(57)【要約】【課題】汎用性に優れた材料を使用し、高品質、高収率のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂組成物の製造方法を提供し、これにより耐熱性等の積層板に要求される優れた特性を有するリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂組成物を提供する。【解決手段】工程１：９，１０−ジヒドロ−９−オキサ−１０−ホスファフェナントレン−１０−オキシドと、１，４−ベンゾキノン及び／又は１，４−ナフトキノンを、反応系内の総水分量が、反応に用いる９，１０−ジヒドロ−９−オキサ−１０−ホスファフェナントレン−１０−オキシド全量に対して０．３質量％以下になるように制御して反応させて反応組成物を得る工程；工程２：工程１で得られた反応組成物を精製することなく、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂及び／又はビスフェノールＦ型エポキシ樹脂と反応させる工程；を行ってリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂を製造し、樹脂組成物とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程１〜２を含むことを特徴とするリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂の製造方法。
工程１：９，１０−ジヒドロ−９−オキサ−１０−ホスファフェナントレン−１０−オキシドと、１，４−ベンゾキノン及び／又は１，４−ナフトキノンを、反応系内の総水分量が、反応に用いる９，１０−ジヒドロ−９−オキサ−１０−ホスファフェナントレン−１０−オキシド全量に対して０．３質量％以下になるように制御して反応させて反応組成物を得る工程。工程２：工程１で得られた反応組成物を精製することなく、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂及び／又はビスフェノールＦ型エポキシ樹脂と反応させる工程。
【請求項２】
工程１において、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  １モルに対して、１，４−ベンゾキノン及び／又は１，４−ナフトキノンを０．６〜０．９９倍モル反応させる請求項１に記載のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂の製造方法。
【請求項３】
工程２において、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  １モルに対して、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂及び／又はビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を１．０〜８．０倍モルを反応させる請求項１または２に記載のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂の製造方法。
【請求項４】
工程１の反応温度は５０℃以上、１５０℃以下である請求項１〜３のいずれかに記載のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂の製造方法。
【請求項５】
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂及び／又はビスフェノールＦ型エポキシ樹脂のエポキシ当量は４００以下である請求項1〜４のいずれかに記載のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂の製造方法。
【請求項６】
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂及び／又はビスフェノールＦ型エポキシ樹脂のエポキシ当量は３００以下である請求項５に記載のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂の製造方法。
【請求項７】
反応前の１，４−ベンゾキノン及び／又は１，４−ナフトキノンに対して、未反応の１，４−ベンゾキノン及び／又は１，４−ナフトキノンが２質量％未満になるまで工程１の反応を行う請求項1〜６のいずれかに記載のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂の製造方法。
【請求項８】
工程２において、工程１の反応組成物中の全てのフェノール性水酸基を、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂及び／又はビスフェノールＦ型エポキシ樹脂と反応させる請求項1〜７のいずれかに記載のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の製造方法で得られることを特徴とするリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂。
【請求項１０】
請求項９に記載のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂と、硬化剤を含むことを特徴とするリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂組成物。
【請求項１１】
