JP4273530B2

JP4273530B2 - 環状カーボナート樹脂組成物及びその硬化物

Info

Publication number: JP4273530B2
Application number: JP28069797A
Authority: JP
Inventors: 三素村山; 文雄三田; 剛遠藤
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1997-10-14
Filing date: 1997-10-14
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2017-10-14
Also published as: JPH11116566A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、側鎖に環状カーボナート構造を持つオリゴノルボルネン樹脂及びその硬化物に関する。本発明における側鎖に環状カーボナート構造を持つオリゴノルボルネン及び重合物は、重合時に体積膨張を示し、寸法精度、密着性、耐熱性等が要求される成形材料、複合材料、注型材料、封止材料、塗料および接着剤等の原料として有用である。
【０００２】
【従来の技術】
一般にスチレンやメタクリル酸メチル等のビニルモノマーが重合する際大きな収縮を伴うことは良く知られている。また、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂のような熱硬化性樹脂も硬化する際、体積収縮を発生する。これら収縮は、硬化物の物性に大きな影響を及ぼし、ボイド、クラック、外観不良等の発生あるいは接着強度の低下等種々の問題を引き起こすため、注型材料、封止材料、接着材料等の分野で大きな問題となっている。
もし、重合時に収縮を示さない材料が出来れば、寸法精度の向上やそり、歪み、剥離発生の低減による精密な成形、内部応力の低減による材料強度や接着力の向上等が期待できる。
【０００３】
上記、問題を解決するため、例えば、シリカ、炭酸カルシウム、アルミナ等の無機充填剤を添加し、硬化収縮の低減を図っている。しかしながら、このような無機充填剤の添加では、強度の向上に効果がある反面、樹脂組成物の粘度が上昇するため、作業性が悪くなる。さらに、樹脂組成物の接着性の低下により、接着界面での剥離、クラック等を引き起こす等の問題がある。また、エポキシ樹脂と相溶性のある樹脂をエポキシ樹脂に添加し、これによって体積収縮を防ぐ試みも行われている（特公昭５８−５７４２３公報）が、硬化物の物性低下、特に耐熱性の低下を招くことが多いので好ましくない。
【０００４】
一方、環状カーボナート化合物は、開環重合時に体積が増大する現象が報告され、前記の各種用途への応用が注目されている。例えばトリフルオロメタンスルホン酸メチルや三フッ化ホウ素エーテル錯体等のルイス酸系カチオン重合開始剤およびナトリウムメトキシド等のアルコキサイド系やｎ−ブチルリチウム、ｓｅｃ−ブチルリチウム等のアルキルリチウム系をアニオン重合開始剤として開環重合し、体積膨張を示すことが知られている（マクロモレキュールズ(Macromolecules),Vol.24,No.15,4229-4235(1991)、日本化学会第６５春季年会講演予稿集２７１項（１９９３年）、第４３回高分子学会年次大会予稿集２９４項（１９９４年））。
【０００５】
ルイス酸系カチオン重合開始剤を用いた環状カーボナート化合物の開環重合は、トリフルオロメタンスルホン酸メチルや三フッ化ホウ素エーテル錯体等の強酸であるルイス酸を用いるため重合時の取り扱いが困難であり、また、水分による影響が大きいため作業性が悪かった。さらに、酸成分が存在するため金属が腐食する等の問題が生じ、電子材料用としては用いることができなかった。また、ナトリウムメトキシド等のアルコキサイド系やｎ−ブチルリチウム、ｓｅｃ−ブチルリチウム等のアルキルリチウム系開始剤を用いるアニオン重合による環状カーボナート化合物の開環重合法は、水分により開始剤の活性が低下し、開環重合への影響が著しく大きい、またナトリウムイオン、リチウムイオン等のイオン性不純物が存在するため、電子材料用としては用いることが出来ず、工業的に有用な用途が見出されるに至っていなかった。
【０００６】
さらに、環状カーボナートとエポキシドとの共重合は試みられているが、カチオン重合の反応（第４２回高分子討論会予稿集２１３９頁（１９９３年）、配位アニオン重合触媒を用いた反応でいずれも水分の影響を受けやすく、工業的には用いられていない（Polymer,Vol.33,No.9,1941-1948(1992))
【０００７】
環状カーボナートの一つである化学式（２）で示されるノルボルネン環状カーボナートは、他の環状カーボナートに比べ、重合時の体積膨張は、大きい。また、ノルボルネン環状カーボナートは、末端生長種のポリマー鎖上への攻撃反応といった副反応が起き難いため、高分子量のポリマーが容易に得られる。さらに、ノルボルネンの骨格より他の環状カーボナートに対して比較的高い耐熱性を示し興味ある化合物として注目されている。
【０００８】
【化２】

