JP7307668B2 - エポキシ樹脂、およびエポキシ樹脂組成物 - Google Patents
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Description
[1]
下記式(1)で表されるジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂であって、液体クロマトグラフィー測定において、下記式(2)で表される化合物をエポキシ樹脂総量中1~20面積%含有するエポキシ樹脂。
[2]
前項[1]に記載のエポキシ樹脂と硬化剤を含有するエポキシ樹脂組成物。
[3]
炭素繊維強化複合材料用である前項[2]に記載のエポキシ樹脂組成物。
[4]
前項[2]に記載のエポキシ樹脂組成物からなる樹脂シート。
[5]
前項[2]又は[3]に記載のエポキシ樹脂組成物、又は前項[4]に記載の樹脂シートを炭素繊維に含浸してなるプリプレグ。
[6]
前項(5)に記載のプリプレグを硬化してなる炭素繊維強化複合材料。
[7]
炭素数1~5のアルコール溶液中で、下記式(1)で表されるジシクロペンタジエン型フェノール樹脂とエピハロヒドリンとを反応して得られる前項[1]に記載のエポキシ樹脂の製造方法。
[8]
前項[7]においてエピハロヒドリンとの反応終了後、トルエンもしくは炭素数4~7のケトン化合物の溶液とし、金属水酸化物水溶液で後処理する前項[7]に記載のエポキシ樹脂の製造方法。
本発明のエポキシ樹脂は前記式(3)で表されるジシクロペンタジエン型フェノール樹脂をエピハロヒドリンと反応させることによって得られる。
アルカリ金属水酸化物の使用量は原料フェノール混合物の水酸基1モルに対して通常0.90~1.5モルであり、好ましくは0.95~1.25モルであり、より好ましくは0.99~1.15モルである。
本発明においてはアルカリ金属水酸化物の溶解性の問題から炭素数1~3のアルコールが好ましく、特にメタノールが好ましい。アルコールの使用量はエピハロヒドリンの使用量に対し通常2~50重量%であり、好ましくは4~40重量%であり、特に好ましくは7~30重量%である。アルコールの添加量が少ないとアルコキシ基の導入率が低くなり、熱可塑性樹脂との相溶性が悪化する。一方、添加量が多すぎると、エポキシ基を有さない化合物が増加して耐熱性が低下するため好ましくない。
これらのエポキシ化反応の反応物を水洗後、または水洗無しに加熱減圧下でエピハロヒドリンや溶媒等を除去する。また更に加水分解性ハロゲンの少ないエポキシ樹脂とするために、回収したエポキシ樹脂を炭素数4~7のケトン化合物(たとえば、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等が挙げられる。)を溶剤として溶解し、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物の水溶液を加えて反応を行い、閉環を確実なものにすることもできる。この場合アルカリ金属水酸化物の使用量はエポキシ化に使用した原料フェノール混合物の水酸基1モルに対して通常0.01~0.3モル、好ましくは0.05~0.2モルである。反応温度は通常50~120℃、反応時間は通常0.5~2時間である。
また、前記式(1)において、nは通常1≦n≦20であるが、1.1≦n≦20であることが好ましく、1.1≦n≦10であることがさらに好ましく、1.1≦n≦5であることが特に好ましい。nの値はオレフィン化合物のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)の測定により求められた重量平均分子量(Mw)の値から算出することができる。
軟化点は40~100℃であることが好ましく、さらに好ましくは50~80℃であり、特に好ましくは55~65℃である。エポキシ当量と軟化点が上記範囲にあると、耐熱性が良好であり、その組成物とした際のハンドリング特性も良好である。
なお、エポキシ当量は前記式(1)のAがすべてエポキシ基である場合の理論エポキシ当量に対して1.06~1.25倍であることが好ましく、より好ましくは1.08~1.20になることが好ましく、特に好ましくは1.10~1.18倍である。本範囲に入るということはエポキシ樹脂中のエポキシ基が開環したような構造、すなわち前記式(2)で表される化合物が一定量含まれることを意味する。
本発明のエポキシ樹脂組成物を支持基材の片面または両面に塗布し、樹脂シートとして用いることができる。塗布方法としては、例えば、注型法、ポンプや押し出し機等により樹脂をノズルやダイスから押し出し、ブレードで厚さを調整する方法、ロールによりカレンダー加工して厚さを表製する方法、スプレー等を用いて噴霧する方法等が挙げられる。なお、層を形成する工程においては、エポキシ樹脂組成物の熱分解を回避可能な温度範囲で加熱しながら行ってもよい。また、必要に応じて圧延処理、研削処理等を施してもよい。支持基材としては、例えば紙、布、不織布等からなる多孔質基材、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステルフィルムなどのプラスチックフィルムあるいはシート、ネット、発泡体、金属箔、およびこれらのラミネート体などの適宜な薄葉体等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。支持基材に厚さは特に制限されず、用途に応じて適宜に決定される。
また、本発明のプリプレグは、ワニス状のエポキシ樹脂組成物を、繊維基材に含浸させて加熱乾燥させることにより得ることもできる。
また、RTM法の一種である、例えば、VaRTM法、SCRIMP(Seeman’s Composite Resin Infusion Molding Process)法、特表2005-527410記載の樹脂供給タンクを大気圧よりも低い圧力まで排気し、循環圧縮を用い、かつ正味の成形圧力を制御することにとよって、樹脂注入プロセス、特にVaRTM法をより適切に制御するCAPRI(Controlled Atmospheric Pressure Resin Infusion)法なども用いることができる。
・エポキシ当量
JIS K-7236に記載された方法で測定し、単位はg/eq.である。
・軟化点
JIS K-7234に準拠した方法で測定し、単位は℃である。
・溶融粘度
ICI溶融粘度(150℃)コーンプレート法で測定し、単位はPa・sである。
・高速液体クロマトグラフィー
株式会社島津製作所社製 送液ユニット LC-20AD
株式会社島津製作所社製 フォトダイオードアレイ検出器 SPD-M20A
株式会社島津製作所社製 カラムオーブン CTO-20A
カラム:Intersil ODS-2,5μm,4.6×250mm 40℃
MobilPhaseA:アセト二トリル(AN)
MobilPhaseB:水(W)
TimeProgram:
0-28min.AN/W=30%/70% → 100%/0%
28-40min.AN/W=100%/0%
FlowRate:1.0mL/min.
