KR20070043716A - 에폭시 수지, 에폭시 수지 조성물 및 그의 경화물 - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 융점이 비교적 높은 결정이고, 또한 유연성(flexibility) 및 광학이방성을 갖는 경화물을 제공하는 에폭시 수지 및 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 에폭시 수지로서는 액상의 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르가 널리 알려져 있고, 고형 에폭시 수지로서는 액상 비스페놀 A형 에폭시 수지를 또한 비스페놀 A와 축합시켜 고분자량화시킨 것이 사용되고 있다. 그러나 이러한 고분자량형 에폭시 수지는 통상 연화점이 50 내지 100℃의 수지상이고 보존시 블록킹을 초래하는 경우가 있다. 보존시의 블록킹을 유발하지 않는 에폭시 수지로서는 결정성인 것이 알려져 있다. 이와 같은 에폭시 수지로서는 가장 범용성이 높은 비스페놀 F형 에폭시 수지로서 특정의 이성체의 농도를 높게한 수지가 알려져 있다(일본 특허출원 공개 공보 제8-73563호(이하, "특허문헌 1"이라 칭함)). 여기에 기재된 에폭시 수지는 분자의 대칭성이 양호한 4,4'-체, 즉 하기 화학식(1)에서 n = 0인 화합물의 농도를 높게 한 것이기 때문에 얻을 수 있는 결정성 수지의 융점은 실질적으로 50 내지 70℃이고, 이 범위의 융점에서는 보존시의 블록킹 방지 면에서는 충분하다고 말할 수 없다.
이외에도 예컨대 테트라메틸비페놀의 디글리시딜 에테르(일본 특허제2566178호 공보), 트리글리시딜 이소시아누레이트 (일본 특허 제3465743호 공보) 등을 들 수 있지만, 이들 모두 융점이 높고 보존안정성도 우수한 반면, 경화물의 탄성율이 높고 유연성이 결여되어 있다.
또한 근년에는 에폭시 수지 조성물을 경화시킨 경우 외부로부터 물리적인 힘을 가하여 에폭시 수지 조성물을 특정 방향으로 배향시키는 것에 의해 경화물의 특성을 향상시키는 시도가 행해지고 있다. 예컨대 일본 특허출원 공개공보 제2003-268070호에서는 분자내에 메소겐 기를 갖는 에폭시 수지가 그의 경화물에서 높은 열도전율을 나타내는 것이 기재되어 있다. 또한 일본 특허출원 공개공보 제2004-175926호에서는 메소겐 기를 갖는 에폭시 수지에 자장을 인가하여 배향시킨 후에 경화시키는 것에 의해 열도전성이 우수한 경화물을 얻을 수 있는 것이 보고되어 있다. 또한 열가소성 수지의 분야에서 액정성을 갖는 고분자는 융점 이상의 온도에서 가공하는 것에 의해 기계 강도가 우수한 성형물을 얻을 수 있는 것이 일본 특허제2664405호 공보 등에 기재되어 있다.
발명의 개시
근년의 전기, 화학 부품용도에서는 경량화, 소형화를 도모하기 위하여 종래의 글래스 섬유를 기재로한 리지드(rigid) 기판이 아니라 폴리이미드 등을 기재로한 플렉시블(flexible) 기판의 수요가 확대되고 있다. 이와 같은 용도에서 접착제층 등에 사용되는 에폭시 수지에는 충분한 유연성이 요구되고 있다. 또한 에폭시 수지의 보존안정성의 면에서는 결정성이고 융점이 높은 것이 요망되고 있다. 또한 결정성 에폭시 수지는 솔더 레지스트의 열경화성 성분으로서도 사용되고 있지만, 전술한 바와 같은 트리글리시딜 이소시아누레이트 등은 에폭시 당량이 작기 때문에 독성이 높아서, 환경 보호 의식이 높아진 지금에서는 그 사용이 기피되는 경향이 있다.
또한 메소겐 기를 갖는 에폭시 수지는 일반적으로 분자 구조가 복잡하고 제조가 곤란한 결점을 갖는다. 또한 에폭시 수지 조성물 전체에 자기 등을 인가하는 경우, 대규모 장치가 필요하게 되는 문제점이 있다. 또한 통상 열가소성의 액정 고분자는 그 융점은 250 내지 350℃이고, 성형 조건이 열경화성 수지에 비하여 매우 엄격하게 되어 버린다.
본 발명자들은 이러한 실상을 감안하여 예의 연구한 결과, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은,
(1) 하기 화학식(1)로 표시되고, n = 0인 성분이 겔 투과 크로마토그래피의 면적 백분율값에서 25% 이하인 에폭시 수지:
식중, n은 반복되는 수를 나타낸다.
