JP6711468B1 - ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体とその製造方法 - Google Patents

ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体とその製造方法 Download PDF

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Abstract

カルボン酸無水物基、水酸基、エポキシ基、アミノ基、およびチオール基から選ばれる官能基を有するポリシロキサン(A)、ならびに、カルボン酸無水物基、水酸基、アミノ基、エポキシ基、およびチオール基から選ばれる官能基を有するポリアルキレングリコール(B)を反応させてポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体を得て、さらに該ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体のカルボキシル基の一部を、カルボキシル基との反応性を有する化合物と反応させることによって得られるポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体であって、該ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体全体を100質量%として、ポリシロキサン(A)由来の構造の含有量が30質量%以上70質量%以下であり、かつ、該ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体のカルボキシル基含有量が0.1mmol/g〜0.75mmol/g、重量平均分子量が5,000〜500,000であるポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体。エポキシ樹脂に配合した場合に、エポキシ樹脂中に良分散し、エポキシ樹脂硬化物の低応力化を可能とするポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を提供する。

Description

本発明は、半導体封止剤などのエポキシ樹脂硬化物に好適に用いられるポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体とその製造方法に関する。
近年、電子機器の小型化が益々進んでいる。それに伴って半導体パッケージが薄型化されたことにより、従来に比べて小さい応力でクラックが発生しやすいという問題が生じている。また、今後、パワー半導体に対する需要の増加が予想されている。パワー半導体は、発熱量が大きいため、使用環境が高温化し、チップと封止材の熱膨張係数の違いにより、界面で剥離が生じてパッケージの破損が起こりやすい。これらのことから、半導体封止材には、より一層の低応力化が求められている。
半導体封止材は、一般にエポキシ樹脂、硬化剤、フィラーおよび低応力剤や難燃剤等の各種添加剤で構成されている。半導体封止材の低応力化には、エポキシ樹脂硬化物の弾性率を低減させる方法があり、ポリシロキサンを主成分とする化合物を低応力剤として添加することが一般的である。しかし、ポリシロキサンはエポキシ樹脂硬化物中での分散性が悪いことから、ポリシロキサンの両末端にポリアルキレングリコール鎖を修飾したABA型のトリブロック共重合体とする技術が知られている(特許文献1)。また、さらにエポキシ樹脂硬化物中での分散性を向上させる技術として、ポリシロキサンとポリアルキレングリコールからなるマルチブロック共重合体の末端にグリシジル基やカルボキシル基を付与する方法が開示されている(特許文献2)。
特開平10−182831号公報 特開平4−359023号公報
半導体封止材に添加される低応力剤の特性として、半導体封止材の低弾性率化に加え、流動性の向上、マトリックス樹脂への良分散化など、さらなる付加価値が求められている。
一方、ポリシロキサンの両末端にポリアルキレングリコール鎖が修飾したABA型のトリブロック共重合体や、末端にグリシジル基やカルボキシル基を付与したポリシロキサンとポリアルキレングリコールからなる共重合体は、分散性向上効果が不十分であり、エポキシ樹脂硬化物中で粗大分散するなどの課題があった。
本発明は、エポキシ樹脂硬化物中での分散性に優れ、得られるエポキシ樹脂硬化物の低応力化を達成するポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体の提供を課題とする。
上記課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討をした結果、下記の発明に到達した。すなわち本発明は、以下のとおりである。
<1>カルボン酸無水物基、水酸基、エポキシ基、アミノ基、およびチオール基から選ばれる官能基を有するポリシロキサン(A)、ならびに、カルボン酸無水物基、水酸基、アミノ基、エポキシ基、およびチオール基から選ばれる官能基を有するポリアルキレングリコール(B)を反応させてポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体を得て、さらに該ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体のカルボキシル基の一部を、カルボキシル基との反応性を有する化合物と反応させることによって得られるポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体であって、該ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体全体を100質量%として、ポリシロキサン(A)由来の構造の含有量が30質量%以上70質量%以下であり、かつ、該ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体のカルボキシル基含有量が0.1mmol/g〜0.75mmol/g、重量平均分子量が5,000〜500,000であり、前記カルボキシル基との反応性を有する化合物がオルトエステル類、オキサゾリン類およびエポキシ類から選ばれる少なくとも1種類の化合物であるポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体。
<2>ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体の製造方法であって、下記工程(1)の後に、下記工程(2)を行うことによって、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体全体を100質量%として、ポリシロキサン(A)由来の構造の含有量が30質量%以上70質量%以下であり、カルボキシル基含有量が0.1〜0.75mmol/gであるポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を得る、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体の製造方法;
工程(1):カルボン酸無水物基、水酸基、エポキシ基、アミノ基、およびチオール基から選ばれる官能基を有するポリシロキサン(A)、ならびに、カルボン酸無水物基、水酸基、アミノ基、エポキシ基、およびチオール基から選ばれる官能基を有するポリアルキレングリコール(B)を反応させてポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体を得る工程;
工程(2):工程(1)により得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体のカルボキシル基を、カルボキシル基との反応性を有する化合物と反応させる工程であって、前記カルボキシル基との反応性を有する化合物が、オルトエステル類、オキサゾリン類およびエポキシ類ら選ばれる少なくとも1種類の化合物である。
<3>上記のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体およびエポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂組成物。
<4>上記のエポキシ樹脂組成物を硬化させてなるエポキシ樹脂硬化物。
本発明のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体は、エポキシ樹脂に非相溶であるが柔軟性に優れたポリシロキサンと、エポキシ樹脂に相溶し柔軟性に優れたポリアルキレングリコールとを有するブロック共重合体であり、柔軟性とエポキシ樹脂硬化物中での良分散性を両立する。本発明のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体は、エポキシ樹脂に配合した場合に、エポキシ樹脂硬化物中に良分散し、エポキシ樹脂硬化物の低応力化が可能になる。また、好ましい態様においては、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体をエポキシ樹脂に添加することによる流動性の低下も抑制される。これらのことから、界面活性剤や樹脂改質剤などの各種添加剤としても有用であり、特に、半導体封止材用の低応力剤として好適である。
実施例1で得られたエポキシ樹脂硬化物の断面TEM写真である。 実施例2で得られたエポキシ樹脂硬化物の断面TEM写真である。
本発明のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体は、カルボン酸無水物基、水酸基、エポキシ基、アミノ基、およびチオール基から選ばれる官能基を有するポリシロキサン(A)、ならびに、カルボン酸無水物基、水酸基、アミノ基、エポキシ基、およびチオール基から選ばれる官能基を有するポリアルキレングリコール(B)を反応させてポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体(以下、単にブロック共重合体中間体と称することがある)を得て、さらに該ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体のカルボキシル基の一部を、カルボキシル基との反応性を有する化合物と反応させることによって得られるポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体(以下、単にブロック共重合体と称することがある)であって、該ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体全体を100質量%として、ポリシロキサン(A)由来の構造の含有量が30質量%以上70質量%以下であって、かつ、該ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体のカルボキシル基含有量が0.1mmol/g〜0.75mmol/g、重量平均分子量が5,000〜500,000である。
ここで、官能基を有するポリシロキサン(A)(以下、単にポリシロキサン(A)と称することがある)と官能基を有するポリアルキレングリコール(B)(以下、単にポリアルキレングリコール(B)と称することがある)を反応させるとは、官能基を有するポリシロキサン(A)と官能基を有するポリアルキレングリコール(B)とを直接反応させ、結合させてもよいし、官能基を有するポリシロキサン(A)と官能基を有するポリアルキレングリコール(B)を該成分(A)および該成分(B)の両方に反応する共重合成分(C)を介して結合させてもよい。本反応により、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体を得ることができる。
なお、共重合成分(C)を介して結合させる場合は、官能基を有するポリシロキサン(A)と官能基を有するポリアルキレングリコール(B)が直接反応しない場合においても、ブロック共重合体中間体を得ることができる。
官能基を有するポリシロキサン(A)と官能基を有するポリアルキレングリコール(B)が直接反応する場合、得られるブロック共重合体中間体にカルボキシル基を付与するため、ポリシロキサン(A)およびポリアルキレングリコール(B)のいずれか一方の官能基がカルボン酸無水物基であり、もう一方の官能基が水酸基、エポキシ基、アミノ基またはチオール基でなければならない。また、得られるブロック共重合体中間体の粘度の観点から、ポリシロキサン(A)およびポリアルキレングリコール(B)のいずれか一方の官能基がカルボン酸無水物基であり、もう一方の官能基が水酸基、アミノ基またはチオール基がより好ましい。得られるブロック共重合体の耐熱性の観点から、ポリシロキサン(A)およびポリアルキレングリコール(B)のいずれか一方の官能基がカルボン酸無水物基であり、もう一方の官能基が水酸基またはアミノ基がさらに好ましい。
ポリシロキサン(A)の官能基およびポリアルキレングリコール(B)の官能基が直接反応し、結合する場合は、ポリシロキサン(A)とポリアルキレングリコール(B)の官能基が反応することにより、エステル結合、アミド結合およびチオエステル結合から選ばれる結合が形成される。中でも、粘度の観点から、エステル結合またはチオエステル結合が好ましく、耐熱性の観点からエステル結合がさらに好ましい。なお、得られるブロック共重合体中間体の結合部には、反応によって生成したカルボキシル基が含まれる。
なお、異なる官能基を有する複数のポリシロキサン(A)および/または異なる官能基を有する複数のポリアルキレングリコール(B)を反応させてもよい。
本発明のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体は、前述のようにして得られたブロック共重合体中間体のカルボキシル基の一部を、カルボキシル基との反応性を有する化合物と反応させることで、所望のカルボキシル基含有量に制御することができる。この反応により、カルボキシル基が封鎖されてカルボン酸誘導体を含む置換基が生成する。
カルボキシル基との反応性を有する化合物の具体例としては、エステル化剤やアミド化剤などが挙げられる。エステル化剤とは、カルボキシル基と反応してエステル結合を形成する化合物のことであり、アミド化剤とは、カルボキシル基と反応してアミド結合を形成する化合物のことである。
エステル化剤の例としては、オルトエステル類、オキサゾリン類、エポキシ類、アルコール類、1価のフェノール類、ジメチルホルムアミドジアルキルアセタール類、ハロゲン化アルキル類、炭酸アルキル類等が挙げられる。
オルトエステル類の具体例としては、オルトギ酸トリメチル、オルト酢酸トリメチル、オルトギ酸トリエチル、オルト酢酸トリエチル、オルトギ酸トリプロピル、オルト酢酸トリプロピル、オルトギ酸トリブチル、オルト酢酸トリブチル等が挙げられる。
オキサゾリン類の例としては、2−メチル−2−オキサゾリン、2−エチル−2−オキサゾリン、2−フェニル−2−オキサゾリン、2−プロピル−2−オキサゾリン、2−イソプロピル−2−オキサゾリン、2,4,4−トリメチル−2−オキサゾリン等が挙げられる。エステル化剤としてオキサゾリン類を用いた際は、反応後に生成するカルボン酸誘導体を含む置換基がエステル基であり、かつアミド基を有する。また、オキサゾリン類は、カルボキシル基との反応において副生物を生じないため好ましい。
