもよい。
硬化促進剤は、再生エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂成分100質量部に対して0.1質量部以上20質量部以下の範囲で用いることが好ましい。硬化促進剤の含有量が上記下限値以上であると、良好な硬化促進効果を得ることができ、一方、上記上限値以下であると、所望の硬化物性が得られやすいために好ましい。
(無機充填材)
再生エポキシ樹脂組成物には無機充填材を配合することができる。無機充填材としては例えば、溶融シリカ、結晶性シリカ、ガラス粉、アルミナ、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、タルク、チッ化ホウ素等が挙げられる。これらは、1種のみで用いても2種以上を任意の組み合わせ及び配合比率で組み合わせて用いてもよい。無機充填材の配合量は再生エポキシ樹脂組成物全体の10~95質量%が好ましい。
再生エポキシ樹脂組成物には無機充填材を配合することができる。無機充填材としては例えば、溶融シリカ、結晶性シリカ、ガラス粉、アルミナ、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、タルク、チッ化ホウ素等が挙げられる。これらは、1種のみで用いても2種以上を任意の組み合わせ及び配合比率で組み合わせて用いてもよい。無機充填材の配合量は再生エポキシ樹脂組成物全体の10~95質量%が好ましい。
(離型剤)
再生エポキシ樹脂組成物には離型剤を配合することができる。離型剤としては例えば、カルナバワックス等の天然ワックスや、ポリエチレンワックス等の合成ワックス、ステアリン酸やステアリン酸亜鉛等の高級脂肪酸類及びその金属塩類、パラフィン等の炭化水素系離型剤を用いることができる。これらは、1種のみで用いても2種以上を任意の組み合わせ及び配合比率で組み合わせて用いてもよい。
再生エポキシ樹脂組成物には離型剤を配合することができる。離型剤としては例えば、カルナバワックス等の天然ワックスや、ポリエチレンワックス等の合成ワックス、ステアリン酸やステアリン酸亜鉛等の高級脂肪酸類及びその金属塩類、パラフィン等の炭化水素系離型剤を用いることができる。これらは、1種のみで用いても2種以上を任意の組み合わせ及び配合比率で組み合わせて用いてもよい。
離型剤の配合量は、再生エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂成分100質量部に対して、好ましくは0.001~10.0質量部である。離型剤の配合量が上記範囲内であると、硬化特性を維持しつつ、良好な離型性を発現することができるために好ましい。
[カップリング剤]
再生エポキシ樹脂組成物には、カップリング剤を配合することができる。カップリング剤は無機充填材と併用することが好ましく、カップリング剤を配合することにより、マトリックスであるエポキシ樹脂と無機充填材との接着性を向上させることができる。カップリング剤としてはシランカップリング剤、チタネートカップリング剤等が挙げられる。
再生エポキシ樹脂組成物には、カップリング剤を配合することができる。カップリング剤は無機充填材と併用することが好ましく、カップリング剤を配合することにより、マトリックスであるエポキシ樹脂と無機充填材との接着性を向上させることができる。カップリング剤としてはシランカップリング剤、チタネートカップリング剤等が挙げられる。
シランカップリング剤としては、例えば、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等のエポキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-β(アミノエチル)γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-β(アミノエチル)γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-ウレイドプロピルトリエトキシシラン等のアミノシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプトシラン、p-スチリルトリメトキシシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリス(β-メトキシエトキシ)シラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等のビニルシラン、更に、エポキシ系、アミノ系、ビニル系の高分子タイプのシラン等が挙げられる。
