JPH0339311A - マレイミド組成物 - Google Patents

マレイミド組成物

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JPH0339311A
JPH0339311A JP2166926A JP16692690A JPH0339311A JP H0339311 A JPH0339311 A JP H0339311A JP 2166926 A JP2166926 A JP 2166926A JP 16692690 A JP16692690 A JP 16692690A JP H0339311 A JPH0339311 A JP H0339311A
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imide
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Roy Joseph Jackson
ロイ・ジヨセフ・ジヤクソン
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Shell Internationale Research Maatschappij BV
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は多官能性マレイミドm戒物に関す6ものである
。或局面からみると、本発明は有Il溶剤に対して増強
された溶解性を有するマレイミド/エポキシ組成物の製
造方法に関するものである。
〔発明の背景〕
ビスマレイミドは電気的並びに航空宇宙的利用について
優れた熱的および電気的特性を発揮するので、有用な高
性能の熱硬化性樹脂である。このような適用においてビ
スマレイミド溶液は繊維サブストレート中に含浸され、
そして一部硬化して“プリプレグを形成する。ついでこ
のプリプレグは、溶剤を追い出すとともに、樹脂を硬化
してプリント基板に適用するための電気積層品(61e
ctrlcal Iaminate)のような堅い成形
棒とするのに有効な温度まで加熱されている金型または
プレス内に置かれる。しかしながら、このような適用に
おいては、プリプレグから容易に除去できる低沸点のケ
トン、アルコールおよびグリコールエーテル溶剤に従来
のビスマレイミドが僅かしか溶けないという重大な問題
に遭遇する。或種の高沸点溶剤は環境問題を引き起こし
、そしてそれらの溶剤はプリプレグ形成プロセスの早期
の段階中に樹脂溶液から除去するのに一層困難となるの
で、高沸点溶剤はプリプレグ形成のためには望ましいも
のではない、この早期の段階中に溶剤が完全に除去され
ないと、プリプレグ中に空隙が形成され、そしてこのプ
リプレグから調製された複合材料の特性が損なわれる。
この問題を解決する一つの方法は、ビスマレイミドを、
米国特許第3,625,912号のように芳香族ア逅ン
と反応させるか、またはこの芳香族アミンで“改善する
”か、あるいは米国特許第4,211.861号のよう
にアミノフェニル−ヒドラジドと反応させるか、または
このアミノフェニル−ヒドラジドで改善することであっ
た。このように改善されたビスマレイミドは溶解性は改
善されるけれども、それらのビスマレイミドはプリプレ
グ中で樹脂が不安定になるという問題を起こして、硬化
製品の加工を困難にするとともに、調和の欠けた品質を
もたらす。
〔発明の目的〕
それ故、本発明の目的は低沸点溶剤に対して改善された
溶解度を有し、かつ電気的な適用および複合材料の適用
に適した特性を有するマレイミドを提供することである
。さらに別の局面によれば、本発明の目的はプリプレグ
形成プロセスの間中、溶液中で安定であるマレイミドを
提供することである。
〔発明の構成および発明の詳細な説明〕本発明によれば
、ビス(アミノベンジル)アニリン(BABA)を無水
マレイン酸と反応させてマレインア稟ド酸を調製し、つ
いで閉環条件の下でこのマレインアミド酸を加熱して三
官能性マレイミドを生成させるという反応の生成物であ
る三官能性マレイミドが提供される。この結果得られた
BABAのトリスイミドはケトン、アルコールおよびグ
リコールエーテルのような低沸点溶剤に熔解し、かつプ
リプレグの形成および複合材料のために用いられるエポ
キシ樹脂のような熱硬化性樹脂と配合するのに極めて適
していることがわかった。
