JP2015007232A - リン含有フェノール樹脂及びそれを含む難燃性エポキシ樹脂硬化物 - Google Patents

リン含有フェノール樹脂及びそれを含む難燃性エポキシ樹脂硬化物 Download PDF

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Abstract

【課題】リン含有難燃性フェノール樹脂、および当該化合物をエポキシ樹脂と反応させ、環境にやさしく、ガラス転移温度及び耐熱性を向上した性能が優れたハロゲンフリー難燃性エポキシ樹脂硬化物を提供する。【解決手段】フェノール樹脂が、下記式で表わされるリン含有基を有する難燃性フェノール樹脂、および、当該化合物をエポキシ樹脂の硬化剤として用いた、ハロゲンフリー難燃性エポキシ樹脂硬化物。(Ar及びAr’は置換基を有する、又は置換基を有さない特定のフェニル基)【選択図】なし

Description

本発明は、リン含有フェノール樹脂の構造及びその調製方法、並びに当該化合物を利用してエポキシ樹脂のエポキシ基と反応して、環境に優しく、性能が優れたハロゲンフリー難燃性エポキシ樹脂硬化物を取得することに関する。
エポキシ樹脂は、その自身の化学構造によって、反応性、強靭性、柔軟性等においていずれも優れた性能を有し、且つ良好な機械的性能、電気的性能及び寸法安定性を有しており、異なる基材に対して、その密着性も非常に優れている。硬化後のエポキシ樹脂が、基材の本来の特性を保つことができるだけでなく、更に水、ガス及び化学物質へのバリア性を有し、且つ軽質、コストが低い等のメリットを有するため、エポキシ樹脂は電子と航空宇宙産業、特に半導体パッケージ材とプリント回路板基材等の分野に幅広く応用されている。エポキシ樹脂は、プリント回路板に応用される場合、難燃性が不足という問題があり、従来は、エポキシ樹脂にハロゲン系難燃剤を添加して難燃の要求に達していた。しかしながら、ハロゲン系難燃剤は、燃焼する時にダイオキシン(dioxin)、ベンゾフラン(benzofuran)及び刺激性と腐食性のある有害ガスを発生し、また小分子の難燃剤が常に機械的性質の低下及び光分解作用を起こし、材料を劣化させてしまい、同時に、移動と揮発という問題があって、材料性能の低下及び難燃効果が理想的ではなくなることを招く。従って、熱硬化性エポキシ樹脂組成物にハロゲン化難燃剤に代わって有機リン系化合物難燃剤を用いた発明が絶えなく提案されており、例えば特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5、特許文献6、特許文献7、及び特許文献8に記載したものである。また、プリント回路の積層板について、環境保護意識の向上に伴って、現在、国際規範がいずれも無鉛プロセス(Lead free)を要求するため、基板の加工性能への要求が非常に厳しくなり、特に材料のガラス転移温度(Tg)及び基板のはんだポット中での耐熱性等の性能が既に当業者の克服しなければならない重要な課題となっている。
欧州特許出願公開第0384939(A)号明細書 欧州特許出願公開第0384940(A)号明細書 欧州特許出願公開第0408990(A)号明細書 独国特許出願公開第4308184(A)号明細書 独国特許出願公開第4308185(A)号明細書 独国特許出願公開第4308187(A)号明細書 国際公開第96/07685(A)号 国際公開第96/07686(A)号
本発明は、エポキシ樹脂の硬化に応用でき、且つ効率的な難燃効果を付与する新規のリン含有フェノール樹脂を提供することにある。環境に優しい有機リン系基を導入することによって、本来のエポキシ樹脂の優れた特性を保持することができる以外、また効率的な難燃の要求に達することができ、材料のガラス転移温度(Tg)及び耐熱性等を向上させる特徴を備えることで、硬化系を成功的に軽く、薄く、小型で精密化の電子材料分野に応用できるようにする。
本発明の一態様は、化合物が一般式(I)で表される新規のリン含有難燃性フェノール樹脂を提供することにある。
ただし、A及びA’はそれぞれ独立に
であり、
Yは−CH−又は−CH−O−CH−であり、異なる構造単位のYが同じ又は異なり、
Zは置換されていない、−CH−、−C(CH−、−O−、−S−又は−S(O)−であり、異なる構造単位のZが同じ又は異なり、
Rは水素(H)、C〜C10のアルキル基、C〜C18のアリール基、
であり、異なる構造単位のRが同じ又は異なり、
pは0〜2であり、
qは0〜3であり、
aは1以上の整数であり、
bは1以上の整数であり、
mは0〜6であり、
Xは
であり、Ar及びAr’がそれぞれ
であり、R’が水素、C〜Cのアルキル基又はC〜C18のアリール基であり、異なる構造単位のR’が同じ又は異なり、
nが0〜5である。
前記リン含有難燃性フェノール樹脂の調製方法としては、フェノール系化合物、ビスフェノール系化合物及びホルムアルデヒドを用いてフェノール樹脂を合成してから、フェノール樹脂と芳香族リン酸エステル(即ち、式IにおけるX)を混合して、縮合重合反応させてリン含有難燃性フェノール樹脂を発生する。
前記リン含有難燃性フェノール樹脂は、フェノール系化合物とビスフェノール系化合物を含み、フェノール系化合物とビスフェノール系化合物の質量比が1:0.1〜1:9にある。
