JPH0772225B2 - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物

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JPH0772225B2 JP61177895A JP17789586A JPH0772225B2 JP H0772225 B2 JPH0772225 B2 JP H0772225B2 JP 61177895 A JP61177895 A JP 61177895A JP 17789586 A JP17789586 A JP 17789586A JP H0772225 B2 JPH0772225 B2 JP H0772225B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エポキシ樹脂組成物及び該組成物を使用して
電気用積層体を製造する方法に関する。
従来、電気回路板の製造に使用される積層体は、支持又
は強化用ウェブを、該ウェブを樹脂組成物(従来、“ワ
ニス”と有われた)を含む浴に導通することによって樹
脂組成物で含浸させ、その後、含浸ウェブを加熱室に導
通し、そこで溶剤を除去し、樹脂を部分的に硬化するか
又はアドバンス(advance:エポキシ基とヒドロキシ基と
を更に反応させ、所望のレベルに鎖を延長させそして架
橋させること)させることによって常法で製造された。
1層以上の含浸ウェブ(従来、“プレプレグ”と言われ
た)を次に導電性物質の薄い層、例えば銅箔の間で、加
熱加圧下にサンドイッチ状に挟む。通常、電気用積層体
と言われる、得られた構造体を更に回路板に圧縮する。
エポキシ樹脂は、しばしば強化用ウェブを含浸するため
使用される。このような用途用の代表的エポキシ樹脂ワ
ニス組成物は、ビスフェノールA及びテトラブロモビス
フェノールAのジグリシジルエーテルから製造された臭
素化エポキシ樹脂、硬化剤としてジシアンジアミド、有
機溶剤、例えばアセトン及び促進剤を含む。不都合に
も、組成物が比較的に不安定であるため、エポキシ樹
脂、硬化剤、溶剤及び促進剤又は触媒は、組成物を使用
しようとする直前に混合しなければならない。更に、ジ
シアンジアミド硬化剤は、しばしば有機液体中で極めて
限られた溶解度を有し、従って、ワニス組成物中及び/
又はワニスから製造したプレプレグ上に結晶する傾向を
有する。所望の溶解度を維持するには、比較的に狭い化
合物群から溶剤を選択し、多量の溶剤を使用する必要が
ある。
電気用積層体の製造に使用される強化用ウェブに施す別
のワニス組成物は、ビスフェノールAのジグリシジルエ
ーテル、ビスフェノールA又はテトラブロモビスフェノ
ールAの混合物、ジシアンジアミド硬化剤、溶剤及び場
合により、促進剤を含む。ビスフェノールAのジグリシ
ジルエーテルは、強化用ウェブの含浸及び樹脂のアドバ
ンスメントの間にビスフェノールA及び/又はテトラブ
ロモビスフェノールA及びジシアンジアミドとその場で
反応する。例えば、米国特許第3,738,862号明細書参
照。不都合にも、エポキシ樹脂、多価フェノール、溶
剤、硬化剤及び促進剤を、使用直前に混合して粘度上昇
又は組成物からの硬化剤の結晶を防止しなければならな
い。
電気用積層体の製造に使用するため、更に別の組成物が
提案されている。この組成物は、エポキシ樹脂、有機溶
剤、ヘキサメチロールメラミンのヘキサアルキルエーテ
ル硬化剤及び場合により、多価フェノール及び促進剤を
含む。他の公知ワニス組成物を用いる場合程、苛酷では
ないが、不都合にも、前記のワニス組成物は、なお時間
の経過と共に若干の粘度上昇を示す。
すべての場合に、促進剤を含まない以外は、前記のもの
と同様な組成物は、向上した安定性及び従って、長い貯
蔵可能時間を示す。具体的には、促進剤を含ませずに組
成物を製造し、積層/被覆操作にワニス組成物を実際に
使用する直前にのみ促進剤を添加する。しかし、組成物
の貯蔵可能時間は、比較的短い時間で組成物が粘度を著
しく上昇するため、なお限られている。例えば、貯蔵可
能時間は、固形分及び使用する特定の溶剤に左右される
が、液体エポキシ樹脂、例えばビスフェノールAのジグ
リシジルエーテル、多価アルコール、例えばビスフェノ
ールA及びジシアンアミドを含む組成物は、しばしば、
組成物を使用不能にするか又はジシアンアミドを溶液か
ら析出させる程、充分に組成物の粘度が上昇する前に、
わすが2〜3週間の貯蔵可能時間を有するにすぎない。
電気用積層体の製造に使用される従来のワニス組成物の
欠点を考慮して、従来の欠点を有しない安定なエポキシ
樹脂/硬化剤系を基質とするワニス組成物を提供するこ
とが著しく望まれる。
従って、本発明は、一つの態様として、充分に改良され
た安定性及び、従って、従来の同じ目的に使用されるエ
ポキシ樹脂組成物より長い貯蔵可能時間を示す電気用積
層体の製造に有用なエポキシ樹脂組成物に関する。特
に、本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、有
機溶剤、硬化剤及び、場合により、ビスフェノール又は
ビスフェノール誘導体及び/又は促進剤を含むものであ
り、硬化剤が多価フェノール性硬化剤であり、エポキシ
