JP5922582B2 - コンポジット組成物 - Google Patents

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Description

本発明はコンポジット用熱硬化性組成物に関し、更に詳しくは、本発明はコンポジット及び電気用積層板用の熱硬化性組成物並びにこの熱硬化性組成物から製造されたコンポジット及び電気用積層板に関する。
電気用積層板及びコンポジットのためには、環境条件、例えば湿度及び温度の変化に対して、特性を変えない熱硬化樹脂が、非常に望ましい。これらの用途のためのアリールグリシジルエーテルについての三つの望ましい特性は、高いガラス転移温度(ジシアンジアミド硬化による、動的機械的熱分析(dynamic mechanical thermal analysis)により190℃よりも高いTg)、低いモノマー粘度(150℃で200mPa-sよりも低い)及び高いエポキシ当量重量である。本発明のエポキシは、120mPa-sのように低い粘度を示し、ジシアンジアミド硬化熱硬化樹脂は、202℃以下のTg及び190g/当量(g/eq)よりも高いEEW(エポキシ当量重量)を有する。
高いTgは、コンポジットが高温度に露出される用途のために、例えば、その寿命の間に多数回、環境温度と高温度との間を循環するプリント回路基板において要求される。コンポジットの特性は、Tgよりも高い温度で急激に劣化し、一般的に、高いTgは広範囲の使用温度を提供する。
コンポジットを製造するために種々の方法が使用されており、低粘度樹脂が典型的に必須物質である。例えば、コンポジット部品製造のための通常のプロセスは、繊維プレフォームを含有する金型をエンヒューズ(enfuse)することである。樹脂粘度が高すぎると、繊維プレフォームは変形するであろう。低い粘度は他の利点を有する。例えば、濡れが改良され、樹脂が繊維束の中に入り込むことができるので、繊維に対する付着は、低粘度樹脂について、通常、より良い。
最終的に、高いEEWを有するエポキシ樹脂は、主鎖中にヒドロキシルの比較的低い濃度を有する熱硬化樹脂を与える。ヒドロキシルは、典型的には、例えば、ジシアンジアミド、多官能性アミンとの、エポキシ樹脂の硬化反応の間に形成される。熱硬化樹脂中のヒドロキシル濃度と水吸収との間に直接的関係が存在する。高い水吸収は、誘電性能のような特性が、変化する湿度と共に変化するので、特に電気用積層板において望ましくない。
これらの特性を個別的に達成する多数のアリールグリシジルエーテルは存在するが、それらを全ての特性に同時に適合させるものは存在しない。この特性のバランスは、達成することが困難である。例えば、高いTgのための一つの一般的な戦略は、より高い官能性ポリフェノールのポリグリシジルエーテル、特に、エポキシノボラックとして知られているフェノールホルムアルデヒドノボラックを使用することである。しかしながら、200mPa−sよりも低い粘度を有するこのようなノボラックの例は、本発明のエポキシ樹脂に匹敵する高いTgを達成することが不可能である。例えば、工業的標準のエポキシノボラックであるD.E.N.(登録商標)438は、<200mPa-sの粘度を有するが、このジシアンジアミド硬化熱硬化樹脂のTgは173℃に過ぎない。
従って、二官能性であり、高いTg(>150℃)、低いモノマー粘度(150℃で<150mPa-s)及び高いEEW(>190g/eq)を含む特性のバランスを有する熱硬化樹脂を提供する、コーティングのために有用な新規な熱硬化樹脂を開発するための工業におけるニーズが、なお存在する。
本発明は靱性、高いTg(ジシアンジアミド硬化によって>190℃を達成できる)を示し、低粘度(150℃で<150mPa-s)、高EEW(>190g/eq)樹脂から誘導される、積層板及びコンポジットのために有用な配合物を開発する目標を達成する。これは、主鎖中にシクロアルカンを含有する、樹脂及び硬化剤の使用により達成された。これらの樹脂は、式I及びIIにおいて並びに式IIIに記載されているフェノール系硬化剤により記載されている。本発明の積層板及びコンポジットは、低い水吸収を提供することができる。例えば、硬化剤としてジシアンジアミド(dicy)を使用するとき2.5重量%よりも少ない水を吸収する(ガラス又は充填剤を含まないマトリックス樹脂中の吸収として表される)積層板を製造することができる。
本発明の一つの態様は、(I)少なくとも1種の熱硬化性樹脂組成物、(II)少なくとも1種の硬化剤(curing agent or hardener)及び(III)少なくとも1種の強化材を含んでなるコンポジット及び電気用積層板用硬化性樹脂組成物であって、このコンポジット又は電気用積層板が、(a)少なくとも約150℃のTg及び(b)約2.5重量%よりも少ない水吸収量の組合せを含む特性のバランスを有する硬化性樹脂組成物に指向している。
本発明の別の態様は、下記式Iの一般的化学構造をによって表されるエポキシ樹脂組成物、例えばジヒドロキシジフェニル−シクロアルカン化合物から製造されるエポキシ樹脂から製造される積層板及びコンポジットに指向している。
Figure 0005922582
(式中、Rは水素又はメチル基であり、R及びRは、互いから独立に、それぞれ、水素原子、ハロゲン、置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアリール基又は置換若しくは非置換のアラルキル基、ニトリル基、ニトロ基、置換若しくは非置換のアルコキシ基を表し、XはCH、CH(R)又はC(R)(R)であり、mは8と20との間の整数であり、R及びRは、互いから独立に、それぞれ、水素原子、ハロゲン、置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアリール基又は置換若しくは非置換のアラルキル基を表し、そしてnは0〜約10の値を有する整数である。)
本発明の更に別の態様は、式IIのエポキシ樹脂又は式IIIのフェノール樹脂によって表されるアドバンスト(advanced)樹脂組成物から製造される積層板及びコンポジットに指向している。
Figure 0005922582
(式中、R、R、R、R、R、X及びmは、式Iにおいて定義した通りであり、yは1〜約20の値を有する整数であり、Qは、ヒドロカルビレン部分であり、そしてそれぞれのZは、独立に、O、S、−NR(式中、Rはヒドロカルビル部分である)からなる群から選択される。)
Figure 0005922582
(式中、R、R、R、R、R、X及びmは式Iにおいて定義した通りであり、p及びyは1〜約20の整数であり、Qはヒドロカルビレン部分(moiety)であり、それぞれのZは、独立に、O、S、−NR(式中、Rはヒドロカルビル部分である)からなる群から選択され、そしてZはZ−Hである。)
本発明に従って、本明細書中に開示される本発明のコンポジット及び電気用積層板のために有用な、硬化性樹脂組成物(また、本明細書において熱硬化性組成物又は硬化性組成物としても参照される)は、(I)少なくとも1種の熱硬化性樹脂組成物、(II)少なくとも1種の硬化剤、(III)少なくとも1種の強化材を含んでいてよく、ここで、硬化剤若しくは樹脂(又は両方)は、式I、II又はIIIによって記載される組成物の1種であり、コンポジット又は電気用積層板は、低い水吸収及び高いガラス転移温度(Tg)及び良好な誘電特性の組合せを含む望ましい特性のバランスを有する。
用語「硬化性(curable)」は、組成物が、当該組成物を硬化した又は熱硬化した状態又は条件にする条件に付され得ることを意味する。
用語「硬化した(cured)」又は「熱硬化した(thermoset)」は、Whittington’s Dictionary of Plastics(1968)、239頁において、L.R.Whittingtonによって、下記、「完成した物品としてそれらの最終状態で、実質的に不融性で不溶性である樹脂又はプラスチックス化合物。熱硬化性樹脂は、それらの製造又は加工中の或る段階でしばしば液体であり、これらは、熱、触媒又は幾つかの他の化学的手段によって硬化される。完全に硬化された後、熱硬化樹脂は、熱によって再軟化させることができない。通常熱可塑性である幾つかのプラスチックスは、他の材料による架橋の手段によって熱硬化させることができる。」のように定義される。
本発明は、強化組成物に関するが、この組成物の熱硬化樹脂特性の意味のある測定を、存在する強化無しに行うことができる。これらのデータで、コンポジット及び積層板の特性値を、熱硬化樹脂及び強化材料の特性値の重量平均によって計算することができる。例えば、水吸収は、強化材を含有していない透明な注型品を最初に製造することによって測定される。新たに製造した注型品を秤量し、124℃でスチームオートクレーブの中に2時間入れる。次いで、重量増加を、元の重量のパーセントとして計算する。本発明の熱硬化樹脂は、この試験において2%よりも少ない水吸収を示す。
Tgは、示差走査熱量測定(DSC)を使用して測定する。これは、全ての熱硬化樹脂の重要な特性である。この温度よりも上では、弾性率が急激に低下し、各特性が著しく変化する。積層板及びコンポジット用途のために、高いTg(>130℃)が、通常望ましい。Tgは、配合物の細部(特に、式I若しくはIIのエポキシが使用されるとき硬化剤の選択又は式IIIが使用されるときエポキシの選択)に非常に依存する。
本発明の非限定態様として、本発明の熱硬化性組成物の熱硬化樹脂組成物、成分(I)は、例えば下記のものから選択することができる。
(1)ジヒドロキシジフェニル−シクロアルカン化合物から製造される式Iによって表されるエポキシ樹脂:
Figure 0005922582
(式中、Rは水素又はメチル基であり、R及びRは、互いから独立に、それぞれ、水素原子、ハロゲン、置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアリール基、置換若しくは非置換のアラルキル基、ニトリル基、ニトロ基又は置換若しくは非置換のアルコキシ基を表し、Xは、CH、CH(R)又はC(R)(R)であり、mは、8と20との間の整数であり、Rは、水素又はメチル基であり、R及びRは、互いから独立に、それぞれ、水素原子、ハロゲン、置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアリール基又は置換若しくは非置換のアラルキル基を表し、そしてnは、0〜約10の値を有する整数である。)
上記の式Iにおいて、R〜Rのための置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアリール基又は置換若しくは非置換のアラルキル基及びR及びRのための置換又は非置換のアルコキシ基は、例えばC〜Cアルキル若しくはアルキルオキシ基、C〜C10アリール基又はC〜C12アラルキル基を含むことができる。
典型的に製造するとき、式Iのエポキシ樹脂は、変化するnを有するオリゴマーの混合物であるが、n=0を有する最短の員が優勢である。溶媒無しでの製造を含むコンポジット応用において、オリゴマー(n>0)の存在は、それらが配合物の粘度を上昇させるので望ましくない。これらの場合に、オリゴマーの濃度は、好ましくは50重量%よりも低い、更に好ましくは30重量%よりも低い、最も好ましくは20重量%よりも低い。
(2)1種又はそれ以上のビスフェノールと化学量論的過剰の1種又はそれ以上の式Iのエポキシ樹脂とを反応させることによって製造されるもののような、式IIで表されるアドバンストエポキシ樹脂組成物:
Figure 0005922582
(式中、R、R、R、R、R、X及びmは、式Iにおいて定義した通りであり、pは1〜20の整数であり、yは1〜約20の値を有する整数であり、Qはヒドロカルビレン部分であり、そしてそれぞれのZは、独立に、O、S、−NR(式中、Rはヒドロカルビル部分である)からなる群から選択される。)
