JP7582553B2 - アミノ組成物及びその製造方法、エポキシ樹脂硬化剤、エポキシ樹脂組成物並びにその硬化物 - Google Patents
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Description
これらの中でも塗料用のエポキシ樹脂組成物は、得られる塗膜の外観、耐水性、耐薬品性、塗膜物性等が良好であることが重要である。
例えば特許文献1には、所定のマレイン酸またはフマル酸の誘導体と、所定のポリオキシアルキレンアミン類を特定の割合で反応させ、さらにメタキシリレンジアミン等のポリアミン化合物を所定量添加して反応させたエポキシ樹脂硬化剤が開示され、該硬化剤が、炭酸ガスの影響(硬化物の表面のべたつき、白化)を受け難いことが記載されている。
特許文献2には、1分子に少なくとも1つ以上のグリシジル基を有する化合物と、キシリレンジアミン等のジアミンとの反応生成物であるポリアミン化合物、所定のポリエーテル変性ポリシロキサン、及び所定のアミノ基変性ポリシロキサンを含有するエポキシ樹脂用硬化剤組成物が、耐水性が低下することによる白化が生じ外観が悪化するという問題を解決し、透明性等の表面外観、乾燥性(乾燥しやすい)、基材への密着性、及び耐水性に優れるエポキシ樹脂組成物を与え得ることが開示されている。
そこで、低粘度のキシリレンジアミンの変性物として、キシリレンジアミン等のジアミンと、スチレン等のアルケニル化合物との付加反応により得られたアミノ化合物も検討されている(特許文献3)。
本発明の課題は、低粘度性を有し、エポキシ樹脂硬化剤として用いると耐含水メタノール性に優れる塗膜を形成できるアミノ組成物及びその製造方法、該組成物を含有するエポキシ樹脂硬化剤、エポキシ樹脂組成物、並びにその硬化物を提供することにある。
すなわち本発明は、下記に関する。
[1]下記一般式(1)で示されるアミノ化合物(A)、及び、下記一般式(3)で示されるアミノ化合物(B)を含有するアミノ組成物であって、前記組成物中の前記アミノ化合物(A)と前記アミノ化合物(B)とのモル比[(A)/(B)]が10/90~99/1である、アミノ組成物。
NH2-CH2-X-CH2-NH-R1 (1)
(式中、R1は下記一般式(2)で示される1価の基である。Xはフェニレン基である。)
(式中、破線はπ結合の存在又は不存在を示し、R2~R4はそれぞれ独立に水素原子又はヒドロキシ基を有していてもよい炭素数1~4のアルキル基を示す。*は結合手を示す。)
R1-NH-CH2-X-CH2-NH-R1 (3)
(式中、R1及びXは前記と同じである。)
[2]上記[1]に記載のアミノ組成物を含有するエポキシ樹脂硬化剤。
[3]エポキシ樹脂と、上記[2]に記載のエポキシ樹脂硬化剤とを含有するエポキシ樹脂組成物。
[4]上記[3]に記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物。
[5]下記工程(1)及び工程(2)を順に有する、上記[1]に記載のアミノ組成物の製造方法。
工程(1):下記一般式(4)で示されるジアミンと、下記一般式(5)で示されるアルデヒド化合物とを反応させてイミンを得る工程
工程(2):前記工程(1)で得られたイミンを還元する工程
NH2-CH2-X-CH2-NH2 (4)
(式中、Xは前記と同じである。)
(式中、R2~R4は前記と同じである。)
[6]前記工程(1)において、前記一般式(4)で示されるジアミン1モルに対し、前記一般式(5)で示されるアルデヒド化合物を0.8~1.8モル反応させる、上記[5]に記載のアミノ組成物の製造方法。
本発明のアミノ組成物は、下記一般式(1)で示されるアミノ化合物(A)、及び、下記一般式(3)で示されるアミノ化合物(B)を含有するアミノ組成物であって、前記組成物中の前記アミノ化合物(A)と前記アミノ化合物(B)とのモル比[(A)/(B)]が10/90~99/1である。
NH2-CH2-X-CH2-NH-R1 (1)
(式中、R1は下記一般式(2)で示される1価の基である。Xはフェニレン基である。)
(式中、破線はπ結合の存在又は不存在を示し、R2~R4はそれぞれ独立に水素原子又はヒドロキシ基を有していてもよい炭素数1~4のアルキル基を示す。*は結合手を示す。)
R1-NH-CH2-X-CH2-NH-R1 (3)
(式中、R1及びXは前記と同じである。)
本発明のアミノ組成物により上記効果が得られる理由については定かではないが、次のように考えられる。