チタネートカップリング剤としては、例えば、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリ(N-アミノエチル・アミノエチル)チタネート、ジイソプロピルビス(ジオクチルホスフェート)チタネート、テトライソプロピルビス(ジオクチルホスファイト)チタネート、テトラオクチルビス(ジトリデシルホスファイト)チタネート、テトラ(2,2-ジアリルオキシメチル-1-ブチル)ビス(ジトリデシル)ホスファイトチタネート、ビス(ジオクチルパイロホスフェート)オキシアセテートチタネート、ビス(ジオクチルパイロホスフェート)エチレンチタネート等が挙げられる。
これらのカップリング剤は、いずれも1種のみで用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で混合して用いてもよい。
再生エポキシ樹脂組成物にカップリング剤を用いる場合、その配合量は、全エポキシ樹脂成分100質量部に対し、好ましくは0.001~10.0質量部である。カップリング剤の配合量が上記下限値以上であると、カップリング剤を配合したことによるマトリックスであるエポキシ樹脂と無機充填材との密着性の向上効果が向上する傾向にあり、一方、カップリング剤の配合量が上記上限値以下であると、得られる硬化物からカップリング剤がブリードアウトしにくくなるために好ましい。
(その他の配合成分)
再生エポキシ樹脂組成物には、前記した以外の成分を配合することができる。その他の配合成分としては例えば、難燃剤、可塑剤、反応性希釈剤、顔料等が挙げられ、必要に応じて適宜に配合することができる。ただし、上記で挙げた成分以外のものを配合することを何ら妨げるものではない。
再生エポキシ樹脂組成物には、前記した以外の成分を配合することができる。その他の配合成分としては例えば、難燃剤、可塑剤、反応性希釈剤、顔料等が挙げられ、必要に応じて適宜に配合することができる。ただし、上記で挙げた成分以外のものを配合することを何ら妨げるものではない。
難燃剤としては、臭素化エポキシ樹脂、臭素化フェノール樹脂等のハロゲン系難燃剤、三酸化アンチモン等のアンチモン化合物、赤燐、リン酸エステル類、ホスフィン類等のリン系難燃剤、メラミン誘導体等の窒素系難燃剤及び水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の無機系難燃剤等が挙げられる。
(硬化方法)
再生エポキシ樹脂組成物を硬化させることにより再生エポキシ樹脂硬化物を得ることができる。硬化方法について、特に限定はされないが、通常、加熱による熱硬化反応により硬化物を得ることができる。熱硬化反応時には、用いた硬化剤の種類によって硬化温度を適宜選択することが好ましい。例えば、フェノール系硬化剤を用いた場合、硬化温度は通常80~250℃である。またこれらの硬化剤に硬化促進剤を添加することで、その硬化温度を下げることも可能である。反応時間は、0.01~20時間が好ましい。反応時間が上記下限値以上であると硬化反応が十分に進行しやすくなる傾向にあるために好ましい。一方、反応時間が上記上限値以下であると加熱による劣化、加熱時のエネルギーロスを低減しやすいために好ましい。
