【解決手段】重量平均分子量が10,000以下、ガラス転移温度が−20℃以下である低分子量アクリル重合体(A)と、アクリル樹脂およびブチラール樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種の樹脂であって重量平均分子量が100,000〜1,000,000、ガラス転移温度が40℃以上である樹脂(B)と、を含むことを特徴とするセラミックグリーンシート成形用樹脂組成物。
前記低分子量アクリル重合体(A)と前記樹脂(B)との質量比が、前記低分子量アクリル重合体(A)/前記樹脂(B)=5/95〜50/50の範囲内である請求項1に記載のセラミックグリーンシート成形用樹脂組成物。
【発明を実施するための形態】
【0008】
≪セラミックグリーンシート成形用樹脂組成物≫
本発明のセラミックグリーンシート成形用樹脂組成物(以下、「本樹脂組成物」とも記す。)は、低分子量アクリル重合体(A)と樹脂(B)とを含む。
本樹脂組成物は、必要に応じて、本発明の効果を損なわない範囲で、低分子量アクリル重合体(A)および樹脂(B)以外の他の成分をさらに含んでいてもよい。ただし本樹脂組成物は、無機粉体(C)を含まないものとする。
本樹脂組成物は、必要に応じて、有機溶剤を含んでもよい。
【0009】
<低分子量アクリル重合体(A)>
低分子量アクリル重合体(A)において「アクリル重合体」とは、アクリル系単量体に基づく構成単位(単量体単位)を有する重合体である。アクリル系単量体とは、(メタ)アクリロイル基を有する単量体を示す。「(メタ)アクリロイル基」は、アクリロイル基およびメタクリロイル基の総称である。
【0010】
低分子量アクリル重合体(A)を形成するアクリル系単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸i−ブチル、(メタ)アクリル酸ペンチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸へプチル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸イソデシル、(メタ)アクリル酸n−ラウリル等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル;(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル等の水酸基含有(メタ)アクリル酸エステル;アクリル酸、メタクリル酸等が挙げられる。「(メタ)アクリル酸」は、アクリル酸およびメタクリル酸の総称である。これらはいずれか1種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
【0011】
低分子量アクリル重合体(A)は、好ましいガラス転移温度に調整する観点で、アクリル酸アルキルエステルに基づく構成単位を有することが好ましい。
アクリル酸アルキルエステルとしては、アルキル基の炭素数が1〜12であるものが好ましい。
【0012】
低分子量アクリル重合体(A)は、無機粉体(C)の分散性の点では、水酸基含有(メタ)アクリル酸エステル、アクリル酸およびメタクリル酸からなる群から選ばれる少なくとも1種の単量体(以下、単量体(a2)とも記す。)に基づく構成単位を有することが好ましい。
従来のセラミックグリーンシートには通常、スラリー調製時の無機粉体の分散性の向上のために、分散剤が配合されている。低分子量アクリル重合体(A)が単量体(a2)に基づく構成単位を有する場合、低分子量アクリル重合体(A)は分散剤としても機能する。そのため、分散剤を別途配合しなくても、スラリー中に無機粉体(C)が良好に分散し、得られるセラミックグリーンシート中の無機粉体(C)の分散均一性が良好になる。分散剤を配合しないことで、セラミックグリーンシートの材料を削減し、生産コストを低減できる。
【0013】
低分子量アクリル重合体(A)が(メタ)アクリル酸アルキルエステルに基づく構成単位を有する場合、(メタ)アクリル酸アルキルエステルに基づく構成単位の含有量は、低分子量アクリル重合体(A)を構成する全構成単位の合計に対し、25〜100質量%が好ましい。
【0014】
低分子量アクリル重合体(A)中、単量体(a2)に基づく構成単位の含有量は、低分子量アクリル重合体(A)を構成する全構成単位の合計に対し、0〜75質量%が好ましい。また、10質量%以上であれば、無機粉体(C)の分散性がより優れる。
【0015】
低分子量アクリル重合体(A)の重量平均分子量(Mw)は10,000以下であり、5000以下であることが好ましい。重量平均分子量(Mw)が上記上限値以下であれば、低分子量アクリル重合体(A)が樹脂(B)に対して可塑剤として機能し、本樹脂組成物から得られるセラミックグリーンシートの伸度が優れる。
低分子量アクリル重合体(A)の重量平均分子量(Mw)の下限は、可塑剤としての機能の点では特に限定されないが、典型的には1,000以上である。
