JP7095435B2 - Phenolic hydroxyl group-containing compounds, thermosetting compositions using them, and their cured products - Google Patents

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Description

本発明は、フェノール性水酸基含有化合物及びこれを用いた熱硬化性組成物とその硬化物に関する。 The present invention relates to a phenolic hydroxyl group-containing compound, a thermosetting composition using the same, and a cured product thereof.

炭素繊維強化炭素複合材料はロケットノズル、航空機や競技用自動車などのブレーキ材料等過酷な温度条件への耐性と極度の高強度を必要とされる用途に使用されている。また、その導電性を利用し、半導体産業における静電気の除電用途として搬送用器具のアームや燃料電池電極などにも利用されている。
これらの用途要求により耐熱性や耐薬品性、高強度、高耐薬品性を得るための手段として炭化処理過程での残炭素含有率を上げることが有用であることが知られている。通常、長炭素繊維やその織物にフェノール樹脂やフラン樹脂などのマトリックス樹脂を含浸したプリプレグシートを成形した後、炭化することが常法であるが、炭化処理過程での樹脂の熱分解ガス発生によるフクレや樹脂の硬化収縮による層間割れやヒケによるボイドが多発するという大きな問題があった。
この改良方法としてマトリックス樹脂にフィラーを添加する方法が一般的とされており、特許文献1には黒鉛粉末フィラーを添加炭素源として使用する方法が開示されている。また、特許文献2には石油重質油やタールピッチなどを処理して得られるメソカーボン小球体が記載されており、メソカーボン小球体の炭化物が3~40%重量%,炭素質長繊維が40~85重量%,及び残炭率45%以上の樹脂の炭素質が5~50重量%の範囲に焼成・炭化後なるように調整することが良い旨記載されている。
しかしながら、近年ではより一層の性能強化を目的にフラーレンやカーボンナノチューブ、グラフェンなど(特許文献3、4)を炭素源フィラーとして添加し、焼成後の残炭率を飛躍的に上げて高性能化する方法が開示されているが、フラーレンやカーボンナノチューブなどのナノカーボン素材はその工業的大量合成自体が高コストであるため、用途が限定的になるという大きな問題を抱えている。
Carbon fiber reinforced carbon composite materials are used in applications that require resistance to harsh temperature conditions and extremely high strength, such as rocket nozzles and brake materials for aircraft and competition automobiles. In addition, by utilizing its conductivity, it is also used for arms of transport appliances, fuel cell electrodes, etc. for static electricity elimination in the semiconductor industry.
It is known that it is useful to increase the residual carbon content in the carbonization treatment process as a means for obtaining heat resistance, chemical resistance, high strength, and high chemical resistance according to these application requirements. Normally, it is a common method to mold a prepreg sheet impregnated with a matrix resin such as phenol resin or furan resin into long carbon fiber or its woven fabric, and then carbonize it. There was a big problem that interlayer cracking due to blistering and curing shrinkage of the resin and voids due to sink marks occurred frequently.
As an improved method, a method of adding a filler to a matrix resin is generally used, and Patent Document 1 discloses a method of using a graphite powder filler as an added carbon source. Further, Patent Document 2 describes mesocarbon globules obtained by treating heavy petroleum oil, tar pitch, etc., and the carbides of the mesocarbon globules are 3 to 40% by weight, and carbon fiber is used. It is stated that the carbon content of the resin having a residual carbon content of 45% or more of 40 to 85% by weight should be adjusted to be in the range of 5 to 50% by weight after firing and carbonization.
However, in recent years, fullerenes, carbon nanotubes, graphene, etc. (Patent Documents 3 and 4) have been added as carbon source fillers for the purpose of further enhancing the performance, and the residual carbon ratio after firing is dramatically increased to improve the performance. Although the method is disclosed, nanocarbon materials such as fullerenes and carbon nanotubes have a big problem that their uses are limited because their industrial mass synthesis itself is expensive.

特開57-209883号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-209883 特開平2-9776号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-9776 特開2013-193900号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-193900 特開2009-144000号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-144000

これらの問題を解決するために、汎用のフェノール化合物を用いた工業的大量合成可能な低コストである高残炭化合物の開発が市場で期待されている。 In order to solve these problems, the market is expected to develop a low-cost, high-residue carbon compound that can be industrially mass-synthesized using a general-purpose phenol compound.

本発明は、汎用のフェノール化合物を用いた工業的大量合成可能な低コストである高残炭化合物を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a low-cost, high-residue carbon compound that can be industrially synthesized in large quantities using a general-purpose phenol compound.

本発明者等は、上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、アルキル置換レゾルシノール化合物とポリアルデヒド化合物とを反応原料とするかご型化合物が、工業的大量合成可能な低コストである高残炭化合物として有用であることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors and others have found that a cage-type compound using an alkyl-substituted resorcinol compound and a polyaldehyde compound as reaction raw materials can be industrially mass-synthesized at low cost. We have found that it is useful as a high residual carbon compound, and have completed the present invention.

即ち、本発明は、アルキル置換レゾルシノール化合物(A)とポリアルデヒド化合物(B)とを必須の反応原料とするかご型化合物に関する。 That is, the present invention relates to a cage-type compound containing an alkyl-substituted resorcinol compound (A) and a polyaldehyde compound (B) as essential reaction raw materials.

本発明はさらに、前記かご型化合物と、前記かご型化合物に包摂される溶媒(C)とを含有する炭素源フィラーに関する。 The present invention further relates to a carbon source filler containing the squirrel-cage compound and the solvent (C) included in the squirrel-cage compound.

本発明はさらに、前記炭素源フィラーと、マトリックス樹脂(D)とを含有する硬化性組成物に関する。 The present invention further relates to a curable composition containing the carbon source filler and the matrix resin (D).

本発明はさらに、前記硬化性組成物の硬化物に関する。 The present invention further relates to a cured product of the curable composition.

本発明はさらに、繊維材料(F)と、前記硬化性組成物とを含有する、繊維強化複合材料に関する。 The present invention further relates to a fiber reinforced composite material containing the fiber material (F) and the curable composition.

本発明によれば、工業的大量合成可能な低コストである高残炭化合物として有用であるかご型化合物、これを用いた炭素源フィラー、硬化性組成物、その硬化物、繊維強化複合材料を提供することができる。 According to the present invention, a cage-type compound useful as a low-cost high-residue carbon compound that can be synthesized in large quantities industrially, a carbon source filler using the same, a curable composition, a cured product thereof, and a fiber-reinforced composite material are provided. Can be provided.

図1は、製造例1で得られたかご型化合物1のGPCチャート図である。FIG. 1 is a GPC chart of the squirrel-cage compound 1 obtained in Production Example 1. 図2は、製造例1で得られたかご型化合物1の1H-NMRチャート図である。FIG. 2 is a 1H-NMR chart of the squirrel-cage compound 1 obtained in Production Example 1. 図3は、製造例1で得られたかご型化合物1の13C-NMRチャート図である。FIG. 3 is a 13C-NMR chart of the squirrel-cage compound 1 obtained in Production Example 1. 図4は、製造例1で得られたかご型化合物1のMALDI-TOF-MASスペクトルである。FIG. 4 is a MALDI-TOF-MAS spectrum of the cage compound 1 obtained in Production Example 1. 図5は、比較製造例1で得られたかご型化合物2のGPCチャート図である。FIG. 5 is a GPC chart of the squirrel-cage compound 2 obtained in Comparative Production Example 1.

