JP2013100421A - エポキシ樹脂硬化用微粒子、エポキシ樹脂硬化用微粒子の製造方法、及び、感光性水系エポキシ樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
これまでに、活性エネルギー線照射によって酸を発生する光酸発生剤を配合した、酸触媒反応を利用した感光性樹脂組成物が検討されてきた。しかしながら、光酸発生剤の量子収率を向上させる、酸触媒反応速度を向上させる等の硬化効率を向上させる試みはなされているものの、硬化効率の向上には限界があった。
しかしながら、従来の光塩基発生剤、光酸発生剤等は油溶性であり、水系エポキシ樹脂に対する溶解性が低く、また、分散性も悪いことから、これらを用いて均一で信頼性の高い硬化物を形成することは困難である。また、光塩基発生剤、光酸発生剤等を溶解するために有機溶剤を用いれば、環境負荷の軽減又は安全性の確保といった水系エポキシ樹脂の使用目的を充分に達成することはできない。従って、水系エポキシ樹脂に対応することのできる新しいエポキシ樹脂用硬化剤が求められている。
本発明者は、検討の結果、酸増殖反応を引き起こす基を有するモノマーをラジカル重合させることにより、酸増殖剤として好適に用いられ、感光性エポキシ樹脂組成物に配合した場合に硬化効率を飛躍的に向上させることができるエポキシ樹脂硬化用微粒子が得られることを見出した。このようなエポキシ樹脂硬化用微粒子は、硬化効率を飛躍的に向上させることができることから、幅広いエポキシ樹脂に適応することができる。また、本発明者は、ラジカル重合を水系媒体中で行うことにより、水系エポキシ樹脂に対する分散性に優れたエポキシ樹脂硬化用微粒子が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
本明細書中、酸増殖反応を引き起こす基とは、活性エネルギー線照射によって酸を発生する光酸発生剤から発生した酸の存在下で加熱されると分解し、新たに酸が生成する基をいう。上記酸増殖反応を引き起こす基を有することで、本発明のエポキシ樹脂硬化用微粒子は酸増殖剤として好適に用いられ、感光性水系エポキシ樹脂組成物に配合した場合に硬化効率を飛躍的に向上させることができる。また、上記酸増殖反応を引き起こす基は、活性エネルギー線照射によって酸を発生する光酸発生剤から発生した酸の作用ではじめて分解することから、本発明のエポキシ樹脂硬化用微粒子は、感光性水系エポキシ樹脂組成物の貯蔵安定性を低下させることがない。
上記炭素環として、例えば、ベンゼン環等の単環や、ナフタレン環、ピレン環、アズレン環、フルオレン環、アントラセン環、クリセン環等の縮合多環や、ビフェニル環、ターフェニル環等の鎖状多環等が挙げられる。上記複素環を有する基は、窒素原子、酸素原子、硫黄原子等のヘテロ原子の少なくとも1つを含むヘテロ芳香族基である。上記複素環は、環構成原子数が4〜20であることが好ましく、5〜10であることがより好ましく、具体的には例えば、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、フラン環、ベンゾフラン環等が挙げられる。
上記鎖状脂肪族基として、例えば、アルキル基、アルケニル基等が挙げられ、炭素数1〜20のアルキル基が好ましく、炭素数1〜4のアルキル基がより好ましい。上記環状脂肪族基として、例えば、炭素数5〜20、好ましくは6〜10のシクロアルキル基、ビシクロアルキル基等が挙げられる。
上記一般式(2)で表される酸増殖反応を引き起こす構造を有するモノマーとして、例えば、下記式(2−1)〜(2−9)で表される構造を有するモノマー等が挙げられる。上記一般式(3)で表される酸増殖反応を引き起こす構造を有するモノマーとして、例えば、下記式(3−1)〜(3−9)で表される構造を有するモノマー等が挙げられる。
上記他のラジカル重合性モノマーは特に限定されず、例えば、カルボキシル基含有モノマー、ニトリル系モノマー、アクリル酸エステルモノマー、メタクリル酸エステルモノマー、ビニルモノマー等が挙げられる。これらの他のラジカル重合性モノマーのなかでも、カルボキシル基含有モノマー等の親水性モノマーが好ましい。
上記ニトリル系モノマーは特に限定されず、例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等が挙げられる。
上記アクリル酸エステルモノマーは特に限定されず、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、ジシクロペンテニルアクリレート等が挙げられる。
