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JP2006002019A - 難燃性エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

難燃性エポキシ樹脂組成物 Download PDF

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JP2006002019A
JP2006002019A JP2004179186A JP2004179186A JP2006002019A JP 2006002019 A JP2006002019 A JP 2006002019A JP 2004179186 A JP2004179186 A JP 2004179186A JP 2004179186 A JP2004179186 A JP 2004179186A JP 2006002019 A JP2006002019 A JP 2006002019A
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phosphorus
epoxy resin
flame retardant
flame
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JP2004179186A
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Kazuo Okamoto
一男 岡本
Shu Seki
士友 関
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Sanyo Chemical Industries Ltd
Original Assignee
Sanyo Chemical Industries Ltd
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Abstract

【課題】 優れた難燃性を有し、従来のリン系難燃剤を使用したエポキシ樹脂に比べ、耐熱性、吸水率等の諸物性に優れた硬化物が得られるノンハロゲンタイプの難燃性エポキシ樹脂を提供することである。
【解決手段】 重量平均分子量が800〜10,000の範囲であって、リン原子含有量が1〜10重量%である高分子リン系難燃剤(A)と、エポキシ樹脂(B)、及び硬化剤(C)から構成されることを特徴とする難燃性エポキシ樹脂組成物。
【選択図】なし。

Description

本発明は難燃性エポキシ樹脂に関する。さらに詳しくは、ハロゲンを含有せず、高耐熱性、低吸水率の硬化物が得られる難燃性エポキシ樹脂組成物に関する。
エポキシ樹脂硬化物は、その機械強度、電気特性、耐薬品性に優れるためにプリント基板、半導体素子用封止剤などの電子部品に広く使用されている。近年、環境問題、人体への安全性への配慮の観点から、電子部品について、従来以上の低有害性と高い安全性が要求されている。従来から、難燃性エポキシ樹脂として、臭素を含有する臭素化エポキシ樹脂が一般に使用されているが、このような臭素化エポキシ樹脂は、良好な難燃性を有するものの、燃焼時に有害なハロゲン化水素(臭化水素)ガスを発生することや、ブロモ化ダイオキシン、フラン類を発生する可能性があるため、その使用が抑制されつつある。そこで、ハロゲンフリーの各種難燃性エポキシ樹脂が開発されている。ノンハロゲンで難燃性を達成するための手段の一つとして、例えばリン系難燃剤の使用が知られている。(特許文献1参照)
特開2003−171438号公報
しかしながら、従来のリン系難燃剤を用いた難燃性エポキシ樹脂は、硬化物の諸物性(耐熱性、吸水率等)が劣るため用途及び難燃剤の使用量が限定されており、諸物性に優れる難燃剤が望まれていた。
本発明の目的は、上記諸物性に優れた硬化物が得られるノンハロゲンタイプの難燃性エポキシ樹脂を提供することである。
本発明者らは、上記問題を解決すべく鋭意検討した結果、特定分子量範囲の高分子リン系化合物が有効であることを見いだし本発明に到達した。すなわち、本発明は、重量平均分子量が800〜10,000であり、かつリン原子含有量が1〜10重量%である高分子リン系難燃剤(A)、エポキシ樹脂(B)、及び硬化剤(C)からなることを特徴とする難燃性エポキシ樹脂組成物であることを要旨とする。
本発明の難燃性エポキシ樹脂組成物は、その硬化物に良好な難燃性と共に、高耐熱性、低吸水性を付与するという効果を奏する。
本発明の難燃性エポキシ樹脂組成物は、重量平均分子量が800〜10,000であり、かつリン原子含有量が1〜10重量%である高分子リン系難燃剤(A)、エポキシ樹脂(B)、硬化剤(C)からなる組成物である。
(A)としては、他成分との相溶性の観点から、リン含有二官能性エポキシドと、二官能性フェノール及び/又は二官能性フェノール誘導体とを触媒下で反応させて得られてなるフェノキシ樹脂、若しくは二官能性エポキシドと、リン含有二官能性フェノール及び/又はリン含有二官能性フェノール誘導体とを触媒下で反応させて得られてなるフェノキシ樹脂が好ましい。
リン原子は、エポキシド側に含まれてもよいし、フェノール及びその誘導体側に含まれてもよいが、エポキシ側にリン原子を導入する方が、溶剤への溶解性などの作業性が向上するため好ましい。
また、エポキシ樹脂組成物の硬化物の吸水性の観点から、一般式(1)又は(2)で表されるホスフィン構造を有することが好ましい。
式中、R1、R2は、水素原子又は、炭素数1〜9のアルキル基を表す。R1とR2は同一でも異なっていてもよい。エポキシ樹脂硬化物の耐熱性の観点から、R1、R2は両方とも同じであることがさらに好ましく、両方とも水素原子であるのが最も好ましい。
これらホスフィン構造を有するリン含有二官能性エポキシド(a1p)としては、具体的には、例えば、下記構造式の化合物が挙げられる。
上記ホスフィン構造を有するリン含有二官能性フェノール(a2p)としては、具体的には、例えば、下記構造式の化合物が挙げられる。