本発明の調製方法に用いられたフェノール系化合物としては、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、o−フェニルフェノール、m−フェニルフェノール、p−フェニルフェノール、2,6−ジメチルフェノール、2,4−ジメチルフェノールの中の一種又はその組み合せであってよく、ビスフェノール系化合物としては、ビフェノール(biphenol)、ビスフェノールF(bisphenol F)、ビスフェノールA(bisphenol A)、p−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、ビスフェノールS(bisphenol S)の中の一種又はその組み合せであってよく、芳香族リン酸エステルとしては、DOPO(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)、ジフェニルホスファイト、ジフェニル亜ホスホン酸及びそのC〜Cアルキル基又はC〜C18アリール基置換物の一種又はその組み合わせであってよい。
前記リン含有フェノール樹脂は、エポキシ樹脂の硬化剤として使用されることができる。化学構造において、前記リン含有フェノール樹脂は、フェノール系化合物に加えて、優れた耐熱性、高いガラス転移温度(Tg)、低吸水性及び良好な電気的性質のあるビスフェノール系化合物、例えばビフェノール(biphenol)、ビスフェノールF(bisphenol F)、ビスフェノールA(bisphenol A)及びビスフェノールS(bisphenol S)等を含むため、フェノール系化合物を単独で使用する場合に柔軟性と耐熱性が不足である欠点を補うことができる。一方、フェノール系化合物及びビスフェノール系化合物を混合することによって、ビスフェノールA(bisphenol A)を単独で使用し且つ温度が硬化物のガラス転移温度(Tg)を超えた場合に膨張係数が大きくなりすぎる欠陥を効果的に改善でき、製品の寸法安定性の向上に寄与して、軽く、薄く、小型で精密化の電子材料分野に応用できる。
本発明は、前記リン含有難燃性フェノール樹脂を単独で、又は通常のエポキシ樹脂硬化剤と混合して、エポキシ樹脂と高温で反応させて調製される難燃性エポキシ樹脂硬化物を同時に提供する。ハロゲンフリー難燃性エポキシ樹脂組成物がガラス繊維に含浸され、更に加熱硬化を経た後、難燃銅張積層板を形成し、集積回路基板及び半導体のパッケージ材料として使用されることができ、即ち、形成された難燃性エポキシ樹脂硬化物がプリント回路板の基材樹脂及び半導体パッケージ材料とされることができる。
前記通常のエポキシ樹脂硬化剤としては、フェノールノボラック樹脂(phenol−formaldehyde novolac)、オルソクレゾールノボラック樹脂(cresol−formaldehyde novolac)、ビスフェノールAノボラック樹脂(bisphenol A−formaldehyde novolac)、ジシアンジアミド(dicyandiamide)、メチレンジアニリン(methylenedianiline)、ジアミノジフェニルスルホン(diaminodiphenyl sulfone)及びそれらの組み合せからなる群から選ばれたものであってよい。
前記エポキシ樹脂とは、二官能エポキシ樹脂又は多官能エポキシ樹脂を指し、例えばビスフェノールA(bisphenol A)エポキシ樹脂、ビスフェノールF(bisphenol F)エポキシ樹脂、ビスフェノールS(bisphenol S)エポキシ樹脂、ビフェノール(biphenol)エポキシ樹脂、フェノールノボラックエポキシ樹脂(phenol novolac epoxy)、オルソクレゾールノボラックエポキシ樹脂(cresol novolac epoxy)、ビスフェノールAエポキシ樹脂(bisphenol A novolac epoxy)の中の一種又はその組み合せであってよい。
本発明のリン含有難燃性エポキシ樹脂硬化物において、エポキシ樹脂と硬化剤とを同等の当量で使用し、150℃よりも高い温度条件で硬化反応させて調製する。
UL94のV−0難燃等級に達するために、本発明のリン含有難燃性エポキシ樹脂硬化物(エポキシ樹脂+リン含有硬化剤+その他の補助剤)において、調合組成と各成分の具体的な構造は、多種の変化形態を有するが、最終の硬化物におけるリン含有量を0.5〜10%の質量範囲に制御すればよい。
反応を効果的に促進するために、本発明のリン含有難燃性エポキシ樹脂硬化物は、硬化促進剤の存在で行われ、使用される硬化促進剤の重量が全部のエポキシ樹脂と硬化剤との総重量の0.01〜2.5%の範囲にあり、適切な硬化促進剤として、イミダゾール(imidazole)系化合物であり、例えば2−メチルイミダゾール(2−MIと略称する)、2−フェニルイミダゾール(2−PIと略称する)又は2−エチル−4−メチルイミダゾール(2E4MZと略称する)等であってよい。
前記リン含有難燃性フェノール樹脂化合物は、適切な反応性、広い積層加工区間、高いガラス転移温度、優れた耐熱性、低吸水性及び良好な電気的性能を有し、エポキシ樹脂の硬化剤とすることができ、当該化合物のフェノール性水酸基がエポキシ樹脂のエポキシ基と反応することによって、環境に優しいハロゲンフリー難燃性エポキシ樹脂硬化物を形成することができ、集積回路基板及び半導体のパッケージ材用に使用可能である。
以下の実施例によって本発明を更に了解できるが、ここでは、以下の実施例が単に説明するためのものであり、本発明の範囲を制限するためのものではない。
リン含有フェノール樹脂化合物の調製
実施例1
反応釜に260グラムのフェノール、260グラムのビスフェノールA、648グラムのホルムアルデヒド水溶液(質量濃度が37%である)及び24グラムの水酸化ナトリウムを加え、撹拌し始め、温度を40℃に加熱し、3時間保温した。次に、65℃に昇温させ、3時間保温した後、1480グラムのn−ブチルアルコールを加え、12時間還流させた。反応温度を55〜60℃に低下させ、減圧蒸留によって約1000グラムのn−ブチルアルコールを除去して、中間生成物を得た。
