JP5713898B2 - 多価カルボン酸、その組成物、硬化性樹脂組成物、硬化物および多価カルボン酸の製造方法 - Google Patents

多価カルボン酸、その組成物、硬化性樹脂組成物、硬化物および多価カルボン酸の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、特に、電気電子材料用途に好適な、多価カルボン酸、多価カルボン酸組成物、および該多価カルボン酸組成物をエポキシ樹脂の硬化剤として含有する硬化性エポキシ樹脂組成物に関する。また、該多価カルボン酸組成物は、多価カルボン酸が使用される他の分野、塗料、接着剤、成形品、半導体、光半導体の封止材用樹脂、光半導体のダイボンド材用樹脂、ポリイミド樹脂などの原料や改質剤、可塑剤、潤滑油原料、医農薬中間体、塗料用樹脂の原料、トナー用樹脂等としても有用である。
多価カルボン酸は、高熱安定性、良好な電気特性、優れた耐薬品性、および、縮合体を形成する際の反応性の良さなど、架橋剤、縮合剤等として優れた性能を備えている。そのため、多価カルボン酸は、近年、高分子製造原材料として、非常に着目され、広く使用されるようになってきている。
また多価カルボン酸はエポキシ樹脂の硬化剤としても使用できることが知られている。
エポキシ樹脂を含有する硬化性樹脂組成物は、耐熱性に優れた樹脂として、建築、土木、自動車、航空機などの分野で利用されている。近年、特に半導体関連分野においては、カメラ付き携帯電話、超薄型の液晶やプラズマTV、軽量ノート型パソコンなど軽・薄・短・小がキーワードとなる高い特性を有する電子機器があふれている。それに伴い、これらの半導体関連分野に使用される材料、特にエポキシ樹脂に代表されるパッケージ材料にも非常に高い特性が求められてきている。
さらに、エポキシ樹脂は、近年オプトエレクトロニクス関連分野における利用が注目されている。特に近年の高度情報化に伴い、膨大な情報を円滑に伝送、処理するために、従来の電気配線による信号伝送に変わり、光信号での情報伝達技術が開発され、利用されてきている。それらに使用される光導波路、青色LED、および光半導体等の光学部品の分野においては、そこに使用される硬化性樹脂に対して、透明性および耐久性に優れた硬化物を与えることが要求される。
一般にこのような分野で用いられるエポキシ樹脂の硬化剤としては酸無水物系の化合物が挙げられる。特に環状脂肪族炭化水素の多価カルボン酸から形成された酸無水物を使用した硬化物は耐光性に優れることから、該酸無水物が利用されることが多い。例えば、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸等の脂環式酸無水物が一般的に使用される。中でも常温で液状であるメチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸等が取扱いの容易さから主に使用されている。
しかしながら上記脂環式酸無水物を単独で硬化剤とした場合、これらの硬化剤は蒸気圧が高く、硬化時に一部が蒸発するため、硬化物中に所定量のカルボン酸無水物(硬化剤)が存在しないことに起因するエポキシ樹脂組成物の硬化不良が起こるという問題、および、硬化条件によってその特性が大幅に変わり、安定して目的とした性能を有する硬化物を得ることが困難という問題がある。また、硬化物を開放系で大量生産する場合、これらの硬化剤が大気中に揮発し、大気への有害物質の放出による環境汚染、人体への悪影響、生産ラインの汚染等の問題も生じる。
また、従来の硬化剤を用いた硬化物はLED、特にSMD(Surface Mount Device)を封止した際は、使用する樹脂量が少ないため、上記の硬化不良や安定した性能が得られない影響は顕著であり、へこみの発生等で、ワイヤーが露出したり封止が不完全であったり、半田リフロー時のクラックおよび/または剥離等の発生、長期点灯による品質の劣化等の問題がある。
一方、本発明の多価カルボン酸と近似する多価カルボン酸は、例えば特許文献4および5などで、乳化剤などの用途に公知である。
特開2003−277473号公報 特開2008−063333号公報 特許2813028号公報 特許2915962号公報 特開平3−26743号公報
本発明は、硬化時における硬化剤の揮発が少なく、硬化物が安定した目的性能を達成し得る硬化剤、硬化剤に使用する新規な多価カルボン酸、および該多価カルボン酸又は硬化剤組成物を含むエポキシ樹脂組成物(硬化性樹脂組成物)、および該エポキシ樹脂組成物(硬化性樹脂組成物)の硬化物の提供を目的とする。そして、そのために有用な新規な多価カルボン酸及びそれを含む組成物を提供する。特に、硬化物の耐熱特性、具体的には、光の透過率の保持率、およびLEDにおける照度保持率等の光学特性が優れる硬化性樹脂組成物、およびそのための多価カルボン酸及びそれを含む多価カルボン酸組成物の提供を目的とする。
本発明者らは前記したような実状に鑑み、鋭意検討した結果、本発明を完成させるに至った。
すなわち本発明は、下記の発明に関するものである。
1. 下記式(1)で表される多価カルボン酸を含む多価カルボン酸組成物、
Figure 0005713898

式中、Rはそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基又はカルボキシル基を表し、Pは下記(a)又は(b)で定義される2価の架橋基を表す、
(a)炭素数6〜20の分岐構造を有する鎖状アルキル鎖であり、該鎖状アルキル鎖が炭素数3〜12の直鎖の主鎖と、2〜4個の側鎖を有し、かつその側鎖の少なくとも1つが炭素数2〜10である架橋基、
又は、
(b)シクロ環上にメチル基を有してもよい、トリシクロデカンジメタノール又はペンタシクロペンタデカンジメタノール、から選ばれる少なくとも1種の架橋多環ジオールから、2つの水酸基を取り除いた2価の架橋基
但し、Pが(b)の場合、Rは水素原子以外の基を表す。。
2. 2価の架橋基が(a)で定義される架橋基であり、かつ(a)で定義される架橋基が、下記式(a1)で表される2価の基の何れか一つである上記1に記載の多価カルボン酸組成物、
式(a1):
Figure 0005713898

式中における各基の末端の*印は、*印の個所で隣接する酸素原子に結合していることを示す。
3. (a)の架橋基における主鎖が炭素数3〜6の直鎖であり、側鎖の少なくとも2つが炭素数2〜4のアルキル基である上記1又は2に記載の多価カルボン酸組成物。
4. (a)で定義される架橋基が、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールから、2つの水酸基を取り除いた2価の基である上記1〜3の何れか一項に記載の多価カルボン酸組成物。
5. 2価の架橋基が(b)で定義される架橋基であり、かつ(b)で定義される架橋基が、下記式(b1)で表される2価の基の何れか一つである上記1に記載の多価カルボン酸組成物、
式(b1):
Figure 0005713898

式中、各構造式に複数存在するRは、それぞれ独立に、水素原子またはメチル基を表す。
6. Rが全て水素原子である多価カルボン酸からなることを特徴とする上記1〜5の何れか一項に記載の多価カルボン酸組成物。
7. 式(1)のRがメチル基および/またはカルボキシル基である多価カルボン酸を50モル%以上含むことを特徴とする上記1〜6の何れか一項に記載の多価カルボン酸組成物。
8. 式(1)のRがメチル基又はカルボキシル基である上記1〜7の何れか一項に記載の多価カルボン酸組成物。
9. 水素原子以外の基がメチル基である上記8に記載の多価カルボン酸組成物。
10. 多価カルボン酸組成物が、式(1)で表される多価カルボン酸を少なくとも1種と、メチル基で置換されていてもよいC4〜C7シクロ環ジ、トリまたはテトラカルボン酸無水物を含む上記1〜8の何れか一項に記載の多価カルボン酸組成物。
11. メチル基で置換されていてもよいC4〜C7シクロ環ジ、トリまたはテトラカルボン酸無水物が、メチル基で置換されていてもよいシクロヘキサンジまたはトリカルボン酸無水物である上記10に記載の多価カルボン酸組成物。
12. 式(1)の多価カルボン酸、又は、上記10又は11に記載の多価カルボン酸組成物を含むエポキシ樹脂用硬化剤。
13. 式(1)のPで表される2価の架橋基が(a)で定義される架橋基であり、かつ(a)で定義される架橋基が、下記(1)に記載の2価の基である多価カルボン酸と、
下記(2)に記載する酸無水物からなる群から選ばれる少なくとも1種の酸無水物、とからなる多価カルボン酸組成物である上記12に記載のエポキシ樹脂用硬化剤、
(1)2価の基:
2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールから、2つの水酸基を取り除いた2価の基、
(2)酸無水物:
メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、およびシクロヘキサン−1,2,4−トリカルボン酸−1,2−無水物。
14. 式(1)のPで表される2価の架橋基が(b)で定義される架橋基であり、かつ(b)で定義される架橋基が、下記(1)に記載する式(b1)で表される2価の基の何れか一つである多価カルボン酸と、
下記(2)に記載する酸無水物からなる群から選ばれる少なくとも1種の酸無水物、
とからなる多価カルボン酸組成物である上記12に記載のエポキシ樹脂用硬化剤、
(1)式(b1):
Figure 0005713898

各構造式に複数存在するRは、それぞれ独立に、水素原子またはメチル基を表す、
(2)酸無水物:
メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、およびシクロヘキサン−1,2,4−トリカルボン酸−1,2−無水物。
15. 上記1〜7の何れか一項に記載の式(1)の多価カルボン酸又は上記12〜14の何れか一項に記載の硬化剤組成物と、エポキシ樹脂とを含有する硬化性樹脂組成物。
16. エポキシ樹脂が脂環式エポキシ樹脂である上記15に記載の硬化性樹脂組成物。
17. 硬化剤組成物が、上記13に記載の硬化剤組成物である上記16に記載の硬化性樹脂組成物。
18. 硬化剤組成物が、上記14に記載の硬化剤組成物である上記16に記載の硬化性樹脂組成物。
19. 上記15に記載の硬化性樹脂組成物の硬化物。
20. 下記(a)または(b)の2価アルコール、
(a)鎖状アルキル鎖が炭素数3〜12の直鎖の主鎖と、2〜4個の側鎖を有し、かつその側鎖の少なくとも1つが炭素数2〜10のアルキル基である、炭素数6〜20の分岐構造を有する鎖状脂肪族2価アルコール、
又は、
(b)シクロ環上にメチル基を有してもよい、トリシクロデカンジメタノール又はペンタシクロペンタデカンジメタノール、から選ばれる少なくとも1種の架橋多環ジオール、
と、
(c)ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸およびシクロヘキサン−1,2,4−トリカルボン酸無水物からなる群から選ばれる少なくとも1種の酸無水物、但し、(b)の場合には、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸又はシクロヘキサン−1,2,4−トリカルボン酸無水物の何れか一方を含む少なくとも1種の酸無水物、
とを反応させる上記1に記載の式(1)で表される多価カルボン酸の製造方法。
21. (a)または(b)の2価アルコールと(c)の酸無水物を、酸無水物基1当量に対して、2価アルコールの水酸基当量で、0.001〜2当量となる割合で、反応温度40〜150℃で反応させる上記20に記載の多価カルボン酸の製造方法。
22. (c)の酸無水物がヘキサヒドロ無水フタル酸およびメチルヘキサヒドロ無水フタル酸の混合物である上記21に記載の多価カルボン酸の製造方法。
23. 2価アルコールが2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、又は2−エチル−2−ブチルー1,3−プロパンジオールである上記21又は22に記載の多価カルボン酸の製造方法。
24. 2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールと、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸とを反応させることからなる上記21に記載の多価カルボン酸の製造方法。
25. 無置換の、トリシクロデカンジメタノール又はペンタシクロペンタデカンジメタノールと、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸とを反応させることからなる上記21に記載の多価カルボン酸組成物の製造方法。
26. 下記式(1)で表される多価カルボン酸、
Figure 0005713898

式中、Rはそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基又はカルボキシル基を表し、Pは下記(a)又は(b)で定義される2価の架橋基を表す、
(a)炭素数6〜20の分岐構造を有する鎖状アルキル鎖であり、該鎖状アルキル鎖が炭素数3〜12の直鎖の主鎖と、2〜4個の側鎖を有し、かつその側鎖の少なくとも1つが炭素数2〜10である架橋基、
又は、
(b)シクロ環上にメチル基を有してもよい、トリシクロデカンジメタノール又はペンタシクロペンタデカンジメタノール、から選ばれる少なくとも1種の架橋多環ジオールから、2つの水酸基を取り除いた2価の架橋基、
但し、Pが(b)の場合、Rは水素原子以外の基を表す。
27.Pが(a)で定義される2価の架橋基であり、側鎖の少なくとも2つが炭素数2〜10である架橋基である請求項26に記載の多価カルボン酸。
28.(a)で定義される2価の架橋基が、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールから、2個の水酸基を取り除いたアルキレン基である上記27に記載の多価カルボン酸。
29. Pが(b)で定義される2価の架橋基である上記26に記載の多価カルボン酸。
30. 式(1)におけるRがメチル基又はカルボキシル基である上記26に記載の多価カルボン酸。
本発明の式(1)の多価カルボン酸又は多価カルボン酸組成物はエポキシ樹脂の硬化能力に優れ、エポキシ樹脂の硬化剤として有用である。また、エポキシ樹脂に配合された該多価カルボン酸又は該多価カルボン酸組成物は、エポキシ樹脂を硬化させるのに通常採用される温度域での揮発が極めて少ない。その結果、取り扱い易く、硬化物の目的性能を安定して達成し得る。具体的には、透明度が高く、熱耐久性において優れるエポキシ樹脂硬化物を得ることができる。該熱耐久性としては、特に、耐リフロー性、光の透過率の保持率およびLEDの長期点灯における照度保持率等の光学特性の熱耐久性を挙げることができる。
本発明の多価カルボン酸は下記(1)で表される多価カルボン酸であり、本発明の多価カルボン酸組成物は、下記式(1)で表される多価カルボン酸を含むことを特徴とする。
Figure 0005713898

式中、Rはそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基又はカルボキシル基を表し、Pは下記(a)又は(b)で定義される2価の架橋基を表す、
(a)炭素数6〜20の分岐構造を有する鎖状アルキル鎖であり、該鎖状アルキル鎖が炭素数3〜12の直鎖の主鎖と、2〜4個の側鎖を有し、かつその側鎖の少なくとも1つが炭素数2〜10である架橋基、
又は、
(b)シクロ環上にメチル基を有してもよい、トリシクロデカンジメタノール又はペンタシクロペンタデカンジメタノール、から選ばれる少なくとも1種の架橋多環ジオールから、2つの水酸基を取り除いた2価の架橋基。
より具体的には、本発明の多価カルボン酸は式(1)で表され、Rが少なくとも1つはメチル基又はカルボキシル基の化合物、特に、2つのRがメチル基又はカルボキシル基である化合物がより好ましい。
本発明の多価カルボン酸組成物は上記式(1)で表される化合物を少なくとも二種を含むか、または、上記式(1)で表される化合物を少なくとも一種と飽和構造を有する酸無水物、好ましくはメチル基で置換されていてもよいC4〜C7シクロ環ジ、トリまたはテトラカルボン酸無水物、より好ましくはメチル基で置換されていてもよいC4〜C7シクロ環ジ、またはトリカルボン酸無水物を含む組成物である。
前記式(1)において、Pで表される架橋基は、上記(a)または(b)で定義される2価の架橋基であり、それらについて以下に具体的に説明する。
上記(a)で定義される2価の架橋基は、炭素数6〜20の分岐構造を有する2価のアルコール(ジオール)から、水酸基を除いた2価の鎖状アルキル鎖であり、ジオールの2個のアルコール性水酸基に挟まれたアルキル鎖を主鎖とし、該アルキル鎖から分岐したアルキル鎖(側鎖という)を有する構造である。該側鎖は、主鎖を構成するいずれの炭素原子から分岐していてもよく、例えばアルコール性水酸基が結合していた炭素原子(主鎖の末端炭素原子)から分岐している場合も含む。該構造を有する架橋基であれば何れでもよく、このような架橋基の具体例を下記式(a1)に示す。
式(a1)
Figure 0005713898
前記式中、*印で式(1)におけるPの両側の酸素原子と結合する。
上記(a)で定義されるアルキレン架橋基は、主鎖アルキレン基に対し、アルキル分岐鎖(側鎖)を有する構造であれば特に制限はないが、主鎖の炭素数が3以上の主鎖であり、少なくとも1個のアルキル側鎖を有するものが好ましく、またアルキル側鎖を2つ以上有するものが特に好ましい。より好ましいものとしては、炭素数3〜12の直鎖の主鎖と、2〜4個の側鎖を有し、かつその側鎖の少なくとも1つが炭素数2〜10である架橋基を挙げることができる。この場合、側鎖の少なくとも2つが炭素数2〜10である架橋基は更に好ましい。
