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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-10
(45)【発行日】2024-01-18
(54)【発明の名称】エポキシ樹脂組成物およびその硬化物
(51)【国際特許分類】
   C08G 59/24 20060101AFI20240111BHJP
   C08L 63/00 20060101ALI20240111BHJP
【FI】
C08G59/24
C08L63/00 C
【請求項の数】 4
(21)【出願番号】P 2019093333
(22)【出願日】2019-05-17
(65)【公開番号】P2020186343
(43)【公開日】2020-11-19
【審査請求日】2022-05-17
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】390028897
【氏名又は名称】阪本薬品工業株式会社
(72)【発明者】
【氏名】上田 一輝
(72)【発明者】
【氏名】谷畑 由紀子
(72)【発明者】
【氏名】保田 亮二
【審査官】小森 勇
(56)【参考文献】
【文献】特開2005-263965(JP,A)
【文献】特開2004-244610(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08G 59/00-59/72
C08L 63/00-63/10
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記式(1)で表されるエポキシ化合物とネオペンチルグリコールを主骨格とするエポキシ化合物を含有するエポキシ樹脂(A)と、酸無水物系硬化剤、アミン系硬化剤、カチオン重合開始剤、ラジカル重合開始剤、ポリフェノール系硬化剤、潜在性硬化剤からなる群より選ばれる1種以上の硬化剤(B)を配合したエポキシ樹脂組成物。
【化1】
(nは1~20の自然数、Xはハロゲン原子またはC1~3のアルキル基、aおよびbは0~4の整数、GおよびGはグリシジル基または水素原子、ただし、GおよびGがともに水素原子であることはない、Rはアルキレン基、アルキリデン基、スルホニル基、酸素原子または原子団の存在しない直接結合を示す。)
【請求項2】
エポキシ樹脂(A)として、さらに芳香族骨格を有する多官能エポキシ化合物を含有することを特徴とする請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項3】
エポキシ樹脂(A)の25℃における粘度が1,000~100,000mPa・sであることを特徴とする請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項4】
請求項1から請求項のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を硬化させたエポキシ樹脂硬化物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はエポキシ樹脂組成物およびその硬化物に関する。
【背景技術】
【0002】
エポキシ樹脂は、耐熱性、接着性、耐水性、機械物性および電気特性に優れていることから、接着剤、塗料、土木建築材料、電気電子部品の絶縁材料、炭素繊維強化複合材料等の様々な分野で使用されている。常温又は熱硬化型のエポキシ樹脂としては、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、フェノール又はクレゾールノボラック型エポキシ樹脂等の芳香族エポキシ樹脂が一般的である。
【0003】
エポキシ樹脂は、様々な化学構造と優れた性能を有する樹脂である。しかし、ビスフェノールA型エポキシ樹脂に代表されるエポキシ樹脂は柔軟性に乏しく、傷や亀裂を起点にクラックが進展しやすく容易に破壊される。また、接着剤として用いた場合は剥離強度が低いといった問題点がある。クラックの発生や剥離強度は、可撓性に優れるエポキシ樹脂を併用することで改善されることが知られている。
【0004】
可撓性に優れるエポキシ樹脂として、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテルやポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルの様に分子内にエーテル結合を有するエポキシ樹脂などが知られている(非特許文献1、2)。
【0005】
また、エポキシ樹脂自体の可撓性を改良する目的で、ε-カプロラクトンから得られる長鎖の脂環式ジエポキシドが提案されている(特許文献1)。しかし、この脂環式ジエポキシドは可撓性に優れた硬化物が得られるが、作業性が悪くなるという欠点を有している。
【0006】
そのため、作業性と可撓性を両立させたエポキシ樹脂の開発が望まれてきた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0007】