上記メタクリル酸エステルモノマーは特に限定されず、例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、イソボルニルメタクリレート等が挙げられる。
上記ビニルモノマーは特に限定されず、例えば、塩化ビニル、塩化ビニリデン、酢酸ビニル、スチレン、ジビニルベンゼン等が挙げられる。
上記乳化剤の配合量は特に限定されないが、上記ラジカル重合性モノマー100重量部に対する好ましい下限が0.01重量部、好ましい上限が10重量部である。上記乳化剤の配合量が0.01重量部未満であると、得られるエポキシ樹脂硬化用微粒子の粒子径を充分に小さくすることができないことがあり、また、形成したエポキシ樹脂硬化用微粒子が凝集してしまうことがある。上記乳化剤の配合量が10重量部を超えると、得られるエポキシ樹脂硬化用微粒子の粒子純度が低下することがある。
上記水溶性高分子の配合量は特に限定されないが、上記ラジカル重合性モノマー100重量部に対する好ましい下限が0.001重量部、好ましい上限が5重量部である。上記水溶性高分子の配合量が0.001重量部未満であると、水溶性高分子を用いることによる分散安定効果が充分に得られないことがある。上記水溶性高分子の配合量が5重量部を超えると、得られるエポキシ樹脂硬化用微粒子の表面に吸着した水溶性高分子又は未吸着の水溶性高分子が、橋かけ凝集を引き起こすことがある。
上記分散剤の配合量は特に限定されないが、上記ラジカル重合性モノマー100重量部に対する好ましい下限が0.001重量部、好ましい上限が5重量部である。
上記水系媒体に、上記ラジカル重合性モノマー、重合開始剤、及び、上記乳化剤又は上記水溶性高分子を添加し、上記ラジカル重合性モノマーを含有する油滴を上記水系媒体中に分散させた後、上記ラジカル重合性モノマーを重合させて、本発明のエポキシ樹脂硬化用微粒子を得る。なお、上記油滴を上記水系媒体中に分散させるために、一般的に、乳化重合においては乳化剤が、懸濁重合においては水溶性高分子及び/又は分散剤が用いられる。
上記乳化重合及び上記懸濁重合において、重合開始剤は、上記ラジカル重合性モノマー等と一緒に上記水系媒体に添加されてもよく、予め上記ラジカル重合性モノマー等が上記水系媒体に添加された後、上記ラジカル重合性モノマーを重合させる際に上記水系媒体に添加されてもよい。また、上記乳化重合において、重合開始剤は親水性であり、上記懸濁重合において、重合開始剤は、親油性である。
上記水系媒体に、上記ラジカル重合性モノマー、親水性又は親油性の重合開始剤、並びに、上記水溶性高分子及び/又は上記乳化剤を溶解した後、上記ラジカル重合性モノマーを重合させて、ポリマーを析出させる。このポリマーが上記水系媒体中で凝集し、粒子状となることにより、本発明のエポキシ樹脂硬化用微粒子が得られる。
上記水系媒体に、上記ラジカル重合性モノマー及び親水性の重合開始剤を添加し、上記ラジカル重合性モノマーを含有する油滴を上記水系媒体中に分散させた後、上記水系媒体中に溶解している上記ラジカル重合性モノマーを順次重合させて、ポリマーを析出させる。このポリマーが上記水系媒体中で凝集し、粒子状となることにより、本発明のエポキシ樹脂硬化用微粒子が得られる。
親油性のアゾ化合物は特に限定されず、例えば、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、1,1−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、ジメチル2,2−アゾビス(2−メチルプロピオネート)等が挙げられる。
これらの重合開始剤は単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
