JP7586964B2 - 中空樹脂粒子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
シェル部と該シェル部により囲われた中空部分を有する中空樹脂粒子であって、
該シェル部が、芳香族系架橋性モノマー(a)、芳香族系単官能モノマー(b)、および式(1)により表される(メタ)アクリル酸エステル系モノマー(c)を含むモノマー組成物を重合して得られる芳香族系ポリマー(P1)を含む。
本発明の実施形態による中空樹脂粒子の製造方法であって、
分散安定剤および界面活性剤からなる群から選択される少なくとも1種を含む水溶液に、芳香族系架橋性モノマー(a)、芳香族系単官能モノマー(b)、および式(1)により表される(メタ)アクリル酸エステル系モノマー(c)を含むモノマー組成物と重合開始剤と沸点100℃未満の有機溶媒を含む有機混合溶液を分散させ、懸濁重合を行う。
≪1-1.中空樹脂粒子の構造≫
本発明の実施形態による中空樹脂粒子は、シェル部と該シェル部により囲われた中空部分を有する中空樹脂粒子である。ここでいう中空とは、内部が樹脂以外の物質、例えば、気体や液体等で満たされている状態を意味し、本発明の効果をより発現させ得る点で、好ましくは、気体で満たされている状態を意味する。
シェル部は、芳香族系架橋性モノマー(a)、芳香族系単官能モノマー(b)、(メタ)アクリル酸エステル系モノマー(c)を含むモノマー組成物を重合して得られる芳香族系ポリマー(P1)を含む。シェル部が、このような、芳香族系架橋性モノマー(a)、芳香族系単官能モノマー(b)、(メタ)アクリル酸エステル系モノマー(c)を含むモノマー組成物を重合して得られる芳香族系ポリマー(P1)を含むことにより、本発明の効果が発現し得る。特に、芳香族系ポリマー(P1)を構成するモノマーとして、特定構造の(メタ)アクリル酸エステル系モノマー(c)を採用することにより、本発明の効果が発現し得る。
芳香族系ポリマー(P1)は、芳香族系架橋性モノマー(a)、芳香族系単官能モノマー(b)、(メタ)アクリル酸エステル系モノマー(c)を含むモノマー組成物を重合して得られる。すなわち、芳香族系ポリマー(P1)は、芳香族系架橋性モノマー(a)由来の構造単位、芳香族系単官能モノマー(b)由来の構造単位、(メタ)アクリル酸エステル系モノマー(c)由来の構造単位を有する。
芳香族系架橋性モノマー(a)は、架橋性を有する芳香族系モノマーであれば、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な芳香族系架橋性モノマーを採用し得る。このような芳香族系架橋性モノマー(a)としては、本発明の効果をより発現させ得る点で、例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジアリルフタレートなどが挙げられる。本発明の効果をより一層発現させ得る点、および、反応性の点から、芳香族系架橋性モノマー(a)としては、ジビニルベンゼンが好ましい。
芳香族系単官能モノマー(b)は、単官能の芳香族系モノマーであれば、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な芳香族系単官能モノマーを採用し得る。このような芳香族系単官能モノマー(b)としては、本発明の効果をより発現させ得る点で、例えば、スチレン、エチルビニルベンゼン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、o-クロロスチレン、m-クロロスチレン、p-クロロスチレン、ビニルビフェニル、ビニルナフタレンなどが挙げられる。本発明の効果をより一層発現させ得る点、および、反応性の点から、芳香族系単官能モノマー(b)としては、スチレンおよびエチルビニルベンゼンからなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。