硬化剤は、ジシアンジアミド及び／又はフェノール樹脂系硬化剤である請求項１０記載のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂の製造方法並びにリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂及びリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
エポキシ樹脂は優れた電気特性を示すため、古くから電気絶縁材料用途で使用されている。その中でも需要量の多い分野に積層板（プリント基板）用途がある。
従来、積層板においては、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＩＣ（Integrated Circuit）などの部品をハンダ付けによって接続、固定している。しかしながら、最近では、環境適性を向上させるため、鉛を含んだ従来のハンダは使用することができなくなってきている。
そのため、従来のハンダよりも溶融温度が高い、「鉛フリーハンダ」を使う必要があり、積層板にも更なる耐熱性、高温信頼性の向上が要求されている。
また、携帯電話に代表されるように、小型高性能の電機電子製品を作るためには、積層板上の配線および配線間隔は細く、高密度化する必要があり、高温下での熱膨張による断線を防止する目的においても、耐熱性を上げ、線膨張率を下げる必要がある。
【０００３】
ところで、積層板上は、電気配線が細かく複雑に接続されている。そのため、積層板は、ショートなどによる出火を防止する目的で、難燃化されている。
積層板の材料としては、従来、臭素化合物による難燃化されたエポキシ樹脂が主流であったが、最近はリン系難燃化樹脂を用いた積層板も使われるようになってきた。臭素系難燃化樹脂に比べて、リン系難燃化樹脂は耐熱性が高く、軽量化に寄与することが知られている。
【０００４】
リン系難燃化樹脂に関する発明としては、特許文献１〜３がある。
特許文献１、２には、１０−（２、５−ジヒドロキシフェニル）−１０Ｈ−９−オキサ−１０−ホスファフェナントレン−１０−オキシド（以下、「ＨＣＡ−ＨＱ」と略記する）と、エポキシ樹脂とを所定のモル比で反応させて得られる熱硬化性難燃性樹脂が開示されている。ＨＣＡ−ＨＱは、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（以下、「ＨＣＡ」と略記することがある）と、１，４−ベンゾキノン（以下、「ＰＢＱ」と略記することがある）とを反応させることによって得られる化合物であり、特許文献１、２においては市販品である三光株式会社製  商品名「ＨＣＡ−ＨＱ」が使用されている。なお、この市販品は、特許文献４（特開昭６０−１２６２９３号公報）に記載の方法で製造されたものである。
特許文献３には、２０％質量以上のノボラック型エポキシ樹脂を含有するエポキシ樹脂とＨＣＡ−ＨＱとを所定の比率で反応させてなるリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂が開示されている。
【特許文献１】特開平０４−１１６６２号公報
【特許文献２】特開２０００−３０９６２３号公報
【特許文献３】特開平１１−２７９２５８号公報
【特許文献４】特開昭６０−１２６２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１、２に記載の発明においては、実際は、製品として販売されている、精製して純度を９９．０質量％以上にしたＨＣＡ−ＨＱを用い、これにエポキシ樹脂を反応させ、目的のリン含有難燃性エポキシ樹脂を得ている。
一方、特許文献４に記載されている様に、特許文献４に記載の製造方法にてＨＣＡ−ＨＱを製造すると、ＰＢＱに対するＨＣＡ−ＨＱの粗収率は、実施例にも記載しているように７４質量％程度である。市販品は、この粗反応組成物を更に再結晶法により精製して純品にするため、収率は更に低くなる。また、精製することは、その分、工程が増えるので、工程間のロスによる収率の低下を招来する。そのため、生産性が低く、製品コストが高い。更に精製することは、精製工程で発生する排液及び廃棄物の処理対策が必要になる等の問題も付随する。
【０００６】
そこで、本発明者が検討したところ、特許文献４に記載の方法によってＨＣＡ−ＨＱを製造し、得られる反応組成物を、精製せずにエポキシ樹脂と反応させると、反応を長時間行っても反応が終了せず、製造効率が著しく低くなることがわかった。また、得られる反応生成物（リン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂）は未反応物や副生物の含有量が多い。そして、この様にして得られるリン含有エポキシ樹脂は耐熱性等の積層板に要求される特性を満足することができない。
なお、この方法において、リン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂の耐熱性等を向上させるためには、多官能のノボラック型エポキシ樹脂などを使用する必要があり、汎用性が低くコストアップの要因になる。
そして、特許文献３に記載の発明においては、最低２０質量％のノボラック型エポキシ樹脂を使用することを必須としている。そのため、ビスフェノール型エポキシ樹脂を使用した樹脂と比較して、汎用性に欠ける面があり、価格的にも差がある。また、ノボラック型エポキシ樹脂と他の汎用エポキシ樹脂を混合して使用する場合は、使用する原料がその分増えるため原料の調達・管理などの手間を要し、生産性の低下や、生産管理上も問題がある。
【０００７】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、汎用性に優れた材料を使用した場合であっても、副生物等の不純物の含有量を抑えるとともに、目的物の反応を十分に進行させることができ、かつ生産性を向上させることができるリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂の製造方法を提供することを課題とする。
