(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）脂肪族エポキシ樹脂、および
（ｂ）イソシアネート化合物
の反応生成物からなる液体付加体であって、
前記イソシアネート化合物が、２つを超えるイソシアネート基を有する多官能性イソシアネート化合物であり、
（ａ）と（ｂ）の重量比が、成分（ａ）に対して６０〜９８の間であり、成分（ｂ）に対して４０〜２の間である、付加体。
【請求項２】
前記エポキシ樹脂が、ポリエーテルグリコールエポキシ樹脂を含む、請求項１に記載の付加体。
【請求項３】
前記ポリエーテルグリコールエポキシ樹脂が、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、およびそれらの混合物を含む、請求項２に記載の付加体。
【請求項４】
（ｃ）触媒を含む、請求項１に記載の付加体。
【請求項５】
前記ポリエーテルグリコールエポキシ樹脂が、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ジプロピレングリコールジグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテル、およびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項２に記載の付加体。
【請求項６】
前記触媒が、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、イミダゾール誘導体、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデカ−７−エン（ＤＢＵ）、２−メチルイミダゾール−エポキシ付加体、イソシアネート−アミン付加体、およびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項４に記載の付加体。
【請求項７】
（ａ）請求項１に記載の付加体、（ｂ）少なくとも１つのエポキシ樹脂、および（ｃ）少なくとも１つの硬化剤を含む組成物。
【請求項８】
前記少なくとも１つのエポキシ樹脂が、脂肪族エポキシを含む、請求項７に記載の組成物。
【請求項９】
前記エポキシ樹脂が、１００〜１０００のエポキシド当量（ＥＥＷ）を有する、請求項７に記載の組成物。
【請求項１０】
前記イソシアネート化合物が、１００〜５００のイソシアネート当量（ＩＥＷ）を有する、請求項７に記載の組成物。
【請求項１１】
前記組成物中に存在する前記付加体の量が、総有機化合物の重量に対して、０．１重量パーセント〜４０重量パーセントを占める、請求項７に記載の組成物。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのエポキシ樹脂が、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のジグリシジルエーテルの誘導体、ビスフェノールＦの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の誘導体、多官能エポキシ、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項７に記載の組成物。
【請求項１３】
成分（ａ）および（ｂ）と硬化剤（ｃ）とのモル比が、５０：１〜１：２である、請求項７に記載の組成物。
【請求項１４】
（ａ）ポリエーテルグリコールエポキシ樹脂、および
（ｂ）イソシアネート化合物
からなる反応混合物を反応させるステップを含み、
前記イソシアネート化合物が、２つを超えるイソシアネート基を有する多官能性イソシアネート化合物であり、
（ａ）と（ｂ）の重量比が、成分（ａ）に対して６０〜９８の間であり、成分（ｂ）に対して４０〜２の間である、付加体を調製するための方法。
【請求項１５】
（ａ）請求項１に記載の付加体、
（ｂ）少なくとも１つのエポキシ樹脂、および
（ｃ）少なくとも１つの硬化剤
を混合させるステップを含む、組成物を調製するための方法。
【請求項１６】
請求項７に記載の組成物を硬化させることによって作製される物品。
【請求項１７】
複合材、コーティングフィルム、またはカプセル封止材料からなる群から選択される、請求項１６に記載の物品。
【請求項１８】
５０℃〜２５０℃のＴｇを有する、請求項１６に記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱硬化性エポキシ系で使用される強化剤用付加体、および強化剤を含む組成物に関し、より具体的には、本発明は、付加体を含有し、前記付加体が強化剤として使用されるオキサゾリドン環、および前記付加体から作製される組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
エポキシ樹脂組成物は、良好な耐熱性および機械的特性から様々な用途において広く使用されてきた。典型的なエポキシ樹脂組成物からの透明キャストサンプルは、十分に硬化すると、１３０℃を超えるガラス転移温度（Ｔｇ）、ならびに共に３ＧＰａを超える引張弾性率および曲げ弾性率を有することができる。しかし、硬化後のエポキシ組成物の強靭性は通常は低く、この脆弱性のために、ある特定の用途におけるエポキシ組成物の使用が大幅に制限されてきた。たとえば、メチルテトラヒドロフタル酸無水物（ＭＴＨＰＡ）を用いた硬化液状エポキシ樹脂（ＬＥＲ）の耐衝撃性は、電鋳または複合材などの多くの用途において約８ｋＪ／ｍ２である。理想的な耐衝撃性は、１０ｋＪ／ｍ２より高いべきである。
【０００３】
