(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リグニン分子中のアルコール性水酸基およびフェノール性水酸基を完全アセチル化した溶媒可溶性リグニン誘導体からなる、エポキシ樹脂硬化剤。
【請求項２】
リグニン分子中のアルコール性水酸基およびフェノール性水酸基を完全アセチル化した溶媒可溶性リグニン誘導体を用いて、エポキシ樹脂を硬化させる方法。
【請求項３】
触媒としてポリアルコキシトリフェニルホスフィンまたは１，２，４位の１つないし３つの位置にアルキル基またはアリール基が置換したイミダゾール化合物を用いる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載の方法により硬化した、エポキシ樹脂硬化物。
【請求項５】
リグニン分子中のアルコール性水酸基およびフェノール性水酸基を完全アセチル化した溶媒可溶性リグニン誘導体とエポキシ樹脂を含む、エポキシ樹脂組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リグニン分子中に存在するアルコール性水酸基及びフェノール性水酸基をアシル化した溶剤可溶性リグニン誘導体を硬化剤として用いる、エポキシ樹脂組成物及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フェノール化合物とエポキシ樹脂の反応によってエポキシ樹脂硬化物が得られることが知られている。また、エポキシ樹脂組成物を製造する際に、石油由来のフェノール化合物ではなく、植物由来のリグニンを用いてエポキシ樹脂を製造することが最近報告された（非特許文献１）。
しかし、これにより得られるエポキシ樹脂硬化物は、吸水性が石油由来成分を利用したエポキシ樹脂硬化物と比べて若干高いことが指摘されている。また、リグニンは種々の溶媒に対する可溶性に乏しく、このことにより、エポキシ樹脂製造の条件が限られたものとなっていた。
【０００３】
一方で、エポキシ樹脂の硬化剤として、フェノール化合物の水酸基をエステル化した誘導体（活性エステル誘導体：電子吸引性基を有するフェノールのアシル化物、チオエステル等）を用い、これとエポキシ化合物を反応させることにより、フェノール化合物のアシル基がエポキシ基の開環により生じる水酸基に転移結合した分子構造を有するエポキシ樹脂硬化物を製造する方法が報告されている（中村ら、非特許文献２）。
また、この様な方法によって得られる硬化物は分子中に水酸基を持たないために、その低吸湿性を生かした集積回路の封止用樹脂として利用されつつある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３２７７４８、「エポキシ樹脂組成物およびその用途」
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】岡部義昭ら、「バイオマス由来エポキシ樹脂の銅板積層板への応用（２）」、高分子学会講演集、58,No.2,5433(2009）
【非特許文献２】S.Nakamura  et  al.,”Epoxy  Resins(Curing  Reactions),in  Encyclopedia  of  Polymer  Technology”,CRC  Press  Inc.,1996,p2238-2246
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、リグニンを硬化剤として用いてエポキシ樹脂組成物を得る際のリグニンの利用効率を高めることを課題とし、また、得られる樹脂組成物の耐熱性、耐水性を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、リグニン分子中のアルコール性およびフェノール性水酸基をアシル化して溶剤に可溶性の誘導体に転換し、これを硬化剤としてエポキシ樹脂組成物を製造することにより、上記課題を解決した。本発明者は、また、当該アシル化リグニンを用いたエポキシ樹脂の硬化反応が、触媒としてトリス（２，４，６−トリメトキシフェニル）ホスフィンまたはトリス（２，６−ジメトキシフェニル）ホスフィンなどのポリアルコキシトリフェニルホスフィンや２-エチル−４−メチル−イミダゾール、２−フェニルイミダゾール、１−(２−シアノエチル)−２−エチル−４−メチルイミダゾールなどの１，２，４位の１つないし３つの位置にアルキル基またはアリール基が置換したイミダゾール化合物を用いることにより、効果的に進行することを見出した。
