JP5858406B2 - 硬化性組成物、これを用いたエポキシ樹脂−無機ポリマー複合材料の製造方法及びエポキシ樹脂−無機ポリマー複合材料 - Google Patents
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Description
また、本発明の他の目的は、硬化したエポキシ樹脂と周期表4族金属酸化物とで構成された、均質で架橋密度が高く、透明性に優れ且つ高い屈折率を有するエポキシ樹脂−無機ポリマー複合材料を提供することにある。
で表される化合物が含まれる。
本発明の硬化性組成物は、多価カルボン酸無水物、又は分子内にエポキシ基若しくはヒドロキシル基に対する反応性官能基を有するカルボン酸により部分的に変性された周期表4族金属アルコキシド(A)(以下、「部分変性周期表4族金属アルコキシド(A)」と称する場合がある)と、エポキシ化合物(B)とを含んでいる。
部分変性周期表4族金属アルコキシド(A)は、周期表4族金属アルコキシドを、多価カルボン酸無水物、又は分子内にエポキシ基若しくはヒドロキシル基に対する反応性官能基を有するカルボン酸と反応させることにより得られる部分変性物である。部分変性周期表4族金属アルコキシド(A)は1種単独で、または2種以上を組み合わせて使用できる。
で表される化合物を用いることもできる。
エポキシ化合物(B)には、分子内に芳香環とエポキシ基を有するエポキシ化合物、分子内に脂環(脂肪族炭素環)とエポキシ基を有するエポキシ化合物(但し、芳香環を有しない)、及び分子内に芳香環及び脂環を有しないエポキシ化合物がある。本発明では、これらの何れのエポキシ化合物も使用することができる。エポキシ化合物は、分子内にエポキシ基を1つのみ有する単官能エポキシ化合物であってもよく、分子内にエポキシ基を2以上有する多官能エポキシ化合物であってもよい。エポキシ化合物は単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。エポキシ化合物として、少なくとも多官能エポキシ化合物を用いるのが好ましい。
本発明の硬化性組成物は、エポキシ化合物の硬化を促進させるため、硬化促進剤を含有するのが好ましい。硬化促進剤は、エポキシ化合物の硬化促進に使用されるものであれば特に制限はなく、例えば、ジアザビシクロウンデセン系硬化促進剤(1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7(DBU)又はその塩)、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)フェノール等の三級アミン、2−エチル−4−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のイミダゾール類、トリフェニルホスフィン等の有機ホスフィン化合物、三級アミン塩、四級アンモニウム塩、四級ホスホニウム塩、オクチル酸スズ、ジラウリン酸ジブチルスズ、オクチル酸亜鉛等の有機金属塩、ホウ素化合物等が挙げられる。硬化促進剤は単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
(1)部分変性周期表4族金属アルコキシド(A)を含む第I剤と、エポキシ化合物(B)及び硬化促進剤を含む第II剤(さらに、水を含んでいてもよい)との組合せ
(2)部分変性周期表4族金属アルコキシド(A)及びエポキシ化合物(B)を含む第I剤と、硬化促進剤を含む第II剤(さらに、水を含んでいてもよい)との組合せ
(3)部分変性周期表4族金属アルコキシド(A)及び硬化促進剤を含む第I剤と、エポキシ化合物(B)を含む第II剤(さらに、水を含んでいてもよい)との組合せ
