JPS6283342A - シリカ充てん材及びこれを含有するエポキシ樹脂組成物 - Google Patents

シリカ充てん材及びこれを含有するエポキシ樹脂組成物

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JPS6283342A
JPS6283342A JP61222240A JP22224086A JPS6283342A JP S6283342 A JPS6283342 A JP S6283342A JP 61222240 A JP61222240 A JP 61222240A JP 22224086 A JP22224086 A JP 22224086A JP S6283342 A JPS6283342 A JP S6283342A
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silica
epoxy
silane
silica filler
epoxide
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レビイ エイ.カノーバ
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SCM Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エポキシ系エンキャップ材料(encap−
sulating materials )又はボッテ
ィング混合物(potting compounds 
)の電気的特性の改良に関し、詳しくは、かかるエンキ
ャップ材及びボッティング混合物に含剪れる充填材料の
処理に関する。
さらに、本発明は、上記本発明の充填材を含有するエポ
キシ樹脂に関する。
開放型へ流し込み可能な材料を注型することはおそらく
最も古い製造技術であろうが、プラスチック業界では今
なお用いられている。エンキャブシュレイジョン(en
capsulation ) 、ボッティング及び注型
は異なった種類の製品を生産するために用いられるが、
方法は全て似ている。
エンキャブシュレイジョン又は封入注型(em−bed
ment )は、一般に、ある物をプラスチック材料の
中に完全に埋め込むことと理解される。例えば、アクリ
ル樹脂中にエンキャブシュレイトされたばらの花や記念
フィンがある。また、部品が生体組織になじむようにシ
リコーン樹脂中にエンキャブシュレートされた心臓ペー
スメーカーもある。
エンキャブシュレイジョンは、通常再使用可能な型を用
いて行なわれる。
ボッティングは、型が通常最終製品の一部となる以外、
きわめて類似している。ボッティングの一例としては、
精巧な電気部品をプラスチックボックス内部に配置し、
該ボックスと該部品との間の空間にプラスチックを流し
込むことが挙げられる。
エンキャブシュレイジョン及びボッティングは、包封さ
れた部品を外界、機械及び周囲による刺激から保護する
という同一の最終目的を有する。また、きわめて透明な
アクリル樹脂は花の一時的な美しさを誇示し、生捕りに
し、かつ、保持するために用いられる。視界的に検査し
、又は、ボッティング材料を通して研究する必要のある
電気部品はすき透ったアクリル樹脂又は透明なポリエス
テルやエポキシ樹脂中にボッティングされる。衝撃又は
衝突といった負荷に対する保護が重要である場合、自己
膨張性(self−rising )のウレタンフオー
ムで部品を包むこともできる。シリコーン樹脂は良好な
水分と熱抵抗を与えるために使用される。
エポキシ樹脂は絶縁耐力、硬化時の低収縮性、良好な接
着性及び各種環境条件下で物性を保持する性質を有する
ため、電気及び電子業界をかかるエポキシ樹脂の主な消
費者とならしめている。
また、エポキシ樹脂は、高温度及び高湿度下において高
い機械的強度を示すだけでなく、良好な体積抵抗、低い
誘電正接、及び、良好な絶縁耐力を示す。半導体、トラ
ンジスタ及び集積回路には、その耐熱性、低収縮性及び
これらの電子装置に要求される信頼性のために1高度に
