JPH1095834A - エポキシ樹脂及びリン含有化合物を含有するリン変性されたエポキシ樹脂 - Google Patents
エポキシ樹脂及びリン含有化合物を含有するリン変性されたエポキシ樹脂Info
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Abstract
リン変性されたエポキシ樹脂 【解決手段】 本発明は、(A)1分子あたり少なくと
も2個のエポキシド基を有するポリエポキシド化合物及
び(B)ジホスフィン酸に由来する構造単位を含有す
る、0〜1.0モル/100gのエポキシド値を有する
リン変性されたエポキシ樹脂、その製造方法及びその使
用方法に関する。
Description
シ樹脂、その製造方法及びその使用方法に関する。
械的及び電気的性質を有する成形材料及びコーティング
を製造するために使用される。これは電気及び電子部品
を封入するのに、そして更に浸透及び含浸処理に適す
る。電気工業に於て、使用されるエポキシ樹脂成形材料
は主として耐燃性に処理される。
芳香族化合物、特にテトラブロモビスフエノールを用い
て耐燃性に処理される。専ら臭素化された防炎化剤が使
用される場合、約20%の臭素含有率が、成形材料の自
消性を保証するために必要である。相乗剤として三酸化
アンチモンを多く場合に使用する。火災の場合に、腐蝕
害を生じる臭化水素を遊離する。不都合な条件下で、ポ
リ臭素化されたジベンゾジオキシン類及びフラン類も生
じうる。したがって臭素化された化合物を添加せず必要
な耐燃性を達成するエポキシ樹脂成形材料が求められ
る。
炎作用を有する充填剤、たとえば酸化アルミニウム水和
物が報告されている(ドイツ特許公開第3540524
号公報)。ポリリン酸アンモニウムを単独で又は酸化ア
ルミニウム水和物との混合物として添加することによっ
て充分な耐燃性を達成することもできる。ポリリン酸ア
ンモニウムの代りに、赤リンを使用することもできる
(ドイツ特許公開第1745796号公報)。
欠点は、得られた材料が透明でないことにある。多くの
液状オルガノリン化合物は、すでに難燃性プラスチック
添加物として報告されている。しかしこの系の欠点は、
この添加物の顕著な“可塑化作用”である。粗エポキシ
樹脂の場合、可塑化作用がガラス転移温度の、著しい減
少によって明らかである。
又はホスフィン酸の無水物との反応によって得られ、更
に良好な耐燃性の点で優れているリン変性されたエポキ
シ樹脂も、文献上公知である(ドイツ特許公開第430
8185号公報)。エポキシ樹脂をエポキサイド−官能
性ホスホン酸エステルで耐燃性処理することは、すでに
記載されている(ヨーロッパ特許公開第0384939
号公報)。この系の欠点は、この様なホスホン酸エステ
ルの合成に費用がかかることである。
いが容易でありかつ簡単な方法で製造することができる
耐燃性エポキシ樹脂を提供することにある。
子あたり少なくとも2個のエポキシド基を有するポリエ
ポキシド化合物及び(B)ジホスフィン酸に由来する構
造単位を含有する、0〜1.0モル/100gのエポキ
シド値を有するリン変性されたエポキシ樹脂によって達
成される。
値が0〜0.6モル/100gであるのが好ましい。新
規リン変性されたエポキシ樹脂の他の特徴は、ジホスフ
ィン酸が式I
ル又はアリール基、R2 は水素原子又はC- 原子数1〜
4のアルキル基、RはC- 原子数2〜20のアルキレン
- 、シクロアルキレン- 又はアリーレン基である。)に
相当することである。リン含有率は、エポキシ樹脂に対
して0.5〜9重量%であるのが好ましい。
くとも1個のエポキシド基を含有するのが好ましい。同
様に本発明の課題は、エポキシド化合物(A)とジホス
フィン酸(B)とを相互に反応させることを特徴とす
る、エポキシ樹脂とリン含有化合物(I)とからリン変
性されたエポキシ樹脂を製造する方法によって達成され
る。
プロトン性極性溶剤、たとえばN- メチルピロリドン、
ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、ジオキサ
ン、ジアルキルエーテル類、グリコールエーテル類、ケ
トン類及び(又は)エステル類を使用するのが有利であ
る。同様に他の溶剤としてハロゲン化された炭化水素、
脂肪族、脂環式及び(又は)芳香族炭化水素をそれぞれ
単独で又はこれらの混合物として使用するのが好まし
