次に本発明を実施するための形態を詳細に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
本発明の一形態としての硬化性化合物は、柔軟構造を有する直鎖状ポリマーの末端に硬化性官能基を有し、さらに側鎖に共役ジエン構造を有することを特徴とする。前記硬化性化合物中の共役ジエン構造は、後述する親ジエン構造を有する化合物とのDiels-Alder反応による可逆結合を可能とする構造である。
このような構成を有することによって、硬化性化合物は、その末端の硬化性官能基に基づく硬化反応によって架橋構造に取り込まれる。この時、前記硬化性化合物に対して親ジエン構造を有する化合物をあらかじめ可逆結合させておいた場合、あるいは、硬化反応時に親ジエン構造を有する化合物を併用した場合には、硬化物となった後においてもその架橋構造に可逆性を有する。このことから、硬化物が衝撃を受け、クラックが発生したり、粉砕されたりするような場合、前記可逆結合部分で切断され易く、易解体性を発現するとともに、一方で、前記可逆結合は、室温を含む低温領域においても、可逆的に結合が再成形され、修復性や再成形性といった機能を発揮できる。例えば、本発明の硬化性化合物を用いてなる硬化物を粉砕した場合であっても、室温を含む低温や加温・加熱状態に置くことで、可逆結合に基づき、硬化物の修復が容易であり、また硬化物を粉砕させた後にこれを再成形することも可能である。
更に本発明での一形態である硬化性化合物には、その主鎖中に柔軟構造を有する。柔軟構造を必須とすることによって、硬化物自体にも柔軟性や強靭性を付与する。したがって、クラック等が発生しやすい使用現場においても、その衝撃を吸収することが出来、あるいは、熱膨張率の異なる基材間の接着剤として用いた場合でも基材追随性に優れる特徴を有する。そのうえで、前述の可逆結合による易解体性、修復性等の発現により、硬化物の耐久性にも寄与することになる。
なお、本発明での直鎖状ポリマーには、例えば炭素原子数1~3程度の分岐した側鎖を有していてもよく、また当該分岐した側鎖を複数有するものであってもよい。直鎖状とは、共有結合した原子の数が最も長い骨格が、直線状であって、且つ分岐してなる側鎖の原子の数よりも大きくなっていることを示すものである。またこの時、共有結合した原子は、炭素原子のみからなるものではなく、共有結合可能な他の原子を含んでいてもよい。更に、本発明での直鎖状ポリマーの末端とは、前記の直鎖状構造の末端であり、また側鎖の末端を含んでいてもよい。側鎖に共役ジエン構造を有するとは、前記の直鎖状ポリマーを形成する共有結合している原子とは異なる部位に共役ジエン構造が存在していることを示す。
前記直鎖状ポリマーには、柔軟構造を含むことを必須とするものであり、例えば、アルキレン鎖、アルキレンエーテル鎖等の、芳香環や脂環構造を含まない部分構造を挙げることが出来る。この時アルキレン鎖としては、炭素原子数が2~30であることがより好ましく、特に炭素原子数が4~16であることが最も好ましい。前記アルキレンエーテル鎖としても特に限定されるものではないが、炭素原子数が2~12のアルキレンエーテル鎖であることが好ましく、その繰り返し数の平均値が2~30の範囲であることが好ましい。更に前記柔軟構造は、1分子数に同一又は異なる構造を複数有していてもよい。
本発明の一形態である硬化性化合物の末端には硬化性官能基を有するものである。この硬化性官能基は、後述する他の化合物と共有結合を形成することによって、硬化物に永久架橋構造を形成させることが出来る。前記硬化性官能基としては、特に限定されるものではなく、例えば、ビニル基、エポキシ基、水酸基、イソシアネート基、カルボキシ基等が挙げられ、これらの中でも熱硬化性で工業的原料の入手容易性、並びに得られる硬化物の耐熱性、耐水性、耐湿熱性等のバランスに優れる観点からは、水酸基又は置換基を有していてもよいグリシジルエーテル基であることが好ましい。また、原料の工業的入手容易性の観点、硬化物としたときの架橋密度の調整が容易である等の観点から、一分子中の硬化性官能基の数は、1~5の範囲であることが好ましく、1~3であることがより好ましく、2であることが最も好ましい。
また、前記共役ジエン構造としては、Diels-Alder反応による可逆結合を導入することが出来るものであればいずれでも好ましく、1,3-ブタジエン骨格等の脂肪族炭化水素骨格;アントラセン等の芳香族炭化水素骨格;シクロペンタジエンやジシクロペンタジエン等の環式ジエン;イミダゾール環、フラン環、トリアジン環、チオフェン環、ピロール環等の複素環骨格等が例示できる。これらの中でも原料の入手容易性の観点から、フラン由来の構造であることが好ましい。1分子中における共役ジエン構造単位数としては単一であっても複数であってもよく、また、複数有する場合には、同一の構造であっても異なる構造を併有するものであってもよい。
更に、本発明の一形態である硬化性化合物の分子量としても、特に限定されるものではなく、後述する親ジエン化合物や硬化性官能基と反応性を有する化合物を用いてなる硬化性組成物の用途等に応じて適宜調整することが出来る。例えば、得られる硬化性組成物を無溶剤型の接着用途等に使用する場合には、常温で流動性を有していることが好ましく、この観点からは、硬化性化合物の分子量としては、重量平均分子量として、500~50,000の範囲であることが好ましい。また、得られる硬化物の硬化密度の観点から、硬化性官能基の当量を調整することが好ましく、例えば、エポキシ基を有する場合のエポキシ当量としては、200~30,000g/eq、水酸基を有する場合としての水酸基当量としては200~30,000g/eqの範囲であることが取扱いが容易である点から好ましい。
本発明の一形態である硬化性化合物は、下記一般式(1)で表される。
〔式(1)中、Rは水酸基、グリシジルエーテル基又は2-メチルグリシジルエーテル基であり、
Z1は下記(Z1-1)~(Z1-7)の何れかであり、
[式(Z1-1)、(Z1-2)、(Z1-3)、(Z1-4)、(Z1-5)、(Z1-6)、(Z1-7)中、
Arはそれぞれ独立して、無置換又は置換基を有する芳香環を有する構造であり、
R11、R12はそれぞれ独立して水酸基、グリシジルエーテル基又は2-メチルグリシジルエーテル基であり、
R13、R14は水素原子又はメチル基であり、
R1、R2はそれぞれ独立して水素原子、メチル基又はエチル基であり、
R’はそれぞれ独立して炭素原子数2~12の2価の炭化水素基であり、
nは繰り返し単位の平均値で0.5~10であり、
n1は4~16の整数であり、
n2は繰り返し単位の平均値で2~30である。
式(Z1-1)のXは下記一般式(Z1-1-1)で表される構造単位であり、Yは下記一般式(Z1-1-2)で表される構造単位であり、
〈式(Z1-1-1)、(Z1-1-2)中、Ar、R1、R2、R’、n1、n2は前記と同じであり、
R3、R4、R7、R8はそれぞれ独立して水酸基、グリシジルエーテル基又は2-メチルグリシジルエーテル基であり、
R5、R6、R9、R10はそれぞれ独立して水素原子又はメチル基である。〉
m1、m2、m3、m4、m5、m6、p1、p2、qは繰り返しの平均値であって、
m1、m2、m3、m4、m5、m6は、それぞれ独立して0~25であり、且つm1+m2≧1であり、
p1、p2はそれぞれ独立して0~5であり、
qは0.5~5である。
ただし、前記一般式(Z1-1-1)で表されるXと前記一般式(Z1-1-2)で表されるYとの結合は、ランダムであってもブロックであってもよく、1分子中に存在する各構造単位X、Yの数の総数がそれぞれm1、m2であることを示す。]
Z2は下記一般式(Z2)
(Z
3はフラン骨格を有する構造であり、
R
15、R
16はそれぞれ独立して水酸基、グリシジルエーテル基又は2-メチルグリシジルエーテル基であり、
R
17、R
18は水素原子又はメチル基である。)
で表される構造単位である。各式中の*は結合点を表す。〕
前記一般式中のArは置換基を有していてもよい芳香環であり、特に限定されるものではない。芳香環としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、フルオレン環が挙げられる。置換基としては、例えば、ハロゲン原子、アルコキシ基、アラルキルオキシ基、アリールオキシ基、ニトロ基、アミド基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、シアノ基、アルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、アリール基等が挙げられる。Ar上の置換基は、後の硬化性樹脂組成物として用いた際に、硬化反応を起こさないものであることが、本発明の効果がより発現されやすいため好ましい。
これらの中でも、Arとしては、下記構造式で表される何れかの構造であることが好ましい。なお、式中の線は、環上のいずれの箇所で連結していてもよいことを示す。
〔式中の芳香環は置換又は無置換であってよく、*は結合点を表す。〕
また、以下のような式で表される構造もArとして挙げられる。
(式中、芳香環は置換または無置換であってよく、n
6=1~4であり、*は結合点を表す。)
前記Arの構造としては以下のものが特に好ましい。*は結合点を表す。
前記一般式中の、繰り返し単位n1は、2~16の整数である。n1が4以上であることで、硬化物としたときの変形モードが弾性変形となりやすい。また、n1が16以下であることで、架橋密度の低下を抑制できる。好ましくは4~15であり、さらに好ましくは6~12である。
前記一般式中の、R1、R2はそれぞれ独立して水素原子、メチル基又はエチル基であり、水素原子であることが好ましい。R13、R14、R5、R6、R9、R10、R17、R18は水素原子又はメチル基であり、水素原子であることが好ましい。
前記一般式中の、n2は繰り返し単位の平均値で2~30である。この範囲であると、硬化性化合物の粘度と得られる硬化物の架橋密度のバランスが良好となる点から好ましい。好ましくは2~25であり、さらに好ましくは4~20である。
前記一般式中の、R’は炭素原子数2~12の2価の炭化水素基である。この範囲であると、接着力が向上するうえ、硬化物の変形モードが弾性変形となりやすい。好ましくはR’が炭素原子数2~6の2価の炭化水素基である。
前記2価の炭化水素基としては、特に限定されず、直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基、アラルキレン基(アルキレン基及びアリーレン基を有する2価の基)などを挙げることができる。
アルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、へキシレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基等が挙げられる。アルケニレン基としては、ビニレン基、1-メチルビニレン基、プロペニレン基、ブテニレン基、ペンテニレン基等が挙げられる。アルキニレン基としては、エチニレン基、プロピニレン基、ブチニレン基、ペンチニレン基、へキシニレン基等が挙げられる。シクロアルキレン基としては、シクロプロピレン基、シクロブチレン基、シクロペンチレン基、シクロへキシレン基等が挙げられる。アリーレン基としては、フェニレン基、トリレン基、キシリレン基、ナフチレン基等が挙げられる。
これらの中でも、原料入手容易性、得られる硬化性化合物の粘度、硬化物としたときの柔軟性のバランスの観点から、エチレン基、プロピレン基、テトラメチレン基であることが好ましい。
前記一般式中のm1、m2はそれぞれ前述の構造単位X、構造単位Yの繰り返しの平均値であり、それぞれ独立して0~25であって、かつm1+m2≧1である。好ましくは、m1、m2はそれぞれ0.5~10の範囲である。m3、m4はそれぞれ独立して0~25であり、それぞれ0.5~10の範囲であることが好ましい。
前記一般式(Z2)中のZ3はフラン骨格を有する構造であり、例えば、以下の構造を挙げることが出来る。*は結合点を表す。
前記Z3の構造としては以下のものが特に好ましい。*は結合点を表す。
本発明の硬化性化合物としては、例えば、以下で表されるものを挙げることが出来るが、これらに限定されるものではない。
上記各構造式において、Rは水酸基、グリシジルエーテル基又は2-メチルグリシジルエーテル基であり、R’は炭素原子数2~12の2価の炭化水素基であり、n1は4~16の整数であり、n、n2、m、p1、p2、qは繰り返しの平均値であって、nは0.5~10であり、n2は2~30であり、mは0.5~10であり、p1及びp2はそれぞれ独立して0~5であって、qが0.5~5を表す。
本発明の一形態である硬化性化合物は、既知の方法にて合成可能である。例えば、
1.アルキレン鎖又はアルキレンエーテル鎖を有するグリシジルエーテル基含有化合物とアミノフラン等とを、グリシジルエーテル基が過剰になるように用いて反応させ、硬化性官能基がグリシジルエーテル基である化合物を得る方法。
2.脂肪族系ジヒドロキシ化合物のジグリシジルエーテル、脂肪族系ジビニルエーテルまたはジハロゲン化アルキレン化合物と、芳香族系ヒドロキシ化合物とを反応させて、末端に水酸基を有する化合物を得た後、これをエポキシ化して、末端をグリシジルエーテル基にする、その後、アミノフラン等とをグリシジルエーテル基が過剰になるように用いて反応させ、硬化性官能基がグリシジルエーテル基である化合物を得る方法。
3.前記の1又は2で得られた、末端がグリシジルエーテル基である化合物に、フェノール性水酸基を有する化合物を反応させて、硬化性官能基が水酸基である硬化性化合物を得る方法。
前記アルキレン鎖又はアルキレンエーテル鎖を有するグリシジルエーテル基含有化合物としては、特に限定されるものではなく、例えば、アルキレン鎖を有するジグリシジルエーテルとしては、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、1,9-ノナンジオールジグリシジルエーテル、1,11-ウンデカンジオールジグリシジルエーテル、1,12-ドデカンジオールジグリシジルエーテル、1,13-トリデカンジオールジグリシジルエーテル、1,14-テトラデカンジオールジグリシジルエーテル、1,15-ペンタデカンジオールジグリシジルエーテル、1,16-ヘキサデカンジオールジグリシジルエーテル、2-メチル-1,11-ウンデカンジオールジグリシジルエーテル、3-メチル-1,11-ウンデカンジオールジグリシジルエーテル、2,6,10-トリメチル-1,11-ウンデカンジオールジグリシジルエーテル等が挙げられる。また、アルキレンエーテル鎖を有するグリシジルエーテル基含有化合物としては、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリテトラメチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリペンタメチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリヘキサメチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリヘプタメチレングリコールジグリシジルエーテル等が挙げられる。これらは、ヒドロキシ化合物のグリシジルエーテル化において生成する有機塩素不純物を含有していても良く、下記構造で表される1-クロロメチル-2-グリシジルエーテル(クロルメチル体)等の有機塩素を含有していても良い。これらのグリシジルエーテル基含有化合物は単独でも、2種類以上を併用しても良い。
これらの中でも、得られる硬化物の柔軟性と耐熱性のバランスに優れる点から、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、1,9-ノナンジオールジグリシジルエーテル、1,12-ドデカンジオールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリテトラメチレングリコールジグリシジルエーテルを用いることが好ましい。
前記のグリシジルエーテル基含有化合物はアミノフラン類と反応させることが可能であり、共役ジエン構造を側鎖として容易に導入することが出来る。
特に脂肪族アミンから成るアミノフランはグリシジルエーテルとの反応性が高く、共益ジエン構造を側鎖として容易に導入することができる。さらに、アミンとグリシジルエーテルから成る結合は高い耐熱性や耐湿性を有することから、得られる硬化物の耐久性に優れる。
また、脂肪族系ジヒドロキシ化合物のジグリシジルエーテルまたは脂肪族系ジビニルエーテルと、芳香族系ヒドロキシ化合物とを反応させて、末端に水酸基を有する化合物を得た後、これをエポキシ化して、末端をグリシジルエーテル基にすることで、前記構造単位Xと前記構造単位Yの両方を有するグリシジルエーテル基含有化合物を得ることが出来、これと前記と同様にしてアミノフラン等とを反応させることで硬化性化合物を得ることが出来る。