中間生成物に1080グラムのDOPO(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)を加え、2時間内に反応温度を80℃から徐々に180℃まで昇温させ、n−ブチルアルコールを適時に反応系から排出できることが確保されるように、120℃の時に反応系を減圧した。180℃で1時間保温してから、反応温度を130℃に低下させ、約900グラムのプロピレングリコールメチルエーテルを加え、0.5時間撹拌し続けて、リン系硬化剤P−1を得た。
実施例2
反応釜に52グラムのフェノール、468グラムのビスフェノールA、648グラムのホルムアルデヒド水溶液(質量濃度が37%である)及び24グラムの水酸化ナトリウムを加え、撹拌し始め、温度を45℃に加熱し、3時間保温した。次に68℃に昇温させ、3時間保温した後、1480グラムのn−ブチルアルコールを加え、15時間還流させた。反応温度を55〜60℃に低下させ、減圧蒸留によって約1000グラムのn−ブチルアルコールを除去して、中間生成物を得た。
中間生成物に1080グラムのDOPO(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)を加え、2時間内に反応温度を80℃から徐々に180℃まで昇温させ、n−ブチルアルコールを適時に反応系から排出できることが確保されるように、130℃に達した時に反応系を減圧した。180℃で1時間保温してから、反応温度を140℃に低下させ、約900グラムのプロピレングリコールメチルエーテルを加え、0.5時間撹拌し続けて、リン系硬化剤P−2を得た。
実施例3
反応釜に400グラムのフェノール、68グラムのo−クレゾール、52グラムのビスフェノールA、648グラムのホルムアルデヒド水溶液(質量濃度が37%である)及び24グラムの水酸化ナトリウムを加え、撹拌し始め、温度を50℃に加熱し、3時間保温した。次に65℃に昇温させ、3時間保温した後、1480グラムのn−ブチルアルコールを加え、15時間還流させた。反応温度を55〜60℃に低下させ、減圧蒸留によって1000g程度のn−ブチルアルコールを除去して、中間生成物を得た。
中間生成物に1080グラムのDOPO(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)を加え、2時間内に反応温度を80℃から徐々に180℃まで昇温させ、n−ブチルアルコールを適時に反応系から排出することが確保されるように、120℃の時に反応系を減圧した。180℃で1時間保温してから、反応温度を120℃に低下させ、900グラム程度のプロピレングリコールメチルエーテルを加え、0.5時間撹拌し続けて、リン系硬化剤P−3を得た。
実施例4
反応釜に157.6グラムのフェノール、362.4グラムのビスフェノールS、648グラムのホルムアルデヒド水溶液(質量濃度が37%である)及び24グラムの水酸化ナトリウムを加え、撹拌し始め、温度を50℃に加熱し、3時間保温した。次に85℃に昇温させ、3時間保温した後、1480グラムのn−ブチルアルコールを加え、12時間還流させた。反応温度を55〜60℃に低下させ、減圧蒸留によって1000グラム程度のn−ブチルアルコールを除去して、中間生成物を得た。
中間生成物に1080グラムのDOPO(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)を加え、2時間内に反応温度を80℃から徐々に180℃まで昇温させ、n−ブチルアルコールを適時に反応系から排出することが確保されるように、130℃に達した時に反応系を減圧した。180℃で1時間保温してから、反応温度を130℃に低下させ、900グラム程度のプロピレングリコールメチルエーテルを加え、0.5時間撹拌し続けて、リン系硬化剤P−4を得た。
実施例5
反応釜に59グラムのフェノール、461グラムのビスフェノールS、648グラムのホルムアルデヒド水溶液(質量濃度が37%である)及び24グラムの水酸化ナトリウムを加え、撹拌し始め、温度を50℃に加熱し、3時間保温した。次に85℃に昇温させ、3時間保温した後、1480グラムのn−ブチルアルコールを加え、12時間還流させた。反応温度を55〜60℃に低下させ、減圧蒸留によって1000g程度のn−ブチルアルコールを除去して、中間生成物を得た。
中間生成物に1080グラムのDOPO(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)を加え、2時間内に反応温度を80℃から徐々に180℃まで昇温させ、n−ブチルアルコールを適時に反応系から排出することが確保されるように、120℃の時に反応系を減圧した。180℃で1時間保温してから、反応温度を130℃に低下させ、900グラム程度のプロピレングリコールメチルエーテルを加え、0.5時間撹拌し続けて、リン系硬化剤P−5を得た。
実施例6
反応釜に400グラムのフェノール、61グラムのo−フェニルフェノール、59グラムのビスフェノールS、648グラムのホルムアルデヒド水溶液(質量濃度が37%である)及び24グラムの水酸化ナトリウムを加え、撹拌し始め、温度を50℃に加熱し、3時間保温した。次に85℃に昇温させ、3時間保温した後、1480グラムのn−ブチルアルコールを加え、12時間還流させた。反応温度を55〜60℃に低下させ、減圧蒸留によって1000グラム程度のn−ブチルアルコールを除去して、中間生成物を得た。
中間生成物に1080グラムのDOPO(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)を加え、2時間内に反応温度を80℃から徐々に180℃まで昇温させ、n−ブチルアルコールを適時に反応系から排出することが確保されるように、120℃の時に反応系を減圧した。180℃で1時間保温してから、反応温度を135℃に低下させ、900グラム程度のプロピレングリコールメチルエーテルを加え、0.5時間撹拌し続けて、リン系硬化剤P−6を得た。