本発明のアミノ組成物は、例えば、キシリレンジアミンと、フルフラール又はその誘導体との反応物(イミン)を還元して得られ、この観点からは、キシリレンジアミンの変性物の1種であるといえる。上記製造方法において、アミノ組成物の反応原料としてキシリレンジアミンを用い、さらに、キシリレンジアミン中のアミノ基の置換基としてフラン環のような芳香族置換基が導入されることで疎水性が向上し、塗膜の耐水性が向上すると考えられる。また、一般にキシリレンジアミンをエポキシ化合物等で変性すると高粘度化するが、キシリレンジアミンをフルフラール又はその誘導体により変性することで、粘度上昇を抑えることができると考えられる。さらに、本発明のアミノ組成物は非反応性希釈剤等を添加して低粘度化する必要がないため、該アミノ組成物をエポキシ樹脂硬化剤として用いたエポキシ樹脂組成物の塗膜において、非反応性希釈剤の含有に由来する耐含水メタノール性の低下を抑えることができると考えられる。
特許文献5には、キシリレンジアミンと、フルフラールとがモル比1/2で反応した反応物を還元して得られる化合物であるアミノ化合物(B)が開示されている。しかしながら、1付加体であるアミノ化合物(A)を高い割合で含有する本発明のアミノ組成物は、2付加体であるアミノ化合物(B)と比較して、エポキシ樹脂硬化剤として用いた場合に、得られるエポキシ樹脂組成物の塗膜の耐メタノール性の点で優れる。
本発明のアミノ組成物は、下記一般式(1)で示されるアミノ化合物(A)を含有する。
NH2-CH2-X-CH2-NH-R1 (1)
(式中、R1は下記一般式(2)で示される1価の基である。Xはフェニレン基である。)
(式中、破線はπ結合の存在又は不存在を示し、R2~R4はそれぞれ独立に水素原子又はヒドロキシ基を有していてもよい炭素数1~4のアルキル基を示す。*は結合手を示す。)
R2~R4は、低粘度性、エポキシ樹脂硬化剤として用いた際の速硬化性、得られるエポキシ樹脂組成物の塗膜の硬度、外観、耐水性、及び耐含水メタノール性向上の観点から、好ましくは水素原子、メチル基、又はヒドロキシメチル基であり、より好ましくは水素原子又はメチル基であり、さらに好ましくは、R2~R4のすべてが水素原子であるか、R2がメチル基でR3及びR4が水素原子であり、よりさらに好ましくはR2~R4のすべてが水素原子である。
本発明のアミノ組成物は、下記一般式(3)で示されるアミノ化合物(B)を含有する。
R1-NH-CH2-X-CH2-NH-R1 (3)
(式中、R1及びXは前記と同じである。)
前記一般式(3)において、R1は前記一般式(2)で示される1価の基であり、その好ましい態様も前記と同じである。
前記一般式(3)において、Xはフェニレン基であり、1,2-フェニレン基、1,3-フェニレン基、又は1,4-フェニレン基のいずれかである。低粘度性、エポキシ樹脂硬化剤として用いた際の速硬化性、得られるエポキシ樹脂組成物の塗膜の硬度、外観、耐水性、及び耐含水メタノール性向上の観点から、Xは好ましくは1,3-フェニレン基又は1,4-フェニレン基であり、より好ましくは1,3-フェニレン基である。
上記モル比は、具体的には実施例に記載の方法により求めることができる。
また、アミノ組成物中の、未反応原料であるキシリレンジアミンの含有量は、得られるエポキシ樹脂組成物の塗膜の硬度、外観、耐水性、及び耐含水メタノール性向上の観点から、好ましくは5質量%以下、より好ましくは2質量%以下、さらに好ましくは1質量%以下である。
アミノ組成物の25℃における粘度は、E型粘度計を用いて、具体的には実施例に記載の方法により測定することができる。
本発明のアミノ組成物の製造方法(以下、「本発明の製造方法」ともいう)は、下記工程(1)及び工程(2)を順に有することが好ましい。
工程(1):下記一般式(4)で示されるジアミンと、下記一般式(5)で示されるアルデヒド化合物とを反応させてイミンを得る工程
工程(2):前記工程(1)で得られたイミンを還元する工程
NH2-CH2-X-CH2-NH2 (4)
(式中、Xは前記と同じである。)
(式中、R2~R4は前記と同じである。)
工程(1)では、前記一般式(4)で示されるジアミンと、前記一般式(5)で示されるアルデヒド化合物とを反応させてイミンを得る。
前記一般式(4)において、Xはフェニレン基であり、1,2-フェニレン基、1,3-フェニレン基、又は1,4-フェニレン基のいずれかである。低粘度性、エポキシ樹脂硬化剤として用いた際の速硬化性、得られるエポキシ樹脂組成物の塗膜の硬度、外観、耐水性、及び耐含水メタノール性向上の観点から、Xは好ましくは1,3-フェニレン基又は1,4-フェニレン基であり、より好ましくは1,3-フェニレン基である。