前記脂肪族系ジヒドロキシ化合物のジグリシジルエーテルとしては、アルキレン鎖又はアルキレンエーテル鎖を有するグリシジルエーテル基含有化合物として前述に記載したものを同様に用いることが出来る。好ましい化合物としても同様である。
前記脂肪族系ジビニルエーテルとしては、特に限定されるものではなく、例えばポリエチレングリコールジビニルエーテル、ポリプロピレングリコールジビニルエーテル、ポリテトラメチレングリコールジビニルエーテル、1,3-ブチレングリコールジビニルエーテル、1,4-ブタンジジオールジビニルエーテル、1,6-ヘキサンジオールジビニルエーテル、1,9-ノナンジオールジビニルエーテル、1,10-デカンジオールジビニルエーテル等の直鎖状アルキレン基のジビニルエーテル、及びネオペンチルグリコールジビニルエーテル等の分岐状アルキレン基のジビニルエーテル、1,4-シクロヘキサンジオールジビニルエーテル、1,4-シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、トリシクロデカンジオールジビニルエーテル、トリシクロデカンジメタノールジビニルエーテル、ペンタシクロペンタデカンジメタノールジビニルエーテル、ペンタシクロペンタデカンジオールジビニルエーテル等のシクロアルカン構造を含有するジビニルエーテル等が挙げられ単独でも、2種類以上を併用しても良い。
これらの中でも、得られる硬化物の柔軟性と靭性のバランスに優れる点からポリエーテル構造または直鎖状アルキレン構造のジビニルエーテルが好ましく、ポリエチレングリコールジビニルエーテル、ポリプロピレングリコールジビニルエーテル、ポリテトラメチレングリコールジビニルエーテル、1,3-ブチレングリコールジビニルエーテル、1,4-ブタンジジオールジビニルエーテル、1,6-ヘキサンジオールジビニルエーテル、1,9-ノナンジオールジビニルエーテル、1,10-デカンジオールジビニルエーテルを用いることが最も好ましい。
前記ジハロゲン化アルキレン化合物としては、特に限定されるものではなく、例えば、1,4-ジクロロブタン、1,5-ジクロロペンタン、1,6-ジクロロヘキサン、1,7-ジクロロヘプタン、1,8-ジクロロオクタン、1,9-ジクロロノナン、1,10-ジクロロデカン、1,11-ジクロロウンデカン、1,12-ジクロロドデカン、、1,4-ジブロモブタン、1,5-ジブロモペンタン、1,6-ジブロモヘキサン、1,7-ジブロモヘプタン、1,8-ジブロモオクタン、1,9-ジブロモノナン、1,10-ジブロモデカン、1,11-ジブロモウンデカン、1,12-ジブロモドデカン、等が挙げられる、単独でも、2種類以上を併用しても良い。
前記芳香族系ヒドロキシ化合物としては、特に限定されるものではなく、例えば、ハイドロキノン、レゾルシン、カテコール等のジヒドロキシベンゼン類、ピロガロール、1,2,4-トリヒドロキシベンゼン、1,3,5-トリヒドロキシベンゼン等のトリヒドロキシベンゼン類、4,4’,4”-トリヒドロキシトリフェニルメタン等のトリフェニルメタン型フェノール類、1,6-ジヒドロキシナフタレン、2,7-ジヒドロキシナフタレン、1,4-ジヒドロキシナフタレン、1,5-ジヒドロキシナフタレン、2,3-ジヒドロキシナフタレン、及び2,6-ジヒドロキシナフタレン等のジヒドロキシナフタレン類、ジヒドロキシナフタレン類をカップリング反応させた、1,1’-メチレンビスー(2,7-ナフタレンジオール)、1,1’-ビナフタレン-2,2’,7,7’-テトラオール、1,1’-オキシビスー(2,7-ナフタレンジオール)等の4官能フェノール類、ビス(4-ヒドロキシフェニル)メタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-メチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、及び1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-1-フェニルエタン、及びビス(4-ヒドロキシフェニル)スルホン等のビスフェノール類、2,2’―ビフェノール、4,4’-ビフェノール、(1,1’-ビフェニル)-3,4-ジオール、3,3’-ジメチルー(1,1’-ビフェニル)-4,4’-ジオール、3-メチルー(1,1’-ビフェニル)-4,4’-ジオール、3,3’、5,5’-テトラメチルビフェニル-2,2’-ジオール、3,3’、5,5’-テトラメチルビフェニル-4,4’-ジオール、5-メチル-(1,1’-ビフェニル)-3,4’ジオール、3’-メチル-(1,1’-ビフェニル)-3,4’ジオール、4’-メチル-(1,1’-ビフェニル)-3,4’ジオール等のビフェノール類、フェノールとジシクロペンタジエンとの重付加物、及びフェノールとテルペン系化合物との重付加物等の脂環式構造含有フェノール類、ビス(2-ヒドロキシ-1-ナフチル)メタン、及びビス(2-ヒドロキシ-1-ナフチル)プロパン等のナフトール類、フェノールとフェニレンジメチルクロライド又はビフェニレンジメチルクロライドとの縮合反応生成物である所謂ザイロック型フェノール樹脂が挙げられ、単独でも、2種以上を併用して用いても良い。更に、上記の各化合物の芳香核に置換基としてメチル基、t-ブチル基、又はハロゲン原子が置換した構造の2官能性フェノール化合物も挙げられる。尚、前記脂環式構造含有フェノール類や、前記ザイロック型フェノール樹脂は、2官能成分のみならず、3官能性以上の成分も同時に存在し得るが、そのまま用いてもよく、又、カラム等の精製工程を経て、2官能成分のみを取り出して用いても良い。
これらの中でも、硬化物にした際の柔軟性と強靭性のバランスに優れる点からビスフェノール類が好ましく、特に靱性付与の性能が顕著である点からビス(4-ヒドロキシフェニル)メタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパンが好ましい。又、硬化物の耐湿性を重視する場合には、脂環式構造を含有するフェノール類を用いることが好ましい。
前記脂肪族系ジヒドロキシ化合物のジグリシジルエーテルと前記芳香族系ヒドロキシ化合物との反応比率は、前者/後者が1/1.01~1/5.0(モル比)の範囲で反応させることが好ましく、得られる硬化物の柔軟性と耐熱性をバランスよく兼備する点から、1/1.02~1/3.0(モル比)であることが好ましい。
前記脂肪族系ジヒドロキシ化合物のジグリシジルエーテルと前記芳香族系ヒドロキシ化合物との反応は、触媒の存在下で行うことが好ましい。前記触媒としては、種々のものが使用でき、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化カルシウム等のアルカリ(土類)金属水酸化物、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属炭酸塩、トリフェニルホスフィン等のリン系化合物、DMP-30、DMAP、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ベンジルトリブチルアンモニウム等のクロライド、ブロマイド、ヨーダイド、テトラメチルホスホニウム、テトラエチルホスホニウム、テトラブチルホスホニウム、ベンジルトリブチルホスホニウム等のクロライド、ブロマイド、ヨーダイド等の4級アンモニウム塩、トリエチルアミン、N,N-ジメチルベンジルアミン、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン、1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン等の3級アミン類、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール等のイミダゾール類等が挙げられる。これらは2種以上の触媒を併用しても構わない。なかでも反応が速やかに進行すること、および不純物量の低減効果が高い点から水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、トリフェニルホスフィン、DMP-30が好ましい。これら触媒の使用量は特に限定されるものではないが、前記芳香族系ヒドロキシ化合物のフェノール性水酸基1モルに対し0.0001~0.01モル用いるのが好ましい。これら触媒の形態も特に限定されず、水溶液の形態で使用してもよいし、固形の形態で使用しても構わない。
また、前記脂肪族系ジヒドロキシ化合物のジグリシジルエーテルと前記芳香族系ヒドロキシ化合物との反応は、無溶剤下で、あるいは有機溶剤の存在下で行うことができる。用いうる有機溶剤としては、例えば、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、トルエン、キシレン、メチルイソブチルケトン、ジメチルスルホキシド、プロピルアルコール、ブチルアルコールなどが挙げられる。有機溶剤の使用量としては、仕込んだ原料の総質量に対して通常50~300質量%、好ましくは100~250質量%である。これらの有機溶剤は単独で、あるいは数種類を混合して用いることが出来る。反応を速やかに行うためには無溶媒が好ましく、一方、最終生成物の不純物を低減できる点からはジメチルスルホキシドの使用が好ましい。
前記反応を行う場合の反応温度としては、通常50~180℃、反応時間は通常1~10時間である。最終生成物の不純物を低減できる点からは反応温度は100~160℃が好ましい。また、得られる化合物の着色が大きい場合は、それを抑制するために、酸化防止剤や還元剤を添加しても良い。酸化防止剤としては特に限定されないが、例えば2,6-ジアルキルフェノール誘導体などのヒンダードフェノール系化合物や2価のイオウ系化合物や3価のリン原子を含む亜リン酸エステル系化合物などを挙げることができる。還元剤としては特に限定されないが、例えば次亜リン酸、亜リン酸、チオ硫酸、亜硫酸、ハイドロサルファイトまたはこれら塩などが挙げられる。
前記反応の終了後、反応混合物のpH値が3~7、好ましくは5~7になるまで中和あるいは水洗処理を行うこともできる。中和処理や水洗処理は常法にしたがって行えばよい。例えば塩基性触媒を用いた場合は塩酸、第一リン酸水素ナトリウム、p-トルエンスルホン酸、シュウ酸等の酸性物質を中和剤として用いることができる。中和あるいは水洗処理を行った後、必要時には減圧加熱下で溶剤を留去し生成物の濃縮を行い、化合物を得ることが出来る。
前記脂肪族系ジヒドロキシ化合物のジグリシジルエーテルと前記芳香族系ヒドロキシ化合物との反応は、触媒を用いなくとも十分反応は進行するが、原料の選択や反応速度を高める点から適宜使用することができる。ここで使用し得る触媒としては、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸などの無機酸、トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、キシレンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、シュウ酸、ギ酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸など有機酸、塩化アルミニウム、塩化鉄、塩化スズ、塩化ガリウム、塩化チタン、臭化アルミニウム、臭化ガリウム、三弗化ホウ素エーテル錯体、三弗ホウフェノール錯などのルイス酸等が挙げられる。触媒の使用量は、通常、ジビニルエーテル化合物の質量に対して10ppm~1重量%の範囲である。この際、芳香環に対するビニル基の核付加反応を起こさないように、その種類や使用量を選択することが好ましい。
前記脂肪族系ジビニルエーテルと前記芳香族系ヒドロキシ化合物との反応比率は、前者/後者が1/1.01~1/5.0(モル比)の範囲で反応させることが好ましく、得られる硬化物の柔軟性と耐熱性をバランスよく兼備する点から、1/1.02~1/3.0(モル比)であることが好ましい。
また、前記脂肪族系ジビニルエーテルと前記芳香族系ヒドロキシ化合物との反応は、無溶剤下で、あるいは有機溶剤の存在下で行うことができる。ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族性有機溶媒や、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系有機溶媒、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールノルマルブタノールなどのアルコール系有機溶媒等が挙げられる。有機溶剤の使用量としては、仕込んだ原料の総質量に対して通常50~300質量%、好ましくは100~250質量%である。これらの有機溶剤は単独で、あるいは数種類を混合して用いることが出来る。
前記反応を行う場合の反応温度としては、通常50~150℃、反応時間は通常0.5~10時間である。この際、ビニルエーテル基の自己重合を防止するため、酸素雰囲気下での反応の方が好ましい。
前記反応の終了後、有機溶媒を使用した場合は、減圧加熱下でそれを除去し、触媒を使用した場合は、必要によって失活剤等で失活させて、水洗や濾過操作によって除去することで、化合物を得ることが出来る。
前記ジハロゲン化アルキレン化合物と芳香族系ヒドロキシ化合物との反応比率は、前者/後者が1/1.01~1/5.0(モル比)の範囲で反応させることが好ましく、得られる硬化物の柔軟性と耐熱性をバランスよく兼備する点から、前者/後者が1/1.1~1/3.0(モル比)であることが好ましい。
前記芳香族系ヒドロキシ化合物と、ジハロゲン化アルキレン化合物との反応は、塩基性化合物の存在下で行うことが好ましい。前記塩基性化合物としては、種々のものが使用でき、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化カルシウム等のアルカリ(土類)金属水酸化物、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属炭酸塩等が挙げられる。これらは2種以上の塩基性化合物を併用しても構わない。なかでも反応が速やかに進行すること、および不純物量の低減効果が高い点から水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウムが好ましい。これら塩基性化合物の使用量は特に限定されるものではないが、前記芳香族系ヒドロキシ化合物のフェノール性水酸基1モルに対し0.0001~10モル用いるのが好ましい。これら塩基性化合物の形態も特に限定されず、水溶液の形態で使用してもよいし、固形の形態で使用しても構わない。また、反応にには触媒を併用することも可能であり、臭化テトラ-n-ブチルアンモニウム、塩化ベンジルトリエチルアンモニウム、臭化セチルトリメチルアンモニウム、臭化セチルピリジニウム、塩化テトラ-n-ブチルアンモニウム、水酸化テトラ-n-ブチルアンモニウム、ヨウ化テトラ-n-ブチルアンモニウム、塩化テトラ-エチルアンモニウム、臭化ベンジルトリブチルアンモニウム、臭化ベンジルトリエチルアンモニウム、塩化ヘキサデシルトリエチルアンモニウム、塩化テトラメチルアンモニウム、塩化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム等の4級アンモニウム塩や、クラウンエーテル、ヨウ化カリウム等を用いることができる。
また、前記芳香族系ヒドロキシ化合物と、ジハロゲン化アルキレン化合物との反応は、無溶剤下で、あるいは有機溶剤の存在下で行うことができる。用いうる有機溶剤としては、例えば、トルエン、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミドなどが挙げられる。有機溶剤の使用量としては、仕込んだ原料の総質量に対して通常50~300質量%、好ましくは100~1000質量%である。これらの有機溶剤は単独で、あるいは数種類を混合して用いることが出来る。
前記反応を行う場合の反応温度としては、通常室温~150℃、反応時間は通常1~24時間である。最終生成物の不純物を低減できる点からは反応温度は室温~100℃が好ましい。
前記で得られた前駆体(中間体)ヒドロキシ化合物のグリシジルエーテル化反応の手法については特に限定は無く、フェノール性水酸基とエピハロヒドリンとを反応させる方法や、フェノール性水酸基をオレフィン化し、オレフィンの炭素―炭素二重結合を酸化剤で酸化する方法等が挙げられる。これらの中でも、エピハロヒドリンを用いる方法が、原料入手や反応が容易である点から好ましい。
