JP2022529361A - Epoxy resin, a method for producing the same, and an epoxy resin composition containing the same. - Google Patents
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Abstract
本発明は、優れた耐熱性と高柔軟性、低い熱膨張係数、高屈折率を確保しながらも、作業性と貯蔵安定性および流動性と平滑性を向上させた、非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂およびこれを効果的に製造する方法を提供する。The present invention is a non-crystalline fluorene epoxy that has improved workability, storage stability, fluidity and smoothness while ensuring excellent heat resistance, high flexibility, low coefficient of thermal expansion, and high refractive index. Provided are a resin and a method for effectively producing the resin.
Description
本発明は、優れた耐熱性と高柔軟性(low modulus at high temperature)、低い熱膨張係数(low CTE)、高屈折率を確保しながらも、作業性と貯蔵安定性および流動性と平滑性を向上させた非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂およびその製造方法、エポキシ樹脂組成物およびその製造方法、積層板およびその製造方法に関する。 The present invention provides workability, storage stability, fluidity and smoothness while ensuring excellent heat resistance and high flexibility (low modulus at high epoxy), low coefficient of thermal expansion (low CTE), and high refractive index. The present invention relates to a non-crystalline fluorene-based epoxy resin and a method for producing the same, an epoxy resin composition and the method for producing the same, a laminated board and a method for producing the same.
エポキシ樹脂は、シリコンチップが実装されるパッケージ基板(IC substrate)、EMC封止材、アンダーフィル、チップと基板を接着するダイボンディング材、ソルダーレジスト、導電性ペースト、PCBなど多様な分野に応用されている半導体パッケージングの核心有機素材であって、優れた耐熱特性と絶縁特性、耐薬品性および機械的物性などによって現在でも幅広く利用されている。 Epoxy resins are applied in various fields such as package substrates (IC substrate) on which silicon chips are mounted, EMC encapsulants, underfills, die bonding materials that bond chips and substrates, solder resists, conductive pastes, and PCBs. It is a core organic material for semiconductor packaging, and is still widely used today due to its excellent heat resistance, insulation properties, chemical resistance, and mechanical properties.
しかし、近来、急速な半導体パッケージング技術の発展に伴い、既存のエポキシ素材の限界を認識しながら、次世代パッケージング用新規エポキシ素材の開発に対する関心が増大している。さらに、電子製品の小型化、軽量化、高性能化に伴い、半導体チップが薄くなり、高集積化または表面実装化の増加によって従来のエポキシ樹脂組成物としては解決できない問題が発生している。特に、薄型化および高機能化のために複数の薄形チップを積層するパッケージングの場合、新規エポキシ素材の開発に対する要求が続いている。例えば、半導体集積回路(IC)の保護および連結機能に重点を置いた半導体パッケージング技術がシステム集積化の方向に進められるにあたって、基板に加わる応力発生を効率的に低減し得る材料開発が求められており、実装信頼性(CTE、warpage、機械的特性)の面においてさらに高度な性能のエポキシ素材技術が要求されてきている。 However, in recent years, with the rapid development of semiconductor packaging technology, there is increasing interest in the development of new epoxy materials for next-generation packaging, recognizing the limitations of existing epoxy materials. Further, with the miniaturization, weight reduction, and high performance of electronic products, semiconductor chips have become thinner, and problems that cannot be solved by conventional epoxy resin compositions have arisen due to the increase in high integration or surface mountability. In particular, in the case of packaging in which a plurality of thin chips are laminated for thinning and high functionality, the demand for the development of a new epoxy material continues. For example, as semiconductor packaging technology focusing on the protection and coupling functions of semiconductor integrated circuits (ICs) advances toward system integration, it is necessary to develop materials that can efficiently reduce the generation of stress applied to substrates. Therefore, epoxy material technology with higher performance is required in terms of mounting reliability (CTE, stress, mechanical properties).
一般に、エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂が広く知られており、固形エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂を縮合反応させて分子量が増大したものが使用されているが、ビスフェノールA型高分子エポキシ樹脂はブロッキングを起こす場合がある。このような理由でノボラック型固形エポキシ樹脂が広く使用されているが、このような高分子量樹脂は粘度が高く、流動性および平滑性が良くないという欠点がある。その他にも、テトラメチルビフェノールジグリシジルエーテル、トリグリシジルイソシアヌレートなどが提案されるが、これらはいずれも貯蔵安定性に優れた反面、硬化物の弾性率が高く、柔軟性が欠如している。 Generally, as an epoxy resin, a bisphenol A type epoxy resin is widely known, and as a solid epoxy resin, a bisphenol A type epoxy resin whose molecular weight is increased by a condensation reaction is used. High molecular weight epoxies may cause blocking. For this reason, novolak-type solid epoxy resins are widely used, but such high molecular weight resins have the disadvantages of high viscosity and poor fluidity and smoothness. In addition, tetramethylbiphenol diglycidyl ether, triglycidyl isocyanurate, etc. have been proposed, but all of them have excellent storage stability, but have a high elastic modulus of the cured product and lack flexibility.
一方、ビスフェノールフルオレン型フェノール樹脂は、耐熱性などに優れた特性が現れることが知られている。このような9,9-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フルオレン(9,9-Bis(4-hydroxyphenyl)fluorene)、9,9-ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]フルオレン(9,9-Bis[4-(2-hydroxyethoxy)phenyl]fluorene)などの化合物はエポキシ樹脂に使用することも知られている。フルオレン構造を有するエポキシ樹脂は、従来のビスフェノール型エポキシ樹脂に比べて耐熱性、柔軟性などの特性を向上させることができる。しかし、結晶化特性を有しているため、溶剤に溶解度が低下して析出されて貯蔵安定性が低下するか、高い融点によって作業性が低下するなどの問題がある。結晶性高分子材料の大部分は内部に薄い層のラメラ構造が集まってなるスフェルライト(spherulite)構造からなり、各高分子物質の鎖構造によりラメラ内部の微細構造が異なる。これらの結晶構造は分子が最も小さい体積を有するために緻密に配列されており、物理的に強く結合しているため、物性の側面から見れば強度が大きく、溶融温度が高く、溶媒にあまり溶けない強靭な物性特性を有するので、適用分野が非常に限定的であり、作業性と貯蔵安定性が非常に落ちることが一般的である。また、結晶構造の形成過程に伴う収縮現象のため、薄い製品を成形する場合外観の反り(warpage)が生じることがあるので改善が必要である。 On the other hand, it is known that the bisphenol fluorene type phenol resin exhibits excellent properties such as heat resistance. Such 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene (9,9-Bis (4-hydroxyphenyl) fluorene), 9,9-bis [4- (2-hydroxyethoxy) phenyl] fluorene (9,9) -Compounds such as Bis [4- (2-hydroxyethoxy) phenyl] fluorene) are also known to be used in epoxy resins. The epoxy resin having a fluorene structure can improve properties such as heat resistance and flexibility as compared with the conventional bisphenol type epoxy resin. However, since it has crystallization properties, there are problems such as a decrease in solubility in a solvent and precipitation to decrease storage stability, or a decrease in workability due to a high melting point. Most of the crystalline polymer materials have a spherulite structure in which thin layers of lamellar structures are gathered inside, and the fine structure inside the lamellar differs depending on the chain structure of each polymer substance. These crystal structures are densely arranged because the molecules have the smallest volume, and because they are physically strongly bonded, they have high strength from the aspect of physical characteristics, high melting temperature, and are poorly soluble in the solvent. Due to its non-tough physical properties, its application is very limited and it is common for workability and storage stability to be very poor. In addition, due to the shrinkage phenomenon that accompanies the formation process of the crystal structure, warpage of the appearance may occur when molding a thin product, so improvement is required.
また、フルオレン系化合物が単にダイマーとして存在する場合、粘度が高すぎて流動性および平滑性が低下する問題がある。このようなフルオレン系化合物のダイマー構造にエポキシ化合物を導入したが、このようなダイマー構造のエポキシ化合物は樹脂の成形が難しく、不良が発生しやすい問題があり、相溶性および作業性が制限される短所がある。 Further, when the fluorene compound simply exists as a dimer, there is a problem that the viscosity is too high and the fluidity and smoothness are lowered. An epoxy compound was introduced into the dimer structure of such a fluorene-based compound, but the epoxy compound having such a dimer structure has a problem that it is difficult to mold a resin and easily causes defects, and compatibility and workability are limited. There are disadvantages.
一方、ガラス転移温度が高いフルオレン系エポキシ樹脂組成物を使用する場合には弾性率が大きく増加して熱や外部の衝撃による外部からのストレスに脆弱になる問題がある。そこで、非フルオレン系エポキシ化合物を混合して使用したが、この場合、収縮率、弾性率および成形性のバランスなどは改善されたといっても、フルオレン系エポキシ樹脂の高柔軟、高屈折、高耐熱の固有の特性が低下する問題がある。 On the other hand, when a fluorene-based epoxy resin composition having a high glass transition temperature is used, there is a problem that the elastic modulus is greatly increased and the elastic modulus becomes vulnerable to external stress due to heat or external impact. Therefore, a non-fluorene-based epoxy compound was mixed and used. In this case, although the balance between shrinkage rate, elastic modulus and moldability was improved, the fluorene-based epoxy resin had high flexibility, high refraction, and high heat resistance. There is a problem that the unique characteristics of fluorene are deteriorated.
したがって、高分子素材に使用されるエポキシ樹脂の製造時に電子部品の加工性および信頼性を確保するために、高分子結晶性を最適点に調節して優れた熱安定性と共に高い柔軟性と低い熱膨張係数などの物性の長所を有し、かつ作業性、貯蔵安定性および流動性の良好なエポキシ樹脂の開発に対する必要性がさらに求められる。 Therefore, in order to ensure the processability and reliability of electronic parts during the manufacture of epoxy resins used for polymer materials, the polymer crystallinity is adjusted to the optimum point to provide excellent thermal stability as well as high flexibility and low. There is a further need for the development of epoxy resins that have the advantages of physical properties such as the coefficient of thermal expansion and that have good workability, storage stability, and fluidity.
本発明は、立体的で嵩高いカルド(cardo)構造を有し、優れた耐熱性と高柔軟性(low modulus at high temperature)、低い熱膨張係数(low CTE)、および高屈折率を確保しながらも、作業性と貯蔵安定性および流動性と平滑性を向上させた、非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂およびその製造方法を提供する。 The present invention has a three-dimensional and bulky cardo structure, ensuring excellent heat resistance and high flexibility (low volumeus at high temperature), low coefficient of thermal expansion (low CTE), and high refractive index. However, a non-crystalline fluorene-based epoxy resin having improved workability, storage stability, fluidity and smoothness, and a method for producing the same are provided.
また、本発明は、前記非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂組成物およびこれを製造する方法を提供する。 The present invention also provides an epoxy resin composition containing the amorphous fluorene-based epoxy resin and a method for producing the same.
また、本発明は、前記エポキシ樹脂組成物からなる樹脂層を含む積層板およびこれを製造する方法を提供する。 The present invention also provides a laminated board including a resin layer made of the epoxy resin composition and a method for manufacturing the laminated board.
本発明の一実施形態によれば、下記化学式1で表されるフルオレン系エポキシ化合物と下記の繰り返し単位1を含むノボラック型フルオレン系エポキシ化合物を含み、下記の繰り返し単位1を含むノボラック型フルオレン系エポキシ化合物を全体重量を基準にして3%~80%含む、非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂が提供される。
R1およびR2はそれぞれ独立して、水素、置換または非置換の炭素数1~10のアルコキシ基、置換または非置換の炭素数1~10のアルキル基、置換または非置換の炭素数3~20のシクロアルキル基、または置換または非置換の炭素数6~30のアリール基であり、
nは2≦n≦10の範囲を満たす値であり、
R3およびR4はそれぞれ独立して、水素、置換または非置換の炭素数1~10のアルコキシ基、置換または非置換の炭素数1~10のアルキル基、置換または非置換の炭素数3~20のシクロアルキル基、または置換または非置換の炭素数6~30のアリール基である。
According to one embodiment of the present invention, a novolac-type fluorene-based epoxy compound containing a fluorene-based epoxy compound represented by the following chemical formula 1 and a novolac-type fluorene-based epoxy compound containing the following repeating unit 1 and containing the following repeating unit 1 is included. A non-crystalline fluorene epoxy resin containing 3% to 80% of a compound based on the total weight is provided.
R 1 and R 2 are independently hydrogen, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted, and 3 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted. 20 cycloalkyl groups, or substituted or unsubstituted aryl groups having 6 to 30 carbon atoms.
n is a value that satisfies the range of 2 ≦ n ≦ 10.
R 3 and R 4 are independently hydrogen, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted, and 3 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted. It is a cycloalkyl group of 20 or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms which is substituted or unsubstituted.
また、本発明は、上述した非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂の製造方法が提供される。 The present invention also provides the above-mentioned method for producing an amorphous fluorene-based epoxy resin.
また、本発明は、前記非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂組成物、硬化剤、硬化触媒、および溶媒を含む、エポキシ樹脂組成物を提供する。 The present invention also provides an epoxy resin composition containing the non-crystalline fluorene-based epoxy resin composition, a curing agent, a curing catalyst, and a solvent.
また、本発明は、基板と、前記基板の一面または両面上に位置する樹脂層と、を含み、前記樹脂層は、上述のようなエポキシ樹脂組成物からなる積層板を提供する。 The present invention also includes a substrate and a resin layer located on one or both sides of the substrate, the resin layer providing a laminated board made of the epoxy resin composition as described above.
本発明によれば、優れた耐熱性、高柔軟性、低い熱膨張係数、および高屈折率を確保しながらも、作業性と貯蔵安定性および流動性と平滑性を向上させた非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂が提供される。 According to the present invention, a non-crystalline fluorene having improved workability, storage stability, fluidity and smoothness while ensuring excellent heat resistance, high flexibility, low coefficient of thermal expansion, and high refractive index. A system epoxy resin is provided.
本発明において、第1、第2などの用語は多様な構成要素を説明するのに用いられ、前記用語は、一つの構成要素を他の構成要素と区別する目的でのみ用いられる。 In the present invention, terms such as first and second are used to describe various components, and the terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
また、本明細書で使用される用語は、単に特定の実施例を説明するために用いられたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なることを意味しない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む」、「備える」または「有する」などの用語は、記述された特徴、数字、段階、構成要素またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、構成要素、またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加の可能性を予め排除しないものと理解されなければならない。 Also, the terms used herein are used solely to describe a particular embodiment and are not intended to limit the invention. Singular expressions include multiple expressions unless they mean that they are explicitly different in context. As used herein, terms such as "include", "provide" or "have" are intended to specify the existence of the described features, numbers, stages, components or combinations thereof. It must be understood that it does not preclude the possibility of existence or addition of one or more other features, numbers, stages, components, or combinations thereof.
