説明

ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法、及びベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂

【課題】反応中でゲル化することなく、所望の高分子量化されたベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂を得ることができる製造方法を提供すること。
【解決手段】二官能フェノール化合物、ジアミン化合物、及びアルデヒド化合物を、エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒、及びアミド系溶媒を含む混合溶媒中で反応させる工程を有する、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂、その成形体及び硬化体に関する。
【背景技術】
【0002】
分子構造中にベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂は、耐熱性や難燃性に加え、寸法安定性、電気絶縁性、及び低吸水性等の、他の熱硬化性樹脂には見られない優れた特性を有するため、積層板や半導体封止材等のエレクトロニクス材料、摩擦材や砥石等の結合材として注目されている。
【0003】
ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂は、オキサジン環がベンゼン環に隣接した構造を有する熱硬化性樹脂であり、フェノール化合物、アミン化合物、アルデヒド化合物を反応させることにより製造される。
【0004】
Scheme1に例示するベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂は、フェノール化合物としてフェノールを用い、アミン化合物としてアニリンを用い、アルデヒド化合物としてホルムアルデヒド用いて製造されるベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂である。Scheme1では、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂(左記)は加熱されることにより開環重合を起こし、ポリベンゾオキサジン(右記)となる。
Scheme1:
【0005】
【化1】

【0006】
近年、優れた特性を持つベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂を効率よく合成する方法についてさまざまな検討がなされている。例えば、特許文献1には、フェノール類、パラホルムアルデヒド、及びモノアミン類をアルコール系溶剤中で反応させてフェノール系樹脂を得る製造方法が開示されている。特許文献2及び特許文献3には、フェノール類、パラホルムアルデヒド、及びアミン類を全量一括に、トルエン、メチルエチルケトン、酢酸エチル等の非プロトン性溶剤(ジオキサンを除く)中で反応させて、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂を製造する方法が開示されている。特許文献4及び非特許文献1では、二官能フェノール化合物、アルデヒド化合物、及びジアミン化合物を、ジオキサン又はクロロホルム中で反応させることにより、ベンゾオキサジン環を有する硬化性樹脂を製造する方法が開示されている。また、非特許文献2では、単官能フェノール、パラホルムアデヒド、及びモノアミンを、トルエンと2−メトキシエタノール(メチルセロソルブ)中で反応させることにより、ベンゾオキサジン環を有する硬化性樹脂を製造する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2000−273135号公報
【特許文献2】特開2002−338648号公報
【特許文献3】特開2005−213301号公報
【特許文献1】特開2003−064180号公報
【非特許文献】
【0008】
【非特許文献1】Polymer Preprints,Japan Vol.57,No.1,p1480(2008)
【非特許文献2】Polymer Preprints,Japan Vol.59,No.1,p461(2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、特許文献1〜4及び非特許文献1〜2等に開示されている方法では、反応中でゲル化すること等があるため、所望の高分子量化されたベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂を合成することが難しいという問題がある。
【0010】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、反応中でゲル化することなく、所望の高分子量化されたベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂を得ることができる製造方法を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明者は、鋭意研究を行った結果、エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒、及びアミド系溶媒を少なくとも含む混合溶媒中で、反応を行うことにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。
【0012】
すなわち、本発明は以下の通りである。
〔1〕
二官能フェノール化合物、ジアミン化合物、及びアルデヒド化合物を、エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒、及びアミド系溶媒を含む混合溶媒中で反応させる工程を有する、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
〔2〕
二官能フェノール化合物と、ジアミン化合物と、エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒、及びアミド系溶媒を含む混合溶媒と、を混合して混合溶液を得る工程と、
前記混合溶液に、アルデヒド化合物を更に添加し、反応させる工程と、
を有する、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
〔3〕
前記エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒が、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、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコール、トリエチ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、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル、及び3−メトキシ−3−メチル−1−ブタノールからなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項1又は2に記載のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
〔4〕
前記エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒が、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、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、及びトリエチレングリコールモノメチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種である、〔1〕〜〔3〕のいずれか一項に記載のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
〔5〕
前記アミド系溶媒が、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルプロピオンアミド、及びN−メチルピロリドンからなる群より選ばれる少なくとも1種である、〔1〕〜〔4〕のいずれか一項に記載のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
〔6〕
前記アミド系溶媒が、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、及びN−メチルピロリドンからなる群より選ばれる少なくとも1種である、〔1〕〜〔5〕のいずれか一項に記載のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
〔7〕
前記アミド系溶媒に対する、前記エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒の割合(前記エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒/前記アミド系溶媒:体積比)が20/80〜90/10である、〔1〕〜〔6〕のいずれか一項に記載のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
〔8〕
溶媒前記アミド系溶媒に対する前記エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒の割合(前記エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒/前記アミド系溶媒:体積比)が、30/70〜80/20である、〔1〕〜〔7〕のいずれか一項に記載のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
〔9〕
前記アミド系溶媒に対する前記エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒の割合(前記エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒/前記アミド系溶媒:体積比)が、40/60〜70/30である、〔1〕〜〔8〕のいずれか一項に記載のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
〔10〕
前記混合溶媒が、芳香族系非極性溶媒を更に含む、〔1〕〜〔9〕のいずれか一項に記載のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
〔11〕
前記芳香族系非極性溶媒が、ベンゼン、トルエン、キシレン、プソイドキュメン、及びメシチレンからなる群より選ばれる少なくとも1種である、〔10〕に記載のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
〔12〕
前記混合溶媒において、前記芳香族系非極性溶媒の割合が、0〜50体積%である、〔10〕又は〔11〕に記載のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
〔13〕
前記混合溶媒において、前記エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒、及び前記アミド系溶媒の合計割合が、50〜100体積%である、〔1〕〜〔12〕のいずれか一項に記載のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
〔14〕
前記二官能フェノールが、4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン(DHBP)、4,4’−ビフェノール、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン(ビスフェノールS)、1,4−ベンゼンジオール(ヒドロキノン)、1,5−ジヒドロキシナフタレン、及び2,6−ジヒドロキシナフタレンからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、
前記ジアミン化合物が、p−フェニレンジアミン(PDA)、4,4’−ジアミノジフェニルメタン(MDA)、及び4,4’−ジアミノビフェニルからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、
前記アルデヒド化合物が、少なくともホルムアルデヒドである、〔1〕〜〔13〕のいずれか一項に記載のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
〔15〕
二官能フェノール化合物、ジアミン化合物、及びアルデヒド化合物を、エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒、及びアミド系溶媒を少なくとも含む混合溶媒中で反応させることにより得られる、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂。
〔16〕
二官能フェノール化合物、ジアミン化合物、及びアルデヒド化合物を、エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒、アミド系溶媒、及び芳香族系非極性溶媒を少なくとも含む混合溶媒中で反応させることにより得られる、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂。
〔17〕
〔15〕又は〔16〕に記載の熱硬化性樹脂を含む成形体。
〔18〕
〔15〕又は〔16〕に記載の熱硬化性樹脂を含む硬化体。
〔19〕
〔17〕に記載の成形体、又は〔18〕に記載の硬化体を含む電子機器。
【発明の効果】
【0013】
本発明の製造方法によれば、反応中でゲル化することなく、高分子量化された、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】実施例1で製造されたベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂のプロトン核磁気共鳴スペクトル(1H−NMRスペクトル)である。
【図2】実施例2で製造されたベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂のプロトン核磁気共鳴スペクトル(1H−NMRスペクトル)である。
【図3】実施例3で製造されたベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂のプロトン核磁気共鳴スペクトル(1H−NMRスペクトル)である。
【図4】実施例4で製造されたベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂のプロトン核磁気共鳴スペクトル(1H−NMRスペクトル)である。
【図5】実施例5で製造されたベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂のプロトン核磁気共鳴スペクトル(1H−NMRスペクトル)である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明する。本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施できる。
【0016】
本実施形態のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法は、二官能フェノール化合物、ジアミン化合物、及びアルデヒド化合物を、エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒、及びアミド系溶媒を含む混合溶媒中で反応させる工程を有する。
【0017】
二官能フェノール化合物としては、特に限定されず、例えば、下記式(I)で表されるフェノール性水酸基を2つ有する化合物等が挙げられる。
式(I):

