JP2006307162A - エポキシ樹脂組成物、その硬化物、新規エポキシ樹脂、その製造方法、及び新規フェノール樹脂 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ポリナフチレンオキザイド等のポリアリーレンオキシ構造を主骨格としており、かつ、該構造の芳香環上に(メチル)グリシジルオキシ基とアラルキル基を導入した構造を有し、かつ、低粘度性のエポキシ樹脂を主剤として用いる。
【選択図】 なし。
Description
[式(1)中、R1及びR2は各々独立して、メチル基又は水素原子であり、Arは、フェニレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたフェニレン基、ナフチレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたナフチレン基、nは繰り返し数の平均値で0.1〜4である。]
で表される構造部位が結合した分子構造を有するエポキシ樹脂(A)、並びに硬化剤(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(以下、このエポキシ樹脂組成物を「エポキシ樹脂組成物(I)」と略記する)。
[式(1)中、R1及びR2は各々独立して、メチル基又は水素原子であり、Arは、フェニレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたフェニレン基、ナフチレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたナフチレン基、nは繰り返し数の平均値で0.1〜4である。]
で表される構造部位が結合した分子構造を有し、かつ、「ASTM D4287」に準拠して測定される150℃における溶融粘度が0.1〜3.0dPa・sであることを特徴とする新規エポキシ樹脂に関する。
〔式中、R1、R2は各々独立して、メチル基又は水素原子であり、Arは、フェニレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたフェニレン基、ナフチレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたナフチレン基を、Yはハロゲン原子、アルコキシ基、又は水酸基を表す。〕で表される化合物、又は下記構造式(3)
〔式中、R1、R3、R4は各々独立してメチル基又は水素原子であり、Arは、フェニレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたフェニレン基、ナフチレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたナフチレン基を表す。〕で表される化合物から選択されるアラルキル化剤(a2)とを、酸触媒の存在下に反応させてフェノール樹脂を得、次いで、得られたフェノール樹脂とエピハロヒドリン類(a3)とを反応させることを特徴とするエポキシ樹脂の製造方法に関する。
[式(1)中、R1及びR2は各々独立して、メチル基又は水素原子であり、Arは、フェニレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたフェニレン基、ナフチレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたナフチレン基、nは繰り返し数の平均値で0.1〜4である。]
で表される構造部位を結合させた分子構造を有するフェノール樹脂(B’)、及びエポキシ樹脂(A’)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(以下、このエポキシ樹脂組成物を「エポキシ樹脂組成物(II)」と略記する)に関する。
本発明のエポキシ樹脂組成物(I)で用いるエポキシ樹脂(A)は、ポリアリーレンオキシ構造を主骨格としており、かつ、該構造の芳香環に、(メチル)グリシジルオキシ基及び下記構造式(1)
[式(1)中、R1及びR2は各々独立して、メチル基又は水素原子であり、Arは、フェニレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたフェニレン基、ナフチレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたナフチレン基、nは繰り返し数の平均値で0.1〜4である。]
で表される構造部位を結合させた分子構造を有するものである。
