【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は前記の式〔1〕で示されるスピロオル
ソエステル基を少なくとも1個有するスピロオル
ソエステル化合物(以下単にスピロオルソエステ
ルという)を含有する硬化用組成物に関するもの
である。スピロオルソエステル基に関しては、
W.J.Bailey,Journal of Macromelecular
Science,Chemistry,A9(5),849〜865(1975)
等によつてすでに知られているが、本発明者らは
スピロオルソエステルの化学的特性について種々
検討した結果、エポキシ化合物とスピロオルソエ
ステルがカチオン重合触媒または有機酸硬化剤で
開環共重合するこを見出した。
スピロオルソエステルは例えばエポキシ化合物
とラクトンとの反応によつて製造される。その製
造法を例示すると、ラクトン例えばγ―ブチロラ
クトン、δ―バレロラクトンまたはε―カプロラ
クトン、及び触媒例えばBF3OEt2を適当な溶媒例
えば四塩化炭素、塩化メチレン等の溶媒に溶解
し、反応温度を制御しながら、エポキシ化合物を
適当な溶媒に溶かした溶液を滴下し反応させる。
この際の反応温度は一般に0゜〜30℃の範囲で
行う。また、ラクトンとエポキシ化合物の仕込み
比は制限はないが、一般にはエポキシ基1当量に
対してラクトン1当量以上の割合で行う。また場
合によつて1当量未満の割合でもよい。反応液か
らのスピロオルソエステルの分離取得は、そのま
ま脱溶剤して行うか、ラクトンを除くためアルカ
リ洗浄後脱溶剤して行うか、あるいは必要に応じ
て、減圧蒸留または再結晶等の溶剤精製すること
によつて行う。
一例としてフエニルグリシジルエーテルとγ―
ブチロラクトンの反応を示せば次式のように表わ
される。
スピロオルソエステルのカチオン重合に関して
は、前記文献等に記載されているが、スピロオル
ソエステルがエポキシ化合物とカチオン開環共重
合し、またエポキシ化合物と有機酸硬化剤により
開環共重合するという事実はまつたく知られてお
らず、本発明者らは予想外の知見を得たのであ
る。
一般に熱硬化性樹脂は、硬化の際必ず体積収縮
を伴う。例えばエポキシ樹脂は小さいほうである
がそれでも3〜6%程度の体積収縮率を示す。硬
化時の体積収縮が大きいと、例えば成形材料とし
て使用した場合に寸法精度がでないとか、注型材
料として利用した場合にはうめこみ物に収縮によ
るひずみがかかるとか、型との接着力の低下や隙
間が生じるなどの問題がある。また塗料として使
用した場合、内部ひずみによる塗板との密着性の
低下やそりがおこるとか、接着剤として使用した
場合、内部ひずみによる接着力の低下やそり、変
形などの使用上の問題を生ずる。これに対して、
本発明の組成物を構成するスピロオルソエステル
は上記のように一般に市販されているエポキシ化
合物とγ―ブチロラクトン、δ―バレロラクトン
またはε―カプロラクトンから簡単な反応によつ
て容易に合成でき、しかも重合による体積収縮が
非常に小さいという特長をも具備している。例え
ばビスフエノールAのジグリシジルエーテル型エ
ポキシとγ―ブチロラクトンから製造されたスピ
ロオルソエステル(後述するスピロオルソエステ
ル〔A〕のカチオン重合による体積収縮率を求め
ると約0.6%であり、またビスフエノールAのジ
グリシジルエーテル型エポキシとε―カプロラク
トンから製造されたスピロオルソエステル(後述
するスピロオルソエステル〔B〕)をドデセニル
無水コハク酸を有機酸硬化剤として使用し硬化さ
せたときの体積収縮率を求めると約0.7%であつ
て一般の熱硬化性樹脂等に比較して非常に小さ
い。なお体積収縮率(%)は、〔1―(重合前の
組成物の比重/重合体の比重)〕×100で表わされ
る。
本発明の組成物は、このように重合および硬化
時の体積収縮が小さいスピロオルソエステルを共
重合成分として含有しているので、エポキシ化合
物の硬化性成分としてスピロオルソエステルを含
有しない組成物に比較して、硬化による体積収縮
率が小さいという特長をもつている。また本発明
の組成物は、接着剤として使用した場合にエポキ
シ化合物を使用した系(スピロオルソエステルを
含まない系)と較べて、はく離強度が大きいとい
う特長をも具備している。例えばアルミニウム材
を接着した場合のT形はく離試験の結果、ビスフ
エノールAのジグリシジルエーテル型エポキシで
あるエピコート828シエル化学(株)製商品名)50重
量部と後述のスピロオルソエステル〔B〕50重量
部の混合物に、有機酸硬化剤としてドデセニル無
水コハク酸を配合した組成物は、スピロオルソエ
ステル〔B〕が配合されていない点を除いて他は
組成が同一の組成物に比較して、はく離強度は約
2倍であつた。
このように本発明の組成物は、成形材料、複合
材料、接着剤、注型材料、塗料等に使用して極め
て有用である。
本発明の組成物を構成するエポキシ化合物は、
1分子中に1個以上のエポキシ基を含むエポキシ
化合物で、例えば2,2′―ビス(4′―ヒドロキシ
フエニル)プロパン(通称ビスフエノールA)、
ハロゲン化ビスフエノールA、ビス(4―ヒドロ
キシフエニル)メタン(通称ビスフエノール
F)、レゾルシノール、テトラヒドロキシフエニ
ルメタン、フエノールあるいはクレゾールとホル
マリンより縮合されるノボラツク型多官能フエノ
ール、フエノール、クレゾール、t―ブチルフエ
ノール等のフエノール系化合物とエピクロリドリ
ンまたはβ―メチルエピクロルヒドリン(以下両
者を(β―メチル)エピクロルヒドリンと表わ
す。〕を反応させてえられるグリシジルエーチ
ル、β―メチルグリシジルエーテル〔以下両者を
(β―メチル)グリシジルエーテルと表わす。〕、
ポリグリシジルエーテルまたはポリ(β―メチル
グリシジル)エーテル(以下両者をポリ((β―
メチル)グリシジル)エーテルと表わす。)等が
ある。またブチルアルコール、アリルアルコー
ル、エチレングリコール、ポリエチレングリコー
ル、2,2′―ビス(4′―ヒドロキシシクロヘキシ
ル)プロパン、グリセリン、1,1,1―トリメ
チロールプロパン等のアルコールと(β―メチ
ル)エピクロルヒドリンを反応させてえられる
(β―メチル)グリシジルエーテルまたはポリ
((β―メチル)グリシジル)エーテル等もあげら
れる。その他にベンゼンモノカルボン酸、アジピ
ン酸、セバシン酸、フタル酸、ヘキサヒドロフタ
ル酸、テトラヒドロフタル酸等のカルボキシル基
を有する化合物と(β―メチル)エピクロルヒド
リンを反応させてえられる(β―メチル)グリシ
ジルエステル及びポリ((β―メチル)グリシジ
ル)エステル等も使用できる。また更にエポキシ
化オレフイン、エポキシ化ポリブタジエン、エポ
キシ化値物油、シクロペンタジエン化エポキシ、
アニリン変性エポキシなどのごとき含窒素エポキ
シ、イソシアヌル酸エポキシやヒダントイン誘導
体あるいはイミダゾリン誘導体などから得られる
含窒素ヘテロ環エポキシ、モノ不飽和化合物から
えられるスチレンオキサイド等あるいは分子内二
重結合を酸化して合成される内部エポキシタイプ
化合物であるチツソ(株)製商品名チツソノツクス
201,221,289,206,207,1222チバ製品(株)製商
品名アラルダイトCY―175,CY―176,CY―
178,CY―179等を使用することもできる。本発
明組成物にあつては、上記に例示したごときエポ
キシ化合物の一種または二種以上が配合され得
る。
本発明の組成物を構成するスピロオルソエステ
ルとしては、ラクトン、例えばγ―ブチロラクト
ン、δ―バレロラクトン、ε―カプロラクトンと
前述のエポキシ化合物を反応させて製造されるス
ピロオルソエステルが使用される。
例えば、1,4,6―トリオキサスピロ〔4,
4〕ノナン、2―メチル―1,4,6―トリオキ
サスピロ〔4,4〕ノナン、2―クロルメチル―
1,4,6―トリオキサスピロ〔4,4〕ノナ