そして、これにより耐熱性等の積層板に要求される優れた特性を有するリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂組及びこれを用いたリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂組成物を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明においては以下の手段を提案する。
第１の態様は、以下の工程１〜２を含むことを特徴とするリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂の製造方法である。
工程１：９，１０−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（以下、「ＨＣＡ」と略記する）と、１，４−ベンゾキノン（以下、「ＰＢＱ」と略記する）及び／又は１，４−ナフトキノン（以下、「ＮＱ」と略記する）を、反応系内の総水分量が、反応に用いる９，１０−ジヒドロ−９−オキサ−１０−ホスファフェナントレン−１０−オキシド全量に対して０．３質量％以下になるように制御して反応させて反応組成物を得る工程。工程２：工程１で得られた反応組成物を精製することなく、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂及び／又はビスフェノールＦ型エポキシ樹脂と反応させる工程。
前記製造方法においては、工程１において、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  １モルに対して、１，４−ベンゾキノン及び／又は１，４−ナフトキノンを０．６〜０．９９倍モル反応させることが望ましい。
また、工程２において、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  １モルに対して、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂及び／又はビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を１．０〜８．０倍モルを反応させることが望ましい。
また、工程１の反応温度は５０℃以上、１５０℃以下であると好ましい。
また、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂及び／又はビスフェノールＦ型エポキシ樹脂のエポキシ当量は４００以下であると好ましい。
さらに、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂及び／又はビスフェノールＦ型エポキシ樹脂のエポキシ当量は３００以下であると好ましい。
また、反応前の１，４−ベンゾキノン及び／又は１，４−ナフトキノンに対して、未反応の１，４−ベンゾキノン及び／又は１，４−ナフトキノンが２質量％未満になるまで工程１の反応を行うことが望ましい。
また、工程２において、工程１の反応組成物中の全てのフェノール性水酸基を、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂及び／又はビスフェノールＦ型エポキシ樹脂と反応させることが望ましい。
【０００９】
第２の態様は、本発明の製造方法で得られることを特徴とするリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂である。
第３の態様は、本発明のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂と、硬化剤を含むことを特徴とするリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂組成物である。
前記硬化剤は、ジシアンジアミド及び／又はフェノール樹脂系硬化剤であることが望ましい。
【００１０】
なお、本発明においてリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂及びリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂組成物は、未硬化のものを指すものとする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明においては、汎用性に優れた材料を使用した場合であっても、副生物等の不純物の含有量を抑えるとともに、目的物の反応を十分に進行させることができ、かつ生産性を向上させることができるリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂の製造方法を提供することができる。
そして、これにより耐熱性等の積層板に要求される優れた特性を有するリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂及びこれを用いたリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂組成物を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
［リン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂の製造方法］
本発明のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂の製造方法は、上記の様に、工程１〜２を含むことを特徴とする。
【００１３】
工程１：
