TW202406840A - 氧化矽粒子分散液 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種能抑制製成膜時之凸粒、且可提高剝離強度的氧化矽粒子分散液。本發明氧化矽粒子分散液包含中空氧化矽粒子與溶劑,前述中空氧化矽粒子之平均粒徑在0.2~10µm之範圍內。

Description

氧化矽粒子分散液
本發明涉及一種使氧化矽粒子分散於溶劑中而成之氧化矽粒子分散液。
氧化矽粒子以往被利用於以下各種用途上:印刷配線基板或封裝配線基板等之電子材料、透鏡或光學膜等之光學材料、觸媒或觸媒載體等之功能材料、塗料或化妝品等之顏料等。其中,中空氧化矽粒子因具有低折射率、低介電常數、低密度等特性,故又被利用於下述用途上:接著膜、預浸體等之絕緣樹脂片以及形成於印刷配線板之絕緣層所使用之樹脂組成物的低相對介電常數化、低介電正切化、低熱膨脹化。
氧化矽粒子若在乾粉之狀態下使用便容易凝集,因此可因應使用目的而以分散於水或樹脂等溶劑中之分散液的形態來使用,從而提出了氧化矽粒子分散液或含該氧化矽粒子分散液之漿料的各種提案。
例如,專利文獻1中提出了一種電子材料用漿料,其具有電子材料用填料與實質上不含水分之液態分散介質;前述電子材料用填料為氧化矽粒子材料,其粒徑為100nm~2000nm或比表面積為2m 2/g~35m 2/g,在200℃下加熱時生成之水分量每表面積1m 2為40ppm以下,並且經以具有乙烯基、苯基、苯胺基、碳數4以上之烷基、甲基丙烯醯基或環氧基之矽烷化合物進行表面處理。
專利文獻2中提出了一種抗反射膜形成用塗佈液,其係由平均粒徑(Dpa)在30~200nm之範圍內的氧化矽系中空微粒子(A)、平均粒徑(Dpb)在5~80nm之範圍內的氧化矽實心微粒子(B)及溶劑構成;氧化矽系中空微粒子(A)之濃度(CA)以固體成分計在0.2~8重量%之範圍內,氧化矽實心微粒子(B)之濃度(CB)以固體成分計在0.2~8重量%之範圍內;並且,氧化矽實心微粒子(B)與氧化矽系中空微粒子(A)之重量比(B/A)在0.25~4。
又,專利文獻3中提出了一種氧化矽系粒子之分散液,其包含氧化矽系粒子,該氧化矽系粒子之平均粒徑為5~40nm,且中空粒子及實心粒子之合計粒子數中,中空粒子數所佔比率(中空率)為70%以上。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1:日本專利特開2020-097498號公報 專利文獻2:日本專利特開2015-102666號公報 專利文獻3:日本專利特開2018-123043號公報
發明欲解決之課題 然而,以以往之氧化矽粒子分散液來說,在使其含有於樹脂組成物來製成膜時容易產生氧化矽粒子之凸粒,造成剝離強度變低,從而有時難以獲得對氧化矽粒子所期待之效果。
本發明係有鑑於上述課題而成者,其課題在於提供一種能抑制製成膜時之凸粒、且可提高剝離強度的氧化矽粒子分散液。
用以解決課題之手段 本發明係涉及下述(1)至(11)者。 (1)一種氧化矽粒子分散液,包含中空氧化矽粒子與溶劑,前述中空氧化矽粒子之平均粒徑在0.2~10µm之範圍內。 (2)如前述(1)之氧化矽粒子分散液,其中前述中空氧化矽粒子藉由使用氬氣且以乾式比重計進行之密度測定所求得之粒子密度為0.35~2.00g/cm 3。 (3)如前述(1)或(2)之氧化矽粒子分散液,其中前述中空氧化矽粒子藉由使用氦氣且以乾式比重計進行之密度測定所求得之粒子密度為2.00~2.30g/cm 3。 (4)如前述(1)至(3)中任一項之氧化矽粒子分散液,其中前述中空氧化矽粒子之BET比表面積為1~100m 2/g。 (5)如前述(1)至(4)中任一項之氧化矽粒子分散液,其中前述中空氧化矽粒子之真球度為0.75~1.0。 (6)如前述(1)至(5)中任一項之氧化矽粒子分散液,其更含有矽烷化合物,前述矽烷化合物具有選自於由乙烯基、苯基、苯胺基、碳數4以上之烷基、甲基丙烯醯基及環氧基所構成群組中之至少1種基。 (7)如前述(1)至(6)中任一項之氧化矽粒子分散液,其更含有有機搖變劑。 (8)如前述(1)至(7)中任一項之氧化矽粒子分散液,其中前述溶劑包含選自於由水、烴類、醇類、乙酸酯類、酮類、賽璐蘇類、二醇醚類、氯化烴類及極性溶劑所構成群組中之至少1種。 (9)如前述(1)至(8)中任一項之氧化矽粒子分散液,其中令前述中空氧化矽粒子之固體成分濃度為50體積%時,前述氧化矽粒子分散液在25℃下之黏度為20~20000mPa・s。 (10)一種樹脂組成物,包含如前述(1)至(9)中任一項之氧化矽粒子分散液。 (11)一種氧化矽粒子分散液之製造方法,係將溶劑與平均粒徑在0.2~10µm之範圍內之中空氧化矽粒子之粉末混合,並將混合液進行分散處理,再進行分級而去除中空氧化矽粒子之凝集物。
發明效果 關於本發明氧化矽粒子分散液,因中空氧化矽粒子均一分散於液中而無凝集,故可抑制在將含本發明氧化矽粒子分散液之樹脂組成物製成膜時之凸粒,且可提高剝離強度。
以下針對本發明進行說明,惟本發明不受以下說明中之例示所限。此外,在本說明書中表示數值範圍之「~」意指將記載於其前後之數值作為下限值及上限值來包含。 又,在本說明書中,「質量」與「重量」同義。
<氧化矽粒子分散液> 本發明氧化矽粒子分散液為包含中空氧化矽粒子與溶劑、且中空氧化矽粒子之平均粒徑在0.2~10µm之範圍內者。本發明氧化矽粒子分散液中,前述中空氧化矽粒子均一分散而無凝集,提升分散液中之中空氧化矽粒子之分散穩定性,從而可抑制使樹脂組成物含有氧化矽粒子分散液來製成膜時之凸粒,並可提高剝離強度。
(溶劑) 作為氧化矽粒子分散液之分散介質的溶劑可因應使用目的任意選擇,可列舉例如:水、烴類、醇類、乙酸酯類、酮類、賽璐蘇類、二醇醚類、氯化烴類、極性溶劑。溶劑宜包含選自於由該等所構成群組中之至少1種。
烴類可舉例如甲苯、甲基環己烷、正庚烷、間二甲苯等。醇類可舉例如乙醇、異丙醇、1-丙醇、異丁醇、1-丁醇、2-丁醇等。乙酸酯類可舉例如乙酸丙酯、乙酸異丁酯、乙酸丁酯等。酮類可舉例如甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環己酮等。賽璐蘇類可舉例如乙二醇單甲基醚、乙二醇單乙基醚等。二醇醚類可舉例如1-甲氧基-2-丙醇、1-甲氧基丙基-2-乙酸酯、1-乙氧基-2-丙醇、3-乙氧基丙酸乙酯等。氯化烴類可舉例如三氯乙烯、四氯乙烯等。極性溶劑可舉例如N-甲基-2-吡咯啶酮。
溶劑因應使用目的之領域適當選擇即可。例如,用於電子機器之配線基板之絕緣層時,宜使用酮類、烴類,具體上宜使用甲基乙基酮(MEK)、甲苯等。
又,在將本發明氧化矽粒子分散液用於硬化性組成物時,亦可將液態之主劑或硬化劑本身用於溶劑。前述主劑可舉例如:環氧樹脂、聚苯醚樹脂、聚酯樹脂、聚醯亞胺樹脂、酚樹脂、鄰二乙烯苯樹脂等;硬化劑可舉例如:多胺系硬化劑、酸酐系硬化劑、酚系硬化劑、活性酯系硬化劑、過氧化物等。
氧化矽粒子分散液中,溶劑宜在20~90體積%之範圍內來包含。溶劑之含量若為20體積%以上便可使中空氧化矽粒子均一分散,且因分散液之黏度不會變得過高,故容易處置。又,溶劑之含量若為90體積%以下則為液態,故可在分散狀態下使用。氧化矽粒子分散液中之溶劑的含量較宜為25體積%以上,更宜為30體積%以上,且較宜為80體積%以下,更宜為70體積%以下,尤宜為60體積%以下,最宜為50體積%以下。
(中空氧化矽粒子) 中空氧化矽粒子為具備含氧化矽之外殼層(固體膜)、且於外殼層之內部具有空間部的氧化矽粒子。中空氧化矽粒子於外殼層之內部具有空間部一事,可藉由穿透型電子顯微鏡(TEM)觀察或掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察來確認。SEM觀察之情況下,可藉由觀察有部分開口之破損粒子來確認中空一事。 此外,以下中空氧化矽粒子之物性可藉由將氧化矽粒子分散液乾燥而獲得粉末狀氧化矽粒子來確認。
在本說明書中,外殼層「含氧化矽」意指包含50質量%以上之氧化矽(SiO 2)。外殼層之組成可藉由ICP發射光譜分析法或火焰原子吸收光譜法等來測定。外殼層包含之氧化矽宜為80質量%以上,較宜為95質量%以上。上限理論上為100質量%。外殼層包含之氧化矽宜小於100質量%,較宜為99.99質量%以下。剩餘成分可舉鹼金屬氧化物及矽酸鹽、鹼土族金屬氧化物及矽酸鹽、碳等。 又,「於外殼層之內側具有空間部」意指在觀察1個一次粒子之截面時,外殼層圍著1個空間部之周圍的中空狀態。亦即1個中空粒子具有1個大空間部與包圍其之外殼層。
藉由中空氧化矽粒子於外殼內具有空間部之結構,含有本發明氧化矽粒子分散液之組成物可於組成物中確保更多的空間,而在用於電子機器等之絕緣層時,可降低介電常數。
分散於本發明氧化矽粒子分散液中之中空氧化矽粒子的平均粒徑(D50,中值粒徑)為0.2~10µm。此外,中空氧化矽粒子中一次粒子彼此會因製造時之燒成或乾燥之步驟而部分結合,因此中空氧化矽粒子大多為一次粒子凝集而成之二次粒子的集合體。此處所提中空氧化矽粒子的平均粒徑係指二次粒子之粒徑,而一次粒子係指可藉由TEM觀察或SEM觀察確認之於內部具有空間部的球狀粒子。
