WO2019017013A1 - エポキシ樹脂、およびこれを含むエポキシ樹脂組成物、並びに前記エポキシ樹脂組成物を用いた硬化物 - Google Patents

エポキシ樹脂、およびこれを含むエポキシ樹脂組成物、並びに前記エポキシ樹脂組成物を用いた硬化物 Download PDF

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菜々 杉本
弘司 林
森永 邦裕
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Dic株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an epoxy resin, an epoxy resin composition containing the same, and a cured product using the epoxy resin composition.
  • An epoxy resin is a curable resin which contains an epoxy group in the molecule and can be cured by forming a crosslinked network with the epoxy group.
  • a cured product of epoxy resin has excellent mechanical strength, heat resistance, water resistance, insulation properties, etc., and is therefore used for matrix of fiber reinforced composite material, heat dissipation member, adhesive, paint, semiconductor, printed wiring board etc. Widely applied.
  • epoxy resins are one of the most important curable resins, but many of the epoxy resins currently used are diglycidyl ether of bisphenol A, and bisphenol A as a raw material is generally It is synthesized by reacting phenol with acetone in the presence of a catalyst.
  • Non-Patent Document 1 proposes using natural aromatic compounds, particularly compounds of tannins, as a substitute for the diglycidyl ether of bisphenol A.
  • natural aromatic compounds particularly compounds of tannins
  • an epoxy resin obtained by reacting catechin or gallic acid with epichlorohydrin can replace the diglycidyl ether of bisphenol A.
  • Non-patent document 1 shows that there is a difference in reactivity between the reaction of catechin and epichlorohydrin and the reaction of gallic acid and epichlorohydrin, and the phase transfer catalyst (PTC) used for the reaction
  • PTC phase transfer catalyst
  • reaction of pyrogallol with epichlorohydrin gives a mixture comprising two products which are difficult to separate.
  • the two products are a triglycidyl ether of pyrogallol and a benzodioxane derivative, and the production ratio of both is 1: 1.
  • non-patent document 1 describes a study on functionalization reaction with tannins etc., there is no description of evaluation on physical properties using the obtained epoxy resin, and sufficient physical heat resistance is obtained when physical properties are actually examined. It turned out that it might not be possible.
  • Non-Patent Document 1 it is conceivable to refine the epoxy resin described in Non-Patent Document 1 from the viewpoint of improving the heat resistance.
  • the triglycidyl form of pyrogallol is a crystalline compound, and the epoxy resin may be obtained as a solid by purification, and the handleability may be deteriorated.
  • an object of the present invention is to provide an epoxy resin which has a possibility of being replaced as a bio-based polymer and which is liquid and excellent in heat resistance.
  • the present inventors diligently conducted research to solve the above-mentioned problems. As a result, focusing on the epoxy resin using pyrogallol (1,2,3-trihydroxybenzene), the content of the predetermined compound which may be contained in the epoxy resin can be controlled to solve the above-mentioned problems.
  • the present invention has been completed.
  • the present invention relates to an epoxy resin which is a reaction product of 1,2,3-trihydroxybenzene and epihalohydrin.
  • the epoxy resin contains a cyclic compound having a cyclic structure containing two adjacent oxygen atoms derived from 1,2,3-trihydroxybenzene as constituent atoms, and the content of the cyclic compound is 100 g of epoxy resin To 0.040 to 0.115 mol.
  • an epoxy resin which has a possibility of being replaced as a bio-based polymer and which is liquid and excellent in heat resistance.
  • the epoxy resin according to the present embodiment is a reaction product of 1,2,3-trihydroxybenzene (also referred to herein as "pyrogallol”) and an epihalohydrin.
  • reaction product of pyrogallol and epihalohydrin may contain various epoxy compounds.
  • the physical properties of such a reaction product epoxy resin and the physical properties of its cured product may be influenced by the triglycidyl ether of pyrogallol and other compounds contained therein.
  • Non-Patent Document 1 describes that the reaction product of pyrogallol and epihalohydrin is obtained as a 1: 1 mixture of triglycidyl ether of pyrogallol and a cyclic compound (benzodioxane derivative) as described above. It is done.
  • the physical properties of the cured product of the epoxy resin described in Non-Patent Document 1 were evaluated, it was found that sufficient heat resistance was not obtained. Specifically, the functional group concentration of the epoxy resin is lowered, and a cured product which exhibits good heat resistance can not be obtained.
  • Non-Patent Document 1 In order to improve the heat resistance, if the epoxy resin described in Non-Patent Document 1 is purified to obtain triglycidyl ether of pyrogallol containing no or less impurities, the triglycidyl ether of pyrogallol is a crystal. It was found that the epoxy resin can be obtained as a solid because it is a compound that can be easily handled.
  • the epoxy resin which concerns on this form controls the content of the said cyclic compound paying attention to the predetermined
  • cured material obtained is excellent in heat resistance.
  • the epoxy resin which concerns on this form contains a predetermined
  • the epoxy resin according to the present embodiment is a reaction product using pyrogallol, it can be replaced as a bio-based polymer.
  • Pyrogallol has a structure represented by the following chemical formula.
  • Pyrogallol is obtained by decarboxylation of gallic acid (3,4,5-trihydroxybenzoic acid) contained in plants.
  • gallic acid (3,4,5-trihydroxybenzoic acid) contained in plants.
  • pyrogallol it is preferable that pyrogallol is derived from biobase from the viewpoint of low environmental load and ease of availability.
  • industrially synthesized ones can also be used.
  • the epihalohydrin is not particularly limited but includes epichlorohydrin, epibromohydrin, ⁇ -methylepichlorohydrin, ⁇ -methyl epibromohydrin and the like. These epihalohydrins may be used alone or in combination of two or more.
  • the amount of the epihalohydrin to be used is not particularly limited, but is preferably 1.2 to 20 moles, and more preferably 1.5 to 10 moles relative to 1 mole of the hydroxy group of pyrogallol. If the amount of epihalohydrin used is 1.2 mol or more, other compounds that can be contained in the epoxy resin are preferable because control becomes easy. On the other hand, it is preferable from the viewpoint of low cost from the viewpoint of yield that the amount of epihalohydrin used is 20 moles or less.
  • reaction of pyrogallol with epihalohydrin is not particularly limited, and can be carried out by known methods.
  • the reaction comprises reacting a mixture comprising pyrogallol and an epihalohydrin in the presence of a quaternary onium salt and / or a basic compound, and the reaction obtained in the step (1). Ring-closing the substance in the presence of a basic compound (2).
  • Step (1) is a step of reacting a mixture containing pyrogallol and epihalohydrin in the presence of a quaternary onium salt and / or a basic compound.
  • the mixture comprises pyrogallol and epihalohydrin.
  • a reaction solvent may be further contained.
  • reaction solvent is not particularly limited, and examples thereof include alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol and butanol; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; ethers such as dioxane; dimethyl sulfone and dimethyl sulfoxide. These reaction solvents may be used alone or in combination of two or more.
  • the addition amount thereof is preferably 5 to 150 parts, more preferably 7.5 to 100 parts, and further preferably 10 to 50 parts with respect to 100 parts of epihalohydrin. preferable.
  • Quaternary onium salt has a function of promoting the reaction of step (1) described later.
  • the quaternary onium salt is not particularly limited, and examples thereof include quaternary ammonium salts and quaternary phosphonium salts.
  • the quaternary ammonium salt is not particularly limited, but tetramethyl ammonium cation, methyl triethyl ammonium cation, tetraethyl ammonium cation, tributyl methyl ammonium cation, tetrabutyl ammonium cation, phenyl trimethyl ammonium cation, benzyl trimethyl ammonium cation, phenyl triethyl Ammonium cations, benzyltriethylammonium cations, chloride salts of benzyltributylammonium cations, tetramethylammonium cations, trimethylpropylammonium cations, tetraethylammonium cations, bromide salts of tetrabutylammonium cations, etc. may be mentioned.
  • the quaternary phosphonium salt is not particularly limited, but tetraethyl phosphonium cation, tetrabutyl phosphonium cation, methyl triphenyl phosphonium cation, tetraphenyl phosphonium cation, ethyl triphenyl phosphonium cation, butyl triphenyl phosphonium cation, benzyl triphenyl phosphonium Examples include cationic bromide salts.
  • tetramethyl ammonium cation benzyl trimethyl ammonium cation
  • chloride salt of benzyl triethyl ammonium cation chloride salt of benzyl triethyl ammonium cation
  • bromide salt of tetrabutyl ammonium cation it is preferable to use tetramethyl ammonium cation, benzyl trimethyl ammonium cation, chloride salt of benzyl triethyl ammonium cation, and bromide salt of tetrabutyl ammonium cation as the quaternary onium salt.
  • the above-mentioned quaternary onium salts may be used alone or in combination of two or more.
  • the addition amount of the quaternary onium salt is preferably 0.15 to 5% by mass, more preferably 0.18 to 3% by mass, with respect to the total mass of pyrogallol and epihalohydrin. It is preferable from the ability of reaction of a process (1) to advance suitably that the addition amount of a quaternary onium salt is 0.15 mass% or more. On the other hand, it is preferable from the ability to reduce the residue to resin that the addition amount of quaternary onium salt is 5% or less.
  • the basic compound also has a function of promoting the reaction of step (1) described later, as with the above-mentioned quaternary onium salt.
  • the basic compound is not particularly limited, and examples include potassium hydroxide, sodium hydroxide, barium hydroxide, magnesium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate and the like. Among these, potassium hydroxide and sodium hydroxide are preferably used. These basic compounds may be used alone or in combination of two or more.
  • the addition amount of the basic compound is not particularly limited, it is preferably 0.01 to 0.3 mol, more preferably 0.02 to 0.2 mol with respect to the number of moles of the phenolic hydroxyl group of pyrogallol. Is more preferred. It is preferable from the reaction of the process (2) mentioned later being able to advance suitably that the addition amount of a basic compound is 0.01 mol or more. On the other hand, it is preferable from the ability to prevent or suppress a side reaction that the addition amount of a basic compound is 0.3 mol or less.
  • the quaternary onium salt and the basic compound may be used alone or in combination.
  • step (1) The reaction of step (1) is to obtain a tris (3-halogeno-2-hydroxypropyl ether) intermediate shown below mainly by reacting the hydroxy group of pyrogallol with epihalohydrin. .
  • each “X” independently represents a halogen atom.
  • R respectively independently represents a hydrogen atom or a methyl group.
  • the reaction temperature of step (1) is not particularly limited, but is preferably 20 to 80 ° C., and more preferably 40 to 75 ° C. It is preferable from the reaction of a process (1) being able to advance suitably that the reaction temperature of a process (1) is 20 degreeC or more. On the other hand, it is preferable from the ability to prevent or suppress a side reaction that the reaction temperature of a process (1) is 80 degrees C or less.
