JP2008075079A - Method for producing liquid crystal polymer composition - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶ポリマー組成物を製造する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a liquid crystal polymer composition.
近年、比較的新しい樹脂材料として液晶ポリマーが注目されている。液晶ポリマーは耐熱性や難燃性に優れ高強度で高弾性率を示すことから、スーパーエンジニアリングプラスチックとして有用である。特に、液晶ポリマーは誘電損失が低いなど誘電特性にも優れるので、電子回路基板の絶縁体材料としての利用が期待されている。 In recent years, liquid crystal polymers have attracted attention as relatively new resin materials. The liquid crystal polymer is useful as a super engineering plastic because it is excellent in heat resistance and flame retardancy and exhibits high strength and high elastic modulus. In particular, liquid crystal polymers have excellent dielectric properties such as low dielectric loss, and are expected to be used as insulator materials for electronic circuit boards.
ところが液晶ポリマーには、シートやフィルムとした場合、成形方法によっては方向により性質が異なるという異方性の問題がある。即ち、液晶ポリマー分子は剛直な直鎖状分子であり、溶融状態または溶液状態で液晶性を示し、剪断応力を受けた際にその方向に分子配向する。その結果、液晶ポリマー分子の長さ方向とこれに直交する方向とで諸特性に違いがあることから、分子が配向した方向とその他の方向とで異方性が生じる。よって、例えば押出成形によるフィルム成形の場合には、液晶ポリマー分子が押出方向に配向することから、押出方向とその直交方向とで物性に差が生じ、押出方向に裂け易くなるといった問題が生じる。また、熱線膨張係数(以下、「CTE」という)は、液晶ポリマー分子の配向方向では小さく、その直交方向では大きくなるため、液晶ポリマーにおいて方向により大きく値が異なる特性の1つである。 However, when the liquid crystal polymer is a sheet or film, there is an anisotropy problem that the properties differ depending on the direction depending on the molding method. That is, the liquid crystal polymer molecule is a rigid linear molecule, exhibits liquid crystallinity in a molten state or a solution state, and undergoes molecular orientation in that direction when subjected to shear stress. As a result, since there are differences in characteristics between the length direction of the liquid crystal polymer molecule and the direction perpendicular thereto, anisotropy occurs between the direction in which the molecules are aligned and the other direction. Therefore, for example, in the case of film forming by extrusion, the liquid crystal polymer molecules are oriented in the extrusion direction, so that there is a problem that physical properties are different between the extrusion direction and the orthogonal direction, and the film is easily torn in the extrusion direction. In addition, the coefficient of thermal expansion (hereinafter referred to as “CTE”) is one of the characteristics in which the value differs greatly depending on the direction in the liquid crystal polymer because it is small in the alignment direction of the liquid crystal polymer molecules and large in the orthogonal direction.
かかる異方性の問題を解決するために、押出成形の後に押出方向と直交する方向へさらに延伸したり、インフレーション成形するといった方法が考案されている。これら方法によれば、フィルム平面内において押出方向だけでなくそれと直交する方向へも分子配向させることが可能となり、結果的に平面方向の分子配向がよりランダムなものとなるので平面方向の異方性を低減することができる。その結果、液晶ポリマーからなるシートの押出方向における「裂け易さ」の問題は改善できる。また、延伸等により液晶ポリマー分子は平面方向に配向することから、平面方向でのCTEは相対的に低く制御することが可能となる。しかしこれら方法によってもなお、依然として問題が残る。 In order to solve the problem of anisotropy, a method has been devised in which, after extrusion molding, the film is further stretched in a direction perpendicular to the extrusion direction, or blown. According to these methods, in the film plane, it is possible to perform molecular orientation not only in the extrusion direction but also in a direction perpendicular thereto, and as a result, the molecular orientation in the planar direction becomes more random, and the anisotropic in the planar direction. Can be reduced. As a result, the problem of “easy tearing” in the extrusion direction of the sheet made of a liquid crystal polymer can be improved. Further, since the liquid crystal polymer molecules are aligned in the planar direction by stretching or the like, the CTE in the planar direction can be controlled to be relatively low. However, problems still remain with these methods.
即ち、電子回路基板の絶縁体材料として液晶ポリマーフィルムを用いる場合には、平面方向のCTEを電子基板回路用の導体層のCTEに合わせて小さく制御することが行われている。電子回路基板の導体層は、通常、液晶ポリマーなどの絶縁体フィルム平面上に銅箔をラミネートしたり、銅をスパッタ、蒸着或いはめっきすることにより形成されているが、銅のCTEは16〜17ppm/℃と小さいことから、液晶ポリマーフィルムのCTEを小さくして両者のCTE格差を原因とする反りなどを低減するためである。その上、近年では液晶ポリマーフィルムの厚さ方向のCTEも低減する必要が生じている。しかし、この課題は未だ十分に解決されていない。 That is, when a liquid crystal polymer film is used as an insulator material for an electronic circuit board, the CTE in the planar direction is controlled to be small according to the CTE of the conductor layer for the electronic board circuit. The conductor layer of an electronic circuit board is usually formed by laminating a copper foil on an insulating film plane such as a liquid crystal polymer, or sputtering, vapor deposition or plating of copper, but the CTE of copper is 16 to 17 ppm. This is because the CTE of the liquid crystal polymer film is reduced to reduce the warpage caused by the difference between the CTEs. Moreover, in recent years, it has become necessary to reduce the CTE in the thickness direction of the liquid crystal polymer film. However, this problem has not been solved sufficiently.
近年、電子回路基板の分野では、電子機器の小型化や軽量化の要請から回路基板の軽薄化が求められている。さらに、送受すべき情報の増大や高速化から、回路基板を高密度化する必要がある。そこで回路基板を多層化し、回路基板の平面方向のみでなく厚さ方向でも電気信号を送受することが行われている。 In recent years, in the field of electronic circuit boards, there has been a demand for lighter and thinner circuit boards because of demands for smaller and lighter electronic devices. Furthermore, it is necessary to increase the density of circuit boards in order to increase the information to be transmitted and received and to increase the speed. Therefore, multilayer circuit boards are used to transmit and receive electrical signals not only in the planar direction of the circuit board but also in the thickness direction.
ここで、物質の体積膨張係数は、それぞれの物質に固有の値として一定の値を示す。この体積膨張係数は、下式1の如く、互いに直交する三次元の熱線膨張係数の総和として考えることができる。
式1:体積膨張係数=(熱線膨張係数)A成分+(熱線膨張係数)B成分+(熱線膨張係数)C成分
[上記式中、A、B、Cは互いに直交する三次元の方向軸を示す]
Here, the volume expansion coefficient of a substance shows a fixed value as a value peculiar to each substance. This volume expansion coefficient can be considered as the sum of three-dimensional thermal linear expansion coefficients orthogonal to each other as shown in the following
Formula 1: Volume expansion coefficient = (thermal linear expansion coefficient) A component + (thermal linear expansion coefficient) B component + (thermal linear expansion coefficient) C component [In the above formula, A, B, and C are three-dimensional direction axes orthogonal to each other. Show]
上記式1に示される関係は、押出成形されたフィルムにおいて、体積膨張係数をCTEvol、フィルムの押出方向(長さ方向)の熱線膨張係数をCTEx、それに直交するフィルム平面の一方向、即ちフィルムの幅方向の熱線膨張係数をCTEy、さらにこれらに直交する方向、即ちフィルムの厚さ方向の熱線膨張係数をCTEzとした時に下式2の通りに表される。
式2:CTEvol=CTEx+CTEy+CTEz
[上記式中、x、y、zは互いに直交する方向を示す]
In the extruded film, the relationship expressed by the
Formula 2: CTE vol = CTE x + CTE y + CTE z
[In the above formula, x, y, and z indicate directions orthogonal to each other.]
上述した通りCTEvolは物質に固有の一定値であることから、CTEx、CTEyおよびCTEzの合計値は常に同じである。従って、延伸などの方法で平面方向のCTEを低減すれば、かえって厚さ方向のCTEが増大してしまうことが容易に理解できる。このことは、多層の電子回路基板において極めて大きな問題となる。 As described above, since CTE vol is a constant value inherent to a substance, the total value of CTE x , CTE y and CTE z is always the same. Therefore, if the CTE in the planar direction is reduced by a method such as stretching, it can be easily understood that the CTE in the thickness direction is increased. This becomes a very big problem in a multilayer electronic circuit board.
より具体的には、前述した通り、液晶ポリマーのCTEは液晶ポリマー分子の配向方向に小さく、その直交方向には大きくなる。液晶ポリマーを押出成形した場合、液晶ポリマー分子はフィルムの押出方向に強く分子配向しており、フィルム平面内の押出方向と直交する方向、即ちフィルムの幅方向とフィルムの厚さ方向にはほとんど配向していない。上記した延伸法やインフレーション法によれば、分子配向していない二方向のうちフィルムの幅方向にのみ分子配向させることが可能であるので、液晶ポリマー分子の平面方向における配向は押出方向と幅方向とでランダムなものとなり平面方向のCTEを低減することができる。しかしこれら方法では分子を厚さ方向へ配向させることはできず、上記式2に示した関係により厚さ方向のCTEはかえって高くなる。その結果、多層化された電子回路基板においては、回路を形成する銅等と絶縁体である液晶ポリマーフィルムのCTEが厚さ方向で極端に異なることとなり、回路基板の製造時や実際の使用時における温度変化によって、基板の厚さ方向で回路の断線や亀裂が生じてしまう。 More specifically, as described above, the CTE of the liquid crystal polymer is small in the alignment direction of the liquid crystal polymer molecules and large in the orthogonal direction. When a liquid crystal polymer is extruded, the liquid crystal polymer molecules are strongly molecularly oriented in the film extrusion direction, and are almost oriented in the direction perpendicular to the extrusion direction in the film plane, that is, in the film width direction and the film thickness direction. Not done. According to the stretching method and the inflation method described above, it is possible to align molecules only in the width direction of the film among the two directions in which the molecules are not aligned. Therefore, the alignment in the plane direction of the liquid crystal polymer molecules is the extrusion direction and the width direction. Therefore, the CTE in the planar direction can be reduced. However, in these methods, the molecules cannot be oriented in the thickness direction, and the CTE in the thickness direction is rather high due to the relationship shown in Equation 2 above. As a result, in the multilayered electronic circuit board, the CTE of the liquid crystal polymer film that is an insulator and the copper forming the circuit is extremely different in the thickness direction, and the circuit board is manufactured or actually used. Due to the temperature change in the circuit, the circuit breaks or cracks in the thickness direction of the substrate.