本明細書において使用される程度の用語「約」、「実質的に」などは、言及された意味に固有の製造および物質許容誤差が提示される場合、その数値で、またはその数値に近接した意味として使用され、本発明の理解を助けるために適確であるか絶対的な数値が言及された開示内容を非良心的な侵害者が不当に利用することを防止するために使用される。 The terms "about", "substantially", etc. to the extent used herein are, or are close to, the numerical values, where the manufacturing and material tolerances inherent in the referred meaning are presented. It is used as a meaning to prevent unscrupulous infringers from unfairly using disclosures that are appropriate or numerically mentioned to aid in the understanding of the invention.
また、本明細書において使用される程度の用語「・・・する段階」または「・・・の段階」は、「・・・のための段階」を意味しない。 Also, the term "... stage" or "... stage" as used herein does not mean "stage for ...".
本明細書において、マーカッシュ形式の表現に含まれている「これらの組み合わせ」の用語は、マーカッシュ形式の表現に記載されている構成要素からなる群より選択される一つ以上の混合または組み合わせを意味し、前記構成要素からなる群より選択される一つ以上を含むことを意味する。 As used herein, the term "these combinations" as used in a Markush-style representation means one or more mixtures or combinations selected from the group of components described in the Markush-style representation. It means that it contains one or more selected from the group consisting of the above-mentioned components.
本明細書において、
本明細書において「置換」とは、別途の定義がない限り、化合物のうちの少なくとも一つの水素が炭素数1~30のアルキル基;炭素数2~30のアルケニル基、炭素数2~30のアルキニル基、炭素数1~10のアルキルシリル基;炭素数3~30のシクロアルキル基;炭素数6~30アリール基;炭素数1~30のヘテロアリール基;炭素数1~10のアルコキシ基;シラン基;アルキルシラン基;アルコキシシラン基;アミン基;アルキルアミン基;アリールアミン基;エチレンオキシル基またはハロゲン基で置換されたことを意味する。 As used herein, "substitution" means that, unless otherwise defined, at least one hydrogen of the compound is an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms; an alkenyl group having 2 to 30 carbon atoms and 2 to 30 carbon atoms. Alkinyl group, alkylsilyl group with 1 to 10 carbon atoms; cycloalkyl group with 3 to 30 carbon atoms; 6 to 30 aryl groups with carbon atoms; heteroaryl group with 1 to 30 carbon atoms; alkoxy group with 1 to 10 carbon atoms; Silane group; alkylsilane group; alkoxysilane group; amine group; alkylamine group; arylamine group; means substituted with ethyleneoxyl group or halogen group.
本明細書において「ヘテロ」とは、別途の定義がない限り、N、O、SおよびPからなる群より選択される原子を意味する。 As used herein, "hetero" means an atom selected from the group consisting of N, O, S and P, unless otherwise defined.
本明細書において「アルキル(alkyl)基」とは、別途の定義がない限り、いかなるアルケニル(alkenyl)基やアルキニル(alkynyl)基を含んでいない「飽和アルキル(saturated alkyl)基」;または少なくとも一つのアルケニル基またはアルキニル基を含んでいる「不飽和アルキル(unsaturated alkyl)基」を全て含むことを意味する。前記「アルケニル基」は、少なくとも2個の炭素原子が少なくとも一つの炭素-炭素二重結合をなしている置換基を意味し、「アルキン基」は、少なくとも2個の炭素原子が少なくとも一つの炭素-炭素三重結合をなしている置換基を意味する。前記アルキル基は、分枝状、直鎖状または環状であり得る。 As used herein, an "alkyl group" is a "saturated alcohol group"; or at least one, which does not contain any alkenyl or alkynyl group, unless otherwise defined. It is meant to include all "unsaturated alkyl groups" containing one alkenyl group or alkynyl group. The "alkenyl group" means a substituent in which at least two carbon atoms form at least one carbon-carbon double bond, and the "alkyne group" means a substituent in which at least two carbon atoms form at least one carbon. -It means a substituent having a carbon triple bond. The alkyl group can be branched, linear or cyclic.
前記アルキル基は、直鎖または分枝鎖の炭素数1~20のアルキル基であり、具体的には、炭素数1~6の低級アルキル基、炭素数7~10の中級アルキル基、炭素数11~20の高級アルキル基であり得る。 The alkyl group is a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, specifically, a lower alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an intermediate alkyl group having 7 to 10 carbon atoms, and a carbon number of carbon atoms. It can be an 11-20 higher alkyl group.
例えば、炭素数1~4のアルキル基は、アルキル鎖に1~4個の炭素原子が存在することを意味し、これはメチル、エチル、プロピル、イソ-プロピル、n-ブチル、イソ-ブチル、sec-ブチルおよびt-ブチルからなる群より選択される。 For example, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms means that there are 1 to 4 carbon atoms in the alkyl chain, which are methyl, ethyl, propyl, iso-propyl, n-butyl, iso-butyl, and so on. It is selected from the group consisting of sec-butyl and t-butyl.
典型的なアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、エテニル基、プロペニル基、ブテニル基などがある。 Typical alkyl groups include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, a t-butyl group, a pentyl group, a hexyl group, an ethenyl group, a propenyl group, a butenyl group and the like.
「シクロアルキル基」は環状アルキル基であり、具体的には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などがある。 The "cycloalkyl group" is a cyclic alkyl group, and specific examples thereof include a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, and a cyclohexyl group.
「アルコキシ基」は、上述したアルキル基がオキシ基、つまり、酸素原子に結合した官能基であり、具体的には、メトキシ基、エトキシ、イソプロポキシ、n-ブトキシ、tert-ブトキシ、フェニルオキシ、シクロヘキシルオキシ基などが挙げられる。 The "alkoxy group" is an oxy group in which the above-mentioned alkyl group is bonded to an oxygen atom, and specifically, a methoxy group, an ethoxy, an isopropoxy, an n-butoxy, a tert-butoxy, a phenyloxy, and the like. Cyclohexyloxy groups and the like can be mentioned.
「芳香族基」は、環状の置換基の全ての元素がp-オービタルを有しており、これらのp-オービタルが共役(conjugation)を形成している置換基を意味する。具体的な例としては、アリール(aryl)基とヘテロアリール基がある。 "Aromatic group" means a substituent in which all elements of the cyclic substituent have p-orbitals and these p-orbitals form a conjugation. Specific examples include aryl and heteroaryl groups.
「アリール(aryl)基」は、単一環または縮合環、つまり、炭素原子の隣接した対を分け合う複数環の置換基を含む。 An "aryl group" comprises a single ring or a fused ring, i.e., a substituent of multiple rings sharing adjacent pairs of carbon atoms.
「ヘテロアリール(heteroaryl)基」は、アリール基内にN、O、SおよびPからなる群より選択されるヘテロ原子が含まれるアリール基を意味する。前記ヘテロアリール基が縮合環の場合、それぞれの環ごとに前記ヘテロ原子を1~3個含み得る。 "Heteroallyl group" means an aryl group containing a heteroatom selected from the group consisting of N, O, S and P in the aryl group. When the heteroaryl group is a fused ring, each ring may contain 1 to 3 heteroatoms.
本明細書において別途の定義がない限り、「共重合」とは、ブロック共重合、ランダム共重合、グラフト共重合または交互共重合を意味し、「共重合体」とは、ブロック共重合体、ランダム共重合体、グラフト共重合体または交互共重合体を意味する。 Unless otherwise defined herein, "copolymer" means block copolymer, random copolymer, graft copolymer or alternate copolymer, and "copolymer" means block copolymer. It means a random copolymer, a graft copolymer or an alternate copolymer.
また、本明細書において、各層または要素が各層または要素の「上に」形成されると言及される場合には、各層または要素が直接各層または要素の上に形成されることを意味するか、他の層または要素が各層の間、対象体、基材上にさらに形成され得ることを意味する。 Also, as used herein, when it is referred to that each layer or element is formed "on" each layer or element, does it mean that each layer or element is formed directly on each layer or element? It means that other layers or elements can be further formed on the object, substrate between each layer.
本発明は多様な変更が加えられ、様々な形態を有し得ることから、特定の実施例を例示して下記に詳しく説明する。しかし、これは、本発明を特定の開示形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれる全ての変更、均等物または代替物を含むことが理解されなければならない。 Since the present invention can be modified in various ways and can have various forms, specific examples will be illustrated below in detail. However, this is not intended to limit the invention to any particular form of disclosure, unless it is understood to include all modifications, equivalents or alternatives contained within the ideas and technical scope of the invention. It doesn't become.
上記のような定義に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。ただし、これは例示として提示されるものに過ぎず、本発明はこれによって限定されず、後述する特許請求の範囲の範疇だけにより定義される。 Embodiments of the present invention will be described in detail based on the above definitions. However, this is merely an example, and the present invention is not limited thereto, and is defined only within the scope of the claims described later.
本発明者らの継続的な実験の結果、後述する製造方法により、-OH基で置換されたフルオレン系化合物が有する結晶の不規則性および結晶化度を低くするために、高分子の分子量分布をノボラック反応で調節する最小限の変形で物理的状態を調節することによって、優れた熱安定性と共に高い柔軟性と低い熱膨張係数などの物性の長所を有し、かつ作業性、貯蔵安定性および流動性が良好な非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂を提供できることを確認して発明を完成した。 As a result of continuous experiments by the present inventors, the molecular weight distribution of the polymer is reduced in order to reduce the crystal irregularity and crystallinity of the amorphous compound substituted with the −OH group by the production method described later. By adjusting the physical state with the minimum deformation, it has the advantages of physical properties such as high flexibility and low thermal expansion coefficient as well as excellent thermal stability, and workability and storage stability. The invention was completed after confirming that a non-crystalline fluorene epoxy resin having good fluidity could be provided.
以下、本発明をさらに詳しく説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
エポキシ樹脂
発明の一実施形態によれば、優れた耐熱性と高柔軟性、低い熱膨張係数、高屈折率を確保しながらも、作業性と貯蔵安定性および流動性と平滑性を向上させた非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂が提供される。
Epoxy Resin According to one embodiment of the invention, workability, storage stability, fluidity and smoothness have been improved while ensuring excellent heat resistance and high flexibility, a low coefficient of thermal expansion, and a high refractive index. Non-crystalline fluorene epoxy resins are provided.
具体的には、前記エポキシ樹脂は、剛直で優れた耐熱性および加工性を有するカルド系ユニットとしてフルオレン構造をエポキシ樹脂の主鎖に導入することによって、エポキシ樹脂の耐熱性が増大する。また、非平面(out-of-plane)構造を有するカルド系ユニットが導入されると同時に、ノボラック反応でモル比を調節して結晶性が減少するので、素材の工程性、例えば、溶解性が向上する。また、このような結晶性調節によって優れた熱安定性と共に高い柔軟性と屈折率を実現することができ、高機能性が求められる電子材料など多様な分野に適用可能である。 Specifically, in the epoxy resin, the heat resistance of the epoxy resin is increased by introducing a fluorene structure into the main chain of the epoxy resin as a cardo-based unit that is rigid and has excellent heat resistance and processability. Further, at the same time as the cardo-based unit having an out-of-plane structure is introduced, the crystallinity is reduced by adjusting the molar ratio by the novolak reaction, so that the processability of the material, for example, solubility is improved. improves. In addition, such crystallinity adjustment can realize high flexibility and refractive index as well as excellent thermal stability, and can be applied to various fields such as electronic materials that require high functionality.
特に、本発明のエポキシ樹脂は、フルオレン系エポキシ化合物と、この化合物のうちの一部がノボラック反応によって生成されたダイマーまたは二量体以上の重合体を最適な範囲で含んでなる非結晶性固体を示したものである。 In particular, the epoxy resin of the present invention is a non-crystalline solid containing a fluorene-based epoxy compound and a dimer or a polymer having a dimer or a dimer in which a part of the compound is produced by a novolak reaction in an optimum range. Is shown.
より具体的には、本発明の一実施形態で提供される非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂は、下記化学式1で表されるフルオレン系エポキシ化合物と下記の繰り返し単位1を含むノボラック型フルオレン系エポキシ化合物とを含み、下記の繰り返し単位1を含むノボラック型フルオレン系エポキシ化合物を全体重量を基準にして3%~80%含む。
R1およびR2はそれぞれ独立して、水素、置換または非置換の炭素数1~10のアルコキシ基、置換または非置換の炭素数1~10のアルキル基、置換または非置換の炭素数3~20のシクロアルキル基、または置換または非置換の炭素数6~30のアリール基であり、
nは2≦n≦10の範囲を満たす値、つまり、nは2以上~10以下の範囲を満たす値であり、
R3およびR4はそれぞれ独立して、水素、置換または非置換の炭素数1~10のアルコキシ基、置換または非置換の炭素数1~10のアルキル基、置換または非置換の炭素数3~20のシクロアルキル基、または置換または非置換の炭素数6~30のアリール基である。
特に、前記繰り返し単位1中、nは2以上~10以下の範囲の値であり、具体的には、nは2以上~6以下の範囲を満たす値である。特に、nは樹脂の成形の改善および相溶性と作業性を改善する側面から2以上または3以上であり得、熱安定性と共に高い柔軟性と低い熱膨張係数などを確保する側面から10以下であり得る。
More specifically, the non-crystalline fluorene-based epoxy resin provided in one embodiment of the present invention is a novolac-type fluorene-based epoxy compound containing the fluorene-based epoxy compound represented by the following chemical formula 1 and the following repeating unit 1. Contains 3% to 80% of a novolak-type fluorene-based epoxy compound containing the following repeating unit 1 based on the total weight.
R 1 and R 2 are independently hydrogen, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted, and 3 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted. 20 cycloalkyl groups, or substituted or unsubstituted aryl groups having 6 to 30 carbon atoms.
n is a value that satisfies the range of 2 ≦ n ≦ 10, that is, n is a value that satisfies the range of 2 or more and 10 or less.
R 3 and R 4 are independently hydrogen, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted, and 3 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted. It is a cycloalkyl group of 20 or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms which is substituted or unsubstituted.