で表される構造部位において、R1及びR2は各々独立してメチル基又は水素原子であり、Arは、フェニレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたフェニレン基、ナフチレン基、及び、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたナフチレン基からなる群から選択される二価の芳香族系炭化水素基である。また、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたフェニレン基とは、メチルフェニレン基、エチルフェニレン基、i−プロピルフェニレン基、又はt−ブチルフェニレン基等が挙げられ、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたナフチレン基とは、メチルナフチレン基、エチルナフチレン基、i−プロピルナフチレン基、及びt−ブチルナフチレン基等が挙げられる。また、nは繰り返し数の平均値で0.1〜4である。
本発明のエポキシ樹脂の製造方法は、ジヒドロキシ芳香族化合物(a1)と、下記構造式(2)
〔式中、R1、R2は各々独立して、メチル基又は水素原子であり、Arは、フェニレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたフェニレン基、ナフチレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたナフチレン基を、Yはハロゲン原子、アルコキシ基、又は水酸基を表す。〕で表される化合物、又は下記構造式(3)
〔式中、R1、R3、R4は各々独立してメチル基又は水素原子であり、Arは、フェニレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたフェニレン基、ナフチレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたナフチレン基を表す。〕で表される化合物から選択されるアラルキル化剤(a2)とを、酸触媒の存在下に反応させてフェノール樹脂を得る工程(以下、この工程を「工程1」と略記する。)、次いで、得られたフェノール樹脂をとエピハロヒドリン類(a3)とを反応させる工程(以下、この工程を「工程2」と略記する。)とから構成されることを特徴とするものである。
〔式中、R1、R2は各々独立して、メチル基又は水素原子であり、Arは、フェニレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたフェニレン基、ナフチレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたナフチレン基を表す。〕で表される化合物としては、例えば、Yがハロゲン原子の場合、ベンジルクロライド、ベンジルブロマイド、ベンジルアイオダイト、o−メチルベンジルクロライド、m−メチルベンジルクロライド、p−メチルベンジルクロライド、p−エチルベンジルクロライド、p−イソプロピルベンジルクロライド、p−tert−ブチルベンジルクロライド、p−フェニルベンジルクロライド、5−クロロメチルアセナフチレン、2−ナフチルメチルクロライド、1−クロロメチル−2−ナフタレン及びこれらの核置換異性体、α−メチルベンジルクロライド、並びにα,α−ジメチルベンジルクロライド等が挙げられる。
で表される構造を結節基として複数のフェノール類が結節した構造を有するフェノール樹脂であることが好ましい。なお、ここで構造式(i)中、Xは、炭素原子数1〜4のアルキル基又は水素原子、mは0〜3の整数である。
[式(1)中、R1及びR2は各々独立して、メチル基又は水素原子であり、Arは、フェニレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたフェニレン基、ナフチレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたナフチレン基、nは繰り返し数の平均値で0.1〜4の数である。]
で表される構造部位が結合した分子構造を有するフェノール樹脂(B’)及びエポキシ樹脂(A’)を必須成分とするものである。
2)軟化点測定法:JIS K7234に準拠した。
3)GPC:
・装置:東ソー株式会社製「HLC−8220 GPC」により下記の条件下に測定した。
カラム:東ソー株式会社製 TSK−GEL G2000HXL+G2000HXL
+G3000HXL+G4000HXL
溶媒:テトラヒドロフラン
流速:1ml/min
検出器:RI