工程１においては、ＨＣＡと、ＰＢＱ及び／又はＮＱを反応させて、微量の未反応物や副生物を含む反応組成物を得る。
ＨＣＡとＰＢＱとの反応は以下の様に進行する。ＮＱについても同様である。
【００１４】
【化１】
2006342217.tif 000002
【００１５】
工程１は、例えば以下の様にして行うことができる。
工程１においては、反応系内（反応液中）の総水分量が、反応に用いるＨＣＡ全量に対して０．３質量％以下（ＨＣＡを１００質量％としたときに、水分量が０．３質量％以下）に制御して反応させて反応組成物を得ることが必要である。水分量は、好ましくは０．１質量％以下になるように制御することが望ましい。水分量が少なければ少ないほど好ましいので、下限値を規定する技術的意義はない。０．３質量％以下に制御して反応させることにより、未精製の反応組成物を用いても、工程２の反応性を向上させることができ、収率も向上する。さらに、副生物等の不純物の含量を低減することができる。その結果、リン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂及びリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂組成物の特性を向上させることができる。
反応系内の水分量は、カールフィッシャー法等により、測定することができる。
【００１６】
反応系内の総水分量は、以下に例示する様に、ＨＣＡを反応機に仕込み、ＰＢＱ及び／又はＮＱを導入する前に、共沸脱水法、物理吸着法等の反応系内の水分量を低くする操作を行うことにより、制御することができる。なお、共沸脱水法は操作が簡便であり、好ましい。
【００１７】
具体的には、例えば以下の様にして反応を行う。
まず、攪拌機、還流冷却器、温度計及び原料投入口を有する反応機に、不活性溶媒とＨＣＡを仕込む。
不活性溶媒としては、例えばエチレングリコール低級アルキルエーテル、プロピレングリコール低級アルキルエーテル、ベンゼン、トルエン、キシレン等が挙げられる。
溶媒の使用量は、特に限定するものではないが、例えばＨＣＡの質量に対して１〜５倍量とされる。
【００１８】
ついで、窒素雰囲気下、水と不活性溶媒の共沸点まで昇温し、共沸脱水法により、水分を除去する。工程１の反応開始から終了までの間において、反応系内の水分量をＨＣＡに対して０．３質量％以下に制御するには、共沸脱水後、ＰＢＱ及び／又はＮＱ導入前の水分量は、原料のＨＣＡに対して２．０質量％以下、より好ましくは１．０質量％以下であることが望ましい。
【００１９】
その後、反応系を必要に応じて常温になるまで冷却する。ついで、必要に応じて加熱し、ＨＣＡが不活性溶媒に溶解していることを確認したら、ＰＢＱ及び／又はＮＱを添加する。  
工程１の反応は発熱反応なので、ＰＢＱ及び／又はＮＱを添加する前の反応系の温度は、後述する様に、ＨＣＡとＰＢＱ及び／又はＮＱとの反応温度を５０〜１００℃に制御することができる温度に設定することが望ましく、好ましくは常温〜１１０℃、特に５０℃〜９０℃に設定することが望ましい。
なお、反応温度を制御することができれば、共沸脱水後、冷却することなく、ＰＢＱ及び／又はＮＱを添加してもよい。
【００２０】
ＰＢＱ及び／又はＮＱは微粉末状のものを反応機に導入することもできるし、１０〜７０質量％程度の濃度の不活性溶媒溶液として用いることもできる。
ＨＣＡとＰＢＱ及び／又はＮＱとの反応は、反応系内で常にＨＣＡが理論量過剰に存在する状態で行うことが望ましい。そのため、ＰＢＱ及び／又はＮＱは、ＨＣＡ１モルに対して０．６〜０．９９倍モル、より好ましくは０．８〜０．９９倍モル用いることが望ましい。この範囲の比率で反応させることにより、副生物の生成を効果的に抑制し、副生物等の不純物の含有量を低減することができる。より具体的には０．６倍モル以上であると、架橋点が適度になり、積層板の耐熱性が向上する。０．９９倍モル以下であると、未反応のＰＢＱ及び／又はＮＱが残りにくいので、積層板の耐熱性、耐薬品性、高温信頼性を向上させることができる。
【００２１】
ついで、５０℃以上、好ましくは６０℃以上、特に好ましくは７０℃以上で反応させる。温度の上限値は好ましくは１５０℃以下、より好ましくは１１０℃以下、さらに好ましくは１００℃以下である。
下限値以上とすることにより、反応を速やかに進行させることができる。上限値以下とすることにより、副生物の生成を効果的に抑制することができる。
反応時間は好ましくは０．５〜５時間、より好ましくは１〜３時間である。  
【００２２】
ＨＣＡとＰＢＱ及び／又はＮＱとの反応方法は特に限定するものではなく、例えば、上述の様に、反応機に、不活性溶媒とＨＣＡを仕込む工程において、ＨＣＡの一部のみを仕込み、残りのＨＣＡを不活性溶媒溶液とし、この溶液とＰＢＱ及び／又はＮＱとを混合した混合物を、所定の反応温度に調整した反応機内に導入することもできる。ただし、水分量を規定の範囲に調整するためには、上述の様に不活性溶媒とＨＣＡを反応機に仕込み、ＰＢＱ及び／又はＮＱを反応機に導入する方法が簡便である。
【００２３】
この反応は、未反応のＰＢＱ及び／又はＮＱが、反応前（仕込み）のＰＢＱ及び／又はＮＱを１００質量％としたとき、２質量％未満、より好ましくは１質量％以下になるまで行う。未反応物が少なければ少ないほど好ましいので、下限値を規定する技術的意義はない。２質量％未満であるかどうかは、ガスクロマトグラフィーや液体クロマトグラフィーで確認することができる。２質量％未満になるまで反応させることにより、リン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂において、副生物等の不純物の割合を低減することができる。
ついで、この様にして得られた反応組成物を、工程２に供する。
【００２４】
工程２：
