JP2020193271A - フッ素系樹脂含有熱硬化樹脂組成物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、成形できたとしてもその強度の著しい低下を招くばかりでなく、電磁的な性質においても不均一なものとなってしまう。
近年、本出願人によってフッ素系樹脂マイクロパウダーの油性溶剤系分散体を樹脂組成物に含ませ、高絶縁性、耐熱性、電気特性(低誘電率、低誘電正接)、加工性等に優れる熱硬化性樹脂組成物が開示されている(例えば、特許文献2及び3参照)。
該フッ素系樹脂の非水系分散体と、該熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物とを混合する工程において異物や気泡が次工程に持ち込まれない処理を含む工程が含まれることを特徴とするフッ素系樹脂含有熱硬化樹脂組成物の製造方法である。
本発明のフッ素系樹脂含有熱硬化樹脂組成物の製造方法(以下、「本発明方法」という)は、フッ素系樹脂のマイクロパウダーと非水系溶媒とを少なくとも含有するフッ素系樹脂の非水系分散体と、熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物とを、少なくとも含有するフッ素系樹脂含有熱硬化樹脂組成物の製造方法であって、
該フッ素系樹脂の非水系分散体と、該熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物とを混合する工程において異物や気泡が次工程に持ち込まれない処理を含む工程が含まれることを特徴とするものである。
本発明方法に用いるフッ素系樹脂の非水系分散体は、フッ素系樹脂のマイクロパウダーと非水系溶媒とを少なくとも含有する。
用いることができるフッ素系樹脂のマイクロパウダーとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ化エチレン−プロピレン共重合体(FEP)、パーフルオロアルコキシ重合体(PFA)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、テトラフルオロエチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(TFE/CTFE)、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)からなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ素系樹脂粒子が挙げられ、これらは一次粒子径が1μm以下となるものが好ましい。
上記フッ素系樹脂粒子の中でも、特に、低比誘電率、低誘電正接の材料として、樹脂材料の中で最も優れた特性を有するポリテトラフルオロエチレン(PTFE、比誘電率2.1、誘電正接0.0002)の使用が望ましい。
非水系溶媒中に安定に分散する上では、好ましくは0.5μm以下、さらに望ましくは0.3μm以下の一次粒子径とすることにより、より均一な分散体となる。
また、非水系分散体中でのフッ素系樹脂のマイクロパウダーの平均粒子径が1μmを超えるものであると沈降しやすくなり、安定して分散することが難しくなるため、好ましくない。好ましくは0.5μm以下、さらに好ましくは0.3μm以下である。
この含有量が5質量%未満の場合には、溶媒の量が多く製造や輸送の上で不経済であり、熱硬化性樹脂溶液などの材料と混合した際に溶媒の量が多いことによる不具合、例えば、溶媒の除去に時間を要することになるなど好ましくない状況を生じることがある。一方、70質量%を超えて大きい場合には、粘度が非常に大きいものとなり、流動性を有する状態で維持することが極端に難しくなるため、好ましくない。
これらの溶媒の中で、好ましくは、用いる樹脂種等により変動するものであるが、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、トルエン、キシレン、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジオキソランが挙げられる。
なお、用いる溶媒の極性によっては水との相溶性が高いものが考えられるが、水分量が多いとフッ素系樹脂粒子の溶媒中への分散性を阻害し、粘度上昇や粒子同士の凝集を引き起こすことがある。
本発明方法においては、用いる非水系溶媒は、カールフィッシャー法による水分量が、6000ppm以下〔0≦水分量≦6000ppm〕となるものが好ましい。本発明(後述する実施例を含む)において、カールフィッシャー法による水分量の測定は、JIS K 0068:2001に準拠するものであり、例えばMCU−610(京都電子工業社製)により測定することができる。この溶媒中の水分量を6000ppm以下にすることで、更に、樹脂溶液とフッ素系樹脂粒子分散体を混合する際の凝集抑制ができ、更に好ましくは、5000ppm以下、より好ましくは、3000ppm以下、特に2500ppm以下とすることが望ましい。なお、上記水分量の調整としては、一般的に用いられている非水系溶媒などの溶媒の脱水方法を用いることが可能であるが、例えば、モレキュラーシーブスなどを用いることができる。
