WO2016159218A1 - レゾール型変性フェノール樹脂組成物、その製造方法および接着剤 - Google Patents

レゾール型変性フェノール樹脂組成物、その製造方法および接着剤 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a resol type modified phenolic resin composition, a production method thereof, and an adhesive.
  • Resol type phenolic resin is a resin material with excellent mechanical properties, electrical properties and adhesiveness. Therefore, the resol type phenol resin is widely used as a binder resin for bonding materials serving as base materials of molded products in various technical fields. Various studies have been made on the resol type phenolic resin in order to improve the curing characteristics such as adhesive strength.
  • Examples of techniques that focus on improving the curing characteristics of resol type phenolic resins include the following.
  • Patent Document 1 a resol type phenol resin (A) having a short curing time and excellent adhesive strength, a polyvinyl butyral resin (B), a polyvalent metal salt (C), a metal salt of nitrous acid or An adhesive composition comprising an ester (D) of nitrous acid is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses a wet friction plate adhesive containing a resol-type phenolic resin and nitrate or nitric acid, which exhibits excellent adhesive strength.
  • the present invention provides a resol-type modified phenolic resin composition capable of realizing high adhesive strength in a short adhesion time, a method for producing the same, and an adhesive containing such a resol-type modified phenolic resin composition.
  • the molecular structure has a structural unit A represented by the following general formula (1) modified by dimethylphenols and a structural unit B represented by the following general formula (2).
  • a resol type modified phenolic resin composition comprising a resol type modified phenolic resin is provided.
  • m is an integer of 1 or more.
  • R is a methylol group.
  • m is 2 or more, R is independently a hydrogen atom or methylol.
  • at least one R is a methylol group.
  • n is an integer of 1 or more.
  • R is a methylol group.
  • R is independently a hydrogen atom or methylol.
  • at least one R is a methylol group.
  • a first step of obtaining a first reaction product by reacting phenols other than dimethylphenol with an aldehyde in the presence of a basic catalyst and the first reaction product
  • a method for producing a resol-type modified phenolic resin composition which comprises reacting a product with dimethylphenol in the presence of a basic catalyst to obtain a resol-type modified phenolic resin.
  • mold modified phenol resin composition is provided.
  • a resol-type modified phenolic resin composition capable of realizing high adhesive strength in a short adhesion time, a method for producing the same, and an adhesive containing such a resol-type modified phenolic resin composition.
  • the resol type modified phenolic resin composition according to the present embodiment (hereinafter also referred to as a resol type phenolic resin composition) is a structural unit represented by the following general formula (1) modified with dimethylphenol in the molecular structure.
  • a resol type modified phenol resin having A and a structural unit B represented by the following general formula (2) is included.
  • the resol type modified phenol resin contained in the composition of the present invention has a structural unit A having a dimethylphenol skeleton in the structure of a general resol type phenol resin composed of the structural unit B.
  • this resol type phenolic resin composition contains a resol type modified phenolic resin containing a structural unit A having two methyl groups as electron donating groups, and therefore, compared with a conventional resol type phenolic resin composition.
  • the reactivity is excellent.
  • the resin composition of the present invention contains a resol-type modified phenol resin containing the structural unit A having two methyl groups that are electron donating groups as described above, the crosslinking density when the resin is thermoset. It is also possible to improve. Therefore, according to the resol type phenol resin composition of the present invention, it is possible to realize high adhesive strength in a short adhesion time as compared with the conventional resol type phenol resin composition.
  • m is an integer of 1 or more.
  • R is a methylol group.
  • R is independently a hydrogen atom or methylol. And at least one R is a methylol group.
  • n is an integer of 1 or more.
  • R is a methylol group.
  • R is independently a hydrogen atom or methylol. And at least one R is a methylol group.
  • the resol type modified phenolic resin contained in the above resol type modified phenolic resin composition is obtained by reacting phenols containing dimethylphenols with aldehydes.
  • the resol type modified phenolic resin of the present invention includes a structural unit A having a dimethylphenol skeleton in addition to a structural unit B which is a structure of a general resol type phenolic resin.
  • dimethylphenols from which structural unit A can be derived include 2,3-dimethylphenol, 2,4-dimethylphenol, 2,5-dimethylphenol, 2,6-dimethylphenol, and 3,4-dimethylphenol.
  • 3,5-dimethylphenol is preferable from the viewpoint of the reactivity of the resulting resin, the structural stability during heating, and the like accompanying the bulkiness of the methyl group as a substituent.
  • the obtained resol type modified phenol resin has a structural unit C represented by the following formula (3) modified with 3,5-dimethylphenol.
  • m is an integer of 1 or more.
  • R is a methylol group.
  • R is independently a hydrogen atom or methylol. And at least one R is a methylol group.
  • the resol type modified phenolic resin of the present invention comprises a structural unit A and a structural unit B.
  • phenols from which the structural unit B can be derived include cresols such as phenol, o-cresol, m-cresol, and p-cresol.
  • the resol-type modified phenolic resin is in addition to the structural unit A derived from the dimethylphenol represented by the general formula (1) and the structural unit B derived from the phenol represented by the formula (2), You may have the structural unit derived from other phenols.
  • phenols include: ethyl phenols such as o-ethylphenol, m-ethylphenol and p-ethylphenol; butylphenols such as isopropylphenol, butylphenol and p-tert-butylphenol; p-tert-amylphenol Alkylphenols such as p-octylphenol, p-nonylphenol and p-cumylphenol; halogenated phenols such as fluorophenol, chlorophenol, bromophenol and iodophenol; p-phenylphenol, aminophenol, nitrophenol and dinitrophenol Monohydric phenol substitutes such as trinitrophenol and monovalent phenols such as 1-nap
  • This resol type modified phenolic resin composition has all the phenolic hydroxyl groups contained in the resol type modified phenolic resin from the viewpoint of the balance of reactivity during heating, mechanical strength of the cured product and production cost of the cured product.
  • the dimethylphenol modification rate is preferably 3% or more and 50% or less, more preferably It is 3% or more and 40% or less, and most preferably 3% or more and 35% or less.