低分子量アクリル重合体(A)の重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定される標準ポリスチレン換算の値である。
【0016】
低分子量アクリル重合体(A)のガラス転移温度(Tg)は−20℃以下であり、−40℃以下であることが好ましい。ガラス転移温度(Tg)が上記上限値以下であれば、低分子量アクリル重合体(A)が樹脂(B)に対して可塑剤として機能し、本樹脂組成物から得られるセラミックグリーンシートの伸度が優れたものとなる。また、フタル酸エステル系可塑剤等の従来汎用の可塑剤を用いる場合に比べて、得られるセラミックグリーンシートの強度が高まる。
低分子量アクリル重合体(A)のガラス転移温度(Tg)の下限は、可塑剤としての機能の点では特に限定されないが、典型的には−75℃以上である。
低分子量アクリル重合体(A)のガラス転移温度(Tg)は、示差走査熱量計(島津製作所社製、DSC−60)により測定される値である。
低分子量アクリル重合体(A)のガラス転移温度(Tg)は、低分子量アクリル重合体(A)を形成する単量体の種類、組成、低分子量アクリル重合体(A)の重量平均分子量(Mw)等により調整できる。
【0017】
低分子量アクリル重合体(A)は、常法により製造できる。例えばアクリル系単量体を、溶液重合法、懸濁重合法等によって重合して得ることができる。重合には通常、ラジカル重合開始剤の存在下で行われる。重合の際、連鎖移動剤を用いてもよい。ラジカル重合開始剤や連鎖移動剤の使用量、溶媒の種類、重合温度等によって低分子量アクリル重合体(A)の重量平均分子量(Mw)を調整できる。
【0018】
<樹脂(B)>
樹脂(B)は、アクリル樹脂およびブチラール樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種である。
【0019】
アクリル樹脂は、アクリル系単量体に基づく構成単位(単量体単位)を有する重合体である。
アクリル樹脂を形成するアクリル系単量体としては、特に限定されず、例えば(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸i−プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸i−ブチル、(メタ)アクリル酸ペンチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸へプチル、(メタ)アクリル酸オクチル等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル;(メタ)アクリル酸2−メトキシエチル、(メタ)アクリル酸2−エトキシエチル、(メタ)アクリル酸2−(n−プロポキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2−(n−ブトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸3−メトキシプロピル、(メタ)アクリル酸3−エトキシプロピル、(メタ)アクリル酸2−(n−プロポキシ)プロピル、(メタ)アクリル酸2−(n−ブトキシ)プロピル等の(メタ)アクリル酸アルコキシアルキルエステル;(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタニル、(メタ)アクリル酸イソボルニル等の脂環式基含有(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル等の水酸基含有(メタ)アクリル酸エステル;アクリル酸、メタクリル酸等が挙げられる。これらはいずれか1種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
【0020】
ブチラール樹脂は、ブチラール基を含む構成単位を有する重合体であり、工業的に用いられる一般的なものを使用でき、例えばポリビニルブチラール樹脂が挙げられる。ポリビニルブチラール樹脂は、ポリビニルアルコールとブチルアルデヒドとの反応生成物であり、例えばポリビニルアルコールとブチルアルデヒドとを酸触媒の存在下で反応させて得られる。具体的には積水化学工業株式会社製のエスレック(登録商標)BM−1、 エスレックBM−2、 エスレックBM−5、 エスレックBM−S、 エスレックBH−3、エスレックBH−6、 エスレックBH−S、 エスレックBX−1、 エスレックBX−5、等が挙げられる。
【0021】
樹脂(B)の重量平均分子量(Mw)は、100,000〜1,000,000であることが好ましい。樹脂(B)の重量平均分子量(Mw)が上記下限値以上であれば、本樹脂組成物から得られるセラミックグリーンシートの強度が優れる。樹脂(B)の重量平均分子量(Mw)が上記上限値以下であれば、本樹脂組成物から得られるセラミックグリーンシートの伸度が優れる。
樹脂(B)の重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定される標準ポリスチレン換算の値である。