(2) 상기 식(1)에서 n = 0인 성분이 겔 투과 크로마토그래피의 면적백분율에서 20% 이하인 상기 (1) 기재의 에폭시 수지,
(3) 융점이 80℃ 이상인 상기 (1) 기재의 에폭시 수지,
(4) 융점이 80℃ 내지 150℃인 상기 (1) 기재의 에폭시 수지,
(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 에폭시 수지 및 경화제를 함유하는 에폭시 수지 조성물,
(6) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 에폭시 수지 및 양이온 중합개시제를 함유하는 에폭시 수지 조성물,
(7) 액정성이 있는 상기 (5) 또는 (6) 기재의 에폭시 수지 조성물,
(8) 상기 (5) 또는 (6) 기재의 에폭시 수지 조성물과 용매를 혼합하여 얻을 수 있는 바니시(varnish),
(9) 평면상 지지체의 양면 또는 한면에 상기 (5) 또는 (6) 기재의 에폭시 수지 조성물의 층을 갖는 시트,
(10) 평면상 지지체가 폴리이미드 필름인 상기 (9) 기재의 시트,
(11) 평면상 지지체가 금속박인 상기 (9) 기재의 시트,
(12) 평면상 지지체가 박리 필름인 상기 (9) 기재의 시트,
(13) 상기 (8) 기재의 바니시를 기재에 함침시켜 가열건조시켜 얻을 수 있는 프리프레그,
(14) 상기 (5) 또는 (6) 기재의 에폭시 수지 조성물을 경화시켜 얻은 경화물,
(15) 상기 (7) 기재의 에폭시 수지 조성물을 액정 상태에서 경화시켜 얻은 광학적으로 이방성을 갖는 경화물,
(16) 하기 화학식(2)
(2)로 표시되는 화합물을 알칼리 금속 수산화물의 존재하에서 에피할로히드린과 반응시켜 에폭시 당량 160 내지 200 g/eq의 화합물을 얻고, 이어서 이 화합물과 화학식(2)의 화합물을 반응시켜 얻어진 반응 혼합물을 결정화시키는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 기재의 에폭시 수지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 에폭시 수지는 고융점의 결정상이기 때문에 보존시의 안정성이 우수하고, 또한 직쇄상의 고분자이기 때문에 저독성이며, 그 경화물은 충분한 유연성을 갖는다. 또한 본 발명의 에폭시 수지는 분자 구조가 단순하기 때문에 제조가 용이하다.
발명을 실시하기
위한 최선의 형태
본 발명의 에폭시 수지는 하기 화학식(2)
(2)로 표시되는 페놀계 화합물을 원료로 한다. 상기 화합물은 융점이 163℃ 전후인 결정이고, 시판품을 구입할 수 있다. 상품명으로서는 p,p'-BPF (혼슈 가가쿠 가부시끼가이샤 제조; 화학식(2)의 화합물의 순도 > 99%)를 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 예컨대 화학식(2)의 화합물의 순도는 93 내지 99% 정도의 것을 사용할 수 있다. 이 페놀계 화합물과 에피할로히드린을 알칼리 금속 수산화물 존재하에서 반응시켜 저분자량의 에폭시 수지를 얻고, 이어 이 화합물과 화학식(2)로 표시되는 페놀계 화합물을 반응시켜 얻어진 반응 혼합물로부터 결정을 석출시키는 것에 의해 본 발명의 에폭시 수지를 얻을 수 있다.
본 발명의 제법에서 에피할로히드린으로서는 에피클로로히드린이나 에피브로모히드린을 사용할 수 있다. 에피할로히드린의 양은 화학식(2)로 표시되는 화합물의 히드록시 기 1몰에 대하여 통상 2 내지 15몰, 바람직하게는 3 내지 12 몰이다.
알칼리 금속 수산화물로서는 수산화 나트륨, 수산화 칼륨 등을 들 수 있고 고체이어도 좋고, 그의 수용액을 사용하여도 좋으며, 수용액을 사용하는 경우는 연속적으로 반응계 내로 첨가함과 동시에 감압하 또는 상압하 물 및 에피할로히드린을 증류제거하고 분액하며 물은 제거하고 에피할로히드린은 반응계 내로 연속적으로 되돌리는 방법을 바람직하게 채용할 수 있다. 알칼리 금속 수산화물의 사용량은 페놀계 화합물의 히드록시 기 1몰에 대하여 통상 0.9 내지 1.2 몰, 바람직하게는 0.95 내지 1.15 몰이다. 반응 온도는 통상 20 내지 110℃, 바람직하게는 25 내지 100℃이다. 반응 시간은 통상 0.5 내지 15 시간, 바람직하게는 1 내지 10 시간이다.
