JP6347644B2 - 表面改質シリカ粉末及びスラリー組成物 - Google Patents
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Description
(1)シリカ粒子表面のシランカップリング剤の反応量(A)が単位表面積(nm2)あたり1.5〜3.0個、非反応量(B)が単位表面積(nm2)あたり反応量(A)の0.1〜0.6倍であり、BET比表面積が3〜45m 2 /gである表面改質球状シリカ粉末。
(2)前記(1)に記載の表面改質球状シリカ粉末を含むスラリー組成物。
(3)前記(2)に記載のスラリー組成物を用いた樹脂組成物。
非反応層とは、反応層の表面あるいはシリカ粒子の表面に物理的に吸着しているシランカップリング剤の層である。非反応層が存在することで、樹脂への相溶性を向上させている。非反応層は、物理的に吸着されているため、有機溶剤を用いた洗浄処理により、除去することができる。
非反応量は、単位表面積(nm2)あたり反応量(個)の0.1〜0.6倍である。0.1倍未満、0.6倍を超えると、ワニス中のシリカ分散安定性が得られないため、機械的強度が低下する。
反応量、非反応量は下記の式(1)、(2)で示される。
(1)反応量(個/nm2)=
〔洗浄後のシリカ粉末中の炭素量(質量%)/(SC剤の炭素数×12.01)/100〕(mol/g)/BET比表面積(m2/g)×6.02×1023/1018
SC剤:シランカップリング剤
12.01:炭素の原子量
1018 :m2からnm2に単位変換
(2)非反応量(個/nm2)=
〔洗浄前のシリカ粉末中の炭素量(質量%)−洗浄後のシリカ粉末中の炭素量(質量%)/(SC剤の炭素数×12.01)/100〕(mol/g)/BET比表面積(m2/g)×6.02×1023/1018
SC剤:シランカップリング剤
12.01:炭素の原子量
1018 :m2からnm2に単位変換
シリカ粒子表面に存在する反応サイト量の観点から、BET比表面積が3〜45m2/gの範囲であることが好ましい。
本発明を構成する球状シリカ粉末の製造方法は、金属粉末スラリーを製造炉で可燃性ガスと助燃性ガスとからなる高温火炎中に供給し、該火炎中で該金属粉末を気化、酸化させることにより得られる。シリカ粉末を得る場合にはシリコン粉末を利用し、使用する金属シリコン粉末の粒子径、供給量、火炎温度等を調整することにより、得られるシリカ粉末の粒径、BET比表面積を調整することが可能である。
表面改質シリカ粉末は、水、有機溶媒を用いたスラリー組成物として、好適に使用することができる。シリカ粒子を分散させる有機溶媒としては、その種類が特に限定されるものではない。樹脂に応じて選択すればよい。例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸エチル等の極性溶媒が用いられる。
その中でも特に、メチルエチルケトンが好ましい。
スラリー組成物を用いて、パッケージ用基板や層間絶縁フィルム等の樹脂基板を製造する場合には、樹脂としてエポキシ樹脂を採用することが好ましい。
これらエポキシ樹脂中でも特にビスフェノールA型エポキシ樹脂が好ましい。
(実施例1〜9)
表面改質シリカ粉末の作製
(1)実施例1
金属粉末スラリー法で製造された平均粒径0.6μm、BET比表面積5.5m2/gの球状シリカ粉末(SFP−30M:電気化学工業社製)を0.5kg処理容器内に投入した。シランカップリング剤として、単位面積(nm2)あたり4.0個にあたる4.3gのγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン「KBM−403」(信越化学工業株式会社製、分子量236.3)、0.99gのイオン交換水、0.59gのメタノールを計量し、塩基性物質として、ヘキサメチルジシラザン「SZ−31」(信越化学工業株式会社製、分子量166.5)をシランカップリング剤の3倍モル量投入し、シランカップリング剤入り塩基性溶液を調製した。次いで、超音波噴霧器を用いて、噴霧量2.5L/min、周波数1.6MHz、N2圧力0.04MPaの条件にて、シリカ粉末に噴霧した。その後、メチルエチルケトンに混合させて、固形分が70重量%のスラリーを調製後、ビーズミルを用いて、ビーズ径500μm、ビーズ充填率65vol%、周速7m/sec、流量4L/min、1Passの条件にて、分散させた。最後に、真空下、50℃にて、真空乾燥させることで、表面改質シリカ粉末を得た。
(2)実施例2