実施例7
反応釜に245グラムのフェノール、245グラムのビスフェノールF、648グラムのホルムアルデヒド水溶液(質量濃度が37%である)及び24グラムの水酸化ナトリウムを加え、撹拌し始め、温度を50℃に加熱し、3時間保温した。次に65℃に昇温させ、3時間保温した後、1480グラムのn−ブチルアルコールを加え、12時間還流させた。反応温度を55〜60℃に低下させ、減圧蒸留によって1000グラム程度のn−ブチルアルコールを除去して、中間生成物を得た。
中間生成物に1080グラムのDOPO(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)を加え、2時間内に反応温度を80℃から徐々に180℃まで昇温させ、n−ブチルアルコールを適時に反応系から排出することが確保されるように、120℃の時に反応系を減圧した。180℃で2時間保温してから、反応温度を130℃に低下させ、900グラム程度のプロピレングリコールメチルエーテルを加え、0.5時間撹拌し続けて、リン系硬化剤P−7を得た。
実施例8
反応釜に49グラムのフェノール、441グラムのp−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、648グラムのホルムアルデヒド水溶液(質量濃度が37%である)及び24グラムの水酸化ナトリウムを加え、撹拌し始め、温度を50℃に加熱し、3時間保温した。次に65℃に昇温させ、3時間保温した後、1480グラムのn−ブチルアルコールを加え、12時間還流させた。反応温度を55〜60℃に低下させ、減圧蒸留によって1000グラム程度のn−ブチルアルコールを除去して、中間生成物を得た。
中間生成物に1080グラムのDOPO(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)を加え、2時間内に反応温度を80℃から徐々に175℃まで昇温させ、n−ブチルアルコールを適時に反応系から排出することが確保されるように、120℃の時に反応系を減圧した。175℃で2時間保温してから、反応温度を140℃に低下させ、900グラム程度のプロピレングリコールメチルエーテルを加え、0.5時間撹拌し続けて、リン系硬化剤P−8を得た。
実施例9
反応釜に400グラムのフェノール、72.7グラムの2,6−ジメチルフェノール、47.3グラムのビスフェノールF、648グラムのホルムアルデヒド水溶液(質量濃度が37%である)及び24グラムの水酸化ナトリウムを加え、撹拌し始め、温度を50℃に加熱し、3時間保温した。次に65℃に昇温させ、3時間保温した後、1480グラムのn−ブチルアルコールを加え、12時間還流させた。反応温度を55〜60℃に低下させ、減圧蒸留によって1000グラム程度のn−ブチルアルコールを除去して、中間生成物を得た。
中間生成物に1080グラムのDOPO(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)を加え、2時間内に反応温度を80℃から徐々に180℃まで昇温させ、n−ブチルアルコールを適時に反応系から排出することが確保されるように、120℃の時に反応系を減圧した。180℃で1時間保温してから、反応温度を150℃に低下させ、900グラム程度のプロピレングリコールメチルエーテルを加え、0.5時間撹拌し続けて、リン系硬化剤P−9を得た。
実施例10
反応釜に184グラムのフェノール、184グラムのビスフェノールA、184グラムのビスフェノールS、648グラムのホルムアルデヒド水溶液(質量濃度が37%である)及び24グラムの水酸化ナトリウムを加え、撹拌し始め、温度を40℃に加熱し、3時間保温した。次に65℃に昇温させ、3時間保温した後、1480グラムのn−ブチルアルコールを加え、12時間還流させた。反応温度を55〜60℃に低下させ、減圧蒸留によって1000グラム程度のn−ブチルアルコールを除去して、中間生成物を得た。
中間生成物に1080グラムのDOPO(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)を加え、2時間内に反応温度を80℃から徐々に180℃まで昇温させ、n−ブチルアルコールを適時に反応系から排出することが確保されるように、120℃の時に反応系を減圧した。180℃で1時間保温してから、反応温度を130℃に低下させ、900グラム程度のプロピレングリコールメチルエーテルを加え、0.5時間撹拌し続けて、リン系硬化剤P−10を得た。
実施例11
反応釜に91.2グラムのフェノール、214.4グラムのビスフェノールA、214.4グラムのビスフェノールF、648グラムのホルムアルデヒド水溶液(質量濃度が37%である)及び24グラムの水酸化ナトリウムを加え、撹拌し始め、温度を40℃に加熱し、3時間保温した。次に65℃に昇温させ、3時間保温した後、1480グラムのn−ブチルアルコールを加え、12時間還流させた。反応温度を55〜60℃に低下させ、減圧蒸留によって1000グラム程度のn−ブチルアルコールを除去して、中間生成物を得た。
中間生成物に1080グラムのDOPO(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)を加え、2時間内に反応温度を80℃から徐々に175℃まで昇温させ、n−ブチルアルコールを適時に反応系から排出することが確保されるように、120℃の時に反応系を減圧した。175℃で2時間保温してから、反応温度を130℃に低下させ、900グラム程度のプロピレングリコールメチルエーテルを加え、0.5時間撹拌し続けて、リン系硬化剤P−11を得た。
