JP6998739B2 - アリル基含有カーボネート樹脂、その製造方法、樹脂ワニス、および積層板の製造方法 - Google Patents

アリル基含有カーボネート樹脂、その製造方法、樹脂ワニス、および積層板の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、アリル基含有カーボネート樹脂、その製造方法、樹脂ワニス、および積層板の製造方法に関する。
従来、電子製品に用いられる部材、例えば絶縁性の積層板やその片面又は両面に銅箔が積層した積層板(銅張積層板)に、エポキシ樹脂が用いられている。積層板は、例えばエポキシ樹脂、硬化剤等が溶剤に溶解した樹脂ワニスをガラスクロス等の繊維質基材に含浸させ、乾燥してプリプレグとし、これを単独で又は複数枚を重ねて熱プレスすることで製造される。エポキシ樹脂の硬化剤としては、フェノールとホルムアルデヒドを用いたフェノールノボラック樹脂が広く使用されている。
近年、電子製品の高性能化が図られる中、積層板を構成する樹脂にさらなる低誘電率、低誘電正接が求められている。エポキシ樹脂をフェノールノボラック樹脂で硬化させた硬化物の電気特性(低誘電率、低誘電正接)は、汎用の電子製品に要求されるレベルを満たすことはできても、高性能電子製品(スマートフォン、タブレット等)に要求されるレベルを満たすことは困難である。
2官能フェニレンエーテルオリゴマーをエポキシ樹脂硬化剤として用いることが提案されている(特許文献1)。かかるエポキシ樹脂硬化剤によれば、電気特性に優れたエポキシ樹脂硬化物が得られるとされている。
しかし、特許文献1のエポキシ樹脂硬化剤を用いた硬化物の誘電正接は未だ十分に低いとはいえない。
特開2004-224860号公報
本発明は、マレイミド硬化剤として使用でき、低誘電率、低誘電正接の硬化物が得られるアリル基含有カーボネート樹脂およびその製造方法、ならびに低誘電率、低誘電正接の硬化物が得られる樹脂ワニスおよびこれを用いた積層板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、以下の態様を有する。
〔1〕下記式(1)で表される化合物を主成分として含むアリル基含有カーボネート樹脂。
Figure 0006998739000001
[式中、Rは、ビスフェノール化合物由来の残基、ビフェノール化合物由来の残基または脂環式ジメタノール化合物由来の残基を示し、2個のRはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、nは0以上の整数を示し、Rは、ビスフェノール化合物由来の残基、ビフェノール化合物由来の残基または脂環式ジメタノール化合物由来の残基を示し、nが2以上である場合、n個のRはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、2個のRおよびn個のRの少なくとも一部はアリル基を含有し、Xは水素原子またはアリル基を示し、2個のXはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。]
〔2〕前記式(1)中のRが、アリル基含有ビスフェノール化合物由来の残基またはアリル基含有ビフェノール化合物由来の残基である、〔1〕のアリル基含有カーボネート樹脂。
〔3〕前記式(1)中のRが、下記式(r1)、下記式(r2)または下記式(r3)で表される基である、〔2〕のアリル基含有カーボネート樹脂。
Figure 0006998739000002
[式中、pは1または2を示し、qは0~2の整数を示す。]
〔4〕前記式(1)中のn個のRの少なくとも一部が、脂環式ジメタノール化合物由来の残基である、〔1〕~〔3〕のいずれかのアリル基含有カーボネート樹脂。
〔5〕炭酸ジエステルと、ビスフェノール化合物、ビフェノール化合物および脂環式ジメタノール化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種のジオール化合物とを反応させる工程を有し、前記ジオール化合物の少なくとも一部がアリル基を含有する、アリル基含有カーボネート樹脂の製造方法。
〔6〕前記炭酸エステルと前記ジオール化合物とを反応させる工程が、
炭酸ジエステルと、脂環式ジメタノール化合物とを反応させ、または、炭酸ジエステルと、脂環式ジメタノール化合物と、ビスフェノール化合物およびビフェノール化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の芳香族ジオール化合物とを反応させ、一次反応生成物を得て、前記一次反応生成物と、ビスフェノール化合物およびビフェノール化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の芳香族ジオール化合物とを反応させる工程、または
炭酸ジエステルと、ビスフェノール化合物およびビフェノール化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の芳香族ジオール化合物とを反応させる工程である、〔5〕のアリル基含有カーボネート樹脂の製造方法。
〔7〕前記一次反応生成物を得る際の、前記脂環式ジメタノール化合物と前記芳香族ジオール化合物との合計量に対する前記炭酸ジエステルのモル比が、1.05~3.00である、〔6〕のアリル基含有カーボネート樹脂の製造方法。
〔8〕前記炭酸エステルと前記ジオール化合物との反応により生成した、末端が水酸基であるアリル基含有カーボネート樹脂と、ハロゲン化アリルとを反応させ、前記水酸基をアリルエーテル化する工程をさらに有する、〔6〕または〔7〕のアリル基含有カーボネート樹脂の製造方法。
〔9〕前記〔1〕~〔4〕のいずれかのアリル基含有カーボネート樹脂と、マレイミド基を2以上有するマレイミド化合物と、溶剤とを含む樹脂ワニス。
〔10〕前記アリル基含有カーボネート樹脂が、前記式(1)中の2個のXの少なくとも一方が水素原子である化合物を含み、
エポキシ樹脂をさらに含む〔9〕の樹脂ワニス。
〔11〕前記〔9〕または〔10〕の樹脂ワニスを繊維質基材に含浸させ、前記樹脂ワニスが含浸した繊維質基材を加熱加圧し、硬化させて積層板を得る、積層板の製造方法。
本発明によれば、マレイミド硬化剤として使用でき、低誘電率、低誘電正接の硬化物が得られるアリル基含有カーボネート樹脂およびその製造方法、ならびに低誘電率、低誘電正接の硬化物が得られる樹脂ワニスおよびこれを用いた積層板の製造方法を提供できる。
≪アリル基含有カーボネート樹脂≫
本発明のアリル基含有カーボネート樹脂(以下、「本カーボネート樹脂」ともいう。)は、下記式(1)で表される化合物を主成分として含む。「主成分」とは、本カーボネート樹脂を構成する成分のうち最も含有量が多い成分を示す。
本カーボネート樹脂は、nの値が異なる複数の化合物の混合物であってよい。
本カーボネート樹脂は、式(1)で表される化合物以外の成分(例えば、後述する式(2)で表される化合物、ビスフェノール化合物、ビフェノール化合物、またはそれらのアリルエーテル化化合物等)を含んでいてもよい。これらの成分は、本カーボネート樹脂の製造に用いられた原料や、製造時に副生した副生物であってもよい。
本カーボネート樹脂中の式(1)で表される化合物の含有量は、80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましい。この含有量の上限は特に限定されず、100質量%であってよい。式(1)で表される化合物の含有量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により測定される。
Figure 0006998739000003
[式中、Rは、ビスフェノール化合物由来の残基、ビフェノール化合物由来の残基または脂環式ジメタノール化合物由来の残基を示し、2個のRはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、nは0以上の整数を示し、Rは、ビスフェノール化合物由来の残基、ビフェノール化合物由来の残基または脂環式ジメタノール化合物由来の残基を示し、nが2以上である場合、n個のRはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、2個のRおよびn個のRの少なくとも一部はアリル基を含有し、Xは水素原子またはアリル基を示し、2個のXはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。]