樹脂組成物が更に25℃で2.5以下のpKaを有する酸又はこ
のような酸のエステル若しくは無水物を含むことを特徴
とする。
多価フェノール性硬化剤を含むワニス組成物に強酸又は
強酸のエステル若しくは無水物を少量混入すると、ワニ
ス組成物の安定性が向上することが判明した。特に、強
酸又は強酸のエステル若しくは無水物を含む組成物の粘
度は、酸、エステル又は無水物を含まない同一の組成物
より著しく遅い速度で、上昇することが判った。従っ
て、本発明のワニス組成物は、従来の組成物より著しく
長い貯蔵可能時間を示す。
別の態様では、本発明は、電気用積層体の製造方法に関
する。本発明方法は、(a)エポキシ樹脂、エポキシ樹
脂用硬化剤及び有機溶剤を含むエポキシ樹脂組成物で強
化用ウェブを含浸し、(b)こうして製造したプレプレ
グをエポキシ樹脂の硬化に充分な温度で加熱し、(c)
その後、1層以上のプレプレグを導電性物質と共に積層
し、こうして製造した積層体を温度及び圧力を高めて加
熱することによってプレプレグを電気用積層体に加工す
る工程から成り、硬化剤が多価フェノール性硬化剤であ
り、エポキシ樹脂組成物が更に25℃で2.5以下のpkaを有
する酸又はこのような酸のエステル若しくは無水物であ
ることを特徴とする。電気用積層体の製造にエポキシ樹
脂組成物を使用する場合、エポキシ樹脂と硬化剤との反
応に対する促進剤を、強化ウェブを組成物で含浸する前
に組成物中に混入するのが有利である。促進剤は、エポ
キシ樹脂組成物によって示される不安定性(即ち、粘度
上昇)を促進する傾向があるので、促進剤の添加によ
り、組成物が積層操作中に使用できなくなる程、組成物
の粘度が充分には上昇しないように使用直前に組成物に
添加するのが好ましい。
本発明の組成物のエポキシ樹脂成分は、1個より多くの
1,2−エポキシ基を有する化合物であるのが適当であ
る。一般に、エポキシ樹脂成分は、飽和又は不飽和の脂
肪族、脂環式、芳香族又はヘテロ環式であり、1個以上
の非妨害性置換基、例えばハロゲン原子、燐原子、ヒド
ロキシル基及びエーテル基で置換されていてもよい。エ
ポキシ樹脂成分は、モノマー又はポリマーであってよ
い。
このようなエポキシ樹脂は、文献に良く知られており、
本発明の目的でそれを参照する。本発明の実施に有用な
エポキシ樹脂の詳細な例は、ニューヨークのマグローヒ
ル(McGraw−hill)によって1967年に発行されたH.Lee
及びK.Neville著、The Handbook of Epoxy Resins、付
録4−1、4−35頁〜4−56頁及び米国特許第2,633,45
8号、同第3,477,990号(特に、2欄39行〜4欄75行)、
同第3,821,243号、同第3,907,719号、同第3,975,397号
及び同第4,071,477号明細書に記載されている。
本発明の実施に特に有用なエポキシ樹脂は、2,2−ビス
(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(一般に、ビスフ
ェノールAと言われる)及び2,2−ビス(3,5−ジブロモ
−4−ヒドロキシフェニル)プロパン(一般に、テトラ
ブロモビスフェノールAと言われる)のグリシジルポリ
エーテル;式: 〔式中R′は、水素又はアルキル基を表し、nは1〜10
の整数を表す〕のノボラック樹脂、即ち、フェノールア
ルデヒド縮合物のグリシジルエーテル及びトリス(フェ
ノール)メタンのグリシジルエーテル、即ち、 例えば、米国特許第4,394,496号明細書に記載されてい
るものを包含する。更に、1種以上のエポキシ樹脂の混
合物も本発明に使用しうる。最も好ましいエポキシ樹脂
は、ビスフェノールAの液体グリシジルポリエーテル、
テトラブロモビスフェノールAのグリシジルポリエーテ
ル及びその混合物である。
エポキシ樹脂組成物は、一般に、エポキシ樹脂を5〜50
重量%、好ましくは15〜40重量%含む(重量%は、組成
物の総重量に基づく)。
本発明のエポキシ樹脂組成物用の有機溶剤は、エポキシ
樹脂及び多価フェノール性硬化剤が可溶性であり、アド
バンスメント及び/又は硬化の前及び/又は間にエポキ
シ樹脂組成物から逃出するのに充分な揮発性である有機
液体であるのが適当である。
このような有機液体の詳細な例は、種々のグリコールエ
ーテル、例えばエチレン又はプロピレングリコールモノ
メチルエーテル及びそのエステル、例えばエチレングリ
コールモノエチルエーテルアセテート;ケトン、例えば
メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、アセト
ン及びメチルイソプロピルケトン;及び芳香族炭化水
素、例えばトルエン及びキシレン又はその混合物を包含
する。このような有機液体のうち、本発明のエポキシ樹
脂組成物に溶剤として好適に使用されるものは、ケト
ン、特にアセトン、メチルエチルケトン及びメチルイソ
ブチルケトン、又はこれらのケトン相互若しくはこれら
のケトンと1種以上の他の溶剤との混合物である。
本発明のエポキシ樹脂組成物に最も有利に使用される溶
剤の量は、使用する特定の溶剤、多価フェノール性硬化
剤及びエポキシ樹脂、エポキシ樹脂組成物の所望の性質
(例えばエポキシ樹脂組成物の所望の粘度及び強化用ウ
ェブによるこの組成物の所望の樹脂“吸収”)を含めて
