JP7830331B2 - 重合性官能基含有マイクロバルーン - Google Patents
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Description
[1]イソ(チオ)シアネート基との反応性を有する重合性官能基をマイクロバルーンの表層に有し、該マイクロバルーンの粒径が10~200μmであるマイクロバルーン。
[2]前記イソ(チオ)シアネート基と反応性を有する重合性官能基が、水酸基、アミノ基、及びチオール基からなる群から選ばれる少なくとも1つの基である上記[1]に記載のマイクロバルーン。
[3]表層に有するイソ(チオ)シアネート基との反応性を有する重合性官能基の量が、マイクロバルーンの重量あたり0.75mmol/g以上である上記[1]又は[2]に記載のマイクロバルーン。
[4]前記マイクロバルーンがウレタン(ウレア)樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、及びアミド樹脂からなる群から選ばれる少なくとも一つの樹脂からなる上記[1]~[3]のいずれか1項に記載のマイクロバルーン。
[5]前記マイクロバルーンの灰分が、該マイクロバルーンを100質量部としたとき、0.5質量部以下である上記[1]~[4]のいずれか1項に記載のマイクロバルーン。
[6]前記マイクロバルーンの嵩密度が0.01~0.5g/cm3である上記[1]~[5]のいずれか1項に記載のマイクロバルーン。
[7]上記[1]~[6]のいずれか1項に記載のマイクロバルーンを含んでなるポリウレタン(ウレア)樹脂。
[8]上記[7]に記載のポリウレタン(ウレア)樹脂を用いたCMP用研磨パッド。
[9]前記ポリウレタン(ウレア)樹脂のショアー硬さが40A~80D、密度が0.60~0.95g/cm3である上記[8]に記載のCMP用研磨パッド。
本発明のマイクロバルーンは、外殻を有する粒子であり、マイクロバルーン内部が中空でもよく、または有機溶媒等が内包していてもよい。外殻は樹脂により形成されており、好ましい樹脂は後述するとおりである。
また、重合性官能基をマイクロバルーンの表層に有するとは、マイクロバルーンの外殻を構成する樹脂が重合性官能基を有することを意味する。
なお、マイクロバルーンの粒径とはマイクロバルーンの平均粒子径を意味する。マイクロバルーンの平均粒子径の測定は、公知の方法を採用すればよく、具体的には、画像解析法を用いることができる。画像解析法を用いることで容易に粒子サイズを測定できる。なお、平均粒子径は一次粒子の平均粒子径である。画像解析法による平均粒子径の測定は、例えば光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡などを用いて行うことができる。
具体的には、画像解析法により、複数(少なくとも20個以上)のマイクロバルーンの個々の粒子径を測定し、その平均値として平均粒子径を求める。
また、個々のマイクロバルーンの粒子径とは、観察された粒子の形状が円形であればその直径であり、観察された粒子の形状が円形以外の形状であればその粒子の外周上の任意の2点間の直線距離が最大になったときのその距離である。
該メラミン樹脂とは、主鎖がメラミンを含む多官能アミンとホルムアルデヒドとの重縮合によって得られる樹脂であり、該尿素樹脂とは、主鎖が尿素(さらに多官能アミンも含む)とホルムアルデヒドとの重縮合によって得られる樹脂であり、該アミド樹脂とは、主鎖にアミド結合を有する樹脂である。
<(A1)少なくとも2個のイソ(チオ)シアネート基を有する多官能イソシアネート化合物>
本発明に用いられる(A1)多官能イソ(チオ)シアネート化合物は、イソシアネート基およびイソチオシアネート基からなる群から選択される基を少なくとも2つ有する化合物である。もちろん、イソシアネート基とイソチオシアネート基の二つの基を有している化合物も選択される。中でも、イソ(チオ)シアネート基を分子内に、2~6個有する化合物が好ましく、2~4個有する化合物がより好ましく、2~3個有する化合物がさらに好ましい。
エチレンジイソシアネート、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、オクタメチレンジイソシアネート、ノナメチレンジイソシアネート、2,2’-ジメチルペンタンジイソシアネート、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、デカメチレンジイソシアネート、ブテンジイソシアネート、1,3-ブタジエン-1,4-ジイソシアネート、2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,6,11-トリメチルウンデカメチレンジイソシアネート、1,3,6-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,8-ジイソシアネート4-イソシアネートメチルオクタン、2,5,7-トリメチル-1,8-ジイソシアネート5-イソシアネートメチルオクタン、ビス(イソシアネートエチル)カーボネート、ビス(イソシアネートエチル)エーテル、1,4-ブチレングリコールジプロピルエーテル-ω,ω’-ジイソシアネート、リジンジイソシアネートメチルエステル、2,4,4,-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等の2官能イソシアネートモノマー(ウレタンプレポリマーを構成する2官能イソ(チオ)シアネート化合物に該当する)。
