JP2022083039A - 硬化性組成物、硬化物、及び積層体 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献3に記載の熱伝導性シートは、シリコーン系樹脂を用いており、エポキシ樹脂と比較すると接着強度が十分ではなく、使用可能な用途が限られるという課題がある。
特許文献4に記載の樹脂組成物は、エポキシ化合物との架橋性を高めて耐熱性を得るために、側鎖に架橋点を有する有機溶剤可溶性ポリイミドを使用しており、架橋により柔軟なポリイミドの主鎖の運動が抑制されるため、得られる柔軟性には制限がある。そのため、線膨張係数の異なる基材を用いた場合、冷熱サイクル試験により、接着力が劣化するという課題がある。
したがって、本発明の課題は、高い配合比でフィラーを含む場合であっても、高い接着強度を有し、冷熱サイクル性に優れ、且つ高温環境下においても接着強度を維持可能な優れた耐熱性を有する、硬化性組成物、その硬化物、及び硬化物からなる層を備える積層体を提供することにある。
ブロックポリマー(C)が、柔軟なポリイミドユニット(A)と、分子内にカルボキシ基を有するエチレン性不飽和単量体の重合体ユニット(B)とを備えることで、得られる硬化性組成物は、フィラーを高い配合比で含む場合においても、高い接着強度、柔軟性だけでなく、優れた耐熱性を発揮する。
また、ポリイミドユニット(A)と、エチレン性不飽和単量体の重合体ユニット(B)とが連結された構造を有していることで、各々を単独で混合する場合と比べて、ユニット同士の相溶性に優れ、透明性の高い樹脂膜が得られる。そして、このような樹脂膜を硬化して得られる硬化物は、フィラーを高い配合比で含む場合においても、優れた接着強度、柔軟性、耐熱性を発揮する。
また、ブロックポリマー(C)と、分子内に2つ以上のエポキシ基を有する化合物(D)と、を組み合わせることにより、分子内に2つ以上のエポキシ基を有する化合物(D)が形成する強靭な架橋構造に、ブロックポリマー(C)中のエチレン性不飽和単量体の重合体ユニット(B)が強固に組み込まれた硬化膜が得られる。このようにして得られた硬化膜は、相分離構造を形成しており、ポリイミドユニット(A)由来の柔軟性と、分子内に2つ以上のエポキシ基を有する化合物(D)由来の高い膜強度とを両立する。
また、高温環境下では、分子内に2つ以上のエポキシ基を有する化合物(D)に由来する架橋構造は熱により硬くなるが、耐熱性の高いポリイミドユニット(A)は硬度の変化が少なく柔軟性を維持できる。
さらに、分子内に2つ以上のエポキシ基を有する化合物(D)と、エチレン性不飽和単量体の重合体ユニット(B)との架橋構造は、架橋点が複数存在するため強固であり、ブロックポリマー(C)と分子内に2つ以上のエポキシ基を有する化合物(D)との熱による分離が抑制され、柔軟性を維持できる。
これにより、本発明の硬化性組成物は、高い配合比でフィラーを含む場合であっても、高い接着強度を有し、且つ高温環境下においても接着強度を維持可能な優れた耐熱性を発揮する。
以下に本発明について詳細に説明する。
本発明におけるブロックポリマー(C)は、ポリイミドユニット(A)とエチレン性不飽和単量体の重合体ユニット(B)とが連鎖移動剤残基により連結した構造を有していればよく、その製造方法は制限されないが、好ましくは下記の方法で製造することができる。
まず、ジアミンと過剰の酸二無水物とを溶剤中で反応させてポリアミック酸を形成し、さらに高温に熱して脱水環化しイミド化させ、両末端に酸無水物を有するポリイミドユニット(A)を形成する(以下、工程1)。
次いで、連鎖移動剤を添加し、ポリイミドユニット(A)の両末端に連鎖移動剤残基を有するプレポリマーを合成する(以下、工程2)。
その後、得られたプレポリマーが有する連鎖移動剤残基を用いて、カルボキシ基を有するエチレン性不飽和単量体(b1)を含むエチレン性不飽和単量体を、重合開始剤存在下に連鎖移動重合して、エチレン性不飽和単量体の重合体ユニット(B)を形成する(以下、工程3)。
このようにして、ポリイミドユニット(A)と、カルボキシ基を有するエチレン性不飽和単量体(b1)に由来する構成単位を有するエチレン性不飽和単量体の重合体ユニット(B)とが、連鎖移動剤残基により連結したブロックポリマー(C)を得ることができる。
本発明におけるブロックポリマー(C)は、ポリイミドユニット(A)と、エチレン性不飽和単量体の重合体ユニット(B)と、が連鎖移動剤残基により連結した構造を有しており、前記ポリイミドユニット(A)は、ジアミンと過剰の酸二無水物とを溶剤中で反応させてポリアミック酸を形成し、さらに高温に熱して脱水環化しイミド化させることで形成することができる。
ポリイミドユニットを構成するジアミンとしては、例えば、
ジアミノシクロヘキサン、ジアミノジシクロヘキシルメタン、ジメチル-ジアミノジシクロヘキシルメタン、テトラメチル-ジアミノジシクロヘキシルメタン、ジアミノジシクロヘキシルプロパン、ジアミノビシクロ[2.2.1]ヘプタン、ビス(アミノメチル)-ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、3(4),8(9)-ビス(アミノメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、イソホロンジアミン等の脂環式ジアミン;
2,2-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン等のビスアミノフェノキシフェニルプロパン類;
3,3’-ジアミノジフェニルエーテル、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル等のジアミノジフェニルエーテル類;
p-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン等のフェニレンジアミン類;
3,3’-ジアミノジフェニルスルフィド、3,4’-ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’-ジアミノジフェニルスルフィド等のジアミノジフェニルスルフィド類;
