WO2010038725A1 - 研磨パッド用ウレタン樹脂組成物、ポリウレタン研磨パッド及びポリウレタン研磨パッドの製造法。 - Google Patents

研磨パッド用ウレタン樹脂組成物、ポリウレタン研磨パッド及びポリウレタン研磨パッドの製造法。 Download PDF

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WO2010038725A1
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diisocyanate
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智昭 新地
弘 須崎
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    • C08G18/7685Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic containing two or more aromatic rings containing two or more non-condensed aromatic rings directly linked to each other
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    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L83/00Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers

Definitions

  • the present invention is a two-component urethane resin composition for a thermosetting urethane (TSU) type polishing pad used for production of glass materials that require high surface flatness such as glass substrates, silicon wafers, and semiconductor devices.
  • TSU thermosetting urethane
  • the present invention relates to a product, a polyurethane polishing pad using the same, and a method for producing the polyurethane polishing pad.
  • a so-called two-component urethane resin composition in which a main agent containing an isocyanate group-terminated urethane prepolymer and a curing agent are combined has been used so far.
  • Various proposals have been made.
  • a two-component composition for a glass polishing polyurethane pad comprising a main agent containing an isocyanate group-terminated urethane prepolymer, an isocyanate group-reactive compound, water as a foaming agent, an inorganic abrasive and a curing agent containing a catalyst.
  • the prepolymer is at least tolylene diisocyanate (TDI), poly (tetramethylene ether) glycol (PTMG) and polycaprolactone triol (PCL), and PTMG and PCL are mixed, the average number of functional groups is 2.1-2.
  • the prepolymer has a low viscosity, foaming and air voids during mixing and molding can be reduced, and uniform air bubbles can be obtained. Also, by optimizing the average functional group number of the polyol mixture, It can be said that a decrease in hardness of the polishing pad due to heat generation during polishing can be suppressed (for example, see Patent Document 1).
  • the surface of the polishing pad is caused by frictional heat generated between the polishing pad and the workpiece.
  • the resin composition has a significant increase in temperature in the presence of a slurry or an aqueous solution, and the polishing pad is inferior in hot water resistance, so the hardness (elastic modulus) of the polishing pad changes, There has been a problem of adversely affecting the flattening processing of glass materials that require high surface flatness.
  • the object of the present invention is to easily control the reactivity during the molding operation, to form a foam cell having a uniform and fine shape (cell controllability), and to have durability (hot water resistance) and wear resistance. It is to provide a two-pack type urethane resin composition for a polishing pad which is excellent in properties and moldability (yield, molding unevenness, etc.). Further, high-hardness polyurethane polishing using the two-pack type urethane resin composition for a polishing pad suitable for flattening glass materials that require high surface flatness such as semiconductor substrates, optical substrates, and magnetic substrates. It is to provide a pad and a method for producing a polyurethane polishing pad.
  • the urethane resin composition for a polishing pad comprising a main agent containing an isocyanate group-terminated urethane prepolymer, a compound having an active hydrogen-containing group, water as a foaming agent, and a curing agent containing a catalyst, the isocyanate group-terminated urethane
  • a prepolymer is produced by reacting a polyisocyanate and a polyol, it is obtained by combining the isocyanates with tolidine diisocyanate and a polyisocyanate having a lower reactivity with a compound having an active hydrogen-containing group than the tolidine diisocyanate. It has been found that when an isocyanate group-terminated urethane prepolymer is used, it is easy to control the reactivity during the molding operation.
  • polyisocyanate component (1) a polyisocyanate component in which tolidine diisocyanate and toluene diisocyanate are combined in a specific formulation, or (2) a polyisocyanate component in which tolidine diisocyanate and aliphatic diisocyanate are combined in a specific formulation.
  • the present invention comprises a main agent (A) containing a urethane prepolymer having an isocyanate group at the molecular end obtained by reacting a polyisocyanate (a1) and a polyol (a2), and a compound having an active hydrogen-containing group (
  • a polyurethane polishing pad obtained by foaming and curing the urethane resin composition for a polishing pad, and injecting the urethane resin composition for the polishing pad into a mold, foaming and curing, and removing the foamed molded product from the mold to form a sheet.
  • a method for producing a polyurethane polishing pad characterized by slicing is provided.
  • the urethane resin composition for a polishing pad of the present invention the reactivity at the time of work is easily controlled, the moldability is excellent, and it is possible to easily form a foam cell having a uniform and fine shape (excellent cell controllability). It is.
  • the polyurethane polishing pad of the present invention has a small change in hardness (elastic modulus) of the polishing pad due to temperature rise during polishing operation, durability (hot water resistance, etc.), wear resistance, moldability (yield, molding unevenness, etc.)
  • hardness elastic modulus
  • the two-pack type urethane resin composition for polishing pad of the present invention comprises a main agent containing a urethane prepolymer (A) having an isocyanate group at the molecular end obtained by reacting polyisocyanate (a1) and polyol (a2). And a two-component urethane resin composition obtained by blending and mixing the compound (B) having an active hydrogen-containing group.
  • A a urethane prepolymer having an isocyanate group at the molecular end obtained by reacting polyisocyanate (a1) and polyol (a2).
  • a two-component urethane resin composition obtained by blending and mixing the compound (B) having an active hydrogen-containing group.
  • the main agent (A) containing a urethane prepolymer having an isocyanate group at the molecular terminal (hereinafter abbreviated as “prepolymer (A)”) is obtained by reacting a polyisocyanate and a polyol.
  • prepolymer (A) a urethane prepolymer having an isocyanate group at the molecular terminal
  • weight ratio [(a11) / (a13)] 0.9 to 19 for use in the reaction.
  • tolidine diisocyanate (a11) there are isomers.
  • the use of o-tolidine diisocyanate can further contribute to the improvement of the polishing property by the high crystallization (high aggregation) of the hard segment structure. preferable.
  • toluene diisocyanate (a12) examples include 2,4-toluene diisocyanate and 2,6-toluene diisocyanate, and these may be used alone or as a mixture.
  • the tolidine diisocyanate (a11) when using a blend of tolidine diisocyanate (a11) and toluene diisocyanate (a12), the tolidine diisocyanate (a11) is contained in a larger amount than the toluene diisocyanate (a12) as in the above blending ratio.
  • the amount of tolidine diisocyanate (a11) is smaller than that of toluene diisocyanate (a12), the moldability that is the subject of the present invention can be improved.
  • the blending ratio of tolidine diisocyanate (a11) and toluene diisocyanate (a12) is 1.0 to 9.0 by weight ratio [(a11) / (a12)] of tolidine diisocyanate (a11) and toluene diisocyanate (a12). Preferably, it is more preferably 1 to 4.
  • aliphatic diisocyanate (a11) and aliphatic diisocyanate (a13) are combined, for tolidine diisocyanate (a11), the same compounds as those described above are preferred.
  • the aliphatic diisocyanate in the present invention include alicyclic diisocyanates such as hydrogenated diphenylmethane diisocyanate (hydrogenated MDI) and hydrogenated xylylene diisocyanate (hydrogenated XDI), or hexamethylene diisocyanate, dimer diisocyanate, norbornene diisocyanate.
  • aliphatic diisocyanates such as In addition, these alicyclic diisocyanates and aliphatic diisocyanates may be used as a mixture, or two or more kinds may be used.
  • the tolidine diisocyanate (a11) has a larger amount than the aliphatic diisocyanate (a13) as in the above blending ratio. Even if the amount of tolidine diisocyanate (a11) is smaller than that of aliphatic diisocyanate (a13), the moldability that is the subject of the present invention can be improved.
  • the blending ratio of tolidine diisocyanate (a11) and aliphatic diisocyanate (a13) is such that the weight ratio [(a11) / (a13)] of tolidine diisocyanate (a11) and aliphatic diisocyanate (a13) is 1.2 to 6.5. It is more preferable that
  • Examples of the other polyisocyanates include diphenylmethane diisocyanate (abbreviation MDI; 4,4′-form, 2,4′-form, 2,2′-form, or a mixture thereof), poly Examples include methylene polyphenyl polyisocyanate, carbodiimidized diphenylmethane polyisocyanate, xylylene diisocyanate (XDI), 1,5-naphthalene diisocyanate (NDI), and one or more of these inhibit the object of the present invention. You may use in the range which does not.
  • MDI diphenylmethane diisocyanate
  • XDI xylylene diisocyanate
  • NDI 1,5-naphthalene diisocyanate
  • the prepolymer (A) is obtained by reacting a polyisocyanate (a1) and a polyol (a2).
  • a polyol (a2) a single glycol may be used, or a number described later. You may make it react combining at least 2 types of glycol, the high molecular weight glycol (a21) of average molecular weight (it abbreviates as "Mn” hereafter), and the low molecular weight glycol (a22) of the molecular weight mentioned later.