実施例12
反応釜に133.5グラムのフェノール、133.5グラムのビスフェノールS、267グラムのビスフェノールF、648グラムのホルムアルデヒド水溶液(質量濃度が37%である)及び24グラムの水酸化ナトリウムを加え、撹拌し始め、温度を40℃に加熱し、3時間保温した。次に65℃に昇温させ、3時間保温した後、1480グラムのn−ブチルアルコールを加え、12時間還流させた。反応温度を55〜60℃に低下させ、減圧蒸留によって1000グラム程度のn−ブチルアルコールを除去して、中間生成物を得た。
中間生成物に1080グラムのDOPO(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)を加え、2時間内に反応温度を80℃から徐々に180℃まで昇温させ、n−ブチルアルコールを適時に反応系から排出することが確保されるように、120℃の時に反応系を減圧した。180℃で1時間保温してから、反応温度を135℃に低下させ、900グラム程度のプロピレングリコールメチルエーテルを加え、0.5時間撹拌し続けて、リン系硬化剤P−12を得た。
実施例13
反応釜に468グラムのフェノール、52グラムのビスフェノールA、648グラムのホルムアルデヒド水溶液(質量濃度が37%である)及び24グラムの水酸化ナトリウムを加え、撹拌し始め、温度を40℃に加熱し、3時間保温した。次に65℃に昇温させ、3時間保温した後、1480グラムのn−ブチルアルコールを加え、12時間還流させた。反応温度を55〜60℃に低下させ、減圧蒸留によって1000グラム程度のn−ブチルアルコールを除去して、中間生成物を得た。
中間生成物に1010グラムのジフェニル亜ホスホン酸を加え、2時間内に反応温度を80℃から徐々に180℃まで昇温させ、n−ブチルアルコールを適時に反応系から排出することが確保されるように、120℃の時に反応系を減圧した。180℃で1時間保温してから、反応温度を130℃に低下させ、900グラム程度のプロピレングリコールメチルエーテルを加え、0.5時間撹拌し続けて、リン系硬化剤P−13を得た。
実施例14
反応釜に260グラムのフェノール、260グラムのビフェノール、648グラムのホルムアルデヒド水溶液(質量濃度が37%である)及び24グラムの水酸化ナトリウムを加え、撹拌し始め、温度を40℃に加熱し、3時間保温した。次に65℃に昇温させ、3時間保温した後、1480グラムのn−ブチルアルコールを加え、12時間還流させた。反応温度を55〜60℃に低下させ、減圧蒸留によって1000グラム程度のn−ブチルアルコールを除去して、中間生成物を得た。
中間生成物に1010グラムのジフェニル亜ホスホン酸を加え、2時間内に反応温度を80℃から徐々に190℃まで昇温させ、n−ブチルアルコールを適時に反応系から排出することが確保されるように、120℃の時に反応系を減圧した。180℃で1時間保温してから、反応温度を135℃に低下させ、900グラム程度のプロピレングリコールメチルエーテルを加え、0.5時間撹拌し続けて、リン系硬化剤P−14を得た。
実施例15
反応釜に148.6グラムのフェノール、371.4グラムのビスフェノールF、648グラムのホルムアルデヒド水溶液(質量濃度が37%である)及び24グラムの水酸化ナトリウムを加え、撹拌し始め、温度を40℃に加熱し、3時間保温した。次に65℃に昇温させ、3時間保温した後、1480グラムのn−ブチルアルコールを加え、12時間還流させた。反応温度を55〜60℃に低下させ、減圧蒸留によって1000グラム程度のn−ブチルアルコールを除去して、中間生成物を得た。
中間生成物に1010グラムのジフェニル亜ホスホン酸を加え、2時間内に反応温度を80℃から徐々に190℃まで昇温させ、n−ブチルアルコールを適時に反応系から排出することが確保されるように、150℃の時に反応系を減圧した。180℃で1時間保温してから、反応温度を130℃に低下させ、900グラム程度のプロピレングリコールメチルエーテルを加え、0.5時間撹拌し続けて、リン系硬化剤P−15を得た。
実施例16
反応釜に120.9グラムのフェノール、399.1グラムのビスフェノールS、648グラムのホルムアルデヒド水溶液(質量濃度が37%である)及び24グラムの水酸化ナトリウムを加え、撹拌し始め、温度を40℃に加熱し、3時間保温した。次に65℃に昇温させ、3時間保温した後、1480グラムのn−ブチルアルコールを加え、12時間還流させた。反応温度を55〜60℃に低下させ、減圧蒸留によって1000グラム程度のn−ブチルアルコールを除去して、中間生成物を得た。
中間生成物に1010グラムのジフェニル亜ホスホン酸を加え、2時間内に反応温度を80℃から徐々に180℃まで昇温させ、n−ブチルアルコールを適時に反応系から排出することが確保されるように、120℃の時に反応系を減圧した。180℃で1時間保温してから、反応温度を130℃に低下させ、900グラム程度のプロピレングリコールメチルエーテルを加え、0.5時間撹拌し続けて、リン系硬化剤P−16を得た。
実施例17
反応釜に468グラムのフェノール、52グラムのビスフェノールA、648グラムのホルムアルデヒド水溶液(質量濃度が37%である)及び24グラムの水酸化ナトリウムを加え、撹拌し始め、温度を40℃に加熱し、3時間保温した。次に65℃に昇温させ、3時間保温した後、1480グラムのn−ブチルアルコールを加え、12時間還流させた。反応温度を55〜60℃に低下させ、減圧蒸留によって1000グラム程度のn−ブチルアルコールを除去して、中間生成物を得た。
