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JP2018517018A - 熱硬化性エポキシ樹脂のための硬化剤ならびに電気工学用の絶縁系の製造方法 - Google Patents

熱硬化性エポキシ樹脂のための硬化剤ならびに電気工学用の絶縁系の製造方法 Download PDF

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Abstract

(a)少なくとも2個のアミノ基を含有する少なくとも1種の芳香族アミンならびに(b)ホスト分子として式(1)のテトラキスフェノール又は式(2)の9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン及びゲスト分子としてイミダゾール又はイミダゾリウム誘導体を反応させることにより得られる少なくとも1種の包接化合物[式中、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10及びR11はそれぞれ互いに独立して水素、ハロゲン、C1−C4アルキル、C1−C4アルコキシあるいは非置換であるかもしくはC1−C4アルキル、C1−C4アルコキシ又はハロゲンにより置換されているフェニルであり、R12、R13、R14及びR15はそれぞれ互いに独立して水素、ハロゲン、C1−C4アルキル又はC1−C4アルコキシであり、そしてnは数0、1、2又は3である]を含んでなる熱硬化性エポキシ樹脂組成物のための硬化剤は、エポキシ樹脂の硬化のために有利に用いられ得る。得られる熱硬化性エポキシ樹脂組成物は、優れた可使時間及び高い反応性により傑出しており、優れた機械的、電気的及び誘電的性質を示す電気的用途のための絶縁包装製品の製造用に有利に用いられ得る。
【化1】

Description

本発明は、熱硬化性エポキシ樹脂のための硬化剤、該硬化剤を含んでなる多成分熱硬化性エポキシ樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物が用いられる電気工学用の絶縁系の製造方法ならびに該方法により得られる製品に関する。熱硬化性エポキシ樹脂組成物は優れた可使時間及び高い反応性を有する。得られる絶縁包装された(insulation encased)製品は電気的用途に適しており、優れた機械的、電気的及び誘電的性質を示し、例えば絶縁体、碍管、開閉装置及び計器用変成器として用いられ得る。
エポキシ樹脂組成物は、電気工学用の絶縁系の製造に通常用いられる。しかしながら、これらのエポキシ樹脂組成物のほとんどは硬化剤として無水物を用いる。拡大する化学品に関する規制の枠組みの故に、エポキシ樹脂における無水物の使用はそれらのR42標識(R42 label)(呼吸器感作物質)の理由で近い将来に制限されるであろうと思われる。従っていくつかの無水物はすでにREACH規制のSVHC候補リスト(非常に高く懸念される物質)上にある。数年内には、これらの物質はもはや特別な認定なしで使用できなくなりそうである。すべての既知の無水物はR42−標識され、未知の無水物でさえ毒物学者はやはりR42−標識されると予測しているので、無水物を含まない解決(solution)が望ましい。
エポキシ樹脂のための硬化剤としてアミンは、特に複合材料の製造のために周知である。しかしながらアミン硬化剤は、多くの場合に反応性が高すぎ、電気的ポッティング又はカプセル封入用途において処理可能ではない。処理されるべきエポキシ樹脂組成物の質量が増加するとともに、発熱の制御が肝要になる。熱硬化性樹脂の硬化からの熱のその質量の故に制御されない放出は、熱硬化性樹脂の機械的性質の劣化を生ずるか又は熱硬化性樹脂の熱分解さえ生じ得る。熱硬化性樹脂と接触している構造部品の機械的性質の劣化も起こりそうである。特に自動圧力ゲル化法(APG)において、硬化プロファイル(cure profile)、すなわち金型内におけるゲル化フロントの制御のために、より低い発熱ピーク温度を与えるのが重要である。硬化剤としてアミンを用いると、エポキシ樹脂組成物の硬化プロファイルはAPGにおける用途のために不適切であり、発熱は高すぎる。
アミン硬化剤を含有するエポキシ樹脂の不適切な硬化プロファイルの問題に対処するために、芳香族アミン/ポリアミンの使用が示唆された。しかしながら、芳香族アミン/ポリアミンの毒性、可使時間、反応性及び硬化した樹脂にそれが与える物理的性質のようないくつかの因子は、エポキシ樹脂と混合された芳香族アミン/ポリアミンの実用的有用性を制限する。
促進剤の添加により芳香族アミン/ポリアミン硬化剤の反応性を向上させ得ることも既知である。しかしながら、エポキシ樹脂/芳香族ジアミン組成物中における促進剤の存在は、組成物がもはや種々の用途における使用に適さない程度まで可使時間を短縮する。
立体障害のある芳香族ジアミン及び三フッ化ホウ素の錯体ならびに促進剤としての脂環式アミンを含有するエポキシ樹脂のための硬化剤組成物が特許文献1に示唆されている。立体障害のある芳香族ジアミンは、それらのより低い毒性の故に立体障害のない芳香族ジアミンの代わりに用いられる。しかしながら先行技術の組成物は、必要な性質に関し、特に充填剤を含有する電気工学用の絶縁系の製造のためのポッティング又はキャスティング
用途において組成物を用いる場合に、まだいくつかの欠点を有する。
従って、開閉装置又は変成器用途のような電気絶縁系の製造のためのポッティング又はカプセル封入用途において有利に用いられ得る、新規な、無水物を含まない熱硬化性エポキシ組成物がまだ必要である。硬化した製品の性質、例えば長期老化、耐トラッキング性又は耐アーク性は、無水物硬化した熱硬化性樹脂と競合的でなければならない。
米国特許第A−4775736号明細書(US−A−4775736)
本発明の目的は、熱硬化性エポキシ樹脂のための無水物を含まない硬化剤を、該硬化剤を含んでなる多成分熱硬化性エポキシ樹脂組成物とともに提供することである。エポキシ樹脂組成物はR42標識物質を含まず且つSVHC候補物質を含まないものでなければならず、長い可使時間及び高められた処理温度における高い反応性により傑出していなければならない。エポキシ樹脂組成物は自動加圧ゲル化(automatic pressure gelation;APG)のような電気工学用の絶縁系の製造に特に適していなければならない。硬化プロファイルを望み通りのやり方で制御できるのが望ましい。本発明のさらに別の目的は、ポッティング又はカプセル封入法から得られる、優れた機械的、電気的及び誘電的性質を示す包装製品(encased articles)、例えば電気工学における絶縁体、碍管、開閉装置及び計器用変成器を提供することである。
従って本発明は
(a)少なくとも2個のアミノ基を含有する少なくとも1種の芳香族アミンならびに
(b)ホスト分子として式
Figure 2018517018
のテトラキスフェノール又は式
Figure 2018517018
の9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、及び、ゲスト分子としてイミダゾール又はイミダゾリウム誘導体を反応させることにより得られる少なくとも1種の包接化合物
を含んでなる熱硬化性エポキシ樹脂のための硬化剤に関し、
ここで
1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10及びR11はそれぞれ互いに独立して水素、ハロゲン、C1−C4アルキル、C1−C4アルコキシあるいは非置換であるかもしくはC1−C4アルキル、C1−C4アルコキシ又はハロゲンにより置換されているフェニルであり、
12、R13、R14及びR15はそれぞれ互いに独立して水素、ハロゲン、C1−C4アルキル又はC1−C4アルコキシであり、そして
nは数0、1、2又は3である。
少なくとも2個のアミノ基を含有する少なくとも1種の芳香族アミン(a)として、例えば分子当たり2、3又は4個のアミノ基を含有するすべての芳香族アミンが考慮される。エポキシ樹脂の硬化のために適した芳香族アミンは当業者に既知である。
1つの態様において、芳香族アミン(a)は芳香族ジアミンであり、例えばo−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、p−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、m−キシレンジアミン、3,5−ジエチル−2,4−ジアミノトルエン、3,5−ジエチル−2,6−ジアミノトルエン、1,3,5−トリエチル−2,4−ジアミノベンゼン、1−エチル−3,5−ジイソプロピル−2,6−ジアミノベンゼン、1,3,4,6−テトラメチル−2,5−ジアミノベンゼン、1,4−ジメチル−3,6−ジエチル−2,5−ジアミノベンゼン、4,4’−メチレンビス(2,6−ジイソプロピルアニリン)、4,4’−メチレンビス(2,6−ジエチルアニリン)、4,4’−メチレンビス(2−メチル−6−エチルアニリン)、2,4,6−トリ(メチルチオ)−1,3−ジアミノベンゼン、3,5−ジ(メチルチオ)−2,4−ジアミノトルエン、3,5−ジ(エチルチオ)−2,4−ジアミノトルエン、3−メチルチオ−5−エチルチオ−2,4−ジアミノトルエン、3,5−ジ(メチルチオ)−2,6−ジアミノトルエン、4,4’−ジアミノ−3,3’,5,5’−テトラ(メチルチオ)ビフェニル、4,4’−エチリデンビス[2,6−ジ(メチルチオ)アニリン]及び4,4’−メチレンビス[2,6−ジ(エチルチオ)アニリン]の群から選ばれる。
