JP3061454B2 - フェノール共重合体およびその製造法 - Google Patents

フェノール共重合体およびその製造法

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  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はフェノール化合物から誘
導される共重合体に関するものである。このような重合
体は、ヘキサメチレンテトラミンのような架橋剤を使用
して熱硬化性樹脂として利用される他、エポキシ樹脂の
原料や硬化剤としても利用できる。
【0002】
【従来の技術】フェノール樹脂として最も典型的なフェ
ノールノボラック樹脂の欠点は、耐水性、耐酸化性が劣
るという構造的要因と、硬化組成物として利用した場合
に固くて脆いという機械的要因とがある。このような要
因を改善する目的で、フェノール樹脂のホルマリン結合
に代えて、新しい結合基をもつフェノール重合体が開発
されている。例えば、フェノール成分(A)と式(1)
(化6)で表わされる
【0003】
【化6】 キシリレン成分(B)から成るフェノール重合体や、フ
ェノール成分(A)と式(2)(化7)で表わされるト
リシクロデカン成分(C)
【0004】
【化7】 から成るフェノール重合体等がある。
【0005】前者の(A)/(B)から成るフェノール
重合体は、特公昭47−15111号公報、特公昭47
−13782号公報、特公昭52−14280号公報等
に開示されている。また、後者の(A)/(C)から成
るフェノール重合体は、特開昭61−168624号公
報、特開昭62−201922号公報、米国特許353
6734号公報および石油学会誌、第27巻No.3(19
84年)207〜213ページ等に開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】近年、複合材用マトリ
ックス樹脂に対する要求性能としては、耐熱性、機械的
強度、耐酸化性、耐水性等において、高度の性能が求め
られており、しかも、これらの性能が一定の水準以上と
なるようなものが特に要望されている。従来のホルマリ
ン結合によるフェノールノボラック樹脂に比較して、キ
シリレン成分(B)を結合基とするフェノール重合体
は、その硬化組成物において、熱安定性、耐酸化性、耐
水性に優れる反面、耐熱性や硬化物の硬さに不十分な点
がある。一方、トリシクロデカン成分(C)を結合基と
するフェノール重合体は、その硬化組成物において、耐
熱性、耐酸化性および耐水性に優れる反面、固くて脆い
という欠点がある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記問題
点を解決するため、鋭意検討した。その結果、本発明を
完成させたものである。即ち、本発明は、フェノール成
分(A)に対して、式(1)(化8)で表わされるキシ
リレン成分(B)
【0008】
【化8】 と式(2)(化9)で表わされるトリシクロデカン成分
(C)
【0009】
【化9】 とを結合基とするフェノール共重合体であって、(A)
/(B)+(C)のモル比が1/0.52〜0.95の
範囲にあり、かつ、(B)/(C)のモル比が0.05
〜0.95/0.95〜0.05であることを特徴とす
る平均分子量400〜10,000のフェノール共重合
体およびその製造法に関するものである。製造法として
は、フェノール化合物と一般式(3)(化10)
【0010】
【化10】 (式中、Xはハロゲン原子、水酸基または−ORであ
り、Rは炭素数1〜4の低級アルキル基を示す)で表わ
されるキシリレン化合物およびジシクロペンタジエンを
酸触媒の存在下で反応させる方法、フェノール化合物と
一般式(3)のキシリレン化合物を酸触媒の存在下で反
応させ、ついでジシクロペンタジエンを反応させる方法
あるいはフェノール化合物とジシクロペンタジエンを酸
触媒の存在下で反応させ、ついで一般式(3)のキシリ
レン化合物を反応させる方法である。
【0011】本発明のフェノール共重合体は、ヘキサメ
チレンテトラミンのような架橋剤を用いて熱硬化成型材
料として利用する他、エポキシ樹脂の硬化剤に用いて注
型、接着、積層成型などの用途に適用できる。また、半
導体封止用の材料としても有用である。これらの硬化組
成物は、耐熱性、熱安定性、耐酸化性、耐水性に優れ、
更に、従来から問題点として指摘されていた硬化物の硬
さや脆さを改良し、調和のとれた性能を有するものであ
る。
【0012】本発明のフェノール共重合体は、フェノー
ル成分(A)と二種類の二価の結合基である式(1)の
キシリレン成分(B)および式(2)のトリシクロデカ
ン成分(C)から成り、フェノール成分(A)1モルに
対し、(B)+(C)成分の合計のモル比は0.52〜
0.95の範囲のものである。また、(B)成分と
(C)成分のモル比は、0.05〜0.95/0.95
〜0.05の任意の割合が選択できるが、硬化組成物と
した場合の硬さと脆さの調和を考慮した場合、0.2〜
0.8/0.8〜0.2の範囲が好ましい。本発明のフ
ェノール共重合体において、フェノール成分(A)と二
種類の二価の結合基、即ちキシリレン成分(B)とトリ
シクロデカン成分(C)との結合様式は下記式(4)
(化11)で表わされる。
【0013】
【化11】 (式中、m、n、lは自然数である)これらの結合様式
から成る共重合体の組成物は、ブロック共重合、ランダ
ム共重合または交互共重合を含むものであり、このもの
の平均分子量は、400〜10000の範囲にある。ま
た、本発明のフェノール共重合体の軟化点(JIS−K
−2548)は40〜160℃の範囲にある。
【0014】本発明のフェノール成分(A)の原料化合
物としては、フェノール、p−クレゾール、o−クレゾ
ール、m−クレゾール、p−エチルフェノール、o−エ
チルフェノール、p−イソプロピルフェノール、p−n
−プロピルフェノール、p−sec −ブチルフェノール、
o−sec −ブチルフェノール、p−tert−ブチルフェノ
ール、o−tert−ブチルフェノール、p−tert−アミル
フェノール、p−tert−オクチルフェノール、ノニルフ
ェノール、ドデシルフェノール、p−シクロヘキシルフ
ェノール、o−フェニルフェノール、p−フェニルフェ
ノール、p−クミルフェノール、p−α−メチルベンジ
ルフェノール、p−クロロフェノール、p−ブロモフェ
ノール、α−ナフトール、β−ナフトール、レゾルシ
ン、カテコール、ハイドロキノン、ピロガロール、フロ
ログリシノール、p−アミノフェノール、m−アミノフ
ェノール等が挙げられるが、これらに限定されるもので
はない。
【0015】前記式(1)で表わされるキシリレン成分
(B)を結合基とするための原料化合物は、一般式
(3)で表わされるキシリレン化合物である。具体的に
は、α,α’−ジクロロ−p−キシレン、α,α’−ジ
クロロ−m−キシレン、α,α’−ジクロロ−o−キシ
レン、α,α’−ジブロモ−p−キシレン、α,α’−
ジフルオロ−p−キシレン、p−キシレングリコール、
m−キシレングリコール、α,α’−ジメトキシ−p−
キシレン、α,α’−ジメトキシ−m−キシレン、α,
α’−ジエトキシ−p−キシレン、α,α’−ジ−n−
プロポキシ−p−キシレン、α,α’−ジイソプロポキ
シ−p−キシレン、α,α’−ジ−n−ブトキシ−p−
キシレン等が挙げられる。これらのうち、工業的に好ま
しくはp−キシリレングリコールまたはα,α’−ジメ
トキシ−p−キシレンである。また、前記式(2)で表
わされるトリシクロデカン成分(C)を結合基とするた
めの原料化合物は、ジシクロペンタジエンである。
【0016】本発明のフェノール共重合体の製造におい
て、縮合反応を行う際の一般式(3)で表わされるキシ
リレン化合物とジシクロペンタジエンのモル比は、樹脂
組成中の含量と同じく0.05〜0.95/0.95〜
0.05、好ましくは0.2〜0.8/0.8〜0.2
の範囲である。また、結合剤であるキシリレン化合物と
ジシクロペンタジエンに対するフェノール化合物の使用
量は、二種の結合剤の合計よりも過剰であればよく、キ
シリレン化合物とジシクロペンタジエンの合計を1モル
とした場合、フェノール化合物の使用モル数は1.05
〜20モル、好ましくは1.1〜10モルの範囲であ
る。本発明の反応では、酸触媒を使用する。この酸触媒
としては、三弗化ホウ素およびその錯体、硫酸、リン
酸、塩化第二錫、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、四塩化
チタン、p−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、
