KR950005318B1 - 열경화성 수지 조성물 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
[발명의 명칭]
열경화성 수지 조성물
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 가공성과 내열성이 우수한 경화물을 제공하는 열경화성 수지 조성물에 관한 것이다.
열경화성 수지는 주형, 함침, 적층, 성형용 재료로서 각종 전기 절연 재료, 구조 재료, 접착제 등으로 쓰이고 있다. 최근 들어서 이들 각 용도에 있어서 재료와 사용 조건이 엄격해지는 경향이 있으며, 특히 재료의 내열성은 중요한 요건이 되어 왔다.
그러나, 열경화성 수지로서 일반적으로 사용되는 열경화성 폴리이미드 수지는 내열성은 양호하지만, 가공시에 고온에서 장시간의 가열을 요하는 등, 가공성이 떨어진 것이었다. 또, 내열성을 개량한 에폭시 수지는 가공성을 우수한 반면, 고온시의 기계적 특성, 전기적 특성 및 장기간에 걸친 내열 열화성, 고도의 내열 기능이 불충분했다.
그래서, 이들의 대체 재료의 1종으로서, 예컨대, 폴리이미드와 알케닐페놀 또는 알케닐페놀에테르를 함유하는 열경화성 혼합물(일본국 특개(소) 52-994호 공보), 말레이드계 화합물, 폴리알릴화 페놀계 화합물 및 에폭시 수지를 함유하는 내열성 수지 조성물(일본국 특개(소) 58-1184099로공보) 등이 제안되어 있다.
그러나, 여기서 사용되는 폴리알릴화 페놀계 화합물은 폴리아릴에테르 화합물을 클라이젠(Claisen) 전이시킨 구조로 되어 있거나 또는 가열 경화시 클라이젠 전이에 의해 페놀성 수산기가 생성되는 구조로 되어있으므로, 핵치환 알릴기와 수산기 또는 에테르기가 동일 방향족 고리의 오로토 자리에 위치하여, 특히 노불락 타입의 수지 조성물인 경우에는 경화 후에도 미반응인 체로 잔존하기가 쉽고, 고온시의 경화 특성, 내열 열화성 등에 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 사정에 비추어서 이루어진 것으로서, 가공성이 양호하고, 또 내열성이 우수한 경화물을 제공하는 열경화성 수지 조성물을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명자는 상기의 목적을 달성하기 위해서 예의 검토한 결과, (a) 하기 일반식(I)
(식중 n은 1이상의 정수이다)로 표시되는 구조 단위를 가진 말레이미드와, (b) 공액 이중결합을 가진 실리콘 화합물을 배합한 열경화성 수지 조성물은 저응력성으로 가공성이 좋고, 높은 접차거성을 가진데다가, 고온에서의 기계적 강도 및 내열수성(耐熱水性)도 양호하여, 내열성이 우수한 경화물을 제공함을 발견하였다.
즉, 일반적으로 N-치환 말레이미드기를 가진 화합물이 내열성을 부여하는데 효과가 크지만, 이를 배합한 열경화성 수지 조성물은 장기간에 걸친 내열성, 접착성 및 가공성에 대해서는 문제가 있었는데, 본 발명자는 상기 (I)식의 구조 단위를 가진 말레이미드기 함유 화합물에 공액 이중결합을 가진 실리콘 화합물을 병용하여, 상기 (a) 성분의 말레이미드기에 실리콘 화합물을 도입함으로써, 상기 장기 내열성, 접착성 등에 대해 우수한 특성을 가진 경화물을 발견하여 이 발명을 성취하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명은 상기 (I)식으로 표시되는 구조 단위를 가진 말레이미드와, 공액 이중결합을 가진 실리콘 화합물의 배합으로 이루어진 열경화성 수지 조성물을 제공한다.
이하에, 본 발명을 더욱 자세히 기술한다.
본 발명의 열경화성 수지 조성물에 배합하는 말레이미드는 하기 일반식(I)
(식중, n은 1이상의 정수임)으로 표시되는 구조 단위를 가진 것으로, 1분자중에 N-치환 말레이미드기를 1개 이상 함유하는 화합물이다.