氧化矽粒子分散液中之中空氧化矽粒子的平均粒徑(D50)若在0.2~10µm之範圍,氧化矽粒子分散液便會成為容易處置之黏度,且在塗敷時不易產生凸粒,因此在作為樹脂組成物使用時能適當保持樹脂組成物之剝離強度。 平均粒徑(D50)宜為0.5µm以上,較宜為1µm以上,且宜為8µm以下,較宜為6µm以下,更宜為5µm以下。
中空氧化矽粒子的平均粒徑(二次粒子之粒徑)宜藉由雷射散射來測定。這是因為,利用SEM測定凝集徑的做法粒子間之邊界會不明顯,而反映不出在濕潤狀態下之分散。又因為,利用庫爾特計數器測定的話,在中空粒子與實心粒子之電場變化不同,而難以對實心粒子導出與其對應之數值。
中空氧化矽粒子之二次粒子的粗大粒徑(D90)宜為1~30µm。由生產效率的觀點來看,粗大粒徑宜為1µm以上。又,粗大粒徑若過大,在將樹脂組成物成型為膜時就會是造成凸粒之原因,故宜為30µm以下。粗大粒徑之下限較宜為3µm以上,最宜為5µm以上,且上限宜為30µm以下,較宜為25µm以下,更宜為20µm以下,最宜為15µm以下。
此外,粗大粒徑亦如上述,可藉由利用雷射散射測定二次粒子之粒徑來求出。
又,中空氧化矽粒子之一次粒子的大小可藉由利用SEM觀察來直接觀察其粒徑(直徑)而求出,一次粒子的大小的平均值(平均一次粒徑)宜在50nm~10µm之範圍。平均一次粒徑若為50nm以上,便能抑制比表面積、吸油量及細孔容積之上升,而可抑制粒子表面之SiOH量與吸附水之增加,因此介電正切不易上升。又,平均一次粒徑若為10µm以下,便容易作為填料處置。 由製造再現性的觀點來看,平均一次粒徑之下限較宜為70nm以上,更宜為100nm以上,且上限較宜為5µm以下,尤宜為3µm以下。
具體而言,中空氧化矽粒子之平均一次粒徑係藉由SEM影像測定100個粒子之一次粒子的大小,並將其等統計所得之一次粒子的大小的分布推定為整體之一次粒子的大小的分布。藉由SEM觀察,可直接測定難以去凝集之粒子的一次粒徑。
本發明中空氧化矽粒子宜為:具有上述平均一次粒徑,且其一次粒子中,粒子整體之40%以上為平均一次粒徑±40%以內的粒徑。40%以上之粒子的粒徑若為平均一次粒徑±40%以內,中空氧化矽粒子的大小便會變得均一,因此不易生成中空氧化矽粒子之外殼的缺陷。較宜為粒子整體之50%以上為平均一次粒徑±40%以內,更宜為粒子整體之60%以上為平均一次粒徑±40%以內,尤宜為粒子整體之70%以上為平均一次粒徑±40%以內。
中空氧化矽粒子宜為藉由使用氬氣且以乾式比重計進行之密度測定所求得之粒子密度(以下亦稱為Ar密度)為0.35~2.00g/cm 3者。Ar密度若為0.35g/cm 3以上,便可抑制粒子在分散液中之破裂,且與樹脂之比重差不會變得過大,因此在將氧化矽粒子分散液與樹脂混合後,可提升在樹脂組成物中之分散性。Ar密度若為2.00g/cm 3以下,則容易發揮降低介電常數之效果,故可適宜作為電子機器之材料來利用。Ar密度較宜為0.40g/cm 3以上,且上限較宜為1.50g/cm 3以下,更宜為1.00g/cm 3以下。具體而言,Ar密度較宜為0.35~1.50g/cm 3,更宜為0.40~1.00g/cm 3
又,中空氧化矽粒子宜為藉由使用氦氣且以乾式比重計進行之密度測定所求得之粒子密度(以下亦稱為He密度)為2.00~2.30g/cm 3者。因氦氣會穿透細微之空隙,故可獲得於內部具有空間之氧化矽粒子之與氧化矽部分之真密度對應的密度。He密度若為2.00g/cm 3以上,便為緻密之氧化矽粒子,因此在將氧化矽粒子分散液與樹脂混合來使用時,不會使樹脂組成物之剝離強度降低,且中空氧化矽粒子中所含之矽烷醇殘存量會減少,從而容易降低介電正切。要獲得如He密度大於2.30g/cm 3之氧化矽質需要在相當高之溫度下燒成,且粒子會變得容易破損。He密度若為2.30g/cm 3以下,便可維持中空氧化矽粒子中所含之空間且不會使Ar密度變差。He密度較宜為2.05g/cm 3以上,更宜為2.10g/cm 3以上,且較宜為2.25g/cm 3以下,更宜為2.23g/cm 3以下。具體而言,He密度較宜為2.05~2.25g/cm 3,更宜為2.10~2.23g/cm 3
中空氧化矽粒子之視密度亦可使用比重瓶測定。將試料(中空氧化矽粒子)與有機溶劑放入比重瓶,在25℃下靜置48小時後進行測定。依中空氧化矽粒子之外殼的緻密度,有機溶劑之滲透有時也需要時間,因此宜靜置上述時間。以該方法測定之結果係與使用氬氣且以乾式比重計進行密度測定之結果相對應。
中空氧化矽粒子藉由調整一次粒徑與殼之厚度可調整粒子之視密度,而藉由變更粒子之密度,可調整沉降於溶劑中、持續分散於溶劑中、或浮於溶劑上。欲使其分散於溶劑中時,期望溶劑之密度與粒子之視密度相近。例如,欲使其分散於密度為1.0g/cm 3之水中時,宜將粒子之視密度調整為0.8g/cm 3以上且1.2g/cm 3以下。
又,中空氧化矽粒子之BET比表面積宜為1~100m 2/g。將BET比表面積製成小於1m 2/g實質上很困難。又,BET比表面積若過大,氧化矽表面會吸附更大量之樹脂等,但BET比表面積若為100m 2/g以下,則可抑制樹脂等之吸附數量,從而可抑制製成樹脂組成物時之黏度上升。BET比表面積宜為1~100m 2/g,較宜為1~50m 2/g,更宜為1~20m 2/g,最宜為1~15m 2/g。
在此,BET比表面積之測定可使用比表面積測定裝置(例如,股份公司島津製作所製「TriStarII3020」),在前處理使中空氧化矽粒子在230℃下乾燥至成為50mTorr後,以使用氮氣之多點法來測定。
中空氧化矽粒子在令Ar密度為A(g/cm 3)、BET比表面積為B(m 2/g)時,Ar密度與BET比表面積之乘積(A×B)宜為1~120m 2/cm 3。利用A×B表示使中空氧化矽粒子分散於溶劑中時之每單位體積的比表面積,例如在中空氧化矽粒子添加至樹脂中時,係表示樹脂中之預定體積中,中空氧化矽粒子所佔之部分的比表面積。藉由中空氧化矽粒子滿足上述Ar密度與BET比表面積之關係,將含有該中空氧化矽粒子之樹脂組成物用於絕緣層時,可降低絕緣層之介電常數並降低介電損耗,故可提供可充分對應高頻電路之基盤。樹脂組成物之黏度若過度上升,用於絕緣層時之介電正切恐會變差,但A×B若為120m 2/cm 3以下,在組成物中之氧化矽的比表面積便小,故組成物之黏度不會過度上升,而可抑制介電正切變差。A×B宜為80m 2/cm 3以下,較宜為40m 2/cm 3以下,更宜為20m 2/cm 3以下。又,要製作A×B小於上述者實質上很困難。A×B宜為2m 2/cm 3以上,較宜為2.5m 2/cm 3以上,更宜為3m 2/cm 3以上。
中空氧化矽粒子之真球度宜為0.75~1.0。真球度若過低,以含有氧化矽粒子分散液之樹脂組成物來說,樹脂層中之氧化矽粒子與相接之構件的接地面積會減少,而有剝離強度降低之情形,故真球度宜為0.75以上。 真球度係針對藉由掃描型電子顯微鏡(SEM)拍攝照片所得之照片投影圖中之任意100個粒子,測定各粒子之最大徑(DL)及與其正交之最小徑(DS),算出最小徑(DS)相對於最大徑(DL)之比(DS/DL),並以所得平均值來表示。 由分散性等的觀點來看,真球度較宜為0.80以上,更宜為0.82以上,又更宜為0.83以上,尤宜為0.85以上,更尤宜為0.87以上,最宜為0.90以上。
中空氧化矽粒子之外殼厚度相對於一次粒子之直徑1,宜為0.01~0.3。外殼厚度相對於一次粒子之直徑1若為0.01以上,便能維持中空氧化矽粒子之強度。該比若為0.3以下,則內部之空間部不會變得過小,而可發揮中空形狀所帶來之特性。 外殼厚度相對於一次粒子之直徑1,較宜為0.02以上,更宜為0.03以上,且較宜為0.2以下,更宜為0.1以下。
在此,外殼厚度可藉由利用穿透型電子顯微鏡(TEM)測定各粒子之外殼厚度來求出。
中空氧化矽粒子於內部具有空間部,故可於粒子內部內包物質。本發明中空氧化矽粒子因外殼層緻密,故為不易被各種溶劑滲透者,惟若存在破損粒子,溶劑便會滲入內部。因此,吸油量會因破損粒子之比率而變化。
中空氧化矽粒子之吸油量宜為15~1300mL/100g。吸油量若為15mL/100g以上,在用於樹脂組成物時便可確保與樹脂之密著性;若為1300mL/100g以下,在用於樹脂組成物時則可保證樹脂之強度,而可降低組成物之黏度。 吸油量若多,黏性便會變高,由此來看中空氧化矽粒子之吸油量較宜為1000mL/100g以下,更宜為700mL/100g以下,尤宜為500mL/100g以下,最宜為200mL/100g以下。又,吸油量若過低,則有粉體與樹脂之密著性會變差之情形,故較宜為20mL/100g以上。
此外,由如上述之破損粒子之比率與吸油量的關係來看,可藉由調整破損粒子之比率來調整吸油量。並且,因一次粒子間之空間亦為可保持油的空間,故吾等認為一次粒子凝集而成之二次粒子的中值粒徑若大,吸油量便會增多,而二次粒子的中值粒徑若小,則吸油量會減少。
中空氧化矽粒子宜含有金屬M,該金屬M係選自於由Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr及Ba所構成群組中之1種以上。藉由中空氧化矽粒子含有金屬M,於燒成時會作為熔劑發揮作用,使比表面積降低而可降低介電正切。 金屬M係在製造中空氧化矽粒子中,於反應步驟至洗淨步驟之間含有。例如,在反應步驟中,藉由在形成氧化矽之外殼時的反應溶液中添加前述金屬M之金屬鹽、或在要燒固中空氧化矽前驅物之前以含前述金屬M之金屬離子的溶液洗淨,可於中空氧化矽粒子中含有金屬M。