【０００９】
しかしながら、ノルボルネン環状カーボナートは、化学式（３）で示される様に、１５０〜３００℃の加熱によりretro Diels-Alder反応を起こし、シクロペンタジエンとエキソメチレンを有する環状カーボナートに分解する。この分解は、化学式（４）で示される様に、重合物においても同様に起こり、１５０℃以上の高温で用いられる材料に関しては支障が生じ、耐熱性が要求される材料へ適用されていなかった。
【００１０】
【化３】

【００１１】
【化４】

（繰り返し単位ｌは、１〜１００までの整数）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明者は、耐熱性が向上し、かつ硬化時に体積膨張する化合物及び重合物について開発を行った結果、下記で示される環状カーボナートを新規に合成し、アニオン重合開始剤により開環重合し、硬化後ノルボルネン環状カーボナート重合物より耐熱性に関して向上する事を見出し本発明を完成するに至った。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、化学式（１）で示される側鎖に環状カーボナート構造をｎ個有するオリゴノルボルネンとエポキシ樹脂とアミン系アニオン開環重合開始剤を成分として用いることを特徴とする環状カーボナート樹脂組成物であり、
【００１４】
【化１】

（繰り返し単位ｎは、１〜１０までの整数）
（式中、ｘ，ｙは、１〜３までの整数）
【００１５】
化学式（１）で示される側鎖に環状カーボナート構造を持つオリゴノルボルネンの環状カーボナートとエポキシ樹脂とが共重合し、その重合比が１／９９〜８０／２０の範囲である樹脂組成物であり、
また、該樹脂組成物を硬化させてなる硬化物である。
【００１６】
本発明で用いられる環状カーボナート化合物の製造方法は、公知の方法（第３９回高分子学会年次大会予稿集２８４頁（１９９０年））によって得られたものを参考にすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
上記反応に使用されるエポキシ樹脂としては、エポキシ樹脂であれば特に限定されないが、ビスフェノール系エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等の芳香族型エポキシ樹脂、脂環型エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂等が好ましいとして挙げられ、単独又は２種以上の化合物の混合物としてもちいてもよい。
【００１８】
本発明で用いられるアミン系開環重合開始剤としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジエチルアミノプロピルアミン、ベンジルジメチルアミン、２−（ジメチルアミノメチル）フェノール、２,４,６−トリス（ジアミノメチル）フェノール、トリエチルアミン、ジエチルアミン、エチルアミン、アニリン、テトラメチルグアニジン、アルキルｔｅｒｔモノアミン等が挙げられる。
【００１９】
特に、アミン系開環重合開始剤が環状アミン化合物である開始剤としては、２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−メチルイミダゾール、２,４−ジアミノ−６−[２−メチルイミダゾリル−(１)]−エチルＳ−トリアジン、ピペリジン、Ｎ,Ｎ’−ジメチルピペラジン、ピリジン、ピコリン等が挙げられる。
【００２０】
環状アミン化合物中、特に、１,８−ジアザビシクロ[５,４,０]ウンデク−７−エン（ＤＢＵ）、トリエチレンジアミン、４−ジメチルアミノピリジンは化学式（１）で示される側鎖に環状カーボナート構造を持つオリゴノルボルネンとの反応が著しく速く、また分子量、収率が高い。
前記のアニオン開始剤は、化学式（１）で示される側鎖に環状カーボナート構造を持つオリゴノルボルネンに対して、０.０１〜１５重量％、好ましくは、０.１〜５重量％の範囲内で用いられる。０.０１重量％未満では、重合は進行するものの、長時間を必要とするため好ましくない。一方、１０重量％を超える濃度では、低分子量体が生じ易くなるため好ましくない。
【００２１】
側鎖に環状カーボナート構造を持つオリゴノルボルネンとエポキシ樹脂の成分の割合は、側鎖に環状カーボナート構造を持つオリゴノルボルネンとエポキシ樹脂との重量比が、１／９９〜８０／２０、好ましくは、５／９５〜６０／４０である。１／９９未満では、硬化後の収縮は、エポキシ樹脂単独の反応よりも抑制されるが、密着性が低くなり、低収縮の効果が低い。一方、８０／２０を越えると体積膨張は大きくなるが、硬化物が作製できず好ましくない。
これら重合反応の条件は、硬化促進剤の種類、量により異なるが、通常、室温〜２００℃、好ましくは、５０〜１８０℃の範囲である。
【００２２】
本発明の化合物は、必要に応じて、充填材、染料、顔料等の添加剤を配合することができる。
充填材としては、木粉、パルプ粉、各種織物粉砕物、熱硬化樹脂積層板および成形品の粉砕物等の有機質のもの、シリカ、ガラス、タルク、アルミナ、炭酸カルシウム、カーボン等の無機粉末、ガラス繊維、カーボン繊維、マイカ等の無機繊維等を選ぶことができる。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例および比較例に基づいて、本発明を具体的に説明する。なお、物性値は下記の方法により測定した。
【００２４】
¹Ｈ−ＮＭＲスペクトルは、日本電子社製ＧＳＸ−４００型を用いて測定し、赤外線吸収スペクトルは、日本分光工業社製ＦＴ／ＩＲ−３型を用いて測定した。数平均分子量は、東ソー社製ＧＰＣ−８０００システム測定装置を用いて測定し、ポリスチレン換算によって算出した。密度は、柴山科学器械製作所社製密度勾配管法比重測定装置Ａ型で臭化カリウム、または、臭化カルシウム水溶液２５℃中で測定した。
【００２５】
得られた樹脂組成物について２５℃における比重を測定する一方、この樹脂組成物を重合し、重合前後における比重差から体積膨張率を求めた。
１０％重量減少温度は、熱重量法（ＴＧ）にて１０℃／分の昇温速度で室温から８００℃まで加熱したときの重量減少について測定した。
ノルボルネン環状カーボナート
【００２６】
【化２】