In particular, in the repeating unit 1, n is a value in the range of 2 or more and 10 or less, and specifically, n is a value satisfying the range of 2 or more and 6 or less. In particular, n can be 2 or more or 3 or more from the aspect of improving the molding of the resin and improving compatibility and workability, and 10 or less from the aspect of ensuring high flexibility and a low coefficient of thermal expansion as well as thermal stability. could be.
好ましくは、前記化学式1で表されるフルオレン系エポキシ化合物は、下記化学式1aを含む。
前記化学式1中、R1およびR2はそれぞれ独立して、水素、炭素数1~4のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基であり、好ましくは、R1およびR2は水素であり得る。ただし、これは一例に過ぎず、本発明の一実施形態はこれに限定されない。
Preferably, the fluorene-based epoxy compound represented by the chemical formula 1 contains the following chemical formula 1a.
In the above chemical formula 1, R 1 and R 2 are independently hydrogen, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, and R 1 and R 2 are preferably hydrogen. could be. However, this is only an example, and one embodiment of the present invention is not limited to this.
好ましくは、前記繰り返し単位1を含むノボラック型フルオレン系エポキシ化合物は、下記の繰り返し単位1aを含む。
前記繰り返し単位1を含むノボラック型フルオレン系エポキシ化合物は、立体的で嵩高いカルド(cardo)構造を有し、優れた耐熱性と高柔軟性、低い熱膨張係数、および高屈折率を確保しながらも、作業性と貯蔵安定性および流動性と平滑性を向上させることができる。 The novolak-type fluorene-based epoxy compound containing the repeating unit 1 has a three-dimensional and bulky cardo structure, and secures excellent heat resistance and high flexibility, a low coefficient of thermal expansion, and a high refractive index. Also, workability and storage stability and fluidity and smoothness can be improved.
本発明の非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂において、前記繰り返し単位1を含むノボラック型フルオレン系エポキシ化合物は、全体重量を基準にして、つまり、前記化学式1で表されるフルオレン系エポキシ化合物と前記繰り返し単位1を含むノボラック型フルオレン系エポキシ化合物の総重量を基準にして3%~80%含まれ、具体的には10%~75%、または10%~70%、または10%~60%、または10%~30%、または15%~30%含むことを特徴とする。前記繰り返し単位1を含むノボラック型フルオレン系エポキシ化合物の含有量は、軟化点と溶融粘度が低くて流動性と平滑性の高いエポキシ中間体に適用するための側面から80%以下であり得、溶剤に溶解度が低下して析出されて貯蔵安定性が低下するか、高い融点によって作業性が低下するなどの問題のない非結晶性状態で存在する樹脂を合成するための側面から3%以上であり得る。 In the non-crystalline fluorene-based epoxy resin of the present invention, the novolac-type fluorene-based epoxy compound containing the repeating unit 1 is based on the total weight, that is, the fluorene-based epoxy compound represented by the chemical formula 1 and the repeating unit. 3% to 80% based on the total weight of the novolak type fluorene epoxy compound containing 1, specifically 10% to 75%, or 10% to 70%, or 10% to 60%, or 10 It is characterized by containing% to 30% or 15% to 30%. The content of the novolak-type fluorene-based epoxy compound containing the repeating unit 1 can be 80% or less from the aspect of being applied to an epoxy intermediate having a low softening point and a low melt viscosity and high fluidity and smoothness, and is a solvent. It is 3% or more from the aspect for synthesizing a resin that exists in an amorphous state without problems such as a decrease in solubility and precipitation and a decrease in storage stability, or a decrease in workability due to a high melting point. obtain.
一例として、前記化学式1で表されるフルオレン系エポキシ化合物と前記繰り返し単位1を含むノボラック型フルオレン系エポキシ化合物は97:3~20:80の重量比で含み、具体的には90:10~25:75、または90:10~30:70、または90:10~40:60、または90:10~70:30、または85:15~70:30の重量比で含むことを特徴とする。前記化学式1で表されるフルオレン系化合物と前記繰り返し単位1を含むノボラック型フルオレン系エポキシ化合物のモル比は、軟化点と溶融粘度が低くて流動性と平滑性の高いエポキシ中間体に適用するための側面から20:80の重量比以上であり得、溶剤に溶解度が低下して析出されて貯蔵安定性が低下するか、高い融点によって作業性が低下するなどの問題のない非結晶性状態で存在する樹脂を合成するための側面から97:3の重量比以下であり得る。 As an example, the fluorene-based epoxy compound represented by the chemical formula 1 and the novolac-type fluorene-based epoxy compound containing the repeating unit 1 are contained in a weight ratio of 97: 3 to 20:80, specifically 90:10 to 25. : 75, or 90:10 to 30:70, or 90:10 to 40:60, or 90:10 to 70:30, or 85:15 to 70:30. The molar ratio of the fluorene-based compound represented by the chemical formula 1 to the novolak-type fluorene-based epoxy compound containing the repeating unit 1 is to be applied to an epoxy intermediate having a low softening point and a low melt viscosity and high fluidity and smoothness. It can be a weight ratio of 20:80 or more from the side of the above, and in a non-crystalline state without problems such as a decrease in solubility in a solvent and precipitation to decrease storage stability, or a decrease in workability due to a high melting point. It can be less than or equal to the weight ratio of 97: 3 from the side for synthesizing the existing resin.
具体的には、前記繰り返し単位1中、R3およびR4はそれぞれ独立して、水素、炭素数1~4のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基であり、好ましくは、R5およびR6は水素であり得る。ただし、これは一例に過ぎず、本発明の一実施形態はこれに限定されない。 Specifically, in the repeating unit 1, R 3 and R 4 are independently hydrogen, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, and R 5 is preferable. And R 6 can be hydrogen. However, this is only an example, and one embodiment of the present invention is not limited to this.
一方、本発明の非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂は、後述する製法のようにフルオレン系化合物とホルムアルデヒドを特定のモル比で反応させた後(段階1)、フェノール基の水酸基を全てエポキシ化することによって(段階2)、最終的に得られる。 On the other hand, in the non-crystalline fluorene-based epoxy resin of the present invention, after reacting the fluorene-based compound with formaldehyde at a specific molar ratio (step 1) as described later, all the hydroxyl groups of the phenol group are epoxidized. (Step 2), finally obtained.
ただし、前記段階2において、前記フルオレン系ビフェノール樹脂のヒドロキシ(hydroxyl)基が全てエポキシ化されないことがある。したがって、最終的に得られる共重合体は、下記の繰り返し単位Aを含み得るが、これに限定されない:
lは1≦l≦10の範囲を満たす値、つまり、lは1以上~10以下の範囲を満たす値であり、
R’およびR’’はそれぞれ独立して、水素、置換または非置換の炭素数1~10のアルコキシ基、置換または非置換の炭素数1~10のアルキル基、置換または非置換の炭素数3~20のシクロアルキル基、または置換または非置換の炭素数6~30のアリール基である。
具体的には、前記繰り返し単位A中、lは1≦l≦6の範囲を満たす値、つまり、lは1以上~6以下の範囲を満たす値であり得る。
また、R’およびR’’はそれぞれ独立して、水素、炭素数1~4のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基であり、好ましくは、R’およびR’’は水素であり得る。ただし、これは一例に過ぎず、本発明の一実施形態はこれに限定されない。
However, in the step 2, all the hydroxy groups of the fluorene-based biphenol resin may not be epoxidized. Thus, the final copolymer may include, but is not limited to, the following repeating unit A:
l is a value satisfying the range of 1 ≦ l ≦ 10, that is, l is a value satisfying the range of 1 or more and 10 or less.
R'and R'' are independently hydrogen, substituted or unsubstituted alkoxy groups having 1 to 10 carbon atoms, substituted or unsubstituted alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, and substituted or unsubstituted carbon atoms having 3 carbon atoms. It is a cycloalkyl group of up to 20 or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms which is substituted or unsubstituted.
Specifically, in the repeating unit A, l may be a value satisfying the range of 1 ≦ l ≦ 6, that is, l may be a value satisfying the range of 1 or more and 6 or less.
Further, R'and R'' are independently hydrogen, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, and preferably R'and R'' are hydrogen. obtain. However, this is only an example, and one embodiment of the present invention is not limited to this.
一方、前記非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂のエポキシ当量(EEW、epoxy equivalent weight)は、200g/eq~500g/eqまたは230g/eq~480g/eqであり得る。ここで、前記エポキシ当量は、前記樹脂の数平均分子量(g/mol)をエポキシ当量数(eq/mol)で割った値である。前記共重合体中のエポキシ基は、上述した段階3でフェノールのヒドロキシがエポキシ化された部位であり、その含有量が上記の範囲を満たすことは、優れた熱安定性と共に高い柔軟性と屈折率を実現できることを意味する。 On the other hand, the epoxy equivalent (EEW, epoxyy equivalent weight) of the amorphous fluorene-based epoxy resin may be 200 g / eq to 500 g / eq or 230 g / eq to 480 g / eq. Here, the epoxy equivalent is a value obtained by dividing the number average molecular weight (g / mol) of the resin by the epoxy equivalent number (eq / mol). The epoxy group in the copolymer is the site where the hydroxy of phenol was epoxidized in the above-mentioned step 3, and that the content thereof satisfies the above range is high flexibility and refraction as well as excellent thermal stability. It means that the rate can be achieved.
前記非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂の数平均分子量(Mn)は200g/mol~2000g/molであり、重量平均分子量(Mw)は300g/mol~2000g/molであり得る。具体的には、前記非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂の数平均分子量(Mn)は、250g/mol~2000g/mol、または300g/mol~2000g/mol、または325g/mol~1500g/mol、または350g/mol~1250g/mol、または400g/mol~1000g/molであり得る。また、前記非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂の重量平均分子量(Mw)は、300g/mol~2000g/mol、または350g/mol~2000g/mol、または350g/mol~1500g/mol、または360g/mol~1250g/mol、または420g/mol~950g/molであり得る。また、前記フルオレン系ビフェノール樹脂の数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比(Mw/Mn)で決定される分子量分布(Mw/Mn)は0.8~4.0、または0.9~2.0、または0.95~1.8、または1.03~1.4であり得る。 The non-crystalline fluorene epoxy resin may have a number average molecular weight (Mn) of 200 g / mol to 2000 g / mol and a weight average molecular weight (Mw) of 300 g / mol to 2000 g / mol. Specifically, the number average molecular weight (Mn) of the non-crystalline fluorene-based epoxy resin is 250 g / mol to 2000 g / mol, 300 g / mol to 2000 g / mol, or 325 g / mol to 1500 g / mol, or 350 g. It can be from / mol to 1250 g / mol or 400 g / mol to 1000 g / mol. The weight average molecular weight (Mw) of the non-crystalline fluorene epoxy resin is 300 g / mol to 2000 g / mol, 350 g / mol to 2000 g / mol, or 350 g / mol to 1500 g / mol, or 360 g / mol or more. It can be 1250 g / mol, or 420 g / mol to 950 g / mol. Further, the molecular weight distribution (Mw / Mn) determined by the ratio (Mw / Mn) of the weight average molecular weight (Mw) to the number average molecular weight (Mn) of the fluorene-based biphenol resin is 0.8 to 4.0, or 0. It can be 9.9 to 2.0, or 0.95 to 1.8, or 1.03 to 1.4.
一例として、前記非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂の数平均分子量および重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(Gel permeation chromatography、GPC)を用いて測定し、得られた測定値をポリスチレンで換算した値であり得る。具体的な測定方法は、フルオレン系エポキシ樹脂に対して適用可能な通常の方法を適用することができる。 As an example, the number average molecular weight and the weight average molecular weight of the non-crystalline fluorene-based epoxy resin are measured by gel permeation chromatography (GPC), and the obtained measured values are converted into polystyrene. could be. As a specific measurement method, a usual method applicable to a fluorene-based epoxy resin can be applied.
また、前記非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂は非結晶性で融点(Tm)は30℃~120℃、または30℃~100℃であり、または30℃~80℃または60℃~68℃であり得る。これは結晶化を下げるために追加された工程に起因したもので、前記非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂の融点は、既存の結晶性フルオレン系エポキシ樹脂での融点(Tm)140℃~170℃に比べて、顕著に低いものと考えられる。 Further, the amorphous fluorene epoxy resin is amorphous and has a melting point (Tm) of 30 ° C. to 120 ° C., or 30 ° C. to 100 ° C., or 30 ° C. to 80 ° C. or 60 ° C. to 68 ° C. .. This is due to a step added to reduce crystallization, and the melting point of the amorphous fluorene epoxy resin is 140 ° C to 170 ° C (Tm) of the existing crystalline fluorene epoxy resin. In comparison, it is considered to be significantly lower.
また、前記非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂は、全体重量を基準にして3%~97%の2官能以上のノボラック重合体を含むエポキシ樹脂であって、フェノール系硬化剤と硬化時のガラス転移温度(Tg)は180℃以上または180℃~250℃、または183℃~200℃の高いガラス転移温度を実現するので、高いガラス転移温度と高い柔軟性を同時に実現できるという特徴がある。 The non-crystalline fluorene epoxy resin is an epoxy resin containing a bifunctional or higher novolak polymer of 3% to 97% based on the total weight, and is a phenol-based curing agent and a glass transition temperature at the time of curing. Since (Tg) realizes a high glass transition temperature of 180 ° C. or higher, 180 ° C. to 250 ° C., or 183 ° C. to 200 ° C., it is characterized in that a high glass transition temperature and high flexibility can be realized at the same time.
一例として、前記非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂の融点(Tm)およびガラス転移温度(Tg)は、示差走査熱量計(DSC、differential scanning calorimeter)を用いて測定することができる。具体的には、樹脂サンプルを常温以下の温度から10℃/minの速度で温度を増加させてDSC(Mettler社製)曲線で一定の傾きで吸熱が現れるHeat Flowの変化する部分が現れ、このようにHeat Flowが変化し始める温度と変化が終わる温度との中間値をガラス転移温度(Tg)とし、このようなDSC曲線の下に相当する吸熱ピーク(peak)の頂点に相当する温度を融点(Tm)とする。 As an example, the melting point (Tm) and glass transition temperature (Tg) of the non-crystalline fluorene epoxy resin can be measured using a differential scanning calorimetry (DSC). Specifically, the temperature of the resin sample is increased from a temperature below room temperature at a rate of 10 ° C./min, and a changing part of Heat Flow appears on the DSC (manufactured by Mettler) curve where heat absorption appears at a constant inclination. The intermediate value between the temperature at which the Heat Flow begins to change and the temperature at which the change ends is defined as the glass transition temperature (Tg), and the temperature corresponding to the peak of the heat absorption peak (peak) corresponding to the bottom of the DSC curve is the melting point. (Tm).
