JP2002037856A - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents
エポキシ樹脂組成物Info
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Abstract
善されたエポキシ樹脂組成物を提供する。 【解決手段】 ビスフェノールA型エポキシ樹脂に代表
される芳香族エポキシ樹脂の核水素化物であって、2核
体の水添加化合物成分を60重量%以上の割合で含有す
る核水素化エポキシ樹脂(A)、及び硬化剤(B)を含
有。
Description
から電子部品材料用接着材、絶縁材として有用であり、
また、流動性、硬化性および硬化物の機械的強度に優れ
る新規なエポキシ樹脂組成物に関する。
的に機械物性質、耐水性、耐食性、密着性、耐化学薬品
性、耐熱性、電気特性などの性能を有することから、接
着剤、塗料、積層板、IC封止材、成形材料など幅広い
分野に使用されている。
樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂等に代表さ
れる芳香族エポキシ樹脂は、硬化剤と、場合によっては
硬化促進剤を添加して、更に必要により、タルク、チタ
ン、シリカなどの充填剤をも添加して、種々の硬化条件
を通して用いられている。
シ樹脂は、その芳香核のために屋外における耐候性に劣
り使用に値しない、また粘度が高いため、トルエン、キ
シレン、メチルエチルケトン、酢酸エチル等に代表され
る溶剤に溶解し使用される事が大半であり、作業性、環
境安全性に問題がある。
を改善するため、水素化ビスフェノールAとエピクロル
ヒドリンとの重縮合により液状エポキシ樹脂とする方法
など、芳香核を水素化したエポキシ樹脂が種々検討され
ている。
ビスフェノールAとエピクロルヒドリンとの重縮合によ
り液状エポキシ樹脂とする方法は、反応触媒としてBF
3等のルイス酸を用い、クロルヒドリンエーテルを生成
し、その後、水酸化ナトリウム等のアルカリ金属水酸化
物によりにより脱塩反応を行い得られるものであるが、
水素化ビスフェノールAとエピクロルヒドリンとの反応
点である水酸基がアルコール性水酸基であるため、この
時クロルヒドリンエーテルのアルコール性水酸基に更に
エピクロルヒドリンが反応し、ジグリシジルエーテル化
物の生成量が低下してしまい、硬化性の著しい低下や、
硬化物の機械的強度の低下を招くものであった。
核水素化されたエポキシ樹脂を主剤とするエポキシ樹脂
組成物において、硬化性や、硬化物の機械的強度が飛躍
的に改善されたエポキシ樹脂組成物を提供することにあ
る。
解決すべく鋭意検討を重ねた結果、芳香族エポキシ樹脂
の核水素化物において、2核体の水添加化合物成分(以
下、「2核体成分」と略記する)を60重量%以上の割
合で含有させたものを用いることにより、水添加エポキ
シ樹脂組成物の欠点たる硬化性や機械的強度の低下を良
好に防ぐことができることを見出し、本発明を完成させ
るに至った。
水素化物であって、2核体成分を60重量%以上の割合
で含有する核水素化エポキシ樹脂(A)、及び硬化剤
(B)を必須成分とすることを特徴とするエポキシ樹脂
組成物に関する。
(A)とは、1分子内に複数の芳香核を有するエポキシ
樹脂において、該芳香核が核水素化された構造を有する
ものであって、かつ、2核体成分を核水素化エポキシ樹
脂(A)中60重量%以上なる割合で含有するものであ
る。このような2核体成分を核水素化エポキシ樹脂
(A)中60重量%以上なる割合で含有させることによ
り、所謂核水素化エポキシ樹脂の欠点とされていた硬化
性や機械的強度を飛躍的に改善することができ、接着
剤、塗料、積層板、IC封止材、LED、成形材料等幅
広い分野への適用が可能となる。
