JP3806217B2 - 新規多価ヒドロキシ化合物、新規エポキシ樹脂、それらの製造方法、それらを用いたエポキシ樹脂組成物及びその硬化物 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐湿性、耐熱性、耐衝撃性等の機械的強度に優れた硬化物を与えるエポキシ樹脂及びエポキシ樹脂硬化剤として有用な多価ヒドロキシ化合物、それらの製造方法、さらにはそれらを用いたエポキシ樹脂組成物並びにその硬化物に関し、これらは半導体封止用などの電気・電子分野の成形材料等に好適に使用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、特に先端材料分野の進歩に伴い、より高性能なベースレジンの開発が求められている。例えば、半導体封止の分野においては、近年の高密度実装化に対応したパッケージの薄形化、大面積化、さらには表面実装方式の普及により、パッケージクラックの問題が深刻化しており、これらのベース樹脂としては、耐湿性、耐熱性、耐衝撃性等の向上が強く求められている。また、航空宇宙産業に利用される複合材マトリックス樹脂としてのエポキシ樹脂については、よりいっそうの高耐熱性、耐湿性が強く要請されている。
【０００３】
しかしながら、従来より知られているエポキシ樹脂には、これらの要求を満足するものは未だ知られていない。例えば、周知のビスフェノール型エポキシ樹脂は常温で液状であり、作業性に優れていることや、硬化剤、添加剤等との混合が容易であることから広く使用されているが、耐熱性、耐湿性の点で問題がある。また、耐熱性を改良したものとして、フェノールノボラック型エポキシ樹脂が知られているが、耐湿性や耐衝撃性に問題がある。
【０００４】
そこで、特開昭６３−２３８，１２２号公報には、耐湿性、耐衝撃性を向上させる目的でフェノールアラルキル樹脂のエポキシ化合物が提案されているが、耐熱性の点で十分でない。また、特開昭６４−７９，２１５号公報には、耐熱性を向上させる目的で２価フェノールアラルキル樹脂のエポキシ化合物が提案されているが、耐湿性の点で十分ではない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、耐湿性、耐熱性に優れ、かつ耐衝撃性等の機械的特性に優れた性能を有し、積層、成形、注型、接着等の用途に有用な新規エポキシ樹脂及びエポキシ樹脂硬化剤として有用な新規多価ヒドロキシ化合物、さらにはそれらの製造方法、並びにそれらを用いたエポキシ樹脂組成物及びその硬化物を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、下記一般式（１）で表される新規多価ヒドロキシ化合物とエピクロルヒドリンとを反応させることを特徴とする新規エポキシ樹脂の製造方法である。
【化６】
【０００７】
上記新規多価ヒドロキシ化合物は、下記一般式（ｂ）で表されるフェノール性化合物と下記一般式（２）で表される縮合剤とを反応させることにより得ることができる。
【化８】
【化９】
【０００８】
さらに、本発明は、下記一般式（３）で表される新規エポキシ樹脂である。
【化１０】
【０００９】
上記一般式（１）、（ｂ）、（２）及び（３）において、Ａは炭素数１〜６の炭化水素基で置換されていてもよいナフタレン環を示し、Ｒ1 〜Ｒ3は同一又は異なってもよい水素原子又は炭素数１〜６のアルキル基を示し、Ｒ4は炭素数１〜６の炭化水素基を示し、Ｇはグリシジル基を示し、ｎは１〜１５の数、ｍは１を示す。また、式（１）、（２）及び（３）中に存在する２つのフェニレン基はいずれも 1,4- フェニレン基である。
【００１０】
さらに、本発明は、上記の新規エポキシ樹脂、硬化剤及び無機充填剤を必須成分として配合してなる半導体封止用のエポキシ樹脂組成物である。
【００１１】
さらにまた、本発明は、エポキシ樹脂及び硬化剤よりなるエポキシ樹脂組成物において、上記エポキシ樹脂を必須成分として配合してなるエポキシ樹脂組成物であり、またこのエポキシ樹脂組成物を硬化してなる硬化物である。
【００１２】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の一般式（１）で表される新規多価ヒドロキシ化合物は、特定のフェノール性化合物と特定の縮合剤を反応させることにより得ることができる。一般式（１）において、Ａはベンゼン環又はナフタレン環を示し、これらの環は炭素数１〜６の炭化水素基で置換されていてもよい。好ましくは、Ａは無置換若しくはメチル基で置換されたベンゼン環又はナフタレン環である。Ｒ1 及びＲ2 は水素原子又は炭素数１〜６のアルキル基を示すが、好ましくは水素原子又はメチル基であり、これらは同一又は異なってもよい。ｍは１又は２であるが、好ましくは１である。ｎは平均の繰り返し数を示し、１〜１５であるが、好ましくは１．５〜５である。このような新規多価ヒドロキシ化合物は、一般式（ａ）又は（ｂ）で表されるフェノール性化合物と一般式（２）で表される縮合剤とを反応させることにより得られる。一般式（ａ）又は（ｂ）において、Ｒは炭素数１〜６の炭化水素基であるが、好ましくはアルキル基であり、より好ましくはメチル基である。ｐは０〜３の整数であるが、好ましくは１である。
【００１３】
一般式（ａ）で表されるフェノール類又は一般式（ｂ）で表されるナフトール類としては、例えばフェノール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、エチルフェノール類、イソプロピルフェノール類、ターシャリーブチルフェノール類、アリルフェノール類、フェニルフェノール類、２，６−キシレノール、２，６−ジエチルフェノール、ハイドロキノン、レゾルシン、カテコール、１−ナフトール、２−ナフトール、１，５−ナフタレンジオール、１，６−ナフタレンジオール、１，７−ナフタレンジオール、２，６−ナフタレンジオール、２，７−ナフタレンジオールなどが挙げられる。これらのフェノール類又はナフトール類は単独でもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００１４】