実施例1の表面処理において、被処理粉末を平均粒径0.3μm、BET比表面積13m2/gの球状シリカ粉末(SFP−20M:電気化学工業社製)、シランカップリング剤として、10.2gのγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン「KBM−403」(信越化学工業株式会社製、分子量236.3)、1.4gのイオン交換水、2.3gのメタノールを用いた以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
(3)実施例3
上記実施例1の表面処理において、シランカップリング剤として、2.7gのビニルトリメトキシシラン「KBM−1003」(信越化学工業株式会社製、分子量148.2)を用いた以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
(4)実施例4
実施例1の表面処理において、被処理粉末を平均粒径0.3μm、BET比表面積13m2/gの球状シリカ粉末(SFP−20M:電気化学工業社製)、シランカップリング剤として、6.4gのビニルトリメトキシシラン「KBM−1003」(信越化学工業株式会社製、分子量148.2)、1.4gのイオン交換水、2.3gのメタノールを用いた以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
(5)実施例5
実施例1の表面処理において、シランカップリング剤として、単位面積(nm2)あたり3.0個にあたる3.5gのN−フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン「KBM−573」(信越化学工業株式会社製、分子量255.4)、0.74gのイオン交換水、0.44gのメタノールを用いた以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
(6)実施例6
実施例1の表面処理において、被処理粉末を平均粒径0.3μm、BET比表面積13m2/gの球状シリカ粉末(SFP−20M:電気化学工業社製)、シランカップリング剤として、単位面積(nm2)あたり2.0個にあたる5.5gのN−フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン「KBM−573」(信越化学工業株式会社製、分子量255.4)、0.69gのイオン交換水、1.2gのメタノールを用いた以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
(7)実施例7
実施例1の表面処理において、湿式分散機として、高圧式ホモジナイザーを用いた以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
(8)実施例8
実施例1の表面処理において、被処理粉末を平均粒径0.3μm、BET比表面積13m2/gの球状シリカ粉末(SFP−20M:電気化学工業社製)、湿式分散機として、高圧式ホモジナイザーを用いた以外は実施例2と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
(9)実施例9
実施例1の表面処理において、被処理粉末を平均粒径0.1μm、BET比表面積45m2/gの球状シリカ粉末(UFP−40:電気化学工業社製)、シランカップリング剤として、26.5gのγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン「KBM−403」(信越化学工業株式会社製、分子量236.3)、5.6gのイオン交換水、4.2gのメタノール、超音波ホモジナイザーを用いた以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
(10)比較例1
実施例1の表面処理において、塩基性物質を用いなかった以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
(11)比較例2
実施例2の表面処理において、塩基性物質を用いなかった以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
(12)比較例3
実施例3の表面処理において、塩基性物質を用いなかった以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
(13)比較例4
実施例5の表面処理において、塩基性物質を用いなかった以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
(14)比較例5
実施例1の表面処理において、表面処理剤の噴霧方法として、2流体スプレーノズルによる液噴霧を用いた以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
