JP7445687B2 - エポキシ樹脂組成物および樹脂硬化物 - Google Patents
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Description
[1]溶解度パラメータ(SP値)が11~15であるエポキシ樹脂(A)と、SP値が9.5~11である(メタ)アクリル重合体(B)とを含有するエポキシ樹脂組成物であり、前記(メタ)アクリル重合体(B)が、カルボキシ基含有(メタ)アクリル重合体(B1)と、エポキシ化合物(B2)との反応生成物であり、かつ、前記(メタ)アクリル重合体(B)のSP値と前記エポキシ樹脂(A)のSP値との差の絶対値が0.1~3.3である、エポキシ樹脂組成物。
[2]前記エポキシ樹脂(A)100質量部に対して、前記(メタ)アクリル重合体(B)を0.1~70質量部含有する前記[1]に記載のエポキシ樹脂組成物。
[3]前記カルボキシ基含有(メタ)アクリル重合体(B1)のSP値と前記エポキシ化合物(B2)のSP値との差の絶対値が1.3~4.5である前記[1]または[2]に記載のエポキシ樹脂組成物。
[4]前記(メタ)アクリル重合体(B)の重量平均分子量が、3,000~100,000である前記[1]~[3]のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
[5]硬化剤(C)をさらに含有する前記[1]~[4]のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
[6]前記[1]~[5]に記載のエポキシ樹脂組成物からなる樹脂硬化物。
[7]エポキシ樹脂と(メタ)アクリル重合体とを含有するエポキシ樹脂組成物を硬化させて得られ、海島相分離構造を有し、島相の平均分散径が0.01~0.84μmである樹脂硬化物。
[8] 前記樹脂硬化物の引張弾性率(X)と、前記(メタ)アクリル重合体が含まれない場合の樹脂硬化物の引張弾性率(Y)とが、下記式(2)を満たす、前記[7]に記載の樹脂硬化物。
0.6≦X/Y≦1.1・・・(2)
本発明のエポキシ樹脂組成物の一実施形態(以下、「本実施形態のエポキシ樹脂組成物」ともいう。)は、それぞれ以下に説明する、溶解度パラメータ(SP値)が11~15であるエポキシ樹脂(A)と、SP値が9.5~11である(メタ)アクリル重合体(B)とを含有する。ここで、(メタ)アクリル重合体(B)は、カルボキシ基含有(メタ)アクリル重合体(B1)と、エポキシ化合物(B2)との反応生成物である。
溶解度パラメータ(SP値)は、例えば種類の異なる高分子どうしが溶解するか否かの程度を示すものとして用いられる。(メタ)アクリル重合体(B)のSP値とエポキシ樹脂(A)のSP値との差を適切な範囲内にすることで、後述する海島相分離構造を有する樹脂硬化物における島相の平均分散径を適切な値に制御できる傾向にある。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂(A)を含有する。ただし、エポキシ樹脂(A)からは、前述した、カルボキシ基含有(メタ)アクリル重合体(B1)とエポキシ化合物(B2)との反応生成物であって、エポキシ基を有する重合体を除く。
エポキシ樹脂(A)としては、例えば、1分子中のエポキシ基数が2つ以上のエポキシ化合物が挙げられる。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールE型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビスフェノールO型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、水添ビスフェノール型エポキシ樹脂、アルキル置換ビスフェノール型エポキシ樹脂、アルキレンオキサイド変性ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、スルフィド型エポキシ樹脂、ジフェニルエーテル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニルノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレンフェノールノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂;
ビスフェノールA、ビスフェノールE、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ビスフェノールO、ビスフェノールAD等のビスフェノールあるいは4,4-ジヒドロキシビフェニルのジグリシジルエーテル〔ここで、前記ビスフェノールおよび前記ビフェニルは水添されていてもよく(例:水添ビスフェノール)、アルキル置換基を有してもよく(例:アルキル置換ビスフェノール)、エチレンオキサイド変性、プロピレンオキサイド変性等のアルキレンオキサイド変性されていてもよい(例:アルキレンオキサイド変性ビスフェノール)〕、エチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、1,8-オクタンジオールジグリシジルエーテル、1,10-デカンジオールジグリシジルエーテル、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジオールジグリシジルエーテル等のアルカンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル等のアルカントリオールジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、トリエチレングリコールジグリシジルエーテル、テトラエチレングリコールジグリシジルエーテル、ヘキサエチレングリコールジグリシジルエーテル等のポリアルキレングリコールジグリシジルエーテル、1,4-シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル等の脂環含有ジメタノールのジグリシジルエーテル等のジグリシジルエーテル化合物;
