(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
さらに、ホウ酸エステル化合物、チタン酸エステル化合物、アルミネート化合物、ジルコネート化合物、イソシアネート化合物、カルボン酸、酸無水物、およびメルカプト有機酸から選ばれる1種以上(成分(4))を含有する請求項4〜6のいずれかに記載の一液性エポキシ樹脂組成物。
成分(2)のエポキシ樹脂のエポキシ当量に対する成分(1)に含有されるチオール基の合計当量[チオール基合計当量数/エポキシ当量数]が、0.2〜2.0である請求項4〜11のいずれかに記載の一液性エポキシ樹脂組成物。
成分(2)のエポキシ樹脂のエポキシ当量に対する成分(1)および成分(5)に含有されるチオール基の合計当量[チオール基合計当量数/エポキシ当量数]が、0.2〜2.0である請求項9〜11のいずれかに記載の一液性エポキシ樹脂組成物。
【発明を実施するための形態】
【0007】
[チオール基含有化合物]
本発明のチオール基含有化合物は式(1)で表される。
式(1):
【0008】
(式(1)中、Rは、水素原子、置換基を有していてもよい炭化水素基、または−CH
2−OC(O)−[CH
2]
l−SH(lは、1〜8の整数を表す。lは、1〜6の整数がより好ましく、2〜4の整数がさらに好ましい。)を表す。好ましくは、水素原子または置換基を有していてもよい飽和もしくは不飽和の直鎖もしくは分岐鎖の炭化水素基であり、より好ましくは、水素原子または置換基を有していてもよい炭素原子数1〜30の飽和もしくは不飽和の直鎖もしくは分岐鎖の炭化水素基である。
Rは、さらに好ましくは、水素原子または炭素原子数1〜15の飽和もしくは不飽和の直鎖もしくは分岐鎖の炭化水素基であり、殊更好ましくは、水素原子または炭素原子数1〜6の飽和もしくは不飽和の直鎖もしくは分岐鎖の炭化水素基であり、特に好ましくは、水素原子または炭素原子数1〜4の飽和もしくは不飽和の直鎖もしくは分岐鎖の炭化水素基である。より好ましくは、飽和の直鎖の炭化水素基である。
置換基を有していてもよい炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、プロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、sec−ペンチル基、tert−ペンチル基、イソペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、tert−オクチル基、ノニル基、イソノニル基、デシル基、イソデシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、イソトリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、およびこれらの置換基含有基が挙げられる。
【0009】
式(1)中、XおよびZは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい2価の脂肪族炭化水素基を表す。2価の脂肪族炭化水素基は、飽和炭化水素基であっても不飽和炭化水素基であってもよく、その炭素原子数は好ましくは1〜20、より好ましくは1〜10、さらに好ましくは2〜6である。上記炭素原子数に置換基の炭素原子数は含まれない。
【0010】
上記2価の脂肪族炭化水素基としては、例えば、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルケニレン基、シクロアルケニレン基、アルキニレン基、シクロアルキニレン基、アルカポリエニレン基、アルカジイニレン基、アルカトリイニレン基等が挙げられ、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基が好ましい。したがって、好適な一実施形態において、XおよびZは、それぞれ独立に置換基を有していてもよい炭素原子数1〜20の2価のアルキレン基である。より好ましくは、それぞれ独立に、炭素原子数1〜20の2価のアルキレン基である。
【0011】
上記アルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、へキシレン基、ヘプチレン基、オクチレン基、ノニレン基、デシレン基、ウンデシレン基、ドデシレン基、トリデシレン基、テトラデシレン基、ペンタデシレン基、ヘキサデシレン基、ヘプタデシレン基、オクタデシレン基、ノナデシレン基等が挙げられる。
【0012】
Yは、−OC(O)−、−C(O)O−、−NHC(O)−、−C(O)NH−、−SC(O)−及び−C(O)S−から選択される2価の基を表す。Yは、より好ましくは、−OC(O)−、−C(O)O−、−SC(O)−及び−C(O)S−から選択される2価の基、より好ましくは、−SC(O)−及び−C(O)S−から選択される2価の基である。
【0013】
mは、1〜8の整数を表す。1〜6の整数がより好ましく、2〜4の整数がさらに好ましい。
【0014】
nは、1〜8の整数を表す。1〜6の整数がより好ましく、2〜4の整数がさらに好ましい。
【0015】
本明細書において、「置換基」という用語は、特に説明のない限り、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルキルオキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、1価の複素環基、アミノ基、シリル基、アシル基、アシルオキシ基、カルボキシ基、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、メルカプト基及びオキソ基から選択される基を意味する。
【0016】
置換基として用いられるハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、及びヨウ素原子が挙げられる。
【0017】
