JP2012224723A - フェノール樹脂、これを含む硬化性組成物及び硬化物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】下記式(1)で表される化合物をフェノール成分とし、酸性触媒の存在下、アルデヒド類、ジメチロール化合物類、アルケン類、ケトン類からなる群より選択される少なくとも1種である架橋剤で重合して得られるフェノール樹脂。
(式(1)中、X及びYは、それぞれ独立にヒドロキシアリール基を示す。)
【選択図】なし
Description
酸性触媒の存在下、架橋剤を用いてフェノール性水酸基を有する化合物を重合して得られるフェノール樹脂(ノボラック型フェノール樹脂)であって、
上記化合物が下記式(1)で表されることを特徴とする。
本発明のフェノール樹脂は、酸性触媒の存在下、架橋剤を用いてフェノール性水酸基を有する化合物を重合して得られるフェノール樹脂(ノボラック型フェノール樹脂)であって、上記化合物が下記式(1)で表されることを特徴とする。当該フェノール樹脂は、主鎖にアントラセン骨格を有するため、一般的なフェノール類又はビスフェノール類とホルムアルデヒド等の架橋剤とを利用して縮合したノボラック型フェノール樹脂と比べ、単位構造当たりの炭素密度が高く、高耐熱性、高屈折率、紫外線に対する蛍光性能等を備えている。
上記式(1)中のX及びYで表されるヒドロキシアリール基とは、少なくとも1つのヒドロキシル基を有し、その他の置換基を有してもよい芳香族炭化水素の芳香環から1つの水素を除いた置換基である。上記ヒドロキシアリール基の具体例としては、ヒドロキシフェニル基、ヒドロキシナフチル基、ジヒドロキシフェニル基、ジヒドロキシナフチル基等及びこれらの芳香環上の水素原子が、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アルケニル基、アミノ基、メルカプト基等の置換基へ置換されたものが挙げられる。なお、上記芳香環上の置換基は、複数であってもよいが、芳香環の反応性を維持するためには、芳香環上の水素原子が全ては置換されていないことが好ましい。
rt−オクチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、シクロプロピルオキシ基、シクロブチルオキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、アダマンチルオキシ基、ノルボルニルオキシ基、ボロニルオキシ基、4−デシルシクロヘキシルオキシ基等が挙げられる。
上記化合物は、非反応性含酸素有機溶媒及び酸触媒の存在下にて、フェノール類とアントラセン−9−カルボアルデヒドとを反応させる工程を有する方法により製造される。
当該フェノール樹脂の重合用いられる架橋剤としては、特に限定されず、例えばアルデヒド類、ジメチロール化合物(2つ以上のメチロール基を有する化合物)類、アルケン類、ケトン類等を適宜用いることができる。なお、得られるフェノール樹脂の屈折率、耐熱性、分子量を重視する場合はアルデヒド類及びジメチロール化合物類が好ましく、250nm以下の短波長域の光透過率を重視する場合はアルケン類が好ましく、炭素密度(残炭率)を重視する場合はケトン類が好ましい。
当該フェノール樹脂の重合の際に用いられる上記酸触媒は、特に限定されず、公知のものを用いることができる。上記酸性触媒としては、例えば塩酸、硝酸、硫酸、ギ酸、シュウ酸、酢酸、メタンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸などを挙げることができる。これらの酸触媒は、単独で用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。酸触媒の使用量としては、反応が過激で危険とならない範囲でかつ反応促進のため、少なすぎない量を設定すればよいが、一般的には、フェノール樹脂の質量に対して、0.1〜50質量%である。
当該フェノール樹脂を得る重合の際の反応条件は例えば、以下のとおりである。なお、この反応は、通常、溶媒中で行われる。
当該フェノール樹脂の重量平均分子量としては特に限定されないが、800以上が好ましく、1,000以上30,000以下がさらに好ましい。重量平均分子量を上記範囲とすることで、低膨張性や、耐熱性等の機能をより効果的に発揮させることができる。
当該硬化性組成物は、本発明のフェノール樹脂を含むものである。この硬化性組成物としては、例えば、当該フェノール樹脂を含むノボラック型フェノール樹脂及び硬化剤を含有し、さらにその他の任意成分を含んでいる組成物が挙げられる。この硬化性組成物の調製の方法としては、特に限定されず、例えばノボラック型フェノール樹脂と硬化剤とを溶融混合や粉砕混合をしてもよいし、溶媒の存在下に溶解混合してもよい。また、当該硬化性組成物において、本発明のフェノール樹脂が他の主成分を硬化させる硬化剤として含有されていてもよい。
本発明の硬化物は、上記硬化性組成物を加熱することで硬化して得られるものである。当該硬化物は各種樹脂として使用することができる。当該硬化物は、アントラセン骨格に由来する高屈折率、高炭素密度、蛍光性能といった広範の用途に有用な各特性を付与する他、耐エッチング性のような電子材料用途特有の特性も付与することができ、高汎用性の材料として様々な用途に用いることができる。
1H−NMR及び13C−NMRは、バリアン社製UNITY−INOVA 400MHzを用い、TMSを基準物質としてDMSO−d6溶媒で測定した。
重量平均分子量は、東ソー製HLC−8220型GPC、検出器(RI)、TSKGelG4000HXL+G2000HXL(7.8mmφ×300mm)カラムを用い、展開溶媒としてテトラヒドロフランを1.00ml/分で送液して測定し、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)を求めた。
HPLC純度及び反応の終点確認は、島津製作所製HPLCPromineceシリーズ、UV検出器SPD−20A(246nm)、GLサイエンス製ODS−3(4.6mmφ×250mm)カラムを用い、展開溶媒として水/アセトニトリル=40/60で送液し、目的物ピークの面積比によって求めた。
融点は、リガク製DSC8230型示差走査熱量計にて、窒素雰囲気下5℃/分の昇温速度によるピークトップ法にて求めた。また、ガラス転移温度は同様の条件で測定し、中点ガラス転移温度を求めた。