液晶ポリマーフィルムの厚さ方向の高いCTEを解消するための技術としては、特許文献1に記載のものがある。当該技術では液晶ポリマーにポリエーテルサルホン等の熱可塑性樹脂をブレンドし、フィルムの厚さ方向のCTEの低減を図っている。しかし、回路の材料として主に用いられる銅のCTEは16〜17ppm/℃であるのに対して、当該技術で達成される厚さ方向のCTEは「270ppmを超えない」とされており、その効果は十分ではない。また、他の熱可塑性樹脂をブレンドすれば液晶ポリマーの特性を十分に活用できないおそれもある。
There exists a thing of
特許文献2の技術では、平面方向の異方性と強度を改良するために、平均細孔径が10〜500Åの多孔質無機充填剤を添加した液晶ポリマー組成物が開示されている。また、二酸化チタン等の無機粒子の分散安定性等を高めるために、有機物で表面処理された無機粒子を単量体と一緒に懸濁重合して無機/高分子複合粒子とする技術が特許文献3に記載されている。
上述した様に、液晶ポリマーフィルム等の平面方向における分子配向の異方性を解消し、それを利用して平面方向のCTEを小さく制御するための技術は実用レベルに達している。また、厚さ方向のCTEを低減するためには、液晶ポリマーより小さいCTEvolを示す無機フィラーを添加することが知られており、当該技術によれば厚さ方向のCTEは実質的に低減できると考えられる。 As described above, the technology for eliminating the molecular orientation anisotropy in the planar direction of a liquid crystal polymer film or the like and using it to control the CTE in the planar direction to a small level has reached a practical level. Moreover, in order to reduce the CTE in the thickness direction, it is known to add an inorganic filler having a CTE vol smaller than that of the liquid crystal polymer, and according to this technique, the CTE in the thickness direction can be substantially reduced. it is conceivable that.
しかし、液晶ポリマーに無機フィラーを添加すると無機フィラーの液晶ポリマーに対する親和性は低いため、無機フィラーは液晶ポリマーマトリックス中で凝集する傾向にあり、得られる組成物の強度が低下するといった問題がある。また、無機フィラーの添加効果を上げるためには多量のフィラーを加える必要があるが、その場合、特にサーモトロピック液晶ポリマーでは溶融状態での流動性が著しく低下し、押出成形が困難になる。 However, when an inorganic filler is added to the liquid crystal polymer, the affinity of the inorganic filler for the liquid crystal polymer is low, so that the inorganic filler tends to aggregate in the liquid crystal polymer matrix, resulting in a problem that the strength of the resulting composition is reduced. Further, in order to increase the effect of adding the inorganic filler, it is necessary to add a large amount of filler. In this case, particularly in the case of the thermotropic liquid crystal polymer, the fluidity in the molten state is remarkably lowered, and extrusion molding becomes difficult.
また、無機フィラーの高分子への分散安定性を高めるために、無機フィラーの存在下にモノマーを重合させ、無機フィラーにポリマーを結合させる技術が特許文献3に記載されている。しかし、特許文献3に記載されているモノマーはアクリレートなどラジカル重合が可能なもののみであり、液晶ポリマーに関しては記載も示唆もされていない。 Patent Document 3 describes a technique for polymerizing a monomer in the presence of an inorganic filler and bonding the polymer to the inorganic filler in order to increase the dispersion stability of the inorganic filler in the polymer. However, the monomer described in Patent Document 3 is only a monomer capable of radical polymerization such as acrylate, and there is no description or suggestion regarding the liquid crystal polymer.
液晶ポリマー以外の樹脂や無機フィラーなど、液晶ポリマーより小さいCTEを示す成分を混合させる以外に、フィルムの厚さ方向に液晶ポリマー分子を配向させることによりCTEを低減する試みとしては強磁場を用いた方法が検討されている。しかし当該方法では、液晶ポリマーを超電導磁石などによる強磁場中に長時間さらす必要がある。特にサーモトロピック液晶ポリマーでは、液晶ポリマー分子が液晶性を示す高温に保つ必要があることなどから大量処理が困難であり、連続生産性に欠けるために実用的とは言い難い。 A strong magnetic field was used as an attempt to reduce the CTE by aligning liquid crystal polymer molecules in the thickness direction of the film, in addition to mixing components other than the liquid crystal polymer, such as resins and inorganic fillers, having a CTE smaller than the liquid crystal polymer. A method is being considered. However, in this method, it is necessary to expose the liquid crystal polymer to a strong magnetic field such as a superconducting magnet for a long time. In particular, a thermotropic liquid crystal polymer is difficult to process in large quantities because the liquid crystal polymer molecules need to be kept at a high temperature exhibiting liquid crystallinity, and is not practical because it lacks continuous productivity.
そこで本発明が解決すべき課題は、体積膨張係数が低減されており且つ無機フィラーの凝集が抑制され強度が維持されている液晶ポリマー組成物の製造方法を提供することにある。 Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a liquid crystal polymer composition in which the volume expansion coefficient is reduced, the aggregation of inorganic fillers is suppressed, and the strength is maintained.
本発明者らは、上記課題を解決すべく、先ず無機フィラーの添加により得られる素材の体積膨張係数(CTEvol)を低減させ、結果として成形方向の直交方向(以下、「厚さ方向」という場合がある)における液晶ポリマー組成物のCTEの低減を図った。そしてさらに無機フィラーの表面に液晶ポリマー分子を結合させることにより、液晶ポリマーマトリックスにおける無機フィラーの分散性を向上させた。その結果、おそらく無機フィラーに結合した液晶ポリマー分子が厚さ方向にも配向することによると考えられるが、厚さ方向におけるCTEがさらに改善できる。また、無機フィラーとして多孔質のものを用いれば、おそらく液晶ポリマーと無機フィラーとの結合力がアンカー効果により高まることによると考えられるが、無機フィラーの分散性や液晶ポリマー組成物自体の強度が向上することを見出して、本発明を完成した。 In order to solve the above problems, the present inventors first reduced the volume expansion coefficient (CTE vol ) of the material obtained by adding the inorganic filler, and as a result, the direction perpendicular to the molding direction (hereinafter referred to as “thickness direction”). In some cases, the CTE of the liquid crystal polymer composition was reduced. Furthermore, the dispersibility of the inorganic filler in the liquid crystal polymer matrix was improved by bonding liquid crystal polymer molecules to the surface of the inorganic filler. As a result, the liquid crystal polymer molecules bonded to the inorganic filler are probably oriented in the thickness direction, but the CTE in the thickness direction can be further improved. In addition, if a porous inorganic filler is used, the binding force between the liquid crystal polymer and the inorganic filler is probably due to the anchor effect, but the dispersibility of the inorganic filler and the strength of the liquid crystal polymer composition itself are improved. As a result, the present invention has been completed.
本発明に係る液晶ポリマー組成物の製造方法は、多孔質無機フィラーの表面に、液晶ポリマー分子を構成するモノマーとの結合能を有する官能基を導入する工程;および、官能基が導入された多孔質無機フィラーと、液晶ポリマー分子を構成するモノマーを混合し、得られた混合物を重合反応に付す工程;を含むことを特徴とする。 The method for producing a liquid crystal polymer composition according to the present invention includes a step of introducing a functional group having a binding ability with a monomer constituting a liquid crystal polymer molecule on the surface of a porous inorganic filler; A step of mixing a porous inorganic filler and a monomer constituting a liquid crystal polymer molecule, and subjecting the obtained mixture to a polymerization reaction.
多孔質無機フィラーとしては、全孔に占める直径2〜100nmの孔の割合が80%以上であるものが好適である。適度な径の孔を有する多孔質フィラーを用いれば、表面改質剤が孔内に浸入してモノマーとの結合能が生じ、且つそこから液晶ポリマー分子が伸長して無機フィラーと液晶ポリマー分子の結合力が高まり得る。また、孔内表面に結合していない液晶ポリマー分子であっても、孔内空間で分子鎖が成長して見かけ上孔内に液晶ポリマーが入り込んで物理的な“嵌合”状態にもなり、アンカー効果がより効果的に発揮される。その結果、液晶ポリマー組成物の強度がより一層高められる。かかる効果は、特に直径2〜100nmの孔の割合が多いものにおいて発揮される。孔の直径が2nm以上であれば表面改質剤やモノマー分子が孔内に浸入し易くなり得、100nm以下であれば液晶ポリマー分子と無機フィラーとの結合力は維持され得る。 As the porous inorganic filler, those having a ratio of pores having a diameter of 2 to 100 nm to all pores of 80% or more are suitable. If a porous filler having pores of an appropriate diameter is used, the surface modifier enters into the pores, resulting in the ability to bind to the monomer, and the liquid crystal polymer molecules extend from there to expand the inorganic filler and the liquid crystal polymer molecules. Bonding power can be increased. In addition, even in the case of liquid crystal polymer molecules that are not bonded to the pore inner surface, the molecular chain grows in the pore space, and the liquid crystal polymer apparently enters the pores, resulting in a physical “fitting” state. The anchor effect is more effectively exhibited. As a result, the strength of the liquid crystal polymer composition is further increased. Such an effect is exhibited particularly in the case where the ratio of pores having a diameter of 2 to 100 nm is large. If the diameter of the pore is 2 nm or more, the surface modifier and the monomer molecule can easily enter the pore, and if it is 100 nm or less, the bonding force between the liquid crystal polymer molecule and the inorganic filler can be maintained.
多孔質無機フィラーとしては、直径2〜100nmの孔の体積が0.002cm3/g以上であるものも好適である。孔の直径の分布が適切な多孔質無機フィラーであっても、孔体積が極端に小さい無機フィラーでは上述した効果は十分には期待できない。しかし、直径2〜100nmの孔体積が0.002cm3/g以上であれば、液晶ポリマー分子と多孔質無機フィラーとの結合力の向上効果は十分に発揮され得る。 As the porous inorganic filler, those having a pore volume of 2 to 100 nm in diameter of 0.002 cm 3 / g or more are also suitable. Even with a porous inorganic filler having an appropriate pore diameter distribution, the above-described effects cannot be sufficiently expected with an inorganic filler having an extremely small pore volume. However, if the pore volume having a diameter of 2 to 100 nm is 0.002 cm 3 / g or more, the effect of improving the binding force between the liquid crystal polymer molecule and the porous inorganic filler can be sufficiently exerted.