料フェノールとエピハロヒドリンとを反応させて得られ
るエポキシ樹脂を核水素化したもの、或いは、原料フェ
ノールを核水素化したものをエピハロヒドリンと反応さ
せたものの何れであってもよいが、本発明においては、
とりわけ前者の原料フェノールとエピハロヒドリンとを
反応させて得られるエポキシ樹脂を核水素化して得られ
る樹脂であることが該樹脂中に占める2核体成分の含有
率を高めることができる点から好ましい。
ンとを反応させて得られるエポキシ樹脂を核水素化して
核水素化エポキシ樹脂(A)を製造する場合、前記エポ
キシ樹脂としては、特に制限されるものではないが、分
子内に2個以上のフェノール性水酸基を有するフェノー
ル類とエピハロヒドリンとの重縮合物、又は、該重縮合
物とフェノール類との重付加物であるエポキシ樹脂が挙
げられる。
ノール性水酸基を有するフェノール類としては、ジフェ
ノール類、ジナフトール類、ビフェニル類、及び、フェ
ノール類とケトン類又は、アルデヒド類、ジエン類とを
触媒の存在下で縮合させ得られるビスフェノール類等が
挙げられる。
に限定されるものではないが、例えば、ハイドロキノ
ン、レゾルシン、カテコール、ターシャリブチルハイド
ロキノン、ターシャリブチルカテコールが挙げられる。
されるものではないが、例えば、1,6−ジヒドロキシ
ナフタレン、1,5−ジヒドロキシナフタレン、2,6
−ジヒドロキシナフタレン、2,7−ジヒドロキシナフ
タレンが挙げられる。
ビフェノール、3,3’−5,5’−テトラメチル4,
4’−ビフェノールが挙げられる。
ェノールA、ビスフェノールFの様な、ビスフェノール
類、例えば、フェノール、o−クレゾール、ブチルフェ
ノール、ナフトール、ハイドロキノン、レゾルシン、カ
テコールと、ケトン類としてアセトン、メチルエチルケ
トン、メチルイソブチルケトン、アルデヒド類として、
ホルマリン、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、ジ
エンとして、ジシクロペンタジエン、ジビニルベンゼン
とを、酸触媒として、蓚酸、パラトルエンスルホン酸を
用い得られるものが挙げられる。
エポキシ樹脂のなかでもとくに本発明においては、核水
素化率が高められ、流動性や耐光性の改善効果が著しく
優れる点からビスフェノール類とエピハロヒドリンとの
重縮合物、又は、該重縮合物とビスフェノール類との重
付加物である所謂ビスフェノール型エポキシ樹脂が好ま
しい。
は1種単独でも使用しても良いし、2種以上を併用して
も良く、特に限定されるものではない。
ロヒドリンと反応させてエポキシ化する際の反応条件
は、特に制限されるものではないが、例えば、原料フェ
ノールの水酸基の1当量に対し、エピハロヒドリンを
1.5〜10当量添加し、塩基の存在下に、40〜10
0℃で常圧または、減圧下で、場合によっては反応溶媒
として、イソプロピルアルコール、ブタノール等のアル
コール、ジオキサン等のエーテル類、ジメチルスルフォ
キシド、1,3−ジメチルイミダゾリジノン等の非プロ
トン性極性溶媒を用い反応を行うことが好ましい。
れるものではなく、水酸化カリウム、水酸化ナトリウ
ム、水酸化バリウム、酸化マグネシウム、炭酸ナトリウ
ム、炭酸カリウム等が挙げられるが、好ましくは水酸化
カリウム及び/又は水酸化ナトリウムが挙げられる。ま
た反応系内で、水溶液、固形いずれも限定されるもので
はない。
特に限定はしないが、好ましくはエピクロルヒドリン、
β−メチルエピクロルヒドリン、エピブロモヒドリン、
β−メチルエピブロモヒドリン等が挙げられるが、なか
でも反応性の点からエピクロルヒドリンが好ましい。
類と、エピハロヒドリンと反応させてエポキシ化した
後、或いは、該エポキシ化反応する際に、分子量の調整
のために1価及び/又は多価のフェノール類を併用する