シェル部は、芳香族系ポリマー(P1)と、さらに、ポリオレフィン、スチレン系ポリマー、(メタ)アクリル酸系ポリマー、スチレン-(メタ)アクリル酸系ポリマーからなる群から選択される少なくとも1種である非架橋性ポリマー(P2)を含んでいてもよい。
本発明の実施形態による中空樹脂粒子の比誘電率は、好ましくは1.0~2.5であり、より好ましくは1.0~2.4であり、さらに好ましくは1.0~2.3である。本発明の実施形態による中空樹脂粒子の比誘電率が上記範囲内にあれば、本発明の効果がより発現し得る。本発明の実施形態による中空樹脂粒子の比誘電率が2.5を上回る場合、中空樹脂粒子を、例えば、熱硬化性樹脂に混在させても、十分な低誘電化効果を得ることができない。
本発明の実施形態による中空樹脂粒子は、各種用途に採用し得る。本発明の効果をより活用し得る点で、例えば、層間絶縁膜、ドライフィルムレジスト、ソルダーレジスト、ボンディングワイヤ、マグネットワイヤ、半導体封止材、エポキシ封止材、モールドアンダーフィル、アンダーフィル、ダイボンドペースト、バッファーコート材、銅張積層板、フレキシブル基板などの半導体材料に好適である。これらの中でも、層間絶縁膜、ソルダーレジスト、マグネットワイヤ、エポキシ封止材、アンダーフィル、バッファーコート材、銅張積層板、フレキシブル基板などの半導体材料に、特に好適である。このような半導体材料に一般的に用いられる、例えば、ポリフェニレンエーテル、ポリイミド、ポリビスマレイミド、エポキシ樹脂に、本発明の実施形態による中空樹脂粒子を添加することによって、低誘電化、低誘電正接化を図ることができる。すなわち、本発明の実施形態における半導体材料は、本発明の実施形態による中空樹脂粒子を含む。また、本発明の実施形態による中空樹脂粒子は、塗料組成物、化粧料、紙被覆組成物、断熱性組成物、光拡散性組成物、光拡散フィルム等の用途でも使用できる。
本発明の実施形態による中空樹脂粒子の製造方法は、分散安定剤および界面活性剤からなる群から選択される少なくとも1種を含む水溶液に、芳香族系架橋性モノマー(a)、芳香族系単官能モノマー(b)、および式(1)により表される(メタ)アクリル酸エステル系モノマー(c)を含むモノマー組成物と重合開始剤と沸点100℃未満の有機溶媒を含む有機混合溶液を分散させ、懸濁重合を行う。
水溶液は、水性媒体と、分散安定剤および界面活性剤からなる群から選択される少なくとも1種を含む。
有機混合溶液は、芳香族系架橋性モノマー(a)、芳香族系単官能モノマー(b)、および(メタ)アクリル酸エステル系モノマー(c)を含むモノマー組成物と重合開始剤と沸点100℃未満の有機溶媒を含む。
水溶液中で有機混合溶液を分散させ、形成される懸濁液を重合し、好ましくは後加熱することにより、中空樹脂粒子が得られる。
動的光散乱法を利用して、中空樹脂粒子または粒子のZ平均粒子径を測定し、測定されたZ平均粒子径を得られた中空樹脂粒子または粒子の平均粒子径とした。
すなわち、まず、得られたスラリー状の中空樹脂粒子または粒子をイオン交換水で希釈し、0.1重量%に調整した水分散体にレーザー光を照射し、中空樹脂粒子または粒子から散乱される散乱光強度をマイクロ秒単位の時間変化で測定した。そして、検出された中空樹脂粒子または粒子に起因する散乱強度分布を正規分布に当てはめて、平均粒子径を算出するためのキュムラント解析法により中空樹脂粒子または粒子のZ平均粒子径を求めた。
このZ平均粒子径の測定は、市販の粒子径測定装置で簡便に実施できる。以下の実施例および比較例では、粒子径測定装置(マルバーン社製ゼータサイザーナノZS)を使用してZ平均粒子径を測定した。通常、市販の粒子径測定装置は、データ解析ソフトが搭載されており、データ解析ソフトが測定データを自動的に解析することでZ平均粒子径を算出できるようになっている。