  • the combination of the high molecular weight glycol (a21) and the low molecular weight glycol (a22) is more effective in controlling the reactivity when foaming, curing and molding the urethane resin composition of the present invention, It is more preferable because the reactivity during the operation can be easily controlled, the moldability (yield, molding unevenness, etc.) is excellent, and it is possible to form a foam cell having a uniform and fine shape.
  • Mn of the high molecular weight glycol (a21) is preferably in the range of 500 to 5000, more preferably in the range of 500 to 2000.
  • Examples of the high molecular weight glycol (a21) include polyethylene glycol (PEG), polypropylene glycol (PPG), polyethylene propylene glycol (PEPG), polytetramethylene glycol (PTMG), 2-methyl-1,3-propaneadipate, Examples thereof include 3-methyl-1,5-pentane adipate and polycarbonate polyol.
  • polytetramethylene glycol (PTMG) having an Mn of 500 to 2000 is preferable.
  • the high molecular weight glycol (a21) may be linear, branched or cyclic.
  • the molecular weight of the low molecular weight glycol (a22) is preferably in the range of 50 to 300, more preferably in the range of 50 to 200.
  • Examples of the low molecular weight glycol (a22) include ethylene glycol (EG), propylene glycol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, , 6-hexanediol, neopentyl glycol, diethylene glycol (DEG), triethylene glycol, tetraethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 2-butyl-2-ethyl 1 Aliphatic diols such as 1,3-propanediol and 2-methyl-1,3-propanediol, alicyclic diols such as 1,4-cyclohexanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol, hydrogenated bisphenol A, etc.
  • EG ethylene glycol
  • DEG diethylene glycol
  • DEG
  • the low molecular weight glycol (a22) may be linear, branched or cyclic.
  • the high molecular weight glycol (a21) and the low molecular weight glycol (a22) in combination.
  • polytetramethylene glycol (PTMG, particularly preferably Mn) is used as the high molecular weight glycol (a21).
  • PTMG polytetramethylene glycol
  • DEG diethylene glycol
  • the low molecular weight glycol (a22) is particularly preferable, and this makes it easier to control the reactivity during work, and the moldability (yield, molding unevenness, etc.) It is possible to form a foam cell having a uniform and fine shape.
  • the curing agent used in the present invention essentially contains a compound (b1) having an active hydrogen-containing group, water (foaming agent), and a catalyst.
  • the compound (b1) having an active hydrogen-containing group is, for example, 4,4′-diamino-3,3′-dichlorodiphenylmethane (hereinafter referred to as MOCA) which is a dinuclear body of a polyaminochlorophenylmethane compound or a polyaminochlorophenylmethane compound. ) And polytetramethylene glycol (hereinafter referred to as PTMG). These may be used alone or in combination of two or more.
  • MOCA 4,4′-diamino-3,3′-dichlorodiphenylmethane
  • PTMG polytetramethylene glycol
  • Examples of the compound (b1) having an active hydrogen-containing group include, for example, Pandex E-50 (trade name, manufactured by DIC Corporation, polyaminochlorophenylmethane compound), 4,4′-diamino-3,3′-dichlorodiphenylmethane. These may be used, and these may be used alone or in combination of two or more.
  • the amount of the compound (b1) having an active hydrogen-containing group is preferably in the range of 15 to 60 parts by weight, more preferably 20 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the isocyanate group-terminated urethane prepolymer (A).
  • the range is 45 parts by weight. If the amount of the isocyanate group-reactive compound (B) is within such a range, a polyurethane polishing pad having high hardness, durability (hot water resistance), and abrasion resistance can be obtained.
  • various methods such as a method of adding hollow beads, a mechanical foaming method, and a chemical foaming method can be adopted in addition to the water foaming method described later. Yes, no particular restrictions.
  • water (foaming agent) and a catalyst are blended in the curing agent (B) in addition to the compound (b1) having an active hydrogen-containing group.
  • Water (foaming agent) plays a role as a foaming agent, and the amount of water is preferably 0.05 to 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of the compound (b1) having an active hydrogen-containing group. More preferably, it is in the range of 0.30 to 0.60 parts by weight. If the blending amount of the water (C) is within such a range, a polishing pad having a stable foamed state can be obtained. In this case, it is preferable to use a catalyst described later.
  • the method for adding water (foaming agent) when mixing two liquids of the main agent and the curing agent is not particularly limited.
  • the compound (b1) having an active hydrogen-containing group and a catalyst are necessary in advance in the curing agent.
  • a method of mixing an additive, foaming and curing there may be mentioned a method of mixing an additive, foaming and curing.
  • the type and addition amount of the catalyst may be selected in consideration of the time for pouring into a mold having a predetermined shape after the mixing step.
  • Examples of the catalyst include N, N-dimethylaminoethyl ether, Toyocat ET (trade name, N, N-dimethylaminoethyl ether, manufactured by Tosoh Corporation), triethylenediamine, dimethylethanolamine, triethanolamine, N , N, N ′, N′-tetramethylhexamethylenediamine, tertiary amines such as N-methylimidazole, and metal-based catalysts such as dioctyltin dilaurate, etc. Therefore, N, N-dimethylaminoethyl ether and Toyocat ET are preferable, and these may be used alone or in combination of two or more.
  • the amount of the catalyst is preferably in the range of 0.1 to 1 part by weight, more preferably 0.3 to 0.6 part by weight, based on 100 parts by weight of the compound (b1) having an active hydrogen-containing group. Range. If the blending amount of the catalyst is within such a range, a polishing pad having a stable foamed state can be obtained.
  • a curing agent can be obtained by blending the compound (b1) having an active hydrogen-containing group, water (foaming agent), and catalyst in the above blending amount, and stirring and mixing.
  • the two-component urethane resin composition for a polishing pad of the present invention can be obtained by mixing the main agent and the curing agent adjusted as described above, and stirring and mixing them.
  • the mixing ratio of the main agent and the curing agent is 1 / 0.7 to 1 as [total number of moles of isocyanate groups in the main agent] / [total number of moles of isocyanate group-reactive groups in the curing agent including water]. Is preferably in the range of 0.1, more preferably in the range of 1 / 0.8 to 1.0. If the blending ratio of the main agent and the curing agent is within such a range, the hardness and durability (hot water resistance) and wear resistance are excellent.
  • additives for example, foam stabilizers, antioxidants, defoamers, ultraviolet absorbers, abrasive grains, fillers, pigments, thickeners, interfaces
  • foam stabilizers for example, foam stabilizers, antioxidants, defoamers, ultraviolet absorbers, abrasive grains, fillers, pigments, thickeners, interfaces
  • An activator, a flame retardant, a plasticizer, a lubricant, an antistatic agent, a heat stabilizer, a blending resin and the like can be used at any stage of the production process as long as the object of the present invention is not impaired.
  • the filler is not particularly limited, and examples thereof include carbonate, silicic acid, silicate, hydroxide, sulfate, borate, titanate, metal oxide, carbon, and organic matter.
  • foam stabilizer examples include SH-193, SH-192, SH-190 (manufactured by Toray Dow Corning Silicon).
  • the polyurethane polishing pad of the present invention comprises the above-described two-pack type urethane resin composition for polishing pad, and an additive is added to the two-pack type urethane resin composition for polishing pad, if necessary, to give a predetermined shape. It is injected into the mold and foamed and cured, and the foamed molded product is taken out of the mold and processed into a suitable shape such as a sheet.
  • Examples of the method for producing a polyurethane polishing pad using the two-component urethane resin composition for a polishing pad include a series of production methods including the following [Step 1] to [Step 5]. It is not limited to.
  • the additive may be used in any step as long as it can be added without hindrance and uniform blending is possible.
  • Step 1 (Main agent adjustment step) A reaction apparatus equipped with a nitrogen introduction tube, a cooling condenser, a thermometer, and a cooler is charged with polyisocyanate and polyols, and is preferably in the range of 50 to 90 ° C., more preferably 60 to 80, with stirring in a nitrogen atmosphere. By reacting in the range of ° C., the prepolymer (A) is synthesized to obtain the main agent.
  • Step 2 (Mixing step of main agent and curing agent) Subsequently, the main agent containing the prepolymer (A), the compound (b1) having an active hydrogen-containing group, water (foaming agent), and a curing agent containing a catalyst are mixed and stirred to obtain a foaming reaction solution.
  • the prepolymer (A) and the compound (b1) having an active hydrogen-containing group containing water (foaming agent) and a catalyst are put into the respective tanks of the two-component mixing casting machine, Each is preferably heated to 40 to 70 ° C., and polyisocyanate (2) is preferably heated to 40 to 90 ° C., and each is mixed with a two-component mixing caster.
