WO2021182295A1 - 硬化性エポキシ組成物 - Google Patents
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- C08L63/00—Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
Definitions
- the present disclosure relates to a curable epoxy composition. More specifically, the present disclosure relates to curable epoxy compositions comprising alicyclic epoxy compounds.
- the present application claims the priority of Japanese Patent Application No. 2020-040922 filed in Japan on March 10, 2020, the contents of which are incorporated herein by reference.
- the resin (encapsulating material) that coats the optical semiconductor element is required to have high heat resistance and light resistance.
- a sealing agent for forming a sealing material having high heat resistance for example, a composition containing an epoxy compound having an alicyclic structure (alicyclic epoxy compound) is known (for example, Patent Document 1). reference).
- the cured product of the alicyclic epoxy compound tends to have excellent heat resistance to the cured product of other epoxy compounds, but further excellent heat resistance may be required.
- As a method for improving the heat resistance of the cured product using the alicyclic epoxy compound it is conceivable to develop a new alicyclic epoxy compound or to examine the composition of the composition containing the alicyclic epoxy compound. Be done. However, in these measures, the viscosity and physical properties of the alicyclic epoxy compound and the composition may change, and the performance of the cured product may deteriorate.
- Non-Patent Document 1 discloses a composite material in which nanodiamonds whose surface is aminoated are dispersed in a matrix of bisphenol A diglycidyl ether, which is an epoxy compound. There is a description that the Young's modulus can be improved (see Non-Patent Document 1).
- Non-Patent Document 1 does not describe the dispersion of nanodiamond particles in an alicyclic epoxy compound, nor does it describe the heat resistance of the epoxy compound. Further, it was confirmed that the nanodiamond particles partially formed aggregates in the composite material disclosed in Non-Patent Document 1, and the dispersibility could not be said to be sufficient.
- an object of the present disclosure is to provide a curable epoxy composition capable of forming a cured product having improved heat resistance by using an alicyclic epoxy compound.
- the inventors of the present disclosure use an alicyclic epoxy compound and heat resistance according to the curable epoxy composition containing the alicyclic epoxy compound and nanodiamond particles. It has been found that a cured product having improved properties can be formed. The present disclosure relates to what has been completed based on these findings.
- the present disclosure describes an alicyclic epoxy compound (A) having an alicyclic structure and an epoxy group in the molecule, nanodiamond particles (B), a curing agent (C) and a curing accelerator (D), or a curing catalyst.
- a curable epoxy composition containing (E) is provided.
- the nanodiamond particles (B) are dispersed in a matrix in which the alicyclic epoxy compound (A) is a continuous phase.
- the average primary particle size of the nanodiamond particles (B) in the curable epoxy composition is preferably 10 nm or less.
- the average dispersed particle size of the nanodiamond particles (B) in the curable epoxy composition is preferably 100 nm or less.
- the nanodiamond particles (B) preferably contain nanodiamond particles whose surface has been modified.
- the surface modifying group that modifies the surface of the nanodiamond particles preferably has a group represented by the following formula (1).
- X represents a linking group containing a heteroatom in the main chain.
- R 1 represents a substituted or unsubstituted monovalent organic group
- R 2 represents a substituted or unsubstituted divalent organic group
- the atom bonded to X in R 1 and R 2 is a carbon atom.
- .. n indicates an integer of 0 or more, and a plurality of Xs in the equation (1) when n is an integer of 1 or more may be the same or different.
- X is preferably a linking group containing one or more heteroatoms selected from the group consisting of nitrogen atoms, oxygen atoms, and sulfur atoms in the main chain.
- the total amount (molar ratio) of carbon atoms in R 1 and R 2 with respect to the total amount of X is preferably 1 to 8.
- R 1 preferably represents a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group
- R 2 preferably represents a substituted or unsubstituted divalent hydrocarbon group
- the above formula (1) may be a group represented by the following formula (2). -R 3 -X (-R 2 -X) n -R 1 (2) [In formula (2), R 3 represents a substituted or unsubstituted divalent organic group. Others are the same as those in the above formula (1). ]
- the total amount (molar ratio) of carbon atoms in R 1 , R 2 , and R 3 with respect to the total amount of X is preferably 1 to 8.
- R 3 preferably represents a substituted or unsubstituted divalent hydrocarbon group.
- the bond extending to the left from R 3 in the above formula (2) may be bonded to the nanodiamond particles via a silicon atom.
- the alicyclic epoxy compound (A) preferably has two or more epoxy groups in the molecule.
- the alicyclic epoxy compound (A) is (I) a compound having an epoxy group composed of two adjacent carbon atoms and oxygen atoms constituting the alicyclic in the molecule, and / or (II) an alicyclic. It is preferable to contain a compound having an epoxy group directly bonded to.
- the alicyclic epoxy compound (A) preferably contains a compound having a cyclohexene oxide group.
- the present disclosure also provides a cured product of the above-mentioned curable epoxy composition.
- the cured product preferably has a glass transition temperature of 120 ° C. or higher.
- the present disclosure also provides an optical member provided with the cured product.
- curable epoxy composition of the present disclosure it is possible to form a cured product having improved heat resistance while using an alicyclic epoxy compound.
- the curable epoxy composition according to one embodiment of the present disclosure contains at least an alicyclic epoxy compound (A), nanodiamond particles (B), a curing agent (C), and a curing accelerator (D). It is a curable composition. Further, the curable epoxy composition according to another embodiment of the present disclosure has a curable composition containing at least an alicyclic epoxy compound (A), nanodiamond particles (B), and a curing catalyst (E). It is a thing.
- the nanodiamond particles (B) are dispersed in a matrix in which the alicyclic epoxy compound (A) is a continuous phase.
- the alicyclic epoxy compound (A) is a compound having one or more alicyclics (alicyclic structure) and one or more epoxy groups (oxylan rings) in the molecule.
- the alicyclic epoxy compound (A) preferably has two or more epoxy groups in the molecule.
- alicyclic epoxy compound (A) a known or commonly used alicyclic epoxy compound can be used, and is not particularly limited.
- a compound having an epoxy group composed of an oxygen atom and an epoxy group referred to as "alicyclic epoxy group”
- (III) a fat in a molecule examples thereof include a compound having a ring and a glycidyl ether group (glycidyl ether type epoxy compound).
- Examples of the compound having an alicyclic epoxy group in the molecule (I) include a compound having a cyclohexene oxide group, and examples thereof include a compound represented by the following formula (i).
- Y represents a single bond or a linking group (a divalent group having one or more atoms).
- the linking group include a divalent hydrocarbon group, an alkenylene group in which part or all of the carbon-carbon double bond is epoxidized, a carbonyl group, an ether bond, an ester bond, a carbonate group, an amide group, and the like. Examples thereof include a group in which a plurality of groups are linked.
- a substituent such as an alkyl group may be bonded to one or more carbon atoms constituting the cyclohexane ring (cyclohexene oxide group) in the formula (i).
- Examples of the divalent hydrocarbon group include a linear or branched alkylene group having 1 to 18 carbon atoms, a divalent alicyclic hydrocarbon group, and the like.
- Examples of the linear or branched alkylene group having 1 to 18 carbon atoms include a methylene group, a methylmethylene group, a dimethylmethylene group, an ethylene group, a propylene group and a trimethylene group.
- Examples of the divalent alicyclic hydrocarbon group include 1,2-cyclopentylene group, 1,3-cyclopentylene group, cyclopentylidene group, 1,2-cyclohexylene group and 1,3-.
- Examples thereof include a divalent cycloalkylene group (including a cycloalkylidene group) such as a cyclohexylene group, a 1,4-cyclohexylene group and a cyclohexylidene group.
- a divalent cycloalkylene group such as a cyclohexylene group, a 1,4-cyclohexylene group and a cyclohexylidene group.
- alkenylene group in the alkenylene group in which a part or all of the carbon-carbon double bond is epoxidized include a vinylene group, a propenylene group, and a 1-butenylene group.
- an alkenylene group in which all carbon-carbon double bonds are epoxidized is preferable, and more preferably, all carbon-carbon double bonds are epoxidized and have 2 to 4 carbon atoms. It is an alkenylene group.
- Typical examples of the alicyclic epoxy compound represented by the above formula (i) are (3,4,3', 4'-diepoxy) bicyclohexyl, and the following formulas (i-1) to (i-10). ), And the like.
- l and m in the following formulas (i-5) and (i-7) represent integers of 1 to 30, respectively.
- R'in the following formula (i-5) is an alkylene group having 1 to 8 carbon atoms, and among them, a linear or branched group having 1 to 3 carbon atoms such as a methylene group, an ethylene group, a propylene group and an isopropylene group.
- a chain alkylene group is preferred.
- N1 to n6 in the following formulas (i-9) and (i-10) represent integers of 1 to 30, respectively.
- Examples of the alicyclic epoxy compound represented by the above formula (i) include 2,2-bis (3,4-epoxycyclohexyl) propane and 1,2-bis (3,4-epoxycyclohexane). Examples thereof include -1-yl) ethane, 1,2-epoxy-1,2-bis (3,4-epoxycyclohexane-1-yl) ethane, and bis (3,4-epoxycyclohexylmethyl) ether.
- Examples of the compound in which the epoxy group is directly bonded to the alicyclic (II) by a single bond include a compound represented by the following formula (ii).
- R " is a group (p-valent organic group) obtained by removing p hydroxyl groups (-OH) from the structural formula of a p-valent alcohol, and p and n each represent a natural number.
- the valent alcohol [R "(OH) p ] include polyhydric alcohols such as 2,2-bis (hydroxymethyl) -1-butanol (alcohols having 1 to 15 carbon atoms, etc.).
- p is preferably 1 to 6
- n is preferably 1 to 30.
- n in each group in parentheses may be the same or different.
- Specific examples of the compound represented by the above formula (ii) include 1,2-epoxy-4- (2-oxylanyl) cyclohexane adducts of 2,2-bis (hydroxymethyl) -1-butanol [for example. , Product name "EHPE3150” (manufactured by Daicel Co., Ltd.), etc.] and the like.
- Examples of the compound having an alicyclic and glycidyl ether group in the above-mentioned (III) molecule include glycidyl ether of an alicyclic alcohol (particularly, an alicyclic polyhydric alcohol). More specifically, for example, 2,2-bis [4- (2,3-epoxypropoxy) cyclohexyl] propane, 2,2-bis [3,5-dimethyl-4- (2,3-epoxypropoxy)).
- Cyclohexyl A compound obtained by hydrogenating a bisphenol A type epoxy compound such as propane (hydrogenated bisphenol A type epoxy compound); bis [o, o- (2,3-epoxypropoxy) cyclohexyl] methane, bis [o , P- (2,3-epoxypropoxy) cyclohexyl] methane, bis [p, p- (2,3-epoxypropoxy) cyclohexyl] methane, bis [3,5-dimethyl-4- (2,5-dimethylpropoxy) 3-Epoxypropoxy) Cyclohexyl] A compound obtained by hydrogenating a bisphenol F-type epoxy compound such as methane (hydrogenated bisphenol F-type epoxy compound); a hydrogenated biphenol-type epoxy compound; a hydrogenated phenol novolac-type epoxy compound; Novolac-type epoxy compound; bisphenol A hydride cresol Novolac-type epoxy compound; hydrogenated naphthalene-type epoxy compound; hydride epoxy compound
- the content ratio of the alicyclic epoxy compound (A) in the curable epoxy composition is preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass, based on the total amount (100% by mass) of the curable epoxy composition. As mentioned above, it is more preferably 50% by mass or more, further preferably 70% by mass or more, still more preferably 80% by mass or more, and particularly preferably 90% by mass or more.
- the content ratio is, for example, 99.9999% by mass or less.
- the nanodiamond particles (B) are nano-sized diamond particles, and are not particularly limited, and known or commonly used nanodiamond particles can be used.
- the nanodiamond particles (B) may be nanodiamond particles whose surface is modified (surface-modified nanodiamond particles) or nanodiamond particles whose surface is not modified.
- the nanodiamond particles that have not been surface-modified have a hydroxy group (-OH) on the surface.
- surface-modified nanodiamond particles are preferable from the viewpoint of excellent affinity with the alicyclic epoxy compound (A) and excellent dispersibility of the nanodiamond particles in the alicyclic epoxy compound matrix.
- the nanodiamond particles (B) only one kind may be used, or two or more kinds may be used.
- the nanodiamond particles (B) preferably contain primary particles of nanodiamond. In addition, it may contain secondary particles in which several to several tens of the primary particles are aggregated (adhered).
- the surface-modifying group (surface-modifying group) of the surface-modified nanodiamond particles may be only one type, and may be two or more types. May be good.
- the surface-modifying group preferably has a group represented by the following formula (1).
- the hetero atom and the organic group are present in a well-balanced manner in the surface modifying group existing on the surface of the nano diamond particle, so that the nano diamond particle (B) is alicyclic. It has excellent affinity with the cyclic epoxy compound (A) and is more excellent in dispersibility of nanodiamond particles in the alicyclic epoxy compound matrix.
- X represents a linking group containing a heteroatom in the main chain.
- R 1 represents a substituted or unsubstituted monovalent organic group
- R 2 represents a substituted or unsubstituted divalent organic group
- the atom bonded to X in R 1 and R 2 is a carbon atom.
- n indicates an integer of 0 or more, and a plurality of Xs in the equation (1) when n is an integer of 1 or more may be the same or different.
- X represents a linking group containing a heteroatom in the main chain.
- the main chain refers to a chain connecting the nanodiamond particles and R 1 in the above formula (1) or a chain connecting R 1 and R 2.
- the linking group may have a carbon atom in which a hetero atom is directly bonded to the side chain in the main chain, but the main chain does not have a carbon atom in which a hetero atom is not directly bonded to the side chain. It shall be said.
- -C ( O)-can be a linking group, but an unsubstituted methylene group is not included in the linking group.
- the hetero atom in X is preferably a nitrogen atom, an oxygen atom or a sulfur atom, and more preferably an oxygen atom or a nitrogen atom.
- X may contain only one type of heteroatom, or may contain two or more types of heteroatoms.
- R 1 represents a substituted or unsubstituted monovalent organic group.
- the monovalent organic group include a monovalent hydrocarbon group, a monovalent heterocyclic group, and a group in which two or more of these are bonded.
- the monovalent hydrocarbon group include a monovalent aliphatic hydrocarbon group, a monovalent alicyclic hydrocarbon group, a monovalent aromatic hydrocarbon group, and a group in which two or more of these are bonded.
- Examples of the monovalent aliphatic hydrocarbon group include an alkyl group, an alkenyl group, and an alkynyl group.
- Examples of the alkyl group include a linear or branched alkyl group (preferably C 1-8 alkyl group) such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, a hexyl group, an octyl group and an isooctyl group. , More preferably a C 1-5 alkyl group, and even more preferably a C 2-4 alkyl group).
- alkenyl group examples include a vinyl group, an allyl group, a metalyl group, a 1-propenyl group, an isopropenyl group, a 1-butenyl group, a 2-butenyl group, a 3-butenyl group, a 1-pentenyl group and a 2-pentenyl group.
- alkenyl group examples include a linear or branched alkenyl group (preferably a C 2-10 alkenyl group, more preferably a C 2-5 alkenyl group) such as a 3-pentenyl group, a 4-pentenyl group and a 5-hexenyl group.
- alkynyl group examples include a linear or branched alkynyl group such as an ethynyl group and a propynyl group (preferably a C 2-10 alkynyl group, more preferably a C 2-5 alkynyl group).
- a linear or branched alkylene group a linear or branched alkaneylene group is preferable, and a linear or branched alkylene group is more preferable.
- Examples of the monovalent alicyclic hydrocarbon group include C 3-12 cycloalkyl groups such as cyclopropyl group, cyclobutyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group and cyclododecyl group; and C 3-12 such as cyclohexenyl group. Cycloalkenyl group; C 4-15 crosslinked cyclic hydrocarbon group such as bicycloheptanyl group and bicycloheptenyl group can be mentioned.
- Examples of the monovalent aromatic hydrocarbon group include a C 6-14 aryl group such as a phenyl group and a naphthyl group (particularly, a C 6-10 aryl group).
- heterocycle in the monovalent heterocyclic group examples include an aromatic heterocycle and a non-aromatic heterocycle.
- a heterocycle is a 3- to 10-membered ring (preferably a 4- to 6-membered ring) having a carbon atom and at least one heteroatom (for example, an oxygen atom, a sulfur atom, a nitrogen atom, etc.) in the atoms constituting the ring. ), These fused rings can be mentioned.
- a heterocycle containing an oxygen atom as a heteroatom for example, a 3-membered ring such as an oxylan ring; a 4-membered ring such as an oxetane ring; a furan ring, a tetrahydrofuran ring, an oxazole ring, an isooxazole ring, a ⁇ -butyrolactone ring).
- 5-membered rings such as 4-oxo-4H-pyran ring, tetrahydropyran ring, morpholin ring and the like; benzofuran ring, isobenzofuran ring, 4-oxo-4H-chromen ring, chroman ring, isochroman ring and the like.
- heterocycles containing sulfur atoms as heteroatoms eg, 5-membered rings such as thiophene ring, thiazole ring, isothiazole ring, thiazazole ring; 6-membered ring such as 4-oxo-4H-thiopyrane ring
- a 5-membered ring such as a fused ring such as a benzothiophene ring or a heterocycle containing a nitrogen atom as a heteroatom (for example, a pyrrole ring, a pyrrolidine ring, a pyrazole ring, an imidazole ring, a triazole ring, etc.; isocyanul ring, a pyridine ring, a pyrid
- 6-membered rings such as a ring, a pyrimidine ring, a pyrazine ring, a piperidine ring, and a piperazine ring; an indole ring, an indolin ring, a quinoline ring, an acridin ring, a naphthylidine ring, a quinazoline ring, a fused ring such as a purine ring, etc.) and the like.
- Examples of the group in which the monovalent aliphatic hydrocarbon group and the monovalent alicyclic hydrocarbon group are bonded include a cyclohexylmethyl group and a methylcyclohexyl group.
- Examples of the group in which the monovalent aliphatic hydrocarbon group and the monovalent aromatic hydrocarbon group are bonded include a C 7-18 aralkyl group such as a benzyl group and a phenethyl group (particularly, a C 7-10 aralkyl group).
- C 6-10aryl- C 2-6 alkenyl groups such as cinnamyl groups , C 1-4 alkyl substituted aryl groups such as tolyl groups , C 2-4 alkenyl substituted aryl groups such as styryl groups and the like.
- the monovalent organic group may have a substituent.
- the substituent preferably has 0 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 10 carbon atoms.
- Examples of the substituent include an alkoxy group such as a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, an isopropyloxy group, a butoxy group and an isobutyloxy group (preferably a C 1-6 alkoxy group, more preferably a C 1-4 alkoxy group). ); Alkenyloxy groups such as allyloxy groups (preferably C 2-6 alkenyloxy groups, more preferably C 2-4 alkenyloxy groups); C 1- on the aromatic ring such as phenoxy groups, tolyloxy groups and naphthyloxy groups.
- An aryloxy group (preferably a C 6-14 aryloxy group) which may have a substituent such as a 4- alkyl group, a C 2-4 alkenyl group, or a C 1-4 alkoxy group; a benzyloxy group, a phenethyloxy group.
- Aralkyloxy groups such as (preferably C 7-18 aralkyloxy groups); acyloxy groups such as acetyloxy groups, propionyloxy groups, (meth) acryloyloxy groups, benzoyloxy groups (preferably C 1-12 acyloxy groups); Alkylthio groups such as methylthio groups and ethylthio groups (preferably C 1-6 alkylthio groups, more preferably C 1-4 alkylthio groups); alkenylthio groups such as allylthio groups (preferably C 2-6 alkenylthio groups, more preferably C 2-4 alkenylthio group); has substituents such as phenylthio group, trilthio group, naphthylthio group, C 1-4 alkyl group, C 2-4 alkenyl group, C 1-4 alkoxy group on the aromatic ring.
- arylthio group preferably C 6-14 arylthio group
- aralkylthio group such as benzylthio group, phenethylthio group (preferably C 7-18 aralkylthio group); methoxycarbonyl group, ethoxycarbonyl group, propoxy
- An alkoxycarbonyl group such as a carbonyl group and a butoxycarbonyl group (preferably a C 1-6 alkoxy-carbonyl group); an aryloxycarbonyl group such as a phenoxycarbonyl group, a triloxycarbonyl group and a naphthyloxycarbonyl group (preferably C 6-14).
- Alaryloxy-carbonyl group aralkyloxycarbonyl group such as benzyloxycarbonyl group (preferably C 7-18 aralkyloxy-carbonyl group); dialkylamino group such as dimethylamino group, diethylamino group (preferably di-C 1- 6 Alkylamino group); Acylamino group such as acetylamino group, propionylamino group, benzoylamino group (preferably C 1-11 acyla) Mino group); Epoxy group-containing group such as glycidyloxy group; Oxetanyl group-containing group such as ethyloxetanyloxy group; Acyl group such as acetyl group, propionyl group, benzoyl group; Oxo group; Examples thereof include a group having an organic terminal at the end, such as a group bonded via a C 1-6 alkylene group.
- a monovalent hydrocarbon group is preferable, a C 1-8 hydrocarbon group is more preferable, a C 1-5 hydrocarbon group is more preferable, and a C 2-4 hydrocarbon group is particularly preferable. Is. When the number of carbon atoms is within the above range, the dispersibility of the nanodiamond particles in the alicyclic epoxy compound matrix is more excellent.
- R 2 represents a substituted or unsubstituted divalent organic group.
- the divalent organic group include a divalent hydrocarbon group, a divalent heterocyclic group, and a group in which two or more of these are bonded.
- the divalent hydrocarbon group include a divalent aliphatic hydrocarbon group, a divalent alicyclic hydrocarbon group, a divalent aromatic hydrocarbon group, and a group in which two or more of these are bonded.
- Examples of the divalent aliphatic hydrocarbon group include an alkylene group, an alkaneylene group, and an alkynylene group.
- Examples of the alkylene group include a linear or branched alkylene group (preferably C 1-8 alkylene) such as a methylene group, an ethylene group, a propylene group, an isopropylene group, a butylene group, a hexylene group, an octylene group and an isooctylene group. Groups, more preferably C 1-5 alkylene groups, even more preferably C 2-4 alkylene groups) and the like.
- alkenylene group examples include an ethynylene group, a 1-propenylene group, an isopropenylene group, a 1-butenylene group, a 2-butenylene group, a 3-butenylene group, a 1-pentenylene group, a 2-pentenylene group and a 3-pentenylene group.
- alkenylene group examples include a linear or branched chain alkenylene group such as 4-pentenylene group and 5-hexenylene group (preferably C 2-10 alkenylene group, more preferably C 2-5 alkenylene group).
- divalent aliphatic hydrocarbon group a linear or branched alkylene group, a linear or branched alkaneylene group is preferable, and a linear or branched alkylene group is more preferable.
- Examples of the divalent alicyclic hydrocarbon group include a C 3-12 cycloalkylene group such as a cyclopropylene group, a cyclobutylene group, a cyclopentylene group, a cyclohexylene group and a cyclododecylene group; and a cyclohexenylene group and the like.
- C 3-12 cycloalkenylene group; C 4-15 crosslinked cyclic hydrocarbon group such as bicycloheptanylene group, bicycloheptenylene group and the like can be mentioned.
- divalent aromatic hydrocarbon group examples include a C 6-14 arylene group (particularly, a C 6-10 arylene group) such as a phenylene group and a naphthylene group.
- heterocycle in the divalent heterocyclic group examples include those exemplified and described as the heterocycle in the monovalent heterocyclic group in R 1.
- the divalent organic group may have a substituent.
- substituents in R 1 those exemplified and described as the substituents of the monovalent organic group described above can be mentioned.
- Other examples include a hydroxy group, an amino group, a carboxy group, a thiol group, and a halogen atom.
- a divalent hydrocarbon group is preferable, a C 1-8 hydrocarbon group is more preferable, a C 1-5 hydrocarbon group is more preferable, and a C 2-4 hydrocarbon group is particularly preferable. Is. When the number of carbon atoms is within the above range, the dispersibility of the nanodiamond particles in the alicyclic epoxy compound matrix is more excellent.
- the group represented by the above formula (1) examples include an alkoxy group such as a methoxy group, an ethoxy group, a propyloxy group, a 1-methylethyloxy group and a 2-methylethyloxy group; a vinyloxy group.
- Alkenyloxy groups such as alkenyloxy groups; acyloxy groups such as acryloyloxy groups and methacryloyloxy groups; alkyl-substituted amino groups such as aminomethyl groups; (-R 2- X) n in the above formula (1) is a polyethylene glycol chain or polypropylene.
- Examples thereof include a group such as a glycol chain in which (-R 2- X) n is a polyoxyalkylene chain; and a group in which (-R 2- X) n in the above formula (1) is a polyglyceryl chain.
- X represents an oxygen atom
- R 2 represents an alkylene group, preferably a C 1-4 alkylene group. ..
- the C 1-4 alkylene group include an ethylene group, an isopropylene group, an isobutylene group, and a tetramethylene group. Of these, an ethylene group and an isopropylene group are preferable.
