説明

反応生成物、当該反応生成物を含有する組成物、および当該組成物を用いてなる硬化膜

【課題】耐熱性、低吸水性、絶縁性、柔軟性、非カール性、基材への密着性、印刷適性などに優れたハイブリッド材料(反応生成物)、当該反応生成物を含有してなる組成物、当該組成物から得られる硬化膜を提供すること。
【解決手段】テトラカルボン酸二無水物(a1)、ジアミノポリシロキサン(a2)およびジアミン類(a3)を反応させて得られるシロキサン構造を有するポリアミック酸(A)と、エポキシアルコール(b1)およびメトキシシラン部分縮合物(b2)を脱アルコール反応させて得られるエポキシ基含有メトキシシラン部分縮合物(B)とを、開環エステル化反応させることを特徴とする反応生成物を用いる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は特定の反応生成物、当該反応生成物を含有する組成物、および当該組成物を用いてなる硬化膜に関する。本発明の当該反応生成物、当該組成物、または当該硬化膜は、フレキシブルプリント基板用銅張り板、TABテープ、COFテープ、電線被覆剤、半導体層間絶縁材料、ビルドアップ基板用コーティング剤、レジストインキ、耐熱接着剤、導電ペースト、機能性塗料等の電気絶縁材料として有用である。
【背景技術】
【0002】
近年、電化製品や電子機器の軽薄短小化に伴う内部部品の小型化により、電化製品・電子機器に用いられる回路基板の小型化・高密度化が求められている。回路の小型化や高密度化を実現するために、電気的性質等の各種物性、例えば耐熱性、絶縁性、非カール性、基材への密着性、印刷適性などに優れた材料が求められている。
【0003】
耐熱性、柔軟性、電気絶縁性などに優れた材料としてポリイミドが知られているが、次のような不利があるとされる。1)ポリイミドは、前駆体であるポリアミック酸を300℃以上の高温で加熱してイミド閉環させる必要があるため、適用対象物(基材)である電子部材を熱劣化させることになる、2)基材への密着性が十分でない、3)フィルム状基材上にポリイミド膜を形成させるとカールが発生する、4)極性溶剤を使用する必要があるため印刷適性に劣る。
【0004】
特許文献1、2には、ジアミノポリシロキサンを構成成分とするポリイミド系樹脂であって、非カール性を特徴とするものが提案されているが、当該樹脂はガラス転移温度以上の温度領域で溶融してしまうため、はんだリフロー耐熱性で必要とされる要件(250℃における弾性率が10Pa以上であること)を実現できない、という不利がある。
【0005】
特許文献3では、ポリイミド樹脂の密着性を向上させるために、(1)ポリイミドやポリアミック酸に対しフィラーを添加する方法や、(2)ポリイミドやポリアミック酸と、有機シラン化合物とを複合化させた有機無機ハイブリッド材料が提案されている。本願人も、ポリイミドやポリアミック酸と特定のアルコキシシラン部分縮合物とを開環エステル化反応させることにより、耐熱性、絶縁性、銅箔接着性などに優れた有機無機ハイブリッド材料を提案している(特許文献4参照)。しかし、ポリアミック酸から得られる従来のポリイミド系有機無機ハイブリッド材料は、銅箔との密着性を満足し得るものの、フィルム基材上に当該被膜を形成させるとカールが発生する、という不利がある。
【0006】
【特許文献1】特許第3243963号公報
【特許文献2】特開2001−262116号公報
【特許文献3】特許第2760520号公報
【特許文献4】国際公開第01/005862号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、耐熱性、低吸水性、絶縁性、柔軟性、非カール性、基材への密着性、印刷適性などに優れたハイブリッド材料(反応生成物)、当該反応生成物を含有してなる組成物、当該組成物から得られる硬化膜を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者は上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定の反応生成物や当該反応生成物を含有してなる組成物を用いることにより、上記課題を解決しうるハイブリッド材料である硬化膜が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0009】
すなわち、本発明は、テトラカルボン酸二無水物(a1)、ジアミノポリシロキサン(a2)およびジアミン類(a3)を反応させて得られるシロキサン構造を有するポリアミック酸(A)と、エポキシアルコール(b1)およびメトキシシラン部分縮合物(b2)を脱アルコール反応させて得られるエポキシ基含有メトキシシラン部分縮合物(B)とを、開環エステル化反応させることを特徴とする反応生成物;当該反応生成物を含有する組成物;ならびに当該組成物を硬化させてなる硬化膜、に関する。
【発明の効果】
【0010】
本発明の反応生成物や当該樹脂組成物を使用すると、耐熱性、低吸水性、絶縁性、柔軟性、非カール性、基材への密着性、印刷適性などに優れたハイブリッド材料である硬化膜を提供できるという特有の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
本発明において使用されるシロキサン構造を有するポリアミック酸(A)(以下、成分(A)という)は、当該分子中に当該特定割合でイミド結合を有する化合物であって、分子末端にカルボキシル基および/または酸無水物基が存在するように調製されたものである。本発明の組成物では、成分(A)が必須構成成分となる。
【0012】
成分(A)は、テトラカルボン酸二無水物(a1)〔以下、成分(a1)という〕、ジアミノポリシロキサン(a2)〔以下、成分(a2)という〕およびジアミン類(a3)〔以下、成分(a3)という〕により構成され、これら構成成分を同時にまたは逐次に添加して反応させることにより収得できる。
【0013】
成分(a1)は特に限定されず、各種公知のテトラカルボン酸二無水物が使用できるが、好ましくは一般式(1):
【化1】

【0014】