nは、0~50の整数が好ましく、0~40の整数がより好ましく、0~35の整数がさらに好ましい。
nの平均値は、本カーボネート樹脂の重量平均分子量(Mw)が、3000~12000の範囲内となる値が好ましい。より好ましいMwは後述のとおりである。nの平均値が大きいほど、Mwが大きくなる傾向がある。
ビスフェノール化合物は、連結基を介して結合した2個のヒドロキシフェニル基を有する化合物である。ヒドロキシフェニル基は置換基を有していてもよい。
ビスフェノール化合物由来の残基とは、ビスフェノール化合物から2個のフェノール性水酸基を除いた構造の基である。つまり、置換基を有していてもよい2個のフェニレン基が連結基を介して結合した構造の基である。
置換基としては、アリル基、アルキル基等が挙げられる。置換基の数は1つでもよく2つ以上でもよい。
ビスフェノール化合物の具体例としては、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールB、ビスフェノールAP、ビスフェノールC、ビスフェノールE、ビスフェノールS、ビスフェノールZ、これらのビスフェノール化合物のヒドロキシフェニル基の少なくとも一方にアリル基が結合したアリル基含有ビスフェノール化合物等が挙げられる。
ビフェノール化合物は、直接結合した2個のヒドロキシフェニル基を有する化合物である。ヒドロキシフェニル基は置換基を有していてもよい。
ビフェノール化合物由来の残基とは、ビフェノール化合物から2個のフェノール性水酸基を除いた構造の基である。つまり、置換基を有していてもよいビフェニレン基である。
置換基としては、アリル基、ハロゲン原子、アルキル基等が挙げられる。置換基の数は1つでもよく2つ以上でもよい。
ビフェノール化合物の具体例としては、ビフェノール、ハロゲン化ビフェノール、アルキルビフェノール、これらのビフェノール化合物のヒドロキシフェニル基の少なくとも一方にアリル基が結合したアリル基含有ビフェノール化合物等が挙げられる。
脂環式ジメタノール化合物は、脂環式基と、脂環式基に結合した2つのメタノール基(-CHOH)とを有する化合物である。
脂環式ジメタノール化合物由来の残基とは、脂環式ジメタノール化合物から2個の水酸基を除いた構造の基である。具体的には、下記式(r4)で表される基が挙げられる。
Figure 0006998739000004
[式中、Rは、脂環式基を示す。]
脂環式基は、単環構造でもよく多環構造でもよい。脂環式基は、不飽和結合を有しないことが好ましい。脂環式基の炭素数は、6~20が好ましく、8~15がより好ましい。脂環式基の具体例としては、シクロヘキシレン基、トリシクロデカンジイル基、ペルヒドロ-1,4;5,8-ナフチレン-2,3-ジイル基、ビシクロ [2.2.1] ヘプタン-2,3-ジイル基等が挙げられる。
脂環式基は、アリル基、アルキル基、ハロゲン原子等の置換基を有していてもよい。
脂環式ジメタノール化合物の具体例としては、シクロヘキサンジメタノール、トリシクロデカンジメタノール、トランス-2,3-ジ(ヒドロキシメチル)-ペルヒドロ-1,4;5,8-ジメタノナフタレン、トランス-2,3-ジ(ヒドロキシメチル)ビシクロ [2.2.1] ヘプタン等が挙げられる。それぞれ異性体を混合していてもよい。
式(1)中、2個のRおよびn個のRの少なくとも一部はアリル基を含有する。つまり、2個のRおよびn個のRの少なくとも一部は、アリル基含有ビスフェノール化合物(例えば前述のアリルビスフェノール)由来の残基、アリル基含有ビフェノール化合物(例えば前述のアリルビフェノール)由来の残基またはアリル基含有脂環式ジメタノール化合物由来の残基である。これにより、本カーボネート樹脂をマレイミド硬化剤として使用できる。
2個のRおよびn個のRの一部は、アリル基を含有していなくてもよい。
本カーボネート樹脂中の全てのRおよびRのうち、アリル基を含有するRおよびアリル基を含有するRの合計の割合は、2~80モル%が好ましく、5~50モル%がより好ましい。
式(1)中の2つのRは同一であってもよく異なっていてもよい。
としては、アリル基含有ビスフェノール化合物由来の残基またはアリル基含有ビフェノール化合物由来の残基が好ましい。この場合、式(1)中のXが水素原子であるときに、OXがフェノール性水酸基となる。フェノール性水酸基は、エポキシ樹脂との反応性に優れる。また、フェノール性水酸基は、アリルエーテル化する場合の反応性(ハロゲン化アリルとの反応性)にも優れる。
アリル基含有ビスフェノール化合物由来の残基またはアリル基含有ビフェノール化合物由来の残基としては、原料が安価であり容易に入手可能な点から、下記式(r1)、下記式(r2)または下記式(r3)で表される基が好ましい。これらの基は、アリル基含有ビスフェノールA、アリル基含有ビスフェノールFまたはアリル基含有ビフェノールに由来する残基である。
Figure 0006998739000005
式中、pは1または2を示し、qは0~2の整数を示す。
pとしては1が好ましい。qとしては1が好ましい。
式(1)中のnが2以上である場合、n個のRはそれぞれ同一であってもよく異なっていてもよい。
硬化物がより低誘電正接になる点では、式(1)中のn個のRの少なくとも一部は、脂環式ジメタノール化合物由来の残基、すなわち式(r4)で表される基であることが好ましい。nが1である場合は、Rが脂環式ジメタノール化合物由来の残基であることが好ましく、nが2以上である場合は、n個のRの少なくとも1個が脂環式ジメタノール化合物由来の残基であることが好ましい。
n個のRの一部はビスフェノール化合物由来の残基またはビフェノール化合物由来の残基であってもよい。ビスフェノール化合物由来の残基またはビフェノール化合物由来の残基は、アリル基を有していても有さなくてもよい。
本カーボネート樹脂中の全てのRのうち、脂環式ジメタノール化合物由来の残基であるRの割合は、20~100モル%が好ましく、50~90モル%がより好ましい。脂環式ジメタノール化合物由来の残基であるRの割合が前記下限値以上であると、より低誘電正接の硬化物が得られる。
式(1)中、2個のXはそれぞれ水素原子であってもよくアリル基であってもよい。
本カーボネート樹脂は、前記式(1)中の2個のXの少なくとも一方が水素原子である化合物を含んでもよい。この場合、本カーボネート樹脂をエポキシ樹脂硬化剤としても使用できる。
本カーボネート樹脂をエポキシ樹脂硬化剤として使用する場合、本カーボネート樹脂中の全てのXのうち、水素原子であるXの割合は、50~100モル%が好ましく、80~100モル%がより好ましい。水素原子であるXの割合が前記下限値以上であると、エポキシ樹脂との反応性、硬化物の耐熱性がより優れる。
本カーボネート樹脂の軟化点は、70~130℃が好ましく、90~120℃がより好ましい。軟化点が前記下限値以上であれば、樹脂の耐ブロッキング性がより優れる。軟化点が前記上限値以下であれば、流動性がより優れる。
軟化点は、JIS K 6910に従って測定される。
本カーボネート樹脂の150℃における溶融粘度は、10P~100Pが好ましく、30P~80Pがより好ましい。溶融粘度が前記下限値以上であると、樹脂の耐ブロッキング性がより優れる。溶融粘度が前記上限値以下であると、流動性に優れる。
溶融粘度は、後述する実施例に記載の測定方法により測定される。
本カーボネート樹脂の重量平均分子量(Mw)は、3000~12000が好ましく、5000~10000がより好ましい。Mwが前記下限値以上であると、樹脂の耐ブロッキング性がより優れる。Mwが前記上限値以下であると、流動性がより優れる。
カーボネート樹脂のMwおよびMnは、標準物質をポリスチレンとしたゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により測定される値である。
