TWI844752B - 環氧樹脂組成物、使用其的預浸體、層疊板及印刷電路板、以及硬化物 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種環氧樹脂組成物、使用其的預浸體、層疊板及印刷電路板、以及硬化物,介電特性優異,進而Tg為200℃以上的耐熱性及阻燃性優異。本發明的環氧樹脂組成物包含含磷環氧樹脂、惡嗪樹脂及含脂環結構的酚樹脂,且磷含有率為0.5%~1.8%的範圍,所述環氧樹脂組成物的特徵在於,惡嗪樹脂的惡嗪當量為230 g/eq.以上,含磷環氧樹脂是由如下的酚醛清漆型環氧樹脂及下述通式(1)和/或通式(2)所表示的磷化合物獲得的生成物,所述酚醛清漆型環氧樹脂在GPC測定中七核體以上(H)與三核體(L)的比(L/H)為0.6~4.0,且平均官能基數(Mn/E)為3.8~4.8。
Description
本發明是有關於一種製造電子電路基板中所使用的覆銅層疊板、膜材、帶有樹脂的銅箔等的環氧樹脂組成物及使用了電子零件中所使用的密封材、成形材、注塑材、接著劑、電氣絕緣材料、塗裝材料等具有阻燃性的含磷環氧樹脂的阻燃性的環氧樹脂組成物、使用其的覆銅層疊板及印刷電路基板。
在近年來的電子設備的阻燃化中,考慮到對環境帶來的影響,正謀求以抑制在其燃燒時產生的有毒氣體為目的的應對。自現有的利用以溴化環氧樹脂為代表般的含鹵素化合物的阻燃化,實現了利用有機磷化合物的阻燃化,即無鹵素阻燃化。這些應對不限於電子電路基板,一般也以磷阻燃性而被廣泛使用並被認識,在與電路基板有關的環氧樹脂領域中也同樣。
作為賦予了此種磷阻燃性的環氧樹脂的具體代表例,提出有應用專利文獻1~專利文獻4中所公開般的有機磷化合物的方案。
專利文獻1中公開有使9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物(9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide,DOPO)與環氧樹脂類以規定的莫耳比反應而得的熱硬化性樹脂。
專利文獻2中公開有如下含磷環氧樹脂組成物,即,通過使醌化合物與以DOPO為代表的具有鍵結於磷原子的一個活性氫的有機磷化合物類反應而獲得的具有活性氫的有機磷化合物進而與包含酚醛清漆型環氧樹脂的環氧樹脂類反應而獲得。
專利文獻3中公開有使有機磷化合物、三官能環氧樹脂、二官能環氧樹脂及二官能酚化合物以規定調配比例反應而獲得的含磷環氧樹脂。
專利文獻4中公開有使用如下含磷原子的環氧樹脂作為主劑的硬化性樹脂組成物,即,使含磷原子的化合物與鄰羥基苯甲醛化合物反應並進行低聚而獲得的含磷原子的寡聚物與多官能型環氧樹脂反應而獲得。
在所述專利文獻1~專利文獻4中,硬化物可獲得與FR-4基板相當的阻燃性及玻璃轉移溫度(Tg),在近年來的基板的高密度安裝化或自汽車駕駛艙向機罩驅動部周邊的搭載化的發展中,在進一步的高溫下要求FR-5以上的阻燃性及耐熱性即玻璃轉移溫度(Tg)。
這些含磷環氧樹脂的硬化技術中,包含氮的二氰二胺(dicyandiamide,DICY)在彌補阻燃性的方面有效,一般良好地用作其硬化劑。但是,已知與使用酚硬化劑的硬化物相比,使用其的硬化物的吸水性及耐熱可靠性差,尤其是層疊板用途中的壓力蒸煮試驗(pressure cooker test,PCT)吸濕測試後的焊料耐熱性變差等的課題成為問題。
現有的含磷環氧樹脂一般與苯酚酚醛清漆等多官能酚硬化劑在硬化性上的相溶性差,有耐熱性(玻璃轉移溫度:Tg)變低的傾向。
作為獲得更高耐熱性的一種方法,認為將惡嗪樹脂用於硬化劑是有效的。例如,專利文獻5公開了以規定調配比例包含環氧樹脂、苯並惡嗪樹脂、二環戊二烯-苯酚樹脂以及胺系硬化劑的樹脂組成物。
但是,專利文獻5的樹脂組成物中,硬化物的阻燃性不充分,因此為了彌補這一點,需要併用阻燃性的添加劑。阻燃劑的添加,在上文中要求FR-5以上的極高耐熱性的基板的樹脂調配中,不得不大幅降低耐熱性。
因此,要求提出可同時保證耐熱性、介電特性、進而阻燃性的各特性的新的環氧樹脂組成物。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平11-166035號公報
[專利文獻2]日本專利特開平11-279258號公報
[專利文獻3]日本專利特開2002-206019號公報
[專利文獻4]日本專利特開2013-035921號公報
[專利文獻5]日本專利特開2017-20011號公報
[發明所要解決的問題]
本發明提供一種維持Tg為200℃以上的高耐熱特性,同時為低吸水且兼備低介電常數特性的非鹵素系阻燃性環氧樹脂組成物、使用其的預浸體、覆銅層疊板及印刷電路板。
[解決問題的技術手段]
本發明人等人為了克服這些課題而進行了努力研究,結果發現,在作為含磷環氧樹脂的原料的酚醛清漆型環氧樹脂中,通過著眼於七核體以上的高分子成分與三核體的比率及平均官能基數並確定它們而改善耐熱性及阻燃性的效果高,而且發現,作為所述環氧樹脂的硬化劑,將特定的惡嗪樹脂與含脂環結構的酚樹脂加以組合可維持極高的耐熱性,同時兼備低介電特性、及耐水性(低吸水性)、阻燃性。
即,本發明為一種環氧樹脂組成物,包含(A)含磷環氧樹脂、(B)惡嗪樹脂及(C)含脂環結構的酚樹脂,所述環氧樹脂組成物的特徵在於,
(B)惡嗪樹脂的惡嗪當量為230 g/eq.以上,(A)含磷環氧樹脂是由如下的酚醛清漆型環氧樹脂及下述通式(1)和/或通式(2)所表示的磷化合物獲得的生成物,所述酚醛清漆型環氧樹脂利用膠體滲透層析法測定而得的三核體的含有率(面積%,L)相對於七核體以上的含有率(面積%,H)的比(L/H)為0.6~4.0的範圍,且由標準聚苯乙烯換算值而得的數量平均分子量(Mn)除以環氧當量(E)而得的平均官能基數(Mn/E)為3.8~4.8的範圍,環氧樹脂組成物的磷含有率為0.5質量%~1.8質量%的範圍。
[化1]
所述通式(1)及通式(2)中,R1
及R2
分別獨立地為可具有雜原子的碳數1~20的烴基,可分別不同也可相同,可為直鏈狀、支鏈狀、環狀,也可形成R1
與R2
鍵結的環狀結構。k1及k2分別獨立地為0或1。A為碳數6~20的芳三基。
此外,膠體滲透層析法(gel permeation chromatography,GPC)的測定條件是使用在本體(東曹(Tosoh)股份有限公司製造,HLC-8220GPC)中串聯地包括管柱(東曹(Tosoh)股份有限公司製造,TSKgelG4000HXL
、TSKgelG3000HXL
、TSKgelG2000HXL
)的裝置,管柱溫度設為40℃。另外,在洗脫液中使用四氫呋喃(tetrahydrofuran,THF),設為1 mL/分鐘的流速,檢測器使用示差折射計(RI)檢測器。測定試樣是使用50 μL的將樣品0.05 g溶解於10 mL的THF中並利用微濾器(microfilter)過濾而得者。利用標準聚苯乙烯校準曲線來測定酚醛清漆型環氧樹脂的數量平均分子量(Mn)及各核體的含有率(面積%)。
所述(B)惡嗪樹脂可選自下述通式(3)所表示般的結構式的化合物。
[化2]
所述通式(3)中,R3
分別獨立地為芳香族環基,R4
分別獨立地為氫原子或碳數1~20的烴基,可形成位於相同苯環的兩個R4
連結的環狀結構。R5
分別獨立地為氫原子或碳數1~20的烴基。Y為-O-或-N(R6
)-,R6
為碳數1~20的烴基。Z為-CO-或-SO2
-。
另外,所述環氧樹脂組成物中所使用的(C)含脂環結構的酚樹脂可選自下述通式(4)所表示般的結構式的化合物。
[化3]
所述式(4)中,T為脂肪族環狀烴基,X為選自苯環、萘環、聯苯環、或雙苯基結構中的芳香族環基,這些芳香族環基可具有碳數1~6的烷基、碳數1~6的烷氧基、碳數6~10的芳基、碳數6~10的芳氧基、碳數7~12的芳烷基或碳數7~12的芳烷基氧基;i為1~3的整數;n以平均值計為1~10的數。
另外,本發明為使所述環氧樹脂組成物硬化而成的硬化物,且為使用所述環氧樹脂組成物的預浸體、層疊板、或印刷配線基板。
[發明的效果]
本發明的環氧樹脂組成物能夠使利用現有的環氧樹脂組成物而無法獲得的極高的耐熱性及阻燃性並存,進而提供一種低介電特性及低吸水性變良好的硬化物。
以下,對本發明的實施方式進行詳細說明。
本發明的環氧樹脂組成物為將(A)含磷環氧樹脂、(B)惡嗪樹脂及(C)含脂環結構的酚樹脂作為必需成分的非鹵素系阻燃性環氧樹脂組成物,磷含有率為0.5質量%~1.8質量%的範圍。本說明書中作為環氧樹脂組成物而言的磷含有率是指自環氧樹脂組成物中除去溶劑及無機填充劑的有機成分中的比率。在磷含有率小於0.5質量%的情況下,有阻燃性變得不充分之虞,若磷含有率超過1.8質量%,則有無法確保Tg=200℃以上的耐熱性之虞。優選的範圍是磷含有率為0.6質量%~1.6質量%,更優選的範圍是磷含有率為0.8質量%~1.3質量%。
(A)含磷環氧樹脂是通過具有特定的分子量分佈及特定的平均官能基數的酚醛清漆型環氧樹脂、與所述通式(1)所表示的磷化合物和/或通式(2)所表示的磷化合物的反應而獲得。但是,在僅單獨使用通式(2)的磷化合物的情況下,為了降低組成物的耐熱性,優選的是提高通式(1)的磷化合物的比率。具體而言,通式(1)的磷化合物與通式(2)的磷化合物的莫耳比優選為99:1~75:25,更優選為95:5~85:15。若為所述範圍,則作為含磷環氧樹脂組成物,就影響對玻璃布的含浸性等的黏度等的處理方面而言優選。
此外,若換算為原料莫耳比,則例如在通式(2)的磷化合物為DOPO,通式(1)的磷化合物為DOPO與萘醌(NQ)的反應產物的情況下,當NQ/DOPO(莫耳比)為0.50時,通式(1)的磷化合物與通式(2)的磷化合物的莫耳比相當於50:50,當NQ/DOPO(莫耳比)為0.99時,相當於99:1。
作為磷化合物,需要使用所述通式(1)或通式(2)所表示的磷化合物,可單獨使用也可併用。
通式(1)或通式(2)中,R1
及R2
表示可具有雜原子的碳數1~20的烴基,可分別不同也可相同,可為直鏈狀、支鏈狀、環狀。另外,R1
與R2
可鍵結而形成環狀結構。特別優選為苯環等的芳香族環基。在R1
及R2
為芳香族環基的情況下,可具有碳數1~8的烷基、碳數1~8的烷氧基、碳數5~8的環烷基、碳數6~10的芳基、碳數7~11的芳烷基、碳數6~10的芳氧基或碳數7~11的芳烷基氧基作為取代基。作為雜原子,可例示氧原子等,其可在烴鏈或構成烴環的碳間包含。
