(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェニルイソシアネート、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）及びメチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）から選択されるイソシアネートと、ポリ−（Ｎ−メチル−アゼチジン）でありかつ少なくとも１つの第一級又は第二級アミン及び少なくとも２つの第三級アミンを有する以下の一般式のアルキル化ポリアルキレンポリアミン、すなわち、
【化１】
0005603180.tif 000005
式中、Ｒ1がメチルを表し、Ｒ2及びＲ4がメチルを表し、Ｒ3及びＲ5が水素を表し；ｎ及びｍが３であり；Ｘが２〜１０の整数である、アルキル化ポリアルキレンポリアミンとの反応生成物である、尿素化合物。
【請求項２】
エポキシ樹脂と、エポキシ硬化剤と、該エポキシ硬化剤のための促進剤との接触生成物を含む熱硬化性のエポキシ組成物であって、該促進剤が、メチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）であるイソシアネートと、少なくとも１つの第一級又は第二級アミン及び少なくとも２つの第三級アミンを有する以下の一般式のアルキル化ポリアルキレンポリアミン、すなわち、
【化２】
0005603180.tif 000006
式中、Ｒ1が水素又はメチルを表し、Ｒ2及びＲ4がメチルを表し、Ｒ3及びＲ5が独立して水素又はメチルを表し；ｎ及びｍが独立して１〜６の整数であり；Ｘが１〜１０の整数である、アルキル化ポリアルキレンポリアミンとの反応生成物である尿素化合物を含む、熱硬化性のエポキシ組成物。
【請求項３】
ｎ及びｍが独立して２又は３である、請求項２に記載のエポキシ組成物。
【請求項４】
Ｘが１〜７である、請求項２に記載のエポキシ組成物。
【請求項５】
前記ポリアミンが、３，３’−イミノビス（Ｎ，Ｎ−ジメチルプロピルアミン）又はポリ−（Ｎ−メチル−アゼチジン）である、請求項２に記載のエポキシ組成物。
【請求項６】
前記硬化剤が、ジシアンジアミド又は酸無水物である、請求項２に記載のエポキシ組成物。
【請求項７】
１００％固体のエポキシ組成物である、請求項２に記載のエポキシ組成物。
【請求項８】
２０〜８０ｗｔ％が固体の水性の固体エポキシ組成物である、請求項２に記載のエポキシ組成物。
【請求項９】
前記エポキシ樹脂が、ビスフェノール−Ａのジグリシジルエーテル、ビスフェノール−Ａの鎖伸長された（ａｄｖａｎｃｅｄ）ジグリシジルエーテル、ビスフェノール−Ｆのジグリシジルエーテル、又はエポキシノボラック樹脂である、請求項２に記載のエポキシ組成物。
【請求項１０】
エポキシ樹脂と、エポキシ硬化剤と、任意選択で該エポキシ硬化剤のための促進剤との接触生成物を含む熱硬化性のエポキシ組成物であって、該硬化剤が、メチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）であるイソシアネートと、ポリ−（Ｎ−メチル−アゼチジン）でありかつ少なくとも１つの第一級又は第二級アミン及び少なくとも２つの第三級アミンを有する以下の一般式のアルキル化ポリアルキレンポリアミン、すなわち、
【化３】
0005603180.tif 000007
式中、Ｒ1がメチルを表し、Ｒ2及びＲ4がメチルを表し、Ｒ3及びＲ5が水素を表し；ｎ及びｍが３であり；Ｘが２〜１０の整数である、アルキル化ポリアルキレンポリアミンとの反応生成物である尿素化合物を含む、熱硬化性のエポキシ組成物。
【請求項１１】
Ｘが２〜７である、請求項１０に記載のエポキシ組成物。
【請求項１２】
