【課題】添加型のリン系難燃剤と同様に添加量でリン含有率を任意に調整可能でありながらブリードアウトの問題が無く、溶剤溶解性、含浸性の優れるリン含有エポキシ樹脂を提供する。
【解決手段】エポキシ当量が1000〜5000g/eqの範囲であり、活性水素当量が1000〜5000g/eqの範囲であり、かつエポキシ基1当量に対して活性水素基が0.95〜1.05当量の範囲であるリン含有エポキシ樹脂、およびこのリン含有エポキシ樹脂とそれ以外のエポキシ樹脂と硬化剤を含むエポキシ樹脂組成物とその硬化物である。
エポキシ基および活性水素基を有するリン含有エポキシ樹脂において、エポキシ当量が1000〜5000g/eqの範囲内であり、活性水素当量が1000〜5000g/eqの範囲内であり、かつエポキシ基1当量に対して活性水素基が0.95〜1.05当量の範囲であることを特徴とするリン含有エポキシ樹脂。
エポキシ樹脂(a)と、活性水素基を有するリン化合物(b)を必須の成分とする活性水素基含有化合物(c)を、反応して得られることを特徴とする請求項1記載のリン含有エポキシ樹脂。
リン化合物(b)を含む活性水素基を有する化合物(c)の全活性水素基を、エポキシ樹脂(a)のエポキシ基1当量に対して0.95〜1.05当量の範囲とする請求項2または3に記載のリン含有エポキシ樹脂。
エポキシ樹脂と硬化剤とを含むリン含有エポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂の一部として請求項1〜5のいずれか1項に記載のリン含有エポキシ樹脂を含むことを特徴とするリン含有エポキシ樹脂組成物。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明のリン含有エポキシ樹脂は、エポキシ基および活性水素基を有し、エポキシ当量が1000〜5000g/eqの範囲内であり、活性水素当量が1000〜5000g/eqの範囲内であり、活性水素当量/エポキシ当量比が0.95〜1.05の範囲である。活性水素基とはエポキシ基と反応性の活性水素を有する官能基のことであり、具体的には、カルボキシル基やアミノ基やフェノール性水酸基等が挙げられ、その中でもフェノール性水酸基が好ましい。なお、活性水素基に関して、1モルのカルボキシル基やフェノール性水酸基は1当量と、アミノ基(NH
2)は2当量と計算される。
【0016】
本発明のリン含有エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂(a)と、活性水素基を有するリン化合物(b)を必須成分とする活性水素基含有化合物(c)を反応することで得られ、活性水素基を有するリン化合物(b)としては、耐熱性、耐水性等の観点から前記の一般式(1)で示されるリン化合物(b1)または前記の一般式(2)で示されるリン化合物(b2)がより好ましい。
【0017】
エポキシ樹脂(a)は公知のエポキシ樹脂であれは特に制限はないが、好ましくは分子中に平均1〜4個のエポキシ基を持つものであり、分子中に平均1.5〜3.0個のエポキシ基を持つものがより好ましく、分子中に平均1.8〜2.2個程度のエポキシ基を持つものがさらに好ましい。特に好ましくは2官能型のエポキシ樹脂である。エポキシ基が、1個よりも少ないと活性水素基含有化合物(c)との反応時に官能基が減り高分子化しないことから接着力、耐熱性等に影響があり、4個よりも多いと反応時にゲル化したり、ゲル化しなくても得られるリン含有エポキシ樹脂の粘度が高くなることから含浸性、作業性に悪影響がある。
【0018】
エポキシ樹脂(a)の具体的な例としては、エポトートYD−128、エポトートYD−8125、エポトートYD−825GS(新日鉄住金化学株式会社製ビスフェノールA型エポキシ樹脂)、エポトートYDF−170、エポトートYDF−170B、エポトートYDF−8170、YDF−870GS(新日鉄住金化学株式会社製ビスフェノールF型エポキシ樹脂)、YSLV−80XY(新日鉄住金化学株式会社製テトラメチルビスフェノールF型エポキシ樹脂)、エポトートYDC−1312(新日鉄住金化学株式会社製ヒドロキノン型エポキシ樹脂)、jERYX4000H(三菱化学株式会社製ビフェニル型エポキシ樹脂)、エポトートYDPN−638、エポトートYDPN−63X(新日鉄住金株式会社製フェノールノボラック型エポキシ樹脂)、エポトートYDCN−701(新日鉄住金化学株式会社製クレゾールノボラック型エポキシ樹脂)、エポトートZX−1201(新日鉄住金化学株式会社製ビスフェノールフルオレン型エポキシ樹脂)、TX−0710(新日鉄住金化学株式会社製ビスフェノールS型エポキシ樹脂)、エピクロンEXA−1515(大日本化学工業株式会社製ビスフェノールS型エポキシ樹脂)、NC−3000(日本化薬株式会社製ビフェニルアラルキルフェノール型エポキシ樹脂)、エポトートZX−1355、エポトートZX−1711(新日鉄住金化学株式会社製