KR101441764B1 - 스타 폴리머 - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자 등의 표면 보호막, 층간 절연막, 칩 적층용 접착제 등에 사용되는 절연 수지 조성물에 바람직한 스타 폴리머에 관한 것이다.
본원은 2009년 8월 4일에 출원된 일본국 특허 출원 제2009-181231호에 대하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
전기 절연성, 내열 충격성, 밀착성 등의 특성이 우수한 경화물용 폴리머로서, 하기 식 (1) 로 나타내는 구조 단위 (A1) 10 ∼ 99 몰% 및 하기 식 (2) 로 나타내는 구조 단위 (A2) 90 ∼ 1 몰% 를 갖는 공중합체 (A) (단, 그 공중합체 (A) 를 구성하는 전체 구성 단위의 합계를 100 몰% 로 한다) 가 알려져 있다 (특허문헌 1 을 참조).
[화학식 1]
(식 중, R11 및 R33 은 각각 독립적으로 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬기, 알콕시기, 또는 아릴기를 나타내고, R22 및 R44 는 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 메틸기를 나타내고, m1 은 1 ∼ 3 의 정수, n1 및 k1 은 각각 독립적으로 0 ∼ 3 의 정수를 나타내고, m1 + n1 ≤ 5 를 나타낸다)
보다 구체적으로는, p-하이드록시스티렌/스티렌/메타크릴산메틸 = 80/10/10 (몰비) 으로 이루어지는 공중합체 (Mw = 10,000, Mw/Mn = 3.5) 가 기재되어 있다.
또한, 스티렌, (메트)아크릴산에스테르를 단량체로 하는 폴리머 사슬이 블록 결합되어 있는 아암부를 갖고, 폴리아크릴레이트로부터 유도되는 코어부로 이루어지는 스타 폴리머로서, 하기 식 (3)
[화학식 2]
(여기에서, PA 는 방향족 비닐 모노머 등의 중에서 선택되는 적어도 1 개의 모노머 A 에서 유래하는 폴리머 블록을 나타내고,
PB 는 적어도 1 개의 아크릴 모노머 B 에서 유래하는 폴리머 블록을 나타내고,
PC 는 메타크릴 모노머에서 선택되는 필요에 따라 존재하는 적어도 1 개의 모노머 C 에서 유래하는 폴리머 블록 등을 나타내고,
PD 는 방향족 비닐 모노머 및 메타크릴 모노머 중에서 선택되는 적어도 1 개의 모노머 D 에서 유래하는 폴리머 블록을 나타내며, 또한 PE 가 적어도 1 개의 아크릴 모노머 E 에서 유래하는 폴리머 블록 등을 나타내고,
n 은 2 ∼ 20 이고,
m 은 0 ∼ 18 이고,
n + m 은 20 을 초과하지 않고,
N 은 중합한 적어도 1 개의 모노머 Mr 의 가교 노듈이고, 이 모노머 Mr 은 1 분자에 적어도 2 개의 중합 가능한 2 중 결합을 갖는 다관능성 가교제로 구성되어 있다)
으로 나타내는 폴리머가 알려져 있다 (특허문헌 2 를 참조).
특허문헌 1 에 개시되어 있는 공중합체에서도 칩 적층용 접착제로서 반드시 만족스러운 특성이 얻어지지 않는다는 문제가 있었다.
또한, 특허문헌 2 에 개시되어 있는 스타 폴리머는 그 용도는 개시되어 있지 않고, 내열성, 내크랙성 등에 있어서 만족스러운 물성값은 얻어지지 않았다.
