明 細 書
エポキシ樹脂組成物
技術分野
[0001] 本発明は、透明性、耐候性、耐熱性に優れる塗料用榭脂、コーティング剤、印刷ィ ンキ、レジストインキ、接着剤、半導体封止材、成型材料、注型材料及び電気絶縁材 料分野に有用なエポキシ榭脂組成物に関し、特に、発光ダイオード(以下、 LEDとい う)封止に適したエポキシ榭脂組成物及びそれに使用されるエポキシ榭脂に関する。 背景技術
[0002] エポキシ榭脂は、電気特性、接着性、耐熱性等に優れることから主に塗料分野、土 木分野、電気分野の多くの用途で使用されている。特に、ビスフエノール Aのジグリシ ジルエーテル、ビスフエノール Fのジグリシジルエーテル、フエノールノボラック型ェポ キシ榭脂、クレゾ一ルノボラック型エポキシ榭脂等の芳香族エポキシ榭脂は、耐水性 、接着性、機械物性、耐熱性、電気絶縁性、経済性などが優れること種々の硬化剤と 組み合わせて広く用いられている。しかし、これらの榭脂は芳香環を含むことから、紫 外線等により劣化しやすぐ耐光性を求められる分野では使用上の制約があった。
[0003] 発展がめざま ヽ LED装置の分野にぉ ヽても、紫外線や青色光を含まな!/ヽ装置の 場合、耐熱性、接着性、耐光性などの点力ゝら封止材料に芳香族エポキシ榭脂組成 物が用いられることがある。しかし、高出力化を目指し紫外光や青色光を用いた LED 装置が開発されつつあるが、これら装置の封止材に芳香族エポキシ榭脂組成物を用 いた場合には、紫外光や青色光における耐光性等が不足するために劣化が生じ、 経時的に黄変して輝度が低下するといつた問題がある。
[0004] 本発明に関連する先行文献としては、次の文献がある。
特許文献 1 :特許第 3537119号公報
特許文献 2:特許第 3415047号公報
特許文献 3:特開第 2003- 2774732号公報
[0005] 特許文献 1には、芳香族エポキシ榭脂を水素化して得られる水素化エポキシ榭脂 及び硬化剤を含有する電気 ·電子材料用エポキシ榭脂組成物が提案されて!ヽる。特
許文献 2には、芳香族エポキシ榭脂を水素化して得られる水素化エポキシ榭脂、環 状脂肪族エポキシ榭脂及び硬化剤を含有する硬化性エポキシ榭脂組成物が提案さ れている。特許文献 3には、芳香族エポキシ榭脂を水素化して得られるエポキシ当量 力 S230〜: LOOOg/eqの水素化エポキシ榭脂又は芳香族エポキシ榭脂を水素化して 得られる水素化エポキシ榭脂と多価カルボン酸ィ匕合物を反応して得られるエポキシ 当量が 230〜1000g/eqのエポキシ榭脂と環状ォレフィンをエポキシ化して得られる 脂環式エポキシ榭脂、酸無水物硬化剤又はカチオン重合開始剤を含有する LED封 止用エポキシ榭脂組成物が提案されている。これらの榭脂組成物は、耐光性や耐熱 性には一定の効果が認められる力 硬化収縮の軽減ゃ更なる耐光性の改善が求め られており、また成型方法によっては常温において固形で加熱すると流動性を有し、 硬化性、耐光性、耐熱性に優れる榭脂組成物が求められている。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 本発明は、塗料、インキ、レジストインキ、接着剤、電子材料分野で、特に LED封止 分野で有用な常温にぉ 、て固形で耐光性や耐熱性に優れ、硬化収縮の小さ 、ェポ キシ榭脂組成物及びそれに使用されるエポキシ榭脂を提供することを目的とする。 課題を解決するための手段
