JPH04298524A - エポキシ樹脂組成物およびその硬化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエポキシ樹脂硬化剤に関
する。さらに詳しくは、本発明はエポキシ樹脂系の硬化
に、１−イソプロピル−２−トリルイミダゾ−ル異性体
を使用することに関し、高度の耐熱性および耐化学薬品
性をもつ安定な一包装形混合物を提供する。さらに、そ
の結果として得られる硬化エポキシ樹脂系は、室温では
低度の反応性と低い粘性を示し、そして適度に上昇した
温度では加速度的な反応性の増大を示し、それゆえ、広
範な応用の可能性をもたらす。

【０００２】

【従来の技術】エポキシ樹脂は、幅広い高分子材料群を
なしており、それらは広範な物性をもっている。硬化前
の組成物はエポキシド類を含有し、この組成物はある種
の触媒や硬化剤と反応して硬化し、種々の望ましい特性
を有する硬化エポキシ樹脂を提供する。

【０００３】最も一般的なエポキシ樹脂は、エピクロロ
ヒドリンとビスフェノールＡとの縮合物である。これら
の系は、従来の硬化剤、例えばポリアミン、ポリカルボ
ン酸、酸無水物およびルイス塩により硬化させることが
できる。ビスフェノールＡを出発物質とするエポキシ組
成物は、硬化の際に良好な接着性を有するが、多くは本
来、硬質で脆く、そのために硬化エポキシ樹脂の使用は
、剥離力の作用しないところに限定されている。

【０００４】ある種の置換イミダゾールをエポキシ樹脂
の硬化剤として使用することは公知技術である。Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ　Ｗｅｅｋ　９５巻（１９６５年７月３１日
）には、イミダゾール類は一般に、ビスフェノールＡジ
グリシジルエーテル（ＤＧＥＢＡ）とともに低濃度で使
用される際に、１５０℃までの熱変形温度と、芳香族ア
ミン硬化に期待し得る範囲の他の高温特性をもたらすと
記述されている。この改善された耐熱性は、４０００〜
８０００ｃＰの粘度を有し、かつ長期のポットライフを
有する過冷却液体によってもたらされる。通常、イミダ
ゾール類は固体の状態にあり、硬化しようとする樹脂に
予測可能な結果を生じさせる。 例えば、低温時において相当量の樹脂のゲル化を予測で
きる。

【０００５】イミダゾール類およびアルキルイミダゾー
ル類の塩を半潜在性エポキシ硬化剤として使用すること
は公知であり、このことは「ＣＵＲＥＺＯＬ　２ＭＺ−
ＯＫ　２ＰＺ−ＯＫ」　と題されたＳｈｉｋｏｄｕ　社
のデータシートに記載されている。 そこでは、結晶性のイソシアヌル酸付加化合物からなる
硬化剤が開示されている。そうした塩は通常、比較的高
温で溶融または分解する固体である。

【０００６】２−エチル−４−メチルイミダゾールは、
化学文献にエポキシ硬化剤として記載されている。Ｈａ
ｎｄｂｏｏｋ　ｏｆ　Ｅｐｏｘｙ　Ｒｅｓｉｎｓ，　Ｌ
ｅｅ　ａｎｄ　Ｎｅｖｉｌｌ，　Ｒｅｆ．　　９５，Ｃ
ｈ．１０（１９６５）を参考されたい。

【０００７】特開昭６３−３０８０３０号公報では、ア
ルキル基に１〜６個の炭素原子を含む、１−アルキル−
２−フェニルイミダゾールからなる硬化剤が記載されて
いる。

【０００８】米国特許第４９３１５２８号明細書には、
１−イソプロピル−２−メチルイミダゾールが開示され
ている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】新規なエポキシ樹脂用
硬化剤は、普通には見られぬ有用な性質を特に示すもの
であれば、有用であり、望ましい。多くのエポキシ樹脂
系に容易に溶解し、混合されるイミダゾール系のエポキ
シ樹脂硬化剤を提供すれば、それは技術上の進歩であろ
う。さらに、それが加えられたエポキシ樹脂系に、硬化
性物質が潜在的硬化性を加えるならば、それは技術的進
歩といえるであろう。もし、そのような硬化剤が処方に
、対応する硬化剤を使用する処方よりも低い粘度を与え
るならば、混合後、長期間にわたり硬化剤の使用が可能
となり、このことは現行技術で得られた成果の改良を構
成するであろう。もし、そのような系が完全に硬化して
、優秀な耐熱性および耐化学薬品性とともに満足のゆく
物性を示すならば、それはこの技術の数多くの要求に応
えるものとなるであろう。上記の性質をもつ硬化剤が幅
広い温度範囲にわたって反応性に多様性をもたせ、物理
的状態を変化させるならば、このことは特に望ましく、
多様な潜在的応用がこの技術に精通している者に明らか
となるであろう。