본 발명은 내열성, 내크랙성, 고온 접착성, 밀착성 등의 칩 적층용 접착제 등으로서의 특성이 만족스러운 경화물용 공중합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 검토한 결과, 특정량 이상의 아릴 부분의 반복 단위와 아크릴산 부분의 반복 단위를 갖는 폴리머 사슬을 아암부로 하고, 폴리아크릴레이트로부터 유도되는 폴리머 사슬을 코어부로 하는 스타 폴리머를 제작함으로써, 상기 특성을 만족시키는 폴리머가 얻어지는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은,
식 (Ⅰ), 및 식 (Ⅱ)
[화학식 3]
(식 중, R1 및 R3 은 각각 독립적으로 수소 원자 또는 메틸기를 나타내고, R2 는 알킬기, 알콕시기, 또는 아릴기를 나타내고, R4 는 하이드록시기를 갖고 있어도 되는 알킬기 또는 시클로알킬기를 나타낸다. n 은 0 ∼ 3 중 어느 정수를 나타낸다) 로 나타내는 반복 단위를 함유하는 폴리머 사슬을 아암부로 하고, 식 (Ⅲ)
[화학식 4]
(식 중, (A) 는 m 가의 연결기를 나타내고, R5 는 수소 원자, 또는 메틸기를 나타내고, m 은 2 이상의 정수를 나타낸다) 으로 나타내는 단량체로부터 유도되는 코어부를 갖는 스타 폴리머로서, 아암부에 있어서의 식 (Ⅰ) 로 나타내는 반복 단위와 식 (Ⅱ) 로 나타내는 반복 단위의 몰비 ((Ⅰ)/(Ⅱ)) 가 60/40 ∼ 95/5 의 범위인 것을 특징으로 하는 스타 폴리머에 관한 것으로서,
아암부에 있어서의 식 (Ⅰ) 로 나타내는 반복 단위와 식 (Ⅱ) 로 나타내는 반복 단위의 몰비 ((Ⅰ)/(Ⅱ)) 가 80/20 ∼ 95/5 의 범위인 것이 바람직하고,
식 (Ⅰ) 로 나타내는 반복 단위와 식 (Ⅱ) 로 나타내는 반복 단위가 블록으로 결합되어 있는 것이 바람직하며,
겔 퍼미에이션 크로마토그래피에 의한 스티렌 환산 중량 평균 분자량이 50,000 ∼ 200,000 의 범위인 것이 바람직하고,
추가로 겔 퍼미에이션 크로마토그래피에 의한 스티렌 환산 중량 평균 분자량 (Mw) 과 수 평균 분자량 (Mn) 의 비 (Mw/Mn) 가 1.01 ∼ 1.50 의 범위인 것이 바람직하다.
본 발명의 스타 폴리머는 식 (Ⅰ), 및 식 (Ⅱ) 로 나타내는 반복 단위를 함유하는 폴리머 사슬을 아암부로 하고, 그 아암부에 있어서의 식 (Ⅰ) 로 나타내는 반복 단위가 아암부 전체에 대하여 60 몰% 이상, 바람직하게는 80 몰% 이상인 것을 특징으로 한다.
식 (Ⅰ) 중, R1 은 수소 원자 또는 메틸기를 나타낸다.
식 (Ⅰ) 중, R2 는 알킬기, 알콕시기, 또는 아릴기를 나타내고, 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, s-부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, 이소펜틸기, s-펜틸기, t-펜틸기, 네오펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, n-노닐기, 또는 n-데실기 등의 알킬기, 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, 이소프로폭시기, n-부톡시기, 이소부톡시기, s-부톡시기, t-부톡시기, n-펜톡시기, 이소펜톡시기, s-펜톡시기, t-펜톡시기, 네오펜톡시기, n-헥실옥시기, n-헵틸옥시기, n-옥틸옥시기, n-노닐옥시기, 또는 n-데실옥시기 등의 알콕시기, 페닐기, 4-클로로페닐기, 4-메틸페닐기, 1-나프틸기, 또는 2-나프틸기 등의 아릴기를 예시할 수 있다.
n 은 0 ∼ 3 중 어느 정수를 나타낸다.
식 (Ⅱ) 중, R3 은 수소 원자 또는 메틸기를 나타낸다. R4 는 하이드록시기를 갖고 있어도 되는 알킬기 또는 시클로알킬기를 나타내고, 구체적으로는, R2 의 알킬기와 동일한 구체예 및 2-하이드록시에틸기, 3-하이드록시프로필기, 2,2-디메틸-3-하이드록시프로필기 등의 하이드록시기를 갖고 있어도 되는 알킬기, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 1-에틸시클로헥실기, 노르보르닐기, 디시클로펜타닐기, 트리시클로데카닐기, 1-아다만틸기, 이소보르닐기 등의 시클로알킬기를 예시할 수 있다.