(式中、Xは−SO−、−CO−または−O−を示す)で表されるものが挙げられる。その具体例としては、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸無水物、1,2,3,4−ベンゼンテトラカルボン酸無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス(3,3’,4,4’−テトラカルボキシフェニル)テトラフルオロプロパン二無水物、2,2’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシフェニル)スルホン二無水物、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸無水物、ブタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸無水物などが挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用される。
【0015】
成分(a2)としては、珪素原子に直結したアルキル基またはフェニル基を有し、シロキサン結合を連続単位とするポリシロキサンの分子末端に水酸基を有する高分子化合物である。成分(a2)としては、例えば一般式(2):
【0016】
【化2】

【0017】
(式中、Rは、互いに独立して炭素数が2〜6のアルキレン基またはフェニレン基であり、好ましくは3〜5のアルキレン基である。Rは、互いに独立して炭素数1〜4のアルキル基またはフェニル基を示し、繰り返し単位数nは1〜30程度、好ましくは1〜20である)で表される化合物が挙げられる。なお、nの数が20を超えると有機溶媒に対する溶解性が低下する傾向がある。
【0018】
成分(a2)の具体例としては、α,ω−ビス(2−アミノエチル)ポリジメチルシロキサン、α,ω−ビス(3−アミノプロピル)ポリジメチルシロキサン、α,ω−ビス(4−アミノブチル)ポリジメチルシロキサン、α,ω−ビス(5−アミノペンチル)ポリジメチルシロキサン、α,ω−ビス[3−(2−アミノフェニル)プロピル]ポリジメチルシロキサン、α,ω−ビス[3−(4−アミノフェニル)プロピル]ポリジメチルシロキサンなどを例示でき、これらは1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用される。これらのうち汎用性の高いα,ω−ビス(3−アミノプロピル)ポリジメチルシロキサン(信越化学工業(株)製、商品名「KF−8010」)を使用するのがより好ましい。
【0019】
成分(A)における成分(a2)の使用量は、1重量%以上95重量%未満であることが好ましい。1重量%未満であると柔軟性が低下する傾向にあり、また95重量%以上では硬化膜表面がタックを有する傾向がある。
【0020】
成分(a3)としては、特に限定されず、各種公知のジアミン類が使用でき、例えば2,2−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルスルフィド、3,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、3,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、3,4’−ジアミノベンゾフェノン、3,3’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,4’−ジアミノジフェニルメタン、2,2−ジ(3−アミノフェニル)プロパン、2,2−ジ(4−アミノフェニル)プロパン、2−(3−アミノフェニル)−2−(4−アミノフェニル)プロパン、2,2−ジ(3−アミノフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、2,2−ジ(4−アミノフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、2−(3−アミノフェニル)−2−(4−アミノフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、1,1−ジ(3−アミノフェニル)−1−フェニルエタン、1,1−ジ(4−アミノフェニル)−1−フェニルエタン、1−(3−アミノフェニル)−1−(4−アミノフェニル)−1−フェニルエタン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノベンゾイル)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノベンゾイル)ベンゼン、1,4−ビス(3−アミノベンゾイル)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノベンゾイル)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノ−α,α−ジメチルベンジル)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノ−α,α−ジメチルベンジル)ベンゼン、1,4−ビス(3−アミノ−α,α−ジメチルベンジル)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノ−α,α−ジメチルベンジル)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノ−α,α−ジトリフルオロメチルベンジル)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノ−α,α−ジトリフルオロメチルベンジル)ベンゼン、1,4−ビス(3−アミノ−α,α−ジトリフルオロメチルベンジル)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノ−α,α−ジトリフルオロメチルベンジル)ベンゼン、2,6−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゾニトリル、2,6−ビス(3−アミノフェノキシ)ピリジン、4,4’−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]ケトン