また、一般式（２）において、Ｒ3 は水素原子又は炭素数１〜６のアルキル基であり、好ましくは水素原子又はメチル基である。一般式（２）で表される縮合剤として、ジフェニルエーテルのジメチロール化合物又はそのジアルキルエーテル類が使用できる。このような縮合剤としては、例えば４，４’−ジヒドロキシメチルジフェニルエーテル、２，４’−ジヒドロキシメチルジフェニルエーテル、２，２’−ジヒドロキシメチルジフェニルエーテル、４，４’−ジメトキシメチルジフェニルエーテル、２，４’−ジメトキシメチルジフェニルエーテル、２，２’−ジメトキシメチルジフェニルエーテル、４，４’−ジイソプロポキシメチルジフェニルエーテル、２，４’−ジイソプロポキシメチルジフェニルエーテル、２，２’−ジイソプロポキシメチルジフェニルエーテル、４，４’−ジブトキシメチルジフェニルエーテル、２，４’−ジブトキシメチルジフェニルエーテル、２，２’−ジブトキシメチルジフェニルエーテルなどが挙げられる。
【００１５】
メチロール基又はそのアルキルエーテル基のジフェニルエーテルに対する置換位置は、４，４’−位、２，４’−位、２，２’−位のいずれでもよいが、縮合剤として望ましい化合物は４，４’−体であり、全縮合剤中に４，４’−体が５０重量％以上含まれるものが特に好ましい。これより少ないと合成された樹脂を硬化させる際の硬化速度が低下したり、得られた硬化物がもろくなるなどの欠点がある。
【００１６】
フェノール性化合物と縮合剤の反応においては、縮合剤に対して過剰量のフェノール性化合物を使用することが好ましい。縮合剤の使用量は、フェノール性化合物１モルに対し０．１〜０．９モル、好ましくは０．２〜０．７モルである。これより多いと樹脂の軟化点が高くなり、成形作業性に支障をきたす。また、これより少ないと反応終了後、過剰のフェノール性化合物の除く量が多くなり、工業的に好ましくない。
【００１７】
この縮合反応は酸触媒の存在下に行うことがよく、この酸触媒として、周知の無機酸又は有機酸から適宜選択することができる。このような酸触媒としては、例えば塩酸、硫酸、燐酸等の鉱酸や、ギ酸、シュウ酸、トリフルオロ酢酸、ｐ−トルエンスルホン酸等の有機酸や、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、塩化鉄、三フッ化ホウ素等のルイス酸や、活性白土、シリカ−アルミナ、ゼオライト等の固体酸などが挙げられる。
【００１８】
通常、この縮合反応は１０〜２５０℃で１〜２０時間行う。さらに、反応溶媒として、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ等のアルコール類や、ベンゼン、トルエン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等の芳香族化合物などを使用することができる。
【００１９】
本発明の新規エポキシ樹脂は、一般式（１）で表される新規多価ヒドロキシ化合物とエピクロルヒドリンとを反応させることにより得られる。この反応は通常のエポキシ化反応と同様に行うことができる。例えば、一般式（１）で表される多価ヒドロキシ化合物を過剰のエピクロルヒドリンに溶解した後、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物の存在下に、５０〜１５０℃、好ましくは６０〜１２０℃で１〜１０時間反応させる方法が挙げられる。このアルカリ金属水酸化物の使用量は、多価ヒドロキシ化合物中の水酸基１モルに対し０．８〜１．２モル、好ましくは０．９〜１．０モルである。また、エピクロルヒドリンは多価ヒドロキシ化合物中の水酸基に対して過剰に用いられるが、通常、多価ヒドロキシ化合物中の水酸基１モルに対し１．５〜１５モル、好ましくは２〜８モルである。反応終了後、過剰のエピクロルヒドリンを留去し、残留物をトルエン、メチルイソブチルケトン等の溶剤に溶解し、濾過し、水洗して無機塩を除去し、次いで溶剤を留去することにより目的のエポキシ樹脂を得ることができる。このエポキシ樹脂は一般式（３）で表されるものを主成分とするが、当然のことながらエポキシ基がエーテル結合してオリゴマー化したものも含まれる。
【００２０】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂及び硬化剤よりなり、エポキシ樹脂成分として一般式（３）で表される新規エポキシ樹脂、又は硬化剤成分として一般式（１）で表される新規多価ヒドロキシ化合物の少なくともいずれか一方を必須成分として配合したものである。
【００２１】
一般式（３）で表される新規エポキシ樹脂を必須成分とする場合のエポキシ樹脂組成物においては、一般式（３）で表される新規エポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂を配合することもできる。このようなエポキシ樹脂としては、分子中にエポキシ基を２個以上有する通常のエポキシ樹脂であれば全て使用できるが、具体的に例示すれば、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＳ、フルオレンビスフェノール、４，４’−ビフェノール、２，２’−ビフェノール、ハイドロキノン、レゾルシン等の２価のフェノール類や、トリス−（４−ヒドロキシフェニル）メタン、１，１，２，２−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタン、フェノールノボラック、ｏ−クレゾールノボラック等の３価以上のフェノール類や、テトラブロモビスフェノールＡ等のハロゲン化ビスフェノール類から誘導されるグリシジルエーテル化物などが挙げられる。これらのエポキシ樹脂は単独でもよいし、２種以上を併用してもよい。そして、一般式（３）で表される新規エポキシ樹脂の配合量は、エポキシ樹脂全体に対し５〜１００％、好ましくは５０〜１００％である。
