WO2010093060A1 - 樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末およびその製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a fine aluminum hydroxide powder for resin filling and a method for producing the same.
- JP-A-2-199020 as a resin-filling aluminum hydroxide powder excellent in filling property when filling a resin, a centrifugal force of 1000 G or more is applied to a slurry containing aluminum hydroxide using a continuous centrifugal separator.
- crushed aluminum hydroxide is disclosed.
- Such aluminum hydroxide has an average particle diameter of 2 to 8 ⁇ m, a small amount of linseed oil absorption, and a resin composition obtained by blending with a resin has a low viscosity.
- raw material aluminum hydroxide powder is pulverized using a screw-type kneader, so that the dioctyl phthalate (DOP) oil absorption is small and the filling property to the resin is excellent.
- DOP dioctyl phthalate
- this invention consists of the following structures. (1) Secondary in which the crystal structure is gibbsite, the average particle size is 2.0 ⁇ m or more and 4.0 ⁇ m or less in the particle size distribution measured by the laser scattering method, and the weight accumulation from the fine particle portion is 10%.
- the ratio D90 / D10 of the particle diameter D10 and the secondary particle diameter D90 to be 90% is 4.0 or more and 6.0 or less, and two or more frequencies in the particle diameter range I of 0.5 ⁇ m or more and 5.0 ⁇ m or less
- the maximum particle diameter of the frequency maximum having the maximum and the maximum maximum particle diameter among the frequency maximums in the particle diameter range I is D2, and the maximum particle diameter of the frequency maximum indicating the minimum maximum particle diameter is D1.
- the BET specific surface area is 2.0 m 2 / g or more and 5.0 m 2 / g or less, the average particle size in the particle size distribution measured by the laser scattering method is 1.0 ⁇ m or more and less than 3.0 ⁇ m, the total sodium content Is 0.20% by weight or less in terms of Na 2 O, and contains aluminium containing seed aluminum hydroxide having an intensity ratio I (110) / I (002) between crystal planes (110) and (002) of greater than 0.45.
- the fine aluminum hydroxide powder for resin filling obtained by pulverizing the crude aluminum hydroxide is a secondary particle whose weight accumulation from the fine particle portion becomes 10% in the particle size distribution measured by the laser scattering method.
- the ratio D90 / D10 of the secondary particle diameter D90 that gives a diameter D10 and 90% is 4.0 or more and 6.0 or less, and the intensity of the peaks of the crystal planes (110) and (002) by powder X-ray diffraction measurement
- the ratio I (110) / I (002) is 0.30 or more and 0.45 or less.
- the seed aluminum hydroxide has a ratio D90 of the secondary particle diameter D10 that becomes 10% by weight accumulation from the fine particle portion and the secondary particle diameter D90 that becomes 90% in the particle diameter distribution measured by the laser scattering method.
- / D10 is 2.0 or more and 5.0 or less, The method as described in said (3).
- a printed wiring board containing the resin composition according to (5).
- the fine aluminum hydroxide powder for resin filling of the present invention (hereinafter also referred to as the aluminum hydroxide powder of the present invention) has a crystal structure of gibbsite, and has an average particle size in a particle size distribution measured by a laser scattering method.
- the ratio D90 / D10 of the secondary particle diameter D10 that is 2.0 ⁇ m or more and 4.0 ⁇ m or less and the weight accumulation from the fine particle portion is 10% and the secondary particle diameter D90 that is 90% is 4.0 or more and 6.
- D2 is the maximum particle diameter of D2 and D1 is the maximum particle diameter of the frequency maximum showing the smallest maximum particle diameter
- D2 and D1 are represented by the formula (1) 2 ⁇ D1 ⁇ D2 ⁇ 4 ⁇ D1 (1)
- the intensity ratio I (110) / I (002) of the peaks of the crystal plane (110) and (002) by powder X-ray diffraction measurement is 0.30 or more and 0.45 or less, and the total sodium content is Na 2 It is 0.1% by weight or less in terms of O.
- the aluminum hydroxide powder of the present invention is a gibbsite-type aluminum hydroxide powder, the main crystal phase of which is a gibbsite phase [Al (OH) 3 ].
- the gibbsite type aluminum hydroxide may contain a boehmite phase, a bayerite phase, or the like as long as it is small.
- the gibbsite type aluminum hydroxide contains a boehmite phase and a bayerite phase
- the peak height of the main peak of the boehmite phase and the bayerite phase in the powder X-ray diffraction spectrum is higher than the peak height of the main peak of the gibbsite phase.
- Each is preferably 5% or less.
- the gibbsite type aluminum hydroxide may contain amorphous aluminum hydroxide.
- the average particle size, the weight accumulation from the fine particle portion, and the maximum particle size of the aluminum hydroxide powder of the present invention are calculated from the particle size and particle size distribution curve measured by the laser scattering method.
- the particle size distribution of the aluminum hydroxide powder of the present invention measured by the laser scattering method represents a frequency distribution based on weight with respect to the common logarithm [log (particle size)] of the particle size.
- [Log (particle diameter)] step value means a particle diameter distribution measured at 0.038 in this specification.
- the average particle diameter of the aluminum hydroxide powder of the present invention is 2.0 ⁇ m or more and 4.0 ⁇ m or less, preferably 2.5 ⁇ m or more and 3.5 ⁇ m or less.
- the aluminum hydroxide powder of the present invention has a sharp particle size distribution. Specifically, in the particle size distribution measured by the laser scattering method, when the particle size at which the weight accumulation from the fine particle portion is 10% is D10 and the particle size D90 is 90%, the ratio between D10 and D90 D90 / D10 is 4.0 or more and 6.0 or less.
- the aluminum hydroxide powder of the present invention has two or more frequency maxima.
- the number of frequency maxima is preferably two or three, more preferably two.
- the maximum particle size of the frequency maximum, the number of frequency maximums, and the frequency of the maximum particle size in the particle size distribution of the aluminum hydroxide powder were obtained by measuring the slurry in which the aluminum hydroxide powder was dispersed in water by the laser scattering method. It can be examined from the particle size distribution.
- the frequency maximum in the particle size distribution means that the frequency M3 of the minimum particle diameter and the frequency of the two adjacent frequency maximums are small in the particle size range between the two adjacent frequency maximums. This means a frequency maximum where M4 / M3, which is a ratio to the frequency M4 in the frequency maximum, is 1.01 or more.
- the aluminum hydroxide powder of the present invention has two or more frequency maximums in the particle size range I of 0.5 ⁇ m or more and 5.0 ⁇ m or less, and the largest maximum particle size among the frequency maximums in the particle size range I.
- M1 and M2 which is the frequency at each of the maximum particle diameters D1 and D2, where D2 is the maximum particle diameter of the frequency maximum
- (M1 / M2) is preferably 0.10 or more and 0.70 or less, more preferably 0.20 or more and 0.60 or less, and further preferably 0.40 or more and 0.60 or less.
- (M1 / M2) is smaller than 0.10, when an aluminum hydroxide powder is blended with a resin, a behavior close to that of a resin composition in which only the maximum particle diameter D2 is blended is exhibited, and the filling property is lowered.
- D2 and D1 satisfy the relationship of the following formula (1).
- D2 is smaller than 2 ⁇ D1
- the difference between the largest maximal particle diameter and the smallest maximal particle diameter is small, so that the filling property of the aluminum hydroxide powder into the resin is lowered.
- D2 is larger than 4 ⁇ D1 since the particle diameter of D2 is relatively large with respect to the particle diameter of D1, the ratio of particles larger than the average particle diameter is high.
- the aluminum hydroxide powder of the present invention has a peak intensity ratio I (110) of the peak intensity I (110) of the crystal plane (110) and the intensity I (002) of the crystal plane (002) by powder X-ray diffraction measurement.
- the aluminum hydroxide powder of the present invention is Na 2 Total sodium content in terms of O (hereinafter referred to as Na 2 O content) is 0.10% by weight or less, preferably 0.05% by weight or less.
- Na 2 The total sodium content in terms of O can be measured by a method based on JIS-R9301-3-9.
- Na 2 A resin composition containing aluminum hydroxide powder having an O content of more than 0.10% by weight has reduced heat decomposability and insulation in the resin, and is particularly required to have heat resistance such as electronic parts. It becomes difficult to use for applications. Further, the dissolved sodium content that can be removed by washing has an extremely large influence on the insulating property, so 0.002% by weight or less is preferable.
- the aluminum hydroxide powder of the present invention preferably has a BET specific surface area of 5.0 m. 2 / G or less, more preferably 2.0 m 2 / G or more 4.0m 2 / G or less.
- the aluminum hydroxide powder of the present invention is a silane coupling agent, titanate coupling agent, aliphatic carboxylic acid such as oleic acid and stearic acid, benzoic acid and the like for improving the affinity with the resin and improving the filling property. It is preferable that the surface treatment is performed with a surface treatment agent such as an aromatic carboxylic acid and a silicate compound such as a fatty acid ester thereof, methyl silicate, or ethyl silicate.
