CN101313005A - 环氧树脂组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可用于LED密封领域中的，在常温下为固体，并且耐光性和耐热性优异，固化收缩小的环氧树脂组合物。该环氧树脂组合物的特征在于含有使酸值为100－250mgKOH/g的非芳香族多元羧酸(A)和环氧当量为100－400g/eq的非芳香族环氧树脂(B)反应所得到的环氧当量为300－1000g/eq、软化点为65℃－110℃的环氧树脂作为必要成分。在非芳香族多元羧酸(A)中，存在有1，4－环己烷二甲醇、2，2－双(4－羟基环己基)丙烷或3，9－双(1，1－二甲基－2－羟基乙基)－2，4，8，10－四氧杂螺[5，5]十一烷和甲基六氢化邻苯二甲酸或六氢化邻苯二甲酸反应而得到的物质。

Description

环氧树脂组合物
技术领域
本发明涉及透明性、耐候性、耐热性优异的，并且可用于涂料用树脂、涂布剂、印刷油墨、抗蚀油墨、粘合剂、半导体密封材料、成形材料、浇注材料以及电气绝缘材料领域的环氧树脂组合物，特别是涉及适合于发光二极管(以下，称为LED)密封的环氧树脂组合物，以及其中所用的环氧树脂。
背景技术
环氧树脂，由于其电气特性、粘合性、耐热性等优异，因而主要用于涂料领域、土木领域、电气领域的多种用途。特别是双酚A的二缩水甘油醚、双酚F的二缩水甘油醚、苯酚酚醛型环氧树脂、甲酚酚醛型环氧树脂等芳香族环氧树脂，耐水性、粘合性、机械物性、耐热性、电气绝缘性、经济性等优异，和各种固化剂组合起来得到了广泛使用。但是，由于这些树脂含有芳香环，因此容易因紫外线等而产生老化，在需要耐光性的领域中存在有使用上的限制。
在发展惊人的LED装置领域中，在不含紫外线或蓝色光的装置的情况下，从耐热性、粘合性、耐光性等方面考虑，在密封材料中有时使用芳香族环氧树脂组合物。但是，虽然正在开发以高输出功率为目标使用紫外光或蓝色光的LED装置，但是在这些装置的密封材料中使用芳香族环氧树脂组合物时，由于对紫外光或蓝色光的耐光性等不足，因此产生老化，并且还存在有随时间经过而发生黄变，辉度下降这样的问题。
作为和本发明相关的现有文献，有下列文献。
专利文献1：特许第3537119号公报
专利文献2：特许第3415047号公报
专利文献3：特开第2003-2774732号公报
在专利文献1中，提出了含有将芳香族环氧树脂氢化而得到的氢化环氧树脂以及固化剂的电气、电子材料用环氧树脂组合物。在专利文献2中，提出了含有将芳香族环氧树脂氢化而得到的氢化环氧树脂、环状脂肪族环氧树脂以及固化剂的固化性环氧树脂组合物。在专利文献3中，提出了含有将芳香族环氧树脂氢化而得到的环氧当量为230-1000g/eq的氢化环氧树脂或将芳香族环氧树脂氢化而得到的氢化环氧树脂和多元羧酸化合物反应而得到的环氧当量为230-1000g/eq的环氧树脂与环状烯烃环氧化而得到的脂环式环氧树脂，酸酐固化剂或阳离子聚合引发剂的LED密封用环氧树脂组合物。虽然这些树脂组合物，在耐光性或耐热性上已确认有一定效果，但是还需要减少固化收缩以及进一步改善耐光性，此外还需要一种根据成型方法在常温下为固体，加热时具有流动性，并且固化性、耐光性、耐热性优异的树脂组合物。
发明内容
发明所要解决的问题
本发明目的在于提供一种可用于涂料、油墨、抗蚀油墨、粘合剂、电子材料领域，特别是LED密封领域有用的，在常温下为固体，并且耐光性和耐热性优异，固化收缩小的环氧树脂组合物，以及其中所用的环氧树脂。
用于解决问题的方法
本发明是使酸值为100-250mgKOH/g的非芳香族多元羧酸(A)和环氧当量为100-400g/eq的非芳香族环氧树脂(B)反应所得到的环氧当量为300-1000g/eq、软化点为65℃-110℃的环氧树脂，含有该环氧树脂作为必要成分的环氧树脂组合物，以及固化该环氧树脂组合物而形成的固化树脂。该环氧树脂组合物优选含有环氧树脂固化剂，并且作为树脂固化剂，适合的为酸酐。