上記ホスフィン構造を有するリン含有二官能性フェノール誘導体(a3−p)としては、具体的には、例えば、下記構造式の化合物が挙げられる。
リンを含有しない二官能性エポキシド(a1)としては、公知のもの等が使用でき、グリシジルエーテル型エポキシド(a1−1)、グリシジルエステル型エポキシド(a1−2)、グリシジルアミン型エポキシド(a1−3)及び脂環式エポキシド(a1−4)等が使用できる。
グリシジルエーテル型エポキシド(a1−1)としては、二価フェノールのグリシジルエーテル、二価アルコールのグリシジルエーテル等が挙げられる。
二価フェノールのグリシジルエーテルとしては、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールAジグリシジルエーテル及びビスフェノールSジグリシジルエーテル等が挙げられる。
二価アルコールのグリシジルエーテルとしては、エチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、テトラメチレングリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコール(GPC法で測定した重量平均分子量(以下、Mwと略記する):150〜400)ジグリシジルエーテル及びポリプロピレングリコール(Mw:180〜500)ジグリシジルエーテル等が挙げられる。
グリシジルエステル型エポキシド(a1−2)としては、カルボン酸のグリシジルエステル等が用いられる。
カルボン酸のグリシジルエステルとしては、フタル酸ジグリシジルエステル、イソフタル酸ジグリシジルエステル及びテレフタル酸ジグリシジルエステル等が挙げられる。
グリシジルアミン型エポキシド(a1−3)としては、グリシジル芳香族アミン、グリシジル脂環式アミン及びグリシジル複素環式アミン等が用いられる。
グリシジル芳香族アミンとしては、N,N−ジグリシジルアニリン及びN,N−ジグリシジルトルイジン等が挙げられる。
脂環式エポキシド(a1−4)としては、ビニルシクロヘキセンジオキシド、リモネンジオキシド、ジシクロペンタジエンジオキシド及びエチレングリコールビスエポキシジシクロペンチルエーテル等が挙げられる。
これらのエポキシドのうち、コスト及び耐熱性等の観点から、グリシジルエーテル型エポキシド(a1−1)、グリシジルエステル型エポキシド(a1−2)及びグリシジルアミン型エポキシド(a1−3)が好ましく、さらに好ましくはグリシジルエーテル型エポキシド(a1−1)及びグリシジルエステル型エポキシド(a1−2)である。これらのエポキシドとしては、これらを単独で使用してもよいし、これらから選ばれる2種以上を混合して使用してもよい。
リンを含有しない二官能性フェノール(a2)としては、公知のもの等が使用できる。例えば、ビスフェノールF、ビスフェノールA及びビスフェノールS等が挙げられる。
二官能性フェノールの誘導体(a3)としては、二官能性フェノールのアセチル化物、及びメタクリル化物などが挙げられる。アセチル化物としては、例えば、ビスフェノールFのアセチル化物、ビスフェノールAのアセチル化物、及び、ビスフェノールSのアセチル化物などが挙げられる。メタクリル化物としては、例えば、ビスフェノールFのメタクリル化物、ビスフェノールAのメタクリル化物、及び、ビスフェノールSのメタクリル化物などが挙げられる。
(A)の合成法は、公知のフェノキシ樹脂合成方法が使用できる。具体的には、二官能性エポキシドと二価フェノールを触媒存在下、場合によっては溶媒を添加し、加熱することで製造することができる。用いる二官能性エポキシドと二価フェノールの(エポキシ基の数)/(フェノール性水酸基の数)比は、1/0.6〜1/1.1の範囲が好ましい。反応温度は、目的の分子量が得られる範囲であればよく、60℃〜200℃の範囲が好ましい。
(A)の合成時に使用される触媒としては、イミダゾール触媒及び第3級アミン等が使用できる。
イミダゾール触媒としては、公知のものが使用でき、例えば、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−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、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール及び1−シアノエチル−2−メチルイミダゾール等が挙げられる。
第3級アミンとしては、公知のものが使用でき、例えば、ベンジルメチルアミン、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、トリエチルアミン及びDBU等が挙げられる。触媒の量は、反応速度の観点から、エポキシ基1モル数に対して、0.001モル〜0.1モルが好ましい。
(A)の合成時、反応コントロールのしやすさ、取り扱い性の観点から、溶媒を使用するほうが好ましい。使用する溶媒としては、非反応性溶媒、例えばトルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジオキサン、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、エタノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、シクロヘキサノン等の溶媒を、単独又は2種以上を併用して使用してもよい。
(A)のMwは800〜10,000であり、取扱い時の粘度及びエポキシ樹脂(B)への相溶性の観点から、1,000〜10,000の範囲が好ましく、さらに好ましくは1,500〜9750、特に好ましくは2,000〜9,500である。
(A)のリン含有量は1〜10重量%であり、難燃性と相溶性の観点から、2〜10重量%が好ましく、さらに好ましくは3〜9重量%、特に好ましくは4〜9重量%である。
本発明におけるエポキシ樹脂(B)とは、各種エポキシドのことであり、公知のもの等が使用できる。エポキシドとしては、例えば、グリシジルエーテル型エポキシド(b1)、グリシジルエステル型エポキシド(b2)、グリシジルアミン型エポキシド(b3)、及び脂環式エポキシド(b4)等が使用できる。
