TWI506045B - 聚環戊二烯化合物 - Google Patents
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Description
本揭示係有關於聚環戊二烯化合物,以及特別地有關於該等聚環戊二烯化合物的樹脂與加成物以及其等之用途於可固化組成物。
酚系樹脂為分子結構變化很大之合成材料。此多樣性允許此等樹脂之許多應用。酚系樹脂的一實例為聚環戊二烯二酚,其係討論於U.S.專利第3,419,624號與第4,546,129號之內。聚環戊二烯二酚可以使用作為一固化劑及/或來製備對應的環氧、氰酸酯及/或烯丙基可熱固性樹脂。此等固化劑及/或樹脂可以提供提升的物理及/或機械性質給一種經固化的組成物,由於二(環戊二烯)部分及/或官能基(譬如,二酚部分)的存在。舉例而言,由此等樹脂所形成之經固化的組成物可以具有高玻璃轉移溫度(Tg)及相對低的水分吸收二者。
然而,為了達成此等性質,會需要該樹脂具有高的官能性(亦即,交聯可用之化學基團)。因此等樹脂內之官能性的增加,是以其等之分子量增加。因分子量增加,是以樹脂的熔化黏度增加。具有高的熔化黏度可以導致使用此等樹脂之困難。
本揭示提供了聚環戊二烯化合物,其等可以有用於作為一環氧化物樹脂及/或供用於一可固化組成物的一加成物。本揭示的聚環戊二烯化合物作為固化劑及/或作為於一可固化組成物內的一加成物之用途可以提供具有提高的玻璃轉移溫度之生成之經固化的組成物。此外,預期到本揭示的聚環戊二烯化合物亦會提供該經固化組成物的防潮性與耐蝕性二者,以及提升的電氣性質,之改善,特別是耗散因子。
關於各種各樣的具體例,本揭示的聚環戊二烯化合物具有式I:
(式I)
其中X具有式II的結構:
(式II)
該處各個R1
獨立地為氫或甲基,n具有由0至20的平均值;各個m獨立地具有0至3的值;各個p具有0至20的值;各個R獨立地為鹵素、腈基、硝基、烷基、烷氧基、烯基,或烯基氧基,該處該烷基、該烷氧基、該烯基,與該烯基氧基各個獨立地含有1至大約6個碳原子,以及各個Q獨立地為氫或含有1至大約6個碳原子的烷基。本揭示的具體例亦包括式III的聚環戊二烯結構:
(式III)
其中X具有式II的結構:
(式II)
該處各個R1
獨立地為氫或甲基,n具有由0至大約20的平均值;各個m獨立地具有0至3的值;各個R獨立地為鹵素、腈基、硝基、烷基、烷氧基、烯基,或烯基氧基,該處該烷基、該烷氧基、該烯基,與該烯基氧基各個獨立地含有1至大約6個碳原子,以及各個Q獨立地為氫、含有1至大約6個碳原子的烷基,或是具有式IV的一結構
(式IV)
本揭示的具體例亦包括從式I及/或式III的聚環戊二烯化合物以及一含氫化合物予以製備的一加成物,該含氫化合物包括與該聚環戊二烯化合物的環氧化物基團反應的一或更多個反應性氫原子。關於各種各樣的具體例,本揭示亦包括一可固化組成物,其包括式I及/或式III的聚環戊二烯化合物以及一硬化劑。
於額外的具體例中,本揭示的可固化組成物可以包括用式I及/或式III的聚環戊二烯化合物以及一樹脂所形成的一加成物。關於各種各樣的具體例,該樹脂可以包括式I及/或式III的聚環戊二烯化合物。於額外的具體例中,該樹脂可以為除了式I及/或式III的聚環戊二烯化合物的一環氧樹脂及/或除了式I及/或式III的聚環戊二烯化合物尚有一環氧樹脂。本揭示的具體例亦可以包括由式I及/或式III的聚環戊二烯化合物所形成的寡聚物。本揭示的具體例亦可以包括一種經固化的或經部分固化的組成物,其係由於固化本揭示的可固化組成物所致。
本揭示之以上的概要不打算要說明本揭示之各個揭示的具體例或每個實施。跟隨的說明更特定地舉例說明作例證的具體例。於遍佈此揭示之幾個地方,經由實施例之列表來提供了指導,該等實施例可以以各種的組合來使用。於各個例子中,所列舉的列表僅供使用作為一代表性的群組以及不應被闡釋為一排他性的列表。
本揭示提供了聚環戊二烯化合物,其等可以有用於作為一環氧化物樹脂及/或作為一可固化組成物內的一加成物。本揭示的聚環戊二烯化合物當使用於一可固化組成物內時可以提供高位準的官能性。用本揭示的聚環戊二烯化合物及/或加成物所形成的可固化組成物亦可以提供用於經固化的組成物,其等具有提高的玻璃轉移溫度(Tg)。此外,預期到本揭示的聚環戊二烯化合物及/或加成物亦會提供該經固化組成物的防潮性與耐蝕性二者,以及提升的電氣性質,之改善,特別是耗散因子。
當使用於此,"一(a)"、"一(an)"、"該"、"至少一個",以及"一或更多個"係可交換地使用。術語"包括"與"包含"以及其等之變形於出現此等術語之說明與申請專利範圍中不具有限制性意義。
術語"及/或"意指一個、一或更多個,或是所列舉的項目之全部。
根據終點之數值範圍的詳述包括了在該範圍內含有之所有數值(譬如,1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5,等等)。
除非以另外方式陳述,提及一材料、一化合物,或是一組份包括該材料、化合物,或是組份單獨地,以及組合以其他的材料、化合物,或是組份,例如化合物的混合物以及組合。
當使用於此,術語"加成物"意指二或更多個相異的分子之直接的添加的一產物,導致一單一的反應產物。所生成的反應產物或是加成物視為來自該等反應物之一相異的分子種類。
當使用於此術語"熱固物(thermoset)"係提及一聚合物,其當被加熱時可不可逆地固化或"凝固"。
術語"可固化的"、"固化的"、"可熱固性"及"熱固性(thermoset)"係從頭到尾同義地使用以及意指該組成物能夠接受會使該組成物成為一固化的或熱固狀態或狀況之條件。術語"經固化的"或"熱固"係由L. R. Whittington於Whittington's Dictionary of Plastics(1968)第239頁定義如下:"於其等之最終狀態如完成的物件之樹脂或塑膠化合物為實質上難溶的且不溶的。熱固性樹脂於其等之製造或是加工的一些階段通常為液體,其等係藉由熱、催化作用,或是一些其他的化學手段予以固化的。在被完全地固化之後,熱固物不會藉由熱而再軟化。通常為熱塑性的一些塑膠可以藉著與其他的材料交聯而變成熱固性的。"
當使用於此術語"B-階段"係提及一熱固性樹脂,其已經熱反應超越A-階段以至於該產物具有完全至部分的溶解度於一溶劑內,例如醇或酮。
術語"烷基"意指一飽和的線性或分支單價烴基團,其包括,舉例而言,甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、戊基、己基,以及類似物。
術語"烷氧基"係提及至少一個烴烷基基團係結合至一個氧之基團。舉例而言,由式-O-R或-O-R-O-R來表示的一基團為烷氧基,該處R為烴烷基基團。
術語"烯基"意指一未經飽和的、線型或分支的單價烴基團,其帶有一或更多個烯烴上未經飽和的基團(亦即,碳碳雙鍵),例如乙烯基團。
術語"烯基氧基"係提及基團,該處至少一個烴烯基係結合至一氧。
於下列的詳細說明中,本揭示之特定的具體例係關於其之較佳具體例予以說明的。然而,下列的說明係特定於本技術之一特殊的具體例或是一特殊的用途的程度,以致於只是打算作例證的以及僅僅提供了例示性的具體例之簡潔的說明。於是,本揭示不限於於此說明之特定的具體例,而是;本揭示包括落在附隨的申請專利範圍的真正範疇內之全部的替代方案、修飾,以及均等物。
關於各種各樣的具體例,本揭示的聚環戊二烯化合物具有式I的結構:
(式I)
其中X具有式II的結構:
(式II)
該處各個R1
獨立地為氫或甲基,n具有由0至20的平均值;各個m獨立地具有0至3的值;各個p具有0至20的值;各個R獨立地為鹵素、腈基、硝基、烷基、烷氧基、烯基,或烯基氧基,該處該烷基、該烷氧基、該烯基,與該烯基氧基各個獨立地含有1至大約6個碳原子,以及各個Q獨立地為氫或含有1至大約6個碳原子的烷基。
關於各種各樣的具體例,本揭示的聚環戊二烯化合物亦由式III的一結構來表示:
(式III)
其中X、n、m,及R係如於此所提供的,以及各個Q獨立地為氫、含有1至大約6個碳原子的烷基,或式IV的一結構
(式IV)
關於各種各樣的具體例,該等聚環戊二烯化合物的鹵素較佳選自於氟、氯、溴及其等之組合所構成的群組。各種各樣的具體例亦提供n可具有由0至大約8的平均值。較佳地,p具有由0至5的值,以及更佳地p具有由0至1的值。關於各種各樣的具體例,該烷基及/或該烷氧基較佳可含有1至大約4個碳原子,更佳地1至大約2個碳原子。關於各種各樣的具體例,該烯基與該烯基氧基較佳含有1至大約3個碳原子。關於各種各樣的具體例,當Q為烷基,其較佳可含有1至大約4個碳原子,以及更佳地其含有1至大約2個碳原子。較佳地,該烷基及/或該烷氧基係以一鹵素原子予以取代的。關於各種各樣的具體例,於該烷基及/或該烷氧基的任一者中的鹵素原子係各自獨立地選自於氯、溴,以及其等之組合所構成的群組。
關於各種各樣的具體例,當m具有除了0的值時,結合至Q的碳較佳地相關於該-OX基團係於鄰位及/或對位處。瞭解到具有相關於該-OX基團係於鄰位及對位二者之結合至Q的碳的化合物之混合物為可能的。具有相關於該-OX基團於間位之結合至Q的碳亦為可能的。
關於各種各樣的具體例,聚環戊二烯多酚可以使用於製備本揭示的聚環戊二烯化合物。關於各種各樣的具體例,聚環戊二烯多酚可以由聚環戊二烯二醛及/或聚環戊二烯二酮所產生。關於各種各樣的具體例,聚環戊二烯二醛可以使用合成氣、膦配位子,以及一過渡金屬(由第3族至第10族)催化劑,利用,例如由G. Longoni,等人,J. of Molecular Catalysis 68,7-21(1991)或更多通常於Kirk-Othmer,ENCYCLOPEDIA OF CHEMICAL TECHNOLOGY,第5版,Vol. 10,pp. 347-470(2010)中,所說明的一方法而經由聚環戊二烯,特別地,二環戊二烯(dicyclopentadiene),之氫甲醯化作用所產生。於此方法中有許多的變形,包括使用混合的極性/非極性溶劑來減輕催化劑的再循環和產物分離的問題之一方法(U.S.專利第6307108 B1號)。所生成的聚環戊二烯二醛接而可以與酚予以縮合以形成聚環戊二烯多酚。聚環戊二烯可以藉由加熱環戊二烯至高於100℃之溫度來製備,如同由Kirk-Othmer,ENCYCLOPEDIA OF CHEMICAL TECHNOLOGY,第5版,Vol. 8,p. 223(2010)所揭示的。前述之參考資料之全體係以其等之整體併入本文中做為參考資料。