また、前記非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂は非結晶性で低い溶融温度以外でも軟化点が現れる特徴を有する。具体的には、前記非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂の軟化点(Ts)は70℃~120℃、または80℃~110℃、または85℃~105℃、または88℃~98℃であり得る。ここで、前記非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂の軟化点(softening point)は、環球法(Ring and Ball method)を用いてASTM E28規格により測定することができる。 Further, the amorphous fluorene-based epoxy resin is amorphous and has a characteristic that a softening point appears even at a temperature other than a low melting temperature. Specifically, the softening point (Ts) of the amorphous fluorene epoxy resin can be 70 ° C. to 120 ° C., or 80 ° C. to 110 ° C., or 85 ° C. to 105 ° C., or 88 ° C. to 98 ° C. Here, the softening point of the amorphous fluorene-based epoxy resin can be measured by the ASTM E28 standard using the Ring and Ball method.
また、前記非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂は、溶融粘度が290cps~500cps、または320cps~400cps、または350cps~397cpsであり得る。一例として、前記溶融粘度は、ブルックフィールド(Brookfield)社製の回転式粘度計を用いて150℃で測定した値である。 Further, the amorphous fluorene epoxy resin may have a melt viscosity of 290 cps to 500 cps, or 320 cps to 400 cps, or 350 cps to 397 cps. As an example, the melt viscosity is a value measured at 150 ° C. using a rotary viscometer manufactured by Brookfield.
また、前記非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂は、シクロヘキサノン溶剤に樹脂試料を1:1の重量比で溶解した後、常温(RT、23℃~25℃)で結晶化して析出される現象を測定した時、結晶が析出せず、非常に優れた貯蔵安定性を有する。 Further, the amorphous fluorene-based epoxy resin was measured by dissolving a resin sample in a cyclohexanone solvent at a weight ratio of 1: 1 and then crystallizing and precipitating at room temperature (RT, 23 ° C to 25 ° C). At times, crystals do not precipitate and have very good storage stability.
また、前記非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂は、屈折率(R.I)は1.61~1.639、または1.62~1.629、1.625~1.629、1.6264~1.6289であり得る。一例として、前記屈折率(R.I)は、プリズムに接合して光の入射角を変化させて波長404nmで測定した。 The amorphous fluorene epoxy resin has a refractive index (RI) of 1.61 to 1.639, or 1.62 to 1.629, 1.625 to 1.629, 1.6264 to 1. It can be .6289. As an example, the refractive index (RI) was measured at a wavelength of 404 nm by joining to a prism and changing the incident angle of light.
エポキシ樹脂の製造方法
本発明のさらに他の一実施形態においては、上述した非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂を製造する方法を提供する。
Method for Producing Epoxy Resin In still another embodiment of the present invention, a method for producing the above-mentioned amorphous fluorene-based epoxy resin is provided.
特に、本発明によれば、立体的で嵩高いカルド(cardo)構造を有し、優れた耐熱性と高柔軟性、低い熱膨張係数、高屈折率を確保しながらも、作業性と貯蔵安定性および流動性と平滑性を向上させる非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂を効果的に製造する方法が提供される。 In particular, according to the present invention, it has a three-dimensional and bulky cardo structure, and while ensuring excellent heat resistance and high flexibility, a low coefficient of thermal expansion, and a high refractive index, workability and storage stability are ensured. A method for effectively producing an amorphous fluorene-based epoxy resin having improved properties, fluidity and smoothness is provided.
具体的には、本発明ではフルオレン系化合物とホルムアルデヒドを重縮合するノボラック(Novolac)反応で反応物のモル比を所定の範囲で最適化して、最終エポキシ樹脂の結晶性を調節しながら優れた熱安定性と共に高い柔軟性と屈折率を有し、かつ作業性と貯蔵安定性および流動性と平滑性が良好な特性を示すことができる。 Specifically, in the present invention, the molar ratio of the reactant is optimized in a predetermined range by the Novolac reaction in which a fluorene compound and formaldehyde are polycondensed, and excellent heat is obtained while adjusting the crystallinity of the final epoxy resin. It has high flexibility and refractive index as well as stability, and can exhibit good properties of workability, storage stability, fluidity and smoothness.
より具体的には、酸触媒存在下で、下記化学式2で表されるフルオレン系ビフェノール化合物とホルムアルデヒドを2:1~10:1のモル比で反応させて、下記の繰り返し単位2を含むノボラック型フルオレン系ビフェノール化合物を含むフルオレン系ビフェノール(Biphenol)樹脂を製造する段階(段階1)と、前記フルオレン系ビフェノール(Biphenol)樹脂をエピハロヒドリンと水酸化塩の存在下で反応させる段階(段階2)と、を含む、上述した非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂の製造方法を提供する。
R5およびR6はそれぞれ独立して、水素、置換または非置換の炭素数1~10のアルコキシ基、置換または非置換の炭素数1~10のアルキル基、置換または非置換の炭素数3~20のシクロアルキル基、または置換または非置換の炭素数6~30のアリール基であり、
mは2≦m≦10の範囲を満たす値、つまり、mは3以上~10以下の範囲を満たす値であり、
R7およびR8はそれぞれ独立して、水素、置換または非置換の炭素数1~10のアルコキシ基、置換または非置換の炭素数1~10のアルキル基、置換または非置換の炭素数3~20のシクロアルキル基、または置換または非置換の炭素数6~30のアリール基である。
特に、前記繰り返し単位2中、mは2以上~10以下の範囲の値であり、具体的には、mは2以上~6以下の範囲を満たす値である。特に、mは樹脂の成形改善および相溶性と作業性を改善する側面から2以上または3以上であり得、熱安定性と共に高い柔軟性と低い熱膨張係数などを確保する側面から10以下であり得る。
More specifically, in the presence of an acid catalyst, a fluorene-based biphenol compound represented by the following chemical formula 2 is reacted with formaldehyde at a molar ratio of 2: 1 to 10: 1, and a novolak type containing the following repeating unit 2. A step of producing a fluorene-based biphenol resin containing a fluorene-based biphenol compound (step 1), and a step of reacting the fluorene-based biphenol resin with epihalohydrin in the presence of a hydroxide salt (step 2). The above-mentioned method for producing a non-crystalline fluorene-based epoxy resin, which comprises the above-mentioned.
R 5 and R 6 are independently hydrogen, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted, and 3 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted. 20 cycloalkyl groups, or substituted or unsubstituted aryl groups having 6 to 30 carbon atoms.
m is a value that satisfies the range of 2 ≦ m ≦ 10, that is, m is a value that satisfies the range of 3 or more and 10 or less.
R 7 and R 8 are independently hydrogen, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted, and 3 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted. It is a cycloalkyl group of 20 or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms which is substituted or unsubstituted.
In particular, in the repeating unit 2, m is a value in the range of 2 or more and 10 or less, and specifically, m is a value satisfying the range of 2 or more and 6 or less. In particular, m may be 2 or more or 3 or more from the aspect of improving the molding of the resin and improving compatibility and workability, and 10 or less from the aspect of ensuring high flexibility and a low coefficient of thermal expansion as well as thermal stability. obtain.
好ましくは、前記化学式2で表されるフルオレン系化合物は、下記化学式2aを含む。
前記化学式2中、R5およびR6はそれぞれ独立して、水素、炭素数1~4のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基であり、好ましくは、R5およびR6は水素であり得る。ただし、これは一例に過ぎず、本発明の一実施形態はこれに限定されない。 In the above chemical formula 2, R 5 and R 6 are independently hydrogen, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, and preferably R 5 and R 6 are hydrogen. could be. However, this is only an example, and one embodiment of the present invention is not limited to this.
特に、前記非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂の製造方法において、前記化学式2で表されるフルオレン系ビフェノール化合物とホルムアルデヒドは2:1~10:1のモル比で、具体的には2.5:1~10:1、または3:1~10:1、または4.5:1~10:1、または6:1~10:1、または6:1~8:1のモル比で反応させることを特徴とする。前記化学式2で表されるフルオレン系ビフェノール化合物とホルムアルデヒドの反応モル比は、軟化点と溶融粘度が低くて流動性と平滑性の高いエポキシ中間体に適用するための側面から2:1のモル比以上であり得、溶剤に溶解度が低下して析出されて貯蔵安定性が低下するか、高い融点によって作業性が低下するなどの問題のない非結晶性状態で存在する樹脂を合成するための側面から10:1のモル比以下であり得る。 In particular, in the method for producing a non-crystalline fluorene-based epoxy resin, the fluorene-based biphenol compound represented by the chemical formula 2 and formaldehyde have a molar ratio of 2: 1 to 10: 1, specifically 2.5: 1. Reactioning at a molar ratio of ~ 10: 1, or 3: 1 ~ 10: 1, or 4.5: 1 ~ 10: 1, or 6: 1 ~ 10: 1, or 6: 1 ~ 8: 1. It is a feature. The reaction molar ratio of the fluorene-based biphenol compound represented by the chemical formula 2 to formaldehyde is a molar ratio of 2: 1 from the aspect of being applied to an epoxy intermediate having a low softening point and a low melt viscosity and high fluidity and smoothness. Aspects for synthesizing a resin that exists in a non-crystalline state without problems such as a decrease in solubility in a solvent and precipitation due to a decrease in storage stability, or a decrease in workability due to a high melting point. To 10: 1 molar ratio or less.
前記段階1で、前記化学式2で表されるフルオレン系ビフェノール化合物とホルムアルデヒドを反応させる段階は、酸触媒存在下でノボラック反応により付加縮合物としてメチレン基によって連結された固相形態の非結晶性樹脂を製造することを特徴とする。 In step 1, the step of reacting formaldehyde with the fluorene-based biphenol compound represented by the chemical formula 2 is a solid-phase non-crystalline resin linked by a methylene group as an addition condensate by a novolak reaction in the presence of an acid catalyst. It is characterized by manufacturing.
具体的には、前記化学式2で表されるフルオレン系ビフェノール化合物とホルムアルデヒドを反応させる段階は、750Torr~770Torrまたは755Torr~765Torrの条件下で、100℃~140℃または115℃~125℃で行うことができる。一例として、前記段階1のノボラック反応は、上述のような条件で1時間~10時間、または2時間~6時間行うことができる。 Specifically, the step of reacting the fluorene-based biphenol compound represented by the chemical formula 2 with formaldehyde is carried out under the conditions of 750 Torr to 770 Torr or 755 Torr to 765 Torr at 100 ° C. to 140 ° C. or 115 ° C. to 125 ° C. Can be done. As an example, the novolak reaction of step 1 can be carried out for 1 hour to 10 hours, or 2 hours to 6 hours under the conditions as described above.
また、前記段階1において、前記酸触媒はシュウ酸、硫酸、塩酸、燐酸、パラトルエンスルホン酸、メチルスルホン酸、および酢酸からなる群より選択される1種以上であり、好ましくはシュウ酸を使用することができる。ただし、これは一例に過ぎず、本発明の一実施形態はこれに限定されない。 Further, in the step 1, the acid catalyst is one or more selected from the group consisting of oxalic acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, paratoluene sulfonic acid, methyl sulfonic acid, and acetic acid, and oxalic acid is preferably used. can do. However, this is only an example, and one embodiment of the present invention is not limited to this.
前記酸触媒は、前記化学式2で表されるフルオレン系ビフェノール化合物100モルを基準にして0.01モル部~10モル部、具体的には0.05モル部~8モル部、または0.1モル部~5モル部、または0.5モル部~4モル部の含有量で使用することができる。 The acid catalyst is 0.01 mol to 10 mol parts, specifically 0.05 mol to 8 mol parts, or 0.1 mol, based on 100 mol of the fluorene-based biphenol compound represented by the chemical formula 2. It can be used in a content of 5 mol parts to 5 mol parts or 0.5 mol part to 4 mol parts.
一方、前記ノボラック反応で得られたフルオレン系化合物は、前記繰り返し単位2を含むノボラック型フルオレン系ビフェノール化合物を含む非結晶性フルオレン系ビフェノール樹脂(ノボラック型フェノール樹脂)である。 On the other hand, the fluorene-based compound obtained by the novolak reaction is a non-crystalline fluorene-based biphenol resin (novolak-type phenol resin) containing a novolak-type fluorene-based biphenol compound containing the repeating unit 2.
好ましくは、前記繰り返し単位2を含むノボラック型フルオレン系ビフェノール化合物は、下記の繰り返し単位2aを含む。
具体的には、前記繰り返し単位2中、R7およびR8はそれぞれ独立して、水素、炭素数1~4のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基であり、好ましくは、R7およびR8は水素であり得る。ただし、これは一例に過ぎず、本発明の一実施形態はこれに限定されない。
Preferably, the novolak-type fluorene-based biphenol compound containing the repeating unit 2 contains the following repeating unit 2a.
Specifically, in the repeating unit 2, R 7 and R 8 are independently hydrogen, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, and R 7 is preferable. And R 8 can be hydrogen. However, this is only an example, and one embodiment of the present invention is not limited to this.
