JP7019715B2 - 置換バルビツール酸を使用するエポキシ安定化 - Google Patents

置換バルビツール酸を使用するエポキシ安定化 Download PDF

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Description

硬化性エポキシ系組成物は周知である。このような組成物は、接着剤、コーティング剤、封止剤、及びキャスト剤として使用される。エポキシ系組成物はまた、エレクトロニクス産業、例えば、携帯電話アセンブリにも使用される。エポキシ/ポリチオール含有組成物は、従来、二成分型組成物として使用されてきた。これは、エポキシ樹脂、ポリチオール硬化剤、及び液体(可溶性)三級アミン触媒を含む一成分型組成物の不安定性に起因するものであった。エポキシ樹脂、ポリチオール、及び触媒が室温で混合されるこのような一成分型組成物は、典型的には、数分~数時間ほどの、作業寿命又は「ポット」ライフを有する。これらの特性は、そのような組成物の最終用途に実用的な制限を課す。したがって、多くの従来のエポキシ/ポリチオール組成物は、二成分型組成物として配合されている。
一成分型エポキシ樹脂接着剤配合物に使用される市販の潜在性硬化剤は、通常、高温での良好な保存安定性及び適度な反応性の組み合わせを有するこのような配合物を提供する。このような市販の潜在性硬化剤の例としては、ジシアンジアミド及び二塩基酸ジヒドラジドが挙げられる。これらの硬化剤は、保存安定性に優れたエポキシ樹脂組成物を配合するのに有用であるが、硬化を達成するために、これらの硬化剤は、通常、長時間にわたって150℃超の温度まで加熱する必要がある。
エレクトロニクス産業では、特定の適用温度要件に合わせて調整された熱硬化プロファイルを有するエポキシ系組成物を提供することが望ましい。このような硬化プロファイル調整は、例えば、携帯電話アセンブリにおける結合プロセス中の電子部品の一体性を維持することで支援する。加えて、このような組成物は、長期間にわたって組成物をより多数の部品に適用することができるように、長期の室温ポットライフを有することが望ましい。これは、組成物の使用可能な適用寿命を延長し、それによって再現可能な分注特性を確保する。
エレクトロニクス産業における進歩は、特に高スループット要求及びプロセス効率を考慮して、アセンブリ接着剤の正確な付着を、重要な処理パラメータにした。ますます普及している小型サイズの超小型電子部品は、デバイスアセンブリのためのはんだ又は接着剤の正確な付着をはるかに重要なものにした。正確な接着剤付着が生じない場合(接着剤付着技術による不正確さ、又は特定の用途に不適切なレオロジー特性に起因する接着剤の拡散のいずれかのために、若しくはこれらの両方のために)、部品の表面実装が全く生じない可能性があり、実装が生じた場合であっても、実装は商業的に許容可能な方法で生じない可能性がある。
これまで、硬化性一成分型エポキシ系組成物における反応性とポットライフとのバランスを取ることが望ましいと認識されてきた。最新技術にもかかわらず、室温での保存安定性が改善された、特に経時的な粘度維持に関して、並びに室温での長期の作業寿命及び高温での比較的短い硬化時間を有するエポキシ組成物を提供することが望ましい。
本開示は、硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物であって、1分子当たり少なくとも2個のエポキシド基を有するエポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂成分、少なくとも2つの一級チオール基を有するポリチオール化合物を含むチオール成分、エポキシ樹脂用の窒素含有触媒、及び一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物に可溶性の置換バルビツール酸、を含む、硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物を提供する。これは、チオール硬化剤、窒素含有触媒、及びエポキシ樹脂を混合物中に含む、「一成分型」組成物である。
また、硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物を硬化させる方法も提供される。本方法は、本明細書に記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物を準備することと、硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物を少なくとも50℃の温度まで加熱することと、を含む。ある特定の実施形態では、硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物は、最高で80℃の温度まで加熱される。ある特定の実施形態では、硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物は、60~65℃の温度まで加熱される。
用語「脂肪族」は、C1~C40、好適にはC1~C30の、直鎖若しくは分枝鎖アルケニル、アルキル、又はアルキニルを指し、これは、O、N、又はSなどの1つ以上のヘテロ原子により中断若しくは置換されていてもよく、又はそうでなくともよい。
用語「脂環式」は、環化脂肪族C3~C30、好適にはC3~C20基を指し、O、N、又はSなどの1つ以上のヘテロ原子によって中断されるものを指す。
用語「アルキル」は、アルカンの基である一価の基を指し、直鎖、分枝鎖、環式、及び二環式のアルキル基並びにこれらの組み合わせである基を含み、これには非置換及び置換両方のアルキル基が含まれる。特に指示がない限り、アルキル基は、典型的には1~30個の炭素原子を含有する。いくつかの実施形態では、アルキル基は、1~20個の炭素原子、1~10個の炭素原子、1~6個の炭素原子、1~4個の炭素原子、又は1~3個の炭素原子を含有する。「アルキル基」の例としては、メチル、エチル、n-プロピル、n-ブチル、n-ペンチル、イソブチル、t-ブチル、イソプロピル、n-オクチル、n-ヘプチル、エチルヘキシル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、アダマンチル、ノルボルニルなどが挙げられるが、これらに限定されない。
用語「アルキレン」は、アルカンの基である二価の基を指し、直鎖、分岐鎖、環式、二環式、又はこれらの組み合わせである基を含む。別段の指示がない限り、アルキレン基は、典型的には、1~30個の炭素原子を有する。一部の実施形態では、アルキレン基は、1~20個の炭素原子、1~10個の炭素原子、1~6個の炭素原子、又は1~4個の炭素原子を有する。「アルキレン」基の例としては、メチレン、エチレン、1,3-プロピレン、1,2-プロピレン、1,4-ブチレン、1,4-シクロヘキシレン、及び1,4-シクロヘキシルジメチレンが挙げられる。
用語「芳香族」は、カルボキシル芳香族基並びにヘテロ原子、O、N、又はSのうちの1つ以上を含有する複素環芳香族基の両方を含む、C3~C40、好適にはC3~C30の芳香族基、及びこれらの芳香族基のうちの1つ以上を一緒に縮合した縮合環系を指す。
用語「アリール」は、芳香族の、及び任意のものとして炭素環の、一価の基を指す。アリールは、少なくとも1つの芳香環を有する。任意の更なる環は、不飽和、部分飽和、飽和、又は芳香族であってもよい。任意に、芳香環は、芳香環に縮合された1又は複数の更なる炭素環を有し得る。別段の指示がない限り、アリール基は、典型的には、6~30個の炭素原子を含む。いくつかの実施形態では、アリール基は6~20個、6~18個、6~16個、6~12個、又は6~10個の炭素原子を含む。アリール基の例としては、フェニル、ナフチル、ビフェニル、フェナントリル、及びアントラシルが挙げられる。
用語「アリーレン」は、芳香族であって、任意に炭素環である、2価の基を指す。アリーレンは、少なくとも1つの芳香環を有する。任意に、芳香環は、芳香環に縮合された1又は複数の更なる炭素環を有し得る。任意の更なる環は、不飽和、部分飽和、又は飽和であってもよい。特に明記しない限り、アリーレン基は、多くの場合、6~20個の炭素原子、6~18個の炭素原子、6~16個の炭素原子、6~12個の炭素原子、又は6~10個の炭素原子を有する。
用語「アラルキル」は、アリール基で置換されたアルキル基である一価の基(例えば、ベンジル基など)を指す。用語「アルカリル」は、アルキル基で置換されたアリール基である一価の基(例えば、トリル基など)を指す。別段の指示がない限り、どちらの基においても、アルキル部分は多くの場合1~10個の炭素原子、1~6個の炭素原子、又は1~4個の炭素原子を有し、アリール部分は多くの場合6~20個の炭素原子、6~18個の炭素原子、6~16個の炭素原子、6~12個の炭素原子、又は6~10個の炭素原子を有する。
本明細書において、用語「含む(comprises)」及びその変化形は、これらの用語が明細書及び特許請求の範囲に記載されている場合、限定的な意味を有するものではない。このような用語は、記載されたある1つの工程若しくは要素、又は複数の工程若しくは要素の群が含まれることを意味し、いかなる他の工程若しくは要素、又は複数の工程若しくは要素の群も排除されないことを意味するものと理解される。「からなる(consisting of)」により、この語句「からなる」に続くいかなるものも含み、これらに限定されることを意味する。したがって、語句「からなる」は、列挙された要素が必要又は必須であり、他の要素が存在し得ないことを示す。「から本質的になる(consisting essentially of)」により、この語句の後に列挙されるいかなる要素も含み、これらの列挙された要素に関して本開示で特定した作用若しくは機能に干渉又は寄与しない他の要素に限定されることを意味する。したがって、語句「から本質的になる」は、列挙された要素が必要又は必須であるが、他の要素は任意に含まれ、列挙された要素の作用若しくは機能に実質的に影響を及ぼすか否かに応じて存在してもよい、又は、しなくてもよいことを意味する。オープンエンドの用語(例えば、含む及びその派生語)で本明細書に記載されている要素又は要素の組み合わせのいずれも、クローズエンドの用語(例えば、からなる及びその派生語)及び部分的にクローズエンドの用語(例えば、から本質的になる、及びその派生語)で更に記載されているものとみなされる。