充填されたエポキシ樹脂が使用されている。(Mode
rn PlasticsEncyclopedia、 
1982 、1983 、34頁、 ModernPl
astics Encyclopedia、 1983
−1984 、24頁参照)。
大部分の用途において、エポキシ樹脂には粒状の無機充
填材、特にシリカが充填されている。該シリカは、フユ
ームドシリ力、シリカ水和物、シリカエーロゲル及びシ
リカキセロゲルであって、平均粒径が0.05乃至20
ミクロンのものとすることができる。これら充填物は、
コストを削減するだけでなく、硬度を増大し、発熱硬化
反応のヒートシンク(heat 5ink )として働
き、硬化中の収縮を減少し、不透明性及び色彩を付加し
、かつ、他の一般的な処理及び性質のパラメータを改善
する。シランは、多くの電気用のシリカ充填エポキシ樹
脂系で広範に使用されている( 1969年1月23日
出願のモアランド(Moreland )のオランダ国
特許第69011484)。この第1の目的は、水にか
なりさらされた後でも電気的絶縁性及び特性が低下しな
いように保持することにある。1%のエポキシシランで
処理した天然シリカを電気用エポキシ樹脂系中に使用し
た場合、水にかなり浸せきさせた後でも乾燥撓み強度及
び電気的特性の保持について改善されたことが示されて
いる(上記モアランドの特許)。(ブラウトマン(Br
outman )及びクロック(Krock )の’ 
Composite materials ’第6巻の
第143頁の’ 5ilane Coupling A
gantsin Particulate Miner
al Filled Composites ’と題す
る記事参照)。
ポリエーテルで置換されたケイ素化合物のみ若しくはR
Bが炭素数1乃至18の有機ラジカルでありXがアルコ
キシ等の加水分解可能な基である式RA  5i(X4
−n)bを有する他のシランとともに処理されたシリカ
等の金属酸化物粒子を開示する米国特許第4,151,
154号も引用できる。このように処理されたシリカは
エポキシ等の各種の樹脂に使用されている。米国特許第
4,414,272号もシランで処理されたシリカ粒子
を含む多種のポリエステル樹脂を開示している。
問題点を解決するための手段 極めて驚くべきことに、数種のテルペン誘導シランエス
テルは、熱水にさらされる場面においてもシリカ/エポ
キシ組成物に良好な電気的性質を与える目的で現在使用
されている材料よりも明らかに優れていることを見い出
した。尚、熱水にさらすことは、多湿な環境での長カ命
性を子側するために一般的に行なわれる試験である。
上記シランエステルは、硬化前に上記エポキシ組成の混
合物中に直接加えることができ、又、充填材の表面にあ
らかじめ被覆しておくこともできる。どちらの場合も優
れた結果が得られる。
t1単に言えば、本発明は、平均粒径0.5乃至20ミ
クロン、表面積0.5乃至5rn/りの粒状シリカ充填
材であって、該粒子の表面がシリカ全量の0.1乃至2
.5重量%の一般式 %式% (式中、几はC4〜C4のアルキル基、R′はC1〜C
のアルキル基、Wは好ましくは炭素原子数10であって
オキシラン基を含む環式テルペンラジカル又は非環式テ
ルペンラジカル、nは0.1又は2である。) を有するアルフキジシランと反応し、又は、被覆されて
いるものに関する。
好ましいシラン材料は、炭素−ケイ素結合によって直接
ケイ素と結合した脂肪族基が炭素原子数10であってエ
ポキシ基を含むテルペン誘導ラジカルであるジー又はト
リーアルコヤシシランである。
本発明の利点が認識できる方法は2つある。第1は、シ
リカ充填材を少量のアルコキシテルペンエポキシシラン
で処理した後、該充填材を硬化していないエポキシ樹脂
及び該樹脂を硬化するためのコリアクタント(core
actant )へ添加することである。他方、同様に
効果的な方法としては、アルコキシテルペンエポキシシ
ランを適当なエポキシ樹脂と混合し、該混合物とシリカ
充填材とを緊密に混合することもできる。後者の場合、
