JP7330865B2 - リン含有エポキシ樹脂及びその調製方法 - Google Patents

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Description

本発明は、硬化性のリン含有エポキシ樹脂、硬化後のリン含有エポキシ樹脂、及びこれらの調製方法に関する。
エポキシ樹脂は、良好な耐溶剤性、優れた機械的強度及び電気絶縁性を有しているので、多くの分野で広範に使用されている。例えばエポキシ樹脂は、一般的に、塗料、電気絶縁材料、プリント基板の積層板、電子部品のパッケージ材料、建築及び建築材料並びにナビゲーション等の関連技術に応用されている。しかし、エポキシ樹脂は耐熱性に劣り、燃え易いため、使用については顕著に制限される。そのため関連産業は、エポキシ樹脂の難燃性及び耐熱性の改善に力を注いできた。
エポキシ樹脂の難燃性を改善するために用い得る数多くの技術が存在するが、最も一般的なのは、難燃性の原子団をエポキシ樹脂化合物中に導入するものであり、通常は、ハロゲンをエポキシ樹脂中に導入する。ハロゲンは、エポキシ樹脂に対して難燃性を付与するうえで効果的である一方、腐食性及び毒性を有するハロゲン化水素ガスが発生する。
ハロゲン含有化合物を用いずに難燃性を改善する別の方法は、リン化合物の導入であり、その効率は非常に良く、好適である。例えば、リン化合物の9,10-ジヒドロ-9-オキサ-10-ホスファフェナントレン-10-オキシド(9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide、DOPO)は、エポキシ樹脂中の多くの有機官能基との反応性に富んでいる。DOPOは、電子不足化合物と反応可能な原子状の活性水素を有しており、電子不足化合物は、例えばベンゾキノン、エチレンオキシド、マレイン酸、ビスマレイミド、ジアミノベンゾフェノン、テレフタルアルデヒド及びその誘導体である。DOPO及びその誘導体は、学術や工業において広範に応用されているが、DOPO及びその誘導体は、樹脂中のエポキシ基と反応して構造中に2級水酸基を形成し、得られたリン含有エポキシ樹脂が高耐熱性や良好な絶縁性能を維持し難くなってしまう。
前記問題を解決するために、従来のリン含有エポキシ樹脂では、リン含有量が約2%~4%に抑えられている。しかし、この程度のリン含有量であっても、高耐熱性や良好な絶縁性能を維持することはやはり困難である。そのため、リン含有量を増加させることができるか又は高く維持することができ、2級水酸基の形成が減少し、かつ、オキサゾリドン構造を導入することでリン含有エポキシ樹脂の難燃性、耐熱性及び絶縁性を向上させることが可能な、イソシアネート変性エポキシ樹脂の開発が求められていた。
本発明の1つの実施態様として、式(I)の化合物を開示する。すなわち、式(I)の化合物であり、
式中、
、R、R及びRは、出現毎に、H、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基及びC~C10の置換シクロアルキル基からなる群よりそれぞれ独立して選択され;
aは、1~5の整数であり;
bは、0~5の整数であり;
は、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基、C~C10の置換シクロアルキル基及びArからなる群より独立して選択され、そのうちArは、下記からなる群より選択され;
Ar及びArは、下記からなる群よりそれぞれ独立して選択され;
Aは、下記からなる群より選択され;
m及びnは、0~4のそれぞれ独立した整数であり;
及びRは、H、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基及びC~C10の置換シクロアルキル基からなる群よりそれぞれ独立して選択され;
は、存在しないか、又は、-CH-、-(CHC-、-CO-、-SO-及び-O-からなる群より選択され;かつ
は、存在しないか、又は、-(CH-であり、そのうちpは、1~20の整数である。
本発明の別の実施態様として、式(I)の化合物の調製方法を開示する。すなわち、式(I)の化合物の調製方法であり、
式(II)の化合物を、
式(III)の化合物
及び少なくとも1つの触媒と接触させることを含み;
式中、
、R、R及びRは、出現毎に、H、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基及びC~C10の置換シクロアルキル基からなる群よりそれぞれ独立して選択され;
aは、1~5の整数であり;
bは、0~5の整数であり;
は、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基、C~C10の置換シクロアルキル基及びArからなる群より独立して選択され、そのうちArは、下記からなる群より選択され;
Ar及びArは、下記からなる群よりそれぞれ独立して選択され;
Aは、下記からなる群より選択され;
m及びnは、0~4のそれぞれ独立した整数であり;
及びRは、H、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基及びC~C10の置換シクロアルキル基からなる群よりそれぞれ独立して選択され;
は、存在しないか、又は、-CH-、-(CHC-、-CO-、-SO-及び-O-からなる群より選択され;かつ
は、存在しないか、又は、-(CH-であり、そのうちpは、1~20の整数である。
本発明の別の実施態様として、硬化性組成物を開示する。すなわち、硬化性組成物であり、(a)少なくとも1つの式(I)の化合物、(b)少なくとも1つの硬化剤、及び(c)少なくとも1つの触媒を含む。
本発明はさらに、別の硬化性組成物の実施態様を開示する。すなわち、この硬化性組成物は、(a)少なくとも1つの式(I)の化合物、(b)少なくとも1つの硬化剤、(c)少なくとも1つの触媒、(d)少なくとも1つの銅箔、及び(e)少なくとも1つの繊維布を含む。
本発明の別の実施態様として、硬化組成物を開示する。すなわち、この硬化組成物は、少なくとも1つの式(I)の化合物が含まれた硬化性組成物を硬化させて得たものである。
式(I)で表される化合物の一例である。 式(I)で表される化合物の別の一例である。
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明は、式(I)の化合物、式(I)の化合物の調製方法、式(I)の化合物が含まれた硬化性組成物、及び式(I)の化合物が含まれた硬化性組成物を硬化させた硬化組成物を提供する。一般的に、この硬化組成物は改良された性能を有しており、それは例えば、改良された耐熱性、高耐熱性及び絶縁性等である。
[I]式(I)の化合物
本発明の1つの実施態様には、式(I)の化合物が含まれる。
式中、
、R、R及びRは、出現毎に、H、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基及びC~C10の置換シクロアルキル基からなる群よりそれぞれ独立して選択され;
aは、1~5の整数であり;
bは、0~5の整数であり;
は、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基、C~C10の置換シクロアルキル基及びArからなる群より独立して選択され、そのうちArは、下記からなる群より選択され;
Ar及びArは、下記からなる群よりそれぞれ独立して選択され;
Aは、下記からなる群より選択され;
m及びnは、0~4のそれぞれ独立した整数であり;
及びRは、H、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基及びC~C10の置換シクロアルキル基からなる群よりそれぞれ独立して選択され;
は、存在しないか、又は、-CH-、-(CHC-、-CO-、-SO-及び-O-からなる群より選択され;かつ
は、存在しないか、又は、-(CH-であり、そのうちpは、1~20の整数である。
上記の基を組み合わせる場合には、それらのうち1つ以上を1つの軸(垂直軸等)の周りで回転させることが恐らく必要となる。例えば、D基が式(I)の右側部分に挿入可能となる前には、それをD基の垂直軸の周りで180度回転させなければならず、そうでなければ、望ましくない過酸化物が形成されてしまう。同様に、D基をB基に挿入する前に、D基を自身の垂直軸の周りで180度回転させてもよい。
