JP7343912B2 - 樹脂組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、低温での熱硬化、望ましくは常温での熱硬化が求められる用途の一液型接着剤に好適な樹脂組成物に関する。
従来から、電子部品用途の一液型接着剤としては、エポキシ樹脂、ポリチオール化合物、および、硬化促進剤を必須成分とするチオール系接着剤や、ラジカル開始剤を必須成分とするアクリレート樹脂系接着剤が知られており、80℃程度で硬化可能なものも知られている。しかしながら、製造効率の向上のため、より低温で硬化可能な一液型接着剤が求められている。
近年では、特許文献1や2のように、メチレンマロネート化合物(2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物)を含み、室温のような低温でも短時間に硬化可能な樹脂組成物が開示されてきている。特許文献1や2では、2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物の硬化反応が塩基性化合物により開始されることが開示されている。
電子部品用の一液型接着剤として頻用されるエポキシ樹脂組成物やアクリレート樹脂組成物では通常、反応部位を活性化させる触媒を用いることで、硬化時間を調節することができる。
一方、2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物を含む樹脂組成物の反応部位は、二つのカルボニル基によって二重に活性化されているため、室温以上での硬化において触媒は必ずしも必要ではなく、開始剤である塩基性化合物をごく少量用いても硬化速度はかなり高くなる。このため、2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物を含む樹脂組成物の硬化時間を、塩基性化合物の種類や量を調節することのみで細かく調節することは困難である。またそのような樹脂組成物では、特性のばらつきが大きくなる。
硬化時間を調節するための他の方法としては、触媒や開始剤を潜在化させる方法や、安定化剤を添加する方法などがある。
例えば特許文献2は、2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物を含む樹脂組成物の硬化に用いる塩基性化合物の効果を制御し、この樹脂組成物の硬化を抑制するための安定化剤として、カルボン酸、スルホン酸、リン酸等のプロトン酸を用いることを開示している。これらのプロトン酸を用いると、放出されたプロトンが、塩基性化合物に付加してその開始剤としての効果を抑制すると共に、成長中のポリマー鎖における求核性部位にも付加して重合を停止させると考えられる。
特表2017-527667号公報 特表2018-517809号公報
これらのプロトン酸が示すアニオン重合抑制剤としての効果は非常に高く、ごくわずかな量の添加で十分に硬化が抑制される。しかしこのことは、プロトン酸の量のわずかな変動によって、硬化速度が大きく変動することを意味する。加えて、樹脂組成物の保存安定性や、硬化後に得られる硬化物の物性も、プロトン酸の量のわずかな変動によって大きく変動する。このため、硬化速度を制御するためのアニオン重合抑制剤としてプロトン酸を用いた場合、その含有量を極めて小幅に変化させることが必要となり、硬化時間の細かな調節は困難である。また、樹脂組成物の実際の製造において不可避的に生じる各成分の含有量のばらつきに伴う、樹脂組成物の各種の特性、特に硬化時間の変動が大きく、一定の特性を有する樹脂組成物を安定して製造することが困難になる。
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するため、特性(特に硬化速度)のばらつきを低減させて安定して製造することができ、また、生産性を向上することができる、電子部品の製造に好適な樹脂組成物の提供を目的とする。
本発明者らは、上記問題点を解決するために鋭意研究を重ねた結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、以下に限定されるものではないが、次の発明を包含する。
1.樹脂組成物であって、下記成分(a)~(c):
(a)1種以上の2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物
(b)1種以上の塩基性物質を含む開始剤
(c)1種以上のホウ酸エステル化合物を含むアニオン重合抑制剤
を含み、
前記2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物が、下記式(I):
Figure 0007343912000001

で表される構造単位を少なくとも一つ含む化合物である、樹脂組成物。
2.ホウ酸エステル化合物が、トリイソプロピルボレート、トリ-t-ブチルボレートおよびトリ-o-トリルボレートからなる群より選択される1種以上である、前項1記載の樹脂組成物。
3.塩基性物質がアミン化合物である、前項1又は2記載の樹脂組成物。
4.塩基性物質が第3級アミン化合物である、前項1~3のいずれか1項記載の樹脂組成物。
5.2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物の分子量が180以上10000以下である、前項1~4のいずれか1項記載の樹脂組成物。
6.前項1~5のいずれか1項記載の樹脂組成物を含む一液型接着剤。
7.電子部品用である、前項6記載の一液型接着剤。
本発明の樹脂組成物は、開始剤ならびに、硬化速度を調節するためのアニオン重合抑制剤としてホウ酸エステル化合物を含む。このことにより、本発明の樹脂組成物の硬化速度は、開始剤ならびにホウ酸エステル化合物の含有量を無理のない量範囲で増加又は減少させることによって、細かく調節することが容易にできる。また、本発明の樹脂組成物の実際の製造において不可避的に組成比のばらつきが生じても、硬化速度を含む各種の特性はさほど大きく変わらない。よって本発明の樹脂組成物は、特性のばらつきを低減させて安定して製造することができる。さらに、本発明の樹脂組成物は、使用目的に応じた適切な硬化時間を示すため、生産性を向上することができる。
カメラモジュールの断面図である。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明の樹脂組成物は、下記成分(a)~(c)を含む。
(a)1種以上の2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物
(b)1種以上の塩基性物質を含む開始剤
(c)1種以上のホウ酸エステル化合物を含むアニオン重合抑制剤
成分(a)の前記2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物は、下記式(I):
