JP4306487B2 - フェノールノボラック樹脂 - Google Patents

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本発明は、ビス(アルコキシメチル)ビフェニルあるいはビス(ハロゲン化メチル)ビフェニルの各異性体または該化合物の異性体混合物とフェノール類とを反応させて得られるフェノールノボラック樹脂に関する。本発明のフェノールノボラック樹脂は、エポキシ樹脂の硬化剤、エポキシ化ノボラック樹脂用、イソシアネート化によるウレタン樹脂、トリアジン樹脂用、ポリエステル樹脂用の原料などに使用することができる。
従来、ビス(アルコキシメチル)ビフェニルあるいはビス(ハロゲン化メチル)ビフェニルの各異性体または該化合物の異性体混合物とフェノール類とを反応させて得られるフェノールノボラック樹脂に関しては、4,4’−ビスアルキルビフェニル誘導体を使用したフェノールノボラック樹脂が開示されている(例えば特許文献1または2参照)。該文献1または2には、重合度n=0の樹脂が得られているが、4,4’−置換タイプのビフェニル骨格のためと想定されるが、該樹脂の軟化点は100℃を超え、その作業性は十分とは言えない。
また、ビス(メトキシメチル)ビフェニル化合物の各異性体またはそれらの混合物とフェノール化合物とを反応させて得られるフェノールノボラック縮合体が開示されている(例えば特許文献3および4参照)。該文献2または3においても、ガラス転位温度が130℃以上と高いものであった。
このようにビフェニル架橋したフェノールノボラック樹脂は、融点(又はガラス転位温度)が比較的高い結晶性化合物であり、そのために溶融温度が高くて種々の用途に使用する場合に、高温を必要とするなど、各用途に使用する場合の作業性に問題があり、より低い温度での取り扱いにふさわしいフェノールノボラック樹脂が要求されている。
特許3403178号公報 特開平09−255603号公報 特開平08−143648号公報 特開平11−071451号公報
本発明は、ビフェニルのメソゲン構造に由来するの結晶性を緩和し、低融点での取り扱いの容易さを解決したフェノールノボラック樹脂を提供することである。
本発明の課題は、
フェノールと一般式(1)で表され、4,4’−体を35〜80モル%含有する異性体混合物とからなる一般式(2)のn=0体を、65%以上含有したフェノールノボラック樹脂により解決される。
Figure 0004306487

(但し、Xは、炭素数1〜4までのアルコキシ基またはハロゲン基を示す。)
Figure 0004306487

(但し、R−は水素または炭素数1〜4までのアルキル基を示す。)
好ましくは、
一般式(1)の異性体混合物とからなるフェノールノボラック樹脂により解決され、
さらに好ましくは、一般式(1)の異性体混合物が、少なくとも4、4’−体を40〜70モル%含有することからなるフェノールノボラック樹脂により解決される。
なお、ここで、4,4’−体とは、4,4’−ビス(アルコキシメチル)ビフェニルあるいは4,4’−ビス(ハロゲン化メチル)ビフェニルの総称をあらわし、2,4’−体とは2,4’−ビス(アルコキシメチル)ビフェニルあるいは2,4’−ビス(ハロゲ化メチル)ビフェニルの、2,2’−体は、2,2’−ビス(アルコキシメチル)ビフェニルあるいは2,2’−ビス(ハロゲ化メチル)ビフェニルの総称をそれぞれあらわす。
本発明のフェノールノボラック樹脂は、非結晶性樹脂であり、軟化点温度が70℃以下におさえることができ、前記の用途に使用するのに作業性が好適であると共に、得られたそれぞれの樹脂が優れた耐熱性を示し、また、吸水性、機械特性、接着特性、難燃性特性などが高レベルである。
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明で使用するフェノール類は、ベンゼン環に1個の水酸基を有するフェノールおよびその誘導体であり、通常の市販品がそのまま使用される。フェノール以外のフェノール類としては、メタクレゾ−ル、パラクレゾ−ル、キシレノ−ル、トリメチルフェノ−ル等が挙げられ、キシレノ−ルとしては、2,3−キシレノ−ル,2,4−キシレノ−ル,2,5−キシレノ−ル,2,6−キシレノ−ル,3,4−キシレノ−ル,3,5−キシレノ−ルの異性体が挙げられる。これらのフェノール類は、単独でも2種以上を混合使用しても何ら問題はない。
本発明の式(1)で示されるビス(アルコキシメチル)ビフェニルあるいはビス(ハロゲン化メチル)ビフェニルの各異性体としては、例えば、4,4’−体を除いた、2,2’−体、2,4’−体の異性体を挙げることができる。
Figure 0004306487