本發明中,中空氧化矽粒子中所含之金屬M的濃度宜為50質量ppm以上且1質量%以下。金屬M之濃度總和若為50質量ppm以上,藉由燒成時之熔劑效果會促進鍵結矽烷醇基之縮合,使殘存之矽烷醇基減少,因此可降低介電正切。金屬M之濃度若過高,則會與氧化矽進行反應使成為矽酸鹽之成分變多,從而有中空氧化矽粒子之吸濕性變差之情形,故宜以1質量%以下含有。金屬M之濃度較宜為100質量ppm以上,且較宜為150ppm以上;並且宜為1質量%以下,且宜為5000質量ppm以下,最宜為1000質量ppm以下。
金屬M之測定方法係將過氯酸與氫氟酸加至中空氧化矽粒子使其灼燒去除主成分之矽後,以ICP發射光譜分析來測定。 又,相較於使用矽烷氧化物作為氧化矽原料之情況,使用鹼金屬矽酸鹽作為氧化矽原料時,於所得中空氧化矽粒子之外殼層中源自原料的碳(C)成分會減少。
中空氧化矽粒子宜為藉由下述測定方法測定包含該中空氧化矽粒子之下述捏合物時的黏度為20000mPa・s以下者。 (測定方法) 令藉由使用氬氣且以乾式比重計進行之密度測定所求得的粒子密度為A(g/cm 3),將熟亞麻仁油6質量份與中空氧化矽粒子(6×A/2.2)質量份混合並以2000rpm捏合3分鐘而獲得捏合物,使用旋轉式流變儀並以剪切速度1s- 1測定所得捏合物30秒,求出在30秒時間點之黏度。
捏合物藉由上述測定方法求得之在剪切速度1s- 1下之黏度若為20000mPa・s以下,便能減少在包含中空氧化矽粒子之樹脂組成物之成形・成膜時添加之溶劑量,而可加快乾燥速度,從而可提升生產性。又,氧化矽粉末之與粒徑相應之密度與比表面積的乘積若變大,則在添加至樹脂組成物時黏度容易上升,惟中空氧化矽粒子因密度與比表面積的乘積小,故可抑制樹脂組成物之黏度上升。捏合物之黏度較宜為8000mPa・s以下,更宜為5000mPa・s以下,最宜為4000mPa・s以下。 前述捏合物在剪切速度1s- 1下之黏度愈低,樹脂組成物之塗敷性便愈提升,而生產性便愈提升,故無特別限定下限值。
氧化矽粒子在藉由 29Si-NMR進行之光譜的歸屬中,根據SiO 4四面體之連結程度分類為以Q1~Q4表示之4種基本結構。Q1~Q4分別如下。 Q1係於Si之周圍隔著氧具有1個Si之結構單元,SiO 4四面體係與另外1個SiO 4四面體連結,且在固體 29Si-DD/MAS-NMR光譜中於-80ppm附近具有波峰。 Q2係於Si之周圍隔著氧具有2個Si之結構單元,SiO 4四面體係與另外2個SiO 4四面體連結,且在固體 29Si-DD/MAS-NMR光譜中於-91ppm附近具有波峰。 Q3係於Si之周圍隔著氧具有3個Si之結構單元,SiO 4四面體係與另外3個SiO 4四面體連結,且在固體 29Si-DD/MAS-NMR光譜中於-101ppm附近具有波峰。 Q4係於Si之周圍隔著氧具有4個Si之結構單元,SiO 4四面體係與另外4個SiO 4四面體連結,且在固體 29Si-DD/MAS-NMR光譜中於-110ppm附近具有波峰。
本發明中空氧化矽粒子宜為:具有1個源自矽烷醇基之OH基的Q3結構相對於不具有源自矽烷醇基之OH基的Q4結構的莫耳比率(Q3/Q4)為2~40%者,該莫耳比率係以固體 29Si-DD/MAS-NMR測得。Q3/Q4若為40%以下,便可抑制矽烷醇量而改善介電正切。要獲得Q3/Q4小於2%者必須在高溫下進行燒成,此時中空氧化矽之中空部會收縮,故實質上難以獲得。又,Q3/Q4較宜為30%以下,更宜為20%以下。
中空氧化矽粒子之Q3/Q4係依下述方式進行測定。 將中空氧化矽粒子粉末作為測定試樣。使用400MHz之核磁共振裝置並裝設直徑7.5mm之CPSAS用探針,將觀測核設為 29Si,藉由DD/MAS法進行測定。測定條件係將 29Si共振頻率設為79.43MHz,將 29Si90°脈寬設為5µ秒,將1H共振頻率設為399.84MHz,將1H去耦頻率設為50kHz,將MAS旋轉數設為4kHz,將光譜寬度設為30.49kHz,將測定溫度設為23℃。資料分析係對傅立葉變換後之光譜的各波峰,將藉由混合勞倫茲波形與高斯波形所作成之波峰形狀之中心位置、高度、半高寬作為可變參數,藉由非線性最小平方法進行最佳化計算。以Q1、Q2、Q3及Q4之4個結構單元為對象,從所得之Q1之含有率、Q2之含有率、Q3之含有率及Q4之含有率算出Q3與Q4之莫耳比率。
本實施形態中,氧化矽粒子之矽烷醇基的含有率係藉由DD/MAS法(Dipolar Decoupling/Magic Angle Spinning;偶極去耦合/魔角旋轉)進行測定,而非CPSAS法(Cross Polarization/Magic Angle Spinning;交叉極化/魔角旋轉)。 若為CPSAS法, 1H會將存在在附近的Si敏化而被檢測出,故所得之波峰不會準確地反映出Q1之含有率、Q2之含有率、Q3之含有率及Q4之含有率。 另一方面,DD/MAS法不會有如CPSAS法之敏化效果,故所得之波峰會準確地反映出Q1之含有率、Q2之含有率、Q3之含有率及Q4之含有率,而適於定量分析。
中空氧化矽粒子之細孔容積宜為0.2cm 3/g以下。 細孔容積若為0.2cm 3/g以下,便不易吸附水分,而可抑制樹脂組成物之介電損耗變差。細孔容積較宜為0.15cm 3/g以下,更宜為0.1cm 3/g以下,尤宜為0.05cm 3/g以下。
中空氧化矽粒子之表面亦可經以矽烷耦合劑進行處理。 藉由中空氧化矽粒子之表面經以矽烷耦合劑進行處理,表面之矽烷醇基殘存量會減少,表面會被疏水化,從而可抑制水分吸附而提升介電損耗,並且在製成樹脂組成物時,能提升與樹脂之親和性,並提升分散性或樹脂製膜後之強度。
對於表面處理之條件無特別限制,一般的表面處理條件即可,可使用濕式處理法或乾式處理法。由進行均一之處理的觀點來看,宜為濕式處理法。
矽烷耦合劑之種類可舉胺基矽烷系耦合劑、環氧基矽烷系耦合劑、巰基矽烷系耦合劑、矽烷系耦合劑、有機矽氮烷化合物等。矽烷耦合劑可單獨使用1種,亦可組合2種以上來使用。
具體而言,矽烷耦合劑可列舉:胺丙基甲氧基矽烷、胺丙基三乙氧基矽烷、脲丙基三乙氧基矽烷、N-苯基胺丙基三甲氧基矽烷、N-2(胺乙基)胺丙基三甲氧基矽烷等之胺基矽烷系耦合劑;環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷、環氧丙氧基丙基三乙氧基矽烷、環氧丙氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、環氧丙氧基丁基三甲氧基矽烷、(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷等之環氧基矽烷系耦合劑;巰丙基三甲氧基矽烷、巰丙基三乙氧基矽烷等之巰基矽烷系耦合劑;甲基三甲氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、十八烷基三甲氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、咪唑矽烷、三𠯤矽烷等之矽烷系耦合劑;CF 3(CF 2) 7CH 2CH 2Si(OCH 3) 3、CF 3(CF 2) 7CH 2CH 2SiCl 3、CF 3(CF 2) 7CH 2CH 2Si(CH 3)(OCH 3) 2、CF 3(CF 2) 7CH 2CH 2Si(CH 3)C1 2、CF 3(CF 2) 5CH 2CH 2SiCl 3、CF 3(CF 2) 5CH 2CH 2Si(OCH 3) 3、CF 3CH 2CH 2SiCl 3、CF 3CH 2CH 2Si(OCH 3) 3、C 8F 17SO 2N(C 3H 7)CH 2CH 2CH 2Si(OCH 3) 3、C 7F 15CONHCH 2CH 2CH 2Si(OCH 3) 3、C 8F 17CO 2CH 2CH 2CH 2Si(OCH 3) 3、C 8F 17-O-CF(CF 3)CF 2-O-C 3H 6SiCl 3、C 3F 7-O-(CF(CF 3)CF 2-O) 2-CF(CF 3)CONH-(CH 2) 3Si(OCH 3) 3等之含氟矽烷偶合劑;六甲基二矽氮烷、六苯基二矽氮烷、三矽氮烷、環三矽氮烷、1,1,3,3,5,5-六甲基環三矽氮烷等之有機矽氮烷化合物等。
矽烷耦合劑之附著量相對於中空氧化矽粒子之粒子100質量份,宜為1質量份以上,較宜為1.5質量份以上,更宜為2質量份以上,且宜為10質量份以下,較宜為8質量份以下,更宜為5質量份以下。
中空氧化矽粒子之表面經以矽烷耦合劑進行處理一事,可藉由利用IR檢測出來自矽烷耦合劑之取代基的波峰來確認。又,矽烷耦合劑之附著量可藉由碳量來測定。
中空氧化矽粒子在1GHz下之相對介電常數宜為1.3~5.0。尤其在測定粉體之介電常數時,因在10GHz以上試樣空間會變小而測定精度會變差,故在本發明中係採用在1GHz下之測定值。在1GHz下之相對介電常數若在前述範圍,便可達成對電子機器要求之低相對介電常數。此外,實質上要合成在1GHz下之相對介電常數小於1.3之中空氧化矽粒子很困難。 在1GHz下之相對介電常數的下限宜為1.3以上,較宜為1.4以上。且上限較宜為4.5以下,更宜為4.0以下,又更宜為3.5以下,尤宜為3.0以下,最宜為2.5以下。
