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JP6795604B2 - 低排出エポキシ樹脂組成物用の硬化剤 - Google Patents

低排出エポキシ樹脂組成物用の硬化剤 Download PDF

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JP6795604B2 JP2018543133A JP2018543133A JP6795604B2 JP 6795604 B2 JP6795604 B2 JP 6795604B2 JP 2018543133 A JP2018543133 A JP 2018543133A JP 2018543133 A JP2018543133 A JP 2018543133A JP 6795604 B2 JP6795604 B2 JP 6795604B2
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Description

本発明は、エポキシ樹脂用の硬化剤、エポキシ樹脂組成物及びその使用、特にはコーティング、被膜、又は塗料としての使用の分野に関する。
コーティングの目的に好適なエポキシ樹脂組成物は、これらが周囲温度で良好な加工性を有するように、最小の粘度を有する必要がある。更に、これらは、多湿低温条件下であっても非常に迅速に、欠陥なく硬化し、濁り、染み、又は凹みがない均一な表面を形成することが必要である。最後に、硬化したコーティングは、できる限り機械的応力に耐えるために低い脆性を有しながらも高い硬度を有する必要がある。例えば床表面の被覆などの視覚的に要求の厳しい用途のためには、コーティングは高い水準の光沢度及び光の影響下での低い黄変傾向も有する必要がある。
これらの特性を得るために、先行技術のエポキシ樹脂コーティングでは、ジエポキシドとポリアミンとの高粘度付加体を主体とする硬化剤、又は高粘度マンニッヒ塩基を主体とする硬化剤が典型的には使用されている。マンニッヒ塩基は、フェノールと、アルデヒド(特にはホルムアルデヒド)及びポリアミンとの縮合生成物である。同様に特によく知られているものはカルダノールのマンニッヒ塩であり、カシューナッツの殻の油から得られるアルキルフェノール混合物である。これは、フェナルカミン(phenalkamine)とも呼ばれている。マンニッヒ塩基は、エポキシ樹脂と非常に速く反応することができ、そのため、迅速に強度を発現し、例えば8℃などの低い周囲温度であってもべたつきを生じないエポキシ樹脂製品を得ることができ、そのため塗布後間もなくであっても負荷をかけることができるという利点を有している。
エポキシ樹脂コーティングにおける使用のためには、この種類のマンニッヒ塩基自体は粘度が高すぎる。これらに低分子量アミンを添加することによりこれらの粘度を下げることができる。しかし、この種類のアミンは通常臭気が強く、肌や眼を強く刺激し、感作性であり、増加したレベルの白化作用を生じさせる。更に、ベンジルアルコール、グリコール、又はアルキルフェノールなどの希釈剤を使用することが可能である。この種類の希釈剤は、白化作用の発生を低減することによりコーティングの加工性及び表面品質を改善する。しかし、これらは室温ではエポキシ樹脂に対して反応性を有しておらず、そのため硬化した際に樹脂マトリックスの中に組み込まれない。しかし、最近では、硬化後に蒸発又は拡散工程によって放出可能な少量の物質を有する低排出製品の需要が高まってきている。そのため、この種類の希釈剤は、低排出エポキシ樹脂コーティングのために、使用されるとしても少量のみ使用することができる。更に、マンニッヒ塩基は、コーティング用途で多くの場合問題になる黄変の問題を生じさせる傾向がある。フリーのアルキルフェノールを高含有率で有するフェナルカミンは、加えて低い最終硬度しか得られない。
米国特許第6,262,148号明細書には、カルダノールとMXDAとを主体とするフェナルカミン及びそのコーティング用の硬化剤としての使用が記載されている。記載されている硬化剤は、白化作用及び迅速な硬化を生じる傾向が低い。しかし、これらは更なる希釈なしでのコーティング用途においては、良好な加工性のためには高すぎる粘度を有している。
本発明の目的は、比較的低温であっても迅速に硬化し、均一で光沢のある表面と高い強度を有する高品質のフィルム又は物体を形成する低排出製品を可能にし、またコーティング、被膜、又は塗料のためにも特に好適である、低臭であり、低毒性であり、低粘度である、エポキシ樹脂用の迅速な硬化剤を提供することである。
この目的は、請求項1に記載の硬化剤によって達成される。この硬化剤は低い臭気レベル、低い毒性、及び低い粘度を有し、カルバメート化しにくい傾向を有し、エポキシ樹脂に対して非常に反応性である。これは、溶媒又は希釈剤を使用するとしてもわずかしか必要としないエポキシ樹脂製品を可能にし、それにもかかわらず驚くほど流動性である。この種類のエポキシ樹脂製品は、臭気及び排出物が少なく、非常に良好な加工性を有し、不都合な硬化条件下であっても白化に関連する欠陥をほとんど示さない。これらは例えば8℃などの低温であっても迅速に硬化し、高光沢の均一な非粘着性表面を有し黄変の傾向が低い高硬度の高品質ポリマーを形成する。驚くべきことには、この硬化剤は、式(II)のアミンを含まないか他の追加されたアミンを含む比較の硬化剤よりも大きい最終硬度を有するエポキシ樹脂製品を可能にする。
本発明の追加的な態様は、追加的な独立請求項の主題である。本発明の特に好ましい実施形態は、従属請求項の主題である。
本発明は、
− 少なくとも1種の式(I)のアミン:
Figure 0006795604
(式中、
は、2〜15個の炭素原子を有するアルキレンラジカルであり、任意選択的にシクロアルキル又はアリール環を有し、任意選択的にエーテル酸素又はアミン窒素を含み、1,2−プロピレンではなく、
は、水素ラジカル、又は1〜8個の炭素原子を有するアルキルラジカル、又はフェニルラジカルであり、
Xは、ヒドロキシル、それぞれ1〜18個の炭素原子を有するアルキル、アルケニル、及びアルコキシからなる群から選択される同じ又は異なるラジカルを表し、任意選択的にエーテル若しくはヒドロキシル酸素又はアミン窒素を含んでいてもよく、
mは0又は1又は2であり、
nは1又は2又は3である);並びに
− 少なくとも1種の式(II)のアミン:
Figure 0006795604
(式中、
は、1,2−エチレン及び1,2−プロピレンから選択されるアルキレンラジカルであり、
は水素又はメチル若しくはフェニルラジカルであり、
Qは、任意選択的に環の中に酸素、硫黄、又は窒素原子を有し、かつ4〜7個の炭素原子を有する5、6、又は7員のシクロアルキル又はアリールラジカルであり、
Yは、それぞれ1〜18個の炭素原子を有するアルキル、アルコキシ、及びジアルキルアミノからなる群から選択される同じ又は異なるラジカルを表し、
pは0又は1又は2又は3である)
を含有する、エポキシ樹脂用の硬化剤を提供する。
ポリアミン、ポリオール、又はポリエポキシドなどの「ポリ」で始まる物質名は、その名称の中に存在する官能基を1分子当たり2つ以上、形式的な意味で含む物質を意味する。
「一級アミノ基」は、1つの有機ラジカルに結合しており2つの水素原子を有するアミノ基を意味し、「二級アミノ基」は、2つの有機ラジカルに結合しており、一体となって環の一部になっていてもよい1つの水素原子を有するアミノ基を意味し、「三級アミノ基」は、3つの有機ラジカルに結合しており、そのうちの2つ又は3つが1つ以上の環の一部であってもよく、水素原子を全く含まないアミノ基を意味する。
「アミン水素」は、一級及び二級のアミノ基の水素原子を意味する。
「アミン水素当量」は、アミン水素1モル当量を含有するアミン又はアミン含有組成物の質量を意味する。
「希釈剤」は、エポキシ樹脂の硬化中に樹脂マトリックス中に共有結合的に組み込まれない、エポキシ樹脂に可溶でありその粘度を下げる物質を意味する。
「粘度」は、せん断応力とせん断速度(速度勾配)との間の比率によって定義され、動粘度又はせん断粘度を意味し、これは実施例に記載の通りに決定される。
「分子量」は、ある分子の分子質量(g/mol)を意味する。「平均分子量」は、典型的にはゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって標準としてのポリスチレンに対して決定される、分子のオリゴマー混合物又はポリマー混合物の数平均Mを意味すると理解される。
「室温」は、23℃の温度を意味する。
エポキシ樹脂用の硬化剤は、少なくとも1種の式(I)のアミンを含有する。
好ましくは、Aは、1,2−エチレン、1,3−プロピレン、2−メチル−1,5−ペンチレン、1,6−ヘキシレン、2,2(4),4−トリメチル−1,6−ヘキシレン、1,3−シクロヘキシレンビス(メチレン)、1,3−フェニレンビス(メチレン)、(1,5,5−トリメチルシクロヘキサン−1−イル)メタン−1,3,3−アザ−1,5−ペンチレン、3,6−ジアザ−1,8−オクチレン、3,6,9−トリアザ−1,11−ウンデシレン、4−アザ−1,7−ヘプチレン、3−アザ−1,6−ヘキシレン、4,7−ジアザ−1,10−デシレン、及び7−アザ−1,13−トリデシレンからなる群から選択される同じ又は異なる基を表す。
特に好ましいAラジカルは、1,3−フェニレンビス(メチレン)、3−アザ−1,5−ペンチレン、又は3,6−ジアザ−1,8−オクチレンである。
1,3−フェニレンビス(メチレン)が特に優先される。
好ましくは、Rは、水素ラジカル、又は1〜4個の炭素原子を有するアルキルラジカル、特にはメチル、エチル、若しくはイソプロピル、又はフェニルラジカルである。
より好ましくは、Rは、水素ラジカル又はメチルラジカルである。
最も好ましくは、Rは水素ラジカルである。
好ましくは、Xは、それぞれ1〜15個の炭素原子を有し任意選択的にエーテル酸素、ヒドロキシル酸素、又はアミン窒素を含んでいてもよい、ヒドロキシル、アルキル、アルケニル、及びアルコキシからなる群から選択される同じ又は異なるラジカルを表す。
より好ましくは、Xは、ヒドロキシル、メチル、メトキシ、tert−ブチル、ノニル、ドデシル、ペンタデカ−8−エニル、ペンタデカ−8,11−ジエニル、ペンタデカ−8,11,14−トリエニル、N,N−ジメチルアミノメチル、N,N−ジエチルアミノメチル、N−メチル−N−エチルアミノメチル、N−メチル−N−ブチルアミノメチル、N,N−ビス(ヒドロキシエチル)アミノメチル、N−メチル−N−ヒドロキシエチルアミノメチル、N−エチル−N−ヒドロキシエチルアミノメチル、N−ブチル−N−ヒドロキシエチルアミノメチル、N−ピロリジニルメチル、N−ピペリジニルメチル、N−モルホリニルメチル、(3−(N,N−ジメチルアミノ)プロピル)アミノメチル、又は(3−(3−(N,N−ジメチルアミノ)プロピル)アミノプロピル)アミノメチルからなる群から選択され、特にはペンタデカ−8−エニル、又はペンタデカ−8,11−ジエニル、又はペンタデカ−8,11,14−トリエニルである。
好ましくは、mは0又は1である。
特に好ましい実施形態においては、mは1であり、Xはペンタデカ−8−エニル又はペンタデカ−8,11−ジエニル、又はペンタデカ−8,11、14−トリエニルであり、この中で、フェノール性OHを基準として、Xラジカルは3位にあり、他のラジカルは2位及び/又は4位及び/又は6位にある。