(b1)としては、二価フェノールのグリシジルエーテル(b1−1)、多価フェノールのグリシジルエーテル(b1−2)、二価アルコールのグリシジルエーテル(b1−3)及び多価アルコールのグリシジルエーテル(b1−4)等が挙げられる。
二価フェノールのグリシジルエーテル(b1−1)としては、上記と同様のものが用いることができる。
多価フェノールのグリシジルエーテル(b1−2)としては、ジヒドロキシナフチルクレゾールトリグリシジルエーテル、トリス(ヒドロキシフェニル)メタントリグリシジルエーテル及びジナフチルトリオールトリグリシジルエーテル等が挙げられる。
二価アルコールのグリシジルエーテル(b1−3)としては、上記と同様のものが用いることができる。
多価アルコールのグリシジルエーテル(b1−4)としては、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテル、ソルビトールヘキサグリシジルエーテル及びポリ(重合度2〜5)グリセリンポリグリシジルエーテル等が挙げられる。
(b2)としては、カルボン酸のグリシジルエステル(b2−1)及びグリシジルエステル型ポリエポキシド(b2−2)等が用いられる。
カルボン酸のグリシジルエステル(b2−1)としては、上記と同様のもの及びグリシジルメタクリレート等が用いることができる。
グリシジルエステル型ポリエポキシド(b2−2)としては、ポリグリシジルメタクリレート等が用いることができる。
(b3)としては、グリシジル芳香族アミン(b3−1)、グリシジル脂環式アミン(b3−2)及びグリシジル複素環式アミン(b3−3)等が用いられる。
グリシジル芳香族アミン(b3−1)としては、N,N−ジグリシジルアニリン、N,N−ジグリシジルトルイジン、N,N,N’,N’−テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’−テトラグリシジルジアミノジフェニルスルホン及びN,N,N’,N’−テトラグリシジルジエチルジフェニルメタン等が挙げられる。
グリシジル脂環式アミン(b3−2)としては、ビス(N,N−ジグリシジルアミノシクロヘキシル)メタン(N,N,N’,N’−テトラグリシジルジアミノジフェニルメタンの水添化合物)及びN,N,N’,N’−テトラグリシジル ジメチルシクロヘキシレンジアミン(N,N,N’,N’−テトラグリシジルキシリレンジアミンの水添化合物)等が挙げられる。
グリシジル複素環式アミン(b3−3)としては、トリスグリシジルメラミン及びN−グリシジル−4−グリシジルオキシピロリドン等が挙げられる。
脂環式エポキシド(b4)としては、ビニルシクロヘキセンジオキシド、リモネンジオキシド、ジシクロペンタジエンジオキシド、ビス(2,3−エポキシシクロペンチル)エーテル、エチレングリコールビスエポキシジシクロペンチルエーテル及び3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル−3’、4’−エポキシ−6’−メチルシクロヘキサンカルボキシレート等が挙げられる。
これらのエポキシドのうち、コスト及び耐熱性の観点から、(B1)、(B2)、及び(B3)が好ましく、さらに好ましくは(B1)及び(B2)である。これらのエポキシドとしては、これらを単独で使用してもよいし、これらから選ばれる2種以上を混合して使用してもよい。
(B)のエポキシ基の個数は、1分子中に数平均で少なくとも3個有していることが好ましく、さらに好ましくは3〜500、次にさらに好ましくは4〜100、特に好ましくは6〜50である。エポキシ基の個数がこの範囲であると本発明の難燃性エポキシ樹脂組成物は、耐熱性がさらに良好となる傾向がある。
(B)のMwは、耐熱性の観点から、300〜10,000が好ましく、さらに好ましくは400以上、特に好ましくは500以上であり、またさらに好ましくは9,000以下、特に好ましくは5,000以下である。
本発明における硬化剤(C)は 公知のものが使用でき、例えば、カルボン酸(c1)、酸無水物(c2)、アミン化合物(c3)及びフェノール(c4)等が使用できる。
(c1)としては、芳香族カルボン酸(c1−1)及び脂環式カルボン酸(c1−2)等が用いられる。
(c1−1)としては、公知のものが使用でき、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸及びトリメリット酸等が挙げられる。
(c1−2)としては、公知のものが使用でき、シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸(フタル酸の芳香核水添化合物)及びシクロヘキサン−1,3−ジカルボン酸(イソフタル酸の芳香核水添化合物)等が挙げられる。
(c2)としては、公知のものが使用でき、無水フタル酸、無水マレイン酸及び4−メチルシクロヘキサン−1、2−ジカルボン酸無水物等が挙げられる。
(c3)としては、芳香族アミン化合物(c3−1)、脂肪族アミン化合物(c3−2)及び脂環式アミン化合物(c3−3)等が用いられる。
(c3−1)としては、公知のものが使用でき、1,3−フェニレンジアミン、1,4−フェニレンジアミン及び4,4´−ジフェニルメタンジアミン等が挙げられる。
(c3−2)としては、公知のものが使用でき、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、トリメチレンジアミン、ジエチレントリアミン及びイミノビスプロピルアミン等が挙げられる。
(c3−3)としては、公知のものが使用でき、シクロヘキシレン−1,3−ジアミン(1,3−フェニレンジアミンの芳香核水添化合物)、シクロヘキシレン−1,4−ジアミン(1,4−フェニレンジアミンの芳香核水添化合物)、ビス(アミノシクロヘキシル)メタン(4,4´−ジフェニルメタンジアミンの芳香核の水添化合物)等が挙げられる。