本カーボネート樹脂のアリル基当量は、500~3000g/eqが好ましく、800~2000g/eqがより好ましい。アリル基当量が前記下限値以上であると、誘電特性がより優れる。アリル基当量が前記上限値以下であると、マレイミド化合物との反応性がより優れる。
本カーボネート樹脂のアリル基当量は、本カーボネート樹脂の数平均分子量(Mn)をアリル基の数で割った値である。
<本カーボネート樹脂の製造方法>
本カーボネート樹脂は、例えば、以下の工程1を有する製造方法により製造できる。工程1の後、必要に応じて、工程2を行ってもよい。
工程1:炭酸ジエステルと、ビスフェノール化合物、ビフェノール化合物および脂環式ジメタノール化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種のジオール化合物とを反応させる工程。
工程2:工程1で生成した、末端が水酸基であるアリル基含有カーボネート樹脂と、ハロゲン化アリルとを反応させ、前記水酸基をアリルエーテル化する工程。
(ジオール化合物)
ビスフェノール化合物、ビフェノール化合物、脂環式ジメタノール化合物はそれぞれ前記と同様である。
工程1において用いるジオール化合物の少なくとも一部はアリル基を含有する。つまり、ジオール化合物の少なくとも一部は、アリル基含有ビスフェノール化合物、アリル基含有ビフェノール化合物およびアリル基含有脂環式ジメタノール化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む。
アリル基含有ビスフェノール化合物は、例えば、ビスフェノール化合物のフェノール性水酸基をアリルエーテル化した後、アリル基を転位させることにより製造できる。
アリルエーテル化は、ビスフェノール化合物とハロゲン化アリルとを反応させることにより実施できる。この反応では、ビスフェノール化合物のフェノール性水酸基(-OH)がアリルエーテル基(-O-CH-CH=CH)に変換される。
ハロゲン化アリルとしては、例えば塩化アリル、臭化アリル、フッ化アリル、ヨウ化アリル等が挙げられる。安価な点から、塩化アリルが好ましい。
ビスフェノール化合物とハロゲン化アリルとの反応(アリルエーテル化)は、触媒の存在下で行うことが好ましい。触媒としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物、ジアザビシクロノネン、ジアザビシクロウンデセン、トリエチルアミン等のアミン化合物、ナトリウムtert-ブトキシド、カリウムtert-ブトキシド、リチウムジイソプロピルアミド、ケイ素-塩基性アミン、リチウムテトラメチルピペリジン等が挙げられる。
ビスフェノール化合物とハロゲン化アリルとの反応は、溶媒の存在下で行ってもよい。溶媒としては、ビスフェノール化合物およびハロゲン化アリルを溶解可能であればよく、例えば後述する樹脂ワニスにおける溶剤が挙げられる。
ビスフェノール化合物とハロゲン化アリルとの反応において、ビスフェノール化合物と反応させるハロゲン化アリルの量は、ビスフェノール化合物のフェノール性水酸基に対するハロゲン化アリルのモル比(ハロゲン化アリル/フェノール性水酸基)が、0.3~2.0となる量が好ましい。ハロゲン化アリル/フェノール性水酸基のモル比は、1.0~1.5がより好ましい。
触媒の使用量は、ハロゲン化アリルの使用モル量に対し、0.7~1.3倍モルが好ましい。
反応温度は、例えば10~150℃であってよい。反応時間は、例えば1~30時間であってよい。
反応の終了後、必要に応じて、反応生成物の水洗、濃縮等の処理を行ってもよい。
アリルエーテル化されたビスフェノール化合物のアリル基が転位すると、ビスフェノール化合物のヒドロキシフェニル基のベンゼン環にアリル基が結合したアリル基含有ビスフェノール化合物が生成する。
アリル基の転位反応は、例えば、アリルエーテル化されたビスフェノール化合物を加熱することにより実施できる。アリルエーテル化されたビスフェノール化合物を加熱すると、ベンゼン環に結合したアリルエーテル基(-O-CH-CH=CH)のアリル基がこのベンゼン環のオルソまたはパラ位に転位する、いわゆるクライゼン転位反応が生じる。加熱条件は、例えば160~200℃で1~24時間とすることができる。
加熱は、溶媒の存在下で行ってもよい。溶媒としては、アリルエーテル化されたビスフェノール化合物を溶解可能であればよく、例えばメタノールが挙げられる。
反応後、必要に応じて、反応生成物に対し溶媒の除去、水洗等の処理を行ってもよい。
アリル基含有ビフェノール化合物も上記と同様にして製造できる。
(炭酸ジエステル)
炭酸ジエステルとしては、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル等のジアルキルカーボネート(好ましくは、炭素数1~4のアルキル基を有するもの)、炭素数1~4のアルキレンカーボネート(例えばエチレンカーボネート)、炭酸ジフェニル等が挙げられる。これらの炭酸ジエステルはいずれか1種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。ジオール類(脂環式ジメタノール化合物、芳香族ジオール化合物)との反応性が良いこと、比較的安価で、取り扱いが容易であることから、炭酸ジフェニルが好ましい。
(工程1)
工程1の好ましい一態様は、炭酸ジエステルと、脂環式ジメタノール化合物と、必要に応じてビスフェノール化合物およびビフェノール化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の芳香族ジオール化合物とを反応(一次反応)させて一次反応生成物を得て、得られた一次反応生成物と、ビスフェノール化合物およびビフェノール化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の芳香族ジオール化合物とを反応(二次反応)させる工程(以下、「工程1A」ともいう。)である。
一次反応および二次反応はそれぞれエステル交換反応である。二次反応で芳香族ジオール化合物を反応させることにより、末端水酸基がフェノール性水酸基であるカーボネート樹脂が得られる。
一次反応は、例えば、炭酸ジエステルと、脂環式ジメタノール化合物と、必要に応じて芳香族ジオール化合物とを溶融混合し、触媒を添加し、所定の反応温度を所定の時間保持することにより実施できる。
炭酸ジエステル、脂環式ジメタノール化合物、芳香族ジオール化合物はそれぞれ、1種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
一次反応において、脂環式ジメタノール化合物と芳香族ジオール化合物との合計量(芳香族ジオール化合物を反応させない場合は脂環式ジメタノール化合物のみの量)に対する炭酸ジエステルのモル比(炭酸ジエステル/(脂環式ジメタノール化合物+芳香族ジオール化合物))は、1.05~3.00が好ましく、1.20~2.50がより好ましい。炭酸ジエステルの比率が低すぎると、一次反応生成物中に、脂環式ジメタノール化合物の水酸基が多く残留してしまい、二次反応の際に、末端水酸基がフェノール性水酸基ではない化合物が副生するおそれがある。炭酸ジエステルの比率が高すぎると、二次反応に使用する芳香族ジオール化合物の使用量が多くなり、脂環式ジメタノール化合物由来の構造による誘電正接の低減効果が不十分になるおそれがある。
一次反応において、脂環式ジメタノール化合物と芳香族ジオール化合物との合計量(100モル%)のうち、脂環式ジメタノール化合物の割合は、20~100モル%が好ましく、50~90モル%がより好ましい。
触媒としては、反応(エステル交換反応)が進行すれば特に制限はない。具体例としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、マグネシウム金属、アルキル亜鉛化合物(例えばジ-n-ブチル亜鉛)、水酸化リチウム、酢酸リチウム、チタンエステル(例えばテトラ-n-ブチルチタネート)、酸化亜鉛、酸化鉛、二酸化マンガン、テトラアルキルオルソチタネート、酢酸亜鉛、酸化アンチモン、酸化ゲルマニウム、種々のアルコキシド(例えばカリウム-t-ブトキシド、ナトリウムメトキシド)、アルカリ金属(例えばリチウム、ナトリウム)、アルカリ金属の水素化物(例えば水素化リチウム、水素化ナトリウム)、アルカリ金属水酸化物(例えば水酸化リチウムや水酸化ナトリウム)、金属ハロゲン化物等が挙げられる。