本明細書中に使用されるとき、「ヒドロカルビレン部分(moiety)」によって、炭化水素から2個の水素原子を除去することによって形成される任意の二価のラジカルが意味される。更に詳しくは、ヒドロカルビレン部分は、非置換若しくは置換のアルキル、非置換若しくは置換のシクロアルキル、非置換若しくは置換のポリシクロアルキル、非置換若しくは置換のアルケニル、非置換若しくは置換のシクロアルケニル、非置換若しくは置換のジ若しくはポリシクロアルケニル又は非置換若しくは置換の芳香族環からなる群から選択された二価の部分である。本明細書中に使用される「ヒドロカルビル部分」によって、一価のラジカル、更に詳しくは、非置換若しくは置換のアルキル、非置換若しくは置換のシクロアルキル、非置換若しくは置換のポリシクロアルキル、非置換若しくは置換のアルケニル、非置換若しくは置換のシクロアルケニル、非置換若しくは置換のジ若しくはポリシクロアルケニル又は非置換若しくは置換の芳香族環からなる群から選択された任意の一価の部分が意味される。
式IIのエポキシ樹脂は、(a)1種又はそれ以上の、式Iに示されるジヒドロキシジフェニル−シクロアルカン化合物のエポキシ樹脂と、(b)1種又はそれ以上の、1分子当たり平均で1個より多い反応性水素原子を有する適切な化合物(ここで、反応性水素原子は該エポキシ樹脂中のエポキシド基と反応性である)とから製造されるアドバンストエポキシ樹脂生成物である。アドバンスメント(advancement)反応中に使用されるエポキシ樹脂は、更に、(c)1種又はそれ以上の公知のエポキシ樹脂、例えばジヒドロキシ芳香族化合物のジグリシジルエーテルを含有することができる。上記のアドバンストエポキシ樹脂生成物の製造は公知の方法を使用して実施することができる。
1分子当たり平均で1個より多い反応性水素原子を有する化合物の例には、ジヒドロキシ芳香族化合物、ジチオール、ジスルホンアミド、ジアミド若しくはジカルボン酸化合物又は1個の第一級アミン若しくはアミド基、2個の第二級アミン基、1個の第二級アミン基及び1個のフェノール性ヒドロキシ基、1個の第二級アミン基及び1個のカルボン酸基又は1個のフェノール性ヒドロキシ基及び1個のカルボン酸基を含有する化合物並びにこれらの任意の組合せが含まれる。
1分子当たり平均で1個より多い反応性水素原子を有する化合物の、エポキシ樹脂に対する比は、一般的に約0.01:1〜約0.95:1、好ましくは約0.05:1〜約0.8:1、更に好ましくは約0.10:1〜約0.5:1の、反応性水素原子の当量/エポキシ樹脂中のエポキシド基の当量である。
アドバンスメント反応は、溶媒の存在下又は非存在下に、熱及び混合の適用によって行うことができる。アドバンスメント反応は、大気圧の、大気圧よりも高い又は大気圧よりも低い圧力で、約20℃〜約260℃、好ましくは約80℃〜約240℃、更に好ましくは約100℃〜約200℃の温度で行うことができる。
アドバンスメント反応を完結させるために必要な時間は、使用される温度、使用される分子当たり1個より多い反応性水素原子を有する化合物の化学構造及び使用されるエポキシ樹脂の化学構造のような要因に依存する。より高い温度はより短い反応時間を必要とし、他方、より低い温度は、より長い反応時間を必要とするであろう。
一般的に、アドバンスメント反応完結のための時間は、約5分〜約24時間、好ましくは約30分〜約8時間、更に好ましくは約30分〜約4時間の範囲とすることができる。
アドバンスメント反応において、触媒を添加することもできる。この触媒の例には、ホスフィン、第四級アンモニウム化合物、ホスホニウム化合物及び第三級アミンが含まれてよい。この触媒は、エポキシ樹脂の合計重量基準で、約0.01〜約3、好ましくは約0.03〜約1.5、更に好ましくは約0.05〜約1.5重量%の量で使用することができる。
本発明において使用することができる樹脂化合物のためのアドバンストエポキシ樹脂生成物を製造する際に有用であるアドバンスメント反応に関する他の詳細は、米国特許第5,736,620号明細書及びHenry Lee及びKris Neville著Handbook of Epoxy Resins(参照して本明細書に含める)に記載されている。
芳香族ジ及びポリヒドロキシル含有化合物の例には、シクロオクタノン、シクロデカノン、シクロドデカノン、シクロペンタデカノン、シクロオクタデカノン、シクロエイコサノン及びこれらの混合物と、フェノール;テトラブロモビスフェノールA;ヒドロキノン、レゾルシノール、カテコール、2,4−ジメチルレゾルシノール、4−クロロレゾルシノール、テトラメチルヒドロキノン、ビスフェノールA(4,4’−イソプロピリデンジフェノール)、4,4’−ジヒドロキシジフェニルメタン、4,4’−チオジフェノール、4,4’−スルホニルジフェノール、2,2’−スルホニルジフェノール、4,4’−ジヒドロキシジフェニルオキシド、4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン、1,1’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−フェニルエタン、4,4’−ビス(4−(4−ヒドロキシフェノキシ)フェニルスルホン)ジフェニルエーテル、4,4’−ジヒドロキシジフェニルジスルフィド、3,3’,3,5’−テトラクロロ−4,4’−イソプロピリデンジフェノール、3,3’,3,5’−テトラブロモ−4,4’−イソプロピリデンジフェノール、3,3’−ジメトキシ−4,4’−イソプロピリデンジフェノール、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、4,4’−ジヒドロキシ−α−メチルスチルベン、4,4’−ジヒドロキシベンズアニリド、ビス(4−ヒドロキシフェニル)テレフタラート、N,N’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)テレフタルアミド、ビス(4’−ヒドロキシビフェニル)テレフタラート、4,4’−ジヒドロキシフェニルベンゾアート、ビス(4’−ヒドロキシフェニル)−1,4−ベンゼンジイミン、1,1’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、フロログルシノール、ピロガロール、2,2’,5,5’−テトラヒドロキシジフェニルスルホン、トリス(ヒドロキシフェニル)メタン、ジシクロペンタジエンジフェノール、トリシクロペンタジエンジフェノール及びこれらの任意の組合せとの反応から誘導されるジヒドロキシジフェニル−シクロアルカンが含まれる。
ジ−及びポリカルボン酸の例には、4,4’−ジカルボキシジフェニルメタン、テレフタル酸、イソフタル酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、1,6−ヘキサンジカルボン酸、1,4−ブタンジカルボン酸、ジシクロペンタジエンジカルボン酸、トリス(カルボキシフェニル)メタン、1,1−ビス(4−カルボキシフェニル)シクロヘキサン、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ジカルボキシジフェニル、4,4’−ジカルボキシ−α−メチルスチルベン、1,4−ビス(4−カルボキシフェニル)−トランス−シクロヘキサン、1,1’−ビス(4−カルボキシフェニル)シクロヘキサン、1,3−ジカルボキシ−4−メチルベンゼン、1,3−ジカルボキシ−4−メトキシベンゼン、1,3−ジカルボキシ−4−ブロモベンゼン、4,4’−ベンズアニリドジカルボン酸、4,4’−フェニルベンゾアートジカルボン酸、4,4’−スチルベンジカルボン酸及びこれらの任意の組合せが含まれる。
ジ−及びポリメルカプタンの例には、1,3−ベンゼンジチオール、1,4−ベンゼンジチオール、4,4’−ジメルカプトジフェニルメタン、4,4’−ジメルカプトジフェニルオキシド、4,4’−ジメルカプト−α−メチルスチルベン、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ジメルカプトジフェニル、1,4−シクロヘキサンジチオール、1,6−ヘキサンジチオール、2,2’−ジメルカプトジエチルエーテル、1,2−ジメルカプトプロパン、ビス(2−メルカプトエチル)スルフィド、トリス(メルカプトフェニル)メタン、1,1−ビス(4−メルカプトフェニル)シクロヘキサン及びこれらの任意の組合せが含まれる。
ジ−及びポリアミンの例には、1,2−ジアミノベンゼン、1,3−ジアミノベンゼン、1,4−ジアミノベンゼン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、2,2’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルオキシド、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ジアミノジフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノジフェニル、4,4’−ジアミノ−α−メチルスチルベン、4,4’−ジアミノベンズアニリド、4,4‘−ジアミノスチルベン、1,4−ビス(4−アミノフェニル)−トランス−シクロヘキサン、1,1’−ビス(4−アミノフェニル)シクロヘキサン、トリス(アミノフェニル)メタン、1,4−シクロヘキサンジアミン、1,6−ヘキサンジアミン、ピペラジン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、1−(2−アミノエチル)ピペラジン、ビス(アミノプロピル)エーテル、ビス(アミノプロピル)スルフィド、ビス(アミノメチル)ノルボルナン、2,2’−ビス(4−アミノシクロヘキシル)プロパン及びこれらの任意の組合せが含まれる。
第一級モノアミンの例には、アニリン、4−クロロアニリン、4−メチルアニリン、4−メトキシアニリン、4−シアノアニリン、2,6−ジメチルアニリン、4−アミノジフェニルオキシド、4−アミノジフェニルメタン、4−アミノジフェニルスルフィド、4−アミノベンゾフェノン、4−アミノジフェニル、4−アミノスチルベン、4−アミノ−α−メチルスチルベン、メチルアミン、4−アミノ−4’−ニトロスチルベン、n−ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、アミノノルボルナン及びこれらの任意の組合せが含まれる。
スルホンアミドの例には、フェニルスルホンアミド、4−メトキシフェニルスルホンアミド、4−クロロフェニルスルホンアミド、4−ブロモフェニルスルホンアミド、4−メチルスルホンアミド、4−シアノスルホンアミド、2,6−ジメチルフェニルスルホンアミド、4−スルホンアミドジフェニルオキシド、4−スルホンアミドジフェニルメタン、4−スルホンアミドベンゾフェノン、4−スルホニルアミドジフェニル、4−スルホンアミドスチルベン、4−スルホンアミド−α−メチルスチルベン及びこれらの任意の組合せが含まれる。
アミノフェノールの例には、o−アミノフェノール、m−アミノフェノール、p−アミノフェノール、2−メトキシ−4−ヒドロキシアニリン、3,5−ジメチル−4−ヒドロキシアニリン、3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシアニリン、2,6−ジブロモ−4−ヒドロキシアニリン、5−ブチル−4−ヒドロキシアニリン、3−フェニル−4−ヒドロキシアニリン、4−(1−(3−アミノフェニル)−1−メチルエチル)フェノール、4−(1−(4−アミノフェニル)エチル)フェノール、4−(4−アミノフェノキシ)フェノール、4−((4−アミノフェニル)チオ)フェノール、(4−アミノフェニル)(4−ヒドロキシフェニル)メタノン、4−((4−アミノフェニル)スルホニル)フェノール、4−(1−(4−アミノ−3,5−ジブロモフェニル)−1−メチルエチル)−2,6−ジブロモフェノール、N−メチル−p−アミノフェノール、4−アミノ−4’−ヒドロキシ−α−メチルスチルベン、4−ヒドロキシ−4’−アミノ−α−メチルスチルベン及びこれらの任意の組合せが含まれる。