  • the present resol-type modified phenolic resin composition is preferably in a liquid form from the viewpoint of handleability.
  • the case where the present resol type phenol resin composition is in a liquid form will be described as an example.
  • the resol-type modified phenolic resin contained in the resin composition of the present invention is obtained by reacting various phenols including dimethylphenol with aldehydes in a basic catalyst.
  • various phenols that are raw materials for the production of the resol type modified phenolic resin are as described above.
  • the method for producing the present resole-type modified phenolic resin composition comprises a first step of obtaining a first reaction product by reacting phenols other than dimethylphenol with an aldehyde, and a first reaction product, A second step of reacting dimethylphenol with a dimethylphenol in the presence of a basic catalyst to obtain a resol-type modified phenol resin is included.
  • the phenols used in the first step are as described above as the phenols from which the structural unit B is derived.
  • the dimethylphenols used in the second step are as described above as the dimethylphenols from which the structural unit A is derived.
  • aldehydes that are raw materials for producing resol type modified phenolic resins include formaldehyde, paraformaldehyde, trioxane, acetaldehyde, propionaldehyde, polyoxymethylene, chloral, hexamethylenetetramine, furfural, glyoxal, n-butyl.
  • the basic catalyst used for producing the resol-type modified phenolic resin include alkali metal or alkaline earth metal hydroxides such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide; sodium carbonate, Carbonates such as calcium carbonate; oxides such as lime; sulfites such as sodium sulfite; phosphates such as sodium phosphate; ammonia, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, hexamethylenetetramine, pyridine And the like.
  • alkali metal or alkaline earth metal hydroxides such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide
  • sodium carbonate Carbonates such as calcium carbonate
  • oxides such as lime
  • sulfites such as sodium sulfite
  • phosphates such as sodium phosphate
  • ammonia trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, hexamethylenetetramine, pyridine And
  • the amount of dimethylphenol used in the second step is preferably based on 100 parts by weight of phenol excluding the dimethylphenol from the viewpoint of improving the reactivity and curability of the resulting resol type modified phenolic resin. Is 5 to 100 parts by weight, more preferably 5 to 50 parts by weight. By setting it to the above lower limit value or more, a sufficient curability improving effect of the obtained resol type modified phenol resin can be obtained. Moreover, by setting it as the said upper limit or less, it is possible to reduce the usage-amount of expensive dimethylphenol, and can obtain the resol type modified phenol resin excellent in practicality from a viewpoint of cost.
  • the total amount (P) of various phenols including dimethylphenols used in the above production method and the amount (F) of aldehydes are mols from the viewpoint of improving the adhesive strength of the obtained resol type modified phenolic resin.
  • the ratio-converted (F / P) value is preferably 0.8 or more and 3 or less, and more preferably 1 or more and 2.5 or less.
  • the amount of the basic catalyst used in the production method is preferably 0.01 mol or more with respect to 1 mol of various phenols including dimethylphenol from the viewpoint of reducing the amount of unreacted phenols and aldehydes. 1 mol or less, and more preferably 0.05 mol or more and 0.5 mol or less. Since the synthesis reaction time of the resol type modified phenol resin can be shortened by setting it to the above lower limit or more, a resol type modified phenol resin having excellent productivity can be realized. Moreover, since it can prevent that the reaction rate of the synthesis reaction of resol type
  • the content of unreacted phenols (free phenol) contained in the resol type modified phenolic resin is preferably less than 5% by mass, more preferably 3% by mass with respect to the total amount of the resol type modified phenolic resin. %.
  • reaction solvent used in the first reaction step and the second reaction step described above water is generally used, but an organic solvent may be used.
  • organic solvents include alcohols, ketones, aromatics and the like.
  • alcohols include methanol, ethanol, propyl alcohol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, glycerin and the like.
  • ketones include acetone and methyl ethyl ketone.
  • aromatics include toluene and xylene.
  • the present resol type modified phenolic resin composition may contain at least one elastomer selected from the group consisting of polyvinyl butyral resin, nitrile butadiene rubber, styrene butadiene rubber and epoxy resin in addition to the above-mentioned resol type modified phenolic resin. preferable.
  • the content of the elastomer described above is preferably 1% by weight or more and 20% by weight or less, more preferably, based on the total amount of the present resole type phenol resin composition, from the viewpoint of improving the mechanical properties of the resulting cured product. Is 2% by weight or more and 10% by weight or less.
  • the flexibility of the resin composition can be improved, and when the resin composition is used as an adhesive, the adhesive strength can be improved.
  • it can reduce content of the elastomer inferior to heat resistance by setting it as the said upper limit or less, as a result, the resin composition excellent in the viewpoint of heat resistance is realizable.
  • the present resole type phenol resin composition may further contain resorcins.
  • resorcins include methylresorcins such as resorcin, 2-methylresorcin, 5-methylresorcin, 2,5-dimethylresorcin, 4-ethylresorcin, 4-chlororesorcin, 2-nitroresorcin, 4- Bromoresorcin, 4-n-hexylresorcin and the like can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more. Especially, it is preferable to use 1 or more types selected from the group which consists of resorcin and methyl resorcinol from a viewpoint of the manufacturing cost and moldability of a resin composition.
  • the content of the resorcins described above is preferably 0.01% by weight or more and 10% by weight or less, more preferably, based on the total amount of the resole-type phenol resin composition, from the viewpoint of improving the curing characteristics of the cured product. Is 0.02 wt% or more and 5 wt% or less. By setting it to the above lower limit or more, it is possible to improve the curability of the resin composition. Moreover, since it can suppress that a crosslinking density falls by setting it as the said upper limit or less, the resin composition excellent in the viewpoint of a hardening characteristic and adhesive strength is realizable.
  • the resol type phenolic resin composition can be provided as a solution in an organic solvent from the viewpoint of improving the handleability.
  • organic solvents include alcohol organic solvents such as methanol, ethanol, isopropanol and butanol, ketone organic solvents such as acetone, methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone, aromatic hydrocarbon solvents such as toluene and ethylbenzene, and the like. A mixture is mentioned.