イソホロンジイソシアネート、(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,5-ジイル)ビスメチレンジイソシアネート、(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,6-ジイル)ビスメチレンジイソシアネート、2β,5α-ビス(イソシアネート)ノルボルナン、2β,5β-ビス(イソシアネート)ノルボルナン、2β,6α-ビス(イソシアネート)ノルボルナン、2β,6β-ビス(イソシアネート)ノルボルナン、2,6-ジ(イソシアネートメチル)フラン、1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、ジシクロヘキシルメタン-4,4’-ジイソシアネート、4,4-イソプロピリデンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、シクロヘキサンジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネート、ジシクロヘキシルジメチルメタンジイソシアネート、2,2’-ジメチルジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、ビス(4-イソシアネートn-ブチリデン)ペンタエリスリトール、ダイマー酸ジイソシアネート、2,5-ビス(イソシアネートメチル)-ビシクロ〔2,2,1〕-ヘプタン、2,6-ビス(イソシアネートメチル)-ビシクロ〔2,2,1〕-ヘプタン、3,8-ビス(イソシアネートメチル)トリシクロデカン、3,9-ビス(イソシアネートメチル)トリシクロデカン、4,8-ビス(イソシアネートメチル)トリシクロデカン、4,9-ビス(イソシアネートメチル)トリシクロデカン、1,5-ジイソシアネートデカリン、2,7-ジイソシアネートデカリン、1,4-ジイソシアネートデカリン、2,6-ジイソシアネートデカリン、ビシクロ[4.3.0]ノナン-3,7-ジイソシアネート、ビシクロ[4.3.0]ノナン-4,8-ジイソシアネート、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,5-ジイソシアネートとビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,6-ジイソシアネート、ビシクロ[2,2,2]オクタン-2,5-ジイソシアネート、ビシクロ[2,2,2]オクタン-2,6-ジイソシアネート、トリシクロ[5.2.1.02.6]デカン-3,8-ジイソシアネート、トリシクロ[5.2.1.02.6]デカン-4,9-ジイソシアネート等の2官能イソシアネートモノマー(ウレタンプレポリマーを構成する2官能イソ(チオ)シアネート化合物に該当する)。
キシリレンジイソシアネート(o-、m-,p-)、テトラクロロ-m-キシリレンジイソシアネート、メチレンジフェニル-4,4’-ジイソシアネート、4-クロル-m-キシリレンジイソシアネート、4,5-ジクロル-m-キシリレンジイソシアネート、2,3,5,6-テトラブロム-p-キシリレンジイソシアネート、4-メチル-m-キシリレンジイソシアネート、4-エチル-m-キシリレンジイソシアネート、ビス(イソシアネートエチル)ベンゼン、ビス(イソシアネートプロピル)ベンゼン、1,3-ビス(α,α-ジメチルイソシアネートメチル)ベンゼン、1,4-ビス(α,α-ジメチルイソシアネートメチル)ベンゼン、α,α,α’,α’-テトラメチルキシリレンジイソシアネート、ビス(イソシアネートブチル)ベンゼン、ビス(イソシアネートメチル)ナフタリン、ビス(イソシアネートメチル)ジフェニルエーテル、ビス(イソシアネートエチル)フタレート、2,6-ジ(イソシアネートメチル)フラン、フェニレンジイソシアネート(o-,m-,p-)、エチルフェニレンジイソシアネート、イソプロピルフェニレンジイソシアネート、ジメチルフェニレンジイソシアネート、ジエチルフェニレンジイソシアネート、ジイソプロピルフェニレンジイソシアネート、トリメチルベンゼントリイソシアネート、ベンゼントリイソシアネート、1,3,5-トリイソシアネートメチルベンゼン、1,5-ナフタレンジイソシアネート、メチルナフタレンジイソシアネート、ビフェニルジイソシアネート、2,4-トリレンジイソシアネート、2,6-トリレンジイソシアネート、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、2,2’-ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、3,3’-ジメチルジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート、ビベンジル-4,4’-ジイソシアネート、ビス(イソシアネートフェニル)エチレン、3,3’-ジメトキシビフェニル-4,4’-ジイソシアネート、フェニルイソシアネートメチルイソシアネート、フェニルイソシアネートエチルイソシアネート、テトラヒドロナフチレンジイソシアネート、ヘキサヒドロベンゼンジイソシアネート、ヘキサヒドロジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート、ジフェニルエーテルジイソシアネート、エチレングリコ-ルジフェニルエーテルジイソシアネート、1,3-プロピレングリコールジフェニルエーテルジイソシアネート、ベンゾフェノンジイソシアネート、ジエチレングリコ-ルジフェニルエーテルジイソシアネート、ジベンゾフランジイソシアネート、カルバゾールジイソシアネート、エチルカルバゾールジイソシアネート、ジクロロカルバゾールジイソシアネート、2,4-トリレンジイソシアネート、2,6-トリレンジイソシアネート等の2官能イソシアネートモノマー(ウレタンプレポリマーを構成する2官能イソ(チオ)シアネート化合物に該当する)。
p-フェニレンジイソチオシアネート、キシリレン-1,4-ジイソチオシアネート、およびエチリジンジイソチオシアネート等の2官能イソチオシアネート(ウレタンプレポリマーを構成する2官能イソ(チオ)シアネート化合物に該当する)。
その他のイソシアネートとして、ヘキサメチレンジイソシアネートやトリレンジイソシアネートなどのジイソシアネート類を主原料としたビュレット構造、ウレトジオン構造、イソシアヌレート構造(たとえば、特開2004-534870号公報には、脂肪族ポリイソシアネートのビュレット構造、ウレトジオン構造、イソシアヌレート構造の変性の方法が開示されている)を有する多官能イソシアネートやトリメチロールプロパンなどの3官能以上のポリオールとのアダクト体として多官能としたもの等が挙げられる(成書(岩田敬治編 ポリウレタン樹脂ハンドブック 日刊工業新聞社(1987))等に開示されている)。
