JP2000219799A - 難燃性エポキシ樹脂組成物および積層板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 難燃性、耐熱性および耐湿耐半田性に優れた
難燃エポキシ樹脂組成物を提供する。 【解決手段】 フェノールノボラック型エポキシ樹脂
と、下記一般式１で表される化合物又はその加水分解物 【化１】 （式中、Ｒは水素原子、又は炭素原子数１〜１０の脂肪
族基若しくは芳香族基であり、ｍは１〜４の整数、ｎは
１〜４の整数をそれぞれ表す。）、および硬化剤を必須
成分する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非ハロゲン化処方
(ハロゲンフリー)で優れた難燃性を有し、且つ、耐熱性
および耐湿性に優れるため、積層部品材料、半導体封止
材料、電気絶縁材料、繊維強化複合材料、塗装材料、成
型材料、接着剤材料などに用途に使用でき、とりわけ電
気用途である積層板(プリント配線板)として有用なエポ
キシ樹脂組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、エポキシ樹脂と硬化剤を組み
合わせて用いられるエポキシ樹脂組成物は、その電気特
性や硬化物強度に優れる点からプリント配線板、電気積
層板等の電気電子材料用途に広く用いられている。

【０００３】これら電気電子材料を用いたプリント配線
板、電気積層板等では、高い難燃性（ＵＬ−９４ Ｖ−
０）が求められるため、通常ハロゲン化されたエポキシ
樹脂が用いられており、例えば、ガラスエポキシ積層板
では、ＦＲ−４グレードとして一般に、臭素化されたビ
スフェノールＡ型エポキシ樹脂を主原料成分とし、これ
に耐熱性を付与するためフェノールノボラック型エポキ
シ樹脂やクレゾールノボラック型エポキシ樹脂などを併
用したエポキシ樹脂と、潜在性硬化剤であるジシアンジ
アミドを配合した組成物が使用されている。

【０００４】ところが近年、ハロゲン系難燃剤を含む廃
棄物の焼却にともなう環境への影響の問題から、ハロゲ
ンを低減するするか、ハロゲンを使用しない難燃処方が
強く求められている。この様なハロゲンによる難燃化処
方に代わる技術として、従来より添加型リン系難燃剤、
反応型リン系難燃剤が広く用いられており、例えば、特
許第２８４６９６４号公報には、窒素化合物、芳香族リ
ン酸エステルおよび無機化合物を併用した組成物が開示
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記特許第２
８４６９６４号公報記載の窒素化合物および芳香族リン
酸エステルの併用による難燃化では十分な難然性付与の
効果が著しく低い他、耐熱性、耐湿性にも劣る為耐湿耐
ハンダ性に低い積層板しか得られない。また、該公報記
載のように難然効果を補うべく無機化合物を併用したと
しても無機化合物を併用したとしても、やはり難然効果
のレベルは依然低く、更に無機化合物併用によってワニ
スのガラスクロスへの含浸性低下、耐水性低下を来し耐
湿耐ハンダ性を低下させるという問題を招来していた。

【０００６】本発明が解決しようとする課題は、難燃効
果に優れると共に、耐熱性および耐湿耐半田性等のエポ
キシ樹脂硬化物の基本特性に優れるハロゲンフリーの難
燃エポキシ樹脂組成物を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決すべく鋭意検討した結果、非ハロゲン系の難燃剤とし
て特定構造の燐原子含有化合物を用いることにより、優
れた難然効果を発現すると共に、得られる積層板の耐湿
耐ハンダ性を飛躍的に改善できることを見出し本発明を
完成するに至った。

【０００８】即ち、本発明は、エポキシ樹脂（Ａ）と、
下記一般式１で表される化合物又はその加水分解物
（Ｂ）（以下、このものを「化合物（Ｂ）と略記す
る」）

【０００９】

【化２】 （式中、Ｒはそれぞれ独立的に、水素原子、又は炭素原
子数１〜１０の脂肪族基若しくは芳香族基であり、ｍは
１〜４の整数、ｎは１〜４の整数をそれぞれ表す。）、
および硬化剤（Ｃ）を必須成分することを特徴とする難
燃性エポキシ樹脂組成物、および、これに更に有機溶剤
（Ｄ）を含む組成物をガラスクロスに含浸、積層してな
ることを特徴とする積層板に関する。