触媒の使用量は、炭酸ジエステル類に対して、1.0~0.00001質量%が好ましく、0.1~0.0001質量%がより好ましい。触媒の使用量がこの範囲よりも多い場合には、生成した樹脂に濁りが生ずることがあり、この範囲内よりも少ない場合には、重合速度が遅くなり、高重合度の樹脂が得られないことがある。
一次反応の反応温度は、130~250℃が好ましく、150~200℃がより好ましい。反応温度があまりに低いと反応が進まず、あまりに高いと反応をコントロールすることが難しくなり、樹脂が安定的に得ることが出来ないおそれがある。反応時間は、例えば0.5~10時間であってよい。
一次反応は、常圧下で行ってもよく、減圧下で行ってもよい。
一次反応は、反応(エステル交換反応)で副生するアルコール類やフェノール類を減圧下で除去しながら行ってもよい。
二次反応は、例えば、一次反応で生成した一次反応生成物に芳香族ジオール化合物を添加し、所定の反応温度を所定の時間保持することにより実施できる。
二次反応で用いる芳香族ジオール化合物は、一次反応で用いた芳香族ジオール化合物と同じであってもよく異なっていてもよい。芳香族ジオール化合物は、1種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
二次反応において反応させる芳香族ジオール化合物の量は、一次反応で用いた炭酸ジエステル(100モル%)に対し、5~80モル%が好ましく、15~60モル%がより好ましい。
二次反応の反応温度は、130~250℃が好ましく、170~230℃がより好ましい。反応温度があまりに低いと反応が進まず、あまりに高いと反応をコントロールすることが難しくなり、樹脂が安定的に得ることが出来ないおそれがある。反応時間は、例えば0.5~10時間であってよい。
二次反応は、反応(エステル交換反応)で副生するアルコール類やフェノール類を減圧下で除去しながら行うことが好ましい。
二次反応における減圧度は、反応で副生するアルコール類やフェノール類を減圧下で除去できれば特に制限はない。例えば、80~5mmHgであってよく、20~5mmHgであってよい。
二次反応の終了後、必要に応じて、反応生成物の水洗、濃縮等の処理を行ってもよい。
工程1の他の好ましい一態様は、炭酸ジエステルと、ビスフェノール化合物およびビフェノール化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の芳香族ジオール化合物とを反応させる工程(以下、「工程1B」ともいう。)である。この反応はエステル交換反応である。
芳香族ジオール化合物に対する炭酸ジエステルのモル比(炭酸ジエステル/芳香族ジオール化合物)は、0.40~0.99が好ましく、0.50~0.95がより好ましい。
炭酸ジエステルと芳香族ジオール化合物との反応は、触媒の存在下で行うことが好ましい。触媒としては、前記と同様のものが挙げられる。触媒の使用量の好ましい範囲も前記と同様である。
炭酸ジエステルと芳香族ジオール化合物との反応は、例えば、炭酸ジエステルと、芳香族ジオール化合物とを溶融混合し、触媒を添加し、所定の反応温度を所定の時間保持することにより実施できる。
反応温度は、130~250℃が好ましく、170~230℃がより好ましい。反応温度があまりに低いと反応が進まず、あまりに高いと反応をコントロールすることが難しくなり、樹脂が安定的に得ることが出来ないおそれがある。反応時間は、例えば0.5~10時間であってよい。
反応は、副生するアルコール類やフェノール類を減圧下で除去しながら行うことが好ましい。反応開始時においては常圧下で反応を行い、一定時間経過後に減圧してもよい。
反応における減圧度は、反応で副生するアルコール類やフェノール類を減圧下で除去できれば特に制限はない。例えば、80~5mmHgであってよく、20~5mmHgであってよい。
反応の終了後、必要に応じて、反応生成物の水洗、濃縮等の処理を行ってもよい。
工程1では、末端が水酸基であるアリル基含有カーボネート樹脂が得られる。このアリル基含有カーボネート樹脂は、前記式(1)中のXが水素原子である化合物、すなわち下記式(2)で表される化合物を主成分として含む。
Figure 0006998739000006
[式中、R、n、Rはそれぞれ前記と同義であり、好ましい態様も同様である。]
工程1が工程1Aである場合、式(2)中のRがアリル基含有ビスフェノール化合物由来の残基またはアリル基含有ビフェノール化合物由来の残基であり、Rの少なくとも一部が脂環式ジメタノール化合物由来の残基である化合物を主成分として含むアリル基含有カーボネート樹脂が得られる。
工程1が工程1Bである場合、式(2)中のRおよびRがそれぞれアリル基含有ビスフェノール化合物由来の残基またはアリル基含有ビフェノール化合物由来の残基である化合物を主成分として含むアリル基含有カーボネート樹脂が得られる。
これらのアリル基含有カーボネート樹脂を併用してもよい。
硬化物がより低誘電正接になる点では、工程1Aで得られたアリル基含有カーボネート樹脂を含むことが好ましい。
(工程2)
工程2では、工程1で生成した、末端が水酸基であるアリル基含有カーボネート樹脂と、ハロゲン化アリルとを反応させる。これにより、末端の水酸基(-OH)がアリルエーテル基(-O-CH-CH=CH)に変換され、前記式(1)中のXがアリル基である化合物を主成分として含むアリル基含有カーボネート樹脂が得られる。
ハロゲン化アリルとしては、前記と同様のものが挙げられる。
アリルエーテル化は、前記と同様にして実施できる。
末端が水酸基であるアリル基含有カーボネート樹脂とハロゲン化アリルとの反応において、アリル基含有カーボネート樹脂と反応させるハロゲン化アリルの量は、アリル基含有カーボネート樹脂末端の水酸基に対するハロゲン化アリルのモル比(ハロゲン化アリル/フェノール性水酸基)が、0.3~2.0となる量が好ましい。ハロゲン化アリル/フェノール性水酸基のモル比は、1.0~1.5がより好ましい。
本カーボネート樹脂は、アリル基を有するため、マレイミド化合物を硬化させるための硬化剤(マレイミド硬化剤)として用いることができる。マレイミド化合物の硬化は、加熱により行うことができる。
また、本カーボネート樹脂を用いてマレイミド化合物を硬化させた硬化物は、マレイミド化合物を用いているために、高ガラス転移温度、高熱分解温度、低熱線膨張率を示す。また、本カーボネート樹脂を用いているために、マレイミド化合物をアリルフェノール樹脂で硬化させた硬化物や、エポキシ樹脂をフェノールノボラック樹脂で硬化させた硬化物に比べて、低誘電率、低誘電正接である。
本カーボネート樹脂を用いてマレイミド化合物を硬化させる際には、以下の(1)~(3)の反応が生じて硬化していると考えられる。
(1)マレイミド基とアリル基との反応。
(2)マレイミド基同士の反応。
(3)アリル基同士の反応。
本カーボネート樹脂が水酸基を有する場合(Xが水素原子である場合)、本カーボネート樹脂は、エポキシ樹脂を硬化させるための硬化剤(エポキシ樹脂硬化剤)として用いることができる。エポキシ樹脂の硬化は、加熱により行うことができる。
本カーボネート樹脂を用いてエポキシ樹脂を硬化させる際には、前述の(3)の反応および以下の(4)~(5)の反応が生じて硬化していると考えられる。
(4)エポキシ基と水酸基との反応。
(5)エポキシ基同士の反応。
さらに、本カーボネート樹脂は、一般的にマレイミド化合物やエポキシ樹脂を溶解させるために用いられているような溶剤に対する溶解性に優れる。したがって、本カーボネート樹脂およびマレイミド化合物、ならびに必要に応じてエポキシ樹脂が共に溶剤に溶解した樹脂ワニスを得ることができる。
前記の溶剤としては、メチルエチルケトンのような極性のあるものが一般的である。
なお、本カーボネート樹脂は、マレイミド化合物やエポキシ樹脂と組み合わせなくても、前記(3)の反応により、単独で硬化させることができる。しかし、マレイミド化合物やエポキシ樹脂と組み合わせることで、単独で硬化させる場合に比べて、硬化温度を低くすることができ、ガラス転移温度等の熱的特性を高めることができる。そのため、マレイミド化合物やエポキシ樹脂と組み合わせて硬化反応に供することが好適である。
