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JP2014201630A - 硬化性樹脂組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明の目的は、加熱硬化により部材を接着封止するためのエポキシ樹脂組成物において、保存時に流動特性が安定化しないという不具合を解消することであり、特には継電器等の部材を接着封止する上で好適な特性を有するエポキシ樹脂組成物に関する。
【解決手段】 以下(A)〜(D)の構成を含んでなる硬化性樹脂組成物により、上記課題は解決される。
(A)エポキシ樹脂100質量部に対し
(B)キレートを形成する化合物 0.01〜1質量部
(C)エポキシ樹脂を硬化させる成分 1〜50質量部
(D)アクリルゴム粒子 0.5〜50質量部
【選択図】なし

Description

本発明は、エポキシ樹脂を主成分とする硬化性樹脂組成物およびその利用に関するものであり、特に、エポキシ樹脂、キレートを形成する化合物、エポキシ樹脂を硬化させる成分、コアシェル型アクリルゴム粒子及び予めエポキシ樹脂中に分散してなるゴム粒子を必須として含む構成とすることで、貯蔵安定性が極めて良好なものとなっている。貯蔵安定性の中でもとりわけ経時での流動特性の安定性が良好であるため、適度な流動性が求められる継電器の封止用途に特に好適に使用することができる、硬化性樹脂組成物に関するものである。
継電器(以下、「リレー」という)は、物理量や電気機器等の状態に応じて、制御または電源用の電気信号の出力を行う電力装置である。特には、情報家電機器、OA機器、工作機械、産業機械、運輸機械、通信機器等多様な用途に利用されているものであり、特にプリント配線基板に搭載される用途においてその需要が増加している。
リレーの必要特性の一つに、気密性を保持することがあげられる。その目的は接点でのスイッチング機能を確保することであり、リフロー時の半田フラックスや悪性ガスの侵入を防止できることや溶剤洗浄が可能であることなどが求められている。
斯様にリレーとは、高信頼性を満たすために高い気密性の確保が求められているものであるが、従来よりリレーの封止剤として用いられている材料として一般的に、エポキシ樹脂組成物が用いられている。
前記エポキシ樹脂組成物の中でも特に、材料ロスの少なさや生産性に優れた材料として、ジシアンジアミドやエポキシ樹脂アミンアダクト化合物などの潜在性硬化剤を予めエポキシ樹脂組成物と混合して用いるタイプの、一液性エポキシ樹脂組成物が知られている。
他方で前記一液性エポキシ樹脂組成物は、耐衝撃性や金属端子との接着性が不十分であるという欠点を有するため、これを改善するために様々な改良が行われてきた。中でも近年、一液性エポキシ樹脂組成物中にコアシェル型アクリルゴム粒子を添加する、という方法が知られている(特許文献1など)。しかしながら、前記コアシェル型アクリルゴム粒子を添加したエポキシ樹脂組成物は、粘度や流動特性といった貯蔵安定性が不安定であることが知られている。
前記コアシェル型アクリルゴム粒子を添加したエポキシ樹脂組成物の貯蔵安定性を改善するため、例えばコアシェル粒子のシェル層を金属カチオンでイオン架橋させたものを用いる方法(特許文献2)、特定粒径の微小コアシェル粒子を用いる方法(特許文献3)、エポキシ化合物の一部をチイラン化合物で置き換え、さらに酸性化合物やホウ酸エステル類を用いる方法(特許文献4)などが開示されているが、いずれの方法も貯蔵安定性の改善には十分な効果を発揮するものではなかった。
特開2005−239921号公報 特開平6−172734号公報 特開平5−214310号公報 特開2007−31526号公報
本願発明は、特にリレー封止用途に好適な材料として、接着強度を確保しながら、室温または冷蔵状態での粘度や流動特性といった貯蔵安定性に優れた硬化性樹脂組成物を提供するものである。
本願発明の発明者は、上記課題を解決するため種々検討を行った結果、以下の構成よりなる硬化性樹脂組成物を用いることによりこれを達成できることを見いだした。すなわち、
1.
