JP6737908B2 - 硬化性組成物、熱伝導材料、熱伝導層付きデバイス - Google Patents

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Description

本発明は、硬化性組成物、熱伝導材料、及び熱伝導層付きデバイスに関する。
無機窒化物の応用範囲を広げるために、その表面を修飾する方法が提案されている。
例えば、特許文献1では、無機窒化物又は無機酸化物の表面をボロン酸化合物で表面修飾する方法が開示されている。具体的には、実施例2において、無機窒化物である窒化ホウ素の表面を、ボロン酸基を有する重合性モノマーで処理する方法が開示されている。
国際公開第2016/084873号
一方で、無機窒化物及び無機酸化物等の無機物を樹脂バインダー等の有機物と混合して使用する場合、上記無機物の有機物に対する親和性のより一層の向上が求められている。例えば、窒化ホウ素等の無機窒化物を有機物と混合して熱伝導材料として用いる場合、熱伝導性のより一層の向上の点から、有機物中での無機窒化物の分散性の向上が望まれている。
このようななか、本発明者らは、特許文献1の実施例2をもとに、ボロン酸基を有する重合性モノマーで表面を修飾した無機窒化物と、重合性モノマーと、を含有する硬化性組成物を調製してその硬化物について検討を行ったところ、硬化物中での無機窒化物の分散性及び熱伝導性を更に向上させる余地があることを明らかとした。
そこで、本発明は、無機物の分散性に優れ且つ高い熱伝導性を示す硬化物を与え得る、硬化性組成物を提供することを課題とする。
また、本発明は、上記硬化性組成物を硬化して形成される熱伝導材料、及び、熱伝導材料を備えた熱伝導層付きデバイスを提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、特定の官能基を有し、且つ、所定値以上の分子量を有する化合物を用いることで上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、以下の構成により上記目的を達成することができることを見出した。
〔1〕 無機窒化物及び無機酸化物からなる群より選ばれる無機物と、
ボロン酸基、ボロン酸エステル基、アルデヒド基、及びピリジニウム基からなる群より選ばれる1価の置換基を有し、且つ、分子量が1000以上の化合物と、
重合性モノマーと、
を含有する硬化性組成物。
〔2〕 上記化合物が、ボロン酸基、ボロン酸エステル基、アルデヒド基、及びピリジニウム基からなる群より選ばれる1価の置換基を複数個有する、〔1〕に記載の硬化性組成物。
〔3〕 上記化合物が、後述する一般式(1)で表される構造単位を有する化合物、又は、後述する一般式(2)で表される化合物である、〔1〕又は〔2〕に記載の硬化性組成物。
〔4〕 上記一般式(1)で表される構造単位を有する化合物が、更に後述する一般式(6)で表される構造単位を有する、〔3〕に記載の硬化性組成物。
〔5〕 上記一般式(1)で表される構造単位を有する化合物が、上記Y11が、縮合環を誘導して形成された縮合環基である一般式(6)で表される構造単位を有する、〔4〕に記載の硬化性組成物。
〔6〕 上記一般式(1)で表される構造単位を有する化合物が、上記Y11が、アクリロイル基、メタクリロイル基、オキシラニル基、オキセタニル基、及びビニル基からなる群より選ばれるいずれかの重合性基である一般式(6)で表される構造単位を有する、〔4〕又は〔5〕に記載の硬化性組成物。
〔7〕 上記L11が、後述する一般式(8)で表される2価の連結基である、〔3〕〜〔6〕のいずれかに記載の硬化性組成物。
〔8〕 上記T11で表される2価の芳香族炭化水素環基及び2価の芳香族複素環基がそれぞれ単環式又は縮合多環式である、〔7〕に記載の硬化性組成物。
〔9〕 上記X11が、一般式(3)又は一般式(4)で表される基である、〔3〕〜〔8〕のいずれかに記載の硬化性組成物。
〔10〕 上記一般式(2)で表される化合物が、後述する一般式(7)で表される化合物である、〔3〕に記載の硬化性組成物。
〔11〕 上記L21が、それぞれ独立に、後述する一般式(9)で表される2価の連結基である、〔3〕又は〔10〕に記載の硬化性組成物。
〔12〕 上記T21で表される2価の芳香族炭化水素環基及び2価の芳香族複素環基がそれぞれ単環式又は縮合多環式である、〔11〕に記載の硬化性組成物。
〔13〕 上記Y21がポリマー鎖を表し、上記ポリマー鎖は後述する一般式(10)で表される構造単位を有する、〔10〕〜〔12〕のいずれかに記載の硬化性組成物。
〔14〕 上記ポリマー鎖が、上記Y31が縮合環を誘導して形成された縮合環基である一般式(10)で表される構造単位を有する、〔13〕に記載の硬化性組成物。
〔15〕 上記ポリマー鎖が、上記Y31が、アクリロイル基、メタクリロイル基、オキシラニル基、オキセタニル基、及びビニル基からなる群より選ばれるいずれかの重合性基である一般式(10)で表される構造単位を有する、〔13〕又は〔14〕に記載の硬化性組成物。
〔16〕 上記X21が、一般式(3)又は一般式(4)で表される基である、〔3〕、〔10〕〜〔15〕のいずれかに記載の硬化性組成物。
〔17〕 上記無機窒化物が、窒化ホウ素及び窒化アルミニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する、〔1〕〜〔16〕のいずれかに記載の硬化性組成物。
〔18〕 上記無機酸化物が、酸化チタン、酸化アルミニウム、及び酸化亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する、〔1〕〜〔17〕のいずれかに記載の硬化性組成物。
〔19〕 上記重合性モノマーが、アクリロイル基、メタクリロイル基、オキシラニル基、及びビニル基からなる群より選ばれる基を有する、〔1〕〜〔18〕のいずれかに記載の硬化性組成物。
〔20〕 上記重合性モノマー又はその硬化物が、液晶性を示す、〔1〕〜〔19〕のいずれかに記載の硬化性組成物。
〔21〕 〔1〕〜〔20〕のいずれかに記載の硬化性組成物を硬化して形成される、熱伝導材料。
〔22〕 シート状である、〔21〕に記載の熱伝導材料。
〔23〕 放熱シートに用いられる、〔21〕又は〔22〕に記載の熱伝導材料。
〔24〕 デバイスと、上記デバイス上に配置された〔21〕〜〔23〕のいずれかに記載の熱伝導材料を含む熱伝導層とを有する、熱伝導層付きデバイス。
本発明によれば、無機物の分散性に優れ且つ高い熱伝導性を示す硬化物を与え得る、硬化性組成物を提供することができる。
また、本発明は、上記硬化性組成物を硬化して形成される熱伝導材料、及び、熱伝導材料を備えた熱伝導層付きデバイスを提供することができる。
以下、本発明を詳細に説明する。
本明細書において、「〜」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
本明細書において、「(メタ)アクリロイル基」との記載は、「アクリロイル基及びメタクリロイル基のいずれか一方又は双方」の意味を表す。
本明細書において、オキシラニル基はエポキシ基とも呼ばれる官能基であり、例えば、飽和炭化水素環基の隣接する炭素原子2つがオキソ基(−O−)により結合してオキシラン環を形成している基等もオキシラニル基に含む。
本明細書において、「置換基を有していてもよい」というときの置換基の種類、置換基の位置、及び、置換基の数は特に限定されない。置換基の数は例えば、1つ、2つ、3つ、又はそれ以上であってもよい。置換基の例としては水素原子を除く1価の非金属原子団を挙げることができ、例えば、以下の置換基群Yから選択することができる。
置換基群Y:ハロゲン原子(−F、−Br、−Cl、−I)、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アリーロキシ基、チオール基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルキルジチオ基、アリールジチオ基、アミノ基、N−アルキルアミノ基、N,N−ジアルキルアミノ基、N−アリールアミノ基、N,N−ジアリールアミノ基、N−アルキル−N−アリールアミノ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、N−アルキルカルバモイルオキシ基、N−アリールカルバモイルオキシ基、N,N−ジアルキルカルバモイルオキシ基、N,N−ジアリールカルバモイルオキシ基、N−アルキル−N−アリールカルバモイルオキシ基、アルキルスルホキシ基、アリールスルホキシ基、アシルチオ基、アシルアミノ基、N−アルキルアシルアミノ基、N−アリールアシルアミノ基、ウレイド基、N'−アルキルウレイド基、N',N'−ジアルキルウレイド基、N'−アリールウレイド基、N',N'−ジアリールウレイド基、N'−アルキル−N'−アリールウレイド基、N−アルキルウレイド基、N−アリールウレイド基、N'−アルキル−N−アルキルウレイド基、N'−アルキル−N−アリールウレイド基、N',N'−ジアルキル−N−アルキルウレイド基、N',N'−ジアルキル−N−アリールウレイド基、N'−アリール−N−アルキルウレイド基、N'−アリール−N−アリールウレイド基、N',N'−ジアリール−N−アルキルウレイド基、N',N'−ジアリール−N−アリールウレイド基、N'−アルキル−N'−アリール−N−アルキルウレイド基、N'−アルキル−N'−アリール−N−アリールウレイド基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリーロキシカルボニルアミノ基、N−アルキル−N−アルコキシカルボニルアミノ基、N−アルキル−N−アリーロキシカルボニルアミノ基、N−アリール−N−アルコキシカルボニルアミノ基、N−アリール−N−アリーロキシカルボニルアミノ基、ホルミル基、アシル基、カルボキシ基及びその共役塩基基、アルコキシカルボニル基、アリーロキシカルボニル基、カルバモイル基、N−アルキルカルバモイル基、N,N−ジアルキルカルバモイル基、N−アリールカルバモイル基、N,N−ジアリールカルバモイル基、N−アルキル−N−アリールカルバモイル基、アルキルスルフィニル基、アリールスルフィニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、スルホ基(-SO3H)及びその共役塩基基、アルコキシスルホニル基、アリーロキシスルホニル基、スルフィナモイル基、N−アルキルスルフィナモイル基、N,N−ジアルキルスルフィナモイル基、N−アリールスルフィナモイル基、N,N−ジアリールスルフィナモイル基、N−アルキル−N−アリールスルフィナモイル基、スルファモイル基、N−アルキルスルファモイル基、N,N−ジアルキルスルファモイル基、N−アリールスルファモイル基、N,N−ジアリールスルファモイル基、N−アルキル−N−アリールスルファモイル基、N−アシルスルファモイル基及びその共役塩基基、N−アルキルスルホニルスルファモイル基(−SO2NHSO2(alkyl))及びその共役塩基基、N−アリールスルホニルスルファモイル基(−SO2NHSO2(aryl))及びその共役塩基基、N−アルキルスルホニルカルバモイル基(−CONHSO2(alkyl))及びその共役塩基基、N−アリールスルホニルカルバモイル基(−CONHSO2(aryl))及びその共役塩基基、アルコキシシリル基(−Si(Oalkyl)3)、アリーロキシシリル基(−Si(Oaryl)3)、ヒドロキシシリル基(−Si(OH)3)及びその共役塩基基、ホスホノ基(−PO32)及びその共役塩基基、ジアルキルホスホノ基(−PO3(alkyl)2)、ジアリールホスホノ基(−PO3(aryl)2)、アルキルアリールホスホノ基(−PO3(alkyl)(aryl))、モノアルキルホスホノ基(−PO3H(alkyl))及びその共役塩基基、モノアリールホスホノ基(−PO3H(aryl))及びその共役塩基基、ホスホノオキシ基(−OPO32)及びその共役塩基基、ジアルキルホスホノオキシ基(−OPO3(alkyl)2)、ジアリールホスホノオキシ基(−OPO3(aryl)2)、アルキルアリールホスホノオキシ基(−OPO3(alkyl)(aryl))、モノアルキルホスホノオキシ基(−OPO3H(alkyl))及びその共役塩基基、モノアリールホスホノオキシ基(−OPO3H(aryl))及びその共役塩基基、シアノ基、ニトロ基、アリール基、アルキル基、複素環基、アルケニル基及びアルキニル基。
