JPH11504061A - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents
エポキシ樹脂組成物Info
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Abstract
(57)【要約】
(a)脂環式エポキシ樹脂および(b)脂環式ジ−もしくはポリ−グリシジルエーテルとノルボルナンジアミンとのアダクトを含む有効量の硬化剤からなる組成物が提供される。脂環式エポキシ樹脂とアダクト硬化剤との組合せは、良好なUV耐性および室温硬化を示すフィルム形成性組成物をもたらす。
Description
【発明の詳細な説明】
エポキシ樹脂組成物
本発明は新規なエポキシ樹脂組成物、特に室温硬化する耐候性被覆組成物およ
び新規な硬化剤に関するものである。
脂環式エポキシ樹脂は優秀な耐候性を示す硬質コーチングまで硬化しうること
が知られている。硬化した生成物の優秀な耐候性は、この種のエポキシ樹脂をた
とえば工業保守管理および海洋コーチングのような民間エンジニアリング用途に
特に有用である。しかしながら、この種の用途につき、たとえば急速な室温硬化
、急速な硬度の発生、高い光沢およびフィルム透明性のような諸性質も重要であ
る。しかしながら、これら性質は脂環式系エポキシ樹脂については極く僅かであ
る。ビスフェノール系エポキシ樹脂組成物は、たとえば1,3−ビス(アミノ−
メチル)シクロヘキサンおよびノルボルナンジアミンのようなベンジルアルコー
ルでの希釈、ビスフェノール系エポキシでの部分アダクト形成および/または加
速剤の混入により改変されている脂環式アミンで硬化させると、良好な物理的性
質および室温硬化能力を示す。硬化したビスフェノール系エポキシ樹脂組成物の
耐候性はしかしながら貧弱である。
脂環式エポキシの耐候性の利点を有すると共に良好な室温硬化を示すフィルム
形成性エポキシ樹脂組成物を得ることが望ましい。
本発明によれば、(a)脂環式ジオールもしくはポリオールのジ−もしくはポ
リ−グリシジルエーテル;および(b)脂環式ジオールもしくはポリオールのジ
−もしくはポリ−グリシジルエーテルとノルボルナンジアミンとの2:1アダク
トからなる有効量の硬化剤を含む組成物が提供される。脂環式エポキシ樹脂とア
ダクト硬化剤との組合せは、良好な耐候性および室温硬化能力を示すフィルム形
成性組成物をもたらす。好ましくは工程(a)および(b)のグリシジルエーテ
ルは脂環式ジオールのジグリシジルエーテルである。
本発明の組成物は脂環式エポキシ樹脂を含み、これは飽和炭素−炭素結合と平
均して少なくとも約2個の隣位エポキシド基とを有するジ−およびポリ−グリシ
ジルエーテルを包含する。この種の脂環式エポキシ樹脂は、たとえば二価もしく
は多価フェノールのポリグリシジルエーテルを水素化することにより或いは水素
化されたビスフェノールおよび脂環式ジオールもしくはポリオールをグリシド化
することにより作成することができる。好適な脂環式エポキシ樹脂は、2,2−
ビス(4−ヒドロキシシクロヘキシル)プロパンおよび1,4−シクロヘキサン
ジメチノール[これらはそれぞれエポネックスレジン1510およびヘロキシモ
ディファイヤー107としてシェル・ケミカル・カンパニーから入手しうる(エ
ポネックスおよびヘロキシは商標である)]をグリシド化した生成物である。
本発明の組成物は選択的であるが好ましくは(長い可使時間が重要でない用途
につき)少なくとも3個の末端アクリレートもしくはメタクリレート基を有する
アクリレートエステル(ここでは(メタ)アクリレートエステルと称する)を含
む。この種のエステルは、たとえばアルキレンポリオール、脂環式ポリオールお
よび高級ポリオール、たとえばトリメチロールエタン、トリメチロールプロパン
、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール
およびその混合物などの脂環式多価アルコールのアクリル酸およびメタクリル酸
エステルを包含する。この種のアクリル酸エステルはたとえばトリアクリル酸ト
リメチロールプロパン、トリアクリル酸トリメチロールエタン、トリメタクリル
酸トリメチロールプロパン、テトラアクリル酸ペンタエリスリトールおよびペン
タアクリル酸ジペンタエリスリトールを包含する。本発明の組成物に使用するの
に好適なアクリレートはトリアクリル酸トリメチロールプロパンである。
(メタ)アクリル酸エステルは一般に組成物中に脂環式エポキシの重量に対し
