WO2017200082A1 - 炭素繊維強化樹脂用組成物、炭素繊維強化樹脂組成物、硬化物 - Google Patents
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Definitions
- the present invention provides a composition for carbon fiber reinforced resin that can be cured efficiently at a low temperature and in a short time, and in which a cured product having good adhesion between a resin component and carbon fiber is obtained, a carbon fiber reinforced resin composition containing the same, and It relates to the cured product.
- a carbon fiber reinforced resin composition using an epoxy resin needs to be heated at a high temperature for a long time.
- Some carbon fiber reinforced resin compositions contain a vinyl ester resin that can be cured at a low temperature in a short time.
- the adhesion between the resin component and the carbon fiber in the cured product is insufficient, so that the interlayer shear strength of the cured product cannot be sufficiently obtained. There was a case.
- Patent Document 1 describes a curable resin composition containing a resin having an epoxy group and a radically polymerizable unsaturated group and a hexaarylbiimidazole compound.
- Patent Document 2 describes a composition containing an epoxy acrylate resin, a hexaarylbiimidazole compound, a mercapto compound, and a fiber reinforcing material.
- JP 2005-281610 A Japanese Patent Laid-Open No. 9-278903
- the conventional carbon fiber reinforced resin composition that can be cured at a low temperature and in a short time has insufficient adhesion between the resin component and the carbon fiber in the cured product. For this reason, there has been a demand for a carbon fiber reinforced resin composition that can be cured at a low temperature in a short time and that can provide a cured product having good adhesion between the resin component and the carbon fiber.
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and is a resin of a carbon fiber reinforced resin composition that can be cured at a low temperature and in a short time and that provides a cured product with good adhesion between the resin component and the carbon fiber. It aims at providing the composition for carbon fiber reinforced resin used as a component. Moreover, this invention makes it a subject to provide the carbon fiber reinforced resin composition containing the said composition for carbon fiber reinforced resins. Furthermore, this invention makes it a subject to provide the hardened
- This inventor earnestly examined in order to solve the said subject and to provide the composition for carbon fiber reinforced resin which can be hardened
- a composition containing (A) a radical reactive resin and (B) a radical polymerizable unsaturated monomer (C) a compound containing a mercapto group was used as a curing accelerator, and (D) one It has been found that by using an imidazole compound having only an imidazole ring and (E) an organic peroxide as a curing agent, an extremely high curing acceleration function can be obtained.
- the present inventor has found that the cured product of the carbon fiber reinforced resin composition containing the composition containing (A) to (E) and the carbon fiber has good adhesion between the resin component and the carbon fiber.
- the present invention has been conceived. That is, the present invention relates to the following matters.
- a composition for carbon fiber reinforced resin comprising an organic peroxide.
- the (D) imidazole compound is one in which one or two positions including the 2-position of the imidazole ring are substituted with an alkyl group, an aryl group, or an aralkyl group.
- the composition for carbon fiber reinforced resin according to item.
- the (A) radical reactive resin is at least one selected from an epoxy (meth) acrylate resin, an unsaturated polyester resin, a polyester (meth) acrylate resin, and a urethane (meth) acrylate resin.
- the content of the epoxy (meth) acrylate resin having at least one epoxy group in the radical reactive resin (A) is 1 to 100% by mass, and any one of [1] to [7] The composition for carbon fiber reinforced resins described in 1.
- composition for carbon fiber reinforced resin according to any one of [1] to [9], wherein the (E) organic peroxide is cumene hydroperoxide or t-butyl peroxybenzoate.
- (G) metal soap is a manganese compound or a cobalt compound.
- [12] 20 to 99% by mass of (A) radical reactive resin, (B) radical polymerizable, based on the total amount of (A) radical reactive resin and (B) radical polymerizable unsaturated monomer. Containing 1-80% by weight of unsaturated monomer, 0.001 to 20 parts by mass of the (C) mercapto group-containing compound with respect to 100 parts by mass in total of the (A) radical reactive resin and the (B) radical polymerizable unsaturated monomer,
- a carbon fiber reinforced resin composition comprising the carbon fiber reinforced resin composition according to any one of [1] to [12] and (F) a carbon fiber.
- Resin composition [16] A cured product of the carbon fiber reinforced resin composition according to any one of [13] to [15].
- the carbon fiber reinforced resin composition containing the composition for carbon fiber reinforced resin of the present invention can be efficiently cured at a low temperature and in a short time. Therefore, the carbon fiber reinforced resin composition of the present invention can be molded using a molding method that requires a high production cycle. Moreover, according to the carbon fiber reinforced resin composition of the present invention, a cured product having good adhesion between the resin component and the carbon fiber can be obtained by curing the resin composition.
- the resin composition of the present embodiment includes a carbon fiber reinforced resin composition and carbon fibers.
- the carbon fiber reinforced resin composition is preferably impregnated with (F) carbon fiber.
- the composition for carbon fiber reinforced resin has (A) a radical reactive resin, (B) a radical polymerizable unsaturated monomer, (C) a mercapto group-containing compound, and (D) only one imidazole ring. An imidazole compound and (E) an organic peroxide.
- the radical reactive resin is a resin having an ethylenic carbon-carbon double bond in the side chain and / or main chain. Specifically, at least one selected from (A1) epoxy (meth) acrylate resin, (A2) unsaturated polyester resin, (A3) polyester (meth) acrylate resin, and (A4) urethane (meth) acrylate resin Preferably there is.
- (meth) acrylate means at least one selected from methacrylate and acrylate.
- the (A1) epoxy (meth) acrylate resin is obtained by reacting all or part of the epoxy groups contained in the epoxy compound with an unsaturated monobasic acid, and has a radical-reactive carbon-carbon dicarboxylic acid in the side chain. Has a double bond. Since a representative example of the unsaturated monobasic acid is (meth) acrylic acid, it is referred to as an epoxy (meth) acrylate resin.
- epoxy compound monomers, oligomers and polymers generally having two or more epoxy groups in one molecule can be used, and the molecular weight and molecular structure are not particularly limited.
- biphenyl type epoxy resin bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, tetrabromobisphenol A type epoxy resin, tetramethylbisphenol F type epoxy resin, etc .
- stilbene type epoxy Resin Novolak type epoxy resin such as phenol novolak type epoxy resin and cresol novolak type epoxy resin
- Multifunctional epoxy resin such as triphenolmethane type epoxy resin and alkyl-modified triphenolmethane type epoxy resin
- Known unsaturated monobasic acids can be used.
- (meth) acrylic acid, crotonic acid, cinnamic acid and the like can be mentioned.
- (meth) acrylic acid is preferable.
- the unsaturated monobasic acid a reaction product of a compound having one hydroxy group and one or more (meth) acryloyl groups and a polybasic acid anhydride may be used.
- the polybasic acid anhydride is used to increase the molecular weight of the epoxy resin, and known ones can be used.
- succinic acid glutaric acid, adipic acid, sebacic acid, phthalic acid, fumaric acid, maleic acid, itaconic acid, tetrahydrophthalic acid, hexahydrophthalic acid, dimer acid, ethylene glycol 2 mol maleic anhydride adduct, polyethylene Glycol 2 mol maleic anhydride adduct, propylene glycol 2 mol maleic anhydride adduct, polypropylene glycol 2 mol maleic anhydride adduct, dodecanedioic acid, tridecanedioic acid, octadecanedioic acid, 1,16- (6 Examples include anhydrides such as -ethylhexadecane) dicarboxylic acid, 1,12- (6-ethyldodecane) dicarboxylic acid, carboxyl-terminated butadiene / acrylonitrile copolymer (trade name Hycar CTBN)
- the (A) radical reactive resin includes an epoxy (meth) acrylate resin having at least one epoxy group.
- the content of the epoxy (meth) acrylate resin having at least one epoxy group in the radical reactive resin is preferably 1 to 100% by mass, more preferably 20 to 90% by mass, and even more preferably 30 to 30% by mass. 70% by mass.
- the epoxy (meth) acrylate resin having at least one epoxy group preferably has an epoxy equivalent of 140 to 9500, more preferably 190 to 5000.
- an epoxy (meth) acrylate resin having at least one epoxy group has a radically polymerizable unsaturated group, it is cured at a low temperature in a short time. Moreover, since the epoxy (meth) acrylate resin which has at least 1 epoxy group has an epoxy group, it is excellent in adhesiveness with carbon fiber. Therefore, when (A) the radical reactive resin contains an epoxy (meth) acrylate resin having at least one epoxy group, the composition for carbon fiber reinforced resin is more excellent in fast curability and adhesion to carbon fibers. It becomes.
- Unsaturated polyester resin is obtained by esterifying an unsaturated dibasic acid and, if necessary, a dibasic acid component containing a saturated dibasic acid and a polyhydric alcohol.
- unsaturated dibasic acid include maleic acid, maleic anhydride, fumaric acid, itaconic acid, itaconic anhydride and the like, and these may be used alone or in combination of two or more.
- saturated dibasic acid examples include aliphatic dibasic acids such as adipic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, and isosebacic acid, phthalic acid, phthalic anhydride, halogenated phthalic anhydride, isophthalic acid, and terephthalic acid.
- aliphatic dibasic acids such as adipic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, and isosebacic acid, phthalic acid, phthalic anhydride, halogenated phthalic anhydride, isophthalic acid, and terephthalic acid.
- the polyhydric alcohol is not particularly limited.
- a resin modified with a bridged cyclic hydrocarbon compound such as dicyclopentadiene may be used as long as the effects of the present invention are not impaired.
- a modification method for example, after obtaining an addition product (sidedecanol monomaleate) of dicyclopentadiene and maleic acid, this is used as a monobasic acid and reacted with the unsaturated polyester to form a dicyclopentadiene skeleton.
- Known methods such as introduction of the Among the above (A2) unsaturated polyester resins, ortho-type unsaturated polyester resins are preferable from the viewpoint of versatility and cost.
- an oxidative polymerization (air curing) group such as an allyl group or a benzyl group
- an oxidative polymerization (air curing) group such as an allyl group or a benzyl group
- air curing an oxidative polymerization (air curing) group
- an oxidative polymerization (air curing) group such as an allyl group or a benzyl group
- limiting in particular in the introduction method of an oxidation polymerization group For example, the method etc. with which (A2) unsaturated polyester resin and the compound which has both a hydroxyl group and an allyl ether group are condensation-reacted are mentioned.
- the (A1) epoxy (meth) acrylate resin and / or (A2) unsaturated polyester resin used in the present invention may be used by mixing with an oxidatively polymerizable group-containing polymer.
- a reaction product obtained by reacting a reaction product of a compound having both a hydroxyl group and an allyl ether group with an acid anhydride and a compound having an epoxy group is used in the present invention.
- (A1) Epoxy (meth) You may mix and use for an acrylate resin and / or (A2) unsaturated polyester resin.
- the compound having an epoxy group include allyl glycidyl ether and 2,6-diglycidyl phenyl allyl ether.
- the oxidative polymerization (air curing) group those having an allyl ether group or a benzyl ether group are particularly preferable.
- the oxidative polymerization (air curing) in the present invention refers to cross-linking associated with the generation and decomposition of a peroxide by oxidation of a methylene bond between an ether bond and a double bond, such as found in an allyl ether group. .
- Examples of the monomer forming the oxidatively polymerizable group-containing polymer include unsaturated compounds having an allyl ether group or a benzyl ether group. Specific examples include allyl methacrylate, vinyl benzyl butyl ether, vinyl benzyl hexyl ether, vinyl benzyl octyl ether, vinyl benzyl- (2-ethylhexyl) ether, vinyl benzyl ( ⁇ -methoxymethyl) ether, vinyl benzyl (n-butoxypropyl).
- Examples include ether, vinyl benzyl cyclohexyl ether, vinyl benzyl- ( ⁇ -phenoxyethyl) ether, vinyl benzyl dicyclopentenyl ether, vinyl benzyl dicyclopentenyl oxyethyl ether, vinyl benzyl dicyclopentenyl methyl ether, and divinyl benzyl ether.
- dicyclopentenyl (meth) acrylate, dicyclopentenyloxyethyl (meth) acrylate, or the like the drying property of the carbon fiber reinforced resin composition is improved.
- the polyester (meth) acrylate resin is a polyester having a (meth) acryloyloxy group.
- the polyester (meth) acrylate resin is obtained, for example, by the method (1) or (2) shown below. (1) An epoxy group-containing (meth) acrylate or a hydroxyl group-containing (meth) acrylate is reacted with a polyester having a terminal carboxyl group. (2) A polyester having a hydroxyl group at the end is reacted with (meth) acrylic acid or an isocyanato group-containing (meth) acrylate.
- polyester having a carboxyl group at the end used as a raw material in the method (1) examples include those obtained from an excess amount of a saturated polybasic acid and / or an unsaturated polybasic acid and a polyhydric alcohol.
- polyester having a hydroxyl group at the end used as a raw material in the method (2) examples include those obtained from a saturated polybasic acid and / or an unsaturated polybasic acid and an excess amount of a polyhydric alcohol.
