JPS62502862A - 改良された耐熱性を有する硬化エポキシ樹脂の製造方法 - Google Patents
改良された耐熱性を有する硬化エポキシ樹脂の製造方法Info
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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】
エポキシ28の1岸 の 法および′。られる本発明は、式
(式中、Rは水素原子または低級アルキル基であり、R1は低級アルキル基であ
り、そしてyは1〜3であり、そしてホスホネートのオキシラン基はエポキシ樹
脂の主鎖中の官能性置換基と反応するものとする)
で表されるオキシラン含有ホスホネートから調製した耐燃性の新規エポキシ樹脂
に関する。特に、本発明は、官能性置換基としてアルキレン基中に好ましくは置
換しているヒドロキシ基をエポキシ樹脂主鎖が含有している、ジメチル(オキシ
ラニルメチル)ホスホネートから調製したエポキシ樹脂に関する。
Cooverに対する米国特許第2.627,521号明細書(1953年)に
は、オキシラン含有ホスホネートを可塑剤および安定剤としてセルロース誘導体
およびポリビニル樹脂中で使用することが開示されている。このホスホネートが
重合性であることも示されている。前記の特許明細書には、耐燃性付与のために
、ポリウレタンおよびエポキシ樹脂と共にリン含有有機化’1811]H62−
502862(3)合物を使用することが多数記載されている。エポキシ樹脂の
主鎖中の官能性置換基と反応する前記式(I)のホスホネートを使用することを
記載した従来技術はないものと思われる。
本発明は、エポキシ樹脂主鎖が、オキシラン含有ホスホネートと反応する官能性
置換基を含有する、耐燃性エポキシ樹脂の製法を提供する。本発明は、耐燃性で
、予想外の高ガラス温度(Tg)を示す新規のエポキシ樹脂も提供する。本発明
方法を使用すると、簡単で経済的な方法で、耐燃性エポキシ樹脂が調製される。
第1図は、主鎖中にヒドロキシアルキレン基を含有するDER331(商品名)
中のジメチル(オキシラニル)メチルホスホネー) CDMOMP )濃度の関
数として極限酵素指数(LOI)を示すグラフである。
第2図は、DER331(商品名)中のDMOMPの濃度の関数としてガラス温
度(Tg)を示すグラフである。
本発明は、オキシラン基と反応性の官能性置換基を含有する主鎖をもつ未硬化の
ジーまたはポリ−、エポキシドと、硬化剤と、式
(式中、オキシラン基は官能性置換基と反応性であるものとし、Rは水素原子ま
たは低級アルキル基であり、R1は低級アルキル基であり、そしてyは1.2ま
たは3である)で表されるオキシラン基含有ホスホネートとの混合物を高温下で
反応させ、耐燃性の硬化エポキシ樹脂を生成することを特徴とする、改良された
耐燃性をもつ硬化エポキシ樹脂の製法に関する。
本発明は・また、(a)高温下で硬化剤により硬化することのできる液体状のジ
ーまたはポリエポキシド組成物〔ここでジーまたはポリエポキシドは、オキシラ
ン基と反応性の官能性置換基を含有する主鎖をもつものとする〕と(b)式
(式中、オキシラン基は官能性置換基と反応性であるものとし、Rは水素原子ま
たは低級アルキル基であり、R,は低級アルキル基であり、そしてyは1.2ま
たは3である)で表されるオキシラン基含有ホスホネート〔ここで前記組成物は
ホスホネート1〜20重量%を含有するものとし、そして前記ホスホネートは、
硬化した場合にエポキシ樹脂配合物に向上した耐燃性を付与するものとする〕と
を含んでなる、硬化性エポキシ樹脂配合物に関する。本発明は、硬化剤を含有す
る前記のエポキシ樹脂配合物にも関する。最後に、本発明は、前記ホスホネー)
(T)によって調製した硬化エポキシ樹脂を含む。
オキシラン含有ホスホネート(I)は公知の方法で調製する。Cooverに対