[0007] 本発明は、酸価が 100〜250mgKOH/gの非芳香族多価カルボン酸 (A)とエポキシ 当量が 100〜400g/eqの非芳香族エポキシ榭脂 (B)を反応して得られるエポキシ当 量が 300〜1000g/eq、軟化点が 65°C〜110°Cのエポキシ榭脂及びこのエポキシ榭 脂を必須成分として含有するエポキシ榭脂組成物及びこのエポキシ榭脂組成物を硬 化してなる硬化榭脂である。このエポキシ榭脂組成物はエポキシ榭脂硬化剤を含む ことが好ましぐエポキシ榭脂硬化剤としては酸無水物が適する。
[0008] 非芳香族多価カルボン酸 (A)としては、 1, 4シクロへキサンジメタノール及び 2, 2-ビ ス(4-ヒドロキシシクロへキシル)プロパン、 3, 9-ビス(1, 1-ジメチル- 2-ヒドロキシェ チル) -2, 4, 8, 10-テトラオキサスピロ〔5, 5〕ゥンデカンより選ばれる 1種以上を主 体とするアルコールと、メチルへキサヒドロフタル酸、へキサヒドロフタル酸及びそれら の酸無水物より選ばれる 1種以上を主体とする酸とを反応して得られる多価カルボン
酸が好ましく例示される。
[0009] 非芳香族エポキシ榭脂 (B)としては、エポキシ当量が 100〜400g/eqの範囲にある 2, 2-ビス(4-ヒドロキシシクロへキシル)プロパンジグリシジルエーテル及び 1, 4メトキ シシクロへキサンジグリシジルエーテルより選ばれる 1種以上 0〜80重量%と環状ォ レフインをエポキシィ匕して得られる脂環式エポキシ榭脂 20〜: LOO重量%を含有する エポキシ榭脂が好ましく例示される。
[0010] 本発明のエポキシ榭脂 (エポキシ榭脂 (E)と ヽぅ)は、非芳香族多価カルボン酸 (A)と エポキシ当量が 100〜400g/eqの非芳香族エポキシ榭脂 (B)を反応させて得られ、 エポキシ当量が 300〜1000g/eq、軟化点が 65°C〜110°Cのエポキシ榭脂(ェポキ シ榭脂 (E)という)である。本発明のエポキシ榭脂組成物は、エポキシ榭脂 (E)を必須 成分として含有する。
[0011] 以下、エポキシ榭脂 (E)について説明する。
非芳香族多価カルボン酸 (A)は、酸価 100〜250mgKOH/gを有するものであれば 、脂肪族多価カルボン酸 (脂環式多価カルボン酸を含む)又は水素化芳香族多価力 ルボン酸を使用することができるが、炭素-炭素二重結合を有しない。好ましくは、脂 肪族多価カルボン酸 (A2)と脂肪族アルコール (脂環式アルコールを含む)を反応させ て得られる部分エステル化非芳香族多価カルボン酸 (非芳香族多価カルボン酸 (A1) という)であり、エステル結合により分子量を高め、酸価を調整したものである。なお、 非芳香族と!/ヽぅ用語は炭素-炭素二重結合を有しな!/ヽと!ヽぅ意味と理解され、脂肪族 (脂環式を含む)も同様な意味を有する。好ましくは、脂環式である。
[0012] 非芳香族多価カルボン酸 (A1)を製造するために使用される多価カルボン酸 (A2)とし ては、脂肪族多価カルボン酸、芳香族多価カルボン酸の炭素-炭素二重結合を水素 化した多価カルボン酸が例示される。好ましくは、メチルへキサヒドロフタル酸及びへ キサヒドロフタル酸が挙げられる。このような多価カルボン酸 (A2)としては、非芳香族 多価カルボン酸の他、酸無水物、酸ハライド等の誘導体も使用できる。なお、メチル へキサヒドロフタル酸無水物はリカシッド MH (新日本理化社製)や HN-5500 (日立 化成工業社製)として、へキサヒドロフタル酸無水物はリカシッド HH (新日本理化社 製)として入手可能である。
