JP2014159566A - エポキシ樹脂組成 - Google Patents

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Abstract

【課題】200℃以上のガラス転位温度を有する耐熱性に優れたハロゲンフリーエポキシ樹脂及び、該エポキシ樹脂を用いたプリプレグの提供。
【解決手段】40〜80重量パーセントのフェノール−アルデヒド縮合物(好ましくはエポキシノボラック樹脂)、10〜40重量パーセントのリン含有フェノール系エポキシ樹脂、並びに10〜40重量パーセントの、スルホン基及びアミン基を有する芳香族硬化剤を含む、硬化性ハロゲンフリーエポキシ樹脂組成物。及び該エォキシ樹脂を補強ウェブに含浸したプリプレグ。
【選択図】なし

Description

本発明は、エポキシ樹脂組成、特にハロゲンフリーの硬化性エポキシ樹脂組成及び20
0℃を超える最高使用温度を有する硬化エポキシ樹脂組成に関する。
金属積層板は、熱を分散するために有機基板材料に代わるものとしてますます利用され
つつある。熱の管理は自動車産業において、また高速コンピュータ適用においても重要で
ある。したがって、高温で、例えば自動車のエンジン室で認められる温度で使用すること
ができる積層板に対する需要が高まりつつある。鉛フリーはんだの使用も、より高い温度
で使用できる電気積層板に対する需要をもたらす。原則として、積層板は、積層板が供さ
れる最高使用温度を上回るガラス転移温度を有する必要がある。
自動車電子材料、例えばLEDテールランプ及びヘッドランプ点灯装置における最近の
進歩により、使用される樹脂は少なくとも200℃の最大使用温度(典型的には「最大使
用等級200(Maximum Operating Rating 200)」又は「MOT 200」と称される」
)を有することが求められる。高い最大使用温度を有する積層板が必要とされるもう1つ
の適用は、フリップチップ適用におけるチップ「アンダーフィル(充填物)」として使用
される場合である。
臭素化種はこれらの温度で分解を受けやすいので、標準的な臭素化エポキシ樹脂組成を
使用してこの規格を達成することは困難である。
高いMOT等級を得るため、これまでは比較的高価な材料、例えばガラス転移温度を提
供するためのビスマレイミド−トリアジン(BT)樹脂及び難燃性必要条件を満たすため
の臭素含有成分を含む組成物を使用する必要があった。
BT−エポキシ樹脂は他のエポキシ樹脂よりもかなり高価であるので、ハロゲン化され
ていないがMOT 200等級を満たす代替的エポキシ樹脂組成が望ましい。MOTは、
アンダーライターズ・ラボラトリーズ(Underwriters Laborator
ies)のスタンダード(standard)UL 746 Eに従って測定される。典型
的には10日間試験及び56日間試験を用いて測定される。樹脂に対する「指定温度等級
(assigned temperature rating)」を得るために、試験試料は、MOT等級に関連する
オーブンの温度で、10日間及び56日間の加熱処理後に幅1インチにつき1ポンドの力
での接着強度試験に合格しなければならない。実際の10日間及び56日間のオーブン温
度を計算するための式は以下のとおりである:
10日間のオーブン温度=1.076(「所望等級」+288)−273
56日間のオーブン温度=1.02(「所望等級」+288)−273。
市販の費用効率の高い成分を使用して生産される、優れた物理的性質、例えば200℃
を超えるガラス転移温度を有する硬化性樹脂は極めて望ましい。
国際公開第2005/118604号は、ハロゲンフリーの難燃性ポリマーを作製する
ために有用なリン含有化合物を開示する。
国際公開第2005/11860号は、他のエポキシ化合物と組み合わせて使用できる
リン含有エポキシ化合物を開示する。
米国特許出願第4,338,225号は、エポキシ樹脂と硬化剤、例えばジアミン硬化
剤、例えばジアミノジフェニルスルホンの反応生成物から形成される樹脂に関する。
驚くべきことに、本発明者らは今や、特定のリン含有エポキシ樹脂と共に、ある特定の
エポキシ樹脂と特定の硬化剤の組合せが、硬化したとき200℃を超えるガラス転移温度
を有する組成物を提供できることを見出した。
本発明の最初の態様では、
40〜80重量パーセントのフェノール−アルデヒド縮合物、好ましくはノボラックエ
ポキシ樹脂;
10〜40重量パーセントのリン含有フェノール系樹脂;並びに
10〜40重量パーセントの、スルホン基及びアミン基を含む芳香族硬化剤(aromatic
hardening agent)である硬化剤
を含有する、ハロゲンフリー硬化性エポキシ樹脂組成物が提供される。
本発明による組成物は、硬化した場合、200℃を超えるガラス転移温度Tgを有する
。好ましくは、組成物は、210℃を超える、より好ましくは220℃を超える、最も好
ましくは230℃を超えるTgを有する。
他の成分が硬化性エポキシ樹脂組成物に含まれてもよい。例えば、エポキシ樹脂と硬化
剤との間の反応を促進することができる触媒が組成物に含まれてもよい。そのような触媒
が存在する場合、好ましくは組成物の総重量に基づき0.5〜2%の量で存在する。
加えて、他の多官能エポキシ成分又はフェノール性成分、アミン硬化剤及び充填剤を含
む他の成分も存在し得る。
組成物は、フェノール−アルデヒド縮合物、リン含有フェノール系樹脂、スルホン基及
びアミン基を含有する芳香族硬化剤を含む少なくとも1つの硬化剤、少なくとも1つの触
媒並びに少なくとも1つの溶媒から基本的になる、より好ましくはそれらからなる。
硬化性エポキシ樹脂組成物は、多くの異なる適用において、特に高温積層板が必要とさ
れる適用、例えば電子積層板適用において使用でき、印刷回路板のために使用できる。組
成物は、自動車電気積層板における使用に特に適する。
自動車用途において、エンジン室内で生じる典型的な高温暴露は、150℃を超える温
度である。エンジン・トランスミッション系では、温度は200℃に達し得る。より高い
MOT温度を有する積層板は、電気回路を排気系(800℃を超える温度で作動し得る)
及びブレーキ装置(300℃を超える温度で作動し得る)により近づけることを可能にす
る。
自動車点灯装置も、より高いMOT温度を有する積層板から恩恵を受ける。LEDの熱