する米国特許第2,627,521号明細書記載の一般的方法を使用して前記の
化合物を調製することができる。
好ましい化合物において、Roは炭素原子1〜4個の低級アルキル基であり、そ
してRは炭素原子1〜4個の低級アルキル基または水素原子である。Rは水素原
子であることが好ましい。R5がメチル基であることも好ましい。前記したとお
り、最も好ましい化合物はジメチル(オキシラニルメチル)ホスホネートであり
、これはジメチル−2,3−エポキシプロピルホスホネートとしても知られてい
る。
エポキシ樹脂は一般にKirk−Othmer+ Vol、 9 、第267−
289頁(1980年)に記載されている。エポキシ樹脂について記載している
文献は広範にあるので、本明細書では一般的な概要にとどめる。この群の樹脂に
はジーおよびポリエポキシドが含まれ、これらは触媒硬化剤または反応性硬化剤
で硬化される。ジーまたはポリエポキシドの主鎖は、脂肪族、脂環式、芳香族ま
たは複素環式であることができ、そしてホスホネート(I)のオキシラン基と反
応する官能性基例えば、ヒドロキシ基、酸性エーテル基、エステル基、アミド基
およびイミド基を主鎖中に含むことができる。ポリエポキシドの主鎖中のエポキ
シ基は、前記ホスホネート(I)と反応することができ、そしてポリエポキシド
の硬化を妨害しないことができる。
触媒硬化剤としては、ホモ重合を開始するルイス酸および塩基が含まれる。ホウ
素トリフルオライドアミン触媒が最も一般的である。共反応性触媒は、エポキシ
基と反応する活性水素を含有する多官能性化合物である。そのような共反応性硬
化剤の一般的な群はポリアミンである。
好ましいジエポキシドは式
(式中、nはO〜40の数である)
で表される。この群のジエポキシドとしぞはDER331(米国ミシガン州ミフ
ドランドのDoiv Chemica1社の商品名)が含まれ、これはnの平均
値が0.15の(n)の化合物の部分加水分解物である。好ましい範囲は0−0
.15である。好ましい範囲は0.15である。Martinに対する米国特許
第4,164,487号明細書にはこの群のエポキシ樹脂が記載されている。こ
れらのエポキシ樹脂の主鎖はアルキレン基−CH2Cl(OH)−中ニ第2 h
)’ t:1キシ置換基をもち、これは本発明のオキシラン基含有ホスホネー
ト(1)と反応性である。
5chraderに対する米国特許第4.364.496号明細書には、オキシ
ラン基含有ホスホネート(I)と反応性の第2ヒドロキシ置換基を主鎖のアルキ
レン基(−CHzCH(OH)J中に含むトリス(ヒドロキシフェニル)アルカ
ンの好ましいポリグリシジルエーテルが記載されている。好ましいオリゴマーは
式(式中、mは0,1または2である)
で表される。
Martinに対する米国特許第4,256,844号明細書には、オキシラン
ホスホネート(I)と反応性の、エポキシ樹脂主鎖中の置換基として、芳香族環
中にヒドロキシ基、アルコキシアルキル基およびヒドロキシアルキル基をもつそ
の他のエポキシドも記載されている。これらは市販の樹脂であり、例えばApo
gen (米国ニューシャーシー州リバートンのShaeferChemica
1社の商品名)およびMethylon Re5in 75108 (Gene
ralElectric社の商品名でMartinに対する米国特許第2.96
5.607号明細書に記載されている)が含まれる。この型の他のエポキシ樹脂
は、Howeに対する米国特許第3.035,021号、Heerに対、する米
国特許第3,859,255号、および5chraderに対する米国特許第4
,394.469号各明細書に記載がある。
エポキシ樹脂を変性して、オキシランホスホネート(I)と反応性のアミド基(
−CONH2)およびイミド基(−Co−NH−Co−)を含有させることがで
きる。ヒダントインエポキシ樹脂およびトリアジンエポキシ樹脂は、オキシラン
