본 발명은, 상기 실란 커플링제의 양호한 접착특성을 손상시키지 않고, 실온에서 고체이고, 안정적으로, 긴 사용가능시간을 주지만, 소정의 온도에서 용융하여 경화반응에 기여할 수 있는 실란 커플링기능을 가진 조성물, 및 그 제조방법을 제공하고; 또한, 그 에폭시수지에의 적용을 목적으로 하는 것이다.
본 발명자들은, 예의 검토를 진행시킨 결과, 특정한 방법으로 얻어진 염기성 실란 커플링제 유기카르본산염 조성물이, 에폭시수지용 첨가제로서 뛰어난 저장안정성을 부여할 뿐만 아니라, 접착성을 현저히 향상시키는 것을 발견하였다. 본 발명은 이러한 지견에 근거하여 이루어진 것으로, 그것은 이하의 [1]∼[6]이다.
[1] 염기성 실란 커플링제와 유기카르본산을 반응시켜 얻어지는 염기성 실란 커플링제의 유기카르본산염을, 염기성 실란 커플링제 또는 유기카르본산에 대하여 친화성이 좋고, 연화점 또는 융점이 40℃ 이상인 화합물과 가열혼합함으로써 얻어지는 염기성 실란 커플링제 유기카르본산염 조성물.
[2] 염기성 실란 커플링제와 유기카르본산을 반응시킴으로써 염기성 실란 커플링제의 유기카르본산염을 합성하고; 계속해서
상기 염기성 실란 커플링제의 유기카르본산염과, 염기성 실란 커플링제 또는 유기카르본산에 대하여 친화성이 좋고, 연화점 또는 융점이 40℃ 이상인 화합물을 가열혼합하는 것을 포함하여 이루어지는, [1]에 기재된 염기성 실란 커플링제 유기카르본산염 조성물의 제조방법.
[3] 상기 염기성 실란 커플링제가 하기 일반식(1)∼(4)로 나타내는 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종, 또는 아미노기함유 실란 커플링제, 디알킬아미노기함유 실란 커플링제, 모노메틸아미노기함유 실란 커플링제, 벤즈이미다졸기함유 실란 커플링제, 벤조트리아졸기함유 실란 커플링제, 피리딘환함유 실란 커플링제의 적어도 1종인, [1]에 기재된 염기성 실란 커플링제 유기카르본산염 조성물.
(일반식(1)∼(4)중, R1∼R3는 각각 수소, 비닐기, 또는 탄소수 1∼20의 알킬기를 나타내고, R2와 R3가 방향환(aromatic ring)을 형성하고 있어도 좋고;
R4 및 R5는 각각 탄소수 1∼5의 알킬기를 나타내고;
R6∼R8은 각각 수소, 탄소수 1∼20의 알킬기, 비닐기, 페닐기, 또는 벤질기를 나타내고, R7와 R8은 결합하여 방향환을 형성하여도 좋고;
R9는 수소 또는 탄소수 1∼3의 알킬기를 나타내고;
R10 및 R11은 각각 탄소수 1∼5의 알킬기를 나타내고;
m은 1∼10, n은 1∼3, o는 1∼10, p는 1∼3의 정수이다.)
[4] 상기 염기성 실란 커플링제가 상기 일반식(1)∼(4)로 나타내는 화합물로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종, 또는 아미노기함유 실란 커플링제, 디알킬아미노기함유 실란 커플링제, 모노메틸아미노기함유 실란 커플링제, 벤즈이미다졸기함유 실란 커플링제, 벤조트리아졸기함유 실란 커플링제, 및 피리딘환함유 실란 커플링제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종인, [2]에 기재된 염기성 실란 커플링제 유기카르본산염 조성물의 제조방법.
[5] [1] 또는 [3]에 기재된 염기성 실란 커플링제 유기카르본산염 조성물을 포함하는 에폭시수지용 첨가제.
[6] [1] 또는 [3]에 기재된 염기성 실란 커플링제 유기카르본산염 조성물을 포함하는 에폭시수지 조성물.
이하에 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
염기성 실란 커플링제가 상기 일반식(1), (2) 및 (3)으로 나타내는 이미다졸기함유 실란 커플링제에 있어서, R1∼R3는 각각 수소, 비닐기, 또는 탄소수 1∼2O의 알킬기를 나타내고, R2와 R3으로 방향환을 형성하고 있더라도 좋다. R4 및 R5는 각각 탄소수 1∼5의 알킬기를 나타내며, m은 1∼10, n은 1∼3의 정수를 나타낸다. 이 중, m은 특히 3이 바람직하다. 상기 일반식(4)에 있어서, R6∼R8은 각각 수소, 탄소수 1∼20의 알킬기, 비닐기, 페닐기, 또는 벤질기를 나타내고; R9는 수소 또는 탄소수 1∼3의 알킬기를 나타내며, R10 및 R11은 각각 탄소수 1∼5의 알킬기를 나타낸다. o는 1∼1O, p는 1∼3의 정수이다. 단, R7와 R8은 결합하여 방향환을 형성하더라도 좋다.