ン、2―フエノキシメチル―1,4,6―トリオ
キサスピロ〔4,4〕ノナン、1,4,6―トリ
オキサスピロ〔4,5〕デカン、2―クロルメチ
ル―1,4,6―トリオキサスピロ〔4,6〕ウ
ンデカン、2,3―ジメチル―1,4,6―トリ
オキサスピロ〔4,6〕ウンデカン、2―メチレ
ン―1,4,6―トリオキサスピロ〔4,4〕ノ
ナン、2―メチレン―1,4,6―トリオキサス
ピロ〔4,6〕ウンデカン等のごときスピロオル
ソエステル基を1個もつスピロオルソエステル、
ビスフエノールAのジグリシジルエーチル、2,
2―ビス(4′―ヒドロキシヘキシル)プロパンの
ジグリシジルエーテル、1,1,1―トリメチロ
ールプロパンのトリグリシジルエーテル等のエポ
キシ化合物とラクトンを反応させたスピロオルソ
エステル基を2個以上もつスピロオルソエステル
があり、またこれらの混合物も使用できる。
好ましいスピロオルソエステルはスピロオルソ
エステル基を分子中に1個以上もつ化合物であ
り、下式〔2〕で示される。
Y(−A)m 〔2〕
ここでmは1以上の整数であり、
Aは
または
を表わし、
有機基〔4〕における(B)は置換又は非置換
のシクロアルキレン基を表わし、
式〔2〕におけるYはエポキシ化合物のエポキ
シ基(脂環型エポキシの内部エポキシ基も含む)
を除く残基を表わし、
有機基〔3〕および〔4〕におけるR1,R2,
R3,R1′,R2′はそれぞれ水素原子、アルキル、ハ
ロアルキル、アルケニル基を表わし、またnは3
〜5の整数を示し、
また式〔2〕のYと有機基〔3〕のR1は一体
化して一つのメチレン基を形成し得る。
スピロオルソエステルの合成反応を一般式で示
せば次の如くである。
その具体例を数例示すと、フエニルグリシジル
エーテルとγ―ブチロラクトンの反応は既述した
とおりであり、また脂環型エポキシ化合物例えば
チツソノツクス221(チツソ(株)製商品名)とε―
カプロラクトンとの反応を示せば次式のように表
わされる。
なお、生成するスピロオルソエステルの有機基
〔3〕または〔4〕におけるnの値は、ラクトン
がγ―ブチロラクトンのとき3,δ―バレロラク
トンのとき4、ε―カプロラクトンのとき5とな
る。
またエポキシ化合物とラクトンから製造れたス
ピロオルソエステルの誘導体も使用できる。例え
ばそのような例としてスピロオルソエステルの脱
ハロゲン化水素反応によつて製造される次式で示
されるメチレン基含有のスピロオルソエステルす
なわち前記式〔2〕においてYとR1が一体化し
てメチレン基を形成した化合物がある。
ここでnは3〜5の整数である。
さらにその具体例として2―クロルメチル―
1,4,6―トリオキサスピロ〔4,6〕ウンデ
カンの脱HC反応を示せば次式のように表わさ
れる。
また、スピロオルソエステル基を例えば脱ハロ
ゲン化Na反応等で分子中に導入することより製
造されるスピロオルソエステルがある。たとえば
フエノールのNa塩と2―ブロムメチル―1,
4,6―トリオキサスピロ〔4,4〕ノナンの脱
NaBr反応を示せば次式のように表わされる。
このようなスピロオルソエステルも本発明で使
用することができる。
本発明組成物におけるスピロオルソエステルと
エポキシ化合物の配合割合(重量基準)は、スピ
ロオルソエステルが少なすぎると硬化時の収縮性
や接着性の改善が充分行なわれず、逆に多すぎる
と硬化物のガラス転移温度が低くなりまた耐熱性
が低下する傾向がありさらに組成物が高価格にも
なるので、スピロオルソエステルの望ましい配合
割合はエポキシ化合物との合計量を基準にして10
〜95さらに好ましくは3090である。
本発明組成物の他の構成々分であるカチオン重
合触媒として例えばφ―N+≡N・PF-,φ―N+
≡N・BF4-などの芳香族ジアゾニウム
塩;φ―I+―φ・BF-等の芳香族ハロニウム
塩;
等の周期律表第Va族元素の芳香族オニウム塩;
等の周期律表第a族元素の芳香族オニウム塩な
どがあげられる。
また、その他のカチオン重合時の触媒として
は、例えば、BF3,FeC3,SnC4,SbC
5,SbF3,TiC4などのルイス酸;
BF3OEt2,BF3―アニリンコンプレツクス等のご
ときルイス酸とO,S,Nなどを有する化合物と
の配位化合物;ルイス酸のオキソニウム塩、ジア
ゾニウム塩、カルボニウム塩、ハロゲン化合物、
混合ハロゲン化合物または過ハロゲン酸誘導体な
どがあげられる。
カチオン重合の触媒の配合量は組成物中通常
0.001〜10wt%の範囲が好適である。
本発明組成物を構成し得る有機酸硬化剤は、エ
ポキシ化合物の硬化剤として使用される多塩基性
カルボン酸あるいはその酸無水物が適しており、
それらを例示すれば、コハク酸、メチルコハク
酸、ドデセニルコハク酸、ジクロルコハク酸、ア
ゼライン酸セバシン酸、イタコン酸、マレイン
酸、シトラコン酸、フタル酸、テトラヒドロフタ
ル酸、メチルテトラヒドロフタル酸、ヘキサヒド
ロフタル酸、メチルヘキサヒドロフタル酸、エン
ドメチレンテトラヒドロフタル酸、メチルエンド
メチレンテトラヒドロフタル酸、トリカルバリル
酸、トリメリツト酸、ピロメリツト酸、シクロペ
ンタン―1,2,3,4―テトラカルボン酸、ベ
ンゾフエノン―3,3′,4,4′―テトラカルボン
酸、及びこれらの酸無水物であり、またこれらの
二種を混合したもの、あるいはこれらと一塩基性
カルボン酸無水物との混合物、さらに又無水マレ
イン酸のリノレイン酸付加物などのように記多塩
基性カルボン酸あるいはその酸無水物から得られ
る分子の末端あるいは側鎖にカルボン酸あるいは
その酸無水物構造を有するこれらの誘導体なども
使用できる。
一般的に硬化剤としての酸無水物は硬化速度が
遅いため、普通は適当な硬化促進剤を併用して硬
化時間を短縮せることが行なわれるが、本発明に
おいてもかかる併用は有効である。
適当な促進剤としては三級アミン、四級アンモ
ニウム塩、イミダゾール化合物、ピリジン、ジシ
アンジアミド、キレート化合物、メタロセン類等
をあげる事ができる。
有機酸硬化剤の最も適切な配合量は、硬化剤の
化学的性質、硬化用組成物及び硬化生成物に要求
される性質等に応じて適宜定められるが、例えば
ポリカルボン酸又はその無水物を使用する場合、
組成物中のスピロオルソエステル基当量とエポキ
シ基当量の合計1当量あたり、約0.1ないし1.5好
ましくは約0.2ないし1.3のカルボン酸又はカルボ
ン酸無水物当量を使用することが望ましい。
硬化促進剤の量は通常エポキシ化合物、スピロ
オルソエステル化合物および硬化剤の合計100重
量部当り好ましくは0.2ないし3重量部を使用す
る。
本発明組成物の重合または硬化温度に関する制
限は特にないが通常0℃〜200℃で行なわれる。
本発明の組成物には必要に応じて各種の添加物
を添加してもよい。
このような添加物の例としては、例えばガラス
繊維、炭素繊維、雲母、石英粉、炭酸カルシウ
ム、セルローズ、カオリン、タルク、アルミニウ
ム粉末、大きな比表面積を有するコロイド状シリ
カ、粉末ポリ塩化ビニル、及びポリエチレンやポ
リプロピレンのような粉末ポリオレフイン等があ
げられる。
本発明組成物に充填剤例えばシリカ、タルク、
炭酸カリウム、アルミナ等を添加することにより
体積収縮率をさらに低下できる。
また本発明による硬化用組成物は必要に応じ
て、非反応性希釈剤、難燃剤、可撓性付与剤、そ
の他の変性剤を含有していてもよい。
上記難燃剤の例としては、ハロゲン系難燃剤
(例、ヘキサブロムベンゼン)、無機系難燃剤
(例、水和アルミナ、リン酸塩)等があげられ
る。
又、上記非反応性希釈剤の例としてはジブチル
フタレート、ジオクチルフタレート、リン酸トリ
クレジル、タール等、あげられる。
又可撓性付与剤としては、ポリサルフアイド、
ポリアミド、ポリアルキレンポリオール、エラス
トマー等があげられる。
以下実施例によつて、本発明を詳細に説明する
が、実施例中に使用したスピロオルソエステル
〔A〕,〔B〕および〔C〕は以下のように製造し