アミノカルボン酸の例には、2−アミノ安息香酸、3−アミノ安息香酸、4−アミノ安息香酸、2−メトキシ−4−アミノ安息香酸、3,5−ジメチル−4−アミノ安息香酸、3−シクロヘキシル−4−アミノ安息香酸、2,6−ジブロモ−4−アミノ安息香酸、5−ブチル−4−アミノ安息香酸、3−フェニル−4−アミノ安息香酸、4−(1−(3−アミノフェニル)−1−メチルエチル)安息香酸、4−(1−(4−アミノフェニル)エチル)安息香酸、4−(4−アミノフェノキシ)安息香酸、4−((4−アミノフェニル)チオ)安息香酸、(4−アミノフェニル)(4−カルボキシフェニル)メタノン、4−((4−アミノフェニル)スルホニル)安息香酸、4−(1−(4−アミノ−3,5−ジブロモフェニル)−1−メチルエチル)−2,6−ジブロモ安息香酸、N−メチル−4−アミノ安息香酸、4−アミノ−4’−カルボキシ−α−メチルスチルベン、4−カルボキシ−4’−アミノ−α−メチルスチルベン、グリシン、N−メチルグリシン、4−アミノシクロヘキサンカルボン酸。4−アミノヘキサン酸、4−ピペリジンカルボン酸、5−アミノフタル酸及びこれらの任意の組合せが含まれる。
スルファニルアミドの例には、o−スルファニルアミド、m−スルファニルアミド、p−スルファニルアミド、2−メトキシ−4−アミノ安息香酸、2,6−ジメチル−4−スルホンアミド−1−アミノベンゼン、3−メチル−4−スルホンアミド−1−アミノベンゼン、5−メチル−3−スルホンアミド−1−アミノベンゼン、3−フェニル−4−スルホンアミド−1−アミノベンゼン、4−(1−(3−スルホンアミドフェニル)−1−メチルエチル)アニリン、4−(1−(4−スルホンアミドフェニル)エチル)アニリン、4−(4−スルホンアミドフェノキシ)アニリン、4−((4−スルホンアミドフェニル)チオ)アニリン、(4−スルホンアミドフェニル)(4−アミノフェニル)メタノン、4−((4−スルホンアミドフェニル)スルホニル)アニリン、4−(1−(4−スルホンアミド−3,5−ジブロモフェニル)−1−メチルエチル)−2,6−ジブロモアニリン、4−スルホンアミド−1−N−メチルアミノベンゼン、4−アミノ−4’−スルホンアミド−α−メチルスチルベン、4−スルホンアミド−4’−アミノ−α−メチルスチルベン及びこれらの任意の組合せが含まれる。
(3)1種又はそれ以上のビスフェノールと化学量論的不足の1種又はそれ以上の式Iのエポキシ樹脂とを反応させることによって製造される、式IIIで表されるアドバンスト活性水素含有組成物:
Figure 0005922582
(式中、R、R、R、R、R、X、p及びmは、式Iにおいて定義した通りであり、yは、0〜約20の値を有する整数であり、Qは、ヒドロカルビレン部分であり、それぞれのZは、独立に、O、S、−NR(式中、Rは、ヒドロカルビル部分である)からなる群から選択され、そしてZは、Z−Hである。)
用語「ヒドロカルビレン部分(moiety)」及び「ヒドロカルビル部分」は、前記定義の通りに使用される。
本発明の熱硬化性組成物の成分(I)として機能し得る前記の熱硬化性樹脂組成物のいずれか1種は、Metralらによって本件特許出願と同日付けで出願された出願継続中の米国特許出願第61/265,799号(代理人整理番号第67908号)(参照して本明細書に含める)中に記載されている熱硬化性樹脂組成物のいずれかを含むことができる。成分(I)の製造方法もまた、上記の出願継続中の米国特許出願第61/265,799号中に記載されている。
成分(I)は、例えば硬化剤である成分(II)を成分(I)と、適切な比で混合し、そして成分(I)及び成分(II)の混合物を含む熱硬化性組成物を硬化条件に付すことを含む、一般的な熱硬化樹脂、例えばエポキシ樹脂を硬化させる技術分野における当業者によって使用される公知の技術に従って硬化させることができる。
熱硬化性組成中で有用である、硬化剤である成分(II)(硬化剤又は架橋剤とも参照される)は、例えば、これらに限定されないが、無水物、カルボン酸、アミン化合物、フェノール化合物、ポリオール又はこれらの混合物を含む、当該技術分野で公知のこれらの硬化剤から選択することができる。本明細書中に使用される用語「硬化剤」は、また、単独で又は1種若しくはそれ以上の他の硬化剤と組合わせて使用される触媒又は共触媒を含むことを意図される。
本発明において有用な硬化剤の例には、エポキシ樹脂系組成物を硬化させるために有用であることが知られている、任意の硬化剤を含む。このような材料には、例えばポリアミン、ポリアミド、ポリアミノアミド、ポリフェノール、ポリマー性チオール、ポリカルボン酸及び無水物、ポリオール及びこれらの任意の組合せ等が含まれる。硬化剤の他の具体例には、ジシアンジアミド、フェノールノボラック、ビスフェノール−Aノボラック、ジシクロペンタジエンのフェノールノボラック、スチレン−無水マレイン酸(SMA)コポリマー及びこれらの全ての組合せが含まれる。硬化剤の好ましい例には、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、ビスフェノールA、dicy及びこれらの全ての組合せが含まれてよい。
dicyは、本発明において有用である硬化剤の一つの好ましい態様であろう。dicyは、dicyが、その硬化特性を活性化するために比較的高い温度を必要とし、従ってdicyは、室温(約25℃)で熱硬化性樹脂に添加し、貯蔵することができるので、遅延硬化を与えるという利点を有する。更に、dicyを使用する樹脂組成物の硬化プロフィールは、触媒、例えば2−メチルイミダゾール(2−MI)を使用して、便利に修正することができる。
一般的に、本発明の熱硬化性樹脂組成物中に存在する硬化剤、成分(II)の濃度は、最終使用用途に依存して変えることができる。例えば、使用される硬化剤の量は、幾つかの態様において、重量基準で、熱硬化性樹脂100部当たり約0.1部から約150部まで変えることができる。他の態様において、硬化剤は、重量基準で、熱硬化性樹脂100部当たり約5〜約95部の範囲内の量で使用することができ、更に他の態様において、硬化剤は、重量基準で、熱硬化性樹脂100部当たり約10〜約90部の範囲内の量で使用することができる。
本発明の別の態様において、成分(I)は、例えば前記のような成分(I)を、成分(I)の化合物以外の少なくとも1種の熱硬化性樹脂である成分(III)と、適切な比で混合し、そして成分(I)及び成分(II)の混合物を含む熱硬化性組成物を硬化条件に付すことを含む、一般的なエポキシ樹脂を硬化させる技術分野における当業者によって使用される公知の技術に従って硬化させることができる。この態様において、硬化剤は、特に、成分(I)が、硬化剤を使用することなく熱硬化性樹脂と反応することができる反応性官能基を含有する場合に、任意であろう。任意の硬化剤は、前記の硬化剤の何れであってもよい。
成分(III)として有用な他の熱硬化性樹脂には、例えば、少なくとも1種の、エポキシ樹脂、イソシアネート樹脂、(メタ)アクリル樹脂、フェノール樹脂、ビニル樹脂、スチレン系樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、シリコーン樹脂、メラミン樹脂及びこれらの混合物から選択される熱硬化樹脂成分が含まれてよい。好ましくは、熱硬化性樹脂組成物中に、成分(I)とは異なるエポキシ樹脂が、成分(III)として使用される。
本発明において使用するのに適している成分(I)とは異なる他の熱硬化性樹脂の例には、エポキシ化ビスフェノールA;エポキシ化ジヒドロキシジフェニル−シクロアルカン、例えば、エポキシ化ビスフェノールシクロドデカノン;エポキシ化フェノールノボラック(多官能性)、例えば、エポキシ化フェノールノボラック、ビスフェノールAノボラック若しくはエポキシ化ビスフェノールジシクロペンタジエンノボラック;エポキシ化臭素含有ビスフェノール若しくは臭素化ビスフェノールAノボラック;エポキシ化リン含有ビスフェノールA又はこれらの任意の組合せ(ここで、「エポキシ化」は、それぞれのフェノール性−OHをグリシジルエーテルに転化するためのエピクロロヒドリン(又は関連材料)による処理を表す)が含まれてよい。
他の熱硬化性樹脂である成分(III)が、熱硬化性組成物中に、約80モル%よりも低い、好ましくは約50モル%よりも低い、更に好ましくは30モル%よりも低い、配合物中のエポキシの濃度で存在してよい。
一つの好ましい態様において、本発明において成分(III)として有用な他の熱硬化性樹脂には、少なくとも1種のエポキシ樹脂が含まれる。本明細書において用語「エポキシ樹脂」は、1分子当たり1個又はそれ以上の隣接するエポキシ基、即ち、1分子当たり少なくとも1個の1,2−エポキシ基を有する化合物を意味する。一般的に、エポキシ樹脂化合物は、少なくとも1個の1,2−エポキシ基を有する飽和又は不飽和の脂肪族、シクロ脂肪族、芳香族又は複素環式化合物であってよい。このような化合物は、所望により、1種又はそれ以上の不活性置換基、例えばハロゲン原子、脂肪族又はシクロ脂肪族ヒドロキシ基、エーテルラジカル、低級アルキル等によって置換されていてよい。置換基に対して参照して「不活性」によって、置換基がエポキシド基及び他の官能基と実質的に非反応性であることが意味される。エポキシ樹脂化合物は、また、モノマー性、オリゴマー性又はポリマー性であってよい。即ち、エポキシ樹脂は、モノエポキシド、ジエポキシド、多官能性エポキシ樹脂、ポリエポキシド、アドバンストエポキシ樹脂又はこれらの混合物から選択することができる。本発明において有用なエポキシ樹脂の広範な列挙は、Lee,H.及びNeville,K.著、“Handbook of Epoxy Resins”、McGraw-Hill Book Company、ニューヨーク、1967年刊、第2章、第257-307頁(参照して本明細書に含める)に記載されている。
本発明において有用なエポキシ樹脂は、従来の又は市販のエポキシ樹脂を含むことができ、これは、変えることができ、単独で又は2種若しくはそれ以上の組合せで使用することができる。本明細書中に開示された組成物のためのエポキシ樹脂を選択する際に、最終製品の特性のみならず、粘度及び樹脂組成物の加工に影響を与え得る他の特性に対して考慮を払わなくてはならない。
当業者に公知である特に適切なエポキシ樹脂は、多官能性アルコール、フェノール、シクロ脂肪族カルボン酸、芳香族アミン又はアミノフェノールと、エピクロロヒドリンとの反応生成物をベースにしている。僅かな非限定の態様には、例えばビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテル及びパラ−アミノフェノールのトリグリシジルエーテルが含まれる。当業者に公知であるたの適切なエポキシ樹脂には、エピクロロヒドリンとo−クレゾール及びそれぞれフェノールノボラックとの反応生成物が含まれる。上記のエポキシ樹脂のいずれかの2種又はそれ以上の混合物を使用することも可能である。
熱硬化性組成物の製造のために本発明において有用なエポキシ樹脂である成分(III)は、市販の製品から選択することができる。例えばThe Dow Chemical Companyから入手可能な、D.E.R.(登録商標)331、D.E.R.(登録商標)332、D.E.R.(登録商標)334、D.E.R.(登録商標)580、D.E.N.(登録商標)431、D.E.N.(登録商標)438、D.E.R.(登録商標)736及びD.E.R.(登録商標)732を使用することができる。本発明の例示として、本発明のエポキシ樹脂成分は、175〜185のエポキシド当量重量、9.5Pa−sの粘度及び1.16g/ccの密度を有する液体エポキシ樹脂、D.E.R.(登録商標)383(DGEBPA)であってよい。エポキシ樹脂成分のために使用することができる他の市販のエポキシ樹脂は、D.E.R.(登録商標)330、D.E.R.(登録商標)354又はD.E.R.(登録商標)332であってよい。
本発明において有用な他の適切なエポキシ樹脂は、例えば米国特許第3,018,262号明細書、米国特許第7,163,973号明細書、米国特許第6,887,574号明細書、米国特許第6,632,893号明細書、米国特許第6,242,083号明細書、米国特許第7,037,958号明細書、米国特許第6,572,971号明細書、米国特許第6,153,719号明細書、米国特許第5,405,688号明細書、PCT公開第WO2006/052727号明細書、米国特許出願公開第20060293172号明細書及び米国特許出願公開第20050171237号明細書(これらのそれぞれを、参照して本明細書中に含める)中に開示されている。