HO−R1−OH

1は、ヘテロ元素を含んでいてもよい芳香族の有機基を表す。
【0018】
二官能フェノール化合物としては、特に限定されず、例えば、下記式(1)、(2)、及び(3)で表される化合物等が挙げられる。
【0019】
【化2】

【0020】
式(1)中、Xは、直接結合手(原子及び原子団が存在しない)、又はヘテロ元素若しくは官能基を含んでいてもよい、直鎖、分岐、若しくは環状の構造の脂肪族、又は芳香族の有機基を表す。Yは、それぞれ独立して、直接結合手、又はヘテロ元素若しくは官能基を含んでいてもよい、直鎖、分岐、若しくは環状の構造の脂肪族、又は芳香族の有機基を表す。脂肪族の有機基又は芳香族の有機基は、それぞれ置換基を有していてもよい。
置換基としては、特に限定されず、例えば、炭素数1〜20の直鎖、分岐、若しくは環状の構造の脂肪族炭化水素基、又は置換、若しくは無置換芳香族炭化水素基等が挙げられる。
式(1)のYは、それぞれ独立して、直接結合手又は上記有機基から選択された有機基であれば特に限定されず、同一であってもよく、異なっていてもよい。
n及びmは、それぞれ独立して、0〜10の整数を表す。
【0021】
式(1)中、Xは、左右のYの結合位置に対してオルト位、メタ位、パラ位のいずれかで結合していればよく、Xの結合位置は、左右のベンゼン環において、同一の位置であってもよく、オルト位とパラ位のように異なっていてもよい。
Yは、左右のフェノール性水酸基の結合位置に対してオルト位、メタ位、パラ位のいずれかで結合していればよく、Yの結合位置は、左右のベンゼン環において、同一の位置であってもよく、オルト位とパラ位のように異なっていてもよい。
【0022】
二官能フェノール化合物が前記式(1)で表される化合物であり、式(1)中のXが上記有機基のいずれかである場合、Xは下記群Aからなる群より選択される少なくとも一つであることが好ましい。
群A:
【0023】
【化3】

群A中、*は前記式(1)における芳香環への結合部位を表す。
【0024】
二官能フェノール化合物としては、Xが下記群A’からなる群より選択される少なくとも一つである、式(1)で表される化合物であることがより好ましい。
群A’:
【0025】
【化4】

群A’中、*は前記式(1)における芳香環への結合部位を表す。
【0026】
二官能フェノール化合物が前記式(1)で表される化合物であり、Yが上記有機基である場合、Yは下記群Bからなる群より選択される少なくとも一つであることが好ましい。
群B:
【0027】
【化5】

群B中、*は前記式(1)における芳香環への結合部位を表す。
【0028】
二官能フェノール化合物としては、Yが下記群B’からなる群より選択される少なくとも一つである、式(1)で表される化合物であることがより好ましい。
群B’:
【0029】
【化6】

群B’中、*は前記式(1)における芳香環への結合部位を表す。
【0030】
式(1)において、n及びmは、それぞれ独立して、0〜10の整数であることが好ましく、0〜5の整数であることがより好ましい。
【0031】
式(1)において、n及びmが0である場合には、下記式(4)で表される化合物を意味する。
【0032】
【化7】

式(4)中、Xは、直接結合手、又はヘテロ元素若しくは官能基を含んでいてもよい、直鎖、分岐、若しくは環状の構造の脂肪族、又は芳香族の有機基を表す。脂肪族の有機基又は芳香族の有機基は、それぞれ置換基を有していてもよい。
【0033】
式(4)中、Xは、左右のフェノール性水酸基の結合位置に対してオルト位、メタ位、パラ位のいずれかで結合していればよく、Xの結合位置は、左右のベンゼン環において、同一の位置であってもよく、オルト位とパラ位のように異なっていてもよい。
【0034】
二官能フェノール化合物としては、特に限定されず、例えば、4,4’−ジヒドロキシジフェニル−2,2−プロパン(ビスフェノールA)、4,4’−[1,3−フェニレンビス(1−メチル−エチリデン)]ビスフェノール(ビスフェノールM)、4,4’−[1,4−フェニレンビス(1−メチル−エチリデン)]ビスフェノール(ビスフェノールP)、4,4’−メチレンジフェノール(ビスフェノールF)、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン(ビスフェノールS)、4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン(DHBP)、4,4’−ビフェノール、1,5−ジヒドロキシナフタレン、1,6−ジヒドロキシナフタレン、1,7−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン、2,7−ジヒドロキシナフタレン、1,4−ベンゼンジオール(ヒドロキノン)、1,3−ベンゼンジオール(レゾルシノール)、1,2−ベンゼンジオール(カテコール)等が挙げられる。これらの中でも、後述するフィルム等の成形体及び硬化体の耐熱性を一層改善できる観点から、4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン(DHBP)、4,4’−ビフェノール、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン(ビスフェノールS)、1,4−ベンゼンジオール(ヒドロキノン)、1,5−ジヒドロキシナフタレン、及び2,6−ジヒドロキシナフタレンからなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。二官能フェノール化合物は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0035】
ジアミン化合物としては、特に限定されず、例えば、下記式(II)で表されるアミノ基を2つ有する化合物等が挙げられる。
式(II):

2N−R2−NH2

2は、ヘテロ元素を含んでいてもよい直鎖、分岐、若しくは環状の構造の脂肪族又は芳香族の有機基を表す。
【0036】
ジアミン化合物としては、脂環式ジアミン化合物、直鎖脂肪族ジアミン化合物、及び芳香族ジアミン化合物等が挙げられる。
【0037】
脂環式ジアミン化合物としては、特に限定されず、例えば、下記式(5)又は(6)で表される化合物等が挙げられる。
【0038】
【化8】

【0039】
式(5)及び(6)で表される化合物においては、シス異性体、トランス異性体、又はシス異性体とトランス異性体の任意の混合物であってもよい。
【0040】
直鎖脂肪族ジアミン化合物としては、特に限定されないが、例えば、下記群Cからなる群より選択される化合物等が挙げられる。
群C:
【0041】
【化9】