Figure 0007343912000002

で表される構造単位を少なくとも1つ含む化合物である。
以下、前記成分(a)~(c)について説明する。
[2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物(成分(a))]
本発明で用いる2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物(成分(a))は、下記式(I):
Figure 0007343912000003

で表される構造単位を少なくとも1つ有する化合物である。成分(a)は、前記式(I)の構造単位を1つ又は2つ以上含む。ある態様においては、成分(a)は、前記式(I)の構造単位を2つから6つ、好ましくは2つ含む。
2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物は、前記式(I)の構造単位を含むことから、開始剤、典型的には塩基性物質(後述の開始剤(成分(b)))の存在下で、上記構造単位同士の重合が起こるため、本発明において成分(a)として使用可能である。上記の2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物が、上記式(I)の構造単位を2つ以上有するもの(多官能成分)を含む場合、硬化時に架橋が生じ、硬化物の高温での機械特性が向上する等の、物性の改善が見込まれる。
成分(a)は、2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物を1種以上含む。成分(a)に含まれる2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物は、好ましくは、分子量が180~10000であり、より好ましくは180~5000、さらに好ましくは180~2000、さらに好ましくは220~2000、さらに好ましくは200~1500、さらに好ましくは240~1500、特に好ましくは250~1500、最も好ましくは250~1000である。成分(a)に含まれる2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物の分子量、及び樹脂組成物全体(又は樹脂組成物中の2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物全体)を1としたときの各2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物の質量含有率は、例えば、逆相高速液体クロマトグラフィー(逆相HPLC)の手法で、カラムとしてODSカラム、検出器として質量分析器(MS)及びPDA(検出波長:190~800nm)あるいはELSDを用いて検量することにより明らかとなる。成分(a)の分子量が180未満の場合は、25℃における蒸気圧が高すぎて、揮発物に起因する種々の問題が生じるおそれがある。特に、揮発物は、周辺部材へ付着すると表面の塩基によって硬化してしまうため、周辺部材の汚染につながる。一方、成分(a)の分子量が10000を超えると、樹脂組成物の粘度が高くなり、作業性が低下するほか、充填剤の添加量が制限されるなどの弊害を生じる。
成分(a)は、多官能成分を含んでいてもよい。多官能とは、2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物が、前記式(I)の構造単位を2つ以上含むことを指す。2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物に含まれる前記式(I)の構造単位の数を、当該2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物の「官能基数」とよぶ。2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物のうち、官能基数が1のものを「単官能」、官能基数が2のものを「2官能」、官能基数が3のものを「3官能」と呼ぶ。多官能成分を含む成分(a)を用いて得られる硬化物は架橋されているので、硬化物の物性、例えば耐熱性や高温での機械的特性が向上する。多官能成分を用いる場合、本発明の樹脂組成物全体を1としたときの、多官能成分の質量割合が0.01以上であることが好ましい。ある態様においては、本発明の樹脂組成物全体を1としたとき、前記式(I)で表される構造単位を2つ以上含む成分(a)の質量割合は、好ましくは0.01~1.00、より好ましくは0.05~0.95、さらに好ましくは0.05~0.90、特に好ましくは0.10~0.90、最も好ましくは0.20~0.80である。
成分(a)が多官能成分を含む場合、その硬化物は網目状の架橋構造を形成するため、高温時、特にガラス転移温度以上の温度においても流動することがなく、一定の貯蔵弾性率を保持する。硬化物の高温時における貯蔵弾性率は、例えば動的粘弾性測定(DMA)によって評価できる。一般に架橋構造を形成した硬化物をDMAによって評価した場合、ガラス転移温度以上の温度域にプラトーと呼ばれる貯蔵弾性率の温度変化が比較的小さい領域が広範囲にわたって観察される。このプラトー域の貯蔵弾性率は架橋密度、すなわち成分(a)における多官能成分の含有率に関係した量として評価される。
ある態様においては、本発明の樹脂組成物全体を1としたとき、成分(a)の質量割合は、好ましくは0.10~0.999、より好ましくは0.20~0.995、特に好ましくは、0.50~0.99である。
ある態様において、2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物は、下記式(II):
Figure 0007343912000004

(式中、
及びXは、各々独立に、単結合、O又はNR(式中、Rは、水素又は1価の炭化水素基を表す)を表し、
及びRは、各々独立に、水素、1価の炭化水素基又は下記式(III):
Figure 0007343912000005

(式中、
及びXは、各々独立に、単結合、O又はNR(式中、Rは、水素又は1価の炭化水素基を表す)を表し、
Wは、スペーサーを表し、
は、水素又は1価の炭化水素基を表す)を表す)
で表される。
ある態様において、2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物は、下記式(IV):
Figure 0007343912000006

(式中、
及びRは、各々独立に、水素、1価の炭化水素基又は下記式(V):
Figure 0007343912000007

(式中、
Wは、スペーサーを表し、
は、水素又は1価の炭化水素基を表す)を表す)