これらの分散後の平均粒子径、粘度は、用いるフッ素系樹脂粒子種、非水系溶媒の各量等を好適に組み合わせ、好適な混合手段等を用いることなどにより調整することができる。
このように構成される本発明方法に用いる上記フッ素系樹脂の非水系分散体は、少なくとも、フッ素系樹脂のマイクロパウダーと、非水系溶媒などとを含有すること、並びに、上記好適な手段を組み合わせることなどにより、微粒子径で低粘度、保存安定性に優れ、各種熱硬化性樹脂溶液との混合時にフッ素系樹脂粒子が凝集のないフッ素系樹脂の非水系分散体が得られることとなる。
本発明方法において用いる樹脂組成物としては、少なくとも熱硬化性樹脂を含むものが挙げられる。
用いることができる熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、トリアジン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、シアン酸エステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、及びこれら樹脂の変性樹脂等が挙げられ、これらの樹脂は1種単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。これらの樹脂は、熱硬化樹脂組成物のベース樹脂となるものであり、電子機器における絶縁性や接着性など、使用に適するものであれば特に限定されることなく用いることができる。
好ましい樹脂組成物は、少なくとも、シアン酸エステル樹脂及び/又はエポキシ樹脂を含むものが挙げられ、これらの樹脂は、特に熱硬化樹脂組成物の好適なベース樹脂となり、電子機器における絶縁性や接着性などに好適となるものである。
本発明方法に用いることができるシアン酸エステル樹脂(シアネートエステル樹脂)としては、例えば、少なくとも2官能性の脂肪族シアン酸エステル、少なくとも2官能性の芳香族シアン酸エステル、またはこれらの混合物が挙げられ、例えば、1,3,5−トリシアナトベンゼン、1,3−ジシアナトナフタレン、1,4−ジシアナトナフタレン、1,6−ジシアナトナフタレン、1,8−ジシアナトナフタレン、2,6−ジシアナトナフタレン、および2,7−ジシアナトナフタレンから選択された少なくとも1種の多官能シアン酸エステルの重合体、ビスフェノールA型シアン酸エステル樹脂またはこれらに水素を添加したもの、ビスフェノールF型シアン酸エステル樹脂またはこれらに水素を添加したもの、6FビスフェノールAジシアン酸エステル樹脂、ビスフェノールE型ジシアン酸エステル樹脂、テトラメチルビスフェノールFジシアン酸エステル樹脂、ビスフェノールMジシアン酸エステル樹脂、ジシクロペンタジエンビスフェノールジシアン酸エステル樹脂、またはシアン酸ノボラック樹脂などの少なくとも1種が挙げられる。また、これらのシアン酸エステル樹脂の市販品も用いることができる。
これらのエポキシ樹脂は1種類、または2種類以上を併用して用いることもできるものである。
本発明方法に用いることができるエポキシ樹脂は、1分子中に1個以上のエポキシ基があれば上記樹脂に限定されるものではないが、ビスフェノールA、水添ビスフェノールA、クレゾールノボラック系等が好適である。
本発明方法において、上記シアン酸エステル樹脂(シアネートエステル樹脂)、エポキシ樹脂はそれぞれ単独で、または、これらを併用することができ、併用の場合は質量比で1:10〜10:1の範囲で併用することができる。
用いることができる活性エステル化合物としては、一般に1分子中に2個以上の活性エステル基を有する化合物が好ましく、例えば、カルボン酸化合物、フェノール化合物又はナフトール化合物などが挙げられる。カルボン酸化合物としては、例えば、酢酸、安息香酸、コハク酸、マレイン酸、イタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ピロメリット酸等が挙げられる。フェノール化合物又はナフトール化合物としては、例えば、ハイドロキノン、レゾルシン、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、フェノールフタリン、メチル化ビスフェノールA、メチル化ビスフェノールF、メチル化ビスフェノールS、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、カテコール、α−ナフトール、β−ナフトール、1,5−ジヒドロキシナフタレン、1,6−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン、ジヒドロキシベンゾフェノン、トリヒドロキシベンゾフェノン、テトラヒドロキシベンゾフェノン、フロログルシン、ベンゼントリオール、ジシクロペンタジエニルジフェノール、フェノールノボラック等が挙げられる。