【0042】
芳香族ジアミン化合物としては、特に限定されず、例えば、下記式(7)、(8)、及び(9)で表される化合物等が挙げられる。
【0043】
【化10】

【0044】
式(7)中、X’は、直接結合手、又はヘテロ元素若しくは官能基を含んでいてもよい、直鎖、分岐、若しくは環状の構造の脂肪族、又は芳香族の有機基を表す。Y’は、それぞれ独立して、直接結合手、又はヘテロ元素若しくは官能基を含んでいてもよい、直鎖、分岐、若しくは環状の構造の脂肪族、又は芳香族の有機基を表す。脂肪族の有機基又は芳香族の有機基は、それぞれ置換基を有していてもよい。
置換基としては、特に限定されず、炭素数1〜20の直鎖、分岐、若しくは環状の構造の脂肪族炭化水素基、又は置換若しくは無置換芳香族炭化水素基等が挙げられる。
式(7)中、Y’は、それぞれ独立して、直接結合手又は上記有機基から選択される官能基であればよく、その種類は特に限定されない。
n’及びm’は、それぞれ独立して、0〜10の整数を表す。
【0045】
式(7)中、X’は、左右のY’の結合位置に対してオルト位、メタ位、パラ位のいずれかで結合していればよく、X’の結合位置は、左右のベンゼン環において、同一の位置であってもよく、オルト位とパラ位のように異なっていてもよい。
Y’は、左右のアミノ基の結合位置に対してオルト位、メタ位、パラ位のいずれかで結合していればよく、Y’の結合位置は、左右のベンゼン環において、同一の位置であってもよく、オルト位とパラ位のように異なっていてもよい。
【0046】
ジアミン化合物が前記式(7)で表される化合物であり、X’が上記有機基である場合、X’は下記群Dからなる群より選択される少なくとも一つの有機基であってもよい。
群D:
【0047】
【化11】

群D中、*は前記式(7)における芳香環への結合部位を表す。
【0048】
ジアミン化合物が前記式(7)で表される化合物であり、Y’が上記有機基である場合、Y’は下記群Eからなる群より選択される少なくとも一つの有機基であってもよい。
群E:
【0049】
【化12】

群E中、*は前記式(7)における芳香環への結合部位を表す。
【0050】
式(7)において、n’及びm’は、それぞれ独立して、0〜10の整数であることが好ましく、0〜5の整数であることがより好ましい。
【0051】
式(7)において、n’及びm’が0である場合には、下記式(10)で表される化合物を意味する。
【0052】
【化13】