耐衝撃性を改善するために、柔軟剤として軟質主鎖ポリマーを使用することが当業界ではよく知られている。たとえば、無水物を含む電鋳用硬化系では、ポリエーテルグリコールが広く使用されている。残念ながら、そのような柔軟剤はＴｇを著しく低下させる、たとえば、エポキシに５％重量のポリエーテルグリコールを加えると、Ｔｇを２０℃も減少させ、弾性率を１０％減少させる場合がある。代替手法はエポキシド官能化ポリエーテルグリコールを使用することである。より高い官能性は、Ｔｇを１２０℃より高く維持するのに役立つ。しかし、Ｔｇは、１３０℃を超えることが要求される一方、耐衝撃性は、エポキシ化ポリエーテルグリコールの添加によっても改善されない。
【０００４】
柔軟剤以外では、耐衝撃性を改善するために、強化剤と呼ばれる分相材料がエポキシ組成物、特に繊維強化複合材に組み込まれてきた。これらのタイプの強化剤は、非相溶（分相）粒子としてマトリックス中に分散され、貫入が大きな欠陥になる前にその粒子が貫入の成長を止めると見込まれる。カルボキシル末端ブタジエン−アクリロニトリルゴム（ＣＴＢＮ）、またはコアシェルゴム（ＣＳＲ）は、複合材用途における主要な２種の強化剤である。通常、ＣＴＢＮとＣＳＲは、高いＴｇを維持するには、柔軟剤より良好であるが、これら両方は弾性率を低減させる。５％用量レベルでＣＴＢＮとＣＳＲは、その弾性率を１５〜２０％低減させる場合がある。ＣＴＢＮとＣＳＲの別の欠点は、両化合物の非常に高い粘度、およびエポキシ組成物に対する不適合であり、これが加工を非常に難しくさせているので、品質一貫性はコントロールするのが困難である。これは、分相した材料を含む試料の試験結果の偏差が広いことから分かる。分相に因る不透明な外観も、複合材に対する目視検査を非常に難しくしている。
【０００５】
エポキシ組成物用強化剤として、ＦＯＲＴＥＧＲＡ（商標）１００シリーズなどの両親媒性ブロックコポリマーを使用することも知られている。そのような両親媒性ブロックコポリマーは、加工を容易にするために低粘度で作ることができ、硬化プロセス中に相が分離する。しかし、そのような両親媒性ブロックコポリマーによる弾性率は、まだ満足なものではない。
【０００６】
したがって、当業界で必要とするものは、靭性を改善する一方、Ｔｇと弾性率の両方を低減させずに維持できるような、異なった、より良好なエポキシ組成物用強化剤である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、
（ａ）ポリエーテルグリコールエポキシ樹脂、および
（ｂ）イソシアネート化合物
の反応生成物を含む、またはこれからなる、またはこれから本質的になる付加体を対象とする。
【０００８】
本発明の別の態様は、
（ａ）上述のような付加体、
（ｂ）少なくとも１つのエポキシ樹脂、および
（ｃ）少なくとも１つの硬化剤
を含む、またはこれらからなる、またはこれらから本質的になる組成物を対象とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ＤＥＲ（商標）７３６およびＰＡＰＩ２７のマススペクトルと比較した例ＸＱＲ−１９のマススペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明では、脂肪族エポキシ化合物およびイソシアネートを使用して得られるオキサゾリドン環含有付加体を、エポキシ組成物用強化剤として試験された。結果から、本発明の実施例によって、Ｔｇおよび弾性率を損失なく維持したままで耐衝撃性を改善できることが分かった。
【００１１】
以下の詳細な説明の中では、本発明の具体的な実施形態が、本発明の好ましい実施形態に関連して説明される。しかしながら、以下の説明が特定の実施形態または本技術の特定の使用に特異的である程度に、単なる例示を意図し、例示的実施形態の簡潔な説明を単に提供するだけである。したがって、本発明は、以下に説明する具体的な実施形態に限定されるものではなく、本発明は、むしろ添付の特許請求の範囲の真の範囲に含まれる代替物、変形物、および均等物のすべてを含むものである。
【００１２】
特に明記をしない限り、化合物または成分に対する言及は、その化合物または成分自体、ならびに複数の化合物の混合物または組合せなど、他の化合物または成分と組み合わせた化合物または成分を含む。
【００１３】
本明細書で使用する場合、単数形の「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、特に文脈で明らかに指示されない限り複数への言及も含む。
【００１４】
組成物
ある実施形態では、本発明は、
（ａ）オキサゾリドン環含有付加体の１つまたは複数のエポキシ樹脂、
（ｂ）１つまたは複数のエポキシ樹脂、および
（ｃ）１つまたは複数の硬化剤
の混合物を含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる組成物を含む。
【００１５】
オキサゾリドン環含有付加体
本発明の熱硬化性樹脂の調製では、組成物は、成分（ａ）としてオキサゾリドン環含有付加体からなる少なくとも１つまたは複数の特別なエポキシ樹脂を含むことができる。
【００１６】
たとえば、付加体は、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ジプロピレングリコールジグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテルおよび他の脂肪族エポキシ、ポリイソシアネート、ならびにそれらの混合物の反応生成物を含むことができる。
【００１７】
１つの実施形態では、オキサゾリドン環含有付加体（ａ）は、
（ｉ）少なくとも１つのエポキシ化合物、および
（ｉｉ）少なくとも１つのイソシアネート化合物
の反応生成物を含むことができる。
【００１８】
たとえば、エポキシ化合物（ｉ）は、脂肪族エポキシを含むことができる。イソシアネート化合物（ｉｉ）は、たとえばポリメリックイソシアネートを含むことができる。イソシアネートは、２つ以上のイソシアネートの混合物として使用することができる。