【００１０】本発明で使用するエポキシ樹脂（Ａ）は、
特に制限されないが、本発明がハロゲンフリーであって
も優れた難然効果を発現することからハロゲン原子非含
有のエポキシ樹脂が好ましい。ここで、ハロゲン原子非
含有のエポキシ樹脂とは、エポキシ樹脂を製造する際、
エピクロロヒドリンと反応させる原料フェノール樹脂中
にハロゲン原子が含まれていないか或いはハロゲン原子
で実質的に変性されていないエポキシ樹脂である。即
ち、通常のエピクロルヒドリンの使用により混入される
塩素分は含んでいてもよく、具体的にはハロゲン原子量
５０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。

【００１１】この様なエポキシ樹脂（Ａ）としては、例
えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノー
ルＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹
脂、テトラメチルビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビ
スフェノールＳ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エ
ポキシ樹脂；レゾルシノールジグリシジルエーテル、ジ
メチルビスフェノールＣジグリシジルエーテル等のその
他の２官能型エポキシ樹脂；１，６−ジヒドロキシナフ
タレンのジグリシジルエーテル、１，６−ジグリシジル
オキシナフタレン型エポキシ樹脂、１−（２，７−ジグ
リシジルオキシナフチル）−１−（２−グリシジルオキ
シナフチル）メタン、１，１−ビス（２，７−ジグリシ
ジルオキシナフチル）メタン、１，１−ビス（２，７−
ジグリシジルオキシナフチル）−１−フェニル−メタン
等の縮合環骨格を有するエポキシ樹脂；フェノールノボ
ラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキ
シ樹脂、ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂、
ビスフェノールＡＤノボラック樹脂等のノボラック型エ
ポキシ樹脂；フェノール−ｐ−キシレングリコールジメ
チルエーテル重縮合体のポリグリシジルエーテル等のフ
ェノールアラルキル型エポキシ樹脂；シクロヘキセンオ
キサイド基を有するエポキシ樹脂、トリシクロデセンオ
キサイド基を有するエポキシ樹脂、シクロペンテンオキ
サイド基を有するエポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン
のエポキシ化物等の環式脂肪族骨格を有するエポキシ樹
脂；フタル酸ジグリシジルエステル、テトラヒドロフタ
ル酸ジグリシジルエステル、ヘキサヒドロフタル酸ジグ
リシジルエステル、ジグリシジルｐ−オキシ安息香酸、
ダイマー酸グリシジルエステル、トリグリシジルエステ
ル等のグリシジルエステル型エポキシ樹脂；ジグリシジ
ルアニリン、テトラグリシジルアミノジフェニルメタ
ン、トリグリシジルｐ−アミノフェノール、テトラグリ
シジルメタキシリレンジアミン、ジグリシジルトルイジ
ン、テトラグリシジルビスアミノメチルシクロヘキサン
等のグリシジルアミン型エポキシ樹脂；ジグリシジルヒ
ダントイン、グリシジルグリシドオキシアルキルヒダン
トイン等のヒダントイン型エポキシ樹脂、トリアリルイ
ソシアヌレート、トリグリシジルイソシアヌレート等の
複素環式エポキシ樹脂；フロログリシノールトリグリシ
ジルエーテル、トリヒドロキシビフェニルトリグリシジ
ルエーテル、トリヒドロキシフェニルメタントリグリシ
ジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、２
−［４−（２，３−エポキシプロポキシ）フェニル］−
２−［４−［１，１−ビス［４−（２，３−エポキシプ
ロポキシ）フェニル］エチル］フェニル］プロパン、
１，３−ビス［４−［１−［４−（２，３−エポキシプ
ロポキシ）フェニル］−１−［４−［１−［４−（２，
３−エポキシプロポキシ）フェニル］−１−メチルエチ
ル］フェニル］エチル］フェノキシ］−２−プロパノー
ル等の３官能型エポキシ樹脂；テトラヒドロキシフェニ
ルエタンテトラグリシジルエーテル、テトラグリシジル
ベンゾフェノン、ビスレゾルシノールテトラグリシジル
エーテル、テトラグリシドキシビフェニル等の４官能型
エポキシ樹脂などが挙げられる。これらのエポキシ樹脂
は、その使用にあたって１種類のみに限定されるもので
はなく、２種類以上の併用または、各種変性されたもの
でも使用可能である。