再生エポキシ樹脂組成物を硬化させることにより再生エポキシ樹脂硬化物を得ることができる。硬化方法について、特に限定はされないが、通常、加熱による熱硬化反応により硬化物を得ることができる。熱硬化反応時には、用いた硬化剤の種類によって硬化温度を適宜選択することが好ましい。例えば、フェノール系硬化剤を用いた場合、硬化温度は通常80~250℃である。またこれらの硬化剤に硬化促進剤を添加することで、その硬化温度を下げることも可能である。反応時間は、0.01~20時間が好ましい。反応時間が上記下限値以上であると硬化反応が十分に進行しやすくなる傾向にあるために好ましい。一方、反応時間が上記上限値以下であると加熱による劣化、加熱時のエネルギーロスを低減しやすいために好ましい。
(用途)
再生エポキシ樹脂組成物を硬化して得られる再生エポキシ樹脂硬化物は線膨張係数が低く、耐熱クラック性に優れた硬化物を得ることができる。
従って、再生エポキシ樹脂硬化物はこれらの物性が求められる用途であれば、いかなる用途にも有効に用いることができる。例えば、自動車用電着塗料、船舶・橋梁用重防食塗料、飲料用缶の内面塗装用塗料等の塗料分野;積層板、半導体封止材、絶縁粉体塗料、コイル含浸用等の電気電子分野;橋梁の耐震補強、コンクリート補強、建築物の床材、水道施設のライニング、排水・透水舗装、車両・航空機用接着剤の土木・建築・接着剤分野等の用途にいずれにも好適に用いることができる。
再生エポキシ樹脂組成物を硬化して得られる再生エポキシ樹脂硬化物は線膨張係数が低く、耐熱クラック性に優れた硬化物を得ることができる。
従って、再生エポキシ樹脂硬化物はこれらの物性が求められる用途であれば、いかなる用途にも有効に用いることができる。例えば、自動車用電着塗料、船舶・橋梁用重防食塗料、飲料用缶の内面塗装用塗料等の塗料分野;積層板、半導体封止材、絶縁粉体塗料、コイル含浸用等の電気電子分野;橋梁の耐震補強、コンクリート補強、建築物の床材、水道施設のライニング、排水・透水舗装、車両・航空機用接着剤の土木・建築・接着剤分野等の用途にいずれにも好適に用いることができる。
再生エポキシ樹脂組成物は、前記用途に対し硬化後に使用してもよく、前記用途の製造工程にて硬化させてもよい。
前記再生エポキシ樹脂と無機物とを含むエポキシ樹脂組成物を調製し、該エポキシ樹脂組成物を硬化することで、再度複合材料を得ることが可能である。このように、本発明により、新たなケミカルリサイクルを確立することができる。
以下、実施例および比較例によって、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例により限定されるものではない。
[原料及び試薬]
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量950及び183)及びは、三菱ケミカル株式会社の製品を使用した。
リカシッド(酸無水物)M-700は、新日本理化株式会社の製品を使用した。
キュアゾール2E4MZ(硬化触媒)は、四国化成工業株式会社の製品を使用した。
48質量%の水酸化ナトリウム水溶液、ジシレンジアミド(DICY)、3-(3,4-ジクロロフェニル)-1,1-ジメチル尿素(DCMU)、塩酸、トルエンは、富士フィルム和光純薬株式会社の製品を使用した。
ベンジルアルコールは、三協化学株式会社の製品を使用した。
炭素繊維は、吉野株式会社製の炭素繊維チョップ3mmを使用した。
ガラス繊維は、アズワン株式会社製の石英ウールを使用した。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量950及び183)及びは、三菱ケミカル株式会社の製品を使用した。
リカシッド(酸無水物)M-700は、新日本理化株式会社の製品を使用した。
キュアゾール2E4MZ(硬化触媒)は、四国化成工業株式会社の製品を使用した。
48質量%の水酸化ナトリウム水溶液、ジシレンジアミド(DICY)、3-(3,4-ジクロロフェニル)-1,1-ジメチル尿素(DCMU)、塩酸、トルエンは、富士フィルム和光純薬株式会社の製品を使用した。
ベンジルアルコールは、三協化学株式会社の製品を使用した。
炭素繊維は、吉野株式会社製の炭素繊維チョップ3mmを使用した。
ガラス繊維は、アズワン株式会社製の石英ウールを使用した。
[分析]
ビスフェノールAの生成確認、純度、定量は、高速液体クロマトグラフィーにより、以下の手順と条件で行った。
