TW202313758A - 環氧樹脂及環氧樹脂之製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本發明係關於一種環氧樹脂、其製造方法、及包含環氧樹脂之組合物。更詳細而言,係關於一種含磺醯胺基之環氧樹脂、其製造方法、及含有含磺醯胺基之環氧樹脂之組合物。
環氧樹脂由於耐熱性、接著性、耐水性、機械強度及電特性優異,故被用於接著劑、塗料、土木建築用材料、電氣電子機器之絕緣材料等各種領域中。尤其是於電氣電子領域中,基於成形性良好之方面考慮,於絕緣材料、積層材料、密封材料等中廣泛使用低黏度之環氧樹脂。進而,於CFRP(carbon fiber reinforced plastics,碳纖維強化塑膠)之基質樹脂等尤其是需要接著性之用途中,使用有含氮環氧樹脂,作為其具代表性者,可例舉專利文獻1所記載之胺型環氧樹脂。又,專利文獻2、及專利文獻3中揭示有一種磺醯胺型環氧樹脂。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1:日本專利特開平9-31161號公報
專利文獻2:日本專利特開2015-193598號公報
專利文獻3:日本專利特開2016-172852號公報
發明所欲解決之課題
專利文獻1所記載之胺型環氧樹脂作為高耐熱之環氧樹脂廣為人知,但其自身所具有之胺基之鹼性會導致環氧之開環聚合,因此在保存穩定性之方面存在課題,譬如保管溫度受到限制、保管中觀察到黏度上升等品質降低。為了解決該課題,於專利文獻2及3中使胺基為磺醯胺基,藉此成功降低了氮原子之親核性,而提昇了保存穩定性。
另一方面,近年來,尤其是對於多層電路基板等之電氣電子機器材料而言,需要一種可承受住更高溫度下之動作之材料,因此要求環氧樹脂具有較高之耐熱性。又,為了提昇可靠性,需要藉由熱硬化時之應力緩和來抑制裂痕產生,作為其方法之一,有使樹脂組合物之線膨脹率與基板之線膨脹率一致之方法。一般而言,環氧樹脂之線膨脹率大於金屬基板,因此期望開發一種線膨脹率更低之環氧樹脂,專利文獻2、3中並未提及線膨脹率。
因此,本發明之課題在於提供一種硬化物之耐熱性高,且線膨脹率低之環氧樹脂。
解決問題之技術手段
本發明人等進行銳意研究,結果發現,具有包含2~4個環氧基之磺醯基、及苯環氧乙烷結構(此處,苯環氧乙烷結構表示苯環之一個以上之氫被取代為2-環氧乙烷基之結構)之環氧樹脂可解決上述課題。本發明係基於該見解而完成者。本發明之主旨如下所述。
[1]一種環氧樹脂,其由下述通式(1)表示。
[化1]
(式中,X表示氮原子、CF、C(C
mH
2m + 1)或C(Ph),A為可具有取代基之芳香族基,B
1及B
2分別獨立地為氫或可具有環氧基之碳數1~10之一價有機基,B
1及B
2所含之環氧基之合計數量為2~4,R
1~R
3分別獨立地為氫或碳數1~6之烷基,可互相鍵結而形成環,m為0~4之整數,n為1~4之整數)
[2]如上述[1]所記載之環氧樹脂,其中上述式(1)所表示之環氧樹脂為下述通式(2)所表示之含磺醯胺基之環氧樹脂。
[化2]
(式中,A為可具有取代基之芳香族基,B
1及B
2分別獨立地為氫或可具有環氧基之碳數1~10之一價有機基,B
1及B
2所含之環氧基之合計數量為2~4,R
1~R
3分別獨立地為氫或碳數1~6之烷基,可互相鍵結而形成環,n為1~4之整數)
[3]如上述[1]或[2]所記載之環氧樹脂,其中上述B
1及B
2分別含有1個以上之環氧基。
[4]如上述[1]至[3]中任一項所記載之環氧樹脂,其中上述通式(1)或(2)由下述通式(3)表示。
[化3]
(式中,R
4~R
6分別獨立地為氫或碳數1~6之烷基,可互相鍵結而形成環)
[5]如上述[1]至[4]中任一項所記載之環氧樹脂,其中上述B
1及B
2均為縮水甘油基。
[6]一種環氧樹脂組合物,其包含如上述[1]至[5]中任一項所記載之環氧樹脂。
[7]一種半導體密封劑,其包含如上述[6]所記載之環氧樹脂組合物。
[8]一種強化塑膠材料用清漆,其包含如上述[6]所記載之環氧樹脂組合物。
[9]一種環氧樹脂硬化物,其由如上述[6]所記載之樹脂組合物硬化而成。
[10]一種電子材料,其由如上述[6]所記載之樹脂組合物硬化而成。
[11]一種纖維強化塑膠材料,其由如上述[8]所記載之清漆硬化而成。
[12]一種環氧樹脂之製造方法,其特徵在於:其係如上述[1]所記載之環氧樹脂之製造方法,該製造方法係藉由使下述通式(4)之化合物所含之碳-碳雙鍵氧化而將之轉化為環氧基。
[化4]
(式中,A、R
1~R
3及n與上述相同。L
1及L
2為氫或可具有碳-碳雙鍵之烴基)
[13]一種環氧樹脂之製造方法,其特徵在於:其係如上述[2]所記載之環氧樹脂之製造方法,該製造方法係藉由使下述通式(5)之化合物所含之碳-碳雙鍵氧化而將之轉化為環氧基。
[化5]
(式中,R
1~R
3、L
1及L
2與上述相同)
[14]一種環氧樹脂之製造方法,其特徵在於:其係如上述[3]所記載之環氧樹脂之製造方法,該製造方法係藉由使下述通式(6)之化合物所含之碳-碳雙鍵氧化而將之轉化為環氧基。
[化6]
(式中,R
4~R
6與上述相同)
發明之效果
根據本發明,能夠提供一種硬化物之耐熱性高,且線膨脹率低之環氧樹脂。
以下,對本發明詳細地進行說明。
[環氧樹脂]
本發明之環氧樹脂由下述通式(1)表示。以下,有時記載為「本發明之環氧樹脂」或「本環氧樹脂」。
於上述通式(1)中,X為氮原子、CF、C(C
mH
2m + 1)或C(Ph),m為0~4之整數。n為1~4之整數。再者,F表示氟原子,Ph表示苯基。
於本發明中,出於進一步降低線膨脹率之目的,較佳為於上述式(1)中X為氮原子之下述通式(2)所表示之環氧樹脂。又,於上述式(1)中,出於降低樹脂之黏度,提昇加工時之成形性之目的,較佳為X為C(C
mH
2m + 1),其中m為0。
又,於上述通式(1)或(2)中,A為可具有取代基之芳香族基。作為芳香族基,有苯環等單環芳香族烴基;萘環、蒽環、菲環等多環芳香族烴基。於本發明中,出於降低樹脂之黏度,提昇加工時之成形性之目的,較佳為苯環等單環芳香族烴基,出於進一步提昇硬化物之耐熱性之目的,較佳為多環芳香族烴基,但出於取得本樹脂之黏度與耐熱性之平衡之目的,特佳為苯環。
n為1~4之整數,芳香族基之價數由n之數量決定。於本發明中,為了提高所導入之環氧基之硬化率,n較佳為1或2,就原料獲取之容易性之觀點而言,特佳為1。
於A為苯環,n為1之情形時,就原料獲取之容易性之觀點而言,較佳為在相對於與磺醯基之鍵結部之對位上存在2-環氧乙烷基。