置換基として用いられるアルキル基は、直鎖状又は分岐状のいずれであってもよい。該アルキル基の炭素原子数は、好ましくは1〜20、より好ましくは1〜14、さらに好ましくは1〜12、さらにより好ましくは1〜6、特に好ましくは1〜3である。該アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、及びデシル基が挙げられる。後述するように、置換基として用いられるアルキル基は、さらに置換基(「二次置換基」)を有していてもよい。斯かる二次置換基を有するアルキル基としては、例えば、ハロゲン原子で置換されたアルキル基が挙げられ、具体的には、トリフルオロメチル基、トリクロロメチル基、テトラフルオロエチル基、テトラクロロエチル基等が挙げられる。
【0018】
置換基として用いられるシクロアルキル基の炭素原子数は、好ましくは3〜20、より好ましくは3〜12、さらに好ましくは3〜6である。該シクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基等が挙げられる。
【0019】
置換基として用いられるアルコキシ基は、直鎖状又は分岐状のいずれであってもよい。該アルコキシ基の炭素原子数は、好ましくは1〜20、好ましくは1〜12、さらに好ましくは1〜6である。該アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、ブトキシ基、sec−ブトキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基、ノニルオキシ基、及びデシルオキシ基が挙げられる。
【0020】
置換基として用いられるシクロアルキルオキシ基の炭素原子数は、好ましくは3〜20、より好ましくは3〜12、さらに好ましくは3〜6である。該シクロアルキルオキシ基としては、例えば、シクロプロピルオキシ基、シクロブチルオキシ基、シクロペンチルオキシ基、及びシクロヘキシルオキシ基が挙げられる。
【0021】
置換基として用いられるアリール基は、芳香族炭化水素から芳香環上の水素原子を1個除いた基である。置換基として用いられるアリール基の炭素原子数は、好ましくは6〜24、より好ましくは6〜18、さらに好ましくは6〜12である。該アリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、及びアントラセニル基が挙げられる。
【0022】
置換基として用いられるアリールオキシ基の炭素原子数は、好ましくは6〜24、より好ましくは6〜18、さらに好ましくは6〜12である。置換基として用いられるアリールオキシ基としては、例えば、フェノキシ基、1−ナフチルオキシ基、及び2−ナフチルオキシ基が挙げられる。
【0023】
置換基として用いられるアリールアルキル基の炭素原子数は、好ましくは7〜25、より好ましくは7〜19、さらに好ましくは7〜13である。該アリールアルキル基としては、例えば、フェニル−C1〜C12アルキル基、ナフチル−C1〜C12アルキル基、及びアントラセニル−C1〜C12アルキル基が挙げられる。
【0024】
置換基として用いられるアリールアルコキシ基の炭素原子数は、好ましくは7〜25、より好ましくは7〜19、さらに好ましくは7〜13である。該アリールアルコキシ基としては、例えば、フェニル−C1〜C12アルコキシ基、及びナフチル−C1〜C12アルコキシ基が挙げられる。
【0025】
置換基として用いられる1価の複素環基とは、複素環式化合物から複素環上の水素原子1個を除いた基をいう。該1価の複素環基の炭素原子数は、好ましくは3〜21、より好ましくは3〜15、さらに好ましくは3〜9である。該1価の複素環基には、1価の芳香族複素環基(ヘテロアリール基)も含まれる。該1価の複素環としては、例えば、チエニル基、ピロリル基、フリル基、ピリジル基、ピリダジニル基、ピリミジル基、ピラジニル基、トリアジニル基、ピロリジル基、ピペリジル基、キノリル基、及びイソキノリル基が挙げられる。
【0026】
置換基として用いられるアミノ基は、直鎖状又は分岐状の脂肪族、又は芳香族のいずれであってもよい。該アミノ基の炭素原子数は、好ましくは1〜20、好ましくは1〜12、さらに好ましくは1〜6である。該アミノ基としては、例えば、アミノメチル基、アミノエチル基、アミノプロピル基、イソプロピルアミノ基、アミノブトキシ基、sec−ブチルアミノ基、イソブチルアミノ基、tert−ブチルアミノ基、アミノペンチル基、アミノヘキシル基、アミノヘプチル基、アミノオクチル基、アミノノニル基、及びアミノデシル基、アミノフェニル基などが挙げられる。
【0027】
置換基として用いられるシリル基は、直鎖状又は分岐状のいずれであってもよい。該シリル基の炭素原子数は、好ましくは1〜20、好ましくは1〜12、さらに好ましくは1〜6である。該シリル基としては、例えば、メチルシリル基、エチルシリル基、プロピルシリル基、イソプロピルシリル基、ブトキシシリル基、sec−ブチルシリル基、イソブチルシリル基、tert−ブチルシリル基、ペンチルシリル基、ヘキシルシリル基、ヘプチルシリル基、オクチルシリル基、ノニルシリル基、及びデシルシリル基が挙げられる。
【0028】
置換基として用いられるアシル基は、式:−C(=O)−R1で表される基(式中、R1はアルキル基又はアリール基)をいう。R1で表されるアルキル基は直鎖状又は分岐状のいずれであってもよい。R1で表されるアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、及びアントラセニル基が挙げられる。該アシル基の炭素原子数は、好ましくは2〜20、より好ましくは2〜13、さらに好ましくは2〜7である。該アシル基としては、例えば、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、ピバロイル基、及びベンゾイル基が挙げられる。
【0029】
置換基として用いられるアシルオキシ基は、式:−O−C(=O)−R2で表される基(式中、R2はアルキル基又はアリール基)をいう。R2で表されるアルキル基は直鎖状又は分岐状のいずれであってもよい。R2で表されるアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、及びアントラセニル基が挙げられる。該アシルオキシ基の炭素原子数は、好ましくは2〜20、より好ましくは2〜13、さらに好ましくは2〜7である。該アシルオキシ基としては、例えば、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、イソブチリルオキシ基、ピバロイルオキシ基、及びベンゾイルオキシ基が挙げられる。
