WO2020226077A1 - 潜在性硬化触媒及びそれを含む樹脂組成物 - Google Patents

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zirconium phosphate
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phosphate fine
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下村 修
一希 岩谷
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing zirconium phosphate fine particles containing a latent curing catalyst, a resin composition containing the same, and a curing accelerator.
  • Zirconium ⁇ -zirconium forms a layered structure by cross-linking the phosphates above and below the zirconium atomic plane. It is known that zirconium phosphate intercalates basic compounds such as amine compounds between layers by utilizing the properties of the interlaminar phosphoric acid group as a solid acid (for example, non-patent documents). See 1 and 2).
  • a curing accelerator that can store a mixture of an epoxy resin and a curing accelerator under room temperature conditions and has the characteristic that it becomes active only by an external stimulus such as heat or light during curing and the curing progresses is called a latent curing catalyst. ..
  • Various latent curing catalysts have been developed, but so far, an amine compound used as an epoxy resin curing accelerator has been intercalated between layers of layered zirconium phosphate, and one with the resin. It has been reported that it is used as a latent curing catalyst that is liquefied and stored, that is, the reaction does not proceed under storage conditions and is inactive, and the reaction proceeds only under heating conditions (see, for example, Patent Documents 1 to 5).
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-101397 Japanese Unexamined Patent Publication No. 09-003166
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 07-149874 Japanese Unexamined Patent Publication No. 07-25989 Japanese Unexamined Patent Publication No. 06-025388
  • the latent curing catalyst obtained by intercalating a conventional amine compound with zirconium phosphate as described in Patent Documents 1 to 5 has excellent storage stability, but the curing reaction is not performed unless the temperature is 100 ° C. or higher. There was a problem that it was not suitable for use in materials with low heat resistance.
  • a one-component adhesive that is thermoset at a relatively low temperature specifically, a low temperature lower than 100 ° C. is used.
  • An object of the present invention is to provide a latent curing catalyst having excellent storage stability and capable of performing a curing reaction at a low temperature of less than 100 ° C., and a resin composition containing the same.
  • the first embodiment of the present invention is a latent curing catalyst containing zirconium phosphate fine particles containing a curing accelerator, and the zirconium phosphate fine particles containing the curing accelerator are 10 in powder X-ray diffraction. It is a latent curing catalyst that does not have a sharp peak of crystallinity at a diffraction angle (2 ⁇ ) in the range of ° to 40 ° and has a broad halo pattern.
  • the second embodiment of the present invention is a resin composition containing (A) an epoxy resin and (B) a latent curing catalyst of the first embodiment.
  • a third embodiment of the present invention is an adhesive containing the resin composition of the second embodiment.
  • a fourth embodiment of the present invention is a film containing the resin composition of the second embodiment.
  • the fifth embodiment of the present invention is a cured product obtained by curing the resin composition of the second embodiment.
  • a sixth embodiment of the present invention is a method for producing a cured product, which comprises a step of curing the resin composition of the second embodiment.
  • the seventh embodiment of the present invention is (A) A step of dissolving a fatty acid zirconium salt or zirconium alkoxide in a solvent to obtain a solution. (B) A step of mixing the solution obtained in the step (a) with phosphoric acid to obtain zirconium phosphate fine particles.
  • a method for producing zirconium phosphate fine particles containing a curing accelerator which comprises a step of mixing the medium containing the zirconium phosphate fine particles and a curing accelerator to obtain zirconium phosphate fine particles containing a curing accelerator. is there.
  • a latent curing catalyst having excellent storage stability and capable of performing a curing reaction at a low temperature of less than 100 ° C., a resin composition containing the same, and an adhesive and a film containing the resin composition.
  • a resin composition containing the same containing the same
  • an adhesive and a film containing the resin composition can be provided.
  • the zirconium phosphate fine particles containing the curing accelerator as the latent curing catalyst of the present invention have a very small average particle size, they can penetrate into a narrow gap and are used for adhesion and sealing of a narrow gap. can do.
  • a latent curing catalyst and a latent curing catalyst that are excellent in storage stability, can carry out a curing reaction at a low temperature of less than 100 ° C., and can be used for adhesion and sealing of narrow gaps, and A resin composition containing the same, and an adhesive and a film containing the resin composition can be provided.
  • a method for producing zirconium phosphate fine particles containing a curing accelerator that is excellent in storage stability and can be used as a latent curing catalyst capable of performing a curing reaction at a low temperature of less than 100 ° C. can be provided.
  • FIG. 9 is a powder X-ray diffraction pattern of zirconium phosphate fine particles containing the curing accelerator of Example A.
  • FIG. 1-1 is a powder X-ray diffraction pattern of zirconium phosphate fine particles containing a curing accelerator containing a solvent.
  • FIG. 1-2 is a powder X-ray diffraction pattern of zirconium phosphate fine particles containing a curing accelerator from which a solvent has been removed.
  • 6 is a TEM photograph of the zirconium phosphate fine particles containing the curing accelerator of Example A, taken in an arbitrary range of about 400 nm ⁇ about 600 nm. It is a powder X-ray diffraction pattern of amine-containing zirconium phosphate crystalline particles produced according to the method described in JP-A-2014-101397.
  • the latent curing catalyst according to the first embodiment of the present invention is a latent curing catalyst containing zirconium phosphate fine particles containing a curing accelerator, and the zirconium phosphate fine particles containing the curing accelerator are powders.
  • zirconium phosphate fine particles containing a curing accelerator can be used as it is as a latent curing catalyst.
  • the latent curing catalyst of the present embodiment has excellent storage stability and can carry out a curing reaction at a low temperature of less than 100 ° C. Further, since the latent curing catalyst of the present embodiment has a very small average particle size, it can penetrate into a narrow gap and can be used for bonding or sealing a narrow gap.
  • the zirconium phosphate fine particles containing the curing accelerator in the present embodiment have low crystallinity and have a sharp peak of crystallinity at a diffraction angle (2 ⁇ ) in the range of 10 ° to 40 ° in powder X-ray diffraction. Instead, it has a broad halo pattern.
  • the powder X-ray diffraction pattern substantially the same as that of FIG. 1 is shown.
  • the diffraction peak intensity in the experimental pattern may vary and vary due to the preferred orientation in the prepared sample, as is known in the art.
  • the layered zirconium phosphate in which the conventional curing accelerator is intercalated between layers for example, the layered zirconium phosphate and the curing accelerator are mixed and reacted at room temperature to 40 ° C. for about 1 hour to 1 month.
  • the layered zirconium phosphate and the curing accelerator are mixed and reacted at room temperature to 40 ° C. for about 1 hour to 1 month.
  • the layered zirconium phosphate and the curing accelerator are mixed and reacted at room temperature to 40 ° C. for about 1 hour to 1 month.
  • the particle size of zirconium phosphate having a layered structure can be controlled by the production method thereof, and the particle size of the plate surface is usually 1 ⁇ m to 100 ⁇ m (note that zirconium phosphate having a layered structure is usually flat.
  • Zirconium phosphate having a layered structure can be produced, for example, by mixing zirconium chloride octahydrate and an aqueous phosphate solution and reacting them (L. Sun, WJ Boo, H.-J. Sue). , A. Clearfield, New J. Chem., 31, 39 (2007)).
  • the zirconium phosphate fine particles containing the curing accelerator in the present invention can be obtained by mixing the zirconium phosphate fine particles and the curing accelerator.
  • the series of reactions for obtaining zirconium phosphate fine particles containing a curing accelerator in the present invention is not particularly limited in external temperature, and can be carried out, for example, from room temperature to 40 ° C.
  • the zirconium phosphate fine particles are different from the conventional method for producing zirconium phosphate having a layered structure. For example, a fatty acid zirconium salt or zirconium alkoxide is dissolved in a solvent to obtain a solution, and then the solution and phosphoric acid are mixed. You can get it by doing.
