JPWO2016104772A1 - エポキシ樹脂、エポキシ樹脂組成物、無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物、樹脂シート、硬化物、及びエポキシ化合物 - Google Patents

エポキシ樹脂、エポキシ樹脂組成物、無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物、樹脂シート、硬化物、及びエポキシ化合物 Download PDF

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Abstract

メソゲン骨格を有し、且つ、1分子内に2個のグリシジル基を有するエポキシ樹脂モノマーと、1つのベンゼン環に2個の水酸基を置換基として有する2価フェノール化合物との反応により得られ、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー測定における数平均分子量が600〜2500であるエポキシ樹脂。

Description

本開示は、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂組成物、無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物、樹脂シート、硬化物、及びエポキシ化合物に関する。
近年の半導体パッケージデバイスは、高密度化及び高集積化により、実使用温度が高温になり、放熱対策が必要となっている。特に、電気自動車、ハイブリッド自動車、産業機器等に使用されるパワーデバイスの分野においては、シリコンに替わり、より高出力化が可能な炭化ケイ素(SiC)の適用が盛んに検討されており、耐熱性と高い熱伝導特性とを有する周辺材料が要求される。また、適用箇所によっては高い絶縁性能も必要とされる。
パワーデバイスを取り巻く周辺材料は、小型化及び軽量化の流れに伴い、これまで使用されてきたセラミック等の無機材料に替わり、有機材料が使用されつつある。有機材料の使用形態としては、有機高分子(樹脂)と無機フィラーとの混合物からなるコンポジット材料が挙げられる。
有機材料は無機材料と比較して材料の加工性が高く、軽量化できる等の利点が多いが、耐熱性が低いことが課題である。また、素材としての熱伝導率も無機材料と比べて低く、汎用樹脂で0.2W/(m・K)程度である。
有機材料の耐熱性を向上する手法として、使用する樹脂の構造に剛直な骨格を導入したり、樹脂の架橋点密度を増やすことにより、硬化後の架橋点間距離を短くし、ガラス転移温度を向上させたりする手法が一般的に知られている。
一方、高熱伝導率化する手法として、高い熱伝導率を有するアルミナ、窒化ホウ素に代表される無機フィラーを使用する手法が知られている(例えば、特許第4889110号公報参照)。また、メソゲン骨格と称するものに代表される剛直な構造を樹脂の分子内に導入し、分子間スタッキング性を利用し、液晶性又は結晶性を発現させ、フォノン散乱を抑制することにより熱伝導率を高める手法も知られている(例えば、特許第4118691号公報参照)。前者の手法では、高充填量化によりコンポジット材料の熱伝導率を高めることが可能であるが、絶縁性と両立する上では充填量には上限があり、コンポジット材料の熱伝導率は頭打ちとなる。これに対し、後者の熱伝導率の高い樹脂を使用することにより、コンポジット材料の熱伝導率を飛躍的に高くすることが可能となる。
しかし、後者の手法の延長線上には樹脂の高融点化があるため、流動性が低下したり被着体との接着性が低下したりするなど、ハンドリング性が低下する課題を生じる。
本発明の目的は、流動性及び熱伝導性に優れるエポキシ樹脂、該エポキシ樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物、無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物、樹脂シート、及び硬化物、並びにエポキシ化合物を提供することである。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、本発明に至った。すなわち、本発明は以下の態様を包含する。
<1> メソゲン骨格を有し、且つ、1分子内に2個のグリシジル基を有するエポキシ樹脂モノマーと、1つのベンゼン環に2個の水酸基を置換基として有する2価フェノール化合物との反応により得られ、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー測定における数平均分子量が600〜2500であるエポキシ樹脂。
<2> 前記2価フェノール化合物がヒドロキノンである前記<1>に記載のエポキシ樹脂。
<3> 前記エポキシ樹脂モノマーが、trans−4−{4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル 4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエートである前記<1>又は<2>に記載のエポキシ樹脂。
<4> 前記<1>〜<3>のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂と、メソゲン骨格を有するエポキシ樹脂モノマーとを含有し、環球法で測定した軟化点が100℃以下であるエポキシ樹脂組成物。
<5> 前記<1>〜<3>のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂又は前記<4>に記載のエポキシ樹脂組成物と、無機フィラーと、を含有する無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物。
<6> 硬化物の熱伝導率が7W/(m・K)以上である前記<5>に記載の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物。
<7> 前記<5>又は<6>に記載の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物のシート状成形体である樹脂シート。
<8> 前記<5>若しくは<6>に記載の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物又は前記<7>に記載の樹脂シートを硬化させた硬化物。
<9> CuKα線を用いたX線回折法により、回折角2θ=3.0°〜3.5°の範囲に回折ピークを有する前記<8>に記載の硬化物。
<10> 下記式(1)で表されるエポキシ化合物。

[式(1)中、Xはそれぞれ独立に、メソゲン骨格を含む2価の基を示し、Yは、置換基を有していてもよいフェニレン基を示す。]
<11> 下記式(2−1)〜(2−3)の少なくとも1つで表される<10>に記載のエポキシ化合物。
<12> 下記式(3−1)〜(3−3)の少なくとも1つで表される<10>又は<11>に記載のエポキシ化合物。
<13> 下記式(4−1)〜(4−3)の少なくとも1つで表される<10>又は<11>に記載のエポキシ化合物。
<14> 前記<9>〜<13>のいずれか1項に記載のエポキシ化合物と、無機フィラーと、を含有する無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物。
<15> 前記<9>〜<13>のいずれか1項に記載のエポキシ化合物又は前記<14>に記載の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物を硬化させた硬化物。
本発明によれば、流動性及び熱伝導性に優れるエポキシ樹脂、該エポキシ樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物、無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物、樹脂シート、及び硬化物、並びにエポキシ化合物を提供することができる。
以下、本発明の実施形態を示す。なお、以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明はこの実施形態のみに限定されるものではなく、この主旨を逸脱しない限り、種々の形態を取り得る。
本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本明細書中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
また、組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
<エポキシ樹脂>
本発明の一実施形態におけるエポキシ樹脂は、メソゲン骨格を有し、且つ、1分子内に2個のグリシジル基を有するエポキシ樹脂モノマーと、1つのベンゼン環に2個の水酸基を置換基として有する2価フェノール化合物との反応により得られ、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定における数平均分子量が600〜2500である。本実施形態のエポキシ樹脂は、流動性及び熱伝導性に優れるため、例えば、後述の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物及び樹脂シートに好適に用いられる。
ここで、メソゲン骨格とは、結晶性又は液晶性を発現し易くするような分子構造のことを指す。具体的には、ビフェニル骨格、フェニルベンゾエート骨格、アゾベンゼン骨格、スチルベン骨格、シクロヘキシルベンゼン骨格、それらの誘導体等が挙げられる。分子構造中にメソゲン骨格を有しているエポキシ樹脂モノマーは硬化した際に高次構造を形成し易く、硬化物を作製した場合により高い熱伝導率を達成できる傾向にある。ここで、高次構造とは、その構成要素がミクロな配列をしている状態のことであり、例えば、結晶相及び液晶相が相当する。このような高次構造が存在しているか否かは、偏光顕微鏡での観察によって容易に判断することが可能である。すなわち、クロスニコル状態での観察において、偏光解消による干渉模様が見られる場合は高次構造が存在していると判断できる。
本実施形態のエポキシ樹脂の合成には、メソゲン骨格を有し、且つ、1分子内に2個のグリシジル基を有するエポキシ樹脂モノマーが用いられる。グリシジル基が1分子内に1個である場合、硬化後の架橋密度が低下するため熱伝導率が低くなる恐れがある。一方、グリシジル基が1分子内に3個以上である場合、ポリマー化する際に反応の制御が困難となり、ゲル化する恐れがある。
メソゲン骨格を有し、且つ、1分子内に2個のグリシジル基を有するエポキシ樹脂モノマーとしては、例えばビフェニル型エポキシ樹脂が代表として挙げられ、市販品としてはYX4000(三菱化学株式会社製)、YL6121H(三菱化学株式会社製)等が挙げられる。また、3環型エポキシ樹脂モノマーとして、ターフェニル骨格を有するエポキシ樹脂モノマー、1−(3−メチル−4−オキシラニルメトキシフェニル)−4−(4−オキシラニルメトキシフェニル)−1−シクロヘキセン、1−(3−メチル−4−オキシラニルメトキシフェニル)−4−(4−オキシラニルメトキシフェニル)−ベンゼン(住友化学株式会社製)、trans−4−{4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル 4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエート(住友化学株式会社製)等が具体例として挙げられる。これらのエポキシ樹脂モノマーの中でも、熱伝導率を向上させる観点から、trans−4−{4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル 4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエートを用いることが好ましい。