【0030】
本発明のチオール基含有化合物は、式(1)中、Rが、水素原子または炭素原子数1〜15、好ましくは1〜6の飽和もしくは不飽和の直鎖もしくは分岐鎖の炭化水素基を表し、XおよびZが、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素原子数1〜20、好ましくは1〜10の2価のアルキレン基を表し、Yが−SC(O)−又は−C(O)S−であり、mが2〜4の整数であり、nが2〜4の整数であることが適当である。
さらに、本発明のチオール基含有化合物としては、以下式(2)の構造式を有する2−エチル−2−{{{3−[(3−メルカプトプロパノイル)チオ]プロパノイル}オキシ}メチル}プロパン−1,3−ジイル ビス(3−メルカプトプロピオナート)が特に好ましい。
【0032】
[エポキシ樹脂用硬化剤]
本発明のチオール基含有化合物は、エポキシ樹脂を硬化することができるため、エポキシ樹脂用硬化剤として使用することができる。その場合、エポキシ樹脂のエポキシ当量に対する、前記チオール基の合計当量(チオール基合計当量数/エポキシ当量数)を、0.2〜2.0となるように調整することが好ましく、0.6〜1.2がより好ましい。ここで、エポキシ当量とは、1当量のエポキシ基を含むエポキシ樹脂の質量であり、例えば、JIS K 7236(2009)に準拠して測定することができる。チオール基合計当量とは、1当量のチオール基を含むチオール基含有化合物の質量である。
本発明のエポキシ樹脂用硬化剤は、上述した本発明のチオール基含有化合物を含んでいればよいが、さらに、他の成分としてイミダゾールやアミンを含有していてもよい。他の成分は、エポキシ樹脂用硬化剤に対して、例えば、0.01〜10質量%、好ましくは、0.1〜5質量%含んでいてもよい。
【0033】
[一液性エポキシ樹脂組成物]
本発明の一液性エポキシ樹脂組成物は、少なくとも上記化合物(成分(1))及び分子内にエポキシ基を2以上有するエポキシ樹脂(成分(2))を含有する。本発明の一液性エポキシ樹脂組成物は、任意に固体分散型潜在性硬化促進剤(成分(3))を含有することが好ましい。さらに、本発明の一液性エポキシ樹脂組成物は、任意にホウ酸エステル化合物、チタン酸エステル化合物、アルミネート化合物、ジルコネート化合物、イソシアネート化合物、カルボン酸、酸無水物、およびメルカプト有機酸から選ばれる1種以上(成分(4))、および/または、成分(1)とは異なる分子内にチオール基を2以上有する化合物、即ち、分子内にチオール基を2以上有し、分子内にヒドロキシ基を有さない化合物(成分(5))を含有することが好ましい。このような各成分を含有することにより、本発明の一液性エポキシ樹脂組成物は、低温速硬化性および保存安定性を兼ね備えることが可能である。
なお、成分(2)のエポキシ樹脂の含有量を100質量部とした場合、成分(1)のチオール基含有化合物の含有量は0.1〜100質量部であることが好ましく、1〜98質量部であることがより好ましく、5〜95質量部がさらに好ましい。
【0034】
・成分(2)
本発明に用いる成分(2)のエポキシ樹脂は、平均して1分子当り2以上のエポキシ基を有するものであればよい。例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールAD、カテコール、レゾルシノールなどの多価フェノールやグリセリンやポリエチレングリコールなどの多価アルコールとエピクロロヒドリンとを反応させて得られるポリグリシジルエーテル;p−ヒドロキシ安息香酸、β−ヒドロキシナフトエ酸のようなヒドロキシカルボン酸とエピクロロヒドリンとを反応させて得られるグリシジルエーテルエステル;フタル酸、テレフタル酸のようなポリカルボン酸とエピクロロヒドリンとを反応させて得られるポリグリシジルエステル;更にはエポキシ化フェノールノボラック樹脂、エポキシ化クレゾールノボラック樹脂、エポキシ化ポリオレフィン、環式脂肪族エポキシ樹脂、その他ウレタン変性エポキシ樹脂;等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
【0035】
成分(2)のエポキシ樹脂としては、具体的には、これらの中でも、高耐熱性及び低透湿性を保つ等の観点から、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、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、芳香族グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン構造を有するエポキシ樹脂等が好ましく、ビスフェノールA型エポキシ樹脂およびビスフェノールF型エポキシ樹脂がより好ましく、ビスフェノールA型エポキシ樹脂がより好ましい。
【0036】
成分(2)のエポキシ樹脂は、液状であっても、固形状であっても、液状と固形状の両方を用いてもよい。ここで、「液状」及び「固形状」とは、常温(25℃)でのエポキシ樹脂の状態である。塗工性、加工性、接着性の観点から、使用するエポキシ樹脂全体の少なくとも10質量%以上が液状であるのが好ましい。かかる液状エポキシ樹脂の具体例として、液状ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学(株)製「エピコート828EL」、「エピコート827」、)、液状ビスフェノールF型エポキシ樹脂(三菱化学(株)製「エピコート807」)、ナフタレン型2官能エポキシ樹脂(DIC(株)製「HP4032」、「HP4032D])、液状ビスフェノールAF型エポキシ樹脂(東都化成(株)製「ZXl O59」)、水素添加された構造のエポキシ樹脂(三菱化学(株)製「エピコートYX8000」)がある。中でも高耐熱であり低粘度である三菱化学(株)社製の「エピコート828EL」「エピコート827」、および「エピコート807」が好ましく、「エピコート828EL」がより好ましい。また、固形エポキシ樹脂の具体例として、ナフタレン型4官能エポキシ樹脂(DIC(株)製「HP4700」)、ジシクロペンタジエン型多官能エポキシ樹脂(DIC(株)製「HP7200」)、ナフトール型エポキシ樹脂(東都化成(株)製「ESN−475V」)、ブタジエン構造を有するエポキシ樹脂(ダイセル化学工業(株)製「PB−3600」)、ビフェニル構造を有するエポキシ樹脂(日本化薬(株)製「NC3000H」、「NC3000L」、三菱化学(株)製「YX4000」)などが挙げられる。