4)NMR:日本電子株式会社製「NMR GSX270」により測定した。
5)MS :日本電子株式会社製 二重収束型質量分析装置「AX505H(FD505H)」により測定した。
温度計、滴下ロート、冷却管、分留管、撹拌器を取り付けたフラスコに、下記式
温度計、滴下ロート、冷却管、撹拌機を取り付けたフラスコに、窒素ガスパージを施しながら、実施例1で得られた化合物(1)160g、エピクロルヒドリン463g(5.0モル)、n−ブタノール139g、テトラエチルベンジルアンモニウムクロライド2gを仕込み溶解させた。65℃に昇温した後、共沸する圧力まで減圧して、49%水酸化ナトリウム水溶液90g(1.1モル)を5時間かけて滴下した。その後、同条件で0.5時間撹拌を続けた。この間、共沸によって留出してきた留出分をディーンスタークトラップで分離し、水層を除去し、油層を反応系内に戻しながら、反応を行った。その後、未反応のエピクロルヒドリンを減圧蒸留によって留去させた。それで得られた粗エポキシ樹脂にメチルイソブチルケトン432gとn−ブタノール130gとを加え溶解した。更にこの溶液に10%水酸化ナトリウム水溶液10gを添加して80℃で2時間反応させた後に洗浄液のPHが中性となるまで水150gで水洗を3回繰り返した。次いで共沸によって系内を脱水し、精密濾過を経た後に、溶媒を減圧下で留去して、ポリナフチレンオキシド構造を主骨格とし、分子両末端にグリシジルオキシ基を有し、かつ、前記ポリナフチレンオキシド構造中の芳香核にアラルキル基が結合したエポキシ樹脂210gを得た(以下、これを「エポキシ樹脂(A−1)」と略記する)。得られたエポキシ樹脂の軟化点は47℃、150℃の溶融粘度は0.5dPa・s、エポキシ当量は231g/eqであった。
実施例1において、ベンジルアルコール108gを216g(2.0モル)に変更する以外は実施例1と同様にして、アラルキル基含有ジヒドロキシ(ポリオキシナフタレチレン)330gを得た(以下、これを「化合物(2)」とする)。得られた化合物(2)は褐色固体であり、水酸基当量は180g/eq、軟化点は67℃、150℃の溶融粘度は0.5dPa・sであった。
実施例2において、原料として用いる化合物(1)160gの代わりに実施例3で得られた化合物(2)180gを用いる以外は実施例1と同様にして、ポリナフチレンオキシド構造を主骨格とし、分子両末端にグリシジルオキシ基を有し、かつ、前記ポリナフチレンオキシド構造中の芳香核にアラルキル基が結合したエポキシ樹脂228gを得た(以下、これを「エポキシ樹脂(A−2)」と略記する)。得られたエポキシ樹脂の軟化点は40℃、150℃の溶融粘度は0.4dPa・s、エポキシ当量は244g/eqであった。
実施例1において、ベンジルアルコール108gを92g(0.85モル)に変更する以外は実施例1と同様にして、アラルキル基含有ジヒドロキシ(ポリオキシナフタレチレン)230gを得た(以下、これを「化合物(3)」とする)。得られた化合物(3)は褐色固体であり、水酸基当量は164g/eq、軟化点は80℃、150℃の溶融粘度は1.2dPa・sであった。
化合物(3)のFD−MS及び13C−NMRによる構造解析を行うと共に、更に、トリメチルシリル化法によるFD−MSの測定に用いるため、化合物(3)をトリメチルシリル化し、次いで、FD−MSより以下のa.及びb.のピークを確認した。
a.2,7−ジヒドロキシナフタレン3量体(Mw:444)に、ベンジル基(分子量Mw:90)が1個付加し(Mw:534)、更に、これにトリメチルシリル基(分子量Mw:72)が2個付加したピーク(M+=678)及び3個付加したピーク(M+=751)。
b.2,7−ジヒドロキシナフタレン3量体(Mw:444)に、ベンジル基分(分子量Mw:90)が2個付加し(Mw:624)、更に、これにトリメチルシリル基(分子量Mw:72)が2個付加したピーク(M+=768)及び3個付加したピーク(M+=841)。
従って、化合物(3)は、2,7−ジヒドロキシナフタレン3量体エーテル化合物1モルあたりベンジル基が1モル結合した構造の化合物、
2,7−ジヒドロキシナフタレン3量体エーテル化合物1モルあたりベンジル基が2モル結合した構造の化合物、
2,7−ジヒドロキシナフタレン2量体エーテルの1モルに2,7−ジヒドロキシナフタレンが1モル核脱水して生成した構造の3量体化合物1モルにベンジル基が1モル結合した構造の化合物、及び、
2,7−ジヒドロキシナフタレン2量体エーテルの1モルに2,7−ジヒドロキシナフタレンが1モル核脱水して生成した構造の3量体化合物1モルにベンジル基が2モル結合した構造の化合物であることが確認できた。
