JP5558118B2 - マイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤、及びそれを含むマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物 - Google Patents

マイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤、及びそれを含むマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物 Download PDF

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Description

本発明は、マイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤に関し、より詳細には、マイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤、前記硬化剤を含むマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤組成物、及び前記硬化剤を含むマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物に関する。
エポキシ樹脂は、その硬化物が、機械的特性、電気的特性、熱的特性、耐薬品性、接着性等の点で優れた性能を有することから、塗料、電気電子用絶縁材料、接着剤等の幅広い用途に利用されている。現在一般に使用されているエポキシ樹脂組成物は、使用時にエポキシ樹脂と硬化剤の二液を混合する、いわゆる二液性のものである。
二液性エポキシ樹脂組成物は室温で硬化し得る反面、エポキシ樹脂と硬化剤を別々に保管し、必要に応じて両者を計量、混合した後、使用する必要があるため、保管や取り扱いが煩雑である。その上、可使用時間が限られているため、予め大量に混合しておくことができず、配合頻度が多くなり、能率の低下を免れない。
こうした二液性エポキシ樹脂組成物の問題を解決する目的で、これまでいくつかの一液性エポキシ樹脂組成物が提案されてきている。例えば、ジシアンジアミド、BF3−アミン錯体、アミン塩、変性イミダゾール化合物等の潜在性硬化剤をエポキシ樹脂に配合したものがある。
しかしながら、これらの潜在性硬化剤は、貯蔵安定性に優れているものは硬化性が低く、硬化に高温又は長時間を必要とし、一方、硬化性が高いものは貯蔵安定性が低く、例えば−20℃等の低温で貯蔵する必要がある。例えば、ジシアンジアミドは、配合品の貯蔵安定性は常温保存の場合に6ヵ月以上であるが、170℃以上の硬化温度が必要である。この硬化温度を低下させるために硬化促進剤を併用すると、例えば、130℃での硬化が可能となるが、一方、室温での貯蔵安定性が不十分となり、低温での貯蔵を余儀なくされる。従って、高い硬化性と優れた貯蔵安定性を両立し得る組成物が強く求められていた。
また、近年、特に電子機器分野において、回路の高密度化や接続信頼性の向上に対応するため、あるいはモバイル機器の軽量化として耐熱性の低い材料を使用するため、さらには生産性を大幅に改善する目的で、接続材料の一つとして用いられる一液性エポキシ樹脂組成物に対して、硬化剤の貯蔵安定性を損なわずに、硬化性の一層の向上が強く求められている。
これらの要求に対し、数多くの研究がなされ、例えば、特許文献1には、イソシアネート化合物の反応物により表面が被覆された潜在性硬化剤が開示されている。また、特許文献2及び3には、球状付加体粒子を原料としたエポキシ樹脂用硬化剤のマスターバッチが開示されている。
特開平1−70523号公報 特開平4−320416号公報 特許第3270774号公報
しかしながら、フィルム状成形品や、基材にエポキシ樹脂を含浸した製品を得る場合には、エポキシ樹脂組成物に溶剤や反応性希釈剤等を添加する場合が多く、特許文献1に開示されている潜在性硬化剤をこのような組成物の硬化剤として用いると、貯蔵安定性が極端に低下する。そのため、溶剤等を添加した一液のエポキシ樹脂組成物を作製することは困難である。
また、エポキシ樹脂組成物に対する硬化剤の配合の容易性や、配合操作時の凝集異物の除去についても、特許文献1に開示された潜在性硬化剤ではその達成は困難である。特許文献2及び3には、球状の付加体を原料としたエポキシ樹脂用硬化剤のマスターバッチに関する技術が開示されているが、球状付加体粒子を作製する段階で必須となる分散安定剤が付加体粒子に含有されているため、配合時の作業性や組成物の流動性が低下する等の問題を有している。特許文献3には球状の付加体と多官能性エポキシ化合物による被包層形成反応終了後に多官能イソシアネートによる被包層を形成させる技術が開示されているが、この場合は貯蔵安定性、耐溶剤性、接着性、及び流動性等において十分な効果が得られない。
上記事情に鑑み、本発明は、硬化性と貯蔵安定性に優れ、かつ、耐溶剤性と耐湿性にも優れるマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を提供することを主な目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、特定のコア(C)と、それを被覆する特定のシェル(S)を少なくとも有し、且つ、分散安定剤を実質的に含有しないマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤が、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は以下の通りである。
〔1〕
コア(C)と、前記コア(C)を被覆するシェル(S)と、を少なくとも有するマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤であって、
前記コア(C)が円形度0.93以上の球状であり、
前記コア(C)に対する分散安定剤の含有量が8質量%以下である、マイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤。
〔2〕
前記シェル(S)は、波数1630〜1680cm-1の赤外線を吸収する結合基(x)、波数1680〜1725cm-1の赤外線を吸収する結合基(y)、及び、波数1730〜1755cm-1の赤外線を吸収する結合基(z)を有し、前記結合基(x)の濃度(Cx)の前記結合基(x)、(y)、及び(z)の合計の濃度(Cx+Cy+Cz)に対する比(Cx/(Cx+Cy+Cz))が、0.50以上0.75未満である第一シェル(S1)を含む、前記〔1〕のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤。
〔3〕
前記シェル(S)は、前記第一シェル(S1)の表面に、前記第一シェル(S1)とエポキシ樹脂との反応生成物からなる第二シェル(S2)をさらに含む、前記〔1〕又は〔2〕のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤。
〔4〕
前記コア(C)の重量平均分子量が50以上50000以下である、前記〔1〕〜〔3〕のいずれか1つのマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤。
〔5〕
前記コア(C)が、以下の条件(1)〜(3)を満たす粒子を出発材料として形成される、前記〔1〕〜〔4〕のいずれか1つのマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤;
(1) アミン系硬化剤を主成分とし、
(2) 水を前記アミン系硬化剤100質量部に対し0.05〜3質量部含み、
(3) メジアン径で定義される平均粒径が0.3μmを超えて12μm以下である。
〔6〕
前記シェル(S)が、ウレア基、ビュレット基、及びウレタン基を有し、且つ、エステル基を有さない、前記〔1〕〜〔5〕のいずれか1つのマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤。
〔7〕
前記シェル(S)は、イソシアネート化合物と活性水素化合物の反応生成物をさらに含む、前記〔1〕〜〔6〕のいずれか1つのマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤。
〔8〕
前記コア(C)は、不定形の粒子を100℃以上400℃以下の熱風で処理して得られる、前記〔1〕〜〔7〕のいずれか1つのマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤。
〔9〕
エポキシ樹脂(e3)と、前記〔1〕〜〔8〕のいずれか1つのマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤と、を含むマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物であって、
前記エポキシ樹脂(e3)と前記マイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤の質量比が100:0.1〜100:1000であるマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物。
〔10〕
エポキシ樹脂(e4)と、前記〔9〕のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物と、を含む一液性エポキシ樹脂組成物であって、前記エポキシ樹脂(e4)と前記マスターバッチ型エポキシ樹脂用性硬化剤組成物の質量比が100:0.001〜100:1000である一液性エポキシ樹脂組成物。
〔11〕
酸無水物類、フェノール類、ヒドラジド類、及びグアニジン類よりなる群から選ばれる少なくとも1種のエポキシ樹脂用硬化剤(h3)をさらに含む、前記〔10〕の一液性エポキシ樹脂組成物。
〔12〕
前記〔1〕〜〔8〕のいずれか1つのマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有するペースト状組成物。
〔13〕
前記〔1〕〜〔8〕のいずれか1つのマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有するフィルム状組成物。
〔14〕
前記〔1〕〜〔8〕のいずれか1つのマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有する接着剤。
〔15〕
前記〔1〕〜〔8〕のいずれか1つのマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有する接合用ペースト。
〔16〕
前記〔1〕〜〔8〕のいずれか1つのマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有する接合用フィルム。
〔17〕
前記〔1〕〜〔8〕のいずれか1つのマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有する導電性材料。
〔18〕
前記〔1〕〜〔8〕のいずれか1つのマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有する異方導電性材料。
〔19〕
前記〔1〕〜〔8〕のいずれか1つのマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有する異方導電性フィルム。
〔20〕
前記〔1〕〜〔8〕のいずれか1つのマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有する絶縁性材料。
〔21〕
前記〔1〕〜〔8〕のいずれか1つのマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有する封止材料。
〔22〕
前記〔1〕〜〔8〕のいずれか1つのマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有するコーティング用材料。
〔23〕
前記〔1〕〜〔8〕のいずれか1つのマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有する塗料組成物。
〔24〕
前記〔1〕〜〔8〕のいずれか1つのマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有するプリプレグ。
〔25〕
前記〔1〕〜〔8〕のいずれか1つのマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有する熱伝導性材料。
〔26〕
円形度が0.93未満であり、重量平均分子量が50以上50000以下の不定形粒子を、100℃以上400℃以下の熱風で処理する工程を含む、球状コアの製造方法。
本発明によれば、硬化性と貯蔵安定性に優れ、かつ、耐溶剤性と耐湿性にも優れるマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を提供できる。
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施の形態」と略記する。)について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
I.マイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤
本実施の形態におけるマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤は、
コア(C)と、前記コア(C)を被覆するシェル(S)と、を少なくとも有するマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤であって、
前記コア(C)が円形度0.93以上の球状であり、
前記コア(C)に対する分散安定剤の含有量が8質量%以下である。
(I−1)コア(C)
本実施の形態におけるコア(C)は、以下の条件(1)〜(3)を満たす粒子を出発材料として形成されることが好ましい。
(1) アミン系硬化剤を主成分とし、
(2) 水を前記アミン系硬化剤100質量部に対し0.05〜3質量部含み、
(3) メジアン径で定義される平均粒径が0.3μmを超えて12μm以下である。
まず、条件(1)について説明する。
アミン系硬化剤としては、アミンアダクト系、変性ポリアミン系、脂肪族ポリアミン系、複素環式ポリアミン系、脂環式ポリアミン系、芳香族アミン系、ポリアミドアミン系、ケチミン系、ウレタンアミン系等、通常使用されるアミン系硬化剤が挙げられる。中でも、適度な反応性を有する観点から、低分子アミン化合物(a1)とアミンアダクトとからなるアミン系硬化剤が好ましい。
ここで、低分子アミン化合物(a1)としては、少なくとも1個の一級アミノ基及び/又は二級アミノ基を有するが、三級アミノ基を有さない、化合物;少なくとも1個の三級アミノ基と少なくとも1個の活性水素基とを有する、化合物等が挙げられる。
少なくとも1個の一級アミノ基及び/又は二級アミノ基を有するが、三級アミノ基を有さない、化合物としては、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、エタノールアミン、プロパノールアミン、シクロヘキシルアミン、イソホロンジアミン、アニリン、トルイジン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン等の、三級アミノ基を有さない第一アミン類;ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジメタノールアミン、ジエタノールアミン、ジプロパノールアミン、ジシクロヘキシルアミン、ピペリジン、ピペリドン、ジフェニルアミン、フェニルメチルアミン、フェニルエチルアミン等の、三級アミノ基を有さない第二アミン類等が挙げられる。
