JP4399764B2 - Epoxy resin having no silane-modified unsaturated bond, and semi-cured product and cured product obtained from the resin-containing composition - Google Patents

Epoxy resin having no silane-modified unsaturated bond, and semi-cured product and cured product obtained from the resin-containing composition Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シラン変性された水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、当該樹脂含有組成物、当該組成物から得られるエポキシ樹脂−シリカハイブリッド半硬化物およびエポキシ樹脂−シリカハイブリッド硬化物に関する。本発明によって得られるエポキシ樹脂−シリカハイブリッド硬化物は耐熱性、密着性、電気絶縁性、無色透明性、低複屈折性に優れるため、塗料や接着剤、シーリング剤、プリント配線基板材料、IC封止材、絶縁シール剤等として利用でき、特に発光素子、受光素子、光電変換素子、光伝送関連部品、液晶画面のコーティング剤、カラーフィルターの保護コート剤、光ディスク基板、ピックアップレンズ、液晶セル用プラスチック基板、プリズム、液晶画面のコーティング剤、カラーフィルターの保護コート剤等の光学部品の構成材料として有用である。
【0002】
【従来の技術】
エポキシ樹脂は、耐熱性、密着性、耐水性、機械的特性、電気的特性等に優れているため、コーティング剤、接着剤、電気電子部品の絶縁材等様々な分野で賞用されてきたが、近年、特に電気電子部品、光学部品等の分野での技術発展に伴い、より高度の耐熱性、絶縁性、密着性などが要求されるようになっている。
【0003】
エポキシ樹脂組成物の硬化物の耐熱性を向上させるため、例えば、エポキシ樹脂および硬化剤に加え、ガラス繊維等のフィラーを混合する方法が提案されている(例えば、非特許文献1参照)が、当該方法では、十分な耐熱性は得られず、また、得られる硬化物の透明性が失われ、しかもフィラーとエポキシ樹脂との界面の接着性が劣るため、伸長率等の機械的特性も不十分であった。
【0004】
また、エポキシ樹脂の部分硬化物の溶液に、加水分解性アルコキシシランを加え、該硬化物を更に硬化すると共に、該アルコキシシランを加水分解してゾル化し、更に重縮合してゲル化することにより得られるエポキシ樹脂とシリカとの複合体を用い、得られる当該硬化物の耐熱性を向上させる方法が提案されている(特許文献1など)が、当該複合体の硬化物は、エポキシ樹脂単独の硬化物に比して、ある程度耐熱性は向上するものの、複合体中に含まれる水や硬化時に生じる水、アルコールに起因して、硬化物中にボイド(気泡)が発生するといった問題があり、また、耐熱性を一層向上させる目的でアルコキシシラン量を増やすと、ゾル−ゲル硬化反応により生成するシリカが凝集して、得られる硬化物の透明性が失われて白化するうえ、多量のアルコキシシランをゾル化するために多量の水が必要となり、その結果として硬化物のそり、クラック等を招くものであった。
【0005】
また、エポキシ樹脂にシリコーン化合物を反応させたシラン変性エポキシ樹脂と、硬化剤であるフェノールノボラック樹脂とを組み合わせた組成物(特許文献2)や、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、テトラビスブロモビスフェノールAおよびメトキシ基含有シリコーン中間体を反応させたシラン変性エポキシ樹脂と、硬化剤であるフェノールノボラック樹脂とを組み合わせた組成物(特許文献3、特許文献4など)も提案されているが、これらのエポキシ樹脂組成物の硬化物は、シリコーン化合物やメトキシ基含有シリコーン中間体の主構成単位がジオルガノポリシロキサン単位でありシリカを生成できないため、耐熱性が不十分であった。
【0006】
ところで、本出願人は、前記問題点を解決した、ガラス転移点が消失し、高耐熱性材料となる、ビスフェノール型エポキシ樹脂またはノボラック型エポキシ樹脂とメトキシシラン部分縮合物とを脱メタノール反応させてなるメトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂を硬化してなるエポキシ−シリカハイブリッド硬化物を提案している(特許文献5、特許文献6など)。本方法によって得られるエポキシ−シリカハイブリッド硬化物は高度な耐熱性、絶縁性、密着性を有し、塗料や、接着剤、シーリング剤などの広範な用途に使用でき、特に絶縁コーティング剤、プリント配線基板材料、IC封止材、絶縁シール剤等として特に有用であるが、ベースとなるエポキシ樹脂が芳香族環を有するため、熱硬化の際や熱履歴下で硬化物が着色し、無色透明性が求められる光学材料として利用することが難しいといった問題があった。
【0007】
ところで、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂に代表される不飽和結合を有さないエポキシ樹脂は、得られる硬化物が無色透明であり、複屈折率が小さいため、発光ダイオード封止材、光伝送部品等の光学部品の構成材料として用いられている(特許文献7、特許文献8、特許文献9など)。しかし、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂はシクロヘキサン環の安定性が芳香族環より低く、得られる硬化物のガラス転移温度も低いため、耐熱性に問題があった。
【0008】
なお、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂とアルコキシシランを混合した組成物が提案されている(特許文献10、特許文献11)が、前述したエポキシ樹脂とシリカとの複合体と同様のものであるため、該方法の欠点がそのまま残されている。
【0009】
【特許文献1】
特開平8−100107号公報
【特許文献2】
特開平3−201466号公報
【特許文献3】
特開昭61−272243号公報
【特許文献4】
特開昭61−272244号公報
【特許文献5】
特許第3077695号公報
【特許文献6】
特開2003−55435号公報
【特許文献7】
特開2003−12896号公報
【特許文献8】
特開2002−69155号公報
【特許文献9】
特開2001−342240号公報
【特許文献10】
特表平10−509195号公報
【特許文献11】
特表2001−509188号公報
【非特許文献1】
垣内弘編著「新エポキシ樹脂」昭晃堂、昭和60年5月10日、p.292〜307
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高度な耐熱性、絶縁性、密着性と無色透明性とを両立させたエポキシ樹脂−シリカハイブリッド硬化物を収得することができる、シラン変性された不飽和結合を有さないエポキシ樹脂、ならびに当該樹脂含有組成物から得られる半硬化物および硬化物を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、特定のエポキシ樹脂と特定のメトキシシラン部分縮合物とを脱メタノール反応させて得られるメトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂を用いることにより、また当該メトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂と特定のエポキシ樹脂用硬化剤とからなるシラン変性エポキシ樹脂組成物を用いることにより、前記目的に合致したエポキシ樹脂−シリカハイブリッド硬化物が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0012】
すなわち本発明は、水酸基を有する水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂(1)とメトキシシラン部分縮合物(2)とを脱メタノール縮合反応させて得ることを特徴とするメトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(A)に関する。また本発明は、水酸基を有する水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂(1)とメトキシシラン部分縮合物(2)と1分子中に1つの水酸基および1つのエポキシ基を有するエポキシ化合物(3)とを脱メタノール縮合反応させて得ることを特徴とするメトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂に関する。さらに、メトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(A)とエポキシ樹脂用硬化剤(B)とを含有することを特徴とするシラン変性エポキシ樹脂組成物に関する。また本発明は、当該シラン変性エポキシ樹脂組成物を50〜120℃で加熱して、ゾル−ゲル硬化させて得られることを特徴とするエポキシ樹脂−シリカハイブリッド半硬化物に関する。更に本発明は、シラン変性エポキシ樹脂組成物または半硬化物を完全硬化させて得られることを特徴とするエポキシ樹脂−シリカハイブリッド硬化物に関する。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明では、メトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(A)の構成成分として、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂(1)(以下、単にエポキシ樹脂(1)という)を必須使用する。本発明において、エポキシ樹脂(1)とは、不飽和結合を有さないものであり、かつメトキシシラン部分縮合物(2)との脱メタノール縮合反応により、ケイ酸エステルを形成するための水酸基を有するものであればよい。不飽和結合を有する場合には不飽和結合の酸化により、着色が生じるため好ましくない。なお、本発明では、不飽和結合とは、炭素−炭素間の二重結合および三重結合の他、ベンゼン環等の芳香環をも意味する。
【0016】
添ビスフェノールA型エポキシ樹脂は種々の分子量のものを組み合わせることによって1分子中に含まれる水酸基の数を調整することが可能であり、かつ入手が容易である
【0017】
水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂は、一般式(a):
【0018】
【化1】

Figure 0004399764
【0019】
(式中、mは0以上の整数を表す)で表される化合物であり、市販品としては、東都化成(株)製の「ST−3000」、「ST−4000D」、「ST−4100D」、ジャパンエポキシレジン(株)製の「YX8000」、「YX8034」等が挙げられる。
【0020】
なお、不飽和結合を有さないエポキシ樹脂が水酸基を有さないものを一部含む場合には、水酸基を有さないエポキシ樹脂はメトキシシラン部分縮合物(2)とは反応しないため、未反応のままメトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(A)中に存在することとなる。水酸基を有さないエポキシ樹脂は、エポキシ樹脂−シリカハイブリッド半硬化膜形成時に、柔軟性および密着性を付与することができる。そのため、エポキシ樹脂(1)1分子中に含まれる水酸基の平均個数が、0.3を超えて5未満となるようにすることが好ましい。1分子中に含まれる水酸基の平均個数が0.3個以下であると、シリカ成分との間の結合点が少ないため、シリカ成分を多くした場合には硬化したエポキシ樹脂中にシリカが旨く分散できず、シリカとエポキシ樹脂が相分離した白濁した硬化物となる傾向があり、また、最終的に得られる硬化膜の耐熱性が不十分となる傾向があるため好ましくない。一方、1分子中に含まれる水酸基の平均が5以上になると、多官能のメトキシシラン部分縮合物(2)との反応によってゲル化する傾向にあるので好ましくない。なお、メトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(A)中に当該分子が多く含まれる場合、最終的に得られる硬化膜の耐熱性が不十分となる場合がある。