【0022】
樹脂(B)のガラス転移温度(Tg)は、40℃以上であり、50℃以上であることが好ましい。樹脂(B)ガラス転移温度(Tg)が上記下限値以上であれば、得られるセラミックグリーンシートの強度が優れる。
樹脂(B)のガラス転移温度(Tg)の上限は、セラミックグリーンシートの強度の点では特に限定されないが、120℃以下であることが、より高伸度のセラミックグリーンシートが得られる点で好ましい。
樹脂(B)のガラス転移温度(Tg)は、示差走査熱量計(島津製作所社製、DSC−60)により測定される値である。
【0023】
<他の成分>
本樹脂組成物が含んでいてもよい他の成分としては、後述する本発明のセラミックグリーンシート成形用材料が含んでいてもよい他の成分と同様のものが挙げられる。
【0024】
<有機溶剤>
本樹脂組成物が含んでいてもよい有機溶剤としては、後述する本発明のセラミックグリーンシート成形用材料が含んでいてもよい有機溶剤と同様のものが挙げられる。
【0025】
<各成分の含有量>
本樹脂組成物において、低分子量アクリル重合体(A)と樹脂(B)との質量比は、低分子量アクリル重合体(A)/樹脂(B)(以下、「A/B」とも記す。)=5/95〜50/50の範囲内であることが好ましく、10/90〜40/60の範囲内であることがより好ましい。A/Bが前記範囲内であれば、セラミックグリーンシートの伸度、強度がより優れる。
【0026】
<用途>
本樹脂組成物は、セラミックグリーンシートの成形に用いられる。例えば本樹脂組成物と、無機粉体(C)とを混合することで、後述する本発明のセラミックグリーンシート成形用材料とすることができ、この材料をシート状に成形することでセラミックグリーンシートが得られる。
【0027】
<作用効果>
本樹脂組成物において、樹脂(B)は、無機粉体(C)を結合するバインダとして機能し、低分子量アクリル重合体(A)は、樹脂(B)の可塑剤として機能する。
低分子量アクリル重合体(A)を用いることで、従来のセラミックグリーンシートに汎用されているフタル酸エステル系可塑剤を用いる場合に比べて、得られるセラミックグリーンシートの強度がより優れる。また、伸度も、従来と同等以上の優れたものとなる。
【0028】
≪セラミックグリーンシート成形用材料≫
本発明のセラミックグリーンシート成形用材料(以下、「本材料」とも記す。)は、低分子量アクリル重合体(A)と樹脂(B)と無機粉体(C)とを含む。
低分子量アクリル重合体(A)、樹脂(B)はそれぞれ、本樹脂組成物における低分子量アクリル重合体(A)、樹脂(B)と同様であり、好ましい態様も同様である。
本材料は、必要に応じて、本発明の効果を損なわない範囲で、低分子量アクリル重合体(A)、樹脂(B)および無機粉体(C)以外の他の成分をさらに含んでいてもよい。
本材料は、必要に応じて、有機溶剤を含んでもよい。
【0029】
<無機粉体(C)>
無機粉体(C)としては、特に限定されず、セラミックグリーンシート用途において公知のものであってよい。具体例としては、アルミナ、ジルコニア、ケイ酸アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム等が挙げられる。これらはいずれか1種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
【0030】
<他の成分>
他の成分としては、例えば、分散剤(ただし低分子量アクリル重合体(A)を除く。)、可塑剤(ただし低分子量アクリル重合体(A)を除く。)、湿潤剤、消泡剤、帯電防止剤、減粘剤等が挙げられる。これらの添加剤はいずれか1種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
分散剤としては、塗料用として一般的に用いられるものであればよく、市販品のもので構わない。例えば、楠本化学社製ディスパロン1210、ディスパロン2150、ディスパロンKS−860、ディスパロンKS873N等、サンノプコ社製ノプコスパース092、SNディパーサント9228、SNスパース70等、味の素ファインテクノ社製アジスパーPN411、アジスパーPA111等が挙げられる。
可塑剤としては、特に限定されず、例えばフタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジエチルヘキシル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジイソデシル、フタル酸ブチルベンジル等のフタル酸エステル系の可塑剤;アジピン酸2−エチルヘキシル、アジピン酸ジオクチル、アジピン酸ジイソデシル等のアジピン酸エステル系の可塑剤;リン酸トリエチル、リン酸トリス−2−エチルヘキシル、リン酸トリフェニル等のリン酸エステル系の可塑剤等が挙げられる。
【0031】
<有機溶剤>