これらの活性エステル化合物は1種類、または2種類以上を併用して用いることもできるものである。市販の活性エステル化合物としては、例えば、EXB−9451、EXB−9460、HPC−8000−65T(DIC株式会社製)、DC808、YLH1030(ジャパンエポキシレジン株式会社製)などを挙げることができる。
これらの活性エステル化合物の使用量は、用いる熱硬化樹脂組成物のベース樹脂と用いる活性エステル化合物の種類により決定されるものである。
更に、前記活性エステル化合物には、必要に応じて、活性エステル化合物硬化促進剤を用いることができる。
この活性エステル化合物硬化促進剤としては、有機金属塩または有機金属錯体が使用され、例えば、鉄、銅、亜鉛、コバルト、ニッケル、マンガン、スズなどを含む有機金属塩または有機金属錯体が使用される。具体的には、前記シアネートエステル硬化促進剤は、ナフテン酸マンガン、ナフテン酸鉄、ナフテン酸銅、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、オクチル酸鉄、オクチル酸銅、オクチル酸亜鉛、オクチル酸コバルトなどの有機金属塩;アセチルアセトネート鉛、アセチルアセトネートコバルトなどの有機金属錯体が挙げられる。
これらの活性エステル化合物硬化促進剤は、金属の濃度を基準として、反応性および硬化性、成形性の点から、前記用いる樹脂100質量部に対して0.05〜5質量部、好ましくは0.1〜3質量部で含ませることができる。
これらの硬化剤の使用量は、用いるエポキシ樹脂と用いる硬化剤の種類により決定されるものである。
本発明方法の樹脂組成物においては、さらに無機充填剤、熱可塑性樹脂成分、ゴム成分、難燃剤、着色剤、増粘剤、消泡剤、レベリング剤、カップリング剤、密着性付与材など、電子機器向けの熱硬化樹脂組成物において一般的に用いられている材料を組み合わせて用いることもできる。
上記混合工程におけるフッ素系樹脂の非水系分散体の含有量は、該分散体に含まれるPTFE等のフッ素系樹脂のマイクロパウダー、非水系溶媒の各量等により、また、熱硬化樹脂などの組成物の用途等により変動するものであり、樹脂組成物中の非水系溶媒は最終的に熱硬化樹脂を含む組成物調製後、硬化の際等で除去されるものであるため、これらの樹脂100質量部に対して、PTFE等のフッ素系樹脂のマイクロパウダーの含有量が、最終的に、好ましくは、1〜120質量部、より好ましくは、5〜100質量部となるように調整して分散体を用いることが望ましい。
このPTFE等のフッ素系樹脂のマイクロパウダーの含有量が樹脂100質量部に対して1質量部以上とすることにより、低比誘電率で低誘電正接という電気特性を発揮することができ、一方、120質量部以下とすることにより、熱硬化樹脂の持つ接着性や耐熱性を損なうことなく、本発明の効果を更に発揮せしめることができる。
本発明方法では、上記フッ素系樹脂の非水系分散体と、上記熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物(熱硬化樹脂溶液)とを混合する工程において、異物や気泡が次工程に持ち込まれない処理を含む工程としては、異物抑制では、下記の混合の際に均一化を図る方法、再分散する方法、濾過方法が挙げられ、これらは単独で、または、2種以上を組み合わせて行うことができる。
また、気泡抑制では、混合の際に自転・公転撹拌機を用いて行う方法及び/又は減圧と組み合わせる方法、真空ポンプを用いる方法、脱泡機を用いる方法、超音波撹拌機を用いる方法が挙げられ、これらは単独で、または、2種以上を組み合わせて行うことができる。
この「界面」とは、その近傍のA相におけるBの含有率が5質量%未満、およびB相におけるAの含有率が5質量%未満であることと定義する。また、「均一化」とは、上記(A)と(B)の混合物にムラが無い状態であり、目視の他、任意の場所から複数点サンプル、例えば、混合槽の上槽、中槽、下槽の三点からサンプルを採取し、分析した際に有意な差が確認できない状態と定義する。
この均一化を図る方法としては、例えば、撹拌羽根により高速で液面が流動している(B)に対し(A)を滴下したり、高速で流動させた(B)の液中にノズルやチューブを挿入して内部より(A)を注入したり、高速で送液している配管中の(B)へ(A)を合流させたり、(A)を細かな液滴に変えるノズルにより流動する(B)の液面へ噴霧したり、2流体ノズルを用いて(A)と(B)を混合したり、界面を3秒以内に消失させることができる方法であれば、前記の方法に限定されない。この際、(A)に対し(B)を加えていっても良いが、粘度差がある場合は、高粘度の液に低粘度の液を添加することが好ましい。
界面を消失させた後もミクロには不均一となっているため、ワーク内の混合物が十分に均一化するための処理時間を設ける必要がある。ワーク内のある1点で存在していた液の一部が、同じ点付近を通過する工程を1回転とすると、10回転以上の均一化をすることが好ましい。より好ましくは30回転以上、さらに好ましくは50回転以上、均一化において理想的なのは100回転以上である。また、(B)の粘性を下げるために品質に問題が無い範囲で一時的に加温することも均一化に際しては有効である。1回転する条件は、予め同様の粘性を有する透明な液に、溶解しない固形物を沈めて撹拌することで定義することができる。