상기 일반식(1)∼(3)으로 나타내는 화합물에 대해서는, 일본 특개평5-186479호 공보에 개시된 방법에 근거하여 합성할 수 있으며, 또한, 상기 일반식(4)로 나타내는 화합물에 대해서는, 일본 특허공개 2000-297094호 공보에 개시된 방법에 근거하여 합성할 수가 있다. 상기 일반식(1)∼(3)의 화합물은 제조과정에서 이들 3종의 혼합물로서 얻어지는 경우가 많고, 이 경우에는 특히 단리정제의 과정은 필요 없고, 혼합물을 그대로 사용할 수가 있고, 바람직하다.
아미노기함유 실란 커플링제로서는, (3-아미노프로필)트리메톡시실란, (3-아미노프로필)트리에톡시실란, (3-아미노프로필)디메톡시메틸실란, (3-아미노프로필)디에톡시메틸실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란 등을 들 수 있다. 모노메틸아미노기함유 실란 커플링제로서는, N-메틸아미노프로필트리메톡시실란, N-메틸아미노프로필트리에톡시실란 등을 들 수 있다. 디알킬아미노기함유 실란 커플링제는, 일본 특개평9-295988, 특개평9-296135, 특개평9-295989호 공보에 개시되어 있는 것을 들 수 있고, 이 중에서 디메틸아미노기함유 실란 커플링제가 특히 바람직하다. 벤조트리아졸기함유 실란 커플링제는, 일본 특개평 6-279463호 공보에, 벤즈이미다졸기함유 실란 커플링제는, 일본 특개평6-279458호 공보에, 피리딘환함유 실란 커플링제는, 일본 특개평9-295990, 특개평9-295991호 공보에 개시되어 있는 것을 들 수 있다.
본 발명에 있어서의 염기성 실란 커플링제 유기카르본산염 조성물은, 상기 염기성 실란 커플링제중 적어도 1종을 유기카르본산과 50∼200℃에서 반응시킨 후, 염기성 실란 커플링제 또는 유기카르본산에 대하여 친화성이 좋고, 연화점 또는 융점이 40℃ 이상인 화합물과 가열온도 50∼200℃에서 혼합시킴으로써 얻어지는 것이다. 본 발명의 염기성 실란 커플링제 유기카르본산염 조성물은, 그대로 1액형의 에폭시수지용 첨가제(경화제)로서 유용하다.
염기성 실란 커플링제와 반응시키는 유기카르본산으로서는, 지방족 포화카르본산, 지방족 불포화카르본산, 방향족 카르본산 등을 사용할 수 있다. 이들 중 바람직한 유기카르본산으로서는, 말레인산, 이타콘산, 아제라인산, 프탈산, 아크릴산, 메타크릴산, 이소부티르산, 옥틸산, 포름산, 글리옥실산, 크로톤산, 아세트산, 프로피온산, 벤조산, 살리실산, 시클로헥산카르본산, 톨루일산, 페닐아세트산, p-t-부틸벤조산, 트리멜리트산, 무수트리멜리트산, cis-4-시클로헥센디카르본산, 2-옥테닐호박산, 2-도데세닐호박산, 피로멜리트산 등을 들 수 있다. 염기성 실란 커플링제와 유기카르본산의 반응몰비는 유기카르본산 1분자 중의 적어도 1개의 카르복실기가 염기와 염을 형성하는 것이 바람직하고, 1 : 0.1∼1 : 5, 보다 바람직하게는 1 : 0.2∼1 : 2이다.
본 발명을 구성하는 염기성 실란 커플링제 또는 유기카르본산에 대하여 친화성이 좋고, 연화점 또는 융점이 40℃ 이상인 화합물로서는, 수산기, 아미도기, 요소결합, 우레탄결합, 실라놀기, 아미노기, 메르캅토기, 카르보닐기, 트리아진골격 등을 함유하고, 연화점 또는 융점이 40℃ 이상인 화합물이 바람직하다. 예를 들면, 페놀화합물, 폴리비닐알코올, 아크릴수지, EVOH수지, 에폭시수지, 아크릴산 또는 메타크릴산으로 일부 또는 모두 변성된 에폭시수지, 멜라민-폴리아미드수지, 유레아수지, 우레탄수지, 실리콘수지, 산무수물 등을 들 수 있다. 본 화합물의 역할은, 염기성 실란 커플링제 유기카르본산염을 분쇄 가능한 고체로 만드는 것이고, 상기 화합물은 염기성 실란 커플링제 또는 유기카르본산에 대하여 친화성이 좋고, 혼합 가능할 것이 요구된다. 연화점 또는 융점이 40℃ 이상인 화합물이면 본 발명의 효과를 충분히 발휘한다. 연화점 또는 융점이 40℃보다도 낮으면, 얻어지는 생성물이 고화하기 어렵거나, 또는 고화하더라도 분말화하기 어려워진다. 페놀화합물로서는, 1분자 중에 2개 이상의 페놀성 수산기를 가진 것이 바람직하고, 예를 들면, 비스페놀 A, 비스페놀 F, 폴리비닐페놀, 페놀노볼락수지, 크레졸노볼락수지, 비스페놀 A 노볼락수지, 비스페놀 F 노볼락수지, 아랄킬페놀수지 등을 들 수 있다. 이들 페놀화합물은, 기본적으로는 본 발명의 조성물을 고형화할 수 있는 것을 적당히 선택하면 되지만, 고형화하는 것과 같이 에폭시수지와의 반응성에도 효율적으로 작용한다고 생각된다.
