JP6306131B2 - 硬化性組成物、物品、硬化方法及びタックフリー反応生成物 - Google Patents

硬化性組成物、物品、硬化方法及びタックフリー反応生成物 Download PDF

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Description

発明の詳細な説明
[背景]
その最も単純な形態において、3−置換−3,4−ジヒドロ−2H−1,3−ベンゾオキサジン(以後、3−置換ベンゾオキサジンと記載)は、以下の構造単位を含有する化合物である。
Figure 0006306131

式中、Rは、一価の有機基を表す。多くの場合、これらは環炭素の1個以上が更に置換される。Rが1個以上の芳香族基を含有する場合、3−置換ベンゾオキサジンは、周囲条件下で非常に粘稠であるか又は更には固体であり得る。
3−置換ベンゾオキサジンは典型的には高温にて単独重合し、典型的には低温にてポリチオールを用いて硬化させることができる。例えば、国際公開第2010/141396(A1)号(Gorodisher et al.)は、硬化させるとコーティング、封止材、接着剤及び他の用途において有用な組成物を生成するベンゾオキサジン−チオール付加物を記載している。同様に、国際公開2009/115586(A1)号(Burns et al.)は、強靭性を改善するのに有用な付加物及びこのような強靭化付加物を用いる硬化性組成物を記載している。
[概要]
本発明者らは、多くの場合、N−アリール−置換ベンゾオキサジンとチオールの混合物は、所望の熱安定性及び反応性を示すもののこれらを用いるのを困難にする恐れがある、高い粘度を有する付加物を生じることを見出した。対照的に、3−置換ベンゾオキサジン(例えば、N−アルキルベンゾオキサジン)とチオールの混合物は、多くの場合、熱安定性の低下及び反応性の向上を示す。
本発明者らは、上記の欠点を克服しかつ上記材料に追加的利益を付与する可能性のある3−置換ベンゾオキサジン/チオール系組成物を発見した。
これによると、一態様では、本開示は、
少なくとも1つの3−置換ベンゾオキサジンをx当量(xは、0を超える数である)と、
グリシジル基をy当量(yは0以上の数である)含有する少なくとも1つのポリエポキシドと、
Figure 0006306131

(式中、
vは0又は1であり、
tは1〜6(1と6を含む)の範囲の整数であり、
14は、1〜30個の炭素原子を有するt価ヒドロカルビルラジカルであり、
15は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するヒドロキシアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するオキシアルキレン基、4〜100個の炭素原子を有するポリオキシアルキレン基、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、
16は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するアルキレンオキシアルキレン基、4〜100個の炭素原子を有するアルキレンポリオキシアルキレン基及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、
17は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基である)からなる群から選択される少なくとも1つのポリチオールをz当量(zは0を超える数であり、zは0.1(x+y)〜(x+y)の範囲である)と、
を含む硬化性組成物を提供する。
別の態様では、本開示は、
本開示による硬化性組成物を供給することと、
硬化性組成物を硬化する工程と、を含む、組成物の硬化方法を提供する。
別の態様では、本開示は、
少なくとも1つの3−置換ベンゾオキサジンをx当量(xは、0を超える数である)と、
グリシジル基をy当量(yは0以上の数である)含有する少なくとも1つのポリエポキシドと、
Figure 0006306131

(式中、
vは0又は1であり、
tは1〜6(1と6を含む)の範囲の整数であり、
14は、1〜30個の炭素原子を有するt価ヒドロカルビルラジカルであり、
15は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するヒドロキシアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するオキシアルキレン基、4〜100個の炭素原子を有するポリオキシアルキレン基、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、
16は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するアルキレンオキシアルキレン基、4〜100個の炭素原子を有するアルキレンポリオキシアルキレン基及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、
17は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基である)からなる群から選択される少なくとも1つのポリチオールをz当量(zは0を超える数であり、zは0.1(x+y)〜(x+y)の範囲である)と、
を含む硬化性組成物のタックフリー反応生成物を提供する。
更に別の態様では、本開示は、剥離性ライナー上に配置された本開示による硬化性組成物を含む物品を提供する。
有利なことに、本開示による組成物は、良好な熱安定性及び良好な反応性を示し、かつ対応する3−置換ベンゾオキサジン/チオール系組成物よりも低い粘度を有するように配合することができる。場合により、追加的な利益が得られる可能性がある。
例えば、本開示による硬化性組成物は、摂氏100度(℃)のガラス転移温度を達成するために必要とされる硬化時間を短縮するように配合することができる。
一部の実施形態では、本開示による硬化性組成物は、Bステージ組成物(例えば、シート又はテープとして)を含み、可撓性及び粘着度は取扱いに関して典型的に重要なパラメーターである。ポリエポキシド及び/又はポリチオールの戦略的選択により、従来入手可能なものよりも広い範囲の3−置換ベンゾオキサジンについて可撓性及び接着特性の周到な調製が可能になる。
本開示の特徴及び利点は、発明を実施するための形態、及び添付の特許請求の範囲を考慮することで更に深い理解が得られるであろう。
本開示に係る代表的な物品100の概略断面図。 示差走査熱量計により測定した際の熱流対温度のプロット。 動的機械分析により測定した際の損失率(E”)対温度のプロット。 動的機械分析により測定した際の貯蔵弾性率(E’)対温度のプロット。 動的機械分析により測定した際の貯蔵弾性率(E’)対温度のプロット。 動的機械分析により測定した際の貯蔵弾性率(E’)対温度のプロット。 動的機械分析により測定した際の貯蔵弾性率(E’)対温度のプロット。 動的機械分析により測定した際の損失係数対温度のプロット。 動的機械分析により測定した際の損失係数対温度のプロット。 動的機械分析により測定した際の損失係数対温度のプロット。 動的機械分析により測定した際の損失係数対温度のプロット。 動的機械分析により測定した際の損失係数対温度のプロット。
上記の図面には本開示の複数の実施形態が記載されているが、考察の中で記述したとおり、その他の実施形態も考えられる。いかなる場合も、本開示は本開示を代表して提示するものであって、限定するものではない。
[詳細な説明]
本明細書で使用するとき、用語「ヘテロアルキル」は、S、O及びNから独立に選択された1個以上のヘテロ原子に炭素が置換されているアルキルを指す。例としては、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、3,6−ジオキサへプチル及び4−ジメチルアミノブチルが挙げられる。
本明細書で使用するとき、用語「ヘテロアリール」は、S、O及びNから独立に選択された1個以上のヘテロ原子に炭素が置換されているアリールを指す。例としては、ピリジル、フラニル、ピロリル、チエニル、チアゾリル、オキサゾリル、イミダゾリル、インドリル、ベンゾフラニル、及びベンズチアゾリルが挙げられる。
本明細書で使用するとき、用語「ヒドロカルビル」は、1個の水素原子が除去された炭化水素を指す。例としては、フェニル、ブチル、メチル、ドデシル、ベヘニル、エチルフェニル及びジフェニルメチルが挙げられる。
本明細書で使用するとき、用語「ヘテロヒドロカルビル」は、S、O及びNから独立に選択された1個以上のヘテロ原子が炭素に置換されているヒドロカルビルを指す。例としては、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、4−ジフェニルアミノブチル、2−(2’−フェノキシエトキシ)エチル、3,6−ジオキサへプチル及び3,6−ジオキサヘキシル−6−フェニルが挙げられる。
本開示による硬化性組成物は、少なくとも1つの3−置換ベンゾオキサジンを含む。3−置換ベンゾオキサジンは典型的には、フェノール、一級アミン及び脂肪族アルデヒド(典型的にはホルムアルデヒド)の縮合(しかしながら、他のアルデヒド(例えば、脂環式アルデヒド又はアルカリルアルデヒド)もまた使用され得る)により、例えば、長年にわたって確立された方法に従って、調製される。
3−置換ベンゾオキサジン部分をより大きく取り込む化合物が所望される場合、2個を超えるアミノ基を有するポリアミンを使用することができる。あるいは、1個を超える3−置換ベンゾオキサジン基を有する化合物を作製するために、例えば、ビスフェノールA又はビスフェノールFなどのポリフェノールをモノアミン及びホルムアルデヒドと組み合わせることができる。所望される場合には、オリゴマー及び/又はポリマーのベンゾオキサジン樹脂は、ポリフェノールをポリアミン及びホルムアルデヒドと組み合わせて使用して作製することができる。3−置換ベンゾオキサジン(樹脂を含む)の合成に関する更なる詳細については、例えば、米国特許第4,501,864号(Higginbottom)、同第5,543,516号(Ishida)及び同第7,041,772号(Aizawa et al.)を参照されたい。他の方法は、N.N.Ghosh et al.により「Polybenzoxazine−new high performance thermosetting resins:synthesis and properties」(Prog.Polym.Sci.(2007),vol.32,pp.1344〜1391)に記載されている。
3−置換ベンゾオキサジンは、追加的な置換基を有し得る。例えば、一部の実施形態では、3−置換ベンゾオキサジンは、下式により表され得る。
Figure 0006306131