１００％固体のエポキシ組成物である、請求項１０に記載のエポキシ組成物。
【請求項１３】
２０〜８０ｗｔ％が固体の水性の固体エポキシ組成物である、請求項１０に記載のエポキシ組成物。
【請求項１４】
前記エポキシ樹脂が、ビスフェノール−Ａのジグリシジルエーテル、ビスフェノール−Ａの鎖伸長された（ａｄｖａｎｃｅｄ）ジグリシジルエーテル、ビスフェノール−Ｆのジグリシジルエーテル、又はエポキシノボラック樹脂である、請求項１０に記載のエポキシ組成物。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
エポキシ系接着剤は、自動車、エレクトロニクス、航空宇宙産業の様々な用途において、及び一般産業において用いられている。エポキシ系接着剤は、半田付け、溶接、リベット、くぎ、ねじ、及びボルトなどの従来の結合システムに、これらのシステムと比較したエポキシ系接着剤の利点のために、次第に代わりつつある。これらの利点には、類似の及び非類似の物質をそれらにダメージを与えることなく結合すること、広い領域にわたって応力が良好に分布すること、疲労抵抗、雑音抵抗及び振動抵抗が優れていることが含まれる。
【０００２】
一成分形のエポキシ系接着剤系は、混合工程、それを適用するのに要する時間、二成分系と関連する貯蔵及び船舶輸送の際の冷却が省かれるので二成分系よりも好ましい。
【０００３】
本発明は、１００％固体のエポキシ組成物及び水系組成物、特には一成分形の１００％固体のエポキシ組成物を包含するエポキシ樹脂のための潜伏性硬化剤及び促進剤に関する。「潜伏性」硬化剤とは、配合されたエポキシ系の中で、通常の周囲条件下では不活性のままであるが、高温でエポキシ樹脂と直ちに反応する硬化剤である。「促進剤」とは、エポキシ樹脂と硬化剤との間の反応を促進させる材料である。「一成分形」のエポキシ組成物とは、典型的にはエポキシ樹脂、硬化剤、及び任意選択で促進剤、並びに添加剤及び充填剤の混合物である。「１００％固体」とは、エポキシ組成物が水又は有機溶媒を含まないことを意味する。
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、イソシアネートとアルキル化ポリアルキレンポリアミン、特にはメチル化ポリアルキレンポリアミンとの反応生成物である尿素化合物組成物、及び熱硬化性の一成分形エポキシ樹脂組成物における潜伏性硬化剤としての又は潜伏性硬化剤のための促進剤としての当該尿素化合物組成物の使用を提供する。一成分形のエポキシ樹脂組成物は、潜伏性硬化剤と、任意選択ではあるが好ましくは当該硬化剤のための促進剤と、エポキシ樹脂との接触生成物を含む。
【０００５】
本発明の１つの態様では、潜伏性硬化剤又は促進剤は、イソシアネートと、少なくとも１つの第一級又は第二級アミン及び少なくとも２つの第三級アミンを有する以下の一般式のアルキル化ポリアルキレンポリアミン、すなわち、
【化１】
0005603180.tif 000002
式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4及びＲ5が独立して水素、メチル又はエチルを表し；ｎ及びｍが独立して１〜６の整数であり；Ｘが１〜１０の整数である、アルキル化ポリアルキレンポリアミンとの反応生成物である尿素化合物である。本発明の態様は、尿素反応生成物組成物それ自体である。
【０００６】
本発明の別の態様では、一成分形のエポキシ樹脂組成物は、硬化剤としてのこのような尿素化合物と、任意選択で当該硬化剤のための促進剤と、エポキシ樹脂とを含む。本発明の別の態様では、一成分形のエポキシ樹脂組成物は、潜伏性硬化剤としてのジシアンジアミド又は酸無水物と、当該硬化剤のための促進剤としてのこのような尿素化合物と、エポキシ樹脂との接触生成物を含む。
【０００７】