메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등의 알코올류, 또는 디메틸술폭시드, 디메틸술폰 등의 비프로톤성 극성 용매를 반응액에 첨가하는 것은 반응을 원활하게 촉진시키므로 바람직하다.
알코올류를 사용하는 경우, 그의 사용량은 에피할로히드린의 양에 대하여 통상 3 내지 30 중량%, 바람직하게는 5 내지 20 중량%이다. 비프로톤성 극성 용매를 사용하는 경우 그의 사용량은 에피할로히드린의 양에 대하여 통상 10 내지 150 중량%, 바람직하게는 15 내지 120 중량% 이다.
또한 에피할로히드린과 화학식(2)의 페놀계 화합물을 용해시킨 용액에 테트라메틸암모늄 클로라이드, 테트라메틸암모늄 브로마이드, 트리메틸벤질암모늄 클로라이드 등의 4급 암모늄 염을 촉매로서 첨가하고, 30 내지 110℃에서 0.5 내지 8시간 반응시켜 얻을 수 있는 할로히드린에테르화물에 알칼리 금속 수산화물의 고체 또는 수용액을 첨가하여 20 내지 100℃에서 1 내지 10시간 반응시켜 탈할로겐화 수소(폐환)시키는 방법도 좋다.
이어서, 이들의 에폭시화 반응의 반응물을 수세한 후 또는 수세없이 가열 감압하에서 과잉의 에피할로히드린 및 용매 등을 제거하고 에폭시 수지를 얻는다. 여기에 가수분해성 할로겐이 적은 에폭시 수지로 하기 위하여 얻은 에폭시 수지를 톨루엔, 메틸이소부틸케톤 등에 용해시키고 수산화 나트륨, 수산화 칼륨 등의 알칼리 금속 수산화물의 수용액을 가하여 폐환을 확실하게 할 수 있다. 이 경우, 알칼리 금속 수산화물의 사용량은 페놀계 화합물의 히드록시 기 1몰에 대하여 통상 0.01 내지 0.3 몰, 바람직하게는 0.05 내지 0.2 몰이다. 반응 온도는 통상 50 내지 120℃, 반응 시간은 통상 0.5 내지 2 시간이다.
반응 종료후, 생성한 염을 여과, 수세 등에 의해 제거하고 가열 감압하에서 용매를 제거하는 것에 의해 저 분자량의 에폭시 수지(A)를 얻을 수 있다. 에폭시 수지(A)의 에폭시 당량은 통상 160 내지 200 g/eq 이다. 특허문헌 1에서는 이 공정과 동일하게 하여 저분자량의 에폭시 수지를 얻고 이것으로부터 용매를 사용하는 결정화 공정이나 미리 제조한 종 결정을 가하는 결정화 공정을 거쳐 저분자량의 결정성 에폭시 수지를 얻고 있다. 본 발명에서는 후술하는 공정을 에폭시 수지(A)에 실시하는 것에 의해 결정성을 상실함없이 화학식(1)에서 n =1 이상의 다량체의 함유 비율을 높일 수 있다.
또한 본 발명자들은 이와 같은 고분자량의 분자의 함유 비율이 높은 에폭시 수지가, 넓은 온도 범위에 걸쳐 액정성을 나타내는 것을 발견하였다. 즉, 상기 에폭시 수지(A)도 결정성을 나타내지만, 에폭시 당량이 160 내지 200 g/eq 정도 범위인 에폭시 수지(A)는 통상 상온에서 액상 또는 융점이 40℃ 이하인 결정상이고, 액정성을 나타내는 온도 영역은 매우 좁다. 이에 대하여 에폭시 당량을 보다 크게 하여 분자량 분포를 확대시킨 경우, 액정성을 나타내는 온도 영역은 넓게되는 것을 발견한 것이다. 또한 에폭시 수지 및 이것을 함유하는 에폭시 수지 조성물은 가열 또는 용매 용해에 의해 간단하게 액정상태로 되는 것도 발견하였다.
고분자량화는 상기에서 얻은 에폭시 수지(A)와 상기 화학식(2)로 표시되는 페놀계 화합물을 축합 반응시켜서 실시한다. 에폭시 수지(A)와 화학식(2)로 표시되는 화합물의 봉입 비율은 에폭시 수지(A)의 에폭시 기 1몰에 대하여 화학식(2)의 화합물의 히드록시 기가 통상 0.05 내지 0.95 몰, 바람직하게는 0.1 내지 0.9 몰로 되는 비율이다.