た。そのうちの〔A〕の主成分は以下の構造式で
表わされる。
スピロオルソエステル〔A〕;
撹拌機、コンデンサー、温度計及び滴下ロート
を備えた4つ口500mlフラスコに、塩化メチレン
200ml及びγ―ブチロラクトン103.2g(1.2モ
ル)を加えた。この溶液を氷水により約10℃に冷
却し、BF3OEt2を0.8ml加えた。次にエピコート
828シエル化学(株)製エポキシ樹脂商品名)152g
(0.4モル)と塩化メチレン100mlの混合溶液を撹
拌下1時間かけて滴下した。さらに温度25℃で4
時間反応させた後、トリエチルアミン1.6mlを加
え触媒を失活させた。
次に過剰のγ―ブチロラクトンを除くために反
応液を5%NaOH水溶液500mlで2回アルカリ洗
浄し、遠心分離で有機層を分離した。次に250ml
の蒸留水で水洗後遠心分離し、その有機層を硫酸
マグネシウムで一夜脱水後、脱溶剤し188gのス
ピロオルソエステル〔A〕を得た。
この生成物は、無色の透明な粘稠液状物で、そ
の比重は25℃で1.213であつた。また粘度は50℃
で約25万センチポイズであつた。
スピロオルソエステル〔B〕;
撹拌機、コンデンサー、温度計及び滴下ロート
を備えた4つ口1フラスコに塩化メチレン200
ml及びε―カプロラクトン136.8g(1.2モル)を
加えた。この溶液を氷水により約10℃に冷却し、
BF3OEt2を1mlを加えた。次に反応液温度を約10
℃に保ちながらエピコート828シエル化学(株)製エ
ポキシ樹脂商品名)114g(0.3モル)と塩化メチ
レン500mlの混合溶液を撹拌下、5時間かけて滴
下した。さらにこの温度で3時間反応させた後、
トリエチルアミン3mlを加え触媒を失活させた。
次に過剰のε―カプロラクトンを除去するため
に、反応液を6%NaOH水溶液500mlで2回アル
カリ洗浄し、遠心分離後、蒸留水300mlで2回水
洗してから遠心分離した。その有機層を硫酸マグ
ネシウムで一夜脱水後、脱溶剤し131gのスピロ
オルソエステル〔B〕を得た。この生成物は淡黄
色の透明な粘稠液状物であり、その比重は25℃で
1.178であつた。また粘度は50℃で約9.8万センチ
ポイズであつた。その主成分は以下の構造式で示
される。
スピロオルソエステル〔C〕の製造
撹拌機、コンデンサー、温度計及び滴下ロート
を備えた4つ口1フラスコに、塩化メチレン
200ml及びε―カプロラクトン136.8g(1.2モ
ル)を加えた。この溶液を氷水により約10℃に冷
却し、BF3OEt21mlを加えた。次に反応液温度を
約10℃に保ちながら化学式
で表わされる脂環型エポキシ樹脂チツソノツクス
―221(チツソ(株)製エポキシ樹脂商品名)82g
(約0.3モル)と塩化メチレン300mlの混合溶液
を、撹拌下に1時間かけて滴下した。さらにこの
温度で3.5時間反応させた後、トリエチルアミン
3mlを加え触媒を失活させた。
次に過剰のε―カプロラクトンを除去するため
に、反応液を6%NaOH水溶液500mlで2回アル
カリ洗浄し、次いで遠心分離後、蒸留水300mlで
2回水洗し、遠心分離した。
その有機層を硫酸マグネシウムで一夜脱水後、
脱溶剤し101gのスピロオルソエステル〔C〕を
得た。
この生成物は淡黄色の透明な半固体状物であ
り、その比重は25℃で1.211であつた。また粘度
は60℃で170万センチポイズであつた。その主成
分は以下の構造式で表される。
実施例 1
エピコート828(シエル化学(株)製商品名)50部
(重量部以下同じ)とスピロオルソエステル
〔A〕50部の混合物に、カチオン重合触媒として
BF3のモノエチルアミン錯化合物を3部加えて、
120℃において4時間後、さらに150℃において6
時間硬化させた。
この硬化物のシヨア硬度はD―86であつた。ま
た25℃おける組成物の比重及び硬化樹脂の比重よ
り求めた硬化による体積収縮率は約2.4%にすぎ
なかつた。
比較例 1
エピコート828(シエル化学(株)製商品名)100部
にBF3のモノエチルアミン錯化合物を3部加えて
実施例1と同様の条件で重合させた。
この硬度物のシヨア硬度はD―89であつた。ま
た硬化による体積収縮率は約3.7%に達した。
実施例 2
エピコート828(シエル化学(株)製商品名)50部
とスピロオルソエステル〔B〕50部の混合物に有
機酸硬化剤としてドデセニル無水コハク酸54部及
び硬化促進剤として1―シアノエチル―2―メチ
ルイミダゾール1.5部を加え、120℃において4時
間さらに150℃においても6時間硬化させた。
この硬化物のシヨア硬度はD―82であつた。ま
た硬化による体積収縮率は約2.3%であつた。
実施例 3 比較例 2
下記の組成よりなる組成物を用いて、アルミニ
ウム(厚さ0.6mm)および冷間圧延鋼板〔JISG―
3141 SPCCD(厚さ0.3mm)〕の接着を、実施例2
と同様の硬化条件で行ない、JIS K 6854―1977
に準じてT形はく離強度を測定した。なお被着体
はアセトンで脱脂したものを使用した。
The present invention relates to a curing composition containing a spiroorthoester compound having at least one spiroorthoester group represented by the above formula [1] (hereinafter simply referred to as spiroorthoester). Regarding the spiroorthoester group,
W.J.Bailey, Journal of Macromolecular
Science, Chemistry, A9(5), 849-865 (1975)
As a result of various studies on the chemical properties of spiro-orthoesters, the present inventors found that an epoxy compound and a spiro-orthoester undergo ring-opening copolymerization with a cationic polymerization catalyst or an organic acid curing agent. I found this. Spiroorthoesters are produced, for example, by reaction of epoxy compounds with lactones. To illustrate its production method, a lactone such as γ-butyrolactone, δ-valerolactone or ε-caprolactone and a catalyst such as BF 3 OEt 2 are dissolved in a suitable solvent such as carbon tetrachloride or methylene chloride, and the reaction temperature is adjusted. A solution of an epoxy compound dissolved in a suitable solvent is added dropwise under controlled conditions to react. The reaction temperature at this time is generally in the range of 0° to 30°C. The ratio of the lactone to the epoxy compound is not limited, but it is generally carried out at a ratio of 1 equivalent or more of the lactone to 1 equivalent of the epoxy group. In some cases, the proportion may be less than 1 equivalent. The spiro-orthoester can be separated and obtained from the reaction solution by directly removing the solvent, or by removing the solvent after washing with an alkali to remove the lactone, or, if necessary, by solvent purification such as vacuum distillation or recrystallization. To do something. As an example, phenyl glycidyl ether and γ-