また、これらの置換基は、可能であるならば置換基同士、又は置換している基と結合して環を形成してもよい。
〔硬化性組成物〕
本発明の硬化性組成物は、
無機窒化物及び無機酸化物からなる群より選ばれる無機物と、
ボロン酸基、ボロン酸エステル基、アルデヒド基、及びピリジニウム基からなる群より選ばれる1価の置換基を有し、且つ、分子量が1000以上の化合物と、
重合性モノマーと、を含有する。
本発明の硬化性組成物の特徴点は、ボロン酸基、ボロン酸エステル基、アルデヒド基、及びピリジニウム基からなる群より選ばれる1価の置換基を有し、且つ、分子量が1000以上の化合物(以下「特定化合物」ともいう。)を含有する点にある。
特定化合物は、ボロン酸基、ボロン酸エステル基、アルデヒド基、又はピリジニウム基を介して上記無機物の表面に吸着し、硬化物中での無機物の分散性の向上に寄与する。特に、分子量が1000以上の特定化合物を用いた場合には、無機物の表面に吸着した特定化合物が無機物の被膜として機能して無機物同士の凝集を抑制していると推測され、硬化物中での無機物の分散性がより一層優れる。また、なかでも、特定化合物がボロン酸基、ボロン酸エステル基、アルデヒド基、又はピリジニウム基を複数個含有する場合(より好ましくは、特定化合物が、一般式(1)で表される構造単位を有する化合物、又は一般式(2)で表される化合物である場合)、特定化合物と無機物とが多点で吸着することにより特定化合物の被膜としての作用がより高まると推測され、硬化物中での無機物の分散性がより一層優れたものとなる。
さらに、本発明の硬化性組成物により得られた硬化物は、熱伝導性にも優れることが確認されている。上述のように本発明の硬化性組成物により得られた硬化物は、無機物の分散性が優れることにより(つまり、硬化物中における無機物の偏りが抑制されていることにより)、無機物同士間での熱伝導の効率がよいと考えられ、この結果として硬化物の熱伝導性がより向上したと推測される。
なお、本発明の硬化性組成物により得られた硬化物は、上述のように無機物の分散性に優れるため、硬化物中の無機物の含有量を上げることができる。この結果として、硬化物の熱伝導性をより一層向上させることができる。
また、後述するように、特定化合物が重合性基(好ましくは、(メタ)アクリロイル基、オキシラニル基、及びビニル基からなる群より選ばれるいずれかの重合性基)を有する場合には、硬化物中、特定化合物で表面修飾された無機物(以下、「表面修飾無機物」ともいう。)同士をより密着させることができる。これにより表面修飾無機物間での熱伝導性がより向上し、結果として硬化物全体の熱伝導性がより向上する。
また、後述するように、特定化合物が分子中に縮環構造を有する(言い換えると、分子中に縮合環を有する場合)場合に、特定化合物と無機物との吸着性がより向上すると考えられる。これにより、硬化物において、表面修飾無機物の分散性がより優れ、また、表面修飾無機物同士の密着性がより優れたものとなる。結果として、表面修飾無機物間での熱伝導性がより向上し、硬化物全体の熱伝導性がより向上する。
更に、後述するように、特定化合物が一般式(8)又は一般式(9)で表される基を有する場合、表面修飾無機物に重合性モノマーを配向させる機能が付与され、硬化物の熱伝導性がより向上する。特に、重合性モノマー又はその硬化物が液晶性を示す場合、硬化物の熱伝導性がより向上する。つまり、重合性モノマー又はその硬化物が液晶性を示す場合、表面修飾無機物表面上で重合性モノマー又はその硬化物が配向(垂直配向)され、表面修飾無機物間に配向した液晶成分が介在する形となり、表面修飾無機物間での熱伝導性がより向上し、結果として硬化物全体の熱伝導性がより向上する。
<無機物>
硬化性組成物は、無機窒化物及び無機酸化物からなる群より選ばれる無機物を含有する。
無機物の形状は特に限定されず、粒子状、フィルム状又は板状であってもよい。粒子状の場合、例えば、米粒状、球形状、立方体状、紡錘形状、鱗片状、凝集状又は不定形状であればよい。
無機物の大きさは特に限定されないが、硬化物中における無機物の分散性がより優れる点で、無機物の平均粒径は500μm以下が好ましく、200μm以下がより好ましく、100μm以下が更に好ましい。下限は特に限定されないが、取り扱い性の点で、10nm以上が好ましく、100nm以上がより好ましい。
上記平均粒径の測定方法としては、電子顕微鏡を用いて、100個の無機物を無作為に選択して、それぞれの無機物の粒径(長径)を測定し、それらを算術平均して求める。なお、市販品を用いる場合、カタログ値を用いてもよい。
また、無機物は、硬化物の熱伝導性により優れる点で、平均粒径の異なるもの同士を組み合わせて用いることが好ましい。
無機窒化物は、特に限定されないが、例えば、窒化ホウ素(BN)、窒化炭素(C34)、窒化ケイ素(Si34)、窒化ガリウム(GaN)、窒化インジウム(InN)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化クロム(Cr2N)、窒化銅(Cu3N)、窒化鉄(Fe4N又はFe3N)、窒化ランタン(LaN)、窒化リチウム(Li3N)、窒化マグネシウム(Mg32)、窒化モリブデン(Mo2N)、窒化ニオブ(NbN)、窒化タンタル(TaN)、窒化チタン(TiN)、窒化タングステン(W2N、WN2又はWN)、窒化イットリウム(YN)、及び窒化ジルコニウム(ZrN)等が挙げられる。
無機窒化物は、単独で用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。
無機窒化物は、熱伝導性がより優れる点で、ホウ素原子、アルミニウム原子、及び、珪素原子からなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。より具体的には、無機窒化物は、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、及び窒化珪素からなる群から選択される少なくとも1種であることがより好ましく、窒化ホウ素又は窒化アルミニウムであることが更に好ましい。
無機酸化物は、特に限定されないが、例えば、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化チタン(TiO)、酸化ケイ素(SiO)、酸化アルミニウム(Al)、酸化鉄(Fe、FeO、Fe)、酸化銅(CuO、CuO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化イットリウム(Y)、酸化ニオブ(Nb)、酸化モリブデン(MoO)、酸化インジウム(In、InO)、酸化スズ(SnO)、酸化タンタル(Ta)、酸化タングステン(WO、W)、酸化鉛(PbO、PbO)、酸化ビスマス(Bi)、酸化セリウム(CeO、Ce)、酸化アンチモン(Sb、Sb)、酸化ゲルマニウム(GeO、GeO)、酸化ランタン(La)、及び酸化ルテニウム(RuO)等が挙げられる。
無機酸化物は、単独で用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。
無機酸化物は、熱伝導性がより優れる点で、酸化チタン、酸化アルミニウム、及び酸化亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。
なお、無機酸化物としては、非酸化物として用意された金属が、環境下などで酸化したことにより生じている酸化物であってもよい。
硬化性組成物中における上記無機物の含有量は、硬化性組成物の用途に応じて適宜最適な含有量が選択される。なかでも、硬化物を放熱シートに適用した際に熱伝導性により優れる点で、硬化性組成物中の全固形分に対して、10〜90質量%が好ましく、30〜85質量%がより好ましく、40〜85質量%が更に好ましく、55〜75質量%が特に好ましく、65〜75質量%が最も好ましい。
硬化性組成物は、無機物を1種含んでいても、2種以上含んでいてもよい。
<特定化合物>
硬化性組成物は、ボロン酸基、ボロン酸エステル基、アルデヒド基、及びピリジニウム基からなる群より選ばれる1価の置換基を有し、且つ、分子量が1,000以上の化合物(特定化合物)を含有する。
特定化合物の分子量は、1,000以上であり、硬化物中における無機物の分散性がより優れる点から、2,000以上であることが好ましく、3,000以上であることがより好ましく、4,000以上であることが更に好ましく、10,000以上であることが特に好ましい。また、溶解度の観点から、200,000以下であることが好ましく、100,000以下であることがより好ましく、50,000以下であることが更に好ましい。
特定化合物が分子量分布を有する場合、その化合物の分子量とは重量平均分子量を意味する。
本発明において、特定化合物の重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィ法(GPC(Gel Permeation Chromatography))法にて測定され、標準ポリスチレンで換算して求められる。
具体的には、例えば、GPCは、EcoSEC HLC−8320GPC(東ソー(株)製)を用い、カラムとして、TSKgel SuperAWM−H(東ソー社製)を3本用い、溶離液としてNMP(N−メチルピロリドン)を用いる。
特定化合物は、ボロン酸基、ボロン酸エステル基、アルデヒド基、及びピリジニウム基からなる群より選ばれる1価の置換基(以下、「特定置換基」ともいう。)を有する。特定化合物は、特定置換基を1つ以上有していればよいが、硬化物中における無機物の分散性がより優れる点で、複数有していることが好ましい。
特定置換基としては、具体的に、下記一般式(3)〜(5)で表される基が好ましい。
一般式(3)中、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、又は、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素環基、及び芳香族複素環基からなる群より選ばれる置換基を表す。
上記脂肪族炭化水素基は、直鎖状、分岐鎖状、及び、環状のいずれであってもよい。上記脂肪族炭化水素基の炭素数は特に限定されないが、1〜30が好ましく、2〜10がより好ましい。上記脂肪族炭化水素基の具体例としては、アルキル基、アルケニル基、及び、アルキニル基等が挙げられる。
上記芳香族炭化水素環基は、単環構造及び多環構造のいずれであってもよい。上記芳香族炭化水素環基の炭素数は特に限定されないが、5〜18が好ましく、5〜10がより好ましい。上記芳香族炭化水素環基の具体例としては、アリール基(フェニル基、トリル基、キシリル基等)、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、インデニル基、アセナブテニル基、フルオレニル基、及びピレニル基等が挙げられる。
上記芳香族複素環基は、単環構造及び多環構造のいずれであってもよい。上記芳香族複素環基が含むヘテロ原子としては、例えば、窒素原子、酸素原子及び硫黄原子が挙げられる。芳香族複素環基の炭素数は特に限定されないが、5〜18が好ましい。上記芳香族複素環基を構成する環の具体例としては、例えば、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアジン環、チオフェン環、チアゾール環、及びイミダゾール環が挙げられる。
及びRが置換基を表す場合、互いに結合して環を形成してもよい。
また、R及びRは、置換基を有していてもよい。置換基の種類は特に限定されず、上述した置換基群Yで例示された基が挙げられる。
上記一般式(3)中、R及びRは、なかでも、水素原子が好ましい。
一般式(5)中、Rは、置換基を表す。置換基の種類は特に限定されず、上述した置換基群Yで例示された基が挙げられる。また、Rが複数存在する場合、隣接するR同士が互いに結合して環を形成してもよい。なかでも、Rは、無置換アミノ基、又は、置換アミノ基であることが好ましい。置換アミノ基としては、炭素数1〜20の置換アミノ基が好ましい。なお、置換アミノ基としては、ジアルキル置換アミノ基が好ましい。
が、ジアルキル置換アミノ基である場合、2つのアルキル基が互いに結合して含窒素複素環を形成してもよい。このとき形成される含窒素複素環は、5員環又は6員環が好ましい。
は、無置換アミノ基、又は、炭素数1〜12のジアルキル置換アミノ基であることがより好ましく、無置換アミノ基、又は、炭素数1〜8のジアルキル置換アミノ基であることが更に好ましい。