【0021】
本発明に用いるメトキシシラン部分縮合物(2)としては、一般的にゾル−ゲル法に用いられているメトキシシランを部分的に加水分解、縮合したオリゴマー、例えば、一般式:RSi(OCH34−p(式中、pは0または1を示し、Rは炭素数6以下の低級アルキル基またはフェニル基を示す。)で表される化合物の部分縮合物等を例示できる。なお、pが2〜4である場合は、3次元架橋が起こらなくなるため、最終的に得られる硬化物に所望の高耐熱性を付与することが難しくなる。
【0022】
前記メトキシシラン部分縮合物(2)の具体例としては、テトラメトキシシランの部分縮合物;メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン等のトリメトキシシラン類の部分縮合物があげられる。これらの中でも、テトラメトキシシランの部分縮合物が、硬化物に高度の耐熱性を付与し、かつゾル−ゲル硬化速度が速いため好ましい。
【0023】
メトキシシラン部分縮合物(2)は、上記物質の中から1種または2種以上を適宜選択すればよいが、1分子あたりのSiの平均個数は3〜12であることが好ましい。Siの平均個数が3未満であると、エポキシ樹脂(1)との脱メタノール反応の際、副生メタノールと一緒に系外に流出する有毒なメトキシシラン類の量が増えるため好ましくない。また12を超えるとエポキシ樹脂(1)との相溶性が悪化するため、目的とするメトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(A)は得にくくなる。
【0024】
特に、一般式(b):
【0025】
【化2】
Figure 0004399764
【0026】
(式中、Meはメチル基を示し、nの平均繰り返し単位数は3〜12である。)で表されるテトラメトキシシランの部分縮合物、あるいは一般式(c):
【0027】
【化3】
Figure 0004399764
【0028】
(式中、Meはメチル基を示し、nの平均繰り返し単位数は3〜12である。)で表されるメチルトリメトキシシランの部分縮合物が好ましい。
【0029】
本発明に用いられるメトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(A)は、エポキシ樹脂(1)およびメトキシシラン部分縮合物(2)を、溶剤の存在下または無溶剤下に脱メタノール縮合反応させることにより得られる。エポキシ樹脂(1)とメトキシシラン部分縮合物(2)の使用量は特に限定されず、エポキシ樹脂(1)の水酸基の当量/メトキシシラン部分縮合物(2)のメトキシ基の当量(当量比)は特に制限されないが、通常は0.02〜0.6であり、好ましくは0.05〜0.5である。当量比が0.02未満であると未反応のメトキシシラン部分縮合物(2)が多くなりすぎるため、0.6を超える(化学量論的に等量に近づく)と脱メタノール反応の進行でゲル化しやすくなるため好ましくない。
【0030】
エポキシ樹脂(1)の水酸基の当量/メトキシシラン部分縮合物(2)のメトキシ基の当量(当量比)が0.2以上の場合や、1分子あたりのSiの平均個数が7個以上のメトキシシラン部分縮合物(2)を使用原料とする場合には、エポキシ樹脂(1)の水酸基が完全に消失するまで脱メタノール縮合反応を行うと、高粘度化やゲル化を招き易い。このような場合には、脱メタノール反応を反応途中で停止させるなどの方法により、高粘度化やゲル化を防ぐ。例えば、高粘度化してきた時点で、流出するメタノールを還流して反応系からのメタノールの留去量を調整することや、反応系を冷却し反応を終了させる等の方法を採用できる。
【0031】
なお、本発明に用いられるメトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(A)は、エポキシ樹脂(1)、メトキシシラン部分縮合物(2)および1分子中に1つの水酸基および1つのエポキシ基を有するエポキシ化合物(3)(以下、単にエポキシ化合物(3)という)を溶剤の存在下または無溶剤下に脱メタノール縮合反応して得られるものであってもよい。エポキシ化合物(3)を用いることにより、特に、水酸基を有さないエポキシ樹脂が多く存在するエポキシ樹脂(1)を使用した場合であっても、得られるエポキシ樹脂−シリカハイブリッド硬化物の耐熱性を向上させることができる。
【0032】
本発明に用いるエポキシ化合物(3)とは、複数のエポキシ基を有するエポキシ樹脂とは異なり、エポキシ基を一つだけ有する化合物であれば特に制限されないが、分子量が小さいものほどエポキシ樹脂(1)やメトキシシラン部分縮合物(2)に対する相溶性がよく、耐熱性付与効果が高いことから、炭素数が15以下のものが好適である。具体例としては、例えば、エピクロロヒドリンと、水、2価アルコール類とを反応させて得られる分子末端に1つの水酸基を有するモノグリシジルエーテル類;エピクロロヒドリンとアミノモノアルコールとを反応させて得られる分子末端に1つの水酸基を有するエポキシ化合物;分子中に1つの水酸基を有する脂環式炭化水素モノエポキシド(例えば、エポキシ化テトラヒドロベンジルアルコール)などが例示できる。これらのエポキシ化合物の中でも、グリシドールが耐熱性付与効果の点で最も優れており、またメトキシシラン部分縮合物(2)との反応性も高いため最適である。
【0033】
なお、エポキシ化合物(3)を用いる場合のエポキシ化合物(3)の使用量は特に限定されず、エポキシ樹脂(1)中の水酸基を有さない分子の含有量に応じて適宜に決定すればよいが、得られるエポキシ樹脂−シリカハイブリッド硬化物の耐熱性の観点から、1分子中に含まれる水酸基が2.0個以下の不飽和結合を有さないエポキシ樹脂(1)を使用する場合には、エポキシ化合物(3)の重量/エポキシ樹脂(1)の重量=0.03程度以上とし、1分子中に含まれる水酸基が1.0個以下の場合には0.1以上とするのが好ましい。なお、環境の点から、メトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(A)中のエポキシ化合物(3)残存量を極力少なくすることが好ましいが、上記重量比が0.3を超える場合には、未反応のエポキシ化合物(3)を低減させるためにメトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(A)の製造時間が長くなり、製造効率が低下する。
【0034】
メトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(A)の製造を溶剤の存在下で行う場合に用いられる反応溶剤としては、エポキシ基と反応せず、沸点が上記脱メタノールの反応温度以上で、エポキシ樹脂(1)およびメトキシシラン部分縮合物(2)を溶解するものであれば、従来公知の溶剤を使用することができる。このような有機溶剤としては、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、ジメチルジグリコール、ジメチルトリグリコール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン等が例示できる。これらの中でも、半硬化状態での加工が必要な用途には、メチルエチルケトン、トルエンのような沸点が120℃未満で、乾燥が容易な有機溶剤が好ましい。なお、当該無溶剤用途に適用する場合には、溶剤存在下で製造されたメトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(A)の有機溶剤溶液を減圧して脱溶剤してもよい。
【0035】
また、エポキシ樹脂(1)とメトキシシラン部分縮合物(2)との相溶性が高い場合、無溶剤下で反応を行うこともできる。無溶剤下で製造されるメトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(A)は、無溶剤で使用される用途、例えば接着剤、成形加工品、シーリング材などの材料として、そのまま使用できる利点がある。また、このような無溶剤メトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(A)は、溶剤存在下で製造された該エポキシ樹脂(A)の有機溶剤溶液を減圧して脱溶剤しても得ることができる。
【0036】
脱メタノール縮合反応に際しては、反応促進のために従来公知の触媒の内、エポキシ環を開環しないものを使用することができる。該触媒としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、亜鉛、アルミニウム、チタン、コバルト、ゲルマニウム、錫、鉛、アンチモン、砒素、セリウム、硼素、カドミウム、マンガンのような金属;これら金属の酸化物、有機酸塩、ハロゲン化物、メトキシド等があげられる。これらのなかでも、特に有機錫、有機酸錫が好ましく、具体的には、ジブチル錫ジラウレート、オクチル酸錫等が有効である。
【0037】
なお、脱メタノール縮合反応する際の、反応温度は50〜130℃程度、好ましくは70〜130℃であり、全反応時間は1〜24時間程度である。この反応は、メトキシシラン部分縮合物(2)自体の重縮合反応を防止するため、実質的に無水条件下で行うのが好ましい。
【0038】
このようにして得られたメトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(A)は、その分子中にメトキシシラン部分縮合物(2)に由来するメトキシ基を有している。このメトキシ基は加熱処理や水分(湿気)との反応により、ゾル−ゲル反応や脱メタノール縮合して、相互に結合したハイブリッド硬化物を形成するために必要となるため、当該メトキシ基の含有量は、通常、原料となるメトキシシラン部分縮合物(2)のメトキシ基の40〜95モル%程度、好ましくは50〜90モル%を未反応のままで保持しておくのがよい。なお、メトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(A)中には、メトキシシラン部分縮合物(2)が未反応のまま含有されていてもよい。未反応のメトキシシラン部分縮合物(2)は、ゾル−ゲル硬化時に加水分解、重縮合によりシリカとなり、メトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(A)と結合する。
【0039】
本発明では、メトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(A)とエポキシ樹脂用硬化剤(B)を組み合わせてシラン変性エポキシ樹脂組成物として使用する。
【0040】
エポキシ樹脂用硬化剤(B)としては、通常、エポキシ樹脂の硬化剤として使用されている従来公知の硬化剤が使用できるが、無色透明な硬化物が得られるため、脂環式酸無水物系硬化剤、アニオン重合型硬化剤、カチオン重合型硬化剤等を用いることが好ましい。脂環式酸無水物系硬化剤としては、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、3,6−エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサクロルエンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、メチル−3,6−エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸があげられる。アニオン重合型硬化剤としては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)フェノール等の芳香族トリアミン類や、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-エチルへキシルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、1−シアノエチル−2‐メチルイミダール等のイミダゾール類があげられる。カチオン重合型硬化剤としては、芳香族ジアゾニウム塩、ジアリルヨードニウム塩、トリアリルスルホニウム塩、トリアリルスルホニウム塩等の光分解型硬化剤があげられる。
【0041】