  • the reaction time of the step (1) is not particularly limited, but is preferably 0.5 hours or more, and more preferably 1 to 50 hours. It is preferable that the reaction time of the step (1) is 0.5 hours or more, because the reaction suitably proceeds and the side reaction can be prevented or suppressed.
  • Step (2) is a step of ring-closing the reaction product obtained in step (1) in the presence of a basic compound.
  • the reactant obtained in step (1) comprises the tris (3-halogeno-2-hydroxypropyl ether) intermediate obtained by the first reaction.
  • it may contain the first by-product, unreacted pyrogallol, unreacted epihalohydrin, reaction solvent, impurities and the like.
  • Basic compound has a function of promoting the ring closure reaction, with the reaction conditions in step (2) as basic conditions.
  • the basic compound is not particularly limited, and examples include potassium hydroxide, sodium hydroxide, barium hydroxide, magnesium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate and the like. Among these, potassium hydroxide and sodium hydroxide are preferably used. These basic compounds may be used alone or in combination of two or more.
  • the addition amount of the basic compound is not particularly limited, it is preferably 0.8 to 1.5 moles and preferably 0.9 to 1.3 moles with respect to the moles of the phenolic hydroxyl group of pyrogallol. Is more preferred. It is preferable that the ring closure reaction of a process (2) can advance suitably that the addition amount of a basic compound is 0.8 mol or more. On the other hand, the addition amount of the basic compound of 1.5 mol or less is preferable because the side reaction can be prevented or suppressed. In addition, when using a basic compound at a process (1), it is preferable to set it as the above-mentioned addition amount including the quantity used at a process (1).
  • step (2) The reaction of step (2) is mainly characterized in that the 3-halogeno-2-hydroxypropyl ether group of tris (3-halogeno-2-hydroxypropyl ether) intermediate is glycidyl under basic conditions.
  • the triglycidyl form of pyrogallol shown below is obtained by carrying out the reaction.
  • R independently represents a hydrogen atom or a methyl group.
  • the reaction temperature of step (2) is not particularly limited, but is preferably 30 to 120 ° C., and more preferably 25 to 80 ° C.
  • the reaction time in the step (2) is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 4 hours, and more preferably 1 to 3 hours.
  • step (2) In order to appropriately advance the reaction in step (2), a step of further purification may be used.
  • step (2) purification or the like of the reaction product obtained can be carried out as required.
  • the reaction product contains a cyclic compound having a cyclic structure containing two adjacent oxygen atoms derived from 1,2,3-trihydroxybenzene as constituent atoms. Also, it generally includes 1,2,3-triglycidyloxybenzene (also referred to herein as "triglycidyl body of pyrogallol"). In addition, oligomers, other glycidyl substances, solvents, other compounds and the like may be further contained.
  • the epoxy resin can have high physical properties because the reaction product contains a triglycidyl body of pyrogallol.
  • the triglycidyl form of pyrogallol has three glycidyl forms. For this reason, the degree of crosslinking becomes high, and a cured product excellent in heat resistance can be obtained.
  • the triglycidyl body of pyrogallol is adjacent to three glycidyl bodies. Adjacent glycidyl groups are densely packed at the time of crosslinking reaction, and a cured product excellent in elastic modulus is obtained.
  • cyclic compounds, oligomers and the like contained in the reaction product are obtained as a result of side reactions of glycidylation reaction of 1,2,3-trihydroxybenzene, as described above,
  • the cyclic compound, the oligomer and the like can affect the physical properties of the epoxy resin and the physical properties of its cured product.
  • the said side reaction can be controlled by adjusting reaction conditions, and, thereby, the content of not only the triglycidyl body of 1,2,3- trihydroxy benzene but the said cyclic compound, the said oligomer, etc. Can be controlled.
  • step (1) is to obtain a tris (3-halogeno-2-hydroxypropyl ether) intermediate, but depending on the reaction conditions, one 3-halogeno-2-hydroxypropyl ether group is Partially ring-closing side reactions occur, and an intermediate having a glycidyl group and a hydroxy group can be formed.
  • the intermediate obtained by the side reaction is reacted in the molecule, a cyclic compound is formed, and when it is reacted between molecules, an oligomer is formed.
  • step (1) when the side reaction to generate an intermediate having a glycidyl group and a hydroxy group is controlled, the amount of the cyclic compound or the oligomer tends to be controlled.
  • step (1) when the step (1) is carried out under high temperature conditions, side reactions to form glycidyl groups are promoted, and the amount of cyclic compounds and oligomers in the resulting reaction product can be high.
  • step (1) when step (1) is carried out under low temperature conditions, the reaction for producing glycidyl groups is relatively suppressed, and the amount of cyclic compounds and oligomers in the resulting reaction product may be low.
  • step (1) when step (1) is performed in a short time, many unreacted hydroxy groups are present, and the amount of cyclic compounds and oligomers in the reaction product is high by reacting with the glycidyl group generated in step (2). It can be a value.
  • control of content of each component in reaction product can be performed by various methods.
  • the reaction can be controlled by adjusting the The reaction can also be controlled by the addition or removal of the raw materials, products and the like of step (1).
  • the reaction can be controlled by adjusting the type and amount of the basic compound, the reaction temperature, the reaction time, the reaction rate and the like in the above-mentioned step (2).
  • the reaction can be controlled by addition or removal of the product or the like in step (2).
  • the content of each component in the reaction product can be controlled.
  • 1,2,3-Triglycidyl oxybenzene (triglycidyl form of pyrogallol)) 1,2,3-Triglycidyloxybenzene has the following structure:
  • R independently represents a hydrogen atom or a methyl group.
  • the content of 1,2,3-triglycidyl oxybenzene is preferably 55% or more, more preferably 65% or more, and more preferably 70% or more in terms of area ratio in gel permeation chromatography (GPC) measurement. More preferably, it is 78% or more, and most preferably 80 to 95%. It is preferable that the heat resistance and mechanical strength can be improved if the content of 1,2,3-triglycidyl oxybenzene is 55% or more in area ratio in GPC measurement.
  • area ratio in GPC measurement means the ratio of the area occupied by the target compound in the GPC chart obtained by GPC measurement of the reaction product. As a specific measurement method, the method described in the examples shall be adopted.
  • the cyclic compound is a compound having a cyclic structure containing two adjacent oxygen atoms derived from 1,2,3-trihydroxybenzene as constituent atoms.
  • examples of the cyclic structure containing two adjacent oxygen atoms derived from 1,2,3-trihydroxybenzene as constituent atoms include a benzodioxane structure having a condensed ring structure with a benzene ring.
  • Specific cyclic compounds are not particularly limited, and the following compounds and compounds obtained by further reacting the compound with epihalohydrin can be mentioned.
  • R independently represents a hydrogen atom or a methyl group.
  • the above-mentioned cyclic compounds may be contained singly or in combination of two or more.
  • the content of the cyclic compound is 0.040 to 0.115 mol, preferably 0.050 to 0.115 mol, and more preferably 0.070 to 0.115 mol with respect to 100 g of the epoxy resin. If the content of the cyclic compound is more than 0.115 mol, suitable heat resistance can not be obtained in the obtained cured product. On the other hand, when the content of the cyclic compound is less than 0.040 mol, the epoxy resin is crystallized and the handleability is deteriorated.
  • the content of a cyclic compound shall employ
  • the content of the cyclic compound can be adjusted by controlling the reaction as described above. Such adjustment of the content of the cyclic compound may be carried out, for example, by adding 1,2,3-trihydroxybenzene in the above-mentioned step (1), the kind and addition amount of epihalohydrin, quaternary onium salt, basic compound
  • the reaction can be carried out by appropriately adjusting the type and amount of addition, reaction temperature, reaction time and the like. Moreover, it can also carry out by addition or removal of the raw material of a process (1), a product, etc. Furthermore, it can carry out by adjusting suitably the kind and addition amount of a basic compound in the above-mentioned process (2), reaction temperature, reaction time, reaction rate, etc. Moreover, it can also carry out by addition or removal of the product etc. of a process (2).
  • the reaction product may contain an oligomer.
  • an "oligomer” means the compound obtained by mutually reacting pyrogallol or its derivative (s). Therefore, it can be said that the oligomer has a structure having a plurality of pyrogallol skeletons.
  • the above-mentioned oligomer is not particularly limited, but tris (3-halogeno-2-hydroxypropyl ether) intermediate, bis (3-halogeno-2-hydroxypropyl ether) intermediate, mono obtained in the above step (1), mono (3-halogeno-2-hydroxypropyl ether) an oligomer obtained by reacting one or more of an intermediate; a bifunctional or higher epoxy compound such as 1,2,3-triglycidyl oxybenzene; pyrogallol etc.
  • the oligomer etc. which are obtained by reacting with the bifunctional or more than polyhydric phenol of this are mentioned.
  • oligomers may be contained singly or in combination of two or more.
  • the content of the oligomer is preferably 12% or less, more preferably 10% or less, still more preferably 7% or less, and preferably 3.1% or less in area ratio in GPC measurement. Particularly preferred is 0.05 to 3.0%. It is preferable from the viscosity of an epoxy resin becoming it low that content of an oligomer is 12% or less, and a handleability improving. In addition, when containing 2 or more types of oligomers, "content of an oligomer" means these total content.
  • the addition amount of pyrogallol in the steps (1) and (2), the kind and addition amount of epihalohydrin, the kind of quaternary onium compound, and the kind of basic compound It can carry out by adjusting the addition amount, reaction temperature, reaction time, etc. appropriately.
  • the reaction product may contain other glycidyl substances.
  • Other glycidyl forms mean compounds having a glycidyl group, excluding 1,2,3-triglycidyl oxybenzene, cyclic compounds, and oligomers.
  • glycidyl body for example, diglycidyl body of pyrogallol represented by the following structure, monoglycidyl body of pyrogallol, derivatives thereof and the like can be mentioned.
  • the said "derivative" means the compound obtained by the diglycidyl body of the said pyrogallol and the glycidyl group of the monoglycidyl body of the said pyrogallol reacting with an epihalohydrin further by ring-opening addition reaction.
  • each “X” independently represents a halogen atom.
  • R respectively independently represents a hydrogen atom or a methyl group.
  • the above-mentioned other glycidyl substances may be contained alone or in combination of two or more.
  • the solvent is not particularly limited, and includes, in addition to the above-mentioned reaction solvents, water, solvents and the like which can be intentionally added in the purification step and the like.
  • the content of the solvent is preferably 5 parts by mass or less, and more preferably 1 part by mass or less, with respect to 100 parts by mass of the solid content of the epoxy resin.
  • solid content of epoxy resin means the total mass of components excluding the solvent in the epoxy resin. Therefore, when the epoxy resin does not contain a solvent, the total mass of the epoxy resin corresponds to the solid content.