(A)エポキシ樹脂100質量部に対し
(B)キレートを形成する化合物0.01〜1質量部
(C)エポキシ樹脂を硬化させる成分 1〜50質量部
(D)アクリルゴム粒子 0.5〜50質量部
を含んでなる硬化性樹脂組成物である。
また本発明は、より好ましい形態としてさらに、以下の構成を取ることができる。
2.前記(C)成分が、コアシェル型アクリルゴムを含んでなるものであるところの、硬化性樹脂組成物。
3.前記(B)成分が、エチレンジアミン四酢酸のナトリウム塩であるところの、硬化性樹脂組成物。
4.前記硬化性樹脂組成物が、電機部品の封止に用いられるものであるところの、硬化性樹脂組成物。
5.前記電機部品が継電器であるところの、硬化性樹脂組成物。
である。
ここで、本発明の各構成に関して詳説する。
(A)エポキシ樹脂について
本発明において使用できるエポキシ樹脂としては特に制限はなく、公知のエポキシ樹脂を用いることができる。例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールF型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールA型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物よりなるエポキシ樹脂、ビスフェノールAのポリプロピレングリコール(PPG)付加物よりなるエポキシ樹脂、オルソフタル酸ジグリシジルエステル、テトラヒドロイソフタル酸ジグリシジルエステル、N,N−ジグリシジルアニリン、N,N−ジグリシジルトルイジン、N,N−ジグリシジルアニリン−3−グリシジルエーテル、テトラグリシジルメタキシレンジアミン、1,3−ビス(N,N−ジグリジルアミノメチレン)シクロヘキサン等を用いることができ、これらのエポキシ樹脂は単独あるいは複数を混合して用いることも妨げない。原材料の入手容易性や接着強度担保のため、本発明においてはビスフェノール型エポキシ樹脂を用いることが特に好ましい。
(B)キレートを形成する化合物
本発明において使用することができる、キレートを形成する化合物は、本発明の作用、すなわち良好な貯蔵安定性を発現させるために用いられる成分である。前記キレートを形成する化合物としては公知の物質を用いることができる。例えば、例えば、クエン酸及びその塩(例えばアルカリ金属塩)、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)及びその塩(例えばアルカリ金属塩)、メチルグリシン二酢酸及びその塩(例えばアルカリ金属塩)、N,N,N’,N’’,N’’−ジエチレントリアミンペンタ酢酸(DTPA)及びその塩、1,4,7,10−テトラアザシクロドデカン−N,N’,N’’,N’’’−テトラ酢酸(DOTA)及びその塩、1,4,7,10−テトラアザシクロドデカン−N,N’,N’’−トリ酢酸(DO3A)及びその塩、トランス(1,2)−シクロヘキサノ−ジエチレントリアミンペンタ酢酸及びその塩などが好適に用いることができ、これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記キレートを形成する化合物として本発明で好適に用いることができる物質は、エチレンジアミン四酢酸誘導体、望ましくはエチレンジアミン四酢酸のナトリウム塩、特に望ましくはエチレンジアミン四酢酸・2ナトリウム塩である。
上記キレートを形成する化合物の含有量は、前記(A)エポキシ樹脂100質量部に対し0.01〜1質量部であることが好ましく、より望ましくは0.05〜0.50質量部である。0.01質量部未満では、本発明の作用、すなわち良好な貯蔵安定性を発現させることができず、1質量部を越えると硬化性を低下させてしまう虞がある。
本発明におけるキレートを形成する化合物の組成物中での作用機序は明確ではないが、エポキシ樹脂組成物を構成するエポキシ樹脂、特にはビスフェノール型エポキシ樹脂の製造過程で生成する塩基性不純物をキレート化し、反応性を低下させることでこれが安定性に悪影響を及ぼすことを妨げているもの、と考えられる。
(C)エポキシ樹脂を硬化させる成分について
本発明において使用することができる、エポキシ樹脂を硬化させる成分は、エポキシ樹脂硬化剤として一般的に知られた物質を用いることができる。例えば、加熱により活性化しエポキシ樹脂と反応する潜在性硬化剤が好ましく、より望ましくはアミノ化合物もしくはアミド化合物を少なくとも含んでなる硬化剤、更に好ましくはジシアンジアミドを含んで成る硬化剤である。
加熱により活性化する潜在性硬化剤としては、従来公知の各種物質を用いることができるが、特にその活性化温度が60〜180℃、さらに好適には80〜150℃のものが望ましい。このような物質として例えば、ジシアンジアミド及びその誘導体、マイクロカプセル型硬化剤、ヒドラジド化合物、アミンイミド、ポリアミンの塩、酸無水物、フェノールノボラック等の化合物が挙げられる。