前記シラン変性エポキシ樹脂組成物には、硬化物の着色を防止するため、公知の酸化劣化防止剤、着色防止剤、紫外線吸収材等を用いることができる。他にも、必要に応じて、有機溶剤、充填剤、離型剤、表面処理剤、難燃剤、粘度調節剤、可塑剤、抗菌剤、防黴剤、レベリング剤、消泡剤、着色剤、安定剤、カップリング剤等を本発明の効果を損なわない範囲で配合してもよい。また、本発明のシラン変性エポキシ樹脂組成物を各種用途へ適用するにあたっては、エポキシ樹脂−シリカハイブリッド硬化物や半硬化物の柔軟性や力学強度等を調整するため、各種のエポキシ樹脂やゴム成分などを併用することもできる。当該併用しうるエポキシ樹脂としては、本発明の構成成分として記載した前記ノボラック型エポキシ樹脂;ビスフェノール類とエピクロロヒドリンを反応させて得られるビスフェノール型エポキシ樹脂;フタル酸、ダイマー酸などの多塩基酸類およびエピクロロヒドリンを反応させて得られるグリシジルエステル型エポキシ樹脂;ジアミノジフェニルメタン、イソシアヌル酸などのポリアミン類とエピクロロヒドリンを反応させて得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂;オレフィン結合を過酢酸などの過酸で酸化して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂および脂環式エポキシ樹脂などがあげられる。またゴム成分としてはポリイソブテン、ポリブチレン、ポリブタジエン、ブタジエン−アクリロニトリルゴム、クロロプレンゴム、シリコンゴム等が挙げられる。
【0042】
前記シラン変性エポキシ樹脂組成物からエポキシ樹脂−シリカハイブリッド硬化物を得るためには、メトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(A)のメトキシシリル部位のゾル−ゲル硬化およびエポキシ基のエポキシ硬化を行わねばならない。この際、エポキシ硬化に先立ってゾル−ゲル硬化を行わなければならない。エポキシ硬化をゾル−ゲル硬化に先行させると、エポキシ樹脂−シリカハイブリッド硬化物はゾル−ゲル硬化に起因するメタノールの発生によって、発泡やクラックを生じる。
【0043】
ゾル−ゲル硬化をエポキシ硬化に先行させるためには、ゾル−ゲル硬化を促進させるための触媒を当該樹脂組成物中に配合することが好ましい。ゾル−ゲル硬化触媒としては、酸または塩基性触媒、金属系触媒など従来公知のものをあげることができるが、特にオクチル酸錫やジブチル錫ジラウレートが高活性で、しかも溶解性に優れており好ましい。前記触媒の使用量は使用する触媒の活性、目的とする硬化物の膜厚、エポキシ樹脂用硬化剤(B)の種類により適宜決めることができる。通常、使用するメトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(A)のメトキシ基に対し、モル比率で、触媒能力の高いパラトルエンスルホン酸やオクチル酸錫などで0.01〜5モル%程度、触媒能力の低いギ酸、酢酸などで0.1〜50モル%程度使用される
【0044】
シラン変性エポキシ樹脂組成物から直接ハイブリッド硬化物を得るには、用いた硬化剤(B)の種類に応じた方法によって硬化を行う必要がある。これは、メトキシシリル部位のゾル−ゲル硬化反応によりメタノールが発生するため、メトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(A)中のエポキシ基とエポキシ樹脂用硬化剤(B)とのエポキシ基の開環・架橋反応による硬化が進行した後に、当該メタノールが発生した場合には、発泡やクラックが生じるため、触媒を適宜に選択することによってゾル−ゲル硬化反応速度を調整する必要がある。当該硬化剤(B)として脂環式酸無水物系硬化剤を用いる場合には、当該硬化剤(B)以外にゾル−ゲル硬化触媒を0.1%以上併用して、150〜200℃で硬化させるのが好ましい。
【0045】
また、シラン変性エポキシ樹脂組成物を、エポキシ硬化を進行させることなくゾル−ゲル硬化のみを進行させることで、エポキシ樹脂−シリカ半硬化物を得ることができる。該半硬化物はエポキシ基が未硬化であるため熱可塑性であり、熱成形や熱圧着を行うことにより、任意に加工を行うことができる。
【0046】
このようなエポキシ樹脂−シリカ半硬化物を得るためには、エポキシ基の反応率を30%以下、好ましくは20%以下に留めたまま、メトキシシリル部位を70%以上、好ましくは90%以上生成させればよい。具体的には、前記ゾル−ゲル触媒を添加したシラン変性エポキシ樹脂組成物を、好ましくは50〜120℃で加熱することにより、ゾル−ゲル硬化反応のみを進行させればよい。エポキシ硬化反応が30%を超えて進行すると、エポキシ硬化のため熱可塑性が失われ、加工を行うことができない。メトキシシリル部位の反応率が70%未満であると、半硬化物作製に引き続く完全硬化反応において硬化収縮やクラック、発泡が生じる可能性がある。
【0047】
さらにこのような半硬化物は、用いた硬化剤(B)の種類に応じた方法によって完全硬化させて、エポキシ樹脂−シリカハイブリッド硬化物へと導かれる。また、シラン変性エポキシ樹脂組成物から直接エポキシ樹脂−シリカハイブリッド硬化物を得ることも可能である。硬化剤(B)やゾル−ゲル触媒を適宜に選択することによってゾル−ゲル硬化反応速度を調整し、エポキシ硬化に先立ってゾル−ゲル硬化が進行するようにすればよい。
【0048】
得られたエポキシ樹脂−シリカハイブリッド硬化物は高度な耐熱性、絶縁性、密着性とともに無色透明性を有しているため、特に発光素子、受光素子、光電変換素子、光伝送関連部品用バインダー、液晶パネルやカラーフィルター、プラスチックフィルムの保護コート剤、偏光板、プラスチックLANケーブル、光導路基板、ピックアップレンズ、液晶セル用プラスチック基板、プリズム、液晶画面のコーティング剤等の光学部品の構成材料として有用である。
【0049】
上記の用途の中でも基材の保護を目的とする保護コート剤では、エポキシ−シリカハイブリッド硬化物中にシリカを15〜60%含み、鉛筆硬度4H〜8Hのエポキシ樹脂−シリカハイブリッドを作る様に調製するのが好ましい。また偏光板、プラスチックLANケーブル、光導路基板、ピックアップレンズ、プラスチック基板、プリズム、液晶画面のコーティング剤等の光学用途では、特に光散乱を防ぐ必要性からエポキシ−シリカハイブリッドの屈折率を1.5未満となるように調整するのが好ましい。プラスチック基板や光導波路基板などはんだのリフローが必要な用途では、230℃での弾性率が1×10Pa以上になり、5%熱分解温度が280℃以上になるように調製するのが好ましい。
【0050】
【発明の効果】
本発明によれば、高度な耐熱性、絶縁性、密着性と無色透明性を有するエポキシ樹脂−シリカハイブリッド硬化物を提供することができる。
【0051】
【実施例】
以下、実施例および比較例をあげて本発明を具体的に説明する。なお、各例中、%は特記しない限り重量基準である。
【0052】
実施例1(メトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(A)の製造)
攪拌機、冷却管、温度計、窒素吹き込み口を備えた反応装置に、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂(東都化成(株)製、商品名「サントートST−4000D」、エポキシ当量740g/eq、水酸基当量380g/eq)800gをジグライム800gに120℃で溶解させ、ポリ(テトラメトキシシラン)(多摩化学(株)製、商品名「Mシリケート51」、1分子あたりのSiの平均個数4.0)726gと触媒としてジブチル錫ジラウレート0.7gを加え、120℃で12時間脱メタノール反応させることによって、メトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(以下、樹脂(A−1)という)を得た。
なお、エポキシ樹脂(1)の水酸基の当量/メトキシシラン部分縮合物(2)のメトキシ基の当量=0.137であった。樹脂(A−1)のエポキシ当量は2110g/eqであった。
【0053】
実施例2
実施例1と同様の反応装置に、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂(東都化成(株)製、商品名「サントートST−4000D」、エポキシ当量740g/eq、水酸基当量380g/eq)800gをジグライム720gに120℃で溶解させ、ポリ(テトラメトキシシラン)(多摩化学(株)製、商品名「Mシリケート51」、1分子あたりのSiの平均個数4.0)908gと触媒としてジブチル錫ジラウレート0.7gを加え、120℃で12時間脱メタノール反応させることによって、メトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(以下、樹脂(A−2)という)を得た。
なお、仕込み時のエポキシ樹脂(1)の水酸基の当量/メトキシシラン部分縮合物(2)のメトキシ基の当量=0.1であった。樹脂(A−2)のエポキシ当量は2200g/eqであった。
【0054】
実施例3
攪拌機、分水器、温度計、窒素吹き込み口を備えた反応装置に、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂(東都化成(株)製、商品名「サントートST−4000D」、エポキシ当量740g/eq、水酸基当量380g/eq)400g、液状の水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂(東都化成(株)製、商品名「YX8000」、エポキシ当量205g/eq、水酸基を有さない)1042g、グリシドール114gを120℃で溶解させ、ポリ(テトラメトキシシラン)(多摩化学(株)製、商品名「Mシリケート51」、1分子あたりのSiの平均個数4.0)734gと触媒としてジブチル錫ジラウレート2.0gを加え、100℃で8時間、生成するメタノールを分水器によって流出させながら脱メタノール反応させることによって、メトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(以下、樹脂(A−3)という)を得た。
なお、仕込み時のエポキシ樹脂(1)の水酸基の当量/メトキシシラン部分縮合物(2)のメトキシ基の当量=0.068、グリシドールの重量/不飽和結合を有さないエポキシ樹脂(1)=0.079であった。樹脂(A−3)のエポキシ当量は290g/eqであった。
【0055】
実施例4(メトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(A)の製造)
実施例1と同様の反応装置に、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂(東都化成(株)製、商品名「サントートST−4000D」、エポキシ当量740g/eq、水酸基当量380g/eq)800gをジグライム920gに120℃で溶解させ、ポリ(メチルトリメトキシシラン)(多摩化学(株)製、商品名「MTMS−A」、1分子あたりのSiの平均個数3.2)430gと触媒としてジブチル錫ジラウレート0.6gを加え、120℃で10時間脱メタノール反応させることによってメトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(以下、樹脂(A−4)という)を得た。
なお、仕込み時の不飽和結合を有さないエポキシ樹脂(1)の水酸基の当量/メトキシシラン部分縮合物(2)のメトキシ基の当量=0.286であった。樹脂(A−4)のエポキシ当量は1950g/eqであった。
【0056】
比較例1
サントートST−4000D 800gにジグライム800gを加えて溶解させた。以下、該樹脂組成物を樹脂(a−1)という。
【0057】
比較例2
サントートST−4000D 800g、MS−51 726gおよびジグライム800gを混合することにより、エポキシ樹脂組成物を得た。以下、該樹脂組成物を樹脂(a−2)という。
【0058】
比較例3
実施例1と同様の反応装置に、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン(株)製、商品名「エピコート1001」、エポキシ当量472g/eq)336.0gおよびメチルエチルケトン268.8gを加え、70℃で溶解した。さらにポリ(テトラメトキシシラン)(多摩化学(株)製、商品名「MS−51」、1分子あたりのSiの平均個数4)360.4gと、触媒としてジブチル錫ジラウレート0.3gを加え、80℃で6時間還流反応させた後、50℃まで冷却し、メタノール33.6gを加え、メトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(以下、樹脂(a−3)という)を得た。ビスフェノール型エポキシ樹脂の水酸基の当量/メトキシシラン部分縮合物(2)のメトキシ基の当量=0.1、エポキシ当量は1400g/eqであった。