工程２においては、工程１で得られた反応組成物を精製することなく、引き続いてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂及び／又はビスフェノールＦ型エポキシ樹脂と反応させる。
【００２５】
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂及び／又はビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（以下、「ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂及び／又はビスフェノールＦ型エポキシ樹脂」を「エポキシ樹脂」ということがある）は、そのエポキシ当量が４００以下、好ましくは３５０以下、特に好ましくは３００以下、実質的には１５６以上のものを用いることが好ましい。この範囲であると、溶剤に対する溶解性が良好であり、積層板の製造に用いるプリプレグ用ワニスとして好適である。また、積層板を作成した場合にもガラス転移温度等の耐熱性が低下しにくく、好ましい。
エポキシ当量は「分子量／官能基数」［単位：（ｇ）／（ｅｑ）］により求められる。
【００２６】
工程２において、好ましくは、ＨＣＡ  １モルに対して、エポキシ樹脂は、１．０〜８．０倍モル、より好ましくは２．０〜６．０倍モルを反応させることが望ましい。ＨＣＡ１モルに対して１．０モル以上にすることにより、フェノール性水酸基の量が適度であり、かつエポキシ樹脂の量を充分に確保できるので、積層板にした場合の物性（強度）を確保できる。また、８．０倍モル以下にすることにより、リン含有率を向上させ、所望の難燃性を確保できる。
【００２７】
工程１で得られる反応組成物とエポキシ樹脂との反応は、公知の方法によればよい。好ましくは、工程１を経た反応機内に、エポキシ樹脂と触媒を添加し、反応させる。触媒としては、例えば金属酸化物、無機塩類、有機塩基及びその塩類や、いわゆるオニウム化合物等から選ばれる１種以上が挙げられる。具体的には２−エチルヘキシルアミン、トリフェニルホスフィンを用いることができる。
反応条件も特に限定するものではないが、例えば温度は１００〜１７０℃、時間は２〜８時間程度とされる。本発明においては、比較的短時間で工程２の反応を終了させることができる。なお反応が終了したか否かは、後述する紫色の呈色反応によって確認することができる。
【００２８】
また、工程１で得られる反応組成物にエポキシ樹脂を添加反応させるにおいて、工程１の反応組成物中の全てのフェノール性水酸基を該エポキシ樹脂と反応させると、硬化反応性に優れたリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂が得られる利点がある。
工程１で得られる反応組成物中のフェノール性水酸基の全てが該エポキシ樹脂と反応しているか否かは、反応液の一部を取り出し、これに塩化鉄（ＩＩＩ）を添加し、呈色反応の状況を見ることにより確認することができる。フェノール性水酸基が残っている場合は、紫色の呈色反応が見られ、フェノール性水酸基が残っていない場合は呈色反応が見られない。好ましくは呈色反応が見られなくなった時点で反応を終了する。
【００２９】
［リン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂］
本発明のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂は、本発明の製造方法により得られるものである。
本発明の製造方法で得られるリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂は、工程１の反応組成物を精製せずに工程２にてエポキシ樹脂と反応させて得られるものである。そのため、反応組成物に含まれる未反応のＨＣＡとエポキシ樹脂との反応生成物を含む。この点において、前記特許文献１、２に記載のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂と区別される。そして、この様にＨＣＡとエポキシ樹脂との反応生成物を含んでいても、このリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂を用いて積層板を製造すると、耐熱性等の特性が良好なものが得られる。
【００３０】
［リン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂組成物］
本発明のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂組成物は、本発明の製造方法で得られるリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂と、硬化剤を含むことを特徴とする。
使用する硬化剤としては、酸無水物、ポリアミン系化合物、フェノール系化合物、その他、慣用されている硬化剤のいずれも使用可能であり、特にプリプレグの保存性、硬化後の耐水、耐湿性の点から、ジシアンジアミド及び／又はフェノール樹脂系硬化剤が好ましい。
フェノール樹脂系硬化剤としては、例えばフェノールノボラック樹脂（住友ベークライト社製  製品名：スミライトレジンＰＲ−ＨＦ−６）等が挙げられる。
【００３１】
硬化剤の配合量は、硬化反応を効果的に行わせる点から、リン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂のエポキシ基１当量に対して０．５〜１．２当量、好ましくは０．９〜１．１当量である。
また、リン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂組成物には、２−エチル−４−メチルイミダゾール等の硬化促進剤やその他の添加剤を配合することもでき、特に硬化促進剤を併用することが望ましい。