【文献】総説エポキシ樹脂、第1巻、基礎編I、P299-300(2003年)
【文献】入門エポキシ樹脂、P113-115(1988年)
【特許文献】
【0008】
【文献】特開平04-036263号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
したがって本発明は、作業性に優れ、且つ、可撓性も優れるエポキシ樹脂を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、ネオペンチルグリコールのグリシジルエーテルとフェノール類化合物から成る反応物と脂肪族骨格を有する多官能エポキシ化合物を含有するエポキシ樹脂(A)と、硬化剤(B)を配合したエポキシ樹脂組成物を用いることで、上記課題を解決するに至った。
【発明の効果】
【0011】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、作業性及び可撓性に優れる。さらに、当該樹脂組成物は、耐水性にも優れた特性を有する。そのため、建築材料、炭素繊維複合材料、接着剤、コーティング剤、シーリング剤、封止剤等の広範な用途で使用できる。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下に本発明を実施するための形態をより詳細に説明するが、本発明の範囲は、この実施形態に限定するものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で変更等が加えられた形態も本発明に属する。なお、範囲を表す表記の「~」は、上限と下限を含むものである。
【0013】
本発明は、以下の通りである。
下記式(1)で表されるエポキシ化合物と脂肪族骨格を有する多官能エポキシ化合物を含有するエポキシ樹脂(A)と、酸無水物系硬化剤、アミン系硬化剤、カチオン重合開始剤、ラジカル重合開始剤、ポリフェノール系硬化剤、潜在性硬化剤から成る群より選ばれる1種以上の硬化剤(B)を配合したエポキシ樹脂組成物。
【化1】
(nは1~20の自然数、Xはハロゲン原子またはC1~3のアルキル基、aおよびbは0~4の整数、GおよびGはグリシジル基または水素原子、ただし、GおよびGがともに水素原子であることはない、Rはアルキレン基、アルキリデン基、スルホニル基、酸素原子または原子団の存在しない直接結合を示す。)
【0014】
式(1)で表されるエポキシ化合物は、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテルとフェノール類化合物から成る反応物であり、フェノール類化合物の具体例としては、ビフェノール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、テトラメチルビスフェノールA、テトラメチルビスフェノールF、テトラブロモビスフェノールA、テトラブロモビスフェノールF、テトラブロモビスフェノールS、水添ビスフェノールAなどが挙げられ、好ましくはビスフェノールAが用いられる。
【0015】
式(1)で表されるエポキシ化合物の数平均分子量は、作業性および硬化後の可撓性の観点から、450~720が好ましく、480~650が特に好ましい。なお、数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法にて、標準ポリスチレンを用いた較正曲線から算出される値であり、GPC法としては以下の条件を用いることができる。
(GPC法)
システム:1515アイソクラティックHPLCポンプ(Waters社製)
検出器:2414示差屈折率(RI)検出器(Waters社製)
カラム:KF-801、KF-802、KF-G(何れも昭和電工社製)
移動相:THF
流速:1.0ml/min
カラム温度:40℃
注入量:100μL
【0016】
式(1)で表されるエポキシ化合物の多分散度は、2.5~4.0が好ましい。多分散度がこの範囲であるエポキシ化合物は、より経時的に安定であり、且つ、機械物性に優れる硬化物が得られる。なお、多分散度は上述したGPC法にて、同様の方法で算出する。
【0017】
式(1)で表されるエポキシ化合物の25℃における粘度は、12,000~300,000mPa・sが好ましい。式(1)で表されるエポキシ化合物の25℃における粘度が12,000~300,000mPa・sであれば、硬化物を作る際の作業性が良好で、且つ、可撓性に優れる硬化物が得られる。
【0018】
エポキシ樹脂(A)における式(1)で表される化合物の配合割合は、エポキシ樹脂組成物の硬化物の可撓性を考慮すると、30~95重量%であることが好ましく、より好ましくは40~80重量%である。
【0019】
エポキシ樹脂(A)における脂肪族骨格を有する多官能エポキシ化合物の脂肪族骨格を形成する炭素数は、4~12が好ましい。脂肪族骨格を有する多官能エポキシ化合物の炭素数が4~12であれば、式(1)で表される化合物との相溶性が良好であり、硬化時にブリードアウトすること無く、均一な硬化物が得られる。
