JP6178383B2 - 選択的に変性されたアミンから得られるポリアミド及びアミドアミン - Google Patents
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Description
ADA−アルキレンジアミン、限定するわけではないが、EDA及びPDAを含む。
AHEW−アミン水素当量
APADA−アミノプロピル化アルキレンジアミン、限定するわけではないが、APEDA及びAPPDAを含む。
APEDA−アミノプロピル化エチレンジアミン、
APPDA−アミノプロピル化プロピレンジアミン、
D230−Huntsman Corpからのポリ(アルキレンオキシド)、
DETA−ジエチレントリアミン、AHEW=21、
DGEBA−ビスフェノールAのジグリシジルエーテル、EEW182〜192、
DER(商標)331-液体DGEBA、
EDA−エチレンジアミン、
EEW−エポキシ当量
エピコート(EPIKOTE)(登録商標)828(EPON(登録商標)828)−EEWが約184〜192である液状エポキシ樹脂、
IPDA−イソホロンジアミン、AHEW=43、
N3− N−3−アミノプロピルエチレンジアミン、
N4− N,N’−ビス(3−アミノプロピル)エチレンジアミン、
N5− N,N,N’−トリス(3−アミノプロピル)エチレンジアミン、
N3−N5− N3、N4及びN5の混合物、
PDA−プロピレンジアミン、
PEHA−ペンタエチレンヘキサミン、
PHR− 樹脂100質量部当たりの部
TEPA−テトラエチレンペンタミン、
TETA−トリエチレンテトラミン、AHEW=25。
本開示のアミン−エポキシ組成物は、硬化剤組成物と、少なくとも1種の多官能エポキシ樹脂を含むエポキシ組成物との反応生成物を含む。多官能エポキシ樹脂は、本開示中で使用されるときに、2個以上の1,2−エポキシ基を一分子当たりに含む化合物を記載する。このタイプのエポキシド化合物は当業者によく知られており、Y. Tanaka, "Synthesis and Characteristics of Epoxides", C. A. May,編, Epoxy Resins Chemistry and Technology (Marcel Dekker, 1988)に記載されており、それを参照により本開示中に取り込む。
本開示の組成物は種々の製造品を製造するために使用することができる。製造品の製造中の要件又は製造品の最終使用用途の要件に応じて、種々の添加剤は特定の性質にあつらえるために配合物及び組成物中に使用することができる。これらの添加剤としては、限定するわけではないが、溶媒(水を含む)、促進剤、可塑剤、フィラー、ガラス又は炭素繊維などの繊維、顔料、顔料分散剤、レオロジー調整剤、チキソトロピー剤、流動又はレベリング助剤、界面活性剤、脱泡剤、殺生物剤又はそれらの任意の組み合わせが挙げられる。当該技術分野で知られている他の混合物又は材料は組成物又は配合物中に含まれてよく、そして本開示の範囲内であることが理解される。
本開示は、本開示中に記載される組成物を含む製造品に関する。例えば、製造品は、硬化剤組成物及びエポキシ組成物の反応生成物を含む、アミドアミン−エポキシ組成物を含むことができる。硬化剤組成物は、2個以上の活性アミン水素を有するアミドアミンの少なくとも1つの接触生成物を含むことができる。その生成物は、多官能アミン触媒、触媒、促進剤、反応性又は非反応性希釈剤とさらに配合されうる。エポキシ組成物は少なくとも1種の多官能エポキシ樹脂を含むことができる。場合により、各種添加剤は、製造品を製造するために使用される組成物又は配合物中に、所望の特性に応じて、存在することができる。これらの添加剤としては、限定するわけではないが、溶媒(水を含む)、促進剤、可塑剤、フィラー、ガラス又は炭素繊維などの繊維、顔料、顔料分散剤、レオロジー調整剤、チキソトロピー剤、流動又はレベリング助剤、界面活性剤、脱泡剤、殺生物剤又はそれらの任意の組み合わせが挙げられる。
[N−3−アミノプロピルエチレンジアミン、N,N'−ビス(3−アミノプロピル)エチレンジアミン及びN,N,N'−トリス(3−アミノプロピル)エチレンジアミンの混合物の合成]