が無置換アミノ基及び置換アミノ基である場合、ピリジニウム環の4位が置換されていることが好ましい。
mは、0〜5の整数を表し、0〜3が好ましく、1がより好ましい。
は、カウンターアニオンを表す。カウンターアニオンの種類は特に限定されず、例えば、ハロゲンカチオン等が挙げられる。
一般式(3)〜(5)において、*は、結合位置を表す。
特定化合物は、硬化物中における無機物の分散性がより優れる点で、下記一般式(1)で表される構造単位を有する化合物、又は、下記一般式(2)で表される化合物であることが好ましい。
以下、まず、一般式(1)で表される構造単位を有する化合物について詳述する。
(一般式(1)で表される構造単位を有する化合物)
一般式(1)中、R、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。X11は、上述した一般式(3)〜(5)から選ばれるいずれかの基を表す。なお、一般式(3)〜(5)は、*の位置でL11と結合する。L11は、単結合又は2価の連結基を表す。
、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。置換基の種類は特に限定されず、上述した置換基群Yで例示された基が挙げられる。
、R及びRは、なかでも、水素原子又はアルキル基(好ましくは炭素数1〜5)が好ましく、水素原子がより好ましい。
11は、上述した一般式(3)〜(5)から選ばれるいずれかの基を表し、なかでも、一般式(3)又は一般式(4)で表される基であることが好ましく、一般式(3)で表される基であることがより好ましい。
11は、単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基は特に限定されないが、例えば、−O−、−S−、−CO−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−NR−(Rは、水素原子、又は、アルキル基)、2価の炭化水素基(例えば、アルキレン基、アルケニレン基(例:−CH=CH−)、アルキニレン基(例:−C≡C−)、及び、アリーレン基)、又は、これらを組み合わせた基が挙げられる。L11は、なかでも、硬化物の熱伝導性により優れる点で、下記一般式(8)で表される2価の連結基であることが好ましい。
一般式(8)中、L13は、単結合又は2価の連結基を表す。T11は、それぞれ独立に、2価の芳香族炭化水素環基又は2価の芳香族複素環基を表す。Z11は、それぞれ独立に、単結合又は2価の連結基を表す。pは、1〜5の整数を表し、pが2以上の場合、複数あるT11及びZ11はそれぞれ同じでも、異なっていてもよい。*1は、一般式(1)で表される構造単位を有する化合物の主鎖との結合位置を表す。*2は、X11との結合位置を表す。
13としては、単結合、−O−、−O−CO−、−CO−O−、−C≡C−、−CH=CH−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−O−AL−O−、−O−AL−O−CO−、−O−AL−CO−O−、−CO−O−AL−O−、−CO−O−AL−O−CO−、−CO−O−AL−CO−O−、−O−CO−AL−O−、−O−CO−AL−O−CO−、又は−O−CO−AL−CO−O−が好ましく、ALは、炭素数1〜10のアルキレン基である。L13としては、単結合、−O−、−O−AL−O−、−O−AL−O−CO−、−O−AL−CO−O−、−CO−O−AL−O−、−CO−O−AL−O−CO−、−CO−O−AL−CO−O−、−O−CO−AL−O−、−O−CO−AL−O−CO−、又は−O−CO−AL−CO−O−がより好ましい。
11としては、2価の芳香族炭化水素環基又は2価の芳香族複素環基を表す。T11は、硬化物中における無機物の分散性により優れる点、及び/又は、硬化物の熱伝導性がより優れる点で、なかでも、5員環又は6員環を有する2価の連結基であることが好ましい。なお、2価の芳香族炭化水素環基及び2価の芳香族複素環基のそれぞれに含まれる芳香環数は特に制限されず、単環であっても、芳香環数が2以上である縮合環であってもよい。つまり、2価の芳香族炭化水素環基及び2価の芳香族複素環基は、単環式(単環で構成される)であっても、縮合多環式(2つ以上の芳香環が縮合して構成される)であってもよい。なかでも、硬化物中における無機物の分散性により優れる点、及び/又は、硬化物の熱伝導性がより優れる点で、縮合多環式が好ましい。
つまり、T11としては、具体的には、2価の単環式芳香族炭化水素環基、2価の単環式芳香族複素環基、又は、単環式芳香族炭化水素環及び単環式芳香族複素環からなる群から選ばれる2員以上が縮合してなる縮合環から誘導された縮合環基が好ましい。なお、ここでいう縮合環基は、上記縮合環から2つの水素を除いて形成される基を意図する。
単環式芳香族炭化水素環としては、例えば、ベンゼン環が挙げられる。6員の単環式芳香族複素環としては、例えば、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、及び、トリアジン環が挙げられる。5員の単環式芳香族複素環としては、例えば、チオフェン環、チアゾール環、及び、イミダゾール環が挙げられる。
また、上記縮合環としては、例えば、6員の単環式芳香族炭化水素環が2環以上縮合した縮合環、5員又は6員の単環式芳香族複素環が2環以上縮合した縮合環、及び、6員の単環式芳香族炭化水素環が1環以上と5員又は6員の単環式芳香族複素環が1環以上とが縮合した縮合環等が挙げられ、具体的には、ピレン環、トリフェニレン環、及びペリレン環等が挙げられる。
11は置換基を更に有していてもよい。置換基の種類は特に限定されず、上述した置換基群Yで例示された基が挙げられる。より具体的には、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数1〜12のアルキル基、及び、炭素数1〜12のアルコキシ基が挙げられる。アルキル基及びアルコキシ基は、炭素数2〜12のアシル基又は炭素数2〜12のアシルオキシ基で置換されていてもよい。置換基は、炭素数1〜12(好ましくは1〜6、より好ましくは1〜3)のアルキル基であることが好ましい。置換基は2つ以上であってもよく、例えば、T11がフェニレン基である場合は、1〜4個の炭素数1〜12(好ましくは1〜6、より好ましくは1〜3)のアルキル基で置換されていてもよい。
なお、T11としては、無置換若しくは置換フェニレン基、又は、6員の単環式芳香族炭化水素環が2環以上縮合した縮合環から誘導された無置換若しくは置換の2価の縮合環基が好ましく、無置換若しくは置換フェニレン基、又は、無置換若しくは置換の、ピレン環、トリフェニレン環、若しくはペリレン環から誘導された縮合環基がより好ましい。
なお、T11上のZ11の結合位置は特に限定されない。また、T11にX11が直接結合する場合(Z11が単結合の場合)においても同様であり、例えばT11がピレン環を誘導して形成された縮合環基であるときは、縮合環上のいずれかの水素原子が除かれることによりX11と結合する。
11としては、単結合、−O−、−O−CO−、−CO−O−、−C≡C−、−CH−、−CH=CH−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、又はこれらを組み合わせた基が好ましく、単結合、−O−、−O−CO−、−CO−O−、−CH−O−、−O−CH−、−CH−CH−O−、又は−O−CH−CH−がより好ましい。
pは、1〜5の整数を表す。なかでも、硬化物中における無機物の分散性がより優れる点で、1〜3が好ましい。
なお、pが2以上の場合、複数あるT11及びZ11はそれぞれ同じでも、異なっていてもよい。また、*1は、一般式(1)で表される構造単位を有する化合物の主鎖との結合位置を表し、*2は、X11との結合位置を表す。
以下に、一般式(1)で表される構造単位の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、以下に例示される構造単位において、ピレン環を誘導して形成された縮合環基上に−CHO基を有するものについては、−CHO基の位置は下記に例示される位置に限定されない。つまり、−CHO基は、ピレン環を誘導して形成された縮合環基上のいずれかの水素原子の位置に置換していればよく、すなわち下記に例示される構造単位の位置異性体であってもよい。
また、無機物の分散性により優れる点で、上記一般式(1)で表される構造単位を有する化合物は、更に、下記一般式(6)で表される構造単位を有することが好ましい。
一般式(6)中、R、R、及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。L12は、単結合又は2価の連結基を表す。Y11は、置換基を表す。
、R、及びRとしては、上述したR、R、及びRとそれぞれ同義であり、好ましい態様も同じである。
12としては、単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基は特に限定されないが、例えば、−O−、−S−、−CO−、−CH=CH−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−NR−(Rは、水素原子、又は、アルキル基)、2価の炭化水素基(例えば、アルキレン基、アルケニレン基(例:−CH=CH−)、アルキニレン基(例:−C≡C−)、及び、アリーレン基)、又は、これらを組み合わせた基が挙げられる。
12としては、単結合、−O−、−O−CO−、−CO−O−、−C≡C−、−CH=CH−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−O−AL−O−、−CO−O−AL−、−O−CO−AL−、−O−AL−O−CO−、又は−CO−O−AL−O−が好ましく、ALは、炭素数1〜10のアルキレン基である。なお、ALは、置換基(例えば、ヒドロキシル基)を有していてもよい。
11は、置換基を表す。置換基の種類は特に限定されず、上述した置換基群Yで例示された基が挙げられ、なかでも、架橋性基(好ましくは、重合性基)、又は、縮合環を誘導して形成された縮合環基であることが好ましい。なお、一般式(1)で表される構造単位を有する化合物は、Y11が架橋性基(好ましくは、重合性基)である一般式(6)で表される構造単位、及び、Y11が縮合環を誘導して形成された縮合環基である一般式(6)で表される構造単位の両方を含んでいてもよい。
置換基が架橋性基(好ましくは、重合性基)である場合、無機物の熱伝導性により優れる。架橋性基とは、一般式(1)で表される構造単位を有する化合物同士を架橋するための基である。
重合性基の種類は特に制限されず、公知の重合性基が挙げられ、反応性の点から、付加重合反応が可能な官能基が好ましく、重合性エチレン性不飽和基又は環重合性基がより好ましい。重合性基としては、例えば、アクリロイル基、メタクリロイル基、オキシラニル基、ビニル基、マレイミド基、スチリル基、アリル基、及びオキセタニル基等が挙げられる。なお、上記各基中の水素原子は、ハロゲン原子等他の置換基で置換されていてもよい。重合性基は、なかでも、アクリロイル基、メタクリロイル基、オキシラニル基、オキセタニル基、又はビニル基が好ましい。
また、Y11が縮合環を誘導して形成された縮合環基である場合には、特定化合物と無機物(特に無機窒化物)との吸着性が向上し、硬化物中における無機物の分散性がより優れる。
縮合環を誘導して形成された縮合環基は、縮合環から水素原子を一つ除くことにより形成された基であり、上記縮合環の種類は特に制限されない。上記縮合環としては、例えば、芳香族炭化水素環及び芳香族複素環からなる群から選ばれる2環以上が縮合してなる縮合環が挙げられる。なかでも、吸着性の点から、6員の芳香族炭化水素環が2環以上縮合した縮合環が好ましく、ピレン環、トリフェニレン環、ペリレン環、ナフトピレン環、又は、ペリレンテトラカルボン酸ジイミドがより好ましい。
以下に、一般式(6)で表される構造単位の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
一般式(1)で表される構造単位を有する化合物中、全構造単位に対する、一般式(1)で表される構造単位の含有量は、例えば5〜100モル%であり、10〜70モル%が好ましく、10〜50モル%がより好ましい。