・装置:JASCO社製RHPLC、JASCO社製03150-3M Unifinepak C18 3μm 150mm×3.0mmID
・方式:グラジェント法
・分析温度:40℃
・溶離液組成:
A液 アセトニトリル
B液 水
分析時間0分では、A液:B液=30:70(体積比、以下同様。)、分析時間0~25分で徐々にA液:B液=100:0にした。
・流速:0.40mL/分
・検出波長:280nm
ビスフェノールAの生成確認、純度、定量は、高速液体クロマトグラフィーにより、以下の手順と条件で行った。
・装置:JASCO社製RHPLC、JASCO社製03150-3M Unifinepak C18 3μm 150mm×3.0mmID
・方式:グラジェント法
・分析温度:40℃
・溶離液組成:
A液 アセトニトリル
B液 水
分析時間0分では、A液:B液=30:70(体積比、以下同様。)、分析時間0~25分で徐々にA液:B液=100:0にした。
・流速:0.40mL/分
・検出波長:280nm
<参考例1:熱硬化性樹脂=酸無水物硬化物のCFRP調製>
アルミ製のカップに、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量183)100g、リカシッド100g及びキュアゾール2E4MZ1gを入れてよく混合させることで混合物1を得た。得られた混合物1に、炭素繊維A(新品)100gを加えて混合し、混合物2を得た。得られた混合物2を平板の型に流し込み、100℃で3時間加熱し、その後140℃で3時間加熱することで、炭素繊維複合材料Aを得た。
アルミ製のカップに、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量183)100g、リカシッド100g及びキュアゾール2E4MZ1gを入れてよく混合させることで混合物1を得た。得られた混合物1に、炭素繊維A(新品)100gを加えて混合し、混合物2を得た。得られた混合物2を平板の型に流し込み、100℃で3時間加熱し、その後140℃で3時間加熱することで、炭素繊維複合材料Aを得た。
<参考例2:熱硬化性樹脂=酸無水物硬化物のGFRP調製>
参考例1において、炭素繊維A100gの代わりに、石英ウールA100gに代えた以外は、参考例1と同様に実施し、ガラス繊維複合材Aを得た。
参考例1において、炭素繊維A100gの代わりに、石英ウールA100gに代えた以外は、参考例1と同様に実施し、ガラス繊維複合材Aを得た。
<参考例3:熱硬化性樹脂=アミン硬化物のCFRP調製>
アルミ製のカップに、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量183)100g、DICY1g及びDCMU1gを入れてよく混合させることで混合物3を得た。得られた混合物3に、炭素繊維A100gを加えて混合し、混合物4を得た。得られた混合物4を平板の型に流し込み、150℃で3時間加熱することで、炭素繊維複合材Bを得た。
アルミ製のカップに、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量183)100g、DICY1g及びDCMU1gを入れてよく混合させることで混合物3を得た。得られた混合物3に、炭素繊維A100gを加えて混合し、混合物4を得た。得られた混合物4を平板の型に流し込み、150℃で3時間加熱することで、炭素繊維複合材Bを得た。
<参考例4:熱硬化性樹脂=アミン物硬化物のGFRP調製>
参考例3において、炭素繊維A100gの代わりに、石英ウールA100gに代えた以外は、参考例3と同様に実施し、ガラス繊維複合材Bを得た。
参考例3において、炭素繊維A100gの代わりに、石英ウールA100gに代えた以外は、参考例3と同様に実施し、ガラス繊維複合材Bを得た。
<実施例1>
攪拌翼、冷却管、及び温度計を備えたSUS304製セパラブルフラスコに、窒素雰囲気下でベンジルアルコール1050g及び28質量%のメトキシナトリウムのメタノール溶液(塩基性化合物)200gを入れた。その後、内温を徐々に上げ、メタノールを留去して、処理液1100gを得た。