  • the foaming reaction liquid is preferably poured into a mold preheated to 50 to 120 ° C.
  • Step 4 (Curing step)
  • the foaming reaction liquid is heated and held in an appropriate temperature range (for example, a range of 50 to 120 ° C.) while being injected into the mold, and is foamed and cured, preferably 30 minutes to 2 hours, 50 to 120 ° C.
  • the molded product is taken out and is preferably after-cured under conditions of 100 to 120 ° C. and 8 to 17 hours to obtain a molded product.
  • Step 5 The molded product is sliced into a sheet having an appropriate thickness.
  • the sheet thickness after slicing may be set according to the purpose of polishing, and is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.6 to 2.0, for example.
  • the polyurethane polishing pad of the present invention has a small change in hardness (elastic modulus) of the polishing pad due to temperature rise during polishing operation, durability (hot water resistance, etc.), wear resistance, moldability (yield, For example, liquid crystal display (LCD) glass substrate, hard disk (HDD) glass substrate, display glass substrate, recording device glass disk, optical lens, silicon wafer, semiconductor device, etc. It is useful for precision polishing of glass materials that require surface flatness.
  • hardness elastic modulus
  • NCO equivalent of the prepolymer (A) is measured in accordance with JIS K 7301 by dissolving the sample in dry toluene, adding an excess of di-n-butylamine solution and reacting it, and removing the remaining di-n-butylamine. Determined by back titration with hydrochloric acid standard solution.
  • the viscosity of the urethane resin composition was measured with a BM type viscometer (manufactured by Tokyo Keiki Co., Ltd.) in an atmosphere of 23 ° C. with a sample amount of 200 ml and a No. 4 rotor every 10 seconds.
  • the prepolymer (A) and the compound (b1) having an active hydrogen-containing group containing water (foaming agent) and a catalyst) are respectively put into respective tanks of a two-component mixing caster, and the prepolymer (A) Is heated to 50 to 80 ° C., the isocyanate group reaction compound (B) is heated to 40 to 110 ° C., and each is mixed with a two-component mixing caster.
  • the foaming reaction liquid is poured into a mold preheated to 50 to 120 ° C.
  • the foaming reaction liquid is heated and held in an appropriate temperature range (for example, a range of 50 to 120 ° C.) while being injected into the mold, and is foamed and cured, preferably 30 minutes to 2 hours, 50 to 120 ° C.
  • the molded product is taken out and is preferably after-cured under conditions of 100 to 120 ° C. and 8 to 17 hours to obtain a molded product.
  • the molded product is sliced into a sheet having an appropriate thickness.
  • the sheet thickness after slicing may be set according to the purpose of polishing, and is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.6 to 2.0, for example.
  • the prepolymer (A) and the compound (b1) having an active hydrogen-containing group containing water (foaming agent) and a catalyst) are respectively put into respective tanks of a two-component mixing caster, and the prepolymer (A) Is heated to 50 to 80 ° C., the compound (b1) having an active hydrogen-containing group is heated to 40 to 110 ° C., and each is mixed with a two-component mixing caster, and the upper surface is opened at room temperature. Pour into the mold and foam. Those in which cracking from the foamed state and swelling of the lower surface of the foam did not occur were determined to have good moldability.
  • the wear resistance was evaluated according to JIS K 7312-1996 (Taber abrasion test). As an evaluation standard for wear resistance, a polishing pad having a wear loss of 200 mg or less was judged to have good wear resistance.
  • urethane prepolymer (A-1) having an isocyanate equivalent of 500 100 parts of a polyaminochlorophenylmethane compound (Pandex E-50, manufactured by DIC Corporation) as the compound (b1) having an active hydrogen-containing group, 0.5 parts of ion-exchanged water as water (foaming agent), catalyst 0.5 parts of TOYOCAT-ET (N, N-dimethylaminoethyl ether, manufactured by Tosoh Co., Ltd.) and 0.3 part of Toresilicone SH-193 as a foam stabilizer are mixed and mixed thoroughly. Thus, a polyamine composition (B-1) as a curing agent was obtained.
  • a polyaminochlorophenylmethane compound Pandex E-50, manufactured by DIC Corporation
  • prepolymer (A-1) / polyamine composition (B-1) 100/31 (weight ratio).
  • urethane prepolymer (A-2) having an isocyanate equivalent of 500.
  • a polyamine composition (B-1) as a curing agent was obtained.
  • prepolymer (A-2) / polyamine composition (B-1) 100/31 (weight ratio).
  • PTMG-1000 polytetramethylene glycol
  • prepolymer (A-3) / polyamine composition (B-1) 100/31 (weight ratio).
  • PTMG-1000 polytetramethylene glycol
  • prepolymer (A-4) / polyamine composition (B-1) 100/39 (weight ratio).
  • a urethane prepolymer (U-1) having an isocyanate equivalent of 400 100 parts of a polyaminochlorophenylmethane compound (Pandex E-50, manufactured by DIC Corporation) as the compound (b1) having an active hydrogen-containing group, 0.5 parts of ion-exchanged water as water (foaming agent), catalyst 0.5 parts of TOYOCAT-ET (N, N-dimethylaminoethyl ether, manufactured by Tosoh Co., Ltd.) and 0.3 part of Toresilicone SH-193 as a foam stabilizer are mixed and mixed thoroughly. Thus, a polyamine composition (B-1) as a curing agent was obtained.
  • a polyaminochlorophenylmethane compound Pandex E-50, manufactured by DIC Corporation
  • ion-exchanged water water
  • catalyst 0.5 parts of TOYOCAT-ET (N, N-dimethylaminoethyl ether, manufactured by Tosoh Co., Ltd.
  • prepolymer (A-5) / polyamine composition (B-1) 100/38 (weight ratio).
  • an isocyanate group-terminated urethane prepolymer (U-2) having an isocyanate group equivalent of 500 as a main component was synthesized.
  • a polyamine composition (B-1) as a curing agent was obtained.
  • prepolymer (A-6) / polyamine composition (B-1) 100/31 (weight ratio).
  • 350 g is poured into a mold (130 mm ⁇ 130 mm ⁇ 35 mm) preheated to 50 ° C., immediately after closing the mold, and left at 110 ° C. for 1 hour.
  • the foamed molded product was taken out and aftercured at 110 ° C. for 16 hours to obtain a molded product.
  • the molded product was cut out to a thickness of 2 mm with a slicer, cracks and swelling of the foamed lower surface occurred in the molded product, and a good sheet-like polyurethane polishing pad (P-6) could not be obtained.
  • urethane prepolymer (A-7) having an isocyanate equivalent of 500.
  • prepolymer (A-7) / polyamine composition (B-1) 100/31 (weight ratio).
  • prepolymer (A-7) / polyamine composition (B-1) 100/31 (weight ratio).
  • 350 g is poured into a mold (130 mm ⁇ 130 mm ⁇ 35 mm) preheated to 50 ° C., immediately after closing the mold, and left at 110 ° C. for 1 hour.
  • the foamed molded product was taken out and aftercured at 110 ° C. for 16 hours to obtain a molded product.
  • a sheet-like polyurethane polishing pad (P-7) having a uniform density distribution and having the physical properties shown in Table 1 was obtained.
  • the two-pack type urethane resin composition for polishing pad of the present invention is easy to control the reactivity during work, has excellent moldability, can form foam cells of uniform and fine shape, and has excellent cell controllability. ing.
  • the polyurethane polishing pad of the present invention has a small change in hardness (elastic modulus) of the polishing pad due to temperature rise during polishing operation, durability (hot water resistance, etc.), wear resistance, moldability (yield, molding unevenness, etc.)