管理はこの適用において重要な役割を果たす。長波長赤外LED(red InGaAs LED)の電
気エネルギーの約90%が可視光に変換される。この光エネルギーの必ずしも全部が半導
体チップを生じるわけではなく、残りのエネルギーは熱に変換される。半導体チップが、
それを取り囲むエポキシ材料のガラス転移温度を超える場合、エポキシ材料は軟化し始め
る。
チップパッケージングの熱管理も重要である。半導体の力が高まると共に、これらの半
導体チップが生成する熱も増え続ける。現在この熱は、能動冷却システム、例えばヒート
パイプシステムによって吸収されている。熱を分散するための材料ソリューションは、こ
の問題に対するはるかに安価な解決法を提供する。このため、高いMOT等級材料が必要
とされる。
そのような積層板を作製するための方法の典型的な例は、以下の工程を含み得る:
(1)エポキシ含有組成を、回転、浸漬、溶射、他の公知の手法及び/又はそれらの組
合せによって基板に適用する又は含浸させる。基板は、典型的には、例えばガラス繊維又
は紙を含む織繊維又は不織繊維マットである。含浸のために使用されるエポキシ樹脂組成
は、一般に「ワニス(varnish)」と称される。
(2)含浸した基板を、エポキシ含有組成中の溶媒を除去するために十分な、及び場合
により、含浸基板が容易に取り扱えるようにエポキシ含有組成を部分硬化させるのに十分
な温度で加熱することによって「Bステージ化」する。「Bステージ化」工程は、通常9
0℃〜210℃の温度で1分間〜15分間実施される。Bステージ化から生じる含浸基板
は、一般に「プリプレグ」と称される。「Bステージ化」のために使用される温度は、最
も一般的には複合材料(composites)については100℃、電気積層板については130
℃〜200℃である。
(3)プリプレグの1又はそれ以上のシートを、電気積層板を所望する場合は、導電材
料、例えば銅箔の1又はそれ以上のシートと交互の層に積み重ねる又は積み上げる。
(4)積み上げたシートを、樹脂を硬化し、積層板を形成するのに十分な時間、高温及
び高圧でプレスする。この積層工程の温度は、通常100℃〜230℃であり、ほとんど
の場合165℃〜200℃である。積層工程の温度は、好ましくはプレス温度が予想Tg
を少なくとも5〜10℃上回るように積層板の最終Tgに調整する。積層工程はまた、2
又はそれ以上の段階で、例えば第一段階は100℃〜150℃で、そして第二段階は16
5℃〜190℃で実施してもよい。圧力は通常50N/cm〜500N/cmである
。積層工程は通常、1分間〜200分間、ほとんどの場合45分間〜90分間実施される
。積層工程は、場合により、より高温でより短時間(例えば連続積層工程において)又は
より低温でより長時間(例えば低エネルギープレス工程において)実施してもよい。
場合により、生じた積層板、例えば銅張積層板を、高温及び雰囲気圧で一定時間加熱す
ることによって後処理してもよい。後処理の温度は通常120℃〜250℃である。後処
理時間は通常30分間〜12時間である。
本発明の第2の態様では、最初の態様の組成物を補強ウエブに含浸させる工程を含む、
プリプレグを作製する方法が提供される。
本発明の第3の態様では、
前記プリプレグを、組成物のエポキシ成分を部分的に反応させるのに十分な温度に加熱
する工程と;
導電性材料でプリプレグの1又はそれ以上の層を積層する工程と;
そのようにして形成された積層板を高圧及び高温で加熱して電気積層板を形成する工程
とを含む、電気積層板を作製する方法が提供される。
本発明の第4の態様では、
40〜80重量パーセントのフェノール−アルデヒド縮合物、好ましくはノボラックエ
ポキシ樹脂;
10〜40重量パーセントのリン含有フェノール系樹脂;並びに
10〜40重量パーセントの、スルホン基及びアミン基を含む芳香族硬化剤である硬化

を含有し、樹脂が実質的にハロゲンを含まない、硬化性エポキシ樹脂組成物が提供される
。「実質的にハロゲンを含まない」樹脂は、樹脂が以下のような適用業界規範に合致する
ことを意味する:
・JPCA(日本プリント回路工業会(Japan Printed Circuit Association))JP
CA−ES−01−1999は、「ハロゲンフリー」についての基準及び方法を定義する

−Br<0.09重量%(900ppm)
−Cl<0.09重量%(900ppm)
・・IEC(国際電気標準会議(International Electrotechnical Commission))
−IEC 61249−2−21の最終必要条件:
・最大Cl 900ppm
・最大Br 900ppm
・最大総ハロゲン 1500ppm
・・IPC−4101BはIECのハロゲンフリーの定義を採用した:
・最大Cl 900ppm
・最大Br 900ppm
・最大総ハロゲン 1500ppm
・注:フッ素、ヨウ素及びアスタチン(他の第VIIA族ハロゲン)は、「ハロゲンフ
リー」の業界の定義では制限されていない。
フェノール−アルデヒド縮合物は、好ましくは硬化性組成物の総重量に基づき50〜7
0重量パーセントの量で、より好ましくは55〜65重量パーセントの量で存在する。
フェノール−アルデヒド縮合物は、エポキシノボラック樹脂又は他の多官能エポキシ樹
脂、例えばトリス−フェノール−グリシジルエーテル又はテトラフェノール−グリシジル
エーテルであり得る。任意のエポキシノボラック樹脂(エポキシ化ノボラック樹脂と称さ
れることもあり、この用語は、エポキシフェノールノボラック樹脂及びエポキクレゾール
シノボラック樹脂、エポキシビスフェノールAノボラック樹脂又はジシクロペンタジエン
フェノールノボラック樹脂並びに他のエポキシノボラック樹脂を包含することが意図され
ている)であり得る、エポキシノボラック樹脂が好ましい。そのようなエポキシノボラッ
ク樹脂化合物は、以下の式(a):
Figure 2014159566
(式中、「R」は、水素、C〜Cアルキル、例えばメチル又は芳香族基、例えばイソ
プロピリデン−ヒドロキシフェニル基であり;そしてnは、0又は1〜10の整数であり
、nは、好ましくは0〜5の平均値を有する)
によって示される一般化学構造式を有する。好ましいエポキシノボラック樹脂は、前記式
(a)においてRが水素原子である場合である。
エポキシノボラック樹脂(エポキシクレゾールノボラック樹脂を含む)は、例えばD.