ジエチル硫酸、トリフルオロメタンスルホン酸、リンタ
ングステン酸、リンモリブデン酸等が使用でき、メタン
スルホン酸およびトリフルオロメタンスルホン酸が特に
好ましい。これらの触媒の使用量は、全原料に対して
0.001〜10重量%、好ましくは0.01〜5重量
%の範囲である。
【0017】反応は、通常、無溶媒下で加熱重縮合させ
る方法が一般的であるが、この際、反応に不活性な溶媒
を使用して行っても何ら不都合はない。反応温度は20
〜200℃、好ましくは40〜160℃の範囲である。
反応時間は2〜15時間程度である。本発明における反
応の一般的な実施態様は、触媒を含む全原料を一括装入
し、そのまま所定の温度まで昇温する方法、あるいは、
触媒を含むフェノール化合物に二種の結合剤を添加しな
がら反応させる方法等がある。本発明では、後者の方法
が多用される。この場合、二種の結合剤を同時に反応さ
せることも可能であるが、好ましくは、二段階で反応さ
せる方が良い。即ち、フェノール化合物に対して、ジシ
クロペンタジエンまたはキシリレン化合物のどちらか一
方を添加したのち、他方を加え反応を行う方法である。
【0018】一段階で反応を行う場合、40〜50℃の
低温で、フェノールの水酸基に対するジシクロペンタジ
エンの付加反応が優先して起こり、ついで、加熱によっ
てこれが転移する過程(80〜160℃)で、キシリレ
ン化合物との縮合反応が進行する。二段階で反応を行う
場合、得られる共重合体は、主としてブロックコポリマ
ーの形態を持つものである。この方法は、フェノール化
合物にジシクロペンタジエンを反応させ、ついでキシリ
レン化合物を反応させる方法と、フェノール化合物にキ
シリレン化合物を反応させ、ついでジシクロペンタジエ
ンを反応させる方法とがある。前者の方法では、フェノ
ール化合物にジシクロペンタジエンを反応させる一段目
の反応で、ジシクロペンタジエンがフェノール化合物の
水酸基と反応した段階で、キシリレン化合物と反応させ
る二段目の反応へ移行してもよく、あるいは、完全に転
移させた段階で、二段目の反応を行ってもよい。また、
これら二種の結合剤を所定の温度で交互に加えながら、
反応を行ってもよい。反応の進行は高速液体クロマトグ
ラフィーにより追跡できる。反応終了後、未反応原料お
よび触媒を真空蒸留により回収した後、そのまま排出し
て共重合体を得てもよく、あるいは、トルエン、メチル
イソブチルケトン等の溶媒を加えて、共重合体を溶解さ
せた溶液を水洗して分液した後、脱溶媒して共重合体を
得てもよい。
【0019】
【実施例】次に、本発明を実施例により更に詳細に説明
する。 実施例1 温度計、攪拌装置を付したガラス製反応器に、フェノー
ル94g(1モル)、触媒のトリフルオロメタンスルホ
ン酸0.06gを装入し、内温40〜50℃に保ちなが
ら、ジシクロペンタジエン17.2g(0.13モル)
を1時間で滴下した。滴下後、内温を150℃まで昇温
し、この温度で5時間熟成を行った。つぎに、この反応
液に、α,α’−ジメトキシ−p−キシレン11.63
g(0.07モル)を1時間で滴下し、同温度で3時間
熟成を行って反応を終了した。反応終了後、未反応フェ
ノールを真空蒸留により回収した後、ただちに排出して
放冷した。回収フェノールは61gであった。得られた
赤褐色重合体の収量は56gであり、GPCで測定した
平均分子量(Mn)は427であり、軟化点は74.5
℃であった。この共重合体のフェノール成分(A)、キ
シリレン成分(B)、トリシクロデカン成分(C)のモ
ル比関係は、おおよそ(A)/(B)/(C)=1/
0.206/0.382であった。
【0020】実施例2 フェノール94g(1モル)、α,α’−ジクロロ−p
−キシレン52.5g(0.3モル)および触媒として
トリフルオロメタンスルホン酸0.15gを反応器に仕
込み、内温を150℃まで昇温し、同温度で3時間反応
させた。ついで内温を100℃に下げた後、ジシクロペ
ンタジエン13.2g(0.1モル)を1.5時間かけ
て滴下し、同温度で3時間熟成を行って反応を終了し
た。この後の処理は実施例1と同様に行って、軟化点9
2℃、平均分子量630のフェノール共重合体93gを
得た。この共重合体の成分モル比は、おおよそ(A)/
(B)/(C)=1/0.577/0.192であっ
