CN106661330B - 固化性组合物、固化性组合物的制造方法、固化物、固化性组合物的使用方法和光学器件 - Google Patents
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Abstract
本发明是固化性组合物及其制造方法、将前述固化性组合物固化而成的固化物、将前述固化性组合物用作光学元件固体材料用粘接剂或光学元件固体材料用密封材料的方法、以及光学器件,所述固化性组合物的特征在于,其含有(A)成分:具有式(a‑1):R1SiO3/2所示重复单元的固化性聚倍半硅氧烷化合物;以及(B)成分:选自分子内具有氮原子的硅烷偶联剂和分子内具有酸酐结构的硅烷偶联剂中的至少1种,在测定该固化性组合物的固化物的固体Si核磁共振波谱时,在‑80ppm以上且低于‑40ppm的区域内观测到峰,且该峰的半值宽度为500Hz以上且900Hz以下。根据本发明,提供能够获得耐热性优异且具有高粘接力的固化物的固化性组合物及其制造方法、将前述固化性组合物固化而得到的固化物、将前述固化性组合物用作光学元件固体材料用粘接剂或光学元件固体材料用密封材料的方法、以及光学器件。
Description
技术领域
本发明涉及能够获得耐热性优异且具有高粘接力的固化物的固化性组合物及其制造方法、将前述固化性组合物固化而得到的固化物、将前述固化性组合物用作光学元件固体材料用粘接剂或光学元件固体材料用密封材料的方法、以及光学器件。
背景技术
以往,固化性组合物根据用途而进行了各种改良,作为光学部件或成形体的原料、粘接剂、涂覆剂等而在产业方面广泛使用。
此外,固化性组合物在制造光学元件密封体时作为光学元件用粘接剂、光学元件用密封剂等光学元件固体材料用组合物也备受关注。
关于光学元件,有半导体激光(LD)等各种激光、发光二极管(LED)等发光元件、受光元件、复合光学元件、光集成电路等。
近年来,开发并广泛使用了发光的峰波长的波长更短的蓝光、白光的光学元件。这种发光的峰波长较短的发光元件的高亮度化飞跃地发展,与此相伴,存在光学元件的放热量进一步变大的倾向。
然而,随着近年来的光学元件的高亮度化,光学元件固体材料用组合物的固化物被长时间暴露于能量更高的光、由光学元件产生的温度更高的热,从而出现劣化而发生剥离或者粘接力降低的问题。
为了解决该问题,专利文献1~3中提出了以聚倍半硅氧烷化合物作为主要成分的光学元件固体材料用组合物。
然而,即使是专利文献1~3中记载的组合物、部件等固化物,有时也难以保持充分的粘接力且得到耐热性。
因此,期望开发出能够获得耐热性优异且具有高粘接力的固化物的固化性组合物。
与本发明相关地,专利文献4记载了通过(i)固体Si核磁共振波谱中的峰的化学位移和半值宽度、(ii)硅含有率和(iii)硅烷醇含有率来确定的半导体发光元件用部件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2004-359933号公报
专利文献2:日本特开2005-263869号公报
专利文献3:日本特开2006-328231号公报
专利文献4:日本特开2007-112975号公报(US2009008673 A1)。
发明内容
发明要解决的问题
本发明是鉴于上述现有技术的实际情况而进行的,其目的在于,提供能够获得耐热性优异且具有高粘接力的固化物的固化性组合物及其制造方法、将前述固化性组合物固化而成的固化物、将前述固化性组合物用作光学元件固体材料用粘接剂或光学元件固体材料用密封材料的方法、以及光学器件。
用于解决问题的方法
本发明人等为了解决上述课题而重复进行了深入研究。其结果发现:含有特定的聚倍半硅氧烷化合物和特定的硅烷偶联剂的固化性组合物,且在测定其固化物的固体Si核磁共振波谱时,在特定的区域内观测到峰且该峰的半值宽度为特定范围的固化性组合物会形成耐热性优异且具有高粘接力的固化物,从而完成了本发明。
这样操作,根据本发明,提供下述〔1〕~〔6〕的固化性组合物;〔7〕~〔9〕的固化性组合物的制造方法;〔10〕、〔11〕的固化物;〔12〕、〔13〕的使用固化性组合物的方法;以及〔14〕的光学器件。
〔1〕固化性组合物,其为含有下述(A)成分和(B)成分的固化性组合物,其特征在于,在测定其固化物的固体Si核磁共振波谱时,在-80ppm以上且低于-40ppm的区域内观测到峰,且该峰的半值宽度为500Hz以上且900Hz以下。
(A)成分:具有下述式(a-1)所示重复单元的固化性聚倍半硅氧烷化合物,
[化1]
R1SiO3/2 (a-1)
(式中,R1表示具有取代基或不具有取代基的碳原子数1~10的烷基、或者具有取代基或不具有取代基的芳基。)
(B)成分:选自分子内具有氮原子的硅烷偶联剂和分子内具有酸酐结构的硅烷偶联剂中的至少1种硅烷偶联剂。
〔2〕根据〔1〕所述的固化性组合物,其中,R1为具有取代基或不具有取代基的碳原子数1~10的烷基。
〔3〕根据〔1〕或〔2〕所述的固化性组合物,其中,前述(A)成分的固化性聚倍半硅氧烷化合物的质均分子量(Mw)为1,000~30,000。
〔4〕根据〔1〕~〔3〕中任一项所述的固化性组合物,其中,前述(A)成分的固化性聚倍半硅氧烷化合物是使下述式(a-2)所示化合物中的至少1种在缩聚催化剂的存在下进行缩聚而得到的。
[化2]
R1Si(OR2)x(X1)3-x (a-2)
(式中,R1表示与前述相同的意义。R2表示碳原子数1~10的烷基;X1表示卤原子;x表示0~3的整数。多个R2和多个X1可以分别彼此相同也可以不同。)
〔5〕根据〔1〕~〔4〕中任一项所述的固化性组合物,其中,前述(B)成分包含分子内具有氮原子的硅烷偶联剂和分子内具有酸酐结构的硅烷偶联剂这两者。
〔6〕根据〔1〕~〔5〕中任一项所述的固化性组合物,其中,前述(A)成分与(B)成分的质量比〔(A)成分:(B)成分〕为100:0.01~100:50。
〔7〕〔1〕所述的固化性组合物的制造方法,其特征在于,具备下述步骤(I)和步骤(II),
步骤(I):使下述式(a-2)所示化合物中的至少1种在缩聚催化剂的存在下进行缩聚,从而得到固化性聚倍半硅氧烷化合物的步骤,
[化3]
R1Si(OR2)x(X1)3-x (a-2)
(式中,R1表示与前述相同的意义。R2表示碳原子数1~10的烷基;X1表示卤原子;x表示0~3的整数。多个R2和多个X1可以分别彼此相同也可以不同。)
步骤(II):将通过步骤(I)得到的固化性聚倍半硅氧烷化合物与选自分子内具有氮原子的硅烷偶联剂和分子内具有酸酐结构的硅烷偶联剂中的至少1种硅烷偶联剂进行混合的步骤。
〔8〕根据〔7〕所述的固化性组合物的制造方法,其中,作为缩聚催化剂,至少使用酸催化剂。
〔9〕根据〔8〕所述的固化性组合物的制造方法,其中,前述酸催化剂为选自磷酸、盐酸、硼酸、柠檬酸、乙酸、硫酸和甲磺酸中的至少1种。
〔10〕固化物,其是使前述〔1〕~〔6〕中任一项所述的固化性组合物固化而得到的。
〔11〕根据〔10〕所述的固化物,其为光学元件固体材料。
〔12〕将前述〔1〕~〔6〕中任一项所述的固化性组合物用作光学元件固体材料用粘接剂的方法。
〔13〕将前述〔1〕~〔6〕中任一项所述的固化性组合物用作光学元件固体材料用密封剂的方法。
〔14〕光学器件,其是将前述〔1〕~〔6〕中任一项所述的固化性组合物用作光学元件固体材料用粘接剂或光学元件固体材料用密封剂而得到的。
发明的效果
根据本发明的固化性组合物,能够获得耐热性优异且具有高粘接力的固化物。
本发明的固化性组合物可适合地用作光学元件固体材料用粘接剂和光学元件固体材料用密封剂。
本发明的固化物的耐热性优异且具有高粘接力。
附图说明
图1是实施例1中得到的固化物的固体Si-NMR波谱图。
图2是实施例2中得到的固化物的固体Si-NMR波谱图。
图3是实施例3中得到的固化物的固体Si-NMR波谱图。
图4是实施例4中得到的固化物的固体Si-NMR波谱图。
图5是比较例1中得到的固化物的固体Si-NMR波谱图。
图6是实施例5中得到的固化物的固体Si-NMR波谱图。
图7是实施例6中得到的固化物的固体Si-NMR波谱图。
图8是比较例2中得到的固化物的固体Si-NMR波谱图。
图9是比较例3中得到的固化物的固体Si-NMR波谱图。
具体实施方式
以下,将本发明分成1)固化性组合物及其制造方法、2)固化物、3)固化性组合物的使用方法、以及4)光学器件来详细说明。
1)固化性组合物
本发明的固化性组合物的特征在于,其为含有前述(A)成分和(B)成分的固化性组合物,在测定其固化物的固体Si核磁共振波谱时,在-80ppm以上且低于-40ppm的区域内观测到峰,且该峰的半值宽度为500Hz以上且900Hz以下。
(A)成分
