JP2014037473A - 硬化性樹脂組成物、硬化物、及びプリント配線基板 - Google Patents
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- NRLOPSPPGBJBCS-UHFFFAOYSA-N CC1=CC=[I]C=C1C=[IH]=C Chemical compound CC1=CC=[I]C=C1C=[IH]=C NRLOPSPPGBJBCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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Abstract
【解決手段】エポキシ樹脂(A)とフェノール樹脂(B)とを含有する硬化性樹脂組成物であって、前記エポキシ樹脂(A)が、下記構造式(1)
(式中、R1及びR2は、それぞれ独立して水素原子、炭素原子数1〜4のアルキル基、炭素原子数1〜4のアルコキシ基を示し、Gはグリシジル基を表す。)で表される3量体(a1)とグリシジル基で置換されたナフトール化合物がメチレン結合を介して結合した2量体(a2)とを必須として含有するもので前記フェノール樹脂(B)がナフトール骨格(n)とナフトキノン骨格(q)とがメチレン結合を介して結合した樹脂構造を有す。
【選択図】なし
Description
下記構造式(1)
で表される2量体(a2)とを必須の成分として含有するものであり、かつ、前記フェノール樹脂(B)が、ナフトール骨格(n)とナフトキノン骨格(q)とがメチレン結合を介して結合した樹脂構造を有するものであることを特徴とする硬化性樹脂組成物に関する。
本発明のエポキシ樹脂(A)は、下記構造式(1)
で表される2量体(a2)とを必須の成分として含有するものである。
で表される化合物が挙げられる。これらのなかでも特に前記構造式1−1で表されるもの、即ち、前記構造式(1)におけるR1及びR2が、全て水素原子であるものが、硬化物における熱履歴後の耐熱性変化が小さくなる点から好ましい。
で表されるカリックスアレーン化合物(a3)を含有することが、硬化物が耐熱性に優れ、熱履歴後の耐熱性変化がより小さいものとなることから好ましい。中でも、エポキシ樹脂(A)中GPC測定における面積比率で1〜40%となる割合で含有することが、硬化物における熱履歴後の耐熱性変化をより一層低減できることから好ましい。
<GPC測定条件>
測定装置 :東ソー株式会社製「HLC−8220 GPC」、
カラム:東ソー株式会社製ガードカラム「HXL−L」
+東ソー株式会社製「TSK−GEL G2000HXL」
+東ソー株式会社製「TSK−GEL G2000HXL」
+東ソー株式会社製「TSK−GEL G3000HXL」
+東ソー株式会社製「TSK−GEL G4000HXL」
検出器: RI(示差屈折計)
データ処理:東ソー株式会社製「GPC−8020モデルIIバージョン4.10」
測定条件: カラム温度 40℃
展開溶媒 テトラヒドロフラン
流速 1.0ml/分
標準 : 前記「GPC−8020モデルIIバージョン4.10」の測定マニュアルに準拠して、分子量が既知の下記の単分散ポリスチレンを用いた。
(使用ポリスチレン)
東ソー株式会社製「A−500」
東ソー株式会社製「A−1000」
東ソー株式会社製「A−2500」
東ソー株式会社製「A−5000」
東ソー株式会社製「F−1」
東ソー株式会社製「F−2」
東ソー株式会社製「F−4」
東ソー株式会社製「F−10」
東ソー株式会社製「F−20」
東ソー株式会社製「F−40」
東ソー株式会社製「F−80」
東ソー株式会社製「F−128」
試料 : 樹脂固形分換算で1.0質量%のテトラヒドロフラン溶液をマイクロフィルターでろ過したもの(50μl)。
で表される構造ユニット(I)と、
下記、構造式(II)
で表される構造ユニット(II)とが、メチレン結合により結節され、高分子量化した基本構造を有するエポキシ樹脂である。