【００２２】
一般式（３）で表される新規エポキシ樹脂を必須成分とする場合の硬化剤としては、一般にエポキシ樹脂の硬化剤として知られているものは全て使用できる。例えば、ジシアンジアミド、多価フェノール類、酸無水物類、芳香族又は脂肪族アミン類などがある。具体的に例示すれば、多価フェノール類としては、例えばビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、フルオレンビスフェノール、４，４’−ビフェノール、２，２’−ビフェノール、ハイドロキノン、レゾルシン、ナフタレンジオール等の２価のフェノール類や、トリス−（４−ヒドロキシフェニル）メタン、１，１，２，２−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタン、フェノールノボラック、ｏ−クレゾールノボラック、ナフトールノボラック、ポリビニルフェノール等に代表される３価以上のフェノール類や、さらにフェノール類、ナフトール類又はビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、フルオレンビスフェノール、４，４’−ビフェノール、２，２’−ビフェノール、ハイドロキノン、レゾルシン、ナフタレンジオール等の２価のフェノール類のホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、ｐ−ヒドロキシベンズアルデヒド、ｐ−キシリレングリコール等の縮合剤により合成される多価フェノール性化合物などが挙げられる。また、酸無水物としては、例えば無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチル無水ハイミック酸、無水ナジック酸、無水トリメリット酸などが挙げられる。また、アミン類としては、例えば４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルプロパン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−キシリレンジアミン等の芳香族アミン類や、例えばエチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン等の脂肪族アミン類、あるいは一般式（１）で表される新規多価ヒドロキシ化合物などが挙げられる。本発明のエポキシ樹脂組成物には、これらの硬化剤を単独で配合してもよいし、２種以上を併用してもよい。通常、これらの硬化剤は、エポキシ樹脂中のエポキシ基１モルに対し硬化剤中の官能基が０．５〜２．０モルとなるように配合することがよい。
【００２３】
また、一般式（１）で表される新規多価ヒドロキシ化合物を必須成分とする場合のエポキシ樹脂組成物においては、一般式（１）で表される多価ヒドロキシ化合物以外の硬化剤を配合することもできる。このような硬化剤としては、エポキシ樹脂の硬化剤として知られている上記例示の硬化剤が全て使用できる。これらの硬化剤は単独でもよいし、２種以上を併用してもよい。そして、一般式（１）で表される新規多価ヒドロキシ化合物の配合量は、硬化剤全体に対し５〜１００％、好ましくは５０〜１００％である。
【００２４】
一般式（１）で表される新規多価ヒドロキシ化合物を必須成分とする場合のエポキシ樹脂としては、分子中にエポキシ基を２個以上有する通常のエポキシ樹脂が全て使用できる。このようなエポキシ樹脂としては、上記例示のエポキシ樹脂及び一般式（３）で表される新規エポキシ樹脂などが挙げられる。これらのエポキシ樹脂は単独でもよいし、２種以上を併用してもよい。通常、これらのエポキシ樹脂は、硬化剤中の官能基１モルに対しエポキシ樹脂中のエポキシ基が０．５〜２．０モルとなるように配合することがよい。
【００２５】
また、一般式（３）で表される新規エポキシ樹脂又は一般式（１）で表される新規多価ヒドロキシ樹脂のいずれか一方を必須成分とする本発明のエポキシ樹脂組成物には、必要に応じてポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテル、ポリウレタン、石油樹脂、インデンクマロン樹脂、フェノキシ樹脂等のオリゴマー又は高分子化合物を適宜配合してもよいし、無機充填剤、顔料、難然剤、揺変性付与剤、カップリング剤、流動性向上剤等の添加剤を配合してもよい。無機充填剤としては、例えば球状又は破砕状の溶融シリカ、結晶シリカ等のシリカ粉末、アルミナ粉末、ガラス粉末、又はマイカ、タルク、炭酸カルシウム、アルミナ、水和アルミナなどが挙げられ、顔料としては、例えば有機系又は無機系の体質顔料、鱗片状顔料などが挙げられる。揺変性付与剤としては、例えばシリコン系、ヒマシ油系、脂肪族アマイドワックス、酸化ポリエチレンワックス、有機ベントナイト系などが挙げられる。さらに必要に応じて、従来より公知の硬化促進剤、例えばアミン類、イミダゾール類、有機ホスフィン類、ルイス酸などを使用してもよい。その配合量としては、通常、エポキシ樹脂１００重量部に対し０．２〜５重量部である。またさらに必要に応じて、本発明の樹脂組成物には、例えばカルナバワックス、ＯＰワックス等の離型剤、例えばγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のカップリング剤、例えばカーボンブラック等の着色剤、例えば三酸化アンチモン等の難燃剤、例えばシリコンオイル等の低応力化剤、例えばステアリン酸カルシウム等の滑剤などを配合してもよい。