축합 반응을 촉진시키기 위하여 촉매를 사용하는 것이 바람직하다. 사용할 수 있는 촉매로서는 트리페닐포스핀, 테트라메틸암모늄 클로라이드, 수산화나트륨, 수산화 칼륨, 벤질트리페닐포스포늄 클로라이드, 부틸트리페닐포스포늄 브로마이드, 에틸트리페닐포스포늄 요다이드, 에틸트리페닐포스포늄 브로마이드 등의 4급 포스포늄 염 등을 들 수 있다. 촉매의 사용량으로서는 에폭시 수지(A)의 에폭시 기 1몰에 대하여 통상 0.01 내지 10 중량부, 바람직하게는 0.05 내지 5 중량부이다.
상기 촉매 중 4급 포스포늄 염은 직쇄상의 에폭시 수지를 부여하기 쉽고 더구나 이 염은 수용성이기 때문에 수세에 의해 용이하게 제거할 수 있다.
상기 축합 반응에서 반응 온도를 제어함에 있어서 용매를 사용하는 것이 바람직하다. 사용할 수 있는 용매로서는 시클로펜타논, 시클로헥사논, 메틸이소부틸케톤, 메틸에틸케톤, 아세톤, 톨루엔, N-메틸피롤리돈, 디메틸술폭사이드, N,N-디메틸포름아미드 등을 들 수 있다. 용매의 사용량으로서는 에폭시 수지(A)와 화학식(2)로 표시되는 화합물을 합계한 중량에 대하여 통상 5 내지 150 중량%, 바람직하게는 10 내지 100 중량% 이다.
반응 온도는 통상 60 내지 180℃, 바람직하게는 70 내지 160℃이다. 반응의 진행은 GPC(겔 투과 크로마토그래피) 등으로 추적할 수 있고, 화학식(2)로 표시되는 화합물이 완전하게 검출될 때까지 실시한다. 반응 시간은 통상 0.5 내지 15 시간, 바람직하게는 1 내지 10 시간이다.
반응 종료 후, 그대로 냉각하는 것에 의해 목적하는 에폭시 수지를 결정화시킬 수 있지만, 목적으로 하는 에폭시 수지의 빈용매를 가하여 냉각하는 편이 바람직하다. 빈용매 중에서 에폭시 수지(A)와 화학식(2)의 화합물의 반응을 실시하고 냉각 후 N,N-디메틸포르마이미드, 디메틸술폭사이드 등의 양용매를 첨가하여 얻은 결정을 용해시키고, 이것에 빈용매를 첨가하는 공정을 경유하면 얻을 수 있는 에폭시 수지의 액정성을 나타내는 온도 영역이 넓게 되어 바람직하다. 빈용매로서는 메틸이소부틸케톤, 메틸에틸케톤, 아세톤, 톨루엔, 메탄올, 에탄올, 물 등을 들 수 있다. 빈용매의 사용량으로서는 에폭시 수지(A)와 화학식(2)로 표시되는 화합물을 합계한 중량에 대하여 통상 50 내지 400 중량%, 바람직하게는 100 내지 300 중량%이다. 결정을 석출시킨 후, 여과하여 건조시키는 것에 의해 본 발명의 에폭시 수지를 얻을 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지는 상기 화학식(1)로 표시된다. 화학식(1)에서, n은 반복 회수를 나타내고, 통상 0 내지 7 이다. n의 값은 특히 수지의 보존시의 안정성, 경화물의 유연성 등의 관점에서 바람직하게는 3 내지 5 이다. 또한 본 발명의 에폭시 수지는 고분자량화 공정을 거치는 것에 의해 n = 0인 화합물의 함유 비율이 25% (실시예에 나타내는 방법으로 측정한 GPC에 의한 면적%, 이하 동일) 이하이다. n=0인 화합물의 함유 비율은 특히 수지의 보존시의 안정성, 경화물의 플렉시빌리티 등의 관점에서 바람직하게는 20% 이하, 특히 바람직하게는 5% 이하(0% 포함)이다. n =0인 화합물의 함유 비율을 25% 이하로 하는 것에 의해 융점의 개시 온도가 넓고 낮게 되는 것을 방지하여, 내 블록킹성도 우수하게 된다.
한편, 액정성을 나타내는 온도 영역은 저분자량 화합물이 어느 정도, 예컨대 n=0인 화합물의 비율이 8 내지 15% 정도 존재하는 편이 넓게되는 경우가 있다. 따라서, 화학식(1)에서 n=0인 화합물이나 보다 큰 분자량을 갖는 화합물의 비율 이외에 분자량 분포의 상태나 에폭시 당량의 값은 에폭시 수지의 용도에 따라서 적절하게 결정할 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지는 상온에서 고체인 결정성 에폭시 수지이고, 그 융점은 통상 70 내지 150℃, 바람직한 조건하에서 제조된 것은 80 내지 150℃로 된다. 또한 그 에폭시 당량은 통상 250 내지 2000 g/eq, 바람직한 조건하에서 제조된 것은 300 내지 1000 g/eq으로 된다.