构成本发明固化性组合物的(A)成分是具有前述式(a-1)所示重复单元的固化性聚倍半硅氧烷化合物(以下有时称为“硅烷化合物聚合物(A)”。)。
前述式(a-1)中,R1表示具有取代基或不具有取代基的碳原子数1~10的烷基、或者具有取代基或不具有取代基的芳基。
作为R1的碳原子数1~10的烷基,可列举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正辛基、正壬基等。这些之中,优选为碳原子数1~6的烷基,更优选为碳原子数1~3的烷基。
作为R1的具有取代基的碳原子数1~10的烷基的取代基,可列举出氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等卤原子;氰基;或者式OG所示的基团。
G表示羟基的保护基。作为羟基的保护基,没有特别限定,可列举出作为羟基的保护基而已知的公知保护基。可列举出例如酰基系的保护基;三甲基甲硅烷基、三乙基甲硅烷基、叔丁基二甲基甲硅烷基、叔丁基二苯基甲硅烷基等甲硅烷基系的保护基;甲氧基甲基、甲氧基乙氧基甲基、1-乙氧基乙基、四氢吡喃-2-基、四氢呋喃-2-基等缩醛系的保护基;叔丁氧基羰基等烷氧基羰基系的保护基;甲基、乙基、叔丁基、辛基、烯丙基、三苯基甲基、苄基、对甲氧基苄基、芴基、三苯甲基、二苯甲基等醚系的保护基等。这些之中,作为G,优选为酰基系的保护基。
酰基系的保护基具体而言是式-C(=O)R所示的基团。式中,R表示甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基等碳原子数1~6的烷基;或者具有取代基或不具有取代基的苯基。
作为R所示的具有取代基的苯基上的取代基,可列举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、异辛基等烷基;氟原子、氯原子、溴原子等卤原子;甲氧基、乙氧基等烷氧基。
作为R1的芳基,可列举出苯基、1-萘基、2-萘基等。
作为R1的具有取代基的芳基上的取代基,可列举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、异辛基等烷基;氟原子、氯原子、溴原子等卤原子;甲氧基、乙氧基等烷氧基。
这些之中,作为R1,由于容易获得会赋予耐热性和粘接性更优异的固化物的固化性组合物,因此优选为具有取代基或不具有取代基的碳原子数1~10的烷基,更优选为碳原子数1~6的烷基,进一步优选为碳原子数1~3的烷基。
硅烷化合物聚合物(A)可以具有除了前述式(a-1)所示的重复单元之外的重复单元。作为除了式(a-1)所示的重复单元之外的重复单元,可列举出下述式(a-3)、式(a-4)所示的重复单元。
[化4]
R1SiZO2/2 (a-3)
R1SiZ2O1/2 (a-4)
式(a-3)、式(a-4)中,R1表示与前述相同的意义。Z表示羟基、碳原子数1~10的烷氧基或卤原子。作为碳原子数1~10的烷氧基,可列举出甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基、叔丁氧基、戊氧基、己氧基、辛氧基等。作为卤原子,可列举出氟原子、氯原子、溴原子等。
这些之中,Z优选为羟基或碳原子数1~6的烷氧基。
硅烷化合物聚合物(A)中的前述式(a-1)所示的重复单元相对于全部重复单元的含有比例优选为40质量%以上、更优选为50~95质量%、进一步优选为60~90质量%。
硅烷化合物聚合物(A)中的前述式(a-1)所示的重复单元的含有比例例如可以通过测定Si核磁共振波谱来求出。
硅烷化合物聚合物(A)可以为具有1种R1的聚合物(均聚物),也可以为具有2种以上的R1的聚合物(共聚物)。此外,硅烷化合物聚合物(A)具有前述式(a-3)、式(a-4)所示的重复单元时,可以具有1种Z,也可以具有2种以上的Z。
硅烷化合物聚合物(A)为共聚物时,硅烷化合物聚合物(A)可以是无规共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物、交互共聚物等中的任意共聚物,从制造容易性等的观点出发,优选为无规共聚物。
此外,硅烷化合物聚合物(A)的结构可以是梯型结构、双层型结构、笼型结构、部分开裂笼型结构、环状型结构、无规型结构中的任意结构。
硅烷化合物聚合物(A)的质均分子量(Mw)通常为1,000~30,000、优选为3,000~20,000、更优选为5,000~15,000的范围。通过使用质均分子量(Mw)处于上述范围内的硅烷化合物聚合物(A),容易得到组合物的处理性优异且粘接性、耐热性优异的固化物。
硅烷化合物聚合物(A)的分子量分布(Mw/Mn)没有特别限定,通常为1.0~10.0、优选为1.1~6.0的范围。通过使用分子量分布(Mw/Mn)处于上述范围内的硅烷化合物聚合物(A),容易得到粘接性、耐热性更优异的固化物。
质均分子量(Mw)和数均分子量(Mn)例如可利用将四氢呋喃(THF)作为溶剂的凝胶渗透色谱法(GPC)以标准聚苯乙烯换算值的形式来求出。
本发明中,硅烷化合物聚合物(A)可以单独使用1种,或者可以组合2种以上使用。
硅烷化合物聚合物(A)的制造方法没有特别限定。例如,通过使下述式(a-2)所示的硅烷化合物(1)中的至少1种进行缩聚,能够制造硅烷化合物聚合物(A)。
[化5]
R1Si(OR2)x(X1)3-x (a-2)
(式中,R1表示与前述相同的意义。R2表示碳原子数1~10的烷基;X1表示卤原子;x表示0~3的整数。多个R2和多个X1可以分别彼此相同也可以不同。)
作为R2的碳原子数1~10的烷基,可列举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基等。
作为X1的卤原子,可列举出氯原子和溴原子等。
作为硅烷化合物(1)的具体例,可列举出甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙基三丙氧基硅烷、正丙基三甲氧基硅烷、正丙基三乙氧基硅烷、正丙基三丙氧基硅烷、正丙基三丁氧基硅烷、正丁基三甲氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、正戊基三甲氧基硅烷、正己基三甲氧基硅烷、异辛基三乙氧基硅烷等烷基三烷氧基硅烷化合物类;
甲基氯二甲氧基硅烷、甲基氯二乙氧基硅烷、甲基二氯甲氧基硅烷、甲基溴二甲氧基硅烷、乙基氯二甲氧基硅烷、乙基氯二乙氧基硅烷、乙基二氯甲氧基硅烷、乙基溴二甲氧基硅烷、正丙基氯二甲氧基硅烷、正丙基二氯甲氧基硅烷、正丁基氯二甲氧基硅烷、正丁基二氯甲氧基硅烷等烷基卤代烷氧基硅烷化合物类;
甲基三氯硅烷、甲基三溴硅烷、乙基三氯硅烷、乙基三溴硅烷、正丙基三氯硅烷、正丙基三溴硅烷、正丁基三氯硅烷、异丁基三氯硅烷、正戊基三氯硅烷、正己基三氯硅烷、异辛基三氯硅烷等烷基三卤代硅烷化合物类等。
这些之中,作为硅烷化合物(1),由于能够获得会赋予粘接性更优异的固化物的固化性组合物,因此优选为烷基三烷氧基硅烷化合物类。
硅烷化合物(1)可以单独使用1种,或者可以组合2种以上使用。
作为使前述硅烷化合物(1)进行缩聚的方法,没有特别限定,可列举出:在溶剂中或者无溶剂的条件下,向硅烷化合物(1)中添加特定量的缩聚催化剂,并在特定温度下进行搅拌的方法。更具体而言,可列举出:(a)向硅烷化合物(1)中添加特定量的酸催化剂,并在特定温度下进行搅拌的方法;(b)向硅烷化合物(1)中添加特定量的碱催化剂,并在特定温度下进行搅拌的方法;(c)向硅烷化合物(1)中添加特定量的酸催化剂,并在特定温度下进行搅拌,然后添加过量的碱催化剂,使反应体系呈碱性,在特定温度下进行搅拌的方法等。这些之中,由于能够高效地得到目标硅烷化合物聚合物(A),因此优选为方法(a)或(c)。
所用的催化剂可以是酸催化剂和碱催化剂中的任一种。此外,可以将2种以上的催化剂组合使用,优选至少使用酸催化剂。
作为酸催化剂,可列举出磷酸、盐酸、硼酸、硫酸、硝酸等无机酸;柠檬酸、乙酸、甲磺酸、三氟甲磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸等有机酸等。这些之中,优选为选自磷酸、盐酸、硼酸、硫酸、柠檬酸、乙酸和甲磺酸中的至少1种。
作为碱催化剂,可列举出氨水;三甲胺、三乙胺、二异丙基氨基锂、双(三甲基甲硅烷基)氨基锂、吡啶、1,8-二氮杂双环[5.4.0]-7-十一碳烯、苯胺、甲基吡啶、1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷、咪唑等有机碱;四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵等有机盐氢氧化物;甲醇钠、乙醇钠、叔丁醇钠、叔丁醇钾等金属醇盐;氢化钠、氢化钙等金属氢化物;氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙等金属氢氧化物;碳酸钠、碳酸钾、碳酸镁等金属碳酸盐;碳酸氢钠、碳酸氢钾等金属碳酸氢盐等。