식 (Ⅲ) 중, (A) 는 m 가의 연결기를 나타내고, 구체적으로는 이하에 나타내는 화학 구조를 예시할 수 있다.
[화학식 5]
(식 중, n1 은 임의의 정수를 나타내고, 1 ∼ 6 중 어느 정수인 것이 바람직하다)
식 (Ⅲ) 중, R5 는 수소 원자, 또는 메틸기를 나타내고, m 은 2 이상의 정수를 나타내며, 바람직하게는 2 또는 3 이다.
식 (Ⅲ) 으로 나타내는 화합물로서 구체적으로는, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 1,3-부틸렌글리콜디메타크릴레이트, 1,4-부틸렌글리콜디메타크릴레이트, 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 1,3-부틸렌글리콜디아크릴레이트, 1,4-부틸렌글리콜디아크릴레이트, 또는 트리메틸올프로판트리메타크릴레이트 등을 예시할 수 있다.
아암부에 있어서의 식 (Ⅰ) 로 나타내는 반복 단위와 식 (Ⅱ) 로 나타내는 반복 단위의 몰비 ((Ⅰ)/(Ⅱ)) 는 60/40 ∼ 95/5 사이가 바람직하고, 80/20 ∼ 95/5 사이인 것이 더욱 바람직하다. 식 (Ⅰ) 로 나타내는 반복 단위가 60 몰% 미만에서는 스타 폴리머의 내열성이 불충분하고, 식 (Ⅱ) 로 나타내는 반복 단위가 5 몰% 미만에서는 스타 폴리머의 내크랙성이 불충분해지는 문제가 있다. 스타 폴리머가 전체적으로 미크로상 분리 구조를 갖는 것이 바람직하고, 그러기 위해서는 상기 몰비의 범위가 바람직하고, 또한 식 (Ⅱ) 로 나타내는 반복 단위 중, R4 는 메틸기, 에틸기 등의 저급 알킬기가 바람직하다.
식 (Ⅰ) 로 나타내는 반복 단위, 및 식 (Ⅱ) 로 나타내는 반복 단위의 결합 양식은 특별히 제한되지 않고, 구체적으로는 랜덤 결합, 블록 결합, 교호 결합, 또는 그래프트 결합 등을 예시할 수 있고, 특히 블록 결합인 것이 바람직하다.
또한, 겔 퍼미에이션 크로마토그래피에 의한 스티렌 환산 중량 평균 분자량은 50,000 ∼ 200,000 의 범위가 바람직하고, 100,000 ∼ 200,000 의 범위가 보다 바람직하며, 100,000 ∼ 160,000 의 범위가 더욱 바람직하다.
겔 퍼미에이션 크로마토그래피에 의한 스티렌 환산 중량 평균 분자량과 수 평균 분자량의 비 (Mw/Mn) 는 1.01 ∼ 2.50 의 범위가 바람직하고, 1.01 ∼ 1.50 의 범위인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 스타 폴리머의 제조 방법은 스타 폴리머를 합성하는 공지된 방법을 사용할 수 있고, 코어 퍼스트법, 아암 퍼스트법 중 어느 것으로도 제조할 수 있지만, 아암 퍼스트법이 바람직하다.
본 발명의 스타 폴리머의 제조에 사용되는 원료의 단량체로서, 구체적으로는 식 (Ⅰ) 및 (Ⅱ) 에 대응하는 하기 식 (Ⅳ) 및 (Ⅴ) 로 나타내는 이중 결합 함유 화합물을 예시할 수 있다.
[화학식 6]
(식 중, R1 ∼ R4 는 상기와 동일한 의미를 나타낸다)
식 (Ⅳ) 로 나타내는 화합물로서, 구체적으로는, 스티렌, α-메틸스티렌, 4-메톡시스티렌, 4-페닐스티렌을 예시할 수 있다.