本発明において有用なエポキシ樹脂のEEWは、一般的に約100グラム/エポキシ当量(g/eq)〜約20,000g/eq、更に好ましくは約500g/eq〜約5000g/eqである。本明細書中に使用されるとき、用語EEWは、分子中に存在するエポキシド基の平均数によって割った、グラム/当量(g/eq)でのエポキシド部分の平均分子量を指す。本発明において有用なジエポキシドの例は約100g/eq〜約4000g/eqのEEWを有するエポキシ樹脂である。
一般的に、本発明において使用されるエポキシ化合物の粘度は0mPas〜約10000mPas、好ましくは約1mPas〜約1000mPas、最も好ましくは約5mPas〜約500mPasである。
成分(III)の少なくとも1種の熱硬化性樹脂として有用な他のエポキシ樹脂には、エポキシ化ジヒドロキシジフェニルシクロアルカン、エポキシ化フェノールノボラック、臭素含有エポキシ樹脂、リン含有エポキシ樹脂及びこれらの組合せが含まれる。
本発明において有用なエポキシ樹脂の更に特定の態様には、例えばエポキシ化ビスフェノールシクロドデカノン、エポキシ化ビスフェノールAノボラック、エポキシ化ビスフェノールジシクロペンタジエンノボラック、エポキシ化臭素含有ビスフェノールAノボラック又はこれらの任意の組合せが含まれてよい。
一般的に、一つの態様において、成分(III)は、硬化性組成物中に、組成物の合計重量基準で、約80重量%よりも少ない、好ましくは約60重量%よりも少ない、更に好ましくは約50重量%よりも少ない量で存在してよい。
充填剤を、配合物中に、種々の目的のために、例えばレオロジーを改質する、コストを低下させる、熱膨張係数を低下させる及び難燃性を改良するために使用することができる。幾つかの好ましい充填剤の例には、シリカ、タルク、アルミナ、石英、雲母、難燃剤、金属粉末及びこれらの任意の組合せが含まれてよい。難燃剤充填剤の例には、三水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ホスフィナイト(phosphinite)、例えばアルミニウムホスフィナイト若しくは亜鉛ホスフィナイト又はベーマイトが含まれてよい。
一般的に、充填剤が望ましい用途のために、これは、熱硬化性樹脂中に、熱硬化性樹脂の合計重量基準で、約0.1重量%〜約95重量%、好ましくは約10重量%〜約90重量%、更に好ましくは約10重量%〜約85重量%、なお更に好ましくは約20重量%〜約80重量%、最も好ましくは約20重量%〜約75重量%の量で存在してよい。
充填剤は、一般的に、粒子形状であり、約1mmよりも小さい、好ましくは、約100ミクロンよりも小さい、更に好ましくは約50ミクロンよりも小さい、最も好ましくは約10ミクロンよりも小さい、そして約2nmよりも大きい、好ましくは、約10nmよりも大きい、更に好ましくは約20nmよりも大きい、最も好ましくは約50nmよりも大きい平均粒子寸法を有する。
本発明のコンポジット又は電気用積層板樹脂配合物のために有用な強化材には、例えば織布、マット、モノフィラメント、マルチフィラメント、一方向繊維、ロービング、ランダム繊維若しくはフィラメント、無機繊維若しくはホイスカー又は中空球の形態にある、天然繊維又は合成繊維を含む、当該技術分野で公知の任意の繊維状強化材が含まれてよい。他の適切な強化材には、炭素(グラファイト)、ホウ素、ガラス、セラミックス、ナイロン、レーヨン、綿、アラミド、グラファイト、ポリアルキレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル及びこれらの任意の組合せのような繊維が含まれてよい。
強化材のために適した同様の特性を有する面形状(aspect shaped)無機材料を使用することもできる。面形状無機材料には、無機クレー、例えばモンモリロナイト、フッ素雲母、ベーマイト等が含まれてよい。
本発明の硬化性電気用積層板又はコンポジット組成物のために有用な繊維状強化材の他の例には国際ガラススタイル(international glass style):1020、104、106、1065及び7628によって分類されるものが含まれてよい。
他の繊維状強化材は、例えば炭素/グラファイト;ホウ素;石英;酸化アルミニウム;種々のモジュラスのガラス、例えば「E」及び「S」及び炭化ケイ素又はチタンを含有する炭化ケイ素繊維を含む繊維であってよい。市販の繊維には、有機繊維、例えば、ケブラー(KEVLAR)(登録商標)(Dupontの商標);酸化アルミニウム含有繊維、例えば、NEXTEL(登録商標)(3Mの商標);炭化ケイ素繊維、例えば、NICALON(登録商標)(日本カーボンの商標)及びチタンを含有する炭化ケイ素繊維、例えば、TYRRANO(登録商標)(宇部の商標)が含まれてよい。
コンポジット又は電気用積層板組成物中の強化材の量は、強化材及び期待される最終製品の種類及び形態に依存して変化し得る。一般的に、本発明の熱硬化コンポジットは、組成物の合計重量基準で、約1重量%〜約90重量%、好ましくは約10重量%〜約80重量%、更に好ましくは約20重量%〜約70重量%の量で、繊維状強化材又は面形状無機材料からなっていてよい。
強化材又は繊維状強化材成分が繊維であるとき、これは、本発明の熱硬化性樹脂組成物中に、組成物の合計重量基準で、約10重量%〜約90重量%、好ましくは約20重量%〜約80重量%、更に好ましくは約30重量%〜約70重量%の量で存在していてよい。
繊維はサイジングされていてよく又はサイジングされていなくてよい。繊維がサイジングされるとき、繊維上のサイジングは、典型的には、100〜200nm厚さの層である。ガラス繊維が使用されるとき、サイジングは、例えばカップリング剤、滑剤、帯電防止剤又はこれらの組合せであってよい。
繊維強化材は、種々の形態を有することができ、連続状若しくは不連続状又はこれらの組合せであってよい。連続ストランドロービングを使用して、一方向コンポジット又はアングル−プライコンポジットを製作することができる。連続ストランドロービングは、また、異なった織組織、例えば平織、繻子、絽、千鳥綾織及び三次元を使用して、布帛又は布の中に織り込むことができる。連続繊維強化材の他の形態は、ひも、編み布帛並びに一方向テープ及び布帛によって例示される。
本発明のために適している不連続繊維には、ミルドファイバー、ホイスカー、チョップトファイバー及びチョップトファイバーマットが含まれてよい。強化材が不連続であるとき、これは、本発明の熱硬化性樹脂組成物中に、組成物の合計重量基準で、約10重量%〜約90重量%、好ましくは約20重量%〜約80重量%、更に好ましくは約30重量%〜約70重量%の量で存在していてよい。
適切な不連続強化材の例には、ミルドファイバー又はチョップトファイバー、例えばガラス繊維及びケイ酸カルシウム繊維が含まれる。不連続強化材の例は、ケイ酸カルシウムのミルドファイバー(ワラストナイト;NYAD G SPECIAL(登録商標)、Nycoの商標)である。
連続繊維と不連続繊維との組合せを、同じコンポジットの中に使用することができる。例えば織ロービングマットは織ロービングとチョップトストランドマットとの組合せであり、これは本明細書中に開示された態様において使用するために適している。
異なった種類の繊維を含んでなるハイブリッドを使用することもできる。例えば異なった種類の強化材の層を使用することができる。航空機内装において、例えば強化材には、繊維及びコア、例えばNOMEX(登録商標)(DuPontの商標)ハニカムコア又はポリウレタン若しくはポリ塩化ビニルから作られたフォームコアが含まれてよい。
本発明の熱硬化性電気用積層板コンポジット組成物は、更に、1種又はそれ以上の任意の追加成分、例えば触媒、難燃剤又は溶媒からなっていてよい。
本発明の熱硬化性組成物中で有用な任意の成分には、少なくとも1種の触媒が含まれる。本発明において使用される触媒は、少なくとも1種の熱硬化性樹脂の、単独重合を含む重合のために適合させることができる。その代わりに、本発明において使用される触媒は、少なくとも1種の熱硬化性樹脂と少なくとも1種の硬化剤との間の反応のために適合させることができる。
本発明の熱硬化性組成物中の任意の成分として有用な触媒は、この目的のために使用される当該技術分野で公知の任意の触媒であってよい。例えば、この触媒には、アミン、ホスフィン、複素環式窒素、アンモニウム、ホスホニウム、スルホニウム部分、これらの置換誘導体及びこれらの任意の組合せを含有する化合物が含まれてよい。本発明において有用な触媒の幾つかの非限定例には、例えばエチルトリフェニルホスホニウム、ベンジルトリメチルアンモニウムクロリド、米国特許第4,925,901号明細書(参照して本明細書に含める)に記載されている複素環式窒素含有触媒、イミダゾール、トリエチルアミン及びこれらの任意の組合せが含まれてよい。
本発明において有用な触媒の選択は限定されず、エポキシ系のために一般的に使用される触媒を使用することができる。また、触媒の添加は任意であり、製造されるシステムに依存する。触媒が使用されるとき、触媒の好ましい例には、第三級アミン、イミダゾール、有機ホスフィン及び酸塩が含まれる。
最も好ましい触媒には、第三級アミン、例えばトリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、2−メチルイミダゾール、ベンジルジメチルアミン、これらの混合物等が含まれる。アルキル置換イミダゾール、2,5−クロロ−4−エチルイミダゾール及びフェニル置換イミダゾール並びにこれらの任意の混合物が特に好ましい。
本発明のために適している触媒のなお更に好ましい態様は、例えば2−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、イミダゾール誘導体、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデク−7−エン(DBU)、2−メチルイミダゾール−エポキシ樹脂付加物、例えば、EPON(登録商標)P101(Hexion Specialty Chemicalsから入手可能)及びこれらの任意の組合せが含まれる。
一般的に、本発明の熱硬化性樹脂組成物中に存在する触媒の量は、最終使用用途に依存して変えることができる。使用される触媒の量は、幾つかの態様において、重量基準で、熱硬化性樹脂100部当たり、約0.1部から約20部まで変えることができる。他の態様において、触媒は、重量基準で、熱硬化性樹脂100部当たり、約1〜約15部の範囲内の量で使用することができ、更に他の態様において、触媒は、重量基準で、熱硬化性樹脂100部当たり、約2〜約10部の範囲内の量で使用することができる。与えられたシステムについて使用される触媒の特定の量は、所望の特性における最適値を開発するための実験を見出す単純な範囲により、実験的に決定することができる。
本発明の熱硬化性組成物中で有用な任意の成分には、少なくとも1種の連鎖延長剤が含まれる。本発明の組成物中の添加物として有用な任意の連鎖延長剤の例には、ジヒドロキシジフェニル−シクロアルカン、例えばビスフェノールシクロドデカノン、ビスフェノールA、ジシアンジアミド、フェノールノボラック、例えばビスフェノールAノボラック若しくはフェノールジシクロペンタジエンノボラック、臭素含有ビスフェノールA、例えばテトラブロモビスフェノールA(TBBA)、臭素含有ビスフェノールAノボラック、リン含有ビスフェノールAノボラック又はこれらの任意の組合せが含まれてよい。
一般的に、この組成物中に使用される追加の任意の連鎖延長剤は、組成物の合計重量基準で、約50重量%よりも少ない、好ましくは30重量%よりも少ない、更に好ましくは約25重量%よりも少ない量で存在していてよい。
本発明において使用するために適している難燃剤の例には、難燃性エポキシ樹脂、例えば臭素含有エポキシ樹脂又は「臭素非含有」エポキシ樹脂、例えばリン含有エポキシ樹脂が含まれてよい。
