JP4823892B2 - 高純度脂環式エポキシ化合物、その製造方法、硬化性エポキシ樹脂組成物、その硬化物、および用途 - Google Patents
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Description
すなわち、本発明の第1は、
エポキシ化合物及び必要に応じて加えられるエポキシ基含有化合物、並びに、硬化剤である酸無水物からなることを特徴とする光およびまたは熱硬化性エポキシ樹脂組成物であって、
前記エポキシ化合物が、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(以下、GPC)分析により検出される、下記一般式(I’)
で表される脂環式エポキシ化合物よりも溶出時間の早い高分子量成分の濃度が溶出時間ピーク面積比で全検出ピーク面積の総和に対して5.5%以下である上記一般式(I’)で表される高純度脂環式エポキシ化合物であることを特徴とする硬化性エポキシ樹脂組成物を提供する。
ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(以下、GPC)分析により検出される、下記一般式(I)
で表される脂環式エポキシ化合物よりも溶出時間の早い高分子量成分の濃度が溶出時間ピーク面積比で全検出ピーク面積の総和に対して5.5%以下である上記一般式(I)で表される高純度脂環式エポキシ化合物についても説明する。
なお、前記式(I’)で表される脂環式エポキシ化合物は、式(I)において、Xを−SO 2 −又は−C(CH 3 ) 2 −に限定した化合物である。
ガスクロマトグラフ分析により検出される下記一般式(III)
で表される反応中間体化合物の濃度が保持時間ごとのピーク面積比で全検出ピーク面積の総和に対して4.5%以下である上記参考発明1に記載の高純度脂環式エポキシ化合物についても説明する。
また、本明細書では、上記発明のほか、参考発明3として、
脂環式エポキシ化合物が下記一般式(II)
で表されるガスクロマトグラフ分析によるピーク面積比で全てのピーク面積の総和に対して95.0%以上である脂環式オレフィン化合物を、水分を実質的に含まない脂肪族過カルボン酸を使用してエポキシ化して製造されたものである上記参考発明1又は2に記載の高純度脂環式エポキシ化合物についても説明する。
さらに、本明細書では、上記発明のほか、参考発明4として、
下記一般式(II)
で表される脂環式エポキシ化合物を、蒸留精製してGPC分析により検出される同脂環式エポキシ化合物よりも溶出時間の早い高分子量成分の濃度を溶出時間ピーク面積比で全検出ピーク面積の総和に対して5.5%以下とする高純度脂環式エポキシ化合物の製造方法についても説明する。
図2は実施例1で得られた脂環式エポキシ化合物(IA)の1H−NMRチャートである。
図3は実施例4で得られた脂環式エポキシ化合物(IA)の1H−NMRチャートである。
図4は比較例1で得られた脂環式エポキシ化合物(IA)の1H−NMRチャートである。
図5は実施例1、実施例4、比較例1で得られた脂環式エポキシ化合物(IA)のGPCチャートである。
図6は実施例1で得られた脂環式エポキシ化合物(IA)のガスクロマトグラフチャートである。
図7は実施例4で得られた脂環式エポキシ化合物(IA)のガスクロマトグラフチャートである。
図8は比較例1で得られた脂環式エポキシ化合物(IA)のガスクロマトグラフチャートである。
実施例で用いられている「%」は、特別の説明がない限り「重量%」を意味する。
前処理として、脂環式エポキシ化合物(I)0.04gをテトラヒドロフラン(THF)2gに溶解し、孔径0.50μmのフィルタ[DISMIC13JP050AN、東洋濾紙(株)製]でろ過する。得られた脂環式エポキシ化合物(I)のTHF溶液をGPCにて分析し、各成分ごとのピーク面積の割合を各成分の濃度とする。脂環式エポキシ化合物(I)よりも早く溶出する各成分の濃度を合算したものを高分子量成分濃度として算出する。
装置:HLC−8220GPC[東ソー(株)製]
検出器:示差屈折計(RI検出器)
プレカラム:TSKGUARDCOLUMN SUPER HZ−L 4.6mm×20mm
カラム:サンプル側 TSK−GEL SUPER HZM−N 4.6mm×150mm×4本
リファレンス側 TSK−GEL SUPER HZM−N 6.0mm×150mm×1本+TSK−GEL SUPER H−RC 6.0mm×150mm