ナフタレンジオール型エポキシ樹脂)、エポトートESN−155(新日鉄住金化学株式会社製β−ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂)、エポトートESN−355、エポトートESN−375(新日鉄住金化学株式会社製ジナフトールアラルキル型エポキシ樹脂)、エポトートESN−475V,エポトートESN−485(新日鉄住金化学株式会社製α−ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂)、EPPN−501H(日本化薬株式会社製トリスフェニルメタン型エポキシ樹脂)、スミエポキシTMH−574(住友化学株式会社製トリスフェニルメタン型エポキシ樹脂)、YSLV−120TE(新日鉄住金化学株式会社製ビスチオエーテル型エポキシ樹脂)、エポトートZX−1684(新日鉄住金化学株式会社製レゾルシノール型エポキシ樹脂)、エピクロンHP−7200H(DIC株式会社製ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂)等のエポキシ樹脂がある。更に、TX−0929、TX−0934、TX−1032(新日鉄住金化学株式会社製アルキレングリコール型エポキシ樹脂)、セロキサイド2021(ダイセル化学工業株式会社製脂肪族環状エポキシ樹脂)、エポトートYH−434、(新日鉄住金化学株式会社製ジアミノジフェニルメタンテトラグリシジルアミン)等のエポキシ樹脂がある。更に、jER630(三菱化学株式会社製アミノフェノール型エポキシ樹脂)、エポトートFX−289B、エポトートFX−305、TX−0932A(新日鉄住金化学株式会社製リン含有エポキシ樹脂)、ウレタン変性エポキシ樹脂、オキサゾリドン環含有エポキシ樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらのエポキシ樹脂は単独で使用しても2種類以上を併用して使用してもよい。
【0019】
活性水素基を有するリン化合物(b)は、リン酸、酸性リン酸エステル、酸性リン酸モノエステル、酸性亜リン酸ジエステル、前記の一般式(1)で示されるリン化合物(b1)、または前記の一般式(2)で示されるリン化合物(b2)等のエポキシ基と反応性の活性水素基を有するものである。具体的に例示すると、メチルアシッドホスフェート(混合物で平均分子量=119、大八化学工業製AP−1、堺化学工業製PhoslexA−1)、エチルアシッドホスフェート(混合物で平均分子量=139、堺化学工業製PhoslexA−2、城北化学工業製JP−501)、イソプロピルアシッドホスフェート(混合物で平均分子量=161、堺化学工業製PhoslexA−3)、ブチルアシッドホスフェート(混合物で平均分子量=182、堺化学工業製PhoslexA−4、大八化学工業製AP−4、城北化学工業製JP−504)、ジブチルホスフェート(単品で分子量=210、大八化学工業製DP−4、城北化学工業製DBP)、モノブチルホスフェート(単品で分子量=154、大八化学工業製MP−4)、ブトキシエチルアシッドホスフェート(混合物、城北化学工業製JP−508H)、2−エチルヘキシルアシッドホスフェート(混合物で平均分子量=266、堺化学工業製PhoslexA−8、大八化学工業製AP−8、城北化学工業製JP−508)、ビス(2−エチルヘキシル)ホスフェート(単品で分子量=322、大八化学工業製DP−8R、城北化学工業製LB−58、堺化学工業製PhoslexA−208)、イソデシルアシッドホスフェート(混合物で平均分子量=308、堺化学工業製PhoslexA−10、大八化学工業製AP−10)、モノイソデシルアシッドホスフェート(単品で分子量=238、大八化学工業製MP−10)、ラウリルアシッドホスフェート(混合物で平均分子量=355、堺化学工業製PhoslexA−12)、トリデシルアシッドホスフェート(混合物で平均分子量=371、堺化学工業製PhoslexA−13)、ステアリルアシッドホスフェート(混合物で平均分子量=437、堺化学工業製PhoslexA−18)、イソステアリルアシッドホスフェート(混合物で平均分子量=437、堺化学工業製PhoslexA−180L)、オレイルアシッドホスフェート(混合物で平均分子量=467、堺化学工業製PhoslexA−18D、城北化学製JP−518D)、ブチルピロホスフェート(城北化学製JP−504A)、テトラコシルアシッドホスフェート(城北化学製JP−524)、エチレングリコールアシッドホスフェート(城北化学製EGAP)、(2−ヒドロキシエチル)メタクリレートアシッドホスフェート(城北化学製JPA−514)等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0020】
活性水素基を有するリン化合物(b)の中でも、一般式(1)で示されるリン化合物(b1)または一般式(2)で示されるリン化合物(b2)がより好ましい。一般式(1)および(2)において、R