混合物を保管するタンクにフィルター(例えば、孔径1〜50μm)を接続し、循環して粗大な異物を除去しても良い。このようにすることにより、殆どの異物を循環で取り除くことができ、次工程へ繋がる配管上のフィルターの詰まりを抑制でき、流量管理を安定化する効果が得られる。
フィルターとしては、例えば、孔径1〜50μmのデプスフィルター、プリーツフィルター、枚葉型フィルター、バッグフィルター、ワインドフィルター、焼結フィルターなどが挙げられ、膜としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、PTFE、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルスルホン、ナイロン、ガラス繊維、コットン、などのメンブレンや不織布などが挙げられる。
また、フィルターの詰まりを監視するために、圧力計や流量計を併用することが好ましい。さらに、フィルターは、連続生産に対応させるため、並列に設置しても良いし、孔径の異なるフィルターを直接に多段で直列配置して、詰まりを抑制し、フィルター交換が必要とならないようにすることがより好ましい。上記並列、直列いずれの場合も、各フィルターの1次圧力と2次圧力の差圧は0.1MPa以下で管理することが好ましく、より好ましくは0.08MPa以下、さらに好ましくは0.05MPa以下である。
撹拌槽内を真空に引くことによって組成物内の気泡を除くことができる。上部気相を巻き込まない程度に撹拌を組み合わせることが好ましい。真空度を−0.090MPaより高めることがより好ましい。
また、本発明方法において、脱泡を行う形態としては、脱泡機を用いる方法が挙げられる。
上記真空ポンプのみでは、泡沫が成長して処理が難しい場合などは市販の脱泡機を用いることができる。例えば、ミキスタ工業社製のミキスタなどを用いることができる。組成物を液状のまま薄膜化して真空下に導入して気泡を除去する方法も有効であり、アシザワ・ファインテック社製のバブル・バスターなどを用いることができる。フィルターを用いて気泡を分離するシステムを使うこともできる。これらは能力やコストを最適化するために併用しても良い。
更に、本発明方法において、脱泡を行う形態としては、超音波撹拌機を用いる方法である。組成物に超音波を当てることにより細かく揺動させ気泡を除くことができる。真空度を−0.090MPaより高めることが好ましい。
本発明方法では、上記異物抑制、脱法方法を必要に応じて組み合わせて行うことができるし、同時並行で行っても良い。
樹脂溶液の粘度が低い場合は、特別な脱泡処理を行わなくても短時間で気泡が抜けるため、一定時間の静置を脱泡工程とすることもできる。また、混合時にワーク内をフッ素系樹脂粒子含有熱硬化性組成物で満たし、気相を完全に無くした状態で混合した場合などは、その混合工程自体が脱泡工程として扱うことができる。
図1中、Xは、本発明方法の製造工程の全体を示すものであり、撹拌機(混合槽)には、上記で調製したフッ素系樹脂の非水系分散体(A)と、上記で調製した熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物〔熱硬化樹脂溶液〕(B)が投入される。この混合工程は、異物や気泡が次工程に持ち込まれない処理を含む工程である。
本発明方法において、「次工程」とは、フッ素系樹脂含有熱硬化樹脂組成物の用途等により各種する工程を含むものであり、例えば、FCCL用接着剤用途では、塗工工程、乾燥工程、硬化工程、ラミネート工程を経て、3層FCCLを製造するものや、FCCLポリイミド基材用途では、ポリアミック酸塗工工程、乾燥工程、硬化工程を経て、2層FCCLを製造するものが挙げられる。
本実施形態では、撹拌機付き密閉タンク10に、上記で調製したフッ素系樹脂の非水系分散体(A)と、上記で調製した熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物〔熱硬化樹脂溶液〕(B)が投入される。
この撹拌機付き密閉タンク10には、真空ポンプ12と圧縮エアー供給装置14が連結されているので、これらの装置を好適に組み合わせることにより、(A)と(B)との混合(撹拌)と同時に気泡除去(脱泡)を行いながら均一化を図ることができる。また、撹拌機付き密閉タンク10内の混合液を次の工程に送液にするまでに一定時間待機する場合などには、撹拌や循環により再度均一な状態にリセットすることもできる。また、この内容物を自転・公転撹拌機、更に真空装置付きなどによっても脱泡を行うことができる。本実施形態では14の圧縮エアー供給装置により、各配管a〜eを減圧にして気泡対策を行っている。
また、異物対策としては、混合後に、送液ポンプ17、圧力計18、フィルター19から構成される濾過システムを備えているので、次工程の塗工機20に送液するまで、異物が発生することがない。この送液ポンプ17、圧力計18、フィルター19から構成される濾過システムは、塗工機20へ接続する他、バルブ21a、21bにより配管fを分岐させて配管gを撹拌機付き密閉タンク10に接続して循環濾過を行っても良い。