  • This resol type phenolic resin composition can be used as an adhesive for bonding the friction material and the base material.
  • the base material which used fibers such as natural fiber, a metal fiber, carbon fiber, a chemical fiber, individually or 2 types or more is mentioned.
  • the friction material include those manufactured by mixing a fiber base material, a filler, and a binder containing the above-described adhesive, and thermoforming the obtained mixture.
  • the fiber base described above include inorganic fibers such as steel fibers, copper fibers, glass fibers, ceramic fibers, and potassium titanate fibers, and organic fibers such as aramid fibers and cellulose fibers. These may be used alone or in combination of two or more. Especially, it is preferable that organic fibers, such as an aramid fiber, are included.
  • filler examples include inorganic fillers such as diatomaceous earth, calcium carbonate, calcium hydroxide, barium sulfate, mica, abrasive, carion and talc, organic fillers such as cashew dust and rubber dust, graphite, trisulfide Lubricants such as antimony, molybdenum disulfide and zinc disulfide are listed. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, it is preferable to use an inorganic filler.
  • inorganic fillers such as diatomaceous earth, calcium carbonate, calcium hydroxide, barium sulfate, mica, abrasive, carion and talc
  • organic fillers such as cashew dust and rubber dust, graphite, trisulfide Lubricants such as antimony, molybdenum disulfide and zinc disulfide are listed. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, it is preferable to use an inorganic filler.
  • the present resol type phenolic resin composition can also be used as a production raw material for producing molded products such as grinding stones, castings, rubber molded products, adhesive tapes, felts, mold materials, refractories, and heat insulating agents.
  • a filler may be appropriately added to and mixed with the present resol type phenolic resin composition according to the use of the molded product.
  • each molded article can be obtained by heat-kneading this resol type phenol resin composition and shape
  • mixing may be performed by kneading machines alone, such as a roll, a kneader, and a twin screw extruder, for example, and may be performed by combining a roll and another kneading machine.
  • the resol type phenol resin composition When the present resol type phenol resin composition is in the form of powder, the resol type phenol resin composition can be used for the uses shown in the following (1) to (13).
  • the resol type phenolic resin composition has abrasive grains, inorganic filler, organic filler, silica sand, curing agent, coupling agent, rubber, base material, solvent, pigment, fiber, surface active before use. It is preferable to add a filler such as an agent, a flocculant, a hair material, a foaming agent, glass, an aggregate, carbon, and an acid by a dry mix.
  • the dry mix means mixing the powdery resol type phenolic resin composition and the filler without melting each.
  • each component when dry-mixing this resol type phenolic resin composition and a filler, each component may be heated, but an aspect such as heat kneading in which any one is melted and kneaded is not used.
  • Resin material for obtaining a grindstone such as a general grinding wheel, heavy grinding grindstone, cutting grindstone, offset grindstone, glass cloth processing, diamond grindstone or the like.
  • a resin material for obtaining abrasive cloth such as abrasive cloth, abrasive paper, disc sandpaper, and abrasive bubbling.
  • Shell mold method (cold coat, semi-hot coat, dry hot coat), organic self-hardness (cold box, phenol urethane, phenol acid cured, linolecure, furan, organic acid ester), hot box, shell adhesive, coating material Resin material for obtaining castings.
  • Resin materials for obtaining friction materials such as brake linings, clutch facings, disk pads, paper clutch facings, and brakes.
  • Rubber such as rubber reinforcement, hot melt adhesive, adhesive tape, rubber adhesive compound, rubber latex compound, tack fire, pressure sensitive adhesive, metal adhesive compound, rubber vulcanization, sealing material, etc. Resin material.
  • a resin material for obtaining an electrical insulating material such as a capacitor coating or an insulating varnish.
  • Resin materials for obtaining paints and printing inks such as paint bases, oil-modified paints, furniture paints, metal can paints, printing inks, offset printing, dyeing assistants, and photoresists.
  • Resin materials for obtaining organic materials such as felt, phenol foam, wood powder molding, phenol resin fiber, hard board, particle board, reinforced wood, and insulation board.
  • Resin material for obtaining pulp-impregnated products such as beater addition, battery separator, air filter, oil filter.
  • the obtained resol-type modified phenolic resin had a structural unit derived from 3,5-dimethylphenol and a structural unit derived from phenol in the molecular structure.
  • the obtained resol type modified phenolic resin was mixed with a solution prepared by dissolving 29 parts by weight of polyvinyl butyral resin in 78 parts by weight of methanol and 6 parts by weight of toluene, and 391 parts by weight of an adhesive (resol type modified phenolic resin composition) was added. Obtained.
  • Example 2 Except that 3 parts by weight of resorcin was added to the adhesive (resole-type modified phenolic resin composition) of Example 1 to obtain an adhesive (resole-type modified phenolic resin composition), the same as in Example 1 The method was adopted.
  • Example 3 A resole modified phenolic resin and an adhesive (resole modified phenolic resin composition) were prepared in the same manner as in Example 1 except that 5 parts by weight of 3,5-dimethylphenol was used.
  • the obtained resol-type modified phenolic resin had a structural unit derived from 3,5-dimethylphenol and a structural unit derived from phenol in the molecular structure.
  • Example 4 A resole modified phenolic resin and an adhesive (resole modified phenolic resin composition) were prepared in the same manner as in Example 1 except that 50 parts by weight of 3,5-dimethylphenol was used.
  • the obtained resol-type modified phenolic resin had a structural unit derived from 3,5-dimethylphenol and a structural unit derived from phenol in the molecular structure.
  • resol type phenol resin and an adhesive were prepared in the same manner as in Example 1 except that 3,5-dimethylphenol was not used.
  • the obtained resol type phenol resin had a structural unit derived from phenol in the molecular structure, but did not have a structural unit derived from 3,5-dimethylphenol.