恒温槽温度:40℃
移動層:THF
移動層流量:0.35ml/分
試料注入量:10μl
データ採取時間:試料注入後10分〜26分
脂環式エポキシ化合物(I)を前処理することなく、直接ガスクロマトグラフ分析し、全検出ピークの面積の総和に対する各成分ごとに得られるピーク面積の割合を各成分の濃度とする。
装置:GC14−B型(島津製作所製)
カラム:Thermon 3000/5%Shincarbon A 2.6mm×3m
窒素流量:40ml/分
空気圧:60kPa・s/cm2
水素圧:60kPa・s/cm2
恒温槽温度:60℃×2分保持後10℃/分で250℃まで昇温し250℃×19分保持
注入口温度:250℃
検出器側温度:250℃
検出器:FID
RANGE:10^3
注入量:脂環式エポキシ化合物(I) 1μl
データ採取時間:試料注入直後〜40分
データ処理機器:C−R5A(島津製作所製)
Min.Area:100
SLOPE:700
DRIFT:AUTO
空気吹き込み口、ガス分散多孔板、冷却ジャケットを備えた300mlステンレス製反応器に酢酸コバルトを含む10%アセトアルデヒド−酢酸エチル溶液を114kg/時で仕込みながら圧縮空気を吹き込み、45℃で反応を行った。反応液は、過酢酸10.1%、アセトアルデヒドモノパーアセテート2.2%、酢酸2.0%を含んでいた。この溶液をポリリン酸ナトリウムとともに蒸留塔に仕込み濃縮を行い、過酢酸溶液を得た。この過酢酸溶液は、過酢酸濃度29.1%、水分は、0.47%であった。
撹拌器、冷却管、温度計、窒素導入管を備えた3リットルのジャケット付きフラスコに水36g、硫酸水素ナトリウム12.0g、イソプロピリデン−4,4'−ジシクロヘキサノール(アルドリッチ製)500g、溶媒としてソルベッソ150(エクソン化学製)500gを加えて100℃で脱水反応させた。水の留出が無くなった時点で反応終了とした。反応液をガスクロマトグラフィーで分析を行ったところ、96%の収率で2,2−ビス(3',4'−シクロヘキセニル)プロパンが生成していた。得られた反応液を、分液漏斗を用いて500mlのイオン交換水で洗浄した後、有機層を減圧蒸留し無色透明液状の2,2−ビス(3',4'−シクロヘキセニル)プロパン387.0gを得、その純度は96.1%であった。この2,2−ビス(3',4'−シクロヘキセニル)プロパン100g、酢酸エチル300gを前記と同様の1リットルのジャケット付きフラスコに仕込み、窒素を気相部に吹き込みながら、反応系内の温度を30℃になるように約2時間かけて、製造例1で得られた水分を実質的に含まない過酢酸の酢酸エチル溶液307.2g(過酢酸濃度:29.1%、水分含量0.47%)を滴下した。過酢酸滴下終了後、30℃で3時間熟成し反応を終了した。さらに30℃で反応終了液を水洗し、70℃/20Torrで脱低沸を行った後、WFE型薄膜蒸発器にて加熱温度180℃、圧力4Torrの条件で蒸留し、脂環式エポキシ化合物(IA)を主成分とする製品69.6gを得た。脂環式エポキシ化合物(IA)は一般式(I)におけるXが−C(CH3)2−、R1〜R18が水素原子の脂環式エポキシ化合物である(以下、同じ)。
撹拌器、冷却管、温度計、窒素導入管を備えた3リットルジャケット付きフラスコに4,4'−ジシクロヘキサノールメタン300g、トルエン600g、パラトルエンスルホン酸3gを加えて110℃で脱水反応させた。水の留出が無くなった時点で反応終了とした。反応液をガスクロマトグラフィーで分析を行ったところ、96%の収率でジ(3,4−シクロヘキセニル)メタンが生成していた。得られた反応液を、分液漏斗を用いて500mlのイオン交換水で洗浄した後、有機層を減圧蒸留し純度96.8%の無色透明液状のジ(3,4−シクロヘキセニル)メタンを269g得た。
水添ビスフェノールスルフォン(即ち、4,4'−ジシクロヘキサノールスルフォン)400gと溶媒としてソルベッソ150(エクソン化学製)500gを使用した他は実施例2と同様に行い、ジ(3,4−シクロヘキセニル)スルフォン330gを得、その純度は95.2%であった。
撹拌器、冷却管、温度計、窒素導入管を備えた3リットルのジャケット付きフラスコに水72g、硫酸水素ナトリウム24.0g、イソプロピリデン−4,4'−ジシクロヘキサノール(アルドリッチ製)1000g、溶媒としてソルベッソ150(エクソン化学製)1000gを加えて100℃で脱水反応させた。
