JP4355895B2 - 変性ポリオキシアルキレンポリアミン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は特定の変性ポリオキシアルキレンポリアミン、該変性ポリオキシアルキレンポリアミンを含むエポキシ樹脂硬化剤、該エポキシ樹脂硬化剤を含むエポキシ樹脂組成物、該エポキシ樹脂組成物を硬化させたエポキシ樹脂硬化物に関する。
この変性ポリオキシアルキレンポリアミンは、塗料用途、電気・電子用途、土木・建築用途、接着剤用途、複合材料用途などのきわめて広い分野で利用されているエポキシ樹脂硬化剤およびその原料として、またポリウレタン樹脂の鎖延長剤、および鎖延長剤原料として、さらには紙力増強剤、ゴム用薬品、清缶剤、スラグ防止剤、界面活性剤、乳化剤、染料、顔料、染色助剤、繊維用油剤、化粧品、防皺加工剤、キレート剤、浮遊選鉱剤、洗剤、チクソ剤、ｐＨ調整剤、殺虫剤、除草剤、農薬安定剤、飼料添加剤、触媒、重合促進剤、重合防止剤、安定剤、イオン交換樹脂、ガス吸収剤、抗酸化剤、防蝕剤、防錆剤、殺菌剤、抗菌剤、不凍液、潤滑油、滑剤、医薬中間体、ポリアミド、溶剤、写真薬など様々な分野で幅広く利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
各種鎖状脂肪族ポリアミンが、エポキシ樹脂硬化剤およびその原料として、またポリウレタン樹脂鎖延長剤およびその原料に広く用いられていることは良く知られている。その代表的な鎖状脂肪族ポリアミンは、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどのポリエチレンポリアミンであり、広く用いられてきた。
【０００３】
しかしこれらのポリエチレンポリアミンは、一般に蒸気圧が高く、皮膚刺激性が強いため、また一方でこれらのポリエチレンポリアミンを原料としたエポキシ樹脂硬化剤は硬化物の耐薬品性が悪く、最近ではそのままエポキシ樹脂硬化剤として用いられることは少なく、ほとんどが安全衛生面の改善、作業性の改善、耐薬品性能の向上などの目的に応じて、ポリエチレンポリアミンが有するアミノ基を変性して用いられることが殆どである。
【０００４】
ポリエチレンポリアミンの代表的な変性方法としては、（１）フェノール系化合物とアルデヒド化合物とのマンニッヒ反応による変性、（２）エポキシ化合物との反応による変性、（３）カルボキシル基を有する化合物との反応による変性、（４）アクリル系化合物とのマイケル付加反応による変性、および（５）これらの組み合わせによる変性などがあげられる。
【０００５】
ポリエチレンポリアミンの変性モル数は、一般的には得られる変性ポリエチレンポリアミンがポリエチレンポリアミンのアミノ基に由来する活性水素を有する範囲で選ばれる。しかしながら、変性モル数が低い場合には変性ポリエチレンポリアミンの粘度は低くなるが、未反応ポリエチレンポリアミン含有量が高くなるために、毒性が高く、皮膚刺激性が残る。またこれらのポリエチレンポリアミンを原料としたエポキシ樹脂硬化剤は硬化物の耐薬品性が悪い。一方、変性モル数が高い場合には未反応ポリエチレンポリアミン含有量は低くなるが、粘度が高くなるために、作業性の改善を目的に溶剤や希釈剤を添加するなどの低粘度化が必要となる。しかし、環境問題から溶剤は添加しないことが望まれ、硬化物の耐薬品性の低下が生じるために希釈剤の添加量を制限する必要がある。
【０００６】
そこでポリエチレンポリアミンに変わるものとして、ポリオキシアルキレンポリアミンが開発された。ポリオキシアルキレンポリアミンは、ポリエチレンポリアミンと比較し、蒸気圧が低く、さらに皮膚刺激性が弱く、安全衛生面の改善、作業性の改善などの目的を達成することができた。
【０００７】
しかしこれらのポリオキシアルキレンポリアミンを原料としたエポキシ樹脂硬化剤は、硬化物の耐薬品性が十分ではない。従って、耐薬品性向上の目的を達成するために、ポリオキシアルキレンポリアミンが有するアミノ基を変性して用いられる。
【０００８】
ポリオキシアルキレンポリアミンの代表的な変性は、ポリエチレンポリアミンの変性方法と同様に行うことができる。
【０００９】
ポリオキシアルキレンポリアミンの変性モル数は、一般的には得られる変性ポリオキシアルキレンポリアミンがポリオキシアルキレンポリアミンのアミノ基に由来する活性水素を有する範囲で選ばれる。しかしながら、変性モル数が低い場合には変性ポリオキシアルキレンポリアミンの粘度は低くなるが、未反応ポリオキシアルキレンポリアミン含有量が高くなるために、これらのポリオキシアルキレンポリアミンを原料としたエポキシ樹脂硬化剤は硬化物の耐薬品性が悪い。一方、変性モル数が高い場合には未反応ポリオキシアルキレンポリアミン含有量は低くなるが、粘度が高くなるために、作業性の改善を目的に溶剤や希釈剤の添加による低粘度化が必要となる。しかし、環境問題から溶剤を添加しないことが望まれ、硬化物の耐薬品性の低下が生じるために希釈剤の添加量を制限する必要がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、低粘度であり、且つエポキシ樹脂硬化剤として使用した際に、良好な硬化物の耐薬品性を与えるエポキシ樹脂組成物が得られる変性ポリオキシアルキレンポリアミンを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討した結果、特定の変性ポリオキシアルキレンポリアミンは低粘度で、該変性ポリオキシアルキレンポリアミンからなるエポキシ樹脂硬化剤は、良好な硬化物耐薬品性を与えることを見出して本発明に至った。
【００１２】
即ち本発明は、ポリオキシアルキレンポリアミンとアルケニル化合物との付加反応により得られる変性ポリオキシアルキレンポリアミンを提供するものである。