で表される。
別の態様において、2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物は、下記式(VI):
Figure 0007343912000008

(式中、
11は、下記式(VII):
Figure 0007343912000009

で表される1,1-ジカルボニルエチレン単位を表し、
それぞれのR12は、各々独立に、スペーサーを表し、
13及びR14は、各々独立に、水素又は1価の炭化水素基を表し、
11並びにそれぞれのX12及びX13は、各々独立に、単結合、O又はNR15(式中、R15は、水素又は1価の炭化水素基を表す)を表し、
それぞれのmは、各々独立に、0又は1を表し、
nは、1以上20以下の整数を表す)
で表されるジカルボニルエチレン誘導体である。
本明細書において、1価の炭化水素基とは、炭化水素の炭素原子から水素原子を1つ除去することにより生じる基を指す。該1価の炭化水素基としては、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アルキル置換シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルカリル基が挙げられ、これらの一部にN、O、S、P及びSi等のヘテロ原子が含まれていても良い。
前記1価の炭化水素基は、それぞれ、アルキル、シクロアルキル、ヘテロシクリル、アリール、ヘテロアリール、アリル、アルコキシ、アルキルチオ、ヒドロキシル、ニトロ、アミド、アジド、シアノ、アシロキシ、カルボキシ、スルホキシ、アクリロキシ、シロキシ、エポキシ、またはエステルで置換されていても良い。
前記1価の炭化水素基は、好ましくは、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はシクロアルキル基で置換されているアルキル基であり、さらに好ましくは、アルキル基、シクロアルキル基、又はシクロアルキル基で置換されているアルキル基である。
前記アルキル基、アルケニル基、及びアルキニル基(以下、「アルキル基等」と総称する。)の炭素数には特に限定はない。前記アルキル基の炭素数は、通常1~18、好ましくは1~16、更に好ましくは2~12、より好ましくは3~10、特に好ましくは4~8である。また、前記アルケニル基及びアルキニル基の炭素数は、通常2~12、好ましくは2~10、更に好ましくは3~8、より好ましくは3~7、特に好ましくは3~6である。前記アルキル基等が環状構造の場合、前記アルキル基等の炭素数は、通常5~16、好ましくは5~14、更に好ましくは6~12、より好ましくは6~10である。前記アルキル基等の炭素数は、例えば前記の逆相HPLCや核磁気共鳴法(NMR法)によって特定できる。
前記アルキル基等の構造には特に限定はない。前記アルキル基等は、直鎖状でもよく、側鎖を有していてもよい。前記アルキル基等は、鎖状構造でもよく、環状構造(シクロアルキル基、シクロアルケニル基、及びシクロアルキニル基)でもよい。前記アルキル基等は、他の置換基を1種又は2種以上有していてもよい。例えば、前記アルキル基等は、置換基として、炭素原子及び水素原子以外の原子を含む置換基を有していてもよい。また、前記アルキル基等は、鎖状構造中又は環状構造中に炭素原子及び水素原子以外の原子を1つ又は2つ以上含んでいてもよい。前記炭素原子及び水素原子以外の原子としては、例えば、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、リン原子、及び珪素原子の1種又は2種以上が挙げられる。
前記アルキル基として具体的には、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、i-ブチル基、sec-ブチル基、t-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、及び2-エチルヘキシル基が挙げられる。前記シクロアルキル基として具体的には、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、及び2-メチルシクロヘキシル基が挙げられる。前記アルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、及びイソプロペニル基が挙げられる。前記シクロアルケニル基として具体的には、例えば、シクロヘキセニル基が挙げられる。
2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物が前記式(II)又は(IV)で表され、R及びRがいずれも1価の炭化水素基である場合、R及びRはいずれも炭素数2~8のアルキル基、シクロアルキル基、アルキル置換シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルカリル基であることが特に好ましい。
本明細書において、スペーサーとは、2価の炭化水素基を指し、より具体的には、環状、直鎖又は分岐の置換又は非置換のアルキレン基である。前記アルキレン基の炭素数には特に限定はない。前記アルキレン基の炭素数は、通常1~12、好ましくは2~10、より好ましくは3~8、さらに好ましくは4~8である。ここで、前記アルキレン基は、所望に応じて、N、O、S、P、およびSiから選択されるヘテロ原子を含有する基を途中に含んでいてよい。また、前記アルキレン基は、不飽和結合を有していても良い。ある態様においては、スペーサーは炭素数4~8の非置換アルキレン基である。好ましくは、スペーサーは、直鎖の置換又は非置換アルキレン基、より好ましくは、式-(CH-(式中、nは2~10、好ましくは4~8の整数である)で表される構造を有するアルキレン基であって、その両末端の炭素原子が、2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物の残りの部分と結合する。
上記スペーサーとしての2価の炭化水素基の具体的な例としては、1,4-n-ブチレン基及び1,4-シクロヘキシレンジメチレン基が挙げられるが、これらに限定されない。
2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物がスペーサーを有する場合、末端の一価の炭化水素基の炭素数は6以下であることが好ましい。すなわち、2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物が前記式(II)又は(IV)で表される場合、前記式(III)又は(V)におけるRは炭素数1~6のアルキル基であることが好ましく、ただし、R及びRの一方が前記式(III)又は式(V)で表される場合は、R及びRの他方は炭素数1~6のアルキル基であることが好ましい。この場合、前記式(II)又は(IV)において、R及びRの両方が前記式(III)又は式(V)で表されてもよいが、好ましくは、R及びRの一方だけが前記式(III)又は式(V)で表される。好ましくは、2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物は、前記式(IV)で表される。