い。
が好ましい。反応を特に好ましくは70〜130℃の温
度で行う。ポリエポキシド化合物(A)とジホスフィン
酸(B)の当量比が1:0.1〜1:1であるのが好ま
しい。更に本発明は、新規リン変性されたエポキシ樹脂
を成形物、コーティング又は積層物を製造するために使
用することに関する。
シ樹脂を用いて製造された、成形物、コーティング又は
積層物に関する。新規リン変性されたエポキシ樹脂は溶
液の形でさえも、融解範囲70〜100℃及びガラス転
移温度40℃以上で良好な貯蔵安定性を示す点で優れ、
したがっていわゆるプレプレグを経て積層物を製造する
のにも極めて適する。
に於て、1分子あたり少なくとも2個のエポキシド基を
有するポリエポキシド化合物及び式II
様の意味を有する。)の2,5- ジオキソ -1,2- オ
キサホスホランを予め存在させ、均一熔融物が生じるま
で加熱する。その際式HO−R−OH(III)(式中
Rは式(I)に於けると同一の意味を有する。)のジオ
ールを滴加する。あるいはジオールを直接加えることも
できる。ジオールと2,5- ジオキソ -1,2- オキサ
ホスホランから式Iのジホスフィン酸が生じ、これは直
ちに反応によってエポキシ樹脂に混合される。
ばエチレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオ
ール、シクロヘキサンジオール、レゾルシノール又はハ
イドロキノンであってよい。式IIの2,5- ジオキソ
-1,2- オキサホスホランの製造を、ドイツ特許公開
第2528420号公報中に記載されている様に、ジハ
ロホスフィン及び不飽和カルボン酸から、たとえば水又
は酢酸によって塩素の引き続きの離脱下に実施すること
ができる。
ポキシド化合物(以下にポリエポキシド化合物と呼
ぶ。)は飽和又は不飽和であってよく、そして脂肪族、
脂環式、芳香族及び(又は)ヘテロ環状であってよい。
更にこのエポキシド化合物は、混合又は反応条件下で妨
げになる副反応を引き起さない置換基、たとえばアルキ
ル又はアリール置換基、エーテル基又はその類似基を有
していしよい。異なるポリエポキシド化合物の混合物を
使用することもできる。これらのポリエポキシド化合物
の平均分子量Mnは、約9000までであることができ
るが、一般に約150〜4000である。
価、好ましくは二価アルコール、フエノール類、このフ
エノール類の水素化生成物を主体とする及び(又は)ノ
ボラック(酸性触媒の存在下で一価又は多価フエノー
ル、たとえばフエノール及び(又は)クレゾールとアル
デヒド、特にホルムアルデヒドとの反応生成物)を主体
とするポリグリシジルエーテルであり、これは公知方法
で、たとえば夫々ポリオールとエピクロルヒドリンとの
反応によって得られる。
る:レゾルシノール、ハイドロキノン、2,2- ビス
(4- ヒドロキシフエニル)プロパン(ビスフエノール
A)、ジヒドロキシジフエニルメタン(ビスフエノール
F)の異性体混合物、4,4'-ジヒドロキシ- ジフエニ
ルシクロヘキサン、4,4'-ジヒドロキシ -3,3'-ジ
メチル- ジフエニルプロパン、4,4'-ジヒドロキシビ
フエニル、4,4'-ジヒドロキシ- ベンゾフエノン、
1,1- ビス(4-ヒドロキシフエニル)エタン、1,
1'-ビス(4- ヒドロキシフエニル)イソブタン、2,
2- ビス(4- ヒドロキシ -t.-ブチルフエニル)プロ
パン、ビス(2- ヒドロキシナフチル)メタン、1,5
- ジヒドロキシナフタレン、トリス(4- ヒドロキシフ
エニル)メタン、1,1'-ビス(4- ヒドロキシフエニ
ル) エーテル。ビスフエノールA及びビスフエノールF
がこの場合好ましい。
ルエーテルがポリエポキシド化合物として適する。この
様な多価アルコールの例は、1,4- ブタンジオール、
1,6- ヘキサンジオール、ポリアルキレングリコー
ル、グリセロール、トリメチロールプロパン、2,2-
ビス(4- ヒドロキシシクロヘキシル)プロパン及びペ
ンタエリスリトールである。
リ)グリシジルエーテルが挙げられ、これはエピクロル
ヒドリン又は類似のエポキシ化合物と脂肪族、脂環式又
は芳香族ポリカルボン酸、たとえばシュウ酸、アジピン
酸、グルタル酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル
酸、テトラヒドロフタル酸又はヘキサヒドロフタル酸、