A可具有之取代基可根據用途適當進行選擇,作為具體例,可例舉:甲基、乙基等飽和直鏈狀烷基;異丙基、異丁基、第三丁基等飽和支鏈狀烷基;乙烯基、2-丙烯基、2-甲基-2-丙烯基等烯基;乙炔基、1-丙炔基等炔基;環丙基、環己基等環狀烷基;苯基、4-甲基苯基、萘基等芳基;甲氧基、乙氧基等烷氧基;氯基、溴基等鹵基。
B
1及B
2分別獨立地為氫或可具有環氧基之碳數1~10之一價有機基,B
1及B
2所含之環氧基之合計數量為2~4。就合成較為容易之方面或使硬化率變高之觀點而言,B
1及B
2較佳為碳數2~6之一價有機基,又,就保持線膨脹率較低之觀點而言,較佳為碳數2~4之一價有機基。
又,關於B
1及B
2所含之環氧基之數量,係B
1及B
2所含之全部環氧基之總數,例如可為僅B
1具有2~4個環氧基,而B
2不具有環氧基之態樣。
於本發明中,較佳為B
1及B
2分別具有1個以上之環氧基。其原因在於:若分散含有環氧基,則有與硬化劑之反應性及硬化率優異,且利用硬化之網絡形成之範圍變廣,玻璃轉移溫度變高,耐熱性優異的趨勢。特佳為B
1及B
2均為縮水甘油基。
又,R
1~R
3分別獨立地為氫或碳數1~6之烷基,可互相鍵結而形成環。烷基可為直鏈狀,亦可為支鏈狀,例如可例示:甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第三丁基等。就合成較為容易之方面或硬化率變高之方面而言,較佳為R
1~R
3為氫或碳數1之烷基,進而較佳為R
1~R
3均為氫。
就可有效地利用價格低廉之原料之方面而言,本發明之環氧樹脂較佳為通式(3)所表示之含磺醯胺基之環氧樹脂。
R
4~R
6與通式(1)之R
1~R
3相同,就合成較為容易之方面或硬化率變高之方面而言,較佳為R
5及R
6均為氫,特佳為R
4~R
6均為氫。
本發明之環氧樹脂之具體例如下所示。
本發明之環氧樹脂於DSC(differential scanning calorimetry,示差掃描熱量測定)中之放熱起始溫度通常為150℃以上,較佳為180℃以上,更佳為200℃以上。若放熱起始溫度為150℃以上,則不易引起自聚合,保存穩定性優異。
[環氧樹脂組合物]
本發明之環氧樹脂組合物包含一種以上之上述本發明之環氧樹脂。藉由包含本發明之環氧樹脂,可獲得保存穩定性優異之環氧樹脂組合物。又,本發明之環氧樹脂組合物之硬化物之特徵在於線膨脹率較低,耐熱性較高,從而可用於各種用途。
本發明之環氧樹脂組合物於不損害本發明之效果之範圍內,可包含除上述本發明之環氧樹脂以外之環氧樹脂(以下,有時記載為「其他環氧樹脂」)。另外,亦可包含硬化劑、填充劑、添加劑、及溶劑等。
本發明之樹脂組合物中之本環氧樹脂之含量並無特別限制,只要為會發揮本發明之效果之範圍即可,以固形物成分換算計,較佳為1質量%以上,更佳為5質量%以上,進而較佳為10質量%以上。若為上述下限值以上,則本發明之效果得以充分發揮,線膨脹率較低,保存穩定性優異,且其硬化物之耐熱性變高。另一方面,上限值為100質量%以下即可,為了表現出其他成分之特性,較佳為95質量%以下,特佳為90質量%以下。於包含兩種以上之本發明之環氧樹脂之情形時,各樹脂之合計含量為上述含量即可。
[其他環氧樹脂]
本發明之環氧樹脂組合物中可包含之其他環氧樹脂可根據用途適當選擇,並無特別限制。例如可例舉:雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、萘型環氧樹脂、苯酚酚醛清漆型環氧樹脂、甲酚酚醛清漆型環氧樹脂、苯酚芳烷基型環氧樹脂、聯苯型環氧樹脂、三苯甲烷型環氧樹脂、二環戊二烯型環氧樹脂等各種環氧樹脂等,該等環氧樹脂可僅使用一種,亦可以任意之組合及比率使用兩種以上。關於使用兩種以上之環氧樹脂之情形時該等環氧樹脂之含量,合計量為上述較佳之範圍。
[硬化劑]
本發明之環氧樹脂組合物中可包含之硬化劑為有助於本發明之環氧樹脂所具有之環氧基之交聯反應之物質即可,除包括一般被稱為環氧樹脂硬化劑者以外,還包括一般作為硬化促進劑所周知者等。即,本發明之硬化劑係有助於本發明之環氧樹脂組合物所含之環氧樹脂之環氧基間之交聯反應的物質、或者表現出促進本發明之環氧樹脂組合物所含之環氧樹脂彼此之交聯反應或環氧樹脂與硬化劑之加成反應之功能的物質。
作為本發明之環氧樹脂組合物中可包含之環氧樹脂硬化劑,例如可例舉:酚系硬化劑、酯系硬化劑、苯并㗁 𠯤系硬化劑、酸酐系硬化劑、一級及二級胺系硬化劑、硫醇系硬化劑、醯胺系硬化劑、封端異氰酸酯系硬化劑等。又,亦可使用苯氧基樹脂作為環氧樹脂硬化劑。
作為酚系硬化劑,可例舉:苯酚酚醛清漆樹脂、甲酚酚醛清漆樹脂、萘酚修飾酚樹脂、二環戊二烯修飾酚樹脂及對二甲苯修飾酚樹脂,具體可例舉明和化成公司製造之MEH-8000H。
作為酸酐硬化劑,可例舉:甲基四氫鄰苯二甲酸酐、甲基六氫鄰苯二甲酸酐、烷化四氫鄰苯二甲酸酐、六氫鄰苯二甲酸酐、甲基5,6-降冰片烯-2,3-二甲酸酐、十二烯基琥珀酸酐及甲基耐地酸酐,具體而言,可例舉:新日本理化公司製造之MH-700、三菱化學公司製造之YH306、YH307。
作為一級及二級胺系硬化劑,可例舉:亞甲基二苯胺、間苯二胺、4,4'-二胺基二苯基碸及3,3'-二胺基二苯基碸等芳香族胺,具體而言,可例舉三菱化學公司製造之JER CURE WA等。
就本發明之環氧樹脂組合物所含之環氧基不易以未反應之狀態殘留,易於在短時間內充分硬化之方面而言,本發明之環氧樹脂組合物所含之硬化劑之含量較多為佳。另一方面,就使本發明之環氧樹脂組合物硬化所得之硬化物中與硬化劑之環氧基反應之部位不易以未反應之狀態殘留的方面而言,本發明之環氧樹脂組合物所含之硬化劑之含量較少為佳。具體而言,較佳為以本發明之環氧樹脂組合物所含之環氧基與硬化劑中之反應部位之當量比計,成為0.3以上之方式來使用,進而較佳為以成為0.8以上之方式來使用,特佳為以成為0.9以上之方式來使用。
另一方面,較佳為以成為1.5以下之方式來使用,進而較佳為以成為1.2以下之方式來使用。
再者,硬化劑可僅使用一種。亦可以任意組合及比率使用兩種以上。關於在使用兩種以上之硬化劑之情形時該等硬化劑之含量,合計量為上述較佳之範圍。
本發明之環氧樹脂組合物亦可視目的包含硬化促進劑,作為一般而言常被稱為硬化促進劑者,可例舉:咪唑系硬化促進劑、三級胺系硬化促進劑、有機膦系硬化促進劑、鏻鹽系硬化促進劑、四苯基硼鹽系硬化促進劑、金屬系硬化促進劑、有機酸二醯肼、鹵化硼胺錯合物等。再者,硬化促進劑可僅使用一種,亦可以任意之組合及比率使用兩種以上。
[填充劑]
若本發明之環氧樹脂組合物中包含填充劑,則藉由使本發明之環氧樹脂組合物硬化,可將低線膨脹率、高導熱性、阻燃性、導電性等填充劑所具有之物性賦予硬化物。