催化剂的用量相对于硅烷化合物(1)的总摩尔量通常为0.1~10mol%、优选为1~5mol%的范围。
使用溶剂时,可以根据硅烷化合物(1)的种类等来适当选择。可列举出例如水;苯、甲苯、二甲苯等芳香族烃类;乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯等酯类;丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环己酮等酮类;甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇等醇类等。这些溶剂可以单独使用1种,或者可以组合2种以上使用。此外,采用上述方法(c)时,也可以在酸催化剂的存在下,在水系中进行缩聚反应后,向反应液中添加有机溶剂和过量的碱催化剂(氨水等),在碱性条件下进一步进行缩聚反应。
溶剂的用量相对于硅烷化合物(1)的总摩尔量1mol为0.1~10升、优选为0.1~2升。
使硅烷化合物(1)发生缩聚时的温度通常为0℃~所用溶剂的沸点的温度范围、优选为20~100℃的范围。反应温度过低时,有时缩聚反应的推进变得不充分。另一方面,反应温度过高时,难以抑制凝胶化。反应通常在30分钟~20小时内完结。
反应结束后,在使用酸催化剂的情况下,通过向反应溶液中添加碳酸氢钠等碱水溶液来进行中和,在使用碱催化剂的情况下,通过向反应溶液中添加盐酸等酸来进行中和,此时产生的盐通过过滤或水洗等来去除,从而能够得到目标的硅烷化合物聚合物(A)。
通过上述方法来制造硅烷化合物聚合物(A)时,硅烷化合物(1)的OR2或X1之中,未发生脱醇等的部分会残留在硅烷化合物聚合物(A)中。因此,在硅烷化合物聚合物(A)中有时包含前述式(a-3)、式(a-4)所示的重复单元。
(B)成分
本发明的固化性组合物中,作为(B)成分而含有选自分子内具有氮原子的硅烷偶联剂(以下有时称为“硅烷偶联剂(B1)”)和分子内具有酸酐结构的硅烷偶联剂(以下有时称为“硅烷偶联剂(B2)”)中的至少1种硅烷偶联剂。
作为硅烷偶联剂(B1),只要是分子内具有氮原子的硅烷偶联剂就没有特别限定。可列举出例如下述式(b-1)所示的三烷氧基硅烷化合物、式(b-2)所示的二烷氧基烷基硅烷化合物或二烷氧基芳基硅烷化合物等。
[化6]
(Ra)3SiRc (b-1)
(Ra)2(Rb)SiRc (b-2)
上述式中,Ra表示甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、叔丁氧基等碳原子数1~6的烷氧基。多个Ra彼此可以相同也可以不同。
Rb表示甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基等碳原子数1~6的烷基;或者,苯基、4-氯苯基、4-甲基苯基等具有取代基或不具有取代基的芳基。
Rc表示具有氮原子且碳原子数1~10的有机基团。此外,Rc还可以键合有包含其它硅原子的基团。
作为Rc的碳原子数1~10的有机基团的具体例,可列举出N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基、3-氨基丙基、N-(1,3-二甲基亚丁基)氨基丙基、3-脲丙基三乙氧基硅烷、N-苯基氨基丙基等。
前述式(b-1)或(b-2)所示的化合物之中,作为在Rc上键合有包含其它硅原子的基团而得到的有机基团时的化合物,可列举出:借助异氰脲酸酯骨架而键合有其它硅原子从而构成异氰脲酸酯系硅烷偶联剂的化合物;借助脲骨架而键合有其它硅原子从而构成脲系硅烷偶联剂的化合物。
这些之中,作为硅烷偶联剂(B1),由于容易得到具有更高粘接力的固化物,因此优选为异氰脲酸酯系硅烷偶联剂和脲系硅烷偶联剂,进一步优选为分子内具有4个以上键合于硅原子的烷氧基的硅烷偶联剂。
具有4个以上键合于硅原子的烷氧基是指:键合于同一个硅原子的烷氧基与键合于不同硅原子的烷氧基的总数为4个以上。
作为具有4个以上键合于硅原子的烷氧基的异氰脲酸酯系硅烷偶联剂,可列举出下述式(b-3)所示的化合物,作为具有4个以上键合于硅原子的烷氧基的脲系硅烷偶联剂,可列举出下述式(b-4)所示的化合物。
[化7]
式中,Ra表示与前述相同的意义。
t1~t5各自独立地表示1~10的整数,优选为1~6的整数,特别优选为3。
作为式(b-3)所示化合物的具体例,可列举出1,3,5-N-三(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5,-N-三(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5,-N-三(3-三异丙氧基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5,-N-三(3-三丁氧基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯等1,3,5-N-三〔(三(碳原子数1~6)烷氧基)甲硅烷基(碳原子数1~10)烷基〕异氰脲酸酯;
1,3,5,-N-三(3-二甲氧基甲基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5,-N-三(3-二甲氧基乙基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5,-N-三(3-二甲氧基异丙基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5,-N-三(3-二甲氧基正丙基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5,-N-三(3-二甲氧基苯基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5,-N-三(3-二乙氧基甲基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5,-N-三(3-二乙氧基乙基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5,-N-三(3-二乙氧基异丙基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5,-N-三(3-二乙氧基正丙基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5,-N-三(3-二乙氧基苯基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5,-N-三(3-二异丙氧基甲基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5,-N-三(3-二异丙氧基乙基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5,-N-三(3-二异丙氧基异丙基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5,-N-三(3-二异丙氧基正丙基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5,-N-三(3-二异丙氧基苯基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5,-N-三(3-二丁氧基甲基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5,-N-三(3-二丁氧基乙基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5,-N-三(3-二丁氧基异丙基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5,-N-三(3-二丁氧基正丙基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5,-N-三(3-二丁氧基苯基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯等1,3,5-N-三〔(二(碳原子数1~6)烷氧基)甲硅烷基(碳原子数1~10)烷基〕异氰脲酸酯等。