得られた処理液1000gに参考例1で得られた炭素繊維複合材A200g(無機物は炭素繊維であり、含有量は66g。樹脂含有量は134g。)を加えた後、常圧で1時間かけて200℃まで昇温した。セパラブルフラスコの内液を200℃で3時間維持して、炭素繊維を含有するスラリー液Aを得た。得られたスラリー液Aの温度を70℃まで下げた後に、スラリー液Aを減圧でろ過することで、粗炭素繊維とろ液を得た。SUS304製セパラブルフラスコの内面には、腐食は見られなかった(内面の色は銀白色)。
得られた粗炭素繊維をアセトンと水で十分に洗浄し、乾燥させることで、炭素繊維B65gを回収した。回収された炭素繊維Bの外観は、参考例1で使用した炭素繊維Aと同等であり、赤味は見られなかった。
攪拌翼、冷却管、及び温度計を備えたSUS304製セパラブルフラスコに、窒素雰囲気下でベンジルアルコール1050g及び28質量%のメトキシナトリウムのメタノール溶液(塩基性化合物)200gを入れた。その後、内温を徐々に上げ、メタノールを留去して、処理液1100gを得た。
得られた処理液1000gに参考例1で得られた炭素繊維複合材A200g(無機物は炭素繊維であり、含有量は66g。樹脂含有量は134g。)を加えた後、常圧で1時間かけて200℃まで昇温した。セパラブルフラスコの内液を200℃で3時間維持して、炭素繊維を含有するスラリー液Aを得た。得られたスラリー液Aの温度を70℃まで下げた後に、スラリー液Aを減圧でろ過することで、粗炭素繊維とろ液を得た。SUS304製セパラブルフラスコの内面には、腐食は見られなかった(内面の色は銀白色)。
得られた粗炭素繊維をアセトンと水で十分に洗浄し、乾燥させることで、炭素繊維B65gを回収した。回収された炭素繊維Bの外観は、参考例1で使用した炭素繊維Aと同等であり、赤味は見られなかった。
ジムロート冷却管、攪拌翼、温度計を備えたガラス製ジャケット式セパラブルフラスコに、窒素雰囲気下、得られたろ液を入れた。そこに水500gを加えて混合した。その後、静置させて油水分離し、下相をセパラブルフラスコより抜き出して、水相1を得た。セパラブルフラスコに残った有機相に水500gを加え、混合した。その後、静置させて油水分離し、下相をセパラブルフラスコより抜き出して、水相2を得た。
得られた水相1及び水相2をフラスコに入れた後に、減圧下でエバポレータにより水を留去して、水溶液500gを得た。得られた水溶液に、アセトン3000gを加えたところ、懸濁液Aが得られた。懸濁液Aを濾過し、濾物を風乾させることで、白色の固形物A75gを得た。得られた固形物Aの一部を、高速液体クロマトグラフィーで組成を確認したところ、ビスフェノールAが33質量%含まれており、その他の成分は見られなかった。
得られた水相1及び水相2をフラスコに入れた後に、減圧下でエバポレータにより水を留去して、水溶液500gを得た。得られた水溶液に、アセトン3000gを加えたところ、懸濁液Aが得られた。懸濁液Aを濾過し、濾物を風乾させることで、白色の固形物A75gを得た。得られた固形物Aの一部を、高速液体クロマトグラフィーで組成を確認したところ、ビスフェノールAが33質量%含まれており、その他の成分は見られなかった。
<比較例1>
攪拌翼、冷却管、及び温度計を備えたSUS304製のセパラブルフラスコに、窒素雰囲気下でベンジルアルコール1000g及び48質量%の水酸化ナトリウム水溶液(塩基性化合物)80gを入れた。セパラブルフラスコ内をフル真空とした後に、内温を徐々に上げ、水及びベンジルアルコールの一部を抜き出すことで、セパラブルフラスコ内の水を完全に留去した。セパラブルフラスコ内を窒素で復圧することで、処理液1070gを得た。
得られた処理液1000gに参考例1で得られた炭素繊維複合材A200g(無機物は炭素繊維であり、含有量は66g。樹脂含有量は134g。)を加えた後、常圧で1時間かけて200℃まで昇温した。セパラブルフラスコの内液を200℃で3時間維持して、炭素繊維を含有するスラリー液Aを得た。得られたスラリー液Aの温度を70℃まで下げた後に、スラリー液Aを減圧でろ過することで、粗炭素繊維とろ液を得た。SUS304製セパラブルフラスコの内面には、腐食が見られ、黒色に変化していた。