これらのエポキシ樹脂モノマーは、1種類単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
本実施形態のエポキシ樹脂の合成には、バインダとして、1つのベンゼン環に2個の水酸基を置換基として有する2価フェノール化合物が用いられる。このような2価フェノール化合物を用いることが、エポキシ樹脂の分子量、熱伝導率、及びガラス転移温度(Tg)の制御の観点から好ましい。水酸基が1分子内に1個である場合、硬化後の架橋密度が低下するため熱伝導率が低くなる恐れがある。一方、水酸基が1分子内に3個以上である場合、ポリマー化する際に反応の制御が困難となり、ゲル化する恐れがある。また、2つ以上のベンゼン環を有する2価フェノール化合物を用いた場合、エポキシ樹脂の構造が剛直になるため高熱伝導率化には有利に働くが、軟化点が高くなりハンドリング性が低下する傾向がある(例えば、特許第5019272号公報参照)。
なお、エポキシ樹脂モノマーをポリマー化する際のバインダとしては、フェノール化合物以外にアミン化合物も知られている。しかし、アミン化合物をバインダとして用いた場合、エポキシ樹脂に2級アミン又は3級アミンが生成するため、エポキシ樹脂自体の貯蔵安定性、及びエポキシ樹脂を硬化剤と配合した後の樹脂組成物の貯蔵安定性が悪くなってしまう。
1つのベンゼン環に2個の水酸基を置換基として有する2価フェノール化合物としては、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン、及びこれらの誘導体が挙げられる。誘導体としては、ベンゼン環に炭素数1〜8のアルキル基等が置換した化合物が挙げられる。これらの2価フェノール化合物の中でも、熱伝導率を向上させる観点から、ヒドロキノンを用いることが好ましい。ヒドロキノンは2つの水酸基がパラ位の位置関係となるように置換されている構造であるため、エポキシ樹脂モノマーと反応させて得られるエポキシ樹脂は直線構造となる。このため、分子のスタッキング性が高く、高次構造を形成し易いと考えられる。
これらの2価フェノール化合物は、1種類単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
本実施形態のエポキシ樹脂のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定における数平均分子量は600〜2500であり、流動性及び熱伝導率を両立する観点から800〜2000であることが好ましく、1000〜1800であることがより好ましい。エポキシ樹脂の数平均分子量が600未満であると、結晶性が高くなるため流動性が低下する傾向がある。一方、エポキシ樹脂の数平均分子量が2500超であると、硬化物の架橋点密度が低下するため、熱伝導率が低くなる傾向がある。
なお、本明細書における数平均分子量は、以下の測定条件で測定するものとする。
〔測定条件〕
ポンプ:L−6000(株式会社日立製作所製)
カラム:TSKgel(登録商標) G4000HHR+G3000HHR+G2000HXL(東ソー株式会社製)
カラム温度:40℃
溶出溶媒:テトラヒドロフラン(クロマトグラフィー用安定剤不含、和光純薬工業株式会社製)
試料濃度:5g/L(テトラヒドロフラン可溶分)
注入量:100μL
流速:1.0mL/分
検出器:示差屈折率計RI−8020(東ソー株式会社製)
分子量較正標準物質:標準ポリスチレン
データ処理装置:GPC−8020(東ソー株式会社製)
本実施形態のエポキシ樹脂としては、140℃未満の温度で結晶相から液晶相に転移するものが好ましい。結晶相から液晶相に転移する温度が140℃未満であることにより、流動性及び成形性が向上する傾向にある。
上記エポキシ樹脂モノマーであるtrans−4−{4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル 4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエートは、結晶相から液晶相に転移する温度が140℃以上であるが、上記2価フェノール化合物と反応させて本実施形態のエポキシ樹脂とすることで、結晶相から液晶相に転移する温度を140℃未満にすることができる。
なお、結晶相から液晶相に転移する温度は、示差走査熱量(DSC)測定装置(例えば、株式会社パーキンエルマー製、Pyris1)を用いて測定することができる。具体的には、エポキシ樹脂の試料3mg〜5mgをアルミニウム製のパンに封入し、昇温速度20℃/分、測定温度範囲25℃〜350℃、窒素流量20±5mL/分の窒素雰囲気下の条件にて示差走査熱量測定を行い、相転移反応に伴うエネルギー変化(吸熱反応)が起こる温度として測定することができる。
本実施形態のエポキシ樹脂は、合成溶媒中に上記エポキシ樹脂モノマー、上記2価フェノール化合物、及び硬化触媒を溶解し、熱をかけながら撹拌して合成することができる。溶媒を使用せず、エポキシ樹脂モノマーを溶融して反応させることでもエポキシ樹脂を合成することは可能であるが、エポキシ樹脂モノマーが溶融する温度まで高温にしなければならない。このため、安全性の観点から合成溶媒を使用した合成法が好ましい。
上記合成溶媒としては、上記エポキシ樹脂モノマーと上記2価フェノール化合物との反応が進行するために必要な温度に加温できる溶媒であれば特に制限されない。具体例としては、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、N−メチルピロリドン等が挙げられる。
合成溶媒の量は、反応温度において、上記エポキシ樹脂モノマー、上記2価フェノール化合物、及び硬化触媒を全て溶解できる量が最低必要である。反応前の原料種類、溶媒種類等によって溶解性が異なるが、仕込み固形分濃度を20質量%〜60質量%とすれば、合成後の樹脂溶液粘度として好ましい範囲となる。
上記硬化触媒の種類は特に限定されず、反応速度、反応温度、貯蔵安定性等の観点から適切なものを選択することができる。硬化触媒の具体例としては、イミダゾール化合物、有機リン化合物、第3級アミン、第4級アンモニウム塩等が挙げられる。これらは1種類単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。中でも、耐熱性の観点から、有機ホスフィン化合物;有機ホスフィン化合物に、無水マレイン酸、キノン化合物(1,4−ベンゾキノン、2,5−トルキノン、1,4−ナフトキノン、2,3−ジメチルベンゾキノン、2,6−ジメチルベンゾキノン、2,3−ジメトキシ−5−メチル−1,4ベンゾキノン、2,3−ジメトキシ−1,4−ベンゾキノン、フェニル−1,4−ベンゾキノン等)、ジアゾフェニルメタン、フェノール樹脂等のπ結合をもつ化合物を付加してなる分子内分極を有する化合物;及び有機ホスフィン化合物と有機ボロン化合物(テトラフェニルボレート、テトラ−p−トリルボレート、テトラ−n−ブチルボレート等)との錯体;からなる群より選択される少なくとも1つであることが好ましい。
有機ホスフィン化合物としては、具体的には、トリフェニルホスフィン、ジフェニル(p−トリル)ホスフィン、トリス(アルキルフェニル)ホスフィン、トリス(アルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(アルキルアルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(ジアルキルフェニル)ホスフィン、トリス(トリアルキルフェニル)ホスフィン、トリス(テトラアルキルフェニル)ホスフィン、トリス(ジアルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(トリアルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(テトラアルコキシフェニル)ホスフィン、トリアルキルホスフィン、ジアルキルアリールホスフィン、アルキルジアリールホスフィン等が挙げられる。
硬化触媒の量は特に制限されない。反応速度及び貯蔵安定性の観点から、上記エポキシ樹脂モノマーと上記2価フェノール化合物との合計質量に対して0.1質量%〜1.5質量%であることが好ましく、0.2質量%〜1質量%であることがより好ましい。
本実施形態のエポキシ樹脂は、少量スケールであればガラス製のフラスコを使用し、大量スケールであればステンレス製の合成釜を使用して合成することができる。具体的な合成方法は、例えば以下の通りである。まず、上記エポキシ樹脂モノマーをフラスコ又は合成釜に投入し、合成溶媒を入れ、オイルバス又は熱媒により反応温度まで加温し、エポキシ樹脂モノマーを溶解する。そこに上記2価フェノール化合物を投入し、合成溶媒中に均一に溶解したことを確認した後に硬化触媒を投入し、反応を開始する。所定時間の後に反応溶液を取り出せば、エポキシ樹脂溶液が得られる。また、フラスコ内又は合成釜内において、加温条件のもと減圧下で合成溶媒を留去したものを取り出せば、エポキシ樹脂が室温下で固体として得られる。
反応温度は、硬化触媒の存在下でエポキシ基とフェノール性水酸基との反応が進行する温度であれば制限されず、例えば100℃〜180℃の範囲が好ましく、120℃〜170℃の範囲がより好ましい。反応温度を100℃以上とすることで、反応が完結するまでの時間をより短くできる傾向にある。一方、反応温度を180℃以下とすることで、ゲル化する可能性を低減できる傾向にある。
本実施形態のエポキシ樹脂を合成する際に、上記エポキシ樹脂モノマーと上記2価フェノール化合物との当量比を変更して合成することができる。具体的には、上記エポキシ樹脂モノマーのエポキシ基の当量数(Ep)と上記2価フェノール化合物のフェノール性水酸基の当量数(Ph)との比率(Ep/Ph)を100/100〜100/1の範囲として合成することが可能である。エポキシ樹脂の流動性、耐熱性、及び熱伝導率の観点から、Ep/Phは100/50〜100/5の範囲が好ましい。Ep/Phを100/5以下とすることで、得られるエポキシ樹脂の軟化点が低くなり、流動性を高めることができる傾向にある。一方、Ep/Phを100/50以上とすることで、架橋点密度の低下を抑え、耐熱性及び熱伝導率を高めることができる傾向にある。
本実施形態のエポキシ樹脂は、流動性及び熱伝導性に優れ、後述する無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物及び樹脂シートの材料として使用することができる。無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物又は樹脂シートは、電気自動車、ハイブリッド自動車、産業機器等のモーター用又はインバーター用の放熱材、プリント配線板用の放熱材、半導体素子用の封止材等への展開が期待される。
<エポキシ樹脂組成物>
本発明の一実施形態におけるエポキシ樹脂組成物は、上述したエポキシ樹脂と、メソゲン骨格を有するエポキシ樹脂モノマーとを含有し、環球法で測定した軟化点が100℃以下である。軟化点が100℃以下であることにより、エポキシ樹脂組成物の流動性が確保される。本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、後述する無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物とは異なり、無機フィラーを含有しない。