【００１９】
イソシアネートは、イソシアネートの異性体の任意の混合物、たとえばＭＤＩの２，４−異性体および２，６−異性体の混合物、またはＴＤＩの任意の２，２’−異性体、２，４’−異性体および４，４’−異性体の混合物とすることもできる。
【００２０】
市販されている、本発明に好適なジイソシアネートの例には、たとえば、Ｔｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＩＳＯＮＡＴＥ（商標）Ｍ１２４、ＩＳＯＮＡＴＥ（商標）Ｍ１２５、ＩＳＯＮＡＴＥ（商標）、ＯＰ  ５０、ＰＡＰＩ  ２７、ＶＯＲＯＮＡＴＥ（商標）Ｍ２２９、およびＶＯＲＡＮＡＴＥ（商標）Ｔ−８０が含まれる。
【００２１】
付加体を含有するオキサゾリドンを作るために、触媒または触媒の混合物を使用することができる。本発明に好適なより好ましい触媒としては、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデカ−７−エン（ＤＢＵ）、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール（２−ＰｈＩ）を含むイミダゾール誘導体、ホスホニウム、および３０アンモニウム塩、ならびにそれらの任意の混合物などのアミン含有化合物が含まれる。本発明で使用される最も好ましい触媒は、２−ＰｈＩおよびＤＢＵである。考慮された反応温度（すなわち、約１５０℃〜約２００℃）のもとでは両方の触媒によって、高いパーセンテージのオキサゾリドン環（たとえば、オキサゾリドン転化の約９５％超）、および低いパーセンテージのイソシアヌレート環（たとえば、イソシアヌレート転化の５％未満）が産生されることが明らかになっている。
【００２２】
本発明に使用される触媒の量は、エポキシ樹脂組成物の総重量に対して約１０〜約５００００ｐｐｍ、好ましくは約５０〜約１００００ｐｐｍの間、より好ましくは約１００〜約５０００ｐｐｍの間、最も好ましくは約２００〜約２０００ｐｐｍの間とすることができる。
【００２３】
別の実施形態では、オキサゾリドン環含有付加体（ａ）は、式Ｉ：
【００２４】
【化１】
0005933707.tif 000002
（Ｒ１：脂肪族鎖またはポリオール鎖
Ｒ２：フェニルまたはポリメリックフェニル環構造
ｎ：少なくとも１の整数であり、ある実施形態では、ｎは１〜４の間の整数である）
の化合物を含むことができる。
【００２５】
オキサゾリドン環含有付加体（ａ）の特別なエポキシの濃度は、総有機化合物の重量に対して約０．１重量パーセント（ｗｔ％）〜約４０ｗｔ％の間、好ましくは約０．２ｗｔ％〜約３０ｗｔ％の間、より好ましくは約１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％の間とすることができる。
【００２６】
エポキシ樹脂（複数可
本発明の熱硬化性樹脂の調製では、組成物は、成分（ｂ）として少なくとも１つまたは複数のエポキシ樹脂を含むことができる。エポキシ樹脂は、少なくとも１つのビシナルエポキシ基を含む化合物である。エポキシ樹脂は、飽和または不飽和でもよく、脂肪族、環状脂肪族または複素環でもよく、また置換されていてもよい。エポキシ樹脂は、モノマー性またはポリマー性であってもよい。本発明で有用なエポキシ樹脂は、当技術分野で知られている任意のエポキシ樹脂から選択することができる。
【００２７】
本発明の成分（ｂ）として本明細書で開示される諸実施形態の中で使用されるエポキシ樹脂は、違ったものでもよく、また従来の、市販されているエポキシ樹脂を含めてもよく、これらエポキシ樹脂は、単独で使用することも、２つ以上を組み合わせて使用することもできる。本明細書の中で開示される組成物のためにエポキシ樹脂を選択する際、最終製品の特性を考慮するだけでなく、粘度および樹脂組成物の加工に影響を及ぼす可能性のある他の諸特性も考慮すべきである。
【００２８】
当業者に知られている特に好適なエポキシ樹脂は、多官能のアルコール、フェノール、環状脂肪族カルボン酸、芳香族アミンまたはアミノフェノールのエピクロロヒドリンとの反応生成物に基づいている。いくつかの非限定的実施形態は、たとえば、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、ビスフェノールＦジグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテル、およびパラ−アミノフェノールのトリグリシジルエーテルを含む。当業者に知られている他の好適なエポキシ樹脂には、エピクロロヒドリンのｏ−クレゾールとの反応生成物、およびそれぞれフェノールノボラックが含まれる。２つ以上のエポキシ樹脂の混合物を使用することも可能である。
【００２９】
本発明においてエポキシ樹脂組成物の調製に有用なエポキシ樹脂は、市販されている製品から選択することができる。たとえば、Ｔｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＤ．Ｅ．Ｒ．（商標）３３１、Ｄ．Ｅ．Ｒ．（商標）３３２、Ｄ．Ｅ．Ｒ．（商標）３３４、Ｄ．Ｅ．Ｒ．（商標）５８０、Ｄ．Ｅ．Ｎ．（商標）４３１、Ｄ．Ｅ．Ｎ．（商標）４３８、Ｄ．Ｅ．Ｒ．（商標）７３６、またはＤ．Ｅ．Ｒ．（商標）７３２、またはＸＺ  ９２４４７．００、またはＸＺ  ９７１０４．００、またはＸＺ９２４８６．００、またはＸＺ  ９２７６６．００は、使用することができる。本発明の例示として、エポキシ樹脂成分（ａ）は、液体エポキシ樹脂、すなわち１７５〜１８５のエポキシド当量、９．５Ｐａ−ｓの粘度、および１．１６ｇ／ｃｃの密度を有するＤ．Ｅ．Ｒ．（商標）３８３（ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル）でもよい。エポキシ樹脂成分として使用可能な他の市販のエポキシ樹脂は、Ｄ．Ｅ．Ｒ．（商標）３３０、Ｄ．Ｅ．Ｒ．（商標）３５４、またはＤ．Ｅ．Ｒ．（商標）３３２でもよい。