ことができる。
は、例えば、フェノール、o−クレゾール等のクレゾー
ル類、キシレノール類、p−ターシャリブチルフェノー
ル、ノニルフェノール等のアルキルフェノール類、多価
フェノール類としては、上記ジフェノール類または、ビ
スフェノールA、ビスフェノールF等のビスフェノール
類、ジシクロペンタジエンフェノール樹脂類等と、第四
級オニウム塩、アルカリ金属水酸化物等の塩基性触媒を
用い、重付加反応を行い得ることも可能である。
脂(A)は、上記の如くして得られたエポキシ樹脂を、
エーテル系溶媒中、ロジウム、ルテニウム等金属触媒存
在下、混合助触媒として脂肪酸エステルを用い、水素と
加圧下反応することにより得られる。
溶媒は、特に限定されないが、水素化反応に対して不活
性であり水素化率の向上等の効果から、環状エーテル類
が、具体的には、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピ
ラン、ジオキサン、ジオキソランが好ましい。その使用
量は特に限定されないが、水素化率からエポキシ樹脂
(A−1)100重量部に対して、10〜1000重量
部の範囲、好ましくは、20〜500重量部の範囲であ
る。
属触媒があるが、水素化率の向上等の効果から、活性金
属種としてのルテニウムを不活性担持に担持したもので
あれば特に限定されないが、担持の種類としては活性
炭、シリカ、アルミナ、マグネシア及びこれらの混合物
が好ましく、中でも活性炭が好ましい。
して、0.05重量部以上が好ましく、0.1〜2.0
重量部の範囲が中でも好ましい。
素化率の向上のために添加するが、その種類は特に限定
されないが、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピ
ル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチ
ル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸メチル等が挙げ
られるが、中でも酢酸エチル、プロピオン酸メチルが好
ましい。
して、0.5〜100重量部が好ましく、1〜50重量
部の範囲が中でも好ましい。
完結できる条件下であれば特に限定されないが、30〜
120℃の範囲、好ましくは40〜100℃の範囲、圧
力5〜150Kg/cm2・Gの範囲、好ましくは20
〜100Kg/cm2・Gの範囲が良い。また反応時間
は、上記条件により異なるが、通常1〜10時間であ
る。
樹脂(A)は、既述の通り、2核体成分を核水素化エポ
キシ樹脂(A)中60重量%以上なる割合で含有してい
る。ここで2核体成分とは、前記した通り、芳香族エポ
キシ樹脂の2核体成分の核水素化化合物をいい、原料と
して用いる分子内に2個以上のフェノール性水酸基を有
するフェノール類に対応する種々の構造のものが挙げら
れるが、核水素化エポキシ樹脂(A)として、ビスフェ
ノール型エポキシ樹脂の核水素化物を用いる場合には、
ビスフェノール類のジグリシジルエーテルが好ましく使
用できる。尚、本発明において、核水素化エポキシ樹脂
(A)中の2核体成分の含有量は、GPCによって測定
される値である。
樹脂(A)は、樹脂中の全塩素分を飛躍的に低減するこ
とができ、具体的には、核水素化エポキシ樹脂(A)中
3000ppm以下とすることができる。従って、本発
明のエポキシ樹脂組成物は、電気絶縁特性に優れた硬化
物となり、積層板、IC封止材等の電気、電子部品等の
用途に好適である。
は、単独成分のみならず、混合配合してもよい。
化剤(B)は、従来からエポキシ樹脂用硬化剤として通
常使用されているものが特に制限なく利用出来るが、例
えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラッ
ク樹脂、ポリアミン類、ポリカルボン酸類、ポリカルボ
ン酸無水物類、イミダゾール類、ポリアミド樹脂類、ジ
シアンジアミドが挙げられる。
れるものではないが、ジエチレントリアミン、トリエチ
レンテトラアミン、トリエチレンペンタアミン、イソホ
ロンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジ
フェニルスルフォン、等が挙げられる。
ものではないが、アジピン酸、セバチン酸、テレフタル
酸、イソフタル酸等のジカルボン酸、乾性油、半乾性油
から得られる植物油脂肪酸等の高級不飽和脂肪酸を二量
化した、ダイマー酸等が挙がられる。
されるものではないが、ピロメリット酸2無水物、トリ
メリット酸無水物、フタル酸無水物、ヘキサヒドロフタ
ル酸無水物、2−メチルヘキサヒドロフタル酸無水物、
3−メチルヘキサヒドロフタル酸無水物等が挙げられ
る。
るものではないが、脂肪族系多官能性アミンと脂肪族ジ
カルボン酸とから形成されるものが好ましく、脂肪族系
多官能性アミンとして、ペンタエチレンヘキサミン、テ
トラエチレンペンタミン、トリエチレンテトラミン、ジ
エチレントリアミン等が挙げられる。また、脂肪族ジカ
ルボン酸としては、トール油脂肪酸などの、リノレン
酸、リノール酸等からなるダイマー酸等が挙げられる。
シ樹脂(A)との配合比は、特に制限されるものではな
いが、硬化剤(B)としてフェノールノボラック樹脂、
クレゾールノボラック樹脂、ポリアミン類、ポリカルボ
ン酸類、ポリカルボン酸無水物類又はポリアミド樹脂類
を用いる場合、官能基当量でエポキシ樹脂(A−2)1
に対して、硬化剤を0.6〜1.1当量が好ましく、硬
化剤(B)としてイミダゾール類、ジシアンジアミドの
場合、エポキシ樹脂(A−2)に対して、0.1〜2重
量部添加することが好ましい。
として、ベンジルジメチルアミン、DBU等の第三級ア
ミン類、2メチル4エチルイミダゾール等のイミダゾー
ル類、トリフェニルフォスフィン等のフォスフィン類を
併用することもできる。
のではないが、2−メチルイミダゾール、2−メチルイ
ミダゾリン、ドデシルミダゾール、ドデシルイミダゾリ
ン、ヘプタデシルイミダゾール、ヘプタデシルイミダゾ
リン、フェニルイミダゾール、フェニルイミダゾリン
ン、2メチル4エチルイミダゾール等が挙げられる。
じ防錆顔料、着色顔料、体質顔料などの各種フィラーや
各種添加剤等を配合することが好ましい。
ブチン酸アルミニウム、リン酸亜鉛、リン酸アルミニウ
ム、クロム酸バリウムあるいはアルミニウム、グラファ
イト等の鱗片状顔料が、着色顔料としてはカーボンブラ
ック、酸化チタン、硫化亜鉛、ベンガラ、体質顔料とし
ては硫酸バリウム、炭酸カルシウム、タルク、カオリン
等が代表的なものとして挙げられる。これらのフィラー
量は組成物中約20〜90重量%配合するのが適当であ
る。前記添加剤としては、例えばハジギ防止剤、ダレ止
め剤、流展剤、消泡剤、硬化促進剤、紫外線吸収剤、離
型材、ワックス等が代表的なものとして挙げられる。
する。なお、実施例中「部」、「%」は重量基準であ
る。 1、エポキシ樹脂の核水素化物の合成 合成例1 内容積0.3リットルのステンレス製オートクレーブ
に、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、「EPICLO
N 850−S」(大日本インキ化学工業(株)製、ビ
スフェノールA型エポキシ樹脂:エポキシ当量=188
g/eq、粘度12,500mmPa・s)を15g、
ルテニウム/カーボン触媒(エヌイーケムキャット社
製:ルテニウム担持量5wt%、乾燥品)1g、テトラ
ヒドロンフラン44.6g酢酸エチル0.4gを仕込
み、窒素置換し、次いで水素置換した後、攪拌しなが
ら、水素圧70kg/cm2・G、反応温度50℃で6時