エポキシ類は、エポキシ基を有する化合物のことであり、その具体例としては、プロピレンオキシド、イソブチレンオキシド、1,2−ブチレンオキシド、1,2−エポキシペンタン、1,2−エポキシヘキサン、1,2−エポキシヘプタン、1,2−エポキシオクタン、1,2−エポキシデカン、1,2−エポキシドデカン、1,2−エポキシテトラデカン、1,2−エポキシヘキサデカン、1,2−エポキシオクタデカン、グリシジルメチルエーテル、エチルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、t−ブチルグリシジルエーテル、ベンジルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、4−t−ブチルフェニルグリシジルエーテル、グリシジルラウリルエーテル、2−ビフェニルグリシジルエーテル、1,2−エポキシシクロヘキサン、1−メチル−1,2−エポキシシクロヘキサン、2,3−エポキシノルボルナン等の1価のエポキシ化合物や、1,5−ヘキサジエンジエポキシド、1,7−オクタジエンジエポキシド、ビスフェノールAジグリシジルエーテルなどの2価のエポキシ化合物が挙げられる。エステル化剤としてエポキシ類を用いた際は、反応後に生成するカルボン酸誘導体を含む置換基がエステル基であり、かつ水酸基を有する。流動性が低下しないことから、1価のエポキシ化合物がより好ましい。
アルコール類は、水酸基を有する化合物のことであり、その例としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2,2−ジメチル−1−プロパノール(t−ブチルアルコール)、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ペンタノール、3−メチル−1−ペンタノール、4−メチル−1−ペンタノール、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノール、2−メチル−1−ヘキサノール、3−メチル−1−ヘキサノール、4−メチル−1−ヘキサノール、5−メチル−1−ヘキサノール、ベンジルアルコール等が挙げられる。
1価のフェノール類としては、フェノール、3−メチルフェノール、3−t−ブチルフェノール、3,5−ジメチルフェノール、3,4,5−トリメチルフェノール、ジブチルヒドロキシトルエン、クレゾール、オイゲノール、グアイアコール、チモール、サリチル酸メチル、プロポフォール等が挙げられる。
ジメチルホルムアミドジアルキルアセタール類の例としては、N,N−ジメチルホルムアミドジメチルアセタール、N,N−ジメチルホルムアミドジエチルアセタール、N,N−ジメチルホルムアミドジプロピルアセタール、N,N−ジメチルホルムアミドジブチルアセタール、N,N−ジメチルホルムアミドジ−t−ブチルアセタール、N,N−ジメチルホルムアミドジペンチルアセタール、N,N−ジメチルホルムアミドジヘキシルアセタール等が挙げられる。
ハロゲン化アルキル類の例としては、臭化メチル、ヨウ化メチル、臭化エチル、ヨウ化エチル、臭化プロピル、ヨウ化プロピル、臭化ブチル、ヨウ化ブチル等が挙げられる。
炭酸アルキル類の例としては、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸ジプロピル、炭酸ジブチル等が挙げられる。
エステル化剤としては、流動性が低下しないことから、オルトエステル類、オキサゾリン類、エポキシ化合物、アルコール類、1価のフェノール類、ハロゲン化アルキル類、および炭酸アルキル類から選ばれた化合物が好ましい。無触媒で反応が進行することから、オルトエステル類、オキサゾリン類、および炭酸アルキル類から選ばれた化合物がより好ましい。オルトエステル類は、低弾性率化効果が高い点で好ましい。オルトエステル類の中でも、エポキシ樹脂硬化物中での分散性に優れることからオルトギ酸トリメチル、オルト酢酸トリメチル、オルトギ酸トリエチル、オルト酢酸トリエチル、オルトギ酸トリプロピル、オルト酢酸トリプロピルが好ましい。オキサゾリン類は、エポキシ樹脂硬化物中での分散性に優れる点で好ましい。オキサゾリン類の中でも、2−メチル−2−オキサゾリン、2−エチル−2−オキサゾリン、2−フェニル−2−オキサゾリンが好ましい。ジメチルホルムアミドジアルキルアセタール類を用いると、流動性が低下する場合があり、好ましくない。
アミド化剤の例としてアミン類が挙げられる。その具体例としては、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、イソブチルアミン、t−アミルアミン、イソアミルアミン、s−ブチルアミン、ペンタンアミン、3−アミノペンタン、ネオペンチルアミン、2−メチルブチルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、3,3−ジメチル−2−ブチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、1−アミノデカン、アニリン、o−トルイジン、m−トルイジン、p−トルイジン、4−エチルアニリン、4−イソプロピルアニリン、4−t−ブチルアニリン、2,3−ジメチルアニリン、2,5−ジメチルアニリン、2,6−ジメチルアニリン、3,4−ジメチルアニリン、3,5−ジメチルアニリン、2,4,6−トリメチルアニリン、1−アミノアントラセン、2−アミノアントラセン、9−アミノアントラセン、1−アミノピレン等が挙げられる。ただし、アミン類は、未反応物が残存すると、流動性不良の原因となる可能性があるため、反応後に、精製や乾燥により流動性を低下させない範囲になるまで未反応物を除去することが好ましい。
なお、前記カルボキシル基との反応性を有する化合物は1種類を用いてもよいし、2種類以上を組合せて用いてもよい。
カルボキシル基との反応性を有する化合物とカルボキシル基との反応によって、副生物が生じる場合、エポキシ樹脂と混合した際に副生物が残存していると、思わぬ副反応により流動性が低下したり、エポキシ樹脂硬化物に気泡が入って機械強度の低下につながる場合がある。そのため、このような影響がない範囲になるまで精製や乾燥により副生物を除去することが好ましい。乾燥による除去が簡便なことから、前記副生物の沸点は130℃以下が好ましく、100℃以下がさらに好ましく、80℃以下が特に好ましい。乾燥条件は、副生物の沸点によって異なるが、減圧下で200℃以下が好ましく、より好ましくは180℃以下、特に好ましくは150℃以下である。
前記カルボキシル基との反応性を有する化合物の添加量は、得られるポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体のカルボキシル基含有量が所望の範囲内になる量であれば特に制限しないが、該化合物を反応させる前のブロック共重合体中間体に含まれるカルボキシル基含有量に対して、0.1〜3.0当量が好ましく、0.2〜2.0当量、0.4〜1.5当量がさらに好ましく、0.7〜1.0当量が特に好ましい。カルボキシル基含有量は、後述の通り、公知の滴定法により求めることができる。例えば、ブロック共重合体をトルエンまたはテトラヒドロフランに溶解し、0.1mol/Lのアルコール性水酸化カリウムでフェノールフタレインを指示薬として滴定した値から算出される。
官能基を有するポリシロキサン(A)としては、一般式(1)で表されるポリシロキサンを用いることができる。
なお、nは5〜100の繰り返し単位数を表す。Xはカルボン酸無水物基、水酸基、エポキシ基、アミノ基、およびチオール基から選ばれる官能基である。ここでカルボン酸無水物基とは、無水マレイン酸や無水フタル酸や無水コハク酸などの環状であるものも含む。また、Rは、水素原子、炭素数1〜5のアルキル基またはフェニル基である。Rは、単結合、炭素数1〜10の2価の脂肪族または芳香族炭化水素基および炭素数1〜10の2価の炭化水素エーテル基から選ばれる基である。ここで、単結合とは、Rは存在せずケイ素とXが直接結合していることを意味する。また、エポキシ樹脂硬化物中での分散性が向上する観点から、Rはブチレン基、プロピレン基またはエチレン基が好ましく、プロピレン基またはエチレン基が最も好ましい。さらにXが環状のカルボン酸無水物基である場合、XとRまたはケイ素原子との結合位置はいずれの位置でもかまわない。また、2価の炭化水素エーテル基としては−(CH−O−(CH−で表され、1≦a+b≦10である基が好ましい。すべてのRおよびRおよびXは、それぞれ同一でも異なっていても良い。
一般式(1)中のRは、水素原子、炭素数が1〜5のアルキル基またはフェニル基であり、X、Yおよび共重合成分(C)のいずれにも反応しない基が好ましい。RとX、Yおよび共重合成分(C)のいずれかが反応すると、XとYの反応を阻害したり、架橋反応が進行したりするため、好ましくない。また、Rの鎖長が長すぎる場合は、得られるポリシロキサン−アルキレングリコールブロック共重合体をエポキシ樹脂に添加した際に高粘度化して成形加工性が低下するために、好ましくない。Rは好ましくはプロピル基、エチル基およびメチル基のいずれかであり、より好ましくはエチル基またはメチル基であり、最も好ましくはメチル基である。また、すべてのRが異なっていても、同一であっても良い。
官能基を有するポリシロキサン(A)としては、官能基を有するポリオルガノシロキサンが好ましく、特に、官能基を有するポリジメチルシロキサンが好ましい。
官能基を有するポリシロキサン(A)の重量平均分子量は、特に制限はないが、その下限値としては好ましくは500以上であり、より好ましくは800以上であり、さらに好ましくは1,000以上である。また重量平均分子量の上限値としては、8,000以下が好ましく、より好ましくは5,000以下であり、さらに好ましくは4,000以下であり、最も好ましくは3,000以下である。官能基を有するポリシロキサン(A)の重量平均分子量が小さい場合は、得られるポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体をエポキシ樹脂に添加しても、低弾性率化効果が低い。また、官能基を有するポリシロキサン(A)の重量平均分子量が大きい場合は、官能基を有するポリシロキサン(A)と官能基を有するポリアルキレングリコール(B)が相分離し、均一状態での反応が進行しないため、官能基を有するポリアルキレングリコール(B)との反応性が悪くなる。なお、官能基を有するポリシロキサン(A)の重量平均分子量とは、溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)を用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィで測定し、ポリメタクリル酸メチルで換算した重量平均分子量を指す。
官能基を有するポリシロキサン(A)としては、信越化学工業株式会社から市販されている、X−22−168AS、KF−105、X−22−163A、X−22−163B、X−22−163C、KF−8010、X−22−161A、X−22−161B、KF−8012、X−22−169AS、X−22−169B、X−22−160AS、KF−6001、KF−6002、KF−6003、X−22−1821、X−22−167B、X−22−167C、X−22−163、KF−6000、PAM−E、KF−8008、X−22−168A、X−22−168B、X−22−168−P5−B、X−22−1660B−3、X−22−9409、東レ・ダウコーニング株式会社から市販されている、BY16−871、BY16−853U、BY16−855、BY16−201等が挙げられる。
また、官能基を有するポリアルキレングリコール(B)としては、一般式(2)で表されるポリアルキレングリコールを用いることが好ましい。
なお、mは3〜300の繰り返し単位数を表す。Yはカルボン酸無水物基、水酸基、アミノ基、エポキシ基、およびチオール基から選ばれる官能基である。ここでカルボン酸無水物基とは、無水マレイン酸や無水フタル酸や無水コハク酸などの環状であるものも含む。Rは直鎖または分岐を有する炭素数2〜10のアルキレン基である。Rの炭素数が10より大きい場合は、官能基を有するポリアルキレングリコール(B)がエポキシ樹脂に相溶せず、得られるポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体のエポキシ樹脂硬化物中での分散性が悪化するため好ましくない。またRの炭素数が2より小さい場合は、柔軟性が低下するため好ましくない。Rの好ましい炭素数は3または4である。すべてのRおよびYは、それぞれ同一であっても異なっていても良い。
ポリシロキサン(A)の官能基がカルボン酸無水物基である場合、官能基を有するポリアルキレングリコール(B)としては、ポリテトラメチレングリコールおよび/またはポリプロピレングリコールが、ポリシロキサン(A)との反応性に優れ、反応促進剤である金属触媒を使用せずに反応が進行し、かつ有機溶媒を使用しなくてもポリシロキサン(A)とポリアルキレングリコール(B)が反応し、均質なブロック共重合体中間体を得ることができるため好ましい。特に耐熱性が向上する観点から、ポリテトラメチレングリコールがより好ましい。
官能基を有するポリアルキレングリコール(B)の重量平均分子量は、特に制限はないが、その下限値としては好ましくは300以上であり、より好ましくは500以上であり、さらに好ましくは1,000以上である。また重量平均分子量の上限値としては、20,000以下が好ましく、より好ましくは10,000以下であり、さらに好ましくは5,000以下であり、最も好ましくは3,000以下である。官能基を有するポリアルキレングリコール(B)の重量平均分子量が小さい場合は、得られるポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体をエポキシ樹脂に添加した際の低弾性率化効果が低い。また、官能基を有するポリアルキレングリコール(B)の重量平均分子量が大きい場合は、官能基を有するポリシロキサン(A)と官能基を有するポリアルキレングリコール(B)が相分離し、均一状態での反応が進行しないため、官能基を有するポリシロキサン(A)との反応性が悪くなる。なお、官能基を有するポリアルキレングリコール(B)の重量平均分子量とは、溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)を用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィで測定し、ポリメタクリル酸メチルで換算した重量平均分子量を指す。
得られるポリシロキサン−アルキレングリコールブロック共重合体の柔軟性およびエポキシ樹脂への良分散性を損なわない範囲において、ポリシロキサン(A)およびポリアルキレングリコール(B)以外に、これらと反応可能な共重合成分(C)をさらに加えて反応させても構わない。
ここで言う共重合成分(C)とは、ポリシロキサン(A)の官能基および/またはポリアルキレングリコール(B)の官能基と反応する官能基を1以上有する化合物である。この場合、得られるブロック共重合体は、ポリシロキサン(A)由来の構造およびポリアルキレングリコール(B)由来の構造に加えて、該共重合成分(C)由来の構造を有することになる。
この共重合成分(C)は、反応時にポリシロキサン(A)およびポリアルキレングリコール(B)のいずれにも溶解することが、反応を進行しやすくするため好ましい。また共重合成分(C)は、複数種用いても良い。
共重合成分(C)としては、1価または2価のカルボン酸無水物、ジオール、アルコール類、1価または2価のフェノール類、ジアミン、アミン類、ジチオール、チオール類、イソシアネート類、エポキシ類などが挙げられる。
1価のカルボン酸無水物としては、具体的には、無水コハク酸、無水フタル酸、無水マレイン酸、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水シュウ酸、無水安息香酸などが挙げられる。