- n is an integer of 2 or more, the plurality of R 2s may be the same or different.
- n is the degree of polymerization of oxyalkylene (-R 2- X) and represents an integer of 2 or more.
- n is preferably an integer of 2 to 50, more preferably an integer of 4 to 45, and even more preferably an integer of 6 to 40.
- n is 2 or more, the steric hindrance between the surface modifying groups becomes large and it is easy to disperse in the matrix.
- n is 50 or less, the surface modifying groups are suppressed from being entangled with each other, and the surface modifying groups are easily dispersed in the matrix. In addition, the characteristics as a diamond material are not easily impaired.
- polyoxyalkylene chain examples include polyethylene glycol chain, polypropylene glycol chain, polytetramethylene glycol chain, and polybutylene glycol chain.
- the polyoxyalkylene chain may be composed of only one kind of oxyalkylene or two or more kinds of oxyalkylene chains.
- the polyoxyalkylene chain composed of two or more kinds of oxyalkylenes include polyethylene glycol-polypropylene glycol chains.
- the bonding form of the two or more kinds of oxyalkylenes may be random, alternating, or block.
- the polyoxyalkylene chain has a number average molecular weight as a polyoxyalkylene, preferably 100 to 10000, more preferably 200 to 5000, still more preferably 300 to 4000, still more preferably 400 to 2500, and particularly preferably 500 to 3000. Is.
- the average degree of polymerization (number average degree of polymerization) of the oxyalkylene group in the polyoxyalkylene chain is preferably 2 to 50, more preferably 4 to 45, and further preferably 6 to 40.
- the average degree of polymerization is 2 or more, the steric hindrance between the surface modifying groups becomes large and it is easy to disperse in the matrix.
- the average degree of polymerization is 50 or less, the surface modifying groups are suppressed from being entangled with each other, and the surface modifying groups are easily dispersed in the matrix. In addition, the characteristics as a diamond material are not easily impaired.
- (- R 2 -X) n is preferably polyglycerol chain represented by the following formula (A).
- p and q each indicate the average degree of polymerization of the repeating unit in parentheses, p is a value of 0 or more, q is a value exceeding 0, and p + q is an integer of 1 or more.
- Ra represents a monovalent organic group.
- [C 3 H 6 O 2 ] with p in the above formula (A) has one or more of the structures represented by the following formulas (a) to (c).
- -CH 2 -CHOH-CH 2- O- (a) -CH 2- CH (CH 2 OH) -O-
- b) -CH (CH 2 OH) -CH 2- O- (c)
- [C 3 H 5 O 2 Ra ] with q in the above formula (A) has one or more of the structures represented by the following formulas (d) to (f).
- P + q is preferably 1 to 100, more preferably 2 to 40, and even more preferably 3 to 30.
- p + q is 1 or more, the steric hindrance between the surface modifying groups becomes large and it is easy to disperse in the matrix.
- p + q is 100 or less, the surface modifying groups are suppressed from being entangled with each other, and the surface modifying groups are easily dispersed in the matrix. In addition, the characteristics as a nanodiamond material are not easily impaired.
- [Q / (p + q)] is preferably 0.6 or more (for example, 0.8 to 1.0).
- the average degree of polymerization is defined by the number of glycidol units constituting the polyglycerin chain bonded to the surface functional group 1 of the raw material nanodiamond, and the number of surface functional groups of the raw material nanodiamond is an element analysis value of the raw material nanodiamond. It can be determined by measurement, measurement of acid value, or a combination of both.
- the total amount (molar ratio) of carbon atoms in R 1 and R 2 is preferably 1 to 8, more preferably 1 to 3, and even more preferably 1 to 2 with respect to the total amount of X. Is.
- the molar ratio is within the above range, heteroatoms and organic groups are present in a well-balanced manner in the surface modifying groups existing on the surface of the nanodiamond particles, so that the nanodiamond particles (B) are alicyclic epoxy compounds. It is excellent in affinity with (A) and excellent in dispersibility of nanodiamond particles in an alicyclic epoxy compound matrix.
- the bond extending to the left from X (X outside the parentheses) is directly or indirectly bonded to the nanodiamond particles.
- the bond extending to the left from X (X outside the parentheses) is bonded to a divalent organic group. That is, the group represented by the above formula (1) is preferably a group represented by the following formula (2). -R 3 -X (-R 2 -X) n -R 1 (2) [In formula (2), R 3 represents a substituted or unsubstituted divalent organic group. Others are the same as those in the above formula (1). ]
- R 3 represents a substituted or unsubstituted divalent organic group.
- the divalent organic group include the divalent organic group exemplified and described as R 2 in the above formula (1).
- a divalent hydrocarbon group is preferable, a C 1-20 hydrocarbon group is more preferable, a C 1-10 hydrocarbon group is more preferable, and a C 1-5 hydrocarbon group is particularly preferable. It is a hydrocarbon group. When the number of carbon atoms is within the above range, the dispersibility of the nanodiamond particles in the alicyclic epoxy compound matrix is more excellent.
- the total amount (molar ratio) of carbon atoms in R 1 , R 2 , and R 3 with respect to the total amount of X is preferably 1 to 8, more preferably 1 to 3, and even more preferably. Is 1-2.
- the molar ratio is within the above range, heteroatoms and organic groups are present in a well-balanced manner in the surface modifying groups existing on the surface of the nanodiamond particles, so that the nanodiamond particles (B) are alicyclic epoxy compounds. It is excellent in affinity with (A) and excellent in dispersibility of nanodiamond particles in an alicyclic epoxy compound matrix.
- the bond extending to the left from R 3 is directly or indirectly bonded to the nanodiamond particles.
- the bond extending to the left from R 3 may be bonded to the nanodiamond particles via a silicon atom. In this case, it is preferable that the bond extending to the left from R 3 is bonded to the silicon atom.
- the group represented by the above formula (2) is preferably a group represented by the following formula (3). Such surface modifying groups can be easily introduced into the surface of nanodiamond particles. -O-Si-R 3- X (-R 2- X) n- R 1 (3)
- the bond extending to the left from the oxygen atom is bonded to the nanodiamond particles.
- the silicon atom in the formula (3) is a hydrogen atom, an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms, nanodiamond particles, or a hydrogen atom via an oxygen atom in addition to the oxygen atom and R 3 shown in the formula (3). Bonds to a silicon atom.
- an unreacted alkoxysilyl group in the group represented by the above formula (3) bonded to nanodiamond particles is used. It shows a hydrolyzed structure and the like. Further, in the above formula (3), the structure in which a silicon atom is bonded to an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms via an oxygen atom is a group represented by the above formula (3) bonded to nanodiamond particles. It shows the structure in which the unreacted alkoxysilyl group remains.
- the structure in which the silicon atom is bonded to the silicon atom in the silicon atom via the oxygen atom is unreacted with the unreacted alkoxysilyl group in the group represented by the above formula (3) bonded to the nanodiamond particles. It shows a structure in which a silane coupling agent described later and an alkoxysilyl group in another group represented by the above formula (3) bonded to nanodiamond particles by dehydration condensation have reacted.
- Zirconia may be attached (fixed) to the surface-modified nanodiamond.
- a substance in which zirconia is attached to the surface-modified nanodiamond may be referred to as a "surface-modified nanodiamond composite". That is, the surface-modified nanodiamond composite contains the surface-modified nanodiamond and zirconia attached to the surface-modified nanodiamond.
- the adhesion state of zirconia may be physical adhesion (adhesion, adhesion, etc.) or chemical adhesion (covalent bond with nanodiamond particles or surface modifying group, bond by intermolecular force, hydrogen bond, ionic bond). It may be a bond, etc.) or both.
- zirconia only one kind may be used, or two or more kinds may be used.
- nanodiamond particles (B) or the nanodiamond particles before surface modification in the surface-modified nanodiamond particles include detonation nanodiamonds (that is, nanodiamonds produced by the detonation method) and high-temperature and high-pressure nanodiamonds. (That is, nanodiamonds produced by the high temperature and high pressure method) can be used.
- detonation nanodiamonds that is, nanodiamonds produced by the detonation method
- high-temperature and high-pressure nanodiamonds that is, nanodiamonds produced by the high temperature and high pressure method
- detonation nanodiamonds include air-cooled detonation nanodiamonds (ie, nanodiamonds produced by air-cooling detonation) and water-cooled detonation nanodiamonds (ie, nanodiamonds produced by water-cooling detonation). Diamond). Of these, air-cooled detonation nanodiamonds are preferred because they have smaller primary particles than water-cooled detonation nanodiamonds.
- the surface-modified nanodiamond particles having a surface-modifying group containing a group represented by the above formula (3) react, for example, the nanodiamond particles having a hydroxy group (-OH) on the surface with a specific silane coupling agent. It can be manufactured through a modification step. Nanodiamond particles that have not been surface-modified usually have a hydroxy group on the surface.
- the silicon atom in the group represented by the above formula (3) has three bonds other than the bond that binds to R 3, and each of the three bonds is C 1-3 aliphatic via an oxygen atom. It is a compound bonded to a hydrocarbon group.
- the modification step is performed by stirring a mixed solution containing dried nanodiamond, a silane coupling agent, and a solvent in a reaction vessel.
- Examples of the solvent include water, organic solvents, ionic liquids and the like.
- Examples of the organic solvent include aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, and octane (particularly, linear saturated aliphatic hydrocarbons); aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene; cyclohexane, methylcyclohexane, and the like.
- aproton polar solvents such as dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide; halogenation of chloroform, dichloromethane, dichloroethane, carbon tetrachloride, chlorobenzene, trifluoromethylbenzene, etc.
- Hydrocarbons such as diethyl ether, diisopropyl ether, dimethoxyethane, tetrahydrofuran (THF), dioxane; esters such as ethyl acetate and butyl acetate; chain ketones such as methyl ethyl ketone (MEK) and methyl isobutyl ketone; acetonitrile Etc., such as nitrile.
- cyclic ethers eg THF
- chain ketones eg MEK, MIBK
- the solvent only one kind may be used, or two or more kinds may be used.
- the above silane coupling agent and nanodiamonds are included.
- the reaction with the particles may be carried out while crushing or dispersing the nanodiamond particles.
- the nanodiamond particle agglomerates can be crushed into primary particles, the surface of the nanodiamond primary particles can be modified, and the dispersibility of the nanodiamond particles (B) can be improved. ..
- Examples of the method for crushing or dispersing nanodiamond particles include a method of treating with a high shear mixer, a high shear mixer, a homomixer, a ball mill, a bead mill, a high-pressure homogenizer, an ultrasonic homogenizer, a colloid mill, a jet mill, and the like. Be done. Above all, it is preferable to perform ultrasonic treatment in the presence of crushed media (for example, zirconia beads). By using zirconia beads as the crushing medium, the above-mentioned surface-modified nanodiamond composite and a curable epoxy composition containing zirconia can be obtained as a result.
- crushed media for example, zirconia beads
- Sonication generates cavitation (microbubbles), and the jet jet generated when the cavitation collapses causes the crushed media to obtain extremely large kinetic energy, and the crushed media collides with nanodiamond aggregates to generate impact energy.
- the nanodiamond particles are disintegrated (crushed) from the nanodiamond aggregates, and the silane coupling agent acts on the dissociated nanodiamond particles to bind them.
- the nanodiamond particles (B) contain nanodiamond adherents to which the nanodiamond particles are adhered, the nanodiamond adherents can be crushed into primary particles, and the surface of the nanodiamond primary particles can be crushed. This is because surface-modified nanodiamonds having excellent dispersibility in the matrix can be obtained.
- the diameter of the crushed media is, for example, 15 to 500 ⁇ m, preferably 15 to 300 ⁇ m, and particularly preferably 15 to 100 ⁇ m.
- the ratio of the nanodiamond particles to be subjected to the reaction to the silane coupling agent (the former: the latter, the mass ratio) is, for example, 2: 1 to 1:80.
- the concentration of the nanodiamond particles in the solvent is, for example, 0.5 to 10% by mass, and the concentration of the silane coupling agent in the solvent is, for example, 5 to 60% by mass.
- the reaction time between the nanodiamond particles and the silane coupling agent is, for example, 4 to 20 hours. Further, it is preferable that the reaction is carried out while cooling the generated heat with ice water or the like.
- the average primary particle size of the nanodiamond particles (B) in the curable epoxy composition is, for example, 10 nm or less, preferably 8 nm or less, and more preferably 7 nm or less.
- the lower limit of the average primary particle size is, for example, 2 nm.
- the average primary particle size of the nanodiamond particles (B) is the average value of the primary particle size of each nanodiamond particle (B) dispersed in the curable epoxy-based composition, and was prepared by, for example, the detonation method. When the nanodiamond particles or a surface modification thereof are used as the nanodiamond particles (B), the average primary particle size tends to be within the above range.
- the average dispersed particle size of the nanodiamond particles (B) in the curable epoxy composition is, for example, 100 nm or less, preferably 50 nm or less, and more preferably 40 nm or less.
- the lower limit of the average dispersed particle size is, for example, 5 nm. The smaller the average dispersed particle size, the better the heat resistance of the cured product.
- the average dispersed particle size of the nanodiamond particles (B) in the curable epoxy composition is defined as the average dispersed particle size of the nanodiamond particles (B) in the cured product obtained by curing the curable epoxy composition. It may be calculated.
- the average dispersed particle size of the nanodiamond particles (B) in the cured product is as described above. If it is within the range, it can be determined that the average dispersed particle size of the nanodiamond particles (B) in the curable composition is also within the above range. That is, the average dispersed particle size of the nanodiamond particles (B) in the cured product is preferably within the above range.
- the average dispersed particle size is 300 dispersed nanodiamond particles (in the case of aggregates, aggregates of dispersed nanodiamond particles) in an image obtained by transmission electron microscope (TEM) observation of the curable epoxy composition or cured product. ) The longest length can be measured for each and calculated as the average of these.
- the content ratio of the nanodiamond particles (B) in the curable epoxy composition is not particularly limited, but is, for example, 0.1 mass ppm to 10 mass% with respect to the total amount (100 mass%) of the curable epoxy composition. Is.
- the content of the nanodiamond particles (B) in the curable epoxy composition is, for example, 0.01 to 50 parts by mass, preferably 0.01 to 50 parts by mass, based on 100 parts by mass of the total amount of the alicyclic epoxy compound (A). Is 0.05 to 40 parts by mass, more preferably 0.1 to 10 parts by mass.
- the content ratio of the nanodiamond particles (B) can be calculated from the absorbance at 350 nm.
- a compound in which the nanodiamond particles are surface-modified by high-frequency inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP emission spectroscopy). Can also be detected and obtained based on the detected amount.
- the content ratio of zirconia in the curable epoxy composition is, for example, 0.001 to 10% by mass, preferably 0.01 to 1.0, based on the total amount (100% by mass) of the curable epoxy composition. It is by mass, more preferably 0.05 to 0.5% by mass.
- the content ratio of zirconia can be determined based on the amount of Zr detected based on the dispersion liquid in which Zr is detected by high frequency inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP emission spectroscopy) and the content ratio is known.
- ICP emission spectroscopy high frequency inductively coupled plasma emission spectroscopy
- the mass ratio [former / latter] of zirconia to the surface-modified nanodiamond particles in the curable epoxy composition is, for example, 0.01 to 1.0, preferably 0.05 to 0.75, and more preferably 0. .1 to 0.5.
- the mass ratio is 0.01 or more, the effect of containing zirconia can be more sufficiently exhibited.
- the mass ratio is 1.0 or less, the effect of the surface-modified nanodiamond particles can be more sufficiently exhibited.
- the curing agent (C) is a compound having a function of curing a curable epoxy composition by reacting with a compound having an epoxy group such as an alicyclic epoxy compound (A).
- a known or conventional curing agent can be used as a curing agent for epoxy resins, and the curing agent (C) is not particularly limited, but for example, acid anhydrides (acid anhydride-based curing agents) and amines ( Amine-based curing agent), polyamide resin, imidazole (imidazole-based curing agent), polypeptide (polymercaptan-based curing agent), phenol (phenol-based curing agent), polycarboxylic acid, dicyandiamide, organic acid hydrazide, etc. Can be mentioned.
- the curing agent (C) only one kind may be used, or two or more kinds may be used.
- acid anhydride as the curing agent (C)
- a known or commonly used acid anhydride-based curing agent can be used, and is not particularly limited, but for example, methyltetrahydrophthalic anhydride (4).
- an acid anhydride liquid at 25 ° C. for example, methyltetrahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, dodecenylsuccinic anhydride, methylendomethylenetetrahydrophthalic anhydride, etc.
- an acid anhydride that is solid at 25 ° C. for example, by dissolving it in a liquid acid anhydride at 25 ° C. to form a liquid mixture, the handleability as a curing agent in the curable epoxy composition can be improved. Tends to improve.
- an anhydride of a saturated monocyclic hydrocarbon dicarboxylic acid (including one in which a substituent such as an alkyl group is bonded to the ring) is preferable from the viewpoint of heat resistance and transparency of the cured product.
- amines as the curing agent (C), known or conventional amine-based curing agents can be used and are not particularly limited, but for example, ethylene diamine, diethylene triamine, triethylene tetramine, tetraethylene pentamine, and the like.
- Aliper polyamines such as dipropylene diamine, diethylaminopropylamine, polypropylenetriamine; mensene diamine, isophorone diamine, bis (4-amino-3-methyldicyclohexyl) methane, diaminodicyclohexylmethane, bis (aminomethyl) cyclohexane, N-amino Alicyclic polyamines such as ethyl piperazine, 3,9-bis (3-aminopropyl) -3,4,8,10-tetraoxaspiro [5,5] undecane; m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, trilene -2,4-diamine, trilen-2,6-diamine, mesitylen-2,4-diamine, 3,5-diethyltrilen-2,4-diamine, 3,5-diethyltrilen-2,6-diamine Mononuclear polyamines such as
- phenols phenol-based curing agent
- known or conventional phenol-based curing agents can be used, and the present invention is not particularly limited.
- examples thereof include resins, aralkyl resins such as paraxylylene / metaxylylene-modified phenol resins, terpene-modified phenol resins, dicyclopentadiene-modified phenol resins, and triphenol propane.
- polyamide resin as the curing agent (C) examples include a polyamide resin having either or both of a primary amino group and a secondary amino group in the molecule.
- imidazoles as the curing agent (C)
- known or commonly used imidazole-based curing agents can be used, and the present invention is not particularly limited, but for example, 2-methylimidazole and 2-ethyl-4-methylimidazole.
- polymercaptans examples include liquid polyethercaptan and polysulfide resin.
- polycarboxylic acids examples include adipic acid, sebacic acid, terephthalic acid, trimellitic acid, and carboxy group-containing polyester.
- acid anhydrides (acid anhydride-based curing agent) are preferable from the viewpoint of heat resistance and transparency of the cured product.
- the content (blending amount) of the curing agent (C) in the curable epoxy composition is not particularly limited, but the compound having an epoxy group contained in the curable epoxy composition (for example, the alicyclic epoxy compound (A)). ) Is preferably 50 to 200 parts by mass, more preferably 80 to 150 parts by mass with respect to 100 parts by mass. More specifically, when acid anhydrides are used as the curing agent (C), 0.5 to 1 per equivalent of the epoxy group in the compound having all the epoxy groups contained in the curable epoxy composition. It is preferable to use it in a ratio of 5 equivalents. By setting the content of the curing agent (C) to 50 parts by mass or more, curing can proceed sufficiently, and the toughness of the cured product tends to be further improved. On the other hand, when the content of the curing agent (C) is 200 parts by mass or less, coloring is further suppressed and a cured product having an excellent hue tends to be obtained.
- the content of the curing agent (C) is 200 parts by mass or less, coloring is
- the curing accelerator (D) is a compound having a function of accelerating the reaction rate of the compound having an epoxy group when it reacts with the curing agent (C).
- the curing accelerator (D) a known or commonly used curing accelerator can be used, and the curing accelerator (D) is not particularly limited, and is, for example, 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undecene-7 (DBU) or a salt thereof (for example,).
- Tertiary amine Tertiary amine; imidazole such as 2-ethyl-4-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-ethyl-4-methylimidazole; phosphate ester; phosphines such as triphenylphosphine and tris (dimethoxy) phosphine; tetraphenylphosphonium Phosphonium compounds such as tetra (p-tolyl) borate; organic metal salts such as zinc octylate, tin octylate, zinc stearate; metal chelates such as aluminum acetylacetone complex and the like can be mentioned.
- the curing accelerator (D) only one kind may be used, or two or more kinds may be used.
- the content (blending amount) of the curing accelerator (D) in the curable epoxy composition is not particularly limited, but is 0 with respect to 100 parts by mass of the total amount of the compound having an epoxy group contained in the curable epoxy composition. It is preferably 0.01 to 5 parts by mass, more preferably 0.03 to 3 parts by mass, and further preferably 0.03 to 2 parts by mass.
- the content of the curing accelerator (D) is 0.01 parts by mass or more, a more efficient curing promoting effect tends to be obtained.
- the content of the curing accelerator (D) is 5 parts by mass or less, coloring is further suppressed and a cured product having an excellent hue tends to be obtained.
- the curing catalyst (E) is a compound having a function of curing a curable epoxy composition by initiating and / or accelerating a curing reaction (polymerization reaction) of a cationically polymerizable compound such as an alicyclic epoxy compound (A). Is.
- the curing catalyst (E) is not particularly limited, but is, for example, a cationic polymerization initiator (photocationic polymerization initiator, thermal cationic polymerization) that generates a cationic species by subjecting it to light irradiation, heat treatment, or the like to initiate polymerization. Initiators, etc.), Lewis acid / amine complexes, Bronsted salts, imidazoles, etc. can be mentioned.
- the curing catalyst (E) only one kind may be used, or two or more kinds may be used.
- Examples of the photocationic polymerization initiator as the curing catalyst (E) include hexafluoroantimonate salt, pentafluorohydroxyantimonate salt, hexafluorophosphate salt, hexafluoroarsenate salt and the like, and more specifically.
- sulfonium salts such as triarylsulfonium hexafluorophosphate (eg, p-phenylthiophenyldiphenylsulfonium hexafluorophosphate), triarylsulfonium hexafluoroantimonate (particularly triarylsulfonium salt); diaryliodonium hexafluorophosphate.
- Diaryliodonium hexafluoroantimonate bis (dodecylphenyl) iodonium tetrakis (pentafluorophenyl) borate, iodonium [4- (4-methylphenyl-2-methylpropyl) phenyl] hexafluorophosphate and other iodonium salts; tetrafluorophosphonium Phosphonium salts such as hexafluorophosphate; pyridinium salts such as N-hexylpyridinium tetrafluoroborate and the like can be mentioned.
- thermal cationic polymerization initiator examples include aryldiazonium salt, aryliodonium salt, arylsulfonium salt, and allen-ion complex.
- a chelate compound of a metal such as aluminum or titanium and acetacetic acid or diketones and a compound of silanol such as triphenylsilanol, or a metal such as aluminum or titanium and acetacetic acid or diketone.
- examples thereof include a chelate compound with a compound and a compound with a phenol such as bisphenol S.
- Lewis acid / amine complex as the curing catalyst (E), a known or commonly used Lewis acid / amine complex-based curing catalyst can be used, and is not particularly limited, but for example, BF 3 ⁇ n-hexylamine, BF. 3.
- Bronsted acid salts as the curing catalyst (E), known or commonly used Bronsted acid salts can be used and are not particularly limited, but for example, aliphatic sulfonium salts, aromatic sulfonium salts, iodonium salts and phosphoniums. Examples include salt.
- imidazoles as the curing catalyst (E) known or commonly used imidazoles can be used, and the imidazoles are not particularly limited, and are, for example, 2-methylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-undecyl.
- Imidazole 2-heptadecylimidazole, 2-phenylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-ethyl-4-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2- Undecylimidazole, 1-cyanoethyl-2-undecylimidazolium trimerite, 1-cyanoethyl-2-phenylimidazolium trimerite, 2-methylimidazolium isocyanurate, 2-phenylimidazolium isocyanurate, 2,4 -Diamino-6- [2-methylimidazolyl- (1)]-ethyl-s-triazine, 2,4-diamino-6- [2-ethyl-4-methylimidazolyl- (1)]-ethyl-s-triazine And so on.
- the content (blending amount) of the curing catalyst (E) in the curable epoxy composition is not particularly limited, but is 0.01 with respect to 100 parts by mass of the total amount of the cationically polymerizable compound contained in the curable epoxy composition. It is preferably to 15 parts by mass, more preferably 0.01 to 12 parts by mass, further preferably 0.05 to 10 parts by mass, and particularly preferably 0.05 to 8 parts by mass.
- the curing catalyst (E) within the above range, the curing rate of the curable epoxy composition tends to be increased, and the heat resistance and transparency of the cured product tend to be improved in a well-balanced manner.
- the curable epoxy composition may contain a cationic curable compound other than the alicyclic epoxy compound (A).
