CN113631281B - 有机聚硅氧烷固化物膜、其用途、制备方法及制备装置 - Google Patents

有机聚硅氧烷固化物膜、其用途、制备方法及制备装置 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于,提供有机聚硅氧烷固化物膜、其用途以及制备方法,该有机聚硅氧烷固化物膜为薄膜且具有优异的平坦性,优选地,膜的表面非常平滑且具有优异的平坦性,可预期相对于负载电压的高介质击穿强度。一种膜表面的算术平均高度(Sa)小于0.50μm且膜中心的平均厚度在1~20μm的范围内的有机聚硅氧烷固化物膜。这种膜可优选地使用包括在一对支撑辊之间通过张力支撑方式支撑的连续移动的基材上使用狭缝模头涂布固化性有机聚硅氧烷组合物的模头涂布工序的制备方法来获得。

Description

有机聚硅氧烷固化物膜、其用途、制备方法及制备装置
技术领域
本发明涉及一种薄而均匀的有机聚硅氧烷固化物膜、其用途、其制备方法及制备装置。
背景技术
就具有聚硅氧烷骨架的有机聚硅氧烷固化物而言,透明性、电绝缘性、耐热性、耐寒性等优异,能根据期望通过引入氟代烷基等高介电性官能团来改善电活性,且能容易加工为膜状或片状,因此以用于各种电气/电子设备的粘接剂膜、用于致动器等换能器设备的电活性膜为代表,用于各种用途,这些有机聚硅氧烷固化物根据其固化机理,分类为硅氢化反应固化型、缩合反应固化型、过氧化物固化型等。通过室温放置或加热而迅速固化,不产生副产物,因此使用硅氢化反应固化型的固化性有机聚硅氧烷组合物的有机聚硅氧烷固化物膜被通用。
特别是,作为触摸面板等电子材料、显示装置用电子构件,特别是传感器、致动器等的换能器材料,有机聚硅氧烷固化物膜有以下倾向:除了要求高度的均匀性以外,还要求作为薄膜的成形性。特别是近年来,对由有机聚硅氧烷固化物制成且膜厚为20μm以下的具有优异的平坦性的薄膜的需求强烈。
然而,例如如图2(参考图)所述的狭缝式涂布方式广泛用于精密薄膜制备,但由于机床加工精度的限制,因此存在支持辊的偏心为大致2μm且由此获得的薄膜的膜厚不均匀的情况。即使使用精密级的轴承,也只是增加轴承的不均匀精度而已,不可避免起因于该支撑辊的偏心的膜的不均匀性。其中,从有机聚硅氧烷固化物膜的绝缘耐圧性或层叠精度的观点来看,涂布膜厚的精度优选在5%以内,但只要无法避免大致2μm的不均匀性,就会在薄膜的目标膜厚为20μm的情况下,当因偏心和轴承精度造成的膜厚的误差为2μm时,在制备方面上难以稳定保持5%以内的膜厚精度。
另一方面,已知以通过降低涂布液的粘度和增加湿润膜厚等效果而缓解机械精度的影响并提高涂布膜厚精度为目的来使用溶剂稀释的制膜方法。作为一例,本案申请人提出一种包含溶剂且具有控制的粘度及触变性的成膜用固化性有机聚硅氧烷组合物及通过固化该组合物而获得的有机聚硅氧烷固化物膜(专利文献1)。这种组合物是在获得薄膜状的有机聚硅氧烷固化物的方面有用且有效的,但是,当将通过溶剂稀释获得的成膜用固化性有机聚硅氧烷组合物成型为薄膜时,根据其稀释所用的溶剂的选择,存在在膜的表面及内部产生来源于残留溶剂、相分离等的缺陷的情况,当精密且具有优异的平坦性、且薄膜的目标膜厚为20μm以下时,留有进一步改善的余地。
另一方面,本案申请人在专利文献2中提出均匀性和膜宽度方向上的平坦性优异的高誘电性膜的提供、及其用途以及制备方法。然而,该薄膜是在抑制厚度的偏差或不均匀性以实现具有优异的平坦性的有机聚硅氧烷固化物膜的方面是有效的,但是,当膜厚为50μm时,难以稳定涂布该组合物,在薄膜的目标膜厚为20μm的情况下,还留有改善的余地。
类似地,在专利文献3中提出了使用辊输送由热塑性树脂等的载体膜制成的网,使用狭缝模头将固化性硅垂直涂布到该载体上以获得薄且平坦性优异的有机硅薄膜。然而,在本方法中,当薄膜的目标膜厚为20μm时,尚未完全解决前文中所述的基因于支持辊的偏心及轴承的机械精度的影响和溶剂的使用所伴随的膜的表面及内部的缺陷问题而还留有改善的余地。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利申请2018-229642
专利文献2:国际专利公开WO2017/183541号公报
专利文献3:日本特表2016-500382号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明是为了解决上述问题而完成的,其目的在于,提供一种有机聚硅氧烷固化物膜、其用途以及制备方法,所述有机聚硅氧烷固化物膜的膜厚为20μm以下且具有优异的平坦性及均匀性。
用于解决问题的方案
为解决上述问题而深入研究的结果,本发明人发现通过膜表面的算术平均高度(Sa)小于0.50μm且膜中心的平均厚度在1~20μm的范围内的有机聚硅氧烷固化物膜以及以包括在一对支撑辊之间通过张力支撑方式支撑的连续移动的基材上使用狭缝模头涂布固化性有机聚硅氧烷组合物的模头涂布工序为特征的该有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法来能够解决上述问题,并完成了本发明。
即,本发明的目的如下。
[1]一种有机聚硅氧烷固化物膜,其中,膜表面的算术平均高度(Sa)小于0.50μm,膜中心的平均厚度在1~20μm的范围内。此外,更优选的是在膜的宽度方向上末端的厚度与中心的厚度之差在5.0%以内。
[2]根据[1]中所述的有机聚硅氧烷固化物膜,其中,所述有机聚硅氧烷固化物膜的膜中心的平均厚度在1~10μm的范围内。
[3]根据[1]或[2]中所述的有机聚硅氧烷固化物膜,其特征在于,所述有机聚硅氧烷固化物膜实质上不含有有机溶剂。此外,实质上不含有有机溶剂是指,通过固化无溶剂型的固化性有机聚硅氧烷组合物而获得的固化物膜,或者通过充分除去固化时残留的有机溶剂而相对于整个固化物膜的有机溶剂的含量小于0.1质量%。
[4]根据[1]~[3]中任一项所述的有机聚硅氧烷固化物膜,其中,其使包含以下成分的固化性有机聚硅氧烷组合物固化而成:(A)分子内具有至少两个包含碳-碳双键的固化反应性基团的有机聚硅氧烷;
(B)相对于分子中具有至少两个硅键合氢原子的有机氢聚硅氧烷组合物中的碳-碳双键的合计量1摩尔,本成分中的硅原子键合氢原子含量成为0.1~2.5摩尔的量;以及
(C)有效量的硅氢化反应用催化剂。
[5]根据[4]所述的有机聚硅氧烷固化物膜,其中,所述成分(A)或成分(B)一部分或全部为具有高介电性官能团的有机聚硅氧烷或有机氢聚硅氧烷。
[6]根据[4]或[5]所述的有机聚硅氧烷固化物膜,其中,固化性有机聚硅氧烷组合物还包含:
(D1)通过一种以上的有机硅化合物进行了表面处理的、平均BET比表面积超过100m2/g的增强性微粒或其复合体;和
(D2)通过一种以上的有机硅化合物进行了表面处理的、平均BET比表面积在10~100m2/g的范围内的增强性微粒或其复合体,
成分(D1)与成分(D2)的质量比在50:50~99:1的范围内。
[7]根据[4]~[6]中任一项所述的有机聚硅氧烷固化物膜,其中,固化性有机聚硅氧烷组合物为无溶剂型或低溶剂型的组合物。
并且,本发明的目的通过以下的发明达成。
[8]一种使用,其是[1]~[7]中任一项所述的有机聚硅氧烷固化物膜的作为电子材料或显示装置用构件的使用。
[9]一种层叠体,其具有[1]~[7]中任一项所述的有机聚硅氧烷固化物膜层叠于具备剥离层的片状基材的结构。
[10]一种电子零件或显示装置,其具有[1]~[7]中任一项所述的有机聚硅氧烷固化物膜。
而且,本发明的目的通过上述的有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法的发明来达成。
[11]一种有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法,用以制备[1]~[7]中任一项所述的有机聚硅氧烷固化物膜,所述有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法包括在一对支撑辊之间通过张力支撑方式支撑的连续移动的基材上使用狭缝模头涂布固化性有机聚硅氧烷组合物的模头涂布工序。
[12]根据[11]所述的有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法,其中,基材为具备剥离层的膜状基材。
[13]根据[11]或[12]所述的有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法,其中,所述制备方法包括使用狭缝模头将固化性有机聚硅氧烷组合物涂布在基材上之后,使固化性有机聚硅氧烷组合物固化的工序。
[14]根据[11]至[13]中任一项所述的有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法,其中,固化性有机聚硅氧烷组合物为多成分型组合物,作为向狭缝模头输送液体的前工序,所述制备方法还包括通过使用机械力的搅拌装置混合各成分以配制固化性有机聚硅氧烷组合物的混合工序。
[15]根据[14]所述的有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法,其中,使用机械力的搅拌装置为静态混合器,用于配制固化性有机聚硅氧烷组合物的混合工序和向狭缝模头输送固化性有机聚硅氧烷组合物液体的工序为连续的工序。
[16]根据[11]至[15]中任一项所述的有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法,其中,固化性有机聚硅氧烷组合物为无溶剂型或低溶剂型的组合物,所述制备方法不包括使用溶剂的稀释工序。
[17]根据[11]至[16]中任一项所述的有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法,其中,使有机聚硅氧烷组合物在夹于具备剥离层的隔离件之间的状态下固化。
[18]一种有机聚硅氧烷固化物膜的制备装置,用以制备制造[1]~[7]中任一项所述的有机聚硅氧烷固化物膜,所述制备装置包括:至少一对支撑辊;
基材,通过张力支撑方式支撑于所述一对支撑辊之间,且连续移动;
狭缝模头,用于将固化性有机聚硅氧烷组合物涂布在所述基材上;和
搅拌混合装置,具有向该狭缝模头送液的送液机构,且使用机械力。
有益效果
根据本发明,能提供一种有机聚硅氧烷固化物膜、其用途及制造方法,所述有机聚硅氧烷固化物膜可以实现薄膜化且平坦性优良,膜的表面和内部的缺陷的数量极少,表现出相对于外加电压的高的介质击穿强度。特别是,通过包括在一对支撑辊之间通过张力支撑方式支撑的连续移动的基材上使用狭缝模头涂布固化性有机聚硅氧烷组合物的模头涂布工序的有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法,可提供高精度的薄膜,该高精度的薄膜具有20μm以下的膜厚且实质上不存在基因于支持辊的偏心及轴承的机械精度的影响及溶剂使用所伴随的膜的表面及内部的缺陷问题。