通常、R、R、R及びRは、出現毎に、H、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基及びC~C10の置換シクロアルキル基からなる群よりそれぞれ独立して選択される。
多くの実施例において、R、R、R及びRは、出現毎に、H、C~Cの非置換アルキル基及びC~Cの置換アルキル基からなる群よりそれぞれ独立して選択される。幾つかの実施例において、R、R、R及びRは、出現毎に、水素、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ノルマルプロピル基、ノルマルブチル基及び三級ブチル基からなる群よりそれぞれ独立して選択される。幾つかの実施例において、R、R、R及びRは、水素である。
通常、Rは、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基、C~C10の置換シクロアルキル基及びArからなる群より独立して選択され、そのうちArは、下記からなる群より選択される。
及びRは、H、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基及びC~C10の置換シクロアルキル基からなる群よりそれぞれ独立して選択され、Rは、存在しないか、又は、-CH-、-(CHC-、-CO-、-SO-及び-O-からなる群より選択され、かつ、Rは、存在しないか、又は、-(CH-であり、そのうちpは、1~20の整数である。
多くの実施例において、Rは、C~Cの非置換アルキル基又はC~Cの置換アルキル基である。幾つかの実施例において、Rは、C~Cの非置換アルキル基である。幾つかの実施例において、Rは、メチル基である。
通常、Ar及びArは、下記からなる群よりそれぞれ独立して選択される。
及びRは、H、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基及びC~C10の置換シクロアルキル基からなる群よりそれぞれ独立して選択され、Rは、存在しないか、又は、-CH-、-(CHC-、-CO-、-SO-及び-O-からなる群より選択され、かつ、Rは、存在しないか、又は、-(CH-であり、そのうちpは、1~20の整数である。
多くの実施例において、Ar及びArは、それぞれ独立して下記のとおりであり、
は、水素又はC~Cの非置換アルキル基であり、かつ、Rは、存在しないか、又は、-(CH-であり、そのうちpは、1~4の整数である。
幾つかの実施例において、Ar及びArは、それぞれ独立して下記のとおりであり、
は、水素、メチル基又はエチル基であり、かつ、Rは、存在しないか、又は、-(CH-であり、そのうちpは、1~2の整数である。
幾つかの実施例において、Ar及びArは、それぞれ独立して下記のとおりであり、
は、水素であり、かつ、Rは、存在しない。
通常、Aは、下記からなる群より選択され、
mは、0~4の独立した整数であり、また、
は、H、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基及びC~C10の置換シクロアルキル基からなる群より独立して選択される。
多くの実施例において、Aは、下記からなる群より選択され、
mは、0~2の独立した整数であり、かつ、Rは、H、C~Cの非置換アルキル基及びC~Cの置換アルキル基からなる群より独立して選択される。
幾つかの実施例において、Aは、下記からなる群より選択され、
mは、0~1の独立した整数であり、Rは、H、メチル基、エチル基及びイソプロピル基からなる群より独立して選択される。
幾つかの実施例において、Rは、Hである。
[II]式(I)を有する化合物の調製方法
本発明の別の実施態様では、式(I)の化合物の調製方法を提供する。その方法は、反応スキーム(I)に従い、式(II)の化合物を、式(III)の化合物及び少なくとも1つの触媒と接触させるものである。
式中、
、R、R及びRは、出現毎に、H、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基及びC~C10の置換シクロアルキル基からなる群よりそれぞれ独立して選択され;
aは、1~5の整数であり;
bは、0~5の整数であり;
は、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基、C~C10の置換シクロアルキル基及びArからなる群より独立して選択され、そのうちArは、下記からなる群より選択され;
Ar及びArは、下記からなる群よりそれぞれ独立して選択され;
Aは、下記からなる群より選択され;
m及びnは、0~4のそれぞれ独立した整数であり;
及びRは、H、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基及びC~C10の置換シクロアルキル基からなる群よりそれぞれ独立して選択され;
は、存在しないか、又は、-CH-、-(CHC-、-CO-、-SO-及び-O-からなる群より選択され;かつ
は、存在しないか、又は、-(CH-であり、そのうちpは、1~20の整数である。
多くの実施例において、R、R、R及びRは、出現毎に、H、C~Cの非置換アルキル基及びC~Cの置換アルキル基からなる群よりそれぞれ独立して選択される。幾つかの実施例において、R、R、R及びRは、出現毎に、水素、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ノルマルプロピル基、ノルマルブチル基及び三級ブチル基からなる群よりそれぞれ独立して選択される。幾つかの実施例において、R、R、R及びRは、水素である。
通常、Rは、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基、C~C10の置換シクロアルキル基及びArからなる群より独立して選択され、そのうちArは、下記からなる群より選択される。
及びRは、H、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基及びC~C10の置換シクロアルキル基からなる群よりそれぞれ独立して選択され、Rは、存在しないか、又は、-CH-、-(CHC-、-CO-、-SO-及び-O-からなる群より選択され、かつ、Rは、存在しないか、又は、-(CH-であり、そのうちpは、1~20の整数である。
多くの実施例において、Rは、C~Cの非置換アルキル基又はC~Cの置換アルキル基である。幾つかの実施例において、Rは、C~Cの非置換アルキル基である。幾つかの実施例において、Rは、メチル基である。
通常、Ar及びArは、下記からなる群よりそれぞれ独立して選択される。
及びRは、H、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基及びC~C10の置換シクロアルキル基からなる群よりそれぞれ独立して選択され、Rは、存在しないか、又は、-CH-、-(CHC-、-CO-、-SO-及び-O-からなる群より選択され、かつ、Rは、存在しないか、又は、-(CH-であり、そのうちpは、1~20の整数である。
多くの実施例において、Ar及びArは、それぞれ独立して下記のとおりであり、
は、水素又はC~Cの非置換アルキル基であり、かつ、Rは、存在しないか、又は、-(CH-であり、そのうちpは、1~4の整数である。
幾つかの実施例において、Ar及びArは、それぞれ独立して下記のとおりであり、
は、水素、メチル基又はエチル基であり、かつ、Rは、存在しないか、又は、-(CH-であり、そのうちpは、1~2の整数である。
幾つかの実施例において、Ar及びArは、それぞれ独立して下記のとおりであり、
は、水素であり、かつ、Rは、存在しない。
通常、Aは、下記からなる群より選択され、
mは、0~4の独立した整数であり、また、
は、H、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基及びC~C10の置換シクロアルキル基からなる群より独立して選択される。
多くの実施例において、Aは、下記からなる群より選択され、