作为式(b-4)所示的化合物的具体例,可列举出N,N’-双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)脲、N,N’-双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)脲、N,N’-双(3-三丙氧基甲硅烷基丙基)脲、N,N’-双(3-三丁氧基甲硅烷基丙基)脲、N,N’-双(2-三甲氧基甲硅烷基乙基)脲等N,N’-双〔(三(碳原子数1~6)烷氧基甲硅烷基)(碳原子数1~10)烷基〕脲;
N,N’-双(3-二甲氧基甲基甲硅烷基丙基)脲、N,N’-双(3-二甲氧基乙基甲硅烷基丙基)脲、N,N’-双(3-二乙氧基甲基甲硅烷基丙基)脲等N,N’-双〔(二(碳原子数1~6)烷氧基(碳原子数1~6)烷基甲硅烷基(碳原子数1~10)烷基)脲;
N,N’-双(3-二甲氧基苯基甲硅烷基丙基)脲、N,N’-双(3-二乙氧基苯基甲硅烷基丙基)脲等N,N’-双〔(二(碳原子数1~6)烷氧基(碳原子数6~20)芳基甲硅烷基(碳原子数1~10)烷基)脲等。
这些之中,作为硅烷偶联剂(B1),优选使用1,3,5-N-三(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5-N-三(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯(以下称为“异氰脲酸酯化合物”)、N,N’-双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)脲、N,N’-双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)脲(以下称为“脲化合物”)、以及前述异氰脲酸酯化合物与脲化合物的组合。
将前述异氰脲酸酯化合物与脲化合物组合使用时,两者的使用比例以(异氰脲酸酯化合物)与(脲化合物)的质量比计优选为100:1~100:200,更优选为100:10~100:110。通过以这种比例组合使用异氰脲酸酯化合物与脲化合物,能够得到会赋予耐热性和粘接性更优异的固化物的固化性组合物。
硅烷偶联剂(B2)是在一个分子中同时存在具有酸酐结构的基团(Q)和水解性基团(Re)这两者的有机硅化合物。具体而言,为下述式(b-5)所示的化合物。
[化8]
式中,Q表示酸酐结构;Rd表示碳原子数1~6的烷基、或者具有取代基或不具有取代基的苯基;Re表示碳原子数1~6的烷氧基或卤原子;i、k表示1~3的整数;j表示0~2的整数;i+j+k=4。j为2时,Rd彼此可以相同也可以不同。k为2或3时,多个Re彼此可以相同也可以不同。i为2或3时,多个Q彼此可以相同也可以不同。
作为Q,可列举出下述式所示的基团等,特别优选为(Q1)所示的基团。
[化9]
(式中,h表示0~10的整数。)
式(b-5)中,作为Rd的碳原子数1~6的烷基,可列举出与作为前述R1所示的碳原子数1~6的烷基而例示出的基团相同的基团,作为具有取代基或不具有取代基的苯基,可列举出与前述R例示出的基团相同的基团。
作为Re的碳原子数1~6的烷氧基,可列举出甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基、叔丁氧基等。
作为Re的卤原子,可列举出氯原子、溴原子等。
这些之中,作为式(b-5)所示的化合物,优选为下述式(b-6)所示的化合物。式中,h优选为2~8,更优选为2或3,特别优选为3。
[化10]
(式中,Re、h、i、j、k表示与前述相同的意义。)
作为前述式(b-6)所示的硅烷偶联剂的具体例,可列举出2-(三甲氧基甲硅烷基)乙基琥珀酸酐、2-(三乙氧基甲硅烷基)乙基琥珀酸酐、3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基琥珀酸酐、3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基琥珀酸酐等三(碳原子数1~6)烷氧基甲硅烷基(碳原子数2~8)烷基琥珀酸酐;
2-(二甲氧基甲基甲硅烷基)乙基琥珀酸酐等二(碳原子数1~6)烷氧基甲基甲硅烷基(碳原子数2~8)烷基琥珀酸酐;
2-(甲氧基二甲基甲硅烷基)乙基琥珀酸酐等(碳原子数1~6)烷氧基二甲基甲硅烷基(碳原子数2~8)烷基琥珀酸酐;
2-(三氯甲硅烷基)乙基琥珀酸酐、2-(三溴甲硅烷基)乙基琥珀酸酐等三卤代甲硅烷基(碳原子数2~8)烷基琥珀酸酐;
2-(二氯甲基甲硅烷基)乙基琥珀酸酐等二卤代甲基甲硅烷基(碳原子数2~8)烷基琥珀酸酐;
2-(氯二甲基甲硅烷基)乙基琥珀酸酐等卤代二甲基甲硅烷基(碳原子数2~8)烷基琥珀酸酐等。
这些之中,优选为三(碳原子数1~6)烷氧基甲硅烷基(碳原子数2~8)烷基琥珀酸酐,特别优选为3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基琥珀酸酐、3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基琥珀酸酐。
(B)成分可以单独使用1种,或者可以组合2种以上使用。
其中,(B)成分优选包含硅烷偶联剂(B1)和硅烷偶联剂(B2)这两者。
(B)成分包含硅烷偶联剂(B1)和硅烷偶联剂(B2)这两者时,以硅烷偶联剂(B1)与硅烷偶联剂(B2)的质量比〔(B1)成分:(B2)成分〕计,优选以100:1~100:200的比例来含有,更优选以100:5~100:50的比例来含有。
本发明的固化性组合物中,以(A)成分与(B)成分的质量比〔(A)成分:(B)成分〕计,优选以100:0.01~100:50的比例含有、更优选以100:0.1~100:30的比例含有前述(A)成分和(B)成分。
通过以这种比例使用(A)成分和(B)成分,本发明的固化性组合物的固化物的耐热性和粘接性更优异。
(C)成分
本发明的固化性组合物中,作为(C)成分,可以含有在分子内具有含硫原子官能团的硅烷偶联剂(以下有时称为“硅烷偶联剂(C)”)。
作为硅烷偶联剂(C)的含硫原子官能团,可列举出硫醇基(-SH);酰硫基(-S-CO-R’);硫醚基(-S-);二硫醚基(-S-S-)、四硫醚基(-S-S-S-S-)等聚硫醚基〔-(S)n-〕等。
作为硅烷偶联剂(C),可列举出下述式(c-1)~式(c-4)中任一者所示的硅烷偶联剂、具有含硫原子官能团的其它硅烷偶联剂、它们的低聚物等。
[化11]
(Y1)3Si-A1-SH (c-1)
(Y1)3Si-A1-S-CO-R’ (c-2)
(Y1)3Si-A1-S-Si(Y2)3 (c-3)
(Y1)3Si-A1-(S)v-A2-Si(Y2)3 (c-4)
〔式中,Y1、Y2各自独立地表示碳原子数1~10的烷氧基;A1、A2各自独立地表示具有取代基或不具有取代基的碳原子数1~20的2价烃基;R’表示碳原子数1~20的1价有机基团。v表示1~4的整数。Y1彼此、Y2彼此可以分别相同也可以不同。〕
作为Y1、Y2的碳原子数1~10的烷氧基,可列举出甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、仲丁氧基、异丁氧基、叔丁氧基等。
作为Y1、Y2,更优选为碳原子数1~6的烷氧基。
作为A1、A2的具有取代基或不具有取代基的碳原子数1~20的2价烃基,可列举出碳原子数1~20的亚烷基、碳原子数2~20的亚烯基、碳原子数2~20的亚炔基、碳原子数6~20的亚芳基、由(亚烷基、亚烯基或亚炔基)与亚芳基的组合形成的碳原子数7~20的2价基团等。
作为碳原子数1~20的亚烷基,可列举出亚甲基、亚乙基、亚丙基、三亚甲基、四亚甲基、五亚甲基、六亚甲基等。
作为碳原子数2~20的亚烯基,可列举出亚乙烯基、亚丙烯基、亚丁烯基、亚戊烯基等。
作为碳原子数2~20的亚炔基,可列举出亚炔基、亚丙炔基等。
作为碳原子数6~20的亚芳基,可列举出邻亚苯基、间亚苯基、对亚苯基、2,6-亚萘基等。
作为这些碳原子数1~20的亚烷基、碳原子数2~20的亚烯基和碳原子数2~20的亚炔基中可以具有的取代基,可列举出氟原子、氯原子等卤原子;甲氧基、乙氧基等烷氧基;甲氧基羰基、乙氧基羰基等烷氧基羰基等。
作为前述碳原子数6~20的亚芳基的取代基,可列举出氰基;硝基;氟原子、氯原子、溴原子等卤原子;甲基、乙基等烷基;甲氧基、乙氧基等烷氧基等。
这些取代基在亚烷基、亚烯基、亚炔基和亚芳基等基团中可以键合于任意位置,可以相同或不同地键合多个。