以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を阻害しない範囲で適宜変更を加えて実施することができる。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments, and can be carried out with appropriate modifications as long as the effects of the present invention are not impaired.

〔かご型化合物〕
本発明のかご型化合物は、アルキル置換レゾルシノール化合物(A)とポリアルデヒド化合物(B)とを必須の反応原料とする。
ここで、かご型化合物とは、分子内に孤立空間を有し、分子全体が炭素-炭素結合などの化学結合で結ばれている化合物と定義する。
[Squirrel-cage compound]
The cage-type compound of the present invention contains an alkyl-substituted resorcinol compound (A) and a polyaldehyde compound (B) as essential reaction raw materials.
Here, the cage-type compound is defined as a compound having an isolated space in the molecule and the whole molecule is bonded by a chemical bond such as a carbon-carbon bond.

[アルキル置換レゾルシノール化合物(A)]
本発明に係るかご型化合物の原料として用いるアルキル置換レゾルシノール化合物(A)としては、アルキル基で置換されたレゾルシノールであればよく、特に限定されない。本発明の一実施形態において、アルキル置換レゾルシノール化合物(A)は、炭素原子数1~9のアルキル基で置換されたレゾシノールであり、具体的には、メチルレゾルシノール、エチルレゾルシノール、プロピルレゾルシノール、ブチルレゾルシノール、ペンチルレゾルシノール、ヘキシルレゾルシノール、ヘプチルレゾルシノール、オクチルレゾルシノール及びノニルレゾルシノールを挙げることができる。これらのアルキル置換レゾルシノール化合物(A)は1種類のみで用いることも2種以上併用することもできる。
[Alkyl Substituted Resorcinol Compound (A)]
The alkyl-substituted resorcinol compound (A) used as a raw material for the cage-type compound according to the present invention may be any resorcinol substituted with an alkyl group and is not particularly limited. In one embodiment of the invention, the alkyl substituted resorcinol compound (A) is resorcinol substituted with an alkyl group having 1 to 9 carbon atoms, specifically, methylresorcinol, ethylresorcinol, propylresorcinol, butylresorcinol. , Pentyl resorcinol, hexyl resorcinol, heptyl resorcinol, octyl resorcinol and nonyl resorcinol. These alkyl-substituted resorcinol compounds (A) can be used alone or in combination of two or more.

[ポリアルデヒド化合物(B)]
本発明に係るかご型化合物の原料として用いるポリアルデヒド化合物(B)としては、分子中に2個以上のアルデヒド基を有する化合物であればよく、特に限定されない。ポリアルデヒド化合物(B)としては、具体的には、グリオキサール、マロンアルデヒド、スクシンアルデヒド、グルタルアルデヒド、アジポアルデヒド等の脂肪族ジアルデヒド;フタルアルデヒド、イソフタルアルデヒド、テレフタルアルデヒド等の芳香族ジアルデヒド;トリホルミルメタン等の脂肪族トリアルデヒド;ベンゼントリアルデヒド等の芳香族トリアルデヒド等を用いることができる。本発明の一実施形態において、ポリアルデヒド化合物(B)としては、ジアルデヒド化合物又はトリアルデヒド化合物が好ましく、炭素原子数3~10のジアルデヒド化合物又はトリアルデヒド化合物がさらに好ましい。中でも、入手が容易であることから、グルタルアルデヒド、アジポアルデヒド又はテレフタルアルデヒドが好ましい。原料として用いるポリアルデヒド化合物(B)は、1種類の化合物であってもよく、2種類以上の化合物を組み合わせて用いてもよい。
[Polyaldehyde compound (B)]
The polyaldehyde compound (B) used as a raw material for the cage-type compound according to the present invention is not particularly limited as long as it is a compound having two or more aldehyde groups in the molecule. Specific examples of the polyaldehyde compound (B) include aliphatic dialdehydes such as glyoxal, malonaldehyde, succinaldehyde, glutaaldehyde, and adipaldehyde; aromatic dialdehydes such as phthalaldehyde, isophthalaldehyde, and terephthalaldehyde. An aliphatic trialdehyde such as triformylmethane; an aromatic trialdehyde such as benzenetrialdehyde can be used. In one embodiment of the present invention, the polyaldehyde compound (B) is preferably a dialdehyde compound or a trialdehyde compound, and more preferably a dialdehyde compound or a trialdehyde compound having 3 to 10 carbon atoms. Of these, glutaraldehyde, adipaldehyde, or terephthalaldehyde is preferable because it is easily available. The polyaldehyde compound (B) used as a raw material may be one kind of compound or may be used in combination of two or more kinds of compounds.

本発明の一実施形態において、かご型化合物は、下記構造式(1)

Figure 0007095435000001
[式中RはHを除く、炭素原子数1~9のアルキル基である。]
で表される、かご型化合物である。 In one embodiment of the present invention, the cage-type compound has the following structural formula (1).
Figure 0007095435000001
[R in the formula is an alkyl group having 1 to 9 carbon atoms excluding H. ]
It is a cage-type compound represented by.

[かご型化合物の製造方法]
前記アルキル置換レゾルシノール化合物(A)と前記ポリアルデヒド化合物(B)との反応は、一般的なフェノール樹脂の製造方法と同様にして行うことができる。具体的には、アルキル置換レゾルシノール化合物(A)の合計1モルに対し、前記ポリアルデヒド化合物(B)を0.1~1.0モル、好ましくは0.1~0.5モル、より好ましくは0.2~0.4モルの範囲で用いることができ、50~200℃、好ましくは50~120℃、より好ましくは60~90℃の温度条件下で反応させる方法が挙げられる。
[Manufacturing method of cage compound]
The reaction between the alkyl-substituted resorcinol compound (A) and the polyaldehyde compound (B) can be carried out in the same manner as in a general method for producing a phenol resin. Specifically, the polyaldehyde compound (B) is 0.1 to 1.0 mol, preferably 0.1 to 0.5 mol, more preferably 0.1 to 1.0 mol, based on a total of 1 mol of the alkyl-substituted resorcinol compound (A). It can be used in the range of 0.2 to 0.4 mol, and a method of reacting under temperature conditions of 50 to 200 ° C., preferably 50 to 120 ° C., more preferably 60 to 90 ° C. can be mentioned.

〔炭素源フィラー〕
本発明の炭素源フィラーは、前記かご型化合物と、前記かご型化合物に包摂される溶媒(C)とを含有する。
[Carbon source filler]
The carbon source filler of the present invention contains the cage-type compound and the solvent (C) included in the cage-type compound.

[包摂される溶媒(C)]
包摂される溶媒(C)としては、前記かご型化合物に包摂され、炭素源となるものであれば特に限定されない。包摂される溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、テトラメチルベンゼン、メチルエチルベンゼン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン等の芳香族炭化水素溶媒や、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロメタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等のハロゲン系溶媒を好適に用いることができる。これらの包摂される溶媒(C)は1種類のみで用いることも2種以上併用することもできる。
前記かご型化合物と包摂される溶媒(C)との配合割合は、モル比で10:1~1:20が好ましく、5:1~1:10がより好ましく、2:1~1:5がさらに好ましい。
[Subsumed solvent (C)]
The solvent (C) to be included is not particularly limited as long as it is included in the cage-type compound and serves as a carbon source. The included solvent includes aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene, xylene, trimethylbenzene, tetramethylbenzene, methylethylbenzene, ethylbenzene and diethylbenzene, and halogen-based solvents such as chloroform, methylene chloride, dichloromethane, chlorobenzene and dichlorobenzene. A solvent can be preferably used. These subsumed solvents (C) can be used alone or in combination of two or more.
The mixing ratio of the cage compound and the solvent (C) to be included is preferably 10: 1 to 1:20, more preferably 5: 1 to 1:10, and 2: 1 to 1: 5 in terms of molar ratio. More preferred.