グリセリントリグリシジルエーテル、1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、N,N,N,N'-テトラグリシジル-m-キシリレンジアミン、N,N,N',N'-テトラグリシジルアミノフェニルメタン、トリグリシジルイソシアヌレート、m-N,N-ジグリシジルアミノフェニルグリシジルエーテル、N,N-ジグリシジルトルイジン、N,N-ジグリシジルアニリン、3',4'-エポキシシクロヘキシルメチル3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、ε-カプロラクトン変性3',4'-エポキシシクロヘキシルメチル 3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート;
が挙げられる。
エポキシ樹脂(A)のSP値は、11~15であり、好ましくは11~13.5である。上記範囲内のSP値であると、エポキシ樹脂(A)と(メタ)アクリル重合体(B)とが適切な大きさの平均分散径の島相を有する海島相分離構造を構成するという観点から好ましい。
エポキシ樹脂(A)のエキポシ当量は、特に限定されないが、好ましくは100~3000g/eq.、より好ましくは100~1000g/eq.である。
(メタ)アクリル重合体(B)は、カルボキシ基含有(メタ)アクリル重合体(B1)と、エポキシ化合物(B2)との反応生成物であり、好ましくは、カルボキシ基含有(メタ)アクリル重合体(B1)と、エポキシ化合物(B2)との付加反応物である。すなわち、(メタ)アクリル重合体(B)は、カルボキシ基含有(メタ)アクリル重合体(B1)のカルボキシ基と、エポキシ化合物(B2)のエポキシ基とが反応することで、下記式(1)で表される構造を有する化合物であることが好ましい。
カルボキシ基含有(メタ)アクリル重合体(B1)(以下、「重合体(B1)」ともいう。)は、カルボキシ基を有するモノマー由来の構造単位を有する。
なお、カルボキシ基を有するモノマーには、酸無水物基含有モノマーを加水分解によって開環させてなる化合物を含む。
酸無水物基含有モノマーとしては、例えば、無水マレイン酸、無水ドデセニルコハク酸、無水クロレンデック酸、無水セバシン酸、無水フタル酸、無水ピロメリット酸、無水トリメリット酸、シクロペンタン・テトラカルボン酸二水物、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラメチレン無水マレイン酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、メチルエンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、5-(2,5-ジオキソテトラヒドロキシフリル)-3-メチル-3-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸無水物、無水メチルナジック酸が挙げられる。これらの中でも、(メタ)アクリル酸が好ましい。
メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n-プロピル(メタ)アクリレート、iso-プロピル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、iso-ブチル(メタ)アクリレート、tert-ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、ヘプチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、n-オクチル(メタ)アクリレート、iso-オクチル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、iso-ノニル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、iso-デシル(メタ)アクリレート、ウンデカ(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、オレイル(メタ)アクリレート、n-ステアリル(メタ)アクリレート、iso-ステアリル(メタ)アクリレート等のアルキル(メタ)アクリレート、特に炭素数1~20のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート;
シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート等の脂環式炭化水素基または芳香族炭化水素基含有(メタ)アクリレート;