【0020】
エポキシ樹脂(A)における脂肪族骨格を有する多官能エポキシ化合物としては、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、1,9-ノナンジオールジグリシジルエーテル、1,12-ドデカンジオールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテルが挙げられ、好ましくはネオペンチルグリコールジグリシジルエーテルが用いられる。
【0021】
エポキシ樹脂(A)における脂肪族骨格を有する多官能エポキシ化合物の配合割合は、エポキシ樹脂組成物の作業性やエポキシ樹脂組成物から成る硬化物の可撓性を考慮すると、5~50重量%であることが好ましく、より好ましくは10~30重量%である。
【0022】
エポキシ樹脂(A)には、芳香族骨格を有する多官能エポキシ化合物が含まれても良く、芳香族骨格を有する多官能エポキシ化合物としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールA-アルキレンオキサイド付加体のジグリシジルエーテル、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールF-アルキレンオキサイド付加体のジグリシジルエーテル、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールA型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールF型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂等が挙げられ、好ましくはビスフェールA型エポキシ樹脂が用いられる。芳香族骨格を有する多官能エポキシ樹脂を含有することで、エポキシ樹脂組成物の硬化物の靭性や耐水性、硬化性を向上させることができる。
【0023】
エポキシ樹脂(A)に対する芳香族骨格を有する多官能エポキシ化合物の配合割合は、エポキシ樹脂組成物の耐水性や硬化性を考慮すると、5~40重量%が好ましく、より好ましくは10~30重量%である。
【0024】
本発明のエポキシ樹脂(A)の25℃における粘度は、1,000~100,000mPa・sが好ましく、より好ましくは、1,000~30,000mPa・sである。エポキシ樹脂(A)の25℃における粘度が1,000~100,000mPa・sであれば、硬化物を作製する際の作業性が良好で、且つ、機械物性に優れる硬化物が得られる。
【0025】
硬化剤(B)は特に限定されず、顕在性硬化剤または潜在性硬化剤の何れを用いても良い。顕在性硬化剤としては、重付加型の酸無水物系硬化剤、ポリフェノール系硬化剤、アミン系硬化剤、触媒型のカチオン重合開始剤、ラジカル重合開始剤などが好ましい。潜在性硬化剤としては、ジシアンジアミド、イミダゾールなどが好ましい。
【0026】
本発明における酸無水物系硬化剤の具体例としては、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、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、メチルナジック酸無水物、水素化メチルナジック酸無水物、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、シクロヘキサントリカルボン酸無水物、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸二無水物、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水コハク酸、ドデセニル無水コハク酸、無水ピロメリット酸、無水トリメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、エチレングリコールビスアンヒドロトリメリテート、グリセリンビス(アンヒドロトリメリテート)モノアセテート等が挙げられる。これらの中でも、配合樹脂組成物の取り扱いの作業性や硬化後の特性、汎用性等を考慮すると、常温で液状であるメチル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、メチルナジック酸無水物、水素化メチルナジック酸無水物が好ましい。
【0027】
酸無水物系硬化剤の含有量はエポキシ樹脂(A)のエポキシ基1当量に対して、硬化性や硬化物の物性を考慮すると0.5~1.5当量の範囲であることが好ましく、0.7~1.1当量の範囲であることがより好ましい。
【0028】
酸無水物系硬化剤を使用する場合、必要に応じて硬化促進剤を併用してもよい。
【0029】