「好ましい」及び「好ましくは」という言葉は、一定の状況下で一定の利益を提供できる、本開示の実施形態を指す。しかし、他の実施形態もまた、同じ又は他の状況において好ましい場合がある。更には、1つ以上の好ましい実施形態の記載は、他の実施形態が有用ではないことを示唆するものではなく、本開示の範囲から他の実施形態を排除することを意図するものではない。
本出願では、「a」、「an」、及び「the」等の用語は、単数の実体のみを指すことを意図するものではなく、例示のために具体例が使用され得る一般的な部類を含むことを意図するものである。用語「a」、「an」、及び「the」は、用語「少なくとも1つ」と互換的に用いられる。列挙が後続する「~のうちの少なくとも1つ(at least one of)」及び「~のうちの少なくとも1つを含む(comprises at least one of)」という語句は、列挙内の項目のうちのいずれか1つ、及び、列挙内の2つ以上の項目のいずれかの組み合わせを指す。
本明細書で使用する場合、用語「又は」は、内容がそうでない旨を特に明示しない限り、概して「及び/又は」を含む通常の意味で使用される。
用語「及び/又は」は、列挙された要素のうちの1つ若しくは全て、又は列挙された要素のうちの任意の2つ以上の組み合わせを意味する。
更に本明細書において、全ての数は用語「約」によって修飾されるものとみなされ、特定の実施形態において、好ましくは、用語「正確に」によって修飾されるものとみなされる。測定された量に関して本明細書で用いる場合、用語「約」は、当業者によって、測定を行い、測定の目的及び用いた測定機器の精度に見合う程度の注意を払って予想され得る、測定された量のばらつきを指す。本明細書において、「最大」数字(例えば、最大50)は、その数(例えば、50)を含む。
また、本明細書では、端点による数値範囲の記載は、その範囲内に包含される全ての数及びその端点を含む(例えば、1~5は、1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5などを含む)。
本明細書で使用される場合、用語「室温」は、22℃~25℃の温度を指す。
用語「の範囲(in the range)」又は「の範囲内(within a range)」(及び類似の記載)は、その記載された範囲の端点を含む。
本明細書を通しての「一実施形態(one embodiment)」、「実施形態(an embodiment)」、「特定の実施形態(certain embodiments)」、又は「いくつかの実施形態(some embodiments)」などの言及は、実施形態に関して記載された特定の特徴、構成、組成、又は特性が、本発明の少なくとも1つの実施形態に含まれていることを意味する。したがって、本明細書を通して様々な箇所にこのような語句が記載されている場合、必ずしも、本発明の同一の実施形態を指しているわけではない。更に、特定の特徴、構成、組成、又は特性は、1つ以上の実施形態において任意の好適な方法で組み合わせてもよい。
本開示の上記の概要は、本発明の各開示された実施形態又は全ての実施の記載を意図するものではない。以下の説明は、例示的な実施形態をより具体的に例示する。本出願を通し、数箇所において、例の列挙を通して指針が提供されており、これらの例は、様々な組み合わせで用いることができる。いずれの場合にも、記載された列挙は、代表的な群としての役割のみを果たすものであり、排他的な列挙として解釈されるべきではない。したがって、本開示の範囲は、本明細書に記載の特定の例示的な構造に限定されるべきではなく、少なくとも特許請求の範囲の文言によって説明される構造、及びこれらの構造の同等物にまで拡大する。本明細書に代替物として明確に記載されている要素のいずれも、所望により、任意の組み合わせにおいて、特許請求の範囲に明示的に含まれる場合がある、又は、特許請求の範囲から除外される場合がある。様々な理論及び可能な機構が本明細書で説明可能であるが、いかなる場合であっても、このような説明は、特許請求可能な主題を限定するものではない。
本開示は、硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物であって、1分子当たり少なくとも2個のエポキシド基を有するエポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂成分、少なくとも2つの一級チオール基を有するポリチオール化合物を含むチオール成分、エポキシ樹脂用の窒素含有触媒、及び一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物に可溶性の置換バルビツール酸、を含む、硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物を提供する。この文脈において、「一成分型」は、チオール硬化剤、窒素含有触媒、及び任意選択で任意の添加剤を含む全ての成分が、エポキシ樹脂と混合されることを意味する。
本開示の硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物は、特に経時的な粘度維持に関して、並びに室温での長期の作業寿命に関して、室温での改善された保存安定性を示し、及び高温での比較的短い硬化時間を示す。ある特定の実施形態では、硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物は、室温で少なくとも2週間、少なくとも4週間、又は少なくとも2ヶ月の期間安定である。この文脈において、「安定」とは、エポキシ/チオール組成物が硬化可能な形態のままであることを意味する。
弱酸性バルビツール酸は任意の時期尚早に溶解した窒素含有触媒を中和するため、バルビツール酸誘導体は窒素含有触媒及びチオール硬化剤がエポキシ樹脂を一定時間(例えば、少なくとも2週間)硬化させることを防止すると考えられる。
硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物はまた、良好な低温硬化性を有する。ある特定の実施形態では、硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物は、少なくとも50℃の温度で硬化性である。ある特定の実施形態では、硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物は、最高で80℃の温度で硬化性である。ある特定の実施形態では、硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物は、60~65℃の温度で硬化性である。
したがって、本開示の硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物は、特にエレクトロニクス産業における、例えば、携帯電話アセンブリ、及びプラスチック及び金属部品の接着における、感温性接合用途における使用に好適である。これらはまた、部品接合のための自動車及び航空宇宙産業におけるなどの様々な他の用途で使用されてもよい。
本開示の硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物は、置換バルビツール酸誘導体、窒素含有触媒、エポキシ、ポリチオール、及び任意で、任意のフィラー、チキソトロープ剤、希釈剤、接着促進剤などを混合することによって製造することができる。望ましくは、可溶性バルビツール酸誘導体は、窒素含有触媒を添加する前に組成物に添加されるべきである。
エポキシ樹脂成分
硬化性エポキシ/ポリチオール樹脂組成物に包含されるエポキシ樹脂成分は、1分子当たり少なくとも2個のエポキシ官能基(すなわち、オキシラン基)を有するエポキシ樹脂を含有する。本明細書で使用するとき、用語「オキシラン基」は、以下の二価の基を指す。
Figure 0007019715000001
アスタリスクは、オキシラン基と他の基との結合部位を示す。オキシラン基がエポキシ樹脂の末端位置にある場合、オキシラン基は典型的には、水素原子に結合している。
Figure 0007019715000002
この末端オキシラン基は、多くの場合、グリシジル基の一部である。
Figure 0007019715000003
エポキシ樹脂は、1分子当たり少なくとも2個のオキシラン基を有する樹脂を含む。例えば、エポキシ化合物は、1分子当たり2~10個、2~6個、又は2~4個のオキシラン基を有することができる。オキシラン基は、通常、グリシジル基の一部である。
エポキシ樹脂は、硬化前に所望の粘度特性をもたらし、硬化後に所望の機械的特性をもたらすように選択される、単一材料又は材料の混合物(例えば、モノマー、オリゴマー、又はポリマー化合物)であり得る。エポキシ樹脂が材料の混合物を含む場合、混合物中のエポキシ樹脂のうちの少なくとも1つは、通常は分子当たり少なくとも2個のオキシラン基を有するように選択される。例えば、混合物中の第1エポキシ樹脂は2~4個、又はそれ以上のオキシラン基を有することができ、混合物中の第2エポキシ樹脂は1~4個のオキシラン基を有することができる。これらの例のうちのいくつかでは、第1エポキシ樹脂は2~4個のグリシジル基を有する第1グリシジルエーテルであり、第2エポキシ樹脂は1~4個のグリシジル基を有する第2グリシジルエーテルである。
オキシラン基ではないエポキシ樹脂の一部(すなわち、エポキシ樹脂化合物からオキシラン基を差し引いたもの)は、芳香族、脂肪族又はこれらの組み合わせであることができ、直鎖、分枝状、環状、又はこれらの組み合わせであり得る。エポキシ樹脂の芳香族及び脂肪族部分は、ヘテロ原子、又はオキシラン基と反応しない他の基を含み得る。すなわち、エポキシ樹脂は、ハロ基、オキシ基(例えばエーテル結合基中のもの)、チオ基(例えばチオエーテル結合基中のもの)、カルボニル基、カルボニルオキシ基、カルボニルイミノ基、ホスホノ基、スルホノ基、ニトロ基、ニトリル基などを含むことができる。エポキシ樹脂はまた、ポリジオルガノシロキサンベースの材料などのシリコーンベースの材料であり得る。