【００１２】これらのなかでも特に難然性の改善効果が
顕著である点から縮合環骨格を有するエポキシ樹脂、ノ
ボラック型エポキシ樹脂が好ましく、なかでも耐熱性、
耐湿性に優れる点からノボラック型エポキシ樹脂、特に
フェノールノボラック型エポキシ樹脂又はクレゾールノ
ボラック型エポキシ樹脂が好ましい。

【００１３】また、本発明においては前記ノボラック型
エポキシ樹脂を用いる際には、これと共にビスフェノー
ル型エポキシ樹脂、特にビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂又はビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を併用すること
が流動性の改善効果に優れる点から好ましい。ここで、
ビスフェノール型エポキシ樹脂と、フェノールノボラッ
ク型エポキシ樹脂またはクレゾールノボラック樹脂との
使用割合は、特に制限されるものではないが、ガラスク
ロスへの含浸性、積層板の耐湿耐ハンダ性の点から、ビ
スフェノール型エポキシ樹脂と、フェノールノボラック
型エポキシ樹脂またはクレゾールノボラック樹脂との重
量比で、前者／後者＝（５／９５）〜（５０／５０）で
あることが好ましい。

【００１４】本発明で用いるエポキシ樹脂（Ａ）のエポ
キシ当量は、特に制限されるものではないが、最終的な
硬化物とした際の耐熱性、密着性に優れ、特に積層板と
した際の耐湿耐ハンダ性に優れる点から、１００〜５０
０g/eqが好ましい、。エポキシ樹脂（Ａ）のエポキシ当
量が１００g/eq以上の場合、密着性が非常に良好なもの
となり、また、エポキシ当量が５００g/eq以下の場合、
耐熱性が飛躍的に向上し、積層板の耐湿耐ハンダ性に非
常に優れたものとなる。また、これらの性能が一層顕著
になる点からなかでも１５０〜３５０g/eqがより好まし
い。尚、前記の通り、エポキシ樹脂を複数併用する場合
は、ここでいうエポキシ当量とは混合エポキシ樹脂全体
での値である。

【００１５】本発明で用いる化合物（Ｂ）は、下記一般
式１で示される化合物、又はその加水分解物であり、本
発明のエポキシ樹脂組成物に優れた難然効果を付与する
ものである。

【００１６】

【化３】 ここで、一般式１中、Ｒはそれぞれ独立的に、水素原
子、又は炭素原子数１〜１０の脂肪族基若しくは芳香族
基であり、ｍは１〜４の整数、ｎは１〜４の整数をそれ
ぞれ表す。尚、炭素原子数１〜１０の脂肪族基若しくは
芳香族基としては、具体的にはメチル基、エチル基、イ
ソプロピル基、ｔ−ブチル基、sec−ブチル基、フェニ
ル基等が挙げられる。

【００１７】また、一般式１で示される化合物の加水分
解物とは、具体的には下記一般式２で表される。

【００１８】

【化４】 ここで、一般式２中のＲ、ｍ及びｎは、一般式１の場合
と同義である。

【００１９】これらのなかでも、特に難然効果に著しく
優れる点から一般式１又は一般式２においてＲが水素原
子であることが好ましい。また、耐水性の点から一般式
２よりも一般式１の方が好ましく、よって、特に一般式
１においてＲが水素原子である９，１０−ヒドロ−９−
オキサ−１０−ホスファフェナントレン−１０−オキシ
ドが最も好ましい。