R2~R4は、得られるアミノ化合物及びアミノ組成物の低粘度性、エポキシ樹脂硬化剤として用いた際の速硬化性、得られるエポキシ樹脂組成物の塗膜の硬度、外観、耐水性、及び耐含水メタノール性向上の観点から、好ましくは水素原子、メチル基、又はヒドロキシメチル基であり、より好ましくは水素原子又はメチル基であり、さらに好ましくは、R2~R4のすべてが水素原子であるか、R2がメチル基でR3及びR4が水素原子であり、よりさらに好ましくはR2~R4のすべてが水素原子である。
上記の中でも、得られるアミノ化合物及びアミノ組成物の低粘度性、エポキシ樹脂硬化剤として用いた際の速硬化性、得られるエポキシ樹脂組成物の塗膜の硬度、外観、耐水性、及び耐含水メタノール性向上の観点から、前記一般式(5)で示されるアルデヒド化合物は、好ましくはフルフラール、3-メチルフルフラール、4-メチルフルフラール、5-メチルフルフラール、3-ヒドロキシメチルフルフラール、4-ヒドロキシメチルフルフラール、5-ヒドロキシメチルフルフラール、及び4,5-ジメチルフルフラールからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、より好ましくはフルフラール及び5-メチルフルフラールからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、さらに好ましくはフルフラールである。
上記反応は、反応溶媒中で行うこともできるが、無溶媒で行ってもよい。
工程(1)での上記反応により、前記一般式(4)で示されるジアミンと、前記一般式(5)で示されるアルデヒド化合物との反応物であるイミンが得られる。工程(1)で得られた反応物は精製を行ってもよく、精製を行わずにそのまま工程(2)に供することもできる。
工程(2)では、前記工程(1)で得られたイミンを還元し、アミンに変換する。該イミンの還元は、好ましくは触媒の存在下、加熱加圧条件で水素添加(水添)することにより行われる。
工程(2)で用いられる触媒としては、公知の水素添加触媒が挙げられ、例えば、Ni、Pt、Pd、Ru等の金属を、カーボン、シリカ、アルミナ、ケイソウ土等に担持させた担持型不均一系水素添加触媒;Ni、Co、Fe、Cr等の有機酸塩又はアセチルアセトン塩等の遷移金属塩と有機アルミニウム等の還元剤とを用いる、いわゆるチーグラー型水素添加触媒;Ti、Ru、Rh、Zr等の有機金属化合物等のいわゆる有機金属錯体等の均一系水素添加触媒が用いられる。
水素添加反応時の圧力は、反応効率向上の観点、及び副反応を抑制する観点から、好ましくは0.01MPaG以上、より好ましくは0.1MPaG以上、さらに好ましくは0.3MPaG以上であり、そして、好ましくは10MPaG以下、より好ましくは3MPaG以下である。
反応時間は特に限定されないが、好ましくは3分以上、より好ましくは10分以上、さらに好ましくは30分以上であり、そして、好ましくは24時間以下、より好ましくは12時間以下、さらに好ましくは8時間以下である。
(式(6)~(8)中、R2~R4は前記と同じである。)
本発明のエポキシ樹脂硬化剤は、前記本発明のアミノ組成物を含有する。該エポキシ樹脂硬化剤は低粘度性を有し、エポキシ樹脂組成物に用いると耐含水メタノール性に優れる塗膜を形成できる。
エポキシ樹脂硬化剤中の前記アミノ組成物の含有量は、低粘度性、速硬化性、得られるエポキシ樹脂組成物の塗膜の硬度、外観、耐水性、及び耐含水メタノール性向上の観点から、好ましくは30質量%以上、より好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは60質量%以上、よりさらに好ましくは70質量%以上、よりさらに好ましくは80質量%以上、よりさらに好ましくは90質量%以上であり、100質量%以下である。
当該他の硬化剤成分としては、アミン系硬化剤、フェノール系硬化剤、酸無水物系硬化剤等が挙げられ、速硬化性の観点からはアミン系硬化剤が好ましい。
アミン系硬化剤としては、前記アミノ組成物以外の、ポリアミン化合物又はその変性体が挙げられる。該ポリアミン化合物としては、分子中に少なくとも2つのアミノ基を有する化合物であれば特に制限されない。