E.N.(The Dow Chemical Companyの商標)、並びにQUA
TREX及びTACTIX 742(Ciba Geigyの商標)の商標名で、商業的
に容易に入手可能である。市販の材料は、一般に前記式の様々な種の混合物を含有し、そ
のような混合物を特徴づける好都合な方法は、様々な種についてのnの値の平均値、n’
を参照することによる。本発明に従った使用のための好ましいエポキシノボラック樹脂は
、nが約0〜約10、より好ましくは約1〜約5の値を有するものである。
リン含有エポキシ化合物は、リン含有フェノール系エポキシ樹脂であり、好ましくは硬
化性組成物において組成物の総重量に基づき10〜30重量パーセントの量で、より好ま
しくは15〜20重量パーセントの量で使用される。好ましくは、リン含有フェノール系
エポキシ化合物は、
H−P=(O)基、P−H基及びP−OH基から選択される基を有する少なくとも1つ
の有機リン化合物と、
以下の式(I):
Figure 2014159566
(式中、
R’は、1〜24個の炭素原子を有するアルキル基又はアリール基であり;
Yは、ヒドロキシ、カルボン酸、カルボキシレート、酸無水物、アミン、−SH、−S
H、−CONH、−NHCOOR、リン酸基及びホスフィン酸基から選択され;
Xは、ヒドロカルビレン基であり;
R”は、水素又は1〜8個の炭素原子を有するヒドロカルビル基であり;
Rは、1〜12個の炭素原子を有するアルキル基又はアリール基であり;そして
m’、m及びnは、独立して、1又はそれ以上の数である)を有する少なくとも1つの
化合物との反応生成物であるリン含有化合物とフェノール系エポキシ樹脂の反応から形成
される。
好ましくは、リン含有化合物は、好ましくはヒドロカルビレン基又はヒドロカルビレン
エーテル基によって連結された、少なくとも2つのフェノール芳香環及び少なくとも4重
量パーセントのリン含量を有する。
1分子につき1個のエポキシ基を有する化合物は、好ましくは、架橋可能なエポキシ樹
脂又は1分子につき1個より多いエポキシ基を有する2又はそれ以上のエポキシ樹脂の混
合物である。
適切なエポキシ含有分子は、エピクロルヒドリン、ポリフェノールのグリシジルエーテ
ル(例えばビスフェノールA、ビスフェノールF、フェノールノボラック、クレゾールフ
ェノールノボラック)、メタクリレートのグリシジルエーテル、アクリレートのグリシジ
ルエーテル及び他の類似化合物を含む。
式(I)において、各々の−(−X−O−R”)基は、「R’」内の同じか又は異なる
原子に結合してもよい。好ましくは、各々の−(−X−O−R”)基は、「R’」内の異
なる原子に結合している。
Xは、好ましくは1〜8個、より好ましくは1〜4個の炭素原子を有する。好ましい実
施形態では、Xは、1〜8個、好ましくは1〜4個、さらに一層好ましくは1又は2個の
炭素原子を有するアルキレン基、例えばメチレン、エチレン、プロピレン、イソプロピレ
ン、ブチレン、イソブチレン等である。メチレンが最も好ましいX基である。
R”は、1個、好ましくは少なくとも2個、より好ましくは少なくとも3個の炭素原子
を有し、好ましくは8個まで、より好ましくは6個まで、さらに一層好ましくは5個まで
の炭素原子を有する。ヒドロカルビルは、好ましくはアルキレン基、例えばメチル、エチ
ル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル及び
オクチルである。R”基について最も好ましいのは、ブチル及びイソブチルである。
R’は、好ましくは、少なくとも1個のアリーレン基及び場合により少なくとも1個の
ヒドロカルビレン基又はヒドロカルビレンエーテル基を含む。R’基は、より好ましくは
、ヒドロカルビレン基又はヒドロカルビレンエーテル基によって相互に連結された少なく
とも2個の芳香族基を含む。芳香族基は、好ましくはフェニル基であり、ヒドロカルビレ
ン基は、好ましくは前記で定義されたX、最も好ましくはメチレン基であり、ヒドロカル
ビレンエーテルは、好ましくはメチレンオキシ基である。
Yは、エポキシ基、エトキシ基又はプロポキシ基と反応することができる官能基である
。Y官能基は、好ましくはヒドロキシル(−OH)、カルボン酸(−C(O)OH)、カ
ルボキシレート(−C(O)OR’’’)、カルボン酸無水物及び第一級又は第二級アミ
ン(−NH、−NHR’’’’又は=NH(式中、「=」は、同じか又は異なる原子へ
のR’の2つの共有結合を指す))から選択される。
R’’’は、アルカリ金属、例えばNa若しくはK、又は8個まで、好ましくは4
個まで、より好ましくは2個までの炭素原子を有するヒドロカルビル基、例えばメチル、
エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル等でもよい。
R’’’’は、好ましくは20個まで、より好ましくは12個まで、さらに一層好まし
くは4個までの炭素原子を有する、ヒドロカルビル基、例えばアリール基、アルキル基又
はアルカリール基である。
カルボン酸無水物は、好ましくは、置換又は非置換コハク酸無水物、マレイン酸無水物
及びフタル酸無水物から選択される。各々の置換基は、存在する場合、1又はそれ以上の
水素原子又はヒドロカルビル基、例えば好ましくは12個まで、より好ましくは4個まで
の炭素原子を有するアルキル基である。
ヒドロキシル、カルボン酸及びカルボン酸無水物官能基が好ましく、ヒドロキシル官能
基がR’’’’基について最も好ましい。
式(I)の好ましい化合物は、式(I):
Figure 2014159566
を満たし、少なくとも1つの(X−O−R”)基が化学構造の骨格の中央に存在する化合
物である。
例えば、好ましい化合物は、同じR’(y)m’基の少なくとも1つの上に少なくとも
2つの(X−O−R”)基を含むものを包含する。加えて、有用な化合物は、例えば以下
の基準:
(a)nが、好ましくはmより大きい;又は
(b)nが1に等しい場合、mは3より大きくなければならず、そして少なくとも1つ
の(X−O−R”)基が化学構造の骨格の中央に存在する;又は
(c)mが1に等しい場合、nは1より大きくなければならない;又は
(d)nが2に等しい場合、(X−O−R”)基の少なくとも1つが化学構造の骨格の
中央に存在しなければならない、を満たすものを包含する。