本発明において、前記(A12)ウレタンプレポリマーは、前記した(A1)成分から選択された2官能イソシアネート化合物((A1)成分として例示した中で明記した化合物)と、以下に示す(A21)2官能ポリ(チ)オール化合物、または、(A31)2官能アミン化合物とを反応させたものが好適である。
(脂肪族ジオール)
エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブチレングリコール、1,5-ジヒドロキシペンタン、1,6-ジヒドロキシヘキサン、1,7-ジヒドロキシヘプタン、1,8-ジヒドロキシオクタン、1,9-ジヒドロキシノナン、1,10-ジヒドロキシデカン、1,11-ジヒドロキシウンデカン、1,12-ジヒドロキシドデカン、ネオペンチルグリコール、モノオレイン酸グリセリル、モノエライジン、ポリエチレングリコール、3-メチル-1,5-ジヒドロキシペンタン、ジヒドロキシネオペンチル、2-エチル-1,2-ジヒドロキシヘキサン、2-メチル-1,3-ジヒドロキシプロパン、ポリエステルポリオール(ポリオールと多塩基酸との縮合反応により得られる両末端にのみ水酸基を有する化合物)、ポリエーテルポリオール(アルキレンオキシドの開環重合、または、分子中に活性水素含有基を2個以上有する化合物とアルキレンオキサイドとの反応により得られる化合物およびその変性体であり、分子の両末端にのみ水酸基を有するもの)、ポリカプロラクトンポリオール(ε-カプロラクトンの開環重合により得られる化合物であり、分子の両末端にのみ水酸基を有するもの)、ポリカーボネートポリオール(低分子ポリオールの1種類以上をホスゲン化して得られる化合物あるいはエチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジフェニルカーボネート等を用いてエステル交換して得られる化合物であり、分子の両末端にのみ水酸基を有するもの)、ポリアクリルポリオール((メタ)アクリレート酸エステルやビニルモノマーを重合させて得られるポリオール化合物であり、分子の両末端にのみ水酸基を有するもの)等の2官能ポリオール化合物。
水添ビスフェノールA、シクロブタンジオール、シクロペンタンジオール、シクロヘキサンジオール、シクロヘプタンジオール、シクロオクタンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ヒドロキシプロピルシクロヘキサノール、トリシクロ〔5,2,1,02,6〕デカン-ジメタノール、ビシクロ〔4,3,0〕-ノナンジオール、ジシクロヘキサンジオール、トリシクロ〔5,3,1,13,9〕ドデカンジオール、ビシクロ〔4,3,0〕ノナンジメタノール、トリシクロ〔5,3,1,13,9〕ドデカン-ジエタノール、ヒドロキシプロピルトリシクロ〔5,3,1,13,9〕ドデカノール、スピロ〔3,4〕オクタンジオール、ブチルシクロヘキサンジオール、1,1’-ビシクロヘキシリデンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、1,3-シクロヘキサンジメタノール、1,2-シクロヘキサンジメタノール、およびo-ジヒドロキシキシリレン等の2官能ポリオール化合物。
ジヒドロキシナフタレン、ジヒドロキシベンゼン、ビスフェノールA、ビスフェノールF、キシリレングリコール、テトラブロムビスフェノールA、ビス(4-ヒドロキシフェニル)メタン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)エタン、1,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)エタン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)フェニルメタン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)-1-ナフチルメタン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-1-フェニルエタン、2-(4-ヒドロキシフェニル)-2-(3-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ブタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-3-メチルブタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ペンタン、3,3-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ペンタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ヘキサン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)オクタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-4-メチルペンタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ヘプタン、4,4-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ヘプタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)トリデカン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)オクタン、2,2-ビス(3-メチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-エチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-n-プロピル