ホスホネートと反応性のヒドロキシ基に加水分解することのできるカルボニル基
およびエポキシ基゛を含有する。当業者には多数の変形が自明であろう。
開上二上上
DER331(エポキシ当世型it (89)とメチレンジアニリンMDA (
エポキシ当量重量49.47)とからエポキシ樹脂を調製した。DMOMP (
エポキシ当量重量166.11)の調製は、米国特許第2,627,521号明
細書(Coover)に本質的記載されているトリメチルホスフィツトとエビブ
ロモヒドリンとの間のArbuzov反応(Merck Index 、第8版
、0NR60頁および61頁(1976年)〕によって実施した。真空蒸留後に
、生成物屈折率は23.0℃で1.4462であった。
表Iに記載の混合物を約100℃で調製した。合計エポキシ当量に対するメチレ
ンジアニリン当量の比を、比較の目的で0.90で一定に保った。前記の混合物
を厚さ約1/8” (0,32cm)の真ちゅう成形型中に注入し、空気循環オ
ープン中で2.0〜2.7時間103〜104℃で加熱し、そして続いて17〜
21時間182〜185℃に加熱した。DMOMP25〜30%を含有する試料
を、より低温でより長時間加熱し、続いて最終硬化温度まで徐々に加熱した。極
限酸素指数(LOI)値は、AST?IDesignation D、2863
−70により試料(3〜4×6〜7×60〜7(hm)上で得た。この方法は、
窒素中で酸素濃度を上昇させる関数として試料の燃焼をテストするものである。
ガラス温度(Tg)はPerkin −E1mer示差走査熱量計Model
DSC−IBを使用して加熱速度20℃/minで得た。
表■には、DER331,DMOMPおよびMDAから調製したエポキシ樹脂の
組成、LOIおよびTgを示す。Dl’1011P30重量%までを含有する樹
脂を調製した。
表■
1 41.1 80.92χ −−9,69419,08χ訊0±0.0 13
9.0±1.0’C266,002go、90−− 15.58019.103
41.353 78.32 1.524 2.52% 11.587 19.
16 29.0+0.9 171.8+3.74 46.12B 75.77
3.047 5.01 11.707 19.23 28.3±0.5 185
.6±1.15 43.632 70.64 6.810 10.01 11.
958 19.36 29.7±1.3 179.0±1.36 40.470
65.49 9.2B3 15.02 12.046 19.49 36.8
±0.9 177.9±1.87 60.705 64.48 13.935
15.03 1B、073 19.498 37.234 60.35 12.
354 20.02 12.10719.62 41.7+1.7 152.4
+2.29 20.005 55.25 9.052 25.00 7.154
19.76 41.5±1.4 106.3±8.210 20.010 5
0.12 11.972 29.99 7.939 19.8911 20.0
09 50.09 11.996 30.03 7.938 19.87b 走
査速度20℃/minで測定したガラス温度C引張性に関して表■参照
d 第3図参照
e3’AB耐知95℃から183%℃まで徐々に加熱し、続いて19%時間1羽
社でカR惑した。
g 3%時間94℃から185”cまで徐々に加熱し、続いて16%時間185
℃で加熱した。
第1図は表Iの結果をプロットしたものであり、DMOMPの濃度の上昇に従っ
てエポキシ樹脂のLOIが上昇することを示している。直線は7点に関して適し
た少なくとも平方である。Lol(%0z)=0.657(ohoMp 、重量
%) +26.15(r =0.96)。第2図は、DMOMP濃度に伴うガラ
ス温度(Tg)の変化を示す。樹脂中での少量のDMOMPの共重合は139℃
から最大約186℃までのTgの増加をもたらした。 DMOMPの濃度を15
