JP2003113223A - 高純度液状エポキシ樹脂及びその製法、エポキシ樹脂組成物及びその硬化物 - Google Patents

高純度液状エポキシ樹脂及びその製法、エポキシ樹脂組成物及びその硬化物

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JP2003113223A JP2001309282A JP2001309282A JP2003113223A JP 2003113223 A JP2003113223 A JP 2003113223A JP 2001309282 A JP2001309282 A JP 2001309282A JP 2001309282 A JP2001309282 A JP 2001309282A JP 2003113223 A JP2003113223 A JP 2003113223A
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epoxy resin
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Yasumasa Akatsuka
泰昌 赤塚
Uzuhiko Ueda
珍比古 上田
Shiyouichi Tomita
匠一 富田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】加水分解性塩素量が少なく粘度の低い芳香族ア
ミン系液状エポキシ樹脂及び硬化性、耐熱性に優れたエ
ポキシ樹脂組成物を提供すること。 【解決手段】芳香族アミンをエピクロルヒドリンの存在
下で水酸化ナトリウムを添加することにより得られる粗
エポキシ樹脂を更に蒸留することにより得られるエポキ
シ樹脂を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱性及び硬化性
が高い硬化物を与える高純度かつ低粘度の液状エポキシ
樹脂及びその製法、エポキシ樹脂組成物及びその硬化物
に関する。
【0002】
【従来の技術】エポキシ樹脂は種々の硬化剤で硬化させ
ることにより、一般的に機械的性質、耐水性、耐薬品
性、耐熱性、電気的性質などに優れた硬化物となり、接
着剤、塗料、積層板、成形材料、注型材料などの幅広い
分野に利用されている。従来工業的に最も使用されてい
る液状エポキシ樹脂としてはビスフェノールAにエピク
ロルヒドリンを反応させて得られる化合物が知られてい
る。また、低粘度や、低温硬化、速硬化といった高い反
応性が要求される分野においては芳香族アミン系エポキ
シ樹脂が従来一般的に用いられてきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たような芳香族アミン系エポキシ樹脂は、一般的に加水
分解性塩素量が数千〜1万数千ppmと高く、高度な信
頼性が要求される半導体封止材などの用途には不適であ
った。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らはこうした実
状に鑑み、その硬化物の耐熱性が高く、しかも粘度が低
く高純度で硬化性に優れた液状エポキシ樹脂を求めて鋭
意検討した結果、特定の製法によって製造されたアミン
系エポキシ樹脂がこれらの特性を満たすことを見出し、
本発明を完成させるに至った。
【0005】すなわち本発明は (1)式(1)
【0006】
【化3】 (式中、Rは水素原子或いは炭素数1〜4のアルキル基
を表す。)で表され、1モル/Lの水酸化カリウム・エ
タノール溶液中で30分間還流した後の加水分解性塩素
量が1000ppm以下である液状エポキシ樹脂、
(2)式(2)
【0007】
【化4】
【0008】(式中、Rは水素原子或いは炭素数1〜4
のアルキル基を表す。)で表される化合物をエピクロル
ヒドリンの存在下でクロルヒドリン化せしめた後、水酸
化ナトリウムを添加することにより得られる粗エポキシ
樹脂を更に蒸留することを特徴とするエポキシ樹脂の製
造方法、(3)上記(1)記載の液状エポキシ樹脂及び
硬化剤を含有してなるエポキシ樹脂組成物、(4)硬化
促進剤を含有する上記(3)記載のエポキシ樹脂組成
物、(5)無機充填剤を含有する上記(3)又は(4)
記載のエポキシ樹脂組成物、(6)上記(3)乃至
(5)のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物を硬