本明細書における軟化点は、以下のようにして測定するものとする。まず、加熱溶融したエポキシ樹脂組成物を金属製治具に流し込み、室温(25℃)まで冷却し、金属製治具をエポキシ樹脂組成物で充填する。次いで、エポキシ樹脂組成物で充填した金属製治具を室温下で測定器のオイルバスに取り付け、環球をエポキシ樹脂組成物上に乗せる。オイルバスを昇温し、環球がエポキシ樹脂組成物に沈み込む温度を軟化点として読み取る。
エポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂モノマーが有するメソゲン骨格は、本実施形態のエポキシ樹脂が有するメソゲン骨格と同じであることが、硬化物が液晶性又は結晶性を発現し、高次構造を形成する観点、及び高熱伝導率化する観点から好ましい。エポキシ樹脂モノマーが有するメソゲン骨格とエポキシ樹脂が有するメソゲン骨格とが異なる場合、分子間のスタッキングが損なわれ、高次構造を形成し難くなることがある。
エポキシ樹脂組成物中における本実施形態のエポキシ樹脂とメソゲン骨格を有するエポキシ樹脂モノマーとの含有率は、環球法で測定した軟化点が100℃以下である限り、特に限定されない。エポキシ樹脂組成物中における本実施形態のエポキシ樹脂の含有率は、1質量%〜30質量%であることが好ましく、5質量%〜20質量%であることがより好ましい。また、エポキシ樹脂組成物中におけるメソゲン骨格を有するエポキシ樹脂モノマーの含有率は、70質量%〜99質量%であることが好ましく、80質量%〜95質量%であることがより好ましい。
なお、本実施形態のエポキシ樹脂を合成した際に得られる反応後の溶液から合成溶媒を留去して得られる固体には、本実施形態のエポキシ樹脂と共に未反応のエポキシ樹脂モノマーが含まれている。したがって、合成溶媒の留去後の固体を本実施形態のエポキシ樹脂組成物として用いることができる。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物としては、140℃未満の温度で結晶相から液晶相に転移するものが好ましい。結晶相から液晶相に転移する温度が140℃未満であることにより、流動性及び成形性が向上する傾向にある。
<無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物>
本発明の一実施形態における無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物は、上述したエポキシ樹脂又はエポキシ樹脂組成物と、無機フィラーと、を含有する。本実施形態の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物は、必要に応じてその他の成分をさらに含有していてもよい。以下、本実施形態の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物を構成する各成分について説明する。
(エポキシ樹脂又はエポキシ樹脂組成物)
本実施形態の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物は、上述したエポキシ樹脂又はエポキシ樹脂組成物を含有する。エポキシ樹脂又はエポキシ樹脂組成物を含有することにより、流動性及び熱伝導性を高めることができる。
無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物中におけるエポキシ樹脂又はエポキシ樹脂組成物の含有率は特に制限されない。流動性及び熱伝導性の観点から、無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物中におけるエポキシ樹脂又はエポキシ樹脂組成物の含有率は、3質量%〜20質量%であることが好ましく、5質量%〜10質量%であることがより好ましい。
(無機フィラー)
本実施形態の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物は、無機フィラーの少なくとも1種類を含有する。無機フィラーを含有することにより、高熱伝導性を達成することができる。無機フィラーは絶縁性であっても導電性であってもよいが、絶縁性であることが好ましい。絶縁性の無機フィラーとして、具体的には、窒化ホウ素、アルミナ、シリカ、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム等の粒子が挙げられる。中でも、流動性、熱伝導性、及び電気絶縁性の観点から、酸化マグネシウム及び酸化アルミニウムから選択される少なくとも1種類の粒子であることが好ましい。また、流動性を妨げない範囲で、窒化ホウ素、アルミナ、シリカ、窒化アルミニウム等の粒子を含有してもよい。
上記無機フィラーは、横軸に粒子径を、縦軸に頻度をとった粒度分布曲線を描いた場合に単一のピークを有していてもよく、複数のピークを有していてもよい。粒度分布曲線が複数のピークを有する無機フィラーを用いることで、無機フィラーの充填性が向上し、硬化物の熱伝導性が向上する。
上記無機フィラーが粒度分布曲線を描いたときに単一のピークを有する場合、無機フィラーの重量累積粒度分布の小粒径側からの累積50%に対応する粒子径である平均粒子径(D50)は、熱伝導性の観点から、0.1μm〜100μmであることが好ましく、0.1μm〜70μmであることがより好ましい。また、粒度分布曲線が複数のピークを有する場合は、例えば、異なる平均粒子径を有する2種類以上の無機フィラーを組み合わせて構成できる。
本明細書において、無機フィラーの平均粒子径はレーザー回折法を用いて測定され、重量累積粒度分布曲線を小粒径側から描いた場合に、重量累積が50%となる粒子径に対応する。レーザー回折法を用いた粒度分布測定は、レーザー回折散乱粒度分布測定装置(例えば、ベックマン・コールター株式会社製、LS230)を用いて行うことができる。
また、無機フィラーの比表面積の測定法としては、主にBET法が適用される。BET法とは、窒素(N)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)等の不活性気体分子を固体粒子に吸着させ、吸着した気体分子の量から固体粒子の比表面積を測定する気体吸着法である。比表面積の測定は、比表面積細孔分布測定装置(例えば、ベックマン・コールター株式会社製、SA3100)を用いて行うことができる。
無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物中における無機フィラーの含有率は特に制限されない。熱伝導性及び成形性の観点から、無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物の全体積を100体積%とした場合に、無機フィラーの含有率は60体積%〜90体積%であることが好ましく、70体積%〜85体積%であることがより好ましい。無機フィラーの含有率が60体積%以上であることで、熱伝導性が向上する傾向にある。一方、無機フィラーの含有率が90体積%以下であることで、成形性が向上する傾向にある。
なお、本明細書における無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物中の無機フィラーの含有率(体積%)は、次式により求めた値とする。
無機フィラーの含有率(体積%)={(Ew/Ed)/((Aw/Ad)+(Bw/Bd)+(Cw/Cd)+(Dw/Dd)+(Ew/Ed)+(Fw/Fd))}×100
ここで、各変数は以下の通りである。
Aw:エポキシ樹脂の質量組成比(質量%)
Bw:フェノール硬化剤(任意成分)の質量組成比(質量%)
Cw:シランカップリング剤(任意成分)の質量組成比(質量%)
Dw:硬化促進剤(任意成分)の質量組成比(質量%)
Ew:無機フィラーの質量組成比(質量%)
Fw:その他の成分(任意成分)の質量組成比(質量%)
Ad:エポキシ樹脂の比重
Bd:フェノール硬化剤(任意成分)の比重
Cd:シランカップリング剤(任意成分)の比重
Dd:硬化促進剤(任意成分)の比重
Ed:無機フィラーの比重
Fd:その他の成分(任意成分)の比重
(フェノール硬化剤)
本実施形態の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物は、フェノール硬化剤を含有していてもよい。フェノール硬化剤としては、通常用いられるものを特に制限なく用いることができ、市販の低分子フェノール化合物、及びそれらをノボラック化したフェノール樹脂を用いることができる。低分子フェノール化合物としては、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール等の単官能の化合物;カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン等の2官能の化合物;1,2,3−トリヒドロキシベンゼン、1,2,4−トリヒドロキシベンゼン、1,3,5−トリヒドロキシベンゼン等の3官能の化合物;などが挙げられる。また、これら低分子フェノール化合物をメチレン鎖等で連結してノボラック化したフェノールノボラック樹脂を硬化剤として用いることもできる。
上記フェノール硬化剤としては、熱伝導性の観点から、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン等の2官能のフェノール化合物、又はこれらをメチレン鎖で連結したフェノールノボラック樹脂であることが好ましく、耐熱性の観点から、これら低分子の2官能のフェノール化合物をメチレン鎖で連結したフェノールノボラック樹脂であることがより好ましい。
上記フェノールノボラック樹脂として、具体的には、クレゾールノボラック樹脂、カテコールノボラック樹脂、レゾルシノールノボラック樹脂、ヒドロキノンノボラック樹脂等の1種類のフェノール化合物をノボラック化した樹脂;カテコールレゾルシノールノボラック樹脂、レゾルシノールヒドロキノンノボラック樹脂等の2種類又はそれ以上のフェノール化合物をノボラック化した樹脂;などを挙げることができる。中でも、上記フェノールノボラック樹脂が、下記一般式(I−1)及び(I−2)からなる群より選択される少なくとも1つで表される構造単位を有する化合物を含むことが好ましい。
上記一般式(I−1)及び(I−2)において、Rはそれぞれ独立に、アルキル基、芳香族基、又はアラルキル基を示す。Rで示されるアルキル基、芳香族基、及びアラルキル基は、さらに置換基を有していてもよい。該置換基としては、アルキル基、アリール基、ハロゲン原子、水酸基等を挙げることができる。mはそれぞれ独立に、0〜2の整数を示し、mが2の場合、2つのRは同一であっても異なっていてもよい。mはそれぞれ独立に、0又は1であることが好ましく、0であることがより好ましい。また、nはそれぞれ独立に、1〜7の整数を示す。
上記一般式(I−1)及び(I−2)において、R及びRはそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、芳香族基、又はアラルキル基を示す。R及びRで示されるアルキル基、芳香族基、及びアラルキル基は、さらに置換基を有していてもよい。該置換基としては、アルキル基、アリール基、ハロゲン原子、水酸基等を挙げることができる。
上記一般式(I−1)及び(I−2)中のR及びRとしては、保存安定性及び熱伝導性の観点から、水素原子、アルキル基、又は芳香族基であることが好ましく、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、又は炭素数6〜12の芳香族基であることがより好ましく、水素原子であることがさらに好ましい。