又,中空氧化矽粒子在1GHz下之介電正切宜為0.0001~0.05。在1GHz下之介電正切若為0.05以下,便可達成對電子機器要求之低相對介電常數。又,實質上要合成在1GHz下之介電正切小於0.0001之中空氧化矽粒子很困難。 在1GHz下之介電正切的下限較宜為0.0002以上,更宜為0.0003以上。且上限較宜為0.01以下,更宜為0.005以下,又更宜為0.003以下,尤宜為0.002以下,更尤宜為0.0015以下,最宜為0.0010以下。
相對介電常數及介電正切可使用專用裝置(例如,KEYCOM股份公司製「Vector Network Analyzers E5063A」),藉由微擾方式共振器法來測定。
氧化矽粒子分散液中,中空氧化矽粒子宜在5~80體積%之範圍內來包含。中空氧化矽粒子之含量若為5體積%以上,添加於樹脂組成物中之氧化矽粒子分散液的量便可以較少之量賦予所期望之剝離強度,若為80體積%以下,則分散液之黏度不會過度上升,而容易處置。氧化矽粒子分散液中之中空氧化矽粒子的含量較宜為10體積%以上,更宜為20體積%以上,且較宜為70體積%以下,更宜為60體積%以下,尤宜為50體積%以下。
(矽烷化合物) 本發明氧化矽粒子分散液中宜含有矽烷化合物,前述矽烷化合物具有選自於由乙烯基、苯基、苯胺基、碳數4以上之烷基、甲基丙烯醯基及環氧基所構成群組中之至少1種基。藉由含有前述矽烷化合物,在使樹脂組成物含有氧化矽粒子分散液時,中空氧化矽粒子之表面會親近樹脂,故可更提高樹脂組成物之剝離強度。此外,中空氧化矽粒子經以矽烷耦合劑進行處理時,不一定需要添加矽烷化合物。
前述矽烷化合物可列舉例如:乙烯基矽烷、苯基矽烷、苯胺基矽烷、己基矽烷、癸基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、胺丙基矽烷等。該等可單獨使用1種,亦可組合2種以上來使用。其中,由與樹脂之相互作用的觀點來看,又宜為包含乙烯基、苯基、甲基丙烯醯基、環氧基或苯胺基之矽烷化合物,較宜為包含乙烯基、苯基、甲基丙烯醯基或苯胺基之矽烷化合物,更宜為包含苯基或甲基丙烯醯基之矽烷化合物。此時,本發明氧化矽粒子分散液中之氧化矽粒子的液中分散性會提升,從而其黏度與由其形成之成形物的剝離強度尤其容易維持平衡。
氧化矽粒子分散液中,前述矽烷化合物宜在0.1~5質量%之範圍內來包含。矽烷化合物之含量若為0.1質量%以上,在使樹脂組成物含有氧化矽粒子分散液時,便會提高中空氧化矽粒子與樹脂之相溶性,而可提高樹脂組成物之剝離強度;若為5質量%以下,則可抑制殘留於組成物中,而可降低對樹脂組成物物性之影響。氧化矽粒子分散液中之矽烷化合物的含量較宜為0.2質量%以上,更宜為0.3質量%以上,尤宜為0.5質量%以上,且較宜為4質量%以下,更宜為3質量%以下,尤宜為2質量%以下。
(有機搖變劑) 本發明氧化矽粒子分散液中,宜更含有有機搖變劑。 有機搖變劑係為了以下目的而添加:抑制中空氧化矽粒子凝集、沉澱在氧化矽粒子分散液及含有氧化矽粒子分散液之樹脂組成物或漿料中;以及,提升熔劑對樹脂組成物或漿料之硬化物的潤濕性。
有機搖變劑包含例如:由植物油脂肪酸與胺合成之脂肪酸醯胺類(醯胺蠟系);脂肪酸酯類、聚醚類、硫酸化油、高級醇硫酸鹽等界面活性劑系;聚羧酸酯類;聚羧酸醯胺類;脲改質化合物;但不包含被稱為蓖麻油蠟之加氫蓖麻油系者、及將聚乙烯予以氧化處理而導入有極性基之蠟的氧化聚乙烯系者。有機搖變劑可單獨使用1種,亦可組合2種以上來使用。
有機搖變劑可以市售物取得,可列舉例如:BYK(註冊商標)-R606、BYK(註冊商標)-405、BYK(註冊商標)-R605、BYK(註冊商標)-R607、BYK(註冊商標)-410、BYK(註冊商標)-411、BYK(註冊商標)-415、BYK(註冊商標)-430、BYK(註冊商標)-431、BYK(註冊商標)-7410ET、BYK(註冊商標)-7411ES(以上為BYK Japan公司製)、Talen 1450、Talen 2000、Talen 2200A、Talen 7200-20、Talen 8200-20、Talen 8300-20、Talen 8700-20、Talen BA-600、Flownon SH-290、Flownon SH-295S、Flownon SH-350、Flownon HR-2、Flownon HR-4AF(以上為共榮社化學公司製)。
氧化矽粒子分散液中,有機搖變劑宜在0.01~5質量%之範圍內來包含。有機搖變劑之含量若為0.01質量%以上,在分散液中便能抑制中空氧化矽粒子之凝集,而在保管氧化矽粒子分散液時,能抑制中空氧化矽粒子彼此之凝集,在使樹脂組成物含有其時,則可抑制樹脂蓄積於中空氧化矽粒子間。藉此可提高樹脂組成物之剝離強度。又,有機搖變劑之含量若為5質量%以下,則可抑制殘留於組成物中,而可降低對樹脂組成物物性之影響。氧化矽粒子分散液中之有機搖變劑的含量較宜為0.015質量%以上,更宜為0.05質量%以上,且較宜為3質量%以下,更宜為2.5質量%以下,尤宜為2質量%以下。
本發明氧化矽粒子分散液亦可在不損及本發明效果之範圍內包含其他任意成分。任意成分可舉例如氧化鋁等其他無機填料、硬化組成物等。
(氧化矽粒子分散液之物性) 關於本發明氧化矽粒子分散液,在令中空氧化矽粒子之固體成分濃度為50體積%時,氧化矽粒子分散液在25℃下之黏度宜為20~20000mPa・s。 中空氧化矽粒子之固體成分濃度為50體積%之氧化矽粒子分散液在25℃下之黏度若為20mPa・s以上,便可防止氧化矽之沉降(浮起)分離,若為20000mPa・s以下,則可在維持住氧化矽之分散狀態下使用。前述黏度較宜為50mPa・s以上,更宜為75mPa・s以上,尤宜為100mPa・s以上,且較宜為15000mPa・s以下,更宜為12000mPa・s以下,尤宜為10000mPa・s以下。
<氧化矽粒子分散液之製造方法> 本發明氧化矽粒子分散液係使中空氧化矽粒子之粉末分散於溶劑中而獲得。中空氧化矽粒子可藉由製造來獲得,亦可使用市售之中空氧化矽粒子。 以下說明中空氧化矽粒子之製造方法與使用其之氧化矽粒子分散液之製造方法。
(中空氧化矽粒子之製造方法) 中空氧化矽粒子之製造方法可舉例如下述方法:使用包含水相、油相及界面活性劑之水包油型乳液而在乳液中獲得中空氧化矽前驅物,再從該前驅物獲得中空氧化矽粒子。該水包油型乳液係於水中分散有油相之乳液,若於該乳液中添加氧化矽原料,氧化矽原料便會附著於油滴,而可形成油內核-氧化矽外殼粒子。
中空氧化矽粒子之製造方法包含:製作包含水相、油相及界面活性劑之水包油型乳液,並將該水包油型乳液靜置0.5~240小時而在水包油型乳液中獲得中空氧化矽前驅物,該中空氧化矽前驅物係於內核之外周形成有含氧化矽之外殼層,再從中空氧化矽前驅物去除內核,進行熱處理。在獲得前述中空氧化矽前驅物時,宜為:於水包油型乳液中添加第1氧化矽原料而形成第1段外殼,並於形成有第1段外殼之乳液中添加第2氧化矽原料而形成第2段外殼,藉此於內核之外周形成外殼層。 以下,亦僅將水包油型乳液表記為乳液。又,有時亦會將以下分散液表記為乳液:添加第1氧化矽原料後而生成且分散有添加第2氧化矽原料前之油內核-氧化矽外殼粒子的分散液;及,分散有添加第2氧化矽原料後之油內核-氧化矽外殼粒子的分散液。後者之分散有添加第2氧化矽原料後之油內核-氧化矽外殼粒子的分散液亦可為與中空氧化矽前驅物分散液同等者。
[第1段外殼之形成] 首先,於包含水相、油相及界面活性劑之水包油型乳液中添加第1氧化矽原料,形成第1段外殼。
乳液之水相主要包含水作為溶劑。於水相中亦可進一步添加水溶性有機液體、水溶性樹脂等添加劑。水相中之水的比率宜為50~100質量%,較宜為90~100質量%。
乳液之油相宜包含與水相成分不相溶之非水溶性有機液體。該有機液體會在乳液中成為液滴而形成中空氧化矽前驅物之油-內核部分。
有機液體可列舉例如:正己烷、異己烷、正庚烷、異庚烷、正辛烷、異辛烷、正壬烷、異壬烷、正戊烷、異戊烷、正癸烷、異癸烷、正十二烷、異十二烷、十五烷等之脂肪族烴類、或者其等混合物之石蠟系基油;環戊烷、環己烷、環己烯等之脂環式烴類、或者其等混合物之環烷系基油;苯、甲苯、二甲苯、乙苯、丙苯、異丙苯、對稱三甲苯、四氫萘、苯乙烯等之芳香族烴類;丙醚、異丙醚等之醚類;乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸異丙酯、乙酸正丁酯、乙酸異丁酯、乙酸正戊酯、乙酸異戊酯、乳酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丁酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丁酯等之酯類;棕櫚油、大豆油、菜籽油等之植物油;氫氟碳、全氟碳化物、全氟聚醚等之氟系溶劑等。又,亦可使用在外殼形成反應溫度下呈疏水性液體的聚氧伸烷基二醇。可舉例如:聚丙二醇(分子量1000以上)、氧伸乙基單元之比率小於20質量%,且濁點(1質量%水溶液)為40℃以下、宜為20℃以下的聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物等。其中宜使用聚氧丙烯-聚氧乙烯-聚氧丙烯型嵌段共聚物。 該等可單獨使用,或可在以單相形成油相之範圍內組合2種以上來使用。