そのような式(I)のアミンはフェナルカミンとも呼ばれる。これらは、例えばCardolite(登録商標) NC−540、NC−557、NC−558、NC−566、Lite2002、GX−6019、GX−6013、NX−4943、NX−5607、又はNX−5608(Cardoliteより)又はAradur(登録商標) 3440、3441、3442、3460、又は3462(Huntsmanより)などのエポキシ樹脂用の市販の硬化剤の中に存在する。
極めて好ましい式(I)のアミンにおいては、mは1であり、Xはペンタデカ−8−エニル又はペンタデカ−8,11−ジエニル又はペンタデカ−8,11,14トリエニルであり、Rは水素ラジカルであり、Aは、1,3−フェニレンビス(メチレン)、3−アザ−1,5−ペンチレン、及び3,6−ジアザ−1,8−オクチレンから選択される。
好ましい式(I)のアミンは、特に良好な合成のし易さ、特に低い粘度、及び記載されている使用のための特に良好な特性を特徴とする。
式(I)の好適なアミンは、少なくとも1種の式(III)の一級ジアミンと、少なくとも1種の式(IV)のアルデヒドと、少なくとも1種の式(V)のフェノール化合物との水の脱離を伴う反応から得られる。
Figure 0006795604
式(III)、(IV)、及び(V)おいて、A、R、X、及びmは、既に示した定義を有する。
好ましくは、mは0又は1であり、特には1である。
この反応はマンニッヒ反応である。反応条件は、有利には、式(III)のジアミンの2つのアミノ基のうちの1つのみがアルキル化され、その結果最低レベルの多環化合物しか形成されないように選択される。
そのようなマンニッヒ反応から、フェノール性OHに対して2位及び/又は4位及び/又は6位で置換されておりnが様々な値を有する式(I)のアミンを主に含む反応生成物が生じる。典型的には、反応生成物は、一定量の未変換の出発化合物、すなわち式(III)のジアミン及び式(V)のフェノール化合物、更には式(III)のジアミンの二重及び多重のアルキル化による特定の割合の多環マンニッヒ塩基を更に含む。
式(III)のジアミンは、式(V)のフェノール化合物に対してモル過剰で、好ましくは少なくとも2/1、特には少なくとも3/1のモル比で、使用することができる。この方法では、nが2又は3である式(I)のアミンを主に含み少量の未反応フェノール化合物を有する反応生成物が得られる。
あるいは、式(III)のジアミンは、フェノール化合物に対して化学量論量未満で使用することもできる。これにより、nが1である式(I)のアミンを主に含み少量の未反応フェノール化合物を含む比較的低粘度の粘性の反応生成物が得られる。カルダノールは、フェノール、tert−ブチルフェノール、又はノニルフェノールなどの典型的に使用される他のフェノール化合物よりも毒性が低いことから、この方法は、フェノール化合物としてのカルダノールに関して特に好ましい。
式(III)のジアミンは、2種以上の式(III)のジアミンの混合物の形態で使用することもでき、その結果、得られる反応生成物は、様々なAラジカルを有する式(I)のアミンを含む。
好適な式(IV)のアルデヒドは、特にはホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、イソブチルアルデヒド、2−エチルヘキサナール、又はベンズアルデヒドである。
ホルムアルデヒドが優先される。
式(III)の好適な一級ジアミンは、2〜15個の炭素原子を有し、任意選択的に少なくとも1つのシクロアルキル又はアリール環を有し、任意選択的にエーテル酸素又はアミン窒素を含む、プロピレン−1,2−ジアミン以外の一級脂肪族ジアミンである。
好ましくは、式(III)の一級ジアミンは、エチレン−1,2−ジアミン、プロピレン−1,3−ジアミン、2−メチルペンタン−1,5−ジアミン、ヘキサン−1,6−ジアミン、2,2(4),4−トリメチルヘキサン−1,6−ジアミン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,3−ビス(アミノメチル)ベンゼン、3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルアミン、ジエチレントリアミン(DETA)、トリエチレンテトラミン(TETA)、テトラエチレンペンタミン(TEPA)、ジプロピレントリアミン(DPTA)、3−(2−アミノエチル)アミノプロピルアミン(N3アミン)、N,N’−ビス(3−アミノプロピル)エチレンジアミン(N4アミン)、及びビス(ヘキサメチレン)トリアミン(BHMT)からなる群から選択される。
1,3−ビス(アミノメチル)ベンゼン、DETA、又はTETAが特に優先される。1,3−ビス(アミノメチル)ベンゼンが極めて優先される。
好適な式(V)のフェノール化合物は、特にはフェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、4−tert−ブチルフェノール、4−ノニルフェノール、4−ドデシルフェノール、カルダノール(主に3−(ペンタデカ−8−エニル)フェノール、3−(ペンタデカ−8,11−ジエニル)フェノール、及び3−(ペンタデカ−8,11、14−トリエニル)フェノールからなる)、2,3−ジメチルフェノール(o−キシレノール)、2,4−ジメチルフェノール(m−キシレノール)、2,5−ジメチルフェノール(p−キシレノール)、2,6−ジメチルフェノール、3,4−ジメチルフェノール、3,5−ジメチルフェノール、2−メトキシフェノール(グアイアコール)、3−メトキシフェノール、4−メトキシフェノール、2,6−ジメトキシフェノール、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン、又はピロガロールである。
フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、4−tert−ブチルフェノール、4−ノニルフェノール、4−ドデシルフェノール、カルダノール、o−キシレノール、m−キシレノール、p−キシレノール、グアイアコール、3−メトキシフェノール、4−メトキシフェノール、レゾルシノール、又はヒドロキノンが優先される。
フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、カルダノール、又はレゾルシノール、特にはフェノール又はカルダノールが特に優先される。
極めて好ましい式(V)のフェノール化合物はカルダノールである。これを用いて得られる反応生成物は、フェノール又は小さいアルキルフェノール(クレゾール、tert−ブチルフェノール、又はノニルフェノール等)を含まない。これらは典型的には少量の未変換のカルダノールを有する。
上述したマンニッヒ反応からの好ましい反応生成物は、特には式(Ia)のアミンを含む:
Figure 0006795604
(式中、
aは0又は1であり、bは0又は1であり、cは0又は1であり、少なくとも1つの指数a又はb又はcは1であり、
は既に述べた定義を有する)。
式(Ia)のアミンはフェナルカミンとも呼ばれる。
式(Ia)の好ましいアミンは、各場合でAとして1,3−フェニレン−ビス(メチレン)ラジカルを含む。
式(I)の好適なアミンは、式R−NH−Rのアミンの脱離を伴う、少なくとも1種の式(III)の一級ジアミンと、少なくとも1種の式(VI)のマンニッヒ塩基との反応からも得られる。
Figure 0006795604
式(VI)中、Rは既に示した定義を有し、R及びRは、1〜4個の炭素原子を有し任意選択的にエーテル酸素若しくはアミン窒素を含んでいてもよいそれぞれ同じ又は異なるアルキル、シクロアルキル、又はアラルキルラジカルであるか、これらが一体化した、4〜8個の炭素原子を有し任意選択的にエーテル酸素若しくはアミン窒素を含んでいてもよいアルキレンラジカルである。
好ましくは、R及びRは、それぞれメチル又はエチル又はブチル又はイソブチルであり、特にはそれぞれメチルである。
この反応は、アミノ基転移反応である。放出される式R−NH−Rのアミンは、好ましくは、特には蒸留によって、反応中に反応混合物から除去される。アミノ基転移反応における反応条件は、有利には、式(III)のジアミンの2つのアミノ基のうちの1つのみがアルキル化され、その結果最少量の多環副生成物しか形成されないように選択される。
アミノ基転移反応は、Xが
Figure 0006795604
、特にはN,N−ジメチルアミノメチルである式(I)のアミンの部分を典型的に含む反応生成物を生じる。
好ましい式(VI)のマンニッヒ塩基は、2,4,6−トリス(N,N−ジメチルアミノメチル)フェノールである。これは、安価な原材料から非常に単純な方法で合成でき、また高純度で市販されている。更に、その比較的低い沸点のため、これらから放出されるジメチルアミンは蒸留によって反応混合物から非常に効率的に除去することができる。
上述のアミノ基転移反応からの好ましい反応生成物は、特には式(Ib)のアミンを含む:
Figure 0006795604
(式中、Aは既に示した定義を有する)。
式(I)の好適なアミンは、少なくとも1種の式(III)の一級ジアミンと、少なくとも1種の式(VII)のアルデヒド若しくはケトンと、水素との反応からも得られる。
Figure 0006795604
式(VII)中、R、X、m、及びnは、既に示した定義を有する。
好ましくは、ここでのmは0又は1であり、特には0である。
好ましくは、ここでのnは1である。
ここでのXは、好ましくはメチル又はメトキシ又はヒドロキシルである。
この反応は還元的アルキル化である。還元的アルキル化は、分子水素を用いて直接的に、あるいは他の試薬からの水素移動によって間接的に、行うことができる。分子水素の使用が優先される。反応条件は、有利には、式(III)の一級ジアミンの2つのアミノ基のうちの1つのみが良好な選択率でモノアルキル化され、芳香環が水素化されないように選択される。5〜100barの水素圧、40〜120℃の温度、及び適切な触媒の存在下での実施が優先される。好ましい触媒は、炭素上のパラジウム(Pd/C)、炭素上の白金(Pt/C)、アダムス触媒、又はラネーニッケルであり、特には炭素上のパラジウム又はラネーニッケルである。
好適な式(VII)のアルデヒド又はケトンは、特には、2−ヒドロキシベンズアルデヒド(サリチルアルデヒド)、3−ヒドロキシベンズアルデヒド、4−ヒドロキシベンズアルデヒド、2−ヒドロキシ−3−メチルベンズアルデヒド、2−ヒドロキシ−5−メチルベンズアルデヒド、4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルベンズアルデヒド、2−ヒドロキシ−3−メトキシベンズアルデヒド(o−バニリン)、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンズアルデヒド、2−ヒドロキシ−5−メトキシベンズアルデヒド、3−ヒドロキシ−4−メトキシベンズアルデヒド(イソバニリン)、4−ヒドロキシ−2−メトキシベンズアルデヒド、4−ヒドロキシ−3−メトキシベンズアルデヒド(バニリン)、6−ヒドロキシ−2,4−ジメトキシベンズアルデヒド、2,3−ジヒドロキシベンズアルデヒド、2,4−ジヒドロキシベンズアルデヒド(β−レゾルシンアルデヒド)、2,5−ジヒドロキシベンズアルデヒド(ゲンチシンアルデヒド)、3,4−ジヒドロキシベンズアルデヒド、3,5−ジヒドロキシベンズアルデヒド、2,3,4−トリヒドロキシベンズアルデヒド、2’−ヒドロキシアセトフェノン、3’−ヒドロキシアセトフェノン、4’−ヒドロキシアセトフェノン、4’−ヒドロキシ−3’−メトキシアセトフェノン(アセトバニロン)、4’−ヒドロキシ−3’,5’−ジメトキシアセトフェノン、2’,4’−ジヒドロキシアセトフェノン(レスアセトフェノン)、2’,5’−ジヒドロキシアセトフェノン(キナセトフェノン)、2’,6’−ジヒドロキシアセトフェノン(2−アセチルレゾルシノール)、2’,4’−ジヒドロキシアセトフェノン、4−ヒドロキシベンゾフェノン、又は2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノンである。