就该有机聚硅氧烷固化物膜而言,处理操作性和透明性、耐热性等有机硅材料所期待的各特性优异,是作为电子零件等的粘接层或电介质层优选的膜或片状构件,也可以具有凝胶、弹性体、光学粘合(optical bonding)等功能。进一步优选的是,该有机聚硅氧烷固化物膜作为薄膜化和高电压下的介质击穿强度优异的膜或片状构件,能优选用于作为电子材料、触摸面板等显示装置用电子构件、致动器等换能器材料的用途。
附图说明
图1示出根据本发明一实施方式的涂布装置的示意图。
图2示出与本发明的制备方法不同的涂布装置的示意图以作为比较图。
图3示出使用根据本发明一实施方式的搅拌装置的向狭缝模头输送液体的示意图。
图4-1示出实施例1中制备的有机聚硅氧烷固化物膜的照片(均质镜面)。
图4-2示出比较例1中制备的有机聚硅氧烷固化物膜的照片(带有条纹)。
图4-3示出实施例2中制备的有机聚硅氧烷固化物膜的照片(均质镜面)。
图4-4示出实施例3中制备的有机聚硅氧烷固化物膜的照片(均质镜面)。
具体实施方式
以下,对本发明的有机聚硅氧烷固化物膜进行详细说明。
[厚度、均匀性以及平坦性]
本发明的有机聚硅氧烷固化物膜呈薄膜状,膜的平均厚度在1~20μm的范围内,平均厚度优选在1~15μm的范围内,平均厚度更优选在1~10μm的范围内。在此,膜的平均厚度为膜中心的厚度的平均值。优选的是,上述的有机聚硅氧烷固化物膜均匀且平坦,对于膜的宽度方向,更优选末端的厚度与中央的厚度之差为5.0%以内,膜中心的厚度的平均值在5~200μm的范围内。膜的宽度方向是指与膜的长度方向成直角的方向,一般而言,是指相对于将成为原料的固化性有机聚硅氧烷组合物涂布于基材上的方向,在平面方向上成直角的方向。需要说明的是,在进行膜的卷绕的情况下,卷绕方向为长度方向,膜的宽度方向为与其成直角的方向。在四边形或大致四边形的膜中,膜的宽度方向为与长轴方向成直角的方向,在正方形或大致正方形膜中,可以将与该正方形膜各边成直角或平行的方向的任一方向设为宽度方向。
本发明的有机聚硅氧烷固化物膜的特征在于,其表面光滑且平坦,表面粗糙度极小。具体而言,作为膜表面的表面粗糙度的算术平均高度(Sa)的平均值小于0.50μm,Sa在0.01~0.50μm的范围内、0.05~0.40μm的范围内,特别优选在0.07~0.35μm的范围内。此外,膜表面的算术平均高度(Sa)是使用激光显微镜等测量的膜表面的任意点测量的值的平均值,特别优选的是,在各点上,Sa在上述范围内。并且,当目视观察本发明的有机聚硅氧烷固化物膜时,优选的是其膜表面足够光滑以呈镜面形状。
更具体而言,使用具备日本奥林巴斯(Olympus)公司制造的波长为405nm的激光束和物镜MPLAPONLEXT 50x的激光显微镜“LEXT OLS4100”进行本发明中的Sa测量。更具体而言,使用相同的激光显微镜,将作为测量表面的有机聚硅氧烷固化物膜上的约1mm×1mm的任意表面区域设定为测量范围,并且在两个区域进行测量(n=2),并取个别值和平均值。此外,在本发明的有机聚硅氧烷固化物膜中,优选的是作为该膜表面的表面粗糙度的算术平均高度(Sa)对于n=2的平均值及个别测量值也均小于0.50μm,更优选的是各Sa在上述范围内。尤其,特别优选的是相同的膜表面的两个区域的Sa均在0.07~0.35μm的范围内。
并且,就本发明的有机聚硅氧烷固化物膜而言,优选的是膜的宽度方向上的末端的厚度(μm)与中心的厚度(μm)之差(绝对值)在5.0%以内,优选在4.0%以内,特别优选在3.5%以内。需要说明的是,该膜优选具有在表面上实质上没有包括两端的膨胀在内的凹凸的平坦且均匀的结构,优选膜宽度方向的厚度的最大位移(差)为5.0%以内,特别优选为在膜整体中厚度的最大位移(差)为5.0%以内,并且实质上不具有凹凸的平坦的膜。特别是,若该膜除了表面的光滑性之外还平坦,则不仅在形成单层时,而且在叠合多个膜层形成均匀的厚膜层时,具有基因于膜之间的凹凸的气泡不易卷入,且不易产生变形和缺陷的优点。
就本发明的有机聚硅氧烷固化物膜而言,每一片的平均厚度在1~20μm的范围内,但可以叠合多个膜而形成超过20μm的层叠膜,以用于形成粘接层、介电层的目的。特别是,构成将该膜层叠两层以上而成的介电层的介电性膜包含于本申请发明的范围。
如上所述,本发明的有机聚硅氧烷固化物膜是膜表面的算术平均高度(Sa)小于0.50μm且膜中心的平均厚度在1~20μm的范围内的、表面极其光滑的薄层平坦膜。当膜表面的算术平均高度(Sa)小于0.50μm时,膜表面足够平滑,以目视观察时呈镜面状,这在已知的有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法中,因机械精度而难以实现的,但通过使用后述的有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法,可容易获得所述的有机聚硅氧烷固化物膜,所述有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法的特征在于,包括在一对支撑辊之间通过张力支撑方式支撑的连续移动的基材上,使用狭缝模头涂布固化性有机聚硅氧烷组合物的模头涂布工序。并且,通过该制备方法,可一并消除因使用溶剂而所伴随的膜的表面及内部的缺陷问题以获得薄层平坦且高质量的有机聚硅氧烷固化物膜。
[膜的大小]
本发明的有机聚硅氧烷固化物膜优选具有一定的大小(面积),优选地,膜宽为30mm以上,膜面积为900mm2以上。这样的膜例如为30mm见方以上的有机聚硅氧烷固化物膜。另一方面,本发明的有机聚硅氧烷固化物膜可以具有即使在剥离层上也均匀涂布作为原料的固化性组合物而使其固化的结构,因此关于长度方向,即使是能在辊上卷绕的长度,也能无限制地使用。此外,不言而喻的是,该有机聚硅氧烷固化物膜也可以切割为所期望的大小、形状而使用。
[膜的表面及内部的缺陷]
本发明的有机聚硅氧烷固化物膜为薄层且平坦,但优选的是可使在该膜的任意部位中的同一膜表面及内部的缺陷极少。特别是,通过使用本发明的制备方法,就能够在实质上不使用溶剂的情况下获得具有20μm以下的厚度的平坦的有机聚硅氧烷固化物膜,并且可实现因残留溶剂、相分离等引起的膜的表面及内部缺陷极少的、具有高质量和高介质击穿强度的有机聚硅氧烷固化物膜。
[膜的表面缺陷的个数]
除了上述的表面平滑性之外,优选的是,本发明的有机聚硅氧烷固化物膜在该膜的任意部位中的同一膜表面的缺陷的膜表面上的缺陷极少。在此,膜表面的缺陷是指由基因于气泡的空隙(void)和灰尘、浮尘等的附着而产生的同一膜表面的污染部位,若存在许多这样的污染部位,则损害膜表面的均匀性,产生微观的缺陷,因此特别是在对该膜施加高电压而通电的情况下,成为在该部位发生该膜的介质击穿的原因。需要说明的是,有时难以目视确认表面缺陷、特别是直径几~几十μm左右的微小的空隙。
具体而言,就本发明的有机聚硅氧烷固化物膜而言,在该膜的任意部位中以15mm×15mm为单位面积的范围内使用光学单元测定其表面缺陷的个数的情况下,表面缺陷的个数在0~1个的范围内,优选在0~0.5个的范围内,更优选在0~0.1个的范围内。若表面缺陷的个数超过所述的上限,则在对该膜施加高电压而通电的情况下,容易发生介质击穿,膜整体的介质击穿强度显著降低。
在此,使用光学单元测定缺陷个数是指如下方法:由具有一定的照度的光源以一定的入射角对表面进行光照射,通过CCD(charge coupled device:电荷耦合器件)相机等光学单元检测其反射光,将具有一定的信号阈值的缺陷计数为表面缺陷。具体而言,能由设置于距该膜一定距离(例如50~300mm)的位置的白色LED光源以特定的入射角(例如10~60度)以在膜位置的照度为一定的方式进行照射,将其正反射光(与上述入射角对应的反射角的反射光)利用设置于距膜一定距离(例如50~400mm)的位置的、在扫描速度为10m/分钟时的像素尺寸为10μm的CCD相机检测,对检测出的信号在扫描方向上实施微分处理,横跨整个膜卷对具有特定的信号阈值的缺陷个数进行计数,换算为膜的每个以15mm×15mm作为单位面积的范围的缺陷数。例如,使用美国富泰克(Futek)公司制造的MaxEye.Impact(线速度为10m/min、分辨率为0.01mm/scan),通过由具有固定的表面入射角的白色LED光源对该有机聚硅氧烷固化物膜进行光照射来检测其反射光,以能确定膜表面的缺陷数。
[膜的内部缺陷的个数]
本发明的有机聚硅氧烷固化物膜为薄膜状,因此优选也抑制该膜内部的缺陷的个数。具体而言,在该膜的任意部位中以15mm×15mm为单位面积的范围内使用光学单元测定其内部缺陷的个数的情况下,内部缺陷的个数为0~20个的范围,优选为0~15个的范围。若内部缺陷的个数超过所述的上限,则在对该膜施加高电压而通电的情况下,容易发生介质击穿,膜整体的介质击穿强度显著降低。
与所述膜表面的缺陷同样地,能通过使用光学单元测定缺陷个数来确定内部缺陷的个数。在该情况下,与表面缺陷的测定不同地,可以使用如下方法:由具有规定的照度的光源对膜表面下部进行垂直的光照射,通过CCD相机等光学单元检测其透射光,将具有规定的信号阈值的缺陷计数为表面缺陷。例如,使用美国富泰克(Futek)公司制造的MaxEye.Impact(线速度为10m/分钟、分辨率为0.01mm/scan),通过由白色LED光源以从该有机聚硅氧烷固化物膜的下部沿垂直(正上方)方向贯通膜的方式进行光照射来检测其透射光,能确定膜内部的缺陷数。
[透明性]
本发明的有机聚硅氧烷固化物膜在不配合着色剂、粒径大的填料等的情况下实质上透明,能用作要求透明性/可见性的用途中的介电层或粘接层。在此,实质上透明是指,在形成有平均厚度为1~20μm的膜状的固化物的情况下,目视下为透明,大致上,波长为450nm的光的透射率是在将空气的值设为100%的情况下为80%以上。在本发明中,优选的有机聚硅氧烷固化物膜为薄膜状且高度透明,平均厚度优选在1~15μm的范围内,平均厚度更优选在1~10μm的范围内,且透光率特别优选为90%以上。
[介质击穿强度]
就本发明的有机聚硅氧烷固化物膜而言,如上所述,在其表面和内部缺陷极少,因此即使在对该膜施加高电压的情况下,也能抑制在作为缺陷的膜内的空隙(void)、灰尘中产生过电压而发生膜的介质击穿现象,结果,实现高的介质击穿强度。需要说明的是,在本说明书中“介质击穿强度”是指:在所施加的直流或交流的电压下的所述膜的介质击穿抵抗性的尺度,通过将介质击穿前的施加电压除以所述膜的厚度,得到介质击穿强度值或介质击穿电压值。即,本发明中的介质击穿强度以相对于膜的厚度的单位的电位差的单位(在本发明中为伏特/微米(V/μm))来测定。这样的介质击穿强度可以通过具有依据JIS 2101-82等标准规格的程序的电绝缘油击穿电压试验装置(例如,总研株式会社制PORTATEST 100A-2等)来测定。此时,为了避免膜上的任意部位中的介质击穿强度的测定值的偏差,优选在至少10处以上的膜上的任意部位中进行介质击穿强度的测定,其标准偏差值充分小。
具体而言,本发明的有机聚硅氧烷固化物膜在室温下测定的介质击穿强度为60V/μm~200V/μm的范围,更优选为70V/μm~100V/μm的范围。若所述的膜表面和内部的缺陷的个数超过所述上限,则有时无法实现上述的介质击穿强度。而且,本发明的有机聚硅氧烷固化物膜整体均匀,几乎不含微观的缺陷,因此介质击穿强度的标准偏差值充分小,在0.1~10.0V/μm的范围内,优选在0.1~5.0V/μm的范围内。若所述的膜表面和内部的缺陷的个数超过所述上限,则膜表面和内部的缺陷的个数的偏差也变大,介质击穿强度的标准偏差值变得大多超过10.0V/μm,所得到的有机聚硅氧烷固化物膜的可靠性降低。