本発明方法では、官能基が導入された多孔質無機フィラーと、液晶ポリマー分子を構成するモノマーとの混合を、無水酢酸または酢酸の存在下で行うことが好ましい。無水酢酸と酢酸はモノマー等に対して適度な分散または溶解能を有する上に、モノマーの官能基をアシル化により活性化する機能を有し、比較的沸点が低く除去が容易であり、また、着色を生じ難いという利点もある。さらに、モノマーの官能基を活性化して、その反応性を高めるという効果も期待できる。 In the method of the present invention, it is preferable to mix the porous inorganic filler into which the functional group is introduced and the monomer constituting the liquid crystal polymer molecule in the presence of acetic anhydride or acetic acid. Acetic anhydride and acetic acid have an appropriate dispersing or dissolving ability with respect to the monomer and the like, and also have a function of activating the functional group of the monomer by acylation, have a relatively low boiling point, and can be easily removed. There is also an advantage that coloring is difficult to occur. Furthermore, the effect of increasing the reactivity by activating the functional group of the monomer can be expected.
多孔質無機フィラーの材質としては、シリカ、アルミナ、アルミナシリカ、ゼオライト、ガラス、窒化アルミニウム、炭酸カルシウム、シラス、および珪藻土からなる群より選択される1以上が好適である。 The material of the porous inorganic filler is preferably one or more selected from the group consisting of silica, alumina, alumina silica, zeolite, glass, aluminum nitride, calcium carbonate, shirasu, and diatomaceous earth.
本発明に係る液晶ポリマー組成物では、無機フィラーが配合されているにも関わらず、無機フィラーの凝集が抑制されておりフィラーの凝集を原因とする強度の低下がない。その上、平面方向のみならず厚さ方向のCTEが従来の液晶ポリマー組成物に比して顕著に低減されている。よって、特に多層化された電子回路基板の絶縁体として用いた場合でも、厚さ方向における回路の断線等を防止することができる。従って、本発明に係る方法で製造された液晶ポリマー組成物は、近年、受送信すべき情報の増大から特にCTEに関する要求が厳しくなっている電子回路板の絶縁体等に利用できるものとして、産業上極めて有用である。 In the liquid crystal polymer composition according to the present invention, although the inorganic filler is blended, the aggregation of the inorganic filler is suppressed and the strength is not reduced due to the aggregation of the filler. In addition, the CTE not only in the plane direction but also in the thickness direction is significantly reduced as compared with the conventional liquid crystal polymer composition. Therefore, even when used as an insulator of a multilayered electronic circuit board, disconnection of the circuit in the thickness direction can be prevented. Accordingly, the liquid crystal polymer composition produced by the method according to the present invention can be used as an insulator for electronic circuit boards, etc., which have recently become increasingly demanding particularly for CTE due to an increase in information to be transmitted and received. It is extremely useful.
本発明に係る液晶ポリマー組成物の製造方法は、多孔質無機フィラーの表面に、液晶ポリマー分子を構成するモノマーとの結合能を有する官能基を導入する工程(以下、「表面改質工程」という);および、官能基が導入された多孔質無機フィラーと、液晶ポリマー分子を構成するモノマーを混合し(以下、「混合工程」という)、得られた混合物を重合反応に付す工程(以下、「重合工程」という);を含むことを特徴とする。以下、実際の実施の順番に従って、本発明方法を説明する。 The method for producing a liquid crystal polymer composition according to the present invention includes a step of introducing a functional group having a binding ability with a monomer constituting a liquid crystal polymer molecule (hereinafter referred to as “surface modification step”) on the surface of the porous inorganic filler. ); And a step of mixing the porous inorganic filler into which the functional group has been introduced and the monomer constituting the liquid crystal polymer molecule (hereinafter referred to as “mixing step”), and subjecting the resulting mixture to a polymerization reaction (hereinafter referred to as “ A polymerization step) ”. Hereinafter, the method of the present invention will be described in the actual order of implementation.
(1)表面改質工程
本発明方法で用いる多孔質無機フィラーは、熱膨張率が低く、液晶ポリマーからなる成形体の熱膨張率を低減できるものであれば特に制限なく用いることができる。多孔質無機フィラーの材質としては、シリカ、アルミナ、アルミナシリカ、ゼオライト、ガラス、酸化チタン、酸化亜鉛、チタン酸カリウム、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、窒化アルミニウム、ホウ酸アルミニウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、タルク、クレイマイカ、シラス、珪藻土などを挙げることができ、特に利便性の高さから、シリカ、アルミナ、アルミナシリカ、ゼオライト、ガラス、窒化アルミニウム、炭酸カルシウム、シラス、および珪藻土を好適に使用することができる。
(1) Surface Modification Step The porous inorganic filler used in the method of the present invention can be used without particular limitation as long as it has a low coefficient of thermal expansion and can reduce the coefficient of thermal expansion of a molded body made of a liquid crystal polymer. The material of the porous inorganic filler is silica, alumina, alumina silica, zeolite, glass, titanium oxide, zinc oxide, potassium titanate, barium titanate, strontium titanate, aluminum nitride, aluminum borate, calcium silicate, silica Examples thereof include aluminum oxide, talc, clay mica, shirasu, and diatomaceous earth, and silica, alumina, alumina silica, zeolite, glass, aluminum nitride, calcium carbonate, shirasu, and diatomaceous earth are particularly preferable because of their high convenience. Can be used.
多孔質無機フィラーの大きさは、レーザー回折散乱法により測定した平均粒子径で0.1〜500μm程度のものが好適である。平均粒子径が0.1μm以上であればフィラー添加によるCTEの低減効果をより確実に発揮することができ、500μm以下であれば材料の均質性がより高まるからである。なお、本発明における平均粒子径は、島津製作所製の粒度分布計であるSALDシリーズにより多孔質無機フィラーの粒度分布を測定した上で、同装置により求められる平均粒子径をいうものとする。より具体的には、得られた粒度分布の粒子径範囲をn分割し(最大粒子径:x1、最小粒子径:xn+1)、それぞれの粒子径区間[xj、xj+1]での代表粒子径を対数スケールに基づいて以下式により求める。 The size of the porous inorganic filler is preferably about 0.1 to 500 μm as an average particle diameter measured by a laser diffraction scattering method. This is because if the average particle size is 0.1 μm or more, the CTE reduction effect by adding filler can be more reliably exhibited, and if it is 500 μm or less, the homogeneity of the material is further increased. In addition, the average particle diameter in this invention shall mean the average particle diameter calculated | required with the apparatus, after measuring the particle size distribution of a porous inorganic filler by SALD series which is a particle size distribution meter made from Shimadzu Corporation. More specifically, the particle size range of the obtained particle size distribution is divided into n (maximum particle size: x 1 , minimum particle size: x n + 1 ), and each particle size interval [x j , x j + 1 ] Based on the logarithmic scale.
さらに、qjを粒子径区間[xj、xj+1]に対応する相対粒子量(差分%)とし、全区間の合計を100%とすると、対数スケール上での平均値μは下記式により求められる。 Furthermore, assuming that q j is the relative particle amount (difference%) corresponding to the particle diameter interval [x j , x j + 1 ] and the total of all the intervals is 100%, the average value μ on the logarithmic scale is Is required.
上記平均値μは対数スケール上の数値であるので、平均粒子径は10μとして算出される。 Since the average value μ is a numerical value on a logarithmic scale, the average particle diameter is calculated as 10 μ .
本発明方法で用いる無機フィラーとしては、多孔質のものが好適である。表面に孔が存在しない無機フィラーと異なり、多孔質の無機フィラーであれば表面改質工程において表面改質剤が孔内にも浸入し、且つさらに重合工程において孔内から液晶ポリマー分子が伸長する。その結果、無機フィラーと液晶ポリマー分子との結合力が高まり液晶ポリマー組成物の強度がより一層高められる可能性がある。また、ポリマーが孔内表面へ化学的に結合している場合はもちろん、孔内空間に侵入したモノマーが重合して液晶ポリマー分子鎖が成長し、見かけ上孔内に液晶ポリマーが入り込んだ構造を取り得る。この様に物理的な“嵌合”状態となれば、いわゆるアンカー効果が発揮されることから液晶ポリマー組成物の強度がより一層高められることも期待できる。 As the inorganic filler used in the method of the present invention, a porous filler is suitable. Unlike inorganic fillers that do not have pores on the surface, if they are porous inorganic fillers, the surface modifier penetrates into the pores in the surface modification step, and the liquid crystal polymer molecules extend from the pores in the polymerization step. . As a result, the bonding strength between the inorganic filler and the liquid crystal polymer molecules is increased, and the strength of the liquid crystal polymer composition may be further increased. In addition, not only when the polymer is chemically bonded to the pore inner surface, but the monomer that has penetrated into the pore space is polymerized to grow the liquid crystal polymer molecular chain, and apparently the structure in which the liquid crystal polymer enters the pore. I can take it. In such a physical “fitting” state, since the so-called anchor effect is exhibited, it can be expected that the strength of the liquid crystal polymer composition is further increased.
一方で、十分に大きな孔サイズを有する多孔質の無機フィラーを直接溶融状態にあるサーモトロピック液晶ポリマーや溶液状態にあるレオトロピック液晶ポリマーに混合することで、ポリマーが孔内に侵入しアンカー効果を発揮すると考えることも不可能ではない。しかし実際は、液晶ポリマーのような直鎖状高分子が多孔質無機フィラーと混合されている環境下においてフィラーの孔に接近する場合、単独の分子鎖として、その断面積が最小となる方向、即ち直鎖がその先端部から孔に侵入するような方向で接近する可能性は極めて低い。よって、単なる混合により液晶ポリマー分子が孔に侵入する可能性は低いといえる。孔サイズが数十μmからサブミリ程度の巨大なものであれば、分子鎖が集合してある体積を持つポリマー塊として孔内に侵入し、アンカー効果を発揮することもあり得る。しかしその場合はフィラーサイズが巨大となり、材料の均質性が損なわれる他、フィラー自体の強度も極端に低下してしまう。 On the other hand, by mixing a porous inorganic filler having a sufficiently large pore size with a thermotropic liquid crystal polymer in a molten state or a rheotropic liquid crystal polymer in a solution state, the polymer penetrates into the pores and has an anchor effect. It is not impossible to think that it will be demonstrated. However, in reality, when a linear polymer such as a liquid crystal polymer approaches the pores of the filler in an environment where it is mixed with the porous inorganic filler, as a single molecular chain, the direction in which the cross-sectional area is minimized, that is, The possibility that the straight chain approaches in the direction of entering the hole from its tip is extremely low. Therefore, it can be said that the possibility that liquid crystal polymer molecules enter the pores by simple mixing is low. If the pore size is as large as several tens of μm to sub millimeters, it may enter the pores as a polymer mass having a volume in which molecular chains are aggregated, and exert an anchor effect. However, in that case, the filler size becomes enormous and the homogeneity of the material is impaired, and the strength of the filler itself is also extremely lowered.