重量%より増やすと、Tgが25%DMOMPで106℃になるまで、鋭く低下
した。TgのピークはDMOMP含量5〜15%で発生した。D M OM P
濃度の上昇に伴うTgの上昇およびピークの理由は不明である。DMO?IP
は、オキシラニル基を介してだけでなく、2個のPOCHi基を介して、恐らく
メタノールの除去を伴いながら反応しそして共重合することができ、そして、よ
り堅くそしてより高度の架橋網状構造を、ガラス温度の上昇を伴って、得ること
ができる。
表■に、DER331とMDAとから調製したエポキシ樹脂およびDHR331
と反応したDMO?IP15重量%を含有する同様のエポキシ樹脂の若干の一般
的な引張性を示す。゛表■
エポキシ樹脂の引張性2
2 0 8510±1780 8.5±2.2 201700±74900(5
8674±12272) (1390672±516417)7 15 392
0±620 4.6±1.4 222300±30600(27027±427
5) (1532704±210979)a 表I参照
b 重量%
C破断時
d ポンド/平方インチ(kPa)
e %
f ±は標準偏差を示す。
難燃剤の存在は、DMOMP15%において引張強さ約50%の欠損をもたらす
。D?IOMPも若干低い伸びとわずかに高いモジュラスをもたらす。これらの
観察結果は、架橋密度およびガラス温度の上昇と一致する。DMOMPの1官能
性の性質は、低下した引張強度におそらく寄与している。これらの性質は、引張
強度に依存しない多くの使用状態において本発明の硬化エポキシ樹脂の有用性を
妨害しない。
DMOMP含有組成物の加熱は注意して実施する必要がある。
なぜなら、DMOMPは150℃以上の温度で激しい反応と分解を受け、黒色水
およびトルエン可溶炭を与えるからである。
100℃において、20%より多いDMOMPを含有するMDAとて、黒い、膨
潤、発泡および炭化固体を与えた。熱伝導が劣しい場合には、反応は特に激しく
そしてより厚い断面材にまたは他の形状になり易かった。DMOMP25〜30
%を含有する樹脂(例9,10および11:表1)は、100℃以下の温度での
重合反応から始めて、徐々にそして規則的に温度を上げて183〜185℃の最
終硬化温度にすることによって調製した。
Dl’101’IPを25%より多く含有する組成物(例10および11;表1
)は、直径3〜5龍の多数の平坦で、不透明で暗色の円板(ディスク)を含んで
いた。これらの樹脂は脆く、そして前記の円板が表面に接する部分でディンプル
表面をもっていた。円板の素成は知られていない。DMOMP19 gと?ID
A2.7 gとの間には、105〜110℃においてアルミニウム秤量皿内で5
分以内に、激しい反応が観察された。D M OM P trs度を増加させる
と共に、透明な硬化樹脂の色が、徐々に暗くなった。
DMOMPを含有しないエポキシ樹脂を酸素27%中で燃焼すると、無視できる
量の炭化物形成を伴って、毛羽立ったすすが得られた。DMOMPの存在は、硬
く、自分で立っている大量の炭化物をもたらした。DMOMP20〜25%の存
在は、発火および燃焼が難かしい樹脂をもたらした。この組成物は、ジュー前記
の実施例から明らかなとおり、ジメチル(オキシラニルメチル)ホスホネート(
DMOMP )は、DER331および硬化剤例えばメチレンジアニリンと共重
合させて硬化エポキシ樹脂を生成すると、有効な難燃剤となることが分かった。
最大の有効な効果はDMOMP約15重量%の濃度において観察された。
LOIは27%酸素から37%酸素に上昇し、ガラス温度は139℃から178
℃に上昇した。DMOMP15%において引張強度は悪化したが、伸びおよびモ
ジュラスは有意には影響されなかった。20%を越えるDMOMPの濃度におい
ては、増加した耐燃性から得られる利点は、ガラス温度の低下および硬化反応の
制御困難によって相殺されてしまった。