方法1:有機溶剤及びアルカリ触媒の存在下、β−ナフトール化合物とホルムアルデヒドとを反応させ、次いで、ホルムアルデヒドの存在下、α−ナフトール化合物を加え反応させて、ナフトール樹脂を得(工程1)、次いで、得られたナフトール樹脂にエピハロヒドリンを反応させて(工程2)、目的とするエポキシ樹脂(A)を得る方法。
方法2:有機溶剤及びアルカリ触媒の存在下、α−ナフトール化合物、β−ナフトール化合物、及びホルムアルデヒドを反応させてナフトール樹脂を得(工程1)、次いで、得られたナフトール樹脂脂にエピハロヒドリンを反応させて(工程2)、目的とするエポキシ樹脂(A)を得る方法。
で表されるものが挙げられる。ここで、上記構造式q1又はq2中、R1及びR2はそれぞれ独立的に水素原子、メチル基、エチル基、又はメトキシ基が挙げられる。これらのなかでも、特に低熱膨張性、耐熱性に優れる点からR1及びR2が共に水素原子であることが好ましい。また、本発明では、特に、硬化物の低熱膨張性、耐熱性に優れる点から構造式q1で表されるものであることが好ましい。なお、上記構造式中q1又はq2中の2本の線分は、他の構造部位との結合手を表し、当該構造を構成する2つの環構造の同一環に位置してもよく、また、異なる環に位置していてもよい。
核体数の平均=(Mn−x)/(x+12)+1
x=p/100×Y+q/100×Z
なお、上記「p」及び「q」は、更に具体的には、後述する13C−NMR測定によるモル比[ナフトキノン骨格(q)/フェノール性水酸基(p)が結合する炭素原子]の算出方法によって導かれる値である。
測定装置 :東ソー株式会社製「HLC−8220 GPC」、
カラム:東ソー株式会社製ガードカラム「HXL−L」
+東ソー株式会社製「TSK−GEL G2000HXL」
+東ソー株式会社製「TSK−GEL G2000HXL」
+東ソー株式会社製「TSK−GEL G3000HXL」
+東ソー株式会社製「TSK−GEL G4000HXL」
検出器: RI(示差屈折計)
データ処理:東ソー株式会社製「GPC−8020モデルIIバージョン4.10」
測定条件: カラム温度 40℃
展開溶媒 テトラヒドロフラン
流速 1.0ml/分
標準 : 前記「GPC−8020モデルIIバージョン4.10」の測定マニュアルに準拠して、分子量が既知の下記の単分散ポリスチレンを用いた。
(使用ポリスチレン)
東ソー株式会社製「A−500」
東ソー株式会社製「A−1000」
東ソー株式会社製「A−2500」
東ソー株式会社製「A−5000」
東ソー株式会社製「F−1」
東ソー株式会社製「F−2」
東ソー株式会社製「F−4」
東ソー株式会社製「F−10」
東ソー株式会社製「F−20」
東ソー株式会社製「F−40」
東ソー株式会社製「F−80」
東ソー株式会社製「F−128」
試料 : 樹脂固形分換算で1.0質量%のテトラヒドロフラン溶液をマイクロフィルターでろ過したもの(50μl)。
3)13C−NMR:測定条件は以下の通りである。
装置:日本電子(株)製 AL−400
測定モード:SGNNE(NOE消去の1H完全デカップリング法)
溶媒 :ジメチルスルホキシド
パルス角度:45℃パルス
試料濃度 :30wt%
積算回数 :10000回
<13C−NMR測定条件>
13C−NMR:測定条件は以下の通り。
装置:日本電子(株)製 AL−400
測定モード:SGNNE(NOE消去の1H完全デカップリング法)
溶媒 :ジメチルスルホキシド
パルス角度:45℃パルス
試料濃度 :30wt%
積算回数 :10000回
本発明のフェノール樹脂(B)を上記の13C−NMR測定条件で測定した場合、145ppmから160ppmの間に検出されるフェノール性水酸基(p)が結合する炭素原子のピークの積算値(α)と170ppmから190ppmの間に検出されるナフトキノン骨格(q)の酸素が結合する炭素原子のピークの積算値(β)の関係は、下記式(1)及び下記式(2)を充足する。ここで(X)はフェノール性水酸基(p)のモル数、(Y)はナフトキノン骨格(q)のモル数を示す。