式(10)中、X’は、直接結合手、又はヘテロ元素若しくは官能基を含んでいてもよい、直鎖、分岐、若しくは環状の構造の脂肪族、又は芳香族の有機基を表す。脂肪族の有機基又は芳香族の有機基は、それぞれ置換基を有していてもよい。
【0053】
式(10)中、X’は、左右のアミノ基の結合位置に対してオルト位、メタ位、パラ位のいずれかで結合していればよく、X’の結合位置は、左右のベンゼン環において、同一の位置であってもよく、オルト位とパラ位のように異なっていてもよい。
【0054】
ジアミン化合物としては、特に限定されず、例えば、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、3(4),8(9),−ビス(アミノメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、2,5(6)−ビス(アミノメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン等の脂環式ジアミン化合物;1,2−ジアミノエタン、1,6−ジアミノヘキサン、1,10−ジアミノデカン、1,12−ジアミノドデカン、1,14−ジアミノテトラデカン、1,18−ジアミノオクタデカン等の直鎖脂肪族ジアミン化合物;p−フェニレンジアミン(PDA)、4,4’−ジアミノジフェニルメタン(MDA)、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’,5,5’−テトラメチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’,5,5’−テトラエチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、2,2’−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、4,4’−[1,3−フェニレンビス(1−メチル−エチリデン)]ビスアニリン(ビスアニリンM)、4,4’−[1,4−フェニレンビス(1−メチル−エチリデン)]ビスアニリン(ビスアニリンP)、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル等の芳香族ジアミン化合物等が挙げられる。これらの中でも、フィルム等の硬化体の耐熱性を改善させるという観点から、p−フェニレンジアミン(PDA)、4,4’−ジアミノジフェニルメタン(MDA)、及び4,4’−ジアミノビフェニルからなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。ジアミン化合物は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0055】
ジアミン化合物の使用量は、全二官能フェノール化合物1molに対して、0.1〜2molであることが好ましく、0.3〜1.8molであることがより好ましく、0.5〜1.5molであることが更に好ましい。例えば、二官能フェノール化合物として、式(4)で表される化合物を用いる場合、式(4)で表される化合物1molに対して、ジアミン化合物の使用量を上記範囲とすることを意味する。二官能フェノール化合物1molに対するジアミン化合物の使用量を、2mol以下とすることにより、反応溶液のゲル化を効果的に抑制することができる。二官能フェノール化合物1molに対するジアミン化合物の使用量を0.1mol以上とすることにより、二官能フェノール化合物を残存することなく十分に反応させて、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂を更に高分子量化させることができる。
【0056】
アルデヒド化合物としては、特に限定されず、例えば、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、ホルムアルデヒド等が挙げられる。これらの中でも、高分子量化させるという観点から、少なくともホルムアルデヒドであることが好ましい。ホルムアルデヒドとしては、その重合体であるパラホルムアルデヒドや、水溶液の形であるホルマリン等の形態で使用することが可能である。また、ホルムアルデヒドやパラホルムアルデヒドとアルコール類を反応させることで得られる、ヘミアセタールとして使用することも可能である。その際のアルコールとしては特に限定されないが、メタノール、エタノール、1−プロパノール、イソプロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール等が挙げられる。これらの中でも、留去のしやすさという観点からメタノールが好ましい。アルコールは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0057】
アルデヒド化合物の使用量は、ジアミン化合物1molに対して、4〜8molであることが好ましく、4〜7molであることがより好ましく、4〜6molであることが更に好ましい。アルデヒド化合物の使用量を8mol以下とすることにより、人体及び環境への影響を低減できる。アルデヒド化合物の使用量を4mol以上とすることにより、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂を更に高分子量化させることができる。
【0058】
ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法において、二官能フェノール化合物と共に単官能フェノール化合物を添加して反応させてもよい。単官能フェノール化合物を併用した場合、反応性末端がベンゾオキサジン環で封止された重合体が生成する。その結果、合成反応中の分子量の制御が可能であり、溶液のゲル化を防ぐことができる。また、反応性末端の封止は、得られたベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の保存安定性も向上させ、不溶化を防止することができる。
【0059】
単官能フェノール化合物としては、特に限定されず、例えば、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、p−tert−ブチルフェノール、p−オクチルフェノール、p−クミルフェノール、ドデシルフェノール、o−フェニルフェノール、p−フェニルフェノール、1−ナフトール、2−ナフトール、m−メトキシフェノール、p−メトキシフェノール、m−エトキシフェノール、p−エトキシフェノール、3,4−ジメチルフェノール、3,5−ジメチルフェノール等が挙げられる。これらの中でも、末端封止効果の観点からフェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、1−ナフトール、2−ナフトールが好ましい。単官能フェノール化合物は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0060】
単官能フェノール化合物の使用量は、特に限定されないが、二官能フェノール化合物1molに対して0.5mol以下が好ましい。単官能フェノール化合物の使用量が二官能フェノール化合物1molに対して0.5mol以下であることにより、合成反応中にベンゾオキサジン環構造を有する熱硬化性樹脂を高分子量化させることができ、また、単官能フェノール化合物を十分に反応させることにより、残存量を減少させることができる。
【0061】
ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法において、二官能フェノール化合物と、ジアミン化合物と、アルデヒド化合物との反応には、エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒、及びアミド系溶媒を含む混合溶媒を用いる。その結果、反応中でゲル化することを抑制でき、十分に高分子量化された、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂を得ることができる。さらに、かかる混合溶媒を用いて得られるベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂は、従来に比して、熱線膨張率の低減化が図られており、優れた寸法安定性を有する。
【0062】
エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒としては、特に限定されないが、例えば、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、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコール、トリエチ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、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル、及び3−メトキシ−3−メチル−1−ブタノールからなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。これらの中でも、生成する樹脂の溶解性の観点から、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、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、及びトリエチレングリコールモノメチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種であることがより好ましい。エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0063】
アミド系溶媒としては、特に限定されないが、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルプロピオンアミド、及びN−メチルピロリドンからなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。これらの中でも、生成する樹脂の溶解性の観点からN,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、及びN−メチルピロリドンからなる群より選ばれる少なくとも1種であることがより好ましい。アミド系溶媒は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0064】
アミド系溶媒に対する、エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒の割合(エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒/アミド系溶媒:体積比)は、特に限定されないが、20/80〜90/10であることが好ましく、30/70〜80/20であることがより好ましく、40/60〜70/30であることが更に好ましい。
【0065】
混合溶媒における、エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒とアミド系溶媒の合計の割合は、特に限定されないが、50〜100体積%であることが好ましく、60〜100体積%であることがより好ましい。すなわち、他の溶媒を更に併用することもできる。併用する他の溶媒の種類は、反応条件等を考慮して適宜選択することができるが、芳香族系非極性溶媒を更に含むことが好ましい。これにより、生産性を更に向上させることができる。
【0066】