本発明の臭素含有エポキシ樹脂の例には、テトラブロモビスフェノールA、テトラブロモビスフェノールAのジグリシジルエーテル並びに他の臭素化エポキシ、例えばThe Dow Chemical Companyから、商標、D.E.R.560、D.E.R.542、D.E.R.592、D.E.R.593、D.E.R.530及びD.E.R.538で市販されているものが含まれてよい。本発明において使用される臭素を含有する好ましいエポキシ樹脂には、テトラブロモビスフェノールAのジグリシジルエーテル、例えばD.E.R.560が含まれる。
2種又はそれ以上の異なった臭素含有エポキシ樹脂を一緒にブレンドして、本発明の難燃剤エポキシ成分を作ることができる。エポキシ樹脂の臭素含有量は、臭素含有エポキシ樹脂の合計重量基準で、約5重量%〜約50重量%、好ましくは約10重量%〜約25重量%、更に好ましくは約18重量%〜約21重量%であってよい。
本発明において有用な難燃性エポキシ樹脂の他の例は、「臭素非含有」エポキシ樹脂、例えばリン含有エポキシ樹脂である。リン含有エポキシ樹脂の例には、ホスホン酸メチルジグリシジル、ホスホン酸エチルジグリシジル、ホスホン酸プロピルジグリシジル、ホスホン酸ブチルジグリシジル、ホスホン酸ビニルジグリシジル、ホスホン酸フェニルジグリシジル及びホスホン酸ビフェニルジグリシジル、リン酸メチルジグリシジル、リン酸エチルジグリシジル、リン酸n−プロピルジグリシジル、リン酸n−ブチルジグリシジル、リン酸イソブチルジグリシジル、リン酸アリルジグリシジル、リン酸フェニルジグリシジル、リン酸p−メトキシフェニルジグリシジル、リン酸p−エトキシフェニルジグリシジル、リン酸p−プロピルオキシフェニルジグリシジル、リン酸p−イソプロピルオキシフェニルジグリシジル、リン酸フェニルチオジグリシジル、リン酸トリグリシジル、リン酸トリス(グリシジルエチル)、リン酸p−グリシジル−フェニルエチルグリシジル、チオリン酸ベンジルジグリシジル及びこれらの組合せが含まれる。
リン含有エポキシ樹脂の更なる例は、米国特許第5,376,453号明細書、米国特許出願公開第2002/0119317A1号明細書、米国特許第6,403,220号明細書及びPCT公開第WO99/00451号明細書(これらの全てを参照して本明細書に含める)に記載されているものから選択することができる。
本発明において有用なリン含有エポキシ樹脂の他の例には、リン元素含有化合物、例えば9,10−ジヒドロ−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン−10オキシド、例えば、日本国のSankoから市販されている「Sanko−HCA」若しくはドイツ国のSchill-Seilacherから市販されている「Struktol Polydis PD3710」;10−(2’,5’−ジヒドロキシフェニル)−9,10−ジヒドロ−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン−10オキシド(例えば、「Sanko HCA−HQ」);ビス(4−ヒドロキシフェニル)ホスフィンオキシド;トリス(2−ヒドロキシフェニル)ホスフィンオキシド;ジメチル−1−ビス(4−ヒドロキシフェニル) 1−フェニルメチルフォナート(dimethyl-1-bis(4-hydroxyphenyl) 1-phenylmethylphonate);トリス(2−ヒドロキシ−4/5−メチルフェニル)ホスフィンオキシド、トリス(4−ヒドロキシフェニル)ホスフィンオキシド、ビス(2−ヒドロキシフェニル)フェニルホスフィンオキシド、ビス(2−ヒドロキシフェニル)フェニルホスフィナート、トリス(2−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)ホスフィンオキシド又はこれらの混合物のエポキシ化生成物を含むリン元素含有化合物をエポキシ化することによって得られるものが含まれてよい。リン元素含有化合物のエポキシ化は、一般的に、エピハロヒドリン、例えばエピクロロヒドリンによって実施される。
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、少なくとも1種又はそれ以上のリン含有エポキシ樹脂を含んでいてよい。2種又はそれ以上の異なったリン含有エポキシ樹脂を一緒にブレンドして、熱硬化性樹脂組成物中に難燃剤エポキシ成分を作ることができる。
エポキシ樹脂組成物中のリン含有量は、リン含有エポキシ樹脂の合計重量基準で、約0.05重量%〜約20重量%、好ましくは約1重量%〜約10重量%、更に好ましくは約0.2重量%〜約5重量%であってよい。
臭素含有エポキシ樹脂及びリン含有エポキシ樹脂は、単独で使用することができ又は一緒に混合することができ又は他の非難燃性エポキシ樹脂と組合わせることができる。非難燃性エポキシ樹脂は、臭素以外でハロゲン化されたエポキシ樹脂であってよい。非臭素ハロゲン化エポキシ樹脂は、例えば塩素含有エポキシ樹脂であってよい。非難燃性エポキシ樹脂は、また、非ハロゲン化エポキシ樹脂、例えばビスフェノールAのジグリシジルエーテルであってよい。ハロゲン化難燃剤が使用されるとき、ハロゲンは、約5重量%〜約25重量%、更に好ましくは10〜20重量%、最も好ましくは14〜20重量%存在する。
本発明の熱硬化性電気用積層板コンポジット組成物のために有用な溶媒の例には、グリコールエーテル、例えばThe Dow Chemical Companyから市販されているDowanol(登録商標)Pシリーズ、ケトン、例えばアセトン又はメチルエチルケトン(MEK)が含まれてよい。
一般的に、本発明の熱硬化性電気用積層板コンポジット組成物は、組成物の合計重量基準で、約5重量%〜約80重量%、好ましくは約10重量%〜約60重量%、更に好ましくは約20重量%〜約50重量%の量の溶媒成分からなっていてよい。
本発明の熱硬化性組成物には、熱硬化性樹脂システム、例えばエポキシ樹脂システム中に一般的に見出される任意の添加物及び充填剤が含有されていてよい。本発明の熱硬化性組成物には、それらの意図される用途のために有用である添加剤及び/又は充填剤が任意に含有されていてよい。この熱硬化性樹脂組成物中に使用される添加剤及び/又は充填剤の種類及び量は、熱硬化性樹脂組成物の意図される用途に依存するであろう。
例えば本発明の組成物において有用な任意の添加剤及び充填剤には、これらに限定されないが、シリカ、ガラス、タルク、金属粉末、二酸化チタン、湿潤剤、顔料、着色剤、離型剤、強化材、カップリング剤、脱ガス剤、難燃剤(例えば無機難燃剤、ハロゲン化難燃剤及び非ハロゲン化難燃剤、例えばリン含有物質)、イオンスカベンジャー、UV安定剤、柔軟剤、粘着付与剤、安定剤、界面活性剤、流れ調整剤、充填剤、顔料又は染料、光沢制御剤、酸化防止剤、マット剤、硬化開始剤、硬化抑制剤、熱可塑性樹脂、加工助剤、UVブロッキング化合物、蛍光化合物、UV安定剤、不活性充填剤、繊維状強化材、酸化防止剤、熱可塑性樹脂粒子を含む耐衝撃性改良材及びこれらの混合物が含まれてよい。添加剤及び充填剤には、また、とりわけ、ヒュームドシリカ、骨材、例えばガラスビーズ、ポリテトラフルオロエチレン、ポリオール樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、グラファイト、二硫化モリブデン、研磨顔料、粘度低下剤、窒化ホウ素、雲母、核生成剤及び安定剤が含まれてよい。充填剤及び変性剤は、熱硬化性樹脂組成物に添加する前に、水分を追い出すために予熱することができる。更に、これらの任意の添加剤は、硬化の前及び/又は後に、組成物の特性に影響を有し得、組成物及び所望の反応生成物を配合するとき考慮に入れなくてはならない。上記のリストは例示であることが意図され、限定であるとは意図されない。本発明の配合物のための好ましい添加剤は、当業者によって最適化することができる。
好ましくは、本発明において使用される添加剤には、触媒、共触媒、促進剤並びに任意に他の用途特異的添加剤、例えば難燃剤、湿潤剤、脱泡剤、接着促進剤、充填剤、顔料、染料、安定剤、UV吸収剤及び強化材が含まれる。当該技術分野で公知のように、他の熱硬化モノマー、例えば他のエポキシド、シアネート、マレイミド、トリアジン及びベンゾオキサジン並びに他のオリゴマー又はポリマー、例えば、ポリ(フェニレンオキシド)を添加することが可能である。
追加の添加剤の濃度は、全組成物の重量基準で、一般的に約0重量%〜約50重量%、好ましくは約0.01重量%〜約20重量%、更に好ましくは約0.05重量%〜約15重量%、最も好ましくは約0.1重量%〜約10重量%である。約0.01重量%よりも下では、添加剤は、得られる熱硬化生成物に、如何なる更なる顕著な利点も与えず、約20重量%よりも上では、これらの添加物によってもたらされる特性改良は、比較的に一定のままである。
幾つかの態様において、硬化性組成物には、約0.1〜約50体積%の任意の添加物が含有されていてよい。他の態様において、硬化性組成物には、約0.1〜約5体積%の任意の添加剤が含有されていてよく、更に他の態様において、約0.5〜約2.5体積%の任意の添加剤が含有されていてよい。
本明細書中に開示された本発明の硬化性組成物は、(I)少なくとも1種の熱硬化性樹脂組成物、(II)少なくとも1種の硬化剤及び(III)少なくとも1種の強化材を含み、ここで、コンポジット又は電気用積層板は、下記の特性、即ち、a)少なくとも約150℃のTg及びb)約0.5重量%よりも少ない水吸収量を有する。幾つかの態様において、本明細書中に開示された硬化性組成物は、更に、前記開示されたような充填剤、難燃剤、触媒、溶媒又は他の添加剤を含有することができる。
一般的に、硬化性組成物は、上記の成分を、段階的に又は同時に、硬化性組成物を形成するために所望の量で混合することによって形成することができる。本発明の配合物又は組成物の成分を混合して、本発明の硬化性組成物を用意し、本発明の最終硬化性配合物を一般的な加工条件下で硬化させて、熱硬化物を形成することができる。
繊維強化コンポジットは、例えばホットメルトプリプレグ形成によって形成することができる。プリプレグ形成方法は、連続繊維のバンド又は布帛を、溶融状態にある本明細書中に記載したような熱硬化性樹脂組成物によって含浸させてプリプレグを得、これを堆積し、硬化させて、繊維及び熱硬化樹脂のコンポジットをもたらすことによって特徴付けられる。
本明細書中に開示された熱硬化性樹脂組成物を含有するコンポジットを形成するために、他の加工技術を使用することができる。例えばフィラメント巻き付け、溶媒プリプレグ形成及び引抜成形が典型的な加工技術であり、これらでは未硬化の熱硬化性樹脂を使用することができる。更に、束の形状にある繊維を、未硬化の熱硬化性樹脂組成物によって被覆し、フィラメント巻き付けによって堆積し、硬化させて、コンポジットを形成することができる。
幾つかの態様において、コンポジットは、本明細書中に開示された硬化性熱硬化性樹脂組成物を硬化させることによって形成することができる。他の態様において、コンポジットは、熱硬化性樹脂組成物を、例えば強化材に含浸させるか又は塗布することにより、強化材に適用し、次いで、硬化性熱硬化性樹脂組成物を硬化させることによって形成することができる。
本明細書中に開示された熱硬化性樹脂組成物の硬化は、通常、使用される熱硬化性樹脂、使用される硬化剤及び使用される場合触媒に依存して、少なくとも約30℃で約250℃以下の温度を、数分間〜数時間の期間を必要とする。他の態様において、硬化は、少なくとも100℃の温度で、数分間〜数時間の期間で起こり得る。同様に後処理を使用することができ、このような後処理は、通常、約100〜約200℃の温度で行われる。
本発明の一つの態様に従って、本明細書中に開示された本発明の熱硬化性組成物、即ち、硬化性組成物は、例えばプリント回路基板(PWB)のための電気用積層板を製造するために有用であろう。一つの態様において、電気用積層板コンポジット組成物は、(I)少なくとも1種の熱硬化性組成物、(II)少なくとも1種の硬化剤、(III)少なくとも1種の、成分(I)とは異なる熱硬化性組成物、(IV)少なくとも1種の充填剤及び/又は(V)少なくとも1種の高強度繊維状強化材を含む。