式Iにおいて、m’は、好ましくは10未満であり、mは、好ましくは100未満であ
り、そしてnは、好ましくは200未満である。
式Iの好ましい化合物は、以下の式(II):
Figure 2014159566
(式中、各々のArは、独立して、好ましくは1〜4個の炭素原子を有するアルキル、ア
ルコキシ及びアルカノール(例えばメチル、メトキシ、メタノール、エチル、エトキシ、
エタノール、プロピル、プロポキシ、プロパノール、イソプロピル、イソプロパノール、
ブチル、ブトキシ、ブタノール)から選択される、1又はそれ以上の基で場合により置換
された、芳香族基、好ましくはフェニル基、例えばトリレン及び/又はキシリレン基であ
り;(X−O−R”)基の少なくとも1つは、Ar基の少なくとも1つの上に存在し;n
、m’、X、Y及びR”は、式(I)の場合と同じ意味を有し;X’は、各々独立して、
X、X−O−X又はX−O−X−O−Xであってもよく;「a」及び「b」は、各々独立
して、0又は0より大きい数を表すが、両方が0ではあり得ない)
によって表され得る。
式(II)において、「a」は、好ましくは100までであり、「b」は、好ましくは
100までであり、そして「n」は、好ましくは200までである。
式Iのより好ましい化合物は、以下の式(III):
Figure 2014159566
(式中、Ar、m’、a、b、X、Y及びR”は、式(II)の場合と同じ意味を有する
;下付き文字b’、c及びdは、各々独立して0又は0より大きい数を表す)
によって表され得る。式(III)において、cは、好ましくは200までであり、dは
、好ましくは200までである。
「Y」基は、好ましくはAr基に直接結合される。好ましい「Ar(Y)」の例は、フ
ェノール、クレゾール及びキシレノール、並びにそれらの相当する二価対応物を含む。
下付き文字a、b’及びbを有する単位は、ランダム又はブロック立体配置においてい
かなる順序で存在してもよい。下付き文字a、b、b’、c及びdの各々は、独立して、
好ましくは少なくとも1である。下付き文字a、b、b’、c及びdの各々は、独立して
、より好ましくは少なくとも5;さらに一層好ましくは少なくとも10であり、そして好
ましくは1000以下、より好ましくは100以下である。1つの実施形態では、下付き
文字a、b、b’、c及びdは、独立して、好ましくは50以下、より好ましくは30以
下、さらに一層好ましくは10以下である。
式(I)の好ましい化合物は、以下の式(IV):
Figure 2014159566
(式中、eは、0〜4の整数であり;fは、1又はそれ以上であり、好ましくは50未満
であり;そしてm’、R”、Ar、Y、X、a、b、c及びdは、式(III)に関して
前記で定義したとおりである)によってさらに表され得る。
式(III)の好ましい化合物は、以下の式、式(V)及び式(VI):
Figure 2014159566
(式中、「R」は、各々独立して、水素又は1〜10個の炭素原子を有するアルキル基
であり;
「p」は、各々独立して、0から4までの数を表し、
「a」及び「b」は、各々独立して、0又は0より大きい数を表し;そして
「X」、「Y」及び「R」は、式(III)の場合と同じ意味を有する)によって表さ
れ得る。
好ましい実施形態では、式(III)の化合物、すなわち成分(B)は、最初に(a)
フェノール、クレゾール、キシレノール、ビフェノールA及び/又は他のアルキルフェノ
ールと(b)ホルムアルデヒドを反応させて、1又はそれ以上の単量体、二量体又はより
高次の縮合物を形成することによって調製され得る。その後、前記(a)と(b)を反応
させることから生じる縮合物を、少なくとも1つの単量体アルコールで部分的に又は完全
にエーテル化することによって修飾する。単量体アルコールは、ROH(式中、Rは式(
I)について前記で定義したのと同じである)である。成分(B)として使用できる、生
じるエーテル化生成物の例は、例えばエーテル化レゾール樹脂、例えば米国特許第4,1
57,324号及び米国特許第5,157,080号に記載されているものである。
(a)と(b)の前記反応によって作製される成分(B)は、好ましくは低量の出発原
材料、例えばフェノール、クレゾール、ビスフェノールA及びホルムアルデヒドを反応生
成物(すなわち成分(B))中の残存単量体として、例えば3重量パーセント未満、好ま
しくは2重量パーセント未満、より好ましくは1重量パーセント未満含む。
非エーテル化レゾールは自己縮合を受ける傾向があるのに対し、エーテル化レゾールは
室温(約25℃)でより貯蔵安定であり;また、高温で、典型的には25℃を超えて、好
ましくは100℃を超えて、より好ましくは150℃を超えて、さらに一層好ましくは1
70℃を超えて、一般には250℃未満で、好ましくは220℃未満で、レゾールは、成
分(A)のリン化合物と反応するよりはむしろ自己縮合を受ける傾向があるので、非エー
テル化レゾールよりもエーテル化レゾールを本発明における成分(B)として使用するこ
とが好ましい。したがって、自己縮合を受ける傾向がより少なく、例えばアルキル基R”
を介して、成分(A)との主縮合反応を促進する傾向があるエーテル化レゾールを成分(
B)として選択することが有利である。
前述したように(a)と(b)を反応させることによって調製される好ましい縮合物の
一例は、以下の一般化学反応式:
Figure 2014159566
(式中、「p」は、独立して1から4までの整数であり;そしてRは、独立して、水素
又は1〜10個の炭素原子を有するアルキル基である)によって示される。
前記反応は、メチレン結合又はジメチレンエーテル結合を有する、例えば(1)2個の
CHOH(各々のベンゼン環上に1個ずつ)を有する、又は(2)1つのベンゼン環上
に1個のCHOH基を有する、種々の異性体縮合物の混合物を提供する。
前記一般化学反応式に示した前記縮合物中のCHOH基は、アルコールで部分的に又
は完全にエーテル化されて、本発明において有用な成分(B)を提供する。この実施形態
では、縮合物の種々の異性体の混合物が形成され得る。
式(I)〜(IV)の化合物の数平均分子量は、好ましくは少なくとも50、より好ま
しくは少なくとも200、さらに一層好ましくは少なくとも500であり、そして好まし
くは10,000以下、より好ましくは8,000以下、さらに一層好ましくは5,00