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-イソプロピル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-sec-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-シクロヘキシル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-アリル-4’-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-メトキシ-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3,5-ジメチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(2,3,5,6-テトラメチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)シアノメタン、1-シアノ-3,3-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ブタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)シクロペンタン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)シクロヘプタン、1,1-ビス(3-メチル-4-ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1,1-ビス(3,5-ジメチル-4-ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1,1-ビス(3,5-ジクロロ-4-ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1,1-ビス(3-メチル-4-ヒドロキシフェニル)-4-メチルシクロヘキサン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ノルボルナン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)アダマンタン、4,4’-ジヒドロキシジフェニルエーテル、4,4’-ジヒドロキシ-3,3’-ジメチルジフェニルエーテル、エチレングリコールビス(4-ヒドロキシフェニル)エーテル、4,4’-ジヒドロキシジフェニルスルフィド、3,3’-ジメチル-4,4’-ジヒドロキシジフェニルスルフィド、3,3’-ジシクロヘキシル-4,4’-ジヒドロキシジフェニルスルフィド、3,3’-ジフェニル-4,4’-ジヒドロキシジフェニルスルフィド、4,4’-ジヒドロキシジフェニルスルホキシド、3,3’-ジメチル-4,4’-ジヒドロキシジフェニルスルホキシド、4,4’-ジヒドロキシジフェニルスルホン、4,4’-ジヒドロキシ-3,3’-ジメチルジフェニルスルホン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)ケトン、ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)ケトン、7,7’-ジヒドロキシ-3,3’,4,4’-テトラヒドロ-4,4,4’,4’-テトラメチル-2,2’-スピロビ(2H-1-ベンゾピラン)、トランス-2,3-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-2-ブテン、9,9-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フルオレン、3,3-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-2-ブタノン、1,6-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-1,6-ヘキサンジオン、4,4’-ジヒドロキシビフェニル、m-ジヒドロキシキシリレン、p-ジヒドロキシキシリレン、1,4-ビス(2-ヒドロキシエチル)ベンゼン、1,4-ビス(3-ヒドロキシプロピル)ベンゼン、1,4-ビス(4-ヒドロキシブチル)ベンゼン、1,4-ビス(5-ヒドロキシペンチル)ベンゼン、1,4-ビス(6-ヒドロキシヘキシル)ベンゼン、2,2-ビス〔4-(2”-ヒドロキシエチルオキシ)フェニル〕プロパン、およびハイドロキノン、レゾールシン等の2官能ポリオール化合物。
ポリオールと多塩基酸との縮合反応により得られる2官能ポリオール化合物が挙げられる。中でも、数平均分子量が400~2000であることが好ましく、500~1500より好ましく、600~1200が最も好ましい。
アルキレンオキシドの開環重合、または、分子中に活性水素含有基を2個以上有する化合物とアルキレンオキサイドとの反応により得られる2官能ポリオール化合物およびその変性体が挙げられる。中でも、数平均分子量が400~2000であることが好ましく、500~1500より好ましく、600~1200が最も好ましい。
ε-カプロラクトンの開環重合により得られる2官能ポリオール化合物が挙げられる。中でも、数平均分子量が400~2000であることが好ましく、500~1500より好ましく、600~1200が最も好ましい。
低分子ポリオールの1種類以上をホスゲン化して得られる2官能ポリオール化合物あるいはエチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジフェニルカーボネート等を用いてエステル交換して得られる2官能ポリオール化合物が挙げられる。中でも、数平均分子量が400~2000であることが好ましく、500~1500より好ましく、600~1200が最も好ましい。
テトラエチレングリコールビス(3-メルカプトプロピオネート)、1,4-ブタンジオールビス(3-メルカプトプロピオネート)、1,6-ヘキサンジオールビス(3-メルカプトプロピオネート)、1,4-ビス(メルカプトプロピルチオメチル)ベンゼンなどの2官能ポリチオール化合物。