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Abstract

[課題]成形作業時の反応性の制御が容易であり、且つ、耐久性(耐熱水性)、耐摩耗性、成形性(歩留まり、成形ムラなど)に優れる研磨パッド用2液型ウレタン樹脂組成物、該研磨パッド用2液型ウレタン樹脂組成物を用いてなる高硬度なポリウレタン研磨パッドを提供すること。 [解決手段] 前記ポリイソシアネート成分として、トリジンイソシアネート(a11)とトルエンジイソシアネート(a12)、または、トリジンイソシアネート(a11)と脂肪族ジイソシアネート(a13)からなるポリイソシアネート(a1)ポリオール(a2)とを反応させて得られる分子末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーを含有する主剤(A)と、活性水素含有基を有する化合物(b1)、水(発泡剤)及び触媒を含有する硬化剤(B)とを必須成分とする研磨パッド用ウレタン樹脂組成物。

Description

研磨パッド用ウレタン樹脂組成物、ポリウレタン研磨パッド及びポリウレタン研磨パッドの製造法。
 本発明は、ガラス基板、シリコンウェハ、半導体デバイスなどのように高度な表面平坦性が要求されるガラス材料の生産に用いられる熱硬化性ウレタン(TSU)タイプの研磨パッド用2液型ウレタン樹脂組成物、それを用いてなるポリウレタン研磨パッド、及び該ポリウレタン研磨パッドの製造方法に関する。
 従来、液晶ディスプレイ(LCD)用ガラス基板、ハードディスク(HDD)用ガラス基板、記録装置用ガラスディスク、光学用レンズ、シリコンウェハ、半導体デバイス等の高度な表面平坦性が要求されるガラス材料の一般的な製造では、先ず、ウレタン樹脂製の研磨パッドを用いた「荒削り工程」を行い、次いで、研磨布を用いた「仕上げ工程」を行うことにより、精密研磨がなされている。
 ガラス研磨に用いる熱硬化性ウレタン樹脂製の研磨パッドを得る方法としては、例えばイソシアネート基末端ウレタンプレポリマーを含有する主剤と、硬化剤を組み合わせた、所謂、2液型ウレタン樹脂組成物がこれまで種々提案されてきた。
 例えば、イソシアネート基末端ウレタンプレポリマーを含有する主剤と、イソシアネート基反応性化合物、発泡剤としての水、無機研磨剤及び触媒を含有する硬化剤とからなるガラス研磨ポリウレタンパッド用2液型組成物において、前記プレポリマーが少なくともトリレンジイソシアネート(TDI)とポリ(テトラメチレンエーテル)グリコール(PTMG)及びポリカプロラクトントリオール(PCL)を、PTMGとPCLを混合した場合における平均官能基数が2.1~2.7の範囲になるように各々用いて反応させて得られるイソシアネート基末端ウレタンプレポリマーであり、かつ、前記イソシアネート基反応性化合物が、少なくとも、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジクロロジフェニルメタンとポリ(テトラメチレンエーテル)グリコールからなるガラス研磨ポリウレタンパッド用の2液型組成物が知られている。かかる2液型組成物は、プレポリマーが低粘度であり、混合成形時の泡かみやエアーボイドが低減され、均一な気泡を得ることができ、また、ポリオール混合物の平均官能基数の適性化により、研磨加工時の発熱による研磨パッドの硬度低下を抑制できるという(例えば、特許文献1参照。)。
 しかしながら、特許文献1記載の2液型組成物からなるガラス研磨ポリウレタンパッドを用いて、加工物の研磨を行った場合には、研磨パッドと加工物との間で生じる摩擦熱により、研磨パッド表面の温度が著しく上昇し、且つ、前記樹脂組成ではスラリーあるいは水溶液の存在下で著しい温度上昇に伴い、研磨パッドが耐熱水性に劣るために、研磨パッドの硬度(弾性率)が変化してしまい、高度な表面平坦性が要求されるガラス材料の平坦化加工に悪影響を与えるという問題があった。
 以上のように、ポリイソシアネートとポリアミノクロロフェニルメタン化合物との反応性が作業上問題ない程度までに制御されており、各種研磨性能に優れる研磨パッド用2液型ウレタン樹脂組成物、及びそれを用いてなるポリウレタン研磨パッドの開発が切望されていた。
特開2004-211076号公報
 本発明の目的は、成形作業時の反応性の制御が容易であり、均一で微細な形状の発泡セルの形成(セルコントロール性)が可能であり、且つ、耐久性(耐熱水性)、耐摩耗性、成形性(歩留まり、成形ムラなど)に優れる研磨パッド用2液型ウレタン樹脂組成物を提供することである。
 また、半導体基板、光学基板、磁性基板など高度な表面平坦性が要求されるガラス材料を平坦化するのに適した該研磨パッド用2液型ウレタン樹脂組成物を用いてなる高硬度なポリウレタン研磨パッド、及びポリウレタン研磨パッドの製造方法を提供することである。
 本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、
 イソシアネート基末端ウレタンプレポリマーを含有する主剤と、活性水素含有基を有する化合物、発泡剤としての水、及び触媒を含有する硬化剤とからなる研磨パッド用ウレタン樹脂組成物において、前記イソシアネート基末端ウレタンプレポリマーをポリイソシアネートとポリオールとを反応させて製造する際、前記イソシアネート類に、トリジンジイソシアネートと該トリジンジイソシアネートよりも活性水素含有基を有する化合物との反応性が低いポリイソシアネートとを組み合わせて得られるイソシアネート基末端ウレタンプレポリマーを用いると、成形作業時の反応性の制御が容易であることを見出した。
 更に、ポリイソシアネート成分として、(1)トリジンジイソシアネートとトルエンジイソシアネートとを特定の配合で組み合わせたポリイソシアネート成分、或いは、(2)トリジンジイソシアネートと脂肪族ジイソシアネートとを特定の配合で組み合わせたポリイソシアネート成分のいずれかを用いることで、均一で微細な形状のセルの形成が容易(即ち、優れたセルコントロール性)にでき、且つ、耐久性(耐熱水性)、耐摩耗性、成形性(例えば、歩留まり、成形ムラ)に優れる研磨パッド用ウレタン樹脂組成物、それを用いてなる高硬度なポリウレタン研磨パッド、及びポリウレタン研磨パッドの製造方法を得ることができることを見出し、本発明を完成するに到った。
 即ち、本発明は、 ポリイソシアネート(a1)とポリオール(a2)とを反応させて得られる分子末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーを含有する主剤(A)と、活性水素含有基を有する化合物(b1)を含有する硬化剤(B)と必須成分とする研磨パッド用ウレタン樹脂組成物であって、前記ポリイソシアネート(a1)成分を、トリジンジイソシアネート(a11)とトルエンジイソシアネート(a12)とを〔(a11)/(a12)〕=0.3~19(重量比)、または、トリジンイソシアネート(a11)と脂肪族ジイソシアネート(a13)とを〔(a11)/(a13)〕=0.9~19(重量比)で用いること特徴とする研磨パッド用ウレタン樹脂組成物。、該研磨パッド用ウレタン樹脂組成物を発泡、硬化したポリウレタン研磨パッド、該研磨パッド用ウレタン樹脂組成物を、型内に注入して発泡、硬化させ、発泡成形物を型から取り出し、シート状にスライスすることを特徴とするポリウレタン研磨パッドの製造方法を提供する。
 本発明の研磨パッド用ウレタン樹脂組成物によれば、作業時の反応性の制御が容易で成形性に優れ、均一で微細な形状の発泡セルの形成が容易に可能(優れたセルコントロール性)である。
 また、本発明のポリウレタン研磨パッドは、研磨操作時の温度上昇による研磨パッドの硬度(弾性率)の変化が小さく、耐久性(耐熱水性など)、耐摩耗性、成形性(歩留まり、成形ムラなど)に優れており、例えば、液晶ディスプレイ(LCD)用ガラス基板、ハードディスク(HDD)用ガラス基板、記録装置用ガラスディスク、光学用レンズ、シリコンウェハ、半導体デバイス等の半導体基板、光学基板、磁性基板など高度な表面平坦性が要求されるガラス材料の精密研磨に有用である。
 先ず、本発明の研磨パッド用ウレタン樹脂組成物について説明する。
 本発明の研磨パッド用2液型ウレタン樹脂組成物は、ポリイソシアネート(a1)とポリオール(a2)とを反応させて得られる分子末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(A)を含有する主剤と、活性水素含有基を有する化合物(B)とを配合、混合した2液型のウレタン樹脂組成物である。
 前記分子末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーを含有する主剤(A)(以下「プレポリマー(A)」と略記する。)は、ポリイソシアネートとポリオールとを反応させて得られるものであり、ポリイソシアネート成分としては、トリジンジイソシアネート(a11)とトルエンジイソシアネート(a12)とを前記重量比〔(a11)/(a12)〕=0.3~19、または、トリジンジイソシアネート(a11)と脂肪族ジイソシアネート(a13)とを前記の重量比〔(a11)/(a13)〕=0.9~19でブレンドして反応に用いる。