0以下である。重量平均分子量は、好ましくは少なくとも100、より好ましくは少なく
とも400、さらに一層好ましくは少なくとも1000であり、そして好ましくは15,
000以下、より好ましくは3,000以下、さらに一層好ましくは1,500以下であ
る。
成分(B)は、好ましくは臭素原子を実質的に含まず、より好ましくはハロゲン原子を
実質的に含まない。
成分(B)の一例は、以下の化学式(VII):
Figure 2014159566
(式中、「R」は、各々独立して、水素、1〜10個の炭素原子を有するアルキル基、
CHOH又はCHOR”であり;
は、各々独立して、水素又は1〜10個の炭素原子を有するアルキル基であり;
R”は、水素又は1〜8個の炭素原子を有するヒドロカルビル基であり;そして
bは、0又は0より大きい数を表す)に示される。
成分(B)の他の例は、以下の化学式、式(VIII)及び式(VIIIa):
Figure 2014159566
(式中、「R」は、各々独立して、水素、1〜10個の炭素原子を有するアルキル基、
CHOH又はCHOR”であり;
は、各々独立して、水素又は1〜10個の炭素原子を有するアルキル基であり;
R”は、水素又は1〜8個の炭素原子を有するヒドロカルビル基であり;そして
aは、0又は0より大きい数を表す)に示される。
成分(B)のさらなる他の例は、以下の化学式、式(IX)及び式(IXa):
Figure 2014159566
(式中、R”は、水素又は1〜8個の炭素原子を有するヒドロカルビル基であり;
bは、0又は0より大きい数を表し;そして
pは、0又は0より大きい数を表す)に示される。
成分(B)としての使用に適する市販製品の例は、ブチルエーテル化フェノールホルム
アルデヒド縮合物であるSANTOLINK(商標)EP 560及びブトキシメチル化
フェノールノボラックであるPHENODUR(商標)VPR 1785/50であり、
後者の製品を製造者は、4000〜6000の重量平均分子量及び2〜3の多分散度を有
する、クレゾール混合物を基剤とする高ブチルエーテル化レゾールと特徴づけている。こ
れらの製品はどちらも、ベルギーのブリュッセルに本社を置くUCBグループ、及びその
関係会社であるドイツ法人、UCB GmbH & Co.KGより入手可能である。U
CBより入手可能な他のレゾール化合物は、例えばPHENODUR PR 401、P
HENODUR PR 411、PHENODUR PR 515、PHENODUR
PR 711、PHENODUR PR 612、PHENODUR PR 722、P
HENODUR PR 733、PHENODUR PR 565及びPHENODUR
VPR 1775を含む。
ベークライト(Bakelite)より入手可能な他のレゾール化合物は、例えばBA
KELITE PF 0751 LA、BAKELITE PF 9075 DF、BA
KELITE 9900LB、BAKELITE 9435 LA、BAKELITE
0746 LA、BAKELITE 0747 LA、BAKELITE 9858 L
G、BAKELITE 9640 LG、BAKELITE 9098LB、BAKEL
ITE 9241 LG、BAKELITE 9989 LB、BAKELITE 07
15 LG、BAKELITE 7616 LB及びBAKELITE 7576 LB
を含む。
有機リン含有化合物、成分(A)
有機リン含有化合物、成分(A)は、HP=O、P−H及びP−OH基を有する化合物
から選択され得る。リン原子は、2つの別々の有機部分に結合されてもよく又は1つの有
機部分に結合されてもよい。1つの有機部分に結合されている場合、結合は、有機部分の
同じ原子に結び付いて二重結合を形成してもよく又は、好ましくは、リン原子を同じ有機
部分中の異なる原子に結び付ける単結合であってもよい。
有機リン含有化合物は、好ましくは以下の式(X)〜(XXII):
Figure 2014159566
(式中、R及びRは、同じか又は異なってもよく、置換又は非置換アリール基又はア
リールオキシ基及びヒドロキシル基から選択され、但し、R及びRの1個以下がヒド
ロキシル基であり、そして
及びRは、同じか又は異なってもよく、ヒドロカルビレン及びヒドロカルベニレ
ンから選択される。R及びRは、好ましくは各々独立して、より好ましくは両方がア
リーレン基である)に対応する。
フェニルホスフィンは式(XIV)の一例であり、亜リン酸ジフェニル、亜リン酸ジエ
チル又は亜リン酸ジメチルは式(XV)の一例であり、フェニルホスフィン酸(C
)P(O)(OH)Hは式(XVI)の一例であり、フェニルホスホン酸(C)P
(O)(OH)は式(XVII)の一例であり、そしてジメチルホスフィン酸(CH
P(O)OHは式(XVIII)の一例である。
好ましい実施形態では、有機リン含有化合物、成分(A)は、以下の化学式(XXII
I)〜(XXVIII):
Figure 2014159566
(式中、R〜Rの各々は、独立して、水素原子又は、場合により1又はそれ以上のヘ
テロ原子、例えばO、N、S、P若しくはSiを含んでもよいヒドロカルビ基であり、但
し、R〜Rの3個以下が水素原子であり、R〜Rの2又はそれ以上が互いに連結
して、1又はそれ以上の環式基を形成してもよい。R〜R中の炭素原子の総数は、好
ましくは6〜100の範囲内である)の1つに対応する。
より好ましい実施形態では、有機リン含有化合物、成分(A)は、以下の式(XXIX
):
Figure 2014159566
(式中、RはHを表し、各々のR10は、独立して、水素原子又は、場合により1又は
それ以上のヘテロ原子、例えばO、N、S、P若しくはSiを含んでもよいヒドロカルビ
基を表す。R10の2又はそれ以上が互いに連結して、1又はそれ以上の環式基を形成し
てもよい)に対応する。
前記の好ましい実施形態の有機リン含有化合物は、欧州特許出願第806429号にお
いてより詳細に説明されている。
有機リン含有化合物、成分(A)は、好ましくは9,10−ジヒドロ−9−オキサ−1
0−ホスファフェナントレン−10−オキシド(「DOP」としても知られる)、例えば
Sanko of Japanより市販されている「Sanko−HCA」又はSchi
ll & Seilacher of Germanyより市販されている「Struk
tolPolydis(商標)PD 3710」;亜リン酸ジメチル、亜リン酸ジフェニ
