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WO2016039486A1 - 熱硬化性樹脂組成物 - Google Patents

熱硬化性樹脂組成物 Download PDF

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WO2016039486A1
WO2016039486A1 PCT/JP2015/076205 JP2015076205W WO2016039486A1 WO 2016039486 A1 WO2016039486 A1 WO 2016039486A1 JP 2015076205 W JP2015076205 W JP 2015076205W WO 2016039486 A1 WO2016039486 A1 WO 2016039486A1
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WO
WIPO (PCT)
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group
component
resin composition
thermosetting resin
curing
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2015/076205
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English (en)
French (fr)
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信一郎 庄司
遠藤 浩平
匡哉 柴野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Teijin Ltd
Original Assignee
Teijin Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to US15/510,457 priority patent/US20170253693A1/en
Priority to CN201580048930.7A priority patent/CN106715578B/zh
Priority to KR1020177005941A priority patent/KR102393692B1/ko
Priority to EP15839512.9A priority patent/EP3192834B1/en
Priority to JP2016547816A priority patent/JP6461170B2/ja
Priority to PH1/2017/500465A priority patent/PH12017500465B1/en
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L63/00Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins

Definitions

  • the present invention relates to a thermosetting resin composition containing an epoxy resin and a cyclic carbodiimide. Moreover, this invention relates to the method of using cyclic carbodiimide for the hardening
  • Thermosetting resin compositions are used in a wide range of applications depending on the properties of the resin.
  • epoxy resins are often used mainly in the electric / electronic field, the automobile / aircraft field, etc. because they have a good balance of productivity, cost, reliability, and electrical insulation.
  • epoxy resins having various functional groups introduced therein and compositions containing these have been studied.
  • semiconductor encapsulants and carbon fiber composite materials as their performance and compactness increase, epoxy resin properties require high heat resistance, adhesion to other components, and high fluidity during processing. It is supposed to be.
  • Patent Documents 1 to 5 methods for blending a carbodiimide compound with an epoxy resin have been proposed.
  • a carbodiimide compound By blending a carbodiimide compound, it has been confirmed that the adhesion with other members is improved and peeling is less likely to occur, and that the fluidity is high and the moldability is excellent. However, the heat resistance of the cured resin obtained while ensuring such characteristics is not sufficient.
  • amine compounds, acid anhydrides, phenol resins, and the like are used as curing agents for epoxy resins. When carbodiimide compounds are used in combination, they react with these compounds and are released from carbodiimide by high-temperature treatment during curing.
  • amine curing agents are abundant and are most often used because they are easy to select according to the application. Has been.
  • examples of the amine curing agent include aliphatic polyamines, alicyclic polyamines, and aromatic polyamines.
  • amine-based curing agents that are cured at a relatively low temperature and that have high heat resistance are being studied due to damage to the resin and limitations on equipment used.
  • amine-based curing agents have a short pot life.
  • Patent Document 7 describes that a thermosetting resin composition having a long pot life can be obtained by using an amine-based curing agent containing polyethyleneamine.
  • thermosetting resin composition having high heat resistance, rapid curing during heating, and curing characteristics at a relatively low temperature and having a sufficient pot life from the viewpoint of handling has been awaited.
  • An object of the present invention is to provide a thermosetting resin composition in which free isocyanate is not generated even when a carbodiimide compound is used, and a cured resin having high heat resistance can be obtained.
  • This inventor earnestly examined about the thermosetting resin composition which does not generate
  • thermosetting resin composition and a cured resin that can lower the curing temperature of the thermosetting resin composition, and at the same time, the curing proceeds in a short time, and the resulting cured resin has a high glass transition temperature. It is to provide.
  • the present inventors have found that, among amine-based curing agents, the use of a polyvalent amine-based compound having a specific structure as a curing agent results in a low curing temperature and a short curing time.
  • a curable resin composition was obtained, and further, a cured resin obtained by curing the thermosetting resin composition was found to exhibit high heat resistance, and the present invention was completed. That is, the object of the present invention is achieved by the following invention.
  • Q is a divalent to tetravalent linking group that is an aliphatic group, an alicyclic group, an aromatic group, or a combination thereof, and may contain a hetero atom or a substituent.
  • Ar 1 to Ar 4 are each independently a phenylene group or a naphthalene-diyl group which may be substituted with a substituent
  • the invention containing the cyclic carbodiimide compound (component B) includes the following 2 to 11 modes.
  • thermosetting resin composition according to 1 above comprising a cyclic carbodiimide compound (component B) having a cyclic structure represented by the formula (1) and having 8 to 50 atoms forming the cyclic structure. 3.
  • component B is a polyvalent cyclic carbodiimide compound containing two or more carbodiimide groups in one molecule. 4).
  • component B is a compound represented by the following formula (B-ii). (Wherein X is a tetravalent group represented by the following formula (B-iii).
  • Ar 1 to Ar 4 are each independently substituted with an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or a phenyl group. Or an orthophenylene group or a 1,2-naphthalene-diyl group) 5.
  • the thermosetting resin composition according to 2 above wherein the content of the cyclic carbodiimide compound (component B) is 0.01 to 50 parts by weight per 100 parts by weight of the epoxy resin (component A). 6).
  • thermosetting resin composition of said 2 containing a hardening
  • a method for producing a cured resin comprising a step of heating the thermosetting resin composition according to 1 above. 10. It includes a cyclic structure represented by the following formula (Bi) in which one carbodiimide group and the first nitrogen and the second nitrogen are bonded by a bonding group, and the number of atoms forming the cyclic structure is 8 to 8 The method of using 50 cyclic carbodiimide compound (B component) as a hardening
  • Q is a divalent to tetravalent linking group that is an aliphatic group, an alicyclic group, an aromatic group, or a combination thereof, and may contain a hetero atom or a substituent.
  • It includes a cyclic structure represented by the following formula (Bi) in which one carbodiimide group and the first nitrogen and the second nitrogen are bonded by a bonding group, and the number of atoms forming the cyclic structure is 8 to 8
  • Q is a divalent to tetravalent linking group that is an aliphatic group, an alicyclic group, an aromatic group, or a combination thereof, and may contain a hetero atom or a substituent.
  • the invention containing the polyvalent amine curing agent (component b) includes the following 12 to 21 embodiments. 12 (A) Epoxy resin (component A) and (b) the following formula (bi) (In the formula, Ar 1 to Ar 4 are each independently a phenylene group or a naphthalene-diyl group which may be substituted with a substituent.) 2.
  • thermosetting resin composition according to 1 above which contains a polyamine-based curing agent (component b) represented by: 13 13.
  • the thermosetting resin composition as described in 12 above containing 10 to 50 parts by weight of a polyamine curing agent (component b) with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin (component A).
  • 14 13 The thermosetting resin composition as described in 12 above, which contains 10 to 45 parts by weight of a polyamine curing agent (component b) with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin (component A). 15.
  • thermosetting resin composition according to 12 wherein the glass transition temperature (Tg ⁇ 180 ° C./2H) of the cured resin obtained after a thermosetting temperature of 180 ° C. and a curing time of 2 hours is 175 ° C. or higher. 18. 13. The thermosetting resin composition as described in 12 above, wherein the epoxy resin (component A) is a bisphenol type epoxy resin. 19. A cured resin containing a compound represented by the following formula (b-ii). (In the formula, Ar 1 to Ar 4 are each independently a phenylene group or a naphthalene-diyl group which may be substituted with a substituent.
  • W 1 , W 2 , X 1 , X 2 , Y 1 , Y 2 , Z 1 and Z 2 are each independently selected from a hydrogen atom or a group represented by the following formula (b-iii), but W 1 , W 2 , X 1 , X 2 , Y 1 , Y 2 , Z 1 , At least two of Z 2 are groups of the following (b-iii).) (In the formula, the wavy line indicates an epoxy resin residue.) 20. 20. The cured resin as described in 19 above, wherein the content of the compound represented by formula (b-ii) is 50% by weight or more based on the total weight. 21.
  • Epoxy resin (component A) and (b) the following formula (bi) (In the formula, Ar 1 to Ar 4 are each independently a phenylene group or a naphthalene-diyl group which may be substituted with a substituent.) 20.
  • thermosetting resin composition containing a polyamine-based curing agent (component b) represented by ⁇ Aspect including both cyclic carbodiimide compound (component B) and polyamine curing agent (component b)>
  • the present invention includes a thermosetting resin composition containing an epoxy resin (component A), a cyclic carbodiimide compound (component B), and a polyvalent amine curing agent (component b), and the cured resin thereof.
  • thermosetting resin composition of the present invention contains an epoxy resin (A component), a cyclic carbodiimide compound (B component) and / or a polyvalent amine-based curing agent (b component). That is, the thermosetting resin composition of the present invention contains an epoxy resin (component A) and at least one selected from the group consisting of a cyclic carbodiimide compound (component B) and a polyvalent amine-based curing agent (component b). .
  • the present invention includes (1) an embodiment containing an epoxy resin (component A) and a cyclic carbodiimide compound (component B), and (2) an epoxy resin (component A) and a polyamine curing agent (component b).
  • the epoxy resin (component A) is a monomer, oligomer or polymer having two or more epoxy groups in one molecule.
  • hydroquinone type epoxy resin for example, hydroquinone type epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, stilbene type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, naphthol novolak type epoxy resin, triphenolmethane Type epoxy resin, alkyl-modified triphenolmethane type epoxy resin, dicyclopentadiene modified phenol type epoxy resin, phenol aralkyl type epoxy resin (having phenylene skeleton, biphenylene skeleton, etc.), naphthol aralkyl type epoxy resin (phenylene skeleton, biphenylene skeleton, etc.) Terpene-modified phenolic epoxy resin, triazine core-containing epoxy resin, alicyclic epoxy resin, condensed ring aromatic hydrocarbon Modified epoxy resins and the like although not limited thereto.
  • the cyclic carbodiimide compound (component B) includes a cyclic structure represented by the following formula (Bi).
  • Q is a divalent to tetravalent linking group that is an aliphatic group, an alicyclic group, an aromatic group, or a combination thereof, and may contain a hetero atom or a substituent.
  • Q is -Ar a -O-X-O-Ar b -Is preferably a group represented by-.
  • Ar a And Ar b are each independently a phenylene group or a naphthalene-diyl group optionally substituted with an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or a phenyl group.
  • X has two cyclic structures, it is preferably an alkanediyl group.
  • it has four cyclic structures, it is preferably an alkanetetrayl group.
  • the cyclic carbodiimide compound (component B) has only one carbodiimide group in one cyclic structure.
  • the component B may have a plurality of cyclic structures.
  • the cyclic carbodiimide compound (component B) has 8 to 50 atoms in the cyclic structure.
  • the number of atoms in the ring structure means the number of atoms that directly constitute the ring structure, and is, for example, 8 for an 8-membered ring and 50 for a 50-membered ring. This is because if the number of atoms in the cyclic structure is smaller than 8, the stability of the cyclic carbodiimide compound is lowered, and it may be difficult to store and use. Further, from the viewpoint of reactivity, there is no particular restriction on the upper limit of the number of ring members, but cyclic carbodiimide compounds having more than 50 atoms are difficult to synthesize, resulting in a significant increase in cost or the thermosetting resin composition. It may cause deterioration of physical properties.
  • the number of atoms in the cyclic structure is preferably selected in the range of 10 to 30, more preferably 10 to 20.
  • the cyclic carbodiimide compound include compounds described in International Publication No. 2010/071213 pamphlet.
  • the cyclic carbodiimide compound (component B) is preferably a polyvalent cyclic carbodiimide compound containing two or more carbodiimide groups in one molecule from the viewpoint of improving the heat resistance of the cured resin.
  • two or three carbodiimide groups are contained in one molecule from the viewpoint of curing performance.
  • These cyclic carbodiimide compounds can be used in combination of two or more.
  • the molecular weight of the cyclic carbodiimide compound (component B) is preferably 100 to 1,000. If the molecular weight is less than 100, it may volatilize during thermosetting and may not function. If the molecular weight is larger than 1,000, it may not be compatible with other components constituting the thermosetting resin composition, and sufficient curing characteristics may not be obtained. From this viewpoint, the molecular weight of the cyclic carbodiimide compound (component B) is more preferably 100 to 750, and further preferably 250 to 750. Examples of such a cyclic carbodiimide compound (component B) include compounds represented by the formula (B-ii).
  • X is a tetravalent group represented by the following formula (B-iii).
  • Ar 1 ⁇ Ar 4 Each independently represents an orthophenylene group or a 1,2-naphthalene-diyl group which may be substituted with a substituent.
  • substituents include an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 15 carbon atoms, a halogen atom, a nitro group, an amide group, a hydroxyl group, an ester group, an ether group, and an aldehyde group.
  • These aromatic groups may contain a hetero atom and have a heterocyclic structure. Heteroatoms include O, N, S, and P.
  • cyclic carbodiimide compound examples include compounds represented by the following formula (B-iv).
  • these cyclic carbodiimide compounds (component B) can be produced by various methods and methods known in patent publications (for example, the method described in International Publication No. 2010/071213 pamphlet).
  • the content of the cyclic carbodiimide compound (component B) is preferably 0.01 to 50 parts by weight, more preferably 0.05 to 30 parts by weight, still more preferably 0 to 100 parts by weight of the epoxy resin (component A). 1 to 20 parts by weight, still more preferably 1 to 20 parts by weight. If the amount is less than 0.01 parts by weight, the effect of addition may not be exhibited.
  • the thermosetting resin composition of the present invention comprises an epoxy resin (component A) and a cyclic carbodiimide compound (component B) as essential components.
  • the component B includes a curing agent, a curing accelerator, an epoxy resin, and a cured resin thereof. It can be used as a hydrolysis inhibitor.
  • the cyclic carbodiimide compound (component B) is used as a curing agent, the content of the cyclic carbodiimide compound (component B) is preferably 0.01 to 2 equivalents relative to the epoxy group of the epoxy resin (component A).
  • a cyclic carbodiimide compound (B component) as a hardening accelerator, content of a cyclic carbodiimide compound (B component) is 0.01-30 weight part with respect to 100 weight part of epoxy resins (A component). Is preferred. Since the cyclic carbodiimide compound (component B) is relatively stable in the thermosetting resin composition at room temperature of 25 ° C., even if it is contained in a large amount, the curing proceeds and handling does not deteriorate. Therefore, even if it contains more than 5 weight part, it works effectively as a hardening accelerator.
  • thermosetting resin composition of the present invention may contain a curing agent (C component) in addition to the cyclic carbodiimide (B component).
  • the curing accelerator (D component) described later is contained in the epoxy resin, the cyclic carbodiimide (B component) has an effect as a curing agent, and therefore two or more kinds of curing agents are present. .
  • the cyclic carbodiimide compound (B component) has an effect as a curing accelerator.
  • a curing agent component C
  • generally known curing agents for epoxy resins can be used. Examples of such curing agents include polyamines (alicyclic polyamines, aromatic polyamines, modified polyamines). ), Acid anhydrides, polyphenols, polymercaptans and the like.
  • ethylenetriamine triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, triethylenediamine, isophoronediamine, N-aminoethylpiperazine, 3,9-bis (3-aminopropyl) -2,4,8,10-tetra Oxyspiro- (5,5 ′) undecane adduct, dicyandiamide, diaminodiphenylsulfone, phenylenediamine, xylylenediamine, 4,4′-diamino-3,3′-diethyldiphenylmethane, 4,4′-diaminodicyclohexylmethane, diethyl Toluenediamine, phthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, methyl nadic anhydride, pyromellitic anhydride, phenol novolac, cresol novolac, phenol aralkyl, naphthol aralkyl
  • curing agents may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the curing agent (C component) varies depending on whether the cyclic carbodiimide compound (B component) functions as a curing agent or a curing accelerator as described above, but the cyclic carbodiimide compound (B component) is a curing agent.
  • a cyclic carbodiimide compound (B component) is less than 50 weight% with respect to the total amount of a cyclic carbodiimide compound (B component) and a hardening
  • C component When combining a hardening
  • the total of the carbodiimide group of the cyclic carbodiimide compound (B component) and the reactive group (acid anhydride, amino group, phenol group, etc.) of the curing agent (C component) with respect to the epoxy group of the epoxy resin (A component) Can be contained in the range of 0.1 to 5 equivalents. Although it varies depending on the kind of the curing agent, generally 0.3 to 3 equivalents are preferable and 0.5 to 2 equivalents are more preferable because the curing performance is excellent when the reactive group is 1 equivalent to the epoxy group. .
  • the reactive group refers to a group capable of reacting with an epoxy group, and when one group can react with two epoxy groups, the reactive group of the group is two.
  • an amino group (—NH 2 ) Can react with two epoxy groups, so there are two reactive groups.
  • curing agent (C component) is a hardening
  • the cyclic carbodiimide compound (component B) includes a cyclic carbodiimide compound (component B) because it reacts with a hydroxyl group, amino group, phenol group, acid anhydride decomposition product, etc. in addition to the epoxy group of the epoxy resin (component A). Additional curing can be expected compared to no thermosetting resin composition.
  • the content of the cyclic carbodiimide compound (component B) is preferably from 0.01 to 2 equivalents, more preferably from 0.02 to 1 equivalent, and from 0.05 to 0.8 equivalents based on the epoxy group. Further preferred.
  • the thermosetting resin composition of the present invention may contain a curing accelerator (D component) in addition to the cyclic carbodiimide (B component).
  • the cyclic carbodiimide compound (B component) at this time functions as a curing agent in the thermosetting resin.
  • the curing accelerator (component D) generally known curing accelerators for epoxy resins can be used. Examples of such curing accelerators include imidazoles such as 2-ethyl-4-methylimidazole and 1-methylimidazole; tertiary amines such as benzyldimethylamine and N, N-dimethylaniline, tetramethylammonium chloride, and benzyltriethyl.
  • Quaternary ammonium salts such as ammonium chloride; organic phosphine compounds such as alkylphosphine, phenylphosphine, dialkylphosphine, diphenylphosphine, trialkylphosphine, triphenylphosphine; tetra-n-butylphosphonium, o, o-diethylphosphorodithionate , Phosphonium salts such as tetrabutylphosphonium and benzotriazolate; metal salts such as zinc octylate and zinc stearate, metal complexes such as acetylacetone zinc and benzoylacetone zinc Etc., and the like.