上記一般式(I−1)で表される構造単位を有する化合物は、レゾルシノール以外のフェノール化合物に由来する部分構造の少なくとも1種類をさらに含んでいてもよい。上記一般式(I−1)におけるレゾルシノール以外のフェノール化合物としては、例えば、フェノール、クレゾール、カテコール、ヒドロキノン、1,2,3−トリヒドロキシベンゼン、1,2,4−トリヒドロキシベンゼン、1,3,5−トリヒドロキシベンゼン等を挙げることができる。本実施形態においては、これらに由来する部分構造を1種類単独で含んでいてもよく、2種類以上を組み合わせて含んでいてもよい。
また、上記一般式(I−2)で表されるカテコールに由来する構造単位を有する化合物においても同様に、カテコール以外のフェノール化合物に由来する部分構造の少なくとも1種類を含んでいてもよい。
ここで、フェノール化合物に由来する部分構造とは、フェノール化合物のベンゼン環部分から1個又は2個の水素原子を取り除いて構成される1価又は2価の基を意味する。なお、水素原子が取り除かれる位置は特に限定されない。
上記一般式(I−1)で表される構造単位を有する化合物において、レゾルシノール以外のフェノール化合物に由来する部分構造としては、熱伝導性及び接着性の観点から、フェノール、クレゾール、カテコール、ヒドロキノン、1,2,3−トリヒドロキシベンゼン、1,2,4−トリヒドロキシベンゼン、及び1,3,5−トリヒドロキシベンゼンから選ばれる少なくとも1種類に由来する部分構造であることが好ましく、カテコール及びヒドロキノンから選ばれる少なくとも1種類に由来する部分構造であることがより好ましい。
また、上記一般式(I−1)で表される構造単位を有する化合物において、レゾルシノールに由来する部分構造の含有比率については特に制限はない。弾性率の観点から、上記一般式(I−1)で表される構造単位を有する化合物の全質量に対するレゾルシノールに由来する部分構造の含有比率は55質量%以上であることが好ましい。硬化物のガラス転移温度(Tg)及び線膨張率の観点から、上記一般式(I−1)で表される構造単位を有する化合物の全質量に対するレゾルシノールに由来する部分構造の含有比率は60質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることがさらに好ましく、熱伝導性の観点から、90質量%以上であることが特に好ましい。
上記一般式(I−1)及び(I−2)からなる群より選択される少なくとも1つで表される構造単位を有する化合物の分子量は特に制限されない。流動性の観点から、数平均分子量(Mn)として2000以下であることが好ましく、1500以下であることがより好ましく、350〜1500であることがさらに好ましい。また、重量平均分子量(Mw)としては2000以下であることが好ましく、1500以下であることがより好ましく、400〜1500であることがさらに好ましい。これらMn及びMwは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いた通常の方法により測定される。
上記一般式(I−1)及び(I−2)からなる群より選択される少なくとも1つで表される構造単位を有する化合物の水酸基当量は特に制限されない。耐熱性に関与する架橋密度の観点から、水酸基当量は平均値で50g/eq〜150g/eqであることが好ましく、50g/eq〜120g/eqであることがより好ましく、55g/eq〜120g/eqであることがさらに好ましい。
また、上記フェノールノボラック樹脂は、下記一般式(II−1)〜(II−4)からなる群より選択される少なくとも1つで表される構造を有する化合物を含むことも好ましい。
上記一般式(II−1)〜(II−4)中、m及びnはそれぞれ独立に、正の整数を示し、m又はnが付されたそれぞれの構造単位の繰り返し数を意味する。また、Arはそれぞれ独立に、下記一般式(II−a)及び(II−b)のいずれか1つで表される基を示す。
上記一般式(II−a)及び(II−b)中、R11及びR14はそれぞれ独立に、水素原子又は水酸基を示す。R12及びR13はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜8のアルキル基を示す。
上記一般式(II−1)〜(II−4)からなる群より選択される少なくとも1つで表される構造を有する化合物は、2価のフェノール化合物をノボラック化する製造方法によって副生成的に生成可能なものである。
上記一般式(II−1)〜(II−4)からなる群より選択される少なくとも1つで表される構造は、上記フェノールノボラック樹脂の主鎖骨格として含まれていてもよく、又は上記フェノールノボラック樹脂の側鎖の一部として含まれていてもよい。さらに、上記一般式(II−1)〜(II−4)のいずれか1つで表される構造を構成するそれぞれの構造単位は、ランダムに含まれていてもよいし、規則的に含まれていてもよいし、ブロック状に含まれていてもよい。
また、上記一般式(II−1)〜(II−4)において、水酸基の置換位置は芳香族環上であれば特に制限されない。
上記一般式(II−1)〜(II−4)のそれぞれについて、複数存在するArは全て同一の原子団であってもよいし、2種類以上の原子団を含んでいてもよい。なお、Arは上記一般式(II−a)及び(II−b)のいずれか1つで表される基を示す。
上記一般式(II−a)及び(II−b)におけるR11及びR14はそれぞれ独立に、水素原子又は水酸基を示し、熱伝導性の観点から水酸基であることが好ましい。また、R11及びR14の置換位置は特に制限されない。
また、上記一般式(II−a)におけるR12及びR13はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜8のアルキル基を示す。R12及びR13における炭素数1〜8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、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等が挙げられる。また、上記一般式(II−a)におけるR12及びR13の置換位置は特に制限されない。
上記一般式(II−1)〜(II−4)におけるArは、より優れた熱伝導性を達成する観点から、ジヒドロキシベンゼンに由来する基(上記一般式(II−a)においてR11が水酸基であって、R12及びR13が水素原子である基)、及びジヒドロキシナフタレンに由来する基(上記一般式(II−b)においてR14が水酸基である基)からなる群より選ばれる少なくとも1種類であることが好ましい。
ここで、「ジヒドロキシベンゼンに由来する基」とは、ジヒドロキシベンゼンの芳香環部分から水素原子を2つ取り除いて構成される2価の基を意味し、水素原子が取り除かれる位置は特に制限されない。「ジヒドロキシナフタレンに由来する基」についても同様の意味である。
また、本実施形態の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物の生産性及び流動性の観点からは、Arはジヒドロキシベンゼンに由来する基であることがより好ましく、1,2−ジヒドロキシベンゼン(カテコール)に由来する基及び1,3−ジヒドロキシベンゼン(レゾルシノール)に由来する基からなる群より選ばれる少なくとも1種類であることがより好ましい。さらに、熱伝導性を特に高める観点から、Arとして少なくともレゾルシノールに由来する基を含むことが好ましい。また、熱伝導性を特に高める観点から、繰り返し数がnで示される構造単位は、レゾルシノールに由来する基を含んでいることが好ましい。レゾルシノールに由来する基を含む構造単位の含有率は、弾性率の観点から、上記一般式(II−1)〜(II−4)からなる群より選択される少なくとも1つで表される構造を有する化合物の総重量中において55質量%以上であることが好ましい。硬化物のガラス転移温度(Tg)及び線膨張率の観点から、上記一般式(II−1)〜(II−4)からなる群より選択される少なくとも1つで表される構造を有する化合物の総重量に対するレゾルシノールに由来する基を含む構造単位の含有率は、60質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることがさらに好ましく、熱伝導性の観点から、90質量%以上であることが特に好ましい。
上記一般式(II−1)〜(II−4)におけるm及びnについては、流動性の観点からm/n=20/1〜1/5であることが好ましく、20/1〜5/1であることがより好ましく、20/1〜10/1であることがさらに好ましい。また、(m+n)は、流動性の観点から20以下であることが好ましく、15以下であることがより好ましく、10以下であることがさらに好ましい。なお、(m+n)の下限値は特に制限されない。
上記一般式(II−1)〜(II−4)からなる群より選択される少なくとも1つで表される構造を有する化合物は、特にArが置換又は非置換のジヒドロキシベンゼン及び置換又は非置換のジヒドロキシナフタレンの少なくともいずれか1種類である場合、これらを単純にノボラック化した樹脂等と比較して、その合成が容易であり、軟化点の低い硬化剤が得られる傾向にある。したがって、このような樹脂を含む樹脂組成物の製造や取り扱いも容易になる等の利点がある。
なお、上記一般式(II−1)〜(II−4)からなる群より選択される少なくとも1つで表される構造を有する化合物は、電界脱離イオン化質量分析法(FD−MS)によって、そのフラグメント成分として上記構造が含まれていることを容易に特定することができる。
上記一般式(II−1)〜(II−4)からなる群より選択される少なくとも1つで表される構造を有する化合物の分子量は特に制限されない。流動性の観点から、数平均分子量(Mn)として2000以下であることが好ましく、1500以下であることがより好ましく、350〜1500であることがさらに好ましい。また、重量平均分子量(Mw)としては2000以下であることが好ましく、1500以下であることがより好ましく、400〜1500であることがさらに好ましい。これらMn及びMwは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いた通常の方法により測定される。
上記一般式(II−1)〜(II−4)からなる群より選択される少なくとも1つで表される構造を有する化合物の水酸基当量は特に制限されない。耐熱性に関与する架橋密度の観点から、水酸基当量は平均値で50g/eq〜150g/eqであることが好ましく、50g/eq〜120g/eqであることがより好ましく、55g/eq〜120g/eqであることがさらに好ましい。
上記フェノール硬化剤は、上記フェノールノボラック樹脂を構成するフェノール化合物であるモノマーを含んでいてもよい。フェノールノボラック樹脂を構成するフェノール化合物であるモノマーの含有比率(以下、「モノマー含有比率」ともいう。)としては特に制限されない。熱伝導性及び成形性の観点から、モノマー含有比率は5質量%〜80質量%であることが好ましく、15質量%〜60質量%であることがより好ましく、20質量%〜50質量%であることがさらに好ましい。モノマー含有比率が80質量%以下であることで、硬化反応の際に架橋に寄与しないモノマーが少なくなり、架橋する高分子量体が多くなるため、より高密度な高次構造が形成され、熱伝導性が向上する。また、モノマー含有比率が5質量%以上であることで、成形の際に流動し易いため、無機フィラーとの密着性がより向上し、より優れた熱伝導性及び耐熱性が達成できる。