- the surface treatment can be performed by either a dry or wet treatment method.
- the dry surface treatment method includes, for example, a method in which aluminum hydroxide powder and a surface treatment agent are mixed in a Henschel mixer or a Redige mixer, and in order to coat the surface treatment agent uniformly, Examples thereof include a method of putting a mixture of treatment agents into a pulverizer and pulverizing.
- the wet surface treatment method include a method of dispersing or dissolving a surface treatment agent in a solvent, dispersing aluminum hydroxide powder in the obtained solution, and drying the obtained aluminum hydroxide dispersion. .
- the method for producing fine aluminum hydroxide powder for resin filling of the present invention includes the following steps (a) and (b).
- the fine aluminum hydroxide powder for resin filling obtained by pulverizing the crude aluminum hydroxide is a secondary particle whose weight accumulation from the fine particle portion becomes 10% in the particle size distribution measured by the laser scattering method.
- the ratio D90 / D10 of the secondary particle diameter D90 that gives a diameter D10 and 90% is 4.0 or more and 6.0 or less, and the intensity of the peaks of the crystal planes (110) and (002) by powder X-ray diffraction measurement
- the ratio I (110) / I (002) is 0.30 or more and 0.45 or less.
- seed aluminum hydroxide described later is added to a supersaturated sodium aluminate aqueous solution, or a supersaturated sodium aluminate aqueous solution is added to a sodium aluminate aqueous solution slurry containing seed aluminum hydroxide.
- a supersaturated sodium aluminate aqueous solution is added to a sodium aluminate aqueous solution slurry containing seed aluminum hydroxide.
- aluminum hydroxide in an aqueous solution to the surface of the seed aluminum hydroxide and growing the seed aluminum hydroxide into grains, obtaining the crude aluminum hydroxide by the so-called Bayer method, and obtaining the obtained crude hydroxide
- pulverize aluminum are mentioned.
- the seed aluminum hydroxide used in the method of the present invention has a BET specific surface area of 2.0 m.
- the seed aluminum hydroxide used in the method of the present invention has an average particle size of 1.0 ⁇ m or more and 3.0 ⁇ m or less measured by a laser scattering method. When seed aluminum hydroxide having an average particle size larger than 3.0 ⁇ m is used, Na 2 An aluminum hydroxide powder having an O concentration of 0.10% by weight or less and excellent resin filling properties cannot be obtained.
- the seed aluminum hydroxide easily aggregates in the initial stage of depositing aluminum contained in the aqueous solution on the surface of the seed aluminum hydroxide, and the sodium aluminate aqueous solution is taken into the gap by aggregation. Since the crude aluminum hydroxide is precipitated as it is, the sodium concentration in the aluminum hydroxide powder obtained by pulverizing the crude aluminum hydroxide is increased.
- the seed aluminum hydroxide used in the method of the present invention has a secondary particle diameter D10 of 10% and a secondary particle diameter D90 of 90% by weight accumulation from the fine particles in the particle size distribution measured by the laser scattering method.
- the ratio D90 / D10 is preferably 2.0 or more and 5.0 or less, more preferably 3.0 or more and 4.5 or less.
- D90 / D10 is greater than 5.0, the ratio of coarse particles to the average particle size is large, so that the particle size distribution of the crude aluminum hydroxide obtained by subsequent precipitation becomes wide, and the aluminum hydroxide of the present invention It may not be possible to obtain a powder.
- D90 / D10 is smaller than 2.0, the particle size distribution is very narrow, and thus the particle size distribution of the crude aluminum hydroxide obtained by subsequent precipitation becomes narrow.
- the aluminum hydroxide powder obtained by pulverizing crude aluminum hydroxide having such a narrow particle size distribution may not have two or more frequency maxima.
- the seed aluminum hydroxide used in the method of the present invention preferably has a degree of aggregation represented by a ratio D / Dbet of Dbet calculated from a BET specific surface area S by spherical approximation and an average secondary particle diameter D, preferably 5 or less. More preferably, it is 4 or less.
- Dbet is calculated by the following equation (x).
- Dbet 6 / (BET specific surface area ⁇ true density) (x)
- the O content is 0.20% by weight or less, preferably 0.15% by weight or less, based on the total weight of the seed aluminum hydroxide.
- the peak intensity ratio I (110) / I (002) between crystal planes (110) and (002) by powder X-ray diffraction measurement is larger than 0.45. 0.60 or less.
- ultrafine aluminum hydroxide having a primary particle size smaller than 1.0 ⁇ m is added to a supersaturated sodium aluminate aqueous solution, and seed aluminum hydroxide is used.
- the method of making it precipitate etc. is mentioned.
- Ultrafine aluminum hydroxide having a primary particle size smaller than 1.0 ⁇ m can be obtained as a neutralized gel by, for example, a method of stirring and mixing a supersaturated sodium aluminate aqueous solution and an acidic aqueous solution.
- the acidic aqueous solution hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, aluminum chloride aqueous solution, aluminum sulfate aqueous solution and the like can be used, preferably an aluminum-containing acidic aqueous solution such as aluminum chloride aqueous solution and aluminum sulfate aqueous solution can be used, more preferably sulfuric acid.
- An aqueous aluminum solution can be used.
- the crystal structure of the solid in the neutralized gel includes both gibbsite and bayerite.
- the intensity ratio I (001) / I (002) of the peak of the crystal plane (002) of gibbsite and the crystal plane (001) of bayerite by powder X-ray diffraction measurement is 0.40 or more and 0.80 or less. It is preferable that When the strength ratio is smaller than 0.40 or when the crystal structure is only gibbsite, the ultrafine aluminum hydroxide may aggregate, and an ultrafine aluminum hydroxide having a primary particle size smaller than 1.0 ⁇ m is obtained. It may not be possible.
- the ultrafine aluminum hydroxide contained in the neutralization gel has a BET specific surface area of 20 m. 2 / G and 100m 2 / G or less is preferable.
- the seed aluminum hydroxide used in the method of the present invention when ultrafine aluminum hydroxide having a primary particle size smaller than 1.0 ⁇ m is added to the supersaturated sodium aluminate aqueous solution, Al 2 O 3 Al contained in neutralization gel containing ultrafine aluminum hydroxide with respect to converted aluminum content 2 O 3 It is preferable that the converted aluminum amount is 0.5 wt% or more and 3.0 wt% or less. When the amount is less than 0.5% by weight, the growth of ultrafine aluminum hydroxide is fast, and seed aluminum hydroxide that has taken in a large amount of sodium in the aqueous solution may be precipitated during the growth process.
- the amount of aluminum in the supersaturated sodium aluminate aqueous solution or the neutralized gel containing ultrafine aluminum hydroxide can be measured by a chelate titration method.
- Al in neutralized gel containing supersaturated sodium aluminate aqueous solution or ultrafine aluminum hydroxide 2 O 3 The converted aluminum amount can be obtained based on the following formula (y) using the measured aluminum amount.
- X Y ⁇ 102/2 (y)
- X Al 2 O 3 Represents the concentration (g / L)
- Y represents the aluminum amount (mol / L) measured by chelate titration method
- 102 represents Al 2 O 3 Represents the molecular weight of
- supersaturated Al 2 O 3 The concentration is preferably 75 g / L or less before the addition of ultrafine aluminum hydroxide.
- concentration (X) is calculated from the following equation (2) described in International Publication No. 2008-090614.
- X A-C * exp [6.2106- ⁇ (2486.7-1.0876 * C) / (T + 273) ⁇ ] (2)
- A represents Al in the sodium aluminate aqueous solution.
- C is Na 2 O concentration (g / L), that is, Al 2 O 3 , Na 2 Converted to O, it represents the Al and Na concentrations marked on a weight basis.
- T represents the liquid temperature (° C.).
- the sodium aluminate aqueous solution and the supersaturated sodium aluminate aqueous solution in the method of the present invention are Al 2 O 3
- the concentration is preferably 40 g / L or more and 200 g / L or less, Na 2
- the O concentration is preferably 100 g / L or more and 250 g / L or less.
- the time required for precipitating the seed aluminum hydroxide used in the method of the present invention is preferably 2 hours or more and 200 hours or less, more preferably after adding ultrafine aluminum hydroxide to the supersaturated sodium aluminate aqueous solution. Is 20 hours or more and 150 hours or less.
- the concentration is preferably in the range of a saturation concentration ⁇ 15 g / L described later.
- Al in aqueous sodium aluminate slurry 2 O 3 When the concentration exceeds the saturated concentration +15 g / L, the supersaturated Al when the supersaturated sodium aluminate aqueous solution is added. 2 O 3
- the concentration increases, the deposition rate of aluminum hydroxide on the surface of seed aluminum hydroxide increases, and Na contained in the crude aluminum hydroxide 2 O concentration may increase.
- the saturated concentration can be calculated from the following formula (3).