2-メルカプトエタノール、1-ヒドロキシ-4-メルカプトシクロヘキサン、2-メルカプトハイドロキノン、4-メルカプトフェノール、1-ヒドロキシエチルチオ-3-メルカプトエチルチオベンゼン、4-ヒドロキシ-4’-メルカプトジフェニルスルホン、2-(2-メルカプトエチルチオ)エタノール、ジヒドロキシエチルスルフィドモノ(3-メルカプトプロピオネート)、ジメルカプトエタンモノ(サルチレート)等の2官能ポリ(チ)オール化合物。
前記(A31)2官能アミン化合物を例示すると以下のものが挙げられる。
エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、ウンデカンメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、メタキシレンジアミン、1,3-プロパンジアミン、プトレシン等の2官能アミン化合物。
イソホロンジアミン、シクロヘキシルジアミン等の2官能アミン化合物。
4,4’-メチレンビス(o-クロロアニリン)(MOCA)、2,6-ジクロロ-p-フェニレンジアミン、4,4’-メチレンビス(2,3-ジクロロアニリン)、4,4’-メチレンビス(2-エチル-6-メチルアニリン)、3,5-ビス(メチルチオ)-2,4-トルエンジアミン、3,5-ビス(メチルチオ)-2,6-トルエンジアミン、3,5-ジエチルトルエン-2,4-ジアミン、3,5-ジエチルトルエン-2,6-ジアミン、トリメチレングリコール-ジ-p-アミノベンゾエート、ポリテトラメチレングリコール-ジ-p-アミノベンゾエート、4,4’-ジアミノ-3,3’,5,5’-テトラエチルジフェニルメタン、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジイソプロピル-5,5’-ジメチルジフェニルメタン、4,4’-ジアミノ-3,3’,5,5’-テトライソプロピルジフェニルメタン、1,2-ビス(2-アミノフェニルチオ)エタン、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジエチル-5,5’-ジメチルジフェニルメタン、N,N’-ジ-sec-ブチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,3’-ジエチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、m-キシリレンジアミン、N,N’-ジ-sec-ブチル-p-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、p-キシリレンジアミン、p-フェニレンジアミン、3,3’-メチレンビス(メチル-6-アミノベンゾエート)、2,4-ジアミノ-4-クロロ安息香酸-2-メチルプロピル、2,4-ジアミノ-4-クロロ安息香酸-イソプロピル、2,4-ジアミノ-4-クロロフェニル酢酸-イソプロピル、テレフタル酸-ジ-(2-アミノフェニル)チオエチル、ジフェニルメタンジアミン、トリレンジアミン、ピペラジン等の2官能アミン化合物。
(A12)ウレタンプレポリマーは、前記した2官能イソ(チオ)シアネート化合物と、(A21)2官能ポリ(チ)オール化合物および/または(A31)2官能アミン化合物を反応させることによって製造される。ただし、本発明において(A12)ウレタンプレポリマーは、未反応のイソ(チオ)シアネート基を含有していなければならない。イソ(チオ)シアネート基を含有する(A12)ウレタンプレポリマーの製造方法は、公知の方法が特に制限されず、たとえば、2官能イソ(チオ)シアネート化合物におけるイソ(チオ)シアネート基のモル数(n5)と(A21)2官能ポリ(チ)オール化合物および/または(A31)2官能アミン化合物の活性水素を持つ基のモル数(n6)とが、1<(n5)/(n6)≦2.3となる範囲で製造する方法が挙げられる。なお、2種類以上の2官能イソ(チオ)シアネート化合物を用いる場合、該イソ(チオ)シアネート基のモル数(n5)は、それら2官能イソ(チオ)シアネート化合物の合計のイソ(チオ)シアネート基のモル数とする。また、2種類以上の(A21)2官能ポリ(チ)オール化合物および/または(A31)2官能アミン化合物を用いた場合、該活性水素を持つ基のモル数(n6)は、それら(A21)2官能ポリ(チ)オール化合物および/または(A31)2官能アミン化合物の合計の活性水素のモル数とする。なお、本発明においては、活性水素が第一級アミノ基である場合であっても、第一級アミノ基を1モルと計算する。その理由は、第一級アミノ基において、2つ目のアミノ基(-NH)が反応するには、かなりのエネルギーを要する(第一級アミノ基であっても、2つ目の-NHは反応し難い)ため、本発明においては、第一級アミノ基を有する2官能活性水素含有化合物を使用したとしても、第一級アミノ基を1モルと計算する。
本発明に使用される(A2)ポリ(チ)オール化合物は、水酸基、およびチオール基からなる群から選択される基を少なくとも1分子中に2個以上有している化合物であれば制限なく使用できる。もちろん、水酸基とチオール基の二つの基を有している化合物も選択される。これらは前記(A12)ウレタンプレポリマー作製に用いられる(A21)2官能ポリ(チ)オール化合物も含まれる。(A2)成分はウレタン(ウレア)樹脂からなるマイクロバルーンにおいて好適に使用される。本発明のマイクロバルーンにおいて特に好適に使用される(A2)成分は、水溶性ポリ(チ)オール化合物である。
本発明に使用される(A3)多官能アミン化合物は、アミノ基を1分子中に2個以上有しているモノマーであれば制限なく使用できる。これらは前記(A12)ウレタンプレポリマー作製に用いられる(A31)2官能アミン化合物も含まれる。(A3)成分はウレタン(ウレア)樹脂、またはアミド樹脂からなるマイクロバルーンにおいて好適に使用される。本発明のマイクロバルーンにおいて特に好適に使用される(A3)成分は、水溶性ポリアミン化合物である。