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ケトン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルフィド、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルフィド、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、2,2−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[3−(3−アミノフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、1,3−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,3−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,4−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,4−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,3−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,3−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,4−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,4−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、4,4’−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ジフェニルエーテル、4,4’−ビス[4−(4−アミノ−α,αージメチルベンジル)フェノキシ]ベンゾフェノン、4,4’−ビス[4−(4−アミノ−α,α−ジメチルベンジル)フェノキシ]ジフェニルスルホン、4,4’−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ]ジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジフェノキシベンゾフェノン、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジビフェノキシベンゾフェノン、3,3’−ジアミノ−4−フェノキシベンゾフェノン、3,3’−ジアミノ−4−ビフェノキシベンゾフェノン、6,6’−ビス(3−アミノフェノキシ)3,3,3,’3,’−テトラメチル−1,1’−スピロビインダン6,6’−ビス(4−アミノフェノキシ)3,3,3,’3,’−テトラメチル−1,1’−スピロビインダン、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、1,3−ビス(4−アミノブチル)テトラメチルジシロキサン、α,ω−ビス(3−アミノプロピル)ポリジメチルシロキサン、α,ω−ビス(3−アミノブチル)ポリジメチルシロキサン、ビス(アミノメチル)エーテル、ビス(2−アミノエチル)エーテル、ビス(3−アミノプロピル)エーテル、ビス(2−アミノメトキシ)エチル]エーテル、ビス[2−(2−アミノエトキシ)エチル]エーテル、ビス[2−(3−アミノプロトキシ)エチル]エーテル、1,2−ビス(アミノメトキシ)エタン、1,2−ビス(2−アミノエトキシ)エタン、1,2−ビス[2−(アミノメトキシ)エトキシ]エタン、1,2−ビス[2−(2−アミノエトキシ)エトキシ]エタン、エチレングリコールビス(3−アミノプロピル)エーテル、ジエチレングリコールビス(3−アミノプロピル)エーテル、トリエチレングリコールビス(3−アミノプロピル)エーテル、エチレンジアミン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,5−ジアミノペンタン、1,6−ジアミノヘキサン、1,7−ジアミノヘプタン、1,8−ジアミノオクタン、1,9−ジアミノノナン、1,10−ジアミノデカン、1,11−ジアミノウンデカン、1,12−ジアミノドデカン、1,2−ジアミノシクロヘキサン、1,3−ジアミノシクロヘキサン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、1,2−ジ(2−アミノエチル)シクロヘキサン、1,3−ジ(2−アミノエチル)シクロヘキサン、1,4−ジ(2−アミノエチル)シクロヘキサン、ビス(4−アミノシクロへキシル)メタン、2,6−ビス(アミノメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、2,5−ビス(アミノメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタンなどが挙げられ、これらは1種単独で又は2種を組み合わせて使用される。より好ましくは、一般式(3):
【0021】
【化3】

【0022】
で表されるものが挙げられる。
【0023】
成分(A)の製造法は格別限定されないが、好ましくは、成分(a1)と成分(a2)とを重付加反応させた後、加熱してイミド化反応させることにより両末端に酸無水物基を有する化合物とし、更に成分(a3)を添加し、重付加反応させる方法が採用できる。より具体的には、成分(a1)と成分(a2)を溶剤中で反応温度60〜120℃程度、好ましくは80〜100℃、反応時間は0.1〜2時間程度、好ましくは0.1〜0.5時間で重付加反応させる。次いで、反応温度80〜250℃程度、好ましくは100〜200℃、反応時間0.5〜50時間程度、好ましくは1〜20時間の条件下でイミド化反応(脱水閉環反応)させればよい。これにより、両末端に酸無水物基を有するポリイミドシロキサンオリゴマーが得られる。
【0024】