有機液體宜為碳數8~16之烴,尤宜為碳數9~12之烴。有機液體係綜合考慮以下特性而選定:操作性、對火之安全性、中空氧化矽前驅物與有機液體之分離性、中空氧化矽粒子之形狀特性、有機液體對水之溶解性等。碳數為8~16之烴若其化學穩定性良好,則可為直鏈狀、支鏈狀或環狀烴,亦可混合碳數不同之烴來使用。烴宜為飽和烴,較宜為直鏈狀飽和烴。
以有機液體之閃點來說,宜為20℃以上者,較宜為40℃以上者。使用閃點低於20℃之有機液體時,因閃點過低,故必須有防火上、作業環境上之對策。
乳液為了提高乳化穩定性而包含界面活性劑。界面活性劑宜為水溶性或水分散性,宜添加至水相來使用。宜為非離子性界面活性劑。 非離子性界面活性劑可舉例如下述界面活性劑。 聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物系界面活性劑; 聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯系界面活性劑:聚氧乙烯山梨醇酐單月桂酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐單棕櫚酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐單硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐三硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐單油酸酯; 聚氧乙烯高級醇醚系界面活性劑:聚氧乙烯月桂基醚、聚氧乙烯鯨蠟基醚、聚氧乙烯硬脂基醚、聚氧乙烯油基醚、聚氧乙烯辛基苯酚醚、聚氧乙烯壬基苯酚醚; 聚氧乙烯脂肪族酯系界面活性劑:聚氧乙烯乙二醇單月桂酸酯、聚氧乙烯乙二醇單硬脂酸酯、聚氧乙烯乙二醇單油酸酯; 甘油脂肪酸酯系界面活性劑:單甘油硬脂酸酯、單甘油油酸酯。 並且,亦可使用聚氧乙烯山梨醇脂肪酸酯系界面活性劑、蔗糖脂肪酸酯系界面活性劑、聚甘油脂肪酸酯系界面活性劑、聚氧乙烯硬化蓖麻油系界面活性劑等。 該等可單獨使用,或可組合2種以上來使用。
上述非離子性界面活性劑之中,又宜使用山梨醇酐脂肪酸酯及聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物系界面活性劑。聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物係聚氧乙烯嵌段(EO)與聚氧丙烯嵌段(PO)鍵結而成之嵌段共聚物。嵌段共聚物可舉EO-PO-EO嵌段共聚物、EO-PO嵌段共聚物等,宜為EO-PO-EO嵌段共聚物。EO-PO-EO嵌段共聚物之氧伸乙基單元的比率宜為20質量%以上,較宜為30質量%以上。 聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物之重量平均分子量宜為3,000~27,000,較宜為6,000~19,000。 相對於聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物整體,聚氧乙烯嵌段之合計量宜為40~90質量%,聚氧丙烯嵌段之合計量宜為10~60質量%。
界面活性劑之使用量會依界面活性劑之種類、表示界面活性劑之親水性或疏水性程度之指標的HLB(Hydrophile-lipophile balance;親水親油平衡)、所欲之氧化矽粒子的粒徑等條件而異,惟水相中之含量宜為500~20,000質量ppm,較宜為1,000~10,000質量ppm。水相中之含量在500質量ppm以上可使乳液更穩定化。又,在20,000質量ppm以下可減少殘留於中空氧化矽粒子之界面活性劑的量。
水相與油相可以質量比計200:1~5:1摻混,宜為100:1~9:1。
水包油型乳液之製作方法不受以下所限。可藉由事先分別調整水相及油相,並將油相添加至水相後使其充分混合或攪拌來製作。並且可應用以物理方式賦予強力剪切力之超音波乳化、攪拌式乳化、高壓乳化等方法。還有以下方法:使通過具有細微孔之膜而變細微之油相分散於水相中之膜乳化法;在使界面活性劑溶解於油相後加入水相進行乳化之轉相乳化法;及,利用界面活性劑以濁點附近之溫度為界從水溶性變成油溶性之轉相溫度乳化法等。該等乳化方法可根據所欲之粒徑、粒度分布等之特定來適當選擇。
為了將所得之中空氧化矽粒子小粒徑化、縮小粒度分布,宜將油相充分分散於水相中乳化。例如,混合液可適宜在10bar以上、較適宜在20bar以上之壓力下使用高壓均質機進行乳化。
在第1段外殼之形成步驟中,宜進行將所得之水包油型乳液熟化之步驟。藉由進行熟化,微小之乳液會優先成長,從而所得之中空氧化矽的1次粒徑會變均一,而一次粒徑之分布會變窄。藉此,可縮小Ar密度A與BET比表面積B之乘積(A×B)。熟化之時間為0.5~240小時。熟化之時間若為0.5小時以上,一次粒子之粒徑的均一性便會提高,而若在240小時以內,則生產性佳。熟化之時間宜為0.5~96小時,最宜為0.5~48小時。 又,熟化之溫度宜為5~80℃,較宜為20~70℃,最宜為20~55℃。
在第1段外殼之形成步驟中,係於水包油型乳液中添加第1氧化矽原料。 第1氧化矽原料可舉例如:溶解有水溶性氧化矽之水溶液;分散有固體氧化矽之水性分散液;該等之混合物;以及,選自於由鹼金屬矽酸鹽、活性矽酸及矽烷氧化物所構成群組中之1種以上或其等的水溶液或水分散液。該等中,以取得容易性高方面來看,宜為選自於由鹼金屬矽酸鹽、活性矽酸及矽烷氧化物所構成群組中之1種以上或其等的水溶液或水分散液。
固體氧化矽可舉例如將有機矽化合物水解而得之氧化矽溶膠、市售之氧化矽溶膠。 鹼金屬矽酸鹽之鹼金屬可舉鋰、鈉、鉀、銣等,其中因取得容易度、經濟面理由而宜為鈉。亦即,鹼金屬矽酸鹽宜為矽酸鈉。矽酸鈉具有以Na 2O・nSiO 2・mH 2O表示之組成。鈉與矽酸之比率以Na 2O/SiO 2之莫耳比n計,宜為1.0~4.0,更宜為2.0~3.5。
活性矽酸係將鹼金屬矽酸鹽藉由陽離子交換處理來將鹼金屬置換成氫而得者,該活性矽酸水溶液顯示弱酸性。陽離子交換宜使用氫型陽離子交換樹脂。 鹼金屬矽酸鹽及活性矽酸宜使其溶解或分散於水後,再添加至乳液中。鹼金屬矽酸鹽及活性矽酸水溶液之濃度以SiO 2濃度計,宜為3~30質量%,更宜為5~25質量%。
烷氧化矽適宜使用例如四甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷、四丙氧基矽烷等四烷基矽烷類。 又,亦可藉由將氧化矽原料一同與其他金屬氧化物等混合來獲得複合粒子。其他金屬氧化物可舉二氧化鈦、氧化鋅、氧化鈰、氧化銅、氧化鐵、氧化錫等。
第1氧化矽原料可單獨使用上述氧化矽原料,或可混合2種以上使用。其中,第1氧化矽原料宜使用鹼金屬矽酸鹽水溶液,尤宜使用矽酸鈉水溶液。
於水包油型乳液添加第1氧化矽原料宜在酸性條件下進行。藉由在酸性環境下添加氧化矽原料,會產生氧化矽微粒子而構成網絡,藉此可形成第1段被膜。為了維持乳液之穩定性,反應溫度宜為80℃以下,較宜為70℃以下,更宜為60℃以下,尤宜為50℃以下,最宜為40℃以下。又,由為了使被膜之厚度均一而控制氧化矽微粒子之網絡形成速度的觀點來看,反應溫度宜為4℃以上,較宜為10℃以上,更宜為15℃以上,尤宜為20℃以上,最宜為25℃以上。
由使被膜之厚度更均一而使所得之中空氧化矽的氧化矽外殼層更緻密的觀點來看,水包油型乳液之pH較宜設為小於3,更宜為2.5以下,且較宜為1以上。
欲使水包油型乳液之pH為酸性,可舉添加酸。 酸可列舉例如鹽酸、硝酸、硫酸、醋酸、過氯酸、氫溴酸、三氯乙酸、二氯乙酸、甲磺酸、苯磺酸等。
在添加第1氧化矽原料時,相對於乳液中所含之油相100質量份,第1氧化矽原料之添加量宜使第1氧化矽原料中之SiO 2成為1~50質量份,較宜成為3~30質量份。
在添加第1氧化矽原料時,宜在添加第1氧化矽原料後將乳液之pH維持在酸性之狀態下保持1分鐘以上,較宜為5分鐘以上,更宜為10分鐘以上。
接著,宜將添加有第1氧化矽原料之乳液的pH保持在3以上且7以下(弱酸性到中性)。藉此,可將第1氧化矽原料固定化於油滴之表面。 例如有下述方法:藉由於添加有第1氧化矽原料之乳液中添加鹼,使乳液之pH成為3以上。
鹼可舉例如:氫氧化鈉、氫氧化鉀等鹼金屬氫氧化物;氫氧化鎂、氫氧化鈣等鹼土族金屬氫氧化物;氨、胺類等。 或者亦可使用下述方法:藉由陰離子交換處理將鹵素離子等陰離子交換成氫氧化物離子。
添加鹼時,宜一邊攪拌添加有第1氧化矽原料之乳液一邊慢慢地添加鹼,使乳液的pH慢慢地上升。攪拌若弱、或是若一次投入大量的鹼,則乳液之pH會變得不均一,而有第1層被膜之厚度變得不均一之情形。
乳液宜一邊攪拌一邊保持。該保持時間可為10分鐘以上,宜為1小時以上,亦可為4小時以上。為了維持乳液之穩定性,該保持溫度宜為100℃以下,較宜為95℃以下,更宜為90℃以下,尤宜為85℃以下。又,為了促進熟成,保持溫度宜為35℃以上,較宜為40℃以上,尤宜為45℃以上。
[第2段外殼之形成] 接著,在鹼金屬離子存在下於乳液中添加第2氧化矽原料。藉此,可獲得中空氧化矽前驅物分散液。在此,中空氧化矽前驅物係油內核-氧化矽外殼粒子。