親水性のアゾ化合物は特に限定されず、例えば、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)、2,2’−アゾビス(N,N’−ジメチレンイソブチルアミジン)、2,2’−アゾビス[2−(5−メチル−2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]、1,1’−アゾビス(1−アミジノ−1−シクロプロピルエタン)、2,2’−アゾビス(2−アミジノ−4−メチルペンタン)、2,2’−アゾビス(2−N−フェニルアミノアミジノプロパン)、2,2’−アゾビス(1−イミノ−1−エチルアミノ−2−メチルプロパン)、2,2’−アゾビス(1−アリルアミノ−1−イミノ−2−メチルブタン)、2,2’−アゾビス(2−N−シクロへキシルアミジノプロパン)、2,2’−アゾビス(2−N−ベンジルアミジノプロパン)及びその塩酸、硫酸、酢酸塩等、4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)及びそのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、アミン塩等、2−(カルバモイルアゾ)イソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(イソブチルアミド)、2,2’−アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]、2,2’−アゾビス[2−メチル−N−(1,1’−ビス(ヒドロキシメチル)エチル)プロピオンアミド]、2,2’−アゾビス[2−メチル−N−1,1’−ビス(ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]、2,2’−アゾビス[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミド]等が挙げられる。
これらの重合開始剤は単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
このようにエポキシ樹脂硬化用微粒子の表面の親水性が高まる理由として、例えば、上記乳化剤、上記水溶性高分子又は上記分散剤がエポキシ樹脂硬化用微粒子の表面に吸着していること等が挙げられる。また、例えば、上記分散重合又は上記ソープフリー重合を用い、かつ、上記ラジカル重合性モノマーが上記親水性モノマーを含有する場合には、析出したポリマーが親水性基を外側に向けて凝集すること等も挙げられる。
本発明のエポキシ樹脂硬化用微粒子は、上記一般式(1)で表される構造を有するモノマーに由来するセグメントを有することが好ましい。更に、本発明のエポキシ樹脂硬化用微粒子は、上記一般式(1)で表される構造を有するモノマーに由来するセグメントと、上記親水性モノマーに由来するセグメントとを有することがより好ましい。これにより、表面の親水性が増し、水系エポキシ樹脂に対する分散性が更に向上する。
上記水系エポキシ樹脂は特に限定されず、公知の水系エポキシ樹脂を使用することができる。上記水系エポキシ樹脂として、例えば、ビスフェノールAのジグリシジルエーテル及びそのオリゴマー、水素化ビスフェノールAのジグリシジルエーテル及びそのオリゴマー、オルソフタル酸ジグリシジルエステル、イソフタル酸ジグリシジルエステル、テレフタル酸ジグリシジルエステル、p−オキシ安息香酸ジグリシジルエステル、テトラハイドロフタル酸ジグリシジルエステル、ヘキサハイドロフタル酸ジグリシジルエステル、コハク酸ジグリシジルエステル、アジピン酸ジグリシジルエステル、セバシン酸ジグリシジルエステル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ポリアルキレングリコールジグリシジルエーテル類、トリメリット酸トリグリシジルエステル、トリグリシジルイソシアヌレート、1,4−ジグリシジルオキシベンゼン、ジグリシジルプロピレン尿素、グリセロールトリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールトリグリシジルエーテル、グリセロールアルキレンオキサイド付加物のトリグリシジルエーテル等が挙げられる。これらの水系エポキシ樹脂は単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。これらの水系エポキシ樹脂のなかでも、エチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテルが好ましい。
上記光酸発生剤として、例えば、下記式で表される(4−メトキシフェニル)ジメチルスルホニウムトリフラート等が挙げられる。
300mL容積の丸底セパラブルフラスコに、ポリビニルピロリドン1.5gと、メタノール150gと、一般式(1)で表される構造を有するモノマーとして4−(アクリロイル)シクロヘキシル 4−メチルベンゼンスルホナート(式(2−3)で表される構造を有するモノマー)3.0gとを添加して、攪拌しながらフラスコ内を窒素雰囲気下にした。その後、親油性の重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル0.15gをメタノール10g中に溶解して得られた重合開始剤溶液を添加し、50℃で重合を行うことにより微粒子を得た。得られた微粒子をメタノールで洗浄後、減圧乾燥して、エポキシ樹脂硬化用微粒子(体積平均粒子径0.93μm)を得た。
