JP6241186B2 - フェノール樹脂、エポキシ樹脂、これらの製造方法、硬化性組成物、その硬化物、半導体封止材料、及びプリント配線基板 - Google Patents
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Description
で表されるフェノール性水酸基含有化合物(x1)や、下記構造式(ii)
で表されるフェノール性水酸基含有化合物(x2)、下記構造式(iii)
で表されるフェノール性水酸基含有化合物(x3)など種々の化合物を含有するフェノール樹脂であり、前記構造式(i)や(iii)中のナフタレン骨格とオルソアルキルフェノール骨格とをつなぐメチレン基の結合位置について、フェノール性水酸基のオルソ位に位置するメチレン基(o)と、フェノール性水酸基のパラ位に位置するメチレン基(p)との存在比[(o)/(p)]が、13C−NMR測定を元に算出される値で40/60〜80/20の範囲であることにより、流動性が高く、硬化物における線膨張率が小さいフェノール樹脂となる。
装置:日本電子(株)製「JNM−ECA500」
測定モード:NNE(NOE消去の1H完全デカップリング法)
溶媒 :重クロロホルム
パルス角度:45°パルス
試料濃度 :30wt%
積算回数 :4000回
測定装置 :東ソー株式会社製「HLC−8220 GPC」、
カラム:東ソー株式会社製ガードカラム「HXL−L」
+東ソー株式会社製「TSK−GEL G2000HXL」
+東ソー株式会社製「TSK−GEL G2000HXL」
+東ソー株式会社製「TSK−GEL G3000HXL」
+東ソー株式会社製「TSK−GEL G4000HXL」
検出器: RI(示差屈折計)
データ処理:東ソー株式会社製「GPC−8020モデルIIバージョン4.10」
測定条件: カラム温度 40℃
展開溶媒 テトラヒドロフラン
流速 1.0ml/分
標準 : 前記「GPC−8020モデルIIバージョン4.10」の測定マニュアルに準拠して、分子量が既知の下記の単分散ポリスチレンを用いた。
(使用ポリスチレン)
東ソー株式会社製「A−500」
東ソー株式会社製「A−1000」
東ソー株式会社製「A−2500」
東ソー株式会社製「A−5000」
東ソー株式会社製「F−1」
東ソー株式会社製「F−2」
東ソー株式会社製「F−4」
東ソー株式会社製「F−10」
東ソー株式会社製「F−20」
東ソー株式会社製「F−40」
東ソー株式会社製「F−80」
東ソー株式会社製「F−128」
試料 : 樹脂固形分換算で1.0質量%のテトラヒドロフラン溶液をマイクロフィルターでろ過したもの(50μl)。
で表される分子構造を有する。
で表される分子構造を有する。
で表されるフェノール性水酸基含有化合物(x3)や、下記構造式(iv)
で表されるフェノール性水酸基含有化合物(x4)を含有していても良い。
で表されるものが挙げられる。中でも、難燃性が高く線膨張率の低い硬化物が得られることから、置換基を有しないβ−ナフトールであることが好ましい。
で表されるエポキシ化合物(y1)や、下記構造式(II)
で表されるエポキシ化合物(y2)、下記構造式(III)
で表されるエポキシ化合物(y3)など種々の化合物を含有するエポキシ樹脂であり、前記構造式(I)や(III)中のナフタレン骨格とアルキルベンゼン骨格とをつなぐメチレン基の結合位置について、フェノール性水酸基に由来するグリシジルオキシ基のオルソ位に位置するメチレン基(o)と、グリシジルオキシ基のパラ位に位置するメチレン基(p)との存在比[(o)/(p)]が、13C−NMR測定を元に算出される値で40/60〜80/20の範囲であることにより、流動性が高く、硬化物における線膨張率が小さいエポキシ樹脂となる。
で表される分子構造を有する。
で表される分子構造を有する。
で表されるエポキシ化合物(y3)や、下記構造式(IV)
で表されるエポキシ化合物(y4)を含有していても良い。
で表されるものが挙げられる。中でも、難燃性が高く線膨張率の低い硬化物が得られることから、置換基を有しないβ−ナフトールであることが好ましい。
装置:日本電子(株)製「JNM−ECA500」
測定モード:NNE(NOE消去の1H完全デカップリング法)
溶媒 :重クロロホルム
パルス角度:45°パルス
試料濃度 :30wt%
積算回数 :4000回
測定装置 :東ソー株式会社製「HLC−8220 GPC」、
カラム:東ソー株式会社製ガードカラム「HXL−L」
+東ソー株式会社製「TSK−GEL G2000HXL」
