JPWO2006001445A1 - 難燃性エポキシ樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、近年、電荷製品の小型化・軽量化・高機能化という要求が高まり、それに伴い半導体や積層板の高集積化・高信頼性化が要求されてきており、特に、高軟化点の鉛フリー半田接続工程における被熱や高集積化に伴う発熱等に耐えうる特性を有する材料が必要となっている。
一方、電気製品とりわけプリント基板はハロゲン化合物を使用する事により難燃性を付与するのが一般的であったが、近年、プリント基板が強く加熱されるとわずかながらダイオキシン類が発生する可能性が指摘され、事実かどうかを未確認ながらも、火災時又はリサイクル加熱工程時における環境問題を未然に防ぐためにハロゲン化合物を使用しない難燃性確保が要求されている。
ハロゲン化合物の代替技術として、例えばリン酸エステル等のリン含有化合物等をエポキシ樹脂成分に混合・溶解させて使用する方法や、水酸化アルミニウム等の金属水酸化物を混合・分散させて使用する方法が挙げられる。しかし、何れの場合においても難燃性を確保するために大量に配合する必要があり、その結果、樹脂硬化物の耐熱性・耐水性・接着性を低下させる場合があった。
また、本発明者らの研究によれば、非ハロゲン難燃化のためのよく知られた難燃剤は一般に、添加によって樹脂全体の電気的特性をも変化させるため、高速な電気信号を扱う高性能プリント基板においては、非ハロゲン難燃剤の添加量が変わると配線設計を変えなければ動作させることができなくなることがあると判明している。難燃剤の量を変える必要が生ずる場合として、高性能プリント基板の重要な一形態である多層プリント基板の機能向上のため、配線層数を増やし、結果的にプリント基板の厚みが増える場合等、実用的に重要な場合を考慮しなければならない。
すなわち、本発明は下記の通りである。
(1)(A)オキサゾリドン環を0.5〜10当量/kg含むエポキシ樹脂、(B)エポキシ基含有ホスファゼン化合物、(C)リン酸エステル、縮合リン酸エステル、ホスフィン化合物のキノン誘導体、及びポリフェニレンエーテルからなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物、及び(D)グアニジン誘導体、フェノールノボラック、ビスフェノールAノボラック、クレゾールノボラック、ナフトールノボラックからなる群から選ばれる少なくとも一種の硬化剤を含むことを特徴とする難燃性エポキシ樹脂組成物。
(2)(B)成分が、鎖状/環状フェノキシホスファゼン化合物、又は鎖状/環状フェノキシホスファゼン化合物の重合体である(1)記載のエポキシ樹脂組成物。
(3)(B)成分と(C)成分の合計重量が、(A)成分、(B)成分及び(C)成分の合計重量に対して25〜75%であり、かつ(B)成分と(C)成分の重量比が20:80〜50:50である(1)記載のエポキシ樹脂組成物。
(4)(D)成分のグアニジン誘導体が、ジシアンジアミドである(1)記載のエポキシ樹脂組成物。
(5)(D)成分がグアニジン誘導体の場合、(D)成分の重量が、(A)成分及び(B)成分の合計重量に対して2〜6%である(1)記載のエポキシ樹脂組成物。
(6)(D)成分がノボラック類の場合、(D)成分の重量が、(A)成分及び(B)成分の合計重量に対して20〜60%である(1)記載のエポキシ樹脂組成物。
(7)(1)〜(6)のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物を基材に含浸させてなることを特徴とするプリプレグ。
(8)(7)に記載のプリプレグを積層成形してなることを特徴とする積層板。
(9)(7)に記載のプリプレグを金属箔とともに積層成形してなることを特徴とする金属箔張積層板。
(10)(7)に記載のプリプレグを金属箔とともに多層成形してなることを特徴とする多層配線板。
本発明樹脂組成物における(A)オキサゾリドン環を含むエポキシ樹脂(以下、(A)成分と呼ぶ)は、好ましくは0.5〜10当量/kgのオキサゾリドン環を含有するエポキシ樹脂であり、より好ましくは0.5〜5当量/kgのオキサゾリドン環を含有するエポキシ樹脂である。0.5当量/kg以上のオキサゾリドン環を含有することにより強靭性や耐熱性を発揮することができるため好ましく、また、10当量/kg以下含有することにより耐水性が向上し好ましい。
該(A)成分のエポキシ当量は200〜10000g/eqであることが好ましく、より好ましくは250〜5000g/eq、さらに好ましくは、250〜2000g/eqである。エポキシ当量が10000g/eq以下で硬化物の耐熱性や耐水性が向上し好ましく、200g/eq以上で硬化物の強靭性が向上し好ましい。
また、(A)成分は1分子当たり平均1官能以上のエポキシ基を有するが、1分子当たり、好ましくは平均1.2〜5官能のエポキシ基、より好ましくは平均1.2〜3官能のエポキシ基を有する。エポキシ基の官能基数が5官能以下で耐熱性が向上し、且つ貯蔵安定性が向上し、1.2官能以上で耐熱性が向上し好ましい。
該(A)成分は、例えば、グリシジル化合物とイソシアネート化合物をオキサゾリドン環形成触媒の存在下で反応させることにより、ほぼ理論量で得ることができる。例えば、イソシアネート化合物とグリシジル化合物を当量比1:1.1〜1:10の範囲で反応させて、オキサゾリドン環を含むエポキシ樹脂を得ることができる。イソシアネート化合物とグリシジル化合物を当量比1:1.1〜1:10の範囲とすることにより耐熱性及び耐水性を向上することができ好ましい。