【００２６】
本発明の硬化物は、上記のエポキシ樹脂組成物を例えば注型、圧縮成形、トランスファー成形等の成型方法により成形加工することで得ることができる。その成型温度は１２０〜２２０℃程度である。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例及び比較例に基づき、本発明を具体的に説明する。
実施例１
５００ｍｌの４口フラスコに、フェノール性化合物成分としてフェノール１３１．６ｇ（１．４モル）、縮合剤として４，４’−ジメトキシメチルジフェニルエーテル１４４．５ｇ（０．５６モル）及び触媒としてｐ−トルエンスルホン酸０．３ｇを仕込み、窒素気流下に攪拌しながら１２０℃で３時間反応させた。反応後、炭酸ナトリウムにて中和し、さらに過剰のフェノールを減圧留去し、淡褐色状樹脂（多価ヒドロキシ化合物）１７６．９ｇを得た。その軟化点は６２℃、ＩＣＩコーンプレート法に基づく１５０℃での溶融粘度は０．４ポイズ、水酸基当量は２１８であった。この多価ヒドロキシ化合物のＧＰＣチャートを図１、Ｈ−ＮＭＲスペクトルを図２、赤外吸収スペクトルを図３に示す。なお、ＧＰＣ測定は、装置：ＨＬＣ−８２Ａ（東ソー（株）製）及びカラム：ＴＳＫ−ＧＥＬ２０００×３本及びＴＳＫ−ＧＥＬ４０００×１本（いずれも東ソー（株）製）を用い、溶媒：テトラヒドロフラン、流速：１．０ｍｌ／分、温度：３８℃、検出器：ＲＩの条件で行った。
【００２８】
実施例２
フェノール性化合物成分として２−ナフトール２１６ｇ（１．５モル）、縮合剤として実施例１と同じ４，４’−ジメトキシメチルジフェニルエーテル６４．８ｇ（０．４５モル）を用い、実施例１と同様にして反応させ、褐色状樹脂（多価ヒドロキシ化合物）１４４．６ｇを得た。その軟化点は７６℃、ＩＣＩコーンプレート法に基づく１５０℃での溶融粘度は０．７ポイズ、水酸基当量は２３４であった。
【００２９】
実施例３
実施例１で得た樹脂（多価ヒドロキシ化合物）１００ｇをエピクロルヒドリン７００ｇに溶解し、減圧下（約１５０ｍｍＨｇ）、７０℃で４８％水酸化ナトリウム水溶液３７．５ｇを３．５時間かけて滴下した。この間に生成する水はエピクロルヒドリンとの共沸により系外に除き、留出したエピクロルヒドリンは系内にもどした。滴下終了後、さらに３０分間反応を継続した。その後、濾過により生成した塩を除き、さらに水洗したのちエピクロルヒドリンを留去し、エポキシ樹脂１２４ｇを得た。このエポキシ樹脂の軟化点は５１℃、溶融粘度は０．２ポイズ、エポキシ当量は２９６であった。このエポキシ樹脂のＧＰＣチャートを図４、Ｈ−ＭＮＲスペクトルを図５、赤外吸収スペクトルを図６に示す。
【００３０】
実施例４
実施例２で得た樹脂（多価ヒドロキシ化合物）１００ｇ、４８％水酸化ナトリウム水溶液３４．９ｇを用い、実施例３と同様にして反応を行い、エポキシ樹脂１２１ｇを得た。このエポキシ樹脂の軟化点は６８℃、１５０℃での溶融粘度は０．４ポイズ、エポキシ当量は３１４であった。
【００３１】
実施例５〜８、比較例１〜２
実施例１〜４で合成した樹脂、軟化点７５℃のｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（ＥＣＮ）、軟化点６８℃のフェノールノボラック（ＰＮ）及び軟化点６８℃のフェノールアラルキル樹脂（三井東圧製ＸＬ−２２５−３Ｌ（ＰＡ））を用い、表１に示す配合（硬化促進剤：トリフェニルホスフィン）で樹脂組成物を調製した後、成形（１５０℃、３分）して硬化試験片を得た。試験片は１８０℃で１２時間ポストキュアを行った後、種々の物性試験に供した。なお、ガラス転移点及び線膨張係数の測定は、熱機械測定装置を用いて７℃／分の昇温速度で測定した。また、吸水率は、不飽和型プレッシャークッカー装置を用いて、１３３℃、３気圧の条件で９６時間吸湿させて測定した。さらに、破壊靭性はA.F.Yee, R.A.Pearson, Journal of Materials Science, 21, 2462(1986)に記載の方法に従って測定した。物性試験の結果を表２に示す。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
【発明の効果】
上記実施例にも示したように本発明の新規エポキシ樹脂を必須成分として配合してなるエポキシ樹脂組成物を硬化して得られる硬化物は、耐湿性、耐熱性に優れ、かつ耐衝撃性等の機械的特性に優れた性能を有し、積層、成形、注型、接着などの用途に好適に使用することができる。なお、上記実施例において、実施例１〜３及び５〜７及び９は参考例と理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で製造した多価ヒドロキシ化合物のＧＰＣチャートである。
【図２】実施例１で製造した多価ヒドロキシ化合物のＨ−ＮＭＲスペクトルである。
【図３】実施例１で製造した多価ヒドロキシ化合物の赤外吸収スペクトルである。
【図４】実施例３で製造したエポキシ樹脂のＧＰＣチャートである。
【図５】実施例３で製造したエポキシ樹脂のＨ−ＮＭＲスペクトルである。