  • the other compounds are not particularly limited, and include compounds other than products generated by the reaction of pyrogallol and epihalohydrin. Specifically, unreacted pyrogallol, unreacted epihalohydrin, unreacted quaternary onium salt, unreacted basic compound, and compounds derived therefrom (byproducts and the like) can be mentioned.
  • the content of the other compound is preferably 5% by mass or less, and more preferably 0.05 to 5% by mass, with respect to the solid content of the epoxy resin.
  • epoxy resin composition The epoxy resin which concerns on this form is an above-mentioned reaction product.
  • the epoxy equivalent of the epoxy resin is preferably 170 g / equivalent or less, more preferably 150 g / equivalent or less, still more preferably 130 g / equivalent or less, particularly preferably 125 g / equivalent or less. Most preferably, it is 108 to 125 g / equivalent. It is preferable from the heat resistance improving that the epoxy equivalent of an epoxy resin is 170 g / equivalent or less.
  • the value of "epoxy equivalent" shall employ
  • the viscosity of the epoxy resin is not particularly limited, but is preferably 1500 to 20000 mPa ⁇ s, and more preferably 2000 to 15000 mPa ⁇ s. It is preferable from the ability to suppress the sag at the time of shaping
  • the value of "the viscosity of an epoxy resin” shall employ
  • the adjustment of the components and physical properties in the epoxy resin may be performed by controlling the reaction, may be performed by controlling the purification step, or may be performed by separately adding components. Under the present circumstances, it is preferable to control reaction and to adjust content of the component of an epoxy resin from a viewpoint which can prepare an epoxy resin efficiently.
  • an epoxy resin composition contains the above-described epoxy resin and a curing agent.
  • the epoxy resin composition may further contain other epoxy resins, other resins, curing accelerators, organic solvents, additives, and the like, as necessary.
  • epoxy resin As the epoxy resin may be used as described above, the description is omitted here.
  • the content of the epoxy resin is preferably 30 to 99% by mass, and more preferably 40 to 97% by mass, with respect to the solid content of the resin composition.
  • content of the epoxy resin is 30% by mass or more, it is preferable because the performance of the epoxy resin is easily expressed.
  • solid content of a resin composition means the gross mass of the component except the solvent mentioned later in a composition. Thus, when the resin composition does not contain a solvent, the total mass of the composition corresponds to the solid content.
  • epoxy resins are not particularly limited, but bisphenol type epoxy resins such as bisphenol A type epoxy resin and bisphenol F type epoxy resin; biphenyl type epoxy resins such as biphenyl type epoxy resin and tetramethylbiphenyl type epoxy resin; phenol novolac Type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, bisphenol A novolac type epoxy resin, biphenyl novolac type epoxy resin etc novolak type epoxy resin; triphenylmethane type epoxy resin; tetraphenylethane type epoxy resin; dicyclopentadiene-phenol addition reaction Type epoxy resin; phenol aralkyl type epoxy resin; naphthol novolac type epoxy resin, naphthol aralkyl type epoxy resin, naphthol-phenol Co-condensation novolak type epoxy resin, naphthol - cresol co-condensed novolac type epoxy resin, diglycidyl oxy naphthalene, phosphorus-containing epoxy resin and the like.
  • the other epoxy resins described above may be used alone or in combination of two or more.
  • Other resins mean resins other than epoxy resin.
  • the other resin may be a thermosetting resin or a thermoplastic resin.
  • Specific examples of other resins are not particularly limited, and polycarbonate resins, polyphenylene ether resins, polyethylene terephthalate resins, polybutylene terephthalate resins, polyethylene resins, polypropylene resins, polyimide resins, polyamideimide resins, polyetherimide resins, polyether Examples include sulfone resins, polyketone resins, polyetherketone resins, polyetheretherketone resins, and phenol resins. These other resins may be used alone or in combination of two or more.
  • the curing agent is not particularly limited, and examples thereof include amine compounds, amide compounds, acid anhydride compounds, and phenol compounds.
  • amine compounds examples include ethylenediamine, diaminopropane, butane, diethylenetriamine, triethylenetetramine, 1,4-cyclohexanediamine, isophoronediamine, diaminodicyclohexylmethane, diaminodiphenylmethane, diaminodiphenylsulfone, phenylenediamine, imidazole, BF3. Amine complexes, dicyandiamide, guanidine derivatives and the like.
  • amide compound examples include polyamide resins synthesized from a dimer of linolenic acid and ethylene diamine.
  • Examples of the acid anhydride-based compound include phthalic anhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride, maleic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, methyltetrahydrophthalic anhydride, methyl nadic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, methyl hexameric anhydride. Hydrophthalic anhydride etc. are mentioned.
  • phenol compound examples include phenol novolac resin, cresol novolac resin, aromatic hydrocarbon formaldehyde resin modified phenol resin, dicyclopentadiene phenol addition resin, phenol aralkyl resin, ⁇ -naphthol aralkyl resin, ⁇ -naphthol aralkyl resin, biphenyl Aralkyl resin, triphenylol methane resin, tetraphenylol ethane resin, naphthol novolak resin, naphthol-phenol co-convoluted novolak resin, naphthol-cresol co-convoluted novolak resin, and amino group-containing triazine compounds (melamine, benzoguanamine etc.) and phenols
  • the amino triazine modified phenol resin etc. which are copolymers of (phenol, cresol etc.) and formaldehyde are mentioned.
  • amine compounds and phenol compounds are preferably used, and diaminodiphenyl sulfone, phenol novolak resin, cresol novolac resin, phenol aralkyl resin, ⁇ -naphthol aralkyl resin, ⁇ -naphthol aralkyl resin, biphenyl aralkyl resin, amino It is more preferred to use a triazine modified phenolic resin.
  • the above-mentioned cured products may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the curing agent is preferably 1 to 70% by mass, and more preferably 3 to 60% by mass, with respect to the solid content of the resin composition. It is preferable from the option of a hardening agent spreading that content of a hardening agent is 1 mass% or more. On the other hand, when the content of the curing agent is 70% by mass or less, it is preferable because the performance of the epoxy resin is easily expressed.
  • the curing accelerator has a function to accelerate curing. Thereby, the reaction time can be shortened, and the generation or the like of the unreacted epoxy compound can be prevented or reduced.
  • the curing accelerator is not particularly limited, and examples thereof include phosphorus compounds, tertiary amines, imidazoles, organic acid metal salts, Lewis acids, amine complexes, urea derivatives and the like. Among these, imidazoles are preferably used. These curing accelerators may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the curing accelerator is preferably 0.1 to 10% by mass, and more preferably 0.5 to 5% by mass with respect to the solid content of the epoxy resin composition. It is preferable from the ability to accelerate
  • Organic solvent has a function of adjusting the viscosity of the epoxy resin composition. Thereby, the impregnating ability to a base material etc. can be improved.
  • the organic solvent is not particularly limited, but ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and cyclohexanone; ethyl acetate, butyl acetate, cellosolve acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, carbitol acetate, ethyl diglycol acetate, propylene glycol Acetic esters such as monomethyl ether acetate; Alcohols such as isopropyl alcohol, butanol, cellosolve and butyl carbitol; Aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene; Amides such as dimethylformamide, dimethylacetamide and N-methylpyrrolidone Can be mentioned. Among these, alcohols and ketones are preferably used, and butanol and methyl ethyl ketone are more preferably used. These solvents may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the organic solvent is preferably 10 to 60 parts by mass, and more preferably 20 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the solid content of the epoxy resin composition. It is preferable from the ability to make viscosity low that content of an organic solvent is 10 mass parts or more. On the other hand, it is preferable from the ability to reduce a non-volatile component that content of an organic solvent is 60 mass parts or less.
  • the additives which may be contained in the epoxy resin composition are not particularly limited, but inorganic fillers, reinforcing fibers, flame retardants, mold release agents, pigments, antioxidants, ultraviolet absorbers, light stabilizers, antistatic agents, Conductivity imparting agents and the like can be mentioned. These additives may be used alone or in combination of two or more.
  • the epoxy resin composition can be applied to applications such as fiber reinforced composite materials, heat dissipation members, adhesives, paints, semiconductors, printed wiring boards and the like.
  • a cured product is provided.
  • the cured product is obtained by curing the above-mentioned epoxy resin composition.
  • the cured product has high heat resistance.
  • the shape of the cured product is not particularly limited, and may be a sheet shape, or may be a shape in which the cured product is impregnated with another material (such as a fibrous reinforcing material).
  • the glass transition point (Tg) of the cured product is not particularly limited, but is preferably 160 to 350 ° C., more preferably 200 to 300 ° C., still more preferably 210 to 275 ° C., Particularly preferred is 250 ° C. It is preferable from the ability to make heat resistance high that a glass transition point (Tg) is 160 degreeC or more. On the other hand, a glass transition point (Tg) of 350 ° C. or less is preferable because of excellent toughness.
  • the value of the "glass transition point (Tg)" shall employ
  • the 5% weight loss temperature of the cured product is not particularly limited, but is preferably 325 ° C. or higher, more preferably 330 ° C. or higher, still more preferably 340 ° C. or higher, and 345 ° C. or higher. Is particularly preferred, and most preferably 345 to 400.degree.
  • the value of "5% weight loss temperature” shall employ
  • the curing temperature of the epoxy resin composition is preferably 50 to 250 ° C., and more preferably 70 to 200 ° C. When the curing temperature is 50 ° C. or higher, the curing reaction can be rapidly performed, which is preferable. On the other hand, if curing temperature is 250 degrees C or less, it is preferable from the ability to suppress the energy amount required at the time of hardening.
  • GPC and 13 C NMR were measured under the following conditions.
  • Step (2) 1000 mL of distilled water was poured into the reaction liquid obtained in the step (1) and stirred, and after standing, the upper layer was removed. 318 g of 48% aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise over 2.5 hours, and stirring was performed for 1 hour.
  • the content X (mol) of the cyclic compound per 100 g of the epoxy resin was measured for the obtained epoxy resin. Specifically, it was calculated using the following equation.
  • X is cyclic compound content (mol) per 100 g of epoxy resin
  • (A) is cyclic compound (mol) per mol of aromatic ring
  • (B) is an epoxy group per mol of aromatic ring ( mol)
  • (C) is epoxy equivalent (g / equivalent).
  • (A) is derived from a peak derived from an aromatic ring corresponding to the ipso (ipso) position of 1,2,3-trihydroxybenzene at around 130 to 150 ppm and a cyclic compound at around 60 ppm in 13 C NMR measurement Calculated by integral ratio of peaks.
  • (B) is calculated by the integral ratio of the peak derived from the aromatic ring corresponding to the ipso (ipso) position of 1,2,3-trihydroxybenzene in the vicinity of 130 to 150 ppm and the peak derived from the epoxy group in the vicinity of 50 ppm. .
  • the content of the cyclic compound was 0.071 mol / 100 g.
  • the 13 C NMR chart of the epoxy resin manufactured in Example 1 is shown in FIG.