【００２７】
の製造方法は、５−ノルボルネン−２−カルボキシアルデヒドおよびホルムアルデヒド水溶液のメタノール溶液にＫＯＨ水溶液を滴下し、５時間加熱還流させた。溶媒を除去後、析出した固体を水で洗浄、再結晶し、５−ノルボルネン−２，２−ジメタノールを６９％の収率で得た。次に、このジオールとエチルクロロホルメートのトルエン溶媒に水冷下でトリエチルアミンを滴下した。反応液を水で洗浄後、溶媒を除去し、析出した固体をトルエンで再結晶し、ノルボルネン環状カーボナートを収率４９％で得た。
【００２８】
側鎖に環状カーボナート構造を持つオリゴノルボルネンの製造方法は、ノルボルネン環状カーボナート（１５３．０ｇ，１．２５２ｍｏｌ）と開始剤にジ−ｔ−ブチルペルオキシド（ＤＴＢＰ、３，８ｇ）を用い、ＤＭＦ（２．０Ｍ）中１２０℃で２０時間攪拌を行った。重合混合物をｎ−ヘキサン／エタノール（容積比１．５：１．０）に再沈殿させることにより６０％の収率で数平均分子量６２０、分子量分布１．２の側鎖に環状カーボナート構造を持つオリゴノルボルネン（５０ｇ）を得た。該生成物の¹Ｈ−ＮＭＲスペクトルを観測したところ、δ＝４．０６〜４．２４ｐｐｍに４Ｈ、δ＝０．８８〜２．３５ｐｐｍに１１Ｈのピークが観測された。該生成物のＩＲスペクトルを観測したところ、２９５７、１７５０、１１８２、１１２５、１１０７ｃｍ^-1 にピークが観測された。
この結果から、該生成物は、側鎖に環状カーボナート構造を持つオリゴノルボルネンであることが同定された。
【００２９】
［実施例１］
側鎖に環状カーボナート構造を持つオリゴノルボルネンとグリシジル−１−ナフチルエーテル
【００３０】
【化５】