以上の効果をより効果的に発揮するためには、全孔に占める直径2〜100nmの孔の割合が80%以上、或いは直径2〜100nmの孔体積が0.002cm3/g以上であることが好ましい。液晶ポリマーの原料であるモノマーの分子サイズが1nm程度であり、表面改質剤として好適に用いられるシランカップリング剤の活性部位の分子サイズが1nm程度である。従って、直径2nm以上の孔であれば上述した効果が期待できる。一方、孔径が大き過ぎると多孔質無機フィラーの強度が低下するおそれがあるため、孔の直径は100nm以下が好適である。また、適度な径の孔の体積が0.002cm3/g以上であれば、液晶ポリマー分子と多孔質無機フィラーとの結合力の向上効果は十分に発揮され得る。 In order to exhibit the above effect more effectively, the ratio of the pores having a diameter of 2 to 100 nm in all the pores is 80% or more, or the pore volume of the diameter of 2 to 100 nm is 0.002 cm 3 / g or more. Is preferred. The molecular size of the monomer that is the raw material of the liquid crystal polymer is about 1 nm, and the molecular size of the active site of the silane coupling agent that is preferably used as the surface modifier is about 1 nm. Therefore, the effect described above can be expected if the hole has a diameter of 2 nm or more. On the other hand, if the pore diameter is too large, the strength of the porous inorganic filler may be lowered. Therefore, the pore diameter is preferably 100 nm or less. In addition, when the volume of the pores having an appropriate diameter is 0.002 cm 3 / g or more, the effect of improving the bonding force between the liquid crystal polymer molecules and the porous inorganic filler can be sufficiently exerted.
なお、多孔質無機フィラーにおける孔径と孔の分布、さらに比表面積や孔の体積は、ガス吸着法やHg等の圧入法などにより測定することができる。本発明では、窒素ガス吸着法により得られた孔分布を基にして、孔分布を表すグラフに占める直径2〜100nmの孔の割合が80%以上、或いは直径2〜100nmの孔体積が0.002cm3/g以上である多孔質無機フィラーを好適に用いる。 The pore diameter and pore distribution, and the specific surface area and pore volume in the porous inorganic filler can be measured by a gas adsorption method or a press-fitting method such as Hg. In the present invention, based on the pore distribution obtained by the nitrogen gas adsorption method, the ratio of the pores having a diameter of 2 to 100 nm in the graph representing the pore distribution is 80% or more, or the pore volume having a diameter of 2 to 100 nm is 0.00%. A porous inorganic filler that is 002 cm 3 / g or more is preferably used.
本発明方法では、多孔質無機フィラーの表面に、液晶ポリマー分子を構成するモノマーとの結合能を有する官能基を導入する。より具体的には、多孔質無機フィラーと親和性を有する化合物であり、且つ液晶ポリマー分子を構成するモノマーとの結合能を有する官能基を有するもので、多孔質無機フィラーの表面を改質処理する。ここで、液晶ポリマーのモノマーは、水酸基、カルボキシル基、アミノ基といった反応性基を有するので、モノマーとの結合能を有する官能基としては、カルボキシル基、イソシアナート基、アミノ基、酸無水物基、水酸基、グリシジル基、エステル基、トリアルコキシシリル基などが挙げられる。 In the method of the present invention, a functional group having a binding ability with a monomer constituting the liquid crystal polymer molecule is introduced on the surface of the porous inorganic filler. More specifically, the surface of the porous inorganic filler is modified by a compound having an affinity for the porous inorganic filler and having a functional group capable of binding to the monomer constituting the liquid crystal polymer molecule. To do. Here, since the monomer of the liquid crystal polymer has a reactive group such as a hydroxyl group, a carboxyl group, and an amino group, the functional group having a binding ability with the monomer includes a carboxyl group, an isocyanate group, an amino group, and an acid anhydride group. , Hydroxyl group, glycidyl group, ester group, trialkoxysilyl group and the like.
よって、多孔質無機フィラー表面の改質剤としては、上記官能基を有するトリメトキシシランやトリエトキシシランなどのシラン系カップリング剤;上記官能基を有するトリメトキシチタンやトリエトキシチタンなどのチタン系カップリング剤;トリアリルシアヌレートやトリメタアリルシアヌレートなどの反応性架橋剤;トリメリット酸無水物やピロメリット酸無水物などの酸無水物などを挙げることができる。また、液晶ポリマー分子を構成するモノマーを溶解する際の温度、およそ150℃かそれ以上の沸点を有するものが好適であり、例えばγ−アミノプロピルトリエトキシシランやγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどを使用することができる。その他、トリアリルシアヌレートやトリメタアリルシアヌレートなどのシアヌレート化合物;トリメリト酸無水物やピロメリット酸無水物などの酸無水物;さらにはアルコキシシランに代表される加水分解性のシリル基を有する重合体とR1 x−Si(OR2)4-xの一般式で示されるアルコキシシランとの混合物または部分縮合体などを挙げることができる。 Therefore, as a modifier for the surface of the porous inorganic filler, a silane coupling agent such as trimethoxysilane or triethoxysilane having the above functional group; a titanium system such as trimethoxy titanium or triethoxy titanium having the above functional group Coupling agents; reactive crosslinking agents such as triallyl cyanurate and trimethallyl cyanurate; acid anhydrides such as trimellitic acid anhydride and pyromellitic acid anhydride. Further, a temperature at which the monomer constituting the liquid crystal polymer molecule is dissolved, and those having a boiling point of about 150 ° C. or higher are suitable, for example, γ-aminopropyltriethoxysilane or γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane. Etc. can be used. In addition, cyanurate compounds such as triallyl cyanurate and trimethallyl cyanurate; acid anhydrides such as trimellitic acid anhydride and pyromellitic acid anhydride; and moreover, those having a hydrolyzable silyl group typified by alkoxysilane A mixture or a partial condensate of the compound and an alkoxysilane represented by the general formula of R 1 x -Si (OR 2 ) 4-x can be given.
ここでいう加水分解性のシリル基を有する重合体とアルコキシシランとの混合物または部分縮合体を含む化合物群のうち、本発明においては、耐熱性や耐薬品性の観点から含フッ素系のものが有利である。また、フィラーと液晶ポリマー間の親和性改善のために、含フッ素共重合体に加水分解性シリル基が複数含まれるか、或いは少なくとも1つの加水分解性シリル基と、やはり少なくとも1つ以上の液晶ポリマーの原料モノマーと反応性を有する官能基とを併せ持つものが好ましい。 Of the compound group including a mixture of a polymer having a hydrolyzable silyl group and an alkoxysilane or a partial condensate, in the present invention, fluorine-containing compounds are included from the viewpoint of heat resistance and chemical resistance. It is advantageous. Further, in order to improve the affinity between the filler and the liquid crystal polymer, the fluorine-containing copolymer contains a plurality of hydrolyzable silyl groups, or at least one hydrolyzable silyl group, and also at least one liquid crystal Those having both a polymer raw material monomer and a reactive functional group are preferred.
多孔質無機フィラー表面の改質処理は、多孔質無機フィラーや表面改質剤の種類などに応じた一般的な反応を適用すればよい。例えばシラン系やチタン系のカップリング剤を使用する場合には、カップリング剤を水、メタノール、エタノールやこれらの混合溶媒などで希釈し、或いはさらに酢酸などの酸を加えて加水分解して活性化した後に、多孔質無機フィラーを含浸させる。多孔質無機フィラーの孔内まで改質剤を行き渡らせるために、減圧状態で改質処理を行なってもよい。また、公知方法に準じて室温〜150℃に加温してもよく、0.5〜1時間程度反応を行なえばよい。 For the modification treatment of the surface of the porous inorganic filler, a general reaction according to the kind of the porous inorganic filler or the surface modifier may be applied. For example, when using a silane-based or titanium-based coupling agent, the coupling agent is diluted with water, methanol, ethanol or a mixed solvent thereof, or further hydrolyzed by adding an acid such as acetic acid. Then, the porous inorganic filler is impregnated. In order to distribute the modifier into the pores of the porous inorganic filler, the modification treatment may be performed in a reduced pressure state. Further, it may be heated to room temperature to 150 ° C. according to a known method, and the reaction may be carried out for about 0.5 to 1 hour.
次いで、多孔質無機フィラーを濾過などにより溶媒や表面改質剤から分離して乾燥する。この際、乾燥は加熱下や減圧下で行ってもよいし、また、多孔質無機フィラーの二次凝集を防止するためにスプレードライ法や流動層式乾燥法を用いてもよい。ただし、表面改質剤が大過剰に存在することなく、次工程以降で主反応が阻害されるほどに独立した表面改質剤がモノマーと反応するおそれがない場合には、乾燥を行わずにそのまま次工程へ進んでもよい。この場合には、多孔質無機フィラーの二次凝集は起こり難い。 Next, the porous inorganic filler is separated from the solvent and the surface modifier by filtration or the like and dried. At this time, the drying may be performed under heating or under reduced pressure, and a spray drying method or a fluidized bed drying method may be used to prevent secondary aggregation of the porous inorganic filler. However, if the surface modifier is not present in a large excess and there is no possibility that the independent surface modifier will react with the monomer so that the main reaction is inhibited in the subsequent steps, the drying is not performed. You may proceed to the next process as it is. In this case, secondary aggregation of the porous inorganic filler hardly occurs.
また、得られた多孔質無機フィラーの表面に導入された官能基には、さらに、目的とする液晶ポリマー分子を構成するモノマーの1つを結合させてもよい。例えば、溶媒や触媒の存在下、上記で得られた表面改質無機フィラーとモノマーの1つを混合し、100〜300℃程度で0.5〜5時間反応させることによりモノマーを結合させる。反応終了後は、上記と同様にシリカを分離し乾燥してもよいし、分離することなく反応混合液をそのまま次工程で用いてもよい。 Further, one of monomers constituting the target liquid crystal polymer molecule may be further bonded to the functional group introduced on the surface of the obtained porous inorganic filler. For example, in the presence of a solvent or a catalyst, the surface-modified inorganic filler obtained above and one of the monomers are mixed and reacted at about 100 to 300 ° C. for 0.5 to 5 hours to bond the monomers. After completion of the reaction, the silica may be separated and dried as described above, or the reaction mixture may be used as it is in the next step without separation.