關於各種各樣的具體例,氫甲醯化作用可以發生於1至250大氣壓(atm)的壓力以及20℃至250℃的溫度。關於各種各樣的具體例,合成氣可以含有各種量的一氧化碳(CO)、氫(H2
)以及,可能,惰性氣體。該反應亦可以在沒有一配位子的情況下使用一種銠催化劑予以實施,如同於U.S. Pat.第7,321,068號中所揭示的,儘管於200-350 atm之高合成氣壓力下。適合的配位子之實例包括一氧化碳以及具有通式PR1
R2
R3
之有機膦配位子,該處各R1
、R2
,及R3
為一經取代的或未經取代的烷基、芳基、芳烷基、烷芳基、鹵化物,或其等之一組合。一特定實例包括,但不限於,正丁基二苯膦。一適合的催化劑之實例包括,但不限於,Rh(CO)2
(乙醯丙酮化物)。
在氫甲醯化作用的整個期間,較小量,典型地5-25重量(wt.)百分比(%)或更少之總反應產物,之部分或全部經飽和的聚環戊二烯單醛亦可以與聚環戊二烯二醛一起產生。此等具飽和的環戊烷環之經飽和的聚環戊二烯單醛的一實例係由下列式V來表示,該處n係如同於此說明的:
(式V)
聚環戊二烯單醛可以部分地或全部地與聚環戊二烯二醛分離。舉例而言,可以使用一蒸餾方法來分離聚環戊二烯單醛與聚環戊二烯二醛。
於一額外的具體例中,各種重量百分比的具經飽和的環戊烷環之聚環戊二烯單醛亦可以與聚環戊二烯二醛混合。使用聚環戊二烯單醛以及聚環戊二烯二醛的混合物可以允許控制於所生成的可固化組成物內之官能性的位準。舉例而言,鑑於酚醛化學作用可以使用來由聚環戊二烯二醛而形成聚環戊二烯多酚,酚醛化學作用亦可以使用來由聚環戊二烯單醛而形成聚環戊二烯二酚。具飽和的環戊烷環之聚環戊二烯二酚的一實例係由下列式VI來表示:
(式VI)
該處n、m、R及Q係如同於此說明的。寡聚物亦可以存在於聚環戊二烯二酚之內。因而,聚環戊二烯二酚與多酚之混合物可以被生產為本揭示之一額外的具體例。確切而言,瞭解到有關涉及聚環戊二烯多酚的用途與反應之討論也適用於聚環戊二烯二酚以及聚環戊二烯多酚及二酚的混合物。
關於各種各樣的具體例,於本揭示內有用的聚環戊二烯二酮可以經由多步驟的合成所產生,舉例而言於Tetrahedron Letters,28,769(1987);Tetrahedron Letters,27,3033(1986);Tetrahedron Letters,27,933(1986);Journal of the American Chemical Society,107,7179(1985);以及Journal of the Chemical Society: Chemical Communications,1040(1983)之中提供的化學作用。本文所提及之參考資料之全體係以其等之整體併入本文中做為參考資料。
氫甲醯化作用亦可以生產小量的異構酮,如同由Longoni所說明的。此等酮可以為主要的產物,當H2
/CO的壓力為低的(~1 atm)時。設若此等酮存在於產物混合物之內,其等可以與酚縮合以形成式VII的多酚,該處n、m,及R係如同於此說明的。
(式VII)
如於此所提供的,使用聚環戊二烯單醛、二醛,以及酮之混合物可以允許控制於一設定的可固化組成物內之官能性的位準。因此,舉例而言,本揭示之一種可固化組成物的交聯密度可以根據組成物內所使用之聚環戊二烯多酚和聚環戊二烯二酚的相對的量予以調整(譬如,減少的或增加的)。以此方式調整官能性的位準可以允許經固化組成物的性質,例如玻璃轉移溫度(Tg),修改至所欲的位準及/或與經固化組成物之其他的性質(譬如,韌性)平衡。
並且,控制本揭示的聚環戊二烯二醛中的二環戊二烯及/或聚環戊二烯部分的量可以是可能的。二環戊二烯及/或聚環戊二烯可以經由狄耳士-阿德爾化學作用使用環戊二烯來形成,該處,如於此所討論的,式I的n之平均值可以是由0至20。因此,舉例而言,當本揭示的聚環戊二烯二醛中的聚環戊二烯部分為寡聚物時,其等可以具有平均上由2至5之n值的分佈。關於其他的具體例,n可以具有0或1的值。控制聚環戊二烯二醛中的二環戊二烯及/或聚環戊二烯部分之能力亦可以允許一可固化組成物的交聯密度之控制及/或修改的能力,而保留或甚至增加經固化組成物之潛在的防潮性性質。
所生成的聚環戊二烯二醛連同聚環戊二烯單醛及酮的任一者可接而經歷一酚醛反應來形成本揭示的聚環戊二烯多酚及/或二酚。關於各種各樣的具體例,酚醛反應涉及酚以及酸催化劑之使用。舉例而言,聚環戊二烯二醛與熔化的酚可以於氮的氛圍下以及於存在酸催化劑的情況下、伴隨攪拌、在65℃至70℃的溫度下反應。所生成的聚環戊二烯二醛,連同聚環戊二烯單醛的任一者,可接而經歷一酚醛反應來形成本揭示的聚環戊二烯多酚及/或二酚。酚醛的製備之一般的說明可以於由Peter W. Kopf之Kirk-Othmer,ENCYCLOPEDIA OF CHEMICAL TECHNOLOGY,2010,Chapter"Phenolic Resins"之內找到。
關於各種各樣的具體例,本揭示的聚環戊二烯多酚係經由1:20至1:6,以及較佳由1:15至1:8,之莫耳比的聚環戊二烯二醛(及任何聚環戊二烯單醛)對酚及/或經取代的酚,包括,舉例而言,鄰-甲酚、間-甲酚、對-甲酚、2,4-二甲酚、2,6-二甲酚、1-萘酚,及2-萘酚之縮合反應於酸催化劑的存在下予以製備,該酸催化劑較佳由0.1至2,以及更佳由0.1至1 wt.%以所使用的酚或經取代的酚化合物為基準。可以使用比1:20更高的莫耳比之酚或經取代的酚,然而如此作可能需要的額外的能量以及因而費用來回收集再循環過量的酚或經取代的酚。
已經發現到使用大大過量的酚及/或經取代的酚之縮合反應有利於具有低的多分散性與重量平均分子量之聚環戊二烯多酚。同樣地,隨著酚及/或經取代的酚之量降低,聚環戊二烯多酚的寡聚物可以有增加,增加了重量平均分子量。增加的寡聚物含量有利於每分子之更高的羥基官能性,其可以對於某些的最終用途是高度有利的,舉例而言,增加Tg,但是以更高的黏度為代價。因而,雖然可以使用非常大過量的酚及/或經取代的酚,本揭示使用了以上所提供的莫耳比率以生產含有很多的聚環戊二烯多酚,以及少的寡聚物之產物。
關於各種各樣的具體例,來形成本揭示的聚環戊二烯多酚之縮合反應亦可以選擇性地包括一溶劑之使用。關於此等具體例,該溶劑對於反應物與所形成的反應產物可以為實質惰性的。適合的溶劑之實例包括,但不限於,甲苯或二甲苯。該溶劑可以額外地供使用作為用於從縮合反應之水的共沸移除之一劑。用具有更高的熔化黏度之某些的酚反應物,一或更多個溶劑之使用對於維持適合的反應介質可以是有利的。
適合的酸催化劑包括質子酸,例如鹽酸、硫酸、磷酸;金屬氧化物,例如氧化鋅、氧化鋁、氧化鎂;有機酸,例如對-甲苯磺酸、草酸、3-巰基-1-丙烷磺酸以及其等之組合。關於各種各樣的具體例,3-巰基-1-丙烷磺酸為一較佳的酸催化劑或輔催化劑。出人意外地,已經發現到3-巰基-1-丙烷磺酸於形成聚環戊二烯多酚為如此高度選擇性以至於對於從反應產物之共沸移除沒有需要。而是,水餘留於該反應器內,在沒有驟冷酚醛反應的情況下。
反應溫度與時間會變化,但是可以是由大約5分鐘至大約48小時以及可以使用由大約20℃至大約175℃的反應溫度。較佳地反應溫度與時間可以由15分鐘至36小時以及由30℃至大約125℃之反應溫度。最佳地反應溫度與時間可以由30分鐘至24小時以及由35℃至大約75℃之反應溫度。
於反應的結束,該酸性催化劑可以藉由中和作用予以移除,舉例而言及/或藉由清洗或用水萃取。同樣地,於反應的結束,過量的酚可以,舉例而言,藉由蒸餾或萃取,而從該酚醛產物予以移除。
關於各種各樣的具體例,本揭示的聚環戊二烯多酚可以具有1至5,更佳地1.2至2.5及最佳地為1.2至1.8的多分散性指數。舉例而言,該等聚環戊二烯多酚之多分散性指數(於一設定的樣品內之分子質量的分佈之測量)可以由1.3至1.4。此等類型的結果顯示出本揭示的聚環戊二烯多酚的各個之n值與p值為非常一致的。此結果為出人意外的,因酚醛反應往往生產具有大得多的多分散性(譬如,由2至5)之產物。具有一致的鏈長之本揭示的聚環戊二烯多酚允許於本揭示的可固化組成物之黏度之更令人滿意的黏度可預測性。
本揭示的某些聚環戊二烯多酚之多分散性值為官能性的位準上增加而Mw無實質的增加之指示。高的官能性與所生成的高交聯密度可以提供非常令人滿意的高Tg。
關於各種各樣的具體例,以聚環戊二烯二醛開始允許於所生成的聚環戊二烯多酚內之高位準的官能性被達成,在沒有大幅增加化合物的Mw的情況下。此不是先前企圖來形成具高位準的官能性之多酚的狀況。舉例而言,本揭示具體例提供了大約4的官能性以羥基當量重如同大約133克每羥基當量一樣低。本揭示的具體例亦可以允許可擴充的進展於要被達成的官能性位準上而無顯著的增加可固化組成物之分子量與黏度。
關於各種各樣的具體例,可以使用來製備本揭示的化合物之適合的聚環戊二烯多酚包括由下列式VIII來表示的化合物之該等:
(式VIII)
該處R、m、Q、n,及p係如同於此說明的。如於此所討論的,聚環戊二烯二酚及/或寡聚物亦可以偕同聚環戊二烯多酚出現。
關於各種各樣的具體例,聚環戊二烯多酚、聚環戊二烯二酚及/或其等之寡聚物可以經由與表鹵醇的一反應而形成為本揭示的聚環戊二烯化合物。關於各種各樣的具體例,該反應可以發生於存在一適合的鹼性的作用物質的情況下、於存在或缺少一催化劑的情況下以及於存在或缺少一溶劑的情況下。
關於各種各樣的具體例,該反應較佳發生於大約20℃至大約120℃的溫度下,更佳地於大約30℃至大約85℃的溫度下,以及最佳於大約40℃至大約75℃的溫度下。關於各種各樣的具體例,該反應亦較佳發生於大約30 mm Hg真空至大約690 KPa的壓力下,更佳地於大約30 mm Hg真空至大約345 KPa的壓力下,以及最佳於大約60 mm Hg真空至大約101 KPa(大約1大氣壓)的壓力下。關於各種各樣的具體例,該反應可以以足夠以完成該反應的時間來發生,較佳地由大約1至大約120小時,更佳地由大約3至大約72小時,以及最佳由大約4至大約48小時。
關於各種各樣的具體例,該反應亦使用由大約1.1:1至25:1,較佳地由大約1.8:1至大約10:1,以及最佳由大約2:1至大約5:1莫耳的表鹵醇每酚羥基。此起始的反應,除非該催化劑為以化學計量或是更大的量來使用之鹼金屬氫氧化物或鹼土金屬氫氧化物,生產出鹵醇中間物,其接而與該鹼性的作用物質反應而將鄰位的鹵醇基團轉換成環氧化物基團。所生成的產物為環氧丙基醚化合物。關於環氧樹脂的製備細節係提供於U.S.專利第5,736,620號;由Lee和Neville之Handbookof Epoxy Resins,McGraw-Hill(1967);以及Journal of Applied Polymer Science,第23冊,第1355-1372頁(1972);以及U.S.專利第4,623,701號之中;其等之全體係以其等之整體併入本文中以做為參考資料。