[相对介电常数]
就本发明的有机聚硅氧烷固化物膜而言,也可以任意地引入氟代烷基等的高介电性官能团,能将1kHz、25℃下的膜整体的相对介电常数容易地设计为3以上。该相对介电常数可以通过高介电性官能团的引入量和高介电性填料的使用等来设计,能较容易地得到相对介电常数为4以上、5以上或6以上的有机聚硅氧烷固化物膜。
[机械物性]
本发明的有机聚硅氧烷固化物膜为薄膜且成平坦形状,其特征在于,微观的表面和内部的缺陷少,硬度、撕裂强度、拉伸强度等宏观的机械物性大致依照以同样的化学组成、膜的厚度以及形状而设计的有机聚硅氧烷固化物膜。作为一个例子,有机聚硅氧烷固化物在加热成型为2.0mm厚的片状的情况下,能设计为具有基于JIS K 6249而测定的以下的力学物性。
(1)在室温下,杨氏模量(MPa)可以设为10MPa以下,特别优选的范围为0.1~2.5MPa。
(2)在室温下,撕裂强度(N/mm)可以设为1N/mm以上,特别优选的范围为2N/mm以上。
(3)在室温下,拉伸强度(MPa)可以设为1MPa以上,特别优选的范围为2MPa以上。
(4)断裂伸长率(%)可以设为200%以上,特别优选的范围为200%-1000%的范围。
在将本发明的有机聚硅氧烷固化物膜用于作为触摸面板等电子材料、显示装置用电子构件,特别是传感器等换能器材料的用途的情况下,23℃下的剪切储能模量优选在103~105Pa的范围内,更优选在1.0×103~5.0×104Pa的范围内。
作为其他的机械物性,有机聚硅氧烷固化物膜的压缩残余应变(%)优选低于10%,更优选低于5%,特别优选为4%以下。其中,在本发明的有机聚硅氧烷固化物膜中也能设计压缩残余应变(%)低于3%的材料。
同样地,就本发明的有机聚硅氧烷固化物膜而言,其压缩率(%)优选为15%以上,更优选为18%以上,特别优选为20%以上。
[粘合力]
在将本发明的有机聚硅氧烷固化物膜用作粘接剂或粘接层的情况下,也可以设计为根据有机聚硅氧烷树脂的使用等,具有所期望的粘合力。例如,使用用于形成该有机聚硅氧烷固化物膜的固化性有机聚硅氧烷组合物来制备厚度为100μm的有机聚硅氧烷固化物膜,并在该有机聚硅氧烷固化物膜的两面贴合聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基材(厚度为50μm)的试验片,可以设计为在23℃、50%湿度的环境下进行并以300mm/min的速度和180度的角度剥离的情况下,其粘合力为5N/m以上或10N/m以上。需要说明的是,在实用上,在对使本发明的有机聚硅氧烷固化物膜密合的基材本身能赋予基于各种处理的粘合力的情况下或不用作粘接层的情况下,不言而喻的是,可以使用实质上没有粘合力或能容易剥离的有机聚硅氧烷固化物膜。
[有机聚硅氧烷固化物]
本发明的有机聚硅氧烷固化物是以使固化性有机聚硅氧烷组合物成为上述的厚度的方式固化而成的。其固化反应机理没有特别限定,例如可列举出:基于烯基与硅原子键合氢原子的硅氢化反应固化型;基于硅烷醇基和/或硅原子键合烷氧基的脱水缩合反应固化型、脱醇缩合反应固化型;基于有机过氧化物的使用的过氧化物固化反应型;以及基于对巯基等进行高能量射线照射的自由基反应固化型等,从整体较快地固化、能容易控制反应的观点考虑,优选硅氢化反应固化型、过氧化物固化反应型、自由基反应固化型以及它们的组合。这些固化反应通过加热、高能量射线的照射或它们的组合来进行。
特别是,通过使用后述的制备方法,得到的薄膜的膜厚度为20μm以下且具有5%以内的膜厚精度,优选的是,从膜表面和内部的缺陷极少的有机聚硅氧烷固化物膜的观点考虑,在本发明中,优选使用硅氢化反应固化性的固化性有机聚硅氧烷组合物。
优选的是,有机聚硅氧烷固化物膜使含有以下成分的固化性有机聚硅氧烷组合物固化而成:(A)分子内具有至少两个包含碳-碳双键的固化反应性基团的有机聚硅氧烷;
(B)分子中具有至少两个硅键合氢原子的有机氢聚硅氧烷,相对于组合物中的烯基的合计量1摩尔,本成分中的硅原子键合氢原子成为0.1~2.5摩尔的量;以及
(C)有效量的硅氢化反应用催化剂,
特别是,更优选的是,所述成分(A)为含有以下成分的有机聚硅氧烷混合物:
(a1)仅在分子链末端具有烯基的直链状或支链状的有机聚硅氧烷;以及
(a2)分子内具有至少一个支链硅氧烷单元,乙烯基(CH2=CH-)的含量在1.0~5.0质量%的范围内的含烯基的有机聚硅氧烷树脂。
上述的成分(A)为具有包含碳-碳双键的固化反应性基团的有机聚硅氧烷,可举例示出在分子内含有选自如下固化反应性基团的直链状、支链状、环状或树脂状(网状)的有机聚硅氧烷:乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基、辛烯基、壬烯基、癸烯基、十一碳烯基、十二碳烯基等碳原子数2~20的烯基;3-丙烯酰氧基丙基、4-丙烯酰氧基丁基等含丙烯酰基的基团;3-甲基丙烯酰氧基丙基、4-甲基丙烯酰氧基丁基等含甲基丙烯酰基的基团。特别是,优选具有选自乙烯基、烯丙基或己烯基中的包含碳-碳双键的固化反应性基团的有机聚硅氧烷。
作为成分(A)的有机聚硅氧烷也可以包含选自分子内不具有碳-碳双键的一价烃基、羟基以及烷氧基中的基团。此外,就一价烃基而言,其氢原子的一部分也可以由卤素原子或羟基取代。作为这样的一价烃基的例子,可列举出:甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基等烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、蒽基、菲基、芘基等芳基;苄基、苯乙基、萘基乙基、萘基丙基、蒽基乙基、菲基乙基、芘基乙基等芳烷基;以及将这些芳基或芳烷基的氢原子由甲基、乙基等烷基;甲氧基、乙氧基等烷氧基;氯原子、溴原子等卤素原子取代的基团。需要说明的是,在成分(A)包含羟基等的情况下,该成分除了硅氢化反应固化性以外,还具有缩合反应性。
优选的是,成分(A)可以为由下述的平均组成式表示的有机聚硅氧烷或其混合物。
R1 aR2 bSiO(4-a-b)/2
式中,R1为上述包含碳-碳双键的固化反应性基团,
R2为选自上述不具有碳-碳双键的一价烃基、羟基以及烷氧基的基团,
a和b为满足以下条件的数:1≤a+b≤3和0.001≤a/(a+b)≤0.33,优选为满足以下条件的数:1.5≤a+b≤2.5和0.005≤a/(a+b)≤0.2。其原因在于:若a+b为上述范围的下限以上,则固化物的柔软性变高,另一方面,若a+b为上述范围的上限以下,则固化物的机械强度变高,若a/(a+b)为上述范围的下限以上,则固化物的机械强度变高,另一方面,若a/(a+b)为上述范围的上限以下,则固化物的柔软性变高。
本发明的成分(A)特别优选为包含以下成分的有机聚硅氧烷或其混合物,
(a1)仅在分子链末端具有烯基的直链状或支链状的有机聚硅氧烷;以及
(a2)分子内具有至少一个支链硅氧烷单元,乙烯基(CH2=CH-)的含量在1.0~5.0质量%的范围内的含烯基的有机聚硅氧烷树脂。
就成分(a1)而言,在其分子链末端具有由下式表示的硅氧烷单元,
(Alk)R2 2SiO1/2
(式中,Alk为碳原子数2以上的烯基),其他的硅氧烷单元为实质上仅由R2 2SiO2/2所示的硅氧烷单元构成的直链状或支链状的有机聚硅氧烷。需要说明的是,R2表示与上述同样的基团。此外,成分(A1-1)的硅氧烷聚合度包含末端硅氧烷单元为7~1002的范围,可以为102~902的范围。这样的成分(A1-1)特别优选为分子链的两末端被由(Alk)R2 2SiO1/2表示的硅氧烷单元封端的、直链状的有机聚硅氧烷。
成分(a2)为含烯基的有机聚硅氧烷树脂,
可举例示出由如下的平均单元式表示的含烯基的有机聚硅氧烷树脂:
(RSiO3/2)o(R2SiO2/2)p(R3SiO1/2)q(SiO4/2)r(XO1/2)s(RSiO3/2)o(R2SiO2/2)p(R3SiO1/2)q(SiO4/2)r(XO1/2)s
上式中,R为选自烯基和所述不具有碳-碳双键的一价烃基的基团,X为氢原子或碳原子数1~3的烷基。其中,在所有的R中,在所述有机聚硅氧烷树脂中的乙烯基(CH2=CH-)的含量至少满足1.0~5.0质量%的范围的范围内,R为烯基,特别优选的是,由RSiO1/2表示的硅氧烷单元上的R的至少一部分为烯基。
上式中,(o+r)为正数,p为0或正数,q为0或正数,s为0或正数,且p/(o+r)为0~10的范围内的数,q/(o+r)为0~5的范围内的数,(o+r)/(o+p+q+r)为0.3~0.9的范围内的数,s/(o+p+q+r)为0~0.4的范围内的数。
作为成分(a2),特别优选举例示出由下式表示的含烯基的MQ有机聚硅氧烷树脂。
{(Alk)R2 2SiO1/2}q1(R2 3SiO1/2)q2(SiO4/2)r
(式中,Alk、R2为上述同样的基团,q1+q2+r为50~500的范围的数,(q1+q2)/r为0.1~2.0的范围的数,q2为该有机聚硅氧烷树脂中的乙烯基(CH2=CH-)的含量满足1.0~5.0质量%的范围的范围的数。)
通过并用仅在这些的分子链末端具有烯基的成分(a1)和有机聚硅氧烷树脂并且具有一定量的烯基的成分(a2),赋予作为组合物整体固化性优异且机械强度和柔软性优异的固化反应物,能够提供尤其适合于上述电子零件等中的粘接层或电介质层的有机聚硅氧烷固化物膜。
成分(B)为分子中具有至少两个硅键合氢原子的有机氢聚硅氧烷,为作为成分(A)的交联剂发挥功能的成分。
作为这样的成分(B),可举例示出:1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、1,3,5,7-四甲基环四硅氧烷、三(二甲基氢甲硅烷氧基)甲基硅烷、三(二甲基氢甲硅烷氧基)苯基硅烷、分子链两末端三甲基甲硅烷氧基封端甲基氢聚硅氧烷、分子链两末端三甲基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷/甲基氢硅氧烷共聚物、分子链两末端二甲基氢甲硅烷氧基封端二甲基聚硅氧烷、分子链两末端二甲基氢甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷/甲基氢硅氧烷共聚物、分子链两末端三甲基甲硅烷氧基封端甲基氢硅氧烷/二苯基硅氧烷共聚物、分子链两末端三甲基甲硅烷氧基封端甲基氢硅氧烷/二苯基硅氧烷/二甲基硅氧烷共聚物、三甲氧基硅烷的水解缩合物、由(CH3)2HSiO1/2单元和SiO4/2单元构成的共聚物、由(CH3)2HSiO1/2单元、SiO4/2单元以及(C6H5)SiO3/2单元构成的共聚物以及它们的两种以上的混合物。