Y = β/2 式(2)
よって、上記式(1)及び式(2)から、前記モル比は、下記式(3)における[Y/X]の値として算出することができる。
<FT−IR測定条件>
装置:日本分光(株)製 FT/IR−4200typeA
測定方法:KBr錠剤法
測定モード:吸光度(Abs)
分解:4cm−1
積算回数:32回
横軸:Wavenumber(cm−1)
縦軸:Abs
ピーク吸収値(γ)とピーク吸収値(ω)は、1500cm−1から1560cm−1の吸収の最小値(a)、1660cm−1から1800cm−1の吸収の最小値(b)を結んだベースラインからの高さから算出される値である。
」は特に断わりのない限り質量基準である。尚、軟化点、13C−NMR、GPC及びMSは以下の条件にて測定した。
測定装置 :東ソー株式会社製「HLC−8220 GPC」、
カラム:東ソー株式会社製ガードカラム「HXL−L」
+東ソー株式会社製「TSK−GEL G2000HXL」
+東ソー株式会社製「TSK−GEL G2000HXL」
+東ソー株式会社製「TSK−GEL G3000HXL」
+東ソー株式会社製「TSK−GEL G4000HXL」
検出器: RI(示差屈折計)
データ処理:東ソー株式会社製「GPC−8020モデルIIバージョン4.10」
測定条件: カラム温度 40℃
展開溶媒 テトラヒドロフラン
流速 1.0ml/分
標準 : 前記「GPC−8020モデルIIバージョン4.10」の測定マニュアル
に準拠して、分子量が既知の下記の単分散ポリスチレンを用いた。
(使用ポリスチレン)
東ソー株式会社製「A−500」
東ソー株式会社製「A−1000」
東ソー株式会社製「A−2500」
東ソー株式会社製「A−5000」
東ソー株式会社製「F−1」
東ソー株式会社製「F−2」
東ソー株式会社製「F−4」
東ソー株式会社製「F−10」
東ソー株式会社製「F−20」
東ソー株式会社製「F−40」
東ソー株式会社製「F−80」
東ソー株式会社製「F−128」
試料 : 樹脂固形分換算で1.0質量%のテトラヒドロフラン溶液をマイクロフィ
ルターでろ過したもの(50μl)。
装置:日本電子(株)製 AL−400
測定モード:SGNNE(NOE消去の1H完全デカップリング法)
溶媒 :ジメチルスルホキシド
パルス角度:45℃パルス
試料濃度 :30wt%
積算回数 :10000回
本発明のフェノール樹脂(B)を上記の13C−NMR測定条件で測定した場合、145ppmから160ppmの間に検出されるフェノール性水酸基(p)が結合する炭素原子のピークの積算値(α)と170ppmから190ppmの間に検出されるナフトキノン骨格(q)の酸素が結合する炭素原子のピークの積算値(β)の関係は、下記式(1)及び下記式(2)を充足する。ここで(X)はフェノール性水酸基(p)のモル数、(Y)はナフトキノン骨格(q)のモル数を示す。
X = α 式(1)
Y = β/2 式(2)
よって、上記式(1)及び式(2)から、前記モル比は、下記式(3)における[Y/X]の値として算出することができる。
Y/X = β/2α 式(3)
核体数の平均は、フェノール樹脂(B)を上記のGPC測定条件で測定した数平均分子量(Mn)から下記の計算式で算出することができる。下記式中、「Y」はナフトール骨格(n)の質量数、「Z」はナフトキノン骨格(q)の質量数、「p」はナフトール骨格(n)のナフトキノン骨格(q)に対する存在割合(モル比)、「q」はナフトキノン骨格(q)のナフトール骨格(n)に対する存在割合(モル比)を表わす。
核体数の平均=(Mn−x)/(x+12)+1
x=p/100×Y+q/100×Z
なお、上記「p」及び「q」は、更に具体的には、上記13C−NMR測定によるモル比[ナフトキノン骨格(q)/フェノール性水酸基(p)が結合する炭素原子]の算出方法によって導かれる値である。
