JP2018162362A - オキサゾリドン環含有エポキシ樹脂組成物、その製造方法、硬化性樹脂組成物、及び硬化物 - Google Patents
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Abstract
Description
式中、Xは炭素数1〜4のアルキル基、炭素数6〜10のアリール基、及び炭素数7〜11のアラルキル基からなる群から選ばれる置換基を少なくとも1個有する環員数5〜8のシクロアルキリデン基である。R1及びR2はそれぞれ独立して、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数5〜8のシクロアルキル基、炭素数1〜4のアルケニル基、炭素数6〜10のアリール基、又は炭素数7〜10のアラルキル基であり、k1及びk2はそれぞれ独立して0〜4の整数である。Gはグリシジル基である。m及びnは繰り返し数を表し、平均値は0〜2である。
2)イソシアネート化合物(b)が分子内に平均で1.8個以上のイソシアネート基を有すること。
3)オキサゾリドン環含有エポキシ樹脂組成物のエポキシ当量が200〜600g/eq.であること。
4)オキサゾリドン環含有エポキシ樹脂組成物の軟化点が50〜150℃であること。
5)エポキシ樹脂(a)のエポキシ基1モルに対し、イソシアネート化合物(b)のイソシアネート基が0.02モル以上0.5モル未満の範囲とすること。
本発明のオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂(a)とイソシアネート化合物(b)とを反応して得られる。ここで、エポキシ樹脂(a)は、上記式(1)で表されるエポキシ樹脂(a1)と上記式(2)で表されるエポキシ樹脂(a2)を必須成分として含む混合物である。
上記環員数5〜8のシクロアルキリデン基を構成するシクロアルカン環は、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロヘプタン環、又はシクロオクタン環のいずれかであり、シクロペンタン環又はシクロヘキサン環が好ましい。
R2の置換位置は、ビフェニル結合の炭素原子に対して、オルソ位又はメタ位が好ましく、オルソ位がより好ましい。また、−O−基は、ビフェニル結合の炭素原子に対して、オルソ位又はパラ位が好ましく、パラ位がより好ましい。
上記合計が、55質量%未満では、誘電特性が不十分になる恐れがある。
エポキシ樹脂(a)中のエポキシ樹脂(a1)とエポキシ樹脂(a2)の配合割合(a1/a2)は、質量%基準で、5〜50/95〜50が好ましく、25〜40/75〜55がより好ましく、40〜45/60〜55がさらに好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物は、本発明のオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂組成物と硬化剤を含む。
反応性希釈剤としては、例えば、アリルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、トリルグリシジルエーテル等の単官能グリシジルエーテル類や、レゾルシノールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル等の二官能グリシジルエーテル類や、グリセロールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、トリメチロールエタンポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル等の多官能グリシジルエーテル類や、ネオデカン酸グリシジルエステル等のグリシジルエステル類や、フェニルジグリシジルアミン、トリルジグリシジルアミン等のグリシジルアミン類が挙げられる。
JIS K7236規格に準拠して測定した。具体的には、電位差滴定装置を用い、溶媒としてメチルエチルケトンを使用し、臭素化テトラエチルアンモニウム酢酸溶液を加え、0.1mol/L過塩素酸−酢酸溶液を用いた。
(2)軟化点:
JIS K7234規格、環球法に準拠して測定した。具体的には、自動軟化点装置(株式会社メイテック製、ASP−MG4)を用いた。
(3)数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、及び分散度(Mw/Mn):
本体(東ソー株式会社製、HLC−8220GPC)にカラム(東ソー株式会社製、TSKgelG4000HXL、TSKgelG3000HXL、TSKgelG2000HXL)を直列に備えたものを使用し、カラム温度は40℃にした。また、溶離液にはテトラヒドロフランを使用し、1mL/minの流速とし、検出器は示差屈折検出器を使用した。標準の単分散ポリスチレンより求めた検量線よりMn、Mw及びMw/Mnを換算した。