就成分(B)的使用量而言,相对于组合物中的、优选相对于成分(A)中的碳-碳双键1摩尔,硅键合氢原子成为0.1~10摩尔的范围的量,优选成为0.1~5.0摩尔的范围的量,特别优选成为0.1~2.5摩尔的范围的量。成分(B)的使用量在所述下限以下,有时成为固化不良的原因,若成分(B)的含量超过所述上限,则固化物的机械强度变得过高,有时无法得到作为粘接层或介电层优选的物性。但是,在将提高本发明的有机聚硅氧烷固化物膜相对于玻璃等被粘物的粘接强度等作为目的的情况下,不妨碍相对于成分(A)中的碳-碳双键1摩尔,硅键合氢原子在超过20摩尔的范围内使用。
成分(C)为促进成分(A)与成分(B)的硅氢化反应的催化剂,可举例示出:铂系催化剂、铑系催化剂、钯系催化剂、镍系催化剂、铱系催化剂、钌系催化剂以及铁系催化剂,优选为铂系催化剂。作为该铂系催化剂,可举例示出:铂微粉末、铂黑、铂担载二氧化硅微粉末、铂担载活性炭、氯铂酸、氯铂酸的醇溶液、铂的烯烃络合物、铂的烯基硅氧烷络合物等铂系化合物,特别优选铂的烯基硅氧烷络合物。作为所述烯基硅氧烷,可举例示出:1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基环四硅氧烷、由乙基、苯基等取代了这些烯基硅氧烷的甲基的一部分的烯基硅氧烷、由烯丙基、己烯基等取代了这些烯基硅氧烷的乙烯基的烯基硅氧烷。特别是,从该铂-烯基硅氧烷络合物的稳定性良好的观点考虑,优选1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。此外,从能使该铂-烯基硅氧烷络合物的稳定性提高的观点考虑,优选在该络合物中添加:1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、1,3-二烯丙基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、1,3-二乙烯基-1,3-二甲基-1,3-二苯基二硅氧烷、1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四苯基二硅氧烷、1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基环四硅氧烷等烯基硅氧烷、二甲基硅氧烷低聚物等有机硅氧烷低聚物,特别优选添加烯基硅氧烷。
成分(C)的使用量为有效量,没有特别限制,只要是促进本发明的固化性有机聚硅氧烷组合物的固化的量就没有特别限定。具体而言,相对于成分(A)~(C)之和(将整体设为100质量%),该催化剂中的金属原子以质量单位计为0.01~1000ppm,成分(C)中的铂金属原子优选成为0.1~500ppm的范围内的量。其原因在于:若成分(C)的含量低于上述范围的下限,则有时固化变得不充分,若成分(C)的含量超过上述范围的上限,则除了不经济以外,有时会对所得到的固化物的着色等、透明性造成不良影响。
[增强性填料(D1)、(D2)]
并且,就本发明的固化性有机聚硅氧烷组合物而言,优选的是,相对于该组合物中的通过固化反应形成非挥发性的固体成分的成分之和,在一定的范围内包含通过一种以上的有机硅化合物进行了表面处理、平均BET比表面积不同的增强性微粒或其复合体。
在此,从固化物的机械强度的观点考虑,增强性微粒优选为平均一次粒径低于50nm的一种以上的增强性无机微粒,可举例示出:气相二氧化硅、湿式二氧化硅、粉碎二氧化硅、碳酸钙、硅藻土、微粉碎石英、除了氧化铝/氧化锌以外的各种金属氧化物粉末、玻璃纤维、碳纤维等,使用将它们用后述的一种以上的有机硅化合物进行了处理而得到的增强性微粒。其形状没有特别限定,可以使用粒子状、板状、针状、纤维状等任意形状的增强性微粒。
从提高机械强度的观点考虑,作为优选例子,可列举出平均一次粒径为10nm以下,部分凝聚,其BET比表面积如后所述相互不同的亲水性或疏水性的气相二氧化硅或其金属氧化物复合体。而且,从提高分散性的方面考虑,优选用二硅氮烷或后述的硅烷偶联剂对气相二氧化硅或其金属氧化物复合体进行处理。这些增强性无机粒子也可以组合使用两种以上。
在本发明中,增强性填料包含以下成分:
(D1)通过一种以上的有机硅化合物进行了表面处理的、平均BET比表面积超过100m2/g的增强性微粒或其复合体;以及
(D2)通过一种以上的有机硅化合物进行了表面处理的、平均BET比表面积在10~100m2/g的范围内的增强性微粒或其复合体,
并且,成分(D1)与成分(D2)的质量比在50:50~99:1的范围内,也可以在70:30~97:3的范围内,优选在70:30~95:5的范围内。在偏离上述(D1)与(D2)的质量比范围的情况下,恐怕固化性有机聚硅氧烷组合物的固化前粘度会上升,或者固化后的力学强度、介质击穿强度会降低。
通过在组合物中配合作为上述的成分(D1)和(D2)的增强性填料,能使将本发明的固化性有机聚硅氧烷组合物固化而成的有机聚硅氧烷固化物的力学强度、介质击穿强度增加。就这些填料的配合量而言,相对于组合物中的通过固化反应形成非挥发性的固体成分的成分之和,成分(D1)与成分(D2)之和在10~40质量%的范围内,也可以在15~35质量%的范围内,特别优选在15~30质量%的范围内。若超过上述的质量%范围的上限,则有时难以进行均匀且薄膜状的涂布,在低于上述的质量%范围的下限时,固化性有机聚硅氧烷组合物的固化后的物性恐怕会变得不充分。
作为上述的成分(D1)和(D2)的增强性填料需要通过一种以上的有机硅化合物进行表面处理。通过有机硅化合物进行的表面处理为疏水化处理,若使用通过该有机硅化合物进行了表面处理的填充剂即成分(D1)和成分(D2),则能使这些增强性填料以高填充率均匀地分散在有机聚硅氧烷组合物中。此外,抑制了组合物的粘度的增大,成型加工性提高。
有机硅化合物的例子为硅烷、硅氮烷、硅氧烷或同类物等低分子量有机硅化合物;以及聚硅氧烷、聚碳硅氧烷或同类物等有机硅聚合物或低聚物。优选的硅烷的例子为所谓的硅烷偶联剂。作为这样的硅烷偶联剂的代表例子,为烷基三烷氧基硅烷(甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、己基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷或同类物等)、含有机官能团的三烷氧基硅烷(缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、环氧基环己基乙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、氨基丙基三甲氧基硅烷或同类物等)。作为优选的硅氧烷和聚硅氧烷,可列举出:六甲基二硅氧烷、1,3-二己基四甲基二硅氧烷、三烷氧基甲硅烷基单封端(single-terminated)的聚二甲基硅氧烷、三烷氧基甲硅烷基单封端的二甲基乙烯基单封端的聚二甲基硅氧烷、三烷氧基甲硅烷基单封端的有机官能团单封端的聚二甲基硅氧烷、三烷氧基甲硅烷基双封端(doubly terminated)的聚二甲基硅氧烷、有机官能团双封端的聚二甲基硅氧烷或同类物。在使用硅氧烷时,硅氧烷键的数量n优选在2~150的范围内。优选的硅氮烷的例子为六甲基二硅氮烷、1,3-二己基-四甲基二硅氮烷或同类物。优选的聚碳硅氧烷的例子为在聚合物主链内具有Si-C-C-Si键的聚合物。
本发明中的成分(D1)、(D2)通过上述有机硅化合物进行了表面处理,特别是,用于与本发明相关的成分(D1)和成分(D2)的表面处理的有机硅化合物最优选至少含有选自六甲基二硅氮烷和1,3-双(3,3,3-三氟丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氮烷中的一种以上。需要说明的是,在不妨碍本发明的技术效果的范围内,也可以并用除了有机硅化合物以外的表面处理剂的表面处理。
在所述表面处理中,表面处理剂相对于填充剂总量的比例优选在0.1质量%以上且50质量%以下的范围内,更优选在0.3质量%以上且40质量%以下的范围内。需要说明的是,关于处理量,为填充剂与表面处理剂的装料比,优选在处理后去除剩余的处理剂。此外,根据需要在进行处理时,使用促进或辅助反应的添加剂等也没有问题。
在所述表面处理中,表面处理剂的成分是否化学性地或物理性地固定于填充剂表面是重要的参数。例如,表面处理剂的固定量可以通过在碱条件下使过剩的四乙氧基硅烷与包含填充剂的组合物反应,用气相色谱法检测反应产物来分析。
相对于填充剂量100质量份,固定于上述填充剂表面的表面处理剂的成分量可以为1.0质量份以上,优选为3.0质量份以上。其中,在用于本发明的成分(D1)和成分(D2)的表面处理的有机硅化合物使用六甲基二硅氮烷和1,3-双(3,3,3-三氟丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氮烷这两种的情况下,可以根据需要改变各自向填充剂表面上的固定比率。例如,在本发明中,如上所述,可以在成分(A)或成分(B)的一部分或全部中引入作为高介电性官能团的由(CpF2p+1)-R-(R为碳原子数1~10的亚烷基,p为1以上且8以下的整数)表示的氟代烷基。从介电特性、经济性、制备容易性、所得到的固化性有机聚硅氧烷组合物的成型加工性的观点考虑,优选的基团为p=1的基团,即三氟丙基。在该情况下,源自六甲基二硅氮烷和1,3-双(3,3,3-三氟丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氮烷的处理成分固定于填充剂表面上的重量比可以为0以上且10以下,优选为0以上且5以下。若偏离该范围,则恐怕成分(A)或成分(B)与填充剂表面的亲和性会变差,加工性、固化后的物性会降低。
[其他功能性填料]
在本发明的固化性有机聚硅氧烷组合物中,除了上述的成分(D1)和成分(D2)以外的填料根据期望,既可以使用,也可以不使用。在使用填充剂的情况下,可以使用无机填充剂和有机填充剂中的任一者或两者。使用的填充剂的种类没有特别限定,例如可列举出:高介电性填充剂、导电性填充剂、绝缘性填充剂等,可以使用它们中的一种以上。特别是,在本发明的组合物中,在不损害其透明性、涂敷性以及处理操作性的范围内,以调整粘度或赋予功能性为目的,可以任意地含有选自由高介电性填充剂、导电性填充剂以及绝缘性填充剂构成的组中的一种以上的填充剂。
填充剂可以为一种或两种以上,其形状没有特别限定,可以使用粒子状、板状、针状、纤维状等任意形状的填充剂。在填料的形状为粒子的情况下,填料的粒径没有特别限定,例如在通过激光衍射法、动态光散射法进行测定的情况下,其体积平均粒径例如可以设为0.001~500μm的范围。此外,根据使用填料的目的,填料的体积平均子粒径可以设为300μm以下、200μm以下、100μm以下、10μm以下或0.01μm以上、0.1μm以上、1μm以上。在填料的形状为板状、针状、纤维状等的各向异性的情况下,填料的纵横比可以为1.5以上、5以上或10以上。若使用体积平均子粒径为0.01μm以下且最大粒子的粒径为0.02μm以下的微粒,则有时能制备实质上透明性高的固化物,特别是粘接剂膜或电活性膜。
作为其他功能性填料,可举例示出:介电性无机微粒、导电性无机微粒、绝缘性无机微粒以及热传导性无机微粒。可以将选自这些微粒的一种以上用于本发明的组合物。需要说明的是,这些无机微粒有时兼具作为增强性填料的功能等两种以上的功能。