  • the zirconium phosphate fine particles thus obtained have a layered structure, the interlayer distance thereof is wide and the crystallinity is low, and the average particle size thereof is 1 nm to 500 nm. Since the zirconium phosphate fine particles in the zirconium phosphate fine particles containing the curing accelerator in the present invention have low crystallinity, the curing accelerator intercalated between the layers is easily activated, for example, at 60 ° C. or higher, preferably. It is considered that the curing accelerator is activated even by a low temperature thermal stimulus of 70 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, and the curing reaction can be carried out at a low temperature.
  • the zirconium phosphate fine particles containing the curing accelerator in the present invention have a very small average particle diameter of 1 nm to 500 nm, they can penetrate into a narrow gap and can be used for adhesion and sealing of a narrow gap. Can be done.
  • the method for producing zirconium phosphate fine particles containing a curing accelerator in the present invention is (A) A step of dissolving a fatty acid zirconium salt or zirconium alkoxide in a solvent to obtain a solution. (B) A step of mixing the solution obtained in the step (a) with phosphoric acid to obtain zirconium phosphate fine particles. (C) The step of mixing the medium containing the zirconium phosphate fine particles and the curing accelerator to obtain the zirconium phosphate fine particles containing the curing accelerator is included.
  • a method for producing zirconium phosphate fine particles containing a curing accelerator is an embodiment of the present invention.
  • a fatty acid zirconium salt or zirconium alkoxide is dissolved in a solvent to obtain a solution.
  • the fatty acid zirconium salt is a zirconium salt of a fatty acid, and may be a zirconium salt of a monofatty acid or a zirconium salt of a polyfatty acid such as a difatty acid.
  • a fatty acid having 1 to 6 carbon atoms is preferable, and examples thereof include acetic acid, propionic acid, isobutyric acid, butyric acid, isovaleric acid, valeric acid, caproic acid, and lactic acid.
  • the fatty acid zirconium salt is preferably zirconium propionate.
  • the solvent may be any one that can dissolve fatty acid zirconium salts or zirconium alkoxides, for example, alcohols such as methanol, ethanol, propanol and butanol; esters such as ethyl acetate and methyl acetate; acetone, 2-butanone and the like.
  • examples include ketones; ethers such as diethyl ether, dimethyl ether, diisopropyl ether, tetrahydrofuran; amides such as dimethylformamide and dimethylacetamide; dimethylsulfoxide, N-methylpyrrolidone, acetonitrile, chloroform, dichloromethane and the like; and mixtures of these solvents.
  • alcohol or ester is preferable.
  • the solution obtained in the step (a) and phosphoric acid are mixed to obtain zirconium phosphate fine particles.
  • the molar ratio of zirconium to phosphoric acid in the zirconium phosphate fine particles can be adjusted by the amount of phosphoric acid used, and the amount of phosphoric acid used is, for example, 1 per mole of fatty acid zirconium salt or zirconium alkoxide. It is mol or more, preferably 2 mol or more, and 10 mol or less, preferably 7 mol or less.
  • the solution obtained in the step (a) and the phosphoric acid are mixed, for example, by adding phosphoric acid to the solution obtained in the step (a) and stirring the mixture.
  • zirconium phosphate fine particles are precipitated as a transparent gel.
  • the precipitated zirconium phosphate fine particles contain the solvent used in the production. If necessary, the precipitated zirconium phosphate fine particles may be washed and the solvent may be replaced with another solvent.
  • alkanes such as hexane and heptane
  • aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene
  • the solvent containing the zirconium phosphate fine particles can be used as the medium containing the zirconium phosphate fine particles used in the next step (C).
  • the zirconium phosphate fine particles containing the curing accelerator can be obtained by mixing the medium containing the zirconium phosphate fine particles with the curing accelerator.
  • the medium containing the zirconium phosphate fine particles and the curing accelerator are mixed, for example, by adding the curing accelerator dissolved in a solvent to the medium containing the zirconium phosphate fine particles and stirring for 30 minutes to 24 hours. be able to.
  • the solvent for dissolving the curing accelerator in addition to the solvent used in the step (a), alkanes such as hexane and heptane and aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene can also be used, but preferably.
  • the zirconium phosphate fine particles containing the curing accelerator are gel-like substances containing a solvent, and therefore, the solvent in the zirconium phosphate fine particles containing the curing accelerator can be removed by drying as necessary. Can be removed.
  • the zirconium phosphate fine particles containing a curing accelerator can be used as a latent curing catalyst in either a state containing a solvent or a state in which the solvent is removed.
  • the zirconium phosphate fine particles can usually contain a curing accelerator up to a saturated state of 1 equivalent with respect to 1 equivalent of the phosphoric acid group of the zirconium phosphate fine particles. Therefore, the amount of the curing accelerator used when mixing the medium containing the zirconium phosphate fine particles with the curing accelerator is 0.5 equivalent to 1.5 equivalents with respect to 1 equivalent of the phosphoric acid group of the zirconium phosphate fine particles. preferable. This makes it possible to prepare a latent curing catalyst containing 1 to 50% by mass of a curing accelerator.
  • the curing accelerator contained in the zirconium phosphate fine particles containing the curing accelerator has an action of lowering the activation energy of the curing reaction of the epoxy resin, and is a compound known as a curing accelerator of the epoxy resin. Any can be used if any. Among them, a curing accelerator having basicity is preferable because it has a great effect of enhancing the storage stability of the resin composition.
  • Preferred examples of the curing accelerator are imidazole, 2-methylimidazole, 2-undecyl imidazole, 2-heptadecyl imidazole, 1,2-dimethyl imidazole, 2-ethyl-4-methyl imidazole, 2-phenyl imidazole, benzo.
  • Aminomethyl) phenol tridimethylaminomethylphenol, triethanolamine, benzyldimethylamine, hexamethylenetetramine, triethylenediamine, quinoline, N-methylmorpholine, dimethylaniline, dimethylcyclohexylamine, 1,8-diazabicyclo (5,4) 0) -7-Undecene-7 (DBU), 1,5-diazabicyclo (4,3,0) -5-nonen (DBN), 1,1,3,3-tetramethylguadinin, 1,4-diaza -Primary amine compounds such as bicyclo (2,2,2) octane (DABCO); and triphenylphosphine (TPP) and the like.
  • imidazole compounds and tertiary amine compounds are more preferable because those having excellent physical properties such as heat resistance and electrical properties of the cured product can be easily obtained. These can be used alone or in combination of two or more.
  • the curing accelerator in the present invention is preferably a basic curing accelerator, more preferably an imidazole compound, and further preferably 1,2-dimethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-. It is methylimidazole.
  • the zirconium phosphate fine particles containing the curing accelerator in the present embodiment have an average particle diameter of 1 nm to 500 nm, preferably 5 nm to 450 nm, and more preferably 10 nm to 400 nm.
  • the average particle size of zirconium phosphate fine particles containing a curing accelerator is the particle size (length of the plate surface) of 20 arbitrary particles on a transmission electron microscope (TEM). It is the average value when the shaft length) is measured.
  • the shape of the zirconium phosphate fine particles containing the curing accelerator of the present invention is not particularly limited, but usually takes the shape of flat particles.
  • the zirconium phosphate fine particles containing the curing accelerator of the present invention partially contain a fatty acid zirconium salt or zirconium alkoxide used as a raw material in the production. As a result, it is considered that the interlayer distances of the zirconium phosphate fine particles become uneven, the width is formed, and the crystallinity is lowered.
  • the amount of the fatty acid zirconium salt or zirconium alkoxide contained in the zirconium phosphate fine particles containing the curing accelerator is, for example, 0.01 mol to 0.8 mol, preferably 0. mol, with respect to 1 mol of zirconium in the zirconium phosphate fine particles. It is 05 mol to 0.5 mol.
  • the presence or amount of fatty acid zirconium salt or zirconium alkoxide contained in the zirconium phosphate fine particles containing a curing accelerator is, for example, time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMs) or magic angle spinning (MAS) nuclear magnetic resonance. It can be confirmed by resonance spectroscopy (NMR) or the like.
  • the resin composition according to the second embodiment of the present invention is a one-component epoxy resin composition containing (A) an epoxy resin and (B) a latent curing catalyst of the first embodiment.