於乳液添加第2氧化矽原料宜在鹼性條件下進行。 在添加第1氧化矽原料時,為了使第1氧化矽原料對油滴之附著更均一,係採用了將乳液暫時製成酸性後再使pH成為3以上且7以下(弱酸性到中性)之方法。藉由該方法所得之第1層氧化矽層為多孔質,因緻密性不夠故強度會變低。而在添加第2氧化矽原料時,藉由將乳液製成鹼性,可在先前所得之第1層氧化矽層上形成高密度之第2層氧化矽層。
為了抑制新的微粒子產生,添加第2氧化矽原料時之乳液的pH宜為8以上,較宜為8.5以上,更宜為8.7以上,尤宜為8.9以上,最宜為9以上。又,pH若過高則氧化矽之溶解度會變大,故宜為13以下,較宜為12.5以下,更宜為12以下,尤宜為11.5以下,最宜為11以下。
欲使水包油型乳液之pH為鹼性時,可舉添加鹼。鹼可使用與上述者相同之化合物。
第2氧化矽原料可單獨使用與上述第1氧化矽原料相同者,或可混合2種以上使用。其中,在添加第2氧化矽原料時,宜使用矽酸鈉水溶液及活性矽酸水溶液中之至少一者。 將乳液在鹼性條件下添加第2氧化矽原料時,亦可使用在添加第2氧化矽原料的同時添加鹼金屬氫氧化物之方法。又,亦可為於第2氧化矽原料中使用矽酸鈉作為鹼金屬矽酸鹽之方法。此時,因係於添加第1氧化矽原料後才使pH成為5以上之弱酸性乳液中添加鹼成分之矽酸鈉,故可一邊添加第2氧化矽原料一邊將乳液之pH保持在鹼性。且,能使鹼金屬離子存在於乳液中。
此外,在於第2氧化矽原料中使用矽酸鈉水溶液之情況等時,當pH過度上升時,為了調整pH亦可加入酸。在此使用之酸,亦可使用與添加第1氧化矽原料時相同的酸。
添加第2氧化矽原料宜在鹼金屬離子存在下進行。該鹼金屬離子可為源自第1氧化矽原料、源自第2氧化矽原料、源自為了調整pH而加入之鹼,亦可藉由於乳液添加添加劑等來摻混。例如為下述情形:於第1氧化矽原料及第2氧化矽原料中之至少一者使用鹼金屬矽酸鹽。或為下述情形:於乳液之添加劑使用鹼金屬之鹵化物、硫酸鹽、硝酸鹽、脂肪酸鹽等。
第2氧化矽原料之添加,例如可於添加第1氧化矽原料後之乳液中添加矽酸鈉水溶液及活性矽酸水溶液中之一者,亦可添加兩者。添加兩者時,可將矽酸鈉水溶液及活性矽酸水溶液整個一起添加,亦可依序添加。
例如,第2氧化矽原料之添加可一邊進行pH調整,一邊為了促進氧化矽原料附著於第1層氧化矽層上,而將添加矽酸鈉水溶液之步驟與添加活性矽酸水溶液之步驟重複進行1次或2次以上。
為了促進氧化矽原料附著於第1層氧化矽層上,第2氧化矽原料宜添加於經加熱之乳液中。為了抑制新的微粒子產生,加熱溫度宜為30℃以上,較宜為35℃以上,更宜為40℃以上,尤宜為45℃以上,最宜為50℃以上。溫度若變高則氧化矽之溶解度會變高,故宜為100℃以下,較宜為95℃以下,更宜為90℃以下,尤宜為85℃以下,最宜為80℃以下。使用經加熱之乳液時,在添加第2氧化矽原料後,宜將所生成之乳液徐冷至室溫(約23℃)。亦即,加熱溫度宜在30~100℃之範圍。
在添加第2氧化矽原料時,相對於油相100質量份,第2氧化矽原料之添加量宜調整成使第2氧化矽原料中之SiO 2成為20~500質量份,較宜調整成40~300質量份。 在添加第2氧化矽原料時,宜在添加第2氧化矽原料後將乳液之pH維持在鹼性之狀態下保持10分鐘以上。
透過添加第1氧化矽原料及添加第2氧化矽原料,相對於油相100質量份,第1氧化矽原料及第2氧化矽原料之添加量的合計量宜調整成使第1氧化矽原料中之SiO 2與第2氧化矽原料中之SiO 2的合計成為30~500質量份,較宜調整成50~300質量份。
本發明氧化矽外殼層主要由氧化矽構成,惟亦可視折射率調整等需要使其含有Ti或Zr等其他金屬成分。使其含有其他金屬成分之方法無特別限定,可使用例如在添加氧化矽原料之步驟中同時添加金屬溶膠液或金屬鹽水溶液等方法。
依上述方式可獲得中空氧化矽前驅物分散液。
由中空氧化矽前驅物分散液獲得中空氧化矽前驅物之方法,例如有:過濾分散液之方法、加熱以去除水相之方法、利用沉降分離或離心分離來將前驅物分離之方法等。 舉一例來說,有下述方法:使用0.1µm~5µm左右之過濾器過濾分散液,並將濾出之中空氧化矽前驅物乾燥。
又視需要亦可將所得之中空氧化矽前驅物以水或酸、鹼、有機溶劑等洗淨。
[中空氧化矽前驅物之熱處理] 然後,從中空氧化矽前驅物去除油內核後進行熱處理。去除油內核之方法例如有:燒成中空氧化矽前驅物以燃燒分解油之方法、藉由乾燥使油揮發之方法、加入適當之添加劑使油分解之方法、使用有機溶劑等來萃取油之方法等。其中,又宜為下述方法:將油之殘留物少的中空氧化矽前驅物進行燒成以燃燒分解油。
以下,以燒成中空氧化矽前驅物來去除油內核並進行熱處理之方法為例進行說明。 以藉由燒成中空氧化矽前驅物來去除油內核而獲得中空氧化矽粒子之方法來說,宜以至少2階段不同之溫度進行熱處理。藉由第1段熱處理去除油內核後,在第2段熱處理進行中空氧化矽粒子之外殼層的緻密化。
第1段熱處理係去除油內核與界面活性劑之有機成分。因必須將中空氧化矽前驅物內之油進行熱分解,故宜在100℃以上進行,較宜為200℃以上,最宜為300℃以上。第1段熱處理若太高溫,氧化矽外殼便會緻密化而變得難以去除內部之有機成分,故宜在低於700℃下進行,且宜為550℃以下,較宜為530℃以下,更宜為520℃以下,尤宜為510℃以下,最宜為500℃以下。亦即,宜在100℃以上且低於700℃之範圍內進行第1段熱處理。第1段熱處理可以1次進行,亦可進行複數次。第1段熱處理時間宜為30分鐘以上,且宜為1小時以上,較宜為2小時以上;並且宜為48小時以下,較宜為24小時以下,且較宜為12小時以下。亦即,第1段熱處理時間宜在30分鐘~48小時之範圍。
然後,第2段熱處理係將中空氧化矽粒子燒固進行外殼之緻密化。又,藉由第2段熱處理可使粒子表面之矽烷醇基減少,而可降低介電正切。第2段燒成溫度宜在較第1段熱處理溫度更高之溫度下進行。
以靜置法進行第2段熱處理時,宜在700℃以上進行,較宜為800℃以上,更宜為900℃以上,最宜為1000℃以上。又,溫度若變得過高,便會發生非晶氧化矽之結晶化而使相對介電常數變高,故宜在1200℃以下進行,較宜為1150℃以下,最宜為1100℃以下。亦即,宜在700~1200℃之範圍內進行第2段熱處理。此外,第2段熱處理溫度宜較第1段熱處理溫度高200℃以上,較宜高200~800℃,更宜高400~700℃。第2段熱處理可以1次進行,亦可進行複數次。熱處理時間宜為10分鐘以上,較宜為30分鐘以上,且宜為24小時以下,較宜為12小時以下,最宜為6小時以下。亦即,第2段熱處理時間宜在10分鐘~24小時之範圍。
又,第2段熱處理亦可使用噴霧燃燒法。此時之火焰溫度宜為1000℃以上,且宜為1200℃以上,最宜為1400℃以上。又,火焰溫度宜為2000℃以下,較宜為1800℃以下,最宜為1600℃以下。亦即,於第2段熱處理使用噴霧燃燒法時,火焰溫度宜在1000~2000℃之範圍。
此外,於第1段燒成後且進行第2段熱處理前可使中空氧化矽前驅物恢復至室溫,亦可從維持住第1段燒成溫度之狀態升溫至第2段熱處理溫度。
藉由上述步驟所得之中空氧化矽粒子有時會因乾燥或燒成步驟而凝集,故為了製成容易處置之凝集徑亦可進行碎解,惟在本發明中係直接與溶劑混合而獲得氧化矽粒子分散液。 此外,碎解之方法可列舉例如:使用乳缽之方法;使用乾式或濕式球磨機之方法;使用振盪式篩之方法;使用角柱式粉碎機、切磨機、鎚磨機、刀磨機、輥磨機、噴射磨機等碎解機之方法等。
依上述方式可獲得用於本發明氧化矽粒子分散液之前述中空氧化矽粒子。
(氧化矽粒子分散液之調製) 所得之中空氧化矽粒子與溶劑混合而獲得氧化矽粒子分散液。本發明氧化矽粒子分散液之製造方法包含下述程序:將溶劑與平均粒徑在0.2~10µm之範圍內之中空氧化矽粒子之粉末混合,並將混合液進行分散處理,再進行分級而去除中空氧化矽粒子之凝集物。 溶劑之種類或使用量、中空氧化矽粒子之物性或使用量等如前所述。
中空氧化矽粒子之粉末宜以5~80體積%之比率混合在氧化矽粒子分散液中。中空氧化矽粒子之比率若過少,之後的濃縮步驟之生產性便會降低,又若過多則氧化矽粒子分散液之黏度會過度上升,而有分散處理之生產性降低之情形,故宜在5~80體積%之範圍。中空氧化矽粒子之使用量較宜為10體積%以上,更宜為20體積%以上,且較宜為60體積%以下,更宜為50體積%以下。
包含溶劑與中空氧化矽粒子之混合液的分散處理可使用在顏料分散等所使用之分散裝置。可列舉例如:分散機、均質攪拌機、行星式混合機等之混合機類;均質機(M TECHNIQUE公司製「CLEARMIX」、PRIMIX公司「FILMIX」等、Silverson公司製「Abramix」等)類;塗料調節器(Red Devil公司製)、膠體磨機(PUC公司製「PUC Colloid Mill」、IKA公司製「Colloid Mill MK」)類;錐形磨機(IKA公司製「Cone Mill MKO」等)、球磨機、混砂機(Shinmaru Enterprises公司製「DYNO-MILL」等)、磨碎機、珠磨機(Pearl Mill)(EIRICH公司製「DCP Mill」等)、CoBall-Mill等之介質型分散機;濕式噴射磨機(Genus公司製「Genus PY」、Sugino Machine公司製「STAR BURST」、NANOMIZER公司製「Nanomizer」等)、M TECHNIQUE公司製「CLEAR SS-5」、奈良機械公司製「MICROS」等之無介質分散機;其他輥磨機、捏合機等。其中期望不使用粉碎介質(球、珠等)者。因若使用粉碎介質,恐有已磨耗之介質之汙染。具體上期望為濕式噴射磨機(Genus公司製「Genus PY」、Sugino Machine公司製「STAR BURST」、NANOMIZER公司製「Nanomizer」等)、M TECHNIQUE公司製「CLEAR SS-5」、奈良機械公司製「MICROS」等之無介質分散機。
