JPH08231683A - 反応樹脂系、耐火性注型用樹脂成形材料の製造方法及び該反応樹脂系から製造された耐燃性注型用樹脂成形体、被覆又はケーシング - Google Patents

反応樹脂系、耐火性注型用樹脂成形材料の製造方法及び該反応樹脂系から製造された耐燃性注型用樹脂成形体、被覆又はケーシング

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JPH08231683A
JPH08231683A JP8001499A JP149996A JPH08231683A JP H08231683 A JPH08231683 A JP H08231683A JP 8001499 A JP8001499 A JP 8001499A JP 149996 A JP149996 A JP 149996A JP H08231683 A JPH08231683 A JP H08231683A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐火性加工及び加工性を改良したエポキシド
/無水物反応樹脂系を提供する。 【解決手段】 該反応樹脂系は、付加的な反応性成分と
して無水ホスフィン酸及び/又は無水ホスホン酸を願揺
する。 【効果】 これらの隣含有無水物により、硬化特性は劣
化されない。該樹脂系から製造された成形体は、既に少
量の無水ホスフィン酸及び/又は無水ホスホン酸で他は
特性変化を呈すること無く十分な耐火性を示す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、反応樹脂系、耐火
性注型用樹脂フォームの製造方法及び該反応樹脂系から
製造された耐火性注型用樹脂成形体、被覆又はケーシン
グに関する。
【0002】
【従来の技術】電気及び電子構成素子の被覆及びケーシ
ングのためには、安全に加工できる耐燃性反応樹脂フォ
ームが必要である。この場合には、特に非活性素子にお
いては、注型により加工することができる反応樹脂が使
用される。大規模には、このために熱的に高負荷可能で
ありかつその際良好な機械的かつ電気的特性を有するエ
ポキシ樹脂が使用される。低分子量のもしくはオリゴマ
ー出発成分は、多種多様な硬化剤、例えば無水カルボン
酸、アミン、フェノール又はイソシアネートを使用し
て、又はイオン性重合により高価な熱硬化材料に転化す
ることができる。エポキシ樹脂の低分子量ないしオリゴ
マーの出発状態は、エポキシ樹脂の好ましい加工特性に
とって重要である。該樹脂には無機不活性充填剤を高濃
度で充填することができ、その後でも注型用樹脂として
加工可能である。
【0003】エポキシ樹脂フォームの耐燃性加工は今日
では一般にハロゲン含有及び特に臭素含有芳香族成分を
用いて行われる。しかしながら、これらのしばしば三酸
化アンチモンを相乗剤として含有する配合成分は、焼却
の際に付加的な問題を生ずる。乾留又は燃焼の際に、こ
れらは腐食性かつ好ましくない条件下ではまた生態学的
及び毒物学的に懸念のある分解生成物を放出する。更
に、燃焼により危険なく廃棄するためには、著しい技術
的費用をかけねばならない。
【0004】最近では、耐火性を改良する、エポキシ樹
脂のための燐含有添加物が公知になった。米国特許第5
262456号明細書には、アルコール性ヒドロキシル
基を有するホスフィン酸又はホスホン酸誘導体をエポキ
シ樹脂フォームに配合することが提案された。ドイツ連
邦共和国特許第4237132号明細書には、ホスフィ
ンオキシド又はホスホネートベースの燐成分を耐火性を
高める反応樹脂成分として使用することが提案された。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第4308185号明細
書(A1)には、ポリエポキシ化合物を無水ホスホン酸
と反応させることにより燐含有エポキシ化合物に転化
し、該エポキシ化合物を次いで公知の硬化剤成分で架橋
させて耐火性フォームにすることが提案された。
【0005】しかしながら、これらの燐化合物の共通の
欠点は、その比較的低い燐含有率である。その結果とし
て、満足な耐火性を保証するためには、著しい量のこれ
らの燐含有化合物が必要である。この場合には、特に燐
変性されたエポキシ樹脂で観察される上記燐成分の高い
粘度のために、このように変性された反応樹脂系の加工
性における明らかな制限が生じる。確かに、ホスホン酸
誘導体は一般に低粘度であり、ひいては注型技術のため
使用するのが有利である。しかしながら、これらは弱い
耐火作用を示し、それにより高濃度で使用しなければな
らず、このことはまたフォーム特性に不利な影響を及ぼ
すことがある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、エポキシ樹脂ベースの反応樹脂系を、それから製造
されたフォームが電子構成素子のために必要な耐火性仕
様を満足し、しかもそれにより反応樹脂系の加工性、フ
ォーム特性又は該フォームで被覆もしくはカプセル化さ
れた構成素子の信頼性が不利な影響を受けず、かつフォ
ームが燃焼する際に形態学的に懸念のある分解生成物を
生じることがないように変性することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記課題は、本発明によ
り、 A:エポキシド成分、 B:B1及び(B2もしくはB3)又はB2もしくはB
3を包含する硬化剤成分からなり、その際B1はカルボ
ン酸の無水物であり、B2は一般的構造式:
【0008】
【化5】
【0009】[式中、Rは1〜40個の炭素原子を有す
るアルキル基又はアルケニル基又は脂環式基もしくはア
リール基を表しかつnは整数である]の無水ホスホン
酸、B3は一般的構造式:
【0010】
【化6】