また、前記フルオレン系ビフェノール樹脂は、数平均分子量(Mn)は200g/mol~2000g/molであり、重量平均分子量(Mw)は200g/mol~2000g/molであり得る。具体的には、前記フルオレン系ビフェノール樹脂の数平均分子量(Mn)は、前記化学式1で表される結晶性モノマーの数平均分子量より大きく、より具体的には300g/mol~2000g/mol、または400g/mol~2000g/mol、または420g/mol~1500g/mol、または425g/mol~1250g/mol、または425g/mol~800g/molであり得る。また、前記フルオレン系ビフェノール樹脂の重量平均分子量(Mw)は、前記化学式1で表される結晶性モノマーの重量平均分子量より大きく、より具体的には300g/mol~2000g/mol、または400g/mol~2000g/mol、または420g/mol~1500g/mol、または425g/mol~1250g/mol、または450g/mol~950g/molであり得る。また、前記フルオレン系ビフェノール樹脂の数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比(Mw/Mn)で決定される分子量分布(Mw/Mn)は0.5~4.0、または0.8~2.0、または0.9~1.5、または1.05~1.2であり得る。 The fluorene-based biphenol resin may have a number average molecular weight (Mn) of 200 g / mol to 2000 g / mol and a weight average molecular weight (Mw) of 200 g / mol to 2000 g / mol. Specifically, the number average molecular weight (Mn) of the fluorene-based biphenol resin is larger than the number average molecular weight of the crystalline monomer represented by the chemical formula 1, and more specifically, 300 g / mol to 2000 g / mol, or It can be 400 g / mol to 2000 g / mol, or 420 g / mol to 1500 g / mol, or 425 g / mol to 1250 g / mol, or 425 g / mol to 800 g / mol. The weight average molecular weight (Mw) of the fluorene-based biphenol resin is larger than the weight average molecular weight of the crystalline monomer represented by the chemical formula 1, and more specifically, 300 g / mol to 2000 g / mol or 400 g / mol. It can be from 2000 g / mol, or 420 g / mol to 1500 g / mol, or 425 g / mol to 1250 g / mol, or 450 g / mol to 950 g / mol. Further, the molecular weight distribution (Mw / Mn) determined by the ratio (Mw / Mn) of the weight average molecular weight (Mw) to the number average molecular weight (Mn) of the fluorene-based biphenol resin is 0.5 to 4.0 or 0. It can be .8 to 2.0, or 0.9 to 1.5, or 1.05 to 1.2.
一例として、前記フルオレン系ビフェノール樹脂の数平均分子量(Mn)および重量平均分子量(Mw)は、ゲル浸透クロマトグラフィー(Gel permeation chromatography、GPC)を用いて測定し、得られた測定値をポリスチレンで換算した値であり得る。具体的な測定方法は、フルオレン系ビフェノール樹脂に対して適用可能な通常の方法を適用することができる。 As an example, the number average molecular weight (Mn) and the weight average molecular weight (Mw) of the fluorene-based biphenol resin were measured by gel permeation chromatography (GPC), and the obtained measured values were converted into polystyrene. Can be the value. As a specific measurement method, a usual method applicable to a fluorene-based biphenol resin can be applied.
具体的には、前記フルオレン系ビフェノール樹脂は、水酸基当量が175g/eq~250g/eq、または180g/eq~200g/eq、または185g/eq~190g/eqであり得る。ここで、前記水酸基当量(OHEW、hydroxy equivalent weight)は、前記樹脂の数平均分子量(g/mol)を水酸基当量数(eq/mol)で割った値である。前記樹脂中の水酸基当量が上記の範囲を満たすことは、後続のエポキシ化段階により優れた熱安定性と共に高い柔軟性と屈折率を実現できることを意味する。 Specifically, the fluorene-based biphenol resin may have a hydroxyl group equivalent of 175 g / eq to 250 g / eq, or 180 g / eq to 200 g / eq, or 185 g / eq to 190 g / eq. Here, the hydroxyl group equivalent (OHEW, hydroxy equivalent weight) is a value obtained by dividing the number average molecular weight (g / mol) of the resin by the hydroxyl group equivalent number (eq / mol). The fact that the hydroxyl group equivalent in the resin satisfies the above range means that high flexibility and a high refractive index can be realized with excellent thermal stability in the subsequent epoxidation step.
また、前記フルオレン系ビフェノール樹脂は、融点(Tm)が現れないか、または融点(Tm)が150℃~230℃、または160℃~225℃、または170℃~222℃であり得る。一例として、前記フルオレン系ビフェノール樹脂の融点(Tm)は、示差走査熱量計(DSC、differential scanning calorimeter)を用いて測定することができる。具体的には、樹脂サンプルを常温以下の温度から10℃/minの速度で温度を増加させてDSC(Mettler社製)曲線の下に相当する吸熱ピーク(peak)の頂点に相当する温度を融点(Tm)とする。 Further, the fluorene-based biphenol resin may not have a melting point (Tm), or may have a melting point (Tm) of 150 ° C. to 230 ° C., 160 ° C. to 225 ° C., or 170 ° C. to 222 ° C. As an example, the melting point (Tm) of the fluorene-based biphenol resin can be measured using a differential scanning calorimetry (DSC). Specifically, the temperature of the resin sample is increased from a temperature below room temperature at a rate of 10 ° C./min, and the temperature corresponding to the apex of the heat absorption peak (peak) corresponding to the bottom of the DSC (Mettler) curve is set to the melting point. (Tm).
また、前記フルオレン系ビフェノール樹脂は、軟化点(Ts)が現れないか、または軟化点(Ts)が110℃~180℃、または120℃~165℃、または125℃~150℃であり得る。ここで、前記フルオレン系ビフェノール樹脂の軟化点(softening point)は、環球法(Ring and Ball method)を用いてASTM E28規格により測定することができる。 Further, the fluorene-based biphenol resin may have no softening point (Ts), or the softening point (Ts) may be 110 ° C. to 180 ° C., 120 ° C. to 165 ° C., or 125 ° C. to 150 ° C. Here, the softening point of the fluorene-based biphenol resin can be measured by the ASTM E28 standard using the Ring and Ball method.
一方、前記ノボラック反応で得られた非結晶性フルオレン系ビフェノール樹脂(ノボラック型フェノール樹脂)は、エピハロヒドリンと水酸化塩の存在下で反応させて(段階2)、最終物質である非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂を製造する。 On the other hand, the non-crystalline fluorene-based biphenol resin (novolak-type phenol resin) obtained by the novolak reaction is reacted with epihalohydrin in the presence of a hydroxide salt (step 2), and the final substance is a non-crystalline fluorene-based biphenol resin. Manufacture epoxy resin.
具体的には、前記フルオレン系ビフェノール樹脂をエピハロヒドリンと反応させる段階は、水酸化塩の存在下で100Torr~300Torr、または120Torr~200Torr、または140Torr~180Torrの圧力条件で25℃~120℃、または30℃~120℃、または30℃~80℃で行うことができる。一例として、前記段階2のエポキシ化反応は、前述の条件で0.5時間~10時間、または2時間~6時間、または3時間~5時間行うことができる。 Specifically, the step of reacting the fluorene-based biphenol resin with epihalohydrin is 25 ° C. to 120 ° C., or 30 at a pressure condition of 100 Torr to 300 Torr, or 120 Torr to 200 Torr, or 140 Torr to 180 Torr in the presence of a hydroxide salt. It can be carried out at ° C. to 120 ° C. or 30 ° C. to 80 ° C. As an example, the epoxidation reaction of the step 2 can be carried out for 0.5 hours to 10 hours, or 2 hours to 6 hours, or 3 hours to 5 hours under the above-mentioned conditions.
前記段階2で、エピハロヒドリンの使用量は、フルオレン系ビフェノール樹脂の水酸基に対して1倍~20倍モルであり、具体的には4倍~8倍モルであり得る。 In step 2, the amount of epihalohydrin used may be 1 to 20 times the molar amount, specifically 4 to 8 times the molar amount of the hydroxyl group of the fluorene-based biphenol resin.
また、前記エピハロヒドリンは、エピフルオロヒドリン、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリン、エピヨードヒドリン、およびβ-メチルエピクロロヒドリンからなる群より選択される1種以上であり得、具体的には、エピクロロヒドリンを使用することができる。 Further, the epihalohydrin may be one or more selected from the group consisting of epifluorohydrin, epichlorohydrin, epibromohydrin, epiiodohydrin, and β-methylepichlorohydrin, and may be specific. Epichlorohydrin can be used for.
前記段階2で、前記水酸化塩の使用量は、フェノール樹脂の水酸基に対して0.85倍~1.2倍モルであり得る。 In the step 2, the amount of the hydroxide salt used may be 0.85 to 1.2 times the molar amount of the hydroxyl group of the phenol resin.
また、前記水酸化塩は、アルカリ金属やアルカリ土類金属の水酸化物であり得、一例として、NaOH、KOH、CsOH、Ca(OH)2、およびMg(OH)2からなる群より選択される1種以上であり得る。具体的には、NaOH、KOHなどを使用することができる。ただし、これは一例に過ぎず、本発明の一実施形態はこれに限定されない。 Further, the hydroxide salt can be a hydroxide of an alkali metal or an alkaline earth metal, and is selected from the group consisting of NaOH, KOH, CsOH, Ca (OH) 2 and Mg (OH) 2 as an example. Can be one or more species. Specifically, NaOH, KOH and the like can be used. However, this is only an example, and one embodiment of the present invention is not limited to this.
前記水酸化塩は、固体状態または水に溶解した水溶液状態で使用することができ、具体的には、100Torr~300Torrまたは120Torr~200Torrの圧力条件で25℃~120℃または30℃~120℃で0.5時間~6時間または2時間~5時間にわたって小分けして投入するか、または滴下する方式で投入して反応させ得る。 The hydroxide salt can be used in a solid state or an aqueous solution dissolved in water, and specifically, at 25 ° C. to 120 ° C. or 30 ° C. to 120 ° C. under pressure conditions of 100 Torr to 300 Torr or 120 Torr to 200 Torr. It can be added in small portions over 0.5 hours to 6 hours or 2 hours to 5 hours, or can be added by a dropping method to cause a reaction.
以下、前述のような非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂の製造方法について、具体的な例を用いて上記方法の各工程について説明する。 Hereinafter, each step of the above-mentioned method will be described with reference to a specific example of the above-mentioned method for producing an amorphous fluorene-based epoxy resin.
結晶性化合物である4,4’-(9-フルオレニリデン)ジフェノール(4,4’-(9-Fluorenylidene)diphenol)をシュウ酸(oxalic acid)存在下でホルムアルデヒド(Formalin)とノボラック(novolac)との反応によって下記化学式Aで表される固形の高分子樹脂を製造することができる。この時、ノボラック反応のモル比の変更により4,4’-(9-フルオレニリデン)ジフェノールの反応性を調節することができ、ゲル浸透クロマトグラフィー(Gel permeation chromatography、GPC)分析による分子量分布を確認し、Ring and Ball methodによって生成物の軟化点(Ts、softening point)を測定した。したがって、下記中のn’=0(monomer)含有量の調節により結晶性/非結晶性特性を制御することができ、エポキシ樹脂の合成に好適な中間体樹脂として、下記化学式Aで表される4,4’-(9-Fluorenylidene)diphenol-novolac樹脂を製造することができる。この時、前記ノボラック反応の好ましいモル比の範囲および工程条件などは上述した通りである。
前記化学式Aで表される4,4’-(9-フルオレニリデン)ジフェノール-ノボラック樹脂(4,4’-(9-Fluorenylidene)diphenol-novolac resin)は、過剰のエピクロロヒドリン(Epichlorohydrin)に溶解して減圧条件下でNaOHとの反応によってエポキシ化を行い、最終生成物である下記化学式Bで表される非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂を製造するこができる。
一例として、フェノール樹脂の水酸基に対して1倍~20倍の過剰モルのエピクロロヒドリン、好ましくは3倍~8倍モルのエピクロロヒドリンに、前記合成方法で製造されたフルオレン系フェノール樹脂を溶解して水酸化ナトリウムを固体または水溶液でさらに30℃~120℃の反応温度で0.5時間~10時間減圧下で反応させて得られる。この時、減圧下で反応を行う理由は、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムと反応して発生した水または反応に使用された水を除去するためであり、水を除去して反応を行うことによって副反応を抑制し、エポキシ化を行うことができる。 As an example, a fluorene-based phenol resin produced by the above synthetic method is prepared by adding 1 to 20 times the excess mole of epichlorohydrin, preferably 3 to 8 times the mole of epichlorohydrin to the hydroxyl group of the phenol resin. Is dissolved and sodium hydroxide is further reacted with a solid or aqueous solution at a reaction temperature of 30 ° C. to 120 ° C. under reduced pressure for 0.5 hours to 10 hours. At this time, the reason for carrying out the reaction under reduced pressure is to remove the water generated by the reaction with sodium hydroxide or potassium hydroxide or the water used for the reaction, and by removing the water and carrying out the reaction. Epoxidation can be performed by suppressing side reactions.
エポキシ樹脂組成物および硬化物
本発明のさらに他の一実施形態においては、上述した非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂組成物、およびこれから形成されたエポキシ樹脂硬化物を提供する。
Epoxy resin composition and cured product In still another embodiment of the present invention, there is provided an epoxy resin composition containing the above-mentioned non-crystalline fluorene-based epoxy resin, and an epoxy resin cured product formed from the epoxy resin composition.
特に、前記エポキシ樹脂組成物は、上述した非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂と共に硬化剤などを含むエポキシ樹脂硬化性組成物であり得る。 In particular, the epoxy resin composition may be an epoxy resin curable composition containing a curing agent or the like together with the above-mentioned non-crystalline fluorene-based epoxy resin.
具体的には、下記化学式1で表されるフルオレン系エポキシ化合物と下記の繰り返し単位1を含むノボラック型フルオレン系エポキシ化合物を含み、下記の繰り返し単位1を含むノボラック型フルオレン系エポキシ化合物を全体重量を基準にして3%~80%含む、非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂、硬化剤、硬化触媒および溶媒を含むワニス組成物である、エポキシ樹脂硬化性組成物を提供する。
R1およびR2はそれぞれ独立して、水素、置換または非置換の炭素数1~10のアルコキシ基、置換または非置換の炭素数1~10のアルキル基、置換または非置換の炭素数3~20のシクロアルキル基、または置換または非置換の炭素数6~30のアリール基であり、
nは2≦n≦10の範囲を満たす値であり、
R3およびR4はそれぞれ独立して、水素、置換または非置換の炭素数1~10のアルコキシ基、置換または非置換の炭素数1~10のアルキル基、置換または非置換の炭素数3~20のシクロアルキル基、または置換または非置換の炭素数6~30のアリール基である。
Specifically, the novolac-type fluorene-based epoxy compound represented by the following chemical formula 1 and the novolac-type fluorene-based epoxy compound containing the following repeating unit 1 are included, and the total weight of the novolac-type fluorene-based epoxy compound containing the following repeating unit 1 is increased. Provided is an epoxy resin curable composition, which is a varnish composition containing a non-crystalline fluorene epoxy resin, a curing agent, a curing catalyst and a solvent, which contains 3% to 80% as a reference.
R 1 and R 2 are independently hydrogen, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted, and 3 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted. 20 cycloalkyl groups, or substituted or unsubstituted aryl groups having 6 to 30 carbon atoms.
n is a value that satisfies the range of 2 ≦ n ≦ 10.
