JPWO2013094759A1 - 重合体粉体、硬化性樹脂組成物及びその硬化物 - Google Patents

重合体粉体、硬化性樹脂組成物及びその硬化物 Download PDF

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Abstract

本発明により、(i)ガラス転移温度が0℃以下である(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)を含み、重合体粉体のアセトン可溶分が5質量%以上であり、アセトン可溶分の質量平均分子量が10万以上である重合体粉体(P1)、及び(ii)アセトン可溶分が2質量%以上35質量%以下であり、アセトン可溶分の質量平均分子量が10万以上であり、体積平均一次粒子径(Dv)が200nm以上である重合体粉体(P2)からなる群より選択される重合体粉体(P)を提出する。

Description

本発明は、重合体粉体、これを含有する硬化性樹脂組成物、及びその硬化物に関する。
モバイル機器、デジタル家電、通信機器、車載用電子機器等のIT関連技術の進歩に伴い、エレクトロニクス分野で使用される樹脂素材が重要視されている。例えば、耐熱性や絶縁性等に優れるエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル系硬化性樹脂、オキセタン系硬化性樹脂等の熱硬化性樹脂又は活性エネルギー線硬化性樹脂に対する需要は急速に高まっている。
種々の表示板、画像読み取り用光源、交通ディスプレイ用ユニット等に実用化されている光半導体等の発光装置は、その大部分が樹脂封止によって製造されている。封止用樹脂としては、エポキシ樹脂が、機械的性質、電気的絶縁性、接着性に優れるため、広く使用されている。中でも、脂環式エポキシ樹脂は透明性、耐熱性に優れるため、光半導体用の封止用樹脂として多用されている。
特に、常温で液状のエポキシ樹脂は、常温で注型、塗布できることから、各種のペースト状又はフィルム状の材料として使用されている。しかしながら、エポキシ樹脂組成物は粘度の温度依存性が高いため、硬化するまでの温度上昇により粘度が顕著に低下することから、ディスペンサーによる精密な注入や塗布、スクリーン印刷による精密なパターン形成、高い膜厚精度でのフィルム上へのコーティング等、精密加工が困難な状況にある。特に電子材料分野においては、年々高精度加工への要求が高まっており、使用するエポキシ樹脂組成物には温度上昇しても粘度が低下しないことや、早期に形状が安定化することへの要望が極めて強い。
エポキシ樹脂組成物に上記のような特性を付与する方法として、加熱により速やかにエポキシ樹脂組成物をゲル状態とするために、エポキシ樹脂組成物に特定のビニル重合体を配合し、ゲル化性付与剤(以下、「プレゲル化剤」という。)として用いる方法がある。
特許文献1では、特定のビニル重合体をプレゲル化剤として用いる方法が提案されている。
一方、脂環式エポキシ樹脂は高い透明性と耐熱性を有するが、硬化して得られるエポキシ樹脂硬化物は耐クラック性が悪く、例えば冷熱サイクルによって亀裂破壊を生じやすいといった特徴を有しており、長期間の信頼性が要求される用途には不向きであった。クラックの発生は、エポキシ樹脂硬化物と無機材料との線膨張係数の差及びエポキシ樹脂硬化物の弾性率が大きな要因であり、エポキシ樹脂硬化物のガラス転移温度の上昇、線膨張係数及び弾性率の低下により抑制できると考えられている。特許文献2〜4では、エポキシ樹脂硬化物の弾性率を低下する方法として、アクリル系ゴム粒子を配合する方法が提案されている。
さらに、特許文献5では、エポキシ樹脂組成物に特定の(メタ)アクリレート系重合体を配合し、耐衝撃性、接着性、及びゲル化性を改良する方法が提案されている。
国際公開第2010/090246号パンフレット 特開2010−53199号公報 国際公開第2010/104055号パンフレット 特開2006−233145号公報 特開平5−65391号公報
しかしながら、特許文献1で提案されている方法では、エポキシ樹脂組成物にゲル化性は付与できるが、プレゲル化剤を配合したエポキシ樹脂硬化物のガラス転移温度が低下する傾向にあるため、高い耐熱性が要求される用途においては不向きであった。また、特許文献1では透明性に関しては、何ら触れられていない。
一方、特許文献2〜4で提案されている方法では、エポキシ樹脂硬化物の耐クラック性は改善されるが、硬化するまでの温度上昇によりエポキシ樹脂組成物の粘度が顕著に低下することから、高精度な塗布やパターン形成が困難であった。
特許文献5で提案されている方法では、エポキシ樹脂組成物のゲル化性及び硬化物の低弾性率化に効果は認められるものの、高精度加工で求められる極めて短時間でのゲル化や高いゲル化性は達成できておらず、満足できる状態とはいえなかった。
さらに、アクリル系ゴム粒子はガラス転移温度が低いため、エポキシ樹脂組成物に多量に配合した場合、エポキシ樹脂硬化物のガラス転移温度が低下する場合があり、高い耐熱性が要求される用途には不向きであった。また、イオン性不純物の含有量についても特に考慮されていないため、エポキシ樹脂組成物に配合した場合の、エポキシ樹脂硬化物の電気特性の悪化が懸念される。
したがって、エポキシ樹脂組成物のゲル化性付与及びエポキシ樹脂硬化物の透明性及び耐熱性を満足する材料は、従来まで提案されていないのが実状である。
本発明の目的とするところは、所定の温度で短時間の加熱によって速やかに硬化性樹脂組成物をゲル状態とし、さらに得られる硬化物の弾性率を低下させる重合体粉体、同粉体を含有する硬化性樹脂組成物及びその硬化物を提供することである。
また本発明の他の目的は、硬化性樹脂組成物への分散性に優れ、所定の温度で短時間の加熱によって速やかに硬化性樹脂組成物をゲル状態とし、得られる硬化性樹脂硬化物の透明性及び耐熱性を損なわない光半導体材料に適したプレゲル化剤として有用な重合体粉体、同粉体を含有する硬化性樹脂組成物及びその硬化物を提供することである。
上記課題は、(i)ガラス転移温度が0℃以下である(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)を含み、重合体粉体のアセトン可溶分が5質量%以上であり、アセトン可溶分の質量平均分子量が10万以上である重合体粉体(P1)、及び(ii)アセトン可溶分が2質量%以上35質量%以下であり、アセトン可溶分の質量平均分子量が10万以上であり、体積平均一次粒子径(Dv)が200nm以上である重合体粉体(P2)からなる群より選択される重合体粉体(P)を提供することにより達成された。
すなわち、本発明は以下を提供する。
[1](i)ガラス転移温度が0℃以下である(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)を含み、重合体粉体のアセトン可溶分が5質量%以上であり、アセトン可溶分の質量平均分子量が10万以上である重合体粉体(P1)、及び(ii)アセトン可溶分が2質量%以上35質量%以下であり、アセトン可溶分の質量平均分子量が10万以上であり、体積平均一次粒子径(Dv)が200nm以上である重合体粉体(P2)からなる群より選択される重合体粉体(P)。
[2]前記重合体粉体(P)が、(i)ガラス転移温度が0℃以下である(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)を含み、重合体粉体のアセトン可溶分が5質量%以上であり、アセトン可溶分の質量平均分子量が10万以上である重合体粉体(P1)である、[1]に記載の重合体粉体(P)。
[3]ガラス転移温度が0℃を超える重合体(B1)をさらに含む[2]に記載の重合体粉体(P)。
[4]重合体(B1)が(メタ)アクリル酸エステル系重合体である[3]に記載の重合体粉体(P)。
[5]ガラス転移温度が0℃以下である(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)の含有量が30〜90質量%、重合体(B1)の含有量が70〜10質量%(合計100質量%)である[3]又は[4]に記載の重合体粉体(P)。
[6]重合体粉体(P1)の体積平均一次粒子径(Dv)が200nm以上である[2]〜[5]のいずれか一つに記載の重合体粉体(P)。
[7]ガラス転移温度が0℃以下である(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)がアクリル酸2−エチルヘキシル単位を50質量%以上含有する[2]〜[6]のいずれか一つに記載の重合体粉体(P)。
[8]アルカリ金属イオンの含有量が10ppm以下であ[2]〜[7]のいずれか一つに記載の重合体粉体(P)。
[9]粒子径10μm以下の粒子の占める割合が30vol%未満であり、以下の解砕性を有する[2]〜[8]のいずれか一つに記載の重合体粉体(P)。
(解砕性)
(1)重合体粉体(P)をイオン交換水で希釈する。
(2)超音波照射を周波数42kHz、出力40Wで5分間行う。
(3)レーザー回折/散乱式粒子径分布測定により粒子径分布を測定する。
(4)10μm以下の粒子径の粒子の占める割合が30vol%以上である。
[10](メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)の存在下で単量体混合物(b1)を重合し、粉体化して得られる(メタ)アクリル酸エステル系重合体粉体であって、(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)のガラス転移温度が0℃以下であり、(メタ)アクリル酸エステル系重合体粉体のアセトン可溶分が5質量%以上であり、アセトン可溶分の質量平均分子量が10万以上である[2]〜[9]のいずれか一つに記載の重合体粉体(P)。
[11][2]〜[10]のいずれか一つに記載の重合体粉体(P)からなる硬化性樹脂用応力緩和剤兼プレゲル化剤。
[12]硬化性樹脂100質量部に対して重合体粉体(P)を20質量部添加して得られる硬化性樹脂組成物の、ゲル化温度−20℃での貯蔵弾性率G‘Aと、ゲル化温度+20℃での貯蔵弾性率G’Bの比率(G‘B/G’A)が10以上となる[11]に記載の硬化性樹脂用応力緩和剤兼プレゲル化剤。
[13][2]〜[10]のいずれか一つに記載の重合体粉体(P)と硬化性樹脂とを含有する硬化性樹脂組成物。
[14]硬化性樹脂がエポキシ樹脂である[13]に記載の硬化性樹脂組成物。
[15]硬化性樹脂100質量部に対して重合体粉体(P)を5質量部以上含有する[13]に記載の硬化性樹脂組成物。
[16][13]〜[15]のいずれか一つに記載の硬化性樹脂組成物を硬化して得られる硬化物。
[17][13]〜[15]のいずれか一つに記載の硬化性樹脂組成物を用いた半導体用封止材料。
[18][13]〜[15]のいずれか一つに記載の硬化性樹脂組成物を用いたシート状物品。
[19][13]〜[15]のいずれか一つに記載の硬化性樹脂組成物を用いた液晶表示素子用シール剤。
[20]前記重合体粉体(P)が、(ii)アセトン可溶分が2質量%以上35質量%以下であり、アセトン可溶分の質量平均分子量が10万以上であり、体積平均一次粒子径(Dv)が200nm以上である重合体粉体(P2)である、[1]に記載の重合体粉体(P)。
[21]重合体粉体(P2)のアセトン可溶分が30質量%未満である[20]に記載の重合体粉体(P)。
[22]ビニル重合体粉体(A)のアセトン可溶分が25質量%以下である[20]に記載のビニル重合体粉体(A)。
[23]重合体粉体(P2)の20℃での屈折率が1.48以上1.51以下である[20]〜[22]のいずれか一つに記載の重合体粉体(P)。
[24]重合体粉体(P2)のガラス転移温度が0℃以上である[20]〜[23]のいずれか一つに記載の重合体粉体(P)。
[25]重合体粉体(P2)が、メタクリル酸メチル70〜99質量%、メタクリル酸メチル以外の単量体原料30〜1質量%を含む単量体原料(a2)を重合して得られたビニル重合体を粉体化して得られたメタクリル酸メチル系重合体粉体である[20]〜[24]のいずれか一つに記載の重合体粉体(P)。
[26]メタクリル酸メチル以外の単量体原料が、カルボキシル基含有ビニル単量体、水酸基含有ビニル単量体及びグリシジル基含有ビニル単量体から選ばれる少なくとも1種の官能基含有単量体を含有する、[25]に記載の重合体粉体(P)。
[27]メタクリル酸メチル以外の単量体原料が、カルボキシル基含有ビニル単量体、水酸基含有ビニル単量体及びグリシジル基含有ビニル単量体から選ばれる少なくとも1種の官能基含有単量体を2質量%以上含有する[26]に記載の重合体粉体(P)。
[28]アルカリ金属イオンの含有量が10ppm以下である[20]〜[27]のいずれか一つに記載の重合体粉体(P)。
[29]粒子径10μm以下の粒子の占める割合が30vol%未満であり、以下の解砕性を有する[20]〜[28]のいずれか一つに記載の重合体粉体(P)。
(解砕性)
(1)重合体粉体(P)をイオン交換水で希釈する。
(2)超音波照射を周波数42kHz、出力40Wで3分間行う。
(3)レーザー回折/散乱式粒子径分布測定により粒子径分布を測定する。
(4)10μm以下の粒子径の粒子の占める割合が30vol%以上である。
[30][20]〜[29]のいずれか一つに記載の重合体粉体(P)からなる硬化性樹脂用プレゲル化剤。
[31]硬化性樹脂100質量部に対して重合体粉体(P)を20質量部添加して得られる硬化性樹脂組成物の、ゲル化温度−20℃での貯蔵弾性率G‘Aと、ゲル化温度+20℃での貯蔵弾性率G’Bの比率(G‘B/G’A)が100以上となる[30]に記載の硬化性樹脂用プレゲル化剤。
[32][20]〜[29]のいずれか一つに記載のビニル重合体粉体(P)と硬化性樹脂とを含有する硬化性樹脂組成物。
[33]硬化性樹脂がエポキシ樹脂である[32]に記載の硬化性樹脂組成物。
[34]エポキシ樹脂が脂環式エポキシ樹脂である[33]に記載の硬化性樹脂組成物。
[35]重合体粉体(P)と前記硬化性樹脂とを含有する硬化性樹脂組成物を硬化させて得られる厚さ3mmの硬化物の23℃における全光線透過率が70%以上である[32]〜[34]のいずれか一つに記載の硬化性樹脂組成物。
[36][32]〜[35]のいずれか一つに記載の硬化性樹脂組成物を硬化して得られる硬化物。
[37][32]〜[35]のいずれか一つに記載の硬化性樹脂組成物を用いた光半導体用封止材料。
本発明の重合体粉体は、所定の温度で短時間の加熱によって速やかに硬化性樹脂組成物をゲル状態とすることができる。本発明の硬化性樹脂組成物を硬化して得られる硬化物は弾性率が低い。このため、本発明の硬化性樹脂組成物及びその硬化物は、半導体封止材料に好適である。
また、本発明の重合体粉体は、所定の温度で短時間の加熱によって速やかに硬化性樹脂組成物をゲル状態とすることができる。本発明の硬化性樹脂組成物を硬化して得られる硬化物は透明性を損なわない。さらに、本発明の硬化物は、耐熱性に優れる。このため、本発明の硬化性樹脂組成物及びその硬化物は、光半導体材料あるいは光半導体用封止材料等の透明性及び耐熱性が要求される用途に好適である。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の重合体粉体(P)は、
(i)ガラス転移温度が0℃以下である(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)を含み、重合体粉体のアセトン可溶分が5質量%以上であり、アセトン可溶分の質量平均分子量が10万以上である重合体粉体(P1)、及び
(ii)アセトン可溶分が2質量%以上35質量%以下であり、アセトン可溶分の質量平均分子量が10万以上であり、体積平均一次粒子径(Dv)が200nm以上である重合体粉体(P2)
からなる群より選択される重合体粉体(P)である。
(i)重合体粉体(P1)
本発明の重合体粉体(P1)は、ガラス転移温度が0℃以下である(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)を含む重合体粉体であって、重合体粉体のアセトン可溶分が5質量%以上であり、アセトン可溶分の質量平均分子量が10万以上である。尚、本発明書において、(メタ)アクリルは、アクリル又はメタクリルを意味する。
<ガラス転移温度が0℃以下である(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)>
本発明において、(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)は、(メタ)アクリル酸エステル単量体(a11)を含有する単量体混合物(a1)を重合して得られるものであり、Fox式で求めたガラス転移温度(Tg)が0℃以下の重合体である。
(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)のTgは、上記の単独重合体のTgの数値を用い、Fox式により求めることができる。Fox式を以下に示す。
1/(273+Tg)=Σ(wi/(273+Tgi))
式中、Tgは共重合体のTg(℃)、wiは単量体iの質量分率、Tgiは単量体iを重合して得られる単独重合体のTg(℃)である。
ここで、単独重合体のTgの数値としては、POLYMER HANDBOOK THIRD EDITION(WILEY INTERSCIENCE)に記載の数値を用いた。
尚、単量体混合物(a1)が架橋性単量体(a13)及び/又はグラフト交叉剤(a14)を含有する場合には、架橋性単量体及びグラフト交叉剤を除いた単量体について、Tgを求めることとする。