上記本発明の硬化性組成物を硬化させることにより、エポキシ樹脂−無機ポリマー複合材料を得ることができる。例えば、変性周期表4族金属アルコキシド(A)とエポキシ化合物(B)と硬化促進剤の混合液に、水を添加して混合し、必要に応じて、減圧下で50〜100℃に加熱して副生成物を除去した後、例えば、常圧下、60〜250℃(好ましくは80〜220℃)で加熱硬化することにより、エポキシ樹脂−無機ポリマー複合材料を製造することができる。なお、配合に用いるエポキシ化合物(B)や硬化促進剤を含む溶液中に水が含まれている場合には、あらためて水を添加する必要はない。
本発明の上記製造方法によれば、無機微粒子が凝集することなく、均質なエポキシ樹脂−無機ポリマー複合材料[硬化エポキシ樹脂と周期表4族金属酸化物とで構成されたエポキシ樹脂−無機ポリマー複合材料(ハイブリッド材料)]を得ることができる。また、アミン系硬化剤、窒素含有エポキシ樹脂硬化剤を用いることなく硬化反応を行うことができるので、着色度の極めて小さいエポキシ樹脂−無機ポリマー複合材料を製造できる。
ジルコニウム(IV)テトラn−プロポキシド[Zr(OCH2CH2CH3)4](STREM CHEMICALS社製、分子量327.56)0.77g[ジルコニウム(IV)テトラn−プロポキシド自体の重量]、下記式で表されるシス−1,2−シクロヘキサンジカルボン酸無水物(ACROS ORGANICS社製、分子量154.16)(以下、「HHPA」と略記する)2.49g(実施例7で用いるエポキシ樹脂に対して化学当量)を窒素雰囲気下で混合し、室温で1時間撹拌することによって変性ジルコニウムアルコキシド(以下、「HHPA変性ジルコニウムアルコキシド」と略記する)を得た。
ジルコニウム(IV)テトラn−プロポキシドの使用量を1.62gとした以外は実施例1と同様にして、HHPA変性ジルコニウムアルコキシドを得た。
ジルコニウム(IV)テトラn−プロポキシドの使用量を2.58gとした以外は実施例1と同様にして、HHPA変性ジルコニウムアルコキシドを得た。
ジルコニウム(IV)テトラn−プロポキシドの使用量を3.66gとした以外は実施例1と同様にして、HHPA変性ジルコニウムアルコキシドを得た。
ジルコニウム(IV)テトラn−プロポキシドの使用量を4.87gとした以外は実施例1と同様にして、HHPA変性ジルコニウムアルコキシドを得た。
ジルコニウム(IV)テトラn−プロポキシドとHHPAとを1:1のモル比で使用した以外は実施例1と同様にして、HHPA変性ジルコニウムアルコキシドを得た。原料として用いたジルコニウム(IV)n−プロポキシドとHHPA、及び得られたHHPA変性ジルコニウムアルコキシドのFT−IRスペクトルを図1に示す。
80℃で2時間脱泡することによって十分に水分を除去したビスフェノールA ジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂(商品名「JER 828EL」、ジャパンエポキシレジン株式会社製、重量平均分子量370、下記式参照)(以下、「DGEBA」と略記する)3.00gを測りとり、1phrの4級ホスホニウムブロマイド(エポキシ硬化促進剤;サンアプロ株式会社製)と3phrのジラウリン酸ジブチル錫を加え、120℃に設定したホットプレート上で撹拌し溶解させた。その後、実施例1で調製したカルボン酸変性ジルコニウムアルコキシドと、該ジルコニウムアルコキシドに対して2倍molの蒸留水を加え、自転・公転型回転ミキサーで5分間均一になるまで撹拌した。そして、この混合溶液を、アルミカップに流し込み、副生成物を除去するために、減圧下で80℃、1時間加熱した。さらに、常圧下で100℃、4時間、130℃、4時間、150℃、4時間、180℃、4時間加熱硬化してエポキシ樹脂−ジルコニアハイブリッド材料(DGEBA/HHPA/ジルコニアハイブリッド系)[ジルコニア(ZrO2)含量5重量%]を得た。得られたエポキシ樹脂−ジルコニアハイブリッド材料においては、ジルコニアの析出はなく、無色透明であった。
