JP2008535975A - 放射線または熱硬化性オキセタンバリアシーラント - Google Patents

Abstract

本発明は、硬化後に低い水分透過性および良好な接着強度を提供するカチオン硬化性シーラントに関する。この組成物は、オキセタン化合物およびカチオン開始剤から本質的になる。
【選択図】なし

Description

本発明は、陸軍研究所（Ａｒｍｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）によって付与された契約、ＭＤＡ９７２−９３−２ ００１４のもと、アメリカ合衆国政府からの支援により作製された。政府は本発明に関して特定の権利を有する。

本発明は、電子および光電子デバイスにおいて使用するためのバリアシーラント、接着剤、封入剤およびコーティングに関する。（本明細書および特許請求の範囲において使用される場合、接着剤、シーラント、封入剤およびコーティングは、全て接着剤、シーラントおよびコーティング特性および機能を有する同様の材料である。いずれか１つが言及される場合、他も含まれるとみなされる。）

放射線硬化性材料は、硬化間の低いエネルギー消費、ラジカルおよびカチオン機構の両方を通しての迅速な硬化速度、低い硬化温度、硬化性材料の広範囲の入手可能性および溶媒フリーの製品の入手可能性を含む理由のため、過去３０年間にわたってコーティング、接着剤およびシーラントとしての使用の増加が見受けられる。これらの利点は、かかる製品を、温度に敏感であるか、または長期の硬化時間に都合よく耐え得ない電子および光電子デバイスの迅速な接着および封着に特に適切なものとさせる。光電子デバイスは特に熱的に敏感であることが多く、そして非常に短い時間での硬化を通して、光学的に整列され、空間的に固定される必要がある。

また多くの光電子デバイスは水分または酸素にも敏感であり、それらの性能寿命間は暴露から保護される必要がある。一般的なアプローチは、それが配置される不透過性基材と不透過性ガラスまたは金属蓋との間でデバイスを封着すること、ならびに放射線硬化性接着剤またはシーラントを使用して底部基材に蓋の周辺部を封着または接着させることである。

このようなパッケージの幾何学的形状の一般的な明示は図１において例示される。前記図は、ガラス基材（４）上に作製された有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）積層体（３）の上の金属またはガラス蓋（２）を結合された放射線硬化性周辺部シーラント（１）の使用を開示する。様々な構成が存在するが、典型的なデバイスはアノード（５）、カソード（６）、およびいくつかの形態のＯＬＥＤピクセルデバイスと外部電極との間の電気的相互接続（７）も含有する。本発明の目的のため、周辺部シーラント（１）のような接着剤／シーラント材料を組み入れるものを除き、特定のデバイスの幾何学的形状は明示されないか、または必要とされない。

図１の例に関する限り、多くの構成において、ガラス基材および金属／ガラス蓋は両方とも酸素および水分に対して本質的に不透過性であり、そしてシーラントはいずれかの透過性を有するデバイスを包囲する唯一の材料である。電子および光電子デバイスに関して、水分透過性はしばしば酸素透過性よりも重要であり；従って、酸素バリア必要条件はそれほど厳重ではなく、そしてデバイスの良好な性能に関して重要であるのは周辺部シーラントの水分バリア特性である。

良好なバリアシーラントは、低いバルク水分透過性、良好な接着および強い境界面接着剤／基材相互作用を示す。シーラント境界面に対する基材の品質が不十分である場合、境界面は弱い境界として機能し、それによって、シーラントのバルク水分透過性に関係なく、デバイス中への迅速な水分進入がもたらされる。境界面が少なくともバルクシーラント
と同様に連続的である場合、水分透過性は、典型的にシーラントのバルク水分透過性によって支配される。

水蒸気伝送速度（ＷＶＴＲ）のみでなく、有効バリア特性の尺度として水分透過性（Ｐ）を調査しなければならないことに注意することは重要である。ＷＶＴＲは、透過に関して画定された経路の厚さまたは経路の長さに対して標準化されない。一般的に、透過性は、ＷＶＴＲをユニット透過経路の長さで乗算したものとして定義され得、従って、これは、シーラントが本質的に良好なバリア材料であるかどうか評価するために好ましい方法である。

透過性を表現するための最も一般的な方法は、いずれの実験条件の組にも適用する透過性係数（例えば、ｇ・ミル／（１００平方インチ・日・アトム））か、またはバリア材料に存在する透過物（ｐｅｒｍｅａｎｔ）の部分圧力／濃度を定義するために実験条件が引用されなければならない透過係数（例えば、所定の温度および相対湿度におけるｇ・ミル／（１００平方インチ・日・アトム））である。一般的に、いくつかのバリア材料を通しての透過物の透過（透過性、Ｐ）は、拡散の項（Ｄ）と溶解性の項（Ｓ）の積：Ｐ＝ＤＳとして記載することが可能である。

溶解性の項は透過物に対するバリアの親和性を反映し、そして水蒸気に関して、低いＳ項は疎水性材料から得られる。拡散の項はバリアマトリックス中の透過物の運動性の尺度であって、自由容積および分子運動性のようなバリアの材料特性に直接的に関連がある。しばしば、高度に架橋されたかまたは結晶性の材料から低いＤ項が得られる（より架橋が少ないかまたは非晶質である相似体とは対照的に）。分子運動の増加とともに透過性は激しく増加する（例えば温度が増加する時、特にポリマーのＴ_ｇが超過する場合）。