- Examples of the saturated polybasic acid used as a raw material for the polyester (meth) acrylate resin include polymerizable unsaturated bonds such as phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, tetrahydrophthalic acid, adipic acid, and sebacic acid. Non-polybasic acid or its anhydride.
- Examples of the unsaturated polybasic acid used as a raw material for the polyester (meth) acrylate resin include polymerizable unsaturated polybasic acids such as fumaric acid, maleic acid, and itaconic acid, or anhydrides thereof.
- polyhydric alcohol component examples include ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 2-methyl-1,3-propanediol, 2,2-dimethyl-1,3-propanediol, cyclohexane-1,4-dimethanol, ethylene oxide adduct of bisphenol A, propylene oxide adduct of bisphenol A, etc. Can be mentioned.
- the epoxy group-containing (meth) acrylate used for the production of the polyester (meth) acrylate resin includes glycidyl (meth) acrylate.
- Hydroxyl group-containing (meth) acrylate used for the production of polyester (meth) acrylate resin includes 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate 2-phenoxy-2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 2- (meth) acryloyloxy-2-hydroxypropyl phthalate, and the like.
- the isocyanato group-containing (meth) acrylate used for the production of the polyester (meth) acrylate resin includes 2-isocyanatoethyl (meth) acrylate.
- polyester (meth) acrylate resins obtained by reacting glycidyl (meth) acrylate and 2-isocyanatoethyl (meth) acrylate are preferable from the viewpoint of versatility and cost. .
- the urethane (meth) acrylate resin is a polyurethane having a (meth) acryloyloxy group. Specifically, after reacting a polyisocyanate with a polyhydroxy compound or a polyhydric alcohol, an unreacted isocyanato group is further reacted with a hydroxyl group-containing (meth) acryl compound and optionally a hydroxyl group-containing allyl ether compound. And a radically polymerizable unsaturated group-containing oligomer obtained in the above manner.
- Examples of the polyisocyanate used as a raw material for the (A4) urethane (meth) acrylate resin include 2,4-tolylene diisocyanate and its isomer, diphenylmethane diisocyanate, hexamethylene disisocyanate, hydrogenated xylylene diisocyanate, and isophorone.
- These polyisocyanates may be used alone or in combination of two or more.
- diphenylmethane diisocyanate is preferably used from the viewpoint of cost.
- Examples of the polyhydroxy compound used as a raw material for the (A4) urethane (meth) acrylate resin include polyester polyol, polyether polyol, and polycarbonate polyol. More specifically, glycerin-ethylene oxide adduct, glycerin-propylene oxide adduct, glycerin-tetrahydrofuran adduct, glycerin-ethylene oxide-propylene oxide adduct, trimethylolpropane-ethylene oxide adduct, trimethylolpropane-propylene oxide adduct , Trimethylolpropane-tetrahydrofuran adduct, trimethylolpropane-ethylene oxide-propylene oxide adduct, dipentaerythritol-ethylene oxide adduct, dipentaerythritol-propylene oxide adduct, dipentaerythritol-tetrahydrofuran adduct And dipentaerythri
- polyhydric alcohol used as a raw material for the above (A4) urethane (meth) acrylate resin examples include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, 2-methyl- 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, adducts of bisphenol A and propylene oxide or ethylene oxide, 1,2,3,4-tetrahydroxybutane, glycerin, trimethylolpropane, 1,3-butanediol, 1,2-cyclohexane glycol, 1,3-cyclohexane glycol, 1,4-cyclohexane glycol, para-xylene glycol, bicyclohexyl-4,4-diol, 2,6-deca Glycol, such as 2,7-decalin glycol.
- These polyhydric alcohols may be used alone or in combination of two or more.
- a hydroxyl-containing (meth) acrylic compound used as a raw material of the said (A4) urethane (meth) acrylate resin a hydroxyl-containing (meth) acrylic ester is preferable.
- These hydroxyl group-containing (meth) acrylic compounds may be used alone or in a mixture of two or more.
- hydroxyl group-containing allyl ether compound used as a raw material for the (A4) urethane (meth) acrylate resin include ethylene glycol monoallyl ether, diethylene glycol monoallyl ether, and triethylene glycol monoallyl.
- Ether polyethylene glycol monoallyl ether, propylene glycol monoallyl ether, dipropylene glycol monoallyl ether, tripropylene glycol monoallyl ether, polypropylene glycol monoallyl ether, 1,2-butylene glycol monoallyl ether, 1,3-butylene glycol Monoallyl ether, hexylene glycol monoallyl ether, octylene glycol monoallyl ether, trimethylolpropane di Rirueteru, Grilled syringe allyl ether, pentaerythritol triallyl ether.
- These hydroxyl group-containing allyl ether compounds may be used alone or in a combination of two or more.
- the content of the (A) radical reactive resin is preferably 20 to 99% by mass, more preferably 50 to 50%, based on the total amount of (A) the radical reactive resin and (B) the radical polymerizable unsaturated monomer. 90% by mass, more preferably 60-80% by mass.
- composition for carbon fiber reinforced resin of this invention may contain resin components other than (A) radical reactive resin.
- resin components other than (A) radical reactive resin Preferable examples include (A5) (meth) acrylate resin.
- (A5) (meth) acrylate resins include those obtained by homopolymerization or copolymerization of (meth) acrylate monomers.
- Examples of the (meth) acrylate monomer used as a raw material for the (A5) (meth) acrylate resin include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, i-butyl (meth) acrylate, t-butyl (meth) acrylate, amyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, heptyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, n-octyl (meth) acrylate, Isooctyl (meth) acrylate, n-nonyl (meth) acrylate, isononyl (meth) acrylate, decyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, tridecyl (meth)
- the (A5) (meth) acrylate resin it is preferable to use a homopolymer of methyl (meth) acrylate and a copolymer containing methyl (meth) acrylate as a main component from the viewpoint of the cost and reactivity of the polymer. .
- (A) radical reactive resin (A1) epoxy (meth) acrylate resin, (A2) unsaturated polyester resin, (A3) polyester (meth) acrylate resin, (A4) urethane (meth) acrylate resin
- A1 epoxy (meth) acrylate resin epoxy (meth) acrylate resin
- A2) unsaturated polyester resin unsaturated polyester resin
- A3) polyester (meth) acrylate resin polyester (meth) acrylate resin
- (A4) urethane (meth) acrylate resin The catalyst and / or polymerization inhibitor used when synthesizing at least one or more of them may remain.
- the catalyst examples include compounds containing tertiary nitrogen atoms such as triethylamine, pyridine derivatives, imidazole derivatives, and imidazole derivatives; amine salts such as tetramethylammonium chloride and triethylamine; and phosphorus compounds such as trimethylphosphine and triphenylphosphine. Is mentioned.
- the polymerization inhibitor include hydroquinone, methylhydroquinone and phenothiazine.
- the radical reactive resin contains a catalyst and / or a polymerization inhibitor
- the content thereof is (A1) epoxy (meth) acrylate resin, (A2) unsaturated polyester resin, (A3) polyester (meth).
- the amount is preferably 0.001 to 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the acrylate resin and the (A4) urethane (meth) acrylate resin.
- the (B) radical polymerizable unsaturated monomer is not particularly limited, but preferably has a vinyl group or a (meth) acryloyl group.
- the “(meth) acryloyl group” means an acryloyl group and / or a methacryloyl group.
- Examples of the (B) radical polymerizable unsaturated monomer having a vinyl group include styrene, p-chlorostyrene, vinyltoluene, ⁇ -methylstyrene, dichlorostyrene, divinylbenzene, t-butylstyrene, vinyl acetate, Examples include diallyl phthalate and triallyl isocyanurate.
- Examples of the (B) radical polymerizable unsaturated monomer having a (meth) acryloyl group include (meth) acrylic acid esters.
- Examples of (meth) acrylic acid esters include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, Cyclohexyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, tridecyl (meth) acrylate, dicyclopentenyloxyethyl (meth) acrylate, phenoxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl ( (Meth) acrylate, ethylene glycol monomethyl ether (meth) acrylate, ethylene glycol monoethyl ether (meth) acrylate, ethylene
- radical polymerizable unsaturated monomers can be used alone or in combination of two or more.
- (B) radical polymerizable unsaturated monomers styrene is preferably used from the viewpoint of workability, curability and cost.
- the content of the (B) radical polymerizable unsaturated monomer is 1 to 80% by mass with respect to the total amount of the (A) radical reactive resin and (B) the radical polymerizable unsaturated monomer. It is preferably 10 to 50% by mass, more preferably 20 to 40% by mass.
- the mercapto group-containing compound functions as a curing accelerator.
- the mercapto group-containing compound is one or more selected from a secondary thiol compound (C1) in which a mercapto group is bonded to a secondary carbon atom, or a tertiary thiol compound (C2) that is bonded to a tertiary carbon atom. It is preferable that (C) The mercapto group-containing compound is particularly preferably a secondary thiol compound (C1) in order to cure in a shorter time.
- the secondary thiol compound (C1) has better storage stability than the primary thiol compound in which a mercapto group is arranged at the terminal.
- the tertiary thiol compound (C2) is a compound in which a mercapto group is not arranged at the terminal, like the secondary thiol compound (C1). Therefore, the tertiary thiol compound (C2) has a function similar to that of the secondary thiol compound (C1) as a (C) mercapto group-containing compound.
- the term “polyfunctional thiol” as used herein means a mercapto group-containing compound having two or more mercapto groups that are functional groups.
- the mercapto group-containing compound is a polyfunctional thiol having two or more mercapto groups bonded to secondary or tertiary carbon atoms in the molecule in order to cure the carbon fiber reinforced resin composition in a shorter time.
- the compound having two or more mercapto groups bonded to a secondary or tertiary carbon atom in the molecule is not particularly limited.
- the compound has at least one structure represented by the following formula (Q).
- a compound having two or more mercapto groups bonded to a secondary or tertiary carbon atom in the molecule including the mercapto group in the structure represented by the formula (Q) is preferable.
- R 1 is any one of a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and an aromatic group having 6 to 18 carbon atoms.
- R 2 represents one to 1 carbon atoms.
- 10 is an alkyl group or an aromatic group having 6 to 18 carbon atoms, * indicates that it is linked to an arbitrary organic group, and a is an integer of 0 to 2.
- (C) As a mercapto group-containing compound, in particular, a mercapto having a structure represented by the formula (Q), wherein R 1 in the formula (Q) is a hydrogen atom, and bonded to a secondary carbon atom in the molecule More preferably, it is a compound having two or more groups. That is, the (C) mercapto group-containing compound has a structure represented by the formula (Q), and the secondary thiol compound (C1) in which the carbon atom to which the mercapto group in the formula (Q) is bonded is a secondary carbon atom. ) Is preferable.
- the alkyl group having 1 to 10 carbon atoms in R 1 and R 2 in the formula (Q) may be linear or branched. Specific examples include a methyl group, an ethyl group, various propyl groups, various butyl groups, various pentyl groups, various hexyl groups, various heptyl groups, and various octyl groups.
- the “various” means various isomers including n-, sec-, tert-, and iso-. Among these alkyl groups, a methyl group and an ethyl group are preferable.
- examples of the aromatic group having 6 to 18 carbon atoms in R 1 and R 2 in the formula (Q) include a phenyl group, a benzyl group, a naphthyl group, an anthryl group, and a phenanthryl group.
- these aromatic groups may be substituted with a halogen atom, an amino group, a nitro group, a cyano group, or the like.
- a in the formula (Q) is an integer of 0 to 2, preferably 1.
- the (C) mercapto group-containing compound preferably has at least one ester structure represented by the following formula (Q-1).
- R 1 , R 2, * and a are, R 1, R 2 in the formula (Q), the same meanings as * and a.
- a in formula (Q-1) is preferably 1.
- a 1, it is preferable from the viewpoint of controlling the stability and curability of the resin composition.
- R 1 is a hydrogen atom (the compound represented by (Q-1) is a secondary thiol compound (C1))
- the formula (Q- A in 1) is preferably 1.
- the ester structure represented by the formula (Q-1) is preferably derived from a mercapto group-containing carboxylic acid represented by the following formula (S) and a polyhydric alcohol.
- R 1, R 2 and a have the same meanings as R 1, R 2 and a in the formula (Q).
- polyhydric alcohol examples include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, polypropylene glycol, neopentyl glycol, 1,2-propanediol, 1, 3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,2-pentanediol, 1,3-pentanediol, 2,3-pentanediol, 1,4-pentanediol, 1,5 -Pentanediol, 1,6-hexanediol, 1,9-nonanediol, tricyclodecane dimethanol, (2,2-bis (2-hydroxyethoxyphenyl) propane), bisphenol A alkylene o Sid adduct, bisphenol F alkylene oxide adduct, bisphenol S alkyl
- divalent alcohols such as ethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol; glycerin from the viewpoint of availability and improving curability
- divalent alcohols such as ethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol; glycerin from the viewpoint of availability and improving curability
- Trihydric or higher alcohols such as trimethylolethane, trimethylolpropane, tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate, pentaerythritol, dipentaerythritol, 2,2-bis (2,3-dihydroxypropyloxyphenyl) propane; Polycarbonate diol and dimer acid polyester polyol are preferred.
