JP2012025903A - 熱可塑性シリコーン樹脂用組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】耐熱性に優れ、かつ、常温で固体、常温以上に融点を示す熱可塑性シリコーン樹脂であって、合成、精製が容易な樹脂組成物を提供することができる熱可塑性シリコーン樹脂用組成物、及び該組成物を反応させて得られる樹脂組成物を提供すること。
【解決手段】式(I)及び式(II)で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種のイミド化合物、オルガノハイドロジェンシロキサン、ならびに、ヒドロシリル化触媒を含有してなる熱可塑性シリコーン樹脂用組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、熱可塑性シリコーン樹脂用組成物に関する。さらに詳しくは、光半導体素子の封止加工が可能な熱可塑性樹脂組成物を提供できる熱可塑性シリコーン樹脂用組成物、及び該組成物を反応させて得られる樹脂組成物に関する。

シリコーン樹脂は、透明性、耐熱性、耐光性、難燃性等に優れることから、各種被膜形成材料や封止材、電気絶縁材等に広く利用されている。なかでも、有機溶媒に可溶で、かつ、常温以上にて融点を示す熱可塑性シリコーン樹脂は、樹脂の保存性及び取り扱い性の観点から、注目されている。

例えば、特許文献１では、オクタキス(シルセスキオキサン)とジビニルシロキサン類をヒドロシリル化重合することにより、シルセスキオキサン構造を有しながら、溶媒に可溶で、85〜90℃に融点を有し、耐熱性の高い含ケイ素ポリマーが得られることが報告されている。

特許文献２では、水素化オクタシルセスキオキサンと、両端に水酸基を有する化合物とを反応させる、有機溶剤可溶性の共重合体の製造方法が開示されている。具体的には、水素化オクタシルセスキオキサンとジシラノール類とを脱水縮合させて得られた共重合体が、常温では固体であるものの、トