JP4753934B2 - エポキシ樹脂用潜在性硬化剤およびエポキシ樹脂組成物 - Google Patents

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Description

本発明は新規なエポキシ樹脂用潜在性硬化剤およびそれを用いた一液性エポキシ樹脂組成物に関する。さらに詳しくは、硬化性と潜在性が高い上に、貯蔵安定性・耐溶剤性・耐湿性にも優れた組成物を与えるエポキシ樹脂組成物用潜在性硬化剤およびそれを用いた一液性エポキシ樹脂組成物に関する。
エポキシ樹脂は、その硬化物が、機械的特性、電気的特性、熱的特性、耐薬品性、接着性等の点で優れた性能を有することから、塗料、電気電子用絶縁材料、接着剤等の幅広い用途に利用されている。現在一般に使用されているエポキシ樹脂組成物は、使用時にエポキシ樹脂と硬化剤の二液を混合する、いわゆる二液性のものである。
二液性エポキシ樹脂組成物は室温で硬化しうる反面、エポキシ樹脂と硬化剤を別々に保管し、必要に応じて両者を計量、混合した後、使用する必要があるため、保管や取り扱いが煩雑である。
その上、可使用時間が限られているため、予め大量に混合しておくことができず、配合頻度が多くなり、能率の低下を免れない。
こうした二液性エポキシ樹脂配合品の問題を解決する目的で、これまでいくつかの一液性エポキシ樹脂組成物が提案されてきている。例えば、ジシアンジアミド、BF−アミン措体、アミン塩、変性イミダゾール化合物等の潜在性硬化剤をエポキシ樹脂に配合したものがある。
しかし、これらの潜在性硬化剤は、貯蔵安定性に優れているものは、硬化性が低く、硬化に高温または長時間必要であり、一方、硬化性が高い物は貯蔵安定性が低く、例えば−20℃等の低温で貯蔵する必要がある。例えば、ジシアンジアミドは、配合品の貯蔵安定性は、常温保存の場合に6ヵ月以上であるが、170℃以上の硬化温度が必要であり、この硬化温度を低下させるために、硬化促進剤を併用すると、例えば130℃での硬化が可能であるが、一方、室温での貯蔵安定性が不十分であり、低温での貯蔵を余儀なくされ、高い硬化性と優れた貯蔵安定性を両立し得る組成物が強く求められていた。また、フィルム状成形品や、基材にエポキシ樹脂を含浸した製品を得る場合、溶剤や反応性希釈剤等を含む配合品となる場合が多く、従来の潜在性硬化剤をかかる配合品の硬化剤として用いた場合、貯蔵安定性が極端に下がり、実質的に二液性とする必要がありその改善が求められていた。
その要求に対し、数多くの研究がなされ、例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3にイソシアネート化合物の反応物により表面が被覆されたエポキシ樹脂用硬化剤が記載されている。
しかし近年、特に電子機器分野において、回路の高密度化や接続信頼性の向上に対応するため、またモバイル機器の軽量化として耐熱性の低い材料を使用するために、あるいは生産性を大幅に改善する目的で、接続材料の一つとして用いられる一液性エポキシ樹脂組成物に対して、貯蔵安定性を損なわずに、速硬化性や耐溶剤性、硬化剤分散性などの一層の向上が強く求められ、従来技術ではその達成は困難であった。
特開昭61−190521号公報 特開平1−70523号公報 特開平11−193344号公報
本発明は、高い硬化性と貯蔵安定性を両立し得る一液性エポキシ樹脂組成物およびそれを得るための潜在性硬化剤、そして、貯蔵安定性・耐溶剤性・耐湿性が高く、低温あるいは短時間の硬化条件であっても、高い接続信頼性、接着強度、高い封止性が得られる接着材料、導電材料、絶縁材料、封止材料、コーティング材料、塗料組成物、プリプレグ、構造用接着剤、熱伝導性材料等を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、特定構造の皮膜で被覆されたエポキシ樹脂用潜在性硬化剤が上記目的に適合しうることを見出し、本発明をなすに至った。
即ち、本発明は、下記の通りである。
1)エポキシ樹脂用硬化剤(A)および該エポキシ樹脂用硬化剤(A)を被覆する樹脂を含むエポキシ樹脂用潜在性硬化剤であって、該エポキシ樹脂用硬化剤(A)を被覆する樹脂が、その主鎖構造において、エステル結合を含まない直鎖状または環状の低分子脂肪族炭化水素基を介して2つの窒素原子を持つ構造(構造(1))からなり、該構造(1)の少なくとも1つの窒素原子がウレア結合を形成した構造を有するエポキシ樹脂用潜在性硬化剤。
2)エポキシ樹脂用硬化剤(A)および該エポキシ樹脂用硬化剤(A)を被覆する樹脂を含むエポキシ樹脂用潜在性硬化剤であって、該エポキシ樹脂用硬化剤(A)を被覆する樹脂が、その主鎖構造において、ウレタン結合を形成する酸素原子以外の酸素原子を含まない直鎖状または環状の低分子脂肪族炭化水素基を介して2つの窒素原子を持つ構造(構造(1))からなり、該構造(1)の少なくとも1つの窒素原子がウレア結合を形成した構造を有する1)に記載のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤。
3)エポキシ樹脂用硬化剤(A)が、1質量%以上95質量%以下の低分子2官能脂肪族イソシアネート化合物を含むイソシアネート成分(b1)と活性水素化合物(b2)の反応により得られた皮膜(c1)で被覆されたことを特徴とする1)又は2)に記載のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤。
4)イソシアネート成分(b1)が1質量%以上95質量%以下の低分子2官能脂肪族イソシアネート化合物(b1−1)と5質量%以上99質量%以下の芳香族イソシアネート化合物(b1−2)とからなることを特徴とする3)に記載のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤。
5)皮膜(c1)が、波数1630cm−1〜1680cm−1の赤外線を吸収する結合基(x)と波数1680〜1725cm−1の赤外線を吸収する結合基(y)を有することを特徴とする3)又は4)に記載のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤。
6)エポキシ樹脂用硬化剤(A)が、アミンアダクト(a)と低分子アミン化合物(e)を主成分とするアミン系硬化剤からなる1)〜5)のいずれかに記載のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤。
7)アミンアダクト(a)がエポキシ樹脂(a1)とアミン化合物(a2)との反応により得られることを特徴とする6)に記載のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤。
8)低分子アミン化合物(e)がイミダゾール類であることを特徴とする6)又は7)に記載のエポキシ樹脂用硬化剤。
9)1)〜8)のいずれかに記載のエポキシ樹脂用硬化剤および/またはエポキシ樹脂用潜在性硬化剤をコアとし、エポキシ樹脂用硬化剤(A)とエポキシ樹脂(C)の反応生成より得られたシェル(c2)で被覆した、波数1630〜1680cm−1の赤外線を吸収する結合基(x)と波数1680〜1725cm−1の赤外線を吸収する結合基(y)を少なくとも表面に有することを特徴とするマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤。
10)1)〜8)のいずれかに記載のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/または9)に記載のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)のエポキシ樹脂用硬化剤100重量部に対して10〜50000重量部のエポキシ樹脂(E)を配合したことを特徴とするマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物。
11)10)記載のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)の全塩素量が2500ppm以下であることを特徴とするマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物。
12)エポキシ樹脂(E)の全塩素量が2500ppm以下であることを特徴とする10)または11)に記載のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物。
13)エポキシ樹脂(E)のジオール末端不純成分が、エポキシ樹脂(E)の基本構造成分の0.001〜30質量%であることを特徴とする10)〜12)のいずれかに記載のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物。
14)1)〜13)のいずれかに記載のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)、および/またはマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)と、環状ホウ酸エステル化合物(L)を同時に配合したエポキシ樹脂組成物。
15)前記の環状ホウ酸エステル化合物(L)が、2,2’−オキシビス(5,5’−ジメチル−1,3,2−ジオキサボリナン)である14)に記載のエポキシ樹脂組成物。
16)14)および/または15)に記載の環状ホウ酸エステル化合物(L)の配合量が、1)〜13)のいずれかに記載のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)、および/またはマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)の総量100質量部に対して0.001〜10質量部である14)又は15)に記載のエポキシ樹脂組成物。
17)エポキシ樹脂(J)100質量部に対して、1)〜13)のいずれかに記載のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)、および/またはマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)を0.001〜1000質量部含有し、それらを主成分とすることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
18)17)記載のエポキシ樹脂組成物100質量部に対して、環状ホウ酸エステル化合物(L)を0.001〜10質量部配合したことを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
19)前記の環状ホウ酸エステル化合物(L)が、2,2’−オキシビス(5,5’−ジメチル−1,3,2−ジオキサボリナン)である18)に記載のエポキシ樹脂組成物。
20)酸無水物類、フェノール類、ヒドラジド類、およびグアニジン類よりなる群より選ばれる少なくとも1種の硬化剤(K)を1〜200質量部と、1)〜13)のいずれかに記載のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)および/またはマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)を、0.1〜200質量部を含有し、それらを主成分とするエポキシ樹脂組成物。
21)20)記載のエポキシ樹脂組成物100質量部に対して、環状ホウ酸エステル化合物(L)を0.001〜10質量部配合したことを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
22)前記の環状ホウ酸エステル化合物(L)が、2,2’−オキシビス(5,5’−ジメチル−1,3,2−ジオキサボリナン)である21)に記載のエポキシ樹脂組成物。
23)前記10)〜22)のいずれかに記載のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物および/またはエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とするペースト状組成物。
24)前記10)〜22)のいずれかに記載のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物および/またはエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とするフィルム状組成物。
25)前記14)〜22)いずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とする接着剤。
26)前記14)〜22)いずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とする接合用ペースト。
27)前記14)〜22)いずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とする接合用フィルム。
28)前記14)〜22)いずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とする導電性材料。
29)前記14)〜22)のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とする異方導電性材料。
30)前記14)〜22)のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とする異方導電性フィルム。
31)前記14)〜22)のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とする絶縁性材料。
32)前記14)〜22)のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とする封止材料。
33)前記14)〜22)のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とするコーティング用材料。
34)前記14)〜22)のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とする塗料組成物。
35)前記14)〜22)のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とするプリプレグ。
36)前記14)〜22)のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とする熱伝導性材料。
本発明の潜在性硬化剤は、高い貯蔵安定性と硬化性を有しながら、保存安定性、耐溶剤性、耐湿性、分散性に効果を有する。
本発明について、以下具体的に説明する。
本発明のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤は、少なくとも1つの窒素原子がウレア結合を形成した2つの窒素原子が、その主鎖構造において、エステル結合を有しない、直鎖状または環状の低分子脂肪族炭化水素基を介して結合した構造(1)を有する樹脂で被覆されていることを特徴とする。
本発明おいて、ウレア結合に含まれる窒素原子から、同一分子鎖に存在する別の窒素原子まで間の主鎖構造における、エステル結合を有しない、直鎖状または環状の低分子脂肪族炭化水素基において、当該ウレア結合から別の窒素原子までの分子鎖に含まれる炭素数は、1〜18であることが好ましい。炭素数が18より大きいと保存安定性、硬化剤の分散性、耐湿性が十分発現されないことがあり、そのような観点から好ましい炭素数は1〜12、より好ましくは1〜9である。ここでいう主鎖構造とは、ウレア結合を含む窒素原子を含めた2つの窒素原子の間を結ぶ構造鎖において、分岐点ではない側鎖以外の構造を指す。また、分岐点により発生する構造とは、分岐点より先に窒素原子を含む結合構造を含有する構造鎖のことを指す。
また、エポキシ樹脂用硬化剤(A)を被覆する樹脂が、硬化剤の表面を効率よく被覆するためには、少なくとも1つの窒素原子がウレア結合を形成した、その主鎖構造にエステル結合を有しない、直鎖状または環状の低分子脂肪族炭化水素基を介して結合する構造を有する化合物が有する窒素原子は、2つであることを特徴とする。窒素原子が3つ以上有する化合物では、それぞれの窒素原子を有する官能基の反応性が異なることから、硬化剤表面を被覆する樹脂の形成反応の制御が困難となり、貯蔵安定性や耐湿性、硬化剤の分散性を損なうことがある。
また、本発明は、2つの窒素原子が直鎖状または環状の低分子脂肪族炭化水素基を介して結合する構造(1)を有するが、同一分子鎖に存在する別の窒素原子までの間の主鎖構造にウレタン結合を形成する酸素原子以外の酸素原子を含まないことを特徴とする。このような構造として存在するものの例としては、エステル構造、エーテル構造などがあげられる。これらの構造を有する場合、保存安定性、耐溶剤性、耐湿性が十分に発現されない。
ここで、構造(1)に属する2つの窒素原子のうち、ウレア結合を形成するもの以外の窒素原子がウレタン結合およびビウレット結合から選ばれるいずれかの結合を形成している場合、2つ以上の窒素原子に結合された芳香族化合物との間に結合を形成する構造や、後述する活性水素化合物(b2)に由来する構造と結合していてもよい。
構造(1)の例としては、ウレア結合から6個のメチレン鎖を経て当該窒素原子とは別の窒素原子に結合し、ウレア結合またはウレタン結合またはビウレット結合により他の分子鎖と結合する構造;
ウレア結合から6個のメチレン鎖を介して当該窒素原子とは別の窒素原子に結合するまでの間に、1個の2級または3級炭素、2個のメチル基を有する構造;
ウレア結合から当該窒素原子とは別の窒素原子に結合する間での間にシクロヘキシル環を介し、該シクロヘキシル環に直接、またはメチレン鎖を介して当該ウレア結合、および別の窒素原子が結合している構造等が例示される。
2つ以上の窒素原子に結合された芳香族化合物の構造の例としては、ベンゼン環のオルト位、メタ位、パラ位のいずれかのうちの2つ以上に窒素原子が結合している構造;
2つ以上のベンゼン環がメチレン鎖を介して結合し、メチレン鎖に対してそれぞれのベンゼン環のオルト位、メタ位、パラ位のいずれかに窒素原子が結合した構造などが例示できる。
本発明の潜在性型硬化剤は、エポキシ樹脂用硬化剤(A)をイソシアネート化合物(b1)と活性水素化合物(b2)の反応により得られた皮膜(c1)で被覆されたことを特徴とする。
該エポキシ樹脂用硬化剤を被覆している皮膜(c1)は、波数1630〜1680cm−1の赤外線を吸収する結合基(x)と波数1680〜1725cm−1の赤外線を吸収する結合基(y)を有するものが、貯蔵安定性と反応性のバランスの観点から好ましい。
結合基(x)と結合基(y)は、フーリエ変換式赤外分光光度計(FT−IRと称す)を用いて測定することができる。結合基(x)のうち、特に有用なものとして、ウレア結合を挙げることができる。結合基(y)のうち、特に有用なものとして、ビュレット結合を挙げることができる。更に、得られた皮膜は、波数が1730〜1755cm−1の赤外線を吸収する結合基(z)を有することが好ましい。結合基(z)としてはウレタン結合が特に好ましい。
本発明で用いられるエポキシ樹脂用硬化剤(A)としては、アミン系硬化剤、無水フタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、メチルナジック酸等の酸無水物系硬化剤、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、ビスフェノールAノボラック等のフェノール系硬化剤、プロピレングリコール変性ポリメルカプタン、トリメチロールプロパンのチオグルコン酸エステル、ポリスルフィド樹脂等のメルカプタン系硬化剤、トリフルオロボランのエチルアミン塩等のハロゲン化ホウ素塩系、1、8−ジアザビシクロ(5,4,0)−ウンデセン−7のフェノール塩等の四級アンモニウム塩系硬化剤、3−フェニル−1,1ジメチルウレア等の尿素系硬化剤、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム、テトラフェニルボレート等のホスフィン系硬化剤等の化合物が例示され、アミン系硬化剤が低温硬化性と貯蔵安定性に優れており好ましい。
本発明で用いられるエポキシ樹脂用硬化剤(A)は、アミンアダクト(a)と低分子アミン化合物(e)を主成分とするアミン系硬化剤からなることを特徴とする。
アミンアダクト(a)の説明を行う。
アミンアダクト(a)は、カルボン酸化合物、スルホン酸化合物、イソシアネート化合物、尿素化合物およびエポキシ樹脂(a1)からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物とアミン化合物(a2)とを反応して得られるアミノ基を有する化合物である。アミンアダクト(a)の原料として用いられる、カルボン酸化合物、スルホン酸化合物、イソシアネート化合物、尿素化合物およびエポキシ樹脂(a1)を下記に示す。
カルボン酸化合物としては、例えば、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、フタル酸、ダイマー酸等が挙げられる。
スルホン酸化合物としては、例えば、エタンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸等が挙げられる。
イソシアネート化合物としては、例えば、脂肪族ジイソシアネート、脂環式ジイソシアネート、芳香族ジイソシアネート、脂肪族トリイソシアネート、ポリイソシアネートを挙げることができる。脂肪族ジイソシアネートの例としては、エチレンジイソシアネート、プロピレンジイソシアネート、ブチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等を挙げることができる。脂環式ジイソシアネートの例としては、イソホロンジイソシアネート、4−4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート、1,4−イソシアナトシクロヘキサン、1,3−ビス(イソシアナトメチル)−シクロヘキサン、1,3−ビス(2−イソシアナトプロピル−2イル)−シクロヘキサン等を挙げることができる。芳香族ジイソシアネートの例としては、トリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート等を挙げることができる。脂肪族トリイソシアネートの例としては、1,3,6−トリイソシアネートメチルヘキサン、2,6−ジイソシアナトヘキサン酸−2−イソシアナトエチル等を挙げることができる。ポリイソシアネートとしては、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートや上記ジイソシアネート化合物より誘導されるポリイソシアネートが例示される。上記ジイソシアネートより誘導されるポリイソシアネートとしては、イソシアヌレート型ポリイソシアネート、ビュレット型ポリイソシアネート、ウレタン型ポリイソシアネート、アロハネート型ポリイソシアネート、カルボジイミド型ポリイソシアネート等がある。
尿素化合物としては、例えば、尿素、メチル尿素、ジメチル尿素、エチル尿素、t−ブチル尿素等が挙げられる。
エポキシ樹脂(a1)としては、モノエポキシ化合物、多価エポキシ化合物のいずれか又はそれらの混合物が用いられる。モノエポキシ化合物としては、ブチルグリシジルエーテル、ヘキシルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、パラ−tert−ブチルフェニルグリシジルエーテル、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、パラキシリルグリシジルエーテル、グリシジルアセテート、グリシジルブチレート、グリシジルヘキソエート、グリシジルベンゾエート等を挙げることができる。多価エポキシ化合物としては、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AD、ビスフェノールS、テトラメチルビスフェノールA、テトラメチルビスフェノールF、テトラメチルビスフェノールAD、テトラメチルビスフェノールS、テトラブロモビスフェノールA、テトラクロロビスフェノールA、テトラフルオロビスフェノールA等のビスフェノール類をグリシジル化したビスフェノール型エポキシ樹脂;ビフェノール、ジヒドロキシナフタレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン等のその他の2価フェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂;1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、4,4−(1−(4−(1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル)フェニル)エチリデン)ビスフェノール等のトリスフェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂;1,1,2,2,−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン等のテトラキスフェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂;フェノールノボラック、クレゾールノボラック、ビスフェノールAノボラック、臭素化フェノールノボラック、臭素化ビスフェノールAノボラック等のノボラック類をグリシジル化したノボラック型エポキシ樹脂等;多価フェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂、グリセリンやポリエチレングリコール等の多価アルコールをグリシジル化した脂肪族エーテル型エポキシ樹脂;p−オキシ安息香酸、β−オキシナフトエ酸等のヒドロキシカルボン酸をグリシジル化したエーテルエステル型エポキシ樹脂;フタル酸、テレフタル酸のようなポリカルボン酸をグリシジル化したエステル型エポキシ樹脂;4,4−ジアミノジフェニルメタンやm−アミノフェノール等のアミン化合物のグリシジル化物やトリグリシジルイソシアヌレート等のアミン型エポキシ樹脂等のグリシジル型エポキシ樹脂と、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート等の脂環族エポキサイド等が例示される。
アミンアダクト(a)の原料として用いられる、カルボン酸化合物、スルホン酸化合物、イソシアネート化合物、尿素化合物およびエポキシ樹脂(a1)のうち、エポキシ樹脂(a1)が高い硬化性と貯蔵安定性に優れており好ましい。
エポキシ樹脂(a1)としては、エポキシ樹脂組成物の貯蔵安定性を高めることができるので、多価エポキシ化合物が好ましい。多価エポキシ化合物としては、アミンアダクト(a)の生産性が圧倒的に高いので、グリシジル型エポキシ樹脂が好ましく、より好ましくは、硬化物の接着性や耐熱性が優れるため多価フェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂であり、更に好ましくはビスフェノール型エポキシ樹脂である。ビスフェノールAをグリシジル化したエポキシ樹脂とビスフェノールFをグリシジル化したエポキシ樹脂が一層好ましい。ビスフェノールAをグリシジル化したエポキシ樹脂が更に一層好ましい。これらエポキシ樹脂は単独で使用しても併用しても良い。
エポキシ樹脂(a1)の全塩素量は、硬化性と貯蔵安定性のバランスの取れたエポキシ樹脂組成物を得るためには、2500ppm以下が好ましい。
より好ましくは2000ppm以下であり、より好ましくは1500ppm以下であり、より好ましくは800ppm以下であり、より好ましくは400ppm以下であり、より好ましくは180ppm以下であり、より好ましくは100ppm以下であり、より好ましくは80ppm以下であり、さらに好ましくは50ppm以下である。
本発明において全塩素量とは、化合物中に含まれる有機塩素及び無機塩素の総量のことであり、化合物に対する質量基準の値である。全塩素量は、つぎの方法により測定されて得られる。エポキシ樹脂組成物を、キシレンを用いて、エポキシ樹脂が無くなるまで洗浄と濾過を繰り返す。次にろ液を100℃以下で減圧留去し、エポキシ樹脂を得る。得られたエポキシ樹脂試料1〜10gを滴定量が3〜7mlになるよう精秤し、25mlのエチレングリコールモノブチルエーテルに溶解し、これに1規定KOHのプロピレングリコール溶液25mlを加えて20分間煮沸したのち、硝酸銀水溶液で滴定した滴定量より計算して得られる。
全塩素量が2500ppm以下のエポキシ樹脂(a1)を用いることにより、硬化反応性の高い硬化剤を得ることができる。
また、シェル形成反応のコントロールを容易にするためには全塩素量は、0.01ppm以上が好ましい。より好ましくは0.02ppm以上であり、より好ましくは0.05ppm以上であり、より好ましくは0.1ppm以上であり、より好ましくは0.2ppm以上であり、さらに好ましくは0.5ppm以上である。全塩素量が0.1ppm以上であることにより、シェル形成反応が硬化剤表面で効率よく行われ、貯蔵安定性に優れたシェルを得ることができる。硬化剤のたとえば、全塩素量の好ましい範囲は0.1ppm以上200ppm以下であり、より好ましい範囲は0.2ppm以上80ppm以下であり、より好ましい範囲は0.5ppm以上50ppm以下である。
全塩素の内、1、2−クロロヒドリン基に含まれる塩素は一般に加水分解性塩素と呼ばれるが、また、アミンアダクトの原料として用いられるエポキシ樹脂中の加水分解性塩素量は、好ましくは50ppm以下、より好ましくは0.01から20ppm、更に好ましくは、0.05から10ppmである。加水分解性塩素は、つぎの方法により測定されて得られる。試料3gを50mlのトルエンに溶解し、これに0.1規定KOHのメタノール溶液20mlを加えて15分間煮沸した後、硝酸銀水溶液で滴定した滴定量より計算して得られる。
加水分解性塩素量が50ppm以下で、高い硬化性と貯蔵安定性の両立に対し有利であり、優れた電気特性を示し好ましい。
アミン化合物(a2)としては、少なくとも1個の一級アミノ基および/または二級アミノ基を有するが三級アミノ基を有さない化合物と、少なくとも1個の三級アミノ基と少なくとも1個の活性水素基を有する化合物が挙げられる。
少なくとも1個の一級アミノ基および/または二級アミノ基を有するが三級アミノ基を有さない化合物としては、例えば、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、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、エタノールアミン、プロパノールアミン、シクロヘキシルアミン、イソホロンジアミン、アニリン、トルイジン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン等の三級アミノ基を有さない第一アミン類、例えば、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジメタノールアミン、ジエタノールアミン、ジプロパノールアミン、ジシクロヘキシルアミン、ピペリジン、ピペリドン、ジフェニルアミン、フェニルメチルアミン、フェニルエチルアミン等の三級アミノ基を有さない第二アミン類を挙げることができる。
少なくとも1個の三級アミノ基と少なくとも1個の活性水素基を有する化合物において、活性水素基としては一級アミノ基、二級アミノ基、水酸基、チオール基、カルボン酸、ヒドラジド基が例示される。
少なくとも1個の三級アミノ基と少なくとも1個の活性水素基を有する化合物としては、例えば、2−ジメチルアミノエタノール、1−メチル−2−ジメチルアミノエタノール、1−フェノキシメチル−2−ジメチルアミノエタノール、2−ジエチルアミノエタノール、1−ブトキシメチル−2−ジメチルアミノエタノール、メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−β−ヒドロキシエチルモルホリン等のアミノアルコール類;2−(ジメチルアミノメチル)フェノール、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール等のアミノフェノール類;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−アミノエチル−2−メチルイミダゾール、1−(2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル)−2−メチルイミダゾール、1−(2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル)−2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−(2−ヒドロキシ−3−ブトキシプロピル)−2−メチルイミダゾール、1−(2−ヒドロキシ−3−ブトキシプロピル)−2−エチル−4−メチルイミダゾール等のイミダゾール類;1−(2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル)−2−フェニルイミダゾリン、1−(2−ヒドロキシ−3−ブトキシプロピル)−2−メチルイミダゾリン、2−メチルイミダゾリン、2,4−ジメチルイミダゾリン、2−エチルイミダゾリン、2−エチル−4−メチルイミダゾリン、2−ベンジルイミダゾリン、2−フェニルイミダゾリン、2−(o−トリル)−イミダゾリン、テトラメチレン−ビス−イミダゾリン、1,1,3−トリメチル−1,4−テトラメチレン−ビス−イミダゾリン、1,3,3−トリメチル−1,4−テトラメチレン−ビス−イミダゾリン、1,1,3−トリメチル−1,4−テトラメチレン−ビス−4−メチルイミダゾリン、1,3,3−トリメチル−1,4−テトラメチレン−ビス−4−メチルイミダゾリン、1,2−フェニレン−ビス−イミダゾリン、1,3−フェニレン−ビス−イミダゾリン、1,4−フェニレン−ビス−イミダゾリン、1,4−フェニレン−ビス−4−メチルイミダゾリン等のイミダゾリン類、ジメチルアミノプロピルアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、ジプロピルアミノプロピルアミン、ジブチルアミノプロピルアミン、ジメチルアミノエチルアミン、ジエチルアミノエチルアミン、ジプロピルアミノエチルアミン、ジブチルアミノエチルアミン、N−メチルピペラジン、N−アミノエチルピペラジン、ジエチルアミノエチルピペラジン等の三級アミノアミン類;2−ジメチルアミノエタンチオール、2−メルカプトベンゾイミダゾール、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトピリジン、4−メルカプトピリジン等のアミノメルカプタン類;N,N−ジメチルアミノ安息香酸、N,N−ジメチルグリシン、ニコチン酸、イソニコチン酸、ピコリン酸等のアミノカルボン酸類;N,N−ジメチルグリシンヒドラジド、ニコチン酸ヒドラジド、イソニコチン酸ヒドラジド等のアミノヒドラジド類を挙げることができる。
アミン化合物(a2)としては、貯蔵安定性と硬化性のバランスが優れているので、少なくとも1個の三級アミノ基と少なくとも1個の活性水素基を有する化合物が好ましく、イミダゾール類が更に好ましく、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾールが一層好ましい。
本発明に用いられるアミンアダクト(a)は、例えばエポキシ樹脂(a1)とアミン化合物(a2)を、エポキシ樹脂(a1)のエポキシ基1当量に対して、アミン化合物(b1)中の活性水素基が好ましくは0.5当量〜10当量(更に好ましくは0.8当量〜5当量、一層好ましくは0.95当量〜4当量)の範囲で、必要に応じて溶剤の存在下において、例えば50〜250℃の温度で0.1〜10時間反応させることで得られる。
エポキシ基に対する活性水素基の当量比が0.5以上にすることで分子量分布が7以下のアミンアダクト(a)を得るのに有利であり、当量比が10以下で、本発明のエポキシ樹脂用硬化剤に含まれる低分子アミン化合物(e)の含量を所望の値にするために行う、未反応のアミン化合物(a2)の回収が経済的にでき、有利である。
エポキシ樹脂(a1)とアミン化合物(a2)によりアミンアダクト(a)を得る反応において、必要に応じて用いられる溶剤としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、ミネラルスピリット、ナフサ等の炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸−n−ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル類、メタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、ブチルセロソルブ、ブチルカルビトール等のアルコール類、水等であり、これらの溶剤は併用しても構わない。
本発明に用いられるエポキシ樹脂用硬化剤(A)に含有される低分子アミン化合物(e)は、一級、二級および/または三級アミノ基を有する化合物が挙げられる。これらは併用することができる。
一級アミノ基を有する化合物としては、例えば、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、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、エタノールアミン、プロパノールアミン、シクロヘキシルアミン、イソホロンジアミン、アニリン、トルイジン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン等を挙げることができる。
二級アミノ基を有する化合物としては、例えば、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジメタノールアミン、ジエタノールアミン、ジプロパノールアミン、ジシクロヘキシルアミン、ピペリジン、ピペリドン、ジフェニルアミン、フェニルメチルアミン、フェニルエチルアミン等を挙げることができる。
三級アミノ基を有する化合物としては、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、N,N’−ジメチルピペラジン、トリエチレンジアミン、1、8−ジアザビシクロ(5,4,0)−ウンデセン−7、1、5−ジアザビシクロ(4,3,0)−ノネン−5等の三級アミン類;2−ジメチルアミノエタノール、1−メチル−2−ジメチルアミノエタノール、1−フェノキシメチル−2−ジメチルアミノエタノール、2−ジエチルアミノエタノール、1−ブトキシメチル−2−ジメチルアミノエタノール、メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−β−ヒドロキシエチルモルホリン等のアミノアルコール類;2−(ジメチルアミノメチル)フェノール、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール等のアミノフェノール類;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−アミノエチル−2−メチルイミダゾール、1−(2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル)−2−メチルイミダゾール、1−(2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル)−2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−(2−ヒドロキシ−3−ブトキシプロピル)−2−メチルイミダゾール、1−(2−ヒドロキシ−3−ブトキシプロピル)−2−エチル−4−メチルイミダゾール等のイミダゾール類;1−(2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル)−2−フェニルイミダゾリン、1−(2−ヒドロキシ−3−ブトキシプロピル)−2−メチルイミダゾリン、2−メチルイミダゾリン、2,4−ジメチルイミダゾリン、2−エチルイミダゾリン、2−エチル−4−メチルイミダゾリン、2−ベンジルイミダゾリン、2−フェニルイミダゾリン、2−(o−トリル)−イミダゾリン、テトラメチレン−ビス−イミダゾリン、1,1,3−トリメチル−1,4−テトラメチレン−ビス−イミダゾリン、1,3,3−トリメチル−1,4−テトラメチレン−ビス−イミダゾリン、1,1,3−トリメチル−1,4−テトラメチレン−ビス−4−メチルイミダゾリン、1,3,3−トリメチル−1,4−テトラメチレン−ビス−4−メチルイミダゾリン、1,2−フェニレン−ビス−イミダゾリン、1,3−フェニレン−ビス−イミダゾリン、1,4−フェニレン−ビス−イミダゾリン、1,4−フェニレン−ビス−4−メチルイミダゾリン等のイミダゾリン類、ジメチルアミノプロピルアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、ジプロピルアミノプロピルアミン、ジブチルアミノプロピルアミン、ジメチルアミノエチルアミン、ジエチルアミノエチルアミン、ジプロピルアミノエチルアミン、ジブチルアミノエチルアミン、N−メチルピペラジン、N−アミノエチルピペラジン、ジエチルアミノエチルピペラジン等の三級アミノアミン類;2−ジメチルアミノエタンチオール、2−メルカプトベンゾイミダゾール、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトピリジン、4−メルカプトピリジン等のアミノメルカプタン類;N,N−ジメチルアミノ安息香酸、N,N−ジメチルグリシン、ニコチン酸、イソニコチン酸、ピコリン酸等のアミノカルボン酸類;N,N−ジメチルグリシンヒドラジド、ニコチン酸ヒドラジド、イソニコチン酸ヒドラジド等のアミノヒドラジド類を挙げることができる。
低分子アミン化合物(e)としては、貯蔵安定性の優れたエポキシ樹脂組成物が得られるため、三級アミノ基を有する化合物が好ましく、イミダゾール類が更に好ましく、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾールが一層好ましい。
低分子アミン化合物(e)の含有量を0.001質量部以上、含有させることにより、シェルの形成反応において、緻密なシェルを形成することができ、貯蔵安定性の高いマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)を得ることができる。
低分子アミン化合物(e)の含有量が10質量部より多く含有すると、潜在性および耐溶剤性を損なうこととなる。また、溶出した低分子アミン化合物(e)とエポキシ樹脂(E)との反応により、凝集物を生成しやすくなり、分散性を損なうこととなる。
低分子アミン化合物(e)は、アミンアダクト(a)の製造後にアミンアダクト(a)に混合しても構わないし、アミンアダクト(a)の製造前および/または製造中に混合しても構わない。また、アミンアダクト(a)の原料であるアミン化合物(a2)の未反応物を低分子アミン化合物(e)として用いても構わない。
エポキシ樹脂用硬化剤(A)の形態としては液状、塊状、顆粒状、粉末状、などが挙げられるが、好ましくは顆粒状または粉末状であり、さらに好ましくは粉末状である。本願において粉末状とは、特別に制限するものではないが、0.1〜50μmの平均粒径が好ましく、さらに好ましくは0.5〜10μmの平均粒径である。50μm以下にすることで、均質な硬化物を得ることができる。本発明でいう粒径とは、光散乱法で測定されるストークス径を指すものである。また平均粒径は、メディアン径を指すものである。また、その形状は特に制限は無く、球状、不定形いずれでも良く、マスターバッチあるいは一液性エポキシ樹脂組成物の低粘度化のためには、球状が好ましい。ここで球状とは、真球は勿論の事、不定形の角が丸みを帯びた形状をも包含する。
本発明のエポキシ樹脂用硬化剤(A)の全塩素量は2500ppm以下が好ましい。より好ましくは2000ppm以下であり、より好ましくは1500ppm以下であり、より好ましくは800ppm以下であり、より好ましくは400ppm以下であり、より好ましくは180ppm以下であり、より好ましくは100ppm以下であり、より好ましくは80ppm以下であり、さらに好ましくは50ppm以下である。全塩素量が2500ppm以下で硬化性と貯蔵安定性のバランスの高いエポキシ樹脂組成物を得ることができる。
また、シェル形成反応のコントロールを容易にするためにはエポキシ樹脂用硬化剤(A)の全塩素量は、0.01ppm以上が好ましい。より好ましくは0.02ppm以上であり、より好ましくは0.05ppm以上であり、より好ましくは0.1ppm以上であり、より好ましくは0.2ppm以上であり、さらに好ましくは0.5ppm以上である。全塩素量が0.1ppm以上であることにより、シェル形成反応が硬化剤表面で効率よく行われ、貯蔵安定性に優れたシェルを得ることができる。
次に、イソシアネート化合物(b1)について説明する。
本発明に用いられるイソシアネート化合物(b1)は、イソシアネート基を有する化合物であり、その1質量%以上95質量%以下は低分子2官能脂肪族イソシアネート化合物(b1−1)である。低分子2官能脂肪族イソシアネート化合物とは、イソシアネート基を2つ有し、直鎖または脂環式の脂肪族化合物で、実施例に記載の方法により測定されたGPC測定において、数平均分子量が1000以下のものが90%以上のものを言う。
そのようなイソシアネート化合物を例示すると、例えば、直鎖状の低分子2官能脂肪族イソシアネート化合物の例としては、エチレンジイソシアネート、プロピレンジイソシアネート、ブチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、1,8−ジイソシアネートオクタン、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,12−ジイソシアネートドデカン等を挙げることができる。脂環式の低分子2官能脂肪族イソシアネート化合物の例としては、イソホロンジイソシアネート、4−4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート、1,4−ジイソシアナトシクロヘキサン、1,3−ビス(イソシアナトメチル)−シクロヘキサン、1,3−ビス(2−イソシアナトプロピル−2イル)−シクロヘキサン等が挙げられる。また、ウレタン型低分子2官能脂肪族イソシアネートを用いてもよい。数平均分子量が1000以下のウレタン型低分子2官能脂肪族イソシアネートを得るには、低分子脂肪族ジイソシアネートモノマーをポリオールと反応させることにより得られる。ここで用いられるポリオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3ブタンジオール、1,4ブタンジオール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、トリメチロールプロパン等が挙げられる。これらポリオールは併用しても構わない。これらの例のなかでも、ヘキサメチレンジイソシアネート、1,8−ジイソシアネートオクタンが硬化性と貯蔵安定性、保存安定性のバランスの点で好ましく、ヘキサメチレンジイソシアネートが更に好ましい。
イソシアネート化合物(b1)に占める低分子2官能脂肪族イソシアネート化合物(b1−1)の量は、貯蔵安定性と硬化性が共に優れるために1質量%以上95質量%以下である。
1質量%未満でも95質量%より多くても、貯蔵安定性や耐溶剤性が低下する。
そのような観点から、イソシアネート化合物(b1)に占める低分子2官能脂肪族イソシアネート化合物(b1−1)の量は、7質量%以上90質量%未満が望ましく、好ましくは7質量%以上質量70%未満であり、更に好ましくは10質量%以上50質量%未満である。
また、イソシアネート化合物(b1)に占める低分子2官能脂肪族イソシアネート化合物(b1−1)以外のイソシアネート化合物としては、(イ)芳香族イソシアネート、(ロ)脂肪族トリイソシアネート、(ハ)アダクト型脂肪族ポリイソシアネートなどが挙げられるが、芳香族イソシアネート化合物(b1−2)が硬化性と保存安定性および耐溶剤性のバランスの点で好ましい。
芳香族イソシアネート化合物(b1−2)としては芳香族ジイソシアネート、芳香族トリイソシアネート、芳香族ポリイソシアネート等が挙げられる。芳香族ジイソシアネートとしては、例えば、トリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート等、芳香族トリイソシアネートとしては、トリフェニルメタントリイソシアネート、トリス(イソシアネートフェニル)チオホスフエート等、芳香族ポリイソシアネートとしては、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート等のポリメリックイソシアネートおよび/または芳香族ジイソシアネートおよび/または芳香族トリイソシアネート化合物より誘導される、イソシアヌレート型ポリイソシアネート、ビュレット型ポリイソシアネート、カルボジイミド型ポリイソシアネート等が例示される。
これらの中で、トリレンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート、またはポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートから誘導されるカルボジイミド型ポリイソシアネートがエポキシ樹脂に対する分散性が高く、さらに保存安定性および耐溶剤性、耐湿性、分散性のバランスに優れたエポキシ樹脂組成物が得られる点で好ましい。
その他のイソシアネートとして、(ロ)脂肪族トリイソシアネートとしては、1,3,6−トリイソシアネートメチルヘキサン、2,6−ジイソシアナトヘキサン酸−2−イソシアナトエチル等を挙げることができる。
(ハ)アダクト型脂肪族ポリイソシアネートは、脂肪族ジイソシアネート、脂環式ジイソシアネート、芳香脂肪族ジイソシアネート、脂肪族トリイソシアネート、脂環式トリイソシアネートである脂肪族イソシアネートモノマーより誘導されるアダクト型ポリイソシアネートであり、例えばイソシアヌレート型ポリイソシアネート、ビウレット型ポリイソシアネート等がある。
アダクト型脂肪族ポリイソシアネートを誘導する原料の脂肪族ジイソシアネートとしては、例えば、エチレンジイソシアネート、プロピレンジイソシアネート、ブチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、1,8−ジイソシアネートオクタン、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,12−ジイソシアネートドデカン等、脂環式ジイソシアネートとしては、イソホロンジイソシアネート、4−4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート、1,4−イソシアナトシクロヘキサン、1,3−ビス(イソシアナトメチル)−シクロヘキサン、1,3−ビス(2−イソシアナトプロピル−2イル)−シクロヘキサン等、脂肪族トリイソシアネートとしては、1,6,11−ウンデカントリイソシアネート、1,8−ジイソシアネート4−イソシアネートメチルオクタン、1,3,6−ヘキサメチレントリイソシアネート、2,6−ジイソシアナトヘキサン酸−2−イソシアナトエチル、2,6−ジイソシアナトヘキサン酸−1−メチル−2−イソシアネートエチル等、脂環式トリイソシアネート化合物としては、トリシクロヘキシルメタントリイソシアネート、ビシクロヘプタントリイソシアネート等が例示される。芳香脂肪族ジイソシアネートとしては、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート等が例示される。
アダクト型脂肪族ポリイソシアネートを誘導する際は、脂肪族ジイソシアネート、脂肪族トリイソシアネートが高い反応性が得られ好ましく、より好ましくは脂肪族ジイソシアネート、更に好ましくはヘキサメチレンジイソシアネートである。
イソシアヌレート型ポリイソシアネートを得るには、脂肪族イソシアネートモノマーを4級アンモニウム塩等を用いて環化3量化することにより、ビウレット型ポリイソシアネートを得るには脂肪族イソシアネートモノマーを水などのビウレット化剤と反応させることにより得られる。
アダクト型脂肪族ポリイソシアネートとしては、ビウレット型ポリイソシアネート、イソシアヌレート型ポリイソシアネートが安定性の高い潜在性硬化剤が得られ好ましく、ビウレット型ポリイソシアネートが更に好ましい。
種類の異なるイソシアネート化合物を使用するとそれぞれのイソシアネート化合物の反応性が異なるために反応で得られる被膜が不均一となり、安定した品質の潜在性硬化剤が得られ難かったり、保存安定性あるいは耐溶剤性が低下することがあるという点で、通常は二種類以上のイソシアネートを併用して使用することは避けるのが通例である。また、低分子脂肪族イソシアネート化合物は、芳香族イソシアネート化合物よりも、一般的に反応性に劣るとされることから、併用して使用することは不向きであるとされてきた。
これに対して、本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、特定範囲内において低分子2官能脂肪族イソシアネート化合物(b1−1)と芳香族イソシアネート化合物(b1−2)を併用して用いた場合は上記の予想に反して硬化性、保存安定性、耐溶剤性のバランスに優れる特性の潜在性硬化剤が得られることができた。またまた、通常、脂肪族イソシアネート化合物は芳香族イソシアネート化合物よりも反応性が低いために、両者を併用して反応する場合には脂肪族イソシアネート化合物は、予め反応して多官能化したアダクト型脂肪族ポリイソシアネートを用いることが当該業者の通例であるが、予期に反して低分子2官能脂肪族イソシアネート化合物(b1−1)を単量体のままで用いて併用した方が保存安定性、耐溶剤性に優れた潜在性硬化剤を与えることができることを見出した。
イソシアネート化合物(b1)は一括して反応させても良いし分割して反応させても良く、また低分子2官能脂肪族イソシアネート化合物(b1−1)とその他のイソシアネート化合物を同時に反応させると本発明の目的の効果が一層発揮されることがある。
本発明に用いられる活性水素化合物(b2)としては、水、1分子中に1個以上の一級および/または二級アミノ基を有する化合物、1分子中に1個以上の水酸基を有する化合物が例示される。水および1分子中に1個以上の水酸基を有する化合物が好ましい。これらは併用する事もできる。
活性水素化合物(b2)として用いられる1分子中に1個以上の一級および/または二級アミノ基を有する化合物としては、脂肪族アミン、脂環式アミン、芳香族アミンを使用することができる。脂肪族アミンとしては、例えば、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン等のアルキルアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ブチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等のアルキレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン等のポリアルキレンポリアミン、ポリオキシプロピレンジアミン、ポリオキシエチレンジアミン等のポリオキシアルキレンポリアミン類等を挙げることができる。脂環式アミンとしては、例えば、シクロプロピルアミン、シクロブチルアミン、シクロペンチルアミン、シクロヘキシルアミン、イソホロンジアミン等、芳香族アミンとしては、アニリン、トルイジン、ベンジルアミン、ナフチルアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン等を挙げることができる。
活性水素化合物(b2)として用いられる1分子中に1個以上の水酸基を有する化合物としては、アルコール化合物とフェノール化合物が例示される。アルコール化合物としては、例えば、メチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、アミルアルコール、ヘキシルアルコール、ヘプチルアルコール、オクチルアルコール、ノニルアルコール、デシルアルコール、ウンデシルアルコール、ラウリルアルコール、ドテシルアルコール、ステアリルアルコール、エイコシルアルコール、アリルアルコール、クロチルアルコール、プロパルギルアルコール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール、シンナミルアルコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチル等のモノアルコール類、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、水添ビスフェノールA、ネオペンチルグリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の多価アルコール類を挙げることができる。
また、1分子中に1個以上のエポキシ基を有する化合物と、1分子中に1個以上の水酸基、カルボキシル基、一級または二級アミノ基、メルカプト基を有する化合物との反応により得られる二級水酸基を1分子中に2個以上有する化合物も多価アルコール類として例示される。これらのアルコール化合物においては、第一、第二、または第三アルコールのいずれでもよい。フェノール化合物としては、例えば、石炭酸、クレゾール、キシレノール、カルバクロール、モチール、ナフトール等のモノフェノール類、カテコール、レゾールシン、ヒドロキノン、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ピロガロール、フロログルシン等の多価フェノール類を挙げることができる。これら1分子中に1個以上の水酸基を有する化合物としては、多価アルコール類や多価フェノール類等が好ましい。多価アルコール類が更に好ましい。
イソシアネート化合物(b1)と活性水素化合物(b2)を反応させる方法は、通常−10℃〜150℃の温度範囲で行なわれる。150℃以上ではイソシアネート成分(b1)と活性水素化合物(b2)が反応して得られる被膜が不均一となるため貯蔵安定性が充分発現できないことがあり、−10℃よりも低い温度の場合でも反応が未完結となることにより貯蔵安定性が発現されないことがある。このような観点から好ましい反応温度は0℃〜120℃、より好ましくは10℃〜100℃である。
反応時間は通常10分〜12時間の間で行われ、10分未満では反応が未完結で貯蔵安定性が発現できないことがあり、12時間以上では生産性が低く工業的に好ましくない。
また、上記反応は必要により分散媒中で行なうことができる。分散媒としては、溶媒、可塑剤、樹脂類等が例示される。溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、ミネラルスピリット、ナフサ等の炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸−n−ブチル、プロピレングリコールモノメチルエチルエーテルアセテート等のエステル類、メタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、ブチルセロソルブ、ブチルカルビトール等のアルコール類、水、等が例示される。可塑剤としては、例えば、フタル酸ジブチル、フタル酸ジ(2−エチルヘキシシル)等のフタル酸ジエステル系、アジピン酸ジ(2−エチルヘキシシル)等の脂肪族二塩基酸エステル系、リン酸トリクレジル等のリン酸トリエステル系、ポリエチレングリコールエステル等のグリコールエステル系等が例示される。樹脂類としては、シリコ−ン樹脂類、エポキシ樹脂類、フェノール樹脂類等が例示される。
イソシアネート化合物(b1)と活性水素化合物(b2)との量比は、通常、イソシアネート化合物(b1)中のイソシアネート基と活性水素化合物(b2)中の活性水素との当量比が1:0.1〜1:1000の範囲で用いられる。
イソシアネート化合物(b1)と活性水素化合物(b2)との反応物で、エポキシ樹脂用硬化剤(A)を被覆する方法としては、得られた反応物を溶解し、エポキシ樹脂用硬化剤(A)を分散させた液体中で反応物の溶解度を下げて、エポキシ樹脂用硬化剤(A)の表面に析出させる方法、エポキシ樹脂用硬化剤(A)が分散媒中に分散した状態での存在下に、イソシアネート化合物(b1)と活性水素化合物(b2)とを反応させて、反応物をエポキシ樹脂用硬化剤(A)の表面に析出させる、あるいはエポキシ樹脂用硬化剤(A)の表面を反応の場とし、そこで反応物を生成させる方法等が挙げられる。後者の方法が反応と被覆を同時に行なうことができ好ましい。
得られた皮膜(c1)は、波数1630cm−1〜1680cm−1の赤外線を吸収する結合基(x)および1680〜1725cm−1の赤外線を吸収する結合基(y)を有する事を特徴とする。結合基(x)としては、ウレア結合が特に好ましい。結合基(y)としてはビュレット結合が好ましい。更に、波数が1730〜1755cm−1の赤外線を吸収する結合基(z)を有することが好ましい。結合基(z)としてはウレタン結合が特に好ましい。
このウレア結合、ビュレット結合はイソシアネート化合物と水および/または1分子中に1個以上の一級および/または二級アミノ基を有するアミン化合物との反応により生成される。また、ウレタン結合は、イソシアネート化合物と1分子中に1個以上の水酸基を有する化合物との反応により生成される。
本発明のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤は、次に説明するマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)にすることで、更に高い安定性が得られ、好ましい。本発明のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)は、本発明のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤をコアとし、エポキシ樹脂用硬化剤(A)とエポキシ樹脂(C)の反応生成物をシェル(c2)として被覆した、コアシェル構造をもつ硬化剤である。
本発明に用いられるエポキシ樹脂(C)としては、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールAD、ビスフェノールS、テトラメチルビスフェノールA、テトラメチルビスフェノールF、テトラメチルビスフェノールAD、テトラメチルビスフェノールS、テトラブロモビスフェノールA、テトラクロロビスフェノールA、テトラフルオロビスフェノールA等のビスフェノール類をグリシジル化したビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェノール、ジヒドロキシナフタレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン等のその他の2価フェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、4,4−(1−(4−(1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル)フェニル)エチリデン)ビスフェノール等のトリスフェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂、1,1,2,2,−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン等のテトラキスフェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、ビスフェノールAノボラック、臭素化フェノールノボラック、臭素化ビスフェノールAノボラック等のノボラック類をグリシジル化したノボラック型エポキシ樹脂、グリセリンやポリエチレングリコール等の多価アルコールをグリシジル化した脂肪族エーテル型エポキシ樹脂、p−オキシ安息香酸、β−オキシナフトエ酸等のヒドロキシカルボン酸をグリシジル化したエーテルエステル型エポキシ樹脂、フタル酸、テレフタル酸のようなポリカルボン酸をグリシジル化したエステル型エポキシ樹脂、4,4−ジアミノジフェニルメタンやm−アミノフェノール等のアミン化合物のグリシジル化物やトリグリシジルイソシアヌレート等のアミン型エポキシ樹脂、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート等の脂環族エポキサイド等が例示される。
これらエポキシ樹脂は単独で使用しても併用しても良い。
エポキシ樹脂(C)としては、得られる硬化物の接着性や耐熱性が優れるため、多価フェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂が好ましく、更に好ましくはビスフェノール型エポキシ樹脂である。ビスフェノールAのグリシジル化物とビスフェノールFのグリシジル化物が一層好ましい。ビスフェノールAのグリシジル化物が更に一層好ましい。
エポキシ化合物は、通常、分子内に塩素が結合した不純末端を有する。エポキシ樹脂(C)中の全塩素量は、硬化物の電気的な特性が優れるため、全塩素量は2500ppm以下が好ましい。より好ましくは2000ppm以下であり、より好ましくは1500ppm以下であり、より好ましくは800ppm以下であり、より好ましくは400ppm以下であり、より好ましくは180ppm以下であり、より好ましくは100ppm以下であり、より好ましくは80ppm以下であり、さらに好ましくは50ppm以下である。全塩素量が2500ppm以下で硬化性と貯蔵安定性のバランスの高いエポキシ樹脂組成物を得ることができる。
また、シェル形成反応のコントロールを容易にするためにはエポキシ樹脂(C)の全塩素量は、0.01ppm以上が好ましい。より好ましくは0.02ppm以上であり、より好ましくは0.05ppm以上であり、より好ましくは0.1ppm以上であり、より好ましくは0.2ppm以上であり、さらに好ましくは0.5ppm以上である。全塩素量が0.1ppm以上であることにより、シェル形成反応が硬化剤表面で効率よく行われ、貯蔵安定性に優れたシェルを得ることができる。
エポキシ樹脂用硬化剤(A)とエポキシ樹脂(C)との反応は、通常−10℃〜150℃、好ましくは0℃〜100℃の温度範囲で、1〜168時間、好ましくは2時間〜72時間の反応時間で行われ、分散媒中で行うこともできる。分散媒としては、溶媒、可塑剤等が例示される。
溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、ミネラルスピリット、ナフサ等の炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸−n−ブチル、プロピレングリコールモノメチルエチルエーテルアセテート等のエステル類、メタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、ブチルセロソルブ、ブチルカルビトール等のアルコール類、水、等が例示される。可塑剤としては、フタル酸ジブチル、フタル酸ジ(2−エチルヘキシシル)等のフタル酸ジエステル系、アジピン酸ジ(2−エチルヘキシシル)等の脂肪族二塩基酸エステル系、リン酸トリクレジル等のリン酸トリエステル系、ポリエチレングリコールエステル等のグリコールエステル系等が例示される。
エポキシ樹脂用硬化剤(A)とエポキシ樹脂(C)とを反応させる時の量比は、特に制限は無いが通常、質量比で1:0.001〜1:1000の範囲、好ましくは1:0.01〜1:100の範囲で用いられる。
エポキシ樹脂用硬化剤(A)とエポキシ樹脂(C)との反応生成物からなるシェル(c2)(以下、本シェルと称す)で、本発明のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤からなるコア(以下、本コアと称す)を被覆する方法としては、本シェルを溶解し、本コアを分散させた分散媒中で本シェルの溶解度を下げて、本コアの表面に析出させる方法、本コアをエポキシ樹脂(C)および/またはエポキシ樹脂(C)が溶解した分散媒に分散した後、エポキシ樹脂用硬化剤(A)とエポキシ樹脂(C)とを反応させて、本シェルを本コアの表面に析出させる、あるいは本コアの表面を反応の場として、そこで本シェルを生成させる方法等が挙げられる。後者の方法が反応と被覆を同時に行なうことができ好ましい。
また、後者の場合、エポキシ樹脂用硬化剤(A)は、本コア中のエポキシ樹脂用硬化剤(A)を使用しても構わないし、別途添加しても構わない。
皮膜(c1)を生成する方法について、エポキシ樹脂用硬化剤(A)の表面を反応の場とし、イソシアネート化合物(b1)と活性水素化合物(b2)とを反応させて、反応物をエポキシ樹脂用硬化剤(A)の表面に析出させる方法とした場合、本シェルで被覆するシェル形成反応を効率よく行うことができ好ましい。
本コアの表面を覆う本シェルの厚みは、平均層厚で5〜1000nmが好ましい。5nm以上で貯蔵安定性が得られ、1000nm以下で、実用的な硬化性が得られる。ここでいう層の厚みは、透過型電子顕微鏡により観察される。特に好ましいシェルの厚みは、平均層厚で10〜100nmである。
また、本コアを本シェルで被覆したマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)は、波数1630〜1680cm−1の赤外線を吸収する結合基(x)と波数1680〜1725cm−1の赤外線を吸収する結合基(y)を少なくともその表面に有するものが、貯蔵安定性と反応性のバランスの観点から好ましい。
結合基(x)と結合基(y)は、フーリエ変換式赤外分光光度計(FT−IRと称す)を用いて測定することができる。また、結合基(x)およびまたは結合基(y)がエポキシ樹脂用硬化剤(C)の少なくとも表面に有することは、顕微FT−IRを用いて測定することができる。
結合基(x)のうち、特に有用なものとして、ウレア結合を挙げることができる。結合基(y)のうち、特に有用なものとして、ビュレット結合を挙げることができる。
本発明のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)を、次に説明するマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤(F)にすることで、一液性エポキシ樹脂組成物を得る時に、エポキシ樹脂との混合が容易になり好ましい。
本発明のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)は、10〜50,000質量部のエポキシ樹脂(E)に、本発明のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)100質量部を配合することにより構成される。エポキシ樹脂(E)が10質量部以上で取り扱いが容易なマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物が得られ、50,000質量部以下で実質的に硬化剤としての性能を発揮する。このような観点から、エポキシ樹脂(E)の配合量は好ましくは、本発明のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)100重量部に対して100〜5000質量部であり、より好ましくは120〜1000質量部であり、特に好ましくは150〜400質量部であることが望ましい。
本発明のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)の全塩素量は、高い硬化性と貯蔵安定性の両立のためには、2500ppm以下であることが望ましい。
より好ましくは1500ppm以下であり、より好ましくは800ppm以下であり、より好ましくは400ppm以下であり、より好ましくは200ppm以下であり、より好ましくは100ppm以下であり、より好ましくは80ppm以下であり、さらに好ましくは50ppm以下である。
本発明のエポキシ樹脂(E)については本発明の目的とする効果を損なわない範囲内において特に制限されない。そのようなエポキシ樹脂(E)の一例を挙げると、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AD、ビスフェノールS、テトラメチルビスフェノールA、テトラメチルビスフェノールF、テトラメチルビスフェノールAD、テトラメチルビスフェノールS、テトラブロモビスフェノールA、テトラクロロビスフェノールA、テトラフルオロビスフェノールA等のビスフェノール類をグリシジル化したビスフェノール型エポキシ樹脂;ビフェノール、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン等のその他の2価フェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂;1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、4,4−(1−(4−(1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル)フェニル)エチリデン)ビスフェノール等のトリスフェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂;1,1,2,2,−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン等のテトラキスフェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂;フェノールノボラック、クレゾールノボラック、ビスフェノールAノボラック、臭素化フェノールノボラック、臭素化ビスフェノールAノボラック等のノボラック類をグリシジル化したノボラック型エポキシ樹脂等;多価フェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂、グリセリンやポリエチレングリコール等の多価アルコールをグリシジル化した脂肪族エーテル型エポキシ樹脂;p−オキシ安息香酸、β−オキシナフトエ酸等のヒドロキシカルボン酸をグリシジル化したエーテルエステル型エポキシ樹脂;フタル酸、テレフタル酸のようなポリカルボン酸をグリシジル化したエステル型エポキシ樹脂;4,4−ジアミノジフェニルメタンやm−アミノフェノール等のアミン化合物のグリシジル化物やトリグリシジルイソシアヌレート等のアミン型エポキシ樹脂等のグリシジル型エポキシ樹脂と、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート等の脂環族エポキサイド等が例示される。
これらエポキシ樹脂は単独で使用しても併用しても良い。
エポキシ樹脂(E)の全塩素量は、高い硬化性と貯蔵安定性の両立のためには、2500ppm以下であることが望ましい。
より好ましくは1500ppm以下であり、より好ましくは800ppm以下であり、より好ましくは400ppm以下であり、より好ましくは200ppm以下であり、より好ましくは100ppm以下であり、より好ましくは80ppm以下であり、さらに好ましくは50ppm以下である。
また、エポキシ樹脂(E)とエポキシ樹脂(C)が同じ場合、シェル形成反応のコントロールを容易にするためには、エポキシ樹脂(E)の全塩素量は、0.01ppm以上が好ましい。より好ましくは0.02ppm以上であり、より好ましくは0.05ppm以上であり、より好ましくは0.1ppm以上であり、より好ましくは0.2ppm以上であり、さらに好ましくは0.5ppm以上である。たとえば、全塩素量の好ましい範囲は0.1ppm以上200ppm以下であり、より好ましい範囲は0.2ppm以上80ppm以下であり、より好ましい範囲は0.5ppm以上50ppm以下である。
また、本発明のエポキシ樹脂(E)のジオール末端不純成分が、エポキシ樹脂(E)の基本構造成分の0.001〜30質量%であることが望ましい。
本発明において、エポキシ樹脂(E)の基本構造成分とは、末端のすべてにエポキシ基が存在する構造を言う。エポキシ樹脂(E)のジオール末端不純成分とは、末端のエポキシ基のうち、すくなくとも1つのエポキシ基が、α−グリコール末端の構造をとるものである。参考とする文献として、エポキシ樹脂技術協会刊行の「総説 エポキシ樹脂 第1巻基礎編I」を挙げる。
エポキシ樹脂(E)の基本構造成分およびジオール末端不純成分の分析方法については、同じくエポキシ樹脂技術協会刊行の「総説 エポキシ樹脂 第1巻基礎編I」において引用されている文献に記載の方法を参考に分析を行う。
エポキシ樹脂(E)のジオール末端不純成分についてのエポキシ樹脂(E)基本構造成分に対する比率が30質量%よりも大きいと、硬化物の耐水性が低下することがあり、0.001質量%よりも小さいと、エポキシ樹脂組成物の硬化性が低下してしまうことがある。このような観点からエポキシ樹脂(E)のジオール末端不純成分についてのエポキシ樹脂(E)の基本構造成分に対する比率は好ましくは、0.01〜25質量%であり、より好ましくは0.1〜20質量%であり、特に好ましくは、0.5〜18質量%であり、殊に好ましくは1.2〜15質量%である。
本発明のエポキシ樹脂(E)のジオール末端不純成分についてのエポキシ樹脂(E)の基本構造成分に対する比率は実施例の項に記載の方法により求められる。
本発明のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)を製造する方法として、先に製造された本発明のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)を、例えば、三本ロール等を用いてエポキシ樹脂(E)中に分散させる方法や、エポキシ樹脂(E)の中でエポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)の生成反応を行い、エポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)を得ると同時に、マスターバッチ型硬化剤を得る方法等が例示される。後者が、生産性が高く好ましい。
本発明のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)は室温で液状又はペースト状が好ましい。より好ましくは、25℃での粘度が50万mPa・s以下、更に好ましくは、1000〜30万mPa・s、一層好ましくは3000〜20万mPa・sである。
粘度が50万mPa・s以下で作業性が高く、容器への付着量を下げて廃棄物の低減が可能であり好ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)、および/またはマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)と、環状ホウ酸エステル化合物(L)を同時に配合させたエポキシ樹脂組成物を調製することが望ましい。
これにより、エポキシ樹脂組成物の貯蔵安定性、特に高温時における貯蔵安定性を向上させることができる。
上記環状ホウ酸エステル化合物(L)とは、ホウ酸と脂肪族あるいは芳香族ジオールから得られたホウ素が環式構造に含まれる化合物のことである。そのような環状ホウ酸エステル化合物としては、トリス−o−フェニレンビスボレート、ビス−ジメチルトリメチレンビロボレート、ビス−ジメチルエチレンビロボレート、ビス−ジエチルエチレンビロボレートなどがある。特に2,2’−オキシビス(5,5’−ジメチル−1,3,2−ジオキサボリナン)が好ましい。
上記環状ホウ酸エステル化合物(L)の含有量としては、エポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)、および/またはマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)100質量部に対して0.001〜10質量部、好ましくは0.01〜2質量部、さらに好ましくは0.05〜0.9質量部である。この範囲で用いることで組成物の高温時の貯蔵安定性に優れた硬化を与え、かつ、本来の短時間硬化性、耐熱性、接続信頼性を損なわない、優れた硬化物を得ることができる。
本発明のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)は、エポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)とエポキシ樹脂(E)より構成されるが、その機能を低下させない範囲で、その他の成分を含有することができる。その他の成分の含有量は、好ましくは30質量%未満である。
エポキシ樹脂(J)に、本発明のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)および/またはマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)を混合して一液性エポキシ樹脂組成物が得られる。
本発明のエポキシ樹脂組成物に用いられるエポキシ樹脂(J)は、平均して1分子当たり2個以上のエポキシ基を有するものであればよく、エポキシ樹脂(E)と同じであってもよい。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AD、ビスフェノールS、テトラメチルビスフェノールA、テトラメチルビスフェノールF、テトラメチルビスフェノールAD、テトラメチルビスフェノールS、テトラブロモビスフェノールA、テトラクロロビスフェノールA、テトラフルオロビスフェノールA等のビスフェノール類をグリシジル化したビスフェノール型エポキシ樹脂;ビフェノール、ジヒドロキシナフタレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン等のその他の2価フェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂;1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、4,4−(1−(4−(1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル)フェニル)エチリデン)ビスフェノール等のトリスフェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂;1,1,2,2,−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン等のテトラキスフェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂;フェノールノボラック、クレゾールノボラック、ビスフェノールAノボラック、臭素化フェノールノボラック、臭素化ビスフェノールAノボラック等のノボラック類をグリシジル化したノボラック型エポキシ樹脂等;多価フェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂;グリセリンやポリエチレングリコールのような多価アルコールをグリシジル化した脂肪族エーテル型エポキシ樹脂;p−オキシ安息香酸、β−オキシナフトエ酸のようなヒドロキシカルボン酸をグリシジル化したエーテルエステル型エポキシ樹脂;フタル酸、テレフタル酸のようなポリカルボン酸をグリシジル化したエステル型エポキシ樹脂;4,4−ジアミノジフェニルメタンやm−アミノフェノール等のアミン化合物のグリシジル化物やトリグリシジルイソシアヌレート等のアミン型エポキシ樹脂と、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート等の脂環族エポキサイド等が例示される。
本発明のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)および/またはマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)とエポキシ樹脂(J)との混合比は、硬化性、硬化物の特性の面から決定されるものであるが、好ましくはエポキシ樹脂(J)100質量部に対して、本発明のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)および/またはマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)が0.1〜1000質量部となる量で用いればよい。より好ましくは、0.2〜200質量部、更に好ましくは、0.5〜30質量部である。0.1質量部以上で実用的に満足し得る硬化性能を得ることができ、100質量部以下で、本発明のエポキシ樹脂組成物が偏在することなく、バランスの良い硬化性能を有する硬化剤を与える。
また、本発明に用いられるマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)には、エポキシ樹脂の高分子量体で、自己成膜性を有する一般にフェノキシ樹脂と呼ばれる樹脂をも混合することができる。
また、本発明において、エポキシ樹脂(J)とエポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)、および/またはマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)との配合物に対して、環状ホウ酸エステル化合物(L)を同時に配合させたエポキシ樹脂組成物を調製することが望ましい。その際の環状ホウ酸エステル化合物(L)の配合量は、エポキシ樹脂(J)とエポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)、および/またはマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)との配合物の配合物100質量部に対して、0.001〜10質量部である。この範囲で用いることで組成物の高温時の貯蔵安定性に優れた硬化を与え、かつ、本来の短時間硬化性、耐熱性、接続信頼性を損なわない、優れた硬化物を得ることができる。
本発明に用いられるエポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)および/またはマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)は、酸無水物類、フェノール類、ヒドラジド類、およびグアニジン類よりなる群より選ばれる少なくとも1種の硬化剤(K)を併用する事ができる。
酸無水物類としては、例えば、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水−3−クロロフタル酸、無水−4−クロロフタル酸、無水ベンゾフェノンテトラカルボン酸、無水コハク酸、無水メチルコハク酸、無水ジメチルコハク酸、無水ジクロールコハク酸、メチルナジック酸、ドテシルコハク酸、無水クロレンデックク酸、無水マレイン酸等;フェノール類としては、例えば、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、ビスフェノールAノボラック等;ヒドラジン類としては、例えば、コハク酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、フタル酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジドテレフタル酸ジヒドラジド、p−オキシ安息香酸ヒドラジド、サリチル酸ヒドラジド、フェニルアミノプロピオン酸ヒドラジド、マレイン酸ジヒドラジド等;グアニジン類としては、例えば、ジシアンジアミド、メチルグアニジン、エチルグアニジン、プロピルグアニジン、ブチルグアニジン、ジメチルグアニジン、トリメチルグアニジン、フェニルグアニジン、ジフェニルグアニジン、トルイルグアニジン等が例示される。
硬化剤(K)の中で好ましいのは、グアニジン類および酸無水物類である。さらに好ましくは、ジシアンジアミド、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水メチルテトラヒドロフタル酸、無水メチルナジック酸である。
硬化剤(K)を使用する場合、硬化剤(K)を1〜200質量部に対して、本発明のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)および/またはマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)が0.1〜200質量部となる量で用いるのが好ましい。
この範囲で用いることで硬化性と貯蔵安定性に優れた組成物を与え、耐熱性、耐水性に優れた硬化物を得ることができる。
また、本発明において、硬化剤(K)とエポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)、および/またはマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)との配合物に対して、環状ホウ酸エステル化合物(L)を同時に配合させたエポキシ樹脂組成物を調製することができる。その際の環状ホウ酸エステル化合物(L)の配合量は、硬化剤(K)とエポキシ樹脂用硬化剤(C)および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)、および/またはマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)との配合物の配合物100質量部に対して、0.001〜10質量部である。この範囲で用いることで組成物の高温時の貯蔵安定性に優れた硬化を与え、かつ、本来の短時間硬化性、耐熱性、接続信頼性を損なわない、優れた硬化物を得ることができる。