更に、図3に示すように、最終的に塗工機20へ送液する濾過システムと一体のシステムを構築し、フィルター19bで殆どの異物を除去し、フィルター19aで残存する異物を完全に取り除くことができるように、並列で用いることも有効である。図示符号j、kは、各装置を結ぶ各配管(ライン)である。このシステムは、循環濾過を担う送液ポンプ17b、圧力計18b、フィルター19bと、最終的に塗工機20への異物混入を防止する送液ポンプ17a、圧力計18a、フィルター19aからなる。その場合、塗工機へ接続するフィルター19aの詰まりが軽減されるため、塗工機など流量の安定性が塗工の品質に大きな影響を与える装置においては有効である。また、循環濾過を行いながら塗工機20への送液も、処理スピードが上がり有効である。
本発明方法に用いるフッ素系樹脂の非水系分散体は、上述の如く、フッ素系樹脂のマイクロパウダーと非水系溶媒とを少なくとも含有するものであるが、好ましくは、少なくとも含フッ素基と親油性基を含有するフッ素系添加剤及び/又は下記式(I)で表される化合物を含有することが望ましい。
少なくとも含フッ素基と親油性基を有するフッ素系添加剤を用いることにより、分散媒となる非水系溶媒の表面張力を低下させ、フッ素系樹脂のマイクロパウダー表面に対する濡れ性を向上させてフッ素系樹脂のマイクロパウダーの分散性を向上させると共に、含フッ素基がフッ素系樹脂のマイクロパウダー表面に吸着し、親油性基が分散媒となる非水系溶媒中に伸長し、この親油性基の立体障害によりフッ素系樹脂のマイクロパウダーの凝集を防止して分散安定性を更に向上させるものとなる。
どが挙げられ、親油性基としては、例えば、アルキル基、フェニル基、シロキサン基など
の1種又は2種以上が挙げられ、親水性基としては、例えば、エチレンオキサイドや、ア
ミノ基、ケトン基、カルボキシル基、スルホン基などの1種又は2種以上が挙げられる。
具体的に用いることできるフッ素系添加剤としては、パーフルオロアルキル基含有のサ
ーフロンS−611などのサーフロンシリーズ(AGCセイミケミカル社製)、メガファ
ックF−555、メガファックF−558、メガファックF−563などのメガファック
シリーズ(DIC社製)、ユニダインDS−403Nなどのユニダインシリーズ(ダイキ
ン工業社製)、フローレンFD−420(共栄社化学製)、フタージェント610FM、FTX−218、215M、710FM、730LMなどのフタージェントシリーズ(ネオス社製)などを用いることができる。
これらのフッ素系添加剤は、用いるフッ素系樹脂のマイクロパウダーと非水系溶媒の種類によって、適宜最適なものが選択されるものであるが、1種類、または2種類以上を組み合わせて用いることも可能である。
この含有量がフッ素系樹脂のマイクロパウダーの質量に対して、0.1質量%未満では、フッ素系樹脂粒子表面を充分に非水系溶媒に濡らすことができず、一方、50質量%超過では分散体の泡立ちが強くなって分散の効率が低下し、分散体自体の取扱いやその後に樹脂材料などと混ぜ合わせる際にも不具合を生じることなどがあり、好ましくない。また、泡などの不具合が無い場合においても、フッ素系添加剤は高価であるため多量の添加は不経済となる。
具体的には、積水化学工業(株)製の商品名;エスレックBM−1、同BH−3、同BH−6、同BX−1、同BX−5、同BM−2、同BM−5、同BL−1、同BL−1H、同BL−2、同BL−2H、同BL−5、同BL−10、同KS−10などや、クラレ(株)製の商品名;モビタールB14S、同B16H、同B20H、同B30H、同B45H、同BX860、同B60H、同B75H、同BL16、同B30HH、同B60HH、同B30T、同B45M、同B60Tなどや、イーストマンケミカル製の商品名;BUTVAR B−72、同B−74、同B−76、同B−79、同B−90、同B−98などが挙げられる。
これらは、単独又は2種以上混合して使用してもよい。また、前記フッ素系添加剤と指定する添加量の範囲内であれば併用してもよい。
さらに、熱硬化樹脂などに、フッ素系樹脂粒子の非水系分散体を添加した際の特性を考慮すれば、0.1〜15質量%が望ましく、さらに0.1〜10質量%が望ましく、特に0.3〜5質量%が最も好ましい。
また、本発明において、上記少なくとも含フッ素基と親油性基を含有するフッ素系添加剤と上記式(I)で表される化合物とを併用する場合は、併用効果を最大限にはっきするために、好ましくは、フッ素系樹脂粒子の質量に対して、フッ素系添加剤は0.1〜5質量%、上記式(I)で表される化合物は0.1〜5質量%とすることが望ましい。
本発明に用いるウレタン構造を有するポリマーは、混合時の物質の移動を抑制することで、分散系組成が受ける急激な変化を緩和して凝集を抑制することが可能となり、上述の異物抑制、脱泡をすれば、より凝集物が抑制され、分散安定化などを図ることができる。
式:R−NH−COO−R'
(上記式中、R及びR’は、脂肪族、脂環族または芳香族の1価または多価の有機基であり、該多価の有機基はさらに別のウレタン結合を有する基あるいは他の基に結合している。)で表され、