さらに本発明は、該変性ポリオキシアルキレンポリアミンを含むエポキシ樹脂硬化剤、該エポキシ樹脂硬化剤を含むエポキシ樹脂組成物、該エポキシ樹脂組成物を硬化させたエポキシ樹脂硬化物を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明で使用されるポリオキシアルキレンポリアミンは、エポキシ樹脂と反応しうる２以上のアミノ基を有すれば特に限定されないが、分子量が１０００を超えると、比較的、粘度が高い液体、もしくは一部ないし全体が固体となるので、分子量１０００以下のポリオキシアルキレンポリアミンを用いることが好ましい。例えば、ポリオキシエチレンジアミン、ポリオキシプロピレンジアミン、ポリオキシテトラメチレンジアミン、ポリ（オキシエチレン−オキシプロピレン）ジアミン等のポリオキシアルキレンジアミン、あるいはポリオキシエチレントリアミン、ポリオキシプロピレントリアミン等が挙げられ、これらを単独または２種以上混合しても良い。さらに硬化物の特性を失わない範囲内で、他のアミン系硬化剤も併用することができる。
【００１４】
本発明で使用されるアルケニル化合物としては、あらゆるアルケニル化合物が挙げられるが、炭素数が２〜１０であるものが好ましい。具体的には、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、ノネン、デセン、イソブチレン、2−ペンテン、3−メチル−1−ブテン、2−メチル−2−ブテン、2，3−ジメチル−2−ブテン、シクロヘキセン、シクロヘキサジエン、スチレン、ジビニルベンゼン、などが挙げられ、この中で特に好ましいのは、スチレンである。
【００１５】
本発明の変性ポリオキシアルキレンポリアミンは、前記ポリオキシアルキレンポリアミンと前記アルケニル化合物との付加反応（変性）により得られ、ポリオキシアルキレンポリアミンとアルケニル化合物との付加物と未反応ポリオキシアルキレンポリアミンとの混合物の状態でエポキシ樹脂硬化剤として用いられる。
【００１６】
本発明におけるポリオキシアルキレンポリアミンのアルケニル化合物による変性モル数は、ゲル化を回避できる割合であれば特に限定はされないが、ポリオキシアルキレンポリアミンのアルケニル化合物による変性モル数が低い場合は、未反応のポリオキシアルキレンポリアミン含有量が多くなってアルケニル化合物による変性の特徴が現れず、またポリオキシアルキレンポリアミンのアルケニル化合物による変性モル数が高い場合は、アミノ基の活性水素が少なくなるため、通常、式（１）の範囲である。
【数２】
（Ａ＝ポリオキシアルキレンポリアミンの活性水素数、Ｘ＝変性モル数）
特に好ましい変性モル数は、式（２）の範囲である。
【数３】
（Ａ＝ポリオキシアルキレンポリアミンの活性水素数、Ｘ＝変性モル数）
【００１７】
本発明において、変性ポリオキシアルキレンポリアミンを合成する際には、強塩基性を呈する触媒を使用することが好ましい。例えば、アルカリ金属、アルカリ金属アミド、アルキル化アルカリ金属などが挙げられるが、好ましくはアルカリ金属アミド（一般式ＭＮＲＲ’：Ｍはアルカリ金属、Ｎは窒素、ＲおよびＲ’は各々独立して水素またはアルキル基である）、特にリチウムアミド（ＬｉＮＨ2）が好ましい。
触媒の使用量は、原料の種類や反応比率、反応温度等の条件により異なるが、通常は原料中０．０５〜５重量％であり、好ましくは０．１〜３重量％である。
【００１８】
本発明の変性ポリオキシアルキレンポリアミンを合成する際の反応温度は、通常、５０〜１５０℃であり、好ましくは１００℃である。これより反応温度が低い場合は、ポリオキシアルキレンポリアミンとアルケニル化合物の付加反応速度が遅く、逆に反応温度が高い場合は、副生成物としてアルケニル化合物の重合物が生成するので好ましくない。
【００１９】
反応終了後に得られる反応液中には、反応により生成した変性ポリオキシアルキレンポリアミンと触媒のアルキル金属アミドが含まれる。触媒のアルカリ金属アミドは、ろ過により除去可能である。ろ過の場合は、塩酸、塩化水素ガス、酢酸などの酸、メタノール、エタノール等のアルコール、あるいは水等を加えてアルカリ金属アミドを除去容易な塩に変えてからろ過することが可能である。例えば水を加えた場合には、アルカリ金属アミドが水酸化物となり、ろ過が容易となる。
【００２０】
合成された変性ポリオキシアルキレンポリアミンの粘度は、１０〜１０００ｍＰａ・ｓ／２３℃である。粘度が１０００ｍＰａ・ｓより高い場合には、該変性ポリオキシアルキレンポリアミンをエポキシ樹脂硬化剤として使用する場合の作業性が悪くなり、好ましくない。
【００２１】
本発明のエポキシ樹脂硬化剤は、前記変性ポリオキシアルキレンポリアミンを含むものであり、単独で使用してもよいし、他のポリアミン系エポキシ樹脂硬化剤と混合して使用してもよい。この場合の変性ポリオキシアルキレンポリアミン混合量は、通常、２０重量％以上、さらに好ましくは３０重量％以上である。他のポリアミン系エポキシ樹脂硬化剤が２０重量％未満の場合、本発明の変性ポリオキシアルキレンポリアミンの特長が損なわれる場合があり好ましくない。