グリシジルエーテル類としては、例えば、ビスフェノールのグリシジルエーテル類、ノボラックのポリグリシジルエーテル類、アルキルグリシジルエーテル類等が挙げられる。これらのグリシジルエーテル類の具体例としては、例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールAD、ビスフェノールS、テトラメチルビスフェノールA、テトラメチルビスフェノールF、テトラメチルビスフェノールAD、テトラメチルビスフェノールS、ビフェノール、ジヒドロキシナフタレン等の2価フェノール類をグリシジル化した化合物が挙げられ、その他例えば、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、1,1,1−(4−ヒドロキシフェニル)エタン、4,4−〔1−〔4−〔1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル〕フェニル〕エチリデン〕ビスフェノール等のトリス(グリシジルオキシフェニル)アルカン類やアミノフェノール等をグリシジル化した化合物が挙げられる。また、例えばフェノールノボラック、クレゾールノボラック、ビスフェノールAノボラック、ナフトールノボラック等のノボラックをグリシジル化した化合物がある。
また、グリシジルエステル類としては、例えばヘキサヒドロフタル酸のジグリシジルエステルやダイマー酸のジグリシジルエステル等が挙げられる。
グリシジルアミン類としては、例えばテトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジル−パラアミノフェノール、トリグリシジル−メタアミノフェノール等が挙げられる。
さらに、線状脂肪族エポキシド類としては、例えばエポキシ化ポリブタジエン、エポキシ化大豆油等が挙げられる。
脂環式エポキシド類としては、例えば、3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルカルボキシレート、3,4−エポキシシクロヘキシルカルボキシレート等が挙げられる。これら原料グリシジル化合物は1種又は2種以上組み合わせて用いることができる。
3,3′−ジメトキシジフェニルメタン−4,4′−ジイソシアネート、4,4′−ジメトキシジフェニルメタン−3,3′−ジイソシアネート、ジフェニルサルファイト−4,4′−ジイソシアネート、ジフェニルスルフォン−4,4′−ジイソシアネート等の2官能イソシアネート化合物、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、トリス(4−フェニルイソシアネートチオフォスフェート)−3,3′、4,4′−ジフェニルメタンテトライソシアネート等の多官能イソシアネート化合物、上記イソシアネート化合物の2量体や3量体等の多量体、アルコールやフェノールによりマスクされたブロックイソシアネート及びビスウレタン化合物等が挙げられるが、これらに限定はされない。これらイソシアネート化合物は2種以上組み合わせて用いてもよい。
(A)成分樹脂の上記の原料イソシアネート化合物のうち、好ましくは2又は3官能イソシアネート化合物であるが、さらに好ましくは2官能イソシアネート化合物である。これは、イソシアネート化合物の官能基数が多すぎると、貯蔵安定性が低下し、少ないと耐熱性が発揮されない。このうち、入手しやすい下記式(1)又は式(2)に示すイソシアネート化合物がよい。
(式中、R1〜R4はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基である。)
(式中、R1′〜R8′はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基である。Aは単結合,−CH2−,−C(CH3)2−,−SO2−,−SO−,−CO−,−S−又は−O−である。)
オキサゾリドン環形成触媒の量は、用いる原料に対して5ppm〜2wt%の範囲で使用されるが、好ましくは、10ppm〜1wt%、より好ましくは20〜5000ppm、さらに好ましくは20〜1000ppmである。これは、該触媒が2wt%以下で生成樹脂中に不純物として残留し、積層板の材料として用いた場合に、絶縁性の低下や耐湿性の低下を招くことを防止でき好ましく、5ppm以上で所定の樹脂を得るための生産効率の低下を防止でき好ましい。触媒を除去するために、本発明のエポキシ樹脂を、触媒を実質的に溶かさない適当な溶剤を用いて濾過することができる。
(A)成分の製造は、原料エポキシ樹脂を反応器に所定量投入した後、加熱し、所定の温度に調整する。その後、触媒の投入は水又は適当な溶剤に混ぜて投入される。投入温度は20〜200℃の範囲で実施するが、好ましくは80〜200℃で、より好ましくは110〜180℃である。20℃以上で触媒を投入することにより、所定の反応温度に到達するまでに、エポキシ基と分子内2級アルコール性基との反応が促進され、エポキシ基濃度が低下することを防止でき好ましい。200℃以下で投入することにより、反応が暴走することを防止でき好ましい。
次に、前記イソシアネート化合物は1回又は数回に分け、段階的又は連続的に滴下される。滴下時間は1〜10時間、より好ましくは2〜5時間かけて滴下するのがよい。これは、滴下時間が1時間未満であるとイソシアヌレート環の生成を促し、10時間を超えるとエポキシ基濃度が低下し、いずれの場合も得られる樹脂の性能や貯蔵安定性が低下するからである。
反応温度は通常20〜300℃の範囲であるが、好ましくは、60〜250℃、より好ましくは120〜230℃、さらに好ましくは140〜220℃、特に好ましくは140〜200℃の範囲である。これは、300℃以下にすることにより樹脂の劣化を防止でき、20℃以上にすることにより、反応が十分に完結し、好ましくないトリイソシアヌレート環を多く含む樹脂を生成することを防止でき、得られる樹脂が、いずれの場合も、貯蔵安定性、耐水性が向上するからである。