【0037】
本発明の樹脂組成物全体の質量を100質量%とした場合、成分(2)のエポキシ樹脂の含有量は、例えば、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、20質量%以上がさらに好ましく、30質量%以上がさらにより好ましく、40質量%以上が殊更好ましく、45質量%以上が特に好ましい。また、95質量%以下が好ましく、90質量%以下がより好ましく、85質量%以下がさらに好ましく、80質量%以下がさらにより好ましく、75質量%以下が殊更好ましく、70質量%以下が特に好ましい。
【0038】
・成分(3)
本発明に用いる成分(3)の固体分散型潜在性硬化促進剤とは、室温(25℃)では成分(2)のエポキシ樹脂に不溶の固体で、加熱することにより可溶化し、エポキシ樹脂の硬化促進剤として機能する化合物であり、常温で固体のイミダゾール化合物、および固体分散型アミンアダクト系潜在性硬化促進剤が挙げられるが、これらに限定されるものではない。固体分散型アミンアダクト系潜在性硬化促進剤の例としては、アミン化合物とエポキシ化合物との反応生成物(アミン−エポキシアダクト系)、アミン化合物とイソシアネート化合物または尿素化合物との反応生成物(尿素型アダクト系)等が挙げられる。これらのうち、固体分散型アミンアダクト系潜在性硬化促進剤が好ましい。
【0039】
前記常温で固体のイミダゾール化合物としては、例えば、2−ヘプタデシルイミダゾール、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4−ベンジル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、2,4−ジアミノ−6−(2−メチルイミダゾリル−(1))−エチル−S−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−(2′−メチルイミダゾリル−(1)′)−エチル−S−トリアジン・イソシアヌール酸付加物、2−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール、1−シアノエチル−2−メチルイミダゾール−トリメリテイト、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール−トリメリテイト、N−(2−メチルイミダゾリル−1−エチル)−尿素、N,N′−(2−メチルイミダゾリル−(1)−エチル)−アジボイルジアミド等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0040】
前記固体分散型アミンアダクト系潜在性硬化促進剤(アミン−エポキシアダクト系)の製造原料の一つとして用いられるエポキシ化合物としては、例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、カテコール、レゾルシノールなど多価フェノール、またはグリセリンやポリエチレングリコールのような多価アルコールとエピクロロヒドリンとを反応させて得られるポリグリシジルエーテル;p−ヒドロキシ安息香酸、β−ヒドロキシナフトエ酸のようなヒドロキシカルボン酸とエピクロロヒドリンとを反応させて得られるグリシジルエーテルエステル;フタル酸、テレフタル酸のようなポリカルボン酸とエピクロロヒドリンとを反応させて得られるポリグリシジルエステル;4,4′−ジアミノジフェニルメタンやm−アミノフェノールなどとエピクロロヒドリンとを反応させて得られるグリシジルアミン化合物;更にはエポキシ化フェノールノボラック樹脂、エポキシ化クレゾールノボラック樹脂、エポキシ化ポリオレフィンなどの多官能性エポキシ化合物やブチルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、グリシジルメタクリレートなどの単官能性エポキシ合物;等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
【0041】
前記固体分散型アミンアダクト系潜在性硬化促進剤の製造原料として用いられるアミン化合物は、エポキシ基と付加反応しうる活性水素を分子内に1以上有し、かつ1級アミノ基、2級アミノ基および3級アミノ基の中から選ばれた官能基を少なくとも分子内に1以上有するものであればよい。このような、アミン化合物としては、例えば、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、n−プロピルアミン、2−ヒドロキシエチルアミノプロピルアミン、シクロヘキシルアミン、4,4′−ジアミノ−ジシクロヘキシルメタンのような脂肪族アミン類;4,4′−ジアミノジフェニルメタン、2−メチルアニリンなどの芳香族アミン化合物;2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾリン、2,4−ジメチルイミダゾリン、ピペリジン、ピペラジンなどの窒素原子が含有された複素環化合物;等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0042】