化してなる硬化物を提供するものである。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明のエポキシ樹脂は、式
(2)で表される化合物をエピクロルヒドリンの存在下
でクロルヒドリン化した後、水酸化ナトリウムを添加し
エポキシ化反応を行うことにより得られる粗エポキシ樹
脂を更に加熱減圧下で蒸留することにより得ることが出
来る。式(2)で表される化合物の例としては、アニリ
ン、オルソトルイジン、2−エチルアニリン等が挙げら
れるが、特に熱安定性の面からはオルソトルイジンが好
ましい。
【0010】本発明のエポキシ樹脂の製法において、エ
ピクロルヒドリンの使用量は式(2)で表される芳香族
アミン系化合物の活性水素1当量に対し、通常1〜5モ
ルである。反応の暴走を防ぐためにエピクロルヒドリン
は撹拌下に式(2)で表される化合物中に滴下すること
が好ましい。滴下時の温度は後反応の温度と同じでよ
い。滴下に要する時間は通常30分〜5時間であり、好
ましくは1〜4時間である。
【0011】クロルヒドリン化反応はエピクロルヒドリ
ンを滴下した後、更に撹拌下で50〜100℃に加熱す
ることにより行うことが出来る。クロルヒドリン化に要
する時間としては通常1〜20時間、好ましくは2〜1
5時間である。クロルヒドリン化反応を促進するため
に、系中にアルコール類を添加することは好ましい。ア
ルコール類を添加する場合はエピクロルヒドリンの滴下
前に行う。添加する前アルコール類の例としてはメタノ
ール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどが挙
げられる。アルコール類の使用量としてはエピクロルヒ
ドリンの使用量に対して通常5〜40重量%であり、好
ましくは7〜30重量%である。
【0012】次いで、水酸化ナトリウムを添加しエポキ
シ化反応を行う。水酸化ナトリウムの形状としては水溶
液であっても固形でも構わないが、作業性の面から水溶
液が好ましい。水酸化ナトリウム水溶液の濃度は通常1
0〜50重量%であり、好ましくは15〜45重量%で
ある。添加する水酸化ナトリウムの量は、式(2)で表
される化合物1モルに対して通常2〜2.5モルであ
る。エポキシ化反応の温度は上述のクロルヒドリン化反
応と同じでよい。エポキシ化に要する時間は通常水酸化
ナトリウムを添加した後、10分〜3時間である。
【0013】エポキシ化反応後水洗を行い、生成した塩
を除去する。水洗時に水層と油層との分離をよくするた
めに、トルエンや、メチルイソブチルケトンなど水より
比重の小さい有機溶媒を添加することは効果的である。
有機溶媒の添加時期は水酸化ナトリウムの添加前でも後
でもよい。有機溶媒の使用量は生成物の重量に対して通
常10〜200重量%であり、15〜150%が好まし
い。
【0014】反応終了後、更に加熱減圧下溶剤を留去す
ることにより粗エポキシ樹脂を得ることが出来る。粗エ
ポキシ樹脂から本発明のエポキシ樹脂を得るためには、
通常の蒸留プロセスを行えばよい。蒸留に要する温度は
通常100〜180℃であり、減圧度は通常0.01〜
10torrである。
【0015】以下、本発明のエポキシ樹脂組成物につい
て説明する。前記(3)、(4)、(5)記載のエポキ
シ樹脂組成物において本発明のエポキシ樹脂混合物は単
独でまたは他のエポキシ樹脂と併用して使用することが
出来る。併用する場合、本発明のエポキシ樹脂の全エポ
キシ樹脂中に占める割合は5重量%以上が好ましく、特
に10重量%以上が好ましい。
【0016】本発明のエポキシ樹脂と併用し得る他のエ
ポキシ樹脂の具体例としては、ノボラック型エポキシ樹
脂、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、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシク
ロペンタジエンフェノール共縮合型エポキシ樹脂、ビフ
ェニルノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン
型エポキシ樹脂などが挙げられるがこれらは単独で用い
てもよく、2種以上併用してもよい。
【0017】本発明のエポキシ樹脂組成物が含有する硬
化剤としては、例えばアミン系化合物、酸無水物系化合
物、アミド系化合物、フェノ−ル系化合物などが挙げら
れる。用い得る硬化剤の具体例としては、ジアミノジフ