実施例1で調製したHHPA変性ジルコニウムアルコキシドの代わりに、実施例2で調製したHHPA変性ジルコニウムアルコキシドを用いた以外は実施例7と同様の操作を行い、エポキシ樹脂−ジルコニアハイブリッド材料(DGEBA/HHPA/ジルコニアハイブリッド系)(ジルコニア含量10重量%)を得た。得られたエポキシ樹脂−ジルコニアハイブリッド材料においては、ジルコニアの析出はなく、無色透明であった。
実施例1で調製したHHPA変性ジルコニウムアルコキシドの代わりに、実施例3で調製したHHPA変性ジルコニウムアルコキシドを用いた以外は実施例7と同様の操作を行い、エポキシ樹脂−ジルコニアハイブリッド材料(DGEBA/HHPA/ジルコニアハイブリッド系)(ジルコニア含量15重量%)を得た。得られたエポキシ樹脂−ジルコニアハイブリッド材料においては、ジルコニアの析出はなく、無色透明であった。
実施例1で調製したHHPA変性ジルコニウムアルコキシドの代わりに、実施例4で調製したHHPA変性ジルコニウムアルコキシドを用いた以外は実施例7と同様の操作を行い、エポキシ樹脂−ジルコニアハイブリッド材料(DGEBA/HHPA/ジルコニアハイブリッド系)(ジルコニア含量20重量%)を得た。得られたエポキシ樹脂−ジルコニアハイブリッド材料においては、ジルコニアの析出はなく、無色透明であった。
実施例1で調製したHHPA変性ジルコニウムアルコキシドの代わりに、実施例5で調製したHHPA変性ジルコニウムアルコキシドを用いた以外は実施例7と同様の操作を行い、エポキシ樹脂−ジルコニアハイブリッド材料(DGEBA/HHPA/ジルコニアハイブリッド系)(ジルコニア含量25重量%)を得た。得られたエポキシ樹脂−ジルコニアハイブリッド材料においては、ジルコニアの析出はなく、無色透明であった。
カルボン酸変性ジルコニウムアルコキシドと水を用いなかったこと、その代わりにHHPAを2.49g用いたこと以外は実施例7と同様にして、硬化エポキシ樹脂を得た。
(1)FT−IR測定
HHPA変性ジルコニウムアルコキシドとDGEBA/HHPA/ジルコニアハイブリット系の構造解析に、フーリエ変換赤外吸光装置(FT−IR SPECTRUM ONE,PERKIN ELMER社製)を用い、KBr法により試料を測定した。KBr板は、粉末のKBr(Merck KGaA)約0.2gをプレスし、円盤状に形成した。また、液体試料であるHHPA変性ジルコニウムアルコキシドは、空気との接触を避けるために2枚のKBr板に少量の試料を挟み測定した。一方、固体試料のDGEBA/HHPA/ジルコニアハイブリッド系は、試料を金属乳鉢で粉末にしたものをKBr板に少量混入し測定した。測定範囲は400cm−1〜5000cm−1、分解能4.0cm−1、積算回数4回とした。そして、DGEBA/HHPA/ジルコニアハイブリッド系の各官能基の増減率は830cm−1付近のp−二置換ベンゼン環のC−H面外変角振動に起因するピークを基準のピークとして、そのピーク面積に対する各官能基のピーク面積の相対比から算出した。
図1に、実施例6において、原料として用いたジルコニウム(IV)テトラn−プロポキシド、HHPA、及び得られたHHPA変性ジルコニウムアルコキシドのFT−IRスペクトルを示す。
