JP3320518B2 - 難燃化油変性フェノール樹脂の製造法 - Google Patents

難燃化油変性フェノール樹脂の製造法

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    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/03Use of materials for the substrate
    • H05K1/0313Organic insulating material
    • H05K1/032Organic insulating material consisting of one material
    • H05K1/0326Organic insulating material consisting of one material containing O

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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Phenolic Resins Or Amino Resins (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は電気絶縁用材料に用い
られる難燃化油変性フェノール樹脂の製造法に関するも
のである。
【0002】
【従来技術およびその問題点】近年、電子機器産業で
は、電子部品のチップ化等による高密度配線、高密度部
品実装及び部品実装の自動化が急速に進められている。
このため電子機器に用いる印刷配線板に対し、高電気特
性、高寸法精度が要求されており、特に難燃性付与が不
可欠の条件になっている。仕上がり寸法精度の要求に対
して、実装部品の取付穴加工に低温での打ち抜き加工手
段を採用して行うため、印刷配線板の絶縁材として用い
られるフェノール樹脂は桐油等の乾性油で変性して塑性
化を計っている。難燃化の要求に対して、乾性油とフェ
ノール類を鉱酸、有機酸等の酸性触媒下に反応させた
後、有機アミン類とアルデヒド類を添加し反応させて油
変性フェノール樹脂とし、最後に種々の難燃剤を添加し
て難燃化を実現した積層板用油変性フェノール樹脂が一
般的である。このような積層板用難燃化油変性フェノー
ル樹脂に用いられる難燃剤は、フェノール樹脂が油変性
されているので、相溶性の観点から油変性のものを用い
る必要がある。例えば、難燃効果の大きい燐系化合物の
場合、トリフェニルフォスフェート、クレジルジフェニ
ルフォスフェート等の燐酸エステルの後添加法が用いら
れる。この燐酸エステル類は所望の難燃効果を得るには
多量に後添加する必要があり、多量に用いると印刷回路
用銅張積層板に形成する時の加熱による重合反応の際に
架橋密度が低下して、印刷回路用銅張積層板の実装部品
の取付穴加工時に基材層間剥離や加工穴周辺に白化が生
じる欠点を生じ、また、積層板の電気特性、耐溶剤性等
が低下する欠点を生じる。このような欠点を解決するた
め、乾性油とフェノール類を燐系難燃剤となりうる正燐
酸の酸性触媒下に反応させ、次いでエポキシ樹脂を添加
して正燐酸と反応させ、更に有機アミン類を添加してア
ルデヒド類を反応させて、油溶性フェノール樹脂とし、
最後に種々の燐系以外の難燃剤を添加して難燃化を実現
した積層板用難燃化フェノール樹脂がある(特開平1−
259018号公報)。この積層板用難燃化フェノール
樹脂は、正燐酸と臭素化エポキシ樹脂を反応させて油変
性フェノール樹脂に相溶させているが、正燐酸とエポキ
シ樹脂の反応では、正燐酸の水酸基が全てエポキシ樹脂
のエポキシ基と反応することは難かしく反応が不十分と
なるため、半田耐熱性の優れたものを要求される場合に
おいて未だその要求を満し得ないと云う問題点がある。
【0003】
【問題点を解決するための手段】この発明は、このよう
な問題点を解決するため、乾性油とフェノール類の反応