メトキシメチル(メタ)アクリレート、2-メトキシエチル(メタ)アクリレート、2-エトキシエチル(メタ)アクリレート、3-メトキシプロピル(メタ)アクリレート、3-エトキシプロピル(メタ)アクリレート、4-メトキシブチル(メタ)アクリレート、4-エトキシブチル(メタ)アクリレート等のアルコキシアルキル(メタ)アクリレート;
メトキシジエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、メトキシジプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、エトキシトリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、エトキシジエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート等のアルコキシポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート;
N,N-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N-ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等のN,N-ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート;
2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、6-ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート、8-ヒドロキシオクチル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート;
2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、6-ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート、8-ヒドロキシオクチル(メタ)アクリレート、10-ヒドロキシデシル(メタ)アクリレート、12-ヒドロキシラウリル(メタ)アクリレート、(4-ヒドロキシメチルシクロヘキシル)メチルアクリレート等のヒドロキシ基含有(メタ)アクリレート;
が挙げられる。
アミド基含有モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリルアミド;N-メチル(メタ)アクリルアミド、N-プロピル(メタ)アクリルアミド、N-ヘキシル(メタ)アクリルアミド等のN-アルキル(メタ)アクリルアミド;N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジプロピル(メタ)アクリルアミド等のN,N-ジアルキル(メタ)アクリルアミドが挙げられる。
窒素系複素環含有モノマーとしては、例えば、N-ビニルピロリドン、N-ビニルカプロラクタム、(メタ)アクリロイルモルホリンが挙げられる。
重合体(B1)を得るために用いられる重合性不飽和基含有モノマー中の、その他のモノマーの割合は、20質量%以下であり、好ましくは10質量%以下である。
エポキシ化合物(B2)としては、例えば、1分子中のエポキシ基数が2つ以上のエポキシ化合物が挙げられる。
エポキシ化合物(B2)としては、例えば、
ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールE型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビスフェノールO型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、水添ビスフェノール型エポキシ樹脂、アルキル置換ビスフェノール型エポキシ樹脂、アルキレンオキサイド変性ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、スルフィド型エポキシ樹脂、ジフェニルエーテル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニルノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレンフェノールノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂;