また、リン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂組成物は、リン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂、硬化剤、必要に応じて添加する硬化促進剤を、溶剤に溶解して調整することが望ましい。溶剤としては、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミド等が用いられる。また、溶剤を用いて調整するリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂組成物の固形分濃度は例えば１０〜９０質量％程度とされる。
【００３２】
この様に本発明のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂の製造方法においては、工程１において、反応系内の水分量を低く制御することにより、工程１、工程２において、リン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂を積層板に使用したときに、積層板の特性を劣化させる副生物の生成が抑えられる。また、工程２の反応を速やかに完結させることができる。
この様に副生物等の不純物の含有量が低減できるので、リン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂を用いた積層板においては、耐熱性が向上する。また、積層板としたときに、エポキシ樹脂の硬化反応の反応性も向上する。また、積層板の高温信頼性も向上する。
【００３３】
そして、工程２の反応が速やかに完結し、工程１から工程２に移る際に未精製のものを用いることができるので、収率が向上し、生産性が向上する。
【００３４】
さらに、本発明においては、ビスフェノール型エポキシ樹脂を用いることができるので、積層板の汎用性が向上する。
また、本発明にて得られるリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂組成物は、リン含有難燃性樹脂なので、これを用いて製造した積層板は軽量である。
【００３５】
そして、本発明のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂及びリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂組成物においても、上述と同様の効果が得られる。
【００３６】
この様な優れた特性が発揮できる理由は、以下の様に推測される。
ＨＣＡは、以下の化学式で示す様に、反応系内に水分が存在すると、加水分解により、開環生成物を生じる。
【００３７】
【化２】
2006342217.tif 000003
【００３８】
この開環生成物は次亜リン酸構造であり、強い酸性度を示す。
一方、一般にＨＣＡとＰＢＱ及び／又ＮＱとの反応生成物とエポキシ樹脂との反応は、アルカリ触媒を用いる。したがって、反応系内に酸性の強い副生物が存在すれば、反応の促進を妨げるだけでなく、多くの副生物を生成する要因になる。
そのため、工程１において、水分量を制御しない従来の製造方法を用いると、工程１の反応中に上記酸性度の高い開環生成物を生じ、他の副生物を生成する。そして、この様に開環生成物や他の副生物含む反応組成物を工程２に供すると、反応組成物とエポキシ樹脂との反応が阻害される。そして、開環生成物や他の副生物含むリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂が得られると考えられる。
そして、この様に多くの副生物を含有するリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂を用いた積層板においては、副生物に起因して耐熱性、高温信頼性等の特性が劣化するため、「鉛フリーハンダ」を使用する際に要求される耐熱性等に対応できないのではないかと考えられる。
【００３９】
これに対して、本発明においては、工程１において、反応系内の水分を低く制御するので、開環生成物の生成を抑えることができると考えられる。そして、その結果、工程２の反応は速やかに進行し、副生物の生成も抑えられ、得られるリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂を積層板に使用すると、耐熱性等の優れた効果が得られると考えられる。
【実施例】
【００４０】
以下、実施例により、本発明を更に詳細に説明する。但し、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。また、「％」は特に断りがない限り「質量％」を示す。
【００４１】
＜リン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂の製造＞
［実施例１］
以下の様にして工程１を行った。
ガラス製反応容器に、ＨＣＡ２１６ｇとトルエン７００ｇを仕込み、窒素雰囲気下、徐々に昇温し９０度で溶解させた。このときの反応系全体を基準にしたときの水分量をカールフィッシャー法により測定したところ０．０８％であった。これは、ＨＣＡ量に対して０．３４％の水分量に当たる。
さらに反応容器内の温度を上げ、トルエンの沸点で水分を共沸脱水法により除去した。この時の水分量はＨＣＡ量に対して０．００１％であった。
温度を６０度まで下げ、ＰＢＱ１０７ｇを仕込み、９０度で３時間反応させた。
液体クロマトグラフィー分析で成分を分析したところ、仕込みのＰＢＱに対して未反応のＰＢＱは０．１%であった。また、反応系内の水分量を測定したところ、仕込みのＨＣＡ量に対して０．０１％であり、０．３％以下に保たれていた。
