JP2020158641A - Epoxy resin, epoxy resin composition, epoxy resin cured product and composite material - Google Patents
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Landscapes
- Epoxy Resins (AREA)
Abstract
Description
本開示は、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂組成物、エポキシ樹脂硬化物及び複合材料に関する。 The present disclosure relates to epoxy resins, epoxy resin compositions, epoxy resin cured products and composite materials.
近年、航空機の機体構造材料のような、強度と靱性とがともに高い水準で要求される分野において、金属から繊維強化プラスチック(FRP)への置換が進んでいる。エポキシ樹脂は、その優れた強度及び耐熱性を活かして種々の用途に用いられており、FRPの材料としても広く用いられている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。 In recent years, the replacement of metals with fiber reinforced plastics (FRP) has been progressing in fields where high levels of strength and toughness are required, such as aircraft body structural materials. Epoxy resins are used for various purposes by taking advantage of their excellent strength and heat resistance, and are also widely used as materials for FRP (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
エポキシ樹脂は、優れた強度を示す一方で靱性に改善の余地がある。しかしながら、エポキシ樹脂の強度と靱性との間には一般にトレードオフの関係が存在し、必要な強度を維持しながら靱性を向上させるのが困難である。 Epoxy resin exhibits excellent strength, but there is room for improvement in toughness. However, there is generally a trade-off relationship between the strength and toughness of the epoxy resin, and it is difficult to improve the toughness while maintaining the required strength.
上記状況に鑑み、本開示は、強度と靱性とのバランスに優れる硬化物を形成可能なエポキシ樹脂及びエポキシ樹脂組成物、並びにこれらを用いて得られるエポキシ樹脂硬化物及び複合材料を提供することを課題とする。 In view of the above circumstances, the present disclosure provides an epoxy resin and an epoxy resin composition capable of forming a cured product having an excellent balance between strength and toughness, and an epoxy resin cured product and a composite material obtained by using these. Make it an issue.
上記課題を解決するための手段には、以下の実施態様が含まれる。
<1>無置換ビフェニル構造を含有し、前記無置換ビフェニル構造の含有率が全体の20質量%以上であり、エポキシ当量が230g/eq以上である、エポキシ樹脂。
<2>前記無置換ビフェニル構造として4,4’−ビフェニル構造を含む、<1>に記載のエポキシ樹脂。
<3>ナフタレン構造をさらに含む、<1>又は<2>に記載のエポキシ樹脂。
<4>100℃での粘度が50Pa・s以下である、<1>〜<3>のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂。
<5>硬化剤としての3,3’−ジアミノジフェニルスルホンとともに硬化物としたときに、破壊靱性値が1.1MPa・m1/2以上である、<1>〜<4>のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂。
<6>硬化剤としての3,3’−ジアミノジフェニルスルホンとともに硬化物としたときに、偏光顕微鏡を用いたクロスニコル状態での観察において、偏光解消による干渉縞が見られる、<1>〜<5>のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂。
<7><1>〜<6>のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂と、硬化剤と、を含有するエポキシ樹脂組成物。
<8><7>に記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物である、エポキシ樹脂硬化物。
<9><8>に記載のエポキシ樹脂硬化物と、強化材と、を含む複合材料。
Means for solving the above problems include the following embodiments.
<1> An epoxy resin containing an unsubstituted biphenyl structure, having a content of the unsubstituted biphenyl structure of 20% by mass or more and an epoxy equivalent of 230 g / eq or more.
<2> The epoxy resin according to <1>, which comprises a 4,4'-biphenyl structure as the unsubstituted biphenyl structure.
<3> The epoxy resin according to <1> or <2>, further comprising a naphthalene structure.
<4> The epoxy resin according to any one of <1> to <3>, which has a viscosity at 100 ° C. of 50 Pa · s or less.
<5> Any one of <1> to <4>, which has a fracture toughness value of 1.1 MPa · m 1/2 or more when made into a cured product together with 3,3'-diaminodiphenyl sulfone as a curing agent. The epoxy resin described in the section.
<6> When a cured product is prepared together with 3,3'-diaminodiphenyl sulfone as a curing agent, interference fringes due to depolarization can be seen in the observation in the cross Nicol state using a polarizing microscope. <1> to < The epoxy resin according to any one of 5>.
<7> An epoxy resin composition containing the epoxy resin according to any one of <1> to <6> and a curing agent.
<8> An epoxy resin cured product, which is a cured product of the epoxy resin composition according to <7>.
<9> A composite material containing the cured epoxy resin according to <8> and a reinforcing material.
本開示によれば、強度と靱性とのバランスに優れる硬化物を形成可能なエポキシ樹脂及びエポキシ樹脂組成物、並びにこれらを用いて得られるエポキシ樹脂硬化物及び複合材料が提供される。 According to the present disclosure, an epoxy resin and an epoxy resin composition capable of forming a cured product having an excellent balance between strength and toughness, and an epoxy resin cured product and a composite material obtained by using them are provided.
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In the following embodiments, the components (including element steps and the like) are not essential unless otherwise specified. The same applies to the numerical values and their ranges, and does not limit the present invention.
本開示において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
本開示において「〜」を用いて示された数値範囲には、「〜」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率又は含有量は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
本開示において各成分に該当する粒子は複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、各成分の粒子径は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本開示において「層」との語には、当該層が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
本開示において「積層」との語は、層を積み重ねることを示し、二以上の層が結合されていてもよく、二以上の層が着脱可能であってもよい。
本開示において「エポキシ化合物」とは、分子中にエポキシ基を有する化合物を意味する。「エポキシ樹脂」とは、複数のエポキシ化合物を集合体として捉える概念であって硬化していない状態のものを意味する。
In the present disclosure, the term "process" includes not only a process independent of other processes but also the process if the purpose of the process is achieved even if the process cannot be clearly distinguished from the other process. ..
The numerical range indicated by using "~" in the present disclosure includes the numerical values before and after "~" as the minimum value and the maximum value, respectively.
In the numerical range described stepwise in the present disclosure, the upper limit value or the lower limit value described in one numerical range may be replaced with the upper limit value or the lower limit value of another numerical range described stepwise. .. Further, in the numerical range described in the present disclosure, the upper limit value or the lower limit value of the numerical range may be replaced with the value shown in the examples.
In the present disclosure, each component may contain a plurality of applicable substances. When a plurality of substances corresponding to each component are present in the composition, the content rate or content of each component is the total content rate or content of the plurality of substances present in the composition unless otherwise specified. Means quantity.
In the present disclosure, a plurality of types of particles corresponding to each component may be contained. When a plurality of particles corresponding to each component are present in the composition, the particle size of each component means a value for a mixture of the plurality of particles present in the composition unless otherwise specified.
In the present disclosure, the term "layer" is used not only when the area where the layer exists is observed, but also when the layer is formed in the entire area or only a part of the area. included.
In the present disclosure, the term "laminated" means that layers are stacked, and two or more layers may be bonded or two or more layers may be detachable.
In the present disclosure, the "epoxy compound" means a compound having an epoxy group in the molecule. The "epoxy resin" is a concept in which a plurality of epoxy compounds are regarded as an aggregate and means a state in which the compound is not cured.
≪エポキシ樹脂≫
本開示のエポキシ樹脂は、無置換ビフェニル構造を含有し、前記無置換ビフェニル構造の含有率が全体の20質量%以上であり、エポキシ当量が230g/eq以上である、エポキシ樹脂である。
≪Epoxy resin≫
The epoxy resin of the present disclosure is an epoxy resin containing an unsubstituted biphenyl structure, the content of the unsubstituted biphenyl structure is 20% by mass or more of the whole, and the epoxy equivalent is 230 g / eq or more.
上記エポキシ樹脂を硬化して得られる硬化物は、強度と靱性とのバランスに優れている。その理由は必ずしも明らかではないが、下記のように推測される。 The cured product obtained by curing the epoxy resin has an excellent balance between strength and toughness. The reason is not always clear, but it is presumed as follows.
本開示のエポキシ樹脂は、無置換ビフェニル構造を含有し、その含有率が全体の20質量%以上である。無置換ビフェニル構造はいわゆるメソゲン構造としての性質を有し、これを含有するエポキシ樹脂は、硬化する際にエポキシ樹脂の分子が一定の方向に配向する傾向にある。この分子が配向した構造が、硬化物に靱性を付与すると考えられる。さらに、エポキシ当量が230g/eq以上であることで、流動性が付与されプロセス適合性を向上でき、硬化する際にエポキシ樹脂の分子がより配向しやすく、硬化物により優れた靱性を付与すると考えられる。 The epoxy resin of the present disclosure contains an unsubstituted biphenyl structure, and the content thereof is 20% by mass or more of the whole. The unsubstituted biphenyl structure has a property as a so-called mesogen structure, and the epoxy resin containing this property tends to have the molecules of the epoxy resin oriented in a certain direction when cured. It is considered that the structure in which these molecules are oriented imparts toughness to the cured product. Further, it is considered that when the epoxy equivalent is 230 g / eq or more, fluidity is imparted and process suitability can be improved, the molecules of the epoxy resin are more easily oriented during curing, and the cured product is imparted with better toughness. Be done.
エポキシ樹脂に含まれる無置換ビフェニル構造の含有率は、全体の20質量%以上であればよく、25質量%以上であることが好ましく、30質量%以上であることがより好ましい。エポキシ樹脂に含まれる無置換ビフェニル構造の含有率の上限は特に制限されない。例えば、全体の50質量%以下であってもよい。 The content of the unsubstituted biphenyl structure contained in the epoxy resin may be 20% by mass or more, preferably 25% by mass or more, and more preferably 30% by mass or more. The upper limit of the content of the unsubstituted biphenyl structure contained in the epoxy resin is not particularly limited. For example, it may be 50% by mass or less of the whole.
エポキシ樹脂のエポキシ当量は、230g/eq以上であればよく、240g/eq以上であることが好ましく、250g/eq以上であることがより好ましい。エポキシ樹脂のエポキシ当量の上限は特に制限されない。例えば、500g/eq以下であってもよい。本開示においてエポキシ当量は、過塩素酸滴定法により測定される。 The epoxy equivalent of the epoxy resin may be 230 g / eq or more, preferably 240 g / eq or more, and more preferably 250 g / eq or more. The upper limit of the epoxy equivalent of the epoxy resin is not particularly limited. For example, it may be 500 g / eq or less. In the present disclosure, epoxy equivalents are measured by the perchloric acid titration method.