1、R
2、R
3及びR
4は炭素数1〜6の炭化水素基、好ましくはアルキル基またはフェニル基を表し、同一であっても異なっていてもよく、R
1及びR
2、またはR
3及びR
4はリン原子と共に環状構造を形成してもよい。j、kは0または1を表す。Aは炭素数6〜20の3価の芳香族炭化水素基を表す。
【0021】
上記Aで表わされる芳香族炭化水素環としては、ベンゼン環、縮合多環式芳香族炭化水素環等が挙げられる。縮合多環式芳香族炭化水素環としては、縮合二環式炭化水素(例えば、インデン、ナフタレン等の炭素数8〜20の縮合二環式炭化水素、好ましくは炭素数10〜16の縮合二環式炭化水素)、縮合三環式炭化水素(例えば、アントラセン、フェナントレン等)等の縮合2〜4環式芳香族炭化水素環が挙げられる。好ましい縮合多環式芳香族炭化水素環としては、ナフタレン環、アントラセン環等が挙げられ、特にナフタレン環が好ましい。なお、それぞれの環は置換基としてメチル基またはフェニル基を有しても良い。
【0022】
一般式(1)、(2)で示されるリン化合物は、具体的には9,10−ジヒドロ−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン−10−オキシド(三光株式会社製、商品名HCA)、ジフェニルホスフィン等のリン原子に直結した活性水素基を有するリン化合物や10−(2,5−ジヒドロキシフェニル)−10H−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン−10−オキシド(三光株式会社製、商品名HCA−HQ)、10−(1,4−ジオキシナフタレン)−10H−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン−10−オキシド(以下DOPO−NQ)、ジフェニルホスフィニルヒドロキノン(北興化学工業株式会社製、商品名PPQ)、ジフェニルホスフェニル−1,4−ジオキシナフタリン、1,4−シクロオクチレンホスフィニル−1,4−フェニルジオール(日本化学工業株式会社製、商品名CPHO−HQ)、1,5−シクロオクチレンホスフィニル−1,4−フェニルジオール(日本化学工業株式会社製、商品名CPHO−HQ)等のリン含有フェノール類を挙げられる。リン化合物(b)はこれら例示したものに限定されるものではない。また、これらのリン化合物は単独で使用しても2種類以上を併用して使用してもよい。
【0023】
エポキシ樹脂(a)と、活性水素基を有するリン化合物(b)を必須成分とする活性水素基含有化合物(c)反応はエポキシ樹脂の公知の反応方法を応用することができる。すなわち、反応温度60〜200℃、好ましくは、100〜180℃で撹拌することで反応を行う。60℃よりも低いと反応時間が長くなり経済的でなく、200℃を超える温度ではエポキシ当量と活性水素当量を制御することが難しくなる。
【0024】
反応はエポキシ樹脂(a)と活性水素基含有化合物(c)を一括で仕込み反応しても良く、また、活性水素基含有化合物(c)を数回に分けて添加反応をしても良い。
【0025】
反応には必要に応じて触媒を用いることもできる。触媒はエポキシ樹脂の製造で用いられる公知公用の触媒が使用できる。使用できる触媒としては、トリフェニルホスフィン、トリス(2,6−ジメトキシフェニル)ホスフィン等のホスフィン類、n−ブチルトリフェニルホスホニウムブロミド、エチルトリフェニルホスホニウムヨージド等の四級ホスホニウム塩類、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類、テトラメチルアンモニウムクロリド、テトラエチルアンモニウムブロミド等の四級アンモニウム塩類、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン等の三級アミン類等、公知慣用の触媒が挙げられ、これらに限定されるものではない。これら触媒の使用量は、活性水素基含有化合物(c)全量に対して0.005〜1質量%の範囲が好ましい。
【0026】
活性水素基含有化合物(c)におけるリン化合物(b)の占める割合は、3wt%以上、好ましくは5〜100wt%である。リン化合物(b)の割合が大きいと得られたエポキシ樹脂の難燃効果が大きいので、難燃性の劣るエポキシ樹脂と共に使用して難燃性のエポキシ樹脂組成物とすることができる。また、リン化合物(b)の割合が小さい場合であっても、このエポキシ樹脂のみ、または他のエポキシ樹脂を少量使用して難燃性のエポキシ樹脂組成物とすることができる。添加型難燃剤では、リン含有率が多ければ添加量も少なくて済み、硬化物の物性に与える難燃剤の影響が少なくなるが、本発明のリン含有エポキシ樹脂の場合、硬化時に反応して硬化物と一体化するため、硬化物の物性に与える難燃剤の影響が少なく、多量に配合可能であり、リン含有率を高くする必要性は添加型難燃剤に比べ少ない。