撹拌器、冷却管、温度計、窒素導入管を備えた3リットルのジャケット付きフラスコに水72g、硫酸水素ナトリウム24.0g、イソプロピリデン−4,4'−ジシクロヘキサノール(アルドリッチ製)1000g、溶媒としてソルベッソ150(エクソン化学製)1000gを加えて100℃で脱水反応させた。
実施例1で使用した3リットルのジャケット付フラスコに実施例1で合成した2,2−ビス(3',4'−シクロヘキセニル)プロパン100g、酢酸エチル300gを仕込み、窒素を気相部に吹き込みながら、反応系内の温度を30℃になるように約2時間かけて、製造例1で得られた水分を実質的に含まない過酢酸の酢酸エチル溶液307.2g(過酢酸濃度:29.1%、水分含量0.47%)を滴下した。過酢酸滴下終了後、30℃で3時間熟成し反応を終了した。さらに30℃で反応終了液を水洗し、70℃/20Torrで脱低沸を行い、脂環式エポキシ化合物(IA)を含む生成物99.4gを得た。得られた生成物の性状は、オキシラン酸素濃度11.3%、粘度3,550cP(25℃)、色相(APHA)90であり、1H−NMRからδ4.5〜5ppm付近の内部二重結合に由来するピークがほぼ消失し、δ2.9〜3.1ppm付近にエポキシ基に由来するプロトンのピークの生成が確認された。このとき、GPC分析により検出される脂環式エポキシ化合物(IA)よりも溶出時間の短い高分子量成分の濃度は面積比で12.5%、ガスクロマトグラフ分析により検出される脂環式エポキシ化合物(IA)よりも保持時間の短い不純物濃度が同11.9%、反応中間体濃度の濃度は同2.0%であった。
実施例1で使用した3リットルのジャケット付フラスコに実施例2で合成したジ(3,4−シクロヘキセニル)メタン100gと酢酸エチル200gを仕込み、窒素を気相部に吹き込みながら、反応系内の温度が25℃になるように約3時間かけて、製造例1で得られた水分を実質的に含まない過酢酸の酢酸エチル溶液276.2g(過酢酸濃度:29.1%)を滴下した。過酢酸滴下終了後、30℃で4時間熟成し反応を終了した。さらに30℃で反応終了液を水洗し、70℃/30Torrで脱低沸を行い、脂環式エポキシ化合物(IB)を含む生成物106.4gを得た。得られた生成物の性状は、オキシラン酸素濃度13.8%、粘度2,590cP(25℃)、色相(APHA)110であり、1H−NMRからδ4.5〜5付近の二重結合に由来するピークがほぼ消失し、δ2.9〜3.3付近にエポキシ基に由来するプロトンのピークの生成が確認された。このとき、GPC分析により検出される脂環式エポキシ化合物(IB)よりも溶出時間の短い高分子量成分の濃度は面積比で14.7%、ガスクロマトグラフ分析により検出される脂環式エポキシ化合物(IB)よりも保持時間の短い不純物濃度が同7.9%、反応中間体濃度の濃度は同2.7%であった。
実施例1で使用した3リットルのジャケット付フラスコに実施例3で合成した、ジ(3,4−シクロヘキセニル)スルフォン100gと酢酸エチル300gを仕込み、気相部に窒素を吹込みながら、反応系内の温度を40℃になるように約2時間かけて過酢酸の酢酸エチル溶液242.7g(過酢酸濃度:29.1%)を滴下した。過酢酸滴下終了後、40℃で4時間熟成し反応を終了した。さらに30℃で粗液を水洗し、70℃/30Torrで脱低沸を行い、脂環式エポキシ化合物(IC)を含む生成物97.0gを得た。得られた生成物の性状は、オキシラン酸素濃度10.8%、粘度6,700cP(25℃)、色相(APHA)80であり、1H−NMRからδ4.5〜5付近の二重結合に由来するピークがほぼ消失し、δ2.9〜3.3付近にエポキシ基に由来するプロトンのピークの生成が確認された。このとき、GPC分析により検出される脂環式エポキシ化合物(IC)よりも溶出時間の短い高分子量成分の濃度は面積比で13.2%、ガスクロマトグラフ分析により検出される脂環式エポキシ化合物(IC)よりも保持時間の短い不純物濃度が同5.2%、反応中間体濃度の濃度は同2.2%であった。