關於各種各樣的具體例,可以使用來製備本揭示的組成物之適合的表鹵醇包括,舉例而言,表氯醇、表溴醇、表碘醇、甲基表氯醇、甲基表溴醇、甲基表碘醇以及其等之組合。作為表鹵醇最佳的為表氯醇。
一適合的鹼性的作用物質係使用來製備本揭示的聚環戊二烯化合物。適合的鹼性的作用物質包括,舉例而言,鹼金屬氫氧化物或鹼土金屬氫氧化物、碳酸鹽與碳酸氫鹽,以及其等之組合。特別適合的化合物包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、氫氧化鈣、氫氧化鋇、氫氧化鎂、氫氧化錳、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋰、碳酸鈣、碳酸鋇、碳酸鎂、碳酸錳、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸氫鎂、碳酸氫鋰、碳酸氫鈣、碳酸氫鋇、碳酸氫錳以及其等之組合。最佳的為氫氧化鈉或氫氧化鉀。關於涉及該聚環戊二烯多酚及/或二酚與鹼金屬氫化物的反應接著與表鹵醇的反應之方法,適合的鹼金屬氫化物包括,舉例而言,氫化鈉和氫化鉀,而氫化鈉為最佳的。
關於各種各樣的具體例,可以使用來製備的本揭示的聚環戊二烯化合物之適合的催化劑包括,舉例而言,銨鹵化物或是鏻鹵化物,例如,舉例而言,苄基三甲基氯化銨、苄基三甲基溴化銨、氯化四丁銨、溴化四丁銨、氯化四辛銨、溴化四丁銨、氯化四甲銨、溴化四甲銨、氯化四丁鏻、溴化四丁鏻、碘化四丁鏻、氯化四丁鏻、氯化乙三苯鏻、溴化乙三苯鏻、碘化乙三苯鏻以及其等之組合。
關於各種各樣的具體例,可以使用來製備本揭示的聚環戊二烯化合物之適合的溶劑包括脂族和芳族烴、脂族的之二級醇、鹵化的脂族烴、脂族醚、脂族腈、環醚、酮、醯胺、亞碸,以及其等之組合。特別適合的溶劑包括戊烷、己烷、辛烷、甲苯、二甲苯、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、N,N-二甲基甲醯胺、二甲亞碸、二乙醚、四氫呋喃、1,4-二烷、二氯甲烷、氯仿、二氯化乙烯、甲基氯仿、乙二醇二甲基醚、N,N-二甲基乙醯胺、乙腈、異丙醇、異丁醇、丙二醇一甲基醚,以及其等之組合。溶劑可以使用慣用的手段,例如,舉例而言,真空蒸餾,於該反應的完成予以移除。用於製備本揭示的聚環戊二烯化合物之一種可能的方法係於缺少一溶劑的情況下來進行,該處被使用於該反應中的表鹵醇,例如表氯醇,係以作用為溶劑和反應物二者的一量予以使用。
分析的方法,例如高壓液相層析法(HPLC),可以使用來監視聚環戊二烯多酚及/或二酚的反應同時中間產物,例如鹵醇,之形成以及本揭示的最終聚環戊二烯化合物。
本揭示的聚環戊二烯化合物之回收和純化可以使用各種的方法予以執行。舉例而言,可以使用重力過濾、真空過濾、離心、水清洗或是萃取、溶劑萃取、傾析、管柱層析、真空蒸餾、降膜式蒸餾、靜電合併,以及其他的加工方法及類似物。真空蒸餾為供用於較輕的沸騰餾份,舉例而言,未經使用的表鹵醇,之移除和回收一最佳的方法。此回收表氯醇供用於再循環。
寡聚物亦可以存在於本揭示的聚環戊二烯化合物之內。此等典型地由存在於聚環戊二烯多酚及/或二酚的前驅物之內的寡聚物組分之一環氧化作用引起的或是由環氧丙基醚部分的一部分之原位先進反應(advancement reaction)引起的。先進係特徵在於該環氧樹脂產物內之2-羥丙基醚的連接之形成(式IX的結構):
式IX
本揭示的聚環戊二烯化合物,以及其等之摻合物和慣用的環氧樹脂,可以使用來製備先進的環氧樹脂(可熱固性樹脂)及/或乙烯酯以及乙烯酯樹脂。舉例而言,本揭示的具體例可以包括本揭示的聚環戊二烯化合物與以下之摻合物、部分聚合的(B-階段的)產物,或是固化的(熱固)產物:一種雙(馬來亞醯胺)或聚(馬來亞醯胺);一種二氰酸酯或聚氰酸酯;一種二氰胺或聚氰胺;一環氧樹脂;一種可聚合的單、二,或聚(乙烯系不飽和)單體,包括乙烯苄基醚、烯丙基與烯丙氧基化合物以及其等之組合,。
本揭示的聚環戊二烯化合物亦可以配方以其他的樹脂,例如,但不限於聚胺甲酸酯樹脂、聚酯樹脂、環氧樹脂(譬如,如於此所提供的),以及其等之組合。於額外的具體例中,本揭示的聚環戊二烯化合物亦可以使用來作為共單體與其他的可熱固性單體。
關於各種各樣的具體例,本揭示的聚環戊二烯化合物亦可以使用於形成有用的加成物如同(a)環氧樹脂固化劑、(b)用於熱固性聚胺甲酸酯、聚脲胺甲酸酯,及聚異氰脲酸酯之反應物以及(c)用於聚胺甲酸酯、聚脲胺甲酸酯、聚異氰脲酸酯之製備有用的多元醇之起始劑。
本揭示的聚環戊二烯化合物,除其他的事以外,可以有用於製備經固化的組成物供用於結構或電子層合物及/或複合物、多層電子電路、積體電路封裝(例如"IC基板")、鎕線、模製、密封、鑄件、航太應用之複合物,及黏著劑。此外,本揭示的聚環戊二烯化合物可以找到效用如同,舉例而言,於塗料內有用之高度官能性的環氧樹脂固化劑,例如官能性的粉末塗料與其他的保護塗料,該處對於高的玻璃轉移溫度、耐溶劑性、耐磨性及/或韌性之需要可以是有利的。本揭示之經固化組成物亦可以以片料、薄膜、纖維或其他的成型的物件的形式來使用。
本揭示的具體例進一步包括使用本揭示的聚環戊二烯化合物予以製備的加成物。關於各種各樣的具體例,用本揭示的聚環戊二烯化合物來製備加成物允許聚環戊二烯的結構之物理與機械性質優點,以及經由高程度的官能性所給予的物理與機械性質優點被組合至該加成物。因而,當加成物使用於形成熱固物(包括環氧或聚胺甲酸酯類型二者)時,提高的玻璃轉移溫度、耐高溫、改善的防潮性與耐蝕性,以及提升的電氣性質,特別是耗散因子,由於聚環戊二烯的結構是預期得到的。
關於各種各樣的具體例,本揭示的加成物可以藉由本揭示的聚環戊二烯化合物之一或更多者(譬如,式I的化合物、式III的化合物,以及其等之組合)與一或更多個含氫化合物的反應來製備的,該含氫化合物每分子具有與環氧化物基團(例如於本揭示的聚環戊二烯化合物中含有的該等環氧化物基團)反應之更多的氫原子的一者。
關於加成物之被提議的最終用途包括無雙酚的應用、用於環氧樹脂為主的塗料之固化劑,尤其具有耐氣候性、耐溶劑性、防潮性、耐磨性,以及韌性之裝飾用和官能性的粉末塗料以及其他的保護塗料;用於環氧樹脂為主的電子或結構層合物或複合物之固化劑;繞線;模製;鑄件;密封;多層電子電路,積體電路封裝(例如”IC基板”);航太之複合物;黏著劑;及於帶有其他的固化劑或是樹脂摻合物的組成物例如,舉例而言,帶有一或更多個環氧樹脂之聚馬來亞醯胺及聚氰酸酯摻合物。
本揭示的加成物之進一步提議的用途包括熱固聚胺甲酸酯之製備,其等可以為氣泡(泡沫)或是非氣泡以及可以額外地包括添加劑,包括,舉例而言,填料、色素、染料、調流劑、增稠劑、強化劑、脫模劑、潤濕劑、安定劑、阻燃劑、界面活性劑以及其等之組合。使用本揭示的加成物予以製備的熱固聚胺甲酸酯可以有用於製備鑄件、模製塗料、結構泡沫、可撓泡沫、剛性泡沫,以及絕緣件在其他的結構之中。聚異氰脲酸酯泡沫代表一特別種類的剛性泡沫,其等可以使用本揭示的加成物來製備。聚異氰脲酸酯泡沫一般而言係藉由聚異氰酸酯和本揭示的加成物之催化性三聚合作用予以製備。
本揭示的加成物亦可以使用作為有用於製備聚胺甲酸酯、聚脲胺甲酸酯,及/或聚異氰脲酸酯之多元醇的起始劑。此外,該等加成物可以予以反應以提供可以接而使用來製備多元醇起始劑之組成物。
該含氫化合物,其係使用於本揭示內以與式I及/或式III的聚環戊二烯化合物反應來形成該加成物,包括每分子一或更多個反應性氫原子。該等反應性氫原子係與環氧化物基團,例如被包含於式I及式III的聚環戊二烯化合物之內的該等環氧化物基團(式II),反應的。
術語"反應性氫原子"當使用於此意指該氫原子係與環氧化物基團反應的。該反應性氫原子與其他的氫原子不同,包括,其等於形成該加成物的反應中與環氧化物基團為非反應性的,但是於使該加成物與一或更多環氧樹脂固化的一較晚的方法中可以為與環氧化物基團反應性的該等氫原子。
關於各種各樣的具體例,氫原子可以於形成該加成物的方法中與環氧化物基團為非反應性的,但是於固化該加成物之一較晚的方法中為反應性的。舉例而言,於較晚的方法中之此等反應可以為與具有其他的官能基之環氧樹脂,該等官能基與環氧化物基團為更多反應性的於所使用的固化反應的條件下,相比於形成該加成物的反應所使用的反應條件下。舉例而言,一含氫化合物可以具有2個不同的官能基,各個擁有至少一個反應性氫原子,伴隨一個官能基於所使用的反應條件下比起其他的為與環氧化物基團為固有地更多反應性的。此等反應的條件可以包括使用一催化劑,其有利於一個官能基的該(等)反應性氫原子與環氧化物基團之一反應超越其他的官能基的該(等)反應性氫原子與環氧化物基團之一反應。
其他的非反應性氫原子亦可以包括該等二級羥基(式IX)內的氫原子,其等形成於產生該加成物的方法中之環氧化物開環反應的期間。然而,為了使用於可熱固性聚胺甲酸酯組成物之製備,該等二級羥基係視為反應性的氫原子。
每分子包括一或更多個反應性氫原子的含氫化合物可以進一步包括脂族、環脂族或芳族基團於該含氫化合物內。脂族基團可以為分支的或是未分支的。脂族或環脂族基團亦可以為經飽和的或未經飽和的以及可以包括一或更多個取代基,其等對於製備本揭示的加成物的方法為惰性的(非反應性的),包括反應物和產物。取代基可以附著至一終端的碳原子或是可以為介於2個碳原子之間,取決於取代基的化學結構。此等惰性取代基之實例包括鹵素原子(較佳地氯或溴)、腈、硝基、烷氧基、酮基、醚(-O-)、硫醚(-S-),或是三級胺。芳族環,設若存在於該含氫化合物結構內,可以包括一或更多個雜原子,例如N、O、S以及類似物。
該含氫化合物之實例可以包括化合物,例如(a)二酚及多酚、(b)二羧酸及多羧酸、(c)二硫醇和多硫醇、(d)二胺及多胺、(e)一級單胺、(f)磺醯胺、(g)胺酚、(h)胺基羧酸、(i)含酚羥基羧酸、(j)對胺苯磺醯胺基、(k)單官能磷化合物以及(1)此等化合物的二或更多者之組合或是類似物。