これらの中でも、サリチルアルデヒド、3−ヒドロキシベンズアルデヒド、4−ヒドロキシベンズアルデヒド、o−バニリン、イソバニリン、バニリン、β−レゾルシンアルデヒド、ゲンチシンアルデヒド、3,4−ジヒドロキシベンズアルデヒド、2’−ヒドロキシアセトフェノン、3’−ヒドロキシアセトフェノン、4’−ヒドロキシアセトフェノン、アセトバニロン、又はレスアセトフェノンが優先される。
特には、サリチルアルデヒド又は2’−ヒドロキシアセトフェノンが優先される。
上述の還元的アルキル化からの好ましい反応生成物は、特には式(Ic)のアミンを含む:
Figure 0006795604
(式中、R及びAは既に示した定義を有する)。
式(Ic)のアミンは、比較的高含有率のフェノール基を有していることから、エポキシ樹脂に対して高い反応性を有する。
そのため、式(I)のアミンは:
(i)
− 少なくとも1種の式(III)の一級ジアミンと、
− 少なくとも1種の式(IV)のアルデヒドと、
− 少なくとも1種の式(V)のフェノール化合物と、
の、水の脱離を伴う反応、
(ii)
− 少なくとも1種の式(III)の一級ジアミンと、
− 少なくとも1種の式(VI)のマンニッヒ塩基と、
の、式R−NH−Rのアミンの脱離を伴う反応、並びに
(iii)
− 少なくとも1種の式(III)の一級ジアミンと、
− 少なくとも1種の式(VII)のアルデヒド又はケトンと、
− 水素と、
の、水の脱離を伴う反応、
からなる群から選択される反応からの反応生成物の形態で好ましくは使用される。
反応(i)(「マンニッヒ反応」)からの反応生成物は、これが多数の工業的に入手可能な幅広い構造的多様性の出発化合物から単純かつ安価な方法で合成できるという利点を有する。式(V)のフェノール化合物としてカルダノールを(一部)使用する場合、反応生成物はまた、フェノール自体又はアルキルフェノール(クレゾール、tert−ブチルフェノール、又はノニルフェノール等)などの、低分子量の毒性のフェノールをほぼあるいは完全に含まない。
反応(ii)(「アミノ基転移反応」)からの反応生成物は、これがフェノール自体又はアルキルフェノール(クレゾール、tert−ブチルフェノール、又はノニルフェノール等)などの、低分子量の毒性のフェノールを含まない点、及び特には高純度で市販されている2,4,6−トリス(N,N−ジメチルアミノメチル)フェノールを使用する場合にはこれを安価かつ単純な方法で合成できる点で利点を有する。
反応(iii)(還元的アルキル化」)の反応生成物は、これが非常に特に純度が高く特に低粘度であり、特に反応性が高い式(I)のアミンを含み、フェノール自体又はアルキルフェノール(クレゾール、tert−ブチルフェノール、又はノニルフェノール等)などの低分子量の毒性のフェノールを全く含まないという利点を有している。
好ましくは、ここでの式(III)の一級ジアミンは、各場合において、エチレン−1,2−ジアミン、プロピレン−1,3−ジアミン、2−メチルペンタン−1,5−ジアミン、ヘキサン−1,6−ジアミン、2,2(4),4−トリメチルヘキサン−1,6−ジアミン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,3−ビス(アミノメチル)ベンゼン、3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルアミン、ジエチレントリアミン(DETA)、トリエチレンテトラミン(TETA)、テトラエチレンペンタミン(TEPA)、ジプロピレントリアミン(DPTA)、3−(2−アミノエチル)アミノプロピルアミン(N3アミン)、N,N’−ビス(3−アミノプロピル)エチレンジアミン(N4アミン)、及びビス(ヘキサメチレン)トリアミン(BHMT)からなる群から選択される。
式(I)のアミンは、例えば8℃などの低い周囲温度で特に迅速に硬化させることができるエポキシ樹脂用の硬化剤を実現する。しかし、十分な希釈なしでは、多くのエポキシ樹脂製品のためにはその粘性が高すぎ、黄変する傾向を有している。
エポキシ樹脂用の硬化剤は、少なくとも1種の式(II)のアミンを更に含有する。
Figure 0006795604
は好ましくは1,2−プロピレンである。これらの式(II)のアミンは、特に低いカルバメート化傾向を有し、特にきれいな表面を有するエポキシ樹脂組成物を可能にする。
は好ましくは水素ラジカル又はメチルであり、特には水素ラジカルである。これらの式(II)のアミンは、特に容易に入手可能であり、特に低粘度の硬化剤及びエポキシ樹脂組成物を可能にする。
好ましくは、Qは任意選択的にはYで置換されたフェニルラジカルである。これらのアミンは、特に迅速な硬化及び特にきれいな表面を可能にする。
Yは、好ましくは、それぞれ1〜12個、特には1〜4個の炭素原子を有するアルキル、アルコキシ、及びジアルキルアミノからなる群から選択される同じ又は異なるラジカルを表す。より好ましくは、Yは、メチル又はメトキシ又はジメチルアミノである。最も好ましくは、Yはメトキシ又はジメチルアミノである。
好ましくは、Yラジカルは、メタ及び/又はパラ位にある。p=1の場合、Yラジカルは特にはパラ位にある。
pは、好ましくは0又は1又は2であり、特には0又は1である。
より好ましくは、pは0である。これらのアミンは、特に低粘度のエポキシ樹脂組成物を可能にする。
pが1の場合、Qは特にはY置換フェニルラジカルであり、Yは特にはメトキシ又はジメチルアミノである。これらのアミンは、極めて速く硬化するエポキシ樹脂組成物を可能にする。
より好ましくは、Aは1,2−プロピレンであり、Rは水素ラジカルであり、Qはフェニルラジカルであり、pは0である。そのようなアミンは、特に良好な加工性、非常に速い硬化、及び特にきれいな表面を有するエポキシ樹脂組成物を可能にする。
式(II)のアミンは、好ましくは、N−ベンジルエタン−1,2−ジアミン、N−(4−メトキシベンジル)エタン−1,2−ジアミン、N−(4−(ジメチルアミノ)ベンジル)エタン−1,2−ジアミン、N−ベンジルプロパン−1,2−ジアミン若しくはN−ベンジルプロパン−1,2−ジアミン若しくはこれらの異性体の混合物、N−(4−メトキシベンジル)プロパン−1,2−ジアミン若しくはN−(4−メトキシベンジル)プロパン−1,2−ジアミン若しくはこれらの異性体の混合物、N−(4−(ジメチルアミノ)ベンジル)プロパン−1,2−ジアミン若しくはN−(4−(ジメチルアミノ)ベンジル)プロパン−1,2−ジアミン若しくはこれらの異性体の混合物、からなる群から選択される。
これらの中でも、N−ベンジルプロパン−1,2−ジアミン又はN−ベンジルプロパン−1,2−ジアミン又はこれらの異性体の混合物が優先され、以降N−ベンジルプロパン−1,2−ジアミンとも呼ぶ。
式(II)の好ましいアミンは、特に優れた入手のし易さ、非常に低い粘度、及び本発明の使用における良好な特性(特には迅速な硬化、大きい最終硬度、及び白化作用の傾向がほとんどないこと)を特徴とする。
式(II)のアミンは、好ましくは、例えば有機ハライド又はカルボニル化合物などの適切なアルキル化剤を用いたエチレン−1,2−ジアミン又はプロピレン−1,2−ジアミンのモノアルキル化から得られる。
好ましくは、式(II)のアミンは、式(VIII)のアルデヒド又はケトン及び水素を用いたエチレン−1,2−ジアミン又はプロピレン−1,2−ジアミンの還元的アルキル化により合成される:
Figure 0006795604
(式中、R、Q、Y、及びpは既に示した定義を有する)。この合成は非常に選択的に進行し、非常に高純度の、すなわち高含有率の式(II)のアミンを有する反応生成物を生じさせる。
そのため、式(II)のアミンは、少なくとも1種の式(II)のアルデヒド又はケトン及び水素を用いたエチレン−1,2−ジアミン又はプロピレン−1,2−ジアミンの還元的アルキル化からの反応生成物の形態で好ましくは使用される。
そのような反応生成物は、複雑な精製工程なしでも非常に高純度である。すなわち、これは式(II)のアミンを高含有率で含む。その結果、これは非常に低粘度かつ反応性であり、そのため上述した硬化剤の要素として特に好適である。
より好ましくは、式(II)のアミンは、エチレン−1,2−ジアミン又はプロピレン−1,2−ジアミンのアルキル化からの、特には式(VIII)のアルデヒド又はケトン及び水素を用いた還元的アルキル化からの、反応生成物の形態で使用される。好ましくは、反応生成物は蒸留により精製されたものである。反応生成物を蒸留により精製することで、非常に速い硬化速度及び特に大きい硬化が可能になる。
式(I)のアミンと式(II)のアミンとの組み合わせを含む本発明の硬化剤は、驚くほど低粘度のエポキシ樹脂製品を可能にし、その結果、これは特には低温条件でも迅速に硬化し、驚くほど大きい最終硬度を有する、特にはセルフレベリング性を有するコーティングとしても優れた加工性を有し、これは濁りがある若しくは粘着性の表面又は低下した最終硬度などの白化作用に関連する欠陥をほとんど示さず、またわずかな黄変しか示さない。
少なくとも1種の式(I)のアミン及び少なくとも1種の式(II)のアミンだけでなく、硬化剤は式(I)若しくは(II)に当てはまらない少なくとも1種の追加的なアミン及び/又は少なくとも1種の促進剤を更に含有していてもよい。
この追加的なアミンは、特には式(I)のアミン及び/又は少なくとも1種の式(II)のアミンの合成由来の反応物又は副生成物ではない。
好適な促進剤は、アミノ基とエポキシド基との間の反応を促進する物質であり、特には酸若しくは酸へと加水分解可能な化合物、特には有機カルボン酸(酢酸、安息香酸、サリチル酸、2−ニトロ安息香酸、乳酸等)、有機スルホン酸(メタンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、又は4−ドデシルベンゼンスルホン酸等)、スルホン酸エステル、他の有機若しくは無機酸(特にはリン酸等)、又は上述の酸及び酸エステルの混合物;三級アミン(特には1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、ベンジルジメチルアミン、α−メチルベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、イミダゾール(特にはN−メチルイミダゾール、N−ビニルイミダゾール、又は1,2−ジメチルイミダゾール等)、そのような三級アミンの塩、四級アンモニウム塩(特にはベンジルトリメチルアンモニウムクロリド等)、アミジン(特には1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデク−7−エン等)、グアニジン(特には1,1,3,3−テトラメチルグアニジン等)、フェノール、特にはビスフェノール、フェノール樹脂、若しくはマンニッヒ塩基(特には2−(ジメチルアミノメチル)フェノール、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、若しくはフェノールとホルムアルデヒドとN,N−ジメチル−1,3−プロパンジアミンとのポリマー等)、亜リン酸塩(特には亜リン酸ジ−若しくはトリフェニル)、又はメルカプト基を有する化合物である。好ましい促進剤は、酸、三級アミン、又はマンニッヒ塩基である。