さらにこれらの化合物は、硬化剤と硬化促進剤の組合せとして、複数種を組み合わせて用いることもできる。本発明で用いることのできる硬化促進剤とは、室温ではエポキシ樹脂に対し活性を持たず、加熱等の刺激を加えることにより溶解、分解、転移反応などにより活性化し、硬化を促進する機能を有する化合物である。例えば常温で固体のイミダゾール化合物およびその誘導体、エポキシ化合物のアダクト体、各種アミンと酸との塩等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
上記の硬化剤、硬化促進剤としては、例えば以下のものなどが市販されている。
・ジシアンジアミド及びその誘導体:jERキュアDICY7、15、20、7A(以上、三菱化学社製品)、オミキュアDDA10、DDA50、DDA100、DDA5、CG−325、DICY−F、DICY−M(以上、CVCスペシャリティケミカルズ社製品)、CG−1200、CG−1400(以上、エアープロダクツジャパン社製品)等。
・マイクロカプセル型硬化剤:ノバキュアHX−3721、3722、3741、3742、3748、3613、3088、3921HP、3941HP(以上、旭化成ケミカルズ社製品)等。
・ヒドラジド化合物:アミキュアVDH、VDH−J、UDH、UDH−J(以上、味の素ファインテクノ社製品)
・酸無水物:リカシッドHNA−100、MH−700、MH−700G、MH、TMEG−S、TMEG−100、TMEG−200、TMEG−500、TMEG−600、DDSA、OSA(以上、新日本理化社製品)、HN−2200、HN−2000、HN−5500、MHAC(以上、日立化成工業社製品)等。
・イミダゾール化合物およびその誘導体:キュアゾール2MZ、2PZ、2PHZ、2MZ−OK、2PZ−OK、2P4MHZ、2E4MZ、C11Z、C17Z、2MA−OK、1B2MZ(以上、四国化成工業社製品)、jERキュアIBMI−12、EMI−24、BMI−12(以上、三菱化学社製品)、ニチゴーイミダゾール2PI、2MI、2E4MI、1B2MI(以上、日本合成化学工業社製品)等。
・エポキシ化合物のアダクト体:アミキュアPN−23、MY−24、PN−D、MY−D、PN−H、MY−H(以上、味の素ファインテクノ社製品)、FXE−1000、FXR−1030、FXR−1032、FXR−1081(以上、T&K TOKA社製品)等。
・アミンと酸との塩:1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7塩類(DBU塩類)としてU−CAT SA 1、U−CAT SA 102、U−CAT SA 506、U−CAT SA 603、U−CAT SA 810、1,5−ジアザビシクロ(4,3,0)ノネン−5塩類(DBN塩類)としてU−CAT SA 881(以上、サンアプロ社製品)等。
本発明における硬化性樹脂組成物は、上記の硬化剤類と組み合わせて用いることで、一液加熱硬化性、場合により二液混合による加熱硬化性という特性を付与することができる。該加熱硬化性樹脂組成物は、60〜180℃程度、好ましくは80〜150℃で、0.1〜24時間、好ましくは0.5〜6時間加熱することにより硬化して硬化物を与える。この様な特性を与える上で、ジシアンジアミド及びその誘導体が、硬化物の特性ならびに入手容易性などの観点から特に好適に用いることができる。
上記エポキシ樹脂を硬化させる成分の含有量は、前記(A)エポキシ樹脂100質量部に対し1〜50質量部であることが好ましく、より望ましくは3〜30質量部である。1質量部未満では、硬化物の硬化度合いが不十分となり、所定の物性を発揮することができない虞があり、他方で50質量部を越えると、常温での貯蔵安定性を損なう虞がある。
(D)アクリルゴム粒子について
さらに本発明においては、アクリルゴム粒子を用いる。該アクリルゴム粒子は、硬化性樹脂組成物中で弾性変形可能なマトリクスとして均一に分散し、硬化物内部に生じる応力を分散、吸収する作用を奏するものである。該アクリルゴム粒子としては特にはその種類の如何は問わないが、適度の架橋構造を有するものが好ましく、またコアシェル構造を有するコアシェル型アクリルゴムを含むことが特に望ましい。
ここで、コアシェル型アクリルゴムとは、粒子のコア(核)の部分とシェル(殻)の部分が異なる性質を持つ重合体粒子を意味する。このようなものとしては公知のものを用いることができるが、ゴム状ポリマーのコアとガラス状ポリマーのシェルからなるコアシェル系微粒子が好ましい。このコアシェル構造を有する粒子は、コア部に「弾力性」を有しシェル部に「硬質性」を有するものであって、液状樹脂中で溶解しないものである。「コア」を形成するポリマーは、実質的には周囲温度以下のガラス転移温度を有する。「シェル」を形成するポリマーは、実質的には周囲温度以上のガラス転移温度を有す。周囲温度は一般に、硬化性樹脂組成物が使用される温度範囲として画定される。