- 1,4-butanediol trimethylolethane, trimethylolpropane, tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate, pentaerythritol, polycarbonate diol, dimer acid Polyester polyol is preferred.
- the compound (C1) is a compound having an ester structure represented by the formula (Q-1)
- the compound is represented by the polyhydric alcohol and the formula (S). It is preferably derived from a carboxylic acid containing a mercapto group bonded to a secondary carbon atom.
- Examples of the mercapto group-containing carboxylic acid represented by the formula (S) include 2-mercaptopropionic acid, 3-mercaptobutyric acid, 3-mercapto-3-phenylpropionic acid, and the like.
- secondary thiol compounds (C1) commercially available monofunctional secondary thiols include 3-mercaptobutanoic acid (manufactured by Showa Denko KK, product name: 3MBA), mercapto bonded to a secondary carbon atom in the molecule.
- Examples of commercially available compounds having two or more groups include 1,4-bis (3-mercaptobutyryloxy) butane (manufactured by Showa Denko KK, Karenz MT (registered trademark) BD1), pentaerythritol tetrakis (3-mercapto Butyrate) (produced by Showa Denko KK, Karenz MT (registered trademark) PE1), 1,3,5-tris (3-mercaptobutyryloxyethyl) -1,3,5-triazine-2,4,6 ( 1H, 3H, 5H) -trione (produced by Showa Denko KK, Karenz MT (registered trademark) NR1), trimethylolethane tris (3-mercaptobutyrate ) (Manufactured by Showa Denko KK, TEMB), trimethylolpropane tris (3-mercapto butyrate) (manufactured by Showa Denko KK, TPMB) and the like, it is
- [Tertiary thiol compound (C2)] (C)
- the mercapto group-containing compound is a tertiary thiol compound (C2) having the structure represented by the formula (Q)
- specific examples thereof include di (2-mercaptoisobutyl) phthalate, ethylene glycol bis (2-mercaptoisobutyrate), propylene glycol bis (2-mercaptoisobutyrate), diethylene glycol bis (2-mercaptoisobutyrate), butanediol bis (2-mercaptoisobutyrate), octanediol bis (2- Mercaptoisobutyrate), trimethylolethane tris (2-mercaptoisobutyrate), trimethylolpropane tris (2-mercaptoisobutyrate), pentaerythritol tetrakis (2-mercaptoisobutyrate), dipentaerythritol hexakis ( 2-me Captoisobut
- the compound (C2) is a compound having an ester structure represented by the formula (Q-1)
- the compound is represented by the polyhydric alcohol and the formula (S). It is preferably derived from a carboxylic acid containing a mercapto group bonded to a tertiary carbon atom.
- Examples of the mercapto group-containing carboxylic acid represented by the formula (S) include 2-mercaptoisobutyric acid and 3-mercapto-3-methylbutyric acid.
- the (C) mercapto group-containing compound is preferably contained in an amount of 0.001 to 20 parts by mass with respect to a total of 100 parts by mass of the (A) radical reactive resin and the (B) radical polymerizable unsaturated monomer. . More preferred is 0.01 to 10 parts by mass, and further more preferred is 0.1 to 5 parts by mass.
- the (D) imidazole compound contained in the resin composition of the present embodiment has only one imidazole ring, and does not include a compound having a plurality of imidazole rings.
- the imidazole compound functions as a curing agent.
- Examples of (D) imidazole compounds include imidazole, 2-methylimidazole, 2-undecylimidazole, 2-heptadecylimidazole, 1,2-dimethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-phenyl-4-methylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole, 1-benzyl-2-phenylimidazole, 1-cyanoethyl-2-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-undecylimidazole, 1-cyanoethyl- 2-ethyl-4-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-phenylimidazole, 1-cyanoethyl-2-undecylimidazolium trimellitate, 1-cyanoethyl-2-phenylimidazolium trimellitate, 2,4-dia Mino-6- [2′-methylimidazolyl-
- the alkyl group preferably has 1 to 6 carbon atoms, and more preferably has 1 to 3 carbon atoms.
- the aryl group preferably has 6 to 20 carbon atoms, and more preferably has 6 to 12 carbon atoms.
- the aralkyl group preferably has 7 to 20 carbon atoms, and more preferably has 7 to 12 carbon atoms.
- Examples of such (D) imidazole compounds include 2-ethyl-4-methylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole, and 2-methylimidazole. In particular, 2-ethyl-4-methylimidazole or 1-benzyl-2-methylimidazole is preferably used as the (D) imidazole compound.
- the imidazole compound is preferably contained in an amount of 0.001 to 10 parts by mass with respect to a total of 100 parts by mass of (A) radical reactive resin and (B) radical polymerizable unsaturated monomer. More preferred is 0.01 to 5 parts by mass, and still more preferred is 0.1 to 2 parts by mass.
- (E) Organic peroxide functions as a curing agent.
- curing agent can be used for (A) radical reactive resin and (B) radically polymerizable unsaturated monomer.
- diacyl peroxides such as benzoyl peroxide, peroxyesters such as t-butylperoxybenzoate, hydroperoxides such as cumene hydroperoxide, dialkyl peroxides such as dicumyl peroxide, methyl ethyl ketone
- peroxides ketone peroxides such as acetylacetone peroxide, peroxyketals, alkyl peresters, and carbonates
- cumene hydroperoxide or t-butylperoxybenzoate is preferably used as the organic peroxide (E) from the viewpoint of stability after mixing with the resin.
- Cumene hydroperoxide and t-butyl peroxybenzoate are both compounds having a (—O (oxygen) —O (oxygen) —) bond that decomposes upon curing to generate radicals.
- the pot life can be increased as compared with the case of using cumene hydroperoxide.
- the curing temperature may be set higher than when cumene hydroperoxide is used.
- the organic peroxide is 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of (A) radical reactive resin and (B) radical polymerizable unsaturated monomer, preferably 0.5 to 5 parts by mass, more preferably 0.5 to 2 parts by mass.
- Carbon fiber As a carbon fiber, the arbitrary things manufactured with various manufacturing methods can be used. For example, carbon fibers such as pitch, PAN (polyacrylonitrile), and vapor phase growth can be used.
- the shape of the carbon fiber is not particularly limited, and for example, a roving shape, a knitting shape, a cloth (cloth) shape, or a mat shape can be used alone or in combination.
- the carbon fiber is preferably contained in the resin composition in an amount of 10 to 90% by mass, and more preferably 30 to 80% by mass. When the content of (F) carbon fiber is within the above range, the reinforcing effect by including (F) carbon fiber is sufficiently obtained.
- the carbon fiber is preferably contained in the composition for carbon fiber reinforced resin so that the fiber volume content of the cured product is 40 to 70%.
- the carbon fiber reinforced resin composition of this embodiment may contain the following components as needed in addition to the above-described components.
- the metal soap functions as a curing accelerator.
- a salt of a long chain fatty acid or an organic acid and a metal element is used.
- the long chain fatty acid can be appropriately selected according to the type of the desired metal soap.
- a fatty acid having 7 to 30 carbon atoms is preferable.
- Saturated fatty acids such as acid, docosanoic acid, tetracosanoic acid, hexacosanoic acid, octacosanoic acid and triacontanoic acid, naphthenic acid, and unsaturated fatty acids such as oleic acid, linoleic acid and linolenic acid may also be used.
- stearic acid 1,2-hydroxystearic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, behenic acid, rosin acid, linseed oil fatty acid, soybean oil fatty acid, tall oil acid, etc. may be used. it can.
- the organic acid can be appropriately selected according to the type of the desired metal soap.
- the organic acid those that are soluble in an organic solvent are preferable.
- organic acids ascorbic acid, alpha acid, imidic acid, erythorbic acid, croconic acid, kojic acid, squaraine, which are used as weakly acidic compounds having sulfo group, hydroxy group, thiol group, and enol as characteristic groups
- Acid, sulfinic acid, sulfonic acid, tycoic acid, thioacetic acid, dehydroacetic acid, delta acid, uric acid, hydroxamic acid, humic acid, fulvic acid, phosphonic acid, meldrum acid and the like can also be used.
- long-chain fatty acids or organic acids long-chain fatty acids are preferable, linear or cyclic saturated fatty acids having 7 to 15 carbon atoms, or unsaturated fatty acids having 7 to 15 carbon atoms are more preferable, and octanoic acid and naphthenic acid are preferable. Further preferred.
- Metal elements are vanadium, gold, silver, palladium, platinum, ruthenium, rhodium, tin, lead, zinc, iron, nickel, cobalt, lithium, aluminum, indium, neodymium, manganese, cerium, calcium, zirconium, copper, barium, Examples thereof include magnesium and rare earth.
- Group 2 metal elements and Group 3-12 metal elements are preferable, barium, vanadium, manganese, iron, cobalt, copper, and zinc are more preferable, and manganese, iron, cobalt, copper And zinc are more preferred, and manganese and cobalt are even more preferred.
- metal soap for example, metal soaps such as manganese naphthenate, manganese octylate, cobalt naphthenate, cobalt octylate, zinc octylate, vanadium octylate, copper naphthenate, barium naphthenate, etc. should be used. Can do.
- a manganese compound or a cobalt compound as the (G) metal soap, and in particular, manganese naphthenate, manganese octylate, cobalt naphthenate, and cobalt octylate having high versatility are preferable.
- the content of (G) metal soap in terms of metal component is 100 parts by mass in total of (A) radical reactive resin and (B) radical polymerizable unsaturated monomer. On the other hand, it is preferably 0.0001 to 0.3 parts by mass, more preferably 0.001 to 0.2 parts by mass, and still more preferably 0.006 to 0.1 parts by mass. (G) It is preferable that the content of the metal soap in terms of metal component is in the range of 0.0001 to 0.3 parts by mass because the carbon fiber reinforced resin composition can be cured more efficiently at a low temperature and in a short time.
- the resin composition of this embodiment may contain a polymerization inhibitor from the viewpoint of suppressing excessive polymerization of the resin composition and controlling the reaction rate.
- a polymerization inhibitor examples include known ones such as hydroquinone, methylhydroquinone, catechols, and phenothiazine.
- the resin composition of this embodiment may contain a curing retardant for the purpose of delaying the curing of the resin composition.
- the curing retarder include free radical curing retarders such as 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy, free radical (TEMPO), 4-hydroxy-2,2, 6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl, free radical (4H-TEMPO), 4-oxo-2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy, free radical (4-Oxo-TEMPO) TEMPO derivatives such as Among these, 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl and free radical (4H-TEMPO) are preferable from the viewpoint of cost and ease of handling.
- free radical curing retarders such as 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy, free radical (TEMPO), 4-hydroxy-2,2, 6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl, free radical (4H-TEMPO), 4-oxo-2,2,6,6-tetra
- the resin composition of the present embodiment contains a polymerization inhibitor and / or a curing retarder as a constituent component
- their contents are (A) a radical reactive resin and (B) a radical polymerizable unsaturated monomer.
- the amount is 0.0001 to 10 parts by mass per 100 parts by mass in total.
- the resin composition of the present embodiment includes (C) a mercapto group-containing compound, (D) an imidazole compound having only one imidazole ring, and (E) an organic peroxide.
- other curing accelerators may be included.
- curing accelerators examples include phosphorus compounds such as trimethylphosphine and triphenylphosphine, and amines such as amines and amine salts.
- the other curing accelerator is preferably 0.01 to 10 parts by mass, more preferably 0 to 100 parts by mass in total of (A) radical reactive resin and (B) radical polymerizable unsaturated monomer. It can be contained in the range of 1 to 5 parts by mass.
- the resin composition of this embodiment may contain a photopolymerization initiator for the purpose of improving curability.
- a photopolymerization initiator include a radical photopolymerization initiator, a cationic photopolymerization initiator, and a photoanionic polymerization initiator.
- a radical photopolymerization initiator is used to improve the curability of an acrylic resin or monomer having a double bond.
- photo radical polymerization initiators include benzoin ethers such as benzoin alkyl ether, benzophenones such as benzophenone, benzyl and methyl orthobenzoylbenzoate, benzyl dimethyl ketal, 2,2-diethoxyacetophenone, 2-hydroxy -2-Methylpropiophenone, 4-isopropyl-2-hydroxy-2-methylpropiophenone, acetophenone series such as 1,1-dichloroacetophenone, 2-chlorothioxanthone, 2-methylthioxanthone, 2-isopropylthioxanthone, etc.
- a thioxanthone type is mentioned.
- the cationic photopolymerization initiator is used to improve the curability of cyclic ether epoxy resin or the like and oxetane.
- a photocationic polymerization initiator triarylsulfonium hexafluorophosphate, triarylsulfonium hexafluoroantimonate, triarylsulfonium salt, tricumyliodonium tetrakispentafluorophenylborate, 4-isobutylphenyl (4-methyl) Phenyl) iodonium hexafluorophosphate, triarylsulfonium hexafluorophosphate, triarylsulfonium tetrakis (pentafluorophenyl) borate and the like.