芳香族系非極性溶媒としては、特に限定されないが、好ましいものとしては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、プソイドキュメン、及びメシチレンからなる群より選ばれる少なくとも1種である溶媒等が挙げられる。これらの中でも、汎用性が高く安価である観点から、トルエン、キシレンがより好ましい。芳香族系非極性溶媒は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0067】
芳香族系非極性溶媒の含有量としては、特に限定されないが、混合溶媒において0〜50体積%であることが好ましく、0〜40体積%であることがより好ましい。芳香族系非極性溶媒の含有量を上記範囲とすることにより、反応中のゲル化を効果的に抑制することができるとともに、得られる樹脂の溶解性を更に改善することができる。
【0068】
エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒と、アミド系溶媒と、芳香族系非極性溶媒とを含む混合溶媒において、溶媒の組み合わせとしては、特に限定されないが、沸点等の観点から、エチレングリコールモノメチルエーテルとN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)とトルエン、エチレングリコールモノメチルエーテルとDMFとキシレン、エチレングリコールモノエチルエーテルとDMFとトルエン、エチレングリコールモノエチルエーテルとDMFとキシレン、の混合溶媒が好ましい。
【0069】
エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒と、アミド系溶媒と、芳香族系非極性溶媒との混合溶媒中における芳香族系非極性溶媒の割合は、特に限定されないが、生成物の溶解性を低下させないという観点から、混合溶媒全体に対して芳香族系非極性溶媒の割合が50体積%以下であることが好ましく、40体積%以下であることがより好ましい。芳香族系非極性溶媒の割合を上記範囲とすることにより、生成物を効果的に溶解させることができ、合成効率を更に上昇させることができる。
【0070】
二官能フェノール化合物、ジアミン化合物、及びアルデヒド化合物の反応に使用する混合溶媒の量は、特に限定されないが、二官能フェノール化合物のモル濃度が0.1〜5.0mol/Lとなる量であることが好ましく、0.2〜4.0mol/Lとなる量であることがより好ましく、0.3〜3.0mol/Lとなる量であることがさらに好ましい。二官能フェノール化合物のモル濃度が0.1mol/L以上であることにより、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の合成反応速度を更に促進させることができ、合成効率の上昇を図ることができる。二官能フェノール化合物のモル濃度が5.0mol/L以下であることにより、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の合成反応時に、反応溶液のゲル化をより効果的に抑制することができるとともに、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の不溶化を防止することができる。
【0071】
二官能フェノール化合物、ジアミン化合物及びアルデヒド化合物等の原料を添加混合する順序は、特に限定されず、例えば、混合溶媒に、二官能フェノール化合物、ジアミン化合物及びアルデヒド化合物を順次に添加混合してもよいし、各原料を一度に添加混合してもよいが、二官能フェノール化合物と、ジアミン化合物とを、エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒、及びアミド系溶媒を含む混合溶媒に、先に混合することが好ましい。
【0072】
ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法としては、二官能フェノール化合物と、ジアミン化合物と、エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒、及びアミド系溶媒を含む混合溶媒と、を混合して混合溶液を得る工程と、前記混合溶液にアルデヒド化合物を更に添加し、反応させる工程と、を有する製造方法であることが好ましい。これにより、反応溶液のゲル化をより効果的に抑制することができる。
【0073】
原料の混合溶解を効率的に行うために、溶媒を加温することが好ましく、また、適宜、撹拌機、撹拌子等を使用して溶媒の撹拌下、二官能フェノール化合物等を添加混合してもよい。反応中は、必要に応じて、窒素ガス等の不活性ガスをパージしてもよい。加温処理の方法としては、特に限定されないが、例えば、油浴等の温度調節器を用いて、所定の温度まで一気に上昇させた後に、その温度で一定に保つ方法等が挙げられる。
【0074】
加温処理の際の温度は、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の合成反応の効率化が図られる温度であれば、特に限定されないが、反応溶液温度が10〜150℃の範囲であることが好ましく、30〜150℃であることがより好ましく、50〜150℃の範囲であることが更に好ましい。反応溶液温度を10℃以上とすることにより、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の合成反応を効果的に促進させることができ、反応効率を更に上昇させることができる。反応溶液温度を150℃以下とすることにより、反応溶液のゲル化を効果的に抑制でき、得られるベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の不溶化を効果的に防止できる。反応溶液の加熱を行っている間は、溶媒を還流させてもよい。
【0075】
反応効率化の観点から、アルデヒド化合物を添加する前に、二官能フェノール化合物と、ジアミン化合物と、エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒、及びアミド系溶媒を含む混合溶媒と、の混合溶液を予め加温処理することが好ましい。
【0076】
ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法においては、生成する水を留去する工程を更に有してもよい。反応により生成する水を留去することで、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の合成反応時間を短縮させることが可能となり、反応の効率化を図ることができる。生成する水の留去の方法やタイミングは、特に限定されるものではなく、例えば、反応溶液中の溶媒と共沸させることにより行うことができる。より具体的には、コック付きの等圧滴下ロート、ジムロート冷却器、ディーン・スターク装置等を用いることで生成する水の留去を行うことができる。また、反応工程中に反応容器内を減圧にすることで、生成する水を系外へ除去してもよい。
【0077】
加温処理の処理時間は、特に限定されないが、例えば、加温開始後1〜15時間程度であることが好ましく、2〜10時間程度がより好ましい。加温後、反応溶液を、油浴等の温度調節器の接触から開放して放冷してもよいし、あるいは冷媒等を用いて冷却してもよい。
【0078】
ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法では、合成反応後に、反応を終了した混合溶液を塩基性水溶液で洗浄する工程を、更に有してもよい。洗浄工程を更に行うことにより、反応溶液から未反応の二官能フェノール化合物や単官能フェノール化合物を効果的に取り除くことができる。洗浄工程の塩基性水溶液による洗浄に次いで、蒸留水等で数回洗浄することにより、ナトリウムイオン等の塩基性水溶液由来のイオンを取り除くこともできる。
【0079】
上記洗浄に用いる塩基性水溶液としては、塩基性化合物を水に溶解させた水溶液ならば特に限定されない。塩基性化合物としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等が挙げられる。これらの中でも、汎用性の観点から、水酸化ナトリウムが好ましい。
【0080】
合成したベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹を反応溶液から回収する方法は、特に限定されず、公知の方法を採用できる。例えば、貧溶媒による再沈法、濃縮固化法(溶媒減圧留去)、スプレードライ法等が挙げられる。必要に応じて、反応後に反応溶液のろ過を行ってもよい。
【0081】
本発明の製造方法により得られるベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂は、十分に高分子量化されている。そのため、その後の開環反応により得られるフィルム等の最終製品のガラス転移温度や熱分解温度といった耐熱性や可とう性等の物性を向上させることができる。また、本発明の製造方法によれば、反応溶液のゲル化を抑制できるので、ベンゾフェノン骨格やビフェニル骨格(例えば、式(4)参照)等の剛直な骨格を有する熱硬化性樹脂であっても製造することができる。
【0082】
本発明に係るベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定により得られるポリスチレン換算値での重量平均分子量(Mw)は、好ましくは2000〜300000であり、より好ましくは2000〜100000であり、更に好ましくは3000〜50000であり、より更に好ましくは4000〜30000である。
【0083】
ここで、「高分子量化された」とは、繰り返し単位中にベンゾオキサジン環を有する、即ち、プレポリマータイプの熱硬化前のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂が、重量平均分子量を2000〜300000程度に制御されていることを意味する。重量平均分子量が2000以上であることは、その後の開環反応により得られる最終製品の耐熱性、可とう性を上昇させることができ、さらに、合成されたベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の回収作業性を上昇させることができるため好適である。
【0084】
ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の重量平均分子量は、合成反応中に、反応溶液の一部を抜き出し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー測定を行うことで測定できる。
【0085】
ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂は、ハロゲンを構造中に有さない構造とすることができ、また、いわゆる不純物としてハロゲンを含まない溶媒を用いて製造することもできため、ゲル化しておらず、かつハロゲンを実質的に含有しない、熱硬化性樹脂を得ることもできる。
【0086】
ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂には、必要に応じて、硬化促進剤、難燃剤、無機充填材、離型剤、接着性付与剤、界面活性剤、着色剤、カップリング剤、レベリング剤、その他の熱硬化性樹脂等を添加して、熱硬化性樹脂組成物とすることができる。なお、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂組成物は、上述した各種溶媒を含んでいてもよい。ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂組成物は、ベンゾオキサジン環等を開環反応させることより、積層板や半導体封止材等のエレクトロニクス材料、摩擦材や砥石等の結合材等として好適に用いることができる。
【0087】