ビスフェノールA、ビスフェノールE、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ビスフェノールO、ビスフェノールAD等のビスフェノールや4,4-ジヒドロキシビフェニルのジグリシジルエーテル〔ここで、前記ビスフェノールおよび前記ビフェニルは水添されていてもよく(例:水添ビスフェノール)、アルキル置換基を有してもよく(例:アルキル置換ビスフェノール)、エチレンオキサイド変性、プロピレンオキサイド変性等のアルキレンオキサイド変性されていてもよい(例:アルキレンオキサイド変性ビスフェノール)〕、エチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、1,8-オクタンジオールジグリシジルエーテル、1,10-デカンジオールジグリシジルエーテル、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジオールジグリシジルエーテル等のアルカンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル等のアルカントリオールジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、トリエチレングリコールジグリシジルエーテル、テトラエチレングリコールジグリシジルエーテル、ヘキサエチレングリコールジグリシジルエーテル等のポリアルキレングリコールジグリシジルエーテル、1,4-シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル等の脂環含有ジメタノールのジグリシジルエーテルなどのジグリシジルエーテル化合物;
グリセリントリグリシジルエーテル、1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、N,N,N',N'-テトラグリシジル-m-キシリレンジアミン、N,N,N',N'-テトラグリシジルアミノフェニルメタン、トリグリシジルイソシアヌレート、m-N,N-ジグリシジルアミノフェニルグリシジルエーテル、N,N-ジグリシジルトルイジン、N,N-ジグリシジルアニリン、3',4'-エポキシシクロヘキシルメチル 3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、ε-カプロラクトン変性3',4'-エポキシシクロヘキシルメチル 3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート;
が挙げられる。
カルボキシ基含有(メタ)アクリル重合体(B1)のSP値は、9.0~11.5であることが好ましく、9.0~11であることがより好ましい。また、エポキシ化合物(B2)は、SP値が10~15であることが好ましく、11~13.5がより好ましい。
(メタ)アクリル重合体(B)は、公知の方法により製造することができ、カルボキシ基含有(メタ)アクリル重合体(B1)とエポキシ化合物(B2)とを反応させることで得ることができる。
過酸化物化合物としては、例えば、1,1,3,3-テトラメチルブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、t-ヘキシルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、t-アミルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、クミルパーオキシネオデカノエート、1,1,3,3-テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート、t-ヘキシルパーオキシネオデカノエート、t-ブチルパーオキシネオデカノエート、t-ブチルパーオキシネオヘプタノエート、t-ヘキシルパーオキシピバレート、t-ブチルパーオキシピバレート、2,5-ジメチル-2,5-ジ(2-エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(2-ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、t-ブチルパーオキシ-3,5,5-トリメチルヘキサノエート、t-ブチルパーオキシラウレート、t-ヘキシルパーオキシベンゾアートが挙げられる。
重合開始剤の使用量は、重合性不飽和基含有モノマー100質量部に対して、通常は0.01~5質量部である。このような態様であると、(メタ)アクリル重合体(B)の数平均分子量(Mn)を適切な範囲内に調整することができる。
連鎖移動剤の使用量は、重合性不飽和基含有モノマー100質量部に対して、好ましくは0.1~10質量部、より好ましくは3~8質量部である。このような態様であると、(メタ)アクリル重合体(B)の重量平均分子量、数平均分子量を適切な範囲に調整することができる。
重合溶媒は1種単独で用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂(A)100質量部に対して、(メタ)アクリル重合体(B)を好ましくは0.1~70質量部、より好ましくは10~70質量部、さらに好ましくは10~40質量部含有する。このような態様であると、エポキシ樹脂本来の特性を損なわずに耐衝撃性を付与できる観点から好ましい。
(メタ)アクリル重合体(B)のSP値は、9.5~11であり、好ましくは9.7~10.7である。上記範囲内のSP値であると、エポキシ樹脂(A)と(メタ)アクリル重合体(B)とが適切な大きさの平均分散径の島相を有する海島相分離構造を構成するという観点から好ましい。
また、(メタ)アクリル重合体(B)の数平均分子量(Mn)は、好ましくは1,500~15,000であり、より好ましくは1,500~8,000である。前記分子量がこのような条件を満たすと、(メタ)アクリル重合体(B)が適度な粘度を有しハンドリング性に優れ、またエポキシ樹脂(A)との相溶性、得られる樹脂硬化物の耐久性に優れる点から好ましい。重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により測定される。GPC法の測定条件の詳細は、後述する実施例に記載する。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂(A)と(メタ)アクリル重合体(B)とともに、硬化剤(C)を含有することが好ましい。硬化剤(C)は、例えばエポキシ樹脂(A)と反応することにより、エポキシ樹脂組成物を硬化させる化合物である。