本発明で用いられる少なくとも水酸基とアミン基を両方有する化合物としては、分子内に少なくとも水酸基とアミノ基がそれぞれ1個以上有するものであれば制限なく使用できる。(A4)成分はウレタン(ウレア)樹脂からなるマイクロバルーンにおいて好適に使用される。特に好適に使用される(A4)成分は、水溶性の分子内に水酸基とアミノ基を両方有する化合物である。
(A5)メラミンホルムアルデヒドプレポリマー化合物は、メラミンとホルムアルデヒドのメラミン-ホルムアルデヒド初期縮合物であり、常法に従って製造することができる。メラミンとホルムアルデヒドのメラミン-ホルムアルデヒド初期縮合物としては、例えばメチロールメラミンなどが挙げられる。また、メラミンホルムアルデヒドプレポリマー化合物としては、市販されているものも適宜使用できる。たとえば、ベッカミンAPM、ベッカミンM-3、ベッカミンM-3(60)、ベッカミンMA-S 、ベッカミンJ-101、ベッカミンJ-1 01LF(DIC株式会社製)、ニカレジンS-176、ニカレジンS-260(日本カーバイト株式会社製)、ミルベンレジンSM-800(昭和高分子株式会社製)等が挙げられる。
(A5)成分は、メラミン樹脂からなるマイクロバルーンにおいて好適に使用される。
(A6)尿素ホルムアルデヒドプレポリマー化合物は尿素とホルムアルデヒドの尿素-ホルムアルデヒド初期縮合物であり、常法に従って製造することができる。尿素とホルムアルデヒドの尿素-ホルムアルデヒド初期縮合物としては、例えばメチロール尿素などが挙げられる。また、尿素ホルムアルデヒドプレポリマー化合物としては、市販されているものも適宜使用できる。たとえば、8HSP(昭和高分子株式会社製)等が挙げられる。
(A6)成分は、尿素樹脂からなるマイクロバルーンにおいて好適に使用される。
(A7)多官能カルボン酸化合物としては、ジカルボン酸化合物、ジカルボン酸ジハロゲン化物が挙げられる。
本発明のマイクロバルーンの製造方法は、公知の方法が制限なく使用することができ、たとえば、界面重合、コアセルベーション法、In-situ重合等の水相と油相によるエマルションを利用した既知の手法を用いてマイクロバルーンを作製すればよい。また、必要に応じて、内部の液体を取り除くことで中空マイクロバルーンを製造することもできる。
本発明のマイクロバルーンがウレタン(ウレア)樹脂、またはアミド樹脂からなる場合、界面重合により作製できる。界面重合の場合、水中油(O/W)エマルション(以下、O/Wエマルションともいう。)または、油中水(W/O)エマルション(以下、W/Oエマルションともいう。)を作製した後に、界面で重合することでマイクロバルーンを作製することができる。本発明においては、O/Wエマルション、または、W/Oエマルションのどちらも選択可能であるが、O/Wエマルションによる界面重合が効率よくイソ(チオ)シアネート基との反応性を有する重合性官能基をマイクロバルーンの表層に有するマイクロバルーンを作製可能であるから好ましい。下記に、O/Wエマルションでの界面重合法を例示する。なお、以下の例示は、基本ウレタン(ウレア)樹脂の例示であり、アミド樹脂については「アミド樹脂からなる場合」と注釈した。
第1工程は、O/Wエマルションにおいて分散相となる(a)少なくとも(A1)成分(アミド樹脂からなる場合は(A7)成分)と有機溶媒とを含む油相を調製する工程である。
第2工程は、O/Wエマルションにおいて連続相となる、(b)乳化剤と水とを含む水相を調製する工程である。
第3工程は、第1工程で得られた(a)成分と第2工程で得られた(b)成分とを混合・撹拌して、(a)成分が分散相、(b)成分が連続相としてなるO/Wエマルションを調製する工程である。
第4工程は、前記O/Wエマルション中に(A2)~(A4)成分(アミド樹脂からなる場合は(A3)~(A4)成分)から選択される少なくとも1種類の化合物を加えて、O/Wエマルションの界面上で重合させて樹脂膜を形成させ、マイクロバルーンとすることにより、該マイクロバルーンが分散したマイクロバルーン分散液を得る工程である。
第5工程は、前記のマイクロバルーン分散液からマイクロバルーンを分離する工程である。マイクロバルーン分散液からマイクロバルーンを分離する分離方法は、特に制限なく一般的な分離手法から選択すればよく、具体的には、濾別や遠心分離等が用いられる。
第6工程は、第5工程で得られた前記のマイクロバルーンから、内部の油相を取り除き、中空マイクロバルーンにする工程である。マイクロバルーンから油相を取り除く方法は、特に制限なく一般的な分離手法から選択すればよく、具体的には、循風乾燥機、スプレードライヤー、流動層式乾燥機、真空乾燥機等が用いられる。乾燥する場合の温度としては、好ましくは40~250℃、さらに好ましくは50~200℃である。
本発明のマイクロバルーンがメラミン樹脂または尿素樹脂からなる場合も、O/Wエマルションを形成後、界面重合やIn-situ重合により作製できる。下記に具体例を示すが、本発明の製造方法はこれに限定されない。
第1工程は、O/Wエマルションにおいて分散相となる、(c)有機溶媒を含む油相を調製する工程である。
第2工程:
第2工程は、O/Wエマルションにおいて連続相となる、(d)乳化剤と水とを含む水相であり、且つpHを調製する工程である。
第3工程:
第3工程は、第1工程で得られた(c)成分と第2工程で得られた(d)成分とを混合・撹拌して、(c)成分が分散相、(d)成分が連続相としてなるO/Wエマルションを調製する工程である。
第4工程は、前記O/Wエマルション中に(A5)成分、または(A6)成分を加えて、O/Wエマルションの界面上で重合を進行させて、樹脂膜を形成させ、マイクロバルーンとすることにより、形成したマイクロバルーンが分散したマイクロバルーン分散液を得る工程である。
第5工程、第6工程
第5工程、第6工程は前記マイクロバルーンがウレタン(ウレア)樹脂(またはポリアミド樹脂)からなる場合と同様の工程である。
本発明において、(b)成分または(d)成分に用いられる乳化剤には、分散剤、界面活性剤、またはこれらの組み合わせが含まれる。
