WO2016076403A1 - ノボラック型フェノール樹脂の製造方法、ノボラック型フェノール樹脂、熱硬化性樹脂組成物及び硬化物 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for producing a novolac type phenol resin, a novolac type phenol resin, a thermosetting resin composition, and a cured product obtained by curing them.
- Phenolic resins are used in various fields because of their heat resistance.
- One example is use as a curing agent for epoxy resins. In that case, it is excellent in heat resistance, adhesion, and electrical insulation, and is a resin composition for printed circuit boards, a resin composition for interlayer insulation materials used for printed circuit boards and copper foils with resin, and a resin composition for sealing materials for electronic components. , Resist inks, conductive pastes, paints, adhesives, composite materials and the like. With recent technological innovations, further improvements in heat resistance, moisture resistance, flame retardancy and the like of epoxy resin compositions are required. In particular, when used as an electronic component or a material around it, it is expected that the material is required to have flexibility because the use site is becoming smaller and thinner.
- one means for solving the problems of heat resistance, moisture resistance and flame retardancy is an increase in the amount of filler used.
- By increasing the amount of the filler it is possible to reduce the linear expansion coefficient of the molded product, reduce the moisture absorption rate, and improve the flame retardancy.
- an increase in the filling amount causes a problem that the fluidity of the blend decreases and the moldability deteriorates.
- the elastic modulus of the molded product tends to increase by increasing the amount of filler.
- the resin component in the composition is required to have a resin skeleton capable of improving fluidity and imparting more flexibility.
- the heat resistance, moisture resistance and flame retardancy of the cured product and the flexibility of the cured product and the fluidity of the compound for obtaining the cured product are contradictory properties, and it has been difficult to achieve both. It was.
- a novolak-type phenol resin (hereinafter also referred to as “novolak resin”) is produced by addition condensation of phenols and aldehydes in the presence of an acidic catalyst.
- the molar ratio of aldehydes to 1 mol of phenols is used in the range of 1.0 mol or less, and the molecular weight of the resin obtained is controlled by adjusting the molar ratio.
- the molar ratio of aldehydes to 1 mol of phenols must be reduced. In this case, a large amount of unreacted phenolic monomers remains. Although the unreacted phenolic monomer in the novolak resin can be reduced by distillation under reduced pressure, a larger amount of phenolic monomer is removed by distillation as the novolak resin has a lower molar ratio of aldehydes to 1 mole of phenol. Therefore, a decrease in yield is inevitable. On the other hand, if a phenolic monomer remains in the novolak resin, it causes a decrease in the dimensional stability of the molded product and generation of voids. Therefore, it is preferable that the phenol monomer in the novolak resin is as small as possible.
- Patent Document 1 discloses a method for obtaining fluidity of a novolak resin by increasing the content of a dimer component by causing a heterogeneous reaction between phenols and formaldehyde in the presence of a phosphoric acid catalyst. ing.
- the catalyst is limited to phosphoric acid, aldehydes that are less reactive than paraformaldehyde, for example, aliphatic aldehydes such as acetaldehyde and butyraldehyde, benzaldehyde and salicyl
- aldehydes that are less reactive than paraformaldehyde, for example, aliphatic aldehydes such as acetaldehyde and butyraldehyde, benzaldehyde and salicyl
- Patent Document 2 a phenol derivative is reacted with a biomass containing an alkyl chain unsaturated bond under strong acidity to obtain a biomass derivative, and then this biomass derivative is reacted with an aldehyde source to produce a novolac-type phenol.
- a technique for obtaining a resin and thereby imparting flexibility and heat resistance to a cured product is disclosed. According to this method, although the flexibility of the cured product is improved by introducing an alkyl chain skeleton, a strong acid is used during the resin production process. Limitation will occur. In addition, since ionic impurities are likely to remain, the use is also limited, which is not practical.
- the present invention has been made based on the above circumstances, and the flowability of the novolak resin is improved, and the flexibility of the cured product of the resin composition using the novolak resin is improved, and moisture resistance is also imparted.
- An object of the present invention is to provide a method for producing a novolac resin.
- a phenol and a saturated aliphatic aldehyde having 6 to 20 carbon atoms are represented by the following general formula (1) B- (OR) 3 (1) (In the formula, three R's each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms) and an acid having a pKa at 25 ° C. of 5.0 or less.
- a process for producing a novolac-type phenolic resin characterized by reacting in the presence of [2] The method for producing a novolac type phenol resin according to [1], wherein an aromatic aldehyde is reacted in addition to the phenols and the saturated aliphatic aldehyde. [3] The method for producing a novolac type phenol resin according to [2], wherein the aromatic aldehyde is represented by the general formula (2).
- A represents a residue obtained by removing a + 1 hydrogen atom from a monocyclic or polycyclic aromatic hydrocarbon, and each R 1 independently represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a hydroxy group, or a carbon atom.
- a method for producing a novolac resin in which the fluidity of the novolak resin is improved, the flexibility of the cured product of the resin composition using the novolac resin is improved, and moisture resistance is also provided. Can do.
- FIG. 2 is a GPC chart of novolac resin A in Example 1.
- FIG. 10 is a GPC chart of novolac resin I in Example 9.
- 4 is a GPC chart of novolac resin J in Comparative Example 1.
- the novolac type phenol resin is also referred to as “novolac resin” hereinafter.
- the method for producing a novolac type phenolic resin of the present invention comprises a phenol and a saturated aliphatic aldehyde having 6 to 20 carbon atoms represented by the following general formula (1): B- (OR) 3 (1) (In the formula, three R's each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms) and an acid having a pKa at 25 ° C. of 5.0 or less. In the presence of
- an aromatic aldehyde may be reacted in addition to the phenols and the saturated aliphatic aldehyde.
- A represents a residue obtained by removing a + 1 hydrogen atom from a monocyclic or polycyclic aromatic hydrocarbon, and each R 1 independently represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a hydroxy group, or a carbon atom. Represents any one of an alkoxy group of formulas 1 to 6 and a halogen atom, and a is an integer of 0 to 3.
- Phenols refer to compounds having a phenol skeleton, and include, in addition to phenol, compounds in which one or more hydrogen atoms of the aromatic ring of phenol are substituted with an alkyl group, a cycloalkyl group, or an aryl group.
- phenol, cresol, ethylphenol, xylenol, butylphenol, octylphenol, nonylphenol, phenylphenol, cyclohexylphenol, trimethylphenol, bisphenol A, catechol, resorcinol, hydroquinone, naphthol, pyrogallol, etc., alone or in combination Can be used.
- phenol or cresol because of its high versatility and easy availability of raw materials.
- the saturated aliphatic aldehyde used for the production of the novolak resin is a saturated aliphatic aldehyde having 6 to 20 carbon atoms, preferably a saturated aliphatic aldehyde having 6 to 12 carbon atoms, more preferably the number of carbon atoms. 6 to 10 saturated aliphatic aldehydes.
- a saturated aliphatic aldehyde having 6 to 10 carbon atoms is referred to as a lower aldehyde
- a saturated aliphatic aldehyde having 11 to 20 carbon atoms is referred to as a higher aldehyde, both of which have a straight chain branch.
- saturated aliphatic aldehyde used in the production of the novolak resin include valeraldehyde, hexyl aldehyde, heptyl aldehyde, octyl aldehyde, nonyl aldehyde, decyl aldehyde, undecyl aldehyde, dodecyl aldehyde, tridecyl aldehyde, tetra Decylaldehyde, pentadecylaldehyde, glyoxal, glyoxylic acid, glutaraldehyde, 2-ethylhexanal, 2-methylvaleraldehyde, isobutyraldehyde, 2-methylbutyraldehyde, 3-methylbutyraldehyde, 3- (methylthio) -propionaldehyde, etc.
- hexylaldehyde, 2-methylvaleraldehyde, and octylaldehyde are preferably used from the viewpoint of availability of raw materials, easy reaction, and imparting curability characteristics.
- the aromatic aldehyde that may be used for the production of the novolak resin is a compound containing an aromatic group and an aldehyde group.
- an aromatic aldehyde represented by the general formula (2) is preferable.
- A represents a residue obtained by removing a + 1 hydrogen atom from a monocyclic or polycyclic aromatic hydrocarbon, and each a 1 R 1 is independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or a hydroxy group. Represents an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms or a halogen atom, and a is an integer of 0 to 3.
- the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms of R 1 is preferably 1 carbon atom.
- Specific examples include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, and an isopropyl group.
- the alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms is preferably an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, and more preferably an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms.
- Specific examples include a methoxy group, an ethoxy group, and a propoxy group.
- the halogen atom include fluorine, chlorine, bromine, iodine atom, and the like, preferably a fluorine atom.
- Specific examples of A include residues obtained by removing a + 1 hydrogen atoms from aromatic hydrocarbons such as a benzene ring, a naphthalene ring, and an anthracene ring.
- aromatic aldehyde examples include benzaldehyde, salicylaldehyde, dihydroxybenzaldehyde, methylbenzaldehyde, dimethylbenzaldehyde, trimethylbenzaldehyde, ethylbenzaldehyde, propylbenzaldehyde, butylbenzaldehyde, dibutylbenzaldehyde, methoxybenzaldehyde, dimethoxybenzaldehyde, cuminaldehyde, penta Methylbenzaldehyde, hydroxymethylbenzaldehyde, phenoxybenzaldehyde, phenylbenzaldehyde, phthalaldehyde, chlorbenzaldehyde, dichlorobenzaldehyde, trichlorobenzaldehyde, tetrachlorobenzaldehyde, bromobenzaldehyde, dibromobenzaldehyde, tribro
- total aldehydes are used when two or more saturated aliphatic aldehydes are used, or when one or more saturated aliphatic aldehydes and one or more aromatic aldehydes are used in combination. Refers to all aldehydes produced.
- the total molar amount of the total aldehydes is preferably 0.3 to 1.0 mol, more preferably 0.4 to 0.8 mol, and still more preferably 0.5 to 1 mol of the total amount of the phenols. It is preferably used at a ratio of ⁇ 0.7 mol. Since the total molar amount of total aldehydes is within the above range with respect to 1 mol of the total amount of phenols, the remaining phenols can be kept at an appropriate amount, and the yield of novolak resin is reduced. In addition, a decrease in dimensional stability of a molded article using a novolac resin, generation of voids, and the like are suppressed.