- a C * exp [6.2106- ⁇ (2486.7-1.0876 * C) / (T + 273) ⁇ ] (3) a is saturated Al 2 O 3 Represents concentration (g / L).
- C is Na in sodium aluminate aqueous solution 2 O concentration, ie Na 2 Converted to O, the Na concentration expressed on a weight basis is expressed.
- T represents the liquid temperature (° C.).
- the amount of seed aluminum hydroxide contained in the sodium aluminate aqueous solution slurry and the amount of supersaturated sodium aluminate aqueous solution added to the sodium aluminate aqueous solution slurry are such that the average particle size of the resulting crude aluminum hydroxide is 4.0 ⁇ m or more.
- the average particle diameter of the resulting crude aluminum hydroxide may exceed 8.0 ⁇ m. If the amount of the aqueous solution is small, the average particle diameter of the resulting crude aluminum hydroxide may be less than 4.0 ⁇ m. When the average particle diameter of the crude aluminum hydroxide exceeds 8 ⁇ m, the fine aluminum hydroxide powder for resin filling having the particle size distribution described above cannot be obtained.
- the crude aluminum hydroxide in the method of the present invention may be washed.
- the crude aluminum hydroxide may be subjected to solid-liquid separation by filtration with a filter press or the like, centrifugation with a screw decanter or the like, and washing with water.
- the water used for the washing is preferably hot water of 60 to 90 ° C., because the dissolved sodium content adhering to the surface of the crude aluminum hydroxide can be efficiently removed.
- the crude aluminum hydroxide in the method of the present invention is usually agglomerated and has a large particle size, but by pulverizing the crude aluminum hydroxide, the fine aluminum hydroxide powder for resin filling having the above-mentioned particle size distribution can be obtained. Can do.
- Crude aluminum hydroxide can be pulverized by a known method, for example, pulverization using a medium such as a vibration mill or a ball mill, or pulverization by a centrifugal force of a certain level or more using a continuous centrifugal separator such as a screw decanter.
- pulverizing using a kneading machine, etc. are mentioned.
- the pulverization method using a medium has extremely high pulverization strength, and D90 / D10 of the obtained aluminum hydroxide powder may exceed 6.0.
- the method of pulverizing using a medium is not preferable, and the method of pulverizing using a continuous centrifugal separator and the method of pulverizing using a kneader are preferable.
- the fine aluminum hydroxide powder for resin filling excellent in the filling property to resin can be obtained.
- the obtained fine aluminum hydroxide powder for resin filling contains 1% by weight or more of water, it is preferably dried at a temperature of 100 ° C. or higher. Drying can be performed by a known method. (Resin composition and members, etc.)
- the aluminum hydroxide powder of the present invention has a small average particle size and a sharp particle size distribution.
- the resin include thermoplastic resins such as rubber and polypropylene, and thermosetting resins such as epoxy resins.
- thermoplastic resins such as rubber and polypropylene
- thermosetting resins such as epoxy resins.
- Specific uses of the resin composition in which the aluminum hydroxide powder of the present invention is blended with various resins include, for example, members such as printed wiring boards and electronic parts of electronic devices such as prepregs constituting the same, electric wires Examples include coating materials, polyolefin molding materials, tires, and building materials such as artificial marble.
- the secondary particle diameters D10 and D90 at which the weight accumulation from the fine particle portion was 10% and 90% were also calculated from this particle diameter distribution.
- the maximum particle size was determined from the particle size showing the frequency maximum in the particle size distribution.
- the maximum particle diameters D1 and D2 ( ⁇ m) at the frequencies M1 and M2 (%) and the frequency maximum were obtained from values when the step size of [log (particle diameter)] was 0.038.
- (2) Powder X-ray diffraction measurement and peak intensity ratio I (110) / I (002) A powder X-ray diffractometer (“RINT-2000” manufactured by Rigaku Corporation) was used, Cu was used as the X-ray source, and the following measurement conditions were used.
- Step width 0.02 deg Scan speed: 0.04 deg / sec Acceleration voltage: 40 kV Acceleration current: 30 mA
- JCPDS card 70-2038 corresponding to gibbsite
- I (002) was determined.
- JCPDS card 70-2038 and JCPDS card 74-1119 are compared, and the peak from the height of each peak corresponding to (001) surface of bayer light and (002) surface of gibbsite.
- the intensity ratio I (001) / I (002) was determined.
- Na2O concentration 142g / L a mixture of the concentration of Al 2 O 3 143 g / L sodium aluminate aqueous solution and the concentration of Al 2 O 3 8% by weight of aluminum sulfate aqueous solution, BET specific surface area of 38m 2 / g, crystal faces of gibbsite ( 002) and a bayerite crystal plane (001), a neutralization gel having a peak intensity ratio I (001) / I (002) of 0.7 was obtained.
- the obtained seed aluminum hydroxide has a BET specific surface area of 3.6 m 2 / g, D50 of 1.8 ⁇ m, D10 of 0.82 ⁇ m, D90 of 3.2 ⁇ m (D90 / D10 is 3.9), Na 2 O
- the concentration was 0.10% by weight, and the peak intensity ratio I (110) / I (002) was 0.51.
- the Al 2 O 3 concentration in the liquid was 6.5 g / L lower than the saturated Al 2 O 3 concentration, and the solid content concentration was 112 g / L. It was.
- This slurry was separated into solid and liquid by filtration, washed with warm water, and crude aluminum hydroxide made into a wet state with a water content of 25% by weight was converted into a single-screw type kneading machine (“MP-30-” manufactured by Miyazaki Tekko Co., Ltd.). 1 ”), and then pulverized, dried at 120 ° C., and pulverized to obtain fine aluminum hydroxide powder for resin filling.
- the obtained fine aluminum hydroxide for filling resin has a D50 of 2.4 ⁇ m, a maximum particle diameter D1 of 1.2 ⁇ m, a D2 of 3.3 ⁇ m, a D90 / D10 of 4.7, and a peak intensity ratio I (110) / I.
- the neutralized gel obtained by the same method as in Example 1 was placed in a sodium aluminate aqueous solution having a Na 2 O concentration of 139 g / L and a supersaturated Al 2 O 3 concentration of 65 g / L with respect to the amount of Al in the solution. It added so that the amount of Al contained in a sum gel might be 1 weight%, it stirred under constant temperature for 96 hours, the ultra-fine aluminum hydroxide was grown, and the sodium aluminate aqueous solution slurry containing seed aluminum hydroxide was obtained.
- the obtained seed aluminum hydroxide has a BET specific surface area of 3.7 m 2 / g, D50 of 1.7 ⁇ m, D10 of 0.76 ⁇ m, D90 of 3.1 ⁇ m (D90 / D10 is 4.1), Na 2 O
- the concentration was 0.09% by weight, and the peak intensity ratio I (110) / I (002) was 0.50.
- This sodium aluminate aqueous solution slurry containing seed aluminum hydroxide had a supersaturated Al 2 O 3 concentration of 7.9 g / L and a solid content concentration of 111 g / L.
- This slurry was separated into solid and liquid by filtration, washed with warm water, and crude aluminum hydroxide made into a wet state with a water content of 25% by weight was converted into a single-screw type kneading machine (“MP-30-” manufactured by Miyazaki Tekko Co., Ltd.). 1 ”), and then pulverized, dried at 120 ° C., and pulverized to obtain fine aluminum hydroxide powder for resin filling.
- MP-30- manufactured by Miyazaki Tekko Co., Ltd.
- the obtained fine aluminum hydroxide for filling resin has D50 of 2.8 ⁇ m, maximum particle diameter D1 of 1.2 ⁇ m, D2 of 3.6 ⁇ m, D90 / D10 of 5.1, and peak intensity ratio I (110) / I (002) was 0.39, the Na 2 O concentration was 0.03% by weight, and the DOP oil absorption was 41 ml / 100 g.
- the obtained fine aluminum hydroxide for filling a resin was gibbsite type aluminum hydroxide.
- Comparative Example 1 Synthesized by the same method as in Example 2, with a D50 of 5.3 ⁇ m, a peak intensity ratio I (110) / I (002) of 0.54, and a Na 2 O concentration of 0.03% by weight
- the aqueous sodium aluminate slurry containing aluminum hydroxide was washed four times using a horizontal decanter [Sharpres Super Decanter P-660; manufactured by Sakai Kogyo Co., Ltd.].
- the washed aluminum hydroxide slurry was subjected to solid-liquid separation by filtration, dried at 120 ° C., and pulverized to obtain fine aluminum hydroxide powder for resin filling.
- the obtained fine aluminum hydroxide for resin filling has a D50 of 3.1 ⁇ m, a maximum particle diameter D1 of 1.2 ⁇ m, a D2 of 3.9 ⁇ m, a D90 / D10 of 4.7, and a peak intensity ratio I (110) / I. (002) was 0.53, Na 2 O content was 0.03% by weight, and DOP oil absorption was 45 ml / 100 g.
- the obtained fine aluminum hydroxide for filling a resin was gibbsite type aluminum hydroxide.