また、図2に、比較例1の硬化前の組成物(上から1番目)、比較例1の硬化後のエポキシ樹脂(上から2番目)、実施例9の硬化前の組成物(上から3番目)、及び実施例9の硬化後のエポキシ樹脂−ジルコニアハイブリッド材料(DGEBA/HHPA/ジルコニアハイブリッド系)(上から4番目)のFT−IRスペクトルを示す。
DGEBA/HHPA/ジルコニアハイブリッド系の相構造観察に、透過型電子顕微鏡(JEM−1210,日本電子(株)製)を用い、加速電圧120kVで行った。またTEM観察用試料は、ウルトラミクロトーム(REICHERT ULTRA−CUT E,(株)ライカ製)及びダイヤモンドナイフ(SUMI KNIFE SK1045,住友電工(株)製)を用い、厚さ50nmの超薄切片を作製し、銅メッシュ上に載せ観察した。また、ルテニウム染色は、5mlのサンプル管内部に四酸化ルテニウム水溶液(TAAB社製(イギリス)、濃度0.5%)を3滴滴下し、超薄切片試料を気化した四酸化ルテニウム中で2分間かけて染色を行った。
図5に、比較例1で得られたエポキシ樹脂のみからなる材料(DGEBA/HHPA単独系)の透過型電子顕微鏡(TEM)写真を示す。試料片は上部から右側下部に存在するほぼ単一色の部分であって、左側下部のより明るく見える部分は試料ではない。試料は全体にわたりその存在を示す灰色物として観察されるが、無機物、有機物がナノレベルで混在していることを示す輝度が強く異なる着色粒状物は見られていない。
一方、図6に実施例8で得られたエポキシ樹脂−ジルコニア複合材料(DGEBA/HHPA/ジルコニアハイブリッド系、ジルコニア含量10重量%)の透過型電子顕微鏡(TEM)写真、図7に実施例9で得られたエポキシ樹脂−ジルコニア複合材料(DGEBA/HHPA/ジルコニアハイブリッド系、ジルコニア含量15重量%)の透過型電子顕微鏡(TEM)写真、図8に実施例10で得られたエポキシ樹脂−ジルコニア複合材料(DGEBA/HHPA/ジルコニアハイブリッド系、ジルコニア含量20重量%)の透過型電子顕微鏡(TEM)写真、図9に実施例11で得られたエポキシ樹脂−ジルコニア複合材料(DGEBA/HHPA/ジルコニアハイブリッド系、ジルコニア含量25重量%)の透過型電子顕微鏡(TEM)写真を示す。
図6(実施例8)及び図7(実施例9)において、試料片は右上部から左下側に向って存在する黒色粒状を含む着色部分であって、下部またはその周囲に見られるより明るく見える部分は試料ではない。実施例8及び9で得られたエポキシ樹脂−ジルコニア複合材料では、試料の全体にわたり、ジルコニアの存在を示すより強く黒く着色した微粒子が均等に分散して存在していることが観察され、ジルコニア微粒子の平均粒子径は5nmであった。
また、図8(実施例10)及び図9(実施例11)において、試料片は左上部から右下側に向って存在するやや灰色に見える部分であって、下部から右側に見られるより明るく見える部分は試料ではない。実施例10及び11で得られたエポキシ樹脂−ジルコニア複合材料の試料片には、調製の都合に起因する輝度強度の変調があるものの、ジルコニア微粒子は観察されず、硬化エポキシ樹脂とジルコニアとからなる均一相構造をなしていることが分かる。
