JP4958252B2 - 反応硬化型樹脂およびその組成物 - Google Patents
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Description
近年、これら電気機器の小型化が急速に進んでおり、絶縁材料に求められる特性もかなり高いものになってきている。なかでも、小型化に伴い高密度化された導体から発生する発熱量は大きくなってきており、いかに熱を放散させるかが重要な課題となっている。
これに対し、各種の電気機器の絶縁材料には、その絶縁性能の高さや成型の容易さ、耐熱性等の観点から、熱硬化性樹脂が広く使用されている。しかし、一般的に熱硬化性樹脂の熱伝導率は低く、前記の熱の放散を妨げている大きな要因となっている。従って、高熱伝導率を有する絶縁材料の必要性は非常に高い。
また、熱硬化性樹脂の熱伝導率は極めて低く、少量のフィラ粉末を混合した材料ではそれほど熱伝導率が向上しないため、多量のフィラ粉末を混合する必要がある。しかし、多量のフィラ粉末を樹脂中に均一に分散させることは現実には難しい。さらに、有機物である熱硬化性樹脂とフィラ粉末の親和性にも問題が生じる場合が多く、界面での剥離が非常に起こり易くなり、長期使用時にその絶縁性が大きく低下する可能性も大きい。
このような観点から、有機材料で高い熱伝導率を達成するという課題は極めて重要なことである。
[1] 下記一般式(1)
G−M1―P−M2−G ・・・(1)
(ただしGはグリシジル基、またはアリル基、M1、M2は同一または異なるメソゲン基、Pは珪素含有率が5重量%以上の鎖状有機基を示す)で表される反応硬化型樹脂であって、式(1)中、Pが下記一般式(2)
―Q1―S―Q2− ・・・(2)
(ただしQ1、Q2はそれぞれ独立に直接結合または炭素数1から10の置換または無置換の炭化水素基、Sは置換または無置換のジメチルシロキサン骨格を示す)で表される反応硬化型樹脂。
[2] 常温で液状であることを特徴とする[1]に記載の反応硬化型樹脂。
[3] 一般式(2)中のSが珪素数1から50の置換または非置換のジメチルシロキサン骨格であることを特徴とする[1]または[2]に記載の反応硬化型樹脂。
[4] 置換または無置換のジメチルシロキサン骨格における置換基が、炭素数が2から10の飽和または不飽和の炭化水素基であることを特徴とする[1]から[3]のいずれか一項に記載の反応硬化型樹脂。
[5] 一般式(1)中のM1、M2が下記式(4)で示される[1]から[4]のいずれか一項に記載の反応硬化型樹脂。
・・・(4)
(式中Rはそれぞれ独立に水素、炭素数1から6の炭化水素基を示す)
[6] 一般式(3)中のXが炭素数1から6の直鎖状炭化水素基、Y1およびY2がメチル基であることを特徴とする[1]、[2]、または[5]に記載の反応硬化型樹脂。
[7] 25℃における粘度が1000000mPa・s以下であることを特徴とする[1]から[6]のいずれか一項に記載の反応硬化型樹脂。
[8] 塩素含有量が5000ppm以下であることを特徴とする[1]から[7]のいずれか一項に記載の反応硬化型樹脂。
[9](A)[1]から[8]のいずれか一項に記載の反応硬化型樹脂100重量部、
(B)エポキシ樹脂用硬化剤0.001から200重量部
を含む反応硬化型樹脂組成物であって、
一般式(1)中のGはグリシジル基であることを特徴とする反応硬化型樹脂組成物。
[10] 25℃における粘度が1000000mPa・s以下であることを特徴とする[9]に記載の反応硬化型樹脂組成物。
[11] (B)硬化剤がカチオン系硬化剤であることを特徴とする[9]または[10]に記載の反応硬化型樹脂組成物。
[12] (B)硬化剤がアニオン系硬化剤であることを特徴とする[9]または[10]に記載の反応硬化型樹脂組成物。
[13] (B)硬化剤がアミン系硬化剤であることを特徴とする[9]または[10]に記載の反応硬化型樹脂組成物。
[14] [9]から[13]のいずれか一項に記載の反応硬化型樹脂組成物を硬化して得られる樹脂硬化物。
[15] 異方性構造を含むことを特徴とする[14]に記載の樹脂硬化物。
・・・・(4)
・・・・(5)
・・・・(7)