k1及k2分別獨立地為0或1。
A為三價的碳數6~20的芳香族烴基(芳三基)。優選為苯環基或萘環基。芳香族烴基可具有碳數1~6的烷基、碳數1~6的烷氧基、碳數6~10的芳基、碳數6~10的芳氧基、碳數7~12的芳烷基、或碳數7~12的芳烷基氧基作為取代基。
首先,若例示用作原料的所述通式(2)所表示的磷化合物,則可列舉:二甲基氧化膦、二乙基氧化膦、二丁基氧化膦、二苯基氧化膦、二苄基氧化膦、伸環辛基氧化膦、甲苯基氧化膦、雙(甲氧基苯基)氧化膦等,或苯基次膦酸苯酯、苯基次膦酸乙酯、甲苯基次膦酸甲苯酯、苄基次膦酸苄酯等,或DOPO、8-甲基-9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物、8-苄基-9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物、8-苯基-9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物、2,6,8-三丁基-9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物、6,8-二環己基-9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物等,或膦酸二苯酯、膦酸二甲苯酯、膦酸二苄酯、5,5-二甲基-1,3,2-二氧磷雜環己烷等,但並不限定於這些。這些磷化合物可單獨使用,也可將兩種以上混合使用。
另外,若例示用作原料的所述通式(1)所表示的磷化合物,則可列舉:10-(2,5-二羥基苯基)-10H-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物(DOPO-HQ)、10-[2-(二羥基萘基)]-9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物(DOPO-NQ)、二苯基氧膦基氫醌、二苯基氧膦基-1,4-二氧基萘、1,4-伸環辛基氧膦基-1,4-苯二醇、1,5-伸環辛基氧膦基-1,4-苯二醇等。這些磷化合物可單獨使用,也可將兩種以上混合使用,並不限定於這些。
與所述磷化合物一起用作(A)含磷環氧樹脂的原料的酚醛清漆型環氧樹脂,一般是使酚類與醛類的縮合反應生成物即酚醛清漆型酚樹脂與表氯醇等表鹵醇反應而獲得的多官能的酚醛清漆型環氧樹脂,由下述通式(5)所表示。
作為所使用的酚類,可列舉:苯酚、甲酚、乙基苯酚、丁基苯酚、苯乙烯化苯酚、枯基苯酚、萘酚、兒茶酚、間苯二酚(resorcinol)、萘二酚、雙酚A等,作為醛類,可列舉:福爾馬林、甲醛、羥基苯甲醛、水楊醛(salicylaldehyde)等。另外,使用伸二甲苯基二甲醇、二氯伸二甲苯、雙氯甲基萘、雙氯甲基聯苯等來代替醛類的芳烷基型酚樹脂在本發明中也相當於酚醛清漆型酚樹脂。
[化4]
所述通式(5)中,W為選自苯環、萘環、聯苯環或雙苯基結構中的芳香族環基,這些芳香族環基可具有碳數1~6的烷基、碳數1~6的烷氧基、碳數6~10的芳基、碳數6~10的芳氧基、碳數7~12的芳烷基、或碳數7~12的芳烷基氧基。
U為下述式(5a)或式(5b)所表示的交聯基。也可為二價的脂肪族環狀烴基。
j分別獨立地為1~3的整數,表示各芳香族環的羥基的個數,優選為1或2。
m以平均值計為1~10的數,優選為1~5。
[化5]
所述式(5a)及式(5b)中,R8
、R9
、R10
及R11
分別獨立地為氫原子或碳數1~6的烴基。B為選自苯環、萘環或聯苯環中的芳香族環基,這些芳香族環基可具有碳數1~6的烷基、碳數1~6的烷氧基、碳數6~10的芳基、碳數6~10的芳氧基、碳數7~12的芳烷基、或碳數7~12的芳烷基氧基作為取代基。
在U為二價的脂肪族環狀烴基的情況下,其碳數優選為5~15,更優選為5~10。此處,所謂二價的脂肪族環狀烴基,可列舉由二環戊二烯、四氫茚、4-乙烯基環己烯、5-乙烯基降冰片-2-烯、α-蒎烯、β-蒎烯、檸檬烯等不飽和環狀脂肪族烴化合物所衍生的二價的脂肪族環狀烴基、或三甲基伸環己基、四甲基伸環己基、伸環十二烷基等伸環烷基等。
作為一般的酚醛清漆型環氧樹脂的具體例,可列舉:苯酚酚醛清漆型環氧樹脂(例如,艾普托妥(Epotohto)YDPN-638(日鐵化學&材料股份有限公司製造)、jER152、jER154(以上為三菱化學股份有限公司製造)、艾比克隆(EPICLON)N-740、N-770、N-775(以上為迪愛生(DIC)股份有限公司製造)等)、甲酚酚醛清漆型環氧樹脂(例如,艾普托妥(Epotohto)YDCN-700系列(日鐵化學&材料股份有限公司製造)、艾比克隆(EPICLON)N-660、N-665、N-670、N-673、N-695(以上為迪愛生(DIC)股份有限公司製造)、EOCN-1020、EOCN-102S、EOCN-104S(以上為日本化藥股份有限公司製造)等)、烷基酚醛清漆型環氧樹脂(例如,艾普托妥(Epotohto)ZX-1071T、ZX-1270、ZX-1342(以上為日鐵化學&材料股份有限公司製造)等)、芳香族改質苯酚酚醛清漆型環氧樹脂(例如,艾普托妥(Epotohto)ZX-1247、GK-5855、TX-1210、YDAN-1000(以上為日鐵化學&材料股份有限公司製造)等)、雙酚酚醛清漆型環氧樹脂、萘酚酚醛清漆型環氧樹脂(例如,艾普托妥(Epotohto)ZX-1142L(日鐵化學&材料股份有限公司製造)等)、β-萘酚芳烷基型環氧樹脂(例如,ESN-155、ESN-185V、ESN-175(以上為日鐵化學&材料股份有限公司製造)等)、萘二酚芳烷基型環氧樹脂(例如,ESN-355、ESN-375(以上為日鐵化學&材料股份有限公司製造)等)、α-萘酚芳烷基型環氧樹脂(例如,ESN-475V、ESN-485(以上為日鐵化學&材料股份有限公司製造)等)、聯苯芳烷基苯酚型環氧樹脂(例如,NC-3000、NC-3000H(以上為日本化藥股份有限公司製造)等)、三羥基苯基甲烷型環氧樹脂(例如,EPPN-501、EPPN-502(以上為日本化藥股份有限公司製造)等)、二環戊二烯型環氧樹脂(例如,艾比克隆(EPICLON)HP7200、HP-7200H(以上為迪愛生(DIC)股份有限公司製造)等)等。然而,通常,這些市售酚醛清漆型環氧樹脂不具有作為本發明中所使用的酚醛清漆型環氧樹脂的特徵的特定的分子量分佈,平均官能基數也在範圍外。
為了獲得本發明中所使用的具有特定的分子量分佈及特定的平均官能基數的酚醛清漆型環氧樹脂,將通過使酚類與醛類在酸催化劑存在下反應而獲得的酚醛清漆型酚樹脂作為其起始原料。這些反應方法例如可為通過日本專利特開2002-194041號公報、日本專利特開2007-126683號公報、日本專利特開2013-107980號公報所示般的製造方法而獲得的公知方法,並無特別限定。
關於所獲得的起始原料酚醛清漆型酚樹脂,進行如下調整,即,通過蒸餾等各種方法將以二核體為中心的低分子量除去或將含有率降低至10面積%以下後,進而在酸催化劑存在下再次與醛類進行縮合,藉此,減少二核體,且同時增加七核體以上的比率。由於酚醛清漆型環氧樹脂是反映所述酚醛清漆型酚樹脂的分子量分佈地加以環氧化,因此在所獲得的酚醛清漆型環氧樹脂中也獲得各核體的含有率得到同樣調整者。
此外,在本說明書中,酚醛清漆型環氧樹脂的各核體的「含有率」是通過GPC測定而得的「面積%」,有時表述為含有率或面積%。另外,有時將七核體以上的含有率與三核體的含有率分別簡單地表述為「H」、「L」。此處,在由所述通式(6)所表示的酚醛清漆型環氧樹脂中,所謂三核體是m為2的情況,所謂七核體以上是m為6以上的情況。
在酚醛清漆型酚樹脂的製造中,調整酚類相對於醛類1莫耳的莫耳比來調整酚類與醛類的莫耳比而進行製造。一般而言,在酚類的使用莫耳比大的情況下生成大量二核體,繼而生成大量三核體,隨著酚類的使用莫耳比變小則生成大量作為多核體的高分子量,相反二核體及三核體減少。
在不除去低分子的一般的酚醛清漆型酚樹脂中,在提高官能基數的情況下,一般是減小酚相對於醛類1莫耳的莫耳比來提高縮合度。在所述製法的情況下,所獲得的酚醛清漆型酚樹脂的分子量分佈的分散(Mw/Mn)變寬,數量平均分子量(Mn)的值因殘存的二核體量的影響而變為低值。另一方面,通過GPC測定而得的七核體以上的含有率(面積%)的增加顯著變大。另外,在將所述酚醛清漆型酚樹脂環氧化的情況下,環氧當量(E)也變高,因此平均官能基數(Mn/E)的值有變小的傾向,不適合作為以高耐熱性為目標的環氧樹脂。
關於阻燃性,酚醛清漆型環氧樹脂的二核體為二官能體,因此對硬化物中的交聯結構的參與弱,擔心由點火時的熱分解性的高低對阻燃性造成的不良影響。因此,作為促進阻燃性的系統之一,除去以二核體為中心的低分子,進而使之再次縮合對阻燃性有效。
另一方面,作為促進阻燃性的另一方法,也已知抑制可燃性分解氣體向外部產生的方法。因此,優選為將硬化物的高溫下的橡膠狀區域的彈性係數抑制得低。但已知如下事例,在高耐熱性硬化物中,由於其交聯密度高而有高溫彈性係數變高的傾向,燃燒後形成的不燃性的炭附近變硬變脆,從而使阻燃性變差。
因此,考慮到這些的促進阻燃性的機制,對通過在減少二核體的同時也不過度增加多核體的方法來實現多官能化的方法進行了努力研究,結果發現,將減少二核體後以三核體為主體的原料作為起始原料進行再縮合來實現多官能化的方法對阻燃性有效。即,通過使用三核體的含有率(L)相對於七核體以上的含有率(H)的比(L/H)為0.6~4.0的範圍的酚醛清漆型環氧樹脂作為含磷環氧樹脂的原料,即便減少磷化合物的使用量,也能夠由樹脂自身充分發揮阻燃性效果。
在使用通過所述方法而獲得的含磷環氧樹脂的情況下,可將含磷環氧樹脂組成物的硬化物在高溫區域的彈性係數抑制得低,進而阻燃性也得到提高。具體而言,在使用動態黏彈性測定裝置(DMA:升溫速度2℃/分鐘、頻率1 Hz的測定條件)的實測中,通過降低在220℃以上穩定化的存儲彈性係數的值,燃燒試驗片的燃燒部發泡而促進火熄滅。作為彈性係數的值,優選的是調整為150 MPa以下,進而調整為50 MPa以下。若七核體以上的含有率過度增加,則硬化物的交聯密度提高,燃燒部周邊的炭變硬變脆,阻燃性變差。