本実施形態では、上述したベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂を含む成形体とすることができる。また、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂を含む硬化体とすることができる。かかる成形体や硬化体は、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂または熱硬化性樹脂組成物を、従来公知の方法により成形又は硬化して得られる。かかる成形体や硬化体は、電子部品・電子機器及びその材料として用いることができる。特に、低熱線膨張率(低CTE)が要求される多層基板、積層板、封止剤、接着剤等の用途に好適である。電子機器としては、例えば、携帯電話、表示機器、車載機器、コンピュータ、通信機器等が挙げられる。電子部品としては、航空機部材、自動車部材、建築部材等の用途にも使用でき、導電材料、特に金属フィラーの耐熱性結着剤として利用して直流又は交流の電流を流すことができる回路を形成する用途に用いてもよい。電子機器としては、例えば、携帯電話、表示機器、車載機器、コンピュータ、通信機器等の材料として用いることができる。
【実施例】
【0088】
以下、実施例及び比較例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、本実施例に用いられる評価方法及び測定方法は以下のとおりである。
【0089】
[重量平均分子量(Mw)の測定]
高速液体クロマトグラフシステム、メーカー:SHIMADZU
システムコントローラー:SCL−10A VP
送液ユニット:LC−10AD VP
VPデガッサー:DGU−12A
示差屈折計(RI)検出器:RID−10A
オートインジェクター:SIL−10AD VP
カラムオーブン:CTO−10AC VP
カラム:東ソー TSKgel α−4000(排除限界分子量1000000)×2(直列)
カラム温度:50℃
流量:0.8mL/分
溶離液:DMF(和光純薬工業社製、安定剤不含、HPLC用)、LiBr 10mmol/L含有
サンプル:0.1重量%
検出器:RI
上記測定条件により、Mwが、それぞれ、707000、354000、189000、98900、37200、17100、9830、5870、2500、1050、500の標準ポリスチレン(東ソー社製)により検量線を作成した。そして、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー測定により得られたポリポリスチレン換算値に基づいてサンプルの重量平均分子量(Mw)を測定した。
【0090】
1H−NMRの測定]
以下の測定装置及び溶媒を用い、サンプル濃度2重量%で1H−NMRを測定した。
測定装置:JEOL社製、ECX400(400MHz)
溶媒:重DMSO(シグマアルドリッチ社製、0.05体積% TMS(テトラメチルシラン)含有
【0091】
〔熱線膨張率の測定〕
SIIナノテクノロジー社製「TMA/SS6100」を用い、引っ張りモードで、窒素雰囲気下で、荷重5mN、昇温速度5℃/分で測定し、25℃から150℃の熱線膨張率の平均値(ppm/℃)を求めた。
得られたフィルムを幅4mm、長さ20mmにカットして測定サンプルとし、これをチャック間の距離が10mmとなるようにセットして、測定した。
【0092】
(実施例1)
室温において、300mLのフラスコ内に、エチレングリコールモノメチルエーテル(以下、MCともいう。) 90.0mL(東邦化学工業社製、製品名「ハイソルブMC」)、N,N−ジメチルホルムアミド(以下、DMFともいう。) 70.0mL(ゴードー社製)、キシレン 40.0mL(和光純薬工業社製)、4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン(以下、DHBPともいう。) 77.66g(0.36mol、和光純薬工業社製)、p−フェニレンジアミン(以下、PDAともいう。) 37.56g(0.35mol、大新化成工業社製、製品名「パラミン」)を投入し、系内へ窒素ガスパージを開始した(流量150mL/分)。
前記フラスコを油浴に浸し、反応溶液の温度が45℃になってから、メチルヘミホルマール溶液(以下、ホルミットMともいう。) 94.36g(ホルムアルデヒド分46.4%、メタノール分45.0%、広栄化学工業社製、製品名「コーエイホルミットM」)を滴下した。滴下終了後、前記フラスコ内を減圧し0.05MPaとして、反応溶液温度75℃で4時間反応させた。このようにして得られた反応溶液を室温まで冷却し、生成物であるベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂Aが溶解している溶液を得た。
得られたベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂Aの重量平均分子量(Mw)は約12,000であった。
得られた熱硬化性樹脂Aの1H−NMRスペクトルを図1に示す。
DHBP_PDAのオキサジン環
オキサジン環2位のメチレンプロトンピーク:5.46ppm
オキサジン環4位のメチレンプロトンピーク:4.65ppm
【0093】
(実施例2)
室温において、300mLのフラスコ内に、MC 82.5mL(東邦化学工業社製、製品名 ハイソルブMC)、DMF 87.5mL(ゴードー社製)、DHBP 77.66g(0.36mol、和光純薬工業社製)、PDA 40.40g(0.37mol、大新化成工業社製、製品名「パラミン」)を投入し、系内へ窒素ガスパージを開始した(流量150mL/分)。
前記フラスコを油浴に浸し、反応溶液の温度が45℃になってから、ホルミットM 101.48g(ホルムアルデヒド分46.4%、メタノール分45.0%、広栄化学工業社製、製品名「コーエイホルミットM」)を滴下した。滴下終了後、前記フラスコ内を減圧し0.05MPaとして、反応溶液温度75℃で1時間反応させた。その後、一旦前記フラスコ内を常圧に戻し、前記反応溶液に2−ナフトール 4.08g(0.028mol、和光純薬工業社製)を添加した。再び前記フラスコ内を減圧し0.05MPaとして、反応溶液温度75℃で3時間反応させた。このようにして得られた反応溶液を室温まで冷却し、生成物であるベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂Bが溶解している溶液を得た。
得られたベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂Bの重量平均分子量(Mw)は約15,000であった。
得られた熱硬化性樹脂Bの1H−NMRスペクトルを図2に示す。
DHBP_PDAのオキサジン環
オキサジン環2位のメチレンプロトンピーク:5.46ppm
オキサジン環4位のメチレンプロトンピーク:4.65ppm
2−ナフトール_PDAのオキサジン環
ナフトキサジン環2位のメチレンプロトンピーク:5.41ppm
ナフトキサジン環4位のメチレンプロトンピーク:4.88ppm
【0094】
(実施例3)
室温において、300mLのフラスコ内に、MC 90.0mL(東邦化学工業社製、製品名 ハイソルブMC)、DMF 80.0mL(ゴードー社製)、キシレン 50.0mL(和光純薬工業社製)、DHBP 77.66g(0.36mol、和光純薬工業社製)、PDA 40.40g(0.37mol、大新化成工業社製、製品名「パラミン」)を投入し、系内へ窒素ガスパージを開始した(流量150mL/分)。
前記フラスコを油浴に浸し、反応溶液の温度が45℃になってから、ホルミットM 105.47g(ホルムアルデヒド分46.4%、メタノール分45.0%、広栄化学工業社製、製品名「コーエイホルミットM」)を滴下した。滴下終了後、前記フラスコ内を減圧し0.05MPaとして、反応溶液温度75℃で1時間反応させた。その後、一旦前記フラスコ内を常圧に戻し、前記反応溶液に2−ナフトール 4.08g(0.028mol、和光純薬工業社製)を添加した。再び前記フラスコ内を減圧し0.05MPaとして、反応溶液温度75℃で3時間反応させた。このようにして得られた反応溶液を室温まで冷却し、生成物であるベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂Cが溶解している溶液を得た。
得られたベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂Cの重量平均分子量(Mw)は約13,000であった。
得られた熱硬化性樹脂Cの1H−NMRスペクトルを図3に示す。
DHBP_PDAのオキサジン環
オキサジン環2位のメチレンプロトンピーク:5.46ppm
オキサジン環4位のメチレンプロトンピーク:4.65ppm
2−ナフトール_PDAのオキサジン環
ナフトキサジン環2位のメチレンプロトンピーク:5.42ppm
ナフトキサジン環4位のメチレンプロトンピーク:4.88ppm
【0095】
(実施例4)
室温において、300mLのフラスコ内に、MC 75.0mL(東邦化学工業社製、製品名 ハイソルブMC)、DMF 85.0mL(ゴードー社製)、キシレン 40.0mL(和光純薬工業社製)、DHBP 77.66g(0.36mol、和光純薬工業社製)、PDA 40.40g(0.37mol、大新化成工業社製、製品名「パラミン」)を投入し、系内へ窒素ガスパージを開始した(流量150mL/分)。
前記フラスコを油浴に浸し、反応溶液の温度が45℃になってから、ホルミットM 101.48g(ホルムアルデヒド分46.4%、メタノール分45.0%、広栄化学工業社製、製品名「コーエイホルミットM」)を滴下した。滴下終了後、前記フラスコ内を減圧し0.05MPaとして、反応溶液温度75℃で1時間反応させた。その後、一旦前記フラスコ内を常圧に戻し、前記反応溶液に2−ナフトール 4.08g(0.028mol、和光純薬工業社製)を添加した。再び前記フラスコ内を減圧し0.05MPaとして、反応溶液温度75℃で3時間反応させた。このようにして得られた反応溶液を室温まで冷却し、生成物であるベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂Dが溶解している溶液を得た。
得られたベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂Dの重量平均分子量(Mw)は約13,000であった。
得られた熱硬化性樹脂Dの1H−NMRスペクトルを図4に示す。
DHBP_PDAのオキサジン環
オキサジン環2位のメチレンプロトンピーク:5.46ppm
オキサジン環4位のメチレンプロトンピーク:4.64ppm
2−ナフトール_PDAのオキサジン環
ナフトキサジン環2位のメチレンプロトンピーク:5.42ppm
ナフトキサジン環4位のメチレンプロトンピーク:4.88ppm
【0096】
(実施例5)
室温において、300mLのフラスコ内に、MC 90.0mL(東邦化学工業社製、製品名 ハイソルブMC)、DMF 70.0mL(ゴードー社製)、キシレン 40.0mL(和光純薬工業社製)、DHBP 77.66g(0.36mol、和光純薬工業社製)、PDA 40.40g(0.37mol、大新化成工業社製、製品名「パラミン」)を投入し、系内へ窒素ガスパージを開始した(流量150mL/分)。
前記フラスコを油浴に浸し、反応溶液の温度が45℃になってから、ホルミットM 101.48g(ホルムアルデヒド分46.4%、メタノール分45.0%、広栄化学工業社製、製品名「コーエイホルミットM」)を滴下した。滴下終了後、前記フラスコ内を減圧し0.05MPaとして、反応溶液温度75℃で1時間反応させた。その後、一旦前記フラスコ内を常圧に戻し、前記反応溶液に2−ナフトール 4.08g(0.028mol、和光純薬工業社製)を添加した。再び前記フラスコ内を減圧し0.05MPaとして、反応溶液温度75℃で3時間反応させた。このようにして得られた反応溶液を室温まで冷却し、生成物であるベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂Eが溶解している溶液を得た。
得られたベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂Eの重量平均分子量(Mw)は約11,000であった。
得られた熱硬化性樹脂Eの1H−NMRスペクトルを図5に示す。
DHBP_PDAのオキサジン環
オキサジン環2位のメチレンプロトンピーク:5.46ppm
オキサジン環4位のメチレンプロトンピーク:4.65ppm
2−ナフトール_PDAのオキサジン環
ナフトキサジン環2位のメチレンプロトンピーク:5.42ppm
ナフトオキサジン環4位のメチレンプロトンピーク:4.88ppm
【0097】
(比較例1)
室温において、300mLのフラスコ内に、ジオキサン 200mL(和光純薬工業社製)、DHBP 77.66g(0.36mol、和光純薬工業社製)、PDA 37.56g(0.35mol、大新化成工業社製、製品名「パラミン」)を投入し、系内へ窒素ガスパージを開始した(流量150mL/分)。
前記フラスコを油浴に浸し、反応溶液の温度が45℃になってから、ホルミットM 94.36g(ホルムアルデヒド分46.4%、メタノール分45.0%、広栄化学工業社製、製品名「コーエイホルミットM」)を滴下した。滴下終了後、反応溶液がゲル化したため、反応を中断した。
【0098】
(比較例2)
室温において、300mLのフラスコ内に、クロロホルム 200mL(和光純薬工業社製)、DHBP 77.66g(0.36mol、和光純薬工業社製)、PDA 37.56g(0.35mol、大新化成工業社製、製品名「パラミン」)を投入し、系内へ窒素ガスパージを開始した(流量150mL/分)。
前記フラスコを油浴に浸し、反応溶液の温度が45℃になってから、ホルミットM 94.36g(ホルムアルデヒド分46.4%、メタノール分45.0%、広栄化学工業社製、製品名「コーエイホルミットM」)を滴下した。滴下終了後、反応溶液がゲル化したため、反応を中断した。
【0099】
(比較例3)
室温において、300mLのフラスコ内に、メチルエチルケトン 200mL(和光純薬工業社製)、DHBP 77.66g(0.36mol、和光純薬工業社製)、PDA 37.56g(0.35mol、大新化成工業社製、製品名「パラミン」)を投入し、系内へ窒素ガスパージを開始した(流量150mL/分)。
前記フラスコを油浴に浸し、反応溶液の温度が45℃になってから、ホルミットM 94.36g(ホルムアルデヒド分46.4%、メタノール分45.0%、広栄化学工業社製、製品名「コーエイホルミットM」)を滴下した。滴下終了後、反応溶液がゲル化したため、反応を中断した。
【0100】
(比較例4)
室温において、300mLのフラスコ内に、酢酸エチル 200mL(和光純薬工業社製)、DHBP 77.66g(0.36mol、和光純薬工業社製)、PDA 37.56g(0.35mol、大新化成工業社製、製品名「パラミン」)を投入し、系内へ窒素ガスパージを開始した(流量150mL/分)。
前記フラスコを油浴に浸し、反応溶液の温度が45℃になってから、ホルミットM 94.36g(ホルムアルデヒド分46.4%、メタノール分45.0%、広栄化学工業社製、製品名「コーエイホルミットM」)を滴下した。滴下終了後、反応溶液がゲル化したため、反応を中断した。
【0101】
(比較例5)
室温において、300mLのフラスコ内に、シクロペンタノン 200mL(和光純薬工業社製)、DHBP 77.66g(0.36mol、和光純薬工業社製)、PDA 37.56g(0.35mol、大新化成工業社製、製品名「パラミン」)を投入し、系内へ窒素ガスパージを開始した(流量150mL/分)。
前記フラスコを油浴に浸し、反応溶液の温度が45℃になってから、ホルミットM 94.36g(ホルムアルデヒド分46.4%、メタノール分45.0%、広栄化学工業社製、製品名「コーエイホルミットM」)を滴下した。滴下終了後、反応溶液がゲル化したため、反応を中断した。
【0102】
(比較例6)
室温において、300mLのフラスコ内に、MC 200mL(東邦化学工業社製、製品名 ハイソルブMC)、DHBP 77.66g(0.36mol、和光純薬工業社製)、PDA 37.56g(0.35mol、大新化成工業社製、製品名「パラミン」)を投入し、系内へ窒素ガスパージを開始した(流量150mL/分)。
前記フラスコを油浴に浸し、反応溶液の温度が45℃になってから、ホルミットM 94.36g(ホルムアルデヒド分46.4%、メタノール分45.0%、広栄化学工業社製、製品名「コーエイホルミットM」)を滴下した。滴下終了後、前記フラスコ内を減圧し0.05MPaとして、反応溶液温度75℃で1時間反応させた時点で、反応溶液がゲル化したため、反応を中断した。
【0103】
(比較例7)
室温において、300mLのフラスコ内に、DMF 200mL(ゴードー社製)、DHBP 77.66g(0.36mol、和光純薬工業社製)、PDA 37.56g(0.35mol、大新化成工業社製、製品名「パラミン」)を投入し、系内へ窒素ガスパージを開始した(流量150mL/分)。
前記フラスコを油浴に浸し、反応溶液の温度が45℃になってから、ホルミットM 94.36g(ホルムアルデヒド分46.4%、メタノール分45.0%、広栄化学工業社製、製品名「コーエイホルミットM」)を滴下した。滴下終了後、前記フラスコ内を減圧し0.05MPaとして、反応溶液温度75℃で1時間反応させた時点で、反応溶液がゲル化したため、反応を中断した。
【0104】
(比較例8)
室温において、300mLのフラスコ内に、N,N’−ジメチルアセトアミド(以下、DMAcともいう。) 200mL(和光純薬工業社製社製)、DHBP 77.66g(0.36mol、和光純薬工業社製)、PDA 37.56g(0.35mol、大新化成工業社製、製品名「パラミン」)を投入し、系内へ窒素ガスパージを開始した(流量150mL/分)。
前記フラスコを油浴に浸し、反応溶液の温度が45℃になってから、ホルミットM 94.36g(ホルムアルデヒド分46.4%、メタノール分45.0%、広栄化学工業社製、製品名「コーエイホルミットM」)を滴下した。滴下終了後、前記フラスコ内を減圧し0.05MPaとして、反応溶液温度75℃で1時間反応させた時点で、反応溶液がゲル化したため、反応を中断した。
【0105】
(比較例9)
室温において、300mLのフラスコ内に、キシレン 200mL(和光純薬工業社製社製)、DHBP 77.66g(0.36mol、和光純薬工業社製)、PDA 37.56g(0.35mol、大新化成工業社製、製品名「パラミン」)を投入し、系内へ窒素ガスパージを開始した(流量150mL/分)。
前記フラスコを油浴に浸し、反応溶液の温度が45℃になってから、ホルミットM 94.36g(ホルムアルデヒド分46.4%、メタノール分45.0%、広栄化学工業社製、製品名「コーエイホルミットM」)を滴下した。滴下終了後、反応溶液がゲル化したため、反応を中断した。
【0106】
(比較例10)
室温において、300mLのフラスコ内に、トルエン 200mL(和光純薬工業社製社製)、DHBP 77.66g(0.36mol、和光純薬工業社製)、PDA 37.56g(0.35mol、大新化成工業社製、製品名「パラミン」)を投入し、系内へ窒素ガスパージを開始した(流量150mL/分)。
前記フラスコを油浴に浸し、反応溶液の温度が45℃になってから、ホルミットM 94.36g(ホルムアルデヒド分46.4%、メタノール分45.0%、広栄化学工業社製、製品名「コーエイホルミットM」)を滴下した。滴下終了後、反応溶液がゲル化したため、反応を中断した。
【0107】
(比較例11)
室温において、300mLのフラスコ内に、MC 100mL(東邦化学工業社製、製品名 ハイソルブMC)、キシレン 100mL(和光純薬工業社製社製)、DHBP 77.66g(0.36mol、和光純薬工業社製)、PDA 37.56g(0.35mol、大新化成工業社製、製品名「パラミン」)を投入し、系内へ窒素ガスパージを開始した(流量150mL/分)。
前記フラスコを油浴に浸し、反応溶液の温度が45℃になってから、ホルミットM 94.36g(ホルムアルデヒド分46.4%、メタノール分45.0%、広栄化学工業社製、製品名「コーエイホルミットM」)を滴下した。滴下終了後、反応溶液がゲル化したため、反応を中断した。
【0108】
(比較例12)
室温において、300mLのフラスコ内に、DMF 100mL(ゴードー社製)、キシレン 100mL(和光純薬工業社製社製)、DHBP 77.66g(0.36mol、和光純薬工業社製)、PDA 37.56g(0.35mol、大新化成工業社製、製品名「パラミン」)を投入し、系内へ窒素ガスパージを開始した(流量150mL/分)。
前記フラスコを油浴に浸し、反応溶液の温度が45℃になってから、ホルミットM 94.36g(ホルムアルデヒド分46.4%、メタノール分45.0%、広栄化学工業社製、製品名「コーエイホルミットM」)を滴下した。滴下終了後、反応溶液がゲル化したため、反応を中断した。
【0109】
(実施例6)
実施例5で作製した熱硬化性樹脂Eが溶解している溶液10gを、ポリイミド(以下、PIという。)フィルム上にアプリケータを用いて塗工し、80℃で10分、100℃で10分、150℃で10分、180℃で30分、200℃で30分、220℃で30分、240℃で30分、260℃で1時間それぞれ保持し、オーブン中で熱硬化させて、フィルム状の硬化物(フィルムE)が得られた。この硬化物は赤色透明であり、厚さは45μmであった。
【0110】
(製造例1)
室温において、コック付きの等圧滴下ロート及びジムロート冷却器がセットされた500mLのフラスコ内に、トルエン 190mL(和光純薬工業社製社製)及びイソブタノール 10mL(和光純薬工業社製社製)を、室温条件下で添加混合した。
その後、ビスフェノールA 41.6g(0.120mol、日本ジーイープラスチックス社製)、2,2’−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン 51.3g(0.125mol、和歌山精化工業社製、製品名「BAPP」)、フェノール0.9g(0.0096mol)を前記フラスコ内に室温下で添加混合した。この時点から系内へ窒素ガスパージを開始した(流量15mL/分)。
前記フラスコを油浴に浸し、反応溶液の温度が65℃になってから粉状物質がなくなるのを目視で確認した後、PFA19.7g(0.6mol、三菱ガス化学社製、純度91.60%)を、前記フラスコ内に添加し、還流させて2時間反応させた。
その後、反応中に生成した水を、トルエン、イソブタノールと共沸させることで系外に留去しながら反応させた。留去開始後、6時間還流を行った。
このようにして得られた反応溶液を室温まで冷却し、ろ過した後、1Lのメタノール中に注ぎ入れ、生成物を沈殿析出させた。析出した沈殿固体を減圧乾燥することで、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂Fを得た。
得られた熱硬化性樹脂Fの重量平均分子量(Mw)は約16,000であった。
【0111】
ガラス容器中で、ジメチルホルムアミド5gに、熱硬化性樹脂Fを5g溶解させ、黄色の粘調液を得た。この粘調液を、PIフィルム上にアプリケータを用いて塗工し、80℃で10分、100℃で10分、150℃で10分、180℃で30分、200℃で30分、220℃で30分、240℃で1時間それぞれ保持し、オーブン中で熱硬化させて、フィルム状の硬化物(フィルムF)が得られた。この硬化物は黄色透明であり、厚さは51μmであった。尚、フィルムFは、260℃まで加熱すると熱分解してしまうため、240℃を上限として熱硬化させた。
【0112】
実施例6のフィルム及び製造例1のフィルムの物性を表1に示す。
【0113】
【表1】