ここで、アルコキシ基は、炭素数が1〜4の脂肪族直鎖の炭化水素のアルコキシ基が好ましく、具体的には、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基が挙げられ、取り扱いからメトキシ基が主に使用される。
ハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素基が上げられるが、塩素が好ましく使用される。
また、上記ビス(アルコキシメチル)ビフェニルあるいはビス(ハロゲン化メチル)ビフェニルの混合物としては、例えば、4,4’−体を含む、2,2’−体、2,4’−体の各異性体からなる2種以上の異性体混合物を挙げることができる。
本発明におけるビス(アルコキシメチル)ビフェニルあるいはビス(ハロゲン化メチル)ビフェニルの異性体混合物としては、その組み合わせならびに使用量について、特に制限はないが、4,4’−体が主成分として含有される場合が好ましい。
具体的には、4,4’−体が35〜80モル%、さらに好ましくは40〜70モル%である。4,4’−体を含む場合の比率が40モル%より少なければ、得られる樹脂の特性で、耐熱性や難燃性の特性が十分に発揮されない場合があり、また、4,4’−体の比率が80モル%を超えると、結晶化の影響が強く現れ、作業性の不具合が生じ好ましくない。
この場合の他の異性体2,2’−体、2,4’−体の使用割合については、2,2’−体が10〜40モル%、2,4’−体が5〜40モル%の範囲が好ましい。
本発明における特徴は、フェノール類と一般式(1)の各異性体またはその混合物からなるフェノールノボラック樹脂の重合度n=0の成分が、65%以上のものである。
なお、n=0の成分は、得られたフェノールノボラック樹脂をゲル浸透クロマトグラフ分析(GPC分析)供して測定し求めたものであり、その数値は、対応する成分の面積を全成分の面積にて除した値を100分率で表されるものである。
フェノールノボラック樹脂の重合度n=0の成分が65%より少なければ、結晶性の影響が発現して作業性に支障をきたす場合があり好ましくない。
本発明でのフェノールノボラック樹脂の製造は、フェノール類とビス(アルコキシメチル)ビフェニルあるいはビス(ハロゲン化メチル)ビフェニルの各異性体あるいはその混合物を、例えば酸触媒の存在下に縮重合させて合成することができる。
フェノールノボラック樹脂の具体的な製造条件は、フェノール類と架橋基となるビス(アルコキシメチル)ビフェニルあるいはビス(ハロゲン化メチル)ビフェニルの異性体混合物の配合割合については、通常、フェノール類は架橋基となるビス(アルコキシメチル)ビフェニルあるいはビス(ハロゲン化メチル)ビフェニルの異性体混合物に対し、トータルで8倍モル以上であればよい。好ましくは9〜50倍モルで、より好適には10〜30倍モルである。8倍モルより少ないと、架橋が進み、目的に合うフェノールノボラック樹脂が安定的に得られない。余りに多すぎると、未反応の原料が多くなり経済的でない。
本発明で使用する酸触媒としては、パラトルエンスルホン酸、ジメチル硫酸等の有機酸、塩酸、硫酸等の無機酸が挙げられる。触媒の使用量は、フェノール類に対し0.01〜1重量%の範囲で好適に使用される。少ないと反応速度が遅く、多すぎると反応が急激に進行して反応を制御することが困難となる場合がある。
反応温度は、使用するフェノール類および架橋基となるビス(アルコキシメチル)ビフェニルあるいはビス(ハロゲン化メチル)ビフェニルの各異性体あるいはその混合物の配合割合にもよるが、通常50〜200℃、好ましくは70〜180℃、より好ましくは80〜180℃である。あまり低いと重合が進まず、余りに高いと反応の制御が難しくなり、目的のフェノールノボラック樹脂を安定的に得ることが困難となる。
反応時間は、反応温度にもよるが、通常は10時間以内である。
反応圧力は、通常は常圧下で行われるが、若干の加圧ないし減圧下でも行うことができる。
本発明の製造方法で得られるフェノールノボラック樹脂は、エポキシ樹脂等の硬化剤として優れた流動性、硬化特性を発揮し、耐熱性に優れた樹脂硬化物を提供する。また、エポキシ化ノボラック樹脂、イソシアネート化によるウレタン樹脂、トリアジン樹脂用の原料などとして、好適に使用できる樹脂組成物である。
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、部は重量部を示す。
また、成分の含有量および樹脂の分析方法は以下の通りである。
(1)(ゲル浸透クロマトグラフ分析:GPC測定方法)
型式 :HLC−8220 東ソー(株)製
カラム :TSK−GEL Hタイプ G2000H×L 4本
G3000H×L 1本
G4000H×L 1本
測定条件:カラム圧力 13.5MPa
溶離液 :テトラヒドロフラン(THF)フローレート 1ml/min
温度 :40℃
