JP7274422B2 - 低排出エポキシ樹脂組成物用の硬化剤 - Google Patents
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Description
A1は、6~15個の炭素原子を有するアルキレン基であり、任意選択的に環式要素を有し、また任意選択的に第二級又は第三級アミノ基を有し、
A2は、2~10個の炭素原子を有するA1とは異なるアルキレン基であり、
Yは、1~20個の炭素原子を有するアルキル又はシクロアルキル又はアラルキル基であり、
Zは、任意選択的にエーテル酸素を含有し、かつ56~1,500g/モルの範囲の分子量を有する(p+q)価ヒドロカルビル基であり、かつ
p及びqが独立して1又は2又は3であり、かつ(p+q)が2又は3又は4である)の少なくとも1種のアミンアダクトを含んでなるエポキシ樹脂用の硬化剤を提供する。
R1は、水素基であるか、又はメチル若しくはフェニルであり、かつ
R2は、4~7個の炭素原子を有し、かつ任意選択的にアルキル置換されている5員又は6員又は7員シクロアルキル又はアリール基である)の基である。
H2N-A1-NH2 (II)
H2N-A2-NH-Y (III)
Y-NH-A2-NH-Y (IIIa)
(式中、A2及びYは、上記の定義を有する)の少なくとも1種のジアルキル化アミンを含んでなる。
-少なくとも1種のエポキシ樹脂を含んでなる樹脂成分と
-上記硬化剤及び/又は上記プロセスからの反応生成物を含んでなる硬化剤成分
を含んでなるエポキシ樹脂組成物をさらに提供する。
-ガラス、ガラスセラミック、コンクリート、モルタル、れんが、タイル、石膏及び天然岩、例えば、花こう岩又は大理石;
-金属又は合金、例えば、アルミニウム、鉄、スチール又は非鉄金属、或いは表面仕上げ金属又は合金、例えば、亜鉛メッキ金属又はクロムメッキ金属;
-革、織物、紙、木材、樹脂、例えば、フェノール、メラミン又はエポキシ樹脂と結合した木材ベース材料、樹脂織物複合材料又はさらなるポリマー複合材料;
-ポリマー、特に剛性又は可撓性PVC、ABS、ポリカーボネート(PC)、ポリアミド(PA)、ポリエステル、PMMA、エポキシ樹脂、PUR、POM、PO、PE、PP、EPM又はEPDMであって、ポリマーが任意選択的にプラズマ、コロナ若しくはフレームを使用して表面処理されたもの;
-繊維強化プラスチック、例えば、炭素繊維強化プラスチック(CRP)、ガラス繊維強化プラスチック(GRP)或いはシート成形材(SMC);
-コーティングされた基材、例えば、粉末コーティングされた金属又は合金;
-ペイント又はニス。
粘度は、サーモスタットRheotec RC30コーン-プレート粘度計上で測定した(コーン直径50mm、コーン傾斜角1°、コーンチップ-プレート距離0.05mm、せん断速度10秒-1)。
Araldite(登録商標) GY 250: ビスフェノールAジグリシジルエーテル、EEW 約187.5g/当量 (Huntsmanから)
Araldite(登録商標) DY-E: C12~C14アルコールのモノグリシジルエーテル、EEW 約290g/当量 (Huntsmanから)
IPDA 3-アミノメチル-3,5,5-トリメチルシクロヘキシルアミン、AHEW 42.6g/当量 (EvonikからのVestamin(登録商標) IPD)
1,3-BAC: 1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、AHEW 35.5g/当量 (Mitsubishi Gas Chemicalから)
MXDA: 1,3-ビス(アミノメチル)ベンゼン、AHEW 34g/当量 (Mitsubishi Gas Chemicalから)
カルダノール: カシューナッツ油由来、主成分として3-(8,11,14-ペンタデカトリエニル)フェノールを含んでなる、Cardolite(登録商標) NX-2026 (Cardolite Corp.から)