また、グリシジル化合物とイソシアネート化合物により(A)成分を製造する際、フェノール化合物を添加してもよい。フェノール化合物としては、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールAD、ビスフェノールS、テトラメチルビスフェノールA、テトラメチルビスフェノールF、テトラメチルビスフェノールAD、テトラメチルビスフェノールS、ビフェノール、ジヒドロキシナフタレン、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、1,1,1−(4−ヒドロキシフェニル)エタン、4,4−〔1−〔4−〔1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル〕フェニル〕エチリデン〕ビスフェノール等のトリス(グリシジルオキシフェニル)アルカン類、アミノフェノール、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、ビスフェノールAノボラック、ナフトールノボラック等が挙げられる。これらは、1種又は2種以上添加することができる。
本発明における加水分解性塩素量とは、試料3gを25mlのトルエンに溶解し、これに0.1規定KOH−メタノール溶液20mlを加えて15分間煮沸した後、硝酸銀滴定を行い、同じく試料をトルエンに溶解し、そのまま硝酸銀で滴定した無機塩素量を差し引いて求めた値である。
さらに、(A)成分のα−グリコール基の含有量は100meq/kg以下が好ましく、より好ましくは50meq/kg以下であり、さらに好ましくは30meq/kg以下であり、特に好ましくは20meq/kgである。なぜならば、α−グリコール基の含有量を100meq/kg以下にすることにより耐水性の低下を防止でき好ましいからである。
本発明におけるα−グリコール量とは、試料3gを25mlのクロロホルムに溶解し、ベンジルトリメチル過ヨウ素酸アンモニウム溶液25mlを加え、2時間半反応させ、2規定硫酸水溶液5ml、20%ヨウ化カリウム水溶液15mlを加え、0.1規定チオ硫酸ナトリウム溶液で滴定して求めた値である。
(A)成分の赤外分光光度測定によるイソシアヌレート環由来の波数1,710cm−1の吸光度が、オキサゾリドン環由来の波数1,750cm−1の吸光度に対して0.1以下の値で規定されることが好ましい。これは上記赤外分光光度測定強度比が0.1以下であると貯蔵安定性が向上し、また耐水性等も向上するため好ましいからである。
(nは0又は正の整数である。)
(A)成分中にはこれら原料グリシジル化合物の未反応モノマー成分が5〜80重量%含まれることが好ましく、より好ましくは10〜60重量%、さらに好ましくは15〜50重量%、特に好ましくは20〜40重量%である。なぜならば5重量%以上含有するとグリシジル基の濃度が低下して硬化反応速度が低下することを防止でき好ましく、80重量%以下含有することにより、オキサゾリドン環濃度を多く含ませることができ耐熱性を向上することができ好ましいからである。
(a)下記式(4)で表される環状及び/又は鎖状ホスファゼン化合物、
(b)下記式(5)で表される環状及び/又は鎖状ホスファゼン化合物が重合されたホスファゼン重合体、
(c)前記環状及び/又は鎖状ホスファゼン化合物と、エポキシ化合物、フェノール化合物、アミン化合物、及び酸無水物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物とを反応させ、少なくとも一つのエポキシ基を有する反応物
の群から選ばれる少なくとも1種である。これらのホスファゼン化合物は1種を単独で用いてもよく、又は2種以上を併用して用いてもよい。
(式中、R5及びR6は同一又は異なってもよく、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数5〜8のシクロアルキル基、炭素数6〜14のアリール基、炭素数7〜18のアルキルアリール基、炭素数2〜18のアルケニル基又は炭素数8〜18のアルケニルアリール基、アミノ基置換フェニル基、アミノアルキル基置換フェニル基(置換基としてのアミノアルキル基の炭素数は1〜6である。)、ヒドロキシ基置換フェニル基、ヒドロキシアルキル基置換フェニル基(置換基としてのヒドロキシアルキル基の炭素数は1〜6である。)、グリシジルオキシ基置換フェニル基、又はグリシジルオキシアルキル基置換フェニル基(置換基としてのグリシジルオキシアルキル基の炭素数は4〜9である。)を示し、m個のR5及びR6のうち少なくとも一つはグリシジルオキシ基置換フェニル基又はグリシジルオキシアルキル基置換フェニル基(置換基としてのグリシジルオキシアルキル基の炭素数は4〜9である。)である。mは3〜10000の整数を示す。)
(式中、R5´、R6´及びR7´は同一又は異なってもよく、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数5〜8のシクロアルキル基、炭素数6〜14のアリール基、炭素数7〜18のアルキルアリール基、炭素数2〜18のアルケニル基又は炭素数8〜18のアルケニルアリール基、アミノ基置換フェニル基、アミノアルキル基置換フェニル基(置換基としてのアミノアルキル基の炭素数は1〜6である。)、ヒドロキシ基置換フェニル基、ヒドロキシアルキル基置換フェニル基(置換基としてのヒドロキシアルキル基の炭素数は1〜6である。)、グリシジルオキシ基置換フェニル基、グリシジルオキシアルキル基置換フェニル基(置換基としてのグリシジルオキシアルキル基の炭素数は4〜9である。)を示し、m個のR6´及びR7´のうち少なくとも一つはグリシジルオキシ基置換フェニル基又はグリシジルオキシアルキル基置換フェニル基(置換基としてのグリシジルオキシアルキル基の炭素数は4〜9である。)である。mは3〜10000の整数を示す。)