改善されたバリアを生じるための論理的な化学アプローチは、水蒸気および酸素の透過性に影響を及ぼすこれらの２つの基本的要因（ＤおよびＳ）を考慮しなければならない。かかる化学的要因に加えて物理的可変性があり、長い透過経路および欠陥のない接着剤ボンドライン（基材上への接着剤の良好なウェッティング）はバリア性能を向上させ、可能であれば適用されるべきである。理想的なバリアシーラントは、全てのデバイス基材に対して優れた接着を提供しながら、低いＤおよびＳ項を示す。

高性能バリア材料を得るためには、低い溶解性（Ｓ）の項のみ、または低い拡散率（Ｄ）の項のみを有することでは十分ではない。代表的な例は、一般的なシロキサンエラストマーにおいて見受けられる。かかる材料は極めて疎水性（低い溶解性の項、Ｓ）であるが、それらはＳｉ−Ｏ結合（高い拡散率の項（Ｄ）を生じる）に関する回転に対して妨害がないため、分子運動性が高く、非常に不十分なバリアである。従って、単に疎水性である多くの系は、それらが低い水分溶解性を示すという事実にもかかわらず、良好なバリア材料ではない。低い水分溶解性は、低い分子運動性、従って低い透過物運動性または拡散率と組み合わせられなければならない。

本発明の組成物のような、固体シーラントへと硬化される液体材料に関して、硬化されたマトリックス内のより低い分子運動性は、高い架橋密度、微小結晶度またはマトリックスの架橋部分間の分子主鎖の稠密な充填によって達成される。

本発明者は、バリア組成物中へのオキセタン樹脂およびカチオン開始剤の取り込みによって、特定の樹脂および樹脂／充填材系が特に水分に対して優れたバリア性能を提供することを発見した。オキセタン樹脂は一般的に、オキセタン化合物が次の構造：

（式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５、Ｒ^６は、独立して、水素およびアルキル、ハロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、アリール、エステル、チオエステルおよびスルフィド基からなる群から選択される）を有する構造を有する。かかるバリア材料は、単独で、または他の硬化性樹脂および様々な充填材と組み合わせて使用されてもよい。得られた組成物は、市販品として許容できる硬化速度、高い架橋密度、剛性および分子充填のバランス（低い透過物運動性／拡散率の項、Ｄ）、疎水性（低い水溶解性の項、Ｓ）、ならびに接着（強い接着剤／基材境界面）を示し、それらを電子、光電子およびＭＥＭＳデバイスの封着および封入における使用のために有効なものとさせる。

本発明は、（ａ）オキセタン化合物と、（ｂ）カチオン開始剤とから本質的になるカチオン硬化性バリアシーラントである。バリア接着剤またはシーラントは、場合によって（ｃ）１以上の充填材と、場合によって（ｄ）１以上の接着促進剤、または１以上のエポキシ樹脂とを含有する。１以上のエポキシ樹脂が存在する場合、好ましくは、それらは、ビスフェノールＦジグリシジルエーテル、レソルシノールジグリシジルエーテル、ノボラックグリシジルエーテルおよびハロゲン化グリシジルエーテルからなる群から選択されるが、他のエポキシが使用されてもよい。カチオン光開始剤の使用によって、放射線硬化性配合物が得られるが；室温または高温で重合を引き起こし得るカチオン触媒の使用は熱硬化のために使用され得る。得られた組成物は電子および光電子デバイスの封着および封入における使用のために適切である。

本明細書の範囲内において、放射線という用語は化学線電磁放射を記載するために使用される。化学線放射線は、材料の化学変化を誘発する電磁放射線として定義され、そして本明細書の範囲内の目的に関して、電子ビーム硬化も含まれる。ほとんどの場合、スペクトルの紫外（ＵＶ）および／または可視領域の波長による電磁放射が最も有用である。

本明細書の範囲内において、オキセタン化合物という用語は、オキセタン官能基を有する小分子、オリゴマーまたはポリマーを指す。オキセタン化合物は一般的に、次の構造

（式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５、Ｒ^６は、水素およびアルキル、ハロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、アリール、エステル、チオエステルならびにスルフィド基からなる群から選択される）を有する。一実施形態において、オキセタン化合物は、次の構造：

を有するオキセタン化合物の群から選択される。
もう１つの実施形態において、オキセタン化合物が芳香族コアを有し、その芳香族コア上に互いにメタ位でオキセタン官能基および追加的な重合性官能基が置換されている。この実施形態において、オキセタン化合物は次の構造：

（式中、Ｒ^７、Ｒ^８、Ｒ^９、Ｒ^１０およびＲ^１１は、独立して、水素、アルキル、ハロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、アリール、アルキロイルおよびアリーロイル基からなる群から選択され；ｎは、０、１、２、３または４であり；Ｚは、限定されないが、

（式中、Ｒ^１１およびＲ^１２は、独立して、水素、アルキル、ハロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、アリール、アルキロイルおよびアリーロイル基からなる群から選択され；そしてＲ^１３は、アルキル、ハロアルキル、アリール、エーテル、チオエーテル、エステル、チオエステル、シラン、カルボネートまたはケトンからなる群から選択される連結基である）からなる群から選択されるカチオン反応性官能基である）を有する。

上記に適合する代表的なオキセタン化合物としては、限定されないが、

が挙げられる。
もう１つの実施形態において、オキセタン化合物は、オキセタンと、環式脂肪族主鎖から延在する第２の反応性官能基との両方を有するハイブリッド化合物である。一般的に、かかる化合物は、次の構造、