中間生成物に1170グラムのジフェニルホスファイトを加え、2時間内に反応温度を80℃から徐々に180℃まで昇温させ、n−ブチルアルコールを適時に反応系から排出することが確保されるように、120℃の時に反応系を減圧した。180℃で1時間保温してから、反応温度を130℃に低下させ、900グラム程度のプロピレングリコールメチルエーテルを加え、0.5時間撹拌し続けて、リン系硬化剤P−17を得た。
実施例18
反応釜に52グラムのフェノール、260グラムのビスフェノールA、104グラムのビスフェノールF、104グラムのビフェノール、648グラムのホルムアルデヒド水溶液(質量濃度が37%である)及び24グラムの水酸化ナトリウムを加え、撹拌し始め、温度を40℃に加熱し、3時間保温した。次に65℃に昇温させ、3時間保温した後、1480グラムのn−ブチルアルコールを加え、12時間還流させた。反応温度を55〜60℃に低下させ、減圧蒸留によって1000グラム程度のn−ブチルアルコールを除去して、中間生成物を得た。
中間生成物に1170グラムのジ−p−メチルフェニルホスファイトを加え、2時間内に反応温度を80℃から徐々に180℃まで昇温させ、n−ブチルアルコールを適時に反応系から排出することが確保されるように、120℃の時に反応系を減圧した。180℃で1時間保温してから、反応温度を130℃に低下させ、900グラム程度のプロピレングリコールメチルエーテルを加え、0.5時間撹拌し続けて、リン系硬化剤P−18を得た。
実施例19
反応釜に76.5グラムのフェノール、443.5グラムのビスフェノールF、648グラムのホルムアルデヒド水溶液(質量濃度が37%である)及び24グラムの水酸化ナトリウムを加え、撹拌し始め、温度を40℃に加熱し、3時間保温した。次に65℃に昇温させ、3時間保温した後、1480グラムのn−ブチルアルコールを加え、12時間還流させた。反応温度を55〜60℃に低下させ、減圧蒸留によって1000グラム程度のn−ブチルアルコールを除去して、中間生成物を得た。
中間生成物に1170グラムのジフェニルホスファイトを加え、2時間内に反応温度を80℃から徐々に180℃まで昇温させ、n−ブチルアルコールを適時に反応系から排出することが確保されるように、120℃の時に反応系を減圧した。180℃で1時間保温してから、反応温度を130℃に低下させ、900グラム程度のプロピレングリコールメチルエーテルを加え、0.5時間撹拌し続けて、リン系硬化剤P−19を得た。
実施例20
反応釜に74.3グラムのフェノール、445.7グラムのビスフェノールS、648グラムのホルムアルデヒド水溶液(質量濃度が37%である)及び24グラムの水酸化ナトリウムを加え、撹拌し始め、温度を45℃に加熱し、2時間保温した。次に60℃に昇温させ、3時間保温した後、1480グラムのn−ブチルアルコールを加え、14時間還流させた。反応温度を55〜60℃に低下させ、減圧蒸留によって1000グラム程度のn−ブチルアルコールを除去して、中間生成物を得た。
中間生成物に500グラムのDOPO、300グラムのジフェニルホスファイト、370グラムのジフェニル亜ホスホン酸を加え、2時間内に反応温度を80℃から徐々に190℃に昇温させ、n−ブチルアルコールを適時に反応系から排出することが確保されるように、150℃の時に反応系を減圧した。180℃で2時間保温してから、反応温度を135℃に低下させ、900グラム程度のプロピレングリコールメチルエーテルを加え、0.5時間撹拌し続けて、リン系硬化剤P−20を得た。
比較例1
反応釜に470グラムのフェノール、648グラムのホルムアルデヒド水溶液(質量濃度が37%である)及び24グラムの水酸化ナトリウムを加え、撹拌し始め、温度を40℃に加熱し、3時間保温した。次に65℃に昇温させ、3時間保温した後、1480グラムのn−ブチルアルコールを加え、12時間還流させた。反応温度を55〜60℃に低下させ、減圧蒸留によって1000グラム程度のn−ブチルアルコールを除去して、中間生成物を得た。
中間生成物に1080グラムのDOPO(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)を加え、2時間内に反応温度を80℃から徐々に180℃まで昇温させ、n−ブチルアルコールを適時に反応系から排出することが確保されるように、120℃の時に反応系を減圧した。180℃で1時間保温してから、反応温度を130℃に低下させ、900グラム程度のプロピレングリコールメチルエーテルを加え、0.5時間撹拌し続けて、リン系硬化剤P−21を得た。
比較例2
反応釜に570グラムのビスフェノールA、648グラムのホルムアルデヒド水溶液(質量濃度が37%である)及び24グラムの水酸化ナトリウムを加え、撹拌し始め、温度を40℃に加熱し、3時間保温した。次に65℃に昇温させ、3時間保温した後、1480グラムのn−ブチルアルコールを加え、12時間還流させた。反応温度を55〜60℃に低下させ、減圧蒸留によって1000グラム程度のn−ブチルアルコールを除去して、中間生成物を得た。
中間生成物に1080グラムのDOPO(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)を加え、2時間内に反応温度を80℃から徐々に180℃まで昇温させ、n−ブチルアルコールを適時に反応系から排出することが確保されるように、120℃の時に反応系を減圧した。180℃で1時間保温してから、反応温度を130℃に低下させ、900グラム程度のプロピレングリコールメチルエーテルを加え、0.5時間撹拌し続けて、リン系硬化剤P−22を得た。
リン含有硬化剤でエポキシ樹脂を完全に硬化させた。
実施例21〜40