2価のカルボン酸無水物としては、ピロメリット酸二無水物、4,4’−オキシジフタル酸無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’−ジメチル−3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、5,5’−ジメチル−3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニル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などの芳香族環を含むカルボン酸二無水物、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、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、1,2,3,5−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、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオンなどの脂肪族鎖を含むカルボン酸二無水物が挙げられる。
ジオールとしては、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、ジエチレングリコールなどが挙げられる。ジオールが、脂肪族ジオールの場合は、得られるポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体の柔軟性を損なわないことから、分子鎖は長い方が好ましい。
アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、ドデカノール、テトラデカノール、ヘキサデカノール、オクタデカノール等が挙げられる。
1価のフェノール類は前述の通りである。
2価のフェノール類としては、例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールAP、ビスフェノールAF、ビスフェノールB、ビスフェノールBPなどが挙げられる。
ジアミンとしては、エタンジアミン、1,2−プロピレンジアミン、1,3−プロピレンジアミン、1,2−ブタンジアミン、1,3−ブタンジアミン、1,4−ブタンジアミン、1,5−ペンタンジアミン、3−メチル−1,5−ペンタンジアミン、1,6−ヘキサンジアミン、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジアミン、1,8−オクタンジアミン、1,9−ノナンジアミン、1,4−シクロヘキサンジアミン、1,4−ベンゼンジアミン、1,4−ベンゼンジメタンアミン等が挙げられる。
アミン類は前述の通りである。なお、ジアミンやアミン類は、未反応物が残存すると、流動性不良の原因となる可能性があるため、反応後に、精製や乾燥により流動性を低下させない範囲に未反応物を除去することが好ましい。
ジチオールとしては、エタンジチオール、1,2−プロピレンジチオール、1,3−プロピレンジチオール、1,2−ブタンジチオール、1,3−ブタンジチオール、1,4−ブタンジチオール、1,5−ペンタンジチオール、3−メチル−1,5−ペンタンジチオール、1,6−ヘキサンジチオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジチオール、1,8−オクタンジチオール、1,9−ノナンジチオール、1,4−シクロヘキサンジチオール、1,4−ベンゼンジチオール、1,4−ベンゼンジメタンチオール等が挙げられる。
チオール類としては、1−エタンチオール、1−プロピレンチオール、2−プロピレンチオール、1−ブタンチオール、2−ブタンチオール、1−ペンタンチオール、1−ヘキサンチオール、1−ヘプタンチオール、1−オクタンチオール、1−ノナンチオール、1−シクロヘキサンチオール、ベンゼンチオール、ベンジルメルカプタン等が挙げられる。
イソシアネート類としては、フェネチルイソシアネート、1,4−フェニレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートなどが挙げられる。
エポキシ類は、前述の通りである。
共重合成分(C)の官能基が1つの場合は、添加量増加に伴い、得られるブロック共重合体の分子量は低下し、2つの場合は、ブロック共重合体の分子量は増大する。
上記共重合成分(C)は、反応促進剤である金属触媒を使用しなくても反応が進行することが好ましい。さらに、同時にカルボキシル基を導入できるものが、エポキシ樹脂硬化物中での分散性向上の点から好ましい。例示するならば、ポリシロキサン(A)の官能基がカルボン酸無水物基、ポリアルキレングリコール(B)の官能基が水酸基の場合は、1価または2価のカルボン酸無水物等が挙げられる。
ポリシロキサン(A)の官能基がカルボン酸無水物基であり、かつポリアルキレングリコール(B)がポリテトラメチレングリコールである場合や、ポリシロキサン(A)の官能基が水酸基であり、かつポリアルキレングリコール(B)がポリプロピレングリコールである場合は、ポリシロキサン(A)およびポリテトラメチレングリコールまたはポリプロピレングリコールに溶解し、反応性が上がることから、共重合成分(C)としては、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、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、4,4’−オキシジフタル酸無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物などが挙げられる。中でも、ポリシロキサン(A)およびポリアルキレングリコール(B)に容易に溶解し、系内が均一状態であり、かつ反応促進剤である金属触媒を使用しなくても反応が進行する点で、ピロメリット酸二無水物が好ましい。
なお、共重合成分(C)は、1種類を用いてもいいし、2種類以上を組合わせて用いてもよい。
共重合成分(C)の添加量に特に制限は無いが、本発明のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体の物性に影響を与えないために、上限としては、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体全体を100質量%として、好ましくは40質量%以下、より好ましくは30質量%以下、さらに好ましくは20質量%以下、最も好ましくは10質量%以下である。この範囲よりも添加量が多い場合は、得られるポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体の柔軟性が損なわれ、また未反応の共重合成分(C)が存在することでエポキシ樹脂との硬化反応が促進され、流動性が低下するため好ましくない。
官能基を有するポリシロキサン(A)と官能基を有するポリアルキレングリコール(B)が直接反応しない場合、ポリシロキサン(A)が有する官能基およびポリアルキレングリコール(B)が有する官能基の両方に反応する共重合成分(C)(以下、特に共重合成分(C’)と呼ぶ場合がある)を添加し、ポリシロキサン(A)、ポリアルキレングリコール(B)および共重合成分(C’)を反応させる方法を用いても構わない。
共重合成分(C’)としては、共重合成分(C)のうち官能基を有するポリシロキサン(A)および官能基を有するポリアルキレングリコール(B)の両方と反応するものであれば特に制限はないが、2価のカルボン酸無水物、ジオール、2価のフェノール類、ジアミン、ジチオール、2価のエポキシ化合物などが挙げられる。ポリシロキサン(A)およびポリアルキレングリコール(B)の官能基が水酸基、エポキシ基、アミノ基またはチオール基の場合は、カルボキシル基を導入でき、エポキシ樹脂硬化物中での分散性が向上するため、2価のカルボン酸無水物が好ましい。中でも、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、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、4,4’−オキシジフタル酸無水物、および3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物から選ばれるカルボン酸無水物が好ましい。得られるポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体に柔軟性を付与できる点や有機溶媒を使用することなく共重合が可能な点からピロメリット酸二無水物が最も好ましい。共重合成分(C’)は、2種以上を用いても良い。ポリシロキサン(A)およびポリアルキレングリコール(B)の官能基がカルボン酸無水物基である場合は、ジオール、ジアミン、ジチオール、2価のフェノール類および2価のエポキシ化合物から選ばれる化合物が好ましく、ジオールまたは2価のフェノール類がより好ましい。
ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中の共重合成分(C’)由来の構造の含有量は、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体全体を100質量%として、30質量%以下が好ましい。共重合成分(C’)由来の構造の含有量が多いと、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体の低弾性率化効果が低くなる。含有量が少ないと、エポキシ樹脂硬化物中での分散性が悪化する。含有量は、25質量%以下が好ましく、20質量%以下がさらに好ましく、15質量%以下が特に好ましく、10質量%以下が最も好ましい。
本発明のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体は、一般式(3)で表される構造であることが好ましい。
ここで、nは5〜100、mは3〜300、pは5〜100の繰り返し単位数をそれぞれ表す。また、Rは水素原子、炭素数1〜5のアルキル基またはフェニル基である。Rの鎖長が上記よりも長い場合は、得られるポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体をエポキシ樹脂に添加した際に高粘度となり成形加工性が低下するために、好ましくない。Rは好ましくはプロピル基、エチル基およびメチル基のいずれかであり、より好ましくはエチル基またはメチル基であり、最も好ましくはメチル基である。また、すべてのRが、異なっていても、同一であっても良い。Zは官能基を有するポリシロキサン(A)および、官能基を有するポリアルキレングリコールが反応することにより生成する結合部である。ポリシロキサン(A)およびポリアルキレングリコール(B)が直接反応し、結合する場合は、ポリシロキサン(A)の前記Xとポリアルキレングリコール(B)の前記Yが反応した残基が結合部Zとなる。また、ポリシロキサン(A)とポリアルキレングリコール(B)が直接反応せず、共重合成分(C’)を介して結合する場合は、ポリシロキサン(A)の前記X、ポリアルキレングリコール(B)の前記Yおよび共重合成分(C’)が反応した残基が結合部Zとなる。結合部Zは、この反応の結果として、エステル結合、アミド結合およびチオエステル結合から選ばれる結合を有する。これら結合の中でも、粘度の点からエステル結合とチオエステル結合が好ましく、耐熱性の点からエステル結合がより好ましい。また、Zはこの反応の結果として新たに生成するカルボキシル基も含む。カルボキシル基は、前記カルボキシル基と反応性を有する化合物との反応によりカルボン酸誘導体を含む置換基となっていても良い。また、すべてのZは同じであっても異なっていても良い。Rは、単結合、炭素数1〜10の2価の脂肪族または芳香族炭化水素基および炭素数1〜10の2価の炭化水素エーテル基から選ばれる基である。ここで、単結合とは、Rは存在せずケイ素とZが直接結合していることを意味する。また、エポキシ樹脂硬化物中での分散性が向上する観点から、Rはブチレン、プロピレンまたはエチレンが好ましく、プロピレンまたはエチレンが最も好ましい。Rはそれぞれ同一であっても異なっていても良い。また、2価の炭化水素エーテル基としては−(CH−O−(CH−で表され、1≦a+b≦10である基が好ましい。すべてのRおよびRは、それぞれ同一でも異なっていても良い。
カルボン酸誘導体を含む置換基とは、カルボキシル基と、カルボキシル基と反応性を有する化合物が反応して生成する置換基のことであり、その例としてはエステル基、アミド基等が挙げられる。エステル基とは、下記一般式(4)で表される構造で表される基である。
ここで、Wは炭素数1〜10のアルキル基または芳香族炭化水素基である。Wは、水酸基、エーテル基および/またはエーテルアミド基を有しても良い。炭素数1〜10のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、などが挙げられ、直鎖構造でも分岐構造であってもよい。また、芳香族炭化水素基としては、フェニル基、トリル基、ナフチル基、などが挙げられる。なお、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体の低弾性率化効果、エポキシ樹脂硬化物中への良分散性、および流動性に影響を与えなければ、Wはさらに置換基を有してもよい。
アミド基とは下記一般式(5)で表される構造を有する基である。
なお、Wは前述の通りである。
本発明のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体におけるポリシロキサン由来の構造の含有量は、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体全体を100質量%として、下限値は30質量%以上であり、より好ましくは35質量%以上であり、さらに好ましくは40質量%以上であり、最も好ましくは45質量%以上である。また含有量の上限値としては、70質量%以下であり、より好ましくは65質量%以下であり、さらに好ましくは60質量%以下であり、最も好ましくは55質量%以下である。ポリシロキサン由来の構造の含有量が少なすぎる場合は、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体をエポキシ樹脂に添加して硬化物を作製しても、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体添加による低弾性率化効果が低い。また、ポリシロキサン由来の構造の含有量が多すぎる場合は、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体をエポキシ樹脂に添加した際に、エポキシ樹脂硬化物中にポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体が良分散しない。
ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体におけるポリシロキサン由来の構造の含有量は、ブロック共重合体を合成する際の、官能基を有するポリシロキサン(A)の重量を全原料の重量で除することで求めることができる。なお、ブロック共重合体を合成する過程で副生物が生じる際は、生成する副生物の重量を全原料の重量より差し引いて算出する。すなわち、ポリシロキサン由来の構造の含有量は下式により求めることができる。
