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JP7761248B2 - Epoxy resin composition, epoxy resin cured product, decomposable epoxy resin composition, recycled cured product, method for decomposing and recycling epoxy resin cured product, monomer compound, dimer compound, trimer compound and cured product thereof - Google Patents
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JP7761248B2 - Epoxy resin composition, epoxy resin cured product, decomposable epoxy resin composition, recycled cured product, method for decomposing and recycling epoxy resin cured product, monomer compound, dimer compound, trimer compound and cured product thereof - Google Patents

Epoxy resin composition, epoxy resin cured product, decomposable epoxy resin composition, recycled cured product, method for decomposing and recycling epoxy resin cured product, monomer compound, dimer compound, trimer compound and cured product thereof

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JP7761248B2 JP2021074440A JP2021074440A JP7761248B2 JP 7761248 B2 JP7761248 B2 JP 7761248B2 JP 2021074440 A JP2021074440 A JP 2021074440A JP 2021074440 A JP2021074440 A JP 2021074440A JP 7761248 B2 JP7761248 B2 JP 7761248B2
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Description

本発明は、エポキシ樹脂組成物、エポキシ樹脂硬化物、エポキシ樹脂分解性組成物、リサイクル硬化物、エポキシ樹脂硬化物の分解方法、リサイクル方法、単量体化合物、二量体化合物および三量体化合物とその硬化物に関する。 The present invention relates to an epoxy resin composition, a cured epoxy resin, a decomposable epoxy resin composition, a recycled cured product, a method for decomposing and recycling a cured epoxy resin, a monomer compound, a dimer compound, a trimer compound, and cured products thereof.

エポキシ樹脂は、最も一般的な高分子材料の一つであり、塗装、塗料、プライマー、接着剤、複合材料など幅広い用途に使用されている。一般に、エポキシ樹脂は、架橋されたポリマーネットワーク構造により、優れた耐熱性、機械的特性、耐薬品性を示す一方で、熱硬化性を有することが多く、リサイクル性やリワーク性が低い。そのため、エポキシ樹脂とその複合体は、通常、埋め立てや焼却などの方法で廃棄され、生態系全体に大きな悪影響を与えている。特に、日常生活で使用されているエポキシ樹脂は、マイクロプラスチックの発生源の一つと考えられている。このため、分解および再利用可能な熱硬化性エポキシ樹脂の開発が強く望まれている。 Epoxy resins are one of the most common polymeric materials and are used in a wide range of applications, including coatings, paints, primers, adhesives, and composite materials. While epoxy resins generally exhibit excellent heat resistance, mechanical properties, and chemical resistance due to their cross-linked polymer network structure, they are often thermosetting, making them difficult to recycle or rework. As a result, epoxy resins and their composites are typically disposed of by landfilling or incineration, causing significant adverse effects on the ecosystem as a whole. In particular, epoxy resins used in everyday life are considered one of the sources of microplastics. Therefore, there is a strong demand for the development of degradable and reusable thermosetting epoxy resins.

例えば、エポキシ樹脂硬化物の分解に関する技術として、特許文献1には、グルタチオンなどの生体分子を含む開裂剤溶液中に、エポキシ樹脂硬化物で被覆された基材を浸漬する方法が記載されている。 For example, Patent Document 1 describes a technique for decomposing cured epoxy resin materials, in which a substrate coated with a cured epoxy resin material is immersed in a cleaving agent solution containing a biomolecule such as glutathione.

特開2013-535552号公報JP 2013-535552 A

しかしながら、特許文献1の方法は、単にエポキシ樹脂硬化物の分解を目的とするものであり、そのエポキシ樹脂組成物の組成によれば、分解物をリサイクルすることは難しい。すなわち、上述したような環境に優しいリサイクルシステムの構築の要請から、エポキシ樹脂組成物については、その硬化物の分解が可能であるだけでなく、分解物から再びネットワーク構造が構築されたリサイクル硬化物を作製可能であることが求められている。 However, the method described in Patent Document 1 is aimed simply at decomposing the cured epoxy resin material, and the composition of the epoxy resin composition makes it difficult to recycle the decomposed material. In other words, in response to the need to establish an environmentally friendly recycling system as described above, there is a demand for epoxy resin compositions that not only enable the decomposition of the cured material, but also enable the creation of recycled cured materials in which a network structure is reconstructed from the decomposed material.

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、エポキシ樹脂硬化物の分解とリサイクル(再硬化)が可能なエポキシ樹脂組成物を提供することを課題としている。また、このエポキシ樹脂組成物の硬化物、エポキシ樹脂分解性組成物、リサイクル硬化物、エポキシ樹脂硬化物の分解方法、リサイクル方法、単量体化合物、二量体化合物および三量体化合物とその硬化物を提供することを課題としている。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide an epoxy resin composition that allows for decomposition and recycling (re-curing) of cured epoxy resin products. It also aims to provide cured products of this epoxy resin composition, decomposable epoxy resin compositions, recycled cured products, methods for decomposing and recycling cured epoxy resin products, and monomeric, dimeric, and trimeric compounds and their cured products.

上記の課題を解決するため、本発明のエポキシ樹脂組成物は、以下のことを特徴としている。 To solve the above problems, the epoxy resin composition of the present invention has the following characteristics:

[1]両末端にエポキシ基を備え、かつ、ジスルフィド結合(-S-S-)を有するエポキシ樹脂モノマー(A1)と、
エポキシ基と結合可能な硬化剤(B)と、
を含む。
[1] an epoxy resin monomer (A1) having epoxy groups at both ends and a disulfide bond (—S—S—);
a curing agent (B) capable of bonding with an epoxy group;
Includes:

[2]前記エポキシ樹脂モノマー(A1)は、次式で表される化合物を含む。 [2] The epoxy resin monomer (A1) includes a compound represented by the following formula:

(Xは、ジスルフィド結合(S-S)であり、RおよびRは、同一または別異であって、芳香族炭素環、芳香族炭素環アルキル鎖、脂肪族炭素環、脂肪族炭素環アルキル鎖、または脂肪族炭素鎖を示す) (X is a disulfide bond (S—S), and R 1 and R 2 are the same or different and represent an aromatic carbocyclic ring, an aromatic carbocyclic alkyl chain, an aliphatic carbocyclic ring, an aliphatic carbocyclic alkyl chain, or an aliphatic carbon chain.)

[3]前記硬化剤は、ジスルフィド結合(-S-S-)を有する。 [3] The curing agent has a disulfide bond (-S-S-).

[4]前記硬化剤は、次式で表される硬化剤(B1)を含む。 [4] The curing agent includes a curing agent (B1) represented by the following formula:

(RおよびRは、同一または別異であって、芳香族炭素環、芳香族炭素環アルキル鎖、脂肪族炭素環、脂肪族炭素環アルキル鎖または脂肪族炭素鎖を示し、RおよびRは、同一または別異であって、1級、2級または3級アミン、イミダゾール、酸無水物、有機酸ヒドラジドを示す) ( R3 and R4 may be the same or different and represent an aromatic carbocyclic ring, an aromatic carbocyclic alkyl chain, an aliphatic carbocyclic ring, an aliphatic carbocyclic alkyl chain, or an aliphatic carbon chain; R5 and R6 may be the same or different and represent a primary, secondary, or tertiary amine, imidazole, acid anhydride, or organic acid hydrazide.)

[5]前記エポキシ樹脂モノマー(A1)と、ジスルフィド結合(-S-S-)を有していないエポキシ樹脂モノマー(A2)とのモル比(A1/A2)が、100/0~25/75であり、
前記硬化剤は、次式で表される硬化剤(B1)
[5] the molar ratio (A1/A2) of the epoxy resin monomer (A1) to the epoxy resin monomer (A2) not having a disulfide bond (—S—S—) is 100/0 to 25/75;
The curing agent is a curing agent (B1) represented by the following formula:

(RおよびRは、同一または別異であって、芳香族炭素環、芳香族炭素環アルキル鎖、脂肪族炭素環、脂肪族炭素環アルキル鎖または脂肪族炭素鎖を示し、RおよびRは、同一または別異であって、1級、2級または3級アミン、イミダゾール、酸無水物、有機酸ヒドラジドを示す)
と、
ジスルフィド結合(-S-S-)を有していない前記硬化剤(B2)とを含み、
前記硬化剤(B1)と前記硬化剤(B2)のモル比(B1/B2)が、100/0~0/100である。
( R3 and R4 may be the same or different and represent an aromatic carbocyclic ring, an aromatic carbocyclic alkyl chain, an aliphatic carbocyclic ring, an aliphatic carbocyclic alkyl chain, or an aliphatic carbon chain; R5 and R6 may be the same or different and represent a primary, secondary, or tertiary amine, imidazole, acid anhydride, or organic acid hydrazide.)
and,
the curing agent (B2) having no disulfide bond (—S—S—),
The molar ratio (B1/B2) of the curing agent (B1) to the curing agent (B2) is 100/0 to 0/100.

[6]前記硬化剤(B)における前記硬化剤(B1)の含有量が、前記モル比(B1/B2)において75/25を超え、前記モル比(A1/A2)が、100/0~25/75であり、かつ、前記エポキシ樹脂モノマー(A1)と前記硬化剤(B1)のモル比(A1:B1)が、2:1~0.5:1である。 [6] The content of the curing agent (B1) in the curing agent (B) exceeds 75/25 in the molar ratio (B1/B2), the molar ratio (A1/A2) is 100/0 to 25/75, and the molar ratio (A1:B1) of the epoxy resin monomer (A1) to the curing agent (B1) is 2:1 to 0.5:1.

[7]前記硬化剤(B)における前記硬化剤(B1)の含有量が、前記モル比(B1/B2)において75/25~50/50であり、前記モル比(A1/A2)が、100/0~50/50であり、かつ、前記エポキシ樹脂モノマー(A1)と前記硬化剤(B1)のモル比(A1:B1)が、2:0.5~1:0.5である。 [7] The content of the curing agent (B1) in the curing agent (B) is 75/25 to 50/50 in the molar ratio (B1/B2), the molar ratio (A1/A2) is 100/0 to 50/50, and the molar ratio (A1:B1) of the epoxy resin monomer (A1) to the curing agent (B1) is 2:0.5 to 1:0.5.

[8]前記硬化剤(B)における前記硬化剤(B1)の含有量が、前記モル比(B1/B2)において50/50未満~25/75であり、前記モル比(A1/A2)が、100/0~75/25であり、かつ、前記エポキシ樹脂モノマー(A1)と前記硬化剤(B1)のモル比(A1:B1)が、2:0.25~1.5:0.25である。 [8] The content of the curing agent (B1) in the curing agent (B) is less than 50/50 to 25/75 in the molar ratio (B1/B2), the molar ratio (A1/A2) is 100/0 to 75/25, and the molar ratio (A1:B1) of the epoxy resin monomer (A1) to the curing agent (B1) is 2:0.25 to 1.5:0.25.

[9]前記硬化剤(B)における前記硬化剤(B1)の含有量が、前記モル比(B1/B2)において25/75未満であり、前記モル比(A1/A2)が、100/0~75/25であり、かつ、前記エポキシ樹脂モノマー(A1)と前記硬化剤(B1)のモル比(A1:B1)が、2:0.01~1.5:0.25または1:0である。 [9] The content of the curing agent (B1) in the curing agent (B) is less than 25/75 in the molar ratio (B1/B2), the molar ratio (A1/A2) is 100/0 to 75/25, and the molar ratio (A1:B1) of the epoxy resin monomer (A1) to the curing agent (B1) is 2:0.01 to 1.5:0.25 or 1:0.

本発明のエポキシ樹脂硬化物は、以下のことを特徴としている。 The cured epoxy resin of the present invention is characterized as follows:

[10]前記[1]から[9]のいずれかのエポキシ樹脂組成物の硬化物である。 [10] A cured product of the epoxy resin composition of any one of [1] to [9].

[11]ジスルフィド結合(-S-S-)の割合が、エポキシ樹脂の繰り返し単位に対して、1当量以上である。 [11] The proportion of disulfide bonds (-S-S-) is 1 equivalent or more relative to the repeating units of the epoxy resin.

[12]前記硬化剤1当量に対し、前記エポキシ樹脂モノマー2当量が結合してなる繰り返し単位を含む。 [12] Contains a repeating unit formed by bonding 2 equivalents of the epoxy resin monomer to 1 equivalent of the curing agent.

本発明のエポキシ樹脂分解性組成物は、以下のことを特徴としている。 The epoxy resin decomposable composition of the present invention is characterized by the following:

[13]前記[10]から[12]のいずれかのエポキシ樹脂硬化物と、
チオール基(-SH)を有する水溶性生体分子化合物と
を含む。
[13] The epoxy resin cured product according to any one of [10] to [12],
and a water-soluble biomolecular compound having a thiol group (—SH).

本発明のエポキシ樹脂分解組成物は、以下のことを特徴としている。 The epoxy resin decomposition composition of the present invention is characterized by the following:

[14]前記[13]のエポキシ樹脂分解性組成物の分解反応物である、ヒドロキシ基(-OH)およびチオール基(-SH)を有するヒドロキシチオール化合物を含む。 [14] Contains a hydroxy thiol compound having a hydroxy group (-OH) and a thiol group (-SH), which is a decomposition reaction product of the epoxy resin decomposable composition of [13].

