JP3481304B2 - 常温安定性に優れた耐熱性エポキシ樹脂組成物及びエポキシ樹脂用硬化剤 - Google Patents
常温安定性に優れた耐熱性エポキシ樹脂組成物及びエポキシ樹脂用硬化剤Info
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Description
性エポキシ樹脂組成物に関し、更に詳しくは常温での長
期可使時間を有し、硬化物の高熱変形性(又はガラス転
移点)および耐熱劣化性に優れたエポキシ樹脂組成物並
びにそれに用いるエポキシ樹脂用硬化剤に関するもので
ある。
ジル系エポキシ樹脂(以下DGEBA系エポキシ樹脂と
する)用硬化剤としては、芳香族ジアミン類、特にジア
ミノジフェニルスルホン(以下DDSとする)が広く採
用されているが、硬化反応には高温長時間が必要とさ
れ、そのため硬化促進剤として一般には三フッ化ホウ素
アミン錯化合物を添加するが、そのため耐水性、電気的
特性が大きく低下することがある。また、促進剤が添加
されたために、組成物の可使時間にも影響を与える。
四塩基酸無水物、とりわけ無水ピロメリット酸が知られ
ているが、このものは融点が高く、作業性が不良なた
め、他の酸無水物とブレンドして使用される傾向があ
る。この酸無水物を使用したエポキシ樹脂では、耐熱性
度がガラス転移点(Tg)で202〜213℃と高い
が、可使時間は80〜90℃で約30分と短かい。
酸ジヒドラジドを使用することも既に知られており、出
願人会社よりアジピン酸ジヒドラジド、セバチン酸ジヒ
ドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド、ドデカンジカル
ボン酸ジヒドラジドが市販されている。
エポキシ樹脂用硬化剤は、エポキシ樹脂に配合したとき
の常温安定性と、硬化したときのエポキシ樹脂の耐熱性
や耐水性との組み合わせに関して未だ十分に満足しうる
ものではなかった。
を有するエポキシ化合物を用いて、常温安定性に優れ、
しかも硬化反応は速くて成形加工時間が短かくてすみ、
得られた硬化樹脂はTg、耐水性および耐熱劣化性が優
れており、各種特性の組み合わせに優れた新しい配合の
一液性耐熱性エポキシ樹脂組成物の開発が望まれてお
り、本発明はこの課題に答えるものである。
に2ケ以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物と、ナ
フタレンジカルボン酸ジヒドラジドを主成分とする硬化
剤とを含有することを特徴とする常温安定性に優れた耐
熱性エポキシ樹脂組成物、特に一液型耐熱性エポキシ樹
脂組成物が提供される。
のセラミック系ウイスカーを含有していることが、耐熱
性並びに機械的性質の点で望ましい。
ン酸ジヒドラジド、特に2,6−ナフタレンジカルボン
酸ジヒドラジドから成るエポキシ樹脂用硬化剤が提供さ
れる。
タレンジカルボン酸ジヒドラジドを使用する。このナフ
タレンジカルボン酸ジヒドラジドは、後述する実施例に
示すとおり、これをエポキシ樹脂に配合したとき、一般
に40℃で21日間(25℃で180日に相当)以上の
著しく長いポットライフを示しながら、加熱したときに
は硬化反応性に優れており、しかも硬化により得られる
樹脂は、200℃以上、260℃にも達する高いTgを
示すと共に、耐熱劣化性にも耐水性にも優れている。
ヒドラジドは、下記式(1)
ラジドの官能基と、ナフタレン骨格を有することが顕著
な特徴であり、この特徴により、ジカルボン酸ジヒドラ
ジドに由来する優れたポットライフと短時間硬化性とを
保持しながら、後述する比較例からも明らかなとおり、
従来のジカルボン酸ジヒドラジド系硬化剤に比して、ガ
ラス転移点が高く、耐熱劣化性や耐水性に優れた硬化樹
脂を与える。
ヒドラジドは、主鎖内に芳香族基を有するエポキシ樹脂
の硬化剤として特に有用であり、両者の組み合わせによ
りTgが高くしかも耐熱劣化性や耐水性に優れた硬化樹
脂を与えることができる。