高いガラス転移温度(Tg)を有する従来の熱硬化性樹脂材料を使用するPWB製造の一つの共通の問題点は、高Tg熱硬化樹脂材料が、低い靱性を有する傾向があり、この低い靱性が、製造の間に脆性破壊を起こす、例えばPWB内にきれいな穴を作ることができないことである。しかしながら、本発明の熱硬化性組成物から製造された得られる熱硬化樹脂製品は、より高い靱性を有し、従って、PWBのような電気用積層板用途のための改良された孔あけ性能をもたらす。
一般的に、電子工業で、特にプリント回路基板のために使用するための積層板は、強化材をポリマーマトリックス、例えば本発明の熱硬化性樹脂組成物によって含浸させ、続いて、ポリマーマトリックスを全体的又は部分的に硬化させることによって製造される。
例えば、熱硬化性組成物の硬化反応は、一般的に約50℃〜約250℃、好ましくは約80℃〜約200℃、更に好ましくは約100℃〜約200℃の温度で実施される。熱硬化性樹脂組成物を硬化させる時間は、数分間から数時間以下の範囲であり得る予定された時間であってよく、一般的に、反応時間は、約5分間よりも長く約24時間よりも短く、好ましくは約30分間〜約6時間、更に好ましくは約30分間〜約3時間である。熱硬化性樹脂の硬化条件は、また、使用される成分、組成物に添加される任意の任意成分、例えば、使用される場合に触媒に依存し得る。他の態様において、硬化は、第一の温度で起こり、続いて第二の温度又は後処理で起こり得、このような後処理は、通常、100℃よりも高い温度、好ましくは約100℃〜200℃である。
幾つかの態様において、硬化は、制御されない発熱を防止するために、段階化又は「B段階化」することができる。典型的には「B段階化」として参照される段階化には、ある温度で一定時間硬化させ、続いて、より高い温度で一定時間硬化させることが含まれる。B段階化硬化には、2個又はそれ以上の段階が含まれてよく、ある態様において約180℃よりも低い温度で開始することができ、他の態様において約150℃よりも低い温度で開始することができる。部分的に硬化された樹脂で含浸された強化材は、通常、本明細書において、「プリプレグ」として参照される。プリプレグからプリント回路基板を製造するために、1個又はそれ以上のプリプレグの層が、例えば1個又はそれ以上の金属材料、例えば銅の層と共に積層される。
熱硬化樹脂は、前記のような本発明の硬化性熱硬化性樹脂組成物を硬化させることによって形成することができる。本発明の得られる熱硬化樹脂は、充填剤、繊維状強化材、面形状無機材料及び/又は他の添加剤を含む熱硬化又は熱硬化ネットワーク構造体からなっていてよい。本明細書中に使用される用語「熱硬化構造体」又は「熱硬化ネットワーク構造体」は、完全に硬化し、架橋した熱硬化樹脂構造体を指す。
本発明の得られるコンポジット又は電気用積層板は、優れた熱−機械特性、例えば高い熱安定性を維持しながら良好な靱性及び機械的強度を示す。
本発明において、従来のフェノール性硬化剤及び/又は連鎖延長剤に対して比較したとき、本発明のジヒドロキシジフェニル−シクロアルカン化合物が、本発明の熱硬化樹脂に、幾つかの改良された特性を与えることが見出された。例えば従来の熱硬化樹脂に対して比較して、本発明のジヒドロキシジフェニル−シクロアルカン化合物を含有する本発明の熱硬化樹脂は、それの他の特性、例えば高い温度安定性及び高い架橋密度を維持しながら、下記の改良された特性、即ち、
(1)低い架橋密度を有し、従って比較的強靱である二官能性樹脂をベースにして、改良された機械的特性、例えば改良された靱性;
(2)改良された熱特性、例えばジシアンジアミドによって硬化させたとき、約150℃よりも高い、好ましくは約170℃よりも高い、更に好ましくは約190℃よりも高い、より高いガラス転移温度;
(3)より高い耐湿特性(高い防湿性又は換言すると、低い水吸収);
(4)より低い誘電定数/誘電正接(Dk/Df)特性及び
(5)約150mPa-sよりも低い、好ましくは約120mPa-sよりも低い低粘度を示すエポキシ樹脂をベースにする、
を有する。
本発明をいずれか一つの理論に制限することなく、ジヒドロキシジフェニル−シクロアルカン構造中のビスフェノール基の間のアルキル環の付加が、立体障害によってビスフェノール基の回転を減少させることができ、結果として、ジヒドロキシジフェニル−シクロアルカン化合物構造の存在が、アルキル環を有しないビスフェノール誘導体からなる従来の樹脂に対して比較して、ホスト樹脂のガラス転移温度(Tg)を上昇させることが理論化される。
本発明のジヒドロキシジフェニル−シクロアルカン化合物を含むホスト樹脂のガラス転移温度の上昇は、硬化剤、樹脂及び樹脂を硬化させる際に使用される触媒の種類並びに硬化条件のような要因に依存して、一般的に約10℃〜約100℃又はそれ以上の範囲内にある。ジヒドロキシジフェニル−シクロアルカン化合物を含むホスト樹脂のヤング率は、また、アルキル環を有しないビスフェノール誘導体を含む樹脂に対して比較して、より低いことも見出された。従って、本発明の組成物は、より高いTgを示す。ジヒドロキシジフェニル−シクロアルカン化合物中のビスフェノール基の間のアルキル環の付加が、より高い立体障害のために架橋密度を低下させ、従って、熱硬化性樹脂、例えばエポキシ樹脂に改良された靱性を与えることが理論化される。
下記の実施例及び比較例は、更に、本発明を詳細に例示するが、本発明の範囲を限定すると解釈されるべきではない。
下記の実施例において使用される種々の用語及び名称を、ここで下記のように説明する。D.E.R.(登録商標)330は、The Dow Chemical Companyから入手可能な、177g/eq〜189g/eqのエポキシ当量重量(EEW)を有する、ビスフェノールAのジグリシジルエーテルである。D.E.R.(登録商標)560は、The Dow Chemical Companyによって供給された、約455g/eqのEEWを有する、テトラブロモビスフェノールAのジグリシジルエーテルである。Dowanol(登録商標)PMは、The Dow Chemical Companyによって供給された、プロピレングリコールメチルエーテルを含有する溶媒である。Plenco13943は、Plastics Engineering Co.から入手可能な、フェノールノボラックエポキシ樹脂である。「Al触媒」は、Alfa Aesarから入手可能な、エチルトリフェニルホスホニウムアシッドアセテート(ethyltriphenylphosphonium acid acetate)から製造された触媒である。EPON(登録商標)P101は、Hexion Chemicalから入手可能な触媒である。「dicy」は、ジシアンジアミドを表す。「DMA」は、動的機械的分析を表す。「DSC」は、示差走査熱量測定を表す。「EEW」は、エポキシ当量重量を表す。「HEW」は、ヒドロキシル当量重量を表す。「2−MI」は、2−メチル−イミダゾールを表す。添字「A80」は、80重量%固体濃度を有するアセトン溶液を意味する。「TBBA」は、The Dow Chemical Companyによって供給された、テトラブロモビスフェノールA(これは、272の当量重量を有する)を表す。XZ92747は、Kolon Chemicalから(韓国から)KBE F4113として市販されている、約21重量%のビスフェノールA含有量を有するビスフェノールAノボラック硬化剤である。XZ92755は、Kolon Chemicalから(韓国から)市販されている、約17重量%のより低いビスフェノールA含有量を有する、KBE F4127をベースにするビスフェノールAノボラック硬化剤である。Herinol KBE F4127は、Kolon Chemicalから(韓国から)市販されている、約17重量%のより低いビスフェノールA含有量を有するKBE F4127をベースにするビスフェノールAノボラック硬化剤である。
下記の標準的分析技術及び方法を、実施例において使用する。
EEWは、氷酢酸中のテトラエチルアンモニウムブロミドの存在下での、0.1M過塩素酸による、エポキシ樹脂サンプル(約0.4mg)の比色滴定によって測定した。ASTM D1652方法に従って、指示薬としてクリスタルバイオレットを使用した。
ガラス転移温度(Tg)は、示差走査熱量測定(DSC)により、20℃/分の加熱勾配で50℃から220℃まで測定した。
樹脂溶液の反応性は、樹脂溶液のサンプルを、170℃のホットプレートの表面上に置くことによって測定した。樹脂溶液の反応性測定値は、170℃でゲル化のために必要な秒での経過時間(「ゲル時間」)として報告する。
軟化点は、Mettler FP80により、室温(約25℃)から200℃まで3℃/分の加熱勾配で決定した。
熱重量分析(TGA)を、分解温度Tdを測定するために使用した。TGAは、TA Instrumentsからの熱重量分析計TGA2950(これに自動サンプリングデバイスを取り付け、これをパーソナルコンピュータに接続する)を使用することによって実施した。TGA分析計は、窒素雰囲気下で操作した。分解温度Tdは、10℃/分の加熱勾配で50℃から700℃まで、IPC−TM−650−2.3.40に従って測定した。Tdは、パーセント重量損失(他の方法で記載した場合を除く、即ち、1%、2%、5%又は10%重量損失)で決定した。典型的な実験誤差は±1℃であった。
実施例1
ビスフェノールシクロドデカノンとD.E.R.(登録商標)330とのアドバンスト反応
ビスフェノールシクロドデカノンの66.8グラム(g)サンプル(189.8ミリモル)を、500mLのガラス反応器内で、133.1gのD.E.R.(登録商標)330(371.8ミリモル)中に、140℃で溶解させて、混合物を形成させた。この混合物を80℃まで冷却し、次いで100mgのAl触媒溶液(メタノール中70%固体)をこの混合物に添加し、ビスフェノールシクロドデカノンとD.E.R.(登録商標)330との反応を開始させた。アドバンスト反応を150℃で実施して、アドバンスト樹脂Aを形成させた。1時間後に、このアドバンスト樹脂Aを、滴定によってキャラクタリゼーションした。滴定から得られたアドバンスト樹脂AのEEWは、520g/eq(EEW理論=551g/eq)であった。アドバンスト樹脂AのTgは、10℃/分の加熱勾配でDSCによって測定した。Tgは54℃であった。
比較例A
ビスフェノールAの52.5gサンプル(230.3ミリモル)を、500mLのガラス反応器内で、147.4gのD.E.R.(登録商標)330(411.7ミリモル)中に、140℃で溶解させた。この混合物を80℃まで冷却し、次いで100mgのAl触媒溶液(メタノール中70%固体)をこの混合物に添加し、ビスフェノールAとD.E.R.(登録商標)330とのアドバンスメント反応を開始させた。この反応を150℃で実施して、比較アドバンスト樹脂Aを形成させた。1時間後に、この比較アドバンスト樹脂Aを、滴定によってキャラクタリゼーションした。滴定から得られた比較アドバンスト樹脂AのEEWは、569g/eq(EEW理論=552g/eq)であった。比較アドバンスト樹脂AのTgは、10℃/分の加熱勾配でDSCによって測定した。Tgは49℃であった。
アドバンストビスフェノールシクロドデカノン樹脂(実施例1)は、アドバンストビスフェノールA樹脂(比較例A)よりも高い樹脂Tgを有する。樹脂についてのより高いTgは、樹脂の貯蔵安定性のために有利であろう。
実施例2
ビスフェノールシクロドデカノンとD.E.R.(登録商標)330とのアドバンスト樹脂の硬化
上記実施例1から得られたアドバンスト樹脂A(EEW=520g/eq)の20.0gサンプルを、0.48gのdicy及び0.25gのEPON(登録商標)P101と混合した。この混合物を、200℃で2時間硬化させて、硬化樹脂Aを形成させた。硬化樹脂AのTgを、DSCによって10℃/分の加熱勾配で測定した。硬化樹脂AのTgは141℃であった。
比較例B