作为优选的介电性无机微粒的例子,可列举出选自由氧化钛、钛酸钡、钛酸锶、锆钛酸铅以及钛酸钡的钡和钛部位的一部分用钙、锶、钇、钕、钐、镝等碱土金属、锆或稀土金属取代而成的复合金属氧化物构成的组中的一种以上的无机微粒,更优选氧化钛、钛酸钡、锆钛酸钡钙以及钛酸锶,进一步优选氧化钛、钛酸钡。
特别是,介电性无机微粒特别优选其至少一部分为在室温、1kHz下的相对介电常数为10以上的介电性无机微粒。需要说明的是,所述无机微粒的优选的大小(平均一次粒径)的上限为20000nm(20μm),但若考虑对后述的换能器用薄膜的加工性,则更优选为10000nm(10μm)。通过使用所述介电性无机微粒,对于有机聚硅氧烷固化物,有时能进一步改善机械特性和/或电特性,特别是其相对介电常数。
作为导电性无机微粒,只要能对有机聚硅氧烷固化物赋予导电性就没有特别限制。具体而言,可列举出:导电性炭黑、石墨、气相生长碳(VGCF)等导电性碳;铂、金、银、铜、镍、锡、锌、铁、铝等金属粉末,进一步可列举出:掺锑氧化锡、掺磷氧化锡、用氧化锡/锑进行了表面包覆的针状氧化钛、氧化锡、氧化铟、氧化锑、锑酸锌、在碳或石墨的晶须表面包覆了氧化锡等的颜料;包覆了选自由掺锡氧化铟(ITO)、掺氟氧化锡(FTO)、掺磷氧化锡以及氧化镍构成的组中的至少一种的导电性金属氧化物的颜料;在二氧化钛粒子表面包含氧化锡和磷的具有导电性的颜料等,此外,这些也可以用后述的各种表面处理剂进行处理。它们可以分别单独使用或组合两种以上使用。
而且,导电性无机微粒也可以是在玻璃纤维、二氧化硅氧化铝纤维、氧化铝纤维、碳纤维等纤维;以及硼酸铝晶须、钛酸钾晶须等针状的增强材料、玻璃珠、滑石、云母、石墨、硅灰石、白云石等无机填料的表面包覆金属等导电性物质的微粒。
作为能在本发明中使用的绝缘性无机微粒,只要是通常已知的绝缘型无机材料,即,只要是体积电阻率为1010~1018Ω·cm的无机材料的粒子就没有限制,均可以使用粒子状、片状、纤维(包含晶须)状中的任一形状。具体而言,可列举出:陶瓷的球状粒子、板状粒子或纤维,作为优选的使用例可列举出:氧化铝、氧化铁、氧化铜、云母、滑石等金属硅酸盐、石英、非晶质二氧化硅、玻璃等的粒子。此外,也可以用后述的各种表面处理剂对这些进行处理。它们可以分别单独使用或组合两种以上使用。通过在组合物中配合绝缘性无机微粒,能使有机聚硅氧烷固化物的力学强度、介质击穿强度增加,有时也可见到相对介电常数的增加。
相对于固化性有机聚硅氧烷组合物,这些绝缘性无机粒子的配合量根据其用途优选在0.1~20质量%的范围内,更优选在0.1~5质量%的范围内。若配合量偏离上述优选的范围,则有时无法得到通过配合而产生的效果,或者有机聚硅氧烷固化物的力学强度降低。
作为能在本发明中使用的热传导性无机微粒,可列举出:氧化镁、氧化锌、氧化镍、氧化钒、氧化铜、氧化铁、氧化银等金属氧化物粒子;以及氮化铝、氮化硼、碳化硅、氮化硅、碳化硼、碳化钛、金刚石、类金刚石碳等无机化合物粒子,优选氧化锌、氮化硼、碳化硅以及氮化硅。通过在组合物中配合这些热传导性无机微粒的一种以上,能使有机聚硅氧烷固化物的热传导率增加。
这些无机粒子的平均粒径的测定可以通过在所述领域中通常的测定方法来进行。例如,在平均粒径为50nm以上且500nm左右以下的情况下,通过透射型电子显微镜(TEM)、场发射型透射电子显微镜(FE-TEM)、扫描型电子显微镜(SEM)、场发射型扫描电子显微镜(FE-SEM)等显微镜观察来测定粒径,通过求出平均值,能测定平均一次粒径。另一方面,在平均粒径为500nm左右以上的情况下,可以通过激光衍射/散射式粒度分布测定装置等直接求出平均一次粒径的值。
这些成分(D1)、(D2)以外的无机粒子也可以通过表面处理剂进行疏水化处理。该表面处理可以通过用表面处理剂处理(或包覆处理)填充剂来进行。作为疏水化用的表面处理剂,可列举出选自由有机钛化合物、有机硅化合物、有机锆化合物、有机铝化合物以及有机磷化合物构成的组中的至少一种的表面处理剂。表面处理剂可以单独或组合两种以上。在这些表面处理剂中,优选使用有机硅化合物,其中优选使用硅氮烷、硅烷类、硅氧烷类以及聚硅氧烷类,优选使用硅氮烷、烷基三烷氧基硅烷类以及单末端三烷氧基甲硅烷基聚二甲基硅氧烷类。此外,此时的处理量等依据成分(D1)、(D2)的表面处理中所述的处理方法、处理量等。
[溶剂的使用]
本发明的固化性有机聚硅氧烷组合物能直接用于固化反应,但另一方面,在该组合物或其成分的一部分(例如有机聚硅氧烷树脂)为固体状的情况下或粘稠液状的情况下,为了使其混合性和可操作性提高,也可以根据需要使用有机溶剂。特别是,在将本发明的固化性有机聚硅氧烷组合物涂敷为膜状的情况下,可以在整体粘度为100~50000mPa·s的范围内时用溶剂来进行粘度调整,在用溶剂稀释的情况下,相对于上述的成分(A)~(C)之和(100质量份),可以在0~2000质量份的范围内使用。即,在本发明组合物中,优选的是,溶剂(E)可以为0质量份,优选为无溶剂型。特别是,通过在本发明的固化性有机聚硅氧烷组合物中选择低聚合度的聚合物,存在如下优点:能设计为无溶剂,在固化所得到的膜中不残留氟系溶剂、有机溶剂等,能消除环境负荷的问题和溶剂对电子设备的影响。并且,相对于上述的成分(A)~(C)之和(100质量份),溶剂(E)的使用量可以为10质量份以下,优选的是,可以为5质量份以下的低溶剤型组合物,且为优选。
特别优选的是,本发明的有机聚硅氧烷固化物膜为使无溶剂型或低溶剂型的固化性有机聚硅氧烷组合物固化而成的膜。尤其,这是因为当将通过溶剂稀释获得的成膜用固化性有机聚硅氧烷组合物成型为薄膜时,根据其稀释所用的溶剂的选择,会存在因残留溶剂、相分离等引起膜的表面及内部产生缺陷的情况。另一方面,当使用本发明的在一对支撑辊之间通过张力支撑方式支撑的连续移动的基材上使用狭缝模头涂布固化性有机聚硅氧烷组合物的模头涂布工序时,使用无溶剂型或低溶剂型的固化性有机聚硅氧烷组合物,可获得薄膜状且高质量的有机聚硅氧烷固化物膜。
特别是,就本发明的有机聚硅氧烷固化物膜而言,实质上不含有有机溶剂为优选,其指使用使上述的无溶剂型的固化性有机聚硅氧烷组合物固化而成的固化物膜,或者指使用低溶剂型的固化性有机聚硅氧烷组合物来充分除去固化时残留的有机溶剂,使得相对于固化物膜总量的有机溶剂的含量小于0.1质量%。优选的是,就本发明的有机聚硅氧烷固化物膜而言,相对于固化物膜总量的有机溶剂的含量优选小于0.01质量%,所述含量更加优选小于0.001质量%,所述含量特别优选为检测极限以下。
作为任意使用的有机溶剂,只要是使组合物中的总构成成分或一部分的构成成分溶解而得到的化合物,其种类就没有特别限定,优选使用沸点为80℃以上且低于200℃的有机溶剂。
优选的是,这种有机溶剂为选自如下溶剂中的一种以上的有机溶剂或它们的混合溶剂:
(E1)有机系极性溶剂;
(E2)低分子硅氧烷系溶剂;以及
(E3)卤素系溶剂,
优选使用沸点为80℃以上且低于200℃的有机溶剂。需要说明的是,也可以为不同种类或相同种类的有机溶剂的任意比率不同的混合溶剂。例如,可以为(E1)有机系极性溶剂与(E2)低分子硅氧烷系溶剂的混合溶剂,也可以为(E1)有机系极性溶剂与(E3)卤素系溶剂的混合溶剂,也可以为(E2)低分子硅氧烷系溶剂与(E3)卤素系溶剂的混合溶剂,也可以为(E1)~(E3)三种的混合溶剂,也可以为同为(E2)低分子硅氧烷系溶剂的六甲基二硅氧烷与八甲基三硅氧烷的混合溶剂之类的相同种类的混合溶剂。这些有机溶剂可以根据固化反应性有机聚硅氧烷及其改性率适当选择。
优选的是,(E1)有机系极性溶剂为选自甲基乙基酮、甲基丁基酮、甲基异丁基酮、富马酸二甲酯(DMF)、正己醛、丙酮、苯甲醛、乙酸甲酯、乙酸丙酯、苯乙酮、乙酸戊酯、丁醛、乙基乙酸甲酯、乙醚以及四氢呋喃(THF)中的一种以上。
相同地,优选的是,(E2)低分子硅氧烷系溶剂为选自六甲基二硅氧烷、四六甲基二硅氧烷、四甲基二乙烯基二硅氧烷、2-甲基苯乙基五甲基二硅氧烷、八甲基三硅氧烷、1,3-二氟四甲基二硅氧烷中的一种以上。
相同地,优选的是,(E3)卤素系溶剂为选自三氟甲基苯、1,2-双(三氟甲基)苯、1,3-双(三氟甲基)苯、1,4-双(三氟甲基)苯、三氟甲基氯苯、三氟甲基氟苯、氢氟醚中的一种以上。特别是,固化性有机聚硅氧烷组合物中的氟代烷基含量越高,就越存在通过提高上述的卤素系溶剂的使用比率来能够实现均匀的混合和低粘度化的情况。
特别优选的是,上述的有机溶剂包含选自六甲基二硅氧烷和八甲基三硅氧烷中的至少一种低分子硅氧烷系溶剂和它们的混合溶剂,它们以OST-10、OST-20以及OST-2的名称由陶氏有机硅公司(DOW SILICONES CORPORATION)市售。此外,在固化性有机聚硅氧烷组合物中的氟代烷基含量高的情况下,任意地并用这些低分子硅氧烷系溶剂和上述卤素系溶剂也包含于本发明的优选方式中。
在后述的固化性有机聚硅氧烷和固化剂实质上不含有源自氟代烷基等的卤素原子的情况下,具体而言,在固化性有机聚硅氧烷和固化剂中的卤素原子之和低于1质量%的情况下,上述的有机溶剂包含选自(E1)有机系极性溶剂和(E2)低分子硅氧烷系溶剂中的一种以上的有机溶剂或它们的混合溶剂,优选实质上不含(E3)卤素系溶剂。特别是,在固化性有机聚硅氧烷和固化剂包含其所有硅氧烷单元的50摩尔%以上、优选75摩尔%以上的二甲基硅氧烷单元等烷基硅氧烷单元的情况下,上述有机溶剂特别优选为选自六甲基二硅氧烷和八甲基三硅氧烷中的至少一种低分子硅氧烷系溶剂和它们的混合溶剂。其原因在于,选自(E1)有机系极性溶剂和(E2)低分子硅氧烷系溶剂中的一种以上的有机溶剂或它们的混合溶剂与不含卤素原子的聚烷基硅氧烷之间具有优异的亲和性和相容性,且提供均匀的组合物。
另一方面,在固化性有机聚硅氧烷和固化剂包含源自氟代烷基等的卤素原子的情况下,特别是,在固化性有机聚硅氧烷和固化剂中的卤素原子之和为1质量%以上,优选为3质量%以上,更优选为5质量%以上的情况下,作为有机溶剂,特别优选包含选自(E1)有机系极性溶剂和(E3)卤素系溶剂中的一种以上的有机溶剂或它们的混合溶剂。其原因在于,在源自氟代烷基等的卤素原子的含量高的情况下,(E1)有机系极性溶剂和(E3)卤素系溶剂或包含它们的混合溶剂与固化性有机聚硅氧烷和固化剂之间具有优异的亲和性和相容性,且提供均匀的组合物。另一方面,对于源自氟代烷基等的卤素含量多的固化性有机聚硅氧烷和固化剂,在仅使用(D2)低分子硅氧烷系溶剂的情况下,本发明的组合物有时不满足充分的涂布性。
[整体粘度]
本发明中使用的固化性有机聚硅氧烷组合物在25℃且剪切速率10.0(S-1)下测量的整体粘度在5~500000mPa·s的范围内为优选,整体粘度在1000~100000mPa·s的范围内为特别优选。为了将其设定在优选粘度范围内,还可调节上述的有机溶剂的使用量,但优选为低溶剂型或无溶剂(=无溶剂型)。
在使用后述的包括在一对支撑辊之间通过张力支撑方式支撑的连续移动的基材上使用狭缝模头涂布固化性有机聚硅氧烷组合物的模头涂布工序的有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法的情况下,固化性有机聚硅氧烷组合物的整体粘度在1000~100000mPa·s的范围内为优选,在3000~75000mPa·s的范围内为更加优选。
[触变比]