アルコキシテルペンエポキシシランはシリカの表面と反
応するか又は被覆して本発明の利点を発揮する。
本願発明は、シリカをエポキシシランカップリング剤で
その場又は他の場所で処理することにあるのではなく、
シリカを処理するために用いられる特定のシランに関す
る。この利点は以下にも示されている。
本発明に用いられる好ましいアルコキシテルペンエポキ
シシランはテルペン誘導シランである。
かかるシランは新規なものと考えられ、フレマー(Kr
emer ) 、カーブナス(Cardenas )及
びデパスカシ(DePasquale )の1新規なテ
ルペン誘導機能性シラン(Novel Terpene
 Derived FunctionalSilane
s ) ’という名称の1984年10月9日付米国特
許出願第658,555号に記載されている。これらの
シランを調製するには、まず、実施例1〜5にしたがっ
てオレフィンエポキシドを調製する。
本発明の充填材は特にエポキシ樹脂との使用に有用であ
る。エポキシ樹脂は多数知られておシ、その例は、後述
の先行特許に示されている。本発明のシリカ充填材は、
約50 phr乃至約250 phrの量の硬化又は固
化可能なエポキシ樹脂において有用である。
本願のフルコキシエボキシテルベンシランの一般式は上
述のとおりである。上述の如<、R及びR′はC,−C
4のアルキル基であり、従って、メチル、エチル、プロ
ピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル及び第3
ブチルを含む。R及びR′は同一でも異なっていてもよ
い。
実施例 実施例1 3S−ジヒドロミルセン−6,7−エポキシド−680
g(5,0モル)の3S−ジヒドロミルセンと4009
の炭酸ナトリウムとを4001ntのメチレンクロライ
ド中で水冷撹拌した混合物へ、その内部温度を30℃以
下に保ちつつ、ゆつくシと800−の40%過酢酸を加
えた。−夜撹拌した後、液体を分液漏斗へ移した。油状
物を分離して、亜硫酸ナトリウム溶液に次いで炭酸ナト
リウムで □洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥し蒸
発乾燥した。製品を2インチカラムで蒸留し、沸点84
−87℃/25聰のエポキシド607.7 g(収率8
0%)を得た。
実施例2 ミルセン−6,7−エポキシド−680gのミルセンを
実施例1と全く同一の方法でエポキシ化したところ、沸
点78−80℃7161のミルセン−6,7−エポキシ
ドを得た。
実施例3 物−1kP (7,3モル)のd−リモネン(7,3モ
ル)と炭酸ナトリウム(310,67)とを機械的に撹
拌した混合物をO乃至10℃に冷却し、1.61 ky
(9,1モル)の40%過酢酸を滴下によシ添加して処
理した。この添加が終了した後、該反応混合物をさらに
45分間撹拌し、氷水、炭酸ナトリウム及び塩水で洗浄
した。油を硫酸マグネシウムで乾燥し蒸留して、回収リ
モネン(30り)、シス−エポキシド(257g)及び
トランス−エポキシド(296g)並び知ジエポキシド
(82り)を回収した。上記のエポキシオレフィンは以
下の実施例によ)ヒドロシリル化することができる。
実施例4 キシシラン−実施例1の3S−ジヒドロミルセン−6,
7−エポキシド259 (0,162モル)とトリエト
キシシラン27 g(0,164モル)との溶液を50
℃に加熱した。該溶液へ、1%w/vの塩化白金酸のア
セトン溶液33 ccを60乃至70℃に保ちながら滴
下により添加した。添加後、該溶液を70℃で3合時間
保持した。該反応混合物の気液クロマトグラフィーは、
反応物から股終生改物へ78%が転換したことを示した
。)題の化合物を蒸溜によって単離したところ、bl)
(180℃10.1鵡)(39り、収率75%)部組(
■C1,)0.5−0.8(m12)、0.9(M、3
)、1.21(t、9)、1.29(S、3)、1.3
1(S、3)、1.4−1.8 (m 、 7 )、2
.7(bt、1)、3.8(q 、 6 ) ppm 