  • the area ratio in GPC measurement of the oligomer was measured.
  • the content of triglycidyl form of pyrogallol was 3.0% in area ratio in GPC measurement.
  • the epoxy equivalent was measured about the obtained epoxy resin. Specifically, the epoxy equivalent of the epoxy resin was measured by the method of JIS K 7236: 2009. As a result, the epoxy equivalent of the epoxy resin was 122 g / equivalent.
  • the viscosity of the obtained epoxy resin was measured. Specifically, the viscosity of the epoxy resin at 25 ° C. was measured using an E-type viscometer (TV-22 manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.). As a result, the viscosity of the epoxy resin was 2700 mPa ⁇ s.
  • Example 2 Provide of epoxy resin> An epoxy resin was produced in the same manner as in Example 1 except that the heating and stirring time at 50 ° C. in step (1) of Example 1 was changed from 24 hours to 15 hours. In addition, when the obtained epoxy resin was visually observed, it was liquid.
  • Example 3 11.2 parts (0.06 mol) of benzyltrimethylammonium chloride was changed to 19.3 parts (0.06 mol) of tetrabutylammonium bromide, and heating and stirring were changed from 24 hours at 50 ° C. to 4 hours at 70 ° C.
  • An epoxy resin was produced in the same manner as in Example 1 except for the following. In addition, when the obtained epoxy resin was visually observed, it was liquid.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, the content of cyclic compound, area ratio in GPC measurement of 1,2,3-triglycidyl oxybenzene, area ratio in GPC measurement of oligomer, epoxy equivalent of epoxy resin, viscosity of epoxy resin Of 0.101 mol / 100 g, 68%, 7.6%, 140 g / equivalent, and 7400 mPa ⁇ s, respectively.
  • Example 4 126 parts (1.00 mol) of 1,2,3-trihydroxybenzene and 1388 parts (15 mol) of epichlorohydrin in a flask equipped with a thermometer, a dropping funnel, a cooling pipe, a nitrogen introducing pipe, and a stirrer Then, the temperature was raised to 50.degree. Then, 122 parts of 49% aqueous NaOH solution was added dropwise over 4 hours. Thereafter, the temperature was raised to 60 ° C., and 127 parts of 49% aqueous NaOH solution was added dropwise over 3 hours. Stirring was continued for another hour, and then 390 mL of distilled water was poured and allowed to stand. Thereafter, the same procedure as in Example 1 was performed to produce an epoxy resin. In addition, when the obtained epoxy resin was visually observed, it was liquid.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, the content of cyclic compound, area ratio in GPC measurement of 1,2,3-triglycidyl oxybenzene, area ratio in GPC measurement of oligomer, epoxy equivalent of epoxy resin, viscosity of epoxy resin Of 0.110 mol / 100 g, 60%, 11.3%, 160 g / equivalent, and 18300 mPa ⁇ s, respectively.
  • Comparative Example 1 The epoxy resin was manufactured in accordance with the Experimental section of Non-Patent Document 1. 126 parts (1.00 mol) of 1,2,3-trihydroxybenzene and 1111 parts (12 mol) of epichlorohydrin in a flask equipped with a thermometer, a dropping funnel, a cooling pipe, a nitrogen introducing pipe, and a stirrer Then, the temperature was raised to 100.degree. Thereto, 11.4 parts (0.05 mol) of benzyltriethylammonium chloride was added, and the mixture was heated and stirred at 100 ° C. for 1 hour.
  • Example 1 the same procedure as in Example 1 was performed to produce an epoxy resin. In addition, when the obtained epoxy resin was visually observed, it was liquid.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, the content of cyclic compound, area ratio in GPC measurement of 1,2,3-triglycidyl oxybenzene, area ratio in GPC measurement of oligomer, epoxy equivalent of epoxy resin, viscosity of epoxy resin Of 0.120 mol / 100 g, 54%, 13.9%, 184 g / equivalent, and 53300 mPa ⁇ s, respectively.
  • Comparative Example 2 An epoxy resin was produced by purifying the epoxy resin produced in Comparative Example 1 by recrystallization using methyl isobutyl ketone (MIBK) as a good solvent and hexane as a poor solvent. In addition, when the obtained epoxy resin was visually observed, it was solid.
  • MIBK methyl isobutyl ketone
  • the content of the cyclic compound, the area ratio in GPC measurement of 1,2,3-triglycidyl oxybenzene, the area ratio in GPC measurement of the oligomer, and the epoxy equivalent of the epoxy resin were measured. It was 0.039 mol / 100 g, 96%, 0%, and 107 g / equivalent, respectively. The viscosity of the epoxy resin could not be measured because it was solid.
  • Glass transition point Storage elastic modulus and loss of a cured product using a visco-elasticity measuring device (DMA: solid viscoelasticity measuring device RSAII manufactured by Rheometrics, rectangular tension method; frequency 1 Hz, temperature rising rate 3 ° C./min, maximum measuring temperature 350 ° C.)
  • DMA solid viscoelasticity measuring device RSAII manufactured by Rheometrics, rectangular tension method; frequency 1 Hz, temperature rising rate 3 ° C./min, maximum measuring temperature 350 ° C.
  • Tg glass transition temperature

Abstract

本発明は、1,2,3-トリヒドロキシベンゼンと、エピハロヒドリンと、の反応生成物である、エポキシ樹脂であって、前記エポキシ樹脂が、1,2,3-トリヒドロキシベンゼンに由来する2つの隣接酸素原子を構成原子として含む環状構造を有する環状化合物を含み、前記環状化合物の含有量が、エポキシ樹脂100gに対して、0.040~0.115molであることを特徴とするエポキシ樹脂を提供する。このエポキシ樹脂は、バイオベースポリマーとしての代替可能性があり、液状で耐熱性に優れる。

Description

エポキシ樹脂、およびこれを含むエポキシ樹脂組成物、並びに前記エポキシ樹脂組成物を用いた硬化物
 本発明は、エポキシ樹脂、およびこれを含むエポキシ樹脂組成物、並びに前記エポキシ樹脂組成物を用いた硬化物に関する。
 エポキシ樹脂は、分子中にエポキシ基を含み、前記エポキシ基で架橋ネットワークを形成することで硬化させることができる硬化性樹脂である。エポキシ樹脂の硬化物は、優れた機械強度、耐熱性、耐水性、絶縁性等を有することから、繊維強化複合材料のマトリックス、放熱部材、接着剤、塗料、半導体、プリント配線基板等の用途に広く適用されている。
 このようにエポキシ樹脂は、最も重要な硬化性樹脂の1つであるが、現在、使用されているエポキシ樹脂の多くはビスフェノールAのジグリシジルエーテル体であり、原料となるビスフェノールAは、一般に、触媒の存在下、フェノールとアセトンとを反応させて合成される。