作为非芳香族多元羧酸(A)，优选以下列物质为例：以选自1，4-环己烷二甲醇以及2，2-双(4-羟基环己基)丙烷、3，9-双(1，1-二甲基-2-羟基乙基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5，5]十一烷中的一种以上为主体的醇，和以选自甲基六氢化邻苯二甲酸、六氢化邻苯二甲酸以及它们酸酐中的一种以上为主体的酸反应而得到的多元羧酸。
为非芳香族环氧树脂(B)，优选以下列环氧树脂为例：含有0-80重量％选自环氧当量在100-400g/eq范围内的2，2-双(4-羟基环己基)丙烷二缩水甘油醚以及1，4-甲氧基环己烷二缩水甘油醚中的一种以上和20-100重量％使环状烯烃环氧化而得到的脂环式环氧树脂的环氧树脂。
本发明的环氧树脂(称为环氧树脂(E))是使非芳香族多元羧酸(A)和环氧当量为100-400g/eq的非芳香族环氧树脂(B)反应而得到的，环氧当量为300-1000g/eq、软化点为65℃-110℃的环氧树脂(称为环氧树脂(E))。本发明环氧树脂组合物含有环氧树脂(E)作为必要成分。
以下，对环氧树脂(E)进行说明。
如果非芳香族多元羧酸(A)具有酸值100-250mgKOH/g，则可以使用脂肪族多元羧酸(包括脂环式多元羧酸)或氢化芳香族多元羧酸，但其不含碳-碳双键。优选是使脂肪族多元羧酸(A2)和脂肪族醇(包括脂环式醇)反应而得到的部分酯化非芳香族多元羧酸(非芳香族多元羧酸(A1))，并且通过酯键提高了分子量，调整了酸值的物质。另外，所谓非芳香族的术语，应被理解为不含碳-碳双键的意思，脂肪族(包括脂环式)也具有同样的意义。优选为脂环式。
作为用于制造非芳香族多元羧酸(A1)的多元羧酸(A2)，可以举例脂肪族多元羧酸、将芳香族多元羧酸的碳-碳双键氢化而形成的多元羧酸。优选列举甲基六氢化邻苯二甲酸和六氢化邻苯二甲酸。作为这种多元羧酸(A2)，除了非芳香族多元羧酸之外还可以使用酸酐、酰基卤等衍生物。另外，甲基六氢化邻苯二甲酸酐可以作为Rikacid MH(新日本理化社制造)或HN-5500(日立化成工业社制造)得到，六氢化邻苯二甲酸酐可以作为Rikacid HH(新日本理化社制造)得到。
作为用于制造非芳香族多元羧酸(A1)的脂肪族醇，可以举例一元或多元链烷醇或使双酚类的碳-碳双键氢化而得的醇。优选列举1，4-环己烷二甲醇及2，2-双(4-羟基环己基)丙烷、3，9-双(1，1-二甲基-2-羟基乙基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5，5]十一烷。另外，1，4-环己烷二甲醇可以作为SKY CHDM(新日本理化社制造)得到，2，2-双(4-羟基环己基)丙烷可以作为Rikabinol HB(新日本理化社制造)得到，并且3，9-双(1，1-二甲基-2-羟基乙基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5，5]十一烷可以作为Sproglycol(日本フアインケム社制造)得到。
构成非芳香族多元羧酸(A1)的优选脂肪族醇和多元羧酸(A2)的例子如下所示。
Figure A20068003173100061
非芳香族多元羧酸(A1)可以通过多元羧酸或其酸酐等脂肪族多元羧酸(A2)和脂肪族醇反应而得到，其制法没有特别限制。在满足光学特性和固化物的耐热性，以及树脂性状在常温下为固体的方面，该多元羧酸是使具有环己烷结构的1，4-环己烷二甲醇、2，2-双(4-羟基环己基)丙烷、3，9-双(1，1-二甲基-2-羟基乙基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5，5]十一烷或含有30wt％以上，优选50wt％以上这些物质的醇，和含有30wt％以上，优选50wt％以上选自甲基六氢化邻苯二甲酸、六氢化邻苯二甲酸或它们酸酐中的一种以上的酸反应所得到的多元羧酸时，是有利的。