填充劑之種類可根據所需物性等來進行選擇。具體而言,可例舉:氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、氮化矽、二氧化矽等無機填充劑。填充劑之形狀及粒徑並無特別限定,只要為不損害本發明之環氧樹脂組合物之效果之範圍即可。
填充劑之含量較佳為10質量%以上,更佳為20質量%以上,又,較佳為95質量%以下,進而較佳為90質量%以下。若為上述下限值以上,則可獲得作為填充劑之效果,若為上述上限值以下,則組合物之黏度降低,而使得加工性得到維持。
填充劑可僅使用一種,亦可以任意之組合及比率使用兩種以上。再者,於使用兩種以上之填充劑之情形時該等填充劑之含量意指合計量。
[添加劑]
本發明之環氧樹脂組合物中亦可包含添加劑。例如可例舉:矽烷偶合劑或鈦酸酯偶合劑等偶合劑;紫外光抑制劑、抗氧化劑、塑化劑、阻燃劑、著色劑、分散劑、乳化劑、低彈性化劑、稀釋劑、消泡劑、離子捕捉劑等。
稀釋劑係出於以下目的而添加,即,本發明之環氧樹脂組合物之加工時之黏度調整及硬化時之操作性等之調整,其中,較佳為1官能性或者2官能性之低分子量環氧樹脂,將其等稱為反應性稀釋劑。作為可用於本發明之環氧樹脂組合物之反應性稀釋劑,例如可例舉:jER1750、YED111N、YED111AN、YED122、YED188、YED216M、YED216D(均為三菱化學公司製造)、Neotohto S、PG-207 GS、ZX-1658 GS(均為日鐵化學材料公司製造)、EX-211、EX-212、EX-212 L、EX-214 L、EX-121EX-141、EX-142-IM、EX-145、EX-146EX-146P(均為長瀨化成公司製造)、Epodil741、Epodil749、Epodil757(均為Air Products公司製造)、Epolight M-1230、Epolight 40E、Epolight 100E、Epolight 200E、Epolight 400E、Epolight 70P、Epolight 200P、Epolight 400P、Epolight 1500NP、Epolight 1600、Epolight 80MF、Epolight 100MF(均為共榮化學公司製造)等,但並不限定於其等。
[溶劑]
本發明之環氧樹脂組合物亦可含有用以加工時之黏度調整及硬化時之操作性等之調整的溶劑。作為溶劑,例如可例舉:丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環己酮等酮類;乙酸乙酯等酯類;乙二醇單甲醚等醚類;N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺等醯胺類;甲醇、乙醇、異丙醇等醇類;己烷、環己烷等烷烴類;甲苯、二甲苯等芳香族類等。關於使用溶劑之情形時之溶劑量,就避免因溶劑殘留而於硬化物中形成空隙之方面而言,較佳為不使用溶劑或使用少量溶劑。另一方面,就與組合物之高黏度化相伴而生之裂痕不易產生之方面而言,溶劑較多為佳。該等溶劑可僅使用一種,亦可以任意之組合及比率使用兩種以上。
[組合物之用途]
包含本發明之環氧樹脂之環氧樹脂組合物適於需要高耐熱性之用途,尤其是由於由組合物硬化而成之硬化物之平均線膨脹率較低,故而可用於適於各種電子材料之組合物、尤其是半導體密封劑。又,由於源自氮原子之接著性優異,故而亦可用作強化塑膠材料用清漆。進而,亦可用作由該清漆硬化而成之纖維強化塑膠。
[硬化物]
藉由使本發明之環氧樹脂組合物硬化,可獲得本發明之硬化物。硬化方法及條件並無特別限定,只要能夠使本發明之環氧樹脂組合物硬化即可。但是,就易於成型之方面而言,較佳為熱硬化。
本發明之硬化物係由含有本發明之環氧樹脂之組合物硬化而成,故玻璃轉移溫度較高,耐熱性優異。關於可根據本發明之硬化物之動態黏彈性測定估算之玻璃轉移溫度,例如於使用芳香族胺硬化劑WA(三菱化學公司製造)作為硬化劑,於120℃下加溫2小時,於175℃下加溫6小時而進行硬化之情形時,通常為200℃以上,較佳為230℃以上,更佳為250℃以上。又,於使用酸酐硬化劑MH700(新日本理化公司製造)作為硬化劑,於100℃下加溫3小時,於140℃下加溫3小時而進行硬化之情形時,通常為150℃以上,較佳為180℃以上,更佳為200℃以上。再者,玻璃轉移溫度之上限通常為300℃。
又,本發明之硬化物之特徵在於平均線膨脹率較低。關於本發明之硬化物於50℃~250℃之範圍內之平均線膨脹率,例如於使用芳香族胺硬化劑jER CURE WA(三菱化學公司製造)作為硬化劑,於120℃下加溫2小時,於175℃下加溫6小時而進行硬化之情形時,通常為100 ppm/℃以下,較佳為80 ppm/℃以下,更佳為70 ppm/℃以下。又,於使用酸酐硬化劑MH700(新日本理化公司製造)作為硬化劑,於100℃下加溫3小時,於140℃下加溫3小時而進行硬化之情形時,通常為100 ppm/℃以下,較佳為80 ppm/℃以下,更佳為70 ppm/℃以下。
[硬化物之用途]
由本發明之環氧樹脂組合物硬化而成之硬化物之耐熱性優異,故可應用作接著劑、塗料、電子材料、結構材料等各種領域之材料,尤其是由於平均線膨脹率較低,故可用於絕緣澆鑄、積層材料、密封材料等電子材料。具體而言,可例舉:多層印刷配線基板、膜狀接著劑、液狀接著劑、半導體密封材料、底部填充材料、3D-LSI(three-dimensional large-scale integration,三維大規模積體電路)用晶片間填充劑、絕緣片、預浸體、散熱基板等。又,由於源自氮原子之接著性優異,故而亦可用作包含各種強化塑膠之結構材料。
[製造方法]
本發明之環氧樹脂之製造方法並無特別限定,可根據樹脂之結構或所需之物性來適當製造,出於減少樹脂中之氯含量之目的,較佳為藉由使下述通式(4)之化合物所具有之碳-碳雙鍵氧化而將之轉化為環氧基。
此處,「通式(4)之化合物所具有之碳-碳雙鍵」係指通式(4)所明示之n個碳-碳雙鍵與L
1、L
2可包含之碳-碳雙鍵兩者。
L
1、L
2係氫或可具有碳-碳雙鍵之烴基,只要選擇通式(4)中之L
1與通式(1)中之B
1對應,且通式(4)中之L
2與通式(1)中之B
2對應的結構。即當B
1或B
2不具有環氧基時,B
1與L
1、B
2與L
2各自相同。又,於B
1中包含環氧基之情形時,對應之L
1在與B
1中之環氧基對應之位置上具有碳-碳雙鍵,除此以外之部分結構係與B
1相同之結構。B
2與L
2之關係亦同樣如此。如上所述,B
1及B
2所含之環氧基之合計數量為2~4,因此L