作为由具有取代基或不具有取代基的(亚烷基、亚烯基、或亚炔基)与具有取代基或不具有取代基的亚芳基的组合形成的2价基团,可列举出前述具有取代基或不具有取代基的(亚烷基、亚烯基、或亚炔基)中的至少一种与前述具有取代基或不具有取代基的亚芳基中的至少一种串连键合而得到的基团等。具体而言,可列举出下述式所示的基团等。
[化12]
这些之中,作为A1、A2,优选为亚甲基、亚乙基、亚丙基、三亚甲基、四亚甲基等碳原子数1~4的亚烷基。
作为R’,只要-CO-R’作为保护基而能够发挥功能,就没有特别限定。可列举出例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基等烷基;具有取代基或不具有取代基的苯基等。
作为R’的具有取代基的苯基上的取代基,可列举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基等烷基;氟原子、氯原子、溴原子等卤原子;甲氧基、乙氧基等烷氧基。
作为R’,优选为碳原子数1~20的烷基,更优选为碳原子数1~10的烷基。
v表示1~4的整数,优选为1、2或4,更优选为2或4。
作为式(c-1)所示的硅烷偶联剂,可列举出巯基甲基三甲氧基硅烷、巯基甲基三乙氧基硅烷、巯基甲基三丙氧基硅烷、2-巯基乙基三甲氧基硅烷、2-巯基乙基三乙氧基硅烷、2-巯基乙基三丙氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、3-巯基丙基三丙氧基硅烷等巯基烷基三烷氧基硅烷类。
作为式(c-2)所示的硅烷偶联剂,可列举出2-己酰基硫代乙基三甲氧基硅烷、2-己酰基硫代乙基三乙氧基硅烷、2-辛酰基硫代乙基三甲氧基硅烷、2-辛酰基硫代乙基三乙氧基硅烷、2-癸酰基硫代乙基三甲氧基硅烷、2-癸酰基硫代乙基三乙氧基硅烷、3-己酰基硫代丙基三甲氧基硅烷、3-己酰基硫代丙基三乙氧基硅烷、3-辛酰基硫代丙基三甲氧基硅烷、3-辛酰基硫代丙基三乙氧基硅烷、3-癸酰基硫代丙基三甲氧基硅烷、3-癸酰基硫代丙基三乙氧基硅烷等烷酰基硫代烷基三烷氧基硅烷化合物类。
作为式(c-3)所示的硅烷偶联剂,可列举出2-三甲氧基甲硅烷基乙基硫烷基三甲氧基硅烷、2-三甲氧基甲硅烷基乙基硫烷基三乙氧基硅烷、2-三乙氧基甲硅烷基乙基硫烷基三甲氧基硅烷、2-三乙氧基甲硅烷基乙基硫烷基三乙氧基硅烷、3-三甲氧基甲硅烷基丙基硫烷基三甲氧基硅烷、3-三甲氧基甲硅烷基丙基硫烷基三乙氧基硅烷、3-三乙氧基甲硅烷基丙基硫烷基三甲氧基硅烷、3-三乙氧基甲硅烷基丙基硫烷基三乙氧基硅烷等。
作为式(c-4)所示的硅烷偶联剂,可列举出双(2-三甲氧基甲硅烷基乙基)二硫醚、双(2-三乙氧基甲硅烷基乙基)二硫醚、双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)二硫醚、双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫醚、双(4-三甲氧基甲硅烷基丁基)二硫醚、双(4-三乙氧基甲硅烷基丁基)二硫醚等二硫醚化合物;双(2-三乙氧基甲硅烷基乙基)四硫醚、双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)四硫醚、双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫醚等四硫醚化合物等。
作为具有含硫原子官能团的其它硅烷偶联剂,可列举出3-三甲氧基甲硅烷基丙基-N,N-二甲基硫代氨甲酰基四硫醚、3-三乙氧基甲硅烷基丙基-N,N-二甲基硫代氨甲酰基四硫醚、2-三乙氧基甲硅烷基乙基-N,N-二甲基硫代氨甲酰基四硫醚、2-三甲氧基甲硅烷基乙基-N,N-二甲基硫代氨甲酰基四硫醚等含硫代氨甲酰基的硅烷偶联剂;3-三甲氧基甲硅烷基丙基苯并噻唑四硫醚、3-三乙氧基甲硅烷基丙基苯并噻唑四硫醚等含苯并噻唑基的硅烷偶联剂;(甲基)丙烯酸3-三乙氧基甲硅烷基丙酯单硫醚、(甲基)丙烯酸3-三甲氧基甲硅烷基丙酯单硫醚等含(甲基)丙烯酸酯基的硅烷偶联剂〔“(甲基)丙烯酸酯”是指丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯〕;双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)聚硫醚、双(2-三乙氧基甲硅烷基丙基)聚硫醚、双(4-三乙氧基甲硅烷基丁基)聚硫醚等含聚硫醚基的硅烷偶联剂等。
这些之中,作为(C)成分,优选为前述式(c-1)或式(c-3)所示的硅烷偶联剂、以及它们的低聚物,更优选为2-巯基乙基三甲氧基硅烷、2-巯基乙基三乙氧基硅烷、2-巯基乙基三丙氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、3-巯基丙基三丙氧基硅烷等在式(e-1)中的Y1为碳原子数1~10的烷氧基的硅烷偶联剂;2-三甲氧基甲硅烷基乙基硫烷基三甲氧基硅烷、2-三甲氧基甲硅烷基乙基硫烷基三乙氧基硅烷、2-三乙氧基甲硅烷基乙基硫烷基三乙氧基硅烷、2-三乙氧基甲硅烷基乙基硫烷基三乙氧基硅烷、3-三甲氧基甲硅烷基丙基硫烷基三甲氧基硅烷、3-三甲氧基甲硅烷基丙基硫烷基三乙氧基硅烷、3-三乙氧基甲硅烷基丙基硫烷基三甲氧基硅烷、3-三乙氧基甲硅烷基丙基硫烷基三乙氧基硅烷等在式(c-3)中的Y1和Y2为碳原子数1~10的烷氧基的硅烷偶联剂;以及它们的低聚物;进一步优选为3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-三甲氧基甲硅烷基丙基硫烷基三乙氧基硅烷、以及它们的低聚物。
硅烷偶联剂(C)可以单独使用1种,或者可以组合2种以上使用。
本发明的固化性组合物含有(C)成分时,(C)成分的含量没有特别限定,以前述(A)成分与(C)成分的质量比〔(A)成分〕:〔(C)成分〕计,优选为100:0.1~100:50、更优选为100:0.3~100:30、进一步优选为100:0.4~100:25。
以这种比例含有(A)成分和(C)成分的固化性组合物的固化物的耐热性和粘接性更优异。
(D)成分
本发明的固化性组合物中,作为(D)成分,可以含有微粒。通过含有微粒,容易得到会赋予耐剥离性优异的固化物的固化性组合物。
作为微粒,没有特别限定,可列举出金属微粒;金属氧化物微粒;矿物微粒;碳酸钙、碳酸镁等金属碳酸盐的微粒;硫酸钙、硫酸钡等金属硫酸盐的微粒;氢氧化铝等金属氢氧化物的微粒;硅酸铝、硅酸钙、硅酸镁等金属硅酸盐的微粒;二氧化硅微粒;有机硅微粒;用有机硅覆盖了表面的金属氧化物的微粒等无机物的微粒;亚克力珠等有机微粒等。
这些微粒可以单独使用1种,或者可以组合2种以上使用。
此处,金属是指属于元素周期表第1族(不包括H)、第2~11族、第12族(不包括Hg)、第13族(不包括B)、第14族(不包括C和Si)、第15族(不包括N、P、As和Sb)或第16族(不包括O、S、Se、Te和Po)的元素。
作为二氧化硅,可以为干式二氧化硅、湿式二氧化硅和有机修饰二氧化硅中的任一者,也可以是包含这些中的2种以上的混合物。
有机硅是指具有基于硅氧烷键的主骨架的人工高分子化合物。可列举出例如二甲基聚硅氧烷、二苯基聚硅氧烷、甲基苯基聚硅氧烷等。
作为金属氧化物,可列举出例如氧化钛、氧化铝、勃姆石、氧化铬、氧化镍、氧化铜、氧化钛、氧化锆、氧化铟、氧化锌、以及它们的复合氧化物等。金属氧化物的微粒还包括由这些金属氧化物形成的溶胶颗粒。
作为矿物,可列举出蒙脱石、皂土等。
作为蒙脱石,可列举出例如蒙脱土、贝得石、锂蒙脱石、皂石、斯皂石、绿脱石、锌蒙脱石等。
这些之中,优选为二氧化硅、硅酮、或者被硅酮覆盖了表面的金属氧化物的微粒,更优选为二氧化硅、有机硅。
微粒的形状可以为球状、链状、针状、板状、片状、棒状、纤维状等中的任一者,优选为球状。此处,球状是指:除了正球状之外,还包括旋转椭圆体、卵形、金平糖状、眉状等可近似于球体的多面体形状的大致球状。
微粒的平均一次粒径优选为0.01~8μm、更优选为0.05~5μm。
本发明中,平均一次粒径是指:使用激光衍射・散射式粒度分布测定装置(例如堀场制作所制、制品名“LA-920”)等,利用激光散射法进行粒度分布的测定从而求出的粒径。
(D)成分的含量没有特别限定,以前述(A)成分与(D)成分的质量比〔(A)成分:(D)成分〕计,优选为100:0.1~100:30、更优选为100:0.3~100:20、进一步优选为100:0.5~100:15、特别优选为100:0.8~100:12的量。
(E)其它成分
本发明的固化性组合物中,在不损害本发明目的范围内,还可以在上述成分内进一步含有其它成分。