又,分散處理時之溫度宜在0~100℃下進行。在此,分散處理時之溫度係指處理前後之溫度範圍。藉由在前述溫度範圍下進行分散處理,能適度維持溶劑之黏度,維持生產性,且能抑制溶劑之蒸發而可容易控制固體成分。處理溫度較宜為5℃以上,更宜為10℃以上,且較宜為90℃以下,更宜為80℃以下。
分散處理之時間以不破壞中空氧化矽粒子之中空結構之方式因應使用之分散裝置適當設定即可,宜以0.5~60分鐘進行,較宜為0.5~10分鐘,更宜為0.5~5分鐘。
其後,將即使以分散處理也無法完全分散而殘留之中空氧化矽粒子之凝集物進行濕式分級。濕式分級可舉藉由篩或離心力進行之分級等。使用篩時,宜藉由孔徑100µm以下之篩進行分級。篩宜使用例如電鑄篩這類具有緻密格子狀結構之金屬。
篩之孔徑宜為100µm以下,較宜為75µm以下,更宜為50µm以下,尤宜為35µm以下。且,篩之孔徑之下限宜為0.2µm以上,較宜為0.5µm以上,更宜為1µm以上。亦即,篩之孔徑宜在0.2~100µm之範圍。
其後,視需要亦可進行稀釋或濃縮,調整成適當之濃度。濃縮方法可舉汽化濃縮、固液分離等。
此外,本發明氧化矽粒子分散液之製造方法亦可將矽烷耦合劑添加至溶劑與中空氧化矽粒子之混合液中。作為矽烷耦合劑係例示前述矽烷耦合劑。
<樹脂組成物> 本發明氧化矽粒子分散液可與樹脂混合製成樹脂組成物來利用。樹脂組成物中,宜在5~70質量%之範圍內包含中空氧化矽粒子,較宜為10~50質量%。
樹脂可使用以下1種或2種以上等:環氧樹脂、聚矽氧樹脂、酚樹脂、三聚氰胺樹脂、脲樹脂、不飽和聚酯、氟樹脂、聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、聚醚醯亞胺等之聚醯胺;聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸乙二酯等之聚酯;聚伸苯硫醚、芳香族聚酯、聚碸、液晶聚合物、聚醚碸、聚碳酸酯、馬來醯亞胺改質樹脂、ABS樹脂、AAS(丙烯腈-丙烯酸橡膠・苯乙烯)樹脂、AES(丙烯腈・乙烯・丙烯・二烯橡膠-苯乙烯)樹脂、聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)。因樹脂組成物之介電正切亦會受樹脂之特性影響,故考慮該等來選擇使用之樹脂即可。
樹脂組成物亦可包含有上述樹脂以外之任意成分。任意成分可舉例如分散助劑、界面活性劑、氧化矽以外之填料等。
此外,使用本發明樹脂組成物來製作樹脂膜時,其相對介電常數在頻率10GHz下宜為2.0~3.5,下限較宜為2.2以上,更宜為2.3以上,且上限較宜為3.2以下,更宜為3.0以下。樹脂膜在頻率10GHz下之相對介電常數若在前述範圍則電特性優異,故可期待利用於電子機器或通訊機器等。
又,樹脂膜之介電正切在頻率10GHz下宜為0.01以下,較宜為0.008以下,更宜為0.0065以下。樹脂膜在頻率10GHz下之介電正切若在前述範圍則電特性優異,故可期待利用於電子機器或通訊機器等。介電正切愈小愈可抑制電路之傳輸損耗,故無特別限定下限值。
介電正切可使用分離後介電質共振器(SPDR;Split-Post Dielectric Resonator)(例如,Agilent Technologies公司製)來測定。
又,上述樹脂膜之平均線膨脹係數宜為10~50ppm/℃。平均線膨脹係數若在前述範圍,便是在與廣泛作為基材使用之銅箔的熱膨脹係數相近之範圍,故電特性優異。平均線膨脹係數較宜為12ppm/℃以上,更宜為15ppm/℃以上,且較宜為40ppm/℃以下,更宜為30ppm/℃以下。
平均線膨脹係數係藉由下述方式來求出:使用熱機械分析裝置(例如,島津製作所公司製「TMA-60」),將上述樹脂膜在荷重5N、升溫速度2℃/分鐘下加熱,測定試樣從30℃至150℃之尺寸變化,並算出平均。
本發明氧化矽粒子分散液可作為各種填充材使用,特別是可適宜作為可用於製作電子基板的樹脂組成物之填充材來使用,該電子基板係可用於電腦、筆記型電腦、數位相機等之電子機器、或智慧型手機、遊戲機等之通訊機器等者。具體而言,本發明氧化矽粒子分散液因低介電常數化、低傳輸損耗化、低吸濕化、剝離強度提升,故還能期待應用於樹脂組成物、預浸體、覆金屬箔積層板、印刷配線板、樹脂片、接著層、接著膜、阻焊劑、凸塊回焊用、再配線絕緣層、固晶材、密封材、底部填料、封模底部填料及積層電感器等。
實施例 以下舉實施例來詳細說明本發明,惟本發明不受該等所限。在以下說明中,共通成分係使用相同之物。 又,例1~10為實施例,例11~13為比較例。
<試驗例1> 試驗例1係製作中空氧化矽粒子及製作使用所得中空氧化矽粒子之氧化矽粒子分散液。
(例1) 「乳液之製作」 在1250g之純水中添加4g之EO-PO-EO嵌段共聚物(ADEKA公司製PluronicF68)並攪拌至溶解為止。於該水溶液中加入42g之溶解有4g山梨醇酐單油酸酯(三洋化成公司製IONET S-80)之正癸烷,並使用IKA公司製均質機攪拌至液體整體均一為止,而製作出粗乳液。 使用高壓乳化機(SMT公司製LAB1000)將粗乳液以壓力50bar進行乳化,而製作出乳液徑為1µm之微細乳液。
「乳化液熟化」 將所得之微細乳液在40℃下靜置12小時,藉此獲得熟化後乳液。
「第1段外殼形成」 於1300g之所得熟化後乳液中,加入23g經稀釋的矽酸鈉水溶液(SiO 2濃度10.4質量%,Na 2O濃度3.6質量%)與2M鹽酸使pH成為2,並一邊保持在30℃一邊好好地攪拌。 一邊好好地攪拌該液體一邊緩慢地滴下1M氫氧化鈉水溶液使pH成為6,而獲得油內核-氧化矽外殼粒子分散液。保持所得之油內核-氧化矽外殼粒子分散液並使其熟成。
「第2段外殼形成」 將第1段外殼形成中所得之油內核-氧化矽外殼粒子分散液全部量加熱至70℃,並一邊攪拌一邊緩慢地添加1M之NaOH,使pH成為9。 接著,將330g經稀釋的矽酸鈉水溶液(SiO 2濃度10.4質量%,Na 2O濃度3.6質量%)一同與0.5M鹽酸慢慢地添加,以使成為pH9。 將該懸浮液在80℃下保持1天後,冷卻至室溫而獲得中空氧化矽前驅物分散液。
「過濾、洗淨、乾燥、燒成」 將中空氧化矽前驅物分散液全部量以2M鹽酸中和至pH2後,使用定量濾紙5C進行過濾。之後,加入80℃之離子交換水350ml並再次加壓過濾後,洗淨中空氧化矽餅塊。 在氮氣環境下,將過濾後之餅塊在100℃下乾燥1小時,接著在400℃下乾燥2小時(升溫時間10℃/分鐘)去除有機成分,藉此獲得中空氧化矽前驅物。 藉由將所得之中空氧化矽前驅物在1000℃下燒成1小時(升溫時間10℃/分鐘),進行外殼之燒固,而獲得中空氧化矽燒成粒子。
「分散至溶劑」 將所得之中空氧化矽燒成粒子10g與甲基乙基酮(MEK)200ml放入250ml之塑膠瓶中(中空氧化矽燒成粒子7體積%,MEK 93體積%),使用攪拌轉子以30rpm攪拌2小時。使用濕式微粒子化裝置(Sugino Machine股份公司製之STAR BURST MINI,型號:HJP-25001),以加壓壓力50MPa使所得混合液從φ0.1mm之噴嘴噴出,並重複該操作3次。使所得漿料通過孔徑10µm之電鑄篩,而獲得固體成分6.2質量%之氧化矽粒子分散液。
(例2) 將EO-PO-EO嵌段共聚物(ADEKA公司製「PluronicF68」)之添加量變更成2g,且將山梨醇酐單油酸酯(三洋化成公司製IONET S-80)之添加量變更成2g而製出中空氧化矽粒子,除此之外以與例1相同條件實施。
(例3) 將EO-PO-EO嵌段共聚物(ADEKA公司製「PluronicF68」)之添加量變更成10g,且不使用山梨醇酐單油酸酯(三洋化成公司製IONET S-80),以壓力100bar進行乳化而製出中空氧化矽粒子,及,使漿料通過孔徑15µm之電鑄篩,除此之外以與例1相同條件實施。
(例4) 將所得之中空氧化矽前驅物在1100℃下燒成1小時(升溫時間10℃/分鐘)而製出中空氧化矽粒子,及,使漿料通過孔徑15µm之電鑄篩,除此之外以與例1相同條件實施。
(例5) 除了將所得之中空氧化矽前驅物在800℃下燒成1小時(升溫時間10℃/分鐘)而製出中空氧化矽粒子外,以與例1相同條件實施。
(例6) 除了將所得之中空氧化矽前驅物在700℃下燒成1小時(升溫時間10℃/分鐘)而製出中空氧化矽粒子外,以與例1相同條件實施。
(例7) 在中空氧化矽前驅物之過濾及洗淨中,使用自來水350ml來取代離子交換水,除此之外以與例1相同條件實施。
(例8) 將以與例1相同方式而得之中空氧化矽燒成粒子10g及甲基乙基酮(MEK)200ml、KBM-503 0.10g(3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷,信越化學工業公司製)放入250ml之塑膠瓶中,使用攪拌轉子以30rpm攪拌2小時。將所得之混合液在80℃下加熱1小時後進行冷卻,使用濕式微粒子化裝置(Sugino Machine股份公司製之STAR BURST MINI,型號:HJP-25001),以加壓壓力50MPa使其從φ0.1mm之噴嘴噴出,並重複該操作3次。使所得漿料通過孔徑10µm之電鑄篩,而獲得固體成分6.2質量%之氧化矽粒子分散液。