本発明のリサイクル硬化物は、以下のことを特徴としている。 The recycled cured product of the present invention is characterized by the following:

[15]前記[14]のエポキシ樹脂分解組成物のリサイクル硬化物であって、
前記ヒドロキシチオール化合物を含み、エポキシ樹脂ネットワーク構造を有する。
[15] A recycled cured product of the epoxy resin decomposition composition according to [14],
The composition contains the hydroxy thiol compound and has an epoxy resin network structure.

[16]FT-NIRによって、ジスルフォド化されていない未反応のチオール基(-SH)が検出される。 [16] FT-NIR detects unreacted, non-disulfonated thiol groups (-SH).

[17]前記[1]のエポキシ樹脂組成物の硬化物であって、
FT-NIRによって、ジスルフォド化されていない未反応のチオール基(-SH)が検出される。
[17] A cured product of the epoxy resin composition of [1],
Unreacted, non-disulfonated thiol groups (-SH) are detected by FT-NIR.

本発明のエポキシ樹脂硬化物の分解方法は、以下のことを特徴としている。 The method for decomposing cured epoxy resin materials of the present invention is characterized by the following:

[18]水相および有機相の二相系溶媒中において、前記[10]から[12]のいずれかのエポキシ樹脂硬化物を、チオール基(-SH)を有する水溶性生体分子化合物と接触させ、有機相中に、分解物として、ヒドロキシ基(-OH)およびチオール基(-SH)を有するヒドロキシチオール化合物を生成すること、
を含む。
[18] In a two-phase solvent system consisting of an aqueous phase and an organic phase, the cured epoxy resin material according to any one of [10] to [12] is contacted with a water-soluble biomolecular compound having a thiol group (-SH), to produce a hydroxythiol compound having a hydroxy group (-OH) and a thiol group (-SH) as a decomposition product in the organic phase;
Includes:

本発明のエポキシ樹脂硬化物のリサイクル方法は、以下のことを特徴としている。 The recycling method for cured epoxy resin materials of the present invention is characterized by the following:

[19]以下の工程:
水相および有機相の二相系溶媒中において、請求項10から12のいずれかのエポキシ樹脂硬化物を、チオール基(-SH)を有する水溶性生体分子化合物と接触させ、有機相中に、分解物として、ヒドロキシ基(-OH)およびチオール基(-SH)を有するヒドロキシチオール化合物を生成すること;および
前記ヒドロキシチオール化合物を含有する液体を加熱して硬化させ、ジスルフィド結合(-S-S-)を含むエポキシ樹脂ネットワーク構造を有する硬化物を得ること
を含む。
[19] The following steps:
The method includes: contacting the cured epoxy resin material of any one of claims 10 to 12 with a water-soluble biomolecular compound having a thiol group (-SH) in a two-phase solvent system consisting of an aqueous phase and an organic phase, to produce a hydroxy thiol compound having a hydroxy group (-OH) and a thiol group (-SH) in the organic phase as a decomposition product; and heating the liquid containing the hydroxy thiol compound to cure it, thereby obtaining a cured material having an epoxy resin network structure containing disulfide bonds (-S-S-).

本発明の単量体化合物は、以下のことを特徴としている。 The monomer compound of the present invention is characterized as follows:

[20]次式で表される単位構造を有する。 [20] Has a unit structure represented by the following formula:

(RおよびRは、同一または別異であって、芳香族炭素環、芳香族炭素環アルキル鎖、脂肪族炭素環、脂肪族炭素環アルキル鎖、または脂肪族炭素鎖を示し、
は、芳香族炭素環、芳香族炭素環アルキル鎖、脂肪族炭素環、脂肪族炭素環アルキル鎖または脂肪族炭素鎖を示し、
は、窒素原子、ベンゼン、フェノールを示し、
は、チオール基(-SH)を示す)
(R 7 and R 8 are the same or different and represent an aromatic carbocyclic ring, an aromatic carbocyclic alkyl chain, an aliphatic carbocyclic ring, an aliphatic carbocyclic alkyl chain, or an aliphatic carbon chain;
R9 represents an aromatic carbocycle, an aromatic carbocyclic alkyl chain, an aliphatic carbocycle, an aliphatic carbocyclic alkyl chain, or an aliphatic carbon chain;
Z1 represents a nitrogen atom, benzene, or phenol;
Y1 represents a thiol group (-SH).

本発明の二量体化合物は、以下のことを特徴としている。 The dimeric compound of the present invention is characterized by the following:

[21]次式で表される単位構造; [21] A unit structure represented by the following formula:

(RおよびRは、同一または別異であって、芳香族炭素環、芳香族炭素環アルキル鎖、脂肪族炭素環、脂肪族炭素環アルキル鎖、または脂肪族炭素鎖を示し、
は、芳香族炭素環、芳香族炭素環アルキル鎖、脂肪族炭素環、脂肪族炭素環アルキル鎖または脂肪族炭素鎖を示し、
は、窒素原子、ベンゼン、フェノールを示し、
末端に位置する3つのYのうち、2つがチオール基(-SH)であり、他の1つがスルフィド(-S-)である)
を2つ含み、
2つの前記単位構造が、前記スルフィド(-S-)が連結したジスルフィド結合(-S-S-)を介して互いに結合している。
(R 7 and R 8 are the same or different and represent an aromatic carbocyclic ring, an aromatic carbocyclic alkyl chain, an aliphatic carbocyclic ring, an aliphatic carbocyclic alkyl chain, or an aliphatic carbon chain;
R9 represents an aromatic carbocycle, an aromatic carbocyclic alkyl chain, an aliphatic carbocycle, an aliphatic carbocyclic alkyl chain, or an aliphatic carbon chain;
Z1 represents a nitrogen atom, benzene, or phenol;
Of the three Y2s located at the terminals, two are thiol groups (-SH) and the other is a sulfide (-S-).
Contains two
The two unit structures are bonded to each other via a disulfide bond (-S-S-) linked by the sulfides (-S-).

本発明の三量体化合物は、以下のことを特徴としている。 The trimer compound of the present invention is characterized by the following:

[22]次式で表される単位構造; [22] A unit structure represented by the following formula:

(RおよびRは、同一または別異であって、芳香族炭素環、芳香族炭素環アルキル鎖、脂肪族炭素環、脂肪族炭素環アルキル鎖、または脂肪族炭素鎖を示し、
は、芳香族炭素環、芳香族炭素環アルキル鎖、脂肪族炭素環、脂肪族炭素環アルキル鎖または脂肪族炭素鎖を示し、
は、窒素原子、ベンゼン、フェノールを示す。)
を3つ含み、
3つの前記単位構造のうちの一つは、末端に位置する3つのYのうち、1つがチオール基(-SH)であり、他の2つがスルフィド(-S-)であり、
3つの前記単位構造のうちの他の二つは、末端に位置する3つのYのうち、2つがチオール基(-SH)であり、他の1つがスルフィド(-S-)であり、
3つの前記単位構造の前記スルフィド(-S-)が連結したジスルフィド結合(-S-S-)を介して互いに結合している。
(R 7 and R 8 are the same or different and represent an aromatic carbocyclic ring, an aromatic carbocyclic alkyl chain, an aliphatic carbocyclic ring, an aliphatic carbocyclic alkyl chain, or an aliphatic carbon chain;
R9 represents an aromatic carbocycle, an aromatic carbocyclic alkyl chain, an aliphatic carbocycle, an aliphatic carbocyclic alkyl chain, or an aliphatic carbon chain;
Z1 represents a nitrogen atom, benzene, or phenol.
Includes three
One of the three unit structures has three terminal Y3s , one of which is a thiol group (-SH) and the other two are sulfides (-S-),
The other two of the three unit structures have three terminal Y3s , two of which are thiol groups (-SH) and the other is a sulfide (-S-),
The sulfides (--S--) of the three unit structures are bonded to each other via disulfide bonds (--S--S--).

本発明の硬化物は、以下のことを特徴としている。 The cured product of the present invention is characterized by the following:

[23]前記[20]から[22]のいずれかの化合物を含む組成物の硬化物である。 [23] A cured product of a composition containing any one of the compounds [20] to [22].

本発明のエポキシ樹脂組成物は、その硬化物であるエポキシ樹脂硬化物の分解とリサイクルが可能である。リサイクル後の硬化物は、リサイクル前の硬化物と同等の機械的強度を有している。 The epoxy resin composition of the present invention allows for the decomposition and recycling of its cured product, an epoxy resin cured product. The recycled cured product has the same mechanical strength as the cured product before recycling.

本発明のエポキシ樹脂組成物硬化物およびエポキシ樹脂分解性組成物は、エポキシ樹脂組成物硬化物の分解とリサイクルが可能であり、リサイクル後の硬化物は、リサイクル前の硬化物と同等の機械的強度を有している。 The cured epoxy resin composition and decomposable epoxy resin composition of the present invention allow for decomposition and recycling of the cured epoxy resin composition, and the recycled cured product has the same mechanical strength as the cured product before recycling.

本発明のリサイクル硬化物は、分解とリサイクルが可能であり、リサイクル前の硬化物と同等の機械的強度を有している。 The recycled cured product of the present invention can be disassembled and recycled, and has the same mechanical strength as the cured product before recycling.

本発明のエポキシ樹脂硬化物の分解方法およびリサイクル方法は、エポキシ樹脂硬化物の分解とリサイクルが可能である。 The method for decomposing and recycling cured epoxy resin materials of the present invention makes it possible to decompose and recycle cured epoxy resin materials.

エポキシ樹脂モノマー(A1、A2)2当量と、硬化剤(B1、B2)1当量とを混合し、エポキシ樹脂硬化物を得るスキームを例示した図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a scheme for obtaining a cured epoxy resin material by mixing two equivalents of epoxy resin monomers (A1, A2) and one equivalent of curing agent (B1, B2). 図1に例示したエポキシ樹脂硬化物にグルタチオン(水溶性生体分子化合物)を作用させ、ジスルフィド結合(-S-S-)を切断してエポキシ樹脂分解組成物を得るスキームおよびそのエポキシ樹脂分解組成物をリサイクルするスキームを例示した図である。FIG. 2 illustrates a scheme for obtaining an epoxy resin decomposition composition by allowing glutathione (a water-soluble biomolecular compound) to act on the cured epoxy resin shown in FIG. 1 to cleave disulfide bonds (-S-S-), and a scheme for recycling the epoxy resin decomposition composition. 表1に示した組み合わせ(C1)を有する未硬化および硬化ERDについて、フーリエ変換近赤外分光法(FT-NIR)を行った結果を示した図である。FIG. 1 shows the results of Fourier transform near infrared spectroscopy (FT-NIR) performed on uncured and cured ERDs having the combination (C1) shown in Table 1. グルタチオン(GSH)を用いたERDの分解において、反応混合物を1H-NMR分光法で定量的に評価した結果を示す図である。FIG. 1 shows the results of quantitative evaluation of the reaction mixture by 1H-NMR spectroscopy in the degradation of ERD using glutathione (GSH). グルタチオン(GSH)を用いたERDの分解において、反応混合物を1H-NMR分光法で定量的に評価した結果を示す図である。FIG. 1 shows the results of quantitative evaluation of the reaction mixture by 1H-NMR spectroscopy in the degradation of ERD using glutathione (GSH). CDCl相とDO相のそれぞれの化学反応バランスを示した図である。FIG. 1 shows the chemical reaction balance between the CDCl 3 phase and the D 2 O phase. ERDの分解結果をエポキシ樹脂モノマー(A1またはA2)とジアミン硬化剤(B1またはB2)の組成比でまとめた図である。FIG. 1 is a diagram summarizing the decomposition results of ERD in terms of the composition ratio of epoxy resin monomer (A1 or A2) and diamine curing agent (B1 or B2). エポキシ樹脂モノマー(BGPDSまたはDGEBA)とアミン硬化剤(DTDAまたはDDM)とを含むエポキシ樹脂硬化物の構造と、そのエポキシ樹脂硬化物の分解後の構造を例示した図である。FIG. 1 illustrates the structure of a cured epoxy resin material containing an epoxy resin monomer (BGPDS or DGEBA) and an amine curing agent (DTDA or DDM), and the structure of the cured epoxy resin material after decomposition. トリブチルホスフィン(TBP)を除去した後のCDCl相の1H-NMRスペクトルを示した図である。FIG. 1 shows the 1H-NMR spectrum of the CDCl 3 phase after removal of tributylphosphine (TBP). ERD-C1のCHCl相での分解した可溶性部分のFT-IRスペクトルを示した図である。FIG. 1 shows the FT-IR spectrum of the decomposed soluble portion of ERD-C1 in a CHCl 3 phase. CHCl相のUV-vis スペクトルを254nmで時間経過とともに測定した結果を示した図である。FIG. 1 shows the UV-vis spectrum of the CHCl 3 phase measured at 254 nm over time. リサイクル前のERDとリサイクル後のERDの膨潤試験を行った結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the results of a swelling test of an ERD before recycling and an ERD after recycling. リサイクル前のエポキシ樹脂硬化物とリサイクル後のエポキシ樹脂硬化物の正規化応力緩和を示した図である。FIG. 2 is a graph showing normalized stress relaxation of a cured epoxy resin material before and after recycling. 実施例1のERDマトリックスを用いたCFRP構造体の分解とリサイクルの様子を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing the disassembly and recycling of a CFRP structure using the ERD matrix of Example 1.