本発明において、(a)成分または(c)成分に用いられる有機溶媒は、(A1)成分、(A7)成分、または親油性の(A)成分が溶解するものであれば特に制限されない。また、本発明において親油性とは、水への溶解度が1g/1L以下のものである。 前記有機溶媒としては、たとえば、炭化水素系、ハロゲン化系、ケトン系溶媒等が挙げられる。
n-ヘキサン、n-ヘプタン、n-オクタン、n-ヘキサデカン、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、シクロヘキサン、シクロペンタン、メチルシクロヘキサン等の脂環式炭化水素が挙げられる。
クロロホルム、ジクロロメタン、テトラクロロエタン、モノまたはジクロルベンゼン等が挙げられる。
メチルイソブチルケトン等が挙げられる。
本発明において、エマルションをより安定化させる目的で、本発明の効果を損なわない範囲で、水相に添加剤を加えてもよい。このような添加剤としては、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸カリウム、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸カルシウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム等の水溶性の塩が挙げられる。これらの添加剤は、単独で、あるいは、2種以上を組み合わせて用いることもできる。
(ウレタン化触媒)
本発明において、(A12)成分であるウレタンプレポリマーを合成する場合や、マイクロバルーンがウレタン(ウレア)樹脂からなる場合に用いられるウレタン化触媒は、任意の適切なものが何ら制限なく使用できる。具体的に例示すると、トリエチレンジアミン、ヘキサメチレンテトラミン、N,N-ジメチルオクチルアミン、N,N,N′,N′-テトラメチル-1,6-ジアミノヘキサン、4,4′-トリメチレンビス(1-メチルピペリジン)、1,8-ジアザビシクロ-(5,4,0)-7-ウンデセン、ジメチルスズジクロライド、ジメチルスズビス(イソオクチルチオグリコレート)、ジブチルスズジクロライド、ジブチルチンジラウレート、ジブチルスズマレエート、ジブチルスズマレエートポリマー、ジブチルスズジリシノレート、ジブチルスズビス(ドデシルメルカプチド)、ジブチルスズビス(イソオクチルチオグリコレート)、ジオクチルスズジクロライド、ジオクチルスズマレエート、ジオクチルスズマレエートポリマー、ジオクチルスズビス(ブチルマレエート)、ジオクチルスズジラウレート、ジオクチルスズジリシノレート、ジオクチルスズジオレエート、ジオクチルスズジ(6-ヒドロキシ)カプロエート、ジオクチルスズビス(イソオクチルチオグリコレート)、ジドデシルスズジリシノレート、各種金属塩、たとえば、オレイン酸銅、アセチルアセトン酸銅、アセチルアセトン酸鉄、ナフテン酸鉄、乳酸鉄、クエン酸鉄、グルコン酸鉄、オクタン酸カリウム、チタン酸2-エチルヘキシル等が挙げられる。
マイクロバルーンがアミド樹脂からなる場合に用いられるアミド化触媒は、任意の適切なものが何ら制限なく使用できる。具体的に例示すると、ホウ素やリン酸二水素ナトリウム等が挙げられる。
本発明のマイクロバルーンは、特にポリウレタン(ウレア)樹脂に含有させることにより、優れた耐久性を発現させることができる。なお、本明細書においてポリウレタン(ウレア)樹脂とは、ポリウレタン樹脂、ポリウレア樹脂、およびポリウレタンウレア樹脂を総称したものである。
本発明のCMP用研磨パッドは、本発明のマイクロバルーンを含んでなるポリウレタン(ウレア)樹脂を用いることにより、優れた耐久性、および、優れた研磨特性を発現したCMP用研磨パッドを作製することができる。
(1)イソ(チオ)シアネート基と反応性を有する重合性官能基量:
ブチルイソシアネート(または濃度既知のブチルイソシアネート溶液)に本発明のマイクロバルーンを加え、十分攪拌した後に、JIS K 7301に準拠した、逆滴定法によってイソ(チオ)シアネート基を定量した。すなわち、本発明のマイクロバルーンを加え十分攪拌したブチルイソシアネート溶液と、ブチルイソシアネートが有するイソシアネート基の量よりも、明らかに過剰量のジ-n-ブチルアミンとを、イソシアネート基と反応性がない乾燥溶媒に加え、ブチルイソシアネート溶液の全イソシアネート基とジ-n-ブチルアミンとを反応させる。次いで、消費されなかった(反応に関与しなかった)ジ-n-ブチルアミンを酸で滴定して、消費されたジ-n-ブチルアミンの量を求め、マイクロバルーン1gあたりのブチルイソシアネートの消費量を求めた。該消費量をマイクロバルーンの表層に有するイソ(チオ)シアネート基との反応性を有する重合性官能基量(mmol/g)とした。
光学顕微鏡で観察したマイクロバルーンを画像解析により、平均粒径を算出した。
嵩密度は、マイクロバルーンを、1000μmの篩に通した後、容量100mLのメスシリンダーに加え、1000回タップした。その後、該容器のマイクロバルーン体積と質量から、嵩密度[g/cm3]を求めた。
マイクロバルーンを600℃の温度で燃焼した燃焼残さの質量と、燃焼前のマイクロバルーンの質量との割合である。具体的には、燃焼前のマイクロバルーンを100質量部とした場合の燃焼残渣の質量部数を求めた。
JIS規格(硬さ試験)K6253に従って、高分子計器製のデュロメーターによりショアー硬さを測定した。
厚み2mmのダンベル8号形状に打ち抜いた硬化させた樹脂を島津製作所社製AG-SXのオートグラフにて10mm/minで20mm伸長させ、その後、応力がゼロになるまで戻した際のヒステリシスロスを測定した。
硬化させた樹脂のテーバー摩耗試験を実施し、テーバー摩耗量を測定した。測定条件は、テーバー社製の5130型の装置で測定した。荷重は1Kg、回転速度は60rpm、回転数は1000回転、摩耗輪はH-18でテーバー摩耗試験を同一サンプルで同じ箇所で2回実施し、その平均値で評価した。表には耐摩耗性の評価として、テーバー摩耗量(mg)を記載しており、テーバー摩耗量が少ないほど、耐久性に優れることを示す。
下記条件にて、研磨を実施した際の研磨レートを測定した。研磨レートは2インチサファイアウエハ10枚での平均値である。