三官能性マレイ逅ドは、大部分が次の式で表される化合
物からなるビス(アミノベンジル)アニリン(BABA
)組成物から製造することができ、式中、各RはCI−
3アルキルまたはハライドから独立して選ばれ、モして
nは1〜4である。BABA組放物は他の芳香族アミン
の異性体およびオリゴマーの小部分を含むことができる
BABA組成物はマレインアミド酸中間体を調製するた
めに無水マレイン酸と反応させる6反応は一般にジメチ
ルホルムア果ドのような溶剤中20〜80℃、好ましく
は10〜40”Cの範囲内の温度で遂行される0反応時
間は広範囲に変わることができるが、一般に1〜10時
間の範囲内にある。生成物のマレインア主ド酸は適当な
手段、例えば溶剤を減圧で除去し、ついで水中で生成物
を遊離させることによって回収される。
ついで、マレインアミド酸1モルに付き3〜20モルの
無水酢酸および1〜2モルのアルカリ金属塩、例えば酢
酸ナトリウムの存在下に加熱することによって、BAB
Aのマレインア壽ド酸の閉環を遂行することができる。
この反応は一般に1〜10時間の間、50−120”c
、通常70〜100℃の範囲内の温度で遂行される。生
成した溶液は、溶解していない酢酸ナトリウムを除去す
るために濾過され、ついで無水酢#/酢酸が例えば減圧
ストリッピングによって除去される。粗製イ主ドは、例
えばこれをメチルエチルケトンのような溶剤に溶解させ
、そして弱い塩基と反応させることによって精製される
BABAのトリスイミド生成物は、大部分の下記の式で
表されるトリスマレイミドと、小部分のBABAの異性
体並びにオリゴマーおよびその他の芳香族アミンイくド
、例えば二官能性並びに四官能性イミドとからなり、 ここで、各RはC1〜C,アルキルまたはハライドから
独立して選ばれ、モしてnは1〜4の整数である。プリ
プレグ形成に使用するためには、このBABAイミド組
威物は好ま組成は少なくとも85重量%、最も好ましく
は少なくとも90重量%の上記三官能性BABAイミド
と15重量%以下の小部分成分を含んでいる。
本発明はまた、BABAイミド組威物と、例組成エポキ
シ樹脂、シアネートエステル、ビスベンゾシクロブテン
、プロパルギルエーテル、ポリエステルおよびビニルエ
ステルのような第二の熱硬化性樹脂との配合物も包含し
ている。エポキシ樹脂はマレイミドに対する加工が容易
なため、現在のところ好ましい、このエポキシ樹脂は1
分子に付き平均2個またはそれ以上のビシナルエポキシ
ド基を有するいずれの硬化性エポキシ樹脂でもよい、そ
れは飽和または不飽和、脂肪族、脂環式、芳香族または
複素環式であってよく、また硬化反応を殆ど妨げない置
換基を持っていてもよい、このような置換基は、防炎と
して役立たせるために臭素を含むことができる。エポキ
シ樹脂は液体または固体の単量体または重合体であり得
る。好適なエポキシ樹脂はアルカリ性の反応条件下で遂
行されるエピクロルヒドリンと少なくとも1個のヒドロ
キシル基を含む化合物との反応によって製造されるグリ
シジルエーテルを包含している。ヒドロキシル基含有化
合物がビスフェノール−Aであるときに得られるエポキ
シ樹脂生成物は下記の構造式Iによって表され、 ! 式中、nはO〜10、通常O〜2の範囲の数である。こ
のような好ましいエポキシ樹脂成分の例はエポン樹脂(
EPON Re5in)  1123  A −80(
1!PONは商標である)、すなわち820の分子量を
有する、ビスフェノールAの臭素化ジグリシジルエーテ
ルである。下記の構造式■で表される、テトラフェノー
ルエタンの多官能性グリシジルエーテルもエポキシ樹脂
成分として適している。このような多官能性エポキシ樹
脂はシェル・ケミカル・カンパニー (Shell C
heislcal Co1tpany)からエポン(E
PON) (BPONは商標である)1031として商
業的に入手できる。
I マレイもド/エポキシ組成物の中のエポキシ樹脂成分と
して好適なもう一つの種類は、フェノール、レゾルシノ
ールまたはビスフェノール−AのようなフェノールをM
溶W中でホルムアルデヒドと反応させて得られる生成物
のグリシジルエーテルである、ノボラック基エポキシ樹
脂(本明細書中ではこれを“ノボラックエポキシ樹脂”
という)である、好ましいエポキシ樹脂は、300より
も大きい、好ましくは500よりも大きい分子量、エポ
キシド1個に付き175よりも大きい分子量および1.