【００２２】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と前記エポキシ樹脂硬化剤を含むものである。本発明のエポキシ樹脂組成物に使用されるエポキシ樹脂は、本発明のエポキシ樹脂硬化剤に含まれる変性ポリオキシアルキレンポリアミンのアミノ基由来の活性水素と反応し架橋することが可能なグリシジル基を持つエポキシ樹脂で、飽和または不飽和の脂肪族化合物や、脂環式化合物、芳香族化合物、あるいは複素環式化合物のいずれであってよい。具体的には、ビスフェノールＡから誘導されたグリシジルアミン部位を有するエポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型から誘導されたグリシジルアミン部位を有するエポキシ樹脂、メタキシリレンジアミンから誘導されたグリシジルアミン部位を有するエポキシ樹脂、１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサンから誘導されたグリシジルアミン部位を有するエポキシ樹脂、ジアミノジフェニルメタンから誘導されたグリシジルアミン部位を有するエポキシ樹脂、パラアミノフェノールから誘導されたグリシジルアミン部位を有するエポキシ樹脂、フェノールノボラックから誘導されたグリシジルアミン部位を有するエポキシ樹脂、およびレゾルシノールから誘導されたグリシジルアミン部位を有するエポキシ樹脂から選ばれる少なくとも１つの樹脂が挙げられる。この中でもビスフェノールＡから誘導されたグリシジルアミン部位を有するエポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型から誘導されたグリシジルアミン部位を有するエポキシ樹脂が特に好ましい。
【００２３】
本発明のエポキシ樹脂硬化剤の配合量は、エポキシ樹脂のエポキシ当量に対して、本発明のエポキシ樹脂硬化剤の活性水素当量が０．７〜１．０となる量が好ましい。本発明のエポキシ樹脂硬化剤の活性水素当量が０．７未満であると、硬化物の架橋度が不十分であり、また１．０を越えると親水性のアミノ基が過多となり、耐水性が損なわれる。
【００２４】
さらに本発明のエポキシ樹脂組成物には、充填材、可塑剤などの改質成分、希釈剤、揺変剤などの流動調整成分、顔料、レベリング材、粘着付与剤などのその他の成分を用途に応じて添加することができる。
【００２５】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、公知の方法で硬化させ、エポキシ樹脂硬化物とすることができる。硬化条件は用途に応じて適宜選択され、特に限定されない。
【００２６】
【実施例】
以下に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２７】
エポキシ樹脂硬化塗膜の評価は以下の方法で行った。
エポキシ樹脂組成物を、２３℃、５０％ＲＨの条件下で、鋼板に２００μｍの厚みに塗装した。
耐薬品性：７日硬化後の塗装鋼板を各薬品に２３℃で７日間浸漬し、塗膜の変化を目視により評価した。
評価：次の４段階で評価した。
◎：優秀、 ○：良好、 △：やや不良、 ×：不良
【００２８】
実施例１
撹拌装置、温度計、窒素導入管、滴下漏斗、冷却管を備えた２リットルフラスコに、活性水素当量が６０のポリオキシプロピレンジアミン（ハンツマン・コーポレーション社製、ジェファーミンＤ−２３０（分子量２３０））４６０．０ｇ（２．０モル）とリチウムアミド（メルク社製、試薬）２１．３ｇ（０．９３モル）を仕込み、窒素気流下、撹拌しながら１００℃に昇温した。１００℃に保ちながら、スチレン（和光純薬工業社製、試薬特級）２０８．４g（２０モル）を４時間かけて滴下した。滴下終了後、１００℃で４時間保った。
その後、室温に冷却し、仕込んだリチウムアミドの１０倍モル量の水１６７．７ｇ（９．３モル）を添加して撹拌した。フラスコ内液中の沈殿物をろ過で分離後、減圧蒸留で水を留去し、変性ポリオキシプロピレンジアミンＡ６３５．０ｇを得た。変性ポリオキシプロピレンジアミンＡの変性モル数は、１．０モルであり、粘度は３０ｍＰａ・ｓ／２５℃、活性水素当量は１１１であった。
得られた変性ポリオキシプロプレンジアミンＡをエポキシ樹脂硬化剤として使用して、ビスフェノールA型液状エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）社製、商品名：エピコート８２８、エポキシ当量：１９０ｇ／ｅｑ）と表１に示す割合で配合し、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物を２３℃、５０％ＲＨの条件下で硬化させ、エポキシ樹脂硬化塗膜を作製して、性能評価を行った。評価結果を表１に示した。
【００２９】
実施例２
活性水素当量が３６のポリオキシエチレンジアミン（ハンツマン・コーポレーション社製、ジェファーミンＥＤＲ−１４８（分子量１４８））２９６．０ｇ（２．０モル）とリチウムアミド１．５ｇ（０．０６５モル）を仕込んだ以外は実施例１と同様に反応を行った。
その後、室温に冷却し、仕込んだリチウムアミドの１０倍モル量の水１１．７ｇ（０．６５モル）を添加して撹拌した。フラスコ内液中の沈殿物をろ過で分離後、減圧蒸留で水を留去し、変性ポリオキシエチレンジアミンＢ４７８．８ｇを得た。変性ポリオキシエチレンジアミンＢの変性モル数は、１．０モルであり、粘度は３０ｍＰａ・ｓ／２５℃、活性水素当量は８４であった。
得られた変性ポリオキシエチレンジアミンＢをエポキシ樹脂硬化剤として使用して、ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂と表１に示す割合で配合し、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物を２３℃、５０%ＲＨの条件下で硬化させ、エポキシ樹脂硬化塗膜を作製して、性能評価を行った。評価結果を表１に示した。
【００３０】
実施例３
活性水素当量が８１のポリオキシプロピレントリアミン（ハンツマン・コーポレーション社製、ジェファーミンＴ−４０３（分子量４０３））８０６．０ｇ（２．０モル）とリチウムアミド３５．０g（１．５モル）を仕込み、窒素気流下、撹拌しながら１００℃に昇温した。１００℃に保ちながら、スチレン３１２．６ｇ（３．０モル）を６時間かけて滴下した。滴下終了後、１００℃で４時間保った。