3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、3,4’-ジアミノジフェニルスルホン、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン等のジアミノジフェニルスルホン類;
3,3’-ジアミノベンゾフェノン、4,4’-ジアミノベンゾフェノン、3,4’-ジアミノベンゾフェノン等のジアミノベンゾフェノン類;
3,3’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,4’-ジアミノジフェニルメタン等のジアミノジフェニルメタン類;
2,2-ジ(3-アミノフェニル)プロパン、2,2-ジ(4-アミノフェニル)プロパン、2-(3-アミノフェニル)-2-(4-アミノフェニル)プロパン等のジアミノフェニルプロパン類;
2,2-ジ(3-アミノフェニル)-1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン、2,2-ジ(4-アミノフェニル)-1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン、2-(3-アミノフェニル)-2-(4-アミノフェニル)-1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン等のジアミノフェニルヘキサフルオロプロパン類;
1,1-ジ(3-アミノフェニル)-1-フェニルエタン、1,1-ジ(4-アミノフェニル)-1-フェニルエタン、1-(3-アミノフェニル)-1-(4-アミノフェニル)-1-フェニルエタン等のジアミノフェニルフェニルエタン類;
1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン等のビスアミノフェノキシベンゼン類;
1,3-ビス(3-アミノベンゾイル)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノベンゾイル)ベンゼン、1,4-ビス(3-アミノベンゾイル)ベンゼン、1,4-ビス(4-アミノベンゾイル)ベンゼン等のビスアミノベンゾイルベンゼン類;
1,3-ビス(3-アミノ-α,α-ジメチルベンジル)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノ-α,α-ジメチルベンジル)ベンゼン、1,4-ビス(3-アミノ-α,α-ジメチルベンジル)ベンゼン、1,4-ビス(4-アミノ-α,α-ジメチルベンジル)ベンゼン等のビスアミノジメチルベンゼン類;
1,3-ビス(3-アミノ-α,α-ジトリフルオロメチルベンジル)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノ-α,α-ジトリフルオロメチルベンジル)ベンゼン、1,4-ビス(3-アミノ-α,α-ジトリフルオロメチルベンジル)ベンゼン、1,4-ビス(4-アミノ-α,α-ジトリフルオロメチルベンジル)ベンゼン等のビスアミノジトリフルオロメチルベンジルベンゼン類;
2,6-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゾニトリル、2,6-ビス(3-アミノフェノキシ)ピリジン、4,4’-ビス(3-アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル等のアミノフェノキシビフェニル類;
ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]ケトン、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ケトン等のアミノフェノキシフェニルケトン類;
ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]スルフィド、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]スルフィド等のアミノフェノキシフェニルスルフィド類;
ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]スルホン等のアミノフェノキシフェニルスルホン類;
ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]エーテル等のアミノフェノキシフェニルエーテル類;
2,2-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2-ビス[3-(3-アミノフェノキシ)フェニル]-1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]-1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン等のアミノフェノキシフェニルプロパン類;
その他のジアミンとして、1,3-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,3-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,4-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,4-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,3-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)-α,α-ジメチルベンジル]ベンゼン、1,3-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)-α,α-ジメチルベンジル]ベンゼン、1,4-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)-α,α-ジメチルベンジル]ベンゼン、1,4-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)-α,α-ジメチルベンジル]ベンゼン、4,4’-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)ベンゾイル]ジフェニルエーテル、4