好ましい態様において、芳香族アミン(a)は立体障害のある芳香族ジアミンである。立体障害のある芳香族ジアミンは、各アミノ基に対して少なくとも1つのオルト位に置換基、通常はC1−C4アルキル、C1−C4アルコキシ又はC1−C4アルキルチオ基、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、tert
−ブチル、イソブチル、メトキシ、エトキシ、n−プロポキシ、イソプロポキシ、n−ブトキシ又はイソブトキシ、メチルチオ、エチルチオ、n−プロピルチオ、イソプロピルチオ、n−ブチルチオ又はイソブチルチオを有している。
本発明の実施において有用な立体障害のある芳香族ジアミンは、例えば1,3,5−トリエチル−2,4−ジアミノベンゼン、1−エチル−3,5−ジイソプロピル−2,6−ジアミノベンゼン、1,3,4,6−テトラメチル−2,5−ジアミノベンゼン、1,4−ジメチル−3,6−ジエチル−2,5−ジアミノベンゼン、4,4’−メチレンビス(2,6−ジイソプロピルアニリン)、4,4’−メチレンビス(2,6−ジエチルアニリン)、4,4’−メチレンビス(2−メチル−6−エチルアニリン)、2,4,6−トリ(メチルチオ)−1,3−ジアミノベンゼン、3,5−ジ(メチルチオ)−2,4−ジアミノトルエン、3,5−ジ(エチルチオ)−2,4−ジアミノトルエン、3−メチルチオ−5−エチルチオ−2,4−ジアミノトルエン、3,5−ジ(メチルチオ)−2,6−ジアミノトルエン、4,4’−ジアミノ−3,3’,5,5’−テトラ(メチルチオ)ビフェニル、4,4’−エチリデンビス[2,6−ジ(メチルチオ)アニリン]、4,4’−メチレンビス[2,6−ジ(エチルチオ)アニリン]及びジエチルトルエンジアミン、例えば3,5−ジエチル−2,4−ジアミノトルエン又は3,5−ジエチル−2,6−ジアミノトルエンの群から選ばれる。特に好ましいのはジエチルトルエンジアミン、例えば3,5−ジエチル−2,4−ジアミノトルエン及び3,5−ジエチル−2,6−ジアミノトルエン又はそれらの混合物である。
少なくとも2個のアミノ基を含有する少なくとも1種の芳香族アミン(a)は商業的に入手可能であるか、又はそれ自体既知の方法に従って製造され得る。
式(1)及び(2)の基R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10、R11、R12、R13、R14及びR15の具体的な態様を下記に示す。
1−C4アルキルとして、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10、R11、R12、R13、R14及びR15に関し、それぞれ互いに独立して例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、tert−ブチル又はイソブチルが考慮される。この例示は、置換されたフェニルの意味におけるR1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10及びR11の、場合による置換基としてのC1−C4アルキルにも当てはまる。
1−C4アルコキシとして、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10、R11、R12、R13、R14及びR15に関し、それぞれ互いに独立して例えばメトキシ、エトキシ、n−プロポキシ、イソプロポキシ、n−ブトキシ又はイソブトキシが考慮される。この例示は、置換されたフェニルの意味におけるR1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10及びR11の、場合による置換基としてのC1−C4アルコキシにも当てはまる。
ハロゲンとして、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10、R11、R12、R13、R14及びR15に関し、それぞれ互いに独立して例えば臭素、塩素又はフッ素が考慮される。この例示は、置換されたフェニルの意味におけるR1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10及びR11の、場合による置換基としてのハロゲンにも当てはまる。
包接化合物(b)の製造のためのホスト分子としていずれの式(1)のテトラキスフェノールは、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、1,1,2,2−テトラキス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−クロロ−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラ
キス(3,5−ジクロロ−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−ブロモ−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3,5−ジブロモ−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−フルオロ−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3,5−ジフルオロ−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−メトキシ−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3,5−ジメトキシ−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−クロロ−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−ブロモ−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−メトキシ−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−クロロ−5−ブロモ−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−クロロ−5−フェニル−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシ−3−フェニル)フェニル]エタン、1,1,3,3−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3,3−テトラキス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3,3−テトラキス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3,3−テトラキス(3−クロロ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3,3−テトラキス(3,5−ジクロロ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3,3−テトラキス(3−ブロモ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3,3−テトラキス(3,5−ジブロモ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3,3−テトラキス(3−フェニル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3,3−テトラキス(3,5−ジフェニル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3,3−テトラキス(3−メトキシ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3,3−テトラキス(3,5−ジメトキシ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