  • organic phosphine compounds such as alkylphosphine, phenylphosphine, dialkylphosphine, diphenylphosphine, trialkylphosphine, triphenylphosphine
  • the content of the curing accelerator (component D) is 0 with respect to a total of 100 parts by weight of the epoxy resin (component A), the cyclic carbodiimide compound (component B) and the curing agent (component C) when used. .01 to 5 parts by weight is preferred. If the amount is less than 0.01 parts by weight, the promoting effect may not be obtained. On the other hand, when the amount is more than 5 parts by weight, curing is accelerated, and handling at the time of curing the thermosetting resin composition may be deteriorated. From this viewpoint, 0.05 to 3 parts by weight is more preferable, and 0.1 to 1.5 parts by weight is even more preferable.
  • thermosetting resin composition of the present invention is added to the epoxy tree (component A), the cyclic carbodiimide compound (component B), the curing agent (component C), and the curing accelerator (component D), as needed.
  • inorganic fillers silane coupling agents, titanate coupling agents, aluminum coupling agents, coupling agents such as aluminum / zirconium coupling agents; brominated epoxy resins, antimony oxide, phosphorus compounds Flame retardants such as inorganic ion exchangers such as bismuth oxide hydrates; Colorants such as carbon black and bengara; Silicone oils; Silicone and rubber-based low stress agents; Natural waxes, synthetic waxes, higher fatty acids, Release agents such as metal salts and paraffin; various additives such as antioxidants may be appropriately blended.
  • thermosetting resin composition of the present invention is used for applications requiring heat resistance, such as semiconductor encapsulants, prepregs and other composite matrix materials, printed wiring boards, laminates, electrical insulating materials, pastes, etc. Can be suitably used.
  • ⁇ Method for producing thermosetting resin composition> The thermosetting resin composition of the present invention can be produced by a known method. For example, a resin composition is prepared by mixing an epoxy resin (A component), a cyclic carbodiimide compound (B component), a curing agent (C component), a curing accelerator (D component), other additives, etc. with a mixer. can do.
  • the mixing method is not particularly limited, and a conventionally known method can be used, but a solution or a molten state is preferable from the viewpoint of uniformity. If necessary, after mixing, the mixture can be heat-kneaded with a kneader such as a roll, kneader, or extruder, and pulverized after cooling to obtain a solid component of the resin composition.
  • a kneader such as a roll, kneader, or extruder
  • pulverized after cooling to obtain a solid component of the resin composition.
  • various solvents can be used, but each component is inactive with respect to epoxy resins, cyclic carbodiimide compounds, curing agents, curing accelerators, other additives, and the like.
  • a solvent that partially or completely dissolves can be preferably used.
  • thermosetting resin composition of the present invention after the cyclic carbodiimide compound (B component) is dissolved in the epoxy resin (A component) in advance, the curing agent (C component), the curing accelerator (D component), other It is preferable to mix additives.
  • the uniformity of the cyclic carbodiimide compound (B component) in the resin composition is improved, and the characteristics of the cured resin are improved. There is a case. Here, heat resistance etc.
  • the method for dissolving the cyclic carbodiimide compound (component B) in the epoxy resin (component A) in advance is not particularly limited, and a conventionally known method can be used.
  • a method for dissolving by heating or a method for dissolving in a solvent. Can be used. When dissolved by heating, it can be heated and kneaded by a kneading machine such as a roll, a kneader or an extruder. Moreover, it can grind
  • the heating temperature is preferably in the range of 25 to 200 ° C. If it is lower than 25 ° C., dissolution may be difficult.
  • the solvent which is inactive with respect to an epoxy resin and a cyclic carbodiimide compound, and melt
  • the solvent for example, hydrocarbon solvents, ketone solvents, ester solvents, ether solvents, halogen solvents, amide solvents and the like can be used. After dissolution, the solvent can be removed to give a solid or liquid component.
  • thermosetting resin composition of the present invention can be processed by a generally known method according to each application.
  • the processing is not particularly limited, and examples thereof include molding, application, and impregnation.
  • the thermosetting resin composition of the present invention can be used to encapsulate electronic components such as semiconductor elements and produce semiconductor devices by curing with a molding method such as transfer molding, compression molding, injection molding, or the like. .
  • a molding method such as transfer molding, compression molding, injection molding, or the like.
  • thermosetting resin composition of this invention as a resin varnish in order to manufacture a prepreg.
  • the resin varnish is a mixture of an epoxy resin, a cyclic carbodiimide compound, a curing agent, a curing accelerator, and other additives, or a solution obtained by dissolving them in a solvent.
  • the substrate for example, organic fibers such as glass cloth, carbon fiber, and aramid can be used.
  • the thermosetting resin composition of the present invention was applied as a resin varnish to the metal foil by a known method using, for example, a comma coater, a knife coater, a curtain coater, or the like.
  • thermosetting the thermosetting resin composition in the present invention generally known methods can be used. Basically, a sufficient degree of curing can be obtained even in the thermosetting resin composition of the present invention by heating to a curing temperature suitable for the epoxy resin and curing agent used. Furthermore, when a cyclic carbodiimide compound is used as a curing agent or a curing accelerator, sufficient curing performance may be obtained in a short time or at a low temperature as compared with a thermosetting resin composition not containing a cyclic carbodiimide compound.
  • the curing temperature varies greatly depending on the epoxy resin and curing agent used, but a range of 25 ° C. to 250 ° C. is preferably selected. When it is lower than 25 ° C, the thermosetting resin composition may not be sufficiently cured. If the temperature is higher than 250 ° C., curing proceeds, but the resin composition itself is deteriorated by heat, and sufficient curing performance may not be obtained. From this viewpoint, the curing temperature is more preferably 25 to 200 ° C.
  • the present invention includes a cyclic structure represented by the formula (Bi) in which one carbodiimide group is included and the first nitrogen and the second nitrogen are bonded by a bonding group, and the number of atoms forming the cyclic structure Including a method of using a cyclic carbodiimide compound (component B) having an A of 8 to 50 as a curing accelerator for an epoxy resin (component A).
  • the cyclic carbodiimide compound (component B) is used as a curing agent for the epoxy resin (component A).
  • a cyclic carbodiimide compound (component B)
  • component C another curing agent
  • component D a curing accelerator
  • epoxy groups of epoxy resins, hydroxyl groups, acid anhydrides of other curing agents, amino groups, phenol groups, and carbodiimide groups of cyclic carbodiimide compounds effectively act, This is because curing performance and durability after curing are exhibited.
  • the present invention includes a cyclic structure represented by the formula (Bi) in which one carbodiimide group is included and the first nitrogen and the second nitrogen are bonded by a bonding group, and the number of atoms forming the cyclic structure Including a method of using a cyclic carbodiimide compound (component B) having an A of 8 to 50 as a curing accelerator for an epoxy resin (component A).
  • the cyclic carbodiimide compound (component B) is used as a curing accelerator, the aforementioned generally known compounds can be used as the epoxy resin (component A) and the curing agent (component C).
  • epoxy resins and curing agents may be used alone or in combination of two or more.
  • an epoxy resin a biphenyl type epoxy resin, a phenol novolac type epoxy resin, a cresol novolak type epoxy resin, a naphthol novolak type epoxy resin, or the like can be suitably used.
  • the curing agent phenol novolac and the like can be preferably used. Since the cyclic carbodiimide compound is relatively stable in the thermosetting resin composition at a normal temperature of 25 ° C., even if it is contained in a large amount, curing proceeds and handling does not deteriorate. Therefore, even if it contains more than 5 weight part, it works effectively as a hardening accelerator.
  • the amount is less than 0.01 parts by weight, the promoting effect may not be obtained. Moreover, when more than 30 weight part, reaction with an epoxy resin and a hardening
  • curing agent may be inhibited. From this viewpoint, 0.05 to 25 parts by weight is more preferable, and 0.1 to 20 parts by weight is further preferable. Further, as a feature when using a cyclic carbodiimide compound as a curing accelerator, there is an effect of improving the heat resistance of the thermosetting resin composition depending on the content. This is because not only the crosslinking between the epoxy resin and the curing agent is promoted, but also in the process, the cyclic carbodiimide compound itself is subjected to the crosslinking to improve the degree of curing.
  • thermosetting resin composition having arbitrary high heat resistance can be prepared by controlling the content of the cyclic carbodiimide compound.
  • the cured resin obtained by thermosetting the thermosetting resin composition of the present invention has a glass transition temperature of the cured resin obtained by curing the thermosetting resin composition excluding the cyclic carbodiimide compound (component B) under the same conditions. It is characterized by being 2 ° C. or more higher than the glass transition temperature. This is because, as described above, the cyclic carbodiimide compound (B component) is contained as a curing agent or a curing accelerator, so that the cyclic carbodiimide compound (B component) is subjected to crosslinking and the degree of cure of the cured resin is improved.
  • the heat resistance is high, so it is preferably 4 ° C or higher, more preferably 6 ° C or higher, and most preferably 8 ° C or higher. . From such a viewpoint, it is preferable to optimize the amount of the cyclic carbodiimide compound, other curing agent, and curing accelerator added to the epoxy resin of the resin composition.
  • the glass transition temperature of the cured resin can be increased by adding a cyclic carbodiimide compound (component B), but the effect is further enhanced by a combination of an epoxy resin (component A) and a curing agent (component C). Can do.
  • Suitable combinations of epoxy resin (component A) and curing agent (component C) include, for example, bisphenol type epoxy resin and amine curing agent, bisphenol type epoxy resin and liquid phenol resin, cresol novolac type epoxy resin and phenol novolak, Biphenyl type epoxy resin and phenol novolak, dicyclopentadiene modified phenol type epoxy resin and phenol novolak, polyfunctional epoxy resin having three or more epoxy groups and phenol novolak, and the like can be mentioned. Two or more plural epoxy resins (component A) and curing agents (component C) may be combined.
  • the polyvalent amine-based curing agent (component b) used in the present invention is represented by the following formula (bi).
  • Ar 1 ⁇ Ar 4 are each independently a phenylene group or a naphthalene-diyl group optionally substituted by a substituent.
  • Examples of the substituent include an aliphatic group having 1 to 20 carbon atoms, an alicyclic group having 3 to 20 carbon atoms, an aromatic group having 5 to 15 carbon atoms, a halogen atom, a nitro group, an amide group, a hydroxyl group, an ester group, Examples include ether groups, aldehyde groups, or combinations thereof. Examples of the aliphatic group include alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms.
  • alkyl group having 1 to 20 carbon atoms examples include methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, dodecyl group and hexadecyl group.
  • alicyclic group examples include cycloalkyl groups having 3 to 20 carbon atoms.
  • Examples of the cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms include cyclopropyl group, cyclobutyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cycloheptyl group, cyclooctyl group, cyclononyl group, cyclodecyl group, cyclododecyl group, and cyclohexadecyl group.
  • Examples of the aromatic group include aryl groups having 5 to 15 carbon atoms, each of which contains a hetero atom and may have a heterocyclic structure. Examples of the aryl group having 5 to 15 carbon atoms include a phenyl group and a naphthyl group.
  • polyamine curing agent (component b) examples include the following compounds. Further, these polyvalent amine-based curing agents (component b) can be produced by various methods known in various documents and patent gazettes (for example, the method described in Japanese Patent No. 5645494).
  • hydroquinone type epoxy resin for example, hydroquinone type epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, stilbene type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, naphthol novolak type epoxy resin, triphenolmethane Type epoxy resin, alkyl modified triphenolmethane type epoxy resin, dicyclopentadiene modified phenol type epoxy resin, phenol aralkyl type epoxy resin (having phenylene skeleton, biphenylene skeleton, etc.), naphthol aralkyl type epoxy resin (phenylene skeleton, biphenylene skeleton, etc.) Terpene-modified phenolic epoxy resin, triazine core-containing epoxy resin, alicyclic epoxy resin, condensed ring aromatic hydrocarbon Modified epoxy resins and the like although not limited thereto.
  • epoxy resins may be used alone or in combination of two or more.
  • bisphenol-type epoxy resins are preferred from the viewpoints of high filling of the filler by lowering the viscosity at the time of melting and adhesion to graphite as the filler.
  • the epoxy resin is more preferably a bisphenol type epoxy resin having a number average molecular weight of 500 to 5,000, and the bisphenol type epoxy resin is further preferably having a number average molecular weight of 800 to 2,000.
  • the thermosetting resin composition of the present invention contains an epoxy resin (component A) and a polyvalent amine-based curing agent (component b) as essential components.
  • the content of the polyamine curing agent (component b) is preferably 10 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin (component A). From the viewpoint of improving the curing performance of the resin composition, it is preferable that the equivalents of the epoxy group of the epoxy resin (component A) and the amino group of the polyvalent amine curing agent (component b) are close. This is because an epoxy group and an amino group react efficiently to improve the crosslinking density. In the case of the polyamine curing agent (component b), if the content is less than 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin (component A), the crosslinking density does not increase and the glass transition temperature Tg may be lowered. is there.
  • the blending amount of the polyamine curing agent (component b) is more than 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin (component A), the crosslinking density does not increase and the glass transition temperature Tg is lowered. There is. Therefore, from the viewpoint of improving the curing performance of the thermosetting resin composition, the compounding amount of the polyamine curing agent (component b) is 12 to 48 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin (component A). More preferred is 15 to 45 parts by weight.
  • the thermosetting resin composition of this invention can use another hardening
  • curing agents those generally known as curing agents for epoxy resins can be used, and as such curing agents, polyamines (alicyclic polyamines, aromatic polyamines, modified polyamines), Examples include acid anhydrides, polyphenols, polymercaptans, and cyclic carbodiimide compounds.
  • ethylenetriamine triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, triethylenediamine, isophoronediamine, N-aminoethylpiperazine, 3,9-bis (3-aminopropyl) -2,4,8,10-tetra Oxyspiro- (5,5 ′) undecane adduct, dicyandiamide, diaminodiphenylsulfone, phenylenediamine, xylylenediamine, 4,4′-diamino-3,3′-diethyldiphenylmethane, 4,4′-diaminodicyclohexylmethane, diethyl Toluenediamine, phthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, methyl nadic anhydride, pyromellitic anhydride, phenol novolac, cresol novolac, phenol aralkyl, naphthol aralkyl
  • the content of the other curing agent is not particularly limited, but with respect to the epoxy group of the epoxy resin, the amino group of the polyamine curing agent (component b) and the reactive group (acid) of the other curing agent.
  • the total of anhydride, amino group, phenol group, etc.) is preferably in the range of 0.1 to 5 equivalents. Although it varies depending on the kind of the curing agent, generally 0.3 to 3 equivalents are preferable and 0.5 to 2 equivalents are more preferable because the curing performance is excellent when the reactive group is 1 equivalent to the epoxy group. .
  • the reactive group refers to a group that can react with an epoxy group, and when one group can react with two epoxy groups, the reactive group of the group is two.
  • an amino group (—NH 2 ) Can react with two epoxy groups, so there are two reactive groups.
  • a hardening accelerator the well-known compound used as a hardening accelerator at the time of manufacture of hardening resin can be used.
  • curing accelerators include imidazoles such as 2-ethyl-4-methylimidazole and 1-methylimidazole; tertiary amines such as benzyldimethylamine and N, N-dimethylaniline; tetramethylammonium chloride and benzyltriethyl.
  • Quaternary ammonium salts such as ammonium chloride; phosphonium salts such as tetra-n-butylphosphonium-o, o-diethylphosphorodithionate and tetrabutylphosphonium benzotriazolate; metal salts such as zinc octylate and zinc stearate; Examples include metal complexes such as zinc acetylacetone and zinc benzoylacetone.
  • the content of the curing accelerator is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total of the epoxy resin and the curing agent. If the amount is less than 0.01 parts by weight, the promoting effect may not be obtained.
  • thermosetting resin composition of the present invention comprises a glass transition temperature (Tg ⁇ 2H) of a cured resin after 2 hours of curing time and a cured resin after a curing time of 4 hours within a range of 160 to 200 ° C.
  • the difference in glass transition temperature (Tg ⁇ 4H) is preferably less than 10 ° C.
  • the polyamine-based curing agent (component b) easily reacts with the epoxy group within the above curing temperature range and has a tetravalent amino group, so that the number of reacted amino groups increases. This is because the affinity with the epoxy resin is improved, and as a result, curing is accelerated and a high cross-linking density is realized in a short time. Therefore, in the range of the curing temperature, the difference between Tg ⁇ 2H and Tg ⁇ 4H can be less than 10 ° C. In the thermosetting resin composition of the present invention, (Tg ⁇ 160 ° C / 4H) can be 175 ° C or higher, and (Tg ⁇ 180 ° C / 2H) can be 185 ° C or higher.
  • thermosetting resin composition of the present invention has a sufficient pot life from the viewpoint of handling. Since the polyamine-based curing agent (component b) of the present invention maintains a certain molecular weight, mobility in the epoxy resin can be suppressed as compared with a low-molecular polyamine.
  • the number of molecules relative to the epoxy resin is generally smaller than that of other amine compounds. Therefore, even after mixing with an epoxy resin, it can be stored without gelation for a relatively long time in a low temperature environment of 10 to 25 ° C.
  • the polyamine-based curing agent (component b) easily reacts with an epoxy group under curing conditions exceeding 100 ° C. and has a tetravalent amino group, so that the number of reacted amino groups increases. The affinity with the epoxy resin is improved, and curing can proceed at an accelerated rate. Therefore, it can be used without being restricted in a wide range of applications, and high curing performance can be obtained.
  • thermosetting resin composition of the present invention contains various additives in addition to the epoxy resin (component A) and the polyvalent amine-based curing agent (component b) as necessary and within the scope of the present invention. You may do it.
  • additives inorganic fillers; coupling agents such as silane coupling agents, titanate coupling agents, aluminum coupling agents, aluminum / zirconium coupling agents; flame retardants such as brominated epoxy resins, antimony oxides and phosphorus compounds; Inorganic ion exchangers such as bismuth oxide hydrate; Colorants such as carbon black and bengara; Silicone oils; Silicone and rubber-based stress reducing agents; Natural waxes, synthetic waxes, higher fatty acids, metal salts thereof, paraffins, etc.
  • thermosetting resin composition of the present invention is used for applications requiring heat resistance, such as semiconductor encapsulants, prepregs and other composite matrix materials, printed wiring boards, laminates, electrical insulating materials, pastes, etc. Can be suitably used.
  • Method for producing thermosetting resin composition The thermosetting resin composition of the present invention can be produced by a known method.
  • a resin composition can be prepared by mixing an epoxy resin (component A), a polyvalent amine-based curing agent (component b), other curing agents, a curing accelerator, other additives, and the like with a mixer. It can.