- the molar ratio of the two is preferably 8: 2 to 3: 7, more preferably 7: 3 to 4: 6, The ratio is preferably 6: 4 to 4: 6.
- the boron compound used in the production of the novolak resin has the following formula (1): B- (OR) 3 (1) (In the formula, three R's each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms).
- R is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms
- the alkyl group having 1 to 10 carbon atoms may be linear or branched, and is a methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group , Isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, isopentyl, sec-pentyl, tert-pentyl, neopentyl, hexyl, isohexyl, heptyl, octyl, decyl, etc. Is mentioned.
- boron compound represented by the formula (1) examples include boric acid, trimethyl borate, triethyl borate, triisopropyl borate, tributyl borate and the like, and are used alone or in combination of two or more. Boric acid is more preferred.
- the acid used for the production of the novolak resin is an acid having the pKa of 5.0 or less at 25 ° C.
- an acid may be any one that is used for the production of a general novolak resin,
- hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, p-toluenesulfonic acid, oxalic acid and the like can be mentioned, and these can be used alone or in combination of two or more.
- an acid having a pKa of 5.0 or less at 25 ° C. as a catalyst, a novolak resin having the characteristics described later can be obtained.
- an acid having a pKa of 0.0 to 4.0 is preferable.
- an acid is a polybasic acid, if pK a1 is 5.0 or less, it is applicable. In the method for producing a novolak resin of the present invention, the reason is not clear, but it is presumed that a sufficient catalytic action for advancing the reaction can be obtained by using the boron compound and an acid together.
- the boron compound is used in an amount of 0.05 to 10 parts by weight, preferably 0.05 to 5 parts by weight, more preferably 0.1 to 2.5 parts by weight, based on 100 parts by weight of phenols. It is preferable to use in the ratio.
- the acid is used in an amount of 0.05 to 10 parts by weight, preferably 0.05 to 5 parts by weight, more preferably 0.1 to 2.5 parts by weight, based on 100 parts by weight of phenols. Preferably used in proportion.
- the total amount of the boron compound and the acid used is 0.1 to 20 parts by weight, preferably 0.1 to 10 parts by weight, more preferably 0.2 parts by weight based on 100 parts by weight of phenols. It is preferably used at a ratio of ⁇ 5 parts by mass.
- the total amount of the boron compound and the acid is 0.1 parts by mass or more and 20 parts by mass or less, a sufficient effect as a catalyst can be obtained, and a phenomenon in which the molecular weight increases during synthesis (decomposition and decomposition).
- the novolak resin described later can be obtained by suppressing the (arrangement).
- the method of reacting phenols with aldehydes is not particularly limited. For example, phenols, total aldehydes, and acid catalyst are charged together and reacted, or phenols and acid catalyst are charged at a predetermined reaction temperature. And a method of adding aldehydes. In the latter case, the method of addition may be added one by one in order or after a plurality of aldehydes are mixed in advance.
- the reaction temperature is preferably 30 to 130 ° C., preferably 50 to 100 ° C., more preferably 60 to 80 ° C.
- the reaction temperature is 30 ° C. or higher and 130 ° C. or lower, it reacts at an appropriate reaction rate, and it becomes difficult for unreacted phenols to remain, and generation of a novolak resin having a high molecular weight component is suppressed.
- limiting in particular in reaction time What is necessary is just to adjust with the quantity of aldehydes and an acid catalyst, and reaction temperature. For example, by reacting for 6 to 10 hours, it becomes difficult for unreacted phenols to remain, and generation of a novolak resin having a high molecular weight component is suppressed.
- Organic solvent It is also possible to use an organic solvent in the reaction during production.
- organic solvents include alcohols such as propyl alcohol and butanol, glycols such as ethylene glycol and propylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, and butylene.
- Glycol ethers such as glycol monomethyl ether, butylene glycol monoethyl ether, butylene glycol monopropyl ether, ketones such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone, propyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, ethylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether Esters such as acetate, ethers such as 1,4-dioxane Etc. are alone, or in combination of two or more can be used.
- the organic solvent can be used in an amount of 0 to 1,000 parts by weight, preferably 10 to 100 parts by weight, and more preferably about 20 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of phenols.
- the condensed water may be removed by distillation or, if necessary, the remaining catalyst may be removed by washing with water.
- unreacted phenols and unreacted aldehydes may be removed by distillation under reduced pressure or steam distillation.
- the novolak resin of the present invention is obtained by the production method described above.
- the novolac resin is represented, for example, by the following general formula (3).
- R 2 and R 3 each independently represents an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, a hydroxy group, or an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms, and R 4 represents one having 5 to 19 carbon atoms.
- R 4 represents one having 5 to 19 carbon atoms.
- b to c are each independently an integer of 0 to 3
- n is an integer of 1 to 10.
- the novolak resin of the present invention in which a part of the aliphatic aldehyde having 6 to 20 carbon atoms is replaced with an aromatic aldehyde is represented, for example, by the following general formula (4).
- A represents a residue obtained by removing a + 1 hydrogen atom from a monocyclic or polycyclic aromatic hydrocarbon, and each R 1 independently represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a hydroxy group, or a carbon atom.
- R 2 , R 3 and R 5 each independently represents an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, a hydroxy group, or an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms, and R 4 represents 5 to 5 carbon atoms.
- 19 represents an alkyl group (including those having a side chain)
- a to d are each independently an integer of 0 to 3
- n and m are each independently an integer of 1 to 10. However, the units of n and m may be connected alternately or randomly. )
- the thermosetting resin composition of the present invention contains a novolac resin and an epoxy resin.
- the novolak resin is preferably a novolak resin obtained by the above-described method for producing a novolak resin or a novolak resin having the above-described structure.
- Epoxy resin It does not specifically limit as an epoxy resin used by this invention, A well-known epoxy resin can be used.
- the epoxy resin include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, bisphenol AD type epoxy resin, resorcinol type epoxy resin, hydroquinone type epoxy resin, catechol type epoxy resin, dihydroxynaphthalene type Epoxy resins derived from dihydric phenols such as epoxy resins, biphenyl type epoxy resins, tetramethylbiphenyl type epoxy resins, phenol novolac type epoxy resins, cresol novolac type epoxy resins, triphenylmethane type epoxy resins, tetraphenylethane Type epoxy resin, dicyclopentadiene-phenol modified epoxy resin, phenol aralkyl type epoxy resin, biphenyl aralkyl type epoxy resin, na Tall novolac type epoxy resin, naphthol aralkyl type epoxy resin, naphthol-phenol co-
- the mixing ratio of the epoxy resin and the novolak resin is such that the hydroxyl equivalent of the novolak resin is preferably in the range of 0.6 to 1.2, more preferably 0.7 to 1.1, with respect to the epoxy equivalent of 1.0 of the epoxy resin. A range, even more preferably 1.0.
- a curing accelerator can be appropriately used for the purpose of accelerating the curing reaction.
- curing accelerators include organic acid metal salts such as imidazole, organic phosphorus compounds, secondary and tertiary amines, tin octylate, Lewis acids, amine complex salts, and the like.
- the imidazole compounds include imidazole, 2-methylimidazole, 2-ethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-undecylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole.
- 2-heptadecylimidazole 4,5-diphenylimidazole, 2-methylimidazoline, 2-phenylimidazoline, 2-undecylimidazoline, 2-heptadecylimidazoline, 2-isopropylimidazole, 2,4-dimethylimidazole, 2- Examples include phenyl-4-methylimidazole, 2-ethylimidazoline, 2-isopropylimidazoline, 2,4-dimethylimidazoline, 2-phenyl-4-methylimidazoline. These imidazole compounds may be masked with a masking agent.
- the masking agent examples include acrylonitrile, phenylene diisocyanate, toluidine isocyanate, naphthalene diisocyanate, methylene bisphenyl isocyanate, and melamine acrylate.
- organophosphorus compounds include ethylphosphine, propylphosphine, butylphosphine, phenylphosphine, trimethylphosphine, triethylphosphine, tributylphosphine, trioctylphosphine, triphenylphosphine, tricyclohexylphosphine, triphenylphosphine / triphenylborane complex, tetra And phenylphosphonium tetraphenylborate.
- Secondary amine compounds include morpholine, piperidine, pyrrolidine, dimethylamine, diethylamine, dipropylamine, diisopropylamine, dibutylamine, dibenzylamine, dicyclohexylamine, N-alkylarylamine, piperazine, diallylamine, thiazoline, thiol.
- Examples include morpholine.
- Examples of the tertiary amine compound include benzyldimethylamine, 2- (dimethylaminomethyl) phenol, 2,4,6-tris (diaminomethyl) phenol, and the like.
- thermosetting resin composition of the present invention includes various kinds of fillers, thermosetting resins and thermoplastic resins used as modifiers, pigments, silane coupling agents, mold release agents, and the like as necessary. These compounding agents can be added depending on the purpose. Among these, for example, fused silica, crystalline silica, alumina, zircon, calcium silicate, calcium carbonate, silicon carbide, silicon nitride, boron nitride, zirconia, fosterite, steatite, spinel, titania, aluminum hydroxide And inorganic fillers such as magnesium hydroxide.
- the fused silica can be used in either a crushed or spherical shape, but in order to increase the content of the fused silica in the thermoplastic resin composition and to suppress an increase in the melt viscosity of the molding material, a spherical one is mainly used. It is preferable to use for the above. Furthermore, in order to increase the content of the spherical silica relative to the thermoplastic resin composition, it is preferable to appropriately adjust the particle size distribution of the spherical silica.
- the desired content of the filler content varies depending on the application and desired characteristics. However, for example, when used for a semiconductor encapsulant, a higher content is preferable in view of the coefficient of linear expansion and flame retardancy.
- the amount is preferably 65% by mass or more, particularly preferably about 80 to 90% by mass with respect to the total amount of the curable resin composition.
- electrically conductive fillers such as silver powder and copper powder, can be used.
- thermosetting and thermoplastic resins used as the modifier can be used.
- phenoxy resin, polyamide resin, polyimide resin, polyetherimide resin, polyethersulfone resin, polyphenylene ether Resins, polyphenylene sulfide resins, polyester resins, polystyrene resins, polyethylene terephthalate resins, and the like can be used as long as they do not impair the effects of the present invention.
- the silane coupling agent include silane coupling agents such as amino silane compounds, vinyl silane compounds, styrene silane compounds, and methacryl silane compounds.
- the mold release agent include stearic acid, zinc stearate, calcium stearate, aluminum stearate, magnesium stearate, and carnauba wax.