本発明に用いられるマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)には、所望によって、増量剤、補強材、充填材、導電微粒子、顔料、有機溶剤、反応性希釈剤、非反応性希釈剤、樹脂類、結晶性アルコール、カップリング剤等を添加することができる。充填剤の例としては、例えば、コールタール、ガラス繊維、アスベスト繊維、ほう素繊維、炭素繊維、セルロース、ポリエチレン粉、ポリプロピレン粉、石英紛、鉱物性ケイ酸塩、雲母、アスベスト粉、スレート粉、カオリン、酸化アルミニウム三水和物、水酸化アルミニウム、チョーク粉、石こう、炭酸カルシウム、三酸化アンチモン、ペントン、シリカ、エアロゾル、リトポン、バライト、二酸化チタン、カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ、フラーレン、酸化鉄、金、銀、アルミニウム粉、鉄粉、ナノサイズの金属結晶、金属間化合物等を挙げることができ、これらはいずれもその用途に応じて有効に用いられる。有機溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル等が挙げられる。反応性希釈剤としては、例えば、ブチルグリシジルエーテル、N,N’−グリシジル−o−トルイジン、フェニルグリシジルエーテル、スチレンオキサイド、エチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル等が挙げられる。非反応性希釈剤としては、例えば、ジオクチルフタレート、ジブチルフタレート、ジオクチルアジベート、石油系溶剤等が挙げられる。樹脂類としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエーテル樹脂、メラミン樹脂やウレタン変性エポキシ樹脂、ゴム変性エポキシ樹脂、アルキッド変性エポキシ樹脂等の変性エポキシ樹脂が挙げられる。結晶性アルコールとしては、1,2−シクロヘキサンジオール、1,3−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、ペンタエリスリトール、ソルビトール、ショ糖、トリメチロールプロパンが挙げられる。
本発明に用いられるエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)とエポキシ樹脂(E)と、必要に応じてエポキシ樹脂(J)および硬化剤(K)が主成分である。本発明のエポキシ樹脂組成物は、加熱により硬化することで所望の性能が発現されるが、ここで言う主成分とは、加熱による硬化反応の主体をなす成分であることを意味し、加熱硬化性成分の60%以上である事が好ましい。更に好ましくは70%以上である。
一液性エポキシ樹脂組成物の内、硬化に関与しない成分としては、例えば、増量剤、補強材、充填材、導電材料、顔料、有機溶剤、樹脂類等が挙げられるが、これらの成分は一液性エポキシ樹脂組成物全体に対して0〜90質量%の範囲で使用されるのが好ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、接着剤および/または接合用ペースト、接合用フィルムの他に、導電材料、異方導電材料、絶縁材料、封止材、コーティング材、塗料組成物、プリプレグ、熱伝導性材料等として有用である。
接着剤および/または接合用ペースト、接合用フィルムとしては、液状接着剤やフィルム状接着剤、ダイボンディング材等として有用である。フィルム状接着剤の製造方法としては、例えば、固形エポキシ樹脂、液状エポキシ樹脂、さらに固形のウレタン樹脂を、50重量%になるようにトルエンに溶解・混合・分散させた溶液を作成する。これに本発明のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)を溶液に対して30重量%添加・分散させたワニスを調製する。この溶液、例えば厚さ50μmの剥離用ポリエチレンテレフタレート基材にトルエンが乾燥後に厚さ30μmとなるように塗布する。トルエンを乾燥させることにより、常温では不活性であり、加熱することにより潜在性硬化剤の作用により接着性を発揮する、接合用フィルムを得ることができる。
導電材料としては導電フィルム、導電ペースト等がある。異方導電材料としては、異方導電性フィルム、異方導電性ペースト等がある。その製造方法としては、例えば、前述の接合用フィルムの製造において、ワニスの調製時に導電材料や異方導電材料を混合・分散して、剥離用の基材に塗布後、乾燥することにより製造することができる。導電粒子としては半田粒子、ニッケル粒子、ナノサイズの金属結晶、金属の表面を他の金属で被覆した粒子、銅と銀の傾斜粒子等の金属粒子や、例えば、スチレン樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、スチレン−ブタジエン樹脂等の樹脂粒子に金、ニッケル、銀、銅、半田などの導電性薄膜で被覆を施した粒子等が使用される。一般に導電粒子は1〜20μm程度の球形の微粒子である。フィルムにする場合の基材としては、例えば、ポリエステル、ポリエチレン、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン等の基材に塗布後、溶剤を乾燥させる方法等がある。
絶縁材料としては、絶縁接着フィルム、絶縁接着ペーストがある。前述の接合用フィルムを用いることで、絶縁材料である絶縁接着フィルムを得ることができる。また、封止材料を用いる他、前述の充填剤のうち、絶縁性の充填剤を配合することで、絶縁接着ペーストを得ることができる。
封止材としては、固形封止材や液状封止材、フィルム状封止材等として有用であり、液状封止材としては、アンダーフィル材、ポッティング材、ダム材等として有用である。封止材の製造方法としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、硬化剤として例えば酸無水物硬化剤として無水メチルヘキサヒドロフタル酸、さらに球状溶融シリカ粉末を加えて均一に混合し、それに本発明で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)を加え均一に混合し、封止材料を得ることができる。
コーティング用材料としては、例えば電子材料のコーティング材、プリント配線版のカバー用のオーバーコート材、プリント基板の層間絶縁用樹脂組成物などがあげられる。コーティング用材料の製造方法としては、例えば、充填剤からシリカ等を選定してフィラーとして、ビスフェノールA型エポキシ樹脂のほかフェノキシ樹脂、ゴム変性エポキシ樹脂などを配合し、さらに本発明のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)を配合し、MEKで50%の溶液を調製する。これをポリイミドフィルム上に50μmの厚さでコーティングし、銅箔を重ねて、60〜150℃でラミネートし、当該ラミネートを180〜200℃で加熱硬化させることにより、層間をエポキシ樹脂組成物によりコーティングされた積層板を得ることができる。
塗料組成物の製造方法としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂に、二酸化チタン、タルク等を配合し、混合溶剤としてMIBK/キシレンの1:1混合溶剤を添加、攪拌、混合して主剤とする。これに本発明のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)を添加、均一に分散させることにより、エポキシ塗料組成物を得ることができる。
プリプレグの製造方法としては、例えば、エポキシ樹脂組成物を補強基材に含浸し、加熱して得ることができる。なお、含浸させるワニスの溶剤としては、メチルエチルケトン、アセトン、エチルセルソルブ、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどがあげられ、これらの溶剤はプリプレグ中に残存しないことが好ましい。なお、補強基材の種類は特に限定しないが、例えば、紙、ガラス布、ガラス不織布、アラミド布、液晶ポリマーなどが例としてあげられる。樹脂組成物分と補強基材の割合も特に限定されないが、通常、プリプレグ中の樹脂分が20〜80重量%となるように調製するのが好ましい。
熱伝導性材料の製造方法としては、例えば、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂、硬化剤としてフェノールノボラック硬化剤、さらに熱伝導フィラーとしてグラファイト粉末を配合して均一に混練する。これに本発明のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)を配合して熱伝導性樹脂ペーストを得ることができる。
本発明を実施例に基づき説明する。実施例及び比較例中の「部」または「%」は特記しない限り質量基準である。
以下に述べる手法により、本実施例および比較例に係る樹脂およびその硬化物の物性評価試験を行った。
(1)エポキシ当量
1当量のエポキシ基を含むエポキシ樹脂の質量(g)であり、JIS K−7236に従って測定した。
(2)全塩素量
試料1gを25mlのエチレングリコールモノブチルエーテルに溶解し、これに1規定KOHのプロピレングリコール溶液25mlを加えて20分間煮沸したのち、硝酸銀水溶液で滴定した。
(3)エポキシ樹脂(a1)・(C)・(E)およびマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)の全塩素量
エポキシ樹脂またはエポキシ樹脂組成物を、キシレンを用いて、エポキシ樹脂が無くなるまで洗浄と濾過を繰り返す。次に、ろ液を100℃以下で減圧留去し、エポキシ樹脂を得る。得られたエポキシ樹脂試料1〜10gを滴定量が3〜7mlになるよう精秤し、25mlのエチレングリコールモノブチルエーテルに溶解し、これに1規定KOHのプロピレングリコール溶液25mlを加えて20分間煮沸したのち、硝酸銀水溶液で滴定した。
(4)加水分解性塩素量
試料3gを50mlのトルエンに溶解し、これに0.1規定KOHのメタノール溶液20mlを加えて15分間煮沸した後、硝酸銀水溶液で滴定した。
(5)粘度
25℃でBM型粘度計を使用して測定した。
(6)FT−IR測定
日本分光(株)社製FT/IR−660Plusを使用し吸光度を測定した。
(7)GPC測定
下記の測定条件で測定し、分子量580、1060、1940、5000、10050、21000、50400のポリスチレンを標準物質として検量線を作成して定量した。
カラム:東ソー株式会社製HCL−8120GEL SUPER 1000、2000、3000直列
溶出液:テトラヒドロフラン
流量:0.6ml/min
検出器:東ソー製UV8020を使用し254nmで測定
(8)エポキシ樹脂(E)の基本構造成分の定量
エポキシ樹脂組成物を、キシレンを用いてエポキシ樹脂が無くなるまで洗浄と濾過を繰り返す。次に、ろ液を100℃以下で減圧留去し、エポキシ樹脂を得る。
得られたエポキシ樹脂を、以下の方法で分析して定量する。東ソー製高速液体クロマトグラフィ(AS−8021、検出器UV−8020、以下HPLC)で、カラムはミリポア社製のノバパックC−18を使用する。移動相は水/アセトニトリル=70/30〜0/100にグラジェントをかける。尚、検出波長を254nmとした。HPLC分析して両方の末端構造の違いによる分離条件を選定して、分離液について切り替え弁を使用して分取する。分取した分離液をフラクションごとに減圧、留去し残渣をMSで分析する。MSスペクトルにより、基準ピークの質量数に18の差があるもの同士について、18小さいものを基本構造成分と認める。この基本構造成分について、HPLC分析チャート上のピーク強度より、その面積比率でエポキシ樹脂(E)の基本構造成分含有量を求める。
(9)エポキシ樹脂(E)のジオール末端不純成分の定量
エポキシ樹脂(E)の基本構造成分の定量と同様にして、分離液をMSで分析する。MSスペクトルにより、基準ピークの質量数に18の差があるもの同士について、18大きいものをジオール末端不純成分と認める。HPLC分析チャート上のジオール末端不純成分ピークの強度を示す面積と、基本構造成分を示すピーク強度の面積比でエポキシ樹脂(E)中の基本構造成分に対する、ジオール末端不純成分の含有量を求める。尚、検出波長を254nmとした。
ここでいうジオール末端不純成分の構造とは、どちらか一方、または両方の末端のエポキシ基が開環して、1,2−グリコールを形成した構造をいう。
(10)マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤(F)からのマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)の分離
マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤(F)を、キシレンを用いて、エポキシ樹脂が無くなるまで洗浄と濾過を繰り返す。次に、キシレンが無くなるまでシクロヘキサンで洗浄と濾過を繰り返す。シクロヘキサンを濾別し、50℃以下の温度でシクロヘキサンを完全に除去乾燥する。
(11)ゲルタイム
(株)テイ・エスエンジニアリング社製のキュラストメーターVを使用し熱板上のストロークキュア法により求めた。
(12)マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤(F)のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)の分散性
マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤(F)にトルエンを不揮発分が90%となる様に混合し、25℃で1時間静置した。これをガラス板上に膜厚20μで塗布し、凝集物による塗膜のハジキ数を数え、凝集物による塗膜のハジキ数により、分散性を評価した。
塗膜のハジキ数が10個以内の場合を◎、10〜30個を○、30〜50個を△、50個を越える場合を×とした。
(13)マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤(F)の保存安定性
マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤(F)を40℃、1週間保存した前後の粘度を測定し、粘度上昇倍率で評価した。保存後の粘度上昇率が10倍以上又はゲル化した場合を×、5倍以上10倍未満を△、2倍以上5倍未満を○、2倍未満を◎とした。
(14)一液性エポキシ樹脂組成物の貯蔵安定性
一液性エポキシ樹脂組成物に酢酸エチル/トルエン1/1の混合溶媒を不揮発分が70%となる様に混合し、25℃で1時間静置した。これをアルミ板上に乾燥膜厚30μとなるように塗布、70℃で5分加熱乾燥し、組成物中の溶剤を除去し、50℃で3日貯蔵した。50℃3日間貯蔵前後でFT−IR測定を行い、エポキシ基の残存率を算出した。
残存率が80モル%以上を◎、60モル%以上80モル%未満を○、40モル%以上60%未満を△、40モル%未満を×とした。
(15)一液性エポキシ樹脂組成物の硬化性
一液性エポキシ樹脂組成物のゲルタイムを測定し、ゲルタイムが30分未満となる温度が100℃以下の場合を○、100℃を超えて110℃以下の場合を△、110℃を超える場合を×とした。
(16)一液性エポキシ樹脂組成物の耐溶剤性
マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤(F)30部を、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量189g/当量、全塩素量1200ppm:以下エポキシ樹脂(M)と称す)100部と混合、一液性エポキシ樹脂組成物を製造する。この一液性エポキシ樹脂組成物に酢酸エチル/トルエン=1/1重量比の混合溶媒を不揮発分が70%となるように混合し、25℃1時間静置したものと、40℃で1時間静置したものの2つのサンプルを準備する。耐溶剤性の評価として、JISのC−2104に依拠したゲル化試験機によるゲル化までの時間について、次のように測定して評価する。即ち、ゲル板を120℃に保ち、その板状に0.4mlの試料を載置し、載置後かきまぜ棒でかき混ぜ、糸が引かなくなるまでの時間、すなわちゲル化までの時間(秒)を測定する。このとき、前述の混合溶媒との混合サンプルで、25℃と40℃でゲル化までの時間の差を求める。混合溶媒に対する耐溶剤性が高いものほど、25℃と40℃でゲル化までの時間の差が生じない。耐溶剤性に劣るものは、25℃に対して40℃のゲル化までの時間が短くなる。ゲル化までの時間の差が15%以下なら◎、15〜25%なら○、25〜50%なら△、50〜90%以上なら×、40℃1時間静置後、一液性エポキシ樹脂組成物がゲル化した場合には××とした。
(17)一液性エポキシ樹脂組成物の短時間硬化性
マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤(F)30部を、エポキシ樹脂(M)100部と混合、一液性エポキシ樹脂組成物を製造する。このエポキシ樹脂組成物に酢酸エチル/トルエン1/1の混合溶媒を不揮発分が70%となる様に混合し、25℃で1時間静置した。これを乾燥膜厚30μとなる様に塗布、70℃で5分加熱乾燥し、組成物中の溶剤を除去しフィルム状接着剤組成物を得た。190℃のホットプレート上で30kg/cm、30秒間熱圧着を行った。圧着前後でフィルム状接着剤組成物のFT−IR測定を行い、エポキシ基の特性ピーク(925cm−1付近)に対するベンゼン環の特性ピーク(1608cm−1付近)の高さの比よりエポキシ基消失率を算出し、エポキシ基反応率より速硬化性を評価した。変化率が65%以上を◎、65〜50%を○、50〜40%を△、40%以下を×とした。
(18)一液性エポキシ樹脂組成物の耐湿性
マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤(F)30部を、エポキシ樹脂(M)100部と混合、一液性エポキシ樹脂組成物を製造する。このエポキシ樹脂組成物に酢酸エチル/トルエン1/1の混合溶媒を不揮発分が70%となる様に混合し、25℃で1時間静置した。これを乾燥膜厚30μとなる様に塗布、70℃で5分加熱乾燥し、組成物中の溶剤を除去しフィルム状接着剤組成物を得た。該フィルムを40℃、湿度85%の恒温恒湿槽に2時間静置・処理する。処理する前後における該フィルムサンプルのDSC分析における総発熱量を求める。高温高湿度条件において、潜在性が損なわれることにより、フィルム状接着剤組成物に含有されるエポキシ基消失率について、総発熱量の変化率より算出する。エポキシ基反応率が低いほど、耐湿性に優れると評価した。変化率が10%以下のものを○、20%以下のものを△、30%以下のものを×、30%を越えるものを××とした。
[製造例1]
(エポキシ樹脂用硬化剤(A)の製造)
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量185g/当量、全塩素量1200ppm:以下エポキシ樹脂c−1と称す)2当量と、o−ジメチルアミノメチルフェノール0.66モルおよびジメチルアミン0.33モルを、メタノールとトルエンの1/1混合溶媒中(樹脂分50%)80℃で8時間反応させた後、溶媒を減圧下180℃で留去することによって、固体状化合物を得た。これを粉砕して、平均粒径2.5μmのエポキシ樹脂用硬化剤a−1を得た。