[中間体の合成]
1リットルバッチ反応器に、236g(3.93モル)のエチレンジアミンを添加し、それに、5gの水を添加し、そして内容物を60℃に加熱した。この混合物に、417g(7.86モル)のアクリロニトリルを5時間かけて添加した。アクリロニトリルの添加が完了したら、反応器の温度をさらに1.5時間維持した。
1リットルバッチ反応器に、100gのイソプロパノール、6.6gの水及び7.5gのラニーのCo触媒を装填した。反応器を、混入空気の痕跡を除去するために、最初に窒素で、そしてその後に水素で圧力サイクルさせた。圧力サイクルの後、反応器を5.5MPaの水素で充填し、その後、120℃に加熱した。前の工程からの500gの生成物を4時間かけて反応器に加えた。この間に、反応器の圧力を1リットルバラストタンクから水素を供給することにより、5.5Mpaに維持した。添加が完了したら、温度を120℃にさらに1時間維持し、水素化の完了を確実にした。反応器を室温まで冷却し、そして生成物をろ過した。生成物を面積%GCで分析し、それは6%のN−3−アミノプロピルエチレンジアミン、80%のN,N'−ビス(3−アミノプロピル)エチレンジアミン、及び11%のN,N,N'−トリス(3−アミノプロピル)エチレンジアミン及び2%のN,N,N',N'−テトラキス(3−アミノプロピル)エチレンジアミンを含んでいた。例1の上記方法により製造された生成物を以下において例1として指定した。
[アミン1モル当たり1.3モルのベンズアルデヒドの量(平均)での例1のベンジル化物の合成]
325gの例1からのポリアルキレン生成物例1(1.857モル)及び6gのPd/Cを1リットルオートクレーブ反応器に入れた。反応器をシールし、続いて、窒素及び次に水素でパージして反応器から空気を除去した。15〜20分の時間にわたって、256gのベンズアルデヒド(2.414モル)を反応器に添加した。ベンズアルデヒドの添加が完了した後、反応器の内容物をさらに15分間撹拌し又は反応が完了するまで攪拌し、その時点で反応の発熱が収まり始めた。この時点で、反応器を水素で120psiまで加圧し、反応器を80℃に加熱した。水素の吸収速度が遅くなったとき、圧力を800psiまで上昇させ、温度を120℃まで上昇させた。水素の吸収速度が0.034MPa/分(0.5psi/分)未満に下がるまで水素化プロセスを続けた。総水素化時間は約5時間であった。反応器を60℃まで冷却しそして減圧し、反応生成物をろ過して触媒を除去した。20mmHgの真空及び120℃以下の温度で操作しているロータリーエバポレーターを用いて水を除去した。得られた反応生成物は例1のベンジル化アミンであった。AHEW、粘度、アミン価の特性を表1に示す。
[アミン1モル当たり1.2モルのベンズアルデヒドの量でのDETA(ジエチレントリアミン)のベンジル化物の合成]
例3は例2で記載したのと同一の方法を用いたが、ポリアルキレン成分としてDETAを用いた。ベンズアルデヒド/DETAのモル比は1.2/1.0モル/モルであった。これらの反応体比は表1のベンジル化度によって示される。さらに、表1はベンジル化DETAのAHEW、粘度及びアミン価の特性を示す。
[アミン1モル当たり1.3モルのベンズアルデヒドの量(平均)でのTETA(トリエチレンテトラミン)のベンジル化物の合成]
例4は例2で記載したのと同一の方法を用いたが、ポリアルキレン成分としてTETAを用いた。ベンズアルデヒド/アミンのモル比は1.3:1.0モル/モルであった。さらに、表1はベンジル化DETAのAHEW、粘度及びアミン価の特性を示す。
[アミン1モル当たり1.3モルのベンズアルデヒドの量(平均)でのDETA/TETA(70%ジエチレントリアミン及び30%トリエチレンテトラミン)のベンジル化物の合成]
例5は例2で記載したのと同一の方法を用いたが、ポリアルキレン成分としてDETA及びTETAの混合物を用いた。ベンズアルデヒド/アミンのモル比は1.3:1.0モル/モルであった。さらに、表1はベンジル化DETAのAHEW、粘度及びアミン価の特性を示す。
[ベンジル化DETAのトール油脂肪酸との反応によるアミドアミンの合成]