식 (Ⅴ) 로 나타내는 화합물로서 구체적으로는, 아크릴산메틸, 아크릴산에틸, 아크릴산n-프로필, 아크릴산이소프로필, 아크릴산n-부틸, 아크릴산이소부틸, 아크릴산s-부틸, 아크릴산t-부틸, 아크릴산n-펜틸, 아크릴산n-헥실, 아크릴산n-헵틸, 아크릴산시클로프로필, 아크릴산시클로부틸, 아크릴산시클로헥실, 아크릴산1-에틸시클로헥실, 아크릴산노르보르닐, 아크릴산1-아다만틸, 아크릴산2-메틸-2-아다만틸, 아크릴산1,1-디메틸-1-아다만틸, 아크릴산트리시클로데카닐, 아크릴산이소보르닐, 메타크릴산메틸, 메타크릴산에틸, 메타크릴산n-프로필, 메타크릴산이소프로필, 메타크릴산n-부틸, 메타크릴산이소부틸, 메타크릴산s-부틸, 메타크릴산t-부틸, 메타크릴산n-펜틸, 메타크릴산n-헥실, 메타크릴산n-헵틸, 메타크릴산시클로프로필, 메타크릴산시클로부틸, 메타크릴산시클로헥실, 메타크릴산1-에틸시클로헥실, 메타크릴산노르보르닐, 메타크릴산1-아다만틸, 메타크릴산2-메틸-2-아다만틸, 메타크릴산1,1-디메틸-1-아다만틸, 메타크릴산트리시클로데카닐, 메타크릴산이소보르닐 등을 예시할 수 있다.
본 발명의 공중합체를 구성하는 각 반복 단위 (Ⅰ) ∼ (Ⅲ) 의 조합으로서 구체적으로는, 이하에 나타내는 바와 같은 조합을 예시할 수 있다. 또한, 각 반복 단위는 그것에 대응하는 단량체로 나타내는 것으로 한다.
스티렌/메타크릴산메틸/에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 스티렌/메타크릴산에틸/에틸렌글리콜디메타크릴레이트, α-메틸스티렌/메타크릴산메틸/에틸렌글리콜디메타크릴레이트, α-메틸스티렌/메타크릴산에틸/에틸렌글리콜디메타크릴레이트 등을 예시할 수 있다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명의 범위는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
질소 분위기하에서, 플라스크에 톨루엔 (480 g), 테트라하이드로푸란 (이하 THF 로 약기한다) (120 g) 및 스티렌 (이하 ST 로 약기한다) (61.4 g ; 589 mmol) 을 첨가하고 -40 ℃ 로 냉각시켰다. 이 용액 중에 n-부틸리튬 (이하 n-BuLi 로 약기한다) 용액 (7.37 g ; 18 mmol) 을 첨가하고, 25 분간 교반하였다. 그 후, 디페닐에틸렌 (3.58 g ; 20 mmol) 을 첨가하고 동일 온도에서 10 분간 교반하였다. 다음으로, 메틸메타크릴레이트 (이하 MMA 로 약기한다) (14.9 g ; 148 mmol) 및 디에틸아연헥산 용액 (6.66 g ; 9 mmol), 염화리튬 (21.3 g ; 19 mmol) 을 첨가한 THF (30 g) 용액을 10 분간에 걸쳐 적하한 후, 동일 온도에서 15 분간 교반하였다. 계속해서, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트 (이하 EGMA 로 약기한다) (11.3 g ; 57 mmol) 및 디에틸아연헥산 용액 (3.85 g ; 5 mmol) 을 첨가한 THF (35 g) 용액을 8 분간에 걸쳐 적하한 후 30 분간 교반하였다. 이 반응 용액을 실온까지 승온시키면서 140 분간 교반한 후, 메탄올을 첨가하여 반응을 정지시켰다. 반응 용액을 대량의 메탄올에 첨가하여 석출시킨 폴리머를 여과·건조하였다. 다음으로, 이 폴리머를 15 wt% THF 용액으로 하여 메탄올을 첨가하고, 분리된 타르상물을 분액하여, 추가로 얻어진 타르상물을 15 wt% THF 용액으로 하여 동일한 조작을 반복하고, 최종적으로 얻어진 타르상물을 다시 THF 에 용해시켜 20 wt% 용액으로 하였다. 이 용액을 대량의 메탄올에 첨가하여 석출시킨 폴리머를 여과·건조하였다. 얻어진 폴리머를 겔 퍼미에이션 크로마토그래피로 측정한 결과, 스티렌 환산 중량 평균 분자량 (Mw) 은 58,400 이며, 분산도 (Mw/Mn) 는 1.12 의 단분산 폴리머였다. 13CNMR 을 측정하여, ST/MMA/EGMA 의 몰비는 73/15/12 인 것을 알 수 있었다.