エピハロヒドリンを用いる方法にとしては、例えば、前記で得られたヒドロキシ化合物の芳香族性水酸基1モルに対し、エピハロヒドリン0.3~100モルを添加し、この混合物に、該ヒドロキシ化合物の芳香族性水酸基1モルに対し0.9~2.0モルの塩基性触媒を一括添加または徐々に添加しながら20~120℃の温度で0.5~10時間反応させる方法が挙げられる。このエピハロヒドリンの添加量は、エピハロヒドリンの過剰量が多くなる程、得られるエポキシ樹脂は理論構造に近いものとなり、未反応芳香族性水酸基とエポキシ基との反応で生じる2級水酸基の生成を抑制することができる。かかる観点から中でも2.5~100当量の範囲であることが好ましい。この塩基性触媒は固形でもその水溶液を使用してもよく、水溶液を使用する場合は、連続的に添加すると共に、反応混合物中から減圧下、または常圧下、連続的に水及びエピハロヒドリンを留出させ、更に分液して水は除去しエピハロヒドリンは反応混合物中に連続的に戻す方法でもよい。
エピハロヒドリンを反応させる際、反応速度の向上を目的として4級アンモニウム塩等の促進剤を併用してもよい。前記4級アンモニウム塩としては種々のものが使用でき、例えば臭化テトラ-n-ブチルアンモニウム、塩化ベンジルトリエチルアンモニウム、臭化セチルトリメチルアンモニウム、臭化セチルピリジニウム、塩化テトラ-n-ブチルアンモニウム、水酸化テトラ-n-ブチルアンモニウム、ヨウ化テトラ-n-ブチルアンモニウム、塩化テトラ-エチルアンモニウム、臭化ベンジルトリブチルアンモニウム、臭化ベンジルトリエチルアンモニウム、塩化ヘキサデシルトリエチルアンモニウム、塩化テトラメチルアンモニウム、塩化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム等が挙げられる。
なお、工業生産を行う際は、エポキシ樹脂生産の初バッチでは仕込みエピハロヒドリンの全てを新しいものを使用するが、次バッチ以降は、粗反応生成物から回収されたエピハロヒドリンと、反応で消費される分及び消失する分に相当する新しいエピハロヒドリンとを併用することが好ましい。この時、使用するエピハロヒドリンは特に限定されないが、例えばエピクロルヒドリン、エピブロモヒドリン等が挙げられる。なかでも入手が容易なことからエピクロルヒドリンが好ましい。
また、塩基性触媒も特に限定されないが、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩及びアルカリ金属水酸化物等が挙げられる。特にエポキシ樹脂合成反応の触媒活性に優れる点からアルカリ金属水酸化物が好ましく、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。使用に際しては、これらのアルカリ金属水酸化物を10~55質量%程度の水溶液の形態で使用してもよいし、固形の形態で使用しても構わない。
また、有機溶媒を併用することにより、エポキシ樹脂の合成における反応速度を高めることができる。このような有機溶媒としては特に限定されないが、例えば、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、メタノール、エタノール、1-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、1-ブタノール、セカンダリーブタノール、ターシャリーブタノール等のアルコール類、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ等のセロソルブ類、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン、1,3-ジオキサン、ジエトキシエタン等のエーテル類、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等の非プロトン性極性溶媒等が挙げられる。これらの有機溶媒は、それぞれ単独で使用してもよいし、また、極性を調整するために適宜二種以上を併用してもよい。
これらのグリシジル化反応の反応物を水洗後、加熱減圧下、蒸留によって未反応のエピハロヒドリンや併用する有機溶媒を留去する。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、得られたエポキシ樹脂を再びトルエン、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトンなどの有機溶媒に溶解し、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さらに反応を行うこともできる。この際、反応速度の向上を目的として、4級アンモニウム塩やクラウンエーテル等の相間移動触媒を存在させてもよい。
相間移動触媒を使用する場合のその使用量としては、用いるエポキシ樹脂に対して0.1~3.0質量%の範囲が好ましい。反応終了後、生成した塩を濾過、水洗などにより除去し、更に、加熱減圧下トルエン、メチルイソブチルケトンなどの溶剤を留去することにより高純度の樹脂を得ることができる。
このようにして得られた末端にグリシジルエーテル基を有する樹脂に、前記と同様にしてアミノフラン等を反応させることで、本発明での硬化性化合物を得ることが出来る。
又、本発明での、末端の硬化性官能基が水酸基の場合は、前述の末端がグリシジルエーテル基を有し、側鎖にフラン構造を有する化合物に対して、所望のフェノール性水酸基含有化合物を反応させることによって得ることが出来る。
これらの、柔軟構造を有する直鎖状ポリマーの末端に硬化性官能基を有し、さらに側鎖に共役ジエン構造を有する硬化性化合物を、以下、硬化性化合物(I)と称することがある。
本発明の別の一形態は、前述の硬化性化合物(I)中の共役ジエン構造に対して、親ジエン化合物をDiels-Alder反応による可逆結合を導入したものである。以下、可逆結合を導入した硬化性化合物を硬化性化合物(II)と称することがある。前記親ジエン化合物としては、単官能のものであってもよいが、より硬化物への性能付与の為には2官能以上のものであることが好ましい。
前記Diels-Alder反応による可逆結合は、共役ジエンと親ジエンとが付加反応して6員環を形成する反応である。Diels-Alder反応は平衡反応であるため、所定の温度でRetro-Diels-Alder反応が生じて解離(解架橋)する。この可逆性は、硬化物(三次元架橋体)となった後にも維持されることから、当該硬化物に傷や外力などの機械エネルギーを与えた場合には、Diels-Alder反応ユニットのC-C結合は、通常の共有結合に比べて結合エネルギーが低いことにより、Diels-Alder反応ユニットのC-C結合が優先的に切断されることになる。しかしながら、Diels-Alder反応ユニットのC-C結合は、解離温度よりも低い温度領域では、結合方向に平衡が移動するため、再び付加体(Diels-Alder反応ユニット)を形成し、傷の修復や再成形が可能になると考えられる。
前記親ジエン化合物としては、特に限定されるものではなく、例えば、マレイミド基、アクリロイル基、ビニルケトン基、アセチレン基、アリル基、ジアゾ基、ニトロ基、ベンゾキノン骨格等を有する化合物が例示できる。これらの中でも、硬化性樹脂組成物として用いる際の反応性と、硬化物の易解体・再成形性等とのバランスの観点からマレイミド基を有する化合物を用いることが好ましい。
前記マレイミド基を有する化合物としては、例えば下記の化合物を挙げることが出来る。
上記n3、n5、n6、n7、n8、n9は繰り返し数の平均値であって、それぞれ0.5~10であり、n4は1~16の整数であり、R”はそれぞれ独立して水素原子、メチル基又はエチル基である。
なお、上記マレイミド基を有する化合物は、それぞれ、互いに独立して水素原子、ハロゲン原子、アルコキシ基、アラルキルオキシ基、アリールオキシ基、ニトロ基、アミド基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、シアノ基、アルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基またはアリール基を置換基として有しているものを含む。また、上記式に列挙される化合物の構造において、アルコキシ基、アラルキルオキシ基、アリールオキシ基、カルボキシ基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基及びアリール基は、それらが有する炭素原子にさらに種々の置換基が結合したものも含む。
当該Diels-Alder反応は既知の方法を用いればよい。例えば、前述の硬化性化合物(I)中の共役ジエン構造と、前記親ジエン化合物を等モル、場合によっては一方の成分を過剰に混合し、加熱溶融または溶媒に溶解して、室温~110℃の温度で1~24時間撹拌し、そのまま精製することなく濾別や溶媒留去で得ることもできるし、再結晶、再沈殿及びクロマトグラフィーなどの、通常用いられる単離精製方法によって得ることもできる。
本発明の別の一形態である硬化性樹脂組成物は、前記の硬化性化合物(I)又は(II)を必須とするものであり、下記の形態を含む。
1.硬化性化合物(I)と、親ジエン化合物と、前記硬化性化合物(I)中の末端の硬化性官能基と反応性を有する化合物(III)とを含有する硬化性樹脂組成物。
2.硬化性化合物(II)と、前記硬化性化合物(II)中の末端の硬化性官能基と反応性を有する化合物(III)とを含有する硬化性樹脂組成物。
前記1の硬化性樹脂組成物は、硬化物を得る過程で、硬化性化合物(I)中の共役ジエン構造と、親ジエン化合物とのDiels-Alder反応が起こり、すなわち、in-situで、硬化性化合物(II)が形成されることになる。したがって、得られる硬化物には、前記1と2とでの相違はなく、いずれも、Diels-Alder反応による可逆結合と、末端の硬化性官能基と、これと反応可能な化合物(III)との反応で得られる永久架橋構造(共有結合)を併有する硬化物となる。この時使用できる親ジエン化合物は、前記で挙げたもののいずれでもよいが、本願での効果がより一層発現される観点からは、2官能性以上の親ジエン化合物であることが好ましく、特に、置換基を有していてもよいビスマレイミドであることが好ましい。
前記1及び2の硬化性樹脂組成物における、末端の硬化性官能基と反応性を有する化合物(III)としては、特に限定されるものではない。
末端の硬化性官能基が水酸基である場合、前記化合物(III)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、エポキシ樹脂、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、ヘキサメチレンテトラミンやその変性物、オキサゾリン化合物等が挙げられる。中でも硬化性が良好であり、取り扱いもよいである観点からはエポキシ樹脂であることが好ましい。
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。
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。
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。
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。
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。
前記エポキシ樹脂は、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AD型エポキシ樹脂、ポリヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂、ポリヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、テトラメチルビフェニル型エポキシ樹脂等の液状エポキシ樹脂、ブロム化フェノールノボラック型エポキシ樹脂等の臭素化エポキシ樹脂、固形ビスフェノールA型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、テトラフェニルエタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン-フェノール付加反応型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、フェニレンエーテル型エポキシ樹脂、ナフチレンエーテル型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール-フェノール共縮ノボラック型エポキシ樹脂、ナフトール-クレゾール共縮ノボラック型エポキシ樹脂、芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂変性フェノール樹脂型エポキシ樹脂、ビフェニル変性ノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられ、単独でも、2種以上を併用してもよく、目的とする用途や硬化物の物性等に応じて種々選択して用いることが好ましい。
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。
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。
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。
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。
更に硬化性化合物中の硬化性官能基が水酸基であり、これにエポキシ樹脂を組み合わせて硬化性樹脂組成物とする場合には、エポキシ樹脂用硬化剤を配合してもよい。
ここで用いることのできる硬化剤としては、例えば、例えば、アミン化合物、酸無水物、アミド化合物、フェノ-ル性水酸基含有化合物、カルボン酸系化合物、チオール化合物などの各種の公知のエポキシ樹脂用の硬化剤が挙げられる。
前記アミン化合物としては、例えば、トリメチレンジアミン、エチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、トリエチレンジアミン、ジプロピレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルプロピレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルヘキサメチレンジアミン、N,N-ジメチルシクロヘキシルアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジメチルアミノプロピルアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、ジブチルアミノプロピルアミン、1,4-ジアザビシクロ(2,2,2)オクタン(トリエチレンジアミン)、ポリオキシエチレンジアミン、ポリオキシプロピレンジアミン、ビス(2-ジメチルアミノエチル)エーテル、ジメチルアミノエトキシエトキシエタノール、トリエタノールアミン、ジメチルアミノヘキサノール、ベンジルメチルアミン、ジメチルベンジルアミン、m-キシレンジアミン、α-メチルベンジルメチルアミン等の脂肪族アミン化合物;
ピペリジン、ピペラジン、メンタンジアミン、イソホロンジアミン、メチルモルホリン、エチルモルホリン、N,N’,N”-トリス(ジメチルアミノプロピル)ヘキサヒドロ-s-トリアジン、3,9-ビス(3-アミノプロピル)-2,4,8,10-テトラオキシスピロ(5,5)ウンデカンアダクト、N-アミノエチルピペラジン、トリメチルアミノエチルピペラジン、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、N,N’-ジメチルピペラジン、1,8-ジアザビシクロ-[5.4.0]-ウンデセン(DBU)等の脂環式及び複素環式アミン化合物;
o-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、ピリジン、ピコリン等の芳香族アミン化合物;
エポキシ化合物付加ポリアミン、マイケル付加ポリアミン、マンニッヒ付加ポリアミン、チオ尿素付加ポリアミン、ケトン封鎖ポリアミン、ジシアンジアミド、グアニジン、有機酸ヒドラジド、ジアミノマレオニトリル、アミンイミド、三フッ化ホウ素-ピペリジン錯体、三フッ化ホウ素-モノエチルアミン錯体等の変性アミン化合物等が挙げられる。
前記酸無水物としては、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水マレイン酸、無水マレイン酸ポリプロピレングリコール、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、無水メチルナジック酸、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などが挙げられる。