少なくとも1個の三級アミノ基と少なくとも1個の活性水素基とを有する化合物としては、2−ジメチルアミノエタノール、1−メチル−2−ジメチルアミノエタノール、1−フェノキシメチル−2−ジメチルアミノエタノール、2−ジエチルアミノエタノール、1−ブトキシメチル−2−ジメチルアミノエタノール、メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−β−ヒドロキシエチルモルホリン等のアミノアルコール類;2−(ジメチルアミノメチル)フェノール、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール等のアミノフェノール類;2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−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、2−フェニルイミダゾール、1−アミノエチル−2−メチルイミダゾール、1−(2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル)−2−メチルイミダゾール、1−(2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル)−2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−(2−ヒドロキシ−3−ブトキシプロピル)−2−メチルイミダゾール、1−(2−ヒドロキシ−3−ブトキシプロピル)−2−エチル−4−メチルイミダゾール等のイミダゾール類;1−(2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル)−2−フェニルイミダゾリン、1−(2−ヒドロキシ−3−ブトキシプロピル)−2−メチルイミダゾリン、2−メチルイミダゾリン、2,4−ジメチルイミダゾリン、2−エチルイミダゾリン、2−エチル−4−メチルイミダゾリン、2−ベンジルイミダゾリン、2−フェニルイミダゾリン、2−(o−トリル)−イミダゾリン、テトラメチレン−ビス−イミダゾリン、1,1,3−トリメチル−1,4−テトラメチレン−ビス−イミダゾリン、1,3,3−トリメチル−1,4−テトラメチレン−ビス−イミダゾリン、1,1,3−トリメチル−1,4−テトラメチレン−ビス−4−メチルイミダゾリン、1,3,3−トリメチル−1,4−テトラメチレン−ビス−4−メチルイミダゾリン、1,2−フェニレン−ビス−イミダゾリン、1,3−フェニレン−ビス−イミダゾリン、1,4−フェニレン−ビス−イミダゾリン、1,4−フェニレン−ビス−4−メチルイミダゾリン等のイミダゾリン類;ジメチルアミノプロピルアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、ジプロピルアミノプロピルアミン、ジブチルアミノプロピルアミン、ジメチルアミノエチルアミン、ジエチルアミノエチルアミン、ジプロピルアミノエチルアミン、ジブチルアミノエチルアミン、N−メチルピペラジン、N−アミノエチルピペラジン、ジエチルアミノエチルピペラジン等の三級アミノアミン類;2−ジメチルアミノエタンチオール、2−メルカプトベンゾイミダゾール、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトピリジン、4−メルカプトピリジン等のアミノメルカプタン類;N,N−ジメチルアミノ安息香酸、N,N−ジメチルグリシン、ニコチン酸、イソニコチン酸、ピコリン酸等のアミノカルボン酸類;N,N−ジメチルグリシンヒドラジド、ニコチン酸ヒドラジド、イソニコチン酸ヒドラジド等のアミノヒドラジド類等が挙げられる。これらの低分子アミン化合物(a1)の中でも、適度な反応性を有する観点から、イミダゾール類が好ましい。
次に、アミンアダクトとしては、カルボン酸化合物、スルホン酸化合物、尿素化合物、イソシアネート化合物、及び、エポキシ樹脂(e1)とアミン化合物(a2)との反応により得られるアミノ基を有する化合物等が挙げられる。
カルボン酸化合物としては、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、フタル酸、ダイマー酸等が挙げられる。スルホン酸化合物としては、エタンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸等が、尿素化合物としては、尿素、メチル尿素、ジメチル尿素、エチル尿素、t−ブチル尿素等が挙げられる。
イソシアネート化合物としては、脂肪族ジイソシアネート、脂環式ジイソシアネート、芳香族ジイソシアネート、脂肪族トリイソシアネート、ポリイソシアネート等が挙げられる。
脂肪族ジイソシアネートとしては、エチレンジイソシアネート、プロピレンジイソシアネート、ブチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等が挙げられる。
脂環式ジイソシアネートとしては、イソホロンジイソシアネート、4,4'−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート、1,4−イソシアナトシクロヘキサン、1,3−ビス(イソシアナトメチル)−シクロヘキサン、1,3−ビス(2−イソシアナトプロピル−2−イル)−シクロヘキサン等が挙げられる。
芳香族ジイソシアネートとしては、トリレンジイソシアネート、4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート等が挙げられる。
脂肪族トリイソシアネートとしては、1,6,11−ウンデカントリイソシアネート、1,8−ジイソシアネート−4−イソシアネートメチルオクタン、1,3,6−トリイソシアネートメチルヘキサン等が挙げられる。
ポリイソシアネートとしては、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートや上記ジイソシアネート化合物より誘導されるポリイソシアネート等が挙げられる。上記ジイソシアネートより誘導されるポリイソシアネートとしては、イソシアヌレート型ポリイソシアネート、ビュレット型ポリイソシアネート、ウレタン型ポリイソシアネート、アロハネート型ポリイソシアネート、カルボジイミド型ポリイソシアネート等が挙げられる。
エポキシ樹脂(e1)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等が挙げられる。
モノエポキシ化合物としては、ブチルグリシジルエーテル、ヘキシルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、パラ−tert−ブチルフェニルグリシジルエーテル、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が挙げられる。
多価エポキシ化合物としては、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と、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3',4'−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート等の脂環族エポキサイド等が挙げられる。
エポキシ樹脂(e1)の全塩素量は、硬化性と貯蔵安定性のバランスに優れたエポキシ樹脂組成物を得る観点から、2500ppm以下であることが好ましく、より好ましくは2000ppm以下であり、さらに好ましくは1500ppm以下であり、よりさらに好ましくは800ppm以下であり、一層好ましくは400ppm以下であり、より一層好ましくは180ppm以下であり、特に好ましくは100ppm以下であり、極めて好ましくは80ppm以下であり、最も好ましくは50ppm以下である。
ここで、全塩素量とは、エポキシ樹脂中に含まれる有機塩素及び無機塩素の総量を示し、エポキシ樹脂に対する質量基準の値である。エポキシ樹脂の全塩素量は、以下の方法により測定される。
エポキシ樹脂組成物を、キシレンを用いて、エポキシ樹脂が無くなるまで洗浄と濾過を繰り返す。次に、ろ液を100℃以下で減圧留去し、エポキシ樹脂を得る。得られたエポキシ樹脂試料1〜10gを、滴定量が3〜7mLになるよう精秤し、25mLのエチレングリコールモノブチルエーテルに溶解し、これに1規定KOHのプロピレングリコール溶液25mLを加えて20分間煮沸した後、硝酸銀水溶液で滴定した滴定量より計算する。
また、エポキシ樹脂(e1)の全塩素量は、シェル形成反応のコントロールを容易にする観点から、0.01ppm以上であることが好ましく、より好ましくは0.02ppm以上であり、さらに好ましくは0.05ppm以上であり、よりさらに好ましくは0.1ppm以上であり、特に好ましくは0.2ppm以上であり、極めて好ましくは0.5ppm以上である。さらに、全塩素量が0.1ppm以上であると、シェル形成反応が硬化剤を含むコア表面で効率よく行われ、より一層貯蔵安定性に優れたシェルが得られる傾向にある。
以上より、エポキシ樹脂(e1)の全塩素量の好ましい範囲は0.1ppm以上200ppm以下であり、より好ましい範囲は0.2ppm以上80ppm以下であり、さらに好ましい範囲は0.5ppm以上50ppm以下である。
ここで、全塩素の内、1、2−クロロヒドリン基に含まれる塩素は、一般に、加水分解性塩素と呼ばれる。エポキシ樹脂(e1)中の加水分解性塩素量は、好ましくは50ppm以下、より好ましくは0.01以上20ppm以下、さらに好ましくは0.05以上10ppm以下である。加水分解性塩素量が50ppm以下であると、高い硬化性と貯蔵安定性を両立する観点から有利であり、硬化物が優れた電気特性を示す傾向にある。
ここで、加水分解性塩素は、以下の方法により測定される。
試料3gを50mLのトルエンに溶解し、これに0.1規定KOHのメタノール溶液20mLを加えて15分間煮沸した後、硝酸銀水溶液で滴定した滴定量より計算する。
アミン化合物(a2)としては、上述した低分子アミン化合物(a1)の例として挙げたアミン化合物が使用できる。
これらのアミンアダクトの中で、特に、エポキシ樹脂(e1)とアミン化合物(a2)との反応により得られるものが好ましい。エポキシ樹脂(e1)とアミン化合物(a2)との反応により得られるアミンアダクトは、未反応のアミン化合物(a2)を低分子アミン化合物(a1)として流用できるという観点からも好ましい。
エポキシ樹脂(e1)とアミン化合物(a2)との反応により得られるアミンアダクトは、例えば、エポキシ樹脂(e1)とアミン化合物(a2)を、エポキシ樹脂(e1)のエポキシ基1当量に対して、アミン化合物(a2)の活性水素基が好ましくは0.5当量〜10当量、より好ましくは0.8当量〜5当量、さらに好ましくは0.95当量〜4当量)となるような範囲で、必要に応じて溶剤の存在下において、例えば、50〜250℃の温度で0.1〜10時間反応させることにより得られる。
エポキシ基に対する活性水素基の当量比を0.5以上にすると、分子量分布が7以下のアミンアダクトを得るのに有利であり、その結果、アミンアダクトの流動性が高まる傾向にある。当量比を10以下にすると、未反応のアミン化合物(a2)を回収せずにそのまま低分子アミン化合物(a1)として利用できるので有利である。
エポキシ樹脂(e1)とアミン化合物(a2)とによりアミンアダクトを得る反応において、必要に応じて用いられる溶剤としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、ミネラルスピリット、ナフサ等の炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン(MIBK)等のケトン類;酢酸エチル、酢酸−n−ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル類;メタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、ブチルセロソルブ、ブチルカルビトール等のアルコール類;水等が挙げられる。これらの溶剤は併用しても構わない。
また、条件(1)における「主成分とする」とは、50質量%以上、好ましくは70質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上を占めることをいう。
コア(C)を形成するための出発材料となる粒子には、アミン系硬化剤の他に、無水フタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、メチルナジック酸等の酸無水物系硬化剤;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ノボラック等のフェノール系硬化剤;プロピレングリコール変性ポリメルカプタン、トリメチロールプロパンのチオグルコン酸エステル、ポリスルフィド樹脂等のメルカプタン系硬化剤;トリフルオロボランのエチルアミン塩等のハロゲン化ホウ素塩系硬化剤;1、8−ジアザビシクロ(5,4,0)−ウンデカ−7−エンのフェノール塩等の四級アンモニウム塩系硬化剤;3−フェニル−1,1−ジメチルウレア等の尿素系硬化剤;トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート等のホスフィン系硬化剤等の他のエポキシ樹脂用硬化剤(h1)を併用することもできる。
次に、条件(2)について説明する。
コア(C)を形成するための出発材料となる粒子は、水を、その主成分であるアミン系硬化剤100質量部に対し0.05〜3質量部含むことが好ましい。水の含有量は、電量滴定を利用するカールフィッシャー法により測定できる。
コア(C)を形成するための出発材料となる粒子が、水を、アミン系硬化剤100質量部に対し、0.05質量部以上含むと、その表面でシェル(S)形成が効率よく行われるとともに、形成されるシェル(S)が貯蔵安定性及び耐溶剤性に優れた膜となる傾向にある。
一方、アミン系硬化剤100質量部に対し3質量部以下の水を含むことにより、粒子同士の融着・凝集を抑制でき、安定した品質で管理することが容易となる傾向にある。また、この現象は、シェル(S)形成にも影響し、シェル(S)の表面に有する特定の結合基の含有量のコントロールが容易となり、安定した品質のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤、及び/又はマスターバッチ型エキシ樹脂用硬化剤組成物を得ることができる。
次に、条件(3)について説明する。
コア(C)を形成するための出発材料粒子の粒径は、メジアン径で定義される平均粒径が0.3μmを超えて12μm以下であることが好ましく、1μm〜10μmであることがより好ましく、1.5μm〜5μmであることがより好ましい。ここで、出発材料粒子の粒径とは、レーザー回析・光散乱法で測定されるストークス径をいう。出発材料粒子の粒径は、後述する実施例に記載された方法に準じて測定することができる。
出発材料粒子の粒径が12μm以下であると、均質な硬化物を得ることができ、0.3μm以上であると、出発材料粒子間での凝集を抑制でき、薄いシェルの形成が容易となる傾向にある。
出発材料となる粒子は、常温で液体でも固体でもよいが、25℃で固体であることが好ましい。
本実施の形態におけるマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤に含まれるコア(C)は、円形度0.93以上の球状である。ここで、コア(C)の円形度は、フロー式粒子像解析法により測定することができる。より具体的には、試料を液中に流し粒子を撮影し、粒子投影面積より粒子径を求め、粒子投影像の周囲長と粒子径相当円の円周の比により求めることができる。