以下、本発明のエポキシ樹脂組成物、エポキシ樹脂硬化物、エポキシ樹脂分解性組成物、リサイクル硬化物、エポキシ樹脂硬化物の分解方法およびリサイクル方法の一実施形態について説明する。 The following describes one embodiment of the epoxy resin composition, cured epoxy resin product, decomposable epoxy resin composition, recycled cured product, and method for decomposing and recycling the cured epoxy resin product of the present invention.

なお、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。 In this specification, a numerical range expressed using "~" means a range that includes the numerical values written before and after "~" as the lower and upper limits.

また、本明細書における基(原子群)の表記において、置換及び無置換を記していない表記は、本発明の効果を損ねない範囲で、置換基を有さないものとともに置換基を有するものをも包含する。 Furthermore, in the description of groups (atomic groups) in this specification, when a notation does not specify whether they are substituted or unsubstituted, it encompasses both unsubstituted and substituted groups, as long as the effects of the present invention are not impaired.

(エポキシ樹脂組成物)
本発明のエポキシ樹脂組成物は、両末端にエポキシ基を備え、かつ、ジスルフィド結合(-S-S-)を有するエポキシ樹脂モノマー(A1)と、エポキシ基と結合可能な硬化剤(B)とを含む。
(Epoxy resin composition)
The epoxy resin composition of the present invention contains an epoxy resin monomer (A1) having epoxy groups at both ends and a disulfide bond (-S-S-), and a curing agent (B) capable of bonding to the epoxy groups.

そして、本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂モノマーとして、ジスルフィド結合(-S-S-)を有するエポキシ樹脂モノマー(A1)とともに、ジスルフィド結合(-S-S-)を有さないエポキシ樹脂モノマー(A2)を含むことができる(以下、単に「エポキシ樹脂モノマー(A1)」、「エポキシ樹脂モノマー(A2)」と記載する場合がある。)
エポキシ樹脂モノマー(A1)およびエポキシ樹脂モノマー(A2)の具体的な構造は特に限定されないが、例えば、グリシジルエーテル型(ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、ノボラック型、アルコール型など)、グリシジルエステル型(ヒドロフタル酸型、ダイマー酸型など)グリシジルアミン型(芳香族アミン型、アミノフェノール型など)、酸化型(脂環型など)等を例示することができる。
The epoxy resin composition of the present invention can contain, as epoxy resin monomers, an epoxy resin monomer (A2) not having a disulfide bond (-S-S-) together with an epoxy resin monomer (A1) having a disulfide bond (-S-S-) (hereinafter, these may be simply referred to as "epoxy resin monomer (A1)" and "epoxy resin monomer (A2)").
The specific structures of the epoxy resin monomer (A1) and the epoxy resin monomer (A2) are not particularly limited, and examples thereof include glycidyl ether types (bisphenol A type, bisphenol F type, novolak type, alcohol type, etc.), glycidyl ester types (hydrophthalic acid type, dimer acid type, etc.), glycidyl amine types (aromatic amine type, aminophenol type, etc.), and oxide types (alicyclic type, etc.).

なかでも、エポキシ樹脂モノマー(A1)は、以下の化学式(1)で表される化合物であることが好ましい。 Of these, the epoxy resin monomer (A1) is preferably a compound represented by the following chemical formula (1):

ここで、エポキシ樹脂モノマー(A1)において、化学式(1)中のXは、ジスルフィド結合(S-S)であり、RおよびRは、同一または別異であって、芳香族炭素環、芳香族炭素環アルキル鎖、脂肪族炭素環、脂肪族炭素環アルキル鎖、または脂肪族炭素鎖である。 In the epoxy resin monomer (A1), X in chemical formula (1) represents a disulfide bond (S—S), and R 1 and R 2 are the same or different and represent an aromatic carbocyclic ring, an aromatic carbocyclic alkyl chain, an aliphatic carbocyclic ring, an aliphatic carbocyclic alkyl chain, or an aliphatic carbon chain.

具体的には、エポキシ樹脂モノマー(A1)としては、例えば、ビス(4-グリシジルオキシフェニル)ジスルフィド(BGPDS)、1,2-bis((oxiran-2-ylmethoxy)methyl)disulfane、
1,2-bis(4-(oxiran-2-ylmethoxy)cyclohexyl)disulfaneであることがより好ましい。
Specifically, examples of the epoxy resin monomer (A1) include bis(4-glycidyloxyphenyl)disulfide (BGPDS), 1,2-bis((oxiran-2-ylmethoxy)methyl)disulfane,
1,2-bis(4-(oxiran-2-ylmethoxy)cyclohexyl)disulfane is more preferred.

また、エポキシ樹脂モノマー(A2)は、上記化学式(1)において、ジスルフィド結合(S-S)示す符号Xを有することなく、RおよびRの部位において、前記エポキシ樹脂モノマー(A1)と同様に、芳香族炭素環、芳香族炭素環アルキル鎖、脂肪族炭素環、脂肪族炭素環アルキル鎖、または脂肪族炭素鎖であってよい。 Furthermore, the epoxy resin monomer (A2) does not have the symbol X representing a disulfide bond (S—S) in the above chemical formula (1), and may be an aromatic carbon ring, an aromatic carbocyclic alkyl chain, an aliphatic carbon ring, an aliphatic carbocyclic alkyl chain, or an aliphatic carbon chain at the sites of R1 and R2 , similar to the epoxy resin monomer (A1).

より具体的には、エポキシ樹脂モノマー(A2)は、ビスフェノールAのジグリシジルエーテル(DGEBA)、エチ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、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテルであることがより好ましい。 More specifically, the epoxy resin monomer (A2) is preferably diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA), ethylene glycol diglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ether, or hydrogenated bisphenol A diglycidyl ether.

エポキシ樹脂モノマー(A1)とエポキシ樹脂モノマー(A2)の比率は、モル比(A1/A2)が、100/0~25/75であることが好ましく、100/0~50/50であることがより好ましく、100/0~75/25であることがさらに好ましい。モル比(A1/A2)がこの範囲であると、エポキシ樹脂硬化物の分解と再利用が可能なエポキシ樹脂組成物となる。 The molar ratio (A1/A2) of the epoxy resin monomer (A1) to the epoxy resin monomer (A2) is preferably 100/0 to 25/75, more preferably 100/0 to 50/50, and even more preferably 100/0 to 75/25. When the molar ratio (A1/A2) is within this range, the resulting epoxy resin composition can be decomposed and reused as a cured epoxy resin.

また、エポキシ樹脂組成物は、硬化剤(B)として、ジスルフィド結合(-S-S-)を有する硬化剤(B1)、ジスルフィド結合(-S-S-)を有さない硬化剤(B2)のうちの1種または2種以上を使用することができる(以下、単に「硬化剤(B1)」、「硬化剤(B2)」と記載する場合がある。)
硬化剤(B1)および硬化剤(B2)は、エポキシ基と結合可能なものであれば特に限定されず、ポリアミン(ジアミンを含む)、変性ポリアミン、酸無水物、ヒドラジン誘導体、ポリフェノールなどを例示することができる。
Furthermore, the epoxy resin composition can use, as the curing agent (B), one or more of a curing agent (B1) having a disulfide bond (-S-S-) and a curing agent (B2) not having a disulfide bond (-S-S-) (hereinafter, these may be simply referred to as "curing agent (B1)" and "curing agent (B2)").
The curing agent (B1) and the curing agent (B2) are not particularly limited as long as they can bond to an epoxy group, and examples thereof include polyamines (including diamines), modified polyamines, acid anhydrides, hydrazine derivatives, and polyphenols.

例えば、ポリアミン系の硬化剤としては、脂肪族ポリアミン、脂環式ポリアミン、芳香族ポリアミン等を例示することができる。脂肪族ポリアミンとしては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、m-キシレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、2-メチルペンタメチレンジアミン、ジエチルアミノプロピルアミン等を例示することができる。また脂環式ポリアミンとしては、イソフォロンジアミン、1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、ノルボルネンジアミン、1,2-ジアミノシクロヘキサン、ラロミン等を例示することができる。芳香族ポリアミンとしては、ジアミノジフェニルメタン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルスルフォン等を例示することができる。また酸無水物としては、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルナジック酸無水物、水素化メチルナジック酸無水物、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸二無水物、無水トリメリット酸、無ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、脂肪族二塩基酸ポリ無水物等を例示することができる。またポリフェノール系の硬化剤としては、フェノールノボラック、キシレンノボラック、ビスAノボラック、トリフェニルメタンノボラック、ビフェニルノボラック、ジシクロペンタジエンフェノールノボラック、テルペンフェノールノボラック等を例示することができる。 For example, examples of polyamine-based curing agents include aliphatic polyamines, alicyclic polyamines, and aromatic polyamines. Examples of aliphatic polyamines include diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, m-xylenediamine, trimethylhexamethylenediamine, 2-methylpentamethylenediamine, and diethylaminopropylamine. Examples of alicyclic polyamines include isophoronediamine, 1,3-bisaminomethylcyclohexane, bis(4-aminocyclohexyl)methane, norbornenediamine, 1,2-diaminocyclohexane, and laromine. Examples of aromatic polyamines include diaminodiphenylmethane, metaphenylenediamine, and diaminodiphenylsulfone. Examples of acid anhydrides include hexahydrophthalic anhydride, methyltetrahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, methylnadic anhydride, hydrogenated methylnadic anhydride, trialkyltetrahydrophthalic anhydride, methylcyclohexenetetracarboxylic dianhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride-free, benzophenonetetracarboxylic dianhydride, and aliphatic dibasic acid polyanhydrides. Examples of polyphenol-based curing agents include phenol novolac, xylene novolac, bis A novolac, triphenylmethane novolac, biphenyl novolac, dicyclopentadiene phenol novolac, and terpene phenol novolac.

なかでも、硬化剤(B1)は、以下の化学式で表される化合物であることが好ましい。 Of these, it is preferable that the curing agent (B1) is a compound represented by the following chemical formula:

ここで、硬化剤(B1)において、RおよびRは、同一または別異であって、芳香族炭素環、芳香族炭素環アルキル鎖、脂肪族炭素環、脂肪族炭素環アルキル鎖または脂肪族炭素鎖を示す。また、RおよびRは、同一または別異であって、1級、2級、3級アミン、イミダゾール、酸無水物、有機酸ヒドラジドを示す。 In the curing agent (B1), R3 and R4 may be the same or different and represent an aromatic carbon ring, an aromatic carbon ring alkyl chain, an aliphatic carbon ring, an aliphatic carbon ring alkyl chain, or an aliphatic carbon chain, and R5 and R6 may be the same or different and represent a primary, secondary, or tertiary amine, imidazole, acid anhydride, or organic acid hydrazide.

なかでも、ジアミン硬化剤であることがより好ましく、4,4'-ジチオジアニリン(DTDA)、シスタミン、シスチンジメチルエステル、シスチンジエチルエステルであることが特に好ましい。 Of these, diamine curing agents are more preferred, with 4,4'-dithiodianiline (DTDA), cystamine, cystine dimethyl ester, and cystine diethyl ester being particularly preferred.

硬化剤(B2)もジアミン硬化剤であることがより好ましく、上記化学式(2)において、ジスルフィド結合(-S-S-)が、芳香族基、(ポリ)エーテル基、アルキル基などに置換されたものであってよい。具体的には、硬化剤(B2)は、ジアミノジフェニルメタン(DDM)、エチレンジミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ノルボルナンジアミンであることがより好ましい。 The curing agent (B2) is also preferably a diamine curing agent, which may be one in which the disulfide bond (-S-S-) in the above chemical formula (2) is substituted with an aromatic group, a (poly)ether group, an alkyl group, or the like. Specifically, the curing agent (B2) is more preferably diaminodiphenylmethane (DDM), ethylenedimine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, or norbornanediamine.

また、硬化剤(B1)と硬化剤(B2)の比率は、モル比(B1/B2)が、100/0~0/100である。すなわち、硬化剤(B1)と硬化剤(B2)のうちの少なくともいずれかを含む形態であってよく、硬化剤(B1)と硬化剤(B2)の比率は、エポキシ樹脂モノマー(A1)とエポキシ樹脂モノマー(A2)の比率などに応じて適宜設定することができる。なかでも、モル比(B1/B2)は、100/0~25/75であることが好ましく、100/0~50/50であることがより好ましく、100/0~75/25であることがさらに好ましい。 The molar ratio (B1/B2) between curing agent (B1) and curing agent (B2) is 100/0 to 0/100. In other words, the composition may contain at least one of curing agent (B1) and curing agent (B2), and the ratio between curing agent (B1) and curing agent (B2) can be appropriately set depending on the ratio between epoxy resin monomer (A1) and epoxy resin monomer (A2), etc. In particular, the molar ratio (B1/B2) is preferably 100/0 to 25/75, more preferably 100/0 to 50/50, and even more preferably 100/0 to 75/25.