 前記トリジンジイソシアネート(a11)としては、異性体が存在するが、それらの中でも、o-トリジンジイソシアネートの使用が、ハードセグメント構造の高結晶化(高凝集)による研磨性向上に一層寄与できるので、特に好ましい。
 前記トルエンジイソシアネート(a12)としては、2,4-トルエンジイソシアネートまたは、2,6-トルエンジイソシアネートが挙げられるが、これらはそれぞれ単独に用いてもよいし、混合物として用いてもよい。
 前記ポリイソシアネートとして、トリジンジイソシアネート(a11)とトルエンジイソシアネート(a12)とをブレンドとして用いる場合、前記の配合比率のように、トリジンジイソシアネート(a11)がトルエンジイソシアネート(a12)に比べて多量に入っていても、また、トリジンジイソシアネート(a11)がトルエンジイソシアネート(a12)に比べて少量であっても、本願発明の課題である成形性を改善できる。
 トリジンジイソシアネート(a11)とトルエンジイソシアネート(a12)との重量比〔(a11)/(a12)〕は、0.25~19であることが必要であり、特に〔(a11)/(a12)〕=1.0~9であることが、耐久性(耐熱水性)および成形性(歩留まり、成形ムラなど)の点から好ましい。
 なお、トリジンジイソシアネート(a11)とトルエンジイソシアネート(a12)の配合比は、トリジンジイソシアネート(a11)とトルエンジイソシアネート(a12)の重量比〔(a11)/(a12)〕は、1.0~9.0であることが好ましく、更に、1~4であることが一層好ましい。
 また、トリジンジイソシアネート(a11)と脂肪族ジイソシアネート(a13)とを組み合わせた場合では、トリジンジイソシアネート(a11)については、前記の場合と同様の化合物が好ましい。本願発明における脂肪族系ジイソシアネートとしては、水添ジフェニルメタンジイソシアネート(水添MDI)、水添キシリレンジイソシアネート(水添XDI)等の脂環族ジイソシアネート類、或いは、ヘキサメチレンジイソシアネート、ダイマー酸ジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアネート等の脂肪族系ジイソシアネート類が挙げられる。なお、これらの脂環族ジイソシアネートおよび脂肪族ジイソシアネート類は混合して用いてもよいし、二種以上を用いてもよい。
 前記ポリイソシアネートとして、トリジンジイソシアネート(a11)と脂肪族ジイソシアネート(a13)とをブレンドとして用いる場合においても、前記の配合比率のように、トリジンジイソシアネート(a11)が脂肪族ジイソシアネート(a13)に比べて多量に入っていても、また、トリジンジイソシアネート(a11)が脂肪族ジイソシアネート(a13)に比べて少量であっても、本願発明の課題である成形性を改善できる
 トリジンジイソシアネート(a11)と脂肪族ジイソシアネート(a13)の重量比は、〔(a11)/(a13)〕は、0.9~10.0であることが必要であり、特に〔(a11)/(a13)〕=1.1~8.0であることが、耐久性(耐熱水性)および成形性(歩留まり、成形ムラなど)の点から好ましい。
 トリジンジイソシアネート(a11)と脂肪族ジイソシアネート(a13)の配合比は、トリジンジイソシアネート(a11)と脂肪族ジイソシアネート(a13)の重量比〔(a11)/(a13)〕が、1.2~6.5であることが一層好ましい。
 なお、本発明では、プレポリマー(A)の合成時に、前述のイソシアネートを組み合わせて用いることが好ましいが、その他のポリイソシアネートを本発明の目的を阻害しない範囲であれば用いてもよい。
 前記その他のポリイソシアネートとしては、例えば、ジフェニルメタンジイソシアネ-ト(略称MDI;その4,4’-体、2,4’-体、又は2,2’-体、若しくはそれらの混合物)、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート、カルボジイミド化ジフェニルメタンポリイソシアネート、キシリレンジイソシアネート(XDI)、1,5-ナフタレンジイソシアネート(NDI)等が挙げられ、これらの中の一種あるいは二種以上を、本発明の目的を阻害しない範囲で用いてもよい。
 前記プレポリマー(A)は、ポリイソシアネート(a1)と、ポリオール(a2)を反応させて得られるが、前記ポリオール(a2)としては、単一のグリコールを用いてもよく、あるいは、後述する数平均分子量(以下「Mn」と略称する。)の高分子量グリコール(a21)及び後述する分子量の低分子量グリコール(a22)という少なくとも2種類のグリコールを組み合わせて反応させてもよい。高分子量グリコール(a21)及び低分子量グリコール(a22)とを併用した方が、本発明のウレタン樹脂組成物を発泡、硬化して成形する際に、反応性を制御するのにより効果的であり、作業時の反応性の制御が容易にでき、成形性(歩留まり、成形ムラなど)に優れ、且つ、均一で微細な形状の発泡セルの形成が可能であるので、より好ましい。
 前記高分子量グリコール(a21)のMnは、好ましくは、500~5000の範囲であり、より好ましくは、500~2000の範囲である。
 前記高分子量グリコール(a21)としては、例えば、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリプロピレングリコール(PPG)、ポリエチレンプロピレングリコール(PEPG)、ポリテトラメチレングリコール(PTMG)、2-メチル-1,3-プロパンアジペート、3-メチル-1,5ペンタンアジペート、ポリカーボネートポリオール等が挙げられ、これらの中でも、Mnが、500~2000のポリテトラメチレングリコール(PTMG)が好ましい。前記高分子量グリコール(a21)は、直鎖、分岐、環状構造の何れであってもよい。
また、前記低分子量グリコール(a22)の分子量は、好ましくは、50~300の範囲であり、より好ましくは、分子量が50~200の範囲である。
 前記低分子量グリコール(a22)としては、例えば、エチレングリコール(EG)、プロピレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール(DEG)、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2-ブチル-2-エチル1,3-プロパンジオール、2-メチル-1,3-プロパンジオール等の脂肪族ジオール、1,4-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールA等の脂環族ジオール、等であり、3官能以上の成分としてグリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等が挙げられ、これらの中でも、ジエチレングリコール(DEG)が好ましい。前記低分子量グリコール(a22)は、直鎖、分岐、環状構造の何れであってもよい。
 本発明では、前記高分子量グリコール(a21)と低分子量グリコール(a22)を組み合わせて反応させることが好ましいが、これらの中でも、高分子量グリコール(a21)としてポリテトラメチレングリコール(PTMG、特に好ましくはMnが500~2000のもの。)及び低分子量グリコール(a22)としてジエチレングリコール(DEG)との組み合わせが特に好ましく、これにより作業時の反応性の制御が一層容易にでき、成形性(歩留まり、成形ムラなど)に優れ、均一で微細な形状の発泡セルの形成が可能となる。
 前記プレポリマー(A)は、前記プレポリマー(A)の合成時のイソシアネ-ト基と水酸基のモル比(α)(=NCO/OH当量比)が1.80~4.70の範囲内にもあるならば、作業時の反応性の制御が容易で成形性に優れ、均一で微細な形状の発泡セルの形成が可能でありセルコントロール性に優れる。
 次いで、前記主剤に組み合わせて配合、混合する硬化剤について、以下に説明する。
 本発明で用いる硬化剤は、活性水素含有基を有する化合物(b1)、水(発泡剤)、及び触媒を必須に含有する。
 前記活性水素含有基を有する化合物(b1)は、例えば、ポリアミノクロロフェニルメタン化合物、ポリアミノクロロフェニルメタン化合物の二核体である4,4’-ジアミノ-3,3’-ジクロロジフェニルメタン(以下、MOCAという。)とポリテトラメチレングリコール(以下、PTMGという。)の混合物などが挙げられ、これらは単独使用でもよく2種以上を併用してもよい。
 前記活性水素含有基を有する化合物(b1)としては、例えば、パンデックス E-50(商品名、DIC株式会社製、ポリアミノクロロフェニルメタン化合物)、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジクロロジフェニルメタンなどが挙げられ、これらは単独使用でもよく2種以上を併用してもよい。