円形度は1に近い程、真球に近いことを示す。コア(C)の円形度が1に近いほどカプセル膜が均等に形成されるので、耐溶剤性、耐フィラー性、耐湿性、及び浸透性の観点から好ましく、コア(C)の円形度は0.93以上であり、より好ましくは0.95以上である。
本実施の形態において用いられる球状のコア(C)は、例えば、不定形の粒子を熱風処理して得ることができる。そのような球状のコアを得る方法としては、熱風噴射ノズルから噴射される熱風中に不定形粒子を噴射し、熱風との接触により粒子の表面を溶融して球形化処理する方法等が挙げられる。
熱風処理する際の熱風の温度は、好ましくは100℃以上400℃以下である。熱風の温度が100℃以上であると、コア表面の加熱を十分に行うことができ所望の円形度にコントロールすることができ、400℃以下であると、コア(C)の熱分解を抑制できる。上記観点から、熱風温度は、より好ましくは150℃以上300℃以下、さらに好ましくは180℃以上250℃以下である。
また、コア(C)の重量平均分子量は、50以上50000以下であることが好ましい。コア(C)の分子量が50以上であると、熱風処理の段階で粒子同士の融着を抑制でき、粒径が大きくなり過ぎることを防止でき、50000以下であると、粒子の軟化温度が高くなりすぎず、熱風処理において所望の円形度としやすい。上記観点から、コア(C)の重量平均分子量の範囲は、好ましくは50以上50000以下、より好ましくは70以上10000以下、さらに好ましくは100以上5000以下、よりさらに好ましくは500以上4000以下、特に好ましくは1000以上3000以下である。
ここで、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクラマトグラフィー(GPC)により測定することができる。
(I−2)第一シェル(S1)
本実施の形態におけるシェル(S)は、前記コア(C)を被覆するものであり、少なくとも第一シェル(S1)を含む。
第一シェル(S1)はコア(C)の表面を直接被覆しており、波数1630〜1680cm-1の赤外線を吸収する結合基(x)、波数1680〜1725cm-1の赤外線を吸収する結合基(y)、及び波数1730〜1755cm-1の赤外線を吸収する結合基(z)を有し、かつ、結合基(x)、(y)及び(z)の合計の濃度(Cx+Cy+Cz)に対する前記結合基(x)の濃度Cxの比(Cx/(Cx+Cy+Cz))が、0.50以上0.75未満であることが好ましい。ここで、Cxはシェル(S1)中における前記結合基(x)の濃度を表し、Cyはシェル(S1)中における前記結合基(y)の濃度を表し、Czはシェル(S1)中における前記結合基(z)の濃度を表す。
ここで、赤外線吸収は、赤外分光光度計を用いて測定することができるが、特に、フーリエ変換式赤外分光光度計(FT−IR)を用いることが好ましい。
結合基(x)は、好ましくは、ウレア結合基である。結合基(y)は、好ましくは、ビュレット基である。結合基(z)は、好ましくは、ウレタン結合基である。濃度比Cx/(Cx+Cy+Cz)が、0.50以上であると、耐溶剤性をより向上させることができる。また、濃度比Cx/(Cx+Cy+Cz)が0.75未満であると、マイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤の粒子同士の融着・凝集を抑制でき、凝集物の発生を防止でき、粘度が高くなりすぎることも防止できる。その結果、エポキシ樹脂用硬化剤組成物を安定した品質で管理することができ、貯蔵安定性をより向上させることができる。
また、本実施の形態の第一シェル(S1)は、ウレア基、ビュレット基、及びウレタン基を有し、且つ、エステル基を有さないことが好ましい。エステル結合を有すると、湿度が高い状態においてエステル結合が加水分解反応を起こしてシェル(S1)を損ない、エポキシ樹脂用硬化剤の貯蔵安定性・耐湿性や、これを含むエポキシ樹脂組成物を硬化して得られる硬化物の物性を低下させるおそれがある。
第一シェル(S1)としては、上述のコア(C)を形成するための出発材料となる粒子に含まれるアミン系硬化剤や、これと併用可能なエポキシ樹脂用硬化剤(h1)とイソシアネート化合物の反応生成物であることが好ましく、特にアミン系硬化剤とイソシアネート化合物の反応生成物であることが好ましい。
ここで、イソシアネート化合物としては、上述のコア(C)に含まれるアミンアダクトの原料の例として挙げたイソシアネート化合物が使用できる。
第一シェルが上述のコア(C)を形成するための出発材料となる粒子に含まれるアミン系硬化剤や、これと併用可能なエポキシ樹脂用硬化剤(h1)とエポキシ樹脂との反応生成物である場合は、波数1630〜1680cm-1の赤外線を吸収する結合基(x)と波数1680〜1725cm-1の赤外線を吸収する結合基(y)及び波数1730〜1755cm-1の赤外線を吸収する結合基(z)の含有量が低下する傾向にあり、そのような第一シェルを有するマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤は貯蔵安定性や耐溶剤性が低下する傾向にある。
上記の波数1630〜1680cm-1の赤外線を吸収する結合基(x)と波数1680〜1725cm-1の赤外線を吸収する結合基(y)及び波数1730〜1755cm-1の赤外線を吸収する結合基(z)を含有する第一シェルは、出発材料となる粒子に含まれるアミン系硬化剤や、これと併用可能なエポキシ樹脂用硬化剤(h1)とエポキシ樹脂が反応する温度よりも低い温度で、出発材料となる粒子に含まれるアミン系硬化剤や、これと併用可能なエポキシ樹脂用硬化剤(h1)とイソシアネート化合物を反応させること等により得ることができる。
(I−3)シェル(S2)
本実施の形態におけるシェル(S)は、上述した第一シェル(S1)の表面に、第一シェル(S1)とエポキシ樹脂(e2)との反応生成物からなる第二シェル(S2)を含むことが好ましい。
第二シェル(S2)は、第一シェル(S1)とエポキシ樹脂(e2)との反応生成物であることが好ましい。エポキシ樹脂(e2)としては、上述のコア(C)に含まれるアミンアダクトの原料となるエポキシ樹脂(e1)の例として挙げた多価エポキシ化合物が使用できる。これらのエポキシ樹脂は単独で使用してもよいし、併用してもよい。
また、エポキシ樹脂(e2)は、後述するマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物に含まれるエポキシ樹脂(e3)と同一又はエポキシ樹脂(e3)が混合物の場合はその一部であると、貯蔵安定性と耐溶剤性に優れたマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤が得られる傾向にあるので好ましい。
エポキシ樹脂は、通常、分子内に塩素が結合した不純末端を有するが、このような不純末端は硬化物の電気特性に悪影響を及ぼすおそれがある。従って、エポキシ樹脂(e2)の全塩素量は、2500ppm以下であることが好ましく、より好ましくは1500ppm以下、さらに好ましくは500ppm以下である。
エポキシ樹脂(e2)と第一シェル(S1)との反応は分散媒中で行なうことができる。分散媒としては、溶媒、エポキシ樹脂、可塑剤等が挙げられる。溶媒、可塑剤としては、後述するイソシアネート化合物と活性水素化合物の反応で使用できる溶媒、可塑剤の例として挙げたものが使用できる。
また、活性水素化合物としては、水、少なくとも1個の一級アミノ基及び/又は二級アミノ基を有する化合物、少なくとも1個の水酸基を有する化合物等であり、その構造にエステル基を含有しないものが挙げられる。これらの化合物は併用することもできる。
少なくとも1個の一級アミノ基及び/又は二級アミノ基を有する化合物としては、脂肪族アミン、脂環式アミン、芳香族アミン等が挙げられる。
脂肪族アミンとしては、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン等のアルキルアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ブチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等のアルキレンジアミン;ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン等のポリアルキレンポリアミン;ポリオキシプロピレンジアミン、ポリオキシエチレンジアミン等のポリオキシアルキレンポリアミン類等が挙げられる。
脂環式アミンとしては、シクロプロピルアミン、シクロブチルアミン、シクロペンチルアミン、シクロヘキシルアミン、イソホロンジアミン等が挙げられる。
芳香族アミンとしては、アニリン、トルイジン、ベンジルアミン、ナフチルアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン等が挙げられる。
少なくとも1個の水酸基を有する化合物としては、アルコール化合物、フェノール化合物等が挙げられる。
アルコール化合物としては、メチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、アミルアルコール、ヘキシルアルコール、ヘプチルアルコール、オクチルアルコール、ノニルアルコール、デシルアルコール、ウンデシルアルコール、ラウリルアルコール、ドテシルアルコール、ステアリルアルコール、エイコシルアルコール、アリルアルコール、クロチルアルコール、プロパルギルアルコール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール、シンナミルアルコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチル等のモノアルコール類;エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、水添ビスフェノールA、ネオペンチルグリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の多価アルコール類が挙げられる。また、少なくとも1個のエポキシ基を有する化合物と、少なくとも1個の水酸
基、カルボキシル基、一級又は二級アミノ基、メルカプト基を有する化合物との反応により得られる二級水酸基を1分子中に2個以上有する化合物も、多価アルコール類として挙げられる。これらのアルコール化合物は、第一、第二、又は第三アルコールのいずれでもよい。
フェノール化合物としては、例えば、石炭酸、クレゾール、キシレノール、カルバクロール、モチール、ナフトール等のモノフェノール類、カテコール、レゾルシン、ヒドロキノン、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ピロガロール、フロログルシン等の多価フェノール類が挙げられる。
少なくとも1個の水酸基を有する化合物としては、多価アルコール類や多価フェノール類等が好ましく、多価アルコール類が特に好ましい。
イソシアネート化合物と活性水素化合物の反応は、通常、−10℃〜150℃の温度範囲で、10分間〜12時間間の反応時間で行われる。
また、イソシアネート化合物と活性水素化合物の反応は、必要に応じて分散媒中で行なうことができる。分散媒としては、溶媒、可塑剤、樹脂類等が挙げられる。溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、ミネラルスピリット、ナフサ等の炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン(MIBK)等のケトン類;酢酸エチル、酢酸−n−ブチル、プロピレングリコールモノメチルエチルエーテルアセテート等のエステル類;メタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、ブチルセロソルブ、ブチルカルビトール等のアルコール類;水等が挙げられる。可塑剤としては、フタル酸ジブチル、フタル酸ジ(2−エチルヘキシシル)等のフタル酸ジエステル系;アジピン酸ジ(2−エチルヘキシシル)等の脂肪族二塩基酸エステル系;リン酸トリクレジル等のリン酸トリエステル系;ポリエチレングリコールエステル等のグリコールエステル系等が挙げられる。樹脂類としては、シリコーン樹脂類、エポキシ樹脂類、フェノール樹脂類等が挙げられる。
このような、イソシアネート化合物と活性水素化合物との反応生成物は、ウレア結合を有するが、同時にエステル結合を有さないことが好ましく、さらに、ビュレット結合とウレタン結合を有することが好ましい。反応生成物がビュレット結合とウレタン結合を有すると、得られるマイクロカプセル型硬化剤の耐溶剤性が高まる傾向にある。
コア(C)を被覆するようにシェル(S)を形成する方法としては、特に限定されないが、コア(C)を形成するための出発材料となる粒子を分散媒に分散させ、この分散媒にシェルを形成する材料を添加して出発材料粒子上に析出させる方法や、分散媒にシェルを形成する材料の原料を添加し、出発材料粒子の表面を反応の場として、そこでシェル形成材料を生成する方法等が挙げられる。後者の方法は、反応と被覆を同時に行うことができるので好ましい。分散媒としては、溶媒、可塑剤、樹脂等が挙げられる。溶媒、可塑剤、樹脂としては、上述のイソシアネート化合物と活性水素化合物の反応で使用できる溶媒、可塑剤、樹脂の例として挙げたものが使用できる。ここで、分散媒としてエポキシ樹脂を用いると、シェル形成と同時に、マスターバッチ型エポキシ樹脂硬化剤組成物を得ることができるため好ましい。
第一シェル(S1)の形成反応は、通常、−10℃〜100℃、好ましくは0℃〜50℃、より好ましくは20℃〜40℃の温度範囲で、10分間〜24時間間、好ましくは2時間〜10時間の反応時間で行われる。反応温度が−10℃以上であると、反応が速く工業的に好ましく、反応温度が100℃以下であると、コア材が反応系に溶出することを防止でき、貯蔵安定性や耐溶剤性等をより向上させることができる。
また、シェルを形成する材料をシェル形成反応の初期に存在させておくと、第一シェル(S1)がより効果的に形成され、貯蔵安定性や耐溶剤性等の効果がより一層顕著に発現される傾向にある。
第二シェル(S2)は、第一シェル(S1)で被覆されたコア(C)とエポキシ樹脂を反応させることにより形成することができる。その際の反応温度は、通常−10℃〜150℃、好ましくは0℃〜100℃、より好ましくは10℃〜70℃の温度範囲であり、反応時間は、通常10分間〜24時間、好ましくは2時間〜10時間である。
また、第二シェル(S2)の形成反応温度が第一シェル(S1)形成反応温度よりも高いと、貯蔵安定性や耐溶剤性等の本発明の効果がより顕著に発現される傾向にある。
本実施の形態におけるマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤は、コア(C)に対する分散安定剤の含有量が8質量%以下である。マイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤に分散安定剤が含有されると該マイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤をエポキシ樹脂に混合したときの粘度が高くなり過ぎたり、硬化過程における流動性が低下したりすることにより、被着体との密着性が低下する。特に、その硬化物の耐湿性、及び浸透性が低下し、耐溶剤性、及び耐フィラー性等も低下し、結果として電気部品等に使用したときの電気部品の信頼性が低下する。マイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤中のコア(C)に対する分散安定剤の含有量は8質量%以下であり、好ましくは5質量%以下、より好ましくは1質量%以下、さらに好ましくは0.5質量%以下、よりさらに好ましくは0.1質量%以下である。分散安定剤の含有量は後述する実施例に記載された方法により測定できる。