(4)溶剤溶解性:
トルエンで不揮発分50%に希釈した時の状態を目視で判断した。完全に溶解し透明なものを○、白濁または分離したものを×、微かに濁ったものを△をした。
JIS K7121規格、示差走査熱量測定に準拠して測定した。SII社製EXTER DSC6200を使用して、20℃から10℃/分の昇温速度により測定し、2サイクル目に得られたDSCチャートの補外ガラス転移開始温度(Tig)より求めた。
(6)銅箔剥離強さ及び層間接着力:
JIS C6481に準拠して測定した。層間接着力は7層目と8層目の間で引き剥がし測定した。
(7)比誘電率及び誘電正接:
IPC−TM−650 2.5.5.9に準じてマテリアルアナライザー(AGILENT Technologies社製)を使用し、容量法により周波数1GHzにおける誘電率及び誘電正接を測定した。
(8)難燃性:
UL94(Underwriters Laboratories Inc.の安全認証規格)に準じ、垂直法により評価して、試験片5本の残炎時間(秒)の合計を示した。残炎時間の小さい方がより好ましい難燃性を意味する。
撹拌装置、温度計、窒素ガス導入装置、冷却管及び水分離器を備えた反応装置に、室温下で、4,4’−(3,3,5−トリメチルシクロヘキシリデン)ジフェノール(本州化学工業株式会社製、BisP−TMC)を100部、エピクロロヒドリンを358部、イオン交換水を4部仕込み、撹拌しながら50℃まで昇温した。均一に溶解後、49%水酸化ナトリウム水溶液を5.3部仕込み3時間反応を行った。次に、64℃まで昇温した後、水の還流が起きる程度まで減圧を引き、49%水酸化ナトリウム水溶液48部を3時間かけて滴下し、この滴下中に還流留出した水とエピクロロヒドリンを分離槽で分離しエピクロロヒドリンは反応容器に戻し、水は系外に除いて反応した。反応終了後、温度を70℃まで上げて脱水を行い、温度を135℃として残存するエピクロロヒドリンを回収した。常圧に戻し、メチルイソブチルケトン(MIBK)を204部加えて溶解した。イオン交換水を127部加え、撹拌静置して副生した食塩を水に溶解して除去した。次に、49%水酸化ナトリウム水溶液を2.9部仕込み、80℃で90分間撹拌反応して精製反応を行った。MIBKを追加、水洗を数回行い、イオン性不純物を除去した。溶剤を回収し、上記式(1)で表されるエポキシ樹脂(エポキシ樹脂a)を得た。得られたエポキシ樹脂aは、エポキシ当量216、アルコール性水酸基当量5510であり、mの平均値は0.04である。
エポキシ樹脂a:合成例1で得られたエポキシ樹脂
エポキシ樹脂b:ビフェニル型エポキシ樹脂(三菱化学社製、YX−4000、エポキシ当量196、アルコール性水酸基当量5000)
エポキシ樹脂c:ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂(日本化薬株式会社製、NC−3000、エポキシ当量275、アルコール性水酸基当量4520)
イソシアネートA:2,4−トリレンジイソシアネート(65%)と2,6−トリレンジイソシアネート(35%)の混合物(三井化学SKCポリウレタン株式会社製、コスモネート(登録商標)T−65、NCO濃度48%)
イソシアネートB:2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(50%)と4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(50%)の混合物(BASF INOACポリウレタン株式会社、ルプラネート(登録商標)MI、NCO濃度33%)
イソシアネートC:ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(BASF INOACポリウレタン株式会社、ルプラネート(登録商標)M20S、NCO濃度31%)
TMAI:テトラメチルアンモニウムヨージド(東京化成工業株式会社製、試薬)
PN:フェノールノボラック樹脂(昭和電工株式会社製、ショウノール(登録商標)BRG−557、軟化点80℃、フェノール性水酸基当量105)
DCPD:ジシクロペンタジエン/フェノール共縮合樹脂(群栄化学株式会社製、GDP9140、フェノール性水酸基当量196)
DICY:ジシアンジアミド(日本カーバイド工業株式会社製、DIHARD、活性水素当量21)
SMA:スチレン/マレイン酸共重合樹脂(Cray Valley社製、SMA2000、酸無水物当量316)
2E4MZ: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、キュアゾール(登録商標)2E4MZ)