【００１０】

【課題を解決するための手段】今や、１−イソプロピル
−２−（ｏ−，ｍ−，ｐ−）トリルイミダゾールを含む
組成物が、液体でエポキシ樹脂硬化剤として用いられ、
このことと、他にも望ましい特性をもたらしているとい
うことが見出された。

【００１１】本発明はエポキシ樹脂と硬化剤を含む硬化
エポキシ樹脂組成物に関する。硬化剤はエポキシ樹脂１
００重量部について１〜１０重量部の、１−イソプロピ
ル−２−トリルイミダゾ−ル異性体を含む。

【００１２】本発明は、上記に規定されるエポキシ樹脂
組成物を硬化させる方法にも関する。この方法によれば
、組成物は、３０分から４８時間にわたり、温度１０〜
２１０℃に、望ましくは６０〜１５０℃に保持される。

【００１３】少量の１−イソプロピル−２−トリルイミ
ダゾールが硬化剤として効果的である。すべての異性体
（オルト−，メタ−，パラ−）は、ただちに各種のエポ
キシ樹脂に溶解し、完全に相溶性がある。加えて、室温
で長時間のポットライフがあり、適度に温度を上昇させ
るとただちに硬化するので、それを加えたエポキシ系に
潜在的硬化性を付加することとなる。

【００１４】本発明によって、エポキシ樹脂の硬化剤と
して用いられるイミダゾールは、次に示される一般式を
有するイミダゾール類のグループの１種である。

【００１５】

【化１】

【００１６】式中、ＲはＨまたは炭素数１から１８のア
ルキル基であり；Ｒ１　はＨ、アリール基、または炭素
数１から１７のアルキル基であり；Ｒ２　とＲ３　はお
のおのＨまたは炭素数１から４のアルキル基である。

【００１７】本発明によって、１−イソプロピル−２−
（ｏ−，ｍ−，ｐ−）トリルイミダゾールが、硬化剤と
して特に価値ある特性を示すことが見出された。１−イ
ソプロピル−２−トリルイミダゾールは、対応するイミ
ダゾリンを、２〜３０％の銅またはクロムの単独または
組合せとニッケルとを組み合わせてなるニッケル触媒上
で、１６０〜２５０℃の温度と、０．１から３．５ＭＰ
ａ　（大気圧から５００ｐｓｉｇ）の圧力の下で脱水素
を行うことを含む方法で合成することができる（米国特
許４９２７９４２号明細書及び４９２１９６９号明細書
を参照）。

【００１８】本発明に用いられる１−イソプロピル−２
−（ｏ−，ｍ−，ｐ−）トリルイミダゾールの構造は次
に示される：

【００１９】

【化２】

【００２０】１−イソプロピル−２−トリルイミダゾー
ルは硬化剤として、次のような望ましい特性を示す：１
．オルト−、メタ−およびパラ−型はすべて、種々のエ
ポキシ樹脂にただちに溶解する。 ２．すべての特性に対しての最適な結果を得るのに、ほ
んの僅かな量しか要しない。 ３．どの異性体も室温では低度の反応性を示し、適度に
上昇した温度ではいっそう促進された反応速度を示す。 ４．パラ−トリル異性体は、融点の低い固体であり、オ
ルト−及びメタ−トリル異性体は液体である。

【００２１】

【発明の効果】この１−イソプロピル−２−トリルイミ
ダゾールが、エポキシ樹脂と組み合わされると、次の望
ましい特性を呈する硬化系がもたらされる：１．その系
は一包装混合物からなり、室温で安定であり、高度の耐
熱性、耐化学薬品性をもつ。 ２．そのエポキシ系は付加された潜在的硬化性を発現す
る。 ３．そのエポキシ硬化系はさらに長期のポットライフが
備わり、適度な熱を比較的短時間加えることにより、完
全に硬化できる。 ４．完全に硬化すると、エポキシ系は非常に望ましい物
性を有し、熱変形温度も非常に高い。