- the content ratio of the alicyclic epoxy compound (A) in the cationic curable compound in the curable epoxy composition is based on the total amount (100% by mass) of all the cationic curable compounds in the curable epoxy composition. , 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, still more preferably 70% by mass or more, still more preferably 80% by mass or more, still more preferably 90% by mass or more, and particularly preferably 95% by mass or more. Further, the content ratio of the alicyclic epoxy compound (A) in 100% by mass of the compound having an epoxy group contained in the curable epoxy composition is preferably within the above range.
- the curable epoxy composition may contain other components other than the above-mentioned components.
- other components for example, when a compound having a hydroxy group such as ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, or glycerin is contained, the reaction can be allowed to proceed slowly.
- silicone-based and fluorine-based defoaming agents, leveling agents, silane cups such as ⁇ -glycidoxypropyltrimethoxysilane and 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, as long as the viscosity and transparency are not impaired.
- Coupling agents such as ring agents, surfactants, inorganic fillers such as silica and alumina, flame retardants, colorants, antioxidants, ultraviolet absorbers, ion adsorbents, colorants, phosphors (for example, YAG-based)
- Conventional additions such as phosphor fine particles, inorganic phosphor fine particles such as silicate-based phosphor fine particles), mold release agents, thickeners, dispersants, rust preventives, corrosion inhibitors, freezing point lowering agents, and abrasion resistant additives. Agents can be used.
- the curable epoxy composition is not particularly limited, but can be prepared by stirring and mixing each of the above components in a heated state, if necessary.
- the curable epoxy composition may be used as a one-component composition in which each component is mixed in advance and used as it is. For example, two or more components stored separately may be used. It can also be used as a multi-component (for example, two-component) composition to be mixed and used before use.
- the above-mentioned stirring / mixing method is not particularly limited, and for example, various mixers such as a dissolver and a homogenizer, and known or conventional stirring / mixing means such as a kneader, a roll, a bead mill, and a self-revolving stirring device can be used. Further, after stirring and mixing, defoaming may be performed under vacuum.
- the curable epoxy composition is preferably liquid at 25 ° C.
- the viscosity of the curable epoxy composition at 25 ° C. is not particularly limited, but is preferably 100 to 10000 mPa ⁇ s, more preferably 200 to 9000 mPa ⁇ s, and even more preferably 300 to 8000 mPa ⁇ s.
- the viscosity of the curable epoxy composition at 25 ° C. is determined by using, for example, a digital viscometer (model number "DVU-EII type", manufactured by Tokimec Co., Ltd.), rotor: standard 1 ° 34'x R24, temperature: 25. It can be measured under the conditions of ° C. and rotation speed: 0.5 to 10 rpm.
- the temperature at the time of curing by heating is not particularly limited, but is preferably 45 to 200 ° C, more preferably 50 to 190 ° C, and even more preferably 55 to 180 ° C.
- the heating time (curing time) during curing is not particularly limited, but is preferably 30 to 600 minutes, more preferably 45 to 540 minutes, and even more preferably 60 to 480 minutes. When the curing temperature and the curing time are 45 ° C.
- the curing is sufficient, and when the curing temperature and the curing time are 200 ° C. or lower, decomposition of the resin component can be suppressed.
- the curing conditions depend on various conditions, and can be appropriately adjusted, for example, by shortening the curing time when the curing temperature is high and lengthening the curing time when the curing temperature is low. Further, the curing can be performed in one step or in multiple steps of two or more steps.
- the nanodiamond particles (B) are dispersed in a matrix having an epoxy resin formed by polymerizing an alicyclic epoxy compound (A) as a continuous phase.
- the glass transition temperature (Tg) of the cured product is preferably 120 ° C. or higher.
- the glass transition temperature may be, for example, 200 ° C. or lower and 150 ° C. or lower. When the glass transition temperature is 120 ° C. or higher, the heat resistance of the cured product becomes sufficient.
- the glass transition temperature of the cured product can be measured by various thermal analyzes (DSC (differential scanning calorimetry), TMA (thermomechanical analyzer), etc.), dynamic viscoelasticity measurement, etc., and more specifically, it is described in Examples. It can be measured by the measuring method of.
- the curable epoxy composition and the cured product include, for example, a sealant for an optical semiconductor (a sealant for an optical semiconductor element in an optical semiconductor device), an adhesive, an electric insulating material, a laminate, a coating agent, an ink, and the like. Paints, sealants, resists, composite materials, transparent base materials, transparent sheets, transparent films, optical elements, optical lenses, optical members, optical modeling, electronic paper, touch panels, solar cell substrates, optical waveguides, light guide plates, holographic memory, etc. It can be used for various purposes.
- Example 1 Surface-modified nanodiamond particles, curable epoxy compositions, and cured products were produced as described below.
- a molded explosive equipped with an electric detonator was installed inside a pressure-resistant container for detonation, and the container was sealed.
- the container is made of iron and the volume of the container is 15 m 3 .
- As the explosive 0.50 kg of a mixture of TNT and RDX was used.
- the mass ratio of TNT to RDX (TNT / RDX) in this explosive is 50/50.
- the electric detonator was detonated and the explosive was detonated in the container (detonation method to produce nanodiamonds).
- the temperature of the container and its inside was lowered by leaving it at room temperature for 24 hours. After this cooling, the crude nanodiamond products adhering to the inner wall of the container (including the adherents of nanodiamond particles and soot generated by the above detonation method) are scraped off with a spatula, and the nanodiamonds are removed. The crude product was recovered.
- an acid treatment step was performed on the nanodiamond crude product obtained by performing the above-mentioned production step a plurality of times. Specifically, the slurry obtained by adding 6 L of 10% by mass hydrochloric acid to 200 g of the crude nanodiamond product was heat-treated for 1 hour under reflux under normal pressure conditions. The heating temperature in this acid treatment is 85 to 100 ° C. Next, after cooling, the solid content (including the nanodiamond adhering body and soot) was washed with water by decantation. The solid content was repeatedly washed with water by decantation until the pH of the precipitate was from the low pH side to 2.
- an oxidation treatment step was performed. Specifically, 6 L of 98% by mass sulfuric acid and 1 L of 69% by mass nitric acid were added to a precipitate (including nanodiamond adherents) obtained through decantation after acid treatment to form a slurry, which was then added to form a slurry. This slurry was heat-treated for 48 hours under reflux under normal pressure conditions. The heating temperature in this oxidation treatment is 140 to 160 ° C. Next, after cooling, the solid content (including the nanodiamond adherent) was washed with water by decantation. The supernatant liquid at the beginning of washing with water was colored, and the solid content was repeatedly washed with water by decantation until the supernatant liquid became visually transparent.
- the precipitate liquid (liquid containing the nanodiamond adhering body) obtained through the above-mentioned washing treatment was subjected to a drying step to obtain a dry powder (nanodiamond cohesive body).
- a drying step evaporative drying performed using an evaporator was adopted.
- a surface modification step was performed. Specifically, first, 0.30 g of nanodiamond powder obtained through the above-mentioned drying step is weighed into a 50 mL sample bottle, and the nanodiamond powder, 14 g of THF as a solvent, and a silane coupling agent are used. A solution mixed with 1.2 g of 3- (trimethoxysilyl) propyl acrylate (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) was stirred for 10 minutes. Next, 34 g of zirconia beads (trade name "YTZ", diameter 30 ⁇ m, manufactured by Tosoh Corporation) was added to the solution.
- YTZ zirconia beads
- the above mixed solution was subjected to surface modification treatment using a homogenizer (trade name "ultrasonic disperser UH-600S", manufactured by SMT Co., Ltd.), which is an ultrasonic generator.
- a homogenizer trade name "ultrasonic disperser UH-600S", manufactured by SMT Co., Ltd.
- the tip of the vibrator of the ultrasonic generator is inserted into the reaction vessel and ultrasonic waves are generated from the vibrator in a state of being immersed in the above-mentioned mixed solution, and the reaction is carried out while cooling the reaction vessel with ice water.
- the mixed solution in the container was subjected to ultrasonic treatment for 8 hours. In this treatment, the solution, which was initially grayish, gradually turned black and became more transparent.
- the particle size D50 of the nanodiamond dispersion liquid after the surface modification treatment for 8 hours was measured by a dynamic light scattering method and found to be 15 nm. As described above, a dispersion liquid of surface-modified nanodiamond particles was prepared.
- the supernatant obtained after allowing the dispersion of the surface-modified nanodiamond particles to stand for a whole day and night is added dropwise to a mixed solvent of 16 mL of toluene and 4 mL of hexane (total dropping amount is 10 mL), and the mixed solvent after the addition is centrifuged.
- the solid content (surface-modified nanodiamond particles of Example 1) precipitated by the treatment (centrifugal force 20000 G, centrifugation time 10 minutes) was recovered.
- THF was added to the solid content recovered in this manner to prepare a THF solution (solid content concentration 6.5% by mass) of the surface-modified nanodiamond particles, and the solution was subjected to an ultrasonic treatment apparatus (trade name "ASU-10"). , As One Co., Ltd.) was used for 10 minutes of ultrasonic treatment.
- ASU-10 ultrasonic treatment apparatus
- the particle size D50 of the surface-modified nanodiamond particles in the THF solution after the ultrasonic treatment was measured by a dynamic light scattering method and found to be 12 nm.
- the alicyclic epoxy compound (trade name "Selokiside 2021P", manufactured by Daicel Co., Ltd.), the surface-modified nanodiamond particles (solid content) of Example 1, and the surface-modified nanodiamond particles (solid content), and
- the above epoxy curing agent is uniformly mixed using a self-revolving stirring device (trade name "Awatori Rentaro AR-250", manufactured by Shinky Co., Ltd.), and further defoamed to obtain a curable epoxy composition. Made.
- Example 2 A curable epoxy composition and a cured product were prepared in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of the surface-modified nanodiamond particles was changed as shown in Table 1.
- Example 3 Surface-modified nanodiamond particles, curable epoxy compositions, and cured products were produced as described below.
- Example 2 0.30 g of the nanodiamond adherent obtained through the drying step in Example 1 was weighed into a reaction vessel, and MEK15 cc, 4.0 g of the polyoxyalkylene chain-containing silane coupling agent and zirconia beads (trade name "YTZ") were added. , 30 ⁇ m in diameter, manufactured by Tosoh Corporation) 35 g was added. After the addition, use a homogenizer (trade name "Ultrasonic Disperser UH-600S", manufactured by SMT Co., Ltd.) while cooling in ice water, and immerse the tip of the vibrator of the ultrasonic disperser in the solution in the reaction vessel.
- YTZ polyoxyalkylene chain-containing silane coupling agent and zirconia beads
- the nanodiamond particles were reacted with a polyoxyalkylene chain-containing silane coupling agent by ultrasonic treatment for 15 hours. It was gray at first, but gradually became smaller in particle size and dispersed, and finally became a uniform and black liquid. This is because the nanodiamond particles are sequentially unraveled (crushed) from the nanodiamond adhering body, and the polyoxyalkylene chain-containing silane coupling agent acts on the dissociated nanodiamond particles to bond them in this way. This is probably because the surface-modified nanodiamond particles are dispersed and stabilized in the MEK solvent.
- Example 4 Surface-modified nanodiamond particles, curable epoxy compositions, and cured products were produced as described below.
- Example 2 0.30 g of the nanodiamond adherent obtained through the drying step in Example 1 was weighed into a reaction vessel, and MEK15 cc, 4.0 g of the polyoxyalkylene chain-containing silane coupling agent and zirconia beads (trade name "YTZ") were added. , 30 ⁇ m in diameter, manufactured by Tosoh Corporation) 35 g was added. After the addition, use a homogenizer (trade name "Ultrasonic Disperser UH-600S", manufactured by SMT Co., Ltd.) while cooling in ice water, and immerse the tip of the vibrator of the ultrasonic disperser in the solution in the reaction vessel.
- YTZ polyoxyalkylene chain-containing silane coupling agent and zirconia beads
- the nanodiamond particles were reacted with a polyoxyalkylene chain-containing silane coupling agent by ultrasonic treatment for 15 hours. It was gray at first, but gradually became smaller in particle size and dispersed, and finally became a uniform and black liquid. This is because the nanodiamond particles are sequentially unraveled (crushed) from the nanodiamond adhering body, and the polyoxyalkylene chain-containing silane coupling agent acts on the dissociated nanodiamond particles to bond them in this way. This is probably because the surface-modified nanodiamond particles are dispersed and stabilized in the MEK solvent.
- Example 5 Surface-modified nanodiamond particles, curable epoxy compositions, and cured products were produced as described below.
- Example 2 0.30 g of the nanodiamond adherent obtained through the drying step in Example 1 was weighed into a reaction vessel, and MEK15 cc, 4.0 g of the polyoxyalkylene chain-containing silane coupling agent and zirconia beads (trade name "YTZ") were added. , 30 ⁇ m in diameter, manufactured by Tosoh Corporation) 35 g was added. After the addition, use a homogenizer (trade name "Ultrasonic Disperser UH-600S", manufactured by SMT Co., Ltd.) while cooling in ice water, and immerse the tip of the vibrator of the ultrasonic disperser in the solution in the reaction vessel.
- YTZ polyoxyalkylene chain-containing silane coupling agent and zirconia beads
- the nanodiamond particles were reacted with a polyoxyalkylene chain-containing silane coupling agent by ultrasonic treatment for 15 hours. It was gray at first, but gradually became smaller in particle size and dispersed, and finally became a uniform and black liquid. This is because the nanodiamond particles are sequentially unraveled (crushed) from the nanodiamond adhering body, and the polyoxyalkylene chain-containing silane coupling agent acts on the dissociated nanodiamond particles to bond them in this way. This is probably because the surface-modified nanodiamond particles are dispersed and stabilized in the MEK solvent.
- Comparative Example 1 The curable epoxy composition and the curable epoxy composition in the same manner as in Example 2 except that a bisphenol A type epoxy resin (trade name "YD-128", manufactured by Nittetsu Chemical & Materials Co., Ltd.) was used instead of the alicyclic epoxy compound. A cured product was prepared.
- a bisphenol A type epoxy resin (trade name "YD-128", manufactured by Nittetsu Chemical & Materials Co., Ltd.) was used instead of the alicyclic epoxy compound.
- a cured product was prepared.
- Comparative Example 2 A curable epoxy composition and a cured product were prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the surface-modified nanodiamond particles were not blended.
- Comparative Example 3 A curable epoxy composition and a cured product were prepared in the same manner as in Example 1 except that the surface-modified nanodiamond particles were not blended.
- Comparative Example 4 A curable epoxy composition and a cured product were prepared in the same manner as in Example 1 except that fullerene was blended in place of the surface-modified nanodiamond particles.
- Example 6 A curable epoxy composition and a cured product were produced as described below.
- Example 7 A curable epoxy composition and a cured product were prepared in the same manner as in Example 6 except that the blending amount of the surface-modified nanodiamond particles was changed as shown in Table 2.
- Example 8 A curable epoxy composition and a cured product were prepared in the same manner as in Example 7 except that the surface-modified nanodiamond particles of Example 3 were used instead of the surface-modified nanodiamond particles of Example 1.
- Example 9 A curable epoxy composition and a cured product were prepared in the same manner as in Example 7 except that the surface-modified nanodiamond particles of Example 4 were used instead of the surface-modified nanodiamond particles of Example 1.
- Example 10 A curable epoxy composition and a cured product were prepared in the same manner as in Example 7 except that the surface-modified nanodiamond particles of Example 5 were used instead of the surface-modified nanodiamond particles of Example 1.
- Comparative Example 5 The curable epoxy composition and the curable epoxy composition in the same manner as in Example 7 except that a bisphenol A type epoxy resin (trade name "YD-128", manufactured by Nittetsu Chemical & Materials Co., Ltd.) was used instead of the alicyclic epoxy compound. A cured product was prepared.
- a bisphenol A type epoxy resin (trade name "YD-128", manufactured by Nittetsu Chemical & Materials Co., Ltd.) was used instead of the alicyclic epoxy compound.
- a cured product was prepared.
- Comparative Example 6 A curable epoxy composition and a cured product were prepared in the same manner as in Comparative Example 5 except that the surface-modified nanodiamond particles were not blended.
- Comparative Example 7 A curable epoxy composition and a cured product were prepared in the same manner as in Example 6 except that the surface-modified nanodiamond particles were not blended.
- Comparative Example 8 A curable epoxy composition and a cured product were prepared in the same manner as in Example 6 except that fullerene was blended in place of the surface-modified nanodiamond particles.
- the median diameter (particle size D50) of the nanodiamond particles in the nanodiamond dispersion is a volume-based value measured from the particle size distribution of the nanodiamonds obtained by the dynamic light scattering method. Specifically, the particle size distribution is measured by a dynamic light scattering method (non-contact backscattering method) using a device manufactured by Malvern (trade name "Zetasizer Nano ZS"). bottom.
- the average dispersed particle size of the nanodiamond particles in the cured product was calculated by transmission electron microscopy (TEM) observation. Specifically, the cured product was observed for 300 nanodiamond particles using a transmission electron microscope (trade name "JEM-1400Plus", manufactured by JEOL Ltd.), and the nanodiamond particles (in the case of aggregates) were observed. The linear distance at which the longest line connecting the ends of the agglomerates of nanodiamond particles) was measured as the dispersed particle diameter, and the average value was calculated. Then, the obtained average value was taken as the average dispersed particle size in the cured product, and it was determined that the average dispersed particle size in the curable epoxy composition was equal to or less than the average dispersed particle size in the cured product.
- TEM transmission electron microscopy
- the glass transition temperature of the cured product is pretreated (from -50 ° C to 250 ° C at a heating rate of 20 ° C / min) using a differential scanning calorimetry device (trade name “Q2000”, manufactured by TA Instruments). After the temperature was raised from 250 ° C to -5 ° C at a temperature lowering rate of -20 ° C / min), the temperature was raised at a temperature of 20 ° C / min under a nitrogen stream, and the measurement temperature range was -50 to 250 ° C. Measured under conditions. Then, the inflection point of the obtained temperature dimensional change curve was defined as the glass transition temperature.
- the cured product of the alicyclic epoxy compound does not contain nanodiamond particles (Comparative Examples 3 and 7), whereas the cured product contains nanodiamond particles, the glass transition temperature of the cured product. (Example), and it can be seen that the heat resistance is improved. Moreover, when fullerene was used instead of nanodiamond particles, the glass transition temperature of the cured product was not improved (Comparative Examples 4 and 8). Further, when a bisphenol A type epoxy resin, which is an epoxy compound having an aromatic ring, was used instead of the alicyclic epoxy compound, the increase in the glass transition temperature of the cured product was small, and the heat resistance was not so improved (Comparative Example). 1, 2, 5, and 6).
- a curable epoxy composition comprising (E) and.
- the curable epoxy composition in which the average dispersed particle size of the nanodiamond particles (B) in the curable epoxy composition is 100 nm or less (preferably 50 nm or less, more preferably 40 nm or less).
- the average primary particle diameter of the nanodiamond particles (B) in the curable epoxy composition is 10 nm or less (preferably 8 nm or less, more preferably 7 nm or less). ..
- [Appendix 7] The curable epoxy composition according to Appendix 5 or 6, wherein the epoxy compound (A') contains an alicyclic epoxy compound (A) having an alicyclic structure and an epoxy group in the molecule.
- [Appendix 8] The curable epoxy composition according to any one of Annex 1 to 7, wherein the nanodiamond particles (B) include nanodiamond particles having a modified surface.
- X is a linking group containing one or more heteroatoms selected from the group consisting of nitrogen atoms, oxygen atoms, and sulfur atoms in the main chain, according to Appendix 9. Curable epoxy composition.
- Appendix 12 In the above formula (1), the total amount (molar ratio) of carbon atoms in R 1 and R 2 with respect to the total amount of X is 1 to 8 (preferably 1 to 3, more preferably 1 to 2).
- Supplementary Note 13 The curable epoxy composition according to any one of Supplementary notes 9 to 12, wherein R 1 represents a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group in the above formula (1).
- the monovalent hydrocarbon group is a monovalent aliphatic hydrocarbon group (preferably a linear or branched chain alkylene group, or a linear or branched chain alkaneylene group, more preferably a linear chain.
- Appendix 19 The group represented by the formula (1) is an alkoxy group, an alkenyloxy group, an acyloxy group, an alkyl-substituted amino group, and (-R 2- X) n in the formula (1) is a polyoxyalkylene. Any one of Appendix 9 to 18, wherein (-R 2- X) n in the above formula (1) is one or more groups selected from the group consisting of a group which is a chain and a group which is a polyglyceryl chain.
- [Appendix 20] The curable epoxy composition according to Appendix 19, wherein the group represented by the formula (1) is a group in which (-R 2- X) n in the formula (1) is a polyoxyalkylene chain. thing.
- [Appendix 22] The polyoxyalkylene chain constituting the polyoxyalkylene chain is a polyethylene glycol chain, a polypropylene glycol chain, a polytetramethylene glycol chain, a polybutylene glycol chain, and a polyoxyalkylene chain in which two or more of these are bonded.
- a curable epoxy composition according to an appendix 20 or 21 A curable epoxy composition according to an appendix 20 or 21.
- the polyoxyalkylene chain has a number average molecular weight as a polyoxyalkylene of 100 to 10000 (preferably 200 to 5000, more preferably 300 to 4000, still more preferably 400 to 2500, and particularly preferably 500 to 3000. ).
- the curable epoxy composition according to any one of Supplementary note 20 to 22.
- Appendix 24 Any of Appendix 20 to 23 in which the average degree of polymerization (number average degree of polymerization) of the oxyalkylene group in the polyoxyalkylene chain is 2 to 50 (preferably 4 to 45, more preferably 6 to 40).
- the curable epoxy composition according to one.
- [Appendix 31] The curable epoxy composition according to Appendix 29 or 30, wherein in the formula (2), R 3 represents a substituted or unsubstituted divalent hydrocarbon group.
- R 3 represents a substituted or unsubstituted divalent hydrocarbon group.
- [Appendix 32] The curability according to Appendix 31, wherein the divalent hydrocarbon group is a C 1-20 hydrocarbon group (preferably a C 1-10 hydrocarbon group, more preferably a C 1-5 hydrocarbon group).
- Epoxy composition [Supplementary Note 33] The curable epoxy composition according to any one of Supplementary notes 29 to 32, wherein the bond extending to the left from R 3 in the above formula (2) is bonded to the nanodiamond particles via a silicon atom. ..
- [Supplementary Note 35] The curable epoxy composition according to any one of Supplementary notes 8 to 34, wherein zirconia is attached to the surface-modified nanodiamond.
- the content of zirconia in the curable epoxy composition is 0.001 to 10% by mass (preferably 0.01 to 1.0% by mass) with respect to the total amount of the curable epoxy composition.
- the curable epoxy composition according to Appendix 35 preferably 0.05 to 0.5% by mass).
- the content ratio of the nanodiamond particles (B) in the curable epoxy composition is 0.1% by mass to 10% by mass with respect to the total amount of the curable epoxy composition, Appendix 1 to 36.
- the content of the nanodiamond particles (B) in the curable epoxy composition is 0.01 to 50 parts by mass (preferably) with respect to 100 parts by mass of the total amount of the alicyclic epoxy compound (A).
- the alicyclic epoxy compound (A) is (I) a compound having an epoxy group composed of two adjacent carbon atoms and oxygen atoms constituting the alicyclic in the molecule; (II) alicyclic.
- Addendum 1 to 4 and 7 comprising one or more compounds selected from the group consisting of (III) compounds having an alicyclic and a glycidyl ether group in the molecule;
- the alicyclic epoxy compound (A) is (I) a compound having an epoxy group composed of two adjacent carbon atoms and oxygen atoms constituting the alicyclic in the molecule, and / or ( II) The curable epoxy composition according to Appendix 40, which comprises a compound having an epoxy group directly bonded to the alicyclic ring with a single bond.
- the content ratio of the alicyclic epoxy compound (A) in the chemical epoxy composition is 10% by mass or more (preferably 20% by mass or more, more) with respect to the total amount of the curable epoxy composition. 7.
- Curable epoxy composition [Appendix 44]
- the content ratio of the alicyclic epoxy compound (A) in the cationic curable compound in the curable epoxy composition is relative to the total amount of all the cationic curable compounds in the curable epoxy composition. 50% by mass or more (preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, further preferably 80% by mass or more, still more preferably 90% by mass or more, particularly preferably 95% by mass or more), Appendix 1 to 4.
- the curable epoxy composition according to any one of 7 to 43.
- the content ratio of the alicyclic epoxy compound (A) in 100% by mass of the compound having an epoxy group contained in the curable epoxy composition is 50% by mass or more (preferably 60% by mass or more, more preferably. 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, still more preferably 90% by mass or more, particularly preferably 95% by mass or more).
- Epoxy composition preferably 60% by mass or more, more preferably. 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, still more preferably 90% by mass or more, particularly preferably 95% by mass or more.
- [Supplementary Note 46] The cured product of the curable epoxy composition according to any one of Supplementary notes 1 to 45.
- Appendix 47 The cured product according to Appendix 46, which has a glass transition temperature of 120 ° C. or higher.
- Appendix 48 The cured product according to Appendix 46 or 47, wherein the glass transition temperature is 200 ° C. or lower (preferably 150 ° C. or lower).