在作為本發明中所使用的含磷環氧樹脂的原料的酚醛清漆型環氧樹脂中,作為自其原料即酚醛清漆型酚樹脂中除去或減少二核體的方法,利用各種溶媒的溶解性差的方法、溶解於鹼性水溶液中來除去的方法、通過薄膜蒸餾來除去的方法等為公知方法,這些可使用任一種分離方法。
通過所述方法而除去或減少了二核體的酚醛清漆型酚樹脂是通過再次與醛類縮合而進行分子量分佈的調整。作為再縮合方法,可為如下方法:在溶解於甲苯或異丁基酮等有機溶劑後,通過酸催化劑而進行與醛類的反應;或在無溶劑的溶融狀態下進行同樣的反應。酸催化劑中可單獨或混合使用鹽酸、硫酸、硼酸等無機酸類,草酸、乙酸、苯磺酸、對甲苯磺酸、二甲苯磺酸、對苯酚磺酸、甲磺酸、乙磺酸等有機酸類。另外,醛類一般可使用公知者。例如可列舉甲醛、多聚甲醛(paraformaldehyde)、氯乙醛、二氯乙醛、溴乙醛、三聚甲醛(trioxane)、乙醛(acetaldehyde)、乙二醛(glyoxal)、丙烯醛(acrolein)、甲基丙烯醛(methacrolein)等,在苯酚酚醛清漆的製造中,優選為甲醛、多聚甲醛。所述情況下,醛類可使用一種或使用兩種以上的混合物。醛類等的裝入方法能夠通過在酸催化劑存在下以包括充足的冷卻設備的狀態與原料一起一併裝入的方法、或一面確認伴隨反應的進行的發熱狀況一面分開加入的方法等與設備對應的方法來實施。
關於再縮合中所使用的醛使用量,相對於酚醛清漆型酚樹脂的裝入量除以酚醛清漆型酚樹脂的實際平均分子量而獲得的莫耳數,優選為以0.06倍~0.30倍使用,在以更優選的0.08倍~0.15倍、進而以0.10倍~0.12倍進行反應的情況下,能夠實現作為酚醛清漆型環氧樹脂而言最適合的核體的調整。此外,此處的「實際平均分子量」是指將由GPC測定而得的各核體的面積%乘以各理論分子量後對這些進行累計平均化而得到的分子量。在其小於0.06倍的情況下,含磷環氧樹脂的平均官能基數不足,無法獲得200℃以上的耐熱性。另外,在多於0.30倍的情況下,平均官能基數過度提高,因硬化物的高彈性化而無法獲得充分的阻燃性。
關於以所述方式獲得的酚醛清漆型酚樹脂的環氧化,可利用公知的方法來進行。例如,可相對於酚醛清漆型酚樹脂的羥基的莫耳數而使用3倍莫耳~5倍莫耳的表鹵醇,在100 torr~200 torr(13.3 kPa~26.7 kPa)的減壓下,在60℃~70℃下歷時2小時一面滴加苛性鈉水溶液一面進行反應。
關於通過這些方法而獲得的酚醛清漆型環氧樹脂,在使用GPC的測定中,三核體的面積%(L)相對於七核體以上的面積%(H)的比(L/H)為0.6~4.0的範圍,且數量平均分子量(Mn)除以環氧當量(E)而得到的平均官能基數(Mn/E)為3.8~4.8的範圍。
此處,若(L/H)超過4.0,則三核體變多,平均官能基數小於3.8,使用了含磷環氧樹脂的硬化物的耐熱性下降,無法獲得200℃以上的Tg。另一方面,在(L/H)小於0.6的情況下,七核體以上變多,二核體也變少,因此硬化物變硬變脆,阻燃性大大受損。更優選的是L/H為1.0~3.0的範圍的酚醛清漆型環氧樹脂。
由通式(1)和/或通式(2)所表示的磷化合物與所述酚醛清漆型環氧樹脂獲得含磷環氧樹脂的反應是通過公知的方法進行。例如,如專利文獻2所記載般,可為在進行通式(1)與通式(2)的合成後加入酚醛清漆型環氧樹脂等並使其均勻化後,添加三苯基膦等作為催化劑,使其在150℃下反應的方法。
另外,為了縮短時間或降低反應溫度,所述反應中也可使用催化劑。使用催化劑並無特別限制,能夠使用環氧樹脂的合成中通常所使用者。例如能夠使用苄基二甲胺等三級胺類、四甲基氯化銨等四級銨鹽類、三苯基膦、三(2,6-二甲氧基苯基)膦等膦類、乙基三苯基溴化鏻等鏻鹽類、2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑等咪唑類等各種催化劑,可單獨使用也可併用兩種以上,並不限定於這些。另外,也可分開而分為數次來使用。
此處的催化劑量並無特別限定,相對於含磷環氧樹脂(作為原料的酚醛清漆型環氧樹脂與磷化合物的合計量),優選為5質量%以下,更優選為1質量%以下,進而優選為0.5質量%以下。若催化劑量多,則根據情況不同而進行環氧基的自聚合反應,因此樹脂黏度變高而欠佳。另外,在使此處的反應中途停止而形成預反應環氧樹脂的情況下,通過將其催化劑量設為0.1質量%以下,可容易地將反應率調整為60%~90%。
在使通式(1)或通式(2)所表示的磷化合物與酚醛清漆型環氧樹脂反應時,視需要也可在不損及本發明的特性的範圍內併用各種環氧樹脂改質劑。作為改質劑,可列舉:雙酚A、雙酚F、雙酚AD、四丁基雙酚A、對苯二酚、甲基對苯二酚、二甲基對苯二酚、二丁基對苯二酚、雷瑣辛(resorcin)、甲基雷瑣辛、聯苯酚、四甲基聯苯酚、4,4'-(9-亞茀基)二苯酚、二羥基萘、二羥基二苯醚、二羥基二苯乙烯類、苯酚酚醛清漆樹脂、甲酚酚醛清漆樹脂、雙酚A酚醛清漆樹脂、二環戊二烯苯酚樹脂、苯酚芳烷基樹脂、萘酚酚醛清漆樹脂、萜烯酚樹脂、重質油改質酚樹脂、溴化苯酚酚醛清漆樹脂等各種酚類,或通過各種酚類與羥基苯甲醛、巴豆醛、乙二醛等各種醛類的縮合反應而獲得的多元酚樹脂,或苯胺、苯二胺、甲苯胺、二甲苯胺(xylidine)、二乙基甲苯二胺、二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯基乙烷、二氨基二苯基丙烷、二氨基二苯基酮、二氨基二苯基硫醚、二氨基二苯基碸、雙(氨基苯基)茀、二氨基二乙基二甲基二苯基甲烷、二氨基二苯醚、二氨基苯甲醯苯胺(diamino benzanilide)、二氨基聯苯、二甲基二氨基聯苯、聯苯四胺、雙氨基苯基蒽、雙氨基苯氧基苯、雙氨基苯氧基苯基醚、雙氨基苯氧基聯苯、雙氨基苯氧基苯基碸、雙氨基苯氧基苯基丙烷、二氨基萘等胺化合物,但並不限定於這些。這些的環氧樹脂改質劑可單獨使用也可併用兩種以上。
另外,反應中也可使用惰性溶媒。具體而言,可使用:己烷、庚烷、辛烷、癸烷、二甲基丁烷、戊烯、環己烷、甲基環己烷、苯、甲苯、二甲苯、乙基苯等各種烴,或異丙醇、異丁醇、異戊醇、甲氧基丙醇等各種醇,或乙醚、異丙基醚、丁基醚、二異戊基醚、甲基苯基醚、乙基苯基醚、戊基苯基醚、乙基苄基醚、二惡烷、甲基呋喃、四氫呋喃等醚類,或甲基溶纖劑、甲基溶纖劑乙酸酯、乙基溶纖劑、乙基溶纖劑乙酸酯、乙二醇異丙醚、二乙二醇二甲醚、甲基乙基卡必醇、丙二醇單甲醚、二甲基甲醯胺、二甲基亞碸等,但並不限定於這些,也可混合使用兩種以上。
關於(B)惡嗪樹脂,若惡嗪當量為230 g/eq.以上,則能夠使用各種。優選的惡嗪當量的範圍為230 g/eq.~500 g/eq.,更優選為240 g/eq.~400 g/eq.,進而優選為250 g/eq.~380 g/eq.,特別優選為260 g/eq.~350 g/eq.。除了具有所述通式(3)的結構的惡嗪樹脂以外,還優選為具有下述通式(6)或通式(7)的結構的惡嗪樹脂。為了進一步提高硬化物的耐熱性、阻燃性,更優選為具有所述通式(3)的結構的惡嗪樹脂。
作為惡嗪樹脂,具體而言可列舉:雙酚A型苯並惡嗪化合物(例如,XU3560CH(亨斯邁(Huntsman)公司製造)等)、雙酚S型苯並惡嗪化合物(例如,BS-BXZ(小西化學工業股份有限公司製造)等)、酚酞型苯並惡嗪化合物(例如,LMB6490(亨斯邁(Huntsman)公司製造)等)、二氨基二苯基碸型惡嗪樹脂、苯酚酚醛清漆型苯並惡嗪化合物(例如,YBZ-2213(日鐵化學&材料股份有限公司製造)等,但並不限定於這些。
[化6]
在通式(3)、通式(6)及通式(7)中,R3
表示芳香族環基,優選為苯基或萘基,這些芳香族環基可具有碳數1~6的烷基、碳數1~6的烷氧基、碳數6~10的芳基、碳數6~10的芳氧基、碳數7~12的芳烷基、或碳數7~12的芳烷基氧基作為取代基。
R4
分別獨立地為氫原子或可為直鏈狀、支鏈狀、環狀的任一者的碳數1~20的烴基,也可形成位於相同苯環的兩個R4
連結的環狀結構。在R4
為芳香族環基的情況下,可具有碳數1~8的烷基、碳數1~8的烷氧基、碳數5~8的環烷基、碳數6~10的芳基、碳數7~11的芳烷基、碳數6~10的芳氧基或碳數7~11的芳烷基氧基作為取代基。
R5
分別獨立地為氫原子或碳數1~20烴基。
R7
分別獨立地為-O-、-SO2
-、-C(CH3
)2
-、-CH(CH3
)-、-CH2
-、及經取代或未經取代的四氫二環戊二烯二基。
V表示芳香族環基,優選為伸苯基或伸萘基,這些芳香族環基可具有碳數1~6的烷基、碳數1~6的烷氧基、碳數6~10的芳基、碳數6~10的芳氧基、碳數7~12的芳烷基,或碳數7~12的芳烷基氧基作為取代基。
Y為-O-或-N(R6
)-,R6
為碳數1~20的烴基。
Z為-CO-或-SO2
-。
作為具有通式(3)的結構的優選的惡嗪樹脂,例如可列舉下述式(3a)~式(3l)所表示的化合物,但並不限定於這些。這些中,優選為(3a)、(3b)、(3c)、(3d)、(3g)、(3h)、(3i)、(3j)、(3k)、(3l),更優選為(3a)、(3c)、(3d)、(3g)、(3h)、(3i)、(3j)、(3k)、(3l),進而優選為(3a)、(3c)、(3h)、(3i)、(3k)、(3l)。
[化7]
在本發明的環氧樹脂組成物中,相對於(A)含磷環氧樹脂100質量份,(B)惡嗪樹脂的調配量優選為10質量份~80質量份,更優選為15質量份~75質量份,進而優選為20質量份~70質量份,特別優選為30質量份~65質量份。若為在所述範圍內所添加的惡嗪樹脂的含量,則可使由本發明的樹脂組成物獲得的硬化物達到期望的低介電損耗值(Df)。若惡嗪樹脂小於10質量份,則有可能達不到期望的低介電損耗值,若超過80質量份,則由樹脂組成物製造的基板的耐熱性有可能變差。
(C)含脂環結構的酚樹脂由所述通式(4)表示。
通式(4)中,T為二價的脂肪族環狀烴基,且為必需的結構。
W為選自苯環、萘環、聯苯環或雙苯基結構中的芳香族環基,這些芳香族環基可具有碳數1~6的烷基、碳數1~6的烷氧基、碳數6~10的芳基、碳數6~10的芳氧基、碳數7~12的芳烷基、或碳數7~12的芳烷基氧基。
i分別獨立地為1~3的整數,表示各芳香族環的羥基的個數,優選為1或2。