エポキシ樹脂100重量部当たり10乃至70重量部、
特に20乃至60重量部の量で用いるのがよく、上記量
比よりも少ないときには、硬化に長時間を必要としたり
或いは硬化樹脂の耐熱性が劣るようになる傾向がある。
一方上記範囲よりも多いと、配合樹脂の加工性やポット
ライフが低下したり或いは樹脂の機械的特性が低下する
傾向がある。
ヒドラジドは、エポキシ樹脂に対して相溶性を有しなが
ら優れたポットライフを示すのが特徴であるが、配合樹
脂の粘度を向上させる傾向がある。このため、エポキシ
樹脂として、常温で固体乃至半固体のエポキシ化合物
(A)とエポキシ当量が200以下の液状エポキシ化合
物(B)との組み合わせを用いるのがよく、常温で固体
乃至半固体(粘稠液体)のエポキシ化合物(A)と低粘
度の液体エポキシ化合物(B)とを10:90乃至9
0:10、特に30:70乃至70:30の重量比で用
いるのがよい。
カルボン酸ジヒドラジドは、前記式(1)で示されるも
のであり、2,6−ナフタレンジカルボン酸ジヒドラジ
ド(以下NDHと呼ぶことがある)が最も優れている
が、他に1,2−ナフタレンジカルボン酸ジヒドラジド
や1,8−ナフタレンジカルボン酸ジヒドラジド等も使
用しうる。
ジヒドラジドは、ナフタレンジカルボン酸ジメチルエス
テルと水加ヒドラジンとを反応させることにより得られ
る。ナフタレンジカルボン酸ジヒドラジドを純粋な形で
使用することが好ましく、特にナフタレンジカルボン酸
ジヒドラジン塩の混入は、ポットライフの点で避けるべ
きであり、その含有量は5重量%以下、特に1重量%以
下であるべきである。この意味で、上記反応では、ヒド
ラジン過剰の条件で反応させることが好ましい。
独で使用して、満足すべき硬化性能が得られるものであ
るが、所望によりそれ自体公知の他の硬化剤や硬化促進
剤との組み合わせ使用も勿論可能であり、ナフタレンジ
カルボン酸ジヒドラジドの優れた特性を損なわない範囲
で使用しうることが了解されるべきである。
樹脂組成物は、分子内に2ケ以上のエポキシ基を有する
エポキシ化合物と、ナフタレンジカルボン酸ジヒドラジ
ドを主成分とする硬化剤とを含有する。ナフタレンジカ
ルボン酸ジヒドラジドは、エポキシ樹脂100重量部当
たり10乃至70重量部、特に20乃至60重量部の量
で用いるのがよい。
は、1分子中に2個以上のエポキシ基を含有する化合物
である。本発明に用いるエポキシ樹脂は、エポキシ当量
が100乃至1000、特に150乃至500の範囲内
にあるものが適当である。この様なエポキシ樹脂として
は、例えば次に掲げる様なものが使用される。
−ヒドロキシフェニルブタン)(ビスフェノールB)、
1,1'−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、ビス
(4−ヒドロキシフェニル)メタン(ビスフェノール
F)、1,1,2,2 −テトラキス(4−ヒドロキシフェニ
ル)エタン、4−ヒドロキシフェニルエーテル、p−
(4−ヒドロキシ)フェノール等のポリフェノール類化
合物のグリシジルエーテル系エポキシ樹脂、即ちジグリ
シジルエーテルビスフェノール型エポキシ樹脂(以下D
GEBAと呼ぶことがある。)。 II;前記ポリフェノール類化合物の核水素化物のグリシ
ジルエーテル系エポキシ樹脂。 III ;カテコール、レゾルシン、ヒドロキノン、フロロ
グルシン等の多価フェノール類のグリシジルエーテル系
エポキシ樹脂。 IV;エチレングリコール、ブタンジオール、グリセロー
ル、エリスリトール、ポリオキシアルキレングリコール
等の多価アルコール類のグリシジルエーテル系エポキシ
樹脂。 V ;ノボラック型エポキシ樹脂。 VI;ビニルシクロヘキセンジオキシド、リモネンジオキ
シド、ジシクロペンタジエンオキシド等の脂環族系エポ
キシ樹脂。 VII ;フタル酸、シクロヘキサン−1,2 −ジカルボン酸
等のポリカルボン酸のエステル縮合物のポリグリシジル
エステル系エポキシ樹脂。 VIII;ポリグリシジルアミン系エポキシ樹脂。 IX;メチルエピクロ型エポキシ樹脂。