エポキシ樹脂は任意の好適な分子量を有することができるが、重量平均分子量は、通常、少なくとも100g/モル、少なくとも150g/モル、少なくとも175g/モル、少なくとも200g/モル、少なくとも250g/モル、又は少なくとも300g/モルである。重量平均分子量は、最大50,000g/モルであり得、又は高分子エポキシ樹脂では更に高くなり得る。重量平均分子量は、多くの場合、最大40,000g/モル、最大20,000g/モル、最大10,000g/モル、最大5,000g/モル、最大3,000g/モル、又は最大1,000g/モルである。例えば、重量平均分子量は、100~50,000g/モルの範囲、100~20,000g/モルの範囲、10~10,000g/モルの範囲、100~5,000g/モルの範囲、200~5,000g/モルの範囲、100~2,000g/モルの範囲、200~2,000g/モルの範囲、100~1,000g/モルの範囲、又は200~1,000g/モルの範囲であり得る。
好適なエポキシ樹脂は、典型的には室温で液体であるが、液体エポキシ樹脂などの組成物の他の成分のうちの1つに溶解することができる固体エポキシ樹脂を、必要に応じて使用することができる。ほとんどの実施形態では、エポキシ樹脂はグリシジルエーテルである。例示的なグリシジルエーテルは、式(I)を有することができる。
Figure 0007019715000004
式(I)において、R基は、芳香族、脂肪族、又はこれらの組み合わせである多価の基である。R基は、直鎖、分枝状、環状、又はこれらの組み合わせであり得る。R基は、任意に、ハロ基、オキシ基、チオ基、カルボニル基、カルボニルオキシ基、カルボニルイミノ基、ホスホノ基、スルホノ基、ニトロ基、ニトリル基などを含むことができる。変数pは、任意の好適な2以上の整数であり得るが、pは、多くの場合、2~10の範囲、2~6の範囲、又は2~4の範囲の整数である。
いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールAD、カテコール、及びレゾルシノールのポリグリシジルエーテルなどの多価フェノールのポリグリシジルエーテルである。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、多価アルコールとエピクロロヒドリンとの反応生成物である。例示的な多価アルコールとしては、ブタンジオール、ポリエチレングリコール、及びグリセリンが挙げられる。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、エポキシド化(ポリ)オレフィン樹脂、エポキシド化フェノールノボラック樹脂、エポキシド化クレゾールノボラック樹脂、及び脂環式エポキシ樹脂である。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、ヒドロキシカルボン酸をエピクロロヒドリンと反応させることによって得ることができるグリシジルエーテルエステル、又はポリカルボン酸をエピクロロヒドリンと反応させることによって得ることができるポリグリシジルエステルである。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、ウレタン変性エポキシ樹脂である。所望の場合、2つ以上のエポキシ樹脂の様々な組み合わせを使用することができる。
いくつかの例示的な式(I)のエポキシ樹脂では、変数pは2に等しく(すなわち、エポキシ樹脂はジグリシジルエーテルである)、Rは、アルキレン(すなわち、アルキレンはアルカンの二価の基であり、アルカン-ジイルと呼ぶことができる)、ヘテロアルキレン(すなわち、ヘテロアルキレンはヘテロアルカンの二価の基であり、ヘテロアルカン-ジイルと呼ぶことができる)、アリーレン(すなわち、アレーン化合物の二価の基)又はこれらの組み合わせを含む。好適なアルキレン基は、多くの場合、1~20個の炭素原子、1~12個の炭素原子、1~8個の炭素原子、又は1~4個の炭素原子を有する。好適なヘテロアルキレン基は、多くの場合、1~10個のヘテロ原子、1~6個のヘテロ原子、又は1~4個のヘテロ原子を有する、2~50個の炭素原子、2~40個の炭素原子、2~30個の炭素原子、2~20個の炭素原子、2~10個の炭素原子、又は2~6個の炭素原子を有し、ヘテロアルキレン中のヘテロ原子は、オキシ、チオ、又は-NH-基から選択することができるが、多くの場合、オキシ基である。好適なアリーレン基は、多くの場合、6~18個の炭素原子、又は6~12個の炭素原子を有する。例えば、アリーレンは、フェニレン、フルオレニレン、又はビフェニレンであり得る。R基は、任意に、ハロ基、オキシ基、チオ基、カルボニル基、カルボニルオキシ基、カルボニルイミノ基、ホスホノ基、スルホノ基、ニトロ基、ニトリル基などを更に含むことができる。変数pは、通常、2~4の範囲の整数である。
いくつかの式(I)のエポキシ樹脂は、ジグリシジルエーテルであり、式中、Rは、(a)アリーレン基又は(b)アリーレン基とアルキレン、ヘテロアルキレン、若しくはこれらの両方との組み合わせを含む。R基は、ハロ基、オキシ基、チオ基、カルボニル基、カルボニルオキシ基、カルボニルイミノ基、ホスホノ基、スルホノ基、ニトロ基、ニトリル基などの任意の基を更に含むことができる。これらのエポキシ樹脂は、例えば、少なくとも2個のヒドロキシル基を有する芳香族化合物を過剰のエピクロロヒドリンと反応させることにより、調製することができる。少なくとも2つのヒドロキシル基を有する有用な芳香族化合物の例としては、レゾルシノール、カテコール、ヒドロキノン、p,p’-ジヒドロキシジベンジル、p,p’-ジヒドロキシフェニルスルホン、p,p’-ジヒドロキシベンゾフェノン、2,2’-ジヒドロキシフェニルスルホン、p,p’-ジヒドロキシベンゾフェノン、及び9,9-(4-ヒドロキシフェノール)フルオレンが挙げられるが、これらに限定されない。更に他の例としては、ジヒドロキシジフェニルメタン、ジヒドロキシジフェニルジメチルメタン、ジヒドロキシジフェニルエチルメチルメタン、ジヒドロキシジフェニルメチルプロピルメタン、ジヒドロキシジフェニルエチルフェニルメタン、ジヒドロキシジフェニルプロピレンフェニルメタン、ジヒドロキシジフェニルブチルフェニルメタン、ジヒドロキシジフェニルトリルエタン、ジヒドロキシジフェニルトリルメチルメタン、ジヒドロキシジフェニルジシクロヘキシルメタン、及びジヒドロキシジフェニルシクロヘキサンの2,2’、2,3’、2,4’、3,3’、3,4’及び4,4’異性体が挙げられる。
一部の市販の式(I)のジグリシジルエーテルエポキシ樹脂は、ビスフェノールAから誘導される(すなわち、ビスフェノールAは、4,4’-ジヒドロキシジフェニルメタンである)。例としては、Momentive Specialty Chemicals,Inc.(Columbus,OH)から商品名EPON(例えば、EPON 1510、EPON 1310、EPON 828、EPON 872、EPON 1001、EPON 1004、及びEPON 2004)で入手可能なもの、Olin Epoxy Co.(St.Louis,MO)から商品名DER(例えば、DER 331、DER 332、DER 336、及びDER 439)で入手可能なもの、並びにDainippon Ink and Chemicals,Inc.(Parsippany,NJ)から商品名EPICLON(例えば、EPICLON 850)で入手可能なものが挙げられるが、これらに限定されない。その他の市販のジグリシジルエーテルエポキシ樹脂は、ビスフェノールFから誘導される(すなわち、ビスフェノールFは、2,2’-ジヒドロキシジフェニルメタンである)。例としては、Olin Epoxy Co.(St.Louis,MO)から商品名DER(例えば、DER 334)で入手可能なもの、Dainippon Ink and Chemicals,Inc.(Parsippany,NJ)から商品名EPICLON(例えば、EPICLON 830)で入手可能なもの、及びHuntsman Corporation(The Woodlands,TX)から商品名ARALDITE(例えば、ARALDITE 281)で入手可能なものが挙げられるが、これらに限定されない。
他の式(I)のエポキシ樹脂は、ポリ(アルキレンオキシド)ジオールのジグリシジルエーテルである。これらのエポキシ樹脂は、ポリ(アルキレングリコール)ジオールのジグリシジルエーテルと呼ぶこともできる。変数pは2に等しく、Rは、酸素ヘテロ原子を有するヘテロアルキレンである。ポリ(アルキレングリコール)部分は、コポリマー又はホモポリマーであってよく、多くの場合、1~4個の炭素原子を有するアルキレン単位を含む。例としては、ポリ(エチレンオキシド)ジオールのジグリシジルエーテル、ポリ(プロピレンオキシド)ジオールのジグリシジルエーテル、及びポリ(テトラメチレンオキシド)ジオールのジグリシジルエーテルが挙げられるが、これらに限定されない。この種のエポキシ樹脂は、400グラム/モル、約600グラム/モル、又は約1000グラム/モルの重量平均分子量を有するポリ(エチレンオキシド)ジオールから、又はポリ(プロピレンオキシド)ジオールから誘導されるものなど、Polysciences,Inc.(Warrington,PA)から市販されている。
更に他の式(I)のエポキシ樹脂は、アルカンジオールのジグリシジルエーテルである(Rはアルキレンであり、変数pは2に等しい)。例としては、1,4-ジメタノールシクロヘキシルのジグリシジルエーテル、1,4-ブタンジオールのジグリシジルエーテル、並びに商品名EPONEX(例えば、EPONEX 1510)でHexion Specialty Chemicals,Inc.(Columbus,OH)から、及び商品名EPALLOY(例えば、EPALLOY 5001)でCVC Thermoset Specialties(Moorestown,NJ)から市販されているもののような、水素添加ビスフェノールAから形成される脂環式ジオールのジグリシジルエーテルが挙げられる。