また、この中で特に分子内に3級アミノ基を有する化合物は、優れた硬化促進能を有する潜在性硬化促進剤を与える原料であり、そのような化合物の例としては、例えば、ジメチルアミノプロピルアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、ジ−n−プロピルアミノプロピルアミン、ジブチルアミノプロピルアミン、ジメチルアミノエチルアミン、ジエチルアミノエチルアミン、N−メチルピペラジンなどのアミン化合物や、2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾールなどのイミダゾール化合物のような、分子内に3級アミノ基を有する1級もしくは2級アミン類;2−ジメチルアミノエタノール、1−メチル−2−ジメチルアミノエタノール、1−フェノキシメチル−2−ジメチルアミノエタノール、2−ジエチルアミノエタノール、1−ブトキシメチル−2−ジメチルアミノエタノール、1−(2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル)−2−メチルイミダゾール、1−(2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル)−2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−(2−ヒドロキシ−3−ブトキシプロピル)−2−メチルイミダゾール、1−(2−ヒドロキシ−3−ブトキシプロピル)−2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−(2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル)−2−フェニルイミダゾリン、1−(2−ヒドロキシ−3−ブトキシプロピル)−2−メチルイミダゾリン、2−(ジメチルアミノメチル)フェノール、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、N−β−ヒドロキシエチルモルホリン、2−ジメチルアミノエタンチオール、2−メルカプトピリジン、2−ベンゾイミダゾール、2−メルカプトベンゾイミダゾール、2−メルカプトベンゾチアゾール、4−メルカプトピリジン、N,N−ジメチルアミノ安息香酸、N,N−ジメチルグリシン、ニコチン酸、イソニコチン酸、ピコリン酸、N,N−ジメチルグリシンヒドラジド、N,N−ジメチルプロピオン酸ヒドラジド、ニコチン酸ヒドラジド、イソニコチン酸ヒドラジドなどのような、分子内に3級アミノ基を有するアルコール類、フェノール類、チオール類、カルボン酸類およびヒドラジド類;等が挙げられる。
【0043】
前記のエポキシ化合物とアミン化合物を付加反応せしめ潜在性硬化促進剤を製造する際に、さらに分子内に活性水素を2以上有する活性水素化合物を添加することもできる。このような活性水素化合物としては、例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ヒドロキノン、カテコール、レゾルシノール、ピロガロール、フェノールノボラック樹脂などの多価フェノール類、トリメチロールプロパンなどの多価アルコール類、アジピン酸、フタル酸などの多価カルボン酸類、1,2−ジメルカプトエタン、2−メルカプトエタノール、1−メルカプト−3−フェノキシ−2−プロパノール、メルカプト酢酸、アントラニル酸、乳酸等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0044】
前記固体分散型アミンアダクト系潜在性硬化促進剤の製造原料として用いられるイソシアネート化合物としては、例えば、n−ブチルイソシアネート、イソプロピルイソシアネート、フェニルイソシアネート、ベンジルイソシアネートなどの単官能イソシアネート化合物;ヘキサメチレンジイソシアネート、トルイレンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、ジフェニルメタン−4,4′−ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、パラフェニレンジイソシアネート、1,3,6−ヘキサメチレントリイソシアネート、ビシクロヘプタントリイソシアネートなどの多官能イソシアネート化合物;更には、これら多官能イソシアネート化合物と活性水素化合物との反応によって得られる、末端イソシアネート基含有化合物;等も用いることができる。このような末端イソシアネート基含有化合物の例としては、トルイレンジイソシアネートとトリメチロールプロパンとの反応により得られる末端イソシアネート基を有する付加化合物、トルイレンジイソシアネートとペンタエリスリトールとの反応により得られる末端イソシアネート基を有する付加化合物などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0045】
また、前記固体分散型アミンアダクト系潜在性硬化促進剤の製造原料として用いられる尿素化合物として、例えば、尿素、チオ尿素などが挙げられるが、これらに限定されるものでない。
【0046】
成分(3)の固体分散型潜在性硬化促進剤は、例えば、上記の製造原料を適宜混合し、室温から200℃の温度において反応させた後、冷却固化してから粉砕するか、あるいは、メチルエチルケトン、ジオキサン、テトラヒドロフラン等の溶媒中で反応させ、脱溶媒後、固形分を粉砕することにより容易に得ることが出来る。
【0047】
成分(3)の固体分散型潜在性硬化促進剤として市販されている代表的な例としては、例えば、アミン−エポキシアダクト系(アミンアダクト系)としては、「アミキュアPN−23」(味の素(株)商品名)、「アミキュアPN−H」(味の素(株)商品名)、「ハードナーX−3661S」(エー・シー・アール(株)商品名)、「ハードナーX−3670S」(エー・シー・アール(株)商品名)、「ノバキュアHX−3742」(旭化成(株)商品名)、「ノバキュアHX−3721」(旭化成(株)商品名)などが挙げられ、また、尿素型アダクト系としては、「フジキュアFXE−1000」(富士化成(株)商品名)、「フジキュアFXR−1030」(富士化成(株))などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0048】
成分(2)のエポキシ樹脂の含有量を100質量部とした場合、成分(3)の固体分散型潜在性硬化促進剤の含有量は0.1〜100質量部であることが好ましく、1〜60質量部であることがより好ましく、5〜30質量部がさらに好ましい。