(c4)としては、公知のものが使用でき、クレゾール・ノボラック樹脂(Mw:320〜32,000)、フェノールノボラック樹脂(Mw:360〜36,000)、ナフチルクレゾール、トリス(ヒドロキシフェニル)メタン、ジナフチルトリオール、テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン及び4,4’−オキシビス(1,4−フェニルエチル)テトラクレゾール等が挙げられる。
これらの硬化剤のうち、硬化物の誘電率の観点から、フェノールが好ましい。
これらの硬化剤は、これら単独で用いてもよく混合物でも用いてもよい。
本発明において、(A)の含有量(重量%)は、(A)+(B)+(C)の合計重量に対して10〜85であり、難燃性の観点から好ましくは30〜83、さらに好ましくは45〜81である。また(B)の含有量(重量%)は、(A)+(B)+(C)の合計重量に対して8〜50、好ましくは9〜40であり、さらに好ましくは10〜35である。(C)の含有量(重量%)は、(A)+(B)+(C)の合計重量に対して7〜40であり、好ましくは8〜30であり、さらに好ましくは9〜20である。
本発明の組成物において、さらに硬化促進剤を使用することができる。
硬化促進剤(E)としては、公知の硬化促進剤が使用でき、イミダゾール系化合物(e1)及び第3級アミン(e2)等が使用できる。光硬化性樹脂タイプのエポキシ樹脂の場合には、カチオン重合触媒(e3)等が使用できる。
(e1)としては、公知のものが使用でき、例えば、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−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、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール及び1−シアノエチル−2−メチルイミダゾール等が挙げられる。これらイミダゾール系化合物を使用する場合、この熱硬化触媒の添加量(重量%)は、難燃性エポキシ樹脂脂組成物の全重量に基づいて、0.1〜10が好ましく、さらに好ましくは0.3〜7、特に好ましくは0.5〜5である。すなわち、この場合、熱硬化触媒の添加量(重量%)は、難燃性エポキシ樹脂組成物の全重量に基づいて、0.1以上が好ましく、さらに好ましくは0.3以上、特に好ましくは0.5以上であり、また10以下が好ましく、さらに好ましくは7以下、特に好ましくは5以下である。
(e2)としては、公知のものが使用でき、例えば、ベンジルメチルアミン、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、トリエチルアミン及びDBU等が挙げられる。これら第3級アミンを使用する場合、この熱硬化触媒の添加量(重量%)は、難燃性エポキシ樹脂組成物の全重量に基づいて、0.1〜10が好ましく、さらに好ましくは0.3〜7、特に好ましくは0.5〜5である。すなわち、この場合、熱硬化触媒の添加量(重量%)は、難燃性エポキシ樹脂組成物の全重量に基づいて、0.1以上が好ましく、さらに好ましくは0.3以上、特に好ましくは0.5以上であり、また10以下が好ましく、さらに好ましくは7以下、特に好ましくは5以下である。
(e3)としては、公知のカチオン重合触媒等(特開平08−134178記載のもの等)が使用でき、例えば、芳香族ピリジニウム塩、芳香族ジアゾニウム塩、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホニウム塩、ベンジルスルホニウム塩、シンナミルスルホニウム塩及び芳香族セレニウム塩等が挙げられ、これらの対イオンとしてはPF6 -、AsF6 -及びBF4 -等のアニオンが用いられる。これらのカチオン重合触媒の含有量(重量%)は、難燃性エポキシ樹脂組成物の全重量に基づいて、0.1〜10が好ましく、さらに好ましくは0.3〜7、特に好ましくは0.5〜5である。すなわち、カチオン重合触媒の含有量(重量%)は、難燃性エポキシ樹脂脂組成物の全重量に基づいて、0.1以上が好ましく、さらに好ましくは0.3以上、特に好ましくは0.5以上であり、また10以下が好ましく、さらに好ましくは7以下、特に好ましくは5以下である。
本発明の難燃性エポキシ組成物において、耐熱衝撃性及び硬化物の強度の観点から、さらにリンを含有しない高分子エポキシド(D)を加えることが望ましい。
高分子エポキシド(D)としては、エポキシ基を分子中に少なくとも2個有し、硬化前のガラス転移温度が50〜150℃、Mwが10,000〜1,000,000であるエポキシ化合物が好ましい。硬化前のガラス転移点は、さらに好ましくは52〜120℃、特に好ましくは55〜90℃である。Mwは、さらに好ましくは50,000〜800,000、特に好ましくは100,000〜500,000である。高分子エポキシドの含有量(重量%)は、難燃性エポキシ樹脂組成物の全重量に基づいて、2〜70が好ましく、さらに好ましくは5〜50、特に好ましくは10〜30である。
すなわち、高分子エポキシドの含有量(重量%)は、難燃性エポキシ樹脂組成物の全重量に基づいて、2以上が好ましく、さらに好ましくは5以上、特に好ましくは10以上であり、また70以下が好ましく、さらに好ましくは50以下、特に好ましくは30以下である。
高分子エポキシド(D)としては、特開2001−279116号記載等の公知のもの等が使用でき、スチレン/グリシジル(メタ)アクリレート共重合体(Mw:10,000〜500,000、スチレン:5〜95重量%)、スチレン/グリシジル(メタ)アクリレート/アルキル(メタ)アクリレート(Mw:10,000〜500,000、スチレン:5〜95重量%、アルキル(メタ)アクリレート:1〜40重量%)共重合体及びポリグリシジル(メタ)アクリレート等のグリシジルエステル型ポリエポキシド等が挙げられる。これらの高分子エポキシドのうち、コストと信頼性の観点から、グリシジルエステル型ポリエポキシドが好ましく、誘電特性の観点からさらに好ましくはスチレン/グリシジルメタクリレート共重合体及びスチレン/グリシジルメタクリレート/アルキル(メタ)アクリレート共重合体である。