（式中、Ｌ、Ｌ’、Ｌ’’およびＬ’’’は、

からなる群から独立して選択される連結基であり、
ＲおよびＲ’は、独立して、直鎖アルキル、分枝鎖アルキル、シクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、シランまたはシロキサン基からなる群から選択され；Ｒ’’は、独立して、水素、アルキル、ハロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、アリール、アルキロイルおよびアリーロイル基からなる群から選択され；Ｘは、グリシジルエポキシ、脂肪族エポキシおよび環式脂肪族エポキシ；オキセタン；ビニル、プロペニル、クロチル、アリルおよびプロパルギルエーテル、ならびにそれらの基のチオエーテル；アクリレートおよびメタクリレート；イタコネート；マレイミド；マレイン酸、フマル酸およびケイ皮酸エステル；スチレニック；アクリルアミドおよびメタクリルアミド；カルコン；チオール；アリル、アルケニルおよびシクロアルケニルからなる群から独立して選択される反応基であり、ｎ、ｋ、ｌ、ｎ’、ｋ’およびｌ’は０または１であり；そしてｙは１〜１０である）を有する。

上記構造中のｎ、ｋおよびｌが０であり、そしてＸがエポキシの形態である場合、Ｘは直接結合によって環式脂肪族主鎖に結合可能であるか、または環式脂肪族主鎖の一部であり得る。環式脂肪族ハイブリッド化合物の代表的な実施形態としては、限定されないが、

が挙げられる。
本明細書の範囲内において、環式脂肪族または脂環式という用語は一般的に、１つ以上の環を形成するように結合された炭素および水素原子を含有する有機化合物の種類を指す。このとき形成される環は、ハロゲン（例えば、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）、置換原子（例えば、Ｏ、Ｓ、Ｎ）のような他の原子、あるいは置換基（例えば、ＯＲ、ＳＲ、ＮＲ_２（式中、Ｒは直鎖または分枝鎖アルキルまたはシクロアルキルまたはアリール基である））を含有していてもよい。一般的に、環式脂肪族樹脂はそれらの主鎖中に環式炭素をベースとする環構造を含有する樹脂として定義される。この環式炭素主鎖は、主鎖内に、または主鎖に結合されたヘテロ原子を有してもよい。環式脂肪族樹脂主鎖が主に炭素、水素およびハロゲン原子から構成されることが好ましい。

本発明の放射線硬化性バリア材料のための開始剤の選択は、放射線硬化の当業者に既知である。光硬化に関して、硬化開始剤は光開始剤である。適切な光開始剤の選択は、バリアシーラントが使用される具体的な適用に非常に依存する。適切な光開始剤は、放射線硬化性系中の樹脂、充填材および他の添加剤のものと異なる光吸収スペクトルを示すものである。シーラントがカバーまたは基材を通して硬化されなければならない場合、光開始剤は、カバーまたは基材が透過性である波長で放射線を吸収可能であるものである。例えば、バリアシーラントがソーダ石灰ガラスカバープレートを通して硬化される場合、光開始剤は約３２０ｎｍより高い有意なＵＶ吸光度を有するべきである。３２０ｎｍより低いＵＶ放射線はソーダ石灰ガラスカバープレートによって吸収され、そして光開始剤に到達しない。この例では、光開始剤へのエネルギーの移動を増やすために、光開始剤系に光開始剤を有する光増感剤を含ませることは有利である。

代表的なカチオン光開始剤は、イオニック ポリマリゼーションズ アンド リレーテッド プロセス（Ｉｏｎｉｃ Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅ
ｄ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）、４５−６０、１９９９年、クルワー アカデミック パブリッシャーズ（Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ）；オランダ（Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ）；Ｊ．Ｅ．プスカス（Ｊ．Ｅ．Ｐｕｓｋａｓ）ら（編）に開示される。好ましいカチオン光開始剤としては、ジアリールヨードニウム塩およびトリアリールスルホニウム塩が挙げられる。周知の市販品として入手可能な例としては、ＵＶ９３８０Ｃ（ＧＥ シリコーンズ（ＧＥ Ｓｉｌｉｃｏｎｅｓ））、ＰＣ２５０６（ポリセット（Ｐｏｌｙｓｅｔ））、ＳＲ１０１２（サートマー）、ロドルシル（Ｒｈｏｄｏｒｓｉｌ）２０７４（ロジア（Ｒｈｏｄｉａ））およびＵＶＩ−６９７４（ダウ（Ｄｏｗ））が挙げられる。ジアリールヨードニウム塩のための好ましい増感剤は、イソプロピルチオキサントン（本明細書ではＩＴＸとして記載され、しばしば２−および４−異性体の混合物として販売される）および２−クロロ−４−プロポキシチオキサントンである。特定の硬化の幾何学的形状および樹脂系のための効率的なカチオン光開始剤系の選択は、カチオンＵＶ硬化の当業者に既知であり、そして本発明の範囲内では限定されない。

熱的に発生する酸のようなあまり一般的でない開始剤系も、かかる触媒、開始剤および硬化剤が適切である場合は期待される。代表的な触媒としては、ブロンステッド酸、ルイス酸および潜在的な熱による酸生成素が挙げられる。ブロンステッド酸およびルイス酸の代表例は、スミス，Ｍ．Ｂ．（Ｓｍｉｔｈ，Ｍ．Ｂ．）およびマーチ，Ｊ．（Ｍａｒｃｈ，Ｊ．）、マーチズ アドバンスド オーガニック ケミストリー、リアクションズ、メカニズムス アンド ストラクチャーズ（Ｍａｒｃｈ’ｓ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ，Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ，ａｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）、第５版、２００１年、ジョン ウィリー アンド サンズ インコーポレイテッド（Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．）、ニューヨーク州ニューヨーク（Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，Ｎ．Ｙ．）第３２７〜３６２のような文献に見られる。代表的な潜在的な熱による酸生成素の例としては、限定されないが、ジアリールヨードニウム塩、ベンジルスルホニウム塩、フェナシルスルホニウム塩、Ｎ−ベンジルピリジニウム塩、Ｎ−ベンジルピラジニウム塩、Ｎ−ベンジルアンモニウム塩、ホスホニウム塩、ヒドラジニウム塩およびアンモニウムボレート塩が挙げられる。