オキシラン含有ホスホネート(I)は、エポキシ樹脂中において好ましくは樹脂
の1〜20重量%、最も好ましくは2〜15重量%の量で提供される。これによ
って有用な硬化エポキシ樹脂が提供される。
DMOMPは、唯一の反応性基オキシラニル環を含有する一官能性化合物である
。このような化合物は、高分子化学において、ポリマー鎖長または分子量を制御
する「末端閉鎖」または鎖終絡材料として知られている。鎖終結剤の濃度が高け
れば高い程、得られるポリマーの分子量は小さくなる。分子量が小さくなると、
物性例えば引張強度およびガラス温度が劣化する。驚ろくべきことに、DMOM
Pを含有する樹脂は、より高いガラス温度をもつ(DMOMPta度22%まで
)。他のホスホネート(I)も同じ結果をもたらすことができる。
DMOMP濃度(重量%I)
1)MOMI’濃度(重量9ざ)
手続補正書(方式)
%式%
1、事件の表示
PCT/US86102203
2、発明の名称
エポキシ樹脂の耐燃性の改良方法および得られる組成物
3、補正をする者
事件との関係 特許出願人
名称 ザ ダウ ケミカル カンパニー4、代理人
住所 〒105東京都港区虎ノ門−丁目8番10号5、補正命令の日付
6、補正の対象
(1)特許法第184条の5第1項の規定による書面の「発明の名称」の欄
(2)明細書及び請求の範囲の翻訳文
7、補正の内容
(1) 特許法第184条の5第1項の規定による書面の「発明の名称」の欄を
「エポキシ樹脂の耐燃(別紙のとおり)
(2)明細書、請求の範囲の翻訳文の浄書(第1頁第3行めを除いて内容に変更
なし)(3)明細書第1頁第3行の「耐燃性エポキシ・・方法および得られる組
成物Jに補正する(別紙のとおり)
8、添付書類の目録
(1)訂正した特許法第184粂の5第1項の規定による書面 1通
(2)明細書及び請求の範囲の翻訳文 各1通手続補正書
昭和62年2月ユ/日
特許庁長官 小 川 邦 夫 殿
1、事件の表示
PCT/US86102203
2、発明の名称
エポキシ樹脂の耐燃性の改良方法
および得られる組成物
3、補正をする者
事件との関係 特許出願人
名称 ザ ダウ ケミカル カンパニー4、代理人
住所 〒105東京都港区虎ノ門−丁目8番10号5、補正の対象
[1) 請求の範囲
6、補正の内容
(1) 請求の範囲を別紙のとおりに補正します。
7、添付書類の目録
請求の範囲 1通
請求の範囲
1、 オキシラン基と反応性の官能性置換基を含有する主鎖をもつ未硬化のジー
またはポリエポキシドと、硬化剤と、式
(式中、オキシラン基は官能性置換基と反応性であるものとし、Rは水素原子ま
たは低級アルキル基であり、R3は低級アルキル基であり、そしてyは1,2ま
たは3である)
で表されるオキシラン基含有ホスホネートとの混合物を高温下で反応させ、耐燃
性の硬化エポキシ樹脂を生成することを特徴とする、改良された耐燃性をもつ硬
化エポキシ樹脂の製法。
2、未硬化ジーまたはポリエポキシドと硬化剤とオキシラン基含有ホスホネート
との前記混合物を温度100°C〜185℃で加熱する請求の範囲第1項記載の
製法。
3、前記のエポキシドが式
(式中、nはθ〜40の数である)
で表されるジエポキシドである請求の範囲第1項記載の製法。
4、前記式(I)のホスホネートにおいて、Rが水素原子であり、Roがメチル
基であり、そしてyが1である請求の範囲第1項記載の製法。
5、前記のエポキシドが式
(式中、mは0.1または2である)
で表されるポリエポキシドである請求の範囲第1項記載の製法。
6、(a)高温下で硬化剤により硬化することのできる液体状のジーまたはポリ
エポキシド組成物と、そしてここでジーまたはポリエポキシドは、オキシラン基
と反応性の官能性置換基を含有する主鎖をもつものとし、
(b)式
(式中、オキシラン基は官能性置換基と反応性であるものとし、Rは水素原子ま
たは低級アルキル基であり、R1は低級アルキル基であり、そしてyは1.2ま