一部の用途では、硬化性コーティング組成物中で用いるのに選択されるエポキシ樹脂は、フェノールノボラック樹脂のグリシジルエーテルであるノボラックエポキシ樹脂である。これらの樹脂は、例えば、フェノールを過剰のホルムアルデヒドと酸性触媒の存在下で反応させ、フェノールノボラック樹脂を産生することによって調製できる。その後、フェノールノボラック樹脂をエピクロロヒドリン(epichlorihydrin)と水酸化ナトリウムの存在下で反応させることにより、ノボラックエポキシ樹脂が調製される。得られるノボラックエポキシ樹脂は、典型的には2個超のオキシラン基を有し、架橋密度が高い硬化済みコーティング組成物の産生に用いることができる。耐腐食性、耐水性、耐化学薬品性、又はこれらの組み合わせが望まれる用途において、ノボラックエポキシ樹脂の使用が特に望ましい場合がある。そのようなノボラックエポキシ樹脂の1つは、ポリ[(フェニルグリシジルエーテル)-コ-ホルムアルデヒド]である。その他の好適なノボラック樹脂は、商品名ARALDITE(例えば、ARALDITE GY289、ARALDITE EPN 1183、ARALDITE EP 1179、ARALDITE EPN 1139、及びARALDITE EPN 1138)でHuntsman Corporation(The Woodlands,TX)から、商品名EPALLOY(例えば、EPALLOY 8230)でCVC Thermoset Specialties(Moorestown,NJ)から、及び商品名DEN(例えば、DEN 424及びDEN 431)でOlin Epoxy Co.(St.Louis,MO)から市販されている。
更に他のエポキシ樹脂としては、少なくとも2個のグリシジル基を有するシリコーン樹脂及び少なくとも2個のグリシジル基を有する難燃性エポキシ樹脂(例えば、Dow Chemical Co.(Midland,MI)から商品名DER 580で市販されているものなどの少なくとも2個のグリシジル基を有する臭素化ビスフェノール型エポキシ樹脂)が挙げられる。
エポキシ樹脂成分は、多くの場合、材料の混合物である。例えば、エポキシ樹脂は、硬化前に、所望の粘度又は流量特性をもたらす混合物であるように選択され得る。例えば、エポキシ樹脂内では、単官能性又は特定の多官能性エポキシ樹脂を含む反応性希釈剤があり得る。反応性希釈剤は、少なくとも2つのエポキシ基を有するエポキシ樹脂の粘度よりも低い粘度を有するべきである。通常、反応性希釈剤は、250mPa・s(cPs)未満の粘度を有するべきである。反応性希釈剤は、エポキシ/ポリチオール樹脂組成物の粘度を低下させる傾向を有し、多くの場合、飽和している分岐状主鎖か又は飽和若しくは不飽和である環状主鎖かのいずれかを有する。好ましい反応性希釈剤は、様々なモノグリシジルエーテルなどの官能基(すなわち、オキシラン基)を1個だけ有する。いくつかの例示的な単官能性エポキシ樹脂としては、6~28個の炭素原子を有するアルキル基を有するもの、例えば(C6~C28)アルキルグリシジルエーテル、(C6~C28)脂肪酸グリシジルエステル、(C6~C28)アルキルフェノールグリシジルエーテル、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。単官能性エポキシ樹脂が反応性希釈剤である場合、このような単官能性エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂成分の合計に基づいて最大50部の量で使用されるべきである。
いくつかの実施形態では、硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物は、典型的には、硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物の総重量に基づいて、少なくとも20重量パーセント(重量%)、少なくとも25重量%、少なくとも30重量%、少なくとも35重量%、少なくとも40重量%、又は少なくとも45重量%のエポキシ樹脂成分を含む。より低いレベルで用いられる場合、硬化組成物は、所望のコーティング特性をもたらすのに十分なポリマー材料(例えば、エポキシ樹脂)を含有することができない。いくつかの実施形態では、硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物は、硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物の総重量に基づいて、最大80重量パーセント、最大75重量%、又は最大70重量%のエポキシ樹脂成分を含む。
チオール成分
チオールは、炭素結合スルフヒドリル又はメルカプト(-C-SH)基を含有する有機硫黄化合物である。好適なポリチオールは、1分子当たり2つ以上のチオール基を有し、かつエポキシ樹脂の硬化剤として機能する多種多様な化合物から選択される。
好適なポリチオールの例としては、トリメチロールプロパントリス(β-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)、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(β-メルカプトプロピオネート)、ジペンタエリスリトールポリ(β-メルカプトプロピオネート)、エチレングリコールビス(β-メルカプトプロピオネート)、(C1~C12)アルキルポリチオール(例えば、ブタン-1,4-ジチオール及びヘキサン-1,6-ジチオール)、(C6~C12)芳香族ポリチオール(例えば、p-キシレンジチオール)、及び1,3,5-トリス(メルカプトメチル)ベンゼン)が挙げられる。所望であれば、ポリチオールの組み合わせを使用することができる。
いくつかの実施形態では、硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物は、典型的には、硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物の総重量に基づいて、少なくとも25重量%、少なくとも30重量%、又は少なくとも35重量%のチオール成分を含む。いくつかの実施形態では、硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物は、硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物の総重量に基づいて、最大70重量%、最大65重量%、最大60重量%、最大55重量%、最大50重量%、最大45重量%、又は最大40重量%のチオール成分を含む。所望の場合、2つ以上のポリチオールの様々な組み合わせを用いることができる。
いくつかの実施形態では、本開示の硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物中のエポキシ成分のチオール成分に対する比は、0.5:1~1.5:1、又は0.75:1~1.3:1(エポキシ:チオールの当量)である。
本開示における使用に好適なエポキシ樹脂及びポリチオールを含有する系は、米国特許第5,430,112号(Sakataら)に開示されている。
窒素含有触媒
本開示のエポキシ/チオール樹脂組成物は、少なくとも1つの窒素含有触媒を含む。このような触媒は、典型的には、熱活性化クラスのものである。ある特定の実施形態では、窒素含有触媒は、50℃以上の温度で活性化して、エポキシ樹脂の熱硬化をもたらすことができる。
好適な窒素含有触媒は、典型的には、室温で固体であり、本開示のエポキシ/チオール樹脂組成物の他の成分に可溶性ではない。ある特定の実施形態では、窒素含有触媒は、少なくとも100マイクロメートル(すなわち、ミクロン)の粒径(すなわち、球体の直径などの粒子の最大寸法)を有する粒子形態である。
本明細書で使用される場合、用語「窒素含有触媒」は、エポキシ樹脂の硬化を触媒する任意の窒素含有化合物を指す。この用語は、特定の硬化の機構又は反応を暗示又は示唆するものではない。窒素含有触媒は、エポキシ樹脂のオキシラン環と直接反応することができるか、ポリチオール化合物とエポキシ樹脂との反応を触媒若しくは促進することができるか、又はエポキシ樹脂の自己重合を触媒若しくは促進することができる。
ある特定の実施形態では、窒素含有触媒は、アミン含有触媒である。いくつかのアミン含有触媒は、式-NRH(式中、Rは、水素、アルキル、アリール、アルカリル、又はアラルキルから選択される)の基を少なくとも2つ有する。好適なアルキル基は、多くの場合、1~12個の炭素原子、1~8個の炭素原子、1~6個の炭素原子、又は1~4個の炭素原子を有する。アルキル基は、環状、分枝状、直鎖、又はこれらの組み合わせであり得る。好適なアリール基は、通常、フェニル基又はビフェニル基のように6~12個の炭素原子を有する。好適なアルキルアリール基としては、上述したものと同じアリール基及びアルキル基を挙げることができる。
窒素含有触媒から少なくとも2個のアミノ基を差し引いたもの(すなわち、触媒のうちのアミノ基ではない部分)は、任意の好適な芳香族基、脂肪族基、又はこれらの組み合わせであり得る。
本明細書での使用のための例示的な窒素含有触媒としては、英国特許第1,121,196号(Ciba Geigy AG)に記載されているように、無水フタル酸と脂肪族ポリアミンとの反応生成物、より具体的には、ほぼ等モル比のフタル酸とジエチルアミントリアミンとの反応生成物が挙げられる。この種の触媒は、Ciba Geigy AGから商標名CIBA HT9506として市販されている。
更に別の種類の窒素含有触媒は、(i)多官能エポキシ化合物、(ii)2-エチル-4-メチルイミダゾールなどのイミダゾール化合物、及び(iii)無水フタル酸の反応生成物である。多官能エポキシ化合物は、米国特許第4,546,155号(Hiroseら)に記載されている、分子中に2つ以上のエポキシ基を有する化合物であり得る。この種の触媒は、Ajinomoto Co.Inc.(Tokyo,Japan)からAJICURE PN-23の商品名で市販されており、これは、EPON 828(Hexion Specialty Chemicals,Inc.(Columbus,OH)から市販されている、ビスフェノール型エポキシ樹脂エポキシ当量184~194)、2-エチル-4-メチルイミダゾール、及び無水フタル酸の付加物であると考えられる。