 前記活性水素含有基を有する化合物(b1)の配合量は、前記イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)100重量部に対して、好ましくは15~60重量部の範囲であり、より好ましくは20~45重量部の範囲である。前記イソシアネート基反応性化合物(B)の配合量がかかる範囲であるならば、高硬度で耐久性(耐熱水性)、耐摩耗性に優れたポリウレタン研磨パッドを得ることができる。
 本発明のポリウレタン研磨パッドの製造方法としては、後述する水発泡法以外にも、例えば、中空ビーズを添加させる方法、機械的発泡法、化学的発泡法など、種々のの方法を採用することができ、特に制限しない。
 以下に、水発泡法を例に本発明の製造方法を説明する。
 また、本発明において、水発泡法を用いる場合には、硬化剤(B)には、活性水素含有基を有する化合物(b1)以外に、水(発泡剤)と触媒を配合する。水(発泡剤)は、発泡剤としての役割を果たすものであり、水の配合量は、活性水素含有基を有する化合物(b1)100重量部に対して、好ましくは0.05~1重量部の範囲であり、より好ましくは0.30~0.60重量部の範囲である。前記水(C)の配合量がかかる範囲であるならば、安定した発泡状態を有する研磨パッドを得ることができる。この場合後述する触媒を用いることが好ましい。
 主剤と硬化剤を2液混合する際の水(発泡剤)の添加方法としては、特に限定しないが、例えば、予め硬化剤中に、活性水素含有基を有する化合物(b1)と触媒と必要に応じて添加剤を混合し、発泡、硬化させる方法などが挙げられる。
 前記触媒の種類及び添加量は、混合工程後、所定の形状の型内に流し込む時間を考慮して選択すればよい。
 前記触媒としては、例えば、N,N-ジメチルアミノエチルエーテル、トヨキャット ET(商品名、東ソー株式会社製、N,N-ジメチルアミノエチルエーテル)、トリエチレンジアミン、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、N,N,N',N’-テトラメチルヘキサメチレンジアミン、N-メチルイミダゾール等の第三級アミン、ジオクチルチンジラウレート等の金属系触媒などが挙げられ、これらの中では、泡化特性が強い点から、N,N-ジメチルアミノエチルエーテル、トヨキャット ETが好ましく、これらは単独使用でもよく2種以上を併用してもいい。
 前記触媒の配合量は、活性水素含有基を有する化合物(b1)100重量部に対して、好ましくは0.1~1重量部の範囲であり、より好ましくは0.3~0.6重量部の範囲である。前記触媒の配合量が、このような範囲であるならば、安定した発泡状態を有する研磨パッドを得ることができる。
 前記の配合量にて、活性水素含有基を有する化合物(b1)、水(発泡剤)、触媒を配合して、攪拌し混合することにより、硬化剤を得ることができる。
 上記のように調整した主剤と硬化剤を配合し、攪拌し混合することにより、本発明の研磨パッド用2液型ウレタン樹脂組成物を得ることができる。
 前記主剤と硬化剤の配合割合は、〔主剤中のイソシアネート基の全モル数〕/〔水を含めた硬化剤中のイソシアネート基反応性基の合計モル数〕として、1/0.7~1.1の範囲であることが好ましく、より好ましくは1/0.8~1.0の範囲である。主剤と硬化剤の配合割合がかかる範囲ならば、高硬度で耐久性(耐熱水性)、耐摩耗性に優れる。
 本発明の研磨パッド用2液型ウレタン樹脂組成物には、添加剤として、例えば整泡剤、酸化防止剤、脱泡剤、紫外線吸収剤、砥粒、充填剤、顔料、増粘剤、界面活性剤、難燃剤、可塑剤、滑剤、帯電防止剤、耐熱安定剤、ブレンド用樹脂などを本発明の目的を阻害しない範囲で、製造工程の何れの段階においても用いることができる。
 前記充填材としては、特に限定しないが、例えば、炭酸塩、珪酸、珪酸塩、水酸化物、硫酸塩、硼酸塩、チタン酸塩、金属酸化物、炭素物、有機物等が挙げられる。
 前記整泡剤としては、SH-193、SH-192、SH-190(東レダウコーニングシリコン社製)等が挙げられる。
 次に、本発明のポリウレタン研磨パッド及びその製造方法について説明する。
 本発明のポリウレタン研磨パッドは、前記研磨パッド用2液型ウレタン樹脂組成物を用いてなるものであり、前記研磨パッド用2液型ウレタン樹脂組成物に必要に応じて添加剤を加え、所定形状の型内に注入して発泡、硬化させ、該発泡成形物を型から取り出し、シート状などの適当な形状にスライスなど加工して得ることができる。
 前記研磨パッド用2液型ウレタン樹脂組成物を用いたポリウレタン研磨パッドの製造方法としては、例えば、以下のような〔工程1〕~〔工程5〕を含む一連の製造方法を例示できるが、これに限定するものではない。なお、添加剤は、支障なく添加でき、且つ均一な配合が可能であるならば、何れの工程で用いてもよい。
〔工程1〕(主剤の調整工程)
 窒素導入管、冷却コンデンサー、温度計、冷却機を備えた反応装置に、ポリイソシアネート、ポリオール類を仕込み、窒素雰囲気下で攪拌しながら、好ましくは50~90℃の範囲、より好ましくは60~80℃の範囲で反応させ、プレポリマー(A)を合成し、主剤を得る。
〔工程2〕(主剤と硬化剤との混合工程)
 次いで、前記プレポリマー(A)を含有する主剤と、活性水素含有基を有する化合物(b1)、水(発泡剤)、及び触媒を含有する硬化剤を混合、攪拌して発泡反応液とする。混合の際にはプレポリマー(A)と、水(発泡剤)および触媒を含有する活性水素含有基を有する化合物(b1)をそれぞれ二液混合注型機のそれぞれのタンクへ入れて、両者を、それぞれ、好ましくは40~70℃に加温し、ポリイソシアネート(2)を好ましくは40~90℃に加温し、それぞれを二液混合注型機で混合する。
〔工程3〕(注型工程)
 前記発泡反応液を好ましくは50~120℃に予め加温した型内に注入する。
〔工程4〕(硬化工程)
 型内に注入された状態で発泡反応液を適切な温度範囲(例えば、50~120℃の範囲)にて加熱保持し、発泡、硬化させ、好ましくは30分~2時間、50~120℃の金型内で放置した後、該成形品を取り出し、好ましくは100~120℃、8~17時間の条件でアフタキュアを行い、成形品とする。
〔工程5〕(スライス工程)
 前記成形品を適切な厚みにシート状にスライスする。スライス後のシート厚は、研磨の目的に応じて設定すればよく、特に制限はないが、例えば、0.6~2.0の範囲が好ましい。
 以上のように、本発明のポリウレタン研磨パッドは、研磨操作時の温度上昇による研磨パッドの硬度(弾性率)の変化が小さく、耐久性(耐熱水性など)、耐摩耗性、成形性(歩留まり、成形ムラなど)に優れ、例えば、液晶ディスプレイ(LCD)用ガラス基板、ハードディスク(HDD)用ガラス基板、ディスプレイ用ガラス基板、記録装置用ガラスディスク、光学用レンズ、シリコンウェハ、半導体デバイス等の高度な表面平坦性が要求されるガラス材料の精密研磨に有用である。
 以下、本発明を実施例により、一層具体的に説明するが、本発明の範囲はこれら実施例のみに限定されるものではない。
 また、本発明では、特に断りのない限り、「部」は「重量部」、「%」は「重量%」である。
 尚、本発明で用いた測定方法及び評価方法は、以下の通りである。
〔プレポリマー(A)のNCO当量の測定方法〕
 プレポリマー(A)のNCO当量の測定は、JIS K 7301に準拠して、試料を乾燥トルエンに溶解し、過剰のジ-n-ブチルアミン溶液を加えて反応させ、残存するジ-n-ブチルアミンを塩酸標準溶液で逆滴定して求めた。
〔プレポリマー(A)の粘度の測定方法〕
 プレポリマー(A)の粘度の測定は、BM型粘度計(東京計器製)を用いて、80℃において、サンプル量200ml、2号或いは3号ローターを用いて測定した。
〔プレポリマー(A)のポットライフの測定方法〕
 プレポリマー(A)を含有する主剤と、イソシアネート基反応性化合物(B)を、それぞれ内温80℃と50℃で調整し、次いで、主剤と硬化剤を混合しウレタン樹脂組成物にした時点T0を基点に、前記ウレタン樹脂組成物の粘度が50000mPa・sに到達するまでの時間T1(単位;秒)を測定しウレタン樹脂組成物の反応性の測定結果とした。尚、ウレタン樹脂組成物の粘度の測定は、BM型粘度計(東京計器製)を用いて、23℃の雰囲気下において、サンプル量200ml、4号ローターで10秒毎に測定した。
〔研磨パッドの作成方法〕
 前記プレポリマー(A)と、水(発泡剤)及び触媒)を含有する活性水素含有基を有する化合物(b1)をそれぞれ二液混合注型機のそれぞれのタンクへ入れて、プレポリマー(A)を50~80℃に加温し、イソシアネート基反応化合物(B)を40~110℃に加温し、それぞれを二液混合注型機で混合する。
