JP2010208933A - 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

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 Download PDF

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Abstract

【課題】樹脂への充填性に優れた樹脂充填用水酸化アルミニウム粉末およびその製造方法を提供する。
【解決手段】樹脂充填用水酸化アルミニウム粉末は、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る平均粒子径、および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が所定の範囲内であり、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が所定の関係を満足し、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)、および全ナトリウム含有量が所定の範囲内である。
【選択図】なし

Description

本発明は、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に関する。
近年の電子機器の小型化に伴い、電子機器の電子部品等の部材は、一層の小型化が要求されるだけでなく、安全性も要求される。安全性の観点からは、部材に高度な難燃性が求められる。特許文献1には、水酸化アルミニウム粉末は、プリント配線基板やこれを構成するプリプレグなどの電子部品、電線被覆材、絶縁材料などに用いられる種々の樹脂材料に配合され、樹脂材料に難燃性を付与するための難燃剤としての使用が開示されており、実用的には平均粒子径が5μm以下の水酸化アルミニウム粉末が使用されている。
しかし、このような平均粒子径が小さい水酸化アルミニウム粉末を、樹脂に充填して混合すると、得られる樹脂組成物の粘度が高くなって作業性が悪くなることがある。このため、樹脂によっては十分な量の水酸化アルミニウム粉末を配合できず、難燃性を付与できないこともある。
特許文献2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。
特許文献3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。
国際公開第2008−090614号 特開平2−199020号公報 特開2001−322813号公報
本発明者は、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開発すべく鋭意検討した結果、本発明に至った。
すなわち本発明は、以下の構成からなる。
(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。
(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。
本発明の樹脂充填用微粒水酸化アルミニウム粉末は、樹脂に対する充填性に優れており、かつ10μm以上の粗粒が少ない。そのため、本発明によれば、小型化されても、優れた難燃性と絶縁安定性を有する、安全性に優れた電子部品等の部材を製造することができる。
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
(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0.10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、より好ましくは、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。一方、(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。
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としては、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。
本発明の製造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高いため、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および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られ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Al23換算のアルミニウムの量に対して、超微粒水酸化アルミニウムを含む中和ゲルが含有するAl23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、Al23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Al23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Al23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Al23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Al23濃度(X)は、特許文献1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Al23濃度(g/L)、CはNa2O濃度、すなわちAl23、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、Al23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Al23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Al23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Al23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Al23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8.0m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8.0μm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より限定されない。
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HRA X−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。
(実施例1)
Na2O濃度142g/L、Al23濃度143g/Lのアルミン酸ナトリウム水溶液とAl23濃度8重量%の硫酸アルミニウム水溶液を混合して、BET比表面積38m2/g、ギブサイトの結晶面(002)とバイヤライトの結晶面(001)とのピーク強度比I(001)/I(002)が0.7の中和ゲルを得た。この中和ゲルを、Na2O濃度142g/L、過飽和Al23濃度64g/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1.0重量%となるように添加し、定温下89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3.6m2/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Al23濃度が飽和Al23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、Al23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。
(実施例2)
実施例1と同様の方法により得られた中和ゲルを、Na2O濃度139g/L、過飽和Al23濃度65g/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96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3.7m2/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Al23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、Al23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濃度は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Al23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Al23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、Al23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濃度は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濃度が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、純粋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Al23濃度6g/Lのアルミン酸ナトリウム水溶液中10容量部に、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、Al23濃度128g/Lの過飽和アルミン酸ナトリウム水溶液8容量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。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。

Claims (7)

  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請求項1に記載の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。
  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2.0以上5.0以下である請求項3に記載の方法。
  5. 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。
  6. 請求項5に記載の樹脂組成物を含有するプリプレグ。
  7. 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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