(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)のFox式で求めたTgが0℃以下であれば、硬化性樹脂組成物を硬化して得られる硬化物の弾性率が低下する。(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)のFox式で求めたTgは−20℃以下であることが好ましい。
Fox式で求めたTgが0℃以下の重合体(A1)は、例えば、単独重合体のTgが0℃以下となる(メタ)アクリル酸エステル単量体(a11)を50質量%以上含有する単量体混合物(a1)を重合することにより得ることができる。
単独重合体のTgが0℃以下となる(メタ)アクリル酸エステル単量体(a11)としては、例えば、アクリル酸エチル(単独重合体のTg:−24℃)、アクリル酸n−プロピル(同:−37℃)、アクリル酸n−ブチル(同:−54℃)、アクリル酸i−ブチル(同:−49℃)、アクリル酸2−エチルヘキシル(同:−50℃)が挙げられる。これらの単量体の中でも、硬化物の低弾性率化に優れることから、アクリル酸2−エチルヘキシル(同:−50℃)が好ましい。アクリル酸2−エチルヘキシルは、単量体混合物(a1)中50質量%以上含まれるのが好ましい。これらの単量体(a11)は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
単量体混合物(a1)は、(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)のFox式で求めたTgが0℃以下となる範囲で、必要に応じて、(メタ)アクリル酸エステル単量体(a11)以外の、その他の単量体(a12)を含有してもよい。
その他の単量体(a12)としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、アルキル置換スチレン等の芳香族ビニル単量体;(メタ)アクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸n−ブチル等の(a11)以外の(メタ)アクリル酸エステル単量体;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のシアン化ビニル単量体;(メタ)アクリル酸グリシジル等のグリシジル基を有するビニル単量体、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル等のヒドロキシル基を有するビニル単量体、(メタ)アクリル酸変性シリコーンが挙げられる。これらの単量体(a12)は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
単量体混合物(a1)(100質量%)中の、その他の単量体(a12)の含有率は0〜20質量%の範囲であることが好ましい。単量体混合物(a1)(100質量%)中の、その他の単量体(a12)の含有率が20質量%以下であれば、硬化性樹脂組成物を硬化して得られる硬化物の弾性率が低下する。
単量体混合物(a1)は、必要に応じて、架橋性単量体(a13)及び/又はグラフト交叉剤(a14)を含有してもよい。
架橋性単量体(a13)としては、例えば、ジ(メタ)アクリル酸エチレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸プロピレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸1,3−ブチレンリコール、ジ(メタ)アクリル酸1,4−ブチレングリコール、ジビニルベンゼン、多官能(メタ)アクリル基変性シリコーンが挙げられる。
グラフト交叉剤(a14)としては、例えば、(メタ)アクリル酸アリル、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレートが挙げられる。尚、(メタ)アクリル酸アリルは架橋性単量体(a13)として用いることもできる。
これらの架橋性単量体(a13)及び/又はグラフト交叉剤(a14)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの架橋性単量体(a13)及び/又はグラフト交叉剤(a14)を用いることで、架橋構造を有する(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)を得ることができる。
架橋性単量体(a13)及び/又はグラフト交叉剤(a14)の含有率は、単量体混合物(a1)(100質量%)中、合計で0.001〜15質量%であることが好ましく、0.01〜5質量%であることがより好ましい。単量体混合物(a1)(100質量%)中の、架橋性単量体(a13)及び/又はグラフト交叉剤(a14)の含有量が15質量%以下であれば、得られる硬化物が低弾性率となる。
(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)は組成の異なる2種以上を併用しても良い。
(重合方法)
単量体混合物(a1)の重合方法としては、粒子状の重合体を得ることができる重合方法であれば特に制限されないが、真球状粒子を得やすい重合方法が好ましく、例えば、乳化重合法、ソープフリー乳化重合法、分散重合法、膨潤重合法、ミニエマルション重合法、微細懸濁重合法が挙げられる。この中でも、硬化性樹脂中での分散性に優れ、ファインピッチ化にも対応した粒子径を有する重合体が得られることから、ソープフリー乳化重合法、微細懸濁重合法が好ましい。
(重合助剤)
単量体混合物(a1)を重合する際には、重合開始剤、乳化剤、分散安定剤、連鎖移動剤を用いることができる。
(重合開始剤)
単量体混合物(a1)の重合に用いる重合開始剤としては、公知の重合開始剤を用いることができる。(メタ)アクリル酸エステル系重合体を噴霧乾燥で粉体化する際に金属イオンの残留がないため、金属イオンが含まれていない重合開始剤を用いることが好ましい。
金属イオンが含まれていない重合開始剤としては、例えば、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、4,4’−アゾビス−(4−シアノバレリックアシッド)、2,2’−アゾビス−[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン]等のアゾ系化合物;過硫酸アンモニウム等の過硫酸化合物;ジイソプロピルベンゼンヒドロパーオキシド、p−メンタンヒドロパーオキシド、クメンヒドロパーオキシド、t−ブチルヒドロパーオキシド等の有機過酸化物;前記過硫酸化合物又は前記有機過酸化物を一成分としたレドックス系開始剤が挙げられる。これらの重合開始剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの重合開始剤の中でも、過硫酸アンモニウム、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、4,4’−アゾビス−(4−シアノバレリックアシッド)、2,2’−アゾビス−[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン]が好ましい。
重合温度は重合開始剤の種類にもよるが、例えば、40〜90℃程度の範囲で適宜行なうことができる。
(乳化剤)
単量体混合物(a1)の重合に用いる乳化剤としては、公知の乳化剤を用いることができ、例えば、不均化ロジン酸、オレイン酸、ステアリン酸等の高級脂肪酸のアルカリ金属塩やアンモニウム塩、ドデシルベンゼンスルホン酸等のスルホン酸アルカリ金属塩やアンモニウム塩、ノニオン系乳化剤が挙げられる。
これらの乳化剤の中でも、重合体粉体(P1)への金属イオンの残留がないことから、金属イオンが含まれていないアンモニウム塩型アニオン系乳化剤、ノニオン系乳化剤を用いることが好ましい。
アンモニウム塩型アニオン系乳化剤としては、乳化重合の安定性に優れることから、ラウリル硫酸アンモニウム、ジ−(2−エチルヘキシル)スルホコハク酸アンモニウムが好ましい。ノニオン系乳化剤としては、乳化重合の安定性に優れることから、ポリオキシエチレン(85)モノテトラデシルエーテル、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテルが好ましい。
(分散安定剤)
単量体混合物(a1)の重合に用いる分散安定剤としては、例えば、リン酸カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、澱粉末シリカ等の水難溶性無機塩;ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、セルロース誘導体等のノニオン系高分子化合物;及びポリアクリル酸又はその塩、ポリメタクリル酸又はその塩、メタクリル酸エステルとメタクリル酸又はその塩との共重合体等のアニオン系高分子化合物が挙げられる。これらの中では、電気特性に優れることからノニオン系高分子化合物が好ましい。また、重合安定性との両立の観点から目的に応じて2種以上の分散安定剤を併用することができる。
(連鎖移動剤)
単量体混合物(a1)の重合の際に、必要に応じて、t−ドデシルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、α−メチルスチレン等の連鎖移動剤を用いることもできる。
本発明の(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)は、単層、又は2層以上の多層構造を有するものであっても良い。また、2種以上の(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)を複合させても良い。
(単量体混合物(b1))
本発明において、重合体粉体(P1)は、ガラス転移温度が0℃以下である(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)以外の重合体(B1)を含むことができる。
本発明において、重合体(B1)は、ラジカル重合可能なビニル単量体(b11)を含有する単量体混合物(b1)を重合して得られる。本発明において、重合体(B)は、Fox式で求めたTgが0℃を超えることが好ましい。尚、単量体混合物(b1)が架橋性単量体(b12)を含有する場合には、架橋性単量体を除いた単量体について、Tgを求めることとする。Fox式で求めたTgが0℃を超える重合体(B1)は、例えば、単独重合体のTgが0℃を超える単量体を50質量%以上とする単量体混合物(b1)を重合することにより得ることができる。
ラジカル重合可能なビニル単量体(b11)としては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸i−プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸i−ブチル、(メタ)アクリル酸n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸n−オクチル、(メタ)アクリル酸t−ブチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタジエニル、(メタ)アクリル酸N,N−ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸N−メチル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジル等の(メタ)アクリル酸エステル単量体;(メタ)アクリロニトリル等のシアン化ビニル単量体;スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン等の芳香族ビニル単量体;アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸、イソクロトン酸、サリチル酸ビニロキシ酢酸、アリロキシ酢酸、2−(メタ)アクリロイルプロパン酸、3−(メタ)アクリロイルブタン酸、4−ビニル安息香酸等のカルボキシル基含有ビニル単量体;(メタ)アクリル酸ヒドロキシメチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸4−ヒドロキシブチル等の水酸基含有ビニル単量体;(メタ)アクリル酸グリシジル等のグリシジル基含有ビニル単量体;(メタ)アクリルアミド;ビニルピリジン、ビニルアルコール、ビニルイミダゾール、ビニルピロリドン、酢酸ビニル、1−ビニルイミダゾール等のビニル単量体;モノメチルイタコネート、モノエチルイタコネート、モノプロピルイタコネート、モノブチルイタコネート、ジメチルイタコネート、ジエチルイタコネート、ジプロピルイタコネート、ジブチルイタコネート等のイタコン酸エステル;モノメチルフマレート、モノエチルフマレート、モノプロピルフマレート、モノブチルフマレート、ジメチルフマレート、ジエチルフマレート、ジプロピルフマレート、ジブチルフマレート等のフマル酸エステル;及びモノメチルマレート、モノエチルマレート、モノプロピルマレート、モノブチルマレート、ジメチルマレート、ジエチルマレート、ジプロピルマレート、ジブチルマレート等のマレイン酸エステルが挙げられる。これらの単量体(b11)は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中で、ラジカル重合が容易であり、且つ乳化重合が容易であることから、(メタ)アクリル酸エステルが好ましい。
単量体混合物(b1)は、必要に応じて、架橋性単量体(b12)を含有してもよい。
架橋性単量体(b12)としては、例えば、ジ(メタ)アクリル酸エチレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸プロピレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸1,3−ブチレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸1,4−ブチレングリコール、ジビニルベンゼン、多官能(メタ)アクリル基変性シリコーン、(メタ)アクリル酸アリルが挙げられる。これらの架橋性単量体(b12)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
架橋性単量体(b12)の含有率は、単量体混合物(b1)(100質量%)中、0.001〜15質量%であることが好ましく、0.01〜5質量%であることがより好ましい。単量体混合物(b1)(100質量%)中の、架橋性単量体(b12)の含有率量が15質量%以下であれば、ゲル化性の付与効果に優れる。
本発明において重合体(B1)は、単層、又は2層以上の多層構造を有するものであっても良い。
(重合方法)
単量体混合物(b1)を重合する方法としては、粒子状の重合体を得ることができる重合方法であれば特に制限されないが、真球状粒子を得やすい重合方法が好ましく、例えば、乳化重合法、ソープフリー乳化重合法、分散重合法、膨潤重合法、ミニエマルション重合法、微細懸濁重合法が挙げられる。この中でも、分散性に優れ、ファインピッチ化にも対応した粒子径を有する重合体が得られることから、ソープフリー乳化重合法、微細懸濁重合法が好ましい。重合体が球状粒子であると、重合体粉体(P1)を硬化性樹脂に配合する際に、硬化性樹脂組成物の粘度が上昇するのを抑制でき、流動性に優れた硬化性樹脂組成物が得られる。
(重合助剤)
単量体混合物(b1)を重合する際には、重合開始剤、乳化剤、分散安定剤、連鎖移動剤を用いることができる。
(重合開始剤)
単量体混合物(b1)の重合に用いる重合開始剤としては、単量体混合物(a1)の重合に用いる重合開始剤と同様のものを用いることができる。
(乳化剤)
単量体混合物(b1)の重合に用いる乳化剤としては、単量体混合物(a1)の重合に用いる乳化剤と同様のものを用いることができる。
(分散安定剤)
単量体混合物(b1)の重合に用いる乳化剤としては、単量体混合物(a1)の重合に用いる分散安定剤と同様のものを用いることができる。
(連鎖移動剤)
単量体混合物(b1)の重合の際に、必要に応じて、t−ドデシルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、α−メチルスチレン等の連鎖移動剤を用いることもできる。
<重合体粉体(P1)>
(組成比)
本発明の重合体粉体(P1)は、重合体の全体((メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)と重合体(B1)の合計)を100質量%とした場合に、(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)30〜90質量%、重合体(B1)70〜10質量%であることが好ましい。
重合体の全体(100質量%)中の、(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)の含有率が30質量%以上であれば、硬化性樹脂組成物を硬化して得られる硬化物が低弾性率となり、90質量%以下であれば、グラフト共重合体を樹脂に配合した際の、経時的な増粘を抑制することができる。
重合体の全体(100質量%)中の、重合体(B1)の含有率が10質量%以上であれば、重合体粉体(P1)を硬化性樹脂に配合した際の、経時的な増粘を抑制することができ、さらにゲル化性付与効果に優れる。また、重合体(B1)の含有率が70質量%以下であれば、硬化性樹脂組成物を硬化して得られる硬化物の低弾性率化に優れる。