装置:日本分光(株)製 FT/IR−4200typeA
測定方法:KBr錠剤法
測定モード:吸光度(Abs)
分解:4cm-1
積算回数:32回
横軸:Wavenumber(cm-1)
縦軸:Abs
本発明のフェノール樹脂(B)を上記のFT−IR測定条件で測定した場合、1560cm-1から1600cm-1の間に検出されるキノン骨格由来のピーク吸収値(γ)と1630cm-1から1670cm-1の間に検出される芳香族骨格由来のピーク吸収値(ω)からキノン吸光度比はγ/ωで算出される。
ピーク吸収値(γ)とピーク吸収値(ω)は、1500cm−1から1560cm−1の吸収の最小値(a)、1660cm−1から1800cm−1の吸収の最小値(b)を結んだベースラインからの高さから算出される。
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、β−ナフトール144部(1.0モル)、イソプロピルアルコール150部、37%ホルマリン水溶液130部(1.6モル)、49%水酸化ナトリウム41部(0.5モル)を仕込み、室温から80℃まで攪拌しながら昇温し、80℃で1時間撹拌した。続いて、α−ナフトール144部(1.0モル)を仕込み、さらに80℃で1時間攪拌した。反応終了後、第1リン酸ソーダ60質量部を添加して中和した後、メチルイソブチルケトン600部加え、水150質量部で3回洗浄を繰り返した後に、加熱減圧下乾燥してナフトール樹脂(a−1)290質量部得た。得られたナフトール樹脂(a−1)の水酸基当量は153グラム/当量であった。
β−ナフトール72部(0.5モル)、イソプロピルアルコール130部、37%ホルマリン水溶液142部(1.75モル)、49%水酸化ナトリウム24部(0.3モル)に変更した以外は、実施例1と同様にしてエポキシ樹脂(A−2)200質量部を得た。得られたエポキシ樹脂(A−2)のエポキシ当量は242グラム/当量、軟化点134℃であり、GPCチャートを図4に示す。GPCチャートから3量体(a1)の含有率は15.8%、2量体(a2)の含有率は3.0%、カリックスアレーン化合物(a3)の含有率は33.0%、高分子量体(a4)の含有率は48.2%であった。
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、β−ナフトール115部(0.80モル)、α−ナフトール173部(1.20モル)、軟化点75℃(B&R法)のクレゾールノボラック樹脂54質量部(クレゾール骨格のモル数:0.45モル)、イソプロピルアルコール150部、37%ホルマリン水溶液135部(1.66モル)、49%水酸化ナトリウム5部(0.06モル)を仕込み、室温から80℃まで攪拌しながら昇温し、80℃で2時間撹拌した。反応終了後、第1リン酸ソーダ10質量部を添加して中和した後、メチルイソブチルケトン727部加え、水182質量部で3回洗浄を繰り返した後に、加熱減圧下乾燥してナフトール樹脂(a−3)350質量部得た。得られたナフトール樹脂(a−3)の水酸基当量は148グラム/当量であった。
エポキシ化工程は実施例1と同様にして、目的のエポキシ樹脂(A−3)204質量部を得た。得られたエポキシ樹脂(A−3)のエポキシ当量は230グラム/当量、軟化点112℃であり、GPCチャートを図5に示す。GPCチャートから3量体(a1)の含有率は16.8%、2量体(a2)の含有率は3.7%、カリックスアレーン化合物(a3)の含有率は13.4%、高分子量体(a4)の含有率は66.1%であった。