本開示において「無置換ビフェニル構造」とは、下記式(A)で表される構造を意味する。エポキシ樹脂を構成するエポキシ化合物1分子中における無置換ビフェニル構造の数は、1つであっても2つ以上であってもよい。 In the present disclosure, the "unsubstituted biphenyl structure" means a structure represented by the following formula (A). The number of unsubstituted biphenyl structures in one molecule of the epoxy compound constituting the epoxy resin may be one or two or more.
硬化物の強度と靱性とのバランスの観点からは、エポキシ樹脂は、無置換ビフェニル構造として下記式(a)で表される構造(4,4’−ビフェニル構造)を含むことがより好ましい。 From the viewpoint of the balance between the strength and toughness of the cured product, it is more preferable that the epoxy resin contains a structure (4,4'-biphenyl structure) represented by the following formula (a) as an unsubstituted biphenyl structure.
エポキシ樹脂は、硬化物(好ましくは、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン)とともに硬化物としたときに、偏光顕微鏡を用いたクロスニコル状態での観察において、偏光解消による干渉縞が見られることが好ましい。この場合の硬化物は、内部に液晶構造が形成されていると判断できる。液晶構造は、エポキシ化合物の分子が硬化の際に配向して形成されると考えられ、これにより硬化物に優れた靭性が付与されると考えられる。 When the epoxy resin is made into a cured product together with a cured product (preferably 3,3'-diaminodiphenyl sulfone), interference fringes due to depolarization may be observed when observing in a cross Nicol state using a polarizing microscope. preferable. It can be determined that the cured product in this case has a liquid crystal structure formed inside. The liquid crystal structure is considered to be formed by orienting the molecules of the epoxy compound during curing, which is considered to impart excellent toughness to the cured product.
エポキシ樹脂は、無置換ビフェニル構造を持つエポキシ化合物のみを含んでいても、無置換ビフェニル構造を持つエポキシ化合物と、無置換ビフェニル構造を持たないエポキシ化合物との両方を含んでいてもよい。無置換ビフェニル構造を持たないエポキシ化合物の種類は特に制限されず、一般的に利用されるものから選択できる。 The epoxy resin may contain only an epoxy compound having an unsubstituted biphenyl structure, or may contain both an epoxy compound having an unsubstituted biphenyl structure and an epoxy compound having no unsubstituted biphenyl structure. The type of epoxy compound having no unsubstituted biphenyl structure is not particularly limited and can be selected from commonly used ones.
ある実施態様では、エポキシ樹脂は、無置換ビフェニル構造を持たないエポキシ化合物として、芳香環を有するエポキシ化合物を含んでいてもよい。芳香環を有するエポキシ化合物は、芳香環にグリシジルエーテル基が1つ以上結合している化合物であることが好ましく、芳香環にグリシジルエーテル基が2つ結合している化合物であることが好ましい。芳香環としては、ベンゼン環及びナフタレン環が挙げられる。 In certain embodiments, the epoxy resin may include an epoxy compound having an aromatic ring as an epoxy compound having no unsubstituted biphenyl structure. The epoxy compound having an aromatic ring is preferably a compound in which one or more glycidyl ether groups are bonded to the aromatic ring, and is preferably a compound in which two glycidyl ether groups are bonded to the aromatic ring. Examples of the aromatic ring include a benzene ring and a naphthalene ring.
無置換ビフェニル構造を持たないエポキシ化合物として具体的には、下記一般式(1−a)で表されるエポキシ化合物及び下記一般式(1−b)で表されるエポキシ化合物が挙げられる。 Specific examples of the epoxy compound having no unsubstituted biphenyl structure include an epoxy compound represented by the following general formula (1-a) and an epoxy compound represented by the following general formula (1-b).
一般式(1−a)及び一般式(1−b)中、Zはそれぞれ独立に、炭素数1〜8の脂肪族炭化水素基、炭素数1〜8のアルコキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、又はアセチル基を表す。pは0〜4の整数を表す。qは0〜6の整数を表す。
pは、0〜2であることが好ましく、0であることがより好ましい。
qは、0〜4であることが好ましく、0〜2であることがより好ましく、0であることがさらに好ましい。
In the general formula (1-a) and the general formula (1-b), Z is independently an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms, a fluorine atom, a chlorine atom, and the like. Represents a bromine atom, an iodine atom, a cyano group, a nitro group, or an acetyl group. p represents an integer from 0 to 4. q represents an integer from 0 to 6.
p is preferably 0 to 2, and more preferably 0.
q is preferably 0 to 4, more preferably 0 to 2, and even more preferably 0.
一般式(1−a)で表されるエポキシ化合物及び下記一般式(1−b)で表されるエポキシ化合物のなかでも、下記一般式(1−c)〜一般式(1−e)で表されるエポキシ化合物が好ましい。 Among the epoxy compounds represented by the general formula (1-a) and the epoxy compounds represented by the following general formula (1-b), the following general formulas (1-c) to (1-e) are used. The epoxy compound to be used is preferable.
一般式(1−c)〜一般式(1−e)において、Z、p、及びqの定義及び好ましい例は、一般式(1−a)及び一般式(1−b)のZ、p、及びqの定義及び好ましい例と同様である。 In the general formulas (1-c) to (1-e), the definitions and preferable examples of Z, p, and q are the Z, p, of the general formulas (1-a) and the general formula (1-b). And q are similar to the definitions and preferred examples.
エポキシ樹脂が無置換ビフェニル構造を持たないエポキシ化合物を含む場合、その量は、エポキシ樹脂に含まれる無置換ビフェニル構造の含有率が20質量以上となる量であればよく、25質量%以上となる量であることが好ましく、30質量%以上となる量であることがより好ましい。 When the epoxy resin contains an epoxy compound having no unsubstituted biphenyl structure, the amount thereof may be 25% by mass or more as long as the content of the unsubstituted biphenyl structure contained in the epoxy resin is 20% by mass or more. The amount is preferably 30% by mass or more, and more preferably 30% by mass or more.
(特定エポキシ化合物)
エポキシ樹脂は、無置換ビフェニル構造を有するエポキシモノマーの重合体(以下、特定エポキシ化合物ともいう)を含んでもよい。
エポキシ樹脂が特定エポキシ化合物を含んでいると、エポキシ樹脂全体に占める無置換ビフェニル構造の含有率を20質量%以上としながらエポキシ当量が230g/eq以上であるという条件を達成しやすい傾向にある。さらに、エポキシ樹脂が特定エポキシ化合物を含んでいると、硬化前のエポキシ樹脂の結晶化及び高粘度化が抑制されて取り扱い性に優れる傾向にある。
(Specific epoxy compound)
The epoxy resin may contain a polymer of an epoxy monomer having an unsubstituted biphenyl structure (hereinafter, also referred to as a specific epoxy compound).
When the epoxy resin contains a specific epoxy compound, it tends to be easy to achieve the condition that the epoxy equivalent is 230 g / eq or more while the content of the unsubstituted biphenyl structure in the entire epoxy resin is 20% by mass or more. Further, when the epoxy resin contains a specific epoxy compound, crystallization and high viscosity of the epoxy resin before curing are suppressed, and the handleability tends to be excellent.
特定エポキシ化合物は、無置換ビフェニル構造を持つエポキシモノマー同士の重合体であっても、無置換ビフェニル構造を持つエポキシモノマーと無置換ビフェニル構造を持たないエポキシモノマーとの重合体であってもよい。また特定エポキシ化合物は、2分子のエポキシモノマーの重合体(二量体)であっても、3分子のエポキシモノマーの重合体であってもよい。
特定エポキシ化合物が有する無置換ビフェニル構造の数は、1つであっても2つ以上であってもよい。特定エポキシ化合物が2つ以上の無置換ビフェニル構造を有する場合、これらの無置換ビフェニル構造は、互いに同じであっても異なっていてもよい。
The specific epoxy compound may be a polymer of epoxy monomers having an unsubstituted biphenyl structure or a polymer of an epoxy monomer having an unsubstituted biphenyl structure and an epoxy monomer having no unsubstituted biphenyl structure. Further, the specific epoxy compound may be a polymer (dimer) of two molecules of epoxy monomer or a polymer of three molecules of epoxy monomer.
The number of unsubstituted biphenyl structures contained in the specific epoxy compound may be one or two or more. When the specific epoxy compound has two or more unsubstituted biphenyl structures, these unsubstituted biphenyl structures may be the same as or different from each other.
特定エポキシ化合物は、2つ以上のエポキシモノマーが芳香環を含む2価の基を介して連結されている構造を有することが好ましい。
特定エポキシ化合物が芳香環を含む2価の基を含む場合、当該2価の基は無置換ビフェニル構造を含むものであっても、含まないものであってもよい。
The specific epoxy compound preferably has a structure in which two or more epoxy monomers are linked via a divalent group containing an aromatic ring.
When the specific epoxy compound contains a divalent group containing an aromatic ring, the divalent group may or may not contain an unsubstituted biphenyl structure.
特定エポキシ化合物が芳香環を含む2価の基を含む場合の芳香環としては、フェニレン構造、ビフェニル構造、ナフタレン構造等が挙げられる。フェニレン構造としては下記一般式(5A)で表される構造が挙げられ、ビフェニル構造としては下記一般式(5B)で表される構造が挙げられ、ナフタレン構造としては下記一般式(5C)で表される構造が挙げられる。 Examples of the aromatic ring when the specific epoxy compound contains a divalent group containing an aromatic ring include a phenylene structure, a biphenyl structure, and a naphthalene structure. Examples of the phenylene structure include a structure represented by the following general formula (5A), a biphenyl structure includes a structure represented by the following general formula (5B), and a naphthalene structure is represented by the following general formula (5C). The structure to be used is mentioned.
一般式(5A)、一般式(5B)、及び一般式(5C)において、*は隣接する原子との結合位置を表す。隣接する原子としては酸素原子、窒素原子等が挙げられる。R1及びR2はそれぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキル基を表す。mはそれぞれ独立に、0〜4の整数を表す。pは0〜6の整数を表す。 In the general formula (5A), the general formula (5B), and the general formula (5C), * represents a bond position with an adjacent atom. Examples of adjacent atoms include oxygen atoms and nitrogen atoms. R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms. Each of m independently represents an integer of 0 to 4. p represents an integer from 0 to 6.
R1及びR2はそれぞれ独立に、炭素数1〜3のアルキル基であることが好ましく、メチル基であることがより好ましい。 R 1 and R 2 are each independently preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and more preferably a methyl group.
mはそれぞれ独立に、0〜2の整数であることが好ましく、0〜1の整数であることがより好ましく、0であることがさらに好ましい。pは0〜2の整数であることが好ましく、0〜1の整数であることがより好ましい。 m is preferably an integer of 0 to 2, more preferably an integer of 0 to 1, and even more preferably 0, respectively. p is preferably an integer of 0 to 2, and more preferably an integer of 0 to 1.
一般式(5A)で表される構造の中でも、下記一般式(5a)で表される構造が好ましく、一般式(5B)で表される構造の中でも、下記一般式(5b)で表される構造が好ましい。一般式(5C)で表される構造の中でも、下記一般式(5c−1)及び一般式(5c−2)で表される構造が好ましい。このような構造を有する特定エポキシ化合物は、分子のスタッキング性が高く、液晶構造をより形成し易いと考えられる。 Among the structures represented by the general formula (5A), the structure represented by the following general formula (5a) is preferable, and among the structures represented by the general formula (5B), the structure represented by the following general formula (5b) is preferable. The structure is preferred. Among the structures represented by the general formula (5C), the structures represented by the following general formulas (5c-1) and general formula (5c-2) are preferable. It is considered that the specific epoxy compound having such a structure has high molecular stacking property and is more likely to form a liquid crystal structure.
一般式(5a)、一般式(5b)、一般式(5c−1)、及び一般式(5c−2)において、R1、R2、m、及びpの定義及び好ましい例は、一般式(5A)、一般式(5B)、及び一般式(5C)のR1、R2及びm、及びpの定義及び好ましい例と同様である。*は隣接する原子との結合位置を表す。 Formula (5a), in the general formula (5b), the general formula (5c-1), and the general formula (5c-2), defined and preferred examples of R 1, R 2, m, and p have the general formula ( 5A), the general formula (5B), and is the same as the definitions and preferable examples of R 1, R 2 and m, and p in the general formula (5C). * Represents the bond position with an adjacent atom.
特定エポキシ化合物は、下記一般式(1−A)一般式(1−B)、又は一般式(1−C)で表される構造を有するエポキシ化合物であってもよい。 The specific epoxy compound may be an epoxy compound having a structure represented by the following general formula (1-A), general formula (1-B), or general formula (1-C).
一般式(1−A)、一般式(1−B)、及び一般式(1−C)において、X、Y及びnの定義及び好ましい例は、一般式(1)のX、Y及びnの定義及び好ましい例と同様である。また、R1、R2、m、及びpの定義及び好ましい例は、一般式(5A)、一般式(5B)、及び一般式(5C)のR1、R2、m、及びpの定義及び好ましい例と同様である。Zはそれぞれ独立に、−O−又は−NH−を表す。*は隣接する原子との結合部位を表す。 In the general formula (1-A), the general formula (1-B), and the general formula (1-C), the definitions and preferable examples of X, Y and n are the X, Y and n of the general formula (1). Similar to the definition and preferred examples. Further, the definition and preferred examples of R 1, R 2, m, and p, R 1, R 2, m, and the definition of p in the general formula (5A), the general formula (5B), and the general formula (5C) And similar to the preferred example. Z independently represents -O- or -NH-. * Represents a binding site with an adjacent atom.
特定エポキシ化合物は、下記一般式(1−a’)及び(1−b’)からなる群より選択される少なくとも一つの構造を有していてもよい。特定エポキシ化合物が(1−a’)及び(1−b’)からなる群より選択される少なくとも一つの構造を有していると、弾性率がより向上する傾向にある。 The specific epoxy compound may have at least one structure selected from the group consisting of the following general formulas (1-a') and (1-b'). When the specific epoxy compound has at least one structure selected from the group consisting of (1-a') and (1-b'), the elastic modulus tends to be further improved.
一般式(1−a’)及び一般式(1−b’)において、Z、p、qの定義及び好ましい例は、一般式(1−a)及び一般式(1−b)のZ、p、qの定義及び好ましい例と同様である。*は隣接する原子との結合部位を表す。 In the general formula (1-a') and the general formula (1-b'), the definitions and preferable examples of Z, p, q are Z, p of the general formula (1-a) and the general formula (1-b). , Q are similar to the definitions and preferred examples. * Represents a binding site with an adjacent atom.
一般式(1−a’)で表される構造の中でも、一般式(1−c’)及び一般式(1−d’)で表される構造が好ましく、一般式(1−b’)で表される構造の中でも、一般式(1−e’)で表される構造が好ましい。 Among the structures represented by the general formula (1-a'), the structures represented by the general formula (1-c') and the general formula (1-d') are preferable, and the general formula (1-b') is used. Among the structures represented, the structure represented by the general formula (1-e') is preferable.
一般式(1−c’)〜一般式(1−e’)において、Z、p、及びqの定義及び好ましい例は、一般式(1−c)〜一般式(1−e)のZ、p、及びqの定義及び好ましい例と同様である。*は隣接する原子との結合部位を表す。 In general formulas (1-c') to general formulas (1-e'), definitions and preferred examples of Z, p, and q are Z, in general formulas (1-c) to general formulas (1-e). Similar to the definitions and preferred examples of p and q. * Represents a binding site with an adjacent atom.
特定エポキシ化合物は、エポキシモノマーと、エポキシ基と反応しうる官能基を有する化合物との反応生成物であってもよい。 The specific epoxy compound may be a reaction product of an epoxy monomer and a compound having a functional group capable of reacting with an epoxy group.
エポキシ基と反応しうる官能基としては、水酸基、アミノ基、イソシアネート基等が挙げられる。エポキシ基と反応しうる官能基を有する化合物中の、エポキシ基と反応しうる官能基の数は1つであっても2つ以上であってもよく、2つであることが好ましい。また、官能基は芳香環に直結していても直結していなくてもよく、エチレンオキサイド鎖、プロピレンオキサイド鎖等のアルキレンオキサイド鎖、アルキル鎖などを介して芳香環に連結されていてもよい。 Examples of the functional group capable of reacting with the epoxy group include a hydroxyl group, an amino group, an isocyanate group and the like. The number of functional groups capable of reacting with the epoxy group in the compound having a functional group capable of reacting with the epoxy group may be one or two or more, and is preferably two. Further, the functional group may or may not be directly linked to the aromatic ring, and may be linked to the aromatic ring via an alkylene oxide chain such as an ethylene oxide chain or a propylene oxide chain, or an alkyl chain.
硬化物中に液晶構造を形成する観点からは、エポキシ基と反応しうる官能基を有する化合物は、1つのベンゼン環に2つの水酸基が結合した構造を有するジヒドロキシベンゼン化合物、1つのベンゼン環に2つのアミノ基が結合した構造を有するジアミノベンゼン化合物、ビフェニル構造を形成する2つのベンゼン環にそれぞれ1つの水酸基が結合した構造を有するジヒドロキシビフェニル化合物、ビフェニル構造を形成する2つのベンゼン環にそれぞれ1つのアミノ基が結合した構造を有するジアミノビフェニル化合物、1つのナフタレン環に2つの水酸基が結合した構造を有するジヒドロキシナフタレン化合物及び1つのナフタレン環に2つのアミノ基が結合した構造を有するジアミノナフタレン化合物からなる群より選択される少なくとも1種(以下、特定芳香族化合物とも称する)であることが好ましい。 From the viewpoint of forming a liquid crystal structure in the cured product, the compound having a functional group capable of reacting with an epoxy group is a dihydroxybenzene compound having a structure in which two hydroxyl groups are bonded to one benzene ring, and two to one benzene ring. A diaminobenzene compound having a structure in which two amino groups are bonded, a dihydroxybiphenyl compound having a structure in which one hydroxyl group is bonded to each of two benzene rings forming a biphenyl structure, and one in each of two benzene rings forming a biphenyl structure. It consists of a diaminobiphenyl compound having a structure in which an amino group is bonded, a dihydroxynaphthalene compound having a structure in which two hydroxyl groups are bonded to one naphthalene ring, and a diaminonaphthalene compound having a structure in which two amino groups are bonded to one naphthalene ring. It is preferably at least one selected from the group (hereinafter, also referred to as a specific aromatic compound).
ジヒドロキシベンゼン化合物としては、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン、これらの誘導体等が挙げられる。
ジアミノベンゼン化合物としては、1,2−ジアミノベンゼン、1,3−ジアミノベンゼン、1,4−ジアミノベンゼン、これらの誘導体等が挙げられる。
Examples of the dihydroxybenzene compound include catechol, resorcinol, hydroquinone, and derivatives thereof.
Examples of the diaminobenzene compound include 1,2-diaminobenzene, 1,3-diaminobenzene, 1,4-diaminobenzene, and derivatives thereof.
ジヒドロキシビフェニル化合物としては、2,2’−ジヒドロキシビフェニル、2,3’−ジヒドロキシビフェニル、2,4’−ジヒドロキシビフェニル、3,3’−ジヒドロキシビフェニル、3,4’−ジヒドロキシビフェニル、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、これらの誘導体等が挙げられる。 Examples of the dihydroxybiphenyl compound include 2,2'-dihydroxybiphenyl, 2,3'-dihydroxybiphenyl, 2,4'-dihydroxybiphenyl, 3,3'-dihydroxybiphenyl, 3,4'-dihydroxybiphenyl, 4,4'. -Dihydroxybiphenyl, derivatives thereof and the like can be mentioned.
ジアミノビフェニル化合物としては、2,2’−ジアミノビフェニル、2,3’−ジアミノビフェニル、2,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジアミノビフェニル、3,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノビフェニル、これらの誘導体等が挙げられる。 Examples of the diaminobiphenyl compound include 2,2'-diaminobiphenyl, 2,3'-diaminobiphenyl, 2,4'-diaminobiphenyl, 3,3'-diaminobiphenyl, 3,4'-diaminobiphenyl, 4,4'. − Diaminobiphenyl, derivatives thereof and the like.
ジヒドロキシナフタレン化合物としては、1,2−ジヒドロキシナフタレン、1,3−ジヒドロキシナフタレン、1,4−ジヒドロキシナフタレン、1,5−ジヒドロキシナフタレン、1,6−ジヒドロキシナフタレン、1,7−ジヒドロキシナフタレン、1,8−ジヒドロキシナフタレン、2,3−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン、2,7−ジヒドロキシナフタレン、これらの誘導体等が挙げられる。 Examples of the dihydroxynaphthalene compound include 1,2-dihydroxynaphthalene, 1,3-dihydroxynaphthalene, 1,4-dihydroxynaphthalene, 1,5-dihydroxynaphthalene, 1,6-dihydroxynaphthalene, 1,7-dihydroxynaphthalene, 1, Examples thereof include 8-dihydroxynaphthalene, 2,3-dihydroxynaphthalene, 2,6-dihydroxynaphthalene, 2,7-dihydroxynaphthalene, and derivatives thereof.
ジアミノナフタレン化合物としては、1,2−ジアミノナフタレン、1,3−ジアミノナフタレン、1,4−ジアミノナフタレン、1,5−ジアミノナフタレン、1,6−ジアミノナフタレン、1,7−ジアミノナフタレン、1,8−ジアミノナフタレン、2,3−ジアミノナフタレン、2,6−ジアミノナフタレン、2,7−ジアミノナフタレン、これらの誘導体等が挙げられる。 Examples of the diaminonaphthalene compound include 1,2-diaminonaphthalene, 1,3-diaminonaphthalene, 1,4-diaminonaphthalene, 1,5-diaminonaphthalene, 1,6-diaminonaphthalene, 1,7-diaminonaphthalene, 1, Examples thereof include 8-diaminonaphthalene, 2,3-diaminonaphthalene, 2,6-diaminonaphthalene, 2,7-diaminonaphthalene, and derivatives thereof.
特定芳香族化合物の誘導体としては、特定芳香族化合物のベンゼン環又はナフタレン環に炭素数1〜8のアルキル基等の置換基が結合した化合物が挙げられる。特定芳香族化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Examples of the derivative of the specific aromatic compound include a compound in which a substituent such as an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms is bonded to the benzene ring or naphthalene ring of the specific aromatic compound. As the specific aromatic compound, one kind may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.
エポキシ基と反応しうる官能基を有する化合物の官能基当量は、特に制限されない。反応の効率性の観点からは、エポキシ基と反応しうる官能基を有する化合物の官能基当量(官能基がアミノ基である場合は活性水素の当量)は65g/eq〜200g/eqであることが好ましく、70g/eq〜150g/eqであることがより好ましく、75g/eq〜100g/eqであることがさらに好ましい。 The functional group equivalent of a compound having a functional group capable of reacting with an epoxy group is not particularly limited. From the viewpoint of reaction efficiency, the functional group equivalent (equivalent to active hydrogen when the functional group is an amino group) of a compound having a functional group capable of reacting with an epoxy group is 65 g / eq to 200 g / eq. Is more preferable, and it is more preferably 70 g / eq to 150 g / eq, and even more preferably 75 g / eq to 100 g / eq.
エポキシモノマーとエポキシ基と反応しうる官能基を有する化合物とを反応させて特定エポキシ化合物を合成する方法は、特に制限されない。具体的には、例えば、エポキシモノマーと、エポキシ基と反応しうる官能基を有する化合物と、必要に応じて用いる反応触媒とを溶媒中に溶解し、加熱しながら撹拌することで、特定エポキシ化合物を合成することができる。 The method for synthesizing a specific epoxy compound by reacting an epoxy monomer with a compound having a functional group capable of reacting with an epoxy group is not particularly limited. Specifically, for example, a specific epoxy compound is obtained by dissolving an epoxy monomer, a compound having a functional group capable of reacting with an epoxy group, and a reaction catalyst used as necessary in a solvent and stirring while heating. Can be synthesized.
あるいは、例えば、エポキシモノマーと、エポキシ基と反応しうる官能基を有する化合物と、必要に応じて用いる反応触媒とを、溶媒を用いずに混合し、加熱しながら撹拌することで、特定エポキシ化合物を合成することができる。 Alternatively, for example, a specific epoxy compound is obtained by mixing an epoxy monomer, a compound having a functional group capable of reacting with an epoxy group, and a reaction catalyst used as necessary without using a solvent and stirring while heating. Can be synthesized.
溶媒は、エポキシモノマーと、エポキシ基と反応しうる官能基を有する化合物とを溶解でき、かつこれらの化合物が反応するのに必要な温度にまで加温できる溶媒であれば、特に制限されない。具体的には、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、N−メチルピロリドン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、プロピレングリコールモノプロピルエーテル等が挙げられる。 The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the epoxy monomer and a compound having a functional group capable of reacting with the epoxy group, and can heat the compound to a temperature required for the reaction. Specific examples thereof include cyclohexanone, cyclopentanone, ethyl lactate, propylene glycol monomethyl ether, N-methylpyrrolidone, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, propylene glycol monopropyl ether and the like.
溶媒の量は、エポキシモノマーと、エポキシ基と反応しうる官能基を有する化合物と、必要に応じて用いる反応触媒とを反応温度において溶解できる量であれば特に制限されない。反応前の原料の種類、溶媒の種類等によって溶解性が異なるものの、例えば、仕込み固形分濃度が20質量%〜60質量%となる量であれば、反応後の溶液の粘度が好ましい範囲となる傾向にある。 The amount of the solvent is not particularly limited as long as the epoxy monomer, the compound having a functional group capable of reacting with the epoxy group, and the reaction catalyst used as needed can be dissolved at the reaction temperature. Although the solubility varies depending on the type of raw material before the reaction, the type of solvent, etc., for example, when the charged solid content concentration is 20% by mass to 60% by mass, the viscosity of the solution after the reaction is in a preferable range. There is a tendency.
反応触媒の種類は特に限定されず、反応速度、反応温度、貯蔵安定性等の観点から適切なものを選択できる。具体的には、イミダゾール化合物、有機リン化合物、第3級アミン、第4級アンモニウム塩等が挙げられる。反応触媒は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The type of reaction catalyst is not particularly limited, and an appropriate one can be selected from the viewpoints of reaction rate, reaction temperature, storage stability and the like. Specific examples thereof include imidazole compounds, organic phosphorus compounds, tertiary amines, and quaternary ammonium salts. One type of reaction catalyst may be used alone, or two or more types may be used in combination.
硬化物の耐熱性の観点からは、反応触媒としては有機リン化合物が好ましい。有機リン化合物の好ましい例としては、有機ホスフィン化合物、有機ホスフィン化合物に無水マレイン酸、キノン化合物、ジアゾフェニルメタン、フェノール樹脂等のπ結合をもつ化合物を付加してなる分子内分極を有する化合物、有機ホスフィン化合物と有機ボロン化合物との錯体などが挙げられる。なかでも、有機ホスフィン化合物とキノン化合物とを付加してなる化合物が好ましい。 From the viewpoint of heat resistance of the cured product, an organic phosphorus compound is preferable as the reaction catalyst. Preferred examples of the organic phosphorus compound are an organic phosphine compound, a compound having an intramolecular polarization obtained by adding a compound having a π bond such as maleic anhydride, a quinone compound, a diazophenylmethane, and a phenol resin to the organic phosphine compound, and an organic compound. Examples thereof include a complex of a phosphine compound and an organic boron compound. Of these, a compound obtained by adding an organic phosphine compound and a quinone compound is preferable.
有機ホスフィン化合物として具体的には、トリフェニルホスフィン、ジフェニル(p−トリル)ホスフィン、トリス(アルキルフェニル)ホスフィン、トリス(アルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(アルキルアルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(ジアルキルフェニル)ホスフィン、トリス(トリアルキルフェニル)ホスフィン、トリス(テトラアルキルフェニル)ホスフィン、トリス(ジアルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(トリアルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(テトラアルコキシフェニル)ホスフィン、トリアルキルホスフィン、ジアルキルアリールホスフィン、アルキルジアリールホスフィン等が挙げられる。 Specifically, as the organic phosphine compound, triphenylphosphine, diphenyl (p-tril) phosphine, tris (alkylphenyl) phosphine, tris (alkoxyphenyl) phosphine, tris (alkylalkoxyphenyl) phosphine, tris (dialkylphenyl) phosphine, Tris (trialkylphenyl) phosphine, tris (tetraalkylphenyl) phosphine, tris (dialkoxyphenyl) phosphine, tris (trialkoxyphenyl) phosphine, tris (tetraalkoxyphenyl) phosphine, trialkylphosphine, dialkylarylphosphine, alkyldiaryl Examples include phosphine.
キノン化合物として具体的には、1,4−ベンゾキノン、2,5−トルキノン、1,4−ナフトキノン、2,3−ジメチルベンゾキノン、2,6−ジメチルベンゾキノン、2,3−ジメトキシ−5−メチル−1,4−ベンゾキノン、2,3−ジメトキシ−1,4−ベンゾキノン、フェニル−1,4−ベンゾキノン等が挙げられる。 Specifically, as the quinone compound, 1,4-benzoquinone, 2,5-turquinone, 1,4-naphthoquinone, 2,3-dimethylbenzoquinone, 2,6-dimethylbenzoquinone, 2,3-dimethoxy-5-methyl- Examples thereof include 1,4-benzoquinone, 2,3-dimethoxy-1,4-benzoquinone and phenyl-1,4-benzoquinone.
有機ボロン化合物として具体的には、テトラフェニルボレート、テトラ−p−トリルボレート、テトラ−n−ブチルボレート等が挙げられる。 Specific examples of the organic boron compound include tetraphenyl borate, tetra-p-tolyl borate, and tetra-n-butyl borate.
反応触媒の量は、特に制限されない。反応速度及び貯蔵安定性の観点からは、エポキシモノマー及びエポキシ基と反応しうる官能基を有する化合物の合計質量100質量部に対し、0.1質量部〜1.5質量部であることが好ましく、0.2質量部〜1質量部であることがより好ましい。 The amount of the reaction catalyst is not particularly limited. From the viewpoint of reaction rate and storage stability, it is preferably 0.1 part by mass to 1.5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total mass of the epoxy monomer and the compound having a functional group capable of reacting with the epoxy group. , 0.2 parts by mass to 1 part by mass, more preferably.