mは、0~2の独立した整数であり;、かつ、Rは、H、C~Cの非置換アルキル基及びC~Cの置換アルキル基からなる群より独立して選択される。
1つの実施例において、mは、0~1の独立した整数であり、かつ、Rは、H、メチル基、エチル基及びイソプロピル基からなる群より独立して選択される。
別の実施例において、mは、0であり、かつ、Rは、Hである。
(a).式(II)の化合物
式(II)のリン含有ビスフェノール化合物については、先に詳述したとおりである。
幾つかの実施例において、R、R、R及びRは、出現毎に、H、C~Cの非置換アルキル基及びC~Cの置換アルキル基からなる群よりそれぞれ独立して選択される。幾つかの実施例において、R、R、R及びRは、出現毎に、水素、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ノルマルプロピル基、ノルマルブチル基及び三級ブチル基からなる群よりそれぞれ独立して選択される。好ましい実施例では、R、R、R及びRは、水素である。
幾つかの実施例において、Rは、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基、C~C10の置換シクロアルキル基及びArからなる群より独立して選択され、そのうちArは、下記からなる群より選択される。
及びRは、H、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基及びC~C10の置換シクロアルキル基からなる群よりそれぞれ独立して選択され、Rは、存在しないか、又は、-CH-、-(CHC-、-CO-、-SO-及び-O-からなる群より選択され、かつ、Rは、存在しないか、又は、-(CH-であり、そのうちpは、1~20の整数である。
多くの実施例において、Rは、C~Cの非置換アルキル基又はC~Cの置換アルキル基である。幾つかの実施例において、Rは、C~Cの非置換アルキル基である。幾つかの実施例において、Rは、メチル基である。この化合物は、リン含有ビスフェノールエポキシ樹脂とすることができる。
(b).式(III)の化合物
式(III)のジイソシアネート(diisocyanate)化合物については、先に詳述したとおりである。
幾つかの実施例において、Aは、下記からなる群より選択され、
mは、0~2の独立した整数であり、かつ、Rは、H、C~Cの非置換アルキル基及びC~Cの置換アルキル基からなる群より独立して選択される。別の実施例において、mは、0~1の独立した整数であり、かつ、Rは、H、メチル基、エチル基及びイソプロピル基からなる群より独立して選択される。1つの実施例において、Rは、H及びメチル基からなる群より独立して選択される。別の実施例において、式(III)の化合物は、ジフェニルメタンジイソシアネート(methylene diphenyl diisocyanate、MDI)である。
通常、式(II)の化合物と式(III)の化合物との重量比は、約20.0:1.0~約5.0:1.0でよい。多くの実施例において、式(II)の化合物と式(III)の化合物との重量比は、約20.0:1.0~約5.0:1.0、約18.0:1.0~約6.0:1.0、約16.0:1.0~約8.0:1.0、約14.0:1.0~約10.0:1.0、又は、約13.0:1.0~約11.0:1.0でよい。1つの例示的実施例において、式(II)の化合物と式(III)の化合物との重量比は、約12.5:1.0でよい。
(c).少なくとも1つの触媒
この方法においては、多種多様な触媒を使用することができる。本明細書では、触媒は、式(II)のリン含有ビスフェノール化合物と式(III)のジイソシアネート化合物との付加反応を促進するものと定義する。触媒に適するのは、例えば、2-メチルイミダゾール(2MI)、2-フェニルイミダゾール(2PI)、2-エチル-4-メチルイミダゾール(2E4MZ)、1-ベンジル-2-フェニルイミダゾール(1B2PZ)、ホウ酸、トリフェニルホスフィン(TPP)、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボラート(TPP-k)、リチウム化合物又はこれらの組み合わせであるが、これらの例示に限定されない。
通常、式(II)のリン含有ビスフェノール化合物と触媒との重量比は、500:1~50:1でよい。多くの実施例において、式(II)のリン含有ビスフェノール化合物と触媒との重量比は、500:1~約50:1、400:1~約100:1、350:1~約150:1、又は、250:1~約175:1でよい。1つの例示的実施例において、式(II)のリン含有ビスフェノール化合物と触媒との重量比は、約200:1でよい。
(d).任意の溶剤
その他の実施例において、式(I)の化合物の調製方法において、選択的に少なくとも1つの溶剤を使用することができる。この方法において有用な溶剤は、例えば、ケトン、環状ケトン、エーテル、芳香族炭化水素、アルコールエーテル、及びこれらの組み合わせから選択することができる。溶剤に適するのは、例えば、酢酸n-プロピル、酢酸n-ブチル、キシレン、オルソキシレン、メタキシレン、パラキシレン、(モノ)プロピレングリコール(モノ)メチルエーテル(PM)、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、エチルイソブチルケトン、N-メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、及びこれらの混合物であるが、これらの例示に限定されない。1つの好ましい実施例では、この方法において有用な少なくとも1つの溶剤は、メチルエチルケトンである。
多くの実施例において、少なくとも1つの溶剤を硬化性組成物中に添加することで、組成物中の固形分を調製することができる。
通常、この方法において含まれる溶剤の量は、成分の総重量に基づいて、約0wt%~約70wt%でよい。多くの実施例において、溶剤の量は、成分の総重量に基づいて、約0wt%~約70wt%、約20wt%~約60wt%、又は、約40wt%~約50wt%でよい。
(e).反応条件
式(I)の化合物は、式(II)のリン含有ビスフェノール化合物、式(III)のジイソシアネート化合物、少なくとも1つの触媒及び少なくとも1つの任意の溶剤で形成された反応混合物により調製することができる。これらの成分は、同時、順に又は任意の順序で添加してよい。これらの成分は、任意の公知の混合設備又は反応容器中で、混合物が均質となるまで混合すればよく、これにより硬化性組成物を製造する。
通常、式(I)の化合物を調製する反応は、約90℃~約200℃の温度下で行うことができる。多くの実施例において、反応温度は、約90℃~約190℃、約110℃~約170℃、又は、約130℃~約170℃でよい。通常、この反応は、不活性ガス中で行うことができ、例えば窒素ガス、アルゴンガス又はヘリウムガス中で行う。
この反応の持続時間は、例えば温度、混合方法及び混合する材料の量等、多くの要素に応じて変化し得る。この反応の持続時間は、約60分~約5時間でよい。幾つかの実施例において、この反応の持続時間は、約80分~約4時間、約100分~約4時間、又は、約2時間~約3時間でよい。多くの実施例において、この反応は、完了が認められるまで持続させてもよい。
(f).式(I)の化合物の性質
通常、式(I)の化合物は、固形である。均一性を得るため、本発明の式(I)の化合物を溶剤に溶解し、かつ、高固形分(例えば、少なくとも60wt%)になるよう調整することができる。多くの実施例において、この化合物の固形分は、少なくとも60wt%、少なくとも70wt%、又は、70wt%超であってよい。
本発明の式(I)の化合物は、少なくとも3.5wt%のリン含有量を有することができる。多くの実施例において、式(I)の化合物は、少なくとも3.5%、少なくとも4.0%、少なくとも4.5%、少なくとも5.0%、少なくとも5.3%、又は、5.0%超のリン含有量を有することができる。
通常、式(I)の化合物は、少なくとも0.4eq/kgのオキサゾリドン含有量を有することができる。多くの実施例において、式(I)の化合物は、少なくとも0.4eq/kg、少なくとも0.45eq/kg、少なくとも0.49eq/kg、少なくとも0.5eq/kg、又は、0.5eq/kg超のオキサゾリドン含有量を有することができる。