n以平均值計為1~10的數,優選為1~5。
二價的脂肪族環狀烴基的碳數優選為5~20,更優選為5~12。此處,所謂二價的脂肪族環狀烴基是經取代或未經取代的環烷基二基或其縮合環基,優選為兩個以上脂肪族環縮合而成的縮合環基,可具有碳數1~10的取代基,另外,在單環的情況下,優選為同一碳鍵結的1,1-伸環烷基(環烷基-1,1-二基)。
作為碳數1~10的取代基,可列舉碳數1~10的烷基、碳數6~10的芳基、或碳數7~10的芳烷基。作為碳數1~10的烷基,可為直鏈狀、支鏈狀、環狀的任一者,例如可列舉:甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、第二丁基、第三丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、環己基、甲基環己基、二甲基環己基、環辛基等,但並不限定於這些。作為碳數6~10的芳基,可列舉苯基、甲苯基、二甲苯基、乙基苯基、萘基等,但並不限於這些。作為碳數7~10的芳烷基,可列舉苄基、α-甲基苄基等,但並不限定這些。
作為二價的脂肪族環狀烴基,例如可列舉:環戊烷-1,1-二基、環己烷-1,1-二基、環庚烷-1,1-二基、環辛烷-1,1-二基、環壬烷-1,1-二基、環癸烷-1,1-二基、環十一烷-1,1-二基、環十二烷-1,1-二基、2-甲基環己烷-1,1-二基、3-甲基環己烷-1,1-二基、4-甲基環己烷-1,1-二基、2-乙基環己烷-1,1-二基、3-乙基環己烷-1,1-二基、4-乙基環己烷-1,1-二基、2-第三丁基環己烷-1,1-二基、3-第三丁基環己烷-1,1-二基、4-第三丁基環己烷-1,1-二基、2-苯基環己烷-1,1-二基、3-苯基環己烷-1,1-二基、4-苯基環己烷-1,1-二基、3,3,5-三甲基環己烷-1,1-二基、3,3,5,5-四甲基環己烷-1,1-二基、3-甲基環己烷-1,1-二基、2-異丙基-5-甲基環己烷-1,5-二基、或下述式(4a)~式(4l)所表示的交聯劑等,但並不限定於這些。此外,下述式(4a)~式(4l)所表示的交聯劑也可具有碳數1~6的取代基。
這些中,更優選為3,3,5-三甲基環己烷-1,1-二基、3,3,5,5-四甲基環己烷-1,1-二基、環十二烷-1,1-二基、(4a)、(4b)、(4c)、(4d)、(4e)、(4f)、(4h)、(4j)、(4l),進而優選為3,3,5-三甲基環己烷-1,1-二基、3,3,5,5-四甲基環己烷-1,1-二基、環十二烷-1,1-二基、(4a)、(4b)、(4c)、(4d)、(4e)、(4f),特別優選為3,3,5-三甲基環己烷-1,1-二基、環十二烷-1,1-二基、(4c)。
[化8]
本發明的環氧樹脂組成物中,相對於(A)含磷環氧樹脂100質量份,(C)含脂環結構的酚樹脂的調配量優選為10質量份~50質量份,更優選為15質量份~45質量份,進而優選為20質量份~40質量份。若為在所述範圍內所調配的含脂環結構的酚樹脂的含量,則可使由所述樹脂組成物獲得的硬化物達到期望的相對介電常數的值(Dk)。若含脂環結構的酚樹脂小於10質量份,則有可能達不到期望的相對介電常數值,進而基板的耐熱性有可能變差。若超過50質量份,則由樹脂組成物製造的基板的耐熱性有可能變差。
本發明的環氧樹脂組成物視需要也可併用所述含磷環氧樹脂以外的環氧樹脂。作為可併用的環氧樹脂,例如可列舉:聚縮水甘油醚化合物、聚縮水甘油胺化合物、聚縮水甘油酯化合物、脂環式環氧化合物、其他改質環氧樹脂等,但並不限於這些,這些環氧樹脂可單獨使用或併用兩種以上。在併用環氧樹脂的情況下,優選為全部環氧樹脂的50質量%以下,更優選為30質量%以下。若所併用的環氧樹脂過多,則有可能無法獲得耐熱性與阻燃性並存的效果。
作為可併用的環氧樹脂,具體而言,可列舉:雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、四甲基雙酚F型環氧樹脂、氫醌型環氧樹脂、聯苯型環氧樹脂、雙酚茀型環氧樹脂、雙酚S型環氧樹脂、雙硫醚型環氧樹脂、間苯二酚型環氧樹脂、聯苯芳烷基苯酚型環氧樹脂、萘二酚型環氧樹脂、苯酚酚醛清漆型環氧樹脂、芳香族改質苯酚酚醛清漆型環氧樹脂、甲酚酚醛清漆型環氧樹脂、烷基酚醛清漆型環氧樹脂、雙酚酚醛清漆型環氧樹脂、萘酚酚醛清漆型環氧樹脂、β-萘酚芳烷基型環氧樹脂、二萘酚芳烷基型環氧樹脂、α-萘酚芳烷基型環氧樹脂、三苯基甲烷型環氧樹脂、二環戊二烯型環氧樹脂、烷二醇型環氧樹脂、脂肪族環狀環氧樹脂、二氨基二苯基甲烷四縮水甘油胺、氨基苯酚型環氧樹脂、氨基甲酸酯改質環氧樹脂、含惡唑烷酮環的環氧樹脂等,但並不限定於這些。
本發明的環氧樹脂組成物在不損及效果的範圍內,也可併用現有的公知硬化劑。作為可併用的硬化劑,可列舉所述(C)含脂環結構的酚樹脂以外的酚樹脂系硬化劑、或酸酐系硬化劑、胺系硬化劑或者其他硬化劑等通常使用的硬化劑,這些硬化劑可僅使用一種,也可併用兩種以上。這些中,就賦予耐熱性的方面而言,優選為二氰二胺硬化劑,就賦予吸水率或長期熱穩定性的方面而言,優選為酚樹脂系硬化劑。
相對於(C)含脂環結構的酚樹脂100質量份,可併用的硬化劑的調配量優選為50質量份以下,更優選為25質量份以下,進而優選為10質量份以下。另外,也可從其他觀點求出調配量。相對於環氧樹脂組成物中的全部環氧樹脂的環氧基1莫耳,硬化劑的活性氫基為0.2莫耳~1.5莫耳的範圍。在相對於環氧基1莫耳而言活性氫基小於0.2莫耳或超過1.5莫耳的情況下,硬化變得不完全,有可能無法獲得良好的硬化物性。優選為0.3莫耳~1.5莫耳,更優選為0.5莫耳~1.5莫耳,進而優選為0.8莫耳~1.2莫耳。
本發明中所謂活性氫基是具有與環氧基具有反應性的活性氫的官能基(包含具有因水解等而產生活性氫的潛在性活性氫的官能基、或顯示同等的硬化作用的官能基),具體而言可列舉酸酐基或羧基或氨基或酚性羥基等。此外,關於活性氫基,計算出1莫耳的羧基或酚性羥基為1莫耳,氨基(NH2
)為2莫耳。另外,在活性氫基並不明確的情況下,可通過測定而求出活性氫當量。例如,可使環氧當量已知的苯基縮水甘油醚等單環氧樹脂與活性氫當量未知的硬化劑反應,測定所消耗的單環氧樹脂的量,藉此求出所使用的硬化劑的活性氫當量。
作為可併用的酚樹脂系硬化劑,具體例可列舉:雙酚A、雙酚F、雙酚C、雙酚K、雙酚Z、雙酚S、四甲基雙酚A、四甲基雙酚F、四甲基雙酚S、四甲基雙酚Z、二羥基二苯硫醚、雙酚TMC、4,4'-(9-亞茀基)二苯酚、4,4'-硫代雙(3-甲基-6-第三丁基苯酚)等雙酚類,或兒茶酚、雷瑣辛、甲基雷瑣辛、對苯二酚、單甲基對苯二酚、二甲基對苯二酚、三甲基對苯二酚、單-第三丁基對苯二酚、二-第三丁基對苯二酚等二羥基苯類,或二羥基萘、二羥基甲基萘、二羥基甲基萘、三羥基萘等羥基萘類,或LC-950PM60(新安(Shin-AT&C)公司製造)等含磷酚硬化劑,或昭能(Shonol)BRG-555(愛克工業(Aica Kogyo)股份有限公司製造)等苯酚酚醛清漆樹脂、DC-5(日鐵化學&材料股份有限公司製造)等甲酚酚醛清漆樹脂、芳香族改質苯酚酚醛清漆樹脂、雙酚A酚醛清漆樹脂、樂吉拓(Resitop)TPM-100(群榮化學工業股份有限公司製造)等三羥基苯基甲烷型酚醛清漆樹脂、萘酚酚醛清漆樹脂等苯酚類、萘酚類、聯苯酚類和/或雙酚類與醛類的縮合物,SN-160、SN-395、SN-485(以上為日鐵化學&材料股份有限公司製造)等苯酚類、萘酚類、聯苯酚類和/或雙酚類與伸二甲苯基二醇的縮合物,苯酚類、萘酚類、聯苯酚類和/或雙酚類與異丙烯基苯乙酮的縮合物,苯酚類、萘酚類、聯苯酚類和/或雙酚類與聯苯系縮合劑的縮合物等所謂的被稱為「酚醛清漆型酚樹脂」的酚化合物,或PS-6313(群榮化學工業股份有限公司製造)等三嗪環及含羥基苯基的化合物等。就容易獲取的觀點而言,優選為苯酚酚醛清漆樹脂、三羥基苯基甲烷型酚醛清漆樹脂、芳香族改質苯酚酚醛清漆樹脂等。
在酚醛清漆型酚樹脂的情況下,作為苯酚類,可列舉苯酚、甲酚、二甲酚、丁基苯酚、戊基苯酚、壬基苯酚、丁基甲基苯酚、三甲基苯酚、苯基苯酚等,作為萘酚類,可列舉1-萘酚、2-萘酚等,此外也可列舉所述聯苯酚類或雙酚類。
作為醛類,可列舉:甲醛、乙醛、丙醛、丁醛、戊醛、己醛、苯甲醛、氯醛、溴醛、乙二醛、丙二醛、丁二醛、戊二醛、己二醛、庚二醛、癸二醛、丙烯醛、巴豆醛、水楊醛、鄰苯二甲醛、羥基苯甲醛等。
作為聯苯系縮合劑,可列舉雙(羥甲基)聯苯、雙(甲氧基甲基)聯苯、雙(乙氧基甲基)聯苯、雙(氯甲基)聯苯等。
作為酸酐系硬化劑,具體而言可列舉:甲基四氫鄰苯二甲酸酐、六氫鄰苯二甲酸酐、均苯四甲酸酐、鄰苯二甲酸酐、偏苯三甲酸酐、甲基納迪克酸酐等。
作為胺系硬化劑,具體而言可列舉:二乙三胺、三乙四胺、間苯二甲胺、異佛爾酮二胺、二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯基碸、二氨基二苯基醚、苄基二甲胺、2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚、二氰二胺、或作為二聚酸等酸類與多胺類的縮合物的聚醯胺胺等胺系化合物等。
作為其他硬化劑,具體而言可列舉:三苯基膦等膦化合物,四苯基溴化鏻等鏻鹽,2-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-十一烷基咪唑、1-氰基乙基-2-甲基咪唑等咪唑類,作為咪唑類與偏苯三甲酸、異氰脲酸或硼酸等的鹽的咪唑鹽類,苄基二甲胺、2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚等胺類,三甲基氯化銨等四級銨鹽類,二氮雜雙環化合物,二氮雜雙環化合物與苯酚類或苯酚酚醛清漆樹脂類等的鹽類,三氟化硼與胺類或醚化合物等的絡合化合物,芳香族鏻鹽或芳香族碘鎓鹽,或醯肼類,或酸性聚酯類等。
另外,為了調整硬化性,本發明的環氧樹脂組成物可使用公知的反應延遲劑。例如,能夠使用硼酸、硼酸酯、磷酸、烷基磷酸酯、對甲苯磺酸等。
作為硼酸酯,可列舉:硼酸三丁酯、三甲氧基環硼氧烷(trimethoxyboroxine)、硼酸乙酯、環氧-苯酚-硼酸酯調配物(例如,可達庫(CUREDUCT)L-07N(四國化成工業股份有限公司製造)等)等,作為烷基磷酸酯,可列舉磷酸三甲酯、磷酸三丁酯等。