窒素雰囲気下、室温で、最初に444.8g(6モル)のプロパン-1,2-ジアミンを丸底フラスコに装てんした。十分撹拌しながら、イソプロパノール1500mL中212.2g(2モル)のベンズアルデヒドの溶液をゆっくり滴下によって添加し、そして混合物を2時間撹拌した。次いで、反応混合物を、90バールの水素圧、85℃の温度及び5mL/分のフロー速度で、Pd/C固定層触媒を備えた連続水素化装置中で水素化した。反応を監視するために、IR分光法を使用して、約1665cm-1におけるイミン結合が消滅したかどうか調査した。その後、65℃のロータリーエバポレーター上で水素化溶液を濃縮し、未反応のプロパン-1,2-ジアミン及びイソプロパノールを除去した。透明淡黄色の液体が得られた。このうちの300gを減圧下、80℃で蒸留し、60~63℃の蒸気温度及び0.08~0.09バールにおいて、237.5gの蒸留物を回収した。682mg KOH/gのアミン値を有する無色液体が得られ、これは、1H NMRによって、約2/1の比率のN1-ベンジルプロパン-1,2-ジアミン及びN2-ベンジルプロパン-1,2-ジアミンの混合物であり、かつ97%>のGC純度を有した。
アダクトA1:
窒素雰囲気下、17.0g(0.1モル)のIPDA及び16.4g(0.1モル)のN-ベンジルプロパン-1,2-ジアミンの初期装てんを70℃まで加熱し、次いで、十分に撹拌しながら、70~80℃の反応混合物の温度で、10.7g(0.057モルのエポキシ基)のAraldite(登録商標)GY 250を徐々に添加した。80℃で1時間後、反応混合物を冷却した。494mg KOH/gのアミン値、20℃で2.03Pa・sの粘度及び約68.7g/当量のAHEWを有する透明淡黄色の液体が得られた。
窒素雰囲気下、25.6g(0.15モル)のIPDA及び8.2g(0.05モル)のN-ベンジルプロパン-1,2-ジアミンの初期装てんを70℃まで加熱し、次いで、十分に撹拌しながら、70~80℃の反応混合物の温度で、10.7g(0.057モルのエポキシ基)のAraldite(登録商標)GY 250を徐々に添加した。80℃で1時間後、反応混合物を冷却した。497mg KOH/gのアミン値、20℃で4.90Pa・sの粘度及び約64.2g/当量のAHEWを有する透明淡黄色の液体が得られた。
窒素雰囲気下、8.5g(0.05モル)のIPDA及び24.7g(0.15モル)のN-ベンジルプロパン-1,2-ジアミンの初期装てんを70℃まで加熱し、次いで、十分に撹拌しながら、70~80℃の反応混合物の温度で、10.7g(0.057モルのエポキシ基)のAraldite(登録商標)GY 250を徐々に添加した。80℃で1時間後、反応混合物を冷却した。501mg KOH/gのアミン値、20℃で1.04Pa・sの粘度及び約74.0g/当量のAHEWを有する透明淡黄色の液体が得られた。
アダクトR1:
窒素雰囲気下、34.1g(0.2モル)のIPDAの初期装てんを70℃まで加熱し、次いで、十分に撹拌しながら、70~80℃の反応混合物の温度で、10.7g(0.057モルのエポキシ基)のAraldite(登録商標)GY 250を徐々に添加した。80℃で1時間後、反応混合物を冷却した。497mg KOH/gのアミン値、20℃で13.70Pa・sの粘度及び約60.2g/当量のAHEWを有する透明淡黄色の液体が得られた。
窒素雰囲気下、32.9g(0.2モル)のN-ベンジルプロパン-1,2-ジアミンの初期装てんを70℃まで加熱し、次いで、十分に撹拌しながら、70~80℃の反応混合物の温度で、10.7g(0.057モルのエポキシ基)のAraldite(登録商標)GY 250を徐々に添加した。80℃で1時間後、反応混合物を冷却した。503mg KOH/gのアミン値、20℃で0.53Pa・sの粘度及び約80.2g/当量のAHEWを有する透明淡黄色の液体が得られた。