- FIG. 1 shows a gel permeation chromatography (GPC) chart of Resin A. The horizontal axis indicates the elution time (minutes).
- Example 2 shows a GPC chart of resin I
- FIG. 2 shows a GPC chart of resin I
- the novolak resin obtained by the present invention has a feature that it is difficult to produce a high molecular weight component, and as shown in Tables 1 and 2, it can be confirmed that the resin has a low melt viscosity and a higher fluidity.
- the higher the aldehyde / phenol reaction molar ratio or the reaction temperature the easier it is to produce a high molecular weight component, and the fluidity of the resin tends to decrease.
- the resin obtained by the present invention has a low melt viscosity even in a resin having a high reaction molar ratio, and it can be confirmed that the fluidity is good.
- thermosetting resin composition was pressure-molded in a mold at 150 ° C. for 30 minutes and at a pressure of 30 kg / cm 2 . Thereafter, it was post-cured at 180 ° C. for 5 hours to produce a test piece having a length of 95 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 4 mm.
- the glass transition temperature, the water absorption, and the bending elastic modulus in 25 degreeC conditions and 260 degreeC conditions were evaluated with the following method.
- Glass transition temperature The glass transition temperature was measured by TMA method using the product name "SSC / 5200" made by Seiko Instruments Inc. (SII).
- the heating rate was 10 ° C./min, the sample size was 4 mm wide ⁇ 10 mm long ⁇ 8 mm thick.
- Flexural modulus Tensilon universal testing machine (trade name “Tensilon UTM-5T” manufactured by Toyo Baldwin Co., Ltd.) was used to measure in accordance with JIS K-6911.
- the elastic modulus shown in Table 2 is The elastic modulus is 25 ° C. at room temperature and 260 ° C. when heated.
- Epoxy resin manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation (Triphenylmethane type epoxy resin), trade name “1032H60” Triphenylphosphine: Wako Pure Chemical Industries, Ltd. Fused silica: Tatsumori Co., Ltd., trade name “MSR-2212”
- the cured product of the thermosetting resin composition obtained by using the resin of the present invention resulted in a reduction in water absorption relative to the comparative example and a low elastic modulus at 260 ° C. . That is, it can be said that the water absorption / flexibility is lower than that in the case of using a phenol / formaldehyde novolak resin (Comparative Examples 9 and 10) which is a conventional material.
- a novolak resin excellent in fluidity it becomes possible to obtain a cured product excellent in moisture resistance and flexibility by using it.
- Example 19 to 21, Comparative Example 14, Reference Example 1 A reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the compounds and reaction conditions described in Table 5 were used to obtain novolak resins O and Q to T. Table 5 shows the results.
- the pKa of valeric acid used in Comparative Example 14 is 5.17.
- thermosetting resin was prepared with the composition shown in Table 6 using the obtained novolak resins O, Q, and S, a test piece was prepared, and evaluation was performed.
- Table 6 shows the glass transition temperature, water absorption, and values of the flexural modulus at 25 ° C. and 260 ° C. of the obtained test piece.
- the method for producing a novolak resin of the present invention improves the fluidity of the produced novolak resin, improves the flexibility of the cured product of the resin composition using the novolak resin, and can also provide moisture resistance.
- a novolak resin is provided.
- the novolac resin obtained by the method for producing the novolak resin is a resin composition for an electronic component sealing material, a resin composition for a printed circuit board, a resin composition for an interlayer insulating material used for a printed circuit board and a copper foil with resin. , Conductive paste (containing conductive filler), paint, adhesive, composite material, and the like.
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Abstract
フェノール類と、炭素原子数6~20の飽和脂肪族アルデヒドとを、下記一般式 (1) B-(OR)3 (1) (式中、3個のRは、それぞれ独立に水素原子、炭素原子数1~10のアルキル基のいずれかを示す。)で表されるホウ素化合物および25℃におけるpKaが5.0以下の酸の存在下で反応させる、ノボラック型フェノール樹脂の製造方法である。
Description
本発明は、ノボラック型フェノール樹脂の製造方法、ノボラック型フェノール樹脂、熱硬化性樹脂組成物、及びそれらを硬化して得られる硬化物に関する。
フェノール樹脂は、その耐熱性から様々な分野に使用されている。
その一例としてエポキシ樹脂の硬化剤としての用途がある。その場合、耐熱性、密着性、電気絶縁性に優れ、プリント基板用樹脂組成物、プリント基板および樹脂付き銅箔に使用する層間絶縁材料用樹脂組成物、電子部品の封止材用樹脂組成物、レジストインキ、導電ペースト、塗料、接着剤、複合材料等に用いられている。
近年の技術革新に伴い、エポキシ樹脂組成物の更なる耐熱性、耐湿性、難燃性等の向上が求められている。特に電子部品やその周辺の材料として用いられる場合、使用部位の小型化、薄型化が進行している事から、材料には柔軟性も要求されることが今後予想されつつある。
その一例としてエポキシ樹脂の硬化剤としての用途がある。その場合、耐熱性、密着性、電気絶縁性に優れ、プリント基板用樹脂組成物、プリント基板および樹脂付き銅箔に使用する層間絶縁材料用樹脂組成物、電子部品の封止材用樹脂組成物、レジストインキ、導電ペースト、塗料、接着剤、複合材料等に用いられている。
近年の技術革新に伴い、エポキシ樹脂組成物の更なる耐熱性、耐湿性、難燃性等の向上が求められている。特に電子部品やその周辺の材料として用いられる場合、使用部位の小型化、薄型化が進行している事から、材料には柔軟性も要求されることが今後予想されつつある。
その様な状況の中、例えば耐熱性、耐湿性、難燃性の課題を解決する手段の一つとしては充填剤の使用量の増加が挙げられる。充填剤量を多くすることにより成形品の線膨張係数の低減や吸湿率の低減、難燃性の向上が可能となる。しかしその一方、充填量が多くなることにより配合物の流動性が低下し、成形性が悪くなるという問題が生じる。さらに、充填剤量を多くすることで成形品の弾性率は大きくなる傾向にある。従って、組成物中の樹脂成分においては、流動性の向上、より柔軟性を付与する事の出来る樹脂骨格が要求されている。しかしながら、硬化物の耐熱性、耐湿性及び難燃性と、硬化物の柔軟性及び硬化物を得るための配合物の流動性とは、相反する特性であり、両立する事は困難とされてきた。
ノボラック型フェノール樹脂(以下「ノボラック樹脂」ともいう)は、フェノール類とアルデヒド類とを酸性触媒の存在下に付加縮合して製造される。通常、フェノール類の1モルに対するアルデヒド類のモル比が1.0モル以下の範囲で使用され、モル比を調整することで得られる樹脂の分子量を制御している。
ノボラック樹脂の溶融粘度を低くするためには、高分子量成分をできるだけ少なくする必要があり、それにより、硬化物の架橋密度が小さくなる事で、成形品の柔軟性が向上するという効果がある。分子量が比較的低いノボラック樹脂を得るためには、フェノール類1モルに対するアルデヒド類のモル比を小さくしなければならず、その場合、未反応のフェノール類モノマーが多く残存することになる。
