JP6233930B2 - 新規包接化合物、それを含有するエポキシ樹脂組成物及びその硬化物 - Google Patents
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Description
他方、エポキシ樹脂は、優れた機械特性、熱特性を有するため様々な分野で広く用いられている。かかるエポキシ樹脂を硬化させるための硬化剤として、イミダゾールが用いられているが、エポキシ樹脂−イミダゾールの混合液は、硬化の開始が早く、長期貯蔵において増粘、ゲル化したりするので1液型としては使用することができないといった問題点がある。
そこで硬化剤として、イミダゾールにヒドロキシ安息香酸を付加したイミダゾール酸付加塩を用いること(特許文献6)や、テトラキスフェノール系化合物(例えば、1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン(以下、TEPという))とイミダゾールとの包接化合物を用いること(特許文献7、8)が提案されている。また、本発明者らはイソフタル酸系化合物とイミダゾールとの包接化合物を用いる硬化樹脂組成物を提案している(特許文献9)。しかし、これらは一定の効果を奏するものであるが、いまだ満足のいくものではない。
(1)式(I)
(2)下記成分(A)及び(B)を含有するエポキシ樹脂組成物に関する。
(A)エポキシ樹脂
(B)式(I)
(式中、Rは、ヒドロキシ基、ニトロ基、ハロゲン原子、C1〜C10アルキル基、ヒドロキシ基で置換されたC1〜C10アルキル基、C6〜C10アリール基、C6〜C10アリールC1〜C10アルキル基、C1〜C10アシル基、C1〜C10アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、シアノ基、またはカルバモイル基を表し、mは、0または1〜3のいずれかの整数を表し、aは1又は2を表す。)で表される化合物と2−エチル−4−メチルイミダゾールを含有する包接化合物
(3)上記(2)に記載のエポキシ樹脂組成物を硬化させて得られる硬化物に関する。
本発明の包接化合物は、式(I)
ここで「包接化合物」とは、2種又は3種以上の分子が共有結合以外の弱い結合により結合した化合物をいい、より好ましくは、2種又は3種以上の分子が共有結合以外の弱い結合により結合した結晶性化合物をいう。包接する化合物をホスト化合物といい、包接される化合物をゲスト化合物という。
C1〜C10アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、2−メチルブチル基、ネオペンチル基、1−エチルプロピル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、4−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基、2−メチルペンチル基、1−メチルペンチル基、3,3−ジメチルブチル基、2,2−ジメチルブチル基、1,1−ジメチルブチル基、1,2−ジメチルブチル基、1,3−ジメチルブチル基、2,3−ジメチルブチル基、1−エチルブチル基、2−エチルブチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等が挙げられる。
C3〜C10シクロアルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロプロピルメチル基等が挙げられる。
C6〜C10アリールC1〜C10アルキル基は、上記C6〜C10アリール基とC1〜C10アルキル基が結合した基であり、 ベンジル基、フェネチル基、3−フェニル−n−プロピル基、1−フェニル−n−へキシル基、ナフタレン−1−イルメチル基、ナフタレン−2−イルエチル基、1−ナフタレン−2−イル−n−プロピル基、インデン−1−イルメチル基等が挙げられる。
C1〜C10アシル基としては、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、バレリル基、ピバロイル基、ヘキサノイル基、オクタノイル基、デカノイル基、ラウロイル基、ミリストイル基、パルミトイル基、ステアロイル基等が挙げられる。