【図６】実施例３で製造したエポキシ樹脂の赤外吸収スペクトルである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐湿性、耐熱性、耐衝撃性等の機械的強度に優れた硬化物を与えるエポキシ樹脂及びエポキシ樹脂硬化剤として有用な多価ヒドロキシ化合物、それらの製造方法、さらにはそれらを用いたエポキシ樹脂組成物並びにその硬化物に関し、これらは半導体封止用などの電気・電子分野の成形材料等に好適に使用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、特に先端材料分野の進歩に伴い、より高性能なベースレジンの開発が求められている。例えば、半導体封止の分野においては、近年の高密度実装化に対応したパッケージの薄形化、大面積化、さらには表面実装方式の普及により、パッケージクラックの問題が深刻化しており、これらのベース樹脂としては、耐湿性、耐熱性、耐衝撃性等の向上が強く求められている。また、航空宇宙産業に利用される複合材マトリックス樹脂としてのエポキシ樹脂については、よりいっそうの高耐熱性、耐湿性が強く要請されている。
【０００３】
しかしながら、従来より知られているエポキシ樹脂には、これらの要求を満足するものは未だ知られていない。例えば、周知のビスフェノール型エポキシ樹脂は常温で液状であり、作業性に優れていることや、硬化剤、添加剤等との混合が容易であることから広く使用されているが、耐熱性、耐湿性の点で問題がある。また、耐熱性を改良したものとして、フェノールノボラック型エポキシ樹脂が知られているが、耐湿性や耐衝撃性に問題がある。
【０００４】
そこで、特開昭６３−２３８，１２２号公報には、耐湿性、耐衝撃性を向上させる目的でフェノールアラルキル樹脂のエポキシ化合物が提案されているが、耐熱性の点で十分でない。また、特開昭６４−７９，２１５号公報には、耐熱性を向上させる目的で２価フェノールアラルキル樹脂のエポキシ化合物が提案されているが、耐湿性の点で十分ではない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、耐湿性、耐熱性に優れ、かつ耐衝撃性等の機械的特性に優れた性能を有し、積層、成形、注型、接着等の用途に有用な新規エポキシ樹脂及びエポキシ樹脂硬化剤として有用な新規多価ヒドロキシ化合物、さらにはそれらの製造方法、並びにそれらを用いたエポキシ樹脂組成物及びその硬化物を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、下記一般式（１）で表される新規多価ヒドロキシ化合物とエピクロルヒドリンとを反応させることを特徴とする新規エポキシ樹脂の製造方法である。
【化６】
上記新規多価ヒドロキシ化合物は、下記一般式（ｂ）で表されるフェノール性化合物と下記一般式（２）で表される縮合剤とを反応させることにより得ることができる。
【化８】
さらに、本発明は、下記一般式（３）で表される新規エポキシ樹脂である。
【化１０】
上記一般式（１）、（ｂ）、（２）及び（３）において、Ａは炭素数１〜６の炭化水素基で置換されていてもよいナフタレン環を示し、Ｒ1 〜Ｒ3は同一又は異なってもよい水素原子又は炭素数１〜６のアルキル基を示し、Ｒ4は炭素数１〜６の炭化水素基を示し、Ｇはグリシジル基を示し、ｎは１〜１５の数、ｍは１を示す。また、式（１）、（２）及び（３）中に存在する２つのフェニレン基はいずれも 1,4- フェニレン基である。
【００１０】
さらに、本発明は、上記の新規エポキシ樹脂、硬化剤及び無機充填剤を必須成分として配合してなる半導体封止用のエポキシ樹脂組成物である。
【００１１】
さらにまた、本発明は、エポキシ樹脂及び硬化剤よりなるエポキシ樹脂組成物において、上記エポキシ樹脂を必須成分として配合してなるエポキシ樹脂組成物であり、またこのエポキシ樹脂組成物を硬化してなる硬化物である。
【００１２】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の一般式（１）で表される新規多価ヒドロキシ化合物は、特定のフェノール性化合物と特定の縮合剤を反応させることにより得ることができる。一般式（１）において、Ａはベンゼン環又はナフタレン環を示し、これらの環は炭素数１〜６の炭化水素基で置換されていてもよい。好ましくは、Ａは無置換若しくはメチル基で置換されたベンゼン環又はナフタレン環である。Ｒ1 及びＲ2 は水素原子又は炭素数１〜６のアルキル基を示すが、好ましくは水素原子又はメチル基であり、これらは同一又は異なってもよい。ｍは１又は２であるが、好ましくは１である。ｎは平均の繰り返し数を示し、１〜１５であるが、好ましくは１．５〜５である。このような新規多価ヒドロキシ化合物は、一般式（ａ）又は（ｂ）で表されるフェノール性化合物と一般式（２）で表される縮合剤とを反応させることにより得られる。一般式（ａ）又は（ｂ）において、Ｒは炭素数１〜６の炭化水素基であるが、好ましくはアルキル基であり、より好ましくはメチル基である。ｐは０〜３の整数であるが、好ましくは１である。
【００１３】
一般式（ａ）で表されるフェノール類又は一般式（ｂ）で表されるナフトール類としては、例えばフェノール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、エチルフェノール類、イソプロピルフェノール類、ターシャリーブチルフェノール類、アリルフェノール類、フェニルフェノール類、２，６−キシレノール、２，６−ジエチルフェノール、ハイドロキノン、レゾルシン、カテコール、１−ナフトール、２−ナフトール、１，５−ナフタレンジオール、１，６−ナフタレンジオール、１，７−ナフタレンジオール、２，６−ナフタレンジオール、２，７−ナフタレンジオールなどが挙げられる。これらのフェノール類又はナフトール類は単独でもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００１４】