得られた粗炭素繊維をアセトンと水で十分に洗浄し、乾燥させることで、炭素繊維B6
5gを回収した。回収された炭素繊維Bの外観は、参考例1で使用した炭素繊維Aに比べて、赤味を帯びていた。
攪拌翼、冷却管、及び温度計を備えたSUS304製のセパラブルフラスコに、窒素雰囲気下でベンジルアルコール1000g及び48質量%の水酸化ナトリウム水溶液(塩基性化合物)80gを入れた。セパラブルフラスコ内をフル真空とした後に、内温を徐々に上げ、水及びベンジルアルコールの一部を抜き出すことで、セパラブルフラスコ内の水を完全に留去した。セパラブルフラスコ内を窒素で復圧することで、処理液1070gを得た。
得られた処理液1000gに参考例1で得られた炭素繊維複合材A200g(無機物は炭素繊維であり、含有量は66g。樹脂含有量は134g。)を加えた後、常圧で1時間かけて200℃まで昇温した。セパラブルフラスコの内液を200℃で3時間維持して、炭素繊維を含有するスラリー液Aを得た。得られたスラリー液Aの温度を70℃まで下げた後に、スラリー液Aを減圧でろ過することで、粗炭素繊維とろ液を得た。SUS304製セパラブルフラスコの内面には、腐食が見られ、黒色に変化していた。
得られた粗炭素繊維をアセトンと水で十分に洗浄し、乾燥させることで、炭素繊維B6
5gを回収した。回収された炭素繊維Bの外観は、参考例1で使用した炭素繊維Aに比べて、赤味を帯びていた。
ジムロート冷却管、攪拌翼、温度計を備えたガラス製ジャケット式セパラブルフラスコに、窒素雰囲気下、得られたろ液を入れた。そこに水500gを加えて混合した。その後、静置させて油水分離し、下相をセパラブルフラスコより抜き出して、水相1を得た。セパラブルフラスコに残った有機相に水500gを加え、混合した。その後、静置させて油水分離し、下相をセパラブルフラスコより抜き出して、水相2を得た。
得られた水相1及び水相2をフラスコに入れた後に、減圧下でエバポレータにより水を留去して、水溶液500gを得た。得られた水溶液に、アセトン3000gを加えたところ、懸濁液が得られた。懸濁液Aを濾過し、濾物を風乾させることで、茶褐色の固形物A78gを得た。得られた固形物Aの一部を、高速液体クロマトグラフィーで組成を確認したところ、ビスフェノールAが32質量%含まれており、その他の成分は見られなかった。
得られた水相1及び水相2をフラスコに入れた後に、減圧下でエバポレータにより水を留去して、水溶液500gを得た。得られた水溶液に、アセトン3000gを加えたところ、懸濁液が得られた。懸濁液Aを濾過し、濾物を風乾させることで、茶褐色の固形物A78gを得た。得られた固形物Aの一部を、高速液体クロマトグラフィーで組成を確認したところ、ビスフェノールAが32質量%含まれており、その他の成分は見られなかった。
実施例1及び比較例1において、用いた塩基性化合物の種類、SUS304製セパラブルフラスコの腐食有無と内面の色、得られた固形物の色について、表1に纏めた。表1より、金属アルコキシドを用いることで、SUS304製セパラブルフラスコの腐食が抑制でき、固形物の色も改善されることが分かる。
※1;銀白色・・・◎、若干の変色・・・〇、赤く変色・・・△、黒く変色・・・×
※2;炭素繊維A同等・・・◎、うっすら赤味あり・・・〇、若干赤味あり・・・△、赤味あり・・・×
※3;白色・・・◎、黄色・・・○、茶色・・・△、茶褐色・・・×
<実施例2>
実施例1において、参考例1で得られた炭素繊維複合材A200g(無機物は炭素繊維であり、含有量は66g。樹脂含有量は134g。)の代わりに、参考例2で得られたガラス繊維複合材A200g(無機物はガラスであり、含有量は66g。樹脂含有量は134g。)を用いた以外は、実施例1と同様に実施した。
SUS304製セパラブルフラスコの腐食は見られなかった(内面は銀白色)。また、回収されたガラス繊維の色は、石英ウールAと同様であった。さらに、得られた固形物の色は白色であった。