(粉体回収)
本発明において、重合体のエマルションを粉体化する方法としては、公知の粉体化方法を用いることができ、例えば、噴霧乾燥法、凍結乾燥法、凝固法が挙げられる。これらの粉体化方法の中でも、硬化性樹脂中での重合体粉体(P1)の分散性に優れることから、噴霧乾燥法が好ましい。
噴霧乾燥法は、エマルションを微小液滴状に噴霧し、これに熱風を当てて乾燥するものである。微小液滴を発生させる方法としては、例えば、回転ディスク式、加圧ノズル式、二流体ノズル式、加圧二流体ノズル式が挙げられる。乾燥機容量は、特に制限はなく、実験室で用いるような小規模なスケールから、工業的に用いるような大規模なスケールまで、いずれも用いることができる。乾燥機における乾燥用加熱ガスの供給部である入口部、乾燥用加熱ガス及び乾燥粉末の排出口である出口部の位置も、特に制限はなく、通常用いる噴霧乾燥装置と同様でよい。装置内に導入する熱風の温度(入口温度)、即ち重合体に接触し得る熱風の最高温度は、得られる硬化性樹脂組成物中の重合体粉体(P1)の分散性に優れることから、100〜200℃であることが好ましく、120〜180℃であることがより好ましい。
噴霧乾燥の際の重合体のエマルションは、1種でもよく、複数のエマルションの混合物でもよい。また、噴霧乾燥時のブロッキング、嵩比重等の粉体特性を向上させるために、シリカ、タルク、炭酸カルシウム等の無機質充填剤や、ポリアクリレート、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド等を添加してもよい。また、必要に応じて、酸化防止剤や添加剤等を加えて噴霧乾燥してもよい。
(アセトン可溶分が10質量%以上)
本発明において、重合体粉体(P1)のアセトン可溶分は5質量%以上である。重合体粉体のアセトン可溶分が5質量%以上であれば、硬化性樹脂組成物に充分なゲル化性を付与することができ、高温においても硬化性樹脂の流動が抑制される。
重合体粉体(P1)のアセトン可溶分は、硬化性樹脂の粘度が極めて低い場合でも高いゲル化性を付与できることから、10質量%以上が好ましく、15質量%以上がより好ましい。特に、低粘度で使用される用途では、少ない添加量で高いゲル化性を付与できることが要求されるため、アセトン可溶分が多いほど幅広い用途に使用できる。
重合体粉体(P1)のアセトン可溶分は、得られる硬化性樹脂組成物の貯蔵安定性に優れることから、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、30質量%以下がさらに好ましい。
尚、本発明において、アセトン可溶分は、後述するアセトン可溶分の測定法により得られたものをいう。
アセトン可溶分は、単量体混合物(a1)中の架橋性単量体(a13)及びグラフト交叉剤(a14)の含有率、(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)と重合体(B1)の組成比、並びに単量体混合物(b1)中の架橋性単量体(b12)の含有率を調整することで、適宜設定することができる。
アセトン可溶分を増やすには、単量体混合物(a1)中の架橋性単量体(a13)及びグラフト交叉剤(a14)の含有率を少なくする、又は重合体の全体中の重合体(B1)の含有率を多くする、又は単量体混合物(b1)中の架橋性単量体(b12)の含有率を少なくすることがよい。
(アセトン可溶分の質量平均分子量が10万以上)
本発明において、重合体粉体(P1)のアセトン可溶分の質量平均分子量は10万以上である。重合体粉体(P1)のアセトン可溶分の質量平均分子量が10万以上であれば、少ない添加量で高いゲル化性を付与でき、高温においても硬化性樹脂の流動が抑制される。硬化性樹脂への溶解性が低下することがなく、短時間で充分なゲル状態にできることから、質量平均分子量は2000万以下が好ましい。
重合体粉体(P1)のアセトン可溶分の質量平均分子量は、硬化性樹脂の粘度が極めて低い場合でも高いゲル化性を付与できることから、15万以上が好ましく、20万以上がより好ましく、40万以上がさらに好ましい。また、一定温度で効率的にゲル状態にできることから、1000万以下がより好ましく、500万以下がさらに好ましく、200万以下が特に好ましい。
本発明においてゲル状態は、後述する測定法により得られたゲル化温度及びゲル化性能で評価することができる。
また、本発明において、質量平均分子量は後述する質量平均分子量の測定法により得られたものをいう。
質量平均分子量は、重合開始剤の種類、重合開始剤量、重合温度、連鎖移動剤量を調整することで、適宜設定することができる。質量平均分子量を高くするには、重合開始剤量を減らす、又は重合温度を低くする、又は連鎖移動剤量を低くすることがよい。
(体積平均一次粒子径(Dv))
重合体粉体(P1)の体積平均一次粒子径(Dv)は200nm以上であることが好ましく、500nm以上であることがより好ましい。通常、噴霧乾燥法や湿式凝固法等によって得られる粉体は、一次粒子が多数集合した凝集粉体であるが、体積平均一次粒子径(Dv)が200nm以上の場合は、この凝集粉体が一次粒子に分散し易く、液状エポキシ樹脂等の硬化性樹脂に配合した際の本粉体の分散性が良好となる。また、体積平均一次粒子径(Dv)が200nm以上であれば、粒子が持つ総表面積を充分に小さくできるため、硬化性樹脂組成物の粘度が上昇しにくいという利点を持つ。
また、ファインピッチ化や薄膜化への対応が可能であることから、重合体粉体(P1)の体積平均一次粒子径(Dv)は、8μm以下が好ましく、5μm以下がより好ましく、1μm以下がさらに好ましく800nm以下が特に好ましい。
体積平均一次粒子径(Dv)は、重合方法によって適宜調整することができる。例えば乳化重合法によれば〜250nm、ソープフリー乳化重合法によれば〜1mm、微細懸濁重合法によれば〜10mmの粒子径のものが得られる。また、乳化重合法で重合する場合には、乳化剤量を調整することで、適宜設定することができる。
本発明の重合体粉体(P1)は、粉体としての性状や構造は問わない。例えば、重合で得られた一次粒子が多数集合して凝集粉体(二次粒子)を形成していてもよく、それ以上の高次構造を形成していても良い。但し、このような凝集粉体の場合、一次粒子同士が強固に結合せず、緩く凝集している状態が好ましい。これにより、硬化性樹脂中で一次粒子が微細、且つ均一に分散される。
また、重合体粉体(P1)は、硬化性樹脂中での分散性が良好となることから、体積平均一次粒子径(Dv)の小さな粒子が少ないものが好ましく、単分散性の良好なものが好ましい。
本発明において、重合体粉体(P1)の単分散性は、重合体粉体(P1)の体積平均一次粒子径(Dv)と個数平均一次粒子径(Dn)との比(Dv/Dn)で示される。重合体粉体(P1)のDv/Dnとしては3.0以下が好ましく、2.0以下がより好ましく、1.5以下がさらに好ましい。重合体粉体(P1)の単分散性が高い(Dv/Dnが1に近い)ほど、硬化性樹脂組成物のゲル化が短時間で急速に進行し、硬化性樹脂組成物の貯蔵安定性との両立がし易くなる傾向にある。
(アルカリ金属イオンの含有量)
重合体粉体(P1)中のアルカリ金属イオンの含有量は10ppm以下であることが好ましい。アルカリ金属イオンの含有量は10ppm以下であれば、本発明の硬化性樹脂組成物を硬化して得られる硬化物の絶縁特性が優れたものとなる。アルカリ金属イオンの含有量は5ppm以下であることがより好ましく、1ppm以下であることがさらに好ましい。硬化性樹脂組成物は様々な用途に用いられるが、半導体ウェハーに直接触れる用途では、特に高い電気特性が要求される。また電子機器の薄型化に伴い、僅かなイオン性不純物の存在が絶縁不良を生じる場合もある。従って、アルカリ金属イオンの含有量が上記の範囲内であれば、幅広い用途に使用できる。
本発明において、重合体粉体(P1)のアルカリ金属イオンの含有量はNaイオン及びKイオンの合計量であり、後述するアルカリ金属イオンの含有量の測定法により得られたものをいう。
(粉体解砕性)
本発明の重合体粉体(P1)は、10μm以下の粒子径の粒子の占める割合が30vol%未満であることが好ましく、ハンドリング性の観点から、20vol%以下であることが好ましい。ここで、重合体粉体(P1)の粒子径とは、噴霧乾燥法や湿式凝固法等によって得られた凝集体の粒子径を意味する。このとき、重合体粉体(P1)の一次粒子同士は多数集合して凝集体を形成している。
本発明の重合体粉体(P1)は一次粒子同士が強固に結合せず、緩く凝集している状態を有していることが好ましく、周波数42kHz、出力40wの超音波を5分間照射した後に、10μm以下の粒子径の粒子の占める割合が30vol%以上となることが好ましい。さらに、10μm以下の粒子径の粒子の占める割合は、超音波照射前より超音波照射後が10vol%以上増加することが好ましい。
上記の超音波の照射は、得られた重合体粉体(P1)をイオン交換水で希釈して行うものであり、例えばレーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置(島津製作所社製、「SALD−7100」)を用いて、5分間超音波を照射後、粒子径10μm以下の粒子の割合を体積基準で測定する。
重合体粉体(P1)の試料濃度は、装置に付属の散乱光強度モニターにおいて適正範囲となるよう適宜調整した。
重合体粉体(P1)が上記の粉体解砕性を有するためには、例えば、体積平均一次粒子径(Dv)が200nm以上、好ましくは400〜900nm、より好ましくは500〜800nmの重合体エマルションを噴霧回収法等で粉体化することが好ましい。
(体積平均二次粒子径(Dv))
重合体粉体(P1)の体積平均二次粒子径(Dv)は、6〜300μmであることが好ましく、10〜220μmであることがより好ましく、20〜200μmであることがさらに好ましい。重合体粉体(P1)の体積平均二次粒子径が6μm以上であると、硬化性樹脂中で重合体粉体(P1)が凝集しにくく、300μm以下であると、硬化性樹脂中で重合体粉体(P1)が分散性に優れたものとなる。硬化性樹脂中で重合体粉体(P1)の体積平均二次粒子径は、体積平均一次粒子径と同様の測定方法による測定値を採用することができる。
(水分率)
重合体粉体(P1)が含有する水分の比率は、1.5%以下が好ましく、1.0%以下がより好ましい。重合体粉体(P1)が含有する水分の比率が1.5%以下であれば、硬化性樹脂組成物を成形した際に、クラックが発生するおそれが少ない。
(硫酸イオンの含有量)
重合体粉体(P1)中の硫酸イオン(SO4 2-)の含有量は500ppm以下が好ましく、300ppm以下がより好ましく、100ppm以下がさらに好ましい。電子材料に用いる硬化性樹脂組成物は、銅やアルミニウム等の金属製のワイヤーや回路配線等と接触する環境で用いられることから、硫酸イオンが残存すると金属腐食を引き起こし、導通不良や誤動作の原因となる場合がある。重合体粉体(P1)中の硫酸イオンの含有量が100ppm以下であれば、幅広い用途に使用できる。
重合体粉体(P1)を得るため、乳化重合法や懸濁重合法で単量体混合物を重合する場合、硫酸塩以外に、硫酸エステルやスルホン酸化合物等を用いることがある。これらの化合物に含まれる、スルホン酸イオン、スルフィン酸イオン、硫酸エステルイオンも、金属腐食を引き起こす場合がある。
従って、単量体混合物の重合時には、硫酸エステルやスルホン酸化合物等の使用量を減らすことが好ましい。
(硬化性樹脂)
本発明の重合体粉体(P1)はエポキシ樹脂等の硬化性樹脂に添加して使用することができる。本発明の重合体粉体(P1)は硬化性樹脂用応力緩和剤兼プレゲル化剤として使用することができる。尚、応力緩和剤とは硬化性樹脂組成物の硬化物の弾性率を低下させる添加剤であり、プレゲル化剤とは硬化性樹脂組成物にゲル化性を付与する添加剤である。
硬化性樹脂組成物に、応力緩和剤、プレゲル化剤をそれぞれ添加して、硬化性樹脂組成物にゲル化性を付与し、硬化物の弾性率を低下する方法があるが、硬化性樹脂組成物に各種添加剤を配合すると、硬化性樹脂組成物の粘度は上昇する。そのため、特に硬化性樹脂組成物の低粘度化が要求される用途においては、添加剤の配合量を削減したいという要求が強い。
本発明の重合体粉体(P1)からなる応力緩和剤兼プレゲル剤を使用することで、硬化性樹脂組成物に配合する添加剤量を削減することができ、初期粘度、ゲル化性、硬化物の低弾性率化に優れた硬化性樹脂組成物を得ることができる。
本発明において硬化性樹脂としては、熱硬化性樹脂及び活性エネルギー線硬化性樹脂が挙げられる。
熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、オキセタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂及びポリイミド樹脂が挙げられる。これらは、1種を単独で又は2種以上を併用することができる。
活性エネルギー線硬化性樹脂としては、紫外線や電子線等の照射により硬化する樹脂が挙げられ、例えば、活性エネルギー線硬化性アクリル樹脂、活性エネルギー線硬化性エポキシ樹脂及び活性エネルギー線硬化性オキセタン樹脂が挙げられる。
また、硬化性樹脂としては、目的に応じて熱硬化と活性エネルギー線硬化のハイブリッド硬化(デュアルキュア)タイプのものを使用することができる。
これらの中で硬化性樹脂としては、絶縁性が高く電気特性に優れ電子材料分野に好適であることから、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂及びオキセタン樹脂が好ましい。
エポキシ樹脂としては、例えば、JER827、JER828、JER834(三菱化学(株)製)、RE−310S(日本化薬(株)製)等のビスフェノールA型エポキシ樹脂;JER806L(三菱化学(株)製)、RE303S−L(日本化薬(株)製)等のビスフェノールF型エポキシ樹脂;HP−4032、HP−4032D(大日本インキ化学(株)製)等のナフタレン型エポキシ樹脂;NC−3000(日本化薬(株)製)、YX4000(三菱化学(株)製)等のビフェニル型エポキシ樹脂;YDC−1312、YSLV−80XY、YSLV−120TE(東都化成(株)製)等の結晶性エポキシ樹脂;YX8000(三菱化学(株)製)、CEL2021P(ダイセル化学工業(株)製)等の脂環式エポキシ樹脂;EPN−501H、EPN−501HY、EPN−502H(日本化薬(株)製)等の耐熱性エポキシ樹脂が挙げられる。
その他にも、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ビスフェノールE型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、臭素化エポキシ樹脂及びグリシジルアミン型エポキシ樹脂が挙げられる。
また、エポキシ樹脂としては、上記エポキシ樹脂のプレポリマーや、ポリエーテル変性エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂のような前記エポキシ樹脂と他の重合体との共重合体及びエポキシ樹脂の一部がエポキシ基を有する反応性希釈剤で置換されたものも挙げられる。
上記の反応性希釈剤としては、例えば、レゾルシングリシジルエーテル、t−ブチルフェニルグリシジルエーテル、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、1−(3−グリシドキシプロピル)−1,1,3,3,3−ペンタメチルシロキサン、N−グリシジル−N,N−ビス[3−(トリメトキシシリル)プロピル]アミン等のモノグリシジル化合物;ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル等のジグリシジル化合物;及び2−(3,4)−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等のモノ脂環式エポキシ化合物が挙げられる。
これらのエポキシ樹脂は、1種を単独で又は2種以上を併用することができる。
本発明においては、エポキシ樹脂としては、エポキシ樹脂組成物にゲル化性を付与する点で、常温で液体のエポキシ樹脂か、又は常温で固体であるが加熱時に硬化が充分に進行する前に液体化するエポキシ樹脂を50質量%以上含有するものが好ましい。
また、本発明のエポキシ樹脂組成物を液状封止材として使用する場合は、エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ジヒドロキシジフェニルメタンジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ジヒドロキシビフェニルジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、4,4’−ジヒドロキシビフェニルジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、1,6−ジヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂、臭素化クレゾールノボラック型エポキシ樹脂及びビスフェノールD型エポキシ樹脂が挙げられる。
(硬化性樹脂組成物)
本発明の硬化性樹脂組成物は、前述の重合体粉体(P1)及び硬化性樹脂を含有するものである。