窒素雰囲気下、17.0g(0.1モル)のIPDA及び13.6g(0.1モル)のMXDAの初期装てんを70℃まで加熱し、次いで、十分に撹拌しながら、70~80℃の反応混合物の温度で、10.7g(0.057モルのエポキシ基)のAraldite(登録商標)GY 250を徐々に添加した。80℃で1時間後、反応混合物を冷却した。534mg KOH/gのアミン値、20℃で2.80Pa・sの粘度及び約55.7g/当量のAHEWを有する透明淡黄色の液体が得られた。
窒素雰囲気下、17.0g(0.1モル)のIPDA及び14.2g(0.1モル)の1,3-BACの初期装てんを70℃まで加熱し、次いで、十分に撹拌しながら、70~80℃の反応混合物の温度で、10.7g(0.057モルのエポキシ基)のAraldite(登録商標)GY 250を徐々に添加した。80℃で1時間後、反応混合物を冷却した。529mg KOH/gのアミン値、20℃で3.79Pa・sの粘度及び約56.5g/当量のAHEWを有する透明淡黄色の液体が得られた。
実施例1~16:
それぞれの実施例に関して、遠心混合機(SpeedMixer(商標)DAC 150、FlackTek Inc.)を使用して、表1及び2に明示された成分を、明示された量(重量部)の硬化剤成分中に混合し、そして湿分を除外しながら貯蔵した。
[1]式(I)の少なくとも1種のアミンアダクトを含むエポキシ樹脂用の硬化剤:
A 1 は、環式要素を有していてもよく、また第二級又は第三級アミノ基を有していてもよい、6~15個の炭素原子を有するアルキレン基であり、
A 2 は、2~10個の炭素原子を有するA 1 とは異なるアルキレン基であり、
Yは、1~20個の炭素原子を有するアルキル又はシクロアルキル又はアラルキル基であり、
Zは、エーテル酸素を有していてもよい、56~1,500g/モルの範囲の分子量を有する(p+q)価のヒドロカルビル基であり、かつ
p及びqは、独立して1又は2又は3であり、かつ(p+q)は、2又は3又は4である)。
[2]A 1 が、2-メチル-1,5-ペンチレン、1,6-ヘキシレン、2,2(4),4-トリメチル-1,6-ヘキサメチレン、1,3-シクロヘキシレンビス(メチレン)、1,4-シクロヘキシレンビス(メチレン)、1,3-フェニレンビス(メチレン)、1,4-フェニレンビス(メチレン)、1,2-シクロヘキシレン、1,3-シクロヘキシレン、1,4-シクロヘキシレン、(1,5,5-トリメチルシクロヘキサン-1-イル)メタン-1,3、4(2)-メチル-1,3-シクロヘキシレン、3-アザ-1,5-ペンチレン、3,6-ジアザ-1,8-オクチレン、3,6,9-トリアザ-1,11-ウンデシレン、3,6,9,12-テトラアザ-1,14-テトラデシレン、3,6,9,12,15-ペンタアザ-1,17-ヘプタデシレン、4-アザ-2,6-ヘプチレン、4-アザ-1,7-ヘプチレン、4,7-ジアザ-1,10-デシレン及び7-アザ-1,13-トリデシレンからなる群から選択されることを特徴とする、上記[1]に記載の硬化剤。
[3]A 2 が、2~6個、特に2個又は3個の炭素原子を有するアルキレン基であることを特徴とする、上記[1]又は[2]に記載の硬化剤。
[4]A 2 が、1,2-プロピレンであり、かつA 1 が、2-メチル-1,5-ペンチレン、1,6-ヘキシレン、2,2(4),4-トリメチル-1,6-ヘキサメチレン、1,3-シクロヘキシレンビス(メチレン)、1,4-シクロヘキシレンビス(メチレン)、1,3-フェニレンビス(メチレン)、1,4-フェニレンビス(メチレン)、1,2-シクロヘキシレン、1,3-シクロヘキシレン、1,4-シクロヘキシレン、(1,5,5-トリメチルシクロヘキサン-1-イル)メタン-1,3、4(2)-メチル-1,3-シクロヘキシレン、3-アザ-1,5-ペンチレン、3,6-ジアザ-1,8-オクチレン、3,6,9-トリアザ-1,11-ウンデシレン、3,6,9,12-テトラアザ-1,14-テトラデシレン、3,6,9,12,15-ペンタアザ-1,17-ヘプタデシレン、4-アザ-2,6-ヘプチレン、4-アザ-1,7-ヘプチレン、4,7-ジアザ-1,10-デシレン及び7-アザ-1,13-トリデシレンからなる群から選択されることを特徴とする、上記[1]~[3]のいずれか一つに記載の硬化剤。