〔硬化性組成物〕
本発明の硬化性組成物は、前記かご型化合物と、前記かご型化合物に包摂される溶媒(C)と、マトリックス樹脂(D)とを含有する。
[Cursable composition]
The curable composition of the present invention contains the cage-type compound, a solvent (C) included in the cage-type compound, and a matrix resin (D).

[マトリックス樹脂(D)]
マトリックス樹脂としては、例えば硬化性樹脂を使用することができる。前記硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂等の熱硬化性樹脂の他に、機能性付与を目的にポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリケトン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂等の熱可塑性樹脂を使用することができる。中でも、フェノール樹脂を好適に用いることができる。フェノール樹脂には、レゾール樹脂、ノボラック樹脂等が含まれる。これらのマトリックス樹脂(D)は1種類のみで用いることも2種以上併用することもできる。
[Matrix resin (D)]
As the matrix resin, for example, a curable resin can be used. The curable resin includes functions in addition to thermosetting resins such as phenol resin, polyimide resin, polyamideimide resin, polyetherimide resin, bismaleimide resin, unsaturated polyester resin, epoxy resin, melamine resin, and urea resin. Thermoplastic resins such as polycarbonate resin, polyphenylene ether resin, polyethylene terephthalate resin, polybutylene terephthalate resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyether sulfone resin, polyketone resin, polyether ketone resin, polyether ether ketone resin, etc. for the purpose of imparting sex. Can be used. Above all, a phenol resin can be preferably used. The phenol resin includes a resol resin, a novolak resin and the like. These matrix resins (D) can be used alone or in combination of two or more.

レゾール樹脂としては、例えば、フェノール、クレゾールやキシレノール等のアルキルフェノール、フェニルフェノール、レゾルシノール、ビフェニル、ビスフェノールAやビスフェノールF等のビスフェノール、ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のフェノール性水酸基含有化合物と、アルデヒド化合物とをアルカリ性触媒条件下で反応させて得られる重合体が挙げられる。 Examples of the resole resin include phenol, alkylphenols such as cresol and xylenol, bisphenols such as phenylphenol, resorcinol, biphenyl, bisphenol A and bisphenol F, phenolic hydroxyl group-containing compounds such as naphthol and dihydroxynaphthalene, and aldehyde compounds which are alkaline. Examples thereof include a polymer obtained by reacting under catalytic conditions.

ノボラック樹脂としては、フェノール、クレゾールやキシレノール等のアルキルフェノール、フェニルフェノール、レゾルシノール、ビフェニル、ビスフェノールAやビスフェノールF等のビスフェノール、ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のフェノール性水酸基含有化合物と、アルデヒド化合物とを酸性触媒条件下で反応させて得られる重合体が挙げられる。 As the novolak resin, phenol, alkylphenols such as cresol and xylenol, phenylphenols, resorcinols, biphenyls, bisphenols such as bisphenol A and bisphenol F, phenolic hydroxyl group-containing compounds such as naphthol and dihydroxynaphthalene, and aldehyde compounds are used as acidic catalyst conditions. Examples thereof include the polymer obtained by reacting below.

炭素源フィラーとマトリックス樹脂との配合量は、マトリックス樹脂の固形分100質量部に対し、炭素源フィラーが1~30質量部となる割合であることが好ましく、3~20質量部となる割合であることがより好ましく、5~15質量部となる割合であることがさらに好ましい。 The blending amount of the carbon source filler and the matrix resin is preferably 1 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the solid content of the matrix resin, and is preferably 3 to 20 parts by mass. It is more preferable that the amount is 5 to 15 parts by mass, and the ratio is more preferably 5 to 15 parts by mass.

本発明の硬化性組成物は、硬化剤(E1)及び/又は硬化触媒(E2)をさらに含有してもよい。 The curable composition of the present invention may further contain a curing agent (E1) and / or a curing catalyst (E2).

[硬化剤(E1)]
硬化剤(E1)としては、例えば、メチロール基、アルコキシメチル基、アシロキシメチル基から選ばれる少なくとも一つの基で置換されたメラミン化合物、グアナミン化合物、グリコールウリル化合物、ウレア化合物、レゾール樹脂、エポキシ化合物、イソシアネート化合物、アジド化合物、アルケニルエーテル基等の2重結合を含む化合物、酸無水物、オキサゾリン化合物等が挙げられる。これらの硬化剤(E1)は1種類のみで用いることも2種以上併用することもできる。
[Curing agent (E1)]
Examples of the curing agent (E1) include a melamine compound, a guanamine compound, a glycol uryl compound, a urea compound, a resol resin, and an epoxy compound substituted with at least one group selected from a methylol group, an alkoxymethyl group, and an acyloxymethyl group. , An isocyanate compound, an azido compound, a compound containing a double bond such as an alkenyl ether group, an acid anhydride, an oxazoline compound and the like. These curing agents (E1) may be used alone or in combination of two or more.

前記メラミン化合物は、例えば、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンの1~6個のメチロール基がメトキシメチル化した化合物、ヘキサメトキシエチルメラミン、ヘキサアシロキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンのメチロール基の1~6個がアシロキシメチル化した化合物等が挙げられる。 The melamine compound is, for example, a compound in which 1 to 6 methylol groups of hexamethylol melamine, hexamethoxymethyl melamine, and hexamethylol melamine are methoxymethylated, hexamethoxyethyl melamine, hexaacyloxymethyl melamine, and methylol of hexamethylol melamine. Examples thereof include compounds in which 1 to 6 groups are asyloxymethylated.

前記グアナミン化合物は、例えば、テトラメチロールグアナミン、テトラメトキシメチルグアナミン、テトラメトキシメチルベンゾグアナミン、テトラメチロールグアナミンの1~4個のメチロール基がメトキシメチル化した化合物、テトラメトキシエチルグアナミン、テトラアシロキシグアナミン、テトラメチロールグアナミンの1~4個のメチロール基がアシロキシメチル化した化合物等が挙げられる。 The guanamine compound is, for example, a compound in which 1 to 4 methylol groups of tetramethylol guanamine, tetramethoxymethyl guanamine, tetramethoxymethylbenzoguanamine, and tetramethylol guanamine are methoxymethylated, tetramethoxyethyl guanamine, tetraacyloxyguanamine, and tetra. Examples thereof include a compound in which 1 to 4 methylol groups of methylolguanamine are acyloxymethylated.

前記グリコールウリル化合物は、例えば、1,3,4,6-テトラキス(メトキシメチル)グリコールウリル、1,3,4,6-テトラキス(ブトキシメチル)グリコールウリル、1,3,4,6-テトラキス(ヒドロキシメチル)グリコールウリル等が挙げられる。 The glycoluril compound is, for example, 1,3,4,6-tetrakis (methoxymethyl) glycoluril, 1,3,4,6-tetrakis (butoxymethyl) glycoluril, 1,3,4,6-tetrakis (1,3,4,6-tetrakis). Hydroxymethyl) glycol uryl and the like can be mentioned.

