JP2008214513A - 新規なリン含有エポキシ樹脂、該エポキシ樹脂を必須成分とするエポキシ樹脂組成物及びその硬化物 - Google Patents

新規なリン含有エポキシ樹脂、該エポキシ樹脂を必須成分とするエポキシ樹脂組成物及びその硬化物 Download PDF

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Abstract

【課題】封止材・成形材・注型材・接着剤・電気絶縁塗料用材料などに適した新規リン含有エポキシ樹脂、該エポキシ樹脂を必須成分とするエポキシ樹脂組成物及びその硬化物を提供する。
【解決手段】下記式で示されるナフタレン骨格を有する新規なリン含有エポキシ樹脂及び、該リン含有エポキシ樹脂を必須成分とするリン含有エポキシ樹脂組成物、更に該リン含有エポキシ樹脂組成物を加熱硬化してなるリン含有エポキシ樹脂硬化物である。
Figure 2008214513

(X)はベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ビフェニルを示す。
【選択図】なし

Description

本発明は、電子回路基板に用いられる銅張積層板の製造用の樹脂組成物や電子部品に用いられる封止材・成形材・注型材・接着剤・電気絶縁塗料用材料などとして有用な新規なリン含有エポキシ樹脂、エポキシ樹脂組成物及びその硬化物に関する。
エポキシ樹脂は接着性、耐熱性、成形性に優れていることから電子部品、電気機器、自動車部品、FRP、スポーツ用品などに広範囲に使用されている。なかでも電子部品、電気機器に使用される銅張積層板や封止材には火災の防止・遅延といった安全性が強く要求されていることから、これまでこれらの特性を有する臭素化エポキシ樹脂などが使用されている。比重が大きいという問題を有しているものの、エポキシ樹脂にハロゲン、特に臭素を導入することにより難燃性が付与されることと、エポキシ基は高反応性を有し優れた硬化物が得られることから、臭素化エポキシ樹脂類は有用な電子、電気材料として位置づけられている。しかし、最近の電気機器を見るといわゆる軽薄短小を最重要視する傾向が次第に強くなってきている。このような社会的要求下において比重の大きいハロゲン化物は最近の軽量化傾向の観点からは好ましくない材料であり、また、高温で長期にわたって使用した場合、ハロゲン化物の解離が起こり、これによって配線腐食の発生の恐れがある。更に使用済みの電子部品、電気機器の燃焼の際にハロゲン化物などの有害物質を発生し、環境安全性の視点からハロゲンの利用が問題視されるようになり、これに代わる材料が研究されるようになった。本発明者はこの課題に鋭意取り組み、電子機器の軽薄短小化や配線腐食の問題、有害なハロゲン化物の発生の無いリン含有エポキシ樹脂を発明した。(特許文献1〜2)しかし、硬化物の耐熱性向上や吸水率の低下などが更に求められている。
特開平11−166035 特開平11−279258
本発明者は、ハロゲンを使用しないで難燃性を付与したリン含有エポキシ樹脂の、更なる耐熱性向上や吸水率低下を達成すべく鋭意研究し、特定の骨格すなわちナフタレン骨格を導入した新規リン含有エポキシ樹脂により難燃性を損なわずにリン含有率を低減できることを見いだした。リン含有率を低減できることから耐熱性が高く吸水率が低い硬化物が得られ、本発明を完成するに至ったものである。従来耐熱性や耐水性の改良方法としてナフタレン骨格を導入する手法があるが、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂では本発明の目的が達成できず、一般式(7)のナフタレン骨格を含む特定のエポキシ樹脂が本発明の目的を達成出来ることを見いだした。また、ナフタレン骨格を有する特定のエポキシ樹脂の中には溶剤溶解性が悪く結晶が析出するものがあり、プリプレグを作成する際にワニスを調整することが出来なかった。しかし、本発明の新規エポキシ樹脂はナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂と一般式(8)及び/又は一般式(9)で示される有機リン化合物を反応することによって溶剤溶解性を著しく改良することも出来、結晶の析出が無く安定したワニスでプリプレグを作成することが可能となった。本発明は電子回路基板に用いられる銅張積層板や電子部品に用いられる封止材・成形材・注型材・接着剤・電気絶縁塗料用材料・電気絶縁フィルムなどに適した、新規なリン含有エポキシ樹脂、リン含有エポキシ樹脂組成物及びその硬化物を提供することを目的とする。
即ち、本発明の要旨は、一般式(1)で示されるナフタレン骨格を含む新規なリン含有エポキシ樹脂、リン含有エポキシ樹脂組成物及びその硬化物である。
Figure 2008214513
a:1,2,3,4,5,6
b:1,2,3,4,5,6,7
c:0,1,2,3,・・・・
(X)はベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ビフェニルを示す。