优选地,本发明的固化性有机聚硅氧烷组合物的流动性优异,不显示触变性(thixotropic)的行为。由此,能实现整体粘度低且均匀涂布性优异的性质。具体而言,对于该组合物,以剪切速率0.1(S-1)测定出的组合物整体的粘度与以剪切速率10.0(S-1)测定出的组合物整体的粘度之比即触变比优选为15.0以下,特别优选为10.0以下。而且,若使用上述的(E1)~(E3)以外的溶剂,或对于卤素含有率高的固化性有机聚硅氧烷组合物使用成分(E2),则组合物整体的触变比超过所述上限,因此有时难以进行用于形成均匀的薄层膜的涂布。
[固体成分量]
在本发明的固化性有机聚硅氧烷组合物中,只要选择上述的粘度范围和有机溶剂的种类,其固体成分量就没有特别限制,但为了实现具有实用上充分的厚度的有机聚硅氧烷固化物膜,固化而形成作为非挥发性的固体成分的有机聚硅氧烷固化物的成分的含量(在本发明中,有时简称为“固体成分”)优选在组合物整体的5~100质量%的范围内,更优选在50~100质量%的范围内、75~100质量%或85~100质量%的范围内。
[介电性官能团的引入]
在将本发明的有机聚硅氧烷固化物膜用作用于致动器等换能器的电活性膜(例如,介电性膜)的情况下,也可以在固化物中引入高介电性官能团。不过,即使是不含高介电性官能团的有机聚硅氧烷固化物膜,也可以用作电活性膜。需要说明的是,关于这些高介电性官能团的引入和相对介电常数的提高,例如在本案申请人等的国际专利公开WO2014/105959号公报等中已有提出。
高介电性官能团的引入可以通过以下方式进行:使用具有高介电性官能团的有机聚硅氧烷或有机氢聚硅氧烷作为所述成分(A)或成分(B)的一部分或全部,或向所述固化性组合物中添加具有高介电性官能团的有机添加剂、具有高介电性官能团的非反应性的有机硅化合物等。从提高与固化性组合物的混合性和固化物的相对介电常数的观点考虑,在作为所述成分(A)或成分(B)的有机聚硅氧烷或有机氢聚硅氧烷中,优选的是,其硅原子上的所有取代基的10摩尔%以上、优选20摩尔%以上、更优选40摩尔%以上被高介电性官能团取代。
引入至有机聚硅氧烷固化物膜的高介电性官能团的种类没有特别限制,优选的是,可举例示出:a)由3,3,3-三氟丙基等所代表的卤素原子和含卤素原子的基团、b)由氰基丙基等所代表的含氮原子的基团、c)由羰基等所代表的含氧原子的基团、d)咪唑基等杂环基、e)硼酸酯基等含硼的基团、f)膦基等含磷的基团以及g)硫醇基等含硫的基团,优选使用包含氟原子的卤素原子和含卤素原子的基团。
在本发明中,优选的是,在成分(A)或成分(B)的一部分或全部中引入由(CpF2p+1)-R-(R为碳原子数1~10的亚烷基,p为1以上且8以下的整数)表示的氟代烷基作为高介电性官能团。这样的氟代烷基提供相对介电常数优异的固化物,且各成分具有氟原子,由此改善各成分的相容性,提供透明性优异的固化物。作为这样的氟代烷基的具体例子为三氟丙基、五氟丁基、七氟戊基、九氟己基、十一氟庚基、十三氟辛基、十五氟壬基、十七氟癸基。其中,从介电特性、经济性、制备容易性、所得到的固化性有机聚硅氧烷组合物的成型加工性的观点考虑,优选的基团为p=1的基团,即三氟丙基。
在本发明的固化性有机聚硅氧烷组合物中,除了上述的成分以外,只要不损害本发明的目的,也可以根据需要添加配合除这些以外的成分。作为其他成分,可举例示出:硅氢化反应抑制剂、脱模剂、绝缘性添加剂、粘接性提高剂、耐热性提高剂、填充剂、颜料及其他现有公知的各种添加剂。例如,以调整整体的粘度、提高介电性等的功能性改善为目的,也可以配合无机填充剂。
[硅氢化反应抑制剂]
硅氢化反应抑制剂是为了抑制成分(A)与成分(B)之间发生的交联反应,延长在常温下的可使用时间,提高保存稳定性而配合的。因此,对于本发明的固化性组合物而言,是在实用上必然配合的成分。
作为硅氢化反应抑制剂,可举例示出:乙炔系化合物、烯炔化合物、有机氮化合物、有机磷化合物以及肟化合物。具体而言,可举例示出:3-甲基-1-丁炔-3-醇、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇、3-甲基-1-戊炔-3-醇、1-乙炔基-1-环己醇、苯基丁炔醇等炔醇;3-甲基-3-戊烯-1-炔、3,5-二甲基-1-己炔-3-炔等烯炔化合物;1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基环四硅氧烷、1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四己烯基环四硅氧烷等甲基烯基环硅氧烷;以及苯并三唑。
硅氢化反应抑制剂的配合量为对延长本发明的在常温下的可使用时间、提高保存稳定性而有效的量。通常,相对于成分(A)的每100质量%,硅氢化反应抑制剂的配合量在0.001~5质量%的范围内,优选在0.01~2质量%的范围内,但根据本成分的种类、铂系催化剂的性能与含量、成分(A)中的烯基量、成分(B)中的硅原子键合氢原子量等来适当选定为好。
[其他任意成分]
本发明的固化性有机聚硅氧烷组合物可以进一步含有用于改善脱模性或介质击穿特性的添加剂、粘接性提高剂等。
将本发明的固化性有机聚硅氧烷组合物固化为薄膜状而得到的膜状或片状的固化物能优选用于粘接剂膜、构成换能器的电活性膜(介电层或电极层),但若在形成薄膜时固化层的脱模性差,特别是在高速下制备有机聚硅氧烷固化物膜的情况下,有时因脱模引起膜破损。此外,作为用于致动器、触摸面板等的介电层,为了提高在低压下的灵敏度,有时需要降低粘接性。本发明的固化性有机聚硅氧烷组合物能对膜不造成伤害而提高膜的制备速度,且通过添加其他脱模剂,能进一步降低粘接性。
作为可用于本发明的固化性有机聚硅氧烷组合物的脱模性提高添加剂(=脱模剂),例如可列举出:羧酸系脱模剂、酯系脱模剂、醚系脱模剂、酮系脱模剂、醇系脱模剂等。它们可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。此外,作为所述脱模剂,可以使用不含硅原子的脱模剂、含硅原子的脱模剂或它们的混合物。它们的具体例子例如与上述的国际专利公开WO2014/105959号公报中所提出的例子相同。
介质击穿特性提高剂优选为电绝缘性提高剂,可以选自由铝或镁的氢氧化物或盐、粘土矿物以及它们的混合物构成的组,具体而言,可以选自由硅酸铝、硫酸铝、氢氧化铝、氢氧化镁、烧成粘土、蒙脱石、水滑石、滑石以及它们的混合物构成的组。此外,所述绝缘性提高剂也可以用公知的表面处理方法进行处理。它们的具体例子例如与上述的国际专利公开WO2014/105959号公报中所提出的例子相同。
粘接性提高剂是用于提高本发明的固化性有机聚硅氧烷组合物对在固化中途接触的基材的粘接性的物质。在不对作为该组合物的固化物的介电层进行再剥离的情况下,粘接性提高剂为有效的添加剂。作为粘接性提高剂,可举例示出:乙烯基三乙氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等有机官能性烷氧基硅烷化合物、其硅氧烷衍生物,特别是用含氟的有机基团取代的链状或三维树脂状的硅氧烷衍生物。作为特别优选的粘接性提高剂,可举例示出选自如下成分等中的一种或两种以上:
(g1)含氨基的有机烷氧基硅烷与含环氧基的有机烷氧基硅烷的反应混合物;
(g2)一个分子中具有至少两个烷氧基甲硅烷基,并且这些甲硅烷基之间包含硅-氧键以外的键的有机化合物;
(g3)由如下通式表示的含环氧基的硅烷或其部分水解缩合物;
Ra nSi(ORb)4-n
(式中,Ra为一价的含环氧基的有机基团,Rb为碳原子数1~6的烷基或氢原子,n为1~3的范围内的数)
(g4)烷氧基硅烷(具有含环氧基的有机基团的除外)或其部分水解缩合物。
作为其他任意成分,只要不损害本发明的技术效果,可举例示出:酚系、醌系、胺系、磷系、磷酸酯系、硫系、硫醚系等的抗氧化剂;三唑系、二苯甲酮系等的光稳定剂;磷酸酯系、卤素系、磷系、锑系等的阻燃剂;由阳离子系表面活性剂、阴离子系界面活性剂、非离子系表面活性剂等构成的一种以上的防带电剂;以及染料、颜料等。
本发明的固化性有机聚硅氧烷组合物可以通过均匀混合固化性有机聚硅氧烷与固化反应的促进成分,优选均匀混合上述成分(A)~(C)来制备,此外,通过根据需要添加其他任意的成分而均匀地混合来制备。使用各种搅拌机或混炼机在常温下混合即可,但若为在混合中不固化的成分的组合,则也可以在加热下进行混合。
若在混合中不固化,则各成分的配合顺序没有特别限制。混合后,在不立即使用时,交联剂(例如,成分(B))与固化反应的促进成分(例如,成分(C))可以以不存在于同一容器内的方式分多个容器保管,在即将使用前混合所有容器内的成分。
本发明的固化性有机聚硅氧烷组合物的固化反应在基于脱水、脱醇等缩合反应的固化反应中在室温下进行,但在通过工业生产工艺而生产有机聚硅氧烷固化物膜的情况下,通常通过加热该组合物或使其暴露于活性能量射线来达成。基于热的固化反应温度没有特别限定,优选为50℃以上且200℃以下,更优选为60℃以上且200℃以下,进一步优选为80℃以上且180℃以下。此外,固化反应所花费的时间依赖于上述成分(A)、(B)、(C)的结构,但通常为1秒以上且3小时以下。一般而言,能通过在90~180℃的范围内保持10秒~30分钟来得到固化物。需要说明的是,对膜的制备方法在后文加以叙述。
作为可用于固化反应的活性能量射线,可列举出:紫外线、电子束以及放射线等,在实用性的方面优选紫外线。在进行基于紫外线的固化反应的情况下,理想的是,添加相对于使用的紫外线具有高的活性的硅氢化反应用催化剂,例如双(2,4-戊二酮酸)铂络合物、(甲基环戊二烯基)三甲基铂络合物。作为紫外线产生源,优选高压汞灯、中压汞灯、Xe-Hg灯以及深紫外线灯(Deep UV Lamp)等,此时的照射量优选为100~8000mJ/cm2
[有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法]
本发明的有机聚硅氧烷固化物膜呈薄膜状,具有高平滑性和优异的平坦性,优选的是,该有机聚硅氧烷固化物膜为在其表面和内部几乎不含微小的缺陷的高精度的功能性膜,为宏观上实质上不具有凹凸的平坦的膜。这样的有机聚硅氧烷固化物膜为了避免空气中的浮尘等向表面和内部附着,优选在净化间(clean room)中进行制备。
本发明的有机聚硅氧烷固化物膜可通过包括在一对支撑辊之间通过张力支撑方式支撑的连续移动的基材上使用上述的狭缝模头涂布固化性有机聚硅氧烷组合物的模头涂布工序的制备方法来优选制备。作为一例,本发明的有机聚硅氧烷固化物膜可使用具备头部(R2,R=5mm,狭缝间隙为250μm,日本平野(HIRANO TECSEED)公司制造)的涂布机(型号M200DL,日本平野(HIRANO TECSEED)公司制造)制备。
在此情况下,支撑辊之间的张力(每单位宽度的力量)最大可以为1000kg/250mm,优选在1~500kg/250mm的范围内,更优选在5~250kg/250mm的范围内,特别优选在5~150kg/250mm的范围内。
