JP6038064B2 - 表面改質シリカ粉末、スラリー組成物及びそれを用いた樹脂組成物 - Google Patents
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Description
表面処理粒子の樹脂への分散性、密着性等の特性は表面処理剤の構造が影響を及ぼすことが知られているが、表面処理粒子の表面に存在する表面処理剤の構造に起因した特定方法を用いた評価はほとんど行われていない。
(1)パルスNMR法を用いて下記の条件で測定した横緩和時間T2の分布が200μs以上の長時間領域の比率:15−35%、横緩和時間:450−580μs、BET比表面積が5.5−13m2/g、平均粒径が0.3〜0.6μmであることを特徴とする表面改質シリカ粉末。
測定条件
装置 :JEOLMu25
核種 :1H
測定 :T2
パルス幅 :ソリッドエコー法
パルス間隔 :2.2μs
積算回数 :8.0μs
温度 :35℃
サンプル量 :1.0g
繰り返し時間:4.0sec
短時間領域の成分が多いほど、分子鎖が拘束されていることを意味している。つまり、表面処理剤同士の反応が過剰に進み、不均一な処理構造であることを示している。長時間領域が多くなるほど、自由度の高い鎖状構造を有する処理剤の割合が多くなる。
横緩和時間T2の分布で200μs以上の長時間領域の比率が15%未満であると、表面処理剤同士の過剰な反応が進み、不均一な処理形態となり、樹脂中への分散性、凝集発生に伴う機械的強度が低下する。好ましい長時間領域の比率は18−28%である。
長時間領域の緩和時間が450μs未満であると、不均一な処理に伴い粒子同士が凝集し、分散性が悪くなる傾向となる。長時間領域の緩和時間が580μsを越えると、粒子表面に表面処理層が形成されず、分散安定性が保持できなくなる。
横緩和時間T2における長時間領域(以下、T2Lと呼ぶ)の割合は測定信号(FID)を次式(1)に近似してT2Lにおける信号強度を求め、その割合から求めることが出来る。
式1
M(t)=(M1)exp(−t/T2L)+(Ms)exp(−(t/T2S)2)
M(t):tμsにおける信号強度
T2L領域の割合:M1/(M1+Ms)×100(%)
本発明を構成するシリカ粉末の製造方法は、金属粉末スラリーを製造炉で可燃性ガスと助燃性ガスとからなる高温火炎中に供給し、該火炎中で該金属粉末を気化、酸化させることにより得られる。シリカ粉末を得る場合にはシリコン粉末を利用し、使用する金属シリコン粉末の粒子径、供給量、火炎温度等を調整することにより、得られるシリカ粉末の粒径、BET比表面積を調整することが可能である。
その際、シランカップリング剤は必要量の1/4〜3/4をシリカ粉体と塩基性水溶液との混合時に添加し、残りの3/4〜1/4を分散処理の際に、噴霧等を行って添加する。
表面改質シリカ粉末は、水、有機溶媒を用いたスラリー組成物として、好適に使用することができる。シリカ粒子を分散させる有機溶媒としては、その種類が特に限定されるものではない。樹脂に応じて選択すればよい。例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸エチル等の極性溶媒が用いられる。
その中でも特に、メチルエチルケトンが好ましい。
スラリー組成物を用いて、パッケージ用基板や層間絶縁フィルム等の樹脂基板を製造する場合には、樹脂としてエポキシ樹脂を採用することが好ましい。
これらエポキシ樹脂中でも特にビスフェノールA型エポキシ樹脂が好ましい。
表面改質シリカ粉末の作製
(1)実施例1
金属粉末スラリー法で製造された平均粒径0.6μm、BET比表面積5.5m2/gのシリカ粉末(SFP−30M:電気化学工業社製)を0.5kg処理容器内に投入した。シランカップリング剤として、4.0個の1/2量の2.0個にあたる2.2gのγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン「KBM−403」(信越化学工業株式会社製、分子量236.3)、0.49gのイオン交換水、0.30gのメタノールを計量し、塩基性物質として、ヘキサメチルジシラザン「SZ−31」(信越化学工業株式会社製、分子量166.5)をpHが11になるまで投入し、シランカップリング剤入り塩基性溶液を調製した。次いで、超音波噴霧器を用いて、噴霧量25L/min、周波数1.6MHz、N2圧力0.04MPaの条件にて、シリカ粉末に噴霧した。その後、メチルエチルケトンに混合させて、固形分が70質量%のスラリーを調製後、ビーズミルを用いて、ビーズ径500μm、ビーズ充填率65vol%、周速7m/sec、流量4L/minで、ミル内部に一回通過させて処理する条件にて、分散させた。最後に、真空下、50℃にて、真空乾燥させることで、表面改質シリカ粉末を得た。