2,6- ナフタレンジカルボン酸及び二量化された脂肪
酸との反応によって得られる。
基を有し、このエポキシド基を含有するオレフィン的に
不飽和の化合物、たとえばアクリル−又はメタアクリル
酸のグリシジルエステルを用いてエマルジョン共重合に
よって製造されうるポリエポキシド化合物を場合により
使用するのが有利である。他の使用可能なポリエポキシ
ド化合物は、たとえばヘテロ環状環系を主体とするも
の、たとえばヒダントインエポキシ樹脂、トリグリシジ
ルイソシアヌレート、及び(又は)そのオリゴマー、ト
リグリシジル -p- アミノフエノール、トリグリシジル
-p- アミノジフエニルエーテル、テトラグリシジル-
ジアミノジフエニルメタン、テトラグリシジルジアミノ
ジフエニルエーテル、テトラキス(4- グリシジルオキ
シフエニル)エタン、ウラゾールエポキシド、ウラシル
エポキシド及びオキサゾリジノン-変性されたエポキシ
樹脂である。
する他のポリエポキシドは、たとえばN,N- ジグリシ
ジルアニリン、ジアミノジフエニルメタン及びN,N'-
ジメチルアミノジフエニルメタン又はN,N'-ジメチル
アミノジフエニルスルホンである。他の適するポリエポ
キシド化合物は、Henry Lee 及び Kris Neville による
"Handbook of Epoxy Resins" McGraw-Hill Book Compa
ny, 1967, Henry Leeによるモノグラフ "Epoxy Resin
s", American Chemical Society, 1970,Wagner/Sarx,
"Lackkunstharze", Carl Hanser出版(1971)、第
5版、第174頁以下参照、"Angew. Makromol. Chemi
e",第44巻(1975)、第151〜第163頁、ド
イツ特許公開第2757733号公報及びヨーロッパ特
許公開第0384939号公報、中に記載され、これら
の文献は本発明に関係する。
フエノールA、ビスフエノールF及びビスフエノールS
(これらのビスフエノールとエピクロロ(ハロ)ヒドリ
ンの反応生成物)又はそのオリゴマーを主体とするビス
グリシジルエーテル、フエノール- ホルムアルデヒド及
び(又は)クレゾールホルムアルデヒドノボラックのポ
リグリシジルエーテル、フタル、イソフタル、テレフタ
ル、テトラヒドロフタル及び(又は)ヘキサヒドロフタ
ル酸の及びトリメリット酸のジグリジルエステル、芳香
族アミン及びヘテロ環状窒素塩基のN- グリシジル化合
物、たとえばN,N- ジグリシジルアニリン、N,N,
O- トリグリシジル -p- アミノフエノール、トリグリ
シジルイソシアヌレート及びN,N,N'-テトラグリシ
ジルビス(p- アミノフエニル)メタン、ヒダントイン
エポキシ樹脂及びアラシド(aracid)エポキシ樹脂、そし
て多価脂肪族アルコール、たとえば1,4- ブタンジオ
ール、トリメチロールプロパン及びポリアルキレングリ
コールのジ- 又はポリグリシジル化合物であるのが好ま
しい。
シ樹脂も適する。この様な化合物はすでに公知である
("Angew. Makromol. Chem.", vol. 44 (1975), 第15
1頁〜第163頁及び米国特許第3334110号明細
書参照);これに関する例は、ビスフエノールAジグリ
シジルエーテルとジフエニルメタンジイソシアネートと
の反応生成物(適当な促進剤の存在下で)である。新規
のコーティング組成物の製造に関連して、ポリエポキシ
樹脂は単独で又は混合物として存在することができる。
性で融解性のポリエポキシドを固形の、不溶性かつ不融
性、三次元的に架橋された生成物に、一般に同時の成形
下に、たとえば含浸構造、コーティング及び接着層に変
えることを意味する。使用される硬化剤 (curing agent
s)はたとえば脂肪族、脂環式、芳香族及びヘテロ環状ア
ミン、たとえばビス(4- アミノフエニル)メタン、ア
ニリン- ホルムアルデヒド樹脂、ビス(4- アミノフエ
ニル)スルホン、エチレンジアミン、プロパン- 1,3
- ジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレン ト
リアミン、トリエチレンテトラアミン、2,2,4- ト
リメチルヘキサン -1,6- ジアミン、m- キシリレン
ジアミン、ビス(4- アミノシクロヘキシル)メタン、