(D)用の硬化剤としては、上記と同様のものが用いられ、それぞれの使用量は上記と同様である。
本発明の難燃性エポキシ樹脂組成物には、必要に応じて充填剤(F)、レベリング剤(G)、密着付与剤(H)、及び消泡剤(I)等を添加することができる。
充填剤(F)としては、有機充填剤(f1)及び無機充填剤(f2)が使用できる。
有機充填剤(f1)としては、ナイロン粒子、ポリイミド粒子、ポリスチレン粒子、フッ素樹脂粒子及びポリエーテルスルフォン粒子等が使用できる。
無機充填剤(f2)としては、金属酸化物、金属炭酸塩、ケイ素化合物などの公知の無機充填剤が使用できる。金属酸化物としては、例えば、酸化チタン、酸化アルミニウム及び酸化マグネシウム等が挙げられる。金属炭酸塩としては、炭酸カルシウム及び炭酸マグネシウム等が挙げられる。ケイ素化合物としては、微粉末シリカ、溶融シリカ、結晶シリカなどが挙げられる。その他ガラス粉、タルク、マイカ、石英粉末、グラファイト及び炭化ケイ素等が挙げられる。
(F)の体積平均粒径(μm)は、0.01〜50が好ましく、さらに好ましくは0.02〜30、特に好ましくは0.03〜10である。
これらの充填剤(F)のうち、コスト、電気特性(絶縁性及び誘電率等)、耐熱性及び耐薬品性等の観点から、フッ素粒子、ポリエーテルスルフォン粒子及び酸化ケイ素が好ましく、さらに好ましくは酸化ケイ素である。
(F)の含有量(重量%)は、線膨張係数等の観点から、難燃性エポキシ樹脂組成物の重量に基づいて、10〜75が好ましく、さらに好ましくは15〜70、特に好ましくは20〜60である。
レベリング剤(G)としては、シリコーン系レベリング剤、ポリエーテル系レベリング剤及びアルコール系レベリング剤等の公知のレベリング剤が使用できる。レベリング剤を使用する場合、レベリング剤の添加量(重量%)は、難燃性エポキシ樹脂組成物の全重量に基づいて、0.01〜10が好ましく、さらに好ましくは0.1〜7、特に好ましくは0.5〜5である。
密着付与剤(H)としては、チタンカップリング剤及びシランカップリング剤等の公知の密着付与剤が使用できる。密着性付与剤を使用する場合、密着付与剤の添加量(重量%)は、難燃性エポキシ樹脂組成物の全重量に基づいて、0.01〜10が好ましく、さらに好ましくは0.1〜7、特に好ましくは0.5〜5である。
消泡剤(I)としては、シリコーン系消泡剤、ポリエーテル系消泡剤、アルコール系消泡剤及びオイル系消泡剤等の公知の消泡剤が使用できる。消泡剤を使用する場合、消泡剤の添加量(重量%)は、難燃性エポキシ樹脂組成物の全重量に基づいて、0.01〜5が好ましく、さらに好ましくは0.1〜4、特に好ましくは0.5〜3である。
本発明の難燃性エポキシ樹脂組成物は、組成物中に有機溶剤を配合・混合することにより、樹脂ワニスにすることができる。このとき有機溶剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、ケトン類、エーテル類、アミド類、アルコール類、芳香族炭化水素類を挙げることができる、具体的には、ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン及びメチルイソブチルケトンなどが挙げられる。エーテル類としては、エチレングリコールモノメチルエーテル及びジエチルエーテル等が挙げられる。アミド類としては、ジメチルホルムアミド等が挙げられる。アルコール類としては、メタノール及びエタノール等が挙げられる。芳香族炭化水素類としては、ベンゼン、トルエン及びキシレン等が挙げられる。これらの溶剤は、単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。樹脂の濃度に特に制約はないが、作業性の観点から、固形分濃度が60〜90重量%であることが好ましい。
このようにして得られた樹脂ワニスは、以下に述べるプリプレグ、樹脂付き金属箔及び絶縁樹脂フィルム等の製造に使用することができる。
本発明のプリプレグは、上述した樹脂ワニスをシート状基材に含浸させた後、加熱乾燥させ、樹脂成分を半硬化(Bステージ化)させることで製造することができる。この場合のシート状基材の材質は特に限定されるものはではないが、例えば、ガラス繊維などの無機繊維の織布及び不織布、ポリエステル、カーボンファイバー、ポリイミド及びポリアミドなどの有機繊維の織布及び不織布を用いることができる。含浸させる量は、特に制限はないが、繊維材料と樹脂組成物の重量比は、9/1〜3/7の範囲が好ましい。
本発明の樹脂付き金属箔の製造法は特に限定されるものではないが、例えば、上述した樹脂ワニスを金属箔の片面にロールコーター等を使用して塗布・乾燥した後、樹脂成分を半硬化(Bステージ化)させて製造することができる。この場合の金属箔の材質は特に限定されるものではないが、例えば、銅、アルミニウム及びニッケル等の金属箔や、これらの金属と他の金属との合金からなる金属箔を用いることができる。
本発明の絶縁樹脂フィルムの製造方法は特に限定されるものではないが、例えば、上述した樹脂ワニスをキャリアフィルムの片面に塗布・乾燥させた後、樹脂成分を半硬化(Bステージ化)させて製造することができる。この場合のキャリアフィルムの材質は特に限定されるものではないが、例えば、ポリエステルフィルム及びポリイミドフィルム等を用いることができる。
塗布時の乾燥温度は、使用する溶媒の沸点〜沸点+15℃が好ましい。また、半硬化の観点から150℃以下であることがこのましい。乾燥後のフィルムの膜厚は、特に制限はなく、使用する用途により異なるが、絶縁性の観点から、10〜80μmが好ましい。
以下に実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、特に注記しない場合は、部は重量部を、%は重量%を意味する。
<合成例1>