上記(b)で定義される架橋基としては、下記式(b1)で表される2価の基を挙げることができる。
式(b1):
Figure 0005713898

式中、各構造式に複数存在するRは、それぞれ独立に、水素原子またはメチル基を表す。
これらの中で、Rが全て水素原子である架橋基が好ましい。
本発明の式(1)で表される多価カルボン酸は、前記式(1)のPに対応するジオール化合物と、C1〜CC6アルキル基、好ましくはメチル基、またはカルボキシル基で置換されていてもよいヘキサヒドロ無水フタル酸とを、付加反応させることにより、得ることができる。
また、本発明の多価カルボン酸組成物は、下記する製法により得ることができる。
本発明における、上記式(1)で表される多価カルボン酸を少なくとも2種含む多価カルボン酸組成物を得る方法としては、上記方法で得られた単一の式(1)で表される多価カルボン酸を少なくとも2種を混合する方法、または、上記の式(1)で表される多価カルボン酸を合成する際に、上記ヘキサヒドロ無水フタル酸として、少なくとも2種の混合物を使用するか、前記ジオールを2種使用して、付加反応を行う方法がある。
また、本発明における、前記式(1)で表される多価カルボン酸を少なくとも1種と、メチル基で置換されていてもよいC4〜C7シクロ環ジ、トリまたはテトラカルボン酸無水物の両者を含む多価カルボン酸組成物を得る方法としては、下記の方法を挙げることができる。
(1)、上記方法で得られた単一の式(1)で表される多価カルボン酸の少なくとも1種と、メチル基で置換されていてもよいC4〜C7シクロ環ジ、トリまたはテトラカルボン酸無水物とを混合する方法、または
(2)、式(1)で表される多価カルボン酸を合成する際に、一方の原料として用いるメチル基またはカルボキシル基で置換されていてもよいヘキサヒドロ無水フタル酸を、過剰に用いて、反応後の反応液中に、式(1)で表される多価カルボン酸と原料として用いた、上記無水フタル酸が共存するようにする方法である。
式(1)で表される多価カルボン酸の合成に用いる上記酸無水物としては、シクロヘキサン構造を有し、該シクロヘキサン環上にメチル基置換又はカルボキシル基置換を有し、又は無置換であり、シクロヘキサン環に結合した酸無水物基を分子内に1つ以上(好ましくは1つ)有する多価カルボン酸無水物を挙げることができる。具体的には1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸−1,2−無水物、4−メチルシクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸無水物、またはシクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸無水物などが挙げられる。
式(1)で表される多価カルボン酸の単一化合物を得るには上記無水物の何れか一種を用いて反応を行えばよい。
また、本発明の多価カルボン酸組成物を得るには、上記したようにこれらの酸無水物の少なくとも2種を用いて反応を行うのか、またはこれらの酸無水物の少なくとも1種を、前記ジオールに対して、過剰に用いて反応を行い、反応終了時に反応液中に酸無水物が含まれる様にするのが好ましい。
これらの酸無水物を少なくとも2種用いる場合、何れの2種であっても良いが、 本発明においては、光学特性から、C1〜C6アルキル基、好ましくはメチル基、または/およびカルボキシ置換ヘキサヒドロ無水フタル酸が好ましく、無置換ヘキサヒドロ無水フタル酸を、多くとも50重量%より少なく、好ましくは40重量%以下、より好ましくは35重量%以下、更に好ましくは30重量%以下となる様にするのが好ましい。
以下本明細書に置いて、%は特に断りの無い限り、重量%を意味する。
酸無水物を少なくとも2種用いる場合、メチル置換、または/およびカルボキシ置換ヘキサヒドロ無水フタル酸は、全酸無水物中、65%以上が好ましく、より好ましくは85%以上、特に好ましくは90%以上である。
式(1)で表される多価カルボン酸の合成に用いる上記原料のジオールとしては、架橋基Pの両末端に水酸基を付けたジオールを挙げることができる。
具体的には、(a)で定義される架橋基においては、総炭素数6〜20の分岐構造を有する鎖状アルキル鎖を有するジオールである。より具体的には炭素数3〜12の主鎖の両末端に水酸基を有し、該主鎖上に2〜4個の側鎖を有し、かつその側鎖の少なくとも1つが(好ましくは少なくとも2つが)炭素数2〜10であるジオールを挙げることができる。
より具体的な化合物としては前記式(a1)に記載した架橋基において、*印の位置にヒドロキシル基が結合した化合物を挙げることができる。
原料として使用するジオールの中で、少なくとも2個の側鎖を有し、該側鎖の中で少なくとも2個が炭素数2〜4の側鎖であるジオールが好ましい。
このような骨格の中で特に好ましいジオールとしては2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、2−エチル−2−ブチルー1,3−プロパンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオールなどが挙げられ、特に2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールが好ましい。
また、式(1)において前記(b)で定義される架橋基の場合の、架橋多環ジオールとしては、トリシクロデカン構造、ペンタシクロペンタデカン構造を主骨格とするジオール類であり、下記式(b2)で表される。
Figure 0005713898

式中、複数存在するRはそれぞれ独立して、水素原子、もしくはメチル基を表す。
具体的にはトリシクロデカンジメタノール、メチルトリシクロデカンジメタノール、ペンタシクロペンタデカンジメタノールなどが挙げられる。
酸無水物とジオールの反応としては一般に酸や塩基を触媒とする付加反応であるが、本発明においては特に無触媒での反応が好ましい。
触媒を用いる場合、使用しうる触媒としては、例えば塩酸、硫酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、硝酸、トリフルオロ酢酸、トリクロロ酢酸等の酸性化合物、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等の金属水酸化物、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン等のアミン化合物、ピリジン、ジメチルアミノピリジン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン、イミダゾール、トリアゾール、テトラゾール等の複素環式化合物、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルエチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルプロピルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルブチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルセチルアンモニウムヒドロキシド、トリオクチルメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラメチルアンモニウムクロリド、テトラメチルアンモニウムブロミド、テトラメチルアンモニウムヨージド、テトラメチルアンモニウムアセテート、トリオクチルメチルアンモニウムアセテート等の4級アンモニウム塩等が挙げられる。これらの触媒は1種又は2種以上を混合して用いても良い。これらの中で、トリエチルアミン、ピリジン、ジメチルアミノピリジンが好ましい。
触媒の使用量には、特に制限はないが、原料の総重量100重量部に対して、通常0.001〜5重量部を、必要により使用するのが好ましい。
本反応においては無溶剤での反応が好ましいが、有機溶剤を使用しても構わない。有機溶剤の使用量としては、反応基質である前記酸無水物と前記ジオールの総量1部に対し、重量比で0.005〜1部であり、好ましくは0.005〜0.7部、より好ましくは0.005〜0.5部(すなわち50重量%以下)である。有機溶剤の使用量が上記反応基質1重量部に対して、重量比で1部を超える場合、反応の進行が極度に遅くなることから好ましくない。使用できる有機溶剤の具体的な例としてはヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン等のアルカン類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素化合物、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、アノン等のケトン類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、酢酸エチル、酢酸ブチル、蟻酸メチルなどのエステル化合物などが使用できる。
本反応は20℃程度の温度でも十分に反応は進行する。反応時間の問題から反応温度は30〜200℃が好ましく、より好ましくは40〜200℃、特に好ましくは40〜150℃である。特に本反応を無溶剤で行う場合は、酸無水物の揮発があるため、100℃以下での反応が好ましく、30〜100℃または40〜100℃での反応が特に好ましい。
前記酸無水物と前記ジオールとの反応比率は理論的には等モルでの反応が好ましいが、必要に応じて変更可能である。すなわち、後述するが、本発明のエポキシ樹脂用硬化剤組成物として使用される本発明の多価カルボン酸組成物において、液状の硬化剤として使用する式(1)の多価カルボン酸と前記酸無水物を含む組成物の場合、特に式(1)の多価カルボン酸の合成に用いる酸無水物と、該多価カルボン酸組成物に配合する酸無水物とが同じである場合は、製造時に前記ジオールに対して過剰の前記酸無水物中で反応を行い、該酸無水物と該ジオールの反応が終了した時点で該酸無水物と前記式(1)の多価カルボン酸との混合物(液状の硬化剤組成物)とすることもできる。
反応させる際の具体的な両者の仕込み比率としては、その官能基当量で、該酸無水物基1当量に対して、該ジオールを、その水酸基当量で、0.001〜2当量、より好ましくは0.01〜1.5当量、さらに好ましくは0.01〜1.1当量となる割合で仕込むのが好ましい。前述のように硬化剤組成物を製造する場合には、該ジオールを、その水酸基当量で、通常0.01〜0.7当量、好ましくは0.01〜0.5当量の範囲で使用する。
反応時間は反応温度、触媒量等にもよるが、工業生産という観点から、長時間の反応は多大なエネルギーを消費することになるため好ましくはない。また短すぎる反応時間はその反応が急激であることを意味し、安全性の面から好ましく無い。好ましい範囲としては1〜48時間、好ましくは1〜36時間、より好ましくは1〜24時間、更に好ましくは2〜10時間程度である。
反応終了後、触媒を用いた場合は、それぞれ中和、水洗、吸着などによって触媒の除去を行い、溶剤を留去することで目的とする多価カルボン酸が得られる。また無触媒での反応においては必要に応じて溶剤を留去、さらに無溶剤、無触媒の場合はそのまま取り出すことで製品とすることができる。
最も好適な製造方法としては、前記酸無水物、前記ジオールを、無触媒、無溶剤の条件下、40〜150℃で反応させ、反応終了後、そのまま取り出すという手法である。
このようにして得られる前記式(1)で表される多価カルボン酸または該多価カルボン酸を含む組成物は、通常、無色〜淡黄色の固形の樹脂状または液状を示す(場合によっては結晶化する)。
通常、式(1)の架橋基Pが、(a)で定義される側鎖を有するアルキレン基である場合、無色〜淡黄色の固形の樹脂状を示す。式(1)の架橋基Pが、(a)で定義される架橋多環ジオールから水酸基を除いた2価の架橋基の場合、および(a)で定義される架橋基の場合でも、過剰の酸無水物中で反応させた場合、反応生成物の場合、その形状は通常は液状を示す。
式(1)の架橋基Pが(b)で定義される架橋基の場合、置換基Rの全てが水素原子の多価カルボン酸は、硬化時の着色が見られ、特に厳しい光学用途には好適ではない。Rがメチル基またはカルボキシル基の化合物ではそのような着色は少なく、その光学特性が向上する。
前記式(1)の(a)で定義される架橋基の化合物においても、Rがメチル基またはカルボキシル基の化合物の場合の方が、光学特性が向上し、好ましい。
すなわち、本発明の多価カルボン酸組成物として、好ましくはRがメチル基もしくはカルボキシル基、又は両者を有する式(1)の多価カルボン酸を含む組成物が好ましい。該多価カルボン酸を2種以上含む多価カルボン酸組成物の場合、少なくともRが水素原子でない式(1)の多価カルボン酸(Rが前記アルキル基、好ましくはメチル基、又はカルボキシル基の多価カルボン酸)、を、多価カルボン酸の総量に対して、50モル%以上含む組成物が好ましい。より好ましくは、Rが水素原子でない式(1)の多価カルボン酸を70モル%以上、最も好ましくは90モル%以上含む多価カルボン酸組成物が好ましい。残部が、Rが水素原子である式(1)の多価カルボン酸である。
本発明の式(1)で表される多価カルボン酸、好ましくはRが水素原子以外の基、より好ましくはメチル基又はカルボキシル基である多価カルボン酸、またはそれを含む本発明の多価カルボン酸組成物は透明性に優れ、エポキシ樹脂の硬化剤、塗料、接着剤、成形品、半導体、光半導体の封止材用樹脂、光半導体のダイボンド材用樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂などの原料や改質剤、可塑剤や潤滑油原料、医農薬中間体、塗料用樹脂の原料、トナー用樹脂として有用である。とりわけ本発明の多価カルボン酸組成物を、エポキシ樹脂の硬化剤として用いた場合、硬化能に優れ、その硬化物は透明度において優れている。従って、本発明の多価カルボン酸組成物は高輝度の白色LEDおよび他の光半導体の封止に用いられるエポキシ樹脂用硬化剤として極めて有用である。
次に、本発明の多価カルボン酸組成物の中、液状硬化剤として使用する場合の、式(1)の多価カルボン酸と酸無水物を含む本発明の多価カルボン酸組成物について説明する。
好ましい該多価カルボン酸組成物は、式(1)の多価カルボン酸とメチル基で置換されていてもよいC4〜C7シクロ環ジ、トリまたはテトラカルボン酸無水物を含み、両者の割合が、式(1)の多価カルボン酸1重量部に対して、該酸無水物が0.1〜10重量部、好ましくは、0.5〜8重量部、より好ましくは1〜8重量部の割合である。
この多価カルボン酸組成物は、含まれる上記酸無水物が、式(1)の多価カルボン酸を製造する際に使用する酸無水物と同じ時は、前記したように、式(1)の多価カルボン酸を製造する際、原料として使用する酸無水物を、原料として使用するジオールに対して、反応後に残る酸無水物が上記の範囲になるように、過剰に用いて製造することにより、得られる反応液は、そのまま、本発明の多価カルボン酸組成物として使用することが出来るので好ましい。
また、該多価カルボン酸組成物の他の製造方法としては、前記で得られた式(1)の多価カルボン酸と上記メチル基で置換されていてもよいC4〜C7シクロ環ジ、トリまたはテトラカルボン酸無水物を上記の割合で均一に溶解混合することにより得ることができる。
この多価カルボン酸組成物に含まれる式(1)の多価カルボン酸としては、1種でも、2種以上の複数であってももよい。含まれる式(1)の多価カルボン酸が、1種の場合、式(1)の多価カルボン酸は、前記したように、Rがメチル基またはカルボキシル基の化合物が好ましい。また、式(1)の多価カルボン酸を複数種を含む場合は、該多価カルボン酸の総量に対して、式(1)におけるRがメチル基またはカルボキシル基の多価カルボン酸が50モル%以上、好ましくは65モル%以上含まれる方が好ましい。
上記メチル基で置換されていてもよいC4〜C7シクロ環ジ、トリまたはテトラカルボン酸無水物としてはC4〜C7シクロ環上に、カルボキシ基を2〜4個、好ましくは2〜3個有する多価カルボン酸の酸無水であれば特に支障は無い。具体的にはヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、ブタンテトラカルボン酸無水物、ビシクロ[2,2,1]ヘプタン−2,3−ジカルボン酸無水物、メチルビシクロ[2,2,1]ヘプタン−2,3−ジカルボン酸無水物、シクロヘキサン−1,2,4−トリカルボン酸−1,2−無水物などが挙げられる。好ましいものとしてはメチル基またはカルボキシ基で置換されていてもよいシクロヘキサンジカルボン酸無水物(メチル基またはカルボキシ基で置換されていてもヘキサヒドロ無水フタル酸)が好ましい。それらとしては、例えば、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、またはシクロヘキサン−1,2,4−トリカルボン酸−1,2−無水物等を挙げることができる。
この多価カルボン酸組成物において、式(1)の多価カルボン酸の占める好ましい割合は、前記酸無水物と該多価カルボン酸の合計重量に対し、20〜80重量%、より好ましくは30〜75重量%である。
次に、本発明のエポキシ樹脂用硬化剤について説明する。