,4’-ビス[4-(4-アミノ-α,α-ジメチルベンジル)フェノキシ]ベンゾフェノン、4,4’-ビス[4-(4-アミノ-α,α-ジメチルベンジル)フェノキシ]ジフェニルスルホン、4,4’-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェノキシ]ジフェニルスルホン、3,3’-ジアミノ-4,4’-ジフェノキシベンゾフェノン、3,3’-ジアミノ-4,4’-ジビフェノキシベンゾフェノン、3,3’-ジアミノ-4-フェノキシベンゾフェノン、3,3’-ジアミノ-4-ビフェノキシベンゾフェノン、6,6’-ビス(3-アミノフェノキシ)3,3,3,’3,’-テトラメチル-1,1’-スピロビインダン、6,6’-ビス(4-アミノフェノキシ)3,3,3,’3,’-テトラメチル-1,1’-スピロビインダン、1,3-ビス(3-アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、1,3-ビス(4-アミノブチル)テトラメチルジシロキサン、ビス(アミノメチル)エーテル、ビス(2-アミノエチル)エーテル、ビス(3-アミノプロピル)エーテル、ビス(2-アミノメトキシ)エチル]エ-テル、ビス[2-(2-アミノエトキシ)エチル]エーテル、ビス[2-(3-アミノプロポキシ)エチル]エーテル、1,2-ビス(アミノメトキシ)エタン、1,2-ビス(2-アミノエトキシ)エタン、1,2-ビス[2-(アミノメトキシ)エトキシ]エタン、1,2-ビス[2-(2-アミノエトキシ)エトキシ]エタン、エチレングリコ-ルビス(3-アミノプロピル)エーテル、ジエチレングリコ-ルビス(3-アミノプロピル)エーテル、トリエチレングリコ-ルビス(3-アミノプロピル)エーテル、エチレンジアミン、1,3-ジアミノプロパン、1,4-ジアミノブタン、1,5-ジアミノペンタン、1,6-ジアミノヘキサン、1,7-ジアミノヘプタン、1,8-ジアミノオクタン、1,9-ジアミノノナン、1,10-ジアミノデカン、1,11-ジアミノウンデカン、1,12-ジアミノドデカンが挙げられる。
ポリイミドユニット(A)は、好ましくは、芳香環を有するジアミンに由来する構成単位、及びシロキサン骨格を有するジアミンに由来する構成単位からなる群から選ばれる少なくとも1種の構成単位を有するものであり、より好ましくは、シロキサン骨格を有するジアミンに由来する構成単位を有するものであり、さらに好ましくは、芳香環を有するジアミンに由来する構成単位と、シロキサン骨格を有するジアミンに由来する構成単位とを有するものである。
酸二無水物としては、特に制限されず、例えば、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物、3,3’,4,4’-ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、4,4’-(4,4’-イソプロピリデンジフェノキシ)ジフタル酸無水物、9,9’-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)フルオレン二無水物等の芳香族テトラカルボン酸二無水物類;1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2-ジメチル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-テトラメチル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、3,4-ジカルボキシ-1,2,3,4-テトラヒドロ-1-ナフタレンコハク酸二無水物、2,3,5-トリカルボキシ-2-シクロペンタン酢酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクト-7-エン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、2,3,4,5-テトラヒドロフランテトラカルボン酸二無水物、3,5,6-トリカルボキシ-2-ノルボルナン酢酸二無水物等の脂環式テトラカルボン酸二無水物類;1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸二無水物等の脂肪族テトラカルボン酸二無水物類等が挙げられる。
ポリイミドユニット(A)は、好ましくは、芳香族テトラカルボン酸二無水物類、及びシロキサン骨格を有する酸二無水物からなる群から選ばれる少なくとも1種の構成単位を有するものであり、より好ましくは、芳香族テトラカルボン酸二無水物類に由来する構成単位を有するものであり、さらに好ましくは、4,4’-(4,4’-イソプロピリデンジフェノキシ)ジフタル酸無水物に由来する構成単位を有するものである。
ポリアミック酸を脱水環化しイミド化する方法としては、公知の熱的イミド化法や化学的イミド化法を利用できる。熱的イミド化法では、例えば、150~250℃の高温で脱水しながら加熱処理することで容易にイミド化することができる。化学的イミド化法では、例えば、ピリジン又はトリエチルアミン等の塩基と無水酢酸を、原料のジアミンに対して各々2~10モル当量を加え0~50℃で環化反応を行うことでイミド化することができる。
ポリイミドユニット(A)の数平均分子量は、好ましくは20,000~200,000の範囲である。20,000以上であると、得られる硬化物の破断強度に優れ、200,000以下であると粘度の調整が容易であるため好ましい。
上述で得られたポリイミドユニット(A)の両末端の酸無水物基と、連鎖移動剤とを反応させることで、両末端に連鎖移動剤残基を有するプレポリマーを得ることができる。
連鎖移動剤は、特に制限されないが、酸無水物基と反応しうる官能基とスルファニル基とを有するものが好ましい。当該連鎖移動剤を用いると、ポリイミドユニット(A)における末端酸無水物基と、連鎖移動剤における酸無水物基と反応しうる官能基とが反応し、両末端にスルファニル基を有するプレポリマーが形成される。ポリイミドユニットと、連鎖移動剤との反応は、20~120℃の任意の温度で混合することで容易に進行し、連鎖移動剤は、公知の連鎖移動剤から単独又は2種以上を併用して用いることができる。