ある態様では、本発明は、エポキシ硬化剤としてのこのような尿素化合物、並びに１００％固体の組成物及び水系組成物などの一成分形の熱硬化性エポキシ組成物におけるその使用に関する。
【０００８】
さらに別の態様では、本発明は、ジシアンジアミド又は酸無水物などの潜伏性硬化剤のための促進剤としてのこのような尿素化合物、並びに１００％固体の組成物及び水系組成物などの一成分形の熱硬化性エポキシ組成物におけるその使用に関する。
【０００９】
このような尿素反応生成物組成物を含む本発明の種々の態様の中には、以下のものがある。
・熱硬化される一成分形のエポキシ組成物のための硬化剤
・熱硬化される一成分形のエポキシ組成物における潜伏性硬化剤のための促進剤
・低温の硬化及び貯蔵安定性を提供する、尿素化合物、ジシアンジアミド又は酸無水物などの潜伏性硬化剤、及びエポキシ樹脂を含む一成分形の１００％固体のエポキシ組成物
・低温の硬化及び貯蔵安定性を提供する、尿素化合物、ジシアンジアミド又は酸無水物などの潜伏性硬化剤、及びエポキシ樹脂を含む一成分形の水系エポキシ組成物
・低温の硬化及び貯蔵安定性を提供する、潜伏性硬化剤としての尿素化合物、任意選択で促進剤、及びエポキシ樹脂を含む一成分形の１００％固体のエポキシ組成物
・低温の硬化及び貯蔵安定性を提供する、潜伏性硬化剤としての尿素化合物、任意選択で促進剤、及びエポキシ樹脂を含む一成分形の水系エポキシ組成物
【００１０】
本発明の尿素化合物、すなわち、尿素反応生成物組成物は、低温でエポキシ樹脂組成物を硬化することが見出され、一成分形のエポキシ樹脂組成物において、唯一の硬化剤として又はジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）若しくは酸無水物などの潜伏性硬化剤のための促進剤として使用することができる。
【００１１】
本明細書に開示される本発明のすべての態様及びすべての実施態様は、本発明の残りのすべての開示される態様及び実施態様と個々に及びそれらの可能性のあるすべての組み合わせにおいて組み合わせられることを意図するものである。
【００１２】
「接触生成物」という用語は、成分が、任意の順序で、任意のやり方で及び任意の時間にわたって互いに接触される組成物を説明するのに本明細書で用いられる。例えば、成分は、配合又は混合によって接触させることができる。さらに、任意の成分の接触は、本明細書に記載される組成物の他の任意の成分の存在又は不在下で行うことができる。加えて、成分を互いに接触させる際、２つ以上の成分を反応させて他の成分を形成することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、特定の尿素化合物、及び硬化性エポキシ樹脂組成物における硬化剤としての又はジシアンジアミド若しくは酸無水物などの潜伏性硬化剤のための促進剤としてのそれらの使用に関する。
【００１４】
潜伏性硬化剤又は促進剤は、イソシアネートと、少なくとも１つの第一級又は第二級アミン及び少なくとも２つの第三級アミンを有する以下の一般式のアルキル化ポリアルキレンポリアミン、すなわち、
【化２】
0005603180.tif 000003
式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4及びＲ5が独立して水素、メチル又はエチルを表し；ｎ及びｍが独立して１〜６の整数であり；Ｘが１〜１０の整数である、アルキル化ポリアルキレンポリアミンとの反応生成物である尿素化合物である。好ましい態様では、Ｒ1は水素又はメチルを表し、Ｒ2及びＲ4はメチルを表し、Ｒ3及びＲ5は水素又はメチルを表し、すなわち、メチル化ポリアルキレンポリアミンである。
【００１５】