乾燥粉体としての中空樹脂粒子または粒子に対し、メイワフォーシス社製「オスミウムコータNeoc-Pro」コーティング装置を用いて表面処理(10Pa、5mA、10秒)を行った。次いで、中空樹脂粒子または粒子をTEM(透過型電子顕微鏡、日立ハイテクノロジーズ社製H-7600)にて観察し、中空の有無および中空樹脂粒子または粒子の形状を確認した。この時、加速電圧は80kVとし、倍率は5000倍または1万倍として撮影した。
スチレン(St)1.15g、ジビニルベンゼン(DVB)810(日鉄ケミカル&マテリアル株式会社、81%含有品、19%はエチルビニルベンゼン(EVB))1.85g、ヘプタン2.4g、HSクリスタ4100(側鎖結晶性ポリオレフィン、豊国製油株式会社)0.3g、ブレンマー50PEP-300(ポリエチレングリコールプロピレングリコールモノメタクリレート(式(1)において、R1=CH3、R2=H、(R3-O)m=[(C2H4O)3.5(C3H6O)2.5]、ランダム付加形態)、日油株式会社)0.3g、パーロイルL(重合開始剤、日油株式会社)0.099gを混合し、油相を作製した。
次いで、イオン交換水34gとラピゾールA-80(界面活性剤、日油株式会社)0.017gを混合し、水相を作製した。
水相に油相を加え、超音波ホモジナイザー(BRANSON社製、SONIFIER450、条件:DutyCycle=50%、OutputControl=5、処理時間3分)を用いて懸濁液を作製した。得られた懸濁液を70℃で4時間加熱することで重合を行い、スラリーを得た。得られたスラリーを100℃にて24時間加熱することで、乾燥粉体としての中空樹脂粒子(1)を得た。得られた中空樹脂粒子(1)の平均粒子径は356nmであり、粒子密度は0.65g/cm3であった。また、得られた中空樹脂粒子(1)のTEM観察結果を図1に示す。中空樹脂粒子(1)は、シェルにより囲われた中空を持つ中空樹脂粒子であることが確認できた。配合量などを表1に示す。
スチレンを0.92g、ジビニルベンゼン810を1.48g、ヘプタンを3.0g、パーロイルLを0.10gとした以外は、実施例1と同様の操作を行うことで、中空樹脂粒子(2)を得た。得られた中空樹脂粒子(2)の平均粒子径は382nmであり、粒子密度は0.64g/cm3であった。また、得られた中空樹脂粒子(2)のTEM観察結果を図2に示す。中空樹脂粒子(2)は、シェルにより囲われた中空を持つ中空樹脂粒子であることが確認できた。配合量などを表1に示す。
スチレンを1.49g、ジビニルベンゼン810を2.41g、ヘプタンを1.5g、パーロイルLを0.126gとした以外は、実施例1と同様の操作を行うことで、中空樹脂粒子(3)を得た。得られた中空樹脂粒子(3)の平均粒子径は329nmであり、粒子密度は0.69g/cm3であった。また、得られた中空樹脂粒子(3)のTEM観察結果を図3に示す。中空樹脂粒子(3)は、シェルにより囲われた中空を持つ中空樹脂粒子であることが確認できた。配合量などを表1に示す。
スチレンを1.19g、ジビニルベンゼン810を1.93g、パーロイルLを0.10g、HSクリスタ4100(側鎖結晶性ポリオレフィン、豊国製油株式会社)0.3gの代わりにポリスチレン(PS)(非架橋、重量平均分子量30万)0.18gとした以外は、実施例1と同様の操作を行うことで、中空樹脂粒子(4)を得た。得られた中空樹脂粒子(4)の平均粒子径は390nmであり、粒子密度は0.67g/cm3であった。また、得られた中空樹脂粒子(4)のTEM観察結果を図4に示す。中空樹脂粒子(4)は、シェルにより囲われた中空を持つ中空樹脂粒子であることが確認できた。配合量などを表1に示す。
ブレンマー50PEP-300を0.6gとしたことに加え、HSクリスタ4100を使用しなかった以外は、実施例1と同様の操作を行うことで、中空樹脂粒子(5)を得た。得られた中空樹脂粒子(5)の平均粒子径は310nmであった。また、得られた中空樹脂粒子(5)のTEM観察結果を図5に示す。中空樹脂粒子(5)は、シェルにより囲われた中空を持つ中空樹脂粒子であることが確認できた。配合量などを表1に示す。