  • the mixing method is not particularly limited, and a conventionally known method can be used, but a solution or a molten state is preferable from the viewpoint of uniformity. Examples of other mixing methods include a method using an epoxy resin made into a master batch and a method of impregnation by contact.
  • the mixture can be heat-kneaded with a kneader such as a roll, kneader, or extruder, and pulverized after cooling to obtain a solid component of the resin composition.
  • a kneader such as a roll, kneader, or extruder
  • various solvents can be used.
  • a solvent that is inert to other additives and that partially or completely dissolves each component can be suitably used.
  • the solvent for example, hydrocarbon solvents, ketone solvents, ester solvents, ether solvents, halogen solvents, amide solvents and the like can be used.
  • hydrocarbon solvent examples include hexane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, heptane, decane and the like.
  • ketone solvents include acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, cyclohexanone, and isophorone.
  • ester solvent examples include ethyl acetate, methyl acetate, ethyl succinate, methyl carbonate, ethyl benzoate, and diethylene glycol diacetate.
  • ether solvents include diethyl ether, dibutyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol diethyl ether, diphenyl ether, and the like.
  • halogen solvent include dichloromethane, chloroform, tetrachloromethane, dichloroethane, 1,1 ′, 2,2′-tetrachloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, and the like.
  • amide solvents include formamide, dimethylformamide, dimethylacetamide, and N-methylpyrrolidone. These solvents may be used alone or as a mixed solvent as desired.
  • thermosetting resin composition of the present invention can be processed by a generally known method according to each application.
  • the processing is not particularly limited, and examples thereof include molding, application, and impregnation.
  • the thermosetting resin composition of the present invention can be used to encapsulate electronic components such as semiconductor elements and produce semiconductor devices by curing with a molding method such as transfer molding, compression molding, injection molding, or the like. .
  • a molding method such as transfer molding, compression molding, injection molding, or the like.
  • thermosetting resin composition of this invention as a resin varnish in order to manufacture a prepreg.
  • the resin varnish is a mixture of an epoxy resin, a polyvalent amine curing agent, other curing agents, a curing accelerator, other additives, or the like, or a solution obtained by dissolving them in a solvent.
  • the substrate for example, organic fibers such as glass cloth, carbon fiber, and aramid can be used.
  • the thermosetting resin composition of the present invention was applied as a resin varnish to the metal foil by a known method using, for example, a comma coater, a knife coater, a curtain coater, or the like.
  • thermosetting resin composition in the present invention a known method can be used. Basically, a sufficient degree of curing can be obtained by heating at a curing temperature suitable for the epoxy resin and curing agent used. Furthermore, when the polyvalent amine-based curing agent (component b) represented by the formula (bi) is used, sufficient curing performance can be achieved in a short time or at a low temperature as compared with the case where other general curing agents are used.
  • thermosetting resin composition of the present invention varies greatly depending on the epoxy resin and curing agent used, but a range of 25 to 250 ° C. is preferably selected. When it is lower than 25 ° C, the thermosetting resin composition may not be sufficiently cured. When the temperature is higher than 250 ° C., curing proceeds, but the thermosetting resin composition itself is deteriorated by heat, and sufficient curing performance may not be obtained.
  • the curing temperature is more preferably 40 to 225 ° C, and further preferably 50 to 200 ° C.
  • the cured resin in the present invention contains a compound represented by the following formula (b-ii). (Wherein Ar 1 ⁇ Ar 4 Are each independently a phenylene group or a naphthalene-diyl group optionally substituted by a substituent.
  • W 1 , W 2 , X 1 , X 2 , Y 1 , Y 2 , Z 1 , Z 2 are each independently selected from a hydrogen atom or a group represented by the following formula (b-iii), 1 , W 2 , X 1 , X 2 , Y 1 , Y 2 , Z 1 , Z 2 At least two of these are groups of the following (b-iii). ) (In the formula, the wavy line indicates an epoxy resin residue.) Where Ar 1 ⁇ Ar 4 Are each independently a phenylene group or a naphthalene-diyl group optionally substituted by a substituent.
  • Examples of the substituent include an aliphatic group having 1 to 20 carbon atoms, an alicyclic group having 3 to 20 carbon atoms, an aromatic group having 5 to 15 carbon atoms, a halogen atom, a nitro group, an amide group, a hydroxyl group, an ester group, Examples include ether groups, aldehyde groups, or combinations thereof. Examples of the aliphatic group include alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms.
  • alkyl group having 1 to 20 carbon atoms examples include methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, dodecyl group and hexadecyl group.
  • alicyclic group examples include cycloalkyl groups having 3 to 20 carbon atoms.
  • Examples of the cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms include cyclopropyl group, cyclobutyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cycloheptyl group, cyclooctyl group, cyclononyl group, cyclodecyl group, cyclododecyl group, and cyclohexadecyl group.
  • Examples of the aromatic group include aryl groups having 5 to 15 carbon atoms, each of which contains a hetero atom and may have a heterocyclic structure. Examples of the aryl group having 5 to 15 carbon atoms include a phenyl group and a naphthyl group.
  • W 1 , W 2 , X 1 , X 2 , Y 1 , Y 2 , Z 1 , Z 2 are each independently selected from a hydrogen atom or a group represented by the following formula (b-iii).
  • the wavy line indicates an epoxy resin residue.
  • the above compound can be obtained as a reaction product of an epoxy resin (component A) and a polyvalent amine-based curing agent (component b) represented by the aforementioned chemical formula (bi), and as the reaction rate increases.
  • W 1 , W 2 , X 1 , X 2 , Y 1 , Y 2 , Z 1 , Z 2 Is substituted from the hydrogen atom to the group of the above formula (b-iii), but in order to obtain a cured resin, at least two groups of the above formula (b-iii) must be contained in the compound. Therefore, W 1 , W 2 , X 1 , X 2 , Y 1 , Y 2 , Z 1 , Z 2 At least two of them need to be the group (b-iii).
  • the epoxy resin residue is a group excluding the terminal epoxy group of the epoxy resin (component A) described above.
  • the cured resin in the present invention preferably contains 50% by weight or more based on the total weight of the compound represented by the above formula (b-ii), and particularly preferably from the viewpoint of exhibiting desired performance. It is 65% by weight or more, more preferably 80% by weight or more.
  • the cured resin can be easily obtained by curing the thermosetting epoxy resin of the present invention, and the curing method can also be performed by the method described above.
  • intermediate product D (nitro form).
  • intermediate product D (0.1 mol), 5% palladium carbon (Pd / C) (2 g), and 400 ml of ethanol / dichloromethane (70/30) were charged into a reactor equipped with a stirrer, and 5 hydrogen substitution was performed.
  • the reaction was performed in a state where hydrogen was constantly supplied at 25 ° C., and the reaction was terminated when there was no decrease in hydrogen.
  • Pd / C was recovered and the mixed solvent was removed, an intermediate product E (amine body) was obtained.
  • the organic layer was dehydrated with 5 g of sodium sulfate, and 1,2-dichloroethane was removed under reduced pressure to obtain an intermediate product F (triphenylphosphine compound).
  • an intermediate product F triphenylphosphine compound
  • N 2 Under atmosphere, di-tert-butyl dicarbonate (0.11 mol), N, N-dimethyl-4-aminopyridine (0.055 mol), and 150 ml of dichloromethane are charged and stirred. Thereto, 100 ml of dichloromethane in which the intermediate product F (0.025 mol) was dissolved was slowly added dropwise at 25 ° C. After dropping, react for 12 hours.
  • B was obtained by refine
  • the structure of B was confirmed by NMR and IR.
  • the following compounds and resins were used as other curing agents (component C) and curing accelerators (component D).
  • C1 Acid anhydride “YH-306” manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation
  • C2 3,3′-diaminodiphenyl sulfone manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
  • C3 Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd. novolak resin “TD-2106”
  • C4 Carbodiimide compound “Carbodilite (registered trademark)” LA-1 manufactured by Nisshinbo Chemical Co., Ltd.
  • C5 Nippon Kayaku Co., Ltd.
  • Example 1 A1, B, C1, and D1 are mixed in parts by weight shown in Table 1, and the mixture in a molten state is charged into a 30-ml scale screw tube bottle, and the internal temperature is set using a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Corporation) The mixture was heated up to 80 ° C., taken out, and mixed well with a stirring rod. This operation was repeated three times to produce a uniform thermosetting resin composition. 1 g of this thermosetting resin composition was set on a Teflon-coated stainless steel plate, and cured at 150 ° C.
  • Example 1 A cured resin was produced by curing at 150 ° C. for 0.5 hours in the same manner as in Example 1 except that B was removed from the resin composition. The Tg of the obtained sample is shown in Table 1. Comparative Example 2 A cured resin treated at 150 ° C. for 0.5 hour was prepared in the same manner as in Example 1 except that B was changed to C4 and the contents shown in Table 1 were used. The Tg of the obtained sample is shown in Table 1.
  • Example 2 A1, B and C2 are mixed in parts by weight shown in Table 1, and the molten mixture is charged into a 30 ml scale screw tube bottle, and the internal temperature is 80 with a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Corporation). The temperature was raised to 0 ° C., and the mixture was taken out and mixed well with a stirring rod. This operation was repeated three times to produce a uniform thermosetting resin composition. 1 g of this thermosetting resin composition was set on a Teflon-coated stainless steel plate and cured at 160 ° C. for 2 hours using a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Co., Ltd.). The Tg of the obtained sample is shown in Table 1.
  • Comparative Example 3 A cured resin was produced by curing at 160 ° C. for 2 hours in the same manner as in Example 2 except that B was removed from the resin composition.
  • the Tg of the obtained sample is shown in Table 1.
  • Example 3 A2, B, C3, D2 are mixed in parts by weight as shown in Table 1, and the solid mixture is charged into a 30 ml scale screw tube bottle, and the internal temperature is set with a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Co., Ltd.). The mixture was heated up to 120 ° C., taken out, and the molten mixture was mixed well with a stirring rod. This operation was repeated three times to produce a uniform resin composition.
  • Example 4 A2, C3, and B are mixed in parts by weight shown in Table 1, and the mixture in a solid state is charged into a 30 ml scale screw tube bottle, and the internal temperature is 120 with a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Corporation). The mixture was heated up to 0 ° C., taken out, and the molten mixture was mixed well with a stir bar. This operation was repeated three times to produce a uniform thermosetting resin composition. 1 g of this thermosetting resin composition was set on a Teflon-coated stainless steel plate and cured at 200 ° C. for 5 hours with a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Co., Ltd.).
  • the Tg of the obtained sample is shown in Table 1.
  • Examples 5-7 A cured resin was produced by curing at 200 ° C. for 5 hours in the same manner as in Example 4 except that B was changed to parts by weight described in Table 1.
  • the Tg of the obtained sample is shown in Table 1.
  • Comparative Example 5 A cured resin was produced by curing at 200 ° C. for 5 hours in the same manner as in Example 4 except that B was removed from the resin composition.
  • the Tg of the obtained sample is shown in Table 1.
  • Comparative Examples 6-7 A cured resin treated at 200 ° C. for 5 hours was prepared in the same manner as in Example 4 except that B was changed to D3 and the contents shown in Table 1 were used.
  • the Tg of the obtained sample is shown in Table 1.
  • Example 8 A2 and B are mixed in parts by weight shown in Table 1, the solid mixture is charged into a 30 ml scale screw tube bottle, and the internal temperature is set to 150 ° C. with a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Co., Ltd.). It heated up until it became, It took out every 10 minutes and mixed the mixture of a molten state well with the stirring rod. This operation was repeated 6 times to obtain a uniform molten epoxy resin.
  • C3 was added here in parts by weight shown in Table 1, and the temperature was raised until the internal temperature reached 120 ° C. with a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Co., Ltd.). Mix well with a stick.
  • thermosetting resin composition 1 g was set on a Teflon-coated stainless steel plate and cured at 200 ° C. for 5 hours with a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Co., Ltd.). The Tg of the obtained sample is shown in Table 1.
  • Example 9 A cured resin was produced by curing at 200 ° C. for 5 hours in the same manner as in Example 8 except that B was changed to parts by weight shown in Table 1. The Tg of the obtained sample is shown in Table 1.
  • Example 10 A1, B and C5 are mixed in the weight parts shown in Table 1, and the slurry mixture is charged into a 30 ml scale screw tube bottle, and the internal temperature is 80 with a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Co., Ltd.). The temperature was raised to 0 ° C., and the mixture was taken out and mixed well with a stirring bar to prepare a uniform thermosetting resin composition. 1 g of this thermosetting resin composition was set on a Teflon-coated stainless steel plate and cured at 160 ° C. for 2 hours using a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Co., Ltd.). The Tg of the obtained sample is shown in Table 1.
  • Example 11 A cured resin was produced by curing at 160 ° C. for 2 hours in the same manner as in Example 10 except that B was changed to parts by weight described in Table 1.
  • the Tg of the obtained sample is shown in Table 1.
  • Example 12 A1 and B are mixed in the parts by weight shown in Table 1, and the slurry mixture is charged into a 30 ml scale screw tube bottle, and the internal temperature is adjusted to 180 ° C. with a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Corporation). It heated up until it became, It took out every 10 minutes and mixed well with the stirring rod. This was repeated 4 times to obtain a uniform epoxy resin.
  • C5 was added here in parts by weight shown in Table 1, and the temperature was raised until the internal temperature reached 80 ° C.
  • thermosetting resin composition was prepared. 1 g of this thermosetting resin composition was set on a Teflon-coated stainless steel plate and cured at 160 ° C. for 2 hours using a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Co., Ltd.). The Tg of the obtained sample is shown in Table 1. Comparative Example 8 A cured resin was prepared by curing at 160 ° C. for 2 hours in the same manner as in Example 10 except that B was removed from the resin composition. The Tg of the obtained sample is shown in Table 1.
  • Example 13 A1, B, C6, D1 are mixed in parts by weight shown in Table 1, and the mixture in a slurry state is charged into a 30 ml scale screw tube bottle, and the internal temperature is set with a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Co., Ltd.). The temperature was raised until the temperature reached 80 ° C., and the mixture was taken out and mixed well with a stirring rod to prepare a uniform thermosetting resin composition. 1 g of this thermosetting resin composition was set on a Teflon-coated stainless steel plate, and cured at 160 ° C. for 6 hours using a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Co., Ltd.). The Tg of the obtained sample is shown in Table 1.
  • Comparative Example 9 A cured resin was produced by curing at 160 ° C. for 6 hours in the same manner as in Example 13 except that B was removed from the resin composition.
  • the Tg of the obtained sample is shown in Table 1.
  • Example 14 A3, B, and C7 are mixed in parts by weight shown in Table 1, and the slurry mixture is charged into a 30 ml scale screw tube bottle, and the internal temperature is 80 with a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Co., Ltd.). The temperature was raised to 0 ° C., and the mixture was taken out and mixed well with a stirring bar to prepare a uniform thermosetting resin composition.
  • thermosetting resin composition 1 g was set on a Teflon-coated stainless steel plate, and cured at 165 ° C. for 2 hours using a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Co., Ltd.).
  • the Tg of the obtained sample is shown in Table 1.
  • Comparative Example 10 A cured resin was produced by curing at 165 ° C. for 2 hours in the same manner as in Example 14 except that B was removed from the resin composition. The Tg of the obtained sample is shown in Table 1.
  • Example 15 A3, B, and C8 are mixed in parts by weight shown in Table 1, and the mixture in a slurry state is charged into a 30 ml scale screw tube bottle, and the internal temperature is 80 with a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Corporation). The temperature was raised to 0 ° C., and the mixture was taken out and mixed well with a stirring bar to prepare a uniform thermosetting resin composition. 1 g of this thermosetting resin composition was set on a Teflon-coated stainless steel plate, and cured at 165 ° C. for 2 hours using a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Co., Ltd.). The Tg of the obtained sample is shown in Table 1.
  • Comparative Example 11 A cured resin was produced by curing at 165 ° C. for 2 hours in the same manner as in Example 15 except that B was removed from the resin composition.
  • the Tg of the obtained sample is shown in Table 1.
  • Example 16 A4, B, C3, D2 are mixed in parts by weight as shown in Table 1, and the solid mixture is charged into a 30 ml scale screw tube bottle, and the internal temperature is set with a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Co., Ltd.). The temperature was raised to 120 ° C., and the mixture was taken out and mixed well with a stirring rod. This operation was repeated three times to produce a uniform thermosetting resin composition.
  • thermosetting resin composition 1 g was set on a Teflon-coated stainless steel plate and cured at 180 ° C. for 5 hours using a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Co., Ltd.).
  • the Tg of the obtained sample is shown in Table 1.
  • Comparative Example 12 A cured resin was produced by curing at 180 ° C. for 5 hours in the same manner as in Example 16 except that B was removed from the resin composition.
  • the Tg of the obtained sample is shown in Table 1.
  • Example 17 A2, B, C3, D2 are mixed in parts by weight as shown in Table 1, and the solid mixture is charged into a 30 ml scale screw tube bottle, and the internal temperature is set with a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Co., Ltd.). The temperature was raised to 120 ° C., and the mixture was taken out and mixed well with a stirring rod. This operation was repeated three times to produce a uniform thermosetting resin composition. 1 g of this thermosetting resin composition was set on a Teflon-coated stainless steel plate and cured at 180 ° C. for 5 hours using a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Co., Ltd.). The Tg of the obtained sample is shown in Table 1.
  • Example 18 A cured resin was produced by curing at 180 ° C. for 5 hours in the same manner as in Example 17 except that B was changed to parts by weight described in Table 1.
  • the Tg of the obtained sample is shown in Table 1.
  • Comparative Example 13 A cured resin was produced by curing at 180 ° C. for 5 hours in the same manner as in Example 17 except that B was excluded from the resin composition.
  • the Tg of the obtained sample is shown in Table 1. From these results, it can be seen that when the cyclic carbodiimide compound is used as a curing agent or a curing accelerator, the Tg is improved as compared to curing the resin composition excluding the cyclic carbodiimide compound under the same conditions. Moreover, it turns out that the effect is higher than another carbodiimide compound.
  • a cured resin containing a cyclic carbodiimide compound can obtain a high Tg in a short time even when the curing temperature is low.
  • Examples 19 to 25, Comparative Examples 14 to 25 Various characteristics were measured by the following methods.
  • a solution prepared by dissolving b1 (0.025 mol) synthesized in Production Example 1 and triethylamine (0.25 mol) in 50 ml of 1,2-dichloroethane was gradually added dropwise thereto at 25 ° C. After completion of dropping, the reaction is carried out at 70 ° C. for 5 hours. Thereafter, the reaction solution was filtered, and the filtrate was separated 5 times with 100 ml of water. The organic layer was dehydrated with 5 g of sodium sulfate and 1,2-dichloroethane was removed under reduced pressure to obtain an intermediate product ca1 (triphenylphosphine compound).