その後、室温に冷却し、仕込んだリチウムアミドの１０倍モル量の水２７０．０ｇ（１５．０モル）を添加して撹拌した。フラスコ内液中の沈殿物をろ過で分離後、減圧蒸留で水を留去し、変性ポリオキシプロピレントリアミンＣ１０５１．５ｇを得た。変性ポリオキシプロピレントリアミンＣの変性モル数は、１．５モルであり、粘度は５８０ｍＰａ・ｓ／２５℃、活性水素当量は１２４であった。
得られた変性ポリオキシプロピレントリアミンＣをエポキシ樹脂硬化剤として使用して、ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂と表１に示す割合で配合し、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物を２３℃、５０％ＲＨの条件下で硬化させ、エポキシ樹脂硬化塗膜を作製して、性能評価を行った。評価結果を表１に示した。
【００３１】
比較例1
アルケニル化合物を用いない変性としてエポキシアダクト変性を行った。実施例１と同様のフラスコに、活性水素当量が６０のポリオキシプロピレンジアミン４６０．０ｇ（２．０モル）を仕込み、窒素気流下、撹拌しながら８０℃に昇温した。８０℃に保ちながら、ブチルグリシジルエーテル（日本油脂社製、商品名：ニッサンエピオールＢ、エポキシ当量：１３０ｇ／ｅｑ、以下ＢＧＥと記す。）２６０．０ｇ（２．０モル）を２時間かけて滴下した。滴下終了後、１００℃に昇温して２時間反応を行い、ポリオキシプロピレンジアミンのＢＧＥ付加物（７２０．０ｇ）を得た。ポリオキシプロピレンジアミンのＢＧＥ付加物の粘度は１５００ｍＰａ・ｓ／２５℃、活性水素当量は１２０（活性水素数は３）であった。
得られたポリオキシプロピレンジアミンのＢＧＥ付加物をエポキシ樹脂硬化剤として使用して、実施例１と同様の方法でエポキシ樹脂組成物を調製し、エポキシ樹脂硬化塗膜を作製して、性能評価を行った。評価結果を表２に示した。
【００３２】
比較例２
アルケニル化合物を用いない変性としてエポキシアダクト変性を行った。実施例１と同様のフラスコに、活性水素当量が３６のポリオキシエチレンジアミン２９６．０ｇ（２．０モル）を仕込み、窒素気流下、撹拌しながら８０℃に昇温した。８０℃に保ちながら、ＢＧＥ２６０．０g（２．０モル）を２時間かけて滴下した。滴下終了後、１００℃に昇温して２時間反応を行い、ポリオキシエチレンジアミンのＢＧＥ付加物（５５６．０ｇ）を得た。ポリオキシエチレンジアミンのＢＧＥ付加物の粘度は１６００ｍＰａ・ｓ／２５℃、活性水素当量は９３（活性水素数は３）であった。
得られたポリオキシエチレンジアミンのＢＧＥ付加物をエポキシ樹脂硬化剤として使用して、実施例１と同様の方法でエポキシ樹脂組成物を調製し、エポキシ樹脂硬化塗膜を作製して、性能評価を行った。評価結果を表２に示した。
【００３３】
比較例３
アルケニル化合物を用いない変性としてエポキシアダクト変性を行った。実施例１と同様のフラスコに、活性水素当量が８１のポリオキシプロピレントリアミン８０６．０ｇ（２．０モル）を仕込み、窒素気流下、撹拌しながら８０℃に昇温した。８０℃に保ちながら、ＢＧＥ３９０．０ｇ（３．０モル）を３時間かけて滴下した。滴下終了後、１００℃に昇温して２時間反応を行い、ポリオキシプロピレントリアミンのＢＧＥ付加物（１１９６．０ｇ）を得た。ポリオキシプロピレントリアミンのＢＧＥ付加物の粘度は２５００ｍＰａ・ｓ／２５℃、活性水素当量は１３３（活性水素数は４．５）であった。
得られたポリオキシプロピレントリアミンのＢＧＥ付加物をエポキシ樹脂硬化剤として使用して、実施例１と同様の方法でエポキシ樹脂組成物を調製し、エポキシ樹脂硬化塗膜を作製して、性能評価を行った。評価結果を表２に示した。
【００３４】
比較例４
活性水素当量が６０のポリオキシプロピレンジアミンをエポキシ樹脂硬化剤として使用して、ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂と表２に示す割合で配合し、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物を２３℃、５０％ＲＨの条件下で硬化させ、エポキシ樹脂硬化塗膜を作製して、性能評価を行った。評価結果を表２に示した。
【００３５】
比較例5
活性水素当量が３６のポリオキシエチレンジアミンをエポキシ樹脂硬化剤として使用して、ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂と表２に示す割合で配合し、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物を２３℃、５０％ＲＨの条件下で硬化させ、エポキシ樹脂硬化塗膜を作製して、性能評価を行った。評価結果を表２に示した。
【００３６】
比較例６
活性水素当量が８１のポリオキシプロピレントリアミンをエポキシ樹脂硬化剤として使用して、ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂と表２に示す割合で配合し、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物を２３℃、５０％ＲＨの条件下で硬化させ、エポキシ樹脂硬化塗膜を作製して、性能評価を行った。評価結果を表２に示した。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【００３９】
【発明の効果】
以上の実施例から明らかなように、本発明の変性ポリオキシアルキレンポリアミンは、低粘度で、該変性ポリオキシアルキレンポリアミンを含むエポキシ樹脂硬化剤を用いたエポキシ樹脂組成物は良好な耐薬品性のエポキシ樹脂硬化物を与える。
【発明の属する技術分野】
本発明は特定の変性ポリオキシアルキレンポリアミン、該変性ポリオキシアルキレンポリアミンを含むエポキシ樹脂硬化剤、該エポキシ樹脂硬化剤を含むエポキシ樹脂組成物、該エポキシ樹脂組成物を硬化させたエポキシ樹脂硬化物に関する。