- Appendix 49 The curing according to any one of Appendix 46 to 48, wherein the average primary particle diameter of the nanodiamond particles (B) in the cured product is 10 nm or less (preferably 8 nm or less, more preferably 7 nm or less). Sex epoxy composition.
- An optical member comprising the cured product according to any one of Supplementary notes 46 to 49.
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Abstract
脂環式エポキシ化合物を用い、耐熱性が向上した硬化物を形成可能な硬化性エポキシ組成物を提供する。 分子内に脂環構造およびエポキシ基を有する脂環式エポキシ化合物(A)と、ナノダイヤモンド粒子(B)と、硬化剤(C)および硬化促進剤(D)、または、硬化触媒(E)とを含む硬化性エポキシ組成物。ナノダイヤモンド粒子(B)は脂環式エポキシ化合物(A)のマトリックス中に分散しており、硬化性エポキシ組成物中におけるナノダイヤモンド粒子(B)の平均分散粒子径は100nm以下であることが好ましい。
Description
本開示は、硬化性エポキシ組成物に関する。より詳細には、本開示は、脂環式エポキシ化合物を含む硬化性エポキシ組成物に関する。本願は、2020年3月10日に日本に出願した特願2020-040922号の優先権を主張し、その内容をここに援用する。
近年、光半導体装置の高出力化が進んでおり、このような光半導体装置において光半導体素子を被覆する樹脂(封止材)には、高い耐熱性や耐光性が求められている。従来、耐熱性が高い封止材を形成するための封止剤として、例えば、脂環構造を有するエポキシ化合物(脂環式エポキシ化合物)を含む組成物が知られている(例えば、特許文献1参照)。
Polymer, 2012, 第53号, 5965-5971
脂環式エポキシ化合物の硬化物は、他のエポキシ化合物の硬化物に対して耐熱性に優れる傾向があるが、さらに優れた耐熱性が求められることがある。脂環式エポキシ化合物を用いた硬化物の耐熱性を向上させる方法としては、新規の脂環式エポキシ化合物を開発することや脂環式エポキシ化合物を配合した組成物の組成を検討することが考えられる。しかしながら、これらの対応では、脂環式エポキシ化合物や組成物の粘度や物性が変化し、硬化物の性能が低下するおそれがある。
ところで、非特許文献1には、表面がアミノ化されたナノダイヤモンドをエポキシ化合物であるビスフェノールAジグリシジルエーテルのマトリックス中に分散させた複合材料の開示があり、上記複合材料によればエポキシ化合物のヤング率を改善させることができることの記載がある(非特許文献1参照)。
しかしながら、非特許文献1には、ナノダイヤモンド粒子を脂環式エポキシ化合物中に分散させることについては記載されておらず、エポキシ化合物の耐熱性についても記載がない。また、非特許文献1に開示の複合材料中において、ナノダイヤモンド粒子が部分的に凝集体を形成していることが確認され、分散性も充分とは言えなかった。
従って、本開示の目的は、脂環式エポキシ化合物を用い、耐熱性が向上した硬化物を形成可能な硬化性エポキシ組成物を提供することにある。
本開示の発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、脂環式エポキシ化合物と、ナノダイヤモンド粒子とを含む硬化性エポキシ組成物によれば、脂環式エポキシ化合物を用い、耐熱性が向上した硬化物を形成可能であることを見出した。本開示はこれらの知見に基づいて完成させたものに関する。
本開示は、分子内に脂環構造およびエポキシ基を有する脂環式エポキシ化合物(A)と、ナノダイヤモンド粒子(B)と、硬化剤(C)および硬化促進剤(D)、または、硬化触媒(E)とを含む硬化性エポキシ組成物を提供する。
上記硬化性エポキシ組成物は、ナノダイヤモンド粒子(B)が脂環式エポキシ化合物(A)を連続相としたマトリックス中に分散していることが好ましい。
上記硬化性エポキシ組成物中におけるナノダイヤモンド粒子(B)の平均一次粒子径は10nm以下であることが好ましい。
上記硬化性エポキシ組成物中におけるナノダイヤモンド粒子(B)の平均分散粒子径は100nm以下であることが好ましい。
ナノダイヤモンド粒子(B)は表面が修飾されたナノダイヤモンド粒子を含むことが好ましい。
ナノダイヤモンド粒子表面を修飾する表面修飾基は下記式(1)で表される基を有することが好ましい。
-X(-R2-X)n-R1 (1)
[式(1)中、Xは、主鎖にヘテロ原子を含む連結基を示す。R1は、置換または無置換の一価の有機基を示し、R2は、置換または無置換の二価の有機基を示し、R1およびR2におけるXと結合する原子は炭素原子である。nは0以上の整数を示し、nが1以上の整数である場合における式(1)中の複数のXは同一であってもよく異なっていてもよい。]
-X(-R2-X)n-R1 (1)
[式(1)中、Xは、主鎖にヘテロ原子を含む連結基を示す。R1は、置換または無置換の一価の有機基を示し、R2は、置換または無置換の二価の有機基を示し、R1およびR2におけるXと結合する原子は炭素原子である。nは0以上の整数を示し、nが1以上の整数である場合における式(1)中の複数のXは同一であってもよく異なっていてもよい。]
上記式(1)中、Xは、主鎖に、窒素原子、酸素原子、および硫黄原子からなる群より選択される1以上のヘテロ原子を含む連結基であることが好ましい。
上記式(1)中、Xは、-NH-、-O-、-O-C(=O)-、-C(=O)-O-、-NH-C(=O)-、-C(=O)-NH-、-NH-C(=O)-O-、-O-C(=O)-NH-、-S-、これらの結合の2以上が結合した二価の基、またはこれらの結合の1以上と-C(=O)-とが結合した基であることが好ましい。
上記式(1)中、Xの総量に対する、R1およびR2中の炭素原子の総量(モル比)は1~8であることが好ましい。
上記式(1)中、R1は、置換または無置換の一価の炭化水素基を示し、R2は、置換または無置換の二価の炭化水素基を示すことが好ましい。
上記式(1)は下記式(2)で表される基であってもよい。
-R3-X(-R2-X)n-R1 (2)
[式(2)中、R3は、置換または無置換の二価の有機基を示す。その他については上記式(1)におけるものと同様である。]
-R3-X(-R2-X)n-R1 (2)
[式(2)中、R3は、置換または無置換の二価の有機基を示す。その他については上記式(1)におけるものと同様である。]
上記式(2)中、Xの総量に対する、R1、R2、およびR3中の炭素原子の総量(モル比)は1~8であることが好ましい。
上記式(2)中、R3は、置換または無置換の二価の炭化水素基を示すことが好ましい。
上記式(2)におけるR3から左に伸びる結合手はケイ素原子を介してナノダイヤモンド粒子に結合していてもよい。
脂環式エポキシ化合物(A)は分子内に2以上のエポキシ基を有することが好ましい。
脂環式エポキシ化合物(A)は、(I)分子内に脂環を構成する隣接する2つの炭素原子と酸素原子とで構成されるエポキシ基を有する化合物、および/または、(II)脂環に直接単結合で結合しているエポキシ基を有する化合物を含むことが好ましい。
脂環式エポキシ化合物(A)はシクロヘキセンオキシド基を有する化合物を含むことが好ましい。
また、本開示は、上記硬化性エポキシ組成物の硬化物を提供する。
上記硬化物はガラス転移温度が120℃以上であることが好ましい。
また、本開示は、上記硬化物を備えた光学部材を提供する。
本開示の硬化性エポキシ組成物によれば、脂環式エポキシ化合物を用いながら、耐熱性が向上した硬化物を形成することができる。
[硬化性エポキシ組成物]
本開示の一実施形態に係る硬化性エポキシ組成物は、脂環式エポキシ化合物(A)と、ナノダイヤモンド粒子(B)と、硬化剤(C)と、硬化促進剤(D)とを少なくとも含む硬化性の組成物である。また、本開示の他の一実施形態に係る硬化性エポキシ組成物は、脂環式エポキシ化合物(A)と、ナノダイヤモンド粒子(B)と、硬化触媒(E)とを少なくとも含む硬化性の組成物である。
本開示の一実施形態に係る硬化性エポキシ組成物は、脂環式エポキシ化合物(A)と、ナノダイヤモンド粒子(B)と、硬化剤(C)と、硬化促進剤(D)とを少なくとも含む硬化性の組成物である。また、本開示の他の一実施形態に係る硬化性エポキシ組成物は、脂環式エポキシ化合物(A)と、ナノダイヤモンド粒子(B)と、硬化触媒(E)とを少なくとも含む硬化性の組成物である。
上記硬化性エポキシ組成物では、ナノダイヤモンド粒子(B)は脂環式エポキシ化合物(A)を連続相としたマトリックス中に分散している。
(脂環式エポキシ化合物(A))
脂環式エポキシ化合物(A)は、分子内に1個以上の脂環(脂環構造)と1個以上のエポキシ基(オキシラン環)とを有する化合物である。脂環式エポキシ化合物(A)は分子内に2以上のエポキシ基を有することが好ましい。
脂環式エポキシ化合物(A)は、分子内に1個以上の脂環(脂環構造)と1個以上のエポキシ基(オキシラン環)とを有する化合物である。脂環式エポキシ化合物(A)は分子内に2以上のエポキシ基を有することが好ましい。
脂環式エポキシ化合物(A)としては、公知乃至慣用の脂環式エポキシ化合物を用いることができ、特に限定されないが、例えば、(I)分子内に脂環を構成する隣接する2つの炭素原子と酸素原子とで構成されるエポキシ基(「脂環エポキシ基」と称する)を有する化合物;(II)脂環にエポキシ基が直接単結合で結合している化合物;(III)分子内に脂環およびグリシジルエーテル基を有する化合物(グリシジルエーテル型エポキシ化合物)などが挙げられる。
上記式(i)中、Yは単結合または連結基(1以上の原子を有する二価の基)を示す。上記連結基としては、例えば、二価の炭化水素基、炭素-炭素二重結合の一部または全部がエポキシ化されたアルケニレン基、カルボニル基、エーテル結合、エステル結合、カーボネート基、アミド基、これらが複数個連結した基などが挙げられる。なお、式(i)におけるシクロヘキサン環(シクロヘキセンオキシド基)を構成する炭素原子の1以上には、アルキル基などの置換基が結合していてもよい。
上記二価の炭化水素基としては、炭素数が1~18の直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基、二価の脂環式炭化水素基などが挙げられる。炭素数が1~18の直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基としては、例えば、メチレン基、メチルメチレン基、ジメチルメチレン基、エチレン基、プロピレン基、トリメチレン基などが挙げられる。上記二価の脂環式炭化水素基としては、例えば、1,2-シクロペンチレン基、1,3-シクロペンチレン基、シクロペンチリデン基、1,2-シクロヘキシレン基、1,3-シクロヘキシレン基、1,4-シクロヘキシレン基、シクロヘキシリデン基等の二価のシクロアルキレン基(シクロアルキリデン基を含む)などが挙げられる。
上記炭素-炭素二重結合の一部または全部がエポキシ化されたアルケニレン基(「エポキシ化アルケニレン基」と称する場合がある)におけるアルケニレン基としては、例えば、ビニレン基、プロペニレン基、1-ブテニレン基、2-ブテニレン基、ブタジエニレン基、ペンテニレン基、ヘキセニレン基、ヘプテニレン基、オクテニレン基等の炭素数2~8の直鎖状または分岐鎖状のアルケニレン基などが挙げられる。特に、上記エポキシ化アルケニレン基としては、炭素-炭素二重結合の全部がエポキシ化されたアルケニレン基が好ましく、より好ましくは炭素-炭素二重結合の全部がエポキシ化された炭素数2~4のアルケニレン基である。
上記式(i)で表される脂環式エポキシ化合物の代表的な例としては、(3,4,3’,4’-ジエポキシ)ビシクロヘキシル、下記式(i-1)~(i-10)で表される化合物などが挙げられる。なお、下記式(i-5)、(i-7)中のl、mは、それぞれ1~30の整数を表す。下記式(i-5)中のR’は炭素数1~8のアルキレン基であり、中でも、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基などの炭素数1~3の直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基が好ましい。下記式(i-9)、(i-10)中のn1~n6は、それぞれ1~30の整数を示す。また、上記式(i)で表される脂環式エポキシ化合物としては、その他、例えば、2,2-ビス(3,4-エポキシシクロヘキシル)プロパン、1,2-ビス(3,4-エポキシシクロヘキサン-1-イル)エタン、1,2-エポキシ-1,2-ビス(3,4-エポキシシクロヘキサン-1-イル)エタン、ビス(3,4-エポキシシクロヘキシルメチル)エーテルなどが挙げられる。
式(ii)中、R"は、p価のアルコールの構造式からp個の水酸基(-OH)を除いた基(p価の有機基)であり、p、nはそれぞれ自然数を表す。p価のアルコール[R"(OH)p]としては、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)-1-ブタノール等の多価アルコール(炭素数1~15のアルコール等)などが挙げられる。pは1~6が好ましく、nは1~30が好ましい。pが2以上の場合、それぞれの( )内(外側の括弧内)の基におけるnは同一でもよく異なっていてもよい。上記式(ii)で表される化合物としては、具体的には、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)-1-ブタノールの1,2-エポキシ-4-(2-オキシラニル)シクロヘキサン付加物[例えば、商品名「EHPE3150」(株式会社ダイセル製)等]などが挙げられる。
上述の(III)分子内に脂環およびグリシジルエーテル基を有する化合物としては、例えば、脂環式アルコール(特に、脂環式多価アルコール)のグリシジルエーテルが挙げられる。より詳しくは、例えば、2,2-ビス[4-(2,3-エポキシプロポキシ)シクロへキシル]プロパン、2,2-ビス[3,5-ジメチル-4-(2,3-エポキシプロポキシ)シクロへキシル]プロパン等のビスフェノールA型エポキシ化合物を水素化した化合物(水素化ビスフェノールA型エポキシ化合物);ビス[o,o-(2,3-エポキシプロポキシ)シクロへキシル]メタン、ビス[o,p-(2,3-エポキシプロポキシ)シクロへキシル]メタン、ビス[p,p-(2,3-エポキシプロポキシ)シクロへキシル]メタン、ビス[3,5-ジメチル-4-(2,3-エポキシプロポキシ)シクロへキシル]メタン等のビスフェノールF型エポキシ化合物を水素化した化合物(水素化ビスフェノールF型エポキシ化合物);水素化ビフェノール型エポキシ化合物;水素化フェノールノボラック型エポキシ化合物;水素化クレゾールノボラック型エポキシ化合物;ビスフェノールAの水素化クレゾールノボラック型エポキシ化合物;水素化ナフタレン型エポキシ化合物;トリスフェノールメタンから得られるエポキシ化合物の水素化エポキシ化合物;その他の芳香環を有するエポキシ化合物の水素化エポキシ化合物などが挙げられる。
上記硬化性エポキシ組成物中の脂環式エポキシ化合物(A)の含有割合は、硬化性エポキシ組成物の総量(100質量%)に対して、10質量%以上が好ましく、より好ましくは20質量%以上、さらに好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上、さらに好ましくは80質量%以上、特に好ましくは90質量%以上である。上記含有割合は、例えば99.9999質量%以下である。
(ナノダイヤモンド粒子(B))
ナノダイヤモンド粒子(B)は、ナノサイズのダイヤモンド粒子であり、特に限定されず、公知乃至慣用のナノダイヤモンド粒子を用いることができる。ナノダイヤモンド粒子(B)は、ナノダイヤモンド表面が修飾されたナノダイヤモンド粒子(表面修飾ナノダイヤモンド粒子)であってもよいし、表面修飾されていないナノダイヤモンド粒子であってもよい。なお、表面修飾されていないナノダイヤモンド粒子は、表面にヒドロキシ基(-OH)を有する。中でも、脂環式エポキシ化合物(A)との親和性に優れ、脂環式エポキシ化合物マトリックス中でのナノダイヤモンド粒子の分散性により優れる観点から、表面修飾ナノダイヤモンド粒子が好ましい。ナノダイヤモンド粒子(B)は、一種のみを用いてもよいし、二種以上を用いてもよい。
ナノダイヤモンド粒子(B)は、ナノサイズのダイヤモンド粒子であり、特に限定されず、公知乃至慣用のナノダイヤモンド粒子を用いることができる。ナノダイヤモンド粒子(B)は、ナノダイヤモンド表面が修飾されたナノダイヤモンド粒子(表面修飾ナノダイヤモンド粒子)であってもよいし、表面修飾されていないナノダイヤモンド粒子であってもよい。なお、表面修飾されていないナノダイヤモンド粒子は、表面にヒドロキシ基(-OH)を有する。中でも、脂環式エポキシ化合物(A)との親和性に優れ、脂環式エポキシ化合物マトリックス中でのナノダイヤモンド粒子の分散性により優れる観点から、表面修飾ナノダイヤモンド粒子が好ましい。ナノダイヤモンド粒子(B)は、一種のみを用いてもよいし、二種以上を用いてもよい。
ナノダイヤモンド粒子(B)は、ナノダイヤモンドの一次粒子を含むことが好ましい。その他、上記一次粒子が数個~数十個程度凝集(凝着)した二次粒子を含んでいてもよい。また、ナノダイヤモンド粒子(B)が表面修飾ナノダイヤモンド粒子である場合、表面修飾ナノダイヤモンド粒子の表面を修飾する基(表面修飾基)は、一種のみであってもよく、二種以上であってもよい。
上記表面修飾ナノダイヤモンドにおいて、上記表面修飾基は、下記式(1)で表される基を有することが好ましい。上記式(1)で表される基を有することで、ナノダイヤモンド粒子表面に存在する表面修飾基中にヘテロ原子と有機基がバランス良く存在することとなるため、ナノダイヤモンド粒子(B)は脂環式エポキシ化合物(A)との親和性に優れ、脂環式エポキシ化合物マトリックス中でのナノダイヤモンド粒子の分散性により優れる。
-X(-R2-X)n-R1 (1)
[式(1)中、Xは、主鎖にヘテロ原子を含む連結基を示す。R1は、置換または無置換の一価の有機基を示し、R2は、置換または無置換の二価の有機基を示し、R1およびR2におけるXと結合する原子は炭素原子である。nは0以上の整数を示し、nが1以上の整数である場合における式(1)中の複数のXは同一であってもよく異なっていてもよい。]
-X(-R2-X)n-R1 (1)
[式(1)中、Xは、主鎖にヘテロ原子を含む連結基を示す。R1は、置換または無置換の一価の有機基を示し、R2は、置換または無置換の二価の有機基を示し、R1およびR2におけるXと結合する原子は炭素原子である。nは0以上の整数を示し、nが1以上の整数である場合における式(1)中の複数のXは同一であってもよく異なっていてもよい。]
Xは、主鎖にヘテロ原子を含む連結基を示す。なお、上記主鎖とは、ナノダイヤモンド粒子と上記式(1)中のR1とを繋ぐ鎖あるいはR1とR2とを繋ぐ鎖をいうものとする。また、上記連結基は、側鎖にヘテロ原子が直接結合した炭素原子を主鎖に有していてもよいが、側鎖にヘテロ原子が直接結合していない炭素原子を主鎖に有しないものをいうものとする。例えば、-C(=O)-は連結基となり得るが、無置換のメチレン基は連結基に含まれない。
Xにおけるヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子が好ましく、より好ましくは、酸素原子、窒素原子である。Xは、ヘテロ原子を一種のみ含んでいてもよいし、二種以上含んでいてもよい。
Xとしては、例えば、-NH-、-O-、-O-C(=O)-、-C(=O)-O-、-NH-C(=O)-、-C(=O)-NH-、-NH-C(=O)-O-、-O-C(=O)-NH-、-S-、これらの結合の2以上が結合した二価の基、これらの結合の1以上と-C(=O)-とが結合した基などが挙げられる。中でも、-O-、-O-C(=O)-、-NH-C(=O)-O-が好ましい。
R1は、置換または無置換の一価の有機基を示す。上記一価の有機基としては、一価の炭化水素基、一価の複素環式基、これらの2以上が結合した基が挙げられる。上記一価の炭化水素基としては、一価の脂肪族炭化水素基、一価の脂環式炭化水素基、一価の芳香族炭化水素基、これらの2以上が結合した基が挙げられる。
上記一価の脂肪族炭化水素基としては、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基などが挙げられる。アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、イソオクチル基等の直鎖状または分岐鎖状アルキル基(好ましくはC1-8アルキル基、より好ましくはC1-5アルキル基、さらに好ましくはC2-4アルキル基)が挙げられる。アルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、メタリル基、1-プロペニル基、イソプロペニル基、1-ブテニル基、2-ブテニル基、3-ブテニル基、1-ペンテニル基、2-ペンテニル基、3-ペンテニル基、4-ペンテニル基、5-ヘキセニル基等の直鎖状または分岐鎖状アルケニル基(好ましくはC2-10アルケニル基、より好ましくはC2-5アルケニル基)が挙げられる。アルキニル基としては、例えば、エチニル基、プロピニル基等の直鎖状または分岐鎖状アルキニル基(好ましくはC2-10アルキニル基、より好ましくはC2-5アルキニル基)が挙げられる。
上記一価の脂肪族炭化水素基としては、直鎖状または分岐鎖状アルキレン基、直鎖状または分岐鎖状アルケニレン基が好ましく、より好ましくは直鎖状または分岐鎖状アルキレン基である。
上記一価の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロドデシル基等のC3-12シクロアルキル基;シクロヘキセニル基等のC3-12シクロアルケニル基;ビシクロヘプタニル基、ビシクロヘプテニル基等のC4-15架橋環式炭化水素基などが挙げられる。
上記一価の芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基等のC6-14アリール基(特に、C6-10アリール基)などが挙げられる。
上記一価の複素環式基における複素環としては、芳香族性複素環、非芳香族性複素環が挙げられる。このような複素環としては、環を構成する原子に炭素原子と少なくとも一種のヘテロ原子(例えば、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等)を有する3~10員環(好ましくは4~6員環)、これらの縮合環が挙げられる。具体的には、ヘテロ原子として酸素原子を含む複素環(例えば、オキシラン環等の3員環;オキセタン環等の4員環;フラン環、テトラヒドロフラン環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、γ-ブチロラクトン環等の5員環;4-オキソ-4H-ピラン環、テトラヒドロピラン環、モルホリン環等の6員環;ベンゾフラン環、イソベンゾフラン環、4-オキソ-4H-クロメン環、クロマン環、イソクロマン環等の縮合環;3-オキサトリシクロ[4.3.1.14,8]ウンデカン-2-オン環、3-オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン-2-オン環等の橋かけ環)、ヘテロ原子として硫黄原子を含む複素環(例えば、チオフェン環、チアゾール環、イソチアゾール環、チアジアゾール環等の5員環;4-オキソ-4H-チオピラン環等の6員環;ベンゾチオフェン環等の縮合環等)、ヘテロ原子として窒素原子を含む複素環(例えば、ピロール環、ピロリジン環、ピラゾール環、イミダゾール環、トリアゾール環等の5員環;イソシアヌル環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピペリジン環、ピペラジン環等の6員環;インドール環、インドリン環、キノリン環、アクリジン環、ナフチリジン環、キナゾリン環、プリン環等の縮合環等)などが挙げられる。
上記一価の脂肪族炭化水素基と上記一価の脂環式炭化水素基とが結合した基としては、例えば、シクロへキシルメチル基、メチルシクロヘキシル基などが挙げられる。上記一価の脂肪族炭化水素基と上記一価の芳香族炭化水素基とが結合した基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基等のC7-18アラルキル基(特に、C7-10アラルキル基)、シンナミル基等のC6-10アリール-C2-6アルケニル基、トリル基等のC1-4アルキル置換アリール基、スチリル基等のC2-4アルケニル置換アリール基などが挙げられる。
上記一価の有機基は置換基を有していてもよい。上記置換基の炭素数は0~20が好ましく、より好ましくは1~10である。上記置換基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロピルオキシ基、ブトキシ基、イソブチルオキシ基等のアルコキシ基(好ましくはC1-6アルコキシ基、より好ましくはC1-4アルコキシ基);アリルオキシ基等のアルケニルオキシ基(好ましくはC2-6アルケニルオキシ基、より好ましくはC2-4アルケニルオキシ基);フェノキシ基、トリルオキシ基、ナフチルオキシ基等の、芳香環にC1-4アルキル基、C2-4アルケニル基、C1-4アルコキシ基等の置換基を有していてもよいアリールオキシ基(好ましくはC6-14アリールオキシ基);ベンジルオキシ基、フェネチルオキシ基等のアラルキルオキシ基(好ましくはC7-18アラルキルオキシ基);アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基、(メタ)アクリロイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基等のアシルオキシ基(好ましくはC1-12アシルオキシ基);メチルチオ基、エチルチオ基等のアルキルチオ基(好ましくはC1-6アルキルチオ基、より好ましくはC1-4アルキルチオ基);アリルチオ基等のアルケニルチオ基(好ましくはC2-6アルケニルチオ基、より好ましくはC2-4アルケニルチオ基);フェニルチオ基、トリルチオ基、ナフチルチオ基等の、芳香環にC1-4アルキル基、C2-4アルケニル基、C1-4アルコキシ基等の置換基を有していてもよいアリールチオ基(好ましくはC6-14アリールチオ基);ベンジルチオ基、フェネチルチオ基等のアラルキルチオ基(好ましくはC7-18アラルキルチオ基);メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基、ブトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基(好ましくはC1-6アルコキシ-カルボニル基);フェノキシカルボニル基、トリルオキシカルボニル基、ナフチルオキシカルボニル基等のアリールオキシカルボニル基(好ましくはC6-14アリールオキシ-カルボニル基);ベンジルオキシカルボニル基等のアラルキルオキシカルボニル基(好ましくはC7-18アラルキルオキシ-カルボニル基);ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基等のジアルキルアミノ基(好ましくはジ-C1-6アルキルアミノ基);アセチルアミノ基、プロピオニルアミノ基、ベンゾイルアミノ基等のアシルアミノ基(好ましくはC1-11アシルアミノ基);グリシジルオキシ基等のエポキシ基含有基;エチルオキセタニルオキシ基等のオキセタニル基含有基;アセチル基、プロピオニル基、ベンゾイル基等のアシル基;オキソ基;これらの2以上が必要に応じてC1-6アルキレン基を介して結合した基など末端が有機基である基が挙げられる。
上記一価の有機基としては、一価の炭化水素基が好ましく、より好ましくはC1-8炭化水素基、さらに好ましくはC1-5炭化水素基、特に好ましくはC2-4炭化水素基である。上記炭素数が上記範囲内であると、脂環式エポキシ化合物マトリックス中のナノダイヤモンド粒子の分散性がより優れる。