(2)混合工程
次に、官能基が導入された多孔質無機フィラーと、液晶ポリマー分子を構成するモノマーを混合する。ここでのモノマーは、目的物である液晶ポリマーに応じたものを用いる。
(2) Mixing step Next, the porous inorganic filler into which the functional group is introduced and the monomer constituting the liquid crystal polymer molecule are mixed. As the monomer here, one according to the liquid crystal polymer which is the target is used.
液晶ポリマーには、溶融状態で液晶性を示すサーモトロピック液晶ポリマーと、溶液状態で液晶性を示すレオトロピック液晶ポリマーとがある。本発明に係る組成物の液晶ポリマーは何れを用いてもよいが、組成物を押出成形等する場合にはサーモトロピック液晶ポリマーが好適であり、より具体的には、サーモトロピック液晶ポリエステルやサーモトロピック液晶ポリエステルアミドが好ましい。 The liquid crystal polymer includes a thermotropic liquid crystal polymer exhibiting liquid crystallinity in a molten state and a rheotropic liquid crystal polymer exhibiting liquid crystallinity in a solution state. Any of the liquid crystal polymers of the composition according to the present invention may be used. However, when the composition is extruded, a thermotropic liquid crystal polymer is suitable, and more specifically, the thermotropic liquid crystal polyester or thermotropic liquid is used. Liquid crystalline polyester amide is preferred.
サーモトロピック液晶ポリエステル(以下、単に「液晶ポリエステル」という)とは、例えば、芳香族ジカルボン酸と芳香族ジオールや芳香族ヒドロキシカルボン酸などのモノマーを主体として合成される芳香族ポリエステルであって、溶融時に液晶性を示すものである。その代表的なものとしては、パラヒドロキシ安息香酸(PHB)と、テレフタル酸と、4,4’−ビフェノールから合成されるI型[下式(1)]、PHBと2,6−ヒドロキシナフトエ酸から合成されるII型[下式(2)]、PHBと、テレフタル酸と、エチレングリコールから合成されるIII型[下式(3)]が挙げられる。 Thermotropic liquid crystal polyester (hereinafter simply referred to as “liquid crystal polyester”) is, for example, an aromatic polyester synthesized mainly from aromatic dicarboxylic acid and monomers such as aromatic diol and aromatic hydroxycarboxylic acid. Sometimes it exhibits liquid crystallinity. Typical examples thereof include type I [Formula (1)] synthesized from parahydroxybenzoic acid (PHB), terephthalic acid, and 4,4′-biphenol, PHB and 2,6-hydroxynaphthoic acid. Type II [Formula (2)] synthesized from the above, Type III [Formula (3)] synthesized from PHB, terephthalic acid, and ethylene glycol.
本発明に係る液晶ポリマーとしては、液晶性(特にサーモトロピック液晶性)を示し且つ本発明の目的を達成し得るものであれば、例えば、上記(1)〜(3)式に示すユニットを主体(例えば、液晶ポリマーの全構成ユニット中、50モル%以上)とし、他のユニットも有する共重合タイプのポリマーであってもよい。他のユニットとしては、例えば、エーテル結合を有するユニット、イミド結合を有するユニット、アミド結合を有するユニットなどが挙げられる。 Examples of the liquid crystal polymer according to the present invention include units represented by the above formulas (1) to (3), as long as they exhibit liquid crystallinity (particularly thermotropic liquid crystallinity) and can achieve the object of the present invention. It may be a copolymer type polymer (for example, 50 mol% or more in all constituent units of the liquid crystal polymer) and also having other units. Examples of the other unit include a unit having an ether bond, a unit having an imide bond, and a unit having an amide bond.
また、液晶ポリエステルアミドとしては、他のユニットとしてアミド結合を有する上記液晶ポリエステルが該当し、例えば、下式(4)の構造を有するものが挙げられる。例えば、式(4)中、sのユニット、tのユニットおよびuのユニットのモル比が、70/15/15のものが知られている。 Moreover, as liquid crystal polyester amide, the said liquid crystal polyester which has an amide bond as another unit corresponds, for example, what has a structure of the following Formula (4) is mentioned. For example, in the formula (4), the molar ratio of the unit of s, the unit of t, and the unit of u is 70/15/15.
本発明で用いる液晶ポリマーは、誘電特性などの特性を過剰に貶めない範囲で液晶ポリマー以外のポリマーを含んでもよい。当該ポリマーは、液晶ポリマーと単に混合されているのみであっても化学結合していてもよい。この様なアロイ用ポリマーとしては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアリレートなどが挙げられるが、これらに限定される訳ではない。液晶ポリマーと上記アロイ用ポリマーの混合割合は特に制限されないが、例えば、質量比で50:50〜95:5であることが好ましく、70:30〜90:10であることがより好ましい。液晶ポリマーを含むポリマーアロイも液晶ポリマーによる優れた特性を保有し得る。 The liquid crystal polymer used in the present invention may contain a polymer other than the liquid crystal polymer as long as characteristics such as dielectric properties are not excessively given up. The polymer may be simply mixed with the liquid crystal polymer or may be chemically bonded. Examples of such an alloy polymer include, but are not limited to, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyimide, polyetherimide, polyamide, polyamideimide, polyarylate, and the like. The mixing ratio of the liquid crystal polymer and the alloy polymer is not particularly limited. For example, the mass ratio is preferably 50:50 to 95: 5, and more preferably 70:30 to 90:10. A polymer alloy containing a liquid crystal polymer can also have excellent characteristics due to the liquid crystal polymer.
本発明では、目的物である液晶ポリマーに応じたモノマーを用いる。例えば、上記で示した液晶ポリマーが所望される場合には、各ユニットを構成する芳香族ジカルボン酸、芳香族ジヒドロキシ化合物、芳香族ヒドロキシカルボン酸などを用いる。また、モノマーの水酸基やアミノ基、カルボキシル基は事前に活性化しておいてもよい。例えば水酸基はアセチル基などのアシル基により活性化することができる。その他、各モノマーはフッ素原子や塩素原子などのハロゲン等の一般的な置換基を有していてもよいし、また、ハロゲン化アルキル基など適当な側鎖を有していても良い。 In the present invention, a monomer corresponding to the target liquid crystal polymer is used. For example, when the liquid crystal polymer shown above is desired, an aromatic dicarboxylic acid, an aromatic dihydroxy compound, an aromatic hydroxycarboxylic acid or the like constituting each unit is used. Further, the hydroxyl group, amino group, and carboxyl group of the monomer may be activated in advance. For example, hydroxyl groups can be activated by acyl groups such as acetyl groups. In addition, each monomer may have a general substituent such as a halogen such as a fluorine atom or a chlorine atom, or may have an appropriate side chain such as a halogenated alkyl group.
具体的な混合方法は、主に多孔質無機フィラーとモノマーの状態により適切なものを選択すればよい。例えば、多孔質無機フィラーとモノマーがともに固体状態である場合には、無溶媒でドライブレンドした上で加熱融解してもよい。しかし、この方法では材料の局在化が生じるおそれがあるため好適には分散媒を用いる。ここで用いられる分散媒としては、モノマー等を適度に溶解または分散できるものであれば特に制限はないが、例えばN−メチルピロリドン、無水酢酸、酢酸などを用いることができる。特に、沸点が比較的低く留去し易いことや、得られる液晶ポリマー組成物の着色を抑制でき、さらにモノマーの官能基の活性化作用も有することから無水酢酸または酢酸が好適である。先の表面改質工程において多孔質無機フィラーを分離乾燥しない場合においては、上記分散媒の存在下で表面改質工程の反応液とモノマーを混合してもよい。 What is necessary is just to select a suitable mixing method mainly with the state of a porous inorganic filler and a monomer. For example, when the porous inorganic filler and the monomer are both in a solid state, they may be heat-melted after dry blending without a solvent. However, in this method, since the localization of the material may occur, a dispersion medium is preferably used. The dispersion medium used here is not particularly limited as long as it can appropriately dissolve or disperse monomers and the like, and for example, N-methylpyrrolidone, acetic anhydride, acetic acid and the like can be used. In particular, acetic anhydride or acetic acid is preferred because it has a relatively low boiling point and can be easily distilled off, can suppress coloring of the liquid crystal polymer composition to be obtained, and further has an activating effect on the functional group of the monomer. In the case where the porous inorganic filler is not separated and dried in the previous surface modification step, the reaction solution and the monomer in the surface modification step may be mixed in the presence of the dispersion medium.
多孔質無機フィラーとモノマーの混合割合は特に制限されないが、例えば、モノマー100質量部に対して多孔質無機フィラー1〜300質量部とすることができ、より好ましくは1〜200質量部、さらに好ましくは2〜100質量部とすることができる。また、後の成形加工時の流動性を重視する場合には、モノマー100質量部に対する多孔質無機フィラーの重量部を2〜20重量部にするのがよく、一方で、多孔質無機フィラー添加によるCTE低減効果を重視する場合には、液晶ポリマー100質量部に対する多孔質無機フィラーの重量部を20〜100重量部にするのがよい。 The mixing ratio of the porous inorganic filler and the monomer is not particularly limited. For example, the porous inorganic filler can be 1 to 300 parts by mass, more preferably 1 to 200 parts by mass, and still more preferably 100 parts by mass of the monomer. Can be 2 to 100 parts by mass. In addition, when emphasizing the fluidity at the time of subsequent molding processing, the weight part of the porous inorganic filler with respect to 100 parts by mass of the monomer is preferably 2 to 20 parts by weight, on the other hand, by adding the porous inorganic filler When emphasizing the CTE reduction effect, the weight part of the porous inorganic filler is preferably 20 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the liquid crystal polymer.
多孔質無機フィラーとモノマーを混合した場合、常温では単純な混合状態であることが多いが、好ましくは懸濁液を攪拌しながら徐々に加熱し、できるだけ均一な状態とする。なお、表面改質された多孔質無機フィラーとモノマーとの混合によって、多孔質無機フィラー表面の官能基の一部がモノマーと結合していることも考えられる。 When the porous inorganic filler and the monomer are mixed, they are often in a simple mixed state at room temperature, but preferably the suspension is gradually heated while stirring to make it as uniform as possible. In addition, it is also conceivable that a part of the functional group on the surface of the porous inorganic filler is bonded to the monomer by mixing the surface-modified porous inorganic filler and the monomer.