【0027】
別の観点から、本発明のリン含有エポキシ樹脂のみをエポキシ樹脂として使用する場合、リン含有エポキシ樹脂のリン含有率が3〜6質量%の範囲となるように活性水素基を有するリン化合物(b)の量を調整することがよい。リン含有率が3質量%未満だと十分な難燃性が得られず、リン含有率が6質量%より大きいと溶剤溶解性、接着力、耐熱性等の諸物性が悪くなる。しかし、他のエポキシ樹脂と併用する場合は、エポキシ樹脂全体として上記範囲を満たすことがよい。
【0028】
活性水素基含有化合物(c)が、リン化合物(b)以外の活性水素基含有化合物(c3)を含む場合、活性水素基含有化合物(c3)としては、次のような化合物が挙げられる。具体的にはカテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン等のヒドロキシベンゼン類、ビフェノール類、ビナフトール類、トリスフェノール類、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS等の2価フェノール類、ショウノールBRG−555(昭和電工株式会社製フェノールノボラック樹脂)、クレゾールノボラック樹脂、アルキルフェノールノボラック樹脂、アラルキルフェノールノボラック樹脂、トリアジン環含有フェノールノボラック樹脂、ビフェニルアラルキルフェノール樹脂、レヂトップTPM−100(群栄化学工業株式会社製トリスヒドロキシフェニルメタン型ノボラック樹脂)、アラルキルナフタレンジオール樹脂等の一分子中に2個以上のフェノール性水酸基と有する化合物類、アジピン酸ジヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジド等のヒドラジド類、イミダゾール化合物類及びその塩類、ジシアンジアミド、アミノ安息香酸エステル類、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、メタキシレンジアミン、イソホロンジアミン等の脂肪族アミン類、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、ジアミノエチルベンゼン等の芳香族アミン類、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水マレイン酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸等の酸無水物類等が挙げられ、これらを2種類以上使用してもよい。
【0029】
本発明のリン含有エポキシ樹脂の活性水素基は、特性を損なわない範囲で使用できるその他の反応性化合物の活性水素基であっても良い。また、本発明のエポキシ樹脂は、上記エポキシ当量等の特性を満足する限り、未反応のエポキシ樹脂(a)または活性水素基含有化合物(c)を含有していてもよく、例えば、反応終了後に樹脂特性の微調整のため、原料の一部を追加混合したものでもよい。
【0030】
反応して得られるリン含有エポキシ樹脂のエポキシ当量が1000〜5000g/eqの範囲内であり、活性水素当量が1000〜5000g/eqの範囲内であり、かつエポキシ基1当量に対して活性水素基が0.95〜1.05当量の範囲となるように反応を制御することが重要である。
【0031】
反応制御には反応温度、触媒量、反応溶剤等を調整することで所望のエポキシ当量、活性水素当量とすることが可能である。すなわち、反応温度を低下させて反応速度を調整し、所定の反応率で停止したり、触媒量を調整することで、所定のエポキシ当量で停止する条件としたり、反応溶剤により希釈率を変えて反応を制御することができる。そして、エポキシ樹脂(a)と活性水素基含有化合物(c)のエポキシ基と活性水素基の当量比(活性水素基/エポキシ基)が1.0近辺、好ましくは0.95〜1.05になるように、反応原料の使用量を調整することがよい。当量比を1.0近辺とすることにより、未反応で残るエポキシ基と活性水素基の量がほぼ同じとなり、当量比も0.95〜1.05におさまることになる。
【0032】
反応溶媒としては、非反応性であれば特に制限は無く、具体的にはベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルブチルケトン、ジプロピルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、ジアルキルエーテル、2−エトキシエチルエチルエーテル、エタノール、2−ブトキシエタノール、グリコールエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジオキサン等が挙げられる。これらの反応溶媒は単独で、あるいは2種類以上を同時に使用してもよい。これらの反応溶媒の使用量は反応物全質量中の50%以下が好ましい。
【0033】