C1〜C10アルコキシカルボニル基として、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、イソプロポキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基等をあげることができる。
本発明の包接化合物は、前記ホスト化合物と、溶媒中で混合することにより得ることができる。
前記ホスト化合物及びゲスト化合物を溶媒に添加後、必要に応じて攪拌しながら、室温以上、用いた溶媒の沸点以下の温度範囲で加熱処理を行った後、析出させ、溶媒留去、または濾取することにより目的とする包接化合物を得ることができる。得られた包接化合物は、結晶化合物であることが好ましい。また、得られた包接化合物は、溶媒等の第3成分を含んでもよく、該第3成分は40モル%以下であることが好ましく、10モル%以下であることがさらに好ましいが、第3成分を含まないことが最も好ましい。
加熱処理は特に制限されないが、例えば40〜120℃の範囲内に加熱することができ、加熱還流するのが好ましい。
本発明の包接化合物は、例えば、エポキシ樹脂組成物の硬化剤又は硬化促進剤として使用することができる。また、包接化合物が硬化剤である場合には硬化促進剤をさらに含んでもよく、包接触媒が硬化促進剤である場合には硬化剤をさらに含んでもよい。
下記式で表されるアリサイクリックジエポキシアセタール、
[包接化合物の合成]
(合成例1)
2,6−ビス(p−クレゾール−2−イルメチル]−p−クレゾール3.16g(9mmol)と2−エチル−4−メチルイミダゾール(2E4MZ)1g(9mmol)を酢酸エチルに溶解し、室温静置して晶析させ、濾過、減圧乾燥して生成物を得た。得られた生成物は1H−NMR、TG−DSC及びXRDにて、2,6−ビス(p−クレゾール−2−イルメチル)−p−クレゾールと2−エチル−4−メチルイミダゾールの1:1(モル比)包接化合物(包接化合物A)であることを確認した。図1〜3にその測定結果を示す。
各スペクトルの測定条件は以下の通りである。
[XRD]
装置:Ultima IV(リガク社製)
X線源:Cu 40kV/40mA
測定方法:集中法
フィルター:Kβフィルター
スキャン速度:5°/min.
[TG−DSC]
装置:TGA−DSC1(メトラー・トレド社製)
AL PAN シール
測定温度範囲:室温〜500℃
昇温速度:20℃/min.
N2流速:50mL/min
サンプル量:3mg
2,6−ビス(p−クレゾール−2−イルメチル]−p−クレゾールと2−エチル−4−メチルイミダゾールの吸熱ピークトップがそれぞれ215℃、57℃と202℃であるのに対して、包接化合物は、142℃であった。また、2,6−ビス(p−クレゾール−2−イルメチル]−p−クレゾールと2−エチル−4−メチルイミダゾールの重量減少開始温度は、それぞれ176℃、100℃であるのに対して、包接化合物は、128℃であった。
2,6−ビス(p−クレゾール−2−イルメチル]−p−クレゾール3.16g(9mmol)と2−エチル−4−メチルイミダゾール1g(9mmol)と酢酸エチル15mlを3時間還流攪拌し、冷却後、濾過、減圧乾燥して生成物を得た。得られた生成物は1H−NMR、TG−DSC及びXRDにて、2,6−ビス(p−クレゾール−2−イルメチル]−p−クレゾールと2−エチル−4−メチルイミダゾールの1:1(モル比)包接化合物(包接化合物A)であることを確認した。
2,2’−メチレンビス[6−(2−ヒドロキシ−5−メチルベンジル)−p−クレゾール4g(8.5mmol)と2−エチル−4−メチルイミダゾール0.94g(8.5mmol)を酢酸エチルに溶解し、室温静置して晶析させ、濾過、減圧乾燥して生成物を得た。得られた生成物は1H−NMR、TG−DSC及びXRDにて、2,2’−メチレンビス[6−(2−ヒドロキシ−5−メチルベンジル)−p−クレゾール4g(8.5mmol)と2−エチル−4−メチルイミダゾールの1:1(モル比)包接化合物(包接化合物B)であることを確認した。図4〜6にその測定結果を示す。
2,2’−メチレンビス[6−(2−ヒドロキシ−5−メチルベンジル)−p−クレゾールと2E4MZの吸熱ピークトップがそれぞれ179℃、57℃と202℃であるのに対して、包接化合物は、162℃であった。また、2,2’−メチレンビス[6−(2−ヒドロキシ−5−メチルベンジル)−p−クレゾール、2E4MZの重量開始減少温度は、それぞれ169℃、100℃であるのに対して、包接化合物は、138℃であった。