本実施形態の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物がフェノール硬化剤を含有する場合、無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物中におけるフェノール硬化剤の含有率は特に制限されない。フェノール硬化剤におけるフェノール性水酸基の活性水素の当量数(フェノール性水酸基の当量数)と、上記エポキシ樹脂又は上記エポキシ樹脂組成物におけるエポキシ基の当量数との比(フェノール性水酸基の当量数/エポキシ基の当量数)が0.5〜2となることが好ましく、0.8〜1.2となることがより好ましい。
(硬化促進剤)
本実施形態の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物がフェノール硬化剤を含有する場合、必要に応じて硬化促進剤を併用しても構わない。硬化促進剤を併用することで、無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物をさらに十分に硬化させることができる。硬化促進剤の種類や配合量は特に限定されず、反応速度、反応温度、保管性等の観点から適切なものを選択することができる。硬化促進剤の具体例としては、イミダゾール化合物、有機リン化合物、第3級アミン、第4級アンモニウム塩等が挙げられる。これらは1種類単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。中でも、耐熱性の観点から、有機ホスフィン化合物;有機ホスフィン化合物に無水マレイン酸、キノン化合物(1,4−ベンゾキノン、2,5−トルキノン、1,4−ナフトキノン、2,3−ジメチルベンゾキノン、2,6−ジメチルベンゾキノン、2,3−ジメトキシ−5−メチル−1,4ベンゾキノン、2,3−ジメトキシ−1,4−ベンゾキノン、フェニル−1,4−ベンゾキノン等)、ジアゾフェニルメタン、フェノール樹脂等のπ結合をもつ化合物を付加してなる分子内分極を有する化合物;及び有機ホスフィン化合物と有機ボロン化合物(テトラフェニルボレート、テトラ−p−トリルボレート、テトラ−n−ブチルボレート等)との錯体;からなる群より選択される少なくとも1つであることが好ましい。
有機ホスフィン化合物としては、具体的には、トリフェニルホスフィン、ジフェニル(p−トリル)ホスフィン、トリス(アルキルフェニル)ホスフィン、トリス(アルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(アルキルアルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(ジアルキルフェニル)ホスフィン、トリス(トリアルキルフェニル)ホスフィン、トリス(テトラアルキルフェニル)ホスフィン、トリス(ジアルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(トリアルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(テトラアルコキシフェニル)ホスフィン、トリアルキルホスフィン、ジアルキルアリールホスフィン、アルキルジアリールホスフィン等が挙げられる。
本実施形態の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物が硬化促進剤を含有する場合、無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物中における硬化促進剤の含有率は特に制限されない。流動性及び成形性の観点から、硬化促進剤の含有率は、上記エポキシ樹脂又は上記エポキシ樹脂組成物と上記フェノール硬化剤との合計質量に対して0.1質量%〜1.5質量%であることが好ましく、0.2質量%〜1質量%であることがより好ましい。
(シランカップリング剤)
本実施形態の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物は、シランカップリング剤を含有していてもよい。シランカップリング剤を含有すると、無機フィラーの表面とその周りを取り囲むエポキシ樹脂との間で相互作用することにより流動性及び熱伝導性が向上する傾向にあり、さらには水分の浸入を妨げることにより絶縁信頼性が向上する傾向にある。中でも、フェニル基を含有するシランカップリング剤は、メソゲン骨格を有するエポキシ樹脂と相互作用しやすいため、より優れた熱伝導性が期待できる。
フェニル基を含有するシランカップリング剤の種類としては特に限定されず、市販のものを使用することができる。フェニル基を含有するシランカップリング剤の具体例としては、3−フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、3−フェニルアミノプロピルトリエトキシシラン、N−メチルアニリノプロピルトリメトキシシラン、N−メチルアニリノプロピルトリエトキシシラン、3−フェニルイミノプロピルトリメトキシシラン、3−フェニルイミノプロピルトリエトキシシラン、フェニルトリメトシキシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、トリフェニルメトキシシラン、トリフェニルエトキシシラン等が挙げられる。これらシランカップリング剤は1種類単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
シランカップリング剤の使用量は、上記無機フィラー全体の表面積に対する被覆率(以下、シランカップリング剤の被覆率と記す。)が0.4〜0.8となるように設定することが好ましい。この被覆率は次式により算出される。
シランカップリング剤の被覆率={シランカップリング剤の最小被覆面積(m/g)×シランカップリング剤の使用量(g)}/{無機フィラーの比表面積(m/g)×無機フィラーの使用量(g)}
また、上式のシランカップリング剤の最小被覆面積は次式により算出される。
シランカップリング剤の最小被覆面積(m/g)={アボガドロ定数(6.02×1023)(mol−1)×シランカップリング剤1分子当たりの被覆面積(13×10−20)(m)}/シランカップリング剤の分子量(g/mol)
上式により求められるシランカップリング剤の被覆率は、無機フィラー表面をシランカップリング剤が全て覆い尽くす場合に1となるが、この場合、無機フィラーの表面にシランカップリング剤と反応するだけの水酸基等の極性基がない場合があるために、無機フィラーと反応しない未反応のシランカップリング剤が生じる場合がある。そのため、シランカップリング剤の被覆率が0.8を超える場合では、無機フィラーと結合しないシランカップリング剤が無機フィラーとエポキシ樹脂との結合やエポキシ樹脂間の架橋を阻害し、熱伝導率を低下させる恐れがある。また、シランカップリング剤の被覆率が0.4未満では、成形後にボイド等の成形不良が発生しやすい傾向にある。したがって、シランカップリング剤の被覆率は0.4〜0.8が好ましく、0.5〜0.7がより好ましい。
無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物へのシランカップリング剤の添加方法としては特に制限はない。具体的な添加方法としては、エポキシ樹脂、無機フィラー等の他の材料と混合する際に添加するインテグラル法;少量のエポキシ樹脂に一定量のシランカップリング剤を混合した後、無機フィラー等の他の材料と混合するマスターバッチ法;エポキシ樹脂等の他の材料と混合する前に、無機フィラーと混合して予め無機フィラーの表面にシランカップリング剤を処理する前処理法;等が挙げられる。また、前処理法には、シランカップリング剤の原液又は溶液を無機フィラーとともに高速撹拌により均一に分散させて処理する乾式法と、シランカップリング剤の希薄溶液でスラリー化したり、直接浸漬したりすることで無機フィラー表面に処理を施す湿式法とがある。
(その他の成分)
本実施形態の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物は、必要に応じて離型剤を含有していてもよい。離型剤としては、酸化型又は非酸化型のポリオレフィン、カルナバワックス、モンタン酸エステル、モンタン酸、ステアリン酸等が挙げられる。これらの離型剤は1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
また、本実施形態の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物は、必要に応じて、シリコーンオイル、シリコーンゴム粉末等の応力緩和剤;グラスファイバー等の補強材;などを含有していてもよい。
(無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物の調製方法)
本実施形態の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物の調製方法としては、各種成分を均一に分散混合できるのであれば、いかなる手法を用いてもよい。一般的な手法として、所定の配合量の成分をミキサー等によって十分混合した後、ミキシングロール、押出機等によって溶融混練した後、冷却、粉砕する方法を挙げることができる。例えば、上述した成分の所定量を均一に撹拌、混合し、予め70℃〜140℃に加熱してあるニーダー、ロール、エクストルーダー等で混練、冷却し、粉砕するなどの方法で無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物である成形材を得ることができる。成形条件に合うような寸法及び質量で高熱伝導樹脂組成物をタブレット化すると使いやすい。
(無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物の熱伝導率)
本実施形態の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物は、硬化物の熱伝導率が7W/(m・K)以上であることが好ましい。
本実施形態の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物の硬化方法は特に制限されない。例えば、100℃〜250℃で1時間〜10時間、好ましくは130℃〜230℃で1時間〜8時間加熱することにより、硬化物を得ることができる。また、後述するように、本実施形態の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物は、トランスファー成形法、圧縮成形法等によって硬化することもできる。
硬化物の熱伝導率は、レーザーフラッシュ法により測定した硬化物の熱拡散率と、硬化物の比熱及び比重との積から求めることができる。熱拡散率の測定は、熱拡散率測定装置(例えば、NETZSCH社製、LFA447)を用いて行うことができる。
<樹脂シート>
本発明の一実施形態における樹脂シートは、上述した無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物のシート状成形体であり、必要に応じて基材をさらに含んで構成される。この樹脂シートは、上述した無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂を溶解できる有機溶剤を無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物に添加して調製した塗工液を、基材上に塗布して塗布層を形成し、加熱乾燥によって有機溶剤を除去することで製造することができる。