  • Example 19 a1 and b1 are mixed in parts by weight shown in Table 2, and the molten mixture is charged into a 30 ml scale screw tube bottle, and the internal temperature is set to 80 ° C. with a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Co., Ltd.). The temperature was raised to 0, and the mixture was taken out and mixed well with a stir bar.
  • thermosetting resin composition 1 g of this thermosetting resin composition is set on a Teflon (registered trademark) coated stainless steel plate, and cured at 200 ° C. for 2 hours using a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Co., Ltd.). did.
  • the Tg of the obtained cured resin is shown in Table 2.
  • a cured resin was produced by curing at 200 ° C. for 4 hours.
  • the Tg of the obtained cured resin is shown in Table 2.
  • Comparative Example 14 A cured resin was produced by curing at 200 ° C. for 2 hours in the same manner as in Example 19 except that b1 was changed to d1 and changed to parts by weight described in Table 2. The Tg of the obtained cured resin is shown in Table 2. Comparative Example 15 In the same manner as in Comparative Example 14, a cured resin was produced by curing at 200 ° C. for 4 hours. The Tg of the obtained cured resin is shown in Table 2. Comparative Example 16 A cured resin was produced by curing at 200 ° C. for 2 hours in the same manner as in Example 19 except that b1 was changed to d2 and changed to parts by weight described in Table 2. The Tg of the obtained sample is shown in Table 2.
  • Comparative Example 17 In the same manner as in Comparative Example 16, a cured resin was produced by curing at 200 ° C. for 4 hours. The Tg of the obtained cured resin is shown in Table 2.
  • Example 21 In the same manner as in Example 14, a cured resin was produced by curing at 180 ° C. for 2 hours. The Tg of the obtained cured resin is shown in Table 2.
  • Example 22 In the same manner as in Example 19, a cured resin was produced by curing at 180 ° C. for 4 hours. The Tg of the obtained cured resin is shown in Table 2.
  • Comparative Example 18 In the same manner as in Comparative Example 14, a cured resin was produced by curing at 180 ° C. for 2 hours. The Tg of the obtained cured resin is shown in Table 2.
  • Comparative Example 19 In the same manner as in Comparative Example 14, a cured resin was produced by curing at 180 ° C. for 4 hours. The Tg of the obtained cured resin is shown in Table 2. Comparative Example 20 In the same manner as in Comparative Example 16, a cured resin was produced by curing at 180 ° C. for 2 hours. The Tg of the obtained cured resin is shown in Table 2. Comparative Example 21 In the same manner as in Comparative Example 16, a cured resin was produced by curing at 180 ° C. for 4 hours. The Tg of the obtained cured resin is shown in Table 2. Example 23 In the same manner as in Example 19, a cured resin was produced by curing at 160 ° C. for 2 hours. The Tg of the obtained cured resin is shown in Table 2.
  • Example 24 In the same manner as in Example 19, a cured resin was produced by curing at 160 ° C. for 4 hours. The Tg of the obtained cured resin is shown in Table 2. Comparative Example 22 In the same manner as in Comparative Example 14, a cured resin was produced by curing at 160 ° C. for 2 hours. The Tg of the obtained cured resin is shown in Table 2. Comparative Example 23 In the same manner as in Comparative Example 14, a cured resin was prepared by curing at 160 ° C. for 4 hours. The Tg of the obtained cured resin is shown in Table 2. Comparative Example 24 In the same manner as in Comparative Example 16, a cured resin was produced by curing at 160 ° C. for 2 hours. The Tg of the obtained cured resin is shown in Table 2.
  • Comparative Example 25 In the same manner as in Comparative Example 16, a cured resin was prepared by curing at 160 ° C. for 4 hours. The Tg of the obtained cured resin is shown in Table 2.
  • Example 25 a1, b1, and cc1 are mixed in parts by weight shown in Table 2, and the slurry mixture is charged into a 30 ml scale screw tube bottle, and the internal temperature is 80 with a constant temperature dryer “ON-300S” (manufactured by ASONE Co., Ltd.). The temperature was raised to 0 ° C., and the mixture was taken out and mixed well with a stirring rod. This operation was repeated three times to produce a uniform thermosetting resin composition.
  • thermosetting resin composition of the present invention can obtain a high Tg in a short curing time by using the polyamine curing agent (component b) represented by the formula (bi).
  • thermosetting resin composition containing the cyclic carbodiimide compound (component B) of the present invention has high heat resistance of the cured resin without generating a free isocyanate compound during high temperature treatment. Furthermore, since the carbodiimide compound is used, the reactivity at low temperature can be controlled, and the fluidity at the time of processing can be maintained.
  • the adhesion with other members can be maintained high due to the presence of the carbodiimide compound and its reaction product. It is estimated that the cyclic carbodiimide compound (component B) remains as an isocyanate group (—NCO) at the end of the epoxy resin after the reaction, and this isocyanate group further contributes to the reaction, so that the glass transition temperature of the cured resin is increased. . In addition, during this study, it was confirmed that the thermosetting resin composition obtained by adding a carbodiimide compound having a specific cyclic structure to a specific epoxy resin and a curing agent has an improved curing rate.
  • —NCO isocyanate group
  • thermosetting resin composition of the present invention can be suitably used as a semiconductor sealing material or a carbon fiber composite material in fields where high heat resistance is required, such as electricity / electronics, automobiles / aircrafts.
  • the thermosetting resin composition containing the polyvalent amine compound (component b) represented by the formula (bi) of the present invention has a curing temperature at the time of thermosetting by the polyvalent amine compound (component b). Can be lowered, and the heat curing time can be shortened. Furthermore, a cured resin having a high glass transition temperature can be obtained after curing.
  • thermosetting resin composition of the present invention is preferably used as a material for semiconductor encapsulating materials and carbon fiber composite materials in fields where high heat resistance is required, such as electricity / electronics, automobiles / aircrafts.
  • the resulting cured resin is useful in the above applications.
  • the thermosetting resin composition containing the polyvalent amine compound (component b) represented by the cyclic carbodiimide compound (component B) and (bi) of the present invention has a high Tg in a short curing time. Moreover, compared with other hardening
  • thermosetting resin composition of the present invention uses a cyclic carbodiimide compound, high heat resistance, adhesion to other members, high fluidity during processing, and the like can be expected.
  • it can be suitably used for applications requiring heat resistance, for example, semiconductor sealing materials, prepregs and other composite matrix materials, printed wiring boards, laminates, electrical insulating materials, pastes, and the like.
  • thermosetting resin composition containing a polyamine-based compound having a specific structure according to the present invention has high heat resistance, rapid curing during heating, and curing characteristics at a relatively low temperature, and is a pot sufficient from the viewpoint of handling. Life can be expected.
  • it can be suitably used for applications requiring heat resistance, for example, semiconductor sealing materials, prepregs and other composite matrix materials, printed wiring boards, laminates, electrical insulating materials, pastes, and the like.

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Abstract

本発明の目的は、カルボジイミド化合物を使用しても遊離イソシアネートの発生がなく、高い耐熱性を有する硬化樹脂が得られる熱硬化性樹脂組成物を提供することにある。また本発明の目的は、硬化温度を低くすることが出来き、かつ短時間で硬化が進行し、得られる硬化樹脂のガラス転移温度も高い、熱硬化性樹脂組成物およびその硬化樹脂を提供することにある。本発明は、(A)エポキシ樹脂(A成分)並びに(B)カルボジイミド基を1個有しその第一窒素と第二窒素とが結合基により結合されている下記式(B−i)(式中、Qは、脂肪族基、脂環族基、芳香族基またはこれらの組み合わせである2~4価の結合基であり、ヘテロ原子、置換基を含んでいてもよい。)で表される環状構造を含み、環状構造を形成する原子数が8〜50である環状カルボジイミド化合物(B成分)、および/または(b)下記式(b−i)(式中Ar~Arは各々独立に、置換基で置換されていてもよい、フェニレン基またはナフタレン−ジイル基である。)で表わされる多価アミン系硬化剤(b成分)、を含有する熱硬化性樹脂組成物である。

Description

熱硬化性樹脂組成物
 本発明は、エポキシ樹脂および環状カルボジイミドを含有する熱硬化性樹脂組成物に関する。また本発明は、環状カルボジイミドを熱硬化性樹脂組成物の硬化剤あるいは硬化促進剤に用いる方法に関する。
 また本発明は、エポキシ樹脂と多価アミン系硬化剤とを含有する熱硬化性樹脂組成物およびこれを硬化させた硬化樹脂に関する。
 熱硬化性樹脂組成物は、樹脂の特性に応じ、広い用途に利用されている。なかでも、生産性、コスト、信頼性などのバランスに優れることや、電気絶縁性にも優れることから、エポキシ樹脂が電気・電子分野や自動車・航空機分野などを中心に多く使用されている。
 さらに、エポキシ樹脂の特性をより有効に生かすため、各種官能基の導入されたエポキシ樹脂、これらを含む組成物が検討されている。特に半導体封止材や炭素繊維複合材料などでは、その高性能化、コンパクト化に伴い、エポキシ樹脂の特性として、高耐熱性や他の部材との密着性、加工時の高流動性などが求められるようになっている。
 かかる課題を解決するため、エポキシ樹脂にカルボジイミド化合物を配合する方法が提案されている(特許文献1~5)。カルボジイミド化合物を配合することで、他部材との密着性が向上し、剥離が発生しにくくなるといった効果や、流動性が高く成形性に優れるといった効果が確認されている。しかしながら、こうした特性を確保しつつ得られる硬化樹脂の耐熱性は十分でない。また、エポキシ樹脂の硬化剤として、アミン化合物、酸無水物、フェノール樹脂などが使用されるが、カルボジイミド化合物を併用した場合、これらの化合物と反応し、硬化時の高温処理によって、カルボジイミド由来の遊離イソシアネートが生成するため、作業環境の制限や他部材の劣化といった問題が生じる場合がある。
 一方で、遊離イソシアネートが生成しないカルボジイミド化合物として、環状カルボジイミド化合物が提案されている(特許文献6)。環状カルボジイミド化合物を使用することで、遊離イソシアネートの発生を抑制できることが確認されているが、エポキシ樹脂に関して、耐熱性などの観点から十分な検討がなされていない。
 一方で、硬化樹脂はその硬化に用いられる硬化剤によって大きく特性が左右されることが知られており、エポキシ樹脂の特性をより有効に生かすため、各種の硬化剤が検討されている。かかるエポキシ樹脂の硬化剤としては、ポリアミン、酸無水物、イミダゾール類などが用いられるが、とりわけ、アミン系硬化剤は種類が豊富であり用途に応じた選択が容易であることから、もっとも多く使用されている。アミン性硬化剤としては、例えば、脂肪族ポリアミン、脂環式ポリアミン、芳香族ポリアミン等が挙げられる。これらのアミン系硬化剤を正しく選択することで、熱硬化性樹脂組成物の機械的および物理的特性は、多くの用途に関して所望の性能を得ることができる。
 近年、硬化樹脂の需要拡大と周辺技術の発展に伴い、さらに高い耐熱性、加熱時の速硬性、比較的低温での硬化特性などが要求されるようになっている。とりわけ、樹脂へのダメージや使用設備の制限から、比較的低温で硬化し、高い耐熱性が得られるアミン系硬化剤が検討されている。
 一般にアミン系硬化剤はポットライフが短く、例えば、特許文献7に記載されたアミン系硬化剤とエポキシ樹脂との混合物の場合、摂氏10℃という低温環境下においた場合でも、50~70分間程度でゲル化現象が発生してしまう。
 これに対して、特許文献8には、ポリエチレンアミンを含有するアミン系硬化剤を用いることで、ポットライフが長い熱硬化性樹脂組成物が得られることが記載されている。一方で、ポリエチレンアミンは200℃程度の高い硬化温度が必要であり、エポキシ樹脂の熱劣化が進み易く、熱硬化時の硬化収縮率が大きくなるなどの問題点が生じてしまう。
 上記の通り、高い耐熱性、加熱時の速硬性、比較的低温での硬化特性を有し、ハンドリングの観点で十分なポットライフをもつ熱硬化性樹脂組成物が待ち望まれていた。
特開昭62−1714号公報 特開平2−175756号公報 特開2001−123043号公報 特開2010−144121号公報 特開2006−176549号公報 特開2010−285557号公報 特表2008−503628号公報 特開2011−068814号公報