種々のファクターに応じて変動する。組成物は、RVT型
ブルックフィールド粘度計、20rpm及び適切なスピンド
ルを用いて25℃で測定して50〜1000ミリパスカル秒(mP
a・s)の粘度を示すのが有利である。一般に、溶剤の
量は、エポキシ樹脂組成分の総重量に対して10〜80重量
%、好ましくは10〜60重量%であり、残りは非揮発性成
分(溶剤以外の総固形分の量)である。エポキシ樹脂組
成物が、15〜40重量%の溶剤及び85〜60重量%の非揮発
性成分を含むのが更に好ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物に有用な多価フェノール性
硬化剤は、溶剤に可溶性であり、エポキシ樹脂を硬化さ
せうる任意の多価フェノール性化合物であるのが適当で
ある。このような多価フェノール性化合物の代表的なも
のは、フェノール又はクレゾールノボラック及び多官能
性アミンとフェノール樹脂との反応生成物である。
本発明の好ましい実施態様において、本発明の実施に使
用される多価フェノール性硬化剤は、ヘキサメチロール
メラミンのヘキサアルキルエーテルと1種以上の多価フ
ェノールとの反応生成物、又はヘキサメチロールメラミ
ンのヘキサアルキルエーテルと1種以上の多価フェノー
ル及び1種以上の1価フェノールとの反応生成物であ
り、フェノール化合物及びヘキサメチロールメラミンの
ヘキサアルキルエーテルが、アルコキシ基1個に対して
1個より多数の反応性フェノール性ヒドロキシ基を提供
するのに充分な量で反応していることを特徴とする。こ
の多価フェノール性硬化剤を使用して製造したエポキシ
樹脂組成物は、優れた性質を示す。特に、組成物はジシ
アンジアミド硬化剤を用いて製造したエポキシ樹脂組成
物より高いガラス転移温度、例えば、160℃まで及びそ
れを越えるガラ転移温度を示す。更に、多価フェノール
性硬化剤成分は、電気用積層体の製造に使用される最も
一般的な有機溶剤に可溶性であり、ジシアンジアミド硬
化剤の場合に起こる結晶の問題は有効に排除される。
多価フェノール性硬化剤の製造に好適に使用されるヘキ
サメチロールメラミンのヘキサアルキルエーテルは、一
般式: 〔式中Rは、それぞれ独立に炭素原子数1〜4のアルキ
ル基を表す〕を有する。このようなヘキサメチロルメラ
ミンのヘキサアルキルエーテルの詳細な例は、ヘキサメ
トキシメチルメラミン、ヘキサエトキシメチルメラミ
ン、ヘキサプロポキシメチルメラミン、ヘキサイソプロ
ポキシメチルメラミン、ヘキサ−1−ブトキシメチルメ
ラミン及びヘキサイソブトキシメチルメラミンを包含す
る。ヘキサメチロールメラミンのヘキサアルキルエーテ
ル2種以上の混合物を使用することもできる。ヘキサメ
トキシメチルメラミンが最も好ましい。
多価フェノール性硬化剤の製造に有利に使用される多価
フェノールは、2〜6個のフェノール性ヒドロキシ基及
び6〜30個の炭素原子を含む多価フェノール性化合物で
ある。本発明の実施に使用する多価フェノールは、一般
式(I): 〔式中Aは酸素、硫黄、−S−S−、−CO−、−SO−、
−SO2−、炭素原子数1〜10の2価の炭化水素基、酸
素、硫黄若しくは窒素含有炭化水素基又は共有結合を表
し、Xはそれぞれ独立に水素、ハロゲン又は炭素原子数
1〜10、好ましくは炭素原子数1〜4の炭化水素基を表
し、nは0又は1の数値を表す〕を有するのが好まし
い。更に好ましくは、Aは炭素原子数1〜8の2価炭化
水素基を表し、Xはそれぞれ水素を表す。2種以上の多
価フェノールの混合物を使用することもできる。
更に、1種以上の多価フェノールと1種以上の1価フェ
ノール、例えばp−tert−ブチルフェノール又はノニル
フェノールとの混合物を硬化剤の製造に使用することも
できる。多価及び1価フェノールの混合物を使用する場
合、混合物は少量の1価フェノールを含むのが有利であ
る。1価フェノールは、1価及び多価フェノールの総重
量の、好ましくは25重量%未満、更に好ましい15重量%
未満である。
フェノールは、2価フェノール、特に、一般にビスフェ
ノールA(BPA)と言われる2,2−ビス(4−ヒドロキシ
フェニル)プロパンであるのが最も好ましい。
多価フェノール性硬化剤は、アルコキシ基1個に対して
少なくとも1個、有利には1.1〜2.8個のフェノール性ヒ
ドロキシ基を提供する量の反応体を使用して、フェノー
ルをヘキサメチロールメラミンのヘキサアルキルエーテ
ルと反応させることによって製造される。フェノール性
ヒドロキシ基:アルコキシ基の比は、エポキシ樹脂組成
物及びそれから製造される積層体の性質に影響を与え
る。例えば、フェノール性ヒドロキシ基:アルコキシ基
の比が低い場合、製造されたエポキシ樹脂組成物は及び
それから製造された積層体は、一般に、優れた耐熱性
(例えば高いガラス転移温度)及び他の向上した性質を
示す。アルコキシ基1個に対してフェノールヒドロキシ
基が2個未満であるフェノール性ヒドロキシ基:アルコ
キシ基の比を用いて製造する場合に、それから製造され
たワニス組成物及び積層体は、一般に、最も望ましい性
質を示す。フェノール性ヒドロキシ基:アルコキシ基の
比は、好ましくは1.2/1〜1.95/1、最も好ましくは1.4/1
〜1.9/1である。
硬化剤の製造の際に、フェノールとヘキサメチロールメ