The reaction of butyrolactone is expressed by the following formula. The cationic polymerization of spiro-orthoesters is described in the above-mentioned literature, but the fact that spiro-orthoesters undergo cationic ring-opening copolymerization with epoxy compounds, and ring-opening copolymerization with epoxy compounds and organic acid curing agents is not known. This was not well known, and the present inventors obtained an unexpected finding. In general, thermosetting resins always undergo volumetric shrinkage during curing. For example, although epoxy resin is on the smaller side, it still exhibits a volume shrinkage of about 3 to 6%. If the volumetric shrinkage during curing is large, for example, when used as a molding material, dimensional accuracy may be lost, when used as a casting material, the filling material may be distorted due to shrinkage, or the adhesive strength with the mold may be reduced. There are problems such as the formation of gaps. Furthermore, when used as a paint, it causes problems in use such as reduced adhesion to the painted plate and warping due to internal strain, and when used as an adhesive, internal strain causes reduced adhesion, warping, and deformation. On the contrary,
As mentioned above, the spiro-orthoester constituting the composition of the present invention can be easily synthesized by a simple reaction from a commercially available epoxy compound and γ-butyrolactone, δ-valerolactone, or ε-caprolactone, and can be polymerized. It also has the feature of very small volumetric shrinkage. For example, the volume shrinkage rate due to cationic polymerization of spiroorthoester [A] produced from diglycidyl ether type epoxy of bisphenol A and γ-butyrolactone (described later) is approximately 0.6%, and bisphenol A Determine the volumetric shrinkage rate when a spiro-orthoester (spiro-orthoester [B] described below) produced from diglycidyl ether type epoxy and ε-caprolactone is cured using dodecenyl succinic anhydride as an organic acid curing agent. It is approximately 0.7%, which is very small compared to general thermosetting resins, etc.The volumetric shrinkage rate (%) is [1 - (specific gravity of the composition before polymerization/specific gravity of the polymer)] × 100. The composition of the present invention thus contains a spiro-orthoester as a copolymerization component, which has a small volume shrinkage during polymerization and curing. When used as an adhesive, the composition of the present invention has the advantage of having a smaller volumetric shrinkage rate when cured than a composition containing no spiro-orthoester. It also has the advantage of having a higher peel strength compared to other types of epoxy, such as Epicote 828 Ciel Chemical, which is a diglycidyl ether type epoxy of bisphenol A. A composition in which dodecenyl succinic anhydride is blended as an organic acid curing agent into a mixture of 50 parts by weight of spiro-orthoester [B] and 