 本発明の目的は、カルボジイミド化合物を使用しても遊離イソシアネートの発生がなく、高い耐熱性を有する硬化樹脂が得られる熱硬化性樹脂組成物を提供することにある。本発明者は、カルボジイミド化合物を使用しても遊離イソシアネートの発生がなく、高い耐熱性を有する硬化樹脂が得られる熱硬化性樹脂組成物について、鋭意検討した。その結果、エポキシ樹脂と、特定の環状構造をもったカルボジイミド化合物を用いた熱硬化性樹脂組成物は、高温処理時に遊離イソシアネート化合物を発生せず、また、高い耐熱性が得られることを見出した。さらに、特定の環状構造をもったカルボジイミド化合物は、硬化剤あるいは硬化促進剤として有効に機能し、熱硬化性樹脂組成物の特性を向上させることを見出し、本発明を完成した。
 また本発明の目的は、熱硬化性樹脂組成物の硬化温度を低くできると同時に短時間で硬化が進行し、得られる硬化樹脂のガラス転移温度も高い、熱硬化性樹脂組成物および硬化樹脂を提供することにある。本発明者らは鋭意検討を行った結果、アミン系硬化剤の中でも、特定構造の多価アミン系化合物を硬化剤として用いることで、その硬化温度が低く、また硬化時間も短くてすむ、熱硬化性樹脂組成物が得られ、さらにこの熱硬化性樹脂組成物を硬化してなる硬化樹脂は高い耐熱性を発現することを見出し、本発明を完成するに至った。即ち本発明の目的は、以下の発明により達成される。
 (A)エポキシ樹脂(A成分)並びに
(B)カルボジイミド基を1個有しその第一窒素と第二窒素とが結合基により結合されている下記式(B−i)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000012
(式中、Qは、脂肪族基、脂環族基、芳香族基またはこれらの組み合わせである2~4価の結合基であり、ヘテロ原子、置換基を含んでいてもよい。)
で表される環状構造を含み、環状構造を形成する原子数が8~50である環状カルボジイミド化合物(B成分)、および/または
(b)下記式(b−i)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000013
(式中Ar~Arは各々独立に、置換基で置換されていてもよい、フェニレン基またはナフタレン−ジイル基である。)
で表わされる多価アミン系硬化剤(b成分)、
を含有する熱硬化性樹脂組成物。
<環状カルボジイミド化合物(B成分)を含む態様>
 環状カルボジイミド化合物(B成分)を含む発明には以下の2~11の態様がある。
2.(A)エポキシ樹脂(A成分)および
(B)カルボジイミド基を1個有しその第一窒素と第二窒素とが結合基により結合されている下記式(B−i)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000014
(式中、Qは、脂肪族基、脂環族基、芳香族基またはこれらの組み合わせである2~4価の結合基であり、ヘテロ原子、置換基を含んでいてもよい。)
で表される環状構造を含み、環状構造を形成する原子数が8~50である環状カルボジイミド化合物(B成分)を含有する上記1記載の熱硬化性樹脂組成物。
3. B成分は、1分子内に2つ以上カルボジイミド基を含む多価環状カルボジイミド化合物である上記2記載の熱硬化性樹脂組成物。
4. B成分が下記式(B−ii)で表される化合物である上記2記載の熱硬化性樹脂組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000015
(式中Xは、下記式(B−iii)で表される4価の基である。Ar~Arは各々独立に、炭素数1~6のアルキル基もしくはフェニル基で置換されていてもよい、オルトフェニレン基または1,2−ナフタレン−ジイル基である)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000016
5. 環状カルボジイミド化合物(B成分)の含有量が、エポキシ樹脂(A成分)100重量部あたり0.01~50重量部である上記2に記載の熱硬化性樹脂組成物。
6. 硬化樹脂のガラス転移温度が、B成分を除いた熱硬化性樹脂組成物を同条件で硬化させた硬化樹脂のガラス転移温度より2℃以上高い上記2に記載の熱硬化性樹脂組成物。
7. さらに硬化剤(C成分)を含有する上記2に記載の熱硬化性樹脂組成物。
8. さらに硬化促進剤(D成分)を含有する上記2に記載の熱硬化性樹脂組成物。
9. 上記1に記載の熱硬化性樹脂組成物を加熱する工程を含む硬化樹脂の製造方法。
10. カルボジイミド基を1個有しその第一窒素と第二窒素とが結合基により結合されている下記式(B−i)で表される環状構造を含み、環状構造を形成する原子数が8~50である環状カルボジイミド化合物(B成分)を、エポキシ樹脂(A成分)の硬化剤として用いる方法。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000017
(式中、Qは、脂肪族基、脂環族基、芳香族基またはこれらの組み合わせである2~4価の結合基であり、ヘテロ原子、置換基を含んでいてもよい。)
11. カルボジイミド基を1個有しその第一窒素と第二窒素とが結合基により結合されている下記式(B−i)で表される環状構造を含み、環状構造を形成する原子数が8~50である環状カルボジイミド化合物(B成分)を、エポキシ樹脂(A成分)の硬化促進剤として用いる方法。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000018
(式中、Qは、脂肪族基、脂環族基、芳香族基またはこれらの組み合わせである2~4価の結合基であり、ヘテロ原子、置換基を含んでいてもよい。)
<多価アミン系硬化剤(b成分)を含む態様>
 多価アミン系硬化剤(b成分)を含む発明には以下の12~21の態様がある。
12. (A)エポキシ樹脂(A成分)および
(b)下記式(b−i)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000019
(式中Ar~Arは各々独立に、置換基で置換されていてもよい、フェニレン基またはナフタレン−ジイル基である。)
で表わされる多価アミン系硬化剤(b成分)を含有する上記1に記載の熱硬化性樹脂組成物。
13. エポキシ樹脂(A成分)100重量部に対して、多価アミン系硬化剤(b成分)を10~50重量部含有する上記12に記載の熱硬化性樹脂組成物。
14. エポキシ樹脂(A成分)100重量部に対して、多価アミン系硬化剤(b成分)を10~45重量部含有する上記12に記載の熱硬化性樹脂組成物。
15. 熱硬化温度160℃から200℃の範囲内において、硬化時間2時間後の硬化樹脂のガラス転移温度(Tg・2H)と硬化時間4時間後の硬化樹脂のガラス転移温度(Tg・4H)の差が10℃未満である、上記12に記載の熱硬化性樹脂組成物。
16. 熱硬化温度160℃、硬化時間4時間後に得られる硬化樹脂のガラス転移温度(Tg・160℃/4H)が175℃以上である、上記12に記載の熱硬化性樹脂組成物。
17. 熱硬化温度180℃、硬化時間2時間後に得られる硬化樹脂のガラス転移温度(Tg・180℃/2H)が175℃以上である、上記12に記載の熱硬化性樹脂組成物。
18. エポキシ樹脂(A成分)がビスフェノール型エポキシ樹脂である上記12に記載の熱硬化性樹脂組成物。
19. 下記式(b−ii)で示される化合物を含む硬化樹脂。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000020
(式中Ar~Arは各々独立に、置換基で置換されていてもよい、フェニレン基またはナフタレン−ジイル基である。W、W、X、X、Y、Y、Z、Zは各々、独立に水素原子または下記式(b−iii)で示される基から選ばれるが、W、W、X、X、Y、Y、Z、Zのうち少なくとも2つは、下記(b−iii)の基である。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000021
(式中、波線部分はエポキシ樹脂残基を示す。)
20. 式(b−ii)で示される化合物の含有量が全重量を基準として50重量%以上である上記19記載の硬化樹脂。
21. (A)エポキシ樹脂(A成分)および
(b)下記式(b−i)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000022
(式中Ar~Arは各々独立に、置換基で置換されていてもよい、フェニレン基またはナフタレン−ジイル基である。)
で表わされる多価アミン系硬化剤(b成分)を含有する熱硬化性樹脂組成物を硬化させた上記19記載の硬化樹脂。
<環状カルボジイミド化合物(B成分)および多価アミン系硬化剤(b成分)の双方を含む態様>
 本発明は、エポキシ樹脂(A成分)、環状カルボジイミド化合物(B成分)および多価アミン系硬化剤(b成分)を含有するの熱硬化性樹脂組成物およびその硬化樹脂を包含する。
 以下、本発明について詳細に説明する。本発明の熱硬化性樹脂組成物は、エポキシ樹脂(A成分)と、環状カルボジイミド化合物(B成分)および/または多価アミン系硬化剤(b成分)とを含有する。すなわち本発明の熱硬化性樹脂組成物は、エポキシ樹脂(A成分)と、環状カルボジイミド化合物(B成分)および多価アミン系硬化剤(b成分)からなる群より選ばれる少なくとも一種とを含有する。本発明には、(1)エポキシ樹脂(A成分)と環状カルボジイミド化合物(B成分)を含有する態様、(2)エポキシ樹脂(A成分)と多価アミン系硬化剤(b成分)とを含有する態様、(3)エポキシ樹脂(A成分)、環状カルボジイミド化合物(B成分)および多価アミン系硬化剤(b成分)を含有する態様がある。
〈環状カルボジイミド化合物(B成分)を含有する態様〉
<エポキシ樹脂(A成分)>
 本発明において、エポキシ樹脂(A成分)は、1分子中に2個以上のエポキシ基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマーである。例えば、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂(フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する)、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂(フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する)、テルペン変性フェノール型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、縮合環芳香族炭化水素変性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。これらのエポキシ樹脂は単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
<環状カルボジイミド化合物(B成分)>
 環状カルボジイミド化合物(B成分)は、下記式(B−i)で表される環状構造を含む。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000023
 式中、Qは、脂肪族基、脂環族基、芳香族基またはこれらの組み合わせである2~4価の結合基であり、ヘテロ原子、置換基を含んでいてもよい。
 式中、Qは、−Ar−O−X−O−Ar−で表される基であることが好ましい。ArおよびArは、各々独立に炭素数1~6のアルキル基もしくはフェニル基で置換されていてもよい、フェニレン基またはナフタレン−ジイル基である。Xは、2個の環状構造を有する場合にはアルカンジイル基であることが好ましい。4個の環状構造を有する場合にはアルカンテトライル基であることが好ましい。
 本発明において、環状カルボジイミド化合物(B成分)は、1つの環状構造中には、1個のカルボジイミド基のみを有する。B成分は、環状構造を複数有していてもよい。
 また、環状カルボジイミド化合物(B成分)は、環状構造中の原子数が8~50である。ここで、環状構造中の原子数とは、環構造を直接構成する原子の数を意味し、例えば、8員環であれば8、50員環であれば50である。環状構造中の原子数が8より小さいと、環状カルボジイミド化合物の安定性が低下して、保管、使用が困難となる場合があるためである。また反応性の観点より、環員数の上限値に関しては特別の制限はないが、50を超える原子数の環状カルボジイミド化合物は合成上困難となりコストが大きく上昇する場合や、熱硬化性樹脂組成物の物性低下を引き起こす場合がある。かかる観点より、環状構造中の原子数は、好ましくは10~30、より好ましくは10~20の範囲が選択される。環状カルボジイミド化合物としては、例えば、国際公開第2010/071213号パンフレットに記載の化合物が挙げられる。
 環状カルボジイミド化合物(B成分)は、硬化樹脂の耐熱性を向上させる観点から、1分子内に2つ以上カルボジイミド基を含む多価環状カルボジイミド化合物であることが好ましい。とりわけ、熱硬化性樹脂組成物の硬化剤として用いる場合には、硬化性能の観点から、1分子内に2つもしくは3つのカルボジイミド基を含むことが好ましい。これらの環状カルボジイミド化合物は2種以上組み合わせて使用することができる。
 また、他の熱硬化性樹脂組成物を構成する成分との相溶性の観点から、環状カルボジイミド化合物(B成分)の分子量は100~1,000が好ましい。分子量が100よりも小さいと、熱硬化の際に揮発してしまい、機能しない場合がある。分子量が1,000よりも大きいと他の熱硬化性樹脂組成物を構成する成分とうまく相溶せず、十分な硬化特性が得られない場合がある。かかる観点から、環状カルボジイミド化合物(B成分)の分子量は100~750がより好ましく、250~750がさらに好ましい。
 このような環状カルボジイミド化合物(B成分)としては、例えば、式(B−ii)で表される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000024
 式中Xは、下記式(B−iii)で表される4価の基である。式中Ar~Arは各々独立に、置換基で置換されていてもよい、オルトフェニレン基または1,2−ナフタレン−ジイル基である。置換基として、炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~15のアリール基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミド基、ヒドロキシル基、エステル基、エーテル基、アルデヒド基などが挙げられる。またこれらの芳香族基はヘテロ原子を含んで複素環構造を有していてもよい。ヘテロ原子として、O、N、S、Pが挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000025
 好適に使用することができる環状カルボジイミド化合物としては、下記式(B−iv)で表される化合物が例示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000026
 また、これらの環状カルボジイミド化合物(B成分)は、各種の文献および特許公報などで周知の方法(例えば、国際公開第2010/071213号パンフレットに記載の方法)により製造することができる。
 環状カルボジイミド化合物(B成分)の含有量は、エポキシ樹脂(A成分)100重量部に対して、好ましくは0.01~50重量部、より好ましくは0.05~30重量部、さらに好ましくは0.1~20重量部、さらにより好ましくは1~20重量部である。0.01重量部よりも少ないと、添加の効果が発現しない場合がある。また、50重量部よりも多いと、エポキシ樹脂(A成分)への相溶性やブリードアウトの観点から問題となる場合がある。
 本発明の熱硬化性樹脂組成物は、エポキシ樹脂(A成分)と、環状カルボジイミド化合物(B成分)を必須成分とするが、B成分は、硬化剤、硬化促進剤、エポキシ樹脂およびその硬化樹脂の加水分解防止剤として使用することができる。
 環状カルボジイミド化合物(B成分)を硬化剤として使用する場合、環状カルボジイミド化合物(B成分)の含有量は、エポキシ樹脂(A成分)のエポキシ基に対して、0.01~2当量が好ましく、0.02~1.0当量がより好ましく、0.05~0.8当量がさらに好ましい。
 また、環状カルボジイミド化合物(B成分)を硬化促進剤として使用する場合、環状カルボジイミド化合物(B成分)の含有量は、エポキシ樹脂(A成分)100重量部に対して、0.01~30重量部が好ましい。環状カルボジイミド化合物(B成分)は、25℃の常温では、熱硬化性樹脂組成物中で比較的安定であるため、多量に含有していても、硬化が進みハンドリングが悪化することがない。そのため、5重量部よりも多く含有しても、硬化促進剤として有効に働く。0.01重量部よりも少ないと、促進効果が得られない場合がある。また、30重量部よりも多いと、エポキシ樹脂と硬化剤との反応を阻害してしまう場合がある。かかる観点より、0.05~25重量部がより好ましく、0.1~20重量部がさらに好ましい。
<硬化剤(C成分)>
 本発明の熱硬化性樹脂組成物は、環状カルボジイミド(B成分)に加えて硬化剤(C成分)を含有していても良い。この場合、後述する硬化促進剤(D成分)がエポキシ樹脂に含まれる場合には、環状カルボジイミド(B成分)は硬化剤としての効果を奏するので、二種以上の硬化剤が存在することとなる。一方で、後述する硬化促進剤(D成分)が熱可塑性樹脂に含まれない場合には、環状カルボジイミド化合物(B成分)が、硬化促進剤としての効果を奏するので、この場合には、硬化剤としては硬化剤(C成分)のみが含有されることとなる。
 硬化剤(C成分)としては、一般的にエポキシ樹脂の硬化剤として公知のものを使用することができ、このような硬化剤としては、ポリアミン類(脂環族ポリアミン、芳香族ポリアミン、変性ポリアミン)、酸無水物、ポリフェノール、ポリメルカプタン等が挙げられる。具体的には、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、トリエチレンジアミン、イソホロンジアミン、N−アミノエチルピペラジン、3,9−ビス(3−アミノプロピル)−2,4,8,10−テトラオキシスピロ−(5、5’)ウンデカンアダクト、ジシアンジアミド、ジアミノジフェニルスルホン、フェニレンジアミン、キシリレンジアミン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、ジエチルトルエンジアミン、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、無水ピロメリット酸、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、フェノールアラルキル、ナフトールアラルキル、液状フェノール樹脂、ポリメルカプタン、2−エチル−4−メチルイミダゾール等が例示される。これらの硬化剤は単独で使用しても、2種類以上を組合せて使用してもよい。
 硬化剤(C成分)の含有量は、環状カルボジイミド化合物(B成分)が前述のように硬化剤として機能するか硬化促進剤として機能するかによって異なるが、環状カルボジイミド化合物(B成分)が硬化剤として機能する場合には、環状カルボジイミド化合物(B成分)と硬化剤(C成分)との合計量に対して、環状カルボジイミド化合物(B成分)が50重量%未満であることが好ましい。硬化剤(C成分)を組合せる際は、C成分の特徴を付与する観点から、C成分が50重量%以上であることが好ましい。
 また、エポキシ樹脂(A成分)のエポキシ基に対して、環状カルボジイミド化合物(B成分)のカルボジイミド基と硬化剤(C成分)の反応基(酸無水物、アミノ基、フェノール基など)との合計が0.1~5当量となる範囲で含有させることができる。硬化剤の種類によっても異なるが、一般にエポキシ基に対して、反応基が1当量となる場合に硬化性能が優れることから、0.3~3当量が好ましく、0.5~2当量がより好ましい。
 ここで、反応基とは、エポキシ基と反応し得る基のことを指し、1つの基で2つのエポキシ基と反応可能な場合、その基の反応基は2つとなる。例えば、アミノ基(−NH)は2つのエポキシ基と反応しうるので、反応基としては2つである。
 また、本発明において、環状カルボジイミド化合物(B成分)を硬化剤として使用する場合でも、他の硬化剤(C成分)の含有量は、エポキシ樹脂(A成分)のエポキシ基に対して、硬化剤(C成分)の反応基が1当量となるように調整することが好ましい。環状カルボジイミド化合物(B成分)は、エポキシ樹脂(A成分)のエポキシ基以外に、水酸基、アミノ基、フェノール基、酸無水物の分解物などと反応するため、環状カルボジイミド化合物(B成分)を含まない熱硬化性樹脂組成物と比べ、追加的な硬化が期待できる。環状カルボジイミド化合物(B成分)の含有量は、エポキシ基に対して、前述の通り、0.01~2当量が好ましく、0.02~1当量がより好ましく、0.05~0.8当量がさらに好ましい。
<硬化促進剤(D成分)>
 本発明の熱硬化性樹脂組成物は、環状カルボジイミド(B成分)に加えて硬化促進剤(D成分)を含有していても良い。前述の通り、このときの環状カルボジイミド化合物(B成分)は熱硬化性樹脂における硬化剤として機能する。
 硬化促進剤(D成分)としては、一般的にエポキシ樹脂の硬化促進剤として公知のものを使用することができる。
 このような硬化促進剤としては、2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−メチルイミダゾール等のイミダゾール類;ベンジルジメチルアミン、N,N−ジメチルアニリン等の三級アミン、テトラメチルアンモニウムクロライド、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライド等の四級アンモニウム塩;アルキルホスフィン、フェニルホスフィン、ジアルキルホスフィン、ジフェニルホスフィン、トリアルキルホスフィン、トリフェニルホスフィンなどの有機ホスフィン化合物;テトラ−n−ブチルホスホニウム、o,o−ジエチルホスホロジチオネート、テトラブチルホスホニウム、ベンゾトリアゾラート等のホスホニウム塩;オクチル酸亜鉛、ステアリン酸亜鉛等の金属塩、アセチルアセトン亜鉛、ベンゾイルアセトン亜鉛等の金属錯体などが挙げられる。
 硬化促進剤(D成分)の含有量は、エポキシ樹脂(A成分)、環状カルボジイミド化合物(B成分)および使用している場合には硬化剤(C成分)の合計100重量部に対して、0.01~5重量部が好ましい。0.01重量部よりも少ないと、促進効果が得られない場合がある。また、5重量部よりも多いと、硬化が速まるため、熱硬化性樹脂組成物を硬化させる際のハンドリングが悪くなる場合がある。かかる観点より、0.05~3重量部がより好ましく、0.1~1.5重量部がさらに好ましい。
<他の成分>
 本発明の熱硬化性樹脂組成物は、エポキシ樹(A成分)、環状カルボジイミド化合物(B成分)、硬化剤(C成分)、硬化促進剤(D成分)に加え、必要に応じて、かつ本発明の目的に反しない範囲で、無機質充填材;シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、アルミニウム/ジルコニウムカップリング剤等のカップリング剤;臭素化エポキシ樹脂、酸化アンチモン、リン化合物等の難燃剤;酸化ビスマス水和物等の無機イオン交換体;カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤;シリコーンオイル;シリコーン系やゴム系の低応力化剤;天然ワックス、合成ワックス、高級脂肪酸、その金属塩類、パラフィン等の離型剤;酸化防止剤等の各種添加剤を適宜配合してもよい。
 本発明の熱硬化性樹脂組成物は、耐熱性が要求される用途、例えば、半導体封止材、プリプレグやその他複合材料のマトリックス材、プリント配線基板、積層板、電気絶縁材、ペースト等の用途に好適に使用することができる。
<熱硬化性樹脂組成物の製造方法>