141.75g(0.5モル)gのTOFA(トール油脂肪酸)を、スターラー、熱電対及び蒸留アウトレットを装備した700ml反応器で装填する。TOFAを60℃にまで加熱する。例3からの362.5gのベンジル化DETA(1.718モル)を30分で添加する。添加の間に、発熱を観測し、87℃の温度となる。スターラーの速度を250rpmに調節し、ゆっくりとした窒素流により、より効率的に水を除去するのを助けることができる。最初の水は240℃までで常圧で除去した。回収された最初の水は181.7℃のポット温度で出てきて、スチルヘッドの温度は98.4 ℃であった。温度は、その後、240℃に上げた。その温度に達したとき、このようにして120分間保持した。その時点で、5.5gの水を回収した。生成物を200℃まで冷却した。次いで、圧力を80mmHgに下げ、温度を再び240℃に上昇させた。生成物を240℃で120分間維持した。その時までに、総計で7.5gの水を回収した。生成物を冷却し、取り出した。表2に、AHEW、粘度、アミン価及びガードナー色数を示す。
[ベンジル化TETAのトール油脂肪酸との反応によるアミドアミンの合成]
例7は例4からのベンジル化TETAを用いた。4.255gのTOFA(0.892モル)を、410g(1.559モル)の例4からのベンジル化TETAとともに装填した。同一のプロセスを例6のとおりに行った。総計で13.5gの水を除去した。使用量は既存のアミドアミンの通常のAHEW値(約115)と一致するものとした。さらに、表2はアミドアミンのAHEW、粘度、アミン価の特性及びガードナー色数を示す。
[例1のベンジル化物のトール油脂肪酸との反応によるアミドアミンの合成]
例8は例2からの例1のベンジル化物を用いた。56.7gのTOFA(0.198モル)を、150g(0.5226モル)の例2からの例1のベンジル化物とともに装填した。同一のプロセスを例6のとおりに行った。総計で5.5gの水を除去した。使用量は既存のアミドアミンのAHEW値(約95)と一致するものとした。さらに、表2はアミドアミンのAHEW、粘度、アミン価の特性及びガードナー色数を示す。
[ベンジル化DETA/TETA(比率70/30)のトール油脂肪酸(670,666)との反応によるアミドアミンの合成]
例9は例5からのベンジル化DETA/TETA混合物を70:30の比で用いた。567gのTOFA(1.98モル)を、1450g(6.502モル)の例5からのベンジル化DETA/TETAとともに装填した。同一のプロセスを例6のとおりに行った。総計で71.6gの水を除去した。使用量は既存のアミドアミンのAHEW値(約90)と一致するものとした。さらに、表2はアミドアミンのAHEW、粘度、アミン価の特性及びガードナー色数を示す。ポリアミドも同一のベンジル化アミンを用いて製造した。
[ベンジル化DETAのダイマー脂肪酸とトール油脂肪酸との混合物との反応によるポリアミノアミドの合成]
18.0g(0.063モル)TOFA(トール油脂肪酸)及び162g(0.283モル)のダイマー脂肪酸を、スターラー、熱電対及び蒸留アウトレットを装備した700ミリリットル反応器に装填した。TOFA及びダイマー脂肪酸を60℃まで加熱した。例3からの265.9gのベンジル化DETA(1.26モル)を30分間かけて添加する。添加の間に、発熱を観測し、温度が88℃に達する。スターラーの速度を250rpmに調整し、ゆっくりとした窒素流により、より効率的に水を除去するのを助けることができる。最初の水を240℃まで常圧で除去した。回収された最初の水は、189℃のポット温度で出てきて、スチルヘッド温度は88℃であった。その後、温度を240℃に上げた。その温度に達したとき、このような温度に120分間維持した。その時点で、21.3gの水を回収した。生成物を冷却し、そして取り出した。表2に、AHEW、粘度、アミン価及びガードナー色数を示す。
[ベンジル化TETAのダイマー脂肪酸とトール油脂肪酸との混合物との反応によるポリアミノアミドの合成]