反应中的醇和酸的官能团比(OH∶COOH的摩尔比。酸酐基团的场合，计算为2摩尔COOH基)，从固化物的耐热性和耐光性的方面考虑，优选为1∶1.8-1∶2.2。也就是说，使用比理论量过剩的酸，作为具有酯键且末端具有羧基的结构的多元羧酸，设定上述酸值。另外，还可以使用通常未酯化的多元羧酸，代替非芳香族多元羧酸(A1)或者和非芳香族多元羧酸(A1)一起，作为非芳香族多元羧酸(A)。当非芳香族多元羧酸(A)为混合物时，只要作为平均的酸值满足上述范围即可。
和非芳香族多元羧酸(A)反应的非芳香族环氧树脂(B)是不含有碳-碳双键的环氧树脂，并且环氧当量在100-400g/eq的范围内。作为非芳香族环氧树脂(B)，可以举例由脂肪族多元醇衍生的脂肪族环氧树脂、使环状烯烃环氧化而得到的环氧树脂，及从使双酚类的碳-碳双键氢化而得的醇衍生的脂肪族环氧树脂。只要它们具有这种结构即可，制法没有限定。优选为含有0-80wt％选自2，2-双(4-羟基环己基)丙烷二缩水甘油醚和1，4-甲氧基环己烷二缩水甘油醚的一种以上的环氧树脂(B1)和20-100wt％使环状烯烃环氧化而得到的脂环式环氧树脂(B2)的环氧树脂。
当非芳香族环氧树脂(B)是环氧树脂(B1)和脂环式环氧树脂(B2)的混合物时，其比率优选是环氧树脂(B1)为2-80wt％，脂环式环氧树脂(B2)为20-98wt％。当脂环式环氧树脂(B2)的比率不足20％时，耐热性下降，而如果超过98％，则熔融粘度高，固化时的操作性不好。非芳香族环氧树脂(B)是2种以上非芳香族环氧树脂的混合物时，只要其环氧当量作为平均在100-400g/eq的范围内即可。
作为2，2-双(4-羟基环己基)丙烷二缩水甘油醚，可以使用丸善石油化学社制造的HBPADGE或东都化成社制造的ST-3000，作为甲氧基环己烷二缩水甘油醚，可以使用东都化成社制造的ZX-1658。
优选的环氧树脂(B1)例子如下所示。
Figure A20068003173100071
作为脂环式环氧树脂(B2)，是使具有环己烯环等的化合物氧化而得到的具有一个以上环氧基的环氧树脂，环氧当量为100-300g/eq，优选为100-200g/eq的环氧树脂。作为脂环式环氧树脂(B2)，可以使用由下述式(1)～(2)表示的环氧树脂等。作为式(1)所示的环氧树脂，有Celloxide 2021P(ダイセル社制造)，作为式(2)所示的环氧树脂，有Celloxide 3000，但只要是使具有环己烯环等不饱和脂肪族环的化合物氧化而得到的具有环氧基的环氧树脂，则还可以使用除此之外的环氧树脂。
非芳香族多元羧酸(A)和非芳香族环氧树脂(B)反应而得到的环氧树脂(E)，其环氧当量为300-1000g/eq，软化点为65℃-110℃，并优选环氧当量为350-700g/eq。当环氧当量不足300g/eq时，固化时的收缩大，固化物的韧性下降。此外，如果其超过1000g/eq，则固化物的玻璃化转变温度低，耐热性下降。环氧树脂(E)的环氧当量，可以通过调整非芳香族多元羧酸(A)和非芳香族环氧树脂(B)的种类和官能团的比而较任意地调整。
由于环氧树脂(E)的软化点随多元羧酸(A)的种类、环氧树脂(B)的种类以及多元羧酸(A)和环氧树脂(B)反应时的摩尔比(酸和环氧基的比)等而变化，因此可通过对它们进行调整而容易地控制该软化点。当环氧树脂(E)的软化点不足65℃时，树脂容易结块，而如果软化点超过110℃，则加热时的流动性低，难以获得成型性。