異なるリン含有基の硬化剤(P−1〜P−20)を、ビスフェノールA型ノボラックエポキシ樹脂(Bisphenol A novolac epoxy resin,BNE)の硬化剤とした。前記ビスフェノールA型ノボラックエポキシ樹脂(Bisphenol A novolac epoxy resin,BNE)と硬化剤(P−1〜P−20)を、エポキシ基とフェノール基の当量比が1:1となるように均一に混合し、エポキシ樹脂及び硬化剤の総重量の0.5PHRの2−フェニルイミダゾール化合物を硬化促進剤として加え、乳鉢の中で粉末状に研磨して均一に撹拌し、この粉末で金型にいっぱい詰め、150℃、50kg/cmの圧力で1時間加熱し、170℃で2時間加熱し、更に200℃で3時間加熱して、硬化物を得た。
比較例3
比較例1のリン含有基硬化剤(P−21)をビスフェノールA型ノボラックエポキシ樹脂(Bisphenol A novolac epoxy resin,BNE)の硬化剤とした。前記ビスフェノールA型ノボラックエポキシ樹脂(Bisphenol A novolac epoxy resin,BNE)と硬化剤(P−21)を、エポキシ基とフェノール基の当量比が1:1となるように均一に混合し、エポキシ樹脂及び硬化剤の総重量の0.5PHRの2−フェニルイミダゾール化合物を硬化促進剤として加え、乳鉢の中で粉末状に研磨して均一に撹拌し、この粉末で金型にいっぱい詰め、150℃、50kg/cmの圧力で1時間加熱し、170℃で2時間加熱し、更に200℃で3時間加熱して、硬化物を得た。
比較例4
比較例2のリン含有基硬化剤(P−22)をビスフェノールA型ノボラックエポキシ樹脂(Bisphenol A novolac epoxy resin,BNE)の硬化剤とした。前記ビスフェノールA型ノボラックエポキシ樹脂(Bisphenol A novolac epoxy resin,BNE)と硬化剤(P−22)を、エポキシ基とフェノール基の当量比が1:1となるように均一に混合し、エポキシ樹脂及び硬化剤の総重量の0.5PHRの2−フェニルイミダゾール化合物を硬化促進剤として加え、乳鉢の中で粉末状に研磨して均一に撹拌し、この粉末で金型にいっぱい詰め、150℃、50kg/cmの圧力で1時間加熱し、170℃で2時間加熱し、更に200℃で3時間加熱して、硬化物を得た。
実施例41〜74
リン含有硬化剤(P−1〜P−22)、通常の硬化剤、ビスフェノールA型ノボラックエポキシ樹脂(Bisphenol A novolac epoxy resin,BNE)、オルソクレゾールノボラックエポキシ樹脂(Cresol formaldehyde novolac epoxy resin,CNE)及びフェノールノボラックエポキシ樹脂(phenol novolac epoxy,PNE)を、表3の重量比に従って水酸化アルミニウム、二酸化ケイ素及びイミダゾール(imidazole)系硬化促進剤と適量な溶剤で均一に混合し、小型含浸機でガラス繊維布によって含浸した後、170℃で150秒加熱してから、裁断して小型ホットプレスの中で185℃、25kg/cmで2時間硬化させ、ハロゲンフリー銅張積層板を得た。
比較例5〜6
硬化剤(P−1〜P−22)、ビスフェノールA型ノボラックエポキシ樹脂(Bisphenol A novolac epoxy resin,BNE)、オルソクレゾールノボラックエポキシ樹脂(Cresol formaldehyde novolac epoxy resin,CNE)及びフェノールノボラックエポキシ樹脂(phenol novolac epoxy,PNE)を、表3の重量比に従って水酸化アルミニウム、二酸化ケイ素及びイミダゾール(imidazole)系硬化促進剤と適量な溶剤で均一に混合し、小型含浸機でガラス繊維布によって含浸した後、170℃で150秒加熱してから、裁断して小型ホットプレスの中で185℃、25kg/cmで2時間硬化させ、ハロゲンフリー銅張積層板を得た。
テスト説明
1.ワニスゲル化時間(sec):
0.3mlの樹脂ワニスを170℃のホットプレートの上に取って、そのゲル化時間を測定した。
2.ガラス転移温度(℃):
昇温速度=20℃/minの示差走査熱量計(DSC)を用いてテストした。
3.難燃性:
試験片を0.5in×4.7inの長方形に裁断し、炎の高さが2cmである青い炎で10秒燃焼した後で遠ざけて、合計2回燃焼した後、炎を遠ざけた後の自己消火時間を記録した。
4.吸水率(%):
サンプルを120℃及び2atmの圧力鍋の中で30分間加熱した。
5.誘電損失(1GHz):
試験片を5×5の正方形に裁断し、且つ板の3点を取って板厚を測定した後で更に誘電解析機器に挟んで測定し、完了した後でその平均値を取った。
6.誘電率(1GHz):
エッチングされた基板を5cmの正方形の試験片に裁断し、105℃のオーブン内で2hrベーキングした後、取り出して板厚測定機器によって試験片の3箇所の板厚を測定した。更に試験片を誘電測定機器に挟んで、3点のデータを測定した後で平均値を取った。
本発明を前記の具体的な実施例によって説明したが、当業者は以上の記述に基づいて多種の変更を行うことができる。本発明の範囲は以下の請求項及びその精神内に制限される各種の変更を含む。
表1は、硬化物のガラス転移温度(Tg)を比較し、表2は、硬化物の熱分解を分析し、表3は、銅張基板のテスト結果を表示した。
実施例21〜40と比較例3〜4で得られた硬化物のTg(表1)を比較して、本発明を使用したリン含有基エポキシ樹脂硬化物、特にビスフェノールSとフェノールを原料として調製された硬化剤(実施例5、硬化剤P−5)がエポキシ樹脂と反応して得られたリン含有基エポキシ樹脂硬化物は、そのTgが全部でフェノールによって合成したリン含有基樹脂硬化物よりも高く、ひいてはビスフェノールA型リン含有硬化剤を使用した樹脂硬化物よりも10℃高く、且つ熱安定性もその他の実施例より一層良好であることが分かる。そのほかのリン酸エステル化合物を使用した合成でも、DOPO型の硬化剤の表現が最も優れた。