最も好ましいものは、サリチル酸又は2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、又はこれらの組み合わせである。
好ましい追加的なアミンは、エポキシ基に対して反応性を有する少なくとも2つ、特には少なくとも3つのアミン水素を有するポリアミンであり、特には次のものである:
− 1つ又は2つの二級アミノ基を有するポリアミン、特には式(II)に当てはまらないアルデヒド若しくはケトンを用いた一級脂肪族ポリアミンの還元的アルキル化からの生成物、特にはN,N’−ジベンジルエタン−1,2−ジアミン、N,N’−ジベンジルプロパン−1,2−ジアミン、N−ベンジル−1,3−ビス(アミノメチル)ベンゼン、N,N’−ジベンジル−1,3−ビス(アミノメチル)ベンゼン、N−2−エチルヘキシル−1,3−ビス(アミノメチル)ベンゼン、N,N’−ビス(2−エチルヘキシル)−1,3−ビス(アミノメチル)ベンゼン、又は部分的にスチレン化されたポリアミン(特にはスチレン化された1,3−ビス(アミノメチル)ベンゼン(三菱ガス化学株式会社からGaskamine(登録商標) 240として入手可能))等;
− 脂肪族、脂環式、又はアリール脂肪族一級ジアミン、特には2,2−ジメチルプロパン−1,3−ジアミン、ペンタン−1,3−ジアミン(DAMP)、ペンタン−1,5−ジアミン、1,5−ジアミノ−2−メチルペンタン(MPMD)、2−ブチル−2−エチルペンタン−1,5−ジアミン(C11−ネオジアミン)、ヘキサン−1,6−ジアミン、2,5−ジメチルヘキサン−1,6−ジアミン、2,2(4),4−トリメチルヘキサメチレンジアミン(TMD)、へプタン−1,7−ジアミン、オクタン−1,8−ジアミン、ノナン−1,9−ジアミン、デカン−1,10−ジアミン、ウンデカン−1,11−ジアミン、ドデカン−1,12−ジアミン、1,2−、1,3−、若しくは1,4−ジアミノシクロヘキサン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン(H12−MDA)、ビス(4−アミノ−3−メチルシクロヘキシル)メタン、ビス(4−アミノ−3−エチルシクロヘキシル)メタン、ビス(4−アミノ−3,5−ジメチルシクロヘキシル)メタン、ビス(4−アミノ−3−エチル−5−メチルシクロヘキシル)メタン、1−アミノ−3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン(イソホロンジアミン又はIPDA)、2−若しくは4−メチル−1,3−ジアミノシクロヘキサン、又はこれらの混合物、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、2,5(2,6)−ビス(アミノメチル)ビシクロ[2.2.1]へプタン(NBDA)、3(4),8(9)−ビス(アミノメチル)トリシクロ−[5.2.1.02.6]デカン、1,4−ジアミノ−2,2,6−トリメチルシクロヘキサン(TMCDA)、メンタン−1,8−ジアミン、3,9−ビス(3−アミノプロピル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン、1,3−ビス(アミノメチル)ベンゼン(MXDA)、又は1,4−ビス(アミノメチル)ベンゼン;
− エーテル基含有脂肪族一級ジ若しくはトリアミン、特にはビス(2−アミノエチル)エーテル、3,6−ジオキサオクタン−1,8−ジアミン、4,7−ジオキサデカン−1,10−ジアミン、4,7−ジオキサデカン−2,9−ジアミン、4,9−ジオキサドデカン−1,12−ジアミン、5,8−ジオキサドデカン−3,10−ジアミン、4,7,10−トリオキサトリデカン−1,13−ジアミン、若しくはこれらのジアミンより大きいオリゴマー、ビス(3−アミノプロピル)ポリテトラヒドロフラン若しくは他のポリテトラヒドロフランジアミン、1,4−ジメチロールシクロヘキサンのプロポキシル化及びその後のアミノ化由来の脂環式エーテル基含有ジアミン(特にはJeffamine(登録商標)RFD−270(Huntsmanより)として入手可能)、又は典型的にはポリオキシアルキレンジ若しくはトリオールのアミノ化からの生成物であり、例えばJeffamine(登録商標)(Huntsmanより)という名称で、Polyetheramine(BASFより)という名称で、又はPC Amine(登録商標)(Nitroilより)という名称で入手可能なポリオキシアルキレンジ若しくはトリアミンである。特に好適なポリオキシアルキレンジ若しくはトリアミンは、Jeffamine(登録商標) D−230、Jeffamine(登録商標) D−400、Jeffamine(登録商標) D−2000、Jeffamine(登録商標) EDR−104、Jeffamine(登録商標) EDR−148、Jeffamine(登録商標) EDR−176、Jeffamine(登録商標) T−403、Jeffamine(登録商標) T−3000、Jeffamine(登録商標) T−5000、又はBASF若しくはNitroilからの対応するアミンである;
− 二級アミノ基を有し、2個の一級脂肪族アミノ基を有するポリアミン、特には3−(2−アミノエチル)アミノプロピルアミン、ビス(ヘキサメチレン)トリアミン(BHMT)、ジエチレントリアミン(DETA)、トリエチレンテトラミン(TETA)、テトラエチレンペンタミン(TEPA)、ペンタエチレンへキサミン(PEHA)、又は5〜7個のエチレンアミン単位を有するポリエチレンポリアミンなどのより大きい直鎖ポリエチレンアミンの類似物質(「より大きいエチレンポリアミン」、HEPAと呼ばれる)、少なくとも2つの一級アミノ基を有する一級ジ−及びポリアミンの多重シアノエチル化若しくはシアノブチル化及びその後の水素化からの生成物(ジプロピレントリアミン(DPTA)、N−(2−アミノエチル)プロパン−1,3−ジアミン(N3アミン)、N,N’−ビス(3−アミノプロピル)エチレンジアミン(N4アミン)、N,N’−ビス(3−アミノプロピル)−1,4−ジアミノブタン、N5−(3−アミノプロピル)−2−メチルペンタン−1,5−ジアミン、N3−(3−アミノペンチル)ペンタン−1,3−ジアミン、N5−(3−アミノ−1−エチルプロピル)−2−メチルペンタン−1,5−ジアミン、又はN,N’−ビス(3−アミノ−1−エチルプロピル)−2−メチルペンタン−1,5−ジアミンなど)等;
− 脂肪族、脂環式、又はアリール脂肪族一級トリアミン、特には4−アミノメチルオクタン−1,8−ジアミン、1,3,5−トリス(アミノメチル)ベンゼン、1,3,5−トリス(アミノメチル)シクロヘキサン、トリス(2−アミノエチル)アミン、トリス(2−アミノプロピル)アミン、又はトリス(3−アミノプロピル)アミン;
− 芳香族ポリアミン、特にはm−及びp−フェニレンジアミン、4,4’−、2,4’−及び/又は2,2’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルメタン(MOCA)、トリレン−2,4−及び/又は2,6−ジアミン、3,5−ジメチルチオトリレン−2,4−及び/又は−2,6−ジアミンの混合物(AlbermarleからEthacure(登録商標) 300として入手可能)、3,5−ジエチルトリレン−2,4−及び/又は−2,6−ジアミンの混合物(DETDA、AlbermarleからEthacure(登録商標) 100として入手可能)、3,3’、5,5’−テトラエチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン(M−DEA)、3,3’、5,5’−テトラエチル−2,2’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルメタン(M−CDEA)、3,3’−ジイソプロピル−5,5’−ジメチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン(M−MIPA)、3,3’、5,5’−テトライソプロピル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン(M−DIPA)、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン(DDS)、4−アミノ−N−(4−アミノフェニル)ベンゼンスルホンアミド、5,5’−メチレンジアントラニル酸、ジメチル5,5’−メチレンジアントラニレート、プロピレン1,3−ビス(4−アミノベンゾエート)、ブチレン1,4−ビス(4−アミノベンゾエート)、ポリテトラメチレンオキシド ビス(4−アミノベンゾエート)(Air ProductsからVersalink(登録商標)として入手可能)、1,2−ビス(2−アミノフェニルチオ)エタン、2−メチルプロピル4−クロロ−3,5−ジアミノベンゾエート、又はtert−ブチル(4−クロロ−3,5−ジアミノベンゾエート)等;
− ポリアミドアミン、特には一塩基若しくは多塩基カルボン酸又はそのエステル若しくは無水物、特には二量体脂肪酸と、化学量論過剰量で使用される脂肪族、脂環式、又は芳香族ポリアミン、特にはポリアルキレンアミン(例えばDETA又はTETA等)との反応生成物、特には市販されているポリアミドアミンであるVersamid(登録商標) 100、125、140、若しくは150(Cognisより)、Aradur(登録商標) 223、250、若しくは848(Huntsmanより)、Euretek(登録商標) 3607若しくは530(Huntsmanより)、又はBeckopox(登録商標)EH651、EH654、EH655、EH661、若しくはEH663(Cytecより);
− 又はポリアミンと、エポキシド若しくはエポキシ樹脂との付加体、特には約2/1のモル比でのジエポキシドとの付加体、若しくは約1/1のモル比でのモノエポキシドとの付加体、又はポリアミンとエポクロロヒドリンとの反応生成物、特にはGaskamine(登録商標)328として市販(三菱ガス化学株式会社より)の1,3−ビス(アミノメチル)ベンゼンのもの。
本発明の硬化剤が2種以上の追加的なアミンの組み合わせを含むと有利な場合がある。
特に好ましい追加的なアミンは、式(II)に当てはまらない1つの一級若しくは1つの二級のアミノ基を有するポリアミン、特にはN−ベンジル−1,3−ビス(アミノメチル)ベンゼン、N−2−エチルヘキシル−1,3−ビス(アミノメチル)ベンゼン、又はスチレン化1,3−ビス(アミノメチル)ベンゼンである。
特に好ましい追加的なアミンは、少なくとも120g/mol、特には少なくとも150g/molの分子量を有する一級ジアミンでもあり、好ましくはTMD、H12−MDA、IPDA、2−若しくは4−メチル−1,3−ジアミノシクロヘキサン、又はこれらの混合物、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、NBDA、MXDA、又はBHMT、特にはTMD、H12−MDA、IPDA、NBDA、又はBHMTでもある。
特に好ましい追加的なアミンは、エーテル基を含む脂肪族一級ジ−若しくはトリアミン、特には200〜500g/molの範囲の平均分子量を有するポリオキシアルキレンジ−若しくはトリアミン、特にはJeffamine(登録商標) D−230若しくはJeffamine(登録商標) T−403(共にHuntsmanより)、又は1,4−ジメトキシシクロヘキサンのプロポキシル化及びその後のアミノ化由来のエーテル基含有脂環式ジアミン、特にはJeffamine(登録商標) RFD−270(Huntsmanより)でもある。