실시예 2
질소 분위기하에서, 플라스크에 톨루엔 (470 g), THF (120 g) 및 ST (60.6 g ; 582 mmol) 를 첨가하고 -40 ℃ 로 냉각시켰다. 이 용액 중에 n-BuLi 용액 (3.92 g ; 9 mmol) 을 첨가하고, 25 분간 교반하였다. 그 후, 디페닐에틸렌 (1.89 g ; 11 mmol) 을 첨가하고 10 분간 교반하였다. 다음으로, MMA (14.8 g ; 148 mmol) 및 디에틸아연헥산 용액 (4.60 g ; 6 mmol), 염화리튬 (10.4 g ; 9 mmol) 을 첨가한 THF (35 g) 용액을 6 분간에 걸쳐 적하한 후 15 분간 교반하였다. 계속해서, EGMA (6.14 g ; 31 mmol) 및 디에틸아연헥산 용액 (4.60 g ; 6 mmol) 을 첨가한 THF (35 g) 용액을 6 분간에 걸쳐 적하한 후 30 분간 교반하였다. 이 반응 용액을 실온까지 승온시키면서 140 분간 교반한 후, 메탄올을 첨가하여 반응을 정지시켰다. 반응 용액을 대량의 메탄올에 첨가하여 석출시킨 폴리머를 여과·건조하였다. 다음으로, 이 폴리머를 15 wt% THF 용액으로 하여 메탄올을 첨가하고, 분리된 타르상물을 분액하여, 추가로 얻어진 타르상물을 15 wt% THF 용액으로 하여 동일한 조작을 반복하고, 최종적으로 얻어진 타르상물을 다시 THF 에 용해시켜 20 wt% 용액으로 하였다. 이 용액을 대량의 메탄올에 첨가하여 석출시킨 폴리머를 여과·건조하였다. 얻어진 폴리머를 겔 퍼미에이션 크로마토그래피로 측정한 결과, 스티렌 환산 중량 평균 분자량 (Mw) 은 100,500 이며, 분산도 (Mw/Mn) 는 1.08 의 단분산 폴리머였다. 13CNMR 을 측정하여, ST/MMA/EGMA 의 몰비는 80/17/3 인 것을 알 수 있었다.