【0059】
実施例5〜8および比較例4〜6(シラン変性エポキシ樹脂組成物の調製とエポキシ樹脂−シリカハイブリッド半硬化物の作製)
実施例1〜4および比較例1〜3で得られた各樹脂に、4−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸(新日本理化(株)製、商品名「MH−700」)をエポキシ基の当量/酸無水物基の当量が1/1となる割合で加え、オクチル酸錫(エーピーアイコーポレーション製、商品名「スタノクト」)を固形分あたり1%加え、シラン変性エポキシ樹脂組成物(B−5〜8、b−4〜6)とした。
【0060】
(エポキシ樹脂−シリカハイブリッド半硬化物の評価)
実施例5〜8および比較例4〜6で得られた各エポキシ樹脂組成物を、フッ素樹脂コーティングされた容器(縦×横×深さ=10cm×10cm×1.5cm)に注ぎ、100℃で15分間加熱することにより、溶剤の揮発およびゾル−ゲル硬化を行い、エポキシ樹脂−シリカハイブリッド半硬化物を得た。得られた半硬化物の状態(外観、収縮、発泡、成形加工性)を以下の基準で評価した。結果を表1に示す。
【0061】
(外観の評価)
○:透明。
△:曇りがある。
×:白化している。
【0062】
(収縮の評価)
○:硬化物にクラック、そりがない。
△:硬化物にそりが存在する。
×:硬化物にクラックがある。
【0063】
(発泡の評価)
○:硬化物中に気泡がない。
△:硬化物中に気泡が5つ未満存在する。
×:硬化物中に気泡が5つ以上存在する。
【0064】
(成形加工性の評価)
○:柔軟であり、成形性に富む。
×:変形させると割れる。
【0065】
【表1】
Figure 0004399764
【0066】
表1から明らかなように、実施例5〜8および比較例4、6では、いずれも透明で、熱成形や熱圧着可能な半硬化物が得られた。しかし比較例5で得られた半硬化物は、エポキシ樹脂とシリカの相分離によって白化しており、しかも非常に脆いものであった。比較例6で得られた半硬化物は透明であったが、変形させると割れてしまった。従って、実施例5〜8の半硬化物は、成型加工が必要な発光ダイオードの封止材、光ディスク基板、ピックアップレンズ、液晶セル用プラスチック基板、プリズムなどの構成材料として好適である。
【0067】
実施例9〜12および比較例7〜9(エポキシ樹脂−シリカハイブリッド硬化物の調製および評価)
実施例5〜8および比較例4〜6で得られた半硬化物をさらに150℃で3時間加熱することによって、エポキシ硬化させ、完全硬化物を得た。得られた完全硬化物の状態(外観、収縮、発泡)を以下の基準で評価した。結果を表2に示す。
【0068】
(外観の評価)
○:透明。
△:曇りがある。
×:白化している。
【0069】
(収縮の評価)
○:硬化物にクラック、そりがない。
△:硬化物にそりが存在する。
×:硬化物にクラックがある。
【0070】
(発泡の評価)
○:硬化物中に気泡がない。
△:硬化物中に気泡が5つ未満存在する。
×:硬化物中に気泡が5つ以上存在する。
【0071】
(着色の評価)
○:硬化物が無色透明。
△:硬化物が黄色透明。
×:硬化物が不透明。
【0072】
【表2】
Figure 0004399764
【0073】
実施例9〜12では、いずれも透明なエポキシ樹脂−シリカハイブリッド硬化物が得られた。比較例9で得られたエポキシ樹脂−シリカハイブリッド硬化物は透明であったが、黄色に着色した。比較例8で得られた完全硬化物にはエポキシ樹脂とシリカの相分離によってムラ、発泡、クラックがあり、非常に脆いものであった。
【0074】
(耐熱性)
実施例9および比較例7で得られた硬化フィルムを5mm×20mmにカットし、粘弾性測定器(レオロジ社製、商品名「DVE−V4」、測定条件:振幅0.5μm、振動数10Hz、スロープ3℃/分)を用いて動的貯蔵弾性率を測定して、耐熱性を評価した。測定結果を図1に示す。
【0075】
図1から明らかなように、実施例9では比較例7に比べ、硬化フィルムのガラス転移点は上昇しており、また、高温でも弾性率の低下が少なく、耐熱性に優れている。従って、実施例9の硬化物は、耐熱性が要求される発光ダイオードの封止材、光導波路基板の構成材料等として好適である。
【0076】
(耐熱分解性)
実施例9および比較例7で得られた硬化物の熱重量損失を、示差熱・熱重量同時測定装置(セイコーインスツルメンス(株)製、商品名「TG/DTA220」、測定条件:スロープ10℃/分)により測定した。結果を表3に示す。
【0077】
【表3】
Figure 0004399764
【0078】
表3から明らかなように、実施例9は比較例7に比べて10%重量損失時の温度が十分に高く、耐熱分解性に優れているため、発光ダイオードの封止材、光導波路基板の構成材料等として好適である。
【0079】
(密着性)
実施例9および比較例7で得られた各エポキシ樹脂組成物をバーコーターで各基材に塗布し、100℃で15分間加熱することによって溶剤の揮発およびゾル−ゲル硬化を行い、さらに150℃で3時間加熱することによって、エポキシ硬化させ、完全に硬化させて、膜厚20μmの硬化物を得た。
【0080】
JIS K−5400の一般試験法によるゴバン目セロハンテープ剥離試験を行い、以下の基準で判定した。評価結果を表4に示す。
◎:100/100
○:99〜95/100
△:94〜70/100
×:69〜0/100
【0081】
【表4】
Figure 0004399764
【0082】
表4から明らかなように、実施例9の硬化膜は比較例7のものと同様に金属やセラミック基材に対する密着性に優れており、液晶画面のコーティング剤、カラーフィルターの保護コート剤等の構成材料として好適である。
【0083】
(耐熱黄変性)
上記の(密着性)の項目で使用したガラス板上の硬化膜をさらに200℃で2時間加熱した後、硬化膜の外観を以下の基準で評価した。結果を表5に示す。
○:硬化物が無色透明。
△:硬化物が黄変。
×:硬化物が褐変。
【0084】
【表5】
Figure 0004399764
【0085】
実施例9の硬化膜は比較例7のものに比べて高温環境下でも着色がなく、発光ダイオードの封止材、光導波路基盤などの光伝送関連部品の構成材料等として好適である。
【0086】
(耐傷付き性)
上記の(耐熱黄変性)の項目で使用したガラス板上の硬化膜を用いて、JISK−5400の塗料一般試験方法による鉛筆引っかき試験を行った。結果を表6に示す。
【0087】
【表6】
Figure 0004399764
【0088】
実施例9の硬化膜は比較例7のものに比べて耐傷つき性に優れているため、液晶画面のコーティング剤、カラーフィルターの保護コート剤等の構成材料として好適である。
【0089】
実施例13、14および比較例10(シラン変性エポキシ樹脂組成物の調製とエポキシ樹脂−シリカハイブリッド硬化物の作製)
実施例1、2および比較例1で得られた各樹脂に、光硬化触媒(光カチオン発生触媒(ローディア(株)製、商品名シリコリース CATA211:イソプロピルアルコール溶液、有効成分18%)を固形分あたり1%加え、オクチル酸錫(エーピーアイコーポレーション製、商品名「スタノクト」)を固形分あたり1%加え、シラン変性エポキシ樹脂組成物とした後、100℃で15分間加熱することによって溶剤の揮発およびゾル−ゲル硬化を行い、紫外線露光装置を用いて紫外線を照射してエポキシ硬化させた。得られた硬化物の589nmでの屈折率を測定した。結果を表7に示す。
【0090】
【表7】
Figure 0004399764
【0091】
表7から明らかなように、硬化物中のシリカ含有量によって屈折率をコントロールすることが可能であり、光導波路基盤などの光伝送関連部品の構成材料として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例9および比較例7で得られた硬化フィルムの耐熱性の評価結果である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is silane modified Hydrogenated bisphenol A type epoxy resin The resin-containing composition, an epoxy resin-silica hybrid semi-cured product and an epoxy resin-silica hybrid cured product obtained from the composition. Since the epoxy resin-silica hybrid cured product obtained by the present invention is excellent in heat resistance, adhesion, electrical insulation, colorless transparency, and low birefringence, it can be used for paints, adhesives, sealing agents, printed wiring board materials, IC seals. Can be used as a fixing material, insulating sealant, etc., especially light emitting element, light receiving element, photoelectric conversion element, optical transmission related parts, liquid crystal screen coating agent, color filter protective coating agent, optical disk substrate, pickup lens, liquid crystal cell plastic It is useful as a constituent material for optical components such as substrates, prisms, liquid crystal screen coating agents, and color filter protective coating agents.
[0002]
[Prior art]
Epoxy resins are excellent in heat resistance, adhesion, water resistance, mechanical properties, electrical properties, etc., and have been used in various fields such as coating agents, adhesives, and insulating materials for electrical and electronic parts. In recent years, with the development of technology especially in the fields of electrical and electronic parts, optical parts, etc., higher heat resistance, insulation, adhesion and the like have been demanded.
[0003]
In order to improve the heat resistance of the cured product of the epoxy resin composition, for example, a method of mixing a filler such as glass fiber in addition to the epoxy resin and the curing agent has been proposed (for example, see Non-Patent Document 1). In this method, sufficient heat resistance cannot be obtained, the transparency of the obtained cured product is lost, and the adhesiveness at the interface between the filler and the epoxy resin is inferior. It was enough.