式中、
は、1〜20個の炭素原子を有するヒドロカルビル又はヘテロヒドロカルビル基を表す。一部の実施形態では、Rは、1〜20個の炭素原子又は更には1〜8個の炭素原子を有する。例としては、フェニル、メチル、エチル、ドデシル、−CHCHN(CH)及びCNH(CHNH(CHNHが挙げられる。
、R、R及びRは、単独又は組み合わせて、H、ハロゲン(例えば、Br、Cl、F)、1〜12個の炭素原子を有するヒドロカルビル基、又は1〜12個の炭素原子を有するヘテロヒドロカルビル基を独立して表す。例えば、R〜Rは独立して、アルキル(例えば、メチル、エチル、プロピル、ヘキシル、エチルヘキシル又はオクチル)、アリール(例えば、フェニル、ナフチル又はフェナンスリル)、アラルキル(例えば、フェニルエチル又はベンジル)、又はアルカリル(例えば、エチルフェニル、ジメチルフェニル又はメチルフェニル)、ヘテロアルキル(例えば、メトキシ、メトキシエチル、チオエチル、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、エトキシ、プロポキシ、3,6−ジオキサへプチル又は4−ジメチルアミノブチル)、ヘテロアリール(例えば、ピリジル、フラニル、ピロリル、チエニル、チアゾリル、オキサゾリル、イミダゾリル、インドリル、ベンゾフラニル及びベンゾチアゾリル)、ヘテロアルカリル、ヘテロアラルキルを表す。
は、H、又は、1〜12個の炭素原子を有するヒドロカルビルを表す。例としては、(例えば、メチル、エチル、プロピル、ヘキシル、エチルヘキシル又はオクチル)、アリール(例えば、フェニル又はナフチル)、アラルキル(例えば、フェニルエチル又はベンジル)又はアルカリル(例えば、エチルフェニル、ジメチルフェニル又はメチルフェニル)が挙げられる。
一部の実施形態では、3−置換ベンゾオキサジンは、下式により表され得る。
Figure 0006306131

式中、R、R、R、R及びRは先に定義された通りであり、Rは、1〜50個の炭素原子を有する二価有機基を表す。Rの例としては、1〜12個の炭素原子を有するアルキレン(例えば、メチレン、エチレン、プロピレン、ドデシレン)、アリーレン(例えば、フェニレン、ビフェニレン)、ヘテロアルキレン(例えば、−(CHCHNH)1〜10CHCH−、
−(CHCHCHCHNH)1〜10CHCHCHCH−、−(CHNH(CH−、
−CHNH(CHNH(CH−、−(CHNH(CHNH(CH−、−(CHNH(CHNH(CH−、
−(CHNH(CH−、−(CHCHO)1〜20CHCH−及び−(CHCHCHCHO)1〜15CHCHCH−)、
及び−(CHNHCHCH=CHCHNH(CH−が挙げられる。
市販の3−置換ベンゾオキサジンとしては、Huntsman Corp.LLC(Salt Lake City,Utah)から商品名ARALDITE MTで入手可能なものが挙げられる。具体例としては、以下のものが挙げられる:
Figure 0006306131

(ARALDITE MT 35600として入手可能である);
Figure 0006306131

(ARALDITE MT 35700として入手可能である);
Figure 0006306131

(ARALDITE MT 35800として入手可能である);
Figure 0006306131

(ARALDITE MT 35900として入手可能である);及び
Figure 0006306131

(ARALDITE MT 36000として入手可能である)。
追加的な市販の3−置換ベンゾオキサジンとしては、以下のものが挙げられる:
Figure 0006306131