또한 에폭시 수지(B)(본 발명의 에폭시 수지)를 DSC(시차열분석장치)로 측정하면, 2개소 이상에 흡열 피이크가 발견되는 것이 많다. 이 현상은 에폭시 수지(B)가 액정성을 갖는 것을 나타내는 지표로 되지만, 이 피이크가 겹치는 경우도 있다. 또한 편광현미경을 사용하여 승온하면서 관찰하는 것에 의해 에폭시 수지(B)가 광학적으로 이방성을 나타내는 온도 영역을 특정할 수 있다. 일반적으로 에폭시 수지(B)가 광학적 이방성을 나타내는 온도 영역은 80 내지 160℃이다.
이하, 본 발명의 에폭시 수지 조성물에 관하여 설명한다.
본 발명의 에폭시 수지는 경화제, 양이온 중합개시제, 경화촉진제, 시아네이트 수지 등과 조합하는 것에 의해 경화성 수지 조성물로서 사용할 수 있지만, 그의 적합한 용도로서는 프린트 배선 기판, 솔더 레지스트, 반도체 밀봉재, 위상차 필름 등의 광학재료, 성형재료, 도료, 접착제 등을 들 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 본 발명의 에폭시 수지 및 경화제 또는 양이온 중합개시제를 함유한다. 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 이것이 함유되는 경화제 또는 양이온 중합개시제의 양을 적절히 조절하는 것에 의해 액정성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물에서, 본 발명의 에폭시 수지는 단독으로, 또는 다른 에폭시 수지와 병용하여 사용할 수 있다. 병용하는 경우, 본 발명의 에폭시 수지의 전체 에폭시 수지 중에 점하는 비율은 특히 수지 조성물의 안정성, 경화물의 유연성 등의 관점에서 30 중량% 이상이 바람직하고, 특히 40 중량% 이상의 바람직하지만, 액정성을 고려하면 50 중량% 이상이 바람직하고, 특히 60 중량% 이상이 바람직하다.
본 발명의 에폭시 수지와 병용할 수 있는 에폭시 수지의 구체예로서는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 수지, 비페놀형 에폭시 수지, 트리페닐메탄형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔 페놀 축합형 에폭시 수지, 비페닐노볼락형 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지 등을 들 수 있지만, 이들은 단독으로 사용하여도 좋고 2종 이상 병용하여도 좋다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물에서 본 발명의 에폭시 수지(B)는 결정 상태로 사용할 수 있지만, 한번 융점 이상으로 가열하여 용융상태로 한 다음 과냉각시켜 수지 상태로 하여 사용할 수도 있다. 수지 상태인 경우, 연화점은 통상 45 내지 100℃이다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물이 함유하는 경화제로서는 예컨대 아민계 화합물, 산 무수물계 화합물, 아미드계 화합물, 페놀계 화합물 등을 들 수 있다. 사용할 수 있는 경화제의 구체예로서는 디아미노디페닐메탄, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 디아미노디페닐술폰, 이소보론디아민, 디시안디아미드, 리놀레산의 2량체와 에틸렌 디아민으로부터 합성되는 폴리아미드 수지, 무수 프탈산, 무수 트리멜리트산, 무수 피로멜리트산, 무수 말레인산, 테트라히드로 무수 프탈산, 메틸테트라히드로 무수 프탈산, 무수 메틸나딕산, 헥사히드로 무수 프탈산, 메틸헥사히드로 무수 프탈산, 페놀노볼락 및 이들의 변성물, 이미다졸, BF3-아민 착물, 구아닌 유도체 등을 들 수 있지만 이들에 한정되지 않는다. 이들은 단독으로 사용하여도 좋고 2종 이상 병용하여도 좋다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물에서 경화물의 사용량은 에폭시 수지의 에폭시 기 1당량에 대하여 0.7 내지 1.2 당량이 바람직하다. 경화제의 사용량을 이 범위로 하는 것에 의해 경화를 완전하게 하고 양호한 경화물성을 얻을 수 있다.
또한 본 발명의 에폭시 수지 조성물이 경화제를 함유하는 경우, 경화촉진제를 함유시킬 수 있다. 사용할 수 있는 경화촉진제의 예로서는 2-메틸이미다졸, 2-에틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸 등의 이미다졸류, 2-(디메틸아미노메틸)페놀, 1,8-디아자-비시클로(5,4,0)운데센-7 등의 제3급 아민류, 트리페닐포스핀 등의 포스핀류, 옥틸산 주석 등의 금속 화합물을 들 수 있다. 경화촉진제는 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5.0 중량부가 필요에 따라 사용될 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물에는 경화제 대신 양이온 중합개시제를 함유시켜도 좋다. 양이온 중합개시제로서는 예컨대 방향족 디아조늄염, 방향족 요오도늄염, 방향족 술포늄염 등의 방향족 오늄 염을 들 수 있다. 이들의 양이온 중합개시제는 열에 의해서도 광에 의해서도 그 중합개시능을 발현시킬 수 있기 때문에 에폭시 수지 조성물을 저온경화시키는 것에 적합하다. 또한 양이온 중합개시제는 첨가량이 적기 때문에 본 발명의 에폭시 수지의 특징인 액정성을 손상시킬 우려가 적은 이점이 있다.