特定エポキシ化合物の合成は、少量スケールであればフラスコ、大量スケールであれば合成釜等の反応容器を使用して行うことができる。具体的な合成方法は、例えば以下の通りである。まず、エポキシモノマーを反応容器に投入し、必要に応じて溶媒を入れ、オイルバス又は熱媒により反応温度まで加温し、エポキシモノマーを溶解する。そこにエポキシ基と反応しうる官能基を有する化合物を投入し、次いで必要に応じて反応触媒を投入し、反応を開始させる。次いで、必要に応じて減圧下で溶媒を留去することで、特定エポキシ化合物が得られる。 The specific epoxy compound can be synthesized using a reaction vessel such as a flask for a small amount of scale and a synthesis pot for a large amount of scale. The specific synthesis method is as follows, for example. First, the epoxy monomer is put into a reaction vessel, a solvent is added if necessary, and the epoxy monomer is heated to the reaction temperature by an oil bath or a heat medium to dissolve the epoxy monomer. A compound having a functional group capable of reacting with an epoxy group is added thereto, and then a reaction catalyst is added as needed to initiate the reaction. Then, if necessary, the solvent is distilled off under reduced pressure to obtain a specific epoxy compound.
反応温度は、エポキシモノマーのエポキシ基と、エポキシ基と反応しうる官能基との反応が進行する温度であれば特に制限されない。反応温度は例えば100℃〜180℃の範囲であることが好ましく、100℃〜170℃の範囲であることがより好ましい。反応温度を100℃以上とすることで、反応が完結するまでの時間をより短くできる傾向にある。一方、反応温度を180℃以下とすることで、ゲル化する可能性を低減できる傾向にある。 The reaction temperature is not particularly limited as long as the reaction between the epoxy group of the epoxy monomer and the functional group capable of reacting with the epoxy group proceeds. The reaction temperature is, for example, preferably in the range of 100 ° C. to 180 ° C., and more preferably in the range of 100 ° C. to 170 ° C. By setting the reaction temperature to 100 ° C. or higher, the time until the reaction is completed tends to be shortened. On the other hand, by setting the reaction temperature to 180 ° C. or lower, the possibility of gelation tends to be reduced.
特定エポキシ化合物を合成する場合、原料となるエポキシモノマーと、エポキシ基と反応しうる官能基を有する化合物との配合比は、特に制限されない。例えば、エポキシ基の当量数(A)と、エポキシ基と反応しうる官能基の当量数(B)との比(A:B)が10:10〜10:0.01の範囲となる配合比としてもよい。硬化物の靱性及び耐熱性の観点からは、A:Bが10:5〜10:0.1の範囲となる配合比が好ましい。 When synthesizing a specific epoxy compound, the blending ratio of the epoxy monomer as a raw material and the compound having a functional group capable of reacting with the epoxy group is not particularly limited. For example, the compounding ratio in which the ratio (A: B) of the equivalent number of epoxy groups (A) to the equivalent number of functional groups capable of reacting with the epoxy group (A: B) is in the range of 10:10 to 10: 0.01. May be. From the viewpoint of toughness and heat resistance of the cured product, a blending ratio in which A: B is in the range of 10: 5 to 10: 0.1 is preferable.
合成により得られた特定エポキシ化合物の構造は、例えば、合成に使用したエポキシモノマーと、エポキシ基と反応しうる官能基を有する化合物との反応より得られると推定される特定エポキシ化合物の分子量と、UV及びマススペクトル検出器を備える液体クロマトグラフを用いて実施される液体クロマトグラフィーにより求めた目的化合物の分子量とを照合させることで決定することができる。 The structure of the specific epoxy compound obtained by the synthesis includes, for example, the molecular weight of the specific epoxy compound estimated to be obtained by the reaction of the epoxy monomer used in the synthesis with a compound having a functional group capable of reacting with the epoxy group. It can be determined by collating with the molecular weight of the target compound determined by liquid chromatography performed using a liquid chromatograph equipped with a UV and mass spectrum detector.
液体クロマトグラフィーは、例えば、株式会社日立製作所製の「LaChrom II C18」を分析用カラムとして使用し、グラジエント法を用いて、溶離液の混合比(体積基準)をアセトニトリル/テトラヒドロフラン/10mmol/l酢酸アンモニウム水溶液=20/5/75からアセトニトリル/テトラヒドロフラン=80/20(開始から20分)を経てアセトニトリル/テトラヒドロフラン=50/50(開始から35分)と連続的に変化させて測定を行う。また、流速を1.0ml/minとして行う。UVスペクトル検出器では280nmの波長における吸光度を検出し、マススペクトル検出器ではイオン化電圧を2700Vとして検出する。 For liquid chromatography, for example, "LaChrom II C18" manufactured by Hitachi, Ltd. is used as an analytical column, and the mixing ratio (volume basis) of the eluent is adjusted to acetonitrile / tetrahydrofuran / 10 mmol / l acetate by using the gradient method. The measurement is carried out by continuously changing from ammonium ammonium aqueous solution = 20/5/75 to acetonitrile / tetrahydrofuran = 80/20 (20 minutes from the start) and then to acetonitrile / tetrahydrofuran = 50/50 (35 minutes from the start). The flow velocity is 1.0 ml / min. The UV spectrum detector detects the absorbance at a wavelength of 280 nm, and the mass spectrum detector detects the ionization voltage as 2700 V.
エポキシ樹脂は、特定エポキシ化合物と、エポキシモノマーの両方を含んでいる(プレポリマ)ことが好ましい。エポキシ樹脂中に特定エポキシ化合物とエポキシモノマーの双方が適切な割合で存在していると、硬化前の取扱い性により優れる傾向にある。また、硬化する際の架橋密度をより高い状態にすることができ、耐熱性により優れるエポキシ樹脂硬化物が得られる傾向にある。エポキシ樹脂中に存在する特定エポキシ化合物とエポキシモノマーの割合は、エポキシモノマーとエポキシ基と反応しうる官能基を有する化合物の配合比その他の反応条件によって調節することができる。 The epoxy resin preferably contains both a specific epoxy compound and an epoxy monomer (prepolymer). When both the specific epoxy compound and the epoxy monomer are present in the epoxy resin in an appropriate ratio, the handleability before curing tends to be better. In addition, the crosslink density at the time of curing can be made higher, and a cured epoxy resin product having better heat resistance tends to be obtained. The ratio of the specific epoxy compound to the epoxy monomer present in the epoxy resin can be adjusted by the compounding ratio of the epoxy monomer and the compound having a functional group capable of reacting with the epoxy group and other reaction conditions.
エポキシ樹脂に含まれるエポキシモノマーの含有率は、エポキシ樹脂全体の50%以下であることが好ましい。エポキシモノマーの含有率が50%以下であるエポキシ樹脂は、エポキシモノマーの含有率が50%を超えるエポキシ樹脂に比べて昇温時に粘度が下がりやすく、取り扱い性に優れる傾向にある。その理由は明らかではないが、エポキシモノマーの含有率がエポキシ樹脂全体の50%以下であると、エポキシモノマーの含有率が50%を超える場合に比べ、エポキシ樹脂の溶融温度以下の温度での結晶の析出がより抑制されるためと推測される。 The content of the epoxy monomer contained in the epoxy resin is preferably 50% or less of the total epoxy resin. Epoxy resins having an epoxy monomer content of 50% or less tend to have a lower viscosity when the temperature rises than epoxy resins having an epoxy monomer content of more than 50%, and tend to be excellent in handleability. The reason is not clear, but when the epoxy monomer content is 50% or less of the total epoxy resin, crystals are crystallized at a temperature lower than the melting temperature of the epoxy resin as compared with the case where the epoxy monomer content exceeds 50%. It is presumed that this is because the precipitation of epoxy is more suppressed.
本開示において、エポキシ樹脂中のエポキシモノマーの含有率は、例えば、液体クロマトグラフにより得られるチャートから算出することができる。
より具体的には、液体クロマトグラフにより得られるチャートにおける、エポキシ樹脂を構成する全ての成分に由来するピークの合計面積に占めるメソゲンエポキシモノマーに由来するピークの面積の割合(%)として求める。具体的には、測定対象のエポキシ樹脂の280nmの波長における吸光度を検出し、検出された全てのピークの合計面積と、エポキシモノマーに相当するピークの面積とから、下記式により算出する。
In the present disclosure, the content of the epoxy monomer in the epoxy resin can be calculated from, for example, a chart obtained by a liquid chromatograph.
More specifically, it is determined as the ratio (%) of the area of the peak derived from the mesogen epoxy monomer to the total area of the peaks derived from all the components constituting the epoxy resin in the chart obtained by the liquid chromatograph. Specifically, the absorbance of the epoxy resin to be measured at a wavelength of 280 nm is detected, and the total area of all the detected peaks and the area of the peak corresponding to the epoxy monomer are calculated by the following formula.
エポキシモノマーに由来するピークの面積の割合(%)=(エポキシモノマーに由来するピークの面積/エポキシ樹脂を構成する全ての成分に由来するピークの合計面積)×100 Percentage of peak areas derived from epoxy monomer (%) = (area of peaks derived from epoxy monomer / total area of peaks derived from all components constituting the epoxy resin) × 100
液体クロマトグラフィーは、試料濃度を0.5質量%とし、移動相にテトラヒドロフランを用い、流速を1.0ml/minとして行う。測定は、例えば、株式会社日立製作所製の高速液体クロマトグラフ「L6000」と、株式会社島津製作所製のデータ解析装置「C−R4A」を用いて行うことができる。カラムとしては、例えば、東ソー株式会社製のGPCカラムである「G2000HXL」及び「G3000HXL」を用いることができる。 Liquid chromatography is performed with a sample concentration of 0.5% by mass, tetrahydrofuran being used as the mobile phase, and a flow rate of 1.0 ml / min. The measurement can be performed using, for example, a high performance liquid chromatograph "L6000" manufactured by Hitachi, Ltd. and a data analysis device "C-R4A" manufactured by Shimadzu Corporation. As the column, for example, "G2000HXL" and "G3000HXL", which are GPC columns manufactured by Tosoh Corporation, can be used.