ル、エチルホスホン酸、ジエチルホスフィン酸、メチルエチルホスフィン酸、フェニルホ
スホン酸、フェニルホスフィン酸、ジメチルホスフィン酸、フェニルホスフィン、ビニル
リン酸;又はそれらの混合物である。
有機リン含有化合物、成分(A)は、好ましくは臭素原子を実質的に含まず、より好ま
しくはハロゲン原子を実質的に含まない。
成分(A)と成分(B)の反応
化合物(I)を調製するため、成分(A)と成分(B)を、最初に、一緒に配合又は混
合して反応性組成物を形成する。次に成分(A)と(B)の反応性組成物に十分な温度を
適用して、2つの成分の間で反応を開始させ、化合物(I)を形成する。
成分(A)を、好ましくは、高温で、すなわち25℃を超える温度、好ましくは150
℃を超える温度、より好ましくは170℃を超える温度で、好ましくは出発物質及び最も
低い分解温度を有するリン含有生成物の分解温度より低い温度で、成分(A)のH−P=
O、P−H又はP−OH部分を成分(B)のOR”部分と反応させるのに十分な時間、反
応容器内で成分(B)と混合する。反応の時間は、典型的には30分間〜20時間、好ま
しくは1時間〜10時間、より好ましくは2時間〜6時間である。
水は成分(A)と反応する傾向があり得るので、本発明の反応は、好ましくは水の不在
下で実施される(一般に水は5重量パーセント未満、より好ましくは3重量パーセント未
満、最も好ましくは1重量パーセント未満存在する)。アルコール及び他の揮発性副生成
物、例えばこの反応の副生成物として形成される他の溶媒の除去は、一般に反応を完了へ
と進めるのに役立つ。反応容器内の圧は、したがって、前記の最も低い分解温度より低い
温度でアルコール又は副生成物を除去するのを助けるために、好ましくは大気圧より小さ
いの圧力、例えば0.1バール又はそれ以下に減圧される。
反応容器は、場合により、副生成物を除去するのをさらに助けるためにガス又は揮発性
有機液体でパージしてもよい。ガス又は揮発性有機液体は、好ましくは反応容器の内容物
に対して不活性である。
成分(B)は、通常、当業者に周知の有機溶媒、例えばブタノール、キシレン又はDo
wanol PM(The Dow Chemical Companyの商標)に溶解
され、溶媒の一部は、成分(A)の添加の前に熱によって又は溶液に減圧を適用すること
によって除去できる。反応混合物に成分(A)及び成分(B)を加える順序は重要ではな
い。
成分(A)と(B)は、好ましくは、組成物の総固体含量に基づき10:1〜1:10
、好ましくは5:1〜1:5、より好ましくは2:1〜1:2、最も好ましくは1.1:
1〜1:1.1の範囲内の重量比で組み合わされる。
所望する場合は、他の物質、例えば触媒又は溶媒を成分(A)と(B)の反応混合物に
添加してもよい。
成分(A)と成分(B)の間の反応から生じる本発明のリン含有生成物、化合物(I)
は、好ましくは少なくとも4重量パーセント、より好ましくは少なくとも6重量パーセン
トのリン含量を有する。化合物(I)のリン含量は、一般に4〜12重量パーセント、好
ましくは5〜9重量パーセント、より好ましくは6〜8重量パーセントにわたる。成分(
I)は、好ましくは臭素原子を実質的に含まず、より好ましくはハロゲン原子を実質的に
含まない。
化合物(I)は、一般に100℃を超える、好ましくは120℃を超える、そして好ま
しくは250℃未満の、より好ましくは200℃未満のメトラー軟化点を有する。生成物
は、より良好な貯蔵、輸送及び取扱いのために好ましくは室温(約25℃)で固体である
一般に、成分(A)と(B)の反応から生じる化合物(I)は、種々のオリゴマーの1
又はそれ以上の混合物であり得る。
難燃性エポキシ樹脂組成物
前述したように、成分(A)を成分(B)と反応させることによって得られるリン含有
化合物、化合物(I)は、エポキシ化合物との反応によってエポキシ樹脂を作製するため
に使用される(本明細書では「エポキシ化化合物(I)と称される」)。
エピクロルヒドリンを用いて、より低い分子量のエポキシ化化合物(I)、例えば70
0未満の分子量を有する樹脂を入手し得る。もう1つの実施形態では、より高い分子量の
エポキシ樹脂、例えば700を超える分子量を有するエポキシ樹脂を、(i)前記リン含
有化合物、化合物(I)を(ii)1分子につき少なくとも1個、好ましくは2個又はそ
れ以上のエポキシ基を有する少なくとも1つのエポキシ化合物と反応させることによって
入手し得る。
例えば、架橋可能なリン含有エポキシ化合物、エポキシ化化合物(I)は、前記リン含
有化合物、化合物(I)を、1分子につき1より多い、好ましくは少なくとも1.8、よ
り好ましくは少なくとも2個のエポキシ基を有し、エポキシ基が1,2−エポキシ基であ
る、少なくとも1つのエポキシ化合物と反応させることによって得られる。一般に、その
ようなポリエポキシド化合物は、1より多い1,2−エポキシ基を有する飽和又は不飽和
脂肪族、環状脂肪族、芳香族又は複素環式化合物である。ポリエポキシド化合物は、1又
はそれ以上の置換基、例えば低級アルキルで置換され得る。そのようなポリエポキシド化
合物は当分野で周知である。本発明の実施において有用な例示的ポリエポキシド化合物は
、the Handbook of Epoxy Resins by H. E. Lee and K. Neville published in 1967 by
McGraw-Hill, New York及び米国特許第4,066,628号に記載されている。
本発明を実施するために前記組成物中で使用できるエポキシ樹脂のいずれかは、以下の
一般式(XXX):
Figure 2014159566
(式中、「R」は、「q」の原子価を有する置換又は非置換芳香族、脂肪族、環状脂肪
族又は複素環式基であり、「q」は、好ましくは1から約8未満の平均値を有する)
を有するポリエポキシドを含む。本発明において有用なポリエポキシド化合物の例は、以
下の化合物のジグリシジルエーテルを含む:レゾルシノール、カテコール、ヒドロキノン
、ビスフェノール、ビスフェノールA、ビスフェノールAP(1,1−ビス(4−ヒドロ
キシルフェニル)−1−フェニルエタン)、ビスフェノールF、ビスフェノールK、テト
ラブロモビスフェノールA、フェノール−ホルムアルデヒドノボラック樹脂、アルキル置
換フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、フェノール−ヒドロキシベンズアルデヒド樹脂、
クレゾール−ヒドロキシベンズアルデヒド樹脂、ジシクロペンタジエン−フェノール樹脂
、ジシクロペンタジエン置換フェノール樹脂、テトラメチルビフェノール、テトラメチル
−テトラブロモビフェノール、テトラメチルトリブロモビフェノール、テトラクロロビス
フェノールA、及びそれらの任意の組合せ。
本発明において有用な特定ポリエポキシド化合物の例は、D.E.R.330の商標名
でThe Dow Chemical Companyによって販売されている、177
〜189のエポキシ当量(EEW)を有するビスフェノールAのジグリシジルエーテル;
米国特許第5,112,932号に開示されているハロゲンフリーのエポキシ末端ポリオ
キサゾリドン樹脂、米国特許第6,645,631号に開示されているリン元素含有化合
物;脂環式エポキシ;及びグリシジルメタクリレートエーテルとスチレンのコポリマーを
含む。
好ましいポリエポキシド化合物は、エポキシノボラック、例えばD.E.N.438又
はD.E.N.439(The Dow Chemical Companyの商標);
クレゾールエポキシノボラック、例えばCiba Geigyより入手可能なQUATR
EX 3310、3410及び3710;トリスエポキシ化合物、例えばTACTIX
742(Ciba Geigy Corporation of Basel,Swit
zerlandの商標);エポキシ化ビスフェノールAノボラック、ジシクロペンタジエ
ンフェノールエポキシノボラック;テトラフェノールエタンのグリシジルエーテル;ビス
フェノール−Aのジグリシジルエーテル;ビスフェノール−Fのジグリシジルエーテル;
並びにヒドロキノンのジグリシジルエーテルを含む。
1つの実施形態では、最も好ましいエポキシ化合物は、エポキシノボラック樹脂(エポ
キシ化ノボラック樹脂と称されることもあり、この用語は、エポキシフェノールノボラッ
ク樹脂及びエポキクレゾールシノボラック樹脂の両方を包含することが意図されている)
である。そのようなエポキシノボラック樹脂化合物は、以下のような式(XXXI):
Figure 2014159566
(式中、「R」は、水素又はC〜Cアルキル、例えばメチルであり;そして「r」
は、0又は1〜10の整数である。「r」は、好ましくは0〜5の平均値を有する)
によって示される一般化学構造式を有する。好ましいエポキシノボラック樹脂は、前記式
(XXXI)において「R」が、好ましくは水素原子である場合である。
エポキシノボラック樹脂(エポキシクレゾールノボラック樹脂を含む)は、例えばD.
E.N.(The Dow Chemical Companyの商標)、並びにQUA
TREX及びTACTIX 742(Ciba Geigyの商標)の商標名で、商業的
に容易に入手可能である。市販の材料は、一般に前記式(XXXI)の様々な種の混合物
を含み、そのような混合物を特徴づける好都合な方法は、様々な種についてのrの値の平
均値、r’を参照することによる。本発明に従った使用のための好ましいエポキシノボラ
ック樹脂は、r’が0〜10、より好ましくは1〜5の値を有するものである。
本発明において有用なエポキシ含有化合物の付加的な例は、国際公開第99/0045
1号に記載されている、少なくとも2個のエポキシ基と鎖延長剤を含有するエポキシ化合
物の反応生成物である。本発明において有用な、国際公開第99/00451号に記載さ
れている好ましい反応生成物は、エポキシ−ポリイソシアネート付加物又は米国特許第5
,112,932号に記載されているエポキシ末端ポリオキサゾリドンである。鎖延長剤
としてのイソシアネート化合物は、例えばジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)
、トルエンジイソシアネート(TDI)及びそれらの異性体を含む。
本発明において有用なポリエポキシドは、好ましくは臭素原子を実質的に含まず、より
好ましくはハロゲン原子を実質的に含まない。
本発明において有用であり、ハロゲン原子を実質的に含まないポリエポキシドの一例は
、米国特許第6,645,631号に記載されているリン含有エポキシ樹脂である。米国
特許第6,645,631号において開示されるポリエポキシドは、少なくとも2個のエ
ポキシ基を含むエポキシ化合物と反応性リン含有化合物、例えば3,4,5,6−ジベン
ゾ−l,2−オキサホスファン−2−オキシド(DOP)又は10−(2’,5’−ジヒ
ドロキシフェニル)−9,10−ジヒドロ−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン
−10−オキシド(DOP−HQ)の反応生成物である。
硬化剤
芳香族硬化剤は、アミン基とスルホン基を有するいかなる芳香族硬化剤であってもよく
、硬化性組成物の総重量に基づき好ましくは10〜30重量パーセントの量で、より好ま
しくは15〜20重量パーセントの量で存在する。硬化剤は、好ましくは潜在性であり、
熱安定性である。
特に適切な硬化剤は、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン;3,3’−ジアミノジ
フェニルスルホン;2−(フェニルスルホニル)アニリン;スルファニルアミド、又はそ
れらの誘導体の1又はそれ以上を含む。4,4’−ジアミノジフェニルスルホンが特に好
ましい。
前記芳香族硬化剤と組み合わせて使用できる他の適切な硬化剤は、例えばメチルジフェ
ニルアニリン(MDA)又はエポキシ系を触媒的に硬化させる硬化剤、例えばイミダゾー
ル類又は他のルイス酸類、特にホウ素含有硬化剤、例えば三フッ化ホウ素モノエタノール
アミン(BFMEA(モノエタノールアミン))及び三フッ化ホウ素エテレート(BF
Etherate)を含む。
選択的成分
組成物はまた、触媒、染料、充填剤、レオロジー調整剤及び強化試薬を含む、種々の付
加的な選択的成分を含み得る。
本発明の様々な実施形態の特徴は互いに組み合わせることができる。
本発明の好ましい実施形態を、以下の実施例を参照して説明する。
[実施例1]
硬化性エポキシ樹脂組成物を、以下を混合することによって作製した:
100±5重量部の、エピクロルヒドリンとフェノール−ホルムアルデヒドノボラック