本発明のエポキシ樹脂用硬化剤は式(1)の多価カルボン酸、又は、該多価カルボン酸と酸無水物を含む硬化剤である。式(1)の好ましい多価カルボン酸としては、Rが水素原子以外の多価カルボン酸、より好ましくはRがメチル基又はカルボキシル基である多価カルボン酸、特に全てのRがメチル基又はカルボキシル基である多価カルボン酸を挙げることができる。
式(1)の多価カルボン酸をエポキシ樹脂の硬化剤、特に液状硬化剤として使用する場合、液状の酸無水物と混合し、液状の本発明の多価カルボン酸組成物とするのが好ましい。該液状の組成物は、本発明のエポキシ樹脂用硬化剤組成物として好適に使用することができる。使用できる液状の酸無水物としては、その構造に芳香環を有しない、飽和環構造を有する酸無水物が好ましい。具体的には上記、本発明の多価カルボン酸組成物の個所で酸無水物を挙げることができる。また、配合割合等も同所で説明した範囲が好ましい。従って、上記した式(1)の多価カルボン酸と酸無水物を含む本発明の多価カルボン酸組成物は、そのまま、本発明のエポキシ樹脂用硬化剤組成物として使用することが出来る。
本硬化剤中には以下に記載する硬化触媒、添加剤、無機充填材等を同時に含有しても構わない。
以下、式(1)の多価カルボン酸、又は本発明のエポキシ樹脂用硬化剤を含む本発明の硬化性樹脂組成物について記載する。
本発明の硬化性樹脂組成物はエポキシ樹脂を必須成分として含有する。
本発明の硬化性樹脂組成物において使用できるエポキシ樹脂としては、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂などが挙げられる。具体的には、ビスフェノールA、ビスフェノールS、チオジフェノール、フルオレンビスフェノール、テルペンジフェノール、4,4’−ビフェノール、2,2’−ビフェノール、3,3’,5,5’−テトラメチル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジオール、ハイドロキノン、レゾルシン、ナフタレンジオール、トリス−(4−ヒドロキシフェニル)メタン、1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、フェノール類(フェノール、アルキル置換フェノール、ナフトール、アルキル置換ナフトール、ジヒドロキシベンゼン、ジヒドロキシナフタレン等)とホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、p−ヒドロキシベンズアルデヒド、o−ヒドロキシベンズアルデヒド、p−ヒドロキシアセトフェノン、o−ヒドロキシアセトフェノン、ジシクロペンタジエン、フルフラール、4,4’−ビス(クロルメチル)−1,1’−ビフェニル、4,4’−ビス(メトキシメチル)−1,1’−ビフェニル、1,4−ビス(クロロメチル)ベンゼン、1,4−ビス(メトキシメチル)ベンゼン等との重縮合物及びこれらの変性物、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、アルコール類から誘導されるグリシジルエーテル化物、脂環式エポキシ樹脂、グリシジルアミン系エポキシ樹脂、グリシジルエステル系エポキシ樹脂、シルセスキオキサン系のエポキシ樹脂(鎖状、環状、ラダー状、あるいはそれら少なくとも2種以上の混合構造のシロキサン構造にグリシジル基、および/またはエポキシシクロヘキサン構造を有するエポキシ樹脂)等の固形または液状エポキシ樹脂が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
特に本発明の硬化性樹脂組成物を光学用途に用いる場合、エポキシ樹脂としては脂環式エポキシ樹脂又は/及びエポキシ基含有シリコーン樹脂(好ましくはシルセスキオキサン構造のエポキシ樹脂)が好ましく、特に両者の併用が好ましい。特に脂環式エポキシ樹脂の場合、骨格にエポキシシクロヘキサン構造を有する化合物が好ましく、シクロヘキセン構造を有する化合物の酸化反応により得られるエポキシ樹脂が特に好ましい。
これら脂環式エポキシ樹脂としては、シクロヘキセンカルボン酸とアルコール類とのエステル化反応あるいはシクロヘキセンメタノールとカルボン酸類とのエステル化反応(Tetrahedron vol.36 p.2409 (1980)、Tetrahedron Letter p.4475 (1980)等に記載の手法)、あるいはシクロヘキセンアルデヒドのティシェンコ反応(特開2003−170059号公報、特開2004−262871号公報等に記載の手法)、さらにはシクロヘキセンカルボン酸エステルのエステル交換反応(特開2006−052187号公報等に記載の手法)によって製造できる化合物を酸化した物などが挙げられる。
アルコール類としては、アルコール性水酸基を有する化合物であれば特に限定されないがエチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノールなどのジオール類、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、トリメチロールブタン、2−ヒドロキシメチル−1,4−ブタンジオールなどのトリオール類、ペンタエリスリトールなどのテトラオール類などが挙げられる。またカルボン酸類としてはシュウ酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、イソフタル酸、アジピン酸、シクロヘキサンジカルボン酸などが挙げられるがこれに限らない。
さらには、シクロヘキセンアルデヒド誘導体と、アルコール体とのアセタール反応によるアセタール化合物が挙げられる。反応手法としては一般のアセタール化反応を応用すれば製造でき、例えば、反応媒体にトルエン、キシレンなどの溶媒を用いて共沸脱水しながら反応を行う方法(米国特許第2945008号公報)、濃塩酸に多価アルコールを溶解した後アルデヒド類を徐々に添加しながら反応を行う方法(特開昭48−96590号公報)、反応媒体に水を用いる方法(米国特許第3092640号公報)、反応媒体に有機溶媒を用いる方法(特開平7−215979号公報)、固体酸触媒を用いる方法(特開2007−230992号公報)等が開示されている。構造の安定性から環状アセタール構造が好ましい。
また、ビニルシクロヘキセンやリモネン、ジシクロペンタジエン、トリシクロペンタジエン、メチルジシクロペンタジエン、ビシクロヘキセン、オクタジエン等の脂環式多価オレフィンを酸化した物などが挙げられる。
これらエポキシ樹脂の具体例としては、ERL−4221、ERL−4299(全て商品名、いずれもダウ・ケミカル製)、エポリードGT401、EHPE3150、EHPE3150CE(全て商品名、いずれもダイセル化学工業製)及びジシクロペンタジエンジエポキシドなどが挙げられるがこれらに限定されるものではない(参考文献:総説エポキシ樹脂 基礎編I p76−85)。 これらは単独で用いてもよく、2種以上併用してもよい。
好ましい脂環式エポキシ樹脂としては、メチル基を有しても良いエポキシシクロヘキサン基が、例えば、−COO−CH2−、−COO−(C3〜C8の2価の飽和脂肪族基)−COO−、−CH2−COO−(C3〜C8の2価の飽和脂肪族基)−COO−又は−CH2−COO−(C3〜C8の2価の飽和脂肪族基)−COO−CH2−等の架橋基で結合した2官能エポキシ樹脂が好ましい。
エポキシ基含有シリコーン樹脂としては、シルセスキオキサン構造のエポキシ樹脂が好ましい。シルセスキオキサン構造のエポキシ樹脂としてはエポキシシクロヘキサン構造を有するオルガノポリシロキサンが好ましい。より好ましくは重量平均分子量が1000以上、20,000以下、好ましくは1000以上で10,000以下のエポキシ基含有シリコーン樹脂、更に好ましくはエポキシシクロヘキサン構造を有するオルガノポリシロキサンを挙げることができる。
本発明においては特にエポキシシクロヘキシル基を有するアルコキシシランを原料に用いるゾル−ゲル反応により得られる化合物が挙げられる。
具体的には特開2004−256609号公報、特開2004−346144号公報、国際公開第2004/072150号、特開2006−8747号公報、国際公開第2006/003990号、特開2006−104248号公報、国際公開第2007/135909号、特開2004−10849号公報、特開2004−359933号公報、国際公開第2005/100445号、特開2008−174640号公報などに記載の三次元に広がる網の目状の構造を有したシルセスキオキサンタイプのオルガノポリシロキサンが挙げられる。
シルセスキオキサン構造については特に限定されないが、単純な三次元網目構造のシロキサン化合物では硬すぎるため、硬さを緩和する構造が望まれる。
本発明においては特にシリコーンセグメントとゾル−ゲル反応により得られる前述のシルセスキオキサン構造とを1分子中に有するブロック構造体が好ましい。このような化合物の製造法としては国際公開第2010/026714号に記載されているような製造方法および構造が挙げられる。
本発明の硬化性樹脂組成物において、式(1)の多価カルボン酸(もしくは硬化剤組成物)は他の硬化剤と併用しても構わない。併用する場合、式(1)の多価カルボン酸の全硬化剤中に占める割合は20重量%以上が好ましく、特に30重量%以上が好ましい。
式(1)の多価カルボン酸に併用しうる硬化剤としては、例えばアミン系化合物、不飽和環構造を有する酸無水物系化合物、アミド系化合物、フェノール系化合物、カルボン酸系化合物などが挙げられる。用いうる硬化剤の具体例としては、ジアミノジフェニルメタン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ジアミノジフェニルスルホン、イソホロンジアミン、ジシアンジアミド、リノレン酸の2量体とエチレンジアミンより合成されるポリアミド樹脂、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水マレイン酸、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、無水メチルナジック酸、無水ナジック酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、ブタンテトラカルボン酸無水物、ビシクロ[2,2,1]ヘプタン−2,3−ジカルボン酸無水物、メチルビシクロ[2,2,1]ヘプタン−2,3−ジカルボン酸無水物、シクロヘキサン−1,3,4−トリカルボン酸−3,4−無水物、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、フルオレンビスフェノール、テルペンジフェノール、4,4’−ビフェノール、2,2’−ビフェノール、3,3’,5,5’−テトラメチル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジオール、ハイドロキノン、レゾルシン、ナフタレンジオール、トリス−(4−ヒドロキシフェニル)メタン、1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、フェノール類(フェノール、アルキル置換フェノール、ナフトール、アルキル置換ナフトール、ジヒドロキシベンゼン、ジヒドロキシナフタレン等)とホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、p−ヒドロキシベンズアルデヒド、o−ヒドロキシベンズアルデヒド、p−ヒドロキシアセトフェノン、o−ヒドロキシアセトフェノン、ジシクロペンタジエン、フルフラール、4,4’−ビス(クロロメチル)−1,1’−ビフェニル、4,4’−ビス(メトキシメチル)−1,1’−ビフェニル、1,4’−ビス(クロロメチル)ベンゼン、1,4’−ビス(メトキシメチル)ベンゼン等との重縮合物及びこれらの変性物、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、イミダゾール、トリフルオロボラン−アミン錯体、グアニジン誘導体、テルペンとフェノール類の縮合物などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらは単独で用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
本発明の硬化性樹脂組成物において硬化剤とエポキシ樹脂の比率は、全エポキシ樹脂のエポキシ基1当量に対して0.5〜1.5当量(カルボン酸を1官能、酸無水物を1官能と考える)が好ましく、特に好ましくは0.5〜1.2当量である。エポキシ基1当量に対して、0.5当量に満たない場合、あるいは1.5当量を超える場合、いずれも硬化が不完全となり良好な硬化物性が得られない恐れがある。
本発明の硬化性樹脂組成物においては、硬化剤とともに硬化促進剤を併用しても差し支えない。用い得る硬化促進剤の具体例としては、2−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、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−4−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾール、2,4−ジアミノ−6(2'−メチルイミダゾール(1'))エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6(2'−ウンデシルイミダゾール(1'))エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6(2'−エチル,4−メチルイミダゾール(1'))エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6(2'−メチルイミダゾール(1'))エチル−s−トリアジン・イソシアヌル酸付加物、2-メチルイミダゾールイソシアヌル酸の2:3付加物、2−フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、2−フェニル−3,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4−ヒドロキシメチル−5−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニル−3,5−ジシアノエトキシメチルイミダゾールの各種イミダゾール類、及び、それらイミダゾール類とフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、ナフタレンジカルボン酸、マレイン酸、蓚酸等の多価カルボン酸との塩類、ジシアンジアミド等のアミド類、1,8−ジアザ−ビシクロ(5.4.0)ウンデセン−7等のジアザ化合物及びそれらのテトラフェニルボレート、フェノールノボラック等の塩類、前記多価カルボン酸類、又はホスフィン酸類との塩類、テトラブチルアンモニウムブロマイド、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド、トリオクチルメチルアンモニウムブロマイド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムヒドロキシド等の4級アンモニウム塩(好ましくはC1〜C20アルキルアンモニウム塩、トリフェニルホスフィン、トリ(トルイル)ホスフィン、テトラフェニルホスホニウムブロマイド、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類やホスホニウム化合物、2,4,6−トリスアミノメチルフェノール等のフェノール類、アミンアダクト、オクチル酸スズ等の金属化合物等、及びこれら硬化促進剤をマイクロカプセルにしたマイクロカプセル型硬化促進剤等が挙げられる。これら硬化促進剤のどれを用いるかは、例えば透明性、硬化速度、作業条件といった得られる透明樹脂組成物に要求される特性によって適宜選択される。本発明において好ましいものとしては、ホスホニウム化合物(より好ましくは4級ホスホニウム)又は4級アンモニウムが挙げられる。
硬化促進剤は、エポキシ樹脂100重量部に対し通常0.001〜15重量部、好ましくは0.01〜5重量部、より好ましくは0.05〜1重量部の範囲で使用される。
本発明の硬化性樹脂組成物には、リン含有化合物を難燃性付与成分として含有させることもできる。リン含有化合物としては反応型のものでも添加型のものでもよい。リン含有化合物の具体例としては、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリクレジルホスフェート、トリキシリレニルホスフェート、クレジルジフェニルホスフェート、クレジル−2,6−ジキシリレニルホスフェート、1,3−フェニレンビス(ジキシリレニルホスフェート)、1,4−フェニレンビス(ジキシリレニルホスフェート)、4,4'−ビフェニル(ジキシリレニルホスフェート)等のリン酸エステル類;9,10−ジヒドロ−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン−10−オキサイド、10(2,5−ジヒドロキシフェニル)−10H−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン−10−オキサイド等のホスファン類;エポキシ樹脂と前記ホスファン類の活性水素とを反応させて得られるリン含有エポキシ化合物、赤リン等が挙げられるが、リン酸エステル類、ホスファン類またはリン含有エポキシ化合物が好ましく、1,3−フェニレンビス(ジキシリレニルホスフェート)、1,4−フェニレンビス(ジキシリレニルホスフェート)、4,4'−ビフェニル(ジキシリレニルホスフェート)、4,4´−ブチリデンビス(3−メチル−6−tert−ブチルフェニル−ジ−トリデシルホスファイト)またはリン含有エポキシ化合物が特に好ましい。リン含有化合物の含有量はリン含有化合物/全エポキシ樹脂=0.1〜0.6(重量比)が好ましい。0.1以下では難燃性が不十分であり、0.6以上では硬化物の吸湿性、誘電特性に悪影響を及ぼす懸念がある。