なお、この脱水閉環反応では、脱水剤と触媒量の第3級アミンやピリジンなどの複素環アミンを使用してもよい。当該脱水剤としては、例えば無水酢酸等の脂肪族酸無水物、芳香族酸無水物などが挙げられる。また触媒としては、例えばトリエチルアミンなどの脂肪族第3級アミン類、ジメチルアニリン等の芳香族第3級アミン類、ピリジン、ピコリン、イソキノリン等の複素環式第3級アミン類などが挙げられる。また、用いる溶剤としては、成分(A)を溶解するものであればよく、種類および使用量は特に限定されない。好ましくは、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、シクロヘキサノン、クレゾール、ジメチルスルホキシド、N−メチルカプロラクタム、メチルトリグライム、メチルジグライム、ベンジルアルコールなどの極性溶剤を例示できる。また、これらのうち、メチルトリグライム、メチルジグライム、N−メチルカプロラクタムは、成分(A)および成分(B)を相溶させやすく、また得られる本発明の反応生成物やその組成物が印刷適性に優れるので、特に好ましい。
【0025】
次いで、上記で得られたポリイミドシロキサンオリゴマーに、反応温度60℃以下、好ましくは50℃以下で成分(a3)を添加し、反応時間1〜6時間程度、好ましくは1〜3時間で重付加反応させることにより、目的とする成分(A)が収得できる。
【0026】
前記反応において、成分(a1)、成分(a2)および成分(a3)の各使用割合は、 [(a1)のモル数]/[(a2)のモル数+(a3)のモル数]=1.0〜1.2であることが好ましく、より好ましくは1.0〜1.1である。当該比率が1.2を超えると、得られる硬化膜の屈曲性が低下する傾向がある。また、成分(A)における成分(a2)の構成割合は、1重量%以上95重量%未満であることが好ましい。当該割合が1重量%未満では、得られる硬化膜の柔軟性が不足し、95重量%を超えると得られる硬化膜にタックが生じる傾向がある。上記構成割合は、硬化膜の力学強度を考慮すると、より好ましくは3重量%以上80重量%未満である。
【0027】
本発明で使用されるエポキシ基含有メトキシシラン部分縮合物(B)(以下、成分(B)という。)は、エポキシアルコール(b1)(以下、成分(b1)という)と、メトキシシラン部分縮合物(b2)(以下、成分(b2)という)との脱メタノール反応によって得られる。
【0028】
成分(b1)としては、分子中にエポキシ基および水酸基を有するものであれば、特に限定されず公知のものを使用することができる。(b1)成分として、一般式(4):
【0029】
【化2】

【0030】
(式中、mは1〜10の整数を示す)で表される化合物を用いると、得られる硬化膜の柔軟性が向上するため好ましい。なお、一般式(4)においてmが3以上のものを用いた場合には毒性が低くなり、かつ硬化膜の柔軟性の向上が著しいため特に好ましい。
【0031】
成分(b2)としては、一般式(5):Si(OCH
で表される加水分解性メトキシシランモノマーを、酸または塩基触媒、および水の存在下で加水分解し、部分的に縮合させて得られるものが用いられる。
【0032】
当該成分(b2)の1分子中のSiの平均個数は2〜100程度であることが好ましく、さらに好ましくは、3〜8である。Siが2未満であると、成分(b1)との脱メタノール反応の際、反応せずメタノールと一緒に系外に流出するメトキシラン類の量が増える傾向がある。また、100を超えると、成分(b1)との反応性が悪くなりやすく、目的とする成分(B)が得られにくくなりやすい。成分(b1)と成分(b2)との使用割合は、特に限定されないが、通常は、(成分(b2)中のメトキシ基の当量)/(成分(b1)中の水酸基の当量)=1/0.3〜1/0.01程度となる仕込み比率で脱メタノール反応させることが好ましい。
【0033】
上記仕込み比率において、該比率が大きくなると、未反応の成分(b2)の割合が増加し、また該比率が小さくなると、残存する未反応の成分(b1)によって硬化物の耐熱性が悪くなる傾向があるため、前記仕込み比率は、1/0.25〜1/0.05とするのがより好ましい。
【0034】
成分(b1)と成分(b2)との当該反応は、例えば、これら各成分を仕込み、加熱して副生するメタノールを留去しながら行なう。反応温度は50〜150℃程度、好ましくは70〜110℃である。尚、110℃を超える温度で脱メタノール反応させると、反応系中に成分(b2)の縮合に伴って、反応生成物の分子量が上がりすぎ高粘度化やゲル化する傾向がある。このような場合には、脱メタノール反応を反応途中で、停止させる等の方法により高粘度化、ゲル化を防止できる。
【0035】
また、上記成分(b1)と成分(b2)との脱メタノール反応に際しては、反応促進のために従来公知の触媒の内、オキシラン環を開環しないものを使用することができる。該触媒としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、亜鉛、アルミニウム、チタン、コバルト、ゲルマニウム、錫、鉛、アンチモン、砒素、セリウム、カドミウム、マンガン等の金属;これら金属の酸化物、有機酸塩、ハロゲン化物、アルコキシド等が挙げられる。これらの中でも、特に、有機錫、有機酸錫が好ましく、具体的には、ジブチル錫ラウレート、オクチル酸錫等が有効である。
【0036】
また、上記反応は溶剤中で行うこともできる。溶剤としては、成分(b1)と成分(b2)を溶解するものであれば特に制限はない。このような有機溶剤としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、キシレン等の非プロトン性極性溶媒を用いるのが好ましい。
【0037】
なお、成分(B)を構成するすべての分子がエポキシ基を含有する必要はなく、上記割合となるエポキシ基を含有していればよい。即ち、成分(B)は、未反応の成分(b2)を上限20重量%程度まで含んでいてもよい。
【0038】
本発明の反応生成物は、成分(A)分子の末端および側鎖に存在するカルボキシル基および/または酸無水物基と、成分(B)とを反応させて得られる。この反応は、主に、成分(A)のカルボキシル基および/または酸無水物と成分(B)のエポキシ基との間で生じる、オキシラン環の開環エステル化反応である。ここで、成分(B)のメトキシシリル基自体は、反応系内に存在する水分等によって消費されることも考えられるが、通常は開環エステル化反応には関与しないため、通常、メトキシシリル基は、得られる反応生成物中に60%以上残存することになる。無機基材に対するより高度の密着性を実現するためにはメトキシシリル基の80%以上を残存させることが好ましい。