酸無水物基と反応しうる官能基は、酸無水物基との反応性が良好であることから、好ましくはアミノ基である。アミノ基とスルファニル基とを有する連鎖移動剤を用いることで、プレポリマーの末端に効率的にスルファニル基を導入することができるため好ましい。
エチレン性不飽和単量体の重合体ユニット(B)は、カルボキシ基を有するエチレン性不飽和単量体(b1)に由来する構成単位を有するものであり、分子内にカルボキシ基を1つ以上有するエチレン性不飽和単量体(b1)を含むエチレン性不飽和単量体を、重合開始剤の存在下に重合させて得られる構造体である。
カルボキシ基を有するエチレン性不飽和単量体(b1)を用いると、後述する分子内に2つ以上のエポキシ基を有する化合物(D)と反応した際に、より耐熱性と柔軟性に優れる硬化物が得られるため好ましい。
具体的には、工程2で得られた両末端に連鎖移動剤残基を有するプレポリマーと、カルボキシ基を有するエチレン性不飽和単量体(b1)を含むエチレン性不飽和単量体と、を重合開始剤の存在下に重合させることで、ポリイミドユニット(A)と、エチレン性不飽和単量体の重合体ユニット(B)とが、連鎖移動剤残基により連結したブロックポリマー(C)を得ることができる。
カルボキシ基を有するエチレン性不飽和単量体(b1)は、分子内にカルボキシ基を1つ以上有するエチレン性不飽和単量体であればよく、公知のものを使用することができる。
このような単量体(b1)としては、例えば、(メタ)アクリル酸、アクリル酸ダイマー、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、α-(ヒドロキシメチル)(メタ)アクリル酸、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルフタレート、2-(メタ)アクリロイルオキシプロピルフタレート、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタレート、2-(メタ)アクリロイルオキシプロピルヘキサヒドロフタレート、β-カルボキシエチル(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性コハク酸(メタ)アクリレート、ω-カルボキシポリカプロラクトン(メタ)アクリレート、p-ビニル安息香酸が挙げられ、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
カルボキシ基を有するエチレン性不飽和単量体(b1)として好ましくは、(メタ)アクリル酸である。
エチレン性不飽和単量体の重合体ユニット(B)を構成するエチレン性不飽和単量体は、カルボキシ基を有するエチレン性不飽和単量体(b1)以外の、その他エチレン性不飽和単量体を含んでいてもよい。
その他エチレン性不飽和単量体としては、特に制限されず、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、ターシャリーブチル(メタ)アクリレート、イソアミル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、セチル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、イソミリスチル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート等の直鎖又は分岐アルキル(メタ)アクリレート類;
シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ターシャリブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニルオキシエチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート等の環状アルキル(メタ)アクリレート類;
トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、オクタフルオロペンチル(メタ)アクリレート、パーフルオロオクチルエチル(メタ)アクリレート、テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート等のフルオロアルキル(メタ)アクリレート類;
テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、3-メチル-3-オキセタニル(メタ)アクリレート等の複素環を有する(メタ)アクリレート類;
ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、パラクミルフェノキシエチル(メタ)アクリレート、パラクミルフェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、又はノニルフェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート等の芳香族環を有する(メタ)アクリレート類;
メトキシポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、オクトキシポリエチレングリコールポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ラウロキシポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ステアロキシポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコールポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ラウロキシポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコールポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、n-ブトキシエチル(メタ)アクリレート、n-ブトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、2-メトキシエチル(メタ)アクリレート、2-エトキシエチル(メタ)アクリレート等のアルキルエーテル基を有する(メタ)アクリレート類;