触媒として、次式(1)
【化2】 (但し、m=1又は2、R1は炭素数1〜14のアルキ
ル基、フェニル基、又は炭素数1〜3のアルキル鎖を有
するモノアルキルフェニ基、ジアルキルフェニ基、
トリアルキルフェニ基)で示される燐酸エステル類
(以下、特定燐酸エステル類と称する。)を採用したので
ある。
【0004】酸性触媒としての特定燐酸エステルは、
水酸基を1又は2個有すエステルを単独で、或いは水酸
基を1個有すエステルと水酸基を2個有すエステルとを
併用して用いることができる。
【0005】乾性油としては、桐油、オイチシカ油、脱
水ヒマシ油、亜麻仁油等の植物油を用い、好ましくはフ
ェノール類との反応性の高い桐油、オイチシカ油を単独
若しくは併用して用いることができる。
【0006】フェノール類としては特に限定するもので
はないが、フェノール、クレゾール、キシレノール等を
用いることができる。
【0007】エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA
型のエポキシ樹脂を使用することができ、難燃性付与の
観点から臭素化エポキシ樹脂が好ましい。
【0008】有機アミン類としては特に限定するもので
はないが、エチレンジアミン、トリエチルアミン等を用
いることができる。
【0009】アルデヒド類としては、37%ホルマリ
ン、42%ホルマリン、パラホルムアルデヒドなどが用
いられる。
【0010】酸性触媒としての特定燐酸エステルの添
加量については、特に限定するものではないが、乾性油
とフェノール類の合計の重量部に対して5〜20重量%
が好ましい。5重量%未満では乾性油とフェノール類の
反応が進み難く、20重量%を超えると樹脂化した後の
難燃化効果は大きいものの乾性油とフェノール類との反
応制御が困難となり、また添加するエポキシ樹脂を多量
に必要とし、このため樹脂化したフェノール樹脂の可塑
性を損なうためである。
【0011】乾性油とフェノール類との割合は、特に限
定するものではないが、電気絶縁用積層板、印刷回路用
銅張積層板とした時の特性から、フェノール類100重
量部に対し26〜66重量部が好ましい。25重量部未
満では硬化物の架橋密度が大きく積層板とした後の打ち
抜き加工を行う際にクラックが発生し易く、66重量部
を超えると積層板の打ち抜き加工を行う際に基材層間剥
離や打ち抜き穴周辺の目白が発生し易くなるためであ
る。
【0012】酸性触媒としての特定燐酸エステル類の存
在下に乾性油とフェノール類を反応させる温度は、80
〜150℃の範囲が好ましい。80℃以下では乾性油と
フェノール類の反応が進み難くなり、150℃を超える
と反応生成物がゲル化し易くなる。
【0013】
【0014】乾性油とフェノール類の反応時間は、上記
の反応温度にもよるが0.25〜5時間程度で適宜に所
望する反応度において調整することが可能である。特定
燐酸エステルと反応するエポキシ樹脂の添加量は、特
に限定するものではないが、添加した特定の燐酸エステ
ルに対してモル比で0.5〜2.0モルであることが好
ましい。
【0015】エポキシ樹脂を添加する時期(反応開始時
期に相当する)は、乾性油とフェノール類との反応後で
なければならず、アルデヒド類を添加する前段階であっ
ても、アルデヒド類を添加した後であってもよい。
【0016】アルデヒド類のフェノール類に対する添加
量は、特に限定するものではないがフェノール類に対し
て1.0〜2.0倍モル量が好ましい。
【0017】塩基性触媒としてのアミン類の添加量は、
樹脂中に窒素元素を導入する目的で多量に使用すること
が望ましいが、フェノール樹脂化段階での反応温度及び
反応時間により所望のゲル化時間、粘度等の樹脂特性が
得られるように適宜選択すれば良い。またフェノール樹
脂化の反応段階においてフェノール類を更に添加するこ
とができる。
【0018】
【作用】水酸基を1又は2個有す特定燐酸エステル類
は、乾性油とフェノール類との反応段階では酸性触媒と
して作用し、乾性油とフェノール類が所望の反応段階に