염기성 실란 커플링제 유기카르본산염과, 염기성 실란커플링제 또는 유기카르본산에 대하여 친화성이 좋고, 연화점 또는 융점이 40℃ 이상인 화합물의 혼합비 는, 상기 유기카르본산염과, 염기성 실란커플링제 또는 유기카르본산에 대하여 친화성이 좋고, 연화점 또는 융점이 40℃ 이상인 화합물을 가열혼합하여 얻어지는 조성물이, 실온까지 냉각한 상태에서 고체상을 나타내도록 선택하는 것이 필요하다. 혼합하는 염기성 실란 커플링제 또는 유기카르본산에 대하여 친화성이 좋고, 연화점 또는 융점이 40℃ 이상인 화합물의 융점과 혼합비를 콘트롤함으로써, 실온에서 고체상의 염기성 실란 커플링제 유기카르본산염 조성물을 얻을 수 있다.
이하에 실시예를 나타내며, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
[염기성 실란 커플링제 유기카르본산염 조성물의 합성]
(실시예 1)
이미다졸 13.62g(0.2mol)을 95℃에서 융해하고, 아르곤 분위기 하에서 교반하면서, (3-글리시독시프로필)트리메톡시실란 47.27g(0.2mol)을 30분간에 걸쳐 적하하였다. 적하종료 후, 95℃의 온도에서 1시간 더욱 반응시켜, 하기 식 (5), (6) 및 (7)의 혼합물로 이루어지는 이미다졸기함유 실란 커플링제를 얻었다. 얻어진 이미다졸기함유 실란 커플링제 30.4g(0.1mol)과 피로멜리트산 25.4g(0.1mol)을 120℃에서 가열혼합하여, 1시간 반응을 계속하는 것에 의해 이미다졸기함유 실란 커플링제 피로멜리트산염을 얻었다. 이 카르본산염에 페놀수지(다이닛폰 잉키 가가쿠고교(주), Phenolite TD-2093, 연화점 100℃) 20.8g을 투입하여, 120℃에서 1시간 가열혼합하고, 실온까지 냉각함으로써, 상온(normal temperature)에서 고체인 이미다졸기함유 실란 커플링제 피로멜리트산염/페놀수지 조성물을 얻었다. 얻어진 고 형물을 유발(mortar)로 분쇄하고, 눈금간격 90 마이크론의 체로 분급하여, 미분화한 샘플 #1을 얻었다.
(실시예 2)
실시예 1과 같이 하여 얻은 이미다졸기함유 실란 커플링제 30.4g(0.1mol)과 트리멜리트산 21.0g(0.1mol)을 120℃에서 가열혼합하여, 1시간 반응을 계속하는 것에 의해 이미다졸기함유 실란 커플링제 트리멜리트산염을 얻었다. 이 카르본산염에 페놀수지(다이닛폰 잉키 가가쿠고교(주), Phenolite TD-2093, 연화점 100℃) 31.2g을 투입하여, 120℃에서 1시간 가열혼합하고, 실온까지 냉각함으로써, 상온에서 고체인 이미다졸기함유 실란 커플링제 트리멜리트산염/페놀수지 조성물을 얻었 다. 얻어진 고형물을 유발로 분쇄하고, 눈금간격 90마이크론의 체로 분급하여, 미분화한 샘플 #2를 얻었다.
(실시예 3)
실시예 1과 같이 하여 얻은 이미다졸기함유 실란 커플링제 30.4g(0.1mol)와 프탈산 16.6g(0.1mol)를 120℃에서 가열혼합하여, 1시간 반응을 계속하는 것에 의해 이미다졸기함유 실란 커플링제 프탈산염을 얻었다. 이 카르본산염에 페놀수지(다이닛폰 잉키 가가쿠고교(주), Phenolite TD-2093, 연화점 100℃) 41.6g을 투입하여, 120℃에서 1시간 가열혼합하고, 실온까지 냉각함으로써, 상온에서 고체인 이미다졸기함유 실란 커플링제 프탈산염-페놀수지 조성물을 얻었다. 얻어진 고형물을 유발로 분쇄하고, 눈금간격 90마이크론의 체로 분급하여, 미분화한 샘플 #3을 얻었다.