前記フェノ-ル性水酸基含有化合物としては、ビス(4-ヒドロキシフェニル)メタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-メチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、及び1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-1-フェニルエタン、及びビス(4-ヒドロキシフェニル)スルホン等のビスフェノール類、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール付加型樹脂、フェノールアラルキル樹脂(ザイロック樹脂)、ナフトールアラルキル樹脂、トリメチロールメタン樹脂、テトラフェニロールエタン樹脂、ナフトールノボラック樹脂、ナフトール-フェノール共縮ノボラック樹脂、ナフトール-クレゾール共縮ノボラック樹脂、ビフェニル変性フェノール樹脂(ビスメチレン基でフェノール核が連結された多価フェノール化合物)、ビフェニル変性ナフトール樹脂(ビスメチレン基でフェノール核が連結された多価ナフトール化合物)、アミノトリアジン変性フェノール樹脂(メラミン、ベンゾグアナミンなどでフェノール核が連結された多価フェノール化合物)やアルコキシ基含有芳香環変性ノボラック樹脂(ホルムアルデヒドでフェノール核及びアルコキシ基含有芳香環が連結された多価フェノール化合物)等の多価フェノール化合物が挙げられる。
前記アミド系化合物としては、例えばジシアンジアミドやポリアミドアミン等が挙げられる。前記ポリアミドアミンは、例えば、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸等の脂肪族ジカルボン酸や、脂肪酸、ダイマー酸等のカルボン酸化合物と、脂肪族ポリアミンやポリオキシアルキレン鎖を有するポリアミン等を反応させて得られるものが挙げられる。
前記カルボン酸化合物としては、カルボン酸末端ポリエステル、ポリアクリル酸、マレイン酸変性ポリプロピレングリコール等のカルボン酸ポリマ等が挙げられる。
前記チオール化合物としては、1分子中に2個以上のチオール基を含有するものであることが好ましい。例えば、3,3’-ジチオジプロピオン酸、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)、エチレングリコールジチオグリコレート、1,4-ビス(3-メルカプトブチリルオキシ)ブタン、トリス[(3-メルカプトプロピオニルオキシ)-エチル]-イソシアヌレート、トリメチロールプロパントリス(3-メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトブチレート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3-メルカプトプロピオネート)、1,3,4,6-テトラキス(2-メルカプトエチル)グリコールウリル、4-ブタンジチオール、1,6-ヘキサンジチオール、1,10-デカンジチオールなどが挙げられる。
これらの硬化剤を用いる場合、硬化剤は1種類のみで用いてもよく、2種以上を混合してもよい。尚、アンダーフィル材等の用途や一般塗料用途においては、前記アミン系化合物、カルボン酸系化合物、及びまたは酸無水物系化合物を用いることが好ましい。また、接着剤やフレキシブル配線基板用途においてはアミン系化合物、特にジシアンジアミドが作業性、硬化性、長期安定性の点から好ましい。また、半導体封止材料用途においては硬化物の耐熱性の点から固形タイプのフェノール系化合物が好ましい。また、バッテリー用途においては、脂肪族アミンやチオール化合物が低温硬化の点から好ましい。
また、エポキシ樹脂を用いる場合には、硬化促進剤を含んでいてもよい。前記硬化促進剤としては種々のものが使用できるが、例えば、ウレア化合物、リン化合物、第3級アミン、イミダゾール、イミダゾリン、有機酸金属塩、ルイス酸、アミン錯塩等が挙げられる。接着剤用途として使用する場合には、作業性、低温硬化性に優れる点から、ウレア化合物、特に3-(3,4-ジクロロフェニル)-1,1-ジメチルウレア(DCMU)が好ましい。半導体封止材料用途として使用する場合には、硬化性、耐熱性、電気特性、耐湿信頼性等に優れる点から、リン系化合物ではトリフェニルホスフィン、第3級アミンでは1,8-ジアザビシクロ-[5.4.0]-ウンデセンが好ましい。
前記リン化合物としては、例えば、エチルホスフィン、ブチルホスフィン等のアルキルホスフィン、フェニルホスフィン等の第1ホスフィン;ジメチルホスフィン、ジプロピルホスフィン等のジアルキルホスフィン;ジフェニルホスフィン、メチルエチルホスフィン等の第2ホスフィン;トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリフェニルホスフィン等の第3ホスフィン等が挙げられる。
前記イミダゾールとしては、例えば、イミダゾール、1-メチルイミダゾール、2-メチルイミダゾール、3-メチルイミダゾール、4-メチルイミダゾール、5-メチルイミダゾール、1-エチルイミダゾール、2-エチルイミダゾール、3-エチルイミダゾール、4-エチルイミダゾール、5-エチルイミダゾール、1-n-プロピルイミダゾール、2-n-プロピルイミダゾール、1-イソプロピルイミダゾール、2-イソプロピルイミダゾール、1-n-ブチルイミダゾール、2-n-ブチルイミダゾール、1-イソブチルイミダゾール、2-イソブチルイミダゾール、2-ウンデシル-1H-イミダゾール、2-ヘプタデシル-1H-イミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、1,3-ジメチルイミダゾール、2,4-ジメチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-フェニルイミダゾール、2-フェニル-1H-イミダゾール、4-メチル-2-フェニル-1H-イミダゾール、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-フェニルイミダゾール、1-シアノエチル-2-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾール、2-フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、2-メチルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、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、1-シアノエチル-2-フェニル-4,5-ジ(2-シアノエトキシ)メチルイミダゾール、1-ドデシル-2-メチル-3-ベンジルイミダゾリウムクロライド、1-ベンジル-2-フェニルイミダゾール塩酸塩等が挙げられる
前記イミダゾリン化合物は、例えば、2-メチルイミダゾリン、2-フェニルイミダゾリン等が挙げられる。
前記ウレア化合物としては、例えば、p-クロロフェニル-N,N-ジメチル尿素、3-フェニル-1,1-ジメチル尿素、3-(3,4-ジクロロフェニル)-N,N-ジメチル尿素、N-(3-クロロ-4-メチルフェニル)-N’,N’-ジメチル尿素等が挙げられる。
末端の硬化性官能基がグリシジルエーテル基である場合には、前記化合物(III)としては、例えば、アミン化合物、酸無水物、アミド化合物、フェノ-ル性水酸基含有化合物、カルボン酸系化合物、チオール化合物などの各種の公知のエポキシ樹脂用の硬化剤が挙げられる。前記硬化剤としては、目的とする硬化物の物性により適宜選択することが出来るが、特に機械的強度や基材との密着性等の観点からは水酸基含有化合物を用いることが好ましい。
前記アミン化合物としては、例えば、トリメチレンジアミン、エチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、トリエチレンジアミン、ジプロピレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルプロピレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルヘキサメチレンジアミン、N,N-ジメチルシクロヘキシルアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジメチルアミノプロピルアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、ジブチルアミノプロピルアミン、1,4-ジアザビシクロ(2,2,2)オクタン(トリエチレンジアミン)、ポリオキシエチレンジアミン、ポリオキシプロピレンジアミン、ビス(2-ジメチルアミノエチル)エーテル、ジメチルアミノエトキシエトキシエタノール、トリエタノールアミン、ジメチルアミノヘキサノール、ベンジルメチルアミン、ジメチルベンジルアミン、m-キシレンジアミン、α-メチルベンジルメチルアミン等の脂肪族アミン化合物;
ピペリジン、ピペラジン、メンタンジアミン、イソホロンジアミン、メチルモルホリン、エチルモルホリン、N,N’,N”-トリス(ジメチルアミノプロピル)ヘキサヒドロ-s-トリアジン、3,9-ビス(3-アミノプロピル)-2,4,8,10-テトラオキシスピロ(5,5)ウンデカンアダクト、N-アミノエチルピペラジン、トリメチルアミノエチルピペラジン、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、N,N’-ジメチルピペラジン、1,8-ジアザビシクロ-[5.4.0]-ウンデセン(DBU)等の脂環式及び複素環式アミン化合物;
o-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、ピリジン、ピコリン等の芳香族アミン化合物;
エポキシ化合物付加ポリアミン、マイケル付加ポリアミン、マンニッヒ付加ポリアミン、チオ尿素付加ポリアミン、ケトン封鎖ポリアミン、ジシアンジアミド、グアニジン、有機酸ヒドラジド、ジアミノマレオニトリル、アミンイミド、三フッ化ホウ素-ピペリジン錯体、三フッ化ホウ素-モノエチルアミン錯体等の変性アミン化合物等が挙げられる。
前記酸無水物としては、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水マレイン酸、無水マレイン酸ポリプロピレングリコール、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、無水メチルナジック酸、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などが挙げられる。
前記フェノ-ル性水酸基含有化合物としては、ビス(4-ヒドロキシフェニル)メタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-メチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、及び1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-1-フェニルエタン、及びビス(4-ヒドロキシフェニル)スルホン等のビスフェノール類、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール付加型樹脂、フェノールアラルキル樹脂(ザイロック樹脂)、ナフトールアラルキル樹脂、トリメチロールメタン樹脂、テトラフェニロールエタン樹脂、ナフトールノボラック樹脂、ナフトール-フェノール共縮ノボラック樹脂、ナフトール-クレゾール共縮ノボラック樹脂、ビフェニル変性フェノール樹脂(ビスメチレン基でフェノール核が連結された多価フェノール化合物)、ビフェニル変性ナフトール樹脂(ビスメチレン基でフェノール核が連結された多価ナフトール化合物)、アミノトリアジン変性フェノール樹脂(メラミン、ベンゾグアナミンなどでフェノール核が連結された多価フェノール化合物)やアルコキシ基含有芳香環変性ノボラック樹脂(ホルムアルデヒドでフェノール核及びアルコキシ基含有芳香環が連結された多価フェノール化合物)等の多価フェノール化合物が挙げられる。
前記アミド系化合物としては、例えばジシアンジアミドやポリアミドアミン等が挙げられる。前記ポリアミドアミンは、例えば、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸等の脂肪族ジカルボン酸や、脂肪酸、ダイマー酸等のカルボン酸化合物と、脂肪族ポリアミンやポリオキシアルキレン鎖を有するポリアミン等を反応させて得られるものが挙げられる。
前記カルボン酸化合物としては、カルボン酸末端ポリエステル、ポリアクリル酸、マレイン酸変性ポリプロピレングリコール等のカルボン酸ポリマ等が挙げられる。
前記チオール化合物としては、2分子中に2個以上のチオール基を含有するものであることが好ましい。例えば、3,3’-ジチオジプロピオン酸、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)、エチレングリコールジチオグリコレート、1,4-ビス(3-メルカプトブチリルオキシ)ブタン、トリス[(3-メルカプトプロピオニルオキシ)-エチル]-イソシアヌレート、トリメチロールプロパントリス(3-メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトブチレート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3-メルカプトプロピオネート)、1,3,4,6-テトラキス(2-メルカプトエチル)グリコールウリル、4-ブタンジチオール、1,6-ヘキサンジチオール、1,10-デカンジチオールなどが挙げられる。
これらの硬化剤を用いる場合、硬化剤は1種類のみで用いてもよく、2種以上を混合してもよい。尚、アンダーフィル材等の用途や一般塗料用途においては、前記アミン系化合物、カルボン酸系化合物、及又は酸無水物系化合物を用いることが好ましい。又、接着剤やフレキシブル配線基板用途においてはアミン系化合物、特にジシアンジアミドが作業性、硬化性、長期安定性の点から好ましい。又、半導体封止材料用途においては硬化物の耐熱性の点から固形タイプのフェノール系化合物が好ましい。また、バッテリー用途においては、脂肪族アミンやチオール化合物が低温硬化の点から好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物中における可逆結合の濃度は、硬化性樹脂組成物における硬化性成分の合計質量に対して0.10mmol/g以上が好ましい。このような構成によれば、硬化性樹脂組成物から得られる硬化物の易解体性・修復性及び再成形性がいずれも更に良好となる。前述の可逆結合の濃度は、0.10~3.00mmol/gであるのがより好ましく、0.15~2.00mmol/gであるのが更により好ましい。なお、本発明の可逆結合の濃度は、目的とする硬化物の動的粘弾性測定器(DMA)のtanδピークトップで定義されるガラス転移温度等により適宜選定することができる。例えば、ガラス転移温度を目安とする場合、硬化物のガラス転移温度が室温付近のものであれば、好ましい範囲の低濃度側でも、十分な修復性及び再成形性機能が発現されやすくなる。一方、目的とする硬化物のガラス転移温度が目安として100℃を超えるものであれば、好ましい範囲の高濃度側で機能が発現されやすくなる。ただし、DMAより測定されたガラス転移温度を超える温度領域では、一般的に分子運動性が高く、可逆結合の濃度が低くとも十分な修復性及び再成形性機能が発現されやすくなることから、例えば、修復のためのエージング温度や、再成形のための加熱温度を適時調整することでも、修復性及び再成形性機能の発現効果は調整可能である。このように、硬化物のガラス転移温度と可逆結合の濃度との関係は、これらに限定されるものではない。
本発明の硬化性樹脂組成物としては、硬化性や硬化物における機械強度、耐熱性等に優れる硬化性樹脂組成物となることから、下記式(2)で表され、且つ、エポキシ当量が500~10000g/eqであるエポキシ樹脂を用いてもよい。特に末端の硬化性官能基が水酸基の場合には、下記のエポキシ樹脂を前述の化合物(III)として用いてもよい。
〔式(2)中、Arはそれぞれ独立して、無置換又は置換基を有する芳香環を有する構造であり、
Xは下記一般式(2-1)で表される構造単位であり、Yは下記一般式(2-2)で表される構造単位であり、
[式(2-1)、(2-2)中、Arは前記と同じであり、
R1、R2はそれぞれ独立して水素原子、メチル基又はエチル基であり、
R’は炭素原子数2~12の2価の炭化水素基であり、
R3、R4、R7、R8はそれぞれ独立して水酸基、グリシジルエーテル基又は2-メチルグリシジルエーテル基であり、
R5、R6、R9、R10はそれぞれ独立して水素原子又はメチル基であり、
n1は2~16の整数であり、
n2は繰り返し単位の平均値で2~30である。]