この点について、説明すると、図6(実施例8;ジルコニア10重量%)で存在した着色(黒色)粒子の平均輝度(A)を”0”とし、その外側(1nm−2nm)の領域の平均輝度(B)を”255”とする256段階輝度表示による濃淡コントラストを測定した場合、輝度認識の閾値を”186”とした場合、図8(実施例10;ジルコニア20重量%)及び図9(実施例11;ジルコニア25重量%)では、10nm以内の範囲で閾値を超えるコントラストが測定されず(形状物が認められず)、ジルコニア含量が10重量%である図6のサンプルに存在していた粒径5nmの微粒子は、ジルコニア含量が20重量%、25重量%に増加したにもかかわらず、消失し、硬化物全体において、局在化することなく、有機−無機高分子が互いに相容したことを示している。さらに、図8、図9において、仮に図6と同様のコントラストを有する微粒子が存在した場合、解像度が0.5nm程度であることから少なくとも1nm以上の粒子径であれば、図6又は図7と同程度の輝度差を有するTEM像として認識できるため、図8及び図9のサンプルには1nm以上のジルコニアの微粒子は存在しないと言える。なお、有機−無機高分子が互いに相容している場合、大きな粒径の粒子もない。すなわち、マクロレベル(10nm2−100nm2)で粒径5nm以上の粒状物が10個以下、100nm2以上の面積で粒径50nm以上の粒子が10個以下である。
DGEBA/HHPA/ジルコニアハイブリッド系の各波長における光の透過率の検討には、紫外可視吸収スペクトル測定として紫外可視分光光度計(LAMBDA 650,PERKIN ELMER社製)を用い、反射率により測定した。測定に用いる試料はメノウ乳鉢で微細な粉末にしたものを粉末フォルダにつめて測定した(測定時の試料の厚みは2mmである)。また、測定条件は測定範囲800〜250nm、バンド幅2.0nm、走査速度266.75nm/min、データ取込間隔1.0nm、繰り返し回数1回とした。
図3に、比較例1の硬化後のエポキシ樹脂(図中、a)、実施例8の硬化後のエポキシ樹脂−ジルコニアハイブリッド材料(図中、b)、実施例9の硬化後のエポキシ樹脂−ジルコニアハイブリッド材料(図中、c)、実施例10の硬化後のエポキシ樹脂−ジルコニアハイブリッド材料(図中、d)の紫外可視吸収スペクトルを示す。縦軸は透過率(%)、横軸は波長(nm)である。
図3に示されるように、実施例で得られたエポキシ樹脂−ジルコニアハイブリッド材料の光線透過率は、何れも、400〜800nmの範囲で、82%以上であった。
DGEBA/HHPA/ジルコニアハイブリッド系の屈折率は屈折率測定装置(NAR−2T,アタゴ(株)製)を用いて測定した。試験片は硬化物を8mm×15mm×1mmの直方体状片に切り出し、耐水研磨紙2000番で研磨後、平均粒径0.3μmのアルミナ懸濁液(丸本ストルアス(株)社製)で研磨したものを用いた。また、測定の際の中間液としてイオウジヨードメタン(ATAGO,nD=1.7800)、光源としてNa線単色光(589.3nm)を用いた。
図4に、比較例1の硬化後のエポキシ樹脂、実施例7〜10の硬化後のエポキシ樹脂−ジルコニアハイブリッド材料(DGEBA/HHPA/ジルコニアハイブリッド系)の屈折率をジルコニア含量(重量%)を横軸にしてプロットしたグラフを示す。縦軸は屈折率(589nm)である。
図4に示されるように、屈折率は、エポキシ樹脂−ジルコニアハイブリッド材料中のジルコニア含量が増加するに従い(0〜20重量%の範囲)、直線的に増加し、ジルコニア含量20重量%で1.591を示した。これは、ジルコニア含有量の増加に伴って、高い密度と分極率を有したジルコニアネットワークが増加し、ハイブリッド材料の分子屈折と密度を増加させたことによるものと考えられる。
下記式で表されるポリドデカン二酸ポリ無水物[前記式(a)において、Ra=Rb=Rc=デカメチレン基、Rx=Ry=カルボキシル基、u=2〜3である化合物](岡村精油(株)製、Mw=972、固体、商品名「SL−12AH」)0.96g(実施例17で用いるエポキシ樹脂に対して化学当量)にクロロホルムを加え、1時間撹拌し、均一に溶解させた溶液と、ジルコニウム(IV)テトラn−プロポキシド[Zr(OCH2CH2CH3)4](STREM CHEMICALS社製、分子量327.56)0.77g[ジルコニウム(IV)テトラn−プロポキシド自体の重量]とを窒素雰囲気下で混合し、室温で2時間撹拌することによって長鎖二塩基酸無水物(n1=10)変性ジルコニウムアルコキシド溶液を得た。