非芳香族多元羧酸(A)和非芳香族环氧树脂(B)的反应，可以在催化剂存在下，在120-180℃的气氛下容易地进行。所用催化剂没有特别限制，可以使用磷化合物、1.8-二氮杂双环(5.4.0)-十一碳烯-7及其盐。作为磷化合物，可以使用磷酸三苯酯、三叔丁基膦、正丁基三苯基溴化鏻、四-正丁基鏻、O，O-二乙基二硫代磷酸酯等。在该反应中，非芳香族多元羧酸(A)的COOH基和非芳香族环氧树脂(B)的环氧基反应，产生式(I)所示的反应。因此，反应后残留有环氧基，并且必须形成环氧当量为300-1000mg/eq的环氧树脂(E)。为此，环氧基/COOH基的摩尔比，优选设定在2/1-5/1的范围内。因此，在式(I)的反应中，一部分环氧基进行了反应，剩余的环氧基直接残留下来。另外，式(I)是用于说明主反应的，其进行了简化，但多元羧酸和多元环氧树脂的反应，可以由式(I)类推出来。
Figure A20068003173100091
本发明的环氧树脂组合物含有环氧树脂(E)作为必要成分，并且配合了在通常环氧树脂固化中使用的固化剂。除此之外，还可以配合阳离子聚合引发剂或抗氧剂、紫外线吸收剂等。
作为环氧树脂用固化剂，可以使用公知的固化剂，并优选为酸酐，具体来说，从耐光性、耐热性的方面考虑，优选为四氢化邻苯二甲酸酐、甲基四氢化邻苯二甲酸酐、氢化甲基降冰片稀二酸酐等非芳香族酸酐。此外，通过添加无机物或着色剂等，可以提高耐热性、光学特性等。
本发明的环氧树脂固化物可以通过加热固化本发明的环氧树脂组合物而得到。
实施例
以下通过实施例具体说明本发明。
缩写为如下所示。
HH：Rikacid HH(新日本理化社制造)
MH：Rikacid MH(新日本理化社制造)
HB：Rikabinol HB(新日本理化社制造)
SKY CHDM：新日本理化社制造
HBPADGE：环氧当量为207g/eq，水解性氯为170ppm，总的氯含量为1450ppm，粘度为780mPa·s/25℃(丸善石油化学社制造)
2021P：Celloxide 2021P(ダイセル社制造)
ST-3000：东都化成社制造
ZX-1658：东都化成社制造
YD-012：双酚A型环氧树脂(东都化成社制造)
SG：Spiroglycol(日本フアインケム社制造)
TPP：磷酸三苯酯
合成例1
在安装了温度计、冷却管、搅拌器、连续滴液装置的1L烧瓶中，用氮气吹扫，同时加入96重量份HB和123重量份HH，在160℃下搅拌混合3小时，得到酸值为206mgKOH/g的多元羧酸(第一反应)。接着，加入280重量份HBPADGE、75重量份2021P和0.1重量份TPP，在160℃下搅拌混合4小时，得到570重量份固体环氧树脂(E1)(第二反应)。所得环氧树脂(E1)的环氧当量为530g/eq，软化点为72℃。
合成例2
在合成例1中，使用57重量份SKY CHDM代替HB、133重量份MH代替HH，并在160℃下搅拌混合3小时，得到酸值为77mgKOH/g的多元羧酸。接着，加入10重量份ST-3000和150重量份2021P以及0.1重量份TPP，并在160℃下搅拌混合4小时，得到480重量份固体环树脂(E2)。
合成例3
在合成例1中，将280重量份HBPADGE、75重量份2021P替换为80重量份ZX-1658、170重量份2021P，其它操作相同，得到460重量份固体环氧树(E3)。
合成例4
在合成例1中，使用20重量份HBPADGE和310重量份2021P，代替280重量份HBPADGE和75重量份2021P，其它操作相同，得到540重量份固体环氧树脂(E4)。
合成例5
在合成例1中，使用310重量份2021P，代替280重量份HBPADGE和75重量份2021P，其它操作相同，得到520重量份固体环氧树脂(E5)。
合成例6
在合成例1中，使用134重量份MH代替HH，使用200重量份ZX-1658和20重量份2021P，代替280重量份HBPADGE和75重量份2021P，其它操作相同，得到440重量份固体环氧树脂(E6)。
合成例7
在合成例1中，使用122重量份SG代替HB，并且HBPADGE和2021P的使用量分别为168重量份、208重量份，其它操作相同，得到600重量份固体环氧树脂(E7)。所得环氧树脂(E7)的环氧当量为403g/eq，软化点为75℃。