5〜40重量%、好ましくは5〜20重量%の範囲の量にて存在する。これらは
一般に組成物中にエポキシ樹脂との配合物として混入される。この種の配合物は
好適には、アクリレートをエポキシに室温または若干高められた温度(約125
°F(51.7℃)まで)にてアクリレートを重合させずに均質配合物を形成す
るのに有効な時間にわたり緩和に撹拌しながら添加して生成される。
本発明の組成物は、脂環式ジ−もしくはポリ−グリシジルエーテルとノルボル
ナンジアミンとのアダクトを含む。ノルボルナンジアミンは化学式
により示しうる化合物、たとえば2,5−ビス(アミノメチル)ビシクロヘプタ
ン、2,6−ビス(アミノメチル)ビシクロヘプタンおよびその混合物を包含す
る。
アダクトは好適には、過剰のジアミンを平均して2モルもしくはそれ以上のア
ミンが1モルのジグリシジルエーテルもしくはポリグリシジルエーテルと反応し
て生成物が活性アミン水素を有するような反応生成物を生成するのに適する条件
下でジ−もしくはポリ−グリシジルエーテルと反応させて作成される。この反応
は25〜150℃、特に50〜125℃の範囲の温度で行うことができる。反応
は好適には、たとえばベンジルアルコールもしくはアルコールエトキシラートの
ような希釈剤を添加し、約80℃まで加熱し、ジグリシジルエーテルを添加し、
約120℃まで加熱し、さらに生成物の酸価が安定化するまで保つことにより行
われる。次いで反応生成物を、たとえば水酸化ナトリウムもしくは水酸化カルシ
ウムのような水性塩基を塩酸副生物(ジグリシジルエーテルにおける結合塩素か
ら生ずる)を除去すべく添加すると共に水を減圧(40〜50mm Hg)およ
び90〜120℃で留去して中和する。次いで生成物を濾過して副生塩を除去す
る。反応は好ましくはジ−もしくはポリ−グリシジルエーテル1モル当たり少な
くとも約4モル、好ましくはジ−もしくはポリ−グリシジルエーテル1モル当た
り5〜10モルの過剰のジアミンを用いて行われる。反応の完結後、未反応ジア
ミンをたとえば減圧蒸留によって除去することができる。アダクトを便利にはこ
れを作成した希釈剤中に維持すると共に最終的にエポキシ樹脂組成物に添加する
。典型的にはアダクトは希釈剤とアダクト硬化剤との合計重量に対し20〜50
重量%、好ましくは30〜35重量%を占める。好ましくは希釈剤はアダクトの
キャリヤおよび硬化反応用の緩和な加速剤の両者として作用する。
アダクトは本発明の組成物中に硬化量にて存在する。一般にアダクトは組成物
中に組成物の重量に対し10〜35重量%の範囲の量にて存在する。組成物の硬
化は、組成物を被覆すべき支持体にフィルムとして施すと共に室温硬化が所望さ
れる用途においてはコーチングを室温条件に一般に2〜24時間、好ましくは4
〜12時間の範囲の時間にわたり露呈することにより行われる。
さらに本発明は、ノルボルナンジアミンと脂環式ジオールもしくはポリオール
のジーもしくはポリ−グリシジルエーテルとの上記2:1アダクト、並びに請求
の範囲第1〜8項に記載の組成物を硬化させて得られる硬化生成物にも関するも
のである。
本発明の組成物は、特にたとえばスイミングプールのデッキ表面および工業フ
ロアリングのような用途にコーチングとして有用である。実施例1 エポキシジアミンアダクトの作成
攪拌機と熱電対と凝縮器と添加漏斗と窒素スパージと加熱外套とを装着した2
Lの4つ首フラスコに800gのノルボルナンジアミンを添加した。このフラス
コを窒素でパージすると共に、内容物を80℃まで加熱した。さらに2.5時間
かけて496.8gの脂環式エポキシ樹脂(エポネックス1510樹脂:約21
8のEEWを有する水素化BPAのジグリシジルエーテル)を供給すると共に、
フラスコ内容物と絶えず80℃にて撹拌しながら混合した。フラスコの内容物を
、175°F(79.4℃)における溶融粘度を測定するため定期的に試料採取
した。脂環式エポキシ樹脂の供給を完了してから65分間の後、175°F(7
9.4℃)における溶融粘度は830 cP(0.83 Pa.s)であった。
125分間にて溶融粘度は1218 cP(1.218 Pa.s)であった。
190分間の後、溶融粘度は1380 cp(1.38 Pa.s)であった。
フラスコ内容物をさらに90分間保持し、冷却し、1晩にわたり栓を施した。翌
日、フラスコ内容物を80℃まで再加熱し、窒素下で撹拌しながら保った。80
℃にてさらに135分間の後、溶融粘度は1953 cP(1.953 Pa.