ジルコニウム(IV)テトラn−プロポキシドの使用量を1.22gとした以外は実施例12と同様にして、長鎖二塩基酸無水物(n1=10)変性ジルコニウムアルコキシド溶液を得た。
ジルコニウム(IV)テトラn−プロポキシドの使用量を1.73gとした以外は実施例12と同様にして、長鎖二塩基酸無水物(n1=10)変性ジルコニウムアルコキシド溶液を得た。
減圧下で2時間脱泡したDGEBA1.00gを量り取り、DGEBAに対し化学当量の下記式で表されるポリイコサン二酸ポリ無水物[前記式(a)において、Ra=Rb=Rc=オクタデカメチレン基、Rx=Ry=カルボキシル基、u=2〜3である化合物](岡村精油(株)製、Mw=1451、固体、商品名「SL−20AH」)1.45gを加えた後、105℃に設定したホットプレート上で加熱し均一に溶解させた。さらに、その溶液にクロロホルムを加え均一に撹拌した。その後、ジルコニウム(IV)テトラn−プロポキシド[Zr(OCH2CH2CH3)4](STREM CHEMICALS社製、分子量327.56)0.96g[ジルコニウム(IV)テトラn−プロポキシド自体の重量]を加え3時間撹拌することで長鎖二塩基酸無水物(n1=18)変性ジルコニウムアルコキシド溶液を得た。
ジルコニウム(IV)テトラn−プロポキシドの使用量を2.172gとした以外は実施例15と同様にして、長鎖二塩基酸無水物(n1=18)変性ジルコニウムアルコキシド溶液を得た。
アルミカップに減圧下で2時間脱泡したDGEBA1.00gを量り取り、DGEBAに対して1phrの4級ホスホニウムブロマイド(エポキシ硬化促進剤;サンアプロ株式会社製)を加え120℃に設定したホットプレート上で加熱し均一に溶解させた。次に、実施例12で調製した長鎖二塩基酸無水物(n1=10)変性ジルコニウムアルコキシドと蒸留水を加え再度均一になるまで撹拌を行った。そして、溶媒除去のため常温で1時間減圧した後、常温大気圧下で1日間静置させた。さらに、100℃で2時間、130℃で2時間、150℃で2時間、180℃で2時間、及び220℃で1時間加熱硬化して、DGEBA/長鎖二塩基酸無水物(n1=10)/ジルコニアハイブリッド材料[DGEBA/長鎖二塩基酸無水物(n1=10)/ジルコニアハイブリッド系][ジルコニア(ZrO2)含量10重量%]を得た。
実施例12で調製した長鎖二塩基酸無水物(n1=10)変性ジルコニウムアルコキシドの代わりに、実施例13で調製した長鎖二塩基酸無水物(n1=10)変性ジルコニウムアルコキシドを用いた以外は実施例17と同様の操作を行い、DGEBA/長鎖二塩基酸無水物(n1=10)/ジルコニアハイブリッド材料[DGEBA/長鎖二塩基酸無水物(n1=10)/ジルコニアハイブリッド系][ジルコニア(ZrO2)含量15重量%]を得た。
実施例12で調製した長鎖二塩基酸無水物(n1=10)変性ジルコニウムアルコキシドの代わりに、実施例14で調製した長鎖二塩基酸無水物(n1=10)変性ジルコニウムアルコキシドを用いた以外は実施例17と同様の操作を行い、DGEBA/長鎖二塩基酸無水物(n1=10)/ジルコニアハイブリッド材料[DGEBA/長鎖二塩基酸無水物(n1=10)/ジルコニアハイブリッド系][ジルコニア(ZrO2)含量20重量%]を得た。