  • -Adhesive strength After apply
  • Curability 2.5 mL of the adhesive of the example or comparative example was dropped on a die heated to 165 ° C., and the curast torque was measured by gelling the adhesive while visually confirming. Thereafter, the curability of the adhesive was evaluated with the 90% torque arrival time as the curing completion time. The unit is minutes.
  • Dimethylphenol modification rate The value obtained by dividing the parts by weight of 3,5-dimethylphenol used in the production of the resol type modified phenolic resin by the total of the parts by weight of 3,5-dimethylphenol and phenol was multiplied by 100. The value was calculated as the dimethylphenol modification rate. The unit is%.

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Abstract

 本発明によれば、ジメチルフェノール類によって変性された下記一般式(1)で表される構造単位Aと、下記一般式(2)で表される構造単位Bと、を有するレゾール型変性フェノール樹脂を含むレゾール型変性フェノール樹脂組成物が提供される。(式(1)において、mは、1以上の整数である。mが1である場合、Rは、メチロール基である。mが2以上である場合、Rは独立して、水素原子またはメチロール基であり、かつ少なくとも1つのRがメチロール基である。)(式(2)において、nは、1以上の整数である。nが1である場合、Rは、メチロール基である。nが2以上である場合、Rは独立して、水素原子またはメチロール基であり、かつ少なくとも1つのRがメチロール基である。)

Description

レゾール型変性フェノール樹脂組成物、その製造方法および接着剤
 本発明は、レゾール型変性フェノール樹脂組成物、その製造方法、および接着剤に関するものである。
 レゾール型フェノール樹脂は、機械的特性、電気的特性および接着性に優れた樹脂材料である。そのため、レゾール型フェノール樹脂は、種々の技術分野において、成形品の基材となる材料同士を結合させるバインダー樹脂として広く用いられている。このレゾール型フェノール樹脂については、接着強度等の硬化特性を改善すべく、従来から種々の検討がなされてきた。
 レゾール型フェノール樹脂の硬化特性の向上に着目した技術として、たとえば、以下のものがある。
 特許文献1には、硬化時間が短く、優れた接着強度を有したレゾール型フェノール樹脂(A)と、ポリビニルブチラール樹脂(B)と多価の金属塩(C)と、亜硝酸の金属塩または亜硝酸のエステル(D)とを含む接着剤組成物が開示されている。
 特許文献2には、優れた接着強度を示す、レゾール型フェノール樹脂と、硝酸塩又は硝酸とを含む湿式摩擦板用接着剤が開示されている。
特開2014―24881号公報 特開2006―83892号公報
 しかしながら、近年レゾール型フェノール樹脂の硬化特性について要求される技術水準は、ますます高くなっている。特に、近年では、機械的特性に優れた成型品を短時間で効率よく作製する観点から、短い硬化時間で優れた接着強度を実現できるレゾール型フェノール樹脂が要求されている。
 そこで、本発明は、高い接着強度を短い接着時間で実現することが可能なレゾール型変性フェノール樹脂組成物及びその製造方法、かかるレゾール型変性フェノール樹脂組成物を含む接着剤を提供する。
 本発明によれば、分子構造中に、ジメチルフェノール類によって変性された下記一般式(1)で表される構造単位Aと、下記一般式(2)で表される構造単位Bと、を有するレゾール型変性フェノール樹脂を含むレゾール型変性フェノール樹脂組成物が提供される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
(式(1)において、mは、1以上の整数である。mが1である場合、Rは、メチロール基である。mが2以上である場合、Rは独立して、水素原子またはメチロール基であり、かつ少なくとも1つのRがメチロール基である。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
(式(2)において、nは、1以上の整数である。nが1である場合、Rは、メチロール基である。nが2以上である場合、Rは独立して、水素原子またはメチロール基であり、かつ少なくとも1つのRがメチロール基である。)
 さらに、本発明によれば、塩基性触媒の存在下、ジメチルフェノール類を除くフェノール類とアルデヒド類とを反応させて、第1の反応生成物を得る第1の工程と、前記第1反応生成物と、ジメチルフェノール類とを、塩基性触媒の存在下、反応させて、レゾール型変性フェノール樹脂を得る第2の工程と、を含むレゾール型変性フェノール樹脂組成物の製造方法が提供される。
 さらに、本発明によれば、上記レゾール型変性フェノール樹脂組成物を含む、接着剤が提供される。
 本発明によれば、高い接着強度を短い接着時間で実現することが可能なレゾール型変性フェノール樹脂組成物及びその製造方法、かかるレゾール型変性フェノール樹脂組成物を含む接着剤を提供できる。
<レゾール型変性フェノール樹脂組成物>
 本実施形態に係るレゾール型変性フェノール樹脂組成物(以下、レゾール型フェノール樹脂組成物ともいう。)は、分子構造中にジメチルフェノール類によって変性された下記一般式(1)で表される構造単位Aと、下記一般式(2)で表される構造単位Bとを有するレゾール型変性フェノール樹脂を含む。言い換えると、本発明の組成物に含まれるレゾール型変性フェノール樹脂は、構造単位Bからなる一般的なレゾール型フェノール樹脂の構造中に、ジメチルフェノール骨格を有する構造単位Aを有する。このように、本レゾール型フェノール樹脂組成物は、電子供与基であるメチル基を2つ有する構造単位Aを含むレゾール型変性フェノール樹脂を含むものであるが故、従来のレゾール型フェノール樹脂組成物と比べて反応性が優れる。また、本発明の樹脂組成物は、上述したように電子供与基であるメチル基を2つ有する構造単位Aを含むレゾール型変性フェノール樹脂を含むため、当該樹脂を熱硬化させた際における架橋密度を向上させることも可能である。したがって、本発明のレゾール型フェノール樹脂組成物によれば、従来のレゾール型フェノール樹脂組成物と比べて高い接着強度を短い接着時間で実現することが可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