  • epoxy resin of the present invention one carbon atom of the epoxy ring is a primary carbon atom from the viewpoint of reactivity with a curing accelerator.
  • the epoxy resin is preferably liquid at room temperature (25 ° C. ⁇ 5 ° C.). However, it is also possible to dilute a solid epoxy resin at room temperature with a diluent or the like to make it liquid.
  • any one of a monoepoxy compound, a polyvalent epoxy compound, or a mixture thereof is used.
  • the monoepoxy compound include glycidyl butyl ether, glycidyl hexyl ether, glycidyl phenyl ether, glycidyl allyl ether, glycidyl para-tert-butyl phenyl ether, ethylene oxide, propylene oxide, paraxysilyl glycidyl ether, glycidyl acetate, and glycidyl butyrate.
  • examples thereof include glycidyl hexoate and glycidyl benzoate.
  • polyvalent epoxy compound examples include bisphenol A, bisphenol F, bisphenol AD, bisphenol S, tetramethylbisphenol A, tetramethylbisphenol F, tetramethylbisphenol AD, tetramethylbisphenol S, tetrabromobisphenol A, and tetrachlorobisphenol A.
  • Bisphenol-type epoxy resin obtained by glycidylating bisphenols such as tetrafluorobisphenol A; Epoxy resin obtained by glycidylizing other divalent phenols such as biphenol, dihydroxynaphthalene, and 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene; Trisphenols such as 1,1,1-tris (4-hydroxyphenyl) methane, 4,4- (1- (4- (1- (4-hydroxyphenyl) -1-methylethyl) phenyl) ethylidene) bisphenol Glysidylated epoxy resin; glycidylated epoxy resin of tetrakisphenols such as 1,1,2,2, -tetrakis (4-hydroxyphenyl) ethane; phenol novolac, cresol novolac, bisphenol A novolac, brominated phenol novolac , Novolac-type epoxy resin obtained by glycidylizing novolaks such as brominated bisphenol A
  • Ether ester type epoxy resin obtained by glycidylating hydroxycarboxylic acids such as p-oxybenzoic acid and ⁇ -oxynaphthoic acid; Ester type epoxy resin obtained by glycidylizing polycarboxylic acids such as phthalic acid and terephthalic acid; 4,4 Examples thereof include glycidylated products of amine compounds such as diaminodiphenylmethane and m-aminophenol, and glycidyl type epoxy resins such as glycidyl type epoxy resins such as amine type epoxy resins such as triglycidyl isocyanurate. In the present invention, a bisphenol type epoxy resin is preferable. As the epoxy resin, any one of the above-mentioned epoxy resins may be used, or two or more of them may be used in combination.
  • the content of the epoxy resin (A) in the resin composition of the present invention is preferably 2 to 80% by mass, more preferably 2.5 to 70% by mass, and further preferably 3 to 60% by mass. When the content of the epoxy resin (A) in the resin composition is within the above range, a desired cured product can be obtained.
  • (B) Latent Curing Catalyst The (B) Latent Curing Catalyst in the resin composition according to the second embodiment of the present invention is the latent curing catalyst according to the first embodiment of the present invention.
  • the curing accelerator in the latent curing catalyst is preferably a basic curing accelerator, more preferably an imidazole compound, and further preferably 1,2-dimethylimidazole, 2-ethyl-4-. Examples thereof include methyl imidazole and 2-methyl imidazole.
  • the amount of (B) latent curing catalyst (solvent-free) in the epoxy resin composition is 0.1 to 50% by mass with respect to 100 parts by mass in total of components other than solid components such as fillers and pigments. It is preferably%, more preferably 1 to 45% by mass, and particularly preferably 3 to 40% by mass.
  • the resin composition of the present invention may contain additives in addition to (A) epoxy resin and (B) latent curing catalyst, if necessary, as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • the additive include (B) a curing agent other than the latent curing catalyst, a filler, a diluent, a solvent, a pigment, a flexibility-imparting agent, a coupling agent, an antioxidant, and a thixo-imparting agent. , Dispersant.
  • the resin composition of the present invention may contain (C) a curing agent other than (B) a latent curing catalyst as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • Examples of the (C) curing agent other than the (B) latent curing catalyst include a phenol-based curing agent, an acid anhydride, and a thiol-based curing agent.
  • the phenolic curing agent refers to all monomers, oligomers, and polymers having a phenolic hydroxyl group. Specifically, phenol novolac resin and its alkylated or allylated products, cresol novolak resin, phenol aralkyl (including phenylene and biphenylene skeleton) resin, naphthol aralkyl resin, triphenolmethane resin, dicyclopentadiene type phenol resin, etc., and A combination of these can be used.
  • acid anhydrides examples include tetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, methyltetrahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, methylnadic acid anhydride, hydride methylnadic acid anhydride, and trialkyltetrahydrophthalic anhydride.
  • an aliphatic polythiol compound an aromatic polythiol compound, a thiol-modifying reactive silicone oil compound, or a combination thereof can be used.
  • the amount of (C) curing agent is the equivalent ratio of the active group of (C) the curing agent to the epoxy group of (A) epoxy resin. Is preferably 0.05 to 1.5, and more preferably 0.1 to 1.2.
  • the method for producing the resin composition of the present invention is not particularly limited, but for example, (A) epoxy resin, (B) latent curing catalyst, and additives that can be used as needed are used simultaneously or separately. It can be obtained by stirring, melting, mixing, and dispersing while adding heat treatment if necessary.
  • the device for mixing, stirring, dispersing, etc. is not particularly limited, but a Raikai machine equipped with a stirring and heating device, a three-roll mill, a ball mill, a planetary mixer, a bead mill, and the like can be used. .. Moreover, you may use these devices in combination as appropriate.
  • the resin composition of the present invention since the (B) latent curing catalyst does not cause the curing reaction of the (A) epoxy resin at room temperature, the resin composition of the present invention has good storage stability at room temperature. The pot life is long. Then, the (B) latent curing catalyst in the resin composition of the present invention is (B) a latent curing catalyst by heating to a temperature of, for example, 60 ° C. or higher, preferably 70 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher. The curing accelerator inside can be activated and cause a curing reaction of (A) epoxy resin.
  • a latent curing catalyst obtained by intercalating a conventional curing accelerator with crystalline zirconium phosphate could not carry out a curing reaction unless the temperature was 100 ° C. or higher (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-101397). See publication).
  • the curing accelerator intercalated between layers is easily activated due to the low crystallinity of the zirconium phosphate fine particles containing the curing accelerator, which is less than 100 ° C. It is considered that the curing accelerator is activated even by low-temperature thermal stimulation, and the curing reaction can be carried out at low temperature.
  • the resin composition of the present invention can be bonded by heating to a temperature of, for example, 60 ° C. or higher, preferably 70 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, so that the image sensor module or electronic component can be bonded. It is suitable as a one-component adhesive used during manufacturing.
  • the resin composition of the present invention also proceeds with the curing reaction at a high temperature without any problem, and the upper limit of the curing temperature is, for example, 200 ° C. or lower, preferably 180 ° C. or lower, and more preferably 150 ° C. or lower. is there.
  • the zirconium phosphate fine particles containing the curing accelerator in the (B) latent curing catalyst of the present invention have a very small average particle diameter of 1 nm to 500 nm, they can penetrate into a narrow gap. Therefore, the resin composition of the present invention can be used for bonding and sealing narrow gaps, and is useful as an adhesive and a sealing material used in the manufacture of semiconductor devices. Therefore, an adhesive containing the resin composition of the second embodiment is also an embodiment of the present invention.
  • film-like adhesives which are advantageous for miniaturization and densification of support members, are widely used as adhesives for die bonding, interlayer bonding, semiconductor encapsulation, and the like. Since the average particle size of the zirconium phosphate fine particles containing the curing accelerator contained in the resin composition of the present invention is as small as 1 nm to 500 nm, it is possible to make a film having a thickness of 1 ⁇ m or less, and a thin layer. It is highly useful when a film-like adhesive is required. Therefore, a film containing the resin composition of the second embodiment is also an embodiment of the present invention.