(Y)は一般式2〜4を示し、1分子中に少なくとも1個は一般式3または一般式4である。
更に、前記難燃性の新規リン含有エポキシ樹脂、リン含有エポキシ樹脂組成物及びその硬化物を電子回路基板に用いられる銅張積層板の製造用樹脂組成物や電子部品に用いられる封止材、成形材、注型材、接着剤、電気絶縁塗料用材料などに用いることである。
後述の実施例及び比較例との対比から明らかなように、本発明の新規リン含有エポキシ樹脂、新規リン含有エポキシ樹脂組成物は低いリン含有率で難燃性を有し、併せて耐熱性・接着性・吸水率等の物性が優れているため、特に電子回路基板に用いられる銅張積層板をはじめとする電気絶縁材料に最適であり、電子部品に用いられる封止材・成形材・注型材・接着剤・フィルム材に適しており、更に電気絶縁塗料用材料としても有効である。
本発明について詳細に述べる。
本発明の一般式(1)で示されるナフタレン骨格を有する新規なリン含有エポキシ樹脂は一般式(7)で示されるエポキシ樹脂と一般式(8)及び/又は一般式(9)で示されるリン化合物類と反応することによって得られる。一般式(7)で示されるエポキシ樹脂としては特開平03−000717、特開平03−090075、特開2006−160868、特開2004−123859に記載されているエポキシ樹脂などが挙げられ、例えばESN−100シリーズのESN−155、ESN−185V、ESN−175(東都化成株式会社製 βナフトールアラルキル型エポキシ樹脂)、ESN−300シリーズのESN−355、ESN−375(東都化成株式会社製 ジナフトールアラルキル型エポキシ樹脂)、ESN−400シリーズのESN−475V、ESN−485(東都化成株式会社製 αナフトールアラルキル型エポキシ樹脂)が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、また、2種類以上使用しても良い。また、物性に影響が出ない範囲で、その他のエポキシ樹脂類を使用しても良い。
本発明に用いる一般式(8)に示される有機リン化合物類とは、キノン類やグリシジル基、ビニル基などの官能基と反応しうる活性な水素がリン原子に結合した有機リン化合物類であり、具体的にはHCA(三光化学株式会社製 9,10−ジヒドロ−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン−10−オキサイド)、ジフェニルホスフィンオキシド、CPHO(日本化学工業株式会社製 シクロオクチレンホスフィンオキシド)等が挙げられる。本発明に用いる一般式(9)に示される有機リン化合物類とは、一般式(8)に示される有機リン化合物類の活性な水素とキノン類とを反応して得られるリン含有フェノール化合物であり、具体的にはHCA−HQ(三光化学株式会社製 10−(2,5−ジヒドロキシフェニル)−10−ジヒドロ−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン−10−オキサイド)、10−(2,7−ジヒドロキシナフチル)−10−ジヒドロ−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン−10−オキサイド、PPQ(北興化学工業株式会社 ジフェニルホスフィニルハイドロキノン)、ジフェニルホスフィニルナフトキノン、CPHO−HQ(日本化学工業株式会社製 シクロオクチレンホスフィニル−1,4−ベンゼンジオール)、シクロオクチレンホスフィニル−1,4−ナフタレンジオール等が挙げられる。本発明では一般式(8)及び/又は一般式(9)で示されるものであれば良く、これらに限定されるものではなく、また、2種類以上使用しても良い。
リン原子に結合した活性な水素とキノン類とを反応して得られる一般式(9)で示されるリン含有フェノール化合物は、例えば特開平5−214068号公報、ロシアの一般的な雑誌である(Zh.Obshch.Khim.),42(11),第2415-2418 頁(1972)や特開昭60−126293号公報、特開昭61−236787号公報、特開平5−331179号公報で示される方法により得られる。この際、生成した多官能のリン含有フェノール化合物だけを取り出すには精製や再結晶などの操作が必要である。しかし、一般式(8)の化合物である活性な水素がリン原子に結合した有機リン化合物を適度に残存させるとその様な操作が不要となるばかりか、エポキシ樹脂のリン含有率を高めつつ反応後のエポキシ樹脂粘度を低下させることも出来る。
一般式(7)のナフタレン骨格含有エポキシ樹脂と一般式(8)及び/又一般式(9)のリン化合物との反応は公知の方法で行うことが可能であり、反応温度として100℃〜200℃より好ましくは120℃〜180℃で攪拌下行うことができる。
反応時間はエポキシ当量の測定を行って決定することが出来る。測定にはJIS K7236の方法により測定可能である。一般式(7)のナフタレン骨格含有エポキシ樹脂と一般式(8)及び/又一般式(9)のリン化合物との反応によりエポキシ当量は大きくなっていき、理論エポキシ当量との比較により反応終点を決定できる。