R 3 and R 4 are independently hydrogen, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted, and 3 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted. It is a cycloalkyl group of 20 or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms which is substituted or unsubstituted.
前記化学式1と前記繰り返し単位1に対する詳細な説明は、上述した通りであるのでここでの詳細な説明は省略する。 Since the detailed description of the chemical formula 1 and the repeating unit 1 is as described above, the detailed description thereof will be omitted here.
前記エポキシ樹脂組成物は、上述のような非結晶性を示すエポキシ樹脂を含むことによって、優れた熱安定性と共に高い柔軟性と屈折率を実現しながらも作業性と貯蔵安定性を確保し、結晶化度を最適点に調節することによってノボラック化時に発生する流動性と平滑性低下の問題を解決した、半導体パッケージ用積層板、高周波伝送用積層板、銅張積層板(CCL:Copper clad laminate)、フレキシブルディスプレイ基板(Flexible display substrate)、絶縁板などの積層板に適用するのに好適である。 By containing the above-mentioned non-crystalline epoxy resin, the epoxy resin composition ensures workability and storage stability while achieving high flexibility and refractive index as well as excellent thermal stability. A laminated board for semiconductor packages, a laminated board for high-frequency transmission, and a copper-clad laminated board (CCL) that solves the problems of fluidity and smoothness deterioration that occur during novolacization by adjusting the crystallinity to the optimum point. ), Flexible display substrate (Flexible display substrate), and suitable for application to laminated plates such as insulating plates.
前記エポキシ樹脂以外の成分は、当業界で一般的に知られているものを選択することができる。 As the component other than the epoxy resin, those generally known in the art can be selected.
また、エポキシ樹脂は物性を調節するために、必要に応じて、フルオレン構造を含まない非フルオレン系エポキシ化合物をさらに含むこともできる。 Further, the epoxy resin may further contain a non-fluorene-based epoxy compound that does not contain a fluorene structure, if necessary, in order to adjust the physical properties.
一例として、前記非フルオレン(non-Fluorene)系エポキシ化合物は、ビスフェノールA、ビスフェノールF、3,3’,5,5’-テトラメチル-4,4’-ジヒドロキシジフェニルメタン、4,4’-ジヒドロキシジフェニルスルホン、4,4’-ジヒドロキシジフェニルケトン、4,4’-ビフェノール、3,3’,5,5’-テトラメチル-4,4’-ジヒドロキシビフェニル、レゾルシノール、カテコール、ヒドロキノン、ジヒドロキシナフタレンなどであるか;または前記化合物のアリル化物またはアリル化ビスフェノールA、アリル化ビスフェノールF、アリル化ノボラック樹脂などの2価フェノール類であるか;あるいはビスフェノールAノボラック、o-クレゾールノボラック、m-クレゾールノボラック、p-クレゾールノボラック、キシレノールノボラック、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、ジシクロペンタジエン系樹脂などの3価以上のフェノール類であるか;またはテトラブロモビスフェノールAなどのハロゲン化ビスフェノール類であるか、またはこれらから選択される混合物のうちの一つから誘導されるグリシジルエーテル化合物であり得る。 As an example, the non-Fluorene epoxy compound is bisphenol A, bisphenol F, 3,3', 5,5'-tetramethyl-4,4'-dihydroxydiphenylmethane, 4,4'-dihydroxydiphenyl. Sulfur, 4,4'-dihydroxydiphenylketone, 4,4'-biphenol, 3,3', 5,5'-tetramethyl-4,4'-dihydroxybiphenyl, resorcinol, catechol, hydroquinone, dihydroxynaphthalene, etc. Or is it an allylated product of the compound or a divalent phenol such as an allylated bisphenol A, an allylated bisphenol F, an allylated novolak resin; or a biphenol A novolak, o-cresol novolak, m-cresol novolak, p- Whether it is a trivalent or higher valence phenol such as cresol novolak, xylenol novolak, phenol aralkyl resin, naphthol aralkyl resin, dicyclopentadiene resin; or halogenated bisphenols such as tetrabromobisphenol A, or select from these. It can be a glycidyl ether compound derived from one of the mixtures to be made.
本発明の非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂と前記非フルオレン系エポキシ化合物は1:3~3:1または1:2~2:1の重量比で使用することで、収縮率、弾性率および成形性のバランスに優れ、かつ高柔軟、高屈折、高耐熱の固有の特性を達成することができる。 The non-crystalline fluorene epoxy resin of the present invention and the non-fluorene epoxy compound are used in a weight ratio of 1: 3 to 3: 1 or 1: 2 to 2: 1 in terms of shrinkage, elastic modulus and moldability. It is possible to achieve the unique characteristics of high flexibility, high refraction, and high heat resistance with excellent balance.
また、前記硬化剤は、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、およびジシアンジアミドを含む群より選択されるいずれか一つ、またはこれらのうちの2以上の混合物を含み得る。例えば、前記フェノールノボラック樹脂は2個以上の水酸基を有し、水酸基当量(OHEW、hydroxy equivalent weight)は80g/eq~200g/eqであり得る。ここで、前記水酸基当量は、前記樹脂の数平均分子量(g/mol)を水酸基当量数(eq/mol)で割った値である。 Further, the curing agent may contain any one selected from the group containing a phenol novolac resin, a cresol novolak resin, a dicyclopentadiene resin, and a dicyandiamide, or a mixture of two or more of them. For example, the phenol novolac resin has two or more hydroxyl groups, and the hydroxyl group equivalent (OHEW, hydroxy equivalent weight) can be 80 g / eq to 200 g / eq. Here, the hydroxyl group equivalent is a value obtained by dividing the number average molecular weight (g / mol) of the resin by the hydroxyl group equivalent number (eq / mol).
前記エポキシ樹脂組成物において、前記エポキシ樹脂と硬化剤の組成比は、前記硬化剤中の水酸基に対する前記エポキシ樹脂中のエポキシ基数、または前記硬化剤中のアミン活性水素基に対する前記エポキシ樹脂中のエポキシ基数のモル比率で、0.8~1.2(エポキシ基/(水酸基またはアミン活性水素基))であることが好ましい。 In the epoxy resin composition, the composition ratio of the epoxy resin to the curing agent is the number of epoxy groups in the epoxy resin with respect to the hydroxyl group in the curing agent, or the epoxy in the epoxy resin with respect to the amine active hydrogen group in the curing agent. The molar ratio of the number of groups is preferably 0.8 to 1.2 (epoxy group / (hydroxyl group or amine active hydrogen group)).
また、前記溶媒は、ケトン系溶媒、アセテート系溶媒、カルビトール系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒、およびアミド系溶媒を含む群より選択されるいずれか一つ、またはこれらのうちの2以上の混合物であり得る。 Further, the solvent is any one selected from the group containing a ketone solvent, an acetate solvent, a carbitol solvent, an aromatic hydrocarbon solvent, and an amide solvent, or two or more of them. It can be a mixture.
前記ケトン系溶媒の例としては、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンなどがあり、前記アセテート系溶媒の例としては、エチルアセテート、ブチルアセテート、セロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、前記カルビトール系溶媒の例としては、セロソルブ、ブチルカルビトールなどがあり、前記芳香族炭化水素系溶媒の例としては、トルエン、キシレンなどがあり、前記アミド系溶媒の例としては、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドンなどがある。 Examples of the ketone solvent include methyl ethyl ketone and cyclohexanone, examples of the acetate solvent include ethyl acetate, butyl acetate, cellosolve acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, and examples of the carbitol solvent include ethyl acetate, butyl acetate and cellosolve acetate. Examples of the aromatic hydrocarbon solvent include toluene and xylene, and examples of the amide solvent include dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone and the like. ..
一方、前記エポキシ樹脂組成物は、硬化触媒をさらに含み得る。この時、前記硬化触媒は、イミダゾール類化合物、ホスフィン類化合物、ホスホニウム塩、および第三アミンを含む群より選択されるいずれか一つ、またはこれらのうちの2以上の混合物であり得る。 On the other hand, the epoxy resin composition may further contain a curing catalyst. At this time, the curing catalyst may be any one selected from the group containing an imidazole compound, a phosphine compound, a phosphonium salt, and a tertiary amine, or a mixture of two or more of these.
本発明のさらに他の一実施形態においては、上述したエポキシ樹脂組成物から形成されたエポキシ樹脂硬化物を提供する。 In still another embodiment of the present invention, there is provided an epoxy resin cured product formed from the epoxy resin composition described above.
具体的には、前記エポキシ樹脂硬化物は、目的とする用途や機能により、前記エポキシ樹脂組成物を完全硬化状態または半硬化状態に形成したものであり得る。前記エポキシ樹脂組成物に対する説明は、上述した通りであるのでここでの説明は省略する。 Specifically, the epoxy resin cured product may be a completely cured state or a semi-cured state of the epoxy resin composition depending on the intended use and function. Since the description of the epoxy resin composition is as described above, the description thereof is omitted here.
また、前記エポキシ樹脂硬化物は、場合によっては前記エポキシ樹脂組成物が含浸されたガラス繊維などを乾燥して形成されたプリプレグ(Prepreg)形態であり得る。 Further, the cured epoxy resin may be in the form of a prepreg formed by drying glass fibers or the like impregnated with the epoxy resin composition.
積層板
本発明のさらに他の一実施形態においては、前記エポキシ樹脂組成物が適用された積層板を提供する。
Laminated Plate In still another embodiment of the present invention, a laminated plate to which the epoxy resin composition is applied is provided.
具体的には、基板と、前記基板の一面または両面上に位置する樹脂層と、を含み、上述したエポキシ樹脂組成物から前記樹脂層が形成された積層板を提供する。 Specifically, the present invention provides a laminated board including a substrate and a resin layer located on one or both sides of the substrate, and the resin layer is formed from the above-mentioned epoxy resin composition.
前記樹脂層は、目的とする用途や機能により、前記エポキシ樹脂組成物を硬化または半硬化状態に形成したものであり得る。前記エポキシ樹脂組成物に対する説明は、上述した通りであるのでここでの説明は省略する。 The resin layer may be a cured or semi-cured state of the epoxy resin composition depending on the intended use and function. Since the description of the epoxy resin composition is as described above, the description thereof is omitted here.
一方、前記基板は、半導体基板、銅箔板、および絶縁板を含む群より選択されるいずれか一つの基板であり得る。例えば、後述する実施例1-1およびそれに伴う評価例でのように、前記基板に銅箔板を使用して、前記積層板をCCL(Copper Clad Laminate)で実現することができる。ただし、これは一例に過ぎず、本発明の一実施形態はこれに限定されない。 On the other hand, the substrate may be any one substrate selected from the group including the semiconductor substrate, the copper foil plate, and the insulating plate. For example, as in Example 1-1 and the evaluation example described later, a copper foil plate can be used for the substrate, and the laminated plate can be realized by CCL (Copper Clad Laminate). However, this is only an example, and one embodiment of the present invention is not limited to this.
積層板の製造方法
本発明のさらに他の一実施形態においては、組成物をガラス繊維に含浸させる段階と、前記組成物が含浸されたガラス繊維を乾燥して、プリプレグ(Prepreg)を得る段階と、前記プリプレグを基板上に積層した後に圧着して積層板を得る段階と、を含む、積層板の製造方法を提供する。
Method for Producing Laminated Plate In still another embodiment of the present invention, there is a step of impregnating the glass fiber with the composition and a step of drying the glass fiber impregnated with the composition to obtain a prepreg. Provided is a method for manufacturing a laminated board, which comprises a step of laminating the prepreg on a substrate and then crimping the prepreg to obtain a laminated board.
これは、上述した積層板を製造するいくつかの方法のうちの一つである。前記プリプレグは一枚だけを使用することも可能であり、複数枚を製造して使用することも可能である。 This is one of several methods for manufacturing the laminates described above. It is possible to use only one prepreg, or to manufacture and use a plurality of prepregs.
また、前記基板は一枚だけを使用することも可能であり、複数枚を使用することも可能である。前記基板を複数枚使用する場合、前記プリプレグを基板上に積層した後に圧着して積層板を得る段階においては、互いに異なる二つの基板の間に前記プリプレグを位置させた後に圧着する。 Further, it is possible to use only one substrate, and it is also possible to use a plurality of the substrates. When a plurality of the substrates are used, at the stage of laminating the prepreg on the substrate and then crimping to obtain a laminated board, the prepreg is positioned between two different substrates and then crimped.
前記プリプレグおよび前記積層板の個数に関係なく、前記プリプレグを基板上に積層した後に圧着して積層板を得る段階において、圧着圧力、温度、時間などは当業界で一般に知られているものに従う。 Regardless of the number of the prepreg and the laminated board, in the step of laminating the prepreg on the substrate and then crimping to obtain the laminated board, the crimping pressure, temperature, time and the like follow those generally known in the art.
以下、本発明の理解を助けるために好ましい実施例を提示する。しかし、下記の実施例は本発明をより容易に理解するために提供されたものに過ぎず、これによって本発明の内容が限定されるものではない。 Hereinafter, preferred embodiments will be presented to aid in the understanding of the present invention. However, the following examples are provided only for easier understanding of the present invention, which does not limit the content of the present invention.
(I)1次反応(段階1):ノボラック反応によるフルオレン系ビフェノール樹脂の製造
下記反応式1で表されるように、結晶性化合物である4,4’-(9-フルオレニリデン)ジフェノール(4,4’-(9-fluorenylidene)diphenol)を酸触媒存在下でホルムアルデヒドとノボラック(novolac)との反応によって生成された重合体を含む固形の高分子樹脂を製造した。
実施例1-1
まず、1L容量の反応容器に4,4’-(9-フルオレニリデン)ジフェノール100g(0.285mol)と酸触媒としてシュウ酸(oxalic acid dihydrate)1g(0.011mol)を、メチルセロソルブ(methyl cellosolve、2-methoxyethanol)200gに添加して80℃で溶解させた。その後、37%(w/v)のホルムアルデヒド3.9g(0.048mol)を添加し、120℃まで昇温させた後、4時間反応させた。この時、前記4,4’-(9-フルオレニリデン)ジフェノール化合物とホルムアルデヒドは6:1のモル比で反応させ、シュウ酸は、前記4,4’-(9-フルオレニリデン)ジフェノール化合物100モルを基準にして3.86モルで反応させた。180℃まで昇温しながらメチルセロソルブを常圧(25℃)で回収し、さらに減圧回収を20torr以下まで進行した。溶媒回収を完了した樹脂は常温で固形化させ、実施例1-1の軟化点は135℃であった。
Example 1-1
First, 100 g (0.285 mol) of 4,4'-(9-fluorenylidene) diphenol and 1 g (0.011 mol) of oxalic acid dihydrate as an acid catalyst were added to a 1 L volume reaction vessel with methyl cellosolve. , 2-methoxyethanol) was added to 200 g and dissolved at 80 ° C. Then, 3.9 g (0.048 mol) of 37% (w / v) formaldehyde was added, the temperature was raised to 120 ° C., and then the reaction was carried out for 4 hours. At this time, the 4,4'-(9-fluorenylidene) diphenol compound was reacted with formaldehyde at a molar ratio of 6: 1, and oxalic acid was 100 mol of the 4,4'-(9-fluorenilidene) diphenol compound. Was reacted at 3.86 mol based on the above. Methyl cellosolve was recovered at normal pressure (25 ° C.) while raising the temperature to 180 ° C., and further reduced pressure recovery was advanced to 20 torr or less. The resin for which the solvent recovery was completed was solidified at room temperature, and the softening point of Example 1-1 was 135 ° C.