この変性ポリオキシアルキレンポリアミンは、塗料用途、電気・電子用途、土木・建築用途、接着剤用途、複合材料用途などのきわめて広い分野で利用されているエポキシ樹脂硬化剤およびその原料として、またポリウレタン樹脂の鎖延長剤、および鎖延長剤原料として、さらには紙力増強剤、ゴム用薬品、清缶剤、スラグ防止剤、界面活性剤、乳化剤、染料、顔料、染色助剤、繊維用油剤、化粧品、防皺加工剤、キレート剤、浮遊選鉱剤、洗剤、チクソ剤、ｐＨ調整剤、殺虫剤、除草剤、農薬安定剤、飼料添加剤、触媒、重合促進剤、重合防止剤、安定剤、イオン交換樹脂、ガス吸収剤、抗酸化剤、防蝕剤、防錆剤、殺菌剤、抗菌剤、不凍液、潤滑油、滑剤、医薬中間体、ポリアミド、溶剤、写真薬など様々な分野で幅広く利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
各種鎖状脂肪族ポリアミンが、エポキシ樹脂硬化剤およびその原料として、またポリウレタン樹脂鎖延長剤およびその原料に広く用いられていることは良く知られている。その代表的な鎖状脂肪族ポリアミンは、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどのポリエチレンポリアミンであり、広く用いられてきた。
【０００３】
しかしこれらのポリエチレンポリアミンは、一般に蒸気圧が高く、皮膚刺激性が強いため、また一方でこれらのポリエチレンポリアミンを原料としたエポキシ樹脂硬化剤は硬化物の耐薬品性が悪く、最近ではそのままエポキシ樹脂硬化剤として用いられることは少なく、ほとんどが安全衛生面の改善、作業性の改善、耐薬品性能の向上などの目的に応じて、ポリエチレンポリアミンが有するアミノ基を変性して用いられることが殆どである。
【０００４】
ポリエチレンポリアミンの代表的な変性方法としては、（１）フェノール系化合物とアルデヒド化合物とのマンニッヒ反応による変性、（２）エポキシ化合物との反応による変性、（３）カルボキシル基を有する化合物との反応による変性、（４）アクリル系化合物とのマイケル付加反応による変性、および（５）これらの組み合わせによる変性などがあげられる。
【０００５】
ポリエチレンポリアミンの変性モル数は、一般的には得られる変性ポリエチレンポリアミンがポリエチレンポリアミンのアミノ基に由来する活性水素を有する範囲で選ばれる。しかしながら、変性モル数が低い場合には変性ポリエチレンポリアミンの粘度は低くなるが、未反応ポリエチレンポリアミン含有量が高くなるために、毒性が高く、皮膚刺激性が残る。またこれらのポリエチレンポリアミンを原料としたエポキシ樹脂硬化剤は硬化物の耐薬品性が悪い。一方、変性モル数が高い場合には未反応ポリエチレンポリアミン含有量は低くなるが、粘度が高くなるために、作業性の改善を目的に溶剤や希釈剤を添加するなどの低粘度化が必要となる。しかし、環境問題から溶剤は添加しないことが望まれ、硬化物の耐薬品性の低下が生じるために希釈剤の添加量を制限する必要がある。
【０００６】
そこでポリエチレンポリアミンに変わるものとして、ポリオキシアルキレンポリアミンが開発された。ポリオキシアルキレンポリアミンは、ポリエチレンポリアミンと比較し、蒸気圧が低く、さらに皮膚刺激性が弱く、安全衛生面の改善、作業性の改善などの目的を達成することができた。
【０００７】
しかしこれらのポリオキシアルキレンポリアミンを原料としたエポキシ樹脂硬化剤は、硬化物の耐薬品性が十分ではない。従って、耐薬品性向上の目的を達成するために、ポリオキシアルキレンポリアミンが有するアミノ基を変性して用いられる。
【０００８】
ポリオキシアルキレンポリアミンの代表的な変性は、ポリエチレンポリアミンの変性方法と同様に行うことができる。
【０００９】
ポリオキシアルキレンポリアミンの変性モル数は、一般的には得られる変性ポリオキシアルキレンポリアミンがポリオキシアルキレンポリアミンのアミノ基に由来する活性水素を有する範囲で選ばれる。しかしながら、変性モル数が低い場合には変性ポリオキシアルキレンポリアミンの粘度は低くなるが、未反応ポリオキシアルキレンポリアミン含有量が高くなるために、これらのポリオキシアルキレンポリアミンを原料としたエポキシ樹脂硬化剤は硬化物の耐薬品性が悪い。一方、変性モル数が高い場合には未反応ポリオキシアルキレンポリアミン含有量は低くなるが、粘度が高くなるために、作業性の改善を目的に溶剤や希釈剤の添加による低粘度化が必要となる。しかし、環境問題から溶剤を添加しないことが望まれ、硬化物の耐薬品性の低下が生じるために希釈剤の添加量を制限する必要がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、低粘度であり、且つエポキシ樹脂硬化剤として使用した際に、良好な硬化物の耐薬品性を与えるエポキシ樹脂組成物が得られる変性ポリオキシアルキレンポリアミンを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討した結果、特定の変性ポリオキシアルキレンポリアミンは低粘度で、該変性ポリオキシアルキレンポリアミンからなるエポキシ樹脂硬化剤は、良好な硬化物耐薬品性を与えることを見出して本発明に至った。
【００１２】
即ち本発明は、ポリオキシアルキレンポリアミンとアルケニル化合物との付加反応により得られる変性ポリオキシアルキレンポリアミンを提供するものである。