1、L
2所含之碳-碳雙鍵之合計數量亦為2~4。
又,通式(4)中X、R
1~R
3、n係與通式(1)相同。
關於通式(2)所表示之環氧樹脂之製造方法,只要藉由使下述通式(5)之化合物所具有之碳-碳雙鍵氧化而將之轉化為環氧基即可,於通式(5)中,R
1~R
3係與通式(2)相同。
關於通式(3)所表示之環氧樹脂之製造方法,只要藉由使下述通式(6)之化合物所具有之碳-碳雙鍵氧化而將之轉化為環氧基即可,於通式(6)中,R
4~R
6係與通式(3)相同。
本發明之環氧樹脂之原料化合物即通式(4)之具體例如下所示。
氧化方法只要為能夠取得本發明之環氧樹脂之方法即可,並無特別限定,可按照公知之方法來進行。具體而言,可例舉:於鹼之存在下使用腈及過氧化氫水溶液之方法;於鎢酸類之存在下使用四級銨鹽及過氧化氫水溶液之方法;使用過乙酸或間氯過苯甲酸等有機過酸之方法;及使用二環氧乙烷類之方法等,可根據環氧樹脂之性質選擇適當方法。其中,於鎢酸類之存在下使用四級銨鹽及過氧化氫水溶液之方法能夠使用經濟且穩定之過氧化氫作為氧化劑,且由於副產物為水,故能夠減少對環境之負荷,故而較佳。進而,與在鹼之存在下使用腈及過氧化氫水溶液之方法相比,亦無需過量使用過氧化氫,故而較佳。
以下,對在鎢酸類之存在下使用四級銨鹽及過氧化氫水溶液之氧化方法,詳細地進行說明。
於本氧化法中,通常首先將作為原料之通式(4)所表示之化合物(以下稱為「原料化合物」)與鎢酸、鎓鹽、磷酸類等添加物於反應溶劑中加以混合,以保持混合物之溫度一定之方式滴加過氧化氫水,丙進行攪拌。反應後,藉由硫代硫酸鈉水溶液等還原劑將所殘留之過氧化氫淬滅,進行水洗或濃縮等通常之操作而獲得環氧樹脂。亦可根據需要,利用晶析或管柱層析法來實施純化。
作為鎢酸類,可例舉鎢化合物或其鹽等。鎢化合物並無特別限定,只要含有鎢且具有作為上述環氧化反應之觸媒之作用即可,作為上述鎢酸類,例如可例舉:鎢酸;鎢酸鈉、鎢酸鉀、鎢酸鈣、鎢酸銨等鎢酸鹽類;上述鎢酸鹽類之水合物;12-鎢磷酸、18-鎢磷酸等磷鎢酸類;12-矽鎢酸等矽鎢酸類;12-鎢硼酸或金屬鎢類等,較佳為鎢酸、鎢酸鹽、磷鎢酸,就獲取容易性之方面而言,更佳為鎢酸、鎢酸鈉、鎢酸鈣、12-鎢磷酸。
鎢酸類之使用量並無特別限定,為了使反應充分進行,相對於原料化合物所含之碳-碳雙鍵1當量,以觸媒金屬原子換算計,較佳為0.001當量以上,更佳為0.005當量以上,進而較佳為0.01當量以上,為了減少去除鎢酸類時所施加之負荷,較佳為5當量以下,更佳為3當量以下,更佳為1當量以下。
用於反應之鎓鹽較佳為於環氧化反應時呈脂溶性,通常會溶解於視需要所用之有機溶劑中者。因此,較佳為使用脂溶性更高之鎓鹽。作為鎓鹽之脂溶性之標準之一,可例舉鎓鹽所具有之碳數,(碳數/1分子中之鎓鹽之數量)通常為20以上,更佳為25以上。進而較佳為其結構內具有20個以上之碳原子之陽離子種之鎓鹽更佳。例如可例舉:甲基三辛基銨鹽、四己基銨鹽、二月桂基二甲基銨鹽、苄基三丁基銨鹽等銨鹽類;鯨蠟基吡啶鎓鹽等吡啶鎓鹽類;四己基鏻鹽等鏻鹽類。
又,作為鎓鹽,亦可使用如WO2013/147092所記載之具有1個以上之包含活性氫之官能基或可轉化為其鹽之取代基的鎓鹽。該等鎓鹽雖於氧化時呈脂溶性,但藉由於反應結束後進行水解等簡單之後處理而可轉化為水溶性物質,從而使得鎢等上述鎢化合物更高效率地溶解於水層中而可實現分離,就此方面而言較佳。
作為上述鎓鹽之較佳具體例,可例舉:N-甲基-N,N,N-三[2-(戊基羰氧基)乙基]銨硫酸氫鹽、N-甲基-N,N,N-三[2-(4-第三丁基苯基羰氧基)乙基]銨單甲基硫酸氫鹽、2,3-雙(4-第三丁基-苯氧基)-N,N,N-三乙基-1-丙烷氯化銨、N-丁基-N,N-二[2-(4-第三丁基苯甲醯氧基)乙基-N-甲基銨單甲基]硫酸鹽等,其中,就製備及分析較為簡便之觀點而言,可例舉:N-丁基-N,N-二[2-(4-第三丁基苯甲醯氧基)乙基-N-甲基銨單甲基]硫酸鹽。於本發明中,鎓鹽可單獨使用,亦可適當組合使用兩種以上。
上述鎓鹽之使用量可適當調整,並無特別限制,為了使反應充分進行,相對於反應時所用之上述鎢化合物,通常為0.1當量以上,較佳為0.2當量以上,更佳為0.3當量以上,且通常為5.0當量以下,為了減少去除鎓鹽時所施加之負荷,較佳為2.0當量以下,更佳為1.0當量以下。
所滴加之過氧化氫水之濃度並無特別限定,就獲取較為容易而分解之危險性較低,且輸送成本較低之方面而言,通常為10質量%以上,較佳為20質量%以上,更佳為30質量%以上,通常為60質量%以下,更佳為45質量%以下。進而就安全性、生產性之方面而言,進而較佳為藉由使用水,或逐次添加過氧化氫,而將反應液中之過氧化氫量及濃度保持得較低。過氧化氫之使用量並無特別限定,根據原料化合物或碳-碳雙鍵之轉化率、觸媒之種類、反應條件等而有所不同,相對於原料化合物所含之碳-碳雙鍵1當量,通常為0.5當量以上,較佳為1.0當量以上且通常為10當量以下,較佳為3.0當量以下。
為了使反應充分進行,較佳為除鎢酸類及鎓鹽以外,還使用磷酸類。作為磷酸類,具體而言,可例舉:磷酸、亞磷酸等無機磷酸類;多磷酸、焦磷酸等磷酸聚合物類;磷酸鈉、磷酸鉀、磷酸銨、磷酸氫鈉、磷酸氫鉀、磷酸氫銨、磷酸二氫鈉、磷酸二氫鉀、磷酸二氫鈣等無機磷酸鹽類;磷酸單甲酯、磷酸二甲酯、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三苯酯等磷酸酯類等。其中,較佳為磷酸。
磷酸類之使用量並無特別限定,可根據其種類或鎢化合物之種類來適當調整使用量。於所用之上述鎢化合物為鎢酸鹽類或鎢酸鹽類之水合物之情形時,該磷酸類及膦酸類中之任一者所含之磷之當量相對於鎢,通常為0.1當量以上,較佳為0.2當量以上,更佳為0.3當量以上,且通常為10.0當量以下,較佳為5.0當量以下,更佳為2.0當量以下。
反應液之水層之pH值根據反應速度來適當調整即可,通常為7.0以下,較佳為6.0以下,更佳為4.0以下且通常為0.5以上,較佳為1.0以上,更佳為2.0以上。pH值藉由磷酸類之使用量來調整即可,亦可藉由添加其他酸或鹼來調整。