本発明のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体は、カルボキシル基含有量が0.1mmol/g以上0.75mmol/g以下である。カルボキシル基含有量の下限値は、より好ましくは0.2mmol/g以上であり、さらに好ましくは0.3mmol/g以上であり、特に好ましくは0.4mmol/g以上であり、最も好ましくは0.45mmol/g以上である。またその上限値は、より好ましくは0.7mmol/g以下であり、さらに好ましくは0.65mmol/g以下であり、特に好ましくは0.6mmol/g以下である。
カルボキシル基含有量がこの範囲より多い場合は、本発明のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を添加してエポキシ樹脂硬化物を作製した際に、低弾性率化効果が低下するため好ましくない。カルボキシル基含有量がこの範囲より少ない場合は、エポキシ樹脂硬化物中での分散性が低下し、エポキシ樹脂硬化物中においてポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体が粗大分散化するため好ましくない。
カルボキシル基含有量は、公知の滴定法により求めることができる。例えば、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体をトルエンまたはテトラヒドロフランに溶解し、フェノールフタレインを指示薬として、0.1mol/Lのアルコール性水酸化カリウムで滴定した値から算出される。
本発明のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体の重量平均分子量(M)は、特に制限はないが、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を添加したエポキシ樹脂硬化物の機械物性および成形加工性の観点から、その下限値は好ましくは5,000以上であり、より好ましくは6,000以上であり、より好ましくは8,000以上であり、より好ましくは10,000以上であり、より好ましくは、15,000以上であり、さらに好ましくは20,000以上であり、特に好ましくは30,000以上である。また、その上限値は、好ましくは500,000以下であり、より好ましくは200,000以下であり、より好ましくは150,000以下であり、さらに好ましくは100,000以下であり、最も好ましくは80,000以下である。この範囲よりも重量平均分子量が小さい場合は、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を添加したエポキシ樹脂硬化物の低弾性率化効果が低くなる。この範囲よりも重量平均分子量が大きい場合は、エポキシ樹脂に添加したエポキシ樹脂組成物が高粘度化し、封止材成形時に細部にまで浸透しないことに起因する、クラックの原因となるため好ましくない。
なお、ここで言うポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体の重量平均分子量とは、溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)を用いてゲルパーミエーションクロマトグラフィで測定し、標準試料としてポリメタクリル酸メチルを用いて換算した重量平均分子量を指す。
溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)を用いて測定できない場合は、溶媒としてN,N−ジメチルホルムアミドを用い、それでも測定できない場合は、ヘキサフルオロイソプロパノールを用いる。
本発明のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体の数平均分子量(M)は、特に制限はないが、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を添加したエポキシ樹脂硬化物の機械物性および成形加工性の観点から、その下限値は1,000以上であり、好ましくは2,000以上であり、より好ましくは5,000以上であり、さらに好ましくは10,000以上であり、さらに好ましくは、15,000以上であり、さらに好ましくは20,000以上であり、特に好ましくは30,000以上である。また、その上限は、好ましくは500,000以下であり、より好ましくは200,000以下であり、より好ましくは150,000以下であり、さらに好ましくは100,000以下であり、最も好ましくは80,000以下である。この範囲よりも重量平均分子量が小さい場合は、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を添加したエポキシ樹脂硬化物の低弾性率化効果が低くなる。この範囲よりも重量平均分子量が大きい場合は、エポキシ樹脂に添加したエポキシ樹脂組成物が高粘度化し、封止材成形時に細部にまで浸透しないことに起因する、クラックの原因となるため好ましくない。数平均分子量は、重量平均分子量と同様にゲルパーミエーションクロマトグラフィで測定できる。
また、本発明のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体の分子量分布(M/M)は、5以下であることが好ましく、より好ましくは3以下、さらに好ましくは2以下である。分子量分布の下限値は、理論的に1である。なお、分子量分布(M/M)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィを用いて上記のとおり測定した重量平均分子量(M)および数平均分子量(M)から算出する。
本発明のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体は、柔軟な2種のポリマー骨格を有していること、および、カルボキシル基含有量が0.1〜0.75mmol/gであることによって、エポキシ樹脂に添加した際に、その硬化物に顕著な低弾性率化効果を発現させることができる。エポキシ樹脂硬化物中に本発明のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体が良分散することにより、材料物性にばらつきがなく、少量のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体の添加で、エポキシ樹脂硬化物に効率的に弾性率の低下を実現させ、内部応力を緩和することができる。
本発明のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体の製造方法は、下記工程(1)の後に、下記工程(2)を行う。
工程(1):カルボン酸無水物基、水酸基、エポキシ基、アミノ基、およびチオール基から選ばれる官能基を有するポリシロキサン(A)、ならびに、カルボン酸無水物基、水酸基、アミノ基、エポキシ基、およびチオール基から選ばれる官能基を有するポリアルキレングリコール(B)を反応させてポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体を得る工程;
工程(2):工程(1)により得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体のカルボキシル基を、カルボキシル基との反応性を有する化合物と反応させる工程であって、前記カルボキシル基との反応性を有する化合物が、オルトエステル類、オキサゾリン類、エポキシ類、アルコール類、1価のフェノール類、ハロゲン化アルキル類、および炭酸アルキル類から選ばれる少なくとも1種類の化合物である。
共重合体にカルボキシル基を導入する従来の方法によれば、反応残渣として官能基が分子鎖中に導入されるため、分子鎖の両末端、即ち1分子鎖に対して2つのカルボキシル基が導入される。本発明のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体は、官能基を有するポリシロキサン(A)および官能基を有するポリアルキレングリコール(B)を反応させることにより、1分子鎖に少なくとも3つ以上の官能基を含むことができる。より好ましくは5つ以上、より好ましくは10以上、より好ましくは10以上、さらに好ましくは20以上である。つまり、本発明のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体は、数平均分子量とカルボキシル基含有量の積が2より多いことが好ましい。より好ましくは3以上、より好ましくは5以上、さらに好ましくは10以上、特に好ましくは20以上である。
官能基を有するポリシロキサン(A)および官能基を有するポリアルキレングリコール(B)を反応させる方法としては、前記ポリシロキサン(A)および前記官能基を有するポリアルキレングリコール(B)を混合し、加熱することで反応させる方法などを挙げることができる。必要に応じて有機溶媒中で反応させても良い。また必要に応じて、窒素雰囲気下で反応させても良く、反応を促進させるために減圧下で行っても良い。
また、官能基を有するポリシロキサン(A)および官能基を有するポリアルキレングリコール(B)の混合比は、適宜調整は可能であるが、官能基を有するポリシロキサン(A)および官能基を有するポリアルキレングリコール(B)が直接反応し、結合する場合は、化学量論的な当量比が、0.1〜10の間になるような混合比であることが好ましい。ここで、化学量論的な当量比としては、ポリシロキサン(A)に含まれる官能基のモル数に対するポリアルキレングリコール(B)に含まれる官能基のモル数の比率を指す。当量比は0.2〜5であることがより好ましく、0.5〜3であることがさらに好ましく、0.8〜1.5であることが最も好ましく、1であることが著しく好ましい。
一方、官能基を有するポリシロキサン(A)と官能基を有するポリアルキレングリコール(B)が直接反応せず、共重合成分(C)が前記ポリシロキサン(A)および前記ポリアルキレングリコール(B)と反応し、結合する場合は、前記ポリシロキサン(A)と前記ポリアルキレングリコール(B)に含まれる官能基のモル数の合計に対する共重合成分(C)に含まれる官能基のモル数の当量比が、0.2〜5であることがより好ましく、0.5〜3であることがより好ましく、0.8〜1.5であることがさらに好ましく、1であることが最も好ましい。
なお、得られるポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体100質量%中に含まれる、ポリシロキサン(A)由来の構造の含有量が30質量%以上70質量%以下となるようにブロック共重合体を合成する際に、原料の仕込み比を調整して反応させることが好ましい。
反応に有機溶媒を用いる場合、有機溶媒としては、官能基を有するポリシロキサン(A)および官能基を有するポリアルキレングリコール(B)の良溶媒が好ましい。有機溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、ベンゼン、2−メチルナフタレン等の炭化水素系溶媒;酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸ブチル、プロピオン酸ブチル、酪酸ブチル、アセト酢酸エチル等のエステル系溶媒;クロロホルム、ブロモホルム、塩化メチレン、四塩化炭素、1,2−ジクロロエタン、1,1,1−トリクロロエタン、クロロベンゼン、2,6−ジクロロトルエン、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロイソプロパノール等のハロゲン化炭化水素系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルブチルケトン等のケトン系溶媒;メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール等のアルコール系溶媒;ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、乳酸等のカルボン酸溶媒;アニソール、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジイソプロピルエーテル、ジオキサン、ジグライム、ジメトキシエタン等のエーテル系溶媒;あるいはこれらの混合物が挙げられる。
中でも反応速度および反応後の溶媒除去のバランスから、トルエン、キシレンまたは酢酸エチルが好ましい。また、これら有機溶媒は、1種のみ用いても、2種以上を混合して用いても良い。
なお、有機溶媒中で反応させた際は、加熱、減圧、再沈殿等、公知の方法で有機溶媒を除去し、精製することができる。有機溶媒を除去するために複数の工程を組み合わせても良い。
ただし、有機溶媒を使用しない方が、上記有機溶媒を除去するための精製工程を必要とせず、製造工程が簡略である点、および、反応温度の高温化が可能であり、反応促進剤である金属触媒を使用しない系においても反応速度を高速化することができる点から、生産性が向上するため好ましい。
官能基を有するポリシロキサン(A)および官能基を有するポリアルキレングリコール(B)を反応させる温度は、特に制限はないが、副反応やポリマーの分解を抑制するために220℃以下が好ましく、より好ましくは200℃以下、さらに好ましくは180℃以下、特に好ましくは150℃以下である。また室温以下で反応が進行する場合は、室温で安定に保存することが困難であることから、室温以下では反応が進行しないことが好ましい。反応させる温度の下限値としては、好ましくは50℃以上であり、より好ましくは70℃以上であり、さらに好ましくは100℃以上である。
また、反応時に反応促進剤等を添加しても良いが、官能基を有するポリシロキサン(A)および官能基を有するポリアルキレングリコール(B)は、反応促進剤を添加しなくても、容易に反応させることが可能である。
また反応時間は、生産性の観点から20時間以内が好ましく、より好ましくは15時間以内であり、さらに好ましくは10時間以内である。
次に、このようにして得られたブロック共重合体中間体のカルボキシル基を、カルボキシル基との反応性を有する化合物と反応させることで、所望のカルボキシル基含有量に制御し、本発明のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を得る。この反応により、カルボキシル基の一部が封鎖されてカルボン酸誘導体を含む置換基が生成する。カルボキシル基との反応性を有する化合物は、前記のとおりである。
カルボキシル基との反応性を有する化合物とカルボキシル基を反応させる際の温度としては、用いる化合物に依るため特に制限はないが、220℃以下が好ましく、より好ましくは200℃以下、さらに好ましくは180℃以下、特に好ましくは150℃以下である。また室温以下で反応が進行する場合は、室温で安定に保存することが困難であることから、室温以下では反応が進行しないことが好ましい。反応させる温度の下限値としては、好ましくは50℃以上であり、より好ましくは70℃以上であり、さらに好ましくは100℃以上である。反応を進行させる際に減圧条件としても良い。また、触媒や縮合剤を添加してもよいが、それらを除去するために精製などの工程が増えて製造効率が低下するため、添加しないことが好ましい。
カルボキシル基との反応性を有する化合物と反応させる際に、官能基を有するポリシロキサン(A)と官能基を有するポリアルキレングリコール(B)を反応させる際と同様の溶媒を用いてもよい。なお、有機溶媒中で反応させた際は、加熱、減圧、再沈殿等、公知の方法で有機溶媒を除去し、精製することができる。有機溶媒を除去するために複数の工程を組み合わせても良い。