一般式(1)で表される構造単位を有する化合物が一般式(6)で表される構造単位を有する場合、全構造単位に対する、一般式(6)で表される構造単位の含有量は、例えば、5〜90モル%であり、15〜90が好ましく、20〜80がより好ましい。
一般式(1)で表される構造単位を有する化合物中、一般式(1)で表される構造単位は、1種以上含まれていても、2種以上含まれていてもよい。また、一般式(6)で表される構造単位は、1種以上含まれていても、2種以上含まれていてもよい。
一般式(1)で表される構造単位を有する化合物は、公知の手法に準じて合成することができる。
以下に、一般式(1)で表される構造単位を有する化合物の具体例を挙げるが、本発明はこれに限定されるものではない。
なお、下記具体例において、h、h1、h2、h11、h21、及びh22は、構造単位のモル%を表し、h=100モル%、h1+h2=100モル%、h11+h21+h22=100モル%を表す。
次に、一般式(2)で表される化合物について詳述する。
(一般式(2)で表される構造単位を有する化合物)
一般式(2)中、X21は、上述した一般式(3)〜(5)から選ばれるいずれかの基を表す。なお、一般式(3)〜(5)は、*の位置でL21と結合する。A21は、l価の置換基を表す。lは、2以上の整数を表す。L21は、単結合又は2価の連結基を表す。
21は、l価の基(lは2以上の整数)を表す。A21は、例えば、炭素原子、珪素原子、硫黄原子、酸素原子、窒素原子、炭素原子−酸素原子−炭素原子からなる基、炭素原子−酸素原子−炭素原子−酸素原子−炭素原子からなる基、l価の脂肪族炭化水素環、l価の芳香族炭化水素環、又は、l価の複素環であることが好ましい。なお、「炭素原子−酸素原子−炭素原子からなる基」とは、後述する一般式(Y13)のWが1且つLaが酸素原子の場合を意味し、「炭素原子−酸素原子−炭素原子−酸素原子−炭素原子からなる基」とは、後述する一般式(Y13)のWが2且つLaが酸素原子の場合を意味する。
上記脂肪族炭化水素環に含まれる炭素数は、3〜15が好ましく、3〜10がより好ましく、5〜10が更に好ましい。
上記芳香族炭化水素環に含まれる炭素数は、6〜18が好ましく、6〜14がより好ましく、6〜10が更に好ましい。
上記複素環としては、少なくとも1つのN原子、O原子、S原子、又はSe原子を環構造内に有する5〜7員環であることが好ましく、5〜6員環がより好ましい。
21としては、例えば、下記一般式(Y1)〜(Y15)で表される基が挙げられる。なお、各一般式中、*は、L21で表される2価の連結基との結合位置を表す。
なお、上述したA21が「炭素原子」であるとはA21が下記一般式(Y6)で表される基であることを意味し、上述したA21が「珪素原子」であるとはA21が下記一般式(Y10)で表される基であることを意味し、上述したA21が「硫黄原子」であるとはA21が下記一般式(Y8)で表される基であることを意味し、上述したA21が「酸素原子」であるとはA21が下記一般式(Y9)で表される基であることを意味し、上述したA21が「窒素原子」であるとはA21が下記一般式(Y11)で表される基であることを意味する。
また、上述した「l価の脂肪族炭化水素環」とは、例えば、下記一般式(Y12)で表される基等であり、「l価の芳香族炭化水素環」とは、例えば、下記一般式(Y7)で表される基等であり、「l価の複素環」とは、例えば、下記一般式(Y3)〜(Y5)で表される基等である。
また、一般式(Y13)で表される基において、Cは炭素原子又は珪素原子を表し、Wは1〜4を表す。また、Lは2価の連結基であれば特に限定されない。2価の連結基としては、例えば、−O−、−S−、−NR−、−CO−、アルキレン基(環状、分岐鎖状、及び直鎖状のいずれであってもよい)、アルケニレン基、アルキニレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、又は、これらを組み合わせてなる2価の基が挙げられる。Rは、例えば、水素原子、アルキル基(好ましくは、炭素数1〜10の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基)、ハロゲン原子(好ましくは、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子)、及びアリール基(好ましくは炭素数6〜20のアリール基)が挙げられる。
また、一般式(Y14)又は(Y15)で表される基において、Cは炭素原子又は珪素原子を表し、Rは置換基(例えば、アルキル基、及び、ポリマー鎖を有する基等)を表す。また、一般式(Y15)中に複数存在するRは、互いに同じであっても異なってもよい。
lは、2以上の整数であれば特に限定されない。また、その上限は特に限定されないが、15以下の整数であることが好ましい。なかでも、硬化物中における無機物の分散性により優れる点から、2〜10が好ましく、2〜6がより好ましく、3〜6が更に好ましく、5〜6が特に好ましい。
21としては、単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基は特に限定されないが、例えば、−O−、−S−、−CO−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−NR−(Rは、水素原子、又は、アルキル基)、2価の炭化水素基(例えば、アルキレン基、アルケニレン基(例:−CH=CH−)、アルキニレン基(例:−C≡C−)、及び、アリーレン基)、又は、これらを組み合わせた基が挙げられる。なかでも、硬化物の熱伝導性により優れる点で、下記一般式(9)で表される2価の連結基であることが好ましい。
一般式(9)中、L23は、単結合又は2価の連結基を表す。T21は、それぞれ独立に、2価の芳香族炭化水素環基又は2価の芳香族複素環基を表す。Z21は、それぞれ独立に、単結合又は2価の連結基を表す。qは、1〜5の整数を表し、qが2以上の場合、複数あるT21及びZ21はそれぞれ同じでも、異なっていてもよい。*3は、A21との結合位置を表す。*4は、X21との結合位置を表す。
21、Z21、及びqは、上述したT11、Z11、及びpとそれぞれ同義であり、その好ましい態様についても同じである。
23としては、単結合、−O−、−O−CO−、−CO−O−、−C≡C−、−CH=CH−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−O−AL−O−、−O−AL−O−CO−、−O−AL−CO−O−、−CO−O−AL−O−、−CO−O−AL−O−CO−、−CO−O−AL−CO−O−、−O−CO−AL−O−、−O−CO−AL−O−CO−、−O−CO−AL−CO−O−、−O−AL−O−CO−AL−S−AL−CO−O−AL−、−AL−O−CO−AL−S−AL−CO−O−AL−O−、−O−AL−CO−O−AL−S−AL−CO−O−AL−、又は、−AL−O−CO−AL−S−AL−O−CO−AL−O−が好ましく、ALは、炭素数1〜10のアルキレン基である。L23としては、単結合、−O−、−O−AL−O−、−O−AL−O−CO−、−O−AL−CO−O−、−CO−O−AL−O−、−CO−O−AL−O−CO−、−CO−O−AL−CO−O−、−O−CO−AL−O−、−O−CO−AL−O−CO−、O−CO−AL−CO−O−、−O−AL−O−CO−AL−S−AL−CO−O−AL−、−AL−O−CO−AL−S−AL−CO−O−AL−O−、−O−AL−CO−O−AL−S−AL−O−CO−AL−、又は、−AL−CO−O−AL−S−AL−O−CO−AL−O−がより好ましい。
なお、*3は、A21との結合位置を表す。*4は、X21との結合位置を表す。
また、無機物の分散性により優れる点で、上記一般式(2)で表される化合物は、下記一般式(7)で表される化合物が好ましい。
一般式(7)中、L21、X21、及びlは、一般式(2)中のL21、X21、及びlとそれぞれ同義である。A22は、l+n価の置換基を表す。L22は、単結合又は2価の連結基を表す。Y21は、置換基を表す。nは、1以上の整数を表す。
22は、l+n価の基(lは2以上の整数、nは1以上の整数)を表す。
l+mは、3以上の整数であれば特に限定されない。また、その上限は特に限定されないが、15以下の整数であることが好ましい。また、nとしては、2以上が好ましく、3以上がより好ましい。
22は、例えば、炭素原子、珪素原子、窒素原子、炭素原子−酸素原子−炭素原子からなる基、炭素原子−酸素原子−炭素原子−酸素原子−炭素原子からなる基、l+n価の脂肪族炭化水素環、l+n価の芳香族炭化水素環、又は、l+n価の複素環であることが好ましい。なお、「炭素原子−酸素原子−炭素原子からなる基」とは、後述する一般式(Z9)のWが1且つLaが酸素原子である場合を意味し、「炭素原子−酸素原子−炭素原子−酸素原子−炭素原子からなる基」とは、後述する一般式(Z9)のWが2且つLaが酸素原子である場合を意味する。
上記脂肪族炭化水素環に含まれる炭素数は、3〜15が好ましく、3〜10がより好ましく、5〜10が更に好ましい。
上記芳香族炭化水素環に含まれる炭素数は、6〜18が好ましく、6〜14がより好ましく、6〜10が更に好ましい。
上記複素環としては、少なくとも1つのN原子、O原子、S原子、又はSe原子を環構造内に有する5〜7員環であることが好ましく、5〜6員環がより好ましい。
22としては、例えば、下記一般式(Z1)〜(Z9)で表される基が挙げられる。なお、各一般式中、*は、L21又はL22で表される2価の連結基との結合位置を表す。ただし、各一般式中、(−L21−X21)で表される基の数は2以上であり、(−L22−Y21)で表される基の数は1以上である。
なお、上述したA22が「炭素原子」であるとはA22が下記一般式(Z4)で表される基であることを意味し、上述したA22が「珪素原子」であるとはA22が下記一般式(Z6)で表される基であることを意味し、上述したA22が「窒素原子」であるとはA21が下記一般式(Z7)で表される基であることを意味する。
また、上述した「l+n価の脂肪族炭化水素環」とは、例えば、下記一般式(Z8)で表される基等であり、「l+n価の芳香族炭化水素環」とは、例えば、下記一般式(Z5)で表される基等であり、「l+n価の複素環」とは、例えば、下記一般式(Z1)〜(Z3)で表される基等である。
また、一般式(Z9)で表される基において、Cは炭素原子又は珪素原子を表し、Wは1〜4を表す。また、Lは2価の連結基であれば特に限定されない。2価の連結基としては、例えば、−O−、−S−、−NR−、−CO−、アルキレン基(環状、分岐鎖状、及び直鎖状のいずれであってもよい)、アルケニレン基、アルキニレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、又は、これらを組み合わせてなる2価の基が挙げられる。Rは、例えば、水素原子、アルキル基(好ましくは、炭素数1〜10の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基)、ハロゲン原子(好ましくは、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子)、及びアリール基(好ましくは炭素数6〜20のアリール基)が挙げられる。
22は、単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基は特に限定されないが、例えば、−O−、−S−、−CO−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−NR−(Rは、水素原子、又は、アルキル基)、2価の炭化水素基(例えば、アルキレン基、アルケニレン基(例:−CH=CH−)、アルキニレン基(例:−C≡C−)、及び、アリーレン基)、又は、これらを組み合わせた基が挙げられる。
22としては、単結合、−O−、−O−CO−、−CO−O−、−C≡C−、−CH=CH−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−O−AL−O−、−O−AL−O−CO−、−CO−O−AL−O−、−AL−O−CO−AL−S−、−S−AL−CO−O−AL−、−AL−CO−O−AL−S−、又は−S−AL−O−CO−AL−が好ましく、ALは、炭素数1〜10のアルキレン基である。
21は、置換基を表す。置換基の種類は特に限定されず、上述した置換基群Yで例示された基が挙げられ、なかでも、縮合環を誘導して形成された縮合環基、又は後述するポリマー鎖が好ましい。なお、複数のY21がある場合、1つ以上が縮合環基であり、1つ以上がポリマー鎖であってもよい。