他の好適な窒素含有触媒としては、その分子中に1つ以上のイソシアネート基を有する化合物と、その分子中に少なくとも1つの一級又は二級アミノ基を有する化合物との反応生成物が挙げられる。追加の窒素含有触媒としては、2-ヘプタデシルイミダゾール、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-ベンジル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、2,4-ジアミノ-8-2-メチルイミダゾリル-(1)-エチル-5-トリアジン、又はそれらの組み合わせ、並びにトリアジンとイソシアヌル酸、スクシノヒドラジド、アジポヒドラジド、イソフトロヒドラジド、O-オキシベンゾヒドラジド、サリチロヒドラジド、又はこれらの組み合わせとの生成物が挙げられる。
窒素含有触媒は、Ajinomoto Co.Inc.(Tokyo,Japan)などの供給元から商品名AMICURE MY-24、AMICURE GG-216、及びAMICURE ATU CARBAMATEで、Hexion Specialty Chemicals,Inc.(Columbus,OH)から商品名EPIKURE P-101で、T&K Toka(Chikumazawa,Miyoshi-Machi,Iruma-Gun,Saitama,Japan)から商品名FXR-1020、FXR-1081、及びFXR-1121で、Shikoku(Marugame,Kagawa Prefecture,Japan)から商品名CUREDUCT P-2070及びP-2080で、Air Products and Chemicals(Allentown,PA)からANCAMINE 2441及び2442の商品名で、AC Catalysts(Linden,NJ)から商品名TECHNICURE LC80及びLC100で、並びにAsahi Kasei Kogyo,K.K.(Japan)から商品名NOVACURE HX-372で市販されている。
他の好適な窒素含有触媒は、米国特許第5,077,376号(Dooleyら)、及び米国特許第5,430,112号(Sakataら)に記載されているものであり、「アミン付加物潜在促進剤」と称される。他の例示的な窒素含有触媒は、例えば、英国特許第1,121,196号(Ciba Geigy AG)、欧州特許出願第138465A号(Ajinomoto Co.)、及び欧州特許出願第193068A号(Asahi Chemical)に記載されている。
いくつかの実施形態では、硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物は、典型的には、エポキシ樹脂成分100部当たり、少なくとも1部、少なくとも2部、少なくとも3部、少なくとも4部、又は少なくとも5部の窒素含有触媒を含む。いくつかの実施形態では、硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物は、典型的には、エポキシ樹脂成分100部当たり、最大45部、最大40部、最大35部、最大30部、最大25部、又は最大20部の窒素含有触媒を含む。所望の場合、2つ以上の窒素含有触媒の様々な組み合わせを使用することができる。
バルビツール酸誘導体
本開示の硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物に有用なバルビツール酸誘導体としては、本開示のエポキシ/チオール樹脂組成物に可溶性のものが挙げられる。
この文脈において、「エポキシ/チオール樹脂組成物に可溶性のバルビツール酸誘導体」(すなわち、「可溶性」バルビツール酸誘導体)は、バルビツール酸誘導体を指し、これはエポキシ/チオール樹脂組成物中に5重量%の量で組み込まれると、実施例の項の安定化剤溶解度試験に従って評価されるように、少なくとも80%の透明度及び/又は少なくとも80%透過率を有するエポキシ/チオール樹脂組成物を生成する。ある特定の実施形態では、5重量%の「可溶性」バルビツール酸誘導体を含む硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物の透明度は、少なくとも85%、少なくとも90%、又は少なくとも95%である。ある特定の実施形態では、5重量%の「可溶性」バルビツール酸誘導体を含む硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物の透過率は、少なくとも少なくとも85%、又は少なくとも90%である。
可溶性バルビツール酸誘導体は、粘度を倍増させないように、エポキシ/チオール樹脂組成物が室温で少なくとも72時間硬化性を維持することを可能にする量で、エポキシ/チオール樹脂組成物中で使用される。典型的には、これは、硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物の総重量に基づいて、少なくとも0.01重量%の量である。
エポキシ/チオール樹脂組成物に使用される可溶性バルビツール酸誘導体の量が多くなるほど、一般に硬化性エポキシ/チオール組成物の貯蔵寿命が長くなる。エポキシ/チオール樹脂組成物に使用される可溶性バルビツール酸誘導体の量が多くなるほど、一般に硬化性エポキシ/チオール組成物を硬化させるために必要な時間が長くなり、及び/又は硬化性エポキシ/チオール組成物を硬化させるために必要な温度が高くなる。したがって、硬化性組成物の使用に応じて、貯蔵寿命と硬化時間/温度との間のバランスが存在する。典型的には、妥当な貯蔵寿命、硬化時間、及び硬化温度については、使用される可溶性バルビツール酸誘導体の量は、最大1重量%、又は最大0.5重量%である。
本明細書において、バルビツール酸「誘導体」としては、1、3、及び/若しくは5Nの位置のうちの1つ以上で置換されたバルビツール酸化合物、又は1及び/若しくは3Nの位置、及び任意に5Nの位置で、脂肪族、脂環式、又は芳香族基で置換されたバルビツール酸化合物が挙げられる。ある特定の実施形態では、バルビツール酸誘導体は、式(II):
Figure 0007019715000005
[式中、R、R、及びR基のうちの1つ以上は、水素、脂肪族基、脂環式基、又は芳香族基(例えば、フェニル)によって表され、これらは任意に、(C1~C4)アルキル、-OH、ハロゲン化物(F、Br、Cl、I)、フェニル、(C1~C4)アルキルフェニル、(C1~C4)アルケニルフェニル、ニトロ、又は-OR(式中、Rは、フェニル、カルボン酸基、カルボニル基、又は芳香族基であり、Rは、(C1~C4)アルキル、-OH、又はハロゲン化物で任意に置換されている)のうちの1つ以上で、任意の位置において更に置換されており、更にR、R、及びR基のうちの少なくとも1つは、水素ではない]
のものを含む。ある特定の実施形態では、R、R、及びR基のうちの少なくとも2つは、水素ではない。
このような可溶性酸は、本開示のエポキシ/チオール樹脂組成物中の窒素含有触媒の安定剤として機能する。望ましくは、窒素含有触媒は、室温で少なくとも2週間、少なくとも4週間、又は少なくとも2ヶ月の期間、エポキシ樹脂の硬化に対して安定である。
好適な置換バルビツール酸誘導体の例としては、1-ベンジル-5-フェニルバルビツール酸、1-シクロヘキシル-5-エチルバルビツール酸(Chemische Fabrik Berg,Bitterfeld-Wolfen,Germanyから入手可能)、1,3-ジメチルバルビツール酸(Alfa Aesar,Tewksbury,MAから入手可能)、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
米国特許第6,653,371号(Burnsら)は、組成物を安定化させるために、エポキシ/チオール樹脂組成物に実質的に不溶性の固体有機酸が必要であることを教示している。驚くべきことに、可溶性有機酸、特に、それらをより可溶性にするために官能化されているバルビツール酸誘導体の使用は、実質的に不溶性の有機酸の使用よりも、良好なエポキシ/チオール樹脂組成物の安定化をもたらすことが見出された。また、米国特許第6,653,371号(Burnsら)は、安定剤の有効性が、系に添加される安定化成分の粒径によって直接影響されることを教示している。安定剤として可溶性バルビツール酸誘導体を使用する利点は、少なくとも安定剤が硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物全体に完全に溶解しているため、初期粒径が安定剤の性能を変化させないことである。
硬化性組成物中の任意の添加剤
エポキシ樹脂成分、チオール成分、及び窒素含有粒子に加えて、硬化性組成物は、種々の任意成分を含むことができる。このような任意の添加剤の1つは、強靭化剤である。強靭化剤は、所望の重なりせん断、剥離抵抗、及び衝撃強度をもたらすために添加できる。有用な強靭化剤は、エポキシ樹脂と反応し得る、及び架橋し得る高分子材料である。好適な強靭化剤としては、ゴム状相と熱可塑性相との両方を有するポリマー化合物、又はエポキシド樹脂と共に、硬化時にゴム状相と熱可塑性相との両方を形成することのできる化合物が挙げられる。強靭化剤として有用なポリマーは、硬化されたエポキシ組成物の割れを抑制するよう選択されることが好ましい。
ゴム状相と熱可塑性相との両方を有するいくつかのポリマー強靭化剤は、コアが0℃未満のガラス転移温度を有するアクリル系コポリマーであるアクリルコアシェルポリマーである。このようなコアポリマーは、25℃を上回るガラス転移温度を有するアクリル系ポリマー(例えばポリメチルメタクリレート)で構成されるシェル内に、ポリブチルアクリレート、ポリイソオクチルアクリレート、ポリブタジエン-ポリスチレンを含んでもよい。市販のコアシェルポリマーとしては、商品名ACRYLOID KM 323、ACRYLOID KM 330、及びPARALOID BTA 731でDow Chemical Co.から、及びカネエースB-564で株式会社カネカ(Osaka,Japan)から乾燥粉末として入手できるものが挙げられる。これらのコアシェルポリマーは、例えば、37重量部のコアシェルポリマーに対して12重量部の比でビスフェノールAのジグリシジルエーテルと予め分散させたブレンドとしても入手可能であり、商品名カネエース(例えば、カネエースMX 157、カネエースMX 257、カネエースMX 125の商品名で株式会社カネカ(Japan)から市販されている。