【０００８】
リグニンの化学的・物理的性質は、リグニンの化学構造・分子量等に依存する。例えばリグニンの溶媒への溶解性は、原料植物の種類、リグニンの単離方法、分子量、分子量分布に依存する。一概にはいえないが、分子量が小さい程、溶媒への溶解性が増大する。
従来、リグニンを樹脂原料とする場合には、有機溶媒への溶解部分、すなわち低分子量分画が用いられ、非溶解部分は未利用のまま放置されてきた。
【０００９】
本発明は、リグニン分子中のアルコール性およびフェノール性水酸基をアシル化することにより、非溶解性のリグニンを溶剤に可溶性とし、これをエポキシ樹脂の硬化剤として用いることを特徴とする。
リグニン分子中に存在するアルコール性水酸基及びフェノール性水酸基をエステル化やエーテル化によって誘導体に転換することによって、リグニンが各種の溶剤に可溶となることは、従来から知られている。しかし、アシル化リグニンを高分子材料製造の原料として利用した例は報告されていない。
本発明の、分子中のアルコール性およびフェノール性水酸基をアシル化したリグニンを用いたエポキシ樹脂の硬化反応は、触媒としてトリス（２，４，６−トリメトキシフェニル）ホスフィンまたはトリス（２，６−ジメトキシフェニル）ホスフィンなどのポリアルコキシトリフェニルホスフィンや２-エチル−４−メチル−イミダゾール、２−フェニルイミダゾール、１−(２−シアノエチル)−２−エチル−４−メチルイミダゾールなどの１，２，４位の１つないし３つの位置にアルキル基またはアリール基が置換したイミダゾール化合物を用いることにより、効果的に進行する。
【００１０】
具体的には、本出願は、以下の発明を提供する。
〈１〉リグニン分子中のアルコール性水酸基およびフェノール性水酸基をアシル化した溶媒可溶性リグニン誘導体からなる、エポキシ樹脂硬化剤。
〈２〉リグニン分子中のアルコール性水酸基およびフェノール性水酸基をアシル化した溶媒可溶性リグニン誘導体を用いて、エポキシ樹脂を硬化させる方法。
〈３〉触媒としてポリアルコキシトリフェニルホスフィンまたは１，２，４位の１つないし３つの位置にアルキル基またはアリール基が置換したイミダゾール化合物を用いる、〈２〉の方法。
〈４〉〈２〉または〈３〉の方法により硬化した、エポキシ樹脂硬化物。
〈５〉リグニン分子中のアルコール性水酸基およびフェノール性水酸基をアシル化した溶媒可溶性リグニン誘導体とエポキシ樹脂を含む、エポキシ樹脂組成物。
【００１１】
本発明により、アルコール性水酸基およびフェノール性水酸基をアシル化することによって、溶剤に可溶となるリグニンとしては、例えば、アルカリリグニン、クラフトリグニン、アシドリシスリグニン、加溶媒分解リグニン、蒸煮爆砕リグニン、糖化残渣リグニン、リグニンスルホン酸塩などが例示されるが、これに限られない。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、リグニンをアシル化リグニン誘導体として可溶化することにより、エポキシ樹脂等の反応性成分と反応させることによって各種の有用な樹脂を製造するための原料として、従来よりもより効率的にリグニンを利用することができ、溶媒を使用するエポキシ樹脂製造技術へのリグニンの応用の幅が広がる。
さらに、これを用いて硬化されたエポキシ樹脂中の水酸基はアシル化リグニンに由来するエステル基で保護されているため、得られる樹脂の水分吸収率が抑えられ、耐熱性の向上や耐水性の向上等が期待できる。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１３】
以下の実施例を用いて、本発明を、更に詳細に説明する。
【００１４】
実施例１