一般的な充填材としては、限定されないが、グランド石英、溶融シリカ、非晶質シリカ、タルク、ガラスビーズ、グラファイト、カーボンブラック、アルミナ、粘土、マイカ、バーミキュライト、窒化アルミニウムおよび窒化ホウ素が挙げられる。銀、銅、金、スズ、スズ／鉛合金および他の合金からなる金属粉およびフレークが考察される。ポリ（テトラクロロエチレン）、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）およびポリ（塩化ビニリデン）のような有機充填材粉末も使用されてもよい。限定されないが、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｎａ_２ＳＯ_４、ＣａＳＯ_４、ＭｇＳＯ_４、ゼオライト、シリカゲル、Ｐ_２Ｏ_５、ＣａＣｌ_２およびＡｌ_２Ｏ_３を含む乾燥剤または酸素掃去剤として作用する充填材も利用可能である。

実施例１；オキセタン，３，３’−［１，３−フェニレンビス（メチレンオキシメチレン）］ビス［ｓ−メチル−

の合成
還流冷却器、磁気撹拌機を備えた２５０ｍＬの３つ口丸底フラスコに１２．０ｇのＮａＯＨ（０．３モル）、０．６ｇのｎ−Ｂｕ_４Ｎ^＋Ｂｒ⁻（０．００１９モル）、３０．０ｇの３−メチル−３−ヒドロキシメチル−オキセタン（０．２９モル）、２５．０ｇのα，α’−ジブロモ−ｍ−キシレン（０．０９５モル）および１００ｍＬのトルエンを添加した。反応物を３．５時間１１０℃まで高めた。有機相を濾過によって収集し、そして溶媒を除去した。淡黄色粗製生成物を２００ｍＬのトルエン中に再溶解し、そして３回、脱イオン水で洗浄した。硫酸マグネシウム上で乾燥させた後、トルエン溶液を中性アルミナの短いカラム中を通過させ、痕跡量のアンモニウム塩相移動触媒を除去した。最後に溶媒を回転エバポレーターおよびクーゲルローア（Ｋｕｇｅｌｒｏｈｒ）で除去し、そして試料を蒸留によって精製した。^１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３）：δｐｐｍ１．３６（６Ｈ），３．５６（４Ｈ），４．３８−４．５５（８Ｈ），４．６０（４Ｈ），７．１８−７．３８（４Ｈ）。
実施例２：オキセタン，３，３’−［１，４−フェニレンビス（メチレンオキシメチレン）］ビス［３−メチル−

の合成
２５．０ｇのα，α’−ジブロモ−ｍ−キシレン（０．０９５モル）の代わりに２５．０ｇのα，α’−ジブロモ−ｐ−キシレン（０．０９５モル）を使用したことを除き、実施例１の反応条件を採用した。^１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３）：δｐｐｍ１．３６（６Ｈ），３．５５（４Ｈ），４．３７−４．５５（８Ｈ），４．５９（４Ｈ），７．３６（４Ｈ）。
実施例３；オキセタン，３，３’−［１，３−フェニレンビス（メチレンオキシメチレン）］ビス［３−エチル−

の合成
３０．０ｇの３−メチル−３−ヒドロキシメチル−オキセタン（０．２９モル）の代わりに３４．１ｇの３−エチル−３−ヒドロキシメチル−オキセタン（０．２９モル）を使用したことを除き、実施例１の反応条件を採用した。^１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３）：δｐｐｍ０．８７−０．９１（６Ｈ），１．７７−１．８３（４Ｈ），３．６１（４Ｈ），４．４０−４．４９（８Ｈ），４．５９（４Ｈ），７．２８−７．３８（４Ｈ）。
実施例４；オキセタン，３，３’−［１，４−フェニレンビス（メチレンオキシメチレン）］ビス［ｓ−エチル−

の合成
２５．０ｇのα，α’−ジブロモ−ｍ−キシレン（０．０９５モル）の代わりに２５．０ｇのα，α’−ジブロモ−ｐ−キシレン（０．０９５モル）を使用したことを除き、実施例３の反応条件を採用した。^１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３）：δｐｐｍ０．８９−０．９２（６Ｈ），１．７７−１．８３（４Ｈ）３．６１（４Ｈ），４．４０−４．４９（８Ｈ），４．５８（４Ｈ），７．３４（４Ｈ）。
実施例５：オキセタンをベースとするバリアシーラント１
実施例３からのオキセタン、光開始剤系（カチオン光開始剤およびＩＴＸ）をプラスチック瓶に配置し、そして１時間、ボルテックスミキサーで透明になるまで混合した。次いで、ミクロンサイズのシリカおよびナノシリカレオロジー調節剤を瓶に添加し、そして全試料をボルテックスミキサーでさらに１時間混合した。セラミック製３本ロールミルを使用して、得られたペーストを混合し、そして真空チャンバー中で脱気した。成分および重量部は表１で示される。