さらに本発明の硬化性樹脂組成物には、必要に応じて酸化防止剤を添加しても構わない。使用できる酸化防止剤としては、フェノール系、イオウ系、リン系酸化防止剤が挙げられる。酸化防止剤は単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。酸化防止剤の使用量は、本発明の硬化性樹脂組成物中の樹脂成分に対して100重量部に対して、通常0.008〜1重量部、好ましくは0.01〜0.5重量部である。
酸化防止剤としては、例えば、フェノール系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤、リン系酸化防止剤などが挙げられる。フェノール系酸化防止剤の具体例として、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール、ブチル化ヒドロキシアニソール、2,6−ジ−t−ブチル−p−エチルフェノール、ステアリル−β−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、イソオクチル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、2,4−ビス−(n−オクチルチオ)−6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−ブチルアニリノ)−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス[(オクチルチオ)メチル]−o−クレゾール、等のモノフェノール類;2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,2’−メチレンビス(4−エチル−6−t−ブチルフェノール)、4,4’−チオビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、4,4’−ブチリデンビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、トリエチレングリコール−ビス[3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、1,6−ヘキサンジオール−ビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、N,N’−ヘキサメチレンビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナマミド)、2,2−チオ−ジエチレンビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジルフォスフォネート−ジエチルエステル、3,9−ビス[1,1−ジメチル−2−{β−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニルオキシ}エチル]2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン、ビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジルスルホン酸エチル)カルシウム等のビスフェノール類;1,1,3−トリス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−t−ブチルフェニル)ブタン、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、テトラキス−[メチレン−3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン、ビス[3,3’−ビス−(4’−ヒドロキシ−3’−t−ブチルフェニル)ブチリックアシッド]グリコールエステル、トリス−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−イソシアヌレイト、1,3,5−トリス(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシベンジル)−S−トリアジン−2,4,6−(1H,3H,5H)トリオン、トコフェノール等の高分子型フェノール類が例示される。
イオウ系酸化防止剤の具体例として、ジラウリル−3,3’−チオジプロピオネート、ジミリスチル−3,3’−チオジプロピオネート、ジステアリルル−3,3’−チオジプロピオネート等が例示される。
リン系酸化防止剤の具体例として、トリフェニルホスファイト、ジフェニルイソデシルホスファイト、フェニルジイソデシルホスファイト、トリス(ノニルフェニル)ホスファイト、ジイソデシルペンタエリスリトールホスファイト、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト、サイクリックネオペンタンテトライルビス(オクタデシル)ホスファイト、サイクリックネオペンタンテトライルビ(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト、サイクリックネオペンタンテトライルビ(2,4−ジ−t−ブチル−4−メチルフェニル)ホスファイト、ビス[2−t−ブチル−6−メチル−4−{2−(オクタデシルオキシカルボニル)エチル}フェニル]ヒドロゲンホスファイト等のホスファイト類;9,10−ジヒドロ−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン−10−オキサイド、10−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−9,10−ジヒドロ−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン−10−オキサイド、10−デシロキシ−9,10−ジヒドロ−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン−10−オキサイド等のオキサホスファフェナントレンオキサイド類などが例示される。
これらの酸化防止剤はそれぞれ単独で使用できるが、2種以上を組み合わせて併用しても構わない。特に本発明においてはリン系の酸化防止剤が好ましい。
さらに本発明の硬化性樹脂組成物には、必要に応じて光安定剤を添加しても構わない。
光安定剤としては、ヒンダートアミン系の光安定剤、特にヒンダートアミン類光安定剤(HALS)等が好適である。HALSとしては特に限定されるものではないが、代表的なものとしては、ジブチルアミン・1,3,5−トリアジン・N,N’―ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル−1,6−ヘキサメチレンジアミンとN−(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)ブチルアミンの重縮合物、コハク酸ジメチル−1−(2−ヒドロキシエチル)−4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン重縮合物、ポリ〔{6−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)アミノ−1,3,5−トリアジン−2,4−ジイル}{(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ}ヘキサメチレン{(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ}〕、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)〔〔3,5−ビス(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドリキシフェニル〕メチル〕ブチルマロネート、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート(後記L1)、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバケート、ビス(1−オクチロキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、2−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−2−n−ブチルマロン酸ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)、等が挙げられる。HALSは1種のみが用いられても良いし、2種類以上が併用されても良い。
さらに本発明の硬化性樹脂組成物には、必要に応じてバインダー樹脂を配合することも出来る。バインダー樹脂としてはブチラール系樹脂、アセタール系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ−ナイロン系樹脂、NBR−フェノール系樹脂、エポキシ−NBR系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。バインダー樹脂の配合量は、硬化物の難燃性、耐熱性を損なわない範囲であることが好ましく、樹脂成分100重量部に対して通常0.05〜50重量部、好ましくは0.05〜20重量部が必要に応じて用いられる。
本発明の硬化性樹脂組成物には、必要に応じて無機充填剤を添加することができる。無機充填剤としては、結晶シリカ、溶融シリカ、アルミナ、ジルコン、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素、ジルコニア、フォステライト、ステアタイト、スピネル、チタニア、タルク等の粉体またはこれらを球形化したビーズ等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらは単独で用いてもよく、2種以上を用いてもよい。これら無機充填剤の含有量は、本発明の硬化性樹脂組成物中において0〜95重量%を占める量が用いられる。
更に本発明の硬化性樹脂組成物には、シランカップリング剤、ステアリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の離型剤、カルボン酸亜鉛(2−エチルヘキサン酸亜鉛、ステアリン酸亜鉛、ベヘン酸亜鉛、ミスチリン酸亜鉛)やリン酸エステル亜鉛(オクチルリン酸亜鉛、ステアリルリン酸亜鉛等)等の亜鉛化合物(金属石鹸)、界面活性剤、染料、顔料、紫外線吸収剤等の種々の配合剤、各種熱硬化性樹脂を添加することができる。
好ましい硬化性樹脂組成物としては下記の樹脂組成物をげることができる。
(i) エポキシ樹脂を、硬化性樹脂組成物の総量に対して、10〜90重量%含み、硬化剤組成物を、該エポキシ樹脂のエポキシ基1当量に対して、硬化剤組成物の官能基当量で、0.5〜1.5当量含む組成物を挙げることができる。該樹脂組成物は、更に、硬化促進剤を、エポキシ樹脂100重量部に対して、0.01〜15重量部の割合で含んでもよい。通常は該硬化促進剤を含むのが好ましい。
(ii) エポキシ樹脂として、前記脂環式エポキシ樹脂又はエポキシシクロヘキサン構造を有するオルガノポリシロキサン(好ましくは重量平均分子量が1000〜20,000程度、好ましくは1000〜10,000程度であるエポキシオルガノポリシロキサン)である上記(i)に記載の硬化性樹脂組成物。
(iii) 脂環式エポキシ樹脂がエポキシシクロヘキサン構造を有する脂環式エポキシ化合物である上記(i) 又は(ii) に記載の硬化性樹脂組成物。
(iv) 脂環式エポキシ樹脂がメチル基を有しても良いエポキシシクロヘキサン基が、例えば、−COO−CH2−、−COO−(C3〜C8の2価の飽和脂肪族基)−COO−、−CH2−COO−(C3〜C8の2価の飽和脂肪族基)−COO−又は−CH2−COO−(C3〜C8の2価の飽和脂肪族基)−COO−CH2−等の架橋基で結合した2官能エポキシ樹脂である上記上記(ii) 又は(iii) に記載の硬化性樹脂組成物。
(v) 硬化剤が式(1)の多価カルボン酸、又は、前記1.前記10.に記載の多価カルボン酸組成物である上記(i) 〜 (iv) の何れか一項に記載の硬化性樹脂組成物。
(vi) 硬化剤が式(1)の多価カルボン酸、又は前記11.に記載の多価カルボン酸組成物含む硬化剤である上記(i)〜(iv) の何れか一項に記載の硬化性樹脂組成物。
(vii) 硬化剤組成物が前記11.に記載の多価カルボン酸組成物である上記(i)〜(v) の何れか一項に記載の硬化性樹脂組成物。
(viii) 硬化剤組成物が前記13.に記載の硬化剤組成物である上記(i) 〜(vi) の何れか一項に記載の硬化性樹脂組成物。
(ix) 硬化剤が式(1)の多価カルボン酸を含むか前記14.に記載の硬化剤を含むものである上記(i) 〜(viii) の何れか一項に記載の硬化性樹脂組成物。
(x) 該硬化促進剤がホスホニウム化合物(より好ましくは4級ホスホニウム)又は4級アンモニウムである上記(i) 〜(ix) の何れか一項に記載の硬化性樹脂組成物。
(xi)式(1)のRがメチル基又はカルボキシル基である上記(i) 〜(ix) の何れか一項に記載の硬化性樹脂組成物。
本発明の硬化性樹脂組成物を光半導体封止剤に使用する場合、必要に応じて、蛍光体を添加することができる。蛍光体は、例えば、青色LED素子から発せられた青色光の一部を吸収し、波長変換された黄色光を発することにより、白色光を形成する作用を有するものである。蛍光体を、硬化性樹脂組成物に予め分散させておいてから、光半導体を封止する。蛍光体としては特に制限がなく、従来公知の蛍光体を使用することができ、例えば、希土類元素のアルミン酸塩、チオ没食子酸塩、オルトケイ酸塩等が例示される。より具体的には、YAG蛍光体、TAG蛍光体、オルトシリケート蛍光体、チオガレート蛍光体、硫化物蛍光体等の蛍光体が挙げられ、YAlO3:Ce、Y3Al5O12:Ce、Y4Al2O9:Ce、Y2O2S:Eu、Sr5(PO4)3Cl:Eu、(SrEu)O・Al2O3などが例示される。係る蛍光体の粒径としては、この分野で公知の粒径のものが使用されるが、平均粒径としては、1〜250μm、特に2〜50μmが好ましい。これらの蛍光体を使用する場合、その添加量は、その樹脂成分に対して100重量部に対して、1〜80重量部、好ましくは、5〜60重量部が好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物は、各成分を均一に混合することにより得られる。本発明の硬化性樹脂組成物は従来知られている方法と同様の方法で容易にその硬化物とすることができる。例えば本発明のエポキシ樹脂と硬化剤並びに必要により硬化促進剤、リン含有化合物、バインダー樹脂、無機充填材及び配合剤とを必要に応じて押出機、ニーダ、ロール等を用いて均一になるまで充分に混合して硬化性樹脂組成物を得、その硬化性樹脂組成物を液状である場合はポッティングやキャスティング、基材に含浸、金型に硬化性樹脂組成物を流し込み注型し、加熱により硬化、また固形の場合、溶融後注型、あるいはトランスファー成型機などを用いて成型し、さらに加熱により硬化するという手法が挙げられる。硬化温度、時間としては80〜200℃で2〜10時間である。硬化方法としては高温で一気に固めることもできるが、ステップワイズに昇温し硬化反応を進めることが好ましい。具体的には80〜150℃の間で初期硬化を行い、100℃〜200℃の間で後硬化を行う。硬化の段階としては2〜8段階に分けて昇温するのが好ましく、より好ましくは2〜4段階である。
また本発明の硬化性樹脂組成物をトルエン、キシレン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等の溶剤に溶解させ、硬化性樹脂組成物ワニスとし、ガラス繊維、カ−ボン繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アルミナ繊維、紙などの基材に含浸させて加熱乾燥して得たプリプレグを熱プレス成形することにより、本発明の硬化性樹脂組成物Aの硬化物とすることができる。この際の溶剤は、本発明の硬化性樹脂組成物と該溶剤の混合物中で通常10〜70重量%、好ましくは15〜70重量%を占める量を用いる。また液状組成物のままRTM方式でカーボン繊維を含有するエポキシ樹脂硬化物を得ることもできる。
また本発明の硬化性樹脂組成物をフィルム型組成物の改質剤としても使用できる。具体的にはB−ステージにおけるフレキ性等を向上させる場合に用いることができる。このようなフィルム型の樹脂組成物は、本発明の硬化性樹脂組成物Aを前記硬化性樹脂組成物ワニスとして剥離フィルム上に塗布し、加熱下で溶剤を除去した後、Bステージ化を行うことによりシート状の接着剤として得られる。このシート状接着剤は多層基板などにおける層間絶縁層として使用することが出来る。
次に本発明のエポキシ樹脂組成物を光半導体の封止材又はダイボンド材として用いる場合について詳細に説明する。