た。
【0021】実施例3 フェノール94g(1モル)、p−キシリレングリコー
ル69.1g(0.5モル)、ジシクロペンタジエン2
6.44g(0.2モル)および触媒としてトリフルオ
ロメタンスルホン酸を反応器に仕込み、内温45℃で2
時間攪拌した。この後、4時間かけて内温を150℃ま
で昇温し、同温度で3時間熟成を行って反応を終了し
た。この後の処理は実施例1と同様に行って、軟化点1
27℃、平均分子量3050のフェノール共重合体15
2gを得た。この共重合体の成分モル比は、おおよそ
(A)/(B)/(C)=1/0.617/0.247
であった。
【0022】使用例1 o−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(商品名EO
CN−102S:日本化薬製、エポキシ当量218)に
対し、実施例1の共重合体を当量関係で配合し、さら
に、硬化促進剤として、2−ウンデシルイミダゾール1
重量%を加えて溶融混練した配合物を得た。この配合物
を、145℃で2時間、さらに、170℃で2.5時間
硬化させた。こうして得られた硬化物のTg、吸水率、
衝撃強度、曲げ強度を測定した。結果を表1に示した。
【0023】比較例1 キシリレン成分(B)をもつフェノール重合体(商品名
Xylok樹脂;三井東圧化学製、ミレックス−225
LL)を用いて、使用例1と同様にして硬化物を得た。
それについての測定結果を表1に示した。 比較例2 トリシクロデカン成分(C)をもつフェノール重合体
(山陽国策パルプ製;DC−100LL)を用いて、使
用例1と同様にして硬化物を得た。これについての測定
結果を表1に示した。
【0024】
【表1】
【0025】
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明のフェノ
ール共重合体は、簡単な方法により、安価に製造でき、
これを使用した硬化組成物は、耐熱性を示すTgが高
く、かつ固くて脆いという欠点を改良した性能を有す
る。このため、半導体封止用途等への利用価値が大き
く、産業上の発展に貢献すること大である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 61/00 - 61/10 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フェノール成分(A)に対して、式
    (1)(化1) 【化1】 で表わされるキシリレン成分(B)と式(2)(化2)
    で表わされる 【化2】 トリシクロデカン成分(C)とを結合基とするフェノー
    ル共重合体であって、(A)/(B)+(C)のモル比
    が1/0.52〜0.95の範囲にあり、かつ、(B)
    /(C)のモル比が0.05〜0.95/0.95〜
    0.05であることを特徴とする平均分子量400〜1
    0,000のフェノール共重合体。
  2. 【請求項2】 フェノール化合物と一般式(3)(化
    3)で表わされる 【化3】 (式中、Xはハロゲン原子、水酸基または−ORであ
    り、Rは炭素数1〜4の低級アルキル基を示す)キシリ
    レン化合物およびジシクロペンタジエンを酸触媒の存在
    下で反応させることを特徴とする請求項1記載のフェノ
    ール共重合体の製造法。
  3. 【請求項3】 フェノール化合物と一般式(3)(化
    4)で表わされる 【化4】 (式中、Xはハロゲン原子、水酸基または−ORであ
    り、Rは炭素数1〜4の低級アルキル基を示す)キシリ
    レン化合物を酸触媒の存在下で反応させ、ついで、ジシ
    クロペンタジエンを反応させることを特徴とする請求項
    1記載のフェノール共重合体の製造法。
  4. 【請求項4】 フェノール化合物とジシクロペンタジエ
    ンを酸触媒の存在下で反応させ、ついで、一般式(3)
    (化5)で表わされるキシリレン化合物 【化5】 (式中、Xはハロゲン原子、水酸基または−ORであ
    り、Rは炭素数1〜4の低級アルキル基を示す)を反応
    させることを特徴とする請求項1記載のフェノール共重
    合体の製造法。
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