基材の種類は特に制限されない。基材の種類としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、アルミ箔、銅箔等が挙げられる。基材の厚みに特に制限はなく、例えば25μm〜100μmとすることができる。
基材上への塗工液の塗布は、公知の方法により実施することができる。具体的には、コンマコート、ダイコート、リップコート、グラビアコート等の方法が挙げられる。
基材上に形成される無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物のシート状成形体(以下、樹脂層ともいう。)の厚みは特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、樹脂層の厚みは50μm〜500μmであることが好ましく、100μm〜300μmであることがより好ましい。
本実施形態の樹脂シートは、例えば、接着シートとして用いることができる。一般的な使用法では、樹脂シートは基材を含んで構成され、樹脂層を被着体に貼り付けた後に基材が除去される。
<硬化物>
本発明の一実施形態における硬化物は、上述した無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物又は樹脂シートを硬化させたものである。
無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物の硬化方法は特に制限されない。例えば、100℃〜250℃で1時間〜10時間、好ましくは130℃〜230℃で1時間〜8時間加熱することにより、硬化物を得ることができる。
また、無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物は、トランスファー成形法、圧縮成形法等によって硬化することもできる。例えばトランスファー成形では、金型温度140℃〜180℃、成形圧力10MPa〜25MPaで30秒間〜600秒間加熱することにより、硬化物を得ることができる。必要に応じて、金型から外した硬化物を160℃〜200℃で2時間〜8時間さらに加熱し、後硬化してもよい。
樹脂シートの硬化方法は特に制限されないが、加熱及び加圧処理であることが好ましい。例えば、樹脂シートを1MPa〜20MPaに加圧しながら、100℃〜250℃で1時間〜10時間、好ましくは1MPa〜15MPaに加圧しながら、130℃〜230℃で1時間〜8時間加熱することにより、硬化物を得ることができる。必要に応じて、加圧硬化処理を行った後に、160℃〜200℃で2時間〜8時間さらに加熱し、後硬化してもよい。
本実施形態の硬化物は、CuKα線を用いたX線回折法により、回折角2θ=3.0°〜3.5°の範囲に回折ピークを有することが好ましい。このような回折ピークを有する硬化物は樹脂の高次構造(スメクチック相)が形成されており、熱伝導性に優れる。
なお、本明細書におけるCuKα線を用いたX線回折測定の詳細は以下の通りである。
〔測定条件〕
使用装置:薄膜構造評価用X線回折装置ATX−G(株式会社リガク製)
X線種類:CuKα
走査モード:2θ/ω
出力:50kV、300mA
S1スリット:幅0.2mm、高さ:10mm
S2スリット:幅0.2mm、高さ:10mm
RSスリット:幅0.2mm、高さ:10mm
測定範囲:2θ=2.0°〜4.5°
サンプリング幅:0.01°
<エポキシ化合物>
本発明の一実施形態におけるエポキシ化合物は、下記式(1)で表される。
上記式(1)中、Xはそれぞれ独立に、メソゲン骨格を含む2価の基を示し、Yは、置換基を有していてもよいフェニレン基を示す。Yが有していてもよい置換基としては、炭素数1〜8のアルキル基等が挙げられる。
上記式(1)で表されるエポキシ化合物は、例えば、メソゲン骨格を有し、且つ、1分子内に2個のグリシジル基を有する上記エポキシ樹脂モノマーと、1つのベンゼン環に2個の水酸基を置換基として有する上記2価フェノール化合物とを反応させることにより得ることができる。この場合、上記式(1)中のXは、上記エポキシ樹脂モノマーが有する2個のグリシジル基由来のエポキシ基を除いた部分構造に対応する。また、上記式(1)中のYは、上記2価フェノール化合物が有する2個の水酸基を除いた部分構造に対応する。
上記式(1)中のXは、熱伝導率を向上させる観点から、4−{4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル 4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエートが有する2個のグリシジル基由来のエポキシ基を除いた部分構造を示すことが好ましく、trans−4−{4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル 4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエートが有する2個のグリシジル基由来のエポキシ基を除いた部分構造を示すことがより好ましい。また、上記式(1)中のYは、カテコール、レゾルシノール、又はヒドロキノンが有する2個の水酸基を除いた部分構造を示すことが好ましい。すなわち、本実施形態のエポキシ化合物は、下記式(2−1)〜(2−3)の少なくとも1つで表される化合物であることが好ましく、下記式(2−a)〜(2−c)の少なくとも1つで表される化合物であることがより好ましい。
上記式(2−1)〜(2−3)及び上記式(2−a)〜(2−c)で表される各エポキシ化合物には、上記式(1)中のYにおけるベンゼン環上の置換位置が異なる3種類の異性体が存在する。
例えば、上記式(1)中のYがヒドロキノンに由来する部分構造である場合、上記式(2−1)〜(2−3)及び上記式(2−a)〜(2−c)で表されるエポキシ化合物は、それぞれ下記式(3−1)〜(3−3)及び下記式(3−a)〜(3−c)で表される。
また、上記式(1)中のYがレゾルシノールに由来する部分構造である場合、上記式(2−1)〜(2−3)及び上記式(2−a)〜(2−c)で表されるエポキシ化合物は、それぞれ下記式(4−1)〜(4−3)及び下記式(4−a)〜(4−c)で表される。
その中でも、本実施形態のエポキシ化合物としては、上記式(3−1)〜(3−3)の少なくとも1つで表される化合物であることが好ましく、上記式(3−a)〜(3−c)の少なくとも1つで表される化合物であることがより好ましい。上記式(3−1)〜(3−3)及び上記式(3−a)〜(3−c)で表される各エポキシ化合物は、直線構造であり分子のスタッキング性が高く、高次構造を形成し易いため、熱伝導率を向上させ易い傾向にある。
<無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物>
本発明の他の実施形態における無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物は、上述した式(1)で表されるエポキシ化合物と、無機フィラーと、を含有する。以下、本実施形態の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物を構成する各成分について説明する。
(エポキシ化合物)
本実施形態の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物は、上記式(1)で表されるエポキシ化合物を含有する。上記式(1)で表されるエポキシ化合物を含有することにより、流動性及び熱伝導性を高めることができる。
無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物中における上記式(1)で表されるエポキシ化合物の含有率は特に制限されない。流動性及び熱伝導性の観点から、無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物中における上記式(1)で表されるエポキシ化合物の含有率は、1質量%〜50質量%であることが好ましく、5質量%〜30質量%であることがより好ましい。
本実施形態の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物は、上記式(1)で表されるエポキシ化合物のほかに、メソゲン骨格を有し、且つ、1分子内に2個のグリシジル基を有するエポキシ樹脂モノマーを含有していてもよく、該エポキシ樹脂モノマーと、1つのベンゼン環に2個の水酸基を置換基として有する2価フェノール化合物との反応により得られるエポキシ樹脂を含有していてもよい。
(無機フィラー)
本実施形態の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物は、無機フィラーの少なくとも1種類を含有する。無機フィラーとしては、上述した無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物で例示したものが挙げられる。
無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物中における無機フィラーの含有率は特に制限されない。熱伝導性の観点から、無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物の全体積を100体積%とした場合に、無機フィラーの含有率は60体積%〜90体積%であることが好ましく、70体積%〜85体積%であることがより好ましい。
(その他の成分)
本実施形態の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物は、上述した無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物と同様に、フェノール硬化剤、硬化促進剤、シランカップリング剤、離型剤等の他の成分をさらに含有していてもよい。
<硬化物>
本発明の他の実施形態における硬化物は、上述したエポキシ化合物又は上述した無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物を硬化させたものである。
エポキシ化合物又は無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物の硬化方法は特に制限されない。例えば、100℃〜250℃で1時間〜10時間、好ましくは130℃〜230℃で1時間〜8時間加熱することにより、硬化物を得ることができる。
以下、本発明を実施例により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。なお、特に断りのない限り、「部」及び「%」は質量基準である。
以下に、エポキシ樹脂の合成に用いた材料及びその略称を示す。
・エポキシ樹脂モノマー1
製品名:ME21(trans−4−{4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル 4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエート、住友化学株式会社製、特許第5471975号公報参照、エポキシ当量:212g/eq)
・エポキシ樹脂モノマー2
製品名:YL6121H(下記式中、Rが水素原子である化合物とRがメチル基である化合物とが約1:1の質量比で混合された混合物、三菱化学株式会社製、エポキシ当量:172g/eq)
・フェノール化合物1
化合物名:ヒドロキノン(水酸基当量:55g/eq)
・フェノール化合物2
化合物名:レゾルシノール(水酸基当量:55g/eq)