(四国化成工業株式会社(日本、香川)からP−D BENZOXAZINEとして入手可能である)。
二官能性アミン(すなわち、ジアミン)が使用される場合、例えば、下記に示されるような2個のベンゾオキサジン部分を有する化合物が得られる(式中、Zは二価の有機基を表す)。
Figure 0006306131
有用な3−置換ベンゾオキサジンの一部のみが上記に示されており、例えば、上記方法により様々なフェノール、アミン及びアルデヒドを用い合成を行うことで得られるものなどの、3−置換ベンゾオキサジンの他の構造もまた想到されている。代表的なこのようなフェノール、アミン及びアルデヒドは下記で説明される。
モノ−及びポリフェノールが使用されてもよい。制限なく更に置換され得るフェノールが望ましい。例えば、フェノールは、アルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、アラルキル、ヘテロアラルキル、アルコキシ、アルコキシアルキレン、ヒドロキシアルキル、ヒドロキシル、ハロアルキル、カルボキシル、ハロ、アミノ、アミノアルキル、アルキルカルボニルオキシ、アルキルオキシカルボニル、アルキルカルボニル、アルキルカルボニルアミノ、アミノカルボニル、アルキルスルホニルアミノ、アミノスルホニル、スルホ、又はアルキルスルホニル基などの置換基で置換され得る。望ましくは、フェノール性ヒドロキシル基に隣接した少なくとも1つの環位置を未置換の状態にしておき、ベンゾオキサジン環形成を促進する。
フェノールのアリール部分はフェニル環であってもよく、あるいは、ナフチル、ビフェニル、フェナンスリル及びアントラセニルから選択されてもよい。フェノールのアリール環は、窒素、酸素、又はイオウなどの1〜3個のヘテロ原子を含有するヘテロアリール環を更に含んでもよく、縮合環を含有してもよい。ヘテロアリールのいくつかの例は、ピリジル、フラニル、ピロリル、チエニル、チアゾリル、オキサゾリル、イミダゾリル、インドリル、ベンゾフラニル、及びベンズチアゾリルである。
一官能性フェノールの例としては、フェノール、クレゾール、2−ブロモ−4−メチルフェノール、2−アリフェノール、4−アミノフェノールが挙げられる。ポリフェノールの例としては、フェノールフタレイン、ビフェノール、ビスフェノールF、4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン、ビスフェノールA、1,8−ジヒドロキシアントラキノン、1,6−ジヒドロキシナフタレン、2,2’−ジヒドロキシアゾベンゼン、レゾルシノール、フッ素ビスフェノール及び1,3,5−トリヒドロキシベンゼンが挙げられる。フェノールの組み合わせも使用され得る。
3−置換ベンゾオキサジンの調製に好適なアルデヒドとしては、例えば、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、1,3,5−トリオキサン、及び脂肪族アルデヒド(例えば、1〜12個の炭素原子を有する脂肪族アルデヒド)が挙げられる。脂肪族アルデヒドの例としては、クロトンアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド及びヘプタアルデヒドが挙げられる。アルデヒドの組み合わせも使用され得る。
3−置換ベンゾオキサジンの調製において有用なアミンは、置換又は非置換、少なくとも1つの一級アミン基を有する一置換、二置換、又はより多置換の(ヘテロ)ヒドロカルビルアミンであってよい。例えば、アミンは、脂肪族、脂環式又は芳香族アミンであり得る。アミンは、例えば、アルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、アラルキル、又はヘテロアラルキルなどの基で置換されてもよい。アミンの組み合わせも使用され得る。
3−置換ベンゾオキサジンの調製において有用なアミンとしては、例えば、式R(NHのものが挙げられ、これには(ヘテロ)ヒドロカルビルモノアミン及びポリアミンが挙げられる。Rは、kの価数を有する(ヘテロ)ヒドロカルビル基であり得る。一部の実施形態では、Rはアルキル、シクロアルキル又はアリールであり、kは1、2、3又は4である。一部の実施形態では、Rは、1〜30個の炭素原子を有する一価及び多価有機基から選択され得る。一部の実施形態では、Rは、ポリ(アルキレンオキシ)基(例えば、ポリ(エチレンオキシ)、ポリ(プロピレンオキシ)、又はポリ(エチレンオキシ−co−プロピレンオキシ)基)である。一部の実施形態では、Rは、非高分子脂肪族、脂肪族、脂環式、芳香族又は1〜30個の炭素原子を有するアルキル置換芳香族部分を含む。一部の実施形態では、Rは、例えば、ポリオキシアルキレン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリ(メタ)アクリレート、ポリスチレン又はポリシロキサンから誘導される、一価高分子基を含む。
任意の一級アミンを用いてよい。有用なモノアミンとしては、例えば、メチル−、エチルアミン、プロピルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、ドデシルアミン、ジメチルアミン、メチルエチルアミン及びアニリンが挙げられる。用語「ジアミン」及び「ポリアミン」はそれぞれ、2個又は少なくとも2個の一級アミン基を含有する有機化合物を指す。脂肪族、芳香族、脂環式及びオリゴマーのジ−及びポリ−アミンはすべて、本開示の実践において有用であると考えられる。有用なジ−又はポリアミンの代表的な部類は、4,4’−メチレンジアニリン、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、及びポリオキシエチレンジアミンである。有用なジアミンとしては、例えば、N−メチル−1,3−プロパンジアミン、N−エチル−1,2−エタンジアミン、2−(2−アミノエチルアミノ)エタノール、ペンタエチレンヘキサアミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ドデカンジアミン、N−メチルエタノールアミン及び1,3−プロパンジアミンが挙げられる。
有用なポリアミンの例としては、少なくとも2つのアミノ基を有するポリアミンであって、アミノ基のうちの少なくとも1つは一級であり、残りは、一級、二級、又はこれらの組み合わせであってよいポリアミンが挙げられる。例としては、HN(CHCHNH)1〜10H、HN(CHCHCHCHNH)1〜10H、HN(CHCHCHCHCHCHNH)1〜10H、HN(CHNHCHCH=CHCHNH(CHNH.2、HN(CHNH(CHNH、HN(CH2)NH(CHNH(CHNH、HN(CHNH(CH)2NH(CHNH、HN(CHNH(CHNH(CHNH、HN(CHNH(CHNH、CNH(CHNH(CHNH、及びN(CHCHNH、並びに直鎖又は分枝鎖(デンドリマーを含む)ホモポリマー、及びエチレンジアミンのコポリマー(即ち、アジリジン)等の重合性ポリアミンが挙げられる。
有用なポリアミンはとしてはまた、例えば、HN−R10−O−(R11O)−(R12O)−(R11O)−R10−NH及び[HN−R10 O−(R11O)−]−R13などのポリ(アルキレンオキシ)ポリアミンが挙げられる。
10、R11及びR12は、独立して、1〜10個の炭素原子を有するアルキレン基を表す。例えば、R10は、2〜4個の炭素原子を有するアルキル基(例えば、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル又はイソブチル)であり得、R及びRは、2〜3個の炭素原子を有するアルキル基(例えば、エチル、n−プロピル又はイソプロピル)であり得る。Rは、ポリ(アルキレンオキシ)ポリアミンを調製するために用いられるポリオールの残基(即ち、ヒドロキシル基が除去された場合に残る有機構造)である。R13は、分枝鎖又は直鎖であってもよく、置換又は非置換であってもよい(しかし、置換基はオキシアルキル化反応に干渉してはならない)。数pは、1以上、望ましくは1〜150、又は更には1〜20の数を表す。pが2、3又は4である構造も特に有用である。数q及びrは、0以上の数を表す。数sは2以上、望ましくは3又は4(それぞれ、ポリオキシアルキレントリアミン及びテトラアミンをもたらすように)である。一部の実施形態では、p、q、r及びsは、得られる生成物が、その取扱い及び混合を単純化すべく、室温にて液体であるように、選択される。通常、ポリ(アルキレンオキシ)ポリアミンは液体である。
ポリ(アルキレンオキシ)ポリアミンの例としては、ポリ(エチレンオキシド)ジアミン、ポリ(プロピレンオキシド)ジアミン、ポリ(プロピレンオキシド)トリアミン、ジエチレングリコールプロピレンジアミン、トリエチレングリコールプロピレンジアミン、ポリ(テトラメチレンオキシド)ジアミン、ポリ(エチレンオキシド)−co−ポリ(プロピレンオキシド)ジアミン及びポリ(エチレンオキシド)−co−ポリ(プロピレンオキシド)トリアミンが挙げられる。
好適な市販のポリ(アルキレンオキシ)ポリアミンの例としては、Huntsman Chemical Company(Salt Lake City Utah)から商品名JEFFAMINEで入手可能なもの、例えば、JEFFAMINE D、ED及びEDRシリーズのジアミン(例えば、D−400、D−2000、D−5000、ED−600、ED−900、ED−2001及びEDR−148)、並びに、JEFFAMINE Tシリーズのトリアミン(例えば、T−403)、並びに、Union Carbide Company(Danbury,Connecticut)からH221として入手可能なポリ(アルキレンオキシ)ポリアミンが挙げられる。
有用なポリアミンとしては、例えば、アミン末端オリゴ−及びポリ−(ジアリール)シロキサン、並びに(ジアルキル)シロキサン、アミノ末端ポリエチレン又はポリプロピレン、並びにアミノ末端ポリ(アルキレンオキシド)が挙げられる。また、有用なポリアミンとしては、ペンダント又は末端アミノ基を有するポリジアルキルシロキサンが挙げられる。代表的な市販の、末端又はペンダントアミン基を有するポリジアルキルシロキサンとしては、3M Company(Saint Paul,Minnesota)からのPDMS DIAMINE 5k、10k又は15k、Th.Goldschmidt(Essen,Germany)からのTEGOMER A−Si 2120又は2130、Gelest,Inc.(Morrisville,Pennsylvania)からのDMS−A11、A12、A15、A25又はA32、AMS−132、152、162又は232、又はATM−1112、あるいは、Rhodia SA(Courbevoie,France)からのRHODORSIL 21643及び21644、21642又は21637として入手可能なものが挙げられる。
本発明による硬化性組成物は、少なくとも1つのポリエポキシド(すなわち、少なくとも2個のエポキシ基を有する化合物)を含む。本開示の実践において利用され得るポリエポキシドとしては、例えば、単量体ポリエポキシド、オリゴマーポリエポキシド、高分子ポリエポキシドが挙げられる。有用なポリエポキシドとしては、例えば、芳香族ポリエポキシド、脂環式ポリエポキシド及び脂肪族ポリエポキシドが挙げられる。ポリエポキシドの混合物もまた使用され得る。
一部の実施形態では、少なくとも1つのポリエポキシドはグリシジル基を含む。
グリシジル基を含有するポリエポキシドの例としては、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、多価フェノール(例えば、ビスフェノールA型樹脂及びその誘導体、エポキシクレゾールノボラック樹脂、エポキシフェノールノボラック樹脂)のポリグリシジルエーテル、芳香族カルボン酸のグリシジルエステル(例えば、フタル酸ジグリシジルエステル、イソフタル酸ジグリシジルエステル、トリメリット酸トリグリシジルエステル及びピロメリット酸テトラグリシジルエステル)及びN,N,N’,N’−テトラグリシジル−4,4’−メチレンビスベンゼンアミンが挙げられる。
市販のグリシジル基含有ポリエポキシドの例としては、Huntsman Chemical Companyから入手可能な商品名ARALDITEを有するもの(例えば、ARALDITE MY−720、ARALDITE MY−721、ARALDITE 0510、ARALDITE PY−720及びARALDITE EPN 1179)、Momentive Specialty Chemicals(Houston,Texas)から入手可能な商品名EPON RESINを有するもの(例えば、EPON RESIN 828、EPON RESIN 826、EPON RESIN 862及びEPON RESIN CS−377)、並びに、商品名DER(例えば、DER 330)、DEN(例えば、DEN 438及びDEN 439)を有する芳香族ポリエポキシドが挙げられる。
少なくとも1つのポリエポキシドのうちのいずれかがグリシジル基を有する(すなわち、y>0)場合、グリシジル基当量の数は、3−置換ベンゾオキサジン基のグリシジル基の当量(x)数の0.1〜1倍の範囲であるように、選択される。
一部の実施形態では、少なくとも1つのポリエポキシドはグリシジル基を含まない。グリシジル基を含まないポリエポキシドの例としては、エポキシシクロヘキサンカルボキシレート(例えば、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート(例えば、Dow Chemical Co.から商品名ERL−4221で入手可能)3,4−エポキシ−2−メチルシクロヘキシルメチル3,4−エポキシ−2−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、ビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)アジパート、3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキサンカルボキシレート(Dow Chemical Co.から商品名ERL−4201で入手可能))、ビニルシクロヘキセンジオキシド(例えば、Dow Chemical Co.から商品名ERL−4206で入手可能)、ビス(2,3−エポキシシクロペンチル)エーテル(例えば、Dow Chemical Co.から商品名ERL−0400で入手可能)、ビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)アジパート(例えば、Dow Chemical Co.から商品名ERL−4289で入手可能)、ジペンテリックジオキシド(dipenteric dioxide)(例えば、Dow Chemical Co.から商品名「ERL−4269」で入手可能)、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル−5,1’−スピロ−3’,4’−エポキシシクロヘキサン−1,3−ジオキサン及び2,2−ビス(3,4−エポキシシクロヘキシル)プロパンが挙げられる。
本開示による硬化性組成物は、
Figure 0006306131