また、一般式（２）において、Ｒ3 は水素原子又は炭素数１〜６のアルキル基であり、好ましくは水素原子又はメチル基である。一般式（２）で表される縮合剤として、ジフェニルエーテルのジメチロール化合物又はそのジアルキルエーテル類が使用できる。このような縮合剤としては、例えば４，４’−ジヒドロキシメチルジフェニルエーテル、２，４’−ジヒドロキシメチルジフェニルエーテル、２，２’−ジヒドロキシメチルジフェニルエーテル、４，４’−ジメトキシメチルジフェニルエーテル、２，４’−ジメトキシメチルジフェニルエーテル、２，２’−ジメトキシメチルジフェニルエーテル、４，４’−ジイソプロポキシメチルジフェニルエーテル、２，４’−ジイソプロポキシメチルジフェニルエーテル、２，２’−ジイソプロポキシメチルジフェニルエーテル、４，４’−ジブトキシメチルジフェニルエーテル、２，４’−ジブトキシメチルジフェニルエーテル、２，２’−ジブトキシメチルジフェニルエーテルなどが挙げられる。
【００１５】
メチロール基又はそのアルキルエーテル基のジフェニルエーテルに対する置換位置は、４，４’−位、２，４’−位、２，２’−位のいずれでもよいが、縮合剤として望ましい化合物は４，４’−体であり、全縮合剤中に４，４’−体が５０重量％以上含まれるものが特に好ましい。これより少ないと合成された樹脂を硬化させる際の硬化速度が低下したり、得られた硬化物がもろくなるなどの欠点がある。
【００１６】
フェノール性化合物と縮合剤の反応においては、縮合剤に対して過剰量のフェノール性化合物を使用することが好ましい。縮合剤の使用量は、フェノール性化合物１モルに対し０．１〜０．９モル、好ましくは０．２〜０．７モルである。これより多いと樹脂の軟化点が高くなり、成形作業性に支障をきたす。また、これより少ないと反応終了後、過剰のフェノール性化合物の除く量が多くなり、工業的に好ましくない。
【００１７】
この縮合反応は酸触媒の存在下に行うことがよく、この酸触媒として、周知の無機酸又は有機酸から適宜選択することができる。このような酸触媒としては、例えば塩酸、硫酸、燐酸等の鉱酸や、ギ酸、シュウ酸、トリフルオロ酢酸、ｐ−トルエンスルホン酸等の有機酸や、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、塩化鉄、三フッ化ホウ素等のルイス酸や、活性白土、シリカ−アルミナ、ゼオライト等の固体酸などが挙げられる。
【００１８】
通常、この縮合反応は１０〜２５０℃で１〜２０時間行う。さらに、反応溶媒として、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ等のアルコール類や、ベンゼン、トルエン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等の芳香族化合物などを使用することができる。
【００１９】
本発明の新規エポキシ樹脂は、一般式（１）で表される新規多価ヒドロキシ化合物とエピクロルヒドリンとを反応させることにより得られる。この反応は通常のエポキシ化反応と同様に行うことができる。例えば、一般式（１）で表される多価ヒドロキシ化合物を過剰のエピクロルヒドリンに溶解した後、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物の存在下に、５０〜１５０℃、好ましくは６０〜１２０℃で１〜１０時間反応させる方法が挙げられる。このアルカリ金属水酸化物の使用量は、多価ヒドロキシ化合物中の水酸基１モルに対し０．８〜１．２モル、好ましくは０．９〜１．０モルである。また、エピクロルヒドリンは多価ヒドロキシ化合物中の水酸基に対して過剰に用いられるが、通常、多価ヒドロキシ化合物中の水酸基１モルに対し１．５〜１５モル、好ましくは２〜８モルである。反応終了後、過剰のエピクロルヒドリンを留去し、残留物をトルエン、メチルイソブチルケトン等の溶剤に溶解し、濾過し、水洗して無機塩を除去し、次いで溶剤を留去することにより目的のエポキシ樹脂を得ることができる。このエポキシ樹脂は一般式（３）で表されるものを主成分とするが、当然のことながらエポキシ基がエーテル結合してオリゴマー化したものも含まれる。
【００２０】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂及び硬化剤よりなり、エポキシ樹脂成分として一般式（３）で表される新規エポキシ樹脂、又は硬化剤成分として一般式（１）で表される新規多価ヒドロキシ化合物の少なくともいずれか一方を必須成分として配合したものである。
【００２１】
一般式（３）で表される新規エポキシ樹脂を必須成分とする場合のエポキシ樹脂組成物においては、一般式（３）で表される新規エポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂を配合することもできる。このようなエポキシ樹脂としては、分子中にエポキシ基を２個以上有する通常のエポキシ樹脂であれば全て使用できるが、具体的に例示すれば、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＳ、フルオレンビスフェノール、４，４’−ビフェノール、２，２’−ビフェノール、ハイドロキノン、レゾルシン等の２価のフェノール類や、トリス−（４−ヒドロキシフェニル）メタン、１，１，２，２−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタン、フェノールノボラック、ｏ−クレゾールノボラック等の３価以上のフェノール類や、テトラブロモビスフェノールＡ等のハロゲン化ビスフェノール類から誘導されるグリシジルエーテル化物などが挙げられる。これらのエポキシ樹脂は単独でもよいし、２種以上を併用してもよい。そして、一般式（３）で表される新規エポキシ樹脂の配合量は、エポキシ樹脂全体に対し５〜１００％、好ましくは５０〜１００％である。
【００２２】