75よりも大きい、好ましくは2〜5の範囲のエポキシ
ド官能性を有する固体のビスフェノール−Aノボラック
エポキシ樹脂である。
熱硬化性樹脂およびBABAイミドは、一般にこれらを
互いに組み合わせて、意図する用途について所望の物理
的および化学的特性を生ずる、10:90〜90 ; 
10の重量比内の相対量で使用される。BABAイミド
樹脂、エポキシ樹脂および硬化剤を含む本発明組成物は
電気的積層品および構造用複合材料に適用するためのプ
リプレグを製造するのに最も適している。このような適
用に関して、BABAイミドは一般に25重量%よりも
多い量、好ましくは50〜90重置%、最も好ましくは
50〜80重量%の量で存在する。
トリスマレイミドは熱硬化することができ、この硬化は
触媒を添加して随意に促進することができる。好適な触
媒はジー第三ブチルペルオキシド、ジクミルペルオキシ
ドおよび過安息香酸第三ブチルのような有機過酸化物;
イミダゾールのような有機塩基;メチレンジアニリン、
m−フェニレンジアミンおよびビス(p−アミノフェニ
ル)スルホンのような芳香族アミン;および水酸化ナト
リウム、水酸化カリウムおよび炭酸ナトリウムのような
無機塩基を包含している。
トリスマレイミド/エポキシ配合物はエポキシ樹脂のた
めの硬化剤を含むことができる。好適な硬化剤はイミダ
ゾール、脂肪族並びに芳香族アミン、三弗化硼素、およ
び当該技術で公知の同様な硬化剤を包含している0本発
明組戒物は好ましくは、エポキシ樹脂のためのフェノー
ル硬化剤を含んでいる。このフェノール硬化剤は好まし
くは1゜75よりも大きい官能性を有する。好ましい硬
化剤はレゾルシノールまたはビスフェノールAのような
二価フェノールを酸溶液中でホルムアルデヒドと反応さ
せることによって製造されるフェノールノボラック樹脂
である。好ましいフェノールノボラック樹脂硬化剤はフ
ェノール基1個に付き60〜500、好ましくは60〜
300の分子量および1分子に付き平均2個よりも多い
フェノール性水酸基を有するビスフェノール−ノボラッ
ク樹脂である。このようなフェノールノボラック樹脂は
エピキエア(Eplkure) D X −175の商
標の下にシェル・インターナシラナル・ケミカル・カン
パニー  (Shell International
 Chemical Company)から入手できる
エポキシ樹脂のための硬化剤はエポキシ樹脂を硬化させ
るのに有効な量で組成物中に存在し、そしてこの量は一
般にエポキシ樹脂1当量に付き0゜75〜1.25当量
の化学量論的な量である0重量%に換算すると、硬化剤
はエポキシ樹脂と硬化剤との合計重量を基にして、一般
に10〜70重量%、好ましくは15〜50重量%、最
も好ましくは20〜40重量%の量で存在する。
防炎のために用いられる硬化剤は、フェノール樹脂硬化
剤と臭素化フェノール系硬化剤、例えば臭素化ビスフェ
ノール−Aとの混合物であり得る。
臭素化ビスフェノールーAは難燃性を増大させるのに有
効な量で存在し、一般にエポキシ樹脂と硬化剤とを合わ
せた重量を基にして、40重量%までの量、通常5〜2
0重量%の量で存在する。
本組成物中の樹脂成分の硬化の促進および/または硬化
温度の低下のために、随意の硬化促進剤を使用すること
ができる。多くの好適な促進剤、例えば第三アミン、イ
ミダゾール、ホスフェン、オクトエートおよび三弗化硼
素のような促進剤が当該技術において知られている。入
手し易さおよび性能特性の点からみて、2−メチルイミ
ダゾール、2−メチル−4−エチルイミダゾールおよび
イソプロピルイミダゾールのようなイミダゾールが好ま
しい、促進剤は&1lIfi物の硬化速度の上昇および
/または硬化温度の低下をもたらすのに有効な量で存在
し、一般に組成物中のエポキシ、BABAイ電ドおよび
硬化剤の重量を基にして0.01〜5重量%、好ましく
は0.05〜2重量%の量で存在する。
例えばプリプレグ形成のために用いられる本発明の組成
物は、処理を容易にするために系の粘度を低下させるの