反応容器に、9,10−ジヒドロ−9−オキサ−10−ホスホフェナントレン−10−オキサイド(三光社製、HCA)32部と4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン5部を仕込み、180℃で3時間加熱攪拌した。その後、反応物を100℃まで冷却し、トルエン150mlを加えた。得られた結晶をトルエンで洗浄し、目的とする二官能性リン含有フェノール誘導体を得た。水酸基当量は、320(g/eq)であった。
<合成例2>
反応容器に、ジフェニルホスフィンオキサイド30部と4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン5部を仕込み、180℃で3時間加熱攪拌した。その後、反応物を100℃まで冷却し、トルエン150mlを加えた。得られた結晶をトルエンで洗浄し、目的とする二官能性リン含有フェノール誘導体を得た。水酸基当量は、301(g/eq)であった。
<合成例3>
攪拌機、滴下ロート、冷却管を付けた反応容器に、THF300mlと37.8部のマグネシウム片を入れてp−ブロモアニソール97.3mlを1時間で滴下し、その後、92.4mlのジクロロホスフィンを1時間で滴下しその後、1時間熟成した。その後、反応溶液を10%塩酸水溶液に注ぎ、エーテルにてビス(p−メトキシフェニルホスフィン)を抽出した。このようにして得られたビス(p−メトキシフェニルホスフィン)73部を19%過マンガン酸カリウム水溶液2Lに加え室温で24時間攪拌した後、クロロホルムで抽出し、水洗した後、クロロホルムを留去し目的とするビス(p−メトキシフェニル)フェニルホスフィンオキサイドを得た。このようにして得られた、(p−メトキシフェニル)フェニルホスフィンオキサイド65部をメチレンクロライド1Lと共に、冷却管と攪拌機を付けた反応容器に仕込み、−78℃に冷却した。そこに200部の三臭化硼素を入れ、室温まで、昇温した後24時間攪拌した。この反応液を2Lの水に投入し、エチルアセテートで抽出することで、目的とする二官能性リン含有フェノール誘導体を得た。水酸基当量は、157(g/eq)であった。
<合成例4>
温度計と攪拌機の付いた反応容器内に上記合成例2で得られた二官能性リン含有フェノール誘導体25部を0.25mol/L水酸化カリウムエタノール溶液40mlに溶解させ、窒素雰囲気下にて攪拌させながら、エピクロルヒドリン38部を加えた。その後、30℃で48時間反応させた後、生成した塩をろ過により取り除き、得られた溶液を炭酸水素ナトリウム飽和水溶液で1回、水で3回洗浄し、有機層の溶剤を飛ばすことで目的とする二官能性リン含有エポキシドを得た。得られたエポキシのエポキシ当量は、379(g/eq)であった。
<合成例5>
窒素で置換された反応容器内に上記合成例2で得られた二官能性リン含有フェノール誘導体24部を0.25mol/L水酸化カリウムエタノール溶液40mlに溶解させ、窒素雰囲気下にて攪拌させながら、エピクロルヒドリン38部を加えた。その後、30℃で48時間反応させた後、生成した塩をろ過により取り除き、得られた溶液を炭酸水素ナトリウム飽和水溶液で1回、水で3回洗浄し、有機層の溶剤を飛ばすことで目的とする二官能性リン含有エポキシドを得た。得られたエポキシのエポキシ当量は、358(g/eq)であった。
<合成例6>
温度計と攪拌機の付いた反応容器内に上記合成例3で得られた二官能性リン含有フェノール誘導16部、エピクロルヒドリン46部を仕込み、攪拌混合しながら120℃に昇温した。その後、その反応液に40%水酸化ナトリウム水溶液を10部3時間かけて滴下し、その後、120℃で30分熟成させた。その後、減圧下にて、未反応のエピクロルヒドリンを回収し、得られた残渣にメチルエチルケトン(以下、MEK)を70部投入し、攪拌した。得られた溶液を30部の水にて4回洗浄した。この有機層を無水硫酸マグネシウムを使って乾燥した後、減圧下150℃にて溶媒を除去し、二官能性リン含有エポキシドを得た。得られたエポキシのエポキシ当量は、222(g/eq)であった。
<合成例7>
窒素で置換された反応容器内にPPQ(北興化学社製、2−(ジフェニルホスフィニル)ハイドロキノン)を16部、エピクロルヒドリン42部を仕込み、攪拌混合しながら120℃に昇温した。その後、その反応液に40%水酸化ナトリウム水溶液を10部3時間かけて滴下し、その後、120℃で30分熟成させた。その後、減圧下にて、未反応のエピクロルヒドリンを回収し、得られた残渣にメチルエチルケトン(以下、MEK)を70部投入し、攪拌した。得られた溶液を30部の水にて4回洗浄した。この有機層を無水硫酸マグネシウムを使って乾燥した後、減圧下150℃にて溶媒を除去し、二官能性リン含有エポキシドを得た。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は、218(g/eq)であった。
<合成例8>
温度計と攪拌機の付いた反応容器内にHCA−HQ(三光社製、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)を16部、エピクロルヒドリン42部を仕込み、攪拌混合しながら120℃に昇温した。その後、その反応液に40%水酸化ナトリウム水溶液を10部3時間かけて滴下し、その後、120℃で30分熟成させた。その後、減圧下にて、未反応のエピクロルヒドリンを回収し、得られた残渣にメチルエチルケトン(以下、MEK)を70部投入し、攪拌した。得られた溶液を30部の水にて4回洗浄した。この有機層を無水硫酸マグネシウムを使って乾燥した後、減圧下150℃にて溶媒を除去し、二官能性リン含有エポキシドを得た。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は、244(g/eq)であった。
<合成例9>
