JP3203385B2 - 硬化して難燃性及び耐熱性のポリマー樹脂を形成し得る樹脂、その製造方法及び使用 - Google Patents

硬化して難燃性及び耐熱性のポリマー樹脂を形成し得る樹脂、その製造方法及び使用

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、硬化して難燃性及び耐
熱性のポリマー樹脂組成物を形成し得る樹脂組成物と、
かかる樹脂組成物を製造する方法と、かかるポリマー樹
脂組成物の使用とに係わる。
【0002】
【従来の技術】1−オキサ−3−アザテトラリン基を含
む化合物及びそれらのプレポリマー(本明細書において
は便宜的にまとめて「オキサゼン樹脂(oxazene
resins)」と称す)は、公開特許CH−A5−
574,978号、CH−A5−579,113号及び
CH−A5−606,169号から公知である。
【0003】公開特許EP−A1−0,356,379
号からは、硬化して難燃性及び耐熱性のポリマー樹脂を
形成し得る樹脂が公知である。この樹脂の少なくとも一
部は、 (a)少なくとも1種の熱硬化性1−オキサ−3−アザ
テトラリン基を含む化合物を含有するまたは該化合物か
らなる樹脂成分と、 (b)樹脂成分(a)と混和性でない難燃剤との混合物
であり、必要によっては更に少なくとも1種の硬化性エ
ポキシ化合物を含有する。
【0004】前記公知の樹脂を硬化することにより、難
燃性で且つ耐熱性である製品が得られることは本当であ
る。しかしながらそれらの特性は、難燃添加剤(b)に
よって機械的及び電気的特性が劣化するが故に、尚多く
の用途で満足の行くものではない。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、上記従
来の欠点を解消し、且つ、オキサゼン樹脂の他の特性を
劣化することなくその火中での挙動を更に向上すること
である。
【0006】本発明の上記目的は、硬化して難燃性及び
/または耐熱性のポリマー樹脂組成物を形成し得る樹脂
組成物であって、 (a)少なくとも1種の熱硬化性1−オキサ−3−アザ
テトラリン基を含む化合物からなる成分、 (b)成分(a)及び(b)の合計重量に基づいて20
重量%以下の少なくとも1種の硬化性ハロゲン化エポキ
シ樹脂からなる成分、必要によって、 (c)少なくとも1種の硬化性非ハロゲン化エポキシ樹
脂からなる成分、及び/または、必要によって、 (d)エポキシ樹脂用の硬化剤の混合物からなる樹脂組
成物によって達成される。
【0007】成分(a)の1−オキサ−3−アザテトラ
リン基を含む化合物は、例えばフェノールをホルムアル
デヒド及びアミンと反応させることにより、おおよそ式
(A):
【0008】
【化1】
【0009】に従って製造される。例えば、式中のRは
水素、ハロゲン、アルキルまたはアルコキシであり、
R’は脂肪族基または芳香族基である。
【0010】しかしながら、成分(a)の1−オキサ−
3−アザテトラリン基を含む化合物は、同様の生成物を
生じる他の方法によっても製造することができる。
【0011】フェノール、アミン及びホルムアルデヒド
の他の公知の縮合反応とは対照的に、上記概略を記した
反応においてはフェノール性OH基が使用される。つま
り、式(A)に従って、反応混合物中の前記OH基の定
量分析から、合成された1−オキサ−3−アザテトラリ
ン基の量を決定することができる。
【0012】1−オキサ−3−アザテトラリン基を含む
化合物のプレポリマーは、前記オキサゼン樹脂を製造す
るのにも有効である。1−オキサ−3−アザテトラリン
基の一部は重合の際に反応し得るので、かかるプレポリ
マーは、該プレポリマーを形成するために使用したモノ
マーによって付与されるより少ない数の1−オキサ−3
−アザテトラリン基を含み得る。しかしながら、中間に
形成されたまたは仮のモノマー反応生成物は実際に1−
オキサ−3−アザテトラリン基を含む。当業者はこれ
を、官能価から容易に計算することができる。例えばも
しモノマー比が上記公開特許CH−A5−606,16
9号に規定された範囲内に維持されるならば、本発明に
有効な1−オキサ−3−アザテトラリン化合物またはそ
のプレポリマーが形成される。
【0013】フェノールまたはフェノール誘導体とアミ
ン及びホルムアルデヒドとは、オキサゼン樹脂を製造す
るための出発材料または基本材料として使用される。
【0014】好ましくは本発明においては、慣習的には
いずれか一方が単官能以上であるフェノール及びアミン
から誘導される1−オキサ−3−アザテトラリン基含有
化合物を使用する。
【0015】使用し得るフェノールの例は以下のもので
ある:−一価フェノール(例えばフェノール、m−及び
p−クレゾール、m−及びp−エチルフェノール、m−
及びp−イソプロピルフェノール、m−及びp−イソプ
ロピルオキシフェノール、m−及びp−クロロフェノー
ル、並びにβ−ナフトール。パラ−及びメタ−置換フェ
ノールはブロックされた反応部位を含まないので、これ
らも好ましい。更に、それぞれアルキル置換もアルコキ
シ置換もされていないフェノールも好ましい)、−二価
フェノール(例えば4,4’−ジヒドロキシジフェニル
メタン、3,3’−ジヒドロキシジフェニルメタン、
2,2’−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)プロパ
ン、4,4’−ジヒドロキシスチルベン、ヒドロキノン
及びレゾルシン)、−最終的にはフェノールと混合する
低縮合フェノール性ホルムアルデヒドノボラック樹脂。
【0016】特に有効なアミンの例としては、アニリ
ン、フェニレンジアミン、ベンジジン、ジアミノジフェ
ニルメタン、2,2’−ビス−(アミノフェニル)プロ
パン、シクロヘキシルアミン、エチレンジアミン及びプ
ロピレンジアミンを挙げることができるが、特にp−フ
ェニレンジアミン及び4,4’−ジアミノジフェニルメ
タン、即ち芳香族アミンが好ましい。
【0017】更に、ノボラック(novolak)と芳
香族アミン、好ましくは重合度約2を有するノボラック
とアニリンから、またはフェノールと芳香族ジアミンか
ら誘導される1−オキサ−3−アザテトラリン化合物も
特に有効である。
【0018】第2の成分(b)は、 −ハロゲン化フェノール、特に多価フェノールのグリシ
ジルエーテル1種以上、 −ハロゲン化フェノールとアルデヒドまたはケトンとの
縮合物のグリシジルエーテル1種以上、または、 −ハロゲン化ノボラックのグリシジルエーテル1種以上 を含有するまたはこれらからなるのが好ましい。
【0019】特に有効なものは、ハロゲン化ビスフェノ
ールAまたはハロゲン化ビスフェノールF、特にテトラ
ブロモビスフェノールAまたはテトラブロモビスフェノ
ールFのグリシジルエーテルと、臭素化ノボラックとで
ある。
【0020】成分(b)のハロゲン化エポキシ樹脂は臭
素化エポキシ樹脂であるのが好ましい。
【0021】このような臭素化エポキシ樹脂は良く知ら
れており、市販されてもいる。またかかる臭素化エポキ
シ樹脂は、難燃性ポリマー樹脂を製造する1つの成分と
して既に提案されている。しかしながらこのポリマー樹
脂は、 −ガラス転移温度が低すぎる、 −燃焼の際に、臭素含有量が高いが故に極めて多量の高
度に有毒のカルボニルジブロミドを発生する、 −高価である という実質的な欠点を有する。
【0022】製品1 (商品名:The Dow Chemical Com
panyの“D.E.R.511−A 80”): アセトン溶液中のビスフェノールA系の臭素化エポキシ樹脂 エポキシド当量1) :445〜520 粘度(25℃) :1000〜4000mPa・s 非揮発性成分 :80±1重量% 溶剤 :アセトン ガードナーカラースケール最大値:5 臭素含有量1) :19〜21重量% 引火点(T.O.C.) :63℃。
【0023】製品2 (商品名:The Dow Chemical Com
panyの“D.E.R.511−EK 80”): メチルエチルケトン溶液中のビスフェノールA系の臭素化エポキシ樹脂 エポキシド当量1) :445〜522 粘度(25℃) :1000〜4000mPa・s 非揮発性成分 :80±1重量% 溶剤 :メチルエチルケトン ガードナーカラースケール最大値:9 臭素含有量1) :19〜21重量% 引火点(T.O.C.) :52℃製品3 (商品名:The Dow Chemical Com