からなる群から選択される少なくとも1つのポリチオールを含む。
上記構造中、vは0又は1であり、tは1〜6(1と6を含む)の範囲の整数(例えば、1、2、3、4、5又は6)である。R14は、1〜30個の炭素原子(例えば、1〜20個の炭素原子、又は1〜12個の炭素原子)を有するt価ヒドロカルビルラジカルである。一部の実施形態では、R14は脂肪族であり(すなわち、芳香族ではない)、一方、他の場合では少なくとも1個(例えば、1、2又は3個)の芳香環を含む。
15は、1〜30個の炭素原子(例えば、1〜20個の炭素原子、又は1〜12個の炭素原子)を有するアルキレン基、1〜30個の炭素原子(例えば、1〜20個の炭素原子、又は1〜12個の炭素原子)を有するオキシアルキレン基、1〜30個の炭素原子(例えば、1〜20個の炭素原子、又は1〜12個の炭素原子)を有するヒドロキシアルキレン基、4〜100個の炭素原子(例えば、1〜50個の炭素原子、又は1〜12個の炭素原子)を有するポリオキシアルキレン基及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。R16は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基、1〜30個の炭素原子(例えば、1〜20個の炭素原子、又は1〜12個の炭素原子)を有するアルキレンオキシアルキレン基、4〜100個の炭素原子(例えば、4〜50個の炭素原子、又は4〜20個の炭素原子)を有するアルキレンポリオキシアルキレン基、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。R17は、1〜30個の炭素原子(例えば、1〜20個の炭素原子、又は1〜12個の炭素原子)を有するアルキレン基である。
有用なポリチオールの例としては、1,6−ヘキサンジオール、1,8−ジメルカプト−3,6−ジチアオクタン、プロパン−1,2,3−トリチオール、エチレングリコールビス(チオグリコレート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)、エチレングリコールビス(3−メルカプトプロピオネート)、トリメチロールプロパントリス(チオグリコレート)、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトプロピオネート)及びペンタエリスリトールテトラキス(チオグリコレート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)及び3,6−ジオキサ−1,8−オクタン、(HSCHCH(OH)CHOCCH、(HSCHCH(OH)CHOCC(CH2)が挙げられる。
市販のポリチオールの例としては、メルカプトヒドロキシ大豆油(例えば、Chevron Phillips Chemical Co.(The Woodlands,Texas)からPM−358として入手可能)、メルカプタン化ヒマシ油(例えば、Chevron Phillips Chemical Co.からPOLYMERCAPTAN 805−Cとして)、ジペンテンジメルカプタン及びHenkel Corp.(Dusseldorf Germany)からのCAPCURE 3−800エポキシ硬膜剤が挙げられる。
追加的なポリチオールとしては、高分子量チオールが挙げられ、これには、ポリプロピレン−エーテルグリコール(BASF Wyandotte Chemical Corp.(Wyandotte,Michigan)からPLURACOL P201として入手可能)及び3−メルカプトプロピオン酸からエステル化により調製され得るポリプロピレンエーテルグリコールビス(3−メルカプトプロピオネート)が挙げられる。
例えば、得られる硬化済み組成物の物理的特性を制御するために、微量のモノチオールを硬化性組成物に添加してもよい。存在する場合、このようなモノチオールは、典型的には、少なくとも1つのポリチオール中のチオール基の最大で約0.2当量の量で使用される。
本開示による硬化性組成物は通常、少なくとも1つの3−置換ベンゾオキサジンをx当量(xは、0を超える数である)と、グリシジル基をy当量(yは、0以上の数である)含む少なくとも1つのポリエポキシドと、少なくとも1つのポリチオールをz当量(zは、0を超える数である)と、を含有する。特定の実施形態では、yは0である。x、y及びzの値は、zが0.1(x+y)〜(x+y)の範囲にあるように、選択される。一部の実施形態では、zは0.1(x+y)〜0.3(x+y)の範囲である。
グリシジル基が全く存在しない実施形態では、ポリエポキシドは、ポリチオール、ポリエポキシド及び3−置換ベンゾオキサジンの合計重量に基づいて1〜50重量パーセント(例えば、5〜30重量パーセント)の量で存在し得る。
本開示による硬化性組成物には、場合により、酸触媒を含有させて硬化を促進してもよい。存在する場合、酸触媒は、通常、硬化性組成物の硬化速度に作用させるのに効果的な量(すなわち、有効量)で存在する。このような有効量は、硬化性組成物の合計重量に基づいて、典型的には約10重量パーセント未満、より典型的には約5重量パーセント未満、更には約1重量パーセント未満の量である。
好適な酸触媒の例としては、硫酸、塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素、トリフルオロ酢酸、トリクロロ酢酸、p−トルエンスルホン酸、過塩素酸、メタンスルホン酸、2−アミノエタンスルホン酸、塩化アルミニウム、塩化亜鉛、三フッ化ホウ素、五塩化アンチモン、ジブチル錫ジラウレート及び四塩化チタンが挙げられる。
一部の実施形態では、任意の酸触媒は、超酸を含む。超酸は、定義によると、100パーセントの硫酸よりも酸性が強いブレンステッド酸である。例としては、式H SbF(式中、Xはハロゲン、ヒドロキシ又は−OR14である)を有する置換ペンタフルオロアンチモン酸の液体塩が挙げられる(上式は、約10,000グラム/モル未満の分子量を有する脂肪族、脂環式又は芳香族アルコール、及び少なくとも1、望ましくは少なくとも2の一級又は二級ヒドロキシ官能基の残基である)。R14の例としては、2−ヒドロキシエトキシ及び2−(2’−ヒドロキシエトキシ)エトキシが挙げられる。市販の超酸の例としては、トリフルオロメタンスルホン酸、並びに、NACURE SUPER XC−7231 CATALYST(アンモニウムヘキサフルオロアンチモネート)及びNACURE SUPER XC−A230 CATALYST(アンモニウムヘキサフルオロアンチモネート)(どちらもKing Industries(Norwalk,Connecticut)から)として入手可能なものが挙げられる。
本開示による硬化性組成物は、一般に、混合しながらこれらの成分を単純に組み合わせることにより、調製することができる。場合により、組み合わせる前に(例えば、固体成分を溶融させるために)成分のうちの1つ以上を加温することが望ましい場合もある。
硬化性組成物の硬化は、典型的には、熱源を加熱することにより、達成される。好適な熱源の例としては、オーブン、ホットプレート及び赤外線が挙げられる。
一部の実施形態では、本開示は、Bステージ組成物を(例えば、粘着シート又はテープとして)提供する。プリント基板製造などの加工用途は、多くの場合、ステージ化接着剤(すなわち、基材上に配置し粘着性又は不粘着性の状態へと部分硬化でき、典型的には熱及び/又は圧力を用いて硬化できる接着剤組成物)を採用する。部分硬化させた不粘着性の状態は、通常、「Bステージ」と呼ばれる。
未硬化Bステージ及び硬化済み組成物の物理的特性(例えば、粘度、粘着性、剥離及び/又は剪断力)は、硬化性組成物中の各成分を異なる量及び種類で使用することにより容易に変わり得る。
硬化性組成物を硬化させるための反応条件は、用いられる反応物質及び量によって異なり、当業者が決定することができる。硬化性組成物は、一般に、任意の順番でベンゾオキサジン化合物、ポリエポキシド、ポリチオール及び任意の触媒を混合することにより作製され得る。一般に、硬化性組成物は次に、約1〜120分にわたって十分な温度(例えば、約50℃〜200℃)に加熱されるものの、これ以外の条件も使用することができる。
好適な熱源としては、例えば、誘導加熱コイル、オーブン、ホットプレート、ヒートガン、赤外線源(例えば、レーザー)、マイクロ波源が挙げられる。
溶媒は、硬化性組成物の調製及び/又はコーティングを助けるために、並びに、加工助剤として、使用することができる。例えば、重合性組成物の調製を単純化するために、少量の溶媒中で触媒の濃縮溶液を調製することが有利であり得る。代表的な溶媒としては、ラクトン(例えば、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン及びε−カプロラクトン)、ケトン(例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン及びシクロヘキサノン)、スルホン(例えば、テトラメチレンスルホン、3−メチルスルホラン、2,4−ジメチルスルホラン、ブタジエンスルホン、メチルスルホン、エチルスルホン、プロピルスルホン、ブチルスルホン、メチルビニルスルホン、2,2’−スルホニルジエタノール)、スルホキシド(例えば、ジメチルスルホキシド)、環式炭酸塩(例えば、炭酸プロピレン、炭酸エチレン及び炭酸ビニレン)、カルボン酸エステル(例えば、酢酸エチル、メチルセロソルブアセテート、ギ酸メチル)、塩化メチレン、ニトロメタン、アセトニトリル、亜硫酸グリコール及び1,2−ジメトキシエタン(グリム)が挙げられる。
場合により、硬化性組成物に補助剤を添加してもよい。例としては、着色剤、研磨顆粒、酸化防止安定剤、熱分解安定剤、光安定剤、導電性粒子、粘着付与剤、充填剤、流動化剤、増粘剤、艶消し剤、不活性充填剤、結合剤、発泡剤、殺真菌剤、殺菌剤、界面活性剤、可塑化剤、ゴム強化剤、及び当業者に既知のその他の添加剤が挙げられる。
本開示による組成物は、例えば、コーティング、発泡体、成形物品、接着剤(構造用及び半構造用接着剤など)、磁気媒体、充填又は補強複合材、コーティングされた研磨材、コーキング及びシーリング化合物、鋳造及び成形化合物、製陶及び封入化合物、含浸及びコーティング化合物、エレクトロニクス用導電性接着剤、エレクトロニクス用保護コーティング、並びに当業者に既知であるその他の用途に対して有用である。
一部の実施形態では、本開示による硬化性組成物は、ライナー上に配置される(例えば、熱硬化性シート又はテープに加工される場合)。ここで図1を参照すると、代表的な物品100は、第一の剥離性ライナー120上に配置された本開示による硬化性組成物110を含む。一部の実施形態では、硬化性組成物110は、第一の剥離性ライナー120と任意の第一の剥離性ライナー130との間に挟まれる。
剥離性ライナーは、当該技術分野において周知であり、例えば、シリコンペーパー及びポリオレフィンフィルム(例えば、ポリプロピレンフィルム)が挙げられる。物品100を作製するために、硬化性組成物110は、例えば、剥離性ライナーの一方又は両方に、コーティング又は積層され得る。
以下の非限定的な実施例によって本開示の目的及び利点を更に例示するが、これらの実施例に記載する特定の材料及びその量、並びに他の条件及び詳細は、本開示を不当に限定するものと解釈されるべきではない。
Figure 0006306131
手順及び試験方法
特に指定される場合を除き、量は、当量(eq)で与えられる。当量は、反応物質分子のモル当たりの反応性基のモルに基づく。したがって、2当量の二官能性反応物質は1モルのその反応物質を表し、1モルの三官能性反応物質は3当量のその反応物質を表す。触媒は、一官能性であるものとして、取り扱われる。
所与の反応混合物の一部をアルミニウム製の開放DSCパンの中に配置し、示差走査熱量計(Seiko Instruments USA,Inc.(Torrance,California))で25℃から300℃に10℃/分で加熱して、示差走査熱量測定(DSC)を行った。
重なり剪断力試験(OLS)を用いて、凝集力を測定した。重なり又は「重ね」剪断用試料は、Boeing Aircraft Company規格BAC−5555に従ってアノード処理された、4in×7in×0.063in(10cm×18cm×0.16cm)7075 T6ベアアルミニウムを使用して作製した。アノード処理電圧は、22.5ボルトであった。試料は、ASTM試験方法D−1002に記載されているように作製した。具体的な熱コーティング条件は、各実施例において以下で説明するように変更した。一般に、約0.5in(1.3cm)×0.15mmの接着剤の細片を、スクレーパーを使用して、2つの被着材の各々の一端に適用した。直径75マイクロメートルのピアノ線3本をスペーサーとして使用して、接着剤層の厚みを制御した。結合部を閉じ、縁部をテープ止めした。結合部をアルミホイルのシートと厚紙片との間に置いた。2枚の14lb(6.4kg)のスチールプレートを使用して圧力を印加し、接着剤を広げた。(各実施例において説明されるように)接着剤を硬化させた後、大きな試料を1in(2.5cm)幅の小さな試料に切断し、0.5in(3.2cm)の結合領域をもたらした。6つのラップ剪断試料は、より大きな各試料から得た。室温における破壊について、SINTECH引張試験機(MTS(Eden Prairie,Minnesota))で、0.1in/分(0.25cm/分)のクロスヘッド変位速度を用いて結合を試験した。破壊荷重を記録した。接着面幅は、ノギスにて測定した。引用される重ね剪断力は、(2×破壊荷重)/(測定された幅)として計算される。平均(平均値)及び標準偏差は、6回の試験の結果から計算した。
接着剥離は、T剥離試験(T剥離)を用いて決定された。T剥離値は、Boeing Aircraft Company規格BAC−5555に従ってアノード処理された、4in×8in×0.025in(10cm×20cm×64mm)7075 T6ベアアルミニウムを使用して測定した。アノード処理電圧は、22.5ボルトであった。試験は、ASTM D−1876;Standard Test Method for Peel Resistance of Adhesives「T−Peel Test」、Annual Book of ASTM Standards,vol.15.06,pp.115〜117(1995)に記述されている通りのものであった。所与の例において調製された接着剤の2in×5in×10mil(5cm×13cm×25マイクロメートル)の細片を、2つのアノード処理されたアルミニウム被着材の両方に適用した。ボンドラインの厚さを調節するために、真ちゅう製のシム(brass shims)から作製した10mil(0.25マイクロメートル)厚のスペーサーを接着領域の端部に適用した。結合部を閉じ、接着テープを貼り付けて、硬化の間被着材を一体に保持した。アルミ箔のシート間及び更に厚紙片の間に接着結合部を設けた。4枚の14lb(6.4kg)のスチールプレートを使用して圧力を印加し、接着剤を広げた。組立体をオーブンの中に配置し、1時間にわたって130℃に加熱した。接着剤を室温に冷却させた後、大きな試料を1in(2.5cm)幅サンプルに切断し、2個の1in(2.5cm)幅試料を得た。室温においての破壊について、Sintech引張試験機で、12in/分(30cm/分)のクロスヘッド変位速度を用いて結合を試験した。荷重データの初期部分は無視した。約1in(2.5cm)を剥離した後で、平均荷重を測定した。T剥離強度は、3回の剥離測定の平均であり、2.2lb/in(3.8N/cm)であった。
動的機械分析(DMA)を以下のように行った。所与の反応混合物を長方形のシリコーンゴム成形型上に配置し、シリコーン剥離ライナーでコーティングした2枚のPETシートの間に挟み、ガラスプレートの間で押圧した。この成形型は、動的機械分析用試料を調製するために、長方形の切り抜き(5mm×30mm)を有する厚さ1mmのシート10枚から構成された。この固定された構成物を次いで、130℃にて30分にわたってオーブンに定置した。次いで、組立体を室温に冷却させた。Seiko Dynamic Mechanical Analyzer(DMA)で引張モードにおいて−80℃〜260℃の範囲の温度にて2℃/分の加熱速度で動的機械分析を行った。貯蔵弾性率(E’)、損失率(E”)及び損失係数を記録した。
(実施例1)
2.08g(0.009mol、9eqのベンゾオキサジン)の細かく粉砕されたBNZOXと0.2g(0.001mol又は1eqのエポキシド)のEPOXY 1の混合物に2.95g(0.01mol、10eqのチオール)のTHIOL 1を室温にて添加した。これらの成分を均質な塊になるまで撹拌し、一部を採取して、図2の、DSC追跡標識されたEx.1を得た。
理論に束縛されるものではないが、約60℃〜80℃での第一の広い硬化ピークは、グリシジルエポキシド官能基とチオールの反応により生じると考えられる。この反応は、室温にて既に進行しているように見える。一部硬化後、Bステージ接着剤が得られる。約175℃におけるピークにより実証されるように、更に硬化することができる。このピークは、チオールによるベンゾオキサジン開環の結果であると考えられる。約220℃における第三の硬化ピークは、チオール官能基が枯渇した後にベンゾオキサジンが単独重合した結果得られたものであると考えられる。
(実施例2)
2.31g(0.01molのベンゾオキサジン)の細かく粉砕されたBNZOXと1.75g(反応物質の合計重量の25パーセント)のEPOXY 2の混合物に2.95g(0.01molのチオール)のTHIOL 1を室温にて添加した。これらの成分を均質な塊になるまで撹拌し、一部を採取して、図2のDSC追跡標識されたEx.2を得た。
理論に束縛されるものではないが、実施例1の第一硬化ピークと比較して第一硬化ピークの開始が遅いのは、実施例1において使用されるグリシジルエポキシドと実施例2において使用される脂環式エポキシドの反応性の違いが原因であると考えられる。このピークは約97℃にて最大値を有しており、チオール−ベンゾオキサジン反応とエポキシド単独重合とを組み合わせて表し合わせているものと考えられる。より高温でのBステージ硬化ピークは、実施例1のものと同様に出現する。
(実施例3)
2.31g(0.01molのベンゾオキサジン)の細かく粉砕されたBNZOXと0.58g(反応物質の合計重量の10パーセント)のEPOXY 2の混合物に2.95g(0.01molのチオール)のTHIOL 1を室温にて添加した。これらの成分を均質な塊になるまで撹拌した。反応塊を室温にて2日にわたって保持し、その後、一部を採取して、図2のDSC追跡標識Ex.3を得た。
理論に束縛されるものではないが、130℃未満に有意な硬化ピークが存在しないのは、室温にて2日にわたって試料を保持したことで、ゆっくりとではあるが、加熱せずともBステージ接着剤がほぼ完全に硬化した結果であると考えられる。再び、より高温での2つのBステージ硬化ピークは、実施例1及び2のものと同様に出現する。
(実施例4)
2.46g(0.0083mol、83eqのチオール)のTHIOL 1と0.22g(0.0017mol、17eqのチオール)のTHIOL 2に溶解させた0.055g(反応物質の合計重量の1パーセント)の触媒1に、2.31g(0.01mol、100eqのベンゾオキサジン)の細かく粉砕したBNZOXと0.5g(反応物質の合計重量の10パーセント)のEPOXY 2との混合物を室温にて添加した。これらの成分を均質な塊になるまで撹拌し、一部を採取して、図2のDSC追跡標識されたEx.4を得た。
理論に束縛されるものではないが、実施例4における超酸触媒の添加は、2つの効果をもたらすと考えられる。硬化の第一段階の開始がより低温に移動し、Bステージ接着剤の硬化はより鋭く、より著しくなる。
(実施例5〜8)
接着特性を評価するために、4つのベンゾオキサジン接着剤組成物を調製した。
実施例5及び6については、エポキシド成分としてEPOXY 2を使用した。実施例7及び8については、エポキシド成分としてEPOXY 1を使用した。実施例5〜8のそれぞれについては、1当量のエポキシド成分を9当量のBNZOXと混合し、撹拌しながら30分にわたって100℃に加熱した。実施例5及び6については、9当量のTHIOL 4及びTHIOL 1をそれぞれ、エポキシドとベンゾオキサジンとの混合物に100℃にて添加した。実施例7及び8については、10当量のTHIOL 4及びTHIOL 1をそれぞれ、エポキシドとベンゾオキサジンの混合物に100℃にて添加した。実施例5〜8に採用される組成物は、表1(下記)に要約される。
Figure 0006306131
シリコーンコーティングした2枚のポリエステルライナーの間に反応性組成物を配置し、100℃にて「ホットナイフ」によりサンドイッチ構造を引っ張ることにより125マイクロメートルの厚さのフィルムを作製した。このように作製したフィルムを使用して、上記の重なり剪断及びT剥離試験のための試料を調製した。実施例5及び実施例7の一部の試験試料の硬化は、190℃にて2時間かけて実施した。これらは、試料5a及び7aとして設計した。4つの実施例すべての一部の試験試料の硬化は155℃にて10時間にわたって実行し、これらは実施例5b、6b、7b及び8bと示された。重なり剪断及びT剥離試験は、上記のように実行した。結果を表2(下記)に示す。
Figure 0006306131
(実施例9〜12)
実施例9を以下のように調製した:10重量部のTHIOL 3と90重量部のTHIOL 4を80℃にて混合しながら組み合わせた。この混合物に同じ当量のBNZOXを100℃にて混合しながら添加した。
実施例10を以下のように調製した:10重量部のTHIOL 3と90重量部のTHIOL 1を80℃にて混合しながら組み合わせた。この混合物に同じ当量のBNZOXを100℃にて混合しながら添加した。
実施例11を以下のように調製した:9重量部のBNZOXを1重量部のEPOXY 3と100℃にて10分にわたって混合しながら組み合わせ、均質になるまで撹拌した。この混合物に同じ当量のTHIOL 4を100℃にて混合しながら添加した。
実施例12を以下のように調製した:9重量部のBNZOXを1重量部のEPOXY 3と100℃にて10分にわたって混合しながら組み合わせ、均質になるまで撹拌した。この混合物に同じ当量のTHIOL 1を100℃にて混合しながら添加した。
シリコーンコーティングした2枚のポリエステルライナーの間に上記組成物を配置し、100℃にて「ホットナイフ」によりサンドイッチ構造を引っ張ることにより125マイクロメートルの厚さのフィルムを作製した。このように作製したフィルムを使用して、上記の重なり剪断及びT剥離試験のための試料を調製した。試験試料の硬化は、150℃にて2時間にわたって実行した。重なり剪断及びT剥離試験は、上記のように実行した。結果を表3(下記)に示す。
Figure 0006306131
T剥離の値は、実施例5〜8について観察されたものよりもかなり高かった。
実施例9〜12の組成物のそれぞれの動的機械分析は、上記のように実行した。それぞれに対する損失率データは、図3に示す。各組成物について、損失率のピークの高温側の端点が−80℃未満の温度にて最大値を有することが観察された。これは、実施例9〜12において2つのやり方で(1つはエポキシド経路、もう1つはチオール経路)シロキサン部分の組み込みが導入されたことの証拠である。この柔軟性の増加は、T剥離値の改善によるものである可能性が高い。
(実施例13〜16)
水分の作用は、特に高温条件下では、高温接着剤に対して有害であり得る。接着剤が水の取り込みにより弾性率を失う場合には、構造用途においてこれを使用することは問題になる。本発明の接着剤は、イオウ含有有機物質に判明している耐湿性をベンゾオキサジンの優れた耐湿性を組み合わせる。対応するエポキシドを10重量パーセント添加することによる耐湿性への効果を温湿試験により調査した。
実施例13〜16についてはそれぞれ、実施例5〜8の組成物を上記のように100℃にて混合した。それぞれについて、混合物を1mmの厚さのシリコーンゴム成形型に注入し、シリコーンコーティングした2枚のPETの間に挟み、2片のガラスの間で押圧した。構成物を次にオーブンの中に入れ、150℃にて2時間にわたって硬化させ、成形型から取り出した。各実施例について2つの試料をこのやり方で調製し、DMAにおいて2℃/分の温度勾配を280℃まで用いて8つの試料のそれぞれを後硬化させ、室温に冷却した。次に還流下で各実施例のうち1つの試料(「WET」と表記)を沸騰水中に24時間置き、ブロット乾燥し、その後、DMA引張モードにて評価した。各実施例の他の試料(「DRY」と表記)を、更なる処理を一切行わずに、DMA引張モードにて評価した。4つの組成物はすべてこの試験において非常に良好に機能したが、実施例13の組成物だけは弾性が大幅に低下した。
図4a〜4dは、それぞれ、「WET」及び「DRY」下での実施例13〜16の貯蔵弾性率を示す。実施例13については、沸騰水処理による貯蔵弾性率の低下は、ごくわずかであることが分かる。実施例15は、沸騰水処理を行っても実質的に不変である。実施例16は、沸騰水処理の結果、低温での貯蔵弾性率にわずかに低下を示すが、高温での貯蔵弾性率にはわずかに増加を示し、ちょうど100℃を上回る辺りで交差が生じている。実施例14は、沸騰水処理を行った場合にも100℃までは貯蔵弾性率がほとんど不変であるが、100℃を超える温度では貯蔵弾性率に有意な増加を示す。理論に束縛されるものではないが、実施例14及び16により示される貯蔵弾性率の増加は、沸騰水への浸漬中に100℃にて生じる追加的な硬化に起因し得ると考えられ、これは、一部の用途において望ましい特性である。
図5a〜5dは、それぞれ実施例13〜16についての「WET」及び「DRY」の損失係数又はtan δを示す。tan δのピークは一般に、ガラス転移温度Tの尺度であるとみなされる。「DRY」試料のそれぞれは、単一のTを示し、これは組成物によりわずかに異なった。「WET」試料のそれぞれは2つのピークを示し、小さいピークはより低温に移動し、大きなピークは同じ温度(実施例13)、わずかに高温(実施例15)、ある程度高温(実施例16)及び著しく高温(実施例14)にて出現した。理論に束縛されるものではないが、これもまた、少なくともTHIOL 1チオールを含有する組成物に関しては、沸騰水中で追加の硬化が生じる証拠であると考えられている。これは、THIOL 4チオールから誘導されるポリマーにおけるエステル結合の存在、及び、THIOL 1チオールから誘導されるポリマーにおけるエステル結合の不在によるものであり得る。
(実施例17〜27)
持続時間が非常に短い硬化サイクルを使用する際に、本発明の接着剤において達成できる広範囲の有利な高T値を示すために、先の実施例のものと同じ手順を用いて、11種の組成物を調製した。短い硬化サイクル内で高Tに到達することは、多くの用途において有利である。組成は表4(下記)に報告されている通りであり、量は当量で与えられている。
Figure 0006306131
各組成物は、150℃にて10分にわたって硬化させた。上記のように動的機械分析を行った。図6は、実施例17〜27のそれぞれについてのtan δデータを示す。実施例21は、この実施例の組のうちで、エポキシド成分を全く含有させないで作製された唯一の構成組成物である。実施例21の示したTは最も低く、損失係数ピークは約61℃であった。図6は、約78℃(実施例22について)〜約107℃(実施例25について)の範囲の損失係数ピークにより実証されるように、ベンゾオキサジン−チオール−エポキシド組成物(実施例17〜20及び22〜27)が広範囲の高T値を示すことを示す。チオール成分の種類、触媒及び触媒濃度、並びに、ベンゾオキサジン成分とエポキシド成分とチオール成分の比率を調節することにより、得られるT値の範囲は、連続的でかつこれらの実施例により示されるものよりも少なくともわずかに広範囲なものとなるはずであると考えられる。
本開示の選択的実施形態
第1の実施形態では、本開示は、
少なくとも1つの3−置換ベンゾオキサジンをx当量(xは、0を超える数である)と、
グリシジル基をy当量(yは0以上の数である)含有する少なくとも1つのポリエポキシドと、
Figure 0006306131