[III]硬化性組成物
本発明の別の実施態様では、硬化性組成物を提供する。この硬化性組成物には、(a)少なくとも1つの式(I)の化合物、及び、(b)少なくとも1つの硬化剤が含まれる。この硬化性組成物は、さらに、少なくとも1つの溶剤、少なくとも1つの添加剤、又は、これらの組み合わせを含むことができる。1つの実施例において、この硬化性組成物は、液体であってよい。別の実施例において、この硬化性組成物は、半固体状態又は固体状態であってよい。これら半固体状態又は固体状態の硬化性組成物は、「プリプレグ」と称することができる。
(a)少なくとも1つの式(I)の化合物
少なくとも1つの式(I)の化合物については、前記[I]において詳述したとおりである。
(b)少なくとも1つの硬化剤
少なくとも1つの硬化剤(即ち成分(b)、固化剤又は架橋剤とも称する)は、硬化性組成物(硬化性塗料組成物)の調製に用いることができる。硬化剤に適するのは、例えば、無水物硬化剤、酸硬化剤、アミン硬化剤、ピリジン硬化剤、ルイス酸、フェノール類硬化剤、アルコール硬化剤、イミダゾール硬化剤、硫黄硬化剤(メルカプタン)又はこれらの混合物であるが、これらの例示に限定されない。幾つかの実施例において、ルイス酸は、上述の硬化剤と組み合わせて使用することができる。その他の実施例において、硬化剤は、例えば、エポキシ反応性リン化合物(H-PRR’)、求核性アニオンを有する第四級アンモニウム塩、求核性アニオンを有する第四級ホスホニウム塩、求核性アニオンを有する第三級アルセニウム塩、ホウ酸を含む化合物、及び求核性アニオンを有する第三級スルホニウム塩等の求核性物質でよい。
無水物硬化剤は、無水フタル酸及びその誘導体、ナド酸無水物及びその誘導体、トリメリット酸無水物及びその誘導体、ピロメリット酸無水物及びその誘導体、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体、ドデセニル琥珀酸無水物及びその誘導体、ポリ(エチルオクタデカンニ酸)無水物及びその誘導体、ヘキサヒドロフタル酸無水物、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロフタル酸無水物、メチルテトラヒドロフタル酸無水物、ナド酸無水物、メチルナド酸無水物、及びこれらの混合物を含むが、これらの例示に限定されない。
アミン硬化剤は、ジシアンジアミド(DICY)、ポリアミド、フェナルカミン、ポリエステルアミン、エチレンジアミン(EDA)、ジエチレントリアミン(DETA)、トリエチレンテトラミン(TETA)、トリメチルヘキサンジアミン(TMDA)、ヘキサンジアミン(HMDA)、N-(2-アミノエチル)-1,3-プロパンジアミン(N3-アミン)、N,N’-1,2-エタンジイルビス-1,3-プロパンジアミン(N4-アミン)、ジプロピレントリアミン、メタキシリレンジアミン(mXDA)、イソホロンジアミン(IPDA)、ジアミノジフェニルメタン(DDM)、ジアミノジフェニルスルホン(DDS)、2-エチル-6-メチルアニリン(MEA)、トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール(DMP-30)、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ-7-エン(DBU)、及びこれらの混合物を含むが、これらの例示に限定されない。
フェノール類硬化剤は、フェノール類又はアルキル基で置換されたフェノール類とホルムアルデヒドとを反応させて得た、フェノールノボラック、クレゾールノボラック及びレゾール樹脂等のフェノール樹脂を含むが、これらの例示に限定されない。
アルコール硬化剤は、エチレングリコール、ジエチレングリコール及びさらに高級のポリ(オキシエチレン)グリコール、1,2-プロパンジオール又はポリ(オキシプロピレン)グリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、ポリ(オキシシクロブチル)グリコール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、2,4,6-ヘキサントリオール、グリセロール、1,1,1-トリメチロールプロパン、ペンタエリトリトール、ソルビトール又はポリ(エピクロロヒドリン)でよく、あるいは、1,4-シクロヘキサンジメタノール、ビス(4-ヒドロキシ-シクロヘキシル)メタン又は2,2-ビス(4-ヒドロキシシクロヘキシル)プロパン等の脂環式アルコールから誘導されたアルコール硬化剤でもよく、あるいは、N,N-ビス(2-ヒドロキシエチル)アニリン又はp,p’-ビス(2-ヒドロキシエチルアミノ)ジフェニルメタン等の芳香環を含むアルコール硬化剤でもよい。
イミダゾール硬化剤は、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-イソプロピルイミダゾール、1-プロピルイミダゾール、2-ヘプタデシルイミダゾール、及びこれらの混合物を含むが、これらの例示に限定されない。
別の実施例において、硬化剤は、硫黄硬化剤でよい。硫黄硬化剤は、メタンジチオール、プロパンジチオール、シクロヘキサンジチオール、2-メルカプトエチル-2,3-ジメルカプトコハク酸、2,3-ジメルカプト-1-プロパノール(2-メルカプト酢酸)、ジエチレングリコールビス(2-メルカプト酢酸)、1,2-ジメルカプトプロピルメチルエーテル、ビス(2-メルカプトエチル)エーテル、トリメチロールプロパントリス(チオグリコラート)、ペンタエリトリトールテトラ(メルカプトプロピオナート)、ペンタエリトリトールテトラ(チオグリコラート)、エチレングリコールジチオグリコラート、トリメチロールプロパントリス(β-チオプロピオネート)、プロポキシル化アルカンのトリグリシジルエーテルのトリス―メルカプタン誘導体、及びジペンタエリトリトールポリ(β-チオプロピオネート);ジ-、トリ-又はテトラ-メルカプトベンゼン、ビス-、トリス-又はテトラキス(メルカプトアルキル)ベンゼン、ビフェニルジチオール、トルエンジチオール及びナフタレンジチオール等の芳香族チオール;アミノ-4,6-ジチオール-s-トリアジン、アルコキシ-4,6-ジチオール-s-トリアジン、アリールオキシ-4,6-ジチオール-s-トリアジン、及び1,3,5-トリス(3-メルカプトプロピル)イソシアヌレート等の複素環を含有するチオール;ビス-、トリス-又はテトラ(メルカプトアルキルチオ)ベンゼン、ビス-、トリス-又はテトラ(メルカプトアルキルチオ)アルカン、ビス(メルカプトアルキル)ジスルフィド、ヒドロキシアルキルスルフィドビス(メルカプトプロピオン酸)、ヒドロキシアルキルスルフィドビス(メルカプト酢酸)、メルカプトエチルエーテルビス(メルカプトプロピオン酸)、1,4-ジチアン-2,5-ジオールビス(メルカプト酢酸)、チオジグリコール酸ビス(メルカプトアルキルエステル)、チオジプロピオン酸ビス(2-メルカプトアルキルエステル)、4,4-チオブタン酸ビス(2-メルカプトアルキルエステル)、3,4-チオフェンジチオール、ビスマスチオール及び2,5-ジメルカプト-1,3,4-チアジアゾール等のメルカプト基以外にも少なくとも2つのメルカプト基を有し、かつ、硫黄原子を含有するチオール化合物を含むが、これらの例示に限定されない。1つの好ましい実施例では、少なくとも1つの硬化剤(固化剤)には、ジシアンジアミド(DICY)が含まれる。
式(I)の化合物と少なくとも1つの硬化剤との重量比は、式(I)の化合物の具体的な種類、使用する少なくとも1つの硬化剤及び反応条件に基づいて変更することができる。通常、式(I)の化合物と少なくとも1つの硬化剤との重量比は、10.0:1.0~約2.0:1.0でよい。多くの実施例において、式(I)の化合物と少なくとも1つの硬化剤との重量比は、10.0:1.0~約2.0:1.0、8.0:1.0~約2.5:1.0、6.0:1.0~約3.0:1.0、又は、5.0:1.0~約4.0:1.0でよい。1つの実施例において、式(I)の化合物と少なくとも1つの硬化剤との重量比は、約4.3:1.0でよい。
(c)少なくとも1つの触媒