反應延遲劑可單獨使用,也可將多種混合使用,就使用量的調整容易度而言,優選為單獨使用,特別是使用少量的硼酸時其效果最良好。使用時可溶解於甲醇或丁醇、2-丙醇等醇系溶劑中,以5質量%~20質量%的濃度使用。特別是在硬化劑為二氰二胺的情況下,相對於硬化劑1莫耳,硼酸優選為0.1莫耳~0.5莫耳,就獲得延遲效果及耐熱性的方面而言,更優選為0.15莫耳~0.35莫耳。另外,在硬化劑為酚系硬化劑的情況下,相對於含磷環氧樹脂,優選為0.1質量份~5質量份,就獲得耐熱性的方面而言,更優選為0.1質量份~1質量份。特別是若硼酸使用量增加到5質量份以上,則就調整硬化性而言需要增加咪唑等反應促進劑的量,顯著損及硬化物中的絕緣可靠性,因此欠佳。
環氧樹脂組成物可視需要而使用硬化促進劑。例如可列舉:2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑等咪唑類,或2-(二甲基氨基甲基)苯酚、1,8-二氮雜-雙環(5,4,0)十一烯-7等三級胺類,或三苯基膦、三環己基膦、三苯基膦三苯基硼烷等膦類,或辛酸錫等金屬化合物。相對於環氧樹脂組成物中的環氧樹脂100質量份,硬化促進劑可視需要而使用0.02質量份~5.0質量份。通過使用硬化促進劑,可降低硬化溫度、或縮短硬化時間。
環氧樹脂組成物也可使用有機溶劑或反應性稀釋劑來用於調整黏度。
作為有機溶劑,例如可列舉:N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺等醯胺類,或乙二醇單甲醚、二甲氧基二乙二醇、乙二醇二乙醚、二乙二醇二乙醚、三乙二醇二甲醚等醚類,或丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環己酮等酮類,或甲醇、乙醇、1-甲氧基-2-丙醇、2-乙基-1-己醇、苄醇、乙二醇、丙二醇、丁基二乙二醇、松油等醇類,或乙酸丁酯、乙酸甲氧基丁酯、甲基溶纖劑乙酸酯、乙基溶纖劑乙酸酯、乙基二乙二醇乙酸酯、丙二醇單甲醚乙酸酯、卡必醇乙酸酯、苄醇乙酸酯等乙酸酯類,或苯甲酸甲酯、苯甲酸乙酯等苯甲酸酯類,或甲基溶纖劑、乙基溶纖劑、丁基溶纖劑等溶纖劑類,或甲基卡必醇、乙基卡必醇、丁基卡必醇等卡必醇類,或苯、甲苯、二甲苯等芳香族烴類,或二甲基亞碸、乙腈、N-甲基吡咯啶酮等,但並不限定於這些。
作為反應性稀釋劑,例如可列舉:烯丙基縮水甘油醚、丁基縮水甘油醚、2-乙基己基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚、甲苯基縮水甘油醚等單官能縮水甘油醚類,或間苯二酚二縮水甘油醚、新戊二醇二縮水甘油醚、1,4-丁二醇二縮水甘油醚、1,6-己二醇二縮水甘油醚、環己烷二甲醇二縮水甘油醚、丙二醇二縮水甘油醚等二官能縮水甘油醚類,或甘油聚縮水甘油醚、三羥甲基丙烷聚縮水甘油醚、三羥甲基乙烷聚縮水甘油醚、季戊四醇聚縮水甘油醚等多官能縮水甘油醚類,或新癸烷酸縮水甘油酯等縮水甘油酯類,或苯基二縮水甘油胺、甲苯基二縮水甘油胺等縮水甘油胺類,但並不限定於這些。
這些有機溶媒或反應性稀釋劑優選為以不揮發成分為90質量%以下而單獨使用或使用混合有多種者,其適當的種類或使用量可根據用途而適宜選擇。例如在印刷電路用途中,優選為甲基乙基酮、丙酮、1-甲氧基-2-丙醇等沸點為160℃以下的極性溶媒,其使用量以不揮發成分計優選為40質量%~80質量%。另外,在接著膜用途中,例如優選為使用酮類、乙酸酯類、卡必醇類、芳香族烴類、二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺、N-甲基吡咯啶酮等,其使用量以不揮發成分計優選為30質量%~60質量%。
環氧樹脂組成物可視需要而使用無機填充材。具體而言可列舉:熔融二氧化矽、結晶二氧化矽、氧化鋁、氮化矽、氫氧化鋁、氫氧化鎂、滑石、煆燒滑石、雲母、黏土、高嶺土、勃姆石、碳酸鈣、矽酸鈣、氫氧化鈣、碳酸鎂、碳酸鋇、硫酸鋇、氧化鈦、氮化硼、碳、玻璃粉末、二氧化矽氣球(silica balloon)等無機填充材,也可調配顏料等。作為無機填充材的使用目的,一般可列舉耐衝擊性的提高,但作為應對由熱膨脹引起的基板的翹曲的方案,也有助於尺寸穩定性。另外,氫氧化鋁、勃姆石、氫氧化鎂等金屬氫氧化物除了作為阻燃助劑發揮作用以外,也可以補充耐漏電起痕性為目的來使用。在減少了組成物的磷含有率時,雖然在確保阻燃性的方面有效果,但大量使用會大大降低基板的成形加工性。特別是若調配量並非10質量%以上,則耐衝擊性的效果小,反之,若調配量超過150質量%,則有作為層疊板用途而所需的接著性降低、或降低鑽孔加工性等其他成形加工特性之虞。另外,也可視需要而以不損及本發明的特性的程度也併用玻璃纖維、碳纖維、氧化鋁纖維、二氧化矽氧化鋁纖維、碳化矽纖維、聚酯纖維、纖維素纖維、芳族聚醯胺纖維等纖維質填充材或微粒子橡膠、熱塑性彈性體等有機填充材。
環氧樹脂組成物也可在不損及特性的範圍內調配其他熱硬化性樹脂、熱塑性樹脂。例如可列舉:酚樹脂、丙烯酸樹脂、石油樹脂、茚樹脂、苯並呋喃-茚(coumarone-indene)樹脂、苯氧基樹脂、聚氨基甲酸酯樹脂、聚酯樹脂、聚醯胺樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚醯胺醯亞胺樹脂、聚醚醯亞胺樹脂、聚苯醚樹脂、改質聚苯醚樹脂、聚醚碸樹脂、聚碸樹脂、聚醚醚酮樹脂、聚苯硫醚樹脂、聚乙烯縮甲醛(polyvinyl formal)樹脂等,但並不限定於這些。
另外,為了提高所獲得的硬化物的阻燃性,環氧樹脂組成物也可併用公知的各種阻燃劑。作為可併用的阻燃劑,例如可列舉磷系阻燃劑、氮系阻燃劑、矽酮系阻燃劑、無機系阻燃劑、有機金屬鹽系阻燃劑等,特別優選為磷系阻燃劑。這些阻燃劑可單獨使用或併用兩種以上。
磷系阻燃劑可使用無機磷系化合物、有機磷系化合物的任一種。作為無機磷系化合物,例如可列舉紅磷、磷酸一銨、磷酸二銨、磷酸三銨、多磷酸銨等磷酸銨類,磷酸醯胺等無機系含氮磷化合物。作為有機磷系化合物,例如可列舉脂肪族磷酸酯、磷酸酯化合物、例如PX-200(大八化學工業股份有限公司製造)等縮合磷酸酯類、膦酸化合物、次膦酸化合物、氧化膦化合物、正膦(phosphorane)化合物、磷腈(phosphazene)等有機系含氮磷化合物等通用有機磷系化合物,或次膦酸的金屬鹽,除此以外可列舉DOPO、DOPO-HQ、DOPO-NQ等環狀有機磷化合物,或作為使這些化合物與環氧樹脂或酚樹脂等化合物反應而得的衍生物的含磷環氧樹脂或含磷硬化劑等。另外,在使用磷系阻燃劑的情況下,也可併用氫氧化鎂等阻燃助劑。
通過將本發明的環氧樹脂組成物硬化而可獲得硬化物。在硬化時,例如可製成樹脂片、帶有樹脂的銅箔、預浸體等的形態,通過層疊並進行加熱加壓硬化而獲得層疊板。
在將環氧樹脂組成物製成板狀基板等的情況下,就其尺寸穩定性、彎曲強度等方面而言,可列舉纖維狀者作為優選的填充材。更優選為可列舉將玻璃纖維編為網狀的玻璃纖維基板。
環氧樹脂組成物可進一步視需要而調配矽烷偶合劑、抗氧化劑、脫模劑、消泡劑、乳化劑、觸變性賦予劑、平滑劑等各種添加劑。這些添加劑優選為相對於環氧樹脂組成物而為0.01質量%~20質量%的範圍。
環氧樹脂組成物可通過含浸於纖維狀基材中而製成印刷電路等中所使用的預浸體。作為纖維狀基材,可使用玻璃等無機纖維,或聚酯樹脂、多胺樹脂、聚丙烯酸樹脂、聚醯亞胺樹脂、芳香族聚醯胺樹脂等有機質纖維的織布或不織布,但並不限定於此。作為由環氧樹脂組成物製造預浸體的方法,並無特別限定,例如在將環氧樹脂組成物浸漬於利用溶劑調整黏度而製成的樹脂清漆中進行含浸後,進行加熱乾燥而使樹脂成分半硬化(B階段化),獲得預浸體,可在例如100℃~200℃下進行1分鐘~40分鐘的加熱乾燥。此處,預浸體中的樹脂量優選為設為樹脂成分為30質量%~80質量%。
另外,為了使預浸體硬化,可使用一般製造印刷電路時所使用的層疊板的硬化方法,但並不限定於此。例如,在使用預浸體形成層疊板的情況下,層疊一片或多片預浸體,在單側或兩側配置金屬箔而構成層疊物,對所述層疊物進行加熱、加壓而使其層疊一體化。此處,作為金屬箔,可單獨使用銅、鋁、黃銅、鎳等,且可使用合金、複合的金屬箔。而且,可通過對所製成的層疊物進行加壓加熱而使預浸體硬化,獲得層疊板。此時,優選的是將加熱溫度設為160℃~220℃,將加壓壓力設為50 N/cm2
~500 N/cm2
,將加熱加壓時間設為40分鐘~240分鐘,從而可獲得目標硬化物。若加熱溫度低,則有硬化反應不能充分進行之虞,若加熱溫度高,則有環氧樹脂組成物開始分解之虞。另外,若加壓壓力低,則有在所得的層疊板的內部殘留氣泡,電氣特性降低的情況,若加壓壓力高,則有樹脂在硬化前流動,無法獲得所希望厚度的硬化物之虞。進而,若加熱加壓時間短,則有不能充分進行硬化反應之虞,若加熱加壓時間長,則有引起預浸體中的環氧樹脂組成物的熱分解之虞,因而欠佳。
環氧樹脂組成物可通過利用與公知的環氧樹脂組成物同樣的方法進行硬化而獲得環氧樹脂硬化物。作為用以獲得硬化物的方法,可採用與公知的環氧樹脂組成物同樣的方法,可適宜使用注塑、注入、灌注(potting)、浸漬、滴落塗布(drip coating)、轉印成形、壓縮成形等或通過製成樹脂片、帶有樹脂的銅箔、預浸體等形態進行層疊並加熱加壓硬化而製成層疊板等的方法。此時的硬化溫度通常為100℃~300℃的範圍,硬化時間通常為1小時~5小時左右。
製作使用了含磷環氧樹脂的環氧樹脂組成物,並對通過加熱硬化而獲得的層疊板進行評價,結果,使特定的磷化合物與具有特定的分子量分佈及特定的平均官能基數的酚醛清漆型環氧樹脂反應而獲得的含磷環氧樹脂,可提供與現有公知的含磷環氧樹脂相比較,顯示高的耐熱性與阻燃性,進而介電特性也能夠提高,可提高硬化物的物性的環氧樹脂組成物。
[實施例]
以下,列舉實施例及比較例對本發明進行具體說明,但本發明並不限定於這些。只要無特別說明,則「份」表示質量份,「%」表示質量%。測定方法是分別利用以下的方法進行測定。當量的單位均為「g/eq.」。
環氧當量:依據日本工業標準(Japanese Industrial Standards,JIS)K 7236來進行測定。具體而言,使用自動電位差滴定裝置(平沼產業股份有限公司製造,COM-1600ST),且使用氯仿作為溶媒,加入四乙基溴化銨乙酸溶液,利用0.1 mol/L過氯酸-乙酸溶液進行滴定。