이런 말레이미드로서는 하기 식(Ia)
로 표시되는 화합물이 바람직하게 사용된다.
여기서, 치환기 R로서는 탄소수 6-20의 지방족 탄화수소기 또는 탄화수 1-6의 방향족 탄화수소기인 것이 바람직하며, 그 예로는,
(여기서, R'는 탄소수 1-4의 알킬기 또는 할로겐 원자이고, m은 1이상의 정수임)를 들 수 있다.
구체적으로, 이와 같은 N-치환 말레이미드기를 가진 화합물로서는 N,N'-디페닐메탄비스말레이미드, N,N'-페닐렌비스말레이미드, N,N'-디페닐에테르비스말레이미드, N,N'-디페닐술폰비스말레이미드, N,N'-디시클로헥실메탄비스말레이미드, N,N'-크실렌비스말레이미드, N,N'-톨릴렌비스말레이미드, N,N'-디페닐시클로헥산비스말레이미드, N,N'-디클로로디페닐비스말레이미드, N,N'-디페닐메탄비스메틸말레이미드, N,N'-디페닐에테르비스메틸말레이미드, N,N'-디페닐술폰비스메틸말레이미드(각각 이성질체를 포함함), N,N'-에틸렌비스말레이미드, N,N'-헥사메틸렌비스말레이미드, N,N'-헥사메틸렌비스메틸말레이미드 등의 N,N'-비스말레이미드 화합물 이들 N,N'-비스말레이미드 화합물과 디아민류를 부가하여 얻어지는 말단이 N,N'-비스말레이미드 골격을 가진 프레폴리머, 아닐린, 포르말린 축합물을 말레이미드화물, 메틸말레이미드화물 등을 예시할 수 있다.
또, 말레이미드 화합물로서, 하기식
으로 표시되는 화합물이나, 모오 치환 말레이미드, 트리 치환 말레이미드, 테트라 치환 말레이미드와 치환 비스말레이미드와의 혼합물도 사용할 수 있다.
또한, 상기 말레이미드 화합물을 실리콘 변성시킨 화합물도 사용이 가능하다.
그리고, 본 발명에서는 이들 말레이미드를 1종 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용해도 좋으며, 트리 치환 말레이미드, 치환비스말레이미드, 특히, N,N'-디페닐메탄비스말레이미드가 적합하게 사용된다.
한편, 본 발명의 열경화성 수지 조성물에 사용되는 공액이중결합을 가진 실리콘으로서는 예컨대등으로 예시되는 탄소수 4-10의 α,β-불포화 결합 함유 유기기등의 공액 이중결합을 가진 규소 원자에 결합되는 있는 실리콘 화합물, 혹은 일반식
(식중 R1는 수소원자, 할로겐 원자 또는 탄소수 1-6의 치환 또는 비치환 알킬기이고, R2,R3및 R4는 수소 원자 또는 탄소수 1-4의 알킬기임)으로 표시되는, 예컨대등의 방향족 고리에 공액하고 있는 이중결합을 가진 실리콘 화합물을 들 수 있고, 이런 화합물로서는 하기식(1)-(10)의 화합물을 그 예로 들 수 있다.
(1) 식
(2) 식
(3) 식
(4) 식
(5) 식
(6) 식
(7) 식
(8) 식
(9) 식
(10) 식
또, 공액 이중결합을 가진 실리콘 화합물로서 다시금 공액 이중결합을 가진 노볼락 수지와, 하기식(II)
(식중, R5는 관능기를 가진 유기기이고, R6는 유기기이며, a는 0.001-0.25이고, b는 1.75-2.0이며, 또한 1.7<a+b<2.3임)으로 표시되는 단위를 가지며, 1분자중의 규소 원자수가 20-1000의 정수이고, 1분자중의 규소 원자에 직접 결합된 관능기를 가진 유기기의 수가 1-5의 정수인 오르가노폴리실록산을 반응시킴으로써 얻어지는 공중합체를 사용할 수도 있는데, 이런 공중합체의 사용은 저응력성을 부형하는 효과가 있다.
이 경우, 공액 이중결합을 가진 노볼락 수지로서는 예컨대 알케닐기를 함유하는 하기의 화합물을 들 수 있다.