配合物を完全に混合した後、１〜２グラムの配合物材料をテフロン（ＴＥＦＬＯＮ）コーティングされたアルミニウム板上に配置した。均一な厚さのフィルムをキャスティングするため、エイト−パス（ｅｉｇｈｔ−ｐａｔｈ）可変スクレーパーを使用した。次いで試料をダイマックス（Ｄｙｍａｘ）固定硬化ユニット中に配置し、そして中間圧力水銀ランプで７０秒間（３．３Ｊ／ｃｍ^２ ＵＶＡ）硬化した。ＵＶ パワー パック（ＵＶ Ｐｏｗｅｒ Ｐｕｃｋ）高エネルギーＵＶラジオメーター（ＥＩＴ インコーポレイテッド，バージニア州、スターリング（ＥＩＴ Ｉｎｃ．，Ｓｔｅｒｌｉｎｇ，Ｖａ．））を使用して試料表面上の発光を測定し、そしてそれぞれ、４７（ＵＶＡ）、３２（ＵＶＢ）、３（ＵＶＣ）、３５（ＵＷ）ｍＷ／ｃｍ^２であることがわかった。モコン パーマトラン（Ｍｏｃｏｎ Ｐｅｒｍａｅｔｒａｎ）３／３３機器を使用して上記のフィルムの水分透過係数（５０℃、１００％相対湿度）を測定し、そして３．１ｇミル／１００平方インチ・日であることがわかった。

接着性能は、テフロン（ＴＥＦＬＯＮ）コーティングされたアルミニウム板上に約四分の一インチの間隔で離して２断片のテープ（約５ミル）を適用することによって試験された。ブレードを使用して、配合物をテープ間でフィルムへと引き抜いた。ガラススライドおよびダイをイソプロパノールで拭いてクリーニングし、そしてイソプロパノール中で１０分間超音波処理した。スライドおよびダイをイソプロパノールから取り出し、空気乾燥させ、続いて５分間、ＵＶオゾンクリーニングを行なった。次いでダイを配合物のフィル
ムに配置し、そして軽く叩いてダイ全体を湿潤させた。ダイを配合物コーティングから拾い上げ、そしてスライド上に配置した。ダイを軽く叩いて、ダイとスライドとの間で配合物を湿潤させた。３．３Ｊ／ｃｍ^２ ＵＶＡでダイマックス（Ｄｙｍａｘ）硬化ユニット中でシーラント配合物を硬化させた。１００ｋｇのヘッドおよび３００ミルのダイツールを備えたロイス インストルメント（Ｒｏｙｃｅ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）５５２ １００Ｋを使用して、硬化された試料の剪断接着を試験した。接着力は４４．７＋１．６ｋｇであることがわかった。

もう１つの実施形態において、カチオン硬化性バリア組成物はさらに、接着促進剤、好ましくはシラン接着促進剤から本質的になる。シラン接着促進剤の添加の効果は、表１の配合物に（全配合物をベースとして）３．５重量％のシルクエスト（Ｓｉｌｑｕｅｓｔ）Ａ−１８６シランを添加することによって調査された。硬化された試料（３．３Ｊ／ｃｍ^２ ＵＶＡ）の水分透過は３．１ｇ・ミル／１００平方インチ・日であることがわかり、そしてダイ剪断力は１７．０±４．０ｋｇであり、いくつかの商業的用途に十分であった。
実施例６：オキセタンをベースとするバリアシーラント２
水分透過を低下させるために、オキセタン樹脂をタルクのような小板状充填材と組み合わせてもよい。配合物を実施例５と同様に調製した。成分および重量部を表２に示す。６．０Ｊ／ｃｍ^２ ＵＶＡで硬化後、透過係数は５０℃、１００％相対湿度において４．２ｇ・ミル／１００平方インチ・日であった。

実施例７：芳香族エポキシ−オキセタンハイブリッドの合成および性能

冷却器およびメカニカルスターラーを備えた４つ口１０００ｍＬ丸底フラスコ中、３−ヒドロキシベンジルアルコール（２４．８ｇ、０．２モル）、３−メチル−３−ブロモメチルオキセタン（３６．３ｇ、０．２２モル）、炭酸カリウム微粉末（３０．４ｇ、０．２２モル）および２００ｍＬのメチルエチルケトンを組み合わせた。反応物を撹拌しながら油浴中で６５℃まで加熱し、そして加熱および撹拌を合計５日間続けた。固体を濾去し、そして３％ＮａＯＨ水溶液、続いて水で液体部分を洗浄した。回転エバポレーターによる溶媒除去によって液体の低い粘度がもたらされた。

機械式撹拌機および冷却器を備えた４つ口１０００ｍＬ丸底フラスコ中、この液体（４０．０ｇ、０．１９モル）を臭化アリル（３６．３ｇ、０．３モル）、ＮａＯＨ（１２．０ｇ、０．３モル）、テトラブチルアンモニウムブロミド（０．８２ｇ、０．００２５モル）および１００ｍＬのトルエンと組み合わせた。反応物を撹拌しながら６５℃まで加熱し、そして１０分以内で色が茶色からオレンジ色へと変化した。加熱および撹拌を一晩続けた。最後に、固体を濾去して、そしてトルエンを除去して、アリル化オキセタン生成物を得た。これは真空蒸留によって精製された。

機械式撹拌機および温度計を備えた４つ口５００ｍＬ丸底フラスコ中、１７．５ｇ（０．１モル）の３−クロロペルオキシ安息香酸を２２５ｍＬのジクロロメタン中で組み合わせることによってアリル化オキセタンのエポキシ化を実行した。フラスコを氷／水浴で０℃まで冷却し、そして５０ｍＬのＣＨ_２Ｃｌ_２中に溶解された２０．５ｇの上記アリル化オキセタン生成物を２．５時間かけて滴下した。１時間後、フラスコを室温まで加温し、そして撹拌を３日間続けた。固体を濾去して、透明オレンジ色液体を得た。ＣＨ_２Ｃｌ_２溶液を飽和ＮａＨＣＯ_３水溶液で洗浄し、次いで水で３回洗浄した。