分散安定剤とは、マイクロカプセル型エポキシ樹脂硬化剤に含まれる各成分を分散させる機能を有するものであり、例えば、以下に示すグラフト共重合体、ブロック共重合体、ランダム共重合体及びその他の重合体等が挙げられる。本実施の形態のマイクロカプセル型エポキシ樹脂硬化剤における、分散安定剤として用いられるグラフト共重合体、ブロック共重合体、ランダム共重合体及びその他の重合体の合計量は、8質量%以下である。
グラフト共重合体としては、例えば、スチレンをグラフト共重合したメチルメタクリレート/メタクリル酸共重合体、メチルメタクリレート/2−ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体、ポリ2−ヒドロキシメタクリレート、ポリ2,3−ジヒドロキシプロピルメタクリレート、ポリアクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド、ポリ4−ビニル−エチルピリジウムブロミド、メチルメタクリレートをグラフト共重合したメチルメタクリレート/メタクリル酸共重合体、グリシジルメタクリレート/スチレン共重合体、メチルメタクリレート/フルオロアルキルアクリレート共重合体、メタクリル酸をグラフト共重合したポリブタジエン、メチルメタクリレート/グリシジルメタクリレート共重合体、N−メチロールアクリルアミドをグラフト共重合したポリメチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体、1,2−ヒドロキシステアリン酸をグラフト共重合したポリメチルメタクリレート、エチルアクリレート/メタクリル酸共重合体、メチルアクリレート/メタクリル酸共重合体、スチレン/メタクリル酸共重合体、2−ヒドロキシエチルメタクリレートをグラフト共重合したポリメチルメタクリレート、エチレンオキシドをグラフト共重合したポリ塩化ビニル、及びメチルメタクリレートをグラフト共重合したスチレン/グリシジルメタクリレート等が挙げられる。
ブロック共重合体としては、例えば、ポリラウリルメタクリレート/ポリメタクリル酸ブロック共重合体、ポリスチレン/ポリメタクリル酸ブロック共重合体、ポリエチレンオキシド/ポリスチレン/ポリエチレンオキシドブロック共重合体及びポリ12−ヒドロキシステアリン酸/ポリエチレングリコール/ポリ12−ヒドロキシステアリン酸等が挙げられる。
ランダム共重合体としては、例えば、酢酸ビニル/ビニルアルコール共重合体、酢酸ビニル/N−ビニルピロリドン共重合体、N−ビニルピロリドン/メチルメタクリレート等が挙げられる。
その他の重合体としては、例えば、カチオン化したアミン変性ポリエステル等が挙げられる。
分散安定剤の重量平均分子量としては、特に限定されないが、通常1000〜2000000である。
分散安定剤として市販されているものとしては、メチルメタクリレートをグラフト共重合したスチレン/グリシジルメタクリレート(東亜合成社製、レゼタGP300)、メチルメタクリレートをグラフト共重合したメチルメタクリレート/メタクリル酸共重合体の32.3%MIBK溶液(東亜合成社製、レゼダGP101S)、スチレン/アクリルグラフト共重合系(東亜合成社製、レゼダGP−310S)、アクリル/PMMAグラフト共重合系(東亜合成社製、レゼダGP−301、レゼダGP−102S)等が挙げられる。
II.マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物
本実施の形態におけるマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物は、エポキシ樹脂(e3)と本実施の形態のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤とを含み、その質量比(エポキシ樹脂:マイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤)が、100:0.1〜100:1000であり、好ましくは100:1〜100:500であり、より好ましくは100:10〜100:100である。
本実施の形態におけるマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物は、室温で液状であるか、又は、25℃での粘度が50mPa・s以上1000万mPa・s以下のペースト状であることが好ましい。液状又は上記粘度範囲のペースト状とすることで、作業性が高く、容器等の被付着物への付着量を低減でき、廃棄物発生量を低減できるため好ましい。
以下に、エポキシ樹脂(e3)、及びマスターバッチ型エポキシ樹脂硬化剤組成物の製造方法について詳細に説明する。
(II−1)エポキシ樹脂(e3)
エポキシ樹脂(e3)としては、上述のコア(C)に含まれるアミンアダクトの原料となるエポキシ樹脂(e1)の例として挙げた多価エポキシ化合物が使用できる。これらのエポキシ樹脂は単独で使用してもよいし、併用してもよい。これらの中でも、得られる硬化物の接着性や耐熱性の観点から、多価フェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂が好ましく、ビスフェノール型エポキシ樹脂がより好ましく、ビスフェノールAのグリシジル化物とビスフェノールFのグリシジル化物がさらに好ましい。
上述したように、エポキシ樹脂の分子内の塩素が結合した不純末端は、硬化物の電気特性に悪影響を及ぼすおそれがある。従って、本実施の形態におけるマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物に含まれるエポキシ樹脂(e3)の全塩素量は、2500ppm以下であることが好ましく、より好ましくは1500ppm以下、さらに好ましくは500ppm以下である。
さらに、エポキシ樹脂(e3)だけではなく、マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物全体の全塩素量が2500ppm以下であることが好ましい。
また、エポキシ樹脂(e3)のジオール末端不純成分が、エポキシ樹脂(e3)の基本構造成分の0.001〜30質量%であることが好ましい。ここで、ジオール末端不純成分とは、「総説 エポキシ樹脂 第1巻基礎編I」(エポキシ樹脂技術協会刊行、2003年)に記載されているような、どちらか一方、又は両方の末端のエポキシ基が開環して、1,2−グリコールを形成した構造をもつエポキシ樹脂のことをいう。
エポキシ樹脂(e3)の基本構造成分及びジオール末端不純成分は、上述の「総説 エポキシ樹脂 第1巻基礎編I」(エポキシ樹脂技術協会刊行、2003年)において引用されている文献に記載された方法に従って測定でき、具体的には、後述する実施例に記載された方法により求められる。
エポキシ樹脂(e3)の基本構造成分に対するエポキシ樹脂(e3)のジオール末端不純成分の比率が、30質量%を超えると、硬化物の耐水性が低下する傾向にあり、0.001質量%未満であると、エポキシ樹脂組成物の硬化性が低下する傾向にある。上記観点から,エポキシ樹脂(e3)の基本構造成分に対するエポキシ樹脂(e3)のジオール末端不純成分の比率は、好ましくは0.01〜25質量%であり、より好ましくは0.1〜20質量%であり、さらに好ましくは0.5〜18質量%であり、特に好ましくは1.2〜15質量%である。
(II−2)製造方法
本実施の形態におけるマスターバッチ型エポキシ樹脂硬化剤組成物を製造する方法としては、特に限定されないが、マイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を、三本ロール等を用いてエポキシ樹脂(e3)中に分散させる方法や、エポキシ樹脂(e3)の中でマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤の生成反応を行い、マイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を得ると同時に、マスターバッチ型エポキシ樹脂硬化剤組成物を得る方法等が挙げられる。上記の中でも、後者の方法が、生産性が高くなる傾向にあるため、好ましい。
III.一液性エポキシ樹脂組成物
本実施の形態におけるマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物は、これをさらにエポキシ樹脂で希釈して、一液性エポキシ樹脂組成物とすることができる。このような一液性エポキシ樹脂組成物として好ましいものは、エポキシ樹脂(e4)と、本実施の形態のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を含み、その質量比(エポキシ樹脂(e4):マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物)が100:0.01〜100:1000の範囲にあるものである。
ここで、エポキシ樹脂(e4)としては、上述のコア(C)に含まれるアミンアダクトの原料となるエポキシ樹脂(e1)の例として挙げた多価エポキシ化合物が使用できる。
また、一液性エポキシ樹脂組成物の製造方法としては、上述のマスターバッチ型エポキシ樹脂硬化剤組成物の製造方法の例として挙げた方法が利用できる。
IV.添加剤
本実施の形態におけるマスターバッチ型エポキシ樹脂用性硬化剤組成物や一液性エポキシ樹脂組成物には、その機能を低下させない範囲で、増量剤、補強材、充填材、顔料、有機溶剤等、その他の添加剤を含有することができる。その他の添加剤の含有量は、好ましくは30質量%未満である。
その他の添加剤としては、例えば、エポキシ樹脂用硬化剤(h3)が挙げられる。エポキシ樹脂用硬化剤(h3)としては、上述のコア(C)を形成するための出発材料となる粒子に含まれるアミン系硬化剤やその他のエポキシ樹脂用硬化剤(h1)の例として挙げたものの他、一般にエポキシ樹脂用硬化剤として使用されるあらゆるものが使用できるが、特に、酸無水物系硬化剤、フェノール系硬化剤、ヒドラジド系硬化剤、及びグアニジン系硬化剤よりなる群から選ばれる少なくとも1種のエポキシ樹脂用硬化剤が好ましい。
酸無水物系硬化剤としては、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水−3−クロロフタル酸、無水−4−クロロフタル酸、無水ベンゾフェノンテトラカルボン酸、無水コハク酸、無水メチルコハク酸、無水ジメチルコハク酸、無水ジクロールコハク酸、メチルナジック酸、ドテシルコハク酸、無水マレイン酸等が挙げられる。
フェノール系硬化剤としては、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ノボラック等が挙げられる。
ヒドラジド系硬化剤としては、コハク酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、フタル酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド、テレフタル酸ジヒドラジド、p−オキシ安息香酸ヒドラジド、サリチル酸ヒドラジド、フェニルアミノプロピオン酸ヒドラジド、マレイン酸ジヒドラジド等が挙げられる。
グアニジン系硬化剤としては、ジシアンジアミド、メチルグアニジン、エチルグアニジン、プロピルグアニジン、ブチルグアニジン、ジメチルグアニジン、トリメチルグアニジン、フェニルグアニジン、ジフェニルグアニジン、トルイルグアニジン等が挙げられる。
ここで、エポキシ樹脂用硬化剤(h3)は、コア(C)を形成するための出発材料となる粒子に含まれるアミン系硬化剤やその他のエポキシ樹脂用硬化剤(h1)と同一であってもよいが、異なっている方が好ましい。
また、マスターバッチ型エポキシ樹脂用性硬化剤組成物や一液性エポキシ樹脂組成物には、組成物の貯蔵安定性の向上のため、環状ホウ酸エステル化合物を添加することができる。環状ホウ酸エステル化合物とは、ホウ素が環式構造に含まれているものであり、特に、2,2'−オキシビス(5,5'−ジメチル−1,3,2−オキサボリナン)が好ましい。環状ホウ酸エステル化合物の含有量は、マスターバッチ型エポキシ樹脂用性硬化剤組成物、又は、一液性エポキシ樹脂組成物に対し、0.001〜10質量%であることが好ましい。
本実施の形態におけるマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物や一液性エポキシ樹脂組成物は、貯蔵安定性、硬化性、耐湿性、作業性、流動性、信頼性、接着性、耐水性、耐溶剤性に優れており、ペースト状やフィルム状等にして、あらゆる用途に利用できる。特に、低温あるいは短時間の硬化条件であっても、高い接続信頼性、封止性、及び接着性が得られる、接着剤、接合用ペースト、接合用フィルムの他に、導電性材料、異方導電性材料、絶縁性材料、封止材料、コーティング用材料、塗料組成物、プリプレグ、熱伝導性材料等として有用である。
接着剤、接合用ペースト、接合用フィルムとしては、液状接着剤やフィルム状接着剤、ダイボンディング材等として有用である。フィルム状接着剤の製造方法としては、例えば、特開昭62−141083号公報や、特開平5−295329号公報等に記載された方法が挙げられる。より具体的には、固形エポキシ樹脂、液状エポキシ樹脂、さらに固形のウレタン樹脂を、50質量%になるようにトルエンに溶解・混合・分散させた溶液を作製する。これに本実施の形態のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を、溶液に対して30質量%添加・分散させたワニスを調製する。このワニスを、例えば、厚さ50μmの剥離用ポリエチレンテレフタレート基材に、トルエンが乾燥した後に厚さ30μmとなるように塗布する。トルエンを乾燥させることにより、常温では不活性であり、加熱することにより潜在性硬化剤の作用で接着性を発揮する、接合用フィルムを得ることができる。
導電性材料としては導電性フィルム、導電性ペースト等が挙げられる。異方導電性材料としては、異方導電性フィルム、異方導電性ペースト等が挙げられる。その製造方法としては、例えば、特開平1−113480号公報に記載された方法が挙げられる。より具体的には、例えば、上述の接合用フィルムの製造において、ワニスの調製時に導電性材料や異方導電性材料を混合・分散させて、剥離用の基材に塗布後、乾燥することにより製造することができる。導電粒子としては、半田粒子、ニッケル粒子、ナノサイズの金属結晶、金属の表面を他の金属で被覆した粒子、銅と銀の傾斜粒子等の金属粒子や、例えば、スチレン樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、スチレン−ブタジエン樹脂等の樹脂粒子に金、ニッケル、銀、銅、半田等の導電性薄膜で被覆を施した粒子等が使用される。一般に、導電粒子は、1〜20μm程度の球形の微粒子である。フィルムにする場合の基材としては、例えば、ポリエステル、ポリエチレン、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン等の基材に塗布後、溶剤を乾燥させる方法等が挙げられる。
絶縁性材料としては、絶縁性接着フィルム、絶縁性接着ペーストが挙げられる。上述の接合用フィルムを用いることで、絶縁性材料である絶縁性接着フィルムを得ることができる。また、封止材料を用いることの他、上述の充填剤のうち、絶縁性の充填剤を配合することで、絶縁性接着ペーストを得ることができる。
封止材としては、固形封止材、液状封止材、及びフィルム状封止材等として有用である。液状封止材としては、アンダーフィル材、ポッティング材、ダム材等として有用である。封止材の製造方法としては、例えば、特開平5−43661号公報、特開2002−226675号公報等において、電気・電子部品の封止・含浸用成形材料の製造方法として記載された方法が挙げられる。より具体的には、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、硬化剤として、例えば酸無水物硬化剤である無水メチルヘキサヒドロフタル酸、さらに球状溶融シリカ粉末を加えて均一に混合し、それに本実施の形態のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を加えて均一に混合することにより、封止材料を得ることができる。