【００３０】
成分（ｂ）として有用な他の好適なエポキシ樹脂は、たとえば、米国特許第３，０１８，２６２号、第７，１６３，９７３号、第６，８８７，５７４号、第６，６３２，８９３号、第６，２４２，０８３号、第７，０３７，９５８号、第６，５７２，９７１号、第６，１５３，７１９号、および第５，４０５，６８８号、ＰＣＴ公開ＷＯ２００６／０５２７２７、米国特許出願公開第２００６０２９３１７２号、第２００５０１７１２３７号、第２００７／０２２１８９０  Ａ１号に開示されており、これらはそれぞれ参照により本明細書に組み込まれる。
【００３１】
１つの好ましい実施形態では、本発明の組成物中で有用なエポキシ樹脂には、任意の芳香族もしくは脂肪族のグリシジルエーテルもしくはグリシジルアミン、または環状脂肪族のエポキシ樹脂が含まれる。
【００３２】
たとえば、１つの実施形態では、エポキシ樹脂（ｂ）には、限定されるものではないが脂肪族エポキシ樹脂、環状脂肪族エポキシ樹脂、ビスフェノールＡエポキシ樹脂、ビスフェノールＦエポキシ樹脂、フェノールノボラックエポキシ樹脂、クレゾール−ノボラックエポキシ樹脂、ビフェニルエポキシ樹脂、多官能性エポキシ樹脂、ナフタレンエポキシ樹脂、ジビニルベンゼンジオキシド、２−グリシジルフェニルグリシジルエーテル、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、リン含有エポキシ樹脂、多芳香族樹脂型エポキシ樹脂、およびそれらの混合物が含まれる。
【００３３】
本発明の組成物には、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Ｆのジグリシジルエーテル、環状脂肪族エポキシ、多官能エポキシ、または反応性希釈剤および非反応性希釈剤を有する樹脂などの他の樹脂を含めることができる。
【００３４】
一般的に、本発明において使用されるエポキシ樹脂の選択は、用途に依存する。しかし、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル（ＤＧＥＢＡ）およびその誘導体は、特に好ましい。他のエポキシ樹脂は、限定されるものではないが、ビスフェノールＦエポキシ樹脂、ノボラックエポキシ樹脂、グリシジルアミン系エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、直鎖脂肪族および環状脂肪族エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールＡエポキシ樹脂、ならびにそれらの組合せの群から選択することができる。
【００３５】
エポキシ樹脂（ｂ）の濃度は、組成物の総重量に対して約０重量パーセント〜約９９重量パーセントの間、好ましくは約２０重量パーセント〜約８０重量パーセントの間、より好ましくは約３０重量パーセント〜約６０重量パーセントの間とすることができる。
【００３６】
硬化剤（複数可）
本発明の最も幅の広い表現では、硬化剤（キュアリング剤または架橋剤）またはキュアリング剤ブレンドが、成分（ｃ）として本発明において使用される。一般に、当技術分野で知られていてエポキシ樹脂硬化に適した任意の硬化剤を使用することができる。選択の硬化剤は、用途要求に依存する可能性がある。本発明において有用な硬化剤には、限定するものではないが、たとえば、ジシアンジアミド、置換されたグアニジン、フェノール、アミノ、ベンゾオキサジン、無水物、アミドアミン、ポリアミド、ポリアミン、芳香族アミン、ポリエステル、ポリイソシアネート、ポリメルカプタン、尿素ホルムアルデヒドおよびメラミンホルムアルデヒド樹脂、ならびにそれらの混合物を含めることができる。
【００３７】
たとえば、１つの実施形態では、硬化剤（ｃ）には、無水物硬化剤またはアミン硬化剤が含まれる。無水物硬化剤には、限定するものではないが、無水フタル酸および誘導体、ナジック酸無水物および誘導体、トリメリット酸無水物および誘導体、ピロメリット酸無水物および誘導体、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物および誘導体、ドデセニルコハク酸無水物および誘導体、ポリ（エチルオクタデカン二酸）無水物および誘導体、ならびに同種のものが含まれ、これらは単独で使用することも、それらを混合して使用することもできる。ヘキサヒドロフタル酸無水物、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物、テトラヒドロフタル酸無水物、メチルテトラヒドロフタル酸無水物、ナジック酸無水物、およびメチルナジック酸無水物は、本発明にとって特に好適である。アミン硬化剤には、限定するものではないが、ジシジアミド（dicydiamide）（ＤＩＣＹ）、エチレンジアミン（ＥＤＡ）、ジエチレントリアミン（ＤＥＴＡ）、トリエチレンテトラミン（ＴＥＴＡ）、トリメチルヘキサンジアミン（ＴＭＤＡ）、ヘキサメチレンジアミン（ＨＭＤＡ）、Ｎ−（２−アミノエチル）−１，３−プロパンジアミン（Ｎ３−Ａｍｉｎｅ）、Ｎ，Ｎ’−１，２−エタンジイルビス−１，３−プロパンジアミン（Ｎ４−ａｍｉｎｅ）、ジプロピレントリアミン、ｍ−キシリレンジアミン（ｍＸＤＡ）、イソホロンジアミン（ＩＰＤＡ）、ジアミノジフェニルメタン（ＤＤＭ）、ジアミノジフェニルスルホン（ＤＤＳ）、２−エチル−６−メチルアニリン（ＭＥＡ）が含まれる。
【００３８】
硬化剤（ｃ）の濃度は、組成物の総重量に対して約０重量パーセント〜約９９重量パーセントの間、好ましくは約３重量パーセント〜約６０重量パーセントの間、より好ましくは約１０重量パーセント〜約５０重量パーセントの間とすることができる。