実施例2において、原料として用いる化合物(1)160gの代わりに実施例5で得られた化合物(3)164gを用いる以外は実施例2と同様にして、ポリナフチレンオキシド構造を主骨格とし、分子両末端にグリシジルオキシ基を有し、かつ、前記ポリナフチレンオキシド構造中の芳香核にアラルキル基が結合したエポキシ樹脂210gを得た(以下、これを「エポキシ樹脂(A−3)」と略記する)。得られたエポキシ樹脂の軟化点は54℃、150℃の溶融粘度は0.7dPa・s、エポキシ当量は235g/eqであった。
実施例1において、ベンジルアルコール108gを76g(0.7モル)に変更する以外は実施例1と同様にして、アラルキル基含有ジヒドロキシ(ポリオキシナフタレチレン)210gを得た(以下、これを「化合物(4)」とする)。得られた化合物(4)は褐色固体であり、水酸基当量は156g/eq、軟化点は83℃、150℃の溶融粘度は1.9dPa・sであった。
次いで、実施例5と同様にトリメチルシリル化法によるFD−MSの測定に用いるため、化合物(3)をトリメチルシリル化した。
実施例2において、原料として用いる変性ジヒドロキシナフタレン化合物(1)160gの代わりに実施例7で得られた化合物(4)156gを用いる以外は実施例2と同様にして、ポリナフチレンオキシド構造を主骨格とし、分子両末端にグリシジルオキシ基を有し、かつ、前記ポリナフチレンオキシド構造中の芳香核にアラルキル基が結合したエポキシ樹脂200gを得た(以下、これを「エポキシ樹脂(A−4)」と略記する)。得られたエポキシ樹脂の軟化点は66℃、150℃の溶融粘度は1.3dPa・s、エポキシ当量は255g/eqであった。
実施例1において、2,7−ジヒドロキシナフタレン160gを1,6−ジヒドロキシナフタレン160gに変更する以外は実施例1と同様にして、アラルキル基含有ジヒドロキシ(ポリオキシナフタレチレン)242gを得た(以下、これを「化合物(5)」とする)。得られた化合物(5)は褐色固体であり、水酸基当量は147g/eq、軟化点は67℃、ICI粘度は0.5dPa・sであった。
実施例2において、原料として用いる化合物(1)160gの代わりに実施例9で得られた化合物(5)147gを用いる以外は実施例2と同様にして、ポリナフチレンオキシド構造を主骨格とし、分子両末端にグリシジルオキシ基を有し、かつ、前記ポリナフチレンオキシド構造中の芳香核にアラルキル基が結合したエポキシ樹脂211gを得た(以下、これを「エポキシ樹脂(A−5)」と略記する)。得られたエポキシ樹脂の軟化点は43℃、150℃の溶融粘度は0.5dPa・s、エポキシ当量は211g/eqであった。
実施例1において、2,7−ジヒドロキシナフタレン160g(1.0モル)をフェノールノボラックオリゴマー(昭和高分子株式会社製 商品名:BRG−555 軟化点69℃、水酸基当量;103g/eq ICI粘度は0.7dPa・s)103g(1.0当量)に変更し、更にベンジルアルコール432g(4.0モル)をベンジルアルコール75.6g(0.7モル)に変更する以外は、実施例1と同様にして、比較用ポリベンジル化フェノールノボラックオリゴマー化合物(以下、「ベンジル化ノボラック樹脂」と略記する。)146gを得た。得られたベンジル化ノボラック樹脂は褐色固体であり、水酸基当量は166g/eq、軟化点は70℃、ICI粘度は0.7dPa・sであった。更に、実施例1において化合物(1)160gの代わりに前記ベンジル化ノボラック樹脂166gを用いた以外は、実施例1と同様にして比較用のエポキシ樹脂215gを得た(以下、これを「エポキシ樹脂(A’−1)」と略記する)。得られたエポキシ樹脂の軟化点は40℃、150℃の溶融粘度は0.5dPa・s、エポキシ当量は245g/eqであった。
エポキシ樹脂として実施例で得られたエポキシ樹脂(A−1)〜(A−5)、エポキシ樹脂(A’−1)、及びジャパンエポキシレジン株式会社製「YX−4000H」(テトラメチルビフェノール型エポキシ樹脂、エポキシ当量:195g/eq)、日本化薬株式会社製「NC−3000」(ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、エポキシ当量:277g/eq)、大日本インキ化学工業株式会社製「N−665−EXP」(クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ当量:203g/eq)、硬化剤フェノール樹脂として三井化学株式会社製「ミレックスXLC−LL」(フェノールアラルキル樹脂 水酸基当量:176g/eq)を用い、硬化促進剤としてトリフェニルホスフィン(TPP)、難燃剤として縮合燐酸エステル(大八化学工業株式会社製「PX−200」)、水酸化マグネシウム(エア・ウォーター株式会社製「エコーマグZ−10」)、無機充填材として球状シリカ(株式会社マイクロン製「S−COL」)、シランカップリング剤としてγ−グリシドキシトリエトキシキシシラン(信越化学工業株式会社製「KBM−403」)、カルナウバワックス(株式会社セラリカ野田製「PEARL WAX No.1−P」)、カーボンブラックを用いて表1に示した組成で配合し、2本ロールを用いて85℃の温度で5分間溶融混練して目的の組成物を得た。