コーティング用材料としては、例えば、電子材料のコーティング材、プリント配線版のカバー用のオーバーコート材、プリント基板の層間絶縁用樹脂組成物等が挙げられる。コーティング用材料の製造方法としては、例えば、特公平4−6116号公報、特開平7−304931号公報、特開平8−64960号公報、特開2003−246838等に記載された各種方法が挙げられる。より具体的には、充填剤からシリカ等を選定し、フィラーとして、ビスフェノールA型エポキシ樹脂の他、フェノキシ樹脂、ゴム変性エポキシ樹脂等を配合し、さらに本実施の形態のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を配合し、メチルエチルケトン(MEK)で50%の溶液を調製する。これをポリイミドフィルム上に50μmの厚さでコーティングし、銅箔を重ねて60〜150℃でラミネートし、当該ラミネートを180〜200℃で加熱硬化させることにより、層間がエポキシ樹脂組成物によりコーティングされた積層板を得ることができる。
塗料組成物の製造方法としては、例えば、特開平11−323247号公報、特開2005−113103号公報等に記載された方法が挙げられる。より具体的には、ビスフェノールA型エポキシ樹脂に、二酸化チタン、タルク等を配合し、混合溶剤としてメチルイソブチルケトン(MIBK)/キシレンの1:1混合溶剤を添加、攪拌、混合して主剤とする。これに本実施の形態のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を添加し、均一に分散させることにより、エポキシ塗料組成物を得ることができる。
プリプレグの製造方法としては、例えば、特開平9−71633号公報、国際公開第98/44017号パンフレット等に記載された方法のように、本実施の形態のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を補強基材に含浸し、加熱することにより得ることができる。含浸させるワニスの溶剤としては、メチルエチルケトン、アセトン、エチルセルソルブ、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等が挙げられ、これらの溶剤はプリプレグ中に残存しないことが好ましい。なお、補強基材の種類としては、特に限定されないが、例えば、紙、ガラス布、ガラス不織布、アラミド布、液晶ポリマー等が挙げられる。マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物と補強基材の割合も特に限定されないが、通常、プリプレグ中の樹脂分が20〜80質量%となるように調整するのが好ましい。
熱伝導性材料の製造方法としては、例えば、特開平6−136244号公報、特開平10−237410号公報、特開2000−3987号公報に記載された方法等に記載された方法が挙げられる。より具体的には、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂、硬化剤としてフェノールノボラック硬化剤、さらに熱伝導フィラーとしてグラファイト粉末を配合して均一に混練する。これに本実施の形態のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を配合することにより熱伝導性樹脂ペーストを得ることができる。
次に、実施例及び比較例を挙げて本実施の形態をより具体的に説明するが、本実施の形態はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
以下の実施列及び比較例における各種物性の測定及び評価は次のようにして行った。
(1)エポキシ当量
1当量のエポキシ基を含むエポキシ樹脂の質量(g)であり、JIS K−7236に従って求めた。
(2)エポキシ樹脂の全塩素量
試料1gを25mLのエチレングリコールモノブチルエーテルに溶解し、これに1規定KOHのプロピレングリコール溶液25mLを加えて20分間煮沸した後、硝酸銀水溶液で滴定した。
(3)マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物の全塩素量
マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を、キシレンを用いて、エポキシ樹脂が無くなるまで洗浄と濾過を繰り返した。次に濾液を100℃以下で減圧留去し、エポキシ樹脂を得た。得られたエポキシ樹脂試料1〜10gを滴定量が3〜7mLになるよう精秤し、25mLのエチレングリコールモノブチルエーテルに溶解し、これに1規定KOHのプロピレングリコール溶液25mLを加えて20分間煮沸したのち、硝酸銀水溶液で滴定した。
(4)ジオール末端不純成分量
エポキシ樹脂を、以下の方法で分析して定量した。すなわち東ソー社製、高速液体クロマトグラフィ(AS−8021、検出器UV−8020、以下、HPLCという。)で、カラムはミリポア社製のノバパックC−18を使用した。移動相は水/アセトニトリル=70/30〜0/100にグラジェントをかけた。なお、検出波長を254nmとした。HPLC分析して両方の末端構造の違いによる分離条件を選定して、分離液について切り替え弁を使用して分取した。分取した分離液をフラクションごとに減圧、留去し残渣をMSで分析した。MSスペクトルにより、基準ピークの質量数に18の差があるもの同士について、18小さいものを基本構造成分、18大きいものをジオール末端不純成分とした。HPLC分析チャート上のジオール末端不純成分ピークの強度を示す面積と、基本構造成分を示すピーク強度の面積比でエポキシ樹脂中の基本構造成分に対する、ジオール末端不純成分の含有量を求めた。
(5)平均粒径
粒子粉末として4mgを0.1質量%界面活性剤(三井サイテック社製、エアロゾルOT−75)のシクロヘキサン溶液32gに入れ、超音波洗浄器(本田電子社製、MODEL W−211)で5分超音波照射して分散した。このときの超音波洗浄器内の水温は19±2℃に調整した。得られる分散液を一部取り、HORIBA LA−920(堀場製作所社製、粒度分布計 HORIBA LA−920)にて粒度分布測定を行い、これに基づき平均粒径を求めた。
(6)重量平均分子量
下記条件においてGPCにより測定した。
カラム名:TSKgelG4000H
移動相:100mMエチレンジアミンを含有するN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)
検出器:RI
分子量マーカー:ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール
(7)シェル(S)の表面の赤外線吸収特性
マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤を、キシレンを用いて、エポキシ樹脂が無くなるまで洗浄と濾過を繰り返した後、キシレンが無くなるまでシクロヘキサンで洗浄と濾過を繰り返した。その後、シクロヘキサンを濾別し、50℃以下の温度でシクロヘキサンを完全に除去乾燥して、マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物からマイクロカプセル型エポキシ樹脂硬化剤を分離した。
このようにして得られたマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤の表面に対して、日本分光社製、FT/IR−410を使用し、吸光度を測定した。
(8)結合基(x)、(y)、(z)の濃度比測定
予め、次の手順で検量線を作成した。波数1630〜1680cm-1の赤外線を吸収する結合基(x)を有するモデル化合物(1)、波数1680〜1725cm-1の赤外線を吸収する結合基(y)を有するモデル化合物(2)、及び、波数1730〜1755cm-1の赤外線を吸収する結合基(z)を有するモデル化合物(3)として以下のものを用いた。
Figure 0005558118
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標準物質としてテトラメチルこはく酸ニトリルを用いて、これとモデル化合物(1)、(2)、(3)それぞれとの混合物である検量サンプルを作成した。日本分光社製、FT/IR−410を使用して、検量サンプルと標準物質の吸光度を測定し、それぞれの実測値に基づいて、赤外線吸収帯の面積比と含有物の質量比の関係を直線回帰することにより、検量線を作成した。
なお、モデル化合物(1)、(2)、(3)及び標準物質であるテトラメチルこはく酸ニトリルは、いずれも東京化成の試薬グレードを用いた。
次に、(6)と同様にしてマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物から分離したマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を40℃で真空乾燥してその質量を求めた。
そして、このマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を、メタノールを用いて、エポキシ樹脂硬化剤がなくなるまで洗浄とろ過を繰り返し、50℃以下の温度でメタノールを完全に除去乾燥して、シェルだけを分離した。このシェルを40℃で真空乾燥して、質量を測定し、結合基の濃度比測定用サンプルを得た。
このサンプル3gに、標準物質であるテトラメチルこはく酸ニトリルを10mg加えて、メノウ乳鉢で粉砕混合後、その混合物2mgとKBr粉末50mgとをともに粉砕し、錠剤成型機を用いてFT−IR測定用錠剤を作成した。この錠剤を用いて、日本分光(株)社製、FT/IR−410により赤外線スペクトルを得た。
得られたスペクトルチャートの面積と予め作成した検量線より、結合基(x)、(y)、(z)のサンプル中の濃度を求めて、マイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤1kg当たりの結合基量とその濃度比を求めた。
(9)シェル中のエステル結合の有無の判定
(7)と同様にして分離したシェルに対して、Bruker社製DSX400(磁場:400MHz)を使用し、観測測定核種13C、パルスプログラムCPSELTICS、パルス条件(繰り返し時間5秒、プロトンの90度パルス5.2マイクロ秒、コンタクト時間1ミリ秒)、マジックアングルスピニング5000Hzの条件で、C13核磁気共鳴スペクトルを測定した。メタクリル酸メチルポリマーのC13核磁気共鳴スペクトルをモデル合成物として、165〜175ppmに現れるエステル基のカルボニル炭素によるピーク高さと、28〜38ppmに現れるメチレン鎖によるピーク高さの比が、モデル化合物と比較して10分の1以下である場合、エステル基のカルボニル炭素がないと判定し、これに基づいてエステル結合の有無を判定した。
(10)マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物の貯蔵安定性
マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を40℃で1週間保存した前後の粘度を測定し、その粘度上昇倍率を評価した。保存後の粘度上昇率が10倍以上又はゲル化した場合を「×」、5倍以上10倍未満の場合を「△」、2倍以上5倍未満の場合を「○」、2倍未満の場合を「◎」と判定した。なお、粘度は、25℃でBM型粘度計を使用して測定した。
(11)マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物の耐溶剤性
マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物80質量部をトルエン15質量部、MIBK5質量部と混合したサンプルを調製し、40℃で6時間加温し、加温後のサンプルの粘度を測定した。粘度が200mPa・s以下のものを「◎」、200〜1000mPa・sのものを「○」、1000〜20000mPa・sのものを「△」、20000〜2000000mPa・sのものを「×」、2000000mPa・s以上のものを「××」と判定した。
(12)マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物の耐湿性
マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を30℃湿度85%の恒湿状態で6時間保持した後、40℃で1週間保存した前後の粘度を測定し、その粘度上昇倍率を評価した。保存後の粘度上昇率が10倍以上又はゲル化した場合を「×」、5倍以上10倍未満の場合を「△」、2倍以上5倍未満の場合を「○」、2倍未満の場合を「◎」とした。なお、粘度は、25℃でBM型粘度計を使用した。
(13)一液性エポキシ樹脂組成物の硬化性
JIS C−6521に準拠したゲル化試験機によるゲル化までの時間について、次のように測定して評価した。
ゲル板を130℃に保ち、その板上に0.4mLの一液性エポキシ樹脂組成物の試料を載置し、載置後かきまぜ棒でかき混ぜ、糸が引かなくなるまでの時間、すなわちゲル化までの時間(秒)を測定した。ゲル化時間が90秒以下の場合を「◎」、90秒から120秒までの場合を「○」、120秒から180秒までの場合を「△」、180秒以上の場合を「×」と判定した。
(14)一液性エポキシ樹脂組成物の耐フィラー性
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成ケミカルズ社製、AER2603)50質量部、硬化剤としてメチル無水フタル酸を主成分とするHN−2200(日立化成工業社製)を40質量部、及び平均粒径5μmの球状溶融シリカ60質量部を、均一に分散、配合した。これにマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を5質量部加えて一液性エポキシ樹脂組成物を得た。
得られた一液性エポキシ樹脂組成物を40℃で1週間保存した前後の粘度を測定し、粘度上昇倍率を評価した。保存後の粘度上昇率が10倍以上又はゲル化した場合を「×」、5倍以上10倍未満の場合を「△」、2倍以上5倍未満の場合を「○」、2倍未満の場合を「◎」と判定した。なお、粘度は、25℃でBM型粘度計を使用して測定した。
(15)一液性エポキシ樹脂組成物の浸透性
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成ケミカルズ社製、AER2603)50質量部、硬化剤としてメチル無水フタル酸を主成分とするHN−2200(日立化成工業社製)40質量部、及び平均粒径5μmの球状溶融シリカ60質量部を、均一に分散、配合した。これにマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を5質量部加えて得られた一液性エポキシ樹脂組成物をシリンジに充填した。20ミクロンスペーサーを2枚の50mm四方のガラス板で10mmずらしてはさみ固定して水平に置いた。ガラス板間のギャップに一液性エポキシ樹脂組成物を0.1g滴下して室温でのエポキシ樹脂組成物の浸透状況を観察した。エポキシ樹脂組成物を滴下した端面から3cmの距離を浸透するまでの時間が30分未満の場合を「◎」、30分以上60分未満の場合を「△」、60分以上の場合を「×」と判定した。
(アミン系硬化剤1の製造)