 前記発泡反応液を50~120℃に予め加温した型内に注入する。型内に注入された状態で発泡反応液を適切な温度範囲(例えば、50~120℃の範囲)にて加熱保持し、発泡、硬化させ、好ましくは30分~2時間、50~120℃の金型内で放置した後、該成形品を取り出し、好ましくは100~120℃、8~17時間の条件でアフタキュアを行い、成形品とする。
 前記成形品を適切な厚みにシート状にスライスする。スライス後のシート厚は、研磨の目的に応じて設定すればよく、特に制限はないが、例えば、0.6~2.0の範囲が好ましい。
〔成形性の測定方法〕
 前記プレポリマー(A)と、水(発泡剤)及び触媒)を含有する活性水素含有基を有する化合物(b1)をそれぞれ二液混合注型機のそれぞれのタンクへ入れて、プレポリマー(A)を50~80℃に加温し、活性水素含有基を有する化合物(b1)を40~110℃に加温し、それぞれを二液混合注型機で混合し、室温下で、上面をオープンにした型に注入して、発泡させる。
 発泡状態からひび割れ、発泡下面の膨れが発生していないものを、成形性が良好と判定した。
〔耐久性(耐熱水性)の測定方法〕
 前記研磨パッド用2液型ウレタン樹脂組成物を用いて、同一の樹脂組成物で3つの研磨パッドを作成し、夫々、内温40℃、60℃、80℃に設定した恒温水槽中に浸漬して、2時間後の硬度の経時変化を測定する。硬度の経時変化から下記の式で硬度保持率を算出し、硬度保持率70%以上の研磨パッドを耐久性(耐熱水性)が良好と判定した。
 硬度の保持率(%)=(浸漬後の硬度/浸漬前の硬度)×100
〔耐摩耗性の測定方法〕
 JIS K 7312-1996(テーバー磨耗試験)に準拠して、耐摩耗性を評価した。 耐摩耗性の評価基準は、摩耗減量200mg以下の研磨パッドを耐摩耗性が良好と判定した。
(重量平均分子量の測定)
 なお、本発明におけるGPCによる重量平均分子量(ポリスチレン換算)の測定は東ソー(株)社製HLC8220システムを用い以下の条件で行った。
分離カラム:東ソー(株)製TSKgelGMHHR-Nを4本使用。カラム温度:40℃。移動層:和光純薬工業(株)製テトラヒドロフラン。流速:1.0ml/分。試料濃度:1.0重量%。試料注入量:100マイクロリットル。検出器:示差屈折計。
〔実施例1〕
 窒素導入管、冷却用コンデンサー、温度計、攪拌機を備えた1リットル4ッ口丸底フラスコに、トリジンジイソシアネート(日本曹達(株)製品)1000部、トルエンジイソシアネート(コスモネートT-80、三井化学ポリウレタン(株)製品)333部を仕込み、攪拌を開始した。次いで、ポリテトラメチレングリコール(商品名、PTMG-1000三菱化学株式会社製、Mn=1000のもの。)1172部とジエチレングリコール(DEG、三菱化学株式会社製、Mn=106のもの。)193部とを分割で投入混合し、窒素気流下60℃で5時間反応を行い、イソシアネート当量500のウレタンプレポリマー(A-1)を得た。
 次いで、活性水素含有基を有する化合物(b1)としてポリアミノクロロフェニルメタン化合物(パンデックスE-50、DIC(株)製)100部に、水(発泡剤)としてイオン交換水を0.5部、触媒としてTOYOCAT-ET(N,N-ジメチルアミノエチルエーテル、東ソー(株)製)を0.5部、及び整泡剤としてトーレシリコーンSH-193を0.3部配合し、充分に撹拌、混合し、硬化剤であるポリアミン組成物(B-1)を得た。容器に主剤であるプレポリマー(A-1)と硬化剤であるポリアミン組成物(B-1)を、プレポリマー(A-1)/ポリアミン組成物(B-1)=100/31(重量比)で攪拌混合し、50℃に予め加熱した金型(130mm×130mm×35mm)に350gを注入し、直ちに金型の蓋をした後、110℃で1時間放置し、その後に発泡成形品を取り出し、該発泡成形品を110℃で16時間アフタキュアし、成形品を得た。前記成形品をスライサーで2mm厚に切り出したところ、密度分布が均一であり、第1表に示す如く、優れた物性を有すシート状のポリウレタン研磨パッド(P-1)を得た。
〔実施例2〕
 窒素導入管、冷却用コンデンサー、温度計、攪拌機を備えた1リットル4ッ口丸底フラスコに、トリジンジイソシアネート(日本曹達(株)製品)1000部、トルエンジイソシアネート(コスモネートT-80、三井化学ポリウレタン(株)製品)3000部を仕込み、攪拌を開始した。次いで、ポリテトラメチレングリコール(商品名、PTMG-1000三菱化学株式会社製、Mn=1000のもの。)5353部とジエチレングリコール(DEG、三菱化学株式会社製、Mn=106のもの。)605部とを分割で投入混合し、窒素気流下60℃で5時間反応を行い、イソシアネート当量500のウレタンプレポリマー(A-2)を得た。
 次いで、活性水素含有基を有する化合物(b1)としてポリアミノクロロフェニルメタン化合物(パンデックスE-50、DIC(株)製)100部に、水(発泡剤)としてイオン交換水を0.5部、触媒としてTOYOCAT-ET(N,N-ジメチルアミノエチルエーテル、東ソー(株)製)を0.5部、及び整泡剤としてトーレシリコーンSH-193を0.3部配合し、充分に撹拌、混合し、硬化剤であるポリアミン組成物(B-1)を得た。 容器に主剤であるプレポリマー(A-2)と硬化剤であるポリアミン組成物(B-1)を、プレポリマー(A-2)/ポリアミン組成物(B-1)=100/31(重量比)で攪拌混合し、50℃に予め加熱した金型(130mm×130mm×35mm)に350gを注入し、直ちに金型の蓋をした後、110℃で1時間放置し、その後に発泡成形品を取り出し、該発泡成形品を110℃で16時間アフタキュアし、成形品を得た。前記成形品をスライサーで2mm厚に切り出したところ、密度分布が均一であり、第1表に示す如く、優れた物性を有すシート状のポリウレタン研磨パッド(P-2)を得た。
〔実施例3〕
 窒素導入管、冷却用コンデンサー、温度計、攪拌機を備えた1リットル4ッ口丸底フラスコに、トリジンジイソシアネート(日本曹達(株)製品)1000部、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(住化バイエルウレタン(株)製品)395部を仕込み、攪拌を開始した。次いで、ポリテトラメチレングリコール(商品名、PTMG-1000三菱化学株式会社製、Mn=1000のもの。)1945部を分割で投入混合し、窒素気流下60℃で5時間反応を行い、イソシアネート当量500のウレタンプレポリマー(A-3)を得た。次いで、活性水素含有基を有する化合物(b1)としてポリアミノクロロフェニルメタン化合物(パンデックスE-50、DIC(株)製)100部に、水(発泡剤)としてイオン交換水を0.5部、触媒としてTOYOCAT-ET(N,N-ジメチルアミノエチルエーテル、東ソー(株)製)を0.5部、及び整泡剤としてトーレシリコーンSH-193を0.3部配合し、充分に撹拌、混合し、硬化剤であるポリアミン組成物(B-1)を得た。容器に主剤であるプレポリマー(A-3)と硬化剤であるポリアミン組成物(B-1)を、プレポリマー(A-3)/ポリアミン組成物(B-1)=100/31(重量比)で攪拌混合し、50℃に予め加熱した金型(130mm×130mm×35mm)に350gを注入し、直ちに金型の蓋をした後、110℃で1時間放置し、その後に発泡成形品を取り出し、該発泡成形品を110℃で16時間アフタキュアし、成形品を得た。前記成形品をスライサーで2mm厚に切り出したところ、密度分布が均一であり、第1表に示す如く、優れた物性を有すシート状のポリウレタン研磨パッド(P-3)を得た。
〔実施例4〕
窒素導入管、冷却用コンデンサー、温度計、攪拌機を備えた1リットル4ッ口丸底フラスコに、トリジンジイソシアネート(日本曹達(株)製品)1000部、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(住化バイエルウレタン(株)製品)834部を仕込み、攪拌を開始した。次いで、ポリテトラメチレングリコール(商品名、PTMG-1000三菱化学株式会社製、Mn=1000のもの。)2075部を分割で投入混合し、窒素気流下60℃で5時間反応を行い、イソシアネート当量400のウレタンプレポリマー(A-4)を得た。次いで、活性水素含有基を有する化合物(b1)としてポリアミノクロロフェニルメタン化合物(パンデックスE-50、DIC(株)製)100部に、水(発泡剤)としてイオン交換水を0.5部、触媒としてTOYOCAT-ET(N,N-ジメチルアミノエチルエーテル、東ソー(株)製)を0.5部、及び整泡剤としてトーレシリコーンSH-193を0.3部配合し、充分に撹拌、混合し、硬化剤であるポリアミン組成物(B-1)を得た。容器に主剤であるプレポリマー(A-4)と硬化剤であるポリアミン組成物(B-1)を、プレポリマー(A-4)/ポリアミン組成物(B-1)=100/39(重量比)で攪拌混合し、50℃に予め加熱した金型(130mm×130mm×35mm)に350gを注入し、直ちに金型の蓋をした後、110℃で1時間放置し、その後に発泡成形品を取り出し、該発泡成形品を110℃で16時間アフタキュアし、成形品を得た。前記成形品をスライサーで2mm厚に切り出したところ、密度分布が均一であり、第1表に示す如く、優れた物性を有すシート状のポリウレタン研磨パッド(P-4)を得た。