硬化性樹脂組成物中の重合体粉体(P1)の配合量としては5質量部以上が好ましく、10質量部がより好ましく、15質量部以上がさらに好ましい。重合体粉体(P1)の配合率が5質量部以上であれば、重合体粉体(P1)の添加剤としての効果が充分に発現する。また、重合体粉体(P1)の配合率としては50質量部以下が好ましく、40質量部以下がより好ましい。重合体粉体(P1)の配合率が50質量部以下であれば、硬化性樹脂組成物のペースト粘度が上昇するのを抑制することができ、用途によって加工性・作業性が低下する可能性を抑制することができる。
(その他添加物)
本発明の硬化性樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲内で、各種添加剤を配合することができる。
添加剤として、例えば、銀粉、金粉、ニッケル粉、銅粉等の導電性フィラー;窒化アルミニウム、炭酸カルシウム、シリカ、アルミナ等の絶縁フィラー;チキソ付与剤、流動性向上剤、難燃剤、耐熱安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、イオン吸着体、カップリング剤、離型剤及び応力緩和剤が挙げられる。
難燃剤は、本発明の目的を逸脱しない範囲であれば、リン系、ハロゲン系、無機系難燃剤等、公知のものを用いればよい。
耐熱安定剤としては、例えば、フェノール系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤、リン系酸化防止剤が挙げられる。酸化防止剤は、それぞれ単独で使用できるが、フェノール系/イオウ系、又はフェノール系/リン系のように2種以上を併用することが好ましい。
(混合)
本発明の硬化性樹脂組成物を調製する際には、公知の混練装置を用いることができる。
硬化性樹脂組成物を得るための混練装置としては、例えば、らいかい機、アトライタ、プラネタリミキサ、ディゾルバー、三本ロール、ボールミル及びビーズミルが挙げられる。これらは2種以上を併用することができる。
本発明の硬化性樹脂組成物に添加剤等を配合する場合、配合する順番は特に問わないが、本発明の効果を充分に発揮するために、重合体粉体(P1)はできるだけ最後に混練することが好ましい。また、混練による剪断発熱等で系内の温度が上がるような場合には、混練中に温度を上げない工夫をすることが好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物は、一次実装用アンダーフィル材、二次実装用アンダーフィル材、ワイヤーボンドにおけるグラブトップ材等の液状封止材;基板上の各種チップ類を一括で封止する封止用シート;プレディスペンス型のアンダーフィル材;ウエハーレベルで一括封止する封止シートといった半導体用封止材料,光学接着剤;液晶、有機EL等の各種フラットパネルディスプレイのシーリング材といった液晶表示素子用シール剤,3層銅張積層板用の接着層;ダイボンドフィルム、ダイアタッチフィルム、層間絶縁フィルム、カバーレイフィルム等の接着層;ダイボンドペースト、層間絶縁ペースト、導電ペースト、異方導電ペースト等の接着性ペースト;発光ダイオードの封止材等の各種用途に使用することができる。中でも、基板上の各種チップ類を一括で封止する封止用シート、ウエハーレベルで一括封止する封止シート、ダイボンドフィルム、ダイアタッチフィルム、層間絶縁フィルム、カバーレイフィルムといったシート状物品に好適である。
(硬化物)
本発明の硬化物は硬化性樹脂組成物を硬化して得られるものである。
本発明においては、硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を使用する場合、例えば、酸無水物、アミン化合物、フェノール化合物等の硬化剤を使用して硬化性樹脂組成物を硬化させることができる。硬化剤を使用することにより、エポキシ樹脂の硬化性及び硬化物特性を調整することができる。特に、硬化剤として酸無水物を使用する場合、本硬化物の耐熱性や耐薬品性を向上させることができ、好ましい。
酸無水物としては、例えば、無水フタル酸、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、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルハイミック酸、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸無水物、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、エチレングリコールビストリメリテート、グリセロールトリストリメリテート、ドデセニル無水コハク酸、ポリアゼライン酸無水物及びポリ(エチルオクタデカン二酸)無水物が挙げられる。これらの中で、耐候性、耐光性、耐熱性等が求められる用途ではメチルヘキサヒドロ無水フタル酸及びヘキサヒドロ無水フタル酸が好ましい。これらは、1種を単独で又は2種以上を併用することができる。
アミン化合物としては、例えば、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ヘキサメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、m−キシレンジアミン、2−メチルペンタメチレンジアミン、ジエチルアミノプロピルアミン等の脂肪族ポリアミン;イソホロジアミン、1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン、メチレンビスシクロヘキサナミン、ノルボルネンジアミン、1,2−ジアミノシクロヘキサン、ビス(4−アミノ−3−メチルジシクロヘキシル)メタン、ジアミノジシクロヘキシルメタン、2,5(2,6)−ビス(アミノメチル)ビシクロ[2,2,1]ヘプタン等の脂環族ポリアミン;ジアミノジエチルジフェニルメタン、ジアミノフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、ジアミノジフェニルメタン、m−フェニレンジアミン、ジアミノジエチルトルエン等の芳香族ポリアミンが挙げられる。これらは、1種を単独で又は2種以上を併用することができる。
耐候性、耐光性、耐熱性等が求められる用途では2,5(2,6)−ビス(アミノメチル)ビシクロ[2,2,1]ヘプタン及びイソホロンジアミンが好ましい。これらは、1種を単独で又は2種以上を併用することができる。
フェノール化合物としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールAD及びこれらビスフェノール類のジアリル化物の誘導体が挙げられる。これらの中で、機械強度及び硬化性に優れることからビスフェノールAが好ましい。これらは、1種を単独で又は2種以上を併用することができる。
前記の硬化剤の使用量としては、硬化物の耐熱性及び硬化性に優れることから、エポキシ樹脂100質量部に対して20〜120質量部が好ましく、60〜110質量部がより好ましい。尚、硬化剤の使用量としては、当量比としては、エポキシ基1当量あたり、酸無水物の場合には、酸無水物基が好ましくは0.7〜1.3当量、より好ましくは0.8〜1.1当量程度であり、アミン系化合物の場合には、活性水素が好ましくは0.3〜1.4当量、より好ましくは0.4〜1.2当量程度、フェノール化合物の場合には、活性水素が好ましくは0.3〜0.7当量、より好ましくは0.4〜0.6当量程度である。
本発明においては、エポキシ樹脂を硬化させる際に、必要に応じて硬化促進剤、潜在性硬化剤等を使用することができる。
硬化促進剤としては、エポキシ樹脂の熱硬化触媒として用いられている公知のものを使用することができ、例えば、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物;イミダゾール化合物とエポキシ樹脂のアダクト;トリフェニルホスフィン等の有機リン化合物;テトラフェニルホスフィンテトラフェニルボレート等のボレート類;及びジアザビシクロウンデセン(DBU)が挙げられる。これらは、1種を単独で又は2種以上を併用することができる。
硬化促進剤が使用される場合、硬化促進剤は、通常、エポキシ樹脂100質量部に対して0.1〜8質量部、好ましくは0.5〜6質量部が添加される。
潜在性硬化剤は、常温では固体であり、エポキシ樹脂の加熱硬化時に液化して硬化剤として作用するものである。
潜在性硬化剤としては、例えば、ジシアンジアミド、カルボヒドラジド、シュウ酸ジヒドラジド、マロン酸ジヒドラジド、コハク酸ジヒドラジド、イミノジ酢酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、ピメリン酸ジヒドラジド、スベリン酸ジヒドラジド、アゼライン酸ジヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジド、ドデカンジヒドラジド、ヘキサデカンジヒドラジド、マレイン酸ジヒドラジド、フマル酸ジヒドラジド、ジグリコール酸ジヒドラジド、酒石酸ジヒドラジド、リンゴ酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド、テレフタル酸ジヒドラジド、2,6−ナフトエ酸ジヒドラジド、4,4’−ビスベンゼンジヒドラジド、1,4−ナフトエ酸ジヒドラジド、アミキュアVDH及びアミキュアUDH(いずれも商品名、味の素(株)製)、クエン酸トリヒドラジド等の有機酸ヒドラジド及び各種のアミンアダクト系化合物が挙げられる。これらは、1種を単独で又は2種以上を併用することができる。
本発明においては、硬化性樹脂としてオキセタン樹脂を使用する場合、例えば、酸無水物等の硬化剤、又は、熱によりオキセタン環の開環及び重合を開始させることができる硬化触媒を配合して硬化させることができる。オキセタン樹脂としては、例えば、EHO、OXBP、OXMA、OXTP(宇部興産(株)製)が挙げられる。
硬化剤又は硬化触媒の使用量は、エポキシ樹脂の場合と同様である。
硬化性樹脂として熱硬化性樹脂を使用する場合、硬化条件としては、例えば、80〜180℃で10分〜5時間程度である。
また、硬化性樹脂として活性エネルギー線硬化性樹脂を使用する場合、使用する活性エネルギー線としては、例えば、電子線、紫外線、ガンマ線及び赤外線が挙げられる。また、活性エネルギー線の硬化条件としては、紫外線で硬化させる場合、高圧水銀灯、エキシマランプ、メタルハライドランプ等を備えた公知の紫外線照射装置を使用することができる。
紫外線照射量としては50〜1,000mJ/cm2程度である。電子線で硬化させる場合、公知の電子線照射装置を使用することができ、電子線照射量としては10〜100kGy程度である。
本発明の硬化性樹脂組成物を硬化して得られる硬化物は、電子材料を始めとする各種用途に用いることができ、半導体封止材料や接着剤等の低弾性率化が要求される用途に特に好適である。
(ii)重合体粉体(P2)
本発明の重合体粉体(P2)は、アセトン可溶分が2質量%以上35質量%以下であり、アセトン可溶分の質量平均分子量が10万以上であり、体積平均一次粒子径(Dv)が200nm以上である重合体粉体である。
<アセトン可溶分>
本発明において、アセトン可溶分とは、所定量の重合体粉体(P2)を、50倍の質量のアセトンに溶解させ、70℃で6時間還流した後の溶解した質量(%)を意味する。より詳細には、後述するアセトン可溶分の測定法により得られるものをいう。
重合体粉体(P2)のアセトン可溶分が、35質量%以下であれば、重合体粉体(P2)を硬化性樹脂組成物に配合した際の硬化物のガラス転移温度の低下を抑制することができる。
重合体粉体(P2)のアセトン可溶分は、硬化性樹脂の粘度が極めて低い場合でも高いゲル化性を付与できることから、2質量%以上であり、5質量%以上が好ましく、8質量%以上がより好ましい。また、硬化物のガラス転移温度の低下を抑制できることから、35質量%以下であり、30質量%未満が好ましく、25質量%以下がより好ましく、20質量%以下が更に好ましい。
アセトン可溶分は、単量体原料中の架橋性単量体の含有率を調整することで、適宜設定することができる。アセトン可溶分を増やすには架橋性単量体の含有率を減らし、アセトン可溶分を減らすには架橋性単量体の含有率を増やせば良い。
<アセトン可溶分の質量平均分子量>
重合体粉体(P2)のアセトン可溶分の質量平均分子量が10万以上であれば、少ない添加量で高いゲル化性を付与でき、高温においても硬化性樹脂の流動が抑制される。また、硬化性樹脂への溶解性が低下することがなく、短時間で充分なゲル状態にできることから、アセトン可溶分の質量平均分子量は2000万以下が好ましい。
重合体粉体(P2)のアセトン可溶分の質量平均分子量は、硬化性樹脂の粘度が極めて低い場合でも高いゲル化性を付与できることから、20万以上が好ましく、30万以上がより好ましく、40万以上が更に好ましい。また、一定温度で効率的にゲル状態にできることから、1000万以下がより好ましく、500万以下が更に好ましく、200万以下が特に好ましい。
本発明においてゲル状態は、後述する測定法により得られたゲル化温度及びゲル化性能で評価することができる。
また、本発明において、質量平均分子量は後述する質量平均分子量の測定法により得られたものをいう。
質量平均分子量は、重合開始剤の種類、重合開始剤量、重合温度、連鎖移動剤量を調整することで、適宜設定することができる。質量平均分子量を高くするには、重合開始剤量を減らす、又は重合温度を低くする、又は連鎖移動剤量を低くすることがよい。
<体積平均一次粒子径>
重合体粉体(P2)の体積平均一次粒子径(Dv)は200nm以上であり、300nm以上が好ましく、500nm以上がより好ましく、600nm以上が更に好ましい。体積平均一次粒子径(Dv)が200nm以上であれば、粒子が持つ総表面積を充分に小さくできるため、硬化性樹脂組成物の粘度が上昇しにくいという利点を持つ。また、ファインピッチ化や薄膜化への対応が可能であることから、重合体粉体(P2)の体積平均一次粒子径(Dv)は、8μm以下が好ましく、5μm以下がより好ましく、1μm以下が更に好ましい。
体積平均一次粒子径(Dv)は、重合方法によって適宜調整することができる。例えば乳化重合法によれば〜250nm、ソープフリー乳化重合法によれば〜1mm、微細懸濁重合法によれば〜10mmの粒子径のものが得られる。また、乳化重合法で重合する場合には、乳化剤量を調整することで、適宜設定することができる。
また、重合体粉体(P2)は単分散性の良好なものが好ましい。本発明において、重合体粉体(P2)の単分散性は、重合体粉体(A)の体積平均一次粒子径(Dv)と個数平均一次粒子径(Dn)との比(Dv/Dn)で示される。重合体粉体(P2)のDv/Dnとしては3.0以下が好ましく、2.0以下がより好ましく、1.5以下が更に好ましい。重合体粉体(A)の単分散性が高い(Dv/Dnが1に近い)ほど、硬化性樹脂組成物のゲル化が短時間で急速に進行し、硬化性樹脂組成物の貯蔵安定性との両立がし易くなる傾向にある。
重合体粉体(P2)は、粉体としての性状や構造は問わない。例えば、重合で得られた一次粒子が多数集合して凝集粉体(二次粒子)を形成していてもよく、それ以上の高次構造を形成していてもよい。ただし、このような凝集粉体の場合、一次粒子同士が強固に結合せず、緩く凝集している状態が好ましい。これにより、硬化性樹脂中で一次粒子が微細且つ均一に分散される。
さらに、重合体粉体(P2)を粉体として回収する際、通常、噴霧乾燥法や湿式凝固法等によって得られる粉体は一次粒子が多数集合した凝集粉体であるが、体積平均一次粒子径(Dv)が200nm以上の場合には、この凝集粉体が一次粒子に分散し易く、エポキシ樹脂への分散性が良好となる。
<屈折率>
本発明において、重合体粉体(P2)の屈折率は特に限定されないが、20℃での屈折率が1.48以上1.51以下であることが好ましい。ビニル重合体が多層構造粒子である場合は、各層の屈折率が1.48以上1.51以下であることが好ましい。屈折率が上記の範囲内であれば、重合体粉体(P2)を配合して得られる硬化物の透明性が優れたものとなる。重合体粉体(P2)の屈折率は、硬化物の透明性の観点から、1.49以上が好ましく、1.50以上がより好ましい。
尚、本発明において、重合体粉体(P2)の20℃での屈折率は、「POLYMER HAND BOOK」(Wiley Interscience社)に記載されている、20℃におけるホモポリマーの屈折率の値(ポリメチルメタクリレート:1.490、ポリn−ブチルメタクリレート:1.483、ポリスチレン:1.591等)を用いる。また、共重合体の屈折率については、その体積比率により算出できる。
<ガラス転移温度>
本発明において、重合体粉体(P2)のガラス転移温度は特に限定されないが、ガラス転移温度は0℃以上であることが好ましい。ビニル重合体が多層構造粒子である場合は、各層のガラス転移温度が0℃以上であることが好ましい。ガラス転移温度が0℃以上であれば、硬化性樹脂組成物に多量に配合した場合でも、硬化物のガラス転移温度の低下が抑制でき、高い耐熱性が要求される用途においても使用することができる。また、一定温度で効率的にゲル状態にできることから、ガラス転移温度は250℃以下であることが好ましい。
尚、本発明において、ビニル重合体のガラス転移温度は、Fox式により求めることができる。ビニル重合体が単独重合体の場合は、高分子学会編「高分子データハンドブック」等に記載されている標準的な分析値を採用することができ、共重合体の場合は、各単量体単位の単独重合体のTgから式(1)により算出することができる。
Fox式を以下に示す。
1/(273+Tg)=Σ(wi/(273+Tgi)) 式(1)
式中、Tgは共重合体のTg(℃)、wiは単量体iの質量分率、Tgiは単量体iを重合して得られる単独重合体のTg(℃)である。
<金属イオン量>