양이온 중합개시제의 사용량은 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 0.01 내지 10 중량부가 바람직하다. 양이온 중합개시제의 사용량을 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 이상으로 하는 것에 의해 특히 경화를 완전하게 하고 양호한 경화물성을 얻을 수 있다. 또한 양이온 중합개시제의 사용량을 10 중량부 이하로 하는 것에 의해 특히 경화반응의 폭주를 방지하고 안전하게 반응시킬 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 필요에 따라 무기 충전제를 함유할 수 있다. 사용할 수 있는 무기 충전제의 구체예로서는 실리카, 알루미나, 활석 등을 들 수 있다. 무기 충전제는 본 발명의 에폭시 수지 조성물에서 0 내지 90 중량%를 점하는 양이 사용될 수 있다. 또한 본 발명의 에폭시 수지 조성물에는 실란 커플링제, 스테아르산, 팔미트산, 스테아르산 아연, 스테아르산 칼슘 등의 이형제, 안료 등의 각종 배합제를 첨가할 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 상기 각 성분을 균일하게 혼합하는 것에 의해 얻을 수 있다. 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 종래 공지되어 있는 방법과 동일한 방법으로 용이하게 그 경화물로 할 수 있다. 예컨대 본 발명의 에폭시 수지와 경화제 및 필요에 따라 경화촉진제, 무기 충전제 및 배합제를 필요에 따라 압출기, 혼련기, 롤 등을 사용하여 균일하게 될 때까지 충분하게 혼합하여 경화제를 함유하는 에폭시 수지 조성물을 얻고, 그 에폭시 수지 조성물을 용융 후 주형 또는 트랜스퍼 성형기 등을 이용하여 성형하고 또한 80 내지 200℃에서 2 내지 10시간 가열하는 것에 의해 경화물을 얻을 수 있다. 또한 광학적으로 이방성을 나타내는 경화물을 얻기 위해서는 에폭시 수지 조성물이 액정성을 나타내는 온도 영역, 또는 그 이상의 온도에서 0.5 내지 20시간 가열한다. 에폭시 수지 조성물이 액정성을 나타내는 온도 영역은 편광현미경을 이용하여 승온하면서 관찰하는 것에 의해 특정할 수 있다.
또한 양이온 중합개시제를 함유하는 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 상기에 준하여 경화제 대신에 양이온 중합개시제를 사용하고 에폭시 수지 조성물을 제조하며 250 내지 350 nm의 파장의 광을 광량 100 내지 200 mJ/cm2 으로 조사하고 그후 50 내지 100℃의 공기 순환식 오븐에서 10분 내지 2시간 처리하여 경화시킨다.
본 발명의 바니시는 본 발명의 에폭시 수지 조성물과 용매를 혼합하여 얻을 수 있다. 이들에 사용되는 용매로서는 예컨대 γ-부틸락톤류, N-메틸피롤리돈, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N,N-디메틸이미다졸리디논 등의 아미드계 용매, 테트라메틸렌술폰 등의 술폰류, 디에틸렌 글리콜 디메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디에틸에테르, 프로필렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 모노아세테이트, 프로필렌글리콜 모노부틸에테르 등의 에테르계 용매, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로펜타논, 시클로헥사논 등의 케톤계 용매, 아세트산 에틸, 아세트산 메틸 등의 에스테르계 용매, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족계 용매, 디메틸술폭시드 등을 들 수 있다. 바니시 중의 고형분 농도(용매 이하의 성분의 총 농도)는 통상 10 내지 80 중량%, 바람직하게는 20 내지 70 중량% 이다.
본 발명의 시트는 본 발명의 바니시를 그 자체 공지의 그라비아 코트법, 스크린 인쇄, 메탈마스크법, 스핀코트법 등의 각종 도공방법으로 평면상 지지체 상에 건조 후의 두께가 소정 두께, 예컨대 5 내지 100㎛로 되도록 도포후 건조시켜 얻을 수 있지만, 어느 도공법을 이용하는가는 기재의 종류, 형상, 크기, 도막의 막 두께에 따라 적절히 선택한다. 기재로서는 예컨대 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리이미드, 폴리아릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르이미드, 폴리에테르케톤, 폴리케톤, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 각종 고분자 및/또는 그의 공중합체로부터 만들어지는 필름, 또는 동박 등의 금속박을 들 수 있고, 폴리이미드 또는 금속박이 바람직하다. 또한 가열하는 것에 의해 시트상의 경화물을 얻을 수 있다. 상기 기재 중, PET 필름을 사용한 것은 이것을 발기 필름으로 하는 필름상 접착제로서 사용할 수 있다.