+東ソー株式会社製「TSK−GEL G2000HXL」
+東ソー株式会社製「TSK−GEL G3000HXL」
+東ソー株式会社製「TSK−GEL G4000HXL」
検出器: RI(示差屈折計)
データ処理:東ソー株式会社製「GPC−8020モデルIIバージョン4.10」
測定条件: カラム温度 40℃
展開溶媒 テトラヒドロフラン
流速 1.0ml/分
標準 : 前記「GPC−8020モデルIIバージョン4.10」の測定マニュアルに準拠して、分子量が既知の下記の単分散ポリスチレンを用いた。
(使用ポリスチレン)
東ソー株式会社製「A−500」
東ソー株式会社製「A−1000」
東ソー株式会社製「A−2500」
東ソー株式会社製「A−5000」
東ソー株式会社製「F−1」
東ソー株式会社製「F−2」
東ソー株式会社製「F−4」
東ソー株式会社製「F−10」
東ソー株式会社製「F−20」
東ソー株式会社製「F−40」
東ソー株式会社製「F−80」
東ソー株式会社製「F−128」
試料 : 樹脂固形分換算で1.0質量%のテトラヒドロフラン溶液をマイクロフィルターでろ過したもの(50μl)。
温度計、滴下ロート、冷却管、分留管、撹拌器を取り付けたフラスコに、β−ナフトール288質量部(2.0モル)、オルソクレゾール216質量部(2.0モル)を仕込み室温から150℃まで攪拌しながら昇温した。続いて、41.5%ホルマリン水溶液145質量部(2.0モル)を2時間要して添加した。添加終了後、更に180℃に昇温して1時間攪拌した。反応終了後、加熱減圧下乾燥してフェノール樹脂(A−1)405質量部を得た。得られたフェノール樹脂(A−1)の水酸基当量は146グラム/当量であった。フェノール樹脂(A−1)のGPCチャートを図1に、13C−NMRチャート図を図2に示す。
温度計、滴下ロート、冷却管、分留管、撹拌器を取り付けたフラスコに、β−ナフトール288質量部(2.0モル)、オルソクレゾール433質量部(4.0モル)を仕込み室温から150℃まで攪拌しながら昇温した。続いて、41.5%ホルマリン水溶液145質量部(2.00モル)を2時間要して添加した。添加終了後、180℃に昇温して1時間攪拌した。反応終了後、加熱減圧下乾燥してフェノール樹脂(A−2)428質量部を得た。得られたフェノール樹脂(A−2)の水酸基当量は137グラム/当量であった。フェノール樹脂(A−2)のGPCチャートを図3に、13C−NMRチャート図を図4に示す。
温度計、冷却管、撹拌器を取り付けたフラスコに窒素ガスパージを施しながら実施例1で得たフェノール樹脂(A−1)146質量部(水酸基1.0当量)、エピクロルヒドリン463質量部(5.0モル)、n−ブタノール53質量部を仕込み攪拌しながら溶解させた。50℃に昇温した後に、20%水酸化ナトリウム水溶液220質量部(1.10モル)を3時間要して添加し、その後更に50℃で1時間反応させた。反応終了後、攪拌を停止し、下層に溜まった水層を除去し、攪拌を再開し150℃減圧下で未反応エピクロルヒドリンを留去した。それで得られた粗エポキシ樹脂にメチルイソブチルケトン300質量部とn−ブタノール50質量部とを加え溶解した。更にこの溶液に10質量%水酸化ナトリウム水溶液15質量部を添加して80℃で2時間反応させた後に洗浄液のpHが中性となるまで水100質量部で水洗を3回繰り返した。次いで共沸によって系内を脱水し、精密濾過を経た後に、溶媒を減圧下で留去して目的のエポキシ樹脂(B−1)178質量部を得た。得られたエポキシ樹脂(B−1)のエポキシ当量は225グラム/当量であった。エポキシ樹脂(B−1)のGPCチャートを図5に、13C−NMRチャート図を図6に示す。
温度計、冷却管、撹拌器を取り付けたフラスコに窒素ガスパージを施しながら実施例1で得たフェノール樹脂(A−2)139質量部(水酸基1.0当量)、エピクロルヒドリン463質量部(5.0モル)、n−ブタノール53質量部を仕込み攪拌しながら溶解させた。50℃に昇温した後に、20%水酸化ナトリウム水溶液220質量部(1.10モル)を3時間要して添加し、その後更に50℃で1時間反応させた。反応終了後、攪拌を停止し、下層に溜まった水層を除去し、攪拌を再開し150℃減圧下で未反応エピクロルヒドリンを留去した。それで得られた粗エポキシ樹脂にメチルイソブチルケトン300質量部とn−ブタノール50質量部とを加え溶解した。更にこの溶液に10質量%水酸化ナトリウム水溶液15質量部を添加して80℃で2時間反応させた後に洗浄液のpHが中性となるまで水100質量部で水洗を3回繰り返した。次いで共沸によって系内を脱水し、精密濾過を経た後に、溶媒を減圧下で留去して目的のエポキシ樹脂(B−1)174質量部を得た。得られたエポキシ樹脂(B−2)のエポキシ当量は225グラム/当量であった。エポキシ樹脂(B−2)のGPCチャートを図7に、13C−NMRチャート図を図8に示す。