(式中、
vは0又は1であり、
tは1〜6(1と6を含む)の範囲の整数であり、
14は、1〜30個の炭素原子を有するt価ヒドロカルビルラジカルであり、
15は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するヒドロキシアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するオキシアルキレン基、4〜100個の炭素原子を有するポリオキシアルキレン基、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、
16は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するアルキレンオキシアルキレン基、4〜100個の炭素原子を有するアルキレンポリオキシアルキレン基及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、
17は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基である)からなる群から選択される少なくとも1つのポリチオールをz当量(zは0を超える数であり、zは0.1(x+y)〜(x+y)の範囲である)と、
を含む硬化性組成物を提供する。
第2の実施形態では、本開示は、zが0.1(x+y)〜0.3(x+y)の範囲である、第1の実施形態による硬化性組成物を提供する。
第3実施形態では、本開示は、yが0.1x〜xの範囲である、第1又は第2の実施形態による硬化性組成物を提供する。
第4の実施形態では、本開示は、少なくとも1つのポリエポキシドが、グリシジル基を有するポリエポキシドを含む、第1〜第3の実施形態のうちのいずれかによる硬化性組成物を提供する。
第5の実施形態では、本開示は、少なくとも1つのポリエポキシドが、グリシジル基を有さないポリエポキシドを含む、第1〜第4の実施形態のうちのいずれかによる硬化性組成物を提供する。
第6の実施形態では、本開示は、酸を更に含む、第1〜第5実施形態のうちのいずれかによる硬化性組成物を提供する。
第7の実施形態では、本開示は、酸が超酸を含む、第1〜第6の実施形態のいずれかによる硬化性組成物を提供する。
第8の実施形態では、本開示は、硬化性組成物がBステージ硬化性組成物を含む、第1〜第7の実施形態のいずれかによる硬化性組成物を提供する。
第9の実施形態では、本開示は、組成物の硬化方法を提供し、この方法は、
少なくとも1つの3−置換ベンゾオキサジンをx当量(xは、0を超える数である)と、
グリシジル基をy当量(yは0以上の数である)含有する少なくとも1つのポリエポキシドと、
Figure 0006306131