또한 본 발명의 에폭시 수지 조성물을 톨루엔, 크실렌, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등의 용매와 혼합하고, 글래스 섬유, 탄소 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 알루미나 섬유, 종이 등의 기재에 함침시켜 가열 건조시켜 얻은 본 발명의 프리프레그를 열 프레스 성형하여 경화물을 얻을 수 있다. 이 때의 용매는 내부 %로 통상 10 내지 70 중량%, 바람직하게는 15 내지 70 중량%를 점하는 양을 사용한다.
도 1은 겔 투과 크로마토그래피 챠트이다.
이하에 본 발명을 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명하지만, 이하에서 부 및 %는 특별히 한정하지 않는 한 중량 기준이다.
<실시예 A1>
온도계, 냉각관, 분류관, 교반기를 구비한 플라스크에 질소 퍼지를 실시하면서 화학식(2)로 표시되는 페놀계 화합물(상품명 p,p'-BPF 혼슈 가가꾸 가부시끼가이샤 제조) 100부에 대하여 에피클로로히드린 370부, 메탄올 26부를 혼입하여 교반하에서 65 내지 70℃ 까지 승온시키고 완전하게 용해시킨 후 환류 조건하에서 플레이크 상 수산화 나트륨 40.4부를 100분에 걸쳐 분할 첨가하였다. 그후 또한 70℃에서 1시간, 후반응을 실시하였다. 이어서 물을 150부 첨가하여 수세를 2회 실시하고, 가열감압하에서 오일층으로부터 과잉의 에피클로로히드린 등을 제거하였다. 잔류물에 메틸이소부틸케톤 312부를 가하여 용해시키고 70℃에서 30% 수산화나트륨 수용액 10부를 가하여 1시간 반응을 실시하였다. 반응 후, 수세를 3회 실시하고 생성 염 등을 제거하였다. 가열 감압하에서 메틸이소부틸케톤을 증류하고 화학식(1)로 표시되는 에폭시 수지(A) 150부를 얻었다. 얻어진 에폭시 수지의 에폭시 당량은 170 g/eq, 25℃에서 점도는 850 mP.s (도쿄 케이키사 제조 E형 점도계; 이하 동일), 전 염소량은 1100 ppm 이었다. 얻어진 에폭시 수지(A) 85부 및 상기 화학식(2)로 표시되는 화합물 25부, 시클로펜타논 55부를 가하여 교반하에서 용해시켜 트리 페닐포스핀 0.09부를 첨가하였다. 환류하에서 4시간 반응시켜 GPC에 의해 화학식(2)로 표시되는 화합물이 완전하게 소멸한 것을 확인한 후 다시 교반을 계속하여 총 6시간 반응시킨 후 80℃까지 냉각하고 메틸이소부틸케톤 220부를 가하여 결정을 석출시켰다. 이 결정을 여과후 건조시켜 백색 분말 상의 본 발명의 결정성 에폭시 수지(B) 85부를 얻었다. 얻어진 에폭시 수지(B)의 융점을 DSC (세이코 인스트루먼트사 제조 시차열분석계 DSC6200형)으로 측정하였더니 127℃이었다. 또한 GPC에 의해 상기 화학식(1)에서 n=0인 성분량을 측정하였더니 2.6 면적%이었고, 에폭시 당량은 697 g/eq이었다.
전체 실시예에서 사용한 GPC의 측정 조건은 이하와 같다.
칼럼: GPC KF-803 + GPC KF-802.5 + GPC KF-802.5 + GPC KF-802 (쇼와 덴코우샤 제조)
칼럼 온도: 40℃
용리액: 테트라히드로푸란
유량: 1 ml/분
검출: UV (254 nm)
<실시예 A2>
실시예 A1에서 얻은 에폭시 수지(B) 7.0부에 대하여 경화제로서 페놀노볼락 (연화점 82℃, 히드록시 기 당량 106 g/eq) 1.1부, 경화촉진제로서 트리페닐포스핀(TPP) 0.07부, 용매로서 N,N-디메틸포름아미드 32.4부를 사용하여 균일하게 혼입하여 본 발명의 바니시를 얻었다.