特に好ましい追加的なアミンは、2〜12個の炭素原子と少なくとも1つのエポキシドとを有する少なくとも1つのポリアミンから形成される、少なくとも3つのアミン水素を有する付加体でもある。
そのような付加体のために好ましいエポキシドは、モノエポキシド、特には芳香族モノエポキシド、特にはクレジルグリシジルエーテル、カルダノールのtert−ブチルフェニルグリシジルエーテル若しくはグリシジルエーテルである。クレジルグリシジルエーテルが特に優先される。好適なクレジルグリシジルエーテルは、全ての異性体クレジルグリシジルエーテル又はその混合物、特には市販のタイプ、特にはAraldite(登録商標) DY−K(Huntsmanより)、PolypoxTM R6(Dowより)、HeloxyTM KR(Hexionより)、又はErisys(登録商標) GE−10(CVC Spec.Chem.より)などである。
そのような付加体のための好ましいエポキシドは、ジエポキシド、特には芳香族ジエポキシド、特にはビスフェノールAジグリシジルエーテル若しくはビスフェノールFジグリシジルエーテル若しくはビスフェノールA/Fジグリシジルエーテル、又はレゾルシノールジグリシジルエーテル、特には市販の液体樹脂でもある。
約1/1のモル比で反応する少なくとも1つの芳香族モノエポキシドと少なくとも1種のポリアミンとから形成される、少なくとも3つのアミン水素を有する付加体が特に優先される。反応中にポリアミンは特に過剰に存在し、反応後蒸留によって除去された。
そのような付加体のためには、芳香族モノエポキシドは好ましくはクレジルグリシジルエーテル、特にはオルトクレジルグリシジルエーテルである。
そのような付加体のためには、ポリアミンは、好ましくは、エチレン−1,2−ジアミン、プロピレン−1,2−ジアミン、プロピレン−1,3−ジアミン、又はMPMD、より好ましくはプロピレン−1,2−ジアミン、又はMPMDである。
硬化剤は、少なくとも1種の希釈剤、特には、キシレン、2−メトキシエタノール、ジメトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−プロポキシエタノール、2−イソプロポキシエタノール、2−ブトキシエタノール、2−フェノキシエタノール、2−ベンジルオキシエタノール、ベンジルアルコール、エチレングリコール、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、エチレングリコールジフェニルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、プロピレングリコールブチルエーテル、プロピレングリコールフェニルエーテル、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル、N−メチルピロリドン、ジフェニルメタン、ジイソプロピルナフタレン、例えばSolvesso(登録商標)製品(Exxonより)などの鉱油留分、アルキルフェノール(tert−ブチルフェノール、ノニルフェノール、ドデシルフェノール、又はカルダノール(カシューナッツの殻の油由来、主成分として3−(ペンタデカ−8−エニル)フェノール、3−(ペンタデカ−8,11−ジエニル)フェノール、及び3−(ペンタデカ−8,11,14−トリエニル)フェノールを含有、例えばCardolite(登録商標) NC−700又はCardolite(登録商標) NX−2026(共にCardoliteより)として入手可能)等)、スチレン化フェノール、ビスフェノール、芳香族炭化水素樹脂(特にはフェノール基含有型)、アルコキシレート化フェノール(特にはエトキシレート化若しくはプロポキシレート化フェノール、特には2−フェノキシエタノール)、アジペート、セバケート、フタレート、ベンゾエート、有機フェノール若しくはスルホン酸のエステル又はスルホンアミドを更に含んでいてもよい。ベンジルアルコール、ドデシルフェノール、tert−ブチルフェノール、スチレン化フェノール、エトキシレート化フェノール、又はフェノール基含有芳香族炭化水素樹脂、特にはNovares(登録商標) 製品LS 500、LX200、LA300、又はLA700(Ruetgersより)が優先される。
硬化剤は、好ましくは希釈剤を含むとしても少量のみ、好ましくは25重量%未満、より好ましくは15重量%未満、特に好ましくは10重量%未満、特には5重量%未満しか含まない。
硬化剤は、例えばヘキシルアミン若しくはベンジルアミンなどのモノアミン、又はメルカプト基を含む化合物、特には次のもの:
− 商標名Thiokol(登録商標)(Morton Thiokolより、例えばSPI Suppliesから、又は東レ・ファインケミカル株式会社から入手可能)として知られる液体のメルカプタン末端ポリスルフィドポリマー、特にはLP−3、LP−33、LP−980、LP−23、LP−55、LP−56、LP−12、LP−31、LP−32、又はLP−2製品;また同様に商標名Thioplast(登録商標)(Akzo Nobelより)として知られるもの、特にはG10、G112、G131、G1、G12、G21、G22、G44、又はG4製品;
− 例えば、ポリオキシアルキレンジ−若しくはトリオールと、エピクロロヒドリンかアルキレンオキシドとの反応の後に硫化水素ナトリウムと反応させることにより得られる、メルカプタン末端ポリオキシアルキレンエーテル;
− 商標名Capcure(登録商標)(Cognisより)として知られているポリオキシアルキレン誘導体の形態のメルカプト末端化合物、特にはWR−8、LOF、又は3−800製品;
− チオカルボン酸のポリエステル、例えばペンタエリスリトールテトラメルカプトアセテート、トリメチロールプロパントリメルカプトアセテート、グリコールジメルカプトアセテート、ペンタエリスリトールテトラ(3−メルカプトプロピオネート)、トリメチロールプロパントリ(3−メルカプトプロピオネート)、若しくはグリコールジ(3−メルカプトプロピオネート)、又は、ポリオキシアルキレンジオール若しくはトリオールか、エトキシル化トリメチロールプロパンか、ポリエステルジオールと、チオカルボン酸(チオグリコール酸又は2−若しくは3−メルカプトプロピオン酸等)とのエステル化生成物;又は
− メルカプト基を有する他の化合物、特には2,4,6−トリメルカプト−1,3,5−トリアジン、2,2’−(エチレンジオキシ)ジエタンチオール(トリエチレングリコールジメルカプタン)、又はエタンジチオール等;
などの、エポキシドに対して反応性を有する追加的な物質を含んでいてもよい。
硬化剤は、好ましくは、150g/mol未満、特には120g/mol未満の分子量を有するアミンをほとんど含まない。これは、好ましくは、150g/mol未満、特には120g/mol未満の分子量を有するアミンを2重量%未満、特には1重量%未満含む。そのような硬化剤は、毒性学的に及び臭気の点で特に有利であり、また特にきれいな表面を有するコーティングを可能にする。
本発明の硬化剤は、好ましくは、硬化剤中の全てのアミン水素の15〜80%、より好ましくは20〜70%が式(I)のアミン由来となるのに十分な式(I)のアミンを含む。
本発明の硬化剤は、好ましくは、硬化剤中の全てのアミン水素の20〜70%、より好ましくは30〜60%が式(II)のアミン由来となるのに十分な式(II)のアミンを含む。
特に好ましい硬化剤は、追加的なアミンとして、2〜12個の炭素原子と少なくとも1つのエポキシドとを有する少なくとも1種のポリアミンから形成される、少なくとも3つのアミン水素を有する少なくとも1種の付加体を含有する。
そのような硬化剤では、式(I)のアミン、式(II)のアミン、付加体、及び任意の追加的なアミンは、硬化剤中に存在する全てのアミン水素が、
15〜50%が式(I)のアミン由来であり、
30〜60%が式(II)のアミン由来であり、
15〜50%が少なくとも3つのアミン水素を有する付加体由来であり、
0〜10%が追加的なアミン由来である、
ような量で存在する。
そのような硬化剤は臭気が少なく、低粘度であり、空気と接触しても濁りやクラストをほとんど形成しない。エポキシ樹脂に対して、これは特に良好な相溶性を有し高い希釈効果を有する。そのため、これは、良好な加工性を有し、特に迅速に硬化し、実質的に白化作用がない、低排出エポキシ樹脂組成物を可能にし、非常に高光沢かつ高硬度のフィルムを形成する。
本発明は、更に:
− 少なくとも1種のエポキシ樹脂を含む樹脂要素;並びに
− 上述した少なくとも1種の式(I)のアミン及び少なくとも1種の式(II)のアミンを含有する硬化剤を含む硬化剤要素;
を含有するエポキシ樹脂組成物を提供する。
ここでの樹脂要素及び硬化剤要素は、典型的には別々の容器の中で存在し、それぞれ貯蔵安定性を有する。これらは塗布直前まで互いに混合されず、その結果これらの反応性基が互いに接触して組成物を硬化させる。
好適なエポキシ樹脂は、標準的な工業用のエポキシ樹脂である。これらは公知の手法で、例えば対応するオレフィンの酸化から、又はエピクロロヒドリンと対応するポリオール、ポリフェノール、若しくはアミンとの反応から、得られる。
特に好適なエポキシ樹脂は、いわゆる液体ポリエポキシド樹脂であり、以降「液体樹脂」という。これらは25℃未満のガラス転移温度を有する。
同様に、エポキシ樹脂として、25℃より高いガラス転移温度を有するいわゆる固体樹脂も可能であり、これは25℃で注ぎ入れることが可能な粉末状に砕くことができる。
好適なエポキシ樹脂は、特には芳香族エポキシ樹脂、特には:
− ビスフェノールA、ビスフェノールF、又はビスフェノールA/F、ここでAはアセトンを表し、Fはホルムアルデヒドを表し、これらはこれらのビスフェノール合成のための反応物として機能する。ビスフェノールFの場合、位置異性体、特には2,4’−若しくは2,2’−ヒドロキシフェニルメタン由来の位置異性体も存在し得る;
− レゾルシノール、ヒドロキノン、又はカテコールなどのジヒドロキシベンゼン誘導体;
− ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)メタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)プロパン(ビスフェノールC)、ビス(3,5−ジメチル)−4−ヒドロキシフェニル)メタン、2,2−ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3,5−ジブロモ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−tert−ブチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン(ビスフェノール−B)、3,3−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ペンタン、3,4−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサン、4,4−ビス(4−ヒドロキシフェニル)へプタン、2,4−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−2−メチルブタン、2,4−ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−2−メチルブタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン(ビスフェノールZ)、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン(ビスフェノールTMC)、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−フェニルエタン、1,4−ビス[2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−プロピル]ベンゼン(ビスフェノールP)、1,3−ビス[2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−プロピル]ベンゼン(ビスフェノールM)、4,4’−ジヒドロキシジフェニル(DOD)、4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン、ビス(2−ヒドロキシナフト−1−イル)メタン、ビス(4−ヒドロキシナフト−1−イル)メタン、1,5−ジヒドロキナフタレン、トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)エーテル、又はビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン等の、別のビスフェノール又はポリフェノール;