磷含有率:在試樣150 mg中加入硫酸3 mL,加熱30分鐘。恢復至室溫,加入硝酸3.5 mL及過氯酸0.5 mL,加熱分解至內容物透明或變為黃色。在100 mL的量瓶中利用水將所述液體稀釋。將所述試樣液10 mL放入50 mL的量瓶中,加入1滴酚酞指示劑,並加入2 mol/L的氨水直至變為微紅色,進而,加入50%硫酸液2 mL,並加入水。加入2.5 g/L的偏釩酸銨水溶液5 mL及50 g/L的鉬酸銨水溶液5 mL後,利用水進行定容。在室溫下放置40分鐘後,使用分光光度計在波長440 nm的條件下以水為對照進行測定。預先利用磷酸二氫鉀水溶液製作校準曲線,根據吸光度求出磷含有率。
玻璃轉移溫度(Tg):由使用示差掃描熱量測定裝置(日立高新技術(Hitachi High-Tech Science)股份有限公司製造,愛色塔(EXSTAR)6000示差掃描熱量計(Differential Scanning Calorimeter,DSC)6200),在20℃/分鐘的升溫條件下進行測定時的DSC-Tgm(相對於玻璃狀態與橡膠狀態的切線,變異曲線的中間溫度)的溫度來表示。
壓力蒸煮試驗(PCT)焊料耐熱性、耐水性:將依據JIS C 6481製作的試驗片在121℃、0.2 MPa的高壓釜中處理3小時後,浸在260℃的焊料浴中來進行判斷。將20分鐘以上未發生膨脹或剝落的情況評價為○,將10分鐘以內發生膨脹或剝落的情況評價為×,將其以外評價為△。
熱剝離試驗(熱機械分析(thermomechanical analysis,TMA)法)T-288:依據國際電子工業聯接協會(Association Connecting Electronics Industries,IPC)TM-650 TM2.4.24.1,在288℃下進行試驗。
銅箔剝離強度:依據JIS C 6481、5.7進行測定。
燃燒性:依據UL94(保險商實驗室公司(Underwriters Laboratories Inc.)的安全認證規格)。對5個試驗片進行試驗,根據第一次與第二次的接焰(5個試驗片分別各接焰2次共計10次)後的有焰燃燒持續時間的合計時間以作為同規格的判定基準的V-0、V-1、V-2進行判定。此外,將完全燃盡的情況判定為NG。
相對介電常數及介電損耗正切:使用空腔諧振法(矢量網絡分析儀(vector network analyzer,VNA)E8363B(安捷倫科技(Agilent Technology)製造)、空腔諧振器攝動法介電常數測定裝置(關東電子應用開發製造)),測定絕乾後在23℃、濕度50%的室內保管24小時後的頻率2 GHz下的值。
三核體、七核體以上、數量平均分子量(Mn):通過GPC測定而求出。具體而言,使用在本體(東曹股份有限公司製造,HLC-8220GPC)中串聯地包括管柱(東曹股份有限公司製造,TSKgelG4000HXL
、TSKgelG3000HXL
、TSKgelG2000HXL
)的裝置,管柱溫度設為40℃。另外,在洗脫液中使用THF,設為1 mL/分鐘的流速,檢測器使用RI(示差折射計)檢測器。測定試樣是使用50 μL的將樣品0.05 g溶解於10 mL的THF中並利用微濾器進行過濾而得者。資料處理是使用東曹股份有限公司製造的GPC-8020型號II版本6.00。三核體、七核體以上是根據峰值的面積%,利用由標準的單分散聚苯乙烯(東曹股份有限公司製造,A-500、A-1000、A-2500、A-5000、F-1、F-2、F-4、F-10、F-20、F-40)所求出的校準曲線換算出Mn。
合成例1
在包括攪拌機、溫度調節裝置、回流冷卻器、全冷凝器、減壓裝置等的四口的玻璃製可分離式燒瓶中,加入1000份的苯酚並升溫至80℃後,添加2.8份的草酸二水合物進行攪拌溶解,且歷時30分鐘滴加142份的37.5%福爾馬林。其後,將反應溫度維持為92℃,進行3小時反應。反應結束後,將溫度提高至110℃進行脫水後,將殘存的苯酚在150℃、60 mmHg的回收條件下回收約90%,之後在5 mmHg的回收條件下進行回收後,進而在160℃、80 mmHg的條件下歷時90分鐘滴加水10份而除去殘存的苯酚後,在熔融的苯酚酚醛清漆樹脂中鼓泡氮氣60分鐘,獲得苯酚酚醛清漆樹脂(N0)。
對於所獲得的N0,使用280℃、5 mmHg的薄膜蒸餾器將二核體的一部分進一步蒸餾除去,獲得苯酚酚醛清漆樹脂(N1)。所獲得的N1如下:軟化點為65℃,二核體為10.8面積%,三核體為52.9面積%,四核體為21.8面積%,五核體為8.5面積%,六核體為6.0面積%,實際平均分子量為355。
合成例2
使用合成例1中獲得的N0,且使用300℃、5 mmHg的薄膜蒸餾器將二核體的一部分更強地蒸餾除去,獲得苯酚酚醛清漆樹脂(N2)。所獲得的N2如下:軟化點為66℃,二核體為5.9面積%,三核體為58.4面積%,四核體為22.9面積%,五核體為8.3面積%,六核體為4.6面積%,實際平均分子量為356。
合成例3
在包括攪拌機、溫度調節裝置、回流冷卻器、全冷凝器、氮氣導入裝置、減壓裝置及滴加裝置的四口的玻璃製可分離式燒瓶中,裝入1000份的合成例1中獲得的N1、草酸二水合物0.38份,一面導入氮氣一面進行攪拌,並進行加熱來升溫。在80℃下開始滴加37.5%福爾馬林13.5份,且以30分鐘結束滴加。其後,將反應溫度保持為92℃進行3小時反應,繼而升溫至110℃,將反應生成水除去至系統外。最後,在160℃下進行2小時的加溫,獲得苯酚酚醛清漆樹脂(N3)。所獲得的N3如下:軟化點為63℃,二核體為9.4面積%,三核體為48.1面積%,七核體以上為9.0面積%,Mn為552。將N3的GPC測定圖示於圖1中。將通用苯酚酚醛清漆型環氧樹脂的GPC測定圖示於圖2中。橫軸表示溶出時間(分鐘),縱軸表示檢測強度(mV)。A所表示的峰值為三核體,B所表示的峰值群為七核體以上。
其後,向同樣的裝置中裝入500份的N3、表氯醇2200份及二乙二醇二甲醚400份,在60℃下溶解,且在130 mmHg的減壓下,一面保持為58℃~62℃的溫度,一面以2小時滴加49%苛性鈉水溶液332份。在此期間,使表氯醇與水共沸,將餾出的水依次除去至系統外。其後,在相同的條件下繼續反應2小時。反應結束後,在5 mmHg、150℃下回收表氯醇,加入1200份的甲基異丁基酮(methyl isobutyl ketone,MIBK),將生成物溶解。其後,加入10%氫氧化鈉水溶液70份,使其在80℃~90℃下反應2小時,加入1000份的水來溶解副生成的食鹽,靜置而將下層的食鹽水分離除去。利用磷酸水溶液中和後,對樹脂溶液進行水洗直至水洗液變為中性,回流脫水後,進行過濾來去除雜質。然後,在5 mmHg的減壓下,加溫至150℃,蒸餾除去MIBK,獲得苯酚酚醛清漆型環氧樹脂(E1)。所獲得的E1如下:環氧當量為171,Mn為650,三核體為40.6面積%,七核體以上為20.9面積%,三核體的含有率(面積%,L)相對於七核體以上的含有率(面積%,H)的比(L/H)為1.9,平均官能基數(Mn/E)為3.8。
合成例4
裝入1000份的N1、0.63份的草酸二水合物、22.5份的37.5%福爾馬林,除此以外,與合成例3同樣地進行而獲得苯酚酚醛清漆樹脂(N4)。所獲得的N4如下:軟化點為69℃,二核體為8.0面積%,三核體為43.7面積%,七核體以上為14.2面積%,Mn為574。其後,與合成例3同樣地進行N4的環氧化,獲得苯酚酚醛清漆型環氧樹脂(E2)。所獲得的E2如下:環氧當量為172,Mn為682,三核體為36.4面積%,七核體以上為26.7面積%,含有率比(L/H)為1.4,平均官能基數(Mn/E)為4.0。
合成例5
裝入1000份的N1、1.89份的草酸二水合物、67.6份的37.5%福爾馬林,除此以外,與合成例3同樣地進行而獲得苯酚酚醛清漆樹脂(N5)。所獲得的N5如下:軟化點為78℃,二核體為7.2面積%,三核體為31.2面積%,七核體以上為30.9面積%,Mn為690。其後,與合成例3同樣地進行N5的環氧化,獲得苯酚酚醛清漆型環氧樹脂(E3)。所獲得的E3如下:環氧當量為173,Mn為824,三核體為26.1面積%,七核體以上為42.2面積%,含有率比(L/H)為0.6,平均官能基數(Mn/E)為4.8。
合成例6
裝入1000份的N2、0.63份的草酸二水合物、22.5份的37.5%福爾馬林,除此以外,與合成例3同樣地進行而獲得苯酚酚醛清漆樹脂(N6)。所獲得的N6如下:軟化點為70℃,二核體為5.1面積%,三核體為45.8面積%,七核體以上為14.4面積%,Mn為589。其後,與合成例3同樣地進行N6的環氧化,獲得苯酚酚醛清漆型環氧樹脂(E4)。所獲得的E4如下:環氧當量為174,Mn為693,三核體為38.8面積%,七核體以上為26.0面積%,含有率比(L/H)為1.5,平均官能基數(Mn/E)為4.0。
合成例7
裝入1000份的LV-70S(群榮化學工業製造的苯酚酚醛清漆樹脂,軟化點為65℃,二核體為1.0面積%,三核體為74.7面積%,四核體為18.1面積%,五核體為6.2面積%,實測數量平均分子量為337)、0.66份的草酸二水合物、23.7份的37.5%福爾馬林,除此以外,與合成例3同樣地進行而獲得苯酚酚醛清漆樹脂(N7)。所獲得的N7如下:軟化點為67℃,二核體為1.1面積%,三核體為57.3面積%,六核體與七核體的分離困難且六核體以上的含有率為22.0面積%,Mn為580。其後,與合成例3同樣地進行N7的環氧化,獲得苯酚酚醛清漆型環氧樹脂(E5)。所獲得的E5如下:環氧當量為173,Mn為669,三核體為48.9面積%,七核體以上為14.6面積%,含有率比(L/H)為3.3,平均官能基數(Mn/E)為3.9。
合成例8
裝入1000份的N1、0.32份的草酸二水合物、11.3份的37.5%福爾馬林,除此以外,與合成例3同樣地進行而獲得苯酚酚醛清漆樹脂(N8)。所獲得的N8如下:軟化點為62℃,二核體為9.6面積%,三核體為48.4面積%,七核體以上為7.7面積%,Mn為545。其後,與合成例3同樣地進行N8的環氧化,獲得苯酚酚醛清漆型環氧樹脂(E6)。所獲得的E6如下:環氧當量為171,Mn為623,三核體為41.9面積%,七核體以上為19.9面積%,含有率比(L/H)為2.1,平均官能基數(Mn/E)為3.6。