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、α−ナフトール505質量部(3.50モル)、水158質量部、蓚酸5質量部を仕込み、室温から100℃まで45分で昇温しながら撹拌した。続いて、42質量%ホルマリン水溶液177質量部(2.45モル)を1時間要して滴下した。滴下終了後、さらに100℃で1時間攪拌し、その後180℃まで3時間で昇温した。反応終了後、反応系内に残った水分を加熱減圧下に除去しフェノール樹脂(b−1)498質量部を得た。続いて、得られた(b−1)150部を粉砕し80℃空気雰囲気下で、9時間処理してキノン骨格含有フェノール樹脂(B−1)150部得た。キノン骨格含有フェノール樹脂(A−2)の軟化点は140℃(B&R法)、水酸基当量は153グラム/当量であった。得られたキノン骨格含有フェノール樹脂(B−1)のGPCチャートを図6に示す。GPCチャートから核体数の平均は4.3であった。モル比[ナフトキノン骨格(q)中/フェノール性水酸基(p)が結合する炭素原子]は2.3/97.7、キノン吸光度比は0.16であった。
原料成分として、α−ナフトール505質量部(3.50モル)、軟化点75℃(B&R法)のクレゾールノボラック樹脂21部(クレゾール骨格のモル数:0.18モル)、42質量%ホルマリン水溶液186質量部(2.57モル)に変更した以外は製造例4と同様にしてフェノール樹脂(b−2)521質量部を得た。続いて、得られた(b−2)150部を粉砕し80℃空気雰囲気下で、18時間処理してキノン骨格含有フェノール樹脂(B−2)151質量部得た。キノン骨格含有フェノール樹脂(B−2)の軟化点は147℃(B&R法)、水酸基当量は150グラム/当量であった。得られたキノン骨格含有フェノール樹脂(B−2)のGPCチャートを図7に、C13NMRチャートを図8に、MSスペクトルを図9に、FT−IRチャートを図10に示す。GPCチャートから核体数の平均は4.6であった。C13NMRチャートから184ppm付近にキノン骨格が生成していることを示すピークが検出され、モル比[ナフトキノン骨格(q)中/フェノール性水酸基(p)が結合する炭素原子]は5.9/94.1、キノン吸光度比は0.36であった。
80℃空気雰囲気下の処理時間を18時間に変更した以外は製造例4と同様にしてキノン骨格含有フェノール樹脂(B−3)151質量部得た。キノン骨格含有フェノール樹脂(B−3)の軟化点は149℃(B&R法)、水酸基当量は152グラム/当量であった。得られたキノン骨格含有フェノール樹脂(B−3)のGPCチャートを図11に示す。GPCチャートから核体数の平均は4.3であった。モル比[ナフトキノン骨格(q)中/フェノール性水酸基(p)が結合する炭素原子]は5.0/95.0、キノン吸光度比は0.40であった。
80℃空気雰囲気下の処理時間を27時間に変更した以外は製造例4と同様にしてキノン骨格含有フェノール樹脂(B−4)151部得た。キノン骨格含有フェノール樹脂(B−4)の軟化点は158℃(B&R法)、水酸基当量は152グラム/当量であった。得られたキノン骨格含有フェノール樹脂(B−4)のGPCチャートを図12に示す。GPCチャートから核体数の平均は4.1であった。モル比[ナフトキノン骨格(q)中/フェノール性水酸基(p)が結合する炭素原子]は7.8/92.2、キノン吸光度比は0.69であった。
80℃空気雰囲気下の処理時間を36時間に変更した以外は製造例4と同様にしてキノン骨格含有フェノール樹脂(B−5)151部得た。キノン骨格含有フェノール樹脂(B−5)の軟化点は167℃(B&R法)、水酸基当量は151グラム/当量であった。得られたキノン骨格含有フェノール樹脂(B−5)のGPCチャートを図13に示す。GPCチャートから核体数の平均は4.0であった。モル比[ナフトキノン骨格(q)中/フェノール性水酸基(p)が結合する炭素原子]は10.9/89.1、キノン吸光度比は0.85であった。
下記表1〜3記載の配合に従い、エポキシ樹脂として前記(A−1)〜(A−3)又はDIC社製「N−770」(フェノールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ当量183グラム/当量)を、硬化剤として前記フェノール樹脂(B−1)〜(B〜5)を、硬化促進剤として2−エチル−4−メチルイミダゾール(2E4MZ)を配合し、最終的に各組成物の不揮発分(N.V.)が58質量%となるようにメチルエチルケトンを配合して調整した。次いで、下記の如き条件で硬化させて試験片を試作し、下記の方法で各種性能を評価した。結果を表1〜3に示す。