上記の態様及び実施態様のそれぞれの他の態様に関して、Ｒ1〜Ｒ5の置換基は、アミン分子が少なくとも１つの第一級又は第二級アミン及び少なくとも２つの第三級アミンを有するという条件で、個々に又は任意の組み合わせにおいて選択される。
【００１６】
なお、上記の態様及び実施態様のそれぞれの他の態様において、整数ｍ、ｎ及びＸは、それぞれについて上で述べた範囲で個々に又は互いに任意の組み合わせにおいて選択され、幾つかの態様では、ｍ及びｎが２又は３そしてＸが１〜７であり；ｍ及びｎが３そしてＸが１であり；ｍ及びｎが３そしてＸが１〜７である。
【００１７】
ポリアルキレンポリアミンとの反応に有用なイソシアネートは、脂肪族イソシアネート、脂環式イソシアネート、及びイソシアネート官能基−ＮＣＯが芳香族環に直接結合している芳香族イソシアネートのいずれかである。好適なイソシアネートとしては、フェニルイソシアネート、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、例えば、２，４−ＴＤＩ、２，６−ＴＤＩ及び２，４／２，６−ＴＤＩ、メチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）、例えば、そのポリメチレンポリフェニレンポリ（イソシアネート）高分子同族体、すなわち、高分子ＭＤＩが挙げられる。
【００１８】
本明細書に開示される本発明のすべての態様及びすべての実施態様は、本発明の残りのすべての開示される態様及び実施態様と個々に及びそれらの可能性のあるすべての組み合わせにおいて組み合わせられることを意図するものである。
【００１９】
本発明の尿素化合物は、化学者に周知の反応によって調製することができ、Ｊｅｒｒｙ ＭａｒｃｈによるＡｄｖａｎｃｅｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｗｉｌｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，第４版，第１２９９頁などの文献において報告されている。基本的には、イソシアネートとポリアミンは、ポリアミン：イソシアネートの当量比が１つの第一級又は第二級アミンを有するポリアミンと１つのＮＣＯ基を有するイソシアネートに関して１：１、合計で２つの第一級及び／又は第二級アミンを有するポリアミンと１つのＮＣＯ基を有するイソシアネートに関して１：２、１つの第一級又は第二級アミンを有するポリアミンと２つのＮＣＯ基を有するイソシアネートに関して２：１において、任意選択でトルエンなどの溶媒中で、不活性雰囲気下５０〜１００℃の高温、周囲圧力において反応される。加えて、尿素化合物は、シグマ・アルドリッチ、エア・プロダクツ・アンド・ケミカルズ社、ＣＶＣスペシャルティ・ケミカルズ、及びアルケムから商業的に入手可能である。
【００２０】
本発明の態様では、イソシアネートとの反応に好適なポリアルキレンポリアミンとしては、Ｎ’−（３−ジメチルアミノプロピル）−Ｎ，Ｎ−ジメチルプロパン−１，３−ジアミンとしても知られ、エア・プロダクツ・アンド・ケミカルズ社からＰｏｌｙｃａｔ（登録商標）１５触媒として入手可能な３，３’−イミノビス（Ｎ，Ｎ−ジメチルプロピルアミン）、及びその調製及び構造が米国特許出願公開第２００８−０１９４７７６号明細書において教示されており、その開示がその参照により本明細書に含められるポリ−Ｎ−メチル−アゼチジンが挙げられる。この態様は、本発明の他のすべての開示される態様及び実施態様と組み合わせられることを意図するものである。
【００２１】
尿素化合物は、接着剤、粉末コーティングを含む装飾及び保護コーティング、フィラメント・ワインディング、プリント基板、及び他のエポキシ用途などの一成分形及び二成分形のエポキシ組成物においてエポキシ硬化剤として使用することができる。典型的には、エポキシ組成物において、エポキシ樹脂１００質量部（ｐｂｗ）あたり０．５〜１０ｐｂｗの尿素化合物、好ましくは２〜６ｐｂｗの尿素化合物が用いられる。