は、芳香環を有し、骨格が剛直で耐熱性があり、硬いエ
ポキシ樹脂硬化物が得られるものが好ましい。これらを
満足するエポキシ化合物としては、DGEBA系エポキ
シ化合物は勿論であるが、他に芳香環を有する下記のエ
ポキシ化合物が挙げられる。すなわちフェノールノボラ
ックポリグリシジルエーテル、o−クレゾールノボラッ
クポリグリシジルエーテル、ブロモフェノールノボラッ
クポリグリシジルエーテル、テトラグリシジルm−キシ
レンジアミン、テトラグリシジルジアミノジフェニルメ
タン、α−ナフトールポリグリシジルエーテル、ナフタ
レンジオールポリグリシジルエーテル、更に日本化薬
(株)製EPPN−502、東都化成(株)製YDG4
14Sなどを挙げることができる。
固形あるいは高粘度液体であるため、溶解力の高い他の
低粘度エポキシ化合物に溶解して使用するのがよい。特
にNDHは添加量が比較的多量となり、そのため増粘す
る傾向があるので、作業性を容易にするために、低粘度
エポキシ化合物の併用が特に望ましい。使用し得る低粘
度エポキシ化合物としては、エポキシ当量200以下の
DGEBA系エポキシ化合物、エポキシ当量約180の
ビスフェノールF系エポキシ化合物およびジグリシジル
アニリンなどの2官能性エポキシ化合物以外に、フェニ
ルグリシジルエーテルのような単官能性エポキシ化合物
もこれら2官能性エポキシ化合物と併用することが出来
る。
(A)とエポキシ当量が200以下の液状エポキシ化合
物(B)との組み合わせを用いるのがよく、常温で固体
乃至半固体(粘稠液体)のエポキシ化合物(A)と低粘
度の液体エポキシ化合物(B)とを10:90乃至9
0:10、特に30:70乃至70:30の重量比で用
いるのがよい。
ボン酸ジヒドラジドとを含むエポキシ樹脂組成物は、ポ
ットライフが長く、しかも加熱硬化反応は速くて成形加
工性が良く、硬化物に優れた耐熱変形性を与える。
それ自体公知の充填剤ないし補強剤も配合することがで
きる。例えば、シリカ、炭酸カルシウム、タルク、アル
ミナ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化
鉄、酸化マグネシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸ア
ルミニウム、マイカ、硫酸バリウウム、カーボンブラッ
ク、グラファイト、アスベスト等の無機充填剤や、アル
ミニウム、銅、銀、ニッケル、クロム、ステンレスなど
の金属粉末、又はフレーク、ガラス繊維、アルミナ、ジ
ルコニア等のセラミックス繊維、炭素繊維、アラミド繊
維、金属繊維などを配合することができる。
ミック系ウイスカーを配合することにより、耐熱劣化性
は大幅に向上させることが出来る。本発明に使用される
セラミック系ウイスカーとしては、炭化珪素(Si
C)、窒化珪素(Si3 N4 )、窒化アルミニウム(A
lN)、チタン酸カリウム(K2 O・6TiO2 )、ホ
ウ酸アルミニウム(9Al2 ・2B2 O3 )および硫酸
カルシウム(CaSO4 )などが挙げられる。添加量は
樹脂組成物の粘度によって増減できるが、エポキシ化合
物100重量部に対して5〜30重量部が適当である。
の例によって本発明の範囲が制限されるものではない。
なお、実施例中で用いた各成分の略称と物質名および入
手先の対応は次の通りである。
ェノールAグリシジルエーテル(油化シェルエポキシ
(株)製) 2 ESN−365 ;エポキシ当量165のナフタレ
ンジオール系ポリグリシジルエーテル(新日鉄化学
(株)製) 3 EPPN−502;エポキシ当量166の芳香族単
環系ポリグリシジルエーテル(日本化薬(株)製) 4 EOCN−102;エポキシ当量約225のo−ク
レゾールノボラックポリグリシジルエーテル(日本化薬
(株)製) 5 TETRAD−X;エポキシ当量約100のテトラ
グリシジルm−キシレンジアミン(三菱瓦斯化学(株)