; I R(ニートフイ、ルム* C7rt−’ )2
900 、1440 、1370 、1180−114
0 、945 、750であった。
実施例5 り、0.164モル)を実施例1の3S−ジヒドロミル
セン−6,7−エポキシドと1%塩化白金i!26水塩
のアセトン溶液10rILtとの溶液へ添加した。
得られた溶液を57℃で4時間加熱した。冷却後の反応
混合物の気−液クロマトグラフイーは、89%が最終生
成物へ転換したことを示した。標題の化合物を蒸溜によ
シ単離したところ、bp 18σ10.1フ、(40)
、収率35%) 1.NMR,(CDCl、) 0.0
5(3、3) 、0.5−0.8 (rn 、  2 
)、0.9(bd。
3)、1.2(t、6)、1.28(S、3)、1.3
1(S、3)、1.4−1.8 (m 、  7 )、
2.7 Cbt。
’ ) 、3−8(q +  4 ) ppm ; m
/e  (7o ev )288 (m” )であった
実施例6 3S−6.7−エボキシシトロネリルトリメトキシシラ
ンー実施例5と同様の方去でトリメトキシシランを3S
−ジヒドロミルセン−6,7−エポキシドへ添加し、標
題の化合物を得た。bp(1301:、0.11111
)(収率35%)、気−液クロマトグラフイーば、スペ
ルコボート(5upelcoport )の6インチ×
1/8インチ 10%S P 2100、開始温度は5
0℃で2分間とし16°/分で250℃へ上昇させ、担
体フロ−20CC/分、保持詩間13.02分テあった
。NMRCDCl、 0.5−0.7 (m 、 2 
)、0、9 (bd 、 3 )、1.28(S、3)
、1.34(S。
3)、1.4〜1.8 CIn 、 7 )、3.7(
bt、1)。
3.5(8,9)ppm;m/e(70ev)276(
m+)であった。
実施例7 ジメトキシシランを3S−ジヒドロミルセン−6゜7−
エポキシドへ添加し標題の化合物を得た。bp(120
”、 o、xmt) (収率55%)、スペルコボート
の6インチ×1/8インチ 3%5P−2100で気−
液クロマトグラフイー分析し、開始温度50℃、2分間
、16°/分で250℃へ上昇させ、担体70−20C
C/分、保持温度11.93分であり、m/e (70
ev )  260 (m” )であった。
実施例8 6.7−エポキシゲラニルトリエトキシシラン−トリエ
トキシシラン(41g、0.25モル)、実施例2のミ
ルセンエポキシド(3Sg、o、2sモル)及び1%W
/V塩化白金酸のアセトン溶液2−5−をフィッシャー
ポーターボトル(Fischer Porterbot
tle )中で混合した。該ボトルを密閉して、6時間
で105℃に加熱した。気−液クロマトグラフイー分析
の結果、30%が標題の化合物へ変換したことが示され
た。生成物を蒸留して精製したところ、bp 18 Q
’/Q、l?w、収率2(1(25%) 、NM、R(
CDCJ、 )、1.2(t、9)、1.25(S、3
)、1.32(S、3)、1.4−1.8(m。
2)、1.9(S、3)、2.1−z4(m、4)、1
7(t、1)、3.85(q、6)、4.5−5.2(
m、1 )ppm; IR(=−トフイルムcnt−’
)2900 、1480 、1390 、1180〜1
120 、955であった。
実施例9 −リモネン酸化物(5017,0,33モル)とトリエ
トキシシラン(559,0,335モル)との溶液へ活
性炭に吸着した5%Ptを39加えた。該溶液を108
’Cで14時間加熱した。生成物をろ過及び蒸留によっ
て単離したところ、bp120℃、(0,1咽)、収率
50り、(48%) 、NMFL CDCJ。
o、s−0,9(m 、 2 )、019(d、3)、
1.2(t。
9)、1.3(8,3)、1.3−2  (m 、  
9 ) 、3.0(bd 、 1 )、3.9 ((1
、6) ppm ; I R(ニートフィルムcrn−
’ ) 2900 、1430 、1390 、118
0−1050 、940 i m/e (70eV )
 316 (m” )であった。