- Example 2 The neutralized gel obtained in Example 1 was added to a sodium aluminate aqueous solution having a Na 2 O concentration of 144 g / L and a supersaturated Al 2 O 3 concentration of 70 g / L, with respect to the amount of Al in the liquid. Addition was made so that the amount of Al contained in the neutralized gel was 1% by weight, and the mixture was stirred at a constant temperature for 90 hours to grow ultrafine aluminum hydroxide to obtain a sodium aluminate aqueous solution slurry containing seed aluminum hydroxide. .
- the obtained seed aluminum hydroxide has a BET specific surface area of 3.4 m 2 / g, D50 of 2.0 ⁇ m, D10 of 0.87 ⁇ m, D90 of 3.4 ⁇ m (D90 / D10 is 3.9), Na 2 O
- the concentration was 0.14% by weight, and the peak intensity ratio I (110) / I (002) was 0.50.
- This aqueous sodium aluminate slurry containing seed aluminum hydroxide had a supersaturated Al 2 O 3 concentration in the liquid of 2.6 g / L and a solid content concentration of 117 g / L.
- This fine aluminum hydroxide powder for resin filling has a D50 of 2.8 ⁇ m, a maximum particle diameter D1 of 1.3 ⁇ m, a D2 of 3.6 ⁇ m, a D90 / D10 of 6.4, and a peak intensity ratio I (110) / I ( 002) was 0.37, the Na 2 O concentration was 0.04% by weight, and the DOP oil absorption was 49 ml / 100 g.
- the obtained fine aluminum hydroxide for filling a resin was gibbsite type aluminum hydroxide.
- Comparative Example 3 Continuously combining 3 parts by weight of seed aluminum hydroxide synthesized in Example 2 with D50 of 1.7 ⁇ m and Na 2 O concentration of 0.09% by weight, and supersaturated sodium aluminate aqueous solution in Example 2 A fine aluminum hydroxide powder for resin filling was prepared by mixing 7 parts by weight of crude aluminum hydroxide having a D50 of 3.3 ⁇ m and a Na 2 O concentration of 0.06% by weight.
- This fine aluminum hydroxide powder for resin filling has a D50 of 2.9 ⁇ m, a maximum particle diameter D1 of 1.3 ⁇ m, a D2 of 3.6 ⁇ m, a D90 / D10 of 5.3, and a peak intensity ratio I (110) / I ( 002) was 0.55, the Na 2 O concentration was 0.07 wt%, and the DOP oil absorption was 74 ml / 100 g.
- the obtained fine aluminum hydroxide for filling a resin was gibbsite type aluminum hydroxide.
- Comparative Example 4 30 parts by weight of aluminum hydroxide powder having a D50 of 2.5 ⁇ m, a Na 2 O concentration of 0.04% by weight, and a peak intensity ratio I (110) / (002) of 0.54 was mixed with 70 parts by weight of pure water.
- the aluminum hydroxide slurry was adjusted and pulverized with an apex mill (“AM-1” manufactured by Kotobuki Industries Co., Ltd.). The pulverization conditions are as follows.
- the ground aluminum hydroxide has a BET specific surface area of 8.8 m 2 / g, D50 of 1.5 ⁇ m, D10 of 0.76 ⁇ m, D90 of 2.9 ⁇ m (D90 / D10 is 3.8)
- the Na 2 O concentration was 0.04 wt%, and the peak intensity ratio I (110) / (002) was 0.28.
- This aluminum hydroxide slurry was concentrated, and converted to a solid content equivalent to 10 parts by volume in a sodium aluminate aqueous solution having a Na 2 O concentration of 135 g / L and a supersaturated Al 2 O 3 concentration of 6 g / L as a slurry with a solid content concentration of 50% by weight. 1.3 parts by weight was added to prepare a sodium aluminate aqueous solution slurry containing seed aluminum hydroxide.
- This fine sodium hydroxide powder for resin filling has a D50 of 1.0 ⁇ m, a maximum particle diameter D1 of 1.3 ⁇ m, a D2 of 3.6 ⁇ m, a D90 / D10 of 4.8, and a peak intensity ratio I (110) / (002 ) was 0.22, and the DOP oil absorption was 65 ml / 100 g. From the results of powder X-ray diffraction measurement, the obtained fine aluminum hydroxide for filling a resin was gibbsite type aluminum hydroxide.
- the fine aluminum hydroxide powder for resin filling according to the present invention is excellent in filling property with respect to resin and has very few coarse particles of 10 ⁇ m or more. Therefore, according to the present invention, it is possible to manufacture a member such as an electronic component having excellent flame retardancy and insulation stability and excellent in safety even if it is downsized.
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Abstract
Description
特開平2−199020号公報には、樹脂に充填する際の充填性に優れた樹脂充填用水酸化アルミニウム粉末として、水酸化アルミニウムを含むスラリーに連続式遠心分離装置を用いて1000G以上の遠心力を加えて解砕された水酸化アルミニウムが開示されている。このような水酸化アルミニウムは、平均粒子径が2~8μmでアマニ油吸油量が小さく、樹脂に配合して得られる樹脂組成物の粘度が小さい。
特開2001−322813号公報には、原料水酸化アルミニウム粉末を、スクリュー型捏和機を用いて粉砕することにより、フタル酸ジオクチル(DOP)吸油量が小さく樹脂への充填性に優れた水酸化アルミニウム粉末を製造する方法が開示されている。
すなわち本発明は、以下の構成からなる。
(1) 結晶構造がギブサイトであり、レーザー散乱法によって測定された粒子径分布において、平均粒子径が2.0μm以上4.0μm以下であり、微粒部分からの重量累積が10%となる二次粒子径D10および90%となる二次粒子径D90の比D90/D10が4.0以上6.0以下であり、0.5μm以上、5.0μm以下の粒子径範囲Iに2つ以上の頻度極大を有し、前記粒子径範囲Iにある頻度極大のうち最も大きな極大粒子径を有する頻度極大の極大粒子径をD2とし、最も小さな極大粒子径を示す頻度極大の極大粒子径をD1としたとき、D2およびD1が式(1)
2×D1 ≦ D2 ≦ 4×D1 (1)