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量185g/当量、全塩素量1400ppm、以下「エポキシ樹脂e1−1」という。)(旭化成ケミカルズ社製、AER250)1.5当量と、2−エチル−4−メチルイミダゾール1当量(活性水素換算)とを、n−ブタノールとトルエンの1/1混合溶媒中(樹脂分50%)で、80℃で反応させた。その後、減圧下で、2−エチル−4−メチルイミダゾールを、その含有量が10ppm未満になるまで溶媒と共に留去し、25℃で固体のアミンアダクトを得た。得られたアミンアダクト99.1質量部を溶融し、これに0.9質量部の2−エチル−4−メチルイミダゾールを均一に混合し、アミン系硬化剤1を得た。アミン系硬化剤1をGPCで測定した結果、ポリエチレングリコール換算での重量平均分子量は2200であった。
(アミン系硬化剤2の製造)
エポキシ樹脂e1−1 1当量、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量470g/当量、全塩素量1300ppm、以下「エポキシ樹脂e1−2」という。)(旭化成ケミカルズ製 AER6071)1当量と、トリエチレンテトラミン2当量を、2−プロパノールとトルエンの1/2混合溶媒中(樹脂分50%)で、80℃で反応させた。その後、減圧下で溶媒を留去した。得られたアミン系硬化剤2は、25℃で固体であり、アミンアダクトを主成分とし、トリエチレンテトラミンを0.3質量%含有していた。
(アミン系硬化剤3の製造)
エポキシ樹脂e1−2 0.5当量、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(エポキシ当量215g/当量、全塩素量1500ppm)1当量と、N―メチルピペラジン1.8当量を、2−プロパノール/トルエン/プロピレングリコールモノメチルエーテルを1/1/1混合溶媒中(樹脂分50%)で、80℃で反応させた。その後、減圧下で溶媒を留去した。得られたアミン系硬化剤3は、25℃で固体であり、アミンアダクトを主成分とし、N―メチルピペラジンを0.8質量%含有していた。
(アミン系硬化剤4の製造)
ビスフェノールA型エポキシ樹脂e1−1 1.5当量と、2−メチルイミダゾール1.2当量を、n−ブタノールとトルエンの1/1混合溶媒中(樹脂分50%)で、80℃で反応させた。その後、減圧下で溶媒を留去した。得られたアミン系硬化剤4は、25℃で固体であり、アミンアダクトを主成分とし、2―メチルイミダゾールを0.4質量%含有していた。
(アミン系硬化剤5の製造)
2−エチル−4−メチルイミダゾールを0.75当量(活性水素換算)としたこと以外はアミン系硬化剤1の製造と同様にしてアミン系硬化剤5を得た。GPCで測定したポリエチレングリコール換算での重量平均分子量は60000であった。
[実施例1]
アミン系硬化剤1を粉砕して、25℃で固体の平均粒径2.5μmの粒子c−1を得た。c−1の円形度は0.91であった。日本ニューマチック社製メテオレインボ−MR−10を使用し、下記条件で熱風処理することにより球形のc−1gを得た。
処理速度:4kg/hr
熱風温度:250℃
円形度:0.97
平均粒径:2.6μm
粒子c−1中の水分含有量は、粒子c−1 100質量部に対して、0.6質量部であった。
ビスフェノールA型液状エポキシ樹脂(エポキシ当量175g/当量、ジオール末端不純成分/基本構造成分=0.08、全塩素量1400ppm、以下「エポキシ樹脂e3−1」という。)200質量部に、前記粒子c−1g 100質量部、水1.5質量部、トリレンジイソシアネート(TDI)5質量部を加え、40℃で攪拌しながら3時間反応を続けた。その後、50℃で8時間反応させ、マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を得た。そして、その貯蔵安定性・耐溶剤性・耐湿性を評価し、結果を表1に示した。
次に、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量189g/当量、全塩素量1200ppm、以下「エポキシ樹脂e4−1」という。)100質量部に、得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を30質量部配合し、一液性エポキシ樹脂組成物を得た。そして、その硬化性、耐フィラー性、浸透性を評価し、結果を表1に示した。
なお、得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物中のシェル(S)を分析した結果、1630〜1680cm-1と波数1680〜1725cm-1、1730〜1755cm-1に吸収を有することが確認された。
また、モデル化合物(1)、(2)、(3)の分析チャート、及び標準物質とモデル化合物より作成した検量線を用いて、シェル中の結合基(x)、(y)、(z)の含有量及び濃度比を測定した。その結果を表1に示した。
また、分離したシェル(S)のC13核磁気共鳴スペクトル測定を行い、シェルに含まれる樹脂がエステル結合を有さないことを確認した。
[実施例2]
アミン系硬化剤2を粉砕して、平均粒径2.0μmの粒子c−2を得た。c−2の円形度は0.92であった。日本ニューマチック社製、メテオレインボ−MR−10を使用し、下記条件で熱風処理することにより球形のc−2gを得た。
処理速度:4kg/hr
熱風温度:250℃
円形度:0.98
平均粒径:2.2μm
粒子c−2中の水分含有量は粒子c−2 100質量部に対して、1.2質量部であった。
実施例1で用いたものと同じエポキシ樹脂e3−1 200質量部に、エポキシ樹脂用硬化剤粒子c−2g 100質量部、水1.5質量部、及びポリメチレンフェニレンポリイソシアネート(日本ポリウレタン社製、MR−200)5質量部を加え、実施例1と同様にして、マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を得、その貯蔵安定性・耐溶剤性・耐湿性を評価した。その結果を表1に示した。
次に、得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤を用いて、実施例1と同様にして、一液性エポキシ樹脂組成物を得、その硬化性を評価した。その結果を表1に示した。なお、得られたマイクロカプセル型エポキシ樹脂硬化剤は、その表面が波数1630〜1680cm-1と波数1680〜1725cm-1、1730〜1755cm-1に吸収を有し、シェルにエステル結合を有さないことが確認された。また、シェルの結合基(x)、(y)、(z)の含有量と、その濃度比は表1に示すとおりであった。
[実施例3]
アミン系硬化剤3を粉砕して、平均粒径1.9μmの粒子c−3を得た。c−3の円形度は0.91であった。日本ニューマチック社製メテオレインボ−MR−10を使用し、下記条件で熱風処理することにより球形のc−3gを得た。
処理速度:4kg/hr
熱風温度:250℃
円形度:0.97
平均粒径:2.0μm
この粒子c−3中の水分含有量は粒子c−3 100質量部に対して、0.7質量部であった。
実施例1で用いたものと同じエポキシ樹脂e3−1 200質量部に、エポキシ樹脂用硬化剤粒子c−3g 100質量部、水1.0質量部、及び4、4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)5質量部加え、40℃で攪拌しながら3時間反応を続けた。その後、環状ホウ酸エステル化合物(L)を0.5質量部加え、さらに50℃で8時間反応させ、マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤を得た。そして、その貯蔵安定性・耐溶剤性・耐湿性を評価した。その結果を表1に示した。
次に、得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤を用いて、実施例1と同様にして、一液性エポキシ樹脂組成物を得、その硬化性を評価し、結果を表1に示した。
なお、得られたマイクロカプセル型エポキシ樹脂硬化剤は、その表面が波数1630〜1680cm-1と波数1680〜1725cm-1、1730〜1755cm-1に吸収を有し、シェルにエステル結合を有しないことが確認された。また、シェルの結合基(x)、(y)、(z)の含有量と、その濃度比は表1に示すとおりであった。
[実施例4]
アミン系硬化剤4を粉砕して、平均粒径2.5μmの粒子c−4を得た。c−4の円形度は0.92であった。日本ニューマチック社製、メテオレインボ−MR−10を使用し、下記条件で熱風処理することにより球形のc−4gを得た。
処理速度:4kg/hr
熱風温度:250℃
円形度:0.98
平均粒径:2.5μm
粒子c−4中の水分含有量は、粒子c−4 100質量部に対して、1.0質量部であった。
実施例1で用いたものと同じエポキシ樹脂e3−1 200質量部に、エポキシ樹脂用硬化剤粒子c−4g 100質量部、水0.5質量部、ポリメチレンフェニレンポリイソシアネート(日本ポリウレタン社製MR−200)5質量部加え、実施例1と同様にして、マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を得、その貯蔵安定性・耐溶剤性・耐湿性を評価した。その結果を表1に示した。
次に、得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用系硬化剤を用いて、実施例1と同様にして、一液性エポキシ樹脂組成物を得、その硬化性を評価し、結果を表1に示した。
なお、得られたマイクロカプセル型エポキシ樹脂硬化剤は、その表面が波数1630〜1680cm-1と波数1680〜1725cm-1、1730〜1755cm-1に吸収を有し、シェルにエステル結合を有さないことが確認された。また、シェルの結合基(x)、(y)、(z)の含有量と、その濃度比は表1に示すとおりであった。
[実施例5]
アミン系硬化剤4に分散安定剤の固形分濃度が8質量%になるように、メチルメタクリレートをグラフト共重合したメチルメタクリレート/メタクリル酸共重合体の32.3%MIBK溶液(東亜合成社製、レゼダGP101S)を加え、MIBKを留去後、粉砕して、平均粒径2.6μmの粒子c−aを得た。c−aの円形度は0.93であった。日本ニューマチック社製、メテオレインボ−MR−10を使用し、下記条件で熱風処理することにより球形のc−agを得た。
処理速度:4kg/hr
熱風温度:250℃
円形度:0.97
平均粒径:2.5μm
粒子c−ag中の水分含有量は、粒子c−ag 100質量部に対して、1.0質量部であった。
実施例1で用いたものと同じエポキシ樹脂e3−1 200質量部に、エポキシ樹脂用硬化剤粒子c−ag 100質量部、水0.5質量部、ポリメチレンフェニレンポリイソシアネート(日本ポリウレタン社製、MR−200)5質量部加え、実施例1と同様にして、マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を得、その貯蔵安定性・耐溶剤性・耐湿性を評価し、結果を表1に示した。
得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物から、キシレンを用いて、マイクロカプセル型エポキシ樹脂硬化剤を分離し、IRの1740cm-1の吸収強度により分散安定剤を定量した結果、レゼダGP101S換算で8質量%の分散安定剤が含有されていた。
次に、得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用系硬化剤を用いて、実施例1と同様にして、一液性エポキシ樹脂組成物を得、その硬化性を評価し、結果を表1に示した。
なお、得られたマイクロカプセル型エポキシ樹脂硬化剤は、その表面が波数1630〜1680cm-1と波数1680〜1725cm-1、1730〜1755cm-1に吸収を有し、シェルの結合基(x)、(y)、(z)の含有量と、その濃度比は表1に示すとおりであった。
[実施例6]
アミン系硬化剤4に分散安定剤の固形分濃度が5質量%になるように、メチルメタクリレートをグラフト共重合したメチルメタクリレート/メタクリル酸共重合体の32.3%MIBK溶液(東亜合成株式会社製、レゼダGP101S)を加え、MIBKを留去後、粉砕して、平均粒径2.6μmの粒子c−bを得た。c−bの円形度は0.93であった。日本ニューマチック社製、メテオレインボ−MR−10を使用し、下記条件で熱風処理することにより球形のc−bgを得た。
処理速度:4kg/hr
熱風温度:250℃
円形度:0.97
平均粒径:2.5μm
粒子c−bg中の水分含有量は、粒子c−bg 100質量部に対して、1.0質量部であった。
実施例1で用いたものと同じエポキシ樹脂e3−1 200質量部に、エポキシ樹脂用硬化剤粒子c−bg 100質量部、水0.5質量部、ポリメチレンフェニレンポリイソシアネート(日本ポリウレタン社製、MR−200)5質量部加え、実施例1と同様にして、マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を得、その貯蔵安定性、耐溶剤性、及び耐湿性を評価した。その結果を表1に示した。
得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物から、キシレンを用いて、マイクロカプセル型エポキシ樹脂硬化剤を分離し、IRの1740cm-1の吸収強度により分散安定剤を定量した結果、レゼダGP101S換算で5質量%の分散安定剤が含有されていた。
次に、得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用系硬化剤を用いて、実施例1と同様にして、一液性エポキシ樹脂組成物を得、その硬化性を評価した。その結果を表1に示した。
なお、得られたマイクロカプセル型エポキシ樹脂硬化剤は、その表面が波数1630〜1680cm-1と波数1680〜1725cm-1、1730〜1755cm-1に吸収を有し、シェルの結合基(x)、(y)、(z)の含有量と、その濃度比は表1に示すとおりであった。
[比較例1]
熱風処理せずに、アミン系硬化剤1を粉砕して得られる粒子c−1をそのまま用いたこと以外は実施例1と同様にして、マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤c−1を作製し、これからマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を得、その特性を評価した。その結果を表1に示した。
次に、得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を用いて、実施例1と同様にして、一液性エポキシ樹脂組成物を得、その硬化性を評価した。その結果を表1に示した。
[比較例2]
温度計、還流冷却器及びガラス製半月型攪拌装置を備えた丸底三つ口フラスコに、MIBKを2805質量部仕込み、これに、2−メチルイミダゾール150質量部と、分散安定剤としてメチルメタクリレートをグラフト共重合したスチレン/グリシジルメタクリレート(東亜合成社製、レゼタGP300)24.3質量部と、メチルメタクリレートをグラフト共重合したメチルメタクリレート/メタクリル酸共重合体の32.3%MIBK溶液(東亜合成社製、レゼダGP101S)150.5質量部とを加えた。その後、温度を70℃に上げてこれらを完全に溶解させた。次いで、ビスフェノールA型エポキシ樹脂e1−1の50質量%溶液864質量部を加え、内容物を400rpmの速度で攪拌しながら、70℃で9時間反応させた。当初ごく薄く濁った反応液は、反応時間が経過するにつれて、次第に乳白色、不透明な液に変化し、反応終期においてはクリーム色を帯びた乳白色液となった。
70℃で9時間の反応により反応率100%に達した後、室温に冷却し、スプレードライヤー(ヤマト科学社製、有機溶剤系用スプレードライヤー、GS−31型)で噴霧乾燥して、乾燥硬化剤粒子を回収した。噴霧乾燥の条件は、次の通りであった。
噴霧ノズル径:0.4mm
乾燥チャンバー入口温度:110℃
乾燥チャンバー出口温度:75℃
熱風流量:0.53m3/min.