【００２２】優秀な耐熱性と耐化学薬品性をもつ製品は
、複合材料の製造やシーリング剤のような用途にとくに
役立つ。

【００２３】

【解決手段の詳細】エポキシ樹脂は上記のように規定さ
れたイミダゾールによって硬化するもので、それは典型
的には、たとえば、水酸化ナトリウムの存在下でビスフ
ェノールＡとエピクロロヒドリンとの反応により合成さ
れる。縮合が完了した後、余剰エピクロロヒドリンを組
成樹脂から分離し、洗浄により塩と可溶性副生成物を除
去し、エポキシ樹脂を回収する。本発明が効果的である
ことを示すものとしては、液状エポキシ樹脂、たとえば
ＥＥＷ（エポキシ当量）が１８５〜１９２；樹脂の分子
量がほぼ３８０であり；官能性が２の液状エポキシ樹脂
であるビスフェノールＡジグリシジルエーテルがある。

【００２４】エポキシ樹脂は通常、希釈することなく、
そしてほかの添加物なしで使用される。この場合、硬化
剤は液体である。多くのイミダゾール硬化剤は固体であ
る。新規の硬化系では、１〜１０重量部のトリルイミダ
ゾールが１００重量部のエポキシ樹脂中に存在していな
ければならない。

【００２５】不完全な硬化が、室温の条件で進行してし
まうことがある。この系の完全な硬化のためには、加熱
が必須である。硬化が室温の条件でなされると、この系
は潜在的反応性と記述されうる状態を示す。低度の活性
が室温では示されるが、温度が適度に上昇すると、硬化
は促進される。加えて、この組成では、２３℃前後の温
度で２４時間後に、米国特許第４９３１５２８号明細書
に記載される硬化系の半分以下の粘度をもつ。この結果
、混合後より長時間にわたり利用することができるよう
になる。温度を変えてゲル化時間を実測すると、低温で
はトリルイミダゾールがゆっくりと反応することがわか
る。温度が１００℃以上になると、トリルイミダゾール
の反応性は１−イソプロピル−２−メチルイミダゾール
の反応性と比べ、ほとんど差がなくなる。こうした特性
は多くの用途で非常に望ましいものである。

【００２６】硬化は３０分から４８時間かけて起こる。 ひとたび温度が上昇すると、より短い硬化時間で最適の
物性が発現する。

【００２７】

【実施例】本発明の新規な方法の実施については、表１
〜２に記録されている実施例１〜８に例示されている手
順から明白である。ここで記載されているエポキシ樹脂
をトリルイミダゾールを用いて硬化させる方法は、実施
例において実証されている。温度と時間とトリルイミダ
ゾールの置換基の位置を変えることで、種々の望ましい
特性を持った組成物の製造が可能となる。

【００２８】実施例の中で次の用語が、測定される特性
の記述に使われる： ゲル化時間：分単位で測定（試料１００ｇ）；１００ｇ
の組成物を２３℃でゲルタイマーの容器に入れ、指定さ
れた温度に保持した。組成物の温度を上昇させて、ゲル
化した状態にまで進行させた。 ブルックフィールド粘度（ＡＳＴＭ　　Ｄ−１８２４）
：流動に対する内部抵抗；せん断応力のせん断率に対す
る割合をｃＰの単位で、２３℃において時間を変えて測
定した。

【００２９】実施例１ １−イソプロピル−２−（ｏ−トリルイミダゾール）を
硬化剤として含有する処方、ならびに硬化時間と硬化温
度を変えて、得られた硬化樹脂の特性を表１に示す。す
なわち、表１のように、エポキシ当量１８５〜１９２の
ビスフェノールＡグリシジルエーテル型エポキシ樹脂１
００重量部に１−イソプロピル−２−（ｏ−トリルイミ
ダゾール）２部を添加し、完全に混合して組成物を得た
。この組成物１００ｇを２３℃の恒温槽中に置いて、ブ
ルックフィールド粘度計によって粘度を測定した。ただ
し、混合の際に発熱を生ずるので、それが収まって１時
間後から粘度の測定を行い、４８時間後までの間の７回
の所定時間に測定を行った。粘度は表１に示すように緩
やかに上昇した。一方、同様の組成物を用いて、Ｇａｒ
ｄｏｃｏ　ゲルタイマーにより、ゲル化時間を測定した
。すなわち、完全に混合した組成物１００ｇをアルミニ
ウム製カップに注入し、測定温度に保持されたゲルタイ
マーにカップを置いて、ゲル化するまでの時間を測定し
た。