を満足し、粉末X線回折測定による結晶面(110)と(002)のピークの強度比I(110)/I(002)が0.30以上0.45以下であり、全ナトリウム含有量がNa2O換算で0.10重量%以下である樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末。
(2) シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸、脂肪酸エステルまたはシリケート化合物によって表面処理された前記(1)に記載の樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末。
(3) 工程(a)及び(b)を含む樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末の製造方法。
(a)BET比表面積が2.0m2/g以上5.0m2/g以下、レーザー散乱法によって測定された粒子径分布における平均粒子径が1.0μm以上3.0μm未満、全ナトリウム含有量がNa2O換算で0.20重量%以下、結晶面(110)と(002)のピークの強度比I(110)/I(002)が0.45よりも大きな種子水酸化アルミニウムを含むアルミン酸ナトリウム水溶液スラリーに、過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液を添加して、粉末X線回折測定による結晶面(110)と(002)のピークの強度比I(110)/I(002)が0.45よりも大きい粗水酸化アルミニウムを析出させる。
(b)前記粗水酸化アルミニウムを粉砕して得られる樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末は、レーザー散乱法によって測定された粒子径分布において、微粒部分からの重量累積が10%となる二次粒子径D10および90%となる二次粒子径D90の比D90/D10が4.0以上6.0以下であり、かつ、粉末X線回折測定による結晶面(110)と(002)のピークの強度比I(110)/I(002)が0.30以上0.45以下である。
(4) 前記種子水酸化アルミニウムは、レーザー散乱法によって測定された粒子径分布において微粒部分からの重量累積で10%となる二次粒子径D10および90%となる二次粒子径D90の比D90/D10が2.0以上5.0以下である前記(3)に記載の方法。
(5) 樹脂と、前記(1)または(2)に記載の樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末を含有する樹脂組成物。
(6) 前記(5)に記載の樹脂組成物を含有するプリプレグ。
(7) 前記(5)に記載の樹脂組成物を含有するプリント配線板。
(樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末)
本発明の樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末(以下、本発明の水酸化アルミニウム粉末ともいう。)は、結晶構造がギブサイトであり、レーザー散乱法によって測定された粒子径分布において、平均粒子径が2.0μm以上4.0μm以下であり、微粒部分からの重量累積が10%となる二次粒子径D10および90%となる二次粒子径D90の比D90/D10が、4.0以上6.0以下であり、0.5μm以上、5.0μm以下の粒子径範囲Iに2つ以上の頻度極大を有し、前記粒子径範囲Iにある頻度極大のうち最も大きな極大粒子径を有する頻度極大の極大粒子径をD2とし、最も小さな極大粒子径を示す頻度極大の極大粒子径をD1としたとき、D2およびD1が式(1)
2×D1 ≦ D2 ≦ 4×D1 (1)
を満足し、粉末X線回折測定による結晶面(110)と(002)のピークの強度比I(110)/I(002)が0.30以上0.45以下であり、全ナトリウム含有量がNa2O換算で0.1重量%以下である。
本発明の水酸化アルミニウム粉末は、ギブサイト型水酸化アルミニウムの粉末であり、主結晶相がギブサイト相である水酸化アルミニウム〔Al(OH)3〕である。ギブサイト型水酸化アルミニウムは、僅かであればベーマイト相、バイヤライト相などを含んでいてもよい。ギブサイト型水酸化アルミニウムがベーマイト相、バイヤライト相を含む場合、粉末X線回折スペクトルにおけるベーマイト相およびバイヤライト相の主ピークのピーク高さが、ギブサイト相の主ピークのピーク高さに対して、それぞれ5%以下であることが好ましい。また、ギブサイト型水酸化アルミニウムは不定形水酸化アルミニウムを含んでいてもよい。
本発明の水酸化アルミニウム粉末の平均粒子径、微粒部分からの重量累積、および極大粒子径は、レーザー散乱法によって測定された粒子径および粒子径分布曲線から算出される。
その際に、レーザー散乱法によって測定された本発明の水酸化アルミニウム粉末の粒子径分布は、粒子径の常用対数[log(粒子径)]に対して重量基準の頻度分布を表したものであり、[log(粒子径)]の刻み値(ヒストグラムにおける階級)は本明細書においては0.038で測定した粒子径分布を意味する。
本発明の水酸化アルミニウム粉末の平均粒子径は、2.0μm以上4.0μm以下であり、好ましくは、2.5μm以上3.5μm以下である。水酸化アルミニウム粉末の平均粒子径が2.0μm未満であると、充填性の低下が避けられず、4.0μmを超えると、10μm以上の粗粒が避けられず、小型化・薄型化された電子材料に絶縁性を付与することが困難である。
本発明の水酸化アルミニウム粉末は、粒子径分布がシャープである。具体的には、レーザー散乱法で測定した粒子径分布において、微粒部分からの重量累積が10%となる粒子径をD10、90%となる粒子径D90としたときに、D10とD90との比D90/D10が、4.0以上6.0以下である。
D90/D10が6.0よりも大きいと、粒子径分布において微粒部分の粒子径と粗粒部分の粒子径に大きな開きが生じ、このような水酸化アルミニウム粉末を樹脂に配合したときに、得られる樹脂組成物のコンパウンド物性のバラツキが大きくなる。(D90/D10)が4.0よりも小さいと、粒子径分布において、頻度極大を2つ以上有することができない。
なお、レーザー散乱法では、一次粒子が凝集した二次粒子の粒子径分布が測定される。レーザー散乱式の粒度分布径の測定には、日機装社製の「マイクロトラックHRA」や、その後継機種である「マイクロトラックMT−3300EX」が使用できる。「マイクロトラックMT−3300EX」を用いる場合は、粒子径分布の計算時に使用するモードを「HRAモード」として測定する。
本発明の水酸化アルミニウム粉末は、2つ以上の頻度極大を有する。頻度極大の数は、好ましくは2つもしくは3つであり、より好ましくは2つである。水酸化アルミニウム粉末の粒子径分布における頻度極大の極大粒子径、頻度極大の数および極大粒子径における頻度は、水酸化アルミニウム粉末を水に分散させたスラリーをレーザー散乱法によって測定して得られた粒子径分布から調べることができる。
ここで、“粒子径分布における頻度極大”とは、隣接する2つの頻度極大の間の粒子径範囲において、極小となる粒子径の頻度M3と、隣接する2つの頻度極大のうち、頻度が小さい方の頻度極大における頻度M4との比であるM4/M3が1.01以上である頻度極大を意味する。
本発明の水酸化アルミニウム粉末は、0.5μm以上、5.0μm以下の粒子径範囲Iにおいて2つ以上の頻度極大を有し、前記粒子径範囲Iにある頻度極大のうち最も大きな極大粒子径を有する頻度極大の極大粒子径をD2とし、最も小さな極大粒子径を示す頻度極大の極大粒子径をD1としたとき、極大粒子径D1とD2それぞれの粒子径における頻度であるM1とM2の比(M1/M2)は、好ましくは0.10以上0.70以下であり、より好ましくは0.20以上0.60以下であり、更に好ましくは0.40以上0.60以下である。(M1/M2)が0.10よりも小さい場合、水酸化アルミニウム粉末を樹脂に配合したときに、極大粒子径D2のみを配合させた樹脂組成物に近い挙動を示し、充填性が低下する。(M1/M2)が0.70よりも大きい場合、水酸化アルミニウム粉末中の微粒子の割合が増加することにより粒子間隙が増加するため、充填性が低下する。
本発明の水酸化アルミニウム粉末は、D2およびD1が下記式(1)の関係を満たす。
2×D1 ≦ D2 ≦ 4×D1 (1)
D2が2×D1よりも小さい場合、最も大きな極大粒子径と最も小さな極大粒子径との差が小さいため、水酸化アルミニウム粉末を樹脂への充填性が低下する。D2が4×D1よりも大きい場合、D2の粒子径がD1の粒子径に対して相対的に大きくなるため、平均粒子径よりも大きな粒子の割合が高い。例えば水酸化アルミニウム粉末の平均粒子径が4μm以下であっても、実際は、大部分が4μmより大きな粒子であり、プリント配線基板のような小型化、薄型化が要求される用途への適用は難しい。具体的には、D1は1.0μm以上、2.0μm以下の粒子径範囲に存在することが好ましく、D2は3μm以上5μm以下の粒子径範囲に存在することが好ましい。
本発明の水酸化アルミニウム粉末は、粉末X線回折測定による、結晶面(110)のピークの強度I(110)と結晶面(002)の強度I(002)とのピークの強度比I(110)/I(002)が0.30以上0.45以下である。ピーク強度比I(110)/I(002)が0.30よりも小さい水酸化アルミニウム粉末は、(002)面が大きな板状であることを示し、ピーク強度比I(110)/I(002)が0.45よりも大きい水酸化アルミニウム粉末は、(002)面が小さな不定形状または柱状であることを示し、このような水酸化アルミニウム粉末は樹脂への充填性が低い。
本発明の水酸化アルミニウム粉末は、Na2O換算の全ナトリウム含有量(以下、Na2O含有量ともいう)が0.10重量%以下、好ましくは0.05重量%以下である。Na2O換算の全ナトリウム含有量は、JIS−R9301−3−9に準拠する方法で測定することができる。
Na2O含有量が0.10重量%よりも多い水酸化アルミニウム粉末を配合させた樹脂組成物は、熱分解性や樹脂中での絶縁性が低下し、特に電子部品などの耐熱性を要求される用途には用いることが困難となる。
また、洗浄により除去可能な溶解ナトリウム分は絶縁性への影響が極めて大きいため、0.002重量%以下が好ましい。
本発明の水酸化アルミニウム粉末は、BET比表面積が好ましくは5.0m2/g以下であり、より好ましくは2.0m2/g以上4.0m2/g以下である。BET比表面積が5.0m2/gより大きくなると、相対的にチッピング粒子などの微粒分が多くなり、このような水酸化アルミニウム粉末を配合させた樹脂組成物の耐熱性や樹脂への充填性が低下する。
本発明の水酸化アルミニウム粉末は、樹脂との親和性の向上及び充填性の向上のため、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、オレイン酸、ステアリン酸などの脂肪族カルボン酸、安息香酸などの芳香族カルボン酸、およびそれらの脂肪酸エステル、メチルシリケート、エチルシリケートなどのシリケート化合物などの表面処理剤により表面処理されていることが好ましい。表面処理は、乾式、湿式いずれの処理方法でも行うこともできる。