二酚及多酚(a)之實例包括1,2-二羥苯(鄰苯二酚);1,3-二羥苯(間苯二酚);1,4-二羥苯(氫醌);4,4'-亞異丙基二酚(雙酚A);4,4'-二羥基二苯甲烷;3,3',5,5'-四溴雙酚A;4,4'-硫二酚;4,4'-磺醯基二酚;2,2'-磺醯基二酚;4,4'-二羥基二苯基醚;4,4'-二羥二苯甲酮;1,1'-雙(4-羥基苯基)-1-苯乙烷;3,3',5,5'-四氯雙酚A;3,3'-二甲氧雙酚A;3,3',5,5'-四甲基-4,4'-二羥基二苯;4,4'-二羥基聯苯;4,4'-二羥基-α-甲基二苯乙烯;4,4'-二羥苯甲醯胺苯;4,4'-二羥基二苯乙烯;4,4'-二羥基-α-氰基二苯乙烯;1,1-雙(4-羥基苯基)環己烷;1,4-二羥基-3,6-二甲苯;1,4-二羥基-3,6-二甲氧苯;1,4-二羥基-2-第三丁基苯;1,4-二羥基-2-溴-5-甲苯;1,3-二羥基-4-硝基酚;1,3-二羥基-4-氰基酚;參(羥基苯基)甲烷;二環戊二烯或其之一寡聚物及酚或經取代的酚的縮合產物以及其等之組合。
二羧酸及多羧酸(b)之實例包括4,4'-二羧基二苯甲烷;對酞酸;異酞酸;1,4-環己烷二羧酸;1,6-己二羧酸;1,4-丁二羧酸;二環戊二烯二羧酸;參(羧基苯基)甲烷;1,1-雙(4-羧基苯基)環己烷;3,3',5,5'-四甲基-4,4'-二羧基二苯;4,4'-二羧基-α-甲基二苯乙烯;1,4-雙(4-羧基苯基)-反環己烷;1,1'-雙(4-羧基苯基)環己烷;1,3-二羧基-4-甲苯;1,3-二羧基-4-甲氧苯;1,3-二羧基-4-溴苯以及其等之組合。
二硫醇和多硫醇(c)之實例包括1,3-苯二硫酚;1,4-苯二硫酚;4,4'-二巰基二苯甲烷;4,4'-二巰基二苯基醚;4,4'-二巰基-α-甲基二苯乙烯;3,3',5,5'-四甲基-4,4'-二巰基二苯;1,4-環己烷二硫酚;1,6-己二硫酚;2,2'-二巰基二乙醚;1,2-二巰基丙烷;雙(2-巰基乙基)硫化物;參(巰基苯基)甲烷;1,1-雙(4-巰基苯基)環己烷以及其等之組合。
二胺及多胺(d)之實例包括1,2-二胺苯;1,3-二胺苯;1,4-二胺苯;4,4'-二胺基二苯甲烷;4,4'-二胺基二苯碸;2,2'-二胺基二苯碸;4,4'-二胺基二苯基醚;3,3',5,5'-四甲基-4,4'-二胺二苯;3,3'-二甲基-4,4'-二胺二苯;4,4'-二胺基-α-甲基二苯乙烯;4,4'-二胺基苯甲醯胺苯;4,4'-二胺二苯乙烯;1,4-雙(4-胺苯基)-反環己烷;1,1-雙(4-胺苯基)環己烷;參(胺苯基)甲烷;1,4-環己烷二胺;1,6-己烷二胺;哌;伸乙二胺;二伸乙三胺(diethyletriamine);三伸乙四胺;四伸乙五胺;1-(2-胺基乙基)哌;雙(胺基丙基)醚;雙(胺丙基)硫化物;雙(胺基甲基)降烷、2,2'-雙(4-胺基環己基)丙烷以及其等之組合。
一級單胺(e)之實例包括苯胺;4-氯苯胺;4-甲基苯胺;4-甲氧基苯胺;4-氰苯胺;2,6-二甲苯胺;4-胺基二苯基醚;4-胺基二苯甲烷;4-胺基二苯硫醚;4-胺二苯甲酮;4-胺二苯;4-胺二苯乙烯;4-胺基-α-甲基二苯乙烯;甲胺;4-胺基-4'-硝基二苯乙烯;正己胺;環己胺;胺降烷以及其等之組合。
氨代表一特別種類之本揭示的含氫化合物。氨可以以液態氨(NH3
)及/或氫氧化銨(NH4
OH)的形式來使用。
磺醯胺(f)之實例包括苯磺醯胺;4-甲氧基苯磺醯胺;4-氯苯磺醯胺;4-溴苯磺醯胺;4-甲磺醯胺;4-氰基磺醯胺;2,6-二甲苯磺醯胺;4-磺醯胺基二苯基醚;4-磺醯胺基二苯甲烷;4-磺醯胺基二苯甲酮;4-磺醯基醯胺基二苯(4-sulfonylamidodiphenyl);4-磺醯胺基二苯乙烯;4-磺醯胺基-α-甲基二苯乙烯以及其等之組合。
胺酚之實例(g)包括鄰-胺酚;間-胺酚;對-胺酚;2-甲氧基-4-羥基苯胺;3,5-二甲基-4-羥基苯胺;3-環己基-4-羥基苯胺;2,6-二溴-4-羥基苯胺;5-丁基-4-羥基苯胺;3-苯基-4-羥基苯胺;4-(1-(3-胺基苯基)-1-甲基乙基)酚;4-(1-(4-胺基苯基)乙基)酚;4-(4-胺基苯氧基)酚;4-((4-胺基苯基)硫基)酚;(4-胺基苯基)(4-羥基苯基)甲酮;4-((4-胺基苯基)磺醯基)酚;4-(1-(4-胺基-3,5-二溴苯)-1-甲基乙基)-2,6-二溴酚;N-甲基-對-胺酚;4-胺基-4'-羥基-α-甲基二苯乙烯;4-羥基-4'-胺基-α-甲基二苯乙烯以及其等之組合。
胺基羧酸(h)之實例包括2-胺基苯甲酸;3-胺基苯甲酸;4-胺基苯甲酸;2-甲氧基-4-胺基苯甲酸;3,5-二甲基-4-胺基苯甲酸;3-環己基-4-胺基苯甲酸;2,6-二溴-4-胺基苯甲酸;5-丁基-4-胺基苯甲酸;3-苯基-4-胺基苯甲酸;4-(1-(3-胺基苯基)-1-甲基乙基)苯甲酸;4-(1-(4-胺基苯基)乙基)苯甲酸;4-(4-胺基苯氧基)苯甲酸;4-((4-胺基苯基)硫基)苯甲酸;(4-胺基苯基)(4-羧基苯基)甲酮;4-((4-胺基苯基)磺醯基)苯甲酸;4-(1-(4-胺基-3,5-二溴苯)-1-甲基乙基)-2,6-二溴苯甲酸;N-甲基-4-胺基苯甲酸;4-胺基-4'-羧基-α-甲基二苯乙烯;4-羧基-4'-胺基-α-甲基二苯乙烯;甘胺酸;N-甲甘胺酸;4-胺基環己烷甲酸;4-胺基己酸;4-哌啶甲酸;5-胺基酞酸以及其等之組合。
含酚羥基羧酸(i)之實例包括2-羥苯甲酸;3-羥苯甲酸;4-羥苯甲酸;2-甲氧基-4-羥苯甲酸;3,5-二甲基-4-羥苯甲酸;3-環己基-4-羥苯甲酸;2,6-二溴-4-羥苯甲酸;5-丁基-4-羥苯甲酸;3-苯基-4-羥苯甲酸;4-(1-(3-羥基苯基)-1-甲基乙基)苯甲酸;4-(1-(4-羥基苯基)乙基)苯甲酸;4-(4-羥基苯氧基)苯甲酸;4-((4-羥基苯基)硫基)苯甲酸;(4-羥基苯基)(4-羧基苯基)甲酮;4-((4-羥基苯基)磺醯基)苯甲酸;4-(1-(4-羥基-3,5-二溴苯)-1-甲基乙基)-2,6-二溴苯甲酸;4-羥基-4'-羧基-α-甲基二苯乙烯;4-羧基-4'-羥基-α-甲基二苯乙烯;2-羥苯乙酸;3-羥苯乙酸;4-羥苯乙酸;4-羥基苯基-2-環己烷羧酸;4-羥基苯氧基-2-丙酸以及其等之組合。
對胺苯磺醯胺基(j)之實例包括鄰對胺苯磺醯胺基;間-對胺苯磺醯胺基;對對胺苯磺醯胺基;2-甲氧基-4-胺基苯甲酸;2,6-二甲基-4-磺醯胺基-1-胺苯;3-甲基-4-磺醯胺基-1-胺苯;5-甲基-3-磺醯胺基-1-胺苯;3-苯基-4-磺醯胺基-1-胺苯;4-(1-(3-磺醯胺基苯基)-1-甲基乙基)苯胺;4-(1-(4-磺醯胺基苯基)乙基)苯胺;4-(4-磺醯胺基苯氧基)苯胺;4-((4-磺醯胺基苯基)硫基)苯胺;(4-磺醯胺基苯基)(4-胺基苯基)甲酮、4-((4-磺醯胺基苯基)磺醯基)苯胺;4-(1-(4-磺醯胺基-3,5-二溴苯)-1-甲基乙基)-2,6-二溴苯胺;4-磺醯胺基-1-N-甲基胺苯;4-胺基-4'-磺醯胺基-α-甲基二苯乙烯;4-磺醯胺基-4'-胺基-α-甲基二苯乙烯以及其等之組合。
(k)單官能磷化合物之實例包括9,10-二氫-9-氧-10-磷菲-10-氧化物(亦也知道為DOP);1,3,2-二氧磷雜環己烷(1,3,2-dioxaphosphorinane)、2-羥基-5,5-二甲基-;1,3,2-二氧磷雜環己烷;1,3,2-二氧磷雜環戊烷;1,3,2-二氧磷雜環戊烷、2-氧化物、5,5-二甲基-;1,3,2-苯并二氧磷雜環戊二烯(1,3,2-benzodioxaphosphole)、2-氧化物;1,3,2-苯并二氧磷雜環戊二烯;1,3,2-二氮磷啶(1,3,2-diazaphospholidine)、1,3-二甲基-;1,3,2-二氮磷啶,以及1,3-二甲基-、2-氧化物,尤其。單官能磷化合物之額外的實例亦可以於關於Gan之WO 2005/118604中發現到,其係併入本文中以做為參考資料。
於本揭示的另一個態樣,本揭示的加成物可以額外地由以下之至少一個反應產物所形成的:(1)式I及/或式III的聚環戊二烯化合物環氧,(2)該含氫化合物,以及(3)一樹脂化合物,該處該樹脂化合物包括除了式I及/或式III的聚環戊二烯化合物的一或更多環氧樹脂。
該環氧樹脂,其可以使用作為除了本揭示的聚環戊二烯化合物之樹脂化合物,可以為一含環氧化物的化合物,其具有每分子平均多於一個環氧化物基團。該環氧化物基團可以附著至一氧、一硫或是一氮原子或是附著於-CO-O-基團的碳原子之單一結合的氧原子。該氧、硫、氮原子,或是-CO-O-基團的碳原子可以附著至脂族、環脂族、多環脂族或芳族烴基團。該脂族、環脂族、多環脂族或芳族烴基團可以以一惰性的取代基予以取代,該等取代基包括,但不限於,鹵素原子,較佳地氟、溴或氯;硝基;或是該等基團可以附著至含有平均多於一個-(O-CHRa
-CHRa
)t
-基團之一化合物的終端碳原子,該處各個Ra
獨立地為一氫原子、一烷基,或是含有由1至2個碳原子的一鹵烷基,但有條件是只有一個Ra
基團可以為一鹵烷基,以及t具有由1至大約100的值,較佳地由1至大約20的值,更佳地由1至大約10的值,以及最佳由1至大約5的值。
可以使用作為該樹脂化合物的環氧樹脂之更特定的實例包括1,2-二羥苯(鄰苯二酚)的二環氧丙基醚;1,3-二羥苯(間苯二酚);1,4-二羥苯(氫醌);4,4'-亞異丙基二酚(雙酚A);4,4'-二羥二苯甲烷;3,3',5,5'-四溴雙酚A;4,4'-硫二酚;4,4’-磺醯基二酚;2,2'-磺醯基二酚;4,4'-二羥二苯基醚;4,4’-二羥二苯甲酮;1,1'-雙(4-羥基苯基)-1-苯乙烷;3,3'-5,5'-四氯雙酚A;3,3'-二甲氧雙酚A;4,4'-二羥基聯苯;4,4'-二羥基-α-甲基二苯乙烯;4,4'-二羥苯甲醯胺苯;4,4'-二羥基二苯乙烯;4,4'-二羥基-α-氰基二苯乙烯;N,N’-雙(4-羥基苯基)對酞醯胺;4,4'-二羥基偶氮苯;4,4'-二羥基-2,2'-二甲基氧偶氮苯;4,4'-二羥基二苯乙炔;4,4'-二羥基查酮;4-羥基苯基-4-羥苯甲酸酯;二丙二醇;聚(丙二醇);二乙醇硫醚;參(羥基苯基)甲烷的三環氧丙基醚;酚或經烷基或鹵素取代的酚-醛酸催化的縮合產物之聚環氧丙基醚(酚醛樹脂);4,4'-二胺二苯甲烷之四縮水甘油胺;4,4'-二胺二苯乙烯;N,N'-二甲基-4,4'-二胺二苯乙烯;4,4'-二胺苯甲醯胺苯;4,4'-二胺聯苯;二環戊二烯之或其之一寡聚物以及酚或一經烷基或鹵素取代的酚之縮合產物的聚環氧丙基醚;以及其等之組合。
