CN1138058A - 环氧树脂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

通式(1)代表的1，2-二苯乙烯型环氧树脂及其制备方法(式中，R₁至R₈相互独立地代表具有1-6个碳原子的无环或环状烷基、氢原子或卤素原子)，该环氧树脂包含100％(摩尔)顺式异构体，或者包含不低于10％(摩尔)的顺式异构体，其余为反式异构体；本发明提供比迄今为止已知的反式1，2-二苯乙烯型环氧树脂熔点低并且粘度低的1，2-二苯乙烯型环氧树脂。式(1)如下：

Description

环氧树脂及其制备方法

本发明涉及环氧树脂及其制备方法，环氧树脂可用于粘合剂、油漆、电气和电子材料例如绝缘材料和层压板，特别是用来封装电子装置。

关于具有1，2-二苯乙烯骨架的环氧树脂已有许多研究论文。例如，ACS研讨会第114号公报第17章，第259-262页(美国化学会第176次会议)公开了具有未取代的1，2-二苯乙烯骨架的环氧树脂。具有1，2-二苯乙烯骨架的、未取代或烷基取代的并且优选被甲基对称取代的双酚化合物的缩水甘油醚衍生物已被公开(美国专利第4762901号，德国专利第3622613号，日本专利公开第63-23931号)。

迄今为止公开的具有1，2-二苯乙烯骨架的环氧树脂的反式异构体与顺式异构体之间没有区别，但用常规方法制备的1，2-二苯乙烯骨架具有100％的反式构型。

由于这些反式1，2-二苯乙烯型环氧树脂加工时操作效率低，所以存在使用方式受到限制的问题。例如，由于反式1，2-二苯乙烯型树脂一般具有高熔点，象捏合之类的加工过程变得非常困难。具体地说，由于4，4′-二羟基-1，2-二苯乙烯、4，4′-二羟基-3，3′-二甲基-1，2-二苯乙烯和4，4′-二羟基-3，3′，5，5′-二甲基-1，2-二苯乙烯的缩水甘油基衍生物分别具有高达208-215℃、150℃和151℃的熔点，所以这些化合物有难以与环氧固化剂均匀混合和难以与其它成分均匀捏合的问题。而1，2-二苯乙烯型环氧树脂在熔融状态下具有相对较低的粘度，并且由于此低粘度特性而容易与其它成分捏合。因此，使粘度进一步地降低意味着进一步提供捏合过程的效率。

本发明的目的是改善1，2-二苯乙烯型环氧树脂的高熔点，使其降低，和获得比反式异构体低的粘度。

在上述情况下，本发明人研究了控制1，2-二苯乙烯型环氧树脂的性能的方法，例如降低熔点和粘度。结果，本发明人发现，含有超过一定量顺式异构体(它是迄今获得的反式异构体的另一种异构体)的1，2-二苯乙烯型环氧树脂可以实现这一目的，从而完成了本发明。

本发明提供如下所述的环氧树脂及其制备方法。

本发明的内容如下：

[1]通式(1)代表的1，2-二苯乙烯型环氧树脂，它包含100％(摩尔)顺式异构体，或者包含不低于10％(摩尔)的顺式异构体，其余为反式异构体；式(1)如下：

式中，R₁至R₈相互独立地代表具有1-6个碳原子的无环或环状烷基、氢原子或卤素原子。

[2]制备上述[1]所述的1，2-二苯乙烯型环氧树脂的方法，其特征在于用紫外光辐射通式(2)的反式1，2-二苯乙烯型环氧树脂：

式中，R₁至R₈相互独立地代表具有1-6个碳原子的无环或环状烷基、氢原子或卤素原子。

[3]制备上述[1]所述的环氧树脂的方法，其特征在于用紫外光辐射通式(3)的反式1，2-二苯乙烯型环氧树脂，得到通式(4)代表的1，2-二苯乙烯型酚，该酚含有100％(摩尔)顺式异构体，或者含有不低于10％(摩尔)的顺式异构体，其余为反式异构体；并使通式(4)代表的酚与表卤代醇在碱性物质的存在下反应；式(3)和式(4)如下：式中，R₁至R₈相互独立地代表具有1-6个碳原子的无环或环状烷基、氢原子或卤素原子。

图1是¹H-NMR谱图，表明了在实施例1的光致异构化反应中辐射前后的反应比。

在本发明中，式(1)或(2)代表的1，2-二苯乙烯型环氧树脂的R₁-R₈的具体例子有氢原子、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、环己基(包括各种异构体)、氯原子和溴原子等。优选的取代基是氢、甲基、乙基、丙基和丁基，因为其产物的熔体粘度低和原料易得。通式(3)或(4)代表的1，2-二苯乙烯型酚的取代基与上述的相同。