本発明のエポキシ樹脂組成物が高輝度白色LED等の光半導体の封止材、またはダイボンド材として用いる場合には、式(1)の多価カルボン酸を含有する硬化剤(硬化剤組成物)と、エポキシ樹脂の他、硬化促進剤、カップリング材、酸化防止剤、光安定剤等の添加物を充分に混合することによりエポキシ樹脂組成物を調製し、封止材として、またはダイボンド材と封止材の両方に使用される。混合方法としては、ニーダ、三本ロール、万能ミキサー、プラネタリーミキサー、ホモミキサー、ホモディスパー、ビーズミル等を用いて常温または加温して混合する。
高輝度白色LED等の光半導体素子は、一般的にサファイア、スピネル、SiC、Si、ZnO等の基板上に積層させたGaAs、GaP、GaAlAs,GaAsP、AlGa、InP、GaN、InN、AlN、InGaN等の半導体チップを、接着剤(ダイボンド材)を用いてリードフレームや放熱板、パッケージに接着させてなる。電流を流すために金ワイヤー等のワイヤーが接続されているタイプもある。その半導体チップを、熱や湿気から守り、かつレンズ機能の役割を果たすためにエポキシ樹脂等の封止材で封止されている。本発明のエポキシ樹脂組成物はこの封止材やダイボンド材として用いる事ができる。工程上からは本発明の硬化性樹脂組成物をダイボンド材と封止材の両方に使用するのが好都合である。
半導体チップを、本発明の硬化性樹脂組成物を用いて、基板に接着する方法としては、本発明のエポキシ樹脂組成物をディスペンサー、ポッティング、スクリーン印刷により塗布した後、半導体チップをのせて加熱硬化を行い、半導体チップを接着させることができる。
加熱は、熱風循環式、赤外線、高周波等の方法が使用できる。加熱条件は例えば80〜230℃で1分〜24時間程度が好ましい。加熱硬化の際に発生する内部応力を低減する目的で、例えば80〜120℃、30分〜5時間予備硬化させた後に、120〜180℃、30分〜10時間の条件で後硬化させることができる。
封止材の成形方式としては上記のように半導体チップが固定された基板を挿入した型枠内に封止材を注入した後に加熱硬化を行い成形する注入方式、金型上に封止材をあらかじめ注入し、そこに基板上に固定された半導体チップを浸漬させて加熱硬化をした後に金型から離形する圧縮成形方式等が用いられている。
注入方法としては、ディスペンサー、トランスファー成形、射出成形等が挙げられる。
加熱は、熱風循環式、赤外線、高周波等の方法が使用できる。
加熱条件は例えば80〜230℃で1分〜24時間程度が好ましい。加熱硬化の際に発生する内部応力を低減する目的で、例えば80〜120℃、30分〜5時間予備硬化させた後に、120〜180℃、30分〜10時間の条件で後硬化させることができる。
更に、本発明の硬化性樹脂組成物は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が使用される一般の用途に用いることができ、具体的には、接着剤、塗料、コーティング剤、成形材料(シート、フィルム、FRP等を含む)、絶縁材料(プリント基板、電線被覆等を含む)、封止材の他、封止材、基板用のシアネート樹脂組成物や、レジスト用硬化剤としてアクリル酸エステル系樹脂等、他樹脂等への添加剤等が挙げられる。
接着剤としては、土木用、建築用、自動車用、一般事務用、医療用の接着剤の他、電子材料用の接着剤が挙げられる。これらのうち電子材料用の接着剤としては、ビルドアップ基板等の多層基板の層間接着剤、ダイボンディング剤、アンダーフィル等の半導体用接着剤、BGA補強用アンダーフィル、異方性導電性フィルム(ACF)、異方性導電性ペースト(ACP)等の実装用接着剤等が挙げられる。
封止剤としては、コンデンサ、トランジスタ、ダイオード、発光ダイオード、IC、LSIなど用のポッティング、ディッピング、トランスファーモールド封止、IC、LSI類のCOB、COF、TABなど用のといったポッティング封止、フリップチップなどの用のアンダーフィル、QFP、BGA、CSPなどのICパッケージ類実装時の封止(補強用アンダーフィルを含む)などを挙げることができる。
本発明の硬化性樹脂組成物を硬化して得られる本発明の硬化物は光学部品材料をはじめ各種用途に使用できる。光学用材料とは、可視光、赤外線、紫外線、X線、レーザーなどの光をその材料中を通過させる用途に用いる材料一般を示す。より具体的には、ランプタイプ、SMDタイプ等のLED用封止材の他、以下のようなものが挙げられる。液晶ディスプレイ分野における基板材料、導光板、プリズムシート、偏光板、位相差板、視野角補正フィルム、接着剤、偏光子保護フィルムなどの液晶用フィルムなどの液晶表示装置周辺材料である。また、次世代フラットパネルディスプレイとして期待されるカラーPDP(プラズマディスプレイ)の封止材、反射防止フィルム、光学補正フィルム、ハウジング材、前面ガラスの保護フィルム、前面ガラス代替材料、接着剤、またLED表示装置に使用されるLEDのモールド材、LEDの封止材、前面ガラスの保護フィルム、前面ガラス代替材料、接着剤、またプラズマアドレス液晶(PALC)ディスプレイにおける基板材料、導光板、プリズムシート、偏向板、位相差板、視野角補正フィルム、接着剤、偏光子保護フィルム、また有機EL(エレクトロルミネッセンス)ディスプレイにおける前面ガラスの保護フィルム、前面ガラス代替材料、接着剤、またフィールドエミッションディスプレイ(FED)における各種フィルム基板、前面ガラスの保護フィルム、前面ガラス代替材料、接着剤である。光記録分野では、VD(ビデオディスク)、CD/CD−ROM、CD−R/RW、DVD−R/DVD−RAM、MO/MD、PD(相変化ディスク)、光カード用のディスク基板材料、ピックアップレンズ、保護フィルム、封止材、接着剤などである。
光学機器分野では、スチールカメラのレンズ用材料、ファインダプリズム、ターゲットプリズム、ファインダーカバー、受光センサー部である。また、ビデオカメラの撮影レンズ、ファインダーである。またプロジェクションテレビの投射レンズ、保護フィルム、封止材、接着剤などである。光センシング機器のレンズ用材料、封止材、接着剤、フィルムなどである。光部品分野では、光通信システムでの光スイッチ周辺のファイバー材料、レンズ、導波路、素子の封止材、接着剤などである。光コネクタ周辺の光ファイバー材料、フェルール、封止材、接着剤などである。光受動部品、光回路部品ではレンズ、導波路、LEDの封止材、CCDの封止材、接着剤などである。光電子集積回路(OEIC)周辺の基板材料、ファイバー材料、素子の封止材、接着剤などである。光ファイバー分野では、装飾ディスプレイ用照明・ライトガイドなど、工業用途のセンサー類、表示・標識類など、また通信インフラ用および家庭内のデジタル機器接続用の光ファイバーである。半導体集積回路周辺材料では、LSI、超LSI材料用のマイクロリソグラフィー用のレジスト材料である。自動車・輸送機分野では、自動車用のランプリフレクタ、ベアリングリテーナー、ギア部分、耐蝕コート、スイッチ部分、ヘッドランプ、エンジン内部品、電装部品、各種内外装品、駆動エンジン、ブレーキオイルタンク、自動車用防錆鋼板、インテリアパネル、内装材、保護・結束用ワイヤーネス、燃料ホース、自動車ランプ、ガラス代替品である。また、鉄道車輌用の複層ガラスである。また、航空機の構造材の靭性付与剤、エンジン周辺部材、保護・結束用ワイヤーネス、耐蝕コートである。建築分野では、内装・加工用材料、電気カバー、シート、ガラス中間膜、ガラス代替品、太陽電池周辺材料である。農業用では、ハウス被覆用フィルムである。次世代の光・電子機能有機材料としては、有機EL素子周辺材料、有機フォトリフラクティブ素子、光−光変換デバイスである光増幅素子、光演算素子、有機太陽電池周辺の基板材料、ファイバー材料、素子の封止材、接着剤などである。
封止剤としては、コンデンサ、トランジスタ、ダイオード、発光ダイオード、IC、LSIなど用のポッティング、ディッピング、トランスファーモールド封止、IC、LSI類のCOB、COF、TABなど用のといったポッティング封止、フリップチップなどの用のアンダーフィル、BGA、CSPなどのICパッケージ類実装時の封止(補強用アンダーフィル)などを挙げることができる。
光学用材料の他の用途としては、硬化性樹脂組成物Aまたは硬化性樹脂組成物Bが使用される一般の用途が挙げられ、例えば、接着剤、塗料、コーティング剤、成形材料(シート、フィルム、FRP等を含む)、絶縁材料(プリント基板、電線被覆等を含む)、封止剤の他、他樹脂等への添加剤等が挙げられる。接着剤としては、土木用、建築用、自動車用、一般事務用、医療用の接着剤の他、電子材料用の接着剤が挙げられる。これらのうち電子材料用の接着剤としては、ビルドアップ基板等の多層基板の層間接着剤、ダイボンディング剤、アンダーフィル等の半導体用接着剤、BGA補強用アンダーフィル、異方性導電性フィルム(ACF)、異方性導電性ペースト(ACP)等の実装用接着剤等が挙げられる。
次に本発明を実施例により更に具体的に説明するが、以下において部は特に断わりのない限り重量部である。尚、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。また実施例において、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、「GPC」という)の測定においては以下の通りである。カラムは、Shodex SYSTEM−21カラム(KF−803L、KF−802.5(×2本)、KF−802)、連結溶離液はテトラヒドロフラン、流速は1ml/min.カラム温度は40℃、また検出はRI(Reflective index)で行い、検量線はShodex製標準ポリスチレンを使用した。また官能基当量はGPCより算出した比率より算出し、カルボン酸、酸無水物をそれぞれ1当量として値を求めた。
実施例1(多価カルボン酸組成物A1)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながらトルエン10部、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール(協和発酵ケミカル株式会社製 キョウワジオールPD9)80部、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物とヘキサヒドロフタル酸無水物の混合物(新日本理化(株)製、リカシッドMH700 比率 7:3 以下、酸無水物H1と称す)168部を加え、100℃で4時間加熱撹拌を行った。この時点で、GPCにより原料の消失(1面積%以下)を確認し、反応を終了した。反応終了後、ロータリーエバポレータを用い、残存する溶剤を留去することで本発明の多価カルボン酸組成物(A1)が246部得られた。得られた無色の固形樹脂であり、GPCによる多価カルボン酸含量は97面積%であった。また、カルボキシル基と酸無水物基を合わせた官能基当量(以下単に官能基当量という)は245g/eq.であった。なお、形状は固形であるが、わずかに流動性を有し、室温で徐々に変形していく半固形に近い形状を有する。
実施例2(硬化剤組成物B1)
実施例1で得られた多価カルボン酸組成物(A1)25部に対し、酸無水物(H1)を75部を加え均一に溶解させることで本発明の硬化剤組成物(B1)を得た。50℃における粘度は450mPa・sであった(E型粘度計)。
実施例3(硬化剤組成物B2)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール(協和発酵ケミカル株式会社製 キョウワジオールPD9)20部、酸無水物(H1)100部を加え、60℃で4時間加熱撹拌を行った。GPCにより2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールの1面積%以下を確認した。本発明の多価カルボン酸組成物を含有する硬化剤組成物(B2)が120部得られた。得られた反応生成物は無色の液状樹脂であった。GPCによる組成割合は多価カルボン酸(A1)が52面積%、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物とヘキサヒドロフタル酸無水物の総量が48面積%であった。また、官能基当量は197g/eq.であった。50℃における粘度は1340mP・sであった(25℃では19700mPa・s E型粘度計)
実施例4、5、(硬化性樹脂組成物)
硬化剤として、実施例2および3で得られた本発明の硬化剤組成物B1およびB2のそれぞれ、エポキシ樹脂として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シルカルボキシレート(ダウ・ケミカル製 UVR−6105 以下エポキシ樹脂(EP−1)と称す)、硬化促進剤としてヘキサデシルトリメチルアンモニウムヒドロキシド(東京化成工業(株)製 25%メタノール溶液、以下C1と称す。)を使用し、下記表1に示す配合比(重量部)で配合し、20分間脱泡を行い、本発明の硬化性樹脂組成物を得た。
比較例1(比較用硬化性樹脂組成物)
上記実施例4及び5において、硬化剤を酸無水物(H1)に変える以外は、実施例4及び5と同様にして、比較用の硬化性樹脂組成物を得た。
得られた硬化性樹脂組成物を用い、以下に示す要領で、揮発試験、およびLED試験をおこない、それらの結果を表1に示す。なお、硬化条件は120℃×2時間の予備硬化の後150℃×5時間である。
揮発試験
実施例4、5及び比較例1で得られた硬化性樹脂組成物を真空脱泡20分間実施後、30mm×20mm×高さ1mmになるように耐熱テープでダムを作成したガラス基板上に静かに注型した。注型された樹脂の重量を正確に測定後、その注型物を前述の条件で硬化させた。
このようにして得られた硬化物の重量を測定し、硬化時の重量減少を確認した。 なお、硬化は、実施例4、5及び比較例1のいずれも同じオーブンで同様に行った。
LED試験
実施例4、5及び比較例1で得られたそれぞれの硬化性樹脂組成物を真空脱泡20分間実施後、それぞれ、シリンジに充填した。精密吐出装置を使用して、それぞれを、発光波長465nmを持つ発光素子を搭載した表面実装型(SMD型3mmφ)LEDのそれぞれに注型した。その後、それらを上記の硬化条件で硬化させることで、試験用LEDを得た。
評価項目および評価基準
(a)揮発性 :封止した後の硬化物表面の凹みの有無を目視で評価した。表中の評価基準は下記の通りである。
○;凹みが認められない。
△;凹みが多少認められる。
×;凹みが多く認められる(ワイヤーの露出がある)。
(b)リフロー試験:得られた試験用LEDを30℃70%×72時間吸湿後、高温観察装置(SMT Scope SK−5000 山陽精工株式会社製)を用い、以下のリフロー条件下でのLEDのクラック発生の有無を確認した。テストはn=3で行い、(OK数)/(テスト数)で評価する。
なお、上記の(OK数)はクラック発生がみられず合格した数である。
条件は25℃より2℃/秒で150℃まで昇温、その後2分間150℃で保持し、さらに2℃/秒で260℃まで昇温し、10秒の温度保持後、1.3℃/秒で室温まで冷却する、というものである。
Figure 0005713898
実施例4、5と比較例1を比較すると、本発明の硬化性樹脂組成物は、揮発量が少なく、LEDを封止した際にも、ワイヤーの露出等の問題も起こらない。さらに、リフロー時のクラックの発生もみられない。以上の結果から、本発明の多価カルボン酸組成物および酸無水物を含有する本発明の硬化剤組成物を、硬化剤として使用することにより、耐揮発性、及び耐リフロークラックにおいて優れる硬化物を与える硬化性樹脂組成物を得ることができることがわかる。
実施例6(硬化剤組成物B3)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール(協和発酵ケミカル株式会社製 キョウワジオールPD9)12部、酸無水物(H1)73部、1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸−1,2−無水物(H−TMAn 三菱瓦斯化学製 以下 H2と称す)15部を加え、60℃で4時間加熱撹拌を行った。GPCにより2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールが1面積%以下になったことを確認し、反応を終了した。
式(1)の多価カルボン酸及び酸無水物を含有する本発明の硬化剤組成物(B3)が100部得られた。得られた無色の液状樹脂であった。官能基当量は183g/eq.であった。50℃における粘度は1010mP・sであった。
実施例7(硬化剤組成物B4)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール(協和発酵ケミカル株式会社製 キョウワジオールPD9)20部、4−メチルシクロヘキサンジカルボン酸無水物(新日本理科製 リカシッドMH H3)100部を加え、60℃で4時間加熱撹拌を行った。GPCにより2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールの1面積%以下を確認した。式(1)の多価カルボン酸及び酸無水物を含有する硬化剤組成物(B4)が120部得られた。官能基当量は201g/eq.であった。50℃における粘度は1100mP・sであった(25℃では16200mPa・s E型粘度計)。
実施例7a
硬化剤組成物(B4)50部より、ロータリーエバポレータを用い、100〜150℃で過剰に存在するメチルヘキサヒドロフタル酸無水物を除去(メチルヘキサヒドロフタル酸無水物の流出が無くなった時点より、加熱減圧条件下のまま窒素ガスを40分流入し、十分に酸無水物を除去した)することで本発明の多価カルボン酸組成物(B4a)を25部取り出した。形状は無色の半固形〜固形樹脂であった。
得られた樹脂の軟化点(JIS K−7234に準拠)は58.9℃であり、150℃における溶融粘度は0.08Pa・sであった。