 ところで、近年、環境志向の高まり、石油資源の枯渇懸念等の観点から、バイオベースポリマーが注目されており、エポキシ樹脂においてもビスフェノールAのジグリシジルエーテル体の代替について種々の検討がなされている。
 例えば、非特許文献1には、ビスフェノールAのジグリシジルエーテル体の代替として、天然の芳香族化合物、特にタンニン類の化合物を用いることが提案されている。例えば、カテキンや没食子酸をエピクロロヒドリンと反応させて得られるエポキシ樹脂がビスフェノールAのジグリシジルエーテル体の代替となりうることが記載されている。
 なお、非特許文献1には、カテキンおよびエピクロロヒドリンの反応と、没食子酸とエピクロロヒドリンの反応に関し反応性の違いが見られること、反応に使用される相関移動触媒(PTC)の役割やタンニン類の官能基化反応の最適化を検討することを目的としていること、前記検討に際し、4-メチルカテコール、没食子酸、プロトカテク酸、ピロガロール、レゾルシノールを用いてグリシジル化のメカニズムを検討していることなどが記載されている。
 例えば、ピロガロールをエピクロロヒドリンと反応させると、分離困難な2つの生成物を含む混合物が得られることが記載されている。この際、前記2つの生成物は、ピロガロールのトリグリシジルエーテル体およびベンゾジオキサン誘導体であり、両者の生成比率は1:1であることが記載されている。
Tetrahedron,2013,69,1345-1353
 非特許文献1にはタンニン類等の官能基化反応に関する検討が記載されているが、得られるエポキシ樹脂を用いた物性に関する評価の記載がなく、実際に物性を検討すると十分な耐熱性が得られない場合があることが判明した。
 そこで、耐熱性を向上させる観点から、非特許文献1に記載のエポキシ樹脂を精製することが考えられる。しかしながら、ピロガロールのトリグリシジル体は結晶化合物であり、精製によりエポキシ樹脂が固体として得られることがあり、取扱い性が悪くなる場合があることが判明した。
 そこで、本発明は、バイオベースポリマーとしての代替可能性があり、液状で耐熱性に優れるエポキシ樹脂を提供することを目的とする。
 本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意研究を行った。その結果、ピロガロール(1,2,3-トリヒドロキシベンゼン)を用いたエポキシ樹脂に着目し、エポキシ樹脂に含まれうる所定の化合物の含有量を制御することで、上記課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させるに至った。
 すなわち、本発明は、1,2,3-トリヒドロキシベンゼンと、エピハロヒドリンと、の反応生成物である、エポキシ樹脂に関する。この際、前記エポキシ樹脂が、1,2,3-トリヒドロキシベンゼンに由来する2つの隣接酸素原子を構成原子として含む環状構造を有する環状化合物を含み、前記環状化合物の含有量が、エポキシ樹脂100gに対して、0.040~0.115molであることを特徴とする。
 本発明によれば、バイオベースポリマーとしての代替可能性があり、液状で耐熱性に優れるエポキシ樹脂が提供される。
実施例1で製造したエポキシ樹脂の13C NMRチャートである。
 以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
 <エポキシ樹脂>
 本形態に係るエポキシ樹脂は、1,2,3-トリヒドロキシベンゼン(本明細書において「ピロガロール」とも称する)と、エピハロヒドリンと、の反応生成物である。
 ピロガロールとエピハロヒドリンとを反応させると、一般に、ピロガロールの1位、2位、および3位のヒドロキシ基においてグリシジル化反応が進行し、トリグリシジルエーテル体が得られる。しかしながら、その他にも種々の反応が進行することがあり、結果としてピロガロールとエピハロヒドリンとの反応生成物は種々のエポキシ化合物を含みうる。このような反応生成物であるエポキシ樹脂の物性やその硬化物の物性は、ピロガロールのトリグリシジルエーテル体の他、これに含まれる他の化合物の影響を受けることがある。
 例えば、非特許文献1には、上記の通り、ピロガロールとエピハロヒドリンとの反応生成物は、ピロガロールのトリグリシジルエーテル体と環状化合物(ベンゾジオキサン誘導体)とが1:1の混合物で得られることが記載されている。非特許文献1に記載のエポキシ樹脂の硬化物について物性を評価すると、十分な耐熱性が得られないことが判明した。具体的には、エポキシ樹脂の官能基濃度が低下し、良好な耐熱性を発現する硬化物を得ることができない。
 そこで、耐熱性を向上させるため、非特許文献1に記載のエポキシ樹脂を精製し、不純物を含まない、または少ないピロガロールのトリグリシジルエーテル体を得ようとすると、当該ピロガロールのトリグリシジルエーテル体は結晶性化合物であるため、エポキシ樹脂が固体として得られる結果、取扱い性が悪くなりうることが判明した。
 これに対し、本形態に係るエポキシ樹脂は、反応生成物に含まれうる所定の環状化合物に着目し、前記環状化合物の含有量を制御する。これにより、得られる硬化物は耐熱性に優れる。また、本形態に係るエポキシ樹脂は所定の環状化合物を含有しているため、性状が液状であり取扱い性に優れる。さらに、本形態に係るエポキシ樹脂は、ピロガロールを用いた反応生成物であるため、バイオベースポリマーとして代替可能性がある。
 [1,2,3-トリヒドロキシベンゼン(ピロガロール)]
 ピロガロールは、下記化学式で示される構造を有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 ピロガロールは、植物に含まれる没食子酸(3、4、5-トリヒドロキシ安息香酸)の脱炭酸によって得られる。使用されるピロガロールは、環境への負荷が少ない観点、入手の容易性の観点から、ピロガロールはバイオベース由来のものであることが好ましい。ただし、工業的に合成されたものを使用することもできる。
 [エピハロヒドリン]
 エピハロヒドリンとしては、特に制限されないが、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリン、β-メチルエピクロロヒドリン、β-メチルエピブロモヒドリン等が挙げられる。これらのエピハロヒドリンは、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 エピハロヒドリンの使用量は、特に制限されないが、ピロガロールのヒドロキシ基1モルに対して、1.2~20モルであることが好ましく、1.5~10モルであることがより好ましい。エピハロヒドリンの使用量が1.2モル以上であると、エポキシ樹脂に含まれうる他の化合物が制御しやすくなることから好ましい。一方、エピハロヒドリンの使用量が20モル以下であると、収率の観点から低コストとなることから好ましい。
 [反応]
 ピロガロールとエピハロヒドリンとの反応は、特に制限されず、公知の方法で行うことができる。一実施形態において、前記反応は、ピロガロールとエピハロヒドリンとを含む混合物を、第4級オニウム塩および/または塩基性化合物の存在下で反応させる工程(1)と、前記工程(1)で得られる反応物を、塩基性化合物の存在下で閉環させる工程(2)とを含む。
 (工程(1))
 工程(1)は、ピロガロールとエピハロヒドリンとを含む混合物を、第4級オニウム塩および/または塩基性化合物の存在下で反応させる工程である。
 混合物
 混合物は、ピロガロールおよびエピハロヒドリンを含む。その他、必要に応じて、反応溶媒等をさらに含んでいてもよい。
 ピロガロールおよびエピハロヒドリン
 前記ピロガロールおよび前記エピハロヒドリンは、上述した通りであるので、ここでは説明を省略する。
 反応溶媒
 前記反応溶媒としては、特に制限されないが、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール等のアルコール;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン;ジオキサン等のエーテル;ジメチルスルホン;ジメチルスルホキシド等が挙げられる。これらの反応溶媒は単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 反応溶媒を用いる場合、その添加量は、エピハロヒドリン100部に対して、5~150部であることが好ましく、7.5~100部であることがより好ましく、10~50部であることがさらに好ましい。
 第4級オニウム塩
 第4級オニウム塩は後述する工程(1)の反応を促進させる機能を有する。
 前記第4級オニウム塩としては、特に制限されないが、第4級アンモニウム塩、第4級ホスホニウム塩が挙げられる。
 前記第4級アンモニウム塩としては、特に制限されないが、テトラメチルアンモニウムカチオン、メチルトリエチルアンモニウムカチオン、テトラエチルアンモニウムカチオン、トリブチルメチルアンモニウムカチオン、テトラブチルアンモニウムカチオン、フェニルトリメチルアンモニウムカチオン、ベンジルトリメチルアンモニウムカチオン、フェニルトリエチルアンモニウムカチオン、ベンジルトリエチルアンモニウムカチオン、ベンジルトリブチルアンモニウムカチオンの塩化物塩、テトラメチルアンモニウムカチオン、トリメチルプロピルアンモニウムカチオン、テトラエチルアンモニウムカチオン、テトラブチルアンモニウムカチオンの臭化物塩等が挙げられる。
 前記第4級ホスホニウム塩としては、特に制限されないが、テトラエチルホスホニウムカチオン、テトラブチルホスホニウムカチオン、メチルトリフェニルホスホニウムカチオン、テトラフェニルホスホニウムカチオン、エチルトリフェニルホスホニウムカチオン、ブチルトリフェニルホスホニウムカチオン、ベンジルトリフェニルホスホニウムカチオンの臭素化物塩が挙げられる。
 これらのうち、第4級オニウム塩としてはテトラメチルアンモニウムカチオン、ベンジルトリメチルアンモニウムカチオン、ベンジルトリエチルアンモニウムカチオンの塩化物塩、テトラブチルアンモニウムカチオンの臭化物塩を用いることが好ましい。
 なお、上述の第4級オニウム塩は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 第4級オニウム塩の添加量は、ピロガロールとエピハロヒドリンの合計質量に対して0.15~5質量%であることが好ましく、0.18~3質量%であることがより好ましい。第4級オニウム塩の添加量が0.15質量%以上であると、工程(1)の反応が適好に進行できることから好ましい。一方、第4級オニウム塩の添加量が5%以下であると、樹脂への残留を低減できることから好ましい。
 塩基性化合物
 塩基性化合物もまた、上記第4級オニウム塩と同様に、後述する工程(1)の反応を促進させる機能を有する。
 塩基性化合物としては、特に制限されないが、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化バリウム、水酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等が挙げられる。これらのうち、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムを用いることが好ましい。なお、これらの塩基性化合物は単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 塩基性化合物の添加量は、特に制限されないが、ピロガロールのフェノール性水酸基のモル数に対して、0.01~0.3モルであることが好ましく、0.02~0.2モルであることがより好ましい。塩基性化合物の添加量が0.01モル以上であると、後述する工程(2)の反応が好適に進行しうることから好ましい。一方、塩基性化合物の添加量が0.3モル以下であると、副反応を防止または抑制できることから好ましい。
 第4級オニウム塩および塩基性化合物は、それぞれ単独で用いてもよいし、併用してもよい。
 工程(1)の反応
 工程(1)の反応は、主にピロガロールのヒドロキシ基がエピハロヒドリンと反応することにより、以下に示すトリス(3-ハロゲノ-2-ヒドロキシプロピルエーテル)中間体を得るものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 なお、上記式において、「X」は、それぞれ独立して、ハロゲン原子を表す。また、「R」は、それぞれ独立して、水素原子またはメチル基を表す。
 工程(1)の反応温度は、特に制限されないが、20~80℃であることが好ましく、40~75℃であることがより好ましい。工程(1)の反応温度が20℃以上であると、工程(1)の反応が好適に進行しうることから好ましい。一方、工程(1)の反応温度が80℃以下であると、副反応を防止または抑制することができることから好ましい。
 また、工程(1)の反応時間は、特に制限されないが、0.5時間以上であることが好ましく、1~50時間であることがより好ましい。工程(1)の反応時間が0.5時間以上であると、反応が好適に進行するとともに、副反応を防止または抑制できることから好ましい。
 (工程(2))
 工程(2)は、工程(1)で得られる反応物を、塩基性化合物の存在下で閉環させる工程である。