スペーサーを有する特に好ましい化合物としては、前記式(IV)におけるR又はRの一方が、エチル基、n-ヘキシル基、シクロヘキシル基のいずれかであり、他方が前記式(V)で表され、Wが1,4-n-ブチレン基又は1,4-シクロヘキシレンジメチレン基のいずれかであり、Rがエチル基、n-ヘキシル基、シクロヘキシル基のいずれかである化合物が挙げられる。また、他の特に好ましい化合物としては、前記式(IV)におけるR及びRが前記式(V)で表され、Wは1,4-n-ブチレン基又は1,4-シクロヘキシレンジメチレン基のいずれかであり、Rはエチル基、n-ヘキシル基、シクロヘキシル基のいずれかである化合物が挙げられる。
種々の2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物を、米国オハイオ州SIRRUS Inc.から入手可能であり、その合成方法は、WO2012/054616、WO2012/054633及びWO2016/040261等の公開特許公報に公開されている。2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物に含まれる前記式(I)で表される構造単位の両端が酸素原子に結合している場合は、特表2015-518503に開示されているジオール又はポリオールとのエステル交換等の公知の方法を用いることによって、前記式(I)で表される構造単位がエステル結合及び前記スペーサーを介して複数結合している、より大きな分子量の2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物を製造することができる。このようにして製造された2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物は、前記式(II)又は前記式(IV)中のR及びR、前記式(III)又は前記式(V)中のR、並びに前記式(VI)中のR14及びR13が、ヒドロキシ基を含み得る。これらの2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物を適宜配合することにより、2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物を含む成分(a)を得ることができる。
成分(a)として好ましい2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物の具体的な例としては、ジブチルメチレンマロネート、ジペンチルメチレンマロネート、ジヘキシルメチレンマロネート、ジシクロヘキシルメチレンマロネート、エチルオクチルメチレンマロネート、プロピルヘキシルメチレンマロネート、2-エチルヘキシル-エチルメチレンマロネート、エチルフェニル-エチルメチレンマロネート等が挙げられる。これらは揮発性が低く、反応性が高いために好ましい。取り扱い性の観点からは、ジヘキシルメチレンマロネート、ジシクロヘキシルメチレンマロネートが特に好ましい。
[開始剤(成分(b))]
本発明の樹脂組成物は、開始剤(成分(b))を含む。開始剤は、樹脂組成物がマイケル付加反応によって硬化する際の重合開始反応に寄与することが期待される。本発明に用いる開始剤は、塩基性物質を含む。本発明において成分(b)として用いる塩基性物質は、単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
本発明で用いられる塩基性物質は、典型的には、有機塩基、無機塩基、または有機金属材料からなる。
有機塩基としては、後述するアミン化合物等が挙げられる。無機塩基としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム等のアルカリ金属水酸化物;水酸化カルシウム等のアルカリ土類金属水酸化物;炭酸リチウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム等のアルカリ又はアルカリ土類金属炭酸塩;炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム等の金属炭酸水素塩;等が挙げられる。有機金属材料としては、ブチルリチウム、t-ブチルリチウム、フェニルリチウム、等の有機アルカリ金属化合物およびそれらから調製される有機銅試薬;メチルマグネシウムブロミド、ジメチルマグネシウム、フェニルマグネシウムクロリド等の有機アルカリ土類金属化合物およびそれらから調製される有機銅試薬;及びナトリウムメトキシド、t-ブチルメトキシド等のアルコキシド;ナトリウムベンゾエート等のカルボキシレート等が挙げられる。
本発明の樹脂組成物を電子材料用途に用いる場合、樹脂組成物が無機塩基や有機金属材料を含むと周辺電気・電子回路における意図しない電気的特性への影響が懸念される。このため、本発明に用いる塩基性物質は、好ましくはアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属元素、又はハロゲン元素を含まないものである。別の態様においては、本発明に用いる塩基性物質は、非イオン性である。
本発明で用いられる塩基性物質は、好ましくは、有機塩基、さらに好ましくは、アミン化合物である。前記アミン化合物とは、少なくとも第1級アミノ基、第2級アミノ基、又は第3級アミノ基のいずれかを分子内に1つ以上有する有機化合物であり、これら級の異なるアミノ基を同一分子内に2種以上同時に有していてもよい。
第1級アミノ基を有する化合物としては、例えば、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が挙げられる。
第2級アミノ基を有する化合物としては、例えば、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が挙げられる。