[製造例2]
(エポキシ樹脂用硬化剤(A)の製造)
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量185g/当量、全塩素量20ppm:以下エポキシ樹脂c−2と称す)を2当量と、2−メチルイミダゾール1.5モルを、メタノールとトルエンの1/1混合溶媒中(樹脂分50%)80℃で6時間反応させた後、溶媒を減圧下180℃で留去することによって、固体状化合物を得た。これを粉砕して、平均粒径3μmのエポキシ樹脂用硬化剤a−2を得た。
[実施例1]
エポキシ樹脂(C)としてエポキシ樹脂c−1を200部に、エポキシ樹脂用硬化剤(A)としてエポキシ樹脂用硬化剤a−1を100部、活性水素化合物(b2)として水1.5部、イソシアネート化合物(b1−1)としてヘキサメチレンジイソシアネート(HMDI)(旭化成ケミカルズ社製、デュラネート(登録商標)50M);3部、同じく(b1−2)としてMR200(日本ポリウレタン社製、(登録商標));4部を加えて、40℃で攪拌しながら3時間反応を続けたところ、イソシアネート基の99モル%以上が反応した。その後シェル形成反応を40℃で20時間行ない、マスターバッチ型硬化剤F−1を得た。
マスターバッチ型硬化剤F−1からキシレンを用いてコアシェル型硬化剤を分離、乾燥し粉末とした後、ガラス板上に乗せ、FT−IR測定を行い、結合基(x)、(y)、(z)を有することが確認された。また、マスターバッチ型硬化剤H−1の分散性と保存安定性を評価した。評価結果を表1に示す。
得られたマスターバッチ型硬化剤F−1の30部にエポキシ樹脂(J)としてc−1を100部加えて、十分に混合し、一液性エポキシ樹脂組成物を得た。
得られた一液性エポキシ樹脂組成物の貯蔵安定性と硬化性を評価した。評価結果を表1に示す。
[実施例2]
エポキシ樹脂(C)としてビスフェノールF型エポキシ樹脂(エポキシ当量165g/当量、全塩素量300ppm:以下エポキシ樹脂c−3と称す);200部に、硬化剤(A)としてa−2を100部、活性水素化合物(b2)として水2部、イソシアネート化合物(b1−1)としてヘキサメチレンジイソシアネート((旭化成ケミカルズ社製、デュラネート(登録商標)50M);1部、同じく(b1−2)としてMR200(日本ポリウレタン社製、(登録商標));6部を加えて、実施例1と同様にしてマスターバッチ型硬化剤F−2を得た。何れも実施例1と同様にして結合基(x)、(y)、(z)を有することを確認し、分散性と保存安定性を評価した。また、マスターバッチ型硬化剤F−2をポリカップに入れ、蓋を開放した状態で40℃、相対湿度95%の環境で12時間保存した後も外観上異常がなく耐湿性も良好であった。
更に得られたマスターバッチ型硬化剤F−2の30部にエポキシ樹脂(J)としてc−1を100部加えて、十分に混合し、一液性エポキシ樹脂組成物を得て、貯蔵安定性と硬化性を評価した。評価結果を表1に示す。
[比較例1〜3]
表1で示した配合で、実施例2と同様にしてマスターバッチ型硬化剤F−3、F−4、F−5を得、分散性と保存安定性を評価した。
更に得られたマスターバッチ型硬化剤F−3、F−4,F−5の30部にエポキシ樹脂(J)としてc−1を100部加えて、十分に混合し、一液性エポキシ樹脂組成物を得て、貯蔵安定性と硬化性を評価した。評価結果を表1に示す。
Figure 0004753934
[実施例3]
硬化剤(K)として予め平均粒径3μmに粉砕したジシアンジアミド8部に、実施例2で得られたマスターバッチ型硬化剤F−2の3質量部とエポキシ樹脂(J)としてc−2の95部、同じくエポキシ樹脂(J)としてEP−4023(アデカ(株)製CTBN変性エポキシ樹脂);5部、炭酸カルシュウム20部を加えて均一に混合し、一液性エポキシ樹脂組成物を得た。得られた組成物の貯蔵安定性は○、140℃で硬化した。
[実施例4]
エポキシ樹脂(J)としてビスフェノールF型エポキシ樹脂(エポキシ当量165g/当量、全塩素量300ppm);100部に硬化剤(K)として無水メチルヘキサヒドロフタル酸80部、球状溶融シリカ粉末(平均粒径10μm);300部を加えて均一に混合し、それに実施例2で得られたマスターバッチ型硬化剤F−2の6部を加え均一に混合し、液状封止材を得た。得られた液状封止材を基板とLSIとの間に挟み、100℃で3時間後更に150℃で3時間加熱した結果、液状封止材は硬化し、封止材として有用であった。本組成物の液状止材は、絶縁接着ペーストとしても有用であった。
[実施例5]
エポキシ樹脂(J)としてビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量2500g/当量);40部を酢酸エチル30部に溶解し、それに、実施例2で得られたマスターバッチ型硬化剤F−2の40部と粒径5μmの導電粒子(金メッキを施した架橋ポリスチレン);20部とを加え均一に混合し、一液性エポキシ樹脂組成物を得た。これをポリエステルフィルム上に塗布し、70℃で酢酸エチルを乾燥除去し、異方導電性フィルムを得た。
得られた異方導電性フィルムを電極間に挟み、200℃のホットプレート上で30kg/cm2、20秒間熱圧着を行った結果、電極間が接合し、導通がとれ、異方導電性材料として有用であった。
[製造例3]
(エポキシ樹脂用硬化剤(A)の製造)
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量185g/当量、全塩素量1400ppm:以下エポキシ樹脂a1−1と称す)1.5当量と、2−メチルイミダゾール1当量(活性水素換算)を、n−ブタノールとトルエンの1/1混合溶媒中(樹脂分50%)、80℃で反応させた。その後減圧下で2−メチルイミダゾールの含有量が0.5%(樹脂分に対して)になった時点で蒸留を終了し、固体状のエポキシ樹脂用硬化剤を得た。これを粉砕して、平均粒径2.7μmのエポキシ樹脂用硬化剤a−3を得た。
[実施例6]
エポキシ樹脂(C)としてエポキシ樹脂c−1を200質量部に、エポキシ樹脂用硬化剤a−3を100質量部、水2質量部、1,8−ジイソシアネートオクタンを3質量部、MR−200を4質量部加えて、40℃で攪拌しながら3時間反応を続けた。さらにシェル形成反応を50℃で8時間行い、マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−6を得た。実施例1と同様にして結合基(x)、(y)、(z)を有することを確認し、マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−6の分散性と貯蔵安定性を評価した。次いで、100部のエポキシ樹脂(M)に、得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−6を30部配合したときの一液性エポキシ樹脂組成物を得て、一液性エポキシ樹脂組成物の貯蔵安定性、硬化性、耐溶剤性、耐湿性を評価した。得られた結果を表2に示す。
[実施例7]
エポキシ樹脂(C)としてエポキシ樹脂c−3を200質量部に、エポキシ樹脂用硬化剤a−3を100質量部、水1.5質量部、HMDIを2質量部、MR−200を5質量部加えて、40℃で攪拌しながら3時間反応を続けた。その後、環状ホウ酸エステル化合物(L)を0.5質量部加えて、さらにシェル形成反応を50℃で8時間行い、マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−7を得た。実施例1と同様にして結合基(x)、(y)、(z)を有することを確認し、マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−7の分散性と貯蔵安定性を評価した。次いで、100部のエポキシ樹脂(M)に、得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−7を30部配合したときの一液性エポキシ樹脂組成物を得て、一液性エポキシ樹脂組成物の貯蔵安定性、硬化性、耐溶剤性、耐湿性を評価した。得られた結果を表2に示す。
[実施例8]
エポキシ樹脂(C)としてエポキシ樹脂c−3を200質量部に、エポキシ樹脂用硬化剤a−3を100質量部、水2質量部、HMDIを1質量部、MR−200を4質量部加えて、40℃で攪拌しながら3時間反応を続けた。その後、環状ホウ酸エステル化合物(L)を1.2質量部加えて、さらにシェル形成反応を50℃で8時間行い、マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−8を得た。実施例1と同様にして結合基(x)、(y)、(z)を有することを確認し、マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−8の分散性と貯蔵安定性を評価した。次いで、100部のエポキシ樹脂(M)に、得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−8を30部配合したときの一液性エポキシ樹脂組成物を得て、一液性エポキシ樹脂組成物の貯蔵安定性、硬化性、耐溶剤性、耐湿性を評価した。得られた結果を表2に示す。
[実施例9]
エポキシ樹脂(C)としてエポキシ樹脂c−3を200質量部に、エポキシ樹脂用硬化剤a−3を100質量部、水2質量部、ウレタン型低分子2官能脂肪族イソシアネートとして、旭化成ケミカルズ(株)製のデュラネートD−101を2質量部、MR−200を5質量部加えて、40℃で攪拌しながら3時間反応を続けた。その後、環状ホウ酸エステル化合物(L)を1.2質量部加えて、さらにシェル形成反応を50℃で8時間行い、マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−8を得た。実施例1と同様にして結合基(x)、(y)、(z)を有することを確認し、マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−8の分散性と貯蔵安定性を評価した。次いで、100部のエポキシ樹脂(M)に、得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−8を30部配合したときの一液性エポキシ樹脂組成物を得て、一液性エポキシ樹脂組成物の貯蔵安定性、硬化性、耐溶剤性、耐湿性を評価した。得られた結果を表2に示す。
[比較例4]
エポキシ樹脂(C)としてエポキシ樹脂c−3を200質量部に、エポキシ樹脂用硬化剤a−3を100質量部、水1.5質量部、LTIを5質量部、MR−200を2質量部加えて、40℃で攪拌しながら3時間反応を続けた。その後、さらにシェル形成反応を50℃で8時間行い、マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−9を得た。実施例1と同様にして結合基(x)、(y)、(z)を有することを確認し、マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−9の分散性と貯蔵安定性を評価した。次いで、100部のエポキシ樹脂(M)に、得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−9を30部配合したときの一液性エポキシ樹脂組成物を得て、一液性エポキシ樹脂組成物の貯蔵安定性、硬化性、耐溶剤性、耐湿性を評価した。得られた結果を表2に示す。
[比較例5]
エポキシ樹脂(C)としてエポキシ樹脂c−3を200質量部に、エポキシ樹脂用硬化剤a−3を100質量部、水1.5質量部、LTIを2質量部、MR−200を5質量部加えて、40℃で攪拌しながら3時間反応を続けた。その後、環状ホウ酸エステル化合物(L)を0.5質量部加えて、さらにシェル形成反応を50℃で8時間行い、マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−10を得た。実施例1と同様にして結合基(x)、(y)、(z)を有することを確認し、マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−10の分散性と貯蔵安定性を評価した。次いで、100部のエポキシ樹脂(M)に、得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−10を30部配合したときの一液性エポキシ樹脂組成物を得て、一液性エポキシ樹脂組成物の貯蔵安定性、硬化性、耐溶剤性、耐湿性を評価した。得られた結果を表2に示す。
Figure 0004753934
[導電性フィルムの作製の実施例]
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成ケミカルズ製AER−2603)15部、フェノールノボラック樹脂(昭和高分子社製、商品名「BRG−558」)6部、合成ゴム(日本ゼオン社製商品名「ニポール1072」、重量平均分子量30万)4部を、メチルエチルケトンとブチルセロソルブアセテートの1:1(重量比)混合溶剤20部に溶解した。この溶液に銀粉末74部を混合し、さらに三本ロールにより混練した。これにさらに実施例2で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−2を30部加えて、さらに均一に混合させて、導電性接着剤を得た。得られた導電性接着剤を用いて、厚さ40μmのポリプロピレンフィルム上にキャストして、80℃で60分間、乾燥半硬化させ厚さ35μmの導電性接着剤層を有する導電性フィルムを得た。この導電性フィルムを用い、80℃のヒートブロック上でシリコンウェハー裏面に導電性接着剤層を導電性フィルムを転写させた。さらにシリコンウェハーをフルダイシングし、ヒートブロック上でリードフレームに導電性接着剤付半導体チップを、200℃、2分間の条件で接着硬化させたところ、チップの導電性の問題がなかった。
[導電性ペーストの作製の実施例]
100部のエポキシ樹脂(M)に、実施例1で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−1を30部に、平均粒子径が14μm、アスペクト比が11の鱗片状銀粉(徳力化学研究所(株)製)150g及び平均粒子径が10μm、アスペクト比が9の鱗片状ニッケル粉(高純度化学(株)製、商品名「NI110104」)60gを添加し、均一になるまで撹拌後、三本ロールで均一に分散して導電ペーストとした。得られた導電ペーストを、厚さ1.4mmのポリイミドフィルム基板上にスクリーン印刷した後、200℃で1時間、加熱硬化させた。得られた配線板の導電性を測定した結果、導電性ペーストとして有用なものであった。
[異方導電性フィルムの作製の実施例]
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成ケミカルズ製AER6097、エポキシ当量42500g/eq)40重量部、フェノキシ樹脂(東都化成製、YP−50)30重量部を酢酸エチル30部に溶解し、それに、実施例2で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−2を30部に、粒径8μmの導電粒子(金メッキを施した架橋ポリスチレン)5部とを加え均一に混合し、一液性エポキシ樹脂組成物を得た。これをポリエステルフィルム上に塗布し、70℃で酢酸エチルを乾燥除去し、異方導電性フィルムを得た。
得られた異方導電性フィルムをICチップと電極間に挟み、200℃のホットプレート上で30kg/cm、20秒間熱圧着を行った結果、電極間が接合し、導通がとれ、異方導電性材料として有用であった。
[異方導電性ペーストの作製の実施例]
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成ケミカルズ製AER6091、エポキシ当量480g/eq)50重量部、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成ケミカルズ製AER2603)50重量部と導電粒子としてミクロパールAu−205(積水化学製、比重2.67)5重量部を混合後、実施例2で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−2を30部加えて、さらに均一に混合させて、異方導電性ペーストを得た。得られた異方導電性ペーストを、ITO電極を有する低アルカリガラス上に塗布した。230℃のセラミックツールで、30秒間、2MPaの圧力にて試験用TAB(Tape Automated Bonding)フィルムと圧着し貼り合わせを行った。隣接するITO電極間の抵抗値を測定したところ、異方導電性ペーストとして有用であった。
[絶縁性ペーストの作製の実施例]
ビスフェノールF型エポキシ樹脂(油化シェルエポキシ株式会社製、商品名「YL983U」)100重量部、ジシアンジアミドを4重量部、シリカ粉末100重量部、希釈剤としてフェニルグリシジルエーテル10重量部、および有機リン酸エステル(日本化薬社製、商品名「PM−2」)1重量部を十分混合した後、さらに三本ロールで混練する。さらに、そこに実施例2で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−2を30部加えて、さらに均一に混合させて、減圧脱泡および遠心脱泡処理を行い、絶縁性ペーストを製造した。得られた絶縁性ペーストを用いて、半導体チップを樹脂基板に200℃で1時間加熱硬化させて接着したところ、絶縁性ペーストとして有用であった。
[絶縁性フィルムの作製の実施例]
フェノキシ樹脂(東都化成株式会社製、商品名「YP−50」)180重量部、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(エポキシ当量200g/eq、日本化薬株式会社製商品名「EOCN−1020−80」)40重量部、球状シリカ(平均粒径:2μm、アドマテック株式会社製、商品名SE−5101)300重量部、メチルエチルケトン200重量部を調合し均一分散させた後、これに実施例1で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−1を250重量部加えてさらに攪拌・混合してエポキシ樹脂組成物を含む溶液を得る。得られた溶液を、離型処理を施したポリエチレンテレフタレート上に、乾燥後の厚さが50μmになるように塗布し、熱風循環式乾燥機の中で加熱乾燥を行い、半導体接着用の絶縁性フィルムを得た。得られた半導体接着用の絶縁性フィルムを5インチのウェハサイズよりも大きく支持基材ごと切断し、バンプ電極付きウェハの電極部側に樹脂フィルムを合わせる。次に離型処理付き支持基材を上に挟み、70℃、1MPa、加圧時間10秒で真空中加熱圧着し接着樹脂付きウェハを得る。続いて、ダイシングソー(DISCO製DAD−2H6M)を用いてスピンドル回転数30,000rpm、カッティングスピード20mm/secで切断分離した個片の接着フィルム付き半導体素子の樹脂剥がれがないことを観察した。得られたフィルムは絶縁性フィルムとして有用なものであった。