ただし、有機溶媒を使用しない方が、上記有機溶媒を除去するための精製工程を必要とせず、製造工程が簡略である点、および、反応温度の高温化が可能であり、反応促進剤である金属触媒を使用しない系においても反応速度を高速化することができる点から、生産性が向上するため好ましい。
前記反応に使用した有機溶媒や、発生した副生物を除去するための乾燥温度の下限値としては、特に限定されないが、短時間で効率的に除去するため、50℃以上が好ましく、より好ましくは80℃以上であり、さらに好ましくは100℃以上である。
本発明のエポキシ樹脂組成物とは、後述のエポキシ樹脂と本発明のブロック共重合体を混合したものであり、硬化反応をさせる前の混合物を指す。
本発明のエポキシ樹脂組成物中に含まれる、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体の好ましい量は、エポキシ樹脂100質量部に対し、0.1〜50質量部であり、より好ましくは0.1〜40質量部であり、より好ましくは0.5〜30質量部であり、さらに好ましくは0.5〜20質量部である。エポキシ樹脂組成物に、この範囲のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を含むことで、エポキシ樹脂組成物を硬化させたエポキシ樹脂硬化物において、効率よく内部応力を緩和させることができる。
エポキシ樹脂としては、特に制限はされないが、例えば、水酸基を有する化合物とエピクロロヒドリンから得られるグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、アミノ基を有する化合物とエピクロロヒドリンから得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂、カルボキシル基を有する化合物とエピクロロヒドリンから得られるグリシジルエステル型エポキシ樹脂、二重結合を有する化合物を酸化することにより得られる脂環式エポキシ樹脂、あるいはこれらから選ばれる2種類以上のタイプの基が分子内に混在するエポキシ樹脂などが用いられる。
グリシジルエーテル型エポキシ樹脂の具体例としては、ビスフェノールAとエピクロロヒドリンの反応により得られるビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールFとエピクロロヒドリンの反応により得られるビスフェノールF型エポキシ樹脂、4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルホンとエピクロロヒドリンの反応により得られるビスフェノールS型エポキシ樹脂、4,4’−ビフェノールとエピクロロヒドリンとの反応により得られるビフェニル型エポキシ樹脂、レゾルシノールとエピクロロヒドリンの反応により得られるレゾルシノール型エポキシ樹脂、フェノールとエピクロロヒドリンの反応により得られるフェノールノボラック型エポキシ樹脂、その他ポリエチレングリコール型エポキシ樹脂、ポリプロピレングリコール型エポキシ樹脂、およびこれらの位置異性体やアルキル基やハロゲンでの置換体が挙げられる。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂の市販品としては、“jER”(登録商標)825、“jER”(登録商標)826、“jER”(登録商標)827、“jER”(登録商標)828(以上、三菱ケミカル(株)製)、“エピクロン”(登録商標)850(DIC(株)製)、“エポトート”(登録商標)YD−128(新日鉄住金化学(株)製)、D.E.R−331(商標)(ダウケミカル社製)、“Bakelite”(登録商標)EPR154、“Bakelite”(登録商標)EPR162、“Bakelite”(登録商標)EPR172、“Bakelite”(登録商標)EPR173、および“Bakelite”(登録商標)EPR174(以上、Bakelite AG社製)などが挙げられる。
ビスフェノールF型エポキシ樹脂の市販品としては、“jER”(登録商標)806、“jER”(登録商標)807、“jER”(登録商標)1750(以上、三菱ケミカル(株)製)、“エピクロン”(登録商標)830(DIC(株)製)、“エポトート”(登録商標)YD−170、“エポトート”(登録商標)YD−175(新日鉄住金化学(株)製)、“Bakelite”(登録商標)EPR169(Bakelite AG社製)、“アラルダイト”(登録商標)GY281、“アラルダイト”(登録商標)GY282、および“アラルダイト”(登録商標)GY285(以上、ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製)などが挙げられる。
ビフェニル型エポキシ樹脂の市販品としては、“jER”(登録商標)YX4000、“jER”(登録商標)YX4000K、“jER”(登録商標)YX4000H、“jER”(登録商標)YX4000HK(以上、三菱ケミカル(株)製)などが挙げられる。
レゾルシノール型エポキシ樹脂の市販品としては、“デナコール”(登録商標)EX−201(ナガセケムテックス(株)製)などが挙げられる。
フェノールノボラック型エポキシ樹脂の市販品としては、“jER”(登録商標)152、“jER”(登録商標)154(以上、三菱ケミカル(株)製)、“エピクロン”(登録商標)740(DIC(株)製)、およびEPN179、EPN180(以上、ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製)などが挙げられる。
グリシジルアミン型エポキシ樹脂の具体例としては、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン類、アミノフェノールのグリシジル化合物類、グリシジルアニリン類、およびキシレンジアミンのグリシジル化合物などが挙げられる。
テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン類の市販品としては、“スミエポキシ”(登録商標)ELM434(住友化学(株)製)、“アラルダイト”(登録商標)MY720、“アラルダイト”(登録商標)MY721、“アラルダイト”(登録商標)MY9512、“アラルダイト”(登録商標)MY9612、“アラルダイト”(登録商標)MY9634、“アラルダイト”(登録商標)MY9663(以上ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製)、“jER”(登録商標)604(三菱ケミカル(株)製)、“Bakelite”(登録商標)EPR494、“Bakelite”(登録商標)EPR495、“Bakelite”(登録商標)EPR496、および“Bakelite”(登録商標)EPR497(以上、Bakelite AG社製)などが挙げられる。
アミノフェノールのグリシジル化合物類の市販品としては、“jER”(登録商標)630(三菱ケミカル(株)製)、“アラルダイト”(登録商標)MY0500、“アラルダイト”(登録商標)MY0510(以上ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製)、“スミエポキシ”(登録商標)ELM120、および“スミエポキシ”(登録商標)ELM100(以上住友化学(株)製)などが挙げられる。
グリシジルアニリン類の市販品としては、GAN、GOT(以上、日本化薬(株)製)や“Bakelite”(登録商標)EPR493(Bakelite AG社製)などが挙げられる。
キシレンジアミンのグリシジル化合物としては、TETRAD−X(登録商標)(三菱瓦斯化学(株)製)が挙げられる。
グリシジルエステル型エポキシ樹脂の具体例としては、フタル酸ジグリシジルエステル、ヘキサヒドロ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、ダイマー酸ジグリシジルエステル、および、これらの各種異性体が挙げられる。
フタル酸ジグリシジルエステルの市販品としては、“エポミック”(登録商標)R508(三井化学(株)製)や“デナコール”(登録商標)EX−721(ナガセケムテックス(株)製)などが挙げられる。
ヘキサヒドロフタル酸ジグリシジルエステルの市販品としては、“エポミック”(登録商標)R540(三井化学(株)製)やAK−601(日本化薬(株)製)などが挙げられる。
ダイマー酸ジグリシジルエステルの市販品としては、“jER”(登録商標)871(三菱ケミカル(株)製)や“エポトート”(登録商標)YD−171(新日鉄住金化学(株)製)などが挙げられる。
脂環式エポキシ樹脂の市販品としては、“セロキサイド”(登録商標)2021P((株)ダイセル製)、CY179(ハンツマン・アドバンスド・マテリアルズ社製)、“セロキサイド”(登録商標)2081((株)ダイセル製)、および“セロキサイド”(登録商標)3000((株)ダイセル製)などが挙げられる。
エポキシ樹脂としては、耐熱性、靱性および低リフロー性の点からビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂およびビスフェノールS型エポキシ樹脂から選ばれた樹脂が好ましく、ビフェニル型エポキシ樹脂またはビスフェノールA型エポキシ樹脂がより好ましく、ビフェニル型エポキシ樹脂がさらに好ましい。上記エポキシ樹脂は単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
エポキシ樹脂組成物には、硬化剤および/または硬化促進剤を添加することができる。
エポキシ樹脂硬化剤としては、ジエチレントリアミンやトリエチレンテトラミンなどの脂肪族ポリアミン系硬化剤;メンセンジアミンやイソホロンジアミンなどの脂環族ポリアミン系硬化剤;ジアミノジフェニルメタンやm−フェニレンジアミンなどの芳香族ポリアミン系硬化剤;ポリアミド、変性ポリアミン、無水フタル酸、無水ピロメリット酸や無水トリメリット酸などの酸無水物系硬化剤;フェノールノボラック樹脂やフェノールアラルキル樹脂などのポリフェノール系硬化剤;ポリメルカプタン、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、2−エチル−4−メチルイミダゾールや2−フェニル−4−メチルイミダゾールなどのアニオン型触媒;3フッ化ホウ素・モノエチルアミン錯体などのカチオン型触媒;ジシアンジアミド、芳香族ジアゾニウム塩やモレキュラーシーブなどの潜在型硬化剤などが挙げられる。
特に機械物性に優れたエポキシ樹脂硬化物を与えるという面で、芳香族アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤およびポリフェノール系硬化剤から選ばれた硬化剤が好ましく用いられる。
芳香族系アミン硬化剤の具体例を挙げると、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、メタキシリレンジアミン、ジフェニル−p−ジアニリンやこれらのアルキル置換体などの各種誘導体やアミノ基の位置の異なる異性体が挙げられる。
酸無水物系硬化剤の具体例を挙げると、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルナジック酸無水物、水素化メチルナジック酸無水物、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、ドデセニル無水コハク酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物などが挙げられる。
ポリフェノール系硬化剤の具体例としては、フェノールアラルキル樹脂、1−ナフトールアラルキル樹脂、o−クレゾールノボラックエポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール樹脂、テルペンフェノール樹脂、ナフトールノボラック型樹脂などが挙げられる。
硬化剤の添加量の最適値は、エポキシ樹脂、および硬化剤の種類により異なるが、硬化剤の化学量論的な当量比が、エポキシ樹脂組成物に含まれる全エポキシ基に対して0.5〜1.4の間にあることが好ましく、0.6〜1.4であることがより好ましい。当量比が、0.5よりも小さい場合、硬化反応が十分に起こらず、硬化不良が発生したり、硬化反応に長時間を要したりする場合がある。当量比が、1.4よりも大きい場合は、硬化時に消費されなかった硬化剤が欠陥となり、機械物性を低下させることがある。
硬化剤はモノマーおよびオリゴマーのいずれの形でも使用でき、混合時は粉体、液体いずれの形態でも良い。これらの硬化剤は単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。また、硬化促進剤を併用しても良い。
硬化促進剤としては、1,8−ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン−7に代表されるアミン化合物系硬化促進剤;2−メチルイミダゾールや2−エチル−4−メチルイミダゾールに代表されるイミダゾール化合物系硬化促進剤;トリフェニルホスファイトに代表されるリン化合物系硬化促進剤等を用いることができる。なかでも、リン化合物系硬化促進剤が最も好ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物には、必要に応じて、エポキシ樹脂およびブロック共重合体以外の難燃剤、充填剤、着色剤、離型剤等などの各種添加剤を加えてもよい。
充填剤としては、特に制限はないが、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、ジルコン、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭化珪素、窒化アルミ、窒化ホウ素、ベリリア、ジルコニアなどの粉末や微粒子が用いられる。これら充填剤は、単独で用いても2種以上を併用してもよい。なかでも、線膨張係数を下げることから、溶融シリカを用いることが好ましい。また充填剤の形状としては、成形時の流動性および磨耗性の観点から球状であることが好ましい。
充填剤の配合量は、吸湿率の低下、線膨張係数の低減、強度向上の観点から、エポキシ樹脂100質量部に対し、好ましくは20質量部〜2000質量部、より好ましくは、50〜2000質量部、さらに好ましくは100〜2000質量部、特に好ましくは100〜1000質量部、最も好ましくは500〜800質量部である。
その他の添加剤の例としては、カーボンブラック、炭酸カルシウム、酸化チタン、シリカ、水酸化アルミニウム、ガラス繊維、ヒンダードアミン系劣化防止剤、ヒンダードフェノール系劣化防止剤などが挙げられる。
これらの添加剤は、エポキシ樹脂組成物の硬化前の段階で加えることが好ましく、粉体、液体、スラリー体のいずれの形態で加えても良い。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、流動性が良く、取扱い性に優れている。半導体封止材に用いる際、流動性が悪い場合は、細部にまでエポキシ樹脂組成物を充填することができず、ボイドの原因となりパッケージの破損に繋がるおそれがある。本発明のブロック共重合体は、エポキシ樹脂に添加した際の、添加による粘度上昇が小さく、流動性に優れたエポキシ樹脂組成物を得ることができる。なお、エポキシ樹脂組成物中に2種類以上のブロック共重合体を添加しても良い。