【0011】[式中、R及びR1は互いに無関係に1〜
40個の炭素原子を有するアルキル基又はアルケニル基
又は脂環式基もしくはアリール基を表しかつnは整数で
ある]の無水ホスフィン酸である反応樹脂系により解決
される。
【0012】前記反応樹脂系は、本発明により、耐火性
注型用樹脂フォームを製造する方法において、A、B1
及び/又は(B2又はB3)を相互に混合し、その際A
はエポキシ樹脂成分、B1はカルボン酸の無水物、B2
は一般的構造式:
【0013】
【化7】
【0014】[式中、Rは1〜40個の炭素原子を有す
るアルキル基又はアルケニル基又は脂環式基もしくはア
リール基を表しかつnは整数である]の無水ホスホン酸
であり、かつB3は一般的構造式:
【0015】
【化8】
【0016】[式中、R及びR1は互いに無関係に1〜
40個の炭素原子を有するアルキル基又はアルケニル基
又は脂環式基もしくはアリール基を表しかつnは整数で
ある]の無水ホスフィン酸である、かつ高温度で硬化さ
せることにより製造される。
【0017】本発明による別の実施態様は、その他の請
求項に記載されている。
【0018】
【発明の構成】本発明は、無水ホスフィン酸(成分B
3)及び無水ホスホン酸(B2)は任意の比率で周知の
反応樹脂系の通常の成分と混和可能であるという驚異的
な発見に起因する。この場合には、上記無水物を直接又
は特に有利には常用の、特に液状の無水カルボン酸と混
合して反応樹脂材料に加えることが可能である。第1表
は、温度に依存した無水プロパンホスホン酸(PPA)
及びPPA/無水ヘキサヒドロフタル酸(HHPSA)
混合物の例での粘度特性を示す。この場合、注型用樹脂
適用のためのPPA/HHPSA混合物の利点が明らか
である。
【0019】 第1表 P含有無水物又はP含有無水物混合物の特性値 成分 P含有無水物 P含有無水物混合物 PPA PPA/HHPSA (1:1) 燐含有率% 29 14.5 粘度 mPas 25℃で 高粘度 2040 40℃ 約32000 680 60℃ 6500 240 80℃ 1500 120 本発明による燐含有無水物を有しない反応樹脂系に対し
て、硬化反応もまた熱機械的フォーム特性も不利な影響
を受けない。このような燐含有無水物、例えば無水プロ
パンホスホン酸(PPA)はこの場合例えば29重量%
の高い燐含有率を有しているので、十分な耐火性を惹起
するためには、少量の燐含有無水物が必要であるにすぎ
ない。同時に、それにより反応樹脂系の粘度も殆ど高め
られないので、その加工性は劣化されない。
【0020】従って、本発明により、エポキシド/無水
物ベースの任意の反応樹脂系を改良された耐火性の方向
に変性させることが可能である。この場合、公知の反応
樹脂系は、本発明による変性(燐含有無水物の添加)に
より劣化されない、特定の用途のために最適化された特
性を有することができる。
【0021】十分に高い耐火性は、1〜5重量%の反応
樹脂系の燐含有率で達成される。燐含有無水物は無水カ
ルボン酸に匹敵する硬化特性を示す。このように燐変性
された反応樹脂系の反応性は、公知の燐不含の反応樹脂
系におけると同様に促進剤を添加することにより意図的
に調整することができる。
【0022】本発明による反応樹脂系の低く調整可能な
粘度は、注型用樹脂適用のためには70重量%まで達す
ることができる高い充填剤割合を可能にする。
【0023】本発明による1実施態様では、無水アルカ
ンホスホン酸、例えばジ−又はテトラカルボン酸の無水
物中に溶かし、これにより、水分の遮断下にその特性を
実質的に変化せずに少なくとも1年間貯蔵することがで
きる。
【0024】特に適当な無水カルボン酸は、芳香族又は
脂環式ジ−,テトラ−又はポリカルボン酸の無水物であ
る。室温で液状である無水カルボン酸が有利である。な
お固体の無水カルボン酸も好適である。
【0025】なお、本発明による反応樹脂系もしくはそ
れから製造されたフォームの耐火性特性のためには、燐
含有率だけでなく、無水カルボン酸も重要である。耐火
性における一層の改良は、無水物が芳香族ジ−又はテト
ラカルボン酸から誘導される場合に達成される。この場
合には、カルボン酸の芳香族骨格は単核の又は多核の芳
香族化合物であってよい。この群の化合物の最も簡単な
種は、無水フタル酸である。
【0026】適当な芳香族無水物の例は、ベンゼン−
1,2,4,5−テトラカルボン酸二無水物、ベンゾフ
ェノンテトラカルボン二酸無水物又はペリレン−3,
4,9,10−テトラカルボン酸−3,4,9,10−
二無水物、ナフタリン−1,8−ジカルボン酸、無水安
息香酸又はビフェニレンテトラカルボン酸二無水物であ
る。
【0027】芳香族無水物のほかに、脂環式、脂肪族及
びオレフィン系無水物、例えば無水ヘキサヒドロフタル
酸、無水メチルヘキサヒドロフタル酸、無水琥珀酸、無
水バレリアン酸、無水イソフタル酸、無水ヘキサン酸、
無水ピバリン酸、無水5−ノルボルネン−2,3−ジカ
ルボン酸、無水マレイン酸、無水2−ドデセン−1−イ
ル−琥珀酸及び無水メチルテトラヒドロフタル酸も使用
することができる。
【0028】エポキシド成分(成分A)としては、市販
のエポキシ樹脂又は市販のエポキシ樹脂からなる混合物
を選択することができる。この場合、ビスフェノール−
A及びビスフェノール−Fをベースとするポリグリシジ
ルエーテルが特に有利であることが立証された。特に好
適な芳香族ポリグリシジルエーテルのほかに、脂肪族ア
ルコールからなるものも好適である。このような多価の
アルコールの例としては、1,4−ブタンジオール、
1,6−ヘキサンジオール、ポリアルキレングリコー
ル、グリセリン、トリメチロールプロパン、ビス−(4
−ヒドロキシシクロヘキシル)−2,2−プロパン及び
ペンタエリトリットが挙げられる。
【0029】また、例えばエピクロルヒドリン又は類似