特開2000−53739号公報記載の実施例3と同様にしてフェノール樹脂(A’−2)400質量部を得た。得られたフェノール樹脂(A’−2)の水酸基当量は140グラム/当量であった。GPCチャートから算出される前記フェノール性水酸基含有化合物(x1)と(x2)との合計の含有量は34.0%であり、前記フェノール性水酸基含有化合物(x3)の含有量は44.0%であった。また、13C−NMRチャート図から算出されるフェノール性水酸基のオルソ位に位置するメチレン基(o)とパラ位に位置するメチレン基(p)との存在比[(o)/(p)]は37/63であった。
特開2000−53739号公報記載の実施例7と同様にしてエポキシ樹脂(B’−2)180質量部を得た。得られたエポキシ樹脂(B’−2)のエポキシ当量は219グラム/当量であった。GPCチャートから算出される前記エポキシ化合物(y1)と(y2)との合計の含有量は28.0%であり、前記エポキシ化合物(y3)の含有量は41.2%であった。また、13C−NMRチャート図から算出されるグリシジルオキシ基のオルソ位に位置するメチレン基(o)とパラ位に位置するメチレン基(p)との存在比[(o)/(p)]は37/63であった。
先で得たフェノール樹脂(A−1)、(A−2)、(A’−1)、エポキシ樹脂(B−1)、(B−2)、(B’−1)について、下記の要領で各種評価試験を行った。
前記フェノール樹脂(A−1)、(A−2)、(A’−1)、エポキシ樹脂(B−1)、(B−2)、(B’−1)それぞれについて、ASTM D4287に準拠し150℃における溶融粘度を測定した。結果を表1に示す。
1)評価サンプルの作成
前記フェノール樹脂(A−1)、(A−2)、(A’−1)、エポキシ樹脂(B−1)、(B−2)、(B’−1)の何れかと硬化剤、硬化促進剤としてトリフェニルホスフィン(以下「TPP」と略記する。)を用い、下記表2に示す組成で配合して硬化性組成物を得た。得られた硬化性組成物を、トランスファー成形機を用いて175℃の温度で90秒成形した後、175℃の温度で5時間後硬化させて樹脂板を作成した。樹脂板を5mm×5mm×0.8mmのサイズに切り出し、これを試験片として熱機械分析装置(TMA:セイコーインスツルメント社製SS−6100)を用いて、圧縮モードで熱機械分析を行った。
測定条件
測定架重:88.8mN
昇温速度:3℃/分で2回
測定温度範囲:−50℃から270℃
上記条件での測定を同一サンプルにつき2回実施し、2回目の測定における、40℃から60℃の温度範囲での平均線膨張率で評価した。
1)評価サンプルの作成
前記フェノール樹脂(A−1)、(A−2)、(A’−1)、エポキシ樹脂(B−1)、(B−2)、(B’−1)の何れかと硬化剤、硬化促進剤としてトリフェニルホスフィン(以下「TPP」と略記する。)を用い、下記表2に示す組成で配合して硬化性組成物を得た。得られた硬化性組成物を、175℃の温度で18μmの圧延銅箔の光沢面と90秒プレス成形した後、175℃の温度で5時間後硬化させた。その後、100mm×100mm×10mmのサイズに切り出し、これを試験片として圧延銅箔を90℃方向に引き剥がしたときのピール強度により評価した。
硬化剤(1):ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂(日本化薬株式会社製「NC−3000」、エポキシ当量:274g/当量)
硬化剤(2):フェノールアラルキル樹脂(三井化学株式会社製「XLC−3L」、水酸基当量:176g/当量)
1)評価サンプルの作成
前記フェノール樹脂(A−1)、(A−2)、(A’−1)、エポキシ樹脂(B−1)、(B−2)、(B’−1)、(B’−2)の何れかと硬化剤、硬化促進剤としてトリフェニルホスフィン(以下「TPP」と略記する。)、無機充填材として球状シリカ(電気化学株式会社製「FB−560」)、シランカップリング剤としてカップリング剤(信越化学株式会社製「KBM−403」)、カルナウバワックス(株式会社セラリカ野田製「PEARL WAX No.1−P」)、カーボンブラックを、下記表3に示す組成で配合し、2本ロールを用いて85℃の温度で5分間溶融混練して硬化性組成物を得た。得られた硬化性組成物を用い、トランスファー成形機にて幅12.7mm、長さ127mm、厚み1.6mm大のサンプルを175℃の温度で90秒成形した後、175℃の温度で5時間後硬化して評価用サンプルを得た。