(15)比較例6
実施例2の表面処理において、表面処理剤の噴霧方法として、2流体スプレーノズルによる液噴霧を用いた以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
(16)比較例7
実施例3の表面処理において、表面処理剤の噴霧方法として、2流体スプレーノズルによる液噴霧を用いた以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
(17)比較例8
実施例5の表面処理において、表面処理剤の噴霧方法として、2流体スプレーノズルによる液噴霧を用いた以外は実施例1と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
(18)比較例9
実施例6の表面処理において、ビーズミルを用いなかった以外は実施例5と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
(19)比較例10
実施例5の表面処理において、表面処理剤の噴霧方法として、2流体スプレーノズルによる液噴霧を用いた以外は実施例5と同様にして、表面改質シリカ粉末を得た。
(比表面積測定)
球状シリカ粉末を1.0g計量し、測定用のセルに投入、前処理後、BET比表面積値を測定した。測定機は「Macsorb HM model−1208」(MACSORB社製)を使用した。以下の条件にて、前処理を行った。
脱気温度 :300℃
脱気時間 :18分
冷却時間 :4分
(カーボン量測定)
反応量測定用サンプルの前処理
スラリー5gにアセトン35gを混合後、振とう機を用いて、10分処理した。次に、遠心分離機を用いて、固液分離後、上澄み液を廃棄した。沈降物とアセトン35gを混合後、前記と同様な操作を行った。最後に、沈降物を乾燥させ、反応量測定用サンプルを得た。
カーボン量測定
炭素/硫黄同時分析計にLECO社製商品名「CS−444LS型」、炭素標準試料にJSS061−8を用いて、カーボン量を測定した。
エポキシ樹脂としてビスフェノールA型エポキシ樹脂「EPICLON−850」(DIC株式会社製、エポキシ当量186g/eq)20.0質量部、硬化剤としてノボラック型フェノール樹脂「PSM−4261」(群栄化学工業株式会社製、水酸基当量106g/eq、軟化点80℃)11.7質量部、硬化促進剤として2−フェニルイミダゾール(2PZ)「四国化成工業株式会社製」0.3質量部を表面改質シリカ粉末の製造過程で得られたスラリー組成物100質量部に溶解し、樹脂組成物(エポキシ樹脂ワニス)を調製した。この樹脂組成物を基材にアプリケーターを用いて塗布し、50℃下で真空脱泡後、温度150℃、2時間乾燥し、樹脂硬化物を得た。得られた樹脂組成物の流動性、分散性及び樹脂硬化物の成型性を以下に示す方法に従って評価した。それらの評価結果を表1〜3に示す。
(1)流動性/ワニス粘度
真空脱泡後の樹脂組成物をE型粘度計(東機産業株式会社製:TVE−10)にて20 rpm時(測定温度25 ℃)の粘度を測定した。この際、1.0Pa・s以上を不良とした。
(2)分散安定性
得られた樹脂組成物を温度40℃、湿度80%下で1日静置後、粒度分布測定機「モデルLS−230」( ベックマン・コールター社製)により測定した。この際、5μm以上の位置に0.01%以上の粒度分布が存在した場合、不良とした。
(3)樹脂密着性/破断面SEM観察
実施例1、比較例1で製造した樹脂硬化物を破断して破断面をSEM(倍率:10000)にて、観察した。樹脂マトリックスからの粒子脱落度合いを比較した。粒子が脱落した形跡が1視野あたり5個以上存在する場合、不良とした。
(4)成形性/シリカ粒子の凝集物
得られた樹脂硬化物の面積1cm3中に存在する10μm以上のシリカ粒子の凝集物の個数を表面形状検査システムKURASURF−PH(倉敷紡績株式会社製)を用いて、縞パターンを照射し位相差シフトを行うことで表面形状の凹凸を検出し、次の基準で成形性として評価した。
各符号は以下の評価基準である。
◎:10μm未満の凝集物なし
○:10μm未満の凝集物5個未満
×:10μm以上の凝集物5個以上
Claims (3)
- シリカ粒子表面のシランカップリング剤の反応量(A)が単位表面積(nm2)あたり1.5〜3.0個、非反応量(B)が単位表面積(nm2)あたり反応量(A)の0.1〜0.6倍であり、BET比表面積が3〜45m 2 /gである表面改質球状シリカ粉末。
- 請求項1に記載の表面改質球状シリカ粉末を含むスラリー組成物。
- 請求項2に記載のスラリー組成物を用いた樹脂組成物。
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