2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-アリルオキシプロピル(メタ)アクリレート、2-(メタ)アクリロイルオキシエチル-2-ヒドロキシプロピルフタレート又はこれらモノマーのカプロラクトン付加物(付加モル数は1~5)、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、グリセリンモノ(メタ)アクリレート等の水酸基を有するエチレン性不飽和単量体類;
グリシジル(メタ)アクリレート、メチルグリシジル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートグリシルジエーテル、3,4-エポキシブチル(メタ)アクリレート、3-メチル-3,4-エポキシブチル(メタ)アクリレート、3-エチル-3,4-エポキシブチル(メタ)アクリレート、4-メチル-4,5-エポキシペンチル(メタ)アクリレート、5-メチル-5,6-エポキシヘキシル(メタ)アクリレート、α-エチルアクリル酸グリシジル、アリルグリシジルエーテル、クロトニルグリシジルエーテル、(イソ)クロトン酸グリシジルエーテル、(3,4-エポキシシクロヘキシル)メチル(メタ)アクリレート、N-(3,5-ジメチル-4-グリシジル)ベンジルアクリルアミド、o-ビニルベンジルグリシジルエーテル、m-ビニルベンジルグリシジルエーテル、p-ビニルベンジルグリシジルエーテル、α-メチル-o-ビニルベンジルグリシジルエーテル、α-メチル-m-ビニルベンジルグリシジルエーテル、α-メチル-p-ビニルベンジルグリシジルエーテル、2,3-ジグリシジルオキシメチルスチレン、2,4-ジグリシジルオキシメチルスチレン、2,5-ジグリシジルオキシメチルスチレン、2,6-ジグリシジルオキシメチルスチレン、2,3,4-トリグリシジルオキシメチルスチレン、2,3,5-トリグリシジルオキシメチルスチレン、2,3,6-トリグリシジルオキシメチルスチレン、3,4,5-トリグリシジルオキシメチルスチレン、2,4,6-トリグリシジルオキシメチルスチレン等のエポキシ基を有するエチレン性不飽和単量体類;
(メタ)アクリロイルイソシアネート、2-イソシアナトエチル(メタ)アクリレート、2-(メタ)アクリロイルオキシエトキシエチルイソシアネート、1,1-(ビス(メタ)アクリロイルオキシメチル)エチルイソシアネート、m-(メタ)アクリロイルフェニルイソシアネート、α,α‐ジメチル‐4‐イソプロペニルベンジルイソシアネート等のイソシアネート基を有するエチレン性不飽和単量体類;
(メタ)アクリルアミド、N-メチル(メタ)アクリルアミド、N-ブチルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、N-メトキシメチル-(メタ)アクリルアミド、N-エトキシメチル-(メタ)アクリルアミド、N-プロポキシメチル-(メタ)アクリルアミド、N-ブトキシメチル-(メタ)アクリルアミド、N-ペントキシメチル-(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチルアクリルアミド、N,N-ジベンジルアクリルアミド、メタクリルホルムアミド、N-メチルN-ビニルアセトアミド、N-ビニルピロリドン、N,N-ジ(メトキシメチル)アクリルアミド、N-エトキシメチル-N-メトキシメチルメタアクリルアミド、N,N-ジ(エトキシメチル)アクリルアミド、N-エトキシメチル-N-プロポキシメチルメタアクリルアミド、N,N-ジ(プロポキシメチル)アクリルアミド、N-ブトキシメチル-N-(プロポキシメチル)メタアクリルアミド、N,N-ジ(ブトキシメチル)アクリルアミド、N-ブトキシメチル-N-(メトキシメチル)メタアクリルアミド、N,N-ジ(ペントキシメチル)アクリルアミド、N-メトキシメチル-N-(ペントキシメチル)メタアクリルアミド、桂皮酸アミド等のアミド基含有エチレン性不飽和単量体類;
スチレン、α-メチルスチレン、酢酸ビニル、等のビニル類;
エチルビニルエーテル、n-プロピルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、n-ブチルビニルエーテル、又はイソブチルビニルエーテル等のエーテル基を有するビニルエーテル類;が挙げられる。
これらは1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
重合開始剤としては、公知のアゾ系化合物や有機過酸化物を用いることができる。これらは1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
アゾ系化合物としては、特に制限されず、例えば、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン1-カルボニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチル-4-メトキシバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、ジメチル1,1’-アゾビス(1-シクロヘキサンカーボキシレート)、ジメチル2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオネート)、4,4’-アゾビス(4-シアノバレリック酸)、2,2’-アゾビス(2-ヒドロキシメチルプロピオニトリル)、又は2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]が挙げられる。
有機過酸化物としては、特に制限されず、例えば、過酸化ベンゾイル、t-ブチルパーオキシ2-エチルヘキサエート、t-ブチルパーベンゾエイト、クメンヒドロパーオキシド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネート、ジ(2-エトキシエチル)パーオキシジカーボネート、t-ブチルパーオキシネオデカノエート、t-ブチルパーオキシビバレート、(3,5,5-トリメチルヘキサノイル)パーオキシド、ジプロピオニルパーオキシド、ジアセチルパーオキシドが挙げられる。