本発明の樹脂組成物における(C)成分としては、リン酸エステル、縮合リン酸エステル、ホスフィン化合物のキノン誘導体、及びポリフェニレンエーテルからなる群から選ばれた少なくとも一種の化合物が用いられる。これらは1種又は2種以上組み合わせて使用することができる。本発明ではエポキシ基含有ホスファゼン化合物と上記(C)成分を併用すると、難燃作用において極めて高い相乗効果を有することを見出した。すなわち、通常は、例えばガラスクロス補強された積層板の場合、プリプレグ積層枚数を増やして厚さを増やすほど、燃焼試験における燃焼時間は長くなることが多いが、難燃化処理によっては必ずしもこの限りではない。本発明のエポキシ基含有ホスファゼン化合物と上記(C)成分を併用した場合、(C)成分記載以外のリン化合物を併用した場合に比べて、プリプレグ枚数を増やすことによる燃焼時間の変化が小さくなる。その結果、本発明の樹脂組成物は、機能を向上させるために配線層数を増やす設計変更をしばしば行う高性能多層プリント基板の製造に際立って有用である。
積層板の単位厚さ当たりの燃焼時間変化率は、絶対値が2.5秒/mm以下であると、配線層数の増減による多層プリント基板の板厚変化があっても一定の樹脂組成を用いることが可能となり、配線設計変更を避けられるので好ましい。燃焼時間変化率は絶対値が2.0秒/mm以下がより好ましく、1.5秒/mm以下が最も好ましい。
(式中、R7、R8、及びR9は炭素数6〜8のアルキル基である。)
(式中、R10、R11、R12、及びR13は炭素数6〜8のアルキル基又は2、6−ジメチルフェエニル基である。)
(式中、pは1以上の整数である。R14、R15、R16、及びR17は水素又は炭素数1〜3の炭化水素基を示し、R14、R15、R16、及びR17は同じでもよく、異なっていてもよいが、プリプレグ複数枚と金属箔を重ね合わせて加熱加圧して金属箔張積層板を作る場合や、多層プリント配線板の多層成形時のプリプレグ樹脂フロー性の点から、数平均分子量は4000以下が好ましい。)
使用する(D)成分の量は、(D)成分がグアニジン誘導体の場合、(A)成分と(B)成分の合計重量に対して2〜6%であることが望ましく、(D)成分がノボラック類の場合、(A)成分と(B)成分の合計重量に対して20〜60%であることが望ましい。(A)成分と(B)成分の合計重量に対して(D)成分がグアニジン誘導体で2%以上(ノボラック類で20%以上)であると硬化物の架橋密度が低下せずTgの低下を防止できて好ましく、また、グアニジン誘導体で6%以下(ノボラック類で60%以下)であると耐湿性を確保できるため好ましい。
本発明の樹脂組成物は、溶媒に溶解又は分散させることによって、エポキシ樹脂ワニスを調製することができる。溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルセロソルブ、メチルイソブチルケトン、ジメチルホルムアミド、プロピレングリコールモノメチルエーテル、トルエン、キシレン等を用いることができる。
本発明の樹脂組成物には硬化促進剤を配合してエポキシ樹脂ワニスの調製を行うことも可能である。硬化促進剤としては、イミダゾール類、第3級アミン類、ホスフィン類、アミノトリアゾール類等、硬化剤との公知の組み合わせを用いることができる。
本発明の樹脂組成物には、機械的強度を高め、寸法安定性を増大させるために基材を加えることができる。本発明に用いられる基材としては、ロービングクロス、クロス、チョップドマット、サーフェシングマットなどの各種ガラス布、アスベスト布、金属繊維布及びその他合成若しくは天然の無機繊維布;ポリビニルアルコール繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、全芳香族ポリアミド繊維、ポリテトラフルオロエチレン繊維などの合成繊維から得られる織布又は不織布;綿布、麻布、フェルトなどの天然繊維布;カーボン繊維布;クラフト紙、コットン紙、紙−ガラス混繊紙などの天然セルロース系布などがそれぞれ単独で、又は2種以上併せて用いられる。また、有機及び/又は無機の短繊維を樹脂組成物に加えて基材となしてもよい。
本発明のプリプレグには、必要に応じて樹脂と基材の界面における接着性を改善する目的でカップリング剤を用いることができる。カップリング剤としては、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミニウム系カップリング剤、ジルコアルミネートカップリング剤等一般のものが使用できる。本発明のプリプレグにおける基材の占める割合は、プリプレグ100質量部を基準として5〜90質量%、より好ましくは10〜80質量%、さらに好ましくは20〜70質量%である。基材が5質量%以上で複合材料の硬化後の寸法安定性や強度が十分であり、また基材が90質量%以下でプリプレグ硬化物の誘電特性や難燃性が優れ好ましい。
本発明の金属箔張積層板は、金属箔と本発明のプリプレグを積層硬化して製造される。成形及び硬化は、例えば温度80〜300℃、圧力0.01〜100MPa、時間1分〜10時間の範囲、より好ましくは、温度120〜250℃、圧力0.1〜10MPa、時間1分〜5時間の範囲で行うことができる。
本発明の金属箔張積層板に用いられる金属箔としては、例えば銅箔、アルミニウム箔、錫箔等が挙げられ、銅箔は特に好ましい。その厚みは特に限定されないが、好ましくは5〜200μm、より好ましくは5〜105μmの範囲である。