重合体粉体(P2)中のアルカリ金属イオンの含有量は10ppm以下が好ましく、5ppm以下がより好ましく、1ppm以下がさらに好ましい。硬化性樹脂組成物は様々な用途に用いられるが、僅かなイオン性不純物の存在が絶縁不良を生じる場合もある。
従って、アルカリ金属イオンの含有量が上記の範囲内であれば、幅広い用途に使用できる。また、プレゲル化剤を多量に必要とする用途でも使用できる。
本発明において、重合体粉体(P2)のアルカリ金属イオンの含有量はNaイオン及びKイオンの合計量であり、後述するアルカリ金属イオンの含有量の測定法により得られたものをいう。
<硫酸イオン量>
重合体粉体(P2)中の硫酸イオン(SO4 2-)の含有量は20ppm以下が好ましい。電子材料に用いる硬化性樹脂組成物は、銅やアルミニウム等の金属製のワイヤーや回路配線等と接触する環境で用いられることから、硫酸イオンが残存すると金属腐食を引き起こし、導通不良や誤動作の原因となる場合がある。重合体粉体(P2)中の硫酸イオンの含有量が20ppm以下であれば、幅広い用途に使用できる。
重合体粉体(P2)を得るため、乳化重合法や懸濁重合法でビニル単量体原料を重合する場合、硫酸塩以外に、硫酸エステルやスルホン酸化合物等を用いることがある。これらの化合物に含まれる、スルホン酸イオン、スルフィン酸イオン、硫酸エステルイオンも、金属腐食を引き起こす場合がある。
従って、ビニル単量体原料(a2)の重合時には、硫酸エステルやスルホン酸化合物等の使用量を減らすことが好ましい。
<単量体組成(a2)>
本発明においてビニル重合体(A2)は、ラジカル重合可能なビニル単量体原料(a2)を重合して得られる。
ラジカル重合可能なビニル単量体原料(a2)としては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸i−プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸i−ブチル、(メタ)アクリル酸n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸n−オクチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸t−ブチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸トリシクロ[5.2.1.02.6]デカン−8−イル−メタクリレート、ジシクロペンタジエニル、(メタ)アクリル酸N,N−ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸N−メチル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジル等の(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリロニトリル等のシアン化ビニル単量体;スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン等の芳香族ビニル単量体;アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸、イソクロトン酸、サリチル酸ビニロキシ酢酸、アリロキシ酢酸、2−(メタ)アクリロイルプロパン酸、3−(メタ)アクリロイルブタン酸、4−ビニル安息香酸等のカルボキシル基含有ビニル単量体;(メタ)アクリル酸ヒドロキシメチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸4−ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸グリセロールモノ等の水酸基含有ビニル単量体;(メタ)アクリル酸グリシジル等のグリシジル基含有ビニル単量体;(メタ)アクリルアミド;ビニルピリジン、ビニルアルコール、ビニルイミダゾール、ビニルピロリドン、酢酸ビニル、1−ビニルイミダゾール等のビニル単量体;モノメチルイタコネート、モノエチルイタコネート、モノプロピルイタコネート、モノブチルイタコネート、ジメチルイタコネート、ジエチルイタコネート、ジプロピルイタコネート、ジブチルイタコネート等のイタコン酸エステル;モノメチルフマレート、モノエチルフマレート、モノプロピルフマレート、モノブチルフマレート、ジメチルフマレート、ジエチルフマレート、ジプロピルフマレート、ジブチルフマレート等のフマル酸エステル;及びモノメチルマレート、モノエチルマレート、モノプロピルマレート、モノブチルマレート、ジメチルマレート、ジエチルマレート、ジプロピルマレート、ジブチルマレート等のマレイン酸エステルが挙げられる。
これらの単量体は、1種を単独で又は2種以上を併用することができる。これらの中で、ラジカル重合が容易であり、且つ乳化重合が容易であることから、(メタ)アクリル酸エステルが好ましい。さらに、これらの中でも重合安定性に優れることから、メタクリル酸メチル70〜99質量%、メタクリル酸メチル以外のビニル単量体原料30〜1質量%を含む単量体原料(a2)を用いることが好ましい。
尚、本発明において、「(メタ)アクリル」は、「アクリル」又は「メタクリル」を示す。
本発明において、単量体原料(a2)は、メタクリル酸メチル以外のビニル単量体原料として、メタクリル酸ブチル、並びにカルボキシル基含有ビニル単量体、水酸基含有ビニル単量体及びグリシジル基含有ビニル単量体から選ばれる少なくとも1種の官能基含有単量体を含有することが好ましい。これにより、本組成物を硬化して得られる硬化物の透明性を優れたものとすることができる。中でも、メタクリル酸メチル70〜95質量%、メタクリル酸ブチル1〜10質量%、官能基含有単量体0〜15質量%を含む単量体原料(a2)を用いることが好ましい。
単量体原料(a2)中のカルボキシル基含有ビニル単量体、水酸基含有ビニル単量体及びグリシジル基含有ビニル単量体から選ばれる少なくとも1種の官能基含有単量体の含有量は、本硬化物の透明性の点で、好ましくは2質量%以上、より好ましくは4質量%以上、さらに好ましくは6質量%以上である。また、重合安定性の観点から少なくとも1種の官能基含有単量体の含有量は、30質量%以下であることが好ましく20質量%以下であることがより好ましい。
カルボキシル基含有ビニル単量体としては、ラジカル重合が容易であり、且つ乳化重合が容易であることから、メタクリル酸が好ましい。
水酸基含有ビニル単量体としては、ラジカル重合が容易であり、且つ乳化重合が容易であることから、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチルが好ましい。
グリシジル基含有ビニル単量体としては、ラジカル重合が容易であり、且つ乳化重合が容易であることから、(メタ)アクリル酸グリシジルが好ましい。
これらのカルボキシル基含有ビニル単量体、水酸基含有ビニル単量体及びグリシジル基含有ビニル単量体は1種を単独で又は2種以上を併用することができる。
本発明においては、ビニル重合体を得るために2段以上の多段重合を実施する場合には、各段における単量体原料として、カルボキシル基含有ビニル単量体、水酸基含有ビニル単量体及びグリシジル基含有ビニル単量体から選ばれる少なくとも1種の官能基含有単量体2質量%以上を含有する単量体原料(a2)を使用することが好ましい。尚、多段重合における各段の単量体原料の組成は同一でも異なっていてもよい。
<重合方法>
本発明においてビニル単量体原料(a2)の重合方法としては、真球状粒子を得やすいこと及び粒子モルフォロジーを制御しやすいことから、乳化重合法、ソープフリー乳化重合法、膨潤重合法、ミニエマルション重合法、分散重合法及び微細懸濁重合法が好ましい。この中でも、分散性に優れ、ファインピッチ化にも対応した粒子径を持つ重合体が得られることから、ソープフリー乳化重合法がより好ましい。
ビニル重合体(A2)は、硬化性樹脂組成物の粘度が上昇せず流動性に優れることから、真球状の粒子が好ましい。
ビニル重合体(一次粒子)(A2)の内部モルフォロジーについては特に限定されるものではなく、重合体組成、分子量、ガラス転移温度、溶解度パラメーター等の各種因子が均一であっても、コアシェル構造やグラディエント構造等、一般的に認識されている様々な粒子モルフォロジーを有していてもよい。
ビニル重合体(A2)の内部モルフォロジーを制御する方法としては、例えば、粒子の内側と外側で溶解度パラメーターや分子量の異なる多層構造粒子にする方法が挙げられる。この方法は、硬化性樹脂組成物の貯蔵安定性(ポットライフ)とゲル化速度とを両立し易くなることから好ましい。
ビニル重合体(A2)の内部モルフォロジーを制御するための工業的に実用性の高い手法としては、例えば、異なる組成のビニル単量体混合物を多段階で逐次的に滴下重合する方法が挙げられる。
ビニル重合体(A2)がコアシェル構造を有しているかどうかの判定方法としては、例えば、重合過程でサンプリングされる重合体粒子の粒子径が確実に成長していること、及び重合過程でサンプリングされる重合体粒子の最低造膜温度(MFT)や各種溶剤への溶解度が変化していることを同時に満足することを確認することが挙げられる。
また、透過型電子顕微鏡(TEM)によりビニル重合体の切片を観察して、同心円状の構造の有無を確認する方法、又は凍結破断された本重合体の切片を走査型電子顕微鏡(クライオSEM)で観察して、同心円状の構造の有無を確認する方法が挙げられる。
<重合助剤>
ビニル単量体原料(a2)を重合する際には、重合開始剤、乳化剤、分散安定剤、連鎖移動剤を用いることができる。
<重合開始剤>
重合開始剤としては、公知の重合開始剤を用いることができる。ビニル重合体を噴霧乾燥で粉体化する際に金属イオンの残留がないため、金属イオンが含まれていない重合開始剤を用いることが好ましい。
金属イオンが含まれていない重合開始剤としては、例えば、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、4,4’−アゾビス−(4−シアノバレリックアシッド)、2,2’−アゾビス−[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン]等のアゾ系化合物;過硫酸アンモニウム等の過硫酸化合物;ジイソプロピルベンゼンヒドロパーオキシド、p−メンタンヒドロパーオキシド、クメンヒドロパーオキシド、t−ブチルヒドロパーオキシド等の有機過酸化物;前記過硫酸化合物又は前記有機過酸化物を一成分としたレドックス系開始剤が挙げられる。
これらの重合開始剤は、1種を単独で又は2種以上を併用することができる。
これらの重合開始剤の中でも、過硫酸アンモニウム、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、4,4’−アゾビス−(4−シアノバレリックアシッド)、2,2’−アゾビス−[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン]が好ましい。
重合温度は重合開始剤の種類にもよるが、例えば、40〜90℃程度の範囲で適宜行なうことができる。
<乳化剤>
乳化剤としては、公知の乳化剤を用いることができ、例えば、不均化ロジン酸、オレイン酸、ステアリン酸等の高級脂肪酸のアルカリ金属塩やアンモニウム塩、ドデシルベンゼンスルホン酸等のスルホン酸アルカリ金属塩やアンモニウム塩、ノニオン系乳化剤が挙げられる。
乳化剤は、1種を単独で又は2種以上を併用することができる。
これらの乳化剤の中でも、重合体粉体(P2)への金属イオンの残留がないことから、金属イオンが含まれていないアンモニウム塩型アニオン系乳化剤、ノニオン系乳化剤を用いることが好ましい。
アンモニウム塩型アニオン系乳化剤としては、乳化重合の安定性に優れることから、ラウリル硫酸アンモニウム、ジ−(2−エチルヘキシル)スルホコハク酸アンモニウムが好ましい。ノニオン系乳化剤としては、乳化重合の安定性に優れることから、ポリオキシエチレン(85)モノテトラデシルエーテル、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテルが好ましい。
<分散安定剤>
分散安定剤としては、例えば、リン酸カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、澱粉末シリカ等の水難溶性無機塩;ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、セルロース誘導体等のノニオン系高分子化合物;及びポリアクリル酸又はその塩、ポリメタクリル酸又はその塩、メタクリル酸エステルとメタクリル酸又はその塩との共重合体等のアニオン系高分子化合物が挙げられる。これらの中では、電気特性に優れることからノニオン系高分子化合物が好ましい。また、重合安定性との両立の観点から目的に応じて2種以上の分散安定剤を併用することができる。
<連鎖移動剤>
連鎖移動剤としては、例えば、n−ドデシルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、t−オクチルメルカプタン、n−テトラデシルメルカプタン、n−ヘキシルメルカプタン、n−ブチルメルカプタン等のメルカプタン;四塩化炭素、臭化エチレン等のハロゲン化合物;及びα−メチルスチレンダイマーが挙げられる。
これらの連鎖移動剤は、1種を単独で又は2種以上を併用することができる。
<粉体回収(配合方法)>
本発明においてビニル重合体(A2)のエマルションを粉体化する方法としては、公知の粉体化方法を用いることができ、例えば、噴霧乾燥法、凍結乾燥法、凝固法が挙げられる。これらの粉体化方法の中でも、硬化性樹脂中での重合体粉体(P2)の分散性に優れることから、噴霧乾燥法が好ましい。
噴霧乾燥法はエマルションを微小液滴状に噴霧し、これに熱風を当てて乾燥するものである。微小液滴を発生させる方法としては、例えば、回転ディスク式、加圧ノズル式、二流体ノズル式、加圧二流体ノズル式が挙げられる。乾燥機容量は、特に制限はなく、実験室で用いるような小規模なスケールから、工業的に用いるような大規模なスケールまで、いずれも用いることができる。乾燥機における乾燥用加熱ガスの供給部である入口部、乾燥用加熱ガス及び乾燥粉末の排出口である出口部の位置も、特に制限はなく、通常用いる噴霧乾燥装置と同様でよい。装置内に導入する熱風の温度(入口温度)、即ちビニル重合体に接触し得る熱風の最高温度は、得られる硬化性樹脂組成物中の重合体粉体(P2)の分散性に優れることから、100〜200℃であることが好ましく、120〜180℃であることがより好ましい。
噴霧乾燥の際は、ビニル重合体のエマルションを単独で用いても、複数を混合して用いてもよい。また、噴霧乾燥時のブロッキング、嵩比重等の粉体特性を向上させるために、シリカ、タルク、炭酸カルシウム等の無機質充填剤や、ポリアクリレート、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド等を添加してもよい。
また、必要に応じて、酸化防止剤や添加剤等を加えて噴霧乾燥してもよい。
<粉体解砕性>
重合体粉体(P2)は、10μm以下の粒子径の粒子の占める割合が30vol%未満であることが好ましく、ハンドリング性の観点から、20vol%以下であることが好ましい。ここで、重合体粉体(P2)の粒子径とは、噴霧乾燥法や湿式凝固法等によって得られた凝集体の粒子径を意味する。このとき、重合体粉体(P2)の一次粒子同士は多数集合して凝集体を形成している。
本発明の重合体粉体(P2)は一次粒子同士が強固に結合せず、緩く凝集している状態を有しているため、周波数42kHz、出力40wの超音波を3分間照射した後に、10μm以下の粒子径の粒子の占める割合が30vol%以上となる。10μm以下の粒子径の粒子の占める割合は、超音波照射前より超音波照射後が10vol%以上増加することが好ましい。周波数42kHz、出力40wの超音波を3分間照射した後に、10μm以下の粒子径の粒子の占める割合が40vol%以上が好ましく、更には50vol%以上が更に好ましい。
上記の超音波の照射は、得られた重合体粉体(P2)をイオン交換水で希釈して行うものであり、例えばレーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置(島津製作所社製、「SALD−7100」)を用いて、3分間超音波を照射後、粒子径10μm以下の粒子の割合を体積基準で測定する。
重合体粉体(P2)の試料濃度は、装置に付属の散乱光強度モニターにおいて適正範囲となるよう適宜調整した
<硬化性樹脂組成物>
本発明の重合体粉体(P2)は硬化性樹脂に添加して使用することができる。
<硬化性樹脂>
本発明で用いる硬化性樹脂としては、例えば、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、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌレート、脂肪族系エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂が挙げられる。
これらは、1種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
本発明においては、エポキシ樹脂としては、エポキシ樹脂組成物にゲル化性を付与する点で、常温で液体のエポキシ樹脂か、又は常温で固体であるが加熱時に硬化が充分に進行する前に液体化するエポキシ樹脂を50質量%以上含有するものが好ましい。さらにこれらのエポキシ樹脂の中でも、透明性及び耐熱性に優れ、光半導体材料に好適であることから、脂環式エポキシ樹脂が好ましい。