のエポキシ化合物と脂肪族、脂環式又は芳香族ポリカル
ボン酸と反応させることにより得られるポリグリシジル
エーテルも適当である。更に、エポキシド成分のために
は、ポリアルケンのエポキシ化により得られるようなポ
リエポキシドも適当である。
【0030】本発明は従来のエポキシド/無水物反応樹
脂系の変性に係わるものであるので、本発明による反応
樹脂系には別の内容物(成分C)が含有されていてもよ
い。該含有物は、エポキシ樹脂のために自体公知の添加
物であり、該添加物は加工性、色又は硬化したフォーム
の特性に影響し、かつ所望の用途に依存して選択するこ
とができる。このような添加物は、反応促進剤、反応性
希釈剤、流展助剤、消泡剤、接着助剤、チキソトロピー
化剤、染料、顔料及び特に充填剤であってよい。熱機械
的特性を改良するほかに、充填剤により難燃性を付加的
に高めることができる。これは既に高い充填剤含有率
で、ひいては有機樹脂マトリックスの割合の低下により
達成されるが、また充填剤の選択により耐火性を改良す
ることもできる。本発明による反応樹脂系と十分に相溶
性の耐火作用を有する充填剤は、例えば水酸化アルミニ
ウムである。
【0031】この場合には、既に少量の水酸化アルミニ
ウムが耐火性の著しい上昇を惹起する。反応樹脂系の有
機成分の低く調整可能な粘度は、公知の充填剤、例えば
石英粉、白亜及び酸化アルミニウムでの70重量%まで
の充填率を可能にする。
【0032】本発明による反応樹脂系内で、隣含有無水
物B2及びB3は、エポキシ樹脂化学において常用の無
水カルボン酸硬化剤と同様に挙動する。
【0033】従って、成分の正確に化学量論的比率を有
する反応樹脂系は、無水カルボン酸と隣含有無水物の等
量の和に相当するだけのエポキシ等量を含有する。
【0034】反応樹脂系の加工は、好ましくは、反応樹
脂系の低い粘度により可能になる中型用樹脂適用で行
う。可能な注型用樹脂適用は、注型内に反応樹脂系を注
入しかつ硬化させることによる中実成形体の製造、例え
ば同様に注型に注入することによる、活性及び非活性電
気及び電子構成素子のカプセリングである。その他の注
型用樹脂適用は、本発明による反応樹脂系の表面塗布に
より製造することができる被覆及びカバーリングであ
る。
【0035】本発明による反応樹脂系の加工もしくは注
型は、注型技術において通常の温度で行うことができ
る。しかしながら、アプリケーター内での反応樹脂系の
早期の硬化を抑制するために、130℃未満の加工温度
を適用するのが好ましい。高い加工温度は反応樹脂系の
粘度の低下にために利用されるが、高い反応性もしくは
高速硬化性反応樹脂系のためにはより低い加工温度が有
利なこともある。
【0036】反応樹脂系の反応性、ひいては加工のため
に許容されるもしくは硬化のために必要な条件は、反応
樹脂成分の適当な選択により調整することができる。反
応促進剤、例えばエポキシ樹脂において常用のイミダゾ
ールを用いて、硬化を促進することができるか、又は硬
化がより低い温度で可能になる。この場合も、無水アル
カンホスホン酸の添加により反応樹脂系の特性及びその
他の特性が実際に劣化されないということが立証され
た。
【0037】反応樹脂系の硬化により得られたフォーム
は、燐含有率3%(有機マトリックスに対して)及び充
填剤(水酸化アルミニウム)20%での実施例で0.8
mmの試料太さまでアンダーライターズ・ラボラトリー
(Anderwriters Laboratorien)の耐火性規格UL94
VOを満足する。
【0038】もう1つの実施例は、既に1%の燐含有率
及び水酸化アルミニウム20%及び石英粉40%で試料
太さ3.2mmでUL94VO等級を示す。
【0039】更に、本発明による反応樹脂系から製造さ
れたフォームは、例えば3%の燐含有率で燐不含のエポ
キシド−無水物フォームに匹敵する機械的、熱的、電気
的及び化学的特性値を示す。
【0040】極めて好ましくは、本発明による反応樹脂
系は、高圧部品、特に高電圧伝導装置における支持絶縁
体の注型のために適用される。この場合には、導電性装
置部品をアース電位に対して電気的に絶縁して機械的に
固定する耐高圧性絶縁部品が該当する。そのために必要
な注型用樹脂は、その都度の部品の大きさに基づき数1
00gと数kgの間で変動する。この場合、注型用樹脂
は別々に樹脂成分と硬化剤成分として調製する。引き続
き、両者の成分を合しかつ真空中で温和な温度(90〜
100℃)で均質化する。次いで、支持絶縁体の注型
を、適合した型及び材料温度で真空注型技術に基づき実
施するか、又は高価な構成素子のためには加圧ゲル化法
に基づき実施する。一般に、支持体を初期硬化期間後に
熱時に離型しかつ引き続き約140℃の温度で数時間に
わたり硬化させる。
【0041】本発明による反応樹脂系で製造された、高
さ約30cm及び直径約10cmの寸法を有する支持体
タイプは、8.6〜8.9kNの破壊強度値を有し、か
つ申し分なく10分間火炎に耐える。従って、該成形体
は要求される品質標準を満足する。
【0042】
【実施例】次に、実施例により本発明を詳細に説明す
る。
【0043】例1 無水プロパンホスホン酸(PPA)及び無水ヘキサヒド
ロフタル酸(HHPSA)からなる調製されたP含有無
水カルボン酸を製造するために、50%のPPA溶液1
04.0重量部(該実施例では0.49molに相当)
を水分の遮断下に容器に計量供給した。真空中60〜8
0℃でエチルアセテートを用いて溶剤を定量的に除去し
た後に、52.0重量部(該実施例では0.34mo
l)を約60℃に予熱した無水ヘキサヒドロフタル酸に
配合した。
【0044】この燐含有無水物混合物は、低い粘度によ
り極めて良好に加工することができた。
【0045】これは80℃で120mPasの粘度及び
14.5%の燐含有率を有していた。