本カーボネート樹脂の用途としては、特に制限はない。例えば公知の熱硬化性成形材料の用途と同様であってよく、例えば封止材料、フィルム材料、積層材料等が挙げられる。より具体的な用途の例としては、半導体封止材料、電子部品の封止用樹脂材料、電気絶縁材料、銅張り積層板用樹脂材料、ビルドアップ積層板材料、レジスト材料、液晶のカラーフィルター用樹脂材料、塗料、各種コーティング剤、接着剤、繊維強化プラスチック(FRP)材料等が挙げられる。
≪樹脂ワニス≫
本発明の樹脂ワニス(以下、「本樹脂ワニス」ともいう。)は、本カーボネート樹脂と、マレイミド基を2以上有するマレイミド化合物と、溶剤とを含む。
本カーボネート樹脂は、マレイミド硬化剤として機能する。「マレイミド硬化剤」とは、前記マレイミド化合物を硬化させるための硬化剤を意味する。
本樹脂ワニスにおいては、本カーボネート樹脂のアリル基の一部と、マレイミド化合物のマレイミド基の一部とが反応した状態になっていてもよい。
本カーボネート樹脂が、前記式(1)中の2個のXの少なくとも一方が水素原子である化合物を含む場合、つまり本カーボネート樹脂が水酸基を含む場合、本カーボネート樹脂はエポキシ樹脂硬化剤としても機能する。「エポキシ樹脂硬化剤」とは、エポキシ樹脂を硬化させるための硬化剤を意味する。
したがって、本樹脂ワニスの好ましい一態様は、本カーボネート樹脂と、マレイミド基を2以上有するマレイミド化合物と、エポキシ樹脂と、溶剤とを含み、本カーボネート樹脂が、前記式(1)中の2個のXの少なくとも一方が水素原子である化合物を含む樹脂ワニスである。本態様の樹脂ワニスは、エポキシ樹脂を含まない場合に比べて、誘電特性がより優れる。
本樹脂ワニスは、硬化反応触媒をさらに含むことができる。
本樹脂ワニスは、本カーボネート樹脂、マレイミド化合物、溶剤、エポキシ樹脂および硬化反応触媒以外の他の成分をさらに含むことができる。
<マレイミド化合物>
マレイミド化合物としては、マレイミド基を2以上有する化合物であれば特に限定されず、例えばビスマレイミド化合物、ポリフェニルメタンマレイミド等が挙げられる。
ビスマレイミド化合物としては、例えば4,4’-ジフェニルメタンビスマレイミド(例えば大和化成工業株式会社品のBMI-1100)、アルキルビスマレイミド、ジフェニルメタンビスマレイミド、フェニレンビスマレイミド、ビスフェノールAジフェニルエーテルビスマレイミド(例えば大和化成工業株式会社品のBMI-4000)、3,3’-ジメチル-5,5’-ジエチル-4,4’-ジフェニルメタンビスマレイミド(例えば大和化成工業株式会社品のBMI-5100)、4-メチル-1,3-フェニレンビスマレイミド、1,6’-ビスマレイミド-(2,2,4-トリメチル)ヘキサン、4,4’-ジフェニルエーテルビスマレイミド、4,4’-ジフェニルスルフォンビスマレイミド、1,3-ビス(3-マレイミドフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4-マレイミドフェノキシ)ベンゼン等が挙げられる。
ポリフェニルメタンマレイミドは、マレイミド基が置換した3以上のベンゼン環がメチレン基を介して結合した重合体であり、例えば大和化成工業株式会社品のBMI-2300が挙げられる。
これらのマレイミド化合物は1種単独で用いても2種以上を組合わせて用いてもよい。
本樹脂ワニス中のマレイミド化合物の含有量は、本カーボネート樹脂の100質量部に対し、10~300質量部が好ましく、15~200質量部がより好ましく、20~150質量部がさらに好ましい。マレイミド化合物の含有量が前記範囲の下限値以上であれば、本樹脂ワニスのゲル化温度を低く、例えば200℃以下にすることができる。マレイミド化合物の含有量が前記範囲の下限値以上であれば、本樹脂ワニスの硬化物が、より高ガラス転移温度、高熱分解温度、低線膨張係数、低誘電率、低誘電正接を示すものとなる。
<溶剤>
溶剤としては、本樹脂ワニスに含まれる成分(本カーボネート樹脂、マレイミド化合物、必要に応じて硬化反応触媒等)を溶解するものであれば特に制限はない。
溶剤として典型的には、極性溶剤が用いられる。極性溶剤としては、例えばアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルアミルケトン、イソホロン、ジイソブチルケトン、ジアセトンアルコール、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン、メタノール、エタノール、ブタノール、酢酸エチル、酢酸ブチル、メチルセロソルブ、エチルジグリコールアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、テトラヒドロフラン等が挙げられる。これらの溶剤はいずれか1種を単独で用いてもよく2種以上を組合わせて用いてもよい。前記の中でも、ケトン系溶剤が好ましく、メチルエチルケトンが特に好ましい。
本樹脂ワニス中の溶剤の含有量は本樹脂ワニスの固形分濃度に応じて適宜設定される。
本樹脂ワニスの固形分濃度は、用途によっても異なるが、20~80質量%が好ましく、50~70質量%がより好ましい。
本樹脂ワニスの固形分濃度は、本樹脂ワニスの全質量に対する、本樹脂ワニスから溶剤を除いた質量の割合である。
<エポキシ樹脂>
エポキシ樹脂としては、特に限定されず、公知のエポキシ樹脂であってよく、例えばフェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、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、ビフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、キシリレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、硫黄原子含有エポキシ樹脂、リン原子含有エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂はいずれか1種を単独で用いてもよく2種以上を組合わせて用いてもよい。
<硬化反応触媒>
硬化反応触媒(硬化促進剤)としては、アリル基とマレイミド基との反応を促進する作用を有する触媒(以下、「触媒(1)」ともいう。)を含むことが好ましい。触媒(1)としては、例えば、イミダゾール化合物、有機過酸化物等が挙げられる。イミダゾール化合物としては、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-メチルイミダゾール、2-エチルイミダゾール、2,4-ジメチルイミダゾール、2-ウンデシルイミダゾール、2-ヘプタデシルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、1-ビニル-2-メチルイミダゾール、1-プロピル-2-メチルイミダゾール、2-イソプロピルイミダゾール、1-シアノメチル-2-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾール等が挙げられる。有機過酸化物としては、ケトンパーオキサイド、パーオキシケタール、ハイドロパーオキサイド、ジアルキルパーオキサイド、ジアシルパーオキサイド、パーオキシジカーボネート、パーオキシエステル等が挙げられる。ジアルキルパーオキサイドにおいて、アルキル基は、フェニル基等で置換されていてもよい。このようなジアルキルパーオキサイドとしては、例えばジクミルパーオキサイドが挙げられる。
本カーボネート樹脂が水酸基を有し、本樹脂ワニスがエポキシ樹脂を含む場合、硬化反応触媒として、水酸基とエポキシ基との反応を促進する作用を有する触媒(以下、「触媒(2)」ともいう。)を含んでいてもよい。触媒(2)としては、例えば、リン系化合物、第3級アミン、イミダゾール化合物、有機酸金属塩、ルイス酸、アミン錯塩等が挙げられる。リン系化合物としては、トリフェニルホスフィン、トリス-2,6-ジメトキシフェニルホスフィン、トリ-p-トリルホスフィン、亜リン酸トリフェニル等が挙げられる。第3級アミンとしては、2-ジメチルアミノメチルフェノール、ベンジルジメチルアミン、α-メチルベンジルジメチルアミン、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン-7等が挙げられる。イミダゾール化合物としては、前記と同様のものが挙げられる。