脂環式エポキシ樹脂としては、例えば、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート(セロキサイド2021)、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレートとε−カプロラクトンの2量体の付加物(セロキサイド2081)、1,2,8,9−ジエポキシリモネン(セロキサイド3000)(いずれもダイセル社製)、ビスフェノールA型の水素化脂環式エポキシ樹脂(YX−8000、YX−8034:三菱化学社製、EPICLON750:大日本インキ化学工業社製)が挙げられる。
<硬化性樹脂組成物及び配合量>
本発明の硬化性樹脂組成物は、重合体粉体(P2)及び硬化性樹脂を含有するものである。
硬化性樹脂組成物中の重合体粉体(P2)の配合量としては5質量部以上が好ましく、10質量部以上がより好ましく、15質量部以上が更に好ましい。重合体粉体(P2)の配合量が5質量部以上で充分なゲル状態を実現することができ、硬化性樹脂組成物の染み出しやパターン乱れ等を抑制することができる。また、重合体粉体(P2)の配合量としては50質量部以下が好ましく、30質量部以下がより好ましい。重合体粉体(A1)の配合量を50質量部以下とすることで、硬化性樹脂組成物のペースト粘度が上昇するのを抑制することができ、本発明の硬化性樹脂組成物を使用して各種材料を作製する際の加工性や作業性を良好とすることができる。
また、所望のゲル化性を発現させるために、ゲル化温度の異なる複数の重合体粉体(P2)を併用してもよい。
本発明の重合体粉体(P2)は、硬化性樹脂に添加してゲル状態を実現する硬化性樹脂用プレゲル化剤として使用することができる。
<その他添加物>
本発明の硬化性樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲内で、各種添加剤を配合することができる。
添加剤としては、例えば、シリコーン系やフッ素系消泡剤、レベリング剤、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどのシランカップリング剤、界面活性剤、充填剤、難燃剤、着色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、イオン吸着体、可塑剤、顔料、離型剤、ガラスビーズ、無機粒子、応力緩和剤等の慣用の添加剤を使用することができる。
酸化防止剤としては、例えば、フェノール系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤、リン系酸化防止剤が挙げられる。酸化防止剤は、それぞれ単独で使用できるが、フェノール系/イオウ系、又はフェノール系/リン系のように2種以上を併用することが好ましい。
可塑剤としては、公知のものを使用でき、例えば、フタル酸エステル、脂肪族二塩基酸エステル、ポリエステル系可塑剤、エポキシ系可塑剤、リン酸エステル系可塑剤、トリメリット酸系可塑剤等が挙げられる。
難燃剤は、本発明の目的を逸脱しない範囲であれば、リン系、ハロゲン系、無機系難燃剤等、公知のものを用いればよい。
無機粒子としては、例えば、銀粉、金粉、ニッケル粉、銅粉等の導電性フィラー;窒化アルミニウム、炭酸カルシウム、シリカ、アルミナ等の絶縁フィラー等が挙げられる。
<混合>
本発明の硬化性樹脂組成物を調製する際には、公知の混練装置を用いることができる。
硬化性樹脂組成物を得るための混練装置としては、例えば、らいかい機、アトライタ、プラネタリミキサ、ディゾルバー、三本ロール、ボールミル及びビーズミルが挙げられる。また、これらは2種以上を併用することができる。
本発明の硬化性樹脂組成物に添加剤等を配合する場合、配合する順番は特に問わないが、本発明の効果を充分に発揮するために、重合体粉体(P2)はできるだけ最後に混練することが好ましい。また、混練による剪断発熱等で、系内の温度が上がるような場合には、混練中に温度を上げない工夫をすることが好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物は、硬化して得られる厚さ3mmの硬化性樹脂硬化物の23℃における全光線透過率は70.0%以上であることが好ましく、80.0%以上であることがより好ましい。さらに、本発明の硬化性樹脂組成物は、硬化して得られる厚さ3mmの硬化性樹脂硬化物の120℃における全光線透過率は70.0%以上であることが好ましく、80.0%以上であることがより好ましい。
透過率が上記範囲を下回る場合には、光半導体用封止材料として使用した際に、発光効率が低下し、性能が低下する場合がある。
本発明の硬化性樹脂組成物は、重合体粉体(P2)の配合により硬化して得られる硬化物の弾性率が低下する。これにより、硬化物の反り、クラックの抑制、各種環境試験後の反り、クラックの抑制、吸湿試験後の剥離の抑制等の効果が期待できる。
本発明の硬化性樹脂組成物は、透明アンダーフィル材、透明液状封止材、透明封止用シート、透明ダイアタッチフィルム、透明ダイアタッチペースト、発光ダイオードの封止材、透明接着剤、光学接着剤、液晶、有機EL等の各種フラットパネルディスプレイ等の各種シーリング材等の各種用途に使用することができる。中でも、透明アンダーフィル材、透明液状封止材、透明封止用シート、発光ダイオードの封止材といった光半導体用封止材料に好適に使用することができる。
<硬化>
本発明の硬化物は、本発明の硬化性樹脂組成物を硬化して得られる。
硬化条件としては、硬化性樹脂組成物を構成する各成分の種類や含有量等によって適宜決めることができる。硬化温度としては、80〜180℃が一般的である。
本発明においては、硬化性樹脂組成物を、例えば、酸無水物、アミン化合物、フェノール化合物等の硬化剤を使用して硬化させることができる。
酸無水物としては、前記のものを用いることができる。
アミン化合物としては、前記のものを用いることができる。
フェノール化合物としては、前記のものを用いることができる。
本発明の硬化性樹脂組成物を光半導体用封止材料として用いるには比較的着色の少ないものが好ましく、例えば、酸無水物系硬化剤を用いるのが好ましく、脂環式酸無水物系硬化剤がより好ましい。具体的には、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水メチルヘキサヒドロフタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、水素化メチルナジック酸無水物が挙げられる。
これらは、1種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
硬化剤の使用量としては、硬化性樹脂硬化物の耐熱性及び硬化性に優れることから硬化性樹脂100質量部に対して50〜150質量部が好ましく、60〜140質量部がより好ましい。より具体的には、酸無水物の場合には、エポキシ基1当量あたりの酸無水物基当量としては0.7〜1.3当量が好ましく、0.8〜1.1当量がより好ましい。また、アミン系化合物の場合には、エポキシ基1当量あたりの活性水素当量としては0.3〜1.4当量が好ましく、0.4〜1.2当量がより好ましい。更に、フェノール化合物の場合には、エポキシ基1当量あたりの活性水素当量としては0.3〜0.7当量が好ましく、0.4〜0.6当量がより好ましい。
本発明においては、本発明の硬化物の透明性を損なわない範囲で硬化促進剤を使用してもよい。
硬化促進剤は、硬化性樹脂と硬化剤との反応を促進する作用を有するものであり、本発明の硬化性樹脂組成物を光半導体用封止材料として使用する場合には、硬化物の着色が少ない硬化促進剤が好ましい。
硬化促進剤としては、例えば、トリフェニルホスフィン、ジフェニルホスフィン等の有機ホスフィン系硬化促進剤;2−メチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール等のイミダゾール系硬化促進剤;1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7、トリエタノールアミン、ベンジルメチルアミン等の三級アミン系硬化促進剤;テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート等のテトラフェニルボレート系硬化促進剤が挙げられる。
これらは、1種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
硬化促進剤の配合割合は、硬化性樹脂100質量%に対して0.05〜5質量%が好ましい。
本発明の硬化物は電気・電子部品用の封止材料、例えば絶縁材料として好適に使用できる。さらに、透明性、耐熱性に優れるため、光半導体用封止材料、光学用接着剤、各種シーリング剤として好適である。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
<重合体粉体(P1)の製造及び評価>
(1)一次粒子径及び単分散性
重合体エマルションをイオン交換水で希釈し、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置(島津製作所社製、「SALD−7100」)を用い、体積平均一次粒子径(Dv)及び個数平均一次粒子径(Dn)を測定した。
屈折率は仕込みモノマー組成から算出される屈折率を用いた。
いずれも平均径としてはメジアン径を用いた。また、Dv及びDnの値より単分散性(Dv/Dn)を求めた。
重合体エマルションの試料濃度は、装置に付属の散乱光強度モニターにおいて適正範囲となるよう適宜調整した。
(2)二次粒子径
重合体粉体(P1)をイオン交換水で希釈した他は、体積平均一次粒子径と同様にして体積平均二次粒子径(Dv)を求めた。
(3)アセトン可溶分
重合体粉体(P1)1gをアセトン50gに溶解させ、70℃で6時間還流及び抽出した後、遠心分離装置((株)日立製作所製、「CRG SERIES」)を用いて、4℃にて14,000rpmで30分間遠心分離した。分離したアセトン可溶分をデカンテーションで取り除き、アセトン不溶分を真空乾燥機にて50℃で24時間乾燥させて質量を測定した。アセトン可溶分(%)は以下の式にて算出した。
(アセトン可溶分)=(1−アセトン不溶分の質量)×100
(4)アセトン可溶分分子量
ゲルパーミエーションクロマトグラフィを用いて、下記の条件で重合体粉体(P1)のアセトン可溶分の質量平均分子量(Mw)を測定した。また、併せて数平均分子量(Mn)も測定した。
装置 :東ソー(株)製HLC8220
カラム:東ソー(株)製TSKgel SuperHZM−M(内径4.6mm×長さ15cm)、本数;4本、排除限界;4×106
温度 :40℃
キャリアー液:テトラヒドロフラン
流量 :0.35ml/分
サンプル濃度 :0.1%
サンプル注入量:10μl
標準 :ポリスチレン
(5)アルカリ金属イオンの含有量
重合体粉体(P1)20gをガラス製耐圧容器に量り取り、これにメスシリンダーを用いてイオン交換水200mlを加え、蓋をして強く振り混ぜて均一に分散させ、重合体粉体(P1)の分散液を得た。この後、得られた分散液を95℃のギヤーオーブン内に20時間静置して重合体粉体(P1)中のイオン分の抽出を行なった。
次いで、ガラス容器をオーブンから取り出して冷却した後、分散液を0.2μmセルロース混合エステル製メンブレンフィルター(アドバンテック東洋(株)製、型番:A020A025A)で濾過し、濾液100mlを用いて重合体粉体(P1)中のアルカリ金属イオンを下記の条件で測定した。尚、アルカリ金属イオンの含有量はNaイオン及びKイオンの合計量を測定した。
ICP発光分析装置:Thermo社製、IRIS「Intrepid II XSP」
定量法:濃度既知試料(0ppm、0.1ppm、1ppm及び10ppmの4点)による絶対検量線法
測定波長:Na;589.5nm及びK;766.4nm
(6)粉体解砕性
重合体粉体(P1)をイオン交換水で希釈し、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置(島津製作所社製、「SALD−7100」)を用いて、超音波照射(周波数42kHz、出力40W、5分間照射)前後の10μm以下の粒子の割合を体積基準で測定した。
(7)ゲル化温度
エポキシ樹脂組成物を動的粘弾性測定装置(ユービーエム(株)製、「Rheosol G−3000」、パラレルプレート直径40mm、ギャップ0.4mm、周波数1Hz、捻り角度1度)を用い、開始温度40℃、終了温度200℃及び昇温速度4℃/分の条件で粘弾性の温度依存性を測定した。
また、測定開始時に20以上である、貯蔵弾性率G’と損失弾性率G”との比(G”/G’=tanδ)が昇温開始後ある温度にて、20を下回るようになった場合にゲル化が進行したと判断し、tanδ=20となる温度をもってゲル化温度とした。
(8)ゲル化性能
上記のエポキシ樹脂組成物のゲル化温度の測定において、ゲル化温度−20℃での貯蔵弾性率G’をG’A、ゲル化温度+20℃での貯蔵弾性率G’をG’B(到達弾性率)とし、その比率(G’B/G’A)を求めて、下記の基準でゲル化性能を評価した。
◎:G’B/G’Aが100以上
○:G’B/G’Aが10以上100未満
△:G’B/G’Aが5以上10未満
×:G’B/G’Aが5未満
G’B/G’Aが10以上であれば、高温においても硬化性樹脂の流動が抑制される。
(9)分散性
エポキシ樹脂組成物中の重合体粉体(P1)の分散状態を、粒ゲージを用いてJIS K−5600に準拠して測定し、下記の基準で分散性を評価した。
○:2μm以下
△:2μmを超え、10μm以下
エポキシ樹脂組成物中での重合体粉体(P1)の分散状態が2μm以下であれば、ファインピッチ化や薄膜化への対応が可能である。
(10)初期粘度
エポキシ樹脂組成物を調製後、直ちに25℃に調温し、BM型粘度計(東京計器(株)製B型粘度計、ローターNo.4、回転数60rpm)を用いて粘度を測定し、エポキシ樹脂組成物の初期粘度とした。下記の基準で初期粘度を評価した。
◎:30000以下。
○:30000を超え、35000以下。
△:35000を超え、40000以下。
×:40000を超える。
エポキシ樹脂組成物の初期粘度が35000以下であれば作業性が低下することなく、高精度な塗布、パターン形成ができる。
(11)曲げ弾性率
得られた成形体を、3mm×10mm×60mmに切断して試験片とし、引張圧縮試験機(ストログラフ T:(株)東洋精機製作所製)を用い、JIS K 7171に準拠し、温度23℃で負荷を測定し、以下の基準で評価した。
○:2400MPa以下
△:2400MPaを超え、2500MPa以下
×:2500MPaを超える。
[重合体粉体(P1−1)〜(P1−10)の調製]
下記の実施例1〜6、比較例1〜4に従い、重合体粉体(P1−1)〜(P1−10)を製造した。実施例1〜6、比較例1〜4では下記の原料を使用した。
メタクリル酸メチル :三菱レイヨン(株)製、商品名「アクリエステルM」
メタクリル酸n−ブチル:三菱レイヨン(株)製、商品名「アクリエステルB」
アクリル酸n−ブチル :三菱化学(株)製
メタクリル酸アリル :三菱レイヨン(株)製、商品名「アクリエステルA」
アクリル酸2−エチルヘキシル:三菱化学(株)製
メタクリル酸 :三菱レイヨン(株)製、商品名「アクリエステルMAA」
n−オクチルメルカプタン:片山化学(株)製(試薬特級品)
過硫酸アンモニウム:和光純薬工業(株)製
2,2’−アゾビス−[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン]:和光純薬(株)製、商品名「VA−057」
ジ−(2−エチルヘキシル)スルホコハク酸アンモニウム:新日本理化(株)製、商品名「リカサーフM−300」
[実施例1]重合体粉体(P1−1)の製造
マックスブレンド攪拌機、還流冷却管、温度制御装置、滴下ポンプ及び窒素導入管を備えたセパラブルフラスコにイオン交換水78.00部、メタクリル酸メチル2.83部、及びメタクリル酸n−ブチル2.17部を投入し、120rpmで攪拌しながら窒素ガスのバブリングを30分間行った。その後、窒素雰囲気下で80℃に昇温し、予め調製した過硫酸アンモニウム0.04部及びイオン交換水2.00部の水溶液を一括投入して60分間保持し、シード粒子を形成させた。
上記のシード粒子が形成されたフラスコ内に、アクリル酸2−エチルヘキシル49.66部、及びメタクリル酸アリル0.34部、2,2’−アゾビス−[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン]0.10部、ジ−2−エチルヘキシルスルホコハク酸アンモニウム0.50部及びイオン交換水25.00部をホモジェナイザー(IKA社製、「ウルトラタラックスT−25」、25000rpm)で乳化処理して得られた混合物を150分かけて滴下して、その後60分間保持し、(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)(第1段目)の重合を終了した。(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)のFox式で求めたガラス転移温度(Tg)を表1に示す。
次いで、メタクリル酸メチル45.15部、メタクリル酸n−ブチル3.00部、アクリル酸n−ブチル1.00部、メタクリル酸0.85部、ジ−(2−エチルヘキシル)スルホコハク酸アンモニウム0.50部、イオン交換水25.0部をディスパーミキサーで乳化処理して得られた第2段目の重合に用いる単量体混合物を150分かけて滴下して、その後60分間保持し、重合体のエマルションを得た。得られた重合体の体積平均一次粒子径の評価結果を表1に示す。