ウレタン構造を有するポリマー中に、親油性基及び/又は親水性基に存在することができ、また、これらの基はウレタン構造を有するポリマーの主鎖及び/又は側鎖に存在することができ、さらにウレタン構造を有するポリマー中に1個以上存在することができる。ウレタン結合がウレタン構造を有するポリマー中に2個以上存在するとき、各ウレタン結合は同一でも異なってもよい。
上記ジイソシアナート類としては、例えば、ベンゼン−1,3−ジイソシアナート、ベンゼン−1,4−ジイソシアナートなどのベンゼンジイソシアナート類;トルエン−2,4−ジイソシアナート、トルエン−2,5−ジイソシアナート、トルエン−2,6−ジイソシアナート、トルエン−3,5−ジイソシアナートなどのトルエンジイソシアナート類;1,2−キシレン−3,5−ジイソシアナート、1,2−キシレン−3,6−ジイソシアナート、1,3−キシレン−2,4−ジイソシアナート、1,3−キシレン−2,5−ジイソシアナート、1,3−キシレン−4,6−ジイソシアナート、1,4−キシレン−2,5−ジイソシアナート、1,4−キシレン−2,6−ジイソシアナートなどのキシレンジイソシアナート類などの他の芳香族ジイソシアナート類などを挙げることができる。
これらのジイソシアナート類及びトリイソシアナート類は、それぞれ単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
具体的には、片末端または両末端に水酸基を有するポリカプロラクトン、片末端または両末端に水酸基を有するポリバレロラクトン、片末端または両末端に水酸基を有するポリプロピオラクトンなどの片末端または両末端に水酸基を有するポリラクトン類;片末端または両末端に水酸基を有するポリエチレンテレフタレート、片末端または両末端に水酸基を有するポリブチレンテレフタレートなどの片末端または両末端に水酸基を有する重縮合系ポリエステル類などを挙げることができる。
これらの片末端に水酸基を有するポリエステル類および両末端に水酸基を有するポリエステル類は、それぞれ単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
また、ウレタン構造を有するポリマーは、分散性の点から、酸性官能基を有しないことが好ましい。酸性官能基としては、例えばカルボキシル基、スルホ基、リン酸基等が挙げられるが、代表的にはカルボキシル基である。
更に、ウレタン構造を有するポリマーは、耐熱性の点から、加熱により切断され易いポリエーテル鎖を含まないことが好ましい。ここでポリエーテル鎖とは、−(O−Ri)n−(Riは、炭素数1〜10のアルキレン基、nは2以上の整数)で表される構造をいう。具体的には、−(O−CH2CH2)n−、−(O−CH2CH2CH2)n−、−(O−CH2CH2CH2CH2)n−、−(O−CH2CH2CH2CH2CH2)n−、−(O−CH2CH2CH2CH2CH2CH2)n−が挙げられる。
具体的には、耐熱性、電気信頼性、分散性の点から、ビックケミー製;DISPERBYK−161、同162、同163、同164、同167、同168、同170、同174、同180、同182、同184、同185、同2163、同2164などや、BASF製;Efka PU4063などや、DIC製;バーノック16−411、同16−416、同16−472、同DF−402、同DF−407、同ENL−659などや、ルーブリゾール製;ソルスパース71000、同74000、同75500、同76400、同76500、同79000などが挙げられる。
本発明方法におけるウレタン構造を有するポリマーの重量平均分子量(Mw)は、通常、5,000〜50,000、好ましくは7,000〜20,000である。
上記ウレタン構造を有するポリマーは、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
さらに、熱硬化樹脂などに、フッ素系樹脂のマイクロパウダーの非水系分散体を添加した際の特性を考慮すれば、0.1〜20質量%が望ましく、さらに0.1〜15質量%が望ましく、特に0.3〜10質量%が最も好ましい。
例えば、用いることができる界面活性剤や分散剤としては、フッ素系や非フッ素系に関わらず、ノニオン系、アニオン系、カチオン系などの界面活性剤や分散剤、ノニオン系、アニオン系、カチオン系などの高分子界面活性剤や高分子分散剤などを挙げることができるが、これらに限定されることなく使用することができる。
これらの分散後の平均粒子径、粘度は、用いるフッ素系樹脂粒子種、フッ素系添加剤、上記式(I)で表される化合物、ウレタン構造を有するポリマー及び非水系溶媒の各量等を好適に組み合わせ、好適な混合手段等を用いることなどにより調整することができる。