ノボラック樹脂中の未反応フェノール類モノマーは減圧下で蒸留することにより低減することができるものの、フェノール類1モルに対するアルデヒド類のモル比の低いノボラック樹脂ほど大量のフェノール類モノマーが蒸留により除去されることになるため、収率の低下が避けられない。一方、ノボラック樹脂中にフェノール類モノマーが残存した場合、成型物の寸法安定性の低下、ボイドの発生などを引き起こすことから、ノボラック樹脂中のフェノールモノマーはできるだけ少ない方が好ましい。
ノボラック樹脂の溶融粘度を低くするためには、高分子量成分をできるだけ少なくする必要があり、それにより、硬化物の架橋密度が小さくなる事で、成形品の柔軟性が向上するという効果がある。分子量が比較的低いノボラック樹脂を得るためには、フェノール類1モルに対するアルデヒド類のモル比を小さくしなければならず、その場合、未反応のフェノール類モノマーが多く残存することになる。
ノボラック樹脂中の未反応フェノール類モノマーは減圧下で蒸留することにより低減することができるものの、フェノール類1モルに対するアルデヒド類のモル比の低いノボラック樹脂ほど大量のフェノール類モノマーが蒸留により除去されることになるため、収率の低下が避けられない。一方、ノボラック樹脂中にフェノール類モノマーが残存した場合、成型物の寸法安定性の低下、ボイドの発生などを引き起こすことから、ノボラック樹脂中のフェノールモノマーはできるだけ少ない方が好ましい。
特許文献1では、フェノール類とホルムアルデヒド類とを、リン酸触媒の存在下で不均一化反応させることにより、ダイマー成分の含有率を高くすることで、ノボラック樹脂の流動性を得る方法が開示されている。この方法によると、ノボラック樹脂成分の流動性は向上するものの、触媒がリン酸に限定されるため、パラホルムアルデヒドよりも反応性の低いアルデヒド、例えばアセトアルデヒドやブチルアルデヒドなどの脂肪族アルデヒド、ベンズアルデヒドやサリチルアルデヒドなどの芳香族アルデヒドと反応させる場合には十分な反応性が得られない。
特許文献2においては、アルキル鎖不飽和結合を含むバイオマスにフェノール類を強酸性下で反応させてバイオマス誘導体を得た後、このバイオマス誘導体と、アルデヒド源とを反応させることで、ノボラック型のフェノール樹脂を得、これにより硬化物に柔軟性、耐熱性を付与する技術が開示されている。この方法によると、アルキル鎖骨格の導入により硬化物の柔軟性は向上するものの、樹脂の製造工程中に強酸を使用するため、反応容器の腐食や反応発熱の制御などの観点で、製造設備に制限が生じてしまう。また、イオン性不純物が残存しやすい事から、用途にも制限が生じてしまうため、実用的でない。
特許文献2においては、アルキル鎖不飽和結合を含むバイオマスにフェノール類を強酸性下で反応させてバイオマス誘導体を得た後、このバイオマス誘導体と、アルデヒド源とを反応させることで、ノボラック型のフェノール樹脂を得、これにより硬化物に柔軟性、耐熱性を付与する技術が開示されている。この方法によると、アルキル鎖骨格の導入により硬化物の柔軟性は向上するものの、樹脂の製造工程中に強酸を使用するため、反応容器の腐食や反応発熱の制御などの観点で、製造設備に制限が生じてしまう。また、イオン性不純物が残存しやすい事から、用途にも制限が生じてしまうため、実用的でない。
本発明は、上記の事情に基づいてなされたものであり、ノボラック樹脂の流動性が向上するとともに、ノボラック樹脂を用いた樹脂組成物の硬化物の柔軟性が向上しつつ、かつ耐湿性も付与する事の出来る、ノボラック樹脂の製造方法を提供する事を目的とする。
即ち、本発明は以下〔1〕~〔11〕で示される。
〔1〕フェノール類と、炭素原子数が6~20の飽和脂肪族アルデヒドとを、下記一般式(1)
B-(OR)3 (1)
(式中、3個のRは、それぞれ独立に水素原子、炭素原子数1~10のアルキル基のいずれかを示す。)で表されるホウ素化合物および25℃におけるpKaが5.0以下の酸の存在下で反応させることを特徴とするノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
〔2〕前記フェノール類と前記飽和脂肪族アルデヒドに加えて、芳香族アルデヒドを反応させる、〔1〕に記載のノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
〔3〕前記芳香族アルデヒドが、一般式(2)で表される、〔2〕に記載のノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
(式中、Aは単環または多環芳香族炭化水素からa+1個の水素原子を除いた残基を表し、R1はそれぞれ独立に炭素原子数1~6のアルキル基、ヒドロキシ基、炭素原子数1~6のアルコキシ基、ハロゲン原子のいずれかを表し、aは0~3の整数である。)
〔4〕前記フェノール類の合計1モルに対して、総アルデヒドの合計モル数を0.3~1モルのモル比で反応させる、〔1〕~〔3〕のいずれかに記載のノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
〔5〕前記飽和脂肪族アルデヒドが、ヘキシルアルデヒド、オクチルアルデヒド、2-メチルバレルアルデヒドから選択される一種以上の化合物である、〔1〕~〔4〕のいずれかに記載のノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
〔6〕前記芳香族アルデヒドが、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒドから選ばれる一種以上の化合物である、〔2〕~〔4〕のいずれかに記載のノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
〔7〕前記ホウ素化合物がホウ酸である、〔1〕~〔6〕のいずれかにに記載のノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
〔8〕〔1〕~〔7〕のいずれかに記載の方法で製造されたノボラック型フェノール樹脂。
〔9〕〔8〕に記載のノボラック型フェノール樹脂およびエポキシ樹脂を含有する熱硬化性樹脂組成物。
〔10〕さらに充填剤を含有する、〔9〕に記載の熱硬化性樹脂組成物。
〔11〕〔9〕又は〔10〕に記載の熱硬化性樹脂組成物を硬化させて得られる硬化物。
〔1〕フェノール類と、炭素原子数が6~20の飽和脂肪族アルデヒドとを、下記一般式(1)
B-(OR)3 (1)
(式中、3個のRは、それぞれ独立に水素原子、炭素原子数1~10のアルキル基のいずれかを示す。)で表されるホウ素化合物および25℃におけるpKaが5.0以下の酸の存在下で反応させることを特徴とするノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
〔2〕前記フェノール類と前記飽和脂肪族アルデヒドに加えて、芳香族アルデヒドを反応させる、〔1〕に記載のノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
〔3〕前記芳香族アルデヒドが、一般式(2)で表される、〔2〕に記載のノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
(式中、Aは単環または多環芳香族炭化水素からa+1個の水素原子を除いた残基を表し、R1はそれぞれ独立に炭素原子数1~6のアルキル基、ヒドロキシ基、炭素原子数1~6のアルコキシ基、ハロゲン原子のいずれかを表し、aは0~3の整数である。)
〔4〕前記フェノール類の合計1モルに対して、総アルデヒドの合計モル数を0.3~1モルのモル比で反応させる、〔1〕~〔3〕のいずれかに記載のノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
〔5〕前記飽和脂肪族アルデヒドが、ヘキシルアルデヒド、オクチルアルデヒド、2-メチルバレルアルデヒドから選択される一種以上の化合物である、〔1〕~〔4〕のいずれかに記載のノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
〔6〕前記芳香族アルデヒドが、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒドから選ばれる一種以上の化合物である、〔2〕~〔4〕のいずれかに記載のノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
〔7〕前記ホウ素化合物がホウ酸である、〔1〕~〔6〕のいずれかにに記載のノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
〔8〕〔1〕~〔7〕のいずれかに記載の方法で製造されたノボラック型フェノール樹脂。
〔9〕〔8〕に記載のノボラック型フェノール樹脂およびエポキシ樹脂を含有する熱硬化性樹脂組成物。
〔10〕さらに充填剤を含有する、〔9〕に記載の熱硬化性樹脂組成物。
〔11〕〔9〕又は〔10〕に記載の熱硬化性樹脂組成物を硬化させて得られる硬化物。
本発明によれば、ノボラック樹脂の流動性が向上するとともに、ノボラック樹脂を用いた樹脂組成物の硬化物の柔軟性が向上しつつ、かつ耐湿性も付与したノボラック樹脂の製造方法を提供することができる。
以下、本発明を詳しく説明する。なお、上述したように、ノボラック型フェノール樹脂を、以下「ノボラック樹脂」ともいう。
<ノボラック樹脂の製造方法>
本発明のノボラック型フェノール樹脂の製造方法は、フェノール類と、炭素原子数6~20の飽和脂肪族アルデヒドとを、下記一般式(1)
B-(OR)3 (1)
(式中、3個のRは、それぞれ独立に水素原子、炭素原子数1~10のアルキル基のいずれかを示す。)で表されるホウ素化合物および25℃におけるpKaが5.0以下の酸の存在下で反応させる方法である。
本発明のノボラック型フェノール樹脂の製造方法は、フェノール類と、炭素原子数6~20の飽和脂肪族アルデヒドとを、下記一般式(1)
B-(OR)3 (1)
(式中、3個のRは、それぞれ独立に水素原子、炭素原子数1~10のアルキル基のいずれかを示す。)で表されるホウ素化合物および25℃におけるpKaが5.0以下の酸の存在下で反応させる方法である。
さらに、本発明のノボラック樹脂の製造方法において、前記フェノール類と前記飽和脂肪族アルデヒドに加えて、芳香族アルデヒドを反応させてもよい。
また、本発明のノボラック樹脂の製造方法において、前記芳香族アルデヒドは、一般式(2)で表されるものを用いることが好ましい。
(式中、Aは単環または多環芳香族炭化水素からa+1個の水素原子を除いた残基を表し、R1はそれぞれ独立に炭素原子数1~6のアルキル基、ヒドロキシ基、炭素原子数1~6のアルコキシ基、ハロゲン原子のいずれかを表し、aは0~3の整数である。)
(式中、Aは単環または多環芳香族炭化水素からa+1個の水素原子を除いた残基を表し、R1はそれぞれ独立に炭素原子数1~6のアルキル基、ヒドロキシ基、炭素原子数1~6のアルコキシ基、ハロゲン原子のいずれかを表し、aは0~3の整数である。)
次に、ノボラック樹脂の製造方法に用いる各成分、及び反応条件について、以下に詳細に説明する。
〔フェノール類〕
ノボラック樹脂の製造に使用される上記フェノール類としては、一般的なフェノール樹脂の製造に用いるものを使用することができる。フェノール類はフェノール骨格を有する化合物をいい、フェノールの他にフェノールの芳香環の水素原子の1つ以上をアルキル基、シクロアルキル基、アリール基で置換した化合物等も含む。具体的には、フェノール、クレゾール、エチルフェノール、キシレノール、ブチルフェノール、オクチルフェノール、ノニルフェノール、フェニルフェノール、シクロヘキシルフェノール、トリメチルフェノール、ビスフェノールA、カテコール、レゾシノール、ハイドロキノン、ナフトール、ピロガロールなどを、単独又は2種以上混合して使用することができる。これらのうち、汎用性が高く、原料の入手が容易である事から、フェノールまたはクレゾールを使用する事が好ましい。
ノボラック樹脂の製造に使用される上記フェノール類としては、一般的なフェノール樹脂の製造に用いるものを使用することができる。フェノール類はフェノール骨格を有する化合物をいい、フェノールの他にフェノールの芳香環の水素原子の1つ以上をアルキル基、シクロアルキル基、アリール基で置換した化合物等も含む。具体的には、フェノール、クレゾール、エチルフェノール、キシレノール、ブチルフェノール、オクチルフェノール、ノニルフェノール、フェニルフェノール、シクロヘキシルフェノール、トリメチルフェノール、ビスフェノールA、カテコール、レゾシノール、ハイドロキノン、ナフトール、ピロガロールなどを、単独又は2種以上混合して使用することができる。これらのうち、汎用性が高く、原料の入手が容易である事から、フェノールまたはクレゾールを使用する事が好ましい。