有機溶剤としては、例えば酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、トルエン、キシレン、メチルシクロヘキサン、エタノール、n−ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられる。
【0032】
<各成分の含有量>
本材料における低分子量アクリル重合体(A)と樹脂(B)との質量比(A/B)の好ましい範囲は、本樹脂組成物におけるA/Bの好ましい範囲と同様である。
【0033】
本材料中の無機粉体(C)の含有量は、低分子量アクリル重合体(A)と樹脂(B)との合計100質量部に対し、300〜2000質量部が好ましい。無機粉体(C)の含有量が前記範囲の上限値以下であれば、セラミックグリーンシートの強度、伸度がより優れる。無機粉体(C)の含有量が前記範囲の下限値以上であれば、セラミックグリーンシートを焼結する際の収縮を抑制できる。
【0034】
本材料中の他の成分の含有量は、他の成分の種類に応じて、本発明の効果を損なわない範囲で適宜設定でき、特に限定されないが、低分子量アクリル重合体(A)と樹脂(B)との合計100質量部に対し、50質量部以下が好ましい。
【0035】
本材料は、例えば、低分子量アクリル重合体(A)と、樹脂(B)と、無機粉体(C)と、必要に応じて他の成分と、有機溶剤とを混合することにより調製できる。各材料の混合は、ボールミル等の公知の混合装置を用いて行うことができる。各材料の混合順序は特に限定されない。
【0036】
<用途>
本材料は、セラミックグリーンシートの成形に用いられる。
セラミックグリーンシートの成形は、公知の方法により行うことができる。例えば本材料が有機溶剤を含む場合、スラリー状の本材料をドクターブレード法等によって支持体上に塗布し、乾燥させて有機溶剤を除去し、支持体を剥離する方法、本材料の粒子を乾式プレス法等で成形する方法等が挙げられる。支持体としては、表面が平滑で剥離性を有するものが好ましく、例えば、離型処理されたポリエチレンテレフタレートフィルム(PETフィルム)が挙げられる。
【0037】
本材料から得られたセラミックグリーンシートは、打ち抜き加工等の加工が必要に応じて施され、セラミックパッケージの製造に使用される。例えば、該セラミックグリーンシートに、内部電極を形成するための導電性組成物をスクリーン印刷法等により所定のパターンに印刷して印刷層付きグリーンシートとし、これを複数枚重ねて加熱圧縮して積層体とし、これを焼成すると、セラミックグリーンシート中の低分子量アクリル重合体(A)および樹脂(B)が熱分解して除去され、セラミック多層配線基板が得られる。
【0038】
<作用効果>
本材料において、樹脂(B)は、無機粉体(C)を結合するバインダとして機能し、低分子量アクリル重合体(A)は、樹脂(B)の可塑剤として機能する。
低分子量アクリル重合体(A)を用いることで、従来のセラミックグリーンシートに汎用されているフタル酸エステル系可塑剤を用いる場合に比べて、得られるセラミックグリーンシートの強度がより優れる。また、伸度も、従来と同等以上の優れたものとなる。
【実施例】
【0039】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。ただし本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の各例中、「部」は「質量部」を示す。
低分子量アクリル重合体およびアクリル樹脂の重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により、標準ポリスチレン換算の値を測定し、ガラス転移温度(Tg)は、示差走査熱量計(島津製作所社製、DSC−60)により求めた。
ブチラール樹脂の重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)の値を測定し、ガラス転移温度(Tg)は、示差走査熱量計(島津製作所社製、DSC−60)により求めた。
【0040】
<製造例A1:低分子量アクリル重合体(A1)の製造>
重合用の攪拌羽を装着した攪拌棒、温度計、窒素パージ用のガラス管を備えたセパラブルフラスコに、アクリル酸n−ブチル100部、トルエン250部および重合開始剤(2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル))15.0部を加え、窒素雰囲気下、撹拌しながら95℃で8時間保持して溶液重合を行い、重量平均分子量(Mw)が3,000、ガラス転移温度(Tg)が−75℃の低分子量アクリル重合体(A1)の溶液を得た。
【0041】
<製造例A2〜A5>
重合する単量体の種類と量(部)、重合開始剤の量(部)を表1に示すように変更した以外は製造例A1と同様にして、低分子量アクリル重合体(A1)〜(A5)の溶液を得た。低分子量アクリル重合体(A1)〜(A5)の重量平均分子量(Mw)およびガラス転移温度(Tg)を表1に示す。
【0042】
【表1】
【0043】
<製造例B1:アクリル樹脂(B1)の製造>