(11) 식
(12) 식
(13) 식
(14) 식
(상기 (11)-(14)식중, p.q는 통상 1<p<20, 1≤q≤10의 정수이다.)
그리고, 이들 알케닐기 함유 수지는 통상의 합성 방법으로 얻을 수 있는데, 예를 들면 알케닐 함유 페놀수지를 에피크롤히드린으로 에폭시화시킨다거나, 각종 공지의 에폭시 수지에 2-알릴페놀등을 부분적으로 반응시키는 등의 방법으로 용이하게 얻을 수 있다.
판현, 상기 공액 이중결합을 가진 노볼락 수지에 반응시키는 오르가노폴리실록산으로서 R1의 관능기를 가진 유기기로서, 수소원자, γ-아미노 플로필기, γ-글리시독시프로필기, 할로겐 원자등을 함유하고, 또, R2의 유기기로서 탄소수 1-6의 알킬기, 페닐기 등을 함유하는 것을 적합하게 사용할 수 있다. 그리고, a,b,a+b의 보다 바람직한 범위는 각각 a는 0.015-0.06, b는 1.93-1.98이며, 또 1.9<a+b<2.0인 하기 식(15)-(20)의 화합물 등을 수 있다.
(15) 식
(16) 식
(17) 식
(18) 식
(19) 식
(20) 식
이 경우에, 상기 오르가노폴리실록산의 중합도는 20-1000, 바람직하게는 30-300의 범위에 있는 것이 필요하며, 20미만에서는 충분한 가요성을 부여할 수도 없을 뿐더러 높은 유리 전이점을 얻을 수도 없고, 또 1000을 넘는 경우에는, 합성 기술상으로 처리가 매우 곤란한데 설령 공중합체를 얻을 수 있었다손치더라도 용이하게 분산시킬 수가 없어서 본 발명의 목적을 달성할 수 없다.
그리고, 일반적으로 오르가노폴리실록산은 실리콘 함유량이 동일한 경우, 중합도가 커짐에 따라 내크랙성, 고유리 전이점화에는 좋은 결과를 줄 수 있으나, 그 반면 분산성, 소자와의 밀착성이 저하되는 경향이 있다. 따라서, 이 분산성 및 소자와의 밀착성을 개량하기 위해서는 측쇄에 메틸기 뿐만 아니라 프로필기, 페닐기, 알콕시기 등의 기를 도입하는 것이 유효하고 바람직하다.
상기 공액 이중결합을 가진 노볼락 수지와 식(II)의 오르가노폴리실록산과는 공중합체를 얻는 통상의 방법으로 반응시킬 수 있다.
본 발명에서는 제1성분의 말레이미드 화합물중의 비닐기(A)와 제2성분의 공액 이중결합을 가진 실리콘 화합물(실리콘 변성 수지 및 오르가노폴리실록산 공중합체)중의 공액 이중결합 비닐기(B)와의 관능비 B/A를 0.8-0.4, 특히 0.7-0.6으로 함이 바람직하다. 관능비 B/A가 0.8보다 크고 공액 이중결합의 비율이 많은 경우에는 미반응물이 증가되어 경화성에 문제가 발생하는 경우가 있고, B/A가 0.4보다 작공 공액 이중결합 비닐기의 비율이 적을 경우에는 성형성, 기계적 강도에 문제가 발생하는 경우가 생긴다.
또, 본 발명의 조성물에 있어서 제2성분의 공액 이중결합을 가진 실리콘 화합물의 배합량은 제1성분의 말레이미드 화합물 100부(중량부, 이하 동일)에 대하여 20-400부, 특히 50-200부로 함이 좋다. 공액 이중결합을 가진 실리콘 화합물의 함량이 20부보다 적으면 성형성, 작업성이 나쁘고, 특히 성능에 있어서는 내크랙성이 나빠지게 되는 경우가 있고, 또 400부보다 많으면 말레이미드 화합물의 함량이 적어져서 유리 전이 온도가 저하하여 장기 내열성이 나빠지는 경우가 있다.