到った後において添加されるエポキシ樹脂とは特定燐酸
エステル類の水酸基の大半に対しエポキシ基と付加反応
させることができて半田耐熱性の向上になる。また酸性
触媒として作用した後の特定燐酸エステル類をエポキシ
樹脂と付加反応させるのでその反応生成物が油変性フェ
ノール樹脂の中に均一に溶解させることができる。また
中に含有する燐元素が難燃剤として作用する。エポキシ
樹脂を臭素化エポキシ樹脂にしても同様の作用をなすと
共に、エポキシ樹脂中に含有する臭素元素が難燃剤とし
て加わって作用することになる。そして、フェノール樹
脂化の段階で塩基性触媒として用いる有機アミン類を油
変性フェノール樹脂の中に残留させることにより難燃剤
として作用させることができる。
【0019】
【実施例】桐油100、フェノール200、酸性触
媒として一般式においてm=1のものとm=2のものが
約1対1の割合で混合しているイソプロピルアシットフ
ォスェート21を反応容器にいれて110℃で60
分間反応させ、次いでエポキシ樹脂として2官能の臭素
エポキシ樹脂YDB−400−T60(東都化成社製
品名)150を添加して反応させた。この反応段階で
の未反応のエポキシ基をASTM法で「エポキシ樹脂中
のエポキシ基含有量」の評価方法により調べると、約5
%程度まで減少していた。最後にアルデヒド類として4
2%ホルマリン200を添加し、更に塩基性触媒であ
る有機アミンとしてのエチレンジアミン5を添加して
還流下にホルマリンを反応させて油変性フェノール樹脂
を生成し、ゲル化時間が4分となったとき反応系中の水
分を減圧下に脱水して、この発明の製造法に係る難燃化
油変性フェノール樹脂を得ることができる。
【0020】この難燃化油変性フェノール樹脂の電気絶
縁用材料としての特性を調べるために片面銅張積層板を
製作した。その製作方法は、先ずこの発明の製造法に係
る難燃化油変性フェノール樹脂をトルエン/メタノール
の重量比が1/3の混合溶液で溶解希釈し、更にブロム
系難燃剤としてテトラブロムビスフェノールA5部を添
加して難燃性油変性フェノール樹脂ワニスを調整し、こ
の樹脂ワニスを低分子量水溶性メラミン樹脂で処理され
た厚さ0.25mmのクラフト紙に樹脂含有率が50%
となるように含浸し、乾燥してプリプレグを製作する。
次いでこのプリプレグを8枚重ね合せ、表面に接着剤付
き銅箔を配置して全体を加熱加圧して1.6mm厚の片
面銅張積層板を製造した。この積層板の絶縁抵抗、難
性、打ち抜き加工性、耐トリクレン性、半田耐熱性を表
1に示す。
【0021】
【比較例1】桐油100、フェノール200、正燐
酸9を反応容器にいれて110℃で60分間反応さ
せ、次いでエポキシ樹脂として2官能の臭素化エポキシ
樹脂YDB−400−T60(東都化成社製品名)15
を添加して反応させた。この反応段階での未反応の
エポキシ基をASTM法で「エポキシ樹脂中のエポキシ
基含有量」の評価方法により調べると、約30%程度ま
で減少していた。最後にアルデヒド類として42%ホル
マリン200を添加し、更に塩基性触媒である有機ア
ミンとしてのエチレンジアミン5を添加して還流下に
ホルマリンを反応させて油変性フェノール樹脂を生成
し、ゲル化時間が4分となったとき反応系中の水分を減
圧下に脱水して、難燃化油変性フェノール樹脂を得るこ
とができる。この難燃化油変性フェノール樹脂を用い
て、実施例と同一の方法で1.6mm厚の片面銅張積層
板を製造した。この積層板の絶縁抵抗、難燃性、打ち抜
き加工性、耐トリクレン性、半田耐熱性を実施例と比較
して表1に示す。
【0022】
【比較例2】桐油100、フェノール200、酸性
触媒として、P−トルエンスルホン酸0.09を反応
容器にいれて80℃で60分間反応させ、25%アンモ
ニア水0.09を添加して中和した。次いでアルデヒ
ド類として42%ホルマリン200を添加し、更に
性触媒である有機アミンとしてのエチレンジアミン5
を添加して加熱し還流下にホルマリンを反応させて油
変性フェノール樹脂を生成しゲル化時間が4分となった