なお、前記(D)アクリルゴム粒子は通常、エポキシ樹脂組成物の接着性並びに硬化物の耐衝撃性を改善するために加えられるものであるが、欠点として液状態での貯蔵時において、粘度や流動特性を不安定にしてしまう、という問題が従来より知られている。本発明における効果の一つは、この様な特性を有するアクリルゴム粒子を組成物中に含有していた場合においても、粘度や流動特性がほとんど変化しないようになる点にある。
上記コアシェル型アクリルゴム粒子の好適な添加量は、前記エポキシ樹脂100質量部に対して0.5〜50質量部であることが好ましく、より望ましくは1〜40質量部である。0.5質量部未満では、硬化物に対し耐衝撃性を十分に付与することができず、他方で50質量部を越えると、貯蔵安定性が著しく低下する。
さらに本発明においては、前記(D)アクリルゴム粒子として、予めエポキシ樹脂中に分散されたゴム粒子を用いることができる。具体的には、硬化性樹脂組成物中に加えるアクリルゴム粒子として、エポキシ樹脂内にハイパーやホモジナイザーなどの混合撹拌装置により分散されたアクリルゴム粒子や、エポキシ樹脂を反応媒として乳化重合により合成されたアクリルゴム粒子を含ませることが好適である。ここで用いるアクリルゴム粒子の平均粒径としては、0.05〜0.5μmの範囲にあるものが好ましい。エポキシ樹脂に事前に分散されたゴム粒子を使用することにより、樹脂組成物の製造時に成分の取扱いが簡単になるという利点がある。また、エポキシ樹脂が充分にゴム粒子になじむため、時間が経過した時の粘度変化が少なくなるという傾向がある。
ここで、予めアクリルゴム粒子を分散したエポキシ樹脂の種類については特に問うものではないが、好ましくは本発明の(A)成分であるエポキシ樹脂と同一、または類似した構造のエポキシ樹脂であることが望ましく、特に好ましくはビスフェノール型エポキシ樹脂である。
上記アクリルゴム粒子の市販品としては、綜研化学社製品のケミスノー、三菱レイヨン社製品のダイヤナールシリーズ、アイカ工業社製品のゼフィアックシリーズなどのアクリルゴム粒子等をビスフェノール型エポキシ樹脂に分散したものなどが挙げられる。また予めエポキシ樹脂中に分散したアクリルゴム粒子の市販品としては、レジナス化成社製品のRKBシリーズなどが、エポキシ樹脂中で乳化重合されてなるアクリルゴム粒子としては、日本触媒製社製品のアクリセットBPシリーズなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本発明は所定の特性を発現させるための任意成分として、充填剤、可塑剤、老化防止剤、接着性付与剤、着色剤、揺変性付与剤、界面活性剤、反応性または非反応性希釈剤、可塑剤、湿潤剤、消泡剤等を更に加えることができる。
充填剤としては、各種形状の有機または無機の充填剤が挙げられる。具体的には、例えば、ヒュームドシリカ、焼成シリカ、沈降シリカ、粉砕シリカ、溶融シリカ、ケイソウ土、アルミナ、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化バリウム、酸化マグレシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、蝋石クレー、カオリンクレー、焼成クレー、カーボンブラック、雲母、及びこれらの表面を脂肪酸等で処理した処理物が挙げられる。
可塑剤としては、具体的には、例えば、ジオクチルフタレート(DOP)、ジブチルフタレート(DBP);アジピン酸ジオクチル、コハク酸イソデシル;ジエチレングリコールジベンゾエート、ペンタエリスリトールエステル;オレイン酸ブチル、アセチルリシノール酸メチル;リン酸トリクレジル、リン酸トリオクチル;アジピン酸プロピレングリコールポリエステル、アジピン酸ブチレングリコールポリエステル等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
接着性付与剤としては、公知のシランカップリング剤、チタンカップリング剤、ジルコニウムカップリング剤等を用いることができるが、組成物の安定性ならびに入手容易性などの観点からシランカップリング剤を特に好適に用いることができる。このようなシランカップリング剤として具体的には、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビス(トリエトキシプロピル)テトラスルフィド、γ−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等のシラン系カップリング剤、チタン系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤等が挙げられる。これらは単独で用いても2種以上組み合わせて用いても良い。