R21、R22はそれぞれ独立して、グリシジルエーテル基又は2-メチルグリシジルエーテル基であり、
R11、R12はそれぞれ独立して水酸基、グリシジルエーテル基又は2-メチルグリシジルエーテル基であり、
R13、R14は水素原子又はメチル基であり、
m1、m2、p1、p2、qは繰り返しの平均値であって、
m1、m2は、それぞれ独立して0~25であり、且つm1+m2≧1であり、
p1、p2はそれぞれ独立して0~5であり、
qは0.5~5である。
ただし、前記一般式(2-2)で表されるXと前記一般式(2-3)で表されるYとの結合は、ランダムであってもブロックであってもよく、1分子中に存在する各構造単位X、Yの数の総数がそれぞれm1、m2であることを示す。〕
前記一般式(2)で表されるエポキシ樹脂は、これを単独で組み合わせて硬化性樹脂組成物としてもよいが、より一層、硬化物への柔軟性を付与させて易解体性を容易に発現させられる観点より、更にエポキシ当量が100~300g/eqのエポキシ樹脂を併用することも好ましいものである。
前記の併用できるエポキシ樹脂としては、そのエポキシ当量が100~300g/eqの範囲であればよく、その構造としては限定されない。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AD型エポキシ樹脂、ポリヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂、ポリヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、テトラメチルビフェニル型エポキシ樹脂等の液状エポキシ樹脂、ブロム化フェノールノボラック型エポキシ樹脂等の臭素化エポキシ樹脂、固形ビスフェノールA型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、テトラフェニルエタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン-フェノール付加反応型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、フェニレンエーテル型エポキシ樹脂、ナフチレンエーテル型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール-フェノール共縮ノボラック型エポキシ樹脂、ナフトール-クレゾール共縮ノボラック型エポキシ樹脂、芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂変性フェノール樹脂型エポキシ樹脂、ビフェニル変性ノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられ、単独でも、2種以上を併用してもよく、目的とする用途や硬化物の物性等に応じて種々選択して用いることが好ましい。
これらの中でも、ビスフェノールA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AD型エポキシ樹脂、ポリヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂、ポリヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、テトラメチルビフェニル型エポキシ樹脂等の液状エポキシ樹脂のうちエポキシ当量が100~300g/eqであるエポキシ樹脂を用いることが好ましく、ビスフェノールA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AD型エポキシ樹脂のうちエポキシ当量が100~300g/eqであるエポキシ樹脂を用いることが特に好ましい。
前記一般式(2)で表されるエポキシ樹脂と前記エポキシ当量が100~300g/eqであるエポキシ樹脂との使用割合としては、特に限定はないが、硬化物中で相分離しやすい観点から、前者と後者との質量比率が97:3~3:97であり、好ましくは10:90~90:10、特に好ましくは80:20~20:80である。硬化物中で相分離することで、海島構造となり、硬化物の接着性と応力緩和能が両立され、特に広い温度領域で高い接着力を発揮し、且つ、樹脂組成物の加熱硬化前後における成形収縮率を低減する効果を有する。
また、本発明の硬化性樹脂組成物は、その他の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を、本発明の効果を阻害しない範囲で併用しても良い。
その他の熱硬化性樹脂としては、例えば、シアネートエステル樹脂、ベンゾオキサジン構造を有する樹脂、活性エステル樹脂、ビニルベンジル化合物、アクリル化合物、スチレンとマレイン酸無水物の共重合物などが挙げられる。前記した他の熱硬化性樹脂を併用する場合、その使用量は本発明の効果を阻害しなければ特に制限をうけないが、硬化性樹脂組成物100質量部中1~50質量部の範囲であることが好ましい。
前記シアネートエステル樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型シアネートエステル樹脂、ビスフェノールF型シアネートエステル樹脂、ビスフェノールE型シアネートエステル樹脂、ビスフェノールS型シアネートエステル樹脂、ビスフェノールスルフィド型シアネートエステル樹脂、フェニレンエーテル型シアネートエステル樹脂、ナフチレンエーテル型シアネートエステル樹脂、ビフェニル型シアネートエステル樹脂、テトラメチルビフェニル型シアネートエステル樹脂、ポリヒドロキシナフタレン型シアネートエステル樹脂、フェノールノボラック型シアネートエステル樹脂、クレゾールノボラック型シアネートエステル樹脂、トリフェニルメタン型シアネートエステル樹脂、テトラフェニルエタン型シアネートエステル樹脂、ジシクロペンタジエン-フェノール付加反応型シアネートエステル樹脂、フェノールアラルキル型シアネートエステル樹脂、ナフトールノボラック型シアネートエステル樹脂、ナフトールアラルキル型シアネートエステル樹脂、ナフトール-フェノール共縮ノボラック型シアネートエステル樹脂、ナフトール-クレゾール共縮ノボラック型シアネートエステル樹脂、芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂変性フェノール樹脂型シアネートエステル樹脂、ビフェニル変性ノボラック型シアネートエステル樹脂、アントラセン型シアネートエステル樹脂等が挙げられる。これらはそれぞれ単独で用いても良いし、2種類以上を併用しても良い。
これらのシアネートエステル樹脂の中でも、特に耐熱性に優れる硬化物が得られる点においては、ビスフェノールA型シアネートエステル樹脂、ビスフェノールF型シアネートエステル樹脂、ビスフェノールE型シアネートエステル樹脂、ポリヒドロキシナフタレン型シアネートエステル樹脂、ナフチレンエーテル型シアネートエステル樹脂、ノボラック型シアネートエステル樹脂を用いることが好ましく、誘電特性に優れる硬化物が得られる点においては、ジシクロペンタジエン-フェノール付加反応型シアネートエステル樹脂が好ましい。
ベンゾオキサジン構造を有する樹脂としては、特に制限はないが、例えば、ビスフェノールFとホルマリンとアニリンの反応生成物(F-a型ベンゾオキサジン樹脂)やジアミノジフェニルメタンとホルマリンとフェノールの反応生成物(P-d型ベンゾオキサジン樹脂)、ビスフェノールAとホルマリンとアニリンの反応生成物、ジヒドロキシジフェニルエーテルとホルマリンとアニリンの反応生成物、ジアミノジフェニルエーテルとホルマリンとフェノールの反応生成物、ジシクロペンタジエン-フェノール付加型樹脂とホルマリンとアニリンの反応生成物、フェノールフタレインとホルマリンとアニリンの反応生成物、ジフェニルスルフィドとホルマリンとアニリンの反応生成物などが挙げられる。これらはそれぞれ単独で用いても良いし、2種類以上を併用しても良い。
前記活性エステル樹脂としては、特に制限はないが、一般にフェノールエステル類、チオフェノールエステル類、N-ヒドロキシアミンエステル類、複素環ヒドロキシ化合物のエステル類等の反応活性の高いエステル基を1分子中に2個以上有する化合物が好ましく用いられる。前記活性エステル樹脂は、カルボン酸化合物及び/又はチオカルボン酸化合物と、ヒドロキシ化合物及び/又はチオール化合物との縮合反応によって得られるものが好ましい。特に耐熱性向上の観点から、カルボン酸化合物又はそのハライドとヒドロキシ化合物とから得られる活性エステル樹脂が好ましく、カルボン酸化合物又はそのハライドと、フェノール化合物及び/又はナフトール化合物とから得られる活性エステル樹脂がより好ましい。カルボン酸化合物としては、例えば安息香酸、酢酸、コハク酸、マレイン酸、イタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ピロメリット酸等、又はそのハライドが挙げられる。フェノール化合物又はナフトール化合物としては、ハイドロキノン、レゾルシン、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ジヒドロキシジフェニルエーテル、フェノールフタレイン、メチル化ビスフェノールA、メチル化ビスフェノールF、メチル化ビスフェノールS、フェノール、o-クレゾール、m-クレゾール、p-クレゾール、カテコール、α-ナフトール、β-ナフトール、1,5-ジヒドロキシナフタレン、1,6-ジヒドロキシナフタレン、2,6-ジヒドロキシナフタレン、ジヒドロキシベンゾフェノン、トリヒドロキシベンゾフェノン、テトラヒドロキシベンゾフェノン、フロログルシン、ベンゼントリオール、ジシクロペンタジエン-フェノール付加型樹脂等が挙げられる。
活性エステル樹脂として、具体的にはジシクロペンタジエン-フェノール付加構造を含む活性エステル系樹脂、ナフタレン構造を含む活性エステル樹脂、フェノールノボラックのアセチル化物である活性エステル樹脂、フェノールノボラックのベンゾイル化物である活性エステル樹脂等が好ましく、なかでもピール強度の向上に優れるという点で、ジシクロペンタジエン-フェノール付加構造を含む活性エステル樹脂、ナフタレン構造を含む活性エステル樹脂がより好ましい。
更に、各種のノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン等の脂環式ジエン化合物とフェノール化合物との付加重合樹脂、フェノール性水酸基含有化合物とアルコキシ基含有芳香族化合物との変性ノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂(ザイロック樹脂)、ナフトールアラルキル樹脂、トリメチロールメタン樹脂、テトラフェニロールエタン樹脂、ビフェニル変性フェノール樹脂、ビフェニル変性ナフトール樹脂、アミノトリアジン変性フェノール樹脂、及び各種のビニル重合体を併用してもよい。
前記各種のノボラック樹脂は、より具体的には、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触媒条件下で反応させて得られる重合体が挙げられる。
前記各種のビニル重合体は、ポリヒドロキシスチレン、ポリスチレン、ポリビニルナフタレン、ポリビニルアントラセン、ポリビニルカルバゾール、ポリインデン、ポリアセナフチレン、ポリノルボルネン、ポリシクロデセン、ポリテトラシクロドデセン、ポリノルトリシクレン、ポリ(メタ)アクリレート等のビニル化合物の単独重合体或いはこれらの共重合体が挙げられる。
熱可塑性樹脂とは、加熱により溶融成形可能な樹脂を言う。その具体例としてはポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ゴム変性ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン(ABS)樹脂、アクリロニトリル-スチレン(AS)樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、エチレンビニルアルコール樹脂、酢酸セルロース樹脂、アイオノマー樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリ乳酸樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリサルホン樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリアリレート樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリケトン樹脂、液晶ポリエステル樹脂、フッ素樹脂、シンジオタクチックポリスチレン樹脂、環状ポリオレフィン樹脂などが挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は1種または2種以上を併用して用いることができる。
これらその他の樹脂を用いる場合、本発明の硬化性含有化合物とその他の樹脂との配合割合は、用途に応じて任意に設定することが出来るが、本発明が奏する修復性や再成形性を阻害しない観点から、本発明の硬化性化合物100質量部に対し、その他の樹脂が0.5~100質量部となる割合であることが好ましい。
又、本発明の硬化性樹脂組成物には、硬化促進剤を併用してもよい。硬化促進剤としてはイミダゾール、ジメチルアミノピリジンなどの3級アミン化合物;トリフェニルホスフィンなどの燐系化合物;3フッ化ホウ素、3フッ化ホウ素モノエチルアミン錯体などの3フッ化ホウ素アミン錯体;チオジプロピオン酸等の有機酸化合物;チオジフェノールベンズオキサジン、スルホニルベンズオキサジン等のベンズオキサジン化合物;スルホニル化合物等が挙げられる。これらはそれぞれ単独で用いても良いし、2種類以上を併用しても良い。これら触媒の添加量は、硬化性樹脂組成物100質量部中0.001~15質量部の範囲であることが好ましい。
また、本発明の硬化性樹脂組成物に高い難燃性が求められる用途に用いる場合には、実質的にハロゲン原子を含有しない非ハロゲン系難燃剤を配合してもよい。
前記非ハロゲン系難燃剤は、例えば、リン系難燃剤、窒素系難燃剤、シリコーン系難燃剤、無機系難燃剤、有機金属塩系難燃剤等が挙げられ、それらの使用に際しても何等制限されるものではなく、単独で使用しても、同一系の難燃剤を複数用いても良く、また、異なる系の難燃剤を組み合わせて用いることも可能である。
前記リン系難燃剤は、無機系、有機系のいずれも使用することができる。無機系化合物としては、例えば、赤リン、リン酸一アンモニウム、リン酸二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ポリリン酸アンモニウム等のリン酸アンモニウム類、リン酸アミド等の無機系含窒素リン化合物が挙げられる。
また、前記赤リンは、加水分解等の防止を目的として表面処理が施されていることが好ましく、表面処理方法としては、例えば、(i)水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化亜鉛、水酸化チタン、酸化ビスマス、水酸化ビスマス、硝酸ビスマス又はこれらの混合物等の無機化合物で被覆処理する方法、(ii)水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化亜鉛、水酸化チタン等の無機化合物、及びフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂の混合物で被覆処理する方法、(iii)水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化亜鉛、水酸化チタン等の無機化合物の被膜の上にフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂で二重に被覆処理する方法等が挙げられる。
前記有機リン系化合物は、例えば、リン酸エステル化合物、ホスホン酸化合物、ホスフィン酸化合物、ホスフィンオキシド化合物、ホスホラン化合物、有機系含窒素リン化合物等の汎用有機リン系化合物の他、9,10-ジヒドロ-9-オキサ-10-ホスファフェナントレン-10-オキシド、10-(2,5―ジヒドロオキシフェニル)-10H-9-オキサ-10-ホスファフェナントレン-10-オキシド、10-(2,7-ジヒドロオキシナフチル)-10H-9-オキサ-10-ホスファフェナントレン-10-オキシド等の環状有機リン化合物及びそれをエポキシ樹脂やフェノール樹脂等の化合物と反応させた誘導体等が挙げられる。
これらリン系難燃剤の配合量としては、リン系難燃剤の種類、樹脂組成物の他の成分、所望の難燃性の程度によって適宜選択されるものであるが、例えば、非ハロゲン系難燃剤及びその他の充填材や添加剤等全てを配合した樹脂組成物100質量部中、赤リンを非ハロゲン系難燃剤として使用する場合には0.1質量部~2.0質量部の範囲で配合することが好ましく、有機リン化合物を用いる場合には同様に0.1質量部~10.0質量部の範囲で配合することが好ましく、0.5質量部~6.0質量部の範囲で配合することがより好ましい。