反應中亦可使用溶劑。所用之溶劑並無特別限定,可例舉:苯、甲苯、二甲苯等芳香族烴類;己烷、庚烷、十二烷等脂肪族烴類;甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇、己醇、環己醇等醇類;氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、氯苯等鹵素溶劑;二異丙醚、四氫呋喃、二㗁烷等醚類;甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環戊酮、環己酮等酮類;乙腈、丁腈等腈類;乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲酸甲酯等酯化合物;N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺等醯胺類;N,N'-二甲基咪唑啶酮等脲類;水及該等溶劑之混合物。如上所述,就安全性、生產性之方面而言,進而較佳為藉由向反應系統中添加水,而於反應時將系統內之過氧化氫量及濃度保持得較低。又,若於水層與有機層分離之二相系中進行本反應,則因二相分離而環氧樹脂會溶解於有機層中,因此可抑制環氧環因酸性水層之影響而因開環、重排等而分解。因此,較佳為非水溶性之芳香族烴類、脂肪族烴類、鹵素系溶劑或該等溶劑之混合物與水之組合。
於作為氧化反應之原料之通式(4)所表示之化合物於反應條件下呈液狀之情形時,可不使用溶劑,但為了藉由潛熱吸收反應熱以安全地進行製造,較佳為使用溶劑。為了使原料化合物均勻地溶解,有機溶劑之使用量相對於原料化合物1質量份,通常為0.01質量份以上,較佳為0.1質量份以上,進而較佳為0.5質量份以上,且通常為20質量份以下,較佳為10質量份以下,進而較佳為5質量份以下。
反應溫度只要不損害反應,則無特別限定,為了使反應充分進行,通常為10℃以上,較佳為35℃以上,進而較佳為50℃以上,為了抑制過氧化氫之分解或所形成之環氧環之水解,通常為100℃以下,較佳為80℃以下,進而較佳為75℃以下。
於利用藉由使通式(4)所含之碳-碳雙鍵氧化而將之轉化為環氧基之方法來製造上述通式(1)所表示之本發明之環氧樹脂的情形時,環氧樹脂可包含殘留有一部分通式(4)所含之碳-碳雙鍵之化合物。由於通式(4)所含之複數個碳-碳雙鍵逐次被氧化而生成環氧樹脂,故而於任一氧化法中,均可藉由改變氧化劑之當量而對殘留有一部分碳-碳雙鍵之化合物之含有比率進行控制。於不損害本發明之效果之範圍內,其等之混合比率並無特別限定,可根據使用目的來適當設定。例如,將通式(4)所含之碳-碳雙鍵全部被轉化為環氧基之狀態設為雙鍵轉化率100%之情形時,出於提高耐熱性之目的或為了提高環氧樹脂之穩定性,雙鍵轉化率較佳為60%以上,進而較佳為70%以上。另一方面,為了降低黏度或毒性,雙鍵轉化率較佳為98%以下,進而較佳為95%以下。
又,其他雜質之含量亦可根據環氧當量來估算。若雜質較少,則含有本發明之多官能環氧樹脂之組合物之加工性或本發明之硬化物之耐熱性等優異。因此,本發明之多官能環氧樹脂之環氧當量與理論環氧當量的比(混合物之環氧當量/理論環氧當量)通常為0.90~1.50,較佳為0.95~1.40,進而較佳為1.00~1.30。
實施例
以下,基於實驗例(製造例、實施例)對本發明進一步具體地進行說明,但本發明只要不超出其主旨,則不限定於以下之實驗例。
除非特別說明,否則實驗例中之材料使用通常能夠獲取之市售試劑。又,實施例及比較例中之各種分析方法如下所述。
(
1H-NMR(
1Hydrogen-Nuclear Magnetic Resonance,
1氫-核磁共振)分析條件)
裝置:BRUKER公司製造 AVANCE400,400 MHz
溶劑:0.03體積%含四甲基矽烷之重氯仿
(環氧當量)
依據JIS K7236:2001測得。
(玻璃轉移溫度(Tg)之測定)
使用將環氧樹脂硬化物切割成縱5 cm、橫1 cm、厚4 mm所得之試片,按照以下條件進行測定,將第1次升溫時之1 Hz之E''及tanδ之峰頂設為Tg。
動態黏彈性測定裝置(DMA):Seiko Instruments公司製造 EXSTAR6100
測定模式:三點彎曲模式
測定溫度範圍:30℃至300℃
升溫速度:5℃/min
(平均線膨脹率之測定)
使用將環氧樹脂硬化物切割成厚約4 mm、直徑約7 mm之圓柱狀試片所得之試片,按照以下條件進行測定,將第2次升溫時之50至250℃之線膨脹率之平均值設為平均線膨脹率。
熱機械分析裝置(TMA):Seiko Instruments公司製造 EXSTAR6000E
測定模式:壓縮模式
升溫速度:5℃/min、降溫速度:5℃/min
測定溫度範圍:30℃至280℃
(黏度分析)
分析裝置:錐板黏度計(東海八神股份有限公司製造)
於調整至30℃之黏度計之熱板上滴加1滴以3 ml之點滴器抽吸出之環氧樹脂,於轉速750 rpm下測定黏度。
<實施例1>4-(2-環氧乙烷基)-N,N-二縮水甘油基苯磺醯胺之合成
如以下之反應式所示,合成4-(2-環氧乙烷基)-N,N-二縮水甘油基苯磺醯胺。詳細之方法如下所述。
A.對苯乙烯磺酸二烯丙基醯胺之合成
向反應容器中加入對苯乙烯磺酸鈉水合物(88%純度,富士膠片和光純藥公司製造)21.0 g(以對苯乙烯磺酸鈉純分計為18.5 g,89.7 mmol),添加N,N-二甲基甲醯胺55.5 ml,進行冰浴冷卻。向其中於內溫0~10℃之範圍內滴加亞硫醯氯27.3 g(89.7 mmol),於保持冰浴冷卻之狀態下攪拌1小時。反應結束後,添加甲苯55.5 ml,再次進行冰浴冷卻後,於內溫0~10℃之間滴加水111 ml。抽出水層,利用水37 ml、1 mol/L之氫氧化鈉水溶液83 ml洗淨剩餘之甲苯層,獲得對苯乙烯磺醯氯之甲苯溶液。
向該溶液中添加水37 ml、碳酸鉀24.8 g(179 mmol)而進行冰浴冷卻後,於內溫0~10℃範圍內滴加二烯丙基胺8.71 g(89.7 mmol),於保持冰浴冷卻之狀態下攪拌1小時。抽出水層,以1 mol/L之鹽酸37 ml、水37 ml對剩餘之甲苯層進行2次水洗後,將甲苯於減壓下蒸餾去除後,利用矽膠管柱層析法純化所得之粗產物,獲得對苯乙烯磺酸二烯丙基醯胺19.4 g(73.6 mmol,產率82.1%,HPLC(high performance liquid chromatography,高效液相層析法)純度98.1%)。
利用
1H-NMR進行鑑定之結果,獲得以下之圖表,確認到合成了目標之化合物。
1H-NMR (400 MHz, CDCl
3) δ 7.77 (2H, d, J = 8.4 Hz), 7.51 (2H, d, J = 8.4 Hz), 6.75 (1H, dd, J = 10.4, 17.2 Hz), 5.88 (2H, d, J = 17.2 Hz), 5.61 (1H, J = 6.0, 9.6, 17.2 Hz), 5.43 (1H, d, J = 10.4 Hz), 5.19 - 5.10 (2H, m), 3.82 (4H, d, J = 6.0 Hz).