本発明のエポキシ樹脂組成物の好ましい実施形態の一つとしては、エポキシ樹脂モノマー(A1)とエポキシ樹脂モノマー(A2)とのモル比(A1/A2)が、100/0~25/75であり、硬化剤(B1)と硬化剤(B2)のモル比(B1/B2)が、100/0~0/100である。 In one preferred embodiment of the epoxy resin composition of the present invention, the molar ratio (A1/A2) of the epoxy resin monomer (A1) to the epoxy resin monomer (A2) is 100/0 to 25/75, and the molar ratio (B1/B2) of the curing agent (B1) to the curing agent (B2) is 100/0 to 0/100.

より具体的には、硬化剤(B)における硬化剤(B1)の含有量が、モル比(B1/B2)において75/25を超える場合、モル比(A1/A2)が、100/0~25/75であり、かつ、エポキシ樹脂モノマー(A1)と硬化剤(B1)のモル比(A1:B1)が、2:1~0.5:1であることが好ましい。 More specifically, when the content of curing agent (B1) in curing agent (B) exceeds 75/25 in terms of the molar ratio (B1/B2), it is preferable that the molar ratio (A1/A2) is 100/0 to 25/75, and the molar ratio (A1:B1) of epoxy resin monomer (A1) to curing agent (B1) is 2:1 to 0.5:1.

硬化剤(B)における硬化剤(B1)の含有量が、モル比(B1/B2)において75/25~50/50である場合、モル比(A1/A2)が、100/0~50/50であり、かつ、モル比(A1:B1)が、2:0.5~1:0.5であることが好ましい。 When the content of curing agent (B1) in curing agent (B) is in the molar ratio (B1/B2) of 75/25 to 50/50, it is preferable that the molar ratio (A1/A2) is 100/0 to 50/50 and the molar ratio (A1:B1) is 2:0.5 to 1:0.5.

硬化剤(B)における硬化剤(B1)の含有量が、モル比(B1/B2)において50/50未満~25/75である場合、モル比(A1/A2)が、100/0~75/25であり、かつ、モル比(A1:B1)が、2:0.25~1.5:0.25であることが好ましい。 When the content of curing agent (B1) in curing agent (B) is less than 50/50 and between 25/75 in terms of the molar ratio (B1/B2), it is preferable that the molar ratio (A1/A2) is between 100/0 and 75/25, and the molar ratio (A1:B1) is between 2:0.25 and 1.5:0.25.

硬化剤(B)における硬化剤(B1)の含有量が、モル比(B1/B2)において25/75未満である場合、モル比(A1/A2)が、100/0~75/25であり、かつ、モル比(A1:B1)が、2:0.01~1.5:0.25または1:0であることが好ましい。 When the content of curing agent (B1) in curing agent (B) is less than 25/75 in terms of the molar ratio (B1/B2), it is preferable that the molar ratio (A1/A2) is 100/0 to 75/25 and the molar ratio (A1:B1) is 2:0.01 to 1.5:0.25 or 1:0.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、これを硬化させたエポキシ樹脂硬化物の分解と再利用が可能であり、環境に優しいリサイクルシステムの構築することができる。 The epoxy resin composition of the present invention can be cured into epoxy resin cured products that can be decomposed and reused, making it possible to build an environmentally friendly recycling system.

(エポキシ樹脂硬化物)
本発明のエポキシ樹脂硬化物は、上述した本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物である。また、以下では、ジスルフィド結合を有するエポキシ樹脂硬化物を「ERD」と記載する場合がある。
(Epoxy resin cured product)
The cured epoxy resin material of the present invention is a cured product of the above-mentioned epoxy resin composition of the present invention. Hereinafter, the cured epoxy resin material having a disulfide bond may be referred to as "ERD."

エポキシ樹脂硬化物を得るための硬化方法および条件は特に限定されず、公知の方法、条件を適宜採用することができる。具体的には、例えば、エポキシ樹脂モノマーと硬化剤を所定の割合で混合し、必要に応じて撹拌等しながら、90~200℃で加熱することで硬化させる方法を例示することができる。 The curing method and conditions for obtaining a cured epoxy resin product are not particularly limited, and known methods and conditions can be used as appropriate. Specifically, for example, an example method involves mixing an epoxy resin monomer and a curing agent in a predetermined ratio, and then heating the mixture at 90 to 200°C while stirring as necessary to cause curing.

本発明のエポキシ樹脂硬化物の構造は、具体的に限定されないが、ジスルフィド結合(-S-S-)の割合が、エポキシ樹脂の繰り返し単位に対して、1当量以上であることが好ましく、2当量以上であることがより好ましい。 The structure of the cured epoxy resin of the present invention is not specifically limited, but the proportion of disulfide bonds (-S-S-) relative to the repeating units of the epoxy resin is preferably 1 equivalent or more, and more preferably 2 equivalents or more.

また、硬化剤1当量に対し、エポキシ樹脂モノマー2当量が結合してなる繰り返し単位を含むことが好ましい。 It is also preferable that the composition contains a repeating unit in which two equivalents of epoxy resin monomer are bonded to one equivalent of curing agent.

図1は、エポキシ樹脂モノマー(A1、A2)2当量と、硬化剤(B1、B2)1当量とを混合し、エポキシ樹脂硬化物を得るスキームを例示した図である。 Figure 1 illustrates a scheme for obtaining a cured epoxy resin by mixing two equivalents of epoxy resin monomers (A1, A2) with one equivalent of curing agent (B1, B2).

例えば、図1に例示したように、A1として、ビスフェノールAのジグリシジルエーテル(DGEBA)を使用し、B1として4,4'-ジチオジアニリン(DTDA)を使用した場合、硬化剤(B1)1当量に対し、エポキシ樹脂モノマー(A1)2当量が結合してなる繰り返し単位を含むエポキシ樹脂硬化物(ERD)を得ることができる。また、このエポキシ樹脂硬化物(ERD)は、ジスルフィド結合(-S-S-)の割合が、エポキシ樹脂の繰り返し単位に対して3当量である(X=S-S、Y=S-S)。 For example, as shown in Figure 1, when diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) is used as A1 and 4,4'-dithiodianiline (DTDA) is used as B1, a cured epoxy resin (ERD) containing repeating units formed by bonding two equivalents of epoxy resin monomer (A1) to one equivalent of curing agent (B1) can be obtained. Furthermore, this cured epoxy resin (ERD) has a disulfide bond (-S-S-) ratio of three equivalents relative to the repeating epoxy resin units (X = S-S, Y = S-S).

本発明のエポキシ樹脂硬化物は、エポキシ樹脂の繰り返し単位中に所定の割合でジスルフィド結合(-S-S-)を含むため、分解と再利用が可能であり、環境に優しいリサイクルシステムの構築することができる。 The cured epoxy resin of the present invention contains a specific proportion of disulfide bonds (-S-S-) in the repeating units of the epoxy resin, making it possible to decompose and reuse it, thereby enabling the creation of an environmentally friendly recycling system.

(エポキシ樹脂分解性組成物、エポキシ樹脂硬化物の分解方法およびエポキシ樹脂分解組成物)
本発明のエポキシ樹脂分解性組成物は、上述した本発明のエポキシ樹脂硬化物と、チオール基(-SH)を有する水溶性生体分子化合物とを含む。
(Epoxy resin decomposition composition, method for decomposing epoxy resin cured material, and epoxy resin decomposition composition)
The epoxy resin decomposable composition of the present invention contains the above-mentioned cured epoxy resin of the present invention and a water-soluble biomolecular compound having a thiol group (—SH).

チオール基(-SH)を有する水溶性生体分子化合物は、例えば、グルタチオン、チオレドキシン、ペルオキシレドキシン、ジチオスレイトール(DTT)などのうちの1種または2種以上を例示することができる。なかでも、エポキシ樹脂の分解性と水溶性などの観点から、グルタチオンであることが好ましい。 Examples of water-soluble biomolecular compounds having a thiol group (-SH) include one or more of glutathione, thioredoxin, peroxiredoxin, and dithiothreitol (DTT). Of these, glutathione is preferred from the standpoint of the decomposability and water solubility of the epoxy resin.

本発明のエポキシ樹脂分解性組成物は、エポキシ樹脂硬化物(ERD)と、チオール基(-SH)を有する水溶性生体分子化合物とを水相および有機相の二相系溶媒中に含むことができる。 The epoxy resin decomposable composition of the present invention can contain a cured epoxy resin (ERD) and a water-soluble biomolecular compound having a thiol group (-SH) in a two-phase solvent system consisting of an aqueous phase and an organic phase.

有機相を構成する有機溶媒は公知の材料であってよく、例えば、ベンゼン、tert-ブチルベンゼン、クロロベンゼン等の芳香族炭化水素又はその置換体や、シクロヘキサン、n-ヘキサン、n-ぺンタン、n-オクタン等の脂肪族炭化水素や、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロルメチル、ジクロルエタン等の塩素化脂肪族炭化水素などを例示することができる。 The organic solvent that makes up the organic phase may be a known material, such as aromatic hydrocarbons or their substituted derivatives, such as benzene, tert-butylbenzene, or chlorobenzene; aliphatic hydrocarbons, such as cyclohexane, n-hexane, n-pentane, or n-octane; or chlorinated aliphatic hydrocarbons, such as carbon tetrachloride, chloroform, dichloromethyl, or dichloroethane.

本発明のエポキシ樹脂分解性組成物は、水溶性生体分子化合物のチオール基(-SH)の作用により、エポキシ樹脂硬化物(ERD)のジスルフィド結合(-S-S-)が切断されるため、エポキシ樹脂硬化物を確実に分解することができる。 The epoxy resin-decomposing composition of the present invention can reliably decompose cured epoxy resin materials because the disulfide bonds (-S-S-) in the cured epoxy resin materials (ERD) are cleaved by the action of the thiol groups (-SH) of the water-soluble biomolecular compound.

本発明のエポキシ樹脂硬化物の分解方法は、水相および有機相の二相系溶媒中において、本発明のエポキシ樹脂硬化物(ERD)を、チオール基(-SH)を有する水溶性生体分子化合物と接触させ、有機相中に、分解物として、ヒドロキシ基(-OH)およびチオール基(-SH)を有するヒドロキシチオール化合物を生成する工程を含む。 The method for decomposing a cured epoxy resin material of the present invention includes the steps of contacting the cured epoxy resin material (ERD) of the present invention with a water-soluble biomolecular compound having a thiol group (-SH) in a two-phase solvent system consisting of an aqueous phase and an organic phase, and producing a hydroxythiol compound having a hydroxy group (-OH) and a thiol group (-SH) as a decomposition product in the organic phase.

上述したように、有機相を構成する有機溶媒は公知の材料であってよい。 As mentioned above, the organic solvent that constitutes the organic phase may be a known material.

水相および有機相の二相系溶媒中において、エポキシ樹脂硬化物(ERD)をチオール基(-SH)を有する水溶性生体分子化合物と接触させることで、チオール-ジスルフィド交換反応により、エポキシ樹脂中の動的ジスルフィド結合が切断され、グルタチオンなどの水溶性生体分子のS-H結合と交換される。これにより、分解したエポキシ樹脂(エポキシ樹脂分解組成物)残渣を有機相に溶解させることができる。一方、例えば、グルタチオンなどによる交換生成物は、親水性基が存在するため、水相中に溶解させることができる。 By contacting a cured epoxy resin (ERD) with a water-soluble biomolecular compound containing a thiol group (-SH) in a two-phase solvent consisting of an aqueous phase and an organic phase, the dynamic disulfide bonds in the epoxy resin are cleaved by a thiol-disulfide exchange reaction and exchanged with the S-H bond of a water-soluble biomolecule such as glutathione. This allows the residue of the decomposed epoxy resin (epoxy resin decomposition composition) to dissolve in the organic phase. Meanwhile, the exchange product with, for example, glutathione, can be dissolved in the aqueous phase due to the presence of hydrophilic groups.

したがって、本発明のエポキシ樹脂分解組成物は、エポキシ樹脂分解性組成物の分解反応物である、ヒドロキシ基(-OH)およびチオール基(-SH)を有するヒドロキシチオール化合物を含む。 Accordingly, the epoxy resin decomposition composition of the present invention contains a hydroxy thiol compound having a hydroxy group (-OH) and a thiol group (-SH), which is a decomposition reaction product of the epoxy resin decomposition composition.

具体的には、例えば、上述した化学式(1)のエポキシ樹脂モノマーと、化学式(2)の硬化剤を使用した場合、エポキシ樹脂分解組成物として、以下の化学式(3)で表される単位構造を含む化合物(例えば、単量体化合物、二量体化合物、三量体化合物)を得ることができる。 Specifically, for example, when the epoxy resin monomer of the above-mentioned chemical formula (1) and the curing agent of the chemical formula (2) are used, a compound (e.g., a monomer compound, a dimer compound, or a trimer compound) containing a unit structure represented by the following chemical formula (3) can be obtained as the epoxy resin decomposition composition.