第3級アミノ基を有する化合物としては、例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン、トリヘキシルアミン、トリアリルアミン、3-ジエチ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、テトラメチルエチレンジアミン、トリ-n-オクチルアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、N,N-ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、N,N-ジエチルエタノールアミン、N-メチル-N,N-ジエタノールアミン、N,N-ジブチルエタノールアミン、トリフェニルアミン、4-メチルトリフェニルアミン、4,4-ジメチルトリフェニルアミン、ジフェニルエチルアミン、ジフェニルベンジルアミン、N、N-ジフェニル-p-アニシジン、1,1,3,3-テトラメチルグアニジン、N,N-ジシクロヘキシルメチルアミン、1,4-ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン、2,6,10-トリメチル-2,6,10-トリアザウンデカン、1-ベンジルピペリジン、N,N-ジメチルベンジルアミン、N,N-ジメチルドデシルアミン、N-エチル-N-メチルベンジルアミン、N,N-ジエチルベンジルアミン等が挙げられる。
また、異なるアミノ基を同一分子内に2種以上同時に有していている化合物としては、特に限定されないが、例えば、本実施の形態の原料として用いられるグアニジン化合物やイミダゾール化合物等が挙げられる。グアニジン化合物としては、例えば、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、1,1,3,3-テトラメチルグアニジン等が挙げられる。イミダゾール化合物としては、例えば、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-メチルイミダゾール、2-ヘプタデシルイミダゾール、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、2-ウンデシルイミダゾール、2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-ベンジル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、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′-メチルイミダゾリル-(1)′)-エチル-S-トリアジン・イソシアヌール酸付加物、2-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾール、1-シアノエチル-2-メチルイミダゾール-トリメリテイト、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾール-トリメリテイト、N-(2-メチルイミダゾリル-1-エチル)-尿素、および、N,N′-(2-メチルイミダゾリル-(1)-エチル)-アジポイルジアミドが挙げられる。ただし、上記イミダゾール化合物は、これら化合物に限定されるものではない。
上記アミン化合物は、好ましくは第2級又は第3級アミノ基を含む。アミン化合物に含まれるアミノ基が第1級の場合には、アミノ基から生じる活性水素が重合反応を抑制する可能性が高まる。上記アミン化合物は、より好ましくは、第3級アミノ基を含む。換言すれば、上記アミン化合物は、より好ましくは第3級アミン化合物である。
上記アミン化合物は、好ましくはアルカリ金属、アルカリ土類金属、および遷移金属元素ならびに、ハロゲン元素を含まないものである。
上記アミン化合物は、好ましくはヒドロキシ基、スルフヒドリル基等の活性水素を含まないものである。
本発明においては、樹脂組成物の硬化時に塩基性物質が固体状であると、塩基性物質表面において反応が進行し、反応が樹脂組成物全体に行き渡らないため、硬化が不均一となる。このため、塩基性物質は80℃で液状であることが好ましく、25℃で液状であることが更に好ましい。
一般に、塩基性物質の塩基性度は、中性の塩基性物質とその共役酸の間の酸解離定数であるKaの逆数の常用対数値-logKaである酸解離指数pKaによって評価できる(見積もられる)。本明細書においては、塩基性物質又は塩基性基の共役酸のpKaのことを、単に、当該塩基性物質又は塩基性基のpKaと呼ぶことがある。
本発明で用いられる塩基性物質のpKaは、好ましくは8以上、より好ましくは9以上、更に好ましくは10以上、最も好ましくは11以上である。本発明の樹脂組成物は、分子量が180以上の2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物を含むが、塩基性物質のpKaが8未満であると、樹脂組成物が所定の時間で硬化しない。これは、本発明の樹脂組成物が分子量180以上の2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物を含むため、官能基近傍の立体障害が大きく、塩基性物質のpKaが一定値未満であると重合開始反応が起こりづらいからだと考えられる。
上記中性の塩基性物質とその共役酸との間の酸解離指数(pKa)は、電気化学的方法、分光学的方法等の当業者に公知の方法で適宜決定する事ができる。本明細書において、「pKa」は、特に断りがない限り、ChemAxon社製のソフトウェアMarvinSketch 17.22.0を用いて、温度:298K、Mode:macro、Acid/base prefix:staticの設定にて、化学構造を元に溶媒を水とした場合に推算されるpKaの値を指す。ただし、1分子中に複数の塩基性部位(アミノ基等)を含む塩基性物質を対象とする場合には、最も大きなpKaの値を該塩基性物質のpKaとして採用する。
上記アミン化合物の分子量は、好ましくは100~1000であり、より好ましくは100~500であり、さらに好ましくは110~300である。アミン化合物の分子量が100未満である場合には揮発性が高く、周辺部材への影響ならびに硬化物の物性変動等が懸念される。アミン化合物の分子量が1000を超える場合には、アミン化合物の粘度増加や、樹脂組成物中への分散性低下等が懸念される。
本発明の開始剤は、単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
開始剤として好ましいアミン化合物の具体的な例としては、トリエチルアミン、1,4-ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン、1,1,3,3-テトラメチルグアニジン、N,N-ジメチルベンジルアミン、N-エチル-N-メチルベンジルアミン、2,6,10-トリメチル-2,6,10-トリアザウンデカン、N,N-ジメチルオクチルアミン、N,N-ジメチルオクタデシルアミン及びN,N-ジメチルドデシルアミンを挙げることができるが、これらに限定されない。
本発明の開始剤は、分離又は潜在化によって不活性となっていて、任意の熱、光、機械的剪断等の刺激によって活性化するものでもよい。より具体的には、開始剤は、マイクロカプセル、イオン解離型、包接型などの潜在性硬化触媒であってもよく、熱、光、電磁波、超音波、物理的せん断によって塩基を発生する形態であってもよい。また、本発明の樹脂組成物は、二液混合型の接着剤として使用することもできる。