また、リン含有エポキシ樹脂の数平均分子量(Mn)は特に規定しないが、3000以下が好ましく、2000以下より好ましい。特に、Mnが5000を超えると含浸性、作業性に悪影響がある。
【0034】
活性水素基を有するリン化合物(b)が一般式(2)で表わされるような2価フェノール化合物のみである場合、エポキシ樹脂(a)のエポキシ基1モルに対してフェノール性水酸基0.95〜1.05モルの範囲で反応することによって本発明のリン含有エポキシ樹脂を得ることができる。このモル比範囲とすることで、得られるリン含有エポキシ樹脂のエポキシ基1モルに対するフェノール性水酸基のモル比を0.95〜1.05モルの範囲とすることができる。
【0035】
そして、上記当量範囲を満足するように活性水素基とエポキシ基の一部を残すように完全には反応させず、反応率を70〜92%とすることが好ましい。また、活性水素基またはエポキシ基のいずれか一方を完全に反応させ、残った活性水素基またはエポキシ基に、多官能のエポキシ化合物または活性水素基含有化合物を反応させて、消失した官能基を付与することもできる。特に、エポキシ樹脂(a)または活性水素基を有するリン化合物(b)が単官能のみからなる場合は、この方法が好ましい。
【0036】
こうして得られたリン含有エポキシ樹脂は溶剤溶解性に優れており、リン含有ポリヒドロキシポリエーテル樹脂では溶解できなかった溶剤でも容易に溶解することができ、溶液粘度も低いためガラスクロスへの含浸も容易である。
【0037】
本発明のリン含有エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂(D)と硬化剤(C)とを含み、エポキシ樹脂(D)は、本発明のリン含有エポキシ樹脂(A)と、それ以外のエポキシ樹脂(B)を含む。
【0038】
リン含有エポキシ樹脂組成物に用いられるエポキシ樹脂(B)は前記のエポキシ樹脂(a)と同様なものを用いることができる。エポキシ樹脂(B)はリン原子を分子内に含んでも良い。
【0039】
リン含有エポキシ樹脂組成物に用いられる硬化剤(C)は前記の反応性化合物(c3)と同様なものを用いることができる。
【0040】
エポキシ樹脂(D)と硬化剤(C)は通常のエポキシ樹脂組成物を作成する条件で配合可能であり、通常、硬化剤(C)はエポキシ樹脂(B)のエポキシ基1当量に対して活性水素基が0.2〜1.5当量となるように配合する。例えば、フェノール系、アミン系硬化剤を用いた場合は、エポキシ基に対して活性水素基をほぼ当量配合し、酸無水物系硬化剤を用いた場合、エポキシ基1当量に対して酸無水物基を0.5〜1.5当量、好ましくは、0.6〜1.0当量配合する。ジシアンジアミド(DICY)を使用した場合は、エポキシ基1当量に対して活性水素基を0.2〜1.2当量、好ましくは、0.3〜1.1当量配合して用いられる。イミダゾール化合物類の様に接触して反応が進行する場合はエポキシ樹脂に対する所定の質量比で配合されることもある。
【0041】
エポキシ樹脂と硬化剤(C)を配合したものに本発明のリン含有エポキシ樹脂(A)を配合することで本発明のリン含有エポキシ樹脂組成物を得ることができる。リン含有エポキシ樹脂の配合量は組成物中の所望のリン含有率により、配合量を増減するだけで良く、リン含有エポキシ樹脂を配合したことによるエポキシ樹脂または硬化剤と硬化反応が可能である。この反応が起きることから硬化物はより均一となり耐熱性、接着性等の高い特性が得られる。本発明のリン含有エポキシ樹脂(A)の配合量は、本発明のリン含有エポキシ樹脂(A)とそれ以外のエポキシ樹脂(B)と硬化剤(C)の合計に対し、0.5〜99.5質量%であり、好ましくは5〜90質量%であり、より好ましくは15〜75質量%であり、さらに好ましくは30〜60質量%である。
【0042】
また、本発明のリン含有エポキシ樹脂組成物には必要に応じて、充填材、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂や、シランカップリング剤、酸化防止剤、離型剤、消泡剤、乳化剤、揺変性付与剤、平滑剤、難燃剤、顔料等の各種添加剤を配合することができる。
充填材としては、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化ケイ素、水酸化アルミニウム、タルク、焼成タルク、クレー、カオリン、ベーマイト、マイカ、炭酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、硫酸バリウム、窒化ホウ素、酸化チタン、ガラス粉末、シリカバルーン、炭素、炭素繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維、炭化ケイ素繊維、ポリエステル繊維、セルロース繊維、アラミド繊維、合成繊維、セラミック繊維等が挙げられる。