硬化性塗料組成物(硬化性組成物)の調製には、さらに少なくとも1つの触媒、即ち成分(c)を含めてもよい。少なくとも1つの触媒として使用可能なものには、例えばホウ酸や、トリフェニルホスフィン(TPP)、エチルトリフェニルホスフィン(ETPPI)及びテトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボラート(TPP-k)から選択されるホスフィン化合物等、多様な種類が含まれる。
本発明で使用可能な複素環式の2級アミン及び複素環式の3級アミン又は窒素含有触媒は、例えば、イミダゾール、ベンズイミダゾール、イミダゾリジン、イミダゾリン、オキサゾール、ピロール、チアゾール、ピリジン、ピラジン、モルホリン、ピリダジン、ピリミジン、ピロリジン、ピラゾール、キノキサリン、キナゾリン、フタロジン、キノリン、プリン、インダゾール、インドール、インドラジン、フェナジン、フェナザジン、フェノチアジン、ピロリン、インドリン、ピペリジン、ピペラジン、及びこれらの任意の組み合わせ等である。
イミダゾール触媒は、2-メチルイミダゾール、N-メチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-イソプロピルイミダゾール、1-プロピルイミダゾール、2-ヘプタデシルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール(2PI)、1-ベンジル-2-フェニルイミダゾール(1B2PZ)、2,5-クロロ-4-エチルイミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、イミダゾール-エポキシ樹脂付加物、及びこれらの混合物を含むが、これらの例示に限定されない。
ピリジン触媒は、4-ジメチルアミノピリジン、2-アミノピリジン、3-アミノピリジン、4-アミノピリジン、2,3-ジアミノピリジン、2,5-ジアミノピリジン、2,6-ジアミノピリジン、及びこれらの組み合わせを含むが、これらの例示に限定されない。
1つの好ましい実施例では、少なくとも1つの触媒は、2-メチルイミダゾールを含む。
(d)少なくとも1つの任意の溶剤
硬化性組成物は、さらに、少なくとも1つの任意の溶剤を含むことができる。この硬化性組成物に適する溶剤については、前記セクション[II](d)中で詳述したとおりである。1つの好ましい実施例では、メチルエチルケトンを溶剤とすることができる。
(e)少なくとも1つの任意の添加剤
硬化性組成物は、さらに、1種類以上の顔料及び/又はその他の添加剤を含むことができ、これは、硬化性組成物の調製、保存、応用及び硬化に用いることができる。添加剤に適するものには、填料、均染剤、及びこれらの類似物又はこれらの組み合わせが含まれる。
これらの任意の化合物には、当業者にとって公知である、硬化性組成物及び熱硬化性材料の調製によく使用される樹脂配合成分中の化合物を含むことができる。
通常、硬化性組成物中に含まれるこれらの任意の添加剤の量は、組成物の総重量の約0wt%~約50wt%でよい。多くの実施例において、顔料及び/又は添加剤の量は、組成物の総重量の約0wt%~約50wt%、約10wt%~約40wt%、又は、約25wt%~約35wt%でよい。
(f)反応条件
硬化性組成物は、式(I)の化合物、少なくとも1つの硬化剤、少なくとも1つの任意の溶剤及び少なくとも1つの任意の添加剤で形成された反応混合物により調製することができる。これらの成分は、同時、順に又は任意の順序で添加してよい。これらの成分は、任意の公知の混合設備又は反応容器中で、混合物が均質となるまで混合すればよく、これにより硬化性組成物を製造する。
通常、硬化性組成物を調製する反応は、約10℃~約200℃の温度下で行うことができる。多くの実施例において、反応温度は、約10℃~約200℃、約20℃~約180℃、又は、約50℃~約160℃でよい。通常、この反応は、大気圧下で行われる。この反応は、不活性ガス中で行うことができ、例えば窒素ガス、アルゴンガス又はヘリウムガス中で行う。
この反応の持続時間は、例えば温度、混合方法及び混合する材料の量等、多くの要素に応じて変化し得る。この反応の持続時間は、約5分~約12時間でよい。幾つかの実施例において、この反応の持続時間は、約5分~約30分、約30分~約2時間、約2時間~約4時間、約4時間~約10時間、又は、約10時間~約12時間でよい。
[IV]硬化性組成物の硬化方法及び硬化組成物の性質
本発明の別の実施態様では、硬化性組成物の硬化方法及び硬化組成物の性質を提供する。この方法には、前記セクション[III]中で詳述した硬化性組成物を提供し、硬化性組成物を基材に塗布するか、又は多層の半固体状態もしくは固体状態であるプリプレグの基質を構築した後、組成物を硬化することが含まれる。
通常は、硬化する前に、硬化性組成物を、塗布対象の基材表面の少なくとも一部に塗布する。
(a)硬化性塗料組成物(硬化性組成物)の提供
硬化性組成物に適するものについては、前記セクション[III]で説明したとおりである。
(b)基材
硬化性組成物は、基材上に塗布することができる。広義において、基材は一種の材料と定義され、そのうち硬化性組成物は、最初に基材の少なくとも1つの表面の少なくとも一部に塗布される。基材は、硬化塗膜が形成される硬化に耐え得る任意の材料でよい。
多くの実施例において、基材は金属である。本明細書で定義する基材は、単一の金属又は各種金属の合金でよい。これらの金属には、鋳鉄、アルミニウム、錫、黄銅、鋼、銅、亜鉛アルミニウム合金、ニッケル又はこれらの組み合わせが含まれるが、これらの例示に限定されない。
代替実施例において、基材は繊維でよく、これには、ガラス繊維、炭素繊維、布繊維又はこれらの組み合わせが含まれるが、これらの例示に限定されない。これらの繊維は、炭素繊維織物、ガラス繊維織物又は布繊維織物等の織物形態でよい。
その他の実施例において、基材はセルロース製品であり、これには、紙、板紙、紙カード、厚紙、木材及びバルサが含まれるが、これらの例示に限定されない。
別の実施例において、基材はプラスチックでよく、これにはベークライト、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド(ナイロン)、ABS樹脂、ポリカーボネート、ポリウレタン、及びこれらの組み合わせが含まれるが、これらの例示に限定されない。
別の実施例において、この物品は構造用積層板材又は複合材料でよく、構造用積層板材又は複合材料には、ラミネートフロア、炭素繊維積層板、ガラス繊維積層板、炭素繊維複合材料、繊維複合材料、高分子基複合材料、金属基複合材料及びセラミックス基複合材料が含まれるが、これらの例示に限定されない。
多くの実施例において、この物品は様々な構造を有することができ、物品には、コイル、板、シート、ワイヤ、チューブ、織物又は剛体管が含まれるが、これらの例示に限定されない。物品の構造は、様々な寸法、形状、厚さ及び重量を有することができる。
液体の硬化性塗料組成物は、基材の少なくとも1つの表面の少なくとも一部か、基材の単一の表面全てか、基材の複数の表面もしくは側面か、基材の2つの表面か、又は基材の各表面に塗布することができる。通常、硬化性組成物は、1つの層又は多層上に塗布されて硬化し、積層構造又は基体を形成することができる。幾つかの実施例において、この硬化性組成物は、基材に直接塗布され、かつ、硬化することができる。
半固体状態又は固体状態の硬化性塗料組成物(プリプレグ)は、様々なサイズ及び寸法にカットすることができる。これらのプリプレグを層化し、硬化して、積層構造又は基体を形成する。
硬化性塗料組成物には、液体の硬化性塗料組成物、半固体状態又は固体状態の硬化性塗料組成物、又はこれらの組み合わせが含まれることは、当業者には理解されることである。
(c)硬化性組成物の塗布
この方法はさらに、硬化性組成物を基材の少なくとも1つの表面の一部に塗布することを含む。基材に適するものについては、先に詳述したとおりである。硬化性組成物の塗布については、例えば液体の硬化性組成物であれば、コンラージ棒、ローラー、ナイフ、塗料用刷毛、スプレー、浸漬又は当業者に公知な他の方法を用いて塗布することができ、また、半固体状態又は固体状態の硬化性塗料組成物(プリプレグ)を様々な寸法にカットして基材上に置くこともでき、様々な方式で塗布することができる。さらに、硬化性組成物を1回以上塗布して多層塗膜を形成することもできる。前記のとおり、硬化性組成物を塗布対象である基材の1つ以上の表面に塗布することもできる。