【0046】湿気の遮断下に、室温で少なくとも1年の
貯蔵安定性が付与される。
【0047】例2 エポキシフェノールノボラック(DEN438)10
0.0重量部、例1で製造したP含有無水物混合物3
6.0重量部、無水ヘキサヒドロフタル酸39.3重量
部、促進剤1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾー
ル(2PZ−CN)1.0重量部を、充填剤水酸化アル
ミニウム(Apyral 4)48.2重量部と60℃で混合
し、ガス抜きしかつ130℃で4時間硬化させた。
【0048】P含有率3%及び充填剤含有率20%を有
する相応して製造した規格棒は、0.8mmの試料太さ
まで、アンダーライターズ・ラボラトリー(Underwrite
rs Laboratories )の耐火性規格UL94VOを満足し
た。
【0049】例3 ビスフェノール−A−ジグリシジルエーテル(MY74
0)23.9重量部を溶剤不含の無水プロパンホスホン
酸1.4重量部、無水フタル酸14.4重量部、水酸化
アルミニウム(Apyral 4)20.0重量部及び石英粉
(Silbond FW EST61)40.0重量部と130℃で調製
した。溶融及び混合後に、促進剤ジメチルベンジルアミ
ン0.24重量部を加えた。
【0050】60重量%の高充填の注型用樹脂は、1%
にすぎないP含有率を有し、かつ相応する規格棒を製造
した後に150℃で3時間硬化させて高い機械的フォー
ム特性を生じた。これは3.2mmの試料太さまでUL
94VOに基づく耐火性仕様を満足した。
【0051】例4 ビスフェノール−A−ジグリシジルエーテル(MY74
0)100.00重量部を、無水エチルメチルホスフィ
ン酸20.0重量部(0.15molに相当)、無水ヘ
キサヒドロフタル酸0.5重量部及び1−シアノエチル
−2−フェニルイミダゾール49.6重量部と60℃で
混合した。
【0052】低粘度のエポキシ注型用樹脂材料を相応す
る注型に注入する前にガス抜きしかつ引き続き100℃
で1時間及び150℃で2時間硬化させた。
【0053】5%のP含有率を有する製造した規格棒
は、3.2mmの試料太さまでUL94VOに基づく耐
火性仕様を満足した。
【0054】例5 本発明による反応樹脂系で保護絶縁体を注型成形するた
めに、注型用樹脂をまず樹脂成分及び硬化剤成分として
調製した。
【0055】樹脂成分を製造するために、加熱した容器
(約90℃)内で低分子量のビスフェノール−A−ジグ
リシジルエーテル(Araldit F)813.0重量部、高
分子量のビスフェノール−A−ジグリシジルエーテル
(Araldit B 44)207.0重量部、石英粉(Christ石
英粉2500)1371.0重量部及び水酸化アルミニ
ウム(Araldit 2)600.0重量部からなる充填剤1
971.0重量部、及び染料(酸化鉄)9.0重量部と
混合した。
【0056】無水ヘキサヒドロフタル酸(HT907)
573.0重量部、促進剤ジメチルベンジルアミン(De
smorpid DP)6.0重量部、石英粉(Christ石英粉25
00)843.0重量部、水酸化アルミニウム(Apyral
2)369.0重量部及び溶剤不含の無水プロパンホス
ホン酸57.0重量部からなるB成分を同様に加熱した
容器内(温度約90℃)でを調製した。
【0057】樹脂成分と硬化剤成分を合した後に、水酸
化アルミニウム20重量%及び石英粉45.6重量部を
含有しかつ90℃で約4000mPasの粘度を有する
注型用樹脂を調製した注型内で120℃で3時間前硬化
させかつ引き続き熱時に離型した。注型成形した、約
3.5kgの重さの保護絶縁体を140℃で6時間後硬
化させた。
【0058】隣変性した注型用樹脂フォームで表面加工
した支持絶縁体は、高電圧伝導装置で使用するための品
質を有していた。これは特にハロゲン不含の耐火性、耐
クリープ電流性及び片持強度に関する要求を満足した。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成8年1月23日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 反応樹脂系、耐火性注型用樹脂成形材
料の製造方法及び該反応樹脂系から製造された耐燃性注
型用樹脂成形体、被覆又はケーシング
【特許請求の範囲】
【化1】 [式中、Rは1〜40個の炭素原子を有するアルキル基
又はアルケニル基又は脂環式基もしくはアリール基を表
しかつnは整数である]の無水ホスホン酸、 B3は一般的構造式:
【化2】 [式中、R及びRは互いに無関係に1〜40個の炭素
原子を有するアルキル基又はアルケニル基又は脂環式基
もしくはアリール基を表しかつnは整数である]の無水
ホスフィン酸である反応樹脂系。
【化3】 [式中、Rは1〜40個の炭素原子を有するアルキル基
又はアルケニル基又は脂環式基もしくはアリール基を表
しかつnは整数である]の無水ホスホン酸であり、かつ
B3は一般的構造式:
【化4】 [式中、R及びRは互いに無関係に1〜40個の炭素
原子を有するアルキル基又はアルケニル基又は脂環式基
もしくはアリール基を表しかつnは整数である]の無水
ホスフィン酸である、かつ高温度で硬化させることを特
徴とする、耐火性注型用樹脂成形材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する枝術分野】本発明は、反応樹脂系、耐火
性注型用樹脂成形材料の製造方法及び該反応樹脂系から
製造された耐火性注型用樹脂成形体、被覆又はケーシン
グに関する。
【0002】
【従来の技術】電気及び電子構成素子の被覆及びケーシ
ングのためには、安全に加工できる耐燃性反応樹脂成形
材料が必要である。この場合には、特に非活性素子にお
いては、注型により加工することができる反応樹脂が使