前記ウレア化合物は、例えば、1,3-ビス(ヒドロキシメチル)尿素、1,1,3,3-テトラキス(ブトキシメチル)尿素及び1,1,3,3-テトラキス(メトキシメチル)尿素等が挙げられる。 Examples of the urea compound include 1,3-bis (hydroxymethyl) urea, 1,1,3,3-tetrakis (butoxymethyl) urea and 1,1,3,3-tetrakis (methoxymethyl) urea. Be done.

前記レゾール樹脂は、例えば、フェノール、クレゾールやキシレノール等のアルキルフェノール、フェニルフェノール、レゾルシノール、ビフェニル、ビスフェノールAやビスフェノールF等のビスフェノール、ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のフェノール性水酸基含有化合物と、アルデヒド化合物とをアルカリ性触媒条件下で反応させて得られる重合体が挙げられる。 The resole resin is, for example, phenol, an alkylphenol such as cresol or xylenol, a phenylphenol, a resorcinol, a biphenyl, a bisphenol such as bisphenol A or bisphenol F, a phenolic hydroxyl group-containing compound such as naphthol or dihydroxynaphthalene, and an aldehyde compound which is alkaline. Examples thereof include a polymer obtained by reacting under catalytic conditions.

前記エポキシ化合物は、例えば、トリス(2,3-エポキシプロピル)イソシアヌレート、トリメチロールメタントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、トリエチロールエタントリグリシジルエーテル等が挙げられる。 Examples of the epoxy compound include tris (2,3-epoxypropyl) isocyanurate, trimethylolmethane triglycidyl ether, trimethylolpropane triglycidyl ether, and trimethylolethane triglycidyl ether.

前記イソシアネート化合物は、例えば、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、シクロヘキサンジイソシアネート等が挙げられる。 Examples of the isocyanate compound include tolylene diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, cyclohexane diisocyanate and the like.

前記アジド化合物は、例えば、1,1’-ビフェニル-4,4’-ビスアジド、4,4’-メチリデンビスアジド、4,4’-オキシビスアジド等が挙げられる。 Examples of the azide compound include 1,1'-biphenyl-4,4'-bis azide, 4,4'-methylidene bis azide, 4,4'-oxybis azide and the like.

前記アルケニルエーテル基等の2重結合を含む化合物は、例えば、エチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、1,2-プロパンジオールジビニルエーテル、1,4-ブタンジオールジビニルエーテル、テトラメチレングリコールジビニルエーテル、ネオペンチルグリコールジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、1,4-シクロヘキサンジオールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、ソルビトールテトラビニルエーテル、ソルビトールペンタビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル等が挙げられる。 Examples of the compound containing a double bond such as an alkenyl ether group include ethylene glycol divinyl ether, triethylene glycol divinyl ether, 1,2-propanediol divinyl ether, 1,4-butanediol divinyl ether, and tetramethylene glycol divinyl ether. , Neopentyl glycol divinyl ether, trimethylol propanetrivinyl ether, hexanediol divinyl ether, 1,4-cyclohexanediol divinyl ether, pentaerythritol trivinyl ether, pentaerythritol tetravinyl ether, sorbitol tetravinyl ether, sorbitol pentavinyl ether, trimethylolpropanetrivinyl ether. And so on.

前記酸無水物は例えば、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、4,4’-(イソプロピリデン)ジフタル酸無水物、4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物等の芳香族酸無水物;無水テトラヒドロフタル酸、無水メチルテトラヒドロフタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水メチルヘキサヒドロフタル酸、無水エンドメチレンテトラヒドロフタル酸無水ドデセニルコハク酸、無水トリアルキルテトラヒドロフタル酸等の脂環式カルボン酸無水物等が挙げられる。 The acid anhydride is, for example, phthalic anhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride, 3,3', 4,4'-benzophenone tetracarboxylic acid dianhydride, biphenyltetracarboxylic acid dianhydride, 4,4. Aromatic acid anhydrides such as'-(isopropyridene) diphthalic acid anhydride, 4,4'-(hexafluoroisopropyridene) diphthalic acid anhydride; tetrahydrophthalic anhydride, methyltetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride , Anhydrous methylhexahydrophthalic acid, Endomethylenetetrahydrophthalic anhydride Dodecenylsuccinic anhydride, Trialkyltetrahydrophthalic anhydride and the like alicyclic carboxylic acid anhydrides and the like can be mentioned.

本発明の硬化性組成物における前記硬化剤の配合量は、マトリックス樹脂100質量部に対し、0.1~50質量部となる割合であることが好ましく、0.2~30質量部となる割合であることがより好ましく、0.5~20質量部となる割合であることがさらに好ましい。 The blending amount of the curing agent in the curable composition of the present invention is preferably 0.1 to 50 parts by mass, and 0.2 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the matrix resin. Is more preferable, and the ratio is more preferably 0.5 to 20 parts by mass.

[硬化触媒(E2)]
硬化触媒(E2)としては、例えば、リン酸等の無機酸;ドデシルベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸等の有機酸及びこれらをアミン等でブロックしたもの等を好ましく使用することができる。これらの硬化触媒(E2)は1種類のみで用いることも2種以上併用することもできる。本発明の硬化性組成物における前記硬化触媒の配合量は、マトリックス樹脂100質量部に対し、0.1~30質量部となる割合であることが好ましく、1~20質量部となる割合であることがより好ましく、3~15質量部となる割合であることがさらに好ましい。
[Curing catalyst (E2)]
As the curing catalyst (E2), for example, an inorganic acid such as phosphoric acid; an organic acid such as dodecylbenzenesulfonic acid or toluenesulfonic acid, or a substance obtained by blocking these with an amine or the like can be preferably used. These curing catalysts (E2) may be used alone or in combination of two or more. The blending amount of the curing catalyst in the curable composition of the present invention is preferably 0.1 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the matrix resin, and is preferably 1 to 20 parts by mass. It is more preferable, and it is further preferable that the ratio is 3 to 15 parts by mass.

また、前記硬化性樹脂の粘度は、繊維材料への含浸性がより向上することから、200~8000mPa・s(25℃)の範囲が好ましい。 Further, the viscosity of the curable resin is preferably in the range of 200 to 8000 mPa · s (25 ° C.) because the impregnation property into the fiber material is further improved.

〔繊維強化複合材料〕
本発明の繊維強化複合材料は、繊維材料(F)と、前記かご型化合物と、前記かご型化合物に包摂される溶媒(C)と、マトリックス樹脂(D)とを含有する。
前記繊維強化複合材料は、硬化性組成物が繊維材料に含浸した複合材料であり、前記繊維強化複合材料を得る方法としては、硬化性組成物を構成する各成分を均一に混合し、次いでこれを繊維材料(F)に含浸した後、硬化させることにより製造する方法が挙げられる。
[Fiber reinforced composite material]
The fiber-reinforced composite material of the present invention contains a fiber material (F), the cage-type compound, a solvent (C) included in the cage-type compound, and a matrix resin (D).
The fiber-reinforced composite material is a composite material in which the curable composition is impregnated into the fiber material, and as a method for obtaining the fiber-reinforced composite material, each component constituting the curable composition is uniformly mixed, and then this is used. Is impregnated into the fiber material (F) and then cured to produce the fiber material (F).

硬化させる際の硬化温度は、具体的には、50~250℃の温度範囲であることが好ましく、特に、50~100℃で硬化させ、タックフリー状の硬化物にした後、更に、120~200℃の温度条件で処理することが好ましい。 Specifically, the curing temperature at the time of curing is preferably in the temperature range of 50 to 250 ° C., and in particular, after curing at 50 to 100 ° C. to form a tack-free cured product, further 120 to 120 to It is preferable to treat at a temperature condition of 200 ° C.