本発明のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体は、エポキシ樹脂に非相溶であるが柔軟性に優れたポリシロキサン骨格と、エポキシ樹脂に相溶し柔軟性に優れたポリアルキレングリコール骨格とを有するため、エポキシ樹脂硬化物中における良分散性と低弾性率化効果を発現する。エポキシ樹脂硬化物は、公知の方法で作製することができる。例えば、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、各種添加剤、および充填剤を混合し、加熱により硬化することで作製する方法が挙げられる。
硬化物を作製する際のエポキシ樹脂組成物の流動性は、封止材製造時の作業効率の観点から低いことが好ましい。ブロック共重合体に含まれる不純物により、エポキシ樹脂組成物の粘度が上昇し、流動性が低下する場合がある。そのような不純物を有する際は流動性を低下させない範囲となるように精製や乾燥を行うことが好ましい。特に、窒素原子を有する不純物は流動性低下の原因となり、その例としては、アミン類などが挙げられる。
エポキシ樹脂組成物の流動性は、レオメーターによる粘度測定により評価することができる。具体的には、エポキシ樹脂100質量部に対しポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を15質量部含んだエポキシ樹脂組成物の粘度を、レオメーターを用いて、温度200℃における粘度を測定する。なお、エポキシ樹脂硬化剤を含む場合は、エポキシ樹脂およびエポキシ樹脂硬化剤の合計100質量部に対し、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を15質量部含んだエポキシ樹脂組成物の粘度を測定する。同様にして、ブロック共重合体を含まないエポキシ樹脂の温度200℃における粘度を測定する。このようにして測定した200℃における粘度について、ブロック共重合体を含まないエポキシ樹脂の粘度に対する、エポキシ樹脂組成物100質量部に対しブロック共重合体を15質量部含んだエポキシ樹脂組成物の粘度の上昇割合で流動性を評価する。粘度の上昇割合は、好ましくは15倍以下であり、さらに好ましくは10倍以下、特に好ましくは8倍以下、最も好ましくは5倍以下である。粘度の上昇割合は小さいほうが好ましい。粘度の下限としては、理論上1倍以上である。粘度の上昇割合が大きい場合には、得られるエポキシ樹脂組成物の流動性が悪く、封止材成形時に細部にまで浸透させることができず、クラックの原因となるため好ましくない。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂および必要に応じて硬化剤中に上記ブロック共重合体を添加し、通常公知の混練機を用いて混練することにより作製することができる。混練機としては、3本ロール混練機、自公転式ミキサー、プラネタリーミキサーなどが挙げられる。
本発明のエポキシ樹脂硬化物は、上記のエポキシ樹脂組成物を硬化反応させて得られるものである。
エポキシ樹脂硬化物を得るための硬化反応を進めるためには、必要に応じて温度をかけてもよい。その際の温度としては、好ましくは室温〜250℃、より好ましくは50〜200℃、さらに好ましくは70〜190℃、特に好ましくは100〜180℃である。また必要に応じて、温度の昇温プログラムをかけてもよい。その際の昇温速度は、特に制限はされないが、好ましくは0.5〜20℃/分であり、より好ましくは0.5〜10℃/分であり、さらに好ましくは1〜5℃/分である。
また硬化時の圧力は、好ましくは1〜100kg/cm、より好ましくは1〜50kg/cm、さらに好ましくは1〜20kg/cm、特に好ましくは1〜5kg/cmである。
本発明のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体は、エポキシ樹脂硬化物中に良分散することができる。良分散しているかどうかは、硬化後の樹脂板を四酸化ルテニウムを用いて染色し、その断面を透過型電子顕微鏡で観察した写真で確認することにより、判断できる。四酸化ルテニウムによる染色により、ポリシロキサンドメインが染色される。ポリシロキサンドメインの平均ドメイン径が微細であるほど、良分散性であるために好ましい。ポリシロキサンドメインの平均ドメイン径は、上述の透過型電子顕微鏡(TEM)写真から任意の100個のドメインの直径を特定し、下式に従い、算術平均を求めることにより算出することができる。ドメインが真球状でない場合は、ドメインの最大径をその直径とする。
なお、Ri:ドメイン個々の直径、n:測定数100、Dn:平均ドメイン径とする。
本手法により求められたエポキシ樹脂硬化物中におけるポリシロキサンドメインの平均ドメイン径は、好ましくは50μm以下であり、より好ましくは10μm以下であり、さらに好ましくは5μm以下であり、特に好ましくは3μm以下であり、著しく好ましくは1μm以下であり、最も好ましくは500nm以下である。
上述の方法を用いた分散状態の測定が困難である場合は、エネルギー分散型X線分析(EDX)を用いてポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体のエポキシ樹脂硬化物中での分散状態を確認することができる。具体的には、ポリシロキサンを添加したエポキシ樹脂硬化物の断面を、EDXを用いて観察し、ケイ素でマッピングをすることで、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体の分散状態を判断する。
本発明の半導体封止材は、本発明のエポキシ樹脂硬化物からなる。本発明のエポキシ樹脂硬化物は、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体が低応力剤の働きをすることにより、半導体封止材に好適な材料として使用される。ここでいう半導体封止材とは、半導体素子などの電子部品を外部刺激から保護するために封止する材料をさす。
以上、本発明のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体は、官能基を有するポリシロキサン(A)、および官能基を有するポリアルキレングリコール(B)の反応によって得られ、高分子量にしても、分子内に豊富な官能基を存在させることが可能であることによって、エポキシ樹脂への分散性に非常に優れている。さらに、このようにして得られたブロック共重合体中間体のカルボキシル基を、カルボキシル基との反応性を有する化合物と反応させ、所望のカルボキシル基含有量に制御することにより、エポキシ樹脂に添加した際に、その硬化物に顕著な低弾性率化効果を発現させることができる。本発明のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体とエポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂組成物は、優れた流動性を有し、ブロック共重合体添加による流動性の低下が小さく、取扱い性に優れる。さらに、このエポキシ樹脂組成物を硬化させたエポキシ樹脂硬化物は、添加したブロック共重合体が微分散され、ブリードアウトも抑制され、エポキシ樹脂硬化物の低弾性率化だけではなく、靭性向上効果も発現する。これらのことから、本発明のブロック共重合体は、エポキシ樹脂の低応力剤として極めて有用である。
次に、本発明を実施例に基づき、さらに詳細に説明する。なお、実施例7は、現在は参考例であり、実施例1−6、8−10が本発明の実施例である。本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例中、用いる測定方法は下記のとおりである。
(1)重量平均分子量の測定
ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体、官能基を有するポリシロキサン(A)および官能基を有するポリアルキレングリコール(B)の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ法を用いて、下記条件にて測定し、ポリメタクリル酸メチルによる較正曲線と対比させて分子量を算出した。
装置:株式会社島津製作所 LC−20ADシリーズ
カラム:昭和電工株式会社 KF−806L×2
流速:1.0mL/min
移動相:テトラヒドロフラン
検出:示差屈折率計
カラム温度:40℃。
(2)カルボキシル基含有量の定量
ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体0.5gをテトラヒドロフラン10gに溶解し、フェノールフタレインを指示薬として0.1mol/Lのアルコール性水酸化カリウムで滴定し、カルボキシル基含有量を定量した。
(3)ポリシロキサン(A)由来の構造の含有量の計算方法
ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体におけるポリシロキサン由来の構造の含有量は、ブロック共重合体を合成する際の、官能基を有するポリシロキサン(A)の重量を全原料の合計重量で除することで求めた。なお、ブロック共重合体中間体と、カルボキシル基との反応性を有する化合物との反応で副生物が生じる際は、全原料の合計重量から副生物の重量を差し引いて算出した。すなわち、ポリシロキサン(A)由来の構造の含有量は下式により算出した。
(4)粘度測定
各実施例に示したエポキシ樹脂の粘度を、レオメーター(Anton Paar社製 MCR501)を用いて下記条件にて測定し、200℃における粘度を求めた。次に同じエポキシ樹脂およびエポキシ樹脂硬化剤の合計100質量部に対して、ブロック共重合体を15質量部添加したエポキシ樹脂組成物の200℃における粘度を、同様に測定した。ブロック共重合体を含まないエポキシ樹脂の粘度に対する、ブロック共重合体を15質量部含むエポキシ樹脂組成物の粘度の上昇割合の倍率から流動性を評価した。
治具:φ25mmパラレルプレート
周波数:0.5Hz
ひずみ:100%
ギャップ:1mm
測定温度:70℃〜220℃
昇温速度:10℃/分
雰囲気:窒素。
(5)曲げ弾性率および破断点歪みの測定
ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体が分散したエポキシ樹脂硬化物を幅10mm、長さ80mm、厚さ4mmにカットし試験片を得た。テンシロン万能試験機(TENSIRON TRG−1250、エー・アンド・デイ社製)を用い、JIS K7171(2008)に従い、支点間距離64mm、試験速度2mm/分の条件で3点曲げ試験を行い、曲げ弾性率および破断点歪みを測定した。測定温度は室温(23℃)、測定数はn=5とし、その平均値を求めた。
(6)硬化物におけるポリシロキサンドメインの平均ドメイン径の測長
ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体が分散したエポキシ樹脂硬化物を四酸化ルテニウムを用いて染色し、その断面を透過型電子顕微鏡で得た写真から、任意の100個のポリシロキサンドメインの直径を測長し、下式に従い、算出した。
なお、Ri:ドメイン個々の直径、n:測定数100、Dn:平均ドメイン径とする。
(ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体の合成)
[合成例1]
100mLのセパラブルフラスコ中に、両末端無水マレイン酸変性シリコーンオイル(信越化学工業株式会社製、X−22−168AS、重量平均分子量1300、5%重量減少温度299℃)を10.0g、およびポリテトラメチレングリコール(和光純薬工業株式会社製、ポリテトラメチレンオキシド1,000、重量平均分子量2700、5%重量減少温度275℃)を10.0g加え、窒素置換を行った。その後、120℃に加熱して8時間反応させ、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体を得た。得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体のポリシロキサン(A)由来の構造の含有量は50質量%、カルボキシル基含有量は1.01mmol/g、数平均分子量は27,800、重量平均分子量は49,200であった。結果を表1に示す。
[合成例2]
100mLのセパラブルフラスコ中に、両末端水酸基変性シリコーンオイル(信越化学工業株式会社製、KF−6001、重量平均分子量3000、5%重量減少温度298℃)を10g、およびポリプロピレングリコール(和光純薬工業株式会社製、ポリプロピレングリコール、ジオール型、2000、重量平均分子量3350、5%重量減少温度296℃)を8.0g加え、均一溶液を得た。次に、ピロメリット酸二無水物(東京化成工業社製)を2.0g加え、窒素置換を行った。その後、160℃に加熱して8時間反応させ、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体を得た。得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体のポリシロキサン(A)由来の構造の含有量は50質量%、カルボキシル基含有量は0.95mmol/g、数平均分子量は14,300、重量平均分子量は32,000であった。結果を表1に示す。
[合成例3]
100mLの2つ口フラスコ中に、両末端無水マレイン酸変性シリコーンオイル(信越化学工業株式会社製、X−22−168AS、重量平均分子量1300、5%重量減少温度299℃)を10.0g、ポリテトラメチレングリコール(和光純薬工業株式会社製、ポリテトラメチレンオキシド650、重量平均分子量1600、5%重量減少温度263℃)を6.5g、およびトルエン66gを加え、窒素置換を行った。その後、120℃に加熱して8時間反応させ、無色透明液体を得た。エバポレータにて、トルエンを除去後、80℃の真空乾燥機にて18時間乾燥し、トルエンを完全に除去した。得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体は無色透明な液体であり、ポリシロキサン(A)由来の構造の含有量は61質量%、カルボキシル基含有量は0.68mmol/g、数平均分子量は27,000、重量平均分子量は49,000であった。結果を表1に示す。
[合成例4]
100mLのセパラブルフラスコ中に、両末端無水マレイン酸変性シリコーンオイル(信越化学工業株式会社製、X−22−168AS、重量平均分子量1300、5%重量減少温度299℃)を10.0g、およびポリテトラメチレングリコール(和光純薬工業株式会社製、ポリテトラメチレンオキシド1,000、重量平均分子量2700、5%重量減少温度275℃)を10.0g加え、窒素置換を行った。その後、120℃に加熱して0.5時間反応させ、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体を得た。得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体のポリシロキサン(A)由来の構造の含有量は50質量%、カルボキシル基含有量は1.00mmol/g、数平均分子量は4,400、重量平均分子量は8,900であった。結果を表1に示す。 [合成例5]
100mLのセパラブルフラスコ中に、両末端アミノ基変性シリコーンオイル(信越化学工業株式会社製、KF−8010、重量平均分子量1200、5%重量減少温度295℃)を10.0g、およびポリテトラメチレングリコール(和光純薬工業株式会社製、ポリテトラメチレンオキシド1,000、重量平均分子量2700、5%重量減少温度275℃)を10.0g、ピロメリット酸無水物(東京化成工業社製)を3.8g加え、窒素置換を行った。その後、100℃に加熱して8時間反応させ、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体を得た。得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体のポリシロキサン(A)由来の構造の含有量は50質量%、カルボキシル基含有量は0.95mmol/g、数平均分子量は12,200、重量平均分子量は25,000であった。結果を表1に示す。