有機層を回収し、そして硫酸ナトリウム上で乾燥させた。回転エバポレーションによってＣＨ_２Ｃｌ_２を除去した。真空蒸留による精製によって、１５５℃／１４７ミクロンで１．５ｇの純粋なハイブリッドエポキシ−オキセタン生成物を得た。この生成物は透明、無色の液体であった。^１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３）：δｐｐｍ１．４５（３Ｈ），２．６１−２．８２（２Ｈ），３．１９（１Ｈ），３．４３−３．８０（２Ｈ），４．０４（２Ｈ），４．４５（２Ｈ），４．４６−４．５８（２Ｈ），４．６２−４．６４（２Ｈ），６．８６−６．９５（３Ｈ），７．２５−７．２９（１Ｈ）。この生成物を光開始剤系（２．０重量％カチオン光開始剤ＳＲ１０１２および０．１２％ＩＴＸ）と混合し、そして３．３Ｊ／ｃｍ^２ ＵＶＡで硬化した。硬化されたフィルムの透過は５０℃、１００％相対湿度において６．３ｇ・ミル／１００平方インチ・日であった。
実施例８：環式脂肪族エポキシ−オキセタンハイブリッドの合成および性能

メカニカルスターラーおよび冷却器を備えた４つ口５００ｍＬ丸底フラスコに、１５０．０ｇ（０．２モル）のヒドロキシシクロペンタジエン（ＴＣＩ アメリカ（ＴＣＩ Ａｍｅｒｉｃａ））、１６５．０ｇ（０．２４モル）の３−メチル−３−ブロモメチルオキセタン（ケマダ（Ｃｈｅｍａｄａ））、９．６ｇ（０．２４モル）の水酸化ナトリウム、０．６４ｇ（１．０モル％）のテトラブチルアンモニウムブロミド（ＴＢＡＢ）および１００ｍＬのトルエンを充填した。反応混合物を２時間、油浴中で８０℃まで加熱し、次いで温度を２４時間１１０℃まで増加させた。追加的な２６．４ｇ（０．１６モル）の３−メチル−３−ブロモメチルオキセタン、６．４ｇ（０．１６モル）の水酸化ナトリウムおよび０．６４ｇのＴＢＡＢを添加し、そして撹拌を２４時間続けた。混合物を濾過し、そして回転エバポレーションによってトルエンを除去し、そして真空蒸留によってオキセタン生成物を分離した。

次に、機械式撹拌機および温度計を備えた５００ｍＬ丸底フラスコ中で１３．８ｇ（０．０６１モル）の７７％ ｍ−クロロペルオキシ安息香酸（ｍＣＰＢＡ）および２００ｍＬのジクロロメタンを組み合わせ、０．４Ｍ溶液を形成し、そして氷／水浴中で０℃まで冷却した。添加ロートを使用して、６５ｍＬのジクロロメタンに溶解された１２．３ｇ（０．０５２５モル）の上記オキセタン生成物を１．５時間かけてｍＣＰＢＡ溶液に滴下した。混合物を室温まで加温し、そしてさらに２４時間撹拌された。

反応後、混合物を濾過し、そしてジクロロメタン溶液を７０ｍＬの飽和ＮａＨＣＯ_３溶液、次いで７０ｍＬの水で３回洗浄した。有機層を回収し、そして硫酸ナトリウム上で乾燥させ、そして回転エバポレーションによってジクロロメタンを除去した。真空蒸留によって、１０．５％収率で無色液体として所望の生成物を得た。^１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３）：δｐｐｍ１．２９（３Ｈ），１．２７−２．３２（１１Ｈ），３．２４−３．４１（２Ｈ），３．４３−３．５０（２Ｈ），４．３２−４．３４（２Ｈ），４．４６−４．５０（２Ｈ）。樹脂を光開始剤系（２．０重量％のカチオン光開始剤ＳＲ１０１２および０．２４重量％のＩＴＸ）と組み合わせた。配合物は良好に硬化し、そして水分透過係数は５０℃、１００％相対湿度においての６．６ミルｇ／１００平方インチ・日であった。
実施例９：透過係数に対する芳香族置換の影響
実施例１〜４のオキセタンをそれぞれ光開始剤系（２重量％光開始剤ＧＥ９３８０Ｃ）とブレンドし、そして６．０Ｊ／ｃｍ^２ ＵＶＡで硬化させ、続いて１時間、１７５℃でアニール化させた。硬化されたフィルムの透過係数を測定し、そして表３に報告する。データが示すように、実施例１および３のメタ置換オキセタンは、それらのパラ置換の対応物、実施例２および４よりも良好な水分バリア材料である。

２重量％カチオン光開始剤（ＵＶ９３８０Ｃ）の光開始剤系を使用する実施例３のオキセタンと芳香族化合物エポキシ（エポン（ＥＰＯＮ）８６２）との５０／５０（重量／重量）溶液の透過係数を、実施例４のオキセタンの透過係数と比較した。再び、メタ置換オキセタン配合物はより低い透過係数をもたらした。表３に示されように、異なるエポキシを選択することによって硬化された試料の水分バリア性能を調整することもできる。

以下の配合物において、臭素化ＢＰＡＤＧＥは臭素化ビスフェノールＡジグリシジルエーテルであり、そして次の構造を有する。

エポン（ＥＰＯＮ）８６２は次の構造を有する。

エポン（ＥＰＯＮ）８２８は次の構造を有する。

実施例１０：様々な充填材とのオキセタン／エポキシブレンド
本実施例において、異なる充填材とのエポキシ／オキセタン配合物を試験し、比較した。結果を表４に報告する。これは一般的に、等しい重量基準において、ナノシリカ充填材（配合物Ｄ）よりも、タルクのような板状の充填材（表４の配合物Ａ、Ｂ、Ｃ）は水分透過の低下に良好に作用することを示す。この結果は、さらに、配合物Ｄ中の芳香族エポキシエポン（ＥＰＯＮ）８６２は、カチオンＵＶ硬化性系で使用される場合、配合物Ｅ中の芳香族エポキシエポン（ＥＰＯＮ）８２８より良好なバリア材料であることを示す。また配合物ＦおよびＧに示されるように、より良好なバリア性能のため、充填材としてタルクおよびシリカを使用することも可能である。ナノシリカ充填材がミクロンサイズのシリカと交換された場合、透過に関して差異は観測されなかった。