【００２２】
尿素化合物はまた、接着剤、粉末コーティングを含む装飾及び保護コーティング、フィラメント・ワインディング、プリント基板、及び同様のエポキシ用途などの一成分形及び二成分形のエポキシ組成物において、ジシアンジアミド及び無水酢酸のような酸無水物などの硬化剤のための促進剤として使用することもできる。典型的には、エポキシ組成物において、エポキシ樹脂１００質量部（ｐｂｗ）あたり０．５〜１０ｐｂｗの硬化剤、好ましくは２〜６ｐｂｗの硬化剤が用いられ、そしてエポキシ組成物において、エポキシ樹脂１００質量部（ｐｂｗ）あたり０．５〜１０ｐｂｗの尿素化合物、好ましくは２〜６ｐｂｗの尿素化合物が促進剤として用いられる。
【００２３】
硬化剤としての尿素化合物、又は硬化剤とともに用いられる促進剤としての尿素化合物は、１分子あたり２以上の１，２−エポキシ基を含むポリエポキシ化合物であるエポキシ樹脂とともに組み合わせられる。このようなエポキシドは、エポキシの技術分野で周知であり、Ｙ．Ｔａｎａｋａによる「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｅｐｏｘｉｄｅｓ」、Ｃ．Ａ．Ｍａｙ編、Ｅｐｏｘｙ Ｒｅｓｉｎｓ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ、１９８８）において記載されている。例としては、その参照により本明細書に含められる米国特許第５，５９９，８５５号明細書（第５列第６行から第６列第２０行）において開示されているエポキシドが挙げられる。好ましいポリエポキシ化合物は、ビスフェノール−Ａのジグリシジルエーテル、ビスフェノール−Ａの鎖伸長された（ａｄｖａｎｃｅｄ）ジグリシジルエーテル、ビスフェノール−Ｆのジグリシジルエーテル、及びエポキシノボラック樹脂である。好適には、液体エポキシ樹脂と固体エポキシ樹脂の両方が一成分形のエポキシ組成物において用いられる。粉末コーティング組成物は、固体のエポキシ樹脂、尿素化合物、及びジシアンジアミドを含む。
【００２４】
尿素化合物及びエポキシ樹脂を含むエポキシ組成物は、コーティング形成の当業者に周知の種々の成分、例えば、溶媒、充填剤、顔料、顔料分散剤、レオロジー調整剤、チキソトロープ（ｔｈｉｘｏｔｒｏｐｅ）、流動助剤、レベリング助剤、及び消泡剤とともに配合することができる。
【００２５】
１〜９０ｗｔ％の有機溶媒を含む一成分形のエポキシ組成物、又は１００ｗｔ％固体のエポキシ組成物、又は２０〜８０ｗｔ％の固体を含有する水系すなわち水性のエポキシ組成物を使用することができるが、好ましくはエポキシ組成物は１００ｗｔ％固体である。
【００２６】
本発明のエポキシ組成物は、任意の多くの技術、例えば、スプレー、ブラシ、ローラー、ペイントミット（ｐａｉｎｔ ｍｉｔｔ）などによってコーティングとして適用することができる。多くの基材が、当技術分野で十分理解されているように、適切な表面処理とともに本発明のコーティングの適用に適している。このような基材としては、特に限定されないが、多くの種類の金属、特には鋼及びアルミニウム、並びにコンクリートが挙げられる。
【００２７】
本発明の一成分形のエポキシ組成物は、約８０℃〜約２４０℃の高温で硬化することができ、好ましい硬化温度は１２０℃〜１６０℃である。本発明の二成分形のエポキシ組成物は、約８０℃〜約２４０℃の温度で硬化することができ、好ましい硬化温度は８０℃〜１６０℃である。
【実施例】
【００２８】
［例Ａ］