[0013] 非芳香族多価カルボン酸 (Al)を製造するために使用される脂肪族アルコールとし ては、一価又は多価のアル力ノールやビスフ ノール類の炭素-炭素二重結合を水 素化したアルコールが例示される。好ましくは、 1, 4-シクロへキサンジメタノール及び 2, 2-ビス(4-ヒドロキシシクロへキシル)プロパン、 3, 9-ビス(1, 1-ジメチル- 2-ヒドロ キシェチル) -2, 4, 8, 10-テトラオキサスピロ〔5, 5〕ゥンデカンが挙げられる。なお、 1, 4シクロへキサンジメタノールは、 SKY CHDM (新日本理化社製)として、 2, 2- ビス (4-ヒドロキシシクロへキシル)プロパンはリカピノール HB (新日本理化社製)とし て、 3, 9-ビス(1, 1-ジメチル- 2-ヒドロキシェチル) -2, 4, 8, 10-テトラオキサスピロ 〔5, 5〕ゥンデカンはスピログリコール(日本ファインケム社製)として、入手可能である
[0014] 非芳香族多価カルボン酸 (A1)を構成する好まし 、脂肪族アルコール及び多価カル ボン酸 (A2)の例を次に示す。
[0015] 非芳香族多価カルボン酸 (Al)は、多価カルボン酸又はその酸無水物等の脂肪族 多価カルボン酸 (A2)と脂肪族アルコールを反応させることにより得られるが、製法は 特に限定されない。この多価カルボン酸は、光学特性と硬化物の耐熱性ゃ榭脂の性 状が常温において固形であること満足する上で、シクロへキサン構造を有する 1, 4シ クロへキサンジメタノール、 2, 2-ビス(4-ヒドロキシシクロへキシル)プロパン、 3, 9-ビ
ス(1, 1-ジメチル- 2-ヒドロキシェチル) -2, 4, 8, 10-テトラオキサスピロ〔5, 5〕ゥン デカン又はこれらを 30重量%以上、好ましくは 50重量%以上含有するアルコールと 、メチルへキサヒドロフタル酸、へキサヒドロフタル酸又はそれらの酸無水物より選ば れる 1種以上を 30重量%以上、好ましくは 50重量%以上含有する酸を反応して得ら れる多価カルボン酸であることが有利である。反応におけるアルコールと酸の官能基 比(OH : COOHのモル比。酸無水物基の場合は COOH基 2モルとして計算する)は、 硬化物の耐熱性及び耐光性の観点から 1 : 1. 8〜1 : 2. 2であることが好ましい。すな わち、酸を理論量より過剰に使用して、エステル結合を有し末端にカルボキシ基を有 する構造の多価カルボン酸として、上記酸価とする。なお、非芳香族多価カルボン酸 (A1)の代わりに又は非芳香族多価カルボン酸 (A1)と共に、通常のエステル化されて V、な 、多価カルボン酸を非芳香族多価カルボン酸 (A)として使用してもょ 、。非芳香 族多価カルボン酸 (A)が混合物である場合、平均としての酸価が上記範囲を満足す ればよい。
[0016] 非芳香族多価カルボン酸 (A)と反応させる非芳香族エポキシ榭脂 (B)は、炭素-炭素 二重結合を有しな 、エポキシ榭脂であって、エポキシ当量が 100〜400g/eqの範囲 にある。非芳香族エポキシ榭脂 (B)としては、脂肪族多価アルコールから誘導される 脂肪族エポキシ榭脂ゃ環状ォレフィンをエポキシィ匕して得られるエポキシ榭脂ゃビス フエノール類の炭素-炭素二重結合を水素化したアルコール力 誘導される脂肪族 エポキシ榭脂が例示される。これらはこのような構造を有すればよぐ製法は限定され ない。好ましくは、 2, 2-ビス(4-ヒドロキシシクロへキシル)プロパンジグリシジルエー テル及び 1, 4メトキシシクロへキサンジグリシジルエーテルより選ばれる 1種以上のェ ポキシ榭脂 (Bl)0〜80重量%と環状ォレフィンをエポキシィ匕して得られる脂環式ェポ キシ榭脂 (B2)20〜: L00重量%を含有するエポキシ榭脂である。