通式(1)代表的1，2-二苯乙烯型环氧树脂含有100％(摩尔)顺式异构体或不低于10％(摩尔)顺式异构体且其余为反式异构体，它可通过用紫外光辐射和最终的式(2)代表的反式1，2-二苯乙烯型环氧树脂的光致异构化反应制备。通式(2)代表的反式1，2-二苯乙烯型环氧树脂可通过酚衍生物的缩水甘油基酯化的公知方法获得。换句话说，该环氧树脂是通过反式1，2-二苯乙烯型环氧树脂酚与表卤代醇在碱例如氢氧化钠等的存在下的反应获得的。特别是，为获得高纯度的产品，反应最好在非质子传递溶剂和象二氧六环之类的溶剂中进行，参见日本专利公开第60-31517号所述。

在本发明中，通式(3)代表的1，2-二苯乙烯型酚可通过下述方法制备：一氯代乙醛和苯酚的反应制备的氯代衍生物的重排反应(LiebigsAnn.Chem.730，31(1969))；氯醛与苯酚反应制备的氯代衍生物((Ann.，325，26(1902))；1，2-二苯乙烯醌的还原(J.Org.Chem，18，261，(1953))；用醌的甲基化合物作原料的方法(J.Org.Chem.，34(11)，3404(1969))；二甲氧基-1，2-二苯乙烯的去甲基化(Recl.Trav.Chim.Pays-Bas.，80，775(1961))，或者苯甲醛衍生物的缩合反应(Synthesis，1989，883等)。

反式1，2-二苯乙烯型酚可以用通式(3)代表。其例子包括下述化合物的反式异构体：4，4′-二羟基-1，2-二苯乙烯，4，4′-二羟基-3，3′-二甲基-1，2-二苯乙烯，3，3′-二乙基-4，4′-二羟基-1，2-二苯乙烯，4，4′-二羟基-3，3′-二丙基-1，2-二苯乙烯，3，3′-二戊基-4，4′-二羟基-1，2-二苯乙烯，3，3′-二己基-4，4′-二羟基-1，2-二苯乙烯，3，3′-二环己基-4，4′-二羟基-1，2-二苯乙烯，2，2′-二羟基-3，3′，5，5′-四甲基-1，2-二苯乙烯，4，4′-二羟基-3，3′，5，5′-四甲基-1，2-二苯乙烯，4，4′-二羟基-3，3′-二叔丁基-1，2-二苯乙烯，4，4′-二羟基-3，3′-二叔丁基-5，5′-二甲基-1，2-二苯乙烯，4，4′-二羟基-3，3′-二叔丁基-6，6′二甲基-1，2-二苯乙烯，2，2′-二羟基-3，3′-二叔丁基-6，6′二甲基-1，2-二苯乙烯，2，4′-二羟基-3，3′-二叔丁基-6，6′二甲基-1，2-二苯乙烯，和4，4′-二羟基-3，3′，5，5′-四叔丁基-1，2-二苯乙烯及其异构体(包括取代位置的异构体)。从合成的容易程度、性能和原料成本的角度来看，特别优选下述化合物的反式异构体：4，4′-二羟基-1，2-二苯乙烯，2，2′-二羟基-3，3′，5，5′-四甲基-1，2-二苯乙烯，4，4′-二羟基-3，3′，5，5′-四甲基-1，2-二苯乙烯，4，4′-二羟基-3，3′-二叔丁基-5，5′-二甲基-1，2-二苯乙烯，4，4′-二羟基-3，3′-二叔丁基-6，6′二甲基-1，2-二苯乙烯，2，2′-二羟基-3，3′-二叔丁基-6，6′二甲基-1，2-二苯乙烯和2，4′-二羟基-3，3′-二叔丁基-6，6′二甲基-1，2-二苯乙烯等。

反式1，2-二苯乙烯型环氧树脂的光致异构化反应通过在溶液、熔体或固体条件下的UV发射装置发出的紫外光辐射来进行。

光致异构化的溶剂的例子包括烃类例如甲苯和二甲苯等，卤代烃类例如氯苯等，醚类例如二氧六环等，醇类例如甲醇、乙醇、丙醇等，酮类例如甲基·异丁基酮、甲基·乙基酮等，非质子传递极性溶剂例如二甲基亚砜、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺等，二醇类例如乙二醇、丙二醇等，酸性溶剂例如乙酸等。上述溶剂可以单独使用也可结合使用。

光致异构化反应剂辐射装置的例子包括低压汞灯、高压汞灯、氙灯和激光器例如受激激光器。由于异构化反应的效率受化合物的吸收带的吸收和光源的发射光的波长的影响，最好通过使反式异构体的吸收带的波长范围在紫外和可见光区域来选择光源。具体地说，所用的发射光的波长范围为250-400nm。

本发明的包含不低于10％(摩尔)顺式异构体的1，2-二苯乙烯型环氧树脂可以这样制备：用UV光辐射使通式(3)代表的反式1，2-二苯乙烯型酚产生光致异构化反应得到含有不低于10％(摩尔)式(4)代表的顺式异构体的1，2-二苯乙烯型酚，将该1，2-二苯乙烯型酚与表卤代醇在碱性物质的存在下反应。该反应可以与反式1，2-二苯乙烯型酚的光致异构化类似地的方式进行。