- a photoanionic polymerization initiator is used in order to improve sclerosis
- the photopolymerization initiator can be added in a range of 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of (A) the radical reactive resin and (B) the radical polymerizable unsaturated monomer. .
- An antifoaming agent may be used in the resin composition of the present embodiment for the purpose of improving foam generation during molding and foam residue of the molded product.
- the antifoaming agent include a silicon-based antifoaming agent and a polymer-based antifoaming agent.
- the amount of the antifoaming agent used is preferably in the range of 0.01 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight as a total of (A) radical reactive resin and (B) radical polymerizable unsaturated monomer. More preferably, it is 0.1 to 1 part by weight.
- a coupling agent may be used for the purpose of improving moldability or for improving the adhesion to carbon fibers.
- the coupling agent include a silane coupling agent, a titanate coupling agent, and an aluminum coupling agent.
- Examples of such a coupling agent include a silane coupling agent represented by R 3 —Si (OR 4 ) 3 .
- R 3 include an aminopropyl group, a glycidyloxy group, a methacryloxy group, an N-phenylaminopropyl group, a mercapto group, and a vinyl group.
- R 4 include a methyl group, an ethyl group, and the like. Groups and the like.
- the amount of the coupling agent used is preferably in the range of 0.01 to 1 part by mass with respect to 100 parts by mass in total of (A) radical reactive resin and (B) radical polymerizable unsaturated monomer.
- a light stabilizer may be used for the purpose of improving the long-term durability of the molded product.
- the light stabilizer include an ultraviolet absorber and a hindered amine light stabilizer. These may be used alone or in combination of two or more.
- the ultraviolet absorber include benzotriazole, triazine, benzophenone, cyanoacrylate, salicylate, and the like.
- the hindered amine light stabilizer NH type, NH3 type, And N-O alkyl type.
- the amount of the light stabilizer used is in the range of 0.01 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of (A) radical reactive resin and (B) radical polymerizable unsaturated monomer.
- the amount is preferably 0.05 to 2 parts by mass.
- the resin composition of this embodiment may contain a wax.
- a wax paraffin waxes, polar waxes and the like can be used alone or in combination, and known ones having various melting points can be used.
- polar waxes include those having both a polar group and a nonpolar group in the structure. Specific examples include NPS-8070, NPS-9125 (manufactured by Nippon Seiwa Co., Ltd.), Emanon 3199, 3299 (manufactured by Kao Corporation), and the like.
- the wax is preferably contained in an amount of 0.05 to 4 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of (A) radical reactive resin and (B) radical polymerizable unsaturated monomer, and 0.1 to 2 parts by mass. It is more preferable to contain 0.0 part by mass.
- the resin composition of this embodiment may contain a flame retardant.
- a flame retardant a brominated flame retardant, a chlorine flame retardant, a phosphorus flame retardant, an inorganic flame retardant, an intimate flame retardant, a silicon flame retardant, or the like can be used alone or in combination. Things can be used.
- halogen-based flame retardants such as brominated flame retardants can be used in combination with antimony trioxide for the purpose of further improving flame retardancy.
- the amount of flame retardant added varies depending on the system, it may be contained in an amount of 1 to 100 parts by mass with respect to a total of 100 parts by mass of (A) radical reactive resin and (B) radical polymerizable unsaturated monomer. preferable.
- fillers such as inorganic fillers and organic fillers may be blended for the purpose of controlling specific characteristics within a range that does not impair the effects of the present invention. These may be used alone or in combination of two or more.
- the inorganic filler include inorganic hydroxides such as aluminum hydroxide that imparts flame retardancy, fumed silica that controls the fluidity of the resin composition, talc, and calcium carbonate, and titanium oxide and other colorants that perform coloring.
- the organic filler include organic bentonites for the purpose of improving viscosity and imparting thixotropy.
- the amount of the filler used is preferably in the range of 1 to 200 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of (A) radical reactive resin and (B) radical polymerizable unsaturated monomer.
- the method for producing the resin composition of the present embodiment is not particularly limited, and (A) a radical reactive resin and (B) a radical polymerizable unsaturated monomer (or (A) a radical reactive resin and (B) a mixture of radically polymerizable unsaturated monomers), (C) a mercapto group-containing compound, (D) an imidazole compound having only one imidazole ring, (E) an organic peroxide, and It is obtained by mixing (G) metal soap (optional component) and other components contained in accordance with (F) and carbon fiber (F) by a known method.
- the resin composition of the present embodiment is produced by a method in which (F) the above components other than carbon fiber are mixed to prepare a carbon fiber reinforced resin composition, and this is impregnated into (F) carbon fiber. It is preferable to do.
- the cured product of the present embodiment is a cured product of the resin composition of the present embodiment.
- a method for curing the resin composition of the present embodiment any method that can heat the resin composition at a temperature necessary for curing may be used.
- a method of heating using a heating furnace or a heater can be used.
- the temperature for curing the resin composition can be, for example, 5 to 200 ° C., preferably 15 to 150 ° C., more preferably 60 to 120 ° C.
- the heating time can be, for example, 1 to 180 minutes, preferably 1 to 120 minutes, more preferably 1 to 60 minutes.
- the resin composition of this embodiment has (A) a radical reactive resin, (B) a radical polymerizable unsaturated monomer, (C) a mercapto group-containing compound, and (D) only one imidazole ring. Since it contains an imidazole compound, (E) an organic peroxide, and (F) a carbon fiber, it can be cured efficiently at a low temperature and in a short time. In addition, the cured product of the resin composition of the present embodiment has sufficient adhesion between the resin component and the carbon fiber.
- the curing rate of the resin composition can be adjusted by controlling the content of each of the imidazole compound having the above and (E) the organic peroxide.
- the resin composition of the present embodiment is useful when producing a cured product that uses a general-purpose carbon fiber and requires a higher production cycle than an epoxy resin. Specifically, it is suitable for producing a molded product (cured product) using a molding method that requires a high production cycle, such as an automobile member produced by filament winding molding, resin transfer molding molding, press molding, or the like. .
- the (A) radical reactive resin of (A1-1) (A1-2) (A2-1) (A4-1) was synthesized by the following method. Each of the obtained (A) radical reactive resins (A1-1), (A1-2), (A2-1) and (A4-1), and (B) styrene (Idemitsu) as a radical polymerizable unsaturated monomer. Manufactured by Kosan Co., Ltd.) to obtain a mixture of the component (A) and the component (B).
- Epoxy methacrylate resin (A1-1) AER-2603 (Asahi Kasei Co., Ltd. bisphenol A type epoxy resin: epoxy equivalent 189): 1890 g, bisphenol A: 342 g, and tetradecyldimethylbenzylammonium were added to a reactor equipped with a stirrer, reflux condenser, gas inlet tube and thermometer. Chloride: 7 g was charged and reacted at 150 ° C. for 2 hours in a nitrogen gas atmosphere. After completion of the reaction, the reaction product was cooled to 90 ° C.
- methacrylic acid 602 g
- triphenylphosphine 9 g
- hydroquinone 0.9 g
- styrene 1000 g
- the reaction was terminated when the acid value reached 11 mgKOH / g to obtain an epoxy methacrylate resin (A1-1).
- the weight average molecular weight of the obtained epoxy methacrylate resin (A1-1) was measured by the method shown below. As a result, the weight average molecular weight of the epoxy methacrylate resin (A1-1) was 3395.
- Method for measuring weight average molecular weight For the measurement of the weight average molecular weight, gel permeation chromatography (Shodex GPC-101 manufactured by Showa Denko KK) was used. The weight average molecular weight was measured at room temperature under the following conditions and calculated in terms of polystyrene. (Measurement condition) Column: Showa Denko LF-804, 2 Column temperature: 40 ° C Sample: 0.4 mass% tetrahydrofuran solution of the measurement object Flow rate: 1 ml / min Eluent: Tetrahydrofuran
- Epoxy methacrylate resin having epoxy group (A1-2) AER-2603 (Bisphenol A type epoxy resin manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd .: epoxy equivalent 189): 1890 g, methacrylic acid: 430 g, hydroquinone: 0.5 g, 1.2 g of triphenylphosphine was charged, heated to 100 ° C. while blowing air, and reacted for about 9 hours. The reaction was terminated when the acid value reached 0 mgKOH / g, and an epoxy methacrylate resin (A1-2) having at least one epoxy group was obtained.
- the weight average molecular weight of the epoxy methacrylate resin (A1-2) having at least one epoxy group was measured in the same manner as the epoxy methacrylate resin (A1-1). As a result, the weight average molecular weight of the epoxy methacrylate resin (A1-2) having at least one epoxy group was 619. Further, 580 g of styrene (manufactured by Idemitsu Kosan) was added to the epoxy methacrylate resin (A1-2) having at least one epoxy group synthesized by the above method to obtain a mixture.
- the weight average molecular weight of the urethane methacrylate resin (A4-1) was measured in the same manner as the epoxy methacrylate resin (A1-1). As a result, the weight average molecular weight of the urethane methacrylate resin (A4-1) was 5285. Further, 700 g of styrene (manufactured by Idemitsu Kosan) was added to the urethane methacrylate resin (A4-1) synthesized by the above method to obtain a mixture.
- Tetrafunctional secondary thiol manufactured by Showa Denko KK, product name: Karenz MT PE1 (pentaerythritol tetrakis (3-mercaptobutyrate))
- Cyanuric acid skeleton trifunctional secondary thiol manufactured by Showa Denko KK, product name: Karenz MT NR1 (1,3,5-tris (3-mercaptobutyryloxyethyl) -1,3,5-triazine- 2,4,6 (1H, 3H, 5H) -trione)
- Bifunctional secondary thiol manufactured by Showa Denko KK, product name: Karenz MT BD1 (1,4-bis (3-mercaptobutyryloxy) butane)
- Monofunctional secondary thiol manufactured by Showa Denko KK, product name: 3MBA (3-mercaptobutanoic acid) (5) Tetrafunctional primary thiol, manufactured by SC Organic Chemical Co., Ltd
- Imidazole compound (Imidazole compound having only one imidazole ring) (1) 2-ethyl-4-methylimidazole, manufactured by Shikoku Chemicals, product name: 2E4MZ (2) 1-benzyl-2-methylimidazole, manufactured by Shikoku Chemicals, product name: 1B2MZ (3) 2MZ-H; 2-methylimidazole, manufactured by Wako Pure Chemicals, product name: Wako primary 2-methylimidazole (imidazole compound having two or more imidazole rings) (4) 2,2′-bis (o-chlorophenyl) -4,5,4′5′-tetraphenyl-1,2 ′ biimidazole, manufactured by Kurokin Kasei, product name: biimidazole
- T700SC-24000 manufactured by Toray (PAN-based carbon fiber, number of filaments: 24,000, tensile strength: 711 ksi (4900 MPa), elongation: about 2%)
- Epoxy resins manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, product name: jER828
- Curing agent acid anhydride, Hitachi Chemical Co., Ltd., product name: HN-5500 (mixture of 3-methylhexahydrophthalic anhydride and 4-methylhexahydrophthalic anhydride)
- Other additives [Curing accelerator] Amine compound, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., N, N-dimethylbenzylamine
- Examples 1 to 7 A mixture of (A) radical reactive resin (A1-1) (A1-2) (A4-1) and (B) styrene as a radical polymerizable unsaturated monomer produced by the above method. If necessary, the radically polymerizable unsaturated monomer (B) shown in Table 1 was added. Thus, a mixture (a mixture of the component (A) and the component (B)) containing the (A) radical reactive resin and the (B) radical polymerizable unsaturated monomer at a ratio shown in Table 1 was obtained. .
- the gelation time, curing temperature, and curing time were evaluated by the following evaluation methods.
- the resin composition was placed in a test tube (outer diameter: 18 mm, length: 165 mm) at a depth of 100 mm at room temperature, placed in an oil bath heated to 80 ° C., and the temperature of the resin composition was measured with a thermocouple.
- the time required for the temperature of the resin composition to reach 85 ° C. after the temperature reached 65 ° C. was measured and used as the gelation time.
- the time until the resin composition reached the maximum exothermic temperature was defined as the curing time, and the exothermic temperature at that time was defined as the curing temperature, which was measured according to JIS K-6901.
- the resin compositions of Examples 1 to 7 were found to have a short gel time and a short curing time, and could be cured efficiently even at a low curing temperature (80 ° C.).
- Example 6 and Example 7 containing metal soap (G) had a shorter gelation time and curing time than Example 1 not containing metal soap (G) and could be cured efficiently.
- (C) the resin composition of Comparative Example 1 that does not contain a mercapto group-containing compound has a longer gelation time and curing time than the resin compositions of Examples 1 to 7, and has a lower curing temperature. It has been found that it takes more time to cure.