s)であった。次いでフラスコ内容物を100℃まで加熱して保った。100℃
に達した後、試料を採取し、100℃における溶融粘度を測定した。580 c
P(0.58 Pa.s)の数値が得られた。さらに205分間の後、フラスコ
から採取した試料は100℃にて635 cp(0.635 Pa.s)の溶融
粘度を有した。さらに30分間の後、フラスコ内容物は100℃にて637 c
p(0.637 Pa.s)の溶融粘度を有した。フラスコ内容物をさらに15
分間の後に放出させた。得られた生成物は室温にて半固体であり、1未満のガー
ドナー色と100℃にて655 cP(0.655Pa.s)の溶融粘度と10
.38%の滴定しうる窒素含有量とを有した。実施例2 ベンシルアルコールにおけるエポキシ/ジアミンアダクトの作成
実施例1に記載した装置を用い、400gのノルボルナンジアミンと530g
のベンジルアルコールとを2Lのフラスコに添加した。フラスコ内容物を窒素パ
ージしながら80℃まで加熱した。248.4gのエポネックス1510を、8
0〜83℃に維持しながら90分間かけてフラスコに添加した。45分間の後、
試料を抜き取り、ガードナー・ホルツ粘度尺度にてSにつき試験した。フラスコ
内容物を30分間かけて125℃まで加熱すると共に125℃に305分間保っ
た。次いで試料をガードナー・ホルツ粘度尺度にてXにつき試験した。フラスコ
内容物を125℃にてさらに80分間保ち、室温まで冷却し、次いで1晩にわた
り栓を施した。翌日、フラスコ内容物を70分間かけて125℃まで加熱した。
72℃に達した後(45分間)、試料をガードナー・ホルツ粘度尺度にてXにつ
き試験した。125℃に達してから20分間の後、フラスコ内容物を電位差滴定
により塩素イオンにつき試験して1.098%であった。フラスコ内容物を10
0℃まで冷却すると共に、28.5gの50%水酸化ナトリウム水溶液を添加し
た。6分間の後、蒸留容器を装着し、減圧を27インチ(68.6cm)まで加
えて水を留去した。20分間の後、減圧を窒素で解除させ、生成物を吸引濾過し
て生成塩を除去した。得られた生成物は25℃にて740 cP(0.74 P
a.s)のブルックフィールド粘度と6.22%の滴定可能な窒素比率と1ガロ
ン当たり8.85の重量(1.06kg/L)と1未満のガードナー色とを有し
た。0.1ノルマルの塩酸水溶液の滴定により測定したアルカリ度は0.014
6 meq/gであると判明した。実施例3 エポキシ/ジアミンアダクトの作成
実施例2を反復したが、ただし28.5gの50%水酸化ナトリウムの代わり
に13.5gの97%水酸化カルシウムと135gの脱イオン水とを使用すると
共に脂環式エポキシ樹脂を75分間かけて供給し、さらにガードナー・ホルツ粘
度測定を125℃に達してから180分間および225分間の後に行った。X−
の粘度尺度値を両時間間隔の後に得た。試料1g当たり16.1mgの水酸化カ
リウムの酸価測定値がこれら時間間隔にて得られた。得られた生成物は25℃に
て1111 cP(1.111 Pa.s)の粘度と5.98%の滴定しうる窒
素比率と1ガロン当たり8.89の重量(1.065kg/L)と1未満のガー
ドナー色とを有した。酸価は試料1g当たり0.1mg KOH未満であった。実施例4 エポキシ/ジアミンアダクトの作成
実施例3を反復したが、ただし反応温度を125℃から121℃まで低下させ
ると共に368.7gの1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサンを400
gのノルボルナンジアミンの代わりに使用し、さらにベンジルアルコールを50
4.7gまで減少させて最終生成物にて約45%の濃度を保った。この過程で酸
価のみを測定した。121℃に達してから45分間、105分間および165分
間の間隔にて採取した酸価の測定値はそれぞれ13.35、16.31および1
6.87の数値を示した。この生成物は、25℃にて805 cP(0.805
Pa.s)の粘度と6.32%の滴定しうる窒素比率と1ガロン当たり8.7
4の重量(1.05kg/L)とを有する濁った液体であった。実施例5 エポキシ/ジアミンアダクトの作成
実施例4を反復したが、ただし352.7gのメタキシリレンジアミンを36
8.7gの1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサンの代わりに用いると共
に、ベンジルアルコールを491.8gまで減少させて最終生成物で45%を維
持した。65分間、105分間、165分間および225分間にて採取した酸価
の測定値はそれぞれ14.05、16.29、17.32および17.36の数
値を示した。この生成物は、25℃にて706cP(0.706 Pa.s)の
粘度と6.48%の滴定しうる窒素比率と1ガロン当たり9.06の重量(1.