さらに本発明は、該変性ポリオキシアルキレンポリアミンを含むエポキシ樹脂硬化剤、該エポキシ樹脂硬化剤を含むエポキシ樹脂組成物、該エポキシ樹脂組成物を硬化させたエポキシ樹脂硬化物を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明で使用されるポリオキシアルキレンポリアミンは、エポキシ樹脂と反応しうる２以上のアミノ基を有すれば特に限定されないが、分子量が１０００を超えると、比較的、粘度が高い液体、もしくは一部ないし全体が固体となるので、分子量１０００以下のポリオキシアルキレンポリアミンを用いることが好ましい。例えば、ポリオキシエチレンジアミン、ポリオキシプロピレンジアミン、ポリオキシテトラメチレンジアミン、ポリ（オキシエチレン−オキシプロピレン）ジアミン等のポリオキシアルキレンジアミン、あるいはポリオキシエチレントリアミン、ポリオキシプロピレントリアミン等が挙げられ、これらを単独または２種以上混合しても良い。さらに硬化物の特性を失わない範囲内で、他のアミン系硬化剤も併用することができる。
【００１４】
本発明で使用されるアルケニル化合物としては、あらゆるアルケニル化合物が挙げられるが、炭素数が２〜１０であるものが好ましい。具体的には、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、ノネン、デセン、イソブチレン、2−ペンテン、3−メチル−1−ブテン、2−メチル−2−ブテン、2，3−ジメチル−2−ブテン、シクロヘキセン、シクロヘキサジエン、スチレン、ジビニルベンゼン、などが挙げられ、この中で特に好ましいのは、スチレンである。
【００１５】
本発明の変性ポリオキシアルキレンポリアミンは、前記ポリオキシアルキレンポリアミンと前記アルケニル化合物との付加反応（変性）により得られ、ポリオキシアルキレンポリアミンとアルケニル化合物との付加物と未反応ポリオキシアルキレンポリアミンとの混合物の状態でエポキシ樹脂硬化剤として用いられる。
【００１６】
本発明におけるポリオキシアルキレンポリアミンのアルケニル化合物による変性モル数は、ゲル化を回避できる割合であれば特に限定はされないが、ポリオキシアルキレンポリアミンのアルケニル化合物による変性モル数が低い場合は、未反応のポリオキシアルキレンポリアミン含有量が多くなってアルケニル化合物による変性の特徴が現れず、またポリオキシアルキレンポリアミンのアルケニル化合物による変性モル数が高い場合は、アミノ基の活性水素が少なくなるため、通常、式（１）の範囲である。
【数２】
特に好ましい変性モル数は、式（２）の範囲である。
【数３】
【００１７】
本発明において、変性ポリオキシアルキレンポリアミンを合成する際には、強塩基性を呈する触媒を使用することが好ましい。例えば、アルカリ金属、アルカリ金属アミド、アルキル化アルカリ金属などが挙げられるが、好ましくはアルカリ金属アミド（一般式ＭＮＲＲ’：Ｍはアルカリ金属、Ｎは窒素、ＲおよびＲ’は各々独立して水素またはアルキル基である）、特にリチウムアミド（ＬｉＮＨ2）が好ましい。
触媒の使用量は、原料の種類や反応比率、反応温度等の条件により異なるが、通常は原料中０．０５〜５重量％であり、好ましくは０．１〜３重量％である。
【００１８】
本発明の変性ポリオキシアルキレンポリアミンを合成する際の反応温度は、通常、５０〜１５０℃であり、好ましくは１００℃である。これより反応温度が低い場合は、ポリオキシアルキレンポリアミンとアルケニル化合物の付加反応速度が遅く、逆に反応温度が高い場合は、副生成物としてアルケニル化合物の重合物が生成するので好ましくない。
【００１９】
反応終了後に得られる反応液中には、反応により生成した変性ポリオキシアルキレンポリアミンと触媒のアルキル金属アミドが含まれる。触媒のアルカリ金属アミドは、ろ過により除去可能である。ろ過の場合は、塩酸、塩化水素ガス、酢酸などの酸、メタノール、エタノール等のアルコール、あるいは水等を加えてアルカリ金属アミドを除去容易な塩に変えてからろ過することが可能である。例えば水を加えた場合には、アルカリ金属アミドが水酸化物となり、ろ過が容易となる。
【００２０】
合成された変性ポリオキシアルキレンポリアミンの粘度は、１０〜１０００ｍＰａ・ｓ／２３℃である。粘度が１０００ｍＰａ・ｓより高い場合には、該変性ポリオキシアルキレンポリアミンをエポキシ樹脂硬化剤として使用する場合の作業性が悪くなり、好ましくない。
【００２１】
本発明のエポキシ樹脂硬化剤は、前記変性ポリオキシアルキレンポリアミンを含むものであり、単独で使用してもよいし、他のポリアミン系エポキシ樹脂硬化剤と混合して使用してもよい。この場合の変性ポリオキシアルキレンポリアミン混合量は、通常、２０重量％以上、さらに好ましくは３０重量％以上である。他のポリアミン系エポキシ樹脂硬化剤が２０重量％未満の場合、本発明の変性ポリオキシアルキレンポリアミンの特長が損なわれる場合があり好ましくない。
【００２２】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と前記エポキシ樹脂硬化剤を含むものである。本発明のエポキシ樹脂組成物に使用されるエポキシ樹脂は、本発明のエポキシ樹脂硬化剤に含まれる変性ポリオキシアルキレンポリアミンのアミノ基由来の活性水素と反応し架橋することが可能なグリシジル基を持つエポキシ樹脂で、飽和または不飽和の脂肪族化合物や、脂環式化合物、芳香族化合物、あるいは複素環式化合物のいずれであってよい。具体的には、ビスフェノールＡから誘導されたグリシジルアミン部位を有するエポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型から誘導されたグリシジルアミン部位を有するエポキシ樹脂、メタキシリレンジアミンから誘導されたグリシジルアミン部位を有するエポキシ樹脂、１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサンから誘導されたグリシジルアミン部位を有するエポキシ樹脂、ジアミノジフェニルメタンから誘導されたグリシジルアミン部位を有するエポキシ樹脂、パラアミノフェノールから誘導されたグリシジルアミン部位を有するエポキシ樹脂、フェノールノボラックから誘導されたグリシジルアミン部位を有するエポキシ樹脂、およびレゾルシノールから誘導されたグリシジルアミン部位を有するエポキシ樹脂から選ばれる少なくとも１つの樹脂が挙げられる。この中でもビスフェノールＡから誘導されたグリシジルアミン部位を有するエポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型から誘導されたグリシジルアミン部位を有するエポキシ樹脂が特に好ましい。