【0039】
本発明の反応生成物の製造は、成分(A)と成分(B)を仕込み、20℃〜40℃程度で開環エステル化反応させることにより行われる。
【0040】
該反応生成物の硬化残分(硬化残分の意味は後述参照)中のシリカ含有率は、0.5%以上15%未満であることが好ましい。シリカ分が0.5%未満であると、本発明の効果が得られにくくなりやすく、また15%以上であると、該反応生成物を硬化させて得られる硬化膜の屈曲性が低下する傾向がある。
【0041】
また、当該開環エステル化反応は、溶剤の存在下で行うことが好ましい。当該溶剤としては、成分(A)と成分(B)をともに溶解する有機溶剤であれば特に限定されない。このような有機溶剤としては、例えば、メチルトリグライム、メチルジグライム、N−メチルカプロラクタムなどが使用できる。また、成分(A)と成分(b2)を析出しない範囲で、これらの良溶媒に対し、キシレンやトルエン等の貧溶媒を、溶媒全体の30重量%以下の範囲で使用してもよい。
【0042】
反応系内へ前記溶剤を添加使用する方法は、特に限定されないが、通常は、(1)成分(A)を合成する時に加えた溶剤をそのまま使用する。;(2)成分(b1)と成分(b2)とから成分(B)を合成する時に加えた溶剤をそのまま使用する。;(3)成分(A)と成分(B)との反応の前に加える。の3つの態様から少なくとも1つを選択採用すればよい。
【0043】
また、成分(A)と成分(B)の反応には、反応を促進するための触媒を使用できる。例えば、1,8−ジアザ−ビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール等の三級アミン類;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、2−ヘプタデシルイミダゾール、ベンズイミダゾール等のイミダゾール類;トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィンなどの有機ホスフィン類;テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボーレート、2−エチル−4−メチルイミダゾール・テトラフェニルボーレート、N−メチルモルホリン・テトラフェニルボーレート等のテトラフェニルボロン塩等を挙げることができる。触媒は、成分(A)100重量部に対し、0.1〜5重量部程度の割合で使用するのが好ましい。
【0044】
本発明の組成物は、前記のようにして得られた反応生成物を必須構成成分として含有するものであり、当該反応生成物は、その分子中に成分(B)に由来するメトキシシリル基を有している。当該メトキシシリル基は、溶剤の蒸発や加熱処理により、または水分(湿気)との反応により、ゾル−ゲル反応や脱メタノール縮合反応して、相互に縮合した硬化物を形成する。かかる硬化物は、ゲル化した微細なシリカ部位(シロキサン結合の高次網目構造)を有するものである。また本発明の本発明の組成物は更にフィラーを含有させることができ、これにより得られる硬化膜の寸法安定性を向上させることができる。
【0045】
本発明の組成物は、前記のように、反応生成物を含有することを特徴とするものであるが、本発明の目的を逸脱しない範囲で、所望により、従来公知の樹脂、前記成分(b2)、成分(B)等を適宜に配合してもよい。
【0046】
本発明の組成物は、通常、硬化残分30〜90重量%程度の液状であるのが適当である。また、その溶媒としては、例えば、前記の開環エステル化反応に用いた溶媒や、エーテル系、エステル系、ケトン系、アルコール系、フェノール系等の極性溶剤を使用できる。また、当該溶剤に、キシレン、トルエン等の樹脂組成物に対する溶解性が悪い溶媒を併用することもできる。
【0047】
本発明の組成物は、メチルトリグライム、メチルジグライム、N−メチルカプロラクタムの少なくとも1種の溶剤を含有してもよく、成分(A)と成分(B)の各製造時に使用した溶剤と合計して、本発明の組成物中に5重量%以上程度含有していることが好ましい。5%未満であると、該組成物が室温で高粘度となるため取り扱い性が悪くなる傾向がある。
【0048】
本発明の組成物中にアルコールを含有させることで該組成物の増粘を抑制し粘度安定性を向上できる。
【0049】
また、本発明の組成物における前記反応生成物の含有量は、特に限定されないが、通常、当該組成物の硬化残分中の10重量%以上であることが好ましい。ここで硬化残分とは該組成物を塗布した後、ゾル−ゲル硬化やイミド化させて、揮発性成分を除いて得られる固形分を意味し、該組成物を100μm以下で塗布した後、80℃で30分間、150℃で1時間、乾燥、硬化させた後の固形物である。
【0050】
本発明の組成物から得られる硬化膜に機能性を付与するためフィラーを添加してもよい。フィラーとしては、カーボン、シリカ、アルミナ、チタニア、酸化マグネシウムなどの酸化物、カオリン、タルク、モンモリロナイトなどの複合酸化物、炭酸カルシウム、炭酸バリウムなどの炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどの硫酸塩、チタン酸バリウム、チタン酸カリウムなどのチタン酸塩、リン酸第三カルシウム、リン酸第二カルシウム、リン酸第一カルシウムなどのリン酸塩などを用いることができるが、これらに限定されるものではない。通常、フィラーは、平均粒子径としては0.01μm以上5μm以下程度の範囲が好ましい。0.01μm未満のフィラーは高価で汎用性が乏しく5μmを超えるものでは分散性が得られず、沈降する傾向がある。また本発明の組成物は、フィラーの分散性に優れるため、フィラーの配合量としては格別限定されないが、硬化フィルム中に占めるフィラーの重量割合が95%以下であることが好ましい。95%を超えると硬化膜の柔軟性が失われる傾向がある。なお、当該フィラーの添加方法は、本発明の組成物を使用して製膜する迄の段階であれば特に制限はなく、例えば、成分(A)の重合段階や、成分(B)との反応で添加してもよく、また製膜の際に添加してもよい。