検出器 スペクトロフォトメーター(UV−8020)RANGE 2.56
WAVE LENGTH 254nm とRI
(2)OH当量の測定
試料2〜3gを無水酢酸1.25gでアセチル化し、アセチル化後の酢酸を
水酸化カリウムで滴定し、OH当量を求めた。(アセチル化法)
(3)軟化点
環球法により求めた。
実施例1
温度計、仕込・留出口および攪拌機を備えた容量2000容量部のガラス製フラスコに、フェノール940部(10モル)、2,2’−ビス(メトキシメチル)ビフェニル(2,2’−BMMBと略記する)87.1部(0.36モル)、2,4’−ビス(メトキシメチル)ビフェニル(2,4’−BMMBと略記する)58.1部(0.24モル)、4,4’−ビス(メトキシメチル)ビフェニル(4,4’−BMMBと略記する)96.8部(0.40モル)、及び25%硫酸水溶液2.4部を加えて、120℃〜160℃で1.5h、160℃で2h反応させた。
その後、760mmHgの減圧下で1.3KPa、160℃のスチーム条件下で2時間スチーミングを実施した。その後、760mmHgの減圧下で1.3KPa、160℃で1時間脱水してフェノールノボラック樹脂を得た。得られたフェノールノボラック樹脂の遊離フェノール成分はガスクロマトグラフィー分析(GC測定)の結果、遊離フェノールは0.2重量%であった。また、ゲル浸透クロマトグラ分析(GPC測定)の結果、n=0体の比率は、68%であり、平均分子量は497であった。
なお、環球法による軟化点は63℃であった。
ここで、得られたフェノールノボラック樹脂の物性特性を、表1に示す。
実施例2
温度計、仕込・留出口および攪拌機を備えた容量2000容量部のガラス製フラスコに、フェノール1688部(18モル)、2,2’−ビス(クロル化メチル)ビフェニル(2,2’−BCMBと略記する)30.1部(0.12モル)、2,4’−ビス(クロル化メチル)ビフェニル(2,4’−BCMBと略記する)45.2部(0.18モル)、4、4’−ビス(クロル化メチル)ビフェニル(4,4’−BCMBと略記する)175.7部(0.70モル)及び25%硫酸水溶液1.4部を加え、120℃〜160℃で1.5h、160℃で2h反応させた。
その後、760mmHgの減圧下で1.3KPa、160℃のスチーム条件下で2時間スチーミングを実施した。その後、760mmHgの減圧下で1.3KPa、160℃で1時間脱水してフェノールノボラック樹脂を得た。得られたフェノールノボラック樹脂の遊離フェノール成分はガスクロマトグラフィー分析(GC測定)の結果、遊離フェノールは0.3重量%であった。また、ゲル浸透クロマトグラ分析(GPC測定)の結果、n=0体の比率は75%で、平均分子量は470であった。
また、環球法による軟化点は61℃であった。
ここで、得られたフェノールノボラック樹脂の物性特性を、表1に示す。
実施例3および比較例3
表1の配合により、実施例1に準じて合成した。
また、得られたフェノールノボラック樹脂の物性特性を、表1に併せて示した。
比較例1〜3
表1の配合により、実施例1に準じて合成した。
さらに、得られたフェノールノボラック樹脂の物性特性を、表1に併せて示した。
比較例1〜2
表1の配合により、実施例1に準じて合成した。
さらに、得られたフェノールノボラック樹脂の物性特性を、表1に併せて示した。
Figure 0004306487
(本発明で得られた樹脂をエポキシ樹脂の硬化剤として使用した結果)
表1中の各フェノールノボラック樹脂(水酸基等量190g/eq)を使用した。
また、エポキシ樹脂としては、日本化薬(株)製NC3000P(軟化点150℃、エポキシ等量272g/eq)を、充填剤としてのシリカは、龍森化学(株)製RD−8を使用し、硬化促進剤としてトリフェニルフォスフィンを用いた。
表1の各成分を上記エポキシ樹脂と同当量比で配合し、150℃に加熱、溶融混合し、真空脱泡後150℃の金型(厚さ4mm)に注型し、硬化(150℃、3hr硬化後、180℃、5hr後硬化)した。耐燃試験UL−94垂直試験(試料厚さ1.5875mm(1/16inch))により難燃性を評価した。
Figure 0004306487


実施例1のGPCチャート

Claims (2)

  1. フェノールと一般式(1)で表され、4,4’−体を35〜80モル%含有する異性体混合物とからなる一般式(2)のn=0体を、65%以上含有したフェノールノボラック樹脂。
    Figure 0004306487

    (但し、Xは、炭素数1〜4までのアルコキシ基またはハロゲン基を示す。)
    Figure 0004306487

    (但し、R−は水素または炭素数1〜4までのアルキル基を示す。)
  2. 一般式(2)の軟化点温度が70℃以下である請求項1に記載のフェノールノボラック樹脂。
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