[封止材の作製の実施例]
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成ケミカルズ製AER6091、エポキシ当量480g/eq)50重量部、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成ケミカルズ製AER2603)50重量部、硬化剤として無水フタル酸を主成分とするHN−2200(日立化成工業(株)製)を40重量部、平均粒径16μmの球状溶融シリカを80重量部を均一に分散、配合させる。これに実施例1で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−1を5重量部加えてエポキシ樹脂組成物を得る。得られたエポキシ樹脂組成物をプリント配線基板上に厚さ60μmになるように1cm角に塗布し、110℃10分、オーブンで加熱して半硬化させた。その後、厚さ370μm、1cm角のシリコンチップを半硬化させたエポキシ樹脂組成物の上に乗せ、荷重を加えてバンプとチップの電極を接触・保持しつつ220℃で1時間、完全硬化処理を行った。得られたエポキシ樹脂組成物からなる封止材は、外観およびチップの導通に問題のない有用なものであった。
[コーティング材の作製の実施例]
30部のエポキシ樹脂(M)、フェノキシ樹脂としてYP−50を30部(東都化成製)、メトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂のメチルエチルケトン溶液(荒川化学工業(株)製、商品名「コンポセランE103」)を50部、これに実施例1で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−1を30部加えて、メチルエチルケトンで50重量%に希釈・混合させた溶液を調製した。調製した溶液を、剥離PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム(パナック(株)製SG−1)上に、ロールコーターを用いて塗布し、150℃で15分、乾燥、硬化させ、剥離フィルム付き半硬化樹脂(ドライフィルム)膜厚100μmを作製した。これらのドライフィルムを先の銅張り積層板上に120℃で、10分間、6MPaで加熱圧着した後、室温に戻して剥離フィルムを除去し、200℃で2時間硬化させたところ、層間絶縁用のコーティング材として有用なものが得られた。
[塗料組成物の作製の実施例]
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成ケミカルズ製AER6091、エポキシ当量480g/eq)50重量部に、二酸化チタン30重量部、タルク70重量部を配合し、混合溶剤としてMIBK/キシレンの1:1混合溶剤140重量部を添加、攪拌、混合して主剤とする。これに実施例1で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤F−1を30重量部添加、均一に分散させることにより、エポキシ塗料組成物として有用なものが得られた。
[プリプレグの作製の実施例]
プリプレグの実施例
130℃のオイルバス中のフラスコ内にノボラック型エポキシ樹脂(大日本インキ化学工業製のEPICLON N−740)を15部、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(JER製のエピコート4005)を40部、ビスフェノールA型液状エポキシ樹脂(旭化成ケミカルズ製AER2603)30部を溶解・混合し80℃まで冷やす。さらに実施例1で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物F−1を15部加えて、十分、攪拌して混合する。室温に冷ました前記樹脂組成物を離型紙上にドクターナイフを用いて樹脂目付162g/mで塗布し、樹脂フィルムとした。次にこの樹脂フィルム上に弾性率24トン/mmの炭素繊維を12.5本/インチで平織りした三菱レイヨン製CFクロス(型番:TR3110、目付200g/m)を重ねて樹脂組成物を炭素繊維クロスに含浸させた後、ポリプロピレンフィルムを重ねて表面温度90℃のロール対の間を通して、クロスプリプレグを作製した。樹脂の含有率は45重量%だった。得られたプリプレグを、繊維方向を揃えてさらに積層し、硬化条件150℃×1時間で成形を行い、炭素繊維を補強繊維とするFRP成形体を得ることができ、作製したプリプレグは有用なものであった。
[熱伝導性エポキシ樹脂組成物の作製の実施例]
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成ケミカルズ製AER2603)100部、エポキシ樹脂用硬化剤としてフェノールノボラック樹脂(荒川化学工業(株)製、商品名「タマノル759」)のメチルエチルケトン50%溶液を40重量部、鱗片状グラファイト粉末(ユニオンカーバイト社製の商品名HOPG)15重量部を均一になるまで攪拌後、3本ロールで均一に分散させた。これにさらに、実施例1で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物F−1を15部加えて、十分、攪拌して混合する。得られた導電ペーストを、用いてCuリードフレーム上に半導体チップ(1.5mm角、厚み0.8mm)をマウントし、かつ、150℃、30分で加熱硬化させて評価用サンプルを得た。得られたサンプルの熱伝導性についてレーザフラッシュ法により測定する。すなわち、測定した熱拡散率α、比熱Cp、密度σから、以下の式、K=α×Cp×σより熱伝導率Kを求めたところ、Kが5×10−3Cal/cm・sec・℃以上あり、熱伝導性ペーストとして、有用なものであった。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2005年2月23日出願の日本特許出願(特願2005−046615)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本発明によれば、硬化性と貯蔵安定性を両立し、更に電気特性、機械的強度、耐熱性、耐湿性等の性能もバランス良く有する硬化物を与えるエポキシ樹脂組成物が得られる。本発明のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を用いたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物は、接着剤、封止材、充填材、絶縁材料、導電材料、プリプレグ、フィルム状接着剤、異方導電性フィルム、異方導電性ペースト、絶縁接着フィルム、絶縁接着ペースト、アンダーフィル材、ポッティング材、ダイボンディング材、導電ペースト、ソルダーレジスト、熱伝導材料等として優れた性能を発揮する。

Claims (34)

  1. エポキシ樹脂用硬化剤(A)および該エポキシ樹脂用硬化剤(A)を被覆する樹脂を含むエポキシ樹脂用潜在性硬化剤であって、該エポキシ樹脂用硬化剤(A)を被覆する樹脂が、その主鎖構造において、エステル結合を含まない直鎖状または環状の低分子脂肪族炭化水素基を介して2つの窒素原子を持つ構造(構造(1))からなり、該構造(1)の少なくとも1つの窒素原子がウレア結合を形成した構造を有し、
    該エポキシ樹脂用硬化剤(A)が、イソシアネート成分(b1)と活性水素化合物(b2)の反応により得られた皮膜(c1)で被覆され、
    該イソシアネート成分(b1)が1質量%以上95質量%以下の低分子2官能脂肪族イソシアネート化合物(b1−1)と5質量%以上99質量%以下の芳香族イソシアネート化合物(b1−2)とからなることを特徴とするエポキシ樹脂用潜在性硬化剤。
  2. エポキシ樹脂用硬化剤(A)および該エポキシ樹脂用硬化剤(A)を被覆する樹脂を含むエポキシ樹脂用潜在性硬化剤であって、該エポキシ樹脂用硬化剤(A)を被覆する樹脂が、その主鎖構造において、ウレタン結合を形成する酸素原子以外の酸素原子を含まない直鎖状または環状の低分子脂肪族炭化水素基を介して2つの窒素原子を持つ構造(構造(1))からなり、該構造(1)の少なくとも1つの窒素原子がウレア結合を形成した構造を有する請求項1に記載のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤。
  3. 皮膜(c1)が、波数1630cm-1〜1680cm-1の赤外線を吸収する結合基(x)と波数1680〜1725cm-1の赤外線を吸収する結合基(y)を有することを特徴とする請求項1又は2に記載のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤。
  4. エポキシ樹脂用硬化剤(A)が、アミンアダクト(a)と低分子アミン化合物(e)を主成分とするアミン系硬化剤からなる請求項1〜のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤。
  5. アミンアダクト(a)がエポキシ樹脂(a1)とアミン化合物(a2)との反応により得られることを特徴とする請求項に記載のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤。
  6. 低分子アミン化合物(e)がイミダゾール類であることを特徴とする請求項4又は5に記載のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤。
  7. 請求項1〜のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤をコアとし、エポキシ樹脂用硬化剤(A)とエポキシ樹脂(C)の反応生成より得られたシェル(c2)で被覆した、波数1630〜1680cm-1の赤外線を吸収する結合基(x)と波数1680〜1725cm-1の赤外線を吸収する結合基(y)を少なくとも表面に有することを特徴とするマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤。
  8. 請求項1〜のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/または請求項に記載のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)のエポキシ樹脂用硬化剤100重量部に対して、10〜50000重量部のエポキシ樹脂(E)を配合したことを特徴とするマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)。
  9. 請求項記載のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)の全塩素量が2500ppm以下であることを特徴とするマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物。
  10. エポキシ樹脂(E)の全塩素量が2500ppm以下であることを特徴とする請求項8又は9に記載のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物。
  11. エポキシ樹脂(E)のジオール末端不純成分が、エポキシ樹脂(E)の基本構造成分の0.001〜30質量%であることを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物。
  12. 請求項1〜11のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)、および/またはマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)と、環状ホウ酸エステル化合物(L)を同時に配合したエポキシ樹脂組成物。
  13. 前記の環状ホウ酸エステル化合物(L)が、2,2’−オキシビス(5,5’−ジメチル−1,3,2−ジオキサボリナン)である請求項12に記載のエポキシ樹脂組成物。
  14. 請求項12および/または13に記載の環状ホウ酸エステル化合物(L)の配合量が、請求項1〜13のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)、および/またはマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)の総量100質量部に対して0.001〜10質量部である請求項12又は13に記載のエポキシ樹脂組成物。
  15. エポキシ樹脂(J)100質量部に対して、請求項1〜11のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)、および/またはマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)を0. 001〜1000質量部含有し、それらを主成分とすることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
  16. 請求項15記載のエポキシ樹脂組成物100質量部に対して、環状ホウ酸エステル化合物(L)を0.001〜10質量部配合したことを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
  17. 前記の環状ホウ酸エステル化合物(L)が、2,2’−オキシビス(5,5’−ジメチル−1,3,2−ジオキサボリナン)である請求項16に記載のエポキシ樹脂組成物。
  18. 酸無水物類、フェノール類、ヒドラジド類、およびグアニジン類よりなる群より選ばれる少なくとも1種の硬化剤(K)を1〜200質量部と、請求項1〜11のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂用潜在性硬化剤および/またはマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤(D)および/またはマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物(F)を、0.1〜200質量部を含有し、それらを主成分とするエポキシ樹脂組成物。
  19. 請求項18記載のエポキシ樹脂組成物100質量部に対して、環状ホウ酸エステル化合物(L)を0.001〜10質量部を配合したことを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
  20. 前記の環状ホウ酸エステル化合物(L)が、2,2’−オキシビス(5,5’−ジメチル−1,3,2−ジオキサボリナン)である請求項19に記載のエポキシ樹脂組成物。
  21. 請求項8〜20のいずれか1項に記載のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物および/またはエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とするペースト状組成物。
  22. 請求項8〜20のいずれか1項に記載のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物および/またはエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とするフィルム状組成物。
  23. 請求項12〜20のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とする接着剤。
  24. 請求項12〜20のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とする接合用ペースト。
  25. 請求項12〜20のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とする接合用フィルム。
  26. 請求項12〜20のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とする導電性材料。
  27. 請求項12〜20のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とする異方導電性材料。
  28. 請求項12〜20のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とする異方導電性フィルム。
  29. 請求項12〜20のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とする絶縁性材料。
  30. 請求項12〜20のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とする封止材料。
  31. 請求項12〜20のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とするコーティング用材料。
  32. 請求項12〜20のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とする塗料組成物。
  33. 請求項12〜20のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とするプリプレグ。
  34. 請求項12〜20のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とする熱伝導性材料。
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