表2から、リン系硬化剤とエポキシ樹脂の架橋程度の相違が分かり、ビスフェノールS型リン含有基エポキシ樹脂硬化物(実施例5、硬化剤P−5)がTGAテストにおいて、熱分解(5%重量損失)温度が400℃を超えることができ、ハイエンドの電子パッケージ材料に用いられることができる。
表3から、本発明を有するリン含有基エポキシ樹脂硬化物は、そのTgがフェノール単独で合成したリン含有硬化剤(比較例1、P−21)よりも高く、ビスフェノールSを有するリン含有基エポキシ樹脂硬化物(実施例44〜46)の電気特性表現も比較例5及び比較例6よりも優れ、DKが4.0に達することができ且つDfが0.009のレベルに達することができる。膨張係数の表現では、実施例44〜46のα1がいずれも30〜40にあり、α2が200〜220にある。実施例41〜74において、調合に1.1−1.5%のリン含有量を有すれば、銅張積層板に必要な難燃効果を達成することができるため、ハイエンドのリン含有銅張積層板材料製造分野に非常に適する。

Claims (10)

  1. 化学一般式(I)で表される化合物を含み、
    ただし、A及びA’はそれぞれ独立に
    であり、
    Yは−CH−又は−CH−O−CH−であり、異なる構造単位のYが同じ又は異なり、
    Zは置換されていない、−CH−、−C(CH−、−O−、−S−又は−S(O)−であり、異なる構造単位のZが同じ又は異なり、
    Rは水素(H)、C〜C10のアルキル基、C〜C18のアリール基、
    であり、異なる構造単位のRが同じ又は異なり、
    pは0〜2であり、
    qは0〜3であり、
    aは1以上の整数であり、
    bは1以上の整数であり、
    mは0〜6であり、
    Xは
    であり、Ar及びAr’がそれぞれ
    であり、R’が水素、C〜Cのアルキル基又はC〜C18のアリール基であり、異なる構造単位のR’が同じ又は異なり、
    nが0〜5である、リン含有難燃性フェノール樹脂。
  2. 調製する時に、フェノール系化合物、ビスフェノール系化合物及びホルムアルデヒドを用いてフェノール樹脂を合成してから、前記フェノール樹脂と芳香族リン酸エステルを混合して縮合重合反応させるが、前記フェノール系化合物が、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、o−フェニルフェノール、m−フェニルフェノール、p−フェニルフェノール、2,6−ジメチルフェノール、2,4−ジメチルフェノールの中の一種又はその組み合せであり、前記ビスフェノール系化合物が、ビフェノール、ビスフェノールF、ビスフェノールA、p−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、ビスフェノールSの中の一種又はその組み合せであり、前記芳香族リン酸エステルが、DOPO、ジフェニルホスファイト、ジフェニル亜ホスホン酸及びそのC〜Cアルキル基又はC〜C18アリール基置換物の一種又はその組み合せである、請求項1に記載のリン含有難燃性フェノール樹脂。
  3. 前記フェノール系化合物と前記ビスフェノール系化合物の質量比は1:0.1〜1:9である、請求項2に記載のリン含有難燃性フェノール樹脂。
  4. エポキシ樹脂の硬化剤である、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のリン含有難燃性フェノール樹脂。
  5. 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のリン含有難燃性フェノール樹脂を単独で又はエポキシ樹脂硬化剤と混合して、エポキシ樹脂と高温で反応させた難燃性エポキシ樹脂硬化物。
  6. リンの質量百分比は0.5%〜10%である、請求項5に記載の難燃性エポキシ樹脂硬化物。
  7. フェノールノボラック樹脂、オルソクレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールAノボラック樹脂、ジシアンジアミド、メチレンジアニリン、ジアミノジフェニルスルホン及びその組み合せからなる群から選ばれたものである、請求項5に記載の難燃性エポキシ樹脂硬化物。
  8. 前記エポキシ樹脂は、二官能エポキシ樹脂又は多官能エポキシ樹脂であり、且つビスフェノールAノボラックエポキシ樹脂、ビスフェノールFエポキシ樹脂、ビスフェノールSエポキシ樹脂、ビフェノールエポキシ樹脂、フェノールノボラックエポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラックエポキシ樹脂、ビスフェノールAエポキシ樹脂及びその組み合せからなる群から選ばれたものである、請求項5に記載の難燃性エポキシ樹脂硬化物。
  9. 前記反応が硬化促進剤の存在で行われ、前記硬化促進剤が、2−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール又は2−エチル−4−メチルイミダゾールを含むイミダゾール系化合物であり、且つ前記硬化促進剤の重量が全部の前記エポキシ樹脂と前記エポキシ樹脂硬化剤の総重量の0.01−2.5%を占める、請求項5に記載の難燃性エポキシ樹脂硬化物。
  10. プリント回路板の基材樹脂及び半導体パッケージ材である、請求項5に記載の難燃性エポキシ樹脂硬化物。
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