21が縮合環を誘導して形成された縮合環基である場合には、特定化合物と無機物(特に無機窒化物)との吸着性が向上し、硬化物中における無機物の分散性により優れる。
縮合環を誘導して形成された縮合環基は、縮合環から水素原子を一つ除くことにより形成された基であり、上記縮合環の種類は特に制限されない。上記縮合環としては、例えば、芳香族炭化水素環及び芳香族複素環とからなる群から選ばれる2環以上が縮合してなる縮合環が挙げられ、なかでも、吸着性の点から、6員の芳香族炭化水素環が2環以上縮合した縮合環が好ましく、ピレン環、トリフェニレン環、ペリレン環、ナフトピレン環、又はペリレンテトラカルボン酸ジイミドがより好ましい。
一方、置換基がポリマー鎖である場合には、特定化合物の被覆効果が高まるため、硬化物中における無機物の分散性により優れる。
ポリマー鎖としては、ビニル系ポリマー、エステル系ポリマー、エーテル系ポリマー、ウレタン系ポリマー、アミド系ポリマー、エポキシ系ポリマー、及び、シリコーン系ポリマーなどが挙げられる。
上記ポリマー鎖としては、無機物の分散性により優れる点で、下記一般式(10)で表される構造単位を有するポリマー鎖であることが好ましい。
一般式(10)中、R10、R11、及びR12は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。L24は、単結合又は2価の連結基を表す。Y31は、置換基を表す。
10、R11、R12、L24、及びY31としては、上述したR、R、R、L12、及びY11とそれぞれ同義であり、好ましい態様も同じである。
また、ポリマー鎖中において、一般式(10)で表される構造単位は、1種であっても、複数種であってもよい。ポリマー鎖中に一般式(10)で表される構造単位が複数含有される場合には、構造単位の少なくとも1種が、Y31として縮合環基、又は重合性基を有することが好ましい。つまり、ポリマー鎖は、Y31が縮合環基又は重合性基である一般式(10)で表される構造単位を含有することが好ましい。また、ポリマー鎖は、Y31が縮合環基である一般式(10)で表される構造単位、および、Y31が重合性基である一般式(10)で表される構造単位の両方を含有していてもよい。
なお、さらに、ポリマー鎖は、Y31が縮合環基又は重合性基である一般式(10)で表される構造単位以外の他の構造単位を含有していてもよい。他の構造単位としては、Y31が縮合環基及び重合性基をいずれも有さない基(例えば、置換基群Y中で例示される、縮合環基及び重合性基を有さない基)である一般式(10)で表される構造単位が挙げられる。
以下に、一般式(2)で表される化合物又は一般式(7)で表される化合物の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
なお、下記具体例において、r、r1、及びr2は、構造単位のモル%を表し、r=100モル%、r1+r2=100モル%を表す。また、l及びnは、各々の基の個数を表す。
一般式(2)で表される化合物及び一般式(7)で表される化合物は、公知の手法に準じて合成することができる。
硬化性組成物中における上記特定化合物の含有量は、表面修飾無機物の特性がより現れる点で、硬化性組成物中の全固形分に対して、0.01〜15質量%が好ましく、0.1〜10質量%がより好ましく、0.1〜5質量%が更に好ましい。
また、硬化性組成物中、上記特定化合物と無機窒化物及び無機酸化物からなる群より選ばれる無機物との質量比(特定化合物の質量/無機物の質量)は特に限定されないが、硬化物中における無機物の分散性がより優れる点で、上記質量比は0.0001〜0.5が好ましく、0.0005〜0.1がより好ましい。
硬化性組成物は、特定化合物を1種含んでいても、2種以上含んでいてもよい。
<重合性モノマー>
硬化性組成物は、重合性モノマーを含有する。
重合性モノマーは、熱又は光等所定の処理によって硬化する化合物である。
重合性モノマーは、重合性基を有する。重合性基としては、上記Y11と同様のものが挙げられる。なかでも、反応性の観点から、アクリロイル基、メタクリロイル基、オキシラニル基、及びビニル基からなる群より選ばれる基であることが好ましい。
なお、重合性モノマーに含まれる重合性基の数は特に限定されないが、硬化性組成物を硬化して得られる硬化物の耐熱性がより優れる点で、2個以上であることが好ましく、3個以上であることがより好ましい。上限は特に限定されないが、8個以下の場合が多い。
重合性モノマーの種類は特に限定されず、公知の重合性モノマーを用いることができる。例えば、特許第4118691号の段落0028に記載のエポキシ樹脂モノマー及びアクリル樹脂モノマー、特開2008−13759号公報の段落0006〜0011に記載のエポキシ化合物、及び、特開2013−227451号公報の段落0032〜0100に記載のエポキシ樹脂混合物等が挙げられる。
硬化性組成物中における重合性モノマーの含有量は特に限定されず、硬化性組成物の用途に応じて適宜最適な含有量が選ばれる。なかでも、重合性モノマーの含有量は、硬化性組成物中の全固形分に対して、10〜90質量%が好ましく、15〜70質量%がより好ましく、20〜60質量%が更に好ましい。
硬化性組成物は、重合性モノマーを1種含んでいても、2種以上含んでいてもよい。
重合性モノマーは、液晶性を示すことが好ましい。つまり、重合性モノマーが、液晶化合物であることが好ましい。言い換えれば、重合性基を有する液晶化合物であることが好ましい。
また、重合性モノマーの硬化物が液晶性を示すことも好ましい。なお、重合性モノマーの硬化物とは、重合性モノマー自体を硬化させて得られる硬化物を意図し、上述した特定化合物及び無機物等は含まれない。なお、上記硬化物を得る際には、必要に応じて、後述する硬化剤を用いてもよい。
以上のように、重合性モノマー又はその硬化物は、液晶性を示すことが好ましい。つまり、重合性モノマー又はその硬化物は、液晶成分であることが好ましい。
重合性モノマーは、棒状液晶化合物及び円盤状液晶化合物のいずれであってもよい。つまり、重合性モノマーは、重合性基を有する棒状液晶化合物及び重合性基を有する円盤状液晶化合物のいずれであってもよい。
以下、棒状液晶化合物及び円盤状液晶化合物について詳述する。
(棒状液晶化合物)
棒状液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類、及び、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましい。以上のような低分子液晶化合物だけではなく、高分子液晶化合物も用いることができる。上記高分子液晶化合物は、低分子の反応性基を有する棒状液晶化合物が重合した高分子化合物である。
好ましい棒状液晶化合物としては、下記一般式(XXI)で表される棒状液晶化合物が挙げられる。
一般式(XXI):Q1−L111−A111−L113−M−L114−A112−L112−Q2
式中、Q1及びQ2はそれぞれ独立に、重合性基であり、L111、L112、L113及びL114はそれぞれ独立に、単結合又は2価の連結基を表す。A111及びA112はそれぞれ独立に、炭素数1〜20の2価の連結基(スペーサ基)を表す。Mはメソゲン基を表す。
なお、重合性基の定義は、上述の通りである。
1及びQ2の少なくとも1つはオキシラニル基であることが好ましく、いずれもオキシラニル基であることがより好ましい。
111、L112、L113及びL114で表される2価の連結基としては、−O−、−S−、−CO−、−NR112−、−CO−O−、−O−CO−O−、−CO−NR112−、−NR112−CO−、−O−CO−、−CH2−O−、−O−CH2−、−O−CO−NR112−、−NR112−CO−O−、及び、−NR112−CO−NR112−からなる群より選ばれる2価の連結基であることが好ましい。上記R112は炭素数1〜7のアルキル基又は水素原子である。
111及びA112は、炭素数1〜20の2価の連結基を表す。なかでも、炭素数1〜12のアルキレン基、アルケニレン基、又はアルキニレン基が好ましく、炭素数1〜12のアルキレン基がより好ましい。
2価の連結基は直鎖状であることが好ましく、隣接していない酸素原子又は硫黄原子を含んでいてもよい。また、上記2価の連結基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、又は、臭素原子)、シアノ基、メチル基、及び、エチル基が挙げられる。
Mで表されるメソゲン基としては、公知のメソゲン基が挙げられる。なかでも、下記一般式(XXII)で表される基が好ましい。
一般式(XXII):−(W1−L115n−W2
式中、W1及びW2は、それぞれ独立して、2価の環状アルキレン基、2価の環状アルケニレン基、アリーレン基、又は、2価のヘテロ環基を表す。L115は、単結合又は2価の連結基を表す。nは、1、2又は3を表す。
1及びW2としては、例えば、1,4−シクロヘキサンジイル、1,4−フェニレン、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、1,3,4−チアジアゾール−2,5−ジイル、1,3,4−オキサジアゾール−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、ナフタレン−1,5−ジイル、チオフェン−2,5−ジイル、及び、ピリダジン−3,6−ジイルが挙げられる。1,4−シクロヘキサンジイルの場合、トランス体及びシス体の構造異性体のどちらの異性体であってもよく、任意の割合の混合物でもよい。なかでも、トランス体であることが好ましい。
1及びW2は、それぞれ置換基を有していてもよい。置換基としては、例えば、上述した置換基群Yで例示された基が挙げられ、より具体的には、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、及び、ヨウ素原子)、シアノ基、炭素数1〜10のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、及び、プロピル基等)、炭素数1〜10のアルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基等)、炭素数1〜10のアシル基(例えば、ホルミル基、アセチル基等)、炭素数1〜10のアルコキシカルボニル基(例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等)、炭素数1〜10のアシルオキシ基(例えば、アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基等)、ニトロ基、トリフルオロメチル基、及び、ジフルオロメチル基等が挙げられる。
115で表される2価の連結基としては、上述したL111〜L114で表される2価の連結基の具体例が挙げられ、例えば、−CO−O−、−O−CO−、−CH2−O−、及び−O−CH2−が挙げられる。
上記一般式(XXII)で表されるメソゲン基の基本骨格で好ましいものを、以下に例示する。これらに上記置換基が置換していてもよい。
なお、一般式(XXI)で表される化合物は、特表平11−513019号公報(WO97/00600)に記載の方法を参照して合成できる。
棒状液晶化合物は、特開平11−323162号公報、特許4118691号に記載のメソゲン基を有するモノマーであってもよい。
(円盤状液晶化合物)
円盤状液晶化合物は、少なくとも部分的に円盤状構造を有する。円盤状構造は、少なくとも芳香族環を有する。そのため、円盤状液晶化合物は、分子間のπ−π相互作用によるスタッキング構造の形成により柱状構造を形成しうる。
円盤状構造として、具体的には、Angew.Chem.Int. Ed. 2012, 51, 7990-7993又は特開平7−306317号公報に記載のトリフェニレン構造、及び、特開2007−2220号公報、特開2010−244038号公報に記載の3置換ベンゼン構造等が挙げられる。
なかでも、重合性モノマーとして円盤状液晶化合物を用いることにより、高い熱伝導性を示す熱伝導材料が得られる。その理由としては、棒状液晶化合物が直線的(一次元的)にしか熱伝導できないのに対して、円盤状液晶化合物は法線方向に平面的(二次元的)に熱伝導できるため、熱伝導パスが増え、熱伝導率が向上する、と考えられる。