(3)重合工程
次に、得られた混合物を重合反応に付す。当該工程でモノマーが重合して液晶ポリマーとなるが、その一部は表面改質工程により多孔質無機フィラーの表面に導入された官能基や、さらに当該官能基に結合したモノマーを介して多孔質無機フィラーの表面に結合する。
(3) Polymerization step Next, the obtained mixture is subjected to a polymerization reaction. In this process, the monomer is polymerized to form a liquid crystal polymer, part of which is porous through the functional group introduced to the surface of the porous inorganic filler by the surface modification process and further through the monomer bonded to the functional group. Bonds to the surface of the inorganic filler.
重合反応の条件としては一般的なものを採用すればよい。例えば、前工程で得た多孔質無機フィラーとモノマーの混合物を反応容器に導入し、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスで反応容器内を置換して反応を進行させる。この際、重合触媒の存在下で反応を行なってもよい。重合触媒としては、マグネシウム、スズ、鉛、ナトリウム、カリウムなどの金属の酢酸塩や、N,N−ジメチルアミノピリジンなどの複素環状有機化合物などを用いることができる。反応時の温度や反応時間は適宜選択すればよく、特に制限されないが、例えば、水や酢酸などの低沸点副生物を留去しつつ150〜350℃程度で0.5〜5時間程度反応させればよい。また、この際の反応温度は多段階に分け、それぞれの温度に達するまでの温度勾配を個別に設定してもよい。 General conditions may be adopted as the conditions for the polymerization reaction. For example, the mixture of the porous inorganic filler and monomer obtained in the previous step is introduced into a reaction vessel, and the inside of the reaction vessel is replaced with an inert gas such as nitrogen gas or argon gas to advance the reaction. At this time, the reaction may be performed in the presence of a polymerization catalyst. As the polymerization catalyst, acetates of metals such as magnesium, tin, lead, sodium and potassium, heterocyclic organic compounds such as N, N-dimethylaminopyridine, and the like can be used. The temperature and reaction time during the reaction may be appropriately selected and are not particularly limited. For example, the reaction is carried out at about 150 to 350 ° C. for about 0.5 to 5 hours while distilling off low-boiling byproducts such as water and acetic acid. Just do it. In addition, the reaction temperature at this time may be divided into multiple stages, and the temperature gradient until reaching each temperature may be set individually.
液晶ポリマーの重合反応においては、反応混合物の粘度が急激に上昇し、反応容器からの重合物の取り出しが困難になる場合がある。この様な場合には、反応混合物の粘度が過剰に高まらないうちに反応容器から取り出し、別の反応容器に移し、不活性ガスで当該反応容器内を置換したり、或いは減圧条件下で加熱することにより更に反応を進行させる、いわゆる固相重合工程を採用してもよい。 In the polymerization reaction of the liquid crystal polymer, the viscosity of the reaction mixture increases rapidly, and it may be difficult to take out the polymer from the reaction vessel. In such a case, the reaction mixture is taken out from the reaction vessel before the viscosity becomes excessively high, transferred to another reaction vessel, the inside of the reaction vessel is replaced with an inert gas, or heated under reduced pressure conditions. You may employ | adopt what is called a solid-state polymerization process which advances reaction further by this.
(4)成形工程
本発明方法で得られた液晶ポリマー組成物は、さらに一般的な方法により成形することにより様々な用途に用いることができる。例えば、フィルム、シート、繊維、不織布、立体成形物などの形状をとることができる。
(4) Molding step The liquid crystal polymer composition obtained by the method of the present invention can be used for various applications by molding by a more general method. For example, it can take the shape of a film, a sheet, a fiber, a nonwoven fabric, a three-dimensional molded product, and the like.
従来、成形方向と平行な面における異方性の制御は延伸などで行われてきた。しかし、フィルムやシートの場合、延伸加工は、通常、フィルムのシートの平面における押出方向と直交する方向、即ちフィルムやシートの幅方向のみに成されるものであるため、液晶ポリマー分子はフィルムやシートの平面方向にのみ配向していた。つまり、分子配向によってCTEを低く制御するという効果はフィルムやシートの平面内でのみ期待できる効果であった。一方、延伸等の加工をフィルムやシートの厚さ方向で行うことは実質的には不可能であるため、延伸により厚さ方向へ液晶ポリマー分子が配向することはほとんどなく、成形による分子配向により厚さ方向のCTE(CTEz)を小さくすることはできなかった。 Conventionally, anisotropy control in a plane parallel to the molding direction has been performed by stretching or the like. However, in the case of a film or sheet, the stretching process is usually performed only in the direction orthogonal to the extrusion direction in the plane of the film sheet, that is, in the width direction of the film or sheet. It was oriented only in the plane direction of the sheet. That is, the effect of controlling the CTE low by molecular orientation was an effect that can be expected only in the plane of the film or sheet. On the other hand, since it is virtually impossible to perform processing such as stretching in the thickness direction of a film or sheet, liquid crystal polymer molecules are hardly aligned in the thickness direction by stretching, and by molecular orientation by molding The CTE (CTE z ) in the thickness direction could not be reduced.
これに対して本発明の組成物では、多孔質無機フィラーの添加により液晶ポリマー組成物材料としてのCTEVOLが低減されているため、その成分であるCTEzを実質的に小さくすることができる。その上、多孔質無機フィラーの表面に任意の方向で結合した液晶ポリマー分子の一部が厚さ方向へ配向しており、また、それにより周辺の液晶ポリマー分子の配向を撹乱して厚さ方向への分子配向成分をさらに加えることによって、CTEzはより一層低減されている。しかも多孔質無機フィラーと液晶ポリマーマトリックスとの親和性が高められているため、多孔質無機フィラーの凝集とそれによる強度の低下も抑制されている。 On the other hand, in the composition of the present invention, the CTE VOL as the liquid crystal polymer composition material is reduced by the addition of the porous inorganic filler, so that the component CTE z can be substantially reduced. In addition, a part of the liquid crystal polymer molecules bonded to the surface of the porous inorganic filler in an arbitrary direction is oriented in the thickness direction, thereby disturbing the orientation of the surrounding liquid crystal polymer molecules in the thickness direction. By further adding molecular orientation components to CTE z , the CTE z is further reduced. In addition, since the affinity between the porous inorganic filler and the liquid crystal polymer matrix is enhanced, the aggregation of the porous inorganic filler and the resulting decrease in strength are also suppressed.
従って、本発明の液晶ポリマー組成物は、近年、より厳しい精密度や多層化が求められている電子回路基板の絶縁体材料として、特に有効に利用することができる。 Therefore, the liquid crystal polymer composition of the present invention can be used particularly effectively as an insulator material for electronic circuit boards that have recently been required to have higher precision and multilayering.
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例により制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, but may be appropriately modified within a range that can meet the purpose described above and below. It is also possible to implement, and they are all included in the technical scope of the present invention.
先ず、下記実施例で用いる無機フィラーの粒度と細孔分布を測定した。具体的には、粒度は、粒度分布測定装置(島津製作所製、商品名「SALD−2000J」)を用い、レーザー回折法により測定した。細孔分布は、細孔分布測定装置(島津製作所社製、商品名「ASAP2010」)を用い、窒素ガス吸着法により、解析半径範囲:0.85〜150nmで測定した。結果を表1に示す。また、表1中のフィラーAの微分細孔容積分布を図1に、フィラーDの微分細孔容積分布を図2に、フィラーCの微分細孔容積分布を図3に示す。 First, the particle size and pore distribution of the inorganic filler used in the following examples were measured. Specifically, the particle size was measured by a laser diffraction method using a particle size distribution measuring device (manufactured by Shimadzu Corporation, trade name “SALD-2000J”). The pore distribution was measured at an analysis radius range of 0.85 to 150 nm by a nitrogen gas adsorption method using a pore distribution measuring device (manufactured by Shimadzu Corporation, trade name “ASAP2010”). The results are shown in Table 1. Moreover, the differential pore volume distribution of the filler A in Table 1 is shown in FIG. 1, the differential pore volume distribution of the filler D is shown in FIG. 2, and the differential pore volume distribution of the filler C is shown in FIG.
実施例1
(1)無機フィラーの表面改質
攪拌装置と還流冷却器を備えたガラス容器(500mL)に、表1のフィラーA(多孔質シリカ、20g)を入れ、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン(8g、信越化学工業製、商品名「KBM−903」)を超純水(152g)に溶解した5重量%溶液を滴下した。次いで、超音波を5分間照射した後、オイルバス浴で110℃に昇温し、1.5時間加熱還流した。反応終了後、無機フィラーを吸引フィルターで濾過し、アセトンで洗浄した後、減圧真空下100℃で2時間、次いで大気下150℃で一晩乾燥した。
Example 1
(1) Surface modification of inorganic filler Filler A (porous silica, 20 g) in Table 1 was placed in a glass container (500 mL) equipped with a stirrer and a reflux condenser, and γ-aminopropyltrimethoxysilane (8 g, A 5 wt% solution prepared by dissolving Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., trade name "KBM-903") in ultrapure water (152 g) was added dropwise. Next, after irradiating ultrasonic waves for 5 minutes, the temperature was raised to 110 ° C. in an oil bath, and the mixture was heated to reflux for 1.5 hours. After completion of the reaction, the inorganic filler was filtered through a suction filter, washed with acetone, and then dried under reduced pressure at 100 ° C. for 2 hours and then at 150 ° C. overnight in the atmosphere.
さらに、攪拌装置と還流冷却器を備えたガラス容器(500mL)に、上記無機フィラー(20g)、イソフタル酸(4.0g)、およびN−メチルピロリドン(200mL)を入れて懸濁液とした。当該反応液をオイルバス浴で230〜240℃に昇温し、2時間加熱還流した。反応終了後、無機フィラーを吸引フィルターで濾過し、アセトンで洗浄した後、減圧真空下100℃で2時間、次いで大気下150℃で一晩乾燥した。 Furthermore, the said inorganic filler (20g), isophthalic acid (4.0g), and N-methylpyrrolidone (200mL) were put into the glass container (500mL) provided with the stirring apparatus and the reflux condenser, and it was set as suspension. The reaction solution was heated to 230-240 ° C. in an oil bath and heated to reflux for 2 hours. After completion of the reaction, the inorganic filler was filtered through a suction filter, washed with acetone, and then dried under reduced pressure at 100 ° C. for 2 hours and then at 150 ° C. overnight in the atmosphere.