温度計、撹拌装置を備えた反応容器に上記合成例1で得られた二官能性リン含有フェノール誘導体170部及びジメチルアセトアミド340部を投入し、室温で3時間撹拌した。この中にメタクリル酸無水物50部を加え、さらに室温で10分間撹拌し均一に混合した後、硫酸0.4部を滴下した。さらに30℃で24時間撹拌後、70℃に昇温し同温度で6時間反応させた。この反応液を500部の水に投入し、沈殿物を濾集した後、メチルエチルケトン(以下、MEK)200部を追加し溶解させた。その後、分液ロートにて5%水酸化ナトリウム水溶液250部で2回洗浄、同様に1%硫酸水溶液で2回洗浄、さらに飽和食塩水で3回洗浄した。その後、硫酸マグネシウム20部を加えて混合し、室温にて30分間攪拌して脱水し、硫酸マグネシウムをろ過で取り除いたものをロータリーエバポレーターで濃縮し、目的とする二官能性リン含有フェノール誘導体を含む溶液を得た。樹脂溶液の固形分濃度は62%であった。
<合成例10>
合成例9の「合成例1で得られた二官能性リン含有フェノール誘導体170部」を「合成例2で得られたリン含有フェノール誘導体162部」に変えた以外は同様にし、目的とする二官能性リン含有フェノール誘導体を含む溶液を得た。樹脂溶液の固形分濃度は65%であった。
<合成例11>
合成例9の「合成例1で得られた二官能性リン含有フェノール誘導体170部」を「合成例3で得られたリン含有フェノール誘導体42部」に変えた以外は同様にし、目的とする二官能性リン含有フェノール誘導体を含む溶液を得た。樹脂溶液の固形分濃度は71%であった。
<合成例12>フェノキシ樹脂の合成
攪拌装置、温度計、冷却管が備えつけられた反応容器内に、合成例1で製造した二官能性リン含有フェノール(水酸基当量320g/eq)を32部、合成例4で製造した二官能性エポキシド(エポキシ当量379g/eq)を42部、シクロヘキサノンを49部、触媒として2−エチルー4−メチルイミダゾール0.014部を仕込み、150℃で20時間反応させて目的とする高分子リン系難燃剤のシクロヘキサノン溶液を得た。溶液の固形分濃度は60%であった。得られた高分子の数平均平均分子量は、8,700であった。
<合成例13>
合成例12の「合成例1で製造した二官能性リン含有フェノール(水酸基当量320g/eq)を32部」を「合成例2で製造した二官能性リン含有フェノール(水酸基当量301g/eq)を30部」に変えた以外は同様にし、目的とする高分子リン系難燃剤のシクロヘキサノン溶液を得た。溶液の固形分濃度は60%であった。得られた高分子の重量平均分子量は、7,100であった。
<合成例14>
合成例12の「合成例1で製造した二官能性リン含有フェノール(水酸基当量320g/eq)を32部」を「合成例3で製造した二官能性リン含有フェノール(水酸基当量157g/eq)を16部」に変えた以外は同様にし、目的とする高分子リン系難燃剤のシクロヘキサノン溶液を得た。溶液の固形分濃度は54%であった。得られた高分子の重量平均分子量は、9,700であった。
<合成例15>
合成例12の「合成例1で製造した二官能性リン含有フェノール(水酸基当量320g/eq)を32部」を「PPQ(北興化学社製、2−(ジフェニルホスフィニル)ハイドロキノン)(水酸基当量156g/eq)を16部」に変えた以外は同様にし、目的とする高分子リン系難燃剤のシクロヘキサノン溶液を得た。溶液の固形分濃度は54%であった。得られた高分子の重量平均分子量は、8,700であった。
<合成例16>
合成例12の「合成例1で製造した二官能性リン含有フェノール(水酸基当量320g/eq)を32部」を「HCA−HQ(三光社製、10−(2,5−ジヒドロキシフェニル)−10−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン−10−オキシド)(水酸基当量170.7g/eq)17部」に変えた以外は同様にし、目的とする高分子リン系難燃剤のシクロヘキサノン溶液を得た。溶液の固形分濃度は55%であった。得られた高分子の重量平均分子量は、4,000であった。
<合成例17>
合成例12の「合成例1で製造した二官能性リン含有フェノール(水酸基当量320g/eq)を32部」を「合成例9で製造した二官能性リン含有フェノール誘導を含む溶液(固形分濃度62%)を63部」に変えた以外は同様にし、目的とする高分子リン系難燃剤のシクロヘキサノン/MEK溶液を得た。溶液の固形分濃度は53%であった。得られた高分子の重量平均分子量は、2,000であった。
<合成例18>
合成例12の「合成例1で製造した二官能性リン含有フェノール(水酸基当量320g/eq)を32部」を「合成例10で製造した二官能性リン含有フェノール誘導を含む溶液(固形分濃度65%)を60部」に変えた以外は同様にし、目的とする高分子リン系難燃剤のシクロヘキサノン/MEK溶液を得た。溶液の固形分濃度は52%であった。得られた高分子の重量平均分子量は、3,900であった。
<合成例19>
合成例12の「合成例1で製造した二官能性リン含有フェノール(水酸基当量320g/eq)を32部」を「合成例11で製造した二官能性リン含有フェノール誘導を含む溶液(固形分濃度71%)を33部」に変えた以外は同様にし、目的とする高分子リン系難燃剤のシクロヘキサノン/MEK溶液を得た。溶液の固形分濃度は52%であった。得られた高分子の重量平均分子量は、5,500であった。
<合成例20>
合成例12の「合成例1で製造した二官能性リン含有フェノール(水酸基当量320g/eq)を32部」を「ビスフェノールA(水酸基当量114g/eq)を11部」に変えた以外は同様にし、目的とする高分子リン系難燃剤のシクロヘキサノン溶液を得た。溶液の固形分濃度は52%であった。得られた高分子の重量平均分子量は、9,500であった。
<合成例21>
攪拌装置、温度計、冷却管が備えつけられた反応容器内に、ビスフェノールA(水酸基当量114g/eq)を11部、合成例5で製造した二官能性エポキシド(エポキシ当量358g/eq)を39部、シクロヘキサノンを40部、触媒として2−エチルー4−メチルイミダゾール0.014部を仕込み、150℃で20時間反応させて目的とする高分子リン系難燃剤のシクロヘキサノン溶液を得た。溶液の固形分濃度は56%であった。得られた高分子の数平均平均分子量は、9,100であった。
<合成例22>
合成例21の「合成例5で製造した二官能性エポキシド(エポキシ当量358g/eq)を39部」を「合成例6で製造した二官能性エポキシド(エポキシ当量222g/eq)を24部」に変えた以外は同様にし、目的とする高分子リン系難燃剤のシクロヘキサノン溶液を得た。溶液の固形分濃度は42%であった。得られた高分子の重量平均分子量は、5,100であった。