[0004]
Also, by adding a hydrolyzable alkoxysilane to the partially cured epoxy resin solution, further curing the cured product, hydrolyzing the alkoxysilane into a sol, and further polycondensing to gel. A method of improving the heat resistance of the obtained cured product using a composite of the obtained epoxy resin and silica has been proposed (Patent Document 1, etc.), but the cured product of the composite is an epoxy resin alone. Although the heat resistance is improved to some extent as compared with the cured product, there is a problem that voids (bubbles) are generated in the cured product due to water contained in the composite, water generated during curing, alcohol. Further, when the amount of alkoxysilane is increased for the purpose of further improving the heat resistance, the silica produced by the sol-gel curing reaction aggregates and the resulting cured product loses its transparency and whitens. , Requires a large amount of water to a sol of a large amount of the alkoxysilane, warpage of the resulting cured product was achieved, leading to cracks.
[0005]
Further, a composition (Patent Document 2) in which a silane-modified epoxy resin obtained by reacting an epoxy resin with a silicone compound and a phenol novolac resin as a curing agent, bisphenol A type epoxy resin, tetrabisbromobisphenol A and methoxy are combined. Compositions (Patent Document 3, Patent Document 4, etc.) in which a silane-modified epoxy resin obtained by reacting a group-containing silicone intermediate and a phenol novolak resin as a curing agent have also been proposed. These epoxy resin compositions The cured product was insufficient in heat resistance because the main constituent unit of the silicone compound or methoxy group-containing silicone intermediate was a diorganopolysiloxane unit and silica could not be produced.
[0006]
By the way, the present applicant has solved the above-mentioned problems, and the glass transition point disappears, and a bisphenol type epoxy resin or novolak type epoxy resin and a methoxysilane partial condensate, which become a high heat resistance material, are subjected to a demethanol reaction. An epoxy-silica hybrid cured product obtained by curing a methoxy group-containing silane-modified epoxy resin is proposed (Patent Document 5, Patent Document 6, etc.). The epoxy-silica hybrid cured product obtained by this method has high heat resistance, insulation and adhesion, and can be used in a wide range of applications such as paints, adhesives and sealants, especially insulation coating agents and printed wiring. It is particularly useful as a substrate material, IC sealing material, insulating sealant, etc., but since the base epoxy resin has an aromatic ring, the cured product is colored during heat curing or under heat history, and is colorless and transparent However, there is a problem that it is difficult to use as an optical material.
[0007]
By the way, an epoxy resin having no unsaturated bond typified by hydrogenated bisphenol A type epoxy resin has a cured product that is colorless and transparent and has a low birefringence. (Patent Document 7, Patent Document 8, Patent Document 9, etc.). However, the hydrogenated bisphenol A type epoxy resin has a problem in heat resistance because the stability of the cyclohexane ring is lower than that of the aromatic ring and the glass transition temperature of the resulting cured product is also low.
[0008]
In addition, since the composition which mixed hydrogenated bisphenol A type epoxy resin and alkoxysilane is proposed (patent document 10, patent document 11), since it is the same as the composite_body | complex of the epoxy resin and silica mentioned above. The disadvantages of the method remain.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-8-100107
[Patent Document 2]
JP-A-3-2014466
[Patent Document 3]
JP-A-61-272243
[Patent Document 4]
JP-A-61-272244
[Patent Document 5]
Japanese Patent No. 3077695
[Patent Document 6]
JP 2003-55435 A
[Patent Document 7]
JP 2003-12896 A
[Patent Document 8]
JP 2002-69155 A
[Patent Document 9]
JP 2001-342240 A
[Patent Document 10]
Japanese National Patent Publication No. 10-509195
[Patent Document 11]
JP-T-2001-509188
[Non-Patent Document 1]
Edited by Hiroshi Kakiuchi, “New Epoxy Resin”, Shosho-do, May 10, 1985, p. 292-307
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention is an epoxy resin having no silane-modified unsaturated bond, which can obtain an epoxy resin-silica hybrid cured product having both high heat resistance, insulation, adhesion and colorless transparency. And a semi-cured product and a cured product obtained from the resin-containing composition.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have used a methoxy group-containing silane-modified epoxy resin obtained by demethanol reaction of a specific epoxy resin and a specific methoxysilane partial condensate. In addition, by using a silane-modified epoxy resin composition comprising the methoxy group-containing silane-modified epoxy resin and a specific epoxy resin curing agent, it is found that an epoxy resin-silica hybrid cured product meeting the above-mentioned purpose can be obtained. The present invention has been completed.
[0012]
That is, the present invention Has a hydroxyl group The present invention relates to a methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (A) obtained by subjecting a hydrogenated bisphenol A type epoxy resin (1) and a methoxysilane partial condensate (2) to a demethanol condensation reaction. The present invention also provides Has a hydroxyl group It is obtained by subjecting a hydrogenated bisphenol A type epoxy resin (1), a methoxysilane partial condensate (2), and an epoxy compound (3) having one hydroxyl group and one epoxy group in one molecule to a demethanol condensation reaction. The present invention relates to a methoxy group-containing silane-modified epoxy resin. Furthermore, the present invention relates to a silane-modified epoxy resin composition comprising a methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (A) and an epoxy resin curing agent (B). The present invention also relates to an epoxy resin-silica hybrid semi-cured product obtained by heating the silane-modified epoxy resin composition at 50 to 120 ° C. and curing it. Furthermore, the present invention relates to an epoxy resin-silica hybrid cured product obtained by completely curing a silane-modified epoxy resin composition or semi-cured product.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, as a constituent component of the methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (A), Hydrogenated bisphenol A type epoxy resin (1) Essentially used (hereinafter simply referred to as epoxy resin (1)). In the present invention, the epoxy resin (1) does not have an unsaturated bond, and a hydroxyl group for forming a silicate ester by a demethanol condensation reaction with the methoxysilane partial condensate (2). What is necessary is just to have. When it has an unsaturated bond, coloring occurs due to oxidation of the unsaturated bond, which is not preferable. In the present invention, the unsaturated bond means an aromatic ring such as a benzene ring in addition to a carbon-carbon double bond and triple bond.
[0016]
water It is possible to adjust the number of hydroxyl groups contained in one molecule by combining bisphenol A type epoxy resins having various molecular weights, and it is easily available. Is .
[0017]
The hydrogenated bisphenol A type epoxy resin has the general formula (a):
[0018]
[Chemical 1]
Figure 0004399764
[0019]
(Wherein, m represents an integer of 0 or more), and commercially available products include “ST-3000”, “ST-4000D”, and “ST-4100D” manufactured by Toto Kasei Co., Ltd. “YX8000”, “YX8034”, etc., manufactured by Japan Epoxy Resins Co., Ltd.
[0020]
In addition, when the epoxy resin which does not have an unsaturated bond partially contains what does not have a hydroxyl group, since the epoxy resin which does not have a hydroxyl group does not react with a methoxysilane partial condensate (2), it is unreacted It remains in the methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (A). An epoxy resin having no hydroxyl group can impart flexibility and adhesion when forming an epoxy resin-silica hybrid semi-cured film. Therefore, it is preferable that the average number of hydroxyl groups contained in one molecule of the epoxy resin (1) is more than 0.3 and less than 5. When the average number of hydroxyl groups contained in one molecule is 0.3 or less, the number of bonding points with the silica component is small, so when the silica component is increased, the silica is dispersed well in the cured epoxy resin. This is not preferable because it tends to be a cloudy cured product in which silica and epoxy resin are phase-separated and the heat resistance of the finally obtained cured film tends to be insufficient. On the other hand, if the average number of hydroxyl groups contained in one molecule is 5 or more, it tends to gel by reaction with the polyfunctional methoxysilane partial condensate (2), which is not preferable. In addition, when many said molecules are contained in a methoxy group containing silane modified epoxy resin (A), the heat resistance of the finally obtained cured film may become inadequate.
[0021]
As the methoxysilane partial condensate (2) used in the present invention, an oligomer obtained by partially hydrolyzing and condensing methoxysilane generally used in a sol-gel method, for example, a general formula: R p Si (OCH Three ) 4-p (Wherein, p represents 0 or 1, and R represents a lower alkyl group having 6 or less carbon atoms or a phenyl group). In addition, when p is 2-4, since three-dimensional crosslinking does not occur, it becomes difficult to impart desired high heat resistance to the finally obtained cured product.
[0022]
Specific examples of the methoxysilane partial condensate (2) include tetramethoxysilane partial condensate; methyltrimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, isopropyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, Examples thereof include partial condensates of trimethoxysilanes such as phenyltrimethoxysilane. Among these, a partial condensate of tetramethoxysilane is preferable because it imparts high heat resistance to the cured product and has a high sol-gel curing rate.
[0023]
The methoxysilane partial condensate (2) may be appropriately selected from one or more of the above substances, but the average number of Si per molecule is preferably 3-12. If the average number of Si is less than 3, the amount of toxic methoxysilanes flowing out of the system together with by-product methanol during the demethanol reaction with the epoxy resin (1) is not preferable. Moreover, since compatibility with an epoxy resin (1) will deteriorate when it exceeds 12, the target methoxy group containing silane modified epoxy resin (A) becomes difficult to obtain.
[0024]
In particular, the general formula (b):
[0025]
[Chemical formula 2]
Figure 0004399764
[0026]
(Wherein Me represents a methyl group and the average number of repeating units of n is 3 to 12), or a partial condensate of tetramethoxysilane represented by the general formula (c):
[0027]
[Chemical 3]
Figure 0004399764
[0028]
(In the formula, Me represents a methyl group, and the average number of repeating units of n is 3 to 12.) A methyltrimethoxysilane partial condensate represented by the following formula is preferred.
[0029]
The methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (A) used in the present invention is obtained by subjecting the epoxy resin (1) and the methoxysilane partial condensate (2) to a demethanol condensation reaction in the presence or absence of a solvent. It is done. The amount of the epoxy resin (1) and the methoxysilane partial condensate (2) used is not particularly limited, and the hydroxyl group equivalent of the epoxy resin (1) / the methoxy group equivalent (equivalent ratio) of the methoxysilane partial condensate (2). Although it does not restrict | limit in particular, Usually, it is 0.02-0.6, Preferably it is 0.05-0.5. If the equivalence ratio is less than 0.02, the amount of unreacted methoxysilane partial condensate (2) increases too much, and if it exceeds 0.6 (closer to the stoichiometric amount), the methanol removal reaction proceeds. This is not preferable because it easily gels.