(式(1)において、mは、1以上の整数である。mが1である場合、Rは、メチロール基である。mが2以上である場合、Rは独立して、水素原子またはメチロール基であり、かつ少なくとも1つのRがメチロール基である。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
(式(2)において、nは、1以上の整数である。nが1である場合、Rは、メチロール基である。nが2以上である場合、Rは独立して、水素原子またはメチロール基であり、かつ少なくとも1つのRがメチロール基である。)
 上記レゾール型変性フェノール樹脂組成物に含まれるレゾール型変性フェノール樹脂は、ジメチルフェノール類を含むフェノール類とアルデヒド類とを反応させて得られる。
 本発明のレゾール型変性フェノール樹脂は、一般的なレゾール型フェノール樹脂が有する構造である構造単位Bに加え、ジメチルフェノール骨格を有する構造単位Aを含む。構造単位Aが誘導され得るジメチルフェノール類の具体例としては、2,3-ジメチルフェノール、2,4-ジメチルフェノール、2,5-ジメチルフェノール、2,6-ジメチルフェノール、3,4-ジメチルフェノールおよび3,5-ジメチルフェノール等が挙げられる。中でも、置換基であるメチル基の嵩高さに伴う、得られる樹脂の反応性、加熱時の構造安定性等の観点から、3,5-ジメチルフェノールが好ましい。この場合、得られるレゾール型変性フェノール樹脂は、3,5-ジメチルフェノールによって変性された下記式(3)で表される構造単位Cを有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
(式(3)において、mは、1以上の整数である。mが1である場合、Rは、メチロール基である。mが2以上である場合、Rは独立して、水素原子またはメチロール基であり、かつ少なくとも1つのRがメチロール基である。)
 好ましい実施形態において、本発明のレゾール型変性フェノール樹脂は、構造単位Aと構造単位Bとからなる。
 構造単位Bが誘導され得るフェノール類の具体例としては、フェノール、o-クレゾール、m-クレゾール、p-クレゾール等のクレゾール類が挙げられる。
 また、上記レゾール型変性フェノール樹脂は、上述した一般式(1)で表されるジメチルフェノール類に由来する構造単位Aおよび式(2)で表されるフェノール類に由来する構造単位Bに加え、他のフェノール類に由来する構造単位を有していてもよい。かかるフェノール類の具体例としては、o-エチルフェノール、m-エチルフェノール、p-エチルフェノール等のエチルフェノール類;イソプロピルフェノール、ブチルフェノール、p-tert-ブチルフェノール等のブチルフェノール類;p-tert-アミルフェノール、p-オクチルフェノール、p-ノニルフェノール、p-クミルフェノール等のアルキルフェノール類;フルオロフェノール、クロロフェノール、ブロモフェノール、ヨードフェノール等のハロゲン化フェノール類;p-フェニルフェノール、アミノフェノール、ニトロフェノール、ジニトロフェノール、トリニトロフェノール等の1価フェノール置換体:及び、1-ナフトール、2-ナフトール等の1価のフェノール類;レゾルシン、アルキルレゾルシン、ピロガロール、カテコール、アルキルカテコール、ハイドロキノン、アルキルハイドロキノン、フロログルシン、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ジヒドロキシナフタリン等の多価フェノール類などが挙げられる。これらを単独あるいは2種以上を混合して使用してもよい。中でも、硬化物の機械的強度を高める観点から、フェノール、クレゾール類およびビスフェノールAからなる群より選択されるいずれか1種以上であることが好ましい。また、フェノール類は、樹脂を製造する工程における取り扱い性の観点から、後述する有機溶媒に可溶であることが好ましい。
 本レゾール型変性フェノール樹脂組成物は、加熱時の反応性、硬化物の機械的強度および硬化物の製造コスト等のバランスの観点から、レゾール型変性フェノール樹脂に含まれるフェノール性水酸基を有するすべての構造単位における上記一般式(1)で表される構造単位Aの割合をジメチルフェノール変性率とした時、かかるジメチルフェノール変性率が、好ましくは、3%以上50%以下であり、さらに好ましくは、3%以上40%以下であり、最も好ましくは、3%以上35%以下である。上記下限値以上とすることで、レゾール型変性フェノール樹脂の十分な硬化性向上効果が得られる。また、上記上限値以下とすることで、レゾール型変性フェノール樹脂の製造において高価なジメチルフェノール類の使用量を低減させることが可能であり、それによりコストの観点から実用性に優れたレゾール型変性フェノール樹脂を得ることができる。
 ここで、本レゾール型変性フェノール樹脂組成物は、取り扱い性の観点から、液状の形態であることが好ましい。以下、本レゾール型フェノール樹脂組成物が液状の形態である場合を例に挙げて説明する。
 本発明の樹脂組成物に含まれるレゾール型変性フェノール樹脂は、塩基性触媒下、ジメチルフェノール類を含む各種フェノール類と、アルデヒド類とを反応させて得られる。レゾール型変性フェノール樹脂の製造のための原料である各種フェノール類の具体例は上述した通りである。
 次に、本レゾール型変性フェノール樹脂組成物の製造方法について説明する。
 本レゾール型変性フェノール樹脂組成物の製造方法は、ジメチルフェノール類を除くフェノール類とアルデヒド類とを反応させて、第1の反応生成物を得る第1の工程と、第1反応生成物と、ジメチルフェノール類とを、塩基性触媒の存在下、反応させてレゾール型変性フェノール樹脂を得る第2の工程を含む。
 上記第1の工程において用いられるフェノール類は、構造単位Bが由来するフェノール類として上述したとおりである。
 上記第2の工程において用いられるジメチルフェノール類は、構造単位Aが由来するジメチルフェノール類として上述したとおりである。