エチレン性不飽和単量体の重合体ユニット(B)の数平均分子量は、好ましくは2,000~200,000の範囲である。2,000以上であると、得られる硬化物の破断強度に優れ、200,000以下であると粘度の調整が容易であるため好ましい。
ブロックポリマー(C)の数平均分子量は、好ましくは、5,000~300,000の範囲である。5,000以上であると、得られる硬化物の破断強度に優れ、300,000以下であると粘度の調整が容易であるため好ましい。
ブロックポリマー(C)を製造する際に使用できる溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、トルエン、キシレン、アニソール、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、N-メチルカプロラクタム、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルスルホキシド、m-クレゾール、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトンが挙げられる。これらの溶剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の硬化性組成物は、さらに分子内に2つ以上のエポキシ基を有する化合物(D)を含む。ブロックポリマー(C)が有する、カルボキシ基を有するエチレン性不飽和単量体(b1)由来のカルボキシ基と、分子内に2つ以上のエポキシ基を有する化合物(D)のエポキシ基とが反応し硬化することで、耐熱性、接着性に優れる硬化物を得ることができる。このような分子内に2つ以上のエポキシ基を有する化合物(D)は、芳香環を有する化合物と、芳香環を有しない化合物とに大別される。
これらの分子内に2つ以上のエポキシ基を有する化合物(D)は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の硬化性組成物は、硬化速度や硬化物の物性等を調整するために、硬化促進剤を含むことが好ましい。硬化促進剤は特に限定されず、適宜選択できる。硬化促進剤の具体例としては、例えば、リン系硬化促進剤、アミン系硬化促進剤、イミダゾール系硬化促進剤、グアニジン系硬化促進剤、金属系硬化促進剤が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2 種以上を混合して用いてもよい。
上記硬化促進剤は、硬化性組成物を硬化してなる硬化物の絶縁性及び接着性の観点から、好ましくはイミダゾール系硬化促進剤を含むものである。イミダゾール系硬化促進剤としては、例えば、イミダゾール、2-メチルイミダゾール、2-ウンデシルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-フェニルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、2,4-ジアミノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2’-ウンデシルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン、2-フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾールが挙げられる。
硬化促進剤の配合量は、フィラー(E)を除く硬化性組成物に含まれる固形分質量を基準として、好ましくは0.1~10質量%、より好ましくは0.1~5質量%の範囲である。
本発明の硬化性組成物は、さらに、フィラー(E)を含む。フィラー(E)は特に制限されず、所望する機能に応じて適宜選択でき、例えば、粒子状や繊維状のフィラーを用いることができる。フィラー(E)は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
熱伝導フィラーとしては、公知の熱伝導フィラーを使用することができ、このような熱伝導性フィラーの構成材料として好ましくは、銀、金、銅、ニッケル、アルミナ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、結晶性シリカ、非晶性シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素等が挙げられる。
フィラー(E)は、硬化性組成物を構成するブロックポリマー(C)等の樹脂成分に対する分散性に優れる観点から、好ましくは窒化ホウ素及びアルミナからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、より好ましくは窒化ホウ素である。
フィラーが熱伝導性フィラーである場合、熱伝導性フィラーの含有率は、硬化性組成物に含まれる固形分質量を基準として、好ましくは70質量%以上であり、より好ましくは75質量%以上である。接着性の低下を抑制する観点から、熱伝導性フィラーの含有量は、通常、硬化性組成物に含まれる固形分質量を基準として、90質量%以下であることが適当であり、好ましくは85質量%以下である。
硬化性組成物は、さらに、シランカップリング剤、充填剤、噴射剤、可塑剤、超可塑剤、湿潤剤、難燃剤、粘度調整剤、保存剤、安定剤及び着色剤等の公知の添加剤を含むことができる。このような添加剤は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
シランカップリング剤の配合量は、硬化性組成物中のブロックポリマー(C)の質量を基準として、好ましくは0.05~10質量%である。
本発明の硬化物は、上述の硬化性組成物を硬化してなるものであり、粘接着剤、粘接着シート、コーティング剤、フィルム基材、エラストマー、医療材料、光学材料等の分野において有用である。中でも、高い接着強度と柔軟性とを有し、且つ耐熱性に優れる観点から、接着シートとして好適に用いられる。
硬化物の形成方法は特に制限されず、例えば、溶剤等を用いて塗布方法に適した粘度に調整した硬化性組成物を、基材上に塗布した後、例えば50℃~200℃の温度に加熱して溶剤を除去し、次いで20℃~200℃の温度で硬化させることにより得ることができる。