(2)表面改質無機フィラーとモノマーとの混合
攪拌装置、トルクメーター、窒素ガス導入管、温度計および還流冷却器を備えた容器(500mL)に酢酸(20mL)を入れ、上記(1)で得られた表面改質無機フィラー(11.9g)を懸濁させ、さらに4−アセトキシ安息香酸(54g、300mmol)、4,4’−ジアセトキシビフェニル(32.4g、120mmol)、テレフタル酸(12.5g、75mmol)、およびイソフタル酸(7.5g、45mmol)を加えた。反応容器内を窒素ガスで置換した後、窒素ガス気流下(200mL/分)で緩やかに攪拌しつつ、20分間かけて150℃まで昇温した。この際、反応液温度が100℃に達した時点で、無機フィラーとモノマーの混合液は完全に均一な状態であった。反応液温度が150℃に達した後、さらに10分間攪拌した。
(2) Mixing of surface modified inorganic filler and monomer Acetic acid (20 mL) was placed in a vessel (500 mL) equipped with a stirrer, torque meter, nitrogen gas inlet tube, thermometer and reflux condenser, The obtained surface-modified inorganic filler (11.9 g) was suspended, and 4-acetoxybenzoic acid (54 g, 300 mmol), 4,4′-diacetoxybiphenyl (32.4 g, 120 mmol), terephthalic acid (12 0.5 g, 75 mmol), and isophthalic acid (7.5 g, 45 mmol) were added. After replacing the inside of the reaction vessel with nitrogen gas, the temperature was raised to 150 ° C. over 20 minutes while gently stirring under a nitrogen gas stream (200 mL / min). At this time, when the reaction liquid temperature reached 100 ° C., the mixed liquid of the inorganic filler and the monomer was in a completely uniform state. After the reaction solution temperature reached 150 ° C., the mixture was further stirred for 10 minutes.
(3)重合反応
上記(2)に引き続き、窒素ガス気流下(200mL/分)で無機フィラーとモノマーの混合液の攪拌を継続し、酢酸を留去しながら2時間かけて320℃まで昇温し、さらに320℃で1時間攪拌して重合反応を進行させた。この過程で反応物の重合が進み、反応物の粘度が上昇した後に10分間かけて減圧し、さらに30分間反応を行った。得られた重合物を粉砕し、150℃で8時間乾燥した。
(3) Polymerization reaction Following the above (2), stirring of the mixed liquid of the inorganic filler and the monomer is continued under a nitrogen gas stream (200 mL / min), and the temperature is raised to 320 ° C. over 2 hours while acetic acid is distilled off. The mixture was further stirred at 320 ° C. for 1 hour to proceed the polymerization reaction. In this process, polymerization of the reaction product progressed, and after the viscosity of the reaction product increased, the pressure was reduced over 10 minutes, and the reaction was further performed for 30 minutes. The obtained polymer was pulverized and dried at 150 ° C. for 8 hours.
(4)固相重合反応
窒素ガス導入管を備えた固相重合容器(200mL)に上記(3)の重合物(約30g)を入れ、容器内を窒素ガスで置換した後、窒素ガス気流下(200mL/分)、1時間かけて250℃まで昇温し、250℃で3時間保持した。次いで、窒素ガス気流下で室温まで放冷し、液晶ポリマー組成物を得た。
(4) Solid-phase polymerization reaction The polymer (about 30 g) of (3) above was placed in a solid-phase polymerization vessel (200 mL) equipped with a nitrogen gas introduction tube, and the inside of the vessel was replaced with nitrogen gas. (200 mL / min) The temperature was raised to 250 ° C. over 1 hour and held at 250 ° C. for 3 hours. Subsequently, it was allowed to cool to room temperature under a nitrogen gas stream to obtain a liquid crystal polymer composition.
実施例2
表1のフィラーAの代わりにフィラーC(多孔質シリカ、20g)を用いた以外は実施例1と同様にして液晶ポリマー組成物を得た。
Example 2
A liquid crystal polymer composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that filler C (porous silica, 20 g) was used instead of filler A in Table 1.
比較例1
上記実施例1の工程(2)において、工程(1)で得た表面改質無機フィラーを添加することなくモノマーを混合し、続いて工程(3)の重合反応を行った。工程(3)においては、モノマーの混合物を320℃で1時間保持し、重合が進行して反応物の粘度が上昇したことを確認した後に、工程(1)と同様の方法で表面を改質した無機フィラーAを混合した。次いで工程(4)の固相重合反応を経て、液晶ポリマー組成物を得た。
Comparative Example 1
In step (2) of Example 1 above, the monomers were mixed without adding the surface-modified inorganic filler obtained in step (1), and then the polymerization reaction in step (3) was performed. In step (3), the monomer mixture is held at 320 ° C. for 1 hour, and after confirming that the polymerization has progressed and the viscosity of the reaction product has increased, the surface is modified in the same manner as in step (1). Inorganic filler A was mixed. Next, a liquid crystal polymer composition was obtained through the solid phase polymerization reaction in step (4).
比較例2
上記実施例1において、工程(1)の表面改質を行わないフィラーAを用いた以外は同様にして、液晶ポリマー組成物を得た。
Comparative Example 2
A liquid crystal polymer composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that the filler A that was not subjected to surface modification in the step (1) was used.
比較例3
上記比較例1において、工程(1)の表面改質を行わないフィラーAを用いた以外は同様にして、液晶ポリマー組成物を得た。
Comparative Example 3
A liquid crystal polymer composition was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the filler A that was not subjected to surface modification in the step (1) was used.
比較例4
上記実施例1において、フィラーD(無孔質シリカ)を用いた以外は同様にして、液晶ポリマー組成物を得た。
Comparative Example 4
A liquid crystal polymer composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that filler D (nonporous silica) was used.
比較例5
上記比較例2において、フィラーD(無孔質シリカ)を用いた以外は同様にして、液晶ポリマー組成物を得た。
Comparative Example 5
A liquid crystal polymer composition was obtained in the same manner as in Comparative Example 2 except that filler D (nonporous silica) was used.
比較例6
無機フィラーを用いることなく上記実施例1の工程(2)〜(4)を行うことによって、液晶ポリマー組成物を得た。
Comparative Example 6
A liquid crystal polymer composition was obtained by carrying out steps (2) to (4) of Example 1 without using an inorganic filler.
比較例7
上記実施例2の工程(2)において、工程(1)で得た表面改質無機フィラーを添加することなくモノマーを混合し、続いて工程(3)の重合反応を行った。工程(3)においては、モノマーの混合物を320℃で1時間保持し、重合が進行して反応物の粘度が上昇したことを確認した後に、工程(1)と同様の方法で表面を改質した無機フィラーCを混合した。次いで工程(4)の固相重合反応を経て、液晶ポリマー組成物を得た。
Comparative Example 7
In step (2) of Example 2 above, the monomers were mixed without adding the surface-modified inorganic filler obtained in step (1), and then the polymerization reaction in step (3) was performed. In step (3), the monomer mixture is held at 320 ° C. for 1 hour, and after confirming that the polymerization has progressed and the viscosity of the reaction product has increased, the surface is modified in the same manner as in step (1). Inorganic filler C was mixed. Next, a liquid crystal polymer composition was obtained through the solid phase polymerization reaction in step (4).
比較例8
上記実施例2において、工程(1)の表面改質を行わないフィラーCを用いた以外は同様にして、液晶ポリマー組成物を得た。
Comparative Example 8
A liquid crystal polymer composition was obtained in the same manner as in Example 2 except that the filler C that was not subjected to surface modification in the step (1) was used.
比較例9
上記比較例7において、工程(1)の表面改質を行わないフィラーCを用いた以外は同様にして、液晶ポリマー組成物を得た。
Comparative Example 9
A liquid crystal polymer composition was obtained in the same manner as in Comparative Example 7 except that the filler C that was not subjected to surface modification in the step (1) was used.
試験例1 熱線膨張係数(CTE)の評価
得られた液晶ポリマー組成物の流動性を、JIS K7210に準拠して測定した。詳しくは、フローテスター(島津製作所社製、商品名「CFT500」)において、ダイ径φ:1mm、ダイ長:10mm、荷重:20kgfに設定し、液晶ポリマー組成物をシリンダ内にセットし、先ず270℃で180秒保持した後、昇温速度:4℃/分で昇温し、動粘度:10,000Pを示す際の温度を求めた。
Test Example 1 Evaluation of coefficient of thermal expansion (CTE) The fluidity of the obtained liquid crystal polymer composition was measured according to JIS K7210. Specifically, in a flow tester (manufactured by Shimadzu Corporation, trade name “CFT500”), the die diameter φ is set to 1 mm, the die length is set to 10 mm, the load is set to 20 kgf, and the liquid crystal polymer composition is set in the cylinder. After holding at 180 ° C. for 180 seconds, the temperature was increased at a rate of temperature increase of 4 ° C./min, and the temperature at which kinematic viscosity was 10,000 P was determined.
続いて、液晶ポリマー組成物のCTEを、JIS K7197に準拠して測定した。先ず、真空加熱プレス装置によって、液晶ポリマー組成物を縦10cm×横10cm×厚さ100μmのフィルム、および縦10cm×横10cm×厚さ400μmのシートに成形した。この際の温度は、上記で求めた動粘度:10,000Pを示す際の温度より20℃高い温度とした。得られたフィルムを幅5mm×長さ25mmの小片に切り出し、シートは縦10mm×横10mmの小片に切り出し、TMA分析装置(セイコーインスツルメンツ社製、商品名「TMA−100」)にセットし、加熱温度:10℃/分で35℃から260℃まで加熱した後の降温領域において、50〜100℃、100〜150℃、および150〜200℃の範囲において、CTEx、CTEyとCTEzを測定した。ここで、通常、シートは押出成形により製造され、そのCTEは押出方向とそれに直交する方向で測定するが、上記では圧縮成形により厚さ100μmのフィルムを製造し、平面方向の任意の一方向とそれに直交する他の一方向のCTEを引張モードで測定し、これを適宜CTExおよびCTEyとした上で、面内CTE(CTEx-y)を下式によって求めた。
面内CTE:CTEx-y = 1/2(CTEx+CTEy)
Subsequently, the CTE of the liquid crystal polymer composition was measured according to JIS K7197. First, the liquid crystal polymer composition was formed into a 10 cm long × 10 cm wide × 100 μm thick film and a 10 cm long × 10 cm wide × 400 μm thick sheet using a vacuum heating press. The temperature at this time was 20 ° C. higher than the temperature at which the kinematic viscosity obtained above was 10,000 P. The obtained film was cut into small pieces having a width of 5 mm and a length of 25 mm, the sheet was cut into small pieces having a length of 10 mm and a width of 10 mm, set in a TMA analyzer (trade name “TMA-100” manufactured by Seiko Instruments Inc.), and heated. Temperature: CTE x , CTE y and CTE z are measured in the range of 50-100 ° C., 100-150 ° C., and 150-200 ° C. in the temperature drop region after heating from 35 ° C. to 260 ° C. at 10 ° C./min. did. Here, normally, the sheet is manufactured by extrusion molding, and its CTE is measured in the extrusion direction and the direction orthogonal thereto. In the above, a film having a thickness of 100 μm is manufactured by compression molding, and any one direction in the plane direction The CTE in the other direction perpendicular to it was measured in the tensile mode, and this was appropriately set as CTE x and CTE y, and the in-plane CTE (CTE xy ) was determined by the following equation.