 本発明の熱硬化性樹脂組成物は、公知の方法で製造することができる。例えば、エポキシ樹脂(A成分)、環状カルボジイミド化合物(B成分)、硬化剤(C成分)、硬化促進剤(D分)、その他の添加剤等をミキサーによって混合することで、樹脂組成物を調製することができる。混合する方法は特に限定なく、従来公知の方法を使用できるが、溶液あるいは溶融状態が均一性の観点から好ましい。
 必要に応じて、混合後、ロール、ニーダー、押出機等の混練機で加熱混練し、冷却後に粉砕して、樹脂組成物の固形成分とすることができる。
 また、溶液として樹脂組成物を調製する場合には、各種溶剤を用いることができるが、エポキシ樹脂、環状カルボジイミド化合物、硬化剤、硬化促進剤、その他の添加剤等に対して不活性で各成分を一部または完全に溶解する溶剤が好適に使用できる。溶媒としてはたとえば、炭化水素系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、エーテル系溶媒、ハロゲン系溶媒、アミド系溶媒などを用いることができる。
 本発明の熱硬化性樹脂組成物は、エポキシ樹脂(A成分)に環状カルボジイミド化合物(B成分)を事前に溶解させた後に、硬化剤(C成分)、硬化促進剤(D成分)、その他の添加剤を混合することが好ましい。エポキシ樹脂(A成分)に環状カルボジイミド化合物(B成分)を事前に溶解させることで、樹脂組成物にした際の環状カルボジイミド化合物(B成分)の均一性が向上し、硬化樹脂の特性が良好になる場合がある。ここで、硬化樹脂の特性としては、耐熱性などが挙げられる。
 エポキシ樹脂(A成分)に環状カルボジイミド化合物(B成分)を事前に溶解させる方法としては特に限定なく、従来公知の方法を使用できるが、例えば、加熱して溶解させる方法や溶媒中で溶解させる方法を用いることができる。
 加熱して溶解させる場合、ロール、ニーダー、押出機等の混練機で加熱混練することができる。また、冷却後に粉砕して、固形成分とすることができる。加熱温度は25~200℃の範囲が好ましい。25℃よりも低いと、溶解が困難な場合がある。200℃よりも高いと、エポキシ樹脂(A成分)のエポキシ基と環状カルボジイミド化合物(B成分)のカルボジイミド基が過度に反応して、溶融粘度が向上するとハンドリングが困難となる場合がある。
 また、溶媒中で溶解させる場合、エポキシ樹脂、環状カルボジイミド化合物に対して不活性、かつ各成分を一部または完全に溶解する溶剤が好適に使用できる。溶剤としては例えば、炭化水素系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、エーテル系溶媒、ハロゲン系溶媒、アミド系溶媒などを用いることができる。溶解後は溶媒を除去して、固形もしくは液状成分とすることができる。
 本発明の熱硬化性樹脂組成物は、各用途に応じて、一般に公知な方法で加工することができる。ここで、加工とは特に限定されないが、例えば、成形、塗布、含浸などが挙げられる。
 本発明の熱硬化性樹脂組成物を用いて、半導体素子等の電子部品を封止し、半導体装置を製造するには、トランスファーモールド、コンプレッションモールド、インジェクションモールド等の成形方法で硬化成形すればよい。
 また、プリプレグを製造するには、本発明の熱硬化性樹脂組成物を樹脂ワニスとして、基材に含浸させればよい。ここで、樹脂ワニスは、エポキシ樹脂、環状カルボジイミド化合物、硬化剤、硬化促進剤、その他の添加剤等の混合物、またはそれらを溶剤に溶解した溶液である。基材としては、例えば、ガラスクロス、カーボンファイバー、アラミド等の有機繊維等を使用することができる。
 さらに、樹脂付き金属箔を製造するには、本発明の熱硬化性樹脂組成物を樹脂ワニスとして、金属箔に対し、例えばコンマコーター、ナイフコーター、カーテンコーターなどを用いた公知の方法で塗布した後、次いで溶剤などの揮発成分を乾燥除去して、本発明の熱硬化性樹脂組成物を半硬化させた樹脂層を形成する等の方法を用いることができる。
<熱硬化方法>
 本発明における熱硬化性樹脂組成物を熱硬化させる方法は、一般的に公知な方法を用いることができる。基本的には、使用するエポキシ樹脂および硬化剤に適した硬化温度に加熱することで、本発明の熱硬化性樹脂組成物においても十分な硬化度を得ることができる。
 さらに、環状カルボジイミド化合物を硬化剤あるいは硬化促進剤として使用した場合、環状カルボジイミド化合物を含まない熱硬化性樹脂組成物と比べ、短時間または低温で十分な硬化性能が得られる場合があり、長期処理や高温処理によるエポキシ樹脂をはじめとする各種成分の熱劣化を抑制することが期待できる。
 硬化温度は、使用するエポキシ樹脂や硬化剤で大きく変わるが、25℃~250℃の範囲が好適に選択される。25℃よりも低いと、熱硬化性樹脂組成物が十分に硬化しない場合がある。また、250℃よりも高いと、硬化は進行するが、樹脂組成物自体が熱によって劣化し、十分な硬化性能が得られない場合がある。かかる観点より、硬化温度は25~200℃がより好ましい。
<環状カルボジイミド化合物(B成分)を硬化剤として用いる方法>
 本発明は、カルボジイミド基を1個有しその第一窒素と第二窒素とが結合基により結合されている式(B−i)で表される環状構造を含み、環状構造を形成する原子数が8~50である環状カルボジイミド化合物(B成分)を、エポキシ樹脂(A成分)の硬化促進剤として用いる方法を包含する。
 環状カルボジイミド化合物(B成分)はエポキシ樹脂(A成分)の硬化剤として用いる。環状カルボジイミド化合物(B成分)を硬化剤として使用する場合、他の硬化剤(C成分)および硬化促進剤(D成分)とを組合せることが好ましい。他の硬化剤を組合せる理由としては、エポキシ樹脂のエポキシ基、水酸基、他の硬化剤の酸無水物、アミノ基、フェノール基などと、環状カルボジイミド化合物のカルボジイミド基とが効果的に作用し、硬化性能や硬化後の耐久性が発現するためである。
<環状カルボジイミド化合物(B成分)を、硬化促進剤として用いる方法>
 本発明は、カルボジイミド基を1個有しその第一窒素と第二窒素とが結合基により結合されている式(B−i)で表される環状構造を含み、環状構造を形成する原子数が8~50である環状カルボジイミド化合物(B成分)を、エポキシ樹脂(A成分)の硬化促進剤として用いる方法を包含する。
 環状カルボジイミド化合物(B成分)を硬化促進剤として使用する場合、エポキシ樹脂(A成分)および硬化剤(C成分)は前述の一般的に公知のものを使用することができる。これらのエポキシ樹脂および硬化剤はそれぞれ単独で使用しても、2種類以上を組合せて使用してもよい。とくに、エポキシ樹脂としては、ビフェニル型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂などが好適に使用することができる。また、硬化剤としては、フェノールノボラックなどが好適に使用できる。
 環状カルボジイミド化合物は、25℃の常温では、熱硬化性樹脂組成物中で比較的安定であるため、多量に含有していても、硬化が進みハンドリングが悪化することがない。そのため、5重量部よりも多く含有しても、硬化促進剤として有効に働く。0.01重量部よりも少ないと、促進効果が得られない場合がある。また、30重量部よりも多いと、エポキシ樹脂と硬化剤との反応を阻害してしまう場合がある。かかる観点より、0.05~25重量部がより好ましく、0.1~20重量部がさらに好ましい。
 また、環状カルボジイミド化合物を硬化促進剤として使用する場合の特徴として、含有量依存的に、熱硬化性樹脂組成物の耐熱性を向上させる効果がある。これは、エポキシ樹脂と硬化剤の架橋を促進させるだけでなく、その過程で、環状カルボジイミド化合物自体が架橋に与して、硬化度を向上させるためである。ゆえに、環状カルボジイミド化合物の含有量をコントロールすることで、任意の高耐熱性を有する熱硬化性樹脂組成物を調製することができる。
<硬化樹脂>
 本発明の熱硬化性樹脂組成物を熱硬化させた硬化樹脂は、そのガラス転移温度が、環状カルボジイミド化合物(B成分)を除いた熱硬化性樹脂組成物を同条件で硬化させた硬化樹脂のガラス転移温度より、2℃以上高いことを特徴とする。
 これは、前述した通り、環状カルボジイミド化合物(B成分)を硬化剤あるいは硬化促進剤として含有することで、環状カルボジイミド化合物(B成分)が架橋に与して、硬化樹脂の硬化度が向上するためである。本発明の樹脂組成物が使用される用途では、耐熱性が高いことが重要であることから、4℃以上高いことが好ましく、6℃以上高いことがさらに好ましく、8℃以上高いことが最も好ましい。このような観点から、樹脂組成物のエポキシ樹脂に加える環状カルボジイミド化合物、他の硬化剤、硬化促進剤の配合量を最適化することが好ましい。
 また、環状カルボジイミド化合物(B成分)の添加によって、硬化樹脂のガラス転移温度を上昇させることができるが、エポキシ樹脂(A成分)、硬化剤(C成分)の組合せによって、その効果をより高めることができる。これは、環状カルボジイミド(B成分)の作用機構が、エポキシ樹脂(A成分)、硬化剤(C成分)の組合せによって異なることに起因する。エポキシ樹脂(A成分)と硬化剤(C成分)の適した組合せとしては、例えば、ビスフェノール型エポキシ樹脂とアミン系硬化剤、ビスフェノール型エポキシ樹脂と液状フェノール樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂とフェノールノボラック、ビフェニル型エポキシ樹脂とフェノールノボラック、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂とフェノールノボラック、エポキシ基を3つ以上有する多官能エポキシ樹脂とフェノールノボラックなどが挙げられる。組合せるエポキシ樹脂(A成分)と硬化剤(C成分)は、それぞれ2つ以上の複数であってもよい。
〈多価アミン系硬化剤(b成分)を含有する態様〉
<多価アミン系硬化剤(b成分)>
 本発明で用いる多価アミン系硬化剤(b成分)は下記式(b−i)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000027
 式中Ar~Arは各々独立に、置換基で置換されていてもよい、フェニレン基またはナフタレン−ジイル基である。置換基として、炭素数1~20の脂肪族基、炭素数3~20の脂環族基、炭素数5~15の芳香族基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミド基、ヒドロキシル基、エステル基、エーテル基、アルデヒド基、またはそれらの組合せが挙げられる。
 脂肪族基として、炭素数1~20のアルキル基が挙げられる。炭素数1~20のアルキル基として、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、ヘキサデシル基などが挙げられる。
 脂環族基として、炭素数3~20のシクロアルキル基が挙げられる。炭素数3~20のシクロアルキル基として、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロドデシル基、シクロヘキサデシル基などが挙げられる。
 芳香族基として、それぞれヘテロ原子を含んで複素環構造を持っていてもよい、炭素数5~15のアリール基が挙げられる。炭素数5~15のアリール基として、フェニル基、ナフチル基などが挙げられる。
 多価アミン系硬化剤(b成分)としては、以下のような化合物が例示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000028
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000029
 また、これらの多価アミン系硬化剤(b成分)は、各種の文献および特許公報などで周知の方法(例えば、特許第5645494号公報に記載の方法)により製造することができる。
<エポキシ樹脂(A成分)>
 エポキシ樹脂(A成分)は、1分子中に2個以上のエポキシ基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマーである。例えば、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂(フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する)、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂(フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する)、テルペン変性フェノール型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、縮合環芳香族炭化水素変性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。これらのエポキシ樹脂は単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
 また、溶融時の低粘度化による充填材の高充填化が可能なこと、および充填材としての黒鉛との密着性等の観点から、ビスフェノール型エポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂は上記の点から、数平均分子量500~5,000であるビスフェノール型エポキシ樹脂であることがより好ましく、ビスフェノール型エポキシ樹脂は数平均分子量800~2,000のものがさらに好ましい。
 エポキシ樹脂(A成分)の数平均分子量がこれらの範囲にあるものを選ぶことで、硬化樹脂の製造時の作業性、および熱硬化時の成形性が特に良好になる。ビスフェノール型エポキシ樹脂の数平均分子量が500未満であると樹脂が液状となり成形材料製造時の作業性が低下する。ビスフェノール型エポキシ樹脂では数平均分子量が5,000よりも大きいと、樹脂の溶融粘度が高くなり成形性に問題が生じることがある。なお、エポキシ樹脂の数平均分子量の測定は、樹脂をテトラヒドロフランに溶解し、ポリスチレンを標準物質として、ゲルパーミエーションクロマトグラフにより測定したものである。
<熱硬化性樹脂組成物>
 本発明の熱硬化性樹脂組成物は、エポキシ樹脂(A成分)と多価アミン系硬化剤(b成分)とを必須成分として含む。
 多価アミン系硬化剤(b成分)の含有量は、エポキシ樹脂(A成分)100重量部に対して10~50重量部であることが好ましい。樹脂組成物の硬化性能を向上させる観点から、エポキシ樹脂(A成分)のエポキシ基と多価アミン系硬化剤(b成分)のアミノ基との当量が近いことが好ましい。これは、エポキシ基とアミノ基とが効率的に反応して架橋密度を向上するためである。多価アミン系硬化剤(b成分)の場合、その含有量がエポキシ樹脂(A成分)100重量部に対して10重量部より少ないと、架橋密度が上がらずガラス転移温度Tgが低くなる場合がある。また、多価アミン系硬化剤(b成分)の配合量がエポキシ樹脂(A成分)100重量部に対して50重量部より多いと、同様に架橋密度が上がらずガラス転移温度Tgが低くなる場合がある。したがって、熱硬化性樹脂組成物の硬化性能を向上させる観点から、多価アミン系硬化剤(b成分)の配合量は、エポキシ樹脂(A成分)100重量部に対して12~48重量部であることがより好ましく、15~45重量部がさらに好ましい。
 なお、本発明の熱硬化性樹脂組成物は多価アミン系硬化剤(b成分)を使用する事の趣旨に反しない範囲において、他の硬化剤、硬化促進剤を併用することができる。
 他の硬化剤としては、一般的にエポキシ樹脂の硬化剤として公知のものを使用することができ、このような硬化剤としては、ポリアミン類(脂環族ポリアミン、芳香族ポリアミン、変性ポリアミン)、酸無水物、ポリフェノール、ポリメルカプタン、環状カルボジイミド化合物等が挙げられる。
 具体的には、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、トリエチレンジアミン、イソホロンジアミン、N−アミノエチルピペラジン、3,9−ビス(3−アミノプロピル)−2,4,8,10−テトラオキシスピロ−(5、5’)ウンデカンアダクト、ジシアンジアミド、ジアミノジフェニルスルホン、フェニレンジアミン、キシリレンジアミン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、ジエチルトルエンジアミン、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、無水ピロメリット酸、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、フェノールアラルキル、ナフトールアラルキル、液状フェノール樹脂、ポリメルカプタン、2−エチル−4−メチルイミダゾール、特開2010−285557号公報に記載の環状カルボジイミド化合物等が例示される。これらの硬化剤は単独で使用しても、2種類以上を組合せて使用してもよい。
 その他の硬化剤の含有量は、特に限定されるものではないが、エポキシ樹脂のエポキシ基に対して、多価アミン系硬化剤(b成分)のアミノ基と他の硬化剤の反応基(酸無水物、アミノ基、フェノール基など)の合計が0.1~5当量となる範囲で含有させることが好ましい。硬化剤の種類によっても異なるが、一般にエポキシ基に対して、反応基が1当量となる場合に硬化性能が優れることから、0.3~3当量が好ましく、0.5~2当量がより好ましい。
 ここで、反応基とは、エポキシ基と反応しうる基のことを指し、1つの基で2つのエポキシ基と反応可能な場合、その基の反応基は2つとなる。例えば、アミノ基(−NH)は2つのエポキシ基と反応しうるので、反応基としては2つである。
 硬化促進剤としては、硬化樹脂の製造時に硬化促進剤として用いられる公知の化合物を使用することができる。このような硬化促進剤としては、2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−メチルイミダゾール等のイミダゾール類;ベンジルジメチルアミン、N,N−ジメチルアニリン等の三級アミン;テトラメチルアンモニウムクロライド、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライド等の四級アンモニウム塩;テトラ−n−ブチルホスホニウム−o,o−ジエチルホスホロジチオネート、テトラブチルホスホニウムベンゾトリアゾラート等のホスホニウム塩;オクチル酸亜鉛、ステアリン酸亜鉛等の金属塩;アセチルアセトン亜鉛、ベンゾイルアセトン亜鉛等の金属錯体などが挙げられる。
 硬化促進剤の含有量は、特に限定されないが、エポキシ樹脂と硬化剤との合計100重量部に対して、0.01~5重量部が好ましい。0.01重量部よりも少ないと、促進効果が得られない場合がある。また5重量部よりも多いと、硬化が速まるため、熱硬化性樹脂組成物を硬化させる際のハンドリングが悪くなる場合がある。かかる観点より、0.05~3重量部がより好ましく、0.1~1.5重量部がさらに好ましい。
 本発明の熱硬化性樹脂組成物は、熱硬化温度160~200℃の範囲内において、硬化時間2時間後の硬化樹脂のガラス転移温度(Tg・2H)と硬化時間4時間後の硬化樹脂のガラス転移温度(Tg・4H)の差が10℃未満であることが好ましい。
 これは、多価アミン系硬化剤(b成分)が上記硬化温度の範囲において容易にエポキシ基と反応し、かつ、4価のアミノ基を有するため、反応したアミノ基の数が増加するにしたがってエポキシ樹脂との親和性が向上し、その結果、加速的に硬化が進行して、短時間で高い架橋密度を実現するためである。そのため、上記硬化温度の範囲において、Tg・2HとTg・4Hの差は10℃未満とできる。
 また、本発明の熱硬化性樹脂組成物は、(Tg・160℃/4H)が175℃以上とすることができ、また、(Tg・180℃/2H)が185℃以上とすることができる。これは、前述したように多価アミン系硬化剤(b成分)が短時間で高い架橋密度を実現し、かつ、4価のアミノ基と骨格に起因して高い耐熱性を与えるためである。そのため、熱硬化温度に対して高いガラス転移温度Tgを短時間で発現することができる。
 本発明の熱硬化性樹脂組成物はハンドリングの観点で十分なポットライフを有する。本発明の多価アミン系硬化剤(b成分)はある程度の分子量を保持するため、低分子の多価アミンと比較してエポキシ樹脂内での易動性は抑制することができる。また、4価のアミノ基を有する化合物であるため、エポキシ樹脂に対する分子数としても他のアミン化合物よりも一般的に少ない。そのため、エポキシ樹脂と混合した後も10~25℃の低温環境下では、比較的長期間ゲル化せずに保管が可能である。一方で、多価アミン系硬化剤(b成分)は100℃を越える硬化条件下では、容易にエポキシ基と反応し、4価のアミノ基を有するため、反応したアミノ基が増加するにしたがい、エポキシ樹脂との親和性が向上し、加速的に硬化が進行することが可能である。したがって、広範な用途で制限されることなく使用することができ、高い硬化性能を得ることができる。
 本発明の熱硬化性樹脂組成物は、エポキシ樹脂(A成分)、多価アミン系硬化剤(b成分)に加え、必要に応じ、かつ本発明の目的に反しない範囲で各種添加剤を含有していても良い。
 添加剤として、無機質充填材;シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、アルミニウム/ジルコニウムカップリング剤等のカップリング剤;臭素化エポキシ樹脂、酸化アンチモン、リン化合物等の難燃剤;酸化ビスマス水和物等の無機イオン交換体;カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤;シリコーンオイル;シリコーン系やゴム系の低応力化剤;天然ワックス、合成ワックス、高級脂肪酸、その金属塩類、パラフィン等の離型剤;酸化防止剤;カルボジイミド化合物等が挙げられる。特に、カルボジイミドを配合する場合、国際公開第2010/071213号パンフレットに記載のカルボジイミドが好適に使用できる。
 本発明の熱硬化性樹脂組成物は、耐熱性が要求される用途、例えば、半導体封止材、プリプレグやその他複合材料のマトリックス材、プリント配線基板、積層板、電気絶縁材、ペースト等の用途に好適に使用することができる。
<熱硬化性樹脂組成物の製造方法>
 本発明の熱硬化性樹脂組成物は、公知の方法で製造することができる。例えば、エポキシ樹脂(A成分)、多価アミン系硬化剤(b成分)、その他の硬化剤、硬化促進剤、その他の添加剤等をミキサーによって混合することで、樹脂組成物を調製することができる。混合する方法は特に限定なく、従来公知の方法を使用できるが、溶液あるいは溶融状態が均一性の観点から好ましい。他の混合方法として、マスターバッチ化したエポキシ樹脂を用いる方法や接触させて含浸させる方法などが挙げられる。必要に応じて、混合後、ロール、ニーダー、押出機等の混練機で加熱混練し、冷却後に粉砕して、樹脂組成物の固形成分とすることができる。
 また、溶液として樹脂組成物を調製する場合には、各種溶剤を用いることができるが、エポキシ樹脂(A成分)、多価アミン系硬化剤(b成分)、その他の硬化剤、硬化促進剤、その他の添加剤等に対して不活性、かつ各成分を一部または完全に溶解する溶剤が好適に使用できる。溶媒としてはたとえば、炭化水素系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、エーテル系溶媒、ハロゲン系溶媒、アミド系溶媒などを用いることができる。
 炭化水素系溶媒として、ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘプタン、デカンなどが挙げられる。ケトン系溶媒として、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、シクロヘキサノン、イソホロンなどが挙げられる。エステル系溶媒として、酢酸エチル、酢酸メチル、コハク酸エチル、炭酸メチル、安息香酸エチル、ジエチレングリコールジアセテートなどが挙げられる。エーテル系溶媒として、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、ジフェニルエーテルなどが挙げられる。