  • a cured product obtained by curing the resin composition of the present invention is also an embodiment of the present invention.
  • the method for producing a cured product includes a step of curing the resin composition. Curing of the resin composition can be performed, for example, by heating to a temperature of 60 ° C. or higher, preferably 70 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher. The heating time is not particularly limited, but is about 30 minutes to 24 hours.
  • the resin composition or cured product of the present invention can be used for various purposes such as paints, civil engineering and construction, electricity, transportation equipment, medical care, packaging, textiles, sports and leisure. Can be used in the field.
  • adherend to which the epoxy resin composition or cured epoxy resin of the present invention can be applied include metal, glass, plastic, mortar, concrete, rubber, wood, leather, cloth, and paper.
  • the powder X-ray diffraction pattern of zirconium phosphate fine particles containing a curing accelerator was measured with an X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku Co., Ltd.) measuring using CuK ⁇ radiation.
  • the zirconium phosphate fine particles containing the curing accelerator containing a solvent were measured under the following conditions of X-ray powder diffraction. Scanning speed: 10.0 degrees / minute. Target: CuK ⁇ . Voltage: 40 kV. Current: 40mA. Scanning range: 3-40.0 degrees. Sampling width: 0.100 degrees.
  • the zirconium phosphate fine particles containing the curing accelerator from which the solvent had been removed were measured under the following conditions of X-ray powder diffraction. Scanning speed: 2.00 degrees / minute. Target: CuK ⁇ . Voltage: 40kV. Current: 40mA. Scanning range: 3-40.0 degrees. Sampling width: 0.0200 degrees.
  • the powder X-ray diffraction pattern of zirconium phosphate fine particles containing a curing accelerator is shown in FIG.
  • FIG. 1-1 is a powder X-ray diffraction pattern of zirconium phosphate fine particles containing a curing accelerator containing a solvent.
  • FIG. 1-2 is a powder X-ray diffraction pattern of zirconium phosphate fine particles containing a curing accelerator from which a solvent has been removed.
  • zirconium phosphate fine particles containing a curing accelerator take a TEM photograph in an arbitrary range of about 400 nm ⁇ about 600 nm using a transmission electron microscope (TEM) (manufactured by FEI COMPANY, model number: Titan Cubed G2 60-300). However, the average value when measuring the particle diameter (major axis length of the plate surface) of 20 arbitrary particles that were not aggregated was taken as the average particle diameter. The average particle size of the zirconium phosphate fine particles containing the curing accelerator by TEM observation was 20 nm. A TEM photograph of zirconium phosphate fine particles containing a curing accelerator is shown in FIG.
  • the prepared epoxy resin composition was measured for viscosity (Pa ⁇ s) at 25 ° C. at 50 rpm using a rotary viscometer HBDV-1 (using a spindle SC4-14) manufactured by Brookfield Co., Ltd. to obtain an initial viscosity.
  • the epoxy resin composition is placed in a closed container and stored at 25 ° C., and the viscosity after 0 hours, 6 hours, and 30 hours is measured by the same procedure, and the thickening rate (thickness thickening rate) which is an index of pot life ( The thickening rate after storage for 0 hours, 6 hours, and 30 hours) was determined.
  • the measurement results are shown in Table 1 below.
  • the pot life preferably has a thickening rate of 2 times or less after storage.
  • the resin compositions of Examples 1 to 4 containing the latent curing catalyst of the present invention are good at any curing temperature of 80 ° C., 100 ° C., 120 ° C. and 150 ° C. It showed curability.
  • none of the resin compositions of Comparative Examples 1 to 4 containing the latent curing catalyst of the present invention and containing the conventional amine-containing zirconium phosphate crystalline particles did not cure at the curing temperature of 80 ° C. Further, the resin compositions of Examples 1 to 4 were excellent in pot life as well as the conventional products.

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Abstract

本発明は、保存安定性に優れ、かつ100℃未満の低温で硬化反応を行うことができる潜在性硬化触媒、及びそれを含む樹脂組成物を提供することを課題とする。本発明は、硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子を含む潜在性硬化触媒であって、前記硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子は、粉末X線回折において、10°~40°の範囲内の回折角(2θ)に結晶性のシャープなピークを有さず、ブロードなハローパターンを有する、潜在性硬化触媒を提供する。

Description

潜在性硬化触媒及びそれを含む樹脂組成物
 本発明は、潜在性硬化触媒、それを含む樹脂組成物、及び硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子の製造方法に関する。