とき、反応系中の水分を減圧下に脱水した。得られた樹
脂をトルエン/メタノールの重量比が1/3の混合溶液
で溶解希釈し、この樹脂に燐酸エステル系難燃剤として
トリフェニルフォスフェートを20部、ブロム系難燃剤
としてブロム含有率49%のブロム化エポキシ樹脂(実
施例で用いた臭素化エポキシ樹脂YDB−400−T6
0(東都化成社製品名)と同じ。)を30部添加して難
燃性油変性フェノール樹脂を製造した。この難燃性油変
性フェノール樹脂を実施例と同様の方法でプリプレグを
製造し1.6mm厚の片面銅張積層板を製造した。この
積層板の絶縁抵抗、難燃性、打ち抜き加工性、耐トリク
レン性、半田耐熱性を表1に示す。
【0023】
【0024】表1に示すように、実施例の製造法による
難燃化油変性フェノール樹脂を用いた片面銅張積層板
は、比較例2に較べて、耐溶剤性に優れ、電気特性に優
れ、常温での打ち抜き穴加工性に優れ、半田耐熱性に優
れたものになり、また比較例1に較べて、耐溶剤性、電
気特性、常温での打ち抜き穴加工性に於いて共に同等の
優れた特性を示し、特に半田耐熱性に於いて優れた特性
を示すことが解る。
【0025】
【発明の効果】この発明は、乾性油とフェノール類の反
応触媒に水酸基を1又は2個を有す特定の燐酸ステル種
を使用し、水酸基をエポキシ樹脂と反応させることによ
り、耐溶剤性に優れ、電気特性に優れ、仕上がり寸法精
度が良く、常温での打ち抜き穴加工が穴周辺の白化及び
基材層間剥離を生じる事が無いと共に、半田耐熱性に優
れた積層板用難燃化フェノール樹脂を製造することがで
きる効果がある。また、乾性油とフェノール類の反応触
媒に特定の燐酸ステル種を使用すると、正燐酸や、鉱
酸、有機酸を使用したものに較べて乾性油とフェノール
類との反応生成物の平均分子量が小さくなると云う効果
がある。また、乾性油とフェノール類との反応生成物の
平均分子量が小さくなるので、反応の制御が容易になる
と云う効果もある。また、乾性油とフェノール類との反
応生成物の平均分子量が小さくなるので、積層板を製作
する際に樹脂の含浸性が良くなると云う効果もある。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−259018(JP,A) 特開 平1−259017(JP,A) 特開 平2−113013(JP,A) 特開 平2−308827(JP,A) 特開 昭61−192712(JP,A) 特開 昭59−45315(JP,A) 特開 平2−293129(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 8/00 - 8/38 C08G 59/00 - 59/72 C08L 61/04 - 61/16 C08L 63/00 - 63/10 WPI/L(QUESTEL)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸性触媒の存在下に乾性油とフェノール
    類を反応させて適宜の反応段階に到達せしめ、次いでエ
    ポキシ樹脂を添加して前記酸性触媒と反応させ、その後
    に塩基性触媒としての有機アミン類を添加し更にアルデ
    ヒド類を添加してこのアルデヒド類と前記フェノール類
    を反応させる難燃化油変性フェノール樹脂の製造法にお
    いて、前記酸性触媒が次の(1)式、 【化1】 (但し、m=1又は2、R1は炭素数1〜14のアルキ
    ル基、フェニル基、又は炭素数1〜3のアルキル鎖を有
    するモノアルキルフェニル基、ジアルキルフェニル基、
    トリアルキルフェニル基)で示す燐酸エステル類である
    ことを特徴とする難燃化油変性フェノール樹脂の製造
    法。
  2. 【請求項2】 エポキシ樹脂が臭素化エポキシ樹脂であ
    る請求項1記載の難燃化油変性フェノール樹脂の製造
    法。
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