間反応させた。反応後、系内を常圧に戻し、反応液を濾
過し、濾液をからテトラヒドロフランを蒸留回収させて
エポキシ樹脂を得た。得られたエポキシ樹脂(a)のエ
ポキシ当量は209g/eq(理論値=194)、エポ
キシ基残存率92.8%、粘度1,730mmPa・s
(25℃)、全塩素1,410ppm、2官能成分7
2.55%(GPC)であった。GPCを図1に示す。
また核水素化率をUV分光光度計による276nmの吸
光度で、得られたエポキシ当量より算出した所、核水素
化率99.8%であった。
型エポキシ樹脂、「EPICLON 830−S」(大
日本インキ化学工業(株)製、ビスフェノールF型エポ
キシ樹脂:エポキシ当量=172g/eq、粘度3,8
00mmPa・s)に変更した以外は合成例1と同様に
してエポキシ樹脂(b)を得た。得られたエポキシ樹脂
(b)のエポキシ当量は183g/eq(理論値=17
8)、エポキシ基残存率96.6%、粘度390mmP
a・s(25℃)、全塩素1,320ppm、2官能成
分70.19%(GPC)、GPCを図2に示す。ま
た、核水素化率96.5%であった。
デナコール EX−252(長瀬化成社製)の、樹脂性
状値をエポキシ樹脂(a)と同様に測定した。その結
果、エポキシ当量は216g/eq、粘度2,400m
mPa・s(25℃)、全塩素51,300ppm、2
官能成分50.53%(GPC)であった。GPCを図
3に示す。
(a)、(b)は、エポキシ化物(c)に対して、粘度
が低く、不純物塩素が少なく、2官能成分が多い性状を
示した。
較合成例1で得られたエポキシ化物(c)に関し、以下
の実施例1〜8及び比較例1〜4で得られた注型硬化物
について、耐候性及び物理的強度を評価した。
メーターにて、JISD 0205の試験条件で100
時間の耐候性試験を行い、試験前後の色差(△E)を測
定した。結果を表1、表2に示した。
及び比較例1、2について成形物のシャルピー衝撃強度
を測定し耐衝撃性を評価した。結果を表1、表2に示し
た。
プレートによるゲルタイムを、実施例5〜8及び比較例
3、4について測定し評価した。結果を表3、表4に示
した。
硬化剤を用いた場合) 合成例1、2記載のエポキシ樹脂(a)、(b)の樹脂
に対し、硬化剤としてイソホロンジアミンを当量配合
し、表1に示す成分を配合し、ホモミキサーで十分に混
練した後、厚み5mmの型枠に注入、110℃、30分
間、加熱硬化して目的の注型硬化物を得た。
合) 比較樹脂として水素化ビスフェノールAのエポキシ化物
(c)に対し、実施例1と同様に表1に示す成分で配合
した樹脂の注型硬化物を得た。
酸無水物硬化剤を用いた場合) 合成例1、2記載のエポキシ樹脂(a)(b)の樹脂に
対し、硬化剤として「EPICLON B−650」
(大日本インキ化学工業(株)製、脂環式酸無水物硬化
剤、酸無水物当量=170g/eq)を当量配合し、硬
化促進剤として、三級アミンを1phr添加したものを
ワニスとし、その他表2に示す成分を配合し、ホモミキ
サーで十分に混練した後、厚み5mmの型枠に注入、1
40℃、3.5時間、加熱硬化して目的の注型硬化物を
得た。
水物硬化剤を用いた場合) 比較樹脂として水素化ビスフェノールAのエポキシ化物
(c)に対し、表2に示す成分を配合した他、実施例3
と同様にして樹脂の注型硬化物を得た。
4は、いずれも優れた耐候性および衝撃強度を示した。
ミダゾールを用いた場合) 合成例1、2記載のエポキシ樹脂(a)(b)の樹脂に
対し、硬化剤として2−エチル−4−メチルイミダゾー
ルを、エポキシ樹脂に対して2phr添加したものをワ
ニスとし、表−3に示す成分を配合し、ホモミキサーで
十分に混練した後、厚み5mmの型枠に注入、150
℃、2時間、加熱硬化して目的の注型硬化物を得た。ま