の反応生成物であり、Dow Chemical Companyから市販されている半
固体エポキシノボラック樹脂である、DEN438:
33±3重量部の、メチル−ジオキサホスホルフェナントレン−オキシド修飾ビスフェ
ノールA−ノボラックである、リン含有フェノール系エポキシ樹脂;
32重量部のジアミノジフェニルスルホン;
4±0.5重量部の2−フェニルイミダゾール促進剤;
25±5重量部の、プロピレングリコールメチルエーテルである、Dowanol(商
標)PM;
1±0.5重量部のホウ酸;及び
20±5重量部のメチル−エチル−ケトン。
成分の正確な比率を以下の表に示す。
Figure 2014159566
ワニス組成を使用してガラス織布(glass weave)(Porcherからの7628ス
タイル/0731仕上げ)に含浸させ、含浸させたガラス織布を1.3m/分の速度及び
175℃のオーブン温度で水平処理オーブン(horizontal treater oven)(Carat
sch/オーブン長3m)に通した。この操作は、溶媒を除去してプリプレグを生成し、
このプリプレグを使用して、銅箔(厚さ35μm)の間にプリプレグの8枚のシートを積
層し、この積層をプレス機において15kN/m圧で90分間、210℃のプレス温度
に供することによって積層板を作製することができる。
生じる積層板は以下の特徴を有する。
Figure 2014159566
前記表の結果を生成するために使用した試験方法は、IPC(www.ipc.org
)より入手可能なIPC標準試験方法である。
比較例1はFR406であり、比較例2はPCT−GE−120(d)であり、どちら
もIsola USA Corporationより市販されている。これらの試料につ
いての比較データは、the Underwriters Laboratories
directoryに公表されている結果からとっている。
表からわかるように、実施例1は、252℃で10日間の老化後に1ポンド/インチを
超える剥離強度を有する。これは、この組成物がMOT200物質として分類され得るこ
とを意味する。
前記物質はまた、難燃性である。実施例1はまた、DSCによって測定した場合200
℃を超えるガラス転移温度を有する。
これに対し、比較例1は135のMOT値を有し、比較例2は150のMOT値を有す
る。加えて、G11は難燃性物質ではない。
本発明による組成物は、同時に難燃性を提供しつつ、改善された最大使用温度を有する
ことが認められる。

Claims (12)

  1. 40〜80重量パーセントのフェノール−アルデヒド縮合物;
    10〜40重量パーセントのリン含有フェノール系エポキシ樹脂;並びに
    10〜40重量パーセントの、スルホン基及びアミン基を有する芳香族硬化剤を含む、
    硬化性ハロゲンフリーエポキシ樹脂組成物。
  2. 前記フェノール−アルデヒド縮合物がノボラックエポキシ樹脂である、請求項1に記載
    の硬化性ハロゲンフリーエポキシ樹脂組成物。
  3. 前記リン含有フェノール系エポキシ樹脂がフェノール系エポキシ樹脂とリン含有化合物
    の反応から形成され、前記リン含有化合物が、
    H−P=(O)基、P−H基及びP−OH基から選択される基を有する少なくとも1つ
    の有機リン化合物と、
    式(I):
    [R’(Y)m’(X−O−R”) 式(I)
    (式中、
    R’は、1〜24個の炭素原子を有するアルキル基又はアリール基であり;
    Yは、ヒドロキシ、カルボン酸、カルボキシレート、酸無水物、アミン、−SH、−S
    H、−CONH、−NHCOOR’、リン酸基及びホスフィン酸基から選択され;
    Xは、ヒドロカルビレン基であり;
    R”は、水素又は1〜8個の炭素原子を有するヒドロカルビル基であり;
    Rは、1〜12個の炭素原子を有するアルキル基又はアリール基であり;そして
    m’、m及びnは、独立して、1又はそれ以上である)
    を有する少なくとも1つの化合物
    との反応生成物である、請求項1又は2に記載の硬化性ハロゲンフリーエポキシ樹脂組成
    物。
  4. 前記組成物が硬化剤を付加的に含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の組成物。
  5. 30〜70重量部の前記ノボラックエポキシ樹脂;
    15〜30重量部の前記リン含有フェノール系エポキシ樹脂;及び
    15〜30重量部の前記芳香族硬化剤
    を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の組成物。
  6. 前記ノボラックエポキシ樹脂が50〜70重量パーセントの量で存在する、請求項1か
    ら5のいずれか一項に記載の組成物。
  7. 前記リン含有フェノール系エポキシ樹脂が15〜20重量パーセントの量で存在する、
    請求項1から6のいずれか一項に記載の組成物。
  8. 前記芳香族硬化剤が15〜20重量パーセントの量で存在する、請求項1から7のいず
    れか一項に記載の組成物。
  9. 請求項1から8のいずれか一項に記載の硬化された組成物を含む、200℃を超えるガ
    ラス転移温度を有する組成物。
  10. 請求項1から8のいずれか一項に記載の前記組成物を補強ウエブに含浸させる工程を含
    む、プリプレグを作製する方法。
  11. 請求項10に記載の前記プリプレグを、前記組成物の前記エポキシ成分を部分的に反応
    させるのに十分な温度に加熱する工程と;
    導電性材料で前記プリプレグの1又はそれ以上の層を積層する工程と;
    そのようにして形成された積層板を高圧及び高温下で加熱して電気積層板を形成する工
    程とを含む、電気積層板を作製する方法。
  12. 40〜80重量パーセントのフェノール−アルデヒド縮合物;
    10〜40重量パーセントのリン含有フェノール系エポキシ樹脂;並びに
    10〜40重量パーセントの、スルホン基及びアミン基を有する芳香族硬化剤
    を含み、実質的にハロゲンを含まない、硬化性エポキシ樹脂組成物。
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