に有効な量で存在する有機溶剤または有機希釈剤を含む
ことができる0例えばプリプレグ形成のために用いるに
はマレイミドの十分な溶解度は一般に40〜60%であ
る。135℃よりも低い、好ましくは125℃よりも低
い沸点を有するケトン、アルコールおよびグリコールエ
ーテルのような極性有機溶剤を90〜lOO重量%、好
ましくは100重量%含む溶剤系は比較的低い温度で、
かつ予備硬化プロセスの比較的早い段階で組成物から容
易に除去されて、プリプレグ中に気泡が形成させるのを
極力抑えるので、プリプレグの形成のためにはこのよう
な溶剤系が好ましい、好ましい溶剤は例えば、アセトン
、メチルエチルケトンおよびメチルイソブチルケトンの
ようなケトンおよびエチレングリコールモノメチルエー
テル、エチレングリコールモノエチルエーテルおよびプ
ロピレングリコールモノメチルエーテルのようなグリコ
ールエーテルであり、メタノール、エタノール、イソブ
タノールおよびプロパノールのような低沸点アルコール
も適している。ピスマレイミド処方物中で従来使用され
ていたジメチルホルムア逅ドおよびN−メチルピロリド
ンのような高沸点溶剤は上記のものよりは好ましくなく
、好ましくは溶剤の重量を基にしてIO重量%以下の量
で使用される。メチルエチルケトンおよびこれとグリコ
ールエーテルとの配合物はBABAイくドおよびイミド
/エポキシ配合物のための好ましい溶剤である0本組成
物中に含まれる固体成分の割合は、存在する他の成分の
量および組成物の使用目的によって広範囲に変化するが
、プリプレグ形成のために用いる場合には溶剤は一般に
イミド/エポキシ溶液の全重量の少なくとも15重量%
を占めている。好ましくは、溶剤は溶液中に15〜50
、最も好ましくは30〜45重量%の量で存在する。樹
脂成分および随意の促進剤は室温で、あるいは随意に4
0℃以下の温度に穏やかに加熱しながら選択された溶剤
中に混合攪拌して “ワニス”またはプリプレグ形成用
処方物を形成させることができる。
ワニスから強化う電ネートを製造するためには、ガラス
、カーボン、石英、ポリ(p−フェニレンベンゾビスチ
アゾール)、ボロン、紙または同様な材料からなるサブ
ストレートを溶融樹脂またはワニスの形の樹脂で含浸す
る。含浸されたサブストレートを、溶剤を除去し、かつ
ゲル化させずに部分的に硬化させるのに十分な温度に加
熱するか、あるいは“B−段階1、すなわち混合樹脂系
を10分以下、好ましくは30秒〜2分間一般に120
〜180℃、好ましくは150〜175℃に加熱するこ
とによってプリプレグが形成される。1組の層状プリプ
レグを、樹脂を硬化させ、かつこノフリプレグを積層構
造にまとめるのに有効な条件にさらすことによって、積
層品が作製される。
積層品は銅のような導電材料の層を随意に1つまたは2
つ以上含むことができる。積層条件は一般に30分〜4
時間、好ましくは1〜2時間の時間、160〜300℃
、好ましくは180〜210℃の温度および50〜50
0pslの圧力を含んでいる。木組放物はまた、例えば
無機充填剤および付加的な難燃剤のような随意の成分を
含むことができる。積層品は熱的性質を改善するために
大気圧下に1〜6時間200〜235℃の温度に加熱す
ることによって随意に“後便化1することができる。
高性能の積層品の他に、本発明組成物は電気部品の封入
、成形粉、コーティング、および構造用複合材料部品の
組立に有用である。
〔実施例〕
実施例1 ビス(71ノベンジル)アニリンからイミドの製造次の
ようにしてマレインチ1ド酸を製造した。
還流凝縮器、滴下濾斗、熱電対、窒素導入管および攪拌
機を備えた口頚フラスコ中に、297.5 gのビス(
アミノベンジル)アニリン(BABA)と1000dの
ジメチルホルムア主ド(DMF)を装入した。この溶液
を10℃に冷却し、ついで900−のDMF中に溶かし
た2 67.7 gの無水マレイン酸を1.5時間にわ
たって加えた。DMFを減圧でストリップして527.