〔脂肪族アルデヒド〕
ノボラック樹脂の製造に使用される飽和脂肪族アルデヒドは、炭素原子数6~20の飽和脂肪族アルデヒドであり、好ましくは炭素原子数6~12の飽和脂肪族アルデヒドであり、さらに好ましくは炭素原子数6~10の飽和脂肪族アルデヒドである。
ここで、炭素原子数6~10の飽和脂肪族アルデヒドを、低級アルデヒドといい、炭素原子数が11~20の飽和脂肪族アルデヒドを、高級アルデヒドといい、いずれも直鎖に分岐を有しているものも含まれる。
ノボラック樹脂の製造に使用される飽和脂肪族アルデヒドは、炭素原子数6~20の飽和脂肪族アルデヒドであり、好ましくは炭素原子数6~12の飽和脂肪族アルデヒドであり、さらに好ましくは炭素原子数6~10の飽和脂肪族アルデヒドである。
ここで、炭素原子数6~10の飽和脂肪族アルデヒドを、低級アルデヒドといい、炭素原子数が11~20の飽和脂肪族アルデヒドを、高級アルデヒドといい、いずれも直鎖に分岐を有しているものも含まれる。
ノボラック樹脂の製造に使用される前記飽和脂肪族アルデヒドとしては、具体的に、バレルアルデヒド、ヘキシルアルデヒド、ヘプチルアルデヒド、オクチルアルデヒド、ノニルアルデヒド、デシルアルデヒド、ウンデシルアルデヒド、ドデシルアルデヒド、トリデシルアルデヒド、テトラデシルアルデヒド、ペンタデシルアルデヒド、グリオキサール、グリオキシル酸、グルタルアルデヒド、2-エチルヘキサナール、2-メチルバレルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、2-メチルブチルアルデヒド、3-メチルブチルアルデヒド、3-(メチルチオ)-プロピオンアルデヒドなどを指し、単独又は2種以上混合して使用することができる。これらのうち、原料入手性や反応容易性、及び硬化性の特性付与の観点から、ヘキシルアルデヒド、2-メチルバレルアルデヒド、オクチルアルデヒドを用いるのが好ましい。
〔芳香族アルデヒド〕
ノボラック樹脂の製造に使用してもよい前記芳香族アルデヒドは、芳香族基とアルデヒド基を含有する化合物である。
ノボラック樹脂の製造に使用してもよい前記芳香族アルデヒドは、芳香族基とアルデヒド基を含有する化合物である。
具体的には、一般式(2)で表される芳香族アルデヒドが好ましい。
(式中、Aは単環または多環芳香族炭化水素からa+1個の水素原子を除いた残基を表し、a個のR1はそれぞれ独立に炭素原子数1~6のアルキル基、ヒドロキシ基、炭素原子数1~6のアルコキシ基、ハロゲン原子のいずれかを表し、aは0~3の整数である。) R1の炭素原子数1~6のアルキル基は、好ましくは炭素原子数1~4のアルキル基であり、より好ましくは炭素原子数1~3のアルキル基である。具体的には、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基などが挙げられる。炭素原子数1~6のアルコキシ基は、好ましくは炭素原子数1~4のアルコキシ基であり、より好ましくは炭素原子数1~3のアルコキシ基である。具体的には、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基などが挙げられる。ハロゲン原子は、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素原子などが挙げられ、好ましくはフッ素原子である。
Aは、具体的には、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環等の芳香族炭化水素からa+1個の水素原子を除いた残基が挙げられる。
(式中、Aは単環または多環芳香族炭化水素からa+1個の水素原子を除いた残基を表し、a個のR1はそれぞれ独立に炭素原子数1~6のアルキル基、ヒドロキシ基、炭素原子数1~6のアルコキシ基、ハロゲン原子のいずれかを表し、aは0~3の整数である。) R1の炭素原子数1~6のアルキル基は、好ましくは炭素原子数1~4のアルキル基であり、より好ましくは炭素原子数1~3のアルキル基である。具体的には、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基などが挙げられる。炭素原子数1~6のアルコキシ基は、好ましくは炭素原子数1~4のアルコキシ基であり、より好ましくは炭素原子数1~3のアルコキシ基である。具体的には、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基などが挙げられる。ハロゲン原子は、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素原子などが挙げられ、好ましくはフッ素原子である。
Aは、具体的には、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環等の芳香族炭化水素からa+1個の水素原子を除いた残基が挙げられる。
前記芳香族アルデヒドとしては、具体的に、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド、ジヒドロキシベンズアルデヒド、メチルベンズアルデヒド、ジメチルベンズアルデヒド、トリメチルベンズアルデヒド、エチルベンズアルデヒド、プロピルベンズアルデヒド、ブチルベンズアルデヒド、ジブチルベンズアルデヒド、メトキシベンズアルデヒド、ジメトキシベンズアルデヒド、クミンアルデヒド、ペンタメチルベンズアルデヒド、ヒドロキシメチルベンズアルデヒド、フェノキシベンズアルデヒド、フェニルベンズアルデヒド、フタルアルデヒド、クロルベンズアルデヒド、ジクロルベンズアルデヒド、トリクロルベンズアルデヒド、テトラクロルベンズアルデヒド、ブロモベンズアルデヒド、ジブロモベンズアルデヒド、トリブロモベンズアルデヒド、テトラブロモベンズアルデヒド、フルオロベンズアルデヒド、ジフルオロベンズアルデヒド、トリフルオロベンズアルデヒド、テトラフルオロベンズアルデヒド、ヨードベンズアルデヒド、ジヨードベンズアルデヒド、トリヨードベンズアルデヒド、テトラヨードベンズアルデヒド、ナフトアルデヒド、ナフタレンジアルデヒド、ヒドロキシナフチルアルデヒド、アントラセンカルボキシアルデヒド、ピレンカルボキシアルデヒド、シアノベンズアルデヒド、ビフェニルジカルボキシアルデヒド、などを単独もしくは2種類以上混合して使用する事が出来る。これらのうち、原料入手性や反応容易性の観点から、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒドを用いるのが好ましい。
〔フェノール類に対する総アルデヒド類のモル比〕
ここで、「総アルデヒド類」とは、2種以上の飽和脂肪族アルデヒドを用いる場合、又は、1種以上の飽和脂肪族アルデヒドと1種以上の芳香族アルデヒドとを組み合わせて用いる場合の、用いられるすべてのアルデヒドをいう。
ここで、「総アルデヒド類」とは、2種以上の飽和脂肪族アルデヒドを用いる場合、又は、1種以上の飽和脂肪族アルデヒドと1種以上の芳香族アルデヒドとを組み合わせて用いる場合の、用いられるすべてのアルデヒドをいう。
総アルデヒド類の合計モル量は、前記フェノール類の合計量1モルに対して、0.3~1.0モルが好ましく、より好ましくは0.4~0.8モル、さらに好ましくは0.5~0.7モルの割合で用いるのが好ましい。
総アルデヒド類の合計モル量が、前記フェノール類の合計量1モルに対して、上記範囲内であることにより、残存するフェノール類を適度な量に保つことかでき、ノボラック樹脂の収率の低下が抑制され、また、ノボラック樹脂を用いた成型物の寸法安定性の低下や、ボイドの発生などが抑制される。
1種以上の飽和脂肪族アルデヒドと1種以上の芳香族アルデヒドとを組み合わせて用いる場合、両者のモル比は好ましくは8:2~3:7、より好ましくは7:3~4:6、さらに好ましくは6:4~4:6である。上記範囲内とすることにより、飽和脂肪族アルデヒドの使用による流動性、柔軟性及び耐湿性と、芳香族アルデヒドの使用による耐熱性の付与効果を十分に発揮する事が可能となる。
総アルデヒド類の合計モル量が、前記フェノール類の合計量1モルに対して、上記範囲内であることにより、残存するフェノール類を適度な量に保つことかでき、ノボラック樹脂の収率の低下が抑制され、また、ノボラック樹脂を用いた成型物の寸法安定性の低下や、ボイドの発生などが抑制される。
1種以上の飽和脂肪族アルデヒドと1種以上の芳香族アルデヒドとを組み合わせて用いる場合、両者のモル比は好ましくは8:2~3:7、より好ましくは7:3~4:6、さらに好ましくは6:4~4:6である。上記範囲内とすることにより、飽和脂肪族アルデヒドの使用による流動性、柔軟性及び耐湿性と、芳香族アルデヒドの使用による耐熱性の付与効果を十分に発揮する事が可能となる。
〔ホウ素化合物〕
ノボラック樹脂の製造に使用されホウ素化合物は、下記式(1):
B-(OR)3 (1)
(式中、3個のRは、それぞれ独立に水素原子、炭素原子数1~10のアルキル基のいずれかを示す。)で表されるホウ素化合物を使用する。
Rが、炭素原子数1~10のアルキル基である場合、炭素原子数1~10のアルキル基は、直鎖状でも分岐状でもよく、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、sec-ペンチル基、tert-ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、イソへキシル基、ヘプチル基、オクチル基、デシル基等が挙げられる。
式(1)で表されるホウ素化合物の具体例としては、ホウ酸、ホウ酸トリメチル、ホウ酸トリエチル、ホウ酸トリイソプロピル、ホウ酸トリブチルなどが挙げられ、単独若しくは2種以上混合して使用することができ、ホウ酸がより好ましい。
ノボラック樹脂の製造に使用されホウ素化合物は、下記式(1):
B-(OR)3 (1)
(式中、3個のRは、それぞれ独立に水素原子、炭素原子数1~10のアルキル基のいずれかを示す。)で表されるホウ素化合物を使用する。
Rが、炭素原子数1~10のアルキル基である場合、炭素原子数1~10のアルキル基は、直鎖状でも分岐状でもよく、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、sec-ペンチル基、tert-ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、イソへキシル基、ヘプチル基、オクチル基、デシル基等が挙げられる。
式(1)で表されるホウ素化合物の具体例としては、ホウ酸、ホウ酸トリメチル、ホウ酸トリエチル、ホウ酸トリイソプロピル、ホウ酸トリブチルなどが挙げられ、単独若しくは2種以上混合して使用することができ、ホウ酸がより好ましい。
〔酸〕
ノボラック樹脂の製造に使用される酸は、前記pKaが25℃において5.0以下の酸であり、このような酸としては、一般的なノボラック樹脂の製造に使用されるものであれば良く、例えば塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、パラトルエンスルホン酸、シュウ酸などが挙げられ、単独若しくは2種類以上混合して使用することができる。pKaが25℃において5.0以下の酸を触媒として用いることで、後述する特性を有するノボラック樹脂を得ることができる。反応設備への腐食およびノボラック樹脂の収率などを考慮すると、pKaが0.0~4.0である酸が好ましく、例えばシュウ酸(pKa1=1.27、pKa2=4.27)、リン酸(pKa1=2.12)、サリチル酸(pKa=2.97)、酒石酸(pKa1=3.2)などが挙げられ、シュウ酸がより好ましい。なお、酸が多塩基酸である場合には、pKa1が5.0以下のものであれば適用できる。
また、本発明のノボラック樹脂の製造方法では、理由は定かではないが、上記ホウ素化合物と酸とを併用することにより、反応を進めるのに十分な触媒作用が得られるものと推測される。
ノボラック樹脂の製造に使用される酸は、前記pKaが25℃において5.0以下の酸であり、このような酸としては、一般的なノボラック樹脂の製造に使用されるものであれば良く、例えば塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、パラトルエンスルホン酸、シュウ酸などが挙げられ、単独若しくは2種類以上混合して使用することができる。pKaが25℃において5.0以下の酸を触媒として用いることで、後述する特性を有するノボラック樹脂を得ることができる。反応設備への腐食およびノボラック樹脂の収率などを考慮すると、pKaが0.0~4.0である酸が好ましく、例えばシュウ酸(pKa1=1.27、pKa2=4.27)、リン酸(pKa1=2.12)、サリチル酸(pKa=2.97)、酒石酸(pKa1=3.2)などが挙げられ、シュウ酸がより好ましい。なお、酸が多塩基酸である場合には、pKa1が5.0以下のものであれば適用できる。