ラミンのヘキサ−アルキルエーテルとの反応は、高い比
のフェノール性ヒドロキシ基:アルコキシ基(例えば、
アルコキシ基1個に対して2.2より多いフェノール性ヒ
ドロキシ基)で多価フェノール性硬化剤を製造する場合
には、そのまま(即ち、有機液体反応希釈剤を使用しな
いで)実施することができる。このような場合、反応混
合物に触媒は、通常、必要でないか又は所望でない。一
般に、希釈剤を用いない反応は、終了するまで(アルコ
キシ基に対応する1価アルコールの発生が停止すること
によって判る)、120℃〜200℃の温度で実施する。
多価フェノール性硬化剤を、好ましい低い比のフェノー
ル性ヒドロキシ基:アルコキシ基(即ち、アルコキシ基
1個に対して1〜2未満のフェノール性ヒドロキシ基)
で製造する場合に、反応を米国特許第4,393,181号明細
書に記載されているような条件で希釈剤を用いないで実
施すると、反応生成物は、ヘキサメチロールメラミンの
ヘキサアルキルエーテルの所望の変換前に最も普通の有
機液体に溶解しないゲル状物質になるのが典型的であ
る。有機液体に可溶性を反応生成物を著しく高い収率で
得るため、反応生成物を製造する好ましい方法は、ルイ
ス酸触媒(例えばジカルボン酸、例えば蓚酸)の存在
で、フェノール及びヘキサメチロール反応体並びにその
反応生成物が可溶性である有機液体反応希釈剤、例えば
低級ケトン(例えばメチルエチルケトン)を使用してフ
ェノールとヘキサメチロールメラミンのヘキサ−アルキ
ルエーテルとを反応させることを含む。有機液体反応希
釈剤は、揮発性成分及び非揮発性成分並びにフェノール
とヘキサメチロールメラミンのヘキサアルキルエーテル
との総重量に対して0.01〜2重量%の量の触媒を含め
て、反応混合物の総重量に対して5〜80%の量で使用す
るのが有利である。
前記のフェノールOH基:アルコキシ基の比のいずれかで
多価フェノール性硬化剤を製造する際に前記の反応方法
を使用するのが有利であるが、好ましい低い方の比で多
価フェノール性硬化剤を製造する際に特に有用である。
反応を温度を高めて、好ましくは80〜250℃、更に好ま
しくは100〜220℃で実施するのが有利である。反応は、
終了するまで(アルコキシ基に対応する1価アルコール
の発生が停止することによって判る)実施するのが有利
である。
ヘキサメチロールメラミンとフェノールとの反応が終了
したら、その後、反応希釈剤の蒸発、例えば有機液体反
応希釈剤の蒸発によって有機液体反応希釈剤から反応生
成物を回収することができる。一般に、有機液体反応希
釈剤は、本発明のエポキシ樹脂組成物用の溶剤又は溶剤
の1成分として使用するのが適当であるので、このよう
な回収は、一般には必要でないか又は望ましくない。
本発明のエポキシ樹脂ワニス組成物に使用する多価フェ
ノール性硬化剤の量は、使用する特定の多価フェノール
性硬化剤及びエポキシ樹脂並びに組成物の所望の性質及
びその特定の最終用途を含めて種々のファクターに左右
される。一般に、エポキシ樹脂組成物中の多価フェノー
ル性硬化剤の割合は、硬化したエポキシ樹脂組成物が最
高のガラス転移温度になるように選択する。一般に、こ
のような量は、多価フェノール性硬化剤中のフェノール
性ヒドロキシ基:ワニス組成物中のエポキシ樹脂成分の
エポキシ基の比が0.5〜1〜2/1であるように変動する。
多価フェノール性硬化剤を、エポキシ樹脂組成物がエポ
キシ基1個に対して0.8〜1.2個のフェノール性ヒドロキ
シ基を含むような量で使用するのが好ましい。
本発明において、エポキシ樹脂組成物の安定性は、2.5
未満のpKaを有する酸又は該酸のエステル若しくは無水
物を組成物に添加することによって改良される。このよ
うな酸は、例えば無機酸、例えば燐酸、亜硫酸又は硫
酸;無機酸エステル;半エステル及び部分エステル、例
えばジメチル硫酸及びモノメチル硫酸;無機酸無水物、
例えば燐酸無水物(P2O5又はP4O10);強有機酸、その
エステル及び無水物、例えばアルキル、アリール及びア
ラルキルスルホン酸又はスルフィン酸、例えばp−トル
エンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸メチル若しく
はエチル及びp−トルエンスルホン酸無水物である。前
記の化合物のうち、本発明に安定剤として好適に使用さ
れる化合物は、アルキル、アリール及びアラルキルスル
ホン酸及びアルキル、アリール及びアラルキルスルホン
酸エステルである。p−トルエンスルホン酸メチル及び
p−トルエンスルホン酸が最も好ましい。
本発明を実施する際に、強酸又はそのエステル若しくは
無水物を安定化する量で使用する。用語“安定化する
量”は、酸、エステル又は無水物を含むエポキシ樹脂組
成物の粘度が、酸、エステル又は無水物を含まない以外
は同一のエポキシ樹脂組成物の粘度より遅い速度で、上
昇することを意味する。エポキシ樹脂組成物の安定性に
対して所望の作用を与えるため必要な酸、エステル又は
無水物の量は、使用する特定の酸、エステル又は無水物
並びに特定のエポキシ樹脂、多価フェノール性硬化剤及
び有機溶剤並びに各成分の量に応じて変動するが、酸、
エステル又は無水物は、一般に、揮発性成分及び非揮発
性成分を含めてエポキシ樹脂組成物の総重量に対して0.