エポキシド基含有材料を用いて、硬化時にゴム状相を形成することができる別の部類のポリマー強化剤は、カルボキシル末端ブタジエンアクリロニトリル化合物である。市販のカルボキシル末端ブタジエンアクリロニトリル化合物としては、HYCAR(例えば、HYCAR 1300X8、HYCAR 1300X13、及びHYCAR 1300X17)の商品名でLubrizol Advanced Materials,Inc.(Cleveland,Ohio)から、及び商品名PARALOID(例えば、PARALOID EXL-2650)でDow Chemical(Midland,MI)から入手可能な化合物が挙げられる。
その他の好ましいポリマー強靭化剤は、ゴム状相と熱可塑性相との両方を有するグラフトポリマー、例えば米国特許第3,496,250号(Czerwinski)に開示されているものなどである。これらのグラフトポリマーは、それに熱可塑性ポリマーセグメントをグラフトさせたゴム状の骨格を有する。そのようなグラフトポリマーの例としては、例えば、(メタ)アクリレート-ブタジエン-スチレン、及びアクリロニトリル/ブタジエン-スチレンポリマーが挙げられる。ゴム状の骨格は、重合した熱可塑性部分がグラフトポリマーの5重量%~60重量%を構成するように、全グラフトポリマーの95重量%~40重量%を構成するように調製されることが好ましい。
更に他のポリマー強靭化剤は、BASF(Florham Park,NJ)から商品名ULTRASON(例えば、ULTRASON E 2020 P SR MICRO)で市販されているものなどのポリエーテルスルホンである。
硬化性組成物は、レオロジー特性を改変するための非反応性可塑剤を追加的に含有し得る。市販の可塑剤としては、商品名BENZOFLEX 131でEastman Chemical(Kingsport,TN)から入手できるもの、ExxonMobil Chemical(Houston,TX)から入手できるJAYFLEX DINA、及びBASF(Florham Park,NJ)からのPLASTOMOLL(例えば、アジピン酸ジイソノニル)が挙げられる。
硬化性組成物は、任意に、所望のレオロジー特性を組成物にもたらすためのフロー制御剤又は増粘剤を含有する。好適なフロー制御剤としては、ヒュームドシリカ、例えば、Cabot Corp.(Alpharetta,GA)から商品名CAB-O-SIL TS 720で入手可能な処理済みヒュームドシリカ、及び商品名CAB-O-SIL M5で入手可能な未処理ヒュームドシリカが挙げられる。
いくつかの実施形態において、硬化性組成物は、最適には、基材への接合を増強するための接着促進剤を含有する。接着促進剤の具体的な種類は、それが付着する表面の組成によって変動する可能性がある。加工中の金属ストックの引き抜きを促進するために使用されるイオン型潤滑剤でコーティングされた表面に特に有用であることが見出されている接着促進剤としては、例えば、カテコール及びチオジフェノールなどの二価フェノール化合物が挙げられる。
硬化性組成物は、1種以上の従来の添加剤、例えばフィラー(例えば、アルミニウム粉末、カーボンブラック、グラスバブルズ、タルク、粘土、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、二酸化チタン、溶融石英などのシリカ、シリケート、ガラスビーズ、及びマイカ)、色素、軟化剤、反応性希釈剤、非反応性希釈剤、難燃剤、帯電防止材、熱伝導性及び/又は導電性粒子、並びに発泡剤、例えば、アゾジカーボンアミドのような化学発泡剤又は炭化水素液を含有する発泡性高分子ミクロスフェア、例えば商品名EXPANCELでExpancel Inc.(Duluth,GA)から販売されているものなども任意で含有してもよい。粒子状フィラーは、フレーク、ロッド、球などの形であり得る。添加剤は、得られる接着剤に望ましい効果を生じる量で一般に添加される。
このような添加剤の量及び種類は、組成物の意図される最終用途に応じて、当業者によって選択され得る。
例示的実施形態
実施形態1は、硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物であって、1分子当たり少なくとも2個のエポキシド基を有するエポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂成分、少なくとも2つの一級チオール基を有するポリチオール化合物を含むチオール成分、エポキシ樹脂用の窒素含有触媒、及び一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物に可溶性の置換バルビツール酸、を含む、硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態2は、少なくとも50℃の温度で硬化性である、実施形態1に記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態3は、最高で80℃の温度で硬化性である、実施形態1又は2に記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態4は、エポキシ樹脂が、多価フェノールのポリグリシジルエーテル、多価アルコールのエピクロロヒドリンとの反応生成物、エポキシド化(ポリ)オレフィン樹脂、エポキシド化フェノールノボラック樹脂、エポキシド化クレゾールノボラック樹脂、脂環式エポキシ樹脂、グリシジルエーテルエステル、ポリグリシジルエステル、ウレタン変性エポキシ樹脂、又はこれらの2つ以上の組み合わせを含む、実施形態1~3のいずれか1つに記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態5は、エポキシ成分が、反応性希釈剤を更に含む、実施形態1~4のいずれか1つに記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態6は、反応性希釈剤が、250mPa・s(cPs)未満の粘度を有する、実施形態5に記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態7は、反応性希釈剤が、単官能性エポキシ樹脂である、実施形態5又は6に記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態8は、単官能性エポキシ樹脂が、(C6~C28)アルキル基を含む、実施形態7に記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態9は、単官能性エポキシ樹脂が、(C6~C28)アルキルグリシジルエーテル、(C6~C28)脂肪酸グリシジルエステル、(C6~C28)アルキルフェノールグリシジルエーテル、又はこれらの組み合わせを含む、実施形態8に記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態10は、硬化性エポキシ樹脂成分が、エポキシ/チオール樹脂組成物の総重量に基づいて、少なくとも20重量%、少なくとも25重量%、少なくとも30重量%、少なくとも35重量%、少なくとも40重量%、又は少なくとも45重量%の量で存在する、実施形態1~9のいずれか1つに記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態11は、エポキシ樹脂成分が、硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物の総重量に基づいて、最大80重量%、最大75重量%、又は最大70重量%の量で存在する、実施形態1~10のいずれか1つに記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物。
実施形態12は、ポリチオール化合物が、トリメチロールプロパントリス(β-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)、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(β-メルカプトプロピオネート)、ジペンタエリスリトールポリ(β-メルカプトプロピオネート)、エチレングリコールビス(β-メルカプトプロピオネート)、(C1~C12)アルキルポリチオール、(C6~C12)芳香族ポリチオール、又はこれらの2つ以上の組み合わせを含む、実施形態1~11のいずれか1つに記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態13は、チオール成分が、硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物の総重量に基づいて、少なくとも25重量%、少なくとも30重量%、又は少なくとも35重量%チオール成分の量で存在する、実施形態1~12のいずれか1つに記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態14は、チオール成分が、硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物の総重量に基づいて、最大70重量%、最大65重量%、最大60重量%、最大55重量%、最大50重量%、最大45重量%、又は最大40重量%のチオール成分の量で存在する、実施形態1~13のいずれか1つに記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態15は、エポキシ成分及びチオール成分が、0.5:1~1.5:1、又は0.75:1~1.3:1(エポキシ:チオールの当量)の比で存在する、実施形態1~14のいずれか1つに記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態16は、窒素含有触媒が、室温で固体である、実施形