取り扱い性向上の観点からは、エポキシモノマーの含有率は、エポキシ樹脂全体の50%以下であることが好ましく、49%以下であることがより好ましく、48%以下であることがさらに好ましい。 From the viewpoint of improving handleability, the content of the epoxy monomer is preferably 50% or less, more preferably 49% or less, and further preferably 48% or less of the entire epoxy resin.
固有粘度(溶融時の粘度)の低減の観点からは、エポキシモノマーの含有率は、エポキシ樹脂全体の35%以上であることが好ましく、37%以上であることがより好ましく、40%以上であることがさらに好ましい。 From the viewpoint of reducing the intrinsic viscosity (viscosity at the time of melting), the content of the epoxy monomer is preferably 35% or more, more preferably 37% or more, and 40% or more of the entire epoxy resin. Is even more preferable.
〔重量平均分子量〕
エポキシ樹脂の重量平均分子量(Mw)は、特に制限されない。低粘度化の観点からは、エポキシ樹脂の重量平均分子量(Mw)は500〜3000であることが好ましく、700〜2500であることがより好ましく、800〜2000であることがさらに好ましい。
[Weight average molecular weight]
The weight average molecular weight (Mw) of the epoxy resin is not particularly limited. From the viewpoint of reducing the viscosity, the weight average molecular weight (Mw) of the epoxy resin is preferably 500 to 3000, more preferably 700 to 2500, and even more preferably 800 to 2000.
本開示において、数平均分子量(Mn)と重量平均分子量(Mw)は液体クロマトグラフィーにより得られる値とする。
液体クロマトグラフィーは、試料濃度を0.5質量%とし、移動相にテトラヒドロフランを用い、流速を1.0ml/minとして行う。検量線はポリスチレン標準サンプルを用いて作成し、それを用いてポリスチレン換算値でMn及びMwを測定する。
測定は、例えば、株式会社日立製作所の高速液体クロマトグラフ「L6000」と、株式会社島津製作所のデータ解析装置「C−R4A」を用いて行うことができる。カラムとしては、例えば、東ソー株式会社のGPCカラムである「G2000HXL」及び「G3000HXL」を用いることができる。
In the present disclosure, the number average molecular weight (Mn) and the weight average molecular weight (Mw) are values obtained by liquid chromatography.
Liquid chromatography is performed with a sample concentration of 0.5% by mass, tetrahydrofuran being used as the mobile phase, and a flow rate of 1.0 ml / min. A calibration curve is prepared using a polystyrene standard sample, and Mn and Mw are measured using polystyrene-equivalent values.
The measurement can be performed using, for example, a high performance liquid chromatograph "L6000" manufactured by Hitachi, Ltd. and a data analysis device "C-R4A" manufactured by Shimadzu Corporation. As the column, for example, "G2000HXL" and "G3000HXL", which are GPC columns manufactured by Tosoh Corporation, can be used.
〔粘度〕
エポキシ樹脂の粘度は、特に制限されず、エポキシ樹脂の用途に応じて選択できる。取り扱い性の観点から、エポキシ樹脂の100℃における粘度は50Pa・s以下であることが好ましく、20Pa・s以下であることがより好ましく、10Pa・s以下であることがさらに好ましい。
エポキシ樹脂の100℃における粘度は、実施例に記載した方法にて測定される。
〔viscosity〕
The viscosity of the epoxy resin is not particularly limited and can be selected according to the application of the epoxy resin. From the viewpoint of handleability, the viscosity of the epoxy resin at 100 ° C. is preferably 50 Pa · s or less, more preferably 20 Pa · s or less, and further preferably 10 Pa · s or less.
The viscosity of the epoxy resin at 100 ° C. is measured by the method described in Examples.
エポキシ樹脂は、硬化剤(好ましくは、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン)とともに硬化物としたときの破壊靱性値が1.1(MPa・m1/2)以上であることが好ましい。 The epoxy resin preferably has a fracture toughness value of 1.1 (MPa · m 1/2 ) or more when it is made into a cured product together with a curing agent (preferably 3,3'-diaminodiphenyl sulfone).
≪エポキシ樹脂組成物及びエポキシ樹脂硬化物≫
本開示のエポキシ樹脂組成物は、本開示のエポキシ樹脂と、硬化剤と、を含有する。本開示のエポキシ樹脂硬化物は、本開示のエポキシ樹脂組成物の硬化物である。
≪Epoxy resin composition and cured epoxy resin≫
The epoxy resin composition of the present disclosure contains the epoxy resin of the present disclosure and a curing agent. The epoxy resin cured product of the present disclosure is a cured product of the epoxy resin composition of the present disclosure.
<硬化剤>
硬化剤は、エポキシ樹脂と硬化反応を生じることができる化合物であれば、特に制限されない。硬化剤の具体例としては、アミン硬化剤、フェノール硬化剤、酸無水物硬化剤、ポリメルカプタン硬化剤、ポリアミノアミド硬化剤、イソシアネート硬化剤、ブロックイソシアネート硬化剤等が挙げられる。硬化剤は、1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
<Hardener>
The curing agent is not particularly limited as long as it is a compound capable of causing a curing reaction with the epoxy resin. Specific examples of the curing agent include amine curing agents, phenol curing agents, acid anhydride curing agents, polypeptide curing agents, polyaminoamide curing agents, isocyanate curing agents, blocked isocyanate curing agents and the like. As the curing agent, one type may be used alone or two or more types may be used in combination.
エポキシ樹脂組成物の硬化物中に高次構造を形成する観点からは、硬化剤としては、アミン硬化剤又はフェノール硬化剤が好ましく、アミン硬化剤がより好ましい。アミン硬化剤としては、芳香環及びアミノ基を有するアミン硬化剤が好ましく、アミノ基が芳香環に直接結合しているアミン硬化剤がより好ましく、芳香環に直接結合しているアミノ基を2つ以上有するアミン硬化剤がさらに好ましい。芳香環としては、ベンゼン環及びナフタレン環が挙げられる。 From the viewpoint of forming a higher-order structure in the cured product of the epoxy resin composition, the curing agent is preferably an amine curing agent or a phenol curing agent, and more preferably an amine curing agent. As the amine curing agent, an amine curing agent having an aromatic ring and an amino group is preferable, an amine curing agent in which an amino group is directly bonded to the aromatic ring is more preferable, and two amino groups directly bonded to the aromatic ring are used. The amine curing agent having the above is more preferable. Examples of the aromatic ring include a benzene ring and a naphthalene ring.
アミン硬化剤として具体的には、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメトキシビフェニル、4,4’−ジアミノフェニルベンゾエート、1,5−ジアミノナフタレン、1,3−ジアミノナフタレン、1,4−ジアミノナフタレン、1,8−ジアミノナフタレン、1,3−ジアミノベンゼン、1,4−ジアミノベンゼン、4,4’−ジアミノベンズアニリド、トリメチレン−ビス−4−アミノベンゾアート等が挙げられる。 Specifically, as the amine curing agent, 3,3'-diaminodiphenylsulfone, 4,4′-diaminodiphenylsulfone, 4,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenylether, 4,4′-diamino− 3,3'-dimethoxybiphenyl, 4,4'-diaminophenylbenzoate, 1,5-diaminonaphthalene, 1,3-diaminonaphthalene, 1,4-diaminonaphthalene, 1,8-diaminonaphthalene, 1,3-diamino Benzene, 1,4-diaminobenzene, 4,4'-diaminobenzanilide, trimethylene-bis-4-aminobenzoate and the like can be mentioned.
エポキシ樹脂組成物の硬化物中に液晶構造を形成する観点からは、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、1,3−ジアミノベンゼン、1,4−ジアミノベンゼン、4,4’−ジアミノベンズアニリド、1,5−ジアミノナフタレン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン及びトリメチレン−ビス−4−アミノベンゾアートが好ましく、低吸水率及び高靱性の硬化物を得る観点からは3,3’−ジアミノジフェニルスルホンがより好ましい。 From the viewpoint of forming a liquid crystal structure in the cured product of the epoxy resin composition, 3,3'-diaminodiphenyl sulfone, 4,4'-diaminodiphenyl sulfone, 1,3-diaminobenzene, 1,4-diaminobenzene, 4,4'-Diaminobenzanilide, 1,5-diaminonaphthalene, 4,4'-diaminodiphenylmethane and trimethylene-bis-4-aminobenzoate are preferable, and from the viewpoint of obtaining a cured product having low water absorption and high toughness. 3,3'-diaminodiphenyl sulfone is more preferred.
フェノール硬化剤としては、低分子フェノール化合物、及び低分子フェノール化合物をメチレン鎖等で連結してノボラック化したフェノールノボラック樹脂が挙げられる。低分子フェノール化合物としては、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール等の単官能フェノール化合物、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン等の2官能フェノール化合物、1,2,3−トリヒドロキシベンゼン、1,2,4−トリヒドロキシベンゼン、1,3,5−トリヒドロキシベンゼン等の3官能フェノール化合物などが挙げられる。 Examples of the phenol curing agent include a low-molecular-weight phenol compound and a phenol novolac resin obtained by connecting low-molecular-weight phenol compounds with a methylene chain or the like to form a novolak. Examples of the low molecular weight phenol compound include monofunctional phenol compounds such as phenol, o-cresol, m-cresol and p-cresol, bifunctional phenol compounds such as catechol, resorcinol and hydroquinone, 1,2,3-trihydroxybenzene and 1 , 2,4-Trihydroxybenzene, 1,3,5-trihydroxybenzene and other trifunctional phenolic compounds and the like.
エポキシ樹脂組成物における硬化剤の含有量は、特に制限されない。硬化反応の効率性の観点からは、エポキシ樹脂組成物に含まれる硬化剤の官能基の当量数(アミン硬化剤の場合は活性水素、フェノール硬化剤の場合は水酸基の当量数)と、エポキシ樹脂のエポキシ基の当量数との比(官能基の当量数/エポキシ基の当量数)が0.3〜3.0となる量であることが好ましく、0.5〜2.0となる量であることがより好ましい。 The content of the curing agent in the epoxy resin composition is not particularly limited. From the viewpoint of the efficiency of the curing reaction, the equivalent number of functional groups of the curing agent contained in the epoxy resin composition (active hydrogen in the case of an amine curing agent, the equivalent number of hydroxyl groups in the case of a phenol curing agent) and the epoxy resin. The ratio of the epoxy group to the equivalent number of the epoxy group (the number of equivalents of the functional group / the number of equivalents of the epoxy group) is preferably an amount of 0.3 to 3.0, and an amount of 0.5 to 2.0. More preferably.