また、本発明のノボラック樹脂の製造方法では、理由は定かではないが、上記ホウ素化合物と酸とを併用することにより、反応を進めるのに十分な触媒作用が得られるものと推測される。
前記ホウ素化合物の使用量は、フェノール類100質量部に対してその合計量が0.05~10質量部、好ましくは0.05~5質量部、更に好ましくは0.1~2.5質量部の割合で用いるのが好ましい。
前記酸の使用量は、フェノール類100質量部に対してその合計量が0.05~10質量部、好ましくは0.05~5質量部、更に好ましくは0.1~2.5質量部の割合で用いるのが好ましい。
さらに、前記ホウ素化合物と前記酸の総使用量は、フェノール類100質量部に対してその合計量が0.1~20質量部、好ましくは0.1~10質量部、更に好ましくは0.2~5質量部の割合で用いるのが好ましい。前記ホウ素化合物と前記酸の総使用量が0.1質量部以上であって、20質量部以下であることにより、触媒として十分な効果が得られるとともに、合成時に分子量が増大する現象(分解再配列)を抑制して、後述するノボラック樹脂を得ることができる。
前記酸の使用量は、フェノール類100質量部に対してその合計量が0.05~10質量部、好ましくは0.05~5質量部、更に好ましくは0.1~2.5質量部の割合で用いるのが好ましい。
さらに、前記ホウ素化合物と前記酸の総使用量は、フェノール類100質量部に対してその合計量が0.1~20質量部、好ましくは0.1~10質量部、更に好ましくは0.2~5質量部の割合で用いるのが好ましい。前記ホウ素化合物と前記酸の総使用量が0.1質量部以上であって、20質量部以下であることにより、触媒として十分な効果が得られるとともに、合成時に分子量が増大する現象(分解再配列)を抑制して、後述するノボラック樹脂を得ることができる。
(仕込み方法)
フェノール類とアルデヒド類とを反応させる方法には、特に制限はなく、例えばフェノール類と、総アルデヒド類、酸触媒を一括で仕込み反応させる方法、またはフェノール類と酸触媒を仕込み、所定の反応温度にてアルデヒド類を添加する方法が挙げられる。後者の場合、添加の方法は、1種類ずつを順番に添加しても、複数のアルデヒドを予め混合してから添加しても良い。
フェノール類とアルデヒド類とを反応させる方法には、特に制限はなく、例えばフェノール類と、総アルデヒド類、酸触媒を一括で仕込み反応させる方法、またはフェノール類と酸触媒を仕込み、所定の反応温度にてアルデヒド類を添加する方法が挙げられる。後者の場合、添加の方法は、1種類ずつを順番に添加しても、複数のアルデヒドを予め混合してから添加しても良い。
(製造時の反応条件)
このとき、反応温度は30~130℃の範囲で行うと良く、好ましくは50~100℃であり、より好ましくは60~80℃である。
反応温度が30℃以上であって、130℃以下であることにより、適正な反応速度で反応し、未反応のフェノール類が残存しにくくなり、高分子量成分のノボラック樹脂の生成が抑制される。
反応時間は特に制限はなく、アルデヒド類および酸触媒の量、反応温度により調整すればよい。例えば、6~10時間反応させることにより、未反応フェノール類が残存しにくくなり、高分子量成分のノボラック樹脂の生成が抑制される。
このとき、反応温度は30~130℃の範囲で行うと良く、好ましくは50~100℃であり、より好ましくは60~80℃である。
反応温度が30℃以上であって、130℃以下であることにより、適正な反応速度で反応し、未反応のフェノール類が残存しにくくなり、高分子量成分のノボラック樹脂の生成が抑制される。
反応時間は特に制限はなく、アルデヒド類および酸触媒の量、反応温度により調整すればよい。例えば、6~10時間反応させることにより、未反応フェノール類が残存しにくくなり、高分子量成分のノボラック樹脂の生成が抑制される。
〔有機溶剤〕
製造時の反応において、有機溶剤を使用することも可能である。
このような有機溶媒としては、プロピルアルコール、ブタノール等のアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ブチレングリコールモノメチルエーテル、ブチレングリコールモノエチルエーテル、ブチレングリコールモノプロピルエーテル等のグリコールエーテル類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、酢酸プロピル、酢酸ブチル、乳酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル類、1,4-ジオキサン等のエーテル類等が単独で、若しくは二種以上を併用して使用できる。
前記有機溶媒は、フェノール類100質量部に対して、0~1,000質量部、好ましくは10~100質量部、より好ましくは20~50質量部程度となるように使用することができる。
反応後は蒸留により縮合水を除去したり、また必要に応じて水洗して残存触媒を除去してもよい。
更に、減圧蒸留或いは水蒸気蒸留を行って未反応のフェノール類や未反応アルデヒド類を除去してもよい。
製造時の反応において、有機溶剤を使用することも可能である。
このような有機溶媒としては、プロピルアルコール、ブタノール等のアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ブチレングリコールモノメチルエーテル、ブチレングリコールモノエチルエーテル、ブチレングリコールモノプロピルエーテル等のグリコールエーテル類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、酢酸プロピル、酢酸ブチル、乳酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル類、1,4-ジオキサン等のエーテル類等が単独で、若しくは二種以上を併用して使用できる。
前記有機溶媒は、フェノール類100質量部に対して、0~1,000質量部、好ましくは10~100質量部、より好ましくは20~50質量部程度となるように使用することができる。
反応後は蒸留により縮合水を除去したり、また必要に応じて水洗して残存触媒を除去してもよい。
更に、減圧蒸留或いは水蒸気蒸留を行って未反応のフェノール類や未反応アルデヒド類を除去してもよい。
<ノボラック樹脂>
本発明のノボラック樹脂は、上述した製造方法により得られる。
前記ノボラック樹脂は、例えば、以下に示す一般式(3)で表される。
(式中R2、R3はそれぞれ独立に炭素原子数1~12のアルキル基、ヒドロキシ基、炭素原子数1~12のアルコキシ基のいずれかを表し、R4は炭素原子数5~19のアルキル基(側鎖を有する物を含む)を表す。また、b~cはそれぞれ独立に0~3の整数であり、nは1~10の整数である。)
本発明のノボラック樹脂は、上述した製造方法により得られる。
前記ノボラック樹脂は、例えば、以下に示す一般式(3)で表される。
(式中R2、R3はそれぞれ独立に炭素原子数1~12のアルキル基、ヒドロキシ基、炭素原子数1~12のアルコキシ基のいずれかを表し、R4は炭素原子数5~19のアルキル基(側鎖を有する物を含む)を表す。また、b~cはそれぞれ独立に0~3の整数であり、nは1~10の整数である。)
さらに、炭素原子数6~20の脂肪族アルデヒドの一部を芳香族アルデヒドに置きかえた、本発明のノボラック樹脂は、例えば、以下に示す一般式(4)で表される。
(式中、Aは単環または多環芳香族炭化水素からa+1個の水素原子を除いた残基を表し、R1はそれぞれ独立に炭素原子数1~6のアルキル基、ヒドロキシ基、炭素原子数1~6のアルコキシ基、ハロゲン原子のいずれかを表し、aは0~3の整数である。
また、R2、R3、R5はそれぞれ独立に炭素原子数1~12のアルキル基、ヒドロキシ基、炭素原子数1~12のアルコキシ基のいずれかを表し、R4は炭素原子数5~19のアルキル基(側鎖を有する物を含む)を表し、a~dはそれぞれ独立に0~3の整数であり、また、nおよびmはそれぞれ独立に1~10の整数である。但し、nとmの単位は交互に連結していてもランダムに連結していても良い。)
また、R2、R3、R5はそれぞれ独立に炭素原子数1~12のアルキル基、ヒドロキシ基、炭素原子数1~12のアルコキシ基のいずれかを表し、R4は炭素原子数5~19のアルキル基(側鎖を有する物を含む)を表し、a~dはそれぞれ独立に0~3の整数であり、また、nおよびmはそれぞれ独立に1~10の整数である。但し、nとmの単位は交互に連結していてもランダムに連結していても良い。)
<熱硬化性樹脂組成物>
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、ノボラック樹脂およびエポキシ樹脂を含有する。
〔ノボラック樹脂〕
ノボラック樹脂は、上述したノボラック樹脂の製造方法により得られたノボラック樹脂、又は、上記記載の構造を有するノボラック樹脂であることが好ましい。
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、ノボラック樹脂およびエポキシ樹脂を含有する。
〔ノボラック樹脂〕
ノボラック樹脂は、上述したノボラック樹脂の製造方法により得られたノボラック樹脂、又は、上記記載の構造を有するノボラック樹脂であることが好ましい。
〔エポキシ樹脂〕
本発明で用いられるエポキシ樹脂としては、特に限定するものではなく、公知のエポキシ樹脂を使用できる。エポキシ樹脂の具体例としては、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、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、カテコール型エポキシ樹脂、ジヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、テトラメチルビフェニル型エポキシ樹脂などの二価のフェノール類から誘導されるエポキシ樹脂、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、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、テトラフェニルエタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン-フェノール変性型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール-フェノール共縮ノボラック型エポキシ樹脂、ナフトール-クレゾール共縮ノボラック型エポキシ樹脂、芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂変性フェノール樹脂型エポキシ樹脂、ビフェニル変性ノボラック型エポキシ樹脂などの三価以上のフェノール類から誘導されるエポキシ樹脂、有機リン化合物で変性されたエポキシ樹脂などが挙げられる。またこれらのエポキシ樹脂は単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。好ましくは、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂である。
本発明で用いられるエポキシ樹脂としては、特に限定するものではなく、公知のエポキシ樹脂を使用できる。エポキシ樹脂の具体例としては、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、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、カテコール型エポキシ樹脂、ジヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、テトラメチルビフェニル型エポキシ樹脂などの二価のフェノール類から誘導されるエポキシ樹脂、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、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、テトラフェニルエタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン-フェノール変性型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール-フェノール共縮ノボラック型エポキシ樹脂、ナフトール-クレゾール共縮ノボラック型エポキシ樹脂、芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂変性フェノール樹脂型エポキシ樹脂、ビフェニル変性ノボラック型エポキシ樹脂などの三価以上のフェノール類から誘導されるエポキシ樹脂、有機リン化合物で変性されたエポキシ樹脂などが挙げられる。またこれらのエポキシ樹脂は単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。好ましくは、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂である。