[製造例1]
100mLのセパラブルフラスコ中に、合成例1で合成したポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体15g、オルト酢酸トリエチル0.85gを加え、窒素置換を行い、70℃に加熱して6時間反応させた。その後、80℃真空下で12時間乾燥させて副生物を除去し、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を得た。得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体のポリシロキサン(A)由来の構造の含有量は50質量%、カルボキシル基含有量は0.66mmol/g、数平均分子量は38,600、重量平均分子量は112,900であった。結果を表1に示す。
[製造例2]
100mLのセパラブルフラスコ中に、合成例2で合成したポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体15g、オルト酢酸トリエチル0.51gを加え、窒素置換を行い、70℃に加熱して6時間反応させた。その後、80℃真空下で12時間乾燥させて副生物を除去し、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を得た。得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体のポリシロキサン(A)由来の構造の含有量は50質量%、カルボキシル基含有量は0.74mmol/g、数平均分子量は19,000、重量平均分子量は50,200であった。結果を表1に示す。
[製造例3]
100mLのセパラブルフラスコ中に、合成例2で合成したポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体15g、オルト酢酸トリエチル0.78gを加え、窒素置換を行い、70℃に加熱して6時間反応させた。その後、80℃真空下で12時間乾燥させて副生物を除去し、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を得た。得られたポリシロキサンのポリシロキサン(A)由来の構造の含有量は50質量%、カルボキシル基含有量は0.63mmol/g、数平均分子量は18,600、重量平均分子量は47,400であった。結果を表1に示す。
[製造例4]
100mLのセパラブルフラスコ中に、合成例2で合成したポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体15g、オルト酢酸トリエチル1.11gを加え、窒素置換を行い、70℃に加熱して6時間反応させた。その後、80℃真空下で12時間乾燥させて副生物を除去し、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を得た。得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体のポリシロキサン(A)由来の構造の含有量は49質量%、カルボキシル基含有量は0.49mmol/g、数平均分子量は17,000、重量平均分子量は41,700であった。結果を表1に示す。
[製造例5]
100mLのセパラブルフラスコ中に、合成例2で合成したポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体15g、オルト酢酸トリエチル1.39gを加え、窒素置換を行い、70℃に加熱して6時間反応させた。その後、80℃真空下で12時間乾燥させて副生物を除去し、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を得た。得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体のポリシロキサン(A)由来の構造の含有量は49質量%、カルボキシル基含有量は0.38mmol/g、数平均分子量は17,000、重量平均分子量は43,300であった。結果を表1に示す。
[製造例6]
100mLのセパラブルフラスコ中に、合成例2で合成したポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体15g、オルト酢酸トリメチル0.72gを加え、窒素置換を行い、70℃に加熱して6時間反応させた。その後、80℃真空下で12時間乾燥させて副生物を除去し、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を得た。得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体のポリシロキサン(A)由来の構造の含有量は50質量%、カルボキシル基含有量は0.55mmol/g、数平均分子量は14,900、重量平均分子量は37,200であった。結果を表1に示す。
[製造例7]
100mLのセパラブルフラスコ中に、合成例2で合成したポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体15g、2−エチル−2−オキサゾリン1.00gを加え、窒素置換を行い、100℃に加熱して5時間反応させ、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を得た。得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体のポリシロキサン(A)由来の構造の含有量は47質量%、カルボキシル基含有量は0.30mmol/g、数平均分子量は8,800、重量平均分子量は17,700であった。結果を表1に示す。
[製造例8]
100mLのセパラブルフラスコ中に、合成例2で合成したポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体15g、N,N−ジメチルホルムアミドジメチルアセタール1.12gを加え、窒素置換を行い、50℃に加熱して5時間反応させた。その後、80℃真空下で12時間乾燥させて副生物を除去し、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を得た。得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体のポリシロキサン(A)由来の構造の含有量は50質量%、カルボキシル基含有量は0.32mmol/g、数平均分子量は10,500、重量平均分子量は21,900であった。結果を表1に示す。
[製造例9]
100mLのセパラブルフラスコ中に、合成例2で合成したポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体15g、フェニルグリシジルエーテル0.85gを加え、窒素置換を行い、120℃に加熱して6時間反応させ、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を得た。得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体のポリシロキサン(A)由来の構造の含有量は50質量%、カルボキシル基含有量は0.73mmol/g、数平均分子量は13,800、重量平均分子量は39,500であった。結果を表1に示す。
[製造例10]
100mLのセパラブルフラスコ中に、合成例4で合成したポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体15g、オルト酢酸トリエチル1.00gを加え、窒素置換を行い、50℃に加熱して6時間反応させた。その後、80℃真空下で12時間乾燥させて副生物を除去し、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を得た。得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体のポリシロキサン(A)由来の構造の含有量は50質量%、カルボキシル基含有量は0.51mmol/g、数平均分子量は4,400、重量平均分子量は9,000であった。結果を表1に示す。
[製造例11]
100mLのセパラブルフラスコ中に、合成例5で合成したポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体15g、オルト酢酸トリエチル0.85gを加え、窒素置換を行い、70℃に加熱して6時間反応させた。その後、80℃真空下で12時間乾燥させて副生物を除去し、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を得た。得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体のポリシロキサン(A)由来の構造の含有量は50質量%、カルボキシル基含有量は0.70mmol/g、数平均分子量は30,500、重量平均分子量は102,900であった。結果を表1に示す。
[参考例1]
100mLのセパラブルフラスコ中に、合成例2で合成したポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体15g、オルト酢酸トリエチル2.16gを加え、窒素置換を行い、70℃に加熱して6時間反応させた。その後、80℃真空下で12時間乾燥させて副生物を除去し、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を得た。得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体のポリシロキサン(A)由来の構造の含有量は49質量%、カルボキシル基含有量は0.06mmol/g、数平均分子量は19,400、重量平均分子量は54,700であった。結果を表1に示す。
[実施例1]
製造例2で得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体9.0g、エポキシ樹脂としてビフェニル型エポキシ樹脂(三菱ケミカル株式会社製、“jER”(登録商標)YX4000H)38.25g、および硬化剤としてフェノールノボラック型硬化剤(明和化成株式会社製、H−1)21.75gを150ccのステンレス製ビーカーに秤量し、120℃のオーブンにて溶解し、均一にした。その後、硬化促進剤としてテトラフェニルホスホニウム テトラ−p−トリルボレート0.3gを加え、撹拌棒により簡単に混ぜた後、自公転ミキサー「あわとり練太郎」(株式会社シンキー製)を用いて、2000rpm、80kPa、1.5分間の混合を1回、2000rpm、50kPa、1.5分間の撹拌を1回、2000rpm、0.2kPa、1.5分間の撹拌を2回行い、未硬化のエポキシ樹脂組成物を得た。
この未硬化エポキシ樹脂組成物を、4mm厚みの“テフロン”(登録商標)製スペーサーおよび離型フィルムをセットしたアルミ製モールド中に注入し、オーブンに入れた。オーブンの温度を80℃にセットし、5分間保持後、1.5℃/分の昇温速度で175℃まで昇温し、4時間硬化し、厚さ4mmのエポキシ樹脂硬化物を得た。
得られたエポキシ樹脂硬化物を、幅10mm、長さ80mmにカットし、上記の方法により曲げ弾性率および破断点歪みを測定したところ、曲げ弾性率2.1GPa、破断点歪み15%であった。硬化物におけるポリシロキサンの平均ドメイン径は130nm(図1)であった。
エポキシ樹脂組成物の200℃における粘度は0.10Pa・s、ブロック共重合体を含まないエポキシ樹脂の粘度に対する粘度の上昇割合は2.5倍であり、流動性は良好であった。低弾性率、良分散性を示し、流動性にも優れる結果であった。結果を表2に示す。
[実施例2]
共重合体を製造例3で得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体9.0gに代えたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂硬化物を得た。得られたエポキシ樹脂硬化物の曲げ弾性率および破断点歪みを測定したところ、曲げ弾性率1.8GPa、破断点歪み14%であった。硬化物におけるポリシロキサンの平均ドメイン径は3100nm(図2)であった。
エポキシ樹脂組成物の200℃における粘度は0.11Pa・s、ブロック共重合体を含まないエポキシ樹脂の粘度に対する粘度の上昇割合は2.8倍であり、流動性は良好であった。低弾性率、良分散性を示し、流動性にも優れる結果であった。結果を表2に示す。
[実施例3]
共重合体を製造例5で得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体9.0gに代えたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂硬化物を得た。得られたエポキシ樹脂硬化物の曲げ弾性率および破断点歪みを測定したところ、曲げ弾性率1.5GPa、破断点歪み7.2%であった。硬化物におけるポリシロキサンの平均ドメイン径は34700nmであった。
エポキシ樹脂組成物の200℃における粘度は0.08Pa・s、ブロック共重合体を含まないエポキシ樹脂の粘度に対する粘度の上昇割合は2.0倍であり、流動性は良好であった。低弾性率、良分散性を示し、流動性にも優れる結果であった。結果を表2に示す。
[実施例4]
共重合体を製造例6で得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体9.0gに代えたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂硬化物を得た。得られたエポキシ樹脂硬化物の曲げ弾性率および破断点歪みを測定したところ、曲げ弾性率1.9GPa、破断点歪み15%であった。硬化物におけるポリシロキサンの平均ドメイン径は430nmであった。
エポキシ樹脂組成物の200℃における粘度は0.07Pa・s、ブロック共重合体を含まないエポキシ樹脂の粘度に対する粘度の上昇割合は1.8倍であり、流動性は良好であった。低弾性率、良分散性を示し、流動性にも優れる結果であった。結果を表2に示す。
[実施例5]
共重合体を製造例7で得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体9.0gに代えたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂硬化物を得た。得られたエポキシ樹脂硬化物の曲げ弾性率および破断点歪みを測定したところ、曲げ弾性率2.2GPa、破断点歪み17%であった。硬化物におけるポリシロキサンの平均ドメイン径は880nmであった。
エポキシ樹脂組成物の200℃における粘度は0.08Pa・s、ブロック共重合体を含まないエポキシ樹脂の粘度に対する粘度の上昇割合は2.0倍であり、流動性は良好であった。低弾性率、良分散性を示し、流動性にも優れる結果であった。結果を表2に示す。
[実施例6]