上記比較例Aから得られたアドバンスト樹脂B(EEW=569g/eq)の20.0gサンプルを、0.45gのdicy(EEW=14g/eq)及び0.26gのEPON P101と混合した。
この混合物を、200℃で2時間硬化させて、硬化樹脂Bを形成させた。硬化樹脂BのTgを、DSCによって10℃/分の加熱勾配で測定した。硬化樹脂BのTgは115℃であった。
実施例2の硬化樹脂及び比較例Bの硬化樹脂は、硬化樹脂A(アドバンストビスフェノールシクロドデカノン樹脂、実施例2)及び硬化樹脂B(アドバンストビスフェノールA樹脂、比較例B)について同様のEEWでTgを示す。ビスフェノールシクロドデカノンの使用は、硬化樹脂Aが、26℃の硬化樹脂Bを越えて上昇したTgを有することを示している。
実施例3及び比較例C
2種の樹脂(樹脂C及び比較樹脂C)の靱性を、DMAによって測定した。樹脂Cからなる実施例2の硬化樹脂は、実施例1における手順を使用して製造されたアドバンストビスフェノールシクロドデカノン樹脂である。樹脂Cを、実施例2における手順を使用してPlenco13943によって硬化させた。この硬化樹脂を本明細書において「硬化樹脂C」(実施例3)として参照する。
比較樹脂Cは、従来のビスフェノールA、DER330である。比較樹脂Cを、比較例Bの手順を使用してPlenco13943によって硬化させた[本明細書において、「比較硬化樹脂C」(比較例C)]。
硬化樹脂C及び比較硬化樹脂Cは、約130℃で同様のガラス転移温度(Tg)を有する。上記の2種の樹脂の靱性は、樹脂が同様のガラス転移温度(Tg)を有するので比較することができる。
靱性は、ヤング率(E’)における低下として定義することができる。この2種の樹脂は、約130℃でのガラス転移の結果として、より低い剛性(弾性率低下)を得る。硬化樹脂Cのヤング率(E’)は、130℃のTgの前の約5×10Paから、130℃のTgの後の約3×10Paまで低下する。
ゴムモジュラス(rubber modulus)範囲(Tgが130℃に到達した後)内の硬化樹脂Cのヤング率(E’)は、同じゴムモジュラス範囲内で、比較硬化樹脂Cのものよりも低いヤング率(E’)(改良された靱性)を有する。従って、硬化樹脂Cは、ビスフェノールシクロドデカノンを使用することによって、従来のビスフェノールAを使用する比較硬化樹脂Cを超えた改良された靱性を有する。
本発明の実施例の結果は、ジヒドロキシジフェニル−シクロアルカン化合物のジグリシジルエーテルを含んでなるエポキシ樹脂が、従来のエポキシ樹脂、例えばビスフェノールAをベースにするものよりも高い樹脂ガラス転移温度(樹脂Tg)を有することを示している(実施例1及び比較例Aを参照)。本発明の硬化エポキシ樹脂は、従来のビスフェノールAをベースにするエポキシ樹脂からなるエポキシ樹脂よりも高い硬化ガラス転移温度(硬化Tg)を示す(実施例2及び比較例Bを参照)。本発明の硬化エポキシ樹脂は、また、フェノール系硬化剤によって硬化された従来のエポキシ樹脂に対して比較して、改良された機械的特性、例えば靱性を有し、従って、本発明のエポキシ樹脂は、改良された耐衝撃性を有する(実施例3及び比較例Cを参照)。
実施例4
アドバンストビスフェノールシクロドデカノン樹脂から製造された積層板
パートA.D.E.R.(登録商標)330を含有するアドバンストビスフェノールシクロドデカノン
ビスフェノールシクロドデカノンの99.88gサンプル(0.57モル)を、500mLのガラス反応器内で、399.88gのD.E.R.(登録商標)330(2.22モル)中に、140℃で溶解させて、混合物を形成させた。この混合物を80℃まで冷却し、次いで231mgのAl触媒溶液(メタノール中70%固体)をこの混合物に添加した。Al触媒溶液を含有する得られる混合物を、約150℃まで加熱した。ビスフェノールシクロドデカノンとD.E.R.(登録商標)330とのアドバンスト反応を150℃で約1時間実施して、アドバンスト樹脂Eを形成させた。
滴定によって測定されたアドバンスト樹脂EのEEWは、297g/eq(EEW理論は302g/eqである)であった。DSCによって測定されたアドバンスト樹脂EのTgは、13℃であった。
75.0gの上記の反応から得られたアドバンスト樹脂E(EEW=297g/eq)及び29.5gのHerinol KBE F4127(HEW=117)を、75.0gのDowanol(登録商標)PM中に溶解させて、樹脂Fを形成させた。樹脂Fの反応性(即ち、秒でのゲル時間)を、400mgの2−MI溶液(Dowanol(登録商標)PM中20%固体)を添加することによって、280秒に調節した。
パートB.プリプレグ及び積層板
47重量%の上記パートAで製造した樹脂F(溶媒無しで計算した、即ち、100%固体含有量)を53重量%のstyle7628ガラスクロス(Porcher731仕上)の上にコーティングすることによって、プリプレグを製造した。樹脂F中の溶媒(Dowanol(登録商標)PM)を、温度を約165℃に設定したオーブン内で、約5分間蒸発させて、プリプレグを形成させた。
上記製造したプリプレグを使用して、下記のようにして如何なる更なる修正も無しに積層板を製造した。8枚のプリプレグのシート(それぞれ20cm×20cm)を、約0.7バールの圧力を有するフロープレス内で、約190℃で1時間プレスして、積層板を形成させた。
実施例5
臭素化したアドバンストビスフェノールシクロドデカノン樹脂
150g(100%固体含有量基準)のビスフェノールシクロドデカノン、150gのD.E.R.(登録商標)560(58.8%のBrで100%固体含有量基準)及び200gのDowanol(登録商標)PM溶媒を、反応器の中に装入した。この混合物を60℃まで加温して、ビスフェノールシクロドデカノン及びD.E.R.(登録商標)560をDowanol(登録商標)PM溶媒中に溶解させた。次いで、この混合物を、この混合物に添加した0.643グラムのAl触媒溶液(メタノール中70%固体)と共に、100℃まで加熱した。この混合物を、Dowanol(登録商標)PM溶媒が還流で沸騰し始める(137℃)まで連続的に加熱した。ビスフェノールシクロドデカノンとD.E.R.(登録商標)560とのアドバンスト反応を、137℃で約150分間行って、臭素化アドバンスト樹脂Gを形成させた。臭素化アドバンスト樹脂Gを、室温にまで冷却させた。
臭素化アドバンスト樹脂GのEEW及びTgを、前記の方法に従って測定した。その結果を下記の通り列挙する。EEWは297g/eq(EEW理論は302g/eqである)であり、Tgは13℃であった。
臭素化アドバンスト樹脂Gを使用して、The Dow Chemical Companyから入手可能な、硬化剤、XZ92747及びXZ92755と共に樹脂配合物を形成させた。
約59.95重量%の上記の反応から得られた臭素化アドバンスト樹脂G並びに33.29重量%のXZ92747及び6.63重量%のXZ92755を、0.13重量%の2−MI溶液(Dowanol(登録商標)PM中20%固体)中に溶解させて、樹脂配合物を形成させた。
この樹脂配合物の反応性を、3回測定して、249秒の平均結果であった。Tgを、DSC(フィルム)によって、20℃/分で50℃から220℃まで2回走査することにより測定して、120℃の平均結果であった。この樹脂配合物を、続いて、ホットプレート上で、170℃で10分間及び190℃で90分間硬化させて、硬化臭素化アドバンストビスフェノールシクロドデカノン樹脂生成物を形成させた。
実施例6
エポキシ化ビスフェノールシクロドデカノン(ビスフェノールシクロドデカノン変性エポキシ樹脂)の形成
下記の手順に従って、ビスフェノールシクロドデカノンをエピクロロヒドリンと、7.5:1の比(エピクロロヒドリン対ヒドロキシル(−OH)当量)で反応させることによって、ビスフェノールシクロドデカノンのエポキシ化を行った。
サーモスタット制御加熱マントルを取り付けた2リットルの三つ口丸底ガラス反応器に、ビスフェノールシクロドデカノン(176g、1.0ヒドロキシル当量)、エピクロロヒドリン(694g、7.5モル)及びイソプロパノール(373g、使用したエピクロロヒドリンの35重量%)を装入した。この反応器を、実験の間50℃で維持した。この反応器に、更に、凝縮器(−15℃に維持)、温度計、クライゼンアダプター、オーバーヘッド窒素入口(1LPM Nを使用)及び攪拌機アセンブリ(PTFEパドル、ガラス軸、可変速モーター)を取り付けた。初期水酸化ナトリウム溶液(水中20%、180g)を、サイドアーム排気添加漏斗から、20〜30分間かけて添加した。得られた混合物を攪拌して、エピクロロヒドリン及びイソプロパノール中のビスフェノールシクロドデカノンのスラリーを得た。
20分間の後反応の後に、攪拌を停止した。水層及び有機層が形成された。この混合物から水層を除去した。有機層の加熱及び攪拌を、50℃まで再開した。水酸化ナトリウムの第二部分(水中20%、80g)の滴下による添加を、温度を50℃で維持しながら、20分間かけて完結した。
同様に、20分間の後反応の後に、攪拌を停止し、水層及び有機層が形成された。この混合物から水層を除去した。有機層を、脱イオン水の3〜4個の部分(それぞれ250ミリリットル)で、有機層の7のpHが達成されるまで洗浄した。75℃の最高油浴温度を使用する有機層のロータリー蒸発を使用して、有機層中に存在する揮発物質の大半を除去した。125℃で2〜3時間(16ミリバール)の更なるロータリー蒸発によって、透明で無色の液体であったエポキシ化ビスフェノールシクロドデカノン230gが得られた。得られた液体は、室温(約25℃)で脆い固体に固化した。
実施例7
エポキシ化ビスフェノールシクロドデカノンとTBBAとのアドバンスト反応によって形成されたアドバンスト臭素化エポキシ樹脂
上記実施例6から得られたエポキシ化ビスフェノールシクロドデカノン生成物(EEW 236g/eq)の7.63gサンプル及び4.52gのTBBA(EEW 272g/eq、Br58.8%)を、ホットプレート上のアルミニウムカップ内で溶融させて、均一混合物を得た。約0.0049gのAl触媒を、この均一混合物に添加した。エポキシ化ビスフェノールシクロドデカノン生成物とTBBAとのアドバンスト反応を、120℃で1時間行って、アドバンスト樹脂を形成させた。次いで、このアドバンスト樹脂を2.98gのアセトン(アセトン中80%固体)中にdicyと共に溶解させて、樹脂混合物を形成させた。この樹脂混合物をホットプレート上で170℃で10分間及び190℃で90分間硬化させて、アドバンスト臭素化エポキシ樹脂生成物を形成させた。
このアドバンスト臭素化エポキシ樹脂の反応性を、3回測定した。この樹脂は、205秒の平均反応性を有していた。この樹脂のTgを、DSC(フィルム)によって測定した。このフィルムを、20℃/分で50℃から220℃まで2回走査した。この樹脂は、168.3℃の平均Tgを有していた。この臭素化エポキシ樹脂のフィルム分解温度(Td)を、前記の手順に従ってTGAによって測定した。Td測定の結果を、下記の表Iに示す。
Figure 0005922582
実施例8及び比較例D
パートA.プリプレグ手順
ガラスウェブ(Porcherスタイル Nr.7628/36アミンシラン仕上)にワニス混合物を含浸させることによって、プリプレグを製造した。一方のワニス混合物(実施例8)は、実施例7のアドバンスト臭素化樹脂から製造し、他方のワニス混合物(比較例D)は、TBBAでアドバンスした従来のエポキシ化ビスフェノールAから製造した。プリプレグは、長さが3メートルのCaratschパイロットトリーターを使用して形成した。「ハンドレイアップ」は、ワニスをガラスウェブの上に注ぐことによって製造した。ワニスをガラスウェブ全体に広げ、その後、ガラスウェブをトリーターローラーに通過させた。次いで、樹脂含浸ウェブをトリーターに通過させ、175〜180℃の温度で加熱して、得られるプリプレグを形成させた。
パートB.積層板手順
上記パートAからのプリプレグ8層並びに頂及び底に銅箔を使用して、積層板を製造した。8層を20N/cmで、3°K/分の加熱勾配で室温から190℃までプレスし、そして90分間保持した。