合成例9
裝入1000份的N1、2.52份的草酸二水合物、90.1份的37.4%福爾馬林,除此以外,與合成例3同樣地進行而獲得苯酚酚醛清漆樹脂(N9)。所獲得的N9如下:軟化點為84℃,二核體為5.7面積%,三核體為24.1面積%,七核體以上為41.5面積%,Mn為748。其後,與合成例3同樣地進行N9的環氧化,獲得苯酚酚醛清漆型環氧樹脂(E7)。所獲得的E7如下:環氧當量為175,Mn為858,三核體為20.7面積%,七核體以上為48.5面積%,含有率比(L/H)為0.4,平均官能基數(Mn/E)為4.9。
合成例10
將YDPN-638(苯酚酚醛清漆型環氧樹脂,日鐵化學&材料股份有限公司製造,環氧當量為178)及YDF-170(雙酚F型液狀環氧樹脂,日鐵化學&材料股份有限公司製造,環氧當量為168)以1/1(質量比)熔融混合,獲得苯酚酚醛清漆型環氧樹脂(E8)。所獲得的E8如下:環氧當量為173,Mn為468,三核體為12.1面積%,七核體以上為19.3面積%,含有率比(L/H)為0.6,平均官能基數(Mn/E)為2.7。
合成例11
在包括攪拌機、溫度調節裝置、回流冷卻器、全冷凝器、氮氣導入裝置的四口的玻璃製可分離式燒瓶中,裝入HCA(三光股份有限公司製造,DOPO)100份及甲苯185份,在80℃下加溫溶解。其後,一面注意由反應熱所引起的升溫,一面分開投入1,4-萘醌(naphthoquinone,NQ)62.2份。此時,NQ與DOPO的莫耳比(NQ/DOPO)為0.85。所述反應後,加入627份的環氧樹脂E1,一面導入氮氣一面進行攪拌,進行加熱直至達到130℃而溶解。添加0.08份的三苯基膦(triphenyl phosphine,TPP),在150℃下反應4小時後,投入42份的甲氧基丙醇,在140℃下進而反應2小時,獲得含磷環氧樹脂(PE1)。所獲得的PE1如下:環氧當量為263,磷含有率為1.8%。此外,反應率(根據實測環氧當量通過計算求出的原料磷化合物的消耗率)為78%。
合成例12
將環氧樹脂設為627份的E2,除此以外,與合成例11同樣地進行而獲得含磷環氧樹脂(PE2)。所獲得的PE2如下:環氧當量為261,磷含有率為1.8%。此外,反應率為72%。
合成例13
將環氧樹脂設為627份的E3,除此以外,與合成例11同樣地進行而獲得含磷環氧樹脂(PE3)。所獲得的PE3如下:環氧當量為261,磷含有率為1.8%。此外,反應率為70%。
合成例14
將環氧樹脂設為627份的E4,除此以外,與合成例11同樣地進行而獲得含磷環氧樹脂(PE4)。所獲得的PE4如下:環氧當量為264,磷含有率為1.8%。此外,反應率為72%。
合成例15
將環氧樹脂設為627份的E5,除此以外,與合成例11同樣地進行而獲得含磷環氧樹脂(PE5)。所獲得的PE5如下:環氧當量為262,磷含有率為1.8%。此外,反應率為72%。
合成例16
將NQ設為72.4份(NQ/DOPO=0.99)、TPP設為0.09份,將環氧樹脂設為715份的E5,除此以外,與合成例11同樣地進行而獲得含磷環氧樹脂(PE6)。所獲得的PE6如下:環氧當量為276,磷含有率為1.6%。此外,反應率為100%。
合成例17
將NQ設為36.6份(NQ/DOPO=0.50)、TPP設為0.07份,將環氧樹脂設為431份的E2,除此以外,與合成例11同樣地進行而獲得含磷環氧樹脂(PE7)。所獲得的PE7如下:環氧當量為313,磷含有率為2.5%。此外,反應率為100%。
合成例18
將NQ設為68.0份(NQ/DOPO=0.93),將環氧樹脂設為542份的E2,除此以外,與合成例11同樣地進行而獲得含磷環氧樹脂(PE8)。所獲得的PE8如下:環氧當量為278,磷含有率為2.0%。此外,反應率為67%。
合成例19
將環氧樹脂設為627份的E6,除此以外,與合成例11同樣地進行而獲得含磷環氧樹脂(PEH1)。所獲得的PEH1如下:環氧當量為263,磷含有率為1.8%。此外,反應率為78%。
合成例20
將環氧樹脂設為627份的E7,除此以外,與合成例11同樣地進行而獲得含磷環氧樹脂(PEH2)。所獲得的PEH2如下:環氧當量為264,磷含有率為1.8%。此外,反應率為69%。
合成例21
將環氧樹脂設為627份的苯酚酚醛清漆型環氧樹脂(日鐵化學&材料股份有限公司製造,YDPN-6300,環氧單量為175,Mn為653,三核體為35.2面積%,七核體以上為21.8面積%,含有率比(L/H)為1.6,平均官能基數(Mn/E)為3.7),除此以外,與合成例11同樣地進行而獲得含磷環氧樹脂(PEH3)。所獲得的PEH3如下:環氧當量為266,磷含有率為1.8%。此外,反應率為72%。
合成例22
將環氧樹脂設為627份的苯酚酚醛清漆型環氧樹脂(日鐵化學&材料股份有限公司製造,YDPN-638,環氧單量為178,Mn為662,三核體為14.7面積%,七核體以上為38.6面積%,含有率比(L/H)為0.4,平均官能基數(Mn/E)為3.7),除此以外,與合成例11同樣地進行而獲得含磷環氧樹脂(PEH4)。所獲得的PEH4如下:環氧當量為272,磷含有率為1.8%。此外,反應率為72%。
合成例23
將環氧樹脂設為627份的苯酚酚醛清漆型環氧樹脂(迪愛生(DIC)股份有限公司製造,N775,環氧單量為187,Mn為1308,三核體為6.7面積%,七核體以上為71.6面積%,含有率比(L/H)為0.1,平均官能基數(Mn/E)為7.0),除此以外,與合成例11同樣地進行而獲得含磷環氧樹脂(PEH5)。所獲得的PEH5如下:環氧當量為278,磷含有率為1.8%。此外,反應率為60%。
合成例24
將NQ設為68.0份(NQ/DOPO=0.93)、TPP設為0.17份,將環氧樹脂設為542份的E8,除此以外,與合成例11同樣地進行而獲得含磷環氧樹脂(PEH6)。所獲得的PEH6如下:環氧當量為317,磷含有率為2.0%。此外,反應率為100%。
以下示出所使用的環氧樹脂、惡嗪樹脂、酚樹脂、其他材料的簡稱。
[環氧樹脂]
PE1:合成例11中所獲得的含磷環氧樹脂
PE2:合成例12中所獲得的含磷環氧樹脂
PE3:合成例13中所獲得的含磷環氧樹脂
PE4:合成例14中所獲得的含磷環氧樹脂
PE5:合成例15中所獲得的含磷環氧樹脂
PE6:合成例16中所獲得的含磷環氧樹脂
PE7:合成例17中所獲得的含磷環氧樹脂
PE8:合成例18中所獲得的含磷環氧樹脂
PEH1:合成例19中所獲得的含磷環氧樹脂
PEH2:合成例20中所獲得的含磷環氧樹脂
PEH3:合成例21中所獲得的含磷環氧樹脂
PEH4:合成例22中所獲得的含磷環氧樹脂
PEH5:合成例23中所獲得的含磷環氧樹脂
PEH6:合成例24中所獲得的含磷環氧樹脂
E9:二環戊二烯型環氧樹脂(迪愛生(DIC)股份有限公司製造,HP-7200H,環氧當量為273)
E10:萘酚芳烷基型環氧樹脂(日本化藥股份有限公司製造,NC-3000H,環氧當量為292)
[酚樹脂]
H1:二環戊二烯型酚樹脂(群榮化學工業股份有限公司製造,GDP-6140,活性氫當量為196)
H2:4,4-(1,3-金剛烷二基)二苯酚樹脂(活性氫當量為191)
H3:苯酚酚醛清漆型樹脂(群榮化學工業股份有限公司製造,萊基濤普(Resitop)PSM-6358,軟化點為118℃,活性氫當量為106)
[惡嗪樹脂]
B1:酚酞型苯並惡嗪樹脂(活性氫當量為276)
B2:酚紅型苯並惡嗪樹脂(活性氫當量為294)
B3:酚酞醯苯胺型苯並惡嗪樹脂(活性氫當量為313)
B4:α-萘酚酞型苯並惡嗪樹脂(活性氫當量為326)
B5:雙酚F型苯並惡嗪樹脂(活性氫當量為217)
[添加型阻燃劑]
FR1:環磷腈(cycloPhosphazene)(非鹵素阻燃劑,伏見製藥所股份有限公司製造,萊比特(Rabitle)FP-100,磷含有率為13%)
FR2:DOPO加成BPA(非鹵素阻燃劑,新安(Shin-AT&C)公司製造,LC-9501,磷含有率為9.2%)
[其他]
C1:2-乙基-4-甲基咪唑(硬化促進劑,四國化成工業股份有限公司製造,固唑(Curezol)2E4MZ)
C2:硼酸(日本西格瑪奧德裡奇(Sigma-Aldrich Japan)公司製造)
C3:環氧矽烷偶合劑(信越化學工業股份有限公司製造,KBM-403)
[填充材]
FL1:熔融二氧化矽(亞都瑪科技(Admatech)股份有限公司製造,SO-C2,平均粒徑:約0.4 μm~0.6 μm)
實施例1
將環氧樹脂(PE1)100份、酚樹脂(H1)48.3份、惡嗪樹脂(B1)52.5份、0.5份的C2調配成20%甲醇溶液。所述調配時在利用甲基乙基酮溶解的清漆的狀態下裝入環氧樹脂、酚樹脂及惡嗪樹脂,利用甲基乙基酮、甲氧基丙醇將不揮發成分以成為48%~50%的方式進行調整。其後,以所述清漆中的凝膠時間在170℃下成為200秒~350秒的方式,使用C1的甲氧基丙醇溶液,進行調整,獲得環氧樹脂組成物清漆。
所獲得的環氧樹脂組成物清漆中投入C3 0.1份後,使用均質分散機,將FL1一面進行5000 rpm的剪切攪拌一面分開投入23份,進行約10分鐘的均勻分散。
所獲得的環氧樹脂組成物清漆含浸於玻璃布(日東紡織股份有限公司製造,WEA 7628 XS13,厚度為0.18 mm)後,利用150℃的全排氣乾燥烘箱將玻璃布乾燥7分鐘,獲得預浸體。將所獲得的預浸體重疊8片,上下進而重疊銅箔(三井金屬礦業股份有限公司製造,3EC,厚度為35 μm),利用真空壓制機以130℃預加熱15分鐘後,以240℃且80分鐘的硬化條件進行2 MPa的壓制成形,獲得約1.6 mm厚的層疊板。將所獲得的層疊板的Tg、PCT焊料耐熱試驗、阻燃性、銅箔剝離強度、層間接著力、進行介電特性的試驗的結果示於表1中。
實施例2~實施例14
以表1的調配量(份)進行調配,進行與實施例1同樣的操作,獲得層疊板。進行與實施例1同樣的試驗,將其結果示於表1中。
比較例1~比較例11