硬化促進剤として使用できる化合物としては特に限定されないが、具体的には、トリフェニルベンジルホスホニウムテトラフェニルボレート、テトラブチルホスホニウムジエチルホスホロジチオエート、テトラフェニルホスホニウムブロマイド、テトラブチルホスホニウムアセテート、テトラ-n-ブチルホスホニウムブロマイド、テトラ-n-ブチルホスホニウムベンゾトリアゾレート、テトラ-n-ブチルホスホニウムテトラフルオロボレート、テトラ-n-ブチルホスホニウムテトラフェニルボレート、メチルトリフェニルホスホニウムブロマイド、エチルトリフェニルホスホニウムブロマイド、エチルトリフェニルホスホニウムアイオダイド、エチルトリフェニルホスホニウムアセテート、n-ブチルトリフェニルホスホニウムブロマイド、ベンジルトリフェニルホスホニウムクロライド、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート等のホスフィン類とその第四級塩、2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、1-(2-シアノエチル)-2-エチル-4-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]エチル-s-トリアジン、2-フェニルイミダゾリン2,3-ジヒドロ-1-ピロロ[1,2-a]ベンズイミダゾール等のイミダゾール類、トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、ベンジルジメチルアミン等の3級アミン、1,8-ジアザビシクロ-(5,4,0)-7-ウンデセン、1,5-ジアザビシクロ-(4,3,0)-ノネン-5等の超強塩基性の有機化合物、オクチル酸亜鉛、ラウリン酸亜鉛、ステアリン酸亜鉛、オクチル酸錫等の有機カルボン酸金属塩、ベンゾイルアセトン亜鉛キレート、ジベンゾイルメタン亜鉛キレート、アセト酢酸エチル亜鉛キレート等の金属-有機キレート化合物等の公知の化合物が挙げられる。これら促進剤は硬化に要する時間やポットライフなど樹脂組成物に対する要求に対して適切に選択される。
【0030】
硬化促進剤の配合割合は、エポキシ樹脂(A)100重量部に対して0.1~1重量部、好ましくは0.3~0.7重量部である。
【0031】
本発明におけるポリフェノール系硬化剤の具体例としては、各種フェノールを原料とするフェノールノボラック樹脂、キシリレン骨格含有フェノールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン骨格含有フェノールノボラック樹脂、ビフェニル骨格含有フェノールノボラック樹脂、フルオレン骨格含有フェノールノボラック樹脂、テルペン骨格含有フェノールノボラック樹脂等が挙げられる。上記で使用される各種フェノールとしてはビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ビスフェノールAP、ビスフェノールC、ビスフェノールE、ビスフェノールZ、ビフェノール、テトラメチルビスフェノールA、ジメチルビスフェノールA、テトラメチルビスフェノールF、ジメチルビスフェノールF、テトラメチルビスフェノールS、ジメチルビスフェノールS、テトラメチル-4,4’-ビフェノール、トリスヒドロキシフェニルメタン、レゾルシノール、ハイドロキノン、ピロガロール、ジイソプロピリデン、1,1-ジ-4-ヒドロキシフェニルフルオレン等のフルオレン骨格を有するフェノール類、フェノール化ポリブタジエン、フェノール、クレゾール類、エチルフェノール類、ブチルフェノール類、オクチルフェノール類、ナフトール類等が挙げられる。
【0032】
ポリフェノール系硬化剤の配合割合は、エポキシ樹脂(A)のエポキシ基1当量に対して、硬化性や硬化物の物性を考慮すると0.5~1.5当量の範囲であることが好ましく、0.8~1.2当量の範囲であることがより好ましい。
【0033】
カチオン重合開始剤としては、芳香族スルホニウム、芳香族ヨードニウム、芳香族ジアゾニウム、芳香族アンモニウムなどから選ばれる少なくとも1種のカチオンと、BF、PF、SbF等から選ばれる少なくとも1種のアニオンから構成されるオニウム塩等が挙げられる。このようなカチオン重合開始剤は、1種を単独で用いても良く、2種類以上を併用しても良い。
【0034】
芳香族スルホニウム塩系のカチオン重合開始剤の具体例としては、ビス[4-(ジフェニルスルホニオ)フェニル]スルフィドビスヘキサフルオロホスフェート、ビス[4-(ジフェニルスルホニオ)フェニル]スルフィドビスヘキサフルオロアンチモネート、ビス[4-(ジフェニルスルホニオ)フェニル]スルフィドビステトラフルオロボレート、ビス[4-(ジフェニルスルホニオ)フェニル]スルフィドテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、(2-エトキシ-1-メチル-2-オキソエチル)メチル-2-ナフタレニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、(2-エトキシ-1-メチル-2-オキソエチル)メチル-2-ナフタレニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、(2-エトキシ-1-メチル-2-オキソエチル)メチル-2-ナフタレニルスルホニウムテトラフルオロボレート、(2-エトキシ-1-メチル-2-オキソエチル)メチル-2-ナフタレニルスルホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、ジフェニル-4-(フェニルチオ)フェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、ジフェニル-4-(フェニルチオ)フェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニル-4-(フェニルチオ)フェニルスルホニウムテトラフルオロボレート、ジフェニル-4-(フェニルチオ)フェニルスルホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムテトラフルオロボレート、トリフェニルスルホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、ビス[4-(ジ(4-(2-ヒドロキシエトキシ))フェニルスルホニオ)フェニル]スルフィドビスヘキサフルオロホスフェート、ビス[4-(ジ(4-(2-ヒドロキシエトキシ))フェニルスルホニオ)フェニル]スルフィドビスヘキサフルオロアンチモネート、ビス[4-(ジ(4-(2-ヒドロキシエトキシ))フェニルスルホニオ)フェニル]スルフィドビステトラフルオロボレート、ビス[4-(ジ(4-(2-ヒドロキシエトキシ))フェニルスルホニオ)フェニル]スルフィドテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート等が挙げられる。
【0035】
芳香族ヨードニウム塩系のカチオン重合開始剤の具体例としては、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、ジフェニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウムテトラフルオロボレート、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、4-メチルフェニル-4-(1-メチルエチル)フェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、4-メチルフェニル-4-(1-メチルエチル)フェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、4-メチルフェニル-4-(1-メチルエチル)フェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、4-メチルフェニル-4-(1-メチルエチル)フェニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート等が挙げられる。
【0036】
芳香族ジアゾニウム塩系のカチオン重合開始剤の具体例としては、フェニルジアゾニウムヘキサフルオロホスフェート、フェニルジアゾニウムヘキサフルオロアンチモネート、フェニルジアゾニウムテトラフルオロボレート、フェニルジアゾニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート等が挙げられる。
【0037】
芳香族アンモニウム塩系のカチオン重合開始剤の具体例としては、1-ベンジル-2-シアノピリジニウムヘキサフルオロホスフェート、1-ベンジル-2-シアノピリジニウムヘキサフルオロアンチモネート、1-ベンジル-2-シアノピリジニウムテトラフルオロボレート、1-ベンジル-2-シアノピリジニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、1-(ナフチルメチル)-2-シアノピリジニウムヘキサフルオロホスフェート、1-(ナフチルメチル)-2-シアノピリジニウムヘキサフルオロアンチモネート、1-(ナフチルメチル)-2-シアノピリジニウムテトラフルオロボレート、1-(ナフチルメチル)-2-シアノピリジニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート等が挙げられる。
【0038】
カチオン重合開始剤の配合割合は、エポキシ樹脂(A)100重量部に対して、硬化性や硬化物の物性を考慮すると0.1~10重量部の範囲であることが好ましく、0.5~6重量部の範囲であることがより好ましい。
【0039】
カチオン重合開始剤を使用する場合、必要に応じてラジカル重合開始剤を併用してもよい。
【0040】