[5]Yが、以下の式の基であることを特徴とする、上記[1]~[4]のいずれか一つに記載の硬化剤:
R 1 は、水素基であるか、又はメチル若しくはフェニルであり、かつ
R 2 は、4~7個の炭素原子を有し、アルキル置換されていてもよい、5員又は6員又は7員のシクロアルキル基又はアリール基である)。
[6]Yが、2-エチルヘキシル、2-フェニルエチル、シクロヘキシルメチル、ベンジル、1-フェニルエチル及び1-ナフチルメチルからなる群から選択されることを特徴とする、上記[1]~[4]のいずれか一つに記載の硬化剤。
[7]Zが、グリシドキシ基除去後の二価、三価又は四価のアリールグリシジルエーテルの残基であることを特徴とする、上記[1]~[6]のいずれか一つに記載の硬化剤。
[8]式(II)の少なくとも1種のアミン及び式(III)の少なくとも1種のモノアルキル化アミンを含むアミン混合物を、式(IV)の少なくとも1種のグリシジルエーテルと反応させることを特徴とする、上記[1]~[7]のいずれか一つに記載の硬化剤の製造方法:
H 2 N-A 1 -NH 2 (II)
H 2 N-A 2 -NH-Y (III)
[10]前記方法で使用される前記アミン混合物が、追加的に、式(IIIa)の少なくとも1種のジアルキル化アミンを含むことを特徴とする、上記[8]又は[9]に記載の方法:
Y-NH-A 2 -NH-Y (IIIa)
[11]前記方法で使用される前記式(III)の前記アミン及び追加的に存在する前記式(IIIa)の任意のアミンが、少なくとも1種のアルキル化剤を用いた式A 2 (NH 2 ) 2 の少なくとも1種のアミンの部分的アルキル化からの反応混合物の一部であることを特徴とする、上記[8]~[10]のいずれか一つに記載の方法。
[12]上記[8]~[11]のいずれか一つに記載の方法からの反応生成物。
[13]以下を含むエポキシ樹脂組成物:
- 少なくとも1種のエポキシ樹脂を含む樹脂成分、並びに
- 上記[1]~[7]のいずれか一つに記載の硬化剤及び/又は請求項12に記載の反応生成物を含む硬化剤成分。
[14]コーティングとしての上記[13]に記載のエポキシ樹脂組成物の使用。
[15]上記[13]に記載のエポキシ樹脂組成物の硬化から得られる硬化組成物。
Claims (15)
- A1が、2-メチル-1,5-ペンチレン、1,6-ヘキシレン、2,2(4),4-トリメチル-1,6-ヘキサメチレン、1,3-シクロヘキシレンビス(メチレン)、1,4-シクロヘキシレンビス(メチレン)、1,3-フェニレンビス(メチレン)、1,4-フェニレンビス(メチレン)、1,2-シクロヘキシレン、1,3-シクロヘキシレン、1,4-シクロヘキシレン、(1,5,5-トリメチルシクロヘキサン-1-イル)メタン-1,3、4(2)-メチル-1,3-シクロヘキシレン、3-アザ-1,5-ペンチレン、3,6-ジアザ-1,8-オクチレン、3,6,9-トリアザ-1,11-ウンデシレン、3,6,9,12-テトラアザ-1,14-テトラデシレン、3,6,9,12,15-ペンタアザ-1,17-ヘプタデシレン、4-アザ-2,6-ヘプチレン、4-アザ-1,7-ヘプチレン、4,7-ジアザ-1,10-デシレン及び7-アザ-1,13-トリデシレンからなる群から選択されることを特徴とする、請求項1に記載の硬化剤。
- A2が、2~6個の炭素原子を有するアルキレン基であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の硬化剤。