(실시예 4)
이미다졸 13.6g(0.2mol)과 (3-메타크릴록시프로필)트리메톡시실란 24.8g (0.1mol)을 혼합하여, 100℃에서 11시간 반응시켰다. 실온까지 냉각한 후, 아세트산에틸 100ml을 가하고, 순수한 물 100ml로 3회 세정함으로써 과잉의 이미다졸을 제거하였다. 여기에 분자체(molecular sieve)를 첨가하고, 하룻밤 아세트산에틸용액을 건조하였다. 그 후, 아세트산에틸을 회전식 증류기(rotary evaporator)로 증류 제거하여, 하기 식(8)로 나타내는 이미다졸기함유 실란 커플링제를 얻었다. 얻어진 이미다졸기함유 실란 커플링제 31.6g(0.1mol)과 피로멜리트산 25.4g(0.1mol)을 120℃에서 가열혼합하여, 1시간 반응을 계속하는 것에 의해 이미다졸기함유 실 란 커플링제 피로멜리트산염을 얻었다. 이 카르본산염에 페놀수지(다이닛폰 잉키 가가쿠고교(주), Phenolite TD-2093, 연화점 100℃) 20.8g을 투입하여, 120℃에서 1시간 가열혼합하고, 실온까지 냉각함으로써, 상온에서 고체인 이미다졸기함유 실란 커플링제 피로멜리트산염/페놀수지 조성물을 얻었다. 얻어진 고형물을 유발로 분쇄하고, 눈금간격 90마이크론의 체로 분급하여, 미분화한 샘플 #4를 얻었다.
(실시예 5)
실시예 4와 같이 하여 얻은 이미다졸기함유 실란 커플링제 31.6g(0.1mol)과 트리멜리트산 21.0g(0.1mol)을 120℃에서 가열혼합하여, 1시간 반응을 계속하는 것에 의해 이미다졸기함유 실란 커플링제 트리멜리트산염을 얻었다. 이 카르본산염에 페놀수지(다이닛폰 잉키 가가쿠고교(주), Phenolite TD-2093, 연화점 100℃) 31.2g을 투입하여, 120℃에서 1시간 가열혼합하고, 실온까지 냉각함으로써, 상온에서 고체인 이미다졸기함유 실란 커플링제 트리멜리트산염/페놀수지 조성물을 얻었다. 얻어진 고형물을 유발로 분쇄하고, 눈금간격 90마이크론의 체로 분급하여, 미분화한 샘플 #5를 얻었다.
(실시예 6)
실시예 4와 같이 하여 얻은 이미다졸기함유 실란 커플링제 31.6g(0.1mol)과 프탈산 16.6g(0.1mo1)을 120℃에서 가열혼합하여, 1시간 반응을 계속하는 것에 의 해 이미다졸기함유 실란 커플링제 프탈산염을 얻었다. 이 카르본산염에 페놀수지(다이닛폰 잉키 가가쿠고교(주), Phenolite TD-2093, 연화점 100℃) 41.6g을 투입하여, 120℃에서 1시간 가열혼합하고, 실온까지 냉각함으로써, 상온에서 고체인 이미다졸기함유 실란 커플링제 프탈산염/페놀수지 조성물을 얻었다. 얻어진 고형물을 유발로 분쇄하고, 눈금간격 90마이크론의 체로 분급하여, 미분화한 샘플 #6을 얻었다.
(실시예 7)
실시예 4와 같이 하여 얻은 이미다졸기함유 실란 커플링제 31.6g(0.1mol)과 프탈산 8.3g(0.05mol)을 120℃에서 가열혼합하여, 1시간 반응을 계속하는 것에 의해 이미다졸기함유 실란 커플링제 프탈산염을 얻었다. 이 카르본산염에 페놀수지(다이닛폰 잉키 가가쿠고교(주), Phenolite TD-2093, 연화점 100℃) 41.6g을 투입하여, 120℃에서 1시간 가열혼합하고, 실온까지 냉각함으로써, 상온에서 고체인 이미다졸기함유 실란 커플링제 프탈산염/페놀수지 조성물을 얻었다. 얻어진 고형물을 유발로 분쇄하고, 눈금간격 90마이크론의 체로 분급하여, 미분화한 샘플 #7을 얻었다.
[열연화성 평가]
상술한 바와 같이 하여 얻어진 실시예 1∼7의 이미다졸기함유 실란 커플링제 유기카르본산염/페놀화합물 조성물(샘플 #1∼#7)에 대하여, 온도콘트롤할 수 있는 핫 플레이트로 열연화성을 평가하였다. 평가결과를 이하의 표 1에 나타낸다.