・・・・(8)
・・・・(9)
・・・・(10)
・・・・(11)
・・・・(12)
・・・・(13)
・・・(14)
・・・・(15)
これらの中でも、合成が容易で工業的に容易に入手できる点で式(4)、式(5)、式(7)、式(9)が好ましく、左右対称であることから合成が容易な式(4)が特に好ましい。
式(4)から式(15)中のRはそれぞれ独立に水素または炭素数1から6の炭化水素基を示すが、その様な炭化水素基を例示すると、CH3−、C2H5−、C3H7−、iso−C3H7−、n−C4H9−、iso−C4H9−、tert−C4H9−、C6H13−等のアルキル基;
C3H5−、C4H7−、C5H9−、C6H11−等のアルケニル基;
シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;
が挙げられる。
一般式(1)中のPは珪素含有率が5重量%以上の鎖状有機基を示す。鎖状有機基とは置換または非置換のジメチルシロキサン骨格、置換または非置換のジメチルシラン骨格、炭化水素基、ポリオキシエチレン骨格、ポリプロピレン骨格等の単独またはこれらが結合された構造を示す。
Pの珪素含有率が高いほど反応硬化型樹脂の粘度が低い傾向があり好ましく、好ましくは10%以上、より好ましくは20%以上、特に好ましくは30%以上であることが望ましい。
一般式(2)中のSは置換または非置換のジメチルシロキサン骨格または下記一般式(3)で表される構造である。
(X、Y1、Y2はそれぞれ独立に炭素数1から20の置換または無置換の炭化水素基を示す。)
ジメチルシロキサン骨格中の珪素数については特に制限されないが、珪素数が多いほど常温での粘度が下がるので作業性が良い傾向があるが、珪素数が多すぎると耐熱性が低下することがある。このような観点から珪素数は1から50、より好ましくは2から25、さらに好ましくは3から10であることが望ましい。
一般式(2)中のQ1、Q2はそれぞれ独立に直接結合または炭素数1から10の置換または無置換の炭化水素基を示す。炭素数が10よりも大きいと得られる反応硬化型樹脂の耐熱性が十分発揮されないことがある。そのような観点から好ましい炭素数は1から8、より好ましくは2から6、特に好ましくは2から4である。また、Q1、Q2の炭化水素の置換基としては−CH3、−CH2CH3、−(CH2)3CH3、などが挙げられ、無置換または−CH3が特に好ましい。
そのようなQ1、Q2の構造としては、−CH2−、−C2H4−、−C3H6−、−C4H8−、−CH(CH3)−CH2−、−CH(CH3)−C2H4−、−C6H12−、−C8H16−、−C10H20−等が例示され、−C3H6−が特に好ましい。
そのようなXを例示すると、−CH2−、−(CH2)2−、−(CH2)3−、−(CH2)4−、−(CH2)5−、−(CH2)6−、−(CH2)8−、−(CH2)10−、−(CH2)14−、−(CH2)18−、−(CH2)20−などが挙げられる。
そのようなY1、Y2を例示すると−CH3、−CH2CH3、−(CH2)3CH3、−(CH2)6CH3、−(CH2)10CH3、−(CH2)15CH3、、−(CH2)19CH3などが挙げられ、−CH3が好ましい。
上記より、総括して好ましい一般式(3)の構造を例示すると、−Si(Me)2−CH2−Si(Me)2−、−Si(Me)2−(CH2)2−Si(Me)2−、−Si(Me)2−(CH2)3−Si(Me)2−、−Si(Me)2−(CH2)4−Si(Me)2−などが挙げられる。
一般式(1)中のGはグリシジル基、またはアリル基を示す。工業的に容易に硬化物が得られる点においてグリシジル基が好ましい。
一般式(1)の反応硬化型樹脂は、例えば対応するメソゲン構造含有フェノール化合物H−M1―P−M2−H(式中、P、M1、M2は一般式(1)と同じ)とエピクロルヒドリンの逐次重合などにより合成することができるが、その際、本発明の効果を損なわない範囲において逐次重合体を含有しても良い。