作为其它成分,可列举出稀释剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、光稳定剂等。
本发明的固化性组合物中,为了表现出流动性,可以使用稀释剂。
作为稀释剂,可列举出例如二乙二醇单丁醚乙酸酯、甘油二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、二缩水甘油基苯胺、新戊二醇缩水甘油醚、环己烷二甲醇二缩水甘油醚、亚烷基二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、甘油三缩水甘油醚、4-乙烯基环己烯单氧化物、乙烯基环己烯二氧化物、甲基化乙烯基环己烯二氧化物等。
这些稀释剂可以单独使用1种,或者可以组合2种以上使用。
关于稀释剂的用量,优选将本发明的固化性组合物的固体成分浓度制成50~100质量%,更优选制成60~90质量%,进一步优选制成70~85质量%。
抗氧化剂是为了防止加热时的氧化劣化而添加的。作为抗氧化剂,可列举出磷系抗氧化剂、酚系抗氧化剂、硫系抗氧化剂等。
作为磷系抗氧化剂,可列举出亚磷酸酯类、氧杂磷杂菲氧化物类等。作为酚系抗氧化剂,可列举出单酚类、双酚类、高分子型酚类等。作为硫系抗氧化剂,可列举出二月桂基-3,3’-硫代二丙酸酯、二肉豆蔻基-3,3’-硫代二丙酸酯、二硬脂基-3,3’-硫代二丙酸酯等。
这些抗氧化剂可以单独使用一种,或者可以组合两种以上使用。抗氧化剂的用量相对于(A)成分通常为10质量%以下。
紫外线吸收剂是为了提高所得固化物的耐光性而添加的。
作为紫外线吸收剂,可列举出水杨酸类、二苯甲酮类、苯并三唑类、受阻胺类等。
紫外线吸收剂可以单独使用一种,或者可以组合两种以上使用。
紫外线吸收剂的用量相对于(A)成分通常为10质量%以下。
光稳定剂是为了提高所得固化物的耐光性而添加的。
作为光稳定剂,可列举出例如聚[{6-(1,1,3,3,-四甲基丁基)氨基-1,3,5-三嗪-2,4-二基}{(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基}六亚甲基{(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基}]等受阻胺类等。
这些光稳定剂可以单独使用一种,或者可以组合两种以上使用。
这些其它成分(不包括稀释剂)的总用量相对于(A)成分通常为20质量%以下。
本发明的固化性组合物可以如下获得:通过前述方法制造固化性聚倍半硅氧烷化合物〔硅烷化合物聚合物(A)〕后,将所得固化性聚倍半硅氧烷化合物与前述(B)成分进行混合,从而获得。
具体而言,可通过将前述(A)、(B)成分和期望的其它成分以特定比例〔(A)成分与(B)成分的合计优选为整体的50质量%以上的量〕进行混合并脱泡来获得。
混合方法、脱泡方法没有特别限定,可以利用公知的方法。
关于本发明的固化性组合物,在测定其固化物的固体Si核磁共振波谱时,在-80ppm以上且低于-40ppm的区域观测到峰,且该峰的半值宽度为500Hz以上且900Hz以下。
半值宽度是指:用固体Si核磁共振波谱的峰值(高度)的一半值切开峰形状时的宽度。例如,将用峰值的一半值切开峰形状时的峰值分别记作a(ppm)、b(ppm)时(设为b>a),可以用式子(b-a)×M(Hz、M表示共振频率)来表示。
在-80ppm以上且低于-40ppm的区域观测到的峰的半值宽度为500Hz以上且900Hz以下、优选为500Hz以上且800Hz以下、更优选为500Hz以上且700Hz以下、进一步优选为500Hz以上且600Hz以下。
在-80ppm以上且低于-40ppm的区域观测到的峰的半值宽度过小时,无法获得会成为具有高粘接力的固化物的固化性组合物。另一方面,在-80ppm以上且低于-40ppm的区域通常难以出现半值宽度超过900Hz那样的峰。
在-80ppm以上且低于-40ppm的区域重叠有多个峰并进行观测时,通过使用高斯函数、洛伦兹函数进行波形分离分析,能够确定各峰的半值宽度。
应予说明,测定固化物的固体Si核磁共振波谱时,在-80ppm以上且低于-40ppm的区域观测到多个峰的情况下,本发明的固化性组合物在该区域中包含的至少1个峰的半值宽度处于上述范围内即可。
固体Si核磁共振波谱可以在室温(例如25℃)下按照常法来测定。
应予说明,在-80ppm以上且低于-40ppm的区域观测到多个峰的情况下,其中的至少一个峰的半值宽度为500Hz以上且900Hz以下即可。
可以认为:化学位移为-80ppm以上且低于-40ppm的区域的峰是源自前述式(a-1)所示的重复单元中包含的硅原子的峰。
如实施例所示那样,该区域的峰的半值宽度受到式(a-1)所示重复单元中的R1的种类、(B)成分的添加量、(C)成分、(D)成分的有无等的影响。
因此,得到用作(A)成分的硅烷化合物聚合物(A),测定其固化物的固体Si核磁共振波谱,求出前述区域的峰的半值宽度后,根据该值来适当确定(B)成分的添加量等,由此能够高效地获得满足上述主要条件的固化性组合物。
应予说明,作为测定固体Si核磁共振波谱时的测定试样,只要在使用使固化性组合物充分固化而得到的固化物的情况下,化学位移、峰的半值宽度通常不取决于固化条件等。
若为本发明的固化性组合物,例如通过以170℃进行2小时的固化反应,能够获得适合作为测定试样的固化物。
此外,固化反应是否充分进行而适合作为测定试样例如可通过利用差示热热重量测定(TG-DTA)进行升温时基本没有减重来确认。
根据如上操作而得到的本发明的固化性组合物,能够得到耐热性优异且具有高粘接力的固化物。
因此,本发明的固化性组合物可适合地用作光学部件或成形体的原料、粘接剂、涂覆剂等。尤其是,由于能够解决与光学元件的高亮度化相伴的光学元件固体材料的劣化的相关问题,因此,本发明的固化性组合物可适合地用作光学元件固定用组合物。
2)固化物
本发明的固化物是使本发明的固化性组合物固化而得到的。
作为使本发明的固化性组合物固化的方法,可列举出加热固化。固化时的加热温度通常为100~200℃,加热时间通常为10分钟~20小时、优选为30分钟~10小时。
本发明的固化物的耐热性优异且具有高粘接力。
因此,本发明的固化物可适合地用作能够解决与光学元件的高亮度化相伴的劣化的相关问题的光学元件固体材料。
使本发明的固化性组合物固化而得到的固化物的耐热性优异且具有高粘接力例如可通过如下操作来确认。即,在硅芯片的镜面涂布本发明的固化性组合物,将涂布面载置在被粘物上并压接,进行加热处理而使其固化。将其在预先加热至特定温度(例如23℃、100℃)的胶接检验仪的测定台上放置30秒钟,从比被粘物高50μm的位置处,相对于粘接面沿着水平方向(剪切方向)施加应力,测定试验片与被粘物的粘接力。
固化物的粘接力在23℃下优选为60N/2mm□以上、更优选为80N/2mm□以上、特别优选为100N/2mm□以上。另外,固化物的粘接力在100℃下优选为40N/2mm□以上、更优选为50N/2mm□以上、特别优选为60N/2mm□以上。
3)固化性组合物的使用方法
本发明的方法是将本发明的固化性组合物用作光学元件固体材料用粘接剂或光学元件用固体材料用密封剂的方法。
作为光学元件,可列举出LED、LD等发光元件、受光元件、复合光学元件、光集成电路等。
〈光学元件固体材料用粘接剂〉
本发明的固化性组合物可适合地用作光学元件固体材料用粘接剂。
作为将本发明的固化性组合物用作光学元件固体材料用粘接剂的方法,可列举出:在作为粘接对象的材料(光学元件及其基板等)的一个或两个粘接面上涂布该组合物并压接后,使其加热固化,从而使作为粘接对象的材料彼此稳固地粘接的方法。
作为用于粘接光学元件的基板材料,可列举出钠钙玻璃、耐热性硬质玻璃等玻璃类;陶瓷;蓝宝石;铁、铜、铝、金、银、铂、铬、钛和这些金属的合金、不锈钢(SUS302、SUS304、SUS304L、SUS309等)等金属类;聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基戊烯、聚砜、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚酰胺、丙烯酸类树脂、降冰片烯系树脂、环烯烃树脂、玻璃环氧树脂等合成树脂等。
进行加热固化时的加热温度还因使用的固化性组合物等而异,通常为100~200℃。加热时间通常为10分钟~20小时、优选为30分钟~10小时。
〈光学元件固体材料用密封剂〉
本发明的固化性组合物可适合地用作光学元件固体材料用密封剂。
作为将本发明的固化性组合物用作光学元件固体材料用密封剂的方法,可列举出:例如将该组合物成形为期望的形状,得到内含光学元件的成形体后,使其进行加热固化,从而制造光学元件密封体的方法等。