本発明の多層配線板は金属箔と本発明のプリプレグを多層成型して製造される。
(製造例1)
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量189g/eq)100部に、テトラブチルアンモニウムブロミド0.04部を投入し、撹拌加熱し、内温を175℃にした。さらに、コロネートT−80(商標)(日本ポリウレタン社製TDI;2,4−トリレンジイソシアネート約80%、2,6−トリレンジイソシアネート約20%)16.1部を120分かけて投入した。投入終了後、反応温度を175℃に保ち、4時間撹拌し、オキサゾリドン環含有エポキシ樹脂Iを得た。
(製造例2)
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量189g/eq)100部に、テトラブチルアンモニウムブロミド0.04部を投入し、撹拌加熱し、内温を175℃にした。さらに、MR−200(商標)(日本ポリウレタン社製ジフェニルメタンジイソソアネート)30.9部を120分かけて投入した。投入終了後、反応温度を175℃に保ち、4時間撹拌し、オキサゾリドン環含有エポキシ樹脂IIを得た。
オキサゾリドン環含有エポキシ樹脂I〜IIの性状を表1に示す。なお、表1中のn=0成分は、原料ビスフェノールA型エポキシ樹脂中の未反応モノマー成分を意味する。
還流冷却器、温度計、攪拌機、及び滴下ロートを備えた2lの4ツ口フラスコに、ヘキサクロロシクロトリホスファゼン及びオクタクロロシクロテトラホスファゼンの混合物(ヘキサクロロシクロトリホスファゼン:82%、オクタクロロシクロテトラホスファゼン:18%)116g(1ユニットモル、NPCl2を1ユニットとする)、及びTHF200mlを仕込んで溶液を得た。次に別に調製した4−メトキシフェノールのNa塩のTHF溶液(4−メトキシフェノール126.5g(1.1モル)、ナトリウム23g(1g−atom)、テトラヒドロフラン400ml)を攪拌しながら、1時間かけて上記ヘキサクロロシクロトリホスファゼンのTHF溶液に滴下した。反応は激しい発熱であるので、反応温度が30℃を超えないように適宜冷却して反応を行った。滴下終了後、引き続き6時間60℃で攪拌反応を行った。
該反応にて得られた部分置換体の残存塩素量は17.17%であり、推定構造は、[NPCl0.99(OC6H4CH3)1.01]3,4である。次に別に調製したp−クレゾールのナトリウム塩のTHF溶液(p−クレゾール、140.6g(1.3モル)、ナトリウム28.8g(1.2モル)、THF400ml)を、反応温度が30℃以下になるように冷却制御し、1時間かけて滴下した。次いで室温下で5時間、還流温度で3時間反応を行い、反応を完結した。反応終了後、溶媒のTHFを減圧下に留去し、次にトルエン1lを加えて生成物を再溶解し、更に水500mlを加えて水洗分液した。有機層を5%水酸化ナトリウム水溶液による洗浄及び2%水酸化ナトリウム水溶液による洗浄を各々1回行った後に、(1+9)塩酸水溶液で1回洗浄、5%炭酸水素ナトリウム水で1回洗浄し、更に水で2回洗浄し、水層を中性とした。
次に有機層を分液し、無水硫酸マグネシウムで脱水し、トルエンを留去して淡黄色油状の生成物270.0gを(収率98%)を得た。残存塩素量は0.01%以下であった。上記の方法で得た4−メトキシフェノキシ基と4−メチルフェノキシ基が混合置換したシクロホスファゼン247.9g(0.9ユニットモル)とピリジン塩酸塩1040.0g(0.9モル)を、2lの4ツ口フラスコに仕込み、徐々に昇温し、205〜210℃で1時間反応を行った。室温冷却後、水300mlを加えて反応生成物及び過剰のピリジン塩酸塩を溶解し、20%水酸化ナトリウム水溶液でpH6〜7に反応溶液を調製した。次に酢酸エチル1lを用いて抽出を4回行った後に、抽出液を合わせて、飽和硫酸ナトリウム水1lで4回洗浄し、有機層を分液し、無水硫酸マグネシウムにより脱水処理後、減圧下にて酢酸エチルを留去した。
次に濃縮物をメタノール300mlに溶解し水3l中に投入し、結晶を析出させる工程を3回繰り返して行い、得られた結晶を減圧乾燥し、淡黄色結晶200.0g(収率85%)を得た。生成物の残存塩素量は0.01%以下であり、分析化学便覧(日本分析化学会編)、有機編、第316頁に記載されている無水酢酸及びピリジンによるアセチル化法により水酸基(OH、%)を定量したところ、6.5%であった。(理論値6.6%)また、1H−及び31P−NMR分析を行い、合成を確認した。推定構造は[NP(OC6H4CH3)0.99(OC6H4OH)1.01]3,4である。該化合物の水酸基価は259g/eqであった。このヒドロキシ基有するホスファゼン化合物78.4g(0.3ユニットモル)、エピクロロヒドリン277.6g(3モル)を、攪拌装置、還流冷却器、及び温度計を備えた1l反応器に仕込み加熱溶解させた。
次に40%水酸化ナトリウム水溶液(水酸化ナトリウム:12.0g、0.30モル)を95〜118℃で60分間かけて滴下した。反応を完結させるために同温度で更に15分間反応を行った。反応終了後にエピクロロヒドリン及び水を留去し、クロロホルム1lと水1lを加えて、水洗を2回行った。分液した有機層は無水硫酸マグネシウムにより脱水後、クロロホルムを留去し、淡黄色の固体87.7g(収率92%)を得た。1H−及び31P−NMR分析を行い、合成を確認した。推定構造は[NP(OC6H4CH3)0.99(OC6H4OGly)1.01]3,4である(Gly:グリシジル基を表す)。該化合物のエポキシ当量は315g/eqであった。