実施例10 水塩の7七トン溶液1dを含む実施例4の6−(2゜3
−エポキシノルボルニル)エチレン溶液へ、110℃で
2時間ゆっくりとトリエトキシシラン(85り、015
2モル)を添加した。添加後、該溶液を気−液クロマト
グラフイーによシ分析した結果、83%が転換している
ことがわかった。標題の生成物を蒸留し精製したところ
、bp 120℃(0,1B)の無色で流動性の液体(
90り、収率60%)が得られた。
以下の゛分光特性は、標題の化合物のものである。
NMRCDCl、 0.5−0.9 (m 、 4 )
、1.2(t。
9)、1.2−1.9 (bm 、 4 )、2.5(
bs、2)、−) 7 イルム) 2−’ 、 390
0 、1420 、13S0 、1350゜1330 
 、 1150  、 1090  、 950  、
 8500応用例 シリカは、上記エポキシシランによって、外部的もしく
は内部的に処理しつる。どちらの場合も、シランはシリ
カと結合する。
エポキシ樹脂組成物を、エポキシシランカップリング剤
で前処理してなるシリカ、又は、樹脂−シリカ混合物を
内部的に後処理してなるシリカと混合する手順を以下に
示す。
代表的な混合処方は下記の如くである。
Epon 828 ’       30.4    
326.8ECA−190217,4187,05シリ
コン消泡剤                 177
箇シリカ3充填材       52−0     5
59注)1.  ビスフェノールAのジグリシジルエー
テル、シェルケミカル社製エポキシド当量175〜21
0、平均分子量350〜400粘度5000乃至150
00センチボイズ(cps)2 メチルテトラヒドロフ
タル酸無水物−コリアクタント 3、10ミクロンの微晶質シリカ充填材、ウイタカー、
クラーク アンド ダニエルス社製 樹脂、コリアクタント、触媒及び消泡剤を適当な容器に
加え、十分混合して樹脂混合物を作る。
シリカを50乃至1′00グラムのインクリメントに添
加し、手で約5分間各傷脂とよく混合する。
この時点で、シリカは樹脂混合物によって十分に湿潤に
されなければならない。その後、該混合物をゆっくりと
機械によ91時間撹拌する。
該樹脂−充填材混合物を真空デシケータ中に置き、成形
前にサンプルのガス抜きを行なう。
本発明に使用可能な他のエポキシドエンキャップ用樹脂
及びその調製方法は、米国特許第2,467゜171号
、第2,615,007号、第2,615,008号、
第2゜801 、227号、第2,53S,072号及
び第2 、033 、803号明細書に記載されており
、これらを参考として本願に引例する。
し瞬間的に空気をデシケータ中に導入して真空を解除し
泡立ちを抑制する。その後、約2時間真空に保ち、気泡
を除去する。該樹脂−充填材混合物を、容器又はボッテ
ィングにカバーをつけた状態で2時間32℃の水浴中で
冷却する。
該樹脂−充填材混合物は、成型及びエンキャプシュレー
ションに供される。100℃、2乃至3時間で硬化が行
なわれ、その後、125℃、4時間以内で硬化後の熱処
理を行なう。
シランカップリング剤の添加は、好ましくは、直接、シ
リカに添加することで行なわれる。このためには、次の
ようにして予め加水分解したシランを使用する。処理す
るシリカ充填材100グラムに対し、1グラムのシラン
を秤量する。シラン1りに対し、氷酢酸でpH4,5乃
至5.0に緩衝したメタノール90重量%及び水10%
の溶液100ccを加え、電磁撹拌機で30分間ゆっく
りと混合する。
上記の如くして予め加水分解したテルペンエポキシシラ
ンをプレンダーに入れておいたシリカへ直接添加し、完
全に混合する。そして、このように処理したシリカを、
好ましくは、アルミ製の皿(pan )で1インチ厚の
層にして乾燥させる。該皿をオープンに置き、50乃至
105℃で約2乃至20時間乾燥する。この温度が高け
れば高いほど乾燥時間は短かくなる。しかし、シランが
熱に対して敏感なものの場合、50乃至60℃等の低い
温度で18乃至20時間の長時間で乾燥することが好ま