그리고, 본 발명에서 제2성분으로 오르가노폴리실록산 공중합체를 배합하는 경우에는 오르가노폴리실록산 공중합체중의 오르가노폴리실록산 함량이 제1성분의 말레이미드 화합물과 제2성분의 공액 이중결합을 가진 노볼락 수지의 총량 100부에 대하여 1-30부, 특히 2-10부인 것이 바람직하다. 오르가노폴리실록산 함량이 1부 미만이면 조성물의 유리 전이점과 내크랙성이 열화하는 경우가 있고, 30부를 초과하면 조성물의 기계적 강도가 저하하는 경우가 있다.
본 발명에서는 N-치환 말레이미드를 가진 상기 식(I)의 화합물과 공액 이중결합을 가진 실리콘 화합물(실리콘 변성 수지 또는 오르가노폴리실록산 공중합체)과의 기교 결합을 완료하기 위해 촉매를 배합하는 것이 유리하다.
이 경우, 촉매로서는 예컨대 벤조일퍼옥사이드, 피라클로로벤조일퍼옥사이드, 2,4-디클로로벤조일퍼옥사이드, 카프릴퍼옥사이드, 라울로일퍼옥사이드, 아세틸퍼옥사이드, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 시클로펩틸퍼옥사이드, 제3급부틸하이드로퍼옥사이드, p-메탄하이드로퍼옥사이드, 쿠멘하이드로퍼옥사이드, 디-제3급부틸퍼옥사이드, 디쿠밀퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(제3급부틸퍼옥사이드)헥산, 2,5-디메틸헥실-2,5-디(퍼옥시벤조에이트), 제3급부틸퍼벤조에이트, 제3급부틸퍼아세테이트 제3급부틸퍼옥트에이트, 제3급부틸퍼옥시이소부틸레이트, 디-제3급부틸-디-퍼프탈레이트 등의 유기 과산화물을 들수 있으며, 이들을 1종 단독으로 또는 2종 이상을 병용해서 사용할 수 있다. 또, 병용 촉매로서, 예컨대 이미다졸 또는 그의 유도체, 3급 아민계 유도체, 포스핀계 유도체, 시클로아민딘 유도체 등을 사용해도 하등 지장이 없다.
또, 촉매의 배합량은 촉매량이다.
본 발명의 열경화성 수지 조성물은 필요에 따라 무기질 충전제를 배합해도 무방하다.
이 경우, 무기 충전제는 통상의 사용량으로 배합되고, 또 무기충전제의 종류나, 단독 사용 혹은 복수의 종의 병용 등에 제한은 없으며, 열경화성 수지 조성물의 용도에 따라서 적당히 선택된다. 그 예로는 결정성 실리카, 비결정성 실리카 등의 천연 실리카, 고순도의 합성 실리카, 구상의 합성 실리카, 활석, 마이카, 질화규소, 보론나이트라이트, 알루미나 등에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 조성물은 그 사용 목적 및 용도 등에 따라 각종 첨가제의 배합이 가능하다. 예를 들면 왁스류, 스테아린산 등의 지방산 및 그 금속염 등의 이형제, 카본블랙 등의 안료, 염료, 산화방지제, 난연화제, 표면 처리제(γ-글리시독시프로필트리메톡시실란등) 및 그 밖의 첨가제를 배합하는 것도 무방하다. 또한 필요에 따라 에폭시 수지, 페놀 수지, 아민계 경화제 등을 병용할 수 있다.
이 열경화성 수지 조성물은 상기 성분의 소정량을 균일하게 교반, 혼합하고, 70-90℃로 예열한 니더, 로울러, 압출기 등으로 혼연, 냉각시키고, 분쇄시키는 등의 방법으로 얻을 수 있다. 그리고, 성분의 배합 순서에 특별한 제한은 없다.
본 발명의 열경화성 수지 조성물은 성형 재료, 분체 도장용 재료로서 적합하게 사용할 수 있는 외에, IC, LSI, 트랜지스터, 사이리스터, 다이오드 등의 반도체 장치의 봉지용, 인쇄 회로기판의 제조 등에도 유효하게 사용할 수 있다.