実施例2-1
1L容量の反応容器に4,4’-(9-フルオレニリデン)ジフェノール(4,4’-(9-Fluorenylidene)diphenol)100g(0.285mol)と酸触媒としてシュウ酸(oxalic acid)1g(0.011mol)を、メチルセロソルブ(methyl cellosolve、2-methoxyethanol)200gに添加して80℃で溶解させた。その後、37%ホルムアルデヒド2.9g(0.036mol)を添加し、120℃まで昇温させた後、4時間反応させた。この時、前記4,4’-(9-フルオレニリデン)ジフェノール化合物とホルムアルデヒドは8:1のモル比で反応させ、シュウ酸は、前記4,4’-(9-フルオレニリデン)ジフェノール化合物100モルを基準にして3.86モルで反応させた。反応終了後、180℃まで昇温しながらメチルセロソルブを常圧(25℃)で回収し、さらに減圧回収を20torr以下まで進行した。溶媒回収を完了した樹脂は常温で固形化させ、実施例2-1の軟化点は127℃であった。
Example 2-1
100 g (0.285 mol) of 4,4'-(9-fluorenylidene) diphenol (4,4'-(9-Fluorenylidene) diphenyl) and 1 g (0) of oxalic acid as an acid catalyst in a 1 L volume reaction vessel. .011 mol) was added to 200 g of methyl cellosolve (2-methoxyethanol) and dissolved at 80 ° C. Then, 2.9 g (0.036 mol) of 37% formaldehyde was added, the temperature was raised to 120 ° C., and then the reaction was carried out for 4 hours. At this time, the 4,4'-(9-fluorenylidene) diphenol compound was reacted with formaldehyde in a molar ratio of 8: 1, and oxalic acid was 100 mol of the 4,4'-(9-fluorenylidene) diphenol compound. Was reacted at 3.86 mol based on the above. After completion of the reaction, the methyl cellosolve was recovered at normal pressure (25 ° C.) while raising the temperature to 180 ° C., and the vacuum recovery was further advanced to 20 torr or less. The resin for which the solvent recovery was completed was solidified at room temperature, and the softening point of Example 2-1 was 127 ° C.
比較例1-1
4,4’-(9-フルオレニリデン)ジフェノール化合物にノボラック反応を進行しない純度99.9%のモノマー(monomer)を比較群として結晶化特性を評価した。
Comparative Example 1-1
Crystallization characteristics were evaluated using a monomer (monomer) having a purity of 99.9% that does not proceed with the novolak reaction to the 4,4'-(9-fluorenylidene) diphenol compound as a comparative group.
比較例2-1
4,4’-(9-フルオレニリデン)ジフェノール化合物とホルムアルデヒドのモル比を0.55:1とし、シュウ酸は、前記4,4’-(9-フルオレニリデン)ジフェノール化合物100モルを基準にして9.8モルで反応させたことを除いて、実施例1と同様の条件で進行した。生成された樹脂は常温で非結晶性特性を示し、軟化点は197℃であった。
Comparative Example 2-1
The molar ratio of 4,4'-(9-fluorenylidene) diphenol compound to formaldehyde is 0.55: 1, and oxalic acid is based on 100 mol of the 4,4'-(9-fluorenilidene) diphenol compound. The process proceeded under the same conditions as in Example 1 except that the reaction was carried out at 9.8 mol. The produced resin exhibited amorphous properties at room temperature, and the softening point was 197 ° C.
前記実施例1-1~実施例2-1と比較例1-1~比較例2-1の4,4’-(9-フルオレニリデン)ジフェノール-ノボラック樹脂(4,4’-(9-Fluorenylidene)diphenol-novolac resin)に対して、具体的な反応モル比の条件と樹脂に対する物性測定の結果は下記表1の通りである。 4,4'-(9-fluorenylidene) diphenol-novolak resin (4,4'-(9-Fluorenylidene) of Examples 1-1 to 2-1 and Comparative Examples 1-1 to 2-1. ) Diphenyl-novolac resin), the specific reaction molar ratio conditions and the results of physical property measurement for the resin are shown in Table 1 below.
特に、樹脂の結晶性評価において、融点(Tm、℃)、および水酸基当量(OHEW、g/eq)、軟化点(℃)を測定し、GPC分析により数平均分子量(Mn、g/mol)、および重量平均分子量(Mw、g/mol)、分子量分布(Mn/Mw)、前記化学式1で表されるモノマー化合物の含有量(n=1のモノマー含有量、%)および前記繰り返し単位1を含むノボラック重合体(n=2以上の重合体含有量、%)を測定した。この時、前記化学式1で表されるモノマー化合物および前記繰り返し単位1を含むノボラック重合体(n=2以上の重合体含有量、%)の全体重量を基準にして測定した値である。 In particular, in the crystallinity evaluation of the resin, the melting point (Tm, ° C.), the hydroxyl group equivalent (OHEW, g / eq), and the softening point (° C.) were measured, and the number average molecular weight (Mn, g / mol) was determined by GPC analysis. And the weight average molecular weight (Mw, g / mol), the molecular weight distribution (Mn / Mw), the content of the monomer compound represented by the chemical formula 1 (monomer content of n = 1,%) and the repeating unit 1. The novolak polymer (polymer content of n = 2 or more,%) was measured. At this time, it is a value measured based on the total weight of the novolak polymer (n = 2 or more polymer content,%) containing the monomer compound represented by the chemical formula 1 and the repeating unit 1.
この時、前記物性測定は、それぞれ示差走査熱量計(Differential scanning calorimetry、DSC)およびゲル浸透クロマトグラフィー(Gel permeation chromatography、GPC)を用いて行い、具体的な測定方法は上述した通りである。
一方、実施例1-1のフルオレン系ビフェノール樹脂および比較例1-1の4,4’-(9-フルオレニリデン)ジフェノール化合物に対する示差走査熱量計(Differential scanning calorimetry、DSC)の分析グラフをそれぞれ図1および図2に示す。 On the other hand, the analysis graphs of the differential scanning calorimetry (DSC) for the fluorene-based biphenol resin of Example 1-1 and the 4,4'-(9-fluorenylidene) diphenol compound of Comparative Example 1-1 are shown respectively. 1 and FIG. 2 are shown.
特に、図1に示すように、実施例1-1のDSC曲線ではモノマーを結合させて分子量の大きい化合結合で作られたノボラック型化合物を含むフルオレン系ビフェノール樹脂で製造され、非結晶性固体として融点が現れず、図2に示すように、比較例1-1のDSC曲線では単量体構造を有する結晶性樹脂の特性として融点は232℃であった。 In particular, as shown in FIG. 1, in the DSC curve of Example 1-1, it is produced of a fluorene-based biphenol resin containing a novolak-type compound formed by a compound bond having a large molecular weight by binding a monomer, and as a non-crystalline solid. The melting point did not appear, and as shown in FIG. 2, the melting point was 232 ° C. as a characteristic of the crystalline resin having a monomer structure in the DSC curve of Comparative Example 1-1.
また、実施例1-1のフルオレン系ビフェノール樹脂および比較例1-1の4,4’-(9-フルオレニリデン)ジフェノール化合物に対するゲル浸透クロマトグラフィー(Gel permeation chromatography、GPC)の分析グラフをそれぞれ図3および図4に示す。 In addition, the analysis graphs of gel permeation chromatography (GPC) for the fluorene-based biphenol resin of Example 1-1 and the 4,4'-(9-fluorenylidene) diphenol compound of Comparative Example 1-1 are shown respectively. 3 and FIG.
特に、図3に示すように、実施例1-1のGPC曲線ではn=2または3以上の繰り返し単位を有するノボラック型構造の化合物が含まれているフルオレン系ビフェノール樹脂の分子量分布図を確認することができ、図4に示すように、比較例1-1のGPC曲線では繰り返し単位n=1を有する単量体またはモノマー(monomer)構造として4,4’-(9-フルオレニリデン)ジフェノール化合物の単一ピークとして現れることを確認することができた。 In particular, as shown in FIG. 3, in the GPC curve of Example 1-1, the molecular weight distribution diagram of the fluorene-based biphenol resin containing a compound having a novolak-type structure having n = 2 or 3 or more repeating units is confirmed. As shown in FIG. 4, in the GPC curve of Comparative Example 1-1, the 4,4'-(9-fluorenylidene) diphenol compound as a monomer or monomer structure having a repeating unit n = 1 can be obtained. It was confirmed that it appeared as a single peak of.
一方、前記表1に示すように、実施例1-1、実施例2-1、比較例2-1の分子量分布を確認した結果、二量体より大きい重合体が合成されたことを確認することができ、示差走査熱量計(DSC、Differential Scanning Calorimeter)で融点(Tm)を測定して結晶性が十分に制御されたことを確認した。 On the other hand, as shown in Table 1, as a result of confirming the molecular weight distributions of Example 1-1, Example 2-1 and Comparative Example 2-1 it is confirmed that a polymer larger than the dimer was synthesized. It was possible to measure the melting point (Tm) with a differential scanning calorimetry (DSC), and it was confirmed that the crystallinity was sufficiently controlled.
(II)2次反応(段階2):エポキシ化反応で最終物質製造
下記反応式2で表されるように、上記で製造した4,4’-(9-フルオレニリデン)ジフェノール-ノボラック樹脂(4,4’-(9-Fluorenylidene)diphenol-novolac resin)をエピハロヒドリンと水酸化塩の存在下で反応させて、非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂を最終物質として製造した。
前記反応式2中、xは0≦x≦10の範囲を満たす値であり、yは0≦y≦10の範囲を満たす値であり、OGはグリシジルエーテル基(glycidyl ether)である。具体的には、xおよびyはそれぞれ0以上~10以下、または0以上~6以下、または0以上~5以下の範囲を満たす値である。特に、x=0およびy=0である場合、それぞれの反応物に相当するモノマーを示す。 In the reaction formula 2, x is a value satisfying the range of 0 ≦ x ≦ 10, y is a value satisfying the range of 0 ≦ y ≦ 10, and OG is a glycidyl ether. Specifically, x and y are values that satisfy the range of 0 or more and 10 or less, 0 or more and 6 or less, or 0 or more and 5 or less, respectively. In particular, when x = 0 and y = 0, the monomers corresponding to the respective reactants are shown.
実施例1-2
1L容量の反応容器に、実施例1-1の4,4’-(9-フルオレニリデン)ジフェノール-ノボラック樹脂100g(0.53モル)を、エピクロロヒドリン296g(3.2モル)に添加し、65℃で溶解させた。その後、50%NaOH 42g(0.525mol)を30℃~80℃で4時間、180torrの減圧下で滴下して反応させた。この時、前記4,4’-(9-フルオレニリデン)ジフェノール-ノボラック樹脂の水酸基に対して、前記エピクロロヒドリンは3倍~8倍のモル含有量で反応させ、NaOHは0.85倍~1.2倍のモル含有量で反応させた。圧力は180torrを維持し、30℃~120℃で反応を進行し、反応過程で水による副反応を抑制するために水を連続的に除去して反応を進行した。反応が完了した後、メチルイソブチルケトン(MIBK、methyl isobutyl ketone)、トルエン(toluene)と蒸留水を用いて発生した塩と副反応物を除去した。このように製造された非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂のエポキシ当量は250g/eqであった。
Example 1-2
To a 1 L volume reaction vessel, 100 g (0.53 mol) of 4,4'-(9-fluorenylidene) diphenol-novolak resin of Example 1-1 was added to 296 g (3.2 mol) of epichlorohydrin. And dissolved at 65 ° C. Then, 42 g (0.525 mol) of 50% NaOH was added dropwise at 30 ° C. to 80 ° C. for 4 hours under a reduced pressure of 180 torr for reaction. At this time, the epichlorohydrin was reacted with the hydroxyl group of the 4,4'-(9-fluorenylidene) diphenol-novolak resin at a molar content of 3 to 8 times, and NaOH was 0.85 times. The reaction was carried out with a molar content of ~ 1.2 times. The pressure was maintained at 180 torr, the reaction proceeded at 30 ° C to 120 ° C, and the reaction proceeded by continuously removing water in order to suppress side reactions caused by water during the reaction process. After the reaction was completed, the generated salts and by-reactants were removed using methyl isobutyl ketone (MIBK, methyl isobutyl ketone), toluene and distilled water. The epoxy equivalent of the amorphous fluorene-based epoxy resin thus produced was 250 g / eq.
このように製造した実施例1-2の生成物をGPC分析による分子量分布を確認した結果、二量体より大きい重合体が合成され、エポキシ化反応を進行した2次反応生成物はBall and Ring方法によって軟化点(softening point)を測定した。 As a result of confirming the molecular weight distribution of the product of Example 1-2 thus produced by GPC analysis, a polymer larger than the dimer was synthesized, and the secondary reaction product in which the epoxidation reaction proceeded was Ball and Ring. The softening point was measured by the method.
実施例2-2
実施例2-1の4,4’-(9-フルオレニリデン)ジフェノール-ノボラック樹脂100gを使用したことを除いては、実施例1-2の2次反応条件と同様にしてエポキシ化反応を進行した。
Example 2-2
The epoxidation reaction proceeded in the same manner as in the secondary reaction conditions of Example 1-2, except that 100 g of 4,4'-(9-fluorenylidene) diphenol-novolak resin of Example 2-1 was used. did.