実施例15で調製した長鎖二塩基酸無水物(n1=18)変性ジルコニウムアルコキシドに、DGEBAに対して1phrの4級ホスホニウムブロマイド、及びジルコニウムアルコキシドに対して2倍モルの蒸留水を加えた。そして、溶媒除去のため常温で1時間減圧した後、常温大気圧下で1日間静置させた。さらに、100℃で2時間、130℃で2時間、150℃で2時間、180℃で2時間、及び220℃で1時間加熱硬化して、DGEBA/長鎖二塩基酸無水物(n1=18)/ジルコニアハイブリッド材料[DGEBA/長鎖二塩基酸無水物(n1=18)/ジルコニアハイブリッド系][ジルコニア(ZrO2)含量10重量%]を得た。
実施例15で調製した長鎖二塩基酸無水物(n1=18)変性ジルコニウムアルコキシドの代わりに、実施例16で調製した長鎖二塩基酸無水物(n1=18)変性ジルコニウムアルコキシドを用いた以外は実施例20と同様の操作を行い、、DGEBA/長鎖二塩基酸無水物(n1=18)/ジルコニアハイブリッド材料[DGEBA/長鎖二塩基酸無水物(n1=18)/ジルコニアハイブリッド系][ジルコニア(ZrO2)含量20重量%]を得た。
長鎖二塩基酸無水物(n1=10)変性ジルコニウムアルコキシドと水を用いなかったこと、その代わりにポリドデカン二酸ポリ無水物[前記式(a)において、Ra=Rb=Rc=デカメチレン基、Rx=Ry=カルボキシル基、u=2〜3である化合物](岡村精油(株)製、Mw=972、固体、商品名「SL−12AH」)を0.96g用いたこと以外は実施例17と同様にして、硬化エポキシ樹脂を得た。
長鎖二塩基酸無水物(n1=18)変性ジルコニウムアルコキシドと水を用いなかったこと、その代わりにポリイコサン二酸ポリ無水物[前記式(a)において、Ra=Rb=Rc=オクタデカメチレン基、Rx=Ry=カルボキシル基、u=2〜3である化合物](岡村精油(株)製、Mw=1451、固体、商品名「SL−20AH」)を1.45g用いたこと以外は実施例20と同様にして、硬化エポキシ樹脂を得た。
(5)FT−IR測定
長鎖二塩基酸無水物変性ジルコニウムアルコキシド及びDGEBA/長鎖二塩基酸無水物/ジルコニアハイブリッド系の構造解析に、フーリエ変換赤外吸光装置(FT−IR SPECTRUM ONE,PERKIN ELMER社製)を用い、KBr法により試料を測定した。KBr板は、粉末のKBr(Merck KGaA)約0.2gをプレスし、円盤状に形成した。また、液体試料である長鎖二塩基酸無水物変性ジルコニウムアルコキシドは、空気との接触を避けるために2枚のKBr板に少量の試料を挟み測定した。一方、固体試料のDGEBA/長鎖二塩基酸無水物/ジルコニアハイブリッド系は、試料をメノウ乳鉢で粉末にしたものをKBr板に少量混入し測定した。測定範囲は400cm−1〜5000cm−1、分解能4.0cm−1、積算回数4回とした。そして、DGEBA/長鎖二塩基酸無水物/ジルコニアハイブリッド系の各官能基の増減率は1510cm−1付近のベンゼン環の面内骨格振動に起因するピークを基準のピークとして、そのピーク面積に対する各官能基のピーク面積の相対比から算出した。
図14〜図18に、実施例17〜18で得られたDGEBA/長鎖二塩基酸無水物(n1=10)/ジルコニアハイブリッド材料、実施例20で得られたDGEBA/長鎖二塩基酸無水物(n1=18)/ジルコニアハイブリッド材料、比較例2、3で得られた硬化エポキシ樹脂[ジルコニア(ZrO2)含量0重量%]の光学写真を示す。ほぼ同じ厚さの板状の試験片を黒色の十字の上に置き、十字の鮮明さを観察した。図14は比較例2、図15は実施例17、図16は実施例18、図17は比較例3、図18は実施例20の写真である。