また、反応硬化型樹脂(A)と硬化剤(B)とを含む本発明の反応硬化型樹脂組成物は、常温における物理的形態には特に制限を受けないが、常温で液状であることが、硬化剤、硬化触媒または硬化促進剤を配合するときの作業性に優れる点で好ましい。そのような観点から、常温における粘度は低いほど望ましく、25℃の粘度が1000000mPa・s以下、好ましくは100000以下より好ましくは、10000mPa・s以下、特に好ましくは5000mPa・s以下であることが好ましい。
(5,4,0)ウンデンセン?7)またはそのフェノール塩および、イミダゾールと各種エポキシ樹脂の付加物等が挙げられる。ここで用いられるエポキシ樹脂としては、ビスフェノールA、ビスフェノールS、ビスフェノールF、ハイドロキノン、レゾルシン等の2価のフェノール類;
トリス−(4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2-テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、フェノールノボラック、o−クレゾールノボラック等の3価以上のフェノール類;
テトラブロモビスフェノールA等のハロゲン化ビスフェノール類、又は2価または3価以上のフェノール類から誘導されるグリシジルエーテル化物;
アリサイクリックジエポキシカルボキシレート、アリサイクリックジエポキシアセタール、アリサイクリックジエポキシアジペート、ビニルシクロヘキセンジエポキサイド等の環式脂肪族エポキシ樹脂;
グリセリンのポリグリシジル化合物、トリメチロールプロパンのポリグリシジル化合物等の脂肪族エポキシ化合物等がある。
ラジカル系硬化剤としては、例えばメチルエチルケトンパーオキサイド、アセチルアセトンパーオキサイド、t?ブチルパーオクトエート、t?ブチルパーオキシベンゾエート、ベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイドなどの有機過酸化物が挙げられ、メチルエチルケトンパーオキサイドが好ましい。
ラジカル系硬化剤の配合量は反応硬化型樹脂100重量部に対して0.001から20部、より好ましくは0.01から10部、特に好ましくは0.1から5重量部であることが望ましい。
本発明の反応硬化型樹脂組成物には必要に応じて硬化促進剤を使用することができる。エポキシ樹脂用硬化剤を使用する時に配合ずることができる硬化促進剤としては、アミン系硬化剤、カチオン系硬化剤あるいはイミダゾール系硬化剤として上記に例示したアミン系化合物、ルイス酸塩類、イミダゾール系化合物あるいはリン化合物等が挙げられる。
また、ラジカル系硬化剤を使用する場合に使用する硬化促進剤の例としては、ナフテン酸コバルト、オクトエ酸コバルト、N,N?ジメチルアニリン、N,N?ジエチルアニリン、N,N?ジメチル?P?トルイジン、アセチルアセトン、アセト酢酸エチルエステル、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、或いはテトラメチルアンモニウムクロライド、トリエチルベンジルアンモニウムクロライド等の第四級アンモニウム塩などが挙げられる。
本発明の反応硬化型樹脂を用いた樹脂組成物は、常法に従い上述した各成分を充分混合、混練した後、減圧脱泡して製造することができる。
トリス−(4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2-テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、フェノールノボラック、o−クレゾールノボラック等の3価以上のフェノール類のグリシジルエーテル化物;
テトラブロモビスフェノールA等のハロゲン化ビスフェノール類、又は2価または3価以上のフェノール類から誘導されるグリシジルエーテル化物のグリシジルエーテル化物;
アリサイクリックジエポキシカルボキシレート、アリサイクリックジエポキシアセタール、アリサイクリックジエポキシアジペート、ビニルシクロヘキセンジエポキサイド等の環式脂肪族エポキシ樹脂;
グリセリンのポリグリシジル化合物、トリメチロールプロパンのポリグリシジル化合物等の脂肪族エポキシ化合物等がある。