硬化剤(C)は1種単独で用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、硬化剤(C)の代わりに、または硬化剤(C)とともに、カチオンまたはアニオン重合開始剤を含有してもよい。カチオンまたはアニオン重合開始剤は、加熱または光によりエポキシ樹脂(A)の硬化反応を開始および/または促進させる化合物である。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、必要に応じて、紫外線吸収剤、酸化防止剤、防腐剤、防錆剤、顔料、粘着付与剤、表面潤滑剤、光沢剤、撥水剤、感光剤、有機・無機繊維、可塑剤、導電性フィラー、無機フィラー、難燃剤、帯電防止剤、整泡剤、離型剤、着色剤および発泡剤から選ばれる少なくとも1種の添加剤を含有してもよい。添加剤は1種単独で用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、溶媒を含有してもよい。溶媒としては、例えば、(メタ)アクリル重合体(B)の製造方法において前述した重合溶媒として列挙した溶媒あるいは、1分子中のエポキシ基数が1つのエポキシ化合物等の反応性希釈剤が挙げられる。
溶媒は1種単独で用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物中の溶媒の含有割合は、通常は70質量%以下、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下である。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物を用いることにより、充分な弾性率および耐衝撃性を有する樹脂硬化物を形成することができる。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、前記特性を有することから、例えば、電子材料、バインダー、塗料、接着剤等の用途に使用することができる。具体的には、半導体パッケージ等の電子部材用のサブストレート基板、ビルドアップフィルム、ソルダーレジストインキ、アンダーフィル材、パッケージ用固形封止材、舗装用バインダー、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)用バインダー、カチオン電着塗装剤、重防食塗料、粉体塗料、インフラ補修/補強用接着剤、一般家庭/工業用接着剤が挙げられる。本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、それら用途に好適である。
本発明の樹脂硬化物の一実施形態(以下、「本実施形態の樹脂硬化物」ともいう。)は、本実施形態のエポキシ樹脂組成物を硬化させて得られる。
本実施形態の樹脂硬化物は、好ましくは、海島相分離構造を有する。
なお、上記海島相分離構造とは、海相(連続相)としてのエポキシ樹脂(A)由来の成分中に、島相(分散相)としての(メタ)アクリル重合体(B)由来の成分が分散した構造であることが好ましい。
0.6≦X/Y≦1.1・・・(2)
式(2)の下限値は、0.7以上であることが好ましく、0.75以上であることがより好ましく、0.8以上であることがさらに好ましい。式(2)の上限値は1.08以下であることがより好ましく、1.05以下であることがさらに好ましい。
熱硬化の場合、硬化時の加熱温度(硬化温度)は、通常は20~300℃、好ましくは40~250℃、より好ましくは60~200℃である。また、硬化時の加熱時間(硬化時間)は、通常は10~1440分、好ましくは30~900分、より好ましくは60~480分である。前記加熱は、多段階で行うこともできる。
本実施形態の樹脂硬化物の形状は特に限定されず、例えば、板状、シート状、フィルム状が挙げられる。これらの厚さは、例えば、通常は0.01~1000mm、好ましくは0.1~100mmである。
0.6≦X/Y≦1.1・・・(2)
式(2)の下限値は、0.7以上であることが好ましく、0.75以上であることがより好ましく、0.8以上であることがさらに好ましい。式(2)の上限値は1.08以下であることがより好ましく、1.05以下であることがさらに好ましい。
各成分のSP値は、Robert F.Fedors.,「POLYMER ENGINEERING AND SCIENCE」,1974,Vol.14,No.2,p151~153に記載の原子団のモル蒸発熱(Δei)の合計(ΔH)とモル体積(Δvi)の合計(V)とから算出した。
重合体の重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法による分析を行い、下記条件でポリスチレン換算により算出した。
・装置:GPC-8220(東ソー製)
・カラム:G7000HXL/7.8mmID×1本 +
GMHXL/7.8mmID×2本 +
G2500HXL/7.8mmID×1本
・媒体:テトラヒドロフラン