実施例１１：オキセタン／ビニルエーテル配合物
オキセタンをＵＶ硬化性カチオン配合物中でビニルエーテルのような希釈剤とブレンドしてもよい。この実施例では、下記の構造を有する環式脂肪族ビニルエーテル（ＣＡＶＥ）を反応性希釈剤として使用し、そして得られた配合物は非常に低い水分透過係数を示した。配合物および結果を表５で報告する。

実施例１２：種々の添加剤とのオキセタン／エポキシブレンド
オキセタン／エポキシ樹脂混合物をＵＶ硬化性カチオン配合物中でビニルエーテルまたはアルコールのような希釈剤とブレンドしてもよい。配合物および結果を表６で報告する。硬化速度は、ＵＶ光供給源を備えたパーキンエルマー（Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ）示差走査熱量測定７で測定した。

実施例１３：様々なオキセタン／エポキシ比のオキセタン／エポキシ／タルク配合物の特性および性能
周辺部シーラントのＵＶ硬化速度および反応性は製造処理量に関して重要であり、そして多くのディスプレイ用途に関して熱プロセスの最小化が一般的に必要とされる。ＵＶ硬化動力学および熱力学は示差フォトカロリメトリー（「光ＤＳＣ」）を使用して測定することができる。様々なオキセタン／エポキシ比の一連のオキセタン／エポキシ／タルク配合物のための硬化速度を表７に報告する。示差フォトカロリメトリーは、Ｈｇ−アークランプＵＶ光供給源を備えたパーキン−エルマー（Ｐｅｒｋｉｎ−Ｅｌｍｅｒ）示差走査カロリメーター７を使用して試料上で実行された。全ての試料をインジウム／スズ酸化物（ＩＴＯ）がコーティングされたソーダ石灰ガラスを通して硬化した。

樹脂の各組み合わせは、オキセタン（ＯＸＴ−１２１、東亞合成）、エポン（ＥＰＯＮ）８６２芳香族エポキシ、３５重量％のタルク（ミストロフィル（Ｍｉｓｔｒｏｆｉｌ）Ｐ４０３タルク）、ならびに２．０重量％のカチオン光開始剤（ＳＲ１０１２）、および０．２１重量％のＩＴＸの光開始剤系を含有する（全て、総重量を基準とする）。各バリアシーラントに関して、ＵＶ開始から最大硬化発熱までの時間、ならびに９０％の観測されたＵＶ硬化発熱に到達するまでにかかった時間を記録した。ピークに達する時間および９０％変換までの時間が短いほど、良好な硬化性能が示される。

表に示されるように、良好な硬化性能および良好なダイ剪断接着力は、オキセタン／エポキシ比が７５：２５〜２５：７５の範囲である配合物Ｋ、Ｌ、Ｍに関して観測された。最も顕著には、最も速いＵＶ治療速度は、最も鋭く、最も狭い発熱ピークを有するオキセタンおよびエポキシが５０：５０モル比の時に現れた。加えて、オキセタンが豊富な（Ｈ、Ｉ）配合物のダイ剪断接着力は、エポキシが豊富な（Ｍ、Ｎ）配合物より良好であることがわかった。

実施例１４：様々な光開始剤とのオキセタン／エポキシブレンドの透過性
いくつかのカチオン光開始剤を使用して、ＯＸＴ−１２１オキセタンおよびエポン（ＥＰＯＮ）８６２エポキシの５０／５０（重量比）ブレンドを硬化した。結果を表８に報告する。これは、これらの異なる光開始剤を使用することによって得られた透過性には、ほとんど差異がないことを示す。活性触媒の等しいモル量が使用されるように、光開始剤の充填は標準化された。スルホニウム塩触媒はナショナル スターチ アンド ケミカル カンパニー（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ）の専売である。

光開始剤ＳＲ１０１２の種々のレベルについてもＯＸＴ−１２１オキセタンおよびエポン（ＥＰＯＮ）８６２エポキシの５０／５０（重量比）ブレンドを使用して調査した。その結果を表９に報告する。実験誤差の範囲内で、光開始剤レベルの変化はシーラントの水分透過性能に対して顕著な影響を示さなかった。これは、シーラントのバリア性能が主に樹脂の選択によって支配され、そして硬化の方法によって影響されることは少ないことを明らかに実証する。

実施例１５：熱によるオキセタン／エポキシブレンドの硬化
一連のオキセタン（ＯＸＴ−１２１）およびエポキシ（エポン（ＥＰＯＮ）８６２）樹脂ブレンドを調製し、熱によって硬化した。１０℃／分で室温から３００℃までＤＳＣランプを使用して、種々の重量比のオキセタンおよびエポキシブレンドを重合した。各試料は２．０％カチオン光開始剤（ＳＲ１０１２）を含有した。重合の開始、ピーク温度および総熱量を表１０に報告する。

周辺部が封着された光電子デバイス。

Claims (19)