【００３９】
組成物中のエポキシ成分［成分（ａ）および（ｂ）］と硬化剤（ｃ）のモル比は、１つの実施形態では約５０：１〜約１：２の間、別の実施形態では約３０：１〜約１：２の間、さらに別の実施形態では約２０：１〜約１：１．５の間、さらに別の実施形態では約１０：１〜約１：１．２５の間で選択されるモル比とすることができる。
【００４０】
任意選択成分−促進剤（複数可）／触媒
所望であれば、本発明の組成物は、エポキシ樹脂とアミン置換芳香族スルホン酸アミドとの間の反応に対して、１つまたは複数の促進剤または触媒を含むことができる。好適な促進剤または触媒としては、たとえば、２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−イソプロピルイミダゾール、１−プロピルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾール、ベンジルジメチルアミン、エチルトリフェニルホスホニウムアセテート、エチルトリフェニルホスホニウムクロライド、エチルトリフェニルホスホニウムブロマイド、エチルトリフェニルホスホニウムヨージド、エチルトリフェニルホスホニウムジアセテート（エチルトリフェニルホスホニウムアセテート酢酸錯体）、エチルトリフェニルホスホニウムテトラハロボレート、テトラブチルホスホニウムクロライド、テトラブチルホスホニウムアセテート、テトラブチルホスホニウムジアセテート（テトラブチルホスホニウムアセテート酢酸錯体）、テトラブチルホスホニウムテトラハロボレート、ブチルトリフェニルホスホニウムテトラブロモビスフェネート、ブチルトリフェニルホスホニウムビスフェネート、ブチルトリフェニルホスホニウム重炭酸塩、ベンジルトリメチルアンモニウムクロライド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリメチルアンモニウムテトラハロボレート、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムテトラハロボレート、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、２−メチルイミダゾール、ベンジルジメチルアミン、トリエチルアンモニウムクロライド、トリエチルアンモニウムブロマイド、トリエチルアンモニウムヨージド、トリエチルアンモニウムテトラハロボレート、トリブチルアンモニウムクロライド、トリブチルアンモニウムブロマイド、トリブチルアンモニウムヨージド、トリブチルアンモニウムテトラハロボレート、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−１，２−ジアミノエタン−テトラハロホウ酸錯体、それらの混合物、および同種のものが挙げられる。
【００４１】
任意選択の促進剤または触媒の濃度は、組成物の重量に対して約０ｗｔ％〜約１０ｗｔ％の間、好ましくは約０ｗｔ％〜約８ｗｔ％の間、より好ましくは約０ｗｔ％〜約２ｗｔ％の間とすることができる。
【００４２】
任意選択成分−充填剤（複数可）
組成物中に任意選択成分として充填剤を使用することができる。組成物が無機充填剤を含む場合、無機充填剤は、任意の無機充填剤の中から選択することができ、好ましくはシリカ、タルク、石英、雲母、および水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、またはベーマイトなどの難燃性充填剤の中から選択することができる。
【００４３】
無機充填剤の濃度は、組成物の総重量に対して、約０％〜約９５％の間、好ましくは約０％〜約９０％の間、より好ましくは約０％〜約８０％の間で選択されることが好ましい。少なくとも１つの無機充填剤粒子の平均寸法は、約１ｍｍ未満、好ましくは約１００ミクロン未満、より好ましくは約５０ミクロン未満、さらにより好ましくは約１０ミクロン未満、および約２ｎｍ超、好ましくは約１０ｎｍ超、より好ましくは約２０ｎｍ超、さらにより好ましくは約５０ｎｍ超であることが好ましい。
【００４４】
任意選択の充填剤の濃度は、組成物の重量に対して、約０ｗｔ％〜約９５ｗｔ％の間、好ましくは約０ｗｔ％〜約９０ｗｔ％の間、より好ましくは約０ｗｔ％〜約８０ｗｔ％の間とすることができる。
【００４５】
任意選択成分−溶剤（複数可）
組成物中に任意選択として溶剤を使用することができる。溶剤（ｆ）としては、限定されるものではないが、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、エチルアルコール（ＥｔＯＨ）、プロピレングリコールメチルエーテル（ＰＭ）、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＰＭＡ）、およびそれらの混合物が挙げられる。
【００４６】
任意選択の溶剤の濃度は、組成物の総重量に対して、約０ｗｔ％〜約８０ｗｔ％の間、好ましくは約０重量パーセント〜約６０重量パーセントの間、より好ましくは約０重量パーセント〜約５０重量パーセントの間とすることができる。
【００４７】
任意選択成分−強化用繊維（複数可）
本発明の配合物中に任意選択の組成物として強化用繊維を使用することもできる。強化用繊維は、限定されるものではないが、ガラス繊維、カーボン繊維、およびセルロース繊維とすることができる。
【００４８】
任意選択の強化用繊維の濃度は、組成物の総重量に対して、約０重量パーセント〜約９５重量パーセントの間、好ましくは約０重量パーセント〜約９０重量パーセントの間、より好ましくは約０重量パーセント〜約８０重量パーセントの間とすることができる。
【００４９】
他の任意選択成分