- A2が、1,2-プロピレンであり、かつA1が、2-メチル-1,5-ペンチレン、1,6-ヘキシレン、2,2(4),4-トリメチル-1,6-ヘキサメチレン、1,3-シクロヘキシレンビス(メチレン)、1,4-シクロヘキシレンビス(メチレン)、1,3-フェニレンビス(メチレン)、1,4-フェニレンビス(メチレン)、1,2-シクロヘキシレン、1,3-シクロヘキシレン、1,4-シクロヘキシレン、(1,5,5-トリメチルシクロヘキサン-1-イル)メタン-1,3、4(2)-メチル-1,3-シクロヘキシレン、3-アザ-1,5-ペンチレン、3,6-ジアザ-1,8-オクチレン、3,6,9-トリアザ-1,11-ウンデシレン、3,6,9,12-テトラアザ-1,14-テトラデシレン、3,6,9,12,15-ペンタアザ-1,17-ヘプタデシレン、4-アザ-2,6-ヘプチレン、4-アザ-1,7-ヘプチレン、4,7-ジアザ-1,10-デシレン及び7-アザ-1,13-トリデシレンからなる群から選択されることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の硬化剤。
- Yが、2-エチルヘキシル、2-フェニルエチル、シクロヘキシルメチル、ベンジル、1-フェニルエチル及び1-ナフチルメチルからなる群から選択されることを特徴とする、請求項1~4のいずれか一項に記載の硬化剤。
- Zが、グリシドキシ基除去後の二価、三価又は四価のアリールグリシジルエーテルの残基であることを特徴とする、請求項1~6のいずれか一項に記載の硬化剤。
- 前記式(II)のアミン及び前記式(III)のアミンの合計量の、前記式(IV)のグリシジルエーテル中のエポキシ基に対するモル比が、1.5/1~15/1の範囲であることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
- 前記方法で使用される前記アミン混合物が、追加的に、式(IIIa)の少なくとも1種のジアルキル化アミンを含むことを特徴とする、請求項8又は9に記載の方法:
Y-NH-A2-NH-Y (IIIa) - 前記方法で使用される前記式(III)の前記アミン及び追加的に存在する前記式(IIIa)の任意のアミンが、少なくとも1種のアルキル化剤を用いた式A2(NH2)2の少なくとも1種のアミンの部分的アルキル化からの反応混合物の一部であることを特徴とする、請求項10に記載の方法。
- 請求項8~11のいずれか一項に記載の方法によって、式(I)の少なくとも1種のアミンアダクト、式(II)の少なくとも1種のアミン、式(III)の少なくとも1種のアミン、式(V)の少なくとも1種のアミンアダクト、及び式(VI)の少なくとも1種のアミンアダクトを含む反応生成物を提供する方法:
H2N-A2-NH-Y (III)
A1は、環式要素を有していてもよく、また第二級又は第三級アミノ基を有していてもよい、6~15個の炭素原子を有するアルキレン基であり、
A2は、2~10個の炭素原子を有するA1とは異なるアルキレン基であり、
Yは、1~20個の炭素原子を有するアルキル又はシクロアルキル又はアラルキル基であり、
Zは、エーテル酸素を有していてもよい、56~1,500g/モルの範囲の分子量を有する(p+q)価のヒドロカルビル基であり、かつ
p及びqは、独立して1又は2又は3であり、かつ(p+q)は、2又は3又は4である)。 - 以下を含むエポキシ樹脂組成物:
- 少なくとも1種のエポキシ樹脂を含む樹脂成分、並びに
- 請求項1~7のいずれか一項に記載の硬化剤及び/又は請求項12に記載の反応生成物を含む硬化剤成分。 - コーティングとしての請求項13に記載のエポキシ樹脂組成物の使用。
- 請求項13に記載のエポキシ樹脂組成物の硬化から得られる硬化組成物。
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