(製造例4)
数平均分子量20000のポリフェニレンエーテル(旭化成ケミカルズ(株)製)100部及びビスフェノールA30部をトルエン100部に加熱溶解させた。この中に過酸化ベンゾイルを30部入れ、90℃にて60分間攪拌し再分配反応させた。さらに過酸化ベンゾイル10部を加え、90℃にて30分間攪拌し、再分配反応を完結させた。反応混合物を1000部のメタノールに投入し沈殿物を得て、濾別した。さらにメタノール1000部で濾別物を洗浄し、ポリフェニレンエーテルY(数平均分子量1900、フェノール性水酸基数1.7個/1分子)を得た。
表2に示すように、製造例1で得たオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂Iを100部、製造例3で得たエポキシ基含有ホスファゼン化合物Xを8部、PX200を27部、及びジシアンジアミドを3.4部用いて、エポキシ樹脂ワニスを調製した。これらのワニスをガラスクロス(旭シュエーベル(株)製、品番7628、処理AS891AW)に含浸塗布し、175℃で乾燥させて、樹脂分45%のプリプレグを得た。このプリプレグを2枚、4枚、8枚及び24枚重ねた両面に厚さ18μmの銅箔を重ね、温度185℃、圧力40kg/cm2、時間60分の条件で加熱加圧成形し、両面銅張積層板を得た。得られた両面銅張積層板の片面をエッチングすることにより半田耐熱性の試料を、また、両面をエッチングすることによりTg、難燃性測定用の試料を得た。積層板の燃焼性試験の結果は0.4mm板、0.8mm板、1.6mm板、及び4.8mm板の平均燃焼時間がそれぞれ0.9秒、1.2秒、1.8秒、及び4.5秒であり、共にUL94:V−0相当であった。また、積層板の単位厚さ当たりの燃焼時間変化率は0.8秒/mm(0.4mm板と0.8mm板間での変化率)、0.8秒/mm(0.8mm板と1.6mm板間での変化率)、0.8秒/mm(1.6mm板と4.8mm板間での変化率)と、何れも2.5秒/mm以内を示し、変化率は小さく良好であった。積層板のTgは156℃と高く、半田耐熱性はふくれが発生せず良好、プリプレグ保存安定性は95%と良好であった。
(実施例2)
表2に示すように、ジジアンジアミドに代えて、PSM4326を使用する以外は、実施例1と同様の方法にてプリプレグ及び積層板を得た。積層板の燃焼性試験の結果は0.4mm板、及び0.8mm板、及び1.6mm板の平均燃焼時間がそれぞれ0.7秒、1.2秒、及び2.0秒であり、共にUL94:V−0相当であった。また、燃焼時間変化率は1.3秒/mm(0.4mm板と0.8mm板間での変化率)、1.0秒/mm(0.8mm板と1.6mm板間での変化率)と何れも小さかった。積層板のTgは152℃と高く、半田耐熱性はふくれが発生せず良好、プリプレグ保存安定性は94%と良好であった。
(実施例3)
表2に示すように、エポキシ樹脂として、オキサゾリドン環含有エポキシ樹脂IとECN1299を併用する以外は、実施例1と同様の方法にてプリプレグ及び積層板を得た。積層板の燃焼性試験の結果は0.4mm板、0.8mm板、1.6mm板、及び4.8mm板の平均燃焼時間がそれぞれ0.7秒、1.0秒、1.6秒、及び4.9秒であり、共にUL94:V−0相当であった。また、燃焼時間変化率は0.8秒/mm(0.4mm板と0.8mm板間での変化率)、0.8秒/mm(0.8mm板と1.6mm板間での変化率)、1.0秒/mm(1.6mm板と4.8mm板間での変化率)と何れも小さかった。積層板のTgは160℃と高く、半田耐熱性はふくれが発生せず良好、プリプレグ保存安定性は92%と良好であった。
表2に示すように、エポキシ樹脂として、オキサゾリドン環含有エポキシ樹脂IとECN1299を併用し、かつ、ジシアンジアミドに代えてPSM4326を使用する以外は、実施例1と同様の方法にてプリプレグ及び積層板を得た。積層板の燃焼性試験の結果は0.4mm板、0.8mm板、及び1.6mm板の平均燃焼時間がそれぞれ0.6秒、1.0秒、及び1.9秒であり、共にUL94:V−0相当であった。また、燃焼時間変化率は1.0秒/mm(0.4mm板と0.8mm板間での変化率)、1.1秒/mm(0.8mm板と1.6mm板間での変化率)と何れも小さかった。積層板のTgは156℃と高く、半田耐熱性はふくれが発生せず良好、プリプレグ保存安定性は90%と良好であった。
(実施例5)
表2に示すように、エポキシ樹脂として、製造例2で得たオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂IIとEPN1182を併用する以外は、実施例1と同様の方法にてプリプレグ及び積層板を得た。積層板の燃焼性試験の結果は0.4mm板、0.8mm板、及び1.6mm板の平均燃焼時間がそれぞれ0.9秒、1.3秒、及び2.5秒であり、共にUL94:V−0相当であった。また、燃焼時間変化率は1.0秒/mm(0.4mm板と0.8mm板間での変化率)、1.5秒/mm(0.8mm板と1.6mm板間での変化率)と何れも小さかった。積層板のTgは158℃と高く、半田耐熱性はふくれが発生せず良好、プリプレグ保存安定性は92%と良好であった。
(実施例6)
表2に示すように、エポキシ樹脂として、オキサゾリドン環含有エポキシ樹脂IとECN1299を併用し、かつ、PX200に代えてHCA−HQを使用する以外は、実施例1と同様の方法にてプリプレグ及び積層板を得た。積層板の燃焼性試験の結果は0.4mm板、0.8mm板、及び1.6mm板の平均燃焼時間がそれぞれ0.8秒、1.2秒、及び2.2秒であり、共にUL94:V−0相当であった。また、燃焼時間変化率は1.0秒/mm(0.4mm板と0.8mm板間での変化率)、1.3秒/mm(0.8mm板と1.6mm板間での変化率)と何れも小さかった。積層板のTgは162℃と高く、半田耐熱性はふくれが発生せず良好、プリプレグ保存安定性は92%と良好であった。