作为将本发明的固化性组合物成形为期望形状的方法,没有特别限定,可以采用通常的传递成形法、注型法等公知的模具法。
加热固化时的加热温度还因使用的固化性组合物等而异,通常为100~200℃。加热时间通常为10分钟~20小时、优选为30分钟~10小时。
所得光学元件密封体使用了本发明的固化性组合物,因此,耐剥离性、耐热性优异且具有高粘接力。
4)光学器件
本发明的光学元件中,将本发明的固化性组合物用作光学元件固体材料用粘接剂或光学元件固体材料用密封剂。
作为光学元件,可列举出LED、LD等发光元件、受光元件、复合光学元件、光集成电路等。
本发明的光学器件是将本发明的固化性组合物作为光学元件固体材料用粘接剂或光学元件固体材料用密封剂来固定光学元件从而得到的。因此,光学元件被高粘接力固定且耐久性优异。
实施例
接着,通过实施例和比较例来更详细地说明本发明,但本发明不限定于下述的实施例。应予说明,在没有特别记载的情况下,“%”、“份”是质量基准。
(质均分子量测定)
通过下述制造例得到的硅烷化合物聚合物的质均分子量(Mw)和数均分子量(Mn)以标准聚苯乙烯换算值计通过下述装置和条件来测定。
装置名:HLC-8220GPC、东曹株式会社制
柱:TSKgelGMHXL、TSKgelGMHXL和TSKgel2000HXL依次连结而成的柱
溶剂:四氢呋喃
注入量:80μl
测定温度:40℃
流速:1ml/分钟
检测器:差示折射计。
(IR波谱的测定)
通过制造例得到的硅烷化合物聚合物的IR波谱使用傅立叶转换红外分光光度计(Spectrum100、パーキンエルマー公司制)进行测定。
(固体Si-NMR测定)
针对将实施例1~6和比较例1~3中得到的固化性组合物分别以170℃加热2小时而使其固化从而得到的固化物,在下述条件下进行固体Si-NMR测定。将所得固体Si-NMR波谱图示于图1~图9。
装置:ブルカー・バイオスピン公司制 AV-500
29Si-NMR共振频率:99.352MHz
探针:7.0mmφCP-MAS用探针
外部标准:六甲基环三硅氧烷(-9.66ppm)
测定温度:25℃
试样转速:4kHz
测定方法:脉冲程序 hpdec(高功率去耦)
29Si 90°脉冲宽度:5.5μs
重复时间:600s
累算次数:128次
观测宽度:30kHz
扩展因子:20Hz。
[数据处理方法]
在固体Si-NMR测定中,将time domain size设为1024并读取测定数据,在8192点进行零填充来进行傅立叶转换。
[波形分离分析方法]
针对傅立叶转换后的波谱的各峰,将峰形状的化学位移、高度、半值宽度、高斯波形和洛伦兹波形的成分比作为可变参数,通过非线性最小二乘法来进行最佳化计算。
(粘接强度的测定)
在2mm见方的硅芯片的镜面上,以厚度达到约2μm的方式分别涂布固化性组合物,将涂布面载置在被粘物(镀银的铜板)上并压接。其后,以170℃加热处理2小时而使其固化,从而得到带试验片的被粘物。将该带试验片的被粘物在预先加热至特定温度(23℃、100℃)的胶接检验仪(4000系列、デイジ公司制)的测定台上放置30秒钟,从比被粘物高50μm的位置处以200μm/s的速度,对于粘接面沿着水平方向(剪切方向)施加应力,测定23℃和100℃下的试验片与被粘物的粘接强度(N/2mm□)。
(制造例1)
在300ml的茄型烧瓶中投入甲基三乙氧基硅烷(信越化学工业株式会社制、制品名:KBE-13)71.37g(400mmol)后,一边搅拌一边添加在蒸馏水21.6ml中溶解有35%盐酸0.10g(相对于硅烷化合物的总量为0.25mol%)的水溶液,将全部容积以30℃搅拌2小时,接着,升温至70℃并搅拌5小时后,投入乙酸丙酯140g并搅拌。向其中一边搅拌一边添加28%氨水0.12g(相对于硅烷化合物的总量为0.5mol%),将全部容积升温至70℃并进一步搅拌3小时。向反应液中添加精制水并分液,重复该操作直至水层的pH达到7为止。将有机层用旋转蒸发仪进行浓缩,将浓缩物进行真空干燥,从而得到硅烷化合物聚合物(A1)55.7g。该聚合物的质均分子量(MW)为7800、分子量分布(Mw/Mn)为4.52。
以下示出硅烷化合物聚合物(A1)的IR波谱数据。
Si-CH3:1272cm-1、1409cm-1;Si-O:1132cm-1
(制造例2)
在300ml的茄型烧瓶中投入苯基三甲氧基硅烷(东京化成工业株式会社制)20.2g(102mmol)、2-氰基乙基三甲氧基硅烷(アヅマックス公司制)3.15g(18mmol)、以及作为溶剂的丙酮96ml和蒸馏水24ml后,一边搅拌内容物一边添加作为催化剂的磷酸(关东化学株式会社制)0.15g(1.5mmol),以25℃进一步持续搅拌16小时。
反应结束后,将反应液用旋转蒸发仪浓缩至50ml,向浓缩物中添加乙酸乙酯100ml,用饱和碳酸氢钠水溶液进行中和。静置一会儿后,分取出有机层。接着,将有机层用蒸馏水清洗2次后,用无水硫酸镁干燥。滤掉硫酸镁后,将滤液用旋转蒸发仪浓缩至50ml,将所得浓缩物滴加至过量的正己烷中而使其沉淀,通过倾析来分离出沉淀物。使所得沉淀物溶解于甲乙酮(MEK)来回收,用旋转蒸发仪对溶剂进行减压蒸馏去除。通过对残留物进行真空干燥,从而得到硅烷化合物聚合物(A2)13.5g。该聚合物的质均分子量(Mw)为1,870、分子量分布(Mw/Mn)为1.42。
以下示出硅烷化合物聚合物(A2)的IR波谱数据。
Si-Ph:698cm-1、740cm-1;Si-O:1132cm-1;-CN:2259cm-1。
(制造例3)
按照日本特开2007-112975号公报的实施例1所述的方法,进行甲基三甲氧基硅烷与二甲基二甲氧基硅烷的缩聚反应,从而得到含有硅烷化合物聚合物(A3)的溶液。
(实施例1)
向通过制造例1得到的硅烷化合物聚合物(A1)100份中添加作为(B)成分〔硅烷偶联剂(B1)〕的1,3,5-N-三〔3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基〕异氰脲酸酯10份、作为(B)成分〔硅烷偶联剂(B2)〕的3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基琥珀酸酐3份,将全部容积充分混合、脱泡,从而得到固化性组合物1。
使用所得固化性组合物1,按照上述方法,进行固体Si-NMR测定和粘接强度的测定。将结果示于表1。此外,将所得固化物的固体Si-NMR波谱图示于图1。
(实施例2)
在实施例1中,进一步添加作为(C)成分的3-巯基丙基三甲氧基硅烷(信越化学工业株式会社制、KBM-803)5份,除此之外,与实施例1同样操作来获得固化性组合物2。
使用所得固化性组合物2,按照上述方法,进行固体Si-NMR测定和粘接强度的测定。将结果示于表1。此外,将所得固化物的固体Si-NMR波谱图示于图2。
(实施例3)
在实施例2中,进一步添加作为(D)成分的微粉二氧化硅(日本エアロジル公司制、AEROSIL RX300)20份,除此之外,与实施例2同样操作来获得固化性组合物3。
使用所得固化性组合物3,按照上述方法,进行固体Si-NMR测定和粘接强度的测定。将结果示于表1。此外,将所得固化物的固体Si-NMR波谱图示于图3。
(实施例4)
向通过制造例2得到的硅烷化合物聚合物(A2)100份中添加作为(B)成分〔硅烷偶联剂(B1)〕的1,3,5-N-三〔3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基〕异氰脲酸酯10份、作为(B)成分〔硅烷偶联剂(B2)〕的3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基琥珀酸酐1份,将全部容积充分混合、脱泡,从而得到固化性组合物4。
使用所得固化性组合物4,按照上述方法,进行固体Si-NMR测定和粘接强度的测定。将结果示于表1。此外,将所得固化物的固体Si-NMR波谱图示于图4。
(比较例1)
使用通过制造例3得到的溶液代替实施例1~4的固化性组合物1~4来获得固化物,进行固体Si-NMR测定和粘接强度的测定。将结果示于表1。此外,将所得固化物的固体Si-NMR波谱图示于图5。
(制造例4)
向300ml的茄型烧瓶中投入苯基三甲氧基硅烷(东京化成工业株式会社制)11.9g(60mmol)、3-乙酰氧基丙基三甲氧基硅烷(アヅマックス公司制)13.3g(60mmol)、以及作为溶剂的甲苯60ml、蒸馏水30ml后,一边搅拌一边添加作为催化剂的磷酸(关东化学株式会社制)0.15g(1.5mmol),在室温下进一步持续搅拌16小时。