〔エポキシ樹脂とノボラック樹脂との混合割合〕
エポキシ樹脂とノボラック樹脂の混合割合は、エポキシ樹脂のエポキシ当量1.0に対し、ノボラック樹脂の水酸基当量が好ましくは0.6~1.2の範囲、より好ましくは0.7~1.1の範囲、さらにより好ましくは1.0である。
エポキシ樹脂とノボラック樹脂の混合割合を上記範囲内にすることによって、エポキシ樹脂のエポキシ基とノボラック樹脂の水酸基が余ることなく反応し、それにより硬化物に対して樹脂の性能が十分に発揮されるという利点を有する。
エポキシ樹脂とノボラック樹脂の混合割合は、エポキシ樹脂のエポキシ当量1.0に対し、ノボラック樹脂の水酸基当量が好ましくは0.6~1.2の範囲、より好ましくは0.7~1.1の範囲、さらにより好ましくは1.0である。
エポキシ樹脂とノボラック樹脂の混合割合を上記範囲内にすることによって、エポキシ樹脂のエポキシ基とノボラック樹脂の水酸基が余ることなく反応し、それにより硬化物に対して樹脂の性能が十分に発揮されるという利点を有する。
<硬化促進剤>
本発明により得られる熱硬化性樹脂組成物には、硬化反応を促進する目的で、硬化促進剤を適宜使用することもできる。
そのような硬化促進剤としては、例えば、イミダゾール、有機リン系化合物、第2、3級アミン、オクチル酸スズなどの有機酸金属塩、ルイス酸、アミン錯塩などが挙げられ、これらは単独で、もしくは二種以上を併用して使用することができる。
前記のうち、イミダゾール系化合物としては、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-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、2-ウンデシルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、2-ヘプタデシルイミダゾール、4、5-ジフェニルイミダゾール、2-メチルイミダゾリン、2-フェニルイミダゾリン、2-ウンデシルイミダゾリン、2-ヘプタデシルイミダゾリン、2-イソプロピルイミダゾール、2、4-ジメチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、2-エチルイミダゾリン、2-イソプロピルイミダゾリン、2、4-ジメチルイミダゾリン、2-フェニル-4-メチルイミダゾリンなどが挙げられる。
これらイミダゾール系化合物は、マスク化剤によりマスクされていてもよい。
マスク化剤としては、アクリロニトリル、フェニレンジイソシアネート、トルイジンイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、メチレンビスフェニルイソシアネート、メラミンアクリレートなどが挙げられる。
有機リン系化合物としては、エチルホスフィン、プロピルホスフィン、ブチルホスフィン、フェニルホスフィン、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリオクチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリフェニルホスフィン/トリフェニルボラン錯体、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレートなどが挙げられる。
第2級アミン系化合物としては、モルホリン、ピペリジン、ピロリジン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジブチルアミン、ジベンジルアミン、ジシクロヘキシルアミン、N-アルキルアリールアミン、ピペラジン、ジアリルアミン、チアゾリン、チオモルホリンなどが挙げられる。
第3級アミン系化合物としては、ベンジルジメチルアミン、2-(ジメチルアミノメチル)フェノール、2,4,6-トリス(ジアミノメチル)フェノールなどが挙げられる。
本発明により得られる熱硬化性樹脂組成物には、硬化反応を促進する目的で、硬化促進剤を適宜使用することもできる。
そのような硬化促進剤としては、例えば、イミダゾール、有機リン系化合物、第2、3級アミン、オクチル酸スズなどの有機酸金属塩、ルイス酸、アミン錯塩などが挙げられ、これらは単独で、もしくは二種以上を併用して使用することができる。
前記のうち、イミダゾール系化合物としては、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-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、2-ウンデシルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、2-ヘプタデシルイミダゾール、4、5-ジフェニルイミダゾール、2-メチルイミダゾリン、2-フェニルイミダゾリン、2-ウンデシルイミダゾリン、2-ヘプタデシルイミダゾリン、2-イソプロピルイミダゾール、2、4-ジメチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、2-エチルイミダゾリン、2-イソプロピルイミダゾリン、2、4-ジメチルイミダゾリン、2-フェニル-4-メチルイミダゾリンなどが挙げられる。
これらイミダゾール系化合物は、マスク化剤によりマスクされていてもよい。
マスク化剤としては、アクリロニトリル、フェニレンジイソシアネート、トルイジンイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、メチレンビスフェニルイソシアネート、メラミンアクリレートなどが挙げられる。
有機リン系化合物としては、エチルホスフィン、プロピルホスフィン、ブチルホスフィン、フェニルホスフィン、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリオクチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリフェニルホスフィン/トリフェニルボラン錯体、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレートなどが挙げられる。
第2級アミン系化合物としては、モルホリン、ピペリジン、ピロリジン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジブチルアミン、ジベンジルアミン、ジシクロヘキシルアミン、N-アルキルアリールアミン、ピペラジン、ジアリルアミン、チアゾリン、チオモルホリンなどが挙げられる。
第3級アミン系化合物としては、ベンジルジメチルアミン、2-(ジメチルアミノメチル)フェノール、2,4,6-トリス(ジアミノメチル)フェノールなどが挙げられる。
〔その他の配合剤〕
また本発明の熱硬化性樹脂組成物には、必要に応じて、充填剤、改質剤として使用される熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂、顔料、シランカップリング剤、離型剤などの種々の配合剤を目的に応じて添加することができる。
このうち、充填剤としては、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、ジルコン、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭化珪素、窒化珪素、窒化ホウ素、ジルコニア、フォステライト、ステアタイト、スピネル、チタニア、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの無機充填剤が挙げられる。溶融シリカは破砕状、球状のいずれでも使用可能であるが、熱可塑性樹脂組成物に対する溶融シリカの含有量を高め、且つ成形材料の溶融粘度の上昇を抑制するためには、球状のものを主に用いる方が好ましい。更に、熱可塑性樹脂組成物に対する球状シリカの含有率を高めるためには、球状シリカの粒度分布を適当に調整することが好ましい。充填剤の含有率は適用用途や所望特性によって、望ましい範囲が異なるが、例えば半導体封止材用途に使用する場合は、線膨張係数や難燃性を鑑みれば高い方が好ましく、本発明の熱硬化性樹脂組成物全体量に対して65質量%以上が好ましく、特に好ましくは80~90質量%程度である。また導電ペーストや導電フィルムなどの用途に使用する場合は、銀粉や銅粉などの導電性充填剤を用いることができる。
また本発明の熱硬化性樹脂組成物には、必要に応じて、充填剤、改質剤として使用される熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂、顔料、シランカップリング剤、離型剤などの種々の配合剤を目的に応じて添加することができる。
このうち、充填剤としては、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、ジルコン、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭化珪素、窒化珪素、窒化ホウ素、ジルコニア、フォステライト、ステアタイト、スピネル、チタニア、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの無機充填剤が挙げられる。溶融シリカは破砕状、球状のいずれでも使用可能であるが、熱可塑性樹脂組成物に対する溶融シリカの含有量を高め、且つ成形材料の溶融粘度の上昇を抑制するためには、球状のものを主に用いる方が好ましい。更に、熱可塑性樹脂組成物に対する球状シリカの含有率を高めるためには、球状シリカの粒度分布を適当に調整することが好ましい。充填剤の含有率は適用用途や所望特性によって、望ましい範囲が異なるが、例えば半導体封止材用途に使用する場合は、線膨張係数や難燃性を鑑みれば高い方が好ましく、本発明の熱硬化性樹脂組成物全体量に対して65質量%以上が好ましく、特に好ましくは80~90質量%程度である。また導電ペーストや導電フィルムなどの用途に使用する場合は、銀粉や銅粉などの導電性充填剤を用いることができる。
改質剤として使用される熱硬化性および熱可塑性樹脂としては公知の種々のものが全て使用できるが、例えばフェノキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂などを、必要に応じて本発明の効果を損なわない範囲で使用することができる。
シランカップリング剤としては、アミノシラン系化合物、ビニルシラン系化合物、スチレン系シラン化合物、メタクリルシラン系化合物などのシランカップリング剤を挙げることができる。
また、離型剤としては、ステアリン酸、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸マグネシウム、およびカルナバワックスなどを挙げることができる。
シランカップリング剤としては、アミノシラン系化合物、ビニルシラン系化合物、スチレン系シラン化合物、メタクリルシラン系化合物などのシランカップリング剤を挙げることができる。
また、離型剤としては、ステアリン酸、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸マグネシウム、およびカルナバワックスなどを挙げることができる。
以下に、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
冷却管、攪拌機を備えたフラスコに、フェノール100g(1.06モル)、オクチルアルデヒド94.8g(0.74モル)、ホウ酸2g、シュウ酸(pKa=1.04)2gを仕込み、120℃で6時間反応させた。次いで純水100gで4回洗浄を行い、触媒および未反応のフェノールを除去した。次いで150℃50mmHgの減圧下で留出分を除去し、ノボラック樹脂A;132gを得た。
図1に樹脂Aのゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)チャートを示す。なお、横軸は溶出時間(分)を示す。
(実施例1)