化学式(3)において、RおよびRは、同一または別異であって、芳香族炭素環、芳香族炭素環アルキル鎖、脂肪族炭素環、脂肪族炭素環アルキル鎖、または脂肪族炭素鎖を示す。Rは、芳香族炭素環、芳香族炭素環アルキル鎖、脂肪族炭素環、脂肪族炭素環アルキル鎖または脂肪族炭素鎖を示している。Zは、窒素原子、ベンゼン、フェノールなどを示している。Yは、チオール基(-SH)またはスルフィド(-S-)を示している。 In chemical formula (3), R7 and R8 are the same or different and represent an aromatic carbocyclic ring, an aromatic carbocyclic alkyl chain, an aliphatic carbocyclic ring, an aliphatic carbocyclic alkyl chain, or an aliphatic carbon chain. R9 represents an aromatic carbocyclic ring, an aromatic carbocyclic alkyl chain, an aliphatic carbocyclic ring, an aliphatic carbocyclic alkyl chain, or an aliphatic carbon chain. Z1 represents a nitrogen atom, benzene, phenol, or the like. Y represents a thiol group (-SH) or a sulfide (-S-).

エポキシ樹脂分解組成物が単量体化合物の場合、 If the epoxy resin decomposition composition is a monomer compound,

化学式(4)において末端に位置する3つのYは、全てがチオール基(-SH)である。 In chemical formula (4), all of the three Y 1s located at the terminals are thiol groups (—SH).

エポキシ樹脂分解組成物が二量体化合物の場合、 If the epoxy resin decomposition composition is a dimer compound,

化学式(5)において末端に位置する3つのYのうち、2つがチオール基(-SH)であり、他の1つがスルフィド(-S-)であり、この化学式(5)で示される2つの単位構造の前記スルフィド(-S-)が連結したジスルフィド結合(-S-S-)を介して互いに結合している。 In chemical formula (5), two of the three Y2s located at the terminals are thiol groups (-SH) and the other is a sulfide (-S-), and the sulfides (-S-) of the two unit structures represented by chemical formula (5) are bonded to each other via a disulfide bond (-S-S-).

エポキシ樹脂分解組成物が三量体化合物の場合、三量体化合物を構成する3つの単位構造のうちの一つは、 When the epoxy resin decomposition composition is a trimer compound, one of the three unit structures that make up the trimer compound is

化学式(6)において末端に位置する3つのYのうち、1つがチオール基(-SH)であり、他の2つがスルフィド(-S-)である。また、三量体化合物を構成する他の2つの単位構造は、化学式(6)において末端に位置する3つのYのうち、2つがチオール基(-SH)であり、他の1つがスルフィド(-S-)である。三量体化合物は、これら3つの単位構造の前記スルフィド(-S-)が連結したジスルフィド結合(-S-S-)を介して互いに結合している。 In chemical formula (6), one of the three Y3s located at the terminals is a thiol group (-SH), and the other two are sulfide groups (-S-). The other two unit structures constituting the trimer compound are each composed of three Y3s located at the terminals in chemical formula (6), two of which are thiol groups (-SH), and the other is a sulfide group (-S-). The trimer compound is bonded to each other via a disulfide bond (-S-S-) linking the sulfides (-S-) of these three unit structures.

図2は、図1に例示したエポキシ樹脂硬化物にグルタチオン(水溶性生体分子化合物)を作用させ、ジスルフィド結合(-S-S-)を切断してエポキシ樹脂分解組成物を得るスキームおよびそのエポキシ樹脂分解組成物をリサイクルするスキームを例示した図である。この実施形態では、以下の化学式(7)で示されるエポキシ樹脂分解組成物が得られる。 Figure 2 illustrates a scheme for obtaining an epoxy resin decomposition composition by treating the cured epoxy resin shown in Figure 1 with glutathione (a water-soluble biomolecular compound) to cleave disulfide bonds (-S-S-), and a scheme for recycling the epoxy resin decomposition composition. In this embodiment, an epoxy resin decomposition composition represented by the following chemical formula (7) is obtained.

化学式(7)においては、化学式(3)と同様に、末端のYは、チオール基(-SH)または、スルフィド(-S-)を示している。 In chemical formula (7), similarly to chemical formula (3), terminal Y represents a thiol group (-SH) or a sulfide (-S-).

例えば、このような単量体化合物、二量体化合物および三量体化合物は、有機相への溶解性に優れている。このような単量体化合物、二量体化合物および三量体化合物を含む組成物を加熱処理することで硬化させ、硬化物を得ることができる。 For example, such monomeric compounds, dimeric compounds, and trimeric compounds have excellent solubility in organic phases. Compositions containing such monomeric compounds, dimeric compounds, and trimeric compounds can be cured by heat treatment to obtain a cured product.

本発明のエポキシ樹脂分解組成物は、これを硬化させることで硬化物として再利用が可能であり、環境に優しいリサイクルシステムの構築することができる。また、その硬化物(リサイクル硬化物)は、初期のエポキシ樹脂硬化物と略同等の機械的強度を有している。 The epoxy resin decomposition composition of the present invention can be reused as a cured product by curing it, enabling the creation of an environmentally friendly recycling system. Furthermore, the cured product (recycled cured product) has mechanical strength roughly equivalent to that of the initial epoxy resin cured product.

(リサイクル方法およびリサイクル硬化物)
本発明のリサイクル方法は、以下の工程を含む。
(Recycling method and recycled hardened product)
The recycling method of the present invention includes the following steps.

水相および有機相の二相系溶媒中において、本発明のエポキシ樹脂硬化物を、チオール基(-SH)を有する水溶性生体分子化合物と接触させ、有機相中に、分解物として、ヒドロキシ基(-OH)およびチオール基(-SH)を有するヒドロキシチオール化合物を生成すること(第1工程)。 In a two-phase solvent system consisting of an aqueous phase and an organic phase, the cured epoxy resin of the present invention is contacted with a water-soluble biomolecular compound having a thiol group (-SH), producing a hydroxythiol compound having a hydroxyl group (-OH) and a thiol group (-SH) as a decomposition product in the organic phase (Step 1).

ヒドロキシチオール化合物を含有する液体を加熱して硬化させ、ジスルフィド結合(-S-S-)を含むエポキシ樹脂ネットワーク構造を有する硬化物を得ること(第2工程)。 The liquid containing the hydroxy thiol compound is heated and cured to obtain a cured product with an epoxy resin network structure containing disulfide bonds (-S-S-) (second step).

第1工程については、上述した本発明のエポキシ樹脂硬化物の分解方法と共通するので、説明は省略する。 The first step is the same as the method for decomposing a cured epoxy resin material of the present invention described above, so a detailed explanation will be omitted.

第2工程における加熱方法や条件は特に限定されず、公知の方法、条件を適宜採用することができる。具体的には、例えば、分解したエポキシ樹脂残渣(ヒドロキシチオール化合物を含有する液体)を所望の型に流し込み、90℃~250℃程度で30分~10時間程度加熱する方法を例示することができる。 The heating method and conditions in the second step are not particularly limited, and known methods and conditions can be used as appropriate. Specifically, for example, a method can be used in which the decomposed epoxy resin residue (a liquid containing a hydroxythiol compound) is poured into a desired mold and heated at approximately 90°C to 250°C for approximately 30 minutes to 10 hours.

本発明のリサイクル方法によれば、エポキシ樹脂分解組成物のリサイクル硬化物として、ヒドロキシチオール化合物を含み、エポキシ樹脂ネットワーク構造を有するものが得られる。 The recycling method of the present invention produces a recycled cured product of the epoxy resin decomposition composition that contains a hydroxy thiol compound and has an epoxy resin network structure.

本発明のリサイクル硬化物は、リサイクル前のエポキシ樹脂硬化物と共通するエポキシ樹脂ネットワーク構造を有するが、リサイクル時にジスルフォド化されなかった未反応のチオール基(-SH)を含む。具体的には、例えば、フーリエ変換赤外線分光法(FT-NIR)によって、2500cm-1付近にチオール基(-SH)由来の吸収バンドが検出される。 The recycled cured product of the present invention has an epoxy resin network structure that is common to the cured epoxy resin product before recycling, but contains unreacted thiol groups (-SH) that were not disulfonated during recycling. Specifically, for example, an absorption band derived from thiol groups (-SH) is detected around 2500 cm -1 by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-NIR).

本発明のリサイクル硬化物は、リサイクル前のエポキシ樹脂硬化物と略同等の機械的強度を有しているため、様々な用途に応用することができる。 The recycled cured product of the present invention has mechanical strength roughly equivalent to that of the cured epoxy resin before recycling, making it suitable for a variety of uses.

本発明のエポキシ樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物硬化物、エポキシ樹脂分解性組成物、リサイクル硬化物、エポキシ樹脂硬化物の分解方法およびリサイクル方法は、以上の実施形態に限定されるものではない。 The epoxy resin composition, cured epoxy resin composition, decomposable epoxy resin composition, recycled cured product, and method for decomposing and recycling a cured epoxy resin product of the present invention are not limited to the above embodiments.

例えば、エポキシ樹脂組成物は、上記の化合物以外の化合物として、公知の硬化促進剤などを含むことができる。また、例えば、エポキシ樹脂組成物硬化物やリサイクル硬化物は、炭素繊維を含む炭素繊維強化プラスチック(CFRP)の形態であってもよい。 For example, the epoxy resin composition may contain known curing accelerators as compounds other than the above-mentioned compounds. Furthermore, for example, the cured product of the epoxy resin composition or the recycled cured product may be in the form of a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) containing carbon fiber.

以下、本発明のエポキシ樹脂組成物、エポキシ樹脂硬化物、エポキシ樹脂分解性組成物、リサイクル硬化物、エポキシ樹脂硬化物の分解方法およびリサイクル方法について、実施例とともに説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 The epoxy resin composition, cured epoxy resin product, decomposable epoxy resin composition, recycled cured product, and method for decomposing and recycling the cured epoxy resin product of the present invention will be described below with examples, but the present invention is not limited to the following examples.

<実施例1>エポキシ樹脂硬化物(ERD)の合成
エポキシ樹脂モノマーとしてビス(4-グリシジルオキシフェニル)ジスルフィド(BGPDS、A1)、硬化剤(ジアミン硬化剤)として4,4'-ジチオジアニリン(DTDA、B1)を用いて、エポキシ樹脂硬化物(ERD)を調製した(図1)。
Example 1 Synthesis of Cured Epoxy Resin (ERD) A cured epoxy resin (ERD) was prepared using bis(4-glycidyloxyphenyl) disulfide (BGPDS, A1) as an epoxy resin monomer and 4,4′-dithiodianiline (DTDA, B1) as a curing agent (diamine curing agent) ( FIG. 1 ).

具体的には、チオール-ジスルフィド交換反応を明らかにするために、BGPDSおよびDTDAの類縁体として、ジスルフィド結合(-S-S-)を持たないビスフェノールAのジグリシジルエーテル(DGEBA、A2)およびジアミノジフェニルメタン(DDM、B2)をそれぞれ採用した。エポキシ樹脂モノマーとジアミン硬化剤中の芳香族ジスルフィドの化学反応性はほぼ同一と仮定した。ERDは、エポキシ樹脂モノマー(A1またはA2のいずれか)とジアミン硬化剤(B1またはB2のいずれか)との組み合わせによって調製した。 Specifically, to clarify the thiol-disulfide exchange reaction, diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA, A2) and diaminodiphenylmethane (DDM, B2), which do not contain disulfide bonds (-S-S-), were employed as analogues of BGPDS and DTDA, respectively. The chemical reactivity of the aromatic disulfides in the epoxy resin monomer and diamine curing agent was assumed to be nearly identical. ERDs were prepared by combining epoxy resin monomer (either A1 or A2) with diamine curing agents (either B1 or B2).

エポキシ樹脂モノマー(A1またはA2)とジアミン硬化剤(B1またはB2)の詳細な組み合わせを表1に示す。 Detailed combinations of epoxy resin monomer (A1 or A2) and diamine curing agent (B1 or B2) are shown in Table 1.

前処理として、エポキシ樹脂モノマーとジアミン硬化剤の混合物を、化学量論的モル比(2:1)で90℃で30分間撹拌した。予備硬化した混合物をポリテトラフルオロエチレン製の型に転写し、120℃、140℃、160℃で2時間ずつ順次硬化させた。冷却後、茶色の固形物としてERDを得た。なお、表1のC25は、ジスルフィド結合を含まない形態のコントロールとして使用している。 As a pretreatment, a mixture of epoxy resin monomer and diamine curing agent was stirred at a stoichiometric molar ratio (2:1) at 90°C for 30 minutes. The pre-cured mixture was transferred to a polytetrafluoroethylene mold and cured sequentially at 120°C, 140°C, and 160°C for 2 hours each. After cooling, ERD was obtained as a brown solid. Note that C25 in Table 1 was used as a control containing no disulfide bonds.