態1~15のいずれか1つに記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態17は、窒素含有触媒が、50℃以上の温度で活性化して、エポキシ樹脂の熱硬化をもたらすことができる、実施形態1~16のいずれか一項に記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態18は、窒素含有触媒が、アミン含有触媒である、実施形態1~17のいずれか一項に記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態19は、アミン含有触媒が、式-NRH(式中、Rが、水素、アルキル、アリール、アルカリル、又はアラルキルから選択される)の少なくとも2つの基を有する、実施形態18に記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態20は、アミン含有触媒が、無水フタル酸と脂肪族ポリアミンとの反応生成物を含む、実施形態19に記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態21は、アミン含有触媒が、(i)多官能性エポキシ化合物と、(ii)2-エチル-4-メチルイミダゾールなどのイミダゾール化合物と、(iii)無水フタル酸との反応生成物を含む、実施形態19に記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態22は、アミン含有触媒が、その分子中に1つ以上のイソシアネート基を有する化合物と、その分子中に少なくとも1つの一級又は二級アミノ基を有する化合物との反応生成物を含む、実施形態19に記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態23は、アミン含有触媒が、2-ヘプタデシルイミダゾール、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-ベンジル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、2,4-ジアミノ-8-2-メチルイミダゾリル-(1)-エチル-5-トリアジン、又はそれらの組み合わせを含む、実施形態19に記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態24は、アミン含有触媒が、トリアジンとイソシアヌル酸、スクシノヒドラジド、アジポヒドラジド、イソフトロヒドラジド、o-オキシベンゾヒドラジド、サリチロヒドラジド、又はこれらの組み合わせとの生成物を含む、実施形態19の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態25は、アミン含有触媒が、エポキシ樹脂成分100部当たり少なくとも1部、少なくとも2部、少なくとも3部、少なくとも4部、又は少なくとも5部の量で硬化性エポキシ/チオール組成物中に存在する、実施形態1~24のいずれか1つに記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態26は、アミン含有触媒が、エポキシ樹脂成分100部当たり最大45部、最大40部、最大35部、最大30部、最大25部、又は最大20部の量で硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物中に存在する、実施形態1~25のいずれか1つに記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態27は、バルビツール酸誘導体が、1、3、及び/又は5Nの位置のうちの1つ以上において、脂肪族、脂環式、又は芳香族基で置換されたバルビツール酸化合物である、実施形態1~26のいずれか1つに記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態28は、バルビツール酸誘導体が、式(II):
Figure 0007019715000006
[式中、R、R、及びR基のうちの1つ以上は、水素、脂肪族基、脂環式基、又は芳香族基(例えば、フェニル)によって表され、これらは任意に、(C1~C4)アルキル、-OH、ハロゲン化物(F、Br、Cl、I)、フェニル、(C1~C4)アルキルフェニル、(C1~C4)アルケニルフェニル、ニトロ、又は-OR(式中、Rは、フェニル、カルボン酸基、カルボニル基、又は芳香族基であり、Rは、(C1~C4)アルキル、-OH、又はハロゲン化物で任意に置換されている)のうちの1つ以上で、任意の位置において更に置換されており、更にR、R、及びR基のうちの少なくとも1つは、水素ではない]
のものである、実施形態27に記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。ある特定の実施形態では、R、R、及びR基のうちの少なくとも2つは、水素ではない。
実施形態29は、バルビツール酸誘導体が、1-ベンジル-5-フェニルバルビツール酸、1-シクロヘキシル-5-エチルバルビツール酸、1,3-ジメチルバルビツール酸、及びこれらの組み合わせから選択される、実施形態28に記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態30は、バルビツール酸誘導体が、エポキシ/チオール樹脂組成物の総重量に基づいて、少なくとも0.01重量%の量で硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物中に存在する、実施形態1~29のいずれか1つに記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態31は、バルビツール酸誘導体が、エポキシ/チオール樹脂組成物の総重量に基づいて、最大1重量%の量で硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物中に存在する、実施形態1~30のいずれか1つに記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態32は、室温で少なくとも2週間、少なくとも4週間、又は少なくとも2ヶ月間の期間にわたって安定である、実施形態1~31のいずれか1つに記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物である。
実施形態33は、硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物を硬化させる方法であって、1分子当たり少なくとも2個のエポキシド基を有するエポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂成分、少なくとも2つの一級チオール基を有するポリチオール化合物を含むチオール成分、エポキシ樹脂用の窒素含有触媒、及び一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物に可溶性の置換バルビツール酸、を含む硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物を準備することと、硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物を少なくとも50℃の温度まで加熱することと、を含む方法である。
実施形態34は、硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物を、最高で80℃の温度まで加熱することを含む、実施形態33に記載の方法である。
実施形態35は、硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物を、60~65℃の温度まで加熱することを含む、実施形態34に記載の方法である。
材料
以下の非限定的な実施例で使用される材料は、以下のように称される。
Figure 0007019715000007
試験方法
貯蔵寿命
未硬化組成物の貯蔵寿命を、粘度測定によって決定した。硬化性充填エポキシ樹脂の粘度を、コーン及びプレートの操作モードで、Ares G2 Rheometer(TA Instruments,New Castle,DEから市販されている)を使用して、剪断速度掃引によって測定した。測定は、0.099ラジアンの円錐角及び50mmのプレートを用いて、直径25ミリメートル(mm)のステンレス鋼コーンを使用して、25℃(77°F)で測定を行った。2~3グラムの硬化性樹脂組成物を、コーンとプレートとの間に配置した。次いで、コーン及びプレートを閉じて、樹脂で充填された0.465mmの間隙(先端で)を提供した。過剰な樹脂を、スパチュラで縁部から削り落とした。20~0.1ヘルツの剪断速度掃引を使用して粘度を測定し、4.1ヘルツでの経時的な粘度変化をモニターした。測定は2~3日ごとに行い、その間、試料を23~25℃(73~79°F)で保管した。粘度が測定された初期値の2倍である値に達した場合、試験を中止した。この時間を、組成物の貯蔵寿命と表示した。
安定剤の溶解度
安定剤の溶解度を、BYK GARDNER HAZE-GARD PLUS(BYK Gardner,Silver Spring,Maryland)を使用して、光透過率及び透明度によって評価した。測定中、装置を空気に対して照合した。未硬化樹脂の透過及び透明度測定のために、スペーサが光学測定領域外にあり、安定化剤含有樹脂の個々の試料が配置された約0.072インチ(1.83mm)の間隙を形成するように、2つの清浄なガラス顕微鏡用スライドの間に0.039インチ(0.99mm)の平均厚さを有するテフロンスペーサを取り付けた。測定領域の外側にも取り付けられたクランプを使用して、ガラス片をスペーサにしっかりと保持し、間隙間隔がスペーサの厚さに制限されることを確実にした。透過率、ヘイズ、及び透明度の5つの個々の測定値を、液体樹脂試料のそれぞれに対して得た。平均透過率及び透明度を報告した。透明度については、80%、85%、90%、又は更には95%以上の値を有することが望ましい。透過率については、80%、85%、又は更には90%以上の値を有することが望ましい。