(d)硬化性組成物の硬化
通常、硬化性組成物は、当業者に公知な多くの方法を用いて硬化することができ、これには、熱、フリーラジカル開始、紫外線又はこれらの組み合わせが含まれるが、これらの例示に限定されない。1つの好ましい実施例において、硬化性組成物は、熱で硬化させる。
この方法はさらに、硬化性塗料組成物を約100℃~300℃まで加熱して硬化組成物を形成することを含む。1つの実施例において、本発明の硬化性組成物を硬化させて熱硬化性又は硬化組成物を形成することができる。例えば、本発明の硬化性組成物を常套の加工条件下で硬化して、薄膜、塗膜又は固体を形成することができる。
硬化性組成物の硬化は、特定の硬化反応条件下で行うことができ、これには、所定の温度及び組成物が硬化するのに充分な所定の時間が含まれる。通常、硬化性組成物を約100℃~約300℃まで加熱すると、硬化塗膜を形成することができる。多くの実施例において、硬化性組成物を約100℃~約200℃、約100℃~約150℃、約150℃~約200℃、又は、約125℃~約175℃まで加熱することができる。幾つかの実施例において、硬化温度は、約150℃でよい。基材の加熱は、常套の方法か又は当業者に公知な方法で行うことができる。
硬化性塗料組成物の硬化に要する圧力は、約1kg/cm~約50kg/cmでよい。多くの実施例において、硬化組成物を形成する圧力は、約1kg/cm~約50kg/cm、約5kg/cm~約40kg/cm、約15kg/cm~約35kg/cm、又は、約20kg/cm~約30kg/cmでよい。
通常、加熱工程の持続時間は、5分~2時間でよい。多くの実施例において、加熱工程の持続時間は、約5分~2時間、約15分~約1.5時間、又は、約30分~1時間でよい。特定の実施例において、加熱工程の持続時間は、約30分でよい。
(e)硬化組成物の性質
この硬化組成物は、低燃焼性、低毒性、良好な加工特性及び各種材料との良好な相容性を示す。
通常、この硬化組成物は、180℃を超えるTg(ガラス転位温度)を示すことができ、これは高い耐熱性を有することを示している。オキサゾリドンの導入は、Tgの改善に有用である。多くの実施例において、硬化組成物は、180℃超、190℃超、195℃超、200℃超、又は、210℃超のTgを示すことができる。特定の実施例において、硬化組成物は、190℃~205℃のTgを示すことができる。別の実施例において、示差走査熱量計で測定した場合、硬化組成物は、少なくとも180℃のTg又はこれらの組み合わせを有する。
別の重要な性質は、Ttotal(UL94(米国Underwriters Laboratories社公表のプラスチック材料燃焼性規格)に基づいて測定。5枚の試験片の燃焼時間の合計)である。通常、この硬化組成物は、10秒未満のTtotalを示す。多くの実施例において、硬化組成物は、10秒未満、9秒未満、8秒未満、7秒未満、6秒未満、5秒未満、4秒未満、又は、3秒未満のTtotalを示す。
さらに別の重要な性質は、Tmax(UL94に基づいて測定。5枚の試験片のうち、燃焼時間が最も長かった試験片の燃焼時間)である。通常、この硬化組成物のTmaxは、4秒未満である。多くの実施例において、硬化組成物のTmaxは、4秒未満、3秒未満、又は、2秒未満である。
この硬化組成物の絶縁性能は、電子デバイスにとっても重要な性質である。硬化する前に第2級アルコール含有量を低減させ、その誘電率(D)(IPC-TM-650-2.5.5.9に基づいて測定。1MHz)を低減させることができる。通常、この硬化組成物は、4.8未満のD(1MHz)を有する。多くの実施例において、硬化組成物は、4.8未満、4.7未満、4.65未満、又は、4.6未満のD(1MHz)を有する。
この硬化組成物の誘電正接(D)(IPC-TM-650-2.5.5.9に基づいて測定。1MHz)は、0.02未満である。多くの実施例において、硬化組成物は、0.02未満、0.0175未満、0.015未満、又は、0.013未満のD(1MHz)を有する。
この硬化組成物の難燃性を、UL94に基づいて測定したところ、V-0の難燃性を示すことが確認できた。高いリン含有量を維持すれば、難燃性及びTgを改善することができる。
<定義>
本明細書が実施例の要素の紹介において記す冠詞の「a/an(1つの)」、「the(当該)」及び「said(前記)」は、1つ以上の要素が存在することを示している。用語の「含む」、「包含する」及び「有する」は、包含的であることを示し、列挙する要素以外の他の要素も存在し得ることを示している。
「ガラス転位温度」は、ポリマーが硬質のガラス状の材料から軟質のゴム状の材料に変わる温度である。
本明細書において、単独で使用するか又は別の基の一部として使用する「アシルオキシ基」という用語は、例えばRC(O)O-等の酸素結合(O)と結合された前記アシル基を示しており、そのうちのRが「アシル基」を表している。
本明細書で用いる「アルキル基」という用語は、1個~30個の炭素原子を含有する飽和炭化水素基を示している。これらは直鎖又は分岐鎖でよく、また、以下に定義するように、置換されてもよい。アルキル基には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、二級ブチル基、三級ブチル基、イソブチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基等が含まれる。
「シクロアルキル基」という用語は、3個~14個の炭素原子を含有する飽和環状炭化水素基を示している。シクロアルキル基は、1つ以上の環を含有しており、本明細書に記載の通り、各環は独立して、非置換又は置換されている。
本明細書で用いる「アルコキシド」又は「アルコキシ基」という用語は、-O-アルキル基であり、本明細書に記載のとおり、アルキル基は、非置換又は置換されている。
本明細書において、単独で使用するか又は別の基の一部として使用する「芳香族」という用語は、非局在化電子を含有する選択的に置換されたホモ-又はヘテロ環の共役平面環もしくは環系を示している。これらの芳香族基は、環部分に5個~14個の原子を含有する単環式(フラン又はベンゼン等)、二環式又は三環式基であることが好ましい。「芳香族」という用語は、以下に定義する「アリール基」を含む。
本明細書において、単独で使用するか又は別の基の一部として使用する「アリール基」という用語は、選択的に置換された芳香族類の炭化水素基を示しており、環部分に6個~10個の炭素を含有する単環式又は二環式炭化水素基であることが好ましい。アリール基は、例えばフェニル基、ビフェニル基及びナフチル基等であり、各々は、非置換又は置換されたものでよい。
「ヘテロ環」という用語は、少なくとも1つの非炭素を含有するヘテロアリール基及びヘテロシクロアルキル基部分を示す。ヘテロアリール基は芳香族に属し、ヘテロシクロアルキル基は芳香族に属さない。非炭素は、例えば窒素、酸素、リン及びホウ素等である。ヘテロアリール基は、例えばピリジル基、キノリン基、フリル基及びチオニル基である。ヘテロシクロアルキル基部分は、例えばピペリジン基、ピペラジン基、モルホリン基及びピロリジン基等である。
本明細書で用いる「炭化水素」及び「炭化水素基」は、炭素及び水素のみで構成された有機化合物又は基を示している。これらの部分には、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基及びアリール基部分が含まれる。さらにこれらの部分には、例えばアルカリル基(ベンジル基又はフェニルエチル基等)、アルケンアリール基及びアルキンアリール基等、他の炭化水素基で置換されたアルキル基、アルケニル基、アルキニル基及びアリール基部分が含まれる。これらは直鎖、分岐鎖又は環状でよい。特段の説明がない限り、これらの部分は、1個~20個の炭素原子を含有することが好ましい。
「置換炭化水素」基は、少なくとも1つの炭素又は水素ではない部分で置換された炭化水素である。これらの置換基には、ホウ素、C~Cのアルコキシ基、C~Cのアシル基、C~Cのアシルオキシ基、C~Cのアルケンオキシ基、アリールオキシ基、アミノ基、モノC~Cアルキルアミノ基、ジC~Cアルキルアミノ基、アミド基、アセタール、カルバミル基、シアン基、ハロゲン、ヘテロ環、ヒドロキシ基、ケトン、ケタール、リン酸、ニトロ基及びチオール基が含まれる。