【0049】
・成分(4)
本発明の組成物は、さらに、優れた保存安定性を実現させるために、ホウ酸エステル化合物、チタン酸エステル化合物、アルミネート化合物、ジルコネート化合物、イソシアネート化合物、カルボン酸、酸無水物及びメルカプト有機酸から選ばれる1種以上(成分(4))を含有することが好ましい。
【0050】
前記ホウ酸エステル化合物としては、例えば、トリメチルボレート、トリエチルボレート、トリ−n−プロピルボレート、トリイソプロピルボレート、トリ−n−ブチルボレート、トリペンチルボレート、トリアリルボレート、トリヘキシルボレート、トリシクロヘキシルボレート、トリオクチルボレート、トリノニルボレート、トリデシルボレート、トリドデシルボレート、トリヘキサデシルボレート、トリオクタデシルボレート、トリス(2−エチルヘキシロキシ)ボラン、ビス(1,4,7,10−テトラオキサウンデシル)(1,4,7,10,13−ペンタオキサテトラデシル)(1,4,7−トリオキサウンデシル)ボラン、トリベンジルボレート、トリフェニルボレート、トリ−o−トリルボレート、トリ−m−トリルボレート、トリエタノールアミンボレート等が挙げられる。
【0051】
前記チタン酸エステル化合物としては、例えば、テトラエチルチタネート、テトラプロピルチタネート、テトライソプロプルチタネート、テトラブチルチタネート、テトラオクチルチタネート等が挙げられる。
【0052】
前記アルミネート化合物としては、例えば、トリエチルアルミネート、トリプロピルアルミネート、トリイソプロピルアルミネート、トリブチルアルミネート、トリオクチルアルミネート等が挙げられる。
【0053】
前記ジルコネート化合物としては、例えば、テトラエチルジルコネート、テトラプロピルジルコネート、テトライソプロピルジルコネート、テトラブチルジルコネート等が挙げられる。
【0054】
前記イソシアネート化合物としては、例えば、n−ブチルイソシアネート、イソプロピルイソシアネート、2−クロロエチルイソシアネート、フェニルイソシアネート、p−クロロフェニルイソシアネート、ベンジルイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2−エチルフェニルイソシアネート、2,6−ジメチルフェニルイソシアネート、2,4−トルエンジイソシアネート、トルイレンジイソシアネート、2,6−トルエンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、ジフェニルメタン−4,4‘−ジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、パラフェニレンジイソシアネート、ビシクロヘプタントリイソシアネート等が挙げられる。
【0055】
前記カルボン酸としては、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、カプロン酸、カプリル酸等の飽和脂肪族一塩基酸、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸等の不飽和脂肪族一塩基酸、モノクロル酢酸、ジクロル酢酸等のハロゲン化脂肪酸、グリコール酸、乳酸等の一塩基性オキシ酸、グリオキザル酸、ブドウ酸などの脂肪族アルデヒド酸及びケトン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、マレイン酸等の脂肪族多塩基酸、安息香酸、ハロゲン化安息香酸、トルイル酸、フェニル酢酸、けい皮酸、マンデル酸等の芳香族一塩基酸、フタル酸、トリメシン酸等の芳香族多塩基酸等が挙げられる。
【0056】
前記酸無水物としては、例えば、無水コハク酸、無水ドデシニルコハク酸、無水マレイン酸、メチルシクロペンタジエンと無水マレイン酸の付加物、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸等の脂肪族又は脂肪族多塩基酸無水物等、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロリメリット酸等の芳香族多塩基酸無水物等が挙げられる。
【0057】
前記メルカプト有機酸としては、例えば、メルカプト酢酸、メルカプトプロピオン酸、メルカプト酪酸、メルカプトコハク酸、ジメルカプトコハク酸などのメルカプト脂肪族モノカルボン酸、ヒドロキシ有機酸とメルカプト有機酸とのエステル化反応によって得られるメルカプト脂肪族モノカルボン酸、メルカプト安息香酸などのメルカプト芳香族モノカルボン酸等が挙げられる。
【0058】
成分(4)としては、これらのうち、汎用性・安全性が高く、保存安定性を向上させる観点より、ホウ酸エステル化合物が好ましく、トリエチルボレート、トリ−n−プロピルボレート、トリイソプロピルボレート、トリ−n−ブチルボレートがより好ましく、トリエチルボレートがさらに好ましい。成分(4)の含有量は、樹脂の保存安定性が高まりさえすれば特に制限は無いが、成分(2)のエポキシ樹脂の含有を100質量部とした場合、成分(4)の含有量が0.001〜50質量部であることが好ましく、0.05〜30質量部であることがより好ましく、0.1〜10質量部であることがさらに好ましい。
【0059】
成分(4)の本発明のエポキシ樹脂組成物への配合方法としては、成分(1)〜(3)の各成分と同時に配合する以外に、予め成分(3)の固体分散型潜在性硬化促進剤と成分(4)とを混合しておくことも可能である。このときの混合方法としては、メチルエチルケトントルエンなどの溶媒中で、または液状のエポキシ樹脂中で、あるいは無溶媒で両者を接触させることによって行うことが出来る。
【0060】
・成分(5)
上記組成物に加え、低温硬化性の観点から、成分(1)とは異なる分子内にチオール基を2以上有する化合物(成分(5))を配合することが好ましい。