〔比較例1〕
 窒素導入管、冷却用コンデンサー、温度計、攪拌機を備えた1リットル4ッ口丸底フラスコに、トルエンジイソシアネート(コスモネートT-80、三井化学ポリウレタン(株)製品)1000部を仕込み、攪拌を開始した。次いで、ポリテトラメチレングリコール(商品名、PTMG-1000三菱化学株式会社製、Mn=1000のもの。)895部とジエチレングリコール(DEG、三菱化学株式会社製、Mn=106のもの。)240部とを分割で投入混合し、窒素気流下60℃で5時間反応を行い、イソシアネート当量400のウレタンプレポリマー(U-1)を得た。次いで、活性水素含有基を有する化合物(b1)としてポリアミノクロロフェニルメタン化合物(パンデックスE-50、DIC(株)製)100部に、水(発泡剤)としてイオン交換水を0.5部、触媒としてTOYOCAT-ET(N,N-ジメチルアミノエチルエーテル、東ソー(株)製)を0.5部、及び整泡剤としてトーレシリコーンSH-193を0.3部配合し、充分に撹拌、混合し、硬化剤であるポリアミン組成物(B-1)を得た。容器に主剤であるプレポリマー(A-5)と硬化剤であるポリアミン組成物(B-1)を、プレポリマー(A-5)/ポリアミン組成物(B-1)=100/38(重量比)で攪拌混合し、50℃に予め加熱した金型(130mm×130mm×35mm)に350gを注入し、直ちに金型の蓋をした後、110℃で1時間放置し、その後に発泡成形品を取り出し、該発泡成形品を110℃で16時間アフタキュアし、成形品を得た。前記成形品をスライサーで2mm厚に切り出したところ、第1表に示す物性を有すシート状のポリウレタン研磨パッド(P-5)を得た。
〔比較例2〕
 窒素導入管、冷却用コンデンサー、温度計、攪拌機を備えた1リットル4ッ口丸底フラスコに、ポリイソシアネートとしてトリジンジイソシアネート(日本曹達株式会社製)1000部を仕込み、攪拌を開始した。次いで、高分子量グリコールとしてPTMG-1000(商品名、三菱化学株式会社製、ポリテトラメチレングリコール、Mn=1000のもの。)を1392部分割で添加し混合し、窒素気流下70℃で5時間反応を行い、主剤であるイソシアネート基当量が500のイソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(U-2)を合成した。次いで、活性水素含有基を有する化合物(b1)としてポリアミノクロロフェニルメタン化合物(パンデックスE-50、DIC(株)製)100部に、水(発泡剤)としてイオン交換水を0.5部、触媒としてTOYOCAT-ET(N,N-ジメチルアミノエチルエーテル、東ソー(株)製)を0.5部、及び整泡剤としてトーレシリコーンSH-193を0.3部配合し、充分に撹拌、混合し、硬化剤であるポリアミン組成物(B-1)を得た。容器に主剤であるプレポリマー(A-6)と硬化剤であるポリアミン組成物(B-1)を、プレポリマー(A-6)/ポリアミン組成物(B-1)=100/31(重量比)で攪拌混合し、50℃に予め加熱した金型(130mm×130mm×35mm)に350gを注入し、直ちに金型の蓋をした後、110℃で1時間放置し、その後に発泡成形品を取り出し、該発泡成形品を110℃で16時間アフタキュアし、成形品を得た。前記成形品をスライサーで2mm厚に切り出したところ、前記成形品は、ひび割れと発泡下面の膨れが発生し、良好なシート状のポリウレタン研磨パッド(P-6)を得られなかった。
〔比較例3〕
 窒素導入管、冷却用コンデンサー、温度計、攪拌機を備えた1リットル4ッ口丸底フラスコに、トリジンジイソシアネート(日本曹達(株)製品)1000部、トルエンジイソシアネート(コスモネートT-80、三井化学ポリウレタン(株)製品)5667部を仕込み、攪拌を開始した。次いで、ポリテトラメチレングリコール(商品名、PTMG-1000三菱化学株式会社製、Mn=1000のもの。)9533部とジエチレングリコール(DEG、三菱化学株式会社製、Mn=106のもの。)1019部とを分割で投入混合し、窒素気流下60℃で5時間反応を行い、イソシアネート当量500のウレタンプレポリマー(A-7)を得た。
 次いで、活性水素含有基を有する化合物(b1)としてポリアミノクロロフェニルメタン化合物(パンデックスE-50、DIC(株)製)100部に、水(発泡剤)としてイオン交換水を0.5部、触媒としてTOYOCAT-ET(N,N-ジメチルアミノエチルエーテル、東ソウ(株)製)を0.5部、及び整泡剤としてトーレシリコーンSH-193を0.3部配合し、充分に撹拌、混合し、硬化剤であるポリアミン組成物(B-1)を得た。
 容器に主剤であるプレポリマー(A-7)と硬化剤であるポリアミン組成物(B-1)を、プレポリマー(A-7)/ポリアミン組成物(B-1)=100/31(重量比)で攪拌混合し、50℃に予め加熱した金型(130mm×130mm×35mm)に350gを注入し、直ちに金型の蓋をした後、110℃で1時間放置し、その後に発泡成形品を取り出し、該発泡成形品を110℃で16時間アフタキュアし、成形品を得た。前記成形品をスライサーで2mm厚に切り出したところ、密度分布が均一であり、第1表に示す物性を有すシート状のポリウレタン研磨パッド(P-7)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 本発明の研磨パッド用2液型ウレタン樹脂組成物は、作業時の反応性の制御が容易で成形性に優れ、均一で微細な形状の発泡セルの形成が可能であり、セルコントロール性に優れている。
 また、本発明のポリウレタン研磨パッドは、研磨操作時の温度上昇による研磨パッドの硬度(弾性率)の変化が小さく、耐久性(耐熱水性など)、耐摩耗性、成形性(歩留まり、成形ムラなど)に優れており、例えば、液晶ディスプレイ(LCD)用ガラス基板、ハードディスク(HDD)用ガラス基板、記録装置用ガラスディスク、光学用レンズ、シリコンウェハ、半導体デバイス等の高度な表面平坦性が要求されるガラス材料の精密研磨に有用である。

Claims (8)

  1.  ポリイソシアネート(a1)とポリオール(a2)とを反応させて得られる分子末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーを含有する主剤(A)と、活性水素含有基を有する化合物(b1)を含有する硬化剤(B)と必須成分とする研磨パッド用ウレタン樹脂組成物であって、前記ポリイソシアネート(a1)成分を、トリジンジイソシアネート(a11)とトルエンジイソシアネート(a12)とを〔(a11)/(a12)〕=0.3~19(重量比)、または、トリジンイソシアネート(a11)と脂肪族ジイソシアネート(a13)とを〔(a11)/(a13)〕=0.9~19(重量比)で用いること特徴とする研磨パッド用ウレタン樹脂組成物。
     前記ポリイソシアネート(a1)中のイソシアネート基と前記ポリオール(a2)中の水酸基の当量比〔(a1)/(a2)〕が、1.80~4.70である請求項1記載の研磨パッド用ウレタン樹脂組成物。
  2.  前記ポリオール(a2)が、ポリテトラメチレングリコールを含有するものである請求項2記載の研磨パッド用ウレタン樹脂組成物。
  3.  前記トリジンイソシアネート(a11)とトルエンジイソシアネート(a12)の重量比〔(a11)/(a12)〕が、1.0~9.0である請求項1記載の研磨パッド用ウレタン樹脂組成物。
  4.  前記トリジンイソシアネート(a11)と前記トリジンイソシアネート(a11)と脂肪族ジイソシアネート(a13)の重量比〔(a11)/(a13)〕が、1.1~8.0である請求項1記載の研磨パッド用ウレタン樹脂組成物。
  5.  前記活性水素含有基を有する化合物(b1)が、ポリアミノクロロフェニルメタン化合物、ポリアミノクロロフェニルメタン化合物とポリテトラメチレングリコールの混合物から選ばれる少なくとも一種である請求項1記載の研磨パッド用ウレタン樹脂組成物。
  6.  硬化剤(B)として、更に、発泡剤としての水(C)と触媒(D)とを含有する請求項1~6の何れか1項に記載の研磨パッド用2液型ウレタン樹脂組成物。
  7.  請求項1~7のいずれか1つに記載の研磨パッド用ウレタン樹脂組成物を発泡、硬化したポリウレタン研磨パッド。
  8.  請求項1~7のいずれか1つに記載の研磨パッド用ウレタン樹脂組成物を、型内に注入して発泡、硬化させ、発泡成形物を型から取り出し、シート状にスライスすることを特徴とするポリウレタン研磨パッドの製造方法。
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