3,3−テトラキス(3−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3,3−テトラキス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,4,4−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1,4,4−テトラキス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1,4,4−テトラキス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1,4,4−テトラキス(3−クロロ−4−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1,4,4−テトラキス(3,5−ジクロロ−4−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1,4,4−テトラキス(3−メトキシ−4−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1,4,4−テトラキス(3,5−ジメトキシ−4−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1,4,4−テトラキス(3−ブロモ−4−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1,4,4−テトラキス(3,5−ジブロモ−4−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1,4,4−テトラキス(3−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)ブタン又は1,1,4,4−テトラキス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)ブタンなどを用いることができる。これらのテトラキスフェノール化合物を単独の形態又は2種もしくはそれより多くの組み合わせの形態で用いることができる。ある態様において、テトラキスフェノール化合物は1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン又は1,1,2,2−テトラキス(3−クロロ−4−ヒドロキシフェニル)エタンである。
好ましくは、式(1)中のnは数0又は1、特に数0である。
包接化合物(b)の製造のためのホスト分子としていずれの式(2)の9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレンも、例えば9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル
)フルオレン又は式(2)において特定されるその誘導体を用いることができる。
包接化合物(b)の製造のためのゲスト分子として考慮され得るイミダゾール又はイミダゾリウム誘導体は、例えばイミダゾール、1−メチルイミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−イソプロピルイミダゾール、2−n−プロピルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、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、2−フェニル−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、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール、1−イソプロピル−2−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール、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、1,2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、1−ドデシル−2−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニル−4,5−ジ(2−シアノエトキシ)メチルイミダゾール、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1−ドデシル−2−メチル−3−ベンジルイミダゾリウムクロリド、1,3−ジメチルイミダゾリウムクロリド、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾールヒドロクロリド及び1−ベンジル−2−フェニルイミダゾリウムトリメリテートである。
考慮され得る適したイミダゾール誘導体の塩は、例えば塩酸−、スルホン酸−、カルボン酸−、ヘキサフルオロアンチモン酸−塩である。
本発明のある態様において、包接化合物(b)のゲスト分子は式
Figure 2018517018
のイミダゾール誘導体であり、
式中、
16は水素、C1−C20アルキル、ベンジル、シアノエチル、あるいは、非置換であるか又はC1−C4アルキル、C1−C4アルコキシ又はハロゲンにより置換されたフェニルであり、そして
17は水素、C1−C20アルキル、あるいは、非置換であるか又はC1−C4アルキル、C1−C4アルコキシ又はハロゲンにより置換されたフェニルであり、
18及びR19はそれぞれ互いに独立して水素;ハロゲン;非置換であるか又はC1−C4アルキル、C1−C4アルコキシ又はハロゲンにより置換されたフェニル;非置換であるか又はヒドロキシ、ハロゲン、C1−C4アルコキシもしくはシアノ置換されたC1−C4アルコキシにより置換されたC1−C4アルキルである。
1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10、R11、R12、R13、R14及びR15に関して上記で挙げた具体的な態様は、置換されたフェニルの意味におけるR16、R17、R18及びR19の、場合による置換基としてのC1−C4アルキル、C1−C4アルコキシ又はハロゲンにも当てはまる。
1−C20アルキルとして、R16及びR17に関し、それぞれ互いに独立して例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、イソブチル、n−ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、n−ヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、n−ノニル、n−デシル、n−ウンデシル、n−ドデシル、n−ペンタデシル、n−ヘキサデシル又はn−ヘプタデシルが考慮される。
1−C4アルキルとして、R18及びR19に関し、それぞれ互いに独立して例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、tert−ブチル又はイソブチルが考慮され、それらのそれぞれは非置換であるか、またはヒドロキシ、ハロゲン、例えば臭素又は塩素、あるいは、C1−C4アルコキシにより置換されていることができ、一方、C1−C4アルコキシはシアノにより置換されていることができる。
ハロゲンとして、R18及びR19に関し、それぞれ互いに独立して例えば臭素又は塩素が考慮される。
包接化合物(b)の製造のためのゲスト分子として好ましいのはイミダゾール誘導体、例えばイミダゾール、1−メチルイミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−イソプロピルイミダゾール、2−n−プロピルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、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、2−フェニル−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、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール、1−イソプロピル−2−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール、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、1,2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、1−ドデシル−2−メチルイミダゾール又は1−シアノエチル−2−フェニル−4,5−ジ(2−シアノエトキシ)メチルイミダゾール、特に2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−イソプロピルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−イソプロピル−2−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール又は1−ベンジル−2−メチルイミダゾール又はそれらの混合物である。本発明の特別な態様において、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール又は2−メチルイミダゾール、特に2−エチル−4−メチルイミダゾールが用いられる。