製) 6 MY720 ;エポキシ当量約120のテトラ
グリシジルジアミノジフェニルメタン(チバガイギ−社
製) 7 GAN ;エポキシ当量約125のジグリ
シジルアニリン(日本化薬(株)製) 8 PGE ;エポキシ当量150のフェニル
グリシジルエーテル(錦商事(株)販売)
酸ジヒドラジド(日本ヒドラジン工業(株)製) 2 ADH ;アジピン酸ジヒドラジド(日本
ヒドラジン工業(株)製) 3 IDH ;イソフタル酸ジヒドラジド(日
本ヒドラジン工業(株)製) 4 DDS ;ジアミノジフェニルスルホン
(錦商事(株)販売) 5 PMDA ;無水ピロメリット酸(ダイセル
化学工業(株)製)
ン(橋本化成(株)製)
ホ化学工業(株)製) 2 TISMO−N101;チタン酸カリウム(K2 O
・6TiO2 )(大塚化学(株)製) 3 アルボレックスSY−3;ホウ酸アルミニウム(
9Al2 O3 ・2B2O3 )(四国化成工業(株)製)
った。 1 可使時間(pot-life):所定の温度(40℃)の恒
温槽に試料をいれ、40℃における流動性がなくなるま
での日数を測定した。一般に40℃・5日が25℃・1
2〜13日・40℃・21日が25℃・約180日・4
0℃・25日が25℃・約200日に相当する。NDH
を含むエポキシ樹脂組成物は粘度が高く、そのため混合
などの作業は40〜50℃で行わなければならない。
変形性の指標として、所定の温度、時間にて硬化させた
試料を熱機械分析装置(TMA)を用いてTgを測定し
た。 昇温速度 ; 10℃/分 荷 重 ; 10g 針の直径 ; 1mm
に試料をいれて亀裂、炭化等を観察した。亀裂、炭化な
どの変化が起きるまでの時間を測定した。
よる硬化条件で25×25×3mmの試料をつくり沸騰
水中24時間浸漬して吸水率%を求めた。
を混じた樹脂をベースとして、NDH,DDS,BF3
−MEAおよびPMDAを添加した各組成物の40℃に
おけるポットライフ(p−life)、Tg、吸水率%
および耐熱劣化性を測定した。各組成物の組成比、特性
の測定値を表1に示す(配合は重量部)。表1中、組成
−1及び組成−4が本発明範囲内のものであり、他の組
成は比較のためのものである。
のは、吸水率、Tgなど好成績を示したが、エポキシ樹
脂に配合する場合、樹脂の一部を採り、約90℃でPM
DAを溶解して配合するため、組成物のポットライフが
約30分と短くなる欠点がある。一方、組成−2及び組
成−5のDDS配合のものは、硬化樹脂の吸水率が高
く、Tgも低く、硬化に長時間を必要とし、組成物のポ
ットライフ(pot−life)が約4乃至5日と短く
なる欠点がある。これに対して、組成−1及び組成−4
のNDH配合のものは、ポットライフも21日以上と長
く、硬化時間も短く、しかも得られる硬化樹脂は、吸水
率も低く、高いTgを示し、エポキシ樹脂の耐熱劣化性
にも優れていた。
ポリグリシジルエーテル(EOCN−1025)は常温
で固形のエポキシ化合物であるため、エピコート82
8、GANおよびPGEの混合液状樹脂に約90℃で溶
解し、後40℃に冷却、所定量の硬化剤及びセラミック
系ウイスカーを添加混合する。この例で使用した各成分
の配合比及び得られた特性を、表2に示す。表2中、組
成−1及び組成−3が本発明範囲内のものであり、他の
組成は比較のためのものである。
は、ポットライフが3乃至4日と短いのに対して、ND
H配合の組成−1及び組成3のものでは、ポットライフ
が21日以上と向上し、またTg及び耐熱劣化性の点で
も優れている。組成−3及び組成−4でも判るように、
ウイスカーの添加は熱劣化改善のみならず、ガラス転移
点の改善にも効果があることが判明した。
脂(TETRAD−X)とDDSの組成は、現在カーボ
ンファイバ複合材として広く利用されているが、完全キ
ュアー及び耐水性に難点があり、これがDDSの欠点で
あるが、NDHを使用することによりこの方面の欠点改
善が期待される。配合組成及び得られた結果を表3に示
