JPH06136082A - フェノール系樹脂の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 通常のフェノール樹脂の耐熱性、耐水性、耐
アルカリ性を改善し、しかもフェノール樹脂なみの熱硬
化性を持った、工業材料として有用なフェノール系樹脂
の提供。 【構成】 フェノール類と多環芳香族アルデヒド及び一
般式 ＲＯＣＨ₂(Ｃ₆ Ｈ₄)ＣＨ₂ ＯＲ （式中Ｒは水素、炭素数１〜４のアルキル基、又は炭素
数２〜４のアシル基を表わす。）で表わされるキシリレ
ン化合物を酸触媒の存在下で反応させることからなるフ
ェノール系樹脂の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は成形材料、積層材料、各
種バインダー、コーティング材等に有用な耐熱性、低吸
湿性及び熱硬化性に優れたフェノール系樹脂の製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】フェノールホルムアルデヒド樹脂は安価
な耐熱性樹脂として各種の用途に広く使用されている。
しかしフェノールホルムアルデヒド樹脂はアフターキュ
アーを十分に行なうことにより２００℃以上の初期耐熱
性を示すが、樹脂自身がフェノール性水酸基に起因して
酸化され易いことから長期耐熱性は１５０℃以下とされ
ている。また、このフェノール性水酸基の存在により耐
水性、耐アルカリ性が比較的弱く、用途に制限が加えら
れている。

【０００３】上記の欠点を改良する目的でフェノール樹
脂のホルムアルデヒドに変えてｐ−キシリレングリコー
ルジメチルエール等のアラルキル化合物を用いたフェノ
ールアラルキル樹脂（特公昭４７−１５１１１、特開平
４−１４２３２８）が提案され、耐熱性、耐水性の向上
が計られた。しかしこのようなフェノールアラルキル樹
脂においてはヘキサメチレンテトラミン等の硬化剤を加
えた時の熱硬化性が大巾に低下するため、加熱硬化時間
を十分に長くとる必要があり、生産性の面で実用化に大
きな制約を受けている。

【０００４】またフェノールアラルキル樹脂のアラルキ
ル化合物にホルムアルデヒドを併用したり（特開平４−
１４２３２４）、あるいは反応中または反応後にフェノ
ールホルムアルデヒド樹脂を加えて変性すること（特開
平４−１７３８３４、特公昭５８−５８３７８）が試み
られているが、いずれも加熱硬化時間の短縮は計れるも
のの、耐熱性が著しく低下し、一般的なフェノールホル
ムアルデヒド樹脂と大差はなく、耐熱性改良の目的は達
成されていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の課題を
解決するもので、フェノール樹脂の優れた熱硬化性を維
持しながら耐熱性及び耐湿性に優れたフェノール系樹脂
の製造方法を与えることを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はフェノール類と
多環芳香族アルデヒド及び一般式

【化２】 （式中Ｒは水素、炭素数１〜４のアルキル基、又は炭素
数２〜４のアシル基を表わす。）で表わされるキシリレ
ン化合物を酸触媒の存在下で反応させることを特徴とす
るフェノール系樹脂の製造法である。

【０００７】本発明で使用されるフェノール類としては
フェノール、クレゾール、キシレノール、エチルフェノ
ール、ブチルフェノール、ハロゲン化フェノールなどが
挙げられるが、好ましくはフェノールが用いられる。

【０００８】多環芳香族アルデヒドとしてはナフトアル
デヒド、メチルナフトアルデヒド、ジメチルナフトアル
デヒド、エチルナフトアルデヒド、イソプロピルナフト
アルデヒド、ハロゲン化ナフトアルデヒド、アセナフテ
ンアルデヒド、アントラセンアルデヒドなどが挙げられ
るが、好ましくはナフトアルデヒドである。

【０００９】本発明で使用されるキシリレン化合物は一
般式

【化３】 で示されるもので、このようなキシリレン化合物として
はキシリレングリコール、キシリレングリコールジメチ
ルエーテル、キシリレングリコールジエチルエーテル、
キシリレングリコールジアセトキシエステル、キシリレ
ングリコールジプロピオキシエステルなどが挙げられる
が、特にキシリレングリコール、キシリレングリコール
ジメチルエーテル等が好適である。

【００１０】本発明で使用される酸触媒としては、リン
酸、硫酸、塩酸などの無機酸及びシュウ酸、ベンゼンス
ルホン酸、トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸など
の有機酸のいずれでも良く、キシリレン化合物の種類に
よって使い分けられる。