[0017] 非芳香族エポキシ榭脂 (B)が、エポキシ榭脂 (B1)と脂環式エポキシ榭脂 (B 2)の混合 物である場合、その比率はエポキシ榭脂 (B1)が 2〜80重量%で、脂環式エポキシ榭 脂 (B2)が 20〜98重量%であることが好ま 、。脂環式エポキシ榭脂 (B2)の比率が 20 %未満では耐熱性が低下し、 98%を超えると溶融粘度が高く硬化時の取扱性が不 良となる。非芳香族エポキシ榭脂 (B)が、 2種以上の非芳香族エポキシ榭脂の混合物
である場合、そのエポキシ当量は平均として 100〜400g/eqの範囲にあればよい。
[0018] 2, 2-ビス(4-ヒドロキシシクロへキシル)プロパンジグリシジルエーテルとしては、丸 善石油化学社製の HBPADGEや東都化成社製 ST- 3000を用いることができ、メト キシシクロへキサンジグリシジルエーテルとしては東都化成社製 ZX-1658を用いる ことができる。
[0019] 好ま 、エポキシ榭脂 (B1)の例を次に示す。
[0020] 脂環式エポキシ榭脂 (B2)としては、シクロへキセン環等を有する化合物を酸ィ匕して 得られるエポキシ基を 1つ以上有するエポキシ榭脂であり、エポキシ当量が 100〜30 Og/eq、好ましくは 100〜200g/eqのエポキシ榭脂がよい。脂環式エポキシ榭脂 (B2) としては、下記式(1)〜(2)で表されるエポキシ榭脂等を用いることができる。式(1) に示すエポキシ榭脂としてはセロキサイド 2021P (ダイセル社製)を、式(2)に示すェ ポキシ榭脂としてはセロキサイド 3000がある力 シクロへキセン環等の不飽和脂肪族 環を有する化合物を酸ィ匕して得られるエポキシ基を有するエポキシ榭脂であればこ れら以外のエポキシ榭脂も用いることができる。
[0021]
[0022] 非芳香族多価カルボン酸 (A)と非芳香族エポキシ榭脂 (B)を反応して得られるェポキ シ榭脂 (E)は、エポキシ当量が 300〜1000g/eq、軟化点が 65°C〜110°Cであり、好 ましくはエポキシ当量が 350〜700g/eqである。エポキシ当量が 300g/eq未満の場 合は、硬化時の収縮が大きぐ硬化物の靱性も低下する。また、 1000g/eqを超えると 硬化物のガラス転移温度が低ぐ耐熱性が低下する。エポキシ榭脂 (E)のエポキシ当 量は、非芳香族多価カルボン酸 (A)と非芳香族エポキシ榭脂 (B)の種類と官能基比を 調整することで比較的任意に調整することができる。
[0023] エポキシ榭脂 (E)の軟ィ匕点は、多価カルボン酸 (A)の種類、エポキシ榭脂 (B)の種類 及び多価カルボン酸 (A)とエポキシ榭脂 (B)を反応させる際のモル比(酸とエポキシ基 の比)等により変化するので、これらを調整することにより容易に制御できる。エポキシ 榭脂 (E)の軟ィ匕点が 65°C未満では榭脂がブロッキングしゃすぐ軟ィ匕点が 110°Cを 超えると加温時の流動性が低く成形性が得られにくい。
[0024] 非芳香族多価カルボン酸 (A)と非芳香族エポキシ榭脂 (B)の反応は、触媒存在下で 120〜180°Cの雰囲気で容易に行うことができる。用いる触媒に特に制限は無いが、 リン化合物、 1. 8-ジァザビシクロ(5. 4. 0) -ゥンデセン- 7及びその塩等を用いること ができる。リン化合物としては、トリフエ-ルホスフエイト、トリ tert-ブチルホスフィン、 n- ブチルトリフエ-ルホスホ -ゥムブロマイド、テトラ- n-ブチルホスホ-ゥム、 o, o-ジェ チルホスホロジチォネートなどを用いることができる。この反応では、非芳香族多価力 ルボン酸 (A)の COOH基と非芳香族エポキシ榭脂 (B)のエポキシ基が反応して、式 (I) に示すような反応が生じる。そして、反応後においてもエポキシ基が残留して、ェポキ シ当量が 300〜1000mgZeqであるエポキシ榭脂 (E)となる必要がある。そのために は、エポキシ基/ COOH基のモル比は、 2/1〜5/1の範囲とすることが好ましい。 したがって、式 (I)の反応では一部のエポキシ基が反応し、過剰のエポキシ基はその まま残ることになる。なお、式 (I)は主反応を説明するためのもので簡素化されている 力 多価カルボン酸と多価エポキシ榭脂との反応は、式 (I)力も類推可能である。