ェニルメタン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテ
トラミン、ジアミノジフェニルスルホン、イソホロンジ
アミン、ジシアンジアミド、リノレン酸の2量体とエチ
レンジアミンとより合成されるポリアミド樹脂、無水フ
タル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無
水マレイン酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテト
ラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、ヘキサ
ヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル
酸、フェノ−ルノボラック、及びこれらの変性物、イミ
ダゾ−ル、BF−アミン錯体、グアニジン誘導体など
が挙げられるがこれらに限定されるものではない。これ
らは単独で用いてもよく、2種以上併用してもよい。
【0018】本発明のエポキシ樹脂組成物において硬化
剤の使用量は、エポキシ樹脂のエポキシ基1当量に対し
て0.7〜1.2当量が好ましい。エポキシ基1当量に
対して、0.7当量に満たない場合、あるいは1.2当
量を超える場合、いずれも硬化が不完全となり良好な硬
化物性が得られない恐れがある。
【0019】また本発明のエポキシ樹脂組成物において
は硬化促進剤を使用しても差し支えない。用い得る硬化
促進剤の具体例としては2−メチルイミダゾール、2−
エチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾ
ール等のイミダゾ−ル類、2−(ジメチルアミノメチ
ル)フェノール、1,8−ジアザ−ビシクロ(5,4,
0)ウンデセン−7等の第3級アミン類、トリフェニル
ホスフィン等のホスフィン類、オクチル酸スズ等の金属
化合物等が挙げられる。硬化促進剤はエポキシ樹脂10
0重量部に対して0.1〜5.0重量部が必要に応じ用
いられる。
【0020】本発明のエポキシ樹脂組成物は必要により
無機充填材を含有しうる。用いうる無機充填材の具体例
としてはシリカ、アルミナ、タルク等が挙げられる。無
機充填材は本発明のエポキシ樹脂組成物中において0〜
90重量%を占める量が用いられる。更に本発明のエポ
キシ樹脂組成物には、シランカップリング剤、ステアリ
ン酸、パルミチン酸、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸
カルシウム等の離型剤、顔料等の種々の配合剤を添加す
ることができる。
【0021】本発明のエポキシ樹脂組成物は、各成分を
均一に混合することにより得られる。本発明のエポキシ
樹脂組成物は従来知られている方法と同様の方法で容易
にその硬化物とすることができる。例えば本発明のエポ
キシ樹脂と硬化剤並びに必要により硬化促進剤、無機充
填材及び配合剤とを必要に応じて押出機、ニ−ダ、ロ−
ル等を用いて均一になるまで充分に混合してエポキシ樹
脂組成物を得、そのエポキシ樹脂組成物を溶融後注型あ
るいはトランスファ−成型機などを用いて成型し、さら
に80〜200℃で2〜10時間加熱することにより硬
化物を得ることができる。
【0022】また本発明のエポキシ樹脂組成物をトルエ
ン、キシレン、アセトン、メチルエチルケトン、メチル
イソブチルケトン等の溶剤に溶解させ、ガラス繊維、カ
−ボン繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アル
ミナ繊維、紙などの基材に含浸させ加熱半乾燥して得た
プリプレグを熱プレス成型して硬化物を得ることもでき
る。この際の溶剤は、本発明のエポキシ樹脂組成物と該
溶剤の混合物中で通常10〜70重量%、好ましくは1
5〜70重量%を占める量を用いる。
【0023】
【実施例】次に本発明を実施例により更に具体的に説明
するが、以下において部は特に断わりのない限り重量部
である。
【0024】実施例1 温度計、滴下ロート、冷却管、撹拌器を取り付けたフラ
スコに窒素ガスパージを施しながらオルソトルイジン1
07部、メタノール24.6部を仕込み80℃まで昇温
させ、エピクロルヒドリン189.6部を80℃で2時
間かけて滴下した。その後80℃で8時間撹拌を続け、
クロルヒドリン化反応を行った。次いでトルエン44.