ここで、繊維材料(F)は、有撚糸、解撚糸、又は無撚糸などいずれでも良いが、解撚糸や無撚糸が、硬化性組成物の含浸性と機械強度を両立することから、好ましい。さらに、強化繊維材料(F)の形態は、繊維方向が一方向に引き揃えたものや、織物が使用できる。織物では、平織り、朱子織りなどから、使用する部位や用途に応じて自由に選択することができる。具体的には、機械強度や耐久性に優れることから、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維などが挙げられ、これらの2種以上を併用することもできる。これらの中でもとりわけ成形品の強度が良好なものとなる点から炭素繊維やガラス繊維が好ましい。ここで、硬化性組成物を繊維材料に含浸して繊維強化複合材料とする際の繊維材料の使用量は、該繊維強化複合材料中の繊維材料の体積含有率が25%~85%の範囲となる量であることが好ましく、40~70質量%の範囲がより好ましい。繊維含有率が低いと、高強度な成形品が得られない可能性があり、繊維含有率が高いと、繊維への硬化性組成物の含浸性が不十分で、成形品に膨れが生じ、やはり高強度な成形品が得られない可能性がある。 Here, the fiber material (F) may be twisted yarn, untwisted yarn, untwisted yarn, or the like, but untwisted yarn or untwisted yarn is preferable because it has both impregnation property and mechanical strength of the curable composition. Further, as the form of the reinforcing fiber material (F), a material in which the fiber directions are aligned in one direction or a woven fabric can be used. For woven fabrics, plain weaves, satin weaves, and the like can be freely selected according to the part to be used and the intended use. Specific examples thereof include carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, boron fiber, alumina fiber, silicon carbide fiber and the like because of their excellent mechanical strength and durability, and two or more of these can be used in combination. Among these, carbon fiber and glass fiber are particularly preferable because the strength of the molded product is good. Here, the amount of the fiber material used when the curable composition is impregnated into the fiber material to form a fiber-reinforced composite material is such that the volume content of the fiber material in the fiber-reinforced composite material is in the range of 25% to 85%. The amount is preferably in the range of 40 to 70% by mass, more preferably. If the fiber content is low, a high-strength molded product may not be obtained, and if the fiber content is high, the impregnation property of the curable composition into the fiber is insufficient, causing swelling of the molded product. After all, there is a possibility that a high-strength molded product cannot be obtained.

本発明の炭素繊維強化炭素複合材料の成分として、例えば、重合禁止剤、硬化促進剤、充填剤、低収縮剤、離型剤、増粘剤、減粘剤、顔料、酸化防止剤、可塑剤、難燃剤、抗菌剤、紫外線安定剤、補強材、光硬化剤等をさらに含有することができる。 As components of the carbon fiber reinforced carbon composite material of the present invention, for example, a polymerization inhibitor, a curing accelerator, a filler, a low shrinkage agent, a release agent, a thickener, a thickener, a pigment, an antioxidant, a plasticizer. , A flame retardant, an antibacterial agent, an ultraviolet stabilizer, a reinforcing material, a photocuring agent and the like can be further contained.

[炭素繊維強化炭素複合材料]
本発明の一実施形態において、繊維材料(F)として炭素繊維材料(F1)を用いることができる。
前記炭素繊維材料(F1)としては、2.5~50mmの長さにカットした炭素繊維が用いられることが好ましいが、成形時の金型内流動性、成形品の外観及び機械的物性がより向上することから、5~40mmにカットした炭素繊維がより好ましい。
[Carbon fiber reinforced carbon composite material]
In one embodiment of the present invention, the carbon fiber material (F1) can be used as the fiber material (F).
As the carbon fiber material (F1), carbon fibers cut to a length of 2.5 to 50 mm are preferably used, but the fluidity in the mold at the time of molding, the appearance of the molded product, and the mechanical properties are more favorable. Carbon fibers cut to 5 to 40 mm are more preferable because of the improvement.

前記炭素繊維材料(F1)としては、 ポリアクリロニトリル系、ピッチ系、レーヨン系等の各種のものが使用できるが、これらの中でも、容易に高強度の炭素繊維が得られることから、ポリアクリロニトリル系のものが好ましい。 As the carbon fiber material (F1), various materials such as polyacrylonitrile-based, pitch-based, and rayon-based materials can be used. Among these, polyacrylonitrile-based materials can be easily obtained because high-strength carbon fibers can be easily obtained. Those are preferable.

また、前記炭素繊維材料(F1)として使用される繊維束のフィラメント数は、含浸性及び成形品の機械的物性がより向上することから、1000~60000が好ましい。 The number of filaments of the fiber bundle used as the carbon fiber material (F1) is preferably 1000 to 60,000 because the impregnation property and the mechanical properties of the molded product are further improved.

また、本発明の炭素繊維強化炭素複合材料中の前記炭素繊維材料(F1)は、繊維方向がランダムな状態で樹脂に含浸している。 Further, the carbon fiber material (F1) in the carbon fiber reinforced carbon composite material of the present invention is impregnated with a resin in a state where the fiber directions are random.

[ガラス繊維強化炭素複合材料]
本発明の一実施形態において、繊維材料(F)としてガラス繊維材料(F2)を用いることができる。
ガラス繊維材料(F2)としては、特に限定されないが、繊維径が、50nm~2μmのものを用いることが好ましく、100nm~900nmのものを用いることがより好ましい。
[Glass fiber reinforced carbon composite material]
In one embodiment of the present invention, the glass fiber material (F2) can be used as the fiber material (F).
The glass fiber material (F2) is not particularly limited, but it is preferable to use a glass fiber material having a fiber diameter of 50 nm to 2 μm, and more preferably a glass fiber material (F2) having a fiber diameter of 100 nm to 900 nm.

〔繊維強化成形品〕
本発明の繊維強化成形品は、繊維材料(F)と、前記かご型化合物、前記かご型化合物に包摂される溶媒(C)及びマトリックス樹脂(D)を含む硬化性組成物とを含有する。
本発明の繊維強化成形品は、前記硬化性組成物が繊維材料(F)に含浸した成形品であり、前記繊維強化成形品を得る方法としては、型に繊維骨材を敷き、前記硬化性組成物を多重積層してゆくハンドレイアップ法やスプレーアップ法、オス型・メス型のいずれかを使用し、繊維材料(F)に前記硬化性組成物を含浸させながら積み重ねて成形、圧力を成形物に作用させることのできるフレキシブルな型をかぶせ、気密シールしたものを真空(減圧)成型する真空バッグ法、あらかじめ繊維材料(F)に前記硬化性組成物を含浸させ、シート状にしたものを金型で圧縮成型するSMCプレス法、繊維を敷き詰めた合わせ型に前記硬化性組成物を注入するRTM法などにより、繊維材料(F)に前記硬化性組成物を含浸させたプリプレグを製造し、これを大型のオートクレーブで焼き固める方法などが挙げられる。なお、前記で得られた繊維強化成形品は、繊維材料(F)と前記硬化性組成物の硬化物とを有する成形品である。
[Fiber reinforced molded product]
The fiber-reinforced molded product of the present invention contains a fiber material (F) and a curable composition containing the cage-type compound, the solvent (C) included in the cage-type compound, and the matrix resin (D).
The fiber-reinforced molded product of the present invention is a molded product in which the curable composition is impregnated with the fiber material (F), and as a method for obtaining the fiber-reinforced molded product, a fiber aggregate is laid in a mold and the curability is obtained. Using either the hand lay-up method, the spray-up method, or the male type or the female type, in which the compositions are laminated in multiple layers, the fiber material (F) is impregnated with the curable composition and stacked to form and pressurize. A vacuum bag method in which a flexible mold that can act on a molded product is covered and the airtightly sealed material is vacuum (decompressed) molded. The fiber material (F) is impregnated with the curable composition in advance to form a sheet. A prepreg in which the fiber material (F) is impregnated with the curable composition is manufactured by an SMC press method in which the fibers are compression-molded with a mold, an RTM method in which the curable composition is injected into a combined mold in which fibers are spread, and the like. , There is a method of baking this in a large autoclave. The fiber-reinforced molded product obtained above is a molded product having the fiber material (F) and the cured product of the curable composition.