・合成溶媒1
シクロヘキサノン(沸点:156℃)
・硬化触媒1
トリフェニルホスフィン(北興化学工業株式会社製、分子量:262)
<実施例1>
[エポキシ樹脂の合成]
500mLの三口フラスコに、エポキシ樹脂モノマー1(ME21)を50g(0.118mol)量り取り、そこに合成溶媒1(シクロヘキサノン)を80g添加した。三口フラスコに冷却管及び窒素導入管を設置し、溶媒に漬かるように撹拌羽を取り付けた。この三口フラスコを160℃のオイルバスに浸漬し、撹拌を開始した。数分後にエポキシ樹脂モノマー1が溶解し、透明な溶液になったことを確認した後に、フェノール化合物1(ヒドロキノン)を0.91g(0.0083mol)フラスコに添加し、さらに硬化触媒1(トリフェニルホスフィン)を0.5g添加し、160℃のオイルバス温度で加熱を継続した。5時間加熱を継続した後に、反応溶液からシクロヘキサノンを減圧留去した残渣を室温まで冷却することにより、エポキシ樹脂1を得た。なお、このエポキシ樹脂1には、合成溶媒の一部と未反応のエポキシ樹脂モノマーとが含まれている。
エポキシ樹脂1の固形分量を加熱減量法により測定したところ、96.9%であった。なお、固形分量は、エポキシ樹脂1をアルミ製のカップに1.0g〜1.1g量り取り、180℃の温度に設定した乾燥機内に30分間放置した後の計測量と、加熱前の計測量とに基づき、次式により算出した。
固形分量(%)=(30分間放置した後の計測量/加熱前の計測量)×100
また、エポキシ樹脂1の数平均分子量をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したところ、合成により新たに生成したポリマー成分の数平均分子量は1210、未反応のエポキシ樹脂モノマーを含む範囲の数平均分子量は494であった。
また、エポキシ樹脂1のエポキシ当量を過塩素酸滴定法により測定したところ、241g/eqであった。
また、エポキシ樹脂1の軟化点を環球法により測定したところ、90℃〜100℃であった。
また、エポキシ樹脂1の結晶相から液晶相に転移する温度を示差走査熱量(DSC)測定装置を用いて測定したところ、138℃であった。なお、エポキシ樹脂1の結晶相から液晶相に転移する温度は、示差走査熱量(DSC)測定装置(株式会社パーキンエルマー製、Pyris1)を用いて測定した。具体的には、エポキシ樹脂の試料3mg〜5mgをアルミニウム製のパンに封入し、昇温速度20℃/分、測定温度範囲25℃〜350℃、窒素流量20±5mL/分の窒素雰囲気下の条件にて示差走査熱量測定を行い、相転移反応に伴うエネルギー変化(吸熱反応)が起こる温度として測定した。
なお、エポキシ樹脂1をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いた面積換算により分析した結果、上記式(3−a)〜(3−c)の少なくとも1つで表される化合物が含まれていることが確認された。上記式(3−a)〜(3−c)の少なくとも1つで表される化合物の合計の含有率は、エポキシ樹脂1の全量に対して8.7%であった。
[成形材の調製及び成形]
以下の成分を混練温度60℃〜90℃、混練時間10分間の条件でロール混練した後、冷却、粉砕することにより、高熱伝導樹脂組成物である成形材を調製した。なお、成形材中の無機フィラーの含有率は78体積%であった。
(エポキシ樹脂)
エポキシ樹脂1・・・29.25g
(無機フィラー)
酸化マグネシウムフィラー(パイロキスマ3350、協和化学工業株式会社製、平均粒子径:50μm、BET比表面積:0.1m/g)・・・320.30g
酸化マグネシウムフィラー(パイロキスマ3320、協和化学工業株式会社製、平均粒子径:20μm、BET比表面積:0.2m/g)・・・91.50g
酸化マグネシウムフィラー(スターマグSL、神島化学工業株式会社製、平均粒子径:8μm、BET比表面積:1m/g)・・・45.75g
(フェノール硬化剤)
フェノールノボラック硬化剤(A−4SM、日立化成株式会社製)・・・7.90g
(硬化促進剤)
トリフェニルホスフィン(北興化学工業株式会社製)・・・0.15g
(シランカップリング剤)
ジフェニルジメトキシシラン(KBM−202SS、信越化学工業株式会社製、分子量:244)・・・0.15g
(離型剤)
モンタン酸エステル(リコワックスE、クラリアントジャパン株式会社製)・・・5.00g
EMMI−1−66に準じたスパイラルフロー測定用金型を用いて、調製した成形材をトランスファー成形機により、金型温度180℃、成形圧力22.5MPa、硬化時間300秒間の条件で成形して流動距離を求めたところ、流動距離は50cmであった。
また、調製した成形材を用いて、金型温度140℃、成形圧力22.5MPa、硬化時間300秒間の条件でトランスファー成形を行ったところ、金型形状の硬化物を得ることができた。さらに、トランスファー成形後の硬化物を180℃で4時間加熱し、後硬化を行った。
アルキメデス法により測定した硬化物の比重は3.00、示差走査熱量(DSC)測定により求めた硬化物のガラス転移温度は180℃であった。
硬化物の熱拡散率を熱拡散率測定装置(NETZSCH社製、LFA447)を用いてレーザーフラッシュ法により測定した。得られた熱拡散率と、別途測定した硬化物の比熱及び比重との積から硬化物の熱伝導率を求めた。その結果、硬化物の熱伝導率は11.6W/(m・K)であった。
また、CuKα線を用いたX線回折法により硬化物を分析したところ、スメクチック相を形成していることが確認され、回折角2θ=3.0°〜3.5°の範囲に回折ピークを有していた。
<実施例2>
[エポキシ樹脂の合成]
フェノール化合物1(ヒドロキノン)の添加量を1.3g(0.0118mol)に変更した以外は、実施例1と同様にしてエポキシ樹脂2を得た。なお、このエポキシ樹脂2には、合成溶媒の一部と未反応のエポキシ樹脂モノマーとが含まれている。
エポキシ樹脂2の固形分量を加熱減量法により測定したところ、96.3%であった。
また、エポキシ樹脂2の数平均分子量をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したところ、合成により新たに生成したポリマー成分の数平均分子量は1315、未反応のエポキシ樹脂モノマーを含む範囲の数平均分子量は531であった。
また、エポキシ樹脂2のエポキシ当量を過塩素酸滴定法により測定したところ、256g/eqであった。
また、エポキシ樹脂2の軟化点を環球法により測定したところ、75℃〜80℃であった。
また、エポキシ樹脂2の結晶相から液晶相に転移する温度を示差走査熱量(DSC)測定装置を用いて測定したところ、136℃であった。
なお、エポキシ樹脂2をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いた面積換算により分析した結果、上記式(3−a)〜(3−c)の少なくとも1つで表される化合物が含まれていることが確認された。上記式(3−a)〜(3−c)の少なくとも1つで表される化合物の合計の含有率は、エポキシ樹脂2の全量に対して12.3%であった。
[成形材の調製及び成形]
エポキシ樹脂1の代わりにエポキシ樹脂2を用いた。エポキシ樹脂2の添加量を29.55g、フェノール硬化剤の添加量を7.60gとした以外は、実施例1と同様にして高熱伝導樹脂組成物である成形材を調製した。
調製した成形材を用いて、実施例1と同様にしてスパイラルフローの流動距離を求めたところ、流動距離は58cmであった。
また、調製した成形材を用いて、実施例1と同様にしてトランスファー成形を行ったところ、金型形状の硬化物を得ることができた。さらに、トランスファー成形後の硬化物を180℃で4時間加熱し、後硬化を行った。
実施例1と同様にして硬化物の比重、ガラス転移温度、熱伝導率を求めたところ、比重3.00、ガラス転移温度182℃、熱伝導率11.6W/(m・K)であった。
また、CuKα線を用いたX線回折法により硬化物を分析したところ、スメクチック相を形成していることが確認され、回折角2θ=3.0°〜3.5°の範囲に回折ピークを有していた。
<実施例3>
[エポキシ樹脂の合成]
フェノール化合物1(ヒドロキノン)の添加量を1.95g(0.0176mol)に変更した以外は、実施例1と同様にしてエポキシ樹脂3を得た。なお、このエポキシ樹脂3には、合成溶媒の一部と未反応のエポキシ樹脂モノマーとが含まれている。
エポキシ樹脂3の固形分量を加熱減量法により測定したところ、97.1%であった。
また、エポキシ樹脂3の数平均分子量をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したところ、合成により新たに生成したポリマー成分の数平均分子量は1520、未反応のエポキシ樹脂モノマーを含む範囲の数平均分子量は583であった。
また、エポキシ樹脂3のエポキシ当量を過塩素酸滴定法により測定したところ、263g/eqであった。
また、エポキシ樹脂3の軟化点を環球法により測定したところ、30℃〜35℃であった。
また、エポキシ樹脂3の結晶相から液晶相に転移する温度を示差走査熱量(DSC)測定装置を用いて測定したところ、128℃であった。
なお、エポキシ樹脂3をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いた面積換算により分析した結果、上記式(3−a)〜(3−c)の少なくとも1つで表される化合物が含まれていることが確認された。上記式(3−a)〜(3−c)の少なくとも1つで表される化合物の合計の含有率は、エポキシ樹脂3の全量に対して18.2%であった。
[成形材の調製及び成形]
エポキシ樹脂1の代わりにエポキシ樹脂3を用いた。エポキシ樹脂3の添加量を29.90g、フェノール硬化剤の添加量を7.25gとした以外は、実施例1と同様にして高熱伝導樹脂組成物である成形材を調製した。
調製した成形材を用いて、実施例1と同様にしてスパイラルフローの流動距離を求めたところ、流動距離は66cmであった。
また、調製した成形材を用いて、実施例1と同様にしてトランスファー成形を行ったところ、金型形状の硬化物を得ることができた。さらに、トランスファー成形後の硬化物を180℃で4時間加熱し、後硬化を行った。
実施例1と同様にして硬化物の比重、ガラス転移温度、熱伝導率を求めたところ、比重3.00、ガラス転移温度180℃、熱伝導率11.5W/(m・K)であった。
また、CuKα線を用いたX線回折法により硬化物を分析したところ、スメクチック相を形成していることが確認され、回折角2θ=3.0°〜3.5°の範囲に回折ピークを有していた。
<実施例4>
[エポキシ樹脂の合成]
フェノール化合物1(ヒドロキノン)を0.91g(0.0083mol)使用する代わりにフェノール化合物2(レゾルシノール)を1.3g(0.0118mol)使用した以外は、実施例1と同様にしてエポキシ樹脂4を得た。なお、このエポキシ樹脂4には、合成溶媒の一部と未反応のエポキシ樹脂モノマーとが含まれている。
エポキシ樹脂4の固形分量を加熱減量法により測定したところ、96.4%であった。
また、エポキシ樹脂4の数平均分子量をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したところ、合成により新たに生成したポリマー成分の数平均分子量は1303、未反応のエポキシ樹脂モノマーを含む範囲の数平均分子量は536であった。
また、エポキシ樹脂4のエポキシ当量を過塩素酸滴定法により測定したところ、256g/eqであった。
また、エポキシ樹脂4の軟化点を環球法により測定したところ、70℃〜75℃であった。
また、エポキシ樹脂4の結晶相から液晶相に転移する温度を示差走査熱量(DSC)測定装置を用いて測定したところ、135℃であった。