본 발명의 열경화성 수지 조성물은 저응력성으로 접착성이 높고, 가공성이 양호하며, 더욱이 고온에서의 기계적 강도 및 내열수성이 우수하여, 내열성이 우수한 경화물을 제공한다. 따라서, 본 발명의 조성물은 최근의 열경화성 수지의 사용 조건을 충분히 충족하는 것으로, 각종 전기 절연 재료, 구조 재료, 접착제, 분체 도장용 재료, 반도체 봉지용 재료로서 유용하다.
다음에, 실시예, 비교예를 제시하기에 앞서 실시예, 비교예에서 사용한 성분의 합성예를 제시한다. 그리고, 이하의 예에서 부는 모두다 중량부이다.
[합성예 1]
온도계, 교반기, 적하 로드 및 환류 냉각기를 부착한 4구 플라스크에 표 1에 제시된 원료 수지 및 실리콘 화합물을 넣고, 다음에 용제로서 메틸 이소부틸케톤 155부를 투입한 후, 수지를 완전히 용해한 다음, 반응온도 110℃를 유지시키고, 28%의 수산화나트륨 수용액 114부(0.8당량)를 2시간에 걸쳐서 적하한 후, 동일 온도에서 8시간 유지시켰다. 이어서, 수층을 분액(分液)에 의해 제거하고, 유기층을 물로 수회 씻어낸 다음, 공비탈수(共沸脫水)하고, 여과시켜서 미량의 무기염을 제거한 후, 농축시킨 바, 표 1에 제시하는 실릴화율 및 OH당량을 가진 공액 이중결합을 가진 실리콘 변성수지(반응 생성물 A-E)를 얻었다.
그리고, 반응 생성물(A-E)의 구조는 IR 및 NMR 스펙트럼에 의해 확인했다.
[표 1]
[합성예 2]
온도계, 교반기, 적하 로드 및 환류 냉각기를 부착한 4구 플라스크에 합성예 1에서 얻은 반응 생성물 A를 에피크롤히드린, NaOH를 사용하는 통상의 방법으로 반응시킨 바, 반응 생성물 F로서 하기 에폭시 화합물을 얻었다.
(실릴화율 80%, 에폭시 당량 1320)
또, 반응 생성물(F)의 구조는 IR 및 NMR스펙트럼에 의해 확인했다.
[합성예 3]
환류 응축기, 온도계, 교반기 및 적하 로드를 구비한 1리터의 4구 플라스크에 하기의 공액 이중결합을 가진 페놀노볼락 수지 120g
메틸이소부티케톤 100g, 톨루엔 200g, 2% 백금 농도의 2-에틸헥사놀변성 염화백금산 용액 0.04g을 각각 넣고, 1시간 동안 공비 탈수한 다음, 환류 온도에서 하기의 오르가노폴리실록산 50g
을 30분간에 걸쳐서 적하한 다음, 다시 동일 온도에서 4시간 더 교반하여 반응시킨 후, 얻어진 내용물을 물로 세척하고, 용제를 감압하에서 증류 제거한 바, 백탁색의 불투명한, 점도 1370cs(150℃)의 공중합체(G)를 얻었다.
[합성예 4]
환류 응축기, 온도계, 교반기 및 적하 로드를 구비한 1리터들이 4구 플라스크에 하기의 공백 이중 결합을 가진 에폭시 수지 120g
메틸이소부틸케톤 100g, 톨루엔 200g을 넣고, 환류 온도에서 하기의 오르가노폴리실록산 50g
을 30분간에 적하한 다음, 다시 동일 온도에서 4시간 더 교반하여 반응시킨 후, 얻어진 내용물을 물로 세척하고, 용제를 감압하에서 증류 제거한 바, 백탁색의 불투명한, 점도 1180cs(150℃)의 공중합체(H)를 얻는다.
[합성예 5]
환류 응축기, 온도계, 교반기 및 적하 로드를 구비한 1리터들이 4구 플라스크에 (CH3)2SiCl264.5g(0.5몰),69.3g(0.3몰), CH3SiCl329.9g(0.2몰)을 넣고, 실온에서 교반하면서 몰 39.6g(2.2몰)을 적하 로드에서 서서히 적하한 후, 수층을 분리하고, 유기층을 수세하여 중성으로 만들었다. 다음에, 공비탈수시킨 후, 여과하여 스트립시킨 바, 투명하고, 점도가 860cs(150℃)인, 하기 구조의 방향족에 공액한 이중결합을 가진 실리콘 화합물(반응 생성물 I)을 얻었다.