重合用の攪拌羽を装着した攪拌棒、温度計を備えたセパラブルフラスコに、イオン交換水300部およびノニオン系分散剤(株式会社クラレ製、「PVA235」)0.3部を加えた後、メタクリル酸メチル99.0部、メタクリル酸1.0部、連鎖移動剤(n−ドデシルメルカプタン)0.05部および重合開始剤(過酸化ベンゾイル)2.2部を加え、撹拌しながら80℃で2時間保持して懸濁重合を行い、重合体の懸濁液を得た。
得られた懸濁液を30℃まで冷却し、遠心脱水機で脱水し、50℃、24時間の条件で乾燥させて、重量平均分子量(Mw)が300,000、ガラス転移温度(Tg)が110℃のアクリル樹脂(B1)を得た。
【0044】
<製造例B2、B3、B5〜B10>
重合する単量体の種類と量(部)、重合開始剤および連鎖移動剤の量(部)を表2に示すように変更した以外は製造例B1と同様にして、アクリル樹脂(B1)、(B2)、(B5)〜(B10)を得た。アクリル樹脂(B1)、(B2)、(B5)〜(B10)の重量平均分子量(Mw)およびガラス転移温度(Tg)を表2に示す。
【0045】
<ブチラール樹脂(B4)>
積水化学工業株式会社製のエスレックBM−Sをブチラール樹脂(B4)とした。
【0046】
【表2】
【0047】
<実施例1>
(セラミックグリーンシート成形用材料の調製およびセラミックグリーンシートの製造)
低分子量アクリル重合体(A1)35部と、アクリル樹脂(B1)65部と、分散剤(サンノプコ株式会社製、SNディスパーサント9228、ノニオン系分散剤)7.3部と、トルエン533部と、エタノール133部と、チタン酸バリウム(堺化学工業株式会社製、BT−03)733部とを配合し、ボールミル分散機(中央化工機株式会社製)により48時間攪拌混合してセラミックグリーンシート成形用のスラリーを得た。
次いで、このスラリーを、ドクターブレードを使用して支持体(パナック社製、剥離性ポリエチレンテレフタレートフィルム SP−PET100−01BU)上に塗布し、その塗膜を100℃で30分間乾燥し、その後、支持体を剥離して、厚さ30μmのセラミックグリーンシートを得た。
【0048】
<実施例2〜13、比較例1〜5>
低分子量アクリル重合体(A)の種類、樹脂(B)の種類およびそれらの質量比(A/B)を表3〜5に示すように変更した以外は実施例1と同様にして、厚さ30μmのセラミックグリーンシートを得た。
【0049】
<実施例14>
分散剤(サンノプコ株式会社製、SNディスパーサント9228)を配合しなかった以外は実施例3と同様にして、厚さ30μmのセラミックグリーンシートを得た。
【0050】
得られたセラミックグリーンシートを以下の評価方法により評価した。結果を表3〜5に示す。
(評価方法)
各例で得られたセラミックグリーンシートの破断強度および伸度を、引張試験機(株式会社東洋精機製作所製、STROGRAPH VG1−E)により測定した。測定条件は、温度23℃、湿度50%下で、引張試験機の引張そくどを10mm/minとした。
別途、各例における低分子量アクリル重合体(A)を可塑剤(フタル酸ジブチル)に置き換えて、厚さ30μmの可塑剤含有セラミックグリーンシートを得た。この可塑剤含有セラミックグリーンシートについて、上記と同様にして破断強度および伸度を測定した。
これらの結果から、各例のセラミックグリーンシートの破断強度および伸度をそれぞれ、以下の評価基準にて評価した。
「破断強度」
〇:破断強度が、対応する可塑剤含有セラミックグリーンシートの破断強度よりも高い値。
×:破断強度が、対応する可塑剤含有セラミックグリーンシートの破断強度と同じ値またはそれよりも低い値。
「伸度」
〇:伸度が、対応する可塑剤含有セラミックグリーンシートの伸度と同じ値またはそれよりも高い値。
×:伸度が、対応する可塑剤含有セラミックグリーンシートの伸度よりも低い値。
【0051】
【表3】
【0052】
【表4】
【0053】
【表5】
【0054】
上記結果に示すとおり、実施例1〜13のセラミックグリーンシートは、フタル酸エステル系可塑剤を使用した比較例1のセラミックグリーンシートよりも高強度であり、伸度も同等以上であった。特に、A/Bが5/95〜50/50の範囲内の実施例1〜12では、破断強度が優れていた。
また、分散剤を配合しなかった実施例14でも良好な結果が得られた。このことから、低分子アクリル重合体(A)が分散剤としての効果を有することも確認できた。
低分子量アクリル重合体(A)の重量平均分子量(Mw)が10,000超の比較例1のセラミックグリーンシートは、伸度に劣っていた。
低分子量アクリル重合体(A)のガラス転移温度が−20℃よりも高い比較例2のセラミックグリーンシートは、強度、伸度ともに劣っていた。
樹脂(B)の重量平均分子量が100,000未満の比較例3のセラミックグリーンシートは、強度に劣っていた。
樹脂(B)の重量平均分子量が1,000,000超の比較例4のセラミックグリーンシートは、伸度に劣っていた。
樹脂(B)のガラス転移温度が40℃未満の比較例5のセラミックグリーンシートは、強度に劣っていた。