包含不低于10％(摩尔)顺式异构体的1，2-二苯乙烯型酚的缩水甘油基醚化反应可以按照如上所述的公知的酚类化合物的缩水甘油基醚化反应的方法进行。

顺式1，2-二苯乙烯型环氧树脂的最方便的鉴定方法之一是使用¹H-NMR谱。因而，在¹H-NMR图谱的与不饱和键相连的质子的区域中，两个峰均归属于和C＝C键相连的质子，顺式异构体的芳环的峰与反式异构体的峰相比向高场方向漂移。特别是，归属于和C＝C键相连的质子的顺式异构体的峰出现在不超过6.5ppm的高场区域，而观察不到反式异构体的峰。

在本发明中，反式异构体向顺式异构体的异构化比率定义为：(顺式异构体的摩尔数/(顺式异构体的摩尔数+反式异构体的摩尔数))x100。为获得本发明预期的性能，异构化比率应不低于10％(摩尔)、优选不低于20％(摩尔)、更优选40％(摩尔)。异构化比率不超过10％(摩尔)太低，由于顺式异构体分子含量不足而不能获得预期的性能。为获得纯的顺式异构体，必须进行纯化，例如重结晶、分步结晶或层析。

下面将描述本发明的实施例。然而，本发明不限于这些实施例。

                       实施例1

用高压汞灯产生的紫外光辐射含有5％4，4-二羟基-3，3′，5，5′-四甲基-1，2-二苯乙烯的环氧树脂(完全由反式异构体构成的环氧树脂)的甲基·异丁基酮溶液(通过常规方法由2，6-二甲苯酚和氯代乙醛出发制得)以进行光致异构化。异构化之后，将溶液减压蒸馏，得到黄色物质。本实验的反应物辐射之前和之后的¹H-NMR图谱示于附图1。该NMR图谱是用Brucker AC200P光谱仪测定的。在该图谱中，证实了在辐射后出现了顺式烯烃所特有的高场的峰，而该峰在辐射前根本观察不到。也就是说，在¹H-NMR图谱中，顺式1，2-二苯乙烯型环氧树脂的特征是由于与不饱和键相连的质子而在不大于7ppm的高场出现峰。另外，从图谱中峰的强度可以计算向顺式异构体的异构化比率。在本实施例中，测得有27％转化为顺式异构体。相同试样的0.1％溶液的辐射结果是得到含有50％异构体的目标材料。表1示出了所得的这些树脂的熔点及其辐射前的熔点顺式异构化比率。熔点是用Yanagimoto MP-S3熔点测试装置测定的，所测得的熔点是试样完全熔化的温度。

               表1

   顺式异构化比率与熔点的关系

顺式异构化比率(％)	熔点(℃)
		0	151
27	135
		50	120

表2示出了温度对辐射前的树脂的粘度和顺式异构化比率为27％的树脂的粘度的依赖关系。粘度是用Contraves Leomat115A粘度测定装置测定的。

                         表2

            光辐射前后温度与粘度的依赖关系

顺式异构化比率(％)	粘度(泊)
				150℃	160℃	170℃
	0	-	0.17				0.10
27				0.15	0.08	0.04

本发明的含有不低于10％(摩尔)顺式异构体的1，2-二苯乙烯型环氧树脂表现出与全反式1，2-二苯乙烯型环氧树脂不同的较低的熔点和粘度性能。在光致异构化反应中，通过改变光辐射条件可以控制性能。通过上述那样控制树脂的性能，可以改善操作效率和模塑特性，树脂在经济性和生产效率方面更为优异，例如可以减少加工时间等，而且树脂的应用范围也得到扩大。环氧树脂的熔点根据顺式异构体含量的不同变化很大，因而可以在从室温到150℃的宽范围内控制熔点，因而可以按照目的和用途灵活处理。本发明提供可用于粘合剂、油漆和例如绝缘材料和层压板之类的电气和电子材料的环氧树脂，尤其是可用来封装电子装置的环氧树脂，以及该环氧树脂的制备方法。

Claims (3)

1.通式(1)代表的1，2-二苯乙烯型环氧树脂，它包含100％(摩尔)顺式异构体，或者包含不低于10％(摩尔)的顺式异构体，其余为反式异构体；式(1)如下：

式中，R₁至R₈相互独立地代表具有1-6个碳原子的无环或环状烷基、氢原子或卤素原子。

2.制备权利要求1所述的1，2-二苯乙烯型环氧树脂的方法，其特征在于用紫外光辐射通式(2)的反式1，2-二苯乙烯型环氧树脂：

式中，R₁至R₈相互独立地代表具有1-6个碳原子的无环或环状烷基、氢原子或卤素原子。

3.制备权利要求1所述的环氧树脂的方法，其特征在于用紫外光辐射通式(3)的反式1，2-二苯乙烯型环氧树脂，得到通式(4)代表的1，2-二苯乙烯型酚，该酚含有100％(摩尔)顺式异构体，或者含有不低于10％(摩尔)的顺式异构体，其余为反式异构体；并使1，2-二苯乙烯型酚与表卤代醇在碱性物质的存在下反应；式(3)和式(4)如下：

式中，R₁至R₈相互独立地代表具有1-6个碳原子的无环或环状烷基、氢原子或卤素原子。