分子内にチオール基を2以上有する化合物としては、例えば、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトプロピオナート)、トリメチロールプロパントリス(チオグリコレート)、ペンタエリスリトールテトラキス(チオグリコレート)、エチレングリコールジチオグリコレート、トリメチロールプロパントリス(β−チオプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(β−チオプロピオネート)、ジペンタエリスリトールポリ(β−チオプロピオネート)等のポリオールとメルカプト有機酸のエステル化反応によって得られるチオール化合物が挙げられる。保存安定性の観点から、塩基性不純物含量が極力少ないものが好ましく、製造上塩基性物質の使用を必要としないもの、例えば、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトプロピオナート)が好ましい。
【0061】
また、成分(1)とは異なる分子内にチオール基を2以上有する化合物としては、1,4−ブタンジチオール、1,6−ヘキサンジチオール、1,10−デカンジチオールなどのアルキルポリチオール化合物;末端チオール基含有ポリエーテル;末端チオール基含有ポリチオエーテル;エポキシ化合物と硫化水素との反応によって得られるチオール化合物;ポリチオール化合物とエポキシ化合物との反応によって得られる末端チオール基を有するチオール化合物;等のように、その製造工程上反応触媒として、塩基性物質を使用するものも使用することができるが、脱アルカリ処理を行い、アルカリ金属イオン濃度を50ppm以下とすることが好ましい。
【0062】
反応触媒として塩基性物質を使用して製造されたポリチオール化合物の脱アルカリ処理方法としては、例えば処理を行うポリチオール化合物をアセトン、メタノールなどの有機溶媒に溶解し、希塩酸、希硫酸などの酸を加えることにより中和した後、抽出・洗浄などにより脱塩する方法やイオン交換樹脂を用いて吸着する方法、蒸留により精製する方法等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0063】
成分(2)のエポキシ樹脂の含有量を100質量部とした場合、成分(5)の含有量は20〜100質量部であることが好ましく、30〜90質量部であることがより好ましく、45〜80質量部がさらに好ましい。
本発明において成分(5)を使用する場合、成分(1)と成分(5)の合計質量に対する成分(1)の質量[成分(1)/(成分(1)+成分(5))]は、0.001〜1.0であることが好ましい。下限値は、0.01がより好ましく、0.03がより好ましく、0.1がより好ましい。上限値は、特に制限はないが、1.0がより好ましく、0.95がより好ましく、0.9がより好ましい。
【0064】
成分(2)のエポキシ樹脂のエポキシ当量に対する、成分(1)および成分(5)に含有されるチオール基の合計当量[チオール基合計当量数/エポキシ当量数]は、0.2〜2.0とするのが好ましく、0.4〜1.6がより好ましく、0.6〜1.2がさらに好ましい。
【0065】
上に説明した成分(1)及び成分(2)、並びに任意成分である、成分(3)、成分(4)及び成分(5)の各成分を原料として本発明の一液性エポキシ樹脂組成物の調製は、特別の困難はなく、従来公知の方法に準じて行うことができる。例えば、ヘンシェルミキサーなどの混合機で各成分を混合して、本発明の一液性エポキシ樹脂組成物を調製することができる。
【0066】
また、得られた一液性エポキシ樹脂組成物の硬化も、特別の困難はなく、これも従来公知の方法に準じて行うことができる。例えば、得られた一液性エポキシ樹脂組成物を加熱することで硬化することができる。加熱は、例えば、70〜150℃、好ましくは、75〜120℃、より好ましくは80〜100℃の温度で、例えば、1〜60分、好ましくは、3〜30分、より好ましくは5〜15分の時間、行うことが適当である。特に、80℃あるいは100℃で10分間以下の加熱により硬化すれば、適度な低温速硬化性があると判断できる。
【0067】
本発明の一液性エポキシ樹脂組成物には、必要に応じて、本発明の分野で常用されている充填剤、希釈剤、溶剤、顔料、可撓性付与剤、カップリング剤、酸化防止剤、チクソトロピー性付与剤、分散剤等の各種添加剤を加えることが出来る。
【0068】
本発明には、上記の一液性エポキシ樹脂組成物を加熱することによって得られるエポキシ樹脂硬化物も包含され、当該エポキシ樹脂硬化物を含有する機能性製品も包含される。機能性製品としては、例えば、接着剤、注型剤、シーリング剤、封止剤、繊維強化用樹脂、コーティング剤または塗料等が挙げられる。
【実施例】
【0069】
以下、実施例基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、以下の記載中の「部」は「質量部」を意味する。
【0070】
<合成例1>
本発明のチオール基含有化合物である2−エチル−2−{{{3−[(3−メルカプトプロパノイル)チオ]プロパノイル}オキシ}メチル}プロパン−1,3−ジイル ビス(3−メルカプトプロピオナート)を以下のようにして調製した。
即ち、まず、反応容器に、1,1,1−トリス(ヒドロキシメチル)プロパン 800g(5.96mol)、3−メルカプトプロピオン酸 569.6g(5.37mol)、パラトルエンスルホン酸一水和物 8.0g(4.21mmol)を添加し、攪拌した。反応を確認後、得られた反応物をアセトン8Lに溶解し、パラトルエンスルホン酸一水和物 40g(21.05mmol)を添加し、攪拌し、粗生成物を得た。得られた粗生成物は、さらにシリカゲルカラムにて精製し、チオール基が1つ導入され、水酸基2つ保護された化合物を得た。
次に、上記得られた化合物に、トリチル保護された3−メルカプトプロピオン酸 314.1g(0.90mol)、アセトニトリル600ml、N−メチルイミダゾール(201.8g、2.46mol)を加えて攪拌し、粗生成物を得た。得られた粗生成物は、さらにシリカゲルカラムにて精製し、チオエステル化された化合物を得た。