[0030]
Epoxy resin (1) hydroxyl group equivalent / methoxysilane partial condensate (2) methoxy group equivalent (equivalent ratio) of 0.2 or more, or methoxy having an average number of Si of 7 or more per molecule When the silane partial condensate (2) is used as a raw material, if the demethanol condensation reaction is performed until the hydroxyl group of the epoxy resin (1) completely disappears, viscosity increase or gelation tends to occur. In such a case, high viscosity or gelation is prevented by a method such as stopping the methanol removal reaction during the reaction. For example, when the viscosity is increased, the flowing methanol is refluxed to adjust the amount of methanol distilled from the reaction system, or the reaction system is cooled to terminate the reaction.
[0031]
The methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (A) used in the present invention is composed of epoxy resin (1), methoxysilane partial condensate (2), and one hydroxyl group in one molecule. And one epoxy group It may be obtained by subjecting an epoxy compound (3) having benzene (hereinafter simply referred to as an epoxy compound (3)) to a demethanol condensation reaction in the presence of a solvent or in the absence of a solvent. By using the epoxy compound (3), the heat resistance of the resulting epoxy resin-silica hybrid cured product can be obtained even when the epoxy resin (1) containing a large amount of epoxy resin having no hydroxyl group is used. Can be improved.
[0032]
Unlike the epoxy resin having a plurality of epoxy groups, the epoxy compound (3) used in the present invention is not particularly limited as long as it is a compound having only one epoxy group. However, the smaller the molecular weight, the epoxy resin (1). And those having 15 or less carbon atoms are preferred because they have good compatibility with the partial condensate of methoxysilane (2) and high heat resistance imparting effect. Specific examples include, for example, monoglycidyl ethers having one hydroxyl group at the molecular end obtained by reacting epichlorohydrin with water and dihydric alcohols; reacting epichlorohydrin with amino monoalcohols. Examples thereof include an epoxy compound having one hydroxyl group at the molecular end obtained; and an alicyclic hydrocarbon monoepoxide having one hydroxyl group in the molecule (for example, epoxidized tetrahydrobenzyl alcohol). Among these epoxy compounds, glycidol is most excellent in terms of the effect of imparting heat resistance, and is also optimal because of its high reactivity with the methoxysilane partial condensate (2).
[0033]
In addition, the usage-amount of the epoxy compound (3) in the case of using an epoxy compound (3) is not specifically limited, What is necessary is just to determine suitably according to content of the molecule | numerator which does not have a hydroxyl group in an epoxy resin (1). However, from the viewpoint of the heat resistance of the resulting epoxy resin-silica hybrid cured product, when using an epoxy resin (1) having no unsaturated bond having 2.0 or less hydroxyl groups in one molecule. The weight of the epoxy compound (3) / the weight of the epoxy resin (1) is about 0.03 or more, and when the number of hydroxyl groups contained in one molecule is 1.0 or less, it is preferably 0.1 or more. . In view of the environment, it is preferable to reduce the amount of the epoxy compound (3) remaining in the methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (A) as much as possible. In order to reduce the epoxy compound (3), the production time of the methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (A) becomes longer, and the production efficiency is lowered.
[0034]
As a reaction solvent used when the methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (A) is produced in the presence of a solvent, the reaction solvent does not react with the epoxy group, and the boiling point is equal to or higher than the reaction temperature of the above methanol removal, And a methoxysilane partial condensate (2) can be used as long as they are conventionally known solvents. Examples of such an organic solvent include methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, toluene, xylene, tetrahydrofuran, dimethyl diglycol, dimethyl triglycol, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone and the like. Among these, organic solvents that have a boiling point of less than 120 ° C. and can be easily dried, such as methyl ethyl ketone and toluene, are preferable for applications that require processing in a semi-cured state. In addition, when applying to the said solvent-free use, you may depressurize and desolvate the organic solvent solution of the methoxy group containing silane modified epoxy resin (A) manufactured in the presence of a solvent.
[0035]
In addition, when the compatibility between the epoxy resin (1) and the methoxysilane partial condensate (2) is high, the reaction can be performed in the absence of a solvent. The methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (A) produced in the absence of a solvent has an advantage that it can be used as it is as a material such as an adhesive, a molded product, and a sealing material. Such a solvent-free methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (A) can also be obtained by depressurizing an organic solvent solution of the epoxy resin (A) produced in the presence of a solvent to remove the solvent.
[0036]
In the demethanol condensation reaction, a catalyst that does not open an epoxy ring among conventionally known catalysts can be used for promoting the reaction. Examples of the catalyst include lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, magnesium, calcium, barium, strontium, zinc, aluminum, titanium, cobalt, germanium, tin, lead, antimony, arsenic, cerium, boron, cadmium, manganese. And metals such as oxides, organic acid salts, halides, and methoxides of these metals. Among these, organic tin and organic acid tin are particularly preferable, and specifically, dibutyltin dilaurate, tin octylate and the like are effective.
[0037]
In addition, the reaction temperature in the demethanol condensation reaction is about 50 to 130 ° C., preferably 70 to 130 ° C., and the total reaction time is about 1 to 24 hours. In order to prevent the polycondensation reaction of the methoxysilane partial condensate (2) itself, this reaction is preferably carried out under substantially anhydrous conditions.
[0038]
The methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (A) thus obtained has a methoxy group derived from the methoxysilane partial condensate (2) in the molecule. This methoxy group is necessary to form a hybrid cured product bonded to each other by sol-gel reaction or demethanol condensation by heat treatment or reaction with moisture (humidity). Usually, about 40 to 95 mol%, preferably 50 to 90 mol% of the methoxy group of the methoxysilane partial condensate (2) as a raw material is preferably kept unreacted. In the methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (A), the methoxysilane partial condensate (2) may be contained unreacted. The unreacted methoxysilane partial condensate (2) is converted into silica by hydrolysis and polycondensation during sol-gel curing, and is bonded to the methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (A).
[0039]
In the present invention, the methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (A) and the epoxy resin curing agent (B) are used in combination as a silane-modified epoxy resin composition.
[0040]
As the curing agent for epoxy resin (B), a conventionally known curing agent that is usually used as a curing agent for epoxy resin can be used, but since a colorless transparent cured product is obtained, an alicyclic acid anhydride system is obtained. It is preferable to use a curing agent, an anionic polymerization curing agent, a cationic polymerization curing agent, or the like. Examples of the alicyclic acid anhydride curing agent include tetrahydrophthalic anhydride, methyltetrahydrophthalic anhydride, 3,6-endomethylenetetrahydrophthalic anhydride, hexachloroendomethylenetetrahydrophthalic anhydride, methyl-3,6-endo. And methylenetetrahydrophthalic anhydride. Anionic polymerization type curing agents include aromatic triamines such as benzyldimethylamine, 2- (dimethylaminomethyl) phenol, 2,4,6-tris (diaminomethyl) phenol, 2-methylimidazole, 2-ethyl-4 Examples include imidazoles such as -methylimidazole, 2-ethylhexylimidazole, 2-undecylimidazole, 1-cyanoethyl-2-methylimidazole. Examples of the cationic polymerization type curing agent include photodegradable curing agents such as aromatic diazonium salts, diallyl iodonium salts, triallyl sulfonium salts, triallyl sulfonium salts and the like.
[0041]
In the silane-modified epoxy resin composition, a known oxidative degradation inhibitor, coloring inhibitor, ultraviolet absorber and the like can be used in order to prevent the cured product from being colored. In addition, if necessary, organic solvents, fillers, release agents, surface treatment agents, flame retardants, viscosity modifiers, plasticizers, antibacterial agents, antifungal agents, leveling agents, antifoaming agents, colorants, You may mix | blend a stabilizer, a coupling agent, etc. in the range which does not impair the effect of this invention. In applying the silane-modified epoxy resin composition of the present invention to various applications, various epoxy resins and rubber components are used to adjust the flexibility and mechanical strength of the epoxy resin-silica hybrid cured product and semi-cured product. Etc. can also be used together. Examples of the epoxy resin that can be used in combination include the novolak type epoxy resin described as a constituent of the present invention; a bisphenol type epoxy resin obtained by reacting bisphenols with epichlorohydrin; polybasic bases such as phthalic acid and dimer acid Glycidyl ester type epoxy resin obtained by reacting acids and epichlorohydrin; Glycidylamine type epoxy resin obtained by reacting polyamines such as diaminodiphenylmethane and isocyanuric acid with epichlorohydrin; Examples thereof include linear aliphatic epoxy resins and alicyclic epoxy resins obtained by oxidation with peracids. Examples of the rubber component include polyisobutene, polybutylene, polybutadiene, butadiene-acrylonitrile rubber, chloroprene rubber, and silicon rubber.
[0042]
In order to obtain an epoxy resin-silica hybrid cured product from the silane-modified epoxy resin composition, sol-gel curing of the methoxysilyl moiety of the methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (A) and epoxy curing of the epoxy group must be performed. . In this case, sol-gel curing must be performed prior to epoxy curing. When the epoxy curing is preceded by the sol-gel curing, the epoxy resin-silica hybrid cured product generates foam and cracks due to the generation of methanol resulting from the sol-gel curing.
[0043]
In order for sol-gel curing to precede epoxy curing, it is preferable to incorporate a catalyst for promoting sol-gel curing into the resin composition. Examples of the sol-gel curing catalyst include conventionally known catalysts such as acid or basic catalysts and metal catalysts. In particular, tin octylate and dibutyltin dilaurate are preferable because of high activity and excellent solubility. . The usage-amount of the said catalyst can be suitably determined with the activity of the catalyst to be used, the film thickness of the target hardened | cured material, and the kind of hardening | curing agent (B) for epoxy resins. Usually, the molar ratio of the methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (A) to be used is about 0.01 to 5 mol%, such as paratoluenesulfonic acid or tin octylate, which has high catalytic ability, Used in low formic acid, acetic acid, etc. about 0.1-50 mol%
[0044]
In order to obtain a hybrid cured product directly from the silane-modified epoxy resin composition, it is necessary to perform curing by a method according to the type of the curing agent (B) used. This is because methanol is generated by the sol-gel curing reaction of the methoxysilyl moiety, so that the epoxy group in the methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (A) and the epoxy resin curing agent (B) are ring-opened. When the methanol is generated after the curing by the crosslinking reaction proceeds, foaming and cracks are generated. Therefore, it is necessary to adjust the sol-gel curing reaction rate by appropriately selecting a catalyst. When using an alicyclic acid anhydride-based curing agent as the curing agent (B), a sol-gel curing catalyst is used in combination with 0.1% or more in addition to the curing agent (B) at 150 to 200 ° C. It is preferable to cure.