これらの硬化反応触媒はいずれか1種を単独で用いてもよく2種以上を組合わせて用いてもよい。
本樹脂ワニス中の触媒(1)の含有量は、マレイミド化合物に対し、0.1~5.0質量%が好ましい。
本樹脂ワニス中の触媒(2)の含有量は、エポキシ樹脂に対し、0.1~5.0質量%が好ましい。
本樹脂ワニス中の触媒(1)および触媒(2)の合計の含有量は、マレイミド化合物およびエポキシ樹脂の合計量に対し、0.1~5.0質量%が好ましい。
<他の成分>
他の成分としては、例えば、無機フィラー(例えばカーボンブラック、ガラスクロス、シリカ等)、ワックス、難燃剤、カップリング剤等、本カーボネート樹脂以外の硬化剤(以下、他の硬化剤ともいう。)、充填材(フィラー)、離型剤、表面処理剤、着色剤、可撓性付与剤等が挙げられる。他の硬化剤としては、マレイミド硬化剤、エポキシ樹脂硬化剤等が挙げられ、それぞれ従来公知のものを用いることができる。例えばマレイミド硬化剤としては、アリルノボラック型フェノール樹脂等のノボラック型樹脂等が挙げられる。
本樹脂ワニス中の他の硬化剤の含有量は、本発明の効果の点では、本樹脂ワニスの固形分(100質量%)に対し、10質量%以下が好ましく、0質量%が特に好ましい。
本樹脂ワニスの固形分は、本樹脂ワニスから溶剤を除いた部分である。
充填材(フィラー)としては、カーボンブラック、結晶性シリカ粉、溶融性シリカ粉、石英ガラス粉、タルク、ケイ酸カルシウム粉、ケイ酸ジルコニウム粉、アルミナ粉、炭酸カルシウム粉等が挙げられ、結晶性シリカ粉、溶融性シリカ粉が好ましい。
離型剤としては、例えばカルナバワックス等の各種ワックス類等が挙げられる。
表面処理剤としては、公知のシランカップリング剤等が挙げられる。
着色剤としては、カーボンブラック等が挙げられる。
可撓性付与剤としては、シリコーン樹脂、ブタジエン-アクリロニトリルゴム等が挙げられる。
<樹脂ワニスの製造方法>
本樹脂ワニスは、例えば、本カーボネート樹脂とマレイミド化合物と溶剤とを混合することにより製造できる。本カーボネート樹脂とマレイミド化合物と溶剤とを混合する際に、または混合した後、必要に応じて、エポキシ樹脂や硬化反応触媒、他の成分をさらに混合してもよい。
本カーボネート樹脂は、上述の製造方法により製造できる。マレイミド化合物やエポキシ樹脂、硬化反応触媒、他の成分はそれぞれ市販品を用いることができる。各成分の混合は、常法により行うことができる。
本カーボネート樹脂とマレイミド化合物と溶剤との混合の後、本カーボネート樹脂とマレイミド化合物とを前反応させてもよい。前記の混合によって得られたワニス状態の混合物について前反応を行うことで、結晶性が高いマレイミド化合物が樹脂ワニスから析出するのを抑制することができる。
前反応を行う際の反応温度は50~150℃が好ましく、70~130℃がより好ましく、80~120℃がさらに好ましい。反応温度があまりに低いと反応は進まず、あまりに高すぎると反応をコントロールすることが難しくなり、目的の本樹脂ワニスを安定的に得ることが難しくなる。
本樹脂ワニスは、本カーボネート樹脂とマレイミド化合物とを含むため、加熱することによって硬化させ、硬化物とすることができる。
本樹脂ワニスを硬化させる際の加熱温度(硬化温度)は60~250℃が好ましい。
硬化操作の一例としては、前記の好適な温度で30秒間以上1時間以下の前硬化を行い、溶剤を除去し、その後さらに、前記の好適な温度で1~20時間の後硬化を行う方法が挙げられる。
本樹脂ワニスにあっては、マレイミド化合物を用いているために、本樹脂ワニスの硬化物が高ガラス転移温度、高熱分解温度、低熱線膨張率を示す。また、この硬化物は、マレイミド化合物の硬化剤として本カーボネート樹脂を用いているため、マレイミド化合物をアリルフェノール樹脂で硬化させた硬化物や、エポキシ樹脂をフェノールノボラック樹脂で硬化させた硬化物に比べて、低誘電率、低誘電正接である。
本樹脂ワニスの用途としては、特に制限はない。例えば公知の熱硬化性成形材料の用途と同様であってよく、例えば封止材料、フィルム材料、積層材料等が挙げられる。より具体的な用途の例としては、半導体封止材料、電子部品の封止用樹脂材料、電気絶縁材料、銅張り積層板用樹脂材料、ビルドアップ積層板材料、レジスト材料、液晶のカラーフィルター用樹脂材料、塗料、各種コーティング剤、接着剤、繊維強化プラスチック(FRP)材料等が挙げられる。
本樹脂ワニスの硬化物は、低誘電率、低誘電正接であり、絶縁性に優れる。また、この硬化物は、高ガラス転移温度、高熱分解温度、低熱膨張率あり、耐熱性にも優れる。そのため、本樹脂ワニスは、電子部品に用いられる積層板の製造用の材料として有用である。
本樹脂ワニスの硬化物の比誘電率は、3.50以下が好ましい。
本樹脂ワニスの硬化物の誘電正接は、0.008以下が好ましい。
本樹脂ワニスの硬化物のガラス転移温度は、150℃以上が好ましい。
本樹脂ワニスの硬化物の5%熱分解温度は、300℃以上が好ましい。
本樹脂ワニスの硬化物の常温線膨張係数は、100ppm以下が好ましい。
比誘電率、誘電正接、ガラス転移温度、5%熱分解温度、常温線膨張係数はそれぞれ、後述する実施例に記載の方法により測定される。
≪積層板の製造方法≫
本発明の積層板の製造方法では、本樹脂ワニスを繊維質基材に含浸させ、本樹脂ワニスが含浸した繊維質基材を加熱加圧し、硬化させて積層板を得る。
本発明の積層板の製造方法により製造される積層板は、繊維質基材と本樹脂ワニスの硬化物とを含む繊維強化樹脂層を備える。前記積層板が備える繊維強化樹脂層の数は1層でもよく2層以上でもよい。
前記積層板は、前記繊維強化樹脂層以外の他の層をさらに備えてもよい。他の層としては、例えば銅箔等の金属箔層が挙げられる。
繊維質基材としては、例えばガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維、ステンレス繊維等の無機繊維;綿、麻、紙等の天然繊維;ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等の合成有機繊維;等が挙げられる。これらはいずれか1種を単独で用いてもよく2種以上を組合わせて用いてもよい。
繊維質基材の形状は特に限定されず、例えば短繊維、ヤーン、マット、シート等が挙げられる。
本発明の積層板の製造方法の一実施形態として、本樹脂ワニスを繊維質基材に含浸させ、乾燥(溶剤を除去)してプリプレグを得て、必要に応じて前記プリプレグを複数枚積層し、必要に応じて前記プリプレグまたはその積層物の片面又は両面にさらに金属箔を積層し、加熱加圧して硬化させる方法が挙げられる。
繊維質基材に含浸させる本樹脂ワニスの量としては、特に限定されない。例えば、本樹脂ワニスの固形分量が、繊維質基材(100質量%)に対して30~50質量%程度とされる。
本樹脂ワニスが含浸した繊維質基材を加熱加圧する際の加熱温度は、前述の硬化温度が好ましい。加圧条件としては、2~20kN/mが好ましい。
本発明の積層板の製造方法により得られる積層板は、繊維質基材と本樹脂ワニスの硬化物とを含む繊維強化樹脂層を備えており、この繊維強化樹脂層は、前記硬化物が低誘電率、低誘電正接であることから、絶縁性に優れる。また、繊維強化樹脂層は、前記硬化物が高ガラス転移温度、高熱分解温度、低熱膨張率であることから、耐熱性にも優れる。
以下に、本発明を実施例によってさらに詳しく説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
以下の各例において「%」は、特に限定のない場合は「質量%」を示す。
以下の各例で用いた測定方法を以下に示す。
[樹脂の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、分散度(Mw/Mn)]