また前記リン系難燃剤を使用する場合、該リン系難燃剤にハイドロタルサイト、水酸化マグネシウム、ホウ素化合物、酸化ジルコニウム、黒色染料、炭酸カルシウム、ゼオライト、モリブデン酸亜鉛、活性炭等を併用してもよい。
前記窒素系難燃剤は、例えば、トリアジン化合物、シアヌル酸化合物、イソシアヌル酸化合物、フェノチアジン等が挙げられ、トリアジン化合物、シアヌル酸化合物、イソシアヌル酸化合物が好ましい。
前記トリアジン化合物は、例えば、メラミン、アセトグアナミン、ベンゾグアナミン、メロン、メラム、サクシノグアナミン、エチレンジメラミン、ポリリン酸メラミン、トリグアナミン等の他、例えば、(1)硫酸グアニルメラミン、硫酸メレム、硫酸メラムなどの硫酸アミノトリアジン化合物、(2)フェノール、クレゾール、キシレノール、ブチルフェノール、ノニルフェノール等のフェノール類と、メラミン、ベンゾグアナミン、アセトグアナミン、ホルムグアナミン等のメラミン類及びホルムアルデヒドとの共縮合物、(3)前記(2)の共縮合物とフェノールホルムアルデヒド縮合物等のフェノール樹脂類との混合物、(4)前記(2)、(3)を更に桐油、異性化アマニ油等で変性したもの等が挙げられる。
前記シアヌル酸化合物は、例えば、シアヌル酸、シアヌル酸メラミン等を挙げることができる。
前記窒素系難燃剤の配合量としては、窒素系難燃剤の種類、樹脂組成物の他の成分、所望の難燃性の程度によって適宜選択されるものであるが、例えば、非ハロゲン系難燃剤及びその他の充填材や添加剤等全てを配合した樹脂組成物100質量部中、0.05~10質量部の範囲で配合することが好ましく、0.1質量部~5質量部の範囲で配合することがより好ましい。
また前記窒素系難燃剤を使用する際、金属水酸化物、モリブデン化合物等を併用してもよい。
前記シリコーン系難燃剤は、ケイ素原子を含有する有機化合物であれば特に制限がなく使用でき、例えば、シリコーンオイル、シリコーンゴム、シリコーン樹脂等が挙げられる。前記シリコーン系難燃剤の配合量としては、シリコーン系難燃剤の種類、樹脂組成物の他の成分、所望の難燃性の程度によって適宜選択されるものであるが、例えば、非ハロゲン系難燃剤及びその他の充填材や添加剤等全てを配合した樹脂組成物100質量部中、0.05~20質量部の範囲で配合することが好ましい。また前記シリコーン系難燃剤を使用する際、モリブデン化合物、アルミナ等を併用してもよい。
前記無機系難燃剤は、例えば、金属水酸化物、金属酸化物、金属炭酸塩化合物、金属粉、ホウ素化合物、低融点ガラス等が挙げられる。
前記金属水酸化物は、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ドロマイト、ハイドロタルサイト、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化ジルコニウム等を挙げることができる。
前記金属酸化物は、例えば、モリブデン酸亜鉛、三酸化モリブデン、スズ酸亜鉛、酸化スズ、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化チタン、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化モリブデン、酸化コバルト、酸化ビスマス、酸化クロム、酸化ニッケル、酸化銅、酸化タングステン等を挙げることができる。
前記金属炭酸塩化合物は、例えば、炭酸亜鉛、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、塩基性炭酸マグネシウム、炭酸アルミニウム、炭酸鉄、炭酸コバルト、炭酸チタン等を挙げることができる。
前記金属粉は、例えば、アルミニウム、鉄、チタン、マンガン、亜鉛、モリブデン、コバルト、ビスマス、クロム、ニッケル、銅、タングステン、スズ等を挙げることができる。
前記ホウ素化合物は、例えば、ホウ酸亜鉛、メタホウ酸亜鉛、メタホウ酸バリウム、ホウ酸、ホウ砂等を挙げることができる。
前記低融点ガラスは、例えば、シープリー(ボクスイ・ブラウン社)、水和ガラスSiO2-MgO-H2O、PbO-B2O3系、ZnO-P2O5-MgO系、P2O5-B2O3-PbO-MgO系、P-Sn-O-F系、PbO-V2O5-TeO2系、Al2O3-H2O系、ホウ珪酸鉛系等のガラス状化合物を挙げることができる。
前記無機系難燃剤の配合量としては、無機系難燃剤の種類、樹脂組成物の他の成分、所望の難燃性の程度によって適宜選択されるものであるが、例えば、非ハロゲン系難燃剤及びその他の充填材や添加剤等全てを配合した樹脂組成物100質量部中、0.05質量部~20質量部の範囲で配合することが好ましく、0.5質量部~15質量部の範囲で配合することがより好ましい。
前記有機金属塩系難燃剤は、例えば、フェロセン、アセチルアセトナート金属錯体、有機金属カルボニル化合物、有機コバルト塩化合物、有機スルホン酸金属塩、金属原子と芳香族化合物又は複素環化合物がイオン結合又は配位結合した化合物等が挙げられる。
前記有機金属塩系難燃剤の配合量としては、有機金属塩系難燃剤の種類、樹脂組成物の他の成分、所望の難燃性の程度によって適宜選択されるものであるが、例えば、非ハロゲン系難燃剤及びその他の充填材や添加剤等全てを配合した樹脂組成物100質量部中、0.005質量部~10質量部の範囲で配合することが好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物には、フィラーを含有してもよい。フィラーとしては、無機フィラーと有機フィラーが挙げられる。無機フィラーとしては、例えば無機微粒子が挙げられる。
無機微粒子としては、例えば、耐熱性に優れるものとしては、アルミナ、マグネシア、チタニア、ジルコニア、シリカ(石英、ヒュームドシリカ、沈降性シリカ、無水ケイ酸、溶融シリカ、結晶性シリカ、超微粉無定型シリカ等)等;熱伝導に優れるものとしては、窒化ホウ素、窒化アルミ、酸化アルミナ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化ケイ素、ダイヤモンド等;導電性に優れるものとしては、金属単体又は合金(例えば、鉄、銅、マグネシウム、アルミニウム、金、銀、白金、亜鉛、マンガン、ステンレスなど)を用いた金属フィラー及び/又は金属被覆フィラー、;バリア性に優れるものとしては、マイカ、クレイ、カオリン、タルク、ゼオライト、ウォラストナイト、スメクタイト等の鉱物等やチタン酸カリウム、硫酸マグネシウム、セピオライト、ゾノライト、ホウ酸アルミニウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛、水酸化マグネシウム;屈折率が高いものとしては、チタン酸バリウム、酸化ジルコニア、酸化チタン等;光触媒性を示すものとしては、チタン、セリウム、亜鉛、銅、アルミニウム、錫、インジウム、リン、炭素、イオウ、ルテニウム、ニッケル、鉄、コバルト、銀、モリブデン、ストロンチウム、クロム、バリウム、鉛等の光触媒金属、前記金属の複合物、それらの酸化物等;耐摩耗性に優れるものとしては、シリカ、アルミナ、ジルコニア、酸化マグネシウム等の金属、及びそれらの複合物及び酸化物等;導電性に優れるものとしては、銀、銅などの金属、酸化錫、酸化インジウム等;絶縁性に優れるものとしては、シリカ等;紫外線遮蔽に優れるものとしては、酸化チタン、酸化亜鉛等である。これらの無機微粒子は、用途によって適時選択すればよく、単独で使用しても、複数種組み合わせて使用してもかまわない。また、上記無機微粒子は、例に挙げた特性以外にも様々な特性を有することから、適時用途に合わせて選択すればよい。
例えば無機微粒子としてシリカを用いる場合、特に限定はなく粉末状のシリカやコロイダルシリカなど公知のシリカ微粒子を使用することができる。市販の粉末状のシリカ微粒子としては、例えば、日本アエロジル(株)製アエロジル50、200、旭硝子(株)製シルデックスH31、H32、H51、H52、H121、H122、日本シリカ工業(株)製E220A、E220、富士シリシア(株)製SYLYSIA470、日本板硝子(株)製SGフレ-ク等を挙げることができる。
また、市販のコロイダルシリカとしては、例えば、日産化学工業(株)製メタノ-ルシリカゾル、IPA-ST、MEK-ST、NBA-ST、XBA-ST、DMAC-ST、ST-UP、ST-OUP、ST-20、ST-40、ST-C、ST-N、ST-O、ST-50、ST-OL等を挙げることができる。
表面修飾をしたシリカ微粒子を用いてもよく、例えば、前記シリカ微粒子を、疎水性基を有する反応性シランカップリング剤で表面処理したものや、(メタ)アクリロイル基を有する化合物で修飾したものがあげられる。(メタ)アクリロイル基を有する化合物で修飾した市販の粉末状のシリカとしては、日本アエロジル(株)製アエロジルRM50、R711等、(メタ)アクリロイル基を有する化合物で修飾した市販のコロイダルシリカとしては、日産化学工業(株)製MIBK-SD等が挙げられる。
前記シリカ微粒子の形状は特に限定はなく、球状、中空状、多孔質状、棒状、板状、繊維状、または不定形状のものを用いることができる。また一次粒子径は、5~200nmの範囲が好ましい。
酸化チタン微粒子としては、体質顔料のみならず紫外光応答型光触媒が使用でき、例えばアナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、ブルッカイト型酸化チタンなどが使用できる。更に、酸化チタンの結晶構造中に異種元素をドーピングさせて可視光に応答させるように設計された粒子についても用いることができる。酸化チタンにドーピングさせる元素としては、窒素、硫黄、炭素、フッ素、リン等のアニオン元素や、クロム、鉄、コバルト、マンガン等のカチオン元素が好適に用いられる。また、形態としては、粉末、有機溶媒中もしくは水中に分散させたゾルもしくはスラリーを用いることができる。市販の粉末状の酸化チタン微粒子としては、例えば、日本アエロジル(株)製アエロジルP-25、テイカ(株)製ATM-100等を挙げることができる。また、市販のスラリー状の酸化チタン微粒子としては、例えば、テイカ(株)TKD-701等が挙げられる。
本発明の硬化性樹脂組成物は、更に繊維質基質を含有してもよい。前記繊維質基質は、特に限定はないが、繊維強化樹脂に用いられるものが好ましく、無機繊維や有機繊維が挙げられる。
無機繊維としては、カーボン繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維等の無機繊維のほか、炭素繊維、活性炭繊維、黒鉛繊維、タングステンカーバイド繊維、シリコンカーバイド繊維(炭化ケイ素繊維)、セラミックス繊維、天然繊維、玄武岩などの鉱物繊維、窒化ホウ素繊維、炭化ホウ素繊維、及び金属繊維等を挙げることができる。上記金属繊維としては、例えば、アルミニウム繊維、銅繊維、黄銅繊維、ステンレス繊維、スチール繊維を挙げることができる。
有機繊維としては、ポリベンザゾール、アラミド、PBO(ポリパラフェニレンベンズオキサゾール)、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステル、アクリル、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリビニルアルコール、ポリアリレート等の樹脂材料からなる合成繊維や、セルロース、パルプ、綿、羊毛、絹といった天然繊維、タンパク質、ポリペプチド、アルギン酸等の再生繊維等を挙げる事ができる。
中でも、カーボン繊維とガラス繊維は、産業上利用範囲が広いため、好ましい。これらのうち、一種類のみ用いてもよく、複数種を同時に用いてもよい。
前記繊維質基質は、繊維の集合体であってもよく、繊維が連続していても、不連続状でもかまわず、織布状であっても、不織布状であってもかまわない。また、繊維を一方方向に整列した繊維束でもよく、繊維束を並べたシート状であってもよい。また、繊維の集合体に厚みを持たせた立体形状であってもかまわない。
本発明の硬化性樹脂組成物は、樹脂組成物の固形分量や粘度を調整する目的として、分散媒を使用してもよい。分散媒としては、本発明の効果を損ねることのない液状媒体であればよく、各種有機溶剤、液状有機ポリマー等が挙げられる。
前記有機溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)等のケトン類、テトラヒドロフラン(THF)、ジオキソラン等の環状エーテル類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、トルエン、キシレン等の芳香族類、カルビトール、セロソルブ、メタノール、イソプロパノール、ブタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどのアルコール類が挙げられ、これらを単独又は併用して使用可能であるが、中でもメチルエチルケトンが塗工時の揮発性や溶媒回収の面から好ましい。
前記液状有機ポリマーとは、硬化反応に直接寄与しない液状有機ポリマーであり、例えば、アクリルポリマー(フローレンWK-20:共栄社)、特殊変性燐酸エステルのアミン塩(HIPLAAD ED-251:楠本化成)、変性アクリル系ブロック共重合物(DISPERBYK2000;ビックケミー)などが挙げられる。
本発明の樹脂組成物は、その他の配合物を有していてもかまわない。例えば、触媒、重合開始剤、無機顔料、有機顔料、体質顔料、粘土鉱物、ワックス、界面活性剤、安定剤、流動調整剤、カップリング剤、染料、レベリング剤、レオロジーコントロール剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、難燃剤、可塑剤、反応性希釈剤等が挙げられる。
本発明の樹脂組成物を硬化させることで、硬化物を得ることができる。硬化させる場合には、常温または加熱による硬化をおこなえばよい。熱硬化を行う場合、1回の加熱で硬化させてもよいし、多段階の加熱工程を経て硬化させてもかまわない。
また、本発明の硬化性樹脂組成物は、活性エネルギー線にて硬化させることも可能である。その際には、重合開始剤として光カチオン重合開始剤を用いればよい。活性エネルギー線としては、可視光線、紫外線、X線、電子線等を用いることができる。
光カチオン重合開始剤としては、アリール-スルフォニウム塩、アリール-ヨードニウム塩等が挙げられ、具体的には、アリールスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、アリールスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、アリールスルホニウムテトラキス(ペンタフルオロ)ホウ酸塩、トリ(アルキルフェニル)スルホニウムヘキサフルオロホスフェート等を用いることができる。光カチオン重合開始剤は単独で使用しても良いし、2種以上併用しても良い。
本発明の硬化性樹脂組成物は、前述の各成分を均一に混合すればよく、その方法として特に限定されるものではない。例えば、ポットミル、ボールミル、ビーズミル、ロールミル、ホモジナイザー、スーパーミル、ホモディスパー、万能ミキサー、バンバリーミキサー、ニーダー等を用いて均一に混合することにより調製することができる。
本発明の硬化性樹脂組成物は、前述の硬化性化合物、これと反応可能な化合物(III)、更に必要に応じて前述の併用可能な硬化剤、フィラー、繊維質基質、分散媒、前述の各種化合物以外の樹脂を、前述の有機溶剤等の分散媒に溶解する。溶解後は溶媒を留去し、真空オーブン等により減圧乾燥することで硬化性樹脂組成物を得ることができる。また、本発明の硬化性樹脂組成物は、前述の構成材料を均一混合した状態のものであってもよい。このとき、混合器等で均一に混合することが好ましい。各構成材料の配合割合は、所望する硬化物の機械的強度、耐熱性、修復性及び再成形性等の特性に応じて適宜調製することができる。また、硬化性樹脂組成物の作製において、具体的な構成材料の混合順としては特に限定されるものではない。
本発明の硬化物は、本発明の硬化性樹脂組成物を硬化してなる。硬化方法は、用いる組成物の性質によって公知の方法を適宜選択して採用できる。
本発明の硬化物は、上述のように適度な架橋密度を発現させることにより、良好な機械的強度を維持することができる。また、本発明の硬化物に傷や外力などの機械エネルギーを与えた場合には、可逆結合が切断されるため、易解体性を発現する。更に、結合方向に平衡が移動するため、再び付加体を形成し、傷の修復や再成形が可能になると考えられる。
得られた硬化物の構造は、フーリエ変換型赤外分光(FT-IR)等を用いた赤外線吸収(IR)スペクトル法、元素分析法、X線散乱法等により確認することができる。
本発明の硬化性樹脂組成物及び当該硬化性樹脂組成物によって作製される硬化物は、易解体性、修復性の両方に優れ、且つ再成形性を有しており、以下の用途に有用である。