【００２３】
本発明のエポキシ樹脂硬化剤の配合量は、エポキシ樹脂のエポキシ当量に対して、本発明のエポキシ樹脂硬化剤の活性水素当量が０．７〜１．０となる量が好ましい。本発明のエポキシ樹脂硬化剤の活性水素当量が０．７未満であると、硬化物の架橋度が不十分であり、また１．０を越えると親水性のアミノ基が過多となり、耐水性が損なわれる。
【００２４】
さらに本発明のエポキシ樹脂組成物には、充填材、可塑剤などの改質成分、希釈剤、揺変剤などの流動調整成分、顔料、レベリング材、粘着付与剤などのその他の成分を用途に応じて添加することができる。
【００２５】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、公知の方法で硬化させ、エポキシ樹脂硬化物とすることができる。硬化条件は用途に応じて適宜選択され、特に限定されない。
【００２６】
【実施例】
以下に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２７】
エポキシ樹脂硬化塗膜の評価は以下の方法で行った。
エポキシ樹脂組成物を、２３℃、５０％ＲＨの条件下で、鋼板に２００μｍの厚みに塗装した。
耐薬品性：７日硬化後の塗装鋼板を各薬品に２３℃で７日間浸漬し、塗膜の変化を目視により評価した。
評価：次の４段階で評価した。
◎：優秀、 ○：良好、 △：やや不良、 ×：不良
【００２８】
実施例１
撹拌装置、温度計、窒素導入管、滴下漏斗、冷却管を備えた２リットルフラスコに、活性水素当量が６０のポリオキシプロピレンジアミン（ハンツマン・コーポレーション社製、ジェファーミンＤ−２３０（分子量２３０））４６０．０ｇ（２．０モル）とリチウムアミド（メルク社製、試薬）２１．３ｇ（０．９３モル）を仕込み、窒素気流下、撹拌しながら１００℃に昇温した。１００℃に保ちながら、スチレン（和光純薬工業社製、試薬特級）２０８．４g（２０モル）を４時間かけて滴下した。滴下終了後、１００℃で４時間保った。
その後、室温に冷却し、仕込んだリチウムアミドの１０倍モル量の水１６７．７ｇ（９．３モル）を添加して撹拌した。フラスコ内液中の沈殿物をろ過で分離後、減圧蒸留で水を留去し、変性ポリオキシプロピレンジアミンＡ６３５．０ｇを得た。変性ポリオキシプロピレンジアミンＡの変性モル数は、１．０モルであり、粘度は３０ｍＰａ・ｓ／２５℃、活性水素当量は１１１であった。
得られた変性ポリオキシプロプレンジアミンＡをエポキシ樹脂硬化剤として使用して、ビスフェノールA型液状エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）社製、商品名：エピコート８２８、エポキシ当量：１９０ｇ／ｅｑ）と表１に示す割合で配合し、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物を２３℃、５０％ＲＨの条件下で硬化させ、エポキシ樹脂硬化塗膜を作製して、性能評価を行った。評価結果を表１に示した。
【００２９】
実施例２
活性水素当量が３６のポリオキシエチレンジアミン（ハンツマン・コーポレーション社製、ジェファーミンＥＤＲ−１４８（分子量１４８））２９６．０ｇ（２．０モル）とリチウムアミド１．５ｇ（０．０６５モル）を仕込んだ以外は実施例１と同様に反応を行った。
その後、室温に冷却し、仕込んだリチウムアミドの１０倍モル量の水１１．７ｇ（０．６５モル）を添加して撹拌した。フラスコ内液中の沈殿物をろ過で分離後、減圧蒸留で水を留去し、変性ポリオキシエチレンジアミンＢ４７８．８ｇを得た。変性ポリオキシエチレンジアミンＢの変性モル数は、１．０モルであり、粘度は３０ｍＰａ・ｓ／２５℃、活性水素当量は８４であった。
得られた変性ポリオキシエチレンジアミンＢをエポキシ樹脂硬化剤として使用して、ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂と表１に示す割合で配合し、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物を２３℃、５０%ＲＨの条件下で硬化させ、エポキシ樹脂硬化塗膜を作製して、性能評価を行った。評価結果を表１に示した。
【００３０】
実施例３
活性水素当量が８１のポリオキシプロピレントリアミン（ハンツマン・コーポレーション社製、ジェファーミンＴ−４０３（分子量４０３））８０６．０ｇ（２．０モル）とリチウムアミド３５．０g（１．５モル）を仕込み、窒素気流下、撹拌しながら１００℃に昇温した。１００℃に保ちながら、スチレン３１２．６ｇ（３．０モル）を６時間かけて滴下した。滴下終了後、１００℃で４時間保った。
その後、室温に冷却し、仕込んだリチウムアミドの１０倍モル量の水２７０．０ｇ（１５．０モル）を添加して撹拌した。フラスコ内液中の沈殿物をろ過で分離後、減圧蒸留で水を留去し、変性ポリオキシプロピレントリアミンＣ１０５１．５ｇを得た。変性ポリオキシプロピレントリアミンＣの変性モル数は、１．５モルであり、粘度は５８０ｍＰａ・ｓ／２５℃、活性水素当量は１２４であった。
得られた変性ポリオキシプロピレントリアミンＣをエポキシ樹脂硬化剤として使用して、ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂と表１に示す割合で配合し、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物を２３℃、５０％ＲＨの条件下で硬化させ、エポキシ樹脂硬化塗膜を作製して、性能評価を行った。評価結果を表１に示した。