【００２０】上記化合物（Ｂ）の使用量には特に制限は
ないが、組成物中の固形分に対して５〜５０重量％とな
る範囲であることが好ましい。即ち、５重量％以上にお
いては、難然効果が飛躍的に向上する他、５０重量％以
下においては、機械物性に優れたものとなる。これらの
バランスに優れる点から特に１０〜４０重量％の範囲が
好ましい。また、化合物（Ｂ）は添加系の難燃剤として
使用してもよいし、また予めエポキシ樹脂（Ａ）と反応
させて使用するか、あるいは硬化反応時においてエポキ
シ樹脂（Ａ）と反応する様にしても良い。

【００２１】ここで、化合物（Ｂ）を予めエポキシ樹脂
（Ａ）と反応させるには、例えば２０〜２００℃の温度
条件下で反応させればよい。該反応は無触媒であっても
よいが触媒存在下に行うことが好ましく、使用し得る触
媒としては水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアル
カリ金属水酸化物、トリエチルアミン、ベンジルジメチ
ルアミン等の第三級アミン、テトラメチルアンモニウム
クロライド等の第４級アンモニウム塩類、イミダゾール
化合物、トリフェニルホスフィン、四級ホスホニウム塩
等が挙げられる。また溶媒存在下に反応を行うことがで
きるが、化合物（Ｂ）が溶媒と反応することもあるの
で、無溶媒下に行うことが好ましい。また、エポキシ樹
脂（Ａ）としてハロゲン原子非含有のエポキシ樹脂を用
いる場合は、上記した触媒としてもハロゲン原子非含有
のものを用いることが好ましい。

【００２２】本発明で使用する硬化剤（Ｃ）としては、
特に限定されるものではなく一般的なエポキシ樹脂用の
硬化剤であればいずれも使用できるが、例えば、ジシア
ンジアミド、イミダゾール、ＢＦ3 −アミン錯体、グア
ニジン誘導体等の潜在性アミン系硬化剤；メタフェニレ
ンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフ
ェニルスルホンなどの芳香族アミン類、その他、シクロ
ホスファゼンオリゴマー等の窒素原子を含有する硬化
剤；フェノール類とトリアジン環を有する化合物、或い
はフェノール類とトリアジン環とアルデヒド類の混合物
または縮合物；フェノールノボラック樹脂、クレゾール
ノボラック樹脂、ビスフェノールＡノボラック樹脂、フ
ェノールアラルキル樹脂、ポリアミド樹脂、無水マレイ
ン酸、無水フタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水
ピロメリット酸などの酸無水物系硬化剤等が挙げられ
る。これらの硬化剤は単独で使用しても、２種以上併用
してもよいが、難燃性に優れる点からジシアンジアミド
が最も好ましい。

【００２３】次に、本発明の組成物は、有機溶剤（Ｄ）
を併用することにより積層板用のワニスとすることがで
きる。ここで使用し得る有機溶剤（Ｄ）としては、特に
限定されるものではないが、例えば、アセトン、メチル
エチルケトン、トルエン、キシレン、メチルイソブチル
ケトン、酢酸エチル、エチレングリコールモノメチルエ
ーテル、N、N-ジメチルホルムアミド、メタノール、エ
タノール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブタノール、
メトキシプロパノール、エチルカルビトール、トルエ
ン、シクロヘキサノンなどが挙げられる。これらの溶剤
は、適宜に2種または、それ以上の混合溶剤として使用
することも可能である。

【００２４】有機溶剤（Ｄ）の使用量は特に制限される
ものではないが、プリプレグを作成する場合の基材への
含浸性、樹脂付着性に優れる点から、固形分濃度３０〜
７０重量％となる範囲であることが好ましい。