panyの“D.E.R.512−A 80”): アセトン溶液中のビスフェノールA系の臭素化エポキシ樹脂 エポキシド当量1) :480〜560 粘度(25℃) :700〜2500mPa・s 非揮発性成分 :80±1重量% 溶剤 :アセトン ガードナーカラースケール最大値:5 臭素含有量1) :21〜22.5重量% 引火点(T.O.C.) :56℃。
【0024】製品4 (商品名:The Dow Chemical Com
panyの“D.E.R.512−EK 75”): メチルエチルケトン溶液中のビスフェノールA系の臭素化エポキシ樹脂 エポキシド当量1) :480〜560 粘度(25℃) :500〜1500mPa・s 非揮発性成分 :75±1重量% 溶剤 :メチルエチルケトン ガードナーカラースケール最大値:3 臭素含有量1) :21〜22.5重量% 引火点(T.O.C.) :<−2℃製品5 (商品名:The Dow Chemical Com
panyの“D.E.R.512−EK 80”): メチルエチルケトン溶液中のビスフェノールA系の臭素化エポキシ樹脂 エポキシド当量1) :480〜560 粘度(25℃) :1000〜3500mPa・s 非揮発性成分 :80±1重量% 溶剤 :メチルエチルケトン ガードナーカラースケール最大値:5 臭素含有量1) :21〜22.5重量% 引火点(T.O.C.) :52℃製品6 (商品名:The Dow Chemical Com
panyの“D.E.R.521−A 80”): アセトン溶液中のビスフェノールA系の臭素化エポキシ樹脂 エポキシド当量1) :430〜475 粘度(25℃) :1000〜4500mPa・s 非揮発性成分 :80±1重量% 溶剤 :アセトン ガードナーカラースケール最大値:6 臭素含有量1) :19〜22重量% 引火点(T.O.C.) :63℃。
【0025】製品7 (商品名:The Dow Chemical Com
panyの“D.E.R.542”): ビスフェノールA系の臭素化エポキシ樹脂 エポキシド当量1) :305〜355 Durranの軟化点 :50.5〜62.5℃ 臭素含有量1) :44〜49重量% 引火点(T.O.C.) :199℃製品8 (商品名:The Dow Chemical Com
panyの“D.E.R.566−A 80”): アセトン溶液中のビスフェノールA系の臭素化エポキシ樹脂 エポキシド当量1) :410〜450 粘度(25℃) :800〜4000mPa・s 非揮発性成分 :80±1重量% 溶剤 :アセトン ガードナーカラースケール最大値:5 臭素含有量1) :18〜20重量% 引火点(T.O.C.) :<2℃。
【0026】製品9 (商品名:The Dow Chemical Com
panyの“QUATREX 6410”): ビスフェノールA系の臭素化エポキシ樹脂 エポキシド当量1) :450 軟化点 :80℃ 粘度(150℃) :0.0180m2・s-1 加水分解可能な塩化物 :<150ppm 揮発性成分 :<0.25重量% 臭素含有量 :47〜51重量% フェノール硬化後のガラス転移温度:175℃1) 固体含有量に基づく値。
【0027】ハロゲン含有量は、上記成分(a)〜
(d)の合計重量1kgを基にすると3g当量以下、特
に2g当量以下であるのが好ましい。
【0028】結果として、成分(b)として臭素化エポ
キシ樹脂を含有する樹脂組成物においては、臭素含有量
は、樹脂成分の合計重量の24重量%以下、特に16重
量%以下であるのが好ましい。臭素含有量はそれぞれ
7.5、2.5及び1重量%であっても、難燃性を得る
ことができる。
【0029】成分(b)の量は、樹脂成分の合計重量
(成分(a)+成分(b))を基にすると50重量%以
下、特に30重量%以下であるのが好ましい。しかしな
がら、樹脂成分の合計重量を基にして15重量%以下、
または5重量%以下、または2重量%以下の量であって
さえも、難燃性樹脂組成物は既に得られている。