R)— COOH + R2― CH ,CH R2
O
i—— COO HC CH—— R2
R2 OH ( i )
[0025] 本発明のエポキシ榭脂組成物は、エポキシ榭脂 (E)を必須成分として含むが、通常 エポキシ榭脂の硬化に用いられる硬化剤が配合される。その他、カチオン重合開始 剤や酸化防止剤、紫外線吸収剤等を配合することができる。
[0026] エポキシ榭脂用硬化剤としては、公知の硬化剤を用いることができる力 酸無水物 が好ましぐ具体的には無水テトラヒドロフタル酸、無水メチルテトラヒドロフタル酸、無 水水素化メチルナジック酸などの非芳香族酸無水物が耐光性、耐熱性の観点力 好 ましい。また、無機物や着色剤等を添加して耐熱性、光学特性等を向上することがで きる。
[0027] 本発明のエポキシ榭脂硬化物は、本発明のエポキシ榭脂組成物を加熱硬化するこ とにより得られる。
実施例
[0028] 以下に実施例により本発明を具体的に説明する。
略号を次に示す。
HH:リカシッド HH (新日本理化社製)
MH:リカシッド MH (新日本理化社製)
HB:リカピノール HB (新日本理化社製)
SKY CHDM:新日本理化社製
HBPADGE :エポキシ当量 207g/eq、加水分解性塩素 170ppm、全塩素含有量 14 50ppm、粘度 780mPa's/25°C (丸善石油化学社製)
2021P:セロキサイド 2021P (ダイセル社製)
ST- 3000 :東都化成社製
ZX-1658 :東都化成社製
YD- 012:ビスフエノール A型エポキシ榭脂 (東都化成社製)
SG:スピログリコール(日本ファインケム社製)
TPP:トリフエ二ノレフォスフェイト
[0029] 合成例 1
温度計、冷却管、撹拌器、連続滴下装置を取り付けた 1Lフラスコに窒素ガスパー ジを施しながら、 HB96重量部と HH123重量部を仕込み 160°Cで 3時攪拌混合して 酸価 206mgKOH/gのポリカルボン酸を得た(第一反応)。次いで、 HBPADGE280 重量部と 2021Pを 75重量部及び TPP0. 1重量部を仕込み 160°Cで 4時間攪拌混 合して 570重量部の固形エポキシ榭脂(E1)を得た (第二反応)。得られたエポキシ 榭脂(E1)は、エポキシ当量 530g/eq、軟ィ匕点 72°Cであった。
[0030] 合成例 2
合成例 1において、 HBに替えて SKY CHDM57重量部を、 HHに替えて MH13 3重量部を使用し、 160°Cで 3時攪拌混合して酸価 177mgKOH/gのポリカルボン酸 を得た。次 ヽで、 ST— 3000を 150重量咅と 2021Pを 150重量咅及び TPPを 0. 1重 量部仕込み、 160°Cで 4時間攪拌混合して 480重量部の固形エポキシ榭脂(E2)を 得た。
[0031] 合成例 3
合成 f列: Uこお ヽて、 HBPADGE280重量咅^ 2021P75重量咅を、 ZX— 1658を 8 0重量部、 2021P170重量部に替えて、他は同様にして 460重量部の固形エポキシ 榭脂 (E3)を得た。
[0032] 合成例 4
合成例 1において、 HBPADGE280重量部と 2021Pを 75重量部に替えて、 HBP ADGEを 20重量部と 2021Pを 310重量部用い、他は同様にして 540重量部の固形 エポキシ榭脂(E4)を得た。