得られた重合体のエマルションを、大川原化工機(株)製、L−8型スプレードライヤーを用い、下記条件で噴霧乾燥処理して重合体粉体(P1−1)を得た。得られた重合体粉体(P1−1)のアセトン可溶分、アセトン可溶分分子量(Mw、Mn)、アルカリ金属イオンの含有量及び粉体解砕性の評価結果を表1−1に示す。
[噴霧乾燥処理条件]
噴霧方式:回転ディスク式
ディスク回転数:25,000rpm
熱風温度 入口温度:150℃
出口温度:65℃
Figure 2013094759
Figure 2013094759
表中の略号は以下の化合物を示す。
MMA:メタクリル酸メチル
n−BMA:メタクリル酸n−ブチル
n−BA:アクリル酸n−ブチル
AMA:メタクリル酸アリル
2−EHA:アクリル酸2−エチルヘキシル
MAA:メタクリル酸
n−OM:n−オクチルメルカプタン
乳化剤:ジ−(2−エチルヘキシル)スルホコハク酸アンモニウム
VA−057:2,2’−アゾビス−[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン]
[実施例2〜6、比較例1〜4]重合体粉体(P1−2)〜(P1−10)の製造
重合体粉体(P1−2)〜(P1−10)の製造は、表1−1及び表1−2に示す原料組成とする以外は、実施例1と同様にして重合体粉体(P1−2)〜(P1−10)を得た。得られた重合体の体積平均一次粒子径の評価結果を表1−1及び表1−2に示す。得られた重合体粉体(P1−2)〜(P1−10)のアセトン可溶分、アセトン可溶分分子量(Mw、Mn)、アルカリ金属イオンの含有量及び粉体解砕性の評価結果を表1−1及び表1−2に示す。
[実施例7〜12、比較例5〜8]
エポキシ樹脂(商品名「JER828」:三菱化学(株)製)及び重合体粉体を表2−1及び表2−2に示す割合で配合し、遊星運動式真空ミキサー(シンキー社製、商品名「泡取り練太郎ARV−310LED」)を使用して、大気圧下で回転数1200rpmの条件で3分間混練を行い、混練物を得た。得られた混練物を3本ロールミル(EXAKT社製、「M−80E」)を使用し、ロール回転数200rpm、ロール間隔20μm・10μmで1パス、10μm・5μmで1パス、5μm・5μmで1パス処理した。
その後、再び遊星運動式真空ミキサー(シンキー社製、商品名「泡取り練太郎ARV−310LED」)を使用して、3KPaの減圧下で回転数1200rpmの条件で2分間混練・脱泡を行い、エポキシ樹脂組成物を得た。得られたエポキシ樹脂組成物についてゲル化温度、ゲル化性能の評価を実施した。評価結果を表2−1,2−2に示す。
Figure 2013094759

Figure 2013094759
[実施例13〜23、比較例9〜14]
エポキシ樹脂(商品名「JER828」:三菱化学(株)製)及び重合体粉体を表3−1及び表3−2に示す割合で配合し、遊星運動式真空ミキサー(シンキー社製、商品名「泡取り練太郎ARV−310LED」)を使用して、大気圧下で回転数1200rpmの条件で3分間混練を行い、混練物を得た。得られた混練物を3本ロールミル(EXAKT社製、「M−80E」)を使用し、ロール回転数200rpm、ロール間隔20μm・10μmで1パス、10μm・5μmで1パス、5μm・5μmで1パス処理した。
その後、再び遊星運動式真空ミキサー(シンキー社製、商品名「泡取り練太郎ARV−310LED」)を使用して、3KPaの減圧下で回転数1200rpmの条件で2分間混練・脱泡を行い、エポキシ樹脂組成物を得た。得られたエポキシ樹脂組成物について分散性、初期粘度、ゲル化温度、ゲル化性能の評価を実施した。評価結果を表3−1及び3−2に示す。
得られたエポキシ樹脂組成物に硬化剤として酸無水物系硬化剤(商品名「リカシッドMH−700」、新日本理化(株)製)、硬化促進剤として2−エチル−4−メチルイミダゾール(四国化成工業(株)製)を表3−3及び3−4に示す割合で配合し、遊星運動式真空ミキサー(シンキー社製、商品名「泡取り練太郎ARV−310LED」)を用い、3KPaの減圧下で回転数1200rpmの条件で2分間混練・脱泡を行い、エポキシ樹脂組成物を得た。次いで、長さ300mm×幅300mm×厚さ5mmの強化ガラス板2枚の、それぞれの強化ガラス板の片面にPETフィルム(東洋紡(株)製、商品名:TN200)を貼り、PETフィルム面が向き合うように並べ、強化ガラス板の間に厚み3mmのテフロン(登録商標)製のスペーサーを挟んで型を作製した。この型の中に上記のエポキシ樹脂組成物を流し込み、クランプで固定し100℃で3時間予備硬化を行なった後、120℃で4時間硬化を行い、型から取り出して厚さ3mmの硬化物を作製した。得られた硬化物を180℃で6時間アニール処理し、曲げ弾性率の評価に用いた。測定結果を表3−3及び3−4に示す。
Figure 2013094759

Figure 2013094759

Figure 2013094759

Figure 2013094759
表2−1及び2−2から明らかなように、本発明の重合体粉体(P1−1)〜(P1−6)を添加した実施例7〜実施例12のエポキシ樹脂組成物は、ゲル化特性に優れている。アセトン可溶分が本発明の範囲よりも低い重合体粉体(P1−8)、アセトン可溶分、アセトン可溶分の質量平均分子量が本発明の範囲よりも低い重合体粉体(P1−9)、アセトン可溶分の質量平均分子量が本発明の範囲よりも低い重合体粉体(P1−10)を添加した比較例6〜8のエポキシ樹脂組成物は、ゲル化特性が低位であった。
表3−1〜表3−4から明らかなように、本発明の重合体粉体(P1−1)、(P1−2)、(P1−4)、(P1−5)を添加した実施例13、16、20、22は初期粘度、ゲル化特性、硬化物の弾性率低下効果のバランスに優れていた。
目的とするゲル化特性、弾性率に応じて、本発明の重合体粉体(P1)の他にプレゲル化剤、応力緩和剤を併用することで、さらなる初期粘度、ゲル化特性、硬化物の弾性率低下効果のバランスの向上が期待できる。
本発明の重合体粉体(P1−1)と、応力緩和能に優れる重合体粉体(P1−9)(アセトン可溶分とアセトン可溶分の質量平均分子量が本発明の範囲外)を併用した実施例14、15のエポキシ樹脂組成物は、初期粘度、ゲル化特性、硬化物の弾性率低下効果のバランスに優れていた。特に、実施例15のエポキシ樹脂組成物は、初期粘度が低いため、作業性の向上、高精度な塗布、パターン形成が期待できる。
重合体粉体(P1−1)と重合体粉体(P1−2)はアセトン可溶分分子量が異なる。実施例13と16、実施例14と17、実施例15と18をそれぞれ比較すると、重合体粉体(P1−1)を添加した実施例13〜15の方が、ゲル化性能に優れる。ゲル化性能は、アセトン可溶分の分子量が大きく影響していることが分かる。
重合体粉体(P1−3)は、(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)がアクリル酸n−ブチル単位を50質量%以上としたものである。重合体粉体(P1−3)を添加した実施例19と、(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)がアクリル酸2−エチルヘキシル単位を50質量%以上とする重合体粉体(P1−1)を添加した実施例14とを比較すると、実施例14のエポキシ樹脂組成物の方が硬化物の弾性率低下効果が高い。アクリル酸2−エチルヘキシル単位を50質量%以上とした(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)の方が、硬化物の弾性率低下効果に優れることが分かる。
実施例20、22、23は(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)と重合体(B1)との組成比を変えた重合体粉体(P1−4)、(P1−5)、(P1−6)を添加したエポキシ樹脂組成物である。本結果より、(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)の含有量が多い実施例10は初期粘度低下効果に優れ、重合体(B1)の含有量が多い実施例22はゲル化特性に優れることが分かった。さらに、重合体粉体(P1−4)にゲル化特性に優れる重合体粉体(P1−7)(本発明の範囲外)を併用した実施例21は、さらに初期粘度、ゲル化特性、弾性率低下効果のバランスに優れることが分かった。
(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)の含有量が少ない重合体粉体(P1−6)は、単独の使用では、硬化物の低弾性率効果が低位であるが、応力緩和能に優れる重合体粉体(P1−9)(本発明の範囲外)を併用することで(実施例23)、初期粘度、ゲル化特性、弾性率低下効果のバランスに優れることが分かった。
本発明の重合体粉体を添加していない比較例9のエポキシ樹脂組成物は、ゲル化性が見られず、さらに得られる硬化物の弾性率も高かった。
(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)のガラス転移温度が0℃を超える重合体粉体(P1−7)を添加した比較例10のエポキシ樹脂組成物は、高いゲル化性能を有するものの、硬化物の弾性率低下効果は見られなかった。
アセトン可溶分が少ない重合体粉体(P1−8)を添加した比較例11のエポキシ樹脂組成物は、ゲル化性が見られず、さらに得られる硬化物の弾性率低下効果も低位であった。
アセトン可溶分が少なく、アセトン可溶分の質量平均分子量が低い重合体粉体(P1−9)を添加した比較例12のエポキシ樹脂組成物は、ゲル化性が見られなかった。
重合体粉体(P1−7)と重合体粉体(P1−9)とを添加した比較例13のエポキシ樹脂組成物は、高いゲル化性能及び弾性率低下効果を有するが、初期粘度が大幅に高くなっており、高精度な塗布・パターン形成が困難であった。
アセトン可溶分分子量が低い重合体粉体(P1−10)を添加した比較例14のエポキシ樹脂組成物は、初期粘度が高く、ゲル化特性も低位であった。
<重合体粉体(P2)の製造及び評価>
(1)一次粒子径及び単分散性
重合体のエマルションをイオン交換水で希釈し、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置(島津製作所社製、「SALD−7100」)を用い、体積平均一次粒子径(Dv)及び個数平均一次粒子径(Dn)を測定した。
屈折率は仕込みモノマー組成から算出される屈折率を用いた。粒子がコアシェル構造等の多層構造を持つ場合には、各層毎の屈折率を算出し、層毎の質量比で全体平均を算出して用いた。
いずれも平均径としてはメジアン径を用いた。また、Dv及びDnの値より単分散性(Dv/Dn)を求めた。下記の基準で単分散性を評価した。
ビニル重合体エマルションの試料濃度は、装置に付属の散乱光強度モニターにおいて適正範囲となるよう適宜調整した。
(2)アセトン可溶分
重合体粉体(P2)1gをアセトン50gに溶解させ、70℃で6時間還流及び抽出した後、遠心分離装置((株)日立製作所製、「CRG SERIES」)を用いて、4℃にて14,000rpmで30分間遠心分離した。分離したアセトン可溶分をデカンテーションで取り除き、アセトン不溶分を真空乾燥機にて50℃で24時間乾燥させて質量を測定した。アセトン可溶分(質量%)は以下の式にて算出した。
(アセトン可溶分)=(1−アセトン不溶分の質量)×100
(3)アセトン可溶分の分子量
上記のアセトン可溶分の測定で得られたアセトン可溶分からアセトンを留去してアセトン可溶分の固形物を得た。この固形物についてゲルパーミエーションクロマトグラフィを用いて下記の条件で質量平均分子量(Mw)を測定した。また、併せて数平均分子量(Mn)も測定した。
装置 :東ソー(株)製HLC8220
カラム:東ソー(株)製TSKgel SuperHZM−M(内径4.6mm×長さ15cm)
本数;4本、排除限界;4×106
温度 :40℃
キャリアー液:テトラヒドロフラン
流量 :0.35ml/分
サンプル濃度 :0.1質量%
サンプル注入量:10μl
標準 :ポリスチレン
(4)アルカリ金属イオンの含有量
重合体粉体(P2)20gをガラス製耐圧容器に量り取り、これにメスシリンダーを用いてイオン交換水200mlを加え、蓋をして強く振り混ぜて均一に分散させ、ビニル重合体の分散液を得た。この後、得られた分散液を95℃のギヤーオーブン内に20時間静置して重合体粉体中のイオン分の抽出を行なった。
次いで、ガラス容器をオーブンから取り出して冷却した後、分散液を0.2μmセルロース混合エステル製メンブレンフィルター(アドバンテック東洋(株)製、型番:A020A025A)で濾過し、濾液100mlを用いて重合体粉体中のアルカリ金属イオンを下記の条件で測定した。尚、アルカリ金属イオンの含有量はNaイオン及びKイオンの合計量を測定した。
ICP発光分析装置:Thermo社製、IRIS「Intrepid II XSP」
定量法:濃度既知試料(0ppm、0.1ppm、1ppm及び10ppmの4点)による絶対検量線法
測定波長:Na;589.5nm及びK;766.4nm
(5)粉体解砕性
重合体粉体(P2)をイオン交換水で希釈し、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置(島津製作所社製、「SALD−7100」)を用いて、超音波照射(周波数42kHz、出力40W、3分間照射)前後の10μm以下の粒子の割合を体積基準で測定した。
(6)分散性
エポキシ樹脂組成物中の重合体粉体(P2)の分散状態を、粒ゲージを用いてJIS K−5600に準拠して測定し、下記の基準で分散性を評価した。
○:5μm以下
△:5μmを超える
エポキシ樹脂組成物中での重合体粉体(P2)の分散状態が5μm以下であれば、ファインピッチ化や薄膜化への対応が可能である。
(7)ゲル化温度
得られたエポキシ樹脂組成物を動的粘弾性測定装置(ユービーエム(株)製、「Rheosol G−3000」、パラレルプレート直径40mm、ギャップ0.4mm、周波数1Hz、捻り角度1度)を用い、開始温度40℃、終了温度200℃及び昇温速度4℃/分の条件で粘弾性の温度依存性を測定した。
また、測定開始時に10以上である、貯蔵弾性率G’と損失弾性率G”との比(G”/G’=tanδ)が昇温開始後ある温度にて、10を下回るようになった場合にゲル化が進行したと判断し、tanδ=10となる温度をもってゲル化温度とした。
(8)ゲル化性能
上記のエポキシ樹脂組成物のゲル化温度の測定において、ゲル化温度−20℃での貯蔵弾性率G’をG’A、ゲル化温度+20℃での貯蔵弾性率G’をG’B(到達弾性率)とし、その比率(G’B/G’A)を求めて、下記の基準でゲル化性能を評価した。
○:G’B/G’Aが100以上
×:G’B/G’Aが100未満
G’B/G’Aが100以上であれば、高温においてもエポキシ樹脂組成物の流動が抑制される。
(9)外観
エポキシ樹脂組成物を硬化して得られた厚さ3mmのエポキシ樹脂硬化物について、外観を下記の基準で評価した。
○:目視で凝集物(ブツ)なし
△:目視で凝集物(ブツ)あり
(10)全光線透過率
エポキシ樹脂組成物を硬化して得られたエポキシ樹脂硬化物を、3mm×30mm×30mmに切断して試験片とし、ヘイズメーター(村上色彩研究所製、「HR−100」)を用い、23℃及び120℃の条件で硬化物の全光線透過率を測定し、下記の基準で評価した。
尚、120℃の全光線透過率評価は、120℃のオーブン中で30分間加熱した試験片を用いた。
○:全光線透過率が80%以上
△:全光線透過率が50%以上80%未満
×:全光線透過率が50%未満
(11)ガラス転移温度
エポキシ樹脂組成物を硬化して得られたエポキシ樹脂硬化物を、3mm×10mm×60mmに切断して試験片とし、動的機械的特性解析装置(機種名「EXSTAR DMS6100」、セイコーインスツル(株)製)により、両持ち曲げモード、昇温速度2℃/分、周波数10Hzの条件でtanδ曲線を測定し、転移点に対応した温度をガラス転移温度とし計測した。
(12)比誘電率
エポキシ樹脂組成物を硬化して得られたエポキシ樹脂硬化物を、3mm×30mm×30mmに切断して試験片とし、インピーダンスアナライザー(機種名「E4991A」、アジレントテクノロジーズ社製)を用い、周波数100メガヘルツ時の比誘電率を測定した。比誘電率の値が低いほど絶縁性が良好となる。
[重合体粉体(P2−1)〜(P2−10)、(P2‘−1)の調製]
下記の実施例31〜40、比較例31に従い、重合体粉体(P2−1)〜(P2−10)、(P2‘−1)を製造した。実施例31〜40、比較例31では下記の原料を使用した。

メタクリル酸メチル :三菱レイヨン(株)製、商品名「アクリエステルM」
メタクリル酸n−ブチル:三菱レイヨン(株)製、商品名「アクリエステルB」
アクリル酸n−ブチル :三菱化学(株)製
スチレン :新日鐵化学(株)製
ジビニルベンゼン :新日鐵化学(株)製
メタクリル酸 :三菱レイヨン(株)製、商品名「アクリエステルMAA」
メタクリル酸2−ヒドロキシエチル:三菱レイヨン(株)製、商品名「アクリエステルHO」
メタクリル酸アリル :三菱レイヨン(株)製、商品名「アクリエステルA」
ジ−2−エチルヘキシルスルホコハク酸アンモニウム:東邦化学工業(株)製、商品名「リカサーフM−300」
過硫酸アンモニウム:和光純薬工業(株)製
過硫酸カリウム :和光純薬工業(株)製