在本发明的有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法中,通过张力支撑方式,在平行设置的一对辊之间架设作为支撑体的基材且使其连续移动,将涂布液从一对辊之间且面向作为支撑体的基材设置的狭缝模头吐出并涂布在基材上。在该方式中,将吐出涂布液的狭缝模头的模头前端挤压在一对辊之间施加规定的张力而架设的支撑体上,由此使支撑体弯曲的状态下,涂布液从模头前端挤出。使从模头前端挤出的涂布液的挤出压力与模头前端被挤压和弯曲而在支撑体上产生的排斥力之间保持平衡,以在模头前端与支撑体之间形成规定厚度的涂布液层,因此,即使呈薄膜状也可实现稳定的涂布。
在此情况下,作为支撑体的基材的线速度(=移动速度)没有特别限定,可设定为1m/分钟以下,或者设定为0.1m/分钟以下,可按照膜的平滑性及固化性有机聚硅氧烷组合物的粘度等适当选择。并且,从模头前端涂布涂布液时的涂布宽度大致为200mm的情况下,特别优选为以使线速度及8μm(最大16μm)乘以涂布宽度的值成为规定的厚度的方式设定线速度以供给液体固化性有机聚硅氧烷组合物。
特别是,优选地,本发明的有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法在实质上不进行溶剂稀释,而可实现使用无溶剂型或低溶剂型的固化性有机聚硅氧烷组合物,以膜表面的算术平均高度(Sa)小于0.50μm的极高精度配制膜厚为20μm以下的薄膜。在本发明的制备方法中,通过相对于网状基材挤压狭缝模头以获得液压与网张力的平衡来进行涂布,但可通过张力的控制精度/网移动精度来控制膜厚精度。其中,网状基材的移动精度一般由电机旋转精度确定,若使用矢量变频电机,则可以容易实现基于其移动精度的晃动控制在1%以下。并且,通过相对于网状基材进行高精度的张力反馈控制,一般可将张力的变动控制在2%以下,从而可无关于膜厚而实现高精度的涂布精度。此外,固化性有机聚硅氧烷组合物的整体粘度范围如上所述。
此外,如作为比较图的图2所示,使用单辊的狭缝式涂布方式通常用于精密薄膜制备,但由于机床的加工精度的限制,支持辊偏心大致为2μm,并且即使使用精密级轴承,也不可避免大致2μm的晃动,因此,难以制备膜厚偏差保持5%的20μm的涂布膜,这作为本发明的制备方法是不优选的。
以下,参照附图说明本发明的优选实施方式。但是,以下示出的附图以容易理解各构件的结构和配置的方式夸大描述,各构件的相对大小和距离与实际装置不一致。
图1为示出用于实施本发明的制备方法的装置的一实施方式的简要结构的剖视图。支撑体1的表面上涂布有作为涂布液2的本发明的固化性有机聚硅氧烷组合物,并且由涂布液形成涂布膜3。支撑体1为具有柔性的长尺寸网状基材(薄膜、薄片等),在被施加规定的张力的状态下架设于相互平行且隔开配置的上游侧支撑辊41与下游侧支撑辊42之间并向箭头30方向移动。图1为沿着平行于支撑体1的移动方向30的面的剖视图。
狭缝模头10以面向支撑体1的方式配置在支撑辊41、42之间。狭缝模头10相对于支撑体1配置在与配置有支撑辊41、42的相反一侧。
狭缝模头10的结构没有特别限制,但包括配置在支撑体1的移动方向30的上游侧的上游侧唇部和配置在下游侧的下游侧唇部,在相向的上游侧唇部与下游侧唇部之间形成有相互连通的狭槽和歧管。在狭缝模头的内部形成有与歧管连通的流入口。
作为涂布液2的本发明的固化性有机聚硅氧烷组合物通过流入口被压送至狭缝模头内部的歧管。涂布液2暂时滞留在歧管内并在支撑体1的宽度方向(与支撑体1的长尺寸方向正交的方向,即为垂直于图1的纸面的方向)上大致均匀地分配,然后,通过狭缝模头的唇部之间的狭槽朝向支撑体1被挤出。
其中,固化性有机聚硅氧烷组合物为多成分型组合物,例如分别储存两种液体,当一种为包含固化反应性有机聚硅氧烷的主剂液,另一种为包含作为固化剂的催化剂等的催化液体时,作为减少其固化时间的方法,可考虑减少固化性有机聚硅氧烷组合物中的阻滞剂(在通过硅氢化反应的固化体系中为硅氢化反应抑制剂),但可能存在伴随着在用于输送液体的储罐和狭缝模头内部进行固化之类的不利情况。
因此,如图3所示,作为将主剂液体5和催化液6送入狭缝模头10的前工序,设计了在狭缝模头10之前通过使用机械力的搅拌装置7进行合流的方法。主剂液体5通过供液管线5L,催化液6通过供液管线6L,以恒定速度供给给搅拌装置7,并以规定的比率均匀混合。通过该方法,可在不改变固化性有机聚硅氧烷组合物中的阻滞剂的量的情况下,将固化速度加速至2~3倍左右,并且可促进本发明的有机聚硅氧烷固化物膜的生产速度和质量的提高。其中,搅拌装置7的种类没有特别限定,但静态混合器的使用为特别优选。
使用与上述的固化机理对应的方法使在图1的支撑体1上通过上述的方法形成的固化性有机聚硅氧烷组合物的涂布膜3固化,由此,在支撑体1上形成均匀且平坦的薄膜状有机聚硅氧烷固化物膜。
作为支撑体1的基材为膜状基材、带状基材、或片状基材(以下称为“膜状基材”),特别是具有剥离面的平面状基材,固化性有机聚硅氧烷组合物优选为涂布在剥离面上。这样的基材作为隔离件发挥功能,因此层叠于基材上的本发明的有机聚硅氧烷固化物膜能以微小的力量顺利地从剥离层剥离,并附着或粘接于目标电子设备等,因此具有处理操作性优异的优点。
作为基材的种类,可举例示出:纸板、瓦楞纸、粘土涂层纸以及聚烯烃层压纸,特别举例示出:聚乙烯层压纸、合成树脂膜/片、天然纤维布、合成纤维布、人工皮革布、金属箔。特别是,优选合成树脂膜/片,作为合成树脂,可举例示出:聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙。尤其,在要求耐热性的情况下,优选聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、液晶聚芳酯、聚酰胺酰亚胺、聚醚砜等耐热性合成树脂的膜。另一方面,在显示设备等要求视觉确认性的用途中,优选透明基材,具体而言聚丙烯、聚苯乙烯、聚偏氯乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等透明材料。
上述基材优选为膜状或片状。其厚度没有特别限制,通常为5~300μm左右。而且,为了使支承膜与压敏粘接层的密合性提高,也可以使用经过底涂处理、电晕处理、蚀刻处理、等离子体处理的支承膜。此外,与膜状基材的压敏粘接层面相反的面可以是经过防伤、防污、防指纹附着、防眩、防反射、防带电等处理等的表面处理的面。
将本发明的有机聚硅氧烷固化物膜作为粘接剂层(包含压敏粘接剂层)或电活性膜(包含电介质层等介电性膜)的情况下,该固化层优选在具备具有剥离涂布能力的剥离层的膜基材上,作为在能剥离的状态下层叠的层叠体膜来进行处理。
就将固化性有机聚硅氧烷组合物涂布于基材上的量而言,需要固化后的膜的平均厚度为1~20μm。也可以任意地对固化或半固化状态的有机聚硅氧烷固化物进一步进行压延加工。例如,通过以平均厚度在1~20μm的范围内将辊之间的间隙调整为一定并进行压延,能得到平坦性优异且上述的膜表面和膜内部的缺陷极少的有机聚硅氧烷固化物膜。
并且,压延加工可以在将固化性有机聚硅氧烷组合物涂布于基材上并未固化的状态下进行。具体而言,可以将作为原料的固化性有机聚硅氧烷组合物优选涂布于具备剥离层的片状基材上,通过辊压延等进行压延加工后,通过加热等使平滑化且平坦化的固化性有机聚硅氧烷组合物固化以得到本发明的有机聚硅氧烷固化物膜。
在此情况下,使固化性有机聚硅氧烷组合物的平滑或平坦的涂布层固化的条件没有特别限定,但优选的是,使用暖风干燥机等在90~200℃的范围内,优选在100~150℃的范围内进行加热干燥。
压延加工前的固化性有机聚硅氧烷组合物向基材的涂布方法、基材等与所述相同,对于所述具有底层涂料层和平坦化层的含氟代烷基的有机聚硅氧烷固化物,也可以进一步进行辊压延等压延加工。
[使用了在具有剥离层的隔离件之间的固化的制法]
本发明的有机聚硅氧烷固化物膜可以通过以下方法优选获得:对上述的固化性有机聚硅氧烷组合物的涂布面适用具有剥离层的基材,用各种基材(隔离件)夹入未固化的涂布面以形成物理上均匀化的平坦化层。需要说明的是,当形成上述的平坦化层时,还可以使用所述的辊轧制等公知的轧制方法来对通过在具有剥离层的隔离件之间涂布未固化的固化性有机聚硅氧烷组合物而成的层叠体进行压延加工。
[有机聚硅氧烷固化物膜的使用]
本发明的有机聚硅氧烷固化物膜呈薄膜状且具有优异的平坦性,并且,优选的是,在其膜表面和膜内部微细的缺陷(由源自气泡的空隙(void)、尘埃或浮尘而产生的污染部位)极少,因此在对该膜施加高电压而通电的情况下,不易发生该缺陷的介质击穿,作为膜整体可实现高的介质击穿强度,且除了透明性和平坦性以外,能实现所期望的粘接性/粘合性。因此,本发明的有机聚硅氧烷固化物膜作为电子材料、显示装置用构件或换能器用构件(包含传感器、扬声器、致动器以及发生器用构件)是有用的,特别是能用作粘接剂/粘合剂膜、电活性膜(包含高介电性膜),优选用作电子元器件或显示装置的构件。特别是,透明的粘接剂膜或电活性膜作为显示面板或显示器用的构件是优选的,通过用手指等接触画面,而在能操作设备,特别是电子设备的所谓触摸面板用途中特别有用。同样地,介质击穿强度高的电活性膜作为单层或层叠膜的形态优选为致动器等换能器用构件,在高电压下启动的致动器用途中特别有用。
产业上的可利用性
作为本发明的有机聚硅氧烷固化物膜的用途,除了上述所公开的内容以外没有任何限制,能用于电视接收机、计算机用显示器、便携式信息终端用显示器、监视用显示器、摄像机、数码相机、便携电话、便携式信息终端、汽车等的仪表盘用显示器、各种设备/装置/设备的仪表盘用显示器、自动售票机、自动存取款机等用于显示文字、记号、图像的各种平板显示器(FPD:flat panel display)。作为装置,可以应用于CRT(cathode ray tube:阴极射线管)显示器、液晶显示器、等离子体显示器、有机EL(electro-luminescence:电致发光)显示器、无机EL显示器、LED显示器、表面电解显示器(SED:surface-conduction electron-emitter display)、场发射型显示器(FED:field emission display)等显示装置,或利用这些的触摸面板。同样地,本发明的有机聚硅氧烷固化物膜为包含介质击穿强度的电特性和机械特性优异的膜状或片状构件,根据需要具有高的相对介电常数和机械强度(具体而言,拉伸强度、撕裂强度、伸长率等)。因此,该有机聚硅氧烷固化物膜能用作电子材料、显示装置用构件或换能器用构件(包含传感器、扬声器、致动器以及发生器用构件),特别是能优选用作构成换能器的电活性膜(介电层或电极层)。其具体的使用方法可以无特别限制地使用介电层或压敏粘接层的公知的使用方法。
实施例
以下,列举出实施例对本发明进行说明,但本发明并不限定于这些实施例。在以下所示的实施例和比较例中使用了下述的化合物。
·成分(a1):两末端乙烯基二甲基甲硅烷氧基封端、二甲基硅氧烷聚合物(乙烯基含量:0.24质量%,硅氧烷聚合度:300)
·成分(a2):两末端乙烯基二甲基甲硅烷氧基封端、3,3,3-三氟丙基甲基、二甲基硅氧烷共聚物(乙烯基含量:0.26质量%,硅氧烷聚合度:193)
·成分(b1):两末端三甲基甲硅烷氧基封端、二甲基甲硅烷氧基-甲基氢化甲硅烷氧基-硅氧烷共聚物(硅结合水含量:0.71质量%)
·成分(b2):两末端二甲基氢化甲硅烷氧基封端、二甲基硅氧烷聚合物(硅结合水含量:0.02质量%)