- Example 2 ⁇ Examples 8 to 9, Comparative Example 2> In the same manner as in Example 1, a mixture containing (A) a radical reactive resin and (B) a radical polymerizable unsaturated monomer at a ratio shown in Table 2 was obtained.
- the resin composition which added the said (D) component to the mixture of the said (A) component and the said (B) component in the 25 degreeC environment and stirred for 2 minutes was made into the test body.
- permeability was measured using the haze meter HM-150 by Murakami Color Research Laboratory, and the haze test was done.
- the thickness of the cell at the time of measurement was 1 cm.
- the transmittance and haze were measured three times for each specimen, and the average value of the results obtained was used for the evaluation shown in Table 2.
- Example 1 As shown in Table 2, (D) the resin composition of Example 1 using 2-ethyl-4-methylimidazole as the imidazole compound, and the resin composition of Example 8 using 1-benzyl-2-methylimidazole.
- the resin composition of Example 9 using 2-methylimidazole was transparent with a solubility evaluation of ⁇ or ⁇ .
- the resin compositions of Example 1, Example 8, and Example 9 had high transmittance and low haze.
- the (D) imidazole compound having only one imidazole ring used in Examples 1, 8, and 9 is a phase with (A) radical reactive resin and (B) radical polymerizable unsaturated monomer. It was found to be excellent in solubility.
- (D) the resin composition of Example 1 using 2-ethyl-4-methylimidazole as the imidazole compound and the resin composition of Example 8 using 1-benzyl-2-methylimidazole were crystalline. The floating of the object was not recognized and solubility evaluation was favorable.
- the resin composition of Comparative Example 2 using (D) biimidazole having two imidazole rings as the imidazole compound has a lower transmittance than the resin compositions of Examples 1, 8, and 9. The haze was high.
- Example 10 to 13 In the same manner as in Example 1, a mixture containing (A) a radical reactive resin and (B) a radical polymerizable unsaturated monomer at a ratio shown in Table 3 was obtained.
- the roving-like carbon fiber bundle was placed in a dipping tank filled with a resin composition (carbon fiber reinforced resin composition), and the carbon fiber bundle was impregnated with the resin composition to obtain a carbon fiber reinforced resin composition.
- the obtained carbon fiber reinforced resin composition was wound 350 times around a mandrel provided with a flat plate so that the sample size had an axial length of 25 cm and a circumferential length of 21 cm. I arranged. Then, it was press-molded in a state wound around a mandrel, adjusted to a thickness of 3 mm, and cured at 80 ° C. for 1 hour and at 110 ° C. for 2 hours to obtain CFRP.
- Comparative Example 4 was cured at 80 ° C. for 2 hours and at 110 ° C. for 3 hours to obtain CFRP. Thereafter, the CFRP was removed from the mandrel, and cut out from the CFRP with a predetermined dimension so that the 90 ° direction was the long side with respect to the orientation of the carbon fiber, thereby obtaining a CFRP specimen.
- ⁇ Bending strength> From each CFRP, a CFRP test piece of length ⁇ width ⁇ thickness 140 mm ⁇ 15 mm ⁇ 3 mm was cut out. Regarding the cut CFRP test specimen, the bending strength was measured at a distance between fulcrums of 120 mm using Tensilon UTC-1T manufactured by Orientec in accordance with JIS K7074 in a test environment at a temperature of 23 ° C. and a humidity of 50%. The bending strength was measured three times for each CFRP. And the average value of the measurement result of 3 times was used for evaluation of bending strength.
- a CFRP specimen was prepared according to JIS K 7165, a B-type test piece.
- the produced CFRP test specimen was tested for tensile strength at a test temperature of 23 ° C. and humidity of 50% using an Instron 5900R according to JIS K 7161 at a grip length of 150 mm and a test speed of 1 mm / min. went.
- Tensile strength was measured three times for each CFRP. And the average value of 3 times of measurement results was used for evaluation of tensile strength.
- the CFRP specimens of Examples 10 to 13 had good interlaminar shear strength, bending strength, and tensile strength.
- the CFRP specimens of Comparative Examples 3 and 5 had lower bending strength than the CFRP specimens of Examples 10-13. This is because the CFRP specimens of Examples 10 to 13 have better adhesion between the resin component and the carbon fiber than the CFRP specimens of Comparative Examples 3 and 5.
- the CFRP test body of the comparative example 4 uses the conventional epoxy resin. As shown in Table 3, the CFRP specimens of Examples 10 to 13 can achieve the same strength as when using an epoxy resin.
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Abstract
Description
本出願は、2016年5月20日に日本に出願された特願2016-101352に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
また、炭素繊維強化樹脂組成物として、低温且つ短時間で硬化できるビニルエステル樹脂を含むものがある。しかし、従来のビニルエステル樹脂を用いた炭素繊維強化樹脂組成物では、硬化物における樹脂成分と炭素繊維との密着性が不十分であるため、硬化物の層間せん断強さが十分に得られない場合があった。
特許文献1には、エポキシ基とラジカル重合性不飽和基を有する樹脂と、ヘキサアリールビイミダゾール化合物を含有する硬化性樹脂組成物が記載されている。
また、特許文献2には、エポキシアクリレート樹脂と、ヘキサアリールビイミダゾール化合物と、メルカプト化合物と、繊維強化材を含有する組成物が記載されている。
また、本発明は、上記炭素繊維強化樹脂用組成物を含む炭素繊維強化樹脂組成物を提供することを課題とする。
さらに、本発明は、上記炭素繊維強化樹脂組成物の硬化物を提供することを課題とする。
さらに、本発明者は、上記の(A)~(E)を含む組成物と炭素繊維とを含む炭素繊維強化樹脂組成物の硬化物が、樹脂成分と炭素繊維との密着性が良好であることを見出し、本発明を想到した。
すなわち、本発明は以下の事項に関する。
[3] 前記(C)メルカプト基含有化合物が、分子内に2個以上のメルカプト基を含む、[1]または[2]に記載の炭素繊維強化樹脂用組成物。
[4] 前記(C)メルカプト基含有化合物におけるメルカプト基が、2級または3級である、[1]~[3]のいずれか一項に記載の炭素繊維強化樹脂用組成物。
[6] 前記(D)イミダゾール化合物が、2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、2-メチルイミダゾールのいずれかである、[1]~[5]のいずれか一項に記載の炭素繊維強化樹脂用組成物。
[8] 前記(A)ラジカル反応性樹脂中におけるエポキシ基を少なくとも1つ有するエポキシ(メタ)アクリレート樹脂の含有量が1~100質量%である、[1]~[7]のいずれか一項に記載の炭素繊維強化樹脂用組成物。
[9] 前記(E)有機過酸化物の10時間半減期温度が、30~170℃である、[1]~[8]のいずれか一項に記載の炭素繊維強化樹脂用組成物。
[10] 前記(E)有機過酸化物が、クメンハイドロパーオキサイドまたはt-ブチルパーオキシベンゾエートである、[1]~[9]のいずれか一項に記載の炭素繊維強化樹脂用組成物。
[11] 前記(G)金属石鹸が、マンガン化合物またはコバルト化合物である、[2]~[10]のいずれか一項に記載の炭素繊維強化樹脂用組成物。
前記(A)ラジカル反応性樹脂および前記(B)ラジカル重合性不飽和単量体の合計100質量部に対して、前記(C)メルカプト基含有化合物を0.001~20質量部、前記(D)1つのみイミダゾール環を有するイミダゾール化合物を0.001~10質量部、(E)有機過酸化物を0.1~10質量部含む、[1]~[11]のいずれか一項に記載の炭素繊維強化樹脂用組成物。
[14] 前記(F)炭素繊維の含有量が、炭素繊維強化樹脂組成物に対して10~90質量%である、[13]に記載の炭素繊維強化樹脂組成物。
[15] [1]~[12]のいずれかに記載の炭素繊維強化樹脂用組成物が、前記(F)炭素繊維に含浸されている、[13]または[14]に記載の炭素繊維強化樹脂組成物。
[16] [13]~[15]のいずれかに記載の炭素繊維強化樹脂組成物の硬化物。
また、本発明の炭素繊維強化樹脂組成物によれば、これを硬化させることにより、樹脂成分と炭素繊維との密着性が良好な硬化物が得られる。
(炭素繊維強化樹脂組成物)
本実施形態の樹脂組成物は、炭素繊維強化樹脂用組成物と、炭素繊維とを含む。本実施形態の樹脂組成物は、炭素繊維強化樹脂用組成物が、(F)炭素繊維に含浸されていることが好ましい。
炭素繊維強化樹脂用組成物は、(A)ラジカル反応性樹脂と、(B)ラジカル重合性不飽和単量体と、(C)メルカプト基含有化合物と、(D)1つのみイミダゾール環を有するイミダゾール化合物と、(E)有機過酸化物とを含む。
(A)ラジカル反応性樹脂は、側鎖及び/または主鎖に、エチレン性炭素-炭素二重結合を有する樹脂である。具体的には、(A1)エポキシ(メタ)アクリレート樹脂、(A2)不飽和ポリエステル樹脂、(A3)ポリエステル(メタ)アクリレート樹脂、(A4)ウレタン(メタ)アクリレート樹脂から選ばれる、少なくとも1種類であることが好ましい。
ここで「(メタ)アクリレート」とは、メタクリレートおよびアクリレートから選択される少なくとも1種を意味する。