【００３０】実施例２〜４ 実施例２は硬化剤としてメタ異性体の使用を例示し、実
施例３は硬化剤としてパラ異性体の使用を例示している
。実施例４は比較例であって、米国特許第４９３１５２
８号公報に記載された１−イソプロピル−２−メチルイ
ミダゾールを使用したものである。

【００３１】

【表１】

【００３２】１−イソプロピル−２−（ｏ−，ｍ−，ｐ
−）トリルイミダゾールは、その類似化合物である１−
イソプロピル−２−メチルイミダゾールより、エポキシ
樹脂の硬化に対して反応性がはるかに低い。１−イソプ
ロピル−２−トリルイミダゾールを含む処方はどれも、
１−イソプロピル−２−メチルイミダゾールを含む処方
に比べ、２３℃、２４時間において、半分以下の粘度し
か示さない。このことは、混合後、トリルイミダゾール
の利用が非常に長時間にわたり可能となることを示唆し
ており、多くの用途に用いられる重要な要因となってい
る。ゲル化時間を種々の温度で測定すると、低温ではト
リルイミダゾールがゆっくりと反応することを示してい
る。しかしながら、より高い温度（１００℃以上）では
、トリルイミダゾールと１−イソプロピル−２−メチル
イミダゾールの間で反応性の違いはほとんどなくなる。

【００３３】実施例５〜８ 実施例１〜４で用いたのと同様の処方の、１−イソプロ
ピル−２−（ｏ−，ｍ−，ｐ−）トリルイミダゾールま
たは比較例として１−イソプロピル−２−メチルイミダ
ゾールを硬化剤として用いて得られた組成物を、３ｍｍ
の厚さに流延して、　１００℃で２時間、ついで２１０
℃で４時間加熱して硬化させた。このようにして得られ
た試料の機械的性質、熱変形温度、耐熱水性および耐化
学薬品性を測定した。その結果を表２に示す。

【００３４】

【表２】

【００３５】液状エポキシ樹脂は、それぞれの１−イソ
プロピル−２−トリルイミダゾール類で硬化して、耐熱
性、耐化学薬品性および耐湿性の板材を形成した。それ
ぞれの処方の熱変形温度はかなり高い。諸性質は、より
反応性の高いイミダゾールである１−イソプロピル−２
−メチルイミダゾールによって硬化して得られたものと
等しいか、それよりも改善されている。実施例６〜８で
は、アセトン中で煮沸した後、わずかの重量減少が見ら
れた。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　エポキシ樹脂と硬化剤からなり、硬化
   剤がエポキシ樹脂１００重量部あたり１〜１０重量部の
   １−イソプロピル−２−トリルイミダゾ−ルの１種また
   は２種以上の異性体であることを特徴とする硬化可能な
   エポキシ樹脂組成物。
2. 【請求項２】　　硬化剤が１−イソプロピル−２−（ｏ
   −トリルイミダゾ−ル）である請求項１に記載の組成物
   。
3. 【請求項３】　　硬化剤が１−イソプロピル−２−（ｍ
   −トリルイミダゾ−ル）である請求項１に記載の組成物
   。
4. 【請求項４】　　硬化剤が１−イソプロピル−２−（ｐ
   −トリルイミダゾ−ル）である請求項１に記載の組成物
   。
5. 【請求項５】　　エポキシ樹脂がエポキシ当量（ＥＥＷ
   ）が１８５〜１９２である、ビスフェノールＡジグリシ
   ジルエーテルである請求項１から４のいずれか一項に記
   載の組成物。
6. 【請求項６】　　組成物を１０〜２１０℃の温度で３０
   分から４８時間の期間にわたり保持することを特徴とす
   る請求項１から５のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂
   組成物の硬化方法。
7. 【請求項７】　　組成物の保持温度が６０〜１５０℃で
   ある請求項６に記載の方法。