例11は例4からのベンジルTETAを用いた。9.0gのTOFA(0.0315モル)を81g(0.142モル)のダイマー脂肪酸とともに装填した。例4からの202gのベンジル化TETAを添加した。同一のプロセスを例10のとおりに行った。総量で6.0gの水を除去した。表2は、アミドアミンのAHEW、粘度、アミン価の特性及びガードナー色数を示す。
[例1のベンジル化物のダイマー脂肪酸とトール油脂肪酸との混合物との反応によるポリアミノアミドの合成]
例12は例2からのベンジル化アミンを用いた。10.0gのTOFA(0.035モル)を90g(0.157モル)のダイマー脂肪酸とともに装填した。例2からの224gのベンジル化アミンを混合物に添加した。同一のプロセスを例10のとおりに行った。総量で5.6gの水を除去した。表2は、アミドアミンのAHEW、粘度、アミン価の特性及びガードナー色数を示す。
[ベンジル化DETA/TETAのダイマー脂肪酸とトール油脂肪酸との混合物との反応によるポリアミノアミドの合成]
例13は例5からのDETA/TETAの70/30の比のベンジル化混合物を用いた。130.75gのTOFA(0.4572モル)を130.75gのダイマー脂肪酸(0.2286モル)とともに装填した。例5からの250.3g(1.223モル)のベンジル化DETA/TETAを添加した。同一のプロセスを例10のとおりに行った。総量で29gの水を除去した。表2は、アミドアミンのAHEW、粘度、アミン価の特性及びガードナー色数を示す。
例22〜25において、アルキルアミンを調製した(表5を参照)。これらのアルキル化ポリアミンを例26〜31のアミドアミン及びポリアミドの製造に使用した(表6を参照されたい)。
[アミン1モル当たりに1.2モルのアセトンの量(平均)での例1のアルキル化物の合成]
例1で形成された396.4gのポリアルキレン生成物(2.25モル)、2gのPd/C及び2gのPt/Cを1リットルオートクレーブ反応器に入れた。反応器をシールし、圧力を各々窒素で3回サイクルし、空気を除去し、そして各々水素で3回サイクルし、窒素を除去した。15〜20分の時間にわたって、156gのアセトン(2.700モル)を反応器に添加した。アセトンの添加が完了した後、反応器の内容物をさらに15分間撹拌し、又は、反応が完了するまで攪拌し、その時点で、反応の発熱が収まり始めた。その後、容器を60℃に加熱し、750〜1000rpmで攪拌しながら水素で300psig(21.4atm)まで加圧した。温度を60℃で90分間維持し、次いで、温度及び圧力をさらに100分間、120℃及び800psigに上げて、反応を完了させた。反応器を40℃に冷却し、その後、生成物を取り出した。反応生成物をろ過して触媒を除去した。20mgHgの真空下及び120℃までの温度で操作しているロータリーエバポレータを用いて水を除去した。得られた反応生成物は、例22のベンジルアミンであった。AHEW、粘度、アミン価の特性は表5に示すとおりである。
[アミン1モル当たりに1.3モルのメチルエチルケトン(MEK)の量での例1のアルキル化物の合成]
例23は例22に記載されるのと同一のプロセスを用いたが、この例では、ポリアルキレン成分をMEKと反応させた。MEK:例1のモル比は1.3/1.0モル/モルであった。これらの反応体比は表5中に1−メチルプロピル化度により示している。表5は、得られる生成物のAHEW、粘度及びアミン価の特性を示す。
[アミン1モル当たりに1.2モルのシクロヘキサノンの量(平均)での例1のアルキル化物の合成]
例24は例22に記載されるのと同一のプロセスを用いたが、この例では、ポリアルキレン成分をシクロヘキサノンと反応させた。シクロヘキサン:例1のモル比は1.2/1.0モル/モルであった。表5は、ベンジル化DETAのAHEW、粘度及びアミン価の特性を示す。
[アミン1モル当たりに1.2モルのアセトンの量(平均)でのDETAのアルキル化物の合成]
例25は例22に記載されるのと同一のプロセスを用いたが、この例では、ポリアルキレン成分をDETA(ジエチレントリアミン)とした。アセトン:DETAのモル比は1.2/1.0モル/モルであった。表5は、ベンジル化DETAのAHEW、粘度及びアミン価の特性を示す。