また、前記不飽和一塩基酸としては、一個のヒドロキシ基と一個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物と、多塩基酸無水物との反応物を使用してもよい。
前記多塩基酸無水物は、前記エポキシ樹脂の分子量を増大させるために使用するものであり公知のものを使用できる。例えば、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、セバシン酸、フタル酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、ダイマー酸、エチレングリコール・2モル無水マレイン酸付加物、ポリエチレングリコール・2モル無水マレイン酸付加物、プロピレングリコール・2モル無水マレイン酸付加物、ポリプロピレングリコール・2モル無水マレイン酸付加物、ドデカン二酸、トリデカン二酸、オクタデカン二酸、1,16-(6-エチルヘキサデカン)ジカルボン酸、1,12-(6-エチルドデカン)ジカルボン酸、カルボキシル基末端ブタジエン・アクリロニトリル共重合体(商品名Hycar CTBN)等の無水物が挙げられる。
上記の中でも特に、(A)ラジカル反応性樹脂として、エポキシ基を少なくとも1つ有するエポキシ(メタ)アクリレート樹脂を含むことが好ましい。(A)ラジカル反応性樹脂中におけるエポキシ基を少なくとも1つ有するエポキシ(メタ)アクリレート樹脂の含有量は、1~100質量%が好ましく、さらに好ましくは20~90質量%、さらにより好ましくは30~70質量%である。少なくとも1つのエポキシ基を有するエポキシ(メタ)アクリレート樹脂としては、エポキシ当量が140~9500のものが好ましく、より好ましくは190~5000である。
前記不飽和二塩基酸としては、例えば、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、無水イタコン酸等を挙げることができ、これらは単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
水素化ビスフェノ-ルA、シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、テトラブロモビスフェノールA等に代表される2価フェノールとプロピレンオキシド又はエチレンオキシドに代表されるアルキレンオキサイドとの付加物等の二価アルコール;
1,2,3,4-テトラヒドロキシブタン、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の三価以上のアルコール等が挙げられる。
上記の(A2)不飽和ポリエステル樹脂の中でも、汎用性、コストの観点からオルソ系不飽和ポリエステル樹脂が好ましい。
本発明で使用する(A1)エポキシ(メタ)アクリレート樹脂および/または(A2)不飽和ポリエステル樹脂は、酸化重合基含有ポリマーと混合して使用してもよい。
また、水酸基とアリルエーテル基の両方を有する化合物と酸無水物との反応物と、エポキシ基を有する化合物とを反応させて得た反応物を、本発明で使用する(A1)エポキシ(メタ)アクリレート樹脂および/または(A2)不飽和ポリエステル樹脂に混合して使用してもよい。エポキシ基を有する化合物としては、アリルグリシジルエーテル、2,6-ジグリシジルフェニルアリルエーテルなどが挙げられる。
酸化重合基を導入することにより、炭素繊維強化樹脂用組成物として用いた場合に、乾燥性を大幅に向上させ、また塗膜、成形面の仕上げを均一にする効果がある。酸化重合(空気硬化)基としては、特にアリルエーテル基、ベンジルエーテル基を有するものが好ましい。
なお、本発明での酸化重合(空気硬化)とは、例えばアリルエーテル基などに見られる、エーテル結合と二重結合との間にあるメチレン結合の酸化によるパーオキシドの生成と分解に伴う架橋を指す。
また、上記以外にジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート等を用いることで、炭素繊維強化樹脂用組成物の乾燥性が向上する。
(1)末端がカルボキシル基のポリエステルに、エポキシ基含有(メタ)アクリレートまたは水酸基含有(メタ)アクリレートを反応させる。
(2)末端が水酸基のポリエステルに、(メタ)アクリル酸またはイソシアナト基含有(メタ)アクリレートを反応させる。
上記(2)の方法において原料として用いられる、末端が水酸基のポリエステルとしては、飽和多塩基酸及び/または不飽和多塩基酸と過剰量の多価アルコールとから得られるものが挙げられる。
ポリエステル(メタ)アクリレート樹脂の原料として用いられる不飽和多塩基酸としては、例えば、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸などの重合性不飽和多塩基酸またはその無水物が挙げられる。
(A3)ポリエステル(メタ)アクリレ-ト樹脂の製造に用いる水酸基含有(メタ)アクリレートとしては、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2-フェノキシ-2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-(メタ)アクリロイルオキシ-2-ヒドロキシプロピルフタレートなどが挙げられる。
(A3)ポリエステル(メタ)アクリレ-ト樹脂の製造に用いるイソシアナト基含有(メタ)アクリレートとしては、2-イソシアナトエチル(メタ)アクリレートが挙げられる。
上記の(A3)ポリエステル(メタ)アクリレート樹脂の中でも、汎用性やコストの観点からグリシジル(メタ)アクリレートや2-イソシアナトエチル(メタ)アクリレートを反応させて得られるポリエステル(メタ)アクリレート樹脂が好ましい。
これらポリイソシアネートは、一種類のみを単独で用いてもよいし、二種類以上を混合して用いてもよい。これらのポリイソシアネートの中でも、コストの観点から、ジフェニルメタンジイソシアネートを用いることが好ましい。
これらのポリヒドロキシ化合物は、一種類のみを単独で用いてもよいし、二種類以上を混合して用いてもよい。
これらの多価アルコール類は、一種類のみを単独で用いてもよいし、二種類以上を混合して用いてもよい。
具体的には、例えば、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、トリス(ヒドロキシエチル)イソシアヌルサンノジ(メタ)アクリレート、ペンタエスリトールトリ(メタ)アクリレート、グリセリン(モノ)(メタ)アクリレート、ブレンマーシリーズ(商品名;日油株式会社製)などが挙げられる。
これら水酸基含有(メタ)アクリル化合物は、一種類のみを単独で用いてもよいし、二種類以上を混合して用いてもよい。
これら水酸基含有アリルエーテル化合物は、一種類のみを単独で用いてもよいし、二種類以上を混合して用いてもよい。
(A5)(メタ)アクリレート樹脂としては、例えば、(メタ)アクリレートモノマーを単独重合または共重合したものが挙げられる。
これら(メタ)アクリレートモノマーは、一種類のみを単独で用いてもよいし、二種類以上を混合して用いてもよい。
重合禁止剤としては、例えば、ハイドロキノン、メチルハイドロキノン及びフェノチアジン等が挙げられる。
(B)ラジカル重合性不飽和単量体は、樹脂組成物の粘度を下げ、硬度、強度、耐薬品性、耐水性等を向上させるために用いる。
(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸トリデシル、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、エチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、エチレングリコールモノエチルエーテル(メタ)アクリレート、エチレングリコールモノヘキシルエーテル(メタ)アクリレート、エチレングリコールモノ2-エチルヘキシルエーテル(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリテトラメチレンエーテルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,3-ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-1,3-ジ(メタ)アクリロキシプロパン、2,2-ビス〔4-(メタクリロイルエトキシ)フェニル〕プロパン、2,2-ビス〔4-(メタクリロキシ・ジエトキシ)フェニル〕プロパン、2,2-ビス〔4-(メタクリロキシ・ポリエトキシ)フェニル〕プロパン、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAEO変性(n=2)ジ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸EO変性(n=3)ジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレートモノステアレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート又はトリス(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
なお、上記のEO変性とは、(ポリ)オキシエチレン鎖(-CH2-CH2-O-)を有することを意味し、nは(ポリ)オキシエチレン鎖の数を意味する。
(B)ラジカル重合性不飽和単量体の含有量は、(A)ラジカル反応性樹脂と(B)ラジカル重合性不飽和単量体の総量に対して、1~80質量%であることが好ましく、10~50質量%であることがより好ましく、20~40質量%であることがさらに好ましい。
(C)メルカプト基含有化合物は、硬化促進剤として機能する。
(C)メルカプト基含有化合物は、メルカプト基が2級の炭素原子に結合する2級チオール化合物(C1)、または3級の炭素原子に結合する3級チオール化合物(C2)から選ばれる1種以上であることが好ましい。(C)メルカプト基含有化合物は、より短時間で硬化させるために、2級チオール化合物(C1)であることが特に好ましい。
2級チオール化合物(C1)は、末端にメルカプト基が配置される1級チオール化合物と比較して、保存安定性が良好である。3級チオール化合物(C2)は、2級チオール化合物(C1)と同様に、末端にメルカプト基が配置されていない化合物である。このため、3級チオール化合物(C2)は、(C)メルカプト基含有化合物として、2級チオール化合物(C1)と類似の機能を有する。
ここでいう「多官能チオール」とは、官能基であるメルカプト基が2個以上であるメルカプト基含有化合物を意味する。
炭素繊維強化樹脂用組成物をより短時間で硬化させるためには、(C)メルカプト基含有化合物として、分子中に3個以上のメルカプト基を有する3官能以上のチオールを用いることが特に好ましい。
分子中に2級又は3級炭素原子に結合するメルカプト基を2個以上有する化合物としては、特に制限はないが、例えば、下記式(Q)で表される構造を少なくとも1個有し、下記式(Q)で表される構造中のメルカプト基を含めて、分子中に2級又は3級炭素原子に結合するメルカプト基を2個以上有する化合物が好ましい。
なお、「各種」とは、n-、sec-、tert-、iso-を含む各種異性体を意味する。これらのアルキル基の中でもメチル基、及びエチル基が好ましい。
また、式(Q)中のR1及びR2における炭素原子数6~18の芳香族基としては、例えば、フェニル基、ベンジル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基等が挙げられる。なお、これらの芳香族基は、ハロゲン原子、アミノ基、ニトロ基、シアノ基等で置換されていてもよい。
式(Q)中のaは、0~2の整数であり、好ましくは1である。
(C)メルカプト基含有化合物が前記式(Q)で表される構造を有する2級チオール化合物(C1)である場合、その具体例としては、3-メルカプト酪酸、3-メルカプトフタル酸ジ(1-メルカプトエチル)、フタル酸ジ(2-メルカプトプロピル)、フタル酸ジ(3-メルカプトブチル)、エチレングリコールビス(3-メルカプトブチレート)、プロピレングリコールビス(3-メルカプトブチレート)、ジエチレングリコールビス(3-メルカプトブチレート)、ブタンジオールビス(3-メルカプトブチレート)、オクタンジオールビス(3-メルカプトブチレート)、トリメチロールエタントリス(3-メルカプトブチレート)、トリメチロールプロパントリス(3-メルカプトブチレート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトブチレート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3-メルカプトブチレート)、エチレングリコールビス(2-メルカプトプロピオネート)、プロピレングリコールビス(2-メルカプトプロピオネート)、ジエチレングリコールビス(2-メルカプトプロピオネート)、ブタンジオールビス(2-メルカプトプロピオネート)、オクタンジオールビス(2-メルカプトプロピオネート)、トリメチロールプロパントリス(2-メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(2-メルカプトプロピオネート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(2-メルカプトプロピオネート)、エチレングリコールビス(4-メルカプトバレレート)、ジエチレングリコールビス(4-メルカプトバレレート)、ブタンジオールビス(4-メルカプトバレレート)、オクタンジオールビス(4-メルカプトバレレート)、トリメチロールプロパントリス(4-メルカプトバレレート)、ペンタエリスリトールテトラキス(4-メルカプトバレレート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(4-メルカプトバレレート)、エチレングリコールビス(3-メルカプトバレレート)、プロピレングリコールビス(3-メルカプトバレレート)、ジエチレングリコールビス(3-メルカプトバレレート)、ブタンジオールビス(3-メルカプトバレレート)、オクタンジオールビス(3-メルカプトバレレート)、トリメチロールプロパントリス(3-メルカプトバレレート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトバレレート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3-メルカプトバレレート)、水素化ビスフェノールAビス(3-メルカプトブチレート)、ビスフェノールAジヒドロキシエチルエーテル-3-メルカプトブチレート、4,4’-(9-フルオレニリデン)ビス(2-フェノキシエチル(3―メルカプトブチレート))、エチレングリコールビス(3-メルカプト-3-フェニルプロピオネート)、プロピレングリコールビス(3-メルカプト-3-フェニルプロピオネート)、ジエチレングリコールビス(3-メルカプト-3-フェニルプロピオネート)、ブタンジオールビス(3-メルカプト-3-フェニルプロピオネート)、オクタンジオールビス(3-メルカプト-3-フェニルプロピオネート)、トリメチロールプロパントリス(3-メルカプト-3-フェニルプロピオネート)、トリス-2-(3-メルカプト-3-フェニルプロピオネート)エチルイソシアヌレート、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプト-3-フェニルプロピオネート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3-メルカプト-3-フェニルプロピオネート)等が挙げられる。