以下に実施例を示して本発明を更に具体的に説明するが、これらの実施例により本発明の解釈が限定されるものではない。なお、合成した化合物の数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、及び多分散度(Mw/Mn)は、下記のGPCの測定条件で測定したものである。
[GPCの測定条件]
測定装置:東ソー株式会社製「HLC-8220 GPC」
カラム:昭和電工株式会社製「Shodex KF802」(8.0mmφ×300mm)+昭和電工株式会社「Shodex KF803」(8.0mmφ×300mm)+「Shodex KF804」(8.0mmφ×300mm)
カラム温度:40℃
検出器:RI(示差屈折計)
データ処理:東ソー株式会社製「GPC-8020モデルIIバージョン4.30」
展開溶媒:テトラヒドロフラン
流速:1.0mL/分
試料:樹脂固形分換算で0.5質量%のテトラヒドロフラン溶液をマイクロフィルターでろ過したもの
注入量:0.1mL
標準試料:下記単分散ポリスチレン
(標準試料:単分散ポリスチレン)
東ソー株式会社「A-500」
東ソー株式会社「A-2500」
東ソー株式会社「A-5000」
東ソー株式会社「F-1」
東ソー株式会社「F-2」
東ソー株式会社「F-4」
東ソー株式会社「F-10」
東ソー株式会社「F-20」
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but these examples do not limit the interpretation of the present invention. The number average molecular weight (Mn), weight average molecular weight (Mw), and polydispersity (Mw / Mn) of the synthesized compound were measured under the following GPC measurement conditions.
[GPC measurement conditions]
Measuring device: "HLC-8220 GPC" manufactured by Tosoh Corporation
Column: Showa Denko Corporation "Shodex KF802" (8.0 mmφ x 300 mm) + Showa Denko Co., Ltd. "Shodex KF803" (8.0 mmφ x 300 mm) + "Shodex KF804" (8.0 mmφ x 300 mm)
Column temperature: 40 ° C
Detector: RI (Differential Refractometer)
Data processing: "GPC-8020 Model II Version 4.30" manufactured by Tosoh Corporation
Developing solvent: Tetrahydrofuran Flow rate: 1.0 mL / min Sample: Tetrahydrofuran solution of 0.5% by mass in terms of resin solid content filtered through a microfilter Injection volume: 0.1 mL
Standard sample: The following monodisperse polystyrene (standard sample: monodisperse polystyrene)
Tosoh Corporation "A-500"
Tosoh Corporation "A-2500"
Tosoh Corporation "A-5000"
Tosoh Corporation "F-1"
Tosoh Corporation "F-2"
Tosoh Corporation "F-4"
Tosoh Corporation "F-10"
Tosoh Co., Ltd. "F-20"

また、H-NMRスペクトルの測定は、日本電子(株)製「AL-400」を用い、試料のDMSO-d溶液を分析して構造解析を行った。以下に、H-NMRスペクトルの測定条件を示す。
H-NMRスペクトル測定条件]
測定モード:SGNNE(NOE消去の1H完全デカップリング法)
パルス角度:45℃パルス
試料濃度:30wt%
積算回数:10000回
1 For the measurement of the 1 H-NMR spectrum, "AL-400" manufactured by JEOL Ltd. was used, and the DMSO - d6 solution of the sample was analyzed for structural analysis. The measurement conditions of 1 H-NMR spectrum are shown below.
[ 1 1 H-NMR spectrum measurement conditions]
Measurement mode: SGNNE (1H complete decoupling method for NOE elimination)
Pulse angle: 45 ° C pulse Sample concentration: 30 wt%
Accumulation number: 10,000 times

また、13C-NMRスペクトルの測定は、日本電子(株)製「AL-400」を用い、試料のDMSO-d溶液を分析して構造解析を行った。以下に、13C-NMRスペクトルの測定条件を示す。
13C-NMRスペクトル測定条件]
測定モード:SGNNE(NOE消去の1H完全デカップリング法)
パルス角度:45℃パルス
試料濃度:30wt%
積算回数:10000回
For the measurement of the 13 C-NMR spectrum, "AL-400" manufactured by JEOL Ltd. was used, and the DMSO - d6 solution of the sample was analyzed for structural analysis. The measurement conditions of the 13 C-NMR spectrum are shown below.
[ 13 C-NMR spectrum measurement conditions]
Measurement mode: SGNNE (1H complete decoupling method for NOE elimination)
Pulse angle: 45 ° C pulse Sample concentration: 30 wt%
Accumulation number: 10,000 times

MALDI-TOF-MSスペクトルの測定は、島津製作所(株)製「AXIMA TOF2」を用い、マトリックスにジスラノール、カチオン化剤にトリフルオロ酢酸ナトリウムを用いて試料を分析して分子量解析を行った。
測定モード:リニアーモード
試料調整:サンプル/ジスラノール/トリフルオロ酢酸ナトリウム/THF=10/10/1/1
For the measurement of the MALDI-TOF-MS spectrum, "AXIMA TOF2" manufactured by Shimadzu Corporation was used, and the sample was analyzed using disanol as the matrix and sodium trifluoroacetate as the cationizing agent to perform molecular weight analysis.
Measurement mode: Linear mode Sample preparation: Sample / Dislanol / Sodium trifluoroacetate / THF = 10/10/1/1

[製造例1 かご型化合物1(2MeNoria)の合成]
ジムロートコンデンサー、温度計を設置した500ml3つ口ナス型フラスコに2-メチルレゾルシノール25g(0.2mol)、50%グルタルアルデヒド水溶液10g(0.05mol)を投入し、工業用エタノール50mlに溶解した。撹拌しながら氷浴中で37%塩酸20mlを10分かけて滴下し、内容物の温度上昇が無いことを確認した後、油浴中で80℃、48時間還流撹拌し反応を行った。反応終了後、フラスコ内容物を1000mlの水に滴下して再沈殿操作を行い、沈殿物を濾別分取した。分取した沈殿物を100℃の真空乾燥機内で24時間乾燥した後、工業用エタノール50mlに再溶解し、500mlのジエチルエーテルに滴下することで再沈殿操作を行った。得られた沈殿物を濾別した後、50mlのジエチルエーテルで10回洗浄した後、120℃の真空乾燥機内で24時間乾燥することでかご型化合物1の黄色粉末8.6gを収率49.3%で得た。化合物の同定はゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)、H-NMR、13C-NMR、MALDI-TOF-MSで行った。結果をそれぞれ図1から4に示す。GPCではMn1,745、Mw1,787、Mw/Mn1.02の鋭い一本ピークとして観測され(図1)、MALDI-TOF-MSではかご型化合物1の形成を示す1,897のピークが観測された(図4)。