可以使用作為該樹脂化合物的環氧樹脂亦可以包括一種先進的環氧樹脂。該先進的環氧樹脂可以為一環氧樹脂與含有芳族二羥基和芳族多羥基,或是含有羧酸的化合物的一先進反應之產物。於該先進反應中所使用的環氧樹脂可以包括適合用於該樹脂化合物(包含二環氧丙基醚或聚環氧丙基醚)之前述的環氧樹脂之一或更多者。
含有芳族二羥基和芳族多羥基或是含有羧酸的化合物之實例包括氫醌;間苯二酚;鄰苯二酚;2,4-二甲基間苯二酚;4-氯間苯二酚;四甲基氫醌;雙酚A;4,4'-二羥基二苯甲烷(4,4'-dihydroxydiphenyimethane);4,4'-硫二酚;4,4'-磺醯基二酚;2,2'-磺醯基二酚;4,4'-二羥基二苯基醚;4,4'-二羥二苯甲酮;1,1-雙(4-羥基苯基)-1-苯乙烷;4,4'-雙(4(4-羥基苯氧基)-苯碸)二苯醚;4,4'-二羥基二硫化二苯;3,3',3,5'-四氯-4,4'-亞異丙基二酚;3,3',3,5'-四溴-4,4'-亞異丙基二酚;3,3'-二甲氧-4,4'-亞異丙基二酚;4,4'-二羥基聯苯;4,4'-二羥基-α-甲基二苯乙烯;4,4'-二羥苯甲醯胺苯;雙(4-羥基苯基)對酞酸酯;N,N'-雙(4-羥基苯基)對酞醯胺;雙(4'-羥基聯苯)對酞酸酯;4,4'-二羥基苯基苯甲酸酯;雙(4'-羥基苯基)-1,4-苯二亞胺;1,1'-雙(4-羥基苯基)環己烷;間苯三酚;五倍子酚;2,2',5,5'-四羥基二苯碸;參(羥基苯基)甲烷;二環戊二烯二酚;參環戊二烯二酚;對酞酸;異酞酸;4,4'-苯甲醯胺苯二羧酸;4,4'-苯基苯甲酸酯二羧酸;4,4'-二苯乙烯二羧酸;己二酸以及其等之組合。
前面提及的先進環氧樹脂產物之製備可以使用知道的方法予以執行,舉例而言,環氧樹脂與具有每分子平均多於一個反應性氫原子之一或更多個適合的化合物之一先進反應,該處該反應性氫原子係與該環氧樹脂內之環氧化物基團反應的。
具有每分子平均多於一個反應性氫原子的化合物對該環氧樹脂之比率一般而言係由大約0.01:1至大約0.95:1,較佳地由大約0.05:1至大約0.8:1,以及更佳地由大約0.10:1至大約0.5:1當量的該反應性氫原子每當量的該環氧樹脂內之環氧化物基團。
除了前面提及的二羥基芳族及二羧酸的化合物之外,具有每分子平均多於一個反應性氫原子的化合物之實例亦可以包括二硫酚、二磺醯胺或是化合物,其等含有一個一級胺基或醯胺基團、二個二級胺基、一個二級胺基及一個酚羥基、一個二級胺基及一個羧酸基團,或是一個酚羥基及一個羧酸基團,以及其等之組合。
該先進反應可以於存在一溶劑的情況下或缺少一溶劑的情況下、伴隨應用熱及混合予以實施。該先進反應可以於大氣壓,超大氣壓或低大氣壓以及於由大約20℃至大約260℃,較佳地,由大約80℃至大約240℃,以及更佳地由大約100℃至大約200℃的溫度予以實施。
完成該先進反應所需要的時間係取決於因子,例如所使用的溫度、所使用之具有每分子多於一個反應性氫原子之化合物的化學結構,以及所使用的環氧樹脂之化學結構。更高的溫度可以需要較短的反應時間,反之更低的溫度需要較長的反應時間期間。一般而言,用於完成該先進反應的時間可以落在由大約5分鐘至大約24小時的範圍,較佳地由大約30分鐘至大約8小時的範圍,以及更佳地由大約30分鐘至大約4小時的範圍。
一催化劑亦可以添加於該先進反應中。催化劑之實例可以包括膦、四級銨化合物、鏻化合物以及三級胺。催化劑可以以該環氧樹脂的總重量為基準,以由大約0.01百分比至大約3百分比,較佳地由大約0.03百分比至大約1.5百分比,以及更佳地由大約0.05百分比至大約1.5重量百分比的的數量來使用。
關於有用於製備本揭示的樹脂化合物之先進的環氧樹脂的產物之一先進反應的其他細節係提供於U.S.專利第5,736,620號以及由前面提及的Henry Lee和Kris Neville之Handbook of Epoxy Resins中,併入本文中做為參考資料。
本揭示的加成物為本揭示的聚環戊二烯化合物、含氫化合物以及,選擇性地,樹脂化合物的一反應產物。
依據本揭示,一足夠量的聚環戊二烯化合物與樹脂化合物,設若使用,以及過量的含氫化合物係被提供於一反應混合物內來形成本揭示的加成物。於用於形成本揭示的加成物之反應(亦也提及為"加成物形成反應")的結束,於本揭示的聚環戊二烯化合物內之環氧化物基團之實質全體係與該含氫化合物內的反應性氫原子反應。未反應的含氫化合物可以於反應的結束予以部分地或完全地移除或是可以餘留作為該加成物產物的部分。
一般而言,含氫化合物和聚環戊二烯化合物的比率係由大約2:1至大約200:1,較佳地由大約3:1至大約100:1,以及更佳地由大約4:1至大約50:1當量的該含氫化合物內之反應性氫原子每當量的於該等聚環戊二烯化合物以及,設若使用,樹脂化合物中的環氧化物基團。
一催化劑可以使用來製備本揭示的加成物。催化劑之實例包括膦、四級銨化合物、鏻化合物、三級胺以及其等之組合。使用之催化劑之量,若有的話,係依所使用於製備加成物的特定反應物以及所使用之催化劑類型而定。一般而言,催化劑可以以該加成物的總重量為基準,以由0.01至約1.5重量百分比之量,以及較佳由約0.03至約0.75重量百分比之量來使用。
一或更多個溶劑可以存在於本揭示的加成物形成反應中。一溶劑或溶劑的存在可以改善反應物的溶解度或是,設若反應物係以一固體形式,溶解固體反應物為了容易與其他的反應物混合。溶劑的存在亦可以稀釋反應物的濃度該等俾以使加成物形成反應變溫和以致來控制由加成物形成反應所產生的熱或是來降低一反應物之有效的濃度,其可以依次影響該加成物產物的結構,舉例而言,生產帶有較少的寡聚物組分之一加成物。
溶劑可以對加成物形成反應為實質惰性的,包括對反應物、中間產物(若有的話),以及終產物為惰性的。於本揭示內有用之適合的溶劑之實例包括脂族、環脂族與芳族烴、鹵化的脂族與環脂族烴、脂族與環脂族二級醇、脂族醚、脂族腈、環醚、乙二醇醚(glycol ethers)、酯、酮、醯胺、亞碸以及其等之組合。溶劑之較佳的實例包括戊烷、己烷、辛烷、環己烷、甲基環己烷、甲苯、二甲苯、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環己酮、N,N-二甲基甲醯胺、二甲亞碸、二乙醚、四氫呋喃、1,4-二烷、二氯甲烷、氯仿、二氯化乙烯、甲基氯仿、乙二醇二甲基醚、N,N-二甲基乙醯胺、乙腈、異丙醇以及其等之組合。
溶劑可以使用慣用的手段,例如,舉例而言,真空蒸餾,於該加成物形成反應的完成予以移除。任擇地,溶劑亦可以被留在該加成物產物中以提供一溶劑型加成物,其可以以後再使用,舉例而言,於塗料或膜之製備期間。
加成物形成反應的條件可以取決於因子而變化,例如所使用的反應物之類型與量、所使用的催化劑之類型與量,若有的話,所使用的溶劑之類型與量,若有的話,以及所利用的反應物之添加方式。舉例而言,加成物形成反應可以於大氣壓(譬如760 mm Hg)、超大氣壓或低大氣壓以及於由大約0℃至大約260℃,及較佳地由大約20℃至大約200℃,以及更佳地由大約35℃至大約160℃的溫度予以實施。
完成加成物形成反應所需要的時間不僅僅取決於前面提及的因子,但是也取決於所使用的溫度。更高的溫度需要較短的時間期間,反之更低的溫度需要較長的時間期間。一般而言,完成加成物形成反應的時間較佳係由大約5分鐘至大約一週,更佳地由大約30分鐘至大約72小時,以及最佳由大約60分鐘至48小時。
加成物形成反應的時間和溫度可以對於本揭示的加成物之形成期間之組份的分佈具有顯著的影響。舉例而言,隨著更高的反應溫度、更長的反應時間,以及當該含氫化合物包括每分子只具有二個反應性氫原子的一材料時,加成物形成反應有利於帶有更多寡聚物組分之加成物的形成。加成物形成反應有利於帶有更多分支的或經交聯的組份之加成物的形成,當該含氫化合物包括每分子具有多於二個反應性氫原子的一材料時。
於進行加成物形成反應中,本揭示的聚環戊二烯化合物可以與該含氫化合物直接地混合在一起、以增量步驟添加至該含氫化合物,或是連續不斷地添加至該含氫化合物。此外,一或更多個溶劑可以最初添加至該等聚環戊二烯化合物及/或該含氫化合物,在混合該等聚環戊二烯化合物及該含氫化合物之前。設若使用該等聚環戊二烯化合物之增量添加,可以允許所添加的增量之全部或是一部份在添加接下去的增量之前反應。該等聚環戊二烯化合物之增量添加反應於過量的該含氫化合物一般而言有助於帶有較少量的寡聚物組分或是無寡聚物組分之加成物的形成。
各種的後處理可以適用至製備本揭示的加成物之方法俾以修飾:1)加成物之個別組分的量之分佈,2)加成物的反應性,及/或3)加成物的物理性質。
舉例而言,關於從該等聚環戊二烯化合物和環己胺(作為該含氫化合物)之間的一反應所製備的加成物,當大大化學計量過量的量之由環己胺所衍生之一級胺基與由該等聚環戊二烯化合物所衍生之環氧化物基團予以反應時,該反應可以導致帶有低含量的寡聚物組分之加成物的形成。所生成的加成物產物亦可以包括,作為加成物產物的一部份,高濃度的環己胺如同未反應的含氫化合物。於是,該加成物產物的後處理,例如真空蒸餾,可以使用來汽提去掉未反應的含氫化合物。
使用來修飾加成物組分之分佈之其他的後處理方法亦可以使用,例如,舉例而言,再結晶、層析分離、萃取、帶熔精煉法、結晶精煉法、降膜式蒸餾、刮膜式蒸餾、簡單蒸餾,包括旋轉蒸發、優先化學的衍生化和加成物的一或更多個組份之移除,以及其等之組合。
依據本揭示,聚環戊二烯化合物及/或先進產物(寡聚物)的更多者之一者與具有氫原子(其等係與環氧化物基團反應來形成本揭示的加成物)之一或更多個含氫化合物的反應涉及一開環反應。在開環反應的整個期間,於該環氧樹脂內的環氧化物基團係與該含氫化合物內的反應性氫原子反應以提供特徵性2-羥丙基的官能性作為介於該環氧樹脂之殘餘的結構以及該含氫化合物之剩餘的結構之間的連接。
本揭示的加成物之一實例為式I及/或式III的聚環氧丙基醚與環己胺(作為含氫化合物)的一反應產物。下列的理想的式X之加成物結構顯示出2-羥丙基的官能性作為式I的環氧樹脂之殘餘的結構以及含氫化合物之剩餘的結構之間的連接:
式X:
該含氫化合物可以選自於具有雙重的官能基之化合物,例如(f)磺醯胺、(g)胺酚、(h)胺基羧酸、(i)含酚羥基羧酸,以及(j)對胺苯磺醯胺基。此等的化合物可以使用來提供帶有不同的反應性之不同的官能基的加成物供用於固化環氧樹脂。此型的加成物之一實例為胺酚的化合物,對N-甲基胺基甲酚(作為含氫化合物),與式I及/或式III的聚環戊二烯化合物的一反應產物。該反應提供了帶有酚羥封端基團的加成物,當該反應係於溫和的條件下時,包括(a)沒有催化劑,(b)於低溫(譬如大約25℃至大約50℃),(c)歷時相對長的反應時間,(d)使用增量或是緩慢連續的添加之聚環氧丙基醚至大大化學計量過量的含氫化合物,以及(e)聚環氧丙基醚(A)和含氫化合物二者係於溶劑內。使用式I的環氧樹脂所製備之下列理想的式XI之加成物結構係顯示出含酚羥封端基團的加成物:
式XI:
亦可以使用一種有利於一個官能基超過另一者與該環氧化物基團之經催化的反應。舉例而言,當使用一包含至少2個不同的官能基(各個擁有至少一個反應性氫原子)之含氫化合物來形成本揭示的加成物時,可以使用一催化劑,其係有利於一型的官能基之反應性氫原子與環氧化物基團的反應超過其他類型的官能基之反應性氫原子與一環氧化物基團的反應。
該加成物亦可以包括至少一個寡聚物組分,其係由從本揭示之至少2個個別的聚環戊二烯化合物之環氧化物基團與各個分別的聚環戊二烯化合物(具有已經與該含氫化合物內的反應性氫原子反應的環氧化物基團之一者)之一反應所衍生的。
此型的加成物結構之一實例為式I的一聚環氧丙基醚和環己胺之一反應產物,如同由式XII的化合物所闡明的。下列理想的式XII之加成物結構顯示出該寡聚物組分係衍生自2個個別的聚環氧丙基醚之至少2個環氧化物基團,各個聚環氧丙基醚帶有已經與環己胺反應的環氧化物基團的一者:
式XII:
該加成物亦可以包括由下列反應的一者所衍生之至少一個分支的或經交聯的加成物結構:(1)介於來自本揭示的聚環戊二烯化合物(其已經加成於環氧樹脂之另一個環氧化物基團處)之環氧化物基團以及來自本揭示的加成物之一個2-羥丙基連接的羥基之間的一反應;或是(2)介於本揭示的3個個別的聚環戊二烯化合物與來自本揭示的含氫化合物的三個反應性氫原子之間的一反應。
以上的反應(1)的一實例為來自式I的聚環戊二烯化合物之聚環氧丙基醚和環己胺的加成物之羥基與來自第二個式I的聚環戊二烯化合物(其已經加成以環己胺於環氧化物基團的一者)之環氧化物基團的一反應。所生成的反應產物之化學結構係顯示為式XIII的一化合物如下:
式XIII:
以上的反應(2)的一實例為二伸乙三胺的加成物之胺基氫和式I的聚環戊二烯化合物的一反應,該處來自第二個式I的聚環戊二烯化合物之環氧化物基團已經與二伸乙三胺部分內之另一個胺基氫反應。所生成的反應產物之部分的化學結構係被顯示為式XIV的結構如下(僅顯示出來自環氧丙基醚基團和二伸乙三胺的反應之立即的結構):
式XIV:
此外,一些次要的結構可以存在於本揭示的加成物之內,舉例而言,由環氧樹脂內之環氧化物基團的水解所衍生之1,2-乙二醇基團,或是由添加表鹵醇至一中間物鹵醇分子的羥基所衍生之鹵甲基基團在形成環氧樹脂的方法之整個期間。
其他的次要結構可以是經由式I的聚環戊二烯化合物之加成物內的一主鏈羥基之一反應所形成的。舉例而言,二級羥基與存在於某些含氫化合物之內的一個羧酸基團的一反應,導致一主鏈酯連接之形成於該加成物內。
關於各種各樣的具體例,本揭示的可固化組成物可以包括(a)本揭示的加成物以及(b)環氧樹脂材料,其包含一或更多個樹脂化合物,一或更多個式I及/或式III的聚環戊二烯化合物,或是其等之混合物。如於此所討論的,本揭示的加成物之包括(1)式I及/或式III的聚環戊二烯化合物之至少一反應產物,(2)含氫化合物,以及選擇性地,(3)樹脂化合物。
關於各種各樣的具體例,本揭示的可固化組成物可以藉由混合本揭示的加成物與會有效地固化該可固化組成物的量之環氧樹脂材料來製備,以及了解到該量會取決於所使用之特定的加成物和樹脂化合物。
關於各種各樣的具體例,可以使用作為用於本揭示的可固化組成物之環氧樹脂材料的環氧樹脂可以為含環氧化物的化合物,其具有每分子平均多於一個環氧化物基團。環氧樹脂之實例包括該等環氧樹脂,其等係適合用於樹脂化合物,以及式I及/或式III的聚環戊二烯化合物,如於此所說明的。
一般而言,本揭示的加成物和環氧樹脂材料之比率係由大約0.60:1至大約1.50:1,以及較佳地由大約0.95:1至大約1.05:1當量的反應性氫原子存在於該加成物內每當量的環氧化物基團於該環氧樹脂材料內於所使用之供用於固化的條件。
本揭示之較佳的可固化組成物包括(1)本揭示的加成物以及(2)環氧樹脂材料,該處該環氧樹脂材料包括環氧樹脂的一或更多者,其等包括該等環氧樹脂,其等係適合用於本文中所說明的式I及/或式III的環氧樹脂,以及該加成物包括式I及/或式III的聚環戊二烯化合物和含氫化合物之至少一反應產物,如於此所討論的。該含氫化合物,舉例而言,包括脂族或環脂族二胺,脂族多胺或環脂族多胺,脂族或環脂族二羧酸,或脂族或環脂族胺基羧酸,二胺基羧酸,胺基二羧酸,或是二胺基二羧酸以及其等之組合。
關於各種各樣的具體例,固化本揭示的可固化組成物之方法可以於大氣壓(譬如760 mm Hg)、超大氣壓或低大氣壓以及於由大約0℃至大約300℃的溫度,較佳地由大約25℃至大約250℃的溫度,以及更佳地由大約50℃至大約200℃的溫度予以實施。
完成固化所需要的時間係取決於所使用的溫度。更高的溫度一般而言需要較短的時間期間,反之,更低的溫度一般而言需要的較長的時間期間。一般而言,完成固化所需要的時間係由大約1分鐘至大約48小時,較佳地由大約15分鐘至大約24小時,以及更佳地由大約30分鐘至大約12小時。
使本揭示的可固化組成物部分固化以形成一種B-階段的產物以及隨後過一段時間完全地固化該B-階段的產物也是可操作的。本揭示的可固化組成物亦可以包括一固化劑及/或一固化催化劑。
有用於該可固化組成物的固化劑及/或催化劑之實例包括脂族、環脂族、多環脂族或芳族一級單胺,脂族、環脂族、多環脂族或芳族一級和二級多胺、羧酸及其等之酸酐、含芳族羥化合物、咪唑、胍、脲-醛樹脂、三聚氰胺醛樹脂、烷氧化的脲-醛樹脂、烷氧化的三聚氰胺醛樹脂、醯胺胺、環氧樹脂加成物,以及其等之組合。
固化劑之特別佳的實例包括亞甲二苯胺;4,4'-二胺二苯乙烯;4,4'-二胺基-α-甲基二苯乙烯;4,4'-二胺基苯甲醯胺苯;二氰二胺;伸乙二胺;二伸乙三胺;三伸乙四胺;四伸乙五胺;尿素甲醛樹脂;三聚氰胺-甲醛樹脂;羥甲基化的尿素甲醛樹脂;羥甲基化的三聚氰胺-甲醛樹脂;雙酚,例如雙酚A;雙酚F(雙-4-羥苯基甲烷);雙酚S(雙-4-羥基苯碸);TBBA(四溴雙酚A);酚-甲醛酚醛樹脂;甲酚-甲醛酚醛樹脂;對胺苯磺醯胺基;二胺基二苯碸;二乙基甲苯二胺;第三丁基甲苯二胺;雙-4-胺基環己胺;異佛酮二胺;二胺環己烷;六亞甲基二胺、哌;1-(2-胺基乙基)哌;2,5-二甲基-2,5-己烷二胺;1,12-十二烷二胺;參-3-胺丙基胺;以及其等之組合。
固化催化劑之特別佳的實例包括三氟化硼、三氟化硼合乙醚、氯化鋁、氯化鐵、氯化鋅、四氯化矽、氯化錫、四氯化鈦、三氯化銻、三氟化硼單乙醇胺錯合物、三氟化硼三乙醇胺錯合物、三氟化硼哌啶錯合物、吡啶-硼烷錯合物、二乙醇胺硼酸酯、氟硼酸鋅、金屬丙烯酸酯(metallic acylates),例如辛酸亞錫或辛酸鋅以及其等之組合。
關於各種各樣的具體例,固化催化劑可以以會有效地固化該可固化組成物的一量來使用。固化催化劑之量亦可以依該可固化組成物中所使用的特定的加成物、環氧樹脂,以及固化劑,若有的話,而定。
一般而言,固化催化劑可以以由大約0.001至大約2重量百分比的總可固化組成物的一量來使用。此外,固化催化劑之一或更多者可以使用來加速或是以另外方式修飾該可固化組成物的固化方法。
固化劑可以結合該加成物來使用以固化該可固化組成物。經組合的固化劑和加成物的量係由大約0.60:1至大約1.50:1,以及較佳地由大約0.95:1至大約1.05:1當量之固化劑和該加成物內之集體地反應性氫原子。
關於各種各樣的具體例,可固化組成物亦可以摻合以至少一個添加劑,包括,舉例而言,一固化加速劑、一溶劑或稀釋劑、一修飾劑(例如一調流劑及/或一增稠劑)、一強化劑、一填料、一色素、一染料、一脫模劑、一潤濕劑、一安定劑、一阻燃劑、一界面活性劑,以及其等之組合。
關於各種各樣的具體例,添加劑可以摻合以加成物或是摻合以樹脂化合物或是摻合以加成物和樹脂化合物二者在使用於製備本揭示的可固化組成物之前。添加劑可以添加以官能上均等的量,舉例而言,色素及/或染料可以以會提供該組成物所欲的顏色之數量予以添加。一般而言,添加劑的量可以是由大約0至大約20百分比,較佳地由大約0.5至大約5百分比,以及更佳地由大約0.5至大約3重量百分比以該可固化組成物的總重量為基準。
關於各種各樣的具體例,於此可以使用的固化加速劑包括,舉例而言,單、二、三和四酚;氯化酚;脂族或環脂族單或二羧酸;芳族羧酸;羥苯甲酸;鹵化的水楊酸;硼酸;芳族磺酸;咪唑;三級胺;胺醇;胺吡啶;胺酚;巰基酚以及其等之組合。
特別適合的固化加速劑包括2,4-二甲酚;2,6-二甲酚;4-甲酚;4-第三丁基酚;2-氯酚;4-氯酚;2,4-二氯酚;4-硝基酚;1,2-二羥苯;1,3-二羥苯;2,2’-二羥基聯苯;4,4’-亞異丙基二酚;戊酸;草酸;苯甲酸;2,4-二氯苯甲酸;5-氯水楊酸;水楊酸;對-甲苯磺酸;苯磺酸;羥苯甲酸;4-乙基-2-甲基咪唑;1-甲基咪唑;三乙胺;三丁胺;N,N-二乙基乙醇胺;N,N-二甲基苄胺;2,4,6-參(二甲基胺基)酚;4-二甲基胺基吡啶;4-胺酚;2-胺酚;4-巰基酚以及其等之組合。
於此可以使用的溶劑或稀釋劑之實例包括,舉例而言,脂族和芳族烴、鹵化的脂族烴、脂族醚、脂族腈、環醚、乙二醇醚、酯、酮、醯胺、亞碸以及其等之組合。
特別適合的溶劑包括戊烷、己烷、辛烷、甲苯、二甲苯、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、N,N-二甲基甲醯胺、二甲亞碸、二乙醚、四氫呋喃;1,4-二烷、二氯甲烷、氯仿、二氯化乙烯、甲基氯仿、乙二醇二甲基醚、乙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、N-甲基吡咯啶酮(N-methylpyrrolidinone);N,N-二甲基乙醯胺、乙腈、環丁碸,以及其等之組合。
關於各種各樣的具體例,修飾劑,例如增稠劑和調流劑,可以以由0至大約10,較佳地,由大約0.5至大約6,以及更佳地由大約0.5至大約4重量百分比的量來使用,以該可固化組成物的總重量為基準。
於此可以使用的強化材料包括以以下的形式之天然的與合成的纖維:編織織物、墊子、單絲纖維、多絲纖維、單向的纖維、粗紗、無定向纖維或細絲、無機填料或晶鬚,或是空心球。其他適合的強化材料包括玻璃、碳、陶瓷、尼龍、嫘縈、棉、醯胺、石墨、聚烷撑對酞酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酯,以及其等之組合。