ラジカル重合開始剤の具体例としては、例えば、アセトフェノン系化合物、ベンジル系化合物、ベンゾフェノン系化合物、チオキサントン系化合物及びオキシムエステル系化合物等を好ましいものとして例示することができる。アセトフェノン系化合物としては例えば、ジエトキシアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、4’-イソプロピル-2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオフェノン、2-ヒドロキシメチル-2-メチルプロピオフェノン、2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン、p-ジメチルアミノアセトフェノン、p-ターシャリブチルジクロロアセトフェノン、p-ターシャリブチルトリクロロアセトフェノン、p-アジドベンザルアセトフェノン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルフォリノプロパノン-1、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)-ブタノン-1、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾイン-n-ブチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル及び1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチル-1-プロパン-1-オン等が挙げられる。ベンジル系化合物としては、ベンジル等が挙げられる。ベンゾフェノン系化合物としては、例えば、ベンゾフェノン、o-ベンゾイル安息香酸メチル、ミヒラーケトン、4,4’-ビスジエチルアミノベンゾフェノン、4,4’-ジクロロベンゾフェノン及び4-ベンゾイル-4’-メチルジフェニルスルフィド等が挙げられる。チオキサントン系化合物としては、チオキサントン、2-メチルチオキサントン、2-エチルチオキサントン、2-クロロチオキサントン、2-イソプロピルチオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン等が挙げられる。オキシムエステル系化合物としては、例えば、エタノン-1-〔9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル-9H-カルバゾール-3-イル〕-1-(O-アセチルオキシム)、1-〔9-エチル-6-ベンゾイル-9H-カルバゾール-3-イル-オクタン-1-オンオキシム-O-アセテート、1-〔9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル〕-エタン-1-オンオキシム-O-ベンゾエート、1-〔9-n-ブチル-6-(2-エチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル〕-エタン-1-オンオキシム-O-ベンゾエート、エタノン-1-〔9-エチル-6-(2-メチル-4-テトラヒドロフラニルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル〕-1-(O-アセチルオキシム)、エタノン-1-〔9-エチル-6-(2-メチル-4-テトラヒドロピラニルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル〕-1-(O-アセチルオキシム)、エタノン-1-〔9-エチル-6-(2-メチル-5-テトラヒドロフラニルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル〕-1-(O-アセチルオキシム)、エタノン-1-〔9-エチル-6-{2-メチル-4-(2,2-ジメチル-1,3-ジオキソラニル)メトキシベンゾイル}-9H-カルバゾール-3-イル〕-1-(O-アセチルオキシム)、エタノン-1-〔9-エチル-6-(2-メチル-4-テトラヒドロフラニルメトキシベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル〕-1-(O-アセチルオキシム)等が挙げられる。
【0041】
ラジカル重合開始剤の配合割合は、エポキシ樹脂(A)100重量部に対して、硬化性や硬化物の物性を考慮すると0.1~5重量部の範囲であることが好ましく、0.5~3重量部の範囲であることがより好ましい。
【0042】