下記のGPC装置及びカラムを使用し、標準物質をポリスチレンとして重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)を測定し、分散度(Mw/Mn)を求めた。
GPC装置:東ソー社製のHLC8120GPC。
カラム:東ソー社製のTSKgel(登録商標) G3000H+G2000H+G2000H。
[樹脂の軟化点]
JIS K 6910に従って軟化点(℃)を測定した。
[樹脂の溶融粘度]
150℃に設定した溶融粘度計(ブルックフィールド社製CAP2000 VISCOMETER)により、150℃における溶融粘度(P)を測定した。
[ガラス転移温度]
得られた成形物を幅10.0mm×長さ5.5mm×厚さ1.5mmの大きさに加工し、測定試料とした。この測定試料について、粘弾性測定装置(日立ハイテクサイエンス社製DMA7100)を用い、2℃/分の昇温速度で30℃~400℃の範囲でtanδを測定し、ガラス転移温度(℃)を求めた。
[5%熱分解温度]
得られた成形物を微粉砕し、測定試料とした。この測定試料について、示差熱熱重量同時測定装置(セイコーインスツルメンツ社製TG/DTA6300)により、エアー雰囲気下で10℃/分の昇温速度で30~800℃の範囲で熱重量減量を測定し、5%熱分解温度(℃)を求めた。
[常温線膨張係数]
得られた成形物を幅5.0mm×長さ5.0mm×厚さ1.5mmの大きさに加工し、測定試料とした。この測定試料について、熱機械分析装置(日立ハイテクサイエンス社製TMA7100)を用いて2℃/分の昇温速度で30℃~400℃の範囲で硬化物の熱膨張を測定し、常温線膨張係数(ppm)を求めた。常温線膨張係数は、30℃での線膨張係数を示す。
[比誘電率、誘電正接]
得られた成形物を幅50.0mm×長さ50.0mm×厚さ1.5mmの大きさに加工し、測定試料とした。この測定試料について、空洞共振摂動法により周波数1GHzにおける比誘電率(εr)および誘電正接(tanδ)を求めた。
<合成例1:ジアリルビスフェノールFの合成>
温度計、攪拌機、冷却管を備えた内容量3Lの反応容器に、ビスフェノールF(群栄化学製BPF-SG)1000.0g、メタノール800.0gを仕込み、発熱に注意しながら水酸化ナトリウム480gを分割添加した。次いで、塩化アリル995.0gを35℃以下で発熱に注意しながら2時間かけて滴下し、同温度で2時間反応させた後、65℃まで昇温し、5時間反応させて、ビスフェノールFのアリルエーテル化を行った。次いで、得られた反応液から減圧下でメタノールを除去した後、多量の塩を水洗で除去した。水洗後の反応液を、窒素雰囲気下で190℃まで昇温し、5時間反応させることでアリル基を転移させ、目的とするジアリルビスフェノールFを得た。得られたジアリルビスフェノールFは常温で液体であり、25℃での粘度はE型粘度計で0.8Pa・sであった。
<合成例2:ジアリルビスフェノールAの合成>
合成例1において、ビスフェノールFの1000.0gに代えてビスフェノールAの1140.0gを用い、メタノール量を912.0gに変更したこと以外は合成例1と同様の操作を行ってジアリルビスフェノールAを得た。得られたジアリルビスフェノールAは常温で液体であり、25℃での粘度はE型粘度計で21.2Pa・sであった。
<合成例3:炭酸ジフェニル、トリシクロデカンジメタノール、ジアリルビスフェノールFを使用したカーボネート樹脂の合成>
温度計、攪拌機、冷却管を備えた内容量1Lの反応容器に炭酸ジフェニル214.2g(1.00モル)、トリシクロデカンジメタノール98.1g(0.50モル)を仕込み、100℃で溶融混合した。その後、48%KOH水溶液0.02gを添加し、発熱に注意しながら180℃まで昇温し1時間常圧下で反応させた。次いで、130℃まで冷却し、合成例1で得たジアリルビスフェノールFの183.0g(0.61モル)を添加し、180℃まで昇温し1時間常圧下で反応させた。その後、系内を180℃で維持しながら10mmHgまでゆっくり減圧した。次いで、減圧下のまま220℃まで昇温し2時間減圧下で反応させた。その後、反応生成物を水洗、濃縮し、アリル基含有カーボネート樹脂を得た。この樹脂の軟化点は93.5℃、150℃における溶融粘度は45.6Pであった。ゲル浸透クロマトグラフ分析(以下、GPCと略記することもある。)によるMwは9153、Mnは3139、Mw/Mnは2.916、式(1)で表される化合物の含有量は97.2%であった。
<合成例4:炭酸ジフェニル、トリシクロデカンジメタノール、ジアリルビスフェノールFを使用したカーボネート樹脂の合成>
合成例3において、トリシクロデカンジメタノールの98.1gを157.0g(0.80モル)に変更し、ジアリルビスフェノールFの183.0gを93.0g(0.31モル)に変更したこと以外は合成例3と同様の操作を行い、アリル基含有カーボネート樹脂を得た。この樹脂の軟化点は98.4℃、150℃における溶融粘度は69.6Pであった。GPCによるMwは6774、Mnは2506、Mw/Mnは2.703、式(1)で表される化合物の含有量は97.3%であった。
<合成例5:炭酸ジフェニル、トリシクロデカンジメタノール、ジアリルビスフェノールAを使用したカーボネート樹脂の合成>
合成例3において、ジアリルビスフェノールFの183.0gを、合成例2で得たジアリルビスフェノールAの208.6g(0.61モル)に変更したこと以外は合成例3と同様の操作を行い、アリル基含有カーボネート樹脂を得た。この樹脂の軟化点は108.4℃、200℃における溶融粘度は26.1Pであった。GPCによるMwは9711、Mnは3309、Mw/Mnは2.935、式(1)で表される化合物の含有量は96.5%であった。
<実施例1>
合成例3で合成したアリル基含有カーボネート樹脂の100gと、マレイミド化合物として大和化成工業社製のBMI-2300(ポリフェニルメタンマレイミド、マレイミド当量:186.0g/eq)の23.7gと、硬化反応触媒としてジクミルパーオキサイドの1.2g(全樹脂量に対して1%)とを、メチルエチルケトンに固形分60%になるように溶解し樹脂ワニスを得た。
得られた樹脂ワニスをガラスクロス(Eガラス)に、樹脂分40%になるように含浸し、100℃で10分間乾燥させ、溶剤を除去してプリプレグを得た。このプリプレグを6枚重ね、180℃でプレス成形し、その後、230℃で5時間アフターベークを行い、厚さ1.5mmの成形物(積層板)を得た。樹脂分とは、成形物の総質量に対する樹脂(硬化物)の割合を示す。
<実施例2>
実施例1においてBMI-2300の23.7gを47.4gに代えたこと以外は実施例1と同様の方法で樹脂ワニスを調製し、成形物を得た。
<実施例3>
実施例1においてのBMI-2300の23.7gを大和化成工業社製のBMI-4000(ビスフェノールAジフェニルエーテルビスマレイミド、マレイミド当量:285.1g/eq)の72.7gに代えたこと以外は実施例1と同様の方法で樹脂ワニスを調製し、成形物を得た。
<実施例4>
合成例4で合成したアリル基含有カーボネート樹脂の100gと、マレイミド化合物として大和化成工業社製のBMI-4000の91.0gと、硬化反応触媒としてジクミルパーオキサイドの1.9g(全樹脂量に対して1%)とを、メチルエチルケトンに固形分60%になるように溶解し樹脂ワニスを得た。
得られた樹脂ワニスをガラスクロス(Eガラス)に、樹脂分40%になるように含浸し、100℃で10分間乾燥させ、溶剤を除去してプリプレグを得た。このプリプレグを6枚重ね、180℃でプレス成形し、その後、230℃で5時間アフターベークを行い、厚さ1.5mmの成形物(積層板)を得た。
<実施例5>
実施例4においてBMI-4000の91.0gを136.3gに代えたこと以外は実施例4と同様の方法で樹脂ワニスを調製し、成形物を得た。
<実施例6>
合成例5で合成したアリル基含有カーボネート樹脂の100gと、マレイミド化合物として大和化成工業社製のBMI-2300の22.5gと、硬化反応触媒としてジクミルパーオキサイドの1.2g(全樹脂量に対して1%)とを、メチルエチルケトンに固形分60%になるように溶解し樹脂ワニスを得た。