具体的に乾式表面処理方法としては、例えば、ヘンシェルミキサーやレディゲミキサー中で水酸化アルミニウム粉末と表面処理剤を混合させる方法、さらに均一に表面処理剤をコートするため、水酸化アルミニウム粉末と表面処理剤の混合物を粉砕機に投入して粉砕する方法などが挙げられる。
湿式表面処理方法としては、例えば、表面処理剤を溶媒へ分散もしくは溶解させ、得られた溶液中に水酸化アルミニウム粉末を分散させ、得られた水酸化アルミニウム分散液を乾燥させる方法などが挙げられる。
(樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末の製造方法)
本発明の樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末の製造方法(以下、本発明の方法ともいう。)は、下記の工程(a)及び(b)を含む。
(a)BET比表面積が2.0m2/g以上5.0m2/g以下、レーザー散乱法によって測定された粒子径分布における平均粒子径が1.0μm以上3.0μm未満、全ナトリウム含有量がNa2O換算で0.20重量%以下、結晶面(110)と(002)のピークの強度比I(110)/I(002)が0.45よりも大きな種子水酸化アルミニウムを含むアルミン酸ナトリウム水溶液スラリーに、過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液を添加して、粉末X線回折測定による結晶面(110)と(002)のピークの強度比I(110)/I(002)が0.45よりも大きい粗水酸化アルミニウムを析出させる。
(b)前記粗水酸化アルミニウムを粉砕して得られる樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末は、レーザー散乱法によって測定された粒子径分布において、微粒部分からの重量累積が10%となる二次粒子径D10および90%となる二次粒子径D90の比D90/D10が4.0以上6.0以下であり、かつ、粉末X線回折測定による結晶面(110)と(002)のピークの強度比I(110)/I(002)が0.30以上0.45以下である。
本発明の方法の具体例としては、例えば、後述する種子水酸化アルミニウムを過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液中に添加したり、種子水酸化アルミニウムを含むアルミン酸ナトリウム水溶液スラリーに対して過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液を添加したりすることにより、水溶液中の水酸化アルミニウムを種子水酸化アルミニウムの表面に析出させ、種子水酸化アルミニウムを粒成長させる、いわゆるバイヤー法によって粗水酸化アルミニウムを得、得られた粗水酸化アルミニウムを粉砕する方法などが挙げられる。
本発明の方法において用いられる種子水酸化アルミニウムは、BET比表面積が2.0m2/g以上5.0m2/g以下であり、好ましくは4.0m2/g以下である。BET比表面積が、5.0m2/gよりも大きい場合、過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液中で水酸化アルミニウムを析出させるときに、析出する水酸化アルミニウムが水溶液中のナトリウム分を取り込みやすくなる。
本発明の方法において用いられる種子水酸化アルミニウムは、レーザー散乱法によって測定された平均粒子径が1.0μm以上3.0μm以下である。平均粒子径が3.0μmよりも大きな種子水酸化アルミニウムを用いた場合、Na2O濃度が0.10重量%以下であり、かつ、樹脂への充填性に優れた水酸化アルミニウム粉末が得られない。1.0μmよりも小さいと、水溶液中に含まれるアルミ分を種子水酸化アルミニウムの表面に析出させる初期の段階で種子水酸化アルミニウム同士が凝集し易く、凝集によって隙間にアルミン酸ナトリウム水溶液を取り込んだまま、粗水酸化アルミニウムが析出するため、粗水酸化アルミニウムを粉砕して得られる水酸化アルミニウム粉末中のナトリウム濃度が高くなる。
本発明の方法において用いられる種子水酸化アルミニウムは、レーザー散乱法によって測定された粒子径分布において微粒部分からの重量累積で10%となる二次粒子径D10および90%となる二次粒子径D90の比D90/D10が好ましくは2.0以上5.0以下であり、より好ましくは3.0以上4.5以下である。D90/D10が5.0よりも大きいと、平均粒子径に対して粗粒の割合が多いため、その後の析出により得られる粗水酸化アルミニウムの粒子径分布が幅広くなり、本発明の水酸化アルミニウム粉末を得ることができないことがある。一方、D90/D10が2.0よりも小さいと、粒子径分布が非常に狭いことから、その後の析出により得られる粗水酸化アルミニウムの粒子径分布が狭くなる。このような粒子径分布が狭い粗水酸化アルミニウムを粉砕をして得られた水酸化アルミニウム粉末は、頻度極大を2つ以上持たないことがある。
本発明の方法において用いられる種子水酸化アルミニウムは、好ましくはBET比表面積Sから球形近似で算出したDbetと平均二次粒子径Dとの比D/Dbetで表される凝集度が好ましくは5以下、より好ましくは4以下である。
Dbetは、下記式(x)により算出される。
Dbet=6/(BET比表面積×真密度) (x)
本発明の方法において用いられる種子水酸化アルミニウムのNa2O含有量は、種子水酸化アルミニウム全重量対して0.20重量%以下であり、好ましくは0.15重量%以下である。Na2O含有量が0.20重量%よりも多いと、得られる水酸化アルミニウム粉末中のNa2O含有量に分布が生じ、該水酸化アルミニウム粉末を含有する樹脂組成物において、局所的に低温で熱分解が開始される。そのため、得られる樹脂組成物の耐熱性を要求される用途への適用が難しくなる。
本発明の方法において用いられる種子水酸化アルミニウムは、粉末X線回折測定による結晶面(110)と(002)とのピークの強度比I(110)/I(002)が0.45よりも大きく0.60以下である。種子水酸化アルミニウムの表面にアルミ分を析出させることにより、ピーク比が0.45よりも大きく0.60以下である粗水酸化アルミニウムが得られる。
本発明の方法において用いられる種子水酸化アルミニウムの製造方法としては、例えば、一次粒子径が1.0μmよりも小さな超微粒水酸化アルミニウムを過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液中に添加して種子水酸化アルミニウムを析出させる方法などが挙げられる。
一次粒子径が1.0μmよりも小さな超微粒水酸化アルミニウムは、例えば過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液と酸性水溶液を撹拌混合する方法により、中和ゲルとして得られる。
酸性水溶液としては、塩酸、硫酸、硝酸、塩化アルミニウム水溶液、硫酸アルミニウム水溶液などを用いることができ、好ましくは塩化アルミニウム水溶液、硫酸アルミニウム水溶液などのアルミニウム含有酸性水溶液を用いることができ、より好ましくは硫酸アルミニウム水溶液を用いることができる。
この際、中和ゲル中の固形物の結晶構造は、ギブサイトとバイヤライトの両方を含むことが好ましい。具体的には、粉末X線回折測定によるギブサイトの結晶面(002)とバイヤライトの結晶面(001)のピークの強度比I(001)/I(002)が0.40以上0.80以下であることが好ましい。強度比が0.40よりも小さい場合や、結晶構造がギブサイトのみの場合は、超微粒水酸化アルミニウムが凝集することがあり、一次粒子径が1.0μmよりも小さな超微粒水酸化アルミニウムが得られないことがある。
また、中和ゲルに含まれる超微粒水酸化アルミニウムは、BET比表面積が20m2/g以上であり、100m2/g以下であることが好ましい。
本発明の方法において用いる種子水酸化アルミニウムを析出させるために、一次粒子径が1.0μmよりも小さな超微粒水酸化アルミニウムを、過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液中に添加する際、過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液中のAl2O3換算のアルミニウム量に対して、超微粒水酸化アルミニウムを含む中和ゲルが含有するAl2O3換算のアルミニウム量が、0.5重量%以上3.0重量%以下であることが好ましい。0.5重量%よりも少ない場合、超微粒水酸化アルミニウムの成長が速く、成長の過程で水溶液中のナトリウム分を多く取り込んだ種子水酸化アルミニウムが析出してしまうことがある。3.0重量%よりも多い場合は、微粒水酸化アルミニウムの成長が十分に進行せず、平均粒子径が1.0μm以上である種子水酸化アルミニウムを得られないことがある。
ここで、過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液、または、超微粒水酸化アルミニウムを含む中和ゲルにおける、アルミニウム量は、キレート滴定法によって測定することができる。
過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液、または、超微粒水酸化アルミニウムを含む中和ゲルにおける、Al2O3換算のアルミニウム量は、測定されたアルミニウム量を用いて下記式(y)に基づき得ることができる。
X = Y×102/2 (y)
式(y)中、XはAl2O3濃度(g/L)を表し、Yはキレート滴定法によって測定されたアルミニウム量(mol/L)を表し、102はAl2O3の分子量を表す。
なお、過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液および酸性水溶液を混合することによって超微粒水酸化アルミニウムを含む中和ゲルが得られた場合、中和ゲルにおけるアルミニウム量は、過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液におけるアルミニウム量と、酸性水溶液におけるアルミニウム量との合計量である。
超微粒水酸化アルミニウムを添加する過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液の濃度条件に関しては、過飽和Al2O3濃度が、超微粒水酸化アルミニウムを添加する前の時点で75g/L以下であることが好ましい。過飽和Al2O3濃度(X)は、国際公開第2008−090614号に記載されている下記式(2)から計算される。
X=A−C×exp〔6.2106−{(2486.7−1.0876×C)/(T+273)}〕 (2)
上記式(2)において、Aはアルミン酸ナトリウム水溶液中のAl2O3濃度(g/L)、CはNa2O濃度(g/L)、すなわちAl2O3、Na2Oに換算し、重量基準で標記したAl、Na濃度を表す。Tは液温(℃)を表す。