 α-リン酸ジルコニウム(α-ZrP)は、ジルコニウム原子面の上下にあるリン酸塩同士が架橋することで層状構造を形成している。この層間内リン酸基の固体酸としての性質を利用することによって、リン酸ジルコニウムはアミン化合物をはじめとする塩基性化合物を層間にインターカレートすることが知られている(例えば、非特許文献1及び2を参照)。
 エポキシ樹脂と硬化促進剤との混合物を室温の条件下で保存することができ、硬化時には熱や光などの外部刺激によって初めて活性となり硬化が進行する特徴を有する硬化促進剤を潜在性硬化触媒という。潜在性硬化触媒には種々のものが開発されているが、これまでに、エポキシ樹脂硬化促進剤として利用されているアミン化合物を層状のリン酸ジルコニウムの層間にインターカレートし、樹脂との一液化保存、すなわち保存条件下では反応が進行せず不活性で、加熱条件下ではじめて反応が進行する潜在性硬化触媒としての利用が報告されている(例えば、特許文献1~5を参照)。
特開2014-101397号公報 特開平09-003166号公報 特開平07-149874号公報 特開平07-25989号公報 特開平06-025388号公報
R.M. Tindwa, D.K. Ellis, G.Z. Oeng, A. Clearfield, J. Chem. Soc., Faraday Trans., 81, 545 (1985) A. Clearfield, R.M. Tinda, J. Inorg. Nucl. Chem., 41, 871 (1979)
 特許文献1~5に記載されるような、従来のアミン化合物をリン酸ジルコニウムにインターカレートしてなる潜在性硬化触媒は、保存安定性は優れるものの、100℃以上の高温でなければ硬化反応を行うことができず、耐熱性の低い材料などへの使用に向かないという問題があった。一方、携帯電話やスマートフォンのカメラモジュールとして使用されるイメージセンサーモジュールの製造時には、比較的低温、具体的には100℃より低い低温で熱硬化する一液型接着剤が使用される。半導体素子、集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード、コンデンサ等の電子部品の製造時においても、100℃より低い温度で熱硬化する一液型接着剤の使用が望まれる場合がある。よって、100℃未満の低温で硬化反応を行うことができる潜在性硬化触媒及び樹脂組成物が求められている。
 本発明は、保存安定性に優れ、かつ100℃未満の低温で硬化反応を行うことができる潜在性硬化触媒、及びそれを含む樹脂組成物を提供することを課題とする。
 前記課題を解決するための具体的手段は以下の通りである。
 本発明の第一の実施形態は、硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子を含む潜在性硬化触媒であって、前記硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子は、粉末X線回折において、10°~40°の範囲内の回折角(2θ)に結晶性のシャープなピークを有さず、ブロードなハローパターンを有する、潜在性硬化触媒である。
 本発明の第二の実施形態は、(A)エポキシ樹脂、及び(B)第一の実施形態の潜在性硬化触媒を含む樹脂組成物である。
 本発明の第三の実施形態は、第二の実施形態の樹脂組成物を含む接着剤である。
 本発明の第四の実施形態は、第二の実施形態の樹脂組成物を含むフィルムである。
 本発明の第五の実施形態は、第二の実施形態の樹脂組成物を硬化して得られる硬化物である。
 本発明の第六の実施形態は、第二の実施形態の樹脂組成物を硬化する工程を含む、硬化物の製造方法である。
 本発明の第七の実施形態は、
 (a)脂肪酸ジルコニウム塩またはジルコニウムアルコキシドを溶媒に溶解して溶液を得る工程、
 (b)前記工程(a)で得られた溶液とリン酸とを混合してリン酸ジルコニウム微粒子を得る工程、
 (c)前記リン酸ジルコニウム微粒子を含む媒体と硬化促進剤とを混合して硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子を得る工程
を含む、硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子の製造方法である。
 本発明によれば、保存安定性に優れ、かつ100℃未満の低温で硬化反応を行うことができる潜在性硬化触媒、及びそれを含む樹脂組成物、並びにその樹脂組成物を含む接着剤及びフィルムを提供することができる。また、本発明の潜在性硬化触媒としての硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子は、平均粒子径が非常に小さいため、狭いギャップに侵入することができ、狭いギャップの接着や封止に利用することができる。よって、本発明によれば、保存安定性に優れ、かつ100℃未満の低温で硬化反応を行うことができるとともに、狭いギャップの接着や封止に利用することができる、潜在性硬化触媒、及びそれを含む樹脂組成物、並びにその樹脂組成物を含む接着剤及びフィルムを提供することができる。また、本発明によれば、保存安定性に優れ、かつ100℃未満の低温で硬化反応を行うことができる潜在性硬化触媒として使用可能な硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子の製造方法を提供することができる。
実施例Aの硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子の粉末X線回折パターンである。図1-1は、溶媒を含む硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子の粉末X線回折パターンである。図1-2は、溶媒を除去した硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子の粉末X線回折パターンである。 実施例Aの硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子について、任意の約400nm×約600nmの範囲を撮影したTEM写真である。 特開2014-101397号公報に記載の方法に従って製造したアミン含有リン酸ジルコニウム結晶性粒子の粉末X線回折パターンである。
[潜在性硬化触媒]
 本発明の第一の実施形態である潜在性硬化触媒は、硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子を含む潜在性硬化触媒であって、前記硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子は、粉末X線回折において、10°~40°の範囲内の回折角(2θ)に結晶性のシャープなピークを有さず、ブロードなハローパターンを有する、潜在性硬化触媒である。本発明においては、硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子を、そのまま潜在性硬化触媒として使用することができる。本実施形態の潜在性硬化触媒は、保存安定性に優れ、かつ100℃未満の低温で硬化反応を行うことができる。また、本実施形態の潜在性硬化触媒は、平均粒子径が非常に小さいため、狭いギャップに侵入することができ、狭いギャップの接着や封止に利用することができる。
[硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子]
 本実施形態における硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子は、結晶性が低く、粉末X線回折において、10°~40°の範囲内の回折角(2θ)に結晶性のシャープなピークを有さず、ブロードなハローパターンを有する。例えば、図1と実質的に同一の粉末X線回折パターンを示す。但し、粉末X線回折パターンに関して、実験パターンにおける回折ピーク強度は、当該分野で公知のとおり、調製試料における好ましい配向に起因して異なり得、変動し得ることに注意されたい。
 従来の硬化促進剤が層間にインターカレートされた層状のリン酸ジルコニウムは、例えば、層状のリン酸ジルコニウムと硬化促進剤とを混合して、室温から40℃で1時間から1ヶ月程度反応させることにより得ることができる(例えば、特開2014-101397号公報を参照)。層状構造を有するリン酸ジルコニウムは、層間距離が揃っており、結晶性が高い(図3を参照)。層状構造を有するリン酸ジルコニウムの粒子径は、その製造方法により制御することができ、通常、板面の粒子径が1μm~100μmである(なお、層状構造を有するリン酸ジルコニウムは、通常、扁平粒子の形状をとる。)。層状構造を有するリン酸ジルコニウムは、例えば、塩化酸化ジルコニウム八水和物とリン酸水溶液とを混合し、反応させることで製造することができる(L. Sun, W.J. Boo, H.-J. Sue, A. Clearfield, New J. Chem., 31, 39 (2007))。
 本発明における硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子は、リン酸ジルコニウム微粒子と硬化促進剤とを混合することにより得ることができる。本発明における硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子を得るための一連の反応では、外部の温度は特に限定されず、例えば、室温から40℃で行うことができる。リン酸ジルコニウム微粒子は、従来の層状構造を有するリン酸ジルコニウムの製造方法とは異なり、例えば、脂肪酸ジルコニウム塩またはジルコニウムアルコキシドを溶媒に溶解して溶液を得た後、その溶液とリン酸とを混合することで得ることができる。このようにして得られたリン酸ジルコニウム微粒子は、層状構造を有するものの、その層間距離には幅があり、結晶性が低く、その平均粒子径は1nm~500nmである。本発明における硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子におけるリン酸ジルコニウム微粒子は、結晶性が低いことにより、層間にインターカレートされた硬化促進剤が活性化されやすく、例えば60℃以上、好ましくは70℃以上、より好ましくは80℃以上という低温の熱刺激でも硬化促進剤が活性化され、低温で硬化反応を行うことができると考えられる。また、本発明における硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子は、平均粒子径が1nm~500nmと非常に小さいため、狭いギャップに侵入することができ、狭いギャップの接着や封止に利用することができる。
 本発明における硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子の製造方法は、
 (a)脂肪酸ジルコニウム塩またはジルコニウムアルコキシドを溶媒に溶解して溶液を得る工程、
 (b)前記工程(a)で得られた溶液とリン酸とを混合してリン酸ジルコニウム微粒子を得る工程、