 レゾール型変性フェノール樹脂を製造するための原料であるアルデヒド類の具体例としては、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、トリオキサン、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ポリオキシメチレン、クロラール、ヘキサメチレンテトラミン、フルフラール、グリオキザール、n-ブチルアルデヒド、カプロアルデヒド、アリルアルデヒド、ベンズアルデヒド、クロトンアルデヒド、アクロレイン、テトラオキシメチレン、フェニルアセトアルデヒド、o-トルアルデヒド、サリチルアルデヒド等が挙げられる。これらは、単独で使用してもよいし、2種類以上組み合わせて使用してもよい。また、これらアルデヒド類の前駆体あるいはこれらのアルデヒド類の溶液を使用することも可能である。中でも、製造コストの観点から、ホルムアルデヒド水溶液を使用することが好ましい。
 レゾール型変性フェノール樹脂を製造するために使用される塩基性触媒の具体例としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等のアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の水酸化物;炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム等の炭酸塩;石灰等の酸化物;亜硫酸ナトリウム等の亜硫酸塩;リン酸ナトリウム等のリン酸塩;アンモニア、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ヘキサメチレンテトラミン、ピリジン等のアミン類が挙げられる。
 上記第2の工程に使用するジメチルフェノール類の量は、得られるレゾール型変性フェノール樹脂の反応性および硬化性を向上させる観点から、当該ジメチルフェノール類を除くフェノール類100重量部に対して、好ましくは、5重量部以上100重量部以下であり、さらに好ましくは、5重量部以上50重量部以下である。上記下限値以上とすることで、得られるレゾール型変性フェノール樹脂の十分な硬化性向上効果が得られる。また、上記上限値以下とすることで、高価なジメチルフェノール類の使用量を低減させることが可能であり、コストの観点から実用性に優れたレゾール型変性フェノール樹脂を得ることができる。
 また、上記製造方法に用いられるジメチルフェノール類を含む各種フェノール類の合計量(P)と、アルデヒド類の量(F)は、得られるレゾール型変性フェノール樹脂の接着強度を向上させる観点から、モル比換算した(F/P)の値が、好ましくは、0.8以上3以下であり、さらに好ましくは1以上2.5以下である。上記下限値以上することで、レゾール型変性フェノール樹脂の熱硬化の際に十分な架橋密度を実現することができるため、より一層接着強度を向上させることが可能となる。また、上記上限値以下とすることで、その接着性が損なわれる程度まで架橋密度が向上することが防がれるため、結果として、接着強度が優れたレゾール型変性フェノール樹脂を得ることができる。
 また、本製造方法において使用する塩基性触媒量は、未反応のフェノール類及びアルデヒド類量を低減する観点から、ジメチルフェノール類を含む各種フェノール類1モルに対し、好ましくは、0.01モル以上1モル以下であり、さらに好ましくは、0.05モル以上0.5モル以下である。上記下限値以上とすることで、レゾール型変性フェノール樹脂の合成反応時間を短縮することができるため、生産性が優れたレゾール型変性フェノール樹脂を実現することができる。また、上記上限値以下とすることで、レゾール型変性フェノール樹脂自体の合成反応の反応速度が急激に上昇することを防ぐことができるため、樹脂組成物を安定した品質で得ることができる。
 また、レゾール型変性フェノール樹脂に含まれる未反応フェノール類(遊離フェノール)の含有量は、当該レゾール型変性フェノール樹脂全量に対して、好ましくは、5質量%未満であり、さらに好ましくは、3質量%未満である。未反応フェノール類が上記範囲内であることにより、フェノール成分の揮発を抑制することが可能となり、良好な作業環境を提供することができる。また、未反応フェノール類(遊離フェノール)の含有量が上記上限値以下である場合、本レゾール型変性フェノール樹脂を製造する際に、煩雑な手順を要する脱モノマー処理を行う必要がなくなる。
 上述した第1の反応工程および第2の反応工程において使用する反応溶媒としては、水が一般的であるが、有機溶媒を使用してもよい。かかる有機溶媒の具体例としては、アルコール類、ケトン類、芳香族類等が挙げられる。そして、かかるアルコール類の具体例としては、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、グリセリン等が挙げられる。また、ケトン類の具体例としては、アセトン、メチルエチルケトン等が挙げられる。芳香族類の具体例としては、トルエン、キシレン等が挙げられる。
 本レゾール型変性フェノール樹脂組成物は、上述したレゾール型変性フェノール樹脂に加え、ポリビニルブチラール樹脂、ニトリルブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴムおよびエポキシ樹脂からなる群より選択される1種以上のエラストマを含むことが好ましい。こうすることで、可とう性及び靱性等の機械的特性が優れた硬化物を得ることが可能な接着剤を実現することができる。
 上述したエラストマの含有量は、得られる硬化物の機械的特性を向上させる観点から、本レゾール型フェノール樹脂組成物全量に対して、好ましくは、1重量%以上20重量%以下であり、さらに好ましくは、2重量%以上10重量%以下である。上記下限値以上とすることで、樹脂組成物の柔軟性が向上され得、樹脂組成物を接着剤として用いた場合、接着強度を向上させることができる。また、上記上限値以下とすることで、耐熱性に劣るエラストマの含有量を低減できるため、結果として、耐熱性という観点において優れた樹脂組成物を実現することができる。
 また、本レゾール型フェノール樹脂組成物は、レゾルシン類をさらに含有していてもよい。こうすることで、当該本レゾール型フェノール樹脂組成物の硬化速度をより一層向上させることができる。かかるレゾルシン類の具体例としては、レゾルシン、2-メチルレゾルシン、5-メチルレゾルシン、2,5-ジメチルレゾルシン等のメチルレゾルシン類、4-エチルレゾルシン、4-クロロレゾルシン、2-ニトロレゾルシン、4-ブロモレゾルシン、4-n-ヘキシルレゾルシンなどが挙げられる。これらは、単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。中でも、樹脂組成物の製造コストと成型性の観点から、レゾルシン、メチルレゾルシン類からなる群より選択される1種以上を用いることが好ましい。
 上述したレゾルシン類の含有量は、硬化物の硬化特性を向上させる観点から、本レゾール型フェノール樹脂組成物全量に対して、好ましくは、0.01重量%以上10重量%以下であり、さらに好ましくは、0.02重量%以上5重量%以下である。上記下限値以上とすることで、樹脂組成物の硬化性を向上させることが可能である。また、上記上限値以下とすることで、架橋密度が低下することを抑制できるため、硬化特性および接着強度の観点において優れた樹脂組成物を実現することができる。