R2は、置換または無置換の二価の有機基を示す。上記二価の有機基としては、二価の炭化水素基、二価の複素環式基、これらの2以上が結合した基が挙げられる。上記二価の炭化水素基としては、二価の脂肪族炭化水素基、二価の脂環式炭化水素基、二価の芳香族炭化水素基、これらの2以上が結合した基が挙げられる。
上記二価の脂肪族炭化水素基としては、例えば、アルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基などが挙げられる。アルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基、イソオクチレン基等の直鎖状または分岐鎖状アルキレン基(好ましくはC1-8アルキレン基、より好ましくはC1-5アルキレン基、さらに好ましくはC2-4アルキレン基)などが挙げられる。アルケニレン基としては、例えば、エチニレン基、1-プロペニレン基、イソプロペニレン基、1-ブテニレン基、2-ブテニレン基、3-ブテニレン基、1-ペンテニレン基、2-ペンテニレン基、3-ペンテニレン基、4-ペンテニレン基、5-ヘキセニレン基等の直鎖状または分岐鎖状アルケニレン基(好ましくはC2-10アルケニレン基、より好ましくはC2-5アルケニレン基)などが挙げられる。
上記二価の脂肪族炭化水素基としては、直鎖状または分岐鎖状アルキレン基、直鎖状または分岐鎖状アルケニレン基が好ましく、より好ましくは直鎖状または分岐鎖状アルキレン基である。
上記二価の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロプロピレン基、シクロブチレン基、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、シクロドデシレン基等のC3-12シクロアルキレン基;シクロヘキセニレン基等のC3-12シクロアルケニレン基;ビシクロヘプタニレン基、ビシクロヘプテニレン基等のC4-15架橋環式炭化水素基などが挙げられる。
上記二価の芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニレン基、ナフチレン基等のC6-14アリーレン基(特に、C6-10アリーレン基)などが挙げられる。
上記二価の複素環式基における複素環としては、R1において、一価の複素環式基における複素環として例示および説明されたものが挙げられる。
上記二価の有機基は置換基を有していてもよい。上記置換基としては、R1において、上記一価の有機基における置換基として例示および説明されたものが挙げられる。その他、ヒドロキシ基、アミノ基、カルボキシ基、チオール基、ハロゲン原子などが挙げられる。
上記二価の有機基としては、二価の炭化水素基が好ましく、より好ましくはC1-8炭化水素基、さらに好ましくはC1-5炭化水素基、特に好ましくはC2-4炭化水素基である。上記炭素数が上記範囲内であると、脂環式エポキシ化合物マトリックス中のナノダイヤモンド粒子の分散性がより優れる。
上記式(1)で表される基としては、具体的には、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、1-メチルエチルオキシ基、2-メチルエチルオキシ基等のアルコキシ基;ビニルオキシ基等のアルケニルオキシ基;アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基等のアシルオキシ基;アミノメチル基等のアルキル置換アミノ基;上記式(1)中の(-R2-X)nが、ポリエチレングリコール鎖、ポリプロピレングリコール鎖等の、(-R2-X)nがポリオキシアルキレン鎖である基;上記式(1)中の(-R2-X)nがポリグリセリル鎖である基などが挙げられる。
上記式(1)中の(-R2-X)nがポリオキシアルキレン鎖である場合、Xは酸素原子を示し、R2は、アルキレン基を示し、好ましくはC1-4アルキレン基である。C1-4アルキレン基としては、エチレン基、イソプロピレン基、イソブチレン基、テトラメチレン基などが挙げられる。中でも、エチレン基、イソプロピレン基が好ましい。nが2以上の整数である場合の複数のR2はそれぞれ同一であってもよく異なっていてもよい。複数のR2が異なる場合、上記ポリオキシアルキレン鎖を構成するオキシアルキレン(-R2-X)の結合形態は、ランダム、交互、ブロックのいずれであってもよい。nは、オキシアルキレン(-R2-X)の重合度であり、2以上の整数を示す。nは、好ましくは2~50の整数、より好ましくは4~45の整数、さらに好ましくは6~40の整数である。nが2以上であると、表面修飾基同士の立体障害が大きくなりマトリックス中で分散しやすい。nが50以下であると、表面修飾基同士が絡まり合うのを抑制し、マトリックス中で分散しやすい。また、ダイヤモンド材料としての特性を損ないにくい。また、上記式(1)における括弧外のXは、-NH-C(=O)-O-が好ましい。
上記ポリオキシアルキレン鎖としては、具体的には、例えば、ポリエチレングリコール鎖、ポリプロピレングリコール鎖、ポリテトラメチレングリコール鎖、ポリブチレングリコール鎖などが挙げられる。また、それぞれの表面修飾基において、上記ポリオキシアルキレン鎖は、一種のみのオキシアルキレンからなるものであってもよいし、二種以上のオキシアルキレンからなるものであってもよい。二種以上のオキシアルキレンからなるポリオキシアルキレン鎖としては、例えば、ポリエチレングリコール-ポリプロピレングリコール鎖などが挙げられる。上記ポリオキシアルキレン鎖が二種以上のオキシアルキレンからなるものである場合、上記二種以上のオキシアルキレンの結合形態は、ランダム、交互、ブロックのいずれであってもよい。
上記ポリオキシアルキレン鎖は、ポリオキシアルキレンとしての数平均分子量で、好ましくは100~10000、より好ましくは200~5000、さらに好ましくは300~4000、さらに好ましくは400~2500、特に好ましくは500~3000である。
上記ポリオキシアルキレン鎖におけるオキシアルキレン基の平均重合度(数平均重合度)は、2~50が好ましく、より好ましくは4~45、さらに好ましくは6~40である。上記平均重合度が2以上であると、上記表面修飾基同士の立体障害が大きくなりマトリックス中で分散しやすい。上記平均重合度が50以下であると、上記表面修飾基同士が絡まり合うのを抑制し、マトリックス中で分散しやすい。また、ダイヤモンド材料としての特性を損ないにくい。
上記式(1)中の(-R2-X)nがポリグリセリン鎖である場合、(-R2-X)nは下記式(A)で表されるポリグリセリン鎖であることが好ましい。
-(C3H6O2)p-(C3H5O2Ra)q- (A)
[式(A)中、pおよびqは、それぞれ、括弧内の繰り返し単位の平均重合度を示し、pは0以上の値、qは0を超える値、p+qは1以上の整数を示す。Raは、一価の有機基を示す。]
-(C3H6O2)p-(C3H5O2Ra)q- (A)
[式(A)中、pおよびqは、それぞれ、括弧内の繰り返し単位の平均重合度を示し、pは0以上の値、qは0を超える値、p+qは1以上の整数を示す。Raは、一価の有機基を示す。]
上記式(A)中のpが付された[C3H6O2]は、下記式(a)~(c)で示される構造の1以上を有する。
-CH2-CHOH-CH2-O- (a)
-CH2-CH(CH2OH)-O- (b)
-CH(CH2OH)-CH2-O- (c)
-CH2-CHOH-CH2-O- (a)
-CH2-CH(CH2OH)-O- (b)
-CH(CH2OH)-CH2-O- (c)
上記式(A)中のqが付された[C3H5O2Ra]は、下記式(d)~(f)で示される構造の1以上を有する。
-CH2-CH(ORa)-CH2-O- (d)
-CH2-CH(CH2ORa)-O- (e)
-CH(CH2ORa)-CH2-O- (f)
-CH2-CH(ORa)-CH2-O- (d)
-CH2-CH(CH2ORa)-O- (e)
-CH(CH2ORa)-CH2-O- (f)
p+qは、好ましくは1~100、より好ましくは2~40、さらに好ましくは3~30である。p+qが1以上であると、表面修飾基同士の立体障害が大きくなりマトリックス中で分散しやすい。p+qが100以下であると、表面修飾基同士が絡まり合うのを抑制し、マトリックス中で分散しやすい。また、ナノダイヤモンド材料としての特性を損ないにくい。なお、[q/(p+q)]は、0.6以上(例えば0.8~1.0)が好ましい。
なお、上記平均重合度は、原料ナノダイヤモンドの表面官能基1に対し結合したポリグリセリン鎖を構成するグリシドール単位の数で定義され、当該原料ナノダイヤモンドの表面官能基数は原料ナノダイヤモンドの元素分析値測定、酸価の測定、またはこれら両方を組み合わせて測定することにより求めることができる。
上記式(1)中、Xの総量に対する、R1およびR2中の炭素原子の総量(モル比)は1~8であることが好ましく、より好ましくは1~3、さらに好ましくは1~2である。上記モル比が上記範囲内であると、ナノダイヤモンド粒子表面に存在する表面修飾基中にヘテロ原子と有機基がバランス良く存在することとなるため、ナノダイヤモンド粒子(B)は脂環式エポキシ化合物(A)との親和性により優れ、脂環式エポキシ化合物マトリックス中でのナノダイヤモンド粒子の分散性により優れる。
上記式(1)において、X(括弧外のX)から左に伸びる結合手は、直接的または間接的にナノダイヤモンド粒子に結合している。上記式(1)において、X(括弧外のX)から左に伸びる結合手は二価の有機基に結合していることが好ましい。すなわち、上記式(1)で表される基は下記式(2)で表される基であることが好ましい。
-R3-X(-R2-X)n-R1 (2)
[式(2)中、R3は、置換または無置換の二価の有機基を示す。その他については上記式(1)におけるものと同様である。]
-R3-X(-R2-X)n-R1 (2)
[式(2)中、R3は、置換または無置換の二価の有機基を示す。その他については上記式(1)におけるものと同様である。]
R3は、置換または無置換の二価の有機基を示す。上記二価の有機基としては、上記式(1)におけるR2として例示および説明された二価の有機基が挙げられる。
R3における二価の有機基としては、二価の炭化水素基が好ましく、より好ましくはC1-20炭化水素基、さらに好ましくはC1-10炭化水素基、特に好ましくはC1-5炭化水素基である。上記炭素数が上記範囲内であると、脂環式エポキシ化合物マトリックス中のナノダイヤモンド粒子の分散性がより優れる。
上記式(2)中、Xの総量に対する、R1、R2、およびR3中の炭素原子の総量(モル比)は1~8であることが好ましく、より好ましくは1~3、さらに好ましくは1~2である。上記モル比が上記範囲内であると、ナノダイヤモンド粒子表面に存在する表面修飾基中にヘテロ原子と有機基がバランス良く存在することとなるため、ナノダイヤモンド粒子(B)は脂環式エポキシ化合物(A)との親和性により優れ、脂環式エポキシ化合物マトリックス中でのナノダイヤモンド粒子の分散性により優れる。
上記式(2)において、R3から左に伸びる結合手は、直接的または間接的にナノダイヤモンド粒子に結合している。上記式(2)において、R3から左に伸びる結合手はケイ素原子を介してナノダイヤモンド粒子に結合していてもよい。この場合、R3から左に伸びる結合手がケイ素原子に結合していることが好ましい。上記式(2)で表される基は下記式(3)で表される基であることが好ましい。このような表面修飾基は、ナノダイヤモンド粒子表面への導入が容易である。
-O-Si-R3-X(-R2-X)n-R1 (3)
-O-Si-R3-X(-R2-X)n-R1 (3)
上記式(3)において、酸素原子から左に伸びる結合手はナノダイヤモンド粒子に結合している。式(3)中のケイ素原子は、式(3)に示す酸素原子およびR3の他、酸素原子を介して、水素原子、炭素数1~3の脂肪族炭化水素基、ナノダイヤモンド粒子、またはケイ素原子に結合する。
なお、上記式(3)中、ケイ素原子が酸素原子を介して水素原子に結合した構造は、ナノダイヤモンド粒子と結合した上記式(3)で表される基中の未反応のアルコキシシリル基が加水分解した構造などを示すものである。また、上記式(3)中、ケイ素原子が酸素原子を介して炭素数1~3の脂肪族炭化水素基に結合した構造は、ナノダイヤモンド粒子と結合した上記式(3)で表される基中の未反応のアルコキシシリル基が残存している構造などを示すものである。また、ケイ素原子が酸素原子を介してケイ素原子におけるケイ素原子に結合した構造は、ナノダイヤモンド粒子と結合した上記式(3)で表される基中の未反応のアルコキシシリル基と、未反応の後述のシランカップリング剤や、ナノダイヤモンド粒子と脱水縮合により結合した他の上記式(3)で表される基中のアルコキシシリル基とが反応した構造などを示すものである。
上記表面修飾ナノダイヤモンドには、ジルコニアが付着(固着)していてもよい。ジルコニアが上記表面修飾ナノダイヤモンドに付着したものを「表面修飾ナノダイヤモンド複合体」と称する場合がある。すなわち、上記表面修飾ナノダイヤモンド複合体は、上記表面修飾ナノダイヤモンドと、上記表面修飾ナノダイヤモンドに付着したジルコニアとを含む。なお、ジルコニアの付着状態は、物理的付着(固着、接着など)であってもよいし、化学的付着(ナノダイヤモンド粒子または表面修飾基との共有結合、分子間力による結合、水素結合、イオン結合など)であってもよいし、これらの両方であってもよい。ジルコニアは、一種のみを用いてもよいし、二種以上を用いてもよい。
ナノダイヤモンド粒子(B)または上記表面修飾ナノダイヤモンド粒子における表面修飾前のナノダイヤモンド粒子としては、例えば、爆轟法ナノダイヤモンド(すなわち、爆轟法によって生成したナノダイヤモンド)や、高温高圧法ナノダイヤモンド(すなわち、高温高圧法によって生成したナノダイヤモンド)を使用することができる。中でも、表面修飾基の導入するための官能基が多く存在する傾向がある点、また、マトリックス中の分散性がより優れる点で、すなわち一次粒子の粒子径が一桁ナノメートルである点で、爆轟法ナノダイヤモンドが好ましい。
上記爆轟法ナノダイヤモンドには、空冷式爆轟法ナノダイヤモンド(すなわち、空冷式爆轟法によって生成したナノダイヤモンド)と水冷式爆轟法ナノダイヤモンド(すなわち、水冷式爆轟法によって生成したナノダイヤモンド)が挙げられる。中でも、空冷式爆轟法ナノダイヤモンドが水冷式爆轟法ナノダイヤモンドよりも一次粒子が小さい点で好ましい。
上記式(3)で表される基を含む表面修飾基を有する表面修飾ナノダイヤモンド粒子は、例えば、ヒドロキシ基(-OH)を表面に有するナノダイヤモンド粒子と特定のシランカップリング剤とを反応させる修飾化工程を経て製造することができる。なお、表面修飾されていないナノダイヤモンド粒子は、通常表面にヒドロキシ基を有する。上記特定のシランカップリング剤は、上記式(3)で表される基におけるケイ素原子が、R3に結合する結合手以外の3つの結合手がそれぞれ酸素原子を介してC1-3脂肪族炭化水素基に結合した化合物である。
上記修飾化工程は、乾燥ナノダイヤモンドと、シランカップリング剤と、溶媒とを含む混合溶液を、反応容器内で撹拌して行う。
上記溶媒としては、水、有機溶媒、イオン液体などが挙げられる。上記有機溶媒としては、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭化水素(特に、直鎖状飽和脂肪族炭化水素);ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂環式炭化水素;ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド等の非プロトン性極性溶媒;クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、四塩化炭素、クロロベンゼン、トリフルオロメチルベンゼン等のハロゲン化炭化水素;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン(THF)、ジオキサン等の鎖状または環状エーテル;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル;メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン等の鎖状ケトン;アセトニトリル等のニトリルなどが挙げられる。中でも、環状エーテル(例えばTHF)、鎖状ケトン(例えばMEK、MIBK)が好ましい。上記溶媒は、一種のみを用いてもよく、二種以上を用いてもよい。
上記修飾化工程において、ナノダイヤモンド粒子中にナノダイヤモンド粒子が凝着して二次粒子を形成したナノダイヤモンド粒子凝集体(凝着体)が含まれる場合には、上記シランカップリング剤とナノダイヤモンド粒子との反応を、ナノダイヤモンド粒子を解砕または分散化しつつ行ってもよい。これにより、ナノダイヤモンド粒子凝集体を一次粒子にまで解砕することができ、ナノダイヤモンド一次粒子の表面を修飾することができ、ナノダイヤモンド粒子(B)の分散性を向上することが可能となる。
ナノダイヤモンド粒子を解砕または分散化する方法としては、例えば、高剪断ミキサー、ハイシアーミキサー、ホモミキサー、ボールミル、ビーズミル、高圧ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、コロイドミル、ジェットミルなどにより処理する方法が挙げられる。中でも、解砕メディア(例えば、ジルコニアビーズなど)の存在下で超音波処理を施すことが好ましい。なお、解砕メディアとしてジルコニアビーズを用いることで結果として上記表面修飾ナノダイヤモンド複合体や、ジルコニアを含む硬化性エポキシ組成物を得ることもできる。超音波処理によりキャビテーション(微小気泡)が発生し、そのキャビテーションの崩壊時に生じるジェット噴流によって解砕メディアが極めて大きな運動エネルギーを得、当該解砕メディアがナノダイヤモンド凝集体に衝突して、衝撃エネルギーを与えることにより、ナノダイヤモンド凝集体からナノダイヤモンド粒子が解かれ(解砕)、乖離状態にあるナノダイヤモンド粒子にシランカップリング剤が作用して結合する。ナノダイヤモンド粒子(B)に、ナノダイヤモンド粒子が凝着したナノダイヤモンド凝着体が含まれる場合にはこのナノダイヤモンド凝着体を一次粒子にまで解砕することができ、ナノダイヤモンド一次粒子の表面を修飾することができ、マトリックス中の分散性に優れた表面修飾ナノダイヤモンドが得られるからである。
上記解砕メディア(例えば、ジルコニアビーズなど)の直径は、例えば15~500μm、好ましくは15~300μm、特に好ましくは15~100μmである。
反応に供するナノダイヤモンド粒子と上記シランカップリング剤との比率(前者:後者、質量比)は、例えば2:1~1:80である。また、溶媒中におけるナノダイヤモンド粒子の濃度は、例えば0.5~10質量%であり、溶媒中における上記シランカップリング剤の濃度は、例えば5~60質量%である。
ナノダイヤモンド粒子と上記シランカップリング剤の反応時間は、例えば4~20時間である。また、反応は、発生する熱を氷水などを用いて冷却しながら行うことが好ましい。
上記硬化性エポキシ組成物中におけるナノダイヤモンド粒子(B)の平均一次粒子径は、例えば10nm以下であり、好ましくは8nm以下、より好ましくは7nm以下である。上記平均一次粒子径の下限は、例えば2nmである。上記平均一次粒子径が小さいほど、硬化性エポキシ組成物中の分散性が向上し、硬化物の耐熱性を向上させることができる。なお、ナノダイヤモンド粒子(B)の平均一次粒子径は、硬化性エポキシ系組成物中に分散した各ナノダイヤモンド粒子(B)の一次粒子径の平均値であり、例えば爆轟法によって作成されたナノダイヤモンド粒子またはその表面修飾物をナノダイヤモンド粒子(B)として用いた場合には、平均一次粒子径は上記範囲内となる傾向がある。
上記硬化性エポキシ組成物中におけるナノダイヤモンド粒子(B)の平均分散粒子径は、例えば100nm以下であり、好ましくは50nm以下、より好ましくは40nm以下である。上記平均分散粒子径の下限は、例えば5nmである。上記平均分散粒子径が小さいほど、硬化物の耐熱性を向上させることができる。なお、硬化性エポキシ組成物中のナノダイヤモンド粒子(B)の平均分散粒子径は、上記硬化性エポキシ組成物を硬化させて得られる硬化物中のナノダイヤモンド粒子(B)の平均分散粒子径として算出してもよい。硬化性エポキシ組成物の硬化によりナノダイヤモンド粒子(B)の分散が進行することや、あるいは大幅に凝集することは考えにくいため、硬化物中のナノダイヤモンド粒子(B)の平均分散粒子径が上記範囲内であれば、硬化性組成物中のナノダイヤモンド粒子(B)の平均分散粒子径も上記範囲内であると認定することができる。すなわち、上記硬化物中のナノダイヤモンド粒子(B)の平均分散粒子径は、上記範囲内であることが好ましい。上記平均分散粒子径は、硬化性エポキシ組成物または硬化物について、透過電子顕微鏡(TEM)観察により得られた画像において300個の分散ナノダイヤモンド粒子(凝集体の場合は分散ナノダイヤモンド粒子の凝集体)それぞれについて最も長い長さを測定し、これらの平均値として算出することができる。
上記硬化性エポキシ組成物中のナノダイヤモンド粒子(B)の含有割合は、特に限定されないが、硬化性エポキシ組成物の総量(100質量%)に対して、例えば0.1質量ppm~10質量%である。また、上記硬化性エポキシ組成物中のナノダイヤモンド粒子(B)の含有量は、脂環式エポキシ化合物(A)の総量100質量部に対して、例えば0.01~50質量部であり、好ましくは0.05~40質量部、より好ましくは0.1~10質量部である。
ナノダイヤモンド粒子(B)の含有割合は、350nmにおける吸光度より算出することができる。なお、表面修飾ナノダイヤモンド粒子の含有割合が低濃度(例えば2000質量ppm以下)である場合、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP発光分光分析法)によりナノダイヤモンド粒子を表面修飾している化合物を検出し、その検出量に基づき求めることもできる。
上記硬化性エポキシ組成物中のジルコニアの含有割合は、硬化性エポキシ組成物の総量(100質量%)に対して、例えば0.001~10質量%であり、好ましくは0.01~1.0質量%、より好ましくは0.05~0.5質量%である。
ジルコニアの含有割合は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP発光分光分析法)によりZrを検出し、含有割合が既知である分散液を基準としてZrの検出量に基づき求めることができる。
上記硬化性エポキシ組成物におけるジルコニアと上記表面修飾ナノダイヤモンド粒子の質量比[前者/後者]は、例えば0.01~1.0であり、好ましくは0.05~0.75、より好ましくは0.1~0.5である。上記質量比が0.01以上であると、ジルコニアを含むことによる効果をより充分に発揮することができる。上記質量比が1.0以下であると、上記表面修飾ナノダイヤモンド粒子による効果をより充分に発揮することができる。
(硬化剤(C))
硬化剤(C)は、脂環式エポキシ化合物(A)などのエポキシ基を有する化合物と反応することにより、硬化性エポキシ組成物を硬化させる働きを有する化合物である。硬化剤(C)としては、エポキシ樹脂用硬化剤として公知乃至慣用の硬化剤を使用することができ、特に限定されないが、例えば、酸無水物類(酸無水物系硬化剤)、アミン類(アミン系硬化剤)、ポリアミド樹脂、イミダゾール類(イミダゾール系硬化剤)、ポリメルカプタン類(ポリメルカプタン系硬化剤)、フェノール類(フェノール系硬化剤)、ポリカルボン酸類、ジシアンジアミド類、有機酸ヒドラジドなどが挙げられる。硬化剤(C)は、一種のみを用いてもよいし、二種以上を用いてもよい。
硬化剤(C)は、脂環式エポキシ化合物(A)などのエポキシ基を有する化合物と反応することにより、硬化性エポキシ組成物を硬化させる働きを有する化合物である。硬化剤(C)としては、エポキシ樹脂用硬化剤として公知乃至慣用の硬化剤を使用することができ、特に限定されないが、例えば、酸無水物類(酸無水物系硬化剤)、アミン類(アミン系硬化剤)、ポリアミド樹脂、イミダゾール類(イミダゾール系硬化剤)、ポリメルカプタン類(ポリメルカプタン系硬化剤)、フェノール類(フェノール系硬化剤)、ポリカルボン酸類、ジシアンジアミド類、有機酸ヒドラジドなどが挙げられる。硬化剤(C)は、一種のみを用いてもよいし、二種以上を用いてもよい。
硬化剤(C)としての酸無水物類(酸無水物系硬化剤)としては、公知乃至慣用の酸無水物系硬化剤を使用でき、特に限定されないが、例えば、メチルテトラヒドロ無水フタル酸(4-メチルテトラヒドロ無水フタル酸、3-メチルテトラヒドロ無水フタル酸等)、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸(4-メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、3-メチルヘキサヒドロ無水フタル酸等)、ドデセニル無水コハク酸、メチルエンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、無水フタル酸、無水マレイン酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルシクロヘキセンジカルボン酸無水物、無水ピロメリット酸、無水トリメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、無水ナジック酸、無水メチルナジック酸、水素化メチルナジック酸無水物、4-(4-メチル-3-ペンテニル)テトラヒドロ無水フタル酸、無水コハク酸、無水アジピン酸、無水セバシン酸、無水ドデカン二酸、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸無水物、ビニルエーテル-無水マレイン酸共重合体、アルキルスチレン-無水マレイン酸共重合体などが挙げられる。中でも、取り扱い性の観点で、25℃で液状の酸無水物[例えば、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、ドデセニル無水コハク酸、メチルエンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸等]が好ましい。一方、25℃で固体状の酸無水物については、例えば、25℃で液状の酸無水物に溶解させて液状の混合物とすることで、上記硬化性エポキシ組成物における硬化剤としての取り扱い性が向上する傾向がある。酸無水物系硬化剤としては、硬化物の耐熱性、透明性の観点で、飽和単環炭化水素ジカルボン酸の無水物(環にアルキル基などの置換基が結合したものも含む)が好ましい。
硬化剤(C)としてのアミン類(アミン系硬化剤)としては、公知乃至慣用のアミン系硬化剤を使用でき、特に限定されないが、例えば、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジプロピレンジアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、ポリプロピレントリアミン等の脂肪族ポリアミン;メンセンジアミン、イソホロンジアミン、ビス(4-アミノ-3-メチルジシクロヘキシル)メタン、ジアミノジシクロヘキシルメタン、ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、N-アミノエチルピペラジン、3,9-ビス(3-アミノプロピル)-3,4,8,10-テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン等の脂環式ポリアミン;m-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、トリレン-2,4-ジアミン、トリレン-2,6-ジアミン、メシチレン-2,4-ジアミン、3,5-ジエチルトリレン-2,4-ジアミン、3,5-ジエチルトリレン-2,6-ジアミン等の単核ポリアミン、ビフェニレンジアミン、4,4-ジアミノジフェニルメタン、2,5-ナフチレンジアミン、2,6-ナフチレンジアミン等の芳香族ポリアミンなどが挙げられる。
硬化剤(C)としてのフェノール類(フェノール系硬化剤)としては、公知乃至慣用のフェノール系硬化剤を使用でき、特に限定されないが、例えば、ノボラック型フェノール樹脂、ノボラック型クレゾール樹脂、パラキシリレン変性フェノール樹脂、パラキシリレン・メタキシリレン変性フェノール樹脂等のアラルキル樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、トリフェノールプロパンなどが挙げられる。