上記実施例1の表面処理において、被処理粉末を平均粒径0.3μm、BET比表面積13m2/gのシリカ粉末(SFP−20M:電気化学工業社製)、シランカップリング剤として、単位面積(nm2)あたり4.0個の1/2量の2.0個にあたる4.7gのγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン「KBM−403」(信越化学工業株式会社製、分子量236.3)、0.7gのイオン交換水、1.2gのメタノールを用いた以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
上記実施例1の表面処理において、シランカップリング剤として、単位面積(nm2)あたり4.0個の1/4量の1.0個にあたる0.8gのビニルトリメトキシシラン「KBM−1003」(信越化学工業株式会社製、分子量148.2)を用いた以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
上記実施例1の表面処理において、被処理粉末を平均粒径0.3μm、BET比表面積13m2/gのシリカ粉末(SFP−20M:電気化学工業社製)、シランカップリング剤として、単位面積(nm2)あたり4.0個の1/2量の2.0個にあたる2.6gのビニルトリメトキシシラン「KBM−1003」(信越化学工業株式会社製、分子量148.2)、0.7gのイオン交換水、1.2gのメタノールを用いた以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
上記実施例1の表面処理において、シランカップリング剤として、単位面積(nm2)あたり2.0個の1/2量の1.0個にあたる2.3gのN−フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン「KBM−573」(信越化学工業株式会社製、分子量255.4)、0.50gのイオン交換水、0.29gのメタノールを用いた以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
上記実施例1の表面処理において、被処理粉末を平均粒径0.3μm、BET比表面積13m2/gのシリカ粉末(SFP−20M:電気化学工業社製)、シランカップリング剤として、単位面積(nm2)あたり2.0個の1/2量の1.0個にあたる2.8gのN−フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン「KBM−573」(信越化学工業株式会社製、分子量255.4)、0.35gのイオン交換水、0.6gのメタノールを用いた以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
上記実施例1の表面処理において、湿式分散機として、高圧式ホモジナイザー(スギノマシン社製商品名「アルティマイザー」圧力100MPa、流量4L/min)を用いた以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
上記実施例1の表面処理において、被処理粉末を平均粒径0.3μm、BET比表面積13m2/gのシリカ粉末(SFP−20M:電気化学工業社製)、シランカップリング剤として、単位面積(nm2)あたり4.0個の1/2量の2.0個にあたる4.7gのγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン「KBM−403」(信越化学工業株式会社製、分子量236.3)、0.7gのイオン交換水、1.2gのメタノール、湿式分散機として、高圧式ホモジナイザー(スギノマシン社製商品名「アルティマイザー」圧力100MPa、流量4L/min)を用いた以外は実施例2と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
上記実施例1の表面処理において、被処理粉末を平均粒径0.1μm、BET比表面積42m2/gのシリカ粉末(UFP−40:電気化学工業社製)、シランカップリング剤として、単位面積(nm2)あたり1.2個の3/4量の0.9個にあたる7.7gのγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン「KBM−403」(信越化学工業株式会社製、分子量236.3)、2.1gのイオン交換水、3.5gのメタノールを用いた以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
上記実施例1の表面処理において、塩基性物質を用いなかった以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
上記実施例2の表面処理において、塩基性物質を用いなかった以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
上記実施例3の表面処理において、塩基性物質を用いなかった以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
上記実施例5の表面処理において、塩基性物質を用いなかった以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