【００２５】本発明のエポキシ樹脂組成物は、上記各成
分に加え更に硬化促進剤（Ｅ）を併用できる。使用し得
る硬化促進剤（Ｅ）としては、特に限定されるものでは
ないが、例えば、ベンジルジメチルアミンの如き3級ア
ミン類、各種イミダゾール類、３級ホスフィン類または
各種金属化合物などが挙げられる。

【００２６】本発明のエポキシ樹脂組成物には、さらに
必要に応じて種々の硬化剤、添加剤、難燃剤、充填剤等
を適宜配合することが出来る。

【００２７】本発明の組成物を得る方法には特に制限は
なく、例えば、第一段目としてエポキシ樹脂（Ａ）と
化合物（Ｂ）を反応させついで硬化剤（Ｃ）を混合する
方法、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の各成分を各々有機溶
剤（Ｄ）に溶かした後、混合する方法、（Ａ）、
（Ｂ）を有機溶剤（Ｄ）に溶解した樹脂溶液に、（Ｃ）
を有機溶媒（Ｄ）に溶解した溶液を混合する方法、
（Ｂ）、（Ｃ）を有機溶剤（Ｄ）に溶解した樹脂溶液
に、（Ａ）を有機溶剤（Ｄ）に溶解した溶液を混合する
方法、（Ｂ）及び（Ｃ）を有機溶剤（Ｄ）に溶解した
樹脂溶液に、（Ａ）を配合する方法が挙げられる。

【００２８】このようにして得られる本発明の組成物
は、有機溶剤（Ｄ）を含む場合、積層板用のワニスとし
て使用でき、具体的には、該ワニスをガラスクロスに含
浸してプリプレグとし、これを所定枚数重ねて加熱加圧
成形することにより本発明の積層板とすることができ
る。この様にして得られる本発明の積層板は、ハロゲン
フリーで優れた難然効果を奏すると共に、耐熱性、耐湿
性も良好であることから耐湿耐ハンダ性を飛躍的に向上
させることができる。

【００２９】また、前記した本発明のエポキシ樹脂組成
物は、この様な積層板用のワニス用途の他、半導体封止
材料、電気絶縁材料等の各種電気電子部品、繊維強化複
合材料、塗装材料、成型材料、接着剤材料などにも適用
できる。

【００３０】

【実施例】実施例１〜６および比較例１ 第１表の配合で下記の方法でワニスを調整し、下記の如
き条件で硬化させて両面銅張積層板を試作し、各種の評
価を行った。結果を第１表に示す。 ［ワニスの調整］ワニスは、リン原子含有化合物と硬化
剤とをメチルセロソルブとＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミ
ドの混合溶液に溶解して混合した後、そこに硬化促進剤
（２−エチル−４−メチルイミダゾ−ル）とエポキシ樹
脂とを加え、最終的に組成物の不揮発分（Ｎ．Ｖ．）が
６０％となるように調整した。

【００３１】また、硬化促進剤は、樹脂(エポキシ樹
脂、硬化剤、リン原子含有化合物の合計)１００部に対
して０．１部となる割合とした。

【００３２】 ［積層板作製条件］ 基材 ：180μm; 日東紡績株式会社製 ガラスクロス「WEA 7628 H258」 プライ数 ：8 プリプレグ化条件：160℃/3分 銅 箔 ：35μm; 古河サ−キットホイ−ル株式会社製 硬化条件 ：170℃、40kg/cm2で1時間 成型後板厚 ：1.6mm 樹脂含有量 ：40%

【００３３】 ［物性試験条件］ 燃焼試験 : UL-94垂直試験に準拠。 ガラス転移温度: エッチング処理を施し銅箔除去した後、DMA法にて測定。 昇温スピード3℃/min 耐湿耐ハンダ性 :試験片(25mm×50mm)を１００℃の煮沸蒸留水中に2時間浸 せき後、その試験片を260℃のハンダ浴に３０秒間浸せき させて、その前後の状態変化を観察した。 ○: 外観変化なし △: 直径５mm以下の膨れが５個以下。 ×: 直径５mmより大きい膨れ発生、又は直径５mm以下 の膨れが６個以上