硬化剤(C)としてのポリアミド樹脂としては、例えば、分子内に第1級アミノ基および第2級アミノ基のいずれか一方または両方を有するポリアミド樹脂などが挙げられる。
硬化剤(C)としてのイミダゾール類(イミダゾール系硬化剤)としては、公知乃至慣用のイミダゾール系硬化剤を使用でき、特に限定されないが、例えば、2-メチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-ウンデシルイミダゾール、2-ヘプタデシルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾリウムトリメリテート、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾリウムトリメリテート、2-メチルイミダゾリウムイソシアヌレート、2-フェニルイミダゾリウムイソシアヌレート、2,4-ジアミノ-6-[2-メチルイミダゾリル-(1)]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2-エチル-4-メチルイミダゾリル-(1)]-エチル-s-トリアジンなどが挙げられる。
硬化剤(C)としてのポリメルカプタン類(ポリメルカプタン系硬化剤)としては、例えば、液状のポリメルカプタン、ポリスルフィド樹脂などが挙げられる。
硬化剤(C)としてのポリカルボン酸類としては、例えば、アジピン酸、セバシン酸、テレフタル酸、トリメリット酸、カルボキシ基含有ポリエステルなどが挙げられる。
中でも、硬化剤(C)としては、硬化物の耐熱性、透明性の観点で、酸無水物類(酸無水物系硬化剤)が好ましい。
上記硬化性エポキシ組成物における硬化剤(C)の含有量(配合量)は、特に限定されないが、硬化性エポキシ組成物に含まれるエポキシ基を有する化合物(例えば、脂環式エポキシ化合物(A))の総量100質量部に対して、50~200質量部が好ましく、より好ましくは80~150質量部である。より具体的には、硬化剤(C)として酸無水物類を使用する場合、上記硬化性エポキシ組成物に含まれる全てのエポキシ基を有する化合物におけるエポキシ基1当量当たり、0.5~1.5当量となる割合で使用することが好ましい。硬化剤(C)の含有量を50質量部以上とすることにより、硬化を充分に進行させることができ、硬化物の強靭性がより向上する傾向がある。一方、硬化剤(C)の含有量を200質量部以下とすることにより、より着色が抑制され、色相に優れた硬化物が得られる傾向がある。
(硬化促進剤(D))
硬化促進剤(D)は、エポキシ基を有する化合物が硬化剤(C)と反応する際に、その反応速度を促進する機能を有する化合物である。硬化促進剤(D)としては、公知乃至慣用の硬化促進剤を使用でき、特に限定されないが、例えば、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン-7(DBU)またはその塩(例えば、フェノール塩、オクチル酸塩、p-トルエンスルホン酸塩、ギ酸塩、テトラフェニルボレート塩等);1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]ノネン-5(DBN)またはその塩(例えば、フェノール塩、オクチル酸塩、p-トルエンスルホン酸塩、ギ酸塩、テトラフェニルボレート塩等);ベンジルジメチルアミン、2,4,6-トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、N,N-ジメチルシクロヘキシルアミン等の3級アミン;2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾール等のイミダゾール;リン酸エステル;トリフェニルホスフィン、トリス(ジメトキシ)ホスフィン等のホスフィン類;テトラフェニルホスホニウムテトラ(p-トリル)ボレート等のホスホニウム化合物;オクチル酸亜鉛、オクチル酸スズ、ステアリン酸亜鉛等の有機金属塩;アルミニウムアセチルアセトン錯体等の金属キレートなどが挙げられる。硬化促進剤(D)は、一種のみを用いてもよいし、二種以上を用いてもよい。
硬化促進剤(D)は、エポキシ基を有する化合物が硬化剤(C)と反応する際に、その反応速度を促進する機能を有する化合物である。硬化促進剤(D)としては、公知乃至慣用の硬化促進剤を使用でき、特に限定されないが、例えば、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン-7(DBU)またはその塩(例えば、フェノール塩、オクチル酸塩、p-トルエンスルホン酸塩、ギ酸塩、テトラフェニルボレート塩等);1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]ノネン-5(DBN)またはその塩(例えば、フェノール塩、オクチル酸塩、p-トルエンスルホン酸塩、ギ酸塩、テトラフェニルボレート塩等);ベンジルジメチルアミン、2,4,6-トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、N,N-ジメチルシクロヘキシルアミン等の3級アミン;2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾール等のイミダゾール;リン酸エステル;トリフェニルホスフィン、トリス(ジメトキシ)ホスフィン等のホスフィン類;テトラフェニルホスホニウムテトラ(p-トリル)ボレート等のホスホニウム化合物;オクチル酸亜鉛、オクチル酸スズ、ステアリン酸亜鉛等の有機金属塩;アルミニウムアセチルアセトン錯体等の金属キレートなどが挙げられる。硬化促進剤(D)は、一種のみを用いてもよいし、二種以上を用いてもよい。
上記硬化性エポキシ組成物における硬化促進剤(D)の含有量(配合量)は、特に限定されないが、硬化性エポキシ組成物に含まれるエポキシ基を有する化合物の総量100質量部に対して、0.01~5質量部が好ましく、より好ましくは0.03~3質量部、さらに好ましくは0.03~2質量部である。硬化促進剤(D)の含有量を0.01質量部以上とすることにより、いっそう効率的な硬化促進効果が得られる傾向がある。一方、硬化促進剤(D)の含有量を5質量部以下とすることにより、より着色が抑制され、色相に優れた硬化物が得られる傾向がある。
(硬化触媒(E))
硬化触媒(E)は、脂環式エポキシ化合物(A)等のカチオン重合性化合物の硬化反応(重合反応)を開始および/または促進させることにより、硬化性エポキシ組成物を硬化させる働きを有する化合物である。硬化触媒(E)としては、特に限定されないが、例えば、光照射や加熱処理等を施すことによりカチオン種を発生して、重合を開始させるカチオン重合開始剤(光カチオン重合開始剤、熱カチオン重合開始剤等)や、ルイス酸・アミン錯体、ブレンステッド酸塩類、イミダゾール類などが挙げられる。硬化触媒(E)は、一種のみを用いてもよいし、二種以上を用いてもよい。
硬化触媒(E)は、脂環式エポキシ化合物(A)等のカチオン重合性化合物の硬化反応(重合反応)を開始および/または促進させることにより、硬化性エポキシ組成物を硬化させる働きを有する化合物である。硬化触媒(E)としては、特に限定されないが、例えば、光照射や加熱処理等を施すことによりカチオン種を発生して、重合を開始させるカチオン重合開始剤(光カチオン重合開始剤、熱カチオン重合開始剤等)や、ルイス酸・アミン錯体、ブレンステッド酸塩類、イミダゾール類などが挙げられる。硬化触媒(E)は、一種のみを用いてもよいし、二種以上を用いてもよい。
硬化触媒(E)としての光カチオン重合開始剤としては、例えば、ヘキサフルオロアンチモネート塩、ペンタフルオロヒドロキシアンチモネート塩、ヘキサフルオロホスフェート塩、ヘキサフルオロアルセネート塩等が挙げられ、より具体的には、例えば、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(例えば、p-フェニルチオフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート等)、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等のスルホニウム塩(特に、トリアリールスルホニウム塩);ジアリールヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジアリールヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、ビス(ドデシルフェニル)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、ヨードニウム[4-(4-メチルフェニル-2-メチルプロピル)フェニル]ヘキサフルオロホスフェート等のヨードニウム塩;テトラフルオロホスホニウムヘキサフルオロホスフェート等のホスホニウム塩;N-ヘキシルピリジニウムテトラフルオロボレート等のピリジニウム塩などが挙げられる。
硬化触媒(E)としての熱カチオン重合開始剤としては、例えば、アリールジアゾニウム塩、アリールヨードニウム塩、アリールスルホニウム塩、アレン-イオン錯体などが挙げられる。さらに、熱カチオン重合開始剤としては、アルミニウムやチタン等の金属とアセト酢酸若しくはジケトン類とのキレート化合物とトリフェニルシラノール等のシラノールとの化合物、または、アルミニウムやチタン等の金属とアセト酢酸若しくはジケトン類とのキレート化合物とビスフェノールS等のフェノール類との化合物なども挙げられる。
硬化触媒(E)としてのルイス酸・アミン錯体としては、公知乃至慣用のルイス酸・アミン錯体系硬化触媒を使用することができ、特に限定されないが、例えば、BF3・n-ヘキシルアミン、BF3・モノエチルアミン、BF3・ベンジルアミン、BF3・ジエチルアミン、BF3・ピペリジン、BF3・トリエチルアミン、BF3・アニリン、BF4・n-ヘキシルアミン、BF4・モノエチルアミン、BF4・ベンジルアミン、BF4・ジエチルアミン、BF4・ピペリジン、BF4・トリエチルアミン、BF4・アニリン、PF5・エチルアミン、PF5・イソプロピルアミン、PF5・ブチルアミン、PF5・ラウリルアミン、PF5・ベンジルアミン、AsF5・ラウリルアミンなどが挙げられる。
硬化触媒(E)としてのブレンステッド酸塩類としては、公知乃至慣用のブレンステッド酸塩類を使用することができ、特に限定されないが、例えば、脂肪族スルホニウム塩、芳香族スルホニウム塩、ヨードニウム塩、ホスホニウム塩などが挙げられる。
硬化触媒(E)としてのイミダゾール類としては、公知乃至慣用のイミダゾール類を使用することができ、特に限定されないが、例えば、2-メチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-ウンデシルイミダゾール、2-ヘプタデシルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾリウムトリメリテート、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾリウムトリメリテート、2-メチルイミダゾリウムイソシアヌレート、2-フェニルイミダゾリウムイソシアヌレート、2,4-ジアミノ-6-[2-メチルイミダゾリル-(1)]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2-エチル-4-メチルイミダゾリル-(1)]-エチル-s-トリアジンなどが挙げられる。
上記硬化性エポキシ組成物における硬化触媒(E)の含有量(配合量)は、特に限定されないが、硬化性エポキシ組成物に含まれるカチオン重合性化合物の総量100質量部に対して、0.01~15質量部が好ましく、より好ましくは0.01~12質量部、さらに好ましくは0.05~10質量部、特に好ましくは0.05~8質量部である。硬化触媒(E)を上記範囲内で使用することにより、硬化性エポキシ組成物の硬化速度が速くなり、硬化物の耐熱性および透明性がバランスよく向上する傾向がある。
上記硬化性エポキシ組成物は、脂環式エポキシ化合物(A)以外のカチオン硬化性化合物を含んでいてもよい。上記硬化性エポキシ組成物におけるカチオン硬化性化合物中の脂環式エポキシ化合物(A)の含有割合は、上記硬化性エポキシ組成物中の全てのカチオン硬化性化合物の総量(100質量%)に対して、50質量%以上が好ましく、より好ましくは60質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上、さらに好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、特に好ましくは95質量%以上である。また、硬化性エポキシ組成物に含まれるエポキシ基を有する化合物100質量%中の脂環式エポキシ化合物(A)の含有割合が、上記範囲内であることが好ましい。
上記硬化性エポキシ組成物は、上述の各成分以外のその他の成分を含有していてもよい。その他の成分としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン等のヒドロキシ基を有する化合物を含有させると、反応を緩やかに進行させることができる。その他にも、粘度や透明性を損なわない範囲内で、シリコーン系やフッ素系等の消泡剤、レベリング剤、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシランや3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤等のカップリング剤、界面活性剤、シリカ、アルミナ等の無機充填剤、難燃剤、着色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、イオン吸着体、着色料、蛍光体(例えば、YAG系の蛍光体微粒子、シリケート系蛍光体微粒子等の無機蛍光体微粒子等)、離型剤、増粘剤、分散剤、防錆剤、腐食防止剤、凝固点降下剤、耐摩耗添加剤などの慣用の添加剤を使用することができる。
上記硬化性エポキシ組成物は、特に限定されないが、上述の各成分を、必要に応じて加熱した状態で撹拌・混合することにより調製することができる。なお、上記硬化性エポキシ組成物は、各成分があらかじめ混合されたものをそのまま使用する1液系の組成物として使用することもできるし、例えば、別々に保管しておいた2以上の成分を使用前に混合して使用する多液系(例えば、2液系)の組成物として使用することもできる。上記撹拌・混合の方法は、特に限定されず、例えば、ディゾルバー、ホモジナイザー等の各種ミキサー、ニーダー、ロール、ビーズミル、自公転式撹拌装置等の公知乃至慣用の撹拌・混合手段を使用できる。また、撹拌・混合後、真空下にて脱泡してもよい。
上記硬化性エポキシ組成物は、25℃において液状であることが好ましい。上記硬化性エポキシ組成物の25℃における粘度は、特に限定されないが、100~10000mPa・sが好ましく、より好ましくは200~9000mPa・s、さらに好ましくは300~8000mPa・sである。25℃における粘度を100mPa・s以上とすることにより、注型時の作業性が向上したり、硬化物の耐熱性がより向上する傾向がある。一方、25℃における粘度を10000mPa・s以下とすることにより、注型時の作業性が向上したり、硬化物に注型不良に由来する不具合が生じにくくなる傾向がある。なお、硬化性エポキシ組成物の25℃における粘度は、例えば、デジタル粘度計(型番「DVU-EII型」、株式会社トキメック製)を用いて、ローター:標準1°34′×R24、温度:25℃、回転数:0.5~10rpmの条件で測定することができる。
[硬化物]
上記硬化性エポキシ組成物を硬化させることにより、耐熱性に優れた硬化物を得ることができる。硬化の手段としては、加熱処理や光照射処理等の公知乃至慣用の手段を利用できる。加熱により硬化させる際の温度(硬化温度)は、特に限定されないが、45~200℃が好ましく、より好ましくは50~190℃、さらに好ましくは55~180℃である。また、硬化の際に加熱する時間(硬化時間)は、特に限定されないが、30~600分が好ましく、より好ましくは45~540分、さらに好ましくは60~480分である。硬化温度と硬化時間が45℃以上であると硬化が充分となり、200℃以下であると樹脂成分の分解を抑制することができる。硬化条件は種々の条件に依存するが、例えば、硬化温度を高くした場合は硬化時間を短く、硬化温度を低くした場合は硬化時間を長くする等により、適宜調整することができる。また、硬化は、一段階で行うこともできるし、二段階以上の多段階で行うこともできる。上記硬化物では、ナノダイヤモンド粒子(B)は脂環式エポキシ化合物(A)が重合して形成されたエポキシ樹脂を連続相としたマトリックス中に分散している。
上記硬化性エポキシ組成物を硬化させることにより、耐熱性に優れた硬化物を得ることができる。硬化の手段としては、加熱処理や光照射処理等の公知乃至慣用の手段を利用できる。加熱により硬化させる際の温度(硬化温度)は、特に限定されないが、45~200℃が好ましく、より好ましくは50~190℃、さらに好ましくは55~180℃である。また、硬化の際に加熱する時間(硬化時間)は、特に限定されないが、30~600分が好ましく、より好ましくは45~540分、さらに好ましくは60~480分である。硬化温度と硬化時間が45℃以上であると硬化が充分となり、200℃以下であると樹脂成分の分解を抑制することができる。硬化条件は種々の条件に依存するが、例えば、硬化温度を高くした場合は硬化時間を短く、硬化温度を低くした場合は硬化時間を長くする等により、適宜調整することができる。また、硬化は、一段階で行うこともできるし、二段階以上の多段階で行うこともできる。上記硬化物では、ナノダイヤモンド粒子(B)は脂環式エポキシ化合物(A)が重合して形成されたエポキシ樹脂を連続相としたマトリックス中に分散している。
上記硬化物のガラス転移温度(Tg)は、120℃以上が好ましい。上記ガラス転移温度は、例えば200℃以下、150℃以下であってもよい。ガラス転移温度が120℃以上であると、硬化物の耐熱性が充分となる。硬化物のガラス転移温度は、各種熱分析(DSC(示差走査熱量計)、TMA(熱機械分析装置)等)や動的粘弾性測定等により測定でき、より具体的には、実施例に記載の測定方法により測定できる。
上記硬化性エポキシ組成物および上記硬化物は、例えば、光半導体用封止剤(光半導体装置における光半導体素子の封止剤)や、接着剤、電気絶縁材、積層板、コーティング剤、インク、塗料、シーラント、レジスト、複合材料、透明基材、透明シート、透明フィルム、光学素子、光学レンズ、光学部材、光造形、電子ペーパー、タッチパネル、太陽電池基板、光導波路、導光板、ホログラフィックメモリ等の各種用途に使用することができる。
本明細書に開示された各々の態様は、本明細書に開示された他のいかなる特徴とも組み合わせることができる。各実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は、一例であって、本開示の趣旨から逸脱しない範囲内で、適宜、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本開示に係る各発明は、実施形態や以下の実施例によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
以下に、実施例に基づいて本開示の一実施形態をより詳細に説明する。
実施例1
下記のようにして、表面修飾ナノダイヤモンド粒子、硬化性エポキシ組成物、および硬化物を製造した。
下記のようにして、表面修飾ナノダイヤモンド粒子、硬化性エポキシ組成物、および硬化物を製造した。
(表面修飾ナノダイヤモンド粒子の作製)
まず、爆轟法によるナノダイヤモンドの生成工程を行った。本工程では、まず、成形された爆薬に電気雷管が装着されたものを爆轟用の耐圧性容器の内部に設置して容器を密閉した。容器は鉄製で、容器の容積は15m3である。爆薬としては、TNTとRDXとの混合物0.50kgを使用した。この爆薬におけるTNTとRDXの質量比(TNT/RDX)は、50/50である。次に、電気雷管を起爆させ、容器内で爆薬を爆轟させた(爆轟法によるナノダイヤモンドの生成)。次に、室温での24時間の放置により、容器およびその内部を降温させた。この放冷の後、容器の内壁に付着しているナノダイヤモンド粗生成物(上記爆轟法で生成したナノダイヤモンド粒子の凝着体と煤を含む)をヘラで掻き取る作業を行い、ナノダイヤモンド粗生成物を回収した。
まず、爆轟法によるナノダイヤモンドの生成工程を行った。本工程では、まず、成形された爆薬に電気雷管が装着されたものを爆轟用の耐圧性容器の内部に設置して容器を密閉した。容器は鉄製で、容器の容積は15m3である。爆薬としては、TNTとRDXとの混合物0.50kgを使用した。この爆薬におけるTNTとRDXの質量比(TNT/RDX)は、50/50である。次に、電気雷管を起爆させ、容器内で爆薬を爆轟させた(爆轟法によるナノダイヤモンドの生成)。次に、室温での24時間の放置により、容器およびその内部を降温させた。この放冷の後、容器の内壁に付着しているナノダイヤモンド粗生成物(上記爆轟法で生成したナノダイヤモンド粒子の凝着体と煤を含む)をヘラで掻き取る作業を行い、ナノダイヤモンド粗生成物を回収した。
上述のような生成工程を複数回行うことによって取得されたナノダイヤモンド粗生成物に対し、次に、酸処理工程を行った。具体的には、当該ナノダイヤモンド粗生成物200gに6Lの10質量%塩酸を加えて得られたスラリーに対し、常圧条件での還流下で1時間の加熱処理を行った。この酸処理における加熱温度は85~100℃である。次に、冷却後、デカンテーションにより、固形分(ナノダイヤモンド凝着体と煤を含む)の水洗を行った。沈殿液のpHが低pH側から2に至るまで、デカンテーションによる当該固形分の水洗を反復して行った。
次に、酸化処理工程を行った。具体的には、酸処理後のデカンテーションを経て得た沈殿液(ナノダイヤモンド凝着体を含む)に、6Lの98質量%硫酸と1Lの69質量%硝酸とを加えてスラリーとした後、このスラリーに対し、常圧条件での還流下で48時間の加熱処理を行った。この酸化処理における加熱温度は140~160℃である。次に、冷却後、デカンテーションにより、固形分(ナノダイヤモンド凝着体を含む)の水洗を行った。水洗当初の上澄み液は着色しているところ、上澄み液が目視で透明になるまで、デカンテーションによる当該固形分の水洗を反復して行った。
次に、上述の水洗処理を経て得られた沈殿液(ナノダイヤモンド凝着体を含有する液)について、乾燥工程を行って乾燥粉体(ナノダイヤモンド凝着体)を得た。乾燥工程における乾燥処理の手法としては、エバポレーターを使用して行う蒸発乾固を採用した。
次に、表面修飾工程を行った。具体的には、まず、上述の乾燥工程を経て得られたナノダイヤモンド粉体0.30gを50mLサンプル瓶に量り取り、当該ナノダイヤモンド粉体と、溶媒であるTHF14gと、シランカップリング剤であるアクリル酸3-(トリメトキシシリル)プロピル(東京化成工業株式会社製)1.2gとを混合した溶液を、10分間、撹拌した。次に、当該溶液に対し、ジルコニアビーズ(商品名「YTZ」、直径30μm、東ソー株式会社製)34gを添加した。次に、超音波発生装置であるホモジナイザー(商品名「超音波分散機 UH-600S」、株式会社エスエムテー製)を使用して、上記混合溶液を表面修飾処理に付した。具体的には、超音波発生装置の振動子の先端を反応容器内に挿入して上記の混合溶液に浸けた状態で当該振動子から超音波を発生させ、反応容器を氷水で冷やしながら当該反応容器内の上記混合溶液を8時間の超音波処理に付した。本処理において、当初は灰濁色であった溶液は、次第に、黒色化しつつ透明性を増した。これは、ナノダイヤモンド凝着体から順次にナノダイヤモンド粒子が解かれ(解砕)、解離状態にあるナノダイヤモンド粒子にシランカップリング剤が作用して結合し、このようにして表面修飾されたナノダイヤモンド粒子がTHF溶媒中で分散安定化したためであると考えられる。8時間の表面修飾処理後のナノダイヤモンド分散液の粒径D50を動的光散乱法によって測定したところ、15nmであった。以上のようにして、表面修飾ナノダイヤモンド粒子の分散液を作製した。
上記表面修飾ナノダイヤモンド粒子の分散液を一昼夜静置した後に採取した上清液を、トルエン16mLとヘキサン4mLとの混合溶媒に滴下し(総滴下量は10mL)、滴下後の混合溶媒を遠心分離処理(遠心力20000G、遠心時間10分間)に付して沈降した固形分(実施例1の表面修飾ナノダイヤモンド粒子)を回収した。このようにして回収した固形分にTHFを加えて表面修飾ナノダイヤモンド粒子のTHF溶液(固形分濃度6.5質量%)を調製し、当該溶液について、超音波処理装置(商品名「ASU-10」、アズワン株式会社)を使用して10分間の超音波処理を行った。この超音波処理後のTHF溶液中の表面修飾ナノダイヤモンド粒子について、粒径D50を動的光散乱法によって測定したところ、12nmであった。
(硬化性エポキシ組成物の作製)
表1に示す配合割合(単位:質量部)で、商品名「リカシッドMH-700」(新日本理化株式会社製)、商品名「U-CAT 18X」(サンアプロ株式会社製)、およびエチレングリコール(富士フイルム和光純薬株式会社製)を、自公転式撹拌装置(商品名「あわとり練太郎 AR-250」、株式会社シンキー製)を使用して均一に混合し、脱泡してエポキシ硬化剤を得た。そして、表1に示す配合割合(単位:質量部)で、脂環式エポキシ化合物(商品名「セロキサイド2021P」、株式会社ダイセル製)、実施例1の表面修飾ナノダイヤモンド粒子(固形分)、および上記エポキシ硬化剤を、自公転式撹拌装置(商品名「あわとり練太郎AR-250」、株式会社シンキー製)を使用して均一に混合し、さらに脱泡して、硬化性エポキシ組成物を作製した。
表1に示す配合割合(単位:質量部)で、商品名「リカシッドMH-700」(新日本理化株式会社製)、商品名「U-CAT 18X」(サンアプロ株式会社製)、およびエチレングリコール(富士フイルム和光純薬株式会社製)を、自公転式撹拌装置(商品名「あわとり練太郎 AR-250」、株式会社シンキー製)を使用して均一に混合し、脱泡してエポキシ硬化剤を得た。そして、表1に示す配合割合(単位:質量部)で、脂環式エポキシ化合物(商品名「セロキサイド2021P」、株式会社ダイセル製)、実施例1の表面修飾ナノダイヤモンド粒子(固形分)、および上記エポキシ硬化剤を、自公転式撹拌装置(商品名「あわとり練太郎AR-250」、株式会社シンキー製)を使用して均一に混合し、さらに脱泡して、硬化性エポキシ組成物を作製した。
(硬化物の作製)
上記で得られた硬化性エポキシ組成物を型に充填し、120℃のオーブンで5時間加熱することで硬化させ、硬化物を作製した。
上記で得られた硬化性エポキシ組成物を型に充填し、120℃のオーブンで5時間加熱することで硬化させ、硬化物を作製した。
実施例2
表面修飾ナノダイヤモンド粒子の配合量を表1に示すように変更したこと以外は実施例1と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
表面修飾ナノダイヤモンド粒子の配合量を表1に示すように変更したこと以外は実施例1と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
実施例3
下記のようにして、表面修飾ナノダイヤモンド粒子、硬化性エポキシ組成物、および硬化物を製造した。
下記のようにして、表面修飾ナノダイヤモンド粒子、硬化性エポキシ組成物、および硬化物を製造した。
(表面修飾ナノダイヤモンド粒子の作製)
ポリアルキレングリコール(商品名「ユニオックスM-550」、日油株式会社製)10mmolをTHF100mLに溶解させ、トリエチルアミン60mmolをゆっくり添加した。さらにイソシアネートプロピルトリメトキシシラン(3-(Trimethoxysilyl)propyl isocyanate)(東京化成工業株式会社製)10mmolを加え、還流管を取り付け80℃48時間の条件で反応させた。反応終了後、エバポレーターによる減圧蒸留でTHFを留去し、さらに真空乾燥機内で110℃24時間静置することでトリエチルアミンを完全に除去し、ポリオキシアルキレン鎖含有シランカップリング剤([(MeO)3SiC3H6NHC(=O)-PEG]、末端:脂肪族炭化水素基、ポリオキシアルキレンとしての数平均分子量:550)を得た。