300mL容積の丸底セパラブルフラスコに、ポリビニルピロリドン2.5gと、メタノール50gと、一般式(1)で表される構造を有するモノマーとして4−(アクリロイル)シクロヘキシル 4−フルオロベンゼンスルホナート(式(2−7)で表される構造を有するモノマー)0.5gと、Irgacure819 1mol%とを添加して、攪拌しながらフラスコ内を窒素雰囲気下にした。その後、Hg−Xeランプを用いて波長365nmの光を20J/cm2照射し、光重合を行うことにより微粒子を得た。得られた微粒子をメタノールで洗浄後、減圧乾燥して、エポキシ樹脂硬化用微粒子(体積平均粒子径0.10〜0.15μm)を得た。
300mL容積の丸底セパラブルフラスコに、ポリビニルピロリドン5gと、メタノール50gと、一般式(1)で表される構造を有するモノマーとして4−(アクリロイル)シクロヘキシル 2,4−フルオロベンゼンスルホナート(式(2−8)で表される構造を有するモノマー)0.5gと、Irgacure819 0.5mol%とを添加して、攪拌しながらフラスコ内を窒素雰囲気下にした。その後、Hg−Xeランプを用いて波長365nmの光を20J/cm2照射し、光重合を行うことにより微粒子を得た。得られた微粒子をメタノールで洗浄後、減圧乾燥して、エポキシ樹脂硬化用微粒子(体積平均粒子径0.09〜0.11μm)を得た。
実施例で得られたエポキシ樹脂硬化用微粒子について、以下の評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1〜3で得られたエポキシ樹脂硬化用微粒子の10重量%分散液1重量部と、水溶性光酸発生剤(4−メトキシフェニル)ジメチルスルホニウムトリフラート0.5重量部と、水系エポキシ樹脂(EX−512、ナガセケムテックス社製)10重量部と、水20重量部とを、ホモディスパーを用いて攪拌混合し、水系エポキシ樹脂組成物を調製した。また、水溶性光酸発生剤(4−メトキシフェニル)ジメチルスルホニウムトリフラート0.5重量部と、水系エポキシ樹脂(EX−512、ナガセケムテックス社製)10重量部と、水20重量部とを、ホモディスパーを用いて攪拌混合し、水系エポキシ樹脂組成物を調製して、比較例とした(比較例1)。
実施例1〜3で得られたエポキシ樹脂硬化用微粒子の10重量%分散液0.05gと、水溶性光酸発生剤(4−メトキシフェニル)ジメチルスルホニウムトリフラート0.0025gと、水系エポキシ樹脂(EX−512、ナガセケムテックス社製)0.05gとを攪拌混合し、感光性水系エポキシ樹脂組成物を調製した。また、水溶性光酸発生剤(4−メトキシフェニル)ジメチルスルホニウムトリフラート0.0025gと、水系エポキシ樹脂(EX−512、ナガセケムテックス社製)0.05gと、水0.1gとを攪拌混合し、感光性水系エポキシ樹脂組成物を調製して、比較例とした(比較例1)。
実施例1〜3で得られたエポキシ樹脂硬化用微粒子とビスフェノールA型エポキシ樹脂(JER828、三菱化学社製)とを1:10の重量比で混合し、エポキシ樹脂組成物を300g調製した。また、水溶性光酸発生剤(4−メトキシフェニル)ジメチルスルホニウムトリフラートとビスフェノールA型エポキシ樹脂(JER828、三菱化学社製)とを1:20の重量比で混合し、エポキシ樹脂組成物を300g調製して、比較例とした(比較例1)。
得られたエポキシ樹脂組成物の25℃における粘度(Pa・s)をB型粘度計により測定した。その後、エポキシ樹脂組成物を遮光された恒温室にて25℃で30日間放置した後の粘度(Pa・s)を測定した。得られた貯蔵前後(25℃、30日間の放置前後)の粘度の差を算出することにより、貯蔵安定性を評価した。
Claims (5)
- 乳化剤、水溶性高分子又は分散剤が表面に吸着していることを特徴とする請求項1又は2記載のエポキシ樹脂硬化用微粒子。
- 水系エポキシ樹脂と、光酸発生剤と、請求項1、2又は3記載のエポキシ樹脂硬化用微粒子とを含有することを特徴とする感光性水系エポキシ樹脂組成物。
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