9 gのマレインイミド酸を得た(収率90%)。
還流凝縮器、滴下濾斗、熱電対、窒素導入管および攪拌
機を備えた口頚フラスコ中にマレインアミド酸527.
9g、無水酢酸1205gおよび酢酸ナトリウム86.
6 gを装入した。この混合物を100℃に加熱して、
マレインアミド酸を溶液にした。攪拌を4時間続行した
後イミドを濾過し、ついで酢酸/無水酢酸を減圧で蒸留
した。固体の粗製イミドをメチルエチルケトン中に溶解
してから、洗浄水が中性になるまでpH8の水で数回洗
浄した。減圧下でメチルエチルケトンを除去して理論量
の約60%の純粋なイミドを生成させた。
実施例2 BABAイミドイミ性 実施例1において製造したBABAイミドの特性をメチ
レンジアニリンから製造したイミドの特性と比較した0
両樹脂からワニスを製造した。積層品の適用に対して所
望の低沸点溶剤であるMEKとメチルオキシトールとの
溶剤混合物中にBABAイミドイミ解する一方、MDA
イξイミ十分溶解させるのに必要な積層用溶剤としては
上記溶剤混合物はどには望ましくないDMF中にMDA
イξイミ溶解した。硬化促進剤として当量(化学量論的
な量)の2−メチルイくダゾールをイ吏用した。イミド
樹脂の特性は第1表に示される。第2表はエポン樹脂系
(BPON Re5in System) 1151 
%処方されたノボラックエポキシ樹脂、フェノール系硬
化剤およびテトラブロムビスフェノール−Aを含むイミ
ド/エポキシ配合物の特性を示している。第2図に示さ
れるように、硬化したBABAイミド/エポキシ配合物
のガラス転移温度はMDAイミド/エポキシのそれより
もかなり高く、モしてBABA/エポキシ配合物に関す
る熱膨脹率はかなり小さく、これらの結果はいずれも電
気積層品に適用するのに望ましい特性である。
第1表 MDAとBABAイミドとの特性の比較a      
    b プリプレグの特性:   M口Aワニス BAB^ワニ
スル(171’C1秒) 9 06 プレスサイクル (180℃、時間) 積層品の特性: 樹脂含有量 33% 32% Tg(’C)         330    37B
a・・・コンブイミド(Co■pi*lde 、登録商
標)183 (MDAイξイミ100g; ジメチルホ
ルムアミドea6g;エポン樹脂系115142.8g
; 2−メチルイミダゾール0.086b・・・BAB
Aイミド100g1メチルエチルケトン46.7g;メ
チルオキシトール20g;2−メチルイミダゾール1.