 (c)前記リン酸ジルコニウム微粒子を含む媒体と硬化促進剤とを混合して硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子を得る工程
を含む。硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子の製造方法は、本発明の一実施形態である。
 はじめに、(a)脂肪酸ジルコニウム塩またはジルコニウムアルコキシドを溶媒に溶解して溶液を得る。
 脂肪酸ジルコニウム塩としては、脂肪酸のジルコニウム塩であり、モノ脂肪酸のジルコニウム塩であっても、ジ脂肪酸等のポリ脂肪酸のジルコニウム塩であってもよい。前記脂肪酸としては、炭素数1~6の脂肪酸が好ましく、例えば、酢酸、プロピオン酸、イソ酪酸、酪酸、イソ吉草酸、吉草酸、カプロン酸、乳酸等が挙げられる。これらの中でも、脂肪酸ジルコニウム塩は、ジルコニウムプロピオネートが好ましい。
 ジルコニウムアルコキシドとしては、式:Zr-(OR又は式:O=Zr(ORで表され、式中、Rは、独立して、メチル、エチル、n-プロピル、i-プロピル、n-ブチル、tert-ブチルである。
 溶媒としては、脂肪酸ジルコニウム塩またはジルコニウムアルコキシドが溶解できるものであればいずれでもよく、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール;酢酸エチル、酢酸メチル等のエステル;アセトン、2-ブタノン等のケトン;ジエチルエーテル、ジメチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド;ジメチルスルホキシド、N-メチルピロリドン、アセトニトリル、クロロホルム、ジクロロメタン等;及びこれら溶媒の混合物が挙げられる。中でも、アルコール又はエステルが好ましい。
 次に、(b)前記工程(a)で得られた溶液とリン酸とを混合してリン酸ジルコニウム微粒子を得る。リン酸ジルコニウム微粒子におけるジルコニウムとリン酸とのモル比は、使用するリン酸の量により調整することができ、リン酸の使用量は、例えば、脂肪酸ジルコニウム塩またはジルコニウムアルコキシド1モルに対して、1モル以上、好ましくは2モル以上であり、また、10モル以下、好ましくは7モル以下である。
 前記工程(a)で得られた溶液とリン酸との混合は、例えば、前記工程(a)で得られた溶液に対して、リン酸を添加し、撹拌することにより行う。前記工程(a)で得られた溶液とリン酸とを混合すると直ぐに、透明のゲル状物としてリン酸ジルコニウム微粒子が析出される。析出したリン酸ジルコニウム微粒子には、製造に使用した溶媒が含まれている。必要に応じて、析出したリン酸ジルコニウム微粒子を洗浄し、前記溶媒を他の溶媒で置換してもよい。洗浄及び置換に使用し得る他の溶媒としては、前記工程(a)で使用した溶媒に加えて、ヘキサン、ヘプタン等のアルカン、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素も使用することができる。ここで、リン酸ジルコニウム微粒子を含む溶媒は、次の工程(C)で使用するリン酸ジルコニウム微粒子を含む媒体として使用できる。
 次に、(c)前記リン酸ジルコニウム微粒子を含む媒体と硬化促進剤とを混合することにより、硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子を得ることができる。前記リン酸ジルコニウム微粒子を含む媒体と硬化促進剤との混合は、例えば、前記リン酸ジルコニウム微粒子を含む媒体に、溶媒に溶解した硬化促進剤を添加し、30分間~24時間撹拌することにより行うことができる。硬化促進剤を溶解する溶媒としては、前記工程(a)で使用した溶媒に加えて、ヘキサン、ヘプタン等のアルカン、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素も使用することができるが、好ましくは、リン酸ジルコニウム微粒子を含む媒体と同一のものを使用する。反応終了後、媒体から分離し、適切な溶媒で洗浄することにより、硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子を得ることができる。この状態においては、硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子は、溶媒を含むゲル状物質であるので、必要に応じて乾燥することにより、硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子中の溶媒を除去することができる。硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子は、溶媒を含む状態又は溶媒を除去した状態のいずれの状態でも潜在性硬化触媒として使用することができる。
 リン酸ジルコニウム微粒子は、硬化促進剤を、通常、リン酸ジルコニウム微粒子のリン酸基1当量に対して1当量の飽和状態まで含有することができる。そこで、リン酸ジルコニウム微粒子を含む媒体と硬化促進剤とを混合する際の硬化促進剤の使用量は、リン酸ジルコニウム微粒子のリン酸基1当量に対して0.5当量~1.5当量が好ましい。これにより、硬化促進剤を1~50質量%含む潜在性硬化触媒を作製することができる。例えば、硬化促進剤がアミン化合物の場合、潜在性硬化触媒中のアミン化合物の含有量(質量%)は、乾燥させた潜在性硬化触媒に含有される窒素原子の質量を、元素分析装置で求めることにより算出できる。具体的には、潜在性硬化触媒中のアミン化合物の含有量(質量%)=(元素分析結果の窒素原子の質量割合(質量%)/(窒素の原子量[g/mol]×アミン化合物中の窒素原子の数[個]))×アミン化合物の分子量[g/mol]で見積もることができる。
 上記工程(a)~(c)の詳細な条件は、経験的に変更をしてもよい。
 硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子に含まれる硬化促進剤は、エポキシ樹脂の硬化反応の活性化エネルギーを低下させる作用をもつものであり、エポキシ樹脂の硬化促進剤として知られている化合物であればいずれも使用できる。中でも、樹脂組成物の保存安定性を高める効果が大きいことから、塩基性を有する硬化促進剤が好ましい。硬化促進剤の好ましい例としては、イミダゾール、2-メチルイミダゾール、2‐ウンデシルイミダゾール、2‐ヘプタデシルイミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、ベンゾイミダゾール、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-フェニルイミダゾール、1-シアノ-2-メチルイミダゾール、1-シアノ-2‐ウンデシルイミダゾール、1-シアノ-2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-シアノ-2-フェニルイミダゾール、2,4-ジアミノ-6-[2‘-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2‘-ウンデシルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2‘-エチル-4‘-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチル-5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、1,2-トリメチレンベンゾイミダゾール、1-ドデシル-2-メチル-3-ベンジルイミダゾール、2-フェニルイミダゾリン、ベンゾイミダゾール、2-メチルベンゾイミダゾール等のイミダゾール化合物;これらイミダゾール化合物とエポキシ樹脂とのアダクト品であるエポキシ-イミダゾールアダクト類;トリジメチルアミノフェノール、2-(ジメチルアミノメチル)フェノール、トリジメチルアミノメチルフェノール、トリエタノールアミン、ベンジルジメチルアミン、ヘキサメチレンテトラミン、トリエチレンジアミン、キノリン、N-メチルモルホリン、ジメチルアニリン、ジメチルシクロヘキシルアミン、1,8-ジアザビシクロ(5,4,0)-7-ウンデセン-7(DBU)、1,5-ジアザビシクロ(4,3,0)-5-ノネン(DBN)、1,1,3,3-テトラメチルグアジニン、1,4-ジアザ-ビシクロ(2,2,2)オクタン(DABCO)等の3級アミン化合物;及びトリフェニルフォスフィン(TPP)等が挙げられる。これらの中で、硬化物の物性、例えば耐熱性及び電気的特性等に優れたものを容易に得ることができることから、イミダゾール化合物及び3級アミン化合物がより好ましい。これらは、単独で、又は2種以上を併用することができる。
 本発明における硬化促進剤は、好ましくは塩基性を有する硬化促進剤であり、より好ましくはイミダゾール化合物であり、さらに好ましくは、1,2-ジメチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-メチルイミダゾールである。
 本実施形態における硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子は、1次粒子の平均粒子径が1nm~500nmであり、好ましくは5nm~450nmであり、より好ましくは10nm~400nmである。本明細書中で使用される場合、硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子の平均粒子径は、透過型電子顕微鏡(TEM)で任意の粒子20個の板面の粒子径(板面の長軸長)を測定したときの平均値である。なお、本発明の硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子の形状は、特に限定されないが、通常、扁平粒子の形状をとる。
 本発明の硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子は、製造の際原料として用いた脂肪酸ジルコニウム塩またはジルコニウムアルコキシドを一部含んでいる。これにより、リン酸ジルコニウム微粒子の層間距離が不揃いになり幅ができ、結晶性が低くなると考えられる。硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子に含まれる脂肪酸ジルコニウム塩またはジルコニウムアルコキシドの量は、リン酸ジルコニウム微粒子のジルコニウム1モルに対し、例えば、0.01モル~0.8モル、好ましくは0.05モル~0.5モルである。硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子に含まれる脂肪酸ジルコニウム塩またはジルコニウムアルコキシドの存在や量は、例えば、飛行時間型二次イオン質量分析(TOF-SIMs)や、マジック角回転(MAS)核磁気共鳴分光法(NMR)等で確認することができる。
[樹脂組成物]