2,2- ビス(4- アミノシクロヘキシル)-プロパン、
3- アミノメチル -3,5,5- トリメチルシクロヘキ
シルアミン(イソホロンジアミン)、ポリアミドアミ
ン、ポリフエノール、たとえばハイドロキノン、レゾル
シノール、2,2-ビス(4- ヒドロキシフエニル)-プ
ロパン(ビスフエノールA)及びフエノール- アルデヒ
ド樹脂、ポリカルボン酸及びその無水物、たとえば無水
フタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水ヘキサヒド
ロフタル酸及びピロメリット酸二無水物である。更に、
触媒硬化剤、たとえばシアノグアニジン又はフリーデル
クラフツ触媒、たとえば三フッ化ホウ素も使用すること
ができる。
キシド1当量あたり0.75〜1.25当量の量でこれ
を一般に使用する。ポリカルボン酸又はその無水物の場
合、エポキシド1当量あたり0.4〜1.1当量を使用
する。適する促進剤は、特にイミダゾール誘導体であ
り、たとえば2- メチルイミダゾール、2- フエニルイ
ミダゾール及び2- ヘプタデシルイミダゾール;更にホ
スフィン、金属石けん及びアセチルアセトナートも適す
る。
性低分子アルコール──これはエピクロルヒドリンと反
応する──が挙げられる。式(I)のジホスフィン酸に
対するポリエポキシド化合物の当量比の変化によって、
新規樹脂のリン含有率を調整することができる。当量比
は好ましくは1:0.1〜1:0.8、特に好ましくは
1:0.1〜1:0.4である。エポキシ樹脂とリン含
有ジカルボン酸又はリン含有無水カルボン酸との反応に
よって、まだ融解性及び(又は)可溶性であるリン変性
されたエポキシ樹脂が得られ、これは場合により溶液の
形でも貯蔵安定性であり、取扱いが容易である。
チルピロリドン、ジメチルホルムアミド、エーテル類、
たとえばジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオ
キサン、場合により分枝され、C- 原子数1〜6のアル
キル基を有するモノアルコールのエチレングリコールエ
ーテル、プロピレングリコールエーテル及びブチレング
リコールエーテルである。
ン、メチルエチルケトン、メチルイソプロピルケトン、
メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンであり、ま
たエステル類、たとえば酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸
エチレングリコール及び酢酸メトキシプロピルも使用す
ることができる。他の適する溶剤はハロゲン化炭化水素
及び脂環式及び(又は)芳香族炭化水素であり、これら
のうちヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、トルエン
及びジキシレンが好ましい。これらの溶剤を単独で又は
混合物として使用することができる。
ガラス繊維によって強化するのが好ましい。エポキシ樹
脂成形材料は充填剤、たとえば石英末又は酸化アルミニ
ウム水和物を有することもできる。新規エポキシ樹脂成
形材料を表面コーティングに使用することができる。こ
れを電気部品の封入に、積層物に及び接着剤に使用する
ことができる。
式(IV)
ビスフエノールAのビスグリシジルエーテル147g及
び2- メチル -2,5- ジオキソ -1,2- オキサホス
ホラン(0.4モル)54gを、攪拌棒、滴下漏斗、還
流冷却器及び温度計を備えた5頸フラスコ500ml中
に入れ、混合物を攪拌しながら110℃で加熱する。エ
チレングリコール(0.2モル)12.6gを30分か
けて110℃で滴加する。110℃で更に30分攪拌し
た後、澄明な溶液が得られる。攪拌をこの温度で2時
間、130℃で1時間続ける。無色エポキシ樹脂が得ら
れ、これは室温で固体であり、エポキシド値0.16モ
ル/100g及びリン含有率5.7重量%を有する。 〔例2〕メチルエチルケトン54ml中のエポキシド値
0.55モル/100gを有するビスフエノールAのビ
スグリシジルエーテル147g及び2- メチル -2,5
- ジオキソ -1,2- オキサホスホラン(0.4モル)
54gを、攪拌棒、滴下漏斗、還流冷却器及び温度計を
備えた5頸フラスコ500ml中に入れ、混合物を攪拌
しながら80℃で加熱する。エチレングリコール(0.