【0051】
また、本発明の組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、各種用途の必要に応じて、有機溶剤、可塑剤、耐候剤、酸化防止剤、熱安定剤、滑剤、帯電防止剤、増白剤、着色剤、導電剤離型剤、表面処理剤、粘度調節剤、カップリング剤等を配合してもよい。
【0052】
例えば、本発明の組成物では、特開2005−154643号公報に記載されるように、必要に応じて種々の添加剤、例えばシリカ、アルミナ、タルク、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム等の無機顔料からなる充填剤;フタロシアニングリーン、フタロシアニンブルー等のフタロシアニン系、アゾ系等の有機顔料;二酸化チタン等の無機顔料;タック切り剤、消泡剤、レベリング剤等の塗料用添加剤などを含有させることによってレジストインキを製造できる。
【0053】
また本発明の組成物では、特開平8−120200号公報に記載されるように、金属粉を組成物の硬化残分全量中50〜90重量%、好ましくは55〜90重量%になるよう混合することにより導電ペーストを製造できる。金属粉としては、銀粉、銅粉、アルミ粉を挙げることができ、特に銀粉は好適に使用できる。金属粉は、特に粒径が0.1〜50μmの範囲のものが望ましい。これらのなかでも特にハロゲンイオン、アルカリ金属イオン等のイオン性不純物の含有量が10ppm以下のものが好ましい。
【0054】
本発明の組成物を基材上で乾燥、硬化させる場合、溶剤などの揮発分の急激な飛散による発泡を抑制するため、通常は2段階以上で行うことが好ましい。すなわち、硬化温度および加熱時間は、用いる反応生成物がゾル−ゲル反応の際に副生するメタノールの量、および用いる溶剤の種類、目的とする硬化膜の厚みなどを考慮して、適宜に決定すればよい。1段階目は主に溶剤の乾燥を目的として50〜110℃で1〜60分の条件とするのが好ましい。次いで130℃〜200℃、好ましくは150℃以上200℃未満で、1〜180分加熱することにより、残存溶剤を完全に除くとともにゾル−ゲル硬化を完了させる。
【実施例】
【0055】
以下、製造例、実施例および比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。尚、各例中、%は原則として重量基準である。
【0056】
製造例1(成分(A)の製造)
攪拌機、分水器、温度計および窒素ガス導入管を備えた反応装置に、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物(ダイセル化学工業(株)製、商品名「BTDA」)280g、メチルトリグライム466.5g、トルエン67.1gを仕込み、80℃になるまで加熱した。ついで、α,ω−ビス(3−アミノプロピル)ポリジメチルシロキサン(信越化学工業(株)製、商品名「KF−8010」)591.5gを100℃を超えないように徐々に添加した後、180℃まで加熱して1.5時間を要してイミド化反応させた。さらに室温まで冷却した後、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン(和歌山精化(株)製、商品名「BAPP」)64.6g、メチルトリグライム70gを温度が40℃以下に保たれるように少量ずつ添加し、添加終了後も引き続き室温で2時間攪拌し、成分(A1)を得た。なお、成分(A1)におけるジアミノシロキサン(a2)の構成割合は65重量%である。 [テトラカルボン酸二無水物のモル数]/[ジアミノシロキサンのモル数+ジアミン類のモル数]=1.03である。
【0057】
製造例2(成分(A)の製造)
製造例1で用いたと同様の反応装置に、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸無水物(新日本理化(株)製、商品名「リカシッドDSDA」)160g、メチルトリグライム247.4g、トルエン34.7gを仕込み、80℃になるまで加熱した。ついで、α,ω−ビス(3−アミノプロピル)ポリジメチルシロキサン(前記商品名「KF−8010」)318.8gを100℃を超えないように徐々に添加した後、180℃まで加熱して1時間を要してイミド化反応させた。さらに室温まで冷却した後、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン(前記商品名「BAPP」)24.9g、メチルトリグライム36.2gを温度が40℃以下に保たれるように少量ずつ添加し、添加終了後も引き続き室温で2時間攪拌し、成分(A2)を得た。た。なお、成分(A2)におけるジアミノシロキサン(a2)の構成割合は65重量%である。 [テトラカルボン酸二無水物のモル数]/[ジアミノシロキサンのモル数+ジアミン類のモル数]=1.04である。
【0058】
製造例3(成分(A)の製造)
製造例1で用いたと同様の反応装置に、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物(前記商品名「BTDA」)280g、メチルトリグライム460.9g、トルエン67.1gを仕込み、80℃になるまで加熱した。ついで、α,ω−ビス(3−アミノプロピル)ポリジメチルシロキサン(前記商品名「KF−8010」)591.5gを100℃を超えないように徐々に添加した後、180℃まで加熱して1.5時間を要してイミド化反応させた。さらに室温まで冷却した後、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン(前記商品名「BAPP」)64.6g、メチルトリグライム70gを温度が40℃以下に保たれるように少量ずつ添加し、添加終了後も引き続き室温で2時間攪拌し、成分(A3)を得た。なお、成分(A3)におけるジアミノシロキサン(a2)の構成割合は65重量%である。 [テトラカルボン酸二無水物のモル数]/[ジアミノシロキサンのモル数+ジアミン類のモル数]=1.03である。
【0059】
製造例4(成分(B)の製造)