ポリアルキレングリコール(商品名「ユニオックスM-550」、日油株式会社製)10mmolをTHF100mLに溶解させ、トリエチルアミン60mmolをゆっくり添加した。さらにイソシアネートプロピルトリメトキシシラン(3-(Trimethoxysilyl)propyl isocyanate)(東京化成工業株式会社製)10mmolを加え、還流管を取り付け80℃48時間の条件で反応させた。反応終了後、エバポレーターによる減圧蒸留でTHFを留去し、さらに真空乾燥機内で110℃24時間静置することでトリエチルアミンを完全に除去し、ポリオキシアルキレン鎖含有シランカップリング剤([(MeO)3SiC3H6NHC(=O)-PEG]、末端:脂肪族炭化水素基、ポリオキシアルキレンとしての数平均分子量:550)を得た。
実施例1における上記乾燥工程を経て得られたナノダイヤモンド凝着体0.30gを反応容器に量り取り、MEK15cc、上記ポリオキシアルキレン鎖含有シランカップリング剤4.0gとジルコニアビーズ(商品名「YTZ」、直径30μm、東ソー株式会社製)35gを添加した。添加後、氷水中で冷やしながらホモジナイザー(商品名「超音波分散機 UH-600S」、株式会社エスエムテー製)を用い、超音波分散機の振動子の先端を反応容器内の溶液に浸けた状態で15時間超音波処理して、ナノダイヤモンド粒子とポリオキシアルキレン鎖含有シランカップリング剤を反応させた。最初は灰色であったが、徐々に小粒子径化し分散状態もよくなり最後は均一で黒い液体となった。これは、ナノダイヤモンド凝着体から順次にナノダイヤモンド粒子が解かれ(解砕)、解離状態にあるナノダイヤモンド粒子にポリオキシアルキレン鎖含有シランカップリング剤が作用して結合し、このようにして表面修飾されたナノダイヤモンド粒子がMEK溶媒中で分散安定化しているためであると考えられる。得られた分散液に対して1倍量のトルエン/ヘキサン混合液(1:2)を添加した後、13000G、15分の条件で遠心分離を行い、上澄み液を除去して、沈降した固形分(実施例3の表面修飾ナノダイヤモンド粒子)を回収した。得られた固形分に対してTHFを15mL加え、超音波洗浄機で撹拌することで表面修飾ナノダイヤモンド分散液が得られた。得られた表面修飾ナノダイヤモンド分散液中の表面修飾ナノダイヤモンド粒子の粒径D50は、36nmであった。
(硬化性エポキシ組成物および硬化物の作製)
実施例1の表面修飾ナノダイヤモンド粒子に代えて上記で得られた実施例3の表面修飾ナノダイヤモンド粒子の固形分を用いたこと以外は実施例2と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
実施例1の表面修飾ナノダイヤモンド粒子に代えて上記で得られた実施例3の表面修飾ナノダイヤモンド粒子の固形分を用いたこと以外は実施例2と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
実施例4
下記のようにして、表面修飾ナノダイヤモンド粒子、硬化性エポキシ組成物、および硬化物を製造した。
下記のようにして、表面修飾ナノダイヤモンド粒子、硬化性エポキシ組成物、および硬化物を製造した。
(表面修飾ナノダイヤモンド粒子の作製)
ポリアルキレングリコール(商品名「ユニオックスM-550」、日油株式会社製)10mmolに代えて、ポリアルキレングリコール(商品名「ユニルーブMB-7」、日油株式会社製)10mmolを用いたこと以外は実施例3と同様にしてポリオキシアルキレン鎖含有シランカップリング剤([(MeO)3SiC3H6NHC(=O)-PPG]、末端:脂肪族炭化水素基、ポリオキシアルキレンとしての数平均分子量:700)を合成した。
ポリアルキレングリコール(商品名「ユニオックスM-550」、日油株式会社製)10mmolに代えて、ポリアルキレングリコール(商品名「ユニルーブMB-7」、日油株式会社製)10mmolを用いたこと以外は実施例3と同様にしてポリオキシアルキレン鎖含有シランカップリング剤([(MeO)3SiC3H6NHC(=O)-PPG]、末端:脂肪族炭化水素基、ポリオキシアルキレンとしての数平均分子量:700)を合成した。
実施例1における上記乾燥工程を経て得られたナノダイヤモンド凝着体0.30gを反応容器に量り取り、MEK15cc、上記ポリオキシアルキレン鎖含有シランカップリング剤4.0gとジルコニアビーズ(商品名「YTZ」、直径30μm、東ソー株式会社製)35gを添加した。添加後、氷水中で冷やしながらホモジナイザー(商品名「超音波分散機 UH-600S」、株式会社エスエムテー製)を用い、超音波分散機の振動子の先端を反応容器内の溶液に浸けた状態で15時間超音波処理して、ナノダイヤモンド粒子とポリオキシアルキレン鎖含有シランカップリング剤を反応させた。最初は灰色であったが、徐々に小粒子径化し分散状態もよくなり最後は均一で黒い液体となった。これは、ナノダイヤモンド凝着体から順次にナノダイヤモンド粒子が解かれ(解砕)、解離状態にあるナノダイヤモンド粒子にポリオキシアルキレン鎖含有シランカップリング剤が作用して結合し、このようにして表面修飾されたナノダイヤモンド粒子がMEK溶媒中で分散安定化しているためであると考えられる。得られた分散液に対して8倍量のヘキサンを添加した後、13000G、15分の条件で遠心分離を行い、上澄み液を除去して、沈降した固形分(実施例4の表面修飾ナノダイヤモンド粒子)を回収した。得られた固形分に対してTHFを15mL加え、超音波洗浄機で撹拌することで表面修飾ナノダイヤモンド分散液が得られた。得られた表面修飾ナノダイヤモンド分散液中の表面修飾ナノダイヤモンド粒子の粒径D50は、40nmであった。
(硬化性エポキシ組成物および硬化物の作製)
実施例3の表面修飾ナノダイヤモンド粒子に代えて上記で得られた実施例4の表面修飾ナノダイヤモンド粒子の固形分を用いたこと以外は実施例3と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
実施例3の表面修飾ナノダイヤモンド粒子に代えて上記で得られた実施例4の表面修飾ナノダイヤモンド粒子の固形分を用いたこと以外は実施例3と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
実施例5
下記のようにして、表面修飾ナノダイヤモンド粒子、硬化性エポキシ組成物、および硬化物を製造した。
下記のようにして、表面修飾ナノダイヤモンド粒子、硬化性エポキシ組成物、および硬化物を製造した。
(表面修飾ナノダイヤモンド粒子の作製)
ポリアルキレングリコール(商品名「ユニオックスM-550」、日油株式会社製)10mmolに代えて、ポリアルキレングリコール(商品名「ユニループ50MB-5」、日油株式会社製)10mmolを用いたこと以外は実施例3と同様にしてポリオキシアルキレン鎖含有シランカップリング剤([(MeO)3SiC3H6NHC(=O)-PPG-PEG]、末端:脂肪族炭化水素基、ポリオキシアルキレンとしての数平均分子量:500)を合成した。
ポリアルキレングリコール(商品名「ユニオックスM-550」、日油株式会社製)10mmolに代えて、ポリアルキレングリコール(商品名「ユニループ50MB-5」、日油株式会社製)10mmolを用いたこと以外は実施例3と同様にしてポリオキシアルキレン鎖含有シランカップリング剤([(MeO)3SiC3H6NHC(=O)-PPG-PEG]、末端:脂肪族炭化水素基、ポリオキシアルキレンとしての数平均分子量:500)を合成した。
実施例1における上記乾燥工程を経て得られたナノダイヤモンド凝着体0.30gを反応容器に量り取り、MEK15cc、上記ポリオキシアルキレン鎖含有シランカップリング剤4.0gとジルコニアビーズ(商品名「YTZ」、直径30μm、東ソー株式会社製)35gを添加した。添加後、氷水中で冷やしながらホモジナイザー(商品名「超音波分散機 UH-600S」、株式会社エスエムテー製)を用い、超音波分散機の振動子の先端を反応容器内の溶液に浸けた状態で15時間超音波処理して、ナノダイヤモンド粒子とポリオキシアルキレン鎖含有シランカップリング剤を反応させた。最初は灰色であったが、徐々に小粒子径化し分散状態もよくなり最後は均一で黒い液体となった。これは、ナノダイヤモンド凝着体から順次にナノダイヤモンド粒子が解かれ(解砕)、解離状態にあるナノダイヤモンド粒子にポリオキシアルキレン鎖含有シランカップリング剤が作用して結合し、このようにして表面修飾されたナノダイヤモンド粒子がMEK溶媒中で分散安定化しているためであると考えられる。得られた分散液に対して1倍量のヘキサンを添加した後、13000G、15分の条件で遠心分離を行い、上澄み液を除去して、沈降した固形分(実施例5の表面修飾ナノダイヤモンド粒子)を回収した。得られた固形分に対してTHFを15mL加え、超音波洗浄機で撹拌することで表面修飾ナノダイヤモンド分散液が得られた。得られた表面修飾ナノダイヤモンド分散液中の表面修飾ナノダイヤモンド粒子の粒径D50は、45nmであった。
(硬化性エポキシ組成物および硬化物の作製)
実施例3の表面修飾ナノダイヤモンド粒子に代えて上記で得られた実施例5の表面修飾ナノダイヤモンド粒子の固形分を用いたこと以外は実施例3と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
実施例3の表面修飾ナノダイヤモンド粒子に代えて上記で得られた実施例5の表面修飾ナノダイヤモンド粒子の固形分を用いたこと以外は実施例3と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
比較例1
脂環式エポキシ化合物に代えてビスフェノールA型エポキシ樹脂(商品名「YD-128」、日鉄ケミカル&マテリアル株式会社製)を用いたこと以外は実施例2と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
脂環式エポキシ化合物に代えてビスフェノールA型エポキシ樹脂(商品名「YD-128」、日鉄ケミカル&マテリアル株式会社製)を用いたこと以外は実施例2と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
比較例2
表面修飾ナノダイヤモンド粒子を配合しなかったこと以外は比較例1と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
表面修飾ナノダイヤモンド粒子を配合しなかったこと以外は比較例1と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
比較例3
表面修飾ナノダイヤモンド粒子を配合しなかったこと以外は実施例1と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
表面修飾ナノダイヤモンド粒子を配合しなかったこと以外は実施例1と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
比較例4
表面修飾ナノダイヤモンド粒子に代えてフラーレンを配合したこと以外は実施例1と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
表面修飾ナノダイヤモンド粒子に代えてフラーレンを配合したこと以外は実施例1と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
実施例6
下記のようにして、硬化性エポキシ組成物および硬化物を製造した。
下記のようにして、硬化性エポキシ組成物および硬化物を製造した。
(硬化性エポキシ組成物の作製)
表2に示す配合割合(単位:質量部)で、商品名「セロキサイド2021P」(株式会社ダイセル製)、実施例1の表面修飾ナノダイヤモンド粒子(固形分)、および商品名「サンエイドSI-100L」(三新化学工業株式会社製)を、自公転式撹拌装置(商品名「あわとり練太郎AR-250」、株式会社シンキー製)を使用して均一に混合し、さらに脱泡して、硬化性エポキシ組成物を作製した。
表2に示す配合割合(単位:質量部)で、商品名「セロキサイド2021P」(株式会社ダイセル製)、実施例1の表面修飾ナノダイヤモンド粒子(固形分)、および商品名「サンエイドSI-100L」(三新化学工業株式会社製)を、自公転式撹拌装置(商品名「あわとり練太郎AR-250」、株式会社シンキー製)を使用して均一に混合し、さらに脱泡して、硬化性エポキシ組成物を作製した。
(硬化物の作製)
上記で得られた硬化性エポキシ組成物を型に充填し、80℃で2時間、次いで140℃で2時間、オーブンで加熱することで硬化させ、硬化物を作製した。
上記で得られた硬化性エポキシ組成物を型に充填し、80℃で2時間、次いで140℃で2時間、オーブンで加熱することで硬化させ、硬化物を作製した。
実施例7
表面修飾ナノダイヤモンド粒子の配合量を表2に示すように変更したこと以外は実施例6と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
表面修飾ナノダイヤモンド粒子の配合量を表2に示すように変更したこと以外は実施例6と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
実施例8
実施例1の表面修飾ナノダイヤモンド粒子に代えて実施例3の表面修飾ナノダイヤモンド粒子を用いたこと以外は実施例7と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
実施例1の表面修飾ナノダイヤモンド粒子に代えて実施例3の表面修飾ナノダイヤモンド粒子を用いたこと以外は実施例7と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
実施例9
実施例1の表面修飾ナノダイヤモンド粒子に代えて実施例4の表面修飾ナノダイヤモンド粒子を用いたこと以外は実施例7と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
実施例1の表面修飾ナノダイヤモンド粒子に代えて実施例4の表面修飾ナノダイヤモンド粒子を用いたこと以外は実施例7と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
実施例10
実施例1の表面修飾ナノダイヤモンド粒子に代えて実施例5の表面修飾ナノダイヤモンド粒子を用いたこと以外は実施例7と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
実施例1の表面修飾ナノダイヤモンド粒子に代えて実施例5の表面修飾ナノダイヤモンド粒子を用いたこと以外は実施例7と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
比較例5
脂環式エポキシ化合物に代えてビスフェノールA型エポキシ樹脂(商品名「YD-128」、日鉄ケミカル&マテリアル株式会社製)を用いたこと以外は実施例7と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
脂環式エポキシ化合物に代えてビスフェノールA型エポキシ樹脂(商品名「YD-128」、日鉄ケミカル&マテリアル株式会社製)を用いたこと以外は実施例7と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
比較例6
表面修飾ナノダイヤモンド粒子を配合しなかったこと以外は比較例5と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
表面修飾ナノダイヤモンド粒子を配合しなかったこと以外は比較例5と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
比較例7
表面修飾ナノダイヤモンド粒子を配合しなかったこと以外は実施例6と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
表面修飾ナノダイヤモンド粒子を配合しなかったこと以外は実施例6と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
比較例8
表面修飾ナノダイヤモンド粒子に代えてフラーレンを配合したこと以外は実施例6と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
表面修飾ナノダイヤモンド粒子に代えてフラーレンを配合したこと以外は実施例6と同様にして硬化性エポキシ組成物および硬化物を作製した。
<評価>
実施例および比較例で得られた表面修飾ナノダイヤモンド粒子、硬化性エポキシ組成物、および硬化物について、下記の評価試験を実施した。
実施例および比較例で得られた表面修飾ナノダイヤモンド粒子、硬化性エポキシ組成物、および硬化物について、下記の評価試験を実施した。
(ナノダイヤモンド分散液中の粒径D50)
ナノダイヤモンド分散液におけるナノダイヤモンド粒子のメディアン径(粒径D50)は、動的光散乱法によって得られたナノダイヤモンドの粒度分布から測定した体積基準の値である。上記粒度分布は、具体的には、Malvern社製の装置(商品名「ゼータサイザー ナノZS」)を使用して、ナノダイヤモンドの粒度分布を動的光散乱法(非接触後方散乱法)によって測定した。
ナノダイヤモンド分散液におけるナノダイヤモンド粒子のメディアン径(粒径D50)は、動的光散乱法によって得られたナノダイヤモンドの粒度分布から測定した体積基準の値である。上記粒度分布は、具体的には、Malvern社製の装置(商品名「ゼータサイザー ナノZS」)を使用して、ナノダイヤモンドの粒度分布を動的光散乱法(非接触後方散乱法)によって測定した。
(硬化物中の平均分散粒子径)
硬化物におけるナノダイヤモンド粒子の平均分散粒子径を、透過電子顕微鏡(TEM)観察によって算出した。具体的には、硬化物を、透過電子顕微鏡(商品名「JEM-1400Plus」、日本電子株式会社製)を用いて、300個のナノダイヤモンド粒子について観察し、ナノダイヤモンド粒子(凝集体の場合はナノダイヤモンド粒子の凝集体)の端と端を結んだ線がもっとも長くなる直線距離を分散粒子径として測定し、平均値を求めた。そして、得られた平均値を、硬化物中の平均分散粒子径とし、硬化性エポキシ組成物中の平均分散粒子径は上記硬化物中の平均分散粒子径以下であるものと判断した。
硬化物におけるナノダイヤモンド粒子の平均分散粒子径を、透過電子顕微鏡(TEM)観察によって算出した。具体的には、硬化物を、透過電子顕微鏡(商品名「JEM-1400Plus」、日本電子株式会社製)を用いて、300個のナノダイヤモンド粒子について観察し、ナノダイヤモンド粒子(凝集体の場合はナノダイヤモンド粒子の凝集体)の端と端を結んだ線がもっとも長くなる直線距離を分散粒子径として測定し、平均値を求めた。そして、得られた平均値を、硬化物中の平均分散粒子径とし、硬化性エポキシ組成物中の平均分散粒子径は上記硬化物中の平均分散粒子径以下であるものと判断した。
(ガラス転移温度)
硬化物のガラス転移温度を、示差走査熱量測定装置(商品名「Q2000」、ティー・エー・インスツルメント社製)を用い、事前処理(-50℃から250℃まで昇温速度20℃/分で昇温し、続いて250℃から-5℃まで降温速度-20℃/分で降温)を行った後に、窒素気流下、昇温速度20℃/分、測定温度範囲-50~250℃の条件で測定した。そして、得られた温度寸法変化曲線の変曲点をガラス転移温度とした。
硬化物のガラス転移温度を、示差走査熱量測定装置(商品名「Q2000」、ティー・エー・インスツルメント社製)を用い、事前処理(-50℃から250℃まで昇温速度20℃/分で昇温し、続いて250℃から-5℃まで降温速度-20℃/分で降温)を行った後に、窒素気流下、昇温速度20℃/分、測定温度範囲-50~250℃の条件で測定した。そして、得られた温度寸法変化曲線の変曲点をガラス転移温度とした。
表1および表2から分かるように、脂環式エポキシ化合物の硬化物は、ナノダイヤモンド粒子を含まない場合(比較例3および7)に対し、ナノダイヤモンド粒子を含む場合は硬化物のガラス転移温度が高くなっており(実施例)、耐熱性が向上することがわかる。また、ナノダイヤモンド粒子ではなくフラーレンを用いた場合は硬化物のガラス転移温度は向上しなかった(比較例4および8)。また、脂環式エポキシ化合物ではなく芳香環を有するエポキシ化合物であるビスフェノールA型エポキシ樹脂を用いた場合では、硬化物のガラス転移温度の上昇は小さく、耐熱性がそれほど向上しなかった(比較例1,2,5,および6)。
なお、実施例および比較例で使用した成分は、以下の通りである。
(エポキシ化合物)
セロキサイド2021P:商品名「セロキサイド2021P」[3,4-エポキシシクロヘキシルメチル(3’,4’-エポキシ)シクロヘキサンカルボキシレート]、株式会社ダイセル製
YD-128:商品名「YD-128」[ビスフェノールA型エポキシ樹脂]、日鉄ケミカル&マテリアル株式会社製
(エポキシ硬化剤)
MH-700:商品名「リカシッド MH-700」[硬化剤][4-メチルヘキサヒドロ無水フタル酸/ヘキサヒドロ無水フタル酸=70/30]、新日本理化株式会社製
U-CAT 18X:商品名「U-CAT 18X」[硬化促進剤]、サンアプロ株式会社製
エチレングリコール:富士フイルム和光純薬株式会社製
(硬化触媒)
サンエイドSI-100L:商品名「サンエイドSI-100L」、三新化学工業株式会社製
(エポキシ化合物)
セロキサイド2021P:商品名「セロキサイド2021P」[3,4-エポキシシクロヘキシルメチル(3’,4’-エポキシ)シクロヘキサンカルボキシレート]、株式会社ダイセル製
YD-128:商品名「YD-128」[ビスフェノールA型エポキシ樹脂]、日鉄ケミカル&マテリアル株式会社製
(エポキシ硬化剤)
MH-700:商品名「リカシッド MH-700」[硬化剤][4-メチルヘキサヒドロ無水フタル酸/ヘキサヒドロ無水フタル酸=70/30]、新日本理化株式会社製
U-CAT 18X:商品名「U-CAT 18X」[硬化促進剤]、サンアプロ株式会社製
エチレングリコール:富士フイルム和光純薬株式会社製
(硬化触媒)
サンエイドSI-100L:商品名「サンエイドSI-100L」、三新化学工業株式会社製
以下、本開示に係る発明のバリエーションを記載する。
[付記1]分子内に脂環構造およびエポキシ基を有する脂環式エポキシ化合物(A)と、ナノダイヤモンド粒子(B)と、硬化剤(C)および硬化促進剤(D)、または、硬化触媒(E)とを含む硬化性エポキシ組成物。
[付記2]ナノダイヤモンド粒子(B)が脂環式エポキシ化合物(A)のマトリックス中に分散した付記1に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記3]前記硬化性エポキシ組成物中におけるナノダイヤモンド粒子(B)の平均一次粒子径が10nm以下(好ましくは8nm以下、より好ましくは7nm以下)である付記2に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記4]前記硬化性エポキシ組成物中におけるナノダイヤモンド粒子(B)の平均分散粒子径が100nm以下(好ましくは50nm以下、より好ましくは40nm以下)である付記2または3に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記5]分子内にエポキシ基を有するエポキシ化合物(A’)と、前記エポキシ化合物(A’)を連続相としたマトリックス中に分散したナノダイヤモンド粒子(B)とを含む硬化性エポキシ組成物であり、前記硬化性エポキシ組成物中におけるナノダイヤモンド粒子(B)の平均分散粒子径が100nm以下(好ましくは50nm以下、より好ましくは40nm以下)である硬化性エポキシ組成物。
[付記6]前記硬化性エポキシ組成物中におけるナノダイヤモンド粒子(B)の平均一次粒子径が10nm以下(好ましくは8nm以下、より好ましくは7nm以下)である付記5に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記7]エポキシ化合物(A’)は分子内に脂環構造およびエポキシ基を有する脂環式エポキシ化合物(A)を含む付記5または6に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記8]ナノダイヤモンド粒子(B)は表面が修飾されたナノダイヤモンド粒子を含む付記1~7のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記1]分子内に脂環構造およびエポキシ基を有する脂環式エポキシ化合物(A)と、ナノダイヤモンド粒子(B)と、硬化剤(C)および硬化促進剤(D)、または、硬化触媒(E)とを含む硬化性エポキシ組成物。
[付記2]ナノダイヤモンド粒子(B)が脂環式エポキシ化合物(A)のマトリックス中に分散した付記1に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記3]前記硬化性エポキシ組成物中におけるナノダイヤモンド粒子(B)の平均一次粒子径が10nm以下(好ましくは8nm以下、より好ましくは7nm以下)である付記2に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記4]前記硬化性エポキシ組成物中におけるナノダイヤモンド粒子(B)の平均分散粒子径が100nm以下(好ましくは50nm以下、より好ましくは40nm以下)である付記2または3に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記5]分子内にエポキシ基を有するエポキシ化合物(A’)と、前記エポキシ化合物(A’)を連続相としたマトリックス中に分散したナノダイヤモンド粒子(B)とを含む硬化性エポキシ組成物であり、前記硬化性エポキシ組成物中におけるナノダイヤモンド粒子(B)の平均分散粒子径が100nm以下(好ましくは50nm以下、より好ましくは40nm以下)である硬化性エポキシ組成物。
[付記6]前記硬化性エポキシ組成物中におけるナノダイヤモンド粒子(B)の平均一次粒子径が10nm以下(好ましくは8nm以下、より好ましくは7nm以下)である付記5に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記7]エポキシ化合物(A’)は分子内に脂環構造およびエポキシ基を有する脂環式エポキシ化合物(A)を含む付記5または6に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記8]ナノダイヤモンド粒子(B)は表面が修飾されたナノダイヤモンド粒子を含む付記1~7のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記9]ナノダイヤモンド粒子表面を修飾する表面修飾基は下記式(1)で表される基を有する付記8に記載の硬化性エポキシ組成物。
-X(-R2-X)n-R1 (1)
[式(1)中、Xは、主鎖にヘテロ原子を含む連結基を示す。R1は、置換または無置換の一価の有機基を示し、R2は、置換または無置換の二価の有機基を示し、R1およびR2におけるXと結合する原子は炭素原子である。nは0以上の整数を示し、nが1以上の整数である場合における式(1)中の複数のXは同一であってもよく異なっていてもよい。]