実施例8(硬化剤組成物B5)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール(協和発酵ケミカル株式会社製 キョウワジオールPD9)12部、酸無水物(H3)73部、酸無水物(H2)15部を加え、60℃で4時間加熱撹拌を行った。GPCにより2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールが1面積%以下になることを確認した。式(1)の多価カルボン酸及び酸無水物を含有する硬化剤組成物(B5)が100部得られた。得られた無色の液状樹脂であった。官能基当量は186g/eq.であった。50℃における粘度は1050mP・sであった。
実施例9(硬化剤組成物B6)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール(協和発酵ケミカル株式会社製 キョウワジオールPD9)20部、シクロヘキサンジカルボン酸無水物100部を加え、60℃で4時間加熱撹拌を行った。GPCにより2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールの1面積%以下を確認した。式(1)の多価カルボン酸及び酸無水物を含有する硬化剤組成物(B6)が120部得られた。官能基当量は188g/eq.であった。50℃における粘度は1200mP・sであった(E型粘度計)
合成例1(比較用硬化剤組成物B7)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら1,4−シクロヘキサンジメタノール(新日本理化製 SKY−CDM)20部、酸無水物(H1)100部を加え、60℃で4時間加熱撹拌を撹拌を行った。比較例用の多価カルボン酸及び酸無水物を含有する硬化剤組成物(B7)が120部得られた。また、官能基当量は171g/eq.であった。25℃における粘度は18900mP・sであった(E型粘度計)。
合成例2(比較用硬化剤組成物B8)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながらネオペンチルグリコール20部、酸無水物(H1)100部を加え、60℃で4時間加熱撹拌を行った。比較例用の多価カルボン酸及び酸無水物を含有する硬化剤組成物(B8)が120部得られた。また、官能基当量は197g/eq.であった。25℃における粘度は23800mP・sであった(E型粘度計)。
合成例3(比較用硬化剤組成物B9)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら1,6−ヘキサンジオール20部、酸無水物(H1)100部を加え、60℃で4時間加熱撹拌を行った。比較例用の多価カルボン酸及び酸無水物を含有する硬化剤組成物(B9)が120部得られた。また、官能基当量は197g/eq.であった。25℃における粘度は15600mP・sであった(E型粘度計)。
合成例4(エポキシ樹脂EP−2)
β−(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン106部、重量平均分子量1700(GPC測定値)のシラノール末端メチルフェニルシリコーンオイル234部(シラノール当量850、GPCを用いて測定した重量平均分子量の1/2として算出した。)、0.5%水酸化カリウム(KOH)メタノール溶液18部を反応容器に仕込み、バス温度を75℃に設定し、昇温した。昇温後、還流下にて8時間反応させた。
ついで、メタノールを305部追加後、蒸留水のメタノール溶液(濃度50重量%)86.4部を60分かけて滴下し、還流下75℃にて8時間反応させた。反応終了後、5%リン酸2水素ナトリウム水溶液で中和後、80℃でメタノールの約90%を蒸留回収した。メチルイソブチルケトン380部を添加し、200部の水で水洗を3回繰り返した。次いで有機相をロータリーエバポレータを用い、減圧下、100℃で溶媒を除去することによりシロキサン構造を有するエポキシ樹脂(EP−2)300部を得た。得られた化合物のエポキシ当量は729g/eq、重量平均分子量は2200、外観は無色透明であった。
合成例5(エポキシの原料化合物D−1)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置、ディーンスターク管を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸ジメチル(岩谷瓦斯製 DMCD−p)140部、シクロヘキセン−4−メタノール314部、テトラブトキシチタン0.07部を加え、120℃1時間、150℃1時間、170℃1時間、190℃12時間、反応により生成するメタノールを抜きながら反応を行った。ガスクロマトグラフィー(GC)にて原料ピークが1面積%以下であることを確認した後、50℃まで冷却した。
冷却終了後、347部のトルエンを加え均一にした後、反応溶液を10重量%水酸化ナトリウム水溶液80部で3回洗浄し、さらに水100部/回で廃水が中性になるまで水洗を繰り返した。ロータリーエバポレータで加熱減圧下、トルエンと未反応の3−シクロヘキセン−1−メタノールを留去した。ビス(3−シクロヘキセニルメチル)−1,4−シクロヘキサンジカルボン酸を主成分とする常温で液状の化合物(D−1)が240部得られた。
合成例6(エポキシ樹脂EP−3)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら水15部、12−タングストリン酸0.95部、燐酸水素2ナトリウム0.78部、トリオクチルアンモニウムアセテートの50%キシレン溶液2.7部、トルエン180部、合成例5で得られた化合物(D−1)を118部加えた。この溶液を60℃に昇温し、激しく攪拌しながら、35重量%過酸化水素水70部を1時間で加え、そのまま60℃で13時間攪拌した。ガスクロマトグラフィーにて反応の進行を確認したところ、原料ピークは1面積%以下であった。
ついで1重量%水酸化ナトリウム水溶液で中和した後、20重量%チオ硫酸ナトリウム水溶液25部を加え30分攪拌を行い、静置した。2層に分離した有機層を取り出し、ここに活性炭(味の素ファインテクノ製 CP1)20部、ベントナイト(ホージュン製 ベンゲルSH)20部を加え、室温で1時間攪拌後、ろ過した。得られたろ液を水100部で3回水洗を行い、得られた有機層より、トルエンを留去することで、常温で液状のエポキシ樹脂(EP−3)119部を得た。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は217g/eq.であった。25℃における粘度は9200mPa・sであった(E型粘度計)。
合成例7(エポキシの原料ジオレフィン化合物D−2)
PCT/JP2009/067432を参照し、撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら、水150部、3-シクロヘキセンカルボアルデヒド55.1部、ジトリメチロールプロパン62.6部、濃塩酸7.3部を加え、60℃で10時間反応を行った。反応終了後、水10部、3%水酸化ナトリウム水溶液30部を反応液に加え、次いで、該反応液をリン酸水素ナトリウムで中和した。ここにメチルイソブチルケトン200部を加え、水100部で3回水洗を行った後、溶剤等を留去することにより、ジオレフィン化合物(D−2)101部得た。
合成例8(エポキシ樹脂EP−4)
PCT/JP2009/067432を参照し、撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら水15部、12−タングストリン酸0.47部、燐酸水素2ナトリウム0.39部、トリオクチルアンモニウムアセテートの50%キシレン溶液1.4部、トルエン90部、合成例7で得られた化合物(D−2)を54部加えた。この溶液を60℃に昇温し、激しく攪拌しながら、35重量%過酸化水素水35部を1時間で加え、そのまま60℃で13時間攪拌した。ガスクロマトグラフィーにて反応の進行を確認したところ、原料ピークは1面積%以下であった。
ついで1重量%水酸化ナトリウム水溶液で中和した後、20重量%チオ硫酸ナトリウム水溶液12部を加え30分攪拌を行い、静置した。2層に分離した有機層を取り出し、ここに活性炭(味の素ファインテクノ製 CP1)10部、モンモリロナイト(クニミネ工業製 クニピアF)10部を加え、室温で3時間攪拌後、ろ過した。得られたろ液を水100部で3回水洗を行い、得られた有機層より、トルエンを留去した。常温で液状のエポキシ樹脂(EP−4)49部を得た。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は262g/eq.であった。25℃における粘度は230000mPa・sであった(E型粘度計)。
実施例10(硬化性樹脂組成物)
エポキシ樹脂として合成例4で得られたエポキシ樹脂(EP2)、硬化剤として、実施例3で得られた硬化剤組成物(B2)、硬化促進剤として4級ホスホニウム塩(日本化学工業製 ヒシコーリンPX4MP 以下、C2と称す。)、添加剤としてビス(2,2,6,6−テトラメチルー4−ピペリジル)セパケート(チバジャパン製 TINUVIN770DF 以下、L1と称す。)およびリン系化合物として、4,4´−ブチリデンビス(3−メチル−6−tert−ブチルフェニル−ジ−トリデシルホスファイト)(ADEKA製 アデカスタブ260 以下 M1)を使用し、下記表2に示す配合比(重量部)で配合し、20分間脱泡を行い、本発明の硬化性樹脂組成物を得た。得られた硬化性樹脂組成物について後記する方法でポットライフの試験を行った。結果を下記表2に併せて記載した。
得られた硬化性樹脂組成物を試験片用金型に静かに注型し、その注型物を、120℃×3時間の予備硬化の後150℃×1時間の条件で硬化させ各種試験用の硬化物を得た。得られた硬化物について以下の熱耐久性透過率試験、LED点灯試験を、以下に記載する条件で評価を行った。結果を下記表2に併せて示す。
ポットライフ
硬化性樹脂組成物作成後室温で放置した時の粘度変化を、3時間後と6時間後に測定した。そして、その粘度上昇率(時間経過後の粘度/初期粘度 ×100)(%)で評価を行った。
熱耐久性透過率試験
耐熱試験条件:150℃オーブン中、96hr放置
試験片サイズ:厚さ1mm
評価条件:分光光度計により、400nmの透過率を測定。その変化率を算出。
LED点灯試験
得られた硬化性樹脂組成物をシリンジに充填し精密吐出装置を用いて、中心発光波465nmのチップを搭載した外径5mm角表面実装型LEDパッケージ(内径4.4mm、外壁高さ1.25mm)に注型した。その注型物を加熱炉に入れて、120℃、1時間さらに150℃、3時間の硬化処理をしてLEDパッケージを作成した。LEDを実装後、下記条件でLEDを点灯させて照度を測定し、結果については、表2に示した。
点灯詳細条件
発光波長:465nm
駆動方式:定電流方式、60mA(発光素子規定電流は30mA)
駆動環境:85℃、85%
駆動時間:200時間、400時間
評価 :点灯後の照度保持率
比較例2、3、4
上記実施例10において、硬化剤を、合成例1、2又は3で得られた硬化剤組成物B7、B8又はB9に変える以外は、実施例10と同様にして、比較用の硬化性樹脂組成物を得た。得られたそれぞれの硬化性樹脂組成物についてポットライフの試験を、実施例10と同様に行った。結果を下記表2に記載した。
また、上記で得られた比較用の硬化性樹脂組成物を、実施例10と同様に硬化させ、得られた硬化物について以下の熱耐久性透過率試験、LED点灯試験を、以下に記載する条件で評価を行った。結果を下記表2に併せて記載した。
Figure 0005713898
以上の結果より、本発明の硬化性樹脂組成物は粘度上昇率が低く、より長いポットライフを有することがわかる。また本発明の多価カルボン酸組成物を使用した硬化物は他の骨格を用いた物に比べ、LEDとした場合の照度保持率に優れ、光学特性に優れることが明らかである。
実施例11、12(硬化性樹脂組成物)
エポキシ樹脂として合成例6、8で得られたエポキシ樹脂(EP−3、EP−4)、硬化剤として、実施例7で得られた硬化剤組成物(B4)、硬化促進剤として4級ホスホニウム塩(日本化学工業製 ヒシコーリンRTMPX4MP 以下、C2と称す。)、添加剤としてビス(2,2,6,6−テトラメチルー4−ピペリジル)セパケート(チバジャパン製 TINUVIN770DF 以下、L1と称す。)およびリン系化合物として、4,4´−ブチリデンビス(3−メチル−6−tert−ブチルフェニル−ジ−トリデシルホスファイト)(ADEKA製 アデカスタブ260 以下 M1)を使用し、下記表3に示す配合比(重量部)で配合し、20分間脱泡を行い、本発明の硬化性樹脂組成物を得た。
得られた硬化性樹脂組成物を試験片用金型に静かに注型し、その注型物を、120℃×3時間の予備硬化の後150℃×1時間の条件で硬化させ各種試験用の硬化物を得た。得られた硬化物について以下のLED点灯試験を、以下に記載する条件で評価を行った。結果を下記表3に併せて示す。
LED点灯試験
得られた硬化性樹脂組成物をシリンジに充填し精密吐出装置を用いて、中心発光波465nmのチップを搭載した外径5mm角表面実装型LEDパッケージ(内径4.4mm、外壁高さ1.25mm)に注型した。その注型物を加熱炉に入れて、120℃、1時間さらに150℃、3時間の硬化処理をしてLEDパッケージを作成した。LEDを実装後、下記条件でLEDを点灯させて照度を測定し、結果については、表3に示した。
点灯詳細条件
発光波長:465nm
駆動方式:定電流方式、60mA(発光素子規定電流は30mA)
駆動環境:85℃、85%
駆動時間:200時間
評価 :200時間点灯後の照度保持率
Figure 0005713898
実施例13、14、15(硬化性樹脂組成物)
エポキシ樹脂としてエポキシ樹脂(EP−1、EP−3)、硬化剤として、実施例で得られた硬化剤組成物(B2、B4、B6)、硬化促進剤(C2)を使用し、下記表4に示す配合比(重量部)で配合し、20分間脱泡を行い、本発明の硬化性樹脂組成物を得た。
得られた硬化性樹脂組成物を試験片用金型に静かに注型し、その注型物を、110℃×3時間の予備硬化の後150℃×1時間の条件で硬化させ各種試験用の硬化物を得た。得られた硬化物について以下のLED点灯試験を、以下に記載する条件で評価を行った。結果を下記表4に併せて示す。
LED点灯試験
得られた硬化性樹脂組成物をシリンジに充填し精密吐出装置を用いて、中心発光波465nmのチップを搭載した外径5mm角表面実装型LEDパッケージ(内径4.4mm、外壁高さ1.25mm)に注型した。その注型物を加熱炉に入れて、120℃、1時間さらに150℃、3時間の硬化処理をしてLEDパッケージを作成した。LEDを実装後、下記条件でLEDを点灯させて照度を測定し、結果については、表4に示した。
点灯詳細条件
発光波長:465nm
駆動方式:定電流方式、60mA(発光素子規定電流は30mA)
駆動環境:85℃、85%
駆動時間:200時間
評価 :200時間点灯後の照度保持率
Figure 0005713898
実施例16、17、18(硬化性樹脂組成物)
エポキシ樹脂としてエポキシ樹脂(EP−1、EP−3)、硬化剤として、酸無水物(H1、H2)実施例で得られた硬化剤組成物(B3、B5)、硬化促進剤(C2)を使用し、下記表5に示す配合比(重量部)で配合し、20分間脱泡を行い、本発明の硬化性樹脂組成物を得た。
得られた硬化性樹脂組成物を試験片用金型に静かに注型し、その注型物を、110℃×3時間の予備硬化の後150℃×1時間の条件で硬化させ各種試験用の硬化物を得た。得られた硬化物について以下のLED点灯試験を、以下に記載する条件で評価を行った。結果を下記表5に併せて示す。
LED点灯試験
得られた硬化性樹脂組成物をシリンジに充填し精密吐出装置を用いて、中心発光波465nmのチップを搭載した外径5mm角表面実装型LEDパッケージ(内径4.4mm、外壁高さ1.25mm)に注型した。その注型物を加熱炉に入れて、120℃、1時間さらに150℃、3時間の硬化処理をしてLEDパッケージを作成した。LEDを実装後、下記条件でLEDを点灯させて照度を測定し、結果については、表4に示した。
点灯詳細条件
発光波長:465nm
駆動方式:定電流方式、60mA(発光素子規定電流は30mA)
駆動環境:85℃、85%
駆動時間:200時間
評価 :200時間点灯後の照度保持率
比較例5、6(比較用の硬化性樹脂組成物)
上記実施例16,17及び18において、硬化剤を、酸無水物H1又はH2に変える以外は、同様にして、比較用の硬化性樹脂組成物を得た。また、上記実施例16,17及び18と同様に、硬化し、得られたそれぞれの硬化物についても該実施例と同様に、LED点灯試験を行った。結果を下記表5に併せて記載した。
Figure 0005713898
実施例b1(多価カルボン酸組成物Ab1)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながらトルエン10部、トリシクロデカンジメタノール(OXEA製 TCD-AlcholDM)98部、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物とヘキサヒドロフタル酸無水物の混合物(7:3)(新日本理化(株)製、リカシッドMH700 以下、酸無水物H1と称す)168部を加え、80℃で15分、100℃で4時間加熱撹拌を行った。GPCにより原料の1面積%以下を確認した。反応終了後、ロータリーエバポレータを用い、残存する溶剤を留去した。本発明の多価カルボン酸組成物(Ab1;下記式(3)の構造式の混合物)が246部得られた。得られた無色の固形樹脂であり、軟化点は74℃であった。また、溶融粘度は150℃で0.22Pa・Sであった。GPCによる純度は99面積%であった。また、官能基当量は266g/eq.であった。