(例9) 將以與例1相同方式而得之中空氧化矽燒成粒子10g及甲基乙基酮(MEK)200ml、BYK(註冊商標)-R606 0.020g(聚羥基羧酸酯,BYK公司製)放入250ml之塑膠瓶中,使用攪拌轉子以30rpm攪拌2小時。使用8濕式微粒子化裝置(Sugino Machine股份公司製之STAR BURST MINI,型號:HJP-25001),以加壓壓力50MPa使所得混合液從φ0.1mm之噴嘴噴出,並重複該操作3次。使所得漿料通過孔徑10µm之電鑄篩,而獲得固體成分6.2質量%之氧化矽粒子分散液。
(例10) 在例8中,除了將KBM-503變更成KBM-103 0.10g(三甲氧基苯基矽烷,信越化學工業公司製)外,以與例8相同方式而獲得氧化矽粒子分散液。
(例11) 在例1中,使用SO-C2(中值粒徑0.5µm之爆燃法氧化矽,實心氧化矽,Admatechs公司製)來取代中空氧化矽燒成粒子,並使漿料通過孔徑30µm之電鑄篩,除此之外以與例1相同條件實施。
(例12) 在例1中,使用iM16K(中值粒徑18µm之中空玻璃球,3M公司)來取代中空氧化矽燒成粒子,並使漿料通過孔徑30µm之電鑄篩,除此之外以與例1相同條件實施。
(例13) 直接使用例1所得之中空氧化矽燒成粒子10g。
此外,關於上述各例中所製出之中空氧化矽粒子,依以下測定平均粒徑(D50)、Ar密度、He密度、比表面積、真球度及50體積%分散液之黏度,並將所得結果列示於表1。
1.平均粒徑(D50) 利用MicrotracBEL公司製之繞射散射式粒徑分布測定裝置(MT3300)測定中空氧化矽粒子(二次粒子),測定出粒徑分布(直徑)之中央值(中值粒徑,D50)。測定係進行2次,並求出平均值。
2.使用乾式比重計之密度測定 使用乾式比重計(Micromeritics公司製AccuPycII 1340)測定中空氧化矽粒子之密度。測定條件如下述。 ・試料槽:10cm 3槽 ・試料重量:1.0g ・測定氣體:氦或氬 ・沖洗次數:10次 ・沖洗處理填充壓力:135kPag ・循環次數:10次 ・循環填充壓力:135kPag ・結束壓力平衡之速率:0.05kPag/分鐘
3.比表面積 將中空氧化矽粒子在230℃下減壓乾燥以完全去除水分,作為試料。針對該試料,藉由Micromeritics公司製之自動比表面積、細孔分布測定裝置「TriStarII」,使用氮氣以多點BET法測定比表面積。
4.真球度 使用Hitachi High-Tech公司製之S4800以加速電壓5kV觀察,而獲得中空氧化矽粒子之掃描型電子顯微鏡影像(SEM影像),從SEM影像中針對任意100個粒子,測定各粒子之外接圓之徑(DL)與內接圓之徑(DS),算出內接圓之徑(DS)相對於外接圓之徑(DL)的比(DS/DL),並從所得平均值求出真球度。
5.氧化矽粒子分散液之黏度 依以下測定令中空氧化矽粒子之固體成分濃度為50體積%之氧化矽粒子分散液之黏度。 將中空氧化矽粒子100ml與甲基乙基酮(MEK)100ml放入250ml之塑膠瓶中,使用攪拌轉子以30rpm攪拌2小時。惟,中空氧化矽粒子100ml係利用從中空氧化矽燒成粒子之密度d(g/cm 3)求得之質量100×d(g)來調製。使用濕式微粒子化裝置(Sugino Machine股份公司製之STAR BURST MINI,型號:HJP-25001),以加壓壓力50MPa使所得混合液從φ0.1mm之噴嘴噴出,並重複該操作3次。將所得漿料調整成25℃,並使用旋轉式流變儀(例如,安東帕(Anton paar)公司製,Modular Rheometer PhysicaMCR-301)以剪切速度1rpm測定其黏度30秒,求出所得之在30秒時間點之黏度。
<試驗例2> (評估試樣A(樹脂膜)之製作) 使用例1~12之氧化矽粒子分散液及例13之中空氧化矽粒子來製作樹脂膜。 一邊將聯苯型環氧樹脂(環氧當量276,日本化藥(股)製「NC-3000」)25質量份攪拌至甲基乙基酮(MEK)13質量份中一邊使其加熱溶解。冷卻至室溫後,對其混合活性酯系硬化劑(DIC(股)製「HP8000-65T」,活性基當量223,非揮發成份65質量%之甲苯溶液)32質量份,使用脫泡練太郎以2000rpm捏合5分鐘後,混合4-二甲基胺基吡啶(DMAP)0.9質量份、2-乙基-4-甲基咪唑(四國化成工業股份公司製「2E4MZ」)1.6質量份作為硬化促進劑,使用均質分散機以2000rpm混合5分鐘。令藉由使用氬氣且以乾式比重計進行之密度測定所求得的粒子密度為A(g/cm 3),以使成為(30×A/2.2)質量份之粒子粉末之方式,秤量並對其混合氧化矽粒子分散液或中空氧化矽粒子,並使用均質分散機以2000rpm混合5分鐘。
接下來,準備經脫模處理之透明聚對苯二甲酸乙二酯(PET)膜(LINTEC公司製「PET5011 550」,厚度50µm)。使用灑佈器將所得之清漆以使乾燥後之厚度成為40µm之方式塗敷於該PET膜之脫模處理面,並在100℃之吉爾烘箱(Geer oven)內乾燥10分鐘後裁斷,而製作出長200mm×寬200mm×厚度40µm之具備有樹脂膜的未硬化物(B階段膜)之未硬化積層膜。 將所得之未硬化積層膜在設定成190℃之吉爾烘箱內加熱90分鐘使樹脂膜的未硬化物硬化,而製出硬化膜。
(評估試樣B(積層體)之製作) (1)層合步驟 準備單面粗化銅箔(F0-WS,厚度18µm,表面粗度Rz=1.2µm,古河電氣工業公司製)。使用名機製作所公司製「批次式真空層合機MVLP-500-IIA」將上述製出之未硬化積層膜以使未硬化樹脂膜(B階段膜)之表面與銅箔粗化面相對向的方式對該銅箔進行層合,而獲得由銅箔/B階段膜/PET膜構成之積層結構體。層合條件係設為下述條件:減壓30秒使氣壓成為13hPa以下,其後30秒鐘在100℃及壓力0.8MPa下進行加壓。 (2)膜剝離步驟 將積層結構體之PET膜剝離。 (3)硬化步驟 將積層板放入內部溫度為180℃之吉爾烘箱內30分鐘,使B階段膜硬化而形成絕緣層。
(評估) 1.剝離強度之測定 針對評估試樣B,於銅箔側以成為1cm寬度之方式呈窄條狀劃出切痕。將基板安裝於90°剝離試驗機,以夾具抓起劃有切痕之銅鍍敷之端部,將銅鍍敷剝離20mm來測定剝離強度(N/cm)。
2.塗膜之凸粒 觀察前述未硬化積層膜之外觀,評估塗膜之凸粒。評估基準如下。此外,將A、B評估判斷為可實用。 [評估基準] A(佳):無凸粒。 B(可):於塗敷後觀察到細微之凹凸。 C(不佳):於塗敷時觀察到因附著粗大粒子造成之劃痕。
將上述試驗結果一同列示於表1。
[表1]
由表1可知,相較於例11、13,例1~10之剝離強度高且接著力強。又,例1~10之塗膜之凸粒的評估結果亦良好,皆為適於實用之物。 相對於此,例11、13之剝離強度低,還觀察到塗膜之凸粒。並且,例12係經塗敷並乾燥後塗膜以手觸碰便會剝落之狀態,在顯微鏡觀察下,發現粒子破裂而呈碎片狀。因此,無法進行進一步之評估。
吾等已詳細且參照特定實施形態說明了本發明,但顯然熟知此項技藝之人士可在不脫離本發明精神與範圍下施予各種變更或修正。本申請案係立基於2022年5月9日提申之日本專利申請案(日本特願2022-077092),並在此將其內容納入作為參考。
(無)

Claims (11)

  1. 一種氧化矽粒子分散液,包含中空氧化矽粒子與溶劑,前述中空氧化矽粒子之平均粒徑在0.2~10µm之範圍內。
  2. 如請求項1之氧化矽粒子分散液,其中前述中空氧化矽粒子藉由使用氬氣且以乾式比重計進行之密度測定所求得之粒子密度為0.35~2.00g/cm 3
  3. 如請求項1或2之氧化矽粒子分散液,其中前述中空氧化矽粒子藉由使用氦氣且以乾式比重計進行之密度測定所求得之粒子密度為2.00~2.30g/cm 3
  4. 如請求項1至3中任一項之氧化矽粒子分散液,其中前述中空氧化矽粒子之BET比表面積為1~100m 2/g。
  5. 如請求項1至4中任一項之氧化矽粒子分散液,其中前述中空氧化矽粒子之真球度為0.75~1.0。
  6. 如請求項1至5中任一項之氧化矽粒子分散液,其更含有矽烷化合物,前述矽烷化合物具有選自於由乙烯基、苯基、苯胺基、碳數4以上之烷基、甲基丙烯醯基及環氧基所構成群組中之至少1種基。
  7. 如請求項1至6中任一項之氧化矽粒子分散液,其更含有有機搖變劑。
  8. 如請求項1至7中任一項之氧化矽粒子分散液,其中前述溶劑包含選自於由水、烴類、醇類、乙酸酯類、酮類、賽璐蘇類、二醇醚類、氯化烴類及極性溶劑所構成群組中之至少1種。
  9. 如請求項1至8中任一項之氧化矽粒子分散液,其中令前述中空氧化矽粒子之固體成分濃度為50體積%時,前述氧化矽粒子分散液在25℃下之黏度為20~20000mPa・s。
  10. 一種樹脂組成物,包含如請求項1至9中任一項之氧化矽粒子分散液。
  11. 一種氧化矽粒子分散液之製造方法,係將溶劑與平均粒徑在0.2~10µm之範圍內之中空氧化矽粒子之粉末混合,並將混合液進行分散處理,再進行分級而去除中空氧化矽粒子之凝集物。
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