この好ましい形態となるフッ素系樹脂の非水系分散体は、少なくとも、フッ素系樹脂粒子と、少なくとも含フッ素基と親油性基を含有するフッ素系添加剤及び/又は、上記式(I)で表される化合物と、ウレタン構造を有するポリマーと、非水系溶媒とを含有することにより、微粒子径で低粘度、保存安定性に優れ、各種熱硬化性樹脂溶液との混合時に、すなわち、上記フッ素系樹脂の非水系分散体と、上記熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物(熱硬化樹脂溶液)とを混合する工程において、異物や気泡が次工程に持ち込まれない処理を含む工程を経ることにより、更に本発明の効果を高度に発揮せしめることができるものとなる。
本発明方法は、上記フッ素系樹脂のマイクロパウダーと非水系溶媒とを少なくとも含有するフッ素系樹脂の非水系分散体と、熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物とを、少なくとも含有するフッ素系樹脂含有熱硬化樹脂組成物の製造方法であって、該フッ素系樹脂の非水系分散体と、該熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物とを混合する上記工程において異物や気泡が次工程に持ち込まれない処理を含む工程が含まれることにより、得られる上記フッ素系樹脂含有熱硬化樹脂組成物は、公知のエポキシ樹脂組成物などの熱硬化樹脂組成物と同様な方法により成型、硬化して硬化物とすることができる。
用いる成型方法、硬化方法は、公知のエポキシ樹脂組成物などの熱硬化樹脂組成物と同様の方法をとることができ、本発明のフッ素系樹脂含有熱硬化樹脂組成物固有の方法は不要であり、特に限定されるものでない。
本発明方法を経て得られるフッ素系樹脂含有熱硬化樹脂組成物を硬化してなる硬化物は、積層物、成型物、接着物、塗膜、フィルム等の形態をとることができる。
得られるフッ素系樹脂含有熱硬化樹脂組成物、及びその硬化物は、上記製造工程で、異物や気泡が次工程に持ち込まれない処理を含む工程を経ているので、エポキシ樹脂などの熱硬化樹脂の持つ接着性や耐熱性を損なうことなく、低比誘電率で低誘電正接という電気特性に優れ、更に、フッ素系樹脂の非水系分散体に、少なくとも含フッ素基と親油性基を含有するフッ素系添加剤及び/又は下記式(I)で表される化合物、及び/または、上記ポリウレタン構造を有するポリマーの含有により、更に、フッ素系樹脂のマイクロパウダーの凝集による異物を抑制することができるので、電子基板材料や絶縁材料、接着材料などに好適であり、例えば、電子部品に用いられる封止材、銅張り積層板、絶縁塗料、複合材、絶縁接着剤等の材料として有用であり、特に、電子機器の多層プリント配線板の絶縁層の形成、回路基板用積層板、カバーレイフィルム、プリプレグなどに好適に用いることができるものとなる。
〔フッ素系樹脂の非水系分散体の調製〕
下記表1に示す配合処方にて、各フッ素系樹脂の非水系分散体を調製した。
上記調製にあたって、非水系溶媒中に、フッ素系添加剤、式(I)で表される化合物、ウレタン構造を有するポリマーを充分に撹拌混合、溶解した後、フッ素系樹脂のマイクロパウダーとしてPTFEマイクロパウダーを添加して、さらに撹拌混合を行った。その後、得られたPTFE混合液を、分散機:ダイノ−ミル マルチラボ型を用いて、分散条件:ジルコニアビーズφ0.3mm、充填率50%、周速10m/sの条件で1時間のバッチ処理の後、ビーズを分離して各フッ素系樹脂の非水系分散体におけるPTFEの平均粒子径(散乱強度分布におけるキュムラント法解析の平均粒子径)をFPAR−1000(大塚電子株式会社製)による動的光散乱法で測定した。また、各フッ素系樹脂の非水系分散体(25℃)の粘度を、剪断速度19.2/sにおいてE型粘度計を用いて測定した。
下記表1に各フッ素系樹脂の非水系分散体の配合処方、得られた分散体におけるPTFEの平均粒子径を示す。なお、各フッ素系樹脂の非水系分散体のカールフィッシャー法による水分量を測定したところ、400〜2500ppmの範囲であることを確認した。
得られた上記各フッ素系樹脂の非水系分散体を用い、下記表1に示す配合処方(変性フェノールノボラック型エポキシ樹脂:20質量%トルエン溶液、変性ポリアミック酸樹脂溶液:15質量%N−メチル−2−ピロリドン溶液)にてフッ素系樹脂含有熱硬化性樹脂溶液(混合)を調製した。
各実施例における混合では、下記方法により異物や気泡が次工程に持ち込まれない処理を含む工程を経て調製した。
図1に準拠し、表1の配合処方に沿い、撹拌機(中央理化社製、LZB33−4S)付き密閉タンクに、熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物を投入し、撹拌機により液面が高速で流動する撹拌回転数で高速で流動させ、そこにフッ素系樹脂の非水系分散体を上部より滴下した。滴下の際、2液が瞬時に一体化し、少なくとも目視によっては界面が形成されていることは認められなかった。フッ素系樹脂の非水系分散体の添加を終えた後、タンクを密閉して撹拌機付き密閉タンクを、−0.095MPaまで減圧し、前記の通り内容液が100回転する時間の均一化を行った。均一化の後、撹拌機の回転数を落とし、バルブ11とバルブ16aを開放し、ダイヤフラムポンプ15により密閉タンク内の混合物を循環させた。この際、真空度は−0.095MPaを維持する様に調製した。この脱泡処理を配管bから密閉タンクに戻る内容物から気泡が無くなるまで続けた。脱泡処理後、密閉タンク内を大気圧に戻しバルブ16aを開け、送液ポンプ17、圧力計18、孔径5μm、濾過面積0.22m2のフィルター19から構成される濾過システムを経て次工程へ混合物を送液する形態で、異物や気泡が次工程に持ち込まれない処理を行った。実験当日の気圧は1030hPaであった。