Detection:UV 274nm,PDA
・ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)
メーカー:Waters
カラム:ガードカラム SHODEX GPC KF-601(2本)、KF-602、KF-602.5、KF-603
流速:1.23ml/min.
カラム温度:25℃
使用溶剤:THF(テトラヒドロフラン)
検出器:RI(示差屈折検出器)
撹拌機、還流冷却管、ディーンシュターク管を備え付けた4つ口フラスコに窒素パージを施しながらフェノール832部とトルエン65部を仕込み、液温を160℃まで昇温させ160℃3時間でトルエンと水分を共沸させ、系中の水分を共沸により取り除いた。その後、液温を100℃とし、三フッ化ホウ素-フェノール錯体を2.5g(ジシクロペンタジエンに対して1%)添加した後、液温を100℃に保持しながらジシクロペンタジエン130gを90分かけて徐々に滴下した。滴下終了後、同条件で1時間、更に120℃2時間、140℃2時間反応させた。
反応終了後、液温を80℃まで冷却し、系内にトリポリりん酸ナトリウムを6.4g添加し30分間撹拌し触媒を失活させた。この溶液にトルエン680gを添加し30分撹拌し、70℃の温水を加え水洗することでトリポリりん酸ナトリウムを除去した。得られた濾液を減圧蒸留により溶剤回収し、フェノール樹脂350部(軟化点97℃)を得た。
撹拌機、還流冷却管を備えた四つ口フラスコに窒素パージを施しながら合成例1で得られたフェノール化合物340部、エピクロロヒドリン959部、メチルグリシジルエーテルを85部、メタノール89部を加え、水浴を75℃にまで昇温した。内温が70℃を越えたところでフレーク状の水酸化ナトリウム84部を90分かけて分割添加した後、更に70℃で1時間後反応を行った。反応終了後水洗を行い、油層からロータリーエバポレータを用いて140℃で減圧下、過剰のエピクロルヒドリンと溶剤を留去した。残留物にメチルイソブチルケトン836部を加え撹拌溶解し、75℃にまで昇温した。撹拌下、30重量%の水酸化ナトリウム水溶液32部、メタノール23部を加え、1時間反応を行った後、水洗を行い、pH試験紙で洗浄水が中性なったことを確認した。得られた溶液を、ロータリーエバポレータを用いて180℃で減圧下にメチルイソブチルケトン等を留去することでエポキシ樹脂(EP1)を407部得た。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は262g/eq.、軟化点が58.8℃、ICI溶融粘度0.07Pa・s(150℃)であった。また、液体クロマトグラフィー測定結果を図1に、GPC測定結果を図2に示す。前記式(2)で表される化合物は図1より8.3面積%(26.7~27.8分のピーク)であった。
撹拌機、還流冷却管を備えた四つ口フラスコに窒素パージを施しながら合成例1で合成したフェノール化合物(軟化点97℃)340部、エピクロロヒドリン925部、ジメチルスルホキシドを185部加え、水浴を45℃にまで昇温した。内温が40℃を越えたところでフレーク状の水酸化ナトリウム84部を90分かけて分割添加した後、更に45℃で2時間後反応を行った後、70℃へ昇温して1時間後反応を行った。反応終了後ロータリーエバポレータを用いて125℃で減圧下、過剰のエピクロルヒドリンと溶剤を留去した。残留物にメチルイソブチルケトン827部を加え撹拌溶解し、水洗で生成した塩を取り除いた。その後、油層を70℃にまで昇温した。撹拌下、30重量%の水酸化ナトリウム水溶液24部加え、1時間反応を行った後、水洗を行い、pH試験紙で洗浄水が中性なったことを確認した。得られた溶液を、ロータリーエバポレータを用いて180℃で減圧下にメチルイソブチルケトン等を留去することでエポキシ樹脂(EP2)を410部得た。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は246g/eq.、軟化点が63.0℃、ICI溶融粘度0.06Pa・s(150℃)であった。また、液体クロマトグラフィー測定結果を図3に、GPC測定結果を図4に示す。前記式(2)で表される化合物は図3より0.0面積%(26.7~27.8分のピーク)であった。
Claims (8)
- 請求項1に記載のエポキシ樹脂と硬化剤を含有するエポキシ樹脂組成物。
- 炭素繊維強化複合材料用である請求項2に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 請求項2に記載のエポキシ樹脂組成物からなる樹脂シート。
- 請求項2又は3に記載のエポキシ樹脂組成物、又は請求項4に記載の樹脂シートを炭素繊維に含浸してなるプリプレグ。
- 請求項5に記載のプリプレグを硬化してなる炭素繊維強化複合材料。
- 請求項7においてエピハロヒドリンとの反応終了後、トルエンもしくは炭素数4~7のケトン化合物の溶液とし、金属水酸化物水溶液で後処理する請求項7に記載のエポキシ樹脂の製造方法。
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