特に、分子中にメソゲン骨格を有するエポキシ樹脂を混合すると本発明の効果が一層効果的に発現されることがある。そのようなエポキシ樹脂を例示すると式(4)〜式(15)に示したメソゲン骨格のグリシジルエーテル誘導体やジャーナルオブマテリアルサイエンス(1997年、第32巻、4039頁)に例示されたようなツインメソゲン型エポキシ樹脂等が挙げられる。
本発明における異方性構造単位の径の最大値および異方性構造の割合は、透過型電子顕微鏡(TEM)により直接観察することで算出することができる。
1)エポキシ価
エポキシ樹脂をベンジルアルコールと1−プロパノールで溶解する。この溶液にヨウ化カリウム水溶液、ブロモフェノールブルー指示薬を添加した後、1規定塩酸にて滴定し、反応系内が青色から黄色になった点を当量点とする。当量点より、樹脂のエポキシ価を以下の式に従って算出する。
エポキシ価(当量/100g)=(V×N×F)/(10×W)
W;試料の重量(g)
V;滴定量(ml)
N;滴定に使用した塩酸の規定度(N)
F;滴定に使用した塩酸のファクター
2)無機塩素含有量
試料10gをトルエン100mlおよび、メタノール100mlを加え溶解し、酢酸2mlを加えた後、硝酸銀水溶液を用いて電位差滴定を行い、検出された変曲点からモル数を求め、全量が塩素であるとして、無機塩素含有量を求める。
3)塩素含有量
試料0.1から3g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−プロピレングリコール溶液20mlを加えて20分間煮沸した後、酢酸100mlを加え、硝酸銀水溶液を用いて電位差滴定を行い、検出された変曲点からモル数を求め、全量が塩素であるとして、塩素含有量を求める。得られた塩素含有量から無機塩素含有量を差し引くことにより塩素含有量を求める。
4)粘度(測定温度:25℃)
試験する試料が結晶化していない場合はそのままの状態で、また、試験する試料が結晶化している場合は、試料を80℃の温度で24時間保持した後、0.5時間以内に25℃まで冷却し、試料温度が25℃に到達後0.5時間以内に以下の方法により測定する。
試料を草野科学器械製作所社製のキャノンフェンスケ粘度計を用いて、試料温度が25℃の状態で粘度を測定し、25℃における比重を乗じて求める。この方法で測定値が20000mPa・sよりも大きい場合は、コーンプレート型粘度計を用いて測定し粘度を求める。
5)破壊靭性値
ASTME399−83に従って三点曲げ試験で測定する。
6)熱伝導率
レーザーフラッシュ法で測定する。
ガラス製反応機に4,4´−ジヒドロキシビフェニルのジアリルエーテル266g(1モル)とジシクロペンタジエニル白金ジクロライド1.2mgをジオキサン1100gに溶解し、反応系を80℃に保持しながら、攪拌し1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン13.4g(0.1モル)の10重量%ジオキサン溶液を1時間かけて添加し、さらに5時間反応を継続する。得られる反応系からジオキサンを留去して反応硬化型樹脂A(4,4´−ジヒドロキシビフェニルのジアリルエーテルと1,1,3,3−テトラメチルジシロキサンの逐次付加反応生成物)と4,4´−ジヒドロキシビフェニルのジアリルエーテル混合物P270gを得る。混合物Pを薄膜蒸留装置にかけて4,4´−ジヒドロキシビフェニルのジアリルエーテルを蒸発除去して液状の反応硬化型樹脂A(30g)を得る。
反応硬化型樹脂Aは下記の構造を示し、一般式(1)におけるGがアリル基、M1、M2がビフェニル基、Pが−C3H6−Si(CH3)2OSi(CH3)2−C3H6−の場合に相当する。
・・・(16)
ガラス製反応機に上記混合物P100g、トルエン240g、硝酸トリオクチルメチルアンモニウム塩26g、タングステン酸ナトリウム21g(71ミリモル)水溶液、燐酸13g、128gの30%過酸化水素水を添加して40℃で1週間攪拌する。ろ過後有機層を水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥して濃縮し反応硬化型樹脂B30gを得る。さらにシリカゲルカラムで精製して液状の反応硬化型樹脂C(エポキシ価0.370当量/100g、25℃の粘度は8000mPa・s、塩素含有量<10ppm)を20g得る。