2,2'−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル):和光純薬(株)製、商品名「V−65」(10時間半減期温度51℃)
[実施例31]重合体粉体(P2−1)の製造
マックスブレンド攪拌機、還流冷却管、温度制御装置、滴下ポンプ及び窒素導入管を備えたセパラブルフラスコにイオン交換水78.00質量部、メタクリル酸メチル2.83質量部、及びメタクリル酸n−ブチル2.17質量部を投入し、120rpmで攪拌しながら窒素ガスのバブリングを30分間行なった。
その後、窒素雰囲気下で80℃に昇温し、予め調製した過硫酸アンモニウム0.02質量部及びイオン交換水2.00質量部の水溶液を一括投入して60分間保持し、シード粒子を形成させた。
上記のシード粒子が形成されたフラスコ内に、メタクリル酸メチル92.94質量部、メタクリル酸n−ブチル2.00質量部、メタクリル酸アリル0.06質量部、ジ−2−エチルヘキシルスルホコハク酸アンモニウム1.00質量部、2,2'−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)0.02質量部及びイオン交換水50.00質量部をホモジェナイザー(IKA社製、「ウルトラタラックスT−25」、25000rpm)で乳化処理して得られた混合物を300分かけて滴下して、その後1時間保持し、重合を終了した。得られたビニル重合体エマルションの一次粒子径の評価結果を表4−1に示す。
得られたビニル重合体エマルションを、大川原化工機(株)製、L−8i型スプレードライヤーを用い、下記条件で噴霧乾燥処理して重合体粉体(P2−1)を得た。得られた重合体粉体(P2−1)のアセトン可溶分、アセトン可溶分の分子量(Mw、Mn)、アルカリ金属イオンの含有量及び粉体解砕性の評価結果を表4−1に示す。
[噴霧乾燥処理条件]
噴霧方式:回転ディスク式
ディスク回転数:25,000rpm
熱風温度
入口温度:150℃
出口温度:65℃
[実施例32〜40,比較例31]重合体粉体(P2−2)〜(P2−10)、(P2’−1)の製造
実施例32〜40,比較例31は、表4−1及び4−2に示す原料組成及び重合条件とする以外は、実施例31と同様にして重合体粉体(P2−2)〜(P2−10)、(P2’−1)を得た。得られたビニル重合体エマルションの一次粒子径の評価結果を表4−1及び4−2に示す。得られた重合体粉体(P2−2)〜(P2−10)、(P2’−1)のアセトン可溶分、アセトン可溶分の分子量(Mw、Mn)、アルカリ金属イオンの含有量及び粉体解砕性の評価結果を表4−1及び4−2に示す。
[比較例32]重合体粉体(P2’−2)の製造
マックスブレンド攪拌機、還流冷却管、温度制御装置、滴下ポンプ及び窒素導入管を備えたセパラブルフラスコにイオン交換水157.57質量部、アクリル酸n−ブチル3.05質量部、スチレン0.83質量部、ジビニルベンゼン0.13質量部、及びジ−2−エチルヘキシルスルホコハク酸アンモニウム0.20質量部を投入し、120rpmで攪拌しながら窒素ガスのバブリングを30分間行なった。
その後、窒素雰囲気下で80℃に昇温し、予め調製した過硫酸カリウム0.01質量部及びイオン交換水3.22質量部の水溶液を一括投入して60分間保持し、シード粒子を形成させた。
上記のシード粒子が形成されたフラスコ内に、過硫酸カリウム0.06部を添加し、アクリル酸n−ブチル58.04質量部、スチレン15.72質量部、ジビニルベンゼン2.36質量部、ジ−2−エチルヘキシルスルホコハク酸アンモニウム0.31質量部からなる単量体混合物を120分かけて滴下して、その後1時間保持し、第1段目の重合を終了した。
次いで、過硫酸カリウム0.02質量部を添加し、メタクリル酸メチル19.29質量部、メタクリル酸0.48質量部、メタクリル酸アリル0.10質量部、ジ−2−エチルヘキシルスルホコハク酸アンモニウム0.10質量部からなる単量体混合物を30分かけて滴下して1時間保持し、重合を終了した。得られたビニル重合体エマルションの一次粒子径の評価結果を表4−2に示す。
得られたビニル重合体エマルションは、実施例31と同様に噴霧乾燥処理して、重合体粉体(P2’−2)を得た。得られた重合体粉体(P2’−2)のアセトン可溶分、アセトン可溶分の分子量(Mw、Mn)、アルカリ金属イオンの含有量及び粉体解砕性の評価結果を表4−2に示す。
Figure 2013094759

Figure 2013094759
表中の略号は以下の化合物を示す。
MMA :メタクリル酸メチル
n−BMA:メタクリル酸n−ブチル
n−BA :アクリル酸n−ブチル
St :スチレン
DVB :ジビニルベンゼン
AMA :メタクリル酸アリル
MAA :メタクリル酸
HEMA :メタクリル酸2−ヒドロキシエチル
乳化剤 :ジ−2−エチルヘキシルスルホコハク酸アンモニウム
V−65 :2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)
[実施例41〜50、比較例33〜35]
脂環式エポキシ樹脂(ダイセル社製、「セロキサイド2021」)及び重合体粉体を表5で示す割合で配合し、遊星運動式真空ミキサー(シンキー社製、商品名「泡取り練太郎ARV−310LED」)を使用して、大気圧下で回転数1200rpmの条件で3分間混練を行ない、混練物を得た。得られた混練物を3本ロールミル(EXAKT社製、「M−80E」)を使用し、ロール回転数200rpm、ロール間隔20μm・10μmで1パス、10μm・5μmで1パス、5μm・5μmで1パス処理した。
その後、再び遊星運動式真空ミキサー(シンキー社製、商品名「泡取り練太郎ARV−310LED」)を使用して、3KPaの減圧下で回転数1200rpmの条件で2分間混練・脱泡を行ない、エポキシ樹脂組成物を得た。
得られたエポキシ樹脂組成物について分散性、ゲル化温度、ゲル化性能の評価を実施した。評価結果を表5に示す。
[実施例51〜60、比較例36〜38]
得られたエポキシ樹脂組成物に、硬化剤として酸無水物系硬化剤(商品名「リカシッドMH−700」、新日本理化(株)製)、硬化促進剤としてテトラブチルホスホニウムジエチルホスホジチオネート(日本化学工業社製、「ヒシコーリンPX−4ET」)を表6に示す割合で配合し、遊星運動式真空ミキサー(シンキー社製、商品名「泡取り練太郎ARV−310LED」)を用い、3KPaの減圧下で回転数1200rpmの条件で2分間混練・脱泡を行い、エポキシ樹脂組成物を得た。
次いで、長さ300mm×幅300mm×厚さ5mmの強化ガラス板2枚の、それぞれの強化ガラス板の片面にPETフィルム(東洋紡(株)製、商品名:TN200)を貼り、PETフィルム面が向き合うように並べ、強化ガラス板の間に厚み3mmのテフロン(登録商標)製のスペーサーを挟んで型を作製した。この型の中に上記のエポキシ樹脂組成物を流し込み、クランプで固定し100℃で3時間予備硬化を行なった後、120℃で4時間硬化を行い、型から取り出して厚さ3mmの硬化物を得た。エポキシ樹脂硬化物の外観、全光線透過率、ガラス転移温度、比誘電率の評価結果を表6に示す。
Figure 2013094759
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[実施例61、62、比較例39〜41]
ビスフェノールA型水素化脂環式エポキシ樹脂(三菱化学社製、「YX−8000」)及び重合体粉体を表7で示す割合で配合し、実施例41と同様にしてエポキシ樹脂組成物を得た。得られたエポキシ樹脂組成物の分散性、ゲル化温度、ゲル化性能の評価を実施した。評価結果を表7に示す。
[実施例63、64、比較例42〜44]
得られたエポキシ樹脂組成物に、硬化剤として酸無水物系硬化剤(商品名「リカシッドMH−700」、新日本理化(株)製)、硬化促進剤としてテトラブチルホスホニウムジエチルホスホジチオネート(日本化学工業社製、「ヒシコーリンPX−4ET」)を表8に示す割合で配合し、実施例51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外観、全光線透過率、ガラス転移温度、比誘電率の評価結果を表8に示す。
Figure 2013094759
Figure 2013094759
表5〜8から明らかなように、本発明の重合体粉体(P2−1)〜(P2−10)を添加したエポキシ樹脂組成物は、分散性に優れ、高いゲル化性能を有する。また、重合体粉体(P2−1)〜(P2−10)を添加したエポキシ樹脂組成物を硬化して得られるエポキシ樹脂硬化物は、外観に優れ、高い透明性を有している。
特に、カルボキシル基を有する重合体粉体(P2−2、P2−3、P2−4,P2−9)、水酸基を有する重合体粉体(P2−5,P2−6,P2−7,P2−10)を添加して得られるエポキシ樹脂硬化物は、高い透明性を有している(実施例52〜57,59,60,64)。さらに、高温条件下でも透明性の低下が少ない(実施例52〜57,59,60)。そのため、高い透明性及び高温条件下での透明性が要求される光半導体用封止材料等の用途においても使用可能である。
屈折率が1.50である重合体粉体(P2−8)〜(P2−10)を添加して得られるエポキシ樹脂硬化物は、エポキシ樹脂硬化物とビニル重合体の屈折率差が小さいため、高い透明性を有している(実施例58〜60)。さらに、カルボキシル基、水酸基を導入することにより、高温条件下でも高い透明性を維持することが可能である(実施例59,60)。
また、本発明の重合体粉体(P2−1)〜(P2−10)を添加して得られるエポキシ樹脂硬化物は、ガラス転移温度の低下が少ないため、高い耐熱性が要求される用途においても使用が可能である。更に、比誘電率が低いことから電子材料分野にも好適である。
アセトン可溶分が本発明の範囲外である、重合体粉体(P2’−1)を添加したエポキシ樹脂硬化物は、アセトン可溶分が多いため、本発明の重合体粉体(P2)を添加した硬化物と比較するとガラス転移温度が大幅に低下している。(比較例36、比較例42)
アセトン可溶分、アセトン可溶分分子量が本発明の範囲外である、重合体粉体(P2’−2)を添加したエポキシ樹脂組成物は、ゲル化性が見られなかった。(比較例34、40)
また、重合体粉体(P2’−2)はアルカリ金属イオン量が多いため、添加して得られるエポキシ樹脂硬化物の電気特性が低位であった(比較例37)。さらに、重合体粉体(P2’−2)はガラス転移温度が低いため、添加して得られるエポキシ樹脂硬化物のガラス転移温度の低下が見られた(比較例37、比較例43)。
ビニル重合体を添加していない比較例35、41のエポキシ樹脂組成物は、ゲル化性が見られなかった。
本発明の重合体粉体は、硬化性樹脂、特にエポキシ樹脂中での分散性に優れ、所定の温度で短時間の加熱によって速やかに硬化性樹脂組成物をゲル状態とし、さらに得られる硬化物の弾性率が低いため、電子材料用の応力緩和剤兼プレゲル剤として利用することができる。
特に、本発明の重合体粉体を添加して得られる硬化性樹脂組成物は、初期粘度、ゲル化特性、硬化物の弾性率低下効果のバランスに優れるため、一次実装用アンダーフィル材、二次実装用アンダーフィル材、ワイヤーボンドにおけるグラブトップ材等の液状封止材、基板上の各種チップ類を一括で封止する封止用シート、プレディスペンス型のアンダーフィル材、ウエハーレベルで一括封止する封止シート、3層銅張積層板用の接着層、ダイボンドフィルム、ダイアタッチフィルム、層間絶縁フィルム、カバーレイフィルム等の接着層、ダイボンドペースト、層間絶縁ペースト、導電ペースト、異方導電ペースト等の接着性ペースト、発光ダイオードの封止材、光学接着剤、液晶、有機EL等の各種フラットパネルディスプレイのシーリング材等の各種用途に使用することができる。

Claims (27)

  1. (i)ガラス転移温度が0℃以下である(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)を含み、重合体粉体のアセトン可溶分が5質量%以上であり、アセトン可溶分の質量平均分子量が10万以上である重合体粉体(P1)、及び(ii)アセトン可溶分が2質量%以上35質量%以下であり、アセトン可溶分の質量平均分子量が10万以上であり、体積平均一次粒子径(Dv)が200nm以上である重合体粉体(P2)からなる群より選択される重合体粉体(P)。
  2. 前記重合体粉体(P)が、(i)ガラス転移温度が0℃以下である(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)を含み、重合体粉体のアセトン可溶分が5質量%以上であり、アセトン可溶分の質量平均分子量が10万以上である重合体粉体(P1)である、請求項1に記載の重合体粉体(P)。
  3. ガラス転移温度が0℃を超える重合体(B1)をさらに含む請求項2に記載の重合体粉体(P)。
  4. 重合体(B1)が(メタ)アクリル酸エステル系重合体である請求項3に記載の重合体粉体(P)。
  5. ガラス転移温度が0℃以下である(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)の含有量が30〜90質量%、重合体(B1)の含有量が70〜10質量%(合計100質量%)である請求項3に記載の重合体粉体(P)。
  6. 粒子径10μm以下の粒子の占める割合が30vol%未満であり、以下の解砕性を有する請求項2に記載の重合体粉体(P)。
    (解砕性)
    (1)重合体粉体(P)をイオン交換水で希釈する。
    (2)超音波照射を周波数42kHz、出力40Wで5分間行う。
    (3)レーザー回折/散乱式粒子径分布測定により粒子径分布を測定する。
    (4)10μm以下の粒子径の粒子の占める割合が30vol%以上である。
  7. (メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)の存在下で単量体混合物(b1)を重合し、粉体化して得られる(メタ)アクリル酸エステル系重合体粉体であって、(メタ)アクリル酸エステル系重合体(A1)のガラス転移温度が0℃以下であり、(メタ)アクリル酸エステル系重合体粉体のアセトン可溶分が5質量%以上であり、アセトン可溶分の質量平均分子量が10万以上である請求項2に記載の重合体粉体(P)。
  8. 請求項2に記載の重合体粉体(P)からなる硬化性樹脂用応力緩和剤兼プレゲル化剤。
  9. 硬化性樹脂100質量部に対して重合体粉体(P)を20質量部添加して得られる硬化性樹脂組成物の、ゲル化温度−20℃での貯蔵弾性率G‘Aと、ゲル化温度+20℃での貯蔵弾性率G’Bの比率(G‘B/G’A)が10以上となる請求項8に記載の硬化性樹脂用応力緩和剤兼プレゲル化剤。
  10. 請求項2に記載の重合体粉体(P)と硬化性樹脂とを含有する硬化性樹脂組成物。
  11. 硬化性樹脂がエポキシ樹脂である請求項10に記載の硬化性樹脂組成物。
  12. 請求項10に記載の硬化性樹脂組成物を硬化して得られる硬化物。
  13. 請求項10に記載の硬化性樹脂組成物を用いた半導体用封止材料。
  14. 請求項10に記載の硬化性樹脂組成物を用いた液晶表示素子用シール剤。
  15. 前記重合体粉体(P)が、(ii)アセトン可溶分が2質量%以上35質量%以下であり、アセトン可溶分の質量平均分子量が10万以上であり、体積平均一次粒子径(Dv)が200nm以上である重合体粉体(P2)である、請求項1に記載の重合体粉体(P)。
  16. 重合体粉体(P2)のアセトン可溶分が30質量%未満である請求項15に記載の重合体粉体(P)。
  17. 重合体粉体(P2)の20℃での屈折率が1.48以上1.51以下である請求項15に記載の重合体粉体(P)。
  18. 重合体粉体(P2)が、メタクリル酸メチル70〜99質量%、メタクリル酸メチル以外の単量体原料30〜1質量%を含む単量体原料(a2)を重合して得られたビニル重合体を粉体化して得られたメタクリル酸メチル系重合体粉体である請求項15に記載の重合体粉体(P)。
  19. 粒子径10μm以下の粒子の占める割合が30vol%未満であり、以下の解砕性を有する請求項15に記載の重合体粉体(P)。
    (解砕性)
    (1)重合体粉体(P)をイオン交換水で希釈する。
    (2)超音波照射を周波数42kHz、出力40Wで3分間行う。
    (3)レーザー回折/散乱式粒子径分布測定により粒子径分布を測定する。
    (4)10μm以下の粒子径の粒子の占める割合が30vol%以上である。
  20. 請求項15に記載の重合体粉体(P)からなる硬化性樹脂用プレゲル化剤。
  21. 硬化性樹脂100質量部に対して重合体粉体(P)を20質量部添加して得られる硬化性樹脂組成物の、ゲル化温度−20℃での貯蔵弾性率G‘Aと、ゲル化温度+20℃での貯蔵弾性率G’Bの比率(G‘B/G’A)が100以上となる請求項20に記載の硬化性樹脂用プレゲル化剤。
  22. 請求項15に記載のビニル重合体粉体(P)と硬化性樹脂とを含有する硬化性樹脂組成物。
  23. 硬化性樹脂がエポキシ樹脂である請求項22に記載の硬化性樹脂組成物。
  24. エポキシ樹脂が脂環式エポキシ樹脂である請求項23に記載の硬化性樹脂組成物。
  25. 重合体粉体(P)と前記硬化性樹脂とを含有する硬化性樹脂組成物を硬化させて得られる厚さ3mmの硬化物の23℃における全光線透過率が70%以上である請求項22に記載の硬化性樹脂組成物。
  26. 請求項22に記載の硬化性樹脂組成物を硬化して得られる硬化物。
  27. 請求項22に記載の硬化性樹脂組成物を用いた光半導体用封止材料。
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