また、本発明の方法におけるアルミン酸ナトリウム水溶液、過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液は、Al2O3濃度が好ましくは40g/L以上200g/L以下、Na2O濃度が好ましくは100g/L以上250g/L以下である。
本発明の方法において用いられる種子水酸化アルミニウムを析出させるのに要する時間は、超微粒水酸化アルミニウムを、過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液中に添加してから、好ましくは2時間以上200時間以下、より好ましくは20時間以上150時間以下である。
得られた種子水酸化アルミニウムを含むアルミン酸ナトリウム水溶液スラリー中に過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液を添加することで、種子水酸化アルミニウム表面上に水酸化アルミニウムの析出が開始され、徐々に粒子径が大きくなり、粗水酸化アルミニウムが得られる。
種子水酸化アルミニウムを含むアルミン酸ナトリウム水溶液スラリーの濃度条件に関しては、種子水酸化アルミニウムの析出が終了しているため、過飽和Al2O3濃度が、後述する飽和濃度±15g/Lの範囲であることが好ましい。アルミン酸ナトリウム水溶液スラリー中のAl2O3濃度が飽和濃度+15g/Lを超えると、過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液を添加したときの過飽和Al2O3濃度が高くなり、種子水酸化アルミニウム表面上への水酸化アルミニウムの析出速度が速くなり、粗水酸化アルミニウム中に含まれるNa2O濃度が高くなることがある。
上記飽和濃度は下記式(3)から計算することができる。
a=C×exp〔6.2106−{(2486.7−1.0876×C)/(T+273)}〕 (3)
aは飽和Al2O3濃度(g/L)を表す。Cはアルミン酸ナトリウム水溶液中のNa2O濃度、すなわちNa2Oに換算し、重量基準で標記したNa濃度を表す。Tは液温(℃)を表す。
アルミン酸ナトリウム水溶液スラリーに含まれる種子水酸化アルミニウムの量およびアルミン酸ナトリウム水溶液スラリーに添加する過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液の添加量は、得られる粗水酸化アルミニウムの平均粒子径が4.0μm以上8.0μm以下、好ましくは5.0μm以上7.0μm以下となるように調整することが好ましい。一般に、種子水酸化アルミニウムの量に対して、過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液の添加量が過剰となれば、得られる粗水酸化アルミニウムの平均粒子径が8.0μmを超えることがあり、過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液の量が少ないと、得られる粗水酸化アルミニウムの平均粒子径が4.0μm未満となることがある。粗水酸化アルミニウムの平均粒子径が8μmを超えると、上述した粒子径分布を有する樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末が得られない。
本発明の方法における粗水酸化アルミニウムは洗浄されてもよく、例えば、フィルタープレス等によるろ過、スクリューデカンター等による遠心分離等により固液分離され、水により洗浄されてもよい。特に、洗浄に用いる水は、粗水酸化アルミニウム表面に付着した溶解ナトリウム分を効率的に除去できることから、60~90℃の温水が好ましい。
本発明の方法における粗水酸化アルミニウムは通常、凝集していて粒子径が大きいが、粗水酸化アルミニウムを粉砕することによって、上述した粒子径分布を有する樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末を得ることができる。
粗水酸化アルミニウムの粉砕は公知の方法で行うことができ、例えば、振動ミルやボールミルといった媒体を用いて粉砕する方法、スクリューデカンター等の連続遠心分離装置を用いて一定以上の遠心力により粉砕する方法、捏和機を用いて粉砕する方法等が挙げられる。しかし、媒体を用いた粉砕方法は粉砕強度が極めて強く、得られる水酸化アルミニウム粉末のD90/D10が6.0を超えてしまうことがある。そのため、媒体を用いて粉砕する方法は好ましくなく、連続遠心分離装置を用いて粉砕する方法、捏和機を用いて粉砕する方法が好ましい。これにより、樹脂への充填性に優れた樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末を得ることができる。
得られた樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末が1重量%以上水を含んでいる場合は、100℃以上の温度で乾燥させることが好ましい。乾燥は公知の方法で行うことができる。
(樹脂組成物および部材など)
本発明の水酸化アルミニウム粉末は、平均粒子径が小さく、粒子径分布がシャープであるにもかかわらず、Na2O含量が少なく、異方性が小さく、かつ粒子径分布に頻度極大を2つ以上有することから、各種樹脂への充填材として適している。
樹脂としては、例えば、ゴム、ポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂などが挙げられる。
本発明の水酸化アルミニウム粉末を各種樹脂に配合させた樹脂組成物の具体的な用途としては、例えば、プリント配線板やこれを構成するプリプレグなどの電子機器の電子部品等の部材の他、電線被覆材、ポリオレフィン成形材料、タイヤ、人造大理石などの建材などが挙げられる。
以下に実施例および比較例を挙げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの記載に限定されない。
なお、実施例および比較例における樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末の各物性の測定については、以下の方法で行った。
(1)平均粒子径、極大粒子径、極大頻度測定
レーザー散乱式粒子径分布測定装置〔日機装社製 「マイクロトラックHRAX−100」〕を用い、粉末を0.2重量%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液中に加え、測定可能濃度に調整した後、出力40Wの超音波を5分間照射した後に試料数2で測定し、その平均値から粒子径および粒子径分布曲線を求めた。平均粒子径は、50重量%相当粒子径(D50(μm))として求めた。微粒部分からの重量累積が10%、90%となる二次粒子径D10、D90についても、この粒子径分布から算出した。極大粒子径は、粒子径分布において、頻度極大を示す粒子径より求めた。頻度M1、M2(%)および頻度極大における極大粒子径D1、D2(μm)は[log(粒子径)]の刻み幅0.038としたときの値から求めた。
(2)粉末X線回折測定およびピークの強度比I(110)/I(002)
粉末X線回折測定装置〔リガク社製 「RINT−2000」〕を用い、X線源としてはCuを用い、以下の測定条件で実施した。
ステップ幅:0.02deg
スキャンスピード:0.04deg/sec
加速電圧:40kV
加速電流:30mA
上記測定条件で測定した結果と、JCPDSカード 70−2038(ギブサイトに相当)と対比し、(110)面と(002)面に相当するそれぞれのピークの高さからピーク強度比I(110)/I(002)を、求めた。また、JCPDSカード 70−2038と、JCPDSカード 74−1119(バイヤライトに相当)とを対比し、バイヤライトの(001)面とギブサイトの(002)面に相当するそれぞれのピークの高さからピーク強度比I(001)/I(002)をそれぞれ求めた。
(3)BET比表面積
JIS−Z−8830に規定された方法に従って、窒素吸着法により求めた。
(4)フタル酸ジオクチル吸油量(ml/100g;以下、DOP吸油量という。)
JIS−K−6221に規定された方法に従って、求めた。樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末のDOP吸油量が低いほど、樹脂への充填性が向上し、単位重量当りの樹脂に対してより多くの樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末を充填することができる。
(5)Na2O含有量
水酸化アルミニウム粉末中に含まれるNa2O含有量は、水酸化アルミニウム粉末を空気雰囲気下1100℃で2時間仮焼した後、JIS−R9301−3−9に規定された方法に従い求めた。
得られた種子水酸化アルミニウムは、BET比表面積は3.6m2/g、D50は1.8μm、D10は0.82μm、D90は3.2μm(D90/D10は3.9)、Na2O濃度は0.10重量%、ピーク強度比I(110)/I(002)は0.51であった。
この種子水酸化アルミニウムを含有するアルミン酸ナトリウム水溶液スラリーは、液中Al2O3濃度が飽和Al2O3濃度よりも6.5g/L低い濃度であり、固形分濃度は112g/Lであった。
このスラリー10容積部中に、Na2O濃度134g/L、Al2O3濃度136g/Lの過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液28容積部を連続的に添加し、D50が5.7μm、ピーク強度比I(110)/I(002)が0.55、Na2O濃度0.03重量%の粗水酸化アルミニウムを含むアルミン酸ナトリウム水溶液スラリーを得た。このスラリーをろ過により固液分離し、温水により洗浄後、含水率25重量%のウェット状態とした粗水酸化アルミニウムを、一軸式スクリュー型捏和機(宮崎鉄工(株)製 「MP−30−1」)に連続的に投入して粉砕した後、120℃で乾燥し、解砕して樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末を得た。
得られた樹脂充填用微粒水酸化アルミニウムは、D50は2.4μm、極大粒子径D1は1.2μm、D2は3.3μm、D90/D10は4.7、ピーク強度比I(110)/I(002)は0.36であり、Na2O濃度は0.03重量%であり、DOP吸油量は40ml/100gであった。また、粉末X線回折測定の結果から、得られた樹脂充填用微粒水酸化アルミニウムは、ギブサイト型水酸化アルミニウムであった。
得られた種子水酸化アルミニウムは、BET比表面積は3.7m2/g、D50は1.7μm、D10は0.76μm、D90は3.1μm(D90/D10は4.1)、Na2O濃度は0.09重量%、ピーク強度比I(110)/I(002)は0.50であった。この種子水酸化アルミニウムを含有するアルミン酸ナトリウム水溶液スラリーは、過飽和Al2O3濃度が7.9g/Lであり、固形分濃度は111g/Lであった。