[0033] 合成例 5
合成例 1において、 HBPADGE280重量部と 2021Pを 75重量部に替えて 2021P を 310重量部を用い、他は同様にして 520重量部の固形エポキシ榭脂(E5)を得た。
[0034] 合成例 6
合成例 1において、 HHに替えて MH134重量部を、 HBPADGE280重量部と 20
21P75重量咅に替えて ZX— 1658を 200重量咅と 2021Pを 20重量咅用 ヽ、他は同 様にして 440重量部の固形エポキシ榭脂(E6)を得た。
[0035] 合成例 7
合成例 1において、 HBに替えて SG122重量部用い、 HBPADGEと 2021Pの使 用量をそれぞれ 168重量部、 208重量部とし、他は同様にして 600重量部の固形ェ ポキシ榭脂 (E7)を得た。得られたエポキシ樹脂 (E7)は、エポキシ当量 403g /eq、軟 化点 75°Cであった。
合成例 1〜7の反応条件及びエポキシ榭脂の性状を表 1に示す。反応原料 (モノマ 一)の単位は重量部である。
[0036] [表 1]
表 2及び表 3に示す様に、エポキシ榭脂(E1)〜(E7)、 YD- 012、 ST- 3000、 HBP ADGE又は 2021Pについて、 110°Cにカロ熱し、 HHをモル比が 1/1の割合になる
ようによく混合脱法し、更に酸ィ匕防止剤(三光社製 SANKO-HCA) 0. 2重量部、硬化 促進剤(サンァプロ社製 U- CAT SA- 102) 0. 5重量部を添加してエポキシ榭脂組 成物とした。これを、金型内で、 100°Cで 4時間、更に 140°Cで 12時間硬化して厚さ 4mmの榭脂板を作成した。
[0038] この榭脂板を使用して硬化物のガラス転移温度 (Tg)、光線透過度、耐熱性、耐候 性及び硬化収縮の各種試験を行った。
[0039] 1) 硬化物のガラス転移温度をパーキンエルマ一社製示差操作熱量測定装置 DEL TA SERIES DSC7を用いて測定した。昇温速度は 10°CZ分とした。
2) 日立製作所製自記分光光度計 U-3410を用いて、厚さ 4mm硬化物の 400應の 初期透過度を測定した。
3) 硬化物を空気中で 150°C72時間保持したのち、初期透過度と同様にして 400η mの透過度を測定した。
4) 硬化物を Qパネル社製耐候性試験機 QUVを用いて、 600時間 UV照射した後 の 400nmの透過度を、初期透過度と同様にして測定した。 QUVのランプには UVA 340nmを用い、ブラックパネル温度は 55°Cとした。
5) 硬化物の金型内での収縮量を金型の厚さと硬化物厚さ及び収縮を生じた面積か ら硬化収縮量を算出した。
[0040] [表 2]
実施例
1 2 3 4 5 6 エポキシ樹脂 (E l) 100
(E2) 100
(E3) 100
(E4) 100
(E5) 100
(E7) 100
HH 29.1 30.8 32.2 38.4 34.2 38.2 硬化物 Tg °C 140 1 35 150 170 180 160 透過嶽(%) 初期 92 91 92 93 91 93 耐熱後 70 80 8 84 80 81 耐 UV後 75 74 73 76 65 78 硬化収縮量 (%) 0.2 0.2 0.2 0.2 0. 0.2 [表 3]
産業上の利用可能性
本発明のエポキシ榭脂組成物は、常温にお!、て固形である他、透明で耐光性、耐 熱性、耐硬化収縮性に優れる硬化物を与え、塗料、インキ、レジストインキ、接着剤、 電子材料分野で有用であり、特に LED分野で有用である。