本発明の積層体が、2つ以上の基材を備える場合、複数の基材は同一であってもよいし、異なるものであってもよい。
樹脂の固形分濃度は、JISK5601-1-2に準拠し、加熱温度150℃、加熱時間20分で測定した時の加熱残分を用いた。
樹脂の数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)により測定した分子量が既知のポリスチレンによる換算値を用いた。測定は、GPC装置としてGPC-8020(東ソー社製)、溶離液としてテトラヒドロフラン、カラムとしてTSKgelSuperHM-M(東ソー社製)を3本直列に連結し、流速0.6ml/分、注入量10μl、カラム温度40℃の条件で行った。
酸価の測定は以下の手順で行った。まず、樹脂溶液1gをトルエン40mLに溶解させた後、メターノール20mL、イオン交換水1mLを加え、酸価測定用サンプルを調製した。次いで、京都電子工業社製自動滴定装置「AT-510」にビュレットとして同社製「APB-510-20B」を接続したものを使用し、滴定試薬としては0.02mol/Lのエタノール性水酸化カリウム溶液を用いて電位差滴定を行い、樹脂の固形分濃度から固形樹脂1gあたりのKOHのmg数を算出した。
BPADA:4,4’-(4,4’-イソプロピリデンジフェノキシ)ジフタル酸無水物
X-22-168AS:テトラカルボン酸二無水物変性ポリシロキサン、製品名「X-22-168AS」、信越化学工業社製
BAPP:2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン
KF-8010:ジアミノポリシロキサン、製品名「KF-8010」、信越化学工業社製
DMF:N,N-ジメチルホルムアミド
AIBN:2,2’-アゾビスイソブチロニトリル
MMA:メチルメタクリレート
St:スチレン
MAA:メタクリル酸
AA:アクリル酸
jER157S70:ビスフェノールAノボラック型固形エポキシ樹脂、製品名「jER157S70」、三菱ケミカル社製
jER630:p-アミノフェノール型液状エポキシ樹脂、製品名「jER630」、三菱ケミカル社製
C11Z-CN:1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール、製品名「キュアゾール C11Z-CN」、四国化成工業社製
AGG50:平均粒子径15~30μmの造粒窒化ホウ素、製品名「Agglomerates50」、スリーエムジャパン社製
AO-509:平均粒子径10μmである球状アルミナ、製品名「アドマファイン AO-509」、アドマテックス社製
C20:平均粒子径2.3μmであるベーマイト粒子、製品名「ベーマイト C20」、大明化学工業社製
(製造例1)ブロックポリマー(C-1)溶液
ガス導入管、温度計、コンデンサー、撹拌機を備えた反応容器に、BPADAを100.0部、BAPPを38.3部、KF-8010を80.1部、DMFを510部仕込み、窒素ガスで置換した。撹拌しながら反応容器を150℃に加熱し、酸価が5mgKOH/g未満になるまで反応させて、ポリイミドユニットを得た。
次いで、80℃まで冷却し、2-アミノエタンチオールを0.89部加え、80℃で5時間反応させることで、ポリイミドプレポリマーを得た。
次いで、室温に戻した上記ポリイミドプレポリマーにMMAを84.6部、MAAを9.4部、DMFを221部加え均一に撹拌した後、窒素雰囲気下で75℃に昇温した。そこに重合開始剤としてAIBN0.1部を30分ごとに13回分割して加え、重合開始剤添加後にさらに2時間反応させてエチレン性不飽和単量体の重合体ユニットを形成し、固形分濃度が30%となるようにDMFを加え、ブロックポリマー(C-1)溶液を得た。ブロックポリマー(C-1)の数平均分子量(Mn)は50,000、重量平均分子量(Mw)、は98,000であった。
表1又は表2に示す配合組成に変更した以外は、製造例1と同様の操作を行い、ブロックポリマー(C-2)~(C-38)溶液を得た。
ガス導入管、温度計、コンデンサー、撹拌機を備えた反応容器に、BPADAを100.0部、BAPPを38.3部、KF-8010を80.1部、DMFを510部仕込み、窒素ガスで置換した。撹拌しながら反応容器を150℃に加熱し、酸価が5mgKOH/g未満になるまで反応させた後、固形分濃度が30%となるようにDMFを加え、ポリイミドユニットである比較用樹脂(H-1)溶液を得た。
ガス導入管、温度計、コンデンサー、撹拌機を備えた反応容器に、MMA135.0部、MAA15.0部、DMF350部を加え均一に撹拌した後、窒素雰囲気下で75℃に昇温した。そこに重合開始剤としてAIBN0.1部を30分ごとに13回分割して加え、重合開始剤添加後にさらに2時間反応させた。固形分濃度が30%となるようにDMFを加え、エチレン性不飽和単量体の重合体ユニットである比較用樹脂(H-2)溶液を得た。
ガス導入管、温度計、コンデンサー、撹拌機を備えた反応容器に、BPADAを100.0部、BAPPを38.3部、KF-8010を80.1部、DMFを510部仕込み、窒素ガスで置換した。撹拌しながら反応容器を150℃に加熱し、酸価が5mgKOH/g未満になるまで反応させて、ポリイミドユニットを得た。
次いで、80℃まで冷却し、2-アミノエタンチオールを0.89部加え、80℃で5時間反応させることで、ポリイミドプレポリマーを得た。
次いで、室温に戻した上記ポリイミドプレポリマーにMMAを94.0部、DMFを221部加え均一に撹拌した後、窒素雰囲気下で75℃に昇温した。そこに重合開始剤としてAIBN0.1部を30分ごとに13回分割して加え、重合開始剤添加後にさらに2時間反応させてエチレン性不飽和単量体の重合体ユニットを形成し、固形分濃度が30%となるようにDMFを加え、ポリイミドユニットと、カルボキシ基を有するエチレン性不飽和単量体(b1)に由来する構成単位を有しないエチレン性不飽和単量体の重合体ユニットと、が連鎖移動剤残基により連結したブロックポリマーである比較用樹脂(H-3)溶液を得た。
[実施例1]
固形分濃度を30%にしたブロックポリマー(C-1)溶液333.3部(ブロックポリマーとして100.0部)、分子内に2つ以上のエポキシ基を有する化合物(D)としてJER828USを100.0部、硬化触媒としてC11Z-CNを3.6部、フィラー(E)としてAGG50を690.0部加えて、ホモディスパー型撹拌機を用いて混錬した。混錬の際、ホモディスパー型撹拌機が回転し難い場合は適宜溶剤(DMF)で希釈した。