[例1のジ−イソプロピル化物のトール油脂肪酸及びダイマー脂肪酸との反応によるポリアミドの合成]
226.8g(0.79モル)のTOFA(トール油脂肪酸)を、スターラー、熱電対及び蒸留アウトレットを装備した700ミリリットル反応器中に装填する。TOFAを60℃まで加熱する。例22からの例1のイソプロピル化物227.2g(1.0モル)を、その後、30分間かけて添加する。添加の間に、発熱を観測し、それにより、温度が85℃となる。スターラーの速度を250rpmに調整し、ゆっくりとした窒素流により、より効率的に水を除去するのを助けることができる。最初の水は、常圧で240℃までで除去した。その温度に達したとき、そのような温度に120分間維持した。その時点で28.5gの水を回収した。生成物を冷却し、そして取り出した。AHEW、粘度、アミン価及びガードナー色数を表6に示す。少量のイミダゾリン及びテトラヒドロピリミジンを形成したときに真空を用いなかった。粘度がすでに低かったので少量の生成物は十分であった。
[例1のメチルエチルブチル化物のトール油脂肪酸との反応によるアミドアミンの合成] 例27は例23からのMEK/例1を用いた。186gのTOFA(0.650モル)を、例23からの例1のメチルエチルブチル化物233.5g(0.935モル)とともに装填した。同一のプロセスを例26のとおりに行った。総量で23.9gの水を除去した。使用量は既存のアミドアミンの通常のAHEW値(約115)と一致するようにした。表6は、アミドアミンのAHEW、粘度、アミン価の特性及びガードナー色数を示す。
[例1のメチルエチルブチル化物のトール油脂肪酸及びダイマー脂肪酸との反応によるポリアミドの合成]
例28は例23からのMEK/例1を用いた。10gのTOFA(0.035モル)を90.0g(0.157モル)のダイマー脂肪酸、174.3gの例23からの例1のメチルエチルブチル化物とともに装填した。同一のプロセスを例26のとおりに行った。総量で5.4gの水を除去した。使用量は既存のアミドアミンの通常のAHEW値(約115)と一致するようにした。表6は、ポリアミドのAHEW、粘度、アミン価の特性及びガードナー色数を示す。
[例1のシクロヘキシル化物のトール油脂肪酸及びダイマー脂肪酸との反応によるポリアミドの合成]
例29は例24からのシクロヘキサノン/例1を用いた。10gのTOFA(0.035モル)を90.0g(0.157モル)のダイマー脂肪酸、192.5gの例24からの例1のシクロヘキシル化物とともに装填した。同一のプロセスを例26のとおりに行った。総量で7.5gの水を除去した。使用量は既存のアミドアミンの通常のAHEW値(約115)と一致するようにした。表6は、ポリアミドのAHEW、粘度、アミン価の特性及びガードナー色数を示す。
[イソプロピル化DETAのトール油脂肪酸との反応によるアミドアミンの合成]
例30は例25からのアセトン/ジエチレントリアミン(DETA)を用いた。255.15gのTOFA(0.892モル)を175.5g(1.125モル)の例25からのイソプロピル化ジエチレントリアミンとともに装填した。同一のプロセスを例26のとおりに行った。総量で73.2gの水及びアミンを除去し、蒸留物はアミン価が500mgKOH/gであった。使用量は既存のアミドアミンの通常のAHEW値(約115)と一致するようにした。表6は、アミドアミンのAHEW、粘度、アミン価の特性及びガードナー色数を示す。
[例1のイソプロピル化物のトール油脂肪酸及びダイマー脂肪酸との反応によるポリアミドの合成]
例31は例22からのアセトン/例1を用いた。10gのTOFA(0.035モル)を90.0g(0.157モル)のダイマー脂肪酸、136.2gの例22からの例1イソプロピル化物とともに装填した。同一のプロセスを例26のとおりに行った。総量で5.0gの水を除去した。使用量は既存のアミドアミンの通常のAHEW値(約115)と一致するようにした。表6は、ポリアミドのAHEW、粘度、アミン価の特性及びガードナー色数を示す。
例14〜21において、例6〜13から得られる硬化性組成物を用いてコーティングを形成する。
Claims (15)