DGEBA/長鎖二塩基酸無水物/ジルコニアハイブリッド系の動的粘弾性測定に、非共振強制振動型粘弾性解析装置(DVE−V4 FT レオスペクトラー(株)レオロジー製)を用いて、温度を変化させながら引張り荷重モードで行った。測定周波数は10Hz、振幅は5μm、昇温速度は20℃/min、測定温度は−150℃〜250℃とした。試験片サイズは30mm×4mm×0.4mmの直方体状とした。また、算出に以下の式を用いた。
|E*|=(980.6×DF×CD)/(DD×W×T)(Pa)
E′=|E*|cosd(Pa)
E′′=|E*|sind(Pa)
tand= E′′/E′
試料の幅:W(cm),試料の厚み:T(cm),試料の長さ:CD(cm),動的応力:DF(gram),動的歪み:DD(cm),位相差:d(degree),重力加速度:980.6(cm/s2)
DGEBA/長鎖二塩基酸無水物/ジルコニアハイブリッド系の耐屈曲性試験はJIS K 5600−5−1に従って、タイプ1折り曲げ試験装置(円筒マンドレル法)を用いて測定した。試験片は100mm×50mm×0.3mmの直方体状とした。試験温度は25℃とし、マンドレル直径2,3,4,5,6,8,10,12,16,20,25,32mmのものを用い、2秒かけて均等に折り曲げた。
ハイブリッド材料の光学特性として屈折率測定装置(NAR−2T,アタゴ(株)製)を用いて屈折率を測定した。試験片は硬化物を約8mm×30mm×1mmの直方体状片に切り出し、耐水研磨紙2000番で研磨後、アルミナで研磨したものを用いた。また、測定の際の中間液としてモノブロモナフタレン、光源としてNa線単色光(589.3nm)を用いた。
Claims (9)
- 多価カルボン酸無水物、又は分子内にエポキシ基若しくはヒドロキシル基に対する反応性官能基を有するカルボン酸により部分的に変性された周期表4族金属アルコキシド(A)、及びエポキシ化合物(B)を含む硬化性組成物であって、
前記の周期表4族金属がジルコニウム又はチタンである硬化性組成物。 - 多価カルボン酸無水物、又は分子内にエポキシ基若しくはヒドロキシル基に対する反応性官能基を有するカルボン酸により部分的に変性された周期表4族金属アルコキシド(A)が、下記式(1)
で表される化合物である請求項1記載の硬化性組成物。 - さらに、硬化促進剤を含む請求項1又は2に記載の硬化性組成物。
- 請求項1〜3の何れかの項に記載の硬化性組成物を硬化させて、硬化エポキシ樹脂と周期表4族金属酸化物とで構成されたエポキシ樹脂−無機ポリマー複合材料を得ることを特徴とするエポキシ樹脂−無機ポリマー複合材料の製造方法。
- 請求項1〜3の何れかの項に記載の硬化性組成物の硬化物であるエポキシ樹脂−無機ポリマー複合材料であって、
硬化エポキシ樹脂と周期表4族金属酸化物とで構成されたエポキシ樹脂−無機ポリマー複合材料。 - 硬化エポキシ樹脂中に、平均粒子径1〜50nmの周期表4族金属酸化物の微粒子が分散している請求項5記載のエポキシ樹脂−無機ポリマー複合材料。
- 硬化エポキシ樹脂と周期表4族金属酸化物とで構成された均一相構造を有するエポキシ樹脂−無機ポリマー複合材料であって、
前記の周期表4族金属がジルコニウム又はチタンであるエポキシ樹脂−無機ポリマー複合材料。 - 周期表4族金属酸化物の含有量が、MO2(Mは周期表4族金属原子を示す)換算で、19重量%以上である請求項7記載のエポキシ樹脂−無機ポリマー複合材料。
- 硬化エポキシ樹脂がアミン系硬化剤を用いることなく形成されている請求項7又は8記載のエポキシ樹脂−無機ポリマー複合材料。
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