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、メラニン樹脂、イソシアネート樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、シアネート樹脂、イミド樹脂、ビニル樹脂等が挙げられる。
熱可塑性樹脂としてはポリフェニルエーテル、ポリヒドロキシポリエーテル樹脂、アクリル樹脂、石油樹脂、インデン樹脂、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリビニルホルマール等、クマロンインデン樹脂、微粒子ゴム、熱可塑性エラストマー等が挙げられる。
【0043】
本発明のリン含有エポキシ樹脂組成物は特に回路基板用途として有用であり、シート状基材に含浸、乾燥することでプリプレグを得ることもできる。シート状基材としては、ガラス等の無機繊維や、ポリエステル等、ポリアミン、ポリアクリル、ポリイミド、ケブラー等の有機質繊維の織布または不織布を用いることができるが、これに限定されるものではない。プリプレグを製造する方法としては、特に限定するものではなく、例えば、シート状基材にリン含有エポキシ樹脂組成物を溶剤で粘度調整した樹脂ワニスに浸漬して含浸した後、加熱乾燥して樹脂成分を半硬化(Bステージ化)して得られるものであり、例えば100〜200℃で1〜40分間加熱乾燥することができる。また、プリプレグ中の樹脂量は、樹脂分30〜80質量%とすることが好ましい。
【0044】
本発明のリン含有エポキシ樹脂組成物は、公知のエポキシ樹脂組成物と同様な方法により成型、硬化して硬化物とすることができる。成型方法、硬化方法は公知のエポキシ樹脂組成物と同様の方法をとることができ、本発明の樹脂組成物固有の方法は不要である。本発明のリン含有エポキシ樹脂硬化物は、積層物、成型物、接着物、塗膜、フィルム等の形態をとることができ、難燃性や耐熱性、接着性が良好であり、電気電子部品に用いられる封止材、銅張り積層板、絶縁塗料、難燃塗料、複合材、絶縁難燃接着剤等の材料として有用であることが判った。
【実施例】
【0045】
次に本発明の実施例を示すが、本発明の範囲はこれら実施例に限定されるものではない。特に断りがない限り、部は質量部を表し、%は質量%を表す。また、分析方法、測定方法は以下の通りである。
【0046】
・不揮発分:JIS K 7235−1986
・ワニス粘度:コーンプレート型粘度計(東京計器株式会社製)を用い、ローターは標準コーン(1°34′)を使用して25℃の環境下、回転数10rpmで測定した。
【0047】
・エポキシ当量:JIS K 7236に準じた。
・水酸基当量:試料に4%のメタノールを含むTHFを加え、10%テトラブチルアンモニウムヒドロキシドを加えて、紫外可視分光光度計を用いて波長400nmから250nm間の吸光度を測定し、フェノール性水酸基を水酸基1当量当たりの試料のg数として求めた。
【0048】
・リン含有率:試料に硫酸、塩酸、過塩素酸を加え、加熱して湿式灰化し、全てのリン原子をオルトリン酸とした。硫酸酸性溶液中でメタバナジン酸塩及びモリブデン酸塩を反応させ、生じたリンバナードモリブデン酸錯体の420nmにおける吸光度を測定し、リン原子含有率を%で表した。積層板のリン含有率は、積層板の樹脂分に対する含有率として表した。
【0049】
・数平均分子量(Mn):ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)(東ソー株式会社製、HLC−8220GPC)を用いて分子量分布を測定し、標準ポリスチレンより求めた検量線より換算した。
【0050】
・赤外吸収スペクトル:フーリエ変換赤外分光光度計を用い、錠剤法(KBr)により測定した。
【0051】
・ワニスの状態:配合後均一に混合し均一な溶液となったものを○、濁り、分離が生じたものを×で示した。
・含浸性:ガラスクロスに室温で含浸させ、含浸に要した時間で、3水準で評価した。5分以内;○、5-30分:△、30分超:×。
【0052】
・ガラス転移温度(Tg):示差走査熱量測定装置にて10℃/分の昇温条件で測定を行った時のDSC外挿値の温度で表した。
【0053】
・接着力:JIS C 6481に準じた。
・難燃性:UL94(Underwriters Laboratories Inc.の安全認証規格)に準じた。評価はV−0,V−1,V−2で記した。但し、完全に燃焼したものは、「燃焼」と記した。
【0054】
実施例1
攪拌装置、温度計、冷却管、窒素ガス導入管を備えた4つ口のガラス製セパラブルフラスコ実験装置に、HCA(三光株式会社製、リン含有率14.2%)を305.4部、1,4−ナフトキノン(川崎化成工業株式会社製)を219.2部、トルエンを650部入れ、75℃で30分反応後昇温し、110℃で90分間反応させた。トルエンを除いてDOPO−NQを得た。これにエポトートYDF−170(新日鉄住金化学株式会社製、ビスフェノールF型液状エポキシ樹脂、エポキシ当量170g/eq)を475.4部、反応溶媒としてジエチレングリコールジメチルエーテル(以下、MDM)を52.6部、触媒としてトリフェニルホスフィン(TPP)を0.26部加えて160℃で3時間反応し、メチルエチルケトン(MEK)にて希釈した。