以上、本発明について詳細に説明したが、これらの説明は本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明の実施範囲を限定するものではない。本発明の特許請求の範囲に基づく同等変化や修飾は、いずれも本発明の特許請求の範囲に属するものである。
以下の実施例は、本発明の様々な実施形態を説明するものである。表1に、使用する成分を示す。
実施例1:リン含有ビスフェノール化合物A1(DMP)の合成
予め室温下において、10.81g(0.05モル)の9,10-ジヒドロ-9-オキサ-10-ホスファフェナントレン-10-オキシド(DOPO)、23.5g(0.25モル)のフェノール、6.81g(0.05モル)の4’-ヒドロキシアセトフェノン及び0.432g(DOPOの重量に基づき4wt%)のp?トルエンスルホン酸を、250ml容の3つ口のフラスコ反応器中で混合して撹拌した。反応物を130℃で24時間撹拌し続け、混合物を形成した後、混合物の温度を室温まで冷却した。これを濾過し、粗生成物をエタノールで洗浄し、乾燥させて、白色粉末のリン含有ビスフェノール化合物A1(DMP)を得た。
前記リン含有ビスフェノール化合物A1の収率は85%であり、融点は306℃であった。元素分析による炭素、水素及び酸素元素の測定値は、それぞれ72.48%、4.65%及び14.90%であった(理論値は、C:72.89%、H:4.65%、O:14.94%)。
実施例2:リン含有ビスフェノールエポキシ樹脂B1(DMPE)の合成
214g(0.4モル)のDMP(実施例1)(リン含有ビスフェノール化合物A1)及び925g(1.0モル)のエピクロロヒドリンを、ジャケットヒーター、温度調節器、電動撹拌器並びに撹拌子、窒素供給口、熱電対、水冷凝縮器及び供給用漏斗が設けられた5つ口のガラス反応釜中に入れた。窒素ガスを導入し、反応釜を130℃まで加熱した。DMPが完全に溶解した後、反応釜の温度を70℃まで下げて、この均一な溶液中に200gの20%水酸化ナトリウムを4時間以上かけて一定速度で添加し、同時に190mmHgの絶対圧力下で反応系中に含まれる水を共沸蒸留した。反応完了後、真空蒸留で残りのエピクロロヒドリン及び溶剤を除去した。得られた粗エポキシ樹脂をメチルエチルケトン(MEK)と脱イオン水中に溶解し、かつ、水で洗浄して、含まれている塩化ナトリウムを除去した。減圧下において、得られた粗エポキシ樹脂から溶剤を留出し、290当量のエポキシ基を有する淡黄色のエポキシ樹脂が得られた。そのリン含有量の理論値は、5.75wt%であった。均一性を確保するため、生成物をMEK中に溶解し、かつ、固形分を75%に調整した。
実施例3:式(I)の硬化性化合物の合成
式中、
100gのDMPE(実施例2)(式(II)として使用。式中のbは0~5であり、Ar及びArは式(III)であり、式中のmは0、かつ、nは0であり、Rはメチル基であり、R、R、R及びRはHである)を、ジャケットヒーター、温度調節器、電動撹拌器並びに撹拌子、窒素供給口、熱電対、水冷凝縮器及び供給用漏斗が設けられた5つ口のガラス反応釜中に入れた。窒素ガス中で、反応釜を130℃まで加熱した。DMPEが完全に融解し、真空下で乾燥させた後、窒素ガス下で0.5gの触媒Aを導入した。温度を150℃まで上げた後、その反応物中に7.9gのMDI1(式(III)として使用。式中のAは式(XVII)であり、式中のmは0である)を添加した。温度を165℃まで上げて、反応物を1時間撹拌した。硬化性化合物(実施例3)(式(I)として使用。式中のbは0~5であり、Ar及びArは式(XIII)であり、式中のmは0、かつ、nは0であり、Rはメチル基であり、R、R、R及びRはHである)が形成された。均一性を確保するため、生成物をMEK中に溶解し、かつ、固形分を70%に調整した。
実施例4:式(I)の硬化性化合物の合成
実施例3と同じ方法で合成した。ただし、MDI1の代わりに使用したジイソシアネートはMDI2である。
実施例5:式(I)の硬化性化合物の合成
実施例3と同じ方法で合成した。ただし、MDI1の代わりに使用したジイソシアネートはMDI3(式(III)として使用。式中のAは式(XX)である)である。
比較例1:硬化性化合物の合成
63.3gのDMP(実施例1)及び100gのエポキシ樹脂1を、ジャケットヒーター、温度調節器、電動撹拌器並びに撹拌子、窒素供給口、熱電対、水冷凝縮器及び供給用漏斗が設けられた5つ口のガラス反応釜中に入れた。窒素ガス中で、反応釜を130℃まで加熱した。DMP及びエポキシ樹脂1が完全に融解し、真空下で乾燥させた後、窒素ガス下で0.7gの触媒Aを導入した。温度を170℃まで上げて、2.5時間維持した。硬化性化合物(比較例1)が形成された。均一性を確保するため、生成物をMEK中に溶解し、かつ、固形分を65%に調整した。
比較例2:硬化性化合物の合成
実施例3と同じ方法で合成した。ただし、DMPEの代わりにエポキシ樹脂2を使用し、MDI1は使用しなかった。
比較例3:硬化性化合物の合成
実施例3と同じ方法で合成した。ただし、DMPEの代わりにエポキシ樹脂2を使用し、MDI1の代わりに5gのMDI2を使用した。
比較例4:硬化性化合物の合成
実施例3と同じ方法で合成した。ただし、DMPEの代わりにエポキシ樹脂3を使用し、MDI1は使用しなかった。
以下の方法にしたがって、硬化性化合物の物性を得た。その結果を、各成分と併せて表2及び表3に示す。
・エポキシ当量(EEW)(g/eq):
ASTM D1652に記載の方法に準拠してエポキシ樹脂試料を測定に供した。
・固形分(%):
リン含有エポキシ樹脂が含まれた1gの試料を、150℃のオーブンに60分間入れた後、得られた不揮発性成分の重量比率を測定した。
・リン含有量(重量%):
濃度の異なるリン酸二水素カリウム溶液のセットから、波長420nmにおける紫外可視吸収の検量線を作成した。硫酸及び過硫酸カリウムをエポキシ樹脂試料に添加した。100℃の温度下で60分間消化させた後、モリブドバナジウム酸塩試薬で処理して消化させた試料溶液により、バナドモリブドリン酸を形成した。波長420nmにおける紫外可視吸収で試料を測定した。検量線からリン含有量を求め、質量%を単位とした。
・オキサゾリドン含有量(eq/kg):
オキサゾリドン環状構造は、エポキシ樹脂及びイソシアネートを合成したものである。したがって、オキサゾリドン含有量は、以下の式に示すとおり、エポキシ樹脂の消費量から換算して得た。
オキサゾリドン含有量
=((樹脂重量/EEW0)-(生成物重量/EEW1))/(生成物重量)×1000
EEW0:エポキシ反応物のエポキシ当量
EEW1:生成物のエポキシ当量
実施例6:式(I)の硬化性化合物の硬化
実施例3~5及び比較例1~4の硬化性化合物(リン含有エポキシ樹脂)をガラス繊維織物(GF-7628)に浸漬し、かつ、160℃で乾燥させて、プリプレグを形成した。5片のプリプレグを積層し、頂部及び底部それぞれに35μmの銅箔を1枚置いた。この構造物を温度210℃、圧力25kg/cmでラミネートし、積層体を得た。得られた積層体には、リン含有エポキシ樹脂及びガラス繊維織物が含まれている。
以下の方法にしたがって、積層体の物理的特性を分析した。その結果を、樹脂、成分及び形式の情報と併せて表5及び表6に示す。
・難燃性:
以下の表4に示す「UL94難燃性等級」に基づいて判定した。
・分解温度(Decomposition Temperature、Td、5%重量損失):
IPC-TM-650-2.3.40に基づき、熱重量分析装置(Thermogravimetric Analyzer、TGA)で測定した(走査速度:10℃/分)。
・難燃性(Ttotal)(秒)及び(Tmax)(秒):
UL94に基づいて測定した。
・ガラス転位温度Tg(DSC)(℃):
IPC-TM-650-2.4.25に基づき、示差走査熱量計(Differential Scanning Calorimetry、DSC)で測定した(走査速度:20℃/分)。
・ガラス転位温度Tg(DMA)(℃):