該ポリアミン化合物又はその変性体としては、エチレンジアミン、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、ペンタエチレンヘキサミン、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、トリメチルヘキサメチレンジアミン等の鎖状脂肪族ポリアミン化合物;1,2-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、メンセンジアミン、イソホロンジアミン、ノルボルナンジアミン、トリシクロデカンジアミン、アダマンタンジアミン、ジアミノシクロヘキサン、1,4-ジアミノ-2-メチルシクロヘキサン、1,4-ジアミノ-3,6-ジエチルシクロヘキサン、ジアミノジエチルメチルシクロヘキサン、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノジシクロヘキシルメタン、4,4’-ジアミノジシクロヘキシルメタン等の脂環式構造を有するポリアミン化合物;オルトキシリレンジアミン、メタキシリレンジアミン、及びパラキシリレンジアミン、フェニレンジアミン、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等の芳香環を有するポリアミン化合物;N-アミノメチルピペラジン、N-アミノエチルピペラジン等の複素環式構造を有するポリアミン化合物;ポリエーテルポリアミン化合物;上記ポリアミン化合物と、少なくとも1つのエポキシ基を有するエポキシ化合物、不飽和炭化水素化合物、カルボン酸又はその誘導体等とを反応させた反応生成物;上記ポリアミン化合物と、フェノール化合物及びアルデヒド化合物とを反応させたマンニッヒ反応物;上記ポリアミン化合物と、ケトン化合物とを反応させたケトイミン(ケチミン);等が挙げられる。これらは1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
硬化促進剤としては、例えば、フェノール化合物、有機酸類、有機酸塩類、3級アミン類、4級アンモニウム塩類、イミダゾール類、有機リン系化合物、4級ホスホニウム塩類、ジアザビシクロアルケン類、有機金属塩化合物、ホウ素化合物、及び金属ハロゲン化物等が挙げられる。
非反応性希釈剤としては、ベンジルアルコール、フルフリルアルコール、テトラフルフリルアルコール、芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂等が挙げられ、これらのうち1種又は2種以上を用いることができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、前記エポキシ樹脂硬化剤とを含有する。該エポキシ樹脂組成物は硬化速度が速く、得られる塗膜は、硬度、耐水性、及び耐含水メタノール性に優れる。
エポキシ樹脂組成物の主剤であるエポキシ樹脂は、飽和又は不飽和の脂肪族化合物や脂環式化合物、芳香族化合物、複素環式化合物のいずれであってもよい。硬化速度向上の観点、硬度、外観、耐水性、及び耐含水メタノール性の高い塗膜を形成する観点からは、芳香環又は脂環式構造を分子内に含むエポキシ樹脂が好ましい。
当該エポキシ樹脂の具体例としては、メタキシリレンジアミンから誘導されたグリシジルアミノ基を有するエポキシ樹脂、パラキシリレンジアミンから誘導されたグリシジルアミノ基を有するエポキシ樹脂、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサンから誘導されたグリシジルアミノ基を有するエポキシ樹脂、1,4-ビス(アミノメチル)シクロヘキサンから誘導されたグリシジルアミノ基を有するエポキシ樹脂、ジアミノジフェニルメタンから誘導されたグリシジルアミノ基を有するエポキシ樹脂、パラアミノフェノールから誘導されたグリシジルアミノ基及び/又はグリシジルオキシ基を有するエポキシ樹脂、ビスフェノールAから誘導されたグリシジルオキシ基を有するエポキシ樹脂、ビスフェノールFから誘導されたグリシジルオキシ基を有するエポキシ樹脂、フェノールノボラックから誘導されたグリシジルオキシ基を有するエポキシ樹脂及びレゾルシノールから誘導されたグリシジルオキシ基を有するエポキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種の樹脂が挙げられる。上記のエポキシ樹脂は、2種以上混合して用いることもできる。
なお、ここでいう「主成分」とは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で他の成分を含みうることを意味し、好ましくは全体の50~100質量%、より好ましくは70~100質量%、さらに好ましくは90~100質量%を意味する。
上記反応性希釈剤は、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
またエポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂硬化剤の含有量は、主剤であるエポキシ樹脂100質量部に対して、好ましくは20~60質量部、より好ましくは30~60質量部、さらに好ましくは40~60質量部である。
本発明のエポキシ樹脂組成物の製造方法には特に制限はなく、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂硬化剤、及び必要に応じ他の成分を公知の方法及び装置を用いて混合し、製造することができる。エポキシ樹脂組成物に含まれる各成分の混合順序にも特に制限はなく、前記エポキシ樹脂硬化剤を調製した後、これをエポキシ樹脂と混合してもよく、エポキシ樹脂硬化剤を構成する各成分、並びにその他の成分と、エポキシ樹脂とを同時に混合して調製してもよい。
本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物(以下、単に「本発明の硬化物」ともいう)は、前記エポキシ樹脂組成物を公知の方法で硬化させたものである。エポキシ樹脂組成物の硬化条件は用途、形態に応じて適宜選択され、特に限定されない。
本発明の硬化物の形態も特に限定されず、用途に応じて選択することができる。硬度、外観、耐水性、及び耐含水メタノール性の高い塗膜を形成できる観点からは、当該エポキシ樹脂組成物の硬化物は膜状の硬化物であることが好ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、硬度、外観、耐水性、及び耐含水メタノール性の高い塗膜を形成できることから、例えば、船舶塗料、重防食塗料、タンク用塗料、パイプ内装用塗料、外装用塗料、床材用塗料等の塗料用途に好適に用いられる。
アミノ組成物中の各成分の含有量比の測定は、GC分析により行った。測定条件は下記のとおりである。
装置;アジレント・テクノロジー(株)製「7890B GC」
カラム;アジレント・テクノロジー(株)製「CP-Sil 8 CB for Amines」(長さ30m、膜厚0.25μm、内径0.25mm)
カラム温度;40℃10分→20℃/分昇温→250℃10分→20℃/分昇温→300℃10分
キャリアーガス:ヘリウム
キャリアーガス流速:2.2553mL/分
注入口圧力:22.474psi (定圧力モード)
検出器:FID
注入口温度:250℃
検出器温度:310℃
得られたアミノ組成物中に含まれる各成分の構造同定は、1H-NMR分析により行った。測定条件は下記のとおりである。
核磁気共鳴分光計;ブルカー・バイオスピン(株)製 AVANCEIII-500
プローブ;5mmφ二重共鳴多核種プローブ(BBFO Plus Smart プローブ)
重溶媒;重クロロホルム
測定核;1H
測定温度;室温
アミノ組成物中のアミノ化合物(A)とアミノ化合物(B)とのモル比は、前記条件で1H-NMR分析を行って各アミノ化合物のベンジル位に相当するプロトンの積分値を求め、その結果からアミノ化合物(A)とアミノ化合物(B)のモル比を算出した。
アミノ組成物(硬化剤)の25℃における粘度は、東機産業(株)製のE型粘度計「TVE-35H型粘度計 コーンプレートタイプ」を用いて測定した。
アミノ組成物(硬化剤)のAHEWは、京都電子工業(株)製の電位差自動滴定装置「AT-710S」を用いて全アミン価、2級・3級アミン価を求め、その結果からAHEWを算出した。全アミン価は0.1mol/L過塩素酸・酢酸溶液(関東化学(株)製)を用いて、2級・3級アミン価は0.1mol/L塩酸(2-プロパノール)を用いて測定した。
基材としてリン酸亜鉛処理鋼板(パルテック(株)製;SPCC-SD PB-N144 0.8×70×150mm)を用いた。23℃、50%R.H.条件下で、基材上に各例のエポキシ樹脂組成物をアプリケーターを用いて塗布し、塗膜を形成した(塗布直後の塗膜厚み:200μm)。この塗膜を23℃、50%R.H.条件下で保存し、1日、及び7日経過後に指触により以下の基準で評価した。結果を表2に示す。
Ex:優秀(約50Nの力で親指を押し付けた際も塗膜のべたつきがなく、指紋の残存もなし)
G:良好(約50Nの力で親指を押し付けた際に塗膜のべたつきはないが、指触後の指紋の残存あり)
F:可(約50Nの力で親指を押し付けた際に塗膜のべたつきあり)
P:不良(未硬化)