冷却管、攪拌機を備えたフラスコに、フェノール100g(1.06モル)、オクチルアルデヒド94.8g(0.74モル)、ホウ酸2g、シュウ酸(pKa=1.04)2gを仕込み、120℃で6時間反応させた。次いで純水100gで4回洗浄を行い、触媒および未反応のフェノールを除去した。次いで150℃50mmHgの減圧下で留出分を除去し、ノボラック樹脂A;132gを得た。
図1に樹脂Aのゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)チャートを示す。なお、横軸は溶出時間(分)を示す。
(実施例2~9、比較例1~8)
表1、表2に記載の化合物と反応条件を用いる他は、実施例1と同様にして反応を行い、ノボラック樹脂B~Nを得た。なお、比較例4~6の組成においては、反応が進行せず、樹脂を得ることが出来なかった。
図2に樹脂I、図3に樹脂JのGPCチャートをそれぞれ示す。
表1、表2に記載の化合物と反応条件を用いる他は、実施例1と同様にして反応を行い、ノボラック樹脂B~Nを得た。なお、比較例4~6の組成においては、反応が進行せず、樹脂を得ることが出来なかった。
図2に樹脂I、図3に樹脂JのGPCチャートをそれぞれ示す。
実施例1~9および比較例1~3、7~8の組成表に記載のノボラック樹脂の物性は、以下に示す分析方法で測定した。
(1)ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC) カラム構成は昭和電工株式会社製の有機溶媒系SEC(GPC)用カラムの「Shodex」(登録商標)カラムの商品名「KF-804」を2本用い、検出器としては示差屈折計「Shodex」(登録商標)屈折計の商品名「RI-71」を用いて測定した。溶媒としてテトラヒドロフランを使用し、流量1ml/分で測定した。
(2)溶融粘度(mPa・S)
リサーチ・イクウィップ社製ICI粘度計を用い、150℃で測定した。
(1)ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC) カラム構成は昭和電工株式会社製の有機溶媒系SEC(GPC)用カラムの「Shodex」(登録商標)カラムの商品名「KF-804」を2本用い、検出器としては示差屈折計「Shodex」(登録商標)屈折計の商品名「RI-71」を用いて測定した。溶媒としてテトラヒドロフランを使用し、流量1ml/分で測定した。
(2)溶融粘度(mPa・S)
リサーチ・イクウィップ社製ICI粘度計を用い、150℃で測定した。
図1、図2および図3を比較すると、樹脂A、Iは、反応モル比がある程度高い場合でも分散度(重量平均分子量/数平均分子量)が小さくなる傾向が確認できる。すなわち、本発明により得られるノボラック樹脂は高分子量成分が生成しづらい特長を有し、それにより表1、2に示すように、樹脂の溶融粘度が低く、より流動性が高い傾向が確認できる。
通常、ノボラック樹脂においては、アルデヒド/フェノール類反応モル比あるいは反応温度が高いほど高分子量成分が生成し易くなり、樹脂の流動性は低下する傾向にある。本発明により得られた樹脂は、反応モル比が高い樹脂においても溶融粘度が低く、流動性が良好な結果が確認できる。
通常、ノボラック樹脂においては、アルデヒド/フェノール類反応モル比あるいは反応温度が高いほど高分子量成分が生成し易くなり、樹脂の流動性は低下する傾向にある。本発明により得られた樹脂は、反応モル比が高い樹脂においても溶融粘度が低く、流動性が良好な結果が確認できる。
(実施例10~18、比較例9~13)
10質量部の表3、4に記載のエポキシ樹脂に対し、エポキシ当量/水酸基当量=1/1となる量のノボラック樹脂A~Nをそれぞれ110℃で溶融混合して得た樹脂成分に、0.1質量部のトリフェニルホスフィン(硬化促進剤)および、組成物中80質量%含有率となる量の溶融シリカ(無機充填剤)を110℃に加熱した2本ロールミルで5分間混合を行い、熱硬化性樹脂組成物を調製した。それぞれの配合について表3、4に示した。
10質量部の表3、4に記載のエポキシ樹脂に対し、エポキシ当量/水酸基当量=1/1となる量のノボラック樹脂A~Nをそれぞれ110℃で溶融混合して得た樹脂成分に、0.1質量部のトリフェニルホスフィン(硬化促進剤)および、組成物中80質量%含有率となる量の溶融シリカ(無機充填剤)を110℃に加熱した2本ロールミルで5分間混合を行い、熱硬化性樹脂組成物を調製した。それぞれの配合について表3、4に示した。
得られた熱硬化性樹脂組成物を金型にて150℃で30分、圧力30kg/cm2で加圧成形した。その後、180℃で5時間後硬化して、長さ95mm、幅10mm、厚さ4mmのテストピースを作製した。
得られたテストピースについてガラス転移温度、吸水率、および25℃条件と260℃条件における曲げ弾性率を次の方法により評価した。
(3)ガラス転移温度
セイコーインスツル株式会社(SII)製の商品名「SSC/5200」を使用してTMA法にてガラス転移温度を測定した。昇温速度は10℃/分、サンプルサイズ幅4mm×長さ10mm×厚み8mmで行った。
(4)吸水率
株式会社平山製作所製の不飽和型高加速寿命試験装置「PC-422R8」(商品名)を使用して、温度121℃、湿度100%で20時間保持した後の重量増加率を測定した。
(5)曲げ弾性率
テンシロン万能試験機(株式会社東洋ボールドウィン製の商品名「テンシロンUTM-5T」を用いてJIS K-6911に準拠した方法で測定した。なお、表2に示す弾性率は、常温で25℃、熱時で260℃における弾性率であることを示す。
得られたテストピースについてガラス転移温度、吸水率、および25℃条件と260℃条件における曲げ弾性率を次の方法により評価した。
(3)ガラス転移温度
セイコーインスツル株式会社(SII)製の商品名「SSC/5200」を使用してTMA法にてガラス転移温度を測定した。昇温速度は10℃/分、サンプルサイズ幅4mm×長さ10mm×厚み8mmで行った。
(4)吸水率
株式会社平山製作所製の不飽和型高加速寿命試験装置「PC-422R8」(商品名)を使用して、温度121℃、湿度100%で20時間保持した後の重量増加率を測定した。
(5)曲げ弾性率
テンシロン万能試験機(株式会社東洋ボールドウィン製の商品名「テンシロンUTM-5T」を用いてJIS K-6911に準拠した方法で測定した。なお、表2に示す弾性率は、常温で25℃、熱時で260℃における弾性率であることを示す。
表3、4の配合において、エポキシ樹脂、トリフェニルホスフィン、溶融シリカは次のものを用いた。
エポキシ樹脂:三菱化学株式会社製、(トリフェニルメタン型エポキシ樹脂)、商品名「1032H60」
トリフェニルホスフィン:和光純薬工業株式会社製
溶融シリカ:株式会社龍森製、商品名「MSR-2212」
エポキシ樹脂:三菱化学株式会社製、(トリフェニルメタン型エポキシ樹脂)、商品名「1032H60」
トリフェニルホスフィン:和光純薬工業株式会社製
溶融シリカ:株式会社龍森製、商品名「MSR-2212」
表3、4より本発明の樹脂を用いて得た熱硬化性樹脂組成物の硬化物は、比較例に対して吸水率を低減させ、かつ、260℃における弾性率が低い結果が得られた。すなわち、従来の材料であるフェノール類/ホルムアルデヒドノボラック樹脂(比較例9,10)を使用した場合よりも低吸水性・柔軟性を示していると言える。
以上、本発明により、流動性に優れたノボラック樹脂を提供する事により、それを用いることで耐湿性・柔軟性に優れた硬化物を得る事が可能となった。
以上、本発明により、流動性に優れたノボラック樹脂を提供する事により、それを用いることで耐湿性・柔軟性に優れた硬化物を得る事が可能となった。
(実施例19~21、比較例14、参考例1)
表5に記載の化合物と反応条件を用いる他は、実施例1と同様にして反応を行い、ノボラック樹脂O、Q~Tを得た。表5に結果を示す。なお、比較例14で使用している吉草酸のpKaは5.17である。
表5に記載の化合物と反応条件を用いる他は、実施例1と同様にして反応を行い、ノボラック樹脂O、Q~Tを得た。表5に結果を示す。なお、比較例14で使用している吉草酸のpKaは5.17である。
(実施例22~24)
実施例10と同様にして、得られたノボラック樹脂O、Q、Sを用いて表6に示す組成で熱硬化性樹脂を調製し、テストピースを作製して、評価を行った。得られたテストピースのガラス転移温度、吸水率、および25℃条件と260℃条件における曲げ弾性率の値を表6に示した。
実施例10と同様にして、得られたノボラック樹脂O、Q、Sを用いて表6に示す組成で熱硬化性樹脂を調製し、テストピースを作製して、評価を行った。得られたテストピースのガラス転移温度、吸水率、および25℃条件と260℃条件における曲げ弾性率の値を表6に示した。
本発明のノボラック樹脂の製造方法は、製造されたノボラック樹脂の流動性が向上するとともに、ノボラック樹脂を用いた樹脂組成物の硬化物の柔軟性が向上し、かつ耐湿性も付与する事の出来るノボラック樹脂を提供するものである。さらに、ノボラック樹脂の製造方法に得られたノボラック樹脂は、電子部品の封止材用樹脂組成物、プリント基板用樹脂組成物、プリント基板および樹脂付き銅箔に使用する層間絶縁材料用樹脂組成物、導電ペースト(導電性充填剤含有)、塗料、接着剤および複合材料などに好適に用いることができる。
Claims (11)
- フェノール類と、炭素原子数が6~20の飽和脂肪族アルデヒドとを、下記一般式(1)
B-(OR)3 (1)
(式中、3個のRは、それぞれ独立に水素原子、炭素原子数1~10のアルキル基のいずれかを示す。)で表されるホウ素化合物および25℃におけるpKaが5.0以下の酸の存在下で反応させることを特徴とするノボラック型フェノール樹脂の製造方法。 - 前記フェノール類と前記飽和脂肪族アルデヒドに加えて、芳香族アルデヒドを反応させる、請求項1に記載のノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
- 前記フェノール類の合計1モルに対して、総アルデヒドの合計モル数を0.3~1モルのモル比で反応させる、請求項1~3のいずれか1項に記載のノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
- 前記飽和脂肪族アルデヒドが、ヘキシルアルデヒド、オクチルアルデヒド、2-メチルバレルアルデヒドから選択される一種以上の化合物である、請求項1~4のいずれか1項に記載のノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
- 前記芳香族アルデヒドが、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒドから選ばれる一種以上の化合物である、請求項2~4のいずれか1項に記載のノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
- 前記ホウ素化合物がホウ酸である、請求項1~6のいずれか1項に記載のノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
- 請求項1~7のいずれか1項に記載の方法で製造されたノボラック型フェノール樹脂。
- 請求項8に記載のノボラック型フェノール樹脂およびエポキシ樹脂を含有する熱硬化性樹脂組成物。
- さらに充填剤を含有する、請求項9に記載の熱硬化性樹脂組成物。
- 請求項9又は10に記載の熱硬化性樹脂組成物を硬化させて得られる硬化物。
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US4904753A (en) * | 1988-03-23 | 1990-02-27 | Ashland Oil, Inc. | Acid/oxidizer catalyst system for storage stable, quick-cure phenolic resins of the resole or benzylic ether resole type |
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US4904753A (en) * | 1988-03-23 | 1990-02-27 | Ashland Oil, Inc. | Acid/oxidizer catalyst system for storage stable, quick-cure phenolic resins of the resole or benzylic ether resole type |
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