本発明の硬化性樹脂硬化物は基材と積層することで積層体とすることができる。積層体の基材としては、金属やガラス等の無機材料や、プラスチックや木材といった有機材料等、用途によって適時使用すればよく、積層体の形状であってもよく、平板、シート状、あるいは三次元構造を有していてもよく、立体状であってもよい。全面にまたは一部に曲率を有するもの等、目的に応じた任意の形状であってもよい。また、基材の硬度、厚み等にも制限はない。また、第一の基材、本発明の硬化性樹脂組成物の硬化物からなる層、第二の基材の順に積層されてなる多層積層体としてもよい。本実施形態の硬化性樹脂組成物は接着性に優れるため、第一の基材と第二の基材とを接着させる接着剤として好適に使用可能である。また、本発明の硬化性樹脂硬化物を基材とし、更に本発明の硬化物を積層してもよい。
また、本発明の硬化性樹脂硬化物は、応力を緩和することができることから、特に異種素材の接着に好適に利用可能である。例えば、基材が金属及び/または金属酸化物であって、第2基材がプラスチック層のような異種素材での積層体であっても、本発明の硬化物の応力緩和能力から接着力が維持される。
本発明の硬化物と基材とを積層してなる積層体において、硬化物を含む層は、基材に対し直接塗工や成形により形成してもよく、すでに成形したものを積層させてもかまわない。直接塗工する場合、塗工方法としては特に限定は無く、スプレー法、スピンコート法、ディップ法、ロールコート法、ブレードコート法、ドクターロール法、ドクターブレード法、カーテンコート法、スリットコート法、スクリーン印刷法、インクジェット法等が挙げられる。直接成形する場合は、インモールド成形、インサート成形、真空成形、押出ラミネート成形、プレス成形等が挙げられる。成形された組成物を積層する場合、未硬化または半硬化された組成物層を積層してから硬化させてもよいし、組成物を完全硬化した硬化物を含む層を基材に対し積層してもよい。また、本発明の硬化物に対して、基材となり得る前駆体を塗工して硬化させることで積層させてもよく、基材となり得る前駆体または本発明の組成物が未硬化あるいは半硬化の状態で接着させた後に硬化させてもよい。基材となり得る前駆体としては特に限定はなく、各種硬化性樹脂組成物等が挙げられる。
本発明の硬化性樹脂組成物を用いて得られる硬化物は、金属及び/または金属酸化物に対する接着性が特に高いため、金属用のプライマーとして特に良好に使用可能である。金属としては銅、アルミ、金、銀、鉄、プラチナ、クロム、ニッケル、錫、チタン、亜鉛、各種合金、及びこれらを複合した材料が挙げられ、金属酸化物としてはこれら金属の単独酸化物及び/または複合酸化物が挙げられる。特に鉄、銅、アルミに対しての接着力に優れるため、鉄、銅、アルミ用の接着剤として良好に使用可能である。
本発明の硬化性樹脂組成物は、自動車、電車、土木建築、エレクトロニクス、航空機、宇宙産業分野の構造部材の接着剤として好適に用いることができる。当該接着剤は、例えば、金属-非金属間のような異素材の接着に用いた場合にも、温度環境の変化に影響されず高い接着性を維持することができ、剥がれ等が生じ難い。また、当該接着剤は、構造部材用途の他、一般事務用、医療用、炭素繊維、蓄電池のセルやモジュールやケース用などの接着剤としても使用でき、光学部品接合用接着剤、光ディスク貼り合わせ用接着剤、プリント配線板実装用接着剤、ダイボンディング接着剤、アンダーフィルなどの半導体用接着剤、BGA補強用アンダーフィル、異方性導電性フィルム、異方性導電性ペーストなどの実装用接着剤として使用することができる。
本発明の硬化性樹脂組成物が繊維質基質を有し、当該繊維質基質が強化繊維の場合、繊維質基質を含有する硬化性樹脂組成物は、繊維強化樹脂として用いることができる。組成物に対し繊維質基質を含有させる方法は、本発明の効果を損なわない範囲であれば特に限定されず、繊維質基質と組成物とを、混練、塗布、含浸、注入、圧着等の方法で複合化する方法が挙げられ、繊維の形態及び繊維強化樹脂の用途によって適時選択することができる。
繊維強化樹脂を成形する方法については、特に限定されない。板状の製品を製造するのであれば、押し出し成形法が一般的であるが、平面プレスによっても可能である。この他、押し出し成形法、ブロー成形法、圧縮成形法、真空成形法、射出成形法等を用いることが可能である。またフィルム状の製品を製造するのであれば、溶融押出法の他、溶液キャスト法を用いることができ、溶融成形方法を用いる場合、インフレーションフィルム成形、キャスト成形、押出ラミネーション成形、カレンダー成形、シート成形、繊維成形、ブロー成形、射出成形、回転成形、被覆成形等が挙げられる。また、活性エネルギー線で硬化する樹脂の場合、活性エネルギー線を用いた各種硬化方法を用いて硬化物を製造することができる。特に、熱硬化性樹脂をマトリクス樹脂の主成分とする場合には、成形材料をプリプレグ化してプレスやオートクレーブにより加圧加熱する成形法が挙げられ、この他にもRTM(Resin Transfer Molding)成形、VaRTM(Vacuum assist Resin Transfer Molding)成形、積層成形、ハンドレイアップ成形等が挙げられる。
本発明の硬化性樹脂組成物は、それを用いた硬化物が、耐熱性及び修復性のいずれも良好であり、且つ再成形性を有しているので、大型ケースやモーターハウジング、ケース内部の注型材、ギアやプーリー等の成形材料に使用することができる。これらは樹脂単独の硬化物でもよく、ガラスチップなどの繊維強化された硬化物でもよい。
繊維強化樹脂は、未硬化あるいは半硬化のプリプレグと呼ばれる状態を形成することができる。プリプレグの状態で製品を流通させた後、最終硬化をおこなって硬化物を形成してもよい。積層体を形成する場合は、プリプレグを形成した後、その他の層を積層してから最終硬化を行うことで、各層が密着した積層体を形成できるため、好ましい。このとき用いる組成物と繊維質基質の質量割合としては、特に限定されないが、通常、プリプレグ中の樹脂分が20~60質量%となるように調製することが好ましい。
本発明の硬化物は、耐熱性及び修復性のいずれも良好であり、且つ再成形性を有しており、耐熱材料及び電子材料として使用可能である。特に、半導体封止材、回路基板、ビルドアップフィルム、ビルドアップ基板等や、接着剤やレジスト材料に好適に使用可能である。また、繊維強化樹脂のマトリクス樹脂にも好適に使用可能であり、高耐熱性のプリプレグとして特に適している。こうして得られる耐熱部材や電子部材は、各種用途に好適に使用可能であり、例えば、産業用機械部品、一般機械部品、自動車・鉄道・車両等部品、宇宙・航空関連部品、電子・電気部品、建築材料、容器・包装部材、生活用品、スポーツ・レジャー用品、風力発電用筐体部材等が挙げられるが、これらに限定される物ではない。
中でも、硬化物における柔軟性に優れる特徴を生かし、自動車、電車、土木建築、エレクトロニクス、航空機、宇宙産業分野の構造部材の接着剤として好適に用いることができる。本発明の接着剤は、例えば、金属-非金属間のような異素材の接着に用いた場合にも、温度環境の変化に影響されず高い接着性を維持することができ、剥がれ等が生じ難い。また、本発明の接着剤は、構造部材用途の他、一般事務用、医療用、炭素繊維、蓄電池のセルやモジュールやケース用などの接着剤としても使用でき、光学部品接合用接着剤、光ディスク貼り合わせ用接着剤、プリント配線板実装用接着剤、ダイボンディング接着剤、アンダーフィルなどの半導体用接着剤、BGA補強用アンダーフィル、異方性導電性フィルム、異方性導電性ペーストなどの実装用接着剤などが挙げられる。
以下、代表的な製品について例を挙げて説明する。
1.半導体封止材料
本発明の樹脂組成物から半導体封止材料を得る方法としては、前記樹脂組成物、及び硬化促進剤、及び無機充填剤等の配合剤とを必要に応じて押出機、ニ-ダ、ロ-ル等を用いて均一になるまで充分に溶融混合する方法が挙げられる。その際、無機充填剤としては、通常、溶融シリカが用いられるが、パワートランジスタ、パワーIC用高熱伝導半導体封止材として用いる場合は、溶融シリカよりも熱伝導率の高い結晶シリカ、アルミナ、窒化ケイ素などの高充填化、または溶融シリカ、結晶性シリカ、アルミナ、窒化ケイ素などを用いるとよい。その充填率は硬化性樹脂組成物100質量部当たり、無機充填剤を30~95質量%の範囲で用いることが好ましく、中でも、難燃性や耐湿性や耐ハンダクラック性の向上、線膨張係数の低下を図るためには、70質量部以上がより好ましく、80質量部以上であることがさらに好ましい。
2.半導体装置
本発明の硬化性樹脂組成物から半導体装置を得る半導体パッケージ成形としては、上記半導体封止材料を注型、或いはトランスファー成形機、射出成形機などを用いて成形し、さらに50~250℃で2~10時間の間、加熱する方法が挙げられる。
3.プリント回路基板
本発明の組成物からプリント回路基板を得る方法としては、上記プリプレグを、常法により積層し、適宜銅箔を重ねて、1~10MPaの加圧下に170~300℃で10分~3時間、加熱圧着させる方法が挙げられる。
4.フレキシルブル基板
本発明の架橋性樹脂組成物からフレキシルブル基板を製造する方法としては、以下に示す3つの工程からなる方法で製造されるものが挙げられる。第1の工程は、樹脂成分や有機溶剤等を配合した架橋性樹脂組成物を、リバースロールコータ、コンマコータ等の塗布機を用いて、電気絶縁性フィルムに塗布する工程であり、第2の工程は、加熱機を用いて60~170℃で1~15分間の間、架橋性樹脂組成物が塗布された電気絶縁性フィルムを加熱し、電気絶縁性フィルムから溶剤を揮発させて、架橋性樹脂組成物をB-ステージ化する工程であり、第3の工程は、架橋性樹脂組成物がB-ステージ化された電気絶縁性フィルムに、加熱ロール等を用いて、接着剤に金属箔を熱圧着(圧着圧力は2~200N/cm、圧着温度は40~200℃が好ましい)する工程である。なお、上記3つの工程を経ることで、十分な接着性能が得られれば、ここで終えても構わないが、完全接着性能が必要な場合は、さらに100~200℃で1~24時間の条件で後硬化させることが好ましい。最終的に硬化させた後の樹脂組成物層の厚みは、5~100μmの範囲が好ましい。
5.ビルドアップ基板
本発明の組成物からビルドアップ基板を得る方法は、例えば以下の工程が挙げられる。まず、ゴム、フィラーなどを適宜配合した上記組成物を、回路を形成した回路基板にスプレーコーティング法、カーテンコーティング法等を用いて塗布した後、硬化させる工程(工程1)。その後、必要に応じて所定のスルーホール部等の穴あけを行った後、粗化剤により処理し、その表面を湯洗することによって凹凸を形成させ、銅などの金属をめっき処理する工程(工程2)。このような操作を所望に応じて順次繰り返し、樹脂絶縁層及び所定の回路パターンの導体層を交互にビルドアップして形成する工程(工程3)。なお、スルーホール部の穴あけは、最外層の樹脂絶縁層の形成後に行う。また、本発明のビルドアップ基板は、銅箔上で当該樹脂組成物を半硬化させた樹脂付き銅箔を、回路を形成した配線基板上に、170~300℃で加熱圧着することで、粗化面を形成、メッキ処理の工程を省き、ビルドアップ基板を作製することも可能である。
6.ビルドアップフィルム
本発明の組成物からビルドアップフィルムを得る方法としては、基材である支持フィルム(Y)の表面に、上記組成物を塗布し、更に加熱、あるいは熱風吹きつけ等により有機溶剤を乾燥させて組成物の層(X)を形成させることにより製造することができる。
ここで用いる有機溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、セロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、カルビトールアセテート等の酢酸エステル類、セロソルブ、ブチルカルビトール等のカルビトール類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等を用いることが好ましく、また、不揮発分30~60質量%となる割合で使用することが好ましい。
形成される層(X)の厚さは、通常、導体層の厚さ以上とする。回路基板が有する導体層の厚さは通常5~70μmの範囲であるので、樹脂組成物層の厚さは10~100μmの厚みを有するのが好ましい。なお、本発明における上記組成物の層(X)は、後述する保護フィルムで保護されていてもよい。保護フィルムで保護することにより、樹脂組成物層表面へのゴミ等の付着やキズを防止することができる。
前記した支持フィルム及び保護フィルムは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート(以下「PET」と略称することがある。)、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、更には離型紙や銅箔、アルミニウム箔等の金属箔などを挙げることができる。なお、支持フィルム及び保護フィルムはマット処理、コロナ処理の他、離型処理を施してあってもよい。支持フィルムの厚さは特に限定されないが、通常10~150μmであり、好ましくは25~50μmの範囲で用いられる。また保護フィルムの厚さは1~40μmとするのが好ましい。
上記した支持フィルム(Y)は、回路基板にラミネートした後に、或いは加熱硬化することにより絶縁層を形成した後に、剥離される。ビルドアップフィルムを構成する硬化性樹脂組成物層が加熱硬化した後に支持フィルム(Y)を剥離すれば、硬化工程でのゴミ等の付着を防ぐことができる。硬化後に剥離する場合、通常、支持フィルムには予め離型処理が施される。
上記のようにして得られたビルドアップフィルムを用いて多層プリント回路基板を製造することができる。例えば、層(X)が保護フィルムで保護されている場合はこれらを剥離した後、層(X)を回路基板に直接接するように回路基板の片面又は両面に、例えば真空ラミネート法によりラミネートする。ラミネートの方法はバッチ式であってもロールでの連続式であってもよい。また必要により、ラミネートを行う前にビルドアップフィルム及び回路基板を必要により加熱(プレヒート)しておいてもよい。ラミネートの条件は、圧着温度(ラミネート温度)を70~140℃とすることが好ましく、圧着圧力を1~11kgf/cm2(9.8×104~107.9×104N/m2)とすることが好ましく、空気圧を20mmHg(26.7hPa)以下の減圧下でラミネートすることが好ましい。
7.導電ペースト
本発明の組成物から導電ペーストを得る方法としては、例えば、導電性粒子を該組成物中に分散させる方法が挙げられる。上記導電ペーストは、用いる導電性粒子の種類によって、回路接続用ペースト樹脂組成物や異方性導電接着剤とすることができる。
次に本発明を実施例、比較例により具体的に説明するが、以下において「部」及び「%」は特に断わりのない限り質量基準である。本発明はこれにより限定されるものではない。
1Hおよび13C-NMR、FD-MSスペクトル、GPCは以下の条件にて測定した。
1H-NMR:JEOL RESONANCE製「JNM-ECA600」
磁場強度:600MHz
積算回数:32回
溶媒 :DMSO-d6
試料濃度:30質量%
13C-NMR:JEOL RESONANCE製「JNM-ECA600」
磁場強度:150MHz
積算回数:320回
溶媒 :DMSO-d6
試料濃度:30質量%
FD-MS:日本電子株式会社製「JMS-T100GC AccuTOF」
測定範囲 :m/z=50.00~2000.00
変化率 :25.6mA/min
最終電流値 :40mA
カソード電圧:-10kV
GPC:東ソー株式会社製「HLC-8320GPC」
カラム:東ソー株式会社製「TSK-GEL G2000HXL」+「TSK-GEL G3000HXL」+「TSK-GEL G4000HXL」
検出器 :RI(示差屈折率計)
測定条件:40℃
移動相 :テトラヒドロフラン
流速 :1ml/min
標準 :東ソー株式会社製「PStQuick A」「PStQuick B」「PStQuick E」「PStQuick F」
合成したエポキシ樹脂のエポキシ当量については、JIS K7236に則って測定を行ない、エポキシ当量(g/eq)を算出した。
繰り返し単位数の算出方法としては、GPC分子量測定や、FD-MS、NMR等の適切な各種の機器分析結果からの算出が例示できる。
合成例1
温度計、冷却管、撹拌機を取り付けたフラスコに1,12-ドデカンジオールのジグリシジルエーテル(四日市合成株式会社製:エポキシ当量210g/eq)420g(2.0当量)とビスフェノールA(水酸基当量114g/eq)456g(4.0当量)を仕込み、140℃まで30分間要して昇温した後、4%水酸化ナトリウム水溶液4.0gを仕込んだ。その後、30分間要して150℃まで昇温し、さらに150℃で6時間反応させた。その後、中和量のリン酸ソーダを添加し、ヒドロキシ化合物(Ph-1)を858g得た。このヒドロキシ化合物(Ph-1)は、マススペクトルで下記構造式(Ph-1)中のm=1の理論構造に相当するM+=771のピークが得られたことから、目的物であるヒドロキシ化合物を含有することが確認された。このヒドロキシ化合物(Ph-1)のGPCより算出した水酸基当量は388g/eqであり、繰り返し単位mの平均値は0.8であった。