【0030】このような少量の成分(b)、特に臭素化
エポキシ樹脂を用いて後述の長所を得ることは、当業者
にとってかなり驚くべきことであった。
【0031】詳細を後述する優れた電気的特性と組み合
わさった実質的に改善された燃焼時の熱的挙動の他に、
本発明の樹脂組成物は燃焼に際して有毒化合物を少量し
か生成せず、しかも高価な成分(b)を少量しか使用し
ないことは明らかな長所である。
【0032】更に本発明の混合物は、少なくとも1種の
非ハロゲン化エポキシ樹脂を含有するまたは該樹脂から
なる成分(c)を含有することができる。この成分
(c)の量は、成分(b)の量より少ないのが有利であ
り、好ましくは成分(b)の量の半分以下とする。
【0033】このような適当なエポキシ樹脂は特に、熱
的に、触媒作用で、または硬化剤によって硬化させ得る
単官能性または多官能性エポキシ化合物である。
【0034】更に本発明の混合物は、成分(d)とし
て、エポキシ樹脂用の硬化剤を含有することもできる。
多価アミン、多価カルボン酸及びそれらの無水物、ジシ
アノジアミド、並びにノボラックは、かかる硬化剤とし
て特に有効である。
【0035】適当なエポキシ化合物及び硬化剤は、例え
ば、−Sidney H.Goodman,Handb
ook of Thermoset Plastic
s,Noyes Publications,Park
Ridge,NJ;−W.G.Potter,Epo
xide Resins,Ilife Books,L
ondon;−Henry Lee及びKris Ne
ville,Handbook of Epoxy R
esins,McGraw−HillBook Com
pany,New York/San Francis
co/Toronto/Londonに記載されてい
る。
【0036】上記硬化性樹脂組成物を100℃以上の温
度、特に140〜220℃の温度で熱的に硬化すること
により、難燃性及び耐熱性のポリマー樹脂組成物を得る
ことができる。
【0037】驚くべきことには、前述のごとき硬化した
ポリマー樹脂組成物の特性は、熱による後処理によって
尚も著しく向上することができる。例えば、かかる樹脂
組成物を220℃の温度で24時間焼戻しすると、ガラ
ス転移温度は280℃以上に高まる。
【0038】硬化ポリマー樹脂組成物に、180〜25
0℃の温度、好ましくは200〜230℃の温度の前記
熱による後処理を実施することは有利である。この焼戻
しの継続時間は温度に依存する。以下の標準値は基準と
して役立ち得るが、ポリマー樹脂組成物が劣化すること
なく継続時間は任意に延長することができる: 硬化: 180℃で4時間、または 200℃で2時間 焼戻し: 220℃で24時間。
【0039】更に、上記継続時間は任意に比例させて組
み合わせることができる。例えば、以下の焼戻しサイク
ルがその値を例証する: 30分間/200℃+30分間/220℃+30分間/
230℃+30分間/250℃。
【0040】前述のごとき製造されたポリマー樹脂組成
物の特性は、通常の添加剤を加えることにより所定の用
途に適合させ得る。以下の添加剤は特に重要である: −強化ファイバー(例えば、短ファイバー、ステープル
ファイバー、糸状体、織物またはマットの通常の形態の
ガラス、石英、カーボン、鉱物及び合成ファイバー)、 −可塑剤、特にリン化合物、 −カーボンブラックまたはグラファイト、 −充填剤、 −顔料、 −微小中空球、 −金属粉、 −触媒、及び −特に以下の化合物群の難燃剤または化合物: 水酸化アルミニウム、 炭酸マグネシウムカルシウム水和物、 水酸化マグネシウム、 赤リン元素、 リンの酸素酸、 リンの酸素酸の無機塩、 リンの酸素酸の有機塩、 ポリホスフェート、 ホウ酸、 ホウ酸の塩。
【0041】本発明の樹脂組成物を加工するためには、
熱硬化性フェノールホルムアルデヒド樹脂またはEP樹
脂を加工する公知の方法、例えばプレプレグ、SMC
(シート成形用化合物)の熱間プレス加工や、成形用化
合物の成形、注型、フィラメント巻き、真空含浸を使用
することができる。
【0042】本発明の樹脂組成物を硬化する、または硬