熱特性-未硬化及び硬化樹脂組成物
示差走査熱量測定(DSC)を、Model Q2000 DSC(TA Instruments,New Castle,DEから入手可能)を使用して実施し、TA Universal Analysis Software Packageを使用して評価した。4~20ミリグラムの重さの未硬化樹脂の試料をアルミニウムパンに入れ、秤量して密封した。次いで、試料を5℃/分の速度で0℃から250℃まで加熱し、続いて、20℃/分で-50℃まで冷却し、次いで、5℃/分の速度で250℃まで再加熱した。このようにして、未硬化樹脂の硬化開始温度、硬化ピーク温度、及び硬化熱エネルギーを第1の熱サイクル中に決定し、硬化樹脂のガラス転移温度(Tg)を、第2の熱サイクル中に決定した。Tgを、熱転移の変曲点として得た。
硬化時間
未硬化樹脂組成物の硬化時間は、上記の熱特性の測定について記載したのと同じDSC装置、ソフトウェア、及び試料サイズを使用して、試料を65℃に急速に加熱し、その温度で1時間保持することによって評価した。硬化時間を、発熱による熱流が0.01ワット/gに戻る時間として得た。
安定剤の溶解度評価
実施例1~3並びに比較例1及び2(CE1及びCE2)
表1及び以下の手順に示す材料及び量(重量部)を用いて実施例1~3並びに比較例1及び2を調製した。材料をMAX 60 SPEEDMIXERカップ(Flacktek Incorporated,Landrum,SC)に添加し、DAC 600 FVZ SPEEDMIXER(FlackTek Incorporated,Landrum,SC)を使用して、2,250回転毎分(rpm)で30秒間混合した後、1,000ワットの市販のマイクロ波オーブン内で20秒間加熱した。次に、試料を、DAC 600 FVZ SPEEDMIXER中で2,250rpmで2分間再混合し、DAC 600.2 VAC-P SPEEDMIXER(FlackTek Incorporated,Landrum,SC)を使用して脱気した。脱気サイクルは以下の通りであった:1)大気圧で1,000rpmで20秒間試料を混合し、2)最終圧力30トルまで真空に引きながら、1,500rpmで2分間試料を混合し、そして3)大気圧に排気しながら、1,000rpmで20秒間試料を混合する。得られた試料を、上記の「安定化剤溶解度」試験方法に記載される透過率及び透明度について評価した。結果を下記の表1に示す。加えて、不溶性材料の存在について、試料を肉眼で評価した。
Figure 0007019715000008
高い透過率及び透明度値は、不溶性成分を含まない均質な溶液を示す。表1の結果は、置換バルビツール酸誘導体が、5重量%程の高いレベルで、示した樹脂組成物に可溶性であったことを示す。比較すると、非置換バルビツール酸試料は、視覚的に不溶性の材料を含有することに加えて、著しく低い透過率及び透明度を呈した。
接着剤組成物
プレミックス1~3
表2及び以下の手順に示す材料及び量(重量部)を用いてプレミックス1~3を調製した。材料をMAX 60 SPEEDMIXERカップ(Flacktek Incorporated,Landrum,SC)に添加し、1,000ワットの市販のマイクロ波オーブン内で20秒間加熱し、その後、DAC 600 FVZ SPEEDMIXER(FlackTek Incorporated,Landrum,SC)を使用して、2,300rpmで2分間混合した。得られた溶液を、種々の時間後に、肉眼によって、未溶解材料の存在によって決定された透明度について評価した。結果を表2に示す。
Figure 0007019715000009
実施例4~8及び比較例3(CE3)
実施例4~8及び比較例3を、P-2070を除いて、表3に示す材料及び量(重量部)を用いて、MAX 60 SPEEDMIXERカップに添加し、DAC 600 FVZ SPEEDMIXERを用いて1,500rpmで1分間混合して調製した。次いで、これらの混合物のそれぞれにP-2070を添加し、続いて1,500rpmで1分間再混合して、未硬化エポキシ樹脂組成物を得た。
Figure 0007019715000010
次いで、表3に示す未硬化エポキシ樹脂組成物を、貯蔵寿命、硬化特性、及びTgについて評価した。結果を表4に示す。
3つの異なるバルビツール酸誘導体を等モル量で使用した場合(実施例4~6)、これらは全て比較例3と比較してはるかに長い貯蔵寿命を示したが、それでもなお短い硬化時間をもたらした。更に、バルビツール酸誘導体の高濃度及び低濃度を使用することができる(実施例7及び8)が、より高いレベルでは硬化時間が増加する。
Figure 0007019715000011
本明細書に引用した特許、特許文献、及び刊行物の全開示は、それぞれが個別に組み込まれたかのごとく、それらの全体が参照により組み込まれる。本明細書の記載と、参照によって本明細書に組み込んだいずれかの文書の開示との間に何らかの矛盾又は不一致が存在する場合、本明細書の記載が優先するものとする。当業者には、本開示の範囲及び趣旨を逸脱することのない、本開示に対する様々な改変及び変更が明らかとなるであろう。本開示は、本明細書に記載した例示的な実施形態及び実施例によって不当に制限されることは意図していないこと、並びにそのような実施例及び実施形態は、以下のような本明細書に記載の特許請求の範囲によってのみ限定されることを意図した本開示の範囲内の例示としてのみ提示されることを理解されたい。

Claims (10)

  1. 硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物であって、
    1分子当たり少なくとも2個のエポキシド基を有するエポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂成分、
    少なくとも2つの一級チオール基を有するポリチオール化合物を含むチオール成分、
    前記エポキシ樹脂用の窒素含有触媒、及び
    前記一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物に可溶性の置換バルビツール酸、
    を含む、硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物。
  2. 少なくとも50℃の温度で硬化性である、請求項1に記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物。
  3. 前記エポキシ樹脂が、多価フェノールのポリグリシジルエーテル、多価アルコールのエピクロロヒドリンとの反応生成物、エポキシド化(ポリ)オレフィン樹脂、エポキシド化フェノールノボラック樹脂、エポキシド化クレゾールノボラック樹脂、脂環式エポキシ樹脂、グリシジルエーテルエステル、ポリグリシジルエステル、ウレタン変性エポキシ樹脂、又はこれらの2つ以上の組み合わせを含む、請求項1又は2に記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物。
  4. 前記エポキシ成分が、反応性希釈剤を更に含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物。
  5. 前記エポキシ樹脂成分が、前記エポキシ/チオール樹脂組成物の総重量に基づいて、20重量%~80重量%の量で存在する、請求項1~4のいずれか一項に記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物。
  6. 前記ポリチオール化合物が、トリメチロールプロパントリス(β-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)、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(β-メルカプトプロピオネート)、ジペンタエリスリトールポリ(β-メルカプトプロピオネート)、エチレングリコールビス(β-メルカプトプロピオネート)、(C1~C12)アルキルポリチオール、(C6~C12)芳香族ポリチオール、又はこれらの2つ以上の組み合わせを含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物。
  7. 前記チオール成分が、前記硬化性エポキシ/チオール樹脂組成物の総重量に基づいて、25重量%~70重量%の量で存在する、請求項1~6のいずれか一項に記載の硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物。
  8. 硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物を硬化させる方法であって、
    1分子当たり少なくとも2個のエポキシド基を有するエポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂成分、
    少なくとも2つの一級チオール基を有するポリチオール化合物を含むチオール成分、
    前記エポキシ樹脂用の窒素含有触媒、及び
    前記一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物に可溶性の置換バルビツール酸、
    を含む硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物を準備することと、
    前記硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物を少なくとも50℃の温度まで加熱することと、
    を含む、方法。
  9. 前記硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物を、最高で80℃の温度まで加熱することを含む、請求項に記載の方法。
  10. 前記硬化性一成分型エポキシ/チオール樹脂組成物を、60~65℃の温度まで加熱することを含む、請求項に記載の方法。
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