<その他の成分>
エポキシ樹脂組成物は、必要に応じてエポキシ樹脂と硬化剤以外のその他の成分を含んでもよい。例えば、硬化触媒、フィラー等を含んでもよい。硬化触媒の具体例としては、特定エポキシ化合物の合成に使用しうる反応触媒として例示した化合物が挙げられる。
<Other ingredients>
The epoxy resin composition may contain other components other than the epoxy resin and the curing agent, if necessary. For example, it may contain a curing catalyst, a filler and the like. Specific examples of the curing catalyst include compounds exemplified as reaction catalysts that can be used in the synthesis of specific epoxy compounds.
〔エポキシ樹脂組成物及びエポキシ樹脂硬化物の用途〕
エポキシ樹脂組成物及びエポキシ樹脂硬化物の用途は特に制限されず、例えば、航空機、宇宙船等に用いる繊維強化複合材料(FRP)の製造に好適に用いることができる。
また、本開示のエポキシ樹脂組成物は、繊維強化複合材料の製造において、熱可塑性樹脂の粒子をプリプレグの表面領域に局在させる等の工程を省略した製造方法にも好適に用いることができる。
[Use of epoxy resin composition and cured epoxy resin]
The use of the epoxy resin composition and the cured epoxy resin is not particularly limited, and for example, it can be suitably used for producing a fiber reinforced composite material (FRP) used for aircraft, spacecraft and the like.
In addition, the epoxy resin composition of the present disclosure can also be suitably used in a production method in which steps such as localizing thermoplastic resin particles in the surface region of a prepreg are omitted in the production of a fiber-reinforced composite material.
≪複合材料≫
本開示の複合材料は、本開示のエポキシ樹脂硬化物と、強化材と、を含む。
複合材料に含まれる強化材の材質は特に制限されず、複合材料の用途等に応じて選択できる。強化材として具体的には、炭素材料、ガラス、芳香族ポリアミド系樹脂(例えば、ケブラー(登録商標))、超高分子量ポリエチレン、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、マイカ、シリコン等が挙げられる。強化材の形状は特に制限されず、繊維状、粒子状(フィラー)等が挙げられる。複合材料の強度の観点からは、強化材は炭素材料であることが好ましく、炭素繊維であることがより好ましい。複合材料に含まれる強化材は、1種でも2種以上であってもよい。
≪Composite material≫
The composite material of the present disclosure includes the epoxy resin cured product of the present disclosure and a reinforcing material.
The material of the reinforcing material contained in the composite material is not particularly limited and can be selected according to the application of the composite material and the like. Specific examples of the reinforcing material include carbon materials, glass, aromatic polyamide-based resins (for example, Kevlar (registered trademark)), ultra-high molecular weight polyethylene, alumina, boron nitride, aluminum nitride, mica, and silicon. The shape of the reinforcing material is not particularly limited, and examples thereof include fibrous form and particulate form (filler). From the viewpoint of the strength of the composite material, the reinforcing material is preferably a carbon material, and more preferably carbon fiber. The reinforcing material contained in the composite material may be one kind or two or more kinds.
複合材料の形態は、特に制限されない。例えば、エポキシ樹脂硬化物を含む少なくとも1つの硬化物含有層と、強化材を含む少なくとも1つの強化材含有層とが積層された構造を有するものであってもよい。 The form of the composite material is not particularly limited. For example, it may have a structure in which at least one cured product-containing layer containing an epoxy resin cured product and at least one reinforcing material-containing layer containing a reinforcing material are laminated.
次に本開示の実施形態を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。使用した材料の詳細は、下記の通りである。 Next, the embodiments of the present disclosure will be specifically described with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples. Details of the materials used are as follows.
エポキシモノマー1…下記一般式(M1)においてR1がすべて水素原子であるエポキシモノマーと、R1がすべてメチル基であるエポキシモノマーとの混合物(質量比1:1、エポキシ当量:175g/eq、無置換ビフェニル構造の含有率:24.3質量%)三菱ケミカル株式会社) Epoxy monomer 1 ... In the following general formula (M1), a mixture of an epoxy monomer in which R 1 is an all hydrogen atom and an epoxy monomer in which R 1 is an all methyl group (mass ratio 1: 1, epoxy equivalent: 175 g / eq, Content of unsubstituted biphenyl structure: 24.3% by mass) Mitsubishi Chemical Co., Ltd.)
エポキシモノマー2…一般式(1−e)においてqが0であるエポキシモノマー(エポキシ当量:143g/eq、無置換ビフェニル構造の含有率:0質量%、DIC株式会社)
特定芳香族化合物1…4,4’−ジヒドロキシビフェニル(水酸基当量:93g/eq、無置換ビフェニル構造の含有率:81.7質量%、本州化学工業株式会社)
特定芳香族化合物2…1,5−ジヒドロキシナフタレン(水酸基当量:80g/eq、無置換ビフェニル構造の含有率:0質量%、スガイ化学株式会社)
反応触媒…テトラブチルホスホニウムとラウリル酸の塩(分子量:212.42)
合成溶媒…シクロヘキサノン(分子量:98.15、沸点:155℃)
Epoxy monomer 2 ... Epoxy monomer in which q is 0 in the general formula (1-e) (epoxy equivalent: 143 g / eq, content of unsubstituted biphenyl structure: 0% by mass, DIC Corporation)
Specific aromatic compound 1 ... 4,4'-dihydroxybiphenyl (hydroxyl equivalent: 93 g / eq, content of unsubstituted biphenyl structure: 81.7% by mass, Honshu Chemical Industry Co., Ltd.)
Specified aromatic compound 2 ... 1,5-dihydroxynaphthalene (hydroxyl equivalent: 80 g / eq, content of unsubstituted biphenyl structure: 0% by mass, Sugai Chemical Co., Ltd.)
Reaction catalyst: Tetrabutylphosphonium and lauryl acid salt (molecular weight: 212.42)
Synthetic solvent: Cyclohexanone (molecular weight: 98.15, boiling point: 155 ° C)
〔実施例1〕
500mLの三口フラスコに、エポキシモノマー1を125g(100質量部)量り取り、そこに合成溶媒を200g添加した。三口フラスコに冷却管及び窒素導入管を設置し、合成溶媒に漬かるように撹拌羽を取り付けた。この三口フラスコを160℃のオイルバスに浸漬し、撹拌を開始した。数分後にエポキシモノマー1が溶解し、透明な溶液になったことを確認した後に、特定芳香族化合物1を13.3g(20質量部)添加(エポキシ基の当量数/フェノール性水酸基の当量数=10/2)し、さらに反応触媒を1.25g添加し、160℃のオイルバス温度で加熱を継続した。3時間加熱を継続した後に、反応溶液から合成溶媒を減圧留去し、残渣を室温まで冷却することにより、エポキシモノマー1が特定芳香族化合物1と反応して生成した多量体と、未反応のエポキシモノマー1とを含むエポキシ樹脂(プレポリマ)を得た。
[Example 1]
125 g (100 parts by mass) of epoxy monomer 1 was weighed into a 500 mL three-necked flask, and 200 g of a synthetic solvent was added thereto. A cooling tube and a nitrogen introduction tube were installed in the three-necked flask, and stirring blades were attached so as to be immersed in the synthetic solvent. The three-necked flask was immersed in an oil bath at 160 ° C., and stirring was started. After confirming that the epoxy monomer 1 was dissolved after a few minutes to form a transparent solution, 13.3 g (20 parts by mass) of the specific aromatic compound 1 was added (equivalent number of epoxy groups / equivalent number of phenolic hydroxyl groups). = 10/2), and 1.25 g of a reaction catalyst was further added, and heating was continued at an oil bath temperature of 160 ° C. After continuing heating for 3 hours, the synthetic solvent was distilled off from the reaction solution under reduced pressure, and the residue was cooled to room temperature so that the epoxy monomer 1 did not react with the multimer produced by reacting with the specific aromatic compound 1. An epoxy resin (prepolyma) containing the epoxy monomer 1 was obtained.
〔実施例2、3〕
特定芳香族化合物1の量をそれぞれ30質量部、40質量部に変更したこと以外は実施例1と同様にして、エポキシモノマー1が特定芳香族化合物1と反応して生成した多量体と、未反応のエポキシモノマー1とを含むエポキシ樹脂(プレポリマ)を得た。
[Examples 2 and 3]
In the same manner as in Example 1 except that the amount of the specific aromatic compound 1 was changed to 30 parts by mass and 40 parts by mass, respectively, the epoxy monomer 1 was produced by reacting with the specific aromatic compound 1, and the multimer was not produced. An epoxy resin (prepolymer) containing the reaction epoxy monomer 1 was obtained.
〔比較例1〕
エポキシモノマー1を特定芳香族化合物と反応させない状態のものをエポキシ樹脂とした。
[Comparative Example 1]
An epoxy resin was prepared in which the epoxy monomer 1 was not reacted with the specific aromatic compound.
〔比較例2、3、4〕
特定芳香族化合物1をそれぞれ20質量部、30質量部、40質量部の特定芳香族化合物2に変更したこと以外は実施例1と同様にして、エポキシモノマー1が特定芳香族化合物2と反応して生成した多量体と、未反応のエポキシモノマー1とを含むエポキシ樹脂(プレポリマ)を得た。
[Comparative Examples 2, 3, 4]
The epoxy monomer 1 reacts with the specific aromatic compound 2 in the same manner as in Example 1 except that the specific aromatic compound 1 is changed to 20 parts by mass, 30 parts by mass, and 40 parts by mass, respectively. An epoxy resin (prepolyma) containing the resulting multimer and the unreacted epoxy monomer 1 was obtained.