製造例1で用いたと同様の反応装置に、グリシドール(日本油脂(株)製、商品名「エピオールOH」)1400gおよびテトラメトキシシラン部分縮合物(多摩化学(株)製、商品名「メチルシリケート51」、Siの平均個数が4)8957.9gを仕込み、窒素気流下、攪拌しながら、90℃に昇温した後、触媒としてジブチル錫ジラウレート2.0gを加え、反応させた。反応中、分水器を使って生成したメタノールを留去し、その量が約630gに達した時点で冷却した。昇温後冷却までに要した時間は5時間であった。ついで、13kPaで約10分間、系内に残存するメタノール約80gを減圧除去した。このようにして、成分(B1)を得た。なお、仕込み時の(メトキシシラン部分縮合物のメトキシ基の当量)/(エポキシアルコールの水酸基の当量)=1/0.1である。
【0060】
製造例5(成分(B)の製造)
製造例4におけるグリシドールをエポキシアルコール(クラレ(株)製、商品名「EOA」)2716gに変更し、同様の反応を行い、成分(B2)を得た。なお、仕込み時の(メトキシシラン部分縮合物のメトキシ基の当量)/(エポキシアルコールの水酸基の当量)=1/0.1である。
【0061】
実施例1(反応生成物の製造)
製造例1で用いたと同様の反応装置に、製造例1で得たポリアミック酸シロキサン樹脂溶液(A1)1537.8gと製造例4で得たエポキシ基含有メトキシシラン部分縮合物(B1)39.7gを仕込み、30℃で1時間反応させ、目的とする反応生成物溶液(1)を得た。当該溶液(1)は、硬化残分55.8%であり、当該硬化残分中のシリカ含有率は2%である。なお、ゲルパーメーションクロマトグラフィー法によるポリスチレン換算の数平均分子量は34,000であった。以下、数平均分子量はゲルパーメーションクロマトグラフィー法による測定値を表す。
【0062】
実施例2(反応生成物の製造)
製造例1で用いたと同様の反応装置に、製造例2で得たポリアミック酸シロキサン樹脂溶液(A2)1624.4gと製造例4で得たエポキシ基含有メトキシシラン部分縮合物(B1)43.0gを仕込み、30℃で1時間反応させ、目的とする反応生成物溶液(2)を得た。当該溶液(2)は、硬化残分60.3%であり、当該硬化残分中のシリカ含有率は2%である。なお、ポリスチレン換算の数平均分子量は32,000であった。
【0063】
実施例3(反応生成物の製造)
製造例1で用いたと同様の反応装置に、製造例2で得たポリアミック酸シロキサン樹脂溶液(A2)1514.9gと製造例4で得たエポキシ基含有メトキシシラン部分縮合物(B1)41.3gを仕込み、30℃で1時間反応させ、目的とする反応生成物溶液(3)を得た。当該溶液(3)は、硬化残分62.0%であり、当該硬化残分中のシリカ含有率は2%である。なお、ポリスチレン換算の数平均分子量は36,000であった。
【0064】
実施例4(本組成物の製造)
実施例1で得られた反応生成物溶液(1)1572.8gをメタノール94.4g、メチルトリグライム32.4gで希釈して、硬化残分54.8%の本組成物(1)を得た。
【0065】
実施例5(本組成物の製造)
実施例2で得られた反応生成物溶液(2)1666.1gをメタノール99.9gで希釈して、硬化残分57.0%の本組成物を得た。
【0066】
実施例6(本組成物の製造)
実施例3で得られた反応生成物溶液(3)1554.7gをメタノール93.4gで希釈して、硬化残分58.6%の本組成物を得た。
【0067】
比較例1〜3(比較用組成物)
製造例1、製造例2および製造例3で得られた成分(A1)、(A2)および(A3)を、順に比較例1、比較例2および比較例3の組成物とした。
【0068】
比較例4(有機溶剤に可溶な比較用ポリイミド樹脂組成物の製造)
製造例1と同様の反応装置に、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸無水物44.3g、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン1g、N,N−ジメチルアセトアミド158.41g、トルエン39.6gを仕込み懸濁させた。ついで4,4’−ジアミノジフェニルエーテル0.93g、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン(前記商品名「BAPP」)44.6g、N,N−ジメチルアセトアミド158.4g、トルエン39.6gを温度が40℃以下に保たれるように少量ずつ添加し、添加終了後も引き続き室温で30分攪拌した(アミノ基のモル数に対するテトラカルボン酸無水物基のモル数が、1.07)。その後170℃で4時間、生成する水を分水器より回収しながら脱水閉環反応させ、有機溶剤に可溶な比較用ポリイミド樹脂溶液を得た。またNMRおよびIR分析によるイミド閉環率は100%であった。なお、ポリスチレン換算の数平均分子量は22,000であった。
【0069】
実施例7〜9および比較例5〜7(硬化膜の調製)
実施例4〜6で得られた本組成物、および比較例1〜3で得た比較用組成物を、それぞれテフロン(登録商標)シート上にアプリケーターで乾燥後の膜厚が60μmになるように塗布し、当該各塗布テフロン(登録商標)シートを乾燥器に入れ、80℃で30分間乾燥、ついで170℃で60分間硬化させることにより各硬化膜を得た。
【0070】
比較例8(硬化膜の調製)
比較例4で得られた有機溶剤に可溶な比較用ポリイミド樹脂組成物をPETフィルム上にアプリケーターで乾燥後の膜厚が30μmになるように塗布し、当該塗布PETフィルムを乾燥器中100℃で10分間乾燥させた。得られたドライフィルムをPETフィルムから剥離しステンレス枠で固定して乾燥器中250℃で120分間硬化させることにより硬化膜を得た。
【0071】
実施例7〜9、比較例5〜8で得られた硬化膜につき、当該構成成分であるシロキサン由来成分およびシリカ(SiO)の各含有率を表1に示す。
【0072】
【表1】

【0073】
(弾性率および破断伸度)
上記で得られた硬化膜(5mm×20mm)の力学的性質はテンシロン試験機(オリエンテック社製、商品名 UCT−500)を用いて、5mm/分の引っ張り速度で、硬化膜を引き伸ばし、破断するまでの膜の伸び(破断伸度)を測定した。25℃で3回、同じ方法で引っ張り試験を行った。結果を表2に示す。
【0074】
(吸水率)