反応においてエポキシ基1モルに対するフェノール性水酸基のモル比は0.99であった。得られたリン含有エポキシ樹脂溶液は濃褐色透明で、不揮発分65%、ワニス粘度3650mPa・s、エポキシ当量1630g/eq、水酸基当量1630g/eq、リン含有率4.3%、数平均分子量1225であった。エポキシ当量、水酸基当量の結果からエポキシ基1モルに対する水酸基は1.00モルであった。
【0055】
実施例2
実施例1と同様な装置にエポトートYDF−170を516.5部、HCA−HQ(三光株式会社製、融点256℃、リン含有率9.6%、水酸基当量162g/eq)を483.5部仕込んだ。これに、反応溶媒として1−メトキシ−2−プロパノール(以下PGM)を111部、触媒としてTPPを0.24部加えて150℃で6時間反応し、MEKにて希釈した。
反応においてエポキシ基1モルに対するフェノール性水酸基のモル比は0.98であった。得られたリン含有エポキシ樹脂溶液は淡黄色透明で、不揮発分65%、ワニス粘度2850mPa・s、エポキシ当量2110g/eq、水酸基当量2220g/eq、リン含有率4.6%、数平均分子量973であった。エポキシ当量、水酸基当量の結果からエポキシ基1モルに対する水酸基は0.95モルであった。
【0056】
実施例3
実施例1と同様な装置にエポトートYD−128(新日鉄住金化学株式会社製、ビスフェノールA型液状エポキシ樹脂、エポキシ当量187g/eq)を542部、PPQ(北興化学工業株式会社製、リン含有率10%、水酸基当量155g/eq)を458部仕込んだ。これに、反応溶媒としてMDMを176部、触媒として2−エチル−4−メチルイミダゾール(四国化成工業株式会社製、以下2E4MZ)を0.1部加えて155℃で5時間反応し、MEKにて希釈した。
反応においてエポキシ基1モルに対するフェノール性水酸基のモル比は1.02であった。得られたリン含有エポキシ樹脂溶液は淡黄色透明で、不揮発分60%、ワニス粘度3050mPa・s、エポキシ当量4050g/eq、水酸基当量3930g/eq、リン含有率4.6%、数平均分子量1986であった。エポキシ当量、水酸基当量の結果からエポキシ基1モルに対する水酸基は1.03モルであった。
【0057】
実施例4
実施例1と同様な装置にエポトートYDF−170を453部、エポトートYDPN−638(新日鉄住金化学株式会社製、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ当量177g/eq)を28部、DOPO−NQ(試薬、リン含有率8.2%、水酸基当量187g/eq)を519部仕込んだ。これに、反応溶媒としてPGMを176部、触媒としてトリス−(2,6−ジメトキシフェニル)ホスフィン(試薬)を0.26部加えて155℃で3時間反応し、MEKにて希釈した。
反応においてエポキシ基1モルに対するフェノール性水酸基のモル比は0.98であった。得られたリン含有エポキシ樹脂溶液は淡黄色透明で、不揮発分65%、ワニス粘度3350mPa・s、エポキシ当量2410g/eq、水酸基当量2500g/eq、リン含有率4.3%、数平均分子量1365であった。エポキシ当量、水酸基当量の結果からエポキシ基1モルに対する水酸基は0.96モルであった。
【0058】
実施例5
実施例1と同様な装置にYSLV−80XY(新日鉄住金化学株式会社製、テトラメチルビスフェノールF型エポキシ樹脂、エポキシ当量191g/eq、融点79℃)を548部、HCA−HQを452部仕込んだ。これに、反応溶媒としてPGMを176部、触媒としてTPPを0.2部加えて155℃で6時間反応し、MEKにて希釈した。
反応においてエポキシ基1モルに対するフェノール性水酸基のモル比は0.97であった。得られたリン含有エポキシ樹脂溶液は淡黄色透明で、不揮発分65%、ワニス粘度3600mPa・s、エポキシ当量1370g/eq、水酸基当量1390g/eq、リン含有率4.3%、数平均分子量1022であった。エポキシ当量、水酸基当量の結果からエポキシ基1モルに対する水酸基は0.99モルであった。
【0059】
実施例6
実施例1と同様な装置にエポトートYDF−170を540部、ショウノールBRG−557(昭和電工株式会社製、フェノールノボラック樹脂、水酸基当量105g/eq)を80部、HCA−HQを380部仕込んだ。これに、反応溶媒としてPGMを111部、触媒としてTPPを0.24部加えて150℃で4時間反応し、MEKにて希釈した。