 また、レゾール型フェノール樹脂組成物は、その取り扱い性を向上させる観点から、有機溶媒中の溶液として提供され得る。かかる有機溶媒の具体例としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノールなどのアルコール系有機溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン系有機溶媒、トルエン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素溶媒及びこれらの混合物が挙げられる。
 次に、本レゾール型フェノール樹脂組成物の用途について説明する。
 本レゾール型フェノール樹脂組成物は、摩擦材と基材とを接着するための接着剤として使用することができる。なお、かかる基材の具体例としては、天然繊維、金属繊維、炭素繊維、化学繊維などの繊維類を単独又は2種以上使用した基材が挙げられる。ここで、かかる摩擦材としては、繊維基材と、充填剤と、上述した接着剤を含む結合材とを混合し、得られた混合物を熱成形することによって製造されたもの等が挙げられる。上述した繊維基材の具体例としては、スチール繊維、銅繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、チタン酸カリウム繊維等の無機繊維、アラミド繊維、セルロース繊維等の有機繊維が挙げられる。これらは、単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。中でも、アラミド繊維等の有機繊維を含むことが好ましい。上述した充填剤の具体例としては、珪藻土、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、硫酸バリウム、雲母、アブレーシブ、カリオンおよびタルク等の無機充填剤、カシューダストおよびラバーダスト等の有機充填剤、グラファイト、三硫化アンチモン、二硫化モリブデンおよび二硫化亜鉛等の潤滑材が挙げられる。これらは、単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。中でも、無機充填剤を使用することが好ましい。
 本レゾール型フェノール樹脂組成物は、砥石、鋳物、ゴム成形品、粘着テープ、フェルト、型材、耐火物および保温剤等の成型品を作製するための製造原料としても使用することができる。この場合、本レゾール型フェノール樹脂組成物には、成型品の用途に応じて、適宜、充填剤を添加混合してもよい。また、本レゾール型フェノール樹脂組成物を上述した用途で使用する場合、各成型品は本レゾール型フェノール樹脂組成物を加熱混練して所望の形状に成形することにより得ることができる。なお、上記加熱混練は、たとえば、ロール、コニーダおよび二軸押出し機等の混練機単独で行ってもよく、ロールと他の混練機とを組み合わせて行ってもよい。
 本レゾール型フェノール樹脂組成物が粉末状の形態である場合、当該レゾール型フェノール樹脂組成物は、以下の(1)~(13)に示す用途で使用することが可能である。この場合、本レゾール型フェノール樹脂組成物には、使用前に、砥粒、無機充填材、有機充填材、珪砂、硬化剤、カップリング剤、ゴム、基材、溶剤、顔料、繊維、界面活性剤、凝集剤、毛材料、発泡剤、ガラス、骨材、カーボン、酸等の充填剤を、ドライミックスにより添加しておくことが好ましい。ここで、ドライミックスとは、粉末状の本レゾール型フェノール樹脂組成物と充填剤とを、それぞれ溶融することなく混合することを示している。なお、本レゾール型フェノール樹脂組成物と充填剤とを、ドライミックスする際に、それぞれの成分を加熱してもよいが、いずれかを溶融させて混練する加熱混練のような態様は、用いない。
(1)一般研削砥石、重研削砥石、切断砥石、オフセット砥石、ガラスクロス処理用、ダイヤモンド砥石等の砥石を得るための樹脂材料。
(2)研磨布、研磨紙、ディスクサンドペーパー、研磨バブ等の研磨布紙を得るための樹脂材料。
(3)シェルモールド法(コールドコート、セミホットコート、ドライホットコート)、有機自硬性(コールドボックス、フェノールウレタン、フェノール酸硬化、リノキュア、フラン、有機酸エステル)、ホットボックス、シェル接着剤、塗型材等の鋳物を得るための樹脂材料。
(4)ブレーキライニング、クラッチフェーシング、ディスクパッド、ペーパークラッチフェーシング、制輪子等の摩擦材を得るための樹脂材料。
(5)ゴム補強、ホットメルト接着剤、粘着テープ、ゴム系接着剤配合、ゴムラテックス配合、タッキファイヤー、感圧接着剤、金属接着剤配合、ゴム加硫、シーリング材等のゴムを得るための樹脂材料。
(6)コンデンサー被覆、絶縁ワニス等の電気絶縁材を得るための樹脂材料。
(7)塗料用ベース、油変性塗料、家具用塗料、金属缶用塗料、印刷インキ、オフセット印刷、染色助剤、フォトレジスト等の塗料・印刷インキを得るための樹脂材料。
(8)フェルト、フェノール発泡、木粉成形、フェノール樹脂繊維、ハードボード、パーティクルボード、強化木、インシュレーションボード等の有機材料を得るための樹脂材料。
(9)ビーター添加、バッテリーセパレーター、エアーフィルター、オイルフィルター等のパルプ含浸製品を得るための樹脂材料。
(10)ガラス繊維製品(マット、保温筒)、ロックウール・スラグウール製品、釣竿等の無機繊維結合品を得るための樹脂材料。
(11)不定形材(マッド材、吹付材、スタンプ材、投げ込み材、圧入材、キャスタブル)、定形材(塩基性不焼成、炭珪焼成、スライディングノズル、浸漬ノズル)、押湯保温材、タンディッシュボード、骨材一次結合材、坩堝等の耐火物製品を得るための樹脂材料。
(12)合板(特類)、集成材、パネル接着剤等の木工接着剤を得るための樹脂材料。
(13)不滲透性炭素製品、炭素質シーリング材、電刷子、摺動材、活性炭、耐食目地剤、エポキシ樹脂硬化剤、注型、フェノールFRP等のその他の製品を得るための樹脂材料。
 以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
 以下、本発明を実施例および比較例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
<実施例1>