085kg/L)と1未満のガードナー色とを有する透明な液体であった。実施例6 エポキシ/ジアミンアダクトの作成
実施例5を反復したが、ただし441.6gのイソホロンジアミンを352.
7gのメタキシリレンジアミンの代わりに使用すると共に、ベンジルアルコール
を530まで増量した。121℃に達してから60分間、120分間、175分
間および250分間の後に採取した試料の酸価は7.88、11.26、11.
03、13.06および14.10であった。生成物は25℃にて2070 c
P(2.07 Pa.s)の粘度と6.12%の滴定しうる窒素比率と1ガロン
当たり8.60の重量(1.03kg/L)と1未満のガードナー色とを有した
。実施例7 エポキシ/ジアミンアダクトの作成
実施例2を反復したが、ただし300gの1,4−ビス(アミノメチル)シク
ロヘキサン(ハンツマン社からのXTA−400)を411gのベンジルアルコ
ール、202.4gの脂環式エポキシ樹脂、11.06gの97.9%水酸化カ
ルシウムおよび103.5gの脱イオン水と組合せて用いた。非適合性が125
℃に達してから15分間後に出現してそのまま留まった。生成物は栓塞により吸
引濾過しえなかった。実施例8 エポキシ/ジアミンアダクトの作成
実施例5を反復したが、ただし283.3gのメタキシリレンジアミンと39
5.4gのベンジルアルコールと200gの脂環式エポキシ樹脂と10gの水酸
化カルシウムと100gの脱イオン水とを用いた。生成物は595 cPの粘度
と6.44%の滴定しうる窒素比率と1ガロン当たり9.07の重量(1.09
kg/L)と1未満のガードナー色とを有した。実施例9 エポキシ/ジアミンアダクトの作成
実施例8を反復したが、ただし354.8gのイソホロンジアミンと453.
9gのベンジルアルコールと200gの脂環式エポキシ樹脂と100gの脱イオ
ン水とを用いた。生成物は1190 cP(1.19 Pa.s)の粘度と5.
65%の滴定しうる窒素比率と1ガロン当たり8.61の重量(1.03kg/
L)と1未満のガードナー色とを有した。実施例10 エポキシ/ジアミンアダクトの作成
実施例9を反復したが、ただし321gのノルボルナンジアミンと426.3
gのベンジルアルコールと200gの脂環式エポキシ樹脂と10gの水酸化カル
シウムと100gの脱イオン水とを用いた。生成物は1230cP(1.23
Pa.s)の粘度と6.08%の滴定しうる窒素比率と1ガロン当たり8.92
の重量(1.07kg/L)と1未満のガードナー色とを有した。実施例11 エポキシ/ジアミンアダクトの作成
前記各実施例におけると同様に装備した2Lのフラスコに321gのノルボル
ナンジアミンと426.3gのベンジルアルコールと100gの脱イオン水と1
0gの水酸化カルシウムとを添加した。フラスコ内容物を窒素パージ下に80℃
まで加熱すると共に、200gの脂環式エポキシ樹脂を60分間かけて添加した
。80℃にて追加反応時間の後、フラスコ内容物を106℃まで10分間かけて
加熱し、その間に試料採取および酸価の測定を行った。追加水酸化カルシウムを
5.19gの量で添加することにより酸価を0にした。減圧ストリッピングによ
り水を除去し、内容物を吸引濾過した。生成物は990 cP(0.99 Pa
.s)の粘度と6.16%の滴定しうる窒素比率と1ガロン当たり8.89の重
量(1.065kg/L)と1未満ガードナーの色とを有した。FTIRにより
発生した赤外線プロットは実施例10および実施例11の生成物にて差を示さな
かった。実施例12 エポキシ/ジアミンアダプトの評価
実施例3、8および9で作成した各アダクトを同一の脂環式エポキシ樹脂また
はこの樹脂とトリアクリル酸トリメチロールプロパンとの90/10混合物のい
ずれかと混合した。エポキシドおよびアクリレート当たり1個のアミン水素であ
ると仮定して混合比を計算した。混合物を0.005インチ(0.127mm)
の厚さでガラス板上に展延することによりフィルム特性を測定した。フィルムを
室温にて24時間硬化させた後の外観につき観察した。鉛筆硬度の測定値を室温
にて24時間、48時間および7日間の硬化後に採取した。ショアD硬度を測定
するため、1/4インチ(0.635cm)の部分を2インチ(5.08cm)
直径のアルミニウムカップに注ぎ入れた。室温にて24時間、48時間および7
日間の硬化後に測定を行った。耐光特性を、アルミニウム「Qパネル」上に展延