50 parts by weight of spiro-orthoester [B] (manufactured by Co., Ltd.) is a composition in which dodecenyl succinic anhydride is blended as an organic acid curing agent. The peel strength was approximately twice as high as that of a composition with the same composition except for the point where the laminate was not stained. As described above, the composition of the present invention is extremely useful for use in molding materials, composite materials, adhesives, casting materials, paints, and the like. The epoxy compound constituting the composition of the present invention is
Epoxy compounds containing one or more epoxy groups in one molecule, such as 2,2'-bis(4'-hydroxyphenyl)propane (commonly known as bisphenol A),
Halogenated bisphenol A, bis(4-hydroxyphenyl)methane (commonly known as bisphenol F), resorcinol, tetrahydroxyphenylmethane, novolac type polyfunctional phenol condensed from phenol or cresol and formalin, phenol, cresol, t -Glycidylethyl, β-methylglycidyl ether [hereinafter both referred to as (β-methyl)epichlorohydrin] obtained by reacting a phenolic compound such as butylphenol with epichloridrine or β-methylepichlorohydrin (hereinafter both referred to as (β-methyl)epichlorohydrin). (Represented as (β-methyl)glycidyl ether.)
Polyglycidyl ether or poly(β-methylglycidyl) ether (hereinafter referred to as poly((β-
methyl)glycidyl)ether. ) etc. In addition, alcohols such as butyl alcohol, allyl alcohol, ethylene glycol, polyethylene glycol, 2,2'-bis(4'-hydroxycyclohexyl)propane, glycerin, 1,1,1-trimethylolpropane, and (β-methyl)epichlorohydrin are used. Also included are (β-methyl)glycidyl ether or poly((β-methyl)glycidyl)ether obtained by the reaction. In addition, (β-methyl)glycidyl is obtained by reacting (β-methyl)epichlorohydrin with a compound having a carboxyl group such as benzene monocarboxylic acid, adipic acid, sebacic acid, phthalic acid, hexahydrophthalic acid, and tetrahydrophthalic acid. Esters and poly((β-methyl)glycidyl) esters and the like can also be used. Furthermore, epoxidized olefin, epoxidized polybutadiene, epoxidized synthetic oil, cyclopentadienated epoxy,
Nitrogen-containing epoxy such as aniline-modified epoxy, nitrogen-containing heterocyclic epoxy obtained from isocyanuric acid epoxy, hydantoin derivatives or imidazoline derivatives, styrene oxide obtained from monounsaturated compounds, or synthesized by oxidizing double bonds in the molecule. An internal epoxy type compound manufactured by Chitsuso Co., Ltd. (trade name: Chitsusonox)
201, 221, 289, 206, 207, 1222 Ciba Product Co., Ltd. Product name Araldite CY-175, CY-176, CY-
178, CY-179, etc. can also be used. In the composition of the present invention, one or more of the epoxy compounds exemplified above may be blended. As the spiro-orthoester constituting the composition of the present invention, a spiro-orthoester produced by reacting a lactone such as γ-butyrolactone, δ-valerolactone, or ε-caprolactone with the above-mentioned epoxy compound is used. For example, 1,4,6-trioxaspiro[4,
4] Nonane, 2-methyl-1,4,6-trioxaspiro[4,4]nonane, 2-chloromethyl-
1,4,6-trioxaspiro[4,4]nonane, 2-phenoxymethyl-1,4,6-trioxaspiro[4,4]nonane, 1,4,6-trioxaspiro[4,5] Decane, 2-chloromethyl-1,4,6-trioxaspiro[4,6]undecane, 2,3-dimethyl-1,4,6-trioxaspiro[4,6]undecane, 2-methylene-1, Spiroorthoesters having one spiroorthoester group such as 4,6-trioxaspiro[4,4]nonane, 2-methylene-1,4,6-trioxaspiro[4,6]undecane, etc.