好ましい態様において、ホスト分子としての式(1)のテトラキスフェノール及びゲスト分子としてのイミダゾール又はイミダゾリウム誘導体を反応させることにより、少なくとも1種の包接化合物(b)を得、ここで上記に示した定義及び好ましい選択(preferences)が当てはまる。
本発明に従う硬化剤をエポキシ樹脂の硬化のために、例えば電気絶縁系の製造のためのポッティング又はカプセル封入用途において有利に用いることができる。
従って本発明は、
(A)少なくとも1種のエポキシ樹脂ならびに
(B)(a)少なくとも2個のアミノ基を含有する少なくとも1種の芳香族アミンならびに
(b)ホスト分子として式
Figure 2018517018
のテトラキスフェノール又は式
Figure 2018517018
の9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン及びゲスト分子としてイミダゾール又はイミダゾリウム誘導体を反応させることにより得られる少なくとも1種の包接化合物
を含んでなる少なくとも1種の硬化剤
を含んでなる多成分熱硬化性エポキシ樹脂組成物にも関し
ここで
1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10及びR11はそれぞれ互いに独立して水素、ハロゲン、C1−C4アルキル、C1−C4アルコキシあるいは非置換であるかもしくはC1−C4アルキル、C1−C4アルコキシ又はハロゲンにより置換されているフェニルであり、
12、R13、R14及びR15はそれぞれ互いに独立して水素、ハロゲン、C1−C4アルキル又はC1−C4アルコキシであり、そして
nは数0、1、2又は3であり、
ここで上記に示した定義及び好ましい選択が当てはまる。
少なくとも1種のエポキシ樹脂(A)は、少なくとも1個のグリシジルエーテル基、好ましくは1個より多いグリシジルエーテル基、例えば2又は3個のグリシジルエーテル基を含有する化合物である。エポキシ樹脂は飽和もしくは不飽和脂肪族、飽和もしくは不飽和脂環式、芳香族又は複素環式であることができ、且つ置換されていることができる。エポキシ樹脂は単量体又は高分子化合物であることもできる。本発明における使用のために
有用なエポキシ樹脂の調査を、例えばLee,H.and Neville著,Handbook of Epoxy Resins,McGraw−Hill Book Company,New York(1982)中に見出すことができる。
エポキシ樹脂(A)は様々であり得、通常の且つ商業的に入手可能なエポキシ樹脂を含み、それらを単独で又は2種もしくはそれより多くの組み合わせにおいて用いることができる。本発明に従う組成物のためのエポキシ樹脂の選択において、最終的な製品の性質のみでなく、樹脂組成物の処理に影響し得る粘度又は他の性質も考慮されるべきである。
エポキシ樹脂(A)は、約160〜約400、好ましくは約170〜約250のエポキシ当量を有することができる。エポキシ樹脂がハロゲン化されている場合、当量はそれよりいくらか高いかもしれない。
もし必要なら、エポキシ樹脂(A)はエポキシ希釈剤を含有する。エポキシ希釈剤成分は、例えばグリシジル末端化合物である。特に好ましいのは、酸素、窒素又は硫黄の原子に直接結合したグリシジル又はβ−メチルグリシジル基を含有する化合物である。そのような樹脂には、アルカリの存在下における、分子あたりに2個もしくはそれより多いカルボン酸基を含有する物質とエピクロロヒドリン、グリセロールジクロロヒドリン又はβ−メチルエピクロロヒドリンの反応により得ることができるポリグリシジル及びポリ(β−メチルグリシジル)エステルが含まれる。ポリグリシジルエステルは脂肪族カルボン酸、例えばシュウ酸、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸あるいは二量化もしくは三量化リノール酸から、ヘキサヒドロフタル酸、4−メチルヘキサヒドロフタル酸、テトラヒドロフタル酸及び4−メチルテトラヒドロフタル酸のような脂環式カルボン酸から、あるいはフタル酸、イソフタル酸及びテレフタル酸のような芳香族カルボン酸から誘導され得る。
当業者に既知の特に適したエポキシ樹脂(A)は多官能基性アルコール、フェノール、脂環式カルボン酸、芳香族アミン又はアミノフェノールとエピクロロヒドリンとの反応生成物に基づく。
適したポリグリシジルエーテルの生成のためのエピクロロヒドリンとの反応のために考慮される脂肪族アルコールは、例えばエチレングリコール及びポリ(オキシエチレン)グリコール、例えばジエチレングリコール及びトリエチレングリコール、プロピレングリコール及びポリ(オキシプロピレン)グリコール、プロパン−1,3−ジオール、ブタン−1,4−ジオール、ペンタン−1,5−ジオール、ヘキサン−1,6−ジオール、ヘキサン−2,4,6−トリオール、グリセロール、1,1,1−トリメチロールプロパン及びペンタエリスリトールである。
適したポリグリシジルエーテルの生成のためのエピクロロヒドリンとの反応のために考慮される脂環式アルコールは、例えば1,4−シクロヘキサンジオール(キニトール)、1,1−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキセ−3−エン、ビス(4−ヒドロキシシクロヘキシル)メタン及び2,2−ビス(4−ヒドロキシシクロヘキシル)−プロパンである。
適したポリグリシジルエーテルの生成のためのエピクロロヒドリンとの反応のために考慮される芳香核を含有するアルコールは、例えばN,N−ビス−(2−ヒドロキシエチル)アニリン及び4,4’−ビス(2−ヒドロキシエチルアミノ)ジフェニルメタンである。
好ましくは、ポリグリシジルエーテルは、分子当たり2個かもしくはそれより多いフェノール性ヒドロキシ基を含有する物質、例えばレゾルシノール、カテコール、ヒドロキノ
ン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン(ビスフェノールF)、1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、4,4’−ジヒドロキシジフェニル、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン(ビスフェノールS)、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−フェニルエタン(ビスフェノールAP)、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エチレン(ビスフェノールAD)、フェノール−ホルムアルデヒドもしくはクレゾール−ホルムアルデヒドノボラック樹脂、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(ビスフェノールA)及び2,2−ビス(3,5−ジブロモ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、特に2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(ビスフェノールA)から誘導される。
特定の態様において、少なくとも1種のエポキシ樹脂(A)は、約180〜約190のエポキシ当量を有するビスフェノールAのジグリシジルエーテルである。
別のいくつかの制限ではない態様には、例えばパラ−アミノフェノールのトリグリシジルエーテルが含まれる。2種もしくはそれより多くのエポキシ樹脂の混合物を用いることも可能である。
少なくとも1種のエポキシ樹脂成分(A)は商業的に入手可能であるか、又はそれ自体既知の方法に従って製造され得る。商業的に入手可能な製品は、例えばThe Dow Chemical Companyから入手可能なD.E.R.330、D.E.R.331、D.E.R.332、D.E.R.334、D.E.R.354、D.E.R.580、D.E.N.431、D.E.N.438、D.E.R.736又はD.E.R.732あるいはHuntsman CorporationからのARALDITE(登録商標)MY 740又はARALDITE(登録商標)CY 228である。