【００１１】フェノール類と多環芳香族アルデヒド及び
キシリレン化合物との反応は通常１００〜１８０℃の範
囲で１〜１０時間程行なわれる。

【００１２】この反応は縮合によって生成する水の他
に、使用するキシリレン化合物の種類によってはアルコ
ールまたはカルボン酸を生成しながら進行するため、常
圧または減圧下に脱水あるいは脱水と共に脱アルコール
または脱カルボン酸するのが良い。しかし反応初期にお
いては還流下に反応を進めることもできる。

【００１３】酸触媒の存在下フェノール類と多環芳香族
アルデヒド及びキシリレン化合物とを反応させる時、多
環芳香族アルデヒドとキシリレン化合物とを同時に加え
て反応を進めてもよく、またいずれか一方を先に加えて
反応を行ない、次いで他方を加えて反応をさらに継続さ
せることもできる。

【００１４】反応を行なう前に反応容器内を窒素ガスで
置換したり、また反応中窒素ガスを流すことにより多環
芳香族アルデヒドが酸化されて芳香族カルボン酸を生成
するのを防ぐと共に生成樹脂の着色を防ぐのに役立つ。

【００１５】フェノール類に対する多環芳香族アルデヒ
ドとキシリレン化合物の合計の割合はフェノール類１モ
ルに対し、０．４〜０．９５が好ましい。０．４以下で
は生成樹脂の分子量が小さくまた未反応のフェノール類
が多くなり適当でない。０．９５以上では生成樹脂の分
子量の増大に伴なって不溶性樹脂を生じるため好ましく
ない。

【００１６】また多環芳香族アルデヒドに対するキシリ
レン化合物の割合は多環芳香族アルデヒド１モルに対し
０．１〜１０の範囲が適当であるが、好ましくは０．２
〜５である。０．１以下ではヘキサメチレンテトラミン
等の硬化剤を加えて硬化させた樹脂は硬く、脆く、機械
的特性（シャルピー衝撃値）が著しく劣る。また１０以
上ではヘキサメチレンテトラミン等の硬化剤を加えて硬
化させる場合、硬化時間が長くなり生産性が劣るので工
業的用途に対しては実用性が乏しい。

【００１７】本発明により得られた樹脂は数平均分子量
が５００〜３０００程度のもので、ヘキサメチレンテト
ラミンを加えて比較的短時間で硬化させることができ
る。生成樹脂に対するヘキサメチレンテトラミンの量は
５〜１５ｗｔ％が適当である。硬化に際して、本発明に
より得られた樹脂に酸化マグネシウム、炭酸カルシウム
等のアルカリ土類金属化合物を添加することにより熱硬
化性を促進することができる。

【００１８】本発明により得られたフェノール系樹脂は
通常のフェノール樹脂に汎用的に用いられるガラス繊
維、炭素繊維、アラミド繊維等の繊維質補強剤やガラス
粉末、シリカ粉末、黒鉛、ＰＴＦＥ粉末、二硫化モリブ
デン等の粉末状の充填剤との複合化により成形材料や積
層材料として機械及び電子、電気部品として広範囲の用
途に利用することが出来る。またブレーキパット、ブレ
ーキライニング、クラッチフェーシング等の摩擦材料
用、耐火物用、シールモールド用、砥石用のバインダ
ー、塗料用、絶縁ワニス用としても使用できる。また本
発明により得られた樹脂はレゾール型フェノール樹脂や
エポキシ樹脂で硬化させることができ、得られた硬化樹
脂はプリント基板、ＩＣ封止剤等の電子材料用途にも好
適である。このように本発明により得られたフェノール
系樹脂は、いわゆる汎用のフェノール樹脂における配合
使用法、用途がそのまま適用できる。

【００１９】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明
する。なお実施例、比較例により得られた樹脂の硬化
性、および硬化樹脂の物性の測定は以下の方法によっ
た。

【００２０】（１）キュラストメーター硬化性 縮合反応によって得られたフェノール系樹脂１００部に
ヘキサミン１５部を加えた粉末試料４ｇを、キュラスト
メーター（オリエンテック社製、ＶＰＳ型）にセット
し、荷重４ｋｇｆ／ｃｍ² 、温度１７０℃で最高トルク
値を測定し、また最高トルクの２０％から８０％にトル
クが上昇するする時のトルク上昇速度を測定してこれを
硬化速度とした。

【００２１】（２）吸湿率 フェノール系樹脂にヘキサミン１３ｗｔ％を配合し、２
００℃で３時間加熱して硬化させ、得られた樹脂硬化物
を粉砕し相対湿度８５％、温度３０℃の雰囲気で恒量に
なった時の吸湿率を測定した。

【００２２】（３）１０％重量減少温度 上記粉砕した樹脂硬化物試料を熱重量分析法により空気
気流下１０℃／ｍｉｎの昇温速度で加熱した時の重量減
少が初期重量の１０％に達する温度を測定し、これを１
０％重量減少温度とした。この数値が高い程耐熱性に優
れる。