2)難燃性の評価
先で得た厚さ1.6mmの評価用サンプル5本を用い、UL−94試験法に準拠して燃焼試験を行った。結果を表3に示す。
難燃試験クラス
*1:1回の接炎における最大燃焼時間(秒)
*2:試験片5本の合計燃焼時間(秒)
Claims (16)
- オルソアルキルフェノール、β−ナフトール化合物、及びホルムアルデヒドを反応させて得られる樹脂構造を有するフェノール樹脂であって、下記構造式(i)
で表されるフェノール性水酸基含有化合物(x1)と、下記構造式(ii)
で表されるフェノール性水酸基含有化合物(x2)とを含有し、GPCのピーク面積比から算出されるフェノール樹脂中の前記フェノール性水酸基含有化合物(x1)と(x2)との合計の含有量が30%以上であり、
フェノール樹脂中に存在するフェノール性水酸基のオルソ位に位置するメチレン基(o)と、フェノール性水酸基のパラ位に位置するメチレン基(p)との存在比[(o)/(p)]が、13C−NMR測定を元に算出される値で40/60〜80/20の範囲であるフェノール樹脂。 - 前記フェノール性水酸基含有化合物(x1)、(x2)に加え、下記構造式(iii)
で表されるフェノール性水酸基含有化合物(x3)を含有し、GPCのピーク面積比から算出されるフェノール樹脂中の前記フェノール性水酸基含有化合物(x1)と(x2)との合計の含有量が30〜80%の範囲であり、かつ、前記フェノール性水酸基含有化合物(x3)の含有量が15〜50%の範囲である請求項1記載のフェノール樹脂。 - 水酸基当量が130〜150g/eqの範囲である請求項1記載のフェノール樹脂。
- 請求項1〜3の何れか一つに記載のフェノール樹脂と硬化剤とを含有する硬化性組成物。
- 請求項4記載の硬化性組成物を硬化反応させてなる硬化物。
- 請求項4記載の硬化性組成物に加え、更に無機充填剤を含有する半導体封止材料。
- 請求項4記載の硬化性組成物に有機溶剤を配合したものを補強基材に含浸し、銅箔を重ねて加熱圧着させることにより得られたプリント配線基板。
- オルソアルキルフェノール、β−ナフトール化合物、及びホルムアルデヒドを無触媒条件下で反応させることを特徴とするフェノール樹脂の製造方法。
- オルソアルキルフェノール、β−ナフトール化合物、及びホルムアルデヒドを反応させて得られる樹脂構造を有するフェノール樹脂のポリグリシジルエーテルであって、
下記構造式(I)
で表されるエポキシ化合物(y1)と、下記構造式(II)
で表されるエポキシ化合物(y2)とを含有し、GPCのピーク面積比から算出されるポリグリシジルエーテル中の前記エポキシ化合物(y1)と(y2)との合計の含有量が30%以上であり、
前記ポリグリシジルエーテル中のフェノール性水酸基に由来するグリシジルオキシ基のオルソ位に位置するメチレン基(o)と、グリシジルオキシ基のパラ位に位置するメチレン基(p)との存在比[(o)/(p)]が、13C−NMR測定を元に算出される値で40/60〜80/20の範囲であるエポキシ樹脂。 - 前記エポキシ化合物(y1)、(y2)に加え、下記構造式(III)
で表されるエポキシ化合物(y3)を含有し、GPCのピーク面積比から算出されるエポキシ樹脂中の前記エポキシ化合物(y1)と(y2)との合計の含有量が30〜80%の範囲であり、かつ、前記エポキシ化合物(y3)の含有量が15〜50%の範囲である請求項9記載のエポキシ樹脂。 - エポキシ基当量が210〜300g/eqの範囲である請求項9記載のエポキシ樹脂。
- 請求項9〜11の何れか一つに記載のエポキシ樹脂と硬化剤とを含有する硬化性組成物。
- 請求項12記載の硬化性組成物を硬化反応させてなる硬化物。
- 請求項12記載の硬化性組成物に加え、更に無機充填剤を含有する半導体封止材料。
- 請求項12記載の硬化性組成物に有機溶剤を配合したものを補強基材に含浸し、銅箔を重ねて加熱圧着させることにより得られたプリント配線基板。
- オルソアルキルフェノール、β−ナフトール化合物、及びホルムアルデヒドを無触媒条件下で反応させてフェノール中間体を得、次いで、得られたフェノール中間体とエピハロヒドリンとを反応させることを特徴とするエポキシ樹脂の製造方法。
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