硬化物の物性は、上記組成物を用いて、評価用サンプルを下記の方法で作成し、難燃性、誘電特性を下記の方法で測定し結果を表1に示した。
エポキシ樹脂組成物0.15gを175℃に加熱したキュアプレート(THERMO ELECTRIC社製)上に載せ、ストップウォッチで計時を開始し、棒の先端にて試料を均一に攪拌し、糸状に試料が切れてプレートに残るようになった時、ストップウォッチを止めた。この試料が切れてプレートに残るようになるまでの時間をゲルタイムとした。
幅12.7mm、長さ127mm、厚み1.6mmの評価用サンプルを、トランスファー成形機を用い175℃の温度で90秒成形した後、175℃の温度で5時間後硬化して作成した。作成した試験片を用いUL−94試験法に準拠し、厚さ1.6mmの試験片5本を用いて、燃焼試験を行った。
幅25mm、長さ75mm、厚み2.0mmの評価用サンプルを、トランスファー成形機を用い175℃の温度で90秒成形した後、175℃の温度で5時間後硬化して作成した。作成した試験片を用い、JIS−C−6481に準拠した方法により、アジレント・テクノロジー株式会社製インピーダンス・マテリアル・アナライザ「HP4291B」により、絶乾後、23℃、湿度50%の室内に24時間保管した後の硬化物の周波数100MHzにおける誘電率と誘電正接を測定した。
*1:1回の接炎における最大燃焼時間(秒)
*2:試験片5本の合計燃焼時間(秒)
尚、表1中、「化合物(1)」とは実施例1で得られたアラルキル基含有ジヒドロキシ(ポリオキシナフタレン)であり、「自消」で示した評価結果は、V−1に要求される難燃性(ΣF≦250秒且つFmax≦30秒)は満たさないが、燃焼(炎のクランプ到達)には至らず消火したレベルである。
Claims (11)
- 前記エポキシ樹脂(A)が、「ASTM D4287」に準拠して測定される150℃における溶融粘度が0.1〜3.0dPa・sである請求項1記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記エポキシ樹脂(A)が、エポキシ当量200〜1,000g/eq.の範囲にあるものである請求項1又は2記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記一般式(1)中のR1及びR2が共に水素原子である請求項1記載のエポキシ樹脂組成物。
- 請求項1〜5の何れか1つ記載のエポキシ樹脂組成物を硬化させて得られる硬化物。
- ジヒドロキシ芳香族化合物(a1)と、下記構造式(2)
〔式中、R1、R2は各々独立して、メチル基又は水素原子であり、Arは、フェニレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたフェニレン基、ナフチレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたナフチレン基を、Yはハロゲン原子、アルコキシ基、又は水酸基を表す。〕で表される化合物、又は下記構造式(3)
〔式中、R1、R3、R4は各々独立してメチル基又は水素原子であり、Arは、フェニレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたフェニレン基、ナフチレン基、炭素原子数1〜4のアルキル基の1〜3つで核置換されたナフチレン基を表す。〕
で表される化合物から選択されるアラルキル化剤(a2)とを、酸触媒の存在下に反応させてフェノール樹脂を得、次いで、得られたフェノール樹脂とエピハロヒドリン類(a3)とを反応させることを特徴とするエポキシ樹脂の製造方法。 - 前記ジヒドロキシ芳香族化合物(a1)と前記アラルキル化剤(a2)との反応比率(a1)/(a2)がモル比で1/0.1〜1/1.0となる範囲である請求項8記載の製造方法。
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