표 1. 샘플 #1∼#7의 열연화성 평가
샘플 # |
열연화 온도(℃) |
1 |
250℃에서 흑화 →열분해 |
2 |
120℃ |
3 |
90℃ |
4 |
100℃ |
5 |
100℃ |
6 |
80℃ |
7 |
80℃ |
[접착성 평가]
(실시예 8∼14)
실시예 8∼14에서는, 실시예 1∼7에서 얻어진 각 샘플 #1∼#7을 에폭시수지 경화용 첨가제로서 가하여, 하기 조성의 에폭시수지 조성물을 각각 제작하였다.
에폭시수지 조성:
비스페놀 A형 에폭시(쟈팬 에폭시레진(주), Epikote 828): 100중량부
디시안디아미드(아지노모또(주), AH-154): 5중량부
2-에틸-4-메틸이미다졸(시코쿠 가세이고교(주), 2E4MZ): 1중량부
샘플 #1∼7중 어느 하나: 1중량부
또한, 얻어진 각 에폭시수지 조성물을 2장의 기재에 끼우고, 하기의 조건으로 가열경화시켜 접착물을 얻었다. 기재로는, 하기 치수의 SUS 304를 사용하여, JIS K6848에 준거하여 사용직전에 240번의 연마지로 연마하고, 아세톤으로 세정하여 사용하였다.
기재; 100 ×25 ×(두께) 2(mm)
경화 조건; 100℃ ×1시간 + 150℃ ×1시간
얻어진 각 접착물에 대하여 전단접착강도를 측정하여, 본 발명의 첨가제가 접착성에 미치는 영향을 평가하였다. 평가방법은 JIS K6850에 준거하여, 인장시험기로 인장 속도 1mm/min에서 상기 각 접착물의 전단접착강도를 측정하였다. 얻어진 평가결과를 하기의 표 2에 나타낸다.
(비교예 1 및 2)
비교예 1은, 상기 에폭시수지용 첨가제(샘플 #1∼#7)를 미첨가로 한 것 이외에는 실시예 8∼14와 같이 하여, 에폭시수지 조성물 및 그 접착물을 제작하였다. 또한, 비교예 2는, 에폭시수지용 첨가제로서 상기 샘플 대신에 (3-글리시독시프로필)트리메톡시실란을 1부 첨가한 것 이외에는, 실시예 8∼14와 같이 하여, 에폭시수지 조성물 및 그 접착물을 제작하였다. 얻어진 각 접착물에 대하여, 실시예 8∼14와 같은 접착성시험을 실시하여, 그 결과를 하기의 표 2에 나타내었다.
표 2. 전단접착강도에 미치는 샘플 #1∼#7 첨가의 효과
|
첨가제 |
전단접착강도(kN/cm2) |
실시예 8 |
샘플 #1 |
1.25 |
실시예 9 |
샘플 #2 |
1.47 |
실시예 10 |
샘플 #3 |
1.38 |
실시예 11 |
샘플 #4 |
1.38 |
실시예 12 |
샘플 #5 |
1.43 |
실시예 13 |
샘플 #6 |
1.42 |
실시예 14 |
샘플 #7 |
1.42 |
비교예 1 |
미첨가 |
1.02 |
비교예 2 |
(3-글리시독시프로필)트리메톡시실란 |
1.11 |
[경화물의 기계적 특성 평가]
(실시예 15∼21)
실시예 15∼21에서는, 실시예 1∼7에서 얻어진 각 샘플 #1∼#7을 에폭시수지 경화용 첨가제로서 가하여, 하기 조성의 에폭시수지 조성물을 각각 제작하였다.
에폭시수지 조성:
비스페놀 A형 에폭시(쟈팬 에폭시레진(주), Epikote 828): 100중량부
디시안디아미드(아지노모또(주), AH-154): 5중량부
2-에틸-4-메틸이미다졸(시코쿠 가세이고교(주), 2E4MZ): 1중량부
샘플 #1∼7중 어느 하나: 1중량부
파쇄형상 실리카필러(다츠모리(주), RD-8): 100중량부
이어서, 하기의 조건으로 에폭시수지 조성물을 가열경화시켜, 하기 치수의 에폭시수지 경화물을 얻었다.
경화물 치수; 80 ×10 ×(두께) 4(mm)
경화 조건; 100℃ ×1시간 + 150℃ ×1시간
얻어진 각 경화물에 대하여, 본 발명의 첨가제가 기계적 특성에 주는 영향을 평가하였다. 평가방법은 JIS K6911에 준거하여, 하중속도 2mm/min로 3점 구부림강도(three-point flexural strength)를 측정하였다. 얻어진 평가결과를 하기의 표 3에 나타낸다.