このように製造した実施例2-2の生成物をGPC分析による分子量分布を確認した結果、二量体より大きい重合体が合成され、エポキシ化反応を進行した2次反応生成物はBall and Ring方法によって軟化点(softening point)を測定した。 As a result of confirming the molecular weight distribution of the product of Example 2-2 thus produced by GPC analysis, a polymer larger than the dimer was synthesized, and the secondary reaction product in which the epoxidation reaction proceeded was Ball and Ring. The softening point was measured by the method.
比較例1-2
比較例1-1の純度99.9%の4,4’-(9-フルオレニリデン)ジフェノール化合物を使用したことを除いては、実施例1-1と同様の方法でエポキシ樹脂を製造した。
Comparative Example 1-2
An epoxy resin was produced in the same manner as in Example 1-1, except that a 4,4'-(9-fluorenylidene) diphenol compound having a purity of 99.9% in Comparative Example 1-1 was used.
比較例2-2
比較例2-1の4,4’-(9-フルオレニリデン)ジフェノール-ノボラック樹脂100g(0.52モル)を、エピクロロヒドリン296g(3.2モル)に添加し、65℃で溶解させた。その後、50%NaOH 42g(0.525モル)を30℃~80℃で4時間、180torrの減圧下で滴下して反応させ、反応が完了した後、メチルイソブチルケトン(MIBK、methyl isobutyl ketone)、トルエン(toluene)と蒸留水を用いて発生した塩と副反応物を除去した。
Comparative Example 2-2
100 g (0.52 mol) of 4,4'-(9-fluorenylidene) diphenol-novolak resin of Comparative Example 2-1 was added to 296 g (3.2 mol) of epichlorohydrin and dissolved at 65 ° C. rice field. Then, 42 g (0.525 mol) of 50% NaOH was added dropwise at 30 ° C. to 80 ° C. for 4 hours under a reduced pressure of 180 torr to react, and after the reaction was completed, methyl isobutyl ketone (MIBK, methyl isobutyl ketone), Toluene and distilled water were used to remove the generated salts and by-reactants.
このように製造した比較例2-2の生成物をGPC分析による分子量分布を確認した結果、二量体より大きい重合体が合成され、エポキシ化反応を進行した2次反応生成物はBall and Ring方法によって軟化点(softening point)を測定した。 As a result of confirming the molecular weight distribution of the product of Comparative Example 2-2 thus produced by GPC analysis, a polymer larger than the dimer was synthesized, and the secondary reaction product in which the epoxidation reaction proceeded was Ball and Ring. The softening point was measured by the method.
比較例3-2
市販のフェノールノボラックエポキシ樹脂(商品名:YDPN-638EK80、国都化学社製、EEW179.7g/eq、粘度370cps@25℃)を用い、前記エポキシ樹脂(YDPN-638EK80)の構造式は以下の通りである。
Using a commercially available phenol novolac epoxy resin (trade name: YDPN-638EK80, manufactured by Kokuto Kagaku Co., Ltd., EEW179.7 g / eq, viscosity 370 cps @ 25 ° C.), the structural formula of the epoxy resin (YDPN-638EK80) is as follows. be.
前記実施例1-2~実施例2-2と比較例1-2~比較例2-2のフルオレン系エポキシ樹脂に対して、樹脂の結晶性の評価について測定した融点(Tm、℃)、およびエポキシ当量(EEW、g/eq)、軟化点(Ts、℃)、GPC分析による数平均分子量(Mn、g/mol)、および重量平均分子量(Mw、g/mol)、分子量分布(Mn/Mw)、溶融粘度(cps@150℃)、貯蔵安定性(シクロヘキサノン50%稀釈)、屈折率(R.I)の測定結果は、下記表2に示す通りである。 The melting point (Tm, ° C.) measured for the evaluation of the crystallinity of the fluorene epoxy resins of Examples 1-2 to 2-2 and Comparative Examples 1-2 to 2-2, and Epoxy equivalent (EEW, g / eq), softening point (Ts, ° C), number average molecular weight (Mn, g / mol) by GPC analysis, weight average molecular weight (Mw, g / mol), molecular weight distribution (Mn / Mw) ), Melt viscosity (cps @ 150 ° C.), storage stability (cyclohexanone 50% dilute), and refractive index (RI) are as shown in Table 2 below.
この時、前記物性測定はそれぞれ、示差走査熱量計(Differential scanning calorimetry、DSC)およびゲル浸透クロマトグラフィー(Gel permeation chromatography、GPC)を用いて行い、具体的な測定方法は上述した通りである。 At this time, the physical properties are measured by using a differential scanning calorimetry (DSC) and gel permeation chromatography (GPC), respectively, and the specific measurement method is as described above.
ただし、前記フルオレン系エポキシ樹脂の溶融粘度は、ブルックフィールド(Brookfield)社製の回転式粘度計を用いて150℃で測定し、貯蔵安定性はシクロヘキサノン溶剤に試料を1:1の重量比で溶解した後、常温(RT、23℃~25℃)で結晶化して析出される現象を測定し、屈折率(R.I)は、プリズムに接合して光の入射角を変化させて波長404nmで測定した。
上記表2に示すように、実施例1-2および実施例2-2の非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂は、結晶化度を下げながらこれと同時に軟化点と溶融粘度は比較例2-2のエポキシ樹脂より低くなった。これは、最小限の変形でフルオレン(fluorene)構造が有する高屈折率などの固有の特性は維持させながら、高機能性が求められる電子材料など多様な分野に適用可能に固形化された樹脂で製造した。 As shown in Table 2 above, the amorphous fluorene epoxy resins of Examples 1-2 and 2-2 have a softening point and a melt viscosity of Comparative Example 2-2 while lowering the crystallinity. It was lower than epoxy resin. This is a solidified resin that can be applied to various fields such as electronic materials that require high functionality while maintaining the unique characteristics of the fluorene structure such as high refractive index with minimal deformation. Manufactured.
<試験例>
以下の方法で、実施例1-2~実施例2-2と比較例1-2、比較例2-2、および比較例3-2のエポキシ樹脂に対して、銅張積層板(CCL:Copper clad laminate)の製造時の物性評価を測定し、測定結果は下記表3に示す通りである。
<Test example>
Copper-clad laminates (CCL: Copper) were applied to the epoxy resins of Examples 1-2 to Example 2-2, Comparative Example 1-2, Comparative Example 2-2, and Comparative Example 3-2 by the following methods. The physical property evaluation at the time of manufacturing the copper laminate) was measured, and the measurement results are as shown in Table 3 below.
1)CCL評価用試験片の製造
実施例および比較例の各エポキシ樹脂と硬化剤、硬化触媒を固形分含有量の総重量を基準にしてそれぞれ32重量%、0.02重量%の組成で混合し、溶媒としてはメチルエチルケトン(MEK、methyl ethyl ketone)を使用して、固形分含有量が70重量%のワニス溶液をそれぞれ製造した。ここで、硬化剤としては、軟化点が95.2℃のフェノールノボラック硬化剤を使用し、触媒としては2-メチルイミダゾール(2MI、2-methylimidazole)を使用した。このように製造したワニス溶液に対してBrookfield社製の回転式粘度計を用いて25℃で溶液粘度を測定し、測定結果は下記表3に示す通りである。
1) Production of test pieces for CCL evaluation The epoxy resins of Examples and Comparative Examples, the curing agent, and the curing catalyst are mixed in a composition of 32% by weight and 0.02% by weight, respectively, based on the total weight of solid content. Then, methyl ethyl ketone (MEK, methyl ethyl ketone) was used as a solvent to prepare varnish solutions having a solid content of 70% by weight. Here, as the curing agent, a phenol novolac curing agent having a softening point of 95.2 ° C. was used, and as a catalyst, 2-methylimidazole (2MI, 2-methylimidazole) was used. The solution viscosity of the varnish solution thus produced was measured at 25 ° C. using a rotary viscometer manufactured by Brookfield, and the measurement results are as shown in Table 3 below.
このように製造したそれぞれのワニス溶液を2116 type E-glassガラス繊維に含浸させた後、175℃のオーブンに入れて2分間乾燥させて、それぞれのプリプレグ(Prepreg)を製造した。 After impregnating 2116 type E-glass glass fibers with each of the varnish solutions thus produced, the prepreg was produced by placing it in an oven at 175 ° C. and drying it for 2 minutes.
それぞれのプリプレグ8枚を1オンス(oz)の2枚の銅箔の間に位置させた後、180℃の温度と200psiの圧力で1時間30分間熱間圧延(hot press)して、それぞれのCCL物性評価用試験片を得た。 Eight pieces of each prepreg were placed between two 1 ounce (oz) copper foils and then hot pressed at a temperature of 180 ° C. and a pressure of 200 psi for 1 hour and 30 minutes, respectively. A test piece for evaluating CCL physical properties was obtained.
2)ガラス転移温度(Tg)
ガラス転移温度(Tg)は、各実施例および比較例の樹脂組成物を180℃で6時間維持して硬化した後、示差走査熱量計(DSC)を用いてIPC TM-650 2.4.25の規格により測定した。
2) Glass transition temperature (Tg)
The glass transition temperature (Tg) was set to IPC TM-650 2.4.25 using a differential scanning calorimeter (DSC) after the resin compositions of each Example and Comparative Example were maintained at 180 ° C. for 6 hours and cured. Measured according to the standard of.
3)熱膨張係数(Coefficients of thermal expansion、CTE)
熱膨張係数(CTE)は、各実施例および比較例の樹脂組成物を180℃で6時間維持して硬化した後、IPC TM-650 2.4.24規格により測定した。
3) Coefficient of thermal expansion (CTE)
The coefficient of thermal expansion (CTE) was measured according to the IPC TM-650 2.4.24 standard after the resin compositions of each Example and Comparative Example were maintained at 180 ° C. for 6 hours and cured.
4)曲げ弾性率(Flexural modulus)
曲げ弾性率は、各実施例および比較例の樹脂組成物を金属箔に付着させることによってそれぞれの樹脂付き金属箔を製造し、それぞれの樹脂付き金属箔2枚に対して樹脂面に対向して重なることで両面の銅張積層板を製作した。それぞれの両面の銅張積層板を全面エッチングした後、幅5mm×長さ30mmに切断し、DMA(Dynamic Mechanical Analysis)を用いて算出した。
The bending elasticity is determined by adhering the resin compositions of the Examples and Comparative Examples to the metal foils to produce each metal leaf with resin, and facing the resin surface with respect to each of the two metal foils with resin. By overlapping, double-sided copper-clad laminates were manufactured. After etching the entire surface of the copper-clad laminates on both sides, the copper-clad laminates were cut into a width of 5 mm and a length of 30 mm, and calculated using DMA (Dynamic Mechanical Analysis).
Claims (14)
R1およびR2はそれぞれ独立して、水素、置換または非置換の炭素数1~10のアルコキシ基、置換または非置換の炭素数1~10のアルキル基、置換または非置換の炭素数3~20のシクロアルキル基、または置換または非置換の炭素数6~30のアリール基であり、
nは2≦n≦10の範囲を満たす値であり、
R3およびR4はそれぞれ独立して、水素、置換または非置換の炭素数1~10のアルコキシ基、置換または非置換の炭素数1~10のアルキル基、置換または非置換の炭素数3~20のシクロアルキル基、または置換または非置換の炭素数6~30のアリール基である。 The novolac-type fluorene-based epoxy compound represented by the following chemical formula 1 and the novolac-type fluorene-based epoxy compound containing the following repeating unit 1 are contained, and the novolac-type fluorene-based epoxy compound containing the following repeating unit 1 is 3% based on the total weight. Non-crystalline fluorene epoxy resin containing -80%:
R 1 and R 2 are independently hydrogen, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted, and 3 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted. 20 cycloalkyl groups, or substituted or unsubstituted aryl groups having 6 to 30 carbon atoms.
n is a value that satisfies the range of 2 ≦ n ≦ 10.
R 3 and R 4 are independently hydrogen, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted, and 3 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted. It is a cycloalkyl group of 20 or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms which is substituted or unsubstituted.
エポキシ当量は200g/eq~500g/eqである、請求項1に記載の非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂。 The number average molecular weight is 200 g / mol to 2000 g / mol.
The amorphous fluorene-based epoxy resin according to claim 1, wherein the epoxy equivalent is 200 g / eq to 500 g / eq.
前記フルオレン系ビフェノール樹脂をエピハロヒドリンと水酸化塩の存在下で反応させる段階と、を含む、非結晶性フルオレン系エポキシ樹脂の製造方法:
R5およびR6はそれぞれ独立して、水素、置換または非置換の炭素数1~10のアルコキシ基、置換または非置換の炭素数1~10のアルキル基、置換または非置換の炭素数3~20のシクロアルキル基、または置換または非置換の炭素数6~30のアリール基であり、
mは2≦m≦10の範囲を満たす値であり、
R7およびR8はそれぞれ独立して、水素、置換または非置換の炭素数1~10のアルコキシ基、置換または非置換の炭素数1~10のアルキル基、置換または非置換の炭素数3~20のシクロアルキル基、または置換または非置換の炭素数6~30のアリール基である。 In the presence of an acid catalyst, the fluorene-based biphenol compound represented by the following chemical formula 2 is reacted with formaldehyde at a molar ratio of 2: 1 to 10: 1, and the novolac-type fluorene-based biphenol compound containing the following repeating unit 2 is contained. At the stage of manufacturing fluorene-based biphenol resin,
A method for producing a non-crystalline fluorene-based epoxy resin, which comprises a step of reacting the fluorene-based biphenol resin with epihalohydrin in the presence of a hydroxide salt.
R 5 and R 6 are independently hydrogen, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted, and 3 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted. 20 cycloalkyl groups, or substituted or unsubstituted aryl groups having 6 to 30 carbon atoms.
m is a value that satisfies the range of 2 ≦ m ≦ 10.
R 7 and R 8 are independently hydrogen, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted, and 3 to 10 carbon atoms substituted or unsubstituted. It is a cycloalkyl group of 20 or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms which is substituted or unsubstituted.
前記基板の一面または両面上に位置する樹脂層と、を含み、
前記樹脂層は、請求項13に記載のエポキシ樹脂組成物から形成される、積層板。 With the board
Includes a resin layer located on one or both sides of the substrate.
The resin layer is a laminated board formed from the epoxy resin composition according to claim 13.
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