關於各種各樣的具體例,於此可以使用的填料包括,舉例而言,無機氧化物、陶瓷微球、塑膠微球、玻璃微球、無機晶鬚、碳酸鈣以及其等之組合。填料可以以由大約0至大約95,較佳地由大約10至大約80百分比,以及更佳地由大約40至大約60重量百分比的一量來使用,以該可固化組成物的總重量為基準。
該加成物亦可以使用於,舉例而言,塗料,尤其具有出色的耐溶劑性、防濕、耐磨,以及耐候性質之保護塗料。本揭示的加成物之其他的應用可以包括,舉例而言,電子或結構層合物或複合物、繞線、模製、鑄件、密封,以及類似物之製備。
下列的實施例為本揭示的例證,但是在任何方式下不會被解釋為限制其等之範疇。
除非以另外方式指示,所有的部分與百分比係以重量計。除非以另外方式明確說明,所使用之所有的儀器與化學品為商業上可得到的。
Rh(CO)2
(乙醯丙酮化物)(Rh(CO)2
acac)可得自於Strem Chemicals Inc.。
正丁基二苯膦可得自於Organometallics,Inc(E. Hampstead,NH,USA)。
二環戊二烯可得自於The Dow Chemical Co.。
合成氣可得自於Airgas Great Lakes,Inc.。
KBr板可得自於Sigma-Aldrich。
90%純度3-巰基丙烷-1-磺酸,鈉鹽可得自於Sigma-Aldrich。
鹽酸可得自於Sigma-Aldrich。
酚可得自於Sigma-Aldrich。
四氫
呋喃可得自於Sigma-Aldrich。
甲醇可得自於Sigma-Aldrich。
無水丙酮可得自於Sigma-Aldrich。
二氯甲烷可得自於Sigma-Aldrich。
Rh(CO)2
acac(35.1 mg;0.136 mmol)與正丁基二苯膦(0.33 g;1.36 mmol)(莫耳比L/Rh=10)配於二環戊二烯(70 g)內的一反應混合物係被製備於一沖洗箱中於乾的氮下,以及接而放置於一150 mL Parr反應器中且於20℃用1:1合成氣(1:1莫耳比CO:H2
)噴撒3次。該反應混合物接而被加熱至100℃於90 psi的合成氣之壓力下伴隨攪拌。來自反應混合物之產物形成係藉由氣相層析法(GC)[Agilent 6890]予以監視,該處所生成的混合物之最終GC分析顯示出二環戊二烯二醛(87面積%於GC在10.4-10.7分鐘(min))以及二環戊二烯單醛(6面積%於GC在5.6及6.0 min)。二環戊二烯反應物被完全地消耗。也觀察到在更高的滯留時間(21-22.5 min)之較高分子量的副產物之非常少的信號。該反應混合物之氣相層析/質譜(GC/MS)分析[Agilent 6890 GC和Agilent 5973質量選擇檢測器]支持所欲的二環戊二烯二醛(M+
=192)和經飽和的二環戊二烯單醛(M+
=164)之形成。
1
H NMR(δ,CDCl3
,ppm):1.2-2.8 m(17H,CH+CH2
),9.28-9.57 m(2H,CHO)。13
C NMR(δ,CDCl3
,ppm):23.66;23.81;24.35;25.90;25.97;27.82;27.97;29.45;29.63;40.65;40.92;41.03;41.38;45.42;45.50;45.58;45.64;45.70;46.07;46.11;48.36;48.65;49.17;53.17;53.21;54.57;202.86;202.89;202.92;202.95;203.03;203.07;203.09;203.14。
於一KBr板上之二環戊二烯二醛之一工整的薄膜之傅立葉轉換紅外光譜(FTIR,Nicolet Avatar 3700 DTGS FTIR(Thermo Electron Corporation))分析顯露出預期到之強的醛羰基伸縮於1720.4 cm-1
。獲得以97.7 g的量之如一棕色液體的產物。
將3-巰基丙烷-1-磺酸,鈉鹽添加至濃鹽酸(35.7%含水的,200 mL),其係予以磁性攪拌於一玻璃燒杯內。在覆蓋以一片Parafilm "M"(American National Can,Greenwich,CT)來避免攝入大氣濕度之後,將所生成的白色結晶質漿體攪拌歷時5分鐘接而過濾通過一介質燒結玻璃漏斗。將濾液予以旋轉蒸發以提供8.88 g的淺黃色黏結的固體產物,其係使用作為催化劑在沒有進一步加工的情況下。
將來自段落A(以上)的二環戊二烯二醛(48.06 g,0.25莫耳未校正)與熔化的酚(470.5 g,5.0莫耳)添加至一個1 L玻璃3頸圓底反應器。該反應器額外地配備以一環境溫度(22℃)冷凝器與一溫度計,二者均經由一克來森接頭固定至該反應器,加上一頂置氮入口,一帶有TeflonTM
(E. I. du Pont de Nemours)攪拌器葉片之玻璃攪拌軸,其係與一變速電動機偶合以提供機械攪拌,以及一恆溫控制加熱包。
頂置氮流(0.5 L每分鐘)開始,接著加熱,繼而攪拌。20分鐘後,溫度到達65℃,形成一清澈的淡黃色的溶液。於此時,開始添加3-巰基-1-丙烷磺酸的整分部分(所使用的總催化劑為1.95 g,0.05莫耳%有關於二環戊二烯二醛反應物)至經攪拌的溶液內。催化劑之起始的整分部分(0.39 g)引發最大的放熱至70℃在3分鐘之後,使該溶液變成為暗琥珀色。該加熱包係從該反應器予以移除,以及使一風扇接合來冷卻該反應器外部回到65℃。添加3-巰基-1-丙烷磺酸之第二整分部分(0.22 g),伴隨延續的冷卻。該催化劑之第二整分部分引發一放熱至66℃在添加1分鐘之後,伴隨冷卻回到65℃在額外的2分鐘之後。於此時,添加3-巰基-1-丙烷磺酸之第三整分部分(0.35 g)引發了一放熱至68℃ 2分鐘後。在額外的3分鐘之後,溫度已經冷卻回到65℃以及關掉冷卻風扇。添加3-巰基-1-丙烷磺酸之第四整分部分(0.24 g)且維持65℃的反應溫度。在5分鐘之後,添加3-巰基-1-丙烷磺酸之第五整分部分(0.37 g)且維持65℃的反應溫度接著減少至62.5℃於接下去的5分鐘期間。於此時,停止冷卻該反應器外部,把該加熱包放回於該反應器上,以及將3-巰基-1-丙烷磺酸之最終的整分部分(0.38 g)添加至暗琥珀色的溶液。
使反應溫度維持於65℃至66℃歷時接下去的22.25小時,在該時間的整個期間該反應的過程係經由HPLC分析予以密切注意[Hewlett Packard 1090液相層析儀,使用一Zorbax(Agilent) XDB-C8分析管柱(5 μ,4.6 x 150 mm)與一(Agilent) XDB-C8分析保護管柱(5 μ,4.6 x 12.5 mm)]。管柱係維持於層析烘箱中於40℃。使用乙腈與水(用0.05%含水的正磷酸來處理)作為洗提液以及起始以1.000 mL每分鐘的速率、各別地以70/30%溶液經由泵予以遞送,在5分鐘之後改變成90/10%溶液以及保持在那裡歷時接下去的15分鐘。所使用的乙腈為HPLC等級,100.0%純度(根據氣相層析法),及189 nm之UV截斷。所使用的正磷酸標稱為85%純的(實際的分析85.1%)。所使用的水為HPLC等級。用於樣品分析之二極體陣列偵測器設定在225 nm以及參考設定在550 nm。在1.6小時的反應之後,HPLC分析顯露出二環戊二烯二醛完全的轉化成產物之分佈,伴隨之後產物不多的改變。
於反應時間的結束,將該反應器內含物平均地分配至一對燒杯內,各含有3L的磁性攪拌的去離子(DI)水。攪拌停止在75分鐘之後以及允許燒杯的內含物靜置過夜。第二天,傾析各燒杯至500 mL的體積且傾析的含水產物處理為廢物。2個燒杯均用新鮮的DI水予以再裝滿至3.5 L的總體積,開始攪拌與加熱直到達成50℃為止,造成淡紅的琥珀色產物之黏性的帶狀物來形成於各燒杯的底部。停止攪拌與加熱以及允許燒杯的內含物靜置過夜。第二天,傾析各燒杯以移除水性產物處理為廢物。將沸騰DI水(1.5 L)添加至餘留於各燒杯內之深黃橙色的產物以及重新開始磁性攪拌伴隨加熱至沸騰。一旦達成沸騰,停止加熱以及攪拌持續隨產物漿體冷卻至20℃。一旦到達20℃,固體係藉由經由濾紙之傾析來收集。將固體添加至一個陶盤以及於真空烘箱中在100℃乾燥歷時16小時,移除、磨碎成一細微粉末以及於該真空烘箱中乾燥歷時額外的6.5小時以提供119.79 g的二環戊二烯多酚如同一芥末色黃色的粉末。
KBr小丸之FTIR分光光度分析顯露出醛羰基伸縮於1720.4 cm-1
之完全的消失伴隨強的芳族環吸光度於1610.9 cm-1
(肩於1595.7 cm-1
)及1510.0 cm-1
的出現,寬強的羥基O-H伸縮集中於3382.2 cm-1
,以及寬強的C-O伸縮於1226.7(肩於1170.7) cm-1
。HPLC分析顯露出所生成的二環戊二烯多酚包括12種組分,帶有包含27.9、4.2、6.8、11.0、21.6及22.2面積%之6種主要的組分。
將如上所討論所製備之二環戊二烯多酚(53.27克,0.40羥基當量,基於133.2標稱羥基當量重)以及表氯醇(277.7克,3.0莫耳)裝於一個1升、3頸玻璃圓底反應器。該反應器額外地裝備有一冷凝器(維持於0℃)、一溫度計、一克來森接頭、一頂置氮入口(1升每分鐘),以及一攪拌總成(TeflonTM
(E. I. du Pont de Nemours)攪拌器、玻璃軸、變速電動機)。將氫氧化鈉(14.4克,0.36莫耳)溶解於去離子水(57.6克)之內以形成一含水氫氧化鈉溶液。將含水氫氧化鈉溶液添加至一側臂開孔的添加漏斗以及接而附著至該反應器。
開始漿體之攪拌伴隨使用一恆溫控制加熱包之加熱。一旦經攪拌的漿體係於30℃,添加異丙醇(149.5克,35%重量之所使用的表氯醇)伴隨持續攪拌與加熱。一旦達成38℃,形成了一溶液以及去離子水(24.2克,8%重量之所使用的表氯醇)係藉由快速的逐滴添加予以添加。一旦達成50℃,開始從該側臂開孔的添加漏斗逐滴添加含水氫氧化鈉溶液,造成該溶液開始變成為琥珀紅色。持續的逐滴添加該含水氫氧化鈉於50℃使琥珀紅色溶液稍微地混濁。添加係在50分鐘的期間完成。在反應後25分鐘之後,攪拌停止以及允許該反應器內含物靜置。環氧化作用反應的進展係藉由高壓液相層析(HPLC)分析予以監視。