共重合体を製造例4で得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体4.5gと製造例7で得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体4.5gに代えたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂硬化物を得た。得られたエポキシ樹脂硬化物の曲げ弾性率および破断点歪みを測定したところ、曲げ弾性率2.1GPa、破断点歪み15%であった。硬化物におけるポリシロキサンの平均ドメイン径は2010nmであった。
エポキシ樹脂組成物の200℃における粘度は0.07Pa・s、ブロック共重合体を含まないエポキシ樹脂の粘度に対する粘度の上昇割合は1.8倍であり、流動性は良好であった。低弾性率、良分散性を示し、流動性にも優れる結果であった。結果を表2に示す。
[実施例7]
共重合体を製造例8で得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体9.0gに代えたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂硬化物を得た。得られたエポキシ樹脂硬化物の曲げ弾性率および破断点歪みを測定したところ、曲げ弾性率1.9GPa、破断点歪み14%であった。硬化物におけるポリシロキサンの平均ドメイン径は2050nmであった。
エポキシ樹脂組成物の200℃における粘度は7750Pa・s、ブロック共重合体を含まないエポキシ樹脂の粘度に対する粘度の上昇割合は20万倍であり、流動性は不良であった。低弾性率、良分散性を示したが、流動性は悪化する結果であった。結果を表2に示す。
[実施例8]
共重合体を製造例9で得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体に代えたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂硬化物を得た。得られたエポキシ樹脂硬化物の曲げ弾性率および破断点歪みを測定したところ、曲げ弾性率2.1GPa、破断点歪み11%であった。硬化物におけるポリシロキサンの平均ドメイン径は180nmであった。
エポキシ樹脂組成物の200℃における粘度は0.09Pa・s、ブロック共重合体を含まないエポキシ樹脂の粘度に対する粘度の上昇割合は2.3倍であり、流動性は良好であった。低弾性率、良分散性を示し、流動性にも優れる結果であった。結果を表2に示す。
[実施例9]
共重合体を製造例10で得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体に代えたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂硬化物を得た。得られたエポキシ樹脂硬化物の曲げ弾性率および破断点歪みを測定したところ、曲げ弾性率2.1GPa、破断点歪み12%であった。硬化物におけるポリシロキサンの平均ドメイン径は1500nmであった。
エポキシ樹脂組成物の200℃における粘度は0.06Pa・s、ブロック共重合体を含まないエポキシ樹脂の粘度に対する粘度の上昇割合は1.5倍であり、流動性は良好であった。低弾性率、良分散性を示し、流動性にも優れる結果であった。結果を表2に示す。
[実施例10]
共重合体を製造例11で得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体に代えたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂硬化物を得た。得られたエポキシ樹脂硬化物の曲げ弾性率および破断点歪みを測定したところ、曲げ弾性率2.0GPa、破断点歪み15%であった。硬化物におけるポリシロキサンの平均ドメイン径は140nmであった。
エポキシ樹脂組成物の200℃における粘度は0.12Pa・s、ブロック共重合体を含まないエポキシ樹脂の粘度に対する粘度の上昇割合は3.0倍であり、流動性は良好であった。低弾性率、良分散性を示し、流動性にも優れる結果であった。結果を表2に示す。
[比較例1]
ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を配合しないこと以外は実施例1と同様にエポキシ樹脂硬化物を作製した。得られたエポキシ樹脂硬化物を用いて、3点曲げ試験を実施したところ、曲げ弾性率は2.9GPa、破断点歪みは9.5%であった。エポキシ樹脂組成物の200℃における粘度は0.04Pa・sであった。結果を表2に示す。
[比較例2]
共重合体を合成例1で合成したポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体9.0gに代えたこと以外は実施例1と同様にエポキシ樹脂硬化物を作製した。得られたエポキシ樹脂硬化物の曲げ弾性率および破断点歪みを測定したところ、曲げ弾性率2.5GPa、破断点歪み11%であった。硬化物におけるポリシロキサンの平均ドメイン径は53nmであった。
エポキシ樹脂組成物の200℃における粘度は0.11Pa・s、ブロック共重合体を含まないエポキシ樹脂の粘度に対する粘度の上昇割合は2.8倍であり、流動性は良好であった。エポキシ樹脂硬化物中での良分散性を示し、流動性にも優れるが、低弾性率化効果は低い結果であった。結果を表2に示す。
[比較例3]
共重合体を合成例2で合成したポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体9.0gに代えたこと以外は実施例1と同様にエポキシ樹脂硬化物を作製した。得られたエポキシ樹脂硬化物の曲げ弾性率および破断点歪みを測定したところ、曲げ弾性率2.3GPa、破断点歪み10%であった。硬化物におけるポリシロキサンの平均ドメイン径は51nmであった。
エポキシ樹脂組成物の200℃における粘度は0.09Pa・s、ブロック共重合体を含まないエポキシ樹脂の粘度に対する粘度の上昇割合は2.3倍であり、流動性は良好であった。エポキシ樹脂硬化物中での良分散性を示し、流動性にも優れるが、低弾性率化効果は低い結果であった。結果を表2に示す。
[比較例4]
共重合体を合成例3で得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体9.0gに代えたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂硬化物を得た。得られたエポキシ樹脂硬化物の曲げ弾性率および破断点歪みを測定したところ、曲げ弾性率2.4GPa、破断点歪み11%であった。硬化物におけるポリシロキサンの平均ドメイン径は65nmであった。
エポキシ樹脂組成物の200℃における粘度は0.10Pa・s、ブロック共重合体を含まないエポキシ樹脂の粘度に対する粘度の上昇割合は2.5倍であり、流動性は良好であった。エポキシ樹脂硬化物中での良分散性を示し、流動性にも優れるが、低弾性率化効果は低い結果であった。結果を表2に示す。
[比較例5]
共重合体を参考例1で得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体9.0gに代えたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂硬化物を得た。得られたエポキシ樹脂硬化物の曲げ弾性率および破断点歪みを測定したところ、曲げ弾性率1.3GPa、破断点歪み4.3%であった。硬化物におけるポリシロキサンの平均ドメイン径は200000nmであった。
エポキシ樹脂組成物の200℃における粘度は0.12Pa・s、ブロック共重合体を含まないエポキシ樹脂の粘度に対する粘度の上昇割合は3.0倍であり、流動性は良好であった。低弾性率を示し、流動性に優れるが、エポキシ樹脂硬化物中での分散性が悪化する結果であった。結果を表2に示す。

Claims (14)

  1. カルボン酸無水物基、水酸基、エポキシ基、アミノ基、およびチオール基から選ばれる官能基を有するポリシロキサン(A)、ならびに、カルボン酸無水物基、水酸基、アミノ基、エポキシ基、およびチオール基から選ばれる官能基を有するポリアルキレングリコール(B)を反応させてポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体を得て、さらに該ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体のカルボキシル基の一部を、カルボキシル基との反応性を有する化合物と反応させることによって得られるポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体であって、該ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体全体を100質量%として、ポリシロキサン(A)由来の構造の含有量が30質量%以上70質量%以下であり、かつ、該ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体のカルボキシル基含有量が0.1mmol/g〜0.75mmol/g、重量平均分子量が5,000〜500,000であり、前記カルボキシル基との反応性を有する化合物がオルトエステル類、オキサゾリン類およびエポキシ類から選ばれる少なくとも1種類の化合物であるポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体。
  2. 前記カルボキシル基との反応性を有する化合物がオルト酢酸トリエチル、オルト酢酸トリメチル、2−エチル−2−オキサゾリンおよびフェニルグリシジルエーテルから選ばれる少なくとも1種類の化合物である請求項1記載のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体。
  3. ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体の数平均分子量とカルボキシル基含有量の積が2より大きい請求項1または2記載のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体。
  4. 前記ポリシロキサン(A)が一般式(1)で表される請求項1〜3のいずれかに記載のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体;
    式中Xはカルボン酸無水物基、水酸基、エポキシ基、アミノ基、およびチオール基から選ばれる官能基であり、それぞれ同一でも異なっていても良い;Rは、水素原子、炭素数1〜5のアルキル基またはフェニル基であり、それぞれ同一でも異なっていても良い;Rは単結合、または炭素数1〜10の2価の脂肪族または芳香族炭化水素基もしくは炭素数1〜10の2価の炭化水素エーテル基であり、それぞれ同一であっても異なっていても良い;nは5〜100の繰り返し単位数を表す。
  5. 前記ポリアルキレングリコール(B)が一般式(2)で表される請求項1〜4のいずれかに記載のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体;
    式中Yはカルボン酸無水物基、水酸基、アミノ基、エポキシ基、およびチオール基から選ばれる官能基であり、それぞれ同一でも異なっていても良い;Rは直鎖または分岐を有する炭素数2〜10のアルキレン基であり、それぞれ同一でも異なっていても良い;mは3〜300の繰り返し単位数を表す。
  6. 前記ポリシロキサン(A)の官能基および/または前記ポリアルキレングリコール(B)の官能基に反応する官能基を1以上有する共重合成分(C)由来の構造を含む請求項1〜5のいずれかに記載のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体。
  7. 前記ポリアルキレングリコール(B)がポリテトラメチレングリコールおよび/またはポリプロピレングリコールである請求項1〜6のいずれかに記載のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体。
  8. ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体の製造方法であって、下記工程(1)の後に、下記工程(2)を行うことによって、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体全体を100質量%として、ポリシロキサン(A)由来の構造の含有量が30質量%以上70質量%以下であり、カルボキシル基含有量が0.1〜0.75mmol/gであるポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体を得る、ポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体の製造方法;
    工程(1):カルボン酸無水物基、水酸基、エポキシ基、アミノ基、およびチオール基から選ばれる官能基を有するポリシロキサン(A)、ならびに、カルボン酸無水物基、水酸基、アミノ基、エポキシ基、およびチオール基から選ばれる官能基を有するポリアルキレングリコール(B)を反応させてポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体を得る工程;
    工程(2):工程(1)により得られたポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体中間体のカルボキシル基を、カルボキシル基との反応性を有する化合物と反応させる工程であって、前記カルボキシル基との反応性を有する化合物が、オルトエステル類、オキサゾリン類およびエポキシ類ら選ばれる少なくとも1種類の化合物である。
  9. 前記カルボキシル基との反応性を有する化合物が、オルト酢酸トリエチル、オルト酢酸トリメチル、2−エチル−2−オキサゾリンおよびフェニルグリシジルエーテルから選ばれる少なくとも1種類の化合物である請求項8に記載のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体の製造方法。
  10. 前記工程(1)において、前記ポリシロキサン(A)、前記ポリアルキレングリコール(B)および前記ポリシロキサン(A)の官能基および/または前記ポリアルキレングリコール(B)の官能基に反応する共重合成分(C)を反応させる請求項8または9に記載のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体の製造方法。
  11. 前記工程(1)において、共重合成分(C)が前記ポリシロキサン(A)の官能基および前記ポリアルキレングリコール(B)の官能基の両方に反応する共重合成分(C’)である、請求項8〜10のいずれかに記載のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体の製造方法。
  12. 前記工程(1)において、反応促進剤である金属触媒を用いずに反応させる請求項8〜11のいずれかに記載のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体の製造方法。
  13. 請求項1〜7のいずれかに記載のポリシロキサン−ポリアルキレングリコールブロック共重合体およびエポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂組成物。
  14. 請求項13のエポキシ樹脂組成物を硬化させてなるエポキシ樹脂硬化物。
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