 本発明の第二の実施形態である樹脂組成物は、(A)エポキシ樹脂、及び(B)第一の実施形態の潜在性硬化触媒を含む、一液型のエポキシ樹脂組成物である。
(A)エポキシ樹脂
 本発明におけるエポキシ樹脂は、硬化促進剤との反応性の観点から、エポキシ環の1つの炭素原子が第1級炭素原子であるものである。エポキシ樹脂は、常温(25℃±5℃)で液状であることが好ましい。但し、常温で固体のエポキシ樹脂を希釈剤等により希釈し、液状にして用いることも可能である。
 具体的に、(A)エポキシ樹脂としては、モノエポキシ化合物、多価エポキシ化合物のいずれか又はそれらの混合物が用いられる。モノエポキシ化合物としては、例えば、グリシジルブチルエーテル、グリシジルヘキシルエーテル、グリシジルフェニルエーテル、グリシジルアリルエーテル、グリシジルパラ-tert-ブチルフェニルエーテル、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、パラキシリルグリシジルエーテル、グリシジルアセテート、グリシジルブチレート、グリシジルヘキソエート、グリシジルベンゾエート等を挙げることができる。多価エポキシ化合物としては、例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールAD、ビスフェノールS、テトラメチルビスフェノールA、テトラメチルビスフェノールF、テトラメチルビスフェノールAD、テトラメチルビスフェノールS、テトラブロモビスフェノールA、テトラクロロビスフェノールA、テトラフルオロビスフェノールA等のビスフェノール類をグリシジル化したビスフェノール型エポキシ樹脂;ビフェノール、ジヒドロキシナフタレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フルオレン等のその他の2価フェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂;1,1,1-トリス(4-ヒドロキシフェニル)メタン、4,4-(1-(4-(1-(4-ヒドロキシフェニル)-1-メチルエチル)フェニル)エチリデン)ビスフェノール等のトリスフェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂;1,1,2,2,-テトラキス(4-ヒドロキシフェニル)エタン等のテトラキスフェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂;フェノールノボラック、クレゾールノボラック、ビスフェノールAノボラック、臭素化フェノールノボラック、臭素化ビスフェノールAノボラック等のノボラック類をグリシジル化したノボラック型エポキシ樹脂等;多価フェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂、グリセリンやポリエチレングリコール等の多価アルコールをグリシジル化した脂肪族エーテル型エポキシ樹脂;p-オキシ安息香酸、β-オキシナフトエ酸等のヒドロキシカルボン酸をグリシジル化したエーテルエステル型エポキシ樹脂;フタル酸、テレフタル酸のようなポリカルボン酸をグリシジル化したエステル型エポキシ樹脂;4,4-ジアミノジフェニルメタンやm-アミノフェノール等のアミン化合物のグリシジル化物やトリグリシジルイソシアヌレート等のアミン型エポキシ樹脂等のグリシジル型エポキシ樹脂等のグリシジル型エポキシ樹脂を挙げることができる。本発明においては、ビスフェノール型エポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂は、上述したエポキシ樹脂のうち、いずれか1種を用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
 本発明の樹脂組成物中の(A)エポキシ樹脂の含有量は、好ましくは2~80質量%、より好ましくは2.5~70質量%、さらに好ましくは3~60質量%である。樹脂組成物中の(A)エポキシ樹脂の含有量が前記範囲内であると、所望する硬化物を得ることができる。
(B)潜在性硬化触媒
 本発明の第二の実施形態である樹脂組成物における(B)潜在性硬化触媒は、本発明の第一の実施形態である潜在性硬化触媒である。
 (B)潜在性硬化触媒における硬化促進剤は、好ましくは塩基性を有する硬化促進剤であり、より好ましくはイミダゾール化合物であり、さらに好ましくは、1,2-ジメチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-メチルイミダゾールが挙げられる。
 エポキシ樹脂組成物における、(B)潜在性硬化触媒(溶媒を含まない状態)の量は、充填剤や顔料などの固体成分以外の成分の合計100質量部に対して、0.1~50質量%であることが好ましく、1~45質量%であることがより好ましく、3~40質量%であることが特に好ましい。
 本発明の樹脂組成物は、(A)エポキシ樹脂、及び(B)潜在性硬化触媒の他に、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて添加剤を含むことができる。添加剤としては、例えば、(B)潜在性硬化触媒以外の(C)硬化剤、充填剤、希釈剤、溶剤、顔料、可撓性付与剤、カップリング剤、酸化防止剤、チキソ性付与剤、分散剤が挙げられる。
 本発明の樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、(B)潜在性硬化触媒以外の(C)硬化剤を含むことができる。(B)潜在性硬化触媒以外の(C)硬化剤としては、フェノール系硬化剤、酸無水物、チオール系硬化剤が挙げられる。
 フェノール系硬化剤としては、フェノール性水酸基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般を指す。具体的には、フェノールノボラック樹脂およびそのアルキル化物またはアリル化物、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル(フェニレン、ビフェニレン骨格を含む)樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、トリフェノールメタン樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂等、及びこれらの組み合わせを用いることができる。
 酸無水物としては、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルナジック酸無水物、水素化メチルナジック酸無水物、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸二無水物、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、エチレングリコールビスアンヒドロトリメリテート、グリセリンビス(アンヒドロトリメリテート)モノアセテート、ドデセニル無水コハク酸、脂肪族二塩基酸ポリ無水物、クロレンド酸無水物、メチルブテニルテトラヒドロフタル酸無水物、アルキル化テトラヒドロフタル酸無水物、メチルハイミック酸無水物、アルケニル基で置換されたコハク酸無水物、グルタル酸無水物等、及びこれらの組み合わせを用いることができる。
 チオール系硬化剤としては、脂肪族ポリチオール化合物、芳香族ポリチオール化合物、チオール変性反応性シリコーンオイル化合物等、及びこれらの組み合わせを使用できる。
 (B)潜在性硬化触媒以外の(C)硬化剤を含む場合、(C)硬化剤の量は、(A)エポキシ樹脂のエポキシ基に対して、(C)硬化剤の活性基の当量比が0.05~1.5となることが好ましく、0.1~1.2となることがより好ましい。
 本発明の樹脂組成物の製造方法は、特に限定されないが、例えば、(A)エポキシ樹脂、(B)潜在性硬化触媒、及び必要に応じて使用することができる添加剤等を、同時にまたは別々に、必要により加熱処理を加えながら、撹拌、溶融、混合、分散させることにより得ることができる。これらの混合、撹拌、分散等の装置としては、特に限定されるものではないが、撹拌、加熱装置を備えたライカイ機、3本ロールミル、ボールミル、プラネタリーミキサー、ビーズミル等を使用することができる。また、これら装置を適宜組み合わせて使用してもよい。
[樹脂組成物の用途]
 本発明の樹脂組成物において、(B)潜在性硬化触媒は、常温では(A)エポキシ樹脂の硬化反応を引き起こさないため、本発明の樹脂組成物は常温での保存安定性が良好であり、ポットライフが長い。そして、本発明の樹脂組成物における(B)潜在性硬化触媒は、例えば60℃以上、好ましくは70℃以上、より好ましくは80℃以上の温度に加熱することにより、(B)潜在性硬化触媒中の硬化促進剤が活性化され、(A)エポキシ樹脂の硬化反応を引き起こし得る。従来の硬化促進剤を結晶性リン酸ジルコニウムにインターカレートしてなる潜在性硬化触媒は、100℃以上の高温でなければ硬化反応を行うことができなかった(例えば、特開2014-101397号公報を参照)。本発明の(B)潜在性硬化触媒は、硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子の結晶性が低いことにより、層間にインターカレートされた硬化促進剤が活性化されやすく、100℃未満という低温の熱刺激でも硬化促進剤が活性化され、低温で硬化反応を行うことができると考えられる。そのため、本発明の樹脂組成物は、例えば60℃以上、好ましくは70℃以上、より好ましくは80℃以上の温度に加熱することにより、接着を行うことができるので、イメージセンサーモジュールや電子部品の製造時に使用する一液型接着剤として好適である。なお、本発明の樹脂組成物は、高温での硬化反応も問題なく進行し、硬化温度の上限としては、例えば200℃以下であり、好ましくは180℃以下であり、より好ましくは150℃以下である。
 また、本発明の(B)潜在性硬化触媒における硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子は、平均粒子径が1nm~500nmと非常に小さいため、狭いギャップに侵入することができる。そのため、本発明の樹脂組成物は、狭いギャップの接着や封止に利用することができ、半導体装置の製造時に使用する接着剤や封止材として有用である。
 したがって、上記第二の実施形態の樹脂組成物を含む接着剤もまた、本発明の一実施形態である。
 また、近年、支持部材の小型化及び細密化に対して有利な、フィルム状接着剤がダイボンディング用や、層間接着用や、半導体封止用の接着剤等として広く用いられている。本発明の樹脂組成物は、含まれる硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子の平均粒子径が1nm~500nmと非常に小さいため、厚さ1μm以下のフィルムとすることも可能であり、薄層フィルム状接着剤が求められる場合に、有用性が高い。したがって、第二の実施形態の樹脂組成物を含むフィルムもまた、本発明の一実施形態である。