また、反応の速度が遅い場合、必要に応じて触媒を使用して生産性の改善を計ることができる。具体的にはベンジルジメチルアミン等の第3級アミン類、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、トリフェニルホスフィン、トリス(2,6−ジメトキシフェニル)ホスフィン等のホスフィン類、エチルトリフェニルホスホニウムブロマイド等のホスホニウム塩類、2メチルイミダゾール、2エチル4メチルイミダゾール等のイミダゾール類等各種触媒が使用可能である。
本発明組成物の硬化剤としては、フェノールノボラック樹脂を代表とする各種多価フェノール樹脂類や酸無水物類、DICYを代表とするアミン類、ヒドラジッド類、酸性ポリエステル類等の通常使用されるエポキシ樹脂用硬化剤を使用することができ、これらの硬化剤は1種類だけ使用しても2種類以上使用しても良い。
本発明組成物には必要に応じて第3級アミン、第4級アンモニウム塩、ホスフィン類、イミダゾール類等の硬化促進剤を配合することができる。また、必要に応じて無機充填剤やガラスクロス・アラミド繊維などの補強材、充填材、顔料等を配合しても良い。
本発明の新規なリン含有エポキシ樹脂を使用して得られた積層板の特性の評価を行った結果、高耐熱性で低吸水率であり、ハロゲン化物を含有しないで難燃性であるエポキシ樹脂組成物、またその硬化物を得ることが可能である。該エポキシ樹脂、エポキシ樹脂組成物及びその硬化物は、電子回路基板に用いられる銅張積層板の製造用樹脂組成物や電子部品に用いられる封止材、成形材、注型材、接着剤、フィルム材、電気絶縁塗料用材料などとして有用であることがわかった。
実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。積層板は以下の条件により作成した。得られたエポキシ樹脂、硬化剤、必要に応じて硬化促進剤を溶剤に溶解し、ガラスクロスに含浸した。乾燥して溶剤を除去してプリプレグを得た。4枚のプリプレグと銅箔を積層して熱プレスにより積層板の硬化物を得た。難燃性はUL(Underwriter Laboratorics)規格に準じて測定を行った。銅箔剥離強さはJIS C 6481 5.7に準じて測定した。また、硬化物のガラス転移温度はエスエスアイナノテクノロジー株式会社製 Exster6000 DSCで測定を行った。吸水率は温度85℃×湿度85%の条件下で初期重量及び500時間経時後の重量から増加重量比を吸水率とした。
〔実施例1〕
攪拌装置、温度計、冷却管、窒素ガス導入装置を備えた4つ口のガラス製セパラブルフラスコに、HCA 56.1重量部とトルエン 131重量部を仕込み、加熱して溶解した。その後、1,4−ナフトキノン 39.0重量部を反応熱による昇温に注意しながら分割投入した。このとき1,4−ナフトキノンとHCAのモル比は1,4−ナフトキノン/HCA=0.95であった。反応後、ESN−485 254.5重量部を仕込み、窒素ガスを導入しながら攪拌を行い、130℃まで加熱を行ってトルエンを系外に除去した。トリフェニルホスフィンを0.1重量部添加して160℃で4時間反応した。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は349.6g/eq、リン含有率は0.80重量%であった。得られたエポキシ樹脂に表1に示した割合で硬化剤(DICY)及び硬化促進剤(2E4MZ)を添加し、段落〔0016〕に記載した方法により積層板評価を行った。その結果を表1に示す。
〔実施例2〕
HCA 84.5重量部、1,4−ナフトキノン 51.7重量部、トルエン127重量部、ESN−485 663.0重量部、トリフェニルホスフィン 0.1重量部とし、ESN−485と同時にEPPN−501H(日本化薬株式会社製 三官能エポキシ樹脂)200.8重量部配合した以外は実施例1と同じ操作を行った。モル比は1,4−ナフトキノン/HCA=0.83であった。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は346.7g/eq、リン含有率は1.2重量%であった。得られたエポキシ樹脂のGPC、FTIRを図1,図2に示す。また、得られたエポキシ樹脂に表1に示した割合で硬化剤(DICY)及び硬化促進剤(2E4MZ)を添加し、段落〔0016〕に記載した方法により積層板評価を行った。その結果を表1に示す。
〔実施例3〕
HCA 70.1重量部、1,4−ナフトキノン 46.2重量部、キシレン235重量部、ESN−485に替えてESN−155 209.8重量部、トリフェニルホスフィン 0.1重量部とした以外は実施例1と同じ操作を行った。モル比は1,4−ナフトキノン/HCA=0.900であった。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は326.1g/eq、リン含有率は1.0重量%であった。