噴霧圧力:1.0kg/cm2
送液速度:7.9g/min.
コンデンサー出口温度:12℃
この噴射乾燥により、ほぼ理論量の乾燥した付加体粒子(z)が回収された。付加体粒子(z)の平均サイズは2.3μm、円形度は0.98であった。
また、付加体粒子(z)をFT−IR測定し、1740cm-1の吸収強度により分散安定剤を定量した結果、レゼダGP101S換算で10質量%の分散安定剤が含有されていた。
得られた付加体粒子(z)100質量部を200質量部のビスフェノールA型エポキシ樹脂e3−1に加え、簡単に粗練してから3本ロールミルを通して完全に分散させて分散液とした。分散液250質量部を加熱可能な攪拌装置付き反応器に移し、攪拌しながら60℃に加熱した。この温度を保ちながら、約1時間にわたって5質量部のポリメチレンフェニレンポリイソシアネート(日本ポリウレタン社製、MR−200)を加え、6時間加熱して、添加したポリメチレンフェニレンポリイソシアネートを完全に反応させて、マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を得た。得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物の特性を表1に示す。
さらに、得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物から、キシレンを用いて、マイクロカプセル型エポキシ樹脂硬化剤を分離し、IRの1740cm-1の吸収強度により分散安定剤を定量した結果、レゼダGP101S換算で9質量%の分散安定剤が含有されていた。
なお、得られたマイクロカプセル型エポキシ樹脂硬化剤は、FT−IR測定してその表面を分析した結果、表1に示す割合で1630〜1680cm-1と波数1680〜1725cm-1、1730〜1755cm-1に吸収を有することが確認された。
次に、得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用系硬化剤組成物を用いて、実施例4と同様にして、一液性エポキシ樹脂組成物を得、その硬化性を評価した。その結果を表1に示した。
[比較例3]
熱風処理せずに、アミン系硬化剤2を粉砕して得られた粒子c−2をそのまま用いたこと以外は実施例2と同様にして、マスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤c−2を作製し、これからマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を得、その特性を評価した。その結果を表1に示した。
次に、得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を用いて、実施例2と同様にして、一液性エポキシ樹脂組成物を得、その硬化性を評価した。その結果を表1に示した。
[比較例4]
アミン系硬化剤5を粉砕して粒子c−5を得た。粒子c−5の円形度は0.90であった。実施例1と同様の条件で熱風処理しても円形度は0.91までしか高まらなかった。
[比較例5]
分散安定剤としてレゼタGP300とレゼダGP101Sを使用しなかったこと以外は比較例2と同様にして、2−メチルイミダゾールとエポキシ樹脂e1−1の反応生成物を得た。比較例2とは異なり、反応終期において乳白色液とならず樹脂が析出した不均一な混合物を得た。比較例2と同様にして室温に冷却し、スプレードライヤーで噴霧乾燥すると、機器が詰まり安定な運転ができなかった。得られた粒子の平均サイズは100μm以上であった。分散安定剤を使用しないとフリーズドライ方式で球状のコアが得られなかった。
表1に、実施例1〜6、比較例1〜3の特性値を示す。
Figure 0005558118
[実施例7]
[導電性フィルムの作製]
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成ケミカルズ社製、AER−2603)15質量部、フェノールノボラック樹脂(昭和高分子社製、BRG−558)6質量部、合成ゴム(日本ゼオン社製、ニポール1072、質量平均分子量30万)4質量部を、メチルエチルケトンとブチルセロソルブアセテートの1:1(質量比)混合溶剤20質量部に溶解した。この溶液に銀粉末74質量部を混合し、さらに三本ロールにより混練した。これに実施例2で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤を30質量部加えて、さらに均一に混合させて、導電性接着剤を得た。得られた導電性接着剤を用いて、厚さ40μmのポリプロピレンフィルム上にキャストして、80℃で60分間、乾燥半硬化させ、厚さ35μmの導電性接着剤層を有する導電性フィルムを得た。この導電性フィルムを用い、80℃のヒートブロック上でシリコンウェハー裏面に導電性接着剤層を導電性フィルムに転写させた。さらに、シリコンウェハーをフルダイシングし、ヒートブロック上でリードフレームに導電性接着剤付半導体チップを、200℃、2分間の条件で接着硬化させると、チップの導電性に問題がないことが確認された。
[実施例8]
[導電性ペーストの作製]
100質量部のエポキシ樹脂(M)に、実施例1で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤30質量部、平均粒子径が14μm、アスペクト比が11の鱗片状銀粉(徳力化学研究所社製)150g及び平均粒子径が10μm、アスペクト比が9の鱗片状ニッケル粉(高純度化学社製、NI110104)60質量部を添加し、均一になるまで撹拌後、三本ロールで均一に分散して導電性ペーストを得た。得られた導電性ペーストを、厚さ1.4mmのポリイミドフィルム基板上にスクリーン印刷した後、200℃で1時間、加熱硬化させた。得られた配線板の導電性を測定し、導電性ペーストとして有用なものであることが確認された。
[実施例9]
[異方導電性フィルムの作製]
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成ケミカルズ社製、AER6097、エポキシ当量42500g/eq)10質量部、フェノキシ樹脂(東都化成社製、YP−50)30質量部を酢酸エチル30質量部に溶解させ、これに実施例2で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤を30質量部、粒径8μmの導電粒子(金メッキを施した架橋ポリスチレン)5質量部を加え均一に混合し、一液性エポキシ樹脂組成物を得た。これをポリエステルフィルム上に塗布し、70℃で酢酸エチルを乾燥除去し、異方導電性フィルムを得た。
得られた異方導電性フィルムをICチップと電極間に挟み、180℃のホットプレート上で30kg/cm2、20秒間熱圧着を行い、電極間が接合したところ、導通がとれ、異方導電性材料として有用であることが確認された。
[比較例6]
[異方導電性フィルムの作製]
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成ケミカルズ社製、AER6097、エポキシ当量42500g/eq)10質量部、フェノキシ樹脂(東都化成社製、YP−50)30質量部を酢酸エチル30質量部に溶解させ、これに比較例2で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤を30質量部、粒径8μmの導電粒子(金メッキを施した架橋ポリスチレン)5質量部を加え均一に混合し、一液性エポキシ樹脂組成物を得た。これをポリエステルフィルム上に塗布し、70℃で酢酸エチルを乾燥除去し、異方導電性フィルムを得た。
得られた異方導電性フィルムをICチップと電極間に挟み、180℃のホットプレート上で30kg/cm2、20秒間熱圧着を行ったところ、50%のICチップで電極間に接合しない箇所があり、導通がとれなかった。また、接合のとれたICチップを85℃、85RH%の環境試験を行った後に動作確認を行うと、初期状態で正常動作したICチップの50%に導通がとれなかった。チップを剥離すると電極に腐食が観察された。
以上のことから、比較例2のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤を用いると異方導電性材料として有用なものとはならないことが分かった。
[比較例7]
[異方導電性フィルムの作製]
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成ケミカルズ社製、AER6097、エポキシ当量42500g/eq)10質量部、フェノキシ樹脂(東都化成社製、YP−50)30質量部を酢酸エチル30質量部に溶解させ、これに比較例3で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤を30質量部に、粒径8μmの導電粒子(金メッキを施した架橋ポリスチレン)5質量部を加え均一に混合し、一液性エポキシ樹脂組成物を得た。これをポリエステルフィルム上に塗布し、70℃で酢酸エチルを乾燥除去し、異方導電性フィルムを得た。得られた異方導電性フィルムの表面には凝集物が存在し平滑性が低かった。
得られた異方導電性フィルムをICチップと電極間に挟み、180℃のホットプレート上で30kg/cm2、20秒間熱圧着を行うと、電極間が接合しないため導通がとれず、異方導電性材料として有用なものとはならなかった。
[実施例10]
[異方導電性ペーストの作製]
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成ケミカルズ社製、AER6091、エポキシ当量480g/eq)50質量部、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成ケミカルズ社製、AER2603)50質量部と、導電粒子としてミクロパールAu−205(積水化学社製、比重2.67)5質量部を混合後、実施例2で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を30質量部加えて、さらに均一に混合させて、異方導電性ペーストを得た。得られた異方導電性ペーストを、ITO電極を有する低アルカリガラス上に塗布した。230℃のセラミックツールで、30秒間、2MPaの圧力にて、試験用TAB(Tape Automated Bonding)フィルムと圧着し貼り合わせを行った。ガラス上のITO電極とTAB上との配線間の導通が確認され、また隣接するITO電極間に十分な絶縁性が確認され、異方導電性ペーストとして有用であることが確認された。
[実施例11]
[絶縁性ペーストの作製]
ビスフェノールF型エポキシ樹脂(油化シェルエポキシ社製、YL983U)100質量部、ジシアンジアミド4質量部、シリカ粉末100質量部、希釈剤としてフェニルグリシジルエーテル10質量部、及び有機リン酸エステル(日本化薬社製、PM−2)1質量部を十分混合した後、三本ロールで混練した。さらに、実施例2で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を30質量部加えて、均一に混合し、減圧脱泡及び遠心脱泡処理を行い、絶縁性ペーストを作製した。得られた絶縁性ペーストを200℃で1時間加熱硬化させることで、半導体チップを樹脂基板上に接着させた。その結果、絶縁性ペーストとして有用であることが分かった。
[実施例12]
[絶縁性フィルムの作製]
フェノキシ樹脂(東都化成社製、YP−50)180質量部、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(エポキシ当量200g/eq、日本化薬社製、EOCN−1020−80)40質量部、球状シリカ(平均粒径:2μm、アドマテック社製、SE−5101)300質量部、メチルエチルケトン200質量部を調合し均一分散させた後、これに実施例1で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を250質量部加えて、さらに攪拌・混合してエポキシ樹脂組成物を含む溶液を得た。得られた溶液を、離型処理を施したポリエチレンテレフタレート上に、乾燥後の厚さが50μmになるように塗布し、熱風循環式乾燥機の中で加熱乾燥を行い、半導体接着用の絶縁性フィルムを得た。得られた半導体接着用の絶縁性フィルムを5インチのウェハサイズよりも大きく支持基材ごと切断し、バンプ電極付きウェハの電極部側に樹脂フィルムを合わせた。次に、離型処理付き支持基材を上に挟み、70℃、1MPa、加圧時間10秒で真空中加熱圧着し、接着樹脂付きウェハを得た。続いて、ダイシングソー(DISCO社製、DAD−2H6M)を用いてスピンドル回転数30,000rpm、カッティングスピード20mm/secで切断分離した個片の接着フィルム付き半導体素子の樹脂剥がれがないことを観察した。得られたフィルムは絶縁性フィルムとして有用なものであった。
[実施例13]
[封止材の作製]
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成ケミカルズ社製、AER6091、エポキシ当量480g/eq)50質量部、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成ケミカルズ社製、AER2603)50質量部、硬化剤としてメチル無水フタル酸を主成分とするHN−2200(日立化成工業社製)40質量部、及び平均粒径16μmの球状溶融シリカ80質量部を、均一に分散、配合した。これに実施例1で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を5質量部加えて、エポキシ樹脂組成物を得た。得られたエポキシ樹脂組成物をプリント配線基板上に厚さ60μmになるように1cm角に塗布し、110℃で10分、オーブンで加熱して半硬化させた。その後、厚さ370μm、1cm角のシリコンチップを半硬化させたエポキシ樹脂組成物の上に乗せ、荷重を加えてバンプとチップの電極を接触・保持しつつ、220℃で1時間、完全硬化処理を行った。得られたエポキシ樹脂組成物からなる封止材は、外観及びチップの導通に問題のない有用なものであった。
[実施例14]
[アンダーフィル材の作製]
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成ケミカルズ製、AER2603)50質量部、硬化剤としてメチル無水フタル酸を主成分とするHN−2200(日立化成工業社製)40質量部、及び平均粒径5μmの球状溶融シリカ60質量部を、均一に分散、配合した。これに実施例1で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を5質量部加えて、エポキシ樹脂組成物を得た。得られたエポキシ樹脂組成物をシリンジに充填し、プリント配線基板上に半田接合された10mm四方のフリップチップとプリント基板の間の20ミクロンギャップに室温で1時間かけて浸透させ、150℃、5時間で硬化させ、封止した。得られたチップは85℃、85RH%500時間の環境試験を行っても動作に異常がなかった。試験後、断面のSEM観察を行うと、チップの配線間に封止材が充填されていることが確認された。