LC−950:リン含有フェノール硬化剤(Shin−AT&C社製、LC−950PM60、フェノール性水酸基当量341、リン含有率9.3%、プロピレングリコールモノメチルエーテル溶液、不揮発分60%)
SPB−100:ホスファゼン系難燃剤(大塚化学株式会社製、SPB−100、リン含有率13%)
合成例1と同様な装置に、エポキシ樹脂(a1)としてエポキシ樹脂aを40部、エポキシ樹脂(a2)としてエポキシ樹脂bを60部、触媒としてTMAIを0.1部仕込み、窒素ガスを投入しながら昇温し、120℃にて30分間温度を維持して系内の水分を除去した。次に、130℃〜140℃の反応温度を維持しながら、イソシアネート化合物(b)としてイソシアネートAを8.6部(変性率20モル%)を3時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度を維持しながらさらに3時間撹拌を続けて、オキサゾリドン環含有エポキシ樹脂組成物(樹脂1)を得た。
得られたオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂組成物について、エポキシ当量、軟化点、分子量分布、溶剤溶解性を測定した。なお、変性率とはエポキシ樹脂(a)のエポキシ基1当量に対するイソシアネート化合物(b)のイソシアネート基による変性率の百分率[(b)/(a)×100]を示す。ここで、(a)及び(b)はエポキシ樹脂(a)のエポキシ基のモル数及びイソシアネート化合物(b)のイソシアネート基のモル数を表す。
測定結果を表1に示す。
表1に示す各原料の仕込量(部)に従い、実施例1と同様の装置を使用し、同様の操作で、オキサゾリドン環含有エポキシ樹脂組成物を合成した。実施例1と同様に、得られたオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂組成物のエポキシ当量、軟化点、分子量分布、溶剤溶解性を測定し、測定結果を表1に示す。これらの実施例2〜8で得られたオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂組成物を樹脂2〜8とした。
表2に示す各原料の仕込量(部)とし、実施例1と同様の装置を使用し、同様の操作で、オキサゾリドン環含有エポキシ樹脂組成物を合成した。実施例1と同様に、得られたオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂組成物のエポキシ当量、軟化点、分子量分布、溶剤溶解性を測定し、測定結果を表2に示す。これらの比較例1〜7で得られたオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂組成物を樹脂H1〜H7とした。
エポキシ樹脂として樹脂1を100部、硬化剤としてPNを38部、硬化促進剤として2E4MZを0.12部配合し、MEK、プロピレングリコールモノメチルエーテル、N,N−ジメチルホルムアミドで調整した混合溶剤に溶解して硬化性樹脂組成物ワニスを得た。
実施例2〜8の樹脂2〜8、エポキシ樹脂C、PN、及び2E4MZを表3及び表4の配合量(部)で配合し、実施例9と同様の装置を使用して、同様の操作を行い、積層板及び試験片を得た。実施例9と同様の試験を行い、その結果を表3及び表4に示す。
比較例1〜7の樹脂H1〜H7、その他のエポキシ樹脂C、PN、及び2E4MZを表4の配合量(部)で配合し、実施例9と同様の装置を使用して、同様の操作を行い、積層板及び試験片を得た。実施例9と同様の試験を行い、その結果を表5に示す。
実施例1〜8の樹脂1、6、7、8、PN、2E4MZ、及び難燃剤を表6の処方の配合量(部)で配合し、実施例9と同様の装置を使用し、同様の操作で、積層板及び試験片を得た。実施例9と同様の試験を行い、その結果を表6に示す。それとは別に、得られた積層板の両面をエッチングして難燃性測定用試験片を作成し、難燃性の試験を行い、その結果を表6に示す。
比較例1〜7の樹脂H1〜H7、PN、2E4MZ、及び難燃剤を表7の処方の配合量(部)で配合し、実施例9と同様の装置を使用し、同様の操作で、積層板及び試験片を得た。実施例9と同様の試験を行い、その結果を表7に示す。それとは別に、得られた積層板の両面をエッチングして難燃性測定用試験片を作成し、難燃性の試験を行い、その結果を表7に示す。
Claims (14)