濾過システムを図2に示す上記循環濾過を担うものを併用し、次工程へ混合物を送液する前に、5回転の循環濾過を実施した以外は、上記実施例1a、1bと同様にして、異物や気泡が次工程に持ち込まれない処理を行った。
脱泡時の真空度を−0.080MPaとした以外は、実施例1a、1bと同様にして、異物や気泡が次工程に持ち込まれない処理を行った。
図1に準拠し(但し、フッ素系樹脂の非水系分散体を添加する際、2液の界面が1分程度形成された状態を維持しながら混合を行った。表1の配合処方に沿い、実施例1と同様にして、処理を行った。
脱泡を行わない以外は、実施例1a、1bと同様にして処理を行った。
濾過を行わない以外は、実施例1a、1bと同様にして処理を行った。
熱硬化性樹脂溶液混合の評価法:
実施例1a〜3b、比較例1a〜3bで得られた熱硬化性樹脂溶液(混合)を瓶に採取し、1日静置して瓶底の凝集物量、異物の存在を下記評価基準で評価し、また、3日静置して沈降分離状態を下記評価基準で評価し、さらに、混合物濾過工程の際に孔径5μmのフィルター通液性を、下記評価基準で評価した。これらの結果を下記表1に示す。
凝集物量、異物の評価基準:
○:凝集物・異物なし
×:凝集物や異物あり
沈降分離の評価基準:
○:沈降分離なし
×:沈降分離あり
フィルター通液性評価基準:
○:詰まりによるフィルター交換殆どなし(仕込量に対しフィルター0〜1回交換)
△:詰まりによるフィルター交換あり(仕込量に対して通液量1/2〜1/4)
×:詰まりにより頻繁にフィルターを交換(仕込量に対して通液量1/4未満)
成膜評価(ガラス上に1milで塗膜を作製し、150℃、10分乾燥の後、膜の状態を評価)
変性フェノールノボラック型エポキシ樹脂は200℃1時間、変性ポリアミック酸は350℃30分で硬化させた。
硬化させた膜の状態(膨れ・ピンホール、フィルム化)を下記評価基準で評価した。これらの結果を下記表1に示す。
膨れ・ピンホール評価基準:
○:膨れ・ピンホール無し
△:僅かに膨れ・ピンホール有り
×:多数の膨れ・ピンホール有り
フィルム化評価基準:
○:ガラスからの剥離(フィルム化)可
×:ガラスからの剥離(フィルム化)不可
ポリイミドフィルム(厚さ:25μm)の片側全面に、上記で得られた熱硬化性樹脂溶液の混合物(フッ素系樹脂含有熱硬化樹脂組成物)を、乾燥後の厚さが約25μmとなるようにコーターを用いて均一な厚さになるよう塗布し、約120℃で約10分間乾燥した後、これを180℃で60分間加熱して硬化させることにより、評価サンプルを作製した。
上記で得た各評価サンプルを用い、下記に示す試験方法により、電気特性(比誘電率と誘電誘電正接)の評価を行った。
比誘電率と誘電誘電正接は、JIS C6481−1996の試験規格に準じて、ベクトルネットワークアナライザー及び共振器を用いて10GHzで測定した。なお、変性フェノールノボラック型エポキシ樹脂硬化物(樹脂のみ)は、比誘電率3.8,誘電正接0.050であり、また、変性ポリアミック酸硬化物(樹脂のみ)は、比誘電率3.2,誘電正接0.020である。
これらの結果を下記表1に示す。
Claims (4)
- フッ素系樹脂のマイクロパウダーと非水系溶媒とを少なくとも含有するフッ素系樹脂の非水系分散体と、熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物とを、少なくとも含有するフッ素系樹脂含有熱硬化樹脂組成物の製造方法であって、
該フッ素系樹脂の非水系分散体と、該熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物とを混合する工程において異物や気泡が次工程に持ち込まれない処理を含む工程が含まれることを特徴とするフッ素系樹脂含有熱硬化樹脂組成物の製造方法。 - 前記フッ素系樹脂のマイクロパウダーが、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化エチレン−プロピレン共重合体、パーフルオロアルコキシ重合体、クロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレンからなる群から選ばれる1種以上のフッ素系樹脂粒子であることを特徴とする請求項1に記載のフッ素系樹脂含有熱硬化樹脂組成物の製造方法。
- フッ素系樹脂の非水系分散体には、ウレタン構造を有するポリマーを含有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一つに記載のフッ素系樹脂含有熱硬化樹脂組成物の製造方法。
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