diglycidyl ethyl of bisphenol A, 2,
Spiroortho containing two or more spiroorthoester groups made by reacting a lactone with an epoxy compound such as diglycidyl ether of 2-bis(4'-hydroxyhexyl)propane or triglycidyl ether of 1,1,1-trimethylolpropane. Esters and mixtures of these can also be used. A preferred spiro-orthoester is a compound having one or more spiro-orthoester groups in the molecule, and is represented by the following formula [2]. Y(-A)m [2] Here, m is an integer greater than or equal to 1, and A is or , (B) in organic group [4] represents a substituted or unsubstituted cycloalkylene group, and Y in formula [2] is an epoxy group of an epoxy compound (including an internal epoxy group of alicyclic epoxy)
Represents residues excluding R 1 , R 2 , in organic groups [3] and [4],
R 3 , R 1 ′, and R 2 ′ each represent a hydrogen atom, alkyl, haloalkyl, or alkenyl group, and n is 3
represents an integer of ~5, and Y in formula [2] and R 1 in organic group [3] can be combined to form one methylene group. The general formula for the synthesis reaction of spiro-orthoester is as follows. To give a few specific examples, the reaction between phenyl glycidyl ether and γ-butyrolactone is as described above, and the reaction between alicyclic epoxy compounds such as Chitsonox 221 (trade name manufactured by Chitso Corporation) and ε-
The reaction with caprolactone is expressed by the following formula. The value of n in the organic group [3] or [4] of the spiroorthoester to be produced is 3 when the lactone is γ-butyrolactone, 4 when the lactone is δ-valerolactone, and 5 when the lactone is ε-caprolactone. Spiroorthoester derivatives made from epoxy compounds and lactones can also be used. For example, in the methylene group-containing spiro-orthoester shown by the following formula, which is produced by dehydrohalogenation reaction of a spiro-orthoester, that is, the methylene group-containing spiro-orthoester of the above formula [2], Y and R 1 are combined to form a methylene group. There are compounds that have formed . Here, n is an integer from 3 to 5. Furthermore, as a specific example, 2-chloromethyl-
The deHC reaction of 1,4,6-trioxaspiro[4,6]undecane is expressed by the following formula. There is also a spiro-orthoester produced by introducing a spiro-orthoester group into the molecule, for example, by a dehalogenated Na reaction. For example, phenol Na salt and 2-bromomethyl-1,
Deletion of 4,6-trioxaspiro[4,4]nonane
The NaBr reaction is expressed as the following equation. Such spiroorthoesters can also be used in the present invention. The blending ratio (by weight) of the spiro-orthoester and the epoxy compound in the composition of the present invention is such that if the spiro-orthoester is too small, shrinkage and adhesion during curing will not be sufficiently improved; Since the glass transition temperature tends to be low, the heat resistance tends to decrease, and the composition also becomes expensive, the desirable blending ratio of spiro-orthoester is 10% based on the total amount with the epoxy compound.
~95, more preferably 3090. As the cationic polymerization catalyst which is another component of the composition of the present invention, for example, φ-N + ≡N・PF - , φ-N +
Aromatic diazonium salts such as ≡N・BF4 − ; Aromatic halonium salts such as φ−I + −φ・BF − ; Aromatic onium salts of Group Va elements of the periodic table, such as; Examples include aromatic onium salts of Group A elements of the periodic table. In addition, other catalysts for cationic polymerization include, for example, BF 3 , FeC 3 , SnC 4 , SbC
Lewis acids such as 5 , SbF 3 and TiC 4 ;
BF 3 OEt 2 , BF 3 - Coordination compounds of Lewis acids such as aniline complexes and compounds containing O, S, N, etc.; oxonium salts, diazonium salts, carbonium salts, halogen compounds of Lewis acids,
Examples include mixed halogen compounds and perhalogen acid derivatives. The amount of catalyst for cationic polymerization is usually in the composition.
A range of 0.001 to 10 wt% is suitable. The organic acid curing agent that can constitute the composition of the present invention is suitably a polybasic carboxylic acid used as a curing agent for epoxy compounds or its acid anhydride.
Examples include succinic acid, methylsuccinic acid, dodecenylsuccinic acid, dichlorosuccinic acid, azelaic acid, sebacic acid, itaconic acid, maleic acid, citraconic acid, phthalic acid, tetrahydrophthalic acid, methyltetrahydrophthalic acid, hexahydrophthalic acid, methyl Hexahydrophthalic acid, endomethylenetetrahydrophthalic acid, methylendomethylenetetrahydrophthalic acid, tricarballylic acid, trimellitic acid, pyromellitic acid, cyclopentane-1,2,3,4-tetracarboxylic acid, benzophenone-3,3', 4,4'-tetracarboxylic acid and their acid anhydrides, mixtures of two of these, or mixtures of these with monobasic carboxylic acid anhydrides, and linoleic acid of maleic anhydride. It is also possible to use derivatives thereof, such as adducts, which have a carboxylic acid or its acid anhydride structure at the terminal or side chain of the molecule obtained from the polybasic carboxylic acid or its acid anhydride. Generally, acid anhydrides as curing agents have a slow curing speed, and therefore, a suitable curing accelerator is usually used in combination to shorten the curing time, and such a combination is also effective in the present invention. Suitable promoters include tertiary amines, quaternary ammonium salts, imidazole compounds, pyridine, dicyandiamide, chelate compounds, metallocenes, and the like. The most appropriate amount of the organic acid curing agent is determined depending on the chemical properties of the curing agent, the properties required for the curing composition and the cured product, etc. If you use
It is desirable to use about 0.1 to 1.5 and preferably about 0.2 to 1.3 equivalents of carboxylic acid or carboxylic acid anhydride per equivalent of the sum of spiro-orthoester group equivalents and epoxy group equivalents in the composition. The amount of curing accelerator used is usually preferably 0.2 to 3 parts by weight per 100 parts by weight of the epoxy compound, spiro-orthoester compound and curing agent. There are no particular restrictions on the polymerization or curing temperature of the composition of the present invention, but it is usually carried out at 0°C to 200°C. Various additives may be added to the composition of the present invention as necessary. Examples of such additives include, for example, glass fibers, carbon fibers, mica, quartz powder, calcium carbonate, cellulose, kaolin, talc, aluminum powder, colloidal silica with a large specific surface area, powdered polyvinyl chloride, and polyethylene. and powdered polyolefins such as polypropylene. Fillers such as silica, talc,
Volume shrinkage can be further reduced by adding potassium carbonate, alumina, etc. Further, the curable composition according to the present invention may contain a non-reactive diluent, a flame retardant, a flexibility imparting agent, and other modifiers, if necessary. Examples of the above-mentioned flame retardants include halogen flame retardants (eg, hexabromobenzene), inorganic flame retardants (eg, hydrated alumina, phosphates), and the like. Further, examples of the non-reactive diluent include dibutyl phthalate, dioctyl phthalate, tricresyl phosphate, tar, and the like. In addition, as the flexibility imparting agent, polysulfide,
Examples include polyamide, polyalkylene polyol, and elastomer. The present invention will be explained in detail with reference to Examples below. The spiroorthoesters [A], [B] and [C] used in the Examples were produced as follows. Among them, the main component [A] is represented by the following structural formula. Spiroorthoester [A]; In a 4-necked 500 ml flask equipped with a stirrer, condenser, thermometer, and dropping funnel, add methylene chloride.