す。表3中、組成−1、組成−3及び組成−5及び6が
本発明範囲内のものであり、他の組成は比較のためのも
のである。
−4を比較すると、吸水率に大きな差があり、またポッ
トライフやTgおよび耐熱劣化性においても差がある。
これらの差は、テトラグリシジルアミノ樹脂系で特に大
きい。
N−365は下記式(2)および(3)に示すような構
造式で、新しい耐熱性エポキシ樹脂として開発され、両
者とも常温で固形でエピコート828とGANの混合液
状樹脂に約80℃で溶解し、後40℃に冷却し、所定量
のNDH及びセラミック系ウイスカーを混合する。各組
成物の組成比、測定値を表4に示す。
ポキシ基間の距離が近いため反応性が強く、ポットライ
フが短くなるものと心配されたが、実際は常温で180
日以上の安定性を保持していることが判明した。
示すような構造式を有する代表的な二塩基酸ジヒドラジ
ドで、現在広くエポキシ樹脂硬化剤として使用されてい
る。これら二塩基酸ジヒドラジドは、35〜40℃に加
温されたエピコート828に対し所定量を採り混合す
る。各組成物の組成比、測定値を表5に示す(配合は重
量部)。 式中、Φはイソフェニレン基である。
酸ジヒドラジドを硬化剤として用いることにより、常温
安定性に優れ、しかも硬化反応は速くて成形加工時間が
短かくてすみ、得られた硬化樹脂はTg、耐水性および
耐熱劣化性が優れており、各種特性の組み合わせに優れ
た新しい配合の一液性耐熱性エポキシ樹脂組成物を提供
することができた。
Claims (8)
- 【請求項1】 分子内に2ケ以上のエポキシ基を有する
エポキシ化合物と、ナフタレンジカルボン酸ジヒドラジ
ドを主成分とする硬化剤とを含有することを特徴とする
常温安定性に優れた耐熱性エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項2】 分子内に2ケ以上のエポキシ基を有する
エポキシ化合と、ナフタレンジカルボン酸ジヒドラジド
を主成分とする硬化剤と、充填剤としてのセラミック系
ウイスカーとを含有することを特徴とする常温安定性に
優れた耐熱性エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項3】 ナフタレンジカルボン酸ジヒドラジドが
2,6−ナフタレンジカルボン酸ジヒドラジドである請
求項1または2記載の耐熱性エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項4】 エポキシ化合物100重量部当たりナフ
タレンジカルボン酸ジヒドラジドを10乃至70重量部
の量で含有する請求項1または2記載の耐熱性エポキシ
樹脂組成物。 - 【請求項5】 エポキシ化合物が常温で固体乃至半固体
のエポキシ化合物(A)とエポキシ当量が200以下の
液状エポキシ化合物(B)との組み合わせから成る請求
項1または2記載の耐熱性エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項6】 エポキシ化合物(A)とエポキシ化合物
(B)とを10:90乃至90:10の重量比で含有す
る請求項5記載の耐熱性エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項7】 一液型である請求項1乃至6のいずれか
に記載の耐熱性エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項8】 ナフタレンジカルボン酸ジヒドラジドか
ら成るエポキシ樹脂用硬化剤。
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JP12212494A JP3481304B2 (ja) | 1994-06-03 | 1994-06-03 | 常温安定性に優れた耐熱性エポキシ樹脂組成物及びエポキシ樹脂用硬化剤 |
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