Figure 0007095435000002
[Production Example 1 Synthesis of Squirrel-cage Compound 1 (2MeNoria)]
25 g (0.2 mol) of 2-methylresorcinol and 10 g (0.05 mol) of a 50% glutaraldehyde aqueous solution were put into a 500 ml three-necked eggplant-shaped flask equipped with a Jimroth condenser and a thermometer, and dissolved in 50 ml of industrial ethanol. While stirring, 20 ml of 37% hydrochloric acid was added dropwise over 10 minutes in an ice bath, and after confirming that the temperature of the contents did not rise, the reaction was carried out by reflux stirring at 80 ° C. for 48 hours in an oil bath. After completion of the reaction, the contents of the flask were added dropwise to 1000 ml of water to perform a reprecipitation operation, and the precipitate was separated by filtration. The separated precipitate was dried in a vacuum dryer at 100 ° C. for 24 hours, redissolved in 50 ml of industrial ethanol, and added dropwise to 500 ml of diethyl ether to perform a reprecipitation operation. The obtained precipitate was separated by filtration, washed 10 times with 50 ml of diethyl ether, and dried in a vacuum dryer at 120 ° C. for 24 hours to obtain 8.6 g of the yellow powder of the cage compound 1 in a yield of 49. Obtained at 3%. Compounds were identified by gel permeation chromatography (GPC), 1 H-NMR, 13 C-NMR, and MALDI-TOF-MS. The results are shown in FIGS. 1 to 4, respectively. In GPC, Mn1,745, Mw1,787, and Mw / Mn1.02 were observed as sharp single peaks (Fig. 1), and in MALDI-TOF-MS, 1,897 peaks indicating the formation of cage compound 1 were observed. (Fig. 4).
Figure 0007095435000002

[比較製造例1 かご型化合物2(Noria)の合成]
ジムロートコンデンサー、温度計を設置した500ml3つ口ナス型フラスコにレゾルシノール44g(0.4mol)、50%グルタルアルデヒド水溶液20g(0.1mol)を投入し、工業用エタノール90mlに溶解した。撹拌しながら氷浴中で37%塩酸60mlを30分かけて滴下し、内容物の温度上昇が無いことを確認した後、油浴中で80℃、48時間還流撹拌し反応を行った。反応終了後、フラスコ内容物を1000mlのメタノールに滴下して再沈殿操作を行い、沈殿物を濾別分取した。分取した沈殿物を100℃の真空乾燥機内で24時間乾燥した後、工業用エタノール50mlに再溶解し、500mlのジエチルエーテルに滴下することで再沈殿操作を行った。得られた沈殿物を濾別した後、50mlのジエチルエーテルで10回洗浄した後、100℃の真空乾燥機内で24時間乾燥することでかご型化合物2の黄色粉末22.4gを収率78.9%で得た。同定はGPCで行い、Mn1,578、Mw1,672、Mw/Mn1.06の一本ピークとして観測された(図5)。

Figure 0007095435000003
[Comparative Production Example 1 Synthesis of Squirrel-cage Compound 2 (Noria)]
44 g (0.4 mol) of resorcinol and 20 g (0.1 mol) of a 50% glutaraldehyde aqueous solution were put into a 500 ml three-necked eggplant-shaped flask equipped with a Jimroth condenser and a thermometer, and dissolved in 90 ml of industrial ethanol. While stirring, 60 ml of 37% hydrochloric acid was added dropwise over 30 minutes in an ice bath, and after confirming that the temperature of the contents did not rise, the reaction was carried out by reflux stirring at 80 ° C. for 48 hours in an oil bath. After completion of the reaction, the contents of the flask were added dropwise to 1000 ml of methanol to perform a reprecipitation operation, and the precipitate was separated by filtration. The separated precipitate was dried in a vacuum dryer at 100 ° C. for 24 hours, redissolved in 50 ml of industrial ethanol, and added dropwise to 500 ml of diethyl ether to perform a reprecipitation operation. The obtained precipitate was separated by filtration, washed 10 times with 50 ml of diethyl ether, and dried in a vacuum dryer at 100 ° C. for 24 hours to obtain 22.4 g of a yellow powder of cage-type compound 2 in a yield of 78. Obtained at 9%. Identification was performed by GPC, and it was observed as a single peak of Mn1,578, Mw1,672, and Mw / Mn1.06 (FIG. 5).
Figure 0007095435000003

[合成例1 マトリックス樹脂の合成]
冷却管を設置した2000ml4口フラスコにフェノール462g、42%ホルマリン水溶液639g、トリエチルアミン15gを仕込み、70℃のオイルバス中で2時間加熱、攪拌し反応させた。減圧脱水とともに50℃まで降温し、樹脂水溶液1200gを得た。樹脂pHは8.2、135℃不揮発分は72%であった。得られた樹脂溶液のうち200mlを2000mlのジエチルエーテルに滴下することで再沈殿操作を行った。得られた沈殿物を濾別した後、500mlのジエチルエーテルで10回洗浄した後、60℃の真空乾燥機内で72時間乾燥することでフェノール樹脂の褐色粉末104gを得た。同様に再沈殿、乾燥の操作を繰返し、マトリックス樹脂粉末507gを得た。
[Synthesis Example 1 Synthesis of Matrix Resin]
462 g of phenol, 639 g of 42% formalin aqueous solution, and 15 g of triethylamine were charged in a 2000 ml 4-neck flask provided with a cooling tube, and heated in an oil bath at 70 ° C. for 2 hours, stirred and reacted. The temperature was lowered to 50 ° C. with dehydration under reduced pressure to obtain 1200 g of an aqueous resin solution. The resin pH was 8.2, and the non-volatile content at 135 ° C. was 72%. A reprecipitation operation was performed by dropping 200 ml of the obtained resin solution onto 2000 ml of diethyl ether. The obtained precipitate was separated by filtration, washed 10 times with 500 ml of diethyl ether, and dried in a vacuum dryer at 60 ° C. for 72 hours to obtain 104 g of a brown powder of phenol resin. Similarly, the operations of reprecipitation and drying were repeated to obtain 507 g of matrix resin powder.

[実施例1、2及び比較例1、2]
製造例1、比較製造例1で得られたかご型化合物1、かご型化合物2及びマトリックス樹脂について、下記の要領で評価した。
[Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2]
The cage-type compound 1, the cage-type compound 2, and the matrix resin obtained in Production Example 1 and Comparative Production Example 1 were evaluated in the following manner.

凝集体の製造
かご型化合物1、かご型化合物2又はマトリックス樹脂の20質量%エタノール溶液10gを100質量部のトルエン又はジクロロメタンに添加し、再沈殿操作を行った。沈殿物を濾別し、得られた沈殿物を120℃の真空乾燥機で24時間乾燥を行い、表面に付着した揮発成分を除去し、凝集体を得た。
Production of Aggregates 10 g of a 20 mass% ethanol solution of cage compound 1, cage compound 2 or matrix resin was added to 100 parts by mass of toluene or dichloromethane, and a reprecipitation operation was performed. The precipitate was separated by filtration, and the obtained precipitate was dried in a vacuum dryer at 120 ° C. for 24 hours to remove volatile components adhering to the surface to obtain an aggregate.