されて(a)室温で7日間および(b)室温で24時間プラス100℃で2時間
のスケジュールにて硬化させたフィルムにつき測定した。パネルをQUVに露出
させると共に7日間後に試験した。これらの結果に基づき、トリアクリル酸トリ
メチロールプロパンの混入によりフィルム特性は改善されたが、硬度の低下が一
般に明かであると結論された。メタキシリレンジアミンに基づくアダクトで硬化
させた組成物(実施例8)は、イソホロンジアミンもしくはノルボルナンジアミ
ンのいずれかに基づくアダクトよりも黄色化が相当大であると観察された。硬度
発現の速度は、ノルボルナンジアミンに基づくアダクト(実施例3)がイソホロ
ンジアミンに基づくアダクト(実施例9)よりも相当急速に硬度を発現すること
を示す。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L
U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF
,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,
SN,TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,S
Z,UG),UA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD
,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ
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,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,
MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,S
D,SE,SG,SI,SK,TJ,TM,TR,TT
,UA,UG,UZ,VN
(72)発明者 メイルス,レオ
アメリカ合衆国テキサス州77429、サイプ
レス、ランニング・サイプレス・ドライヴ
17023
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1. (a)脂環式ジオールもしくはポリオールのジ−もしくはポリ−グリシジ ルエーテルと; (b)硬化量の脂環式ジオールもしくはポリオールのノルボルナンジアミンとジ ーもしくはポリーグリシジルエーテルとの2:1アダクトと を含むことを特徴とする組成物。 2. 工程(a)および(b)のグリシジルエーテルが脂環式ジオールのジグリ シジルエーテルである請求の範囲第1項に記載の組成物。 3. 前記アダクトのための希釈剤をさらに含む請求の範囲第1項に記載の組成 物。 4. 工程(a)のグリシジルエーテルが水素化ビスフェノール−Aのジグリシ ジルエーテルであるか、またはシクロヘキサンジメタノールのジグリシジルエー テルである請求の範囲第1項に記載の組成物。 5. 工程(b)のグリシジルエーテルが水素化ビスフェノール−Aのジグリシ ジルエーテルであるか、またはシクロヘキサンジメタノールのジグリシジルエー テルである請求の範囲第1項に記載の組成物。 6. リルボルナンジアミンが2,5−ビス(アミノ−メチル)ビシクロヘプタ ン、2,6−ビス(アミノ−メチル)ビシクロヘプタンおよびその混合物よりな る群から選択される請求の範囲第1項に記載の組成物。 7. 工程(a)のジグリシジルエーテルの重量に対し5〜40重量%の範囲の 量にて存在する(メタ)アクリレートエステルをさらに含む請求の範囲第1項に 記載の組成物。 8. (メタ)アクリレートがトリアクリル酸トリメチロールプロパンからなる 請求の範囲第7項に記載の組成物。 9. ノルボルナンジアミンと脂環式ジオールもしくはポリオールのジーもしく はポリ−グリシジルエーテルとの2:1アダクト。 10. 請求の範囲第1〜8項のいずれか一項に記載の組成物を硬化させて得ら れる硬化生成物。
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Publication Number | Publication Date |
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