屈折率は、京都電子工業製RA−520N型屈折率計を用い、25℃にて1、5及び10質量%の各濃度でプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)に溶解して測定し、検量線を作成して100質量%時の換算屈折率を求めた。
蛍光の有無は、試料(1g)をPGMEA(9g)に溶解した液状状態において、アズワン製ハンディーUVランプSLUV−4を用いて、365nmの紫外線を照射し、発光の有無を観察した。
残炭率は、リガク製TG8230型示差熱天秤にて、窒素雰囲気下10℃/分の昇温速度で830℃までの測定を行い、重量減少率を100%から除した数値で求めた。
GPC純度は、東ソー製HLC−8220型GPC、RI検出器、TSK−Gel SuperHZ2000+HZ1000+HZ1000(4.6mmφ×150mm)カラムを用い、展開溶媒としてテトラヒドロフランを0.35ml/分で送液し、目的物ピークの面積比によって求めた。
300mlの環流管付き反応容器にフェノール(112.8g,1.20mol)、アントラセン−9−カルボアルデヒド(49.4g,0.24mol)及びメタノール(11.3g)を入れ、40℃にて溶解した。濃硫酸(5.6g)を投入し、40℃で24時間反応を行った。次いで、反応液をメチルイソブチルケトン(169.2g)に溶解し、蒸留水(56.4g)にて水洗を数回行って触媒を除去した。減圧下にて、メチルイソブチルケトン及びフェノールを留去した後、キシレン(169.2g)及び蒸留水(11.3g)投入して10℃で攪拌した。析出した結晶を濾別後、減圧乾燥を行って、淡黄色の9−(4−ヒドロキシベンジル)−10−(4−ヒドロキシフェニル)アントラセン48.3g(収率53.3%)を得た。
フェノール樹脂(ビスフェノールアントラセン/ホルムアルデヒド)の合成
300mLの還流管付き反応容器に合成例1で得られた化合物の結晶(30.0g,0.08mol)、1,4−ラクトン(90.0g)及びパラトルエンスルホン酸(6.0g)を入れた。これを撹拌しながら昇温し、完全に溶解させた後、92%パラホルムアルデヒド(2.08g、0.06mol)を投入し、内温80℃で6時間反応を行った。次いで、PGMEA(128.0g)を加え、撹拌溶解した。純水128gを投入、撹拌後静置し、上層を除去し、廃液pHが4以上になるまで繰り返し行った。170℃まで常圧脱水を行った後、180℃で減圧し、残留した溶媒を除去し、実施例1のフェノール樹脂(25.9g)を得た。
フェノール樹脂(ビスフェノールフルオレン/ホルムアルデヒド)の合成
実施例1において、合成例1で得られた結晶(30.0g,0.08mol)の代わりにビスフェノールフルオレンの市販品であるBPAF[商品名:JFEケミカル株式会社製/9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン](52.6g,0.15mol)、92%パラホルムアルデヒド(2.08g,0.06mol)の代わりに92%パラホルムアルデヒド(2.24g,0.06mol)を用いたこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、比較例1のフェノール樹脂(23.2g)を得た。
フェノール樹脂(ビスフェノールA/ホルムアルデヒド)の合成
実施例1において、合成例1で得られた結晶(30.0g,0.08mol)の代わりにビスフェノールA(30.0g,0.13mol)、92%パラホルムアルデヒド(2.08g,0.06mol)の代わりに92%パラホルムアルデヒド(3.43g,0.10mol)を用いたこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、比較例2のフェノール樹脂(23.7g)を得た。
フェノール樹脂(ビスフェノールアントラセン/テトラメチロールビスフェノールA)の合成
実施例1において、92%パラホルムアルデヒド(2.08g,0.06mol)の代わりにビスフェノールAのテトラメチロール体であるTM−BIP−A(商品名:旭有機材工業株式会社製/6.9g,0.02mol)を用いたこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、実施例2のフェノール樹脂(15.3g)を得た。
フェノール樹脂(ビスフェノールアントラセン/フルオレノン)の合成
実施例1において、92%パラホルムアルデヒド(2.08g,0.6mol)の代わりに9−フルオレノン(11.5g,0.06mol)を用い、反応温度を80℃から170℃に変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、実施例3のフェノール樹脂(28.1g)を得た。
フェノール樹脂(ビスフェノールアントラセン/ジシクロペンタジエン)の合成
実施例1において、92%パラホルムアルデヒド(2.08g,0.6mol)の代わりにジシクロペンタジエン(10.5g,0.06mol)を用い、反応温度を80℃から170℃に変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、実施例4のフェノール樹脂(29.1g)を得た。
Claims (7)
- 酸性触媒の存在下、架橋剤を用いてフェノール性水酸基を有する化合物を重合して得られるフェノール樹脂であって、
上記化合物が下記式(1)で表されることを特徴とするフェノール樹脂。
- 重量平均分子量が800以上であり、かつ、屈折率が1.63以上である請求項1に記載のフェノール樹脂。
- 上記架橋剤がアルデヒド類、ジメチロール化合物類、アルケン類及びケトン類からなる群より選択される少なくとも1種である請求項1又は請求項2に記載のフェノール樹脂。
- 上記架橋剤がアルデヒド類である請求項3に記載のフェノール樹脂。
- 上記X及びYが、ヒドロキシフェニル基である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のフェノール樹脂。
- 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のフェノール樹脂を含む硬化性組成物。
- 請求項6に記載の硬化性組成物を硬化して得られる硬化物。
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