また、円盤状液晶化合物を用いることにより、硬化性組成物の硬化物の耐熱性が向上する。
円盤状液晶化合物は、3個以上の重合性基を有することが好ましい。3個以上の重合性基を有する円盤状液晶化合物を含む硬化性組成物の硬化物はガラス転移温度が高く、耐熱性が高い傾向がある。円盤状液晶化合物は棒状液晶化合物と比較して、メソゲン部分の特性に影響を与えることなく3個以上の重合性基を有しやすい。円盤状液晶化合物が有する重合性基の数は8個以下であることが好ましく、6個以下であることがより好ましい。重合性基は全てオキシラニル基であることが好ましい。
円盤状液晶化合物としては、以下の一般式(XI)で表される化合物又は一般式(XII)で表される化合物が好ましい。
式中、R11、R12、R13、R14、R15、及びR16はそれぞれ独立に*−X11−L11−P11又は*−X12−Y12を表し、*はトリフェニレン環との結合位置を表し、R11、R12、R13、R14、R15、及びR16のうち2つ以上は*−X11−L11−P11であり、X11及びX12はそれぞれ独立に、単結合、−O−、−C(=O)−、−OC(=O)−、−OC(=O)O−、−OC(=O)NH−、−OC(=O)S−、−C(=O)O−、−C(=O)NH−、−C(=O)S−、−NHC(=O)−、−NHC(=O)O−、−NHC(=O)NH−、−NHC(=O)S−、−S−、−SC(=O)−、−SC(=O)O−、−SC(=O)NH−、又は−SC(=O)S−を表し、L11は2価の連結基又は単結合を表し、P11は重合性基を表し、Y12は、水素原子、炭素数1〜20の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基、又は、炭素数1〜20の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基において1つ又は2つ以上のメチレン基が−O−、−S−、−NH−、−N(CH)−、−C(=O)−、−OC(=O)−、又は−C(=O)O−で置換された基を表す。
11、R12、R13、R14、R15、及びR16は3つ以上が*−X11−L11−P11であることが好ましい。なかでも、R11及びR12のいずれか1つ以上、R13及びR14のいずれか1つ以上、並びに、R15及びR16のいずれか1つ以上が*−X11−L11−P11であることがより好ましく、R11、R12、R13、R14、R15、及びR16が全て*−X11−L11−P11であることが更に好ましく、R11、R12、R13、R14、R15、及びR16が全て同一の*−X11−L11−P11であることが特に好ましい。
11及びX12としては、それぞれ独立に、−O−、−OC(=O)−、−OC(=O)O−、−OC(=O)NH−、−C(=O)O−、−C(=O)NH−、−NHC(=O)−、又はNHC(=O)O−が好ましく、−OC(=O)−、−C(=O)O−、−OC(=O)NH−又は−C(=O)NH−がより好ましく、−C(=O)O−が更に好ましい。
11は、X11とP11とを連結する2価の連結基又は単結合を表す。2価の連結基としては、−O−、−OC(=O)−、−C(=O)O−、炭素数1〜10(好ましくは炭素数1〜8、より好ましくは炭素数1〜6)のアルキレン基、炭素数6〜20(好ましくは炭素数6〜14、より好ましくは炭素数6〜10)のアリーレン基、又は、これらの組み合わせからなる基等が挙げられる。
炭素数1〜10のアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、及び、ヘキシレン基等が挙げられる。
炭素数6〜20のアリーレン基としては、例えば、1,4−フェニレン基、1,3−フェニレン基、1,4−ナフチレン基、1,5−ナフチレン基、及び、アントラセニレン基等が挙げられ、1,4−フェニレン基が好ましい。
上記アルキレン基及び上記アリーレン基は、それぞれ置換基を有していてもよい。置換基としては、例えば、上述した置換基群Yで例示された基が挙げられる。置換基の数は1〜3個であることが好ましく、1個であることがより好ましい。置換基の置換位置は特に限定されない。置換基としては、ハロゲン原子又は炭素数1〜3のアルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。アルキレン基及びアリーレン基は無置換であることも好ましい。特にアルキレン基は無置換であることが好ましい。
11は、重合性基を表す。重合性基の定義は、上述の通りである。
11はオキシラニル基であることが好ましい。
なお、P11がヒドロキシ基であるとき、L11はアリーレン基を含み、このアリーレン基はP11と結合していることが好ましい。
12は、水素原子、炭素数1〜20の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基、又は、炭素数1〜20の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基において1つ又は2つ以上のメチレン基が−O−、−S−、−NH−、−N(CH)−、−C(=O)−、−OC(=O)−、又は−C(=O)O−で置換された基を表す。
12が炭素数1〜20の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基、又は、炭素数1〜20の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基において1つ又は2つ以上のメチレン基が−O−、−S−、−NH−、−N(CH)−、−C(=O)−、−OC(=O)−、又は−C(=O)O−で置換された基の場合、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
炭素数1〜20の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、1,1−ジメチルプロピル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基、直鎖状又は分枝鎖状のヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、及び、ドデシル基が挙げられる。
環状のアルキル基の炭素数は、3以上が好ましく、5以上がより好ましく、また、20以下が好ましく、10以下がより好ましく、8以下が更に好ましく、6以下が特に好ましい。環状のアルキル基の例としては、シクロプロピル基、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、及び、シクロオクチル基が挙げられる。
12としては、水素原子、炭素数1〜20の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基、又は、炭素数1〜20のアルキレンオキシド基が好ましく、炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、又は、炭素数1〜20のエチレンオキシド基若しくはプロピレンオキシド基がより好ましい。
上記一般式(XI)で表される化合物の具体例については、特開平7−281028号公報の段落0028〜0036、特開平7−306317号公報、特開2005−156822号公報の段落0016〜0018、特開2006−301614号公報の段落0067〜0072、及び液晶便覧(平成12年丸善株式会社発刊)330頁〜333頁に記載のものを参照することができる。
式中、A、A及びAはそれぞれ独立に−CH=又は−N=を表し、R17、R18、及びR19はそれぞれ独立に、*−X211−(Z21−X212n21−L21−P21又は*−X211−(Z22−X222n22−Y22を表し、*は中心環との結合位置を表し、R17、R18、及びR19のうち2つ以上は*−X211−(Z21−X212n21−L21−P21であり、X211、及びX212はそれぞれ独立に、単結合、−O−、−C(=O)−、−OC(=O)−、−OC(=O)O−、−OC(=O)NH−、−OC(=O)S−、−C(=O)O−、−C(=O)NH−、−C(=O)S−、−NHC(=O)−、−NHC(=O)O−、−NHC(=O)NH−、−NHC(=O)S−、−S−、−SC(=O)−、−SC(=O)O−、−SC(=O)NH−、又はSC(=O)S−を表し、Z21及びZ22はそれぞれ独立に、5員環若しくは6員環の芳香族基、又は、5員環若しくは6員環の非芳香族基を表し、L21は、X212とP21とを連結する2価の連結基又は単結合を表し、P21は重合性基を表し、Y22は水素原子、炭素数1〜20の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基、又は、炭素数1〜20の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基において1つ又は2つ以上のメチレン基が−O−、−S−、−NH−、−N(CH)−、−C(=O)−、−OC(=O)−、又は−C(=O)O−で置換された基を表し、n21及びn22はそれぞれ独立に、0〜3の整数を表し、n21及びn22が2以上の場合の複数個あるZ21−X212及びZ22−X222は同一でも異なっていてもよい。
17、R18、及びR19は全て、*−X211−(Z21−X212n21−L21−P21であることが好ましい。R17、R18、及びR19は全て同一の*−X211−(Z21−X212n21−L21−P21であることがより好ましい。
221及びX222としては、単結合、又は、−OC(=O)−が好ましい。
21及びZ22はそれぞれ独立に、5員環若しくは6員環の芳香族基、又は、5員環若しくは6員環の非芳香族基を表し、例えば、1,4−フェニレン基、1,3−フェニレン基、及び、2価の複素環基等が挙げられる。
上記芳香族基及び非芳香族基は置換基を有していてもよい。置換基としては、上述した置換基群Yで例示された基が挙げられる。置換基は1つ又は2つであることが好ましく、1つであることがより好ましい。置換基の置換位置は特に限定されない。置換基としては、ハロゲン原子又はメチル基が好ましい。ハロゲン原子としては塩素原子又はフッ素原子が好ましい。上記芳香族基及び非芳香族基は無置換であることも好ましい。
2価の複素環としては、例えば、以下の複素環が挙げられる。
式中、*はX211に結合する部位を示し、**はX212に結合する部位を示し;A41及びA42はそれぞれ独立にメチン基又は窒素原子を表し;Xは、酸素原子、硫黄原子、メチレン基又はイミノ基を表す。
41及びA42は、少なくとも一方が窒素原子であることが好ましく、両方が窒素原子であることがより好ましい。また、Xは酸素原子であることが好ましい。
21は、X212とP21とを連結する2価の連結基又は単結合を表し、一般式(XI)におけるL11と同義である。L21としては、−O−、−OC(=O)−、−C(=O)O−、炭素数1〜10(好ましくは炭素数1〜8、より好ましくは炭素数1〜6)のアルキレン基、又はこれらの組み合わせからなる基が好ましい。
21は、重合性基を表す。重合性基の定義は、上述の通りである。
22はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜20の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基、又は、炭素数1〜20の直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基において1つ又は2つ以上のメチレン基が−O−、−S−、−NH−、−N(CH)−、−C(=O)−、−OC(=O)−、又は−C(=O)O−で置換された基を表し、一般式(XI)におけるY12と同義であり、好ましい範囲も同様である。
n21及びn22はそれぞれ独立に、0〜3の整数を表し、1〜3の整数が好ましく、2又は3がより好ましい。
一般式(XII)で表される化合物の詳細及び具体例については、特開2010−244038号公報の段落0013〜0077の記載を参照することができ、その内容は本明細書に組み込まれる。
電子密度を減らすことでスタッキングを強くし、カラム状集合体を形成しやすくなるという点で、一般式(XI)又は一般式(XII)で表される化合物としては、水素結合性官能基を有する化合物であることが好ましい。