01〜2重量%の量で使用するのが有利である。酸、エス
テル又は無水物の好ましくは0.05〜1重量%、更に好ま
しくは0.05〜0.5重量%の量で使用する。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、場合により、ビスフェ
ノール又はビスフェノール誘導体及び/又は促進剤を含
む。ビスフェノール又はビスフェノール誘導体が本発明
のエポキシ樹脂組成物に含まれる場合、これらは硬化剤
の製造のためヘキサメチロールメラミンのヘキサ−アル
キルエーテルとの反応に使用したビスフェノール又はビ
スフェノール誘導体であるのが有利である。好ましいビ
スフェノール又はその誘導体は、Aが炭素原子数1〜8
の2価の炭化水素基を表し、Xがそれぞれ独立に水素又
はハロゲン、好ましくは水素又は臭素を表す一般式
(I)で表されるものである。最も好ましいビスフェノ
ール又は誘導体は、Aが炭素原子数1〜6の2価の炭化
水素基を表し、Xがそれぞれ独立に水素又は臭素を表
し、少なくとも2個、好ましくは少なくとも4個のXが
臭素であるものである。使用するビスフェノール又はビ
スフェノール誘導体の量は、一般に、使用する特定の硬
化剤、エポキシ樹脂及び、存在する場合、促進剤並びに
硬化された樹脂の所望の性質に左右される。使用する場
合、ビスフェノール又はビスフェノール誘導体は、一般
に、揮発性成分及び非揮発性成分を含めてエポキシ樹脂
組成物の総重量に対して5〜60重量%の量で使用するの
が有利である。ビスフェノール又はビスフェノール誘導
体は、好ましくは20〜50重量%、より好ましくは25〜50
重量%の量で使用する。
多価フェノール性硬化剤とエポキシ樹脂との反応に対す
る促進剤の詳細な例は、モノカルボン酸の第一錫塩、例
えばオクタン酸第一錫及びラウリン酸第一錫、種々のア
ルカリ金属塩、例えば安息香酸リチウム、ある種のヘテ
ロ環式化合物、例えばイミダゾール及びベンゾイミダゾ
ール化合物並びにその塩、第三級アミン硼酸塩及び第三
級アミンである。本発明に有用なヘテロ環式化合物は、
一般に、イミダゾールを含めて、ヘテロ環に置換C=N
−C基及び第二級アミノ基、即ち=N−H基を含む化合
物、例えば、それぞれ一般式: 〔式中R″は、それぞれ独立に水素、ハロゲン又は有機
基、例えば炭化水素基又は置換炭化水素基を表す〕を有
する置換イミダゾール及びベンゾイミダゾールである。
置換炭化水素基は、例えば、エステル基、エーテル基、
アミド基、イミド基、アミン基、ハロゲン及びメルカプ
ト基で置換された炭化水素基を包含する。R″は、それ
ぞれ水素又は炭素原子数1〜4の炭化水素基を表すのが
好ましい。
好ましい促進剤は、イミダゾール、特にアルキル置換イ
ミダゾール、例えばベンジルジメチルアミンである。促
進剤はベンジルジメチルアミン又は2−メチルイミダゾ
ールであるのが最も好ましい。
促進剤を使用する場合には、一般に、促進剤は反応を触
媒するのに充分な量で使用する。このような量は、使用
する特定の促進剤、エポキシ樹脂及び多価フェノール性
硬化剤に応じて変動するが、促進剤は、一般に、エポキ
シ樹脂及び硬化剤の総重量に対して0.01〜5重量%の量
で使用する。促進剤をエポキシ樹脂及び多価フェノール
性硬化剤の総重量に対して0.02〜3重量%の量で使用す
るのが好ましい。
一般に、促進剤の存在は、エポキシ樹脂組成物の安定
性、従って貯蔵可能期間を低下する。従って、促進剤を
使用する場合、これをエポキシ樹脂組成物に、電気用積
層体の製造に組成物を使用する直前に添加するのが有利
である。特に、エポキシ樹脂、硬化剤、有機溶剤、強酸
又はそのエステル若しくは無水物及び多価フェノール
は、これを使用する場合、輸送及び貯蔵のため初めに混
合し、促進剤だけはこの組成物に使用直前に添加する。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、電気用積層体用のガラ
ス、石英、カーボン、アラミド及び硼素繊維を含めて種
々の異なる材料の織物、ウェブ、繊維及び布の含浸に特
に有用である。電気用積層体を製造する際には、通常、
ガラス繊維を使用し、本発明のエポキシ樹脂組成物をそ
れと一緒に使用するのが最も有利である。
最も好ましいエポキシ樹脂組成物は、5〜50重量%、好
ましくは15〜40重量%のエポキシ樹脂、5〜40重量%、
好ましくは15〜35重量%の多価フェノール性硬化剤、20
〜35重量%の有機溶剤及び25〜50重量%のビスフェノー
ル又はビスフェノール誘導体を含み(前記の重量%は、
組成物の総重量に基づく)、その後、使用直前に組成物
に0.02〜2重量%の促進剤を添加してワニス組成物を形
成し、これをその後、電気用積層体の製造時に強化用ウ
ェブに施す。
電気用積層体を製造する本発明方法において、ワニス組
成物を強化用ウェブに所望の量で施し、ウェブをその
後、加熱してエポキシ樹脂をアドバンス及び/又は硬化
させる。強化用ウェブに施すエポキシ樹脂組成物の量
は、使用する特定のウェブ及びエポキシ樹脂組成物並び
に含浸された布及びそれから製造される電気用積層体の
所望の性質に応じて変動するが、本発明のエポキシ樹脂