一般式（３）で表される新規エポキシ樹脂を必須成分とする場合の硬化剤としては、一般にエポキシ樹脂の硬化剤として知られているものは全て使用できる。例えば、ジシアンジアミド、多価フェノール類、酸無水物類、芳香族又は脂肪族アミン類などがある。具体的に例示すれば、多価フェノール類としては、例えばビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、フルオレンビスフェノール、４，４’−ビフェノール、２，２’−ビフェノール、ハイドロキノン、レゾルシン、ナフタレンジオール等の２価のフェノール類や、トリス−（４−ヒドロキシフェニル）メタン、１，１，２，２−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタン、フェノールノボラック、ｏ−クレゾールノボラック、ナフトールノボラック、ポリビニルフェノール等に代表される３価以上のフェノール類や、さらにフェノール類、ナフトール類又はビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、フルオレンビスフェノール、４，４’−ビフェノール、２，２’−ビフェノール、ハイドロキノン、レゾルシン、ナフタレンジオール等の２価のフェノール類のホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、ｐ−ヒドロキシベンズアルデヒド、ｐ−キシリレングリコール等の縮合剤により合成される多価フェノール性化合物などが挙げられる。また、酸無水物としては、例えば無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチル無水ハイミック酸、無水ナジック酸、無水トリメリット酸などが挙げられる。また、アミン類としては、例えば４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルプロパン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−キシリレンジアミン等の芳香族アミン類や、例えばエチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン等の脂肪族アミン類、あるいは一般式（１）で表される新規多価ヒドロキシ化合物などが挙げられる。本発明のエポキシ樹脂組成物には、これらの硬化剤を単独で配合してもよいし、２種以上を併用してもよい。通常、これらの硬化剤は、エポキシ樹脂中のエポキシ基１モルに対し硬化剤中の官能基が０．５〜２．０モルとなるように配合することがよい。
【００２３】
また、一般式（１）で表される新規多価ヒドロキシ化合物を必須成分とする場合のエポキシ樹脂組成物においては、一般式（１）で表される多価ヒドロキシ化合物以外の硬化剤を配合することもできる。このような硬化剤としては、エポキシ樹脂の硬化剤として知られている上記例示の硬化剤が全て使用できる。これらの硬化剤は単独でもよいし、２種以上を併用してもよい。そして、一般式（１）で表される新規多価ヒドロキシ化合物の配合量は、硬化剤全体に対し５〜１００％、好ましくは５０〜１００％である。
【００２４】
一般式（１）で表される新規多価ヒドロキシ化合物を必須成分とする場合のエポキシ樹脂としては、分子中にエポキシ基を２個以上有する通常のエポキシ樹脂が全て使用できる。このようなエポキシ樹脂としては、上記例示のエポキシ樹脂及び一般式（３）で表される新規エポキシ樹脂などが挙げられる。これらのエポキシ樹脂は単独でもよいし、２種以上を併用してもよい。通常、これらのエポキシ樹脂は、硬化剤中の官能基１モルに対しエポキシ樹脂中のエポキシ基が０．５〜２．０モルとなるように配合することがよい。
【００２５】
また、一般式（３）で表される新規エポキシ樹脂又は一般式（１）で表される新規多価ヒドロキシ樹脂のいずれか一方を必須成分とする本発明のエポキシ樹脂組成物には、必要に応じてポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテル、ポリウレタン、石油樹脂、インデンクマロン樹脂、フェノキシ樹脂等のオリゴマー又は高分子化合物を適宜配合してもよいし、無機充填剤、顔料、難然剤、揺変性付与剤、カップリング剤、流動性向上剤等の添加剤を配合してもよい。無機充填剤としては、例えば球状又は破砕状の溶融シリカ、結晶シリカ等のシリカ粉末、アルミナ粉末、ガラス粉末、又はマイカ、タルク、炭酸カルシウム、アルミナ、水和アルミナなどが挙げられ、顔料としては、例えば有機系又は無機系の体質顔料、鱗片状顔料などが挙げられる。揺変性付与剤としては、例えばシリコン系、ヒマシ油系、脂肪族アマイドワックス、酸化ポリエチレンワックス、有機ベントナイト系などが挙げられる。さらに必要に応じて、従来より公知の硬化促進剤、例えばアミン類、イミダゾール類、有機ホスフィン類、ルイス酸などを使用してもよい。その配合量としては、通常、エポキシ樹脂１００重量部に対し０．２〜５重量部である。またさらに必要に応じて、本発明の樹脂組成物には、例えばカルナバワックス、ＯＰワックス等の離型剤、例えばγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のカップリング剤、例えばカーボンブラック等の着色剤、例えば三酸化アンチモン等の難燃剤、例えばシリコンオイル等の低応力化剤、例えばステアリン酸カルシウム等の滑剤などを配合してもよい。
【００２６】
本発明の硬化物は、上記のエポキシ樹脂組成物を例えば注型、圧縮成形、トランスファー成形等の成型方法により成形加工することで得ることができる。その成型温度は１２０〜２２０℃程度である。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例及び比較例に基づき、本発明を具体的に説明する。
実施例１