In-plane CTE: CTE xy = 1/2 (CTE x + CTE y )
また、別途製造した厚さ400μmのシートの厚さ方向のCTEを圧縮モードで測定して、厚さ方向CTE(CTEz)とした。さらに、体積膨張係数(CTEvol)を下記式により求めた。結果を表2に示す。
CTEvol = 2 × CTEx-y + CTEz
In addition, the CTE in the thickness direction of a separately manufactured sheet having a thickness of 400 μm was measured in the compression mode to obtain the thickness direction CTE (CTE z ). Furthermore, the volume expansion coefficient (CTE vol ) was determined by the following formula. The results are shown in Table 2.
CTE vol = 2 x CTE xy + CTE z
試験例2 機械的強度の評価
液晶ポリマー組成物の機械的強度を、JIS K7127に準拠して測定した。詳しくは、上記試験例1と同様にして得たシートを試験片タイプ5形状にカットし、引張試験機(ORIENTEC社製、商品名「TENSIRON RTC−1210A」)にセットし、引張速度:50mm/分で引っ張り、破断する際の最大点応力を求めた。結果を表2に示す。
Test Example 2 Evaluation of Mechanical Strength The mechanical strength of the liquid crystal polymer composition was measured according to JIS K7127. Specifically, the sheet obtained in the same manner as in Test Example 1 was cut into a test piece type 5 shape, set in a tensile tester (trade name “TENSIRON RTC-1210A” manufactured by ORIENTEC), and tensile speed: 50 mm / The maximum point stress at the time of pulling in minutes and breaking was determined. The results are shown in Table 2.
試験例3 無機フィラー分散性の評価
上記試験例1と同様にして得られたシートの表面を、走査型電子顕微鏡(日立製作所社製、商品名「S−3500N」)によって倍率1,000倍で観察し、得られた表面像の126μm×85μmの領域に含まれる直径5μm以上の凝集塊の個数を求めた。結果を表2に示す。なお、表2中「−」は未測定であることを示す。
Test Example 3 Evaluation of Inorganic Filler Dispersibility The surface of the sheet obtained in the same manner as in Test Example 1 was measured at a magnification of 1,000 times with a scanning electron microscope (trade name “S-3500N” manufactured by Hitachi, Ltd.). The number of aggregates having a diameter of 5 μm or more contained in a 126 μm × 85 μm region of the obtained surface image was determined. The results are shown in Table 2. In Table 2, “-” indicates that no measurement was performed.
表2の通り、最大点応力により機械的強度を比較した場合、比較例2〜5の液晶ポリマー組成物の強度は、無機フィラーを添加していない比較例6の組成物よりも低い。その原因は、有機化合物である液晶ポリマーマトリックスと無機フィラーとの親和性が低いために無機フィラーが凝集し、本来、強度を高めるためにも添加される無機フィラーの特性が有効に発揮されないことにあると考えられる。 As shown in Table 2, when the mechanical strength is compared by the maximum point stress, the strength of the liquid crystal polymer compositions of Comparative Examples 2 to 5 is lower than the composition of Comparative Example 6 to which no inorganic filler is added. The cause is that the inorganic filler aggregates because the affinity between the liquid crystal polymer matrix, which is an organic compound, and the inorganic filler is low, and the properties of the inorganic filler added to increase the strength are not effectively exhibited. It is believed that there is.
一方、表面積の大きい多孔質無機フィラーをシランカップリング剤により表面改質した比較例1の組成物は、液晶ポリマーマトリックスと無機フィラーとの親和性が改善していることから、無機フィラーが添加されていない比較例6の組成物よりも強度は高い。しかし、その効果は必ずしも十分とはいえない。 On the other hand, the composition of Comparative Example 1 in which a porous inorganic filler having a large surface area was surface-modified with a silane coupling agent was improved in the affinity between the liquid crystal polymer matrix and the inorganic filler. The strength is higher than that of the composition of Comparative Example 6 that is not. However, the effect is not always sufficient.
以上に対して、表面改質された多孔質フィラーを用い、事前に当該フィラーとモノマーを混合した上で重合させた実施例1の組成物は、十分な機械的強度を有する。その理由としては、無機フィラーの表面へ結合した液晶ポリマー分子により液晶ポリマーマトリックスとの親和性が顕著に改善されている上に、液晶ポリマー分子が適度な径の細孔へ入り込み、アンカー効果が発揮されることによると考えられる。 On the other hand, the composition of Example 1 polymerized after using the surface-modified porous filler and mixing the filler and the monomer in advance has sufficient mechanical strength. The reason for this is that the liquid crystal polymer molecules bonded to the surface of the inorganic filler have significantly improved the affinity with the liquid crystal polymer matrix, and the liquid crystal polymer molecules enter the pores of an appropriate diameter, thus exhibiting an anchor effect. It is thought to be due to.
また、表面改質された多孔質無機フィラーと液晶ポリマーの原料モノマーとを分散媒の存在下で均一に混合する工程を経る実施例1の組成物では、凝集塊の数が低減されており、材料の均一性が顕著に改善されている。無機フィラーを表面改質処理に付さない例でも、かかる混合工程を経た比較例2の組成物でも、凝集塊の数は比較的少ない。 Further, in the composition of Example 1 that undergoes a step of uniformly mixing the surface-modified porous inorganic filler and the raw material monomer of the liquid crystal polymer in the presence of the dispersion medium, the number of aggregates is reduced, Material uniformity is significantly improved. Even in the case where the inorganic filler is not subjected to the surface modification treatment or in the composition of Comparative Example 2 which has undergone such a mixing step, the number of aggregates is relatively small.
その一方で、無機フィラーの表面改質処理の有無に関わらず、重合反応後に液晶ポリマーと無機フィラーを混合した比較例1と比較例3の組成物では凝集塊の数は多い。 On the other hand, the composition of Comparative Example 1 and Comparative Example 3 in which the liquid crystal polymer and the inorganic filler are mixed after the polymerization reaction has a large number of agglomerates regardless of the presence or absence of the surface modification treatment of the inorganic filler.
以上より、重合工程前に無機フィラーとモノマーを混合する工程が、凝集塊の低減に重要であることが分かる。 As mentioned above, it turns out that the process of mixing an inorganic filler and a monomer before a polymerization process is important for reduction of an aggregate.
次に、CTEの低減効果につき考察する。 Next, the CTE reduction effect will be considered.
従来、液晶ポリマーより小さいCTEを示す無機フィラーを添加することで、液晶ポリマー組成物のCTEvolは低減することが知られている。しかし、無機フィラー無添加の比較例6と、表面改質処理を施していない多孔質無機フィラーとモノマーを混合した上で重合させた比較例2の結果によれば、100〜150℃および150〜200℃の領域においてはCTEvolの低減が観察されるが、50〜100℃の領域ではフィラー添加によるCTEvol低減効果は見られない。フィラーAの代わりにフィラーCを用いた以外は同様の比較例8では、100〜150℃の領域ではCTEvolの低減が観察されるが、50〜100℃と150〜200℃の領域ではCTEvol低減効果は見られない。 Conventionally, it is known that the CTE vol of a liquid crystal polymer composition is reduced by adding an inorganic filler having a CTE smaller than that of the liquid crystal polymer. However, according to the results of Comparative Example 6 with no inorganic filler added, and Comparative Example 2 polymerized after mixing the porous inorganic filler not subjected to the surface modification treatment and the monomer, 100 to 150 ° C. and 150 to 150 ° C. Although the reduction of CTE vol is observed in the region of 200 ° C., the CTE vol reduction effect due to the addition of filler is not seen in the region of 50 to 100 ° C. In Comparative Example 8 except that filler C was used instead of filler A, a decrease in CTE vol was observed in the region of 100 to 150 ° C., but CTE vol in the regions of 50 to 100 ° C. and 150 to 200 ° C. There is no reduction effect.
一方、表面改質した多孔質無機フィラーとモノマーを混合した上で重合させた実施例1と実施例2の組成物では、50〜100℃、100〜150℃および150〜200℃の全温度領域において、比較例6に比して、顕著なCTEvolの低減が観察された。 On the other hand, in the compositions of Example 1 and Example 2 polymerized after mixing the surface-modified porous inorganic filler and the monomer, the entire temperature range of 50 to 100 ° C., 100 to 150 ° C. and 150 to 200 ° C. As compared with Comparative Example 6, a significant reduction in CTE vol was observed.
以上の通り、機械的強度と均一性が高く、CTEvol(体積膨張係数)が低減された液晶ポリマー組成物を得るには、
(1)多孔質の無機フィラーを用い、
(2)無機フィラーを、その表面が液晶ポリマーの原料であるモノマーとの反応性を示す様に表面改質し、
(3)表面改質した無機フィラーを事前にモノマーと混合した上で重合させる、ことが重要であることが実証された。
As described above, in order to obtain a liquid crystal polymer composition having high mechanical strength and uniformity and reduced CTE vol (volume expansion coefficient),
(1) Using a porous inorganic filler,
(2) The surface of the inorganic filler is modified so that its surface exhibits reactivity with the monomer that is the raw material of the liquid crystal polymer,
(3) It has been demonstrated that it is important to polymerize after the surface-modified inorganic filler is mixed with the monomer in advance.
Claims (5)
多孔質無機フィラーの表面に、液晶ポリマー分子を構成するモノマーとの結合能を有する官能基を導入する工程;および
上記官能基が導入された多孔質無機フィラーと、液晶ポリマー分子を構成するモノマーを混合し、得られた混合物を重合反応に付す工程;
を含むことを特徴とする液晶ポリマー組成物の製造方法。 A method for producing a liquid crystal polymer composition comprising:
A step of introducing a functional group having a binding ability with a monomer constituting a liquid crystal polymer molecule on the surface of the porous inorganic filler; and a porous inorganic filler into which the functional group is introduced and a monomer constituting the liquid crystal polymer molecule Mixing and subjecting the resulting mixture to a polymerization reaction;
A method for producing a liquid crystal polymer composition, comprising:
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