− フェノールノボラック又はクレゾールノボラック等の、酸性条件下で得られるホルムアルデヒドとフェノールとの縮合生成物;
− アニリン、トルイジン、4−アミノフェノール、4,4’−メチレンジフェニルジアミン、4,4’−メチレンジフェニルジ(N−メチル)アミン、4,4’−[1,4−フェニレンビス(1−メチルエチリデン)]ビスアニリン(ビスアニリンP)、又は4,4’−[1,3−フェニレンビス(1−メチルエチリデン)]ビスアニリン(ビスアニリンM)等の芳香族アミン;
のグリシジル化生成物である。
他の好適なエポキシ樹脂は、脂肪族若しくは脂環式のポリエポキシド、特には:
− 飽和又は不飽和の、分岐又は非分岐の、環状又は鎖状の、二官能性、三官能性、又は四官能性のC〜C30アルコール、特にはエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、ポリプロピレングリコール、ジメチロールシクロヘキサン、ネオペンチルグリコール、ジブロモネオペンチルグリコール、ヒマシ油、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ペンタエリスリトール、ソルビトール若しくはグリセロール、又はアルコキシレート化グリセロール若しくはアルコキシレート化トリメチロールプロパン;
− 水素化ビスフェノールA、F、若しくはA/F液体樹脂、又は水素化ビスフェノールA、F、若しくはA/Fのグリシジル化生成物;
− トリグリシジルシアヌレート若しくはトリグリシジルイソシアヌレート、又はエピクロロヒドリンとヒダントインとの反応生成物などの、アミド若しくはヘテロ環窒素塩基のN−グリシジル誘導体;
− オレフィン(特にはビニルシクロヘキセン、ジシクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、シクロドデカジデン、シクロドデカトリエン、イソプレン、1,5−ヘキサジエン、ブタジエン、ポリブタジエン、又はジビニルベンゼン等)の酸化由来のエポキシ樹脂;
である。
樹脂要素中の好ましいエポキシ樹脂は、好ましくはビスフェノール系液体樹脂、特には例えばDow、Huntsman、又はMomentiveから市販されているビスフェノールA、ビスフェノールF、又はビスフェノールA/Fのジグリシジルエーテルである。これらの液体樹脂はエポキシ樹脂としては低粘度であり、硬化した状態でコーティングとして良好な特性を有する。これらは固体のビスフェノールA樹脂又はフェノールノボラックの部分を含み得る。
樹脂要素は、反応性希釈剤、特には少なくとも1つのエポキシ基を有する反応性希釈剤を含み得る。好適な反応性希釈剤は、特には一価若しくは多価のフェノール又は脂肪族若しくは脂環式のアルコールのジグリシジルエーテル、特には既に述べたジオール若しくはポリオールのポリグリシジルエーテル、又は更には、フェニルグリシジルエーテル、クレジルグリシジルエーテル、グアイアコールグリシジルエーテル、4−メトキシフェニルグリシジルエーテル、p−n−ブチルフェニルグリシジルエーテル、p−tert−ブチルフェニルグリシジルエーテル、4−ノニルフェニルグリシジルエーテル、4−ドデシルフェニルグリシジルエーテル、カルダノールグリシジルエーテル、ベンジルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、ヘキシルグリシジルエーテル、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル、又は天然アルコールのグリシジルエーテル(特にはC〜C10アルキルグリシジルエーテル又はC12〜C14アルキルグリシジルエーテル等)などである。反応性希釈剤をエポキシ樹脂に添加すると、粘度の低下並びに/又はガラス転移温度及び/若しくは機械的な値の低下がもたらされる。
エポキシ樹脂組成物は、任意選択的には、追加的な要素、特にはエポキシ樹脂の中で慣習的に使用されている補助剤及び添加剤、例えば次のもの:
− 溶剤、希釈剤、又は増量剤、特には既に述べた希釈剤など;
− 反応性希釈剤、特には上述したようなエポキシ基を有する反応性希釈剤、エポキシ化天然油(大豆油、亜麻仁油、又はパーム核油等)、又はアセト酢酸エステル基を有する化合物(特にはアセトアセチル化ポリオール)、ブチロラクトン、カーボネート、アルデヒド、及びイソシアネート、又は反応性基を有するシリコーン;
− ポリマー、特にはポリアミド、ポリスルフィド、ポリビニルホルマール(PVF)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリウレタン(PUR)、カルボキシル基を有するポリマー、ポリアミド、ブタジエン−アクリロニトリルコポリマー、スチレン−アクリロニトリルコポリマー、ブタジエン−スチレンコポリマー、不飽和モノマーのホモポリマー若しくはコポリマー(特にはエチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン、イソプレン、酢酸ビニル、又はアルキル(メタ)アクリレートを含む基由来)、特にはクロロスルホネート化ポリエチレン、又はフッ素含有ポリマー、スルホンアミド変性メラミン、又は精製モンタンワックス;
− 無機若しくは有機フィラー、特には任意選択的に脂肪酸(特にはステアリン酸エステル)で被覆されていてもよい粉砕若しくは沈降炭酸カルシウム、バライト(重晶石)、タルク、石英粉末、ケイ砂、黒雲母、ドロマイト、珪灰石、カオリン、マイカ(ケイ酸アルミニウムカリウム)、モレキュラーシーブ、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、シリカ、セメント、石膏、フライアッシュ、カーボンブラック、黒鉛、金属粉末(アルミニウム、銅、鉄、亜鉛、銀、又は鋼鉄等)、PVC粉末、又は中空球;
− 繊維、特にはガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、セラミック繊維、又はポリマー繊維(ポリアミド繊維又はポリエチレン繊維等);
− 顔料、特には二酸化チタン及び/又は酸化鉄;
− 上述した促進剤;
− レオロジー調整剤、特には希釈剤又は沈降防止剤;
− 接着性向上剤、特にはオルガノアルコキシシラン;
− 酸化、熱、光、又は紫外線に対する安定化剤;
− 難燃性物質、特には水酸化アルミニウム(ATH)、水酸化マグネシウム(MDH)、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン、ホウ酸(B(OH))、ホウ酸亜鉛、リン酸亜鉛、ホウ酸メラミン、シアヌル酸メラミン、ポリリン酸アンモニウム、リン酸メラミン、ピロリン酸メラミン、ポリ臭化ジフェニルオキシド若しくはジフェニルエーテル、リン酸塩(特にはジフェニルクレジルホスフェート、レゾルシノールビス(ジフェニルホスフェート、レゾルシノールジホスフェートオリゴマー、テトラフェニルレゾルシノールジホスファイト、エチレンジアミンジホスフェ―ト、又はビスフェノールA ビス(ジフェニルホスフェート)、トリス(クロロエチル)ホスフェート、トリス(クロロプロピル)ホスフェート、又はトリス(ジクロロイソプロピル)ホスフェート、トリス[3−ブロモ−2,2−ビス(ブロモメチル)プロピル]ホスフェート等)、テトラブロモビスフェノール−A、ビスフェノールAのビス(2,3−ジブロモプロピルエーテル)、臭素化エポキシ樹脂、エチレンビス(テトラブロモフタルイミド)、エチレンビス(ジブロモノルボルナンジカルボキシイミド)、1,2−ビス(トリブロモフェノキシ)エタン、トリス(2,3−ジブロモプロピル)イソシアヌレート、トリブロモフェノール、ヘキサブロモシクロドデカン、ビス(ヘキサクロロシクロペンタジエノ)シクロオクタン、又はクロロパラフィン;
− 表面活性化物質、特には湿潤剤、レベリング剤、脱気剤、又は消泡剤;
− 例えば殺藻剤、殺真菌剤、又は真菌増殖阻害物質などの殺生物剤;
を含有していてもよい。
好ましくは、エポキシ樹脂組成物は、他の補助剤及び添加剤、特には湿潤剤、レベリング剤、消泡剤、安定化剤、顔料、及び/又は促進剤、特にはサリチル酸及び/又は2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノールを含有する。
好ましくは、エポキシ樹脂組成物は、希釈剤を含んでいたとしても少量でしか(好ましくは10重量%以下、特には5重量%以下)含まない。
エポキシ樹脂組成物中で、エポキシ基の数に対するエポキシド基反応性基の数の比率は、好ましくは0.5〜1.5、特には0.7〜1.2の範囲である。
エポキシ樹脂組成物中の2つの要素は、それぞれ別個の容器の中で貯蔵される。エポキシ樹脂組成物中の追加的な構成要素は、樹脂要素又は硬化剤要素の構成要素として存在していてもよく、エポキシ基に対して反応性を有する追加的な構成要素は、好ましくは硬化剤要素の構成要素として存在する。樹脂要素又は硬化剤要素を貯蔵するための好適な容器は、特には大桶、ペール缶、袋、バケツ、缶、カートリッジ、又はチューブである。要素は貯蔵可能である。すなわち、これらは使用の前に、それらの使用に妥当な程度にそれぞれの特性を変化させずに数か月から最大1年あるいはそれ以上貯蔵できる。エポキシ樹脂組成物を使用するためには、樹脂要素及び硬化剤要素は、塗布の直前又は塗布中に互いに混合される。2つの要素間の混合比は、好ましくは硬化剤要素のエポキシ基反応性基が上述したような樹脂要素のエポキシ基に対して適切な比率であるように選択される。重量部で、樹脂要素と硬化剤要素との間の混合比は典型的には1:10〜10:1の範囲である。
2つの要素の混合は適切な方法によって行われ、これは連続式で行われてもバッチ式で行われてもよい。塗布の前に混合が行われる場合、例えば基材への遅いあるいは不完全な接着の発現などの不具合が生じうることから、要素の混合と塗布との間の時間を置きすぎないように確実にしなくてはならない。混合は、特には周囲温度で行われ、これは典型的には約5〜50℃、好ましくは約10〜30℃の範囲である。