 ハロゲン系溶媒として、ジクロロメタン、クロロホルム、テトラクロロメタン、ジクロロエタン、1,1’,2,2’−テトラクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンなどを挙げることができる。アミド系溶媒として、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドンなどが挙げられる。これらの溶媒は単一であるいは所望により混合溶媒として使用することができる。
 本発明の熱硬化性樹脂組成物は、各用途に応じて、一般に公知な方法で加工することができる。ここで、加工とは特に限定されないが、例えば、成形、塗布、含浸などが挙げられる。
 本発明の熱硬化性樹脂組成物を用いて、半導体素子等の電子部品を封止し、半導体装置を製造するには、トランスファーモールド、コンプレッションモールド、インジェクションモールド等の成形方法で硬化成形すればよい。
 また、プリプレグを製造するには、本発明の熱硬化性樹脂組成物を樹脂ワニスとして、基材に含浸させればよい。ここで、樹脂ワニスは、エポキシ樹脂、多価アミン系硬化剤、その他の硬化剤、硬化促進剤、その他の添加剤等の混合物、またはそれらを溶剤に溶解した溶液である。基材としては、例えば、ガラスクロス、カーボンファイバー、アラミド等の有機繊維等を使用することができる。
 さらに、樹脂付き金属箔を製造するには、本発明の熱硬化性樹脂組成物を樹脂ワニスとして、金属箔に対し、例えばコンマコーター、ナイフコーター、カーテンコーターなどを用いた公知の方法で塗布した後、次いで溶剤などの揮発成分を乾燥除去して、本発明の熱硬化性樹脂組成物を半硬化させた樹脂層を形成する等の方法を用いることができる。
<硬化方法>
 本発明における熱硬化性樹脂組成物を硬化させる方法としては、公知の方法を用いることができる。基本的には、使用するエポキシ樹脂および硬化剤に適した硬化温度で加熱することで十分な硬化度が得られる。
 さらに式(b−i)で表される多価アミン系硬化剤(b成分)を用いた場合、その他の一般的な硬化剤を使用する場合と比べ、短時間または低温で十分な硬化性能が得られる場合があり、長期処理や高温処理によるエポキシ樹脂をはじめとする各種成分の熱劣化を抑制することが期待できる。
 例えば、熱硬化性樹脂組成物の熱硬化後のガラス転移温度Tgが180℃を越えるような硬化樹脂を作製するには、一般的な硬化剤を用いた場合、180℃の硬化温度で硬化させるか、それよりも低温で硬化させる場合は、長時間の硬化時間を要する。一方で、式(b−i)で表される多価アミン系硬化剤(b成分)を用いた場合、180℃よりも低温で硬化しても、短時間でガラス転移温度Tgが180℃を越える硬化樹脂が得られる。そのため、熱硬化時の硬化収縮が小さくなり、熱硬化後の製品の寸法精度を高くできる可能性がある。また、エポキシ樹脂自体の熱劣化が抑えられ強度などの機械特性が良好な硬化樹脂が得られる可能性がある。
 本発明の熱硬化性樹脂組成物の硬化温度は、使用するエポキシ樹脂や硬化剤で大きく変わるが、25~250℃の範囲が好適に選択される。25℃よりも低いと、熱硬化性樹脂組成物が十分に硬化しない場合がある。また、250℃よりも高いと、硬化は進行するが、熱硬化性樹脂組成物自体が熱によって劣化し、十分な硬化性能が得られない場合がある。かかる観点より、硬化温度は40~225℃がより好ましく、50~200℃がさらに好ましい。
<硬化樹脂>
 本発明における硬化樹脂は、下記式(b−ii)で示される化合物を含む。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000030
(式中Ar~Arは各々独立に、置換基で置換されていてもよい、フェニレン基またはナフタレン−ジイル基である。W、W、X、X、Y、Y、Z、Zは各々、独立に水素原子または下記式(b−iii)で示される基から選ばれるが、W、W、X、X、Y、Y、Z、Zのうち少なくとも2つは、下記(b−iii)の基である。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000031
(式中、波線部分はエポキシ樹脂残基を示す。)
 式中Ar~Arは各々独立に、置換基で置換されていてもよい、フェニレン基またはナフタレン−ジイル基である。置換基として、炭素数1~20の脂肪族基、炭素数3~20の脂環族基、炭素数5~15の芳香族基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミド基、ヒドロキシル基、エステル基、エーテル基、アルデヒド基、またはそれらの組合せが挙げられる。
 脂肪族基として、炭素数1~20のアルキル基が挙げられる。炭素数1~20のアルキル基として、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、ヘキサデシル基などが挙げられる。
 脂環族基として、炭素数3~20のシクロアルキル基が挙げられる。炭素数3~20のシクロアルキル基として、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロドデシル基、シクロヘキサデシル基などが挙げられる。
 芳香族基として、それぞれヘテロ原子を含んで複素環構造を持っていてもよい、炭素数5~15のアリール基が挙げられる。炭素数5~15のアリール基として、フェニル基、ナフチル基などが挙げられる。
 W、W、X、X、Y、Y、Z、Zは各々、独立に水素原子または下記式(b−iii)で示される基から選ばれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000032
(式中、波線部分はエポキシ樹脂残基を示す。)
 上記の化合物は、エポキシ樹脂(A成分)と前述の化学式(b−i)により表わされる多価アミン系硬化剤(b成分)との反応物として得ることができ、この反応割合が高くなるに従って、W、W、X、X、Y、Y、Z、Zは、水素原子から上記式(b−iii)の基に置換されていくが、硬化樹脂とするためには少なくとも化合物中に上記式(b−iii)の基を少なくとも2つ含む必要があり、従って、W、W、X、X、Y、Y、Z、Zのうち少なくとも2つは、上記(b−iii)の基であることが必要である。
 エポキシ樹脂残基とは、前掲のエポキシ樹脂(A成分)の末端エポキシ基を除いた基である。
 本発明における硬化樹脂は、上記式(b−ii)で示される化合物の含有量が全重量を基準として50重量%以上含むことが好ましく、特に、所望の性能を発揮する観点からは、好ましくは65重量%以上であり、より好ましくは80重量%以上である。上記の硬化樹脂は、本発明の熱硬化性エポキシ樹脂を硬化させることで容易に得ることができ、硬化の方法も上記した方法で行うことができる。
 以下、実施例により本発明を説明する。各種特性は以下の方法で測定した。
(1)環状カルボジイミド構造のNMRによる同定:
 合成した環状カルボジイミド化合物はH−NMR、13C−NMRによって確認した。NMRは日本電子(株)製JNR−EX270を使用した。溶媒は重クロロホルムを用いた。
(2)環状カルボジイミドのカルボジイミド骨格のIRによる同定:
 合成した環状カルボジイミド化合物のカルボジイミド骨格の有無は、FT−IRによりカルボジイミドに特徴的な2100~2200cm−1の確認を行った。FT−IRはサーモニコレー製Magna−750を使用した。
(3)硬化樹脂のガラス転移温度(Tg)の測定:
 DSC(TAインストルメント社製,TA−2920)を使用し、硬化処理したサンプル(硬化樹脂)を、第一サイクルにおいて、窒素気流下、10℃/分で250℃まで昇温し、ガラス転移温度(Tg)を測定した。
 以下、本実施例で使用する化合物を説明する。
 エポキシ樹脂(A成分)として、以下の樹脂を使用した。
A1:三菱化学(株)製ビスフェノールA型エポキシ樹脂「jER(登録商標)828
A2:新日鉄住金化学(株)製o−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂「YDCN−700−5」
A3:三菱化学(株)製ビスフェノールF型エポキシ樹脂「jER(登録商標)」806
A4:三菱化学(株)製ビフェニル型エポキシ樹脂「YX4000」
 環状カルボジイミド化合物(B成分)として、以下の化合物を製造、使用した。
<製造例1>多価環状カルボジイミド(B)の合成
B:Mw=516
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000033
 o−ニトロフェノール(0.11mol)とペンタエリトリチルテトラブロミド(0.025mol)、炭酸カリウム(0.33mol)、N,N−ジメチルホルムアミド200mlを攪拌装置および加熱装置を設置した反応装置にN雰囲気下仕込み、130℃で12時間反応後、DMFを減圧により除去し、得られた固形物をジクロロメタン200mlに溶かし、水100mlで3回分液を行った。有機層を硫酸ナトリウム5gで脱水し、ジクロロメタンを減圧により除去し、中間生成物D(ニトロ体)を得た。
 次に中間生成物D(0.1mol)と5%パラジウムカーボン(Pd/C)(2g)、エタノール/ジクロロメタン(70/30)400mlを、攪拌装置を設置した反応装置に仕込み、水素置換を5回行い、25℃で水素を常に供給した状態で反応させ、水素の減少がなくなったら反応を終了した。Pd/Cを回収し、混合溶媒を除去すると中間生成物E(アミン体)が得られた。
 次に攪拌装置および加熱装置、滴下ロートを設置した反応装置に、N雰囲気下、トリフェニルホスフィンジブロミド(0.11mol)と1,2−ジクロロエタン150mlを仕込み攪拌させた。そこに中間生成物E(0.025mol)とトリエチルアミン(0.25mol)を1,2−ジクロロエタン50mlに溶かした溶液を25℃で徐々に滴下した。滴下終了後、70℃で5時間反応させる。その後、反応溶液をろ過し、ろ液を水100mlで5回分液を行った。有機層を硫酸ナトリウム5gで脱水し、1,2−ジクロロエタンを減圧により除去し、中間生成物F(トリフェニルホスフィン体)が得られた。
 次に、攪拌装置および滴下ロートを設置した反応装置に、N雰囲気下、ジ−tert−ブチルジカーボネート(0.11mol)とN,N−ジメチル−4−アミノピリジン(0.055mol)、ジクロロメタン150mlを仕込み攪拌させる。そこに、25℃で中間生成物F(0.025mol)を溶かしたジクロロメタン100mlをゆっくりと滴下させた。滴下後、12時間反応させる。その後、ジクロロメタンを除去し得られた固形物を、精製することで、Bを得た。Bの構造はNMR、IRにより確認した。
 その他の硬化剤(C成分)、硬化促進剤(D成分)として、以下の化合物および樹脂を使用した。
C1:三菱化学(株)製 酸無水物「YH−306」
C2:和光純薬工業(株)製 3,3′−ジアミノジフェニルスルホン
C3:新日鉄住金化学(株)製 ノボラック樹脂「TD−2106」
C4:日清紡ケミカル(株)製 カルボジイミド化合物「カルボジライト(登録商標)」LA−1
C5:日本化薬(株)製 芳香族ジアミン「カヤハード(登録商標)」A−A
C6:明和化成(株)製 液状フェノール樹脂「MEH−8000H」
C7:三菱化学(株)製 芳香族ジアミン「jER(登録商標)」キュアW
C8:新日本理化(株)製 脂環式ジアミン「ワンダミン(登録商標)」HM
D1:和光純薬工業(株)製 2−エチル−4−メチルイミダゾール
D2:和光純薬工業(株)製 トリフェニルホスフィン
D3:日清紡ケミカル(株)製 カルボジイミド化合物「カルボジライト(登録商標)」LA−1
 なお、各化合物および樹脂は、各々独立に、使用前に25℃で5時間減圧乾燥したものを使用した。
<樹脂硬化剤としての効果>
 実施例1
 A1、B、C1、D1を表1記載の重量部で混合し、溶融状態の混合物を30mlスケールのスクリュー管瓶に仕込み、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)で内温が80℃になるまで昇温し、取り出して、撹拌棒でよく混ぜ合せた。この作業を3回繰り返し、均一な熱硬化性樹脂組成物を作製した。
 この熱硬化性樹脂組成物をテフロンコートしたステンレス板の上に1gセットし、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)を用いて、150℃、0.5時間硬化処理した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 比較例1
 樹脂組成物からBを除いた以外は、実施例1と同様にして、150℃、0.5時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 比較例2
 BをC4に変更し、表1記載の含有量にした以外は、実施例1と同様にして、150℃、0.5時間処理した硬化樹脂を作製した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 実施例2
 A1、B、C2を表1記載の重量部で混合し、溶融状態の混合物を30mlスケールのスクリュー管瓶に仕込み、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)で内温が80℃になるまで昇温し、取り出して、撹拌棒でよく混ぜ合せた。この作業を3回繰り返し、均一な熱硬化性樹脂組成物を作製した。
 この熱硬化性樹脂組成物をテフロンコートしたステンレス板の上に1gセットし、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)を用いて、160℃、2時間硬化処理した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 比較例3
 樹脂組成物からBを除いた以外は、実施例2と同様にして、160℃、2時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 実施例3
 A2、B、C3、D2を表1記載の重量部で混合し、固形状態の混合物を30mlスケールのスクリュー管瓶に仕込み、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)で内温が120℃になるまで昇温し、取り出して、溶融状態の混合物を撹拌棒でよく混ぜ合せた。この作業を3回繰り返し、均一な樹脂組成物を作製した。この樹脂組成物をテフロンコートしたステンレス板の上に1gセットし、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)で175℃、8時間硬化処理した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 比較例4
 樹脂組成物からBを除いた以外は、実施例3と同様にして、175℃、8時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
<硬化促進剤としての効果>
 実施例4
 A2、C3、Bを表1記載の重量部で混合し、固形状態の混合物を30mlスケールのスクリュー管瓶に仕込み、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)で内温が120℃になるまで昇温し、取り出して、溶融状態の混合物を撹拌棒でよく混ぜ合せた。この作業を3回繰り返し、均一な熱硬化性樹脂組成物を作製した。
 この熱硬化性樹脂組成物をテフロンコートしたステンレス板の上に1gセットし、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)で200℃、5時間硬化処理した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 実施例5~7
 Bを表1記載の重量部に変更した以外は、実施例4と同様にして、200℃、5時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 比較例5
 樹脂組成物からBを除いた以外は、実施例4と同様にして、200℃、5時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 比較例6~7
 BをD3に変更し、表1記載の含有量にした以外は、実施例4と同様にして、200℃、5時間処理した硬化樹脂を作製した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 実施例8
 A2、Bを表1記載の重量部で混合し、固形状態の混合物を30mlスケールのスクリュー管瓶に仕込み、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)で内温が150℃になるまで昇温し、10分毎に取り出して、溶融状態の混合物を撹拌棒でよく混ぜ合せた。この作業を6回繰り返し、均一な溶融エポキシ樹脂を得た。ここにC3を表1記載の重量部で加え、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)で内温が120℃になるまで昇温し、取り出して、溶融状態の混合物を撹拌棒でよく混ぜ合せた。この作業を3回繰り返し、均一な熱硬化性樹脂組成物を作製した。
 この熱硬化性樹脂組成物をテフロンコートしたステンレス板の上に1gセットし、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)で200℃、5時間硬化処理した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 実施例9
 Bを表1記載の重量部に変更した以外は、実施例8と同様にして、200℃、5時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 実施例10
 A1、B、C5を表1記載の重量部で混合し、スラリー状態の混合物を30mlスケールのスクリュー管瓶に仕込み、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)で内温が80℃になるまで昇温し、取り出して撹拌棒でよく混ぜ合せ、均一な熱硬化性樹脂組成物を作製した。
 この熱硬化性樹脂組成物をテフロンコートしたステンレス板の上に1gセットし、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)を用いて、160℃、2時間硬化処理した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 実施例11
 Bを表1記載の重量部に変更した以外は、実施例10と同様にして、160℃、2時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 実施例12
 A1、Bを表1記載の重量部で混合し、スラリー状態の混合物を30mlスケールのスクリュー管瓶に仕込み、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)で内温が180℃になるまで昇温し、10分毎に取り出して、撹拌棒でよく混ぜ合わせた。これを4回繰り返し、均一なエポキシ樹脂を得た。ここにC5を表1記載の重量部で加え、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)で内温が80℃になるまで昇温し、取り出して撹拌棒でよく混ぜ合せ、均一な熱硬化性樹脂組成物を作製した。
 この熱硬化性樹脂組成物をテフロンコートしたステンレス板の上に1gセットし、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)を用いて、160℃、2時間硬化処理した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 比較例8
 樹脂組成物からBを除いた以外は、実施例10と同様にして、160℃、2時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 実施例13
 A1、B、C6、D1を表1記載の重量部で混合し、スラリー状態の混合物を30mlスケールのスクリュー管瓶に仕込み、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)で内温が80℃になるまで昇温し、取り出して撹拌棒でよく混ぜ合せ、均一な熱硬化性樹脂組成物を作製した。
 この熱硬化性樹脂組成物をテフロンコートしたステンレス板の上に1gセットし、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)を用いて、160℃、6時間硬化処理した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 比較例9
 樹脂組成物からBを除いた以外は、実施例13と同様にして、160℃、6時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 実施例14
 A3、B、C7を表1記載の重量部で混合し、スラリー状態の混合物を30mlスケールのスクリュー管瓶に仕込み、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)で内温が80℃になるまで昇温し、取り出して撹拌棒でよく混ぜ合せ、均一な熱硬化性樹脂組成物を作製した。
 この熱硬化性樹脂組成物をテフロンコートしたステンレス板の上に1gセットし、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)を用いて、165℃、2時間硬化処理した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 比較例10
 樹脂組成物からBを除いた以外は、実施例14と同様にして、165℃、2時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 実施例15
 A3、B、C8を表1記載の重量部で混合し、スラリー状態の混合物を30mlスケールのスクリュー管瓶に仕込み、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)で内温が80℃になるまで昇温し、取り出して撹拌棒でよく混ぜ合せ、均一な熱硬化性樹脂組成物を作製した。
 この熱硬化性樹脂組成物をテフロンコートしたステンレス板の上に1gセットし、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)を用いて、165℃、2時間硬化処理した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 比較例11
 樹脂組成物からBを除いた以外は、実施例15と同様にして、165℃、2時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 実施例16
 A4、B、C3、D2を表1記載の重量部で混合し、固形状態の混合物を30mlスケールのスクリュー管瓶に仕込み、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)で内温が120℃になるまで昇温し、取り出して撹拌棒でよく混ぜ合せた。この作業を3回繰り返し、均一な熱硬化性樹脂組成物を作製した。