たは3である)
で表されるオキシラン基含有ホスホネートと、そしてここで前記組成物はホスホ
ネート1〜20重量%を含有するものとする、
を含んでなる、硬化性エポキシ樹脂配合物。
7、硬化剤を含有する請求の範囲第1項記載の間脂配合物。
8、前記のエポキシドが式
(式中、nはO〜40の数である)
で表されるジエポキシドであり、そして前記ホスホネートにおいてRが、水素原
子であり、Rtがメチル基であり、そしてyが1である請求の範囲第6項または
第7項記載の問脂配合物。
9、前記のエポキシドが弐
(式中、mは0.1または2である)
で表される請求の範囲第6項または第7項記載の樹脂配合物。
10、前記エポキシド1分子当り、前記の官能性羽表昭62−502862 (
9)
基°が平、均で0.1〜1個存在する請求の範囲第6項または第7項記載の樹脂
配合物。
11、アミン硬化剤を含有し、そして硬化されている請求の範囲第7項記載の樹
脂配合物。
国際調査報告
Claims (11)
- 1.オキシラン基と反応性の官能性置換基を含有する主鎖をもつ未硬化のジ−ま たはポリ−エポキシドと、硬化剤と、式 ▲数式、化学式、表等があります▼(I)(式中、オキシラン基は官能性置換基 と反応性であるものとし、Rは水素原子または低級アルキル基であり、Rlは低 級アルキル基であり、そしてyは1,2または3である)で表されるオキシラン 基含有ホスホネートとの混合物を高温下で反応させ、耐燃性の硬化エポキシ樹脂 を生成することを特徴とする、改良された耐燃性をもつ硬化エポキシ樹脂の製法 。
- 2.未硬化ジ−またはポリエポキシドと硬化剤とオキシラン基含有ホスホネート との前記混合物を温度100℃〜185℃で加熱する請求の範囲第1項記載の製 法。
- 3.前記のエポキシドが式 ▲数式、化学式、表等があります▼(II)(式中、nは0〜40の数である) で表されるジエポキシドである請求の範囲第1項記載の製法。
- 4.前記式(I)のホスホネートにおいて、Rが水素原子であり、R1がメチル 基であり、そしてyが1である請求の範囲第1項記載の製法。
- 5.前記のエポキシドが式 ▼数式、化学式、表等があります▼(III)(式中、mは0,1または2であ る) で表されるポリエポキシドである請求の範囲第1項記載の製法。
- 6.(a)高温下で硬化剤により硬化することのできる液体状のジ−またはポリ エポキシド組成物と、そしてここでジーまたはポリエポキシドは、オキシラン基 と反応性の官能性置換基を含有する主鎖をもつものとし、 (b)式 ▲数式、化学式、表等があります▼(I)(式中、オキシラン基は官能性置換基 と反応性であるものとし、Rは水素原子または低級アルキル基であり、R1は低 級アルキル基であり、そしてyは1,2または3である)で表されるオキシラン 基含有ホスホネートと、そしてここで前記組成物はホスホネート1〜20重量% を含有するものとする、 を含んでなる、硬化性エポキシ樹脂配合物。
- 7.硬化剤を含有する請求の範囲第8項記載の硬化性エポキシ樹脂配合物。
- 8.前記のエポキシドが式 ▲数式、化学式、表等があります▼(II)(式中、nは0〜40の数である) で表されるジエポキシドであり、そして前記ホスホネートにおいてRが水素原子 であり、R1がメチル基であり、そしてyが1である請求の範囲第6項または第 7項記載のエポキシ樹脂配合物。
- 9.前記のエポキシドが式 ▲数式、化学式、表等があります▼(III)〔式中、mは0,1または2であ る) で表される請求の範囲第6項または第7項記載の樹脂配合物。
- 10.前記エポキシド1分子当り、前記の官能性基が平均で0.1〜1個存在す る請求の範囲第6項または第7項記載の樹脂配合物。
- 11.アミン硬化剤を含有し、そして硬化されている請求の範囲第7項記載の樹 脂配合物。
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