樹脂要素と硬化剤要素を混合すると、化学反応によって硬化が開始する。エポキシ基は、アミン水素を有するアミノ基、及び開環してアミノアルコール単位を与える任意の追加的なエポキシ基反応性基と反応する。追加的なエポキシ基は、アニオン重合においてそれ自体と反応する。これらの反応の結果として、要素が硬化して架橋したポリマーを与える。一級アミノ基がエポキシドに対して二官能性であり、そのため1つの一級アミノ基が2つのエポキシ基反応性基としてカウントされることは当業者は認識している。
硬化は、特には周囲温度で行われる。これは典型的には、所定の条件でこれが実質的に完結するまで数日から数週間継続する。継続時間は、温度、要素の反応性及びそれらの化学量論量、並びに促進剤の存在などの因子に依存する。
そのため、本発明は更に、上述したエポキシ樹脂組成物の硬化により得られる硬化した組成物を提供する。
エポキシ樹脂組成物は少なくとも1つの基材上に塗布され、次の基材が得に好適である:
− ガラス、ガラスセラミック、コンクリート、モルタル、レンガ、タイル、石膏、及び天然石(花こう岩又は大理石等);
− アルミニウム、鉄、鋼鉄、若しくは非鉄金属などの金属若しくは合金、又は亜鉛メッキされた若しくはクロムメッキされた金属などの表面仕上げされた金属若しくは合金;
− 皮革、繊維製品、紙、木、樹脂(例えばフェノール樹脂、メラミン樹脂、又はエポキシ樹脂)に接着している木質材料、樹脂−繊維製品複合材料、又は別のポリマー複合材料;
− ポリマー、特には硬質若しくは軟質PVC、ABS、ポリカーボネート(PC)、ポリアミド(PA)、ポリエステル、PMMA、エポキシ樹脂、PUR、POM、PO、PE、PP、EPM、又はEPDM、この中のポリマーは任意選択的にはプラズマ、コロナ、又は炎により表面処理されたものであってもよい;
− 炭素繊維強化プラスチック(CFP)、ガラス繊維強化プラスチック(GFP)、又はシート成形コンパウンド(SMC)などの繊維強化プラスチック;
− 粉体被覆金属又は合金などの被覆基材;
− 塗料又はワニス。
必要に応じて、基材は、エポキシ樹脂組成物の塗布の前に前処理されてもよい。この種類の前処理としては、特には物理的及び/又は化学的洗浄方法、例えば研磨、サンドブラスト、ショットブラスト、ブラシがけ、及び/又は吹き付けが挙げられ、また洗浄剤若しくは溶剤での処理、又は接着促進剤、接着促進剤溶液、若しくはプライマーの塗布も挙げられる。
上述したエポキシ樹脂組成物は、有利には、特にはCFP若しくはGFPなどの繊維複合材料(複合材料)のための繊維複合材料マトリックスとして、又は埋め込み用コンパウンド、シーラント、接着剤、被覆材、コーティング、塗料、ワニス、シール材、ベースコート、又はプライマーとして利用可能である。
これは、特には例えば電気製品の埋め込み用コンパウンドとしてなどの埋め込み用コンパウンドとして、又は接着剤として、特には車体接着剤、サンドイッチエレメントの接着剤、風力タービンの回転翼のためのハーフシェル接着剤、橋の要素の接着剤、又は固着接着剤として、利用可能である。
これは、特に、建設及び工業用途のための被覆材、コーティング、塗料、ワニス、シール材、ベースコート、又はプライマーとして、特にはオフィス、工場、体育館、又は冷却空間などの内装のための、又は屋外(バルコニー、テラス、パーキングデッキ、橋又は屋根用)のための床の被覆材又はフロアコーティングとして、例えば船舶、桟橋、海上プラットフォーム、水門、水力発電所、河川工事、スイミングプール、風力タービン、橋、煙突、クレーン、又は矢板壁などの、例えば木の構造物、乗り物、土場、タンク、サイロ、シャフト、パイプライン、機械、又は鉄鋼構造物の表面シーリングのための、コンクリート、セメント、金属、プラスチック、又は木のための保護コーティングとしても利用可能である。
これは、ベースコート、アンダーコート、タイコート、又は耐食プライマーとしても特に利用可能である。
特にコーティング、被覆材、又は塗料として使用される場合に、完全に若しくは部分的に硬化したエポキシ樹脂組成物に、追加的なコーティング、追加的な被覆材、又は追加的な塗料を塗布することができ、この場合の前記追加的な層も同様にエポキシ樹脂組成物であってもよく、あるいは別の材料、特にはポリウレタン又はポリウレアコーティングであってもよい。
特に有利には、上述したエポキシ樹脂組成物はコーティングとして使用される。
したがって、本発明は更に、上述したエポキシ樹脂組成物を含むコーティングを提供する。
コーティングは、本明細書では領域全体にわたって塗布されるあらゆる種類の被覆、特には上述した塗料、ワニス、シール材、ベースコート、若しくはプライマー、又は床被覆材若しくは保護コーティングを意味し、特には耐久性のある腐食保護のためのものも意味すると理解される。
特に有利には、上述したエポキシ樹脂組成物は、環境品質シール(例えばEmicode(EC1 Plus)、AgBB、DIBt、Der Blaue Engel、AFSSET、RTS(M1)、及び米国グリーンビルディング協会(LEED))を有する低排出コーティングにおいて使用される。
コーティングとして、エポキシ樹脂組成物は、有利にはコーティング方法において使用され、この中でこれは低粘度かつ良好なレベリング特性を有する流体稠度を有しており、これは特にはほぼ平らな領域へのセルフレベリング若しくはチクソトロピーコーティングとして、又は塗料として塗布される。好ましくは、塗布されたエポキシ樹脂組成物は、樹脂要素と硬化剤要素が混合された直後に、300〜4,000mPa.sの範囲、好ましくは300〜2,000mPa.sの範囲、より好ましくは300〜1,500mPa.sの範囲の20℃で測定される粘度を有する。混合された組成物は、典型的には周囲温度で、典型的には約50μm〜約5mmの厚さの層を有する薄いフィルムとして、面積全体に処理時間内に基材上に塗布される。塗布は、特にはコーティングする基材の上に流し込み、引き続き例えばコーティングバー又はクシメごてなどを使用して均一に分布させることで行われる。塗布は、刷毛若しくはローラーを用いて、又は噴霧塗布の形態で、例えば鋼鉄上の耐食コーティングとして行うこともできる。
硬化によって、典型的には実質的に透明で光沢のある非粘着性の高硬度のフィルムが生じ、これは幅広い様々な基材に対して良好な接着性を有する。
エポキシ樹脂組成物の塗布により、上述したエポキシ樹脂組成物の硬化によって硬化した組成物を含む物品が生じる。硬化した組成物は、特にはコーティングの形態である。
上述したエポキシ樹脂組成物は、有利な特性によって特徴付けられる。これは低臭かつ低排出であり、低粘度であり、そのため非常に優れた加工性を有し、不都合な硬化条件下であっても白化に関連する欠陥をほとんど示さない。これは例えば8℃などの比較的低温であっても迅速に硬化し、高光沢度及び低い黄変傾向を有する均一で非粘着性の表面を有する高硬度の高品質ポリマーを形成する。
以降に上述した本発明をより詳しく説明することを意図した実施例を提示する。本発明がこれらの記載されている実施例に限定されないことは理解されるであろう。
「AHEW」はアミン水素当量を表す。「EEW」はエポキシ当量を表す。「標準気候条件」は、23±1℃の温度及び50±5%の相対空気湿度を意味する。「SCC」は「標準気候条件」を表す。
試験方法の記述:
粘度は、温度制御式のRheotec RC30コーン−プレート型粘度計(コーン直径50mm、コーン角1°、コーンの先端からプレートまでの距離0.05mm、せん断速度10rpm)で測定した。
アミン価は滴定により決定した(クリスタルバイオレットに対する酢酸中の0.1NのHClO溶液を使用)。
使用した式(I)のアミンを含む物質:
Cardolite(登録商標) GX−6013:
20〜30重量%のカルダノール及び約1重量%の1,3−ビス(アミノメチル)ベンゼンを含有する、180g/molのAHEWを有するCardoliteからのフェナルカミン硬化剤。
使用した式(II)のアミンを含む物質:
N−ベンジルプロパン−1,2−ジアミン:
丸底フラスコに、窒素雰囲気下、室温で444.8g(6mol)のプロパン−1,2−ジアミンを最初に入れた。よく撹拌しながら、1500mlのイソプロパノール中に212.2g(2mol)のベンズアルデヒドが入っている溶液をゆっくり滴下し、混合物を2時間撹拌した。その後、連続水添装置の中で、90barの水素圧、85℃の温度、及び5ml/分の流量で、Pd/C固定床触媒を用いて反応混合物を水添した。反応を追跡する目的で、約1665cm−1でのイミンのバンドが消失したかどうかを確認するためにIR分光法を使用した。その後、水添された溶液を65℃でロータリーエバポレーター上で濃縮し、未反応のプロパン−1,2−ジアミン及びイソプロパノールを除去した。透明な淡黄色の液体を得た。この300gを減圧下で80℃で蒸留し、60〜63℃の蒸気温及び0.08〜0.09barで237.5gの蒸留物を回収した。682mg KOH/gのアミン価を有する無色液体を得た。これは、H NMRによると、N−ベンジルプロパン−1,2−ジアミン及びN−ベンジルプロパン−1,2−ジアミンの約2/1の比率での混合物であり、>97%のGC純度を有していた。
使用した他の物質:
Araldite(登録商標) GY250:ビスフェノールAジグリシジルエーテル、EEW 187.5g/eq(Huntsmanより)
Araldite(登録商標) DY−E:C12〜C14アルコールのモノグリシジルエーテル、EEW 290g/eq(Huntsmanより)
EP付加体1:1,5−ジアミノ−2−メチルペンタンとAraldite(登録商標) DY−Kとの反応生成物、以降に記載の通りに合成、AHEW 106.5g/eq
EP付加体2:プロピレン−1,2−ジアミンとAraldite(登録商標) DY−Kとの反応生成物、以降に記載の通りに合成、AHEW 90.0g/eq
Araldite(登録商標) DY−K:クレジルグリシジルエーテル、EEW 182g/eq(Huntsmanより)
Gaskamine(登録商標) 240:スチレン化1,3−ビス(アミノメチル)ベンゼン、AHEW 103g/eq(三菱ガス化学株式会社より)
MXDA:1,3−ビス(アミノメチル)ベンゼン、AHEW 34g/eq(三菱ガス化学株式会社より)
IPDA:3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルアミン、AHEW 42.6g/eq(EvonikのVestamin(登録商標) IPD)
TMD: 2,2(4),4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、AHEW 39.6g/eq(EvonikのVestamin(登録商標) TMD)
1,3−BAC: 1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、AHEW 35.5g/eq(三菱ガス化学株式会社より)
MCDA:2−メチルシクロヘキサン−1,3(5)−ジアミン、AHEW 32g/eq(BASFのBaxxodur(登録商標) EC210)
EP付加体1は、最初に入れた4.65kgの1,5−ジアミノ−2−メチルペンタン(InvistaのDytek(登録商標) A)を窒素雰囲気下で70℃に加熱し、その後よく撹拌しながら1.83kgのAraldite (登録商標) DY−Kをゆっくり添加することによって合成した。その過程での反応混合物の温度は70℃〜80℃であった。80℃で1時間後、反応混合物を冷却し、1,5−ジアミノ−2−メチルペンタン及びその他の揮発性成分を、薄膜蒸留装置による蒸留(0.5〜1mbar、ジャケット温度160℃)によって除去した。