ついで、以下の様にして工程２を行った。
前記反応容器にビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製、製品名：エピコート８２８、エポキシ当量１８７）９３０ｇと２−エチルヘキシルアミン０．１ｇを追加し、１５０℃まで温度を上げ５時間反応させ、ＰＢＱ由来のＯＨ基全てを該エポキシ樹脂と反応させた後、トルエンを減圧で留去した。
出来上がった難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂組成物のエポキシ当量は３３０ｇ／ｅｑであった。
そして、得られた組成物のエポキシ当量の理論値３２５ｇ／ｅｑと、実際のエポキシ当量が極めて近い値であるため、未反応の水酸基が少なく、副生物等の不純物が少ないことが確認できた。
また、以下の条件で呈色反応を行ったところ、ほとんど着色は見られず、やはり未反応の水酸基が少なく、副生物等の不純物が少ないことが確認できた。
呈色反応は、得られた組成物約１ｇをメチルエチルケトン２０ｇに溶解し、無水塩化鉄（ＩＩＩ）・ピリジン試液２００ｍｇを添加して確認した。フェノール性水酸基が残っている場合には、フェノールの酸化による紫色の呈色反応が確認される。
【００４２】
［実施例２］
ＰＢＱ１０７ｇをＮQ１５６ｇに置き換えた以外は、実施例１と同様にして反応物を得た。
出来上がった難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂組成物のエポキシ当量は３３９ｇ／ｅｑであった。
そして、得られた組成物のエポキシ当量の理論値３３７ｇ／ｅｑと、実際のエポキシ当量が極めて近い値であるため、副生物等の不純物が少ないことが確認できた。
また、上記呈色反応を行ったところ、ほとんど着色は見られず、やはり副生物等の不純物が少ないことが確認できた。
【００４３】
［実施例３］
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂をビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製  エピコート８０７、エポキシ当量  １６４））９３０ｇに置き換えた以外は、実施例１と同様にして反応物を得た。
出来上がった難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂組成物のエポキシ当量は２８１ｇ／ｅｑであった。
そして、得られた組成物のエポキシ当量の理論値２７７ｇ／ｅｑと、実際のエポキシ当量が極めて近い値であるため、副生物等の不純物が少ないことが確認できた。
また、上記呈色反応を行ったところ、ほとんど着色は見られず、やはり副生物等の不純物が少ないことが確認できた。
【００４４】
［実施例４］
ＰＢQ１０７ｇをNQ１５６ｇに置き換えた以外は、実施例３と同様にして反応物を得た。
出来上がった難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂組成物のエポキシ当量は２９４ｇ／ｅｑであった。
そして、得られた組成物のエポキシ当量の理論値２８７ｇ／ｅｑと、実際のエポキシ当量が極めて近い値であるため、副生物等の不純物が少ないことが確認できた。
また、上記呈色反応を行ったところ、ほとんど着色は見られず、やはり副生物等の不純物が少ないことが確認できた。
【００４５】
＜積層板の製造＞
［実施例５］
実施例１のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂１００ｇと、硬化剤：ジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）３．３ｇ（エポキシ基１当量に対して１当量）と、硬化促進剤：２−エチル−４−メチルイミダゾール０．０１ｇを、メチルエチルケトン７０ｇに溶解混合した溶液（リン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂組成物）を製造した。
そして、この溶液を０．１８ｍｍ厚のガラスクロスに含浸させ、１５０℃で3分乾燥させプリプレグとした。
得られたプリプレグをプレス圧３．５ＭＮ／ｍ２、温度１７０℃で２時間硬化させ、積層板とした。
【００４６】
［実施例６］
実施例２のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂１００ｇと、ＤＩＣＹ２．９ｇ（エポキシ基１当量に対して１当量）を使った以外は、実施例５と同様にして積層板を得た。
【００４７】
［実施例７］
実施例３のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂１００ｇと、ＤＩＣＹ３．６ｇ（エポキシ基１当量に対して１当量）を使った以外は、実施例５と同様にして積層板を得た。
【００４８】
［実施例８］
実施例４のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂１００ｇと、ＤＩＣＹ３．２ｇ（エポキシ基１当量に対して１当量）を使った以外は、実施例５と同様にして積層板を得た。
【００４９】
［実施例９］
実施例１のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂１００ｇと、硬化剤：フェノールノボラック樹脂（住友ベークライト社製  製品名：スミライトレジンＰＲ−ＨＦ−６）３２ｇ（エポキシ基１当量に対して１当量）と、硬化促進剤：２−エチル−４−メチルイミダゾール０．０１ｇを、メチルエチルケトン７０ｇに溶解混合した溶液を、０．１８ｍｍ厚のガラスクロスに含浸させ、１５０℃で３分乾燥させプリプレグとした。