反応においてエポキシ基1モルに対するフェノール性水酸基のモル比は0.98であった。得られたリン含有エポキシ樹脂溶液は淡黄色透明で、不揮発分65%、ワニス粘度4020mPa・s、エポキシ当量2950g/eq、水酸基当量2860g/eq、リン含有率3.5%、数平均分子量1630であった。エポキシ当量、水酸基当量の結果からエポキシ基1モルに対する水酸基は1.03モルであった。
【0060】
実施例7
実施例1と同様な装置にエポトートYDPN−638を504部、HCAを401部仕込んだ。これに、反応溶媒としてMDMを250部、触媒としてTPPを0.2部加えて150℃で4時間反応した。100℃まで冷却した後、無水トリメリット酸を95部加えて100℃で2時間反応し、MEKにて希釈した。
得られたリン含有エポキシ樹脂溶液は淡黄色透明で、不揮発分65%、ワニス粘度6750mPa・s、エポキシ当量1029g/eq、活性水素当量(酸当量)1011g/eq、リン含有率5.7%、数平均分子量851であった。エポキシ当量、活性水素当量(酸当量)の結果からエポキシ基1モルに対する活性水素当量(酸当量)は1.02モルであった。なお、活性水素当量(酸当量)は、JIS K 0070規格に準拠して測定し、得られた酸価より計算で酸当量を求めた。具体的には、電位差滴定装置を用い、溶媒としてシクロヘキサノンを使用し、0.1N−KOHメタノール溶液を用いて測定した。
【0061】
参考例1
実施例1と同様な装置に、エポトートYDF−170を687部、HCA−HQを314部仕込んだ。これに、反応溶媒としてPGMを110部、触媒としてTPPを0.06部加えて165℃で4時間反応を行った後、MEKを加えて希釈した。
反応においてエポキシ基1モルに対するフェノール性水酸基のモル比は0.48であった。得られたリン含有エポキシ樹脂溶液は淡黄色透明で、不揮発分70%、ワニス粘度510mPa・s、エポキシ当量301g/eq、水酸基当量850g/eq、リン含有率3.0%、数平均分子量587であった。エポキシ当量、水酸基当量の結果からエポキシ基1モルに対する水酸基は0.35モルであった。
【0062】
参考例2
実施例1と同様な装置に、HCA−HQを480.7部、エポトートYD−8125(新日鉄住金化学株式会社製、ビスフェノールA型液状エポキシ樹脂、エポキシ当量172g/eq)を519.3部、シクロヘキサノンを330部、触媒として2E4MZを0.1部仕込み、155℃〜170℃の温度で15時間反応させた後、シクロヘキサノン930部、N,N−ジメチルホルムアミド930部を加えて希釈した。
反応においてエポキシ基1モルに対するフェノール性水酸基のモル比は0.98であった。得られたリン含有エポキシ樹脂は淡黄色透明で、不揮発分36%、ワニス粘度5900mPa・s、エポキシ当量17200g/eq、水酸基当量18300、リン含有率4.6%、数平均分子量5960であった。エポキシ当量、水酸基当量の結果からエポキシ基1モルに対する水酸基は0.94モルであった。なお、エポキシ当量と水酸基当量は、指定溶剤に溶解しなかったため、シクロヘキサノンに溶解して測定を行った。また、数平均分子量は、GPC法で溶離液としてN,N−ジメチルホルムアミド(20mM臭化リチウム含有品)を使用し、標準ポリエチレンオキサイドの換算により求めた。
【0063】
実施例、比較例のエポキシ樹脂組成物に使用した化合物は以下の通りである。
リン含有エポキシ樹脂(A)
・A1:実施例1で得たエポキシ樹脂
・A2:実施例2で得たエポキシ樹脂
・A3:実施例3で得たエポキシ樹脂
・A4:参考例1で得たエポキシ樹脂
・A5:参考例2で得たエポキシ樹脂
他のエポキシ樹脂(B)
・B1:エポトートYDCN−700−7(新日鉄住金化学株式会社製、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ当量202g/eq)
・B2:エポトートYD−903(新日鉄住金化学株式会社製、ビスフェノールA型固形エポキシ樹脂、エポキシ当量812g/eq)
硬化剤(C)
・C1:ショウノールBRG−557
・C2:DICY(試薬、ジシアンジアミド、活性水素当量=21g/eq)
その他
・硬化促進剤:2E4MZ
・難燃剤:PX−200(大八化学工業株式会社製、芳香族縮合リン酸エステル、リン含有率9%)
【0064】
実施例8〜12及び比較例1〜5
表1及び表2に示す処方で各化合物を配合してエポキシ樹脂組成物を得た。
得られたエポキシ樹脂ワニスをガラスクロス(日東紡株式会社製、IPC規格の2116)に含浸し、150℃の熱風循環オーブン中で10分間乾燥してプリプレグを得た。
さらに、得られたプリプレグ4枚と銅箔(3EC−III、三井金属鉱業株式会社製、厚み35μm)を重ね、130℃×15分+190℃×70分の温度条件で2MPaの真空プレスを行い、0.5mm厚の積層板を得た。
表1に実施例の積層板評価結果を、表2に比較例の積層板評価結果をそれぞれ示す。
なお、表2の比較例5は含浸性が悪くプリプレグができなかったため、積層板の作成は行わなかった。
【0065】
【表1】
【0066】
【表2】