B. 4-(2-環氧乙烷基)-N,N-二縮水甘油基苯磺醯胺之合成
使上述A中所得之對苯乙烯磺酸二烯丙基醯胺18.2 g(73.6 mmol)溶解於氯仿180 ml中而加熱至40℃。向其中分4批添加間氯過苯甲酸(70%純度,富士膠片和光純藥公司製造)65.4 g(間氯過苯甲酸純分45.8 g,246 mmol)後,於40℃下加熱21小時。反應結束後,冷卻至室溫,添加飽和硫代硫酸鈉水溶液36 ml而攪拌1小時。
抽出水層,利用1 mol/L氫氧化鈉水溶液110 ml、水36 ml對剩餘之氯仿層進行2次水洗後,將氯仿於減壓下蒸餾去除。利用矽膠管柱層析法純化所得之粗產物,獲得4-(2-環氧乙烷基)-N,N-二縮水甘油基苯磺醯胺14.7 g(55.8 mmol,產率76%,HPLC純度99.7%)。雙鍵轉化率為100%,環氧當量為104。
利用
1H-NMR進行鑑定之結果,獲得以下之圖表,確認到合成了目標之化合物。
1H-NMR (400 MHz, CDCl
3) δ 7.82 (2H, dd, J = 2.0, 8.4 Hz), 7.43 (2H, d, J = 8.4 Hz), 3.91 (2H, dd, J = 2.4, 3.6 Hz), 3.71 - 3.58 (2H, m), 3.20 (1H, dd, J = 3.6, 5.6 Hz), 3.18 - 3.09 (2H, m), 2.80 - 2.77 (2H, m), 2.77 (2H, dd, J = 2.4, 5.6 Hz), 2.58 (2H, dt, J = 2.4, 4.4 Hz).
<實施例2>4-(2-環氧乙烷基)-N,N-二縮水甘油基苯磺醯胺之合成
如以下之反應式所示,合成4-(2-環氧乙烷基)-N,N-二縮水甘油基苯磺醯胺。詳細之方法如下所述。
向反應容器中添加藉由與實施例1之A同樣之方法所得之對苯乙烯磺酸二烯丙基醯胺2.77 g(10.5 mmol),利用甲苯5.5 ml使之溶解。向其中依序添加鎢酸鈉-二水合物173 mg(526 μmol)、20 w/v%磷酸水溶液361 μl(736 μmol)、及利用日本專利特開2015-166335之合成例6所記載之方法所合成之N-丁基-N,N-二[2-(4-第三丁基苯甲醯氧基)乙基]-N-甲基銨單甲基硫酸鹽166 mg(N-丁基-N,N-二[2-(4-第三丁基苯甲醯氧基)乙基]-N-甲基銨單甲基硫酸鹽純分159 mg,263 μmol),加熱至65℃,用時8小時滴加35%過氧化氫水3.58 g(過氧化氫純分1.25 g,36.8 mmol)。滴加後,進而持續攪拌1小時30分鐘後,進行靜置,去除水層。將所得之甲苯層冷卻至40℃後,添加5質量%之硫代硫酸鈉水溶液2.8 ml而攪拌1小時,抽出水層。用時1小時將該甲苯層滴加至40℃之1 mol/L之氫氧化鈉水溶液2.8 ml中後,抽出水層。利用水2.8 ml將所得之甲苯層進行3次洗淨,將溶劑蒸餾去除,藉此獲得包含4-(2-環氧乙烷基)N,N-二縮水甘油基苯磺醯胺之混合物1.80 g。HPLC分析之結果可知,包含4-(2-環氧乙烷基)-N,N-二縮水甘油基苯磺醯胺66.4面積%、4-(2-環氧乙烷基)-N-烯丙基-N-縮水甘油基苯磺醯胺17.3面積%、及4-(2-環氧乙烷基)-N,N-二烯丙基苯磺醯胺2.5面積%。雙鍵轉化率為86.2%,環氧當量為122。
<實施例3>4-(2-環氧乙烷基)-N,N-二縮水甘油基苯磺醯胺之合成
如以下之反應式所示,合成4-(2-環氧乙烷基)-N,N-二縮水甘油基苯磺醯胺。詳細之方法如下所述。
向反應容器中添加利用與實施例1之A同樣之方法所得之對苯乙烯磺酸二烯丙基醯胺18.01 g(68.4 mmol),利用甲苯36 ml使之溶解。向其中依序添加鎢酸鈉-二水合物1.13 g(3.4 mmol)、85w/v%磷酸水溶液0.55 g(4.8 mmol)、水1.72 g、及利用日本專利特開2015-166335之合成例6所記載之方法所合成之N-丁基-N,N-二[2-(4-第三丁基苯甲醯氧基)乙基]-N-甲基銨單甲基硫酸鹽1.09 g(N-丁基-N,N-二[2-(4-第三丁基苯甲醯氧基)乙基]-N-甲基銨單甲基硫酸鹽純分1.04 g,1.7 mmol),加熱至65℃,用時6.5小時滴加35%過氧化氫水20.42 g(過氧化氫純分7.15 g,210 mmol)。滴加後,進而持續攪拌30分鐘後,進行靜置,去除水層。用時40分鐘將所得之甲苯層滴加至40℃之1 mol/L之氫氧化鈉水溶液18.62 g中後,抽出水層。利用水18 ml將所得之甲苯層洗淨4次,將溶劑蒸餾去除,藉此獲得包含4-(2-環氧乙烷基)N,N-二縮水甘油基苯磺醯胺之混合物15.60 g。HPLC分析之結果可知,包含4-(2-環氧乙烷基)-N,N-二縮水甘油基苯磺醯胺45.5面積%、4-(2-環氧乙烷基)-N-烯丙基-N-縮水甘油基苯磺醯胺34.0面積%、及4-(2-環氧乙烷基)-N,N-二烯丙基苯磺醯胺11.7面積%。雙鍵轉化率為78.1%,環氧當量為132。
<製造例1>4-縮水甘油氧基-N,N-二縮水甘油基苯磺醯胺之製法
如以下之反應式所示,合成4-縮水甘油氧基-N,N-二縮水甘油基苯磺醯胺。詳細之方法如下所述。
向反應容器中添加4-羥基苯磺醯胺163 g(941 mmol)、表氯醇1.31 kg(14.1 mol)、苄基三甲基氯化銨8.97 g(48.3 mmol),於90℃下攪拌4小時後,冷卻至50℃。用時30分鐘向其中緩慢滴加33%氫氧化鈉水溶液382 g(以氫氧化鈉純分計為126 g,3.15 mol)後,升溫至80℃,攪拌2小時。再實施1批次之此前之操作。將2批次量之反應液冷卻至室溫後,添加乙酸乙酯1000 ml而進行攪拌,回收乙酸乙酯層。進而實施2次向剩餘之水層中加入乙酸乙酯1000 ml並萃取之操作後,將乙酸乙酯層一起利用水1500 ml進行洗淨。利用無水硫酸鈉使所得之乙酸乙酯層乾燥後,進行濃縮,而獲得淺黃色油狀物。以矽膠管柱層析法純化淺黃色油狀物,獲得4-縮水甘油氧基-N,N-二縮水甘油基苯磺醯胺314 g(920 mmol,產率48.9%,純度93.4%)。
1H-NMR之鑑定之結果是獲得以下之圖表,確認到合成了目標之化合物。
1H-NMR (400 MHz, CDCl
3) δ 7.76 (dd, J = 2.0, 8.8 Hz, 2H), 7.00 (d, J = 8.8 Hz, 2H), 4.32 (dd, J = 2.8, 11.2 Hz, 1H), 3.95 (dd, J = 6.0, 11.2 Hz, 1H), 3.68 - 3.53 (m, 2H), 3.43 - 3.29 (m, 1H), 3.20 - 3.04 (m, 4H), 2.91 (t, J = 4.4 Hz, 1H), 2.76 (q, J = 4.4 Hz, 3H), 2.64 - 2.46 (m, 2H).環氧當量為119。
<製造例2>N
1,N
1,N
3,N
3-四縮水甘油基苯-1,3-二磺醯胺之合成
如以下之反應式所示,合成N
1,N
1,N
3,N
3-四縮水甘油基苯-1,3-二磺醯胺。詳細之方法如下所述。
A. 苯-1,3-二磺醯二氯之合成
向反應容器中添加苯磺醯氯380 g(2.15 mol),依序添加氯硫酸980 g(8.41 mol)及硫酸27.6 g(276 mmol)。將其緩慢地升溫至130℃,攪拌10小時後,冷卻至室溫,將所得之反應液緩慢滴加至冰浴冷卻之水中。濾取沈澱物,利用水500 ml洗淨後,減壓乾燥,取得作為白色固體之苯-1,3-二磺醯二氯320 g(產率47.1%,純度87.1%)。
利用
1H-NMR進行鑑定之結果,獲得以下之圖表,確認到合成了目標之化合物。
1H-NMR (400 MHz, CDCl
3) δ=8.69 (s, 1H), 8.41 (dd, J = 1.5, 8.0 Hz, 2H), 7.97 (t,J = 7.8 Hz, 1H).