ブレンマー50PEP-300(ポリエチレングリコールプロピレングリコールモノメタクリレート(式(1)において、R1=CH3、R2=H、(R3-O)m=[(C2H4O)3.5(C3H6O)2.5]、ランダム付加形態)、日油株式会社)0.3gの代わりに、ブレンマーPME-100(ポリエチレングリコールメタクリレート(式(1)において、R1=CH3、R2=CH3、(R3-O)m=(C2H4O)2)、日油株式会社)0.3gを使用したこと以外は、実施例1と同様の操作を行うことで、中空樹脂粒子(6)を得た。得られた中空樹脂粒子(6)の平均粒子径は520nmであった。また、得られた中空樹脂粒子(6)のTEM観察結果を図6に示す。中空樹脂粒子(6)は、シェルにより囲われた中空を持つ中空樹脂粒子であることが確認できた。配合量などを表1に示す。
ブレンマー50PEP-300を0.3g用いる代わりに、ブレンマーPME-100を0.3g使用したこと以外は、実施例3と同様の操作を行うことで、中空樹脂粒子(7)を得た。得られた中空樹脂粒子(7)の平均粒子径は501nmであり、粒子密度は0.63g/cm3であった。また、得られた中空樹脂粒子(7)のTEM観察結果を図7に示す。中空樹脂粒子(7)は、シェルにより囲われた中空を持つ中空樹脂粒子であることが確認できた。配合量などを表1に示す。
ブレンマー50PEP-300を0.3g用いる代わりに、ブレンマー55PET-800(ポリエチレングリコールテトラメチレングリコールモノメタクリレート(式(1)においてR1=CH3、R2=H、(R3-O)m=[(C2H4O)10(C4H8O)5]、ランダム付加形態)を0.3g使用したこと以外は、実施例3と同様の操作を行うことで、中空樹脂粒子(8)を得た。得られた中空樹脂粒子(8)の平均粒子径は325nmであった。また、得られた中空樹脂粒子(8)のTEM観察結果を図8に示す。中空樹脂粒子(8)は、シェルにより囲われた中空を持つ中空樹脂粒子であることが確認できた。配合量などを表1に示す。
ラピゾールA-80を0.017g用いる代わりに、コータミン86W(界面活性剤、花王株式会社)0.0081gを使用したこと以外は、実施例3と同様の操作を行うことで、中空樹脂粒子(9)を得た。得られた中空樹脂粒子(9)の平均粒子径は539nmであった。また、得られた中空樹脂粒子(9)のTEM観察結果を図9に示す。中空樹脂粒子(9)は、シェルにより囲われた中空を持つ中空樹脂粒子であることが確認できた。配合量などを表1に示す。
ラピゾールA-80を0.017g用いる代わりに、アデカミン4MAC-30(界面活性剤、株式会社ADEKA)0.034gを使用したこと以外は、実施例3と同様の操作を行うことで、中空樹脂粒子(10)を得た。得られた中空樹脂粒子(10)の平均粒子径は430nmであった。また、得られた中空樹脂粒子(10)のTEM観察結果を図10に示す。中空樹脂粒子(10)は、シェルにより囲われた中空を持つ中空樹脂粒子であることが確認できた。配合量などを表1に示す。
ラピゾールA-80を0.017g用いる代わりに、アデカミン4MAC-30を0.0076g使用したこと以外は、実施例3と同様の操作を行うことで、中空樹脂粒子(11)を得た。得られた中空樹脂粒子(11)の平均粒子径は1270nmであった。また、得られた中空樹脂粒子(11)のTEM観察結果を図11に示す。中空樹脂粒子(11)は、シェルにより囲われた中空を持つ中空樹脂粒子であることが確認できた。配合量などを表1に示す。