(式中、
vは0又は1であり、
tは1〜6(1と6を含む)の範囲の整数であり、
14は、1〜30個の炭素原子を有するt価ヒドロカルビルラジカルであり、
15は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するヒドロキシアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するオキシアルキレン基、4〜100個の炭素原子を有するポリオキシアルキレン基、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、
16は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するアルキレンオキシアルキレン基、4〜100個の炭素原子を有するアルキレンポリオキシアルキレン基及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、
17は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基である)からなる群から選択される少なくとも1つのポリチオールをz当量(zは0を超える数であり、zは0.1(x+y)〜(x+y)の範囲である)と、
を含む硬化性組成物を供給することと、
硬化性組成物を硬化する工程と、を含む。
第10の実施形態では、本開示は、zが0.1(x+y)〜0.3(x+y)の範囲である、第9の実施形態による方法を提供する。
第11の実施形態では、本開示は、yが0.1x〜xである、第9又は第10の実施形態による方法を提供する。
第12の実施形態では、本開示は、少なくとも1つのポリエポキシドが、グリシジル基を有するポリエポキシドを含む、第9〜第11の実施形態のうちのいずれかによる方法を提供する。
第13の実施形態では、本開示は、少なくとも1つのポリエポキシドが、グリシジル基を有さない脂環式ポリエポキシドを含む、第9〜第12の実施形態のうちのいずれかによる方法を提供する。
第14の実施形態では、本開示は、硬化性組成物が超酸を更に含む、第9〜第13の実施形態のうちのいずれかによる方法を提供する。
第15の実施形態では、本開示は、硬化性組成物のタックフリー反応生成物を提供し、硬化性組成物は、
少なくとも1つの3−置換ベンゾオキサジンをx当量(xは、0を超える数である)と、
グリシジル基をy当量(yは0以上の数である)含有する少なくとも1つのポリエポキシドと、
Figure 0006306131