[0045]
Moreover, an epoxy resin-silica semi-cured material can be obtained by allowing the silane-modified epoxy resin composition to proceed only with sol-gel curing without allowing epoxy curing to proceed. The semi-cured product is thermoplastic because the epoxy group is uncured, and can be arbitrarily processed by thermoforming or thermocompression bonding.
[0046]
In order to obtain such an epoxy resin-silica semi-cured product, the methoxysilyl moiety is generated at 70% or more, preferably 90% or more while keeping the reaction rate of the epoxy group at 30% or less, preferably 20% or less. You can do it. Specifically, the silane-modified epoxy resin composition to which the sol-gel catalyst is added is preferably heated at 50 to 120 ° C. so that only the sol-gel curing reaction proceeds. When the epoxy curing reaction proceeds over 30%, thermoplasticity is lost due to epoxy curing, and processing cannot be performed. When the reaction rate of the methoxysilyl site is less than 70%, there is a possibility that curing shrinkage, cracks and foaming may occur in the complete curing reaction subsequent to the production of the semi-cured product.
[0047]
Further, such a semi-cured product is completely cured by a method according to the type of the curing agent (B) used, and led to an epoxy resin-silica hybrid cured product. It is also possible to obtain an epoxy resin-silica hybrid cured product directly from the silane-modified epoxy resin composition. The sol-gel curing reaction rate may be adjusted by appropriately selecting the curing agent (B) and the sol-gel catalyst so that the sol-gel curing proceeds prior to the epoxy curing.
[0048]
The resulting epoxy resin-silica hybrid cured product has a high degree of heat resistance, insulation, adhesion, and colorless transparency, and in particular, a light emitting element, a light receiving element, a photoelectric conversion element, a binder for optical transmission related parts, Useful as a constituent material for optical components such as liquid crystal panels, color filters, plastic film protective coating agents, polarizing plates, plastic LAN cables, optical path substrates, pickup lenses, plastic substrates for liquid crystal cells, prisms, and liquid crystal screen coating agents. is there.
[0049]
Among the above-mentioned uses, the protective coating agent for the purpose of protecting the substrate is prepared so as to produce an epoxy resin-silica hybrid having a pencil hardness of 4H to 8H, containing 15 to 60% silica in the cured epoxy-silica hybrid. It is preferable to do this. For optical applications such as polarizing plates, plastic LAN cables, optical path substrates, pickup lenses, plastic substrates, prisms, and liquid crystal screen coating agents, the refractive index of epoxy-silica hybrid is set to 1.5 because of the necessity to prevent light scattering. It is preferable to adjust so that it may become less. For applications that require solder reflow, such as plastic substrates and optical waveguide substrates, the elastic modulus at 230 ° C. is 1 × 10 8 It is preferable to prepare such that it is Pa or higher and the 5% thermal decomposition temperature is 280 ° C. or higher.
[0050]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the epoxy resin-silica hybrid hardened | cured material which has high heat resistance, insulation, adhesiveness, and colorless transparency can be provided.
[0051]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples. In each example, “%” is based on weight unless otherwise specified.
[0052]
Example 1 (Production of methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (A))
In a reactor equipped with a stirrer, a condenser, a thermometer, and a nitrogen inlet, a hydrogenated bisphenol A type epoxy resin (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd., trade name “Santoto ST-4000D”, epoxy equivalent 740 g / eq, hydroxyl equivalent) 380 g / eq) 800 g was dissolved in diglyme 800 g at 120 ° C., and poly (tetramethoxysilane) (manufactured by Tama Chemical Co., Ltd., trade name “M silicate 51”, average number of Si per molecule 4.0) 726 g Then, 0.7 g of dibutyltin dilaurate was added as a catalyst, and a methanol removal reaction was performed at 120 ° C. for 12 hours to obtain a methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (hereinafter referred to as “resin (A-1)”).
The hydroxyl group equivalent of the epoxy resin (1) / the methoxy group equivalent of the methoxysilane partial condensate (2) = 0.137. The epoxy equivalent of the resin (A-1) was 2110 g / eq.
[0053]
Example 2
In the same reactor as in Example 1, 800 g of hydrogenated bisphenol A type epoxy resin (manufactured by Tohto Kasei Co., Ltd., trade name “Santoto ST-4000D”, epoxy equivalent 740 g / eq, hydroxyl group equivalent 380 g / eq) 720 g 908 g of poly (tetramethoxysilane) (manufactured by Tama Chemical Co., Ltd., trade name “M silicate 51”, average number of Si per molecule 4.0) and 0.02 of dibutyltin dilaurate as a catalyst. 7 g was added and subjected to demethanol reaction at 120 ° C. for 12 hours to obtain a methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (hereinafter referred to as “resin (A-2)”).
The hydroxyl group equivalent of the epoxy resin (1) at the time of charging / the methoxy group equivalent of the methoxysilane partial condensate (2) was 0.1. The epoxy equivalent of resin (A-2) was 2200 g / eq.
[0054]
Example 3
In a reactor equipped with a stirrer, a water separator, a thermometer, and a nitrogen inlet, a hydrogenated bisphenol A type epoxy resin (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd., trade name “Santoto ST-4000D”, epoxy equivalent 740 g / eq, hydroxyl group 400 g of equivalent 380 g / eq), 1042 g of liquid hydrogenated bisphenol A type epoxy resin (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd., trade name “YX8000”, epoxy equivalent 205 g / eq, no hydroxyl group), and 114 g of glycidol at 120 ° C. Dissolve, poly (tetramethoxysilane) (manufactured by Tama Chemical Co., Ltd., trade name “M silicate 51”, average number of Si per molecule 4.0) 734 g and dibutyltin dilaurate 2.0 g as a catalyst, For 8 hours at 100 ° C, the methanol produced was allowed to undergo a demethanol reaction while flowing through a water separator. , A methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (hereinafter, referred to as resin (A-3)) was obtained.
In addition, the hydroxyl group equivalent of the epoxy resin (1) at the time of charging / the methoxy group equivalent of the methoxysilane partial condensate (2) = 0.068, the weight of glycidol / the epoxy resin having no unsaturated bond (1) = 0.079. The epoxy equivalent of the resin (A-3) was 290 g / eq.
[0055]
Example 4 (Production of methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (A))
In a reactor similar to Example 1, 800 g of hydrogenated bisphenol A type epoxy resin (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd., trade name “Santoto ST-4000D”, epoxy equivalent 740 g / eq, hydroxyl group equivalent 380 g / eq) 920 g of diglyme. 430 g of poly (methyltrimethoxysilane) (manufactured by Tama Chemical Co., Ltd., trade name “MTMS-A”, average number of Si per molecule 3.2) and dibutyltin dilaurate 0 as a catalyst. .6 g was added, and a methanol removal reaction was performed at 120 ° C. for 10 hours to obtain a methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (hereinafter referred to as “resin (A-4)”).
In addition, the equivalent of the hydroxyl group of the epoxy resin (1) having no unsaturated bond at the time of charging / the equivalent of the methoxy group of the methoxysilane partial condensate (2) was 0.286. The epoxy equivalent of the resin (A-4) was 1950 g / eq.
[0056]
Comparative Example 1
To 800 g of Santo Tote ST-4000D, 800 g of diglyme was added and dissolved. Hereinafter, this resin composition is called resin (a-1).
[0057]
Comparative Example 2
An epoxy resin composition was obtained by mixing 800 g of Santo Tote ST-4000D, 726 g of MS-51 and 800 g of diglyme. Hereinafter, this resin composition is called resin (a-2).
[0058]
Comparative Example 3
Bisphenol A type epoxy resin (manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd., trade name “Epicoat 1001”, epoxy equivalent 472 g / eq) 336.0 g and methyl ethyl ketone 268.8 g were added to the same reactor as in Example 1, and 70 ° C. And dissolved. Further, 360.4 g of poly (tetramethoxysilane) (manufactured by Tama Chemical Co., Ltd., trade name “MS-51”, average number of Si per molecule 4) and 0.3 g of dibutyltin dilaurate as a catalyst were added. The mixture was refluxed at 6 ° C. for 6 hours and then cooled to 50 ° C., and 33.6 g of methanol was added to obtain a methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (hereinafter referred to as resin (a-3)). The hydroxyl group equivalent of the bisphenol-type epoxy resin / the methoxy group equivalent of the methoxysilane partial condensate (2) = 0.1, and the epoxy equivalent was 1400 g / eq.
[0059]
Examples 5 to 8 and Comparative Examples 4 to 6 (Preparation of silane-modified epoxy resin composition and preparation of epoxy resin-silica hybrid semi-cured product)
To each of the resins obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3, 4-methylhexahydrophthalic anhydride (trade name “MH-700”, manufactured by Shin Nippon Rika Co., Ltd.) The acid anhydride group equivalent is added at a ratio of 1/1, tin octylate (manufactured by API Corporation, trade name “STANOCTO”) is added at 1% per solid content, and a silane-modified epoxy resin composition (B-5-5) is added. 8, b-4 to 6).
[0060]
(Evaluation of epoxy resin-silica hybrid semi-cured product)
Each epoxy resin composition obtained in Examples 5 to 8 and Comparative Examples 4 to 6 was poured into a fluororesin-coated container (length × width × depth = 10 cm × 10 cm × 1.5 cm) at 100 ° C. By heating for 15 minutes, the solvent was volatilized and sol-gel curing was performed to obtain an epoxy resin-silica hybrid semi-cured product. The state (appearance, shrinkage, foaming, moldability) of the obtained semi-cured product was evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 1.
[0061]
(Appearance evaluation)
○: Transparent.
Δ: Cloudy
×: Whitened.
[0062]
(Evaluation of shrinkage)
○: There is no crack or warpage in the cured product.
Δ: Warpage exists in the cured product.
X: The cured product has cracks.
[0063]
(Evaluation of foaming)
○: There are no bubbles in the cured product.