このスラリー10容積部中に、Na2O濃度139g/L、Al2O3濃度142g/Lの過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液27容積部を連続的に添加し、D50が5.3μm、ピーク強度比I(110)/I(002)が0.54、Na2O濃度0.03重量%の粗水酸化アルミニウムを含むアルミン酸ナトリウム水溶液スラリーを得た。このスラリーをろ過により固液分離し、温水により洗浄後、含水率25重量%のウェット状態とした粗水酸化アルミニウムを、一軸式スクリュー型捏和機(宮崎鉄工(株)製 「MP−30−1」)に連続的に投入して粉砕した後、120℃で乾燥し、解砕して樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末を得た。
得られた樹脂充填用微粒水酸化アルミニウムは、D50は2.8μm、極大粒子径D1は1.2μm、D2は3.6μm、D90/D10は5.1、ピーク強度比I(110)/I(002)は0.39であり、Na2O濃度0.03重量%であり、DOP吸油量は41ml/100gであった。また、粉末X線回折測定の結果から、得られた樹脂充填用微粒水酸化アルミニウムは、ギブサイト型水酸化アルミニウムであった。
(比較例1) 実施例2と同様の方法によって合成した、D50が5.3μm、ピーク強度比I(110)/I(002)が0.54、Na2O濃度0.03重量%の粗水酸化アルミニウムを含むアルミン酸ナトリウム水溶液スラリーを、水平型デカンター〔シャープレス・スーパーデカンター P−660;巴工業社製〕を用いて4回洗浄を行った。洗浄後の水酸化アルミニウムスラリーをろ過により固液分離した後、120℃で乾燥し、解砕して樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末を得た。
得られた樹脂充填用微粒水酸化アルミニウムは、D50は3.1μm、極大粒子径D1は1.2μm、D2は3.9μm、D90/D10は4.7、ピーク強度比I(110)/I(002)は0.53、Na2O含有量は0.03重量%であり、DOP吸油量は45ml/100gであった。また、粉末X線回折測定の結果から、得られた樹脂充填用微粒水酸化アルミニウムは、ギブサイト型水酸化アルミニウムであった。
(比較例2) 実施例1で得られた中和ゲルを、Na2O濃度144g/L、過飽和Al2O3濃度70g/Lのアルミン酸ナトリウム水溶液中に、液中のAl量に対して中和ゲル中に含まれるAl量が1重量%となるように添加し、定温下90時間撹拌して超微粒水酸化アルミニウムを成長させ、種子水酸化アルミニウムを含むアルミン酸ナトリウム水溶液スラリーを得た。
得られた種子水酸化アルミニウムは、BET比表面積は3.4m2/g、D50は2.0μm、D10は0.87μm、D90は3.4μm(D90/D10は3.9)、Na2O濃度は0.14重量%、ピーク強度比I(110)/I(002)は0.50であった。この種子水酸化アルミニウムを含有するアルミン酸ナトリウム水溶液スラリーは、液中過飽和Al2O3濃度は2.6g/Lであり、固形分濃度は117g/Lであった。
このスラリー10容積部中に、Na2O濃度143g/L、Al2O3濃度145g/Lの過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液23容積部を連続的に添加し、D50が5.9μm、Na2O濃度0.04重量%、ピーク強度比I(110)/I(002)が0.54の粗水酸化アルミニウムを含むアルミン酸ナトリウム水溶液スラリーを得た。このスラリーをろ過により固液分離した後、温水にて洗浄、乾燥して粗水酸化アルミニウム粉末を得た。 この粗水酸化アルミニウム粉末100重量部と、15mmφのアルミナボール3900重量部を3Lの容器に入れ、振幅3mmの条件で振動ミルにより粉砕した。粉砕後、アルミナボールと分離して樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末を得た。
この樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末は、D50は2.8μm、極大粒子径D1は1.3μm、D2は3.6μm、D90/D10は6.4、ピーク強度比I(110)/I(002)は0.37であり、Na2O濃度0.04重量%であり、DOP吸油量は49ml/100gであった。また、粉末X線回折測定の結果から、得られた樹脂充填用微粒水酸化アルミニウムは、ギブサイト型水酸化アルミニウムであった。
(比較例3) 実施例2において合成した、D50が1.7μm、Na2O濃度が0.09重量%の種子水酸化アルミニウム3重量部と、実施例2における過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液を連続的に添加している途中に採取した、D50が3.3μm、Na2O濃度が0.06重量%の粗水酸化アルミニウム7重量部を混合した樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末を調製した。
この樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末は、D50は2.9μm、極大粒子径D1は1.3μm、D2は3.6μm、D90/D10は5.3、ピーク強度比I(110)/I(002)は0.55であり、Na2O濃度は0.07重量%であり、DOP吸油量は74ml/100gであった。また、粉末X線回折測定の結果から、得られた樹脂充填用微粒水酸化アルミニウムは、ギブサイト型水酸化アルミニウムであった。
(比較例4)
D50が2.5μm、Na2O濃度が0.04重量%、ピーク強度比I(110)/(002)が0.54の水酸化アルミニウム粉末30重量部を、純水70重量部と混合し、水酸化アルミニウムスラリーを調整し、アペックスミル(寿工業(株)製 「AM−1」)にて粉砕を行った。なお、粉砕条件は以下の通りである。
粉砕メディア:1mmΦジルコニアビーズ 800ml
ミル回転数 :1900rpm
流量 :1L/min
粉砕回数 :3回
粉砕後の水酸化アルミニウムは、BET比表面積は8.8m2/g、D50は1.5μm、D10は0.76μm、D90は2.9μm(D90/D10は3.8)、Na2O濃度は0.04重量%、ピーク強度比I(110)/(002)は0.28であった。
この水酸化アルミニウムスラリーを濃縮し、固形分濃度50重量%のスラリーとして、Na2O濃度135g/L、過飽和Al2O3濃度6g/Lのアルミン酸ナトリウム水溶液中10容積部に、固形分換算で1.3重量部添加し、種子水酸化アルミニウムを含むアルミン酸ナトリウム水溶液スラリーを調製した。このスラリーにNa2O濃度128g/L、Al2O3濃度128g/Lの過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液8容積部を徐々に添加して、樹脂充填用微粒水酸化ナトリウム粉末を析出させた。このアルミン酸ナトリウム水溶液スラリーをろ過、洗浄、乾燥して樹脂充填用微粒水酸化ナトリウム粉末を得た。
この樹脂充填用微粒水酸化ナトリウム粉末は、D50は1.0μm、極大粒子径D1は1.3μm、D2は3.6μm、D90/D10は4.8、ピーク強度比I(110)/(002)は0.22であり、DOP吸油量は65ml/100gであった。粉末X線回折測定の結果から、得られた樹脂充填用微粒水酸化アルミニウムは、ギブサイト型水酸化アルミニウムであった。
Claims (7)
- 結晶構造がギブサイトであり、
レーザー散乱法によって測定された粒子径分布において、平均粒子径が2.0μm以上4.0μm以下であり、
微粒部分からの重量累積が10%となる二次粒子径D10および90%となる二次粒子径D90の比D90/D10が4.0以上6.0以下であり、
0.5μm以上、5.0μm以下の粒子径範囲Iに2つ以上の頻度極大を有し、
前記粒子径範囲Iにある頻度極大のうち最も大きな極大粒子径を有する頻度極大の極大粒子径をD2とし、最も小さな極大粒子径を示す頻度極大の極大粒子径をD1としたとき、D2およびD1が式(1)
2×D1 ≦ D2 ≦ 4×D1 (1)を満足し、
粉末X線回折測定による結晶面(110)と(002)のピークの強度比I(110)/I(002)が0.30以上0.45以下であり、
全ナトリウム含有量がNa2O換算で0.10重量%以下である樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末。 - シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸、脂肪酸エステルまたはシリケート化合物によって表面処理された請求項1に記載の水酸化アルミニウム粉末。
- 工程(a)及び(b)を含む樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末の製造方法。
(a)BET比表面積が2.0m2/g以上5.0m2/g以下、レーザー散乱法によって測定された粒子径分布における平均粒子径が1.0μm以上3.0μm以下、全ナトリウム含有量がNa2O換算で0.20重量%以下、結晶面(110)と(002)のピークの強度比I(110)/I(002)が0.45よりも大きな種子水酸化アルミニウムを含むアルミン酸ナトリウム水溶液スラリーに、過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液を添加して、粉末X線回折測定による結晶面(110)と(002)のピークの強度比I(110)/I(002)が0.45よりも大きい粗水酸化アルミニウムを析出させる。
(b)前記粗水酸化アルミニウムを粉砕して得られる樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末は、レーザー散乱法によって測定された粒子径分布において、微粒部分からの重量累積が10%となる二次粒子径D10および90%となる二次粒子径D90の比D90/D10が4.0以上6.0以下であり、かつ、粉末X線回折測定による結晶面(110)と(002)のピークの強度比I(110)/I(002)が0.30以上0.45以下である。 - 前記種子水酸化アルミニウムは、レーザー散乱法によって測定された粒子径分布において微粒部分からの重量累積で10%となる二次粒子径D10および90%となる二次粒子径D90の比D90/D10が2.0以上5.0以下である請求項3に記載の方法。
- 樹脂と、請求項1または2に記載の樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末を含有する樹脂組成物。
- 請求項5に記載の樹脂組成物を含有するプリプレグ。
- 請求項5に記載の樹脂組成物を含有するプリント配線板。
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