(実施例7)
表2に示すように、エポキシ樹脂として、オキサゾリドン環含有エポキシ樹脂IとECN1299を併用し、かつ、PX200に代えて、製造例4で得たポリフェニレンエーテルYを使用した。ポリフェニレンエーテルを80℃のトルエンにて溶解してエポキシ樹脂ワニスを調製し、かつワニス温度を70℃に保ってガラスクロスに含浸せしめた以外は、実施例1と同様の方法にてプリプレグ及び積層板を得た。積層板の燃焼性試験の結果は0.4mm板、0.8mm板、及び1.6mm板の平均燃焼時間がそれぞれ1.0秒、1.5秒、及び2.6秒であり、共にUL94:V−0相当であった。また、燃焼時間変化率は1.3秒/mm(0.4mm板と0.8mm板間での変化率)、1.4秒/mm(0.8mm板と1.6mm板間での変化率)と何れも小さかった。積層板のTgは164℃と高く、半田耐熱性はふくれが発生せず良好、プリプレグ保存安定性は90%と良好であった。
表3に示すように、製造例1で得たオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂Iを100部、製造例3で得たエポキシ基含有ホスファゼン化合物Xを143部、PX200を165部、及びジシアンジアミドを7.5部用いて、エポキシ樹脂ワニスを調製した。以下、実施例1と同様の方法にてプリプレグ及び積層板を得た。積層板のTgが140℃と低く、半田耐熱性はふくれが生じ不良であった。
(比較例2)
表3に示すように、製造例1で得たオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂Iを12部、EPN1182を88部、製造例3で得たエポキシ基含有ホスファゼン化合物Xを8部、PX200を29部、及びジシアンジアミドを5.8部用いて、エポキシ樹脂ワニスを調製した。以下、実施例1と同様の方法にてプリプレグ及び積層板を得た。プリプレグ保存安定性が84%と不十分であった。
(比較例3)
表3に示すように、製造例1で得たオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂Iを100部、製造例3で得たエポキシ基含有ホスファゼン化合物Xを10部、PX200を20部、及びジシアンジアミドを3.4部用いて、エポキシ樹脂ワニスを調製した。以下、実施例1と同様の方法にてプリプレグ及び積層板を得た。積層板の燃焼性試験の結果は0.8mm、及び1.6mm板の平均燃焼時間がそれぞれ5.1秒、及び10.1秒であり、V−1相当と不十分だった。また、燃焼時間変化率は6.3秒/mm(0.4mm板と0.8mm板間での変化率)、6.3秒/mm(0.8mm板と1.6mm板間での変化率)と大きかった。
(比較例4)
表3に示すように、製造例1で得たオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂Iを35部、ECN1299を65部、製造例3で得たエポキシ基含有ホスファゼン化合物Xを10部、PX200を45部、及びジシアンジアミドを4.6部用いて、エポキシ樹脂ワニスを調製した。以下、実施例1と同様の方法にてプリプレグ及び積層板を得た。積層板のTgが146℃と低く、半田耐熱性はふくれが生じ不十分だった。
表3に示すように、製造例1で得たオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂Iを35部、ECN1299を65部、製造例3で得たエポキシ基含有ホスファゼン化合物Xを28部、PX200を24部、及びジシアンジアミドを5.1部用いて、エポキシ樹脂ワニスを調製した。以下、実施例1と同様の方法にてプリプレグ及び積層板を得た。積層板の燃焼性試験の結果は、1.6mm板の平均燃焼時間が12.2秒であり、V−1相当と不十分だった。また、燃焼時間変化率は6.8秒/mm(0.4mm板と0.8mm板間での変化率)、9.0秒/mm(0.8mm板と1.6mm板間での変化率)と大きかった。
(比較例6)
表3に示すように、製造例1で得たオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂Iを100部、製造例3で得たエポキシ基含有ホスファゼン化合物Xを143部、及びジシアンジアミドを7.9部用いて、エポキシ樹脂ワニスを調製した。以下、実施例1と同様の方法にてプリプレグ及び積層板を得た。積層板の燃焼性試験の結果は、1.6mm板、及び4.8mm板の平均燃焼時間がそれぞれ7.5秒、及び17.2秒であり、V−1相当と不十分だった。また、燃焼時間変化率は4.0秒/mm(0.4mm板と0.8mm板間での変化率)、6.4秒/mm(0.8mm板と1.6mm板間での変化率)、3.0秒/mm(1.6mm板と4.8mm板間での変化率)で何れも大きかった。
(比較例7)
表3に示すように、製造例1で得たオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂Iを100部、製造例3で得たエポキシ基含有ホスファゼン化合物Xを8部、赤リンを3.5部、及びジシアンジアミドを3.4部用いて、エポキシ樹脂ワニスを調製した。以下、実施例1と同様の方法にてプリプレグ及び積層板を得た。積層板の燃焼性試験の結果は、4.8mm板の平均燃焼時間が13.6秒であり、V−1相当と不十分だった。また、燃焼時間変化率は3.3秒/mm(0.4mm板と0.8mm板間での変化率)、3.9秒/mm(0.8mm板と1.6mm板間での変化率)、2.7秒/mm(1.6mm板と4.8mm板間での変化率)で何れも大きかった。