[実施例15]
[アンダーフィル材の作製2]
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成ケミカルズ製、AER2603)50質量部、硬化剤としてメチル無水フタル酸を主成分とするHN−2200(日立化成工業社製)を40質量部、及び平均粒径5μmの球状溶融シリカ60質量部を、均一に分散、配合した。これに実施例5で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を5質量部加えて、エポキシ樹脂組成物を得た。得られたエポキシ樹脂組成物をシリンジに充填し、プリント配線基板上に半田接合された10mm四方のフリップチップとプリント基板の間の20ミクロンギャップに室温で1時間かけて浸透させ、150℃、5時間で硬化させ、封止した。得られたチップは85℃、85RH%500時間の環境試験を行っても動作に異常がなかった。試験後、断面のSEM観察を行うと、チップの配線間に封止材が充填されていることが確認された。
[比較例8]
[アンダーフィル材の作製]
比較例1で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤を用いたこと以外は実施例13と同様にして、エポキシ樹脂組成物を得、チップを封止した。得られたチップを85℃、85RH%500時間の信頼性試験を行い、その動作確認を行ったところ、約10%のチップが正常に作動しなかった。試験後、断面のSEM観察を行うと、チップの配線間に部分的に封止材が充填されていない箇所があり、チップ配線に腐食が観察された。
[比較例9]
[アンダーフィル材の作製]
比較例2で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤を用いたこと以外は実施例13と同様にして、エポキシ樹脂組成物を得、チップを封止した。得られたチップを85℃、85RH500時間の信頼性試験を行い、その動作確認を行ったところ、約50%のチップが正常に作動しなかった。試験後、断面のSEM観察を行うと、チップとプリント配線プリント基板間にアンダーフィル材が充填されていない箇所があり、チップ配線の腐食と半田接続の断線が観察された。
[実施例16]
[コーティング材の作製]
エポキシ樹脂(M)30質量部、フェノキシ樹脂としてYP−50を30質量部(東都化成社製)、メトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂のメチルエチルケトン溶液(荒川化学工業社製、コンポセランE103)50質量部を混合し、これに実施例1で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を30質量部加えて、メチルエチルケトンで50質量%に希釈・混合させた溶液を調製した。調製した溶液を、剥離PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム(パナック社製、SG―1)上に、ロールコーターを用いて塗布し、150℃で15分間、乾燥、硬化させ、剥離フィルム付き半硬化樹脂(ドライフィルム)膜厚100μmを作製した。これらのドライフィルムを、先の銅張り積層板上に120℃で10分間、6MPaで加熱圧着した後、室温に戻して剥離フィルムを除去し、200℃で2時間硬化させた。この結果、層間絶縁用のコーティング材として有用なものが得られることが分かった。
[実施例17]
[塗料組成物の作製]
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成ケミカルズ社製、AER6091、エポキシ当量480g/eq)50質量部に、二酸化チタン30質量部、タルク70質量部を配合し、混合溶剤としてMIBK/キシレンの1:1混合溶剤140質量部を添加、攪拌、混合して主剤とした。これに実施例1で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を30質量部添加し、均一に分散させることにより、エポキシ塗料組成物として有用なものが得られることが分かった。
[実施例18]
[プリプレグの作製]
130℃のオイルバス中のフラスコ内に、ノボラック型エポキシ樹脂(大日本インキ化学工業社製、EPICLON N−740)15質量部、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(JER社製、エピコート4005)40質量部、及びビスフェノールA型液状エポキシ樹脂(旭化成ケミカルズ社製、AER2603)30質量部を、溶解・混合し80℃まで冷却した。さらに実施例1で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を15質量部加えて、十分、攪拌して混合した。室温に冷ました前記樹脂組成物を離型紙上にドクターナイフを用いて樹脂目付162g/m2で塗布し、樹脂フィルムとした。次に、この樹脂フィルム上に弾性率24トン/mm2の炭素繊維を12.5本/インチで平織りした三菱レイヨン製CFクロス(型番:TR3110、目付200g/m2)を重ねて樹脂組成物を炭素繊維クロスに含浸させた後、ポリプロピレンフィルムを重ねて表面温度90℃のロール対の間を通して、クロスプリプレグを作製した。樹脂の含有率は45質量%であった。得られたプリプレグを、繊維方向を揃えてさらに積層し、硬化条件150℃×1時間で成形を行い、炭素繊維を補強繊維とするFRP成形体を得た。この結果、作製したプリプレグは有用なものであることが分かった。
[実施例19]
[熱伝導性ペーストの作製]
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成ケミカルズ社製、AER2603)100質量部、エポキシ樹脂用硬化剤としてフェノールノボラック樹脂(荒川化学工業社製、タマノル759)のメチルエチルケトン50%溶液を40質量部、鱗片状グラファイト粉末(ユニオンカーバイト社製、HOPG)15質量部を均一になるまで攪拌後、3本ロールで均一に分散させた。これに実施例1で得られたマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物を15質量部加えて、十分、攪拌して混合した。得られた導電ペーストを用いてCuリードフレーム上に半導体チップ(1.5mm角、厚み0.8mm)をマウントし、かつ、150℃で、30分間加熱硬化させて評価用サンプルを得た。得られたサンプルの熱伝導性についてレーザフラッシュ法により測定した。すなわち、測定した熱拡散率α、比熱Cp、密度σから、以下の式、K=α×Cp×σより熱伝導率Kを求めた。その結果、Kが5×10-3Cal/cm・sec・℃以上あり、熱伝導性ペーストとして有用なものであることが分かった。
以上より、本実施例によれば、本実施の形態のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含むマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物は、優れた硬化性、耐溶剤性、貯蔵安定性、耐湿性を有し、一液性エポキシ樹脂組成物は、優れた硬化性、耐フィラー性、浸透性を有していることが確認された。さらに、これらのマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物及び一液性エポキシ樹脂は、導電性フィルム、導電性ペースト、異方導電性フィルム、異方導電性ペースト、絶縁性ペースト、絶縁性フィルム、封止剤、アンダーフィル材、コーティング材、塗料組成物、プリプレグ、熱伝導性ペースト等として有用であることが確認された。
本発明のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤、及びそれを含むマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物は、接着材料、導電材料、絶縁材料、封止材料、コーティング材料、塗料組成物、プリプレグ、構造用接着剤、熱伝導性材料等としての産業上利用可能性を有する。

Claims (23)

  1. コア(C)と、前記コア(C)を被覆するシェル(S)と、を少なくとも有するマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤であって、
    前記コア(C)が円形度0.93以上の球状であり、
    前記コア(C)に対する分散安定剤の含有量が8質量%以下であり、
    前記シェル(S)が、ウレア基、ビュレット基、及びウレタン基を有し、且つ、エステル基を有さず、
    前記コア(C)は、以下の条件(1)を満たす粒子を出発材料として形成される、マイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤
    (1) アミン系硬化剤を主成分とする
  2. 前記シェル(S)は、波数1630〜1680cm-1の赤外線を吸収する結合基(x)、波数1680〜1725cm-1の赤外線を吸収する結合基(y)、及び、波数1730〜1755cm-1の赤外線を吸収する結合基(z)を有し、前記結合基(x)の濃度(Cx)の前記結合基(x)、(y)、及び(z)の合計の濃度(Cx+Cy+Cz)に対する比(Cx/(Cx+Cy+Cz))が、0.50以上0.75未満である第一シェル(S1)を含む、請求項1に記載のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤。
  3. 前記シェル(S)は、前記第一シェル(S1)の表面に、前記第一シェル(S1)とエポキシ樹脂との反応生成物からなる第二シェル(S2)をさらに含む、請求項1又は2記載のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤。
  4. 前記コア(C)の重量平均分子量が50以上50000以下である、請求項1〜3のいずれか1項記載のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤。
  5. 前記コア(C)が、以下の条件()〜(3)を更に満たす粒子を出発材料として形成される、請求項1〜4のいずれか1項記載のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤;
    (2) 水を前記アミン系硬化剤100質量部に対し0.05〜3質量部含み、
    (3) メジアン径で定義される平均粒径が0.3μmを超えて12μm以下である。
  6. 前記シェル(S)は、イソシアネート化合物と活性水素化合物の反応生成物をさらに含む、請求項1〜のいずれか1項記載のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤。
  7. 前記コア(C)は、不定形の粒子を100℃以上400℃以下の熱風で処理して得られる、請求項1〜のいずれか1項記載のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤。
  8. エポキシ樹脂(e3)と、請求項1〜のいずれか1項記載のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤と、を含むマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物であって、
    前記エポキシ樹脂(e3)と前記マイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤の質量比が100:0.1〜100:1000であるマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物。
  9. エポキシ樹脂(e4)と、請求項記載のマスターバッチ型エポキシ樹脂用硬化剤組成物と、を含む一液性エポキシ樹脂組成物であって、前記エポキシ樹脂(e4)と前記マスターバッチ型エポキシ樹脂硬化剤組成物の質量比が100:0.001〜100:1000である一液性エポキシ樹脂組成物。
  10. 酸無水物類、フェノール類、ヒドラジド類、及びグアニジン類よりなる群から選ばれる少なくとも1種のエポキシ樹脂用硬化剤(h3)をさらに含む、請求項記載の一液性エポキシ樹脂組成物。
  11. 請求項1〜のいずれか1項記載のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有するペースト状組成物。
  12. 請求項1〜のいずれか1項記載のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有する接着剤。
  13. 請求項1〜のいずれか1項記載のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有する接合用ペースト。
  14. 請求項1〜のいずれか1項記載のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有する接合用フィルム。
  15. 請求項1〜のいずれか1項記載のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有する導電性材料。
  16. 請求項1〜のいずれか1項記載のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有する異方導電性材料。
  17. 請求項1〜のいずれか1項記載のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有する異方導電性フィルム。
  18. 請求項1〜のいずれか1項記載のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有する絶縁性材料。
  19. 請求項1〜のいずれか1項記載のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有する封止材料。
  20. 請求項1〜のいずれか1項記載のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有するコーティング用材料。
  21. 請求項1〜のいずれか1項記載のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有する塗料組成物。
  22. 請求項1〜のいずれか1項記載のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有するプリプレグ。
  23. 請求項1〜のいずれか1項記載のマイクロカプセル型エポキシ樹脂用硬化剤を含有する熱伝導性材料。
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