用される。大規模には、このために熱的に高負荷可能で
ありかつその際良好な機械的かつ電気的特性を有するエ
ポキシ樹脂が使用される。低分子量のもしくはオリゴマ
ー出発成分は、多種多様な硬化剤、例えば無水カルボン
酸、アミン、フェノール又はイソシアネートを使用し
て、又はイオン性重合により高価な熱硬化材料に転化す
ることができる。エポキシ樹脂の低分子量ないしオリゴ
マーの出発状態は、エポキシ樹脂の好ましい加工特性に
とって重要である。該樹脂には無機不活性充填剤を高濃
度で充填することができ、その後でも注型用樹脂として
加工可能である。
【0003】エポキシ樹脂成形材料の耐燃性加工は今日
では一般にハロゲン含有及び特に臭素含有芳香族成分を
用いて行われる。しかしながら、これらのしばしば三酸
化アンチモンを相乗剤として含有する配合成分は、焼却
の際に付加的な問題を生ずる。乾留又は燃焼の際に、こ
れらは腐食性かつ好ましくない条件下ではまた生態学的
及び毒物学的に懸念のある分解生成物を放出する。更
に、燃焼により危険なく廃棄するためには、著しい技術
的費用をかけねばならない。
【0004】最近では、耐火性を改良する、エポキシ樹
脂のための燐含有添加物が公知になった。米国特許第5
262456号明細書には、アルコール性ヒドロキシル
基を有するホスフィン酸又はホスホン酸誘導体をエポキ
シ樹脂成形材料に配合することが提案された。ドイツ連
邦共和国特許第4237132号明細書には、ホスフィ
ンオキシド又はホスホネートベースの燐成分を耐火性を
高める反応樹脂成分として使用することが提案された。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第4308185号明細
書(A1)には、ポリエポキシ化合物を無水ホスホン酸
と反応させることにより燐含有エポキシ化合物に転化
し、該エポキシ化合物を次いで公知の硬化剤成分で架橋
させて耐火性成形材料にすることが提案された。
【0005】しかしながら、これらの燐化合物の共通の
欠点は、その比較的低い燐含有率である。その結果とし
て、満足な耐火性を保証するためには、著しい量のこれ
らの燐含有化合物が必要である。この場合には、特に燐
変性されたエポキシ樹脂で観察される上記燐成分の高い
粘度のために、このように変性された反応樹脂系の加工
性における明らかな制限が生じる。確かに、ホスホン酸
誘導体は一般に低粘度であり、ひいては注型技術のため
使用するのが有利である。しかしながら、これらは弱い
耐火作用を示し、それにより高濃度で使用しなければな
らず、このことはまた成形材料特性に不利な影響を及ぼ
すことがある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、エポキシ樹脂ベースの反応樹脂系を、それから製造
された成形材料が電子構成素子のために必要な耐火性仕
様を満足し、しかもそれにより反応樹脂系の加工性、成
形材料特性又は該成形材料で被覆もしくはカプセル化さ
れた構成素子の信頼性が不利な影響を受けず、かつ成形
材料が燃焼する際に形態学的に懸念のある分解生成物を
生じることがないように変性することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記課題は、本発明によ
り、 A:エポキシド成分、 B:B1及び(B2もしくはB3)又はB2もしくはB
3を包含する硬化剤成分からなり、その際B1はカルボ
ン酸の無水物であり、B2は一般的構造式:
【0008】
【化5】
【0009】[式中、Rは1〜40個の炭素原子を有す
るアルキル基又はアルケニル基又は脂環式基もしくはア
リール基を表しかつnは整数である]の無水ホスホン
酸、B3は一般的構造式:
【0010】
【化6】
【0011】[式中,R及びRは互いに無関係に1〜
40個の炭素原子を有するアルキル基又はアルケニル基
又は脂環式基もしくはアリール基を表しかつnは整数で
ある]の無水ホスフィン酸である反応樹脂系により解決
される。
【0012】前記反応樹脂系は、本発明により、耐火性
注型用樹脂成形材料を製造する方法において、A、B1
及び/又は(B2又はB3)を相互に混合し、その際A
はエポキシ樹脂成分、B1はカルボン酸の無水物、B2
は一般的構造式:
【0013】
【化7】
【0014】[式中、Rは1〜40個の炭素原子を有す
るアルキル基又はアルケニル基又は脂環式基もしくはア
リール基を表しかつnは整数である]の無水ホスホン酸
であり、かつB3は一般的構造式:
【0015】
【化8】
【0016】[式中、R及びRは互いに無関係に1〜
40個の炭素原子を有するアルキル基又はアルケニル基
又は脂環式基もしくはアリール基を表しかつnは整数で
ある]の無水ホスフィン酸である、かつ高温度で硬化さ
せることにより製造される。
【0017】本発明による別の実施態様は、その他の請
求項に記載されている。
【0018】
【発明の構成】本発明は、無水ホスフィン酸(成分B
3)及び無水ホスホン酸(B2)は任意の比率で周知の
反応樹脂系の通常の成分と混和可能であるという驚異的
な発見に起因する。この場合には、上記無水物を直接又
は特に有利には常用の、特に液状の無水カルボン酸と混
合して反応樹脂材料に加えることが可能である。第1表
は、温度に依存した無水プロパンホスホン酸(PPA)
及びPPA/無水ヘキサヒドロフタル酸(HHPSA)
混合物の例での粘度特性を示す。この場合、注型用樹脂
適用のためのPPA/HHPSA混合物の利点が明らか
である。
【0019】 本発明による燐含有無水物を有しない反応樹脂系に対し
て、硬化反応もまた熱機械的成形材料特性も不利な影響
を受けない。このような燐含有無水物、例えば無水プロ
パンホスホン酸(PPA)はこの場合例えば29重量%
の高い燐含有率を有しているので、十分な耐火性を惹起