下記の表IIは、TBBAでアドバンスした従来のエポキシ化ビスフェノールAから製造した積層板(比較例D)及びTBBAでアドバンスした実施例7のエポキシ化ビスフェノールシクロドデカノン生成物から製造した積層板(実施例8)の比較を示す。
Figure 0005922582
実施例9
エポキシ化ビスフェノールシクロドデカノンの合成
サーモスタット制御加熱マントルを取り付けた2リットルの三つ口丸底ガラス反応器に、ビスフェノールシクロドデカノン(約176g、1.0ヒドロキシル当量)、エピクロロヒドリン(約694g、7.5モル)及びイソプロパノール(約373g、使用したエピクロロヒドリンの35重量%)を装入した。この反応器に、更に、凝縮器(−15℃に維持)、温度計、クライゼンアダプター、オーバーヘッド窒素入口(1LPM Nを使用)及び攪拌機アセンブリ(テフロン(登録商標)パドル、ガラス軸、可変速モーター)を取り付けた。50℃で溶解した後、水酸化ナトリウムの溶液(水中20%、180g)を、サイドアーム排気添加漏斗から、20〜30分間かけて添加した。攪拌を開始して、エピクロロヒドリン及びイソプロパノール中のビスフェノールシクロドデカノンのスラリーを得た。この反応の間、温度を50℃で維持した。20分間の後反応の後に、攪拌を停止し、水層を有機層から除去した。
有機層の加熱及び攪拌を、50℃まで再開した。水酸化ナトリウムの第二部分(水中20%、80g)の滴下による添加を、温度を50℃で維持しながら、20分間かけて完結した。20分間の後反応の後に、攪拌を停止し、水層を有機層生成物から除去した。次いで、有機層を、脱イオン水の3〜4個の部分(それぞれ250ミリリットル)で、有機層の7のpHが達成されるまで洗浄した。
75℃の油浴温度を使用する有機層のロータリー蒸発を使用して、揮発物質の大半を除去した。125℃で2〜3時間(16ミリバール)の更なるロータリー蒸発によって、透明で無色の液体約225〜235gが得られ、これは、室温(約25℃)で脆い固体に固化した。得られた樹脂は、ビスフェノールシクロドデカノンのジグリシジルエーテル(ここでは「eCDON」)であり、表IIIに示すような下記の特性を有していた。
Figure 0005922582
実施例10
dicyによるeCDONの硬化
eCDONのサンプル(4.62g)、dicy(0.34g)及び2−フェニルイミダゾール(0.038g)を、極低温粉砕によって混合した。この手順には、固体を、ねじ込み末端を有するステンレススチールシリンダーに添加すること、金属球を添加すること、内容物を液体窒素中で冷却すること及びアセンブリーを10分間振盪することが含まれる。このシリンダーを窒素パージバッグの中に入れ、室温にまで暖めた。この粉末の一部をアルミニウムパンの中に入れ、真空オーブン内で190℃で90分間加熱して、透明な注型品を形成させた。DSCによって、202℃のTgが観察された。この注型品を、4個の片に切断し、それぞれを秤量し、全部を、スチームオートクレーブの中に121℃で90分間置いた。それぞれの片の重量増分を、パーセントで表し、4個の値を平均して、2.3重量%の値を得た。
比較例E
dicyによるD.E.R.(登録商標)331の硬化
D.E.R.(登録商標)331(ビスフェノールAジグリシジルエーテル、4.51g)、dicy(0.44g)及び2−フェニルイミダゾール(0.05g)を使用して、実施例10に記載された実験を繰り返した。DSCによって139℃のTgが観察され、水吸収は3.9重量%であった。
以下に、本発明の関連態様を記載する。
態様1.(I)少なくとも1種の熱硬化性樹脂組成物、(II)少なくとも1種の硬化剤及び(III)少なくとも1種の強化材を含んでなり、Tgが少なくとも約150℃であり、150℃で200mPa-sよりも低い粘度を有する二官能性エポキシ樹脂から製造され、エポキシ当量重量が190g/当量よりも大きい、コンポジット及び電気用積層板用硬化性樹脂組成物。
態様2.前記強化材が高強度フィラメント又は繊維を含んでなる態様1に記載の組成物。
態様3.前記熱硬化性樹脂組成物が下記一般式I:
Figure 0005922582
(式中、Rは水素又はメチル基であり、R及びRは、互いから独立に、それぞれ、水素原子、ハロゲン、置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアリール基、置換若しくは非置換のアラルキル基、ニトリル基、ニトロ基又は置換若しくは非置換のアルコキシ基を表し、XはCH、CH(R)又はC(R)(R)であり、mは8と20との間の整数であり、Rは水素又はメチル基であり、R及びRは、互いから独立に、それぞれ、水素原子、ハロゲン、置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアリール基又は置換若しくは非置換のアラルキル基を表し、そしてnは0〜約10の値を有する整数である)
によって表されるエポキシ樹脂を含んでなる態様1に記載の組成物。
態様4.前記熱硬化性樹脂組成物が下記一般式II:
Figure 0005922582
(式中、R、R、R、R、R、X及びmは式Iにおいて定義した通りであり、yは1〜約20の値を有する整数であり、Qはヒドロカルビレン部分であり、そしてそれぞれのZは、独立に、O、S、−NR(式中、Rはヒドロカルビル部分である)からなる群から選択される)
によって表されるアドバンストエポキシ樹脂組成物を含んでなる態様1に記載の組成物。
態様5.前記熱硬化性樹脂組成物が下記一般式III:
Figure 0005922582
(式中、R、R、R、R、X、m、R、R、R、Q、Z及びpは、式IIにおいて定義した通りであり、yは0〜約20の値を有する整数であり、そしてZはZ−Hである)
によって表されるアドバンスト活性水素官能性樹脂組成物を含んでなる態様1に記載の組成物。
態様6.成分(I)とは異なる少なくとも1種の熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂、イソシアネート樹脂、(メタ)アクリル樹脂、フェノール樹脂、ビニル樹脂、スチレン系樹脂、ポリエステル樹脂及びこれらの混合物から選択される樹脂を含んでなる態様1に記載の組成物。
態様7.少なくとも1種の熱硬化性樹脂成分(I)の濃度が、組成物の合計重量基準で、約10重量%〜約99重量%の熱硬化性樹脂を含んでなる態様1に記載の組成物。
態様8.(IV)式Iとは異なるエポキシ樹脂、(V)充填剤、(VI)難燃剤、(VII)触媒及び(VIII)溶媒の少なくとも1種を更に含む態様1に記載の組成物。
態様9.成分(I)の少なくとも1種の熱硬化性樹脂がジヒドロキシジフェニル−シクロアルカン化合物のジグリシジルエーテルを含んでなり、前記ジヒドロキシジフェニル−シクロアルカン化合物が下記一般式IV:
Figure 0005922582
(式中、R及びRは、互いから独立に、それぞれ、水素原子、ハロゲン、置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアリール基又は置換若しくは非置換のアラルキル基を表し、XはCH、CH(R)又はC(R)(R)であり、mは、8と20との間の整数であり、R及びRは、互いから独立に、それぞれ、水素原子、ハロゲン、置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアリール基又は置換若しくは非置換のアラルキル基を表す)
によって表されるジヒドロキシジフェニル−シクロアルカン化合物を含んでなる態様1に記載の組成物。
態様10.前記ジヒドロキシジフェニル−シクロアルカン化合物が約C〜約C20の炭素原子を含有するシクロアルカン化合物から作られる態様1に記載の組成物。
態様11.前記シクロアルカン化合物がシクロオクタノン、シクロデカノン、シクロドデカノン、シクロペンタデカノン、シクロオクタデカノン、シクロエイコサノン及びこれらの混合物を含む態様11に記載の組成物。
態様12.シクロアルカン化合物がビスフェノールシクロドデカノンを含む態様12に記載の組成物。
態様13.成分(I)が、組成物の合計重量基準で、約20重量%〜約98重量%を含み、成分(II)が、組成物の合計重量基準で、約2重量%〜約50重量%を含む態様1に記載の組成物。
態様14.態様1に記載の組成物から製造されたコンポジット又は積層板物品。
態様15.前記物品がプリント回路基板、電気用若しくは電子用注型品、電気用若しくは電子用注封品、電気用若しくは電子用カプセル品又は電気用積層板である態様14に記載の物品。

Claims (7)

  1. (I)少なくとも1種の熱硬化性樹脂、(II)ジシアンジアミドを含む少なくとも1種の硬化剤及び(III)少なくとも1種の強化材を含んでなる熱硬化性樹脂組成物であって、前記熱硬化性樹脂組成物が少なくとも150℃のTgを有するコンポジット又は電気用積層板を形成でき、そして、150℃で200mPa-sよりも低い粘度を有する、コンポジット及び電気用積層板用硬化性樹脂組成物であって、前記少なくとも1種の熱硬化性樹脂(I)が下記一般式I:
    Figure 0005922582
    (式中、Rは水素又はメチル基であり、R及びRは、互いから独立に、それぞれ、水素原子、ハロゲン、置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアリール基、置換若しくは非置換のアラルキル基、ニトリル基、ニトロ基又は置換若しくは非置換のアルコキシ基を表し、XはCH、CH(R)又はC(R)(R)であり、mは8と20との間の整数であり、R及びRは、互いから独立に、それぞれ、水素原子、ハロゲン、置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアリール基又は置換若しくは非置換のアラルキル基を表し、そしてnは0〜10の値を有する整数である)
    によって表されるエポキシ樹脂を含む組成物。
  2. 前記強化材が高強度フィラメント又は繊維を含んでなる請求項1に記載の組成物。
  3. 前記熱硬化性樹脂成分(I)が下記一般式II:
    Figure 0005922582
    (式中、R、R、R、R、R、X及びmは式Iにおいて定義した通りであり、pは1〜20の整数であり、yは1〜20の値を有する整数であり、Qはヒドロカルビレン部分であり、そしてそれぞれのZは、独立に、O、S、−NR(式中、Rはヒドロカルビル部分である)からなる群から選択される)
    によって表されアドバンストエポキシ樹脂である請求項1に記載の組成物。
  4. 前記熱硬化性樹脂成分(I)が一般式Iで表わされるエポキシ樹脂とは異なるエポキシ樹脂を更に含む請求項1に記載の組成物。
  5. 少なくとも1種の熱硬化性樹脂成分(I)の濃度が、組成物の合計重量基準で、10重量%〜99重量%の熱硬化性樹脂を含んでなる請求項1に記載の組成物。
  6. (IV)一般式Iとは異なるエポキシ樹脂、(V)充填剤、(VI)難燃剤、(VII)触媒及び(VIII)溶媒の少なくとも1種を更に含む請求項1に記載の組成物。
  7. 成分(I)の少なくとも1種の熱硬化性樹脂がジヒドロキシジフェニル−シクロアルカン化合物のジグリシジルエーテルを含んでなり、前記ジヒドロキシジフェニル−シクロアルカン化合物が下記一般式IV:
    Figure 0005922582
    (式中、R及びRは、互いから独立に、それぞれ、水素原子、ハロゲン、置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアリール基又は置換若しくは非置換のアラルキル基を表し、XはCH、CH(R)又はC(R)(R)であり、mは、8と20との間の整数であり、R及びRは、互いから独立に、それぞれ、水素原子、ハロゲン、置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアリール基又は置換若しくは非置換のアラルキル基を表す)
    によって表されるジヒドロキシジフェニル−シクロアルカン化合物を含んでなる請求項1に記載の組成物。
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