硬化過程をモニターするために、フーリエ変換近赤外分光法(FT-NIR)を行った。図3は、表1に示した組み合わせ(C1)を有する未硬化および硬化ERDの例を示している。7200-4000 cm-1からのnIR領域では、エポキシ樹脂モノマーと一級アミンに関連したバンドが、C-H伸縮振動とエポキシ環伸縮振動の二倍音の組み合わせバンド(約4530 cm-1)とNH伸縮振動と屈曲の組み合わせバンド(約5000-5100 cm-1)として観察された。 To monitor the curing process, Fourier transform near-infrared spectroscopy (FT-NIR) was performed. Figure 3 shows examples of uncured and cured ERDs with the combination (C1) shown in Table 1. In the nIR region from 7200-4000 cm -1 , bands related to epoxy resin monomers and primary amines were observed, including a combination band of the C-H stretching vibration and the second overtone of the epoxy ring stretching vibration (approximately 4530 cm -1 ) and a combination band of the NH stretching vibration and bending vibration (approximately 5000-5100 cm -1 ).

このように、エポキシ樹脂モノマーは硬化過程で減少し、その結果、C-H伸縮振動バンドは約4530cm-1から減少し、末端CHの弱い倍音は約6060cm-1から減少した。5000 cm-1の一級アミン結合バンドも減少した。一方、7000cm-1のO-H倍音のバンドは増加した。7000 cm-1のO‐H倍音帯はオキシラン開環反応の結果として増加した。 Thus, the epoxy resin monomer was reduced during the curing process, resulting in a decrease in the C-H stretching vibration band from about 4530 cm -1 and a decrease in the weak terminal CH2 overtone from about 6060 cm -1 . The primary amine bond band at 5000 cm -1 also decreased, while the O-H overtone band at 7000 cm -1 increased. The O-H overtone band at 7000 cm -1 increased as a result of the oxirane ring-opening reaction.

<実施例2>グルタチオン(GSH)を用いたERDの分解
グルタチオン(GSH)を用いたERDの分解を実証する前に、水と有機の二元系でジスルフィドを含む低分子を用いた分解実験を行った。ここでは、ジスルフィド含有分子のモデルとしてDTDAを選択した。DTDAおよびGSHをそれぞれ重水素化クロロホルム(CDCl)(250mM)および重水素化水(DO)(250mM)に溶解した。この溶液を1:1(v/v)で混合し、予期せぬ光誘起反応を避けるためにアルミ箔で覆って暗所に保管した。
Example 2: Degradation of ERD using glutathione (GSH) Prior to demonstrating the degradation of ERD using glutathione (GSH), degradation experiments were performed using disulfide-containing small molecules in an aqueous-organic binary system. Here, DTDA was selected as a model disulfide-containing molecule. DTDA and GSH were dissolved in deuterated chloroform (CDCl 3 ) (250 mM) and deuterated water (D 2 O) (250 mM), respectively. The solutions were mixed 1:1 (v/v) and stored in the dark, covered with aluminum foil, to avoid unexpected light-induced reactions.

反応混合物を1H-NMR分光法で定量的に評価した(図4、図5)。1H-NMR分光法は、JEOL ECS-400分光器の装置を用いて25℃、400MHzで測定した。 The reaction mixture was quantitatively evaluated by 1H-NMR spectroscopy (Figures 4 and 5). 1H-NMR spectroscopy was performed at 25°C and 400 MHz using a JEOL ECS-400 spectrometer.

図4(a)および(b)は、それぞれCDCl相およびDO相の1H-NMRスペクトルの経時変化を示した。CDCl相では、DTDA(a)と(b)の芳香環の1H-NMRシグナルが6.55ppmと7.22ppmに現れ、7.12ppmの1H-NMRシグナルは、DTDAの還元剤と推定される4-アミノベンゼンチオール(4-ABT)の芳香環(b’)と同定された(図4(a))。また、2~3ppmの範囲にピークは観測されず、CDCl相にはGSHおよびGSHとの反応物が存在しないことが示唆された。 Figures 4(a) and (b) show the time-dependent changes in the 1H-NMR spectra of the CDCl 3 phase and the D 2 O phase, respectively. In the CDCl 3 phase, 1H-NMR signals of the aromatic rings of DTDA (a) and (b) appeared at 6.55 ppm and 7.22 ppm, respectively. The 1H-NMR signal at 7.12 ppm was identified as the aromatic ring (b') of 4-aminobenzenethiol (4-ABT), which is presumed to be the reducing agent for DTDA (Figure 4(a)). Furthermore, no peaks were observed in the range of 2 to 3 ppm, suggesting that neither GSH nor its reaction products were present in the CDCl 3 phase.

一方、DO相では、3.12ppmに新たな1H-NMRシグナル(e')が出現し、GSHと4-ABTの間にS-S結合が形成されていることが示唆された(図4(b))。 On the other hand, in the D 2 O phase, a new 1 H-NMR signal (e') appeared at 3.12 ppm, suggesting the formation of an S—S bond between GSH and 4-ABT (FIG. 4(b)).

また、1H-NMRピーク(c)と(d)は7.15ppmと7.5ppmに出現し、ピーク(e')と同時に強度が上昇しており、DTDAとGSHとの交換反応により水溶性反応物GSH-ABTが生成していることが示唆された。また、7.25ppmと7.5ppmではピークの強度に大きな変化がないことから、わずかな量のDTDAが水相に溶解していることが示唆された。図5に示したジフェニルジスルフィドと比較して、DTDAの水への溶解性が向上しており、GSHのチオール結合とDTDAのジスルフィド結合の交換反応が促進されていることが確認された。 Furthermore, 1H-NMR peaks (c) and (d) appeared at 7.15 ppm and 7.5 ppm, respectively, and increased in intensity at the same time as peak (e'), suggesting that the water-soluble reaction product GSH-ABT was produced by an exchange reaction between DTDA and GSH. Furthermore, there was no significant change in peak intensity between 7.25 ppm and 7.5 ppm, suggesting that a small amount of DTDA was dissolved in the aqueous phase. Compared to diphenyl disulfide shown in Figure 5, the solubility of DTDA in water was improved, confirming that the exchange reaction between the thiol bond of GSH and the disulfide bond of DTDA was promoted.

次に、CDCl/DO中での組成の時間発展をさらに評価した。図4(c)は、CDCl中の1H-NMRシグナル(b)およびシグナル(b')のピーク面積から算出したDTDAおよび4-アミノベンゼンチオールの変化率をそれぞれ示している。 Next, we further evaluated the time evolution of the composition in CDCl 3 /D 2 O. Figure 4(c) shows the rate of change of DTDA and 4-aminobenzenethiol calculated from the peak areas of 1H-NMR signals (b) and (b') in CDCl 3 , respectively.

その結果、DTDAは時間とともに直ちに減少し、60分で平衡に達した。これに対応して、4-ABTは撹拌後すぐに生成を開始し、DTDAと対称的に60分後に平衡に達した。 As a result, DTDA decreased immediately over time, reaching equilibrium at 60 minutes. Correspondingly, 4-ABT began to be produced immediately after stirring, reaching equilibrium at 60 minutes, in contrast to DTDA.

同様に、図4(d)は、DO相におけるGSHの減少とGSHと4-ABTの水溶性反応物の増加の時間発展を示している。CDCl相と同様に、GSHの増加とGSH/4-ABTの水溶性反応物の減少は対称的に変化する傾向があり、約60分で平衡に達した。 Similarly, Fig. 4(d) shows the time evolution of the decrease in GSH and the increase in the water-soluble reactants of GSH and 4-ABT in the D 2 O phase. Similar to the CDCl 3 phase, the increase in GSH and the decrease in the water-soluble reactants of GSH/4-ABT tended to change symmetrically and reached equilibrium at approximately 60 min.

さらに、CDCl相およびDO相ともに、組成の増加と減少のモル率は30mol%に保たれていた。 Furthermore, the molar ratios of increasing and decreasing compositions were kept at 30 mol % for both the CDCl 3 phase and the D 2 O phase.

これらの結果から、CDCl相とDO相のそれぞれの化学反応バランスを図6に示した。CDClとDOの界面でDTDAとGSHのチオールジスルフィド交換反応が起こり、GSHと4-ABTの水溶性反応物(GSH-ABT)が生成し、未反応の4-ABTはCDClに溶解したままであった。 From these results, the chemical reaction balance between the CDCl 3 phase and the D 2 O phase is shown in Figure 6. A thiol-disulfide exchange reaction between DTDA and GSH occurred at the interface between CDCl 3 and D 2 O, producing a water-soluble reaction product of GSH and 4-ABT (GSH-ABT), while unreacted 4-ABT remained dissolved in CDCl 3 .

チオール-ジスルフィド交換反応はCHCl/水の二元系でGSHを介在させて進行することが確認されたので、同じ二元系条件でERDの分解試験を行った。 Since it was confirmed that the thiol-disulfide exchange reaction proceeds in a binary system of CHCl 3 /water via GSH, a degradation test of ERD was carried out under the same binary system conditions.

まず、ERDをボールミリング法により、振動数25Hzで1時間粉砕した。得られたERD粉末をCHClに懸濁し、GSH水溶液(20mM)を加えた。ここで、トリブチルホスフィン(TBP)(10mol%)を用いて、チオール-ジスルフィド交換反応を促進した。図5に示したTBPを添加した低分子モデルの1H-NMRスペクトルから、チオール-ジスルフィド交換反応で生成する生成物は、TBPを添加しない場合と同じであることが示された。 First, ERD was pulverized by ball milling at a frequency of 25 Hz for 1 hour. The resulting ERD powder was suspended in CHCl 3 , and a 20 mM aqueous GSH solution was added. Here, tributylphosphine (TBP) (10 mol%) was used to promote the thiol-disulfide exchange reaction. The 1H-NMR spectrum of the small molecule model with TBP added, shown in Figure 5, indicated that the product generated by the thiol-disulfide exchange reaction was the same as that without TBP added.

そして、この二元溶液を室温で激しく撹拌した。一定時間経過後、ERDが完全にCHCl相に溶解して黄色の溶液となったものと、沈殿が発生したものに分かれた。 The binary solution was then vigorously stirred at room temperature. After a certain period of time, the solution was separated into two parts: one in which ERD had completely dissolved in the CHCl 3 phase, forming a yellow solution, and the other in which a precipitate had formed.

図7は、ERDの分解結果をエポキシ樹脂モノマー(A1またはA2)とジアミン硬化剤(B1またはB2)の組成比でまとめた図である。また、図7においては、BGPDS/DGEBA(A1/A2)と、DTDA/DDM(B1/B2)の様々な組み合わせによるERDの各繰り返し単位のジスルフィド結合のモル当量をまとめた。 Figure 7 summarizes the decomposition results of ERD by composition ratio of epoxy resin monomer (A1 or A2) and diamine curing agent (B1 or B2). Figure 7 also summarizes the molar equivalents of disulfide bonds in each repeating unit of ERD for various combinations of BGPDS/DGEBA (A1/A2) and DTDA/DDM (B1/B2).

図7に示したように、C1-C13およびC16において、ERDが完全に溶解したことが確認された。また、アミン硬化剤(DTDAまたはDDM)は、2当量のエポキシ樹脂モノマー(BGPDSまたはDGEBA)と反応することができ、これは、図8の構造式に示したように、ジスルフィド結合がERDの繰り返し単位の3当量まで導入できることを示唆された。そして、完全に溶解した部分からは、真空下でCHCl溶媒を除去した後、粘性のある黄色の液体が得られた。 As shown in Figure 7, it was confirmed that the ERD was completely dissolved in C1-C13 and C16. Furthermore, the amine curing agent (DTDA or DDM) can react with two equivalents of the epoxy resin monomer (BGPDS or DGEBA), suggesting that disulfide bonds can be introduced up to three equivalents of the ERD repeat unit, as shown in the structural formula in Figure 8. After removing the CHCl 3 solvent under vacuum from the completely dissolved portion, a viscous yellow liquid was obtained.

これらの残基の化学構造を同定するために、ERD-C1の1H-NMRおよびFT-nIR分光をそれぞれ行った。 To identify the chemical structure of these residues, 1H-NMR and FT-nIR spectroscopy of ERD-C1 were performed, respectively.

図9は、トリブチルホスフィン(TBP)を除去した後のCDCl相の1H-NMRスペクトルを示しており、純粋に分解されたERD-C1を示している。 FIG. 9 shows the 1H-NMR spectrum of the CDCl 3 phase after removal of tributylphosphine (TBP), indicating pure resolved ERD-C1.

このスペクトルでは、6.5~7.5ppmの範囲に分解ERDの芳香環のシグナルが検出された。また、3.0~4.0ppmのピークは、エポキシ基の開環反応で生成したアルキルプロトンに関連するものであった。また、2.0~3.0ppmの範囲にはピークが検出されず、CDCl相にはGSHと交換生成物が存在しないことが証明された。また、1.0~1.5ppmの範囲ではシグナルが確認されず、トリブチルホスフィンは完全に除去されていた。このことから、ERDは、図2に示したように、可溶性オリゴマーに分解したものの、エポキシ構造が維持されていることが明らかになった。 In this spectrum, a signal from the aromatic ring of decomposed ERD was detected in the range of 6.5 to 7.5 ppm. Furthermore, a peak from 3.0 to 4.0 ppm was associated with alkyl protons generated by the ring-opening reaction of the epoxy group. Furthermore, no peak was detected in the range of 2.0 to 3.0 ppm, proving the absence of GSH and exchange products in the CDCl 3 phase. Furthermore, no signal was observed in the range of 1.0 to 1.5 ppm, indicating that tributylphosphine had been completely removed. This demonstrates that although ERD was decomposed into soluble oligomers, the epoxy structure was maintained, as shown in Figure 2.