スチレンを1.38g、ジビニルベンゼン810を2.22g、ヘプタンの代わりにシクロヘキサンを1.5g、HSクリスタ4100を0.6g、パーロイルLを0.054g、ラピゾールA-80を0.0085g使用したこと以外は、実施例3と同様の操作を行うことで、中空樹脂粒子(12)を得た。得られた中空樹脂粒子(12)の平均粒子径は416nmであった。また、得られた中空樹脂粒子(12)のTEM観察結果を図12に示す。中空樹脂粒子(12)は、シェルにより囲われた中空を持つ中空樹脂粒子であることが確認できた。配合量などを表1に示す。
メタクリル酸メチル(MMA)1.74g、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(ADPH)(新中村化学株式会社)1.74g、トルエン2.4g、ポリスチレン(非架橋、重量平均分子量30万)0.126g、パーロイルL(重合開始剤、日油株式会社)0.104gを混合し、油相を作製した。
次いで、イオン交換水34gとラピゾールA-80(界面活性剤、日油株式会社)0.034gを混合し、水相を作製した。
水相に油相を加え、超音波ホモジナイザー(BRANSON社製、SONIFIER450、条件:DutyCycle=50%、OutputControl=5、処理時間3分)を用いて懸濁液を作製した。得られた懸濁液を70℃で4時間加熱することで重合を行い、スラリーを得た。得られたスラリーを100℃にて24時間加熱することで、乾燥粉体としての粒子(C1)を得た。得られた粒子(C1)の平均粒子径は478nmであり、粒子密度は0.614g/cm3であった。また、得られた粒子(C1)のTEM観察結果を図13に示す。粒子(C1)は、シェルにより囲われた中空を持つ中空樹脂粒子であることが確認できた。配合量などを表1に示す。
スチレンを1.31g、ジビニルベンゼン810を2.11g、パーロイルLを0.10g、HSクリスタ4100(側鎖結晶性ポリオレフィン、豊国製油株式会社)0.3gの代わりにポリスチレン(非架橋、重量平均分子量30万)0.18gとしたことに加え、ブレンマー50PEP-300を使用せず、水相に反応性界面活性剤であるRN2025(第一工業製薬社製)0.36gを加えた以外は、実施例1と同様の操作を行うことで、粒子(C2)を得た。得られた粒子(C2)の平均粒子径は350nmであった。また、得られた粒子(C2)のTEM観察結果を図14に示す。粒子(C2)は、シェルにより囲われた中空を持つ中空樹脂粒子とはなっていないことが確認できた。配合量などを表1に示す。
スチレンを1.38g、ジビニルベンゼン810を2.22g、パーロイルLを0.10g、ポリスチレン(非架橋、重量平均分子量30万)0.18gとしたことに加え、HSクリスタ4100とブレンマー50PEP-300を使用しなかった以外は、実施例1と同様の操作を行うことで、粒子(C3)を得た。得られた粒子(C3)の平均粒子径は430nmであった。また、得られた粒子(C3)のTEM観察結果を図15に示す。粒子(C3)は、シェルにより囲われた中空を持つ中空樹脂粒子とはなっていないことが確認できた。配合量などを表1に示す。
酢酸エチル8.3gと溶剤可溶型ポリイミドKPI-MX300F(河村産業株式会社)1.7gの混合物に対し、各粒子を10重量%の濃度で分散させた酢酸エチル1.6gを加え、遊星撹拌脱泡機(KURABO社製、マゼルスターKK-250)を用いて脱泡撹拌し、評価用混合物を作製した。
評価用混合物を厚み5mmのガラス板にウエット厚250μmに設定したアプリケーターを用いて塗工した後、60℃で30分、90℃にて10分、150℃にて30分、200℃にて30分加熱することで酢酸エチルを除去した後、室温下まで冷却することで、各粒子を含むフィルムサンプルを得た。得られたフィルムの比誘電率・誘電正接評価を空洞共振法(測定周波数:5.8GHz)にて実施した。結果を表2に示す。
各実施例、比較例にて得られたスラリーを、ミニスプレードライヤーB-290(日本ビュッヒ株式会社)を用いて乾燥することで、乾燥粉体としての中空樹脂粒子または粒子を得た。得られた中空樹脂粒子または粒子0.425gと、酢酸エチル12.1gと、溶剤可溶型ポリイミドKPI-MX300F(河村産業株式会社)1.7gを遊星攪拌脱泡機(KURABO社製、マゼルスターKK-250)を用いて脱泡攪拌し、評価用混合物を作製した。