200 ml and 103.2 g (1.2 moles) of γ-butyrolactone were added. This solution was cooled to about 10° C. with ice water, and 0.8 ml of BF 3 OEt 2 was added. Next is Epicote
828 Ciel Chemical Co., Ltd. epoxy resin product name) 152g
A mixed solution of (0.4 mol) and 100 ml of methylene chloride was added dropwise with stirring over 1 hour. Furthermore, at a temperature of 25℃ 4
After reacting for an hour, 1.6 ml of triethylamine was added to deactivate the catalyst. Next, in order to remove excess γ-butyrolactone, the reaction solution was washed twice with an alkali solution of 500 ml of 5% NaOH aqueous solution, and the organic layer was separated by centrifugation. Next 250ml
After washing with distilled water, the organic layer was centrifuged, and the organic layer was dehydrated over magnesium sulfate overnight, and then the solvent was removed to obtain 188 g of spiro-orthoester [A]. The product was a colorless, transparent, viscous liquid with a specific gravity of 1.213 at 25°C. Also, the viscosity is 50℃
It was approximately 250,000 centipoise. Spiroorthoester [B]; 200 methylene chloride in a 4-neck flask equipped with a stirrer, condenser, thermometer and dropping funnel.
ml and 136.8 g (1.2 mol) of ε-caprolactone were added. This solution was cooled to about 10°C with ice water,
1 ml of BF 3 OEt 2 was added. Next, increase the temperature of the reaction solution to approx.
While maintaining the temperature at °C, a mixed solution of 114 g (0.3 mol) of Epicote 828 epoxy resin (trade name, manufactured by Ciel Kagaku Co., Ltd.) and 500 ml of methylene chloride was added dropwise with stirring over 5 hours. After further reacting at this temperature for 3 hours,
The catalyst was deactivated by adding 3 ml of triethylamine. Next, in order to remove excess ε-caprolactone, the reaction solution was alkaline washed twice with 500 ml of 6% NaOH aqueous solution, centrifuged, washed twice with 300 ml of distilled water, and then centrifuged. The organic layer was dehydrated with magnesium sulfate overnight and then the solvent was removed to obtain 131 g of spiroorthoester [B]. The product is a pale yellow transparent viscous liquid whose specific gravity is 25°C.
It was 1.178. The viscosity was approximately 98,000 centipoise at 50°C. Its main components are shown by the structural formula below. Production of spiroorthoester [C] Methylene chloride was placed in a four-neck flask equipped with a stirrer, condenser, thermometer, and dropping funnel.
200 ml and 136.8 g (1.2 mol) of ε-caprolactone were added. The solution was cooled to about 10° C. with ice water and 1 ml of BF 3 OEt 2 was added. Next, while keeping the temperature of the reaction solution at about 10℃, calculate the chemical formula. Alicyclic epoxy resin Chitsusonox-221 (trade name of epoxy resin manufactured by Chitsuso Co., Ltd.) 82g
A mixed solution of (approximately 0.3 mol) and 300 ml of methylene chloride was added dropwise over 1 hour with stirring. After further reacting at this temperature for 3.5 hours, 3 ml of triethylamine was added to deactivate the catalyst. Next, in order to remove excess ε-caprolactone, the reaction solution was alkaline washed twice with 500 ml of 6% NaOH aqueous solution, then centrifuged, washed twice with 300 ml of distilled water, and centrifuged. After dehydrating the organic layer with magnesium sulfate overnight,
The solvent was removed to obtain 101 g of spiroorthoester [C]. The product was a pale yellow transparent semi-solid with a specific gravity of 1.211 at 25°C. The viscosity was 1.7 million centipoise at 60°C. Its main component is represented by the following structural formula. Example 1 A mixture of 50 parts of Epicote 828 (trade name manufactured by Ciel Kagaku Co., Ltd.) (same parts below by weight) and 50 parts of spiroorthoester [A] was added as a cationic polymerization catalyst.