組成物は、一般に通常の量で強化用ウェブに施され、そ
の量は、含浸ウェブの総重量に対して30〜70重量%の範
囲で変動する。
含浸ウェブ又はプレプレグをその後、常法を用いて処理
する。このような技法は、含浸ウェブを100〜200℃のよ
うな高い温度に加熱することによってエポキシ樹脂をア
ドバンス及び/又は硬化させることを含む。その後、通
常、所定の大きさに切断した1個以上のプレプレグを導
電性物質の薄い層、例えば銅箔と共に温度及び圧力を高
めて積層することによってプレプレグを積層体に加工す
る。通常、積層温度は130〜230℃であり、圧力は、34kP
a〜6.9MPaである。
下記の実施例は、本発明を説明するためのものであり、
本発明の範囲を限定するものではない。特に断らない限
り、例に示す部及び%は重量による。
硬化剤Aの製造 撹拌機、冷却器及び加熱及び冷却装置を装着したジャケ
ット付きステンレススチール反応容器にヘキサメトキシ
メチルメラミン〔American Cyanamidから入手しうるシ
ィメル(Cymel)R303〕25部、エチレングリコールモノ
エチルエーテルアセテート25部及びビスフェノールA75
部を仕込んだ。この反応混合物は、アルコキシ基1個に
対して1.71個のフェノール性−OH基を含む。混合物を窒
素ブランケット下に80℃に加熱した。混合物がこの温度
に達したら、触媒として蓚酸2水和物0.09部を添加し
た。生じる反応混合物の温度は、110℃〜115℃に上昇
し、その時、測定可能な量のメタノールが溜出し始め
た。反応混合物をメタノールを溜出し続けながら更に2
時間142〜145℃に徐々に加熱した。反応をこの温度で更
に1時間続けた。この時間の終わりには、反応混合物か
らメタノールは発生しなくなった。反応混合物を室温に
冷却し、次いでメチルエチルケトン65.5部で希釈して固
形分55重量%を含む溶液を得た。
得られた溶液の総固形分に基づいて、フェノール性ヒド
ロキシ基含有率は、8.1重量%又は固体物質100g当たり
0.48フェノール性ヒドロキシ当量であった。
例1 A.エポキシ樹脂ワニス組成物の製造 こうして製造した多価フェノール性硬化剤溶液41.5部
(即ち、固体硬化剤23部)を177〜188のEEW及び25℃で
7〜10Pa・sの粘度を有するビスフェノールAのジグリ
シジルエーテル42部、430〜470のEEWを有するテトラブ
ロモビスフェノールAのジグリシジルエーテル35部及び
メチルエチルケトン14部及びp−トルエンスルホン酸メ
チル0.15部と混合することによってエポキシ樹脂溶液を
製造した。組成物の固形分は75%であった。この組成物
は、Canon−Fenske毛細管粘度計を用いて測定して116ミ
リパスカル秒(mPa・s)の初期粘度を有していた。
B.電気用積層体の製造 得られたエポキシ樹脂組成物100部に2−メチルイミダ
ゾール0.2部を添加した。生じるワニス組成物を使用し
てマルグラス(Marglas)7628仕上げ782ガラスクロスを
含浸した。このクロスを仕上げ782で処理した電気用ガ
ラスの平織工業用ガラス繊維である。ガラスクロスを水
平型処理機で、布の1m2当たり180g(+10g)の樹脂組成
物が施されるように含浸した。次いで、含浸した布を13
0℃〜170℃の温度で処理してエポキシ樹脂をアドバンス
及び/又は硬化させた。アドバンスしたプレプレグを銅
箔2層及びアドバンスしたプレプレグ8層を含むFR−4
型電気用積層体に加工した。積層体を170℃で30分加熱
し、90分温度を170℃に保持し、その後、水で20分冷却
することによって積層体のエポキシ樹脂を硬化させた。
この硬化工程の間の圧力は40kg/cm2(3922.7kPa)であ
った。
前記のエポキシ樹脂組成物から製造した積層体のガラス
転移温度は、137℃であり、熱劣化の開始温度は、熱重
量分析で測定して、275℃であった。更に、積層体のブ
リスター抵抗性を測定した。これは、一連の積層体をオ
ートクレーブ中で120℃に保持した水浴中に置き、種々
の老化時間後、5個の積層体を260℃のソルダー(solde
r)浴中に30秒置くことによって測定された。水浴中で9
0分老化した後、ソルダー浴に置いたときに、どの積層
体も破損しなかった。ソルダー浴中に置いた積層体は、
すべて水浴中に180分老化した後に破損した。
比較の目的で、市場の用途で広く使用されたジシアンジ
アミド硬化剤を含む標準エポキシ樹脂ワニス組成物から
製造した積層体は、125〜130℃のガラス転移温度を示
し、熱劣化開始温度は260℃であった。先のパラグラフ
に記載した技法を使用して、このワニス組成物から製造
した積層体は、水浴中で30分老化させると、その後にソ
ルダー浴に添加したときに破損を示したが、ソルダー浴
に添加すると、僅か60分を老化ですべての試料が破損し
た。
例2 エポキシ樹脂ワニス組成物の製造 上で製造した多価フェノール性硬化剤溶液42部(即ち、
固体硬化剤23部)を177〜188のEEW及び25℃で7〜10Pa
・sの粘度を有するビスフェノールAのジグリシジルエ
ーテル42部、430〜470のEEWを有するテトラブロモビス