(비교예 3 및 4)
비교예 3은, 상기 에폭시수지용 첨가제(샘플 #1∼#7)를 미첨가로 한 것 이외에는 실시예 15∼21과 같이 하여, 에폭시수지 조성물 및 그 경화물을 제작하였다. 또한, 비교예 4는, 에폭시수지용 첨가제로서 상기 샘플 대신에 (3-글리시독시프로필)트리메톡시실란을 1부 첨가한 것 이외에는, 실시예 15∼21과 같이 하여, 에폭시 수지 조성물 및 그 경화물을 제작하였다. 얻어진 각 경화물에 대하여, 실시예 15∼21과 같이 기계적 특성 평가를 실시하여, 그 결과를 하기의 표 3에 나타내었다.
표 3. 경화물의 구부림강도에 미치는 샘플 #1∼#7 첨가의 효과
|
첨가제 |
구부림강도(N/mm2) |
실시예 15 |
샘플 #1 |
102.3 |
실시예 16 |
샘플 #2 |
96.4 |
실시예 17 |
샘플 #3 |
93.0 |
실시예 18 |
샘플 #4 |
96.6 |
실시예 19 |
샘플 #5 |
98.4 |
실시예 20 |
샘플 #6 |
94.0 |
실시예 21 |
샘플 #7 |
96.6 |
비교예 3 |
미첨가 |
84.1 |
비교예 4 |
(3-글리시독시프로필)트리메톡시실란 |
90.2 |
[저장안정성 및 경화촉진성 평가]
(실시예 22∼28)
실시예 22∼28에서는, 실시예 1∼7에서 제조한 샘플 #1∼#7을 에폭시수지용 첨가제로서 각각 첨가하여, 하기 조성의 에폭시수지 조성물을 각각 제작하였다.
에폭시수지 조성:
비스페놀 A형 에폭시(쟈팬 에폭시레진(주), Epikote 828): 100중량부
디시안디아미드(아지노모또(주), AH-154): 5중량부
샘플 #1∼7중 어느 하나: 5중량부
얻어진 각 조성물의 저장안정성에 대하여, 실온보존에 있어서의 점도변화에 의해 저장안정성을 평가하였다. 또한, 각 조성물의 경화촉진성을, 150℃로 설정한 핫 플레이트 상에서 겔 타임(gelation time)을 측정함으로써 평가하였다. 저장안정성 및 경화촉진성의 평가결과는, 이하의 표 4에 나타내었다.
(비교예 5 및 6)
비교예 5에서는, 샘플 #1∼#7 대신에 2-에틸-4-메틸이미다졸(시코쿠 가세이고교(주), 2E4MZ)를 1부 첨가한 것을 사용한 것 이외에는, 실시예 22∼28과 같이 하여 에폭시수지 조성물을 제작하였다. 또한, 비교예 6에서는, 상기 에폭시수지용 첨가제(샘플 #1∼#7)를 미첨가로 한 것 이외에는 실시예 22∼28과 같이 하여, 에폭시수지 조성물을 제작하였다. 이어서, 실시예 22∼28과 같이 저장안정성 및 경화촉진성의 평가를 행하였다. 평가결과를 이하의 표 4에 나타낸다.
표 4. 에폭시수지 조성물의 저장안정성에 미치는 샘플 #1∼#7 첨가의 효과
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첨가제 |
저장안정성 (점도변화)*
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경화촉진성 (겔 타임) |
실시예 22 |
샘플 #1 |
변화없음 |
미측정 |
실시예 23 |
샘플 #2 |
변화없음 |
미측정 |
실시예 24 |
샘플 #3 |
변화없음 |
17분 17초 |
실시예 25 |
샘플 #4 |
변화없음 |
미측정 |
실시예 26 |
샘플 #5 |
변화없음 |
12분 18초 |
실시예 27 |
샘플 #6 |
변화없음 |
9분 30초 |
실시예 28 |
샘플 #7 |
변화없음 |
7분 09초 |
비교예 5 |
2-에틸-4-메틸이미다졸 |
10일후 고화 |
2분 11초 |
비교예 6 |
미첨가 |
변화없음 |
20분 28초 |
* "변화없음"은 10일간 보관하는 동안 점도변화가 발견되지 않은 것을 의미한다.
[밀봉재에의 응용]
(실시예 29 및 30)
실시예 29 및 30에서는, 상기 실시예 2 및 5에서 제작한 샘플 #2 및 #5를 에폭시수지용 첨가제로서 각각 사용하여, 하기 조성의 에폭시수지 조성물을 얻었다. 이어서, 이 에폭시수지 조성물을 구리재의 밀봉재로 적용하였다.