上記実施例1の表面処理において、イオン交換水、メタノールを用いず、表面処理剤の噴霧方法として、2流体スプレーノズルによる液噴霧を用いた以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
上記実施例5の表面処理において、酸性物質として、酢酸(pHが4になるまで投入)を用いた以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
上記実施例5の表面処理において、表面処理剤の噴霧方法として、2流体スプレーノズルによる液噴霧を用いた以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
球状シリカ粉末を1.0g計量し、測定用のセルに投入、以下の条件にて前処理後、BET比表面積値を測定した。測定機は「MacsorbHM model−1208」(MACSORB社製)を使用した。
脱気温度 :300℃
脱気時間 :18分
冷却時間 :4分
表面改質シリカ粉末のパルスNMR法を用いて測定した横緩和時間の測定方法を下記に示す。測定装置には、JEOLMu25(日本電子株式会社製)を用いた。測定条件を下記に示す。
測定条件
装置 :JEOLMu25
核種 :1H
測定 :T2
パルス幅 :ソリッドエコー法
パルス間隔 :2.2μs
積算回数 :8.0μs
温度 :35℃
サンプル量 :1.0g
繰り返し時間:4.0sec
エポキシ樹脂としてビスフェノールA型エポキシ樹脂「EPICLON−850」(DIC株式会社製、エポキシ当量186g/eq)20.0質量部、硬化剤としてノボラック型フェノール樹脂「PSM−4261」(群栄化学工業株式会社製、水酸基当量106g/eq、軟化点80℃)11.7質量部、硬化促進剤として2−フェニルイミダゾール(2PZ)「四国化成工業株式会社製」0.3質量部を表面改質シリカ粉末の製造過程で得られたスラリー組成物100質量部(表面改質シリカ粉末の含有量70質量部)に溶解し、樹脂組成物(エポキシ樹脂ワニス)を調製した。この樹脂組成物を基材にアプリケーターを用いて塗布し、50℃下で真空脱泡後、温度150℃、2時間乾燥し、樹脂硬化物を得た。樹脂組成物の流動性、分散性及び成型性を以下に示す方法に従って評価した。
(1)流動性/ワニス粘度
真空脱泡後の樹脂組成物をE型粘度計(東機産業株式会社製:TVE−10)にて20 rpm時(測定温度30 ℃)の粘度を測定した。この際、1.0Pa・s以上を不良とした。
(2)分散安定性
得られた樹脂組成物を温度40℃、湿度75%下で1日静置後、粒度分布測定機「モデルLS−230」( ベックマン・コールター社製)により測定した。この際、5μm以上の位置に0.01%以上の粒度分布が存在した場合、不良とした。測定条件については、PIDS(PolarizationIntensity Differential Scattering)濃度を45〜55質量%になるように調製した。屈折率には、メチルエチルケトンを1.38、非晶質シリカを1.50として測定した。なお、測定した粒度分布は、粒子径チャンネルがlog(μm)=0.04の幅になるよう変換した。
(3)成形性/シリカ粒子の凝集物
得られた樹脂硬化物の面積1cm3中に存在する粒子の最大径が10μm以上のシリカ粒子の凝集物の個数を表面形状検査システムKURASURF−PH(倉敷紡績株式会社製)を用いて、縞パターンを照射し位相差シフトを行うことで表面形状の凹凸を検出し、次の基準で成形性として評価した。
各符号は以下の評価基準である。
◎:10μm未満の凝集物なし
○:10μm未満の凝集物5個未満
×:10μm以上の凝集物5個以上
Claims (1)
- パルスNMR法を用いて下記の条件で測定した横緩和時間T2の分布が200μs以上の長時間領域の比率:15−35%、横緩和時間:450−580μs、BET比表面積が5.5−13m2/g、平均粒径が0.3〜0.6μmであることを特徴とする表面改質シリカ粉末。
測定条件
装置 :JEOLMu25
核種 :1H
測定 :T2
パルス幅 :ソリッドエコー法
パルス間隔 :2.2μs
積算回数 :8.0μs
温度 :35℃
サンプル量 :1.0g
繰り返し時間:4.0sec
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JP2014068656A JP6038064B2 (ja) | 2014-03-28 | 2014-03-28 | 表面改質シリカ粉末、スラリー組成物及びそれを用いた樹脂組成物 |
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JP2014068656A Active JP6038064B2 (ja) | 2014-03-28 | 2014-03-28 | 表面改質シリカ粉末、スラリー組成物及びそれを用いた樹脂組成物 |
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