- 前記多官能アミンはベンジル化又はアルキル化アミンのうち少なくとも1種を含む、請求項2に記載の組成物。
- (1)アミン成分であって、
(2)脂肪酸成分、
の反応生成物を含み、ジエチレントリアミン(DETA)、トリエチレンテトラミン(TETA)、テトラエチレンペンタミン(TEPA)、ペンタエチレンヘキサミン(PEHA)、ヘキサメチレンジアミン(HMDA)、N−(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(N3−アミン)、N,N'−1,2−エタンジイルビス−1,3−プロパンジアミン(N4−アミン)、ジプロピレントリアミン、m−キシリレンジアミン(mXDA)、p−キシリレンジアミン、1,3−ビスアミノシクロヘキシルアミン(1,3−BAC)、イソホロンジアミン(IPDA)、4,4’−メチレンビスシクロヘキサンアミン、m−フェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン(DDM)、ジアミノジフェニルスルホン(DDS)、N−アミノエチルピペラジン(NAEP)、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、オキシ−1,2−ブチレン、オキシ−1,4−ブチレン、4,7−ジオキサデカン−1,10−ジアミン、1−プロパナミン、3,3’−(オキシビス(2,1−エタンジイルオキシ))ビス(ジアミノプロピル化ジエチレングリコール)、ポリ(オキシ(メチル−1,2−エタンジイル))α−(2−アミノメチルエチル)ω−(2−アミノメチルエトキシ)、トリエチレングリコールジアミン、ポリ(オキシ(メチル−1,2−エタンジイル))α,α'−(オキシジ−2,1−エタンジイル)ビス(ω−(アミノメチルエトキシ))、ビス(3−アミノプロピル)ポリテトラヒドロフラン350、ビス(3−アミノプロピル)ポリテトラヒドロフラン750、ポリ(オキシ(メチル−1,2−エタンジイル))、及びジアミノプロピルジプロピレングリコールからなる群から選ばれる少なくとも1種をさらに含む、エポキシ樹脂硬化用ポリアミド硬化剤組成物。 - (1)アミン成分であって、
(2)脂肪酸成分、
の反応生成物を含み、1,3−ビスアミノシクロヘキシルアミン(1,3−BAC)、N−アミノエチルピペラジン(NAEP)、4,7−ジオキサデカン−1,10−ジアミン、1−プロパナミン、3,3’−(オキシビス(2,1−エタンジイルオキシ))ビス(ジアミノプロピル化ジエチレングリコール)、ポリ(オキシ(メチル−1,2−エタンジイル))α−(2−アミノメチルエチル)ω−(2−アミノメチルエトキシ)、トリエチレングリコールジアミン、及びポリ(オキシ(メチル−1,2−エタンジイル))α,α'−(オキシジ−2,1−エタンジイル)ビス(ω−(アミノメチルエトキシ))からなる群から選ばれる少なくとも1種をさらに含む、エポキシ樹脂硬化用ポリアミド硬化剤組成物。 - (1)アミン成分であって、
(2)脂肪酸成分、
の反応生成物を含む、エポキシ樹脂硬化用ポリアミド硬化剤組成物であって、前記エポキシ樹脂は2個以上の1,2−エポキシ基を1分子当たりに含むポリエポキシ化合物を含み、
前記ポリエポキシ化合物は、ビスフェノールAのジグリシジルエーテル、ビスフェノールFのジグリシジルエーテル、及びエポキシノボラック樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、エポキシ樹脂硬化用ポリアミド硬化剤組成物。 - (1)アミン成分であって、
(2)脂肪酸成分、
の反応生成物を含み、有機酸、アルコール、フェノール、第三級アミン、ヒドロキシルアミン、ベンジルアルコール、フェノール、ノニルフェノール、オクチルフェノール、t−ブチルフェノール、クレゾール、ビスフェノールA、サリチル酸、ジメチルアミノメチルフェノール、ビス(ジメチルアミノメチル)フェノール、及びトリス(ジメチルアミノメチル)フェノールからなる群から選ばれる少なくとも1種の促進剤をさらに含む、エポキシ樹脂硬化用ポリアミド硬化剤組成物。
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