Add 3 parts of monoethylamine complex compound of BF 3 ,
After 4 hours at 120℃, then 6 hours at 150℃
Allowed to cure for hours. The shore hardness of this cured product was D-86. Further, the volume shrinkage rate due to curing, determined from the specific gravity of the composition and the specific gravity of the cured resin at 25°C, was only about 2.4%. Comparative Example 1 3 parts of a monoethylamine complex compound of BF 3 was added to 100 parts of Epicote 828 (trade name, manufactured by Ciel Kagaku Co., Ltd.), and polymerization was carried out under the same conditions as in Example 1. The shore hardness of this hard material was D-89. The volumetric shrinkage rate due to curing reached approximately 3.7%. Example 2 A mixture of 50 parts of Epicote 828 (trade name manufactured by Ciel Kagaku Co., Ltd.) and 50 parts of spiro-orthoester [B] was mixed with 54 parts of dodecenyl succinic anhydride as an organic acid curing agent and 1-cyanoethyl-2 as a curing accelerator. - 1.5 parts of methylimidazole was added and cured at 120°C for 4 hours and then at 150°C for 6 hours. The shore hardness of this cured product was D-82. The volumetric shrinkage rate due to curing was approximately 2.3%. Example 3 Comparative Example 2 Aluminum (thickness 0.6 mm) and cold rolled steel plate [JISG-
3141 SPCCD (thickness 0.3 mm)] in Example 2.
Performed under the same curing conditions as JIS K 6854-1977
The T-peel strength was measured according to . The adherend used was one that had been degreased with acetone.
【表】
結果は上表に記載のとおりで、スピロオルソエ
ステル〔B〕が配合された本発明組成物は、そう
でない組成物に比較して約2倍またはそれ以上の
接着強度を示した。
実施例 4,5
下記の組成よりなる組成物を用いて、鉄および
ガラス(厚さ5mm)の接着を行ない引張りせん断
接着強度を測定した。
接着は、組成物を適用後120℃で5時間さらに
150℃で2時間硬化させることにより行ない、JIS
K 6850―1977に準じて引張りせん断強度を測定
した。
試験片の鉄はアルミナ#100を用いたサンドブ
ラストで表面処理し、またガラスはアセトンで脱
脂したものを用いた。[Table] The results are as shown in the table above, and the composition of the present invention containing spiroorthoester [B] exhibited adhesive strength about twice or more than that of the composition without spiroorthoester [B]. Examples 4 and 5 Steel and glass (thickness: 5 mm) were bonded using a composition having the composition shown below, and the tensile shear adhesive strength was measured. Adhesion is further maintained at 120°C for 5 hours after application of the composition.
Performed by curing at 150℃ for 2 hours, JIS
Tensile shear strength was measured according to K 6850-1977. The iron of the test piece was surface-treated by sandblasting using alumina #100, and the glass was degreased with acetone.
【表】
実施例 6
2―フエノキシメチル―1,4,6―トリオキ
サスピロ〔4,4〕ノナン50部と水添ビスフエノ
ールA型エポキシ樹脂“アデカレジンEP―
4080”〔旭電化工業(株)製商品名〕50部とBF3のモ
ノエチルアミン鎖化合物3部からなる組成物を
120℃で5時間硬化させ、軟らかい硬化物を得
た。
また硬化による体積収縮率は約2.6%であつ
た。
実施例 7
2―メチレン―1,4,6―トリオキサスビシ
クロ〔4,6〕ウンデカン50部と、グリセリンの
ポリグリシジルエーテルであるデイナコールEX
―313〔長瀬産業(株)製品名〕50部の混合物に、有
機酸硬化剤としてヘキサヒドロ無水フタル酸97部
及び硬化促進剤としてトリス(ジメチルアミノメ
チル)フエノール2.0部を加え、かして得た組成
物を120℃において5時間、さらに150℃において
3時間保つて硬化させた。この硬化物のシヨア硬
度はA―65であつた。
また硬化による体積収縮率は約4.6%であつ
た。
比較例 3
デイナコールEX−313〔長瀬産業(株)製品名〕
100部に硬化物としてヘキサヒドロ無水フタル酸
103部及び促進剤としてトリス(ジメチルアミノ
メチル)フエノール2.0部を加え実施例7と同様
に硬化させ硬い硬化物をえた。
この硬化による体積収縮率は約6%であつた。
実施例 8
脂環型エポキシ樹脂チツソノツクス289(チツ
ソ(株)製商品名)50部とスピロオルソエステル
〔C〕50部の混合物に、硬化剤としてヘキサヒド
ロ無水フタル酸51部及び促進剤として、トリス
(ジメチルアミノメチル)フエノール1.5部を加
え、120℃において4時間、さらに150℃において
6時間保ち硬化させた。
この硬化物のシヨア硬度はD―85であつた。
また硬化による体積収縮率は約2.6%であつ
た。[Table] Example 6 50 parts of 2-phenoxymethyl-1,4,6-trioxaspiro[4,4]nonane and hydrogenated bisphenol A type epoxy resin “ADEKA RIN EP”
A composition consisting of 50 parts of 4080" [trade name manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.] and 3 parts of a monoethylamine chain compound of BF 3 was prepared.
It was cured at 120°C for 5 hours to obtain a soft cured product. Further, the volume shrinkage rate due to curing was approximately 2.6%. Example 7 50 parts of 2-methylene-1,4,6-trioxasbicyclo[4,6]undecane and Dinacol EX, a polyglycidyl ether of glycerin
-313 [Nagase Sangyo Co., Ltd. product name] To a mixture of 50 parts, 97 parts of hexahydrophthalic anhydride as an organic acid curing agent and 2.0 parts of tris(dimethylaminomethyl)phenol as a curing accelerator were added and oxidized. The composition was cured at 120°C for 5 hours and then at 150°C for 3 hours. The shore hardness of this cured product was A-65. The volume shrinkage rate due to curing was approximately 4.6%. Comparative example 3 Danacol EX-313 [Nagase Sangyo Co., Ltd. product name]
100 parts of hexahydrophthalic anhydride as a cured product
103 parts and 2.0 parts of tris(dimethylaminomethyl)phenol as an accelerator were added and cured in the same manner as in Example 7 to obtain a hard cured product. The volume shrinkage rate due to this curing was approximately 6%. Example 8 To a mixture of 50 parts of alicyclic epoxy resin Chitsonox 289 (trade name manufactured by Chitso Corporation) and 50 parts of spiroorthoester [C], 51 parts of hexahydrophthalic anhydride as a curing agent and Tris ( 1.5 parts of dimethylaminomethyl)phenol was added, and the mixture was kept at 120°C for 4 hours and then at 150°C for 6 hours to cure. The shore hardness of this cured product was D-85. Further, the volume shrinkage rate due to curing was approximately 2.6%.