에폭시수지 조성:
에폭시수지(비페닐형(Biphenyl-type), 에폭시 당량 192): 7.93중량부
페놀수지(페놀노볼락, 수산기 당량 106): 4.38중량부
경화촉진제(TPP): 0.25중량부
카본블랙: 0.20중량부
카르나우바 왁스(Carnauba wax): 0.25중량부
필러(다츠모리(주), MSR-25, 구상 실리카, 평균입자지름 25㎛): 87.00중량부
샘플 #2 또는 #5: 0.4중량부
(3-글리시독시프로필)트리메톡시실란: 0.3중량부
밀봉재의 제작순서는 다음과 같다. 상기의 원료를, 필러, 에폭시수지, 페놀수지, TPP, 카본블랙, 카르나우바 왁스, (3-글리시독시프로필)트리메톡시실란, 샘플 #2 또는 #5의 순으로 자동유발에 가하여, 배합하였다. 그 후, 상기 원료를 자동유발을 사용하여 약 10분간 직접 드라이 브랜드하였다. 다음에, 열로울기를 90℃로 가온하여, 원료를 열혼련하였다. 원료가 검은색으로 변색하고 나서, 약 4분간 열혼련을 계속하였다. 마지막으로, 스탬프 밀을 사용하여 원료를 약 20분간 분쇄하였다.
얻어진 밀봉재를 사용하여, 하기 치수의 구리재를 2장 서로 붙여, 접착성 평가용 샘플을 제작하였다. 이 때의 경화 조건은 아래와 같았다.
구리재: 0.1㎛ 두께의 구리 스트라이크 도금을 실시한 C7025,
50 ×25 ×(두께) 0.15(mm)
접착 면적: 25 ×12.5mm
경화 조건: 175℃, 6시간
이들 샘플에 대하여, 실시예 8∼14와 같은 방법으로 전단강도를 평가하였다. 평가결과는 하기의 표 5에 나타낸다. 또, 샘플은 동일 조건으로 3점 제작하여, 표 5에는 3점의 평균치를 나타내었다.
(비교예 7)
에폭시수지용 첨가제로 샘플 #2 또는 #5를 첨가하지 않은 것 이외에는, 실시예 29 및 30과 같이 하여 구리재의 밀봉재를 제작하였다. 또한, 이 밀봉재에 대하여, 실시예 29 및 30과 같이 하여 전단강도의 평가를 하였다. 평가결과는 이하의 표 5에 나타낸다.
표 5.
구리재의 밀봉재에 있어서 전단접착강도에 미치는 샘플 #2와 #5 첨가의 효과
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첨가제 |
전단접착강도(N/cm2) |
실시예 29 |
샘플 #2 |
460 |
실시예 30 |
샘플 #5 |
522 |
비교예 7 |
미첨가 |
331 |
[염기성 실란 커플링제 유기카르본산염 조성물의 합성 및 밀봉재에의 응용]
(실시예 31∼48)
하기 표 6-1 및 표 6-2에 기재된 염기성 실란 커플링제, 유기카르본산, 및 염기성 실란 커플링제 또는 유기카르본산염에 대하여 친화성이 좋고, 연화점 또는 융점이 40℃ 이상인 화합물을 사용하여, 염기성 실란 커플링제와 카르본산의 가열혼합조건, 및 얻어진 염기성 실란 커플링제 카르본산염과, 염기성 실란 커플링제 또는 유기카르본산염에 대하여 친화성이 좋고, 연화점 또는 융점이 40℃ 이상인 화합물과의 가열혼합조건을, 양쪽 모두 샘플 #14, 22, 23은 180℃에서, 그 이외의 샘플은 120℃에서, 1시간으로 한 것 외에는 실시예 7과 같이 하여 염기성 실란 커플링제 유기카르본산염 조성물을 얻었다. 그 생성물을 볼 밀로 분쇄하고, 눈금간격 90마이크론의 체로 분급하여, 미분화한 샘플 #8∼25를 얻었다.