2モル)12.6gを30分かけて滴加する。更に30
分攪拌した後、澄明な溶液が得られる。攪拌を80℃で
5時間続ける。エポキシド値0.13モル/100g及
びリン含有率4.6重量%を有する無色エポキシ樹脂の
80重量%溶液が得られる。 〔例3〕エポキシド値0.55モル/100gを有する
ビスフエノールAのビスグリシジルエーテル124g及
び2- メチル -2,5- ジオキソ -1,2- オキサホス
ホラン(0.34モル)46gを、攪拌棒、滴下漏斗、
還流冷却器及び温度計を備えた5頸フラスコ500ml
中に入れ、混合物を攪拌しながら110℃で加熱する。
1,3- プロパンジオール(0.17モル)12.9g
を30分かけて110℃で滴加する。110℃で更に3
0分攪拌した後、澄明な溶液が得られる。攪拌をこの温
度で2時間、130℃で1時間続ける。無色エポキシ樹
脂が得られ、これは室温で固体であり、エポキシド値
0.19モル/100g及びリン含有率5.8重量%を
有する。 〔例4〕エポキシド値0.55モル/100gを有する
ビスフエノールAのビスグリシジルエーテル123g及
び2- メチル -2,5- ジオキソ -1,2- オキサホス
ホラン(0.34モル)45gを、攪拌棒、滴下漏斗、
還流冷却器及び温度計を備えた5頸フラスコ500ml
中に入れ、混合物を攪拌しながら110℃で加熱する。
ジエチレングリコール(0.17モル)18gを30分
かけて110℃で滴加する。110℃で更に30分攪拌
した後、澄明な溶液が得られる。攪拌をこの温度で2時
間、130℃で1時間続ける。無色エポキシ樹脂が得ら
れ、これは室温で固体であり、エポキシド値0.21モ
ル/100g及びリン含有率5.6重量%を有する。 〔例5〕エポキシド値0.55モル/100gを有する
ビスフエノールAのビスグリシジルエーテル102g及
び2- メチル -2,5- ジオキソ -1,2- オキサホス
ホラン(0.28モル)38gを、攪拌棒、滴下漏斗、
還流冷却器及び温度計を備えた5頸フラスコ500ml
中に入れ、混合物を攪拌しながら110℃で加熱する。
ハイドロキノン(0.14モル)15.5gを添加す
る。110℃で30分攪拌した後、澄明な溶液が得られ
る。攪拌をこの温度で2時間、130℃で1時間続け
る。無色エポキシ樹脂が得られ、これは室温で固体であ
り、エポキシド値0.21モル/100g及びリン含有
率5.6重量%を有する。 〔例6〕エポキシド値0.55モル/100gを有する
ビスフエノールAのビスグリシジルエーテル102g及
び2- メチル -2,5- ジオキソ -1,2- オキサホス
ホラン(0.28モル)38gを、攪拌棒、滴下漏斗、
還流冷却器及び温度計を備えた5頸フラスコ500ml
中に入れ、混合物を攪拌しながら110℃で加熱する。
レゾルシノール(0.14モル)15.5gを添加す
る。110℃で30分攪拌した後、澄明な溶液が得られ
る。攪拌をこの温度で2時間、130℃で1時間続け
る。無色エポキシ樹脂が得られ、これは室温で固体であ
り、エポキシド値0.19モル/100g及びリン含有
率5.6重量%を有する。 防火試験 リン変性された樹脂をジシアンジアミド(登録商標:Dy
hard 100SF,超微粉砕されたジシアンジアミド、
SKW Trostberg社) の当量と充分に混合し、混合物を
150〜180℃で4時間乾燥オーブン中のテフロン
(Teflon) 成形型中で硬化する。使用される促進剤はイ
ミダゾール(登録商標:Dyhard MI、メチルイミダゾ
ール、SKW Trostberg社) である。防火挙動の試験を