反应结束后,向反应混合物中添加乙酸乙酯100ml,用饱和碳酸氢钠水溶液进行中和。静置一会儿后,分取出有机层。接着,将有机层用蒸馏水清洗2次后,用无水硫酸镁干燥。滤掉硫酸镁后,将滤液用旋转蒸发仪浓缩至50ml,将其滴加至过量的正己烷中而使其沉淀,通过倾析来分离出沉淀物。使所得沉淀物溶解于甲乙酮来回收,用旋转蒸发仪对溶剂进行减压蒸馏去除,并进行真空干燥,从而得到硅烷化合物共聚物(A4)15.3g。
硅烷化合物共聚物(A4)的重均分子量(Mw)为2,600、分子量分布(Mw/Mn)为1.60。
此外,以下示出硅烷化合物共聚物(A4)的IR波谱数据。
Si-Ph:700cm-1、742cm-1;Si-O:1132cm-1;-CO:1738cm-1。
(制造例5)
在300ml的茄型烧瓶中投入苯基三甲氧基硅烷(东京化成工业株式会社制)11.9g(60mmol)、3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(东京化成工业株式会社制)14.2g(60mmol)、作为溶剂的甲苯60ml、蒸馏水30ml后,一边搅拌一边添加作为催化剂的磷酸(关东化学株式会社制)0.15g(1.5mmol),在室温下进一步持续搅拌16小时。
反应结束后,向反应混合物中添加乙酸乙酯100ml,用饱和碳酸氢钠水溶液进行中和。静置一会儿后,分取出有机层。接着,将有机层用蒸馏水清洗2次后,用无水硫酸镁干燥。滤掉硫酸镁后,将滤液用旋转蒸发仪浓缩至50ml,将其滴加至过量的正己烷中而使其沉淀,通过倾析来分离出沉淀物。使所得沉淀物溶解于甲乙酮(MEK)来回收,用旋转蒸发仪对溶剂进行减压蒸馏去除,并进行真空干燥,从而得到硅烷化合物共聚物(A5)16.3g。
硅烷化合物共聚物(A5)的重均分子量(Mw)为2,800。
此外,以下示出硅烷化合物共聚物(A5)的IR波谱数据。
Si-Ph:699cm-1、741cm-1;Si-O:1132cm-1;环氧基:1254cm-1。
(实施例5)
向通过制造例4得到的硅烷化合物共聚物(A4)100份中添加作为(B)成分〔硅烷偶联剂(B1)〕的1,3,5-N-三〔3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基〕异氰脲酸酯10份、作为(B)成分〔硅烷偶联剂(B2)〕的3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基琥珀酸酐1份,将全部容积充分混合、脱泡,从而得到固化性组合物5。
使用所得固化性组合物5,按照上述方法,进行固体Si-NMR测定和粘接强度的测定。将结果示于表2。此外,将所得固化物的固体Si-NMR波谱图示于图6。
(实施例6)
向通过制造例5得到的硅烷化合物共聚物(A5)100份中添加作为(B)成分〔硅烷偶联剂(B1)〕的1,3,5-N-三〔3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基〕异氰脲酸酯10份、作为(B)成分〔硅烷偶联剂(B2)〕的3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基琥珀酸酐1份,将全部容积充分混合、脱泡,从而得到固化性组合物6。
使用所得固化性组合物6,按照上述方法,进行固体Si-NMR测定和粘接强度的测定。将结果示于表2。此外,将所得固化物的固体Si-NMR波谱图示于图7。
(比较例2)
向市售的笼型结构的倍半硅氧烷化合物(硅烷化合物聚合物(A6)、ALDRICH公司制、商品名:POSS-Octaphenyl substituted)100份中添加作为(B)成分〔硅烷偶联剂(B1)〕的1,3,5-N-三〔3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基〕异氰脲酸酯10份、作为(B)成分〔硅烷偶联剂(B2)〕的3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基琥珀酸酐3份,将全部容积充分混合、脱泡,从而得到固化性组合物7。
使用所得固化性组合物7,按照上述方法,进行固体Si-NMR测定和粘接强度的测定。将结果示于表2。此外,将所得固化物的固体Si-NMR波谱图示于图8。
(比较例3)
向市售的笼型结构的倍半硅氧烷化合物(硅烷化合物聚合物(A7)、Mayaterials公司制、商品名:Octaglycidyl(OG))100份中添加作为(B)成分〔硅烷偶联剂(B1)〕的1,3,5-N-三〔3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基〕异氰脲酸酯10份、作为(B)成分〔硅烷偶联剂(B2)〕的3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基琥珀酸酐3份,将全部容积充分混合、脱泡,从而得到固化性组合物8。
使用所得固化性组合物8,按照上述方法,进行固体Si-NMR测定和粘接强度的测定。将结果示于表2。此外,将所得固化物的固体Si-NMR波谱图示于图9。
由表1、表2可知下述内容。
测定实施例1~6的固化性组合物1~6的固化物的固体Si-NMR时,在-80ppm以上且低于-40ppm的区域观测到半值宽度为500Hz以上且900Hz以下的峰。并且可知:这些固化物在23℃、100℃下均具有优异的粘接强度,粘接性和耐热性优异。
另一方面,对于比较例1~3的固化物的固体Si-NMR而言,在-80ppm以上且低于-40ppm的区域观测不到半值宽度为500Hz以上且900Hz以下的峰。并且,该固化物的粘接性差。
Claims (11)
1.固化性组合物,其为含有下述(A)成分和(B)成分的固化性组合物,其特征在于,
所述(A)成分与(B)成分的质量比〔(A)成分:(B)成分〕为100:0.01~100:50,
在测定其固化物的固体Si核磁共振波谱时,在-80ppm以上且低于-40ppm的区域内观测到峰,且该峰的半值宽度为500Hz以上且900Hz以下,
(A)成分:具有下述式(a-1)所示重复单元、且质均分子量(Mw)为1,000~30,000的固化性聚倍半硅氧烷化合物,
R1SiO3/2 (a-1)
式中,R1表示不具有取代基的碳原子数1~10的烷基;
(B)成分:选自分子内具有氮原子的硅烷偶联剂和分子内具有酸酐结构的硅烷偶联剂中的至少1种硅烷偶联剂。
2.根据权利要求1所述的固化性组合物,其中,所述(A)成分的固化性聚倍半硅氧烷化合物是使下述式(a-2)所示化合物中的至少1种在缩聚催化剂的存在下进行缩聚而得到的,
R1Si(OR2)x(X1)3-x (a-2)
式中,R1表示不具有取代基的碳原子数1~10的烷基;R2表示碳原子数1~10的烷基;X1表示卤原子;x表示0~3的整数,多个R2和多个X1可以分别彼此相同也可以不同。
3.根据权利要求1或2所述的固化性组合物,其中,所述(B)成分包含分子内具有氮原子的硅烷偶联剂和分子内具有酸酐结构的硅烷偶联剂这两者。
4.权利要求1或2所述的固化性组合物的制造方法,其特征在于,具备下述步骤(I)和步骤(II),
步骤(I):使下述式(a-2)所示化合物中的至少1种在缩聚催化剂的存在下进行缩聚,从而得到固化性聚倍半硅氧烷化合物的步骤,
[化3]
R1Si(OR2)x(X1)3-x (a-2)
式中,R1表示不具有取代基的碳原子数1~10的烷基;R2表示碳原子数1~10的烷基;X1表示卤原子;x表示0~3的整数;多个R2和多个X1可以分别彼此相同也可以不同;
步骤(II):将通过步骤(I)得到的固化性聚倍半硅氧烷化合物与选自分子内具有氮原子的硅烷偶联剂和分子内具有酸酐结构的硅烷偶联剂中的至少1种硅烷偶联剂进行混合的步骤。
5.根据权利要求4所述的固化性组合物的制造方法,其中,作为缩聚催化剂,至少使用酸催化剂。
6.根据权利要求5所述的固化性组合物的制造方法,其中,所述酸催化剂为选自磷酸、盐酸、硼酸、柠檬酸、乙酸、硫酸和甲磺酸中的至少1种。
7.固化物,其是使权利要求1~3中任一项所述的固化性组合物固化而得到的。
8.根据权利要求7所述的固化物,其是光学元件固体材料。
9.权利要求1~3中任一项所述的固化性组合物的作为光学元件固体材料用粘接剂的用途。
10.权利要求1~3中任一项所述的固化性组合物的作为光学元件固体材料用密封剂的用途。
11.光学器件,其是将权利要求1~3中任一项所述的固化性组合物用作光学元件固体材料用粘接剂或光学元件固体材料用密封剂而得到的。
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