するためには、少量の燐含有無水物が必要であるにすぎ
ない。同時に、それにより反応樹脂系の粘度も殆ど高め
られないので、その加工性は劣化されない。
【0020】従って、本発明により、エポキシド/無水
物ベースの任意の反応樹脂系を改良された耐火性の方向
に変性させることが可能である。この場合、公知の反応
樹脂系は、本発明による変性(燐含有無水物の添加)に
より劣化されない、特定の用途のために最適化された特
性を有することができる。
【0021】十分に高い耐火性は、1〜5重量%の反応
樹脂系の燐含有率で達成される。燐含有無水物は無水カ
ルボン酸に匹敵する硬化特性を示す。このように燐変性
された反応樹脂系の反応性は、公知の燐不含の反応樹脂
系におけると同様に促進剤を添加することにより意図的
に調整することができる。
【0022】本発明による反応樹脂系の低く調整可能な
粘度は、注型用樹脂適用のためには70重量%まで達す
ることができる高い充填剤割合を可能にする。
【0023】本発明による1実施態様では、無水アルカ
ンホスホン酸、例えばジ−又はテトラカルボン酸の無水
物中に溶かし、これにより、水分の遮断下にその特性を
実質的に変化せずに少なくとも1年間貯蔵することがで
きる。
【0024】特に適当な無水カルボン酸は、芳香族又は
脂環式ジ−,テトラ−又はポリカルボン酸の無水物であ
る。室温で液状である無水カルボン酸が有利である。な
お固体の無水カルボン酸も好適である。
【0025】なお、本発明による反応樹脂系もしくはそ
れから製造された成形材料の耐火性特性のためには、燐
含有率だけでなく、無水カルボン酸も重要である。耐火
性における一層の改良は、無水物が芳香族ジ−又はテト
ラカルボン酸から誘導される場合に達成される。この場
合には、カルボン酸の芳香族骨格は単核の又は多核の芳
香族化合物であってよい。この群の化合物の最も簡単な
種は、無水フタル酸である。
【0026】適当な芳香族無水物の例は、ベンゼン−
1,2,4,5−テトラカルボン酸二無水物、ベンゾフ
ェノンテトラカルボン二酸無水物又はペリレン−3,
4,9,10−テトラカルボン酸−3,4,9,10−
二無水物、ナフタリン−1,8−ジカルボン酸、無水安
息香酸又はビフェニレンテトラカルボン酸二無水物であ
る。
【0027】芳香族無水物のほかに、脂環式、脂肪族及
びオレフィン系無水物、例えば無水ヘキサヒドロフタル
酸、無水メチルヘキサヒドロフタル酸、無水琥珀酸、無
水バレリアン酸、無水イソフタル酸、無水ヘキサン酸、
無水ピバリン酸、無水5−ノルボルネン−2,3−ジカ
ルボン酸、無水マレイン酸、無水2−ドデセン−1−イ
ル−琥珀酸及び無水メチルテトラヒドロフタル酸も使用
することができる。
【0028】エポキシド成分(成分A)としては、市販
のエポキシ樹脂又は市販のエポキシ樹脂からなる混合物
を選択することができる。この場合、ビスフェノール−
A及びビスフェノール−Fをベースとするポリグリシジ
ルエーテルが特に有利であることが立証された。特に好
適な芳香族ポリグリシジルエーテルのほかに、脂肪族ア
ルコールからなるものも好適である。このような多価の
アルコールの例としては、1,4−ブタンジオール、
1,6−ヘキサンジオール、ポリアルキレングリコー
ル、グリセリン、トリメチロールプロパン、ビス−(4
−ヒドロキシシクロヘキシル)−2,2−プロパン及び
ペンタエリトリットが挙げられる。
【0029】また、例えばエピクロルヒドリン又は類似
のエポキシ化合物と脂肪族、脂環式又は芳香族ポリカル
ボン酸と反応させることにより得られるポリグリシジル
エーテルも適当である。更に、エポキシド成分のために
は、ポリアルケンのエポキシ化により得られるようなポ
リエポキシドも適当である。
【0030】本発明は従来のエポキシド/無水物反応樹
脂系の変性に係わるものであるので、本発明による反応
樹脂系には別の内容物(成分C)が含有されていてもよ
い。該含有物は、エポキシ樹脂のために自体公知の添加
物であり、該添加物は加工性、色又は硬化した成形材料
の特性に影響し、かつ所望の用途に依存して選択するこ
とができる。このような添加物は、反応促進剤、反応性
希釈剤、流展助剤、消泡剤、接着助剤、チキソトロピー
化剤、染料、顔料及び特に充填剤であってよい。熱機械
的特性を改良するほかに、充填剤により難燃性を付加的
に高めることができる。これは既に高い充填剤含有率
で、ひいては有機樹脂マトリックスの割合の低下により
達成されるが、また充填剤の選択により耐火性を改良す
ることもできる。本発明による反応樹脂系と十分に相溶
性の耐火作用を有する充填剤は、例えば水酸化アルミニ
ウムである。
【0031】この場合には、既に少量の水酸化アルミニ
ウムが耐火性の著しい上昇を惹起する。反応樹脂系の有
機成分の低く調整可能な粘度は、公知の充填剤、例えば
石英粉、白亜及び酸化アルミニウムでの70重量%まで
の充填率を可能にする。
【0032】本発明による反応樹脂系内で、隣含有無水
物B2及びB3は、エポキシ樹脂化学において常用の無
水カルボン酸硬化剤と同様に挙動する。
【0033】従って、成分の正確に化学量論的比率を有
する反応樹脂系は、無水カルボン酸と隣含有無水物の等
量の和に相当するだけのエポキシ等量を含有する。
【0034】反応樹脂系の加工は、好ましくは、反応樹
脂系の低い粘度により可能になる中型用樹脂適用で行
う。可能な注型用樹脂適用は、注型内に反応樹脂系を注
入しかつ硬化させることによる中実成形体の製造、例え
ば同様に注型に注入することによる、活性及び非活性電
気及び電子構成素子のカプセリングである。その他の注
型用樹脂適用は、本発明による反応樹脂系の表面塗布に
より製造することができる被覆及びカバーリングであ
る。
【0035】本発明による反応樹脂系の加工もしくは注
型は、注型技術において通常の温度で行うことができ