표 6-1
샘플 # |
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8 |
(3-아미노프로필)트리메톡시실란: 0.1mol 트리멜리트산: 0.1mol 페놀수지(TD-2093)(연화점 100℃): 41.6g |
9 |
N-메틸아미노프로필트리메톡시실란: 0.1mol 트리멜리트산: 0.1mol 페놀수지(TD-2093)(연화점 100℃): 41.6g |
10 |
일본 특개평9-296135 참고예 1에서 합성한 디메틸아미노실란: 0.1mol 트리멜리트산: 0.1mol 페놀수지(TD-2093)(연화점 100℃): 41.6g |
11 |
일본 특개평6-279463 실시예 1에서 합성한 벤조트리아졸기함유 실란 커플링제: 0.1mol 트리멜리트산: 0.1mol 페놀수지(TD-2093)(연화점 100℃): 41.6g |
12 |
일본 특개평6-279458 실시예 1에서 합성한 벤즈이미다졸기함유 실란 커플링제: 0.1mol 트리멜리트산: 0.1mol 페놀수지(TD-2093)(연화점 100℃): 41.6g |
13 |
일본 특개평9-295991 실시예 1에서 합성한 피리딘환함유 실란 커플링제: 0.1mol 트리멜리트산: 0.1mol 페놀수지(TD-2093)(연화점 100℃): 41.6g |
14 |
실시예 1과 같이 하여 얻은 이미다졸기함유 실란 커플링제: 0.1mol 트리멜리트산: 0.1mol 폴리비닐알코올(융점 180℃): 30g |
15 |
실시예 1과 같이 하여 얻은 이미다졸기함유 실란 커플링제: 0.1mol 트리멜리트산: 0.1mol 아크릴폴리머(메타크릴산 2-히드록시에틸을 중합한 폴리머)(연화점 55℃): 30g |
16 |
실시예 1과 같이 하여 얻은 이미다졸기함유 실란 커플링제: 0.1mol 트리멜리트산: 0.1mol 비스페놀 A형 에폭시수지(연화점 64℃): 30g |
17 |
실시예 1과 같이 하여 얻은 이미다졸기함유 실란 커플링제: 0.1mol 트리멜리트산: 0.1mol 메타크릴산으로 변성한 비스페놀 A형 에폭시수지(연화점 55℃): 30g |
18 |
실시예 1과 같이 하여 얻은 이미다졸기함유 실란 커플링제: 0.1mol 트리멜리트산: 0.1mol 멜라민수지(멜라민을 포름알데히드로 메틸올화한 후 일부 메틸화한 중합체)(연화점 50℃ 이상): 30g |
표 6-2
샘플 # |
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19 |
실시예 1과 같이 하여 얻은 이미다졸기함유 실란 커플링제: 0.1mol 트리멜리트산: 0.1mol 유레아수지(유레아 1몰과 포름알데히드 2몰을 염기성 촉매로 pH7로 조정하고, 50℃에서 반응시킨 후, 헥사메틸렌테트라민을 3% 용해하고, 25%의 α-셀룰로오즈를 가하여 니더로 혼합한 후, 건조시켜 얻은 수지)(연화점 50℃ 이상): 30g |
20 |
실시예 1과 같이 하여 얻은 이미다졸기함유 실란 커플링제: 0.1mol 트리멜리트산: 0.1mol 폴리우레탄(미반응 이소시아네이트가 소량 잔존하고 있는 타입)(연화점 50℃ 이상): 30g |
21 |
실시예 1과 같이 하여 얻은 이미다졸기함유 실란 커플링제: 0.1mol 트리멜리트산: 0.1mol 실리콘수지(메틸트리메톡시실란과 아미노프로필트리메톡시실란을 가수분해 및 축합시킨 중축합물)(연화점 50℃ 이상): 30g |
22 |
실시예 1과 같이 하여 얻은 이미다졸기함유 실란 커플링제: 0.1mol 트리멜리트산: 0.1mol EVOH수지(에틸렌-비닐알코올 공중합체, 에틸렌 공중합 비율 38%, 융점 175℃): 30g |
23 |
실시예 1과 같이 하여 얻은 이미다졸기함유 실란 커플링제: 0.1mol 트리멜리트산: 0.1mol 폴리아미드(나일론 10, 융점 177℃): 30g |
24 |
(3-아미노프로필)트리메톡시실란: 0.1mol 트리멜리트산: 0.033mol 페놀수지(TD-2093)(연화점 100℃): 41.6g |
25 |
(3-아미노프로필)트리에톡시실란: 0.1mol 트리멜리트산: 0.1mol 페놀수지(TD-2093)(연화점 100℃): 41.6g |
얻어진 샘플을 사용하여, 실시예 29와 같이 밀봉재를 제작하여, 마찬가지로 전단접착강도를 평가하였다. 그 결과를 이하의 표 7에 나타낸다.
표 7
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첨가제 |
전단접착강도(N/cm2) |
실시예 31 |
샘플 #8 |
408 |
실시예 32 |
샘플 #9 |
396 |
실시예 33 |
샘플 #10 |
461 |
실시예 34 |
샘플 #11 |
385 |
실시예 35 |
샘플 #12 |
440 |
실시예 36 |
샘플 #13 |
426 |
실시예 37 |
샘플 #14 |
405 |
실시예 38 |
샘플 #15 |
361 |
실시예 39 |
샘플 #16 |
489 |
실시예 40 |
샘플 #17 |
368 |
실시예 41 |
샘플 #18 |
433 |
실시예 42 |
샘플 #19 |
393 |
실시예 43 |
샘플 #20 |
355 |
실시예 44 |
샘플 #21 |
360 |
실시예 45 |
샘플 #22 |
358 |
실시예 46 |
샘플 #23 |
395 |
실시예 47 |
샘플 #24 |
405 |
실시예 48 |
샘플 #25 |
410 |