2,2’−メチレンビス[6−(2−ヒドロキシ−5−メチルベンジル)−p−クレゾール12g(25.6mmol)と2E4MZ2.82g(25.6mmol)と酢酸エチル30mlを3時間還流攪拌し、冷却後、濾過、減圧乾燥して生成物を得た。得られた生成物は1H−NMR、TG−DSC及びXRDにて、2,2’−メチレンビス[6−(2−ヒドロキシ−5−メチルベンジル)−p−クレゾール4g(8.5mmol)と2E4MZの1:1(モル比)包接化合物(包接化合物B)であることを確認した。
(処方例1)
エポキシ樹脂(商品名:エポトート(登録商標)YD−128、東邦化成(株)製)5g、2−エチル−4−メチルイミダゾール換算で0.2gの合成例1で得た包接化合物Aを添加した。25℃で10分間混練することにより、エポキシ樹脂組成物Aを得た。
エポキシ樹脂(商品名:エポトートYD−128、東邦化成(株)製)5g、2−エチル−4−メチルイミダゾール換算で0.2gの包接化合物Bを添加した。25℃で10分間混練することにより、エポキシ樹脂組成物Bを得た。
包接化合物Aの代わりに、1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタンと、2−エチル−4−メチルイミダゾールとの組成比率1:2(モル比)から成る包接化合物を用いた以外は、処方例1と同様にしてエポキシ樹脂組成物Cを得た。
包接化合物Aの代わりに、2−エチル−4−メチルイミダゾールを用いた以外は、処方例1と同様にしてエポキシ樹脂組成物Dを得た。
処方例1、2、及び比較処方例1、2で得られたエポキシ樹脂組成物A〜Dの一部をそれぞれ採取し、示差走査熱量計でエポキシ樹脂組成物の硬化反応に基づく発熱を測定した。
測定条件は以下の通りである。
装置:DSC Q2000(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製)
AL pan シール
測定温度範囲:室温〜250℃
昇温速度10℃/min.
N2流速:50mL/min
サンプル量:3mg
得られたエポキシ樹脂組成物A〜Dを80℃に温度を固定して、時間軸を横軸にとり、DSCを測定した。その結果を図11〜14に示す。
特許文献10(特開昭56−59841号公報)には、1分子あたり少なくとも3個以上のフェノール性水酸基を有するフェノール系化合物と各種イミダゾール類のテトラ置換ボレート化合物とを温度80〜180℃において溶融混合してなる硬化剤が記載されており、該硬化剤が、包接化合物であるかないかを検証した。
本出願の実施例に準じて、2,2’−メチレンビス[6−(2−ヒドロキシ−5−メチルベンジル)−p−クレゾールと2E4MZをモル比1:1で混合し、180℃で30分間加熱溶融混合した。得られた混合物のTG−DSCを測定した。その結果を図15に示す。
吸熱ピークが見られないことから、上記混合物には、包接化合物は含まれていないことがわかった。
Claims (3)
- 式(I)
(式中、Rは、ヒドロキシ基、ニトロ基、ハロゲン原子、C1〜C10アルキル基、ヒドロキシ基で置換されたC1〜C10アルキル基、C6〜C10アリール基、C6〜C10アリールC1〜C10アルキル基、C1〜C10アシル基、C1〜C10アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、シアノ基、またはカルバモイル基を表し、mは、0または1〜3のいずれかの整数を表し、aは1又は2を表す。)で表される化合物と2−エチル−4−メチルイミダゾールを含有する包接化合物。 - 下記成分(A)及び(B)を含有するエポキシ樹脂組成物。
(A)エポキシ樹脂
(B)式(I)
(式中、Rは、ヒドロキシ基、ニトロ基、ハロゲン原子、C1〜C10アルキル基、ヒドロキシ基で置換されたC1〜C10アルキル基、C6〜C10アリール基、C6〜C10アリールC1〜C10アルキル基、C1〜C10アシル基、C1〜C10アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、シアノ基、またはカルバモイル基を表し、mは、0または1〜3のいずれかの整数を表し、aは1又は2を表す。)で表される化合物と2−エチル−4−メチルイミダゾールを含有する包接化合物 - 請求項2に記載のエポキシ樹脂組成物を硬化させて得られる硬化物。
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