 工程(1)で得られる反応物
 工程(1)で得られる反応物は、第1の反応により得られるトリス(3-ハロゲノ-2-ヒドロキシプロピルエーテル)中間体を含む。その他、第1の副生物、未反応のピロガロール、未反応のエピハロヒドリン、反応溶媒、不純物等を含みうる。
 塩基性化合物
 塩基性化合物は、工程(2)の反応条件を塩基性条件とし、閉環反応を促進する機能を有する。
 塩基性化合物としては、特に制限されないが、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化バリウム、水酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等が挙げられる。これらのうち、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムを用いることが好ましい。なお、これらの塩基性化合物は単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 塩基性化合物の添加量は、特に制限されないが、ピロガロールのフェノール性水酸基のモル数に対して、0.8~1.5モルであることが好ましく、0.9~1.3モルであることがより好ましい。塩基性化合物の添加量が0.8モル以上であると、工程(2)の閉環反応が好適に進行しうることから好ましい。一方、塩基性化合物の添加量が1.5モル以下であると、副反応を防止または抑制できることから好ましい。なお、工程(1)で塩基性化合物を用いる場合は、工程(1)で用いる量も含めて上述の添加量とすることが好ましい。
 工程(2)の反応
 工程(2)の反応は、主にトリス(3-ハロゲノ-2-ヒドロキシプロピルエーテル)中間体の3-ハロゲノ-2-ヒドロキシプロピルエーテル基が、塩基性条件下において、グリシジル化反応をすることにより、以下に示すピロガロールのトリグリシジル体を得るものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 なお、上記式において、「R」は、それぞれ独立して、水素原子またはメチル基を表す。
 工程(2)の反応温度は、特に制限されないが、30~120℃であることが好ましく、25~80℃であることがより好ましい。
 また、工程(2)の反応時間としては、特に制限されないが、0.5~4時間であることが好ましく、1~3時間であることがより好ましい。
 なお、工程(2)における反応を適好に進行させるため、更に精製する工程を用いてもよい。
 また、工程(2)を行った後、必要に応じて得られる反応生成物の精製等を行うことができる。
 [反応生成物]
 反応生成物は、1,2,3-トリヒドロキシベンゼンに由来する2つの隣接酸素原子を構成原子として含む環状構造を有する環状化合物を含む。また、通常、1,2,3-トリグリシジルオキシベンゼン(本明細書において、「ピロガロールのトリグリシジル体」とも称する)を含む。その他、オリゴマー、他のグリシジル体、溶媒、その他の化合物等をさらに含んでいてもよい。
 なお、一実施形態において、反応生成物がピロガロールのトリグリシジル体を含むことにより、エポキシ樹脂は高い物性を有しうる。具体的には、ピロガロールのトリグリシジル体は3つのグリシジル体を有している。このため、架橋度が高くなり、耐熱性に優れる硬化物が得られうる。また、ピロガロールのトリグリシジル体は3つのグリシジル体が隣接している。架橋反応時に隣接のグリシジル基が密にパッキングされ、弾性率に優れる硬化物が得られる。
 また、一実施形態において、反応生成物中に含まれる環状化合物、オリゴマー等は1,2,3-トリヒドロキシベンゼンのグリシジル化反応の副反応が生じる結果として得られるものであり、上述の通り、前記環状化合物、前記オリゴマー等はエポキシ樹脂の物性やその硬化物の物性に影響を与えうる。
 この際、前記副反応は反応条件を調整することにより制御することができ、これによって、1,2,3-トリヒドロキシベンゼンのトリグリシジル体だけでなく、前記環状化合物、前記オリゴマー等の含有量を制御することができる。
 例えば、工程(1)は、上述の通り、トリス(3-ハロゲノ-2-ヒドロキシプロピルエーテル)中間体を得るものであるが、反応条件によっては、3-ハロゲノ-2-ヒドロキシプロピルエーテル基が一部閉環する副反応が生じ、グリシジル基およびヒドロキシ基を有する中間体が生成しうる。この場合、前記副反応により得られた中間体が分子内で反応すると環状化合物が生成することになり、分子間で反応するとオリゴマーが生成することとなる。このため、工程(1)において、グリシジル基およびヒドロキシ基を有する中間体を生成する副反応を制御すると、環状化合物やオリゴマーの量を制御できる傾向にある。例えば、工程(1)を高温条件下で行うと、グリシジル基を生成する副反応が促進され、得られる反応生成物中の環状化合物やオリゴマーの量は高い値となりうる。一方、工程(1)を低温条件下で行うと、グリシジル基を生成する反応は相対的に抑制され、得られる反応生成物中の環状化合物やオリゴマーの量は低い値となりうる。また、工程(1)を短時間で行うと、未反応のヒドロキシ基が多く存在し、工程(2)において生成したグリシジル基と反応することにより反応生成物中の環状化合物やオリゴマーの量は高い値となりうる。
 なお、反応生成物中の各成分の含有量の制御は、種々の方法により行うことができる。例えば、上述の工程(1)における1,2,3-トリヒドロキシベンゼンの添加量、エピハロヒドリンの種類および添加量、第4級オニウム塩、塩基性化合物の種類および添加量、反応温度、反応時間等の調整により反応を制御することができる。また、工程(1)の原料、生成物等の添加または除去等により反応を制御することもできる。さらに、上述の工程(2)における塩基性化合物の種類および添加量、反応温度、反応時間、反応速度等の調整により反応を制御することができる。また、工程(2)の生成物等の添加または除去等により反応を制御することができる。その結果、反応生成物中の各成分の含有量を制御することができる。
 (1,2,3-トリグリシジルオキシベンゼン(ピロガロールのトリグリシジル体))
 1,2,3-トリグリシジルオキシベンゼンは、以下の構造を有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
 なお、上記式において、「R」は、それぞれ独立して、水素原子またはメチル基を表す。
 1,2,3-トリグリシジルオキシベンゼンの含有量は、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)測定における面積比率で55%以上であることが好ましく、65%以上であることがより好ましく、70%以上であることがさらに好ましく、78%以上であることが特に好ましく、80~95%であることが最も好ましい。1,2,3-トリグリシジルオキシベンゼンの含有量がGPC測定における面積比率で55%以上であると、耐熱性、機械的強度が向上しうることから好ましい。なお、本明細書において、「GPC測定における面積比率」とは、反応生成物をGPC測定して得られるGPCチャートのうち、対象とする化合物が占める面積の比率を意味する。具体的な測定方法については、実施例に記載の方法を採用するものとする。
 (環状化合物)
 環状化合物は、1,2,3-トリヒドロキシベンゼンに由来する2つの隣接酸素原子を構成原子として含む環状構造を有する化合物である。この際、前記1,2,3-トリヒドロキシベンゼンに由来する2つの隣接酸素原子を構成原子として含む環状構造としては、ベンゼン環と縮環構造にあるベンゾジオキサン構造等が挙げられる。当該環状化合物を所定量(エポキシ樹脂100gに対して、0.040~0.115molmol)含むことにより、エポキシ樹脂は液状となり取扱い性、作業性に優れたものになるとともに、耐熱性に優れる硬化物を得ることができる。
 具体的な環状化合物としては、特に制限されないが、以下に示す化合物および前記化合物がさらにエピハロヒドリンと反応して得られる化合物等が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 なお、上記式において、「R」は、それぞれ独立して、水素原子またはメチル基を表す。
 上述の環状化合物は単独で含まれていても、2種以上を組み合わせて含まれていてもよい。
 前記環状化合物の含有量は、エポキシ樹脂100gに対して、0.040~0.115molであり、好ましくは0.050~0.115molであり、より好ましくは0.070~0.115molである。環状化合物の含有量が0.115mol超であると、得られる硬化物において好適な耐熱性を得ることができない。一方、環状化合物の含有量が0.040mol未満であると、エポキシ樹脂が結晶化してしまい、取扱い性が悪くなる。なお、本明細書において、「環状化合物の含有量」は、実施例に記載の方法で測定された値を採用するものとする。また、環状化合物を2種以上含む場合には、「環状化合物の含有量」は、これらの総含有量を意味する。
 なお、環状化合物の含有量は、上述のように反応を制御することで調整することができる。このような環状化合物の含有量の調整は、例えば、上述の工程(1)における1,2,3-トリヒドロキシベンゼンの添加量、エピハロヒドリンの種類および添加量、第4級オニウム塩、塩基性化合物の種類および添加量、反応温度、反応時間等を適宜調整することにより行うことができる。また、工程(1)の原料、生成物等の添加または除去等により行うこともできる。さらに、上述の工程(2)における塩基性化合物の種類および添加量、反応温度、反応時間、反応速度等を適宜調整することにより行うことができる。また、工程(2)の生成物等の添加または除去等により行うこともできる。
 (オリゴマー)
 反応生成物は、オリゴマーを含んでいてもよい。なお、本明細書において、「オリゴマー」とは、ピロガロールまたはその誘導体が互いに反応することにより得られる化合物を意味する。このため、オリゴマーはピロガロール骨格を複数有する構造ともいえる。
 前記オリゴマーとしては、特に制限されないが、上述の工程(1)で得られるトリス(3-ハロゲノ-2-ヒドロキシプロピルエーテル)中間体、ビス(3-ハロゲノ-2-ヒドロキシプロピルエーテル)中間体、モノ(3-ハロゲノ-2-ヒドロキシプロピルエーテル)中間体の1種または2種以上が反応して得られるオリゴマー;1,2,3-トリグリシジルオキシベンゼン等の2官能以上のエポキシ化合物と、ピロガロール等の2官能以上の多価フェノールとが反応して得られるオリゴマー等が挙げられる。
 上述のオリゴマーは、単独で含まれていても、2種以上が組み合わされて含まれていてもよい。
 オリゴマーの含有量は、GPC測定における面積比率で12%以下であることが好ましく、10%以下であることがより好ましく、7%以下であることがさらに好ましく、3.1%以下であることが特に好ましく、0.05~3.0%であることが最も好ましい。オリゴマーの含有量が12%以下であると、エポキシ樹脂の粘度が低くなり、取扱い性が向上することから好ましい。なお、オリゴマーを2種以上含む場合、「オリゴマーの含有量」は、これらの総含有量を意味する。
 オリゴマーの含有量の調整についても、環状化合物の場合と同様に、工程(1)、(2)におけるピロガロールの添加量、エピハロヒドリンの種類および添加量、第4級オニウム化合物、塩基性化合物の種類および添加量、反応温度、反応時間等を適宜調整することにより行うことができる。
 (他のグリシジル体)
 反応生成物は、他のグリシジル体が含まれうる。他のグリシジル体としては、1,2,3-トリグリシジルオキシベンゼン、環状化合物、およびオリゴマーを除く、グリシジル基を有する化合物を意味する。
 他のグリシジル体としては、例えば下記構造で表されるピロガロールのジグリシジル体、ピロガロールのモノグリシジル体、およびこれらの誘導体等が挙げられる。この際、前記「誘導体」とは、前記ピロガロールのジグリシジル体、前記ピロガロールのモノグリシジル体のグリシジル基が、開環付加反応によりさらにエピハロヒドリンと反応して得られる化合物を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 なお、上記式において、「X」は、それぞれ独立して、ハロゲン原子を表す。また、「R」は、それぞれ独立して、水素原子またはメチル基を表す。
 上述の他のグリシジル体は、単独で含まれていても、2種以上が組み合わされて含まれていてもよい。
 (溶媒)
 溶媒としては、特に制限されず、上述した反応溶媒の他、精製工程等において意図的に添加されうる水、溶媒等が挙げられる。
 溶媒の含有量は、エポキシ樹脂の固形分100質量部に対して、5質量部以下であることが好ましく、1質量部以下であることがより好ましい。なお、本明細書において、「エポキシ樹脂の固形分」とは、エポキシ樹脂中において、溶媒を除いた成分の総質量を意味する。したがって、エポキシ樹脂が溶媒を含まない場合には、当該エポキシ樹脂の全質量は固形分と一致する。
 (その他の化合物)
 その他の化合物としては、特に制限されず、ピロガロールとエピハロヒドリンとの反応で生じる生成物以外のものが挙げられる。具体的には、未反応のピロガロール、未反応のエピハロヒドリン、未反応の第4級オニウム塩、未反応の塩基性化合物、およびこれらに由来する化合物(副生成物等)が挙げられる。