なお、エポキシ樹脂4をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いた面積換算により分析した結果、上記式(4−a)〜(4−c)の少なくとも1つで表される化合物が含まれていることが確認された。上記式(4−a)〜(4−c)の少なくとも1つで表される化合物の合計の含有率は、エポキシ樹脂4の全量に対して12.3%であった。
[成形材の調製及び成形]
エポキシ樹脂1の代わりにエポキシ樹脂4を用いた。エポキシ樹脂4の添加量を29.55g、フェノール硬化剤の添加量を7.60gとした以外は、実施例1と同様にして高熱伝導樹脂組成物である成形材を調製した。
調製した成形材を用いて、実施例1と同様にしてスパイラルフローの流動距離を求めたところ、流動距離は66cmであった。
また、調製した成形材を用いて、実施例1と同様にしてトランスファー成形を行ったところ、金型形状の硬化物を得ることができた。さらに、トランスファー成形後の硬化物を180℃で4時間加熱し、後硬化を行った。
実施例1と同様にして硬化物の比重、ガラス転移温度、熱伝導率を求めたところ、比重3.00、ガラス転移温度170℃、熱伝導率10.5W/(m・K)であった。
また、CuKα線を用いたX線回折法により硬化物を分析したところ、スメクチック相を形成していることが確認され、回折角2θ=3.0°〜3.5°の範囲に回折ピークを有していた。
<実施例5>
[成形材の調製及び成形]
エポキシ樹脂1の代わりに、エポキシ樹脂2とトリフェニルメタン型エポキシ樹脂(EPPN−502H、日本化薬株式会社製)とを用いた。エポキシ樹脂2の添加量を17.11g、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂(EPPN−502H、日本化薬株式会社製)の添加量を11.36g、フェノール硬化剤の添加量を8.68gとした以外は、実施例1と同様にして高熱伝導樹脂組成物である成形材を調製した。
調製した成形材を用いて、実施例1と同様にしてスパイラルフローの流動距離を求めたところ、流動距離は63cmであった。
また、調製した成形材を用いて、実施例1と同様にしてトランスファー成形を行ったところ、金型形状の硬化物を得ることができた。さらに、トランスファー成形後の硬化物を180℃で4時間加熱し、後硬化を行った。
実施例1と同様にして硬化物の比重、ガラス転移温度、熱伝導率を求めたところ、比重3.00、ガラス転移温度185℃、熱伝導率10.3W/(m・K)であった。
また、CuKα線を用いたX線回折法により硬化物を分析したところ、ネマチック相を形成していることが確認された。
<実施例6>
[エポキシ樹脂の合成]
エポキシ樹脂モノマー1(ME21)を50g(0.118mol)使用する代わりにエポキシ樹脂モノマー2(YL6121H)を40.6g(0.118mol)使用し、フェノール化合物1(ヒドロキノン)の添加量を1.3g(0.0118mol)に変更した以外は、実施例1と同様にしてエポキシ樹脂6を得た。なお、このエポキシ樹脂6には、合成溶媒の一部と未反応のエポキシ樹脂モノマーとが含まれている。
エポキシ樹脂6の固形分量を加熱減量法により測定したところ、97.2%であった。
また、エポキシ樹脂6の数平均分子量をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したところ、合成により新たに生成したポリマー成分の数平均分子量は1102、未反応のエポキシ樹脂モノマーを含む範囲の数平均分子量は496であった。
また、エポキシ樹脂6のエポキシ当量を過塩素酸滴定法により測定したところ、196g/eqであった。
また、エポキシ樹脂6の軟化点を環球法により測定したところ、30℃以下であった。
また、エポキシ樹脂6の結晶相から液晶相に転移する温度を示差走査熱量(DSC)測定装置を用いて測定したところ、結晶性の低下が顕著なため、融解に由来する明確な吸熱ピークが確認されなかった。
[成形材の調製及び成形]
エポキシ樹脂1の代わりにエポキシ樹脂6を用いた以外は、実施例1と同様にして高熱伝導樹脂組成物である成形材を調製した。
調製した成形材を用いて、実施例1と同様にしてスパイラルフローの流動距離を求めたところ、流動距離は80cmであった。
また、調製した成形材を用いて、実施例1と同様にしてトランスファー成形を行ったところ、金型形状の硬化物を得ることができた。さらに、トランスファー成形後の硬化物を180℃で4時間加熱し、後硬化を行った。
実施例1と同様にして硬化物の比重、ガラス転移温度、熱伝導率を求めたところ、比重3.00、ガラス転移温度155℃、熱伝導率9.8W/(m・K)であった。
また、CuKα線を用いたX線回折法により硬化物を分析したところ、ネマチック相を形成していることが確認された。
<比較例1>
[成形材の調製及び成形]
エポキシ樹脂1を29.25g、フェノール硬化剤を7.90g使用する代わりにエポキシ樹脂モノマー1(ME21)を28.45g、フェノール硬化剤を8.70g使用した以外は、実施例1と同様にして成形材を調製した。
調製した成形材を用いて、実施例1と同様にしてトランスファー成形を行ったところ、金型形状の硬化物を得ることができなかった。
<比較例2>
[成形材の調製及び成形]
エポキシ樹脂1を29.25g、フェノール硬化剤を7.90g使用する代わりにエポキシ樹脂モノマー2(YL6121H)を26.80g、フェノール硬化剤を10.35g使用した以外は、実施例1と同様にして成形材を調製した。
調製した成形材を用いて、実施例1と同様にしてスパイラルフローの流動距離を求めたところ、流動距離は72cmであった。
また、調製した成形材を用いて、実施例1と同様にしてトランスファー成形を行ったところ、金型形状の硬化物を得ることができた。さらに、トランスファー成形後の硬化物を180℃で4時間加熱し、後硬化を行った。
実施例1と同様にして硬化物の比重、ガラス転移温度、熱伝導率を求めたところ、比重3.00、ガラス転移温度160℃、熱伝導率10.3W/(m・K)であった。
また、CuKα線を用いたX線回折法により硬化物を分析したところ、ネマチック相を形成していることが確認された。
エポキシ樹脂を合成するための配合組成及び合成条件、並びにエポキシ樹脂及び成形材の特性を以下の表1及び表2に纏める。表1及び表2中、[ポリマー合成配合]の欄の数値は各成分の配合量(g)を示し、「−」は当該成分が使用されていないことを意味する。また、[ポリマー特性]及び[成形材特性]の欄における「−」は、当該項目が存在しない又は当該項目を測定していないことを意味する。なお、比較例1、2ではエポキシ樹脂を合成していないが、参考のため、使用したエポキシ樹脂モノマーについての数値を記載した。
表1に示す通り、メソゲン骨格を有するエポキシ樹脂モノマー1を用いた比較例1では成形可能な成形材を得ることができなかったが、エポキシ樹脂モノマー1と同一のメソゲン骨格を有するエポキシ樹脂を用いた実施例1〜4では、流動性が付与される結果、成形可能な成形材を得ることができた。特に、エポキシ樹脂の合成にヒドロキノンを用いた実施例1〜3は、硬化物の熱伝導率が非常に高いものであった。
なお、エポキシ樹脂を合成する際のエポキシ樹脂モノマーのエポキシ基の当量数(Ep)とフェノール化合物のフェノール性水酸基の当量数(Ph)との比率(Ep/Ph)が大きい(すなわち、フェノール変性量が小さい)と、成形性が低下する傾向にある。一方、Ep/Phが小さい(すなわち、フェノール変性量が大きい)と、成形性は向上するがガラス転移温度が低下する傾向にある。このようにガラス転移温度が低下するのは、エポキシ樹脂を合成する際にEp/Phが小さいと分子量が大きくなり、硬化物における架橋点間距離が長くなるためである。
また、表2に示す通り、メソゲン骨格を有するエポキシ樹脂モノマー2を用いた比較例2よりも、同一のメソゲン骨格を有するエポキシ樹脂を用いた実施例6の方が、流動性が向上し、且つ、熱伝導率は同程度であった。
2014年12月26日に出願された日本出願2014−266106の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (15)

  1. メソゲン骨格を有し、且つ、1分子内に2個のグリシジル基を有するエポキシ樹脂モノマーと、1つのベンゼン環に2個の水酸基を置換基として有する2価フェノール化合物との反応により得られ、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー測定における数平均分子量が600〜2500であるエポキシ樹脂。
  2. 前記2価フェノール化合物がヒドロキノンである請求項1に記載のエポキシ樹脂。
  3. 前記エポキシ樹脂モノマーが、trans−4−{4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル 4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエートである請求項1又は請求項2に記載のエポキシ樹脂。
  4. 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂と、メソゲン骨格を有するエポキシ樹脂モノマーとを含有し、環球法で測定した軟化点が100℃以下であるエポキシ樹脂組成物。
  5. 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂又は請求項4に記載のエポキシ樹脂組成物と、無機フィラーと、を含有する無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物。
  6. 硬化物の熱伝導率が7W/(m・K)以上である請求項5に記載の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物。
  7. 請求項5又は請求項6に記載の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物のシート状成形体である樹脂シート。
  8. 請求項5若しくは請求項6に記載の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物又は請求項7に記載の樹脂シートを硬化させた硬化物。
  9. CuKα線を用いたX線回折法により、回折角2θ=3.0°〜3.5°の範囲に回折ピークを有する請求項8に記載の硬化物。
  10. 下記式(1)で表されるエポキシ化合物。

    [式(1)中、Xはそれぞれ独立に、メソゲン骨格を含む2価の基を示し、Yは、置換基を有していてもよいフェニレン基を示す。]
  11. 下記式(2−1)〜(2−3)の少なくとも1つで表される請求項10に記載のエポキシ化合物。
  12. 下記式(3−1)〜(3−3)の少なくとも1つで表される請求項10又は請求項11に記載のエポキシ化合物。
  13. 下記式(4−1)〜(4−3)の少なくとも1つで表される請求項10又は請求項11に記載のエポキシ化合物。
  14. 請求項9〜請求項13のいずれか1項に記載のエポキシ化合物と、無機フィラーと、を含有する無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物。
  15. 請求項9〜請求項13のいずれか1項に記載のエポキシ化合物又は請求項14に記載の無機フィラー含有エポキシ樹脂組成物を硬化させた硬化物。
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