【００３１】
とのユニット比を５０：５０にし、共重合反応をＤＢＵ（４ｍｏｌ％）を開始剤として、反応温度１２０℃、１時間行った。得られた共重合物は、収率７２％で、カーボナートとエポキシドとのユニット比はＮＭＲの測定により４７：５３であった。１０％重量減少温度は、２６７℃であった。
【００３２】
［比較例１］
ノルボルネン環状カーボナート化学式（２）とグリシジル−１−ナフチルエーテルとのユニット比を５０：５０にし、共重合反応をＤＢＵ（４ｍｏｌ％）を開始剤として、反応温度１２０℃、１時間行った。得られた共重合物は、収率７３％で、カーボナートとエポキシドとのユニット比はＮＭＲの測定により５４：４６であった。１０％重量減少温度は、２２５℃であった。
【００３３】
［実施例２］
側鎖に環状カーボナート構造を持つオリゴノルボルネン、
【００３４】
【化６】

（ｎは、１〜５までの整数）
【００３５】
ＹＸ−４０００Ｈ、及び、ＤＢＵを表１に示す組成比（重量部）で配合し、混合して樹脂組成物を調整した。
得られた樹脂組成物について２５゜Cにおける比重を測定する一方、この樹脂組成物を１００゜C３時間、１２０゜C２時間、１５０゜C６時間、１８０゜C２時間加熱硬化し、硬化前後における比重差から体積膨張率を求めた。また、ＴＭＡ（熱機械的試験）にて熱膨張係数ならびにガラス転移温度を測定した。引張りせん断強さは積層板金メッキ面に上記、混合した樹脂をコーティングし、その上にチップを付着させ、１００゜C３時間、１２０゜C２時間、１５０゜C６時間、１８０゜C２時間加熱し、ＡＩＫＯＨエンジニアリング（株）社製シーピーユーゲージを用いて測定を行った。結果を表１に示す。
【００３６】
（実施例３〜９、比較例２〜７）
表１に示す割合で各材料を混合した後、実施例２と同様にして各種物性を測定した。測定結果を表１及び表２に示す。
【００３７】
【表１】

【００３８】
*1) 環状カーボナート（１８０[g/eq]）
*2) 油化シェルエポキシ（株）製、ビフェニル型エポキシ樹脂
（エポキシ当量：１９５[g/eq]）
*3) 住友化学工業（株）製、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂
（エポキシ当量：２００[g/eq]）
*4) 大日本インキ化学工業（株）製、ナフタレン型エポキシ樹脂
（エポキシ当量：１５２[g/eq]）
*5) 油化シェルエポキシ（株）製、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂
（エポキシ当量：１８０[g/eq]）
*6) ダイセル化学工業（株）製、脂環式エポキシ樹脂
（エポキシ当量：１３１[g/eq]）
*7) マイナスは、収縮を示す。
【００３９】
【表２】

【００４０】
【発明の効果】
側鎖に環状カーボナート構造を持つオリゴノルボルネンとエポキシ樹脂をアミン系アニオン開環重合開始剤を用いて反応することにより硬化収縮の少ない重合物が得られ、密着性、熱的に優れた性質を示す。従って、注型材料、封止材料、接着材料等の工業材料の用途に有用である。

Claims

化学式（１）で示される側鎖に環状カーボナート構造をｎ個有するオリゴノルボルネンとエポキシ樹脂とアミン系アニオン開環重合開始剤を成分として用いることを特徴とする環状カーボナート樹脂組成物。

（繰り返し単位ｎは、１〜１０までの整数）
（式中、ｘ，ｙは、１〜３までの整数）
化学式（１）で示される側鎖に環状カーボナート構造を持つオリゴノルボルネンの環状カーボナートとエポキシ樹脂とが共重合し、その重合比が１／９９〜８０／２０の範囲である請求項１に記載の樹脂組成物。
請求項２記載の樹脂組成物を硬化させてなる硬化物。