 撹拌装置、還流冷却器及び温度計を備えた反応装置に、フェノール100重量部、37%ホルマリン水溶液117重量部(F/Pモル比=1.2)、30%アンモニア水溶液4重量部を添加し、還流条件下で40分間反応させた。その後、91kPaの減圧条件下で脱水を行いながら系内の温度が70℃に達したところでメタノールを20重量部、3,5-ジメチルフェノールを15重量部加えて、80℃で3時間反応させた。次いで、メタノールを7重量部、トルエンを15重量部加えることにより、レゾール型変性フェノール樹脂を得た。得られたレゾール型変性フェノール樹脂は、分子構造中に、3,5-ジメチルフェノールに由来する構造単位と、フェノールに由来する構造単位と、を有したものであった。
 得られたレゾール型変性フェノール樹脂を、ポリビニルブチラール樹脂29重量部をメタノール78重量部とトルエン6重量部で溶解させた溶液に混合して接着剤(レゾール型変性フェノール樹脂組成物)391重量部を得た。
<実施例2>
 実施例1の接着剤(レゾール型変性フェノール樹脂組成物)に対してレゾルシン3重量部を添加して接着剤(レゾール型変性フェノール樹脂組成物)を得た点以外は、実施例1と同様の方法を採用した。
<実施例3>
 3,5-ジメチルフェノールを5重量部用いた点以外は、実施例1と同様の方法でレゾール型変性フェノール樹脂と接着剤(レゾール型変性フェノール樹脂組成物)を作製した。得られたレゾール型変性フェノール樹脂は、分子構造中に、3,5-ジメチルフェノールに由来する構造単位と、フェノールに由来する構造単位と、を有したものであった。
<実施例4>
 3,5-ジメチルフェノールを50重量部用いた点以外は、実施例1と同様の方法でレゾール型変性フェノール樹脂と接着剤(レゾール型変性フェノール樹脂組成物)を作製した。得られたレゾール型変性フェノール樹脂は、分子構造中に、3,5-ジメチルフェノールに由来する構造単位と、フェノールに由来する構造単位と、を有したものであった。
<比較例1>
 3,5-ジメチルフェノールを用いなかった点以外は、実施例1と同様の方法でレゾール型フェノール樹脂と接着剤(レゾール型フェノール樹脂組成物)を作製した。なお、得られたレゾール型フェノール樹脂は、分子構造中に、フェノールに由来する構造単位を有していたものの、3,5-ジメチルフェノールに由来する構造単位を有したものではなかった。
 実施例および比較例の接着剤を用いて、以下の評価を行った。なお、実施例のレゾール型変性フェノール樹脂を作製するために使用した3,5-ジメチルフェノールは、ほぼすべてが反応していることが確認された。そのため、ジメチルフェノール変性率については、後述の方法で算出した。
・接着強度:2枚の酸洗理鋼板に実施例または比較例の接着剤を塗布した後、80℃で15分間乾燥処理を施した。次いで、5MPaの圧力条件にて160℃で30分間熱圧着処理を行うことで試験片を作製した。得られた試験片を用いて、JIS K6850に準じて引張せん断試験を行い、接着強度を測定した。なお、単位は、MPaである。
・硬化性:実施例または比較例の接着剤2.5mLを165℃に加熱したダイスに滴下し、目視で確認しながら当該接着剤をゲル化させることによりキュラストトルクを測定した。その後、90%トルク到達時間を硬化完了時間として接着剤の硬化性を評価した。なお、単位は分である。
・ジメチルフェノール変性率:レゾール型変性フェノール樹脂の製造に使用した3,5-ジメチルフェノールの重量部数を、3,5-ジメチルフェノールとフェノールの重量部数の合計値で除した値に100を掛けた値を、ジメチルフェノール変性率として算出した。なお、単位は、%である。
 上記評価項目に関する評価結果を、レゾール型変性フェノール樹脂および接着剤の配合組成と共に以下の表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 実施例の接着剤を用いた場合、比較例1の接着剤と比べて、高い接着強度を短い接着時間で実現することができた。
 この出願は、2015年3月31日に出願された日本出願特願2015-72165号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (8)

  1.  ジメチルフェノール類によって変性された下記一般式(1)で表される構造単位Aと、下記一般式(2)で表される構造単位Bと、を有するレゾール型変性フェノール樹脂を含むレゾール型変性フェノール樹脂組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式(1)において、mは、1以上の整数である。mが1である場合、Rは、メチロール基である。mが2以上である場合、Rは独立して、水素原子またはメチロール基であり、かつ少なくとも1つのRがメチロール基である。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    (式(2)において、nは、1以上の整数である。nが1である場合、Rは、メチロール基である。nが2以上である場合、Rは独立して、水素原子またはメチロール基であり、かつ少なくとも1つのRがメチロール基である。)
  2.  前記ジメチルフェノール類が、3,5-ジメチルフェノールである請求項1に記載のレゾール型変性フェノール樹脂組成物。
  3.  前記レゾール型変性フェノール樹脂に含まれるフェノール性水酸基を有するすべての構造単位に対する前記構造単位Aの割合をジメチルフェノール変性率とした時、前記ジメチルフェノール変性率が3%以上50%以下である、請求項1または2に記載のレゾール型変性フェノール樹脂組成物。
  4.  ポリビニルブチラール樹脂、ニトリルブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴムおよびエポキシ樹脂からなる群より選択される1種以上のエラストマをさらに含む、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のレゾール型変性フェノール樹脂組成物。
  5.  レゾルシン類をさらに含む、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のレゾール型変性フェノール樹脂組成物。
  6.  塩基性触媒の存在下、ジメチルフェノール類を除くフェノール類とアルデヒド類とを反応させて、第1の反応生成物を得る第1の工程と、
     前記第1反応生成物と、ジメチルフェノール類とを、塩基性触媒の存在下、反応させて、レゾール型変性フェノール樹脂を得る第2の工程と、
     を含むレゾール型変性フェノール樹脂組成物の製造方法。
  7.  前記第2の工程において反応させる前記ジメチルフェノール類の量が、前記ジメチルフェノール類を除くフェノール類100重量部に対して、5重量部以上100重量部以下である、請求項6に記載のレゾール型変性フェノール樹脂組成物の製造方法。
  8.  請求項1乃至5のいずれか一項に記載のレゾール型変性フェノール樹脂組成物を含む、接着剤。
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