さらに、得られた化合物400g(675mmol)に、メタノール1.5L及び水267mlを加え、さらに塩酸41mlを加えて攪拌し、水酸基の脱保護を実施し、380gの粗体を得た。得られた粗体に、トリチル保護された3−メルカプトプロピオン酸 189g(543mmol)、アセトニトリル350ml、N−メチルイミダゾール(134g、1.63mol)を加えて攪拌し、その後、0−5℃(平均3℃)に保ちながらアセトニトリル500mlにトシルクロリド124g(651mmol)を溶解した溶液を滴下した。得られた粗生成物を、シリカゲルにて精製し、残りの水酸基にチオール基を導入した化合物の精製物を得た。
得られた上記化合物に、トリフルオロ酢酸を加えて、脱トリチル化し、脱トリチル化した粗生成物をシリカゲル精製し、94gの目的物(2−エチル−2−{{{3−[(3−メルカプトプロパノイル)チオ]プロパノイル}オキシ}メチル}プロパン−1,3−ジイル ビス(3−メルカプトプロピオナート))を得た。得られた目的物のNMRデータは、以下の通りである。
1H−NMR(400MHz,CDCL3,r.t.): δ4.07(6H, s), 3.14(2H, t), 2.90−2.60(14H, m), 1.70−1.50(5H, m),0.90(3H, t) , ESI−MS(positive):m/z 487 [M+H]+
【0071】
実施例で用いている原料の略称は以下の通りである。
成分(2):エポキシ樹脂:
「エピコート828EL」(三菱化学社商品名);ビスフェノールA型エポキシ樹脂
エポキシ当量 184 〜 194
成分(5):ポリチオール化合物:
「TMTP」(シグマアルドリッチ社商品名);トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトプロピオナート)
成分(3):固体分散型硬化促進剤:
「アミキュアPN−23」(味の素ファインテクノ社商品名)
添加剤:チクソトロピー性付与剤:
微粉末シリカ「AEROSIL 200」(日本アエロジル株式会社)
【0072】
実施例1〜5の調製方法
ビスフェノールA型エポキシ樹脂「エピコート828EL」に、トリエチルボレートを混合し、これに合成例1で得られた目的物(2−エチル−2−{{{3−[(3−メルカプトプロパノイル)チオ]プロパノイル}オキシ}メチル}プロパン−1,3−ジイル ビス(3−メルカプトプロピオナート))および「TMTP」を表1の配合に示す所定量添加して均一混合した。最後に「アミキュアPN−23」とチクソトロピー性付与剤の微粉末シリカ「AEROSIL 200」を加えて良く撹拌して均一な一液性エポキシ樹脂組成物を作成した。配合量と評価結果を表1に示す。
【0073】
(評価方法)
[ゲル化時間測定試験]
実施例で得られた一液性エポキシ樹脂組成物を、JISC6521に準じてホットプレート式ゲル化試験機(GT−D:日新科学社製)により、それぞれ80℃、100℃で糸を引かなくなった時間を測定した(表1の「80℃(秒)」及び「100℃(秒)」を参照)。具体的には、0.5gの一液性エポキシ樹脂組成物を、80℃または100℃の測定温度に調節した上記ホットプレート式ゲル化試験機のホットプレート上に置いた時点を始点とし、一液性エポキシ樹脂組成物がホットプレート上で直径25mmの範囲内に収まるように、該樹脂組成物に対して先端幅5mmのへらで接触円運動を繰り返し(1秒1回転)、一液性エポキシ樹脂組成物をホットプレートから30mm垂直に持ち上げて糸状のものが切れるようになったときを終点とし、当該始点から終点までの時間をゲル化するまでの時間とみなして測定を行った。測定は3回繰り返し、その平均値を用いた。(表1の「80℃評価」及び「100℃評価」を参照)。
ゲル化するまでの時間が5分以下のものを○、15分以下のものを△、15分を越えるものを×として評価した。測定温度80℃または100℃で15分以下で硬化すれば、低温速硬化性があると判断できる。
【0074】
[保存安定性試験]
JIS K−6870に準じ、実施例で得られた一液性エポキシ樹脂組成物をE型粘度計で20rpm、25℃において初期粘度を測定した。また、これらを25℃の恒温室に保管し、4日後にこれを取り出して20rpm、25℃において粘度をE型粘度計で測定し、初期粘度と比較して保存安定性を評価した。[4日後の粘度]/[初期粘度]が1.2未満のもの○、1.2以上2.0未満のものを△、2.0以上のものを×として評価した。
【0075】
[接着強度]
JIS K−6850に準じ、2枚の研磨鉄(厚さ1.6mm)の間に100mm×25mmの大きさの接着部分を作り、そこに実施例で得られた一液性エポキシ樹脂組成物を適用し、120℃の熱を60分間付与して該樹脂組成物を硬化させ、2枚の研磨鉄を接着した。樹脂硬化物の厚さは3mmであった。これを、テンシロン万能試験機(東洋精機(株)製TENSILON UTM−ST)にて25℃、引っ張り速度を1mm/分とし、上記樹脂硬化物の引張剪断力を測定した。
[剥離試験]
JIS K−6854に準じ、2枚の研磨鉄(厚さ1.6mm)の間に150mm×300mmの大きさの接着部分を作り、そこに実施例で得られた一液性エポキシ樹脂組成物を適用し、120℃の熱を60分間付与して該樹脂組成物を硬化させ、2枚の研磨鉄を接着した。樹脂硬化物の厚さは3mmであった。これを、テンシロン万能試験機(オリエンテック(株)製RTM−500)にて25℃、引っ張り速度を50mm/分として剥離試験を行った。
【0076】
【表1】
【0077】
実施例1〜4の樹脂組成物は、いずれも80℃、100℃において5分以内で硬化し、実施例5の樹脂組成物は100℃において5分以内で硬化することを確認し、本願のチオール化合物はエポキシ樹脂の硬化剤として有用であることが示された。接着強度、剥離試験結果も良好であり、十分使用可能な樹脂組成物であることがわかった。
【0078】
なお、成分(2)のエポキシ樹脂のエポキシ当量に対する、成分(1)に含有されるチオール基の合計当量[チオール基合計当量数/エポキシ当量数]は1.0であった。
成分(1)と成分(5)の合計質量に対する、成分(1)の質量[成分(1)/(成分(1)+成分(5))]の質量比が、0.1〜1.0であれば、良好な保存安定性と速硬化性を兼ね備えた、一液性エポキシ樹脂組成物となることがわかった。
【0079】
本発明の硬化剤は、25℃においても4日以上の保存安定性を持ち、且つ、低温速硬化性を示した。