熱硬化性組成物は、エポキシ樹脂（ｂ）と異なり、また硬化剤（ｃ）と異なる第２の熱硬化性樹脂をさらに含むことができる。熱硬化性組成物は、少なくとも１つの溶剤をさらに含むことができる。本発明による熱硬化性組成物は、追加の難燃剤、オキサゾリドン環含有付加体（ａ）と異なる追加の強化剤、硬化阻害剤、湿潤剤、着色剤、熱可塑性物質、加工助剤、染料、紫外線遮断化合物、および蛍光性化合物から選択される１つまたは複数の添加物をさらに含むことができる。このリストは例示を目的とするもので、限定しようとするものではない。
【００５０】
本発明の組成物に添加できる他の任意選択成分のいずれかの濃度は、組成物の重量に対して、約０重量パーセント〜約２０重量パーセントの間、好ましくは約１重量パーセント〜約１５重量パーセントの間、より好ましくは約２重量パーセント〜約１０重量パーセントの間とすることができる。
【００５１】
硬化プロセス
本発明の組成物は、次の条件で硬化することができる：型の中で、５０〜１００℃で０．５〜３時間、１００〜１５０℃で０．５〜３時間、および１６０〜２００℃で０．５〜３時間。より高い硬化後Ｔｇを有する硬化済み製品には、より長い硬化時間および／またはより高い硬化温度が必要なこともあり得る。硬化温度および硬化時間は、様々な用途で必要とされる硬化剤および触媒のレベルに依存する。硬化条件は、本説明に限定されるものではない。
【００５２】
製品
硬化済み製品および特性
本発明の熱硬化製品（すなわち、硬化する組成物から作製された架橋済み製品）は、従来のエポキシ硬化樹脂に比べていくつかの改善された特性を示している。たとえば、本発明の硬化済み製品は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が、１つの実施形態では約８０℃〜約２５０℃、別の実施形態では約１００℃〜約２００℃、さらに別の実施形態では約１２０℃〜約１７０℃、さらに別の実施形態では約１３０℃〜約１５０℃になり得る。
【００５３】
本発明の熱硬化製品は、約３，２００ＭＰａ超、好ましくは約２，９００ＭＰａ〜約４，０００ＭＰａ、より好ましくは約３，０００ＭＰａ〜約３，５００ＭＰａの曲げ弾性率を示す。
【００５４】
本発明の熱硬化製品は、約１３０ＭＰａ超、好ましくは約１１０ＭＰａ〜約１５０ＭＰａ、より好ましくは約１２０ＭＰａ〜約１４０ＭＰａの曲げ強度値を示す。
【００５５】
本発明の熱硬化製品は、約２，９００ＭＰａ超、好ましくは約２，７００ＭＰａ〜約４，０００ＭＰａ、より好ましくは約２，８００ＭＰａ〜約３，５００ＭＰａの引張弾性率値を示す。
【００５６】
本発明の熱硬化製品は、約８５ＭＰａ超、好ましくは約７５ＭＰａ〜約１００ＭＰａ、より好ましくは約８０ＭＰａ〜約９０ＭＰａの引張強度値を示す。
【００５７】
最終用途
本発明の硬化性組成物は、従来の硬化性エポキシ樹脂が使用されている熱硬化系で使用することができる。本発明の配合物を使用できる用途のいくつかの非限定的例としては、たとえば、フィラメントワインディング、引き抜き成形、樹脂トランスファ成形、真空支援注入（vacuum assisted infusion）、およびプリプレグプロセスを含む様々な適用方法から作製される繊維強化複合材が挙げられる。別の領域には、キャスティング、ポッティング、および自動加圧ゲル化（ＡＰＧ）などを含む適用方法による、電気絶縁およびカプセル封止がある。組成物は、道路舗装および土木工学用ポッティング材料として使用することもできる。噴霧、ローラー、浸漬などのような適当な適用方法により、組成物は、船舶、海上コンテナ、機械装置、構造用鉄骨、および自動車を含む多種多様な最終用途向けのコーティングとしても使用することができる。
【実施例】
【００５８】
以下の実施例および比較例は、本発明を詳細にさらに説明するが、その範囲を限定するとみなすべきではない。
【００５９】
以下の実施例で使用される様々な用語および名称を本明細書の以下で説明する。
【００６０】
Ｄ．Ｅ．Ｒ．（商標）３８３樹脂は、１８１のＥＥＷを有するビスフェノール−Ａジグリシジルエーテルであり、Ｔｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている。
【００６１】
「例ＸＱＲ−１９」は、Ｔｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙによって合成されるオキサゾリドン環含有付加体である。
【００６２】
Ｆｏｒｔｅｇｒａ（登録商標）−１００は、Ｔｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されているブロックコポリマーである。
【００６３】
「ＭＴＨＰＡ」は、メチルテトラヒドロフタル酸無水物を表し、Ａｌｐｈａｒｍ  Ｆｉｎｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている。
【００６４】
エチルトリフェニルホスホニウムアセテート溶液（メタノール中で７０％固形分）は、Ｄｅｅｐｗａｔｅｒ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている。
【００６５】
以下の標準分析器および方法は、実施例で使用される。
【００６６】
エポキシド当量
エポキシド当量（ＥＥＷ）は、ＡＳＴＭ方法Ｄ１６５２を使用して決定された。ＥＥＷは、エポキシドをその場で生成した臭化水素酸と反応させることによって決定される。臭化水素酸は、過剰な臭化テトラエチルアンモニウムに過塩素酸を加えることによって発生する。方法は電位差滴定であり、この場合、滴定されるサンプルの電位は、過塩素酸を加えると臭化水素酸がエポキシドによって消費されるまで、ゆっくりと上昇する。反応が完了すると電位の急上昇が起こり、そのことは、存在するエポキシドの量を示す。
【００６７】
ガラス転移温度