基材:日東紡績株式会社製 ガラスクロス「#2116」(210×280mm)
プライ数:6 プリプレグ化条件:160℃
硬化条件:200℃、40kg/cm2で1.5時間、成型後板厚:0.8mm
試験片のガラス転移温度をDMA法にて測定。粘弾性測定装置(DMA:レオメトリック社製固体粘弾性測定装置RSAII、レクタンギュラーテンション法;周波数1Hz、昇温速度3℃/min)を用いて、弾性率変化が最大となる(tanδ変化率が最も大きい)温度をガラス転移温度として評価した。昇温スピード3℃/分
試験片のガラス転移温度を、粘弾性測定装置(DMA:レオメトリック社製固体粘弾性測定装置RSAII、レクタンギュラーテンション法;周波数1Hz、昇温速度3℃/min)を用いて、以下の温度条件で2回、弾性率変化が最大となる(tanδ変化率が最も大きい)温度(Tg)を測定した。
温度条件
1st run:35℃から275℃まで3℃/minで昇温
2nd run:35℃から330℃まで3℃/minで昇温
それぞれ得られた温度差をΔTgとして評価した。
試験片(25mm×50mm)を100℃の煮沸蒸留水中に2時間浸せき後、その試験片を260℃のハンダ浴に30秒間浸せきさせて、その前後の状態変化を観察した。
○: 外観変化なし
△: 直径5mm以下の膨れが5個以下
×: 直径5mmより大きい膨れ発生、又は直径5mm以下の膨れが6個以上
Claims (9)
- エポキシ樹脂(A)とフェノール樹脂(B)とを含有する硬化性樹脂組成物であって、前記エポキシ樹脂(A)が、
下記構造式(1)
で表される3量体(a1)と、
下記構造式(2)
で表される2量体(a2)とを必須の成分として含有するものであり、かつ、前記フェノール樹脂(B)が、ナフトール骨格(n)とナフトキノン骨格(q)とがメチレン結合を介して結合した樹脂構造を有するものであることを特徴とする硬化性樹脂組成物。 - 前記エポキシ樹脂(A)が、α−ナフトール化合物、β−ナフトール化合物、及びホルムアルデヒドの重縮合体をポリグリシジルエーテル化したエポキシ樹脂であり、前記3量体(a1)をGPC測定における面積比率で15〜35%となる割合で含有し、かつ、前記2量体(a2)をGPC測定における面積比率で1〜25%となる割合で含有するものである請求項1記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記エポキシ樹脂(A)が、前記カリックスアレーン型化合物(a3)をGPC測定における面積比率で1〜40%となる割合で含有するものである請求項3記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記フェノール樹脂(B)中のフェノール性水酸基(p)と、ナフトキノン骨格(q)との存在比率が、13C−NMR測定によるモル比[ナフトキノン骨格(q)/フェノール性水酸基(p)が結合する炭素原子]において0.1/99.9〜20/80となる割合である請求項1記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記フェノール樹脂(B)が有する前記ナフトール骨格(n)及びナフトキノン骨格(q)前記ナフトールノボラック樹脂(b1)の合計の核体数(但、これらの骨格中の縮合環を1核体とする。)の平均が3〜10の範囲である請求項1記載の硬化性樹脂組成物。
- 請求項1〜7の何れか一つに記載の硬化性樹脂組成物を硬化させてなる硬化物。
- 請求項1〜7の何れか一つに記載の硬化性樹脂組成物に、更に有機溶剤を配合したワニス組成物を、補強基材に含浸し銅箔を重ねて加熱圧着させることにより得られるプリント配線基板。
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