水素結合性官能基としては、−OC(=O)NH−、−C(=O)NH−、−NHC(=O)−、−NHC(=O)O−、−NHC(=O)NH−、−NHC(=O)S−、及び、SC(=O)NH−等が挙げられる。
一般式(XI)で表される化合物、及び、一般式(XII)で表される化合物として特に好ましい具体例としては以下の化合物が挙げられる。
一般式(XI)で表される化合物は、特開平7−306317号公報、特開平7−281028号公報、特開2005−156822号公報、及び特開2006−301614号公報に記載の方法に準じて合成できる。
一般式(XII)で表される化合物は、特開2010−244038号公報、特開2006−76992号公報、及び特開2007−2220号公報に記載の方法に準じて合成できる。
<任意成分>
(硬化剤)
硬化性組成物は、更に、硬化剤を含有してもよい。
硬化剤の種類は特に限定されず、上述した重合性モノマーを硬化し得る化合物であればよい。硬化剤としては、ヒドロキシ基、アミノ基、チオール基、イソシアネート基、カルボキシ基、(メタ)アクリロイル基、及び無水カルボン酸基からなる群より選ばれる官能基を有する化合物であることが好ましく、ヒドロキシ基、(メタ)アクリロイル基、アミノ基、及びチオール基からなる群より選ばれる官能基を有することがより好ましい。
硬化剤は、上記官能基を2個以上含むことが好ましく、2又は3個含むことがより好ましい。
硬化剤としては、例えば、アミン系硬化剤、フェノール系硬化剤、グアニジン系硬化剤、イミダゾール系硬化剤、ナフトール系硬化剤、アクリル系硬化剤、酸無水物系硬化剤、活性エステル系硬化剤、ベンゾオキサジン系硬化剤、及び、シアネートエステル系硬化剤等が挙げられる。なかでも、アクリル系硬化剤、フェノール系硬化剤、又は、アミン系硬化剤が好ましい。
硬化性組成物中における硬化剤の含有量は特に限定されないが、硬化性組成物中の全固形分に対して、1〜50質量%が好ましく、1〜30質量%がより好ましい。
(硬化促進剤)
硬化性組成物は、更に、硬化促進剤を含有してもよい。
硬化促進剤の種類は限定されず、例えば、トリフェニルホスフィン、2−エチル−4−メチルイミダゾール、三フッ化ホウ素アミン錯体、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、及び、特開2012−67225号公報の段落0052に記載のものが挙げられる。
硬化性組成物中における硬化促進剤の含有量は特に限定されないが、硬化性組成物中の全固形分に対して、0.1〜20質量%が好ましい。
(重合開始剤)
硬化性組成物は、更に、重合開始剤を含有してもよい。
特に、特定化合物又は重合性モノマーが(メタ)アクリロイル基を有する場合には、硬化性組成物は、特開2010−125782の段落0062及び特開2015−052710の段落0054に記載の重合開始剤を含有することが好ましい。
硬化性組成物中における重合開始剤の含有量は特に限定されないが、硬化性組成物中の全固形分に対して、0.1〜50質量%が好ましい。
(溶媒)
硬化性組成物は、更に、溶媒を含有してもよい。
溶媒の種類は特に限定されず、有機溶媒であることが好ましい。有機溶媒としては、例えば、酢酸エチル、メチルエチルケトン、ジクロロメタン、及び、テトラヒドロフラン等が挙げられる。
<硬化性組成物の製造方法>
硬化性組成物の製造方法は特に限定されず、公知の方法を採用でき、例えば、上述した各種成分(無機物、特定化合物、及び重合性モノマー等)を公知の方法で混合することにより製造することができる。混合する際には、各種成分を一括で混合しても、順次混合してもよいが、分散性により優れる点で、重合性モノマー及び特定化合物を少なくとも含有する混合液を予め調製し、この混合液中に無機物を添加する工程を経ることが好ましい。
<硬化性組成物の硬化方法>
硬化性組成物の硬化方法は特に限定されず、重合性モノマーの種類によって適宜最適な方法が選ばれる。硬化方法は、例えば、熱硬化反応であっても、光硬化反応であってもよく、熱硬化反応が好ましい。
熱硬化反応の際の加熱温度は特に限定されない。例えば、50〜200℃の範囲で適宜選択すればよい。また、熱硬化反応を行う際には、温度の異なる加熱処理を複数回にわたって実施してもよい。
なお、硬化反応は、シート状とした硬化性組成物に対して実施することが好ましい。具体的には、例えば、硬化性組成物を塗布し、得られた塗膜に対して硬化反応を実施すればよい。その際、プレス加工を行ってもよい。
また、硬化反応は、半硬化反応であってもよい。つまり、得られる硬化物が、いわゆるBステージ状態(半硬化状態)であってもよい。
上記のような半硬化させた硬化物をデバイス等に接触するように配置した後、更に加熱等によって本硬化させることにより、硬化物である熱伝導材料を含む層とデバイスとの接着性がより向上する。
<用途>
硬化性組成物は、種々の用途に適用することができる。例えば、電極材料、半導体材料、及び熱伝導材料等として様々な分野に応用することができる。なかでも、硬化性組成物は、熱伝導材料を形成するために用いることが好ましく、シート状の熱伝導材料として用いることがより好ましい。
以下、この好適用途に関して詳述する。
(熱伝導材料)
本発明の熱伝導材料は、上述した硬化性組成物を硬化して作製することができる。つまり、上記硬化性組成物は、熱伝導材料を形成するために用いることができる。なお、硬化反応を含む熱伝導材料の作製については、「高熱伝導性コンポジット材料」(シーエムシー出版、竹澤由高著)を参照することができる。
熱伝導材料は、熱伝導性に優れる材料であり、放熱シート等の放熱材として用いることができる。例えば、パワー半導体デバイス等の各種デバイスの放熱用途に用いることができる。より具体的には、デバイス上に上記熱伝導材料を含む熱伝導層を配置して熱伝導層付きデバイスを作製することにより、デバイスからの発熱を効率的に熱伝導層で放熱することができる。
熱伝導材料の形状は特に限定されず、用途に応じて、様々な形状に成形されたものであってもよい。典型的には、熱伝導材料は、シート状であることが好ましい。
なお、上記熱伝導材料は、完全に硬化した状態であってもよく、半硬化状態(上述したBステージ状態)であってもよい。上述したように、半硬化状態の熱伝導材料であればデバイス上に配置した後、加熱処理を施すことにより、デバイス上に接着性に優れた熱伝導層を形成することができる。
以下に実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、及び処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。
〔表面修飾剤(特定化合物)の合成〕
<一般式(1)で表される構造単位を有する化合物の合成>
下記の手順により表面修飾剤(特定化合物)C−2を合成した。表面修飾剤(特定化合物)C−1、C−3、C−4、C−5、及びC−6についても、下記表面修飾剤C−2の合成例に準じて合成した。
(表面修飾剤(特定化合物)C−2の合成例)
攪拌機、温度計、還流冷却管、及び窒素ガス導入管を備えた500mL三口フラスコに、シクロヘキサノン(14.4g)、及び、イソプロパノール(3.6g)を仕込んで、85℃まで昇温した。
次いで、4−(4−アクリロイルオキシブトキシ)ベンゾイルオキシフェニルボロン酸(4.5g)、2−(3−クロロプロパノイルオキシ)エチルメタクリレート(10.5g)、シクロヘキサノン(33.6g)、イソプロパノール(8.4g)、及び、アゾ重合開始剤(V−601、和光純薬(株)製)(0.58g)からなる混合溶液を、2.5時間で滴下が完了するように等速で上記フラスコ内に滴下した。滴下完了後、1,3−プロパンジオール(2.5g)をフラスコ内に更に添加し、フラスコ内の反応液を90℃まで昇温して更に4時間攪拌を続けた。
次いで、撹拌後の反応液に、p−メトキシフェノール(0.2g)を添加し、更に、トリエチルアミン(20.0g)を添加した後、反応液を40℃で1.5時間撹拌した。更に、反応液に1規定塩酸を200mL滴下し、得られた反応液を30分間撹拌した後、撹拌後の反応液から水層を除去した。続いて、水層を除去した反応液を10%食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥させることにより下記式(C−2)で表される共重合体(表面修飾剤(特定化合物)C−2)のシクロヘキサノン/イソプロパノール溶液71.4gを得た。
この共重合体C−2の重量平均分子量(Mw)は、1.5万(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(EcoSEC HLC−8320GPC(東ソー社製))により溶離液NMP、流速0.50ml/min、温度40℃の測定条件にてポリスチレン換算で算出、使用カラムはTSKgel SuperAWM−H×3本(東ソー社製))であった。
(表面修飾剤(特定化合物)C−2’の合成例)
また、上記表面修飾剤(特定化合物)C−2の合成方法においてV−601を2.3g、反応温度を90℃とした以外は同様の方法により、重量平均分子量(Mw)が3,000の表面修飾剤(特定化合物)C−2’を合成した。なお、表面修飾剤(特定化合物)C−2’は、表面修飾剤(特定化合物)C−2と重量平均分子量のみ異なるものである。
<一般式(2)で表される化合物の合成>
下記の手順により表面修飾剤(特定化合物)C−7を合成した。表面修飾剤(特定化合物)C−8、及びC−9についても、下記表面修飾剤C−7の合成例に準じて合成した。
(表面修飾剤(特定化合物)C−7の合成例)
攪拌機、温度計、及び還流冷却管を備えた200mL三口フラスコに、DPMP(ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−メルカプトプロピオネート))(3.5g)、4−(4−アクリロイルオキシブトキシ)ベンゾイルオキシフェニルボロン酸(5.2g)、及び、NEP(1−エチル−2−ピロリドン)(20.3g)を混合した後に、得られた混合液にトリエチルアミン(0.18g)を添加した。その後、混合液を65℃で12時間撹拌した。次いで、得られた反応液をヘキサン300mL/酢酸エチル300mLの溶液に滴下し、上澄み液を除去した。上澄み液を除去して得られた固形物に対し、ヘキサンで洗浄、かけ洗いを繰り返した後、40℃送風乾燥を行い、C−7の中間体8.2gを得た。
次いで、攪拌機、温度計、還流冷却管、及び窒素ガス導入管を備えた100mL三口フラスコに、C−7中間体(2.5g)、メタクリル酸(0.94g)、及びNEP(4.7g)を仕込んで、フラスコ内の混合液を90℃まで昇温した。次いで、混合液を90℃で撹拌しているところに、アゾ重合開始剤(V−601、和光純薬(株)製)(0.1g)を更に添加した。続いて、混合液を1.5時間撹拌する毎に、アゾ重合開始剤(V−601、和光純薬(株)製)(0.1g)を添加することを2回繰り返した後、更に混合液を90℃で2時間撹拌した。
次いで、混合液に、グリシジルメタクリレート(1.9g)、テトラブチルアンモニウムブロミド(0.27g)、及びp−メトキシフェノール(0.05g)を仕込んで、混合液を80℃まで昇温した後、更に8時間攪拌を続け、C−7で表される重合体(表面修飾剤(特定化合物)C−7)のNEP溶液8.4gを得た。
この重合体の重量平均分子量(Mw)は0.5万であった。(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(EcoSEC HLC−8320GPC(東ソー社製))により溶離液NMP、流速0.50ml/min、温度40℃の測定条件にてポリスチレン換算で算出、使用カラムはTSKgel SuperAWM−H×3本(東ソー社製))。
〔各種成分〕
以下に、実施例及び比較例で使用する各種成分を示す。
<重合性モノマー>
<添加剤>
<溶媒>
MEK(メチルエチルケトン)
<重合開始剤>
VAm−110(油溶性アゾ重合開始剤、和光純薬(株)社製)
V−40(油溶性アゾ重合開始剤、和光純薬(株)製)
<無機物>
SGPS(窒化ホウ素、平均粒径12μm、デンカ(株)社製)
X:HP−40 MF100(窒化ホウ素、平均粒径43μm、水島合金鉄(株)社製)
Y:AA3(アルミナ、平均粒径3.3μm、住友化学(株)社製)
Z:AA04(アルミナ、平均粒径0.4μm、住友化学(株)社製)
<表面修飾剤(特定化合物)>
<比較用表面修飾剤>
なお、下記に示す比較用表面修飾剤において「Me」はメチル基を表す。
〔硬化性組成物の調製及び評価〕
<実施例1>