化し次いで焼戻すことにより得られる難燃性及び耐熱性
のポリマー樹脂組成物は、以下の用途に特に適してい
る: −特にプリント基板用の電気絶縁材料、 −特に航空機製造における支持構造体、 −難燃性または耐熱性の樹脂が使用されるべき任意の用
途、 −接着剤。
【0043】
【実施例】1.出発材料 諸実施例において以下の出発材料を使用した。
【0044】成分(a):(A/1)オキサ ゼン樹脂1 構造式:
【0045】
【化2】
【0046】を有する、フェノールとアニリン及びホル
ムアルデヒドとのモル比1:1:2の反応生成物。
【0047】(A/2)オキサゼン樹脂2 構造式:
【0048】
【化3】
【0049】の平均組成を有する、フェノール2モルを
ホルムアルデヒド1モルと反応させることにより得られ
たノボラック1モル(2当量)を、アニリン2モル及び
ホルムアルデヒド4モルと反応させた反応生成物。
【0050】(A/3)オキサゼン樹脂3 構造式:
【0051】
【化4】
【0052】を有する、4,4’−ジアミノ−ジフェニ
ルメタンとフェノール及びホルムアルデヒドとのモル比
1:2:4の反応生成物。
【0053】成分(b):(B/1)臭素化 エポキシ樹
脂1 The Dow Chemical Companyの
“D.E.R 542”固体における臭素含有量:44
〜49重量%。
【0054】(B/2)臭素化エポキシ樹脂2 The Dow Chemical Companyの
“Quatrex 6410”固体における臭素含有
量:47〜51重量%。
【0055】強化材 (R)ガラス布 Interglas−Textil GmbHの“Ty
pe 90085”表面密度:108g/m2、1cm2
当たりの糸の数:24×24、エポキシシラン仕上げ。
【0056】2.試料調製 表1に示した成分を、100〜130℃で減圧下に混合
し、次いで、熱分析用の試料を取り出した。残りは、ガ
ラス布を有するまたは有さないテフロン処理ガラスプレ
ート間に吸い上げ、空気循環オーブン中200℃で2時
間硬化させた。“Ref.”なる用語は、本出願人の内
部参照番号を意味する。
【0057】3.難燃試験 UL規格94(垂直試験)(“UL 94”と略記す
る)に従って難燃性試験を実施した(参照:Jurge
n Troitzsch.Brandverhalte
n von Kunststoffen(1982 M
unich/Vienna ISBN 3−446−1
3391−7),396〜399頁)。
【0058】結果は表1にまとめて示す。
【0059】難燃性をもつクラスUL−94−V0が、
20重量%の臭素化エポキシ樹脂を加えることにより得
られたこと、及びガラス布強化試料においては臭素化エ
ポキシ樹脂10重量%を加えただけで得られたことは驚
くべきことであった。
【0060】4.機械的特性 焼戻しした場合またはしない場合の機械的特性及びガラ
ス転移温度(「ガラス温度」とも称される)Tgを、−
DCS(「示差走査熱量分析(Differentia
l Scanning Calorimetr
y)」)、−DMA(「示差機械特性分析(Diffe
rential Mechanical Analys
is)」、及び−TMA(「熱機械特性分析(Ther
mo Mechanical Analysis)」)
によって決定した。
【0061】結果は表2にまとめて示す。表2中、硬化
/焼戻しの(h/℃)の欄において、試料番号1および
試料番号2における「2/200」は、200℃で2時
間当該試料を硬化したことを表す。また試料番号3にお
ける「2/200+24/220+72/220」は2
00℃で2時間硬化し、次いで220℃で24時間、最
後に220℃で72時間当該試料を焼戻したことを表
す。また、試料番号4における「2/200+2/22
0+24/220」は、200℃で2時間硬化し、次い
で220℃で2時間、最後に220℃で24時間当該試
料を焼戻したことを表す。
【0062】焼戻しによって得られるガラス転移温度の
上昇が、この温度でのE’モジュールが実質的に増大す
ることと関わりがあることはかなり驚くべきことである
(参照.特に試料4,Ref.Kb71−G)。