たその硬化温度でのゲルタイムを測定した。
ゾールを用いた場合) 比較樹脂として水素化ビスフェノールAのエポキシ化物
(c)に対し、表3に示す成分を配合した他、実施例5
と同様に表3に示す成分で配合した樹脂の注型硬化物を
得た。
ェノールノボラックを用いた場合) 合成例1、2記載のエポキシ樹脂(a)(b)の樹脂に
対し、硬化剤としてフェノールノボラック樹脂「フェノ
ライト TD−2131」(大日本インキ化学工業
(株)製、軟化点=80℃)を当量配合し、硬化促進剤
として、トリフェニルフォスフィンを1phr添加した
ものを、表4に示す成分を配合し、エクスルーダーにて
80℃で溶融混練し、厚み5mmの型枠に注入、170
℃、2時間、加熱硬化して目的の注型硬化物を得た。ま
たその硬化温度でのゲルタイムを測定した。
ールノボラックを用いた場合) エポキシ樹脂種として、比較樹脂である水素化ビスフェ
ノールAのエポキシ化物(c)を用いる他は、実施例7
と同様に表4に示す成分で配合した樹脂の注型硬化物を
得た。
閉状態で160℃・20時間加熱し、その処理後の水中
の分解イオンを、イオンクロマトグラムにて測定した。
8は、Tgが高く優れた耐熱性を示し、また、ゲルタイ
ムが短いことから優れた反応性を示していることが解
る。また、PCTによるCl−イオンの発生量も低い値
を示した。
シ樹脂を主剤とするエポキシ樹脂組成物において、硬化
性や、硬化物の機械的強度が飛躍的に改善されたエポキ
シ樹脂組成物を提供できる。更に、主剤たる核水素化エ
ポキシ樹脂(A)を、ルテニウム担持触媒を用い、か
つ、エーテル系溶媒中、芳香族エポキシ樹脂を脂肪酸エ
ステルの存在下で水添加反応して製造することにより、
2核体の水添加化合物成分を60重量%以上に調整でき
る他、エポキシ樹脂中の不純物である全塩素分が300
0ppm以下であるエポキシ樹脂が得られ、電気絶縁性
能に優れたエポキシ硬化物を得ることができるため、積
層板、IC封止材等の電気、電子部品等の用途において
とりわけ有効である。
(a)のGPCチャート図である。
(b)のGPCチャート図である。
ェノールAのエポキシ化物(c)のGPCチャート図で
ある。
Claims (10)
- 【請求項1】 芳香族エポキシ樹脂の核水素化物であっ
て、2核体の水添加化合物成分を60重量%以上の割合
で含有する核水素化エポキシ樹脂(A)、及び硬化剤
(B)を必須成分とすることを特徴とするエポキシ樹脂
組成物。 - 【請求項2】 核水素化エポキシ樹脂(A)が、水添加
率が90重量%以上である請求項1記載の組成物。 - 【請求項3】 核水素化エポキシ樹脂(A)が、該樹脂
中の全塩素分が3000ppm以下のものである請求項
1又は2記載の組成物。 - 【請求項4】 核水素化エポキシ樹脂(A)が、ルテニ
ウム担持触媒を用い、かつ、エーテル系溶媒中、芳香族
エポキシ樹脂を脂肪酸エステルの存在下で水添加反応し
て得られるものである請求項1、2又は3記載の組成
物。 - 【請求項5】 核水素化エポキシ樹脂(A)が、ビスフ
ェノール型エポキシ樹脂の水添加物である請求項1〜4
の何れか1つに記載の組成物。 - 【請求項6】 硬化剤(B)が、カルボン酸無水物類で
ある請求項1〜3記載の組成物。 - 【請求項7】硬化剤(B)が、イミダゾール類である請
求項1〜3記載の組成物。 - 【請求項8】硬化剤(B)が、フェノールノボラック樹
脂類である請求項1〜3記載の組成物。 - 【請求項9】硬化剤(B)が、ポリアミン樹脂類である
請求項1〜3記載の組成物。 - 【請求項10】 核水素化エポキシ樹脂(A)及び硬化
剤(B)に加え、更に、硬化促進剤(C)を含有する請
求項1〜9の何れか1つに記載の組成物。
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