(式中、
vは0又は1であり、
tは1〜6(1と6を含む)の範囲の整数であり、
14は、1〜30個の炭素原子を有するt価ヒドロカルビルラジカルであり、
15は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するヒドロキシアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するオキシアルキレン基、4〜100個の炭素原子を有するポリオキシアルキレン基、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、
16は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するアルキレンオキシアルキレン基、4〜100個の炭素原子を有するアルキレンポリオキシアルキレン基及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、
17は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基である)からなる群から選択される少なくとも1つのポリチオールをz当量(zは0を超える数であり、zは0.1(x+y)〜(x+y)の範囲である)と、
を含む。
第16の実施形態では、本開示は、zが0.1(x+y)〜0.3(x+y)の範囲である、第15の実施形態によるタックフリー反応生成物を提供する。
第17の実施形態では、本開示は、yが0.1x〜xの範囲である、第15又は第16の実施形態によるタックフリー反応生成物を提供する。
第18の実施形態では、本開示は、少なくとも1つのポリエポキシドが、グリシジル基を有するポリエポキシドを含む、第15〜第17の実施形態のうちのいずれかによるタックフリー反応生成物を提供する。
第19の実施形態では、本開示は、少なくとも1つのポリエポキシドが、グリシジル基を有さないポリエポキシドを含む、第15〜第18の実施形態のうちのいずれかによるタックフリー反応生成物を提供する。
第20の実施形態では、本開示は、成分が酸を更に含む、第15〜第19の実施形態のうちのいずれかによるタックフリー反応生成物を提供する。
第21の実施形態では、本開示は、酸が超酸を更に含む、第15〜第21の実施形態のうちのいずれかによるタックフリー反応生成物を提供する。
第18の実施形態では、本開示は、第一の剥離性ライナー上に配置された硬化性組成物を含む物品を提供し、硬化性組成物は、
少なくとも1つの3−置換ベンゾオキサジンをx当量(xは、0を超える数である)と、
グリシジル基をy当量(yは0以上の数である)含有する少なくとも1つのポリエポキシドと、
Figure 0006306131