- エポキシ樹脂(a)とイソシアネート化合物(b)より得られるオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂組成物であって、該エポキシ樹脂(a)が下記式(1)で表されるエポキシ樹脂(a1)と下記式(2)で表されるエポキシ樹脂(a2)とを必須とする混合物であり、かつ、エポキシ樹脂(a1)を5〜50質量%、エポキシ樹脂(a1)とエポキシ樹脂(a2)の合計量が55〜100質量%であることを特徴とするオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂組成物。
(式中、Xは炭素数1〜4のアルキル基、炭素数6〜10のアリール基、及び炭素数7〜11のアラルキル基からなる群から選ばれる置換基を少なくとも1個有する環員数5〜8のシクロアルキリデン基である。R1及びR2はそれぞれ独立して、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数5〜8のシクロアルキル基、炭素数1〜4のアルケニル基、炭素数6〜10のアリール基、又は炭素数7〜10のアラルキル基であり、k1及びk2はそれぞれ独立して0〜4の整数である。Gはグリシジル基である。m及びnは繰り返し数を表し、平均値は0〜2である。) - エポキシ樹脂(a)のアルコール性水酸基当量が、1000g/eq.以上である請求項1に記載のオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂組成物。
- イソシアネート化合物(b)が、分子内に平均で1.8個以上のイソシアネート基を有する請求項1又は2に記載のオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂組成物。
- エポキシ当量が200〜600g/eq.である請求項1〜3のいずれか1項に記載のオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂組成物。
- 軟化点が50〜150℃である請求項1〜4のいずれか1項に記載のオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂組成物。
- 下記式(1)で表されるエポキシ樹脂(a1)を5〜50質量%、エポキシ樹脂(a1)と下記式(2)で表されるエポキシ樹脂(a2)を合計で55〜100質量%含むエポキシ樹脂(a)と、イソシアネート化合物(b)を、触媒存在下で反応させることを特徴とするオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂組成物の製造方法。
(式中、Xは炭素数1〜4のアルキル基、炭素数6〜10のアリール基、及び炭素数7〜11のアラルキル基から選ばれる置換基を少なくとも1個有する環員数5〜8のシクロアルキリデン基である。R1及びR2はそれぞれ独立して、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数5〜8のシクロアルキル基、炭素数1〜4のアルケニル基、炭素数6〜10のアリール基、又は炭素数7〜10のアラルキル基であり、k1及びk2はそれぞれ独立して0〜4の整数である。Gはグリシジル基である。m及びnは繰り返し数を表し、平均値は0〜2である。) - エポキシ樹脂(a)のアルコール性水酸基当量が、1000g/eq.以上である請求項6に記載のオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂組成物の製造方法。
- イソシアネート化合物(b)が、分子内に平均で1.8個以上のイソシアネート基を有する請求項6又は7に記載のオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂組成物の製造方法。
- エポキシ樹脂(a)のエポキシ基1モルに対し、イソシアネート化合物(b)のイソシアネート基が0.02モル以上0.5モル未満の範囲とする請求項6〜8いずれか1項に7に記載のオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂組成物の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のオキサゾリドン環含有エポキシ樹脂組成物及び硬化剤を必須とすることを特徴とする硬化性樹脂組成物。
- 硬化剤が活性水素基を有するエポキシ樹脂硬化剤であり、硬化性樹脂組成物中の全エポキシ樹脂のエポキシ基1モルに対し、硬化剤の活性水素基が0.2〜1.5モルである請求項10に記載の硬化性樹脂組成物。
- 請求項10又は11に記載の硬化性樹脂組成物を硬化してなる硬化物。
- 請求項10又は11に記載の硬化性樹脂組成物から得られることを特徴とするプリプレグ。
- 請求項10又は11に記載の硬化性樹脂組成物をから得られることを特徴とする積層板。
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