る。しかしながら、アプリケーター内での反応樹脂系の
早期の硬化を抑制するために、130℃未満の加工温度
を適用するのが好ましい。高い加工温度は反応樹脂系の
粘度の低下にために利用されるが、高い反応性もしくは
高速硬化性反応樹脂系のためにはより低い加工温度が有
利なこともある。
【0036】反応樹脂系の反応性、ひいては加工のため
に許容されるもしくは硬化のために必要な条件は、反応
樹脂成分の適当な選択により調整することができる。反
応促進剤、例えばエポキシ樹脂において常用のイミダゾ
ールを用いて、硬化を促進することができるか、又は硬
化がより低い温度で可能になる。この場合も、無水アル
カンホスホン酸の添加により反応樹脂系の特性及びその
他の特性が実際に劣化されないということが立証され
た。
【0037】反応樹脂系の硬化により得られた成形材料
は、燐含有率3%(有機マトリックスに対して)及び充
填剤(水酸化アルミニウム)20%での実施例で0.8
mmの試料太さまでアンダーライターズ・ラボラトリー
(AnderwritersLaboratorie
n)の耐火性規格UL94VOを満足する。
【0038】もう1つの実施例は、既に1%の燐含有率
及び水酸化アルミニウム20%及び石英粉40%で試料
太さ3.2mmでUL94VO等級を示す。
【0039】更に、本発明による反応樹脂系から製造さ
れた成形材料は、例えば3%の燐含有率で燐不含のエポ
キシド−無水物成形材料に匹敵する機械的、熱的、電気
的及び化学的特性値を示す。
【0040】極めて好ましくは、本発明による反応樹脂
系は、高圧部品、特に高電圧伝導装置における支持絶縁
体の注型のために適用される。この場合には、導電性装
置部品をアース電位に対して電気的に絶縁して機械的に
固定する耐高圧性絶縁部品が該当する。そのために必要
な注型用樹脂は、その都度の部品の大きさに基づき数1
00gと数kgの間で変動する。この場合、注型用樹脂
は別々に樹脂成分と硬化剤成分として調製する。引き続
き、両者の成分を合しかつ真空中で温和な温度(90〜
100℃)で均質化する。次いで、支持絶縁体の注型
を、適合した型及び材料温度で真空注型技術に基づき実
施するか、又は高価な構成素子のためには加圧ゲル化法
に基づき実施する。一般に、支持体を初期硬化期間後に
熱時に離型しかつ引き続き約140℃の温度で数時間に
わたり硬化させる。
【0041】本発明による反応樹脂系で製造された、高
さ約30cm及び直径約10cmの寸法を有する支持体
タイプは、8.6〜8.9kNの破壊強度値を有し、か
つ申し分なく10分間火炎に耐える。従って、該成形体
は要求される品質標準を満足する。
【0042】
【実施例】次に、実施例により本発明を詳細に説明す
る。
【0043】例1 無水プロパンホスホン酸(PPA)及び無水ヘキサヒド
ロフタル酸(HHPSA)からなる調製されたP含有無
水カルボン酸を製造するために、50%のPPA溶液1
04.0重量部(該実施例では0.49molに相当)
を水分の遮断下に容器に計量供給した。真空中60〜8
0℃でエチルアセテートを用いて溶剤を定量的に除去し
た後に、52.0重量部(該実施例では0.34mo
l)を約60℃に予熱した無水ヘキサヒドロフタル酸に
配合した。
【0044】この燐含有無水物混合物は、低い粘度によ
り極めて良好に加工することができた。
【0045】これは80℃で120mPasの粘度及び
14.5%の燐含有率を有していた。
【0046】湿気の遮断下に、室温で少なくとも1年の
貯蔵安定性が付与される。
【0047】例2 エポキシフェノールノボラック(DEN438)10
0.0重量部、例1で製造したP含有無水物混合物3
6.0重量部、無水ヘキサヒドロフタル酸39.3重量
部、促進剤1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾー
ル(2PZ−CN)1.0重量部を、充填剤水酸化アル
ミニウム(Apyral 4)48.2重量部と60℃
で混合し、ガス抜きしかつ130℃で4時間硬化させ
た。
【0048】P含有率3%及び充填剤含有率20%を有
する相応して製造した規格棒は、0.8mmの試料太さ
まで、アンダーライターズ・ラボラトリー(Under
writers Laboratories)の耐火性
規格UL94VOを満足した。
【0049】例3 ビスフェノール−A−ジグリシジルエーテル(MY74
0)23.9重量部を溶剤不含の無水プロパンホスホン
酸1.4重量部、無水フタル酸14.4重量部、水酸化
アルミニウム(Apyral 4)20.0重量部及び
石英粉(Silbond FW EST61)40.0
重量部と130℃で調製した。溶融及び混合後に、促進
剤ジメチルベンジルアミン0.24重量部を加えた。
【0050】60重量%の高充填の注型用樹脂は、1%
にすぎないP含有率を有し、かつ相応する規格棒を製造
した後に150℃で3時間硬化させて高い機械的成形材
料特性を生じた。これは3.2mmの試料太さまでUL
94VOに基づく耐火性仕様を満足した。
【0051】例4 ビスフェノール−A−ジグリシジルエーテル(MY74
0)100.00重量部を、無水エチルメチルホスフィ
ン酸20.0重量部(0.15molに相当)、無水ヘ
キサヒドロフタル酸0.5重量部及び1−シアノエチル
−2−フェニルイミダゾール49.6重量部と60℃で
混合した。
【0052】低粘度のエポキシ注型用樹脂材料を相応す
る注型に注入する前にガス抜きしかつ引き続き100℃
で1時間及び150℃で2時間硬化させた。
【0053】5%のP含有率を有する製造した規格棒
は、3.2mmの試料太さまでUL94VOに基づく耐
火性仕様を満足した。
【0054】例5 本発明による反応樹脂系で保護絶縁体を注型成形するた
めに、注型用樹脂をまず樹脂成分及び硬化剤成分として