(C)メルカプト基含有化合物が前記式(Q)で表される構造を有する3級チオール化合物(C2)である場合、その具体例としては、フタル酸ジ(2-メルカプトイソブチル)、エチレングリコールビス(2-メルカプトイソブチレート)、プロピレングリコールビス(2-メルカプトイソブチレート)、ジエチレングリコールビス(2-メルカプトイソブチレート)、ブタンジオールビス(2-メルカプトイソブチレート)、オクタンジオールビス(2-メルカプトイソブチレート)、トリメチロールエタントリス(2-メルカプトイソブチレート)、トリメチロールプロパントリス(2-メルカプトイソブチレート)、ペンタエリスリトールテトラキス(2-メルカプトイソブチレート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(2-メルカプトイソブチレート)、フタル酸ジ(3-メルカプト-3-メチルブチル)、エチレングリコールビス(3-メルカプト-3-メチルブチレート)、プロピレングリコールビス(3-メルカプト-3-メチルブチレート)、ジエチレングリコールビス(3-メルカプト-3-メチルブチレート)、ブタンジオールビス(3-メルカプト-3-メチルブチレート)、オクタンジオールビス(3-メルカプト-3-メチルブチレート)、トリメチロールエタントリス(3-メルカプト-3-メチルブチレート)、トリメチロールプロパントリス(3-メルカプト-3-メチルブチレート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプト-3-メチルブチレート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3-メルカプト-3-メチルブチレート)等が挙げられる。
本実施形態の樹脂組成物に含まれる(D)イミダゾール化合物は、1つのみイミダゾール環を有し、複数のイミダゾール環を有する化合物は含まれない。(D)イミダゾール化合物は、硬化剤として機能する。
前記アルキル基は、炭素数1~6であることが好ましく、炭素数1~3であることがより好ましい。前記アリール基は、炭素数6~20であることが好ましく、炭素数6~12であることがより好ましい。前記アラルキル基は、炭素数7~20であることが好ましく、炭素数7~12であることがより好ましい。
このような(D)イミダゾール化合物としては、2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、2-メチルイミダゾールが挙げられる。特に、(D)イミダゾール化合物としては、2-エチル-4-メチルイミダゾールまたは1-ベンジル-2-メチルイミダゾールを用いることが好ましい。
(E)有機過酸化物は、硬化剤として機能する。(E)有機過酸化物としては、通常、(A)ラジカル反応性樹脂および(B)ラジカル重合性不飽和単量体にラジカル硬化剤として使用されているものを用いることができる。具体的には、ベンゾイルパーオキサイドなどのジアシルパーオキサイド系、t-ブチルパーオキシベンゾエートなどのパーオキシエステル系、クメンハイドロパーオキサイドなどのハイドロパーオキサイド系、ジクミルパーオキサイドなどジアルキルパーオキサイド系、メチルエチルケトンパーオキサイド、アセチルアセトンパーオキサイドなどのケトンパーオキサイド系、パーオキシケタール系、アルキルパーエステル系、パーカーボネート系等の公知公用のものが挙げられる。
上記の中でも特に、樹脂への混合後の安定性の点から(E)有機過酸化物として、クメンハイドロパーオキサイドまたはt-ブチルパーオキシベンゾエートを用いることが好ましい。クメンハイドロパーオキサイドおよびt-ブチルパーオキシベンゾエートは、いずれも硬化時に分解してラジカルを生成する(-O(酸素)-O(酸素)-)結合を有する化合物である。t-ブチルパーオキシベンゾエートを用いた場合、クメンハイドロパーオキサイドを用いた場合と比較して、可使時間(ポットライフ)を長くできる。t-ブチルパーオキシベンゾエートを用いてクメンハイドロパーオキサイドと同等の硬化性を得るには、クメンハイドロパーオキサイドを用いる場合よりも硬化温度を高くすればよい。
(F)炭素繊維としては、各種製造方法で製造された任意のものが使用できる。例えば、ピッチ系、PAN(ポリアクリロニトリル)系、気相成長法系などの炭素繊維が使用できる。(F)炭素繊維の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、ロービング状、編み物状、クロス(布)状、マット状のものを、単独もしくは組み合わせて用いることができる。
(F)炭素繊維は、硬化物の繊維体積含有率が40~70%となるように炭素繊維強化樹脂用組成物中に含有させることが好ましい。
本実施形態の炭素繊維強化樹脂組成物は、上記の各成分の他に、必要に応じて下記成分を含むものであってもよい。
(G)金属石鹸は、硬化促進剤として機能する。(G)金属石鹸としては、長鎖脂肪酸または有機酸と、金属元素との塩を用いる。
長鎖脂肪酸は、目的とする金属石鹸の種類に応じて適宜選択できる。長鎖脂肪酸としては、炭素原子数7~30の脂肪酸が好ましく、例えば、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ネオデカン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸、テトラデカン酸、ヘキサデカン酸、オクタデカン酸、エイコサン酸、ドコサン酸、テトラコサン酸、ヘキサコサン酸、オクタコサン酸、トリアコンタン酸などの飽和脂肪酸、ナフテン酸、また、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸などの不飽和脂肪酸でも良い。
長鎖脂肪酸または有機酸の中でも、長鎖脂肪酸が好ましく、炭素数7~15の鎖状若しくは環状の飽和脂肪酸、又は炭素数7~15の不飽和脂肪酸がより好ましく、オクタン酸、及びナフテン酸が更に好ましい。
これら金属元素の中でも、第2族の金属元素、及び第3~12族の金属元素が好ましく、バリウム、バナジウム、マンガン、鉄、コバルト、銅、及び亜鉛がより好ましく、マンガン、鉄、コバルト、銅、及び亜鉛が更に好ましく、マンガン、及びコバルトがより更に好ましい。
本実施形態の樹脂組成物は、樹脂組成物の過度の重合を抑える観点、反応速度をコントロールする観点から、重合禁止剤を含んでもよい。重合禁止剤としては、ハイドロキノン、メチルハイドロキノン、カテコール類、フェノチアジン等の公知のものが挙げられる。
本実施形態の樹脂組成物は、樹脂組成物の硬化を遅らせる目的で、硬化遅延剤を含んでもよい。硬化遅延剤としては、フリーラジカル系硬化遅延剤が挙げられ、例えば、2,2,6,6-テトラメチル-1-ピペリジニルオキシ,フリーラジカル(TEMPO)、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシル,フリーラジカル(4H-TEMPO)、4-オキソ-2,2,6,6-テトラメチル-1-ピペリジニルオキシ,フリーラジカル(4-Oxo-TEMPO)等のTEMPO誘導体が挙げられる。これらの中でも、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシル,フリーラジカル(4H-TEMPO)がコスト面、扱いやすさの点から好ましい。
本実施形態の樹脂組成物には、硬化性を向上させることを目的として、上述した(C)メルカプト基含有化合物と(D)1つのみイミダゾール環を有するイミダゾール化合物と(E)有機過酸化物と、必要に応じて含有する(G)金属石鹸の他に、他の硬化促進剤を含んでもよい。
本実施形態の樹脂組成物は、硬化性を向上させる目的で光重合開始剤を含むものであってもよい。光重合開始剤としては、例えば、光ラジカル重合開始剤、光カチオン重合開始剤、光アニオン重合開始剤などが挙げられる。
具体的には、光ラジカル重合開始剤として、ベンゾインアルキルエーテルのようなベンゾインエーテル系、ベンゾフェノン、ベンジル、メチルオルソベンゾイルベンゾエートなどのベンゾフェノン系、ベンジルジメチルケタール、2,2-ジエトキシアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオフェノン、4-イソプロピル-2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオフェノン、1,1-ジクロロアセトフェノンなどのアセトフェノン系、2-クロロチオキサントン、2-メチルチオキサントン、2-イソプロピルチオキサントンなどのチオキサントン系のものが挙げられる。
具体的には、光カチオン重合開始剤として、トリアリールスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、トリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリアリールスルホニウム塩、トリルクミルヨードニウムテトラキスペンタフルオロフェニルボレート、4-イソブチルフェニル(4-メチルフェニル)ヨードニウム・ヘキサフルオロホスフェート、トリアリールスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、トリアリールスルホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート等が挙げられる。
また、光アニオン重合開始剤は、エポキシ樹脂等の硬化性を向上させるために用いられる。
本実施形態の樹脂組成物には、成形時の泡発生、成形品の泡残りを改善する目的で、消泡剤を使用してもよい。消泡剤としては、シリコン系消泡剤、ポリマー系消泡剤などが挙げられる。
消泡剤の使用量は、(A)ラジカル反応性樹脂と(B)ラジカル重合性不飽和単量体との合計100重量部に対して、0.01~5重量部の範囲がよい。より好ましくは、0.1~1重量部である。
本実施形態の樹脂組成物には、成形性を向上させる目的、あるいは炭素繊維との密着性を向上させる等の目的で、カップリング剤を使用してもよい。カップリング剤としては、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤などがあげられる。
このようなカップリング剤としては、例えば、R3-Si(OR4)3で表されるシランカップリング剤を挙げることができる。なお、R3としては、例えば、アミノプロピル基、グリシジルオキシ基、メタクリルオキシ基、N-フェニルアミノプロピル基、メルカプト基、及びビニル基等が挙げられ、R4としては、例えば、メチル基、エチル基等が挙げられる。
カップリング剤の使用量は、(A)ラジカル反応性樹脂と(B)ラジカル重合性不飽和単量体との合計100質量部に対して、0.01~1質量部の範囲がよい。
本実施形態の樹脂組成物には、成形品の長期耐久性を向上させる目的で、光安定剤を使用してもよい。光安定剤としては、紫外線吸収剤やヒンダードアミン系光安定剤が挙げられる。これらは、単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。具体的には、紫外線吸収剤としては、ベンゾトリアゾール系、トリアジン系、ベンゾフェノン系、シアノアクリレート系、サリシレート系等が挙げられ、ヒンダードアミン系光安定剤としては、N-H型、N-CH3型、N-Oアルキル型等が挙げられる。
本実施形態の樹脂組成物は、ワックスを含むものであってもよい。ワックスとしては、パラフィンワックス類、極性ワックス類などを単独あるいは併用して用いることができ、各種融点の公知の物を使用できる。
ワックスは、(A)ラジカル反応性樹脂と(B)ラジカル重合性不飽和単量体との合計100質量部に対して、0.05~4質量部含有することが好ましく、0.1~2.0質量部含有することがより好ましい。
本実施形態の樹脂組成物は、難燃剤を含むものであってもよい。難燃剤としては、臭素系難燃剤、塩素系難燃剤、リン系難燃剤、無機系難燃剤、イントメッセント系難燃剤、シリコン系難燃剤などを単独あるいは併用して用いることができ、公知のものを使用することができる。
また、臭素系難燃剤などのハロゲン系難燃剤は、難燃性を更に向上する目的で三酸化アンチモンと併用して用いることができる。
難燃剤の添加量は、系統により異なるが、(A)ラジカル反応性樹脂と(B)ラジカル重合性不飽和単量体との合計100質量部に対して、1~100質量部含有することが好ましい。
本実施形態の樹脂組成物には、本発明の効果を阻害しない範囲で、特定の特性を制御する目的で無機フィラー及び有機フィラー等の充填材を配合してもよい。これらは、単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
無機フィラーとしては、難燃性を付与する水酸化アルミニウム、樹脂組成物の流動性を制御するヒュームドシリカ、タルク、炭酸カルシウム等、また着色を行う酸化チタンやその他の着色剤等の無機顔料が挙げられる。
また、有機フィラーとしては、粘性の向上やチクソトロピーを付与する目的で有機ベントナイト類等が挙げられる。
充填材の使用量は、(A)ラジカル反応性樹脂と(B)ラジカル重合性不飽和単量体との合計100質量部に対して、1~200質量部の範囲がよい。
本実施形態の樹脂組成物を製造する方法は、特に限定されるものではなく、(A)ラジカル反応性樹脂と(B)ラジカル重合性不飽和単量体(または(A)ラジカル反応性樹脂と(B)ラジカル重合性不飽和単量体との混合物)と、(C)メルカプト基含有化合物と、(D)1つのみイミダゾール環を有するイミダゾール化合物と、(E)有機過酸化物と、必要に応じて含有する(G)金属石鹸(任意成分)およびその他の成分と、(F)炭素繊維とを公知の方法により混合することで得られる。
本実施形態の樹脂組成物は、特に、(F)炭素繊維を除く上記の各成分を混合して炭素繊維強化樹脂用組成物を作製し、これを(F)炭素繊維に含浸させる方法により製造することが好ましい。
本実施形態の樹脂組成物を硬化させる方法としては、樹脂組成物を硬化に必要な温度で加熱できる方法であればよく、例えば、加熱炉またはヒータなどを用いて加熱する方法を用いることができる。
樹脂組成物を硬化させる温度は、例えば、5~200℃、好ましくは15~150℃、より好ましくは60~120℃とすることができる。加熱時間は、例えば、1~180分、好ましくは1~120分、より好ましくは1~60分とすることができる。
<(A)ラジカル反応性樹脂と(B)ラジカル重合性不飽和単量体との混合物>
以下に示す方法により、(A1-1)(A1-2)(A2-1)(A4-1)の(A)ラジカル反応性樹脂を合成した。得られた(A1-1)(A1-2)(A2-1)(A4-1)の各(A)ラジカル反応性樹脂と、(B)ラジカル重合性不飽和単量体としてのスチレン(出光興産製)とを混合し、(A)成分と(B)成分との混合物を得た。
攪拌機、還流冷却器、ガス導入管及び温度計を備えた反応装置に、AER-2603(旭化成社製ビスフェノールA型エポキシ樹脂:エポキシ当量189):1890g、ビスフェノールA:342g、及びテトラデシルジメチルベンジルアンモニウムクロライド:7gを仕込み、窒素ガス雰囲気下、150℃で2時間反応させた。反応終了後、反応物を90℃まで冷却した。その後、反応物にメタクリル酸:602g、トリフェニルホスフィン:9g、ハイドロキノン:0.9g、及びスチレン:1000gを加え、空気を吹き込みながら90℃で20時間さらに反応させた。酸価が11mgKOH/gになった時点で反応を終了し、エポキシメタクリレート樹脂(A1-1)を得た。