濃度60%の過酸化水素水167.7g、プロピオン酸200g、硫酸0.45gを25℃で6時間混合し、過プロピオン酸を合成した後、ベンゼン700gで抽出を行い、濃度18.8%の過プロピオン酸のベンゼン溶液(水分0.41%)を得た。実施例1で使用した3リットルのジャケット付フラスコに実施例1で合成した2,2−ビス(シクロヘキセニル)プロパン100gを仕込んだ。ここに上記過プロピオン酸のベンゼン溶液539.5gを、反応系内の温度を40℃になるように約3時間かけて滴下した。滴下終了後、40℃で4時間熟成し反応を終了した。さらに40℃で粗液を水洗し、70℃/20Torrで脱低沸を行い、脂環式エポキシ化合物(IA)を含む生成物101.5gを得た。得られた生成物の性状は、オキシラン酸素濃度8.6%、粘度17,610cP(25℃)、色相(APHA)180であり、1H−NMRからδ4.5〜5ppm付近の内部二重結合に由来するピークがほぼ消失し、δ2.9〜3.3ppm付近にエポキシ基に由来するプロトンのピークの生成が確認された。このとき、GPC分析により検出される脂環式エポキシ化合物(IA)よりも溶出時間の短い高分子量成分の濃度は面積比で36.9%、ガスクロマトグラフ分析により検出される脂環式エポキシ化合物(IA)よりも保持時間の短い不純物濃度が同10.2%、反応中間体濃度の濃度は同3.5%であった。
60%過酸化水素300g、酢酸280gを30℃で3時間混合し、過酢酸を合成した後、酢酸エチル1000gで抽出を行い、濃度21.8%の過酢酸の酢酸エチル溶液(水分8.5%)を得た。実施例1で使用した1リットルのジャケット付フラスコに、実施例1で合成した2,2−ビス(3',4'−シクロヘキセニル)プロパン100gを仕込んだ。ここに21.8%の過酢酸の酢酸エチル溶液410.0g(水分8.5%)を反応系内の温度を30℃になるように約2時間かけて滴下した。滴下終了後、30℃で4時間熟成し反応を終了した。さらに20℃で粗液を水洗し、70℃/20Torrで脱低沸を行い、脂環式エポキシ化合物(IA)を含む生成物65.7gを得た。得られた生成物の性状は、オキシラン酸素濃度4.9%、粘度16,000cP(25℃)、色相(APHA)260であり、1H−NMRからδ4.5〜5ppm付近の内部二重結合に由来するピークがほぼ消失し、δ2.9〜3.3ppm付近にエポキシ基に由来するプロトンのピークの生成が確認された。このとき、GPC分析により検出される脂環式エポキシ化合物(IA)よりも溶出時間の短い高分子量成分の濃度は面積比で35.2%、ガスクロマトグラフ分析により検出される脂環式エポキシ化合物(IA)よりも保持時間の短い不純物濃度が同9.8%、反応中間体濃度の濃度は同3.2%であった。
表1に従いエポキシ化合物を及び熱カチオン重合開始剤を配合(表中の数値は重量部を表す、以下同じ)後、65℃で2時間一次硬化を行った後、150℃で1時間二次硬化を行った。
耐熱性の指標としてTMAによるガラス転移温度(Tg)と動的粘弾性を測定した際の損失弾性率が1GPaになる温度を比較した。
Tg測定法: JIS K7196に基づいてTMA/SS6100(セイコーインストルメント社製)で測定を行った。
損失弾性率が1GPaの温度:DMS 5200(セイコーインストルメント社製)にて測定を行った。
測定周波数は10Hz。
表2に従いエポキシ化合物及び硬化剤、硬化促進剤を配合した後、100℃で2時間一次硬化を行った後150℃で1時間、180℃で2時間硬化を行った。
表3に従いエポキシ化合物及び硬化触媒を配合し アルミ板(A1050P)に膜厚15μmになるよう塗布し、照射量175mJ/cm2で硬化を行った。
照射直後の塗膜面性状、1分後の塗膜面性状
○:硬化、△:表面のみ硬化、×:タック有り、未硬化
鉛筆硬度:JIS K5400に従って評価を行った。
Claims (4)
- エポキシ化合物及び必要に応じて加えられるエポキシ基含有化合物、並びに、硬化剤である酸無水物からなることを特徴とする光およびまたは熱硬化性エポキシ樹脂組成物であって、
前記エポキシ化合物が、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(以下、GPC)分析により検出される、下記一般式(I’)
で表される脂環式エポキシ化合物よりも溶出時間の早い高分子量成分の濃度が溶出時間ピーク面積比で全検出ピーク面積の総和に対して5.5%以下である上記一般式(I’)で表される高純度脂環式エポキシ化合物であることを特徴とする硬化性エポキシ樹脂組成物。 - 請求項1に記載の硬化性エポキシ樹脂組成物を硬化してなる硬化物。
- 請求項1に記載の硬化性エポキシ樹脂組成物からなることを特徴とする透明封止材料。
- 硬化物が透明フィルム、透明シート、層間絶縁材料、コーティング皮膜、塗膜から選ばれる少なくとも一つである請求項2に記載の硬化物。
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