[付記10]前記式(1)中、Xは、主鎖に、窒素原子、酸素原子、および硫黄原子からなる群より選択される1以上のヘテロ原子を含む連結基である、付記9に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記11]前記式(1)中、Xは、-NH-、-O-、-O-C(=O)-、-C(=O)-O-、-NH-C(=O)-、-C(=O)-NH-、-NH-C(=O)-O-、-O-C(=O)-NH-、-S-、これらの結合の2以上が結合した二価の基、またはこれらの結合の1以上と-C(=O)-とが結合した基である、付記10に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記12]前記式(1)中、Xの総量に対する、R1およびR2中の炭素原子の総量(モル比)は1~8(好ましくは1~3、より好ましくは1~2)である、付記9~11のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記13]前記式(1)中、R1は、置換または無置換の一価の炭化水素基を示す、付記9~12のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記14]前記一価の炭化水素基はC1-8炭化水素基(好ましくはC1-5炭化水素基、より好ましくはC2-4炭化水素基)である付記13に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記15]前記一価の炭化水素基は一価の脂肪族炭化水素基(好ましくは直鎖状または分岐鎖状アルキレン基、または、直鎖状または分岐鎖状アルケニレン基、より好ましくは直鎖状または分岐鎖状アルキレン基)である付記13または14に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記16]前記式(1)中、R2は、置換または無置換の二価の炭化水素基を示す、付記9~15のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記17]前記二価の炭化水素基はC1-8炭化水素基(好ましくはC1-5炭化水素基、より好ましくはC2-4炭化水素基)である付記16に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記18]前記二価の炭化水素基は、二価の脂肪族炭化水素基(好ましくは直鎖状または分岐鎖状アルキレン基、または、直鎖状または分岐鎖状アルケニレン基、より好ましくは直鎖状または分岐鎖状アルキレン基)である付記16または17に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記19]前記式(1)で表される基が、アルコキシ基、アルケニルオキシ基、アシルオキシ基、アルキル置換アミノ基、前記式(1)中の(-R2-X)nがポリオキシアルキレン鎖である基、および前記式(1)中の(-R2-X)nがポリグリセリル鎖である基からなる群より選択される1以上の基である、付記9~18のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
-X(-R2-X)n-R1 (1)
[式(1)中、Xは、主鎖にヘテロ原子を含む連結基を示す。R1は、置換または無置換の一価の有機基を示し、R2は、置換または無置換の二価の有機基を示し、R1およびR2におけるXと結合する原子は炭素原子である。nは0以上の整数を示し、nが1以上の整数である場合における式(1)中の複数のXは同一であってもよく異なっていてもよい。]
[付記10]前記式(1)中、Xは、主鎖に、窒素原子、酸素原子、および硫黄原子からなる群より選択される1以上のヘテロ原子を含む連結基である、付記9に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記11]前記式(1)中、Xは、-NH-、-O-、-O-C(=O)-、-C(=O)-O-、-NH-C(=O)-、-C(=O)-NH-、-NH-C(=O)-O-、-O-C(=O)-NH-、-S-、これらの結合の2以上が結合した二価の基、またはこれらの結合の1以上と-C(=O)-とが結合した基である、付記10に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記12]前記式(1)中、Xの総量に対する、R1およびR2中の炭素原子の総量(モル比)は1~8(好ましくは1~3、より好ましくは1~2)である、付記9~11のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記13]前記式(1)中、R1は、置換または無置換の一価の炭化水素基を示す、付記9~12のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記14]前記一価の炭化水素基はC1-8炭化水素基(好ましくはC1-5炭化水素基、より好ましくはC2-4炭化水素基)である付記13に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記15]前記一価の炭化水素基は一価の脂肪族炭化水素基(好ましくは直鎖状または分岐鎖状アルキレン基、または、直鎖状または分岐鎖状アルケニレン基、より好ましくは直鎖状または分岐鎖状アルキレン基)である付記13または14に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記16]前記式(1)中、R2は、置換または無置換の二価の炭化水素基を示す、付記9~15のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記17]前記二価の炭化水素基はC1-8炭化水素基(好ましくはC1-5炭化水素基、より好ましくはC2-4炭化水素基)である付記16に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記18]前記二価の炭化水素基は、二価の脂肪族炭化水素基(好ましくは直鎖状または分岐鎖状アルキレン基、または、直鎖状または分岐鎖状アルケニレン基、より好ましくは直鎖状または分岐鎖状アルキレン基)である付記16または17に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記19]前記式(1)で表される基が、アルコキシ基、アルケニルオキシ基、アシルオキシ基、アルキル置換アミノ基、前記式(1)中の(-R2-X)nがポリオキシアルキレン鎖である基、および前記式(1)中の(-R2-X)nがポリグリセリル鎖である基からなる群より選択される1以上の基である、付記9~18のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記20]前記式(1)で表される基が、前記式(1)中の(-R2-X)nがポリオキシアルキレン鎖である基である付記19に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記21]前記式(1)における括弧外のXは-NH-C(=O)-O-である付記20に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記22]前記ポリオキシアルキレン鎖を構成するポリオキシアルキレン鎖は、ポリエチレングリコール鎖、ポリプロピレングリコール鎖、ポリテトラメチレングリコール鎖、ポリブチレングリコール鎖、およびこれらの2以上が結合したポリオキシアルキレン鎖である付記20または21に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記23]前記ポリオキシアルキレン鎖は、ポリオキシアルキレンとしての数平均分子量で100~10000(好ましくは200~5000、より好ましくは300~4000、さらに好ましくは400~2500、特に好ましくは500~3000)である付記20~22のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記24]前記ポリオキシアルキレン鎖におけるオキシアルキレン基の平均重合度(数平均重合度)は2~50(好ましくは4~45、より好ましくは6~40)である付記20~23のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記21]前記式(1)における括弧外のXは-NH-C(=O)-O-である付記20に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記22]前記ポリオキシアルキレン鎖を構成するポリオキシアルキレン鎖は、ポリエチレングリコール鎖、ポリプロピレングリコール鎖、ポリテトラメチレングリコール鎖、ポリブチレングリコール鎖、およびこれらの2以上が結合したポリオキシアルキレン鎖である付記20または21に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記23]前記ポリオキシアルキレン鎖は、ポリオキシアルキレンとしての数平均分子量で100~10000(好ましくは200~5000、より好ましくは300~4000、さらに好ましくは400~2500、特に好ましくは500~3000)である付記20~22のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記24]前記ポリオキシアルキレン鎖におけるオキシアルキレン基の平均重合度(数平均重合度)は2~50(好ましくは4~45、より好ましくは6~40)である付記20~23のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記25]前記式(1)で表される基が、前記式(1)中の(-R2-X)nがポリグリセリン鎖である基である付記19に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記26]前記式(1)中の(-R2-X)nが下記式(A)で表されるポリグリセリン鎖である付記25に記載の硬化性エポキシ組成物。
-(C3H6O2)p-(C3H5O2Ra)q- (A)
[式(A)中、pおよびqは、それぞれ、括弧内の繰り返し単位の平均重合度を示し、pは0以上の値、qは0を超える値、p+qは1以上の整数を示す。Raは、一価の有機基を示す。]
[付記27]前記式(A)中、p+qは1~100(好ましくは2~40、より好ましくは3~30)である付記26に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記28]前記式(A)中、[q/(p+q)]は0.6以上(好ましくは0.8~1.0)である付記26または27に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記26]前記式(1)中の(-R2-X)nが下記式(A)で表されるポリグリセリン鎖である付記25に記載の硬化性エポキシ組成物。
-(C3H6O2)p-(C3H5O2Ra)q- (A)
[式(A)中、pおよびqは、それぞれ、括弧内の繰り返し単位の平均重合度を示し、pは0以上の値、qは0を超える値、p+qは1以上の整数を示す。Raは、一価の有機基を示す。]
[付記27]前記式(A)中、p+qは1~100(好ましくは2~40、より好ましくは3~30)である付記26に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記28]前記式(A)中、[q/(p+q)]は0.6以上(好ましくは0.8~1.0)である付記26または27に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記29]前記式(1)で表される基は下記式(2)で表される基である付記9~28のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
-R3-X(-R2-X)n-R1 (2)
[式(2)中、R3は、置換または無置換の二価の有機基を示す。その他については前記式(1)におけるものと同様である。]
[付記30]前記式(2)中、Xの総量に対する、R1、R2、およびR3中の炭素原子の総量(モル比)は1~8(好ましくは1~3、より好ましくは1~2)である、付記29に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記31]前記式(2)中、R3は、置換または無置換の二価の炭化水素基を示す、付記29または30に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記32]前記二価の炭化水素基はC1-20炭化水素基(好ましくはC1-10炭化水素基、より好ましくはC1-5炭化水素基)である付記31に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記33]前記式(2)におけるR3から左に伸びる結合手はケイ素原子を介してナノダイヤモンド粒子に結合している、付記29~32のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
-R3-X(-R2-X)n-R1 (2)
[式(2)中、R3は、置換または無置換の二価の有機基を示す。その他については前記式(1)におけるものと同様である。]
[付記30]前記式(2)中、Xの総量に対する、R1、R2、およびR3中の炭素原子の総量(モル比)は1~8(好ましくは1~3、より好ましくは1~2)である、付記29に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記31]前記式(2)中、R3は、置換または無置換の二価の炭化水素基を示す、付記29または30に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記32]前記二価の炭化水素基はC1-20炭化水素基(好ましくはC1-10炭化水素基、より好ましくはC1-5炭化水素基)である付記31に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記33]前記式(2)におけるR3から左に伸びる結合手はケイ素原子を介してナノダイヤモンド粒子に結合している、付記29~32のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記34]前記式(2)で表される基は下記式(3)で表される基である付記33に記載の硬化性エポキシ組成物。
-O-Si-R3-X(-R2-X)n-R1 (3)
[式(3)中、酸素原子から左に伸びる結合手はナノダイヤモンド粒子に結合している。式(3)中のケイ素原子は、式(3)に示す酸素原子およびR3の他、酸素原子を介して、水素原子、炭素数1~3の脂肪族炭化水素基、ナノダイヤモンド粒子、またはケイ素原子に結合する。]
[付記35]前記表面修飾ナノダイヤモンドにはジルコニアが付着している付記8~34のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記36]前記硬化性エポキシ組成物中のジルコニアの含有割合が、硬化性エポキシ組成物の総量に対して、0.001~10質量%(好ましくは0.01~1.0質量%、より好ましくは0.05~0.5質量%)である付記35に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記37]前記硬化性エポキシ組成物中のナノダイヤモンド粒子(B)の含有割合が、硬化性エポキシ組成物の総量に対して、0.1質量ppm~10質量%である、付記1~36のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記38]前記硬化性エポキシ組成物中のナノダイヤモンド粒子(B)の含有量が、脂環式エポキシ化合物(A)の総量100質量部に対して、0.01~50質量部(好ましくは0.05~40質量部、より好ましくは0.1~10質量部)である、付記1~4および7~37のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
-O-Si-R3-X(-R2-X)n-R1 (3)
[式(3)中、酸素原子から左に伸びる結合手はナノダイヤモンド粒子に結合している。式(3)中のケイ素原子は、式(3)に示す酸素原子およびR3の他、酸素原子を介して、水素原子、炭素数1~3の脂肪族炭化水素基、ナノダイヤモンド粒子、またはケイ素原子に結合する。]
[付記35]前記表面修飾ナノダイヤモンドにはジルコニアが付着している付記8~34のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記36]前記硬化性エポキシ組成物中のジルコニアの含有割合が、硬化性エポキシ組成物の総量に対して、0.001~10質量%(好ましくは0.01~1.0質量%、より好ましくは0.05~0.5質量%)である付記35に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記37]前記硬化性エポキシ組成物中のナノダイヤモンド粒子(B)の含有割合が、硬化性エポキシ組成物の総量に対して、0.1質量ppm~10質量%である、付記1~36のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記38]前記硬化性エポキシ組成物中のナノダイヤモンド粒子(B)の含有量が、脂環式エポキシ化合物(A)の総量100質量部に対して、0.01~50質量部(好ましくは0.05~40質量部、より好ましくは0.1~10質量部)である、付記1~4および7~37のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記39]脂環式エポキシ化合物(A)は分子内に2以上のエポキシ基を有する、付記1~4および7~38のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記40]脂環式エポキシ化合物(A)は、(I)分子内に脂環を構成する隣接する2つの炭素原子と酸素原子とで構成されるエポキシ基を有する化合物;(II)脂環にエポキシ基が直接単結合で結合している化合物;並びに(III)分子内に脂環およびグリシジルエーテル基を有する化合物からなる群より選択される1以上の化合物を含む、付記1~4および7~39のいずれか1つに記載の硬化性組成物。
[付記41]脂環式エポキシ化合物(A)は、(I)分子内に脂環を構成する隣接する2つの炭素原子と酸素原子とで構成されるエポキシ基を有する化合物、および/または、(II)脂環に直接単結合で結合しているエポキシ基を有する化合物を含む、付記40に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記42]脂環式エポキシ化合物(A)はシクロヘキセンオキシド基を有する化合物を含む付記1~4および7~41のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記43]上前記化性エポキシ組成物中の脂環式エポキシ化合物(A)の含有割合が、硬化性エポキシ組成物の総量に対して、10質量%以上(好ましくは20質量%以上、より好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上、さらに好ましくは80質量%以上、特に好ましくは90質量%以上)である、付記1~4および7~42のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記44]前記硬化性エポキシ組成物におけるカチオン硬化性化合物中の脂環式エポキシ化合物(A)の含有割合が、前記硬化性エポキシ組成物中の全てのカチオン硬化性化合物の総量に対して、50質量%以上(好ましくは60質量%以上、より好ましくは70質量%以上、さらに好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、特に好ましくは95質量%以上)である、付記1~4および7~43のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記45]前記硬化性エポキシ組成物に含まれるエポキシ基を有する化合物100質量%中の脂環式エポキシ化合物(A)の含有割合が50質量%以上(好ましくは60質量%以上、より好ましくは70質量%以上、さらに好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、特に好ましくは95質量%以上)である、付記1~4および7~44のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記40]脂環式エポキシ化合物(A)は、(I)分子内に脂環を構成する隣接する2つの炭素原子と酸素原子とで構成されるエポキシ基を有する化合物;(II)脂環にエポキシ基が直接単結合で結合している化合物;並びに(III)分子内に脂環およびグリシジルエーテル基を有する化合物からなる群より選択される1以上の化合物を含む、付記1~4および7~39のいずれか1つに記載の硬化性組成物。
[付記41]脂環式エポキシ化合物(A)は、(I)分子内に脂環を構成する隣接する2つの炭素原子と酸素原子とで構成されるエポキシ基を有する化合物、および/または、(II)脂環に直接単結合で結合しているエポキシ基を有する化合物を含む、付記40に記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記42]脂環式エポキシ化合物(A)はシクロヘキセンオキシド基を有する化合物を含む付記1~4および7~41のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記43]上前記化性エポキシ組成物中の脂環式エポキシ化合物(A)の含有割合が、硬化性エポキシ組成物の総量に対して、10質量%以上(好ましくは20質量%以上、より好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上、さらに好ましくは80質量%以上、特に好ましくは90質量%以上)である、付記1~4および7~42のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記44]前記硬化性エポキシ組成物におけるカチオン硬化性化合物中の脂環式エポキシ化合物(A)の含有割合が、前記硬化性エポキシ組成物中の全てのカチオン硬化性化合物の総量に対して、50質量%以上(好ましくは60質量%以上、より好ましくは70質量%以上、さらに好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、特に好ましくは95質量%以上)である、付記1~4および7~43のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記45]前記硬化性エポキシ組成物に含まれるエポキシ基を有する化合物100質量%中の脂環式エポキシ化合物(A)の含有割合が50質量%以上(好ましくは60質量%以上、より好ましくは70質量%以上、さらに好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、特に好ましくは95質量%以上)である、付記1~4および7~44のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記46]付記1~45のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物の硬化物。
[付記47]ガラス転移温度が120℃以上である付記46に記載の硬化物。
[付記48]ガラス転移温度が200℃以下(好ましくは150℃以下)である付記46または47に記載の硬化物。
[付記49]前記硬化物中におけるナノダイヤモンド粒子(B)の平均一次粒子径が10nm以下(好ましくは8nm以下、より好ましくは7nm以下)である付記46~48のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記50]付記46~49のいずれか1つに記載の硬化物を備えた光学部材。
[付記47]ガラス転移温度が120℃以上である付記46に記載の硬化物。
[付記48]ガラス転移温度が200℃以下(好ましくは150℃以下)である付記46または47に記載の硬化物。
[付記49]前記硬化物中におけるナノダイヤモンド粒子(B)の平均一次粒子径が10nm以下(好ましくは8nm以下、より好ましくは7nm以下)である付記46~48のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物。
[付記50]付記46~49のいずれか1つに記載の硬化物を備えた光学部材。
[付記51]付記1~44のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物を含む封止剤。
[付記52]付記1~44のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物を含む接着剤。
[付記53]付記1~44のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物を含むコーティング剤。
[付記52]付記1~44のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物を含む接着剤。
[付記53]付記1~44のいずれか1つに記載の硬化性エポキシ組成物を含むコーティング剤。
Claims (20)
- 分子内に脂環構造およびエポキシ基を有する脂環式エポキシ化合物(A)と、ナノダイヤモンド粒子(B)と、硬化剤(C)および硬化促進剤(D)、または、硬化触媒(E)とを含む硬化性エポキシ組成物。
- ナノダイヤモンド粒子(B)が脂環式エポキシ化合物(A)を連続相としたマトリックス中に分散した請求項1に記載の硬化性エポキシ組成物。
- 前記硬化性エポキシ組成物中におけるナノダイヤモンド粒子(B)の平均一次粒子径が10nm以下である請求項2に記載の硬化性エポキシ組成物。
- 前記硬化性エポキシ組成物中におけるナノダイヤモンド粒子(B)の平均分散粒子径が100nm以下である請求項2または3に記載の硬化性エポキシ組成物。
- ナノダイヤモンド粒子(B)は表面が修飾されたナノダイヤモンド粒子を含む請求項1~4のいずれか1項に記載の硬化性エポキシ組成物。
- ナノダイヤモンド粒子表面を修飾する表面修飾基は下記式(1)で表される基を有する請求項5に記載の硬化性エポキシ組成物。
-X(-R2-X)n-R1 (1)
[式(1)中、Xは、主鎖にヘテロ原子を含む連結基を示す。R1は、置換または無置換の一価の有機基を示し、R2は、置換または無置換の二価の有機基を示し、R1およびR2におけるXと結合する原子は炭素原子である。nは0以上の整数を示し、nが1以上の整数である場合における式(1)中の複数のXは同一であってもよく異なっていてもよい。] - 前記式(1)中、Xは、主鎖に、窒素原子、酸素原子、および硫黄原子からなる群より選択される1以上のヘテロ原子を含む連結基である、請求項6に記載の硬化性エポキシ組成物。
- 前記式(1)中、Xは、-NH-、-O-、-O-C(=O)-、-C(=O)-O-、-NH-C(=O)-、-C(=O)-NH-、-NH-C(=O)-O-、-O-C(=O)-NH-、-S-、これらの結合の2以上が結合した二価の基、またはこれらの結合の1以上と-C(=O)-とが結合した基である、請求項7に記載の硬化性エポキシ組成物。
- 前記式(1)中、Xの総量に対する、R1およびR2中の炭素原子の総量(モル比)は1~8である、請求項6~8のいずれか1項に記載の硬化性エポキシ組成物。
- 前記式(1)中、R1は、置換または無置換の一価の炭化水素基を示し、R2は、置換または無置換の二価の炭化水素基を示す、請求項6~9のいずれか1項に記載の硬化性エポキシ組成物。
- 前記式(1)は下記式(2)で表される基である請求項6~10のいずれか1項に記載の硬化性エポキシ組成物。
-R3-X(-R2-X)n-R1 (2)
[式(2)中、R3は、置換または無置換の二価の有機基を示す。その他については前記式(1)におけるものと同様である。] - 前記式(2)中、Xの総量に対する、R1、R2、およびR3中の炭素原子の総量(モル比)は1~8である、請求項11に記載の硬化性エポキシ組成物。
- 前記式(2)中、R3は、置換または無置換の二価の炭化水素基を示す、請求項11または12に記載の硬化性エポキシ組成物。
- 前記式(2)におけるR3から左に伸びる結合手はケイ素原子を介してナノダイヤモンド粒子に結合している、請求項11~13のいずれか1項に記載の硬化性エポキシ組成物。
- 脂環式エポキシ化合物(A)は分子内に2以上のエポキシ基を有する請求項1~14のいずれか1項に記載の硬化性エポキシ組成物。
- 脂環式エポキシ化合物(A)は、(I)分子内に脂環を構成する隣接する2つの炭素原子と酸素原子とで構成されるエポキシ基を有する化合物、および/または、(II)脂環に直接単結合で結合しているエポキシ基を有する化合物を含む、請求項1~15のいずれか1項に記載の硬化性エポキシ組成物。
- 脂環式エポキシ化合物(A)はシクロヘキセンオキシド基を有する化合物を含む請求項1~16のいずれか1項に記載の硬化性エポキシ組成物。
- 請求項1~17のいずれか1項に記載の硬化性エポキシ組成物の硬化物。
- ガラス転移温度が120℃以上である請求項18に記載の硬化物。
- 請求項18または19に記載の硬化物を備えた光学部材。
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