最終的な組成物中のエポキシ樹脂(A)の量は広い範囲内で変わることができ、組成物の用途に依存する。電気工学用の絶縁系の製造のために組成物が用いられる場合、エポキシ樹脂(A)の量は、例えば組成物中の成分(A)及び(B)の合計重量に基づいて40重量パーセント(重量%)〜98重量%のものである。別の態様において、エポキシ樹脂(A)の量は、例えば成分(A)及び(B)の合計重量に基づいて50重量%〜90重量%のものである。
ある態様において、硬化剤(B)の少なくとも2個のアミノ基を含有する少なくとも1種の芳香族アミン(a)の0.5〜1.2当量を、エポキシ樹脂(A)の当量当たりに適用する。このある態様において、硬化剤(B)の少なくとも1種の包接化合物(b)の0.1〜10重量部、好ましくは1〜5重量部を、エポキシ樹脂(A)の100重量部当たりに適用する。
硬化剤(B)を単独で、あるいはまた、エポキシ樹脂の硬化のために当該技術分野で既知の1種もしくはそれより多い他の適した硬化剤、例えば第1級もしくは第2級アミン、ポリエーテルアミン、酸、ルイス酸、ルイス塩基及びフェノールと組み合わせて適用することができる。これらの硬化剤の多くの同定及びそれらの硬化機構は、Lee and Neville著,Handbook of Epoxy Resins,McGraw−Hill(1982)において議論されている。好ましくは、硬化剤(B)を単独で適用する。
最終的な組成物中の硬化剤(B)の合計量は広い範囲内で変わることができ、組成物の用途に依存する。電気工学用の絶縁系の製造のために組成物が用いられる場合、最終的な組成物中の硬化剤(B)の合計量は、例えば組成物中の成分(A)及び(B)の合計量に基づいて2重量パーセント(重量%)〜60重量%のものである。別の態様において、硬
化剤(B)の合計量は、例えば成分(A)及び(B)の合計重量に基づいて10重量%〜50重量%のものである。
1つの態様において、本発明は
(A)約180〜約190のエポキシ当量を有するビスフェノールAのジグリシジルエーテルの90〜110重量部、好ましくは100重量部、ならびに
(B)(a)18〜26重量部、好ましくは20〜24重量部のジエチルトルエンジアミン及び
(b)ホスト分子としての1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン及びゲスト分子としての2−エチル−4−メチルイミダゾールを反応させることにより得られる包接化合物の1〜5重量部、好ましくは2〜4重量部
より成る硬化剤
を含んでなる多成分熱硬化性エポキシ樹脂組成物に関する。
本発明に従う多成分熱硬化性エポキシ樹脂組成物は、絶縁系において一般に用いられる少なくとも1種の充填剤(C)を含有することができ、それは金属粉末、木粉、ガラス粉末、ガラスビーズ、半金属酸化物、金属酸化物、金属水酸化物、半金属及び金属窒化物、半金属及び金属炭化物、金属炭酸塩、金属硫酸塩及び天然もしくは合成鉱物より成る群から選ばれる。
好ましい充填剤(C)は、ケイ砂、石英粉末、シリカ、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、Mg(OH)2、Al(OH)3、ドロマイト[CaMg(CO32]、Al(OH)3、AlO(OH)、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、炭化ホウ素、ドロマイト、チョーク、炭酸カルシウム、バライト、石膏、ヒドロマグネサイト、ゼオライト、タルカム、雲母、カオリン及びワラストナイトより成る群から選ばれる。特に好ましいのは、石英、シリカ、ワラストナイト又は炭酸カルシウムである。
充填剤は随意、充填剤がエポキシ樹脂に添加される前に例えば充填剤材料のコーティングの技術分野で既知のシラン又はシロキサンでコーティングすることができるか、あるいは、エポキシ樹脂組成物に充填剤とコーティング材料を添加してその時に組成物中でコーティングされた充填剤を形成させることができる。
最終的な組成物中の充填剤(C)の量は広い範囲内で変わることができ、組成物の用途に依存する。電気工学用の絶縁系の製造のために組成物が用いられる場合、充填剤(C)の量は、例えば熱硬化性エポキシ樹脂組成物の合計重量に基づいて30重量パーセント(重量%)〜75重量%のものである。1つの態様において、充填剤(C)の量は例えば熱硬化性エポキシ樹脂組成物の合計重量に基づいて40重量%〜75重量%のものである。別の態様において、充填剤(C)の量は例えば熱硬化性エポキシ樹脂組成物の合計重量に基づいて50重量%〜70重量%のものである。
さらなる添加剤を、液体混合樹脂(liquid mix resin)の流動学的性質を向上させるための加工助剤、シリコーンを含む疎水性化合物、湿潤/分散剤、可塑剤、反応性もしくは非反応性希釈剤、柔軟剤、促進剤、酸化防止剤、光吸収剤、顔料、難燃剤、繊維及び電気的用途において一般に用いられる他の添加剤から選ぶことができる。これらの添加剤は当該技術分野における熟練者に既知である。
電気工学用の絶縁系以外の硬化製品の製造、例えば複合製品の製造又は空心リアクトル(air core reactor)のためのコーティングのために組成物を用いる場合、充填剤(C)を省略することができる。
本発明に従うエポキシ樹脂組成物はR42標識物質を含まず且つSVHC候補物質を含まないものであり、長い可使時間及び高められた処理温度における高い反応性により傑出している。
本発明に従うエポキシ樹脂組成物を、優れた機械的、電気的及び誘電的性質を示す電気工学用の絶縁系、例えばキャスティング、ポッティング、カプセル封入及び浸漬法、例えば重力キャスティング(gravity casting)、真空キャスティング(vacuum casting)、自動加圧ゲル化(APG)、真空圧力ゲル化(vacuum pressure gelation;VPG)、フィラメントワインディング、引抜成形及び注入から得られる包装製品(encased articles)、例えば絶縁体、碍管、開閉装置及び計器用変成器あるいは乾式分配変成器(dry type distribution transformers)、空心(hollow core)絶縁体又は複合絶縁体の製造のために有利に用いることができる。
本発明の組成物を接着剤として、あるいは他の硬化製品、例えば水管及び水容器のような複合製品の製造あるいは細流(trickle)含浸もしくは真空含浸(VPI)を介する空心リアクトル用のコーティングのために用いることもできる。
従って、本発明はさらに多成分熱硬化性エポキシ樹脂組成物が用いられる硬化製品の製造方法に関し、該エポキシ樹脂組成物は
(A)少なくとも1種のエポキシ樹脂、ならびに
(B)(a)少なくとも2個のアミノ基を含有する少なくとも1種の芳香族アミン、及び
(b)ホスト分子としての上記の式(1)のテトラキスフェノール又は上記の式(2)の9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレンとゲスト分子としてのイミダゾール又はイミダゾリウム誘導体を反応させることにより得られる少なくとも1種の包接化合物、ここで上記に挙げた定義及び好ましい選択が当てはまる、
を含んでなる少なくとも1種の硬化剤
を含んでなる。
1つの態様において、硬化製品は例えばキャスティング、ポッティング、カプセル封入及び浸漬法、例えば重力キャスティング、真空キャスティング、自動加圧ゲル化(APG)、真空圧力ゲル化(VPG)、注入などにより製造される電気工学用の絶縁系である。
従って本発明は、多成分熱硬化性エポキシ樹脂組成物が用いられるキャスティング、ポッティング、カプセル封入又は浸漬法による電気工学用の絶縁系の製造方法にも関し、該エポキシ樹脂組成物は
(A)少なくとも1種のエポキシ樹脂、ならびに
(B)(a)少なくとも2個のアミノ基を含有する少なくとも1種の芳香族アミン、ならびに
(b)ホスト分子として式
Figure 2018517018
のテトラキスフェノール、式
Figure 2018517018
の9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、又は、式
Figure 2018517018
のイソフタル酸、及び、ゲスト分子としてイミダゾール又はイミダゾリウム誘導体を反応させることにより得られる少なくとも1種の包接化合物
を含んでなる少なくとも1種の硬化剤
を含んでなり、
ここで
1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10及びR11はそれぞれ互いに独立して水素、ハロゲン、C1−C4アルキル、C1−C4アルコキシあるいは非置換であるかもしくはC1−C4アルキル、C1−C4アルコキシ又はハロゲンにより置換されているフェニルであり、