フェノールAのジグリシジルエーテル35部及びメチルエ
チルケトン14部及びp−トルエンスルホン酸0.15部と混
合することによってエポキシ樹脂溶液を製造した。この
組成物は、Canon−Fenke毛細管粘度計を用いて測定した
165ミリパスカル秒(mPa・s)の初期粘度を有してい
た。
C.エポキシ樹脂組成物の安定性試験 例3 エポキシ樹脂ワニス組成物の製造 上で製造した多価フェノール性硬化剤溶液42部(即ち、
固体硬化剤23部)を177〜188のEEW及び25℃で7〜10Pa
・sの粘度を有するビスフェノールAのジグリシジルエ
ーテル42部、430〜470のEEWを有するテトラブロモビス
フェノールAのジグリシジルエーテル35部及びメチルエ
チルケトン14部及びオルトホスホン酸0.17部と混合する
ことによってエポキシ樹脂溶液を製造した。この組成物
は、Canon−Fenke毛細管粘度計を用いて測定した180ミ
リパスカル秒(mPa・s)の初期粘度を有していた。
促進剤を含まない、得られた組成物の第二の100部を室
温で貯蔵した。1週間後、組成物の粘度は、120mPa・s
に上昇していたにすぎなかった。3週間後、組成物の粘
度は122mPa・sに上昇していたにすぎず、12週間後、粘
度は248mPa・sであった。室温で18週間貯蔵した後、組
成物の粘度は、450mPa・sに上昇していた。
比較例A 組成物がp−トルエンスルホン酸メチルを含まない以外
は、例1のものと同等なエポキシ樹脂組成物を製造し
た。組成物の一部を、製造直後に組成物に2−メチルイ
ミダゾールを添加し、直ちに強化ウェブに施すことによ
って電気用積層体を製造する際に有効に使用した。
スルホン酸エステル及び促進剤を含まないエポキシ樹脂
組成物を室温で貯蔵した。3週間後、組成物の粘度は14
5mPa・sに上昇していた。室温で12週間貯蔵した後、組
成物の粘度は370mPa・sであり、室温で18週間貯蔵した
後、粘度は780mPa・sであった。
例1、2及び3並びに比較例Aで製造した組成物の粘度
を22℃で96日間測定した。結果を下記の第1表に挙げ
る。
第I表は、本発明の組成物の96日間にわたる粘度上昇
が、安定剤を含まない比較組成物より、はるかに低いこ
とを証明する。
粘度上昇速度の証明された低下は、組成物にエポキシ樹
脂成分としてエポキシノボラックを使用しても認められ
た。
例4 エポキシ樹脂ワニス組成物の製造 上で製造した多価フェノール性硬化剤溶液42部(即ち、
固体硬化剤23部)を176〜181のEEW及び25℃で0.6〜1.6P
a・sの粘度を有するエポキシノボラック樹脂〔ダウ・
ケミカル・カンパニー(Dow Chemical Company)によっ
てD.E.N.(商標)438−EK85として市販されている〕49.
4部、430〜470のEEWを有するテトラブロモビスフェノー
ルAのジグリシジルエーテル35部及びメチルエチルケト
ン6.6部及びp−トルエンスルホン酸メチル0.15部と混
合することによってエポキシ樹脂溶液を製造した。この
組成物は、Canon−Fenske毛細管粘度計を用いて測定し
て400ミリパスカル秒(mPa・s)の初期粘度を有してい
た。
比較例B 組成物がp−トルエンスルホン酸メチルを含まない以外
は、例4と同等なエポキシ樹脂組成物を製造した。
例4及び比較例Bで製造した組成物の粘度を、22℃で90
日間測定した。結果を下記の第II表に示す。
第II表は、エポキシ樹脂成分としてエポキシノボラック
を含む本発明の組成物の90日間の粘度上昇が、安定剤を
含まない比較組成物の場合よりはるかに低いことを示
す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01B 19/00 321 4232−5G H05K 1/03 J 7011−4E

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エポキシ樹脂、有機溶剤、硬化剤及び、場
    合により、ビスフェノールもしくはビスフェノール誘導
    体及び/又は促進剤を含み、更に25℃で2.5以下のpKaを
    有する酸又はこのような酸のエステルもしくは無水物を
    含み、前記硬化剤が多価フェノール性硬化剤であること
    を特徴とするエポキシ樹脂組成物。
  2. 【請求項2】酸、エステル又は無水物が燐酸、亜硫酸も
    しくは硫酸;これらの酸の酸エステル、半エステルもし
    くは部分エステル、又はこれらの酸の酸無水物、又はア
    ルキル、アリール及びアラルキルスルホン酸又はスルフ
    ィン酸である特許請求の範囲第1項記載のエポキシ樹脂
    組成物。
  3. 【請求項3】酸、エステル又は無水物が燐酸無水物、ジ
    メチル硫酸又はモノメチル硫酸、アルキル、アリール及
    びアラルキルスルホン酸又はアルキル、アリール及びア
    ラルキルスルホネートであり、酸、エステル又は無水物
    をエポキシ樹脂組成物の総重量に対して0.01〜2重量%
    の量で使用した特許請求の範囲第2項記載のエポキシ樹