(式中、
vは0又は1であり、
tは1〜6(1と6を含む)の範囲の整数であり、
14は、1〜30個の炭素原子を有するt価ヒドロカルビルラジカルであり、
15は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するヒドロキシアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するオキシアルキレン基、4〜100個の炭素原子を有するポリオキシアルキレン基、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、
16は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するアルキレンオキシアルキレン基、4〜100個の炭素原子を有するアルキレンポリオキシアルキレン基及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、
17は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基である)からなる群から選択される少なくとも1つのポリチオールをz当量(zは0を超える数であり、zは0.1(x+y)〜(x+y)の範囲である)と、
を含む。
第22の実施形態では、本開示は、硬化性組成物が第一の剥離性ライナーと第二の剥離性ライナーの間に挟まれる、第21の実施形態による物品を提供する。
本明細書に記載されるすべての実施例は、特に指示しない限り非限定的であるとみなすべきである。当業者であれば、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく本開示の様々な改変及び変更を行うことが可能であり、また、本開示は上記に記載した例示的な実施形態に不要に限定されるべきではない点が理解されるべきである。

Claims (4)

  1. 硬化性組成物であって、
    以下の群から選択される少なくとも1つの3−置換ベンゾオキサジンをx当量(xは、0を超える数である)と、
    Figure 0006306131
    グリシジル基をy当量(yは0以上の数である)含有する少なくとも1つのポリエポキシドと、
    Figure 0006306131
    (式中、
    vは0又は1であり、
    tは2〜6(と6を含む)の範囲の整数であり、
    14は、1〜30個の炭素原子を有するt価ヒドロカルビルラジカルであり、
    15は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するヒドロキシアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するオキシアルキレン基、4〜100個の炭素原子を有するポリオキシアルキレン基、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、
    16は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するアルキレンオキシアルキレン基、4〜100個の炭素原子を有するアルキレンポリオキシアルキレン基及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、
    17は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基である)からなる群から選択される少なくとも1つのポリチオールをz当量(zは0を超える数であり、zは0.1(x+y)〜(x+y)の範囲である)と、
    を含む、硬化性組成物。
  2. 組成物の硬化方法であって、前記方法が、
    以下の群から選択される少なくとも1つの3−置換ベンゾオキサジンをx当量(xは、0を超える数である)と、
    Figure 0006306131
    グリシジル基をy当量(yは0以上の数である)含有する少なくとも1つのポリエポキシドと、
    Figure 0006306131
    (式中、
    vは0又は1であり、
    tは2〜6(と6を含む)の範囲の整数であり、
    14は、1〜30個の炭素原子を有するt価ヒドロカルビルラジカルであり、
    15は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するヒドロキシアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するオキシアルキレン基、4〜100個の炭素原子を有するポリオキシアルキレン基、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、
    16は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するアルキレンオキシアルキレン基、4〜100個の炭素原子を有するアルキレンポリオキシアルキレン基及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、
    17は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基である)からなる群から選択される少なくとも1つのポリチオールをz当量(zは0を超える数であり、zは0.1(x+y)〜(x+y)の範囲である)と、
    を含む硬化性組成物を供給することと、
    前記硬化性組成物を硬化することと、を含む、方法。
  3. 硬化性組成物のタックフリー反応生成物であって、前記硬化性組成物が、
    以下の群から選択される少なくとも1つの3−置換ベンゾオキサジンをx当量(xは、0を超える数である)と、
    Figure 0006306131
    グリシジル基をy当量(yは0以上の数である)含有する少なくとも1つのポリエポキシドと、
    Figure 0006306131
    (式中、
    vは0又は1であり、
    tは2〜6(と6を含む)の範囲の整数であり、
    14は、1〜30個の炭素原子を有するt価ヒドロカルビルラジカルであり、
    15は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するヒドロキシアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するオキシアルキレン基、4〜100個の炭素原子を有するポリオキシアルキレン基、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、
    16は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するアルキレンオキシアルキレン基、4〜100個の炭素原子を有するアルキレンポリオキシアルキレン基及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、
    17は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基である)からなる群から選択される少なくとも1つのポリチオールをz当量(zは0を超える数であり、zは0.1(x+y)〜(x+y)の範囲である)と、
    を含む、タックフリー反応生成物。
  4. 第一の剥離性ライナー上に配置された硬化性組成物を含む物品であって、前記硬化性組成物が、
    以下の群から選択される少なくとも1つの3−置換ベンゾオキサジンをx当量(xは、0を超える数である)と、
    Figure 0006306131
    グリシジル基をy当量(yは0以上の数である)含有する少なくとも1つのポリエポキシドと、
    Figure 0006306131
    (式中、
    vは0又は1であり、
    tは2〜6(と6を含む)の範囲の整数であり、
    14は、1〜30個の炭素原子を有するt価ヒドロカルビルラジカルであり、
    15は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するヒドロキシアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するオキシアルキレン基、4〜100個の炭素原子を有するポリオキシアルキレン基、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、
    16は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基、1〜30個の炭素原子を有するアルキレンオキシアルキレン基、4〜100個の炭素原子を有するアルキレンポリオキシアルキレン基及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、
    17は、1〜30個の炭素原子を有するアルキレン基である)からなる群から選択される少なくとも1つのポリチオールをz当量(zは0を超える数であり、zは0.1(x+y)〜(x+y)の範囲である)と、
    を含む、物品。
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