本発明において、塩基性物質の含有量は、樹脂組成物中の2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物の全量(100mol%)に対して、好ましくは0.01mol%~30mol%、より好ましくは、0.01mol%~10mol%である。塩基性物質の含有量が0.01mol%未満であると、硬化が不安定になる。逆に、塩基性物質の含有量が30mol%よりも多いときは、硬化物中に樹脂マトリックスと化学結合を形成していない塩基性物質が大量に残留し、硬化物の物性低下やブリード等を引き起こす。
[アニオン重合抑制剤(成分(c))]
アニオン重合抑制剤(成分(c))は、本発明の樹脂組成物の硬化速度を適度に低下させるために用いる。
本発明における成分(c)は、1種以上のホウ酸エステル化合物を含む。2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物を含む樹脂組成物においてホウ酸エステル化合物をアニオン重合抑制剤として用いることは知られていなかった。
前記成分(b)は塩基性部位(成分(b)がアミン化合物である場合にはアミノ基)を有しており、その塩基性部位が、前記成分(a)中の反応部位(エキソメチレン炭素)と反応することにより、重合が開始される。詳細なメカニズムは明らかでないが、成分(c)あるいは成分(c)の一部が加水分解されることで生じる成分によって、成分(a)の重合反応が抑制されるものと考えられる。したがって、成分(b)および成分(c)の適切な含有量を選択することにより、樹脂組成物の使用目的に応じた所望の硬化時間を達成することができる。
前記の通り、2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物の重合反応速度を制御するためのアニオン重合抑制剤(安定化剤)として、プロトン酸が知られている。そのアニオン重合抑制剤としての効果は非常に高く、2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物を含む樹脂組成物にわずかな量のプロトン酸を添加すると、硬化時間は著しく延長される。しかし、プロトン酸の含有量がわずかに変化するだけで硬化時間が大きく変化するため、硬化時間を小幅に延長又は短縮したいときには、プロトン酸の含有量を、場合によっては0.01質量%(100ppm)と極めて小幅に増加又は減少させることが必要になる。このため、アニオン重合抑制剤としてプロトン酸のみを用いた場合、硬化時間の細かな調節は困難である。
また、樹脂組成物の実際の製造においては、その組成を厳密に一定に維持することは現実的でなく、各成分の含有量に不可避的にばらつきが生じる。前記の通り、プロトン酸の含有量のわずかな変化で硬化時間が大きく変化するため、アニオン重合抑制剤としてプロトン酸のみを用いた場合、各種の特性、特に硬化時間が一定の許容範囲内にある樹脂組成物を安定して製造することが困難になる。
プロトン酸を、溶剤で希釈された溶液の形態で用いることにより、プロトン酸の含有量を小幅に増加又は減少させることは容易になる。しかし、そのようにして得られる樹脂組成物を硬化させる場合、溶剤成分の揮発による作業環境の悪化や、ボイドの発生に伴う硬化物物性の低下、さらにはブリードのような、微小な電子部品の製造に好ましくない現象等の懸念が高まる。
以上のように、2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物を含む樹脂組成物における重合反応速度を、プロトン酸の含有量を調節することのみにより制御することは困難である。
一方、ホウ酸エステル化合物のアニオン重合抑制剤としての効果は、プロトン酸のそれに比して低く、同じ時間だけ硬化時間を延長するのに、プロトン酸の場合に比してかなり多くのホウ酸エステル化合物を要する。しかしこのことは、プロトン酸の場合とは逆に、樹脂組成物中のホウ酸エステル化合物の含有量がわずかに変化しても(すなわち、含有量を極端に大きく変えない限り)、硬化時間が大きく変わらないことを意味する。このため、アニオン重合抑制剤としてホウ酸エステル化合物を用いると、硬化時間を調節するためのその含有量の増加又は減少をさほど小幅に行う必要がなく、その結果硬化時間の細かな調節を容易に行うことができる。ホウ酸エステル化合物を溶剤で希釈する必要もない。
また、ホウ酸エステル化合物を用いた場合、樹脂組成物の実際の製造において不可避的に組成比のばらつきが生じても、硬化時間は大きく変わらないので、各種の特性、特に硬化時間が一定の許容範囲内にある樹脂組成物を安定して製造することができる。
ある態様においては、ホウ酸エステル化合物は、ホウ素原子が各々酸素原子を介して同一の3つの1価の炭化水素基と結合した構造を有する。
成分(c)として用いるホウ酸エステル化合物の例としては、トリメチルボレート、トリエチルボレート、トリ-n-プロピルボレート、トリイソプロピルボレート、トリ-n-ブチルボレート、トリ-s-ブチルボレート、トリ-t-ブチルボレート、トリペンチルボレート、トリアリルボレート、トリヘキシルボレート、トリシクロヘキシルボレート、トリオクチルボレート、トリノニルボレート、トリデシルボレート、トリドデシルボレート、トリヘキサデシルボレート、トリオクタデシルボレート、トリス(2-エチルヘキシロキシ)ボラン、トリベンジルボレート、トリフェニルボレート、トリ-o-トリルボレート、トリ-m-トリルボレート、2,2'-オキシビス(5,5'-ジメチル-1,3,2-ジオキサボリナン)等が挙げられる。これらのうち、入手の容易さ、化合物の安全性または保存安定性の観点から、トリメチルボレート、トリエチルボレート、トリ-n-プロピルボレート、トリイソプロピルボレート、トリ-n-ブチルボレート、トリ-t-ブチルボレートおよびトリ-o-トリルボレートが好ましく、トリイソプロピルボレート、トリ-t-ブチルボレートおよびトリ-o-トリルボレートがより好ましい。これらのホウ酸エステル化合物は、単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
本発明の樹脂組成物における成分(c)の含有量に特に制限はなく、樹脂組成物の所望の硬化時間が達成されるように、成分(c)の含有量を適宜調節することができる。好ましくは0.05~10質量%、より好ましくは0.1~5質量%、さらに好ましくは0.2~5質量%、特に好ましくは0.3~3質量%の成分(c)を、充填剤等の固形物を除いた樹脂組成物質量に対して用いる。
[安定化剤(成分(d))]