9はC1−C6アルキル、C1−C6アルコキシ、ニトロ又はヒドロキシルであり、
12、R13、R14及びR15はそれぞれ互いに独立して水素、ハロゲン、C1−C4アルキル又はC1−C4アルコキシであり、そして
nは数0、1、2又は3であり、
ここで上記に示した定義及び好ましい選択が当てはまる。
1−C6アルキルとして、R9に関し、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、イソブチル、n−ペンチル、イソペンチル又はn−ヘキシルが考慮される。
1−C6アルコキシとして、R9に関し、例えばメトキシ、エトキシ、n−プロポキシ、イソプロポキシ、n−ブトキシ、イソブトキシ、n−ペンチルオキシ、イソペンチルオキシ又はn−ヘキシルオキシが考慮される。
包接化合物(b)の製造のためのホスト分子として式(3)のいずれのイソフタル酸も、例えば5−tert−ブチルイソフタル酸、5−ヒドロキシイソフタル酸、5−メトキシイソフタル酸又は5−ニトロイソフタル酸、好ましくは5−tert−ブチルイソフタル酸、5−ヒドロキシイソフタル酸又は5−ニトロイソフタル酸、そして特に5−ヒドロキシイソフタル酸を用いることができる。
少なくとも1種の包接化合物(b)は商業的に入手可能であるか、及び/又はそれ自体既知の方法に従って製造され得る。そのような方法は、例えば米国特許第A−5364977号明細書、米国特許第A−6727325号明細書、日本特許第A−2012232994号明細書、日本特許第A−2007039449号明細書及び中国特許第A−102875470号明細書に記載されている。商業的に入手可能な製品は、例えば1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン及び2−エチル−4−メチルイミダゾールから製造される包接化合物であるNippon SodaのTEP−2E4MHZ;5−ヒドロキシイソフタル酸及び2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾールから製造される包接化合物であるNippon SodaのHIPA−2P4MHZ;5−ヒドロキシイソフタル酸及び2−エチル−4−メチルイミダゾールから製造される包接化合物であるNippon SodaのHIPA−2E4MHZ;ならびに9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン及び2−エチル−4−メチルイミダゾールから製造される包接化合物であるNippon SodaのAN−110である。
APGは、エポキシ樹脂を硬化させ、成形する(forming)ことにより、エポキシ樹脂から作られるキャスティング製品を短時間内に製造することを可能にする。一般にAPG法を行うためのAPG装置は、一対の金型(下記で金型と呼ぶ)、管を介して金型に連結された樹脂混合及び脱ガスタンクならびに金型の開放及び閉鎖のための開閉系を含む。
典型的なAPG法において、予備加熱されて乾燥された金属導体又はインサート(insert)を真空室内に置かれた金型中に入れる。開閉系により金型を閉鎖した後、樹脂混合タンクに圧力を適用することにより、金型の底に位置する入口からエポキシ樹脂組成物を金型中に注入する。注入の前、適した可使時間(エポキシ樹脂の使用可能な時間)を保証するために、樹脂組成物は通常40〜60℃の中温に保持されるが、合理的な短時間内にキャスティング製品を得るために、金型の温度は約120℃かもっと高くに保たれる。熱い金型中にエポキシ樹脂組成物を注入した後、樹脂混合タンク中のエポキシ樹脂に適用される圧力を約0.1〜0.5MPaに保ちながら樹脂組成物を硬化させる。
10kgより多い樹脂から作られる大きなキャスティング製品を、APG法により例え
ば20〜60分の短時間内に簡単に製造することができる。通常、金型から離型されるキャスティング製品を別の硬化オーブン中で後硬化させ、エポキシ樹脂の反応を完了させる。
本発明の方法の1つの態様において、該硬化製品はキャスティング、ポッティング、カプセル封入及び浸漬法、例えば重力キャスティング、真空キャスティング、自動加圧ゲル化(APG)、真空圧力ゲル化(VPG)、フィラメントワインディング、引抜成形及び注入により製造される電気工学用の絶縁系である。
本発明の方法の別の態様において、硬化製品は水管及び水容器のような複合製品又は空心リアクトルのためのコーティングである。
好ましい態様において、電気工学用の絶縁系は自動加圧ゲル化(APG)又は真空キャスティングにより、特に自動加圧ゲル化(APG)により製造される。
本発明に従うエポキシ樹脂組成物は、長い可使時間及び高められた処理温度における高い反応性により特に傑出している。性質は、電気工学用の絶縁系の製造のために主に用いられる呼吸器感作性無水物硬化に基づく既知のエポキシ組成物の性質に類似である。従って本発明の組成物は、これらの用途において先行技術の組成物と置き換えるのに適している。さらにキャスティング用途において、より低い発熱ピーク温度は、無水物硬化に基づくエポキシ樹脂組成物に関して既知の通り、硬化プロファイル、すなわち金型内のゲル化フロント(gelation front)の制御を可能にする。
本発明は最後に本発明に従う方法により得られる硬化製品に言及する。硬化製品のガラス転移温度は、既知の高温硬化無水物に基づく熱硬化性エポキシ樹脂組成物に関すると同じ範囲内、例えば70℃〜150℃の範囲内にある。硬化製品の引張強さは70MPaかもしくはそれより高い。
特に本発明の方法に従って製造される製品は、中及び高電圧開閉装置用途において、中及び高電圧計器用変成器として、ポスト碍子(post insulators)として、ならびに碍管及び変成器として用いられる。
以下の実施例は本発明を例示するのに役立つ。他にことわらなければ、温度は度摂氏で示され、部は重量部であり、パーセンテージは重量%に関する。重量部はキログラム対リットルの比において容量部に関する。
成分の記述:
ARALDITE(登録商標)MY 740:180〜190g/当量のエポキシ当量を有するビスフェノール−Aジグリシジルエーテルエポキシ樹脂。供給者:Huntsman。
DETDA:ジエチルトルエンジアミン。供給者:Lonza。
促進剤DY 9577:三塩化ホウ素オクチルジメチルアミン錯体。供給者:Huntsman。
ARADUR(登録商標)HZ 5933:メタノール中の三フッ化ホウ素イソホロンジアミン錯体の溶液。供給者:Huntsman。使用前に真空下における50℃でのメタノールの蒸発により乾燥結晶性三フッ化ホウ素イソホロンジアミン錯体をその溶液から単離する。
2,4−EMI:2−エチル−4−メチルイミダゾール。供給者:BASF。
ARALDITE(登録商標)CY 228:188〜200g/当量のエポキシ当量を有する改質ビスフェノール−Aジグリシジルエーテルエポキシ樹脂。供給者:Huntsman。
ARADUR(登録商標)HY 918−1:メチルテトラヒドロフタル酸無水物の種々の異性体から成る無水物硬化剤。供給者:Huntsman。
促進剤DY 062:第3級アミン、触媒。供給者:Huntsman。
W12(充填剤):16ミクロンの平均粒度を有するシリカ微粉(silica flour flower)。供給者:Quarzwerke、
TEP−2E4MHZ:ホスト分子としての1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン及びゲスト分子としての2−エチル−4−メチルイミダゾールから製造される包接。供給者:Nippon Soda Japan。
実施例1a:
分散機撹拌機(disperser stirrer)により、100.0gのARALDITE(登録商標)MY 740中に3.0gのTEP−2E4MHZを室温で5分以内に分散させる。得られる分散系に23.8gのDETDAを、羽撹拌機(blade
agitator)を用いる撹拌下に室温で2分以内に加える。
実施例1b:
分散機撹拌機により、100.0gのARALDITE(登録商標)MY 740中に3.0gのTEP−2E4MHZを室温で5分以内に分散させる。得られる分散系に23.8gのDETDAを、羽撹拌機を用いる撹拌下に室温で2分以内に加える。組成物に190.2gのW12を加えたら、5分間混合を続ける。ゲルノルム管(gel norm
tube)の充填を助長するために混合物を60℃にわずかに加熱する。
実施例2b:
分散機撹拌機により、100.0gのARALDITE(登録商標)MY 740中に3.0gのTEP−2E4MHZを室温で5分以内に分散させる。得られる分散系に20gのDETDAを、羽撹拌機を用いる撹拌下に室温で2分以内に加える。組成物に184.5gのW12を加えたら、5分間混合を続ける。ゲルノルム管の充填を助長するために混合物を60℃にわずかに加熱する。
比較実施例1a:
100.0gのARALDITE(登録商標)MY 740及び23.8gのDETDAを、羽撹拌機を用いる撹拌下に、室温で5分以内に混合する。
比較実施例2a:
100.0gのARALDITE(登録商標)MY 740、23.8gのDETDA及び1.0gの2,4−EMIを、羽撹拌機を用いる撹拌下に、室温で5分以内に混合する。
比較実施例3a:
ARADUR(登録商標)HZ 5933から単離される1.0gの単離三フッ化ホウ素イソホロンジアミン錯体を、100.0gのARALDITE(登録商標)MY 740中に室温で分散機撹拌機により5分以内に分散させる。得られる分散系に23.8gのDETDAを、羽撹拌機を用いる撹拌下に室温で2分以内に加える。
比較実施例4a:
促進剤DY 9577をオーブン中で40℃において30分間加熱する。続いて100.0gのARALDITE(登録商標)MY 740、23.8gのDETDA及び1.0gの加熱された促進剤DY 9577を、羽撹拌機を用いる撹拌下に室温で5分以内に混合する。
比較実施例1b:
100.0gのARALDITE(登録商標)MY 740及び23.8gのDETDAを、羽撹拌機を用いる撹拌下に室温で2分以内に混合する。得られる混合物に186.0gのW12を加え、混合を5分間続ける。ゲルノルム管の充填を助長するために反応性混合物を60℃にわずかに加熱する。
比較実施例2b:
100.0gのARALDITE(登録商標)MY 740、23.8gのDETDA及び1.0gの2,4−EMIを、羽撹拌機を用いる撹拌下に室温で2分以内に混合する。得られる混合物に187.2gのW12を加え、混合を5分間続ける。
比較実施例3b:
ARADUR(登録商標)HZ 5933から単離される1.0gの単離三フッ化ホウ素イソホロンジアミン錯体を、100.0gのARALDITE(登録商標)MY 740中に室温で分散機撹拌機により5分以内に分散させる。得られる分散系に23.8gのDETDAを、羽撹拌機を用いる撹拌下に室温で2分以内に加える。組成物に187.2gのW12を加えたら、混合を5分間続ける。ゲルノルム管の充填を助長するために混合物を60℃にわずかに加熱する。
比較実施例4b:
促進剤DY 9577をオーブン中で40℃において30分間加熱する。続いて100.0gのARALDITE(登録商標)MY 740、23.8gのDETDA及び1.0gの加熱された促進剤DY 9577を、羽撹拌機を用いる撹拌下に室温で5分以内に混合する。組成物に187.2gのW12を加えたら、混合を5分間続ける。ゲルノルム管の充填を助長するために反応性混合物を60℃にわずかに加熱する。
比較実施例5b:
100.0gのARALDITE(登録商標)CY 228、85.0gのARADUR(登録商標)HY 918−1及び0.8gの促進剤DY 062を、羽撹拌機を用いる撹拌下に室温で5分以内に混合する。得られる混合物に279.0gのW12を加え、混合を5分間続ける。ゲルノルム管の充填を助長するために反応性混合物を60℃にわずかに加熱する。
上記の実施例及び比較実施例に従って得られる反応性混合物のゲル化時間を、ISO 9396に従い、80℃及び140℃においてゲルノルム/ゲルタイマー(gel timer)を用いて決定する。
Figure 2018517018
1)ISO 9396:ゲルノルム法
Figure 2018517018
1)ISO 9396:ゲルノルム法
2)ガラス転移温度;IE 1006;Mettler SC 822e上における示差走査熱量測定(範囲:10℃分-1において20から250℃)
3)ISO 527
4)破壊エネルギー;二重ねじり試験(Huntsman独自試験法)
5)熱膨張率;ISO 11359−2
6)TGA;重量損失が5%に達する温度;温度上昇dT/dt=20K/分
7)比較トラッキング指数;IEC 60112
8)疑似亀裂温度は米国特許第A−6638567の欄9及び10に記載されており、式RI=−498.08・Z0.18480890・G0.194114601・(A−18)-0.391334273・T-0.158387791+224.25
に従って計算され、
式中、
RIは℃における疑似亀裂温度を意味し、
Zは%における破断点伸びを意味し、
GはJ/m2におけるG1Cを意味し、
Aは10-6/KにおけるCTEを意味し、
Tは℃におけるTgを意味する。
9)Ea=(ln(80℃におけるゲル化時間)/分)−ln((140℃におけるゲル化時間)/分))/(1/(80℃+273℃)*K/℃−1/(140℃+273℃)*K/℃)*8.31J/(モル*K)/1000J/kJ
10)臨海応力拡大係数モード1;二重ねじり試験(Huntsman独自試験法)
11)IEC 60250
表1に示す通り、実施例1aの本発明の組成物は、80℃におけるゲル化時間からわかる通り優れた可使時間ならびに140℃におけるゲル化時間からわかる通り高い反応性を示すが、それぞれ比較実施例1a及び2aの組成物の反応性及び可使時間は不十分である。
米国特許第A−4775736号明細書に従う比較実施例3aの組成物は、それぞれ140℃及び80℃におけるゲル化時間からわかる通り、高い反応性を示すが不十分な可使時間を示す。比較実施例4aの組成物は反応性及び可使時間に関する必要条件を満たさない。
充填剤を含有する組成物に関する表2に示される通り、実施例1bの本発明の組成物は、80℃におけるゲル化時間からわかる通り優れた可使時間ならびに140℃におけるゲル化時間からわかる通り高い反応性を示すが、それぞれ比較実施例1b及び2bの組成物の反応性及び可使時間は不十分である。
米国特許第A−4775736号明細書に従う比較実施例3bの充填剤添加された組成物は、それぞれ140℃及び80℃におけるゲル化時間からわかる通り、劣った反応性を示すが可使時間は許容され得る範囲に移動する。比較実施例4bの充填剤添加された組成物は反応性及び可使時間に関する必要条件を満たさない。
比較実施例5bの組成物は、140℃及び80℃におけるゲル化時間からわかる通り、十分な可使時間と組み合わされた高い反応性を示す最先端の系を示す。しかしながら、該組成物は無水物硬化に基づいており、それは今日望ましくない。
実施例1b及び2bの組成物は、本発明に従う方法が充填剤の存在下でさえ80℃における優れた可使時間ならびに同時に140℃における高い反応性を示す熱硬化性エポキシ組成物を与えることを示す。有利なことに、本発明の組成物はR42標識を含まず、毒性ではない。
実施例1b及び2bの本発明の組成物は比較実施例5bの組成物と類似のTgレベルならびにわずかに向上した機械的性質(より高い引張強さ、より良い破断点伸び及びわずかにより高い破壊エネルギー)さえ示す。要するに、わずかに向上した機械的性質は、実施例1bにより示される通り、4℃ではなくて−10℃の有意に向上した熱サイクル亀裂抵抗性(thermal cycle crack resistance)に加わるものである。

Claims (17)

  1. 熱硬化性エポキシ樹脂のための硬化剤であって、
    (a)少なくとも2個のアミノ基を含有する少なくとも1種の芳香族アミン、ならびに
    (b)ホスト分子として式
    Figure 2018517018
    のテトラキスフェノール、又は、式
    Figure 2018517018
    の9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、及び、ゲスト分子としてイミダゾール又はイミダゾリウム誘導体を反応させることにより得られる少なくとも1種の包接化合物
    [式中、
    1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10及びR11はそれぞれ互いに独立して水素、ハロゲン、C1−C4アルキル、C1−C4アルコキシあるいは非置換であるかもしくはC1−C4アルキル、C1−C4アルコキシ又はハロゲンにより置換されているフェニルであり、
    12、R13、R14及びR15はそれぞれ互いに独立して水素、ハロゲン、C1−C4アルキル又はC1−C4アルコキシであり、そして
    nは数0、1、2又は3である]
    を含んでなる硬化剤。
  2. 少なくとも2個のアミノ基を含有する芳香族アミン(a)が、各アミノ基に対して少なくとも1つのオルト位に置換基を有する立体障害のある芳香族ジアミンである、請求項1に記載の硬化剤。
  3. 少なくとも2個のアミノ基を含有する芳香族アミン(a)が1,3,5−トリエチル−2