【００２３】（４）曲げ強さ （５）曲げ弾性率 （６）シャルピー衝撃値 縮合反応によって得られたフェノール系樹脂１００部に
ヘキサミン１５部、ガラス繊維５０部を加え、熱ロール
上で混練したものを粉砕し、金型内にて１７０℃×１０
分間加圧成形した。このものについて曲げ強さ、曲げ弾
性率、及びシャルピー衝撃値（いずれもＪＩＳ Ｋ−６
９１１に準拠）を測定した。

【００２４】［実施例１］かくはん装置、温度計、コン
デンサー及びＮ₂ ガス導入管を備えた四つ口フラスコに
フェノール５８０部、ナフトアルデヒド１４０部、ｐ−
キシリレングリコールジメチルエーテル５１０部、ｐ−
トルエンスルホン酸９部を加え１００〜１５０℃に加熱
し、脱水及び脱メタノールしながら４時間反応を行なっ
た。その後１８０℃迄昇温した後、内容物をバットに取
り出して冷却固化させた。得られた樹脂は淡黄色透明で
軟化点は５２℃であった。

【００２５】この樹脂１００部にヘキサミン１５部を加
え、上記（１）の方法により１７０℃キュラストメータ
ー硬化性を測定し、更に上記（２）〜（６）の方法によ
り各種物性を測定した。結果を表２に示す。

【００２６】［実施例２］フェノール、ナフトアルデヒ
ドおよびキシリレン化合物を表１に示す割合で配合し、
実施例１の方法で反応させてフェノール系樹脂を合成
し、これにヘキサミン１３ｗｔ％を加え、実施例１と同
様にしてキュラストメーター硬化性を調べ、更にその他
の物性についても実施例１と同様にして測定した。結果
を表２にあわせて示す。

【００２７】［比較例１］かくはん装置、温度計、コン
デンサー及びＮ₂ ガス導入管を備えた四つ口フラスコに
フェノール１０５０部、３７％ホルマリン６８０部、ｐ
トルエンスルホン酸４部を加え、１００℃以上に加熱し
還流下に４時間反応を行なった。その後脱水しながら１
８０℃迄加熱し、内容物をバットに取り出し冷却固化さ
せた。軟化点７４℃のノボラック型フェノール樹脂が得
られた。この樹脂のキュラストメーター硬化性および硬
化樹脂の物性を実施例１と同様にして測定した。結果を
表２にあわせて示す。

【００２８】［比較例２］フェノール５７０部にｐ−キ
シリレングリコールジメチルエーテル７００部ｐ−トル
エンスルホン酸１０部を加え、実施例１と同様の方法で
樹脂を合成し、実施例１と同様にしてキュラストメータ
ー硬化性および硬化樹脂の物性を測定した。この樹脂は
実施例のものに較べて硬化速度が著しく遅く、硬化に長
時間を要した。結果を表２にあわせて示す。

【００２９】［比較例３］フェノール５７０部にβナフ
トアルデヒド６６０部、ｐ−トルエンスルホン酸５部を
加え、比較例２と同様の方法でフェノールベンズアルデ
ヒド樹脂を合成し、実施例１と同様にしてキュラストメ
ーター硬化性および硬化樹脂の物性を測定した。このフ
ェノールナフトアルデヒド樹脂は硬化速度は優れている
が、硬化樹脂は衝撃値の小さい脆い樹脂であった。結果
を表２にあわせて示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】表２の結果から明らかなように、実施例１
〜２の本発明方法で得られたフェノール樹脂は吸湿率が
通常のフェノール樹脂の１／２以下であり、１０％重量
減少温度はフェノール樹脂よりも３０〜５０℃高く、い
ずれも４００℃以上であり、耐熱性および耐湿度性に優
れたフェノール樹脂が得られる。またその硬化速度は比
較例２のフェノールアラルキル樹脂よりもはるかに高
く、フェノール樹脂並の速度で硬化することができるの
で生産性が高い。また比較例３のフェノールベンズアル
デヒド樹脂と較べても衝撃値が高い点で成形材料として
優れている。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば耐熱性および耐湿度性に
優れ、且つ熱硬化性に優れたフェノール系樹脂が得ら
れ、成形材料、積層材料、各種バインダーとして機械及
び電子、電気部品として広範囲の用途に利用することが
出来る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フェノール類と多環芳香族アルデヒド及
   び一般式 【化１】 （式中Ｒは水素、炭素数１〜４のアルキル基、又は炭素
   数２〜４のアシル基を表わす。）で表わされるキシリレ
   ン化合物を酸触媒の存在下で反応させることを特徴とす
   るフェノール系樹脂の製造法。