前記と同様の方法で基材(リン酸亜鉛処理鋼板)上にエポキシ樹脂組成物を塗布して塗膜を形成した(塗布直後の厚み:200μm)。この塗膜を23℃、50%R.H.条件下で保存し、1日、及び7日経過後にJIS K5600-5-4:1999に準拠して鉛筆硬度を測定した。結果を表2に示す。
前記と同様の方法で基材(リン酸亜鉛処理鋼板)上にエポキシ樹脂組成物を塗布して塗膜を形成した(塗布直後の厚み:200μm)。この塗膜を23℃、50%R.H.条件下で保存し、1日、及び7日経過後に塗膜表面にスポイトで純水を2~3滴滴下し、その箇所を50mLスクリュー管瓶で蓋をした。24時間経過後に水を拭き取り、外観を目視観察して、以下の基準で評価した。結果を表2に示す。
Ex:全く変化なし
G:わずかに変化はあるが、使用上問題なし
F:やや白化あり
P:著しい白化あり
前記と同様の方法で、基材(リン酸亜鉛処理鋼板)上に各例のエポキシ樹脂組成物をアプリケーターを用いて塗布し、塗膜を形成した(塗布直後の塗膜厚み:200μm)。この塗膜を23℃、50%R.H.条件下で保存し、1日経過後の外観を目視観察して、透明性及び光沢を以下の基準で評価した。結果を表2に示す。
(透明性)
Ex:濁りがない
G:わずかに濁りがあるが、使用上問題ない
F:やや白濁あり
P:白濁
(光沢)
Ex:光沢あり
G:やや光沢が劣るが、使用上問題ない
F:光沢が少ない
P:光沢なし
ガラス板(太佑機材(株)製 25×348×2.0mm)上に、23℃、50%R.H.条件下、各例のエポキシ樹脂組成物を76μmのアプリケーターを用いて塗布し、塗膜を形成した。塗膜を形成したガラス板を塗料乾燥時間測定器(太佑機材(株)製)にセットし、測定器の針が塗膜表面を引っかいた際の条痕を観察して、半乾燥への到達時間(針の跡が塗膜の中から塗膜表面上に浮き出てくる時間)を測定した。結果を表2に示す。時間が短い方が、硬化速度が速いことを示す。
前記と同様の方法で、基材(リン酸亜鉛処理鋼板)上に各例のエポキシ樹脂組成物をアプリケーターを用いて塗布し、塗膜を形成した(塗布直後の塗膜厚み:200μm)。この塗膜を23℃、50%R.H.条件下で保存し、7日経過後に非塗装部を錆止め塗料(関西ペイント(株)製「ミリオンプライマー」及び「ミリオンクリヤー」)でシールして試験片を作製した。
23℃条件下で、前記試験片を90%メタノール水溶液に浸漬し、1週間経過後に試験片の外観を目視観察して、耐含水メタノール性を以下の基準で評価した。結果を表2に示す。
Ex:外観変化なし
G:わずかに光沢が減少
F:表面荒れがあり、光沢が減少
P:ブリスター発生、もしくは塗膜の溶解が起こる
(アミノ組成物Aの製造)
〔工程(1)〕
撹拌装置、温度計、窒素導入管、滴下漏斗及び冷却管を備えた内容積300ミリリットルのセパラブルフラスコに、メタキシリレンジアミン(三菱瓦斯化学(株)製、MXDA)40.0g(0.3モル)を仕込み、窒素気流下、撹拌しながら、フルフラール(東京化成工業(株)製)28.2g(0.3モル)を15分~20分かけて滴下した。滴下終了後、80℃に昇温して30分間反応を行った。反応生成物の1H-NMRを測定し、フルフラールのアルデヒド基由来の1Hのピークが消失していることを確認し、反応終了とした。その後、反応生成物にトルエンを加え、共沸脱水により系内の水分を除去し、メタキシリレンジアミンとフルフラールとのモル比1/1の反応物であるイミンを得た。
〔工程(2)〕
撹拌機及びヒーターを備えたオートクレーブ(容量230mL、材質:SUS316L)に、工程(1)で得られたイミンを29.7g、トルエン30g、水素添加触媒として5%Pd/C触媒(エヌ・イーケムキャット(株)製;STDタイプ)0.3gを仕込み、気相部を水素置換した。その後、撹拌しながら昇温を開始し、1時間で液温を80℃にした後、水素で1MPaGに加圧した。その後、液温80℃の条件下、圧力を1MPaGに保つように水素供給を随時行いながら反応を1.5時間継続させた。得られた反応液を濾過し、水素添加触媒を除去した後、真空下で濃縮し、工程(1)で得られたイミンの還元物であるアミノ組成物a 28.8gを得た。得られたアミノ組成物aから減圧蒸留によって、残存するメタキシリレンジアミンを留去し、アミノ組成物A 26.2gを得た。
得られたアミノ組成物Aを用いて、前記条件によりGC分析及び1H-NMR分析を行い、表1に記載の組成比を算出した。GC分析においては、アミノ組成物A 0.1gをメタノール1gに溶解させた溶液を測定試料として用いた。なお、表1に記載のGC面積比とは、ガスクロマトグラフィーで検出された成分の面積百分率を意味する。