得られたエポキシ樹脂に表1に示した割合で硬化剤(DICY)及び硬化促進剤(2E4MZ)を添加し、段落〔0016〕に記載した方法により積層板評価を行った。その結果を表1に示す。
〔実施例4〕
HCA 9.0重量部、1,4−ナフトキノンに替えてHCA−HQ 70.0重量部、ESN−485に替えてESN−155 721.0重量部、同時にESN−375 200.0重量部を配合するとした以外は実施例1と同じ操作を行った。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は274.9g/eq、リン含有率は0.8重量%であった。
得られたエポキシ樹脂に表1に示した割合で硬化剤(DICY)及び硬化促進剤(2E4MZ)を添加し、段落〔0016〕に記載した方法により積層板評価を行った。その結果を表1に示す。
〔比較例1〕
HCA 127.0重量部、ビスフェノールA(新日鐵化学株式会社製)62.1重量部、エポトート YDPN−638(東都化成株式会社製 フェノールノボラック型エポキシ樹脂)810.9重量部、トリフェニルホスフィン 0.2重量部とした以外は実施例1と同じ操作を行った。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は298.6g/eq、リン含有率は1.8重量%であった。
得られたエポキシ樹脂に表1に示した割合で硬化剤(DICY)及び硬化促進剤(2E4MZ)を添加し、段落〔0016〕に記載した方法により積層板評価を行った。その結果を表1に示す。
〔比較例2〕
HCA 70.5重量部、ビスフェノールA 64.7部、エポトート YDCN−701(東都化成株式会社製 クレゾールノボラック型エポキシ樹脂) 864.8重量部、トリフェニルホスフィン 0.1重量部とした以外は実施例1と同じ操作を行った。モル比は1,4−ナフトキノン/HCA=0.93であった。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は293.7g/eq、リン含有率は1.0重量%であった。
得られたエポキシ樹脂に表1に示した割合で硬化剤(DICY)及び硬化促進剤(2E4MZ)を添加し、段落〔0016〕に記載した方法により積層板評価を行った。その結果を表1に示す。
〔比較例3〕
HCA 56.1重量部、1,4−ナフトキノン 37.0重量部、キシレン235重量部、ESN−485に替えてZX−1142L(東都化成株式会社製 αナフトールノボラック型エポキシ樹脂)906.9重量部、トリフェニルホスフィン 0.1重量部とした以外は実施例1と同じ操作を行った。モル比は1,4−ナフトキノン/HCA=0.90であった。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は298.9g/eq、リン含有率は0.8重量%であった。
得られたエポキシ樹脂に表1に示した割合で硬化剤(DICY)及び硬化促進剤(2E4MZ)を添加し、段落〔0016〕に記載した方法により積層板評価を行った。その結果を表1に示す。
〔比較例4〕
HCA 141.0重量部、1,4−ナフトキノン 77.4重量部、トルエン 329重量部、ESN−485に替えてYDPN−638 631.6重量部、YDF−170 150.0重量部、トリフェニルホスフィン 0.2重量部とした以外は実施例1と同じ操作を行った。モル比は1,4−ナフトキノン/HCA=0.75であった。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は306.4g/eq、リン含有率は2.0重量%であった。
得られたエポキシ樹脂に表1に示した割合で硬化剤(DICY)及び硬化促進剤(2E4MZ)を添加し、段落〔0016〕に記載した方法により積層板評価を行った。その結果を表1に示す。
〔比較例5〕
HCA 70.4重量部、1,4−ナフトキノン 13.3重量部、トルエン164重量部、ESN−485に替えてYDPN−638 249.6重量部、トリフェニルホスフィン 0.2重量部とした以外は実施例1と同じ操作を行った。モル比は1,4−ナフトキノン/HCA=0.25であった。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は287.1g/eq、リン含有率は3.0重量%であった。
得られたエポキシ樹脂33.3重量部とESN−485 66.7重量部を配合して積層板評価を行った。積層板評価結果を表1に示す。
Figure 2008214513
以上の実施例及び比較例の試験結果を見るに、表1の比較例に記載されている物性値から明らかなように、リン含有ノボラック型エポキシ樹脂ではリン含有率1%では難燃性が得られない。難燃性が得られるようリン含有率を2%と高くし、耐熱性を高くしても比較例4程度であり吸水率は悪い。一方、ナフタレン骨格を導入した比較例3の場合、リン含有ナフトールノボラック型エポキシ樹脂では0.8%のリン含有率では難燃性が得られない。リン含有ノボラック型エポキシ樹脂とナフトールアラルキル型エポキシ樹脂の配合では難燃性、耐熱性、吸水率とも効果が見られない。