重量平均分子量の測定には、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(昭和電工株式会社製Shodex GPC-101)を用いた。重量平均分子量は、下記条件にて常温で測定し、ポリスチレン換算にて算出した。
(測定条件)
カラム:昭和電工製LF-804、2本
カラム温度:40℃
試料:被測定物の0.4質量%テトラヒドロフラン溶液
流量:1ml/分
溶離液:テトラヒドロフラン
攪拌機、還流冷却器、ガス導入管及び温度計を備えた反応装置に、AER-2603(旭化成社製ビスフェノールA型エポキシ樹脂:エポキシ当量189):1890g、メタクリル酸:430g、ハイドロキノン:0.5g、トリフェニルホスフィン1.2gを仕込み、空気を吹き込みながら、100℃に加熱し、約9時間反応させた。酸価が0mgKOH/gになった時点で反応を終了し、少なくとも1つのエポキシ基を有するエポキシメタクリレート樹脂(A1-2)を得た。
また、上記の方法により合成した少なくとも1つのエポキシ基を有するエポキシメタクリレート樹脂(A1-2)に、スチレン(出光興産製)580gを加え、混合物を得た。
温度計、攪拌機、不活性ガス導入口及び還流冷却器を備えた四口フラスコに、イソフタル酸:0.8モル、1,2-プロパンジオール:1.0モル及びネオペンチルグリコール:1.8モルを仕込み、窒素ガス気流下で加熱撹拌しながら190℃まで昇温した。その後、徐々に215℃まで昇温してエステル化反応させた。酸価が9.5mgKOH/gとなった時点で120℃まで冷却した。次に、エステル化反応の反応物に無水マレイン酸:2.0モルを加え、150℃~210℃でエステル化反応を行った。酸価が9.8mgKOH/gとなった時点で冷却し、不飽和ポリエステル(A2-1)を得た。
これをスチレン(出光興産製)に溶解させて、スチレン含有量が40質量%の不飽和ポリエステル樹脂組成物を調整した。
攪拌器、還流冷却管、気体導入管及び温度計を備えた3Lの4つ口フラスコに、ジフェニルメタンジイソシアネート:500g、アクトコールD-1000(三井化学(株)製ポリエーテルポリオール:重量平均分子量1000):700g、トーホーポリエチレングリコール#600(東邦化学工業(株)製ポリエチレングリコール:重量平均分子量600):180g、及びジブチル錫ジラウレート:0.2gを仕込み、60℃で4時間攪拌して反応させた。次いで、その反応物に、2-ヒドロキシエチルメタクリレート:260gを2時間かけて滴下しながら攪拌し、滴下終了後5時間攪拌して反応させ、ウレタンメタクリレート樹脂(A4-1)を得た。
また、上記の方法により合成したウレタンメタクリレート樹脂(A4-1)に、スチレン(出光興産製)700gを加え、混合物を得た。
スチレン(出光興産製)
(1)4官能2級チオール、昭和電工株式会社製、製品名:カレンズMT PE1(ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトブチレート))
(2)シアヌル酸骨格3官能2級チオール、昭和電工株式会社製、製品名:カレンズMT NR1(1,3,5-トリス(3-メルカプトブチリルオキシエチル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)-トリオン)
(3)2官能2級チオール、昭和電工株式会社製、製品名:カレンズMT BD1(1,4-ビス(3-メルカプトブチリルオキシ)ブタン)
(4)単官能2級チオール、昭和電工株式会社製、製品名:3MBA(3-メルカプトブタン酸)
(5)4官能1級チオール、SC有機化学株式会社製、製品名:PEMP(ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトプロピオネート))
(1つのみイミダゾール環を有するイミダゾール化合物)
(1)2-エチル-4-メチルイミダゾール、四国化成製、製品名:2E4MZ
(2)1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、四国化成製、製品名:1B2MZ
(3)2MZ-H;2-メチルイミダゾール、和光純薬製、製品名:和光一級2メチルイミダゾール
(2つ以上のイミダゾール環を有するイミダゾール化合物)
(4)2,2’-ビス(o-クロロフェニル)-4,5,4’5’-テトラフェニル-1,2’ビイミダゾール、黒金化成製、製品名:ビイミダゾール
クメンハイドロパーオキサイド、日油株式会社製、製品名:パークミルH-80
(1)T700SC-24000:東レ製(PAN系炭素繊維、フィラメント数:24,000本、引張強度:711ksi(4900MPa)、伸び:約2%)
(1)オクチル酸マンガン6%、東栄化工株式会社製、製品名:ヘキソエートマンガン
(2)ナフテン酸コバルト8%、日本化学産業株式会社製、製品名:ナフテックスコバルト
その他添加剤;〔硬化剤〕酸無水物、日立化成株式会社、製品名:HN-5500(3-メチルヘキサヒドロ無水フタル酸と4-メチルヘキサヒドロ無水フタル酸との混合物)
その他添加剤;〔硬化促進剤〕アミン化合物、東京化成工業株式会社製、N,N-ジメチルベンジルアミン
上記の方法により製造した(A1-1)(A1-2)(A4-1)の各(A)ラジカル反応性樹脂と、(B)ラジカル重合性不飽和単量体としてのスチレンとの混合物に、必要に応じて表1に示す(B)ラジカル重合性不飽和単量体を添加した。このことにより、表1に示す割合で(A)ラジカル反応性樹脂と(B)ラジカル重合性不飽和単量体とを含む混合物((A)成分と(B)成分との混合物)を得た。
(C)メルカプト基含有化合物を含まないこと以外は、実施例1と同様にして、(F)炭素繊維を含まない樹脂組成物(炭素繊維強化樹脂用組成物)を得た。
以下に示す評価法により、ゲル化時間、硬化温度、硬化時間の評価を行った。
樹脂組成物を室温にて試験管(外径18mm、長さ165mm)に深さ100mmまで入れ、80℃に加温したオイルバスに設置し、熱電対により、樹脂組成物の温度を測定した。樹脂組成物の温度が65℃になってから85℃になるまでにかかる時間を測定し、ゲル化時間とした。
また、樹脂組成物が最高発熱温度に到達するまでの時間を硬化時間、その時の発熱温度を硬化温度として定義し、JIS K-6901に準じて測定した。
特に、(G)金属石鹸を含む実施例6および実施例7は、(G)金属石鹸を含まない実施例1と比較して、ゲル化時間および硬化時間が短く、効率よく硬化できることが分かった。
これに対し、(C)メルカプト基含有化合物を含まない比較例1の樹脂組成物は、実施例1~7の樹脂組成物と比較して、ゲル化時間および硬化時間が長く、低い硬化温度で硬化させるためにはより多くの時間を要することが分かった。
実施例1と同様にして、表2に示す割合で(A)ラジカル反応性樹脂と(B)ラジカル重合性不飽和単量体とを含む混合物を得た。
これに対し、(D)イミダゾール化合物としてビイミダゾールを用いた比較例2の樹脂組成物は、実施例1、8、9の樹脂組成物と比較して、ゲル化時間および硬化時間が長かった。
25℃環境下で、表2に示す(A)ラジカル反応性樹脂と(B)ラジカル重合性不飽和単量体との混合物100質量部に対して、(D)イミダゾール化合物を表2に示す割合で加えて撹拌した。そして、上記(A)成分と上記(B)成分との混合物に上記(D)成分を加え、撹拌を開始してから2分後の樹脂組成物の状態を目視で観察し、下記の基準により上記(D)成分の溶解性(相溶性)を評価した。その結果を表2に示す。
○:溶解した。
△:透明で、溶け残った若干の結晶物が浮遊していた。
×:(D)成分が溶解せず、結晶物が浮遊して濁っていた。
特に、(D)イミダゾール化合物として、2-エチル-4-メチルイミダゾールを用いた実施例1の樹脂組成物と、1-ベンジル-2-メチルイミダゾールを用いた実施例8の樹脂組成物は、結晶物の浮遊が認められず、溶解性評価が良好であった。
これに対し、(D)イミダゾール化合物として2つのイミダゾール環を有するビイミダゾールを用いた比較例2の樹脂組成物は、実施例1、8、9の樹脂組成物と比較して、透過率が低く、ヘーズが高かった。
実施例1と同様にして、表3に示す割合で(A)ラジカル反応性樹脂と(B)ラジカル重合性不飽和単量体とを含む混合物を得た。
(C)メルカプト基含有化合物、(D)イミダゾール化合物を加えず、(G)金属石鹸を加えたこと以外は、実施例1と同様にして、表3に示す組成を有する(F)炭素繊維を含まない樹脂組成物(炭素繊維強化樹脂用組成物)を得た。
表3に示すその他樹脂(エポキシ樹脂)100質量部に対して、その他添加剤として酸無水物とアミン化合物とを表3に示す割合で加えて撹拌し、(F)炭素繊維を含まない樹脂組成物(炭素繊維強化樹脂用組成物)を得た。
その後、得られた炭素繊維強化樹脂組成物を用いて、以下に示す方法によりCFRP(炭素繊維補強プラスチック)試験体を作製した。
ロービング状の炭素繊維束を、樹脂組成物(炭素繊維強化樹脂用組成物)の充填されたディッピング槽に入れて、炭素繊維束に樹脂組成物を含浸させ、炭素繊維強化樹脂組成物とした。
得られた炭素繊維強化樹脂組成物を、図1に示すように、平板を設置したマンドレルに軸方向長さが25cm、周方向長さが21cmのサンプルサイズとなるように、350周巻きつけて引き揃えた。その後、マンドレルに巻き付けた状態でプレス成形することにより、厚さ3mmに調整し、80℃で1時間、110℃で2時間硬化させ、CFRPを得た。なお、比較例4については、80℃で2時間、110℃で3時間硬化させ、CFRPを得た。その後、CFRPをマンドレルから取り外し、炭素繊維の配向に対して90°の向きが長辺となるようにCFRPから所定の寸法で切り出し、CFRP試験体とした。
各CFRPから、長さ×幅×厚み=35mm×25mm×3mmのCFRP試験体を切り出し、質量を測定した。次に、質量を測定したCFRP試験体を、400℃で4時間、その後、600℃で20分、マッフル炉により燃焼し、炭素繊維分のみとした。燃焼後のCFRP試験体の質量を測定し、JIS K 7075記載の計算式を用いて繊維体積含有率を算出した。
各CFRPから、長さ×幅×厚み=21mm×10mm×3mmのCFRP試験体を切り出した。切り出したCFRP試験体について、温度23℃、湿度50%の試験環境で、JIS K 7078に準じて、オリエンテック製テンシロンUTC-1Tを用いて、層間せん断強さを測定した。層間せん断強さの測定は、各CFRPについて3回ずつ行った。そして、3回の測定結果の平均値を、層間せん断強さの評価に使用した。
各CFRPから、長さ×幅×厚み=140mm×15mm×3mmのCFRP試験体を切り出した。切り出したCFRP試験体について、温度23℃、湿度50%の試験環境で、JIS K 7074に準じて、オリエンテック製テンシロンUTC-1Tを用いて、支点間距離120mmで曲げ強さを測定した。曲げ強さの測定は、各CFRPについて3回ずつ行った。そして、3回の測定結果の平均値を、曲げ強さの評価に使用した。
JIS K 7165、B型試験片に準じてCFRP試験体を作製した。作製したCFRP試験体について、温度23℃、湿度50%の試験環境で、JIS K 7161に準じて、インストロン製5900Rを用いて、つかみ間長150mm、試験速度1mm/分で引張強さ試験を行った。引張強さの測定は、各CFRPについて3回ずつ行った。そして、3回の測定結果の平均値を、引張強さの評価に使用した。
これに対し、比較例3および比較例5のCFRP試験体は、実施例10~13のCFRP試験体と比較して、曲げ強さが低かった。これは、実施例10~13のCFRP試験体が、比較例3および比較例5のCFRP試験体と比較して、樹脂成分と炭素繊維との密着性が良好であることによるものである。
また、比較例4のCFRP試験体は、従来のエポキシ樹脂を用いたものである。表3に示すように、実施例10~13のCFRP試験体は、エポキシ樹脂を用いた場合と同等の強度を実現できる。
Claims (16)
- (A)ラジカル反応性樹脂と、(B)ラジカル重合性不飽和単量体と、(C)メルカプト基含有化合物と、(D)1つのみイミダゾール環を有するイミダゾール化合物と、(E)有機過酸化物とを含む、炭素繊維強化樹脂用組成物。
- (G)金属石鹸をさらに含む、請求項1に記載の炭素繊維強化樹脂用組成物。
- 前記(C)メルカプト基含有化合物が、分子内に2個以上のメルカプト基を含む、請求項1または請求項2に記載の炭素繊維強化樹脂用組成物。
- 前記(C)メルカプト基含有化合物におけるメルカプト基が、2級または3級である、請求項1~請求項3のいずれか一項に記載の炭素繊維強化樹脂用組成物。
- 前記(D)イミダゾール化合物は、イミダゾール環の2位を含む1つまたは2つの位置が、アルキル基、アリール基またはアラルキル基で置換されたものである、請求項1~請求項4のいずれか一項に記載の炭素繊維強化樹脂用組成物。
- 前記(D)イミダゾール化合物が、2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、2-メチルイミダゾールのいずれかである、請求項1~請求項5のいずれか一項に記載の炭素繊維強化樹脂用組成物。
- 前記(A)ラジカル反応性樹脂が、エポキシ(メタ)アクリレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリエステル(メタ)アクリレート樹脂、ウレタン(メタ)アクリレート樹脂から選ばれる、少なくとも1種類である、請求項1~請求項6のいずれか一項に記載の炭素繊維強化樹脂用組成物。
- 前記(A)ラジカル反応性樹脂中におけるエポキシ基を少なくとも1つ有するエポキシ(メタ)アクリレート樹脂の含有量が1~100質量%である、請求項1~請求項7のいずれか一項に記載の炭素繊維強化樹脂用組成物。
- 前記(E)有機過酸化物の10時間半減期温度が、30~170℃である、請求項1~請求項8のいずれか一項に記載の炭素繊維強化樹脂用組成物。
- 前記(E)有機過酸化物が、クメンハイドロパーオキサイドまたはt-ブチルパーオキシベンゾエートである、請求項1~請求項9のいずれか一項に記載の炭素繊維強化樹脂用組成物。
- 前記(G)金属石鹸が、マンガン化合物またはコバルト化合物である、請求項2~請求項10のいずれか一項に記載の炭素繊維強化樹脂用組成物。
- 前記(A)ラジカル反応性樹脂および前記(B)ラジカル重合性不飽和単量体の総量に対して、(A)ラジカル反応性樹脂を20~99質量%、(B)ラジカル重合性不飽和単量体を1~80質量%含み、
前記(A)ラジカル反応性樹脂および前記(B)ラジカル重合性不飽和単量体の合計100質量部に対して、前記(C)メルカプト基含有化合物を0.001~20質量部、前記(D)1つのみイミダゾール環を有するイミダゾール化合物を0.001~10質量部、(E)有機過酸化物を0.1~10質量部含む、請求項1~請求項11のいずれか一項に記載の炭素繊維強化樹脂用組成物。 - 請求項1~請求項12のいずれか一項に記載の炭素繊維強化樹脂用組成物と(F)炭素繊維とを含む、炭素繊維強化樹脂組成物。
- 前記(F)炭素繊維の含有量が、炭素繊維強化樹脂組成物に対して10~90質量%である、請求項13に記載の炭素繊維強化樹脂組成物。
- 請求項1~請求項12のいずれか一項に記載の炭素繊維強化樹脂用組成物が、前記(F)炭素繊維に含浸されている、請求項13または請求項14に記載の炭素繊維強化樹脂組成物。
- 請求項13~請求項15のいずれか一項に記載の炭素繊維強化樹脂組成物の硬化物。
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