本発明におけるアミン系硬化剤は常温型および加熱型硬化剤ともに使用できる。本発明におけるアミン系硬化剤の具体例としては、ポリアミノアミド、ポリオキシエチレンジアミン、ポリオキシプロピレンジアミン、ポリオキシブチレンジアミン、ポリオキシペンチレンジアミン、ポリオキシエチレントリアミン、ポリオキシプロピレントリアミン、ポリオキシブチレントリアミン、ポリオキシペンチレントリアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、m-キシレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、2-メチルペンタメチレンジアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、イソフォロンジアミン、1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、ノルボルネンジアミン、1,2-ジアミノシクロヘキサン、ラロミンC-260等の脂肪族アミンや、4,4-ジアミノ-3,3-メチルジフェニルメタン、ジフェニルメタン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルスルホン、N-アミノエチルピペラジン等の芳香族アミンが挙げられる。また、これらの変性物、例えばMXDA変性物、IPDA変性物等を用いても良い。
【0043】
アミン系硬化剤の配合割合は、エポキシ樹脂(A)のエポキシ基1当量に対して、硬化性や硬化物の物性を考慮すると0.5~1.5当量の範囲であることが好ましく、0.8~1.2当量の範囲であることがより好ましい。
【0044】
本発明における潜在性硬化剤としては、加熱により硬化作用を発揮する通常の硬化剤で、一般に80~250℃の温度範囲で活性化するものが使用できる。潜在性硬化剤の具体例としては、ジシアンジアミド、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、2-n-ヘプタデシルイミダゾール等のイミダゾール誘導体、イソフタル酸ジヒドラジド、N,N-ジアルキル尿素誘導体、N,N-ジアルキルチオ尿素誘導体、メラミン誘導体等が挙げられる。
【0045】
潜在性硬化剤の配合割合は、エポキシ樹脂(A)100重量部に対して、硬化性、硬化物の物性を考慮すると3~25重量部であることが好ましく、5~10重量部の範囲であることがより好ましい。
【0046】
本発明は、エポキシ樹脂(A)と硬化剤(B)に限定されるものではなく、発明の効果を損なわない範囲で、着色剤、酸化防止剤、レベリング剤、界面活性剤、紫外線吸収剤、シランカップリング剤、無機充填剤、樹脂粒子、濡れ性改良剤、消泡剤、光安定剤、熱安定剤、ガラス繊維、炭素繊維、セルロース繊維等の繊維類、炭酸カルシウム、タルク、シリカ、硫酸バリウム等の無機フィラー等を配合することができる。
【実施例
【0047】
以下に具体的な実施例を示すが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。また、実施例中の表の単位は特に断らない限り、「重量部」とした。
【0048】
(合成例)
攪拌機、温度計、冷却管、窒素導入管を備えた1L容四つ口フラスコにネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル576gとビスフェノールA228g、テトラブチルホスホニウムブロミド0.2gを仕込み、窒素ガスパージを施しながら150℃で5時間反応させ、エポキシ化合物(a)を得た。エポキシ化合物(a)のエポキシ当量は438g/当量、数平均分子量580、多分散度3.10、粘度48,000mPa・sであった。
【0049】
(実施例1)
合成例で得られたエポキシ化合物(a)90重量部、脂肪族骨格を有する多官能エポキシ化合物としてネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル10重量部、硬化剤としてポリアミノアミド23重量部、添加剤としてシリコーン系消泡剤0.1重量部を減圧下で2分間攪拌混合し、エポキシ樹脂組成物を得た。この組成物をシリコーン製の鋳型に注型し、23℃で20時間、次いで80℃で5時間硬化し、硬化物を得た。
【0050】
(実施例2~7)
エポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同操作を行い、エポキシ樹脂組成物およびその硬化物を得た。
【0051】
(比較例1)
エポキシ樹脂(A)として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂80重量部、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル20重量部を使用し、硬化剤の配合量を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様の操作を行い、エポキシ樹脂組成物およびその硬化物を得た。
【0052】
以下に、実施例および比較例における評価方法を挙げる。
【0053】
<エポキシ樹脂の粘度測定>
E型回転粘度計(HBDV-II+ProCp、ブルックフィールド社製)を用いて、エポキシ樹脂(A)の25℃における粘度を測定した。なお、スピンドルはCPE-42を用いた。
【0054】
<引張試験(破断点伸び率)>
エポキシ樹脂硬化物の引張試験をJIS K7161に準じて実施した。測定機器には、オートグラフAG-IS 1kN 卓上型((株)島津製作所製)を用い、引張速度10mm/minにて破断点伸び率を測定した。破断点伸び率は、30%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましい。