５００ｍｌの４口フラスコに、フェノール性化合物成分としてフェノール１３１．６ｇ（１．４モル）、縮合剤として４，４’−ジメトキシメチルジフェニルエーテル１４４．５ｇ（０．５６モル）及び触媒としてｐ−トルエンスルホン酸０．３ｇを仕込み、窒素気流下に攪拌しながら１２０℃で３時間反応させた。反応後、炭酸ナトリウムにて中和し、さらに過剰のフェノールを減圧留去し、淡褐色状樹脂（多価ヒドロキシ化合物）１７６．９ｇを得た。その軟化点は６２℃、ＩＣＩコーンプレート法に基づく１５０℃での溶融粘度は０．４ポイズ、水酸基当量は２１８であった。この多価ヒドロキシ化合物のＧＰＣチャートを図１、Ｈ−ＮＭＲスペクトルを図２、赤外吸収スペクトルを図３に示す。なお、ＧＰＣ測定は、装置：ＨＬＣ−８２Ａ（東ソー（株）製）及びカラム：ＴＳＫ−ＧＥＬ２０００×３本及びＴＳＫ−ＧＥＬ４０００×１本（いずれも東ソー（株）製）を用い、溶媒：テトラヒドロフラン、流速：１．０ｍｌ／分、温度：３８℃、検出器：ＲＩの条件で行った。
【００２８】
実施例２
フェノール性化合物成分として２−ナフトール２１６ｇ（１．５モル）、縮合剤として実施例１と同じ４，４’−ジメトキシメチルジフェニルエーテル６４．８ｇ（０．４５モル）を用い、実施例１と同様にして反応させ、褐色状樹脂（多価ヒドロキシ化合物）１４４．６ｇを得た。その軟化点は７６℃、ＩＣＩコーンプレート法に基づく１５０℃での溶融粘度は０．７ポイズ、水酸基当量は２３４であった。
【００２９】
実施例３
実施例１で得た樹脂（多価ヒドロキシ化合物）１００ｇをエピクロルヒドリン７００ｇに溶解し、減圧下（約１５０ｍｍＨｇ）、７０℃で４８％水酸化ナトリウム水溶液３７．５ｇを３．５時間かけて滴下した。この間に生成する水はエピクロルヒドリンとの共沸により系外に除き、留出したエピクロルヒドリンは系内にもどした。滴下終了後、さらに３０分間反応を継続した。その後、濾過により生成した塩を除き、さらに水洗したのちエピクロルヒドリンを留去し、エポキシ樹脂１２４ｇを得た。このエポキシ樹脂の軟化点は５１℃、溶融粘度は０．２ポイズ、エポキシ当量は２９６であった。このエポキシ樹脂のＧＰＣチャートを図４、Ｈ−ＭＮＲスペクトルを図５、赤外吸収スペクトルを図６に示す。
【００３０】
実施例４
実施例２で得た樹脂（多価ヒドロキシ化合物）１００ｇ、４８％水酸化ナトリウム水溶液３４．９ｇを用い、実施例３と同様にして反応を行い、エポキシ樹脂１２１ｇを得た。このエポキシ樹脂の軟化点は６８℃、１５０℃での溶融粘度は０．４ポイズ、エポキシ当量は３１４であった。
【００３１】
実施例５〜８、比較例１〜２
実施例１〜４で合成した樹脂、軟化点７５℃のｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（ＥＣＮ）、軟化点６８℃のフェノールノボラック（ＰＮ）及び軟化点６８℃のフェノールアラルキル樹脂（三井東圧製ＸＬ−２２５−３Ｌ（ＰＡ））を用い、表１に示す配合（硬化促進剤：トリフェニルホスフィン）で樹脂組成物を調製した後、成形（１５０℃、３分）して硬化試験片を得た。試験片は１８０℃で１２時間ポストキュアを行った後、種々の物性試験に供した。なお、ガラス転移点及び線膨張係数の測定は、熱機械測定装置を用いて７℃／分の昇温速度で測定した。また、吸水率は、不飽和型プレッシャークッカー装置を用いて、１３３℃、３気圧の条件で９６時間吸湿させて測定した。さらに、破壊靭性はA.F.Yee, R.A.Pearson, Journal of Materials Science, 21, 2462(1986)に記載の方法に従って測定した。物性試験の結果を表２に示す。
【００３２】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
上記実施例にも示したように本発明の新規エポキシ樹脂を必須成分として配合してなるエポキシ樹脂組成物を硬化して得られる硬化物は、耐湿性、耐熱性に優れ、かつ耐衝撃性等の機械的特性に優れた性能を有し、積層、成形、注型、接着などの用途に好適に使用することができる。なお、上記実施例において、実施例１〜３及び５〜７及び９は参考例と理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で製造した多価ヒドロキシ化合物のＧＰＣチャートである。
【図２】実施例１で製造した多価ヒドロキシ化合物のＨ−ＮＭＲスペクトルである。
【図３】実施例１で製造した多価ヒドロキシ化合物の赤外吸収スペクトルである。
【図４】実施例３で製造したエポキシ樹脂のＧＰＣチャートである。
【図５】実施例３で製造したエポキシ樹脂のＨ−ＮＭＲスペクトルである。
【図６】実施例３で製造したエポキシ樹脂の赤外吸収スペクトルである。
Claims (7)
- 下記一般式（１）で表される新規多価ヒドロキシ化合物とエピクロルヒドリンとを反応させることを特徴とする新規エポキシ樹脂の製造方法。
- 新規多価ヒドロキシ化合物が、下記一般式（ｂ）で表されるフェノール性化合物と下記一般式（２）で表される縮合剤とを反応させて得られたものである請求項1記載の新規エポキシ樹脂の製造方法。
- 新規多価ヒドロキシ化合物が、フェノール性化合物１モルに対し、０．１〜０．９モルの縮合剤を反応させて得られたものである請求項２記載の新規エポキシ樹脂の製造方法。
- 下記一般式（３）で表される新規エポキシ樹脂。
- 請求項４記載の新規エポキシ樹脂、硬化剤及び無機充填剤を必須成分として配合してなる半導体封止用のエポキシ樹脂組成物。
- エポキシ樹脂及び硬化剤よりなるエポキシ樹脂組成物において、請求項４記載の新規エポキシ樹脂を必須成分として配合してなるエポキシ樹脂組成物。
- 請求項６記載のエポキシ樹脂組成物を硬化してなる硬化物。
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