評価用混合物を厚み5mmのガラス板にウエット厚250μmに設定したアプリケーターを用いて塗工した後、60℃にて30分、90℃にて10分、150℃にて30分、200℃にて30分加熱することで酢酸エチルを除去した後、室温まで冷却することで、各粒子を含むフィルムサンプルを得た。得られたフィルムの比誘電率・誘電正接評価を空洞共振法(測定周波数:5.8GHz)にて実施した。結果を表3に示す。
各実施例、比較例にて得られたスラリーを、ミニスプレードライヤーB-290(日本ビュッヒ株式会社)を用いて乾燥することで、乾燥粉体としての中空樹脂粒子または粒子を得た。得られた中空樹脂粒子または粒子0.4gと、超高耐熱ポリイミドワニス(SPIXAREA HR002、ソマール株式会社)10gを遊星攪拌脱泡機(KURABO社製、マゼルスターKK-250)を用いて脱泡攪拌し、評価用混合物を作製した。
評価用混合物を厚み5mmのガラス板にウエット厚250μmに設定したアプリケーターを用いて塗工した後、120℃にて10分、180℃にて180分、270℃にて60分加熱することで溶剤を除去した後、室温まで冷却することで各粒子を含むフィルムサンプルを得た。得られたフィルムの比誘電率・誘電正接評価を空洞共振法(測定周波数:5.8GHz)にて実施した。結果を表4に示す。
Claims (7)
- シェル部と該シェル部により囲われた中空部分を有する中空樹脂粒子であって、
該中空樹脂粒子の平均粒子径が0.1μm~1.270μmであり、
該シェル部が、芳香族系架橋性モノマー(a)、芳香族系単官能モノマー(b)、および式(1)により表される(メタ)アクリル酸エステル系モノマー(c)を含むモノマー組成物を重合して得られる芳香族系ポリマー(P1)を含み、
該モノマー組成物中の、該芳香族系架橋性モノマー(a)と該芳香族系単官能モノマー(b)と該(メタ)アクリル酸エステル系モノマー(c)の合計の含有割合が80重量%~100重量%である、
中空樹脂粒子。
(R1はHまたはCH3を表し、R2はH、アルキル基,またはフェニル基を表し、R3-Oは炭素原子数2~18のオキシアルキレン基を表し、mは該オキシアルキレン基の平均付加モル数であり、2~100の数を表す。) - 前記オキシアルキレン基が、オキシエチレン基、オキシプロピレン基、オキシブチレン基からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1に記載の中空樹脂粒子。
- 前記モノマー組成物が、芳香族系架橋性モノマー(a)を10重量%~70重量%、芳香族系単官能モノマー(b)を10重量%~70重量%、および一般式(1)により表される(メタ)アクリル酸エステル系モノマー(c)を0.5重量%~30重量%含む、請求項1または2に記載の中空樹脂粒子。
- 前記シェル部が、前記芳香族系ポリマー(P1)と、さらに、ポリオレフィン、スチレン系ポリマー、(メタ)アクリル酸系ポリマー、スチレン-(メタ)アクリル酸系ポリマーからなる群から選択される少なくとも1種である非架橋性ポリマー(P2)を含む、請求項1から3までのいずれかに記載の中空樹脂粒子。
- 前記芳香族系架橋性モノマー(a)がジビニルベンゼンである、請求項1から4までのいずれかに記載の中空樹脂粒子。
- 前記芳香族系単官能モノマー(b)がスチレンおよびエチルビニルベンゼンからなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1から5までのいずれかに記載の中空樹脂粒子。
- 請求項1から6までのいずれかに記載の中空樹脂粒子を含む、半導体材料。
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