本発明の樹脂組成物は、安定化剤(成分(d))を更に含んでもよい。前記成分(c)にも樹脂組成物を安定させる効果があるが、必要に応じてさらに安定化剤を用いてもよい。
安定化剤は、樹脂組成物の保存時の安定性を高めるための成分(c)以外の物質であり、意図しないラジカルや塩基性成分による重合反応の発生を抑制するために添加される。2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物は、偶発的に生じたラジカルを基点として意図しないラジカル重合反応が発生する場合がある。また、2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物は、非常に微量の塩基性成分の混入によってアニオン重合反応が発生する場合がある。安定化剤を添加することによって、このような意図しないラジカルや塩基性成分による重合反応の発生を抑制することができる。
安定化剤は公知のものを使用可能であり、例えば、強酸やラジカル捕捉剤を用いることができる。具体的な安定化剤の例としては、トリフルオロメタンスルホン酸、マレイン酸、メタンスルホン酸、ジフルオロ酢酸、トリクロロ酢酸、リン酸、ジクロロ酢酸、N-ニトロソ-N-フェニルヒドロキシルアミンアルミニウム、トリフェニルホスフィン、4-メトキシフェノール、及びハイドロキノンを挙げることができる。この中で、好ましい安定化剤は、マレイン酸、メタンスルホン酸、N-ニトロソ-N-フェニルヒドロキシルアミンアルミニウム及び4-メトキシフェノールから選ばれる少なくとも1つである。また安定化剤として、特開2010-117545号公報、特開2008-184514号公報などに開示された公知のものを用いることもできる。
安定化剤は、単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
本発明の樹脂組成物は、前記成分(a)~(d)以外に、絶縁性あるいは導電性充填剤、カップリング剤等の界面処理剤、顔料、可塑剤等を必要に応じて含有していてもよい。
本発明の樹脂組成物は、前記成分(a)~(c)、及び必要に応じて(d)や上記充填剤等の成分を含有する。本発明の樹脂組成物は、これらの成分を混合して調製することができる。混合には、公知の装置を用いることができる。例えば、ヘンシェルミキサーやロールミルなどの公知の装置によって混合することができる。これらの成分は、同時に混合してもよく、一部を先に混合し、残りを後から混合してもよい。
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、前記成分(a)~(d)及び上記充填剤等以外の成分、例えば、難燃剤、イオントラップ剤、消泡剤、レベリング剤、破泡剤等を含有してもよい。
本発明の樹脂組成物は、一液型接着剤、特に電子部品用の一液型接着剤として使用することができる。具体的には、本発明の樹脂組成物は、電子部品の接着及び封止に好適である。より具体的には、本発明の樹脂組成物は、カメラモジュール用部品の接着及び封止に用いることができ、特に、イメージセンサモジュールの接着に好適である。本発明においては、本発明の樹脂組成物を用いて接着された電子部品も提供される。さらには、本発明の樹脂組成物を用いて封止された電子部品も提供される。また本発明の樹脂組成物は、絶縁性組成物としても導電性組成物としても利用することができる。
例えば、図1に示すように、本発明の樹脂組成物は、IRカットフィルタ20とプリント配線基板24との接着に用いることができる。本発明の樹脂組成物は、撮像素子22とプリント配線基板24との接着に用いることができる。本発明の樹脂組成物は、支持体18とプリント配線基板24との接着に用いることができる。樹脂組成物の被接着面への供給には、ジェットディスペンサー、エアーディスペンサー等を使用することができる。本発明の樹脂組成物は、加熱をせず常温で硬化させることができる。本発明の樹脂組成物は、また、例えば、25~80℃の温度で加熱することで硬化させることができる。加熱温度は、好ましくは、50~80℃である。加熱時間は、例えば、0.5~4時間である。
本発明の樹脂組成物は、カメラモジュール以外のイメージセンサモジュールに使用することもできる。例えば、指紋認証装置、顔認証装置、スキャナ、医療機器等に組み込まれることのあるイメージセンサモジュールの部品の接着及び封止に用いることができる。
また、本発明の樹脂組成物は、フィルム又はプリプレグの構成材料として使用することもできる。特に、本発明の樹脂組成物は、配線パターンを保護するカバーレイ用フィルムや、多層配線基板の層間接着フィルム、プリプレグの構成材料に好適である。これは、本発明の樹脂組成物は、揮発成分が極めて少ないため、ボイドが発生しにくいことによる。また、本発明の樹脂組成物を含んだフィルム又はプリプレグは、好ましくは、電子部品用に使用することができる。
本発明の樹脂組成物を含むプリプレグは、公知の方法、例えばホットメルト法及びソルベント法などにより製造することができる。ホットメルト法を用いる場合、本発明の樹脂組成物を有機溶剤に溶解することなく、樹脂組成物と剥離性の良い離型紙に一旦コーティングし、それをシート状繊維基材にラミネートする、あるいはダイコータにより直接塗工することなどにより、プリプレグを製造できる。また、ソルベント法を用いる場合、まず、本発明の樹脂組成物を有機溶剤に溶解した樹脂組成物ワニスにシート状繊維基材を浸漬することにより、樹脂組成物ワニスをシート状繊維基材に含浸させ、その後に、シート状繊維基材を乾燥させることで、プリプレグを製造できる。
本発明の樹脂組成物を含むフィルムは、本発明の樹脂組成物から公知の方法により得ることができる。例えば、本発明の樹脂組成物を溶剤で希釈してワニスとし、これを支持体の少なくとも片面に塗布し、乾燥させた後、支持体付のフィルム、または、支持体から剥離したフィルムとして提供することができる。
以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。本発明は、以下の実施例及び比較例に限定されるものではない。
[蒸気圧の計算]
本発明に用いる2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物について、各温度における蒸気圧を、HSPiP(4th Edition 4.1.05 Y-MB法)を用いて計算を行った。表1に、ジヘキシルメチレンマロネート(DHMM)及びジシクロヘキシルメチレンマロネート(DCHMM)についての各温度における蒸気圧(単位:mmHg)を示す。
Figure 0007343912000010
[樹脂組成物の調製]
以下の実施例及び比較例において使用した樹脂組成物の原料は、以下のとおりである。
2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物(成分(a)):