於靜置時間的結束,將該反應器內含物添加至一個分液漏斗。該水層係予以移除,丟棄為廢物以及回收有機層且添加回至該反應器之內。重新開始的加熱與攪拌重新建立了50℃溫度。開始逐滴添加溶解於去離子水(25.6克)之內的第二部分的氫氧化鈉(6.4克,0.16莫耳)以及完成於20分鐘的期間同時維持溫度於50℃。在反應後25分鐘之後,停止攪拌,允許該反應器內含物靜置歷時5分鐘於一分液漏斗內,水層係從產物予以移除,將稍微混濁的淡橙色的有機層添加回至該反應器之內,移動一樣品用於HPLC分析,重新開始的加熱與攪拌重新建立了50℃溫度。添加溶解於去離子水(8.0克)之內的第三部分的氫氧化鈉(2.0克,0.05莫耳),各別地,在10分鐘的期間以及使用第二次含水氫氧化鈉添加所使用的方法予以加工。在反應後25分鐘之後,接著從最終含水氫氧化鈉添加移除水層,有機層係用甲基異丁基酮(1升)予以稀釋以及用第二部分的(300毫升)去離子水予以清洗。水層係經由離心從產物予以解析。用去離子水(300毫升每清洗)之第三次和第四次清洗係使用首次清洗所使用的方法(解析水層及有機層係不需要任何離心的)予以完成。被回收的有機溶液係於裝填於一介質燒結玻璃漏斗內的矽藻土床之上用視需要所使用之甲基異丁基酮予以真空過濾而將產物由過濾床清洗至濾液中。使用75℃之最高油浴温度之有機層的旋轉蒸發移除了大多數的易揮發物。進一步的旋轉蒸發於150℃至0.23 mm Hg之最終的真空提供了49.02克稍微模糊狀的、淡黃琥珀色的固體在冷卻至23℃後。
氣相層析(GC)分析[Hewlett Packard 5890系列II氣相層析,使用一60m x 0.248mm x 0.25μm J&W GC管柱具有DB-1靜止相,火焰遊離偵檢器操作於300℃,300℃注射器温度,氦載體氣體流經由管柱係被維持於1.1 mL每分鐘,以及一起始的50℃烘箱溫度伴隨以12℃每分鐘加熱至300℃的最終溫度]顯露出實質所有的輕沸騰組份,包括剩餘的表氯醇,已經被移除。HPLC分析顯露出二環戊二烯多酚完全的轉化成聚環氧丙基醚。產物之一對的整分部分之滴定法展現出平均20.39%的環氧化物(211.06環氧化物當量重)。環氧樹脂之滴定法係由Jay,R.R.,"Direct Titration of Epoxy Compounds and Aziridines",Analytical Chemistry,36,3,667-668(3月,1964)所說明。簡單地說,於此方法之吾人的改寫本中,稱重的樣品(樣品重量落在由0.1-0.2 g的範圍使用3個小數位數的準確度之比例尺)係溶解於二氯甲烷(15 mL)之內接著添加配於醋酸(15 mL)之溴化四乙銨溶液。用3滴的結晶紫溶液(0.1% w/v配於醋酸)處理所生成的溶液係用配於醋酸之0.1N過氯酸予以滴定於一Metrohm 665 Dosimat滴定器(Brinkmann)上。由二氯甲烷(15 mL)和配於醋酸(15 mL)之溴化四乙銨溶液所組成的一空白試樣之滴定提供了溶劑背景之校正。
將來自實施例1的二環戊二烯多酚之聚環氧丙基醚(0.5755克,0.002727環氧化物當量)以及4,4'-二胺基二苯甲烷(0.1352克,0.002727-NH當量)稱重至一玻璃小瓶內以及一起徹底地磨碎成一均質的細微粉末。摻合物的部分(8.30和8.50毫克)之微差掃描熱量法(DSC)分析係於每分鐘35立方公分流動之氮氣流下使用每分鐘7℃的加熱速率從25℃至425℃予以完成。觀察到歸因於環氧化物基團與一級胺基氫之一反應的一放熱,具有平均84.1℃的開始,145.7℃極大值以及225.7℃終點伴隨著205.0焦耳每克之平均熱焓。觀察到歸因於環氧化物基團與所生成的二級胺基氫之一反應的一第二放熱,具有平均247.9℃的開始,368.6℃極大值以及409.7℃終點伴隨著200.8焦耳每克之平均熱焓。
將剩餘的可固化摻合物放置至一烘箱之中以及維持於100℃歷時1小時,繼而予以移動且立即放置至第2個烘箱之中並維持於150℃歷時1小時,以及最終予以移動且立即放置至第3個烘箱之中並維持於200℃歷時2小時接著緩慢冷卻持續30分鐘至室溫。熱固性樹脂為透明的、淡綠色的固體。摻合物的一部分(27.0毫克)之DSC分析係於每分鐘35立方公分流動之氮氣流下使用每分鐘10℃的加熱速率從25℃至300℃予以完成。獲得232.2℃的玻璃轉移溫度(Tg)伴隨輕微的放熱位移開始於274.0℃。第二次掃描係使用前述條件予以完成,導致250.2℃的Tg伴隨觀察到沒有剩餘的放熱度。
將來自實施例1的二環戊二烯多酚之聚環氧丙基醚(0.7639克,0.00362環氧化物當量和粉末化的(未加速)二氰二胺(0.0318克,4%重量之所使用的聚環氧丙基醚)稱重至一玻璃小瓶以及一起徹底地磨碎成一均質的細微粉末。摻合物的一部分(8.60毫克)之DSC分析係於每分鐘35立方公分流動之氮氣流下使用每分鐘7℃的加熱速率從25℃至350℃予以完成。觀察到歸因於環氧化物基團與二氰二胺之一反應的一放熱,具有160.5℃的開始,197.2℃極大值以及247.5℃終點伴隨著232.8焦耳每克之平均熱焓。
將剩餘的可固化摻合物放置至一烘箱之中且維持於100℃歷時1小時,繼而予以移動且立即放置至第2個烘箱之中並維持於150℃歷時1小時,以及最終予以移動且立即將放置至第3個烘箱之中並維持於200℃歷時2小時接著緩慢冷卻持續30分鐘至室溫。熱固性樹脂為模糊狀的、黃色固體。摻合物的一部分(21.4和24.0毫克)之DSC分析係於每分鐘35立方公分流動之氮氣流下使用每分鐘10℃的加熱速率從25℃至300℃予以完成。觀察到一平均實質放熱的位移開始於229.8℃。第二次掃描係使用前述條件予以完成,導致214.8℃的Tg伴隨觀察到之剩餘的放熱度開始於267.6℃。第三次掃描係使用前述條件予以完成,導致219.8的Tg伴隨觀察到之剩餘的放熱度開始於279.4℃。
二環戊二烯多酚之聚環氧丙基醚係使用實施例1的方法予以製備。環氧樹脂的整分部分之滴定展現出20.88%的環氧化物(206.085環氧化物當量重)。
將伸乙二胺(300.4克,20.0-NH當量)裝於一個具有磁性攪拌棒之1升、3頸、玻璃、圓底反應器。該反應器係額外地裝備有一冷凝器、帶有1升每分鐘氮流之一氮入口與一溫度計。於氮的氛圍下開始溶液的攪拌伴隨加熱,使用於該反應器內之一恆溫控制加熱包位。一旦經攪拌的溶液到達50℃,開始逐滴添加溶解於無水的四氫呋喃(50毫升)之內的來自以上的A節之二環戊二烯多酚之聚環氧丙基醚(4.12克,0.020環氧化物當量)以及在接下去的6小時期間予以完成同時維持50℃的反應溫度。
該溶液係保持於50℃歷時接下去的15.2小時。在冷卻至室溫之後,將回收的溶液使用100℃之最高油浴温度予以旋轉蒸發至12.8 mm Hg之最終的真空。產物係回收(5.39克)為一黃色、稍微地黏結的、固體。加成物之整分部分的滴定顯露出71.65的胺基氫當量重。
將來自實施例4A的二環戊二烯多酚之聚環氧丙基醚(0.3181克,0.001544環氧化物當量)以及來自實施例4B二環戊二烯多酚之聚環氧丙基醚的伸乙二胺加成物(0.1106克,0.001544-NH當量)使用一個4點天平(four place balance)稱重至一玻璃小瓶內。接而添加無水的四氫呋喃(2毫升)和無水甲醇(1毫升)。溫和地且徹底地攪拌小瓶的內含物以提供一均質的液體。於室溫之去揮發作用係於一真空烘箱中完成以提供一均質的、可固化的、粉末產物。
摻合物的部分(8.70和9.50毫克)之微差掃描熱量法(DSC)分析係於每分鐘35立方公分流動之氮氣流下使用每分鐘7℃的加熱速率從20℃至426℃予以完成。在該配方之固化的期間注意到一對寬闊的放熱:
第二次掃描係使用前述條件予以完成,導致230.02℃的平均Tg。第三次掃描導致221.60℃的平均Tg。第四次掃描導致225.91℃的平均Tg。於重覆的DSC分析觀察到沒有分解的證據。從DSC分析回收的樣品為一完全熔化的、透明、金色的固體。
將4,4'-亞異丙基二酚之二環氧丙基醚(0.3533克,0.001955環氧化物當量)和來自實施例4B的二環戊二烯多酚之聚環氧丙基醚的伸乙二胺加成物(0.1401克,0.001955-NH當量)使用一個4點天平稱重至一玻璃小瓶內。所使用的4,4'-亞異丙基二酚之二環氧丙基醚係來自The Dow Chemical Company之D.E.R.TM
383。接而添加無水甲醇(2毫升)。溫和地且徹底地攪拌小瓶的內含物以提供一均質的液體。於室溫之去揮發作用係於一真空烘箱中予以完成以提供一均質的、可固化的、液體產物。
摻合物的一部分(10.1毫克)之微差掃描熱量法(DSC)分析係於每分鐘35立方公分流動之氮氣流下使用每分鐘7℃的加熱速率從0℃至425℃予以完成。在該配方固化的期間注意到一對寬闊的放熱:
第二次掃描係使用前述條件予以完成,導致267.43℃之弱的Tg。於DSC分析觀察到沒有分解的證據。從DSC分析回收的樣品為一完全熔化的、透明、琥珀色的固體。
已經保持於室溫(20℃)之來自以上的A節之摻合物係在去揮發作用15分鐘之後予以交聯成一透明的、橡膠狀態、淡黃色的固體。在進一步處於20℃後,固體產物立即變成為剛性。
Claims (10)
- 一種式I的聚環戊二烯化合物:
- 一種式III的聚環戊二烯化合物:
- 如申請專利範圍第1與2項中任一項之聚環戊二烯化合物,該處n具有由0至2的一平均值。
- 如申請專利範圍第1與2項中任一項之聚環戊二烯化合物,該處該烯基為烯丙基且該烯基氧基為烯丙氧基。
- 如申請專利範圍第1與2項中任一項之聚環戊二烯化合物,該處該R基團為甲基且m為1或2。
- 如申請專利範圍第1與2項中任一項之聚環戊二烯化合物,該處m為0。
- 如申請專利範圍第1項之聚環戊二烯化合物,該處p具有0或1的值。
- 一種加成物,其係由如申請專利範圍第1與2項中任一項之聚環戊二烯化合物與一含氫化合物所製備者,該含氫化合物包括可與式II的該聚環戊二烯化合物之環氧化物基團反應的一或更多個氫原子。
- 如申請專利範圍第8項之加成物,該處該含氫化合物係選自於以下所構成的群組:一個二硫醇化合物、一個多硫醇化合物、一個二胺化合物、一個多胺化合物、一個胺化合物、一個一級單胺化合物、一個磺醯胺化合物、一個胺酚化合物、一個胺基羧酸化合物、一個含酚羥基 羧酸的化合物、一個對胺苯磺醯胺基化合物、一個氨化合物、一個單官能磷化合物,以及其等之組合。
- 如申請專利範圍第8與9項中任一項之加成物,其係進一步從式I的該聚環戊二烯化合物的一寡聚物以及該含氫化合物予以製備者,該處該一或更多個反應性氫原子可與式II的該聚環戊二烯化合物之環氧化物基團反應。
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