合成例2
合成例1における1,12-ドデカンジオールのジグリシジルエーテル(エポキシ当量210g/eq)420g(2.0当量)を、ポリプロピレングリコールのジグリシジルエーテル(ナガセケムテックス製「デナコールEX-931」:エポキシ当量481g/eq)962g(2.0当量)に変えた以外は合成例1と同様に反応し、ヒドロキシ化合物(Ph-2)を1390g得た。このヒドロキシ化合物(Ph-2)は、マススペクトルで下記構造式(Ph-2)中のm=1、n2=10の理論構造に相当するM+=1225のピークが得られたことから、目的物であるヒドロキシ化合物を含有することが確認された。このヒドロキシ化合物(Ph-2)のGPCより算出した水酸基当量は593g/eqであり、繰り返し単位mの平均値は0.8であった。
合成例3
温度計、滴下ロート、冷却管及び撹拌機を取り付けたフラスコに、窒素ガスパージを施しながら、合成例1で得られたヒドロキシ化合物(Ph-1)388g(水酸基当量388g/eq)、エピクロルヒドリン1110g(12.0モル)、n-ブタノール300gを加え、溶解させた。その後、65℃に昇温した後、共沸する圧力まで減圧して、49%水酸化ナトリウム水溶液122.4g(1.5モル)を5時間かけて滴下した。
次に、同条件で0.5時間撹拌を続けた。この間、共沸によって留出してきた留出分をディーンスタークトラップで分離し、水層を除去し、油層を反応系内に戻しながら、反応を行った。その後、未反応のエピクロルヒドリンを減圧蒸留によって留去させた。得られた粗エポキシ樹脂にメチルイソブチルケトン1000gとn-ブタノール110gとを加え、溶解した。
更にこの溶液に10%水酸化ナトリウム水溶液20.0gを添加して80℃で2時間反応させた後に洗浄液のPHが中性となるまで水300gで水洗を3回繰り返した。
次に、共沸によって系内を脱水し、精密濾過を経た後に、溶媒を減圧下で留去して、エポキシ化合物(Ep-1)を399g得た。得られたエポキシ化合物(Ep-1)のエポキシ当量は488g/eqであった。当該エポキシ樹脂は、マススペクトルで下記構造式(Ep-1)中のm=1、q=1、p1=0、p2=0の理論構造に相当するM+=883のピークが得られたことから、目的物であるエポキシ化合物(Ep-1)を含有することが確認された。得られたエポキシ化合物(Ep-1)はq=0の化合物を含んでおり、GPCで確認したところ該混合物中q=0の化合物を20.5%の割合で含有するものであり、繰り返し単位qの平均値は0.8であった。
合成例4
合成例3におけるヒドロキシ化合物(Ph-1)388g(水酸基当量388g/eq)を、ヒドロキシ化合物(Ph-2)593g(水酸基当量593g/eq)に変えた以外は合成例3と同様に反応し、エポキシ化合物(Ep-2)を584g得た。得られたエポキシ化合物(Ep-2)のエポキシ当量は714g/eqであった。当該エポキシ化合物は、マススペクトルで下記構造式(Ep-2)中のm=1、n2=10、q=1、p1=0、p2=0の理論構造に相当するM+=1336のピークが得られたことから、目的物であるエポキシ化合物(Ep-2)を含有することが確認された。得られたエポキシ化合物(Ep-2)はq=0の化合物を含んでおり、GPCで確認したところ該混合物中q=0の化合物を16.8%の割合で含有するものであり、繰り返し単位qの平均値は0.8であった。
合成例5
J.Network Polym.,Jpn.,Vol.29,208;2008の文献に記載の方法に従って、エポキシ化合物(Ep-3)を合成した。得られたエポキシ化合物(Ep-3)のエポキシ当量は450g/eqであった。
合成例6
温度計、冷却管、撹拌機を取り付けたフラスコに1,12-ドデカンジオールのジグリシジルエーテル(四日市合成株式会社製:エポキシ当量210g/eq)840g(4.0当量)とビスフェノールA(水酸基当量114g/eq)228g(2.0当量)を仕込み、140℃まで30分間要して昇温した後、4%水酸化ナトリウム水溶液4.0gを仕込んだ。その後、30分間要して150℃まで昇温し、さらに150℃で6時間反応させた。その後、中和量のリン酸ソーダを添加し、エポキシ化合物(Ep-4)を1047g得た。このエポキシ化合物(Ep-4)は、マススペクトルで下記構造式(Ep-4)中のm=1の理論構造に相当するM+=856のピークが得られたことから、目的物であるエポキシ化合物を含有することが確認された。このエポキシ化合物(Ep-4)のエポキシ当量は415g/eqであり、繰り返し単位mの平均値は0.8であった。
合成例7
合成例6における1,12-ドデカンジオールのジグリシジルエーテル(四日市合成株式会社製:エポキシ当量210g/eq)840g(4.0当量)をポリプロピレングリコールのジグリシジルエーテル(ナガセケムテックス製「デナコールEX-931」:エポキシ当量481g/eq)1924g(4.0当量)に変えた以外は合成例6と同様に反応し、エポキシ化合物(Ep-5)を2109g得た。このエポキシ化合物(Ep-5)は、マススペクトルで下記構造式(Ep-5)中のm=1、n2=10の理論構造に相当するM+=1764のピークが得られたことから、目的物であるエポキシ化合物を含有することが確認された。このエポキシ化合物(Ep-5)のエポキシ当量は973g/eqであり、繰り返し単位mの平均値は0.8であった。
実施例1
温度計、冷却管、撹拌機を取り付けたフラスコに、合成例3で得られたエポキシ化合物(Ep-1)48.8g(エポキシ当量488g/eq)とフルフリルアミン(関東化学製)2.4g(0.01モル)を仕込み、125℃まで90分間要して昇温した後、さらに125℃で18時間反応させ、フラン化合物(F-1)を46.1g得た。得られたフラン化合物(F-1)のエポキシ当量は1004g/eqであった。このフラン化合物(F-1)は、マススペクトルで下記構造式(F-1)中のm=1、n=1の理論構造に相当するM+=1861のピークが得られたことから、目的物であるフラン化合物(F-1)を含有することが確認された。
実施例2
実施例1におけるエポキシ化合物(Ep-1)48.8g(エポキシ当量488g/eq)をエポキシ化合物(Ep-2)71.4g(エポキシ当量714g/eq)に変えた以外は実施例1と同様に反応し、フラン化合物(F-2)を66.4g得た。得られたフラン化合物(F-2)のエポキシ当量は1447g/eqであった。
実施例3
実施例1におけるエポキシ化合物(Ep-1)48.8g(エポキシ当量488g/eq)をエポキシ化合物(Ep-3)45.0g(エポキシ当量450g/eq)に変えた以外は実施例1と同様に反応し、フラン化合物(F-3)を42.7g得た。得られたフラン化合物(F-3)のエポキシ当量は930g/eqであった。このフラン化合物(F-3)は、マススペクトルで下記構造式(F-3)中のm=1、n=1の理論構造に相当するM+=1637のピークが得られたことから、目的物であるフラン化合物(F-3)を含有することが確認された。
実施例4
実施例1におけるエポキシ化合物(Ep-1)48.8g(エポキシ当量488g/eq)を1,12-ドデカンジオールのジグリシジルエーテル(四日市合成株式会社製:エポキシ当量210g/eq)21.0gに変えた以外は実施例1と同様に反応し、フラン化合物(F-4)を21.1g得た。得られたフラン化合物(F-4)のエポキシ当量は459g/eqであった。このフラン化合物(F-4)は、マススペクトルで下記構造式(F-4)中のn=1の理論構造に相当するM+=725のピークが得られたことから、目的物であるフラン化合物(F-4)を含有することが確認された。
実施例5
実施例1におけるエポキシ化合物(Ep-1)48.8g(エポキシ当量488g/eq)をポリプロピレングリコールのジグリシジルエーテル(ナガセケムテックス製「デナコールEX-931」:エポキシ当量481g/eq)48.1gに変えた以外は実施例1と同様に反応し、フラン化合物(F-5)を45.5g得た。得られたフラン化合物(F-5)のエポキシ当量は990g/eqであった。このフラン化合物(F-5)は、マススペクトルで下記構造式(F-5)中のn=1、n2=10の理論構造に相当するM+=1633のピークが得られたことから、目的物であるフラン化合物(F-5)を含有することが確認された。
実施例6
実施例1におけるエポキシ化合物(Ep-1)48.8g(エポキシ当量488g/eq)をエポキシ化合物(Ep-4)41.5g(エポキシ当量415g/eq)に変えた以外は実施例1と同様に反応し、フラン化合物(F-6)を39.5g得た。得られたフラン化合物(F-6)のエポキシ当量は861g/eqであった。
実施例7
実施例1におけるエポキシ化合物(Ep-1)48.8g(エポキシ当量488g/eq)をエポキシ化合物(Ep-5)97.3g(エポキシ当量973g/eq)に変えた以外は実施例1と同様に反応し、フラン化合物(F-7)を89.8g得た。得られたフラン化合物(F-7)のエポキシ当量は1955g/eqであった。
実施例8
実施例1で得られたフラン化合物(F-1)を3.4g、4,4’-ジフェニルメタンビスマレイミド(大和化成工業株式会社製 BMI-1000)0.6g、DMF13gを測り取り、混合して均一溶解させたのち、テトラフルオロエチレン製シートを敷いたアルミバット上へ流し込んだ。この溶液を乾燥機中で60℃で48時間反応させた後、真空脱気にてDMFを留去し、Diels-Alder反応物(D-1)を3.9g得た。得られたフラン化合物(D-1)のエポキシ当量は1181g/eqであった。
比較合成例1
実施例1におけるエポキシ化合物(Ep-1)48.8g(エポキシ当量488g/eq)をビスフェノールA型液状エポキシ樹脂「E-850S」(DIC株式会社製)18.8g(エポキシ当量188g/eq)に変えた以外は実施例1と同様に反応し、フラン化合物(F-8)を19.1g得た。
比較合成例2
既報の合成手法(Express Polymer Letters Vol.7, No.7(2013)636-650)を参照し、主鎖がウレタンポリマーから成るフラン化合物(F-9)を得た。
合成例8
合成例1における1,12-ドデカンジオールのジグリシジルエーテル(エポキシ当量210g/eq)420g(2.0当量)を、798g(3.8当量)に変えた以外は合成例1と同様に反応し、ヒドロキシ化合物(Ph-3)を1207g得た。このヒドロキシ化合物(Ph-4)は、マススペクトルで下記構造式(Ph-3)中のm=1の理論構造に相当するM+=771のピークが得られたことから、目的物であるヒドロキシ化合物を含有することが確認された。このヒドロキシ化合物(Ph-3)のGPCより算出した水酸基当量は2000g/eqであり、繰り返し単位mの平均値は6.9であった。
合成例9
合成例1における1,12-ドデカンジオールのジグリシジルエーテル(エポキシ当量210g/eq)420g(2.0当量)を、ポリプロピレングリコールのジグリシジルエーテル(ナガセケムテックス製「デナコールEX-931」:エポキシ当量481g/eq)1603g(3.3当量)に変えた以外は合成例1と同様に反応し、ヒドロキシ化合物(Ph-4)を2012g得た。このヒドロキシ化合物(Ph-4)は、マススペクトルで下記構造式(Ph-94)中のm=1、n2=10の理論構造に相当するM+=1226のピークが得られたことから、目的物であるヒドロキシ化合物を含有することが確認された。このヒドロキシ化合物(Ph-4)のGPCより算出した水酸基当量は1802g/eqであり、繰り返し単位mの平均値は3.4であった。
合成例10
合成例3におけるヒドロキシ化合物(Ph-1)388g(水酸基当量388g/eq)を、ヒドロキシ化合物(Ph-3)2000g(水酸基当量2000g/eq)に変えた以外は合成例3と同様に反応し、エポキシ化合物(Ep-6)を2120g得た。得られたエポキシ化合物(Ep-6)のエポキシ当量は2320g/eqであった。当該エポキシ樹脂は、マススペクトルで下記構造式(Ep-6)中のm=1、q=1、p1=0、p2=0の理論構造に相当するM+=883のピークが得られたことから、目的物であるエポキシ化合物(Ep-6)を含有することが確認された。得られたエポキシ化合物(Ep-6)はq=0の化合物を含んでおり、GPCで確認したところ該混合物中q=0の化合物を0.7%の割合で含有するものであり、繰り返し単位qの平均値は6.3であった
合成例11
合成例3におけるヒドロキシ化合物(Ph-1)388g(水酸基当量388g/eq)を、ヒドロキシ化合物(Ph-4)1802g(水酸基当量1802g/eq)に変えた以外は合成例3と同様に反応し、エポキシ化合物(Ep-7)を1851g得た。得られたエポキシ化合物(Ep-7)のエポキシ当量は1895g/eqであった。当該エポキシ化合物は、マススペクトルで下記構造式(Ep-7)中のm=1、n2=11、q=1、p1=0、p2=0の理論構造に相当するM+=1336のピークが得られたことから、目的物であるエポキシ化合物(Ep-7)を含有することが確認された。得られたエポキシ化合物(Ep-7)はq=0の化合物を含んでおり、GPCで確認したところ該混合物中q=0の化合物を2.8%の割合で含有するものであり、繰り返し単位qの平均値は3.1であった。
組成物及び硬化物の作製
表1~5に従った配合(表中の数字は質量基準)で、各化合物を用い、混合機(株式会社シンキー製「あわとり練太郎ARV-200」)にて均一混合して、硬化性樹脂組成物を得た。この硬化性樹脂組成物を、シリコンチューブをスペーサーとしてアルミニウム鏡面板(株式会社エンジニアリングテストサービス製「JIS H 4000 A1050P」)にて挟み込み、所定条件で加熱硬化を行い、厚さ0.7mmの硬化物を得た。
<引張伸び率>
得られた硬化物を打抜き刃にてダンベル形状(JIS K 7161-2-1BA)に打ち抜き、これを試験片とした。この試験片の引張試験を引張試験機(株式会社島津製作所製「オートグラフAG-IS」)を用いて、JIS K 7162-2に従って行ない、測定環境23℃における破断点伸び率を評価した(試験速度:2mm/min)。
<高温高湿試験>
得られた硬化物を、恒温恒湿試験機(エスペック株式会社製「PSL-2J」)へ投入し、85℃/85%の環境下で1000時間暴露させ、硬化物の外観を評価した。
<再成形試験>
作製した硬化物を凍結粉砕した。粉砕した硬化物0.07gを10mm角、厚さ0.5mmの型枠に入れて150℃/4時間/10MPaの条件で真空プレスを行ったのち、60℃/24時間のエージングを行った。得られた硬化物の外観を目視で観察した。判断基準は下記のとおりである。
A:継ぎ目が消失し、硬化物が一体化した。
B:継ぎ目が一部目視で確認できるが、硬化物が一体化した。
C:固まった形状をしており、軽い力を加えるとバラバラになった。
<修復試験>
作製した硬化物を剃刀で切断し、生じた破断面を接触させた後、乾燥機内にて130℃/30min+60℃/24時間のエージングを行った。乾燥機から取り出した後、硬化物の断面同士の接合の有無を目視にて確認した。判断基準は下記のとおりである。
A:接合し、硬化物を90°折曲げても接合部が解離しない
B:接合し、硬化物を曲げると接合部が解離する。
C:接合しなかった。
<解体性試験>
表1~5に従った配合(表中の数字は質量基準)で、各化合物を用い、混合機(株式会社シンキー製「あわとり練太郎ARV-200」)にて均一混合して、硬化性樹脂組成物を得た。この樹脂組成物を、2枚の冷間圧延鋼板(TP技研株式会社製「SPCC-SD」、1.0mm×25mm×100mm)のうち1枚に塗布し、スペーサーとしてガラスビーズ(ポッターズ・バロティーニ株式会社製「J-80」)を添加し、もう1枚のSPCC-SDを貼り合わせた(接着面積:25mm×12.5mm)。これを表1~4に従った温度で加熱硬化を行い、試験片を得た。この試験片を、120℃の乾燥機内に吊り下げ、基材の一方に500gの分銅により荷重をかけた。この状態で30min静置させ、基材の接着状態を評価した。判断基準は下記のとおりである。
A:接着部分のずれが生じ、荷重をかけた側の接着基材が落下した。
B:接着部分のずれが生じた。
C:基材の変化が生じなかった。
なお、表中に示した各配合物は以下の通りである。
E-850S:ビスフェノールA型液状エポキシ樹脂(DIC株式会社製、エポキシ当量188g/eq)
BMI-TMH:1,6’-ビスマレイミド-(2,2,4-トリメチル)ヘキサン
DICY:ジシアンジアミド(三菱ケミカル株式会社製“DICY7”)
DCMU:3-(3,4-ジクロロフェニル)-1,1-ジメチルウレア)(DIC株式会社製 “B-605-IM”)
DTA:ジエチレントリアミン(関東化学製)