得られた混錬液を剥離フィルム(PET-38 GS、リンテック社製)上に、乾燥後の厚みが200μmとなるようにドクターブレードを用いて塗布し、100℃減圧下で乾燥し、剥離フィルムを剥がして、シート状の硬化性組成物を得た。
表4~7に示す配合組成に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行い、実施例2~46、比較例1~6のシート状の硬化性組成物を得た。比較例2と比較例5は、フィラー(E)が分散しなかったため、硬化性組成物を得ることができなかった。
得られたシート状の硬化性組成物(以下、シートとも言う)を用いて以下の評価を行った。結果を表4~7に示す。
得られたシートを10.0mm×25.0mmのサイズに切り出し、切り出したシートを2枚の銅基材(寸法:2.0mm×25mm×100mm)の間に挟み、プレス機を用いて180℃、プレス圧5MPaの条件下で1時間プレスして接着させ、試験片を得た。試験片を温度23℃、相対湿度50%の条件下、引張試験機を使用して引っ張り、2枚の銅基材間のせん断接着力(MPa)を測定し、以下の基準で判定した。せん断接着力の数値が大きいものほど優れており、実用レベルはB以上である。
(評価基準)
S:せん断接着力が10.0MPa以上(非常に良好)
A:せん断接着力が7.0MPa以上、10.0MPa未満(良好)
B:せん断接着力が4.0MPa以上、7.0MPa未満(使用可能)
C:せん断接着力が4.0MPa未満(使用不可)
得られたシートを10.0mm×25.0mmのサイズに切り出し、切り出したシートを銅基材(寸法:2.0mm×25mm×100mm)とアルミニウム基材(寸法:2.0mm×25mm×100mm)との間に挟み、プレス機を用いて180℃、プレス圧5MPaの条件下で1時間プレスして接着させ、試験片を得た。試験片を冷熱サイクル試験機(タバイ・エスペック社製)内に静置し、-40℃で15分間、150℃で15分間を1サイクルとして1000サイクル実施した。冷熱試験後の試験片を温度23℃、相対湿度50%の条件下、引張試験機を使用して引っ張り、銅基材とアルミニウム基材との間のせん断接着力(MPa)を測定し、以下の基準で判定した。せん断接着力の数値が大きいものほど優れており、実用レベルはB以上である。
(評価基準)
S:せん断接着力が5.0MPa以上(非常に良好)
A:せん断接着力が3.5MPa以上、5.0MPa未満(良好)
B:せん断接着力が2.0MPa以上、3.5MPa未満(使用可能)
C:せん断接着力が2.0MPa未満(使用不可)
得られたシートを5mm幅の短冊状に切り取って試験片とし、180℃のオーブンに1000時間静置した。180℃1000時間の耐熱性試験前後の試験片について、DVA-200/L2(アイティー計測制御株式会社)を用いて、動的粘弾性を測定した。動的粘弾性の測定条件は以下のとおりである。tanδピークトップの温度を用いて、耐熱性試験前後におけるtanδピークトップの温度変化(℃)を算出し、以下の基準で判定した。耐熱性試験前後でtanδの温度が変化していない、若しくは温度変化が小さいほど優れており、実用レベルはB以上である。
≪動的粘弾性の測定条件≫
測定モード: 引張モード
周波数:10Hz
温度範囲:-80℃~測定限界まで
昇温条件:10℃/min
(評価基準)
S:tanδピークトップの温度変化が20℃未満(非常に良好)
A:tanδピークトップの温度変化が20℃以上、35℃未満(良好)
B:tanδピークトップの温度変化が35℃以上、50℃未満(使用可能)
C:tanδピークトップの温度変化が50℃以上(使用不可)
得られたシートを、10mm角に切り出してグラファイトスプレーにて黒化処理した後、キセノンフラッシュ法(NETZSCH社製)を用いて熱拡散率を評価した。この値と、アルキメデス法で測定した密度と、DSC(PerkinElmer社製)で測定した比熱との積から、硬化物の熱伝導率を求めた。熱伝導率の値が大きいものほど優れており、実用レベルはB以上である。
(耐熱性の評価基準)
S:熱伝導率が10W/m・K以上(非常に良好)
A:熱伝導率が6W/m・K以上、10W/m・K未満(良好)
B:熱伝導率が2W/m・K以上、6W/m・K未満(使用可能)
C:熱伝導率が2W/m・K未満(使用不可)
Claims (8)
- ポリイミドユニット(A)と、エチレン性不飽和単量体の重合体ユニット(B)と、が連鎖移動剤残基により連結したブロックポリマー(C)、分子内に2つ以上のエポキシ基を有する化合物(D)、及びフィラー(E)を含有する硬化性組成物であって、
前記エチレン性不飽和単量体の重合体ユニット(B)が、カルボキシ基を有するエチレン性不飽和単量体(b1)に由来する構成単位を有する、硬化性組成物。 - 前記ブロックポリマー(C)が、エチレン性不飽和単量体の重合体ユニット(B)を、ブロックポリマー(C)の質量を基準として、10~50質量%の範囲で含む、請求項1に記載の硬化性組成物。
- 前記エチレン性不飽和単量体の重合体ユニット(B)を構成するエチレン性不飽和単量体が、カルボキシ基を有するエチレン性不飽和単量体(b1)を、エチレン性不飽和単量体の合計質量を基準として、2.5~45質量%の範囲で含む、請求項1又は2に記載の硬化性組成物。
- 前記ブロックポリマー(C)の質量を基準として、分子内に2つ以上のエポキシ基を有する化合物(D)を、50~200質量%の範囲で含む、請求項1~3いずれか1項に記載の硬化性組成物。
- 前記フィラー(E)が、熱伝導フィラーである、請求項1~4いずれか1項に記載の硬化性組成物。
- 前記ポリイミドユニット(A)が、シロキサン骨格を有する構成単位を、ポリイミドユニット(A)の質量を基準として、20~60質量%の範囲で含む、請求項1~5いずれか1項に記載の硬化性組成物。
- 請求項1~6いずれか1項に記載の硬化性組成物を硬化してなる硬化物。
- 基材上に、請求項7に記載の硬化物からなる層を有する積層体。
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