さらに、図10は、ERD-C1のCHCl相での分解した可溶性部分のFT-IRスペクトルを示した図である
図10(a)に示すように、この残渣のスペクトルは、4000 cm-1~7500 cm-1までのNIR領域でERDのスペクトルとほぼ同じであった。このことは、この液状残基がERDのエポキシ構造を保持していることを示している。一方、2550 cm-1にチオール由来の新しい吸収帯が現れた(図10(b))。これは、このフラグメントがERDのジスルフィド基がGSHによって還元されてチオール基を含んでいることを示している。
Furthermore, Figure 10 shows the FT-IR spectrum of the soluble portion of ERD-C1 decomposed in the CHCl 3 phase. As shown in Figure 10(a), the spectrum of this residue was almost identical to that of ERD in the NIR region from 4000 cm-1 to 7500 cm -1 . This indicates that this liquid residue retains the epoxy structure of ERD. Meanwhile, a new absorption band derived from thiol appeared at 2550 cm -1 (Figure 10(b)). This indicates that this fragment contains a thiol group due to the reduction of the disulfide group of ERD by GSH.

ここで、ERDの溶解度は、ジスルフィド基とERDの繰り返し単位の化学量論的比率の観点から論じることができる(図7)。ジスルフィド基がERDの繰り返し単位に対して1.5当量以上の場合、ERDはCHClに完全に溶解し、ERDは二量体単位または単量体単位に分解された。一方、ジスルフィド基の化学量論的比が1.5当量未満の場合には、繰り返し単位のほとんどが3量体以上となり、析出物が発生することが確認された。 The solubility of ERD can be discussed in terms of the stoichiometric ratio of disulfide groups to ERD repeat units (Figure 7). When the disulfide groups were 1.5 equivalents or more relative to the ERD repeat units, ERD was completely dissolved in CHCl 3 , and ERD was decomposed into dimers or monomers. On the other hand, when the stoichiometric ratio of disulfide groups was less than 1.5 equivalents, most of the repeat units were trimers or higher, resulting in the formation of precipitates.

さらに、ERDの分解傾向を調べるために、CHCl相のUV-vis スペクトルを 254nmで時間経過とともに測定した(図11)。 Furthermore, to investigate the decomposition tendency of ERD, the UV-vis spectrum of the CHCl 3 phase was measured at 254 nm over time (Figure 11).

CHCl中のERD-C1の懸濁液をGSH/水溶液と混合すると、245nmでの紫外吸収は直ちに増加し、飽和曲線に従った。4時間後には一定の値を持つプラトー領域に達し、ERD-C1は CHCl相に完全に溶解したことが示唆された。ERDの分解能はエポキシ樹脂中のジスルフィド結合数と明確に相関していた。 When a suspension of ERD-C1 in CHCl 3 was mixed with a GSH/water solution, the UV absorption at 245 nm immediately increased and followed a saturation curve. After 4 h, it reached a plateau region with a constant value, suggesting that ERD-C1 was completely dissolved in the CHCl 3 phase. The resolution of ERD was clearly correlated with the number of disulfide bonds in the epoxy resin.

<実施例3>リワーク試験
一般に、アミン硬化型エポキシ樹脂は、アミン結合を架橋点とするネットワーク構造と考えられているが、ERDの場合は、ジスルフィド結合を繰り返し単位とする動的共有結合ネットワークポリマーと考えることもできる。このため、ジスルフィド結合の形成によりERDを分解再生しても、元のアミン硬化型エポキシ樹脂としてのERDの構造や物性は変化しないと考えられた。
<Example 3> Rework test Generally, amine-cured epoxy resins are considered to have a network structure with amine bonds as crosslinking points, but ERD can also be considered to be a dynamic covalent network polymer with disulfide bonds as repeating units. Therefore, even if ERD is decomposed and regenerated by forming disulfide bonds, it was thought that the structure and physical properties of the original amine-cured epoxy resin ERD would not change.

分解したエポキシ樹脂残渣(エポキシ樹脂分解組成物)をポリテトラフルオロエチレン製の型に流し込み、180℃で6時間加熱した。その結果、液状の残渣は暗褐色の固体となった。FT-NIR測定の結果、リサイクルされたERDはジスルフィド結合が形成されて硬化していることが明らかになった。このことから、分解した黄色の液体にはチオール基が含まれており、硬化後(リサイクル後)にはチオール基に対応する2550 cm-1のピークはほぼ消失していたが(図10b)、リサイクル後のERDは、FT-NIR測定により、わずかにチオール基の存在を確認することはできた。 The decomposed epoxy resin residue (epoxy resin decomposition composition) was poured into a polytetrafluoroethylene mold and heated at 180°C for 6 hours. As a result, the liquid residue became a dark brown solid. FT-NIR measurement revealed that the recycled ERD had hardened through the formation of disulfide bonds. This indicates that the decomposed yellow liquid contained thiol groups. After hardening (after recycling), the peak at 2550 cm -1 corresponding to thiol groups almost disappeared (Figure 10b). However, FT-NIR measurement of the recycled ERD confirmed the presence of traces of thiol groups.

さらに、リサイクル前後のジスルフィド含有エポキシ樹脂の熱的・機械的特性を評価するために、動的力学解析(DMA)を行った。その結果を表2に示す。 Furthermore, dynamic mechanical analysis (DMA) was performed to evaluate the thermal and mechanical properties of the disulfide-containing epoxy resin before and after recycling. The results are shown in Table 2.

機械的特性については、リサイクル前の元のERDの貯蔵弾性率は1.8GPaであり、ジスルフィド結合を持たない従来のエポキシ樹脂(1.88GPa)と同等の貯蔵弾性率を示すことが確認された。リサイクル後のERDの貯蔵弾性率は、室温で初期値の約90%が維持されていることが確認された。 In terms of mechanical properties, the storage modulus of the original ERD before recycling was 1.8 GPa, which was confirmed to be equivalent to that of conventional epoxy resins (1.88 GPa) without disulfide bonds. It was confirmed that the storage modulus of the recycled ERD maintained approximately 90% of its initial value at room temperature.

なお、ガラス転移温度(Tg)は、ネットワークの再接続が一部不完全であったため、131℃から82℃へと低下した。 The glass transition temperature (Tg) decreased from 131°C to 82°C due to partial incomplete reconnection of the network.

また、リサイクル前後の架橋密度を評価するために、リサイクル前のERDとリサイクル後のERDの膨潤試験を行った。その結果を図12に示す。 In addition, to evaluate the crosslink density before and after recycling, a swelling test was conducted on the ERD before and after recycling. The results are shown in Figure 12.

図12に示すように、室温でトルエンに72時間浸漬した後の膨潤率は、初期硬化物では3%程度であったのに対し、リサイクル硬化物では13~16%であった。この結果は、リサイクル後のERDの架橋密度は、完全には元の構造には戻らず、室温でのガラス転移温度の低下と機械的強度の低下(1.8GPaから1.6GPa)を引き起こす一方で、ゴム状の貯蔵弾性率の上昇(14.3MPaから49.9MPa)を引き起こしていることを示している。 As shown in Figure 12, the swelling ratio after immersion in toluene at room temperature for 72 hours was approximately 3% for the initial cured material, while it was 13-16% for the recycled cured material. This result indicates that the crosslink density of the recycled ERD does not completely return to its original structure, causing a decrease in the glass transition temperature and mechanical strength at room temperature (from 1.8 GPa to 1.6 GPa), while also causing an increase in the rubber-like storage modulus (from 14.3 MPa to 49.9 MPa).

図13は、130℃におけるリサイクル前のエポキシ樹脂硬化物とリサイクル後のエポキシ樹脂硬化物の正規化応力緩和を示したものである。応力緩和時間は、マクスウェルモデルの式に基づき、初期応力の63%を解放するのに必要な時間と定義した。その結果、リサイクルエポキシ樹脂硬化物の130℃における応力緩和時間は152秒であり、リサイクルエポキシ樹脂硬化物の方が初期応力の63%の緩和に要する時間が短いことが確認された。その結果、リサイクルエポキシ樹脂硬化物の再生ネットワークは動的ジスルフィド結合の再形成に起因する一般的な動的ネットワークとしてTg以上の応力緩和を示すことが確認された。また、リサイクルエポキシ樹脂硬化物のTgが比較的低いため、低温ではセグメント鎖運動が起こり、交換反応が速くなり、応力緩和現象が発生することが確認された。 Figure 13 shows the normalized stress relaxation curves for cured epoxy resin before and after recycling at 130°C. Based on the Maxwell model, stress relaxation time was defined as the time required to release 63% of the initial stress. The stress relaxation time for the cured recycled epoxy resin at 130°C was 152 seconds, confirming that the time required for the cured recycled epoxy resin to release 63% of the initial stress was shorter. This confirmed that the regenerated network of the cured recycled epoxy resin exhibited stress relaxation above the Tg, a typical dynamic network resulting from the reformation of dynamic disulfide bonds. Furthermore, because the cured recycled epoxy resin had a relatively low Tg, segmental chain motion occurred at low temperatures, accelerating the exchange reaction and resulting in stress relaxation.

<実施例4>CFRPのリサイクル
炭素繊維強化プラスチック(CFRP)は、航空機や自動車など軽量化や耐クリープ性が求められる分野で注目されている構造材料です。一般に、CFRP構造体のマトリックス樹脂にはエポキシなどの熱硬化性樹脂が使用されているため、リワークやリサイクルが難しく、廃棄物処理の問題が顕在化している。
<Example 4> Recycling of CFRP Carbon fiber reinforced plastic (CFRP) is a structural material that has attracted attention in fields such as aircraft and automobiles, where lightweight construction and creep resistance are required. Generally, thermosetting resins such as epoxy are used as the matrix resin in CFRP structures, making reworking and recycling difficult, and waste disposal issues have become apparent.

そこで、実施例1のERDマトリックスを用いたCFRP構造体のリサイクルシステムについて検討した。 Therefore, we investigated a recycling system for CFRP structures using the ERD matrix of Example 1.

炭素繊維強化構造体(CFRP)は、以下の手順で作製した。 The carbon fiber reinforced plastic (CFRP) structure was fabricated using the following procedure.

まず、ポリテトラフルオロエチレン製テープを貼ったアルミニウムプレートの上に炭素繊維布を置き、ガラスバイアル中にエポキシ樹脂モノマー(BGPDS)とジアミン硬化剤(DTDA)を分子比2:1になるように調製し、90℃で30分間混合した。混合後、この混合物を繊維布を張ったアルミ板に流し込み、ポリテトラフルオロエチレン製テープで覆われたもう一方のアルミニウムプレートで囲んだ。得られた試料と型を120℃で2時間、140℃で2時間、160℃で2時間のオーブン中で硬化させ、最終的にオーブン中で室温まで冷却した。 First, carbon fiber cloth was placed on an aluminum plate covered with polytetrafluoroethylene tape. An epoxy resin monomer (BGPDS) and a diamine curing agent (DTDA) were mixed in a glass vial at a molecular ratio of 2:1 and mixed at 90°C for 30 minutes. After mixing, the mixture was poured onto the aluminum plate covered with the fiber cloth and surrounded by another aluminum plate covered with polytetrafluoroethylene tape. The resulting sample and mold were cured in an oven at 120°C for 2 hours, 140°C for 2 hours, and 160°C for 2 hours, and finally cooled to room temperature in the oven.

そして、硬化したCFRP構造体を、水相と有機相(CHCl相)の二液中にクリップで固定した(図14(a)(b))。雰囲気下で24時間激しく撹拌することで、CFRP構造体のマトリックスであるERDは、CHCl相に分解された(図14(c))。マトリックス溶解後、水とアセトンで洗浄し、100℃で乾燥させることで炭素繊維を完全に回収することができた(図14(d))。一方、クロロホルム溶液に溶解した分解エポキシ残渣(エポキシ樹脂分解組成物)は、溶媒の蒸発により得られた(図14(e))。このエポキシ残渣は、ジスルフィド結合を形成することで、エポキシ樹脂ネットワークに簡単に移行することができた(図14(f))。 The cured CFRP structure was then fixed with clips in two liquid phases: an aqueous phase and an organic phase ( CHCl3 phase) (Figs. 14(a) and 14(b)). After 24 hours of vigorous stirring under atmospheric pressure, the ERD, which constituted the CFRP structure's matrix, was decomposed into the CHCl3 phase (Fig. 14(c)). After dissolving the matrix, the carbon fibers were completely recovered by washing with water and acetone and drying at 100°C (Fig. 14(d)). Meanwhile, the decomposed epoxy residue (epoxy resin decomposition composition) dissolved in the chloroform solution was obtained by evaporating the solvent (Fig. 14(e)). This epoxy residue easily transitioned into the epoxy resin network by forming disulfide bonds (Fig. 14(f)).