B. N
1,N
1,N
3,N
3-四烯丙基苯-1,3-二磺醯胺之合成
使A中所得之苯-1,3-二磺醯二氯160 g(582 mmol)溶解於二氯甲烷1 L中之後,進行氮氣氛圍化,於冷卻至-20℃之時點添加三乙胺188 g(1.86 mol),進而一面保持-20℃一面滴加二烯丙基胺119 g(1.22 mol)。於-20℃下將反應液攪拌30分鐘後,升溫至20℃,進而攪拌30分鐘。針對反應液,依序利用水2 L、1 mol/L鹽酸2 L洗淨2次,利用水2 L洗淨。利用無水硫酸鈉將有機層乾燥、濃縮後,利用矽膠管柱層析法進行純化,獲得作為白色固體之N
1,N
1,N
3,N
3-四烯丙基苯-1,3-二磺醯胺325 g(812 mmol,產率69.8%,純度99.1%)。
利用
1H-NMR進行鑑定之結果,獲得以下之圖表,確認到合成了目標之化合物。
1H-NMR (400 MHz, CDCl
3) δ = 8.25 (t, J = 1.8 Hz, 1H), 8.01 (dd, J = 1.8, 7.8 Hz, 2H), 7.66 (t, J = 7.8 Hz, 1H), 5.59 (tdd, J = 6.3, 10.4, 16.7 Hz, 4H), 5.23 - 5.10 (m, 8H), 3.85 (d, J = 6.5 Hz, 8H).
C. N
1,N
1,N
3,N
3-四縮水甘油基苯-1,3-二磺醯胺之合成
於反應容器中使N
1,N
1,N
3,N
3-四烯丙基苯-1,3-二磺醯胺65 g(164 mmol)溶解於氯仿1.5 L中,進行氮氣氛圍化後,添加3-間氯過苯甲酸200 g(984 mmol),於30℃下攪拌48小時。過濾所得之反應溶液而去除白色固體,獲得濾液。利用二氯甲烷100 ml洗淨白色固體,將所得之濾液與先前之濾液加以混合。針對該等濾液,利用飽和硫代硫酸鈉水溶液4 L、5%氫氧化鈉水溶液2 L洗淨2次,利用水2 L洗淨2次後,利用無水硫酸鈉進行乾燥、濃縮。藉由利用矽膠管柱層析法純化所得之粗產物之一部分,獲得作為油狀產物之N
1,N
1,N
3,N
3-四縮水甘油基苯-1,3-二磺醯胺45.6 g(99.1 mmol,純度92.8%)。環氧當量為123。
利用
1H-NMR進行鑑定之結果,獲得以下之圖表,確認到合成了目標之化合物。
1H NMR (400 MHz, CDCl
3) δ 8.36 - 8.30 (m, 1H), 8.11 - 8.03 (m, 2H), 8.01 (t, J = 2.5 Hz, 1H), 7.75 - 7.67 (m, 1H), 3.83 - 3.67 (m, 4H), 3.23 - 3.09 (m, 8H), 2.79 (t, J = 4.3 Hz, 4H), 2.61 - 2.54 (m, 4H).
<實施例4>
向實施例1中所製造之環氧樹脂100質量份中添加作為硬化劑之芳香族胺硬化劑WA(三菱化學公司製造)46質量份,於100℃下混合至均勻,藉此獲得環氧樹脂組合物。使用2片內側貼有離型PET(polyethylene terephthalate,聚對苯二甲酸乙二酯)膜之玻璃板,而製作厚度調整至4 mm之澆鑄板,於澆鑄板上澆鑄組合物,於120℃下加溫2小時,於175℃下加溫6小時,獲得硬化物。將所得之硬化物之物性評價結果示於表1中。
<實施例5>
於實施例4中,使用實施例2中所製造之環氧樹脂代替實施例1中所製造之環氧樹脂,將硬化劑之含量設為39質量份,除此以外,與實施例4同樣地獲得環氧樹脂組合物,與實施例4同樣地進行物性評價。將結果示於表1中。
<實施例6>
於實施例4中,使用實施例3中所製造之環氧樹脂代替實施例1中所製造之環氧樹脂,將硬化劑之含量設為39質量份,除此以外,與實施例4同樣地獲得環氧樹脂組合物,與實施例4同樣地進行物性評價。將結果示於表1中。
<比較例1>
於實施例4中,使用製造例1中所製造之環氧樹脂代替實施例1中所製造之環氧樹脂,將硬化劑之含量設為40質量份,除此以外,與實施例4同樣地獲得環氧樹脂組合物,與實施例4同樣地進行物性評價。將結果示於表1中。
<比較例2>
於實施例4中,使用製造例2中所製造之環氧樹脂代替實施例1中所製造之環氧樹脂,將硬化劑之含量設為39質量份,除此以外,與實施例4同樣地獲得環氧樹脂組合物,與實施例4同樣地進行物性評價。將結果示於表1中。
<比較例3>
於實施例4中,使用市售之環氧樹脂(「jER(註冊商標)630」,三菱化學公司製造)代替實施例1中所製造之環氧樹脂,將硬化劑之含量設為50質量份,除此以外,與實施例4同樣地獲得環氧樹脂組合物,與實施例4同樣地進行物性評價。將結果示於表1中。
[表1]
表1 | |||||||||
實施例4 | 實施例5 | 實施例6 | 比較例1 | 比較例2 | 比較例3 | ||||
調配比 | 環氧樹脂 | 實施例1 | 質量份 | 100 | |||||
實施例2 | 質量份 | 100 | |||||||
實施例3 | 質量份 | 100 | |||||||
製造例1 | 質量份 | 100 | |||||||
製造例2 | 質量份 | 100 | |||||||
jER630 | 質量份 | 100 | |||||||
硬化劑 | WA | 質量份 | 46 | 39 | 36 | 40 | 39 | 50 | |
硬化物性 | DMA | Tg(tanδ) | ℃ | 270 | 287 | 267 | 253 | 244 | 228 |
TMA | 平均線膨脹率(50~250℃) | ppm/℃ | 65 | 69 | 81 | 77 | 62 | 97 |
如表1所示,就兼具高Tg與低平均線膨脹率之方面而言,由實施例1~3之環氧樹脂及芳香族胺硬化劑硬化而成之實施例4~6之硬化物較由製造例1、2之環氧樹脂及硬化劑硬化而成之比較例1、2優異。認為低平均線膨脹率之原因之一在於,藉由存在磺醯基,從而分子間鍵結因π共軛系從芳香環上延伸而變得牢固。尤其是實施例1~3之環氧樹脂藉由包含磺醯胺基,而π共軛系進一步伸長至磺醯基之前方之氮原子,藉此平均線膨脹率變低。推定原因之二在於,實施例1~3之環氧樹脂所含之2-環氧乙烷基相較於製造例1之環氧樹脂所含之縮水甘油醚基,自芳香環至環氧基之距離較短,因此共價鍵之自由度因熱而減少。