３，３’−イミノビス（Ｎ，Ｎ−ジメチルプロピルアミン）（２８．１ｇ、０．１５モル）を、空気駆動式のメカニカルスターラー、熱電対、水循環浴を有する加熱ジャケット、及び窒素パージを備えた２５０ｍＬの四つ口ガラス容器に添加した。容器を窒素下で７０〜８０℃に加熱した。温度が安定した後、フェニルイソシアネート（１７．８５ｇ、０．１５モル）を１時間にわたって添加した。添加が完了した後、この混合物を７０℃で１時間保持し、次いで周囲温度まで冷却して粘性の高い生成物（４５ｇ）を得た。
【００２９】
［例Ｂ］
３，３’−イミノビス（Ｎ，Ｎ−ジメチルプロピルアミン）（６．３ｇ、０．０３４モル）とトルエン（５ｍＬ）の混合物を、空気駆動式のメカニカルスターラー、熱電対、水循環浴を有する加熱ジャケット、及び窒素パージを備えた２５０ｍＬの四つ口ガラス容器に入れた。容器を窒素下で７０〜８０℃に加熱した。温度が安定した後、トルエン（５ｍＬ）中に２，４／２，６−トルエンジイソシアネート（３ｇ、０．０１７モル）を４５〜６０分間かけて計り入れた。添加が完了した後、この混合物を７０℃で１時間保持した。温度を４０℃まで下げ、反応器の粗液体生成物をロータリー・エバポレーターに入れてトルエンをすべて除去し、生成物（９ｇ）を得た。
【００３０】
［例Ｃ］
３，３’−イミノビス（Ｎ，Ｎ−ジメチルプロピルアミン）（６３ｇ、０．３４モル）と５０ｍＬのトルエンの混合物を、空気駆動式のメカニカルスターラー、熱電対、水循環浴を有する加熱ジャケット、及び窒素パージを備えた５００ｍＬの四つ口ガラス容器に入れた。容器を窒素下で７０〜７５℃に加熱した。温度が安定した後、５０ｍＬのトルエン中に高分子メチレンジフェニルジイソシアネート（４２．２ｇ、１３５当量）を４５〜６０分間かけて計り入れた。添加が完了した後、この混合物を７０℃で１時間保持した。温度を４０℃まで下げ、反応器の粗液体生成物をロータリー・エバポレーターに入れてトルエンをすべて除去した。黄色の粘性の高い生成物（１０３ｇ）が得られた。
【００３１】
［例Ｄ］
ポリ−（Ｎ−メチル−アゼチジン）（平均分子量：２２５ｇ；１０．５ｇ、０．０４６モル）と１０ｍＬのテトラヒドロフランの混合物を、空気駆動式のメカニカルスターラー、熱電対、及び窒素パージを備えた２５０ｍＬの三つ口ガラス容器に入れた。容器を窒素下で４０℃に加熱した。温度が安定した後、２，４−トルエンジイソシアネート（９ｇ、０．０５１モル）を４５〜６０分間かけて計り入れた。添加が完了した後、この混合物を７０℃で１時間保持した。減圧下（１３．１ｍｍＨｇ）１５０℃で溶媒を除去し、固体生成物（１６．２ｇ）を得た。
【００３２】
例Ａ〜Ｄのポリアミン−イソシアネート付加物、及び幾つかの商業的に入手可能なジメチルアミン系尿素を、エポキシ硬化剤としてのそれらの硬化プロファイルに関して示差走査熱量計（ＤＳＣ）によって評価した。エポキシ配合物は、ビスフェノールＡ樹脂のポリグリシジルエーテル（Ｅｐｏｎ ８２８）、尿素化合物５ｐｈｒ（樹脂１００質量部あたりの質量部）、及び促進剤としてのジシアンジアミド６ｐｈｒを含んでいた。得られた混合物は、高せん断カウルスブレードミキサーを用いて２分間にわたり十分に混合した。調製後直ちに混合物をＤＳＣによって調べ、開始温度、反応熱、及びガラス転移温度（Ｔｇ）を決定した。ＤＳＣ分析は、約１０〜１５ｍｇの試料材料について１０℃／分のランプ加熱速度によって実施した。得られた結果を表１に示す。
【００３３】
このデータは、少なくとも１つの第一級又は第二級アミン及び少なくとも２つの第三級アミンを有するメチル化ポリアルキレンポリアミンと、フェニルイソシアネート、トルエンジイソシアネート及び高分子ＭＤＩとの反応によって得られた尿素が、低温の活性化、良好な反応熱、及び高いガラス転移温度を与えることを示すものである。
【００３４】
【表１】
0005603180.tif 000004