反応硬化型樹脂Cは下記の構造を示し、一般式(1)におけるGがグリシジル基、M1、M2がビフェニル基、Pが−C3H6−Si(CH3)2OSi(CH3)2−C3H6−の場合に相当する。
・・・(17)
反応硬化型樹脂C100重量部にサンエイドSI−80L(三新化学工業製、芳香族スルホニウム塩)1重量部を添加しノンバブリングニーダーで室温で混合する。得られる反応硬化型樹脂組成物を60℃で1時間、その後80℃で1時間、更に100℃で1時間、その後150℃で3時間硬化させて硬化物を得る。
得られる硬化物はTEMで観察すと異方性を示す。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(登録商標AER260)、および4,4´−ジヒドロキシビフェニルのジグリシジルエーテルを用いた以外は応用実施例1と同様にして反応硬化型樹脂組成物を得、同条件で硬化する。
AER260の硬化物の熱伝導率は0.25であるのに対し、反応硬化型樹脂Cの硬化物の熱伝導率は0.6W/m・Kである。また破壊靭性値もAER260の硬化物が1.0MPam1/2であるのに対して反応硬化型樹脂Cの硬化物は1.4MPam1/2と高く、強靭な硬化物であることを示す。
Claims (15)
- 下記一般式(1)
G−M1―P−M2−G ・・・(1)
(ただしGはグリシジル基、またはアリル基、M1、M2は同一または異なるメソゲン基、Pは珪素含有率が5重量%以上の鎖状有機基を示す)で表される反応硬化型樹脂であって、式(1)中、Pが下記一般式(2)
―Q1―S―Q2− ・・・(2)
(ただしQ1、Q2はそれぞれ独立に直接結合または炭素数1から10の置換または無置換の炭化水素基、Sは置換または無置換のジメチルシロキサン骨格を示す)で表される反応硬化型樹脂。 - 常温で液状であることを特徴とする請求項1に記載の反応硬化型樹脂。
- 一般式(2)中のSが珪素数1から50の置換または非置換のジメチルシロキサン骨格であることを特徴とする請求項1または2に記載の反応硬化型樹脂。
- 置換または無置換のジメチルシロキサン骨格における置換基が、炭素数が2から10の飽和または不飽和の炭化水素基であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の反応硬化型樹脂。
- 一般式(1)中のM1、M2が下記式(4)で示される請求項1から4のいずれか一項に記載の反応硬化型樹脂。
・・・(4)
(式中Rはそれぞれ独立に水素、炭素数1から6の炭化水素基を示す) - 一般式(3)中のXが炭素数1から6の直鎖状炭化水素基、Y1およびY2がメチル基であることを特徴とする請求項1、2、または5に記載の反応硬化型樹脂。
- 25℃における粘度が1000000mPa・s以下であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の反応硬化型樹脂。
- 塩素含有量が5000ppm以下であることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の反応硬化型樹脂。
- (A)請求項1から8のいずれか一項に記載の反応硬化型樹脂100重量部、
(B)エポキシ樹脂用硬化剤0.001から200重量部
を含む反応硬化型樹脂組成物であって、
一般式(1)中のGはグリシジル基であることを特徴とする反応硬化型樹脂組成物。 - 25℃における粘度が1000000mPa・s以下であることを特徴とする請求項9に記載の反応硬化型樹脂組成物。
- (B)硬化剤がカチオン系硬化剤であることを特徴とする請求項9または10に記載の反応硬化型樹脂組成物。
- (B)硬化剤がアニオン系硬化剤であることを特徴とする請求項9または10に記載の反応硬化型樹脂組成物。
- (B)硬化剤がアミン系硬化剤であることを特徴とする請求項9または10に記載の反応硬化型樹脂組成物。
- 請求項9から13のいずれか一項に記載の反応硬化型樹脂組成物を硬化して得られる樹脂硬化物。
- 異方性構造を含むことを特徴とする請求項14に記載の樹脂硬化物。
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