以上のとおり、ジスルフィド結合を有するエポキシ樹脂のリワーク・リサイクルシステムを提案した。まず、動的なS-S結合を導入することで、リサイクル可能でリワーク可能なジスルフィド結合を有するエポキシ樹脂硬化物を得た。次に、チオール-ジスルフィド交換反応により、エポキシ樹脂中の動的ジスルフィド結合を切断し、グルタチオンなどの水溶性生体分子のS-H結合と交換することで、分解したエポキシ樹脂(分解組成物)残渣をクロロホルムに溶解させることができ、交換生成物はグルタチオンに親水性ペプチド基が存在することで水相中に分布することが確認された。最後に、SH結合を有するエポキシ残基を加熱し、ジスルフィドを含むエポキシ樹脂ネットワーク構造を有するリサイクルエポキシ樹脂硬化物を得た。このようにして得られたリサイクルエポキシ樹脂硬化物は、元のエポキシ樹脂の約90%の機械的強度を維持しているため、様々な用途に応用できる可能性を有している。また、この方法は、炭素繊維強化複合材料に実用化できる可能性があり、埋込物とマトリックス樹脂の両方の再利用の幅が広がる可能性がある。
As described above, we have proposed a reworking and recycling system for epoxy resins containing disulfide bonds. First, by introducing dynamic disulfide bonds, we obtained recyclable and reworkable cured epoxy resins containing disulfide bonds. Next, by using a thiol-disulfide exchange reaction to cleave the dynamic disulfide bonds in the epoxy resin and exchange them with S-H bonds of water-soluble biomolecules such as glutathione, the decomposed epoxy resin (decomposition composition) residue can be dissolved in chloroform. The exchange product was confirmed to distribute in the aqueous phase due to the presence of hydrophilic peptide groups in glutathione. Finally, the epoxy residues containing S-H bonds were heated to obtain recycled cured epoxy resins with a disulfide-containing epoxy resin network structure. The recycled cured epoxy resins obtained in this way retain approximately 90% of the mechanical strength of the original epoxy resin, making them potentially applicable to a variety of applications. Furthermore, this method has the potential to be applied to carbon fiber-reinforced composites, potentially expanding the scope of reuse for both embedded materials and matrix resins.

Claims (8)

両末端にエポキシ基を備え、かつ、ジスルフィド結合(-S-S-)を有するエポキシ樹脂モノマー(A1)およびジアミン硬化剤(B)を含む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と、
チオール基(-SH)を有する水溶性生体分子化合物と
を含むエポキシ樹脂分解性組成物の分解反応物である、ヒドロキシ基(-OH)およびチオール基(-SH)を有するヒドロキシチオール化合物を含むエポキシ樹脂分解組成物のリサイクル硬化物であって、
前記水溶性生体分子化合物は、グルタチオン、チオレドキシン、ペルオキシレドキシン、ジチオスレイトール(DTT)からなる群から選択される少なくとも1種であり、
前記ヒドロキシチオール化合物を含み、エポキシ樹脂ネットワーク構造を有することを特徴とするリサイクル硬化物。
a cured epoxy resin material which is a cured product of an epoxy resin composition containing an epoxy resin monomer (A1) having epoxy groups at both ends and a disulfide bond (-S-S-) and a diamine curing agent (B);
a water-soluble biomolecular compound having a thiol group (-SH); and a recycled cured product of an epoxy resin decomposition composition containing a hydroxy thiol compound having a hydroxy group (-OH) and a thiol group (-SH), the hydroxy thiol compound being a decomposition reaction product of an epoxy resin decomposition composition containing a water-soluble biomolecular compound having a thiol group (-SH),
the water-soluble biomolecular compound is at least one selected from the group consisting of glutathione, thioredoxin, peroxiredoxin, and dithiothreitol (DTT);
A recycled cured product comprising the hydroxy thiol compound and having an epoxy resin network structure.
FT-NIRによって、ジスルフォド化されていない未反応のチオール基(-SH)が検出されることを特徴とする請求項1のリサイクル硬化物。 The recycled cured material of claim 1, characterized in that unreacted thiol groups (-SH) that have not been disulfonated are detected by FT-NIR. 前記ジアミン硬化剤(B)が、4,4'-ジチオジアニリン(DTDA)、シスタミン、シスチンジメチルエステル、シスチンジエチルエステルからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1のリサイクル硬化物。2. The recycled cured product according to claim 1, wherein the diamine curing agent (B) is at least one selected from the group consisting of 4,4'-dithiodianiline (DTDA), cystamine, cystine dimethyl ester, and cystine diethyl ester. 水相および有機相の二相系溶媒中において、両末端にエポキシ基を備え、かつ、ジスルフィド結合(-S-S-)を有するエポキシ樹脂モノマー(A1)と、ジアミン硬化剤(B)とを含む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を、チオール基(-SH)を有する水溶性生体分子化合物と接触させ、有機相中に、分解物として、ヒドロキシ基(-OH)およびチオール基(-SH)を有するヒドロキシチオール化合物を生成すること、
を含み、
前記水溶性生体分子化合物は、グルタチオン、チオレドキシン、ペルオキシレドキシン、ジチオスレイトール(DTT)からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とするエポキシ樹脂硬化物の分解方法。
In a two-phase solvent system consisting of an aqueous phase and an organic phase, a cured epoxy resin material, which is a cured product of an epoxy resin composition comprising an epoxy resin monomer (A1) having epoxy groups at both ends and a disulfide bond (-S-S-) and a diamine curing agent (B), is brought into contact with a water-soluble biomolecular compound having a thiol group (-SH), to produce a hydroxythiol compound having a hydroxy group (-OH) and a thiol group (-SH) as a decomposition product in the organic phase;
Including,
A method for decomposing a cured epoxy resin material, wherein the water-soluble biomolecular compound is at least one selected from the group consisting of glutathione, thioredoxin, peroxiredoxin, and dithiothreitol (DTT) .
前記ジアミン硬化剤(B)が、4,4'-ジチオジアニリン(DTDA)、シスタミン、シスチンジメチルエステル、シスチンジエチルエステルからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項4のエポキシ樹脂硬化物の分解方法。5. The method for decomposing a cured epoxy resin material according to claim 4, wherein the diamine curing agent (B) is at least one selected from the group consisting of 4,4'-dithiodianiline (DTDA), cystamine, cystine dimethyl ester, and cystine diethyl ester. 以下の工程:
水相および有機相の二相系溶媒中において、両末端にエポキシ基を備え、かつ、ジスルフィド結合(-S-S-)を有するエポキシ樹脂モノマー(A1)と、ジアミン硬化剤(B)とを含む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を、チオール基(-SH)を有する水溶性生体分子化合物と接触させ、有機相中に、分解物として、ヒドロキシ基(-OH)およびチオール基(-SH)を有するヒドロキシチオール化合物を生成すること;および
前記ヒドロキシチオール化合物を含有する液体を加熱して硬化させ、ジスルフィド結合(-S-S-)を含むエポキシ樹脂ネットワーク構造を有する硬化物を得ること
を含み、
前記水溶性生体分子化合物は、グルタチオン、チオレドキシン、ペルオキシレドキシン、ジチオスレイトール(DTT)からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とするエポキシ樹脂硬化物のリサイクル方法。
The following steps:
The method comprises: bringing a cured epoxy resin material, which is a cured product of an epoxy resin composition comprising an epoxy resin monomer (A1) having epoxy groups at both ends and a disulfide bond (-S-S-) and a diamine curing agent (B), into contact with a water-soluble biomolecular compound having a thiol group (-SH) in a two-phase solvent system consisting of an aqueous phase and an organic phase, to produce a hydroxy thiol compound having a hydroxy group (-OH) and a thiol group (-SH) as a decomposition product in the organic phase; and heating the liquid containing the hydroxy thiol compound to cure it, thereby obtaining a cured product having an epoxy resin network structure containing a disulfide bond (-S-S-) ,
A method for recycling a cured epoxy resin material, wherein the water-soluble biomolecular compound is at least one selected from the group consisting of glutathione, thioredoxin, peroxiredoxin, and dithiothreitol (DTT) .
前記ジアミン硬化剤(B)が、4,4'-ジチオジアニリン(DTDA)、シスタミン、シスチンジメチルエステル、シスチンジエチルエステルからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項6のエポキシ樹脂硬化物のリサイクル方法。7. The method for recycling a cured epoxy resin material according to claim 6, wherein the diamine curing agent (B) is at least one selected from the group consisting of 4,4'-dithiodianiline (DTDA), cystamine, cystine dimethyl ester, and cystine diethyl ester. 次式で表される単位構造を有する単量体化合物:
(RおよびRは、同一または別異であって、芳香族炭素環、芳香族炭素環アルキル鎖、脂肪族炭素環、脂肪族炭素環アルキル鎖、または脂肪族炭素鎖を示し、
は、芳香族炭素環、芳香族炭素環アルキル鎖、脂肪族炭素環、脂肪族炭素環アルキ
ル鎖または脂肪族炭素鎖を示し、
は、窒素原子を示し、
は、チオール基(-SH)を示す)
と、
次式で表される単位構造:
(RおよびRは、同一または別異であって、芳香族炭素環、芳香族炭素環アルキル鎖、脂肪族炭素環、脂肪族炭素環アルキル鎖、または脂肪族炭素鎖を示し、
は、芳香族炭素環、芳香族炭素環アルキル鎖、脂肪族炭素環、脂肪族炭素環アルキル鎖または脂肪族炭素鎖を示し、
は、窒素原子を示し、
末端に位置する3つのYのうち、2つがチオール基(-SH)であり、他の1つがスルフィド(-S-)である)
を2つ含み、
2つの前記単位構造が、前記スルフィド(-S-)が連結したジスルフィド結合(-S-S-)を介して互いに結合している二量体化合物
と、
次式で表される単位構造;
(RおよびRは、同一または別異であって、芳香族炭素環、芳香族炭素環アルキル鎖、脂肪族炭素環、脂肪族炭素環アルキル鎖、または脂肪族炭素鎖を示し、
は、芳香族炭素環、芳香族炭素環アルキル鎖、脂肪族炭素環、脂肪族炭素環アルキル鎖または脂肪族炭素鎖を示し、
は、窒素原子を示す。)
を3つ含み、
3つの前記単位構造のうちの一つは、末端に位置する3つのYのうち、1つがチオール基(-SH)であり、他の2つがスルフィド(-S-)であり、
3つの前記単位構造のうちの他の二つは、末端に位置する3つのYのうち、2つがチオール基(-SH)であり、他の1つがスルフィド(-S-)であり、
3つの前記単位構造の前記スルフィド(-S-)が連結したジスルフィド結合(-S-S-)を介して互いに結合している三量体化合物
と、
グルタチオン、チオレドキシン、ペルオキシレドキシン、ジチオスレイトール(DTT)からなる群から選択される少なくとも1種であるチオール基(-SH)を有する水溶性生体分子化合物
と、
を含む組成物の硬化物であることを特徴とする硬化物。
A monomer compound having a unit structure represented by the following formula:
(R 7 and R 8 are the same or different and represent an aromatic carbocyclic ring, an aromatic carbocyclic alkyl chain, an aliphatic carbocyclic ring, an aliphatic carbocyclic alkyl chain, or an aliphatic carbon chain;
R9 represents an aromatic carbocycle, an aromatic carbocyclic alkyl chain, an aliphatic carbocycle, an aliphatic carbocyclic alkyl chain, or an aliphatic carbon chain;
Z1 represents a nitrogen atom;
Y1 represents a thiol group (-SH).
and,
The unit structure represented by the following formula:
(R 7 and R 8 are the same or different and represent an aromatic carbocyclic ring, an aromatic carbocyclic alkyl chain, an aliphatic carbocyclic ring, an aliphatic carbocyclic alkyl chain, or an aliphatic carbon chain;
R9 represents an aromatic carbocycle, an aromatic carbocyclic alkyl chain, an aliphatic carbocycle, an aliphatic carbocyclic alkyl chain, or an aliphatic carbon chain;
Z1 represents a nitrogen atom;
Of the three Y2s located at the terminals, two are thiol groups (-SH) and the other is a sulfide (-S-).
Contains two
a dimeric compound in which two of the unit structures are bonded to each other via a disulfide bond (—S—S—) in which the sulfides (—S—) are linked;
A unit structure represented by the following formula:
(R 7 and R 8 are the same or different and represent an aromatic carbocyclic ring, an aromatic carbocyclic alkyl chain, an aliphatic carbocyclic ring, an aliphatic carbocyclic alkyl chain, or an aliphatic carbon chain;
R9 represents an aromatic carbocycle, an aromatic carbocyclic alkyl chain, an aliphatic carbocycle, an aliphatic carbocyclic alkyl chain, or an aliphatic carbon chain;
Z1 represents a nitrogen atom.
Includes three
One of the three unit structures has three terminal Y3s , one of which is a thiol group (-SH) and the other two are sulfides (-S-),
The other two of the three unit structures have three terminal Y3s , two of which are thiol groups (-SH) and the other is a sulfide (-S-),
a trimeric compound in which the sulfides (—S—) of three of the unit structures are bonded to each other via a disulfide bond (—S—S—);
A water-soluble biomolecular compound having a thiol group (-SH), which is at least one selected from the group consisting of glutathione, thioredoxin, peroxiredoxin, and dithiothreitol (DTT).
and,
A cured product characterized by being a cured product of a composition comprising:
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