実施例1において、参考例1で得られた炭素繊維複合材A200g(無機物は炭素繊維であり、含有量は66g。樹脂含有量は134g。)の代わりに、参考例2で得られたガラス繊維複合材A200g(無機物はガラスであり、含有量は66g。樹脂含有量は134g。)を用いた以外は、実施例1と同様に実施した。
SUS304製セパラブルフラスコの腐食は見られなかった(内面は銀白色)。また、回収されたガラス繊維の色は、石英ウールAと同様であった。さらに、得られた固形物の色は白色であった。
<実施例3>
実施例1において、参考例1で得られた炭素繊維複合材A200g(無機物は炭素繊維であり、含有量は66g。樹脂含有量は134g。)の代わりに、参考例3で得られた炭
素繊維複合材B200g(無機物は炭素繊維であり、含有量は99g。樹脂含有量は101g。)を用いた以外は、実施例1と同様に実施した。
SUS304製セパラブルフラスコの腐食は見られなかった(内面は銀白色)。また、回収された炭素繊維の色は、炭素繊維Aと同様であった。さらに、得られた固形物の色は白色であった。
実施例1において、参考例1で得られた炭素繊維複合材A200g(無機物は炭素繊維であり、含有量は66g。樹脂含有量は134g。)の代わりに、参考例3で得られた炭
素繊維複合材B200g(無機物は炭素繊維であり、含有量は99g。樹脂含有量は101g。)を用いた以外は、実施例1と同様に実施した。
SUS304製セパラブルフラスコの腐食は見られなかった(内面は銀白色)。また、回収された炭素繊維の色は、炭素繊維Aと同様であった。さらに、得られた固形物の色は白色であった。
<実施例4>
実施例1において、参考例1で得られた炭素繊維複合材A200g(無機物は炭素繊維であり、含有量は66g。樹脂含有量は134g。)の代わりに、参考例4で得られたガラス繊維複合材B200g(無機物はガラスであり、含有量は99g。樹脂含有量は101g。)を用いた以外は、実施例1と同様に実施した。
SUS304製セパラブルフラスコの腐食は見られなかった(内面は銀白色)。また、回収されたガラス繊維の色は、石英ウールAと同様であった。さらに、得られた固形物の色は白色であった。
実施例1において、参考例1で得られた炭素繊維複合材A200g(無機物は炭素繊維であり、含有量は66g。樹脂含有量は134g。)の代わりに、参考例4で得られたガラス繊維複合材B200g(無機物はガラスであり、含有量は99g。樹脂含有量は101g。)を用いた以外は、実施例1と同様に実施した。
SUS304製セパラブルフラスコの腐食は見られなかった(内面は銀白色)。また、回収されたガラス繊維の色は、石英ウールAと同様であった。さらに、得られた固形物の色は白色であった。
実施例1~4において、SUS304製セパラブルフラスコの腐食有無、SUS304製セパラブルフラスコの内面の色、回収された無機物の外観、固形物の色を、表2に纏めた。表2より、塩基性化合物としてナトリウムメトキシドを用いることで、SUS304製セパラブルフラスコの腐食が無く、SUS304製セパラブルフラスコの内面の色も良好であり、回収された無機物の外観も良好であり、固形物の色も良好であることが分かる。
※1; 銀白色・・・◎、若干の変色・・・〇、赤く変色・・・△、黒く変色・・・×
※2; 炭素繊維A同等・・・◎、うっすら赤味あり・・・〇、若干赤味あり・・・△、赤味あり・・・×
※3; 白色・・・◎、黄色・・・○、茶色・・・△、茶褐色・・・×
<実施例5>
温度計、撹拌装置、冷却管を備えた内容量1Lの四口フラスコに、実施例1で得た固形物A40g、エピクロルヒドリン240g、イソプロパノール100g、水36gを仕込み、40℃に昇温して均一に溶解させた後、48.5質量%の水酸化ナトリウム水溶液38gを90分かけて滴下した。滴下と同時に、40℃から65℃まで90分かけて昇温した。その後、65℃で30分保持し反応を完了させ、1Lの分液ロートに反応液を移し、