·成分(b3):两末端三甲基甲硅烷氧基封端、二甲基硅氧烷/3,3,3-三氟丙基甲基硅氧烷/甲基氢硅氧烷共聚物(硅键合氢的含量(重量%)为约0.23)
·成分(b4):两末端二甲基氢化甲硅烷氧基封端、二甲基硅氧烷/3,3,3-三氟丙基甲基硅氧烷共聚物(硅键合氢的含量(重量%)为约0.014)
·成分(c1):铂-1,3-二乙烯基1,1,3,3-四甲基二硅氧烷络合物的两末端乙烯基二甲基甲硅烷氧基封端二甲基硅氧烷聚合物溶液(以铂浓度计约0.6重量%)
·成分(d1):由六甲基二硅氮烷处理过的气相二氧化硅(处理前的产品名:AEROSIL 200)
·成分(d2):由六甲基二硅氮烷处理的气相二氧化硅(处理前的产品名:AEROSIL50)
·成分(d3):由六甲基二硅氮烷和1,3-双(3,3,3-三氟丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氮烷处理的气相二氧化硅(处理前的产品名:AEROSIL 200)
·成分(d4):由六甲基二硅氮烷和1,3-双(3,3,3-三氟丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氮烷处理的气相二氧化硅(处理前的产品名:AEROSIL 50)
·成分(e1):1-乙炔基-1-环己醇
·成分(e2):1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基-环四硅氧烷
[固化前的粘度]
各组合物的固化前粘度使用粘弹性测定装置(安东帕(Anton-paar)公司制造,型号MCR102)测定。使用直径为20mm、2°的锥板,改变剪切速率进行了测定。分别记录在25℃、剪切速率0.1(S-1)和10.0(S-1)条件下测量的组合物的整体粘度,并使用了10.0(S-1)的粘度。
[表面粗糙度的评价]
为了测定涂布并固化后的膜表面的算术平均高度(Sa,μm),使用了配备有405nm波长的激光源的OLS4100(日本奥林巴斯(Olympus)公司制造)。使用物镜(MPLAPONLEXT 50x),将各膜上任意的约1mm×1mm的面区域设定为测量范围,并在两个区域中进行了测量。表1示出实施例及比较例的结果。
[实施例1]
使用了液态热固化性有机聚硅氧烷组合物(SYLGARDTM184HS A/B的混合物,美国陶氏化学制造)。无关于剪切速率,固化前粘度为3.5Pa·s。
使用具备头部(R2,R=5mm,狭缝间隙为250μm,日本平野(HIRANO TECSEED)公司制造)的涂布机(M200DL,日本平野(HIRANO TECSEED公司制造))将SYLGARDTM184HS A/B的混合物以200mm的宽度涂布在基材(FL1-01,厚度为38μm,宽度为250mm,日本宝生物公司(TakaraIncorporation)制造)上。此时,干燥机出口的张力设定为0.04kg/mm,线速度设定为1m/min,并以120℃的暖风干燥固化。以直列方式在固化后的上表面粘结基材(SP-PET,厚度为25μm,宽度为300mm,由三井化学东赛璐株式会社制造),并制备了最小8微米厚度的有机聚硅氧烷固化膜。所获得的有机聚硅氧烷固化膜表面处于镜面状态,并可确认均质性优异。
[比较例1]
除了将涂布头改变为逗号刮刀(商品名:Comma,由日本平野(HIRANO TECSEED)公司制造),将与基材之间的间隙设为最小5μm以外,以与实施例1相同的方式制备了有机聚硅氧烷固化膜。所获得的有机聚硅氧烷固化膜的表面不是镜面,可以确认到条纹,且无法涂布成10μm的厚度。
[实施例2]
作为液体固化性有机聚硅氧烷组合物1,以如下方式进行了配制:上述的成分(a1)为70.58重量%,成分(d1)为22.10重量%,成分(d2)为4.35重量%,成分(b1)为0.99重量%,成分(b2)为3.83重量%,成分(c1)为0.10重量%,成分(e1)为0.04重量%。此时,以相对于组合物中的每1摩尔乙烯基,成分(b)的硅原子键合氢原子(Si-H)成为约1.2摩尔的量来使用。固化前粘度在0.1(S-1)下为218Pa·s及在10.0(S-1)下为26Pa·s。
在基材剥离PET(F-1042-50U,厚度为50μm,宽度为125mm,RUNDE公司制造)上,使用配备涂布头(R2,由日本平野(HIRANO TECSEED)公司制造)的涂布机(M200DL,由日本平野(HIRANO TECSEED)公司制造)以115mm的宽度涂布实施例2的组合物。此时,干燥机出口的张力设定为0.12kg/mm,线速度设定为1m/min,并在125℃条件下暖风干燥固化。以直列方式在固化后的上表面上粘结剥离PET(F-1042-50U,厚度为50μm,宽度为125mm,RUNDE公司制造),并制备了10微米厚的有机聚硅氧烷固化膜。所获得的有机聚硅氧烷固化膜表面处于镜面状态,并可确认均质性优异。
[实施例3]
作为液体固化性有机聚硅氧烷组合物,以如下方式进行了配制:上述的成分(a2)为68.36重量%,成分(b3)为5.06重量%,成分(b4)为5.06重量%,成分(c1)为0.10重量%,成分(d2)为18.88重量%,成分(d3)为2.34重量%,成分(f)为0.28重量%。此时,以相对于组合物中的每1摩尔乙烯基,成分(b)的硅原子键合氢原子(Si-H)成为约1.2摩尔的量来使用。固化前粘度在0.1(S-1)下为148Pa·s及在10.0(S-1)下为16Pa·s(16000mPa·s)。
除了使用实施例3的组合物以外,以与实施例2相同的方式可制备了10μm厚的均匀的有机聚硅氧烷固化膜。
[表1]
在实施例1~3中,通过使用网张力模头方式,获得了膜厚为20μm以下且其表面的算术平均高度(Sa)为0.5μm以下的均匀的有机聚硅氧烷固化膜。这种有机聚硅氧烷固化膜具有镜面状表面,非常平滑且具有优异的平坦性,并且未确认到其表面缺陷,因此可预期相对于负载电压的高的介质击穿强度。
附图标记说明
1:支撑体
2:涂布液
3:涂布膜
30:支撑体的移动方向
4:支撑辊(单个)
41:上游侧支撑辊
42:下游侧支撑辊
5:主剂液体
5L:主剂液体的供液管线
6:催化液
6L:催化剂液的供液管线
7:搅拌装置
10:狭缝模头

Claims (17)

1.一种有机聚硅氧烷固化物膜,其特征在于,所述固化物膜的膜表面的算术平均高度Sa小于0.50µm,膜中心的平均厚度在1~20µm的范围内;
所述有机聚硅氧烷固化物膜使包含以下成分的固化性有机聚硅氧烷组合物固化而成:
成分A分子内具有至少两个包含碳-碳双键的固化反应性基团的有机聚硅氧烷;
成分B相对于分子中具有至少两个硅键合氢原子的有机氢聚硅氧烷组合物中的碳-碳双键的合计量1摩尔,本成分中的硅原子键合氢原子含量成为0.1~2.5摩尔的量;
成分C有效量的硅氢化反应用催化剂;
成分D1通过一种以上的有机硅化合物进行了表面处理的、平均BET比表面积超过100m2/g的增强性微粒或其复合体;
成分D2通过一种以上的有机硅化合物进行了表面处理的、平均BET比表面积在10~100m2/g的范围内的增强性微粒或其复合体,且
成分D1与成分D2的质量比在50:50~99:1的范围内。
2.根据权利要求1所述的有机聚硅氧烷固化物膜,其特征在于,膜中心的平均厚度在1~10µm的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的有机聚硅氧烷固化物膜,其特征在于,不含有有机溶剂。
4.根据权利要求1所述的有机聚硅氧烷固化物膜,其特征在于,所述成分A或成分B的一部分或全部为具有高介电性官能团的有机聚硅氧烷或有机氢聚硅氧烷。
5.根据权利要求1所述的有机聚硅氧烷固化物膜,其特征在于,固化性有机聚硅氧烷组合物为无溶剂型或低溶剂型的组合物。
6.一种有机聚硅氧烷固化物膜作为电子材料或显示装置用构件的应用,其特征在于,所述有机聚硅氧烷固化物膜为权利要求1至5中任一项所述的有机聚硅氧烷固化物膜。
7.一种层叠体,其特征在于,所述层叠体具有权利要求1至5中任一项所述的有机聚硅氧烷固化物膜层叠于具备剥离层的片状基材的结构。
8.一种电子零件,其特征在于,所述电子零件具有权利要求1至5中任一项所述的有机聚硅氧烷固化物膜。
9.一种显示装置,其特征在于,所述显示装置具有权利要求1至5中任一项所述的有机聚硅氧烷固化物膜。
10.一种有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法,所述制备方法用以制备权利要求1至5中任一项所述的有机聚硅氧烷固化物膜,所述有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法的特征在于,包括在一对支撑辊之间通过张力支撑方式支撑的连续移动的基材上,使用狭缝模头涂布固化性有机聚硅氧烷组合物的模头涂布工序。
11.根据权利要求10所述的有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法,其特征在于,基材为具备剥离层的膜状基材。
12.根据权利要求10或11所述的有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括使用狭缝模头将固化性有机聚硅氧烷组合物涂布在基材上之后,使固化性有机聚硅氧烷组合物固化的工序。
13.根据权利要求10所述的有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法,其特征在于,固化性有机聚硅氧烷组合物为多成分型组合物,作为向狭缝模头输送液体的前工序,所述制备方法还包括通过使用机械力的搅拌装置混合各成分以配制固化性有机聚硅氧烷组合物的混合工序。
14.根据权利要求13所述的有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法,其特征在于,所述制备方法使用机械力的搅拌装置为静态混合器,用于配制固化性有机聚硅氧烷组合物的混合工序和向狭缝模头输送固化性有机聚硅氧烷组合物液体的工序为连续的工序。
15.根据权利要求10所述的有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法,其特征在于,固化性有机聚硅氧烷组合物为无溶剂型或低溶剂型的组合物,所述制备方法不包括使用溶剂的稀释工序。
16.根据权利要求10所述的有机聚硅氧烷固化物膜的制备方法,其特征在于,所述制备方法使固化性有机聚硅氧烷组合物在夹于具备剥离层的隔板之间的状态下固化。
17.一种有机聚硅氧烷固化物膜的制备装置,所述制备装置用以制备权利要求1至5中任一项所述的有机聚硅氧烷固化物膜,所述有机聚硅氧烷固化物膜的制备制造装置的特征在于,包括:至少一对支撑辊;
基材,所述基材通过张力支撑方式支撑于所述一对支撑辊之间,且连续移动;
狭缝模头,所述狭缝模头用于将固化性有机聚硅氧烷组合物涂布在所述基材上;和
搅拌混合装置,所述搅拌混合装置具有向所述狭缝模头送液的送液机构,且使用机械力。
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