Underwriters 研究所の規定 "Test for Flammability
of Plastic Materials- UL94”(1975平5月2
日版)に従って長さ127mm、幅12.7mm及び種
々の厚みを有する試験片で実施する。酸素指数をAST
M−D2863−74に従う装置中で測定する。
示す。 リン変性された ジシアン イミダゾール 酸素 あと燃え UL94 樹脂 ジアミド 促進剤 指数 時間 分類 例1からの樹脂 3.95g 0.34g 30.2 <1', <1' V-O 160g 例2からの樹脂 3.51g 0.29g 29.4 <1', <1' V-0 140g 例5からの樹脂 3.28g 0.28g 29.5 <1', <1' V-0 120g
Claims (14)
- 【請求項1】 (A)1分子あたり少なくとも2個のエ
ポキシド基を有するポリエポキシド化合物及び(B)ジ
ホスフィン酸に由来する構造単位を含有する、0〜1.
0モル/100gのエポキシド値を有するリン変性され
たエポキシ樹脂。 - 【請求項2】 エポキシド値が0〜0.6モル/100
gである、請求項1記載のリン変性されたエポキシ樹
脂。 - 【請求項3】 ジホスフィン酸が式I 【化1】 (式中R1 は炭素原子数1〜10のアルキル又はアリー
ル基、R2 は水素原子又はC- 原子数1〜4のアルキル
基、RはC- 原子数2〜20のアルキレン- 、シクロア
ルキレン- 又はアリーレン基である。)に相当する、請
求項1又は2記載のリン変性されたエポキシ樹脂。 - 【請求項4】 リン含有率がエポキシ樹脂に対して0.
5〜9重量%である、請求項1ないし3のいずれかに記
載のリン変性されたエポキシ樹脂。 - 【請求項5】 平均少なくとも1個のエポキシド基を含
有する、請求項1ないし4のいずれかに記載のリン変性
されたエポキシ樹脂。 - 【請求項6】 ポリエポキシド化合物(A)とジホスフ
ィン酸(B)とを相互に反応させることを特徴とする、
エポキシ樹脂とリン含有化合物(I)とからリン変性さ
れたエポキシ樹脂を製造する方法。 - 【請求項7】 反応を溶剤中で実施する、請求項6記載
の方法。 - 【請求項8】 非プロトン性極性溶剤、たとえばN- メ
チルピロリドン、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロ
フラン、ジオキサン、ジアルキルエーテル類、グリコー
ルエーテル類、ケトン類及び(又は)エステル類を使用
する、請求項7記載の方法。 - 【請求項9】 溶剤としてハロゲン化された炭化水素、
脂肪族、脂環式及び(又は)芳香族炭化水素をそれぞれ
単独で又はこれらの混合物として使用する、請求項7記
載の方法。 - 【請求項10】 反応を−10〜+200℃の温度で行
う、請求項5ないし9のいずれかに記載の方法。 - 【請求項11】 反応を70〜130℃の温度で行う、
請求項10記載の方法。 - 【請求項12】 ポリエポキシド化合物(A)とジホス
フィン酸(B)の当量比が1:0.1〜1:1である、
請求項5ないし11のいずれかに記載の方法。 - 【請求項13】 成形物、コーティング又は積層物を製
造するために、請求項1記載のリン変性されたエポキシ
樹脂又は請求項6記載の方法に従って得られたリン変性
されたエポキシ樹脂を使用する方法。 - 【請求項14】 請求項1記載のリン変性されたエポキ
シ樹脂又は請求項6記載の方法に従って得られたリン変
性されたエポキシ樹脂を用いて製造された成形物、コー
ティング又は積層物。
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