・流速:1.0mL/min
・濃度:1.5mg/mL
・注入量:300μL
・カラム温度:40℃
液温25℃、回転数6rpmでの条件下、E型粘度計VISCONIC EHD型(東京計器製)を用いて、各重合体の粘度を測定した。
重合体のエポキシ当量は、JIS K7236に基づいて求めた。
攪拌装置、窒素ガス導入管、温度計および還流冷却管を備えたフラスコに、2-エチルヘキシルアクリレート62.1部、アクリル酸2.5部、β-メルカプトプロピオン酸4.3部を添加し、フラスコ内に窒素ガスを導入しながら30分攪拌して窒素置換を行った後、フラスコの内容物を60℃まで昇温した。ついで、フラスコ内の内容物を60℃に維持しながら、アゾビスイソブチロニトリル0.06部を添加し、反応を開始した。その後、アゾビスイソブチロニトリル0.06部を1時間毎に6回添加して反応させた後、100℃~125℃で3時間反応させ、生成物中の揮発成分を減圧留去することで、カルボキシ基含有(メタ)アクリル重合体(B1-1)を得た。次いで、前記フラスコに、エポキシ化合物(B2)として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(「jER828」、三菱ケミカル製、SP値=12.8)31.1部及びエポキシ硬化触媒(トリフェニルホスフィン、「ホクコーTPP」、北興化学製)を適量仕込み、110℃で8時間攪拌した。その後、室温まで冷却することで、(メタ)アクリル重合体(B-1)を得た。(メタ)アクリル重合体(B-1)は、SP値が10.2、Mwが5814、Mnが3342、粘度が40.2Pa・s、エポキシ当量が2316g/eq.であった。
表1に示す組成に変更した以外は製造例1と同じ手法で(メタ)アクリル重合体(B-2)~(B-15)、(cB-5)、(cB-6)を得た。各重合体のSP値、Mw、Mn、粘度、エポキシ当量を表1に記載する。
攪拌装置、窒素ガス導入管、温度計および還流冷却管を備えたフラスコに、メチルエチルケトン100部を仕込み、2-エチルヘキシルアクリレート92部、グリシジルメタクリレート6部、n-ドデシルメルカプタン2部を添加し、フラスコ内に窒素ガスを導入しながら30分攪拌して窒素置換を行った後、フラスコの内容物を60℃まで昇温した。ついで、フラスコ内の内容物を60℃に維持しながら、アゾビスイソブチロニトリル0.2部を添加し、反応を開始した。3時間反応後、更にアゾビスイソブチロニトリル0.2部を添加し、その後、75~80℃で5時間反応させ、エポキシ基含有(メタ)アクリル重合体(cB-1)を得た。(メタ)アクリル重合体(cB-1)は、SP値が9.4、Mwが14588、Mnが7521、粘度が42.1Pa・s、エポキシ当量が1872g/eq.であった。
表1に示す組成に変更した以外は製造例16と同じ条件で反応を行い、エポキシ基含有(メタ)アクリル重合体(cB-2)、(cB-3)、(cB-4)をそれぞれ得た。SP値、分子量、粘度、エポキシ当量は表1に示す通りであった。
・BA:n-ブチルアクリレート
・2EHA:2-エチルヘキシルアクリレート
・GMA:グリシジルメタクリレート
・AA:アクリル酸
・MAA:メタアクリル酸
・BMPA:β-メルカプトプロピオン酸
・NOM:n-オクチルメルカプタン
・NDM:n-ドデシルメルカプタン
・jER828:ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱ケミカル製)
・エポライト100E:ジエチレングリコールジグリシジルエーテル(共栄社化学製)
・エポライト3002N:ビスフェノールA PO(プロピレンオキサイド)2mol付加物ジグリシジルエーテル(共栄社化学製)
これらのSP値を表1中に記載した。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(商品名「jER828」、三菱ケミカル製)100部、(メタ)アクリル重合体(B-1)40部、脂肪族ポリアミン系硬化剤(商品名「ST12」、三菱ケミカル製)50部を自転・公転ミキサー(製品名「あわとり練太郎」、シンキー製)で混合し、エポキシ樹脂組成物を得た。
表2-1および表2-2(以下、これらをまとめて「表2」ともいう。)に記載の配合組成に変更した以外は実施例1と同様に行い、エポキシ樹脂組成物を得た。組成条件を、評価結果と共に表2に記載する。表2中、「113」はjREキュア113(変性脂環式アミン、三菱ケミカル製)、「DICY15」はjERキュアDICY15(ジシアンジアミド微粉砕品、三菱ケミカル製)、「2E4MZ」はキュアゾール2E4MZ(イミダゾール、四国化成工業製)である。
<ダンベル試験片の引張弾性率>
実施例、比較例および参考例で得られたエポキシ樹脂組成物をSUS金型に流し込み、実施例1~13、参考例1、2、比較例1~6については80℃で3時間硬化させ、実施例14~18、参考例3については150℃で1時間硬化させ、ダンベル試験片を作製した。引張弾性率はJIS-K7161に準拠し、下記の条件で測定した。
・試料サイズ:ダンベル寸法1A
・試験速度:10mm/min
・測定環境:温度23℃、湿度50%RH
・測定回数:3回測定し、平均値から算出