CMP用研磨パッド:表面に同心円状の溝を形成した、大きさ500mmφ、厚さ1mmのパッド
スラリー:FUJIMI コンポール 80原液
圧力:4psi
回転数:45rpm
時間:1時間
上記(8)で記載した条件で研磨した際の10枚の2インチサファイアウエハの表面をナノサーチ顕微鏡SFT-4500(株式会社島津製作所製)により表面粗さ(Ra)を測定した。表面粗さは2インチサファイアウエハ10枚の平均値である。
(重合性モノマー)
(A1)成分;少なくとも2個のイソシアネート基を有する多官能イソシアネート化合物
(A12)成分;ウレタンプレポリマー
Pre-1:イソ(チオ)シアネート当量が905の末端イソシアネートウレタンプレポリマー
Pre-2:イソ(チオ)シアネート当量が423の末端イソシアネートウレタンプレポリマー
窒素導入管、温度計、攪拌機を備えたフラスコに窒素雰囲気下中、2,4-トリレンジイソシアネート:500g、ポリオキシテトラメチレングリコール(数平均分子量;1,000):900gとジエチレングリコール:120gを、80℃で6時間反応させ、イソシアネート当量が905の末端イソシアネートウレタンプレポリマー(Pre-1)を得た。
(Pre-2の製造方法)
ポリオキシテトラメチレングリコール(数平均分子量;650):585gとジエチレングリコール65gを使用した以外は、製造例 Pre-1と同様の方法を行い、イソ(チオ)シアネート当量が423の末端イソシアネートウレタンプレポリマー(Pre-2)を得た。
TAEA:トリス(2-アミノエチル)アミン
(有機溶媒)
Tol;トルエン
(乳化剤)
PVA:完全けん化型で平均重合度約500のポリビニルアルコール
(マイクロバルーン-1)
トルエン:20質量部に、(A1)成分のPre-2:3質量部を溶解して(a)成分を調製した。次に、水:100質量部にPVA:6質量部を溶解して(b)成分を調製した。次に、調製した(a)成分と(b)成分を混合し、高速せん断式分散機を用いて1,500rpm×10分、25℃の条件で攪拌し、O/Wエマルションを調製した。調製したO/Wエマルションに、25℃で、水:4質量部にTAEA:0.4質量部を溶解した水溶液を滴下した。滴下後、60℃で4時間攪拌し、ウレタン(ウレア)樹脂からなるマイクロバルーン分散液を得た。得られたマイクロバルーン分散液を濾過によりマイクロバルーンを取り出し、温度60℃で真空乾燥24時間し、その後、分級機により篩い分け、中空であるマイクロバルーン-1を得た。
(マイクロバルーン-3)
実施例1でTAEAを0.32質量部とした以外は同様に製造し、マイクロバルーン-3を得た。
取得したマイクロバルーン-3の表層に有するイソ(チオ)シアネート基と反応性を有する重合性官能基量は0.9mmol/gであった。また、マイクロバルーン-3の粒径は約15μmであり、嵩密度は0.20g/cm3、灰分は測定されなかった。
(マイクロバルーン-4)
実施例1でTAEAを0.35質量部とした以外は同様に製造し、マイクロバルーン-4を得た。
取得したマイクロバルーン-4の表層に有するイソ(チオ)シアネート基と反応性を有する重合性官能基量は1.7mmol/gであった。また、マイクロバルーン-4の粒径は約20μmであり、嵩密度は0.19g/cm3、灰分は測定されなかった。
(マイクロバルーン-2)
マイクロバルーン-2は、市販のマイクロカプセル920-40(日本フィライト社製、表面に無機粉体をまぶしたアクリロニトリル樹脂からなる中空であるマイクロバルーン)であり、イソ(チオ)シアネート基と反応性を有する重合性官能基量は0mmol/gであった。粒径は40μm、嵩密度は0.03g/cm3、灰分は1.87質量部であった。
(マイクロバルーンを用いたCMP用研磨パッドの製造方法)
4,4’-メチレンビス(o-クロロアニリン)(MOCA):12質量部を、十分に脱気し、A液を調製した。別途、70℃に加温した上記で製造したPre-1:88質量部に、実施例1で得られたマイクロバルーン-1:3.3質量部を加え、自転公転攪拌機で攪拌して均一な溶液とした。そこに、100℃に調製したA液を加え、自転公転攪拌機で攪拌して均一な重合性組成物とした。前記重合性組成物を金型へ注入し、100℃で15時間硬化させ、マイクロバルーンを含むポリウレタン(ウレア)樹脂を得た。
表1に示した組成を用いた以外は、実施例2と同様な方法でポリウレタン(ウレア)樹脂を用いたCMP用研磨パッドを作製し、評価を行なった。結果を表1に記載する。
Claims (6)
- イソ(チオ)シアネート基との反応性を有する重合性官能基をマイクロバルーンの表層に有し、該マイクロバルーンの粒径が10~200μmであり、前記イソ(チオ)シアネート基と反応性を有する重合性官能基が、水酸基、アミノ基、及びチオール基からなる群から選ばれる少なくとも1つの基であり、表層に有するイソ(チオ)シアネート基との反応性を有する重合性官能基の量が、マイクロバルーンの重量あたり0.75mmol/g以上であり、前記マイクロバルーンがウレタン(ウレア)樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、及びアミド樹脂からなる群から選ばれる少なくとも一つの樹脂からなるマイクロバルーン。
- 前記マイクロバルーンの灰分が、該マイクロバルーンを100質量部としたとき、0.5質量部以下である請求項1に記載のマイクロバルーン。
- 前記マイクロバルーンの嵩密度が0.01~0.5g/cm3である請求項1又は2に記載のマイクロバルーン。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載のマイクロバルーンを含んでなるポリウレタン(ウレア)樹脂。
- 請求項4に記載のポリウレタン(ウレア)樹脂を用いたCMP用研磨パッド。
- 前記ポリウレタン(ウレア)樹脂のショアー硬さが40A~80D、密度が0.60~0.95g/cm3である請求項5に記載のCMP用研磨パッド。
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