실시예 3
질소 분위기하에서, 플라스크에 톨루엔 (480 g), THF (130 g) 및 ST (61.3 g ; 589 mmol) 를 첨가하고 -40 ℃ 로 냉각시켰다. 이 용액 중에 n-BuLi 용액 (2.44 g ; 6 mmol) 을 첨가하고, 25 분간 교반하였다. 그 후, 디페닐에틸렌 (1.2 g ; 7 mmol) 을 첨가하고 10 분간 교반하였다. 다음으로, MMA (14.7 g ; 147 mmol) 및 디에틸아연헥산 용액 (5.12 g ; 7 mmol), 염화리튬 (6.72 g ; 6 mmol) 을 첨가한 THF (30 g) 용액을 5 분간에 걸쳐 적하한 후 15 분간 교반하였다. 계속해서, EGMA (3.46 g ; 18 mmol) 및 디에틸아연헥산 용액 (3.67 g ; 5 mmol) 을 첨가한 THF (30 g) 용액을 5 분간에 걸쳐 적하한 후 30 분간 교반하였다. 이 반응 용액을 실온까지 승온시키면서 140 분간 교반한 후, 메탄올을 첨가하여 킬링하였다. 반응 용액을 대량의 메탄올에 첨가하여 석출시킨 폴리머를 여과·건조하였다. 다음으로, 이 폴리머를 15 wt% THF 용액으로 하여 메탄올을 첨가하고, 분리된 타르상물을 분액하여, 추가로 얻어진 타르상물을 15 wt% THF 용액으로 하여 동일한 조작을 반복하고, 최종적으로 얻어진 타르상물을 다시 THF 에 용해시켜 20 wt% 용액으로 하였다. 이 용액을 대량의 메탄올에 첨가하여 석출시킨 폴리머를 여과·건조하였다. 얻어진 폴리머를 겔 퍼미에이션 크로마토그래피로 측정한 결과, 스티렌 환산 중량 평균 분자량 (Mw) 은 155,200 이며, 분산도 (Mw/Mn) 는 1.09 의 단분산 폴리머였다. 13CNMR 을 측정하여, ST/MMA/EGMA 의 몰비는 79/19/2 인 것을 알 수 있었다.
산업상 이용가능성
본 발명에 의하면, 칩 적층용 접착제 등에 사용되는 내열성, 내크랙성, 고온 접착성, 밀착성 등이 우수한 폴리머를 제공할 수 있다.
Claims (5)
- 식 (Ⅰ'), 및 식 (Ⅱ)
[화학식 1]
(식 중, R1 은 수소 원자 또는 메틸기를 나타내고, R3 은 메틸기를 나타내고, R4 는 하이드록시기를 갖고 있어도 되는 알킬기를 나타낸다.) 로 나타내는 반복 단위로 이루어지는 폴리머 사슬을 아암부로 하고, 식 (Ⅲ)
[화학식 2]
(식 중, (A) 는 하기 식
(식 중, n1 은 1 ∼ 6 중 어느 정수를 나타낸다)으로 나타내는 것 중 어느 연결기를 나타내고, R5 는 수소 원자, 또는 메틸기를 나타내고, m 은 2 또는 3을 나타낸다) 으로 나타내는 단량체, 또는 1,3-부틸렌글리콜디아크릴레이트, 1,3-부틸렌글리콜디메타크릴레이트, 또는 트리메틸올프로판트리메타크릴레이트로부터 유도되는 코어부를 갖는 스타 폴리머로서, 아암부에 있어서의 식 (Ⅰ') 로 나타내는 반복 단위와 식 (Ⅱ) 로 나타내는 반복 단위의 몰비 ((Ⅰ')/(Ⅱ)) 가 60/40 ∼ 95/5 의 범위인 것을 특징으로 하는 스타 폴리머. - 제 1 항에 있어서, 아암부에 있어서의 식 (Ⅰ') 로 나타내는 반복 단위와 식 (Ⅱ) 로 나타내는 반복 단위의 몰비 ((Ⅰ')/(Ⅱ)) 가 80/20 ∼ 95/5 의 범위인 것을 특징으로 하는 스타 폴리머.
- 제 1 항에 있어서,
식 (Ⅰ') 로 나타내는 반복 단위와 식 (Ⅱ) 로 나타내는 반복 단위가 블록으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 스타 폴리머. - 제 1 항에 있어서,
겔 퍼미에이션 크로마토그래피에 의한 스티렌 환산 중량 평균 분자량이 50,000 ∼ 200,000 의 범위인 것을 특징으로 하는 스타 폴리머. - 제 1 항에 있어서,
겔 퍼미에이션 크로마토그래피에 의한 스티렌 환산 중량 평균 분자량 (Mw) 과 수 평균 분자량 (Mn) 의 비 (Mw/Mn) 가 1.01 ∼ 1.50 의 범위인 것을 특징으로 하는 스타 폴리머.
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