EP付加体2は、最初に入れた4.15kgのプロピレン−1,2−ジアミンを窒素雰囲気下で70℃に加熱し、その後よく撹拌しながら2.93gのAraldite (登録商標) DY−Kをゆっくり添加することによって合成した。その過程での反応混合物の温度は70℃〜80℃であった。80℃で1時間後、反応混合物を冷却し、プロピレン−ジアミン及びその他の揮発性成分を、薄膜蒸留装置による蒸留(0.5〜1mbar、ジャケット温度115℃)によって除去した。
硬化剤及びエポキシ樹脂組成物の製造:
各実施例について、遠心混合装置(SpeedMixerTM DAC150、FlackTek Inc.)を使用して、表1又は2に記載されている要素を、記載の量(重量部単位)の硬化剤要素の中に混合し、水分を排除しながら貯蔵した。
同様に、表1及び2に記載されている樹脂要素の構成要素を処理し、貯蔵した。
引き続き、各組成物の2つの要素を遠心混合装置によって処理することで均一な液体を得た。これは次の通りに直ちに試験した:
混合して10分後、粘度を20℃で決定した(「粘度(10’)」)。
最初のフィルムを500μmの層厚さでガラスプレートにコーティングし、これを標準気候条件下で貯蔵/硬化した。このフィルムについて、1日後(「ケーニッヒ硬度(1d SCC)」)、2日後(「ケーニッヒ硬度(2d SCC)」)、4日後(「ケーニッヒ硬度(4d SCC)」)、7日後(「ケーニッヒ硬度(7d SCC)」)、及び14日後(「ケーニッヒ硬度(14d SCC)」)にケーニッヒ硬度(DIN EN ISO1522に従って測定したケーニッヒペンデュラム硬度)を測定した。14日後、フィルムの外観を評価した(表中で「外観(SCC)」と表示)。「きれい」なフィルムは、透明であり、構造がなく光沢がある非粘着性表面を有するものとした。「構造」は、表面上の任意の種類のドローイング又はパターンを意味する。
2番目のフィルムを500μmの層厚さでガラスプレートに塗布し、これを塗布直後に8℃、80%の相対湿度で7日間、その後標準気候条件下で14日間、貯蔵(すなわち硬化)した。塗布してから24時間後、真下に小さい湿ったスポンジが位置しているポリプロピレン製の瓶の蓋をフィルムの上に置いた。更に24時間後、スポンジと蓋を取り除き、フィルム上の新しい場所に置き、ここでこれを24時間後に再度取り除いて位置を変え、これを合計4回行った。その後、このフィルムの外観を外観(SCC)について記載したのと同じ方法で評価した(表中で「外観(8°/80℃)」と表示)。ここでは各場合において上にある湿ったスポンジ及び/又は蓋の結果としてのフィルム中の目に見える痕の数も報告した。ここでも、得られた硬化したフィルムについて、各場合において8℃及び80%の相対湿度で7日後(「ケーニッヒ硬度(7d8°/80%)」)、次いでSCCで更にその2日後(「ケーニッヒ硬度(+2d SCC)」)、SCCで7日後(「ケーニッヒ硬度(+7d SCC)」)、及びSCCで14日後(「ケーニッヒ硬度(+14d SCC)」)にケーニッヒ硬度を決定した。
決定した黄変の追加的な測定は、耐候試験機中での強制劣化後の色の変化であった。この目的のために、500μmの層厚さの別のフィルムをガラスプレート上にコーティングし、標準気候条件下で2週間貯蔵(すなわち硬化)し、その後これをQ−SUN Daylight−Q光学フィルターと、340nmで0.51W/mの光強度のキセノンランプとを有するQ−Sun Xenon Xe−1型の耐候試験機の中で65℃の温度で72時間強制劣化させた(Q−Sun(72h))。その後、このようにして強制劣化したフィルムの、対応する強制劣化していないフィルムと比較した色差ΔEを、シリコン光電子ダイオード検出器、光源A、色空間測定インターフェースCIE Lを備えたShenzen 3NH Technology Co.LTD製のNH310比色計によって決定した。ΔEの値が高いことは色の差が大きいこと、すなわち有意な黄変を意味する。
結果は表1及び2に報告されている。
エポキシ樹脂組成物EZ−1〜EZ−3は本発明の実施例である。エポキシ樹脂組成物Ref−1〜Ref−7は比較例である。
Figure 0006795604
Figure 0006795604

Claims (15)

  1. 以下を含有する、エポキシ樹脂用の硬化剤:
    − 少なくとも1種の式(I)のアミン:
    Figure 0006795604
    (式中、
    は、2〜15個の炭素原子を有するアルキレンラジカルであり、任意選択的にシクロアルキル又はアリール環を有し、任意選択的にエーテル酸素又はアミン窒素を含み、1,2−プロピレンではなく、
    は、水素ラジカル、又は1〜8個の炭素原子を有するアルキルラジカル、又はフェニルラジカルであり、
    Xは、ヒドロキシル、それぞれ1〜18個の炭素原子を有するアルキル、アルケニル、及びアルコキシからなる群から選択される同じ又は異なるラジカルを表し、任意選択的にエーテル若しくはヒドロキシル酸素又はアミン窒素を含み、
    mは、0又は1又は2であり、
    nは1又は2又は3である);並びに
    − 少なくとも1種の式(II)のアミン:
    Figure 0006795604
    (式中、
    は、1,2−エチレン及び1,2−プロピレンから選択されるアルキレンラジカルであり、
    は、水素又はメチル若しくはフェニルラジカルであり、
    Qは、任意選択的に環の中に酸素、硫黄、又は窒素原子を有し、かつ4〜7個の炭素原子を有する5、6、又は7員のシクロアルキル又はアリールラジカルであり、
    Yは、それぞれ1〜18個の炭素原子を有するアルキル、アルコキシ、及びジアルキルアミノからなる群から選択される同じ又は異なるラジカルを表し、
    pは、0又は1又は2又は3である)。
  2. が、1,2−エチレン、1,3−プロピレン、2−メチル−1,5−ペンチレン、1,6−ヘキシレン、2,2(4),4−トリメチル−1,6−ヘキシレン、1,3−シクロヘキシレンビス(メチレン)、1,3−フェニレンビス(メチレン)、(1,5,5−トリメチルシクロヘキサン−1−イル)メタン−1,3,3−アザ−1,5−ペンチレン、3,6−ジアザ−1,8−オクチレン、3,6,9−トリアザ−1,11−ウンデシレン、4−アザ−1,7−ヘプチレン、3−アザ−1,6−ヘキシレン、4,7−ジアザ−1,10−デシレン、及び7−アザ−1,13−トリデシレンからなる群から選択される同じ又は異なるラジカルを表すことを特徴とする、請求項1に記載の硬化剤。
  3. Xが、ヒドロキシル、メチル、メトキシ、tert−ブチル、ノニル、ドデシル、ペンタデカ−8−エニル、ペンタデカ−8,11−ジエニル、ペンタデカ−8,11,14−トリエニル、N,N−ジメチルアミノメチル、N,N−ジエチルアミノメチル、N−メチル−N−エチルアミノメチル、N−メチル−N−ブチルアミノメチル、N,N−ビス(ヒドロキシエチル)アミノメチル、N−メチル−N−ヒドロキシエチルアミノメチル、N−エチル−N−ヒドロキシエチルアミノメチル、N−ブチル−N−ヒドロキシエチルアミノメチル、N−ピロリジニルメチル、N−ピペリジニルメチル、N−モルホリニルメチル、(3−(N,N−ジメチルアミノ)プロピル)アミノメチル、又は(3−(3−(N,N−ジメチルアミノ)プロピル)アミノプロピル)アミノメチルからなる群から選択されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の硬化剤。
  4. mが、1であり、Xが、ペンタデカ−8−エニル又はペンタデカ−8,11−ジエニル又はペンタデカ−8,11,14−トリエニルであり、前記Xラジカルは、フェノール性OHを基準として、3位にあり、他のラジカルは、2位及び/又は4位及び/又は6位にあることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の硬化剤。
  5. 前記式(I)のアミンが、以下からなる群から選択される反応からの反応生成物の形態で使用されることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の硬化剤:
    (i)の反応:
    − 少なくとも1種の式(III)の一級ジアミン
    NH−A−NH (III)
    と、
    − 少なくとも1種の式(IV)のアルデヒド
    Figure 0006795604
    と、
    − 少なくとも1種の式(V)のフェノール化合物
    Figure 0006795604
    と、の水の脱離を伴う反応;
    (ii)の反応:
    − 少なくとも1種の前記式(III)の一級ジアミンと、
    − 少なくとも1種の式(VI)のマンニッヒ塩基
    Figure 0006795604
    と、の式R−NH−Rのアミンの脱離を伴う反応;及び
    (iii)の反応:
    − 少なくとも1種の前記式(III)の一級ジアミンと、
    − 少なくとも1種の式(VII)のアルデヒド又はケトン
    Figure 0006795604
    と、
    −水素と、の水の脱離を伴う反応。
  6. が、1,2−プロピレンであることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の硬化剤。
  7. Qが、任意選択的にYで置換されたフェニルラジカルであることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の硬化剤。
  8. が、1,2−プロピレンであり、Rが、水素ラジカルであり、Qがフェニルラジカルであり、pが、0であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の硬化剤。
  9. 前記式(II)の前記アミンが、エチレン−1,2−ジアミン又はプロピレン−1,2−ジアミンと、式(VIII)のアルデヒド又はケトン及び水素との還元的アルキル化からの反応生成物の形態で使用されることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の硬化剤:
    Figure 0006795604
  10. 前記式(I)又は(II)に当てはまらない少なくとも1種の追加的なアミン、及び/又は少なくとも1種の促進剤が、追加的に存在することを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の硬化剤。
  11. 十分な前記式(I)のアミンが存在し、前記硬化剤中の全てのアミン水素の15〜80%が、前記式(I)のアミン由来となることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載の硬化剤。
  12. 前記硬化剤中の全てのアミン水素の20〜70%が前記式(II)の前記アミン由来となるのに十分な前記式(II)のアミンが存在することを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載の硬化剤。
  13. 以下を含む、エポキシ樹脂組成物:
    − 少なくとも1種のエポキシ樹脂を含む樹脂要素;及び
    − 請求項1〜12のいずれか一項に記載の硬化剤を含む硬化剤要素。
  14. 請求項13に記載のエポキシ樹脂組成物を含む、コーティング。
  15. 請求項13に記載のエポキシ樹脂組成物又は請求項14に記載のコーティングの硬化により得られる、硬化した組成物。
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