しい。このよって予め加水分解して得たシリカ充填材を
冷却すれば、前記の処方中で使用することができる。
他方、上記予め加水分解したテルペンエポキシシランを
、シリカ充填材と混合する前に、直接、樹脂混合物へ加
えることもできる。結果は、どちらの場合も本質的に同
じである。
次の表は、硬化したシリカ充填エポキシ樹脂組成物を常
圧において72時間水で煮沸した前後における電気的特
性を示すものである。
簗 が  ) コ  キ )′+− 蒙コ 侶へ 上記の表によれば、本発明の組成物は、市販のシリカを
充填したエポキシ樹脂(市販品A及び市販品B)に比し
、誘電率及び誘電正接において驚くべき低下を示してい
ることがわかる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)平均粒径0.5乃至20ミクロン、表面積0.5
    乃至5m^2/gであって、該粒子表面が0.1乃至約
    2.5重量%の下記一般式を有するアルコキシエポキシ
    テルペンシラン ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、RはC_1〜C_4のアルキル基、R′はC_
    1〜C_4のアルキル基、R″はケイ素−炭素鎖によっ
    てケイ素に結合した環式エポキシテルペンラジカル又は
    非環式エポキシテルペンラジカルであり、nは0、1又
    は2である。) で被覆されたシリカ充填材。 (2)R″が炭素数10のエポキシテルペンラジカルで
    ある特許請求の範囲第1項に記載のシリカ充填材。 (3)Rがメチル又はエチルである特許請求の範囲第1
    項又は第2項に記載のシリカ充填材。 (4)R′がメチルであり、かつ、nが1である特許請
    求の範囲第1項乃至第3項のうちいずれか1項に記載の
    シリカ充填材。 (6)Rがメチル又はエチルであり、かつ、nが0であ
    る特許請求の範囲第1項乃至第4項のうちいずれか1項
    に記載のシリカ充填材。 (6)R″がジヒドロミルセニル−6,7−エポキシド
    、ミルセニル−6,7−エポキシド又はエポキシメチル
    である特許請求の範囲第1項乃至第5項のうちいずれか
    1項に記載のシリカ充填材。 (7)アルコキシエポキシテルペンシランが、3S−6
    ,7−エポキシシトロネリルトリエトキシシラン、 3S−6,7−エポキシシトロネリルメチルジエトキシ
    シラン、 3S−6,7−エポキシシトロネリルメトキシシラン、 3S−6,7−エポキシシトロネリルメチルジメトキシ
    シラン、 6,7−ゲラニルトリエトキシシラン、 4R−1,2−エポキシメンチルトリエトキシシラン、
    又は、 予め加水分解されたアルコキシエポキシテルペンシラン
    である特許請求の範囲第1項に記載のシリカ充填材。 (8)特許請求の範囲第1項乃至第7項のいずれか1項
    に記載のシリカ充填材が約50phr乃至約250ph
    r存在してなる硬化可能なエポキシ樹脂組成物。 (9)エポキシ樹脂が、エポキシ当量175乃至210
    、平均分子量350乃至400、かつ、粘度5000乃
    至15000cpsのビスフェノールAのジグリシジル
    エーテルである特許請求の範囲第8項に記載の硬化可能
    なエポキシ樹脂組成物。
JP61222240A 1985-09-27 1986-09-22 シリカ充てん材及びこれを含有するエポキシ樹脂組成物 Pending JPS6283342A (ja)

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US4738892A (en) 1988-04-19
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EP0217236B1 (en) 1991-10-02

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