得られた樹脂ワニスをガラスクロス(Eガラス)に、樹脂分40%になるように含浸し、100℃で10分間乾燥させ、溶剤を除去してプリプレグを得た。このプリプレグを6枚重ね、180℃でプレス成形し、その後、230℃で5時間アフターベークを行い、厚さ1.5mmの成形物(積層板)を得た。
<実施例7>
実施例6においてBMI-2300の22.5gを45.0gに代えたこと以外は実施例1と同様の方法で樹脂ワニスを調製し、成形物を得た。
<比較例1>
フェノールノボラック樹脂(群栄化学工業社製PSM-4261、軟化点:80℃、水酸基当量:106g/eq)の50.0gと、エポキシ樹脂としてオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬製:EOCN1020、エポキシ当量:199g/eq)の93.9gと、触媒としてトリフェニルホスフィンの1.9g(エポキシ樹脂に対して2%)とを、メチルエチルケトンに固形分60%になるように溶解し樹脂ワニスを得た。
得られた樹脂ワニスをガラスクロス(Eガラス)に、樹脂分40%になるように含浸し、100℃10分乾燥させ、溶剤を除去してプリプレグを得た。このプリプレグを6枚重ね、180℃でプレス成形し、その後、180℃で5時間アフターベークを行い、厚さ1.5mmの成形物(積層板)を得た。
<比較例2>
アリルフェノールノボラック樹脂(群栄化学工業社製XPL-4437E、アリル基当量:145g/eq、常温で液状、E型粘度計で測定した25℃での粘度:31Pa・s)の100gと、マレイミド化合物として大和化成工業社製のBMI-4000の196.6gと、硬化反応触媒としてジクミルパーオキサイドの3.0g(全樹脂量に対して1%)とを、メチルエチルケトンに固形分60%になるように溶解し樹脂ワニスを得た。
得られた樹脂ワニスをガラスクロス(Eガラス)に、樹脂分40%になるように含浸し、100℃10分乾燥させ、溶剤を除去してプリプレグを得た。このプリプレグを6枚重ね、180℃でプレス成形し、その後、230℃で5時間アフターベークを行い、厚さ1.5mmの成形物(積層板)を得た。
実施例1~7、比較例1~2で得た成形物について、ガラス転移温度、5%熱分解温度、常温線膨張係数、比誘電率、誘電正接を測定した。結果を表1~2に示した。なお、測定されたガラス転移温度、5%熱分解温度、常温線膨張係数、比誘電率、誘電正接はそれぞれ、成形物に用いた樹脂ワニスの硬化物のガラス転移温度、5%熱分解温度、常温線膨張係数、比誘電率、誘電正接とみなすことができる。
各例で用いた硬化剤(アリル基含有カーボネート樹脂、フェノールノボラック樹脂またはアリルフェノールノボラック樹脂)、マレイミド化合物、エポキシ樹脂それぞれの種類を表1~2に併記した。
Figure 0006998739000007
Figure 0006998739000008
実施例1~7の成形物は、低誘電率、低誘電正接であり、電気特性に優れていた。また、ガラス転移温度、5%熱分解温度、常温線膨張係数等の熱的特性も充分に優れていた。
エポキシ樹脂をフェノールノボラック樹脂で硬化させた比較例1の成形物は、実施例1~7に比べて誘電率および誘電正接が高かった。また、常温線膨張係数が大きかった。
硬化剤としてアリルフェノールノボラック樹脂を用いた比較例2の成形物は、比較例1よりもさらに誘電率および誘電正接が高かった。
本樹脂ワニスによれば、低誘電率、低誘電正接である、電気特性に優れた硬化物が得られる。また、本樹脂ワニスによれば、高ガラス転移温度、高熱分解温度、低熱膨張率である、熱的特性にも優れた硬化物が得られる。
したがって、本樹脂ワニスおよびこれを用いた積層板は、高機能性高分子材料として極めて有用であり、電気的、熱的に優れた材料として、半導体封止材、電気絶縁材料、銅張り積層板用樹脂、レジスト、電子部品の封止用樹脂、液晶のカラーフィルター用樹脂、塗料、各種コーティング剤、接着剤、ビルドアップ積層板材料、FRP等の幅広い用途に使用できる。

Claims (10)

  1. 下記式(1)で表される化合物を主成分として含み、重量平均分子量が3000~12000であるアリル基含有カーボネート樹脂。
    Figure 0006998739000009
    [式中、Rは、ビスフェノール化合物由来の残基、ビフェノール化合物由来の残基または脂環式ジメタノール化合物由来の残基を示し、2個のRはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、nは0以上の整数を示し、Rは、ビスフェノール化合物由来の残基、ビフェノール化合物由来の残基または脂環式ジメタノール化合物由来の残基を示し、n個のR の少なくとも一部が前記脂環式ジメタノール化合物由来の残基であり、nが2以上である場合、n個のRはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、2個のRおよびn個のRの少なくとも一部はアリル基を含有し、Xは水素原子またはアリル基を示し、2個のXはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。]
  2. 前記式(1)中のRが、アリル基含有ビスフェノール化合物由来の残基またはアリル基含有ビフェノール化合物由来の残基である、請求項1に記載のアリル基含有カーボネート樹脂。
  3. 前記式(1)中のRが、下記式(r1)、下記式(r2)または下記式(r3)で表される基である、請求項2に記載のアリル基含有カーボネート樹脂。
    Figure 0006998739000010
    [式中、pは1または2を示し、qは0~2の整数を示す。]
  4. アリル基含有カーボネート樹脂の製造方法であって、
    炭酸ジエステルと、ビスフェノール化合物、ビフェノール化合物および脂環式ジメタノール化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種のジオール化合物とを反応させる工程を有し、前記ジオール化合物の少なくとも一部が前記脂環式ジメタノール化合物であり、前記ジオール化合物の少なくとも一部がアリル基を含有し、前記アリル基含有カーボネート樹脂の重量平均分子量が3000~12000である、アリル基含有カーボネート樹脂の製造方法。
  5. 前記炭酸エステルと前記ジオール化合物とを反応させる工程が、
    炭酸ジエステルと、脂環式ジメタノール化合物とを反応させ、または、炭酸ジエステルと、脂環式ジメタノール化合物と、ビスフェノール化合物およびビフェノール化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の芳香族ジオール化合物とを反応させ、一次反応生成物を得て、前記一次反応生成物と、ビスフェノール化合物およびビフェノール化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の芳香族ジオール化合物とを反応させる工程である、請求項に記載のアリル基含有カーボネート樹脂の製造方法。
  6. 前記一次反応生成物を得る際の、前記脂環式ジメタノール化合物と前記芳香族ジオール化合物との合計量に対する前記炭酸ジエステルのモル比が、1.05~3.00である、請求項に記載のアリル基含有カーボネート樹脂の製造方法。
  7. 前記炭酸エステルと前記ジオール化合物との反応により生成した、末端が水酸基であるアリル基含有カーボネート樹脂と、ハロゲン化アリルとを反応させ、前記水酸基をアリルエーテル化する工程をさらに有する、請求項のいずれか一項に記載のアリル基含有カーボネート樹脂の製造方法。
  8. 請求項1~のいずれか一項に記載のアリル基含有カーボネート樹脂と、マレイミド基を2以上有するマレイミド化合物と、溶剤とを含む樹脂ワニス。
  9. 前記アリル基含有カーボネート樹脂が、前記式(1)中の2個のXの少なくとも一方が水素原子である化合物を含み、
    エポキシ樹脂をさらに含む、請求項に記載の樹脂ワニス。
  10. 請求項またはに記載の樹脂ワニスを繊維質基材に含浸させ、前記樹脂ワニスが含浸した繊維質基材を加熱加圧し、硬化させて積層板を得る、積層板の製造方法。
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