    ,4−ジアミノベンゼン、1−エチル−3,5−ジイソプロピル−2,6−ジアミノベンゼン、1,3,4,6−テトラメチル−2,5−ジアミノベンゼン、1,4−ジメチル−3,6−ジエチル−2,5−ジアミノベンゼン、4,4’−メチレンビス(2,6−ジイソプロピルアニリン)、4,4’−メチレンビス(2,6−ジエチルアニリン)、4,4’−メチレンビス(2−メチル−6−エチルアニリン)、2,4,6−トリ(メチルチオ)−1,3−ジアミノベンゼン、3,5−ジ(メチルチオ)−2,4−ジアミノトルエン、3,5−ジ(エチルチオ)−2,4−ジアミノトルエン、3−メチルチオ−5−エチルチオ−2,4−ジアミノトルエン、3,5−ジ(メチルチオ)−2,6−ジアミノトルエン、4,4’−ジアミノ−3,3’,5,5’−テトラ(メチルチオ)ビフェニル、4,4’−エチリデンビス[2,6−ジ(メチルチオ)アニリン]、4,4’−メチレンビス[2,6−ジ(エチルチオ)アニリン]及びジエチルトルエンジアミン、例えば3,5−ジエチル−2,4−ジアミノトルエン又は3,5−ジエチル2,6−ジアミノトルエンあるいはそれらの混合物の群から選ばれる請求項1又は請求項2のいずれかに記載の硬化剤。
  4. 少なくとも2個のアミノ基を含有する芳香族アミン(a)がジエチルトルエンジアミン、例えば3,5−ジエチル−2,4−ジアミノトルエン又は3,5−ジエチル−2,6−ジアミノトルエンあるいはそれらの混合物である請求項1〜3のいずれか1つに記載の硬化剤。
  5. 式(1)中のnが数0又は1である請求項1〜4のいずれか1つに記載の硬化剤。
  6. 包接化合物(b)のホスト分子が1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン及び1,1,2,2−テトラキス(3−クロロ−4−ヒドロキシフェニル)エタンの群から選ばれる請求項1〜5のいずれか1つに記載の硬化剤。
  7. 包接化合物(b)のホスト分子が9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレンである請求項1〜5のいずれか1つに記載の硬化剤。
  8. 包接化合物(b)のゲスト分子がイミダゾール、1−メチルイミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−イソプロピルイミダゾール、2−n−プロピルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、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、2−フェニル−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、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール、1−イソプロピル−2−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール、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、1,2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、1−ドデシル−2−メチルイミダゾール又は1−シアノエチル−2−フェニル−4,5−ジ(2−シアノエトキシ)メチルイミダゾール、特に2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−イソプロピルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−イソプロピル−2−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール及び1−ベンジル−2−メチルイミダゾールの群から選ばれる請求項1〜7のいずれか1つに記載の硬化剤。
  9. 包接化合物(b)のゲスト分子が2−エチル−4−メチルイミダゾール又は2−メチルイミダゾールである請求項1〜7のいずれか1つに記載の硬化剤。
  10. 多成分熱硬化性エポキシ樹脂組成物であって、
    (A)少なくとも1種のエポキシ樹脂、ならびに
    (B)(a)少なくとも2個のアミノ基を含有する少なくとも1種の芳香族アミン、ならびに
    (b)ホスト分子として式
    Figure 2018517018
    のテトラキスフェノール、又は、式
    Figure 2018517018
    の9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、及び、ゲスト分子としてイミダゾール又はイミダゾリウム誘導体を反応させることにより得られる少なくとも1種の包接化合物
    [式中、
    1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10及びR11はそれぞれ互いに独立して水素、ハロゲン、C1−C4アルキル、C1−C4アルコキシあるいは非置換であるかもしくはC1−C4アルキル、C1−C4アルコキシ又はハロゲンにより置換されているフェニルであり、
    12、R13、R14及びR15はそれぞれ互いに独立して水素、ハロゲン、C1−C4アルキル又はC1−C4アルコキシであり、そして
    nは数0、1、2又は3である]
    を含んでなる少なくとも1種の硬化剤
    を含んでなる組成物。
  11. (A)約180〜約190のエポキシ当量を有するビスフェノールAのジグリシジルエーテルの90〜110重量部、ならびに
    (B)(a)18〜26重量部のジエチルトルエンジアミン及び
    (b)ホスト分子としての1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン及びゲスト分子としての2−エチル−4−メチルイミダゾールを反応させることにより得られる包接化合物の1〜5重量部
    より成る硬化剤
    を含んでなる、請求項10に記載の多成分熱硬化性エポキシ樹脂組成物。
  12. さらに
    (C)ケイ砂、石英粉末、シリカ、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、Mg(OH)2、Al(OH)3、ドロマイト[CaMg(CO32]、Al(OH)3、AlO(OH)、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、炭化ホウ素、ドロマイト、チョーク、炭酸カルシウム、バライト、石膏、ヒドロマグネサイト、ゼオライト、タルカム、雲母、カオリン及びワラストナイトより成る群から選ばれ、場合によりシラン又はシロキサンでコーティングされていることができる少なくとも1種の充填剤を含んでなる請求項10又は請求項11のいずれかに記載の多成分熱硬化性エポキシ樹脂組成物。
  13. 請求項1に記載の多成分熱硬化性エポキシ樹脂組成物が用いられる硬化製品の製造方法。
  14. 多成分熱硬化性エポキシ樹脂組成物が用いられるキャスティング、ポッティング、カプセル封入又は浸漬法による電気工学用の絶縁系の製造方法であって、該エポキシ樹脂組成物は
    (A)少なくとも1種のエポキシ樹脂、ならびに
    (B)(a)少なくとも2個のアミノ基を含有する少なくとも1種の芳香族アミン、ならびに
    (b)ホスト分子として式
    Figure 2018517018
    のテトラキスフェノール、式
    Figure 2018517018
    の9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、又は、式
    Figure 2018517018
    のイソフタル酸、及び、ゲスト分子としてイミダゾール又はイミダゾリウム誘導体を反応させることにより得られる少なくとも1種の包接化合物
    [式中、
    1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10及びR11はそれぞれ互いに独立して水素、ハロゲン、C1−C4アルキル、C1−C4アルコキシあるいは非置換であるかもしくはC1−C4アルキル、C1−C4アルコキシ又はハロゲンにより置換されているフェニルであり、
    9はC1−C6アルキル、C1−C6アルコキシ、ニトロ又はヒドロキシルであり、
    12、R13、R14及びR15はそれぞれ互いに独立して水素、ハロゲン、C1−C4アルキル又はC1−C4アルコキシであり、そして
    nは数0、1、2又は3である]
    を含んでなる少なくとも1種の硬化剤
    を含んでなる方法。
  15. 電気工学用の絶縁系を自動加圧ゲル化(APG)により製造する請求項14に記載の方法。
  16. 請求項13〜15のいずれか1つに記載の方法により得られる硬化製品。
  17. 中及び高電圧開閉装置用途における、中及び高電圧計器用変成器として、ポスト碍子(post insulators)としてならびに碍管及び変成器としての請求項16に記載の硬化製品の使用。
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