65℃の水70gを加えて65℃の状態で1時間静置した。静置後、分離した油相と水相から水相を抜き出し、副生塩及び過剰の水酸化ナトリウムを除去した。その後、150℃の減圧下でエピクロルヒドリンを完全に除去して、メチルイソブチルケトン100gを仕込み、65℃に昇温して均一に溶解させた後、48.5質量%の水酸化ナトリウム水溶液1.5gを仕込み、60分反応させた後、メチルイソブチルケトン60gを仕込み、水200gを用いて水洗を4回行った。その後、150℃の減圧下でメチルイソブチルケトンを完全に除去してのエポキシ樹脂Aを得た。
JISK7236(2009)に従い、得られたエポキシ樹脂Aのエポキシ当量を測定した結果、228g/当量であった。
温度計、撹拌装置、冷却管を備えた内容量1Lの四口フラスコに、実施例1で得た固形物A40g、エピクロルヒドリン240g、イソプロパノール100g、水36gを仕込み、40℃に昇温して均一に溶解させた後、48.5質量%の水酸化ナトリウム水溶液38gを90分かけて滴下した。滴下と同時に、40℃から65℃まで90分かけて昇温した。その後、65℃で30分保持し反応を完了させ、1Lの分液ロートに反応液を移し、
65℃の水70gを加えて65℃の状態で1時間静置した。静置後、分離した油相と水相から水相を抜き出し、副生塩及び過剰の水酸化ナトリウムを除去した。その後、150℃の減圧下でエピクロルヒドリンを完全に除去して、メチルイソブチルケトン100gを仕込み、65℃に昇温して均一に溶解させた後、48.5質量%の水酸化ナトリウム水溶液1.5gを仕込み、60分反応させた後、メチルイソブチルケトン60gを仕込み、水200gを用いて水洗を4回行った。その後、150℃の減圧下でメチルイソブチルケトンを完全に除去してのエポキシ樹脂Aを得た。
JISK7236(2009)に従い、得られたエポキシ樹脂Aのエポキシ当量を測定した結果、228g/当量であった。
アルミ製のカップに、エポキシ樹脂A(エポキシ当量183)10g、リカシッド80g及びキュアゾール2E4MZ0.1gを入れてよく混合させることで混合物5を得た。得られた混合物5に、炭素繊維A(新品)10gを加えて混合し、混合物6を得た。得られた混合物6を平板の型に流し込み、100℃で3時間加熱し、その後140℃で3時間加熱することで、炭素繊維複合材料Cを得た。
Claims (5)
- 無機物と熱硬化性樹脂硬化物とを含む複合材料から、無機物及びフェノール化合物を、併せて生産する方法であって、以下の工程1~工程4を含む、無機物及びフェノール化合物の併産方法。
工程1:無機物と熱硬化性樹脂硬化物とを含む複合材料を、金属アルコキシド及び有機溶媒を含有する処理液に接触させて、無機物とフェノール化合物とを含有する分解液Aを得る工程
工程2:工程1で得られた分解液Aを、粗無機物Bとフェノール化合物を含有する溶解液Cとに固液分離する工程
工程3:工程2で得られた粗無機物Bを洗浄して、無機物を得る工程
工程4:工程2で得られた溶解液Cからフェノール化合物を分離する工程 - 前記工程1が、ステンレス鋼を含む容器内で実施される、請求項1に記載の併産方法。
- 前記熱硬化性樹脂硬化物がエポキシ樹脂を含む、請求項1に記載の併産方法。
- 前記無機物が、炭素繊維及びガラス繊維からなる群より選択される1種以上を含む、請求項1に記載の併産方法。
- 請求項1~4のいずれか1項に記載の方法で得られたフェノール化合物とエピクロルヒドリンとを反応させる反応工程、及び
該反応工程で得られたエポキシ樹脂と無機物とを含むエポキシ樹脂組成物を硬化する工程、を含む複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022120115A JP2024017469A (ja) | 2022-07-28 | 2022-07-28 | 無機物及びフェノール化合物の併産方法、及び複合材料の製造方法 |
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2022
- 2022-07-28 JP JP2022120115A patent/JP2024017469A/ja active Pending
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