式(3):
Figure 0005713898
実施例b2(硬化剤組成物Bb1)
実施例b1で得られた多価カルボン酸組成物(Ab1:式(3)の構造式の混合物)25部に対し、酸無水物(H1)を75部を加え均一に溶解させることで本発明の硬化剤組成物(Bb1)を得た。
実施例b3(硬化剤組成物Bb2)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながらトリシクロデカンジメタノール20部、酸無水物(H1)100部を加え、50℃で4時間加熱撹拌を行った。GPCによりトリシクロデカンジメタノールの1面積%以下を確認した。本発明の多価カルボン酸組成物を含有する硬化剤組成物(Bb2)が120部得られた。得られた無色の液状樹脂であり、GPCによる純度は多価カルボン酸組成物(Ab2:式(3)の構造式の混合物)の構造を43面積%、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物とヘキサヒドロフタル酸無水物の総量が57面積%であった。また、官能基当量は199g/eq.であった。
実施例b4、b5(硬化性樹脂組成物)、比較例b1(比較用硬化性樹脂組成物)
実施例b2、b3で得られた本発明の硬化剤組成物(Bb1)、(Bb2)、比較例として、酸無水物(H1)を硬化剤として用い、エポキシ樹脂として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シルカルボキシレート(ダウ・ケミカル製 UVR−6105 以下エポキシ樹脂(EP−1)と称す)、硬化促進剤としてヘキサデシルトリメチルアンモニウムヒドロキシド(東京化成工業(株)製 25%メタノール溶液、以下C1と称す。)を使用し、下記表b1に示す配合比(重量部)で配合し、20分間脱泡を行い、本発明または比較用の硬化性樹脂組成物を得た。
得られた硬化性樹脂組成物を用い、以下に示す要領で揮発試験、LED封止試験をおこない、結果を表b1に合わせて示す。なお、硬化条件は120℃×2時間の予備硬化の後150℃×5時間である。
揮発試験
実施例及び比較例で得られた硬化性樹脂組成物を真空脱泡20分間実施後、30mm×20mm×高さ1mmになるように耐熱テープでダムを作成したガラス基板上に静かに注型した。注型された樹脂の重量を正確に測定後、その注型物を前述の条件で硬化させた。
このようにして得られた硬化物の重量を測定し、硬化時の重量減少を確認した。(実施例、比較例の硬化は同じオーブンで同様に硬化させた)
LED試験
実施例及び比較例で得られた硬化性樹脂組成物を真空脱泡20分間実施後、シリンジに充填し精密吐出装置を使用して、発光波長465nmを持つ発光素子を搭載した表面実装型(SMD型3mmφ)LEDに注型した。その後、所定の硬化条件で硬化させることで、試験用LEDを得た。
評価項目
(a)揮発性:封止した後の硬化物表面の凹みの有無を目視で評価した。表中、○;凹みが認められない、△;凹みが多少認められる、×;凹みが多く認められる(ワイヤーの露出がある)。
(b)リフロー試験:得られた試験用LEDを30℃70%×72時間吸湿後、高温観察装置(SMT Scope SK−5000 山陽精工株式会社製)を用い、以下のリフロー条件下でのLEDのクラック発生の有無を確認した。テストはn=3で行い、(OK数)/(テスト数)で評価した。
条件は25℃より2℃/秒で150℃まで昇温、その後2分間150℃で保持し、さらに2℃/秒で260℃まで昇温し、10秒の温度保持後、1.3℃/秒で室温まで冷却する、というものである。
Figure 0005713898
実施例b4、b5と比較例b1を比較すると、本発明の硬化性樹脂組成物は、揮発量が少なく、LEDを封止した際にも、ワイヤーの露出等の問題も起こらない。さらにはリフロー時のクラックも低減できる。以上の結果から、本発明の多価カルボン酸組成物、および多価カルボン酸組成物を含有する硬化剤組成物は、対揮発性、対リフロークラックに有効な硬化性樹脂組成物を与えることができるということがわかる。
実施例b6(硬化剤組成物Bb3)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながらトリシクロデカンジメタノール20部、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物(新日本理化(株)製、リカシッドMH 以下、酸無水物H3と称す)100部を加え、40℃で3時間反応後70℃で1時間加熱撹拌を行った。GPCによりトリシクロデカンジメタノールの1面積%以下を確認した。本発明の多価カルボン酸組成物を含有する硬化剤組成物(Bb3)が120部得られた。得られた無色の液状樹脂であり、GPCによる純度は多価カルボン酸(Ab2;下記式(4))を49面積%、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物が51面積%であった。また、官能基当量は201g/eq.であった。
式(4):
Figure 0005713898
硬化剤組成物(Bb3)50部より、ロータリーエバポレータを用い、100〜150℃で過剰に存在するメチルヘキサヒドロフタル酸無水物を除去した。該除去には、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物の流出が無くなった時点より窒素ガスを40分流入し、加熱減圧条件下のまま十分に酸無水物を除去した。その結果、本発明の式(1)の多価カルボン酸(Bb3a)を25部取り出した。
形状は無色の半固形〜固形樹脂であった。
得られた樹脂の軟化点(JIS K−7234に準拠)は77.0℃であり、150℃における溶融粘度は0.24Pa・sであった。
実施例b7(硬化剤組成物Bb4)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながらトリシクロデカンジメタノール15部、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物(新日本理化(株)製、リカシッドMH 以下、酸無水物H3と称す)70部、シクロヘキサン−1,2,4−トリカルボン酸-1,2-無水物(三菱ガス化学製 H−TMAn)15部を加え、40℃で3時間反応後70℃で1時間加熱撹拌を行った。GPCによりトリシクロデカンジメタノールの1面積%以下を確認した。本発明の多価カルボン酸組成物を含有する硬化剤組成物(Bb4)が100部得られた。得られた無色の液状樹脂であり、GPCによる純度は多価カルボン酸組成物(Ab3;下記式5)を37面積%、シクロヘキサン−1,2,4−トリカルボン酸-1,2-無水物が11面積%、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物が52面積%であった。また、官能基当量は171g/eq.であった。
式5:
Figure 0005713898
実施例b8(硬化剤組成物Bb5)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら実施例6で得られた硬化剤組成物(Bb3)50部、シクロヘキサン−1,2,4−トリカルボン酸−1,2−無水物(三菱ガス化学製 H−TMAn−S)5部を加え、100℃で2時間撹拌を行い、本発明の硬化剤組成物(Bb5)を得た。得られた組成物は無色の液状組成物であった。
実施例b9(硬化剤組成物Bb6)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながらペンタシクロペンタデカンジメタノール20部、酸無水物(H3)100部を加え、40℃で3時間反応後70℃で1時間加熱撹拌を行った。GPCによりペンタシクロペンタデカンジメタノールの1面積%以下を確認した。本発明の多価カルボン酸組成物を含有する硬化剤組成物(Bb6)が110部得られた。得られた硬化剤組成物は、無色の液状組成物であり、GPCによる純度は多価カルボン酸組成物(Ab4;下記式(6))を40面積%、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物が60面積%であった。また、官能基当量は201g/eq.であった。
式(6):
Figure 0005713898
実施例b10(硬化剤組成物Bb7)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながらトリシクロデカンジメタノール10部、酸無水物(H1)100部を加え、50℃で3時間加熱撹拌を行った(GPCによりトリシクロデカンジメタノールの1面積%以下を確認した。)本発明の多価カルボン酸組成物を含有する硬化剤組成物(Bb7)が110部得られた。得られた無色の液状樹脂であり、GPCによる純度は多価カルボン酸組成物(Ab1;前記式(3)を27面積%、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物が73面積%であった。また、官能基当量は185g/eq.であった。
合成例b1(比較用硬化剤組成物Bb8)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながらトリシクロデカンジメタノール20部、ヘキサヒドロフタル酸無水物(新日本理化(株)製、リカシッドHH)100部を加え、50℃で3時間加熱撹拌を行い、GPCによりトリシクロデカンジメタノールの1面積%以下を確認した。比較用の多価カルボン酸組成物を含有する硬化剤組成物(Bb8)が120部得られた。得られた硬化剤組成物は、無色の液状組成物であり、GPCによる純度は多価カルボン酸組成物(A5;下記式7)を48面積%、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物が52面積%であった。また、官能基当量は200g/eq.であった。
式(7)
Figure 0005713898
合成例b2(比較用硬化剤組成物Bb9)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながらエチレングリコール10部、酸無水物(H1)100部を加え、40℃で3時間反応後70℃で1時間加熱撹拌を行った。GPCにより原料の1面積%以下を確認した。比較用の多価カルボン酸組成物を含有する硬化剤組成物(Bb9)が110部得られた。得られた硬化剤組成物は、無色の液状組成物であり、GPCによる純度は多価カルボン酸組成物(Ab6;下記式(8)を25面積%、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物とヘキサヒドロフタル酸無水物の総量が75面積%であった。また、官能基当量は185g/eq.であった。
式(8)
Figure 0005713898
合成例b3(比較用硬化剤組成物Bb10)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら1,4−シクロヘキサンジメタノール20部、酸無水物(H1)100部を加え、40℃で3時間反応後70℃で1時間加熱撹拌を行った。GPCにより原料の1面積%以下を確認した。比較用の多価カルボン酸組成物を含有する硬化剤組成物(Bb10)が120部得られた。得られた硬化剤組成物は、無色の液状組成物であり、GPCによる純度は多価カルボン酸組成物(Ab7;下記式8)を53面積%、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物とヘキサヒドロフタル酸無水物の総量が47面積%であった。また、官能基当量は200g/eq.であった。
式(9):
Figure 0005713898
合成例b4(比較用硬化剤組成物Bb11)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら1,6−ヘキサンジオール20部、酸無水物(H1)100部を加え、40℃で3時間反応後70℃で1時間加熱撹拌を行った。GPCにより原料の1面積%以下を確認した。比較用の多価カルボン酸組成物を含有する硬化剤組成物(Bb11)が120部得られた。得られた無色の液状樹脂であり、GPCによる純度は多価カルボン酸組成物(Ab8;下記式10)を65面積%、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物とヘキサヒドロフタル酸無水物の総量が35面積%であった。また、官能基当量は200g/eq.であった。
式(10)
Figure 0005713898
合成例b5(エポキシ合成原料ジオレフィン)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置、ディーンスターク管を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸172部、3−シクロヘキセン−1−メタノール448部、トルエン600部、p−トルエンスルホン酸4部を加え、45℃で還流するように系内の減圧度を調整して生成する水を除きながら12時間反応を行った。反応終了後、反応溶液を10重量%水酸化ナトリウム水溶液120部で3回洗浄し、さらに水70部/回で廃水が中性になるまで水洗を繰り返し、ロータリーエバポレータで加熱減圧下、トルエンと未反応の3−シクロヘキセン−1−メタノールを留去することにより常温で液状のジオレフィン化合物が343部得られた。
合成例b6(エポキシ樹脂EP−b2)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら水15部、12−タングストリン酸0.95部、燐酸水素2ナトリウム0.78、ジ牛脂アルキルジメチルアンモニウムアセテート2.7部(ライオンアクゾ製 50重量%ヘキサン溶液、アカード2HTアセテート)、トルエン180部、合成例b5で得られたジオレフィン化合物を118部加え、さらに再度攪拌することでエマルジョン状態の液とした。この溶液を50℃に昇温し、激しく攪拌しながら、35重量%過酸化水素水70部を1時間で加え、そのまま50℃で13時間攪拌した。ガスクロマトグラフィーにて反応の進行を確認したところ、原料ピークは消失していた。
ついで1重量%水酸化ナトリウム水溶液で中和した後、20重量%チオ硫酸ナトリウム水溶液25部を加え30分攪拌を行い、静置した。2層に分離した有機層を取り出し、ここにシリカゲル(ワコーゲル C−300)10部、活性炭(NORIT製 CAP SUPER)20部、ベントナイト(ホージュン製 ベンゲルSH)20部を加え、室温で1時間攪拌後、ろ過した。得られたろ液を水100部で3回水洗を行い、得られた有機層より、トルエンを留去した。常温で液状の下記式(11)を主成分とするエポキシ樹脂(EP−b2)119部を得た。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は217g/eq.であった。
式(11):
Figure 0005713898
実施例b11、b12(硬化性樹脂組成物)、比較例b2(比較用硬化性樹脂組成物)
実施例b3、b6で得られた本発明の硬化剤組成物(Bb2)、(Bb3)、合成例b1で得られた比較用硬化剤組成物(Bb8)を硬化剤として用い、エポキシ樹脂としてエポキシ樹脂(EP−1)、硬化促進剤(C1)を使用し、下記表b2に示す配合比(重量部)で配合し、20分間脱泡を行い、本発明または比較用の硬化性樹脂組成物を得た。
LED点灯試験
実施例b11、b12及び比較例b2で得られた硬化性樹脂組成物を真空脱泡20分間実施後、シリンジに充填し精密吐出装置を使用して、発光波長465nmを持つ発光素子を搭載した表面実装型LED(SMD型5mmφ 規定電流30mA)に注型した。その後、所定の硬化条件で硬化させることで、点灯試験用LEDを得る。点灯試験は、規定電流である30mAの2倍の電流での点灯試験を行った。詳細な条件は下記に示した。測定項目としては、200時間点灯前後の照度を積分球を使用して測定し、試験用LEDの照度の保持率を算出した。結果を表b2に示す。

点灯詳細条件
発光波長:中心発光波長、465nm
駆動方式:定電流方式、60mA(発光素子規定電流は30mA)直列で3ヶ同時に点灯
駆動環境:85℃、85%湿熱機内での点灯
評価:200時間後の照度とその照度保持率、およびチップの着色*
(* 目視にて評価、点灯試験により劣化すると、チップ上が着色し、そこから照度の低下が激しくなる傾向がある。)
Figure 0005713898
以上の結果より、前記式(1)においてRが全て水素原子である化合物のみからなる多価カルボン酸組成物からなる比較用硬化剤組成物(Bb8)では照度保持率が悪く、チップの着色も見られるのに対して、Rにメチル基が導入された化合物からなる多価カルボン酸組成物からなる本発明の硬化性樹脂組成物は初期照度、および点灯試験後の照度にも優れ、チップに着色もすくなく、劣化に強い硬化物を与えることができ、産業用有用なLEDを製造できることが明らかである。
実施例b13、b14、b15、b16、b17、比較例b3、b4、b5
実施例b6、b7、b8、b9及びb10で得られた本発明の硬化剤組成物(Bb3)、(Bb4)、(Bb5)、(Bb6)及び(Bb7)、合成例b2、b3及びb4で得られた硬化剤組成物(Bb9)、(Bb10)及び(Bb11)を硬化剤として用い、エポキシ樹脂として、エポキシ樹脂(EP−1)、合成例b6で得られたエポキシ樹脂(EP−b2)、硬化促進剤(日本合成化学製 ヒシコーリンPX4MP)を使用し、下記表b3に示す配合比(重量部)で配合し、20分間脱泡を行い、本発明または比較用の硬化性樹脂組成物を得た。