(比較例8)
表3に示すように、製造例1で得たオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂Iを100部、PX200を32部、及びジシアンジアミドを3.2部用いて、エポキシ樹脂ワニスを調製した。以下、実施例1と同様の方法にてプリプレグ及び積層板を得た。積層板の燃焼性試験の結果は、1.6mm板、及び4.8mm板の平均燃焼時間がそれぞれ5.3秒、及び14.0秒であり、V−1相当と不十分だった。また、燃焼時間変化率は3.3秒/mm(0.4mm板と0.8mm板間での変化率)、4.1秒/mm(0.8mm板と1.6mm板間での変化率)、2.7秒/mm(1.6mm板と4.8mm板間での変化率)と大きかった。
なお、各試験は以下の方法に従った。
(難燃性)
UL94規格(Test for Flammability of Plastic Materials for Parts in Devices and Appliances、UL94、Fifth Edition)に基づき、試料の寸法を、長さ125mm、幅13mmとし、1回目の接炎後のフレーミング時間をt1、2回目の接炎後のフレーミング時間をt2、2回目の接炎後のグローイング時間をt3とした場合、評価基準は次の通りである。
V−0:
(1) 各試料のフレーミング時間t1またはt2が10秒以下。
(2) 全ての処理による各組のフレーミング時間の合計(5枚の試料のt1+t2)が50秒以下。(平均燃焼時間が5秒以下)
(3) 2回目接炎後の各試料のフレーミング時間とグローイング時間の合計(t2+t3)が30秒以下。
(4) 各試料の保持クランプまでのフレーミング又はグローイングがないこと。
(5) 発炎物質又は滴下物による標識用綿の着火がないこと。
V−1:
(1) 各試料のフレーミング時間t1又はt2が30秒以下。
(2) 全ての処理による各組のフレーミング時間の合計(5枚の試料のt1+t2)が250秒以下。(平均燃焼時間が25秒以下)
(3) 2回目接炎後の各試料のフレーミング時間とグローイング時間の合計(t2+t3)が60秒以下。
(4) 各試料の保持クランプまでのフレーミング又はグローイングがないこと。
(5) 発炎物質又は滴下物による標識用綿の着火がないこと。
(Tg(ガラス転移温度))
DSC法、セイコー電子工業(株)製、DSC/220C。
(半田耐熱性)
銅箔面を下にして260℃半田浴に120秒間フロートさせた時の膨れ・はがれの発生
の有無。(JIS−C−6481)
(プリプレグ保存安定性)
25℃65%RH下で3ヶ月保存した時の、保存開始時に対するゲルタイム保持率(%)。
19g/eq)
※2:フェノールノボラック型エポキシ樹脂(旭化成エポキシ(株)製、エポキシ当量1
79g/eq)
※3:フェノールノボラック(群栄化学工業(株)製、水酸基当量106g/eq)
※4:縮合リン酸エステル(大八化学工業(株)製、リン含有量9.0%)
※5:ホスフィン化合物のキノン誘導体(三光化学(株)製、リン含有量9.6%、水酸基当量162g/eq)
19g/eq)
※2:フェノールノボラック型エポキシ樹脂(旭化成エポキシ(株)製、エポキシ当量1
79g/eq)
※3:フェノールノボラック(群栄化学工業(株)製、水酸基当量106g/eq)
※4:縮合リン酸エステル(大八化学工業(株)製、リン含有量9.0%)
※5:ホスフィン化合物のキノン誘導体(三光化学(株)製、リン含有量9.6%、水酸基当量162g/eq)
Claims (10)
- (A)オキサゾリドン環を0.5〜10当量/kg含むエポキシ樹脂、(B)エポキシ基含有ホスファゼン化合物、(C)リン酸エステル、縮合リン酸エステル、ホスフィン化合物のキノン誘導体、及びポリフェニレンエーテルからなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物、及び(D)グアニジン誘導体、フェノールノボラック、ビスフェノールAノボラック、クレゾールノボラック、ナフトールノボラックからなる群から選ばれる少なくとも一種の硬化剤を含むことを特徴とする難燃性エポキシ樹脂組成物。
- (B)成分が、鎖状/環状フェノキシホスファゼン化合物、又は鎖状/環状フェノキシホスファゼン化合物の重合体である請求項1記載のエポキシ樹脂組成物。
- (B)成分と(C)成分の合計重量が、(A)成分、(B)成分及び(C)成分の合計重量に対して25〜75%であり、かつ(B)成分と(C)成分の重量比が20:80〜50:50である請求項1記載のエポキシ樹脂組成物。
- (D)成分のグアニジン誘導体が、ジシアンジアミドである請求項1記載のエポキシ樹脂組成物。
- (D)成分がグアニジン誘導体の場合、(D)成分の重量が、(A)成分及び(B)成分の合計重量に対して2〜6%である請求項1記載のエポキシ樹脂組成物。
- (D)成分がノボラック類の場合、(D)成分の重量が、(A)成分及び(B)成分の合計重量に対して20〜60%である請求項1記載のエポキシ樹脂組成物。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物を基材に含浸させてなることを特徴とするプリプレグ。
- 請求項7に記載のプリプレグを積層成形してなることを特徴とする積層板。
- 請求項7に記載のプリプレグを金属箔とともに積層成形してなることを特徴とする金属箔張積層板。
- 請求項7に記載のプリプレグを金属箔とともに多層成形してなることを特徴とする多層配線板。
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