    脂組成物。
  4. 【請求項4】酸、エステル又は無水物がp−トルエンス
    ルホン酸、p−トルエンスルホン酸メチル若しくはエチ
    ルエステル又はp−トルエンスルホン酸無水物である特
    許請求の範囲第3項記載のエポキシ樹脂組成物。
  5. 【請求項5】硬化剤が1種以上の、一般式: (式中Rは、それぞれ独立に炭素原子数1〜4のアルキ
    ル基を表す)を有するヘキサメチロールメラミンのヘキ
    サアルキルエーテルと1種以上の多価フェノール又は1
    種以上の多価フェノール及び1種以上の1価フェノール
    との反応生成物であり、ヘキサメチロールメラミンとフ
    ェノールが、アルコキシ基1個に対して1個より多数の
    反応性フェノール性ヒドロキシ基を提供するのに充分な
    量で反応している特許請求の範囲第2項記載のエポキシ
    樹脂組成物。
  6. 【請求項6】ヘキサメチロールメラミンのヘキサアルキ
    ルエーテルがヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサエ
    トキシメチルメラミン、ヘキサプロポキシメチルメラミ
    ン、ヘキサイソブトキシメチルメラミン又はその混合物
    である特許請求の範囲第5項記載のエポキシ樹脂組成
    物。
  7. 【請求項7】硬化剤の製造に使用されたフェノール及び
    ヘキサメチロールメラミンがアルコキシ基1個に対して
    2個より少ない反応性フェノール性ヒドロキシ基を提供
    する量で使用されている特許請求の範囲第6項記載のエ
    ポキシ樹脂組成物。
  8. 【請求項8】フェノール性ヒドロキシ基:アルコキシ基
    の比が1.2/1〜1.95/1であり、組成物がエポキシ樹脂中
    のエポキシ基1個に対して硬化剤中のフェノール性ヒド
    ロキシ基を0.5〜2個含む特許請求の範囲第7項記載の
    エポキシ樹脂組成物。
  9. 【請求項9】硬化剤の製造に使用されたフェノールが一
    般式(I): (式中Aは酸素、硫黄、−S−S−,−CO−,−SO−,
    −SO2−、炭素原子数1〜10の2価の炭化水素基、酸
    素、硫黄若しくは窒素含有炭化水素基又は共有結合を表
    し、Xはそれぞれ独立に水素、ハロゲン又は炭素原子数
    1〜10の炭化水素基を表し、nは0又は1の数値を表
    す)の2価フェノールである特許請求の範囲第8項記載
    のエポキシ樹脂組成物。
  10. 【請求項10】フェノールが2,2−(4−ヒドロキシフ
    ェニル)プロパンである特許請求の範囲第9項記載のエ
    ポキシ樹脂組成物。
  11. 【請求項11】フェノールが2,2−ビス(4−ヒドロキ
    シフェニル)プロパンであり、ヘキサメチロールメラミ
    ンのヘキサアルキルエーテルがヘキサメトキシメチルメ
    ラミンである特許請求の範囲第10項記載のエポキシ樹脂
    組成物。
  12. 【請求項12】エポキシ樹脂が2,2−ビス(4−ヒドロ
    キシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3,5−ジブロモ−
    4−ヒドロキシフェニル)プロパン又はその混合物のグ
    リシジルポリエーテル、ノボラック樹脂のグリシジルエ
    ーテル又はトリス(フェノール)メタンのグリシジルエ
    ーテルである特許請求の範囲第5項記載のエポキシ樹脂
    組成物。
  13. 【請求項13】溶剤がエステル、グリコールエーテル、
    ケトン、芳香族炭化水素又はその混合物であり、組成物
    が10〜60重量%の溶剤を含む特許請求の範囲第5項記載
    のエポキシ樹脂組成物。
  14. 【請求項14】組成物が更にビスフェノール又はビスフ
    ェノール誘導体を含む特許請求の範囲第5項記載のエポ
    キシ樹脂組成物。
  15. 【請求項15】ビスフェノール又はビスフェノール誘導
    体が、Aが炭素原子数1〜8の2価の炭化水素基を表
    し、Xがそれぞれ独立に水素又はハロゲンを表す一般式
    (I)を有する特許請求の範囲第14項記載のエポキシ樹
    脂組成物。
  16. 【請求項16】ビスフェノール又はビスフェノール誘導
    体がテトラブロモビスフェノールAである特許請求の範
    囲第14項記載のエポキシ樹脂組成物。
  17. 【請求項17】組成物が更にモノカルボン酸の第一錫
    塩、アルカリ金属塩、イミダゾール又はベンゾイミダゾ
    ール化合物及びその塩、第三級アミン硼酸塩又は第三級
    アミンの促進剤を、エポキシ樹脂硬化剤の重量に対して
    0.01〜5重量%含む特許請求の範囲第16項記載のエポキ
    シ樹脂組成物。
  18. 【請求項18】促進剤がアルキル置換イミダゾール又は
    第三級アミンである特許請求の範囲第17項記載のエポキ
    シ樹脂組成物。
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