5部を加え30重量%の水酸化ナトリウム水溶液29
3.3部を加え更に80℃で40分間撹拌しエポキシ化
反応を行った。その後、65℃まで冷却し温水146部
を加え65℃で10分間撹拌し水洗を行った。油層から
ロータリーエバポレーターを使用して140℃、5mm
Hgにて濃縮を行い、粗エポキシ樹脂208部を得た。
得られた粗エポキシ樹脂の粘度は25℃でE型粘度計を
用いて測定したところ63mPa・s、エポキシ当量は
133g/eq、1モル/L水酸化カリウム・エタノー
ル溶液で30分還流した後の加水分解性塩素量は560
0ppmであった。
【0025】この粗エポキシ樹脂を、蒸留装置を用いて
留出温度160℃にて減圧度10mmHg以下の条件下
で蒸留を行ったところ、本発明のエポキシ樹脂62部を
得た。得られたエポキシ樹脂の粘度は25℃でE型粘度
計を用いて測定したところ29mPa・s、エポキシ当
量は118g/eq、1モル/L水酸化カリウム・エタ
ノール溶液で30分還流した後の加水分解性塩素量は3
60ppmであった。
【0026】実施例2、比較例1 実施例1で得られたエポキシ樹脂(A)及び比較例1と
して実施例1で得られた粗エポキシ樹脂に対し、硬化剤
としてカヤハードMCD(無水ナジック酸;日本化薬
(株)製)、硬化促進剤に2−エチル−4−メチルイミ
ダゾール(2E4MZ)を用いて表1の「配合物の組
成」の欄に示す重量比で配合し、均一に混合して液状組
成物を調製した。この液状組成物の100℃におけるゲ
ルタイムをゲルタイムテスターを用いて測定した結果を
表1の「組成物の物性」の欄に示した。次いで、この液
状組成物を金型に注型し120℃で2時間、150℃で
3時間硬化せしめて試験片を作成し、下記の条件でガラ
ス転移温度を測定し表1の「硬化物の物性」の欄に示し
た。
【0027】ガラス転移点 熱機械測定装置(TMA):真空理工(株)製 TM−
7000昇温速度:2℃/min.
【0028】 表1 実施例2 比較例1 配合物の組成 エポキシ樹脂(A) 100 粗エポキシ樹脂 100 カヤハードMCD 136 120 2E4MZ 1 1 組成物の物性 ゲルタイム(秒) 3370 4890 硬化物の物性 ガラス転移点(℃) 189 179
【0029】このように本発明のエポキシ樹脂は加水分
解性塩素量が低く低粘度であり、そのエポキシ樹脂組成
物は硬化性に優れ(ゲルタイムが短いことから判断され
る)、その硬化物は優れた耐熱性(ガラス転移点が高い
ことから判断される)を示した。
【0030】
【発明の効果】本発明の液状エポキシ樹脂を含有するエ
ポキシ樹脂組成物は、従来一般的に使用されてきた芳香
族アミン系液状エポキシ樹脂組成物と比較して加水分解
性塩素量が少なく、硬化性に優れしかもその硬化物は高
い耐熱性を示す。従って、本発明のエポキシ樹脂組成物
は電気・電子材料、成型材料、注型材料、積層材料、塗
料、接着剤、レジスト、光学材料などの広範囲の用途に
きわめて有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4J002 CD131 DE146 DJ016 DJ046 FD016 FD16 GF00 GJ00 GP00 GP03 GQ00 GQ01 4J036 AA01 AA04 AB12 AH01 DB17 DB18 DB22 DC02 DC03 DC04 DC21 DC26 DC31 DC40 DD05 FB07 FB13 JA01 JA06 JA08 JA09 JA11

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】式(1) 【化1】 (式中、Rは水素原子或いは炭素数1〜4のアルキル基
    を表す。)で表され、1モル/Lの水酸化カリウム・エ
    タノール溶液中で30分間還流した後の加水分解塩素量
    が1000ppm以下である液状エポキシ樹脂。
  2. 【請求項2】式(2) 【化2】 (式中、Rは水素原子或いは炭素数1〜4のアルキル基
    を表す。)で表される化合物をエピクロルヒドリンの存
    在下でクロルヒドリン化させた後、水酸化ナトリウムを
    添加することにより得られる粗エポキシ樹脂を更に蒸留
    することを特徴とするエポキシ樹脂の製造方法。
  3. 【請求項3】請求項1記載の液状エポキシ樹脂及び硬化
    剤を含有してなるエポキシ樹脂組成物。
  4. 【請求項4】硬化促進剤を含有する請求項3記載のエポ
    キシ樹脂組成物。
  5. 【請求項5】無機充填剤を含有する請求項3又は4記載
    のエポキシ樹脂組成物。
  6. 【請求項6】請求項3乃至5のいずれか1項に記載のエ
    ポキシ樹脂組成物を硬化してなる硬化物。
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