着色剤としては、具体的には、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、群青、ベンガラ、リトポン、鉛、カドミウム、鉄、コバルト、アルミニウム、塩酸塩、硫酸塩等の無機顔料;アゾ顔料、フタロシアニン顔料、キナクリドン顔料、キナクリドンキノン顔料、ジオキサジン顔料、アントラピリミジン顔料、アンサンスロン顔料、インダンスロン顔料、フラバンスロン顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料、ジケトピロロピロール顔料、キノナフタロン顔料、アントラキノン顔料、チオインジゴ顔料、ベンズイミダゾロン顔料、イソインドリン顔料、カーボンブラック等の有機顔料等が挙げられる。
以下、本発明の実施の形態について詳説する。なお本発明は、これらの例によって何ら制限を受けるものではない。
〔硬化性樹脂組成物の原料成分〕
硬化性樹脂組成物は以下原料を用いて調製し、実施例および比較例にて評価を行った。
(A)成分:エポキシ樹脂
・EP4901:ADEKA社製品、エポキシ当量170のビスフェノールF型 エポキシ樹脂
(B)成分:キレートを形成する化合物
・エチレンジアミン四酢酸・2Na塩(EDTA・2Na):和光純薬工業社製品
・エチレンジアミン四酢酸・4Na塩(EDTA・4Na):和光純薬工業社製品
(C)成分:エポキシ樹脂を硬化させる成分
・アミキュアPN−23:味の素ファインテクノ社製品、エポキシ−イミダゾールアダクト系硬化剤
(D)成分:アクリルゴム粒子
・ゼフィアックF351:アイカ工業社製品、平均粒子径0.3μmの(メタ)アクリル酸エステルの共重合体を主成分としてなるコアシェル粒子
・アクリセットBPF307:日本触媒社製品、平均粒子径0.3μmのアクリルゴム微粒子をビスフェノールF型エポキシ樹脂中に16〜20wt%の添加率で均一分散させたもの
その他成分
・ソフトン1800:白石カルシウム社製品、重質炭酸カルシウム、平均粒径1.25μm
・アエロジル200:日本アエロジル社製品、親水性ヒュームドシリカ、平均一次粒径約12nm
〔硬化性樹脂組成物の製造方法〕
上記(A)成分中に(B)成分、(C)成分、(D)成分およびその他の成分を加え、ミキシングロールを用いて室温で30分間混練りを行うことにより硬化性樹脂組成物を調製した。参考例、実施例、比較例それぞれで使用した原料ならびに添加量は、表1に記載した通りである。
〔物理特性評価方法〕
前記により調製した硬化性樹脂組成物を100〜200g採取し、試薬瓶にて密封の上10℃にて保存した。これを常温で所定時間静置し、樹脂組成物が常温になった後、試薬瓶から取り出し、以下の方法でそれぞれの粘度、流れ性を測定し、物理特性の評価を行った。
・粘度測定方法:JIS K 6820に規定される方法にて、BH型粘度計を用い、20rpmの回転数にて粘度の測定を行った。
・流れ性測定方法:以下の方法により測定を行った。
(1)寸法76×26×0.9mmのガラス板よりなる試験片を脱脂により清浄な状態にする。
(2)水平に置いた試験片の片端から10mmの位置に試験試料約0.1gを円状に塗布する。
(3)常温静置後4分以内に、120℃に設定した恒温槽中に設置した傾斜角45度のアルミニウム板よりなる支持体に前記ガラス板を載置して、試験片を保持する。
(4)前記試験片を5分間静置した後に取り出し、試料の流れた距離(mm)を測定する
Figure 2014201630
〔実施例及び参考例の貯蔵特性〕
前記方法にて調製した上記実施例1〜4及び比較例1〜3の組成物を10℃環境下で貯蔵し、所定の週間隔で粘度及び流れ性を測定し、貯蔵特性の評価を行った。それぞれの測定結果について、表2に結果を記載する。
Figure 2014201630
*経過日数0としたものは、組成物を製造してから30分後に測定を行ったもの
上述の通り、本発明の硬化性樹脂組成物は極めて優れた保存安定性を有するものであり、特に経時での流れ性が安定した特性を有するものである。そのため、安定した流動特性が求められる条件の接着用途、特に継電器(リレー)のような、塗工時に流動させることを前提として用いる接着用途に好適に用いることができるものである。

Claims (5)

  1. 以下の構成を含んでなる、硬化性樹脂組成物。
    (A)エポキシ樹脂100質量部に対し
    (B)キレートを形成する化合物0.01〜1質量部
    (C)エポキシ樹脂を硬化させる成分 1〜50質量部
    (D)アクリルゴム粒子 0.5〜50質量部
  2. 前記請求項1に記載の(D)成分が、コアシェル型アクリルゴムを含んでなるものであるところの、硬化性樹脂組成物。
  3. 前記請求項1,2に記載の(B)成分が、エチレンジアミン四酢酸のナトリウム塩であるところの、硬化性樹脂組成物。
  4. 前記請求項1〜3のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物が、電機部品の封止に用いられるものであるところの、硬化性樹脂組成物。
  5. 前記請求項4に記載の電機部品が継電器であるところの、硬化性樹脂組成物。
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