【００３４】

【表１】

【００３５】尚、第１表中の各原料及び略号は以下の通
りである。 「Ｎ−７７５」 ： フェノールノボラック型エポキシ
樹脂（大日本インキ化学工業（株）製、商品名［ＥＰＩ
ＣＬＯＮ Ｎ−７７５］、エポキシ当量１９０ｇ／ｅ
ｑ） 「Ｎ−６９０」 ： クレゾールノボラック型エポキシ
樹脂（大日本インキ化学工業（株）製、商品名［ＥＰＩ
ＣＬＯＮ Ｎ−６９０］エポキシ当量２１６ｇ／ｅｑ） 「１０５５」 ： ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂
（大日本インキ化学工業株式会社製、商品名［ＥＰＩＣ
ＬＯＮ １０５５］エポキシ当量４７０ｇ／ｅｑ） 「８３０」 ： ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（大
日本インキ化学工業株式会社製、商品名［ＥＰＩＣＬＯ
Ｎ ８３０］エポキシ当量１７２ｇ／ｅｑ） 「ＨＣＡ」 ： ９，１０−ヒドロ−９−オキサ−１０
−ホスファフェナントレン−１０−オキシド (三光(株)
製、商品名:［ＨＣＡ］) 「２Ｅ４ＭＺ」 ： ２−エチル−４−メチル−イミダ
ゾール 「ＲＤＰ」 ： レゾルシルジフェニルホスフェート
（味の素株式会社製、商品名［ＲＤＰ］）

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、難然効果に優れると共
に、耐熱性および耐湿耐半田性等のエポキシ樹脂硬化物
の基本特性に優れるハロゲンフリーの難燃エポキシ樹脂
組成物を提供できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F100 AB17B AB33B AG00A AH07A AK53A BA02 BA03 BA07 CA02A CA08A DG11A DH01A EJ82 GB43 JJ07 YY00A 4J002 CC04Y CD01W CD05W CD05X CD06W CD10W CD14W CE00Y CL00Y EL137 EL147 EN077 ER027 EU117 EV217 EW136 EW157 FD14Y GH00 GQ05

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エポキシ樹脂（Ａ）と、下記一般式１で
   表される化合物又はその加水分解物（Ｂ） 【化１】 （式中、Ｒはそれぞれ独立的に、水素原子、又は炭素原
   子数１〜１０の脂肪族基若しくは芳香族基であり、ｍは
   １〜４の整数、ｎは１〜４の整数をそれぞれ表す。）、
   および硬化剤（Ｃ）を必須成分することを特徴とする難
   燃性エポキシ樹脂組成物。
2. 【請求項２】 一般式１で表される化合物又はその加水
   分解物（Ｂ）の配合割合が、組成物中の固形分に対して
   ５〜５０重量％である請求項１記載の組成物。
3. 【請求項３】 エポキシ樹脂（Ａ）として、ノボラック
   型エポキシ樹脂を用いる請求項１又は２の何れか１つに
   記載の組成物。
4. 【請求項４】 エポキシ樹脂（Ａ）として、ノボラック
   型エポキシ樹脂と共に、ビスフェノールＦ型エポキシ樹
   脂またはビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を併用する請
   求項３記載の組成物。
5. 【請求項５】 エポキシ樹脂（Ａ）のエポキシ当量が１
   ００〜５００ｇ／ｅｑである請求項１〜４の何れか１つ
   に記載のエポキシ樹脂組成物。
6. 【請求項６】 更に、有機溶剤（Ｄ）を含有する請求項
   １〜５の何れか１つに記載の組成物。
7. 【請求項７】 有機溶剤（Ｄ）の含有量が、組成物中の
   固形分含有率で３０〜７０重量％となる割合である請求
   項６記載の組成物。
8. 【請求項８】 請求項６又は７記載の組成物をガラスク
   ロスに含浸、積層してなることを特徴とする積層板。