 なお、通常、反応の条件の制御や精製を行うため、その他の化合物の含有量は低い傾向がある。
 その他の化合物の含有量は、エポキシ樹脂の固形分に対して、5質量%以下であることが好ましく、0.05~5質量%であることがより好ましい。
 [エポキシ樹脂の構成]
 本形態に係るエポキシ樹脂は、上述の反応生成物である。
 エポキシ樹脂のエポキシ当量は、170g/当量以下であることが好ましく、150g/当量以下であることがより好ましく、130g/当量以下であることがさらに好ましく、125g/当量以下であることが特に好ましく、108~125g/当量であることが最も好ましい。エポキシ樹脂のエポキシ当量が170g/当量以下であると、耐熱性が向上しうることから好ましい。なお、本明細書において「エポキシ当量」の値は、実施例に記載される方法で測定された値を採用するものとする。
 エポキシ樹脂の粘度は、特に制限されないが、1500~20000mPa・sであることが好ましく、2000~15000mPa・sであることがより好ましい。エポキシ樹脂の粘度が1500mPa・s以上であると、成形時の垂れを抑制できることから好ましい。一方、エポキシ樹脂の粘度が20000mPa・s以下であると、含浸性に優れることから好ましい。なお、本明細書において、「エポキシ樹脂の粘度」の値は、実施例に記載される方法で測定された値を採用するものとする。
 エポキシ樹脂中の成分、物性の調整は、反応の制御により行ってもよいし、精製工程の制御により行ってもよいし、別途成分を添加することにより行ってもよい。この際、エポキシ樹脂を効率的に調製できる観点から、反応を制御してエポキシ樹脂の成分の含有量の調整を行うことが好ましい。
 <エポキシ樹脂組成物>
 本発明の一形態によれば、エポキシ樹脂組成物が提供される。前記エポキシ樹脂組成物は、上述のエポキシ樹脂と、硬化剤と、を含む。エポキシ樹脂組成物は、その他、必要に応じて、他のエポキシ樹脂、他の樹脂、硬化促進剤、有機溶媒、添加物等をさらに含んでいてもよい。
 [エポキシ樹脂]
 エポキシ樹脂は、上述したものが用いられうることからここでは説明を省略する。
 エポキシ樹脂の含有量は、樹脂組成物の固形分に対して、30~99質量%であることが好ましく、40~97質量%であることがより好ましい。エポキシ樹脂の含有量が30質量%以上であると、エポキシ樹脂の性能を発現しやすいことから好ましい。一方、エポキシ樹脂の含有量が99質量%以下であると、硬化剤の選択肢が広がることから好ましい。なお、本明細書において、「樹脂組成物の固形分」とは、組成物中において、後述する溶媒を除いた成分の総質量を意味する。したがって、樹脂組成物が溶媒を含まない場合には、当該組成物の全質量は固形分と一致する。
 [他のエポキシ樹脂]
 他のエポキシ樹脂としては、特に制限されないが、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂;ビフェニル型エポキシ樹脂、テトラメチルビフェニル型エポキシ樹脂等のビフェニル型エポキシ樹脂;フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニルノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂;トリフェニルメタン型エポキシ樹脂;テトラフェニルエタン型エポキシ樹脂;ジシクロペンタジエン-フェノール付加反応型エポキシ樹脂;フェノールアラルキル型エポキシ樹脂;ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール-フェノール共縮ノボラック型エポキシ樹脂、ナフトール-クレゾール共縮ノボラック型エポキシ樹脂、ジグリシジルオキシナフタレン、リン原子含有エポキシ樹脂等が挙げられる。
 上述の他のエポキシ樹脂は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 [他の樹脂]
 他の樹脂は、エポキシ樹脂以外の樹脂を意味する。当該他の樹脂としては、熱硬化性樹脂であっても熱可塑性樹脂であってもよい。他の樹脂の具体例としては、特に制限されないが、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリケトン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、フェノール樹脂が挙げられる。これらの他の樹脂は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 [硬化剤]
 硬化剤としては、特に制限されないが、アミン系化合物、アミド系化合物、酸無水物系化合物、フェノ-ル系化合物等が挙げられる。
 前記アミン系化合物としては、エチレンジアミン、ジアミノプロパン、ジアミノブタン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、1,4-シクロヘキサンジアミン、イソホロンジアミン、ジアミノジシクロヘキシルメタン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、フェニレンジアミン、イミダゾ-ル、BF3-アミン錯体、ジシアンジアミド、グアニジン誘導体等が挙げられる。
 前記アミド系化合物としては、リノレン酸の2量体とエチレンジアミンとから合成されるポリアミド樹脂等が挙げられる。
 前記酸無水物系化合物としては、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水マレイン酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸等が挙げられる。
 前記フェノール系化合物としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール付加型樹脂、フェノールアラルキル樹脂、α-ナフトールアラルキル樹脂、β-ナフトールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂、トリフェニロールメタン樹脂、テトラフェニロールエタン樹脂、ナフトールノボラック樹脂、ナフトール-フェノール共縮ノボラック樹脂、ナフトール-クレゾール共縮ノボラック樹脂、およびアミノ基含有トリアジン化合物(メラミン、ベンゾグアナミン等)とフェノール類(フェノール、クレゾール等)と、ホルムアルデヒドと、の共重合体であるアミノトリアジン変性フェノール樹脂等が挙げられる。
 これらのうち、アミン系化合物、フェノール系化合物を用いることが好ましく、ジアミノジフェニルスルホン、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、α-ナフトールアラルキル樹脂、β-ナフトールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂、アミノトリアジン変性フェノール樹脂を用いることがより好ましい。
 なお、上述の硬化物は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 硬化剤の含有量は、樹脂組成物の固形分に対して、1~70質量%であることが好ましく、3~60質量%であることがより好ましい。硬化剤の含有量が1質量%以上であると、硬化剤の選択肢が広がることから好ましい。一方、硬化剤の含有量が70質量%以下であると、エポキシ樹脂の性能が発現しやすいことから好ましい。
 [硬化促進剤]
 硬化促進剤は、硬化を促進する機能を有する。これにより、反応時間の短縮、未反応のエポキシ化合物の発生の防止または低減等をすることができる。
 硬化促進剤としては、特に制限されないが、リン系化合物、第3級アミン、イミダゾール、有機酸金属塩、ルイス酸、アミン錯体、尿素誘導体等が挙げられる。これらのうち、イミダゾール類を用いることが好ましい。なお、これらの硬化促進剤は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 硬化促進剤の含有量は、エポキシ樹脂組成物の固形分に対して、0.1~10質量%であることが好ましく、0.5~5質量%であることがより好ましい。硬化促進剤の含有量が0.1質量%以上であると、硬化を促進できることから好ましい。一方、硬化促進剤の含有量が10質量%以下であると、ポットライフを長くできることから好ましい。
 [有機溶媒]
 有機溶媒は、エポキシ樹脂組成物の粘度を調整する機能を有する。これにより、基材への含浸性等が改善されうる。
 有機溶媒としては、特に制限されないが、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、セロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、カルビトールアセテート、エチルジグリコールアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等の酢酸エステル類;イソプロピルアルコール、ブタノール、セロソルブ、ブチルカルビトール等のアルコール類;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等のアミド類等が挙げられる。これらのうち、アルコール、ケトン類を用いることが好ましく、ブタノール、メチルエチルケトンを用いることがより好ましい。なお、これらの溶媒は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 有機溶媒の含有量は、エポキシ樹脂組成物の固形分100質量部に対して、10~60質量部であることが好ましく、20~50質量部であることがより好ましい。有機溶媒の含有量が10質量部以上であると、粘度を低くできることから好ましい。一方、有機溶媒の含有量が60質量部以下であると、不揮発成分を低減できることから好ましい。
 [添加物]
 エポキシ樹脂組成物に含有されうる添加物としては、特に制限されないが、無機充填剤、強化繊維、難燃剤、離型剤、顔料、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、帯電防止剤、導電性付与剤等が挙げられる。これらの添加剤は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 [用途]
 一実施形態において、エポキシ樹脂組成物は、繊維強化複合材料、放熱部材、接着剤、塗料、半導体、プリント配線基板等の用途に適用されうる。
 <硬化物>
 本発明の一形態によれば、硬化物が提供される。前記硬化物は、上述のエポキシ樹脂組成物が硬化されてなる。当該硬化物は、高い耐熱性を有する。
 硬化物の形状は、特に制限されず、シート形状であってもよいし、硬化物が他の材料(繊維状補強材料等)に含浸された形状であってもよい。
 硬化物のガラス転移点(Tg)は、特に制限されないが、160~350℃であることが好ましく、200~300℃であることがより好ましく、210~275℃であることがさらに好ましく、230~250℃であることが特に好ましい。ガラス転移点(Tg)が160℃以上であると、耐熱性を高くできることから好ましい。一方、ガラス転移点(Tg)が350℃以下であると、靭性に優れることから好ましい。なお、本明細書において「ガラス転移点(Tg)」の値は、実施例に記載される方法で測定された値を採用するものとする。
 硬化物の5%重量減少温度は、特に制限されないが、325℃以上であることが好ましく、330℃以上であることがより好ましく、340℃以上であることがさらに好ましく、345℃以上であることが特に好ましく、345~400℃であることが最も好ましい。硬化物の5%重量減少温度が325℃以上であると、耐熱性が高く、また、含有される環状化合物の揮発による影響等が少ないことから好ましい。なお、本明細書において、「5%重量減少温度」の値は、実施例に記載される方法で測定された値を採用するものとする。
 エポキシ樹脂組成物の硬化温度は、50~250℃であることが好ましく、70~200℃であることがより好ましい。硬化温度が50℃以上であると、硬化反応が速やかに行われうることから好ましい。一方、硬化温度が250℃以下であれば、硬化時に必要なエネルギー量を抑制できることから好ましい。
 以下、実施例を用いて本発明を説明するが、本発明は実施例の記載に制限されるものではない。なお、実施例において「部」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量部」を表す。
 なお、GPC、13CNMRは以下の条件にて測定した。
<GPC測定条件>
 測定装置 :東ソー株式会社製「HLC-8220 GPC」、
 カラム:東ソー株式会社製ガードカラム「HXL-L」
    +東ソー株式会社製「TSK-GEL G2000HXL」
    +東ソー株式会社製「TSK-GEL G2000HXL」
    +東ソー株式会社製「TSK-GEL G3000HXL」
    +東ソー株式会社製「TSK-GEL G4000HXL」