<合成例23>
合成例21の「合成例5で製造した二官能性エポキシド(エポキシ当量358g/eq)を39部」を「合成例7で製造した二官能性エポキシド(エポキシ当量218g/eq)を24部」に変えた以外は同様にし、目的とする高分子リン系難燃剤のシクロヘキサノン溶液を得た。溶液の固形分濃度は42%であった。得られた高分子の重量平均分子量は、5,400であった。
<合成例24>
合成例21の「合成例5で製造した二官能性エポキシド(エポキシ当量358g/eq)を39部」を「合成例8で製造した二官能性エポキシド(エポキシ当量244g/eq)を27部」に変えた以外は同様にし、目的とする高分子リン系難燃剤のシクロヘキサノン溶液を得た。溶液の固形分濃度は44%であった。得られた高分子の重量平均分子量は、6,300であった。
<合成例25>
窒素で置換された反応容器内にMEKを5部仕込み、80度に昇温した。別の窒素置換された容器内で均一溶解させたグリシジルメタクリレート20部、スチレン20部、MEK20部、及びアゾビスイソブチロニトリル1.5部からなる混合物を反応容器内に4時間かけて滴下した。滴下終了後、100℃で5時間熟成させて、スチレン/グリシジルメタクリレート共重合体を得た。この共重合体のMwは、160,000、エポキシ当量は284、示差走査熱量計(DSC)で測定したガラス転移温度は60℃であった。この共重合体をMEKを用いて、固形分が50%になるように調製して、樹脂溶液を得た。
<合成例26>フェノキシ樹脂(比較例)の合成
攪拌装置、温度計、冷却管が備えつけられた反応容器内に、合成例1で製造した二官能性リン含有フェノール(水酸基当量320g/eq)を32部、合成例4で製造した二官能性エポキシド(エポキシ当量379g/eq)を38部、シクロヘキサノンを49部、触媒として2−エチル−4−メチルイミダゾール0.014部を仕込み、150℃で20時間反応させて目的とする高分子リン系難燃剤のシクロヘキサノン溶液を得た。溶液の固形分濃度は59%であった。得られた高分子の重量平均平均分子量は、62,500であった。
<実施例1〜13>ワニスの調製とフィルム作成
表1に示した成分を表2に示した組成比で配合・混合し、含リン難燃性樹脂ワニスを調製した。次いでこれら含リン難燃性樹脂ワニスを厚さ50μmの離型処理PETフィルム(600mm×600mm)に、乾燥後の樹脂厚が50μmになるようにロールコーターにて全面塗布した後、90℃で10分乾燥し、含リン難燃性樹脂フィルムを得た。このフィルムを積層圧着した後、180℃で90分間硬化したもので難燃性を測定した。また、このフィルムを積層せずに180℃で90分間硬化し、基材のPETフィルムから剥がすことで得た硬化フィルムを用いて、ガラス転移温度、吸水率を測定した。得られた測定値も併せて表1に示した。
<比較例1〜3>
実施例と同様に、表1に示した成分を表2に示した組成比で配合・混合し、含リン難燃性樹脂ワニスの比較例を作成した。作成した含リン難燃性樹脂ワニスに関して、実施例1と同様の処理を行いガラス転移温度、吸水率、難燃性を測定した結果を表2及び表3に示す。なお、比較例3は、難燃ポリマーが相分離し、均一なフィルム製造が困難であった。
<評価方法>
<難燃性>
各実施例及び比較例のフィルムを積層圧着硬化し、UL94規格に準拠して測定した。
<ガラス転移温度>
ガラス転移温度は、各実施例及び比較例のフィルムに対し、IPC−TM−650 2.4.24.2(7/95)に準拠して測定した。
<吸水率>
吸水率は、JIS−K−7209に準拠して測定した、常温(23℃)で24時間浸積した後の吸水率である。
本発明の難燃性エポキシ樹脂組成物は、その硬化物が良好な難燃性と共に、高耐熱性、低吸水性を有するので、プリント基板、封止材、絶縁体、プリプレグ、樹脂付き金属箔、絶縁フィルム等に利用できる。


Claims (11)

  1. 高分子リン系難燃剤(A)、エポキシ樹脂(B)、及び硬化剤(C)からなる難燃性エポキシ樹脂組成物において、該(A)の重量平均分子量が800〜10,000であり、かつリン原子含有量が1〜10重量%であることを特徴とする難燃性エポキシ樹脂組成物。
  2. 前記(A)が、一般式(1)又は(2)で表されるホスフィン構造を有する高分子リン系難燃剤であることを特徴とする請求項1記載の難燃性エポキシ樹脂組成物。
    [式中、R1、R2は、水素原子又は、炭素数1〜9のアルキル基を表す。R1とR2は同一でも異なっていてもよい。]
  3. 前記(A)がリン含有フェノキシ樹脂である、請求項1又は2記載の難燃性エポキシ組成物。
  4. 前記(B)が、1分子中に平均3個以上のエポキシ基を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の難燃性エポキシ樹脂組成物
  5. さらに、エポキシ基を分子中に少なくとも2個有し、硬化前のガラス転移温度が50〜150℃、重量平均分子量が10,000〜1,000,000であるリンを含有しない高分子エポキシド(D)を含有してなる請求項1〜4のいずれかに記載の難燃性エポキシ樹脂組成物。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載の難燃性エポキシ樹脂組成物と有機溶剤とからなる樹脂溶液。
  7. 請求項1〜5いずれかに記載の難燃性エポキシ樹脂組成物を硬化させて得られてなる硬化物。
  8. 請求項7記載の硬化物からなるプリント基板、封止材、絶縁体。
  9. 請求項6記載の樹脂溶液をシート状基材に含浸させて得られてなるプリプレグ。
  10. 請求項6記載の樹脂溶液を金属箔に塗布させて得られてなる樹脂付き金属箔。
  11. 請求項6記載の樹脂溶液をフィルム化させて得られてなる絶縁樹脂フィルム。
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