DHMM (SIRRUS社製)
DCHMM (SIRRUS社製)
前記2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物の具体的な構造は、以下の表2中の化学式のとおりである。
Figure 0007343912000011
開始剤(成分(b)):
TEA トリエチルアミン(和光純薬工業株式会社)
分子量:101.19
DMDA N,N-ジメチルドデシルアミン(和光純薬工業株式会社)
分子量:213.41
DMBA N,N-ジメチルベンジルアミン(和光純薬工業株式会社)
分子量:135.21
EMBA N-エチル-N-メチルベンジルアミン(東京化成工業)
分子量:149.24
アニオン重合抑制剤(成分(c)):
B(OiPr) ホウ酸トリイソプロピル(東京化成工業)
分子量:188.07
B(OtBu) ホウ酸トリt-ブチル(東京化成工業)
分子量:230.16
B(O-o-tol) ホウ酸トリオルトトリル(東京化成工業)
分子量:332.21
アニオン重合抑制剤(成分(c’)):
TFA トリフルオロ酢酸(東京化成工業)
分子量:114.02
[実施例1~16及び比較例2、3]
ポリプロピレン製マイクロチューブ中の成分(a)1.00gに、成分(a)に対するモル比が表3に示す値となるように成分(c)または(c’)を滴下し、混合した。得られた混合物に、成分(a)に対するモル比が表3に示す値となるように成分(b)を添加し、再度ボルテックスミキサーで振盪することにより混合して、樹脂組成物を得た。
この混合が完了した時点から、前記樹脂組成物が事実上流動性を失うまでの時間(ゲルタイム)を、室温(25℃)にて測定した。各樹脂組成物のゲルタイム(単位:min)を、樹脂組成物中の各成分のモル比と共に表3に示す。また表3には成分(c)および(c’)の樹脂組成物全体に対する質量割合(単位:質量ppm)も合わせて記載した。
「事実上流動性を失う」とは、前記マイクロチューブにその容積の半分程度充填された前記樹脂組成物が、前記マイクロチューブを直立させた状態から瞬時に水平に傾けた場合に、重力下10秒間にわたり明らかな形状変化が観察されない状態となることをさす。
[比較例1及び4~8]
成分(c)を滴下しないこと以外は実施例1~16及び比較例2~3と同様にして、ゲルタイムを測定した。各樹脂組成物のゲルタイム(単位:min)を表3に示す。
Figure 0007343912000012
(結果の考察)
実施例1~16および比較例1、比較例4~8より、成分(c)のホウ酸エステル化合物は、成分(a)および成分(b)の種類によらず樹脂組成物のゲルタイムを延長する効果を示し、アニオン重合抑制剤として機能することが分かる。
また、実施例1~3の比較により、実際の樹脂組成物の製造において成分(c)の配合量に不可避的なばらつきが生じた場合においても、ゲルタイムへの影響は軽微であることが想定できる。このことは実施例4~6、実施例7~8、実施例9~11、実施例12~14、および実施例15~16をそれぞれ比較した場合にも明らかである。
一方、成分(c’)としてプロトン酸であるTFAを用いた場合(比較例2、3)、ホウ酸エステル化合物に比して少量の添加により、樹脂組成物の硬化時間が延長される。しかし、例えば比較例2と3を比較すると、TFAの量が100質量ppmから1000質量ppmに増加したときの硬化時間の延長は237分に及ぶ。単純に計算すると、この樹脂組成物が10gの場合、わずか1mg強のTFAの量の変化が、約30分もの硬化時間の変化をもたらす。このような樹脂組成物の硬化時間を、TFAの量で調節することは極めて困難である。
また、このような樹脂組成物を実際に製造した場合、不可避的な組成比のばらつきに伴う硬化時間のばらつきが、かなり大きくなることが予測される。
成分(a)のゲルタイムは、成分(b)と成分(c)の種類を適切に選択することによって、数分から数時間という幅広い範囲で変化させることが可能である(実施例1,4,9,12)。
さらに、成分(a)のゲルタイムは成分(b)の量を増減することによってより細かく調節することができる(実施例5,7,10)。
このように、成分(b)と(c)の種類および量を調節することで、硬化時間を広範囲で安定的に制御することが可能である。特に成分(c)を用いることで、成分(b)の減量だけでは対応することの難しい(比較例4,5)、長いゲルタイムの樹脂組成物も安定的に生産することが可能である。
以上より、2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物及び開始剤としての塩基性物質を含む樹脂組成物において、ホウ酸エステル化合物は、硬化時間を任意に調整したり、特性のばらつきが少ない樹脂組成物の安定的に生産したりするのに好適であることがわかる。これに対し、プロトン酸を用いると、硬化時間の調節が困難になり、また特性のばらつきが少ない樹脂組成物の安定生産が困難になるため、プロトン酸はそのような用途に適していない。
本発明の樹脂組成物は、特性のばらつきを低減させて安定して製造することができ、生産性を向上することができ、かつ電子部品の製造に好適である。
10 カメラモジュール
12 レンズ
14 ボイスコイルモータ
16 レンズユニット
18 支持体
20 カットフィルタ
22 撮像素子
24 プリント配線基板
30、32、34 接着剤

Claims (5)

  1. 樹脂組成物であって、下記成分(a)~(c):
    (a)1種以上の2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物
    (b)1種以上の第3級アミン化合物である塩基性物質を含む開始剤
    (c)1種以上のホウ酸エステル化合物を含むアニオン重合抑制剤
    を含み、
    前記2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物が、下記式(I):
    Figure 0007343912000013

    で表される構造単位を少なくとも一つ含む化合物である、樹脂組成物。
  2. ホウ酸エステル化合物が、トリイソプロピルボレート、トリ-t-ブチルボレートおよびトリ-o-トリルボレートからなる群より選択される1種以上である、請求項1記載の樹脂組成物。
  3. 2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物の分子量が180以上10000以下である、請求項1または2記載の樹脂組成物。
  4. 請求項1~3のいずれか1項記載の樹脂組成物を含む一液型接着剤。
  5. 電子部品用である、請求項記載の一液型接着剤。
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