完全アセチル化したアルカリリグニン１０重量部、ビスフェノールAジグリシジルエーテル６重量部およびトリス（２，４，６−トリメトキシフェニル）ホスフィン０．１重量部を乾燥テトラヒドロフラン２０重量部に溶解し、６０℃で、乾燥窒素を流しつつテトラヒドロフランを蒸発除去した。得られた混合物を１８０℃で２時間硬化させた。得られた硬化物のガラス転移温度（Tg,示差走査熱量測定（DSC）,１０℃/min）は１３０．２℃であった。また、熱分解温度（Td,熱重量測定、窒素中、１０℃/min、重量減少率１％）は２８８．２℃であった。硬化前の混合物のＦＴＩＲスペクトルには、１７６３ｃｍ−１（フェノールのエステル）、１７３０ｃｍ−１（アルコールのエステル）、および９０７ｃｍ−１（エポキシ基）に帰属されるピークが存在した。硬化後の試料のＦＴＩＲスペクトルには、１７３０ｃｍ−１（アルコールのエステル）のみが観察され、１７６３ｃｍ−１（フェノールのエステル）、および９０７ｃｍ−１（エポキシ基）に由来するピークは観察されなかった。この結果から、アセチル基が硬化反応によって第２アルコールに転移結合したことが確認された。また、ＫＣｌ飽和水溶液で調湿したデシケーター中に試料を重量が恒値となるまで２０℃で静置して、測定した吸水率は０．６５％であった。
表１にアセチル化アルカリリグニンの溶剤への溶解性の例を示す。
【００１５】
【表１】
0005729589.tif 000002
【００１６】
実施例２
完全アセチル化したアシドリシスリグニン１０重量部、ビスフェノールAジグリシジルエーテル７．２重量部およびトリス（２，４，６−トリメトキシフェニル）ホスフィン０．１重量部を乾燥テトラヒドロフラン２０重量部に溶解し、６０℃で、乾燥窒素を流しつつテトラヒドロフランを蒸発除去した。得られた混合物を１８０℃で２時間硬化させた。得られた硬化物のガラス転移温度（Tg,示差走査熱量測定（DSC）,１０℃/min）は６０．７℃であった。また、熱分解温度（Td,熱重量測定、窒素中、１０℃/min、重量減少率１％）は２８６．２℃であった。硬化前の混合物のＦＴＩＲスペクトルには、１７６３ｃｍ−１（フェノールのエステル）、１７３０ｃｍ−１（アルコールのエステル）、および９０７ｃｍ−１（エポキシ基）に帰属されるピークが存在した。硬化後の試料のＦＴＩＲスペクトルには、１７３０ｃｍ−１（アルコールのエステル）のみが観察され、１７６３ｃｍ−１（フェノールのエステル）、および９０７ｃｍ−１（エポキシ基）に由来するピークは観察されなかった。この結果から、アセチル基が硬化反応によって第２アルコールに転移結合したことが確認された。また、ＫＣｌ飽和水溶液で調湿したデシケーター中に試料を重量が恒値となるまで２０℃で静置して、測定した吸水率は０．７６％であった。
表２にアセチル化アシドリシスリグニンの溶剤への溶解性の例を示す。
【００１７】
【表２】
0005729589.tif 000003
【００１８】
実施例３
完全アセチル化したアシドリシスリグニン１０重量部、ビスフェノールAジグリシジルエーテル７．２重量部および２−エチル-４−メチル−イミダゾール０．１重量部を乾燥テトラヒドロフラン２０重量部に溶解し、６０℃で、乾燥窒素を流しつつテトラヒドロフランを蒸発除去した。得られた混合物を１５０℃で２時間硬化させた。得られた硬化物のガラス転移温度（Tg,示差走査熱量測定（DSC）,１０℃/min）は９１，６℃であった。また、熱分解温度（Td,熱重量測定、窒素中、１０℃/min、重量減少率１％）は２８６．２℃であった。硬化前の混合物のＦＴＩＲスペクトルには、１７６３ｃｍ−１（フェノールのエステル）、１７３０ｃｍ−１（アルコールのエステル）、および９０７ｃｍ−１（エポキシ基）に帰属されるピークが存在した。硬化後の試料のＦＴＩＲスペクトルには、１７３０ｃｍ−１（アルコールのエステル）のみが観察され、１７６３ｃｍ−１（フェノールのエステル）、および９０７ｃｍ−１（エポキシ基）に由来するピークは観察されなかった。この結果から、アセチル基が硬化反応によって第２アルコールに転移結合したことが確認された。また、ＫＣｌ飽和水溶液で調湿したデシケーター中に試料を重量が恒値となるまで２０℃で静置して、測定した吸水率は０．６５％であった。