【0114】
上記の通り、各実施例の製造方法では、反応中でゲル化することなく、十分に高分子量化されたベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂を得られることが確認された。一方、各比較例の製造方法では、反応途中でゲル化したこと等により、所望の熱硬化性樹脂を得られないことが確認された。さらに、表1に示す通り、実施例6のフィルムは、従来の熱硬化性樹脂から得られるフィルムに比して、熱線膨張率の低減化が図られており、寸法安定性に優れていることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【0115】
本発明の製造方法により得られるベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂は、積層板や半導体封止材等のエレクトロニクス材料、摩擦材や砥石等の結合材の分野をはじめとする幅広い分野において産業上の利用可能性を有する。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
二官能フェノール化合物、ジアミン化合物、及びアルデヒド化合物を、エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒、及びアミド系溶媒を含む混合溶媒中で反応させる工程を有する、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
【請求項2】
二官能フェノール化合物と、ジアミン化合物と、エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒、及びアミド系溶媒を含む混合溶媒と、を混合して混合溶液を得る工程と、
前記混合溶液に、アルデヒド化合物を更に添加し、反応させる工程と、
を有する、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
【請求項3】
前記エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒が、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、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコール、トリエチ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、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル、及び3−メトキシ−3−メチル−1−ブタノールからなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項1又は2に記載のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
【請求項4】
前記エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒が、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、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、及びトリエチレングリコールモノメチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
【請求項5】
前記アミド系溶媒が、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルプロピオンアミド、及びN−メチルピロリドンからなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
【請求項6】
前記アミド系溶媒が、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、及びN−メチルピロリドンからなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
【請求項7】
前記アミド系溶媒に対する、前記エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒の割合(前記エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒/前記アミド系溶媒:体積比)が20/80〜90/10である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
【請求項8】
溶媒前記アミド系溶媒に対する前記エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒の割合(前記エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒/前記アミド系溶媒:体積比)が、30/70〜80/20である、請求項1〜7のいずれか一項に記載のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
【請求項9】
前記アミド系溶媒に対する前記エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒の割合(前記エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒/前記アミド系溶媒:体積比)が、40/60〜70/30である、請求項1〜8のいずれか一項に記載のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
【請求項10】
前記混合溶媒が、芳香族系非極性溶媒を更に含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
【請求項11】
前記芳香族系非極性溶媒が、ベンゼン、トルエン、キシレン、プソイドキュメン、及びメシチレンからなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項10に記載のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
【請求項12】
前記混合溶媒において、前記芳香族系非極性溶媒の割合が、0〜50体積%である、請求項10又は11に記載のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
【請求項13】
前記混合溶媒において、前記エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒、及び前記アミド系溶媒の合計割合が、50〜100体積%である、請求項1〜12のいずれか一項に記載のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
【請求項14】
前記二官能フェノールが、4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン(DHBP)、4,4’−ビフェノール、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン(ビスフェノールS)、1,4−ベンゼンジオール(ヒドロキノン)、1,5−ジヒドロキシナフタレン、及び2,6−ジヒドロキシナフタレンからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、
前記ジアミン化合物が、p−フェニレンジアミン(PDA)、4,4’−ジアミノジフェニルメタン(MDA)、及び4,4’−ジアミノビフェニルからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、
前記アルデヒド化合物が、少なくともホルムアルデヒドである、請求項1〜13のいずれか一項に記載のベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂の製造方法。
【請求項15】
二官能フェノール化合物、ジアミン化合物、及びアルデヒド化合物を、エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒、及びアミド系溶媒を少なくとも含む混合溶媒中で反応させることにより得られる、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂。
【請求項16】
二官能フェノール化合物、ジアミン化合物、及びアルデヒド化合物を、エーテル基とアルコール性ヒドロキシル基をそれぞれ一つ以上分子内に有する溶媒、アミド系溶媒、及び芳香族系非極性溶媒を少なくとも含む混合溶媒中で反応させることにより得られる、ベンゾオキサジン環を有する熱硬化性樹脂。
【請求項17】
請求項15又は16に記載の熱硬化性樹脂を含む成形体。
【請求項18】
請求項15又は16に記載の熱硬化性樹脂を含む硬化体。
【請求項19】
請求項17に記載の成形体、又は請求項18に記載の硬化体を含む電子機器。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2012−72319(P2012−72319A)
【公開日】平成24年4月12日(2012.4.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−219594(P2010−219594)
【出願日】平成22年9月29日(2010.9.29)
【出願人】(000002174)積水化学工業株式会社 (5,781)
【Fターム(参考)】