又,關於Tg,一般而言環氧當量較小(環氧基更密集地存在)時Tg較高。然而,於本實施例中,出乎意料的是,當如比較例2般具有2個二縮水甘油基磺醯胺基時,Tg反而會降低,另一方面,當使用如實施例4~6般將二縮水甘油基磺醯胺基與未立體混合之結構之環氧基組合而成之結構的環氧樹脂(實施例1~3)時,與比較例2相比,Tg有所提昇。此前一直認為,關於Tg,一般而言環氧當量較小(環氧基更密集地存在)時Tg較高,如上所述,於具有二縮水甘油基磺醯胺基之環氧樹脂中,表現出完全相反之行為。認為其原因在於,由於在二縮水甘油基磺醯胺基之結構內環氧基彼此混合,故當具有2個此種二縮水甘油基磺醯胺基時,反而不易與硬化劑發生反應,從而硬化率下降。
進而,實施例2中所製造之環氧樹脂之碳-碳雙鍵之轉化率為86.2%,實施例3中所製造之環氧樹脂之碳-碳雙鍵之轉化率為78.1%,儘管與實施例1中所製造之環氧樹脂相比,環氧當量均較大,但由實施例2或3之環氧樹脂及硬化劑硬化而成之實施例5或6之硬化物與由實施例1之環氧樹脂及硬化劑硬化而成之實施例4之硬化物相比,Tg相同或有所提昇。認為其原因亦與上述環氧基之密度與Tg之關係性同樣,由於一部分環氧基以烯丙基之形式殘留,故而環氧基彼此之距離變得適度,與硬化劑之反應性提昇,藉此,硬化率反而有所提高,從而Tg上升。
<實施例7>
向實施例2中所製造之環氧樹脂100質量份中添加作為硬化劑之酸酐硬化劑RIKACID MH-700(新日本理化公司製造)114質量份、硬化觸媒2E4MZ(四國化成工業公司製造)1質量份,於80℃下混合至均勻,藉此獲得環氧樹脂組合物。使用2片內側貼有離型PET膜之玻璃板而製作厚度調整至4 mm之澆鑄板,於澆鑄板上澆鑄組合物,於100℃下加溫3小時,於140℃下加溫3小時,獲得硬化物。將所得之硬化物之物性評價結果示於表2中。
<比較例4>
於實施例7中,使用市售之環氧樹脂(「jER(註冊商標)630」,三菱化學公司製造)代替實施例2中所製造之環氧樹脂,將硬化劑之含量設為172質量份,除此以外,與實施例7同樣地獲得環氧樹脂組合物,與實施例7同樣地進行物性評價。將結果示於表2中。
[表2]
表2 | |||||
實施例7 | 比較例4 | ||||
調配比 | 環氧樹脂 | 實施例2 | 質量份 | 100 | |
jER630 | 質量份 | 100 | |||
硬化劑 | MH700 | 質量份 | 114 | 172 | |
硬化物性 | DMA | Tg(tanδ) | ℃ | 226 | 213 |
TMA | 平均線膨脹率(50~250℃) | ppm/℃ | 96 | 109 |
如表2所示,就兼具高Tg與低平均線膨脹率之方面而言,使用實施例2中所製造之環氧樹脂及酸酐硬化劑進行硬化而成之實施例7的硬化物較使用環氧樹脂「jER(註冊商標)630」及酸酐硬化劑進行硬化而成之比較例4優異。認為其原因與使用芳香族胺硬化劑之情形同樣。
<實施例8>
將實施例2中所製造之環氧樹脂80質量份與YED216D(三菱化學公司製造,環氧當量117)20質量份加以混合,對所得之環氧樹脂混合物之黏度進行測定,結果為2.7 P(泊)。使用該等環氧樹脂100質量份,添加作為硬化劑之芳香族胺硬化劑WA(三菱化學公司製造)40質量份,除此以外,與實施例4同樣地獲得環氧樹脂組合物,與實施例4同樣地進行物性評價。將結果示於表3中。
[表3]
表3 | ||||||
實施例4 | 實施例5 | 比較例3 | ||||
調配比 | 環氧樹脂 | 實施例2 | 質量份 | 100 | 80 | |
jER630 | 質量份 | 100 | ||||
其他環氧樹脂 | YED216D | 質量份 | 20 | |||
環氧樹脂之黏度(30℃) | P | 23.6 | 2.7 | 4 | ||
硬化劑 | WA | 質量份 | 46 | 40 | 50 | |
硬化物性 | DMA | Tg(tanδ) | ℃ | 270 | 261 | 228 |
TMA | 平均線膨脹率(50~250℃) | ppm/℃ | 65 | 86 | 97 |
如表3所示,於實施例8中,藉由於實施例2中所製造之環氧樹脂中混合環氧樹脂「YED216D」,而成為環氧樹脂「jER(註冊商標)630」以下之黏度,期待成形性提昇。另一方面,出乎意料的是,無論是否混合了如「YED216D」之具有柔軟之脂肪族鏈且會降低硬化物之Tg之樹脂,Tg均高於由環氧樹脂「jER(註冊商標)630」硬化而成之硬化物。又,「YED216D」具有如提高平均線膨脹率之柔軟之脂肪鏈,但如實施例8所示,平均線膨脹率低於由環氧樹脂「jER(註冊商標)630」硬化而成之硬化物。
產業上之可利用性
本發明之環氧樹脂、環氧樹脂組合物之保存穩定性優異,而可用作半導體密封劑或強化塑膠之清漆。又,其硬化物具有耐熱性較高、平均線膨脹率較低等特徵,因此可用作包含電子材料或強化塑膠之結構材料。
Claims (14)
- 如請求項1之環氧樹脂,其中上述B 1及B 2分別含有1個以上之環氧基。
- 如請求項1或2之環氧樹脂,其中上述B 1及B 2均為縮水甘油基。
- 一種環氧樹脂組合物,其包含如請求項1之環氧樹脂。
- 一種半導體密封劑,其包含如請求項6之環氧樹脂組合物。
- 一種強化塑膠材料用清漆,其包含如請求項6之環氧樹脂組合物。
- 一種環氧樹脂硬化物,其由如請求項6之樹脂組合物硬化而成。
- 一種電子材料,其由如請求項6之樹脂組合物硬化而成。
- 一種纖維強化塑膠材料,其由如請求項8之清漆硬化而成。
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