Δ: Less than 5 bubbles exist in the cured product.
X: Five or more bubbles exist in hardened | cured material.
[0064]
(Evaluation of moldability)
○: Flexible and rich in moldability.
X: Cracked when deformed.
[0065]
[Table 1]
Figure 0004399764
[0066]
As is clear from Table 1, in Examples 5 to 8 and Comparative Examples 4 and 6, a semi-cured product that was transparent and capable of thermoforming and thermocompression bonding was obtained. However, the semi-cured product obtained in Comparative Example 5 was whitened due to the phase separation of the epoxy resin and silica, and was very brittle. The semi-cured product obtained in Comparative Example 6 was transparent but cracked when deformed. Therefore, the semi-cured products of Examples 5 to 8 are suitable as constituent materials for light-emitting diode encapsulating materials, optical disk substrates, pickup lenses, liquid crystal cell plastic substrates, prisms, and the like that require molding.
[0067]
Examples 9 to 12 and Comparative Examples 7 to 9 (Preparation and Evaluation of Epoxy Resin-Silica Hybrid Cured Product)
The semi-cured products obtained in Examples 5 to 8 and Comparative Examples 4 to 6 were further epoxy cured by heating at 150 ° C. for 3 hours to obtain fully cured products. The state (appearance, shrinkage, foaming) of the obtained completely cured product was evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 2.
[0068]
(Appearance evaluation)
○: Transparent.
Δ: Cloudy
×: Whitened.
[0069]
(Evaluation of shrinkage)
○: There is no crack or warpage in the cured product.
Δ: Warpage exists in the cured product.
X: The cured product has cracks.
[0070]
(Evaluation of foaming)
○: There are no bubbles in the cured product.
Δ: Less than 5 bubbles exist in the cured product.
X: Five or more bubbles exist in hardened | cured material.
[0071]
(Evaluation of coloring)
○: The cured product is colorless and transparent.
(Triangle | delta): Hardened | cured material is yellow transparent.
X: Hardened | cured material is opaque.
[0072]
[Table 2]
Figure 0004399764
[0073]
In Examples 9 to 12, transparent epoxy resin-silica hybrid cured products were obtained. The cured epoxy resin-silica hybrid obtained in Comparative Example 9 was transparent but colored yellow. The completely cured product obtained in Comparative Example 8 was very brittle with unevenness, foaming, and cracks due to phase separation of the epoxy resin and silica.
[0074]
(Heat-resistant)
The cured film obtained in Example 9 and Comparative Example 7 was cut into 5 mm × 20 mm, and viscoelasticity measuring device (manufactured by Rheology, trade name “DVE-V4”, measurement conditions: amplitude 0.5 μm, frequency 10 Hz, The dynamic storage elastic modulus was measured using a slope of 3 ° C./min to evaluate the heat resistance. The measurement results are shown in FIG.
[0075]
As is clear from FIG. 1, the glass transition point of the cured film is increased in Example 9 as compared with Comparative Example 7, and the decrease in elastic modulus is small even at high temperatures, and the heat resistance is excellent. Therefore, the cured product of Example 9 is suitable as a light-emitting diode encapsulant that requires heat resistance, a constituent material of an optical waveguide substrate, and the like.
[0076]
(Heat-resistant decomposition)
The thermogravimetric loss of the cured products obtained in Example 9 and Comparative Example 7 was measured using a differential thermal / thermogravimetric simultaneous measurement apparatus (trade name “TG / DTA220” manufactured by Seiko Instruments Inc., measurement condition: slope 10 (° C./min). The results are shown in Table 3.
[0077]
[Table 3]
Figure 0004399764
[0078]
As apparent from Table 3, Example 9 has a sufficiently high temperature at the time of 10% weight loss as compared with Comparative Example 7 and is excellent in thermal decomposition resistance. Therefore, the sealing material of the light emitting diode, the optical waveguide substrate It is suitable as a constituent material.
[0079]
(Adhesion)
Each epoxy resin composition obtained in Example 9 and Comparative Example 7 was applied to each substrate with a bar coater, and the solvent was volatilized and sol-gel cured by heating at 100 ° C. for 15 minutes. And cured for 3 hours to obtain a cured product having a thickness of 20 μm.
[0080]
The Goban eyes cellophane tape peeling test by the general test method of JIS K-5400 was conducted, and the determination was made according to the following criteria. The evaluation results are shown in Table 4.
A: 100/100
○: 99 to 95/100
Δ: 94-70 / 100
X: 69-0 / 100
[0081]
[Table 4]
Figure 0004399764
[0082]
As is clear from Table 4, the cured film of Example 9 is excellent in adhesion to metals and ceramic substrates as in Comparative Example 7, and includes a liquid crystal screen coating agent, a color filter protective coating agent, and the like. Suitable as a constituent material.
[0083]
(Heat resistant yellowing)
After the cured film on the glass plate used in the above (Adhesion) item was further heated at 200 ° C. for 2 hours, the appearance of the cured film was evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 5.
○: The cured product is colorless and transparent.
Δ: Cured product is yellowed.
X: Cured product is browned.
[0084]
[Table 5]
Figure 0004399764
[0085]
The cured film of Example 9 is not colored even under a high temperature environment as compared with that of Comparative Example 7, and is suitable as a constituent material for light transmission-related parts such as a light-emitting diode sealing material and an optical waveguide substrate.
[0086]
(Scratch resistance)
Using the cured film on the glass plate used in the above item (heat-resistant yellowing), a pencil scratch test was conducted by the paint general test method of JISK-5400. The results are shown in Table 6.
[0087]
[Table 6]
Figure 0004399764
[0088]
Since the cured film of Example 9 has better scratch resistance than that of Comparative Example 7, it is suitable as a constituent material for liquid crystal screen coating agents, color filter protective coating agents, and the like.
[0089]
Examples 13 and 14 and Comparative Example 10 (Preparation of silane-modified epoxy resin composition and preparation of epoxy resin-silica hybrid cured product)
To each resin obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, a photocuring catalyst (photocation generation catalyst (manufactured by Rhodia Co., Ltd., trade name Silicolys CATA211: isopropyl alcohol solution, active ingredient 18%) per solid content 1% was added, tin octylate (product name “STANOCTO” manufactured by API Corporation) was added 1% per solid content to obtain a silane-modified epoxy resin composition, and then heated at 100 ° C. for 15 minutes to volatilize the solvent and Sol-gel curing was performed, and epoxy curing was performed by irradiating with ultraviolet rays using an ultraviolet exposure device, and the refractive index at 589 nm of the obtained cured product was measured.
[0090]
[Table 7]
Figure 0004399764
[0091]
As is clear from Table 7, the refractive index can be controlled by the silica content in the cured product, which is suitable as a constituent material for optical transmission-related parts such as an optical waveguide substrate.
[Brief description of the drawings]
1 is an evaluation result of heat resistance of cured films obtained in Example 9 and Comparative Example 7. FIG.

Claims (8)

水酸基を有する水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂(1)とメトキシシラン部分縮合物(2)とを脱メタノール縮合反応させて得ることを特徴とするメトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂。A methoxy group-containing silane-modified epoxy resin obtained by subjecting a hydrogenated bisphenol A type epoxy resin (1) having a hydroxyl group and a methoxysilane partial condensate (2) to a demethanol condensation reaction. 水酸基を有する水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂(1)とメトキシシラン部分縮合物(2)と1分子中に1つの水酸基および1つのエポキシ基を有するエポキシ化合物(3)とを脱メタノール縮合反応させて得ることを特徴とするメトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂。Hydrogenated bisphenol A type epoxy resin (1) having a hydroxyl group, a methoxysilane partial condensate (2), and an epoxy compound (3) having one hydroxyl group and one epoxy group in one molecule are subjected to a demethanol condensation reaction. A methoxy group-containing silane-modified epoxy resin obtained. 1分子中に1つの水酸基および1つのエポキシ基を有するエポキシ化合物(3)がグリシドールである請求項2記載のメトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂。  The methoxy group-containing silane-modified epoxy resin according to claim 2, wherein the epoxy compound (3) having one hydroxyl group and one epoxy group in one molecule is glycidol. メトキシシラン部分縮合物(2)がテトラメトキシシランの部分縮合物である請求項1〜3のいずれかに記載のメトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂。  The methoxy group-containing silane-modified epoxy resin according to any one of claims 1 to 3, wherein the methoxysilane partial condensate (2) is a partial condensate of tetramethoxysilane. 水酸基を有する水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂(1)の水酸基の当量)/(メトキシシラン部分縮合物(2)のメトキシ基の当量)(当量比)が、0.02〜0.6である請求項1〜4のいずれかに記載のメトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂。( Equivalent of hydroxyl group of hydrogenated bisphenol A type epoxy resin (1) having hydroxyl group) / (Equivalent of methoxy group of methoxysilane partial condensate (2)) (equivalent ratio) is 0.02 to 0.6. The methoxy group-containing silane-modified epoxy resin according to any one of claims 1 to 4. 請求項1〜5のいずれかに記載のメトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂(A)と、脂環式酸無水物系硬化剤、アニオン重合型硬化剤およびカチオン重合型硬化剤からなる群より選ばれる少なくとも1種であるエポキシ樹脂用硬化剤(B)とを含有することを特徴とするシラン変性エポキシ樹脂組成物。  The methoxy group-containing silane-modified epoxy resin (A) according to any one of claims 1 to 5, and an alicyclic acid anhydride curing agent, an anionic polymerization curing agent, and a cationic polymerization curing agent. A silane-modified epoxy resin composition comprising at least one epoxy resin curing agent (B). 請求項6に記載のシラン変性エポキシ樹脂組成物を50〜120℃で加熱して、ゾル−ゲル硬化させて得られることを特徴とするエポキシ樹脂−シリカハイブリッド半硬化物。  An epoxy resin-silica hybrid semi-cured product obtained by heating the silane-modified epoxy resin composition according to claim 6 at 50 to 120 ° C and curing the sol-gel. 請求項6または7に記載のシラン変性エポキシ樹脂組成物または半硬化物を完全硬化させて得られることを特徴とするエポキシ樹脂−シリカハイブリッド硬化物。  An epoxy resin-silica hybrid cured product obtained by completely curing the silane-modified epoxy resin composition or semi-cured product according to claim 6 or 7.
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