【0055】
<耐水試験(吸水率)>
エポキシ樹脂硬化物の耐水試験をJIS K7209に準じて実施した。但し、吸水温度は23℃、吸水時間は7日間とした。吸水率は、3.0%以下であることが好ましく、2.0%以下であることがより好ましい。
【0056】
実施例1~7、比較例1のエポキシ樹脂(A)の粘度およびエポキシ樹脂組成物から成る硬化物の破断点伸び率、および吸水率を表1に示した。
【0057】
【表1】
【0058】
表1に示した実施例1~7におけるエポキシ樹脂(A)の作業性は良好なものであった。また、実施例1~7と比較例1との比較から、エポキシ化合物(a)とネオペンチルグリコールジグリシジルエーテルを含むエポキシ樹脂組成物から成る硬化物は、比較例1のビスフェノールA型エポキシ樹脂とポリエチレングリコールジグリシジルエーテルから成るエポキシ樹脂組成物から成る硬化物に比べて、破断点伸び率が2倍以上に向上し、引張特性に優れるものであった。特に、ビスフェノールA型エポキシ樹脂を併用した実施例4~7は、比較例1に比べて破断点伸び率は約3倍以上に向上し、さらに、吸水率も2分の1以下に低下できるものであった。
【0059】
(実施例8)
合成例で得られたエポキシ化合物(a)90重量部、脂肪族骨格を有する多官能エポキシ化合物としてネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル10重量部、硬化剤としてポリアミノアミド23重量部を手撹拌にて混合し、エポキシ樹脂組成物を得た。
【0060】
(実施例9~14)
エポキシ樹脂(A)を表2に示すように変更した以外は、実施例8と同操作を行い、エポキシ組成物を得た。
【0061】
<ゲル化試験(ゲル化時間)>
エポキシ樹脂組成物のゲル化試験をJIS K6910に準じて実施した。測定機器には、熱板中央部凹型仕様ゲル化試験機A0E2 (井本製作所(株)製)を用い、100℃におけるゲル化時間を測定した。ゲル化時間は、800sec以下であることが好ましく、400sec以下であることがより好ましい。
【0062】
実施例8~14のエポキシ樹脂組成物のゲル化時間を表2に示した。
【0063】
【表2】
【0064】
表2に示した実施例8~14におけるエポキシ樹脂(A)の硬化性は何れも良好なものであった。特に、ビスフェノールA型エポキシ樹脂を併用した実施例10~14のエポキシ樹脂組成物のゲル化時間は400sec以下であり、硬化性により優れるものであった。
【0065】
(実施例15)
合成例で得られたエポキシ樹脂(a)56重量部、脂肪族骨格を有する多官能エポキシ化合物としてネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル30重量部、芳香族骨格を有する多官能エポキシ化合物としてビスフェノールA型エポキシ樹脂14重量部、硬化剤としてメチルテトラヒドロ無水フタル酸61重量部、硬化促進剤として1-ベンジル-2-メチルイミダゾール0.5重量部を2分間均一になるまで撹拌混合し、エポキシ樹脂組成物を得た。この組成物を減圧下で脱泡した後、ダイス鋼製の鋳型に注型し、100℃で2時間、次いで150℃で3時間硬化し、硬化物を得た。
【0066】
(比較例2)
エポキシ樹脂(A)として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂80重量部、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル20重量部を使用し、硬化剤の配合量を変更した以外は実施例13と同様の操作を行い、エポキシ樹脂組成物およびその硬化物を得た。
【0067】
<エポキシ樹脂の粘度測定>
E型回転粘度計(HBDV-II+ProCp、ブルックフィールド社製)を用いて、エポキシ樹脂(A)の25℃における粘度を測定した。なお、スピンドルはCPE-42を用いた。
【0068】
<曲げ試験(曲げ歪み)>
エポキシ樹脂硬化物の曲げ試験をJIS K7171に準じて実施した。測定機器には、オートグラフAG-IS 1kN 卓上型((株)島津製作所製)を用い、試験速度2mm/minにて曲げ歪みを測定した。曲げ歪みは、10%以上であることが好ましい。
【0069】
実施例15、比較例2のエポキシ樹脂組成物から成る硬化物の曲げ歪みを表3に示した。
【0070】
【表3】
【0071】
表3に示した実施例15におけるエポキシ樹脂(A)の作業性は良好なものであった。また、実施例15と比較例2との比較から、エポキシ化合物(a)とネオペンチルグリコールジグリシジルエーテルにビスフェノールA型エポキシ樹脂を併用したエポキシ樹脂組成物から成る硬化物は、比較例2のビスフェノールA型エポキシ樹脂とポリエチレングリコールジグリシジルエーテルから成るエポキシ樹脂組成物から成る硬化物に比べて、曲げ歪みが1.6倍向上し、曲げ特性に優れるものであった。