[硬化物]
 本発明の樹脂組成物を硬化することにより得られる硬化物もまた、本発明の一実施形態である。硬化物の製造方法は、樹脂組成物を硬化する工程を含む。樹脂組成物の硬化は、例えば、60℃以上、好ましくは70℃以上、より好ましくは80℃以上の温度に加熱することにより、行うことができる。加熱時間は、特に限定されないが、30分間~24時間程度である。
 本発明の樹脂組成物又は硬化物は、上記接着剤やフィルムの他、塗料用、土木建築用、電気用、輸送機用、医療用、包装用、繊維用、スポーツ・レジャー用等の種々の分野において使用することができる。本発明のエポキシ樹脂組成物またはエポキシ樹脂硬化物を適用することができる被着体としては、例えば、金属、ガラス、プラスチック、モルタル、コンクリート、ゴム、木材、皮、布、紙が挙げられる。
 以下、本発明を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。また、特に記載のない限り、調製や評価は、常温(25℃±5℃)で行っている。
[硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子の調製]
(実施例A)
 エタノール10mLに溶解したジルコニウムプロピオネート0.838g中に、リン酸1.2mL(17.6mmol)を少しずつ添加しながら激しく撹拌した。数分後に透明のゲル状物としてリン酸ジルコニウム微粒子を得た。得られたゲル状リン酸ジルコニウム微粒子をエタノールで3回(4000rpm×3分間)洗浄した後、トルエンで3回(4000rpm×3分間)溶媒置換した。このトルエンを含むゲル状リン酸ジルコニウム微粒子に、トルエン10.7mLに溶解した2-エチル-4-メチルイミダゾール1.20g(10.9mmol)の溶液を添加し、1時間撹拌した。反応終了後、トルエンで3回(4000rpm×3分間)洗浄し、溶媒を含むゲル状物として硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子9.99gを得た。
 硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子の粉末X線回折パターンは、CuKα放射を用いて測定するX線回折計(株式会社リガク製)で測定した。
 溶媒を含む硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子については、以下のX線粉末回折の条件で測定した。
 走査速度: 10.0度/分。
 ターゲット: CuKα
 電圧: 40kV。
 電流: 40mA。
 走査範囲: 3~40.0度。
 サンプリング幅: 0.100度。
 溶媒を除去した硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子については、以下のX線粉末回折の条件で測定した。
 走査速度: 2.00度/分。
 ターゲット: CuKα
 電圧: 40kV。
 電流: 40mA。
 走査範囲: 3~40.0度。
 サンプリング幅: 0.0200度。
 硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子の粉末X線回折パターンを図1に示す。図1-1は、溶媒を含む硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子の粉末X線回折パターンである。図1-2は、溶媒を除去した硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子の粉末X線回折パターンである。
 硬化促進剤を含有リン酸ジルコニウム微粒子について、透過型電子顕微鏡(TEM)(FEI COMPANY製、型番:Titan Cubed G2 60-300)を用いて、任意の約400nm×約600nmの範囲のTEM写真を撮影し、凝集していない任意の粒子20個の板面の粒子径(板面の長軸長)を測定したときの平均値を平均粒子径とした。硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子のTEM観察による平均粒子径は、20nmであった。硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子のTEM写真を図2に示す。
[樹脂組成物の調製]
 以下の成分を、表1に記載した実施例1~4及び比較例1~4の割合で混合した後、常温下で6時間、真空乾燥器を用いて溶媒の除去を行うことで、樹脂組成物を調製した。(B)潜在性硬化触媒については、溶媒を含んだ状態のものを用いて混合した後に、樹脂組成物全体の真空乾燥を行うことにより、(B)潜在性硬化触媒中の溶媒を除去している。なお、表1に示す各成分の割合は、全て質量部で示しており、空欄は未配合であることを意味する。また、表1に記載の「アミン含有量(g)」は、樹脂組成物中のアミンの含有量であり、ここで、このアミンは、乾燥させた(B)および(B’)中のアミンである。このアミン含有量は、パーキンエルマー社製の元素分析装置2400IIによる元素分析の結果を基に、乾燥させた(B)および(B’)の質量に対する窒素原子の量を基に算出した。
(A)エポキシ樹脂
 ビスA型エポキシ樹脂ビスF型エポキシ樹脂混合品(EXA835LV、DIC株式会社製)
(B)潜在性硬化触媒
 上記実施例Aで製造した硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子を用いた。表1中、括弧外記載の質量は、溶媒除去前の溶媒含有質量であり、括弧内記載の質量は、溶媒除去後の質量である。
(B’)アミン含有リン酸ジルコニウム結晶性粒子
 特開2014-101397号公報に記載の方法に従って、アミンとして、2-エチル-4-メチルイミダゾールを用いて製造した。粉末X線回折パターンを図3に示す。なお、X線粉末回折の測定条件は、以下のとおりである。
 走査速度: 2.00度/分。
 ターゲット: CuKα
 電圧: 40kV。
 電流: 40mA。
 走査範囲: 3~40.0度。
 サンプリング幅: 0.0200度。
(C)硬化剤
 (C1)液状フェノール樹脂(MEH8005、明和化成株式会社製)
 (C2)酸無水物(HN5500、日立化成株式会社製)
 (C3)チオール樹脂(PEMP、SC有機化学株式会社製)
[硬化性評価]
 調製したエポキシ樹脂組成物の硬化性は、樹脂組成物を1滴滴下し半球状のサンプルとした後、そのサンプルを150℃、120℃、100℃、80℃の温度において1時間加熱した際の状態を観察することにより評価した。下記表1に測定結果を示す。半球状のサンプルが固形でありタックもない場合は十分に硬化したと判断して○、半球状のサンプルが固形ではあるがタックがある場合は一応硬化したと判断して△、半球状のサンプルが固形とならなかった場合は未硬化と判断して×とした。
[ポットライフの評価]
 調製したエポキシ樹脂組成物について、ブルックフィールド社製回転粘度計HBDV-1(スピンドルSC4-14使用)用いて、50rpmで25℃における粘度(Pa・s)を測定して初期粘度とした。次に、エポキシ樹脂組成物を密閉容器に入れて25℃で保存して、0時間、6時間、30時間経過時の粘度を同様の手順で測定し、ポットライフの指標となる増粘率(0時間、6時間、30時間保管後増粘率)を求めた。下記表1に測定結果を示す。ポットライフは、保管後増粘率が2倍以下であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1に示す結果からわかる通り、本発明の潜在性硬化触媒を含む実施例1~4の樹脂組成物は、80℃、100℃、120℃及び150℃のいずれの硬化温度においても、良好な硬化性を示した。一方、本発明の潜在性硬化触媒を含まず、従来品のアミン含有リン酸ジルコニウム結晶性粒子を含む比較例1~4の樹脂組成物はいずれも、80℃の硬化温度において硬化しなかった。また、実施例1~4の樹脂組成物は、従来品と同様にポットライフにも優れていた。
 日本国特許出願2019-088045号(出願日:2019年5月8日)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、および技術規格は、個々の文献、特許出願、およ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、本明細書に参照により取り込まれる。

Claims (12)

  1.  硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子を含む潜在性硬化触媒であって、前記硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子は、粉末X線回折において、10°~40°の範囲内の回折角(2θ)に結晶性のシャープなピークを有さず、ブロードなハローパターンを有する、潜在性硬化触媒。
  2.  前記硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子の平均粒子径が、1nm~500nmである、請求項1に記載の潜在性硬化触媒。
  3.  前記硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子が、脂肪酸ジルコニウム塩またはジルコニウムアルコキシドを含む、請求項1又は2に記載の潜在性硬化触媒。
  4.  (A)エポキシ樹脂、及び(B)請求項1~3のいずれか1項に記載の潜在性硬化触媒を含む樹脂組成物。
  5.  前記(B)潜在性硬化触媒における硬化促進剤が、イミダゾール化合物である、請求項4に記載の樹脂組成物。
  6.  (C)硬化剤をさらに含む、請求項4又は5に記載の樹脂組成物。
  7.  請求項4~6のいずれか1項に記載の樹脂組成物を含む接着剤。
  8.  請求項4~6のいずれか1項に記載の樹脂組成物を含むフィルム。
  9.  請求項4~6のいずれか1項に記載の樹脂組成物を硬化して得られる硬化物。
  10.  請求項4~6のいずれか1項に記載の樹脂組成物を硬化する工程を含む、硬化物の製造方法。
  11.  (a)脂肪酸ジルコニウム塩またはジルコニウムアルコキシドを溶媒に溶解して溶液を得る工程、
     (b)前記工程(a)で得られた溶液とリン酸とを混合してリン酸ジルコニウム微粒子を得る工程、
     (c)前記リン酸ジルコニウム微粒子を含む媒体と硬化促進剤とを混合して硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子を得る工程
    を含む、硬化促進剤を含有するリン酸ジルコニウム微粒子の製造方法。
  12.  前記脂肪酸ジルコニウム塩が、ジルコニウムプロピオネートである、請求項11に記載の製造方法。
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