アミノ組成物A中、一般式(1)で示されるアミノ化合物(アミノ化合物(A))の含有量は、GC面積比で73%、一般式(3)で示されるアミノ化合物(アミノ化合物(B))の含有量は、GC面積比では27%であり、アミノ化合物(A)とアミノ化合物(B)とのモル比(A/B)は84/16であった。また、アミノ組成物Aの25℃における粘度及びAHEWを表2に示した。
構造式(A1)で示される化合物の1H-NMR化学シフト:δ7.36ppm(dd、1H、-O-CH=)、δ7.30~7.20ppm(m、4H、-C6 H 4 -)、δ6.31ppm(dd、1H、-O-CH=CH-)、δ6.18ppm(dd、1H、-O-CH=CH-CH=)、δ3.85ppm(s、2H、-CH 2 -NH2)、δ3.78ppm(d、4H、-NH-CH 2 -C4H3O、-C6H4-CH 2 -NH-)、δ1.58ppm(s、3H、-NH-、-NH 2 )
構造式(B1)で示される化合物の1H-NMR化学シフト:δ7.36ppm(dd、2H、-O-CH=)、δ7.30~7.20ppm(m、4H、-C6 H 4 -)、δ6.31ppm(dd、2H、-O-CH=CH-)、δ6.18ppm(dd、2H、-O-CH=CH-CH=)、δ3.78ppm(d、8H、-NH-CH 2 -C4H3O、-C6H4-CH 2 -NH-)、δ1.75ppm(s、2H、-NH-)
主剤であるエポキシ樹脂として、ビスフェノールAから誘導されたグリシジルオキシ基を有する液状エポキシ樹脂(三菱ケミカル(株)製「jER828」、エポキシ当量186g/当量)を使用し、エポキシ樹脂硬化剤として、上記アミノ組成物Aを使用した。
エポキシ樹脂及びエポキシ樹脂硬化剤を表2に示す配合量となるよう配合して23℃にて撹拌、混合し、エポキシ樹脂組成物を調製した。主剤エポキシ樹脂中のエポキシ基数に対するエポキシ樹脂硬化剤中の活性水素数の比(エポキシ樹脂硬化剤中の活性水素数/主剤エポキシ樹脂中のエポキシ基数)は1/1となるようにした。
得られたエポキシ樹脂組成物を用いて、前述の方法で各種評価を行った。結果を表2に示す。
(アミノ組成物Bの製造)
実施例1の工程(1)において、メタキシリレンジアミンの仕込み量を40.9g(0.3モル)、フルフラールの仕込み量を43.2g(0.45モル)に変更したこと以外は、実施例1と同様の方法によりアミノ組成物Bを製造した。アミノ組成物Bの組成を表1に、25℃における粘度及びAHEWを表2に示した。
(エポキシ樹脂組成物の調製及び評価)
実施例1において、アミノ組成物Aに替えてアミノ組成物Bを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法でエポキシ樹脂組成物の調製及び評価を行った。結果を表2に示す。
(アミノ組成物Cの製造)
実施例1の工程(1)において、メタキシリレンジアミンの仕込み量を40.9g(0.3モル)に変更し、フルフラールに替えて、5-メチルフルフラール(東京化成工業(株)製)33.0g(0.3モル)を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法によりアミノ組成物Cを製造した。アミノ組成物Cの組成を表1に、25℃における粘度及びAHEWを表2に示した。
構造式(A2)で示される化合物の1H-NMR化学シフト:δ7.30~7.19ppm(m、4H、-C6 H 4 -)、δ6.04ppm(dd、1H、-O-C(CH3)=CH-)、δ5.89~5.88ppm(m、1H、-O-C(CH3)=CH-CH-)、δ3.86ppm(s、2H、-C6H4-CH 2 -NH2、)、δ3.78ppm(d、2H、-C6H4-CH 2 -NH-)、δ3.73ppm、(d、2H、-NH-CH 2 -C4H2O-CH3)、δ2.27ppm(s、3H、-CH 3 )、δ1.55ppm(s、3H、-NH-、-NH 2 )
構造式(B2)で示される化合物の1H-NMR化学シフト:δ7.30~7.19ppm(m、4H、-C6 H 4 -)、δ6.04ppm(dd、2H、-O-C(CH3)=CH-)、δ5.89~5.88ppm(m、2H、-O-C(CH3)=CH-CH-)、δ3.78ppm(d、4H、-C6H4-CH 2 -NH2)、δ3.73ppm、(d、4H、-NH-CH 2 -C4H2O-CH3)、δ2.27ppm(s、6H、-CH 3 )、δ1.67ppm(s、2H、-NH-、-NH 2 )
実施例1において、アミノ組成物Aに替えてアミノ組成物Cを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法でエポキシ樹脂組成物の調製及び評価を行った。結果を表2に示す。