得られたプリプレグをプレス圧３．５ＭＮ／ｍ２、温度１７０℃で２時間硬化させ、積層板とした。
【００５０】
［実施例１０］
実施例２のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂１００ｇと、フェノールノボラック樹脂（住友ベークライト社製  製品名：スミライトレジンＰＲ−ＨＦ−６）２９ｇ（エポキシ基１当量に対して１当量）を使った以外は、実施例９と同様にして積層板を得た。
【００５１】
［実施例１１］
実施例３のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂１００ｇと、フェノールノボラック樹脂（住友ベークライト社製  製品名：スミライトレジンＰＲ−ＨＦ−６）３４ｇ（エポキシ基１当量に対して１当量）を使った以外は、実施例９と同様にして積層板を得た。
【００５２】
［実施例１２］
実施例４のリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂１００ｇと、フェノールノボラック樹脂（住友ベークライト社製  製品名：スミライトレジンＰＲ−ＨＦ−６）３１ｇ（エポキシ基１当量に対して１当量）を使った以外は、実施例９と同様にして積層板を得た。
【００５３】
［比較例１］
臭素化エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製  製品名：エピコート５０４６Ｂ８０）１００ｇと、ＤＩＣＹ２．２ｇと硬化促進剤２−エチル−４−メチルイミダゾール０．０１ｇ（エポキシ基１当量に対して１当量）をメチルエチルケトン７０ｇに溶解混合した溶液を、０．１８ｍｍ厚のガラスクロスに含浸させ、１５０℃で3分乾燥させプリプレグとした。
得られたプリプレグをプレス圧３．５ＭＮ／ｍ２温度１７０℃で2時間硬化させ、積層板とした。
【００５４】
［比較例２］
臭素化エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製  エピコート５０４６Ｂ８０）１００ｇと、フェノールノボラック樹脂（住友ベークライト社製  スミライトレジンＰＲ−ＨＦ−６）２２ｇ（エポキシ基１当量に対して１当量）と硬化促進剤２−エチル−４−メチルイミダゾール０．０１ｇをメチルエチルケトン７０ｇに溶解混合した溶液を、０．１８ｍｍ厚のガラスクロスに含浸させ、１５０℃で３分乾燥させプリプレグとした。
得られたプリプレグをプレス圧３．５ＭＮ／ｍ２温度１７０℃で２時間硬化させ、積層板とした。
【００５５】
［比較例３］
実施例１の反応において、工程１を、共沸脱水せずに行った。反応開始前の反応系全体を基準にしたときの水分量は、０．０９％であった。これは、ＨＣＡ量に対して０．３８％の水分量に当たる。
液体クロマトグラフィー分析で成分を分析したところ、未反応のＰＢＱは１．０%であった。また、反応終了後の反応系内の水分量を測定したところ、仕込みのＨＣＡ量に対して０．３８％であった。
ついで、工程２を行った。すなわち、ＨＣＡとＰＢＱの反応生成物にビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を反応させたが、１５０度で８時間反応しても、反応は完結しなかった。
出来上がったエポキシ樹脂組成物のエポキシ当量は３１０ｇ／eqであった。
そして、得られた組成物のエポキシ当量の理論値３２５ｇ／ｅｑと、実際のエポキシ当量が離れた値であるため、副生物等の不純物が多いことが確認できた。
また、上記呈色反応を行ったところ、紫色に着色し、やはり副生物等の不純物が多いことが確認できた。
【００５６】
このエポキシ樹脂組成物１００ｇと、ＤＩＣＹ３．６ｇ（エポキシ基１当量に対して        １当量）と、硬化促進剤２−エチル−４−メチルイミダゾール０．０１ｇを、メチルエチルケトン７０ｇに溶解混合した溶液を製造した。
そして、この溶液を０．１８ｍｍ厚のガラスクロスに含浸させ、１５０度で３分乾燥させプリプレグとした。
得られたプリプレグをプレス圧３．５MN／ｍ２温度１７０度で２時間硬化させ、積層板とした。
【００５７】
実施例５〜１１、及び比較例１〜３で得られた積層板に用いた樹脂組成物の特性について以下の方法で評価した。
結果を表１〜３にまとめて示した。なお、比較の便のため、表１、表２には、それぞれ、硬化剤の種類が同じで樹脂の種類が異なる実施例５〜８及び比較例１の結果と、実施例９〜１２及び比較例２の結果を示した。また、反応系内の水分量が異なる工程１を経て製造したリン含有難燃性ビスフェノール型エポキシ樹脂組成物を用いた実施例５、比較例３の結果を表３に示した。すなわち、実施例５は比較のために表１、表３のいずれにも記載した。
【００５８】
表１、２の結果より、実施例5〜８のエポキシ樹脂比重は、比較例１の比重を比べて、明らかにエポキシ樹脂比重が低く、軽量化されていることが分かる。実施例９〜１２と比較例２を比べた場合も同様である。
【００５９】
表中、５％重量減少温度は、硬化後の樹脂を島津製作所製THERMAL  ANALYZER  DT-30（製品名）で測定した。いづれの比較例も実施例に対して重量減少温度が低いため、高温耐熱性、高温信頼性に劣ることが確認された。
【００６０】
また、難燃性  UL-94は、V-０を示すことを前提に評価をしているため、全ての例でこの基準に合わせた。
【００６１】
また、ガラス転移温度は耐熱性を示す指標となり、表1〜表３全ての実施例で比較例に対して明らかに耐熱性が高いことが確認された。
【００６２】
【表１】
2006342217.tif 000004
【００６３】
【表２】
2006342217.tif 000005
【００６４】
【表３】
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