本発明の技術によって合成した新規エポキシ樹脂はリン含有率0.8%で難燃性であり、高い耐熱性と低い吸水率の硬化物を得ることが出来る。この様に本発明の新規リン含有エポキシ樹脂、新規リン含有エポキシ樹脂組成物は低いリン含有率で難燃性を有し、併せて耐熱性・接着性・吸水率等の物性が優れているため、特に電子回路基板に用いられる銅張積層板をはじめとする電気絶縁材料に最適であり、電子部品に用いられる封止材・成形材・注型材・接着剤・フィルム材に適しており、更に電気絶縁塗料用材料としても有効である。
本発明によって得られた新規リン含有エポキシ樹脂、新規リン含有エポキシ樹脂組成物は低いリン含有率で難燃性を有し、耐熱性・接着性・吸水率等の物性が優れているため、特に電子回路基板に用いられる銅張積層板をはじめとする電気絶縁材料、電子部品に用いられる封止材・成形材・注型材・接着剤・フィルム剤として適しており、更に電気絶縁塗料用材料として適している。
実施例2において得られたエポキシ樹脂のGPC図 実施例2において得られたエポキシ樹脂のFTIR図

Claims (7)

  1. 一般式(1)で示されるナフタレン骨格を有する新規なリン含有エポキシ樹脂
    Figure 2008214513
    a:1,2,3,4,5,6
    b:1,2,3,4,5,6,7
    c:0,1,2,3,・・・・
    (X)はベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ビフェニルを示す。
    (Y)は一般式2〜4を示し、1分子中に少なくとも1個は一般式3または一般式4である。
    Figure 2008214513
    Figure 2008214513
    d:0又は1
    R1,R2は炭化水素基を示し、直鎖状、分岐鎖状、環状であっても良い。また、R1とR2が結合し、環状構造となっていても良い。
    Figure 2008214513
    e:0,1,2,3,4,5,6
    b:1,2,3,4,5,6,7
    g:1,2,3,・・・・
    d:0又は1
    f:1,2,3,4,5,6
    f+e≦6
    R1,R2は炭化水素基を示し、直鎖状、分岐鎖状、環状であっても良い。また、R1とR2が結合し、環状構造となっていても良い。
    (X)はベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ビフェニルを示す。
    (Y)は一般式2〜4を示す。
    (Z)は一般式5,6を示す。
    Figure 2008214513
    h:0,1,2,3
    R3:は炭化水素基を示し、直鎖状、分岐鎖状、環状であっても良い。
    Figure 2008214513
    i:0,1,2,3,4,5
    R3:は炭化水素基を示し、直鎖状、分岐鎖状、環状であっても良い。
  2. 一般式(7)で示されるナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂類と一般式(8)及び/又は一般式(9)で示されるリン化合物類とを反応して得られる請求項1記載の新規リン含有エポキシ樹脂
    Figure 2008214513
    a:1,2,3,4,5,6
    b:1,2,3,4,5,6,7
    c:0,1,2,3,・・・・
    (X)はベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ビフェニルを示す。
    Figure 2008214513
    d:0又は1
    R1,R2は炭化水素基を示し、直鎖状、分岐鎖状、環状であっても良い。また、R1とR2が結合し、環状構造となっていても良い。
    Figure 2008214513
    d:0又は1
    R1,R2は炭化水素基を示し、直鎖状、分岐鎖状、環状であっても良い。また、R1とR2が結合し、環状構造となっていても良い。
    (Z)は一般式5,6を示す。
  3. 請求項1又は2記載のリン含有エポキシ樹脂に硬化剤を配合してなるリン含有エポキシ樹脂組成物。
  4. 請求項3記載のリン含有エポキシ樹脂組成物を用いることを特徴とするエポキシ樹脂積層板。
  5. 請求項3記載のリン含有エポキシ樹脂組成物を用いることを特徴とするエポキシ樹脂封止材。
  6. 請求項3記載のリン含有エポキシ樹脂組成物を用いることを特徴とするエポキシ樹脂注型材。
  7. 請求項3から6記載のリン含有エポキシ樹脂組成物を硬化して得られるリン含有エポキシ樹脂硬化物。
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