調製した。
【0055】樹脂成分を製造するために、加熱した容器
(約90℃)内で低分子量のビスフェノール−A−ジグ
リシジルエーテル(Araldit F)813.0重
量部、高分子量のビスフェノール−A−ジグリシジルエ
ーテル(Araldit B44)207.0重量部、
石英粉(Christ石英粉2500)1371.0重
量部及び水酸化アルミニウム(Araldit 2)6
00.0重量部からなる充填剤1971.0重量部、及
び染料(酸化鉄)9.0重量部と混合した。
【0056】無水ヘキサヒドロフタル酸(HT907)
573.0重量部、促進剤ジメチルベンジルアミン(D
esmorpid DP)6.0重量部、石英粉(Ch
rist石英粉2500)843.0重量部、水酸化ア
ルミニウム(Apyral2)369.0重量部及び溶
剤不含の無水プロパンホスホン酸57.0重量部からな
るB成分を同様に加熱した容器内(温度約90℃)でを
調製した。
【0057】樹脂成分と硬化剤成分を合した後に、水酸
化アルミニウム20重量%及び石英粉45.6重量部を
含有しかつ90℃で約4000mPasの粘度を有する
注型用樹脂を調製した注型内で120℃で3時間前硬化
させかつ引き続き熱時に離型した。注型成形した、約
3.5kgの重さの保護絶縁体を140℃で6時間後硬
化させた。
【0058】隣変性した注型用樹脂成形材料で表面加工
した支持絶縁体は、高電圧伝導装置で使用するための品
質を有していた。これは特にハロゲン不含の耐火性、耐
クリープ電流性及び片持強度に関する要求を満足した。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】A:エポキシド成分、 B:B1及び(B2もしくはB3)又はB2もしくはB
    3を包含する硬化剤成分からなり、その際B1はカルボ
    ン酸の無水物であり、 B2は一般的構造式: 【化1】 [式中、Rは1〜40個の炭素原子を有するアルキル基
    又はアルケニル基又は脂環式基もしくはアリール基を表
    しかつnは整数である]の無水ホスホン酸、 B3は一般的構造式: 【化2】 [式中、R及びR1は互いに無関係に1〜40個の炭素
    原子を有するアルキル基又はアルケニル基又は脂環式基
    もしくはアリール基を表しかつnは整数である]の無水
    ホスフィン酸である反応樹脂系。
  2. 【請求項2】 硬化剤成分Bが、少なくとも注型用樹脂
    として反応樹脂系の加工温度で液状である、無水ジ−又
    はテトラカルボン酸中の無水ホスホン酸又は無水ホスフ
    ィン酸の溶液である、請求項1記載の反応樹脂系。
  3. 【請求項3】 硬化剤成分B1が、芳香族又は脂環式ジ
    −又はテトラカルボン酸の無水物を包含する、請求項2
    記載の反応樹脂系。
  4. 【請求項4】 C:反応促進剤、反応性希釈剤、充填
    剤、流展助剤、接着助剤、チキソトロピー化剤、染料及
    び顔料から選択される、エポキシ樹脂のための通常の別
    の添加物を含有する、請求項1から3までのいずれか1
    項記載の反応樹脂系。
  5. 【請求項5】 耐火性注型用樹脂フォームを製造する方
    法において、A、B1及び/又は(B2又はB3)を相
    互に混合し、その際Aはエポキシ樹脂成分、 B1はカルボン酸の無水物、 B2は一般的構造式: 【化3】 [式中、Rは1〜40個の炭素原子を有するアルキル基
    又はアルケニル基又は脂環式基もしくはアリール基を表
    しかつnは整数である]の無水ホスホン酸であり、かつ
    B3は一般的構造式: 【化4】 [式中、R及びR1は互いに無関係に1〜40個の炭素
    原子を有するアルキル基又はアルケニル基又は脂環式基
    もしくはアリール基を表しかつnは整数である]の無水
    ホスフィン酸である、かつ高温度で硬化させることを特
    徴とする、耐火性注型用樹脂フォームの製造方法。
  6. 【請求項6】 硬化前になお別の、C:反応促進剤、反
    応希釈剤、充填剤、流展助剤、接着助剤、チキソトロピ
    ー化剤、染料及び顔料から選択される成分Cを添加す
    る、請求項5記載の方法。
  7. 【請求項7】 無水ホスホン酸B2又は無水ホスフィン
    酸B3をカルボン酸の無水物B1中に溶解させることに
    より硬化剤成分Bを製造し、 硬化剤成分Bを、1分子当たり少なくとも2個のエポキ
    シ基を有するポリエポキシ化合物A、及び場合により別
    の、エポキシ樹脂のために常用の添加物又は充填剤Cと
    混合して反応混合物とし、 無水ホスホン酸B2又は無水ホスフィン酸B3の割合
    を、有機成分の隣含量が0.5〜10重量%であるよう
    に設定し、 該反応混合物を高温で硬化させる、請求項5又は6記載
    の方法。
  8. 【請求項8】 反応樹脂混合物を硬化前に注型内に注入
    することにより加工する、請求項5から7までのいずれ
    か1項記載の方法。
  9. 【請求項9】 請求項1から4までのいずれか1項記載の
    反応樹脂系から製造された耐火性注型用樹脂成形体、注
    型用樹脂被覆又は注型用樹脂ケーシング。
  10. 【請求項10】 請求項1から4までのいずれか1項記
    載の反応樹脂系から製造された、高電圧伝導装置の支持
    絶縁体用の耐火性注型用樹脂ケーシング。
JP8001499A 1995-01-10 1996-01-09 反応樹脂系、耐火性注型用樹脂成形材料の製造方法及び該反応樹脂系から製造された耐燃性注型用樹脂成形体、被覆又はケーシング Ceased JPH08231683A (ja)

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