〔実施例4〕
500mLの三口フラスコに、エポキシモノマー1を80.9g(60質量部)とエポキシモノマー2を44.1g(40質量部)量り取り、そこに合成溶媒を200g添加した。三口フラスコに冷却管及び窒素導入管を設置し、合成溶媒に漬かるように撹拌羽を取り付けた。この三口フラスコを160℃のオイルバスに浸漬し、撹拌を開始した。数分後にエポキシモノマー1及び2が溶解し、透明な溶液になったことを確認した後に、特定芳香族化合物1を14.3g(20質量部)添加(エポキシ基の当量数/フェノール性水酸基の当量数=10/2)し、さらに反応触媒を1.25g添加し、160℃のオイルバス温度で加熱を継続した。3時間加熱を継続した後に、反応溶液から合成溶媒を減圧留去し、残渣を室温まで冷却することにより、エポキシモノマー1及び2が特定芳香族化合物1と反応して生成した多量体と、未反応のエポキシモノマー1及び2とを含むエポキシ樹脂(プレポリマ)を得た。
[Example 4]
80.9 g (60 parts by mass) of epoxy monomer 1 and 44.1 g (40 parts by mass) of epoxy monomer 2 were weighed into a 500 mL three-necked flask, and 200 g of a synthetic solvent was added thereto. A cooling tube and a nitrogen introduction tube were installed in the three-necked flask, and stirring blades were attached so as to be immersed in the synthetic solvent. The three-necked flask was immersed in an oil bath at 160 ° C., and stirring was started. After confirming that the epoxy monomers 1 and 2 were dissolved after a few minutes to form a transparent solution, 14.3 g (20 parts by mass) of the specific aromatic compound 1 was added (equivalent number of epoxy groups / phenolic hydroxyl group). Equivalent number = 10/2), 1.25 g of a reaction catalyst was further added, and heating was continued at an oil bath temperature of 160 ° C. After continuing heating for 3 hours, the synthetic solvent was distilled off from the reaction solution under reduced pressure, and the residue was cooled to room temperature to generate a multimer in which epoxy monomers 1 and 2 reacted with the specific aromatic compound 1 and not yet. An epoxy resin (prepolymer) containing the reaction epoxy monomers 1 and 2 was obtained.
〔実施例5、6〕
特定芳香族化合物1の量をそれぞれ30質量部、40質量部に変更したこと以外は実施例4と同様にして、エポキシモノマー1及び2が特定芳香族化合物1と反応して生成した多量体と、未反応のエポキシモノマー1及び2とを含むエポキシ樹脂(プレポリマ)を得た。
[Examples 5 and 6]
Epoxy monomers 1 and 2 were produced by reacting with the specific aromatic compound 1 in the same manner as in Example 4 except that the amounts of the specific aromatic compound 1 were changed to 30 parts by mass and 40 parts by mass, respectively. , An epoxy resin (prepolyma) containing unreacted epoxy monomers 1 and 2 was obtained.
〔比較例5〕
エポキシモノマー1を100質量部のエポキシモノマー2に変更したこと以外は実施例1と同様にして、エポキシモノマー2が特定芳香族化合物1と反応して生成した多量体と、未反応のエポキシモノマー2とを含むエポキシ樹脂(プレポリマ)を得た。
[Comparative Example 5]
In the same manner as in Example 1 except that the epoxy monomer 1 was changed to 100 parts by mass of the epoxy monomer 2, the multimer produced by the reaction of the epoxy monomer 2 with the specific aromatic compound 1 and the unreacted epoxy monomer 2 An epoxy resin (prepolymer) containing and was obtained.
〔比較例6〕
特定芳香族化合物1を20質量部の特定芳香族化合物2に変更したしたこと以外は比較例5と同様にして、エポキシモノマー2が特定芳香族化合物2と反応して生成した多量体と、未反応のエポキシモノマー2とを含むエポキシ樹脂(プレポリマ)を得た。
[Comparative Example 6]
Similar to Comparative Example 5 except that the specific aromatic compound 1 was changed to 20 parts by mass of the specific aromatic compound 2, the epoxy monomer 2 was produced by reacting with the specific aromatic compound 2, and the multimer was not produced. An epoxy resin (prepolyma) containing the reaction epoxy monomer 2 was obtained.
[樹脂測定]
実施例及び比較例で調製したエポキシ樹脂の無置換ビフェニル構造の含有率(質量%)とエポキシ当量(過塩素酸滴定法により測定)を表1に示す。
[Resin measurement]
Table 1 shows the content (% by mass) of the unsubstituted biphenyl structure of the epoxy resin prepared in Examples and Comparative Examples and the epoxy equivalent (measured by the perchloric acid titration method).
[100℃での粘度]
100℃に設定した熱板上で溶融したエポキシ樹脂の粘度を測定した。測定は、コーンプレート型粘度計(Brookfield社製、CAP2000)にコーン(No.5、角度1.8°,コーン直径9.53mm)を取り付け、測定条件を50回転/分(rpm)として行った。比較例1のエポキシ樹脂は100℃で固体(溶融しない)であったため、測定を行わなかった。結果を表1に示す。
[Viscosity at 100 ° C]
The viscosity of the melted epoxy resin was measured on a hot plate set at 100 ° C. The measurement was carried out by attaching a cone (No. 5, angle 1.8 °, cone diameter 9.53 mm) to a cone plate type viscometer (CAP2000 manufactured by Brookfield), and setting the measurement condition to 50 rpm. .. Since the epoxy resin of Comparative Example 1 was a solid (not melted) at 100 ° C., no measurement was performed. The results are shown in Table 1.
[エポキシ樹脂硬化物の作製]
実施例及び比較例で得られたエポキシ樹脂(100質量部)とステンレスシャーレに量り取り、180℃に加熱して溶融させ、撹拌した。ここに硬化剤として3,3’−ジアミノジフェニルスルホンを加えて溶融した状態で撹拌した。得られた混合物を常温(25℃)まで冷却し、恒温槽にて150℃、4時間の加熱処理を行ってエポキシ樹脂硬化物を得た。
[Preparation of cured epoxy resin]
The epoxy resin (100 parts by mass) obtained in Examples and Comparative Examples and a stainless steel petri dish were weighed, heated to 180 ° C. to melt, and stirred. 3,3'-Diaminodiphenyl sulfone was added thereto as a curing agent, and the mixture was stirred in a molten state. The obtained mixture was cooled to room temperature (25 ° C.) and heat-treated at 150 ° C. for 4 hours in a constant temperature bath to obtain a cured epoxy resin.
[曲げ弾性率の測定]
得られたエポキシ樹脂硬化物を2.0mm×5.0mm×40mmの直方体に切り出し、曲げ弾性率・曲げ強度評価用の試験片を作製した。この試験片を用いて、テンシロン万能材料試験機(インストロン5948、インストロン社)で支点間距離32mm・クロスヘッド速度1mm/minの条件で曲げ試験を行った。測定した結果を用いて、式(A)から曲げ応力−変位カーブを作成し、その最大応力を曲げ強度とした。次いで、式(B)から曲げ歪みを算出し、曲げ歪み0.25%の時の曲げ応力と曲げ歪み0.45%のときの曲げ応力を用いて、式(C)によって曲げ弾性率(GPa)を算出した。結果を表1に示す。
[Measurement of flexural modulus]
The obtained cured epoxy resin was cut into a rectangular parallelepiped having a size of 2.0 mm × 5.0 mm × 40 mm to prepare a test piece for evaluation of flexural modulus and bending strength. Using this test piece, a bending test was performed with a Tensilon universal material tester (Instron 5948, Instron) under the conditions of a distance between fulcrums of 32 mm and a crosshead speed of 1 mm / min. Using the measurement results, a bending stress-displacement curve was created from the formula (A), and the maximum stress was taken as the bending strength. Next, the bending strain is calculated from the equation (B), and the flexural modulus (GPa) is calculated by the equation (C) using the bending stress when the bending strain is 0.25% and the bending stress when the bending strain is 0.45%. ) Was calculated. The results are shown in Table 1.
[破壊靱性値の測定]
エポキシ樹脂硬化物の靱性の指標として、破壊靱性値を測定した。実施例及び比較例で得られたエポキシ樹脂硬化物を3.75mm×7.5mm×33mmの直方体に切り出し、破壊靱性評価用の試験片を作製した。この試験片を用いて、ASTM D5045に基づいて3点曲げ測定を行って破壊靱性値(MPa・m1/2)を算出した。評価装置には、インストロン5948(インストロン社)を用いた。結果を表1に示す。
[Measurement of fracture toughness value]
The fracture toughness value was measured as an index of the toughness of the cured epoxy resin. The cured epoxy resin obtained in Examples and Comparative Examples was cut into a rectangular parallelepiped having a size of 3.75 mm × 7.5 mm × 33 mm to prepare a test piece for evaluating fracture toughness. Using this test piece, a three-point bending measurement was performed based on ASTM D5045 to calculate a fracture toughness value (MPa · m 1/2 ). Instron 5948 (Instron) was used as the evaluation device. The results are shown in Table 1.
[液晶構造の有無]
エポキシ樹脂硬化物の表面を研磨し、偏光顕微鏡を用いたクロスニコル状態での観察において、偏光解消による干渉縞が見られる(液晶構造が形成されている)か否かを調べた。結果を表1に示す。
The surface of the cured epoxy resin was polished, and it was investigated whether or not interference fringes due to depolarization were observed (a liquid crystal structure was formed) in the observation in a cross Nicol state using a polarizing microscope. The results are shown in Table 1.
表1に示すように、無置換ビフェニル構造を含有し、その含有率が全体の20質量%であり、かつエポキシ当量が230g/eq以上である実施例のエポキシ樹脂を用いて作製したエポキシ樹脂硬化物は、これらのうち少なくともいずれかの条件を満たさない比較例の実施例のエポキシ樹脂を用いて作成したエポキシ樹脂硬化物に比べ、強度と靭性のバランスに優れていた。 As shown in Table 1, the epoxy resin cured using the epoxy resin of the example containing the unsubstituted biphenyl structure, the content of which is 20% by mass of the whole, and the epoxy equivalent is 230 g / eq or more. The product had an excellent balance of strength and toughness as compared with the epoxy resin cured product prepared by using the epoxy resin of the example of Comparative Example which did not satisfy at least one of these conditions.
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