凝集体の組成比
得られた凝集体のH-NMRを測定し、ピークの面積比より各化合物1分子を1としたときの包接された溶媒の値を算出した。
Composition ratio of agglomerates 1 1 H-NMR of the obtained agglomerates was measured, and the value of the encapsulated solvent when 1 molecule of each compound was set to 1 was calculated from the area ratio of the peak.

残炭率の測定
残炭率評価は、示差熱熱重量同時測定装置(TG/DTA)を用い、下記条件で、かご型化合物1、かご型化合物2又はマトリックス樹脂を一定速度で昇温時の重量減少を測定し、600℃における炭化率の値を残炭率とした。
測定機器:セイコーインスツールメント社製TG/DTA 6200
測定範囲:RT~600℃
昇温速度:10℃/分
雰囲気:窒素
Measurement of residual carbonization rate The residual carbonization rate is evaluated by using a differential thermal weight simultaneous measurement device (TG / DTA) and when the temperature of the cage compound 1, cage compound 2 or matrix resin is raised at a constant rate under the following conditions. The weight loss was measured, and the value of the carbonization rate at 600 ° C. was taken as the residual coal rate.
Measuring equipment: TG / DTA 6200 manufactured by Seiko Instruments
Measurement range: RT-600 ° C
Temperature rise rate: 10 ° C / min Atmosphere: Nitrogen

Figure 0007095435000004
Figure 0007095435000004

[実施例3、4及び比較例3、4]
さらに、実施例1、2及び比較例1で得られた凝集体について、以下の要領で評価した。
[Examples 3 and 4 and Comparative Examples 3 and 4]
Further, the aggregates obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were evaluated in the following manner.

硬化性組成物の製造
実施例1、2及び比較例1で得られた凝集体を、マトリックス樹脂、ジエチレングリコール(DEG)及びエタノールと混合し、硬化性組成物を得た(それぞれ実施例3、4及び比較例3)。さらに、比較例4として凝集体を混合していないものを準備した。
Production of Curable Composition The aggregates obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were mixed with a matrix resin, diethylene glycol (DEG) and ethanol to obtain a curable composition (Examples 3 and 4, respectively). And Comparative Example 3). Further, as Comparative Example 4, a product not mixed with aggregates was prepared.

曲げ特性(曲げ強度、伸度及び弾性率)の測定
ガラス板上に300g/m目付の50×50mmガラスマット2枚を置き、実施例3、4及び比較例3、4の硬化性組成物を72g/mになるようにローラーで塗布した。塗布したサンプルを48時間室温で養生後、110℃×5分+170℃×10分の条件で恒温乾燥機にて試験片の乾燥・硬化を行った後、得られた硬化物をJIS K7017 A法に従い曲げ特性を測定した。
Measurement of bending characteristics (bending strength, elongation and elastic modulus) Two 50 × 50 mm glass mats with a basis weight of 300 g / m were placed on a glass plate, and the curable compositions of Examples 3 and 4 and Comparative Examples 3 and 4 were placed. Was applied with a roller so as to be 72 g / m 2 . After curing the applied sample at room temperature for 48 hours, the test piece was dried and cured in a constant temperature dryer under the conditions of 110 ° C. x 5 minutes + 170 ° C. x 10 minutes, and then the obtained cured product was subjected to JIS K7017 A method. The bending characteristics were measured according to the above.

Figure 0007095435000005
Figure 0007095435000005

以上より、本発明のかご型化合物は、かご型化合物が溶媒を取り込む包接挙動を利用することにより、溶媒も炭素源として取込むことで、残炭率が高くなることから、炭素源フィラーとして有用であることが明らかとなった。
また、本発明のかご型化合物を用いた硬化性組成物の硬化物は、ナノカーボン素材を用いたものと同等以上の曲げ特性を有しており、繊維強化複合材料の含浸用組成物として有用であることが明らかとなった。
さらに、添加剤として用いられるフラーレンやカーボンナノチューブ等のナノカーボン素材と比して、工業的大量合成が可能であり、且つ低コストであることから、産業上での優位性、有用性が高いものである。
From the above, the cage-type compound of the present invention can be used as a carbon source filler because the residual carbon ratio increases by incorporating the solvent as a carbon source by utilizing the inclusion behavior in which the cage-type compound takes in the solvent. It turned out to be useful.
Further, the cured product of the curable composition using the cage-type compound of the present invention has bending characteristics equal to or higher than those using the nanocarbon material, and is useful as an impregnating composition of the fiber-reinforced composite material. It became clear that.
Furthermore, compared to nanocarbon materials such as fullerenes and carbon nanotubes used as additives, industrial mass synthesis is possible and the cost is low, so it has high industrial superiority and usefulness. Is.

Claims (7)

素源フィラーと、マトリックス樹脂(D)と、繊維材料(F)とを含有する繊維強化複合材料であって、
前記炭素源フィラーは、かご型化合物と、前記かご型化合物に包摂される溶媒(C)とを含有し、
前記かご型化合物は、アルキル置換レゾルシノール化合物(A)とポリアルデヒド化合物(B)とを必須の反応原料とするかご型化合物である繊維強化複合材料
A fiber-reinforced composite material containing a carbon source filler, a matrix resin (D), and a fiber material (F).
The carbon source filler contains a cage-type compound and a solvent (C) included in the cage-type compound.
The cage-type compound is a fiber-reinforced composite material which is a cage-type compound containing an alkyl-substituted resorcinol compound (A) and a polyaldehyde compound (B) as essential reaction raw materials .
前記アルキル置換レゾルシノール化合物(A)が、炭素原子数1~9のアルキル基で置換されたレゾルシノールである、請求項1に記載の繊維強化複合材料The fiber-reinforced composite material according to claim 1, wherein the alkyl-substituted resorcinol compound (A) is resorcinol substituted with an alkyl group having 1 to 9 carbon atoms. 前記ポリアルデヒド化合物(B)が、炭素原子数3~10のジアルデヒド化合物又はトリアルデヒド化合物である、請求項1又は2に記載の繊維強化複合材料The fiber-reinforced composite material according to claim 1 or 2, wherein the polyaldehyde compound (B) is a dialdehyde compound or a trialdehyde compound having 3 to 10 carbon atoms. 前記ポリアルデヒド化合物(B)が、グルタルアルデヒド、アジポアルデヒド又はテレフタルアルデヒドである、請求項1から3のいずれか一項に記載の繊維強化複合材料The fiber-reinforced composite material according to any one of claims 1 to 3, wherein the polyaldehyde compound (B) is glutaraldehyde, adipaldehyde or terephthalaldehyde. 前記かご型化合物が、下記構造式(1)
Figure 0007095435000006
[式中Rは、炭素原子数1~9のアルキル基である。]
で表される、請求項1から4のいずれか一項に記載の繊維強化複合材料
The cage-type compound has the following structural formula (1).
Figure 0007095435000006
[R in the formula is an alkyl group having 1 to 9 carbon atoms. ]
The fiber-reinforced composite material according to any one of claims 1 to 4, which is represented by.
硬化剤(E1)及び/又は硬化触媒(E2)をさらに含有する、請求項1から5のいずれか一項に記載の繊維強化複合材料The fiber-reinforced composite material according to any one of claims 1 to 5 , further comprising a curing agent (E1) and / or a curing catalyst (E2). 繊維材料が、炭素繊維材料又はガラス繊維材料である、請求項1から6のいずれか一項に記載の繊維強化複合材料。
The fiber-reinforced composite material according to any one of claims 1 to 6 , wherein the fiber material is a carbon fiber material or a glass fiber material.
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