【0063】
【表1】
【0064】
【表2】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ギユンター・ブルカルト スイス国、ツエーハー−8732・ルーフ イ、ノイツアウンシユトラーセ・9 (72)発明者 ブルーノ・クナウス スイス国、ツエーハー−8832・ボレラ ウ、ヘングギビースシユトラーセ・6 (56)参考文献 特開 昭61−78824(JP,A) 特開 平2−69567(JP,A) 特開 昭49−47378(JP,A) 新保正樹編「エポキシ樹脂ハンドブッ ク」(昭和62年12月25日初版1刷発行) 日刊工業新聞社、第43〜46頁 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08L 63/00 - 63/10 C08L 79/04 C08G 59/50

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 硬化して難燃性及び/または耐熱性のポ
    リマー樹脂組成物を形成し得る樹脂組成物であって、 (a)少なくとも1種の熱硬化性1−オキサ−3−アザ
    テトラリン基を含む化合物からなる成分、 (b)成分(a)及び(b)の合計重量に基づいて20
    重量%以下の少なくとも1種の硬化性ハロゲン化エポキ
    シ樹脂からなる成分、必要によって、 (c)少なくとも1種の硬化性非ハロゲン化エポキシ樹
    脂からなる成分、及び/または、必要によって、 (d)エポキシ樹脂用の硬化剤の混合物からなる樹脂組
    成物。
  2. 【請求項2】 前記成分(a)の1−オキサ−3−アザ
    テトラリン化合物が、フェノール系化合物、ホルムアル
    デヒド及びアミンから誘導される請求項1に記載の樹脂
    組成物。
  3. 【請求項3】 前記成分(a)の1−オキサ−3−アザ
    テトラリン化合物がノボラックから誘導される請求項1
    または2に記載の樹脂組成物。
  4. 【請求項4】 前記成分(a)の1−オキサ−3−アザ
    テトラリン化合物が芳香族アミンから誘導される請求項
    1から3のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
  5. 【請求項5】 前記成分(b)が、1種以上の、ハロゲ
    ン化フェノールのグリシジルエーテルからなる請求項1
    から4のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
  6. 【請求項6】 前記成分(b)が、1種以上の、ハロゲ
    ン化フェノールとアルデヒドまたはケトンとの縮合物の
    グリシジルエーテルからなる請求項1から4のいずれか
    一項に記載の樹脂組成物。
  7. 【請求項7】 前記成分(b)が、少なくとも1種の硬
    化性臭素化エポキシ樹脂からなる請求項1から6のいず
    れか一項に記載の樹脂組成物。
  8. 【請求項8】 前記成分(d)として、多価アミン、多
    価カルボン酸、多価カルボン酸無水物、ジシアノジアミ
    ド及びノボラックから選択される1種以上の化合物を含
    有する請求項1から7のいずれか一項に記載の樹脂組成
    物。
  9. 【請求項9】 難燃性及び/または耐熱性のポリマー樹
    脂組成物を製造する方法であって、請求項1から8のい
    ずれか一項に記載の樹脂組成物を非強化形態または強化
    形態で、硬化するか、または、硬化し次いで焼戻す方
    法。
  10. 【請求項10】 請求項9に記載の方法で製造されたポ
    リマー樹脂組成物からなる電気絶縁材料。
  11. 【請求項11】 請求項9に記載の方法で製造されたポ
    リマー樹脂組成物からなる支持構造体。
  12. 【請求項12】 請求項9に記載の方法で製造されたポ
    リマー樹脂組成物のポリイミドフィルム用接着剤。
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