JIS-K6850に準拠し、試験片2枚(SUS板同士またはFe板同士)のそれぞれの端部が12.5mmずつ重複するように、各実施例、比較例および参考例で得られたエポキシ樹脂組成物を厚さ0.2mmで試験片に塗布して、樹脂組成物の層を試験片で挟んで重ね合わせ、実施例1~13、参考例1、2、比較例1~6については80℃で3時間乾燥させ、実施例14~18、参考例3については150℃で1時間乾燥させエポキシ樹脂組成物によって固定化された評価用接着試験片を得た。
・試料サイズ:JIS-K6850に準拠
・試験速度:200mm/min
・測定環境:温度23℃、湿度50%RH
・測定値:3回測定し、平均値から算出
前記ダンベル試験片の引張弾性率試験で破断した試験片の破断面を、SEM(製品名「S-4800」、日立ハイテクノロジーズ製)を用いて倍率10,000倍で海島構造を観察した。観察したSEM像を、平均粒子径解析ソフト(製品名「Fine-View」、アストロン製)を用いて解析を行い、取込SEM画像内(9.2μm×12.7μm)の島相(分散相)のフェレー径を測定した。具体的には、一定方向の平行線で島相(分散相)を挟み、平行線間の距離を測定した。測定した島相の前記フェレー径の数平均値を島相の平均分散径とした。
前記ダンベル試験片を、25℃50%RH環境下でPETフィルム上に24時間静置した後、ダンベル試験片のPETフィルムと設置していた表面、およびダンベル試験片が乗っていた部分のPETフィルムを目視で確認し、以下の評価基準に従って評価した。
AA:試験片表面の外観に変化がなく、PETフィルム上に転写物が確認されない。
BB:試験片表面の一部面から、PETフィルムへのブリード物が確認される。
CC:試験片表面の全面から、PETフィルムへのブリード物が確認される。
JIS-K6850に準拠し、試験片2枚のそれぞれの端部が12.5mmずつ重複するように、各実施例、比較例および参考例で得られたエポキシ樹脂組成物を厚さ0.2mmで試験片に塗布して、樹脂組成物の層を試験片で挟んで重ね合わせ、実施例1~13、参考例1、2、比較例1~6については80℃で3時間乾燥させ、実施例14~18、参考例3については150℃で1時間乾燥させエポキシ樹脂組成物によって固定化された評価用接着試験片を得た。
AA:30cmでも破壊せず。
BB:20cmでは破壊しなかったが、30cmで破壊。
CC:10cmでは破壊しなかったが、20cmで破壊。
DD:10cmの高さで破壊。
比較例1~4は、エポキシ樹脂に対する改質剤として、エポキシ基含有(メタ)アクリル重合体を用いている。これらのエポキシ基含有(メタ)アクリル重合体では、モノマー成分としてグリシジルメタクリレートを用いることによりエポキシ基が重合体中に導入されている。これらは、カルボキシ基含有(メタ)アクリル重合体とエポキシ化合物とを反応させて得られる重合体ではない。比較例1~4では、得られる樹脂硬化物の耐衝撃性は充分に向上しなかった。
Claims (6)
- 溶解度パラメータ(SP値)が11~15であるエポキシ樹脂(A)と、
SP値が9.5~11である(メタ)アクリル重合体(B)と、硬化剤(C)とを含有するエポキシ樹脂組成物であり、
前記(メタ)アクリル重合体(B)が、カルボキシ基含有(メタ)アクリル重合体(B1)と、1分子中のエポキシ基数が2つ以上のエポキシ化合物(B2)との反応生成物であって、前記(メタ)アクリル重合体(B)が、前記カルボキシ基含有(メタ)アクリル重合体(B1)100質量部に対して、前記エポキシ化合物(B2)を15~200質量部反応させて得られ、かつ、
前記(メタ)アクリル重合体(B)のSP値と前記エポキシ樹脂(A)のSP値との差の絶対値が0.1~3.3であり、
前記エポキシ樹脂(A)100質量部に対して、前記(メタ)アクリル重合体(B)を10~65質量部含有し、かつ、前記硬化剤(C)を前記エポキシ樹脂(A)に対する当量比で0.5~10当量含有する、エポキシ樹脂組成物。 - 前記カルボキシ基含有(メタ)アクリル重合体(B1)のSP値と前記エポキシ化合物(B2)のSP値との差の絶対値が1.3~4.5である請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記(メタ)アクリル重合体(B)の重量平均分子量が、3,000~100,000である請求項1または2に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物からなる樹脂硬化物。
- エポキシ樹脂と(メタ)アクリル重合体と硬化剤とを含有するエポキシ樹脂組成物を硬化させて得られ、
前記(メタ)アクリル重合体が、カルボキシ基含有(メタ)アクリル重合体(B1)と、1分子中のエポキシ基数が2つ以上のエポキシ化合物(B2)との反応生成物であって、前記(メタ)アクリル重合体が、前記カルボキシ基含有(メタ)アクリル重合体(B1)100質量部に対して、前記エポキシ化合物(B2)を15~200質量部反応させて得られ、
前記エポキシ樹脂100質量部に対して、前記(メタ)アクリル重合体を10~65質量部含有し、かつ、前記硬化剤を前記エポキシ樹脂に対する当量比で0.5~10当量含有し、かつ、海島相分離構造を有し、島相の平均分散径が0.01~0.84μmである樹脂硬化物。 - 前記樹脂硬化物の引張弾性率(X)と、前記(メタ)アクリル重合体が含まれない場合の樹脂硬化物の引張弾性率(Y)とが、下記式(2)を満たす、請求項5に記載の樹脂硬化物。
0.6≦X/Y≦1.1・・・(2)
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