ガラス転移温度（Ｔｇ）は、示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）によって測定された。ほぼ５〜１０ｍｇのサンプルをＮ２下でオートサンプラを備えるＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  ＤＳＣ  Ｑ２０００上で、開口アルミニウムパンに入れ分析した。ＤＳＣによるＴｇ測定は、３０〜２２０℃、１０℃／分；３０〜２５０℃、１０℃／分；２サイクルで行った。
【００６８】
機械的特性
機械的特性は、測定器としてＩｎｓｔｒｏｎ  ５５６６およびＲｅｓｉｌ  Ｉｍｐａｃｔｏｒ（Ｃｅａｓｔ  ６９６０）を用いて試験した。次の試験方法を使用した：
引張試験：ＩＳＯ  ５２７  試験速度：５ｍｍ／分；ゲージ長：５０ｍｍ。
曲げ試験：ＩＳＯ  １７８  試験速度：２ｍｍ／分；支持スパン：６４ｍｍ。
衝撃試験：ＩＳＯ  １７９  支持スパン：６２ｍｍ；振り子エネルギー：２Ｊ。
【００６９】
機械的特性測定は、各測定項目について、各配合物につき異なる２つの時間で１０個のパネルによって実施する。結果は、統計的手法を用いて、各時間測定と試験パネル調製のばらつき効果を含むＪＭＰソフトウェアによって分析する。したがって、統計ソフトウェアからの順位付け結果には、最後に全試験結果を基準として、平均値比較およびばらつき比較が含まれる。順位付け結果の中では、異なる順位付け文字／レベルは、結果が有意に異なるレベルであることを示す一方、同じ順位付け文字は、結果の数自体がなおも異なっているとしても、結果が同じレベルであることを示すが、測定系のばらつきを考慮すると、比較結果は、やはり同じ順位付け文字に基づく同じレベルである。順位付け序列に関して、ＡはＢより良好であり、ＢはＣより良好であり、ＣはＤより良好である。
【実施例１】
【００７０】
脂肪族エポキシ化合物およびイソシアネートによって得られるオキサゾリドン環含有付加体（式Ｉに示される通りの付加体の一般的な化学構造）
【００７１】
【化２】
0005933707.tif 000003
を、複合材用途向け配合物中の強化剤として使用した。
【００７２】
本実施例で使用したオキサゾリドン環含有付加体は、例ＸＱＲ−１９であり、これは、実験室規模で合成した。例ＸＱＲ−１９のＥＥＷは３１３である。例ＸＱＲ−１９を調製するために使用する反応スキームは、以下のスキームＩ：
【００７３】
【化３】
0005933707.tif 000004
に示される。
【００７４】
例ＸＱＲ−１９は、次のように調製した。
【００７５】
１Ｌの四つ口ガラス反応器をＭＥＫで洗浄して、乾燥させた。Ｎ２パージを開始して、Ｎ２雰囲気を得た。反射装置および温度調節器をガラス反応器に接続した。
【００７６】
Ｄ．Ｅ．Ｒ．（商標）７３６  ８７０グラム量を反応器に加え、最大限の撹拌で温度を１２５±５℃に上昇させ、痕跡量の水を中和するためにＰＡＰＩ２７  ８．５ｇ（全体の５％）を均質に混合されるまで加えた。
【００７７】
次いで、混合物を１３５℃まで加熱し、ＤＢＵ（１５００ｐｐｍ）を混合物が均質になるまで加えた。
【００７８】
油浴温度を１７０℃に設定した。反応物温度が１４５〜１５０℃に達したら、ＰＡＰＩ２７  ２５．５グラム（全体の１５％）を加え、強い発熱反応を開始させて、温度を１７０℃超に上昇させた。
【００７９】
追加のＰＡＰＩ２７  １３６グラム（全体の８０％）を１〜３．５時間以内に加えた。反応温度を１７０〜１８０℃の間で保持した。ＰＡＰＩ２７の追加後、混合物は、追加の０．５時間の間、１７０〜１８０℃の間の温度で反応し続けた。溶融粘度測定およびＥＥＷ滴定のためにサンプルを得た。
【００８０】
サンプルが理論的ＥＥＷ値に達するまで反応を継続し、測定のため３０分毎にサンプルを採取した。
【００８１】
図１を参照すると、ＤＥＲ８５２のＦＴＩＲスペクトルにて分かるように、−ＯＣＮ基（約２２４８ｃｍ−１）が消滅し、複数のオキサゾリドン環（１７５１ｃｍ−１）を産生しており、オキサゾリドン環構造を形成するエポキシとＮＣＯ基との間の反応を示した。参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５，１１２，９３２号の実施例で証明されているように、オキサゾリドン環は、ＩＲスペクトルのこの区域に出現する。
【００８２】
本実施例で使用された別のエポキシ樹脂は、Ｄ．Ｅ．Ｒ．（商標）３８３である。Ｄ．Ｅ．Ｒ．（商標）３８３のＥＥＷは、試験の結果１８１であった。
【００８３】
３つの配合物（実施例１ならびに比較例ＡおよびＢ）を表Ｉに示す。例ＸＱＲ−１９とブレンドしているＤ．Ｅ．Ｒ．（商標）３８３は、実施例１でエポキシ部分として使用し、またＤ．Ｅ．Ｒ．（商標）３８３は、比較例ＡおよびＢ用のエポキシ部分として使用した。ブロックコポリマーのＦｏｒｔｅｇｒａ−１００は、比較例Ｂで強化剤として使用した。配合物中で、ＭＴＨＰＡを硬化剤として使用し、またエチルトリフェニルホスホニウムアセテート溶液（メタノール中で７０％固形分）を触媒として使用した。成形装置によって作製した透明キャスト品の標準試験パネルを、機械的特性について試験した。配合物のサンプルは、型の中で、１００℃で２時間、１２０℃で２時間、および１６０℃で２時間硬化し、次いで、熱的特性および機械的特性試験のため、型を外した。
【００８４】
透明キャストサンプルの性能も表Ｉに示す。Ｔｇは、Ｎ２雰囲気下のＤＳＣによって、第１サイクルを３０℃〜２２０℃、１０℃／分、第２サイクルを３０℃〜２５０℃、１０℃／分で測定した。
【００８５】
【表１】
0005933707.tif 000005
【００８６】