下記表1に示す各種成分を、重合性モノマー、MEK(メチルエチルケトン)、添加剤、表面修飾剤(特定化合物)、及び重合開始剤の順で混合した後、無機物を添加した。得られた混合物を自転公転ミキサー(THINKY社製、あわとり練太郎ARE−310 )で5分間処理することで硬化性組成物1を得た。なお、硬化性組成物1の最終的な固形分は、表1に記載された固形分濃度(「溶媒」欄内に記載)になるよう、MEKで調整した。
次に、アプリケーターを用いて、ポリエステルフィルム(NP−100A パナック社製、膜厚100μm)の離型面上に厚みが約600μmになるように硬化性組成物1を塗布し、空気下で1時間放置することで塗膜1を得た。
次に、塗膜1の塗膜面を別のポリエステルフィルムで覆い、真空熱プレス(熱板温度130℃、真空度≦1kPa、圧力12MPa、処理時間5時間)で処理することで塗膜を硬化し、樹脂シートを得た。樹脂シートの両面にあるポリエステルフィルムを剥がし、厚み250μmの熱伝導性シート1を得た。
(評価)
得られた熱伝導性シート1に対し、下記の評価を実施した。
[1]分散性評価
分散性評価は、熱伝導性シート1を用いて実施した。具体的には、熱伝導性シート1の膜厚を任意の5か所の位置において測定し、その測定ばらつきについて標準偏差を求め、下記の基準にしたがって評価した。標準偏差が小さい場合(言い換えると膜厚のばらつきが小さい場合)、硬化物中において無機物が良好に分散していることを示す。一方、標準偏差が大きい場合(言い換えると膜厚のばらつきが大きい場合)、硬化物中において凝集等が発生し表面凹凸が生じていることを意味し、つまり無機物の分散性が劣っていることを示す。
膜厚測定は、アイフェイズ社製の「アイフェイズ・モバイル1u」を用いて実施した。
(評価基準)
「A」:標準偏差が5未満
「B」:標準偏差が5以上10未満
「C」:標準偏差が10以上30未満
「D」:標準偏差が30以上
結果を表1に示す。
[2]熱伝導性評価
熱伝導性評価は、熱伝導性シート1を用いて実施した。熱伝導率の測定は下記の方法で行い、下記の基準にしたがって熱伝導性を評価した。
・熱伝導率(W/mk)の測定
(1)アイフェイズ社製の「アイフェイズ・モバイル1u」を用いて、熱伝導性シート1の厚み方向の熱拡散率を測定した。
(2)メトラー・トレド社製の天秤「XS204」(「固体比重測定キット」使用)を用いて、熱伝導性シート1の比重を測定した。
(3)セイコーインスツル社製の「DSC320/6200」を用い、10℃/分の昇温条件の下、25℃における熱伝導性シート1の比熱をDSC7のソフトウエアを用いて比熱を求めた。
(4)得られた熱拡散率に比重及び比熱を乗じることで、熱伝導性シート1の熱伝導率を算出した。
(評価基準)
「A」: 15W/m・K以上
「B」: 12W/m・K以上14W/m・K未満
「C」: 9W/m・K以上12W/m・K未満
「D」: 9W/m・K未満
結果を表1に示す。
<実施例2〜19、比較例1〜4>
実施例1と同様の手順により、下記表1に示す実施例及び比較例の各硬化性組成物を得た。なお、硬化性組成物の最終的な固形分は、表1に記載された固形分濃度(「溶媒」欄内に記載)になるよう、MEKで調整した。
また、得られた各硬化性組成物から熱伝導性シート2〜19、比較用熱伝導性シート1〜4を作製し、実施例1と同様の評価試験を実施した。結果を表1に示す。
表1において、各成分欄に記載される(数値)は、硬化性組成物中の全固形分に対する各成分の含有量(質量%)を意味する。
また、表1中に記載される「膜厚(μm)」は、熱伝導性シートの平均膜厚を意味する。
実施例の各硬化性組成物から得られる硬化物は、無機物の分散性に優れていることが確認された。
また、実施例1と実施例2の対比から、特定化合物が重合性基(好ましくは、(メタ)アクリロイル基、オキシラニル基、オキセタニル基、及びビニル基からなる群より選ばれるいずれかの重合性基)を有する場合、熱伝導性により優れることが確認された。
また、実施例1と実施例11、実施例13と実施例14の対比から、特定化合物が分子中に縮合環構造を有する(言い換えると、縮合環を誘導して形成された縮合環基を有する)場合、熱伝導性により優れることが確認された。
実施例2と実施例15〜18の結果から、実施例の各硬化性組成物は、無機物を全固形分に対して40〜85質量%(好ましくは50〜85質量%、より好ましくは55〜75質量%、更に好ましくは65〜75質量%)で含有しても、硬化物中における無機物の分散性を損なわれないことが確認された。
また、実施例2〜14と実施例19の結果から、特定化合物の分子量は4000以上である場合に、硬化物中における無機物の分散性により優れるとともに、熱伝導性により優れることが確認された。
比較例の各硬化性組成物は、硬化物中における無機物の分散性が悪いことが確認された。

Claims (23)

  1. ボロン酸基、ボロン酸エステル基、アルデヒド基、及びピリジニウム基からなる群より選ばれる1価の置換基を有し、且つ、分子量が1000以上の化合物で表面修飾された無機窒化物と、
    重合性モノマーと、
    を含有する硬化性組成物。
  2. 前記化合物が、ボロン酸基、ボロン酸エステル基、アルデヒド基、及びピリジニウム基からなる群より選ばれる1価の置換基を複数個有する、請求項1に記載の硬化性組成物。
  3. 前記化合物が、下記一般式(1)で表される構造単位を有する化合物、又は、下記一般式(2)で表される化合物である、請求項1又は2に記載の硬化性組成物。
    一般式(1)中、R、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。X11は、一般式(3)〜(5)から選ばれるいずれかの基を表す。L11は、単結合又は2価の連結基を表す。
    一般式(3)中、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、又は、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素環基、及び芳香族複素環基からなる群より選ばれる置換基を表す。R及びRが置換基を表す場合、互いに結合して環を形成してもよい。
    一般式(5)中、Rは、置換基を表す。mは、0〜5の整数を表す。Mは、カウンターアニオンを表す。Rが複数存在する場合、隣接するR同士が互いに結合して環を形成してもよい。
    一般式(3)〜(5)において、*は、L11又はL21との結合位置を表す。
    一般式(2)中、X21は、一般式(3)〜(5)から選ばれるいずれかの基を表す。A21は、l価の置換基を表す。lは、2以上の整数を表す。L21は、単結合又は2価の連結基を表す。
  4. 前記一般式(1)で表される構造単位を有する化合物が、更に下記一般式(6)で表される構造単位を有する、請求項3に記載の硬化性組成物。
    一般式(6)中、R、R、及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。L12は、単結合又は2価の連結基を表す。Y11は、置換基を表す。
  5. 前記一般式(1)で表される構造単位を有する化合物が、前記Y11が、縮合環を誘導して形成された縮合環基である一般式(6)で表される構造単位を有する、請求項4に記載の硬化性組成物。
  6. 前記一般式(1)で表される構造単位を有する化合物が、前記Y11が、アクリロイル基、メタクリロイル基、オキシラニル基、オキセタニル基、及びビニル基からなる群より選ばれるいずれかの重合性基である一般式(6)で表される構造単位を有する、請求項4又は5に記載の硬化性組成物。
  7. 前記L11が、下記一般式(8)で表される2価の連結基である、請求項3〜6のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
    一般式(8)中、L13は、単結合又は2価の連結基を表す。T11は、それぞれ独立に、2価の芳香族炭化水素環基又は2価の芳香族複素環基を表す。Z11は、それぞれ独立に、単結合又は2価の連結基を表す。pは、1〜5の整数を表し、pが2以上の場合、複数あるT11及びZ11はそれぞれ同じでも、異なっていてもよい。*1は、前記一般式(1)で表される構造単位を有する化合物の主鎖との結合位置を表す。*2は、前記X11との結合位置を表す。
  8. 前記T11で表される2価の芳香族炭化水素環基及び2価の芳香族複素環基がそれぞれ単環式又は縮合多環式である、請求項7に記載の硬化性組成物。
  9. 前記X11が、一般式(3)又は一般式(4)で表される基である、請求項3〜8のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  10. 前記一般式(2)で表される化合物が、下記一般式(7)で表される化合物である、請求項3に記載の硬化性組成物。
    一般式(7)中、L21、X21、及びlは、一般式(2)中の前記L21、前記X21、及び前記lとそれぞれ同義である。A22は、l+n価の置換基を表す。L22は、単結合又は2価の連結基を表す。Y21は、置換基を表す。nは、1以上の整数を表す。
  11. 前記L21が、それぞれ独立に、下記一般式(9)で表される2価の連結基である、請求項3又は10に記載の硬化性組成物。
    一般式(9)中、L23は、単結合又は2価の連結基を表す。T21は、それぞれ独立に、2価の芳香族炭化水素環基又は2価の芳香族複素環基を表す。Z21は、それぞれ独立に、単結合又は2価の連結基を表す。qは、1〜5の整数を表し、qが2以上の場合、複数あるT21及びZ21はそれぞれ同じでも、異なっていてもよい。*3は、前記A21又は前記A22との結合位置を表す。*4は、前記X21との結合位置を表す。
  12. 前記T21で表される2価の芳香族炭化水素環基及び2価の芳香族複素環基がそれぞれ単環式又は縮合多環式である、請求項11に記載の硬化性組成物。
  13. 前記Y21がポリマー鎖を表し、前記ポリマー鎖は下記一般式(10)で表される構造単位を有する、請求項10〜12のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
    一般式(10)中、R10、R11、及びR12は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。L24は、単結合又は2価の連結基を表す。Y31は、置換基を表す。
  14. 前記ポリマー鎖が、前記Y31が縮合環を誘導して形成された縮合環基である一般式(10)で表される構造単位を有する、請求項13に記載の硬化性組成物。
  15. 前記ポリマー鎖が、前記Y31が、アクリロイル基、メタクリロイル基、オキシラニル基、オキセタニル基、及びビニル基からなる群より選ばれるいずれかの重合性基である一般式(10)で表される構造単位を有する、請求項13又は14に記載の硬化性組成物。
  16. 前記X21が、一般式(3)又は一般式(4)で表される基である、請求項3、10〜15のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  17. 前記無機窒化物が、窒化ホウ素及び窒化アルミニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する、請求項1〜16のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  18. 前記重合性モノマーが、アクリロイル基、メタクリロイル基、オキシラニル基、及びビニル基からなる群より選ばれる基を有する、請求項1〜17のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  19. 前記重合性モノマー又はその硬化物が、液晶性を示す、請求項1〜18のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  20. 請求項1〜19のいずれか1項に記載の硬化性組成物を硬化して形成される、熱伝導材料。
  21. シート状である、請求項20に記載の熱伝導材料。
  22. 放熱シートに用いられる、請求項20又は21に記載の熱伝導材料。
  23. デバイスと、前記デバイス上に配置された請求項20〜22のいずれか1項に記載の熱伝導材料を含む熱伝導層とを有する、熱伝導層付きデバイス。
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