1. （ａ）オキセタン化合物と、
   （ｂ）カチオン開始剤と、
   （ｃ）場合によって、１以上の充填材と、
   （ｄ）場合によって、１以上の接着促進剤、または１以上のエポキシ樹脂と、
   から本質的になるカチオン硬化性バリア組成物。
2. 前記オキセタン化合物が、次の構造：
   

   

   （式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５、Ｒ^６は、水素およびアルキル、ハロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、アリール、エステル、チオエステルならびにスルフィド基からなる群から選択される）を有する請求項１に記載のカチオン硬化性バリア組成物。
3. 前記オキセタン化合物が、次の構造：
   

   

   を有するオキセタン化合物の群から選択される請求項１に記載のカチオン硬化性バリア組成物。
4. 前記オキセタン化合物が１つの芳香族コアを有し、その芳香族コア上に互いにメタ位でオキセタン官能基および追加的な重合性官能基が置換された請求項１に記載のカチオン硬化性バリア組成物。
5. 前記オキセタン化合物が、次の構造：
   

   

   （式中、
   Ｒ^７、Ｒ^８、Ｒ^９、Ｒ^１０およびＲ^１１は、独立して、水素、アルキル、ハロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、アリール、アルキロイルおよびアリーロイル基からなる群から選択され；
   ｎは、０、１、２、３または４であり；
   Ｚは、
   

   

   （式中、
   Ｒ^１１およびＲ^１２は、独立して、水素、アルキル、ハロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、アリール、アルキロイルおよびアリーロイル基からなる群から選択され；そして
   Ｒ^１３は、アルキル、ハロアルキル、アリール、エーテル、チオエーテル、エステル、チオエステル、シラン、カルボネートまたはケトンからなる群から選択される連結基であ
   る）からなる群から選択されるカチオン反応性官能基である）を有する請求項１に記載のカチオン硬化性バリア組成物。
6. 前記オキセタン化合物が、次の構造：
   

   

   を有する群から選択される請求項５に記載のカチオン硬化性バリア組成物。
7. 前記オキセタン化合物が、オキセタンと、環式脂肪族主鎖から延在する第２の反応性官
   能基との両方を有するハイブリッド化合物である請求項１に記載のカチオン硬化性バリア組成物。
8. 前記オキセタン化合物が、次の構造：
   

   

   （式中、
   Ｌ、Ｌ’、Ｌ’’およびＬ’’’は、
   

   

   からなる群から独立して選択される連結基であり、
   ＲおよびＲ’は、独立して、直鎖アルキル、分枝鎖アルキル、シクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、シランまたはシロキサン基からなる群から選択され；
   Ｒ’’は、独立して、水素、アルキル、ハロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、アリール、アルキロイルおよびアリーロイル基からなる群から選択され；
   Ｘは、グリシジルエポキシ、脂肪族エポキシおよび環式脂肪族エポキシ；オキセタン；ビニル、プロペニル、クロチル、アリルおよびプロパルギルエーテル、ならびにそれらの基のチオエーテル；アクリレートおよびメタクリレート；イタコネート；マレイミド；マレイン酸、フマル酸およびケイ皮酸エステル；スチレニック；アクリルアミドおよびメタクリルアミド；カルコン；チオール；アリル、アルケニルおよびシクロアルケニル基からなる群から独立して選択される反応基であり；
   ｎ、ｋ、ｌ、ｎ’、ｋ’およびｌ’は０または１であり；そして
   ｙは１〜１０である）を有する請求項１に記載のカチオン硬化性バリア組成物。
9. 前記オキセタン化合物が、
   

   

   からなる群から選択される構造を有する請求項８に記載のカチオン硬化性バリア組成物。
10. 前記カチオン開始剤が、ブレンステッド酸、ルイス酸または光もしくは熱による酸発生剤である請求項１〜９のいずれか一項に記載のカチオン硬化性バリア組成物。
11. １以上の充填材が存在する請求項１〜９のいずれか一項に記載のカチオン硬化性バリア組成物。
12. １以上の充填材が存在し、そしてグランド石英、溶融シリカ、非晶質シリカ、タルク、ガラスビーズ、グラファイト、カーボンブラック、アルミナ、粘土、マイカ、バーミキュライト、窒化アルミニウムおよび窒化ホウ素；銀、銅、金、スズ、スズ／鉛合金、ポリ（テトラクロロエチレン）、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）、ポリ（塩化ビニリデン）、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｎａ_２ＳＯ_４、ＣａＳＯ_４、ＭｇＳＯ_４、ゼオライト、シリカゲル、Ｐ_２Ｏ_５、ＣａＣｌ_２およびＡｌ_２Ｏ_３からなる群から選択される請求項１〜９のいずれか一項に記載のカチオン硬化性バリア組成物。
13. １以上のエポキシ樹脂が存在する請求項１〜９のいずれか一項に記載のカチオン硬化性バリア組成物。
14. １以上のエポキシ樹脂が存在し、そしてビスフェノールＦジグリシジルエーテル、レソルシノールジグリシジルエーテル、ノボラックグリシジルエーテルおよびハロゲン化グリシジルエーテルからなる群から選択される請求項１〜９のいずれか一項に記載のカチオン
    硬化性バリア組成物。
15. １以上の接着促進剤が存在する請求項１〜９のいずれか一項に記載のカチオン硬化性バリア組成物。
16. 接着促進剤が存在し、シランである請求項１〜９のいずれか一項に記載のカチオン硬化性バリア組成物。
17. 

    からなる群から選択されるオキセタンおよびエポキシ官能基の両方を含有するハイブリッド化合物。
18. 請求項１〜９のいずれか一項に記載のカチオン硬化性バリアシーラントによって封着された電子または光電子デバイス。
19. 前記デバイスがＯＬＥＤである請求項１８に記載の電子または光電子デバイス。

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