[합성예 6]
합성예 1과 같은 방법으로 실리콘 화합물로서 하기 화합물 119g
을 사용하여 페놀 노볼락 수지에 반응시켜, 실릴화율 80%, OH당량 980의 반응 생성물(J)을 얻었다(비교반응 생성물).
[합성예 7]
합성예 3과 같은 방법으로 공액 이중결합을 갖지 않은 하기의 페놀 노볼락 수지 120g
과 하기의 오르가노폴리실록산 5.0g
을 반응시킴으로써, 백탁색 불투명한, 점도 1300cs(150℃)의 공중합체(K)를 얻었다(비교 공중합체).
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 하기 실시예의 제한을 받지 아니한다.
[실시예, 비교예]
N,N'-4,4'-디페닐메탄비스말레이미드 100부에 대하여, 합성에서 얻은 반응 생성물(A-F, I), 공중합체(G, H), 경화 촉매를 표 2에 제시된 배합량으로 사용하는 동시에, 여기에 석영 분말 260부, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란 1.5부, 왁스 E 1.5부, 카본블랙 1.0부를 첨가하여 얻은 배합물을 예열된 2본 로울러로 균일하게 용융 혼합하여 20종류의 열경화성 수지 조성물(실시예 1-15, 비교예 1-6)을 제조했다.
이 열경화성 수지 조성물들에 대하여 이하의 (가)-(사)에 기재된 시험을 행했다.
(가) 선회류(spiral flow)값
EMMI규격에 준한 금형을 사용하여 175℃, 70kg/㎠의 조건에서 측정했다.
(나) 기계적 강도(굴곡 강도 및 굴곡 탄성률)
JIS-K 6911에 준하여 175℃, 70kg/㎠, 성형 시간 2분의 조건에서 10×4×10mm의 항절봉을 성형하고, 180℃에서 4시간 동안 후경화시킨 것에 대해 25℃ 및 250℃에서 각각 측정하였다.
(다) 유리 전이 온도
4mmψ×15mm의 시험편을 써서 팽창계로 매분 5℃의 속도로 승온되었을 때의 값을 측정하였다.
(라) 내크랙성
9.0×4.5×0.5mm의 크기의 실리콘칩을 14PIN-IC프레임(42합금)에 접착시키고, 이것에 열경화성 수지 조성물을 성형 조건 175℃×2분에서 성형시킨 후, 180℃에서 4시간 동안 후경화시킨 다음, -196℃×1분-260℃×30초의 열사이클을 반복하여 가하고, 200사이클 후의 수지 크랙 발생률을 측정했다(시험수=50).
(마) 알루미늄 전극의 변형량
3.4×10.2×0.3mm의 크기의 실리콘칩 상에 알루미늄 전극을 증착한 변형량 측정 소자를 14PIN-IC 프레임(42합금)에 접합시키고, 이것에 수지 조성물을 성형조건 180℃×2분에서 성형시킨 후, 180℃에서 4시간 동안 후경화시킨 다음, -196℃×1분-260℃×30초의 열사이클을 반복하여 가하고, 200사이클 후의 알루미늄 전극의 변형량을 조사했다(시험수=50).
(바) 내습성
14핀 DIP의 IC 형상에 성형한 샘플을 121℃, 습도 100%의 고압솔에 시간 동안 유지시킨 후에, 배선의 오픈(open) 불량률을 조사했다.
이상의 여러 시험의 결과를 표 2에 병기한다.
[표 2]
표 2의 결과에서 본 발명에 관련된 N-치환 말레이미드가 함유화합물과 공액 이중결합을 가진 실리콘 화합물을 배합한 열경화성 수지 조성물(실시예 1-15)은 이들 화합물을 배합하지 않은 열경화성 수지 조성물(비교예 1-6)에 비해, 고유리 전이점에서 뿐만 아니라 고온에서의 굴곡 강도가 세고, 내크랙성 및 내습성이 우수함이 확인되었다.
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