 この熱硬化性樹脂組成物をテフロンコートしたステンレス板の上に1gセットし、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)を用いて、180℃、5時間硬化処理した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 比較例12
 樹脂組成物からBを除いた以外は、実施例16と同様にして、180℃、5時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 実施例17
 A2、B、C3、D2を表1記載の重量部で混合し、固形状態の混合物を30mlスケールのスクリュー管瓶に仕込み、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)で内温が120℃になるまで昇温し、取り出して撹拌棒でよく混ぜ合せた。この作業を3回繰り返し、均一な熱硬化性樹脂組成物を作製した。
 この熱硬化性樹脂組成物をテフロンコートしたステンレス板の上に1gセットし、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)を用いて、180℃、5時間硬化処理した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 実施例18
 Bを表1記載の重量部に変更した以外は、実施例17と同様にして、180℃、5時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
 比較例13
 樹脂組成物からBを除いた以外は、実施例17と同様にして、180℃、5時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られたサンプルのTgは表1に記載した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000034
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000035
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000036
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000037
 これらの結果から、環状カルボジイミド化合物を硬化剤あるいは硬化促進剤として使用した場合、環状カルボジイミド化合物を除く樹脂組成物を同条件で硬化させるよりもTgが向上することが分かる。また、他のカルボジイミド化合物よりもその効果が高いことが分かる。さらに、環状カルボジイミド化合物を含む硬化樹脂は、硬化温度が低い場合でも短時間で高いTgが得られることが分かる。
実施例19~25、比較例14~25
 各種特性は以下の方法で測定した。
(1)多価アミン系硬化剤(b成分)、環状カルボジイミド(cc1)の化学構造のNMRによる同定:
 合成した多価アミン化合物はH−NMR、13C−NMRによって確認した。NMRは日本電子(株)製JNR−EX270を使用した。溶媒は重クロロホルムを用いた。
(2)硬化樹脂のガラス転移温度(Tg)の測定:
 DSC(TAインストルメント社製,TA−2920)を使用し、作製した硬化樹脂を、第一サイクルにおいて、窒素気流下、10℃/分で250℃まで昇温し、ガラス転移温度(Tg)を測定した。
(3)環状カルボジイミドのカルボジイミド骨格のIRによる同定:
 合成した環状カルボジイミド化合物のカルボジイミド骨格の有無は、FT−IRによりカルボジイミドに特徴的な2100~2200cm−1の確認を行った。FT−IRはサーモニコレー製Magna−750を使用した。
 エポキシ樹脂(A成分)として、以下の樹脂を使用した。
a1:三菱化学(株)製ビスフェノールA型エポキシ樹脂「jER(登録商標)」828
 多価アミン系硬化剤(b成分)として、以下の化合物を製造、使用した。
<製造例1>多価アミン系硬化剤(b1)の合成
b1:Mw=501
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000038
 o−ニトロフェノール(0.11mol)とペンタエリトリチルテトラブロミド(0.025mol)、炭酸カリウム(0.33mol)、N,N−ジメチルホルムアミド200mlを攪拌装置および加熱装置を設置した反応装置にN2雰囲気下仕込み、130℃で12時間反応後、DMFを減圧により除去し、得られた固形物をジクロロメタン200mlに溶かし、水100mlで3回分液を行った。有機層を硫酸ナトリウム5gで脱水し、ジクロロメタンを減圧により除去し、中間生成物C(ニトロ体)を得た。
 次に中間生成物C(0.1mol)と5%パラジウムカーボン(Pd/C)(2g)、エタノール/ジクロロメタン(70/30)400mlを、攪拌装置を設置した反応装置に仕込み、水素置換を5回行い、25℃で水素を常に供給した状態で反応させ、水素の減少がなくなったら反応を終了した。Pd/Cを回収し、混合溶媒を除去して得られた固形物を、精製することでB1を得た。b1の構造はNMRにより確認した。 その他の硬化剤として、以下の化合物を使用した。
<製造例1>多価環状カルボジイミド(cc1)の合成
cc1:Mw=516
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000039
 攪拌装置および加熱装置、滴下ロートを設置した反応装置に、N雰囲気下、トリフェニルホスフィンジブロミド(0.11mol)と1,2−ジクロロエタン150mlを仕込み攪拌させた。そこに製造例1で合成したb1(0.025mol)とトリエチルアミン(0.25mol)を1,2−ジクロロエタン50mlに溶かした溶液を25℃で徐々に滴下した。滴下終了後、70℃で5時間反応させる。その後、反応溶液をろ過し、ろ液を水100mlで5回分液を行った。有機層を硫酸ナトリウム5gで脱水し、1,2−ジクロロエタンを減圧により除去し、中間生成物ca1(トリフェニルホスフィン体)が得られた。
 次に、攪拌装置および滴下ロートを設置した反応装置に、N雰囲気下、ジ−tert−ブチルジカーボネート(0.11mol)とN,N−ジメチル−4−アミノピリジン(0.055mol)、ジクロロメタン150mlを仕込み攪拌させる。そこに、25℃で中間生成物ca1(0.025mol)を溶かしたジクロロメタン100mlをゆっくりと滴下させた。滴下後、12時間反応させる。その後、ジクロロメタンを除去し得られた固形物を、精製することで、cc1を得た。cc1の構造はNMR、IRにより確認した。
d1:和光純薬工業(株)製、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン
d2:和光純薬工業(株)製、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン
 なお、各化合物および樹脂は、各々独立に、使用前に25℃で5時間減圧乾燥したものを使用した。
 実施例19
 a1、b1を表2記載の重量部で混合し、溶融状態の混合物を30mlスケールのスクリュー管瓶に仕込み、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)で内温が80℃になるまで昇温し、取り出して、撹拌棒でよく混ぜ合せた。この作業を3回繰り返し、均一な熱硬化性樹脂組成物を作製した。
 この熱硬化性樹脂組成物をテフロン(登録商標)コートしたステンレス板の上に1gセットし、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)を用いて、200℃、2時間硬化処理した。得られた硬化樹脂のTgは表2に記載した。なお、熱硬化性樹脂組成物は摂氏10℃で60分放置しても、液状状態を維持し、粘度変化も確認されなかった。
 実施例20
 実施例19と同様にして、200℃、4時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られた硬化樹脂のTgは表2に記載した。
 比較例14
 b1をd1に変更して表2記載の重量部にしたこと以外は、実施例19と同様にして、200℃、2時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られた硬化樹脂のTgは表2に記載した。
 比較例15
 比較例14と同様にして、200℃、4時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られた硬化樹脂のTgは表2に記載した。
 比較例16
 b1をd2に変更して表2記載の重量部にしたこと以外は、実施例19と同様にして、200℃、2時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られたサンプルのTgは表2に記載した。
 比較例17
 比較例16と同様にして、200℃、4時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られた硬化樹脂のTgは表2に記載した。
実施例21
 実施例14と同様にして、180℃、2時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られた硬化樹脂のTgは表2に記載した。
 実施例22
 実施例19と同様にして、180℃、4時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られた硬化樹脂のTgは表2に記載した。
 比較例18
 比較例14と同様にして、180℃、2時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られた硬化樹脂のTgは表2に記載した。
 比較例19
 比較例14と同様にして、180℃、4時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られた硬化樹脂のTgは表2に記載した。
 比較例20
 比較例16と同様にして、180℃、2時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られた硬化樹脂のTgは表2に記載した。
比較例21
 比較例16と同様にして、180℃、4時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られた硬化樹脂のTgは表2に記載した。
 実施例23
 実施例19と同様にして、160℃、2時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られた硬化樹脂のTgは表2に記載した。
 実施例24
 実施例19と同様にして、160℃、4時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られた硬化樹脂のTgは表2に記載した。
 比較例22
 比較例14と同様にして、160℃、2時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られた硬化樹脂のTgは表2に記載した。
 比較例23
 比較例14と同様にして、160℃、4時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られた硬化樹脂のTgは表2に記載した。
 比較例24
 比較例16と同様にして、160℃、2時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られた硬化樹脂のTgは表2に記載した。
 比較例25
 比較例16と同様にして、160℃、4時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られた硬化樹脂のTgは表2に記載した。
 実施例25
 a1、b1、cc1を表2記載の重量部で混合し、スラリー状態の混合物を30mlスケールのスクリュー管瓶に仕込み、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)で内温が80℃になるまで昇温し、取り出して、撹拌棒でよく混ぜ合せた。この作業を3回繰り返し、均一な熱硬化性樹脂組成物を作製した。
 この熱硬化性樹脂組成物をテフロン(登録商標)コートしたステンレス板の上に1gセットし、定温乾燥器「ON−300S」(アズワン(株)製)を用いて、180℃、2時間硬化処理した。得られた硬化樹脂のTgは表2に記載した。
 実施例26
 実施例25と同様にして、180℃、4時間硬化処理することで硬化樹脂を作製した。得られた硬化樹脂のTgは表2に記載した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000040
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000041
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000042
 これらの結果から、本発明の熱硬化性樹脂組成物は、式(b−i)で表される多価アミン系硬化剤(b成分)を使用することで、短い硬化時間で高いTgが得られることが分かる。また、他の硬化剤と比べ、低い温度においても、短い硬化時間で高いTgが得られることが分かる。さらに、各成分を混合した後にすぐに硬化することなく、加熱によって効果が促進されるため、ハンドリングに優れることが分かる。その他の硬化剤として環状カルボジイミド化合物(B成分)を使用することで、さらにその効果を高めることができる。
発明の効果
 本発明の環状カルボジイミド化合物(B成分)を含有する熱硬化性樹脂組成物は、高温処理時に遊離イソシアネート化合物を発生することなく、硬化樹脂の耐熱性は高い。さらに、カルボジイミド化合物を使用しているため、低温での反応性をコントロールすることができ、加工時の流動性を保つことができる。加えて、カルボジイミド化合物やその反応物の存在によって、他の部材との密着性を高く維持することができる。
 環状カルボジイミド化合物(B成分)は、反応した後エポキシ樹脂末端にイソシアネート基(−NCO)として残り、このイソシアネート基がさらに反応に寄与するため、硬化樹脂のガラス転移温度が高くなることが推定される。
 また、本検討を進める中で、特定のエポキシ樹脂と硬化剤に、特定の環状構造をもったカルボジイミド化合物を加えた熱硬化性樹脂組成物は、その硬化速度が向上することが確認された。そのため、本発明の熱硬化性樹脂組成物は、電気・電子や自動車・航空機など、高耐熱性が要求される分野で、半導体封止材や炭素繊維複合材料として、好適に使用することができる。
 本発明の式(b−i)で表される多価アミン系化合物(b成分)を含有する熱硬化性樹脂組成物は、多価アミン系化合物(b成分)により、熱硬化時の硬化温度を低くすることができ、また、熱硬化時間を短縮できる。さらに、硬化後には高いガラス転移温度をもつ硬化樹脂を得ることができる。そのため、本発明の熱硬化性樹脂組成物は、電気・電子や自動車・航空機など、高耐熱性が要求される分野で、半導体封止材や炭素繊維複合材の材料として、好適に使用することができ、得られる硬化樹脂は上記のような用途において有用である。
 本発明の環状カルボジイミド化合物(B成分)および(b−i)で表される多価アミン系化合物(b成分)を含有する熱硬化性樹脂組成物は、短い硬化時間で高いTgが得られる。また、他の硬化剤と比べ、低い温度においても、短い硬化時間で高いTgが得られる。さらに、高温処理時に遊離イソシアネート化合物の発生量が少なく、密着性、加工時の流動性が高いという利点がある。
 本発明の熱硬化性樹脂組成物は、環状カルボジイミド化合物を使用していることから、高耐熱性や他の部材との密着性、加工時の高流動性など期待できる。特に、耐熱性が要求される用途、例えば、半導体封止材、プリプレグやその他複合材料のマトリックス材、プリント配線基板、積層板、電気絶縁材、ペースト等の用途に好適に使用することができる。また、混ぜ合せる際に激しく硬化することがないため、ハンドリングに優れることが分かる。
 本発明の特定構造の多価アミン系化合物を含有する熱硬化性樹脂組成物は、高い耐熱性、加熱時の速硬性、比較的低温での硬化特性を有し、ハンドリングの観点で十分なポットライフが期待できる。特に、耐熱性が要求される用途、例えば、半導体封止材、プリプレグやその他複合材料のマトリックス材、プリント配線基板、積層板、電気絶縁材、ペースト等の用途に好適に使用することができる。

Claims (22)

  1. (A)エポキシ樹脂(A成分)並びに
    (B)カルボジイミド基を1個有しその第一窒素と第二窒素とが結合基により結合されている下記式(B−i)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
    (式中、Qは、脂肪族基、脂環族基、芳香族基またはこれらの組み合わせである2~4価の結合基であり、ヘテロ原子、置換基を含んでいてもよい。)
    で表される環状構造を含み、環状構造を形成する原子数が8~50である環状カルボジイミド化合物(B成分)、および/または
    (b)下記式(b−i)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
    (式中Ar~Arは各々独立に、置換基で置換されていてもよい、フェニレン基またはナフタレン−ジイル基である。)
    で表わされる多価アミン系硬化剤(b成分)、
    を含有する熱硬化性樹脂組成物。
  2. (A)エポキシ樹脂(A成分)および
    (B)カルボジイミド基を1個有しその第一窒素と第二窒素とが結合基により結合されている下記式(B−i)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
    (式中、Qは、脂肪族基、脂環族基、芳香族基またはこれらの組み合わせである2~4価の結合基であり、ヘテロ原子、置換基を含んでいてもよい。)
    で表される環状構造を含み、環状構造を形成する原子数が8~50である環状カルボジイミド化合物(B成分)を含有する請求項1記載の熱硬化性樹脂組成物。
  3.  B成分は、1分子内に2つ以上カルボジイミド基を含む多価環状カルボジイミド化合物である請求項2記載の熱硬化性樹脂組成物。
  4.  B成分が下記式(B−ii)で表される化合物である請求項2記載の熱硬化性樹脂組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
    (式中Xは、下記式(B−iii)で表される4価の基である。Ar~Arは各々独立に、炭素数1~6のアルキル基もしくはフェニル基で置換されていてもよい、オルトフェニレン基または1,2−ナフタレン−ジイル基である)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
  5.  環状カルボジイミド化合物(B成分)の含有量が、エポキシ樹脂(A成分)100重量部あたり0.01~50重量部である請求項2に記載の熱硬化性樹脂組成物。
  6.  硬化樹脂のガラス転移温度が、B成分を除いた熱硬化性樹脂組成物を同条件で硬化させた硬化樹脂のガラス転移温度より2℃以上高い請求項2に記載の熱硬化性樹脂組成物。
  7.  さらに硬化剤(C成分)を含有する請求項2に記載の熱硬化性樹脂組成物。
  8.  さらに硬化促進剤(D成分)を含有する請求項2に記載の熱硬化性樹脂組成物。
  9.  請求項1に記載の熱硬化性樹脂組成物を加熱する工程を含む硬化樹脂の製造方法。
  10.  カルボジイミド基を1個有しその第一窒素と第二窒素とが結合基により結合されている下記式(B−i)で表される環状構造を含み、環状構造を形成する原子数が8~50である環状カルボジイミド化合物(B成分)を、エポキシ樹脂(A成分)の硬化剤として用いる方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
    (式中、Qは、脂肪族基、脂環族基、芳香族基またはこれらの組み合わせである2~4価の結合基であり、ヘテロ原子、置換基を含んでいてもよい。)
  11.  カルボジイミド基を1個有しその第一窒素と第二窒素とが結合基により結合されている下記式(B−i)で表される環状構造を含み、環状構造を形成する原子数が8~50である環状カルボジイミド化合物(B成分)を、エポキシ樹脂(A成分)の硬化促進剤として用いる方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007
    (式中、Qは、脂肪族基、脂環族基、芳香族基またはこれらの組み合わせである2~4価の結合基であり、ヘテロ原子、置換基を含んでいてもよい。)
  12.  (A)エポキシ樹脂(A成分)および
    (b)下記式(b−i)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008
    (式中Ar~Arは各々独立に、置換基で置換されていてもよい、フェニレン基またはナフタレン−ジイル基である。)
    で表わされる多価アミン系硬化剤(b成分)を含有する請求項1に記載の熱硬化性樹脂組成物。
  13.  エポキシ樹脂(A成分)100重量部に対して、多価アミン系硬化剤(b成分)を10~50重量部含有する請求項12に記載の熱硬化性樹脂組成物。
  14.  エポキシ樹脂(A成分)100重量部に対して、多価アミン系硬化剤(b成分)を10~45重量部含有する請求項12に記載の熱硬化性樹脂組成物。
  15.  熱硬化温度160℃から200℃の範囲内において、硬化時間2時間後の硬化樹脂のガラス転移温度(Tg・2H)と硬化時間4時間後の硬化樹脂のガラス転移温度(Tg・4H)の差が10℃未満である、請求項12に記載の熱硬化性樹脂組成物。
  16.  熱硬化温度160℃、硬化時間4時間後に得られる硬化樹脂のガラス転移温度(Tg・160℃/4H)が175℃以上である、請求項12に記載の熱硬化性樹脂組成物。
  17.  熱硬化温度180℃、硬化時間2時間後に得られる硬化樹脂のガラス転移温度(Tg・180℃/2H)が175℃以上である、請求項12に記載の熱硬化性樹脂組成物。
  18.  エポキシ樹脂(A成分)がビスフェノール型エポキシ樹脂である請求項12に記載の熱硬化性樹脂組成物。
  19.  下記式(b−ii)で示される化合物を含む硬化樹脂。
    (式中Ar~Arは各々独立に、置換基で置換されていてもよい、フェニレン基またはナフタレン−ジイル基である。W、W、X、X、Y、Y、Z、Zは各々、独立に水素原子または下記式(b−iii)で示される基から選ばれるが、W、W、X、X、Y、Y、Z、Zのうち少なくとも2つは、下記(b−iii)の基である。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000010
    (式中、波線部分はエポキシ樹脂残基を示す。)
  20.  式(b−ii)で示される化合物の含有量が全重量を基準として50重量%以上である請求項19記載の硬化樹脂。
  21.  (A)エポキシ樹脂(A成分)および
    (b)下記式(b−i)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000011
    (式中Ar~Arは各々独立に、置換基で置換されていてもよい、フェニレン基またはナフタレン−ジイル基である。)
    で表わされる多価アミン系硬化剤(b成分)を含有する熱硬化性樹脂組成物を硬化させた請求項19に記載の硬化樹脂。
  22.  エポキシ樹脂(A成分)、環状カルボジイミド化合物(B成分)および多価アミン系硬化剤(b成分)を含有する請求項1に記載の熱硬化性樹脂組成物。
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