以表2的調配量(份)進行調配,進行與實施例1同樣的操作,獲得層疊板。進行與實施例1同樣的試驗,將其結果示於表2中。
[表1]
實施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
環氧樹脂 | PE1 | PE2 | PE3 | PE4 | PE5 | PE6 | PE7 | PE8 | PE2 | PE2 | PE2 | PE2 | PE7 | PE2 |
環氧樹脂(份) | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
H1(份) | 37.3 | 37.5 | 37.5 | 37.1 | 37.4 | 35.5 | 31.3 | 35.3 | 37.5 | 37.5 | 37.5 | 15.0 | 50.1 | |
H2(份) | 36.6 | |||||||||||||
B1(份) | 52.5 | 52.9 | 52.9 | 52.3 | 52.7 | 50.0 | 44.1 | 49.6 | 84.6 | 17.6 | 52.9 | |||
B2(份) | 56.3 | |||||||||||||
B3(份) | 60.0 | |||||||||||||
B4(份) | 62.5 | |||||||||||||
FR2(份) | 7.0 | |||||||||||||
C1(份) | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
C2(份) | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
C3(份) | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
FL1(份) | 23 | 23 | 23 | 23 | 23 | 22 | 21 | 22 | 23 | 24 | 24 | 23 | 23 | 22 |
磷含有率(%) | 0.9 | 0.9 | 0.9 | 0.9 | 0.9 | 0.9 | 1.4 | 1.1 | 0.9 | 0.9 | 0.9 | 0.9 | 1.8 | 0.9 |
Tg(℃) | 227 | 230 | 221 | 220 | 221 | 223 | 222 | 224 | 237 | 233 | 242 | 235 | 226 | 229 |
PCT焊料耐熱 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
T-288(分鐘) | 60< | 60< | 60< | 60< | 60< | 60< | 60< | 60< | 60< | 60< | 60< | 60< | 60< | 60< |
銅箔剝離強度(kN/m) | 1.6 | 1.6 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.4 | 1.3 | 1.3 | 1.5 | 1.2 | 1.0 | 1.1 | 1.0 | 1.4 |
阻燃性 | V-0 | V-0 | V-0 | V-0 | V-0 | V-0 | V-0 | V-0 | V-0 | V-0 | V-0 | V-0 | V-0 | V-0 |
相對介電常數 | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 4.1 | 3.9 | 3.9 | 4.0 | 3.9 | 3.8 | 3.9 | 4.1 | 3.9 |
介電損耗正切 | 0.008 | 0.008 | 0.007 | 0.008 | 0.008 | 0.009 | 0.007 | 0.008 | 0.009 | 0.007 | 0.006 | 0.007 | 0.010 | 0.007 |
[表2]
比較例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
環氧樹脂 | PEH1 | PEH2 | PEH3 | PEH4 | PEH5 | PEH6 | PE2 | PE2 | PE2/E10 | PE7 | E9/E10 |
環氧樹脂(份) | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 75/25 | 100 | 40/60 |
H1(份) | 37.3 | 37.1 | 36.8 | 36.0 | 35.3 | 30.9 | 37.5 | 84.5 | 18.8 | 34.5 | |
H3(份) | 20.3 | ||||||||||
B1(份) | 52.5 | 52.3 | 51.9 | 50.7 | 49.6 | 43.5 | 52.9 | 119.0 | 26.5 | 48.6 | |
B5(份) | 41.6 | ||||||||||
FR1(份) | 35.3 | ||||||||||
FR2(份) | 6.0 | ||||||||||
C1(份) | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
C2(份) | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
C3(份) | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
FL1(份) | 23 | 23 | 23 | 23 | 23 | 21 | 22 | 20 | 35 | 18 | 26 |
磷含有率(%) | 0.9 | 0.9 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.1 | 1.0 | 1.0 | 0.4 | 2.0 | 2.1 |
Tg(℃) | 182 | 220 | 186 | 218 | 225 | 178 | 193 | 204 | 185 | 180 | 195 |
PCT焊料耐熱 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | × | × | ○ |
T-288(分鐘) | 60< | 60< | 60< | 60< | 60< | 60< | 60< | 60< | 30 | 30 | 20 |
銅箔剝離強度(kN/m) | 1.0 | 0.6 | 1.3 | 0.8 | 0.5 | 1.1 | 1.0 | 1.2 | 0.7 | 0.6 | 1.3 |
阻燃性 | NG | NG | V-1 | NG | NG | NG | NG | V-0 | NG | V-0 | V-0 |
相對介電常數 | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 4.2 | 4.0 | 4.1 | 4.6 | 4.7 | 4.5 | 4.0 |
介電損耗正切 | 0.013 | 0.013 | 0.012 | 0.013 | 0.014 | 0.012 | 0.011 | 0.019 | 0.024 | 0.023 | 0.010 |
與比較例的環氧樹脂組成物相比,實施例的環氧樹脂組成物提供Tg為220℃以上的高耐熱,同時阻燃性也保持V-0,並在介電特性及接著方面也可見優越性。另一方面,在比較例中,可見無法保持Tg及阻燃性、介電特性、接著性的並存性的傾向。
無。
圖1表示合成例3中所獲得的酚醛清漆型環氧樹脂的GPC圖。
圖2表示通用苯酚酚醛清漆型環氧樹脂的GPC圖。
Claims (10)
- 一種環氧樹脂組成物,其特徵在於,包含含磷環氧樹脂、惡嗪樹脂及含脂環結構的酚樹脂,其中 所述惡嗪樹脂的惡嗪當量為230 g/eq.以上,所述含磷環氧樹脂是由如下的酚醛清漆型環氧樹脂及下述通式(1)和/或通式(2)所表示的磷化合物獲得的生成物,所述酚醛清漆型環氧樹脂利用膠體滲透層析法測定而得的三核體的含有率L相對於七核體以上的含有率H的比L/H為0.6~4.0的範圍,所述L與H的單位為面積%,且由標準聚苯乙烯換算值而得的數量平均分子量Mn除以環氧當量E而得的平均官能基數Mn/E為3.8~4.8的範圍,所述環氧樹脂組成物的磷含有率為0.5質量%~1.8質量%的範圍, 式中,R1 及R2 分別獨立地為可具有雜原子的碳數1~20的烴基,可分別不同也可相同,可為直鏈狀、支鏈狀、環狀,也可形成R1 與R2 鍵結的環狀結構;k1及k2分別獨立地為0或1;A為碳數6~20的芳三基。
- 如請求項1所述的環氧樹脂組成物,其中惡嗪樹脂具有下述通式(3)所表示的惡嗪樹脂, 式中,R3 分別獨立地為芳香族環基,R4 分別獨立地為氫原子或碳數1~20的烴基,可形成位於相同苯環的兩個R4 連結的環狀結構;R5 分別獨立地為氫原子或碳數1~20的烴基;Y為-O-或-N(R6 )-,R6 為碳數1~20的烴基;Z為-CO-或-SO2 -。
- 如請求項1所述的環氧樹脂組成物,其中含脂環結構的酚樹脂具有下述通式(4)所表示的含脂環結構的酚樹脂, 式中,T為二價的脂肪族環狀烴基,X為選自苯環、萘環、聯苯環、或雙苯基結構中的芳香族環基,這些芳香族環基可具有碳數1~6的烷基、碳數1~6的烷氧基、碳數6~10的芳基、碳數6~10的芳氧基、碳數7~12的芳烷基或碳數7~12的芳烷基氧基;i為1~3的整數;n以平均值計為1~10的數。
- 如請求項1至請求項3中任一項所述的環氧樹脂組成物,還包含無機填料、硬化促進劑、矽烷偶合劑、強化劑、溶媒中的一種或其組合。
- 一種預浸體,其特徵在於使用如請求項1至請求項4中任一項所述的環氧樹脂組成物。
- 一種層疊板,其特徵在於使用如請求項1至請求項4中任一項所述的環氧樹脂組成物。
- 一種層疊板,其特徵在於使用如請求項5所述的預浸體。
- 一種印刷電路板,其特徵在於使用如請求項1至請求項4中任一項所述的環氧樹脂組成物。
- 一種印刷電路板,其特徵在於使用如請求項6或請求項7所述的層疊板。
- 一種硬化物,其是將如請求項1至請求項4中任一項所述的環氧樹脂組成物硬化而成。
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