44g C・・・DMAダンピングピークマックス(dampp
ingpeak wax) 第 2 表 プリプレグの特性: MDAワニス BABAワニス 積層品の特性: 0 36〜40 27〜37 a・・、コンブイミド (Compiwide 、登録商標)1B(M、DAイ
ミド) 100g; ジメチルホル ムアミド66.6g; エポン樹脂系115142.8
g; 2−メチルイミダゾール0.086b・・・BA
BAイミド100g; メチルエチルケトン46.7g
sメチルオキシトール20g;エポン樹脂系1151 
41.6g;2−メチルイミダゾール0.36 g C・・・DMAダンピングピークマックスd・・・ダン
ピングピークにおける最大値、エポキシ相は216℃に
おいて肩部を示す。
e・・・50〜300℃の最初の加熱 r・・・50〜300℃の2回目の加熱実施例3 イミド樹脂の特性に及ぼす高沸点溶剤の影響を示すため
に、BABA トリスイ藁ドを60重量%の濃度でジメ
チルホルムアミド(DMF)に熔かした。このBABA
)リスイミド溶液にエポン樹脂系1151−B−60を
加えて、BABAトリスイ≧ド対エポキシ樹脂系の全体
の比を70/30とした。ゲル化時間が171”Cにお
いて137秒となるように2−メチルイミダゾールでゲ
ル化時間を調整した(0.25phr)、ワニスをガラ
スマットの上に塗布し、ついで強制通風炉中で6分間1
63℃に加熱することによって“B“段階に進めた。生
成したプリプレグは69秒のダストゲル時間を示した。
180℃で1時間プレスすることによってプリプレグの
8片を硬化させた。このような積層品の3個をそれぞれ
220℃、250 ’Cおよび300℃において4時間
後硬化させた。これらの積層品の特性を下記の第3表に
示す。
第3表 積層品の特性 220℃250℃300℃ 5重量%損失温度   388℃ 387  425熱
膨脹率        99   85   <50T
 g          230℃ 251  449
220℃の後硬化を受けた低沸点溶剤中のBABAイミ
ドイミポキシについてこれらの結果と実施例2の結果と
を比較することかられかるように、DMF溶剤中では3
00℃の後硬化温度によってしか、実施例2に匹敵する
特性が得られず、この硬化温度は或適用に対しては高過
ぎて望ましくない。
実施例4 メチルエチルケトン中のMDAイ旦ドの不安定性を例証
し、かつMDAイミドで汚染されたBABAトリスイ漬
ドの安定性を測定するために、メチルエチルケトン中に
それぞれ10010.83/17.77/23および7
4/26の重量比でBABAイよド/MDAイミドを含
む4種の60%溶液を50℃に加熱して30分間保つ実
験を遂行した。ついでこれらの溶液を室温まで冷却して
から、結晶の成長を観察した。、各溶液について結晶が
現れる時間を第4表に示す。
第4表

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)組成物の中のマレイミド成分の重量を基にして、 a)下記の式で表される三官能性マレイミド少なくとも
    85重量% ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、各RはC_1_−_3アルキルおよびハライド
    から独立して選ばれ、そしてnは1〜4である)および b)一官能性、二官能性および四官能性マレイミド15
    重量%以下 を含む組成物。 (2)135℃よりも低い沸点を有する有機溶剤をさら
    に含む、請求項1記載の組成物。(3)芳香族アミンを
    さらに含む請求項1記載の組成物。 (4)(a)熱硬化性樹脂;(b)(a)および(b)
    の重量を基にして、下記の化学構造式によって表すこと
    ができる三官能性イミド10〜90重量%を含む組成物
    、 ▲数式、化学式、表等があります▼ 式中、各RはC_1_−_4アルキルおよびハライドか
    ら独立して選ばれ、そしてnは1〜4である。 (5)熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂であり、そして組成
    物がさらに硬化剤および硬化促進剤を含む、請求項4記
    載の組成物。 (6)135℃よりも低い沸点を有する有機溶剤をさら
    に含む、請求項4または5記載の組成物。 (7)請求項1または4記載の硬化した組成物および繊
    維サブストレートを含む製品。 (8)請求項1または4記載の組成物および繊維サブス
    トレートを含むプリプレグ。
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