上記で得られた硬化膜(50mm×50mm)を、50℃に保った恒温槽中に24時間放置した後の測定重量と、その後23℃に保った恒温水槽中に24時間浸漬した後の測定重量との差から、吸水率を算出した。結果を表2に示す。
【0075】
(高温弾性率)
上記で得られた硬化膜(20mm×5mm)の弾性率は、動的粘弾性測定器(セイコーインスツルメント(株)製、商品名「DMS6100」、測定条件:振動数10Hz、スロープ3℃/分)を用いて動的貯蔵弾性率を測定した。結果を表2に示す。
【0076】
【表2】

【0077】
表2から明らかなように、実施例7、8および9では比較例8と比べて、破断伸度が大きく柔軟な力学的性質を有すること、低吸水率であることが明らかである。また比較例5,6および7と比べ、シリカハイブリッド体とした実施例7、8および9では、250℃という高温下での弾性率を向上させることができた。
【0078】
実施例10〜12および比較例9〜11(塗布フィルムの作製)
実施例4〜6で得られた本組成物、および比較例1〜3で得た比較用組成物を、ポリイミドフィルム(東レ・デュポン(株)製、商品名「カプトンH」、膜厚25μm)に150メッシュテトロン版で乾燥後の膜厚が20μmになるようにスクリーン印刷し、当該各塗布ポリイミドを乾燥器に入れ、80℃で30分間乾燥、ついで170℃で60分間硬化させることにより各塗布フィルムを得た。
【0079】
比較例12(塗布フィルムの作製)
比較例4で得られた比較用組成物を、ポリイミドフィルム(東レ・デュポン(株)製、商品名「カプトンH」、膜厚25μm)に150メッシュテトロン版で乾燥後の膜厚が20μmになるようにスクリーン印刷し、当該塗布ポリイミドを乾燥器に入れ、100℃で10分間乾燥、ついで250℃で120分間硬化させることにより塗布フィルムを得た。
【0080】
(密着性)
上記で得られた各塗布フィルムの密着性をJIS K 5600−5−6の規格に準じて測定した。結果を表3に示す。
〇:分類0
×:分類1〜5
【0081】
(非カール性)
上記で得られた塗布フィルムの非カール性を目視により評価した。評価結果を表3に示す。
〇:カールが無い。
×:カールしている。
【0082】
(はんだ耐熱性)
上記で得られた塗布フィルムのはんだ耐熱性は280℃の溶融はんだ浴にポリイミドフィルム面を上にして浮かべ引き上げた後、目視により評価した。評価結果を表3に示す。
〇:異常なし。
×:膨れあり。
【0083】
(印刷適性)
上記で得られた塗布フィルム作製中、スクリーン印刷する際の塗膜の状態を目視により評価した。評価結果を表3に示す。
〇:異常なし。
×:白化あり。
【0084】
【表3】

【0085】
表3から明らかなように、シロキサン部位を導入し、シリカハイブリッド体とした塗布フィルム(実施例10〜12)のみが密着性、非カール性、はんだ耐熱性、印刷適性を満たすことが示された。
【0086】
本発明の反応生成物および組成物を硬化して得られる硬化膜は、低吸水で柔軟な力学的性質を有し、且つ密着性、非カール性、はんだ耐熱性、印刷適性に優れるため、レジストインキ、導電ペースト等の電気絶縁材料として有用である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
テトラカルボン酸二無水物(a1)、ジアミノポリシロキサン(a2)およびジアミン類(a3)を反応させて得られるシロキサン構造を有するポリアミック酸(A)と、エポキシアルコール(b1)およびメトキシシラン部分縮合物(b2)を脱アルコール反応させて得られるエポキシ基含有メトキシシラン部分縮合物(B)とを、開環エステル化反応させることを特徴とする反応生成物。
【請求項2】
テトラカルボン酸二無水物(a1)が一般式(1):
【化1】

(式中、Xは−SO−、−CO−または−O−を示す)で表される化合物である請求項1記載の反応生成物。
【請求項3】
ジアミノポリシロキサン(a2)が一般式(2):
【化2】

(式中、Rは独立して炭素数2〜6のアルキレン基またはフェニレン基を示し、Rは独立して炭素数1〜4のアルキル基またはフェニル基を示し、繰り返し単位数nは1〜30を示す)で表される化合物である請求項1または2記載の反応生成物。
【請求項4】
ジアミン類(a3)が一般式(3):
【化3】

で表されるものである請求項1〜3のいずれかに記載の反応生成物。
【請求項5】
シロキサン構造を有するポリアミック酸(A)におけるジアミノポリシロキサン(a2)の構成割合が1重量%以上95重量%未満である請求項1〜4のいずれかに記載の反応生成物。
【請求項6】
シロキサン構造を有するポリアミック酸(A)におけるテトラカルボン酸二無水物(a1)、ジアミノポリシロキサン(a2)およびジアミン類(a3)の各使用割合が、[(a1)のモル数]/[(a2)のモル数+(a3)のモル数]=1.0〜1.2との条件を満足するものである請求項1〜5のいずれかに記載の反応生成物。
【請求項7】
メトキシシラン部分縮合物(b2)が、当該1分子中にSi原子を平均2〜100個有するものである請求項1〜6のいずれかに記載の反応生成物。
【請求項8】
エポキシアルコール(b1)が
一般式(4):
【化4】

(式中、mは1〜10の整数を示す)で表される化合物である請求項1〜7のいずれかに記載の反応生成物。
【請求項9】
反応生成物の硬化残分中のシリカ含有率が0.5%以上15%未満のものである請求項1〜8のいずれかに記載の反応生成物。
【請求項10】
請求項1〜9に記載の反応生成物および溶剤を含有することを特徴とする組成物。
【請求項11】
追加成分としてアルコールを含有させてなる請求項10記載の組成物。
【請求項12】
請求項1〜9のいずれかに記載の反応生成物を硬化させて得られる硬化膜。
【請求項13】
請求項10〜11のいずれかに記載の組成物を硬化させて得られる硬化膜。

【公開番号】特開2007−169571(P2007−169571A)
【公開日】平成19年7月5日(2007.7.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−373046(P2005−373046)
【出願日】平成17年12月26日(2005.12.26)
【出願人】(000168414)荒川化学工業株式会社 (301)
【Fターム(参考)】