 検出器: RI(示差屈折計)
 データ処理:東ソー株式会社製「GPC-8020モデルIIバージョン4.10」
 測定条件: カラム温度  40℃
       展開溶媒   テトラヒドロフラン
       流速     1.0ml/分
 標準  : 前記「GPC-8020モデルIIバージョン4.10」の測定マニュアルに準拠して、分子量が既知の下記の単分散ポリスチレンを用いた。
  (使用ポリスチレン)
   東ソー株式会社製「A-500」
   東ソー株式会社製「A-1000」
   東ソー株式会社製「A-2500」
   東ソー株式会社製「A-5000」
   東ソー株式会社製「F-1」
   東ソー株式会社製「F-2」
   東ソー株式会社製「F-4」
   東ソー株式会社製「F-10」
   東ソー株式会社製「F-20」
   東ソー株式会社製「F-40」
   東ソー株式会社製「F-80」
   東ソー株式会社製「F-128」
 試料  : 樹脂固形分換算で1.0質量%のテトラヒドロフラン溶液をマイクロフィルターでろ過したもの(50μl)。
 <13C-NMRの測定条件>
 装置:日本電子株式会社製 JNM-ECA500
 測定モード:逆ゲート付きデカップリング
 溶媒:重水素化ジメチルスルホキシド
 パルス角度:30°パルス
 試料濃度 :30wt%
 積算回数 :4000回
 ケミカルシフトの基準:ジメチルスルホキシドのピーク:39.5ppm
 [実施例1]
 <エポキシ樹脂の製造>
 (工程(1))
 温度計、滴下ロート、冷却管、窒素導入管、撹拌機を取り付けたフラスコに、1,2,3-トリヒドロキシベンゼン126g(1.00mol)、エピクロロヒドリン1388g(15mol)を添加し、50℃まで昇温した。次いで、塩化ベンジルトリメチルアンモニウム11.2g(0.06mol)を添加し、50℃で24時間撹拌した。
 (工程(2))
 前記工程(1)で得られた反応液に蒸留水1000mLを注いで撹拌し、静置後に上層を除去した。48%水酸化ナトリウム水溶液318gを2.5時間かけて滴下し、1時間撹拌を行った。
 得られた溶液に蒸留水400mLを注いで静置した。下層の食塩水を除去し、120℃でエピクロロヒドリンの蒸留回収を行った。次いで、メチルイソブチルケトン(MIBK)500g、水147gを順次添加し、80℃で水洗を行った。下層の水洗水を除去した後、脱水、ろ過を行い、150℃でMIBKを脱溶媒することで、エポキシ樹脂を製造した。なお、得られたエポキシ樹脂を目視で観察したところ、液状であった。
 得られたエポキシ樹脂について、エポキシ樹脂100gあたりの環状化合物の含有量X(mol)を測定した。具体的には下記の式を用いて算出した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 上記式において、Xはエポキシ樹脂100gあたりの環状化合物含有量(mol)であり、(A)は芳香環1molあたりの環状化合物(mol)であり、(B)は芳香環1molあたりのエポキシ基(mol)であり、(C)はエポキシ当量(g/当量)である。
 この際、(A)は13C NMR測定において、130~150ppm付近の1,2,3-トリヒドロキシベンゼンのipso(イプソ)位にあたる芳香環に由来するピークと、60ppm付近の環状化合物に由来するピークの積分比により算出した。また、(B)は130~150ppm付近の1,2,3-トリヒドロキシベンゼンのipso(イプソ)位にあたる芳香環に由来するピークと、50ppm付近のエポキシ基に由来するピークの積分比により算出した。その結果、環状化合物の含有量は、0.071mol/100gであった。なお、図1には実施例1で製造したエポキシ樹脂の13C NMRチャートを示す。
 また、得られたエポキシ樹脂について、1,2,3-トリグリシジルオキシベンゼン(ピロガロールのトリグリシジル体)のGPC測定における面積比率を測定した。その結果、ピロガロールのトリグリシジル体の含有量は、GPC測定における面積比率で79%であった。
 さらに、オリゴマーのGPC測定における面積比率を測定した。その結果、ピロガロールのトリグリシジル体の含有量は、GPC測定における面積比率で3.0%であった。
 また、得られたエポキシ樹脂について、エポキシ当量を測定した。具体的には、JIS K 7236:2009の方法により、エポキシ樹脂のエポキシ当量を測定した。その結果、エポキシ樹脂のエポキシ当量は122g/当量であった。
 さらに、得られたエポキシ樹脂の粘度を測定した。具体的にはE型粘度計(東機産業株式会社製 TV-22)を用いて、25℃におけるエポキシ樹脂の粘度を測定した。その結果、エポキシ樹脂の粘度は2700mPa・sであった。
 得られた結果を下記表1に示す。
 <エポキシ樹脂組成物の製造>
 上述のエポキシ樹脂70部に対し、硬化剤である4,4’-ジアミノジフェニルスルホン30部を100℃、2時間の条件で溶融混合を行い、エポキシ樹脂組成物を得た。
 <硬化物の製造>
 上述で製造したエポキシ樹脂組成物を、2mmのスペーサーを間に挟んだガラス板の間に流し込み、150℃で1時間、次いで180℃で3時間硬化反応を行い、硬化物を製造した。
 [実施例2]
 <エポキシ樹脂の製造>
 実施例1の工程(1)における50℃での加熱攪拌時間を24時間から15時間に変更した以外は実施例1と同様の方法でエポキシ樹脂を製造した。なお、得られたエポキシ樹脂を目視で観察したところ、液状であった。
 実施例1と同様の方法で、環状化合物の含有量、1,2,3-トリグリシジルオキシベンゼンのGPC測定における面積比率、オリゴマーのGPC測定における面積比率、エポキシ樹脂のエポキシ当量、エポキシ樹脂の粘度を測定したところ、それぞれ0.086mol/100g、77%、3.2%、128g/当量、および3100mPa・sであった。
 得られた結果を下記表1に示す。
 <エポキシ樹脂組成物および硬化物の製造>
 実施例1と同様の方法でエポキシ樹脂組成物および硬化物を製造した。
 [実施例3]
 ベンジルトリメチルアンモニウムクロライド11.2部(0.06モル)をテトラブチルアンモニウムブロマイド19.3部(0.06モル)に変更し、加熱攪拌を50℃で24時間から70℃で4時間に変更した以外は実施例1と同様の方法でエポキシ樹脂を製造した。なお、得られたエポキシ樹脂を目視で観察したところ、液状であった。
 実施例1と同様の方法で、環状化合物の含有量、1,2,3-トリグリシジルオキシベンゼンのGPC測定における面積比率、オリゴマーのGPC測定における面積比率、エポキシ樹脂のエポキシ当量、エポキシ樹脂の粘度を測定したところ、それぞれ0.101mol/100g、68%、7.6%、140g/当量、および7400mPa・sであった。
 得られた結果を下記表1に示す。
 <エポキシ樹脂組成物および硬化物の製造>
 実施例1と同様の方法でエポキシ樹脂組成物および硬化物を製造した。
 [実施例4]
 温度計、滴下ロート、冷却管、窒素導入管、撹拌機を取り付けたフラスコに、1,2,3-トリヒドロキシベンゼン126部(1.00モル)、エピクロロヒドリン1388部(15モル)を入れ、50℃まで昇温した。次いで49%NaOH水溶液122部を4時間かけて滴下した。その後60℃まで昇温し49%NaOH水溶液127部を3時間かけて滴下した。さらに1時間攪拌を続けた後、390mLの蒸留水を注ぎ、静置した。その後は実施例1と同様の操作を行うことでエポキシ樹脂を製造した。なお、得られたエポキシ樹脂を目視で観察したところ、液状であった。
 実施例1と同様の方法で、環状化合物の含有量、1,2,3-トリグリシジルオキシベンゼンのGPC測定における面積比率、オリゴマーのGPC測定における面積比率、エポキシ樹脂のエポキシ当量、エポキシ樹脂の粘度を測定したところ、それぞれ0.110mol/100g、60%、11.3%、160g/当量、および18300mPa・sであった。
 得られた結果を下記表1に示す。
 <エポキシ樹脂組成物および硬化物の製造>
 実施例1と同様の方法でエポキシ樹脂組成物および硬化物を製造した。
 [比較例1]
 非特許文献1のExperimental sectionに準拠しエポキシ樹脂の製造を行った。温度計、滴下ロート、冷却管、窒素導入管、撹拌機を取り付けたフラスコに、1,2,3-トリヒドロキシベンゼン126部(1.00モル)、エピクロロヒドリン1111部(12モル)を入れ、100℃まで昇温した。そこに、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライド11.4部(0.05モル)を加え100℃で1時間加熱攪拌した。その後、30℃まで降温し、そこに20%NaOH水溶液780部を2.5時間かけて滴下し、さらに1時間攪拌を続けた後静置した。その後は実施例1と同様の操作を行うことでエポキシ樹脂を製造した。なお、得られたエポキシ樹脂を目視で観察したところ、液状であった。
 実施例1と同様の方法で、環状化合物の含有量、1,2,3-トリグリシジルオキシベンゼンのGPC測定における面積比率、オリゴマーのGPC測定における面積比率、エポキシ樹脂のエポキシ当量、エポキシ樹脂の粘度を測定したところ、それぞれ0.120mol/100g、54%、13.9%、184g/当量、および53300mPa・sであった。
 得られた結果を下記表1に示す。
 <エポキシ樹脂組成物および硬化物の製造>
 実施例1と同様の方法でエポキシ樹脂組成物および硬化物を製造した。
 [比較例2]
 比較例1で製造したエポキシ樹脂を良溶媒にメチルイソブチルケトン(MIBK)、貧溶媒にヘキサンを用いて再結晶により精製することで、エポキシ樹脂を製造した。なお、得られたエポキシ樹脂を目視で観察したところ、固体であった。
 実施例1と同様の方法で、環状化合物の含有量、1,2,3-トリグリシジルオキシベンゼンのGPC測定における面積比率、オリゴマーのGPC測定における面積比率、エポキシ樹脂のエポキシ当量を測定したところ、それぞれ0.039mol/100g、96%、0%、および107g/当量であった。なお、エポキシ樹脂の粘度については、固体であるため測定できなかった。
 得られた結果を下記表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 [物性評価]
 実施例1~4および比較例1で得られた硬化物について、各種物性評価を行った。
 (5%重量減少温度)
 同時熱分析装置(METTOLER TOLEDO株式会社製TGA/DSC1、サンプル量6~6.5mg、アルミ製サンプルパンサイズφ5×2.5mm、昇温速度10℃/min、窒素流量100ml/min、温度範囲40~600℃、)により5%重量減少温度を測定した。得られた結果を下記表2に示す。
 (ガラス転移点)
 粘弾性測定装置(DMA:レオメトリック社製固体粘弾性測定装置RSAII、レクタンギュラーテンション法;周波数1Hz、昇温速度3℃/min、最高測定温度350℃)を用い、硬化物について貯蔵弾性率と損失弾性率の比である損失正接が最大となる(tanδ値が最も大きい)温度を測定し、これをガラス転移温度(Tg)として記載した。得られた結果を下記表2に示す。
 (曲げ強度・曲げ弾性率・曲げ歪み・曲げ靭性)
 JIS K7171に従って、硬化物の曲げ強度、曲げ弾性率、曲げひずみを測定した。また、曲げ試験で得られたS-Sカーブの積分をとることによりエネルギーを算出し、試験片の単位面積当たりのエネルギーを曲げ靭性とした。得られた結果を下記表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
 表2の結果から、実施例1~4で得られた硬化物は、5%重量減少温度が高く、耐熱性が高いことが理解できる。

Claims (6)

  1.  1,2,3-トリヒドロキシベンゼンと、エピハロヒドリンと、の反応生成物である、エポキシ樹脂であって、
     前記エポキシ樹脂が、1,2,3-トリヒドロキシベンゼンに由来する2つの隣接酸素原子を構成原子として含む環状構造を有する環状化合物を含み、
     前記環状化合物の含有量が、エポキシ樹脂100gに対して、0.040~0.115molである、エポキシ樹脂。
  2.  エポキシ当量が、170g/当量以下である、請求項1に記載のエポキシ樹脂。
  3.  1,2,3-トリグリシジルオキシベンゼンをさらに含み、
     前記1,2,3-トリグリシジルオキシベンゼンの含有量が、GPC測定における面積比率で55%以上である、請求項1または2に記載のエポキシ樹脂。
  4.  オリゴマーをさらに含み、
     前記オリゴマーの含有量が、GPC測定における面積比率で12%以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂。
  5.  請求項1~4のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂と、硬化剤と、を含むエポキシ樹脂組成物。
  6.  請求項5に記載のエポキシ樹脂組成物を硬化してなる硬化物。
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