【００３１】
比較例1
アルケニル化合物を用いない変性としてエポキシアダクト変性を行った。実施例１と同様のフラスコに、活性水素当量が６０のポリオキシプロピレンジアミン４６０．０ｇ（２．０モル）を仕込み、窒素気流下、撹拌しながら８０℃に昇温した。８０℃に保ちながら、ブチルグリシジルエーテル（日本油脂社製、商品名：ニッサンエピオールＢ、エポキシ当量：１３０ｇ／ｅｑ、以下ＢＧＥと記す。）２６０．０ｇ（２．０モル）を２時間かけて滴下した。滴下終了後、１００℃に昇温して２時間反応を行い、ポリオキシプロピレンジアミンのＢＧＥ付加物（７２０．０ｇ）を得た。ポリオキシプロピレンジアミンのＢＧＥ付加物の粘度は１５００ｍＰａ・ｓ／２５℃、活性水素当量は１２０（活性水素数は３）であった。
得られたポリオキシプロピレンジアミンのＢＧＥ付加物をエポキシ樹脂硬化剤として使用して、実施例１と同様の方法でエポキシ樹脂組成物を調製し、エポキシ樹脂硬化塗膜を作製して、性能評価を行った。評価結果を表２に示した。
【００３２】
比較例２
アルケニル化合物を用いない変性としてエポキシアダクト変性を行った。実施例１と同様のフラスコに、活性水素当量が３６のポリオキシエチレンジアミン２９６．０ｇ（２．０モル）を仕込み、窒素気流下、撹拌しながら８０℃に昇温した。８０℃に保ちながら、ＢＧＥ２６０．０g（２．０モル）を２時間かけて滴下した。滴下終了後、１００℃に昇温して２時間反応を行い、ポリオキシエチレンジアミンのＢＧＥ付加物（５５６．０ｇ）を得た。ポリオキシエチレンジアミンのＢＧＥ付加物の粘度は１６００ｍＰａ・ｓ／２５℃、活性水素当量は９３（活性水素数は３）であった。
得られたポリオキシエチレンジアミンのＢＧＥ付加物をエポキシ樹脂硬化剤として使用して、実施例１と同様の方法でエポキシ樹脂組成物を調製し、エポキシ樹脂硬化塗膜を作製して、性能評価を行った。評価結果を表２に示した。
【００３３】
比較例３
アルケニル化合物を用いない変性としてエポキシアダクト変性を行った。実施例１と同様のフラスコに、活性水素当量が８１のポリオキシプロピレントリアミン８０６．０ｇ（２．０モル）を仕込み、窒素気流下、撹拌しながら８０℃に昇温した。８０℃に保ちながら、ＢＧＥ３９０．０ｇ（３．０モル）を３時間かけて滴下した。滴下終了後、１００℃に昇温して２時間反応を行い、ポリオキシプロピレントリアミンのＢＧＥ付加物（１１９６．０ｇ）を得た。ポリオキシプロピレントリアミンのＢＧＥ付加物の粘度は２５００ｍＰａ・ｓ／２５℃、活性水素当量は１３３（活性水素数は４．５）であった。
得られたポリオキシプロピレントリアミンのＢＧＥ付加物をエポキシ樹脂硬化剤として使用して、実施例１と同様の方法でエポキシ樹脂組成物を調製し、エポキシ樹脂硬化塗膜を作製して、性能評価を行った。評価結果を表２に示した。
【００３４】
比較例４
活性水素当量が６０のポリオキシプロピレンジアミンをエポキシ樹脂硬化剤として使用して、ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂と表２に示す割合で配合し、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物を２３℃、５０％ＲＨの条件下で硬化させ、エポキシ樹脂硬化塗膜を作製して、性能評価を行った。評価結果を表２に示した。
【００３５】
比較例5
活性水素当量が３６のポリオキシエチレンジアミンをエポキシ樹脂硬化剤として使用して、ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂と表２に示す割合で配合し、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物を２３℃、５０％ＲＨの条件下で硬化させ、エポキシ樹脂硬化塗膜を作製して、性能評価を行った。評価結果を表２に示した。
【００３６】
比較例６
活性水素当量が８１のポリオキシプロピレントリアミンをエポキシ樹脂硬化剤として使用して、ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂と表２に示す割合で配合し、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物を２３℃、５０％ＲＨの条件下で硬化させ、エポキシ樹脂硬化塗膜を作製して、性能評価を行った。評価結果を表２に示した。
【００３７】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
以上の実施例から明らかなように、本発明の変性ポリオキシアルキレンポリアミンは、低粘度で、該変性ポリオキシアルキレンポリアミンを含むエポキシ樹脂硬化剤を用いたエポキシ樹脂組成物は良好な耐薬品性のエポキシ樹脂硬化物を与える。
Claims (5)
- ポリオキシアルキレンポリアミンとアルケニル化合物との付加反応により得られる変性ポリオキシアルキレンポリアミンであって、該アルケニル化合物がスチレンおよびジビニルベンゼンから選ばれる少なくとも１種の化合物であり、該アルケニル化合物による変性モル数が式（１）の範囲である変性ポリオキシアルキレンポリアミン。
- アルケニル化合物がスチレンである請求項１記載の変性ポリオキシアルキレンポリアミン。
- 請求項１記載の変性ポリオキシアルキレンポリアミンを含むエポキシ樹脂硬化剤。
- エポキシ樹脂、および請求項３記載のエポキシ樹脂硬化剤を含むエポキシ樹脂組成物。
- 請求項４記載のエポキシ樹脂組成物を硬化させたエポキシ樹脂硬化物。
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