IPC-TM-650-2.44.4に基づき、動的機械分析(Dynamic Mechanical Analysis、DMA)で測定した(走査速度:2℃/分)。
・熱安定性(はんだ耐熱性)(S-288)(秒):
JIS-C-6481にしたがい、積層体を288℃のはんだ炉内に浸し、層の剥離時間を測定した。
・熱膨張係数(Coefficient of Thermal Expansion、CTE)(ppm/K):
IPC-TM-650-2.4.24に基づき、熱機械分析(Thermomechanical Analysis、TMA)で測定した。
α1:Tg前のCTE
α2:Tg後のCTE
・剥離強度(1oz銅)(kgf/cm):
IPC-TM-650-2.4.8に基づいて測定した。
・吸水率(wt%):
試料を100℃の水に入れ、2時間後に重量の増加(wt%)を測定した。
・誘電率(D)(1MHz)及び誘電正接(D)(1MHz):
IPC-TM-650-2.5.5.9に基づいて測定した。
表に示した本発明の実施例及び比較例の結果によると、本発明の樹脂は、比較例の樹脂よりも高いリン含有量を示しており、本発明の樹脂は、良好なTg及び組成物の難燃性を有している。良好なTgは、オキサゾリドン構造を組成物中に導入したことで生じたものでもある。
表5及び表6によると、本発明により、より高いガラス転位温度(180℃超)が可能となっている。また、本発明により、より良好な絶縁性が可能となっており、そのうちDは4.58以下で、Dは非常に良好なレベルを維持している。エポキシ樹脂をMDIによって変質させたことにより、構造中の第2級アルコールが減少し、より良好な絶縁性が生じた。また、本発明の実施例では、Ttotal及びTmaxが低く、比較例よりも優れた燃焼性であることが明らかである。

Claims (20)

  1. 式(I)の化合物:
    式中、
    、R、R及びRは、出現毎に、H、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基及びC~C10の置換シクロアルキル基からなる群よりそれぞれ独立して選択され;
    aは、1~5の整数であり;
    bは、0~5の整数であり;
    は、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基、C~C10の置換シクロアルキル基及びArからなる群より独立して選択され、そのうちArは、下記からなる群より選択され;
    Ar及びArは、下記からなる群よりそれぞれ独立して選択され;
    Aは、下記からなる群より選択され;
    m及びnは、0~4のそれぞれ独立した整数であり;
    及びRは、H、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基及びC~C10の置換シクロアルキル基からなる群よりそれぞれ独立して選択され;
    は、存在しないか、又は、-CH-、-(CHC-、-CO-、-SO-及び-O-からなる群より選択され;かつ
    は、存在しないか、又は、-(CH-であり、そのうちpは、1~20の整数である。
  2. は、C~Cの非置換アルキル基又はC~Cの置換アルキル基である、請求項1に記載の化合物。
  3. Ar及びArは、それぞれ独立して
    は、水素又はC~Cの非置換アルキル基であり、
    は、存在しないか、又は、-(CH-であり、そのうちpは、1~4の整数である、請求項1に記載の化合物。
  4. は、水素であり、かつ、Rは、存在しない、請求項3に記載の化合物。
  5. Aは、
    mは、0~2の独立した整数であり;
    は、H、C~Cの非置換アルキル基及びC~Cの置換アルキル基からなる群より独立して選択される、請求項1に記載の化合物。
  6. 、R、R及びRは、出現毎に、H、C~Cの非置換アルキル基及びC~Cの置換アルキル基からなる群よりそれぞれ独立して選択される、請求項1に記載の化合物。
  7. リン含有量が、少なくとも3.5wt%である、請求項1に記載の化合物。
  8. オキサゾリドン(oxazolidone)含有量が、少なくとも0.4eq/kgである、請求項1に記載の化合物。
  9. 式(I)の化合物の調製方法であって、
    式(II)の化合物を、
    式(III)の化合物
    及び少なくとも1つの触媒と接触させることを含み;
    式中、
    、R、R及びRは、出現毎に、H、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基及びC~C10の置換シクロアルキル基からなる群よりそれぞれ独立して選択され;
    aは、1~5の整数であり;
    bは、0~5の整数であり;
    は、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基、C~C10の置換シクロアルキル基及びArからなる群より独立して選択され、そのうちArは、下記からなる群より選択され;
    Ar及びArは、下記からなる群よりそれぞれ独立して選択され;
    Aは、下記からなる群より選択され;
    m及びnは、0~4のそれぞれ独立した整数であり;
    及びRは、H、C~C10の非置換アルキル基、C~C10の置換アルキル基、C~C10の非置換アルコキシ基、C~C10の置換アルコキシ基、C~C10の非置換シクロアルキル基及びC~C10の置換シクロアルキル基からなる群よりそれぞれ独立して選択され;
    は、存在しないか、又は、-CH-、-(CHC-、-CO-、-SO-及び-O-からなる群より選択され;かつ
    は、存在しないか、又は、-(CH-であり、そのうちpは、1~20の整数である、方法。
  10. は、C~Cの非置換アルキル基又はC~Cの置換アルキル基である、請求項9に記載の方法。
  11. Ar及びArは、それぞれ独立して
    は、水素又はC~Cの非置換アルキル基であり、
    は、存在しないか、又は、-(CH-であり、そのうちpは、1~4の整数である、請求項9に記載の方法。
  12. Aは、
    mは、0~1の独立した整数であり;
    は、Hである、請求項9に記載の方法。
  13. 式(II)の化合物と式(III)の化合物との重量比は、20.0:1.0~5.0:1.0である、請求項9に記載の方法。
  14. 少なくとも1つの触媒が、イミダゾール(imidazole)を含み、かつ、
    式(II)のリン含有ビスフェノール化合物と触媒との重量比は、500:1~50:1である、請求項9に記載の方法。
  15. 硬化性組成物を硬化させてなる硬化組成物であって、
    前記硬化性組成物は、
    a.少なくとも1つの請求項1に記載の化合物;
    b.少なくとも1つの硬化剤;及び
    c.少なくとも1つの触媒
    を含む、硬化組成物。
  16. 前記硬化性組成物は、少なくとも1つの溶剤、少なくとも1つの添加剤又はこれらの組み合わせをさらに含む、請求項15に記載の硬化組成物。
  17. 示差走査熱量計(Differential Scanning Calorimetry、DSC)にて測定したガラス転位温度(Glass Transition Temperature、Tg)が180℃よりも高い、請求項15に記載の硬化組成物。
  18. 硬化性組成物を硬化させてなる硬化組成物であって、
    前記硬化性組成物は、
    a.少なくとも1つの請求項1に記載の化合物;
    b.少なくとも1つの硬化剤;
    c.少なくとも1つの触媒;
    d.少なくとも1つの銅箔;及び
    e.少なくとも1つの繊維布
    を含む、硬化組成物。
  19. UL94(米国Underwriters Laboratories社公表のプラスチック材料燃焼性規格)に基づいて測定した、Ttotalが10秒未満であり、かつ、Tmaxが4秒未満である、請求項18に記載の硬化組成物。
  20. IPC-TM-650-2.5.5.9に基づいて測定した、誘電率(D)が4.8未満であり、かつ、誘電正接(D)が0.020未満である、請求項18に記載の硬化組成物。
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