(熱耐久試験)
実施例b13〜b17、比較例b3〜b5で得られた硬化性樹脂組成物に真空脱泡を20分間施した後、30mm×20mm×高さ1mmになるように耐熱テープでダムを作成したガラス基板上に静かに注入し、120℃×3時間の予備硬化の後150℃×1時間で硬化させ、厚さ1mmの透過率用試験片を得た。
これらの試験片を用い、150℃のオーブン中に96hr放置前後における透過率(測定波長:400nm)を分光光度計により測定し、透過率の保持率を算出した。結果を表b3に示す。
Figure 0005713898
以上の結果より、本発明の多価カルボン酸組成物を含有する硬化性樹脂組成物は熱劣化への耐性があり、その保持率が高いことから、光学用途へ有用であることがわかる。
実施例a
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら1,3,4−シクロヘキサントリカルボン酸−3,4−無水物(H−TMAn 三菱瓦斯化学製 H2)118.9部、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物(新日本理化(株)製、リカシッドMH H3)403.2部、メチルエチルケトン349.9部を加え、撹拌しながら40℃に昇温後、予め70℃に加温したトリシクロデカンジメタノール294.4部を30分かけて添加し、40℃で30分、70℃で4時間撹拌を行った。得られた反応液をロータリーエバポレータで100〜150℃で溶剤を除去することで本発明の多価カルボン酸組成物(x)が816部得られた。形状は無色の固形樹脂であった。官能基当量は272g/eq.であった。
得られた樹脂の軟化点(JIS K−7234に準拠)は99.8℃であり、150℃における溶融粘度は0.92Pa・sであった。
*溶融粘度
150℃におけるコーンプレート法における溶融粘度
測定機械:コーンプレート(ICI)高温粘度計
(RESEARCH EQUIPMENT(LONDON)LTD.製)
コーンNo.:3(測定範囲0〜2.00Pa・s)
以下、同様の条件で測定を行った。
実施例b
硬化剤組成物(Bb4)50部より、ロータリーエバポレータを用い、100〜150℃で過剰に存在するメチルヘキサヒドロフタル酸無水物を除去(メチルヘキサヒドロフタル酸無水物の流出が無くなった時点より、加熱減圧条件下のまま窒素ガスを40分流入し、十分に酸無水物を除去した)することで本発明の多価カルボン酸組成物(x2)を24部取り出した。形状は無色の固形樹脂であった。
得られた樹脂の軟化点(JIS K−7234に準拠)は72.4℃であり、150℃における溶融粘度は0.38Pa・sであった。
実施例c
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら1,3,4−シクロヘキサントリカルボン酸−3,4−無水物(H−TMAn 三菱瓦斯化学製 H2)162部、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物(新日本理化(株)製、リカシッドMH H3)787部、メチルエチルケトン400部を加え、撹拌しながら40℃に昇温後、予め70℃に加温したトリシクロデカンジメタノール540部を30分かけて添加し、40℃で30分、70℃で4時間撹拌を行った。得られた反応液をロータリーエバポレータで100〜150℃で溶剤を除去することで本発明の多価カルボン酸組成物(x3)が1489部得られた。形状は無色の固形樹脂であった。官能基当量は271g/eq.であった。
得られた樹脂の軟化点(JIS K−7234に準拠)は80.6℃であり、150℃における溶融粘度は0.43Pa・sであった。
合成例A
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら水10部、シクロヘキセニルメチルシクロヘキセンカルボキシレートを110部、トルエン140部、12−タングストリン酸1部、タングステン酸ナトリウム1.5部、燐酸水素2ナトリウム1.5部、トリオクチルアンモニウムアセテート50%キシレン溶液1.5部を加え、この溶液を45℃に昇温し、35重量%過酸化水素水110部を20分で加え、その後、45±5℃に保持し、12時間攪拌した。
ついで1重量%水酸化ナトリウム水溶液で中和した後、20重量%チオ硫酸ナトリウム水溶液25部を加え30分攪拌を行い、静置した。2層に分離した有機層を取り出し、ここに活性炭(味の素ファインテクノ製 CP2)5部、モンモリロナイト(クニミネ工業製 クニピアF)5部を加え、室温で3時間攪拌後、ろ過した。得られたろ液を水100部で3回水洗を行い、得られた有機層より、トルエンを留去することで、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シルカルボキシレートを主成分とするエポキシ樹脂(EP5)111部を得た。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は130g/eq.であった。25℃における粘度は211mPa・sであった。(E型粘度計)
実施例A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L
エポキシ樹脂としてエポキシ樹脂(EP2)、エポキシ樹脂(EP5)、硬化剤として、硬化剤組成物(Bb3、Bb4、Bb5、x1、x3)、酸無水物(H3)、硬化促進剤として4級ホスホニウム塩(C2)、添加剤として(L1)(M1)、光安定剤(ADEKA製 LA−62 以下、L2と称す。)、リン化合物としてトリあるキルフォスファイト(ADEKA製 アデカスタブ3010 以下、M2と称す)、アルキル燐酸亜鉛(キングインダストリー製 XC−9206、以下 M3と称す)、使用し、下記表Aに示す配合比(重量部)で配合し、20分間脱泡を行い、本発明または比較用の硬化性樹脂組成物を得た。得られた硬化性樹脂組成物について以下の試験を行った。結果を下記表Aに併せて示す。
(リフロー・LED点灯試験)
実施例及び比較例で得られた硬化性樹脂組成物をシリンジに充填し精密吐出装置を用いて、中心発光波465nmのチップを搭載した外径5mm角表面実装型LEDパッケージ(内径4.4mm、外壁高さ1.25mm)に注型した。その注型物を加熱炉に投入して、120℃、1時間さらに150℃、3時間の硬化処理をしてLEDパッケージを作成した。得られたLEDについてリフロー前後での照度を簡易的に受光素子を使用し測定を行った。(遮光下、作成したLEDを規定電流の30mA電流で発光させ、受光素子(Photodiode visible light BS500B シャープ製)にて受光、そこに流れる電流値で照度の尺度とした。)。測定はLED封止直後、およびリフロー試験後の照度について測定し、その差異を確認した。結果については、表Aに示した。
なお、リフロー試験は高温観察装置を使用し、擬似的にリフローをシミュレートしている。装置、条件は以下のとおりである。
装置:高温観察装置(SMT Scope SK−5000 山陽精工株式会社製)
温度条件:25℃より2℃/秒で150℃まで昇温、2分150℃で保持し、さらに2℃/秒で260℃まで昇温し、10秒の温度保持後、1.3℃/秒で室温まで冷却。
Figure 0005713898
以上の結果から、本発明の多価カルボン酸組成物を有する硬化剤組成物は、リフロー時の高温にさらされても高い保持率で照度を保持でき、高い光学特性を有することがわかる。
産業上の利用の可能性
本発明の多価カルボン酸組成物はエポキシ樹脂の硬化能力に優れ、エポキシ樹脂の硬化剤として有用である。また、エポキシ樹脂に配合された該多価カルボン酸組成物は、エポキシ樹脂を硬化させるのに通常採用される温度域での揮発が極めて少なく、硬化物の目的性能、例えば高い透明度、及び、熱耐久性(例えば、耐リフロー性、LEDの長期点灯における照度保持率、光の透過率の保持率等)安定して達成し得る等のことから、LEDの封止等に極めて有用である。

Claims (29)

  1. 下記式(1)で表される多価カルボン酸を含むエポキシ樹脂用硬化剤用組成物、
    Figure 0005713898
    式中、Rはそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基又はカルボキシル基を表し、Pは下記(a)又は(b)で定義される2価の架橋基を表す、
    (a)下記式(a1)で表される2価の基の何れか一つ
    Figure 0005713898
    (式中における各基の末端の*印は、*印の個所で隣接する酸素原子に結合していることを示す。)
    又は、
    (b)シクロ環上にメチル基を有してもよい、トリシクロデカンジメタノール又はペンタシクロペンタデカンジメタノール、から選ばれる少なくとも1種の架橋多環ジオールから、2つの水酸基を取り除いた2価の架橋基、
    但し、Pが(b)の場合、Rは水素原子以外の基を表す
  2. (a)の架橋基における主鎖が炭素数3〜6の直鎖であり、側鎖の少なくとも2つが炭素数2〜4のアルキル基である場合、前記式(1)のRはそれぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキル基を表す請求項1に記載のエポキシ樹脂用硬化剤用組成物。
  3. (a)で定義される架橋基が、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、から、2つの水酸基を取り除いた2価の基である請求項に記載のエポキシ樹脂用硬化剤用組成物。
  4. 2価の架橋基が(b)で定義される架橋基であり、かつ(b)で定義される架橋基が、下記式(b1)で表される2価の基の何れか一つである請求項1に記載のエポキシ樹脂用硬化剤用組成物、
    式(b1):
    Figure 0005713898

    式中、各構造式に複数存在するRは、それぞれ独立に、水素原子またはメチル基を表す。
  5. が全て水素原子である多価カルボン酸からなることを特徴とする請求項に記載のエポキシ樹脂用硬化剤用組成物。
  6. 式(1)のRがメチル基および/またはカルボキシル基である多価カルボン酸を50モル%以上含むことを特徴とする請求項に記載のエポキシ樹脂用硬化剤用組成物。
  7. 式(1)のRがメチル基又はカルボキシル基である請求項1に記載のエポキシ樹脂用硬化剤用組成物。
  8. 水素原子以外の基がメチル基である請求項に記載のエポキシ樹脂用硬化剤用組成物。
  9. チル基で置換されていてもよいC4〜C7シクロ環ジ、トリまたはテトラカルボン酸無水物を含む請求項1に記載のエポキシ樹脂用硬化剤用組成物。
  10. メチル基で置換されていてもよいC4〜C7シクロ環ジ、トリまたはテトラカルボン酸無水物が、メチル基で置換されていてもよいシクロヘキサンジまたはトリカルボン酸無水物である請求項に記載のエポキシ樹脂用硬化剤用組成物。
  11. 請求項1に記載のエポキシ樹脂用硬化剤用組成物、又は請求項に記載のエポキシ樹脂用硬化剤用組成物を含むエポキシ樹脂用硬化剤。
  12. 式(1)のPで表される2価の架橋基が(a)で定義される架橋基であり、かつ(a)で定義される架橋基が、下記(1)に記載の2価の基である多価カルボン酸と、
    下記(2)に記載する酸無水物からなる群から選ばれる少なくとも1種の酸無水物、とからなる多価カルボン酸組成物である請求項11に記載のエポキシ樹脂用硬化剤
    ここで
    (1)2価の基:
    2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールから、2つの水酸基を取り除いた2価の基、
    (2)酸無水物:
    メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、およびシクロヘキサン−1,2,4−トリカルボン酸−1,2−無水物。
  13. 式(1)のPで表される2価の架橋基が(b)で定義される架橋基であり、かつ(b)で定義される架橋基が、下記(1)に記載する式(b1)で表される2価の基の何れか一つである多価カルボン酸と、
    下記(2)に記載する酸無水物からなる群から選ばれる少なくとも1種の酸無水物とからなる多価カルボン酸組成物である請求項11に記載のエポキシ樹脂用硬化剤
    ここで
    (1)式(b1):
    Figure 0005713898
    各構造式に複数存在するRは、それぞれ独立に、水素原子またはメチル基を表す、
    (2)酸無水物:
    メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、およびシクロヘキサン−1,2,4−トリカルボン酸−1,2−無水物。
  14. 請求項1に記載のエポキシ樹脂用硬化剤用組成物又は請求項11に記載の硬化剤、とエポキシ樹脂を含有する硬化性樹脂組成物。
  15. エポキシ樹脂が脂環式エポキシ樹脂である請求項14に記載の硬化性樹脂組成物。
  16. 硬化剤が、請求項12に記載の硬化剤である請求項15に記載の硬化性樹脂組成物。
  17. 硬化剤が、請求項13に記載の硬化剤である請求項15に記載の硬化性樹脂組成物。
  18. 請求項14に記載の硬化性樹脂組成物の硬化物。
  19. 下記(a)または(b)の2価アルコール、
    (a)下記式(a1)で表される構造有する2価アルコールの何れか一つ
    Figure 0005713898
    (式中における各構造の末端の*印は、水酸基が結合していることを示す。)
    又は、
    (b)シクロ環上にメチル基を有してもよい、トリシクロデカンジメタノール又はペンタシクロペンタデカンジメタノール、から選ばれる少なくとも1種の架橋多環ジオール、
    と、
    (c)ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸およびシクロヘキサン−1,2,4−トリカルボン酸無水物からなる群から選ばれる少なくとも1種の酸無水物、但し、(b)の場合には、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸又はシクロヘキサン−1,2,4−トリカルボン酸無水物の何れか一方を含む少なくとも1種の酸無水物、
    とを反応させる請求項1に記載の式(1)で表される多価カルボン酸の製造方法。
  20. (a)または(b)の2価アルコールと(c)の酸無水物を、酸無水物基1当量に対して、2価アルコールの水酸基当量で、0.001〜2当量となる割合で、反応温度40〜150℃で反応させる請求項19に記載の多価カルボン酸の製造方法。
  21. (c)の酸無水物がヘキサヒドロ無水フタル酸およびメチルヘキサヒドロ無水フタル酸の混合物である請求項20に記載の多価カルボン酸の製造方法。
  22. 2価アルコールが2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールである請求項20に記載の多価カルボン酸の製造方法。
  23. 2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールと、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸とを反応させることからなる請求項20に記載の多価カルボン酸の製造方法。
  24. 無置換の、トリシクロデカンジメタノール又はペンタシクロペンタデカンジメタノールと、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸とを反応させることからなる請求項20に記載の多価カルボン酸の製造方法。
  25. 下記式(1)で表される多価カルボン酸、
    Figure 0005713898
    式中、Rはそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基又はカルボキシル基を表し、Pは下記(a)又は(b)で定義される2価の架橋基を表す、
    (a)下記式(a1)で表される2価の基の何れか一つ
    Figure 0005713898
    (式中における各基の末端の*印は、*印の個所で隣接する酸素原子に結合していることを示す。)
    又は、
    (b)シクロ環上にメチル基を有してもよい、トリシクロデカンジメタノール又はペンタシクロペンタデカンジメタノール、から選ばれる少なくとも1種の架橋多環ジオールから、2つの水酸基を取り除いた2価の架橋基、
    但し、Pが(b)の場合、Rは水素原子以外の基を表す。
  26. Pが(a)で定義される2価の架橋基であり、側鎖の少なくとも2つが炭素数2〜10である架橋基である請求項25に記載の多価カルボン酸。
  27. (a)で定義される2価の架橋基が、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールから、2個の水酸基を取り除いたアルキレン基である請求項26に記載の多価カルボン酸。
  28. Pが(b)で定義される2価の架橋基である請求項25に記載の多価カルボン酸。
  29. 式(1)におけるRがメチル基又はカルボキシル基である請求項25に記載の多価カルボン酸。
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