上記の結果は、比較例Ａである基準配合物と比較すると、ＸＱＲ−１９は、衝撃強度を８．７Ｋｊ／ｍ２から１０．７Ｋｊ／ｍ２へ改善することができ、これは７．０４％の追加で約２３％の上昇であり、またこのことはＣからＢへの有意なレベル上昇であることを示していた。引張強度、伸び、自動ヤング率、曲げ歪み、曲げ応力のような特性は、ほぼ同じレベルに維持されていたが、１３８℃から１３０℃へ約８℃のＴｇの低下があった。比較例Ｂと比較すると、ＸＱＲ−１９は、８．５Ｋｊ／ｍ２から１０．７Ｋｊ／ｍ２への、より良好な衝撃強度特性をもたらすことができ、これは約２６％の上昇であり、このことは有意なレベル上昇である。一方、引張強度、伸び、自動ヤング率、曲げ歪み、曲げ応力およびＴｇのような特性は、同じレベルに保たれていた。比較例Ｃおよび比較例Ｄと比較すると、ＸＱＲ−１９は、有意なレベルの改善とともに、より高い引張強度、曲げ強度、伸び、および弾性率特性を示した一方、Ｔｇおよび衝撃強度はわずかにより低かった。本明細書に開示するすべての事項は、単なる例示と解釈すべきであって、求める保護の範囲を限定すると解釈すべきものではないことを意図している。さらに、本発明の方法は、参照する表を含め上述した具体的な例によって限定されるべきではない。むしろ、これらの例および参照する表は、本発明の方法を説明するものである。
以下に、本願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］  （ａ）脂肪族エポキシ樹脂、および
（ｂ）イソシアネート化合物
の反応生成物から本質的になる液体付加体であって、前記付加体の粘度が、約２５℃において約６０Ｐａ−ｓ未満である付加体。
［２］  前記エポキシ樹脂が、ポリグリコールエポキシ樹脂を含む、［１］に記載の付加体。
［３］  前記ポリグリコールエポキシ樹脂が、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、およびそれらの混合物を含む、［１］に記載の付加体。
［４］  前記イソシアネート化合物が、２つ以上のイソシアネート基を有する、［１］に記載の付加体。
［５］  前記イソシアネート化合物が、多官能性イソシアネート化合物である、［１］に記載の付加体。
［６］  前記多官能性イソシアネート化合物が、２つを超えるイソシアネート基を有する、［３］に記載の付加体。
［７］  （ｃ）触媒を含む、［１］に記載の付加体。
［８］  （ａ）と（ｂ）の重量比が、成分（ａ）に対して６０〜９８の間であり、成分（ｂ）に対して４０〜２の間である、［１］に記載の付加体。
［９］  前記イソシアネート化合物が、ＭＤＩ、ＴＤＩ、水素化ＭＤＩ、水素化ＴＤＩ、およびそれらの組合せからなる群から選択される、［１］に記載の付加体。
［１０］  前記ポリグリコールエポキシ樹脂が、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ジプロピレングリコールジグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテル、およびそれらの組合せからなる群から選択される、［１］に記載の付加体。
［１１］  式Ｉ：
【化４】
0005933707.tif 000006
（式中、Ｒ１は、脂肪族鎖およびポリオール鎖からなる群から選択され、Ｒ２は、フェニル環構造およびポリメリックフェニル環構造からなる群から選択され、ｎは、１より大きい整数である）
の化合物を含む、［１］に記載の付加体。
［１２］  前記触媒が、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、イミダゾール誘導体、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデカ−７−エン（ＤＢＵ）、２−メチルイミダゾール−エポキシ付加体、イソシアネート−アミン付加体、およびそれらの組合せからなる群から選択される、［７］に記載の付加体。
［１３］  （ａ）［１］に記載の付加体、（ｂ）少なくとも１つのエポキシ樹脂、および（ｃ）少なくとも１つの硬化剤を含む組成物。
［１４］  前記少なくとも１つのエポキシ樹脂が、脂肪族エポキシを含む、［１３］に記載の組成物。
［１５］  前記エポキシ樹脂が、約１００〜約１０００のエポキシド当量（ＥＥＷ）を有する、［１３］に記載の組成物。
［１６］  前記イソシアネート化合物が、約１００〜約５００のイソシアネート当量（ＩＥＷ）を有する、［１３］に記載の組成物。
［１７］  前記組成物中に存在する前記付加体の量が、総有機化合物の重量に対して、約０．１重量パーセント〜約４０重量パーセントを占める、［１３］に記載の組成物。
［１８］  前記少なくとも１つのエポキシ樹脂が、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のジグリシジルエーテルの誘導体、ビスフェノールＦの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の誘導体、多官能エポキシ、およびそれらの混合物からなる群から選択される、［１３］に記載の組成物。
［１９］  成分（ａ）および（ｂ）と硬化剤（ｃ）とのモル比が、約５０：１〜約１：２である、［１３］に記載の組成物。
［２０］  （ａ）ポリグリコールエポキシ樹脂、および
（ｂ）イソシアネート化合物
から本質的になる反応混合物を反応させるステップを含む、付加体を調製するための方法。
［２１］  （ａ）［１］に記載の付加体、
（ｂ）少なくとも１つのエポキシ樹脂、および
（ｃ）少なくとも１つの硬化剤
を混合させるステップを含む、組成物を調製するための方法。
［２２］  ［１３］に記載の組成物を硬化させることによって作製される物品。
［２３］  複合材、コーティングフィルム、またはカプセル封止材料からなる群から選択される、［２０］に記載の物品。
［２４］  約５０℃〜約２５０℃のＴｇを有する、［２１］に記載の複合材。

【図１】
0005933707.tif 000007