合成例1-7的反应条件和环氧树脂的性状在表1中示出。反应原料(单体)的单位为重量份。
[表1]
Figure A20068003173100111
实施例1-6，比较例1-5
如表2和表3所示那样，对于环氧树脂(E1)-(E7)，YD-012、ST-3000、HBPADGE或2021P，在110℃下加热，并对HH进行充分地混合消泡以使摩尔比为1/1的比例，再添加0.2重量份抗氧剂(三光社制造的SANKO-HCA)、0.5重量份固化促进剂(サン アプロ社制造的U-CAT SA-102)，形成环氧树脂组合物。将其在金属模具内，在100℃下固化4小时，再在140℃下固化12小时，制成厚度为4mm的树脂板。
使用该树脂板，进行固化物的玻璃化转变温度(Tg)、光透射率、耐热性、耐候性和固化收缩的各种试验。
1)使用パ一キンエルマ一社制造的差示操作热量测定装置DELTA SERIESDSC7，测定固化物的玻璃化转变温度。升温速度为10℃/分。
2)使用日立制作所制造的自动记录分光光度计U-3410，测定厚度为4mm的固化物在400nm下的初始光透射率。
3)将固化物在空气中和150℃下保持72小时后，按与初始光透射率同样的方式测定400nm下的光透射率。
4)使用Qパネル社制造的耐候性试验机QUV，对固化物照射600小时UV后，按与初始光透射率同样的方式测定400nm下的光透射率。QUV的灯使用UVA340nm，并使黑面板温度为55℃。
5)由金属模具厚度、固化物厚度以及产生收缩的面积，计算固化物在金属模具内的固化收缩量。
[表2]
Figure A20068003173100121
[表3]
Figure A20068003173100131
工业实用性
本发明的环氧树脂组合物提供除常温下为固态外，而且是透明的，耐光性、耐热性、耐固化收缩性优异的固化物，可用于涂料、油墨、抗蚀油墨、粘合剂、电子材料领域，特别是可用于LED领域。

Claims (7)

1、环氧树脂，其环氧当量为300-1000g/eq，软化点为65℃-110℃，其特征在于由酸值为100-250mgKOH/g的非芳香族多元羧酸(A)和环氧当量为100-400g/eq的非芳香族环氧树脂(B)反应而得到。
2、环氧树脂组合物，其特征在于含有由酸值为100-250mgKOH/g的非芳香族多元羧酸(A)和环氧当量为100-400g/eq的非芳香族环氧树脂(B)反应而得到的并且环氧当量为300-1000g/eq、软化点为65℃-110℃的环氧树脂作为必要成分。
3、如权利要求2所述的环氧树脂组合物，非芳香族多元羧酸(A)是使以选自1，4-环己烷二甲醇、2，2-双(4-羟基环己基)丙烷及3，9-双(1，1-二甲基-2-羟基乙基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5，5]十一烷中的一种以上为主体的醇，和以选自甲基六氢化邻苯二甲酸、六氢化邻苯二甲酸以及它们的酸酐中的一种以上为主体的酸反应而得到的多元羧酸。
4、如权利要求2所述的环氧树脂组合物，非芳香族多元羧酸(A)是使以选自1，4-环己烷二甲醇和2，2-双(4-羟基环己基)丙烷中的一种以上为主体的醇，和以选自甲基六氢化邻苯二甲酸、六氢化邻苯二甲酸以及它们的酸酐中的一种以上为主体的酸反应而得到的多元羧酸。
5、如权利要求2所述的环氧树脂组合物，非芳香族环氧树脂(B)是含有0-80wt％选自2，2-双(4-羟基环己基)丙烷二缩水甘油醚和1，4-甲氧基环己烷二缩水甘油醚中的一种以上和20-100wt％选自将环状烯烃环氧化而得到的脂环式环氧树脂中的一种以上的环氧树脂。
6、如权利要求2所述的环氧树脂组合物，其含有包含酸酐的环氧树脂固化剂。
7、使权利要求6所述的环氧树脂组合物固化而得到的固化树脂。
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