(比較アミノ組成物Dの製造)
撹拌装置、温度計、窒素導入管、滴下漏斗及び冷却管を備えた内容積300ミリリットルのセパラブルフラスコに、メタキシリレンジアミン(三菱瓦斯化学(株)製、MXDA)40.8gを仕込み、窒素気流下、撹拌しながら、エポキシ化合物として、ビスフェノールAから誘導されたグリシジルオキシ基を有する多官能エポキシ樹脂(三菱ケミカル(株)製「jER828」、エポキシ当量:186g/当量)22.3g(メタキシリレンジアミン中の活性水素数/エポキシ化合物中のエポキシ基数=10/1となる量)を1時間かけて滴下した。滴下終了後、80℃に昇温して2時間反応を行い、MXDA-jER828反応組成物を得た。ここにベンジルアルコールを、全体量の40質量%となる量を添加して希釈し、前記反応組成物の濃度が60質量%溶液である、比較アミノ組成物Dを得た。比較アミノ組成物D(ベンジルアルコールを含む全量)のAHEWは98であった。また、比較アミノ組成物D(ベンジルアルコールを含む全量)の25℃における粘度を表2に示した。
(エポキシ樹脂組成物の調製及び評価)
実施例1において、アミノ組成物Aに替えて比較アミノ組成物Dを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法でエポキシ樹脂組成物の調製及び評価を行った。結果を表2に示す。
比較アミノ組成物Eとして、スチレンとメタキシリレンジアミンとの反応生成物(三菱瓦斯化学(株)製「Gaskamine240」、AHEW:103)を用いた。比較アミノ組成物Eの25℃における粘度を表2に示した。
実施例1において、アミノ組成物Aに替えて比較アミノ組成物Eを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法でエポキシ樹脂組成物の調製及び評価を行った。結果を表2に示す。
(比較アミノ組成物Fの製造)
実施例1の工程(1)において、メタキシリレンジアミンの仕込み量を27.2g(0.2モル)、フルフラールの仕込み量を39.4g(0.4モル)に変更し、溶媒としてトルエン66.3gを加えたこと以外は、実施例1と同様の方法により比較アミノ組成物Fを製造した。比較アミノ組成物Fの組成を表1に、25℃における粘度及びAHEWを表2に示した。
(エポキシ樹脂組成物の調製及び評価)
実施例1において、アミノ組成物Aに替えて比較アミノ組成物Fを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法でエポキシ樹脂組成物の調製及び評価を行った。結果を表2に示す。
Claims (5)
- 下記一般式(1)で示されるアミノ化合物(A)、及び、下記一般式(3)で示されるアミノ化合物(B)を含有するアミノ組成物であって、前記組成物中の前記アミノ化合物(A)と前記アミノ化合物(B)とのモル比[(A)/(B)]が50/50~99/1である、アミノ組成物。
NH2-CH2-X-CH2-NH-R1 (1)
(式中、R1は下記一般式(2)で示される1価の基である。Xは1,3-フェニレン基又は1,4-フェニレン基である。)
(式中、破線はπ結合の存在又は不存在を示し、R2~R4はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を示す。*は結合手を示す。)
R1-NH-CH2-X-CH2-NH-R1 (3)
(式中、R1及びXは前記と同じである。) - 請求項1に記載のアミノ組成物を含有するエポキシ樹脂硬化剤。
- エポキシ樹脂と、請求項2に記載のエポキシ樹脂硬化剤とを含有するエポキシ樹脂組成物。
- 請求項3に記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物。
- 下記工程(1)及び工程(2)を順に有する、請求項1に記載のアミノ組成物の製造方法であって、
前記工程(1)において、下記一般式(4)で示されるジアミン1モルに対し、下記一般式(5)で示されるアルデヒド化合物を0.8~1.8モル反応させる、アミノ組成物の製造方法。
工程(1):下記一般式(4)で示されるジアミンと、下記一般式(5)で示されるアルデヒド化合物とを反応させてイミンを得る工程
工程(2):前記工程(1)で得られたイミンを還元する工程
NH2-CH2-X-CH2-NH2 (4)
(式中、Xは前記と同じである。)
(式中、R2~R4は前記と同じである。)
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