본 발명의 상기 바니시를 PET 필름 상에 건조 후의 두께가 20 ㎛로 되도록 도포하여 150℃에서 1시간 가열하여 용매를 제거하고 경화시켜 PET 필름을 제거했더니 무색 투명하고 플렉시블한 필름 상의 경화물을 얻었고, 몇번 또는 몇겹으로 굽혀도 금이 가지 않았다. 이 필름을 DMA (동적점탄성 측정장치)에 의해 유리 전이 온도를 측정해보니 94℃이었다.
본 발명의 에폭시 수지는 결정성이고 고융점이기 때문에 작업성이 우수하고 또 필름 상의 경화물로서 유연성이 풍부한 것이 확인되었다.
<실시예 B1>
실시예 A1과 동일하게 하여 얻은 에폭시 수지(A) 85부 및 상기 화학식(2)로 표시되는 화합물 25부, 메틸이소부틸케톤 55부를 가하여 교반하에서 용해시키고 트리페닐포스핀 0.09부를 첨가하였다. 환류하에서 GPC에서 화학식(2)로 표시되는 화합물이 완전히 소멸된 후 교반을 계속하여 합계 5시간 반응시킨 후에 80℃ 까지 냉각시키고 디메틸 술폭사이드 110부를 가하여 석출한 결정을 완전하게 용해시킨 후 메탄올 110부, 물 220부를 가하여 분말상의 결정을 석출시켰다. 이 결정을 여과후 건조시켜 백색 분말상의 결정성 에폭시 수지(B) 104부를 얻었다. 이 에폭시 수지의 에폭시 당량은 452 g/eq이었다. 수득한 에폭시 수지(B)의 융점을 DSC(시차열분석계)로 측정했더니 122.4℃과 138℃로 2개의 흡열 피이크가 발견되었다. 이것은 수득한 에폭시 수지(B)가 액정성을 갖는 것을 나타내고 있다. GPC에 의해 상기 화학식(1)에서 n=0인 성분량을 측정했더니 12.2 면적%이었다. 도 1에 GPC 챠트를 도시한다. 도 1에서 횡축은 리텐션 타임(retention time)(분), 종축은 흡광도(μV)이 다.
<실시예 B2>
실시예 B1에서 얻은 에폭시 수지(B) 45.2부에 대하여 경화제로서 디아미노디페닐메탄 5.0부를 배합하고 모르타르를 사용하여 균일하게 혼합하였다. 얻어진 분말상의 에폭시 수지 조성물을 편광현미경을 이용하여 매분 1℃의 승온 속도로 관찰했더니 125 내지 140℃에서 상기 에폭시 수지 조성물이 액정성을 나타내는 것이 확인되었다.
<실시예 B3>
실시예 B2에서 얻은 에폭시 수지 조성물을 50부의 디메틸술폭사이드에 용해시켜 바니시를 제조하였다. 이 바니시를 도공후의 두께가 약 100μ로 되도록 PET 필름 상에 도포하여 135℃에서 2시간 동안 경화시켰다. 수득한 경화물은 강인하고 투명한 필름상이며 굴곡시켜도 금이 가지 않았다. 이 필름을 상온에서 편광현미경으로 관찰해보니 광학적인 이방성이 관찰되었다.
Claims (16)
- 제 1항에 있어서, 융점이 80℃ 내지 150℃인 에폭시 수지.
- 제 1항 또는 제 2항에 기재된 에폭시 수지 및 경화제를 함유하는 에폭시 수지 조성물.
- 제 1항 또는 제 2항에 기재된 에폭시 수지 및 양이온 중합개시제를 함유하는 에폭시 수지 조성물.
- 제 3항에 있어서, 액정성이 있는 에폭시 수지 조성물,
- 제 4항에 있어서, 액정성이 있는 에폭시 수지 조성물,
- 제 3항 또는 제 4항의 에폭시 수지 조성물과 용매를 혼합하여 얻을 수 있는 바니시.
- 평면상 지지체인 양면 또는 한면에 제 3항 또는 제 4항의 에폭시 수지 조성물의 층을 갖는 시트.
- 제 8항에 있어서, 평면상 지지체가 폴리이미드 필름인 시트.
- 제 8항에 있어서, 평면상 지지체가 금속박인 시트.
- 제 8항에 있어서, 평면상 지지체가 박리 필름인 시트.
- 제 7항에 기재된 바니시를 기재에 함침시키고 가열 건조시켜 얻을 수 있는 프리프레그.
- 제 3항 또는 제 4항의 에폭시 수지 조성물을 경화시켜 이루어지는 경화물.
- 제 5항에 기재된 에폭시 수지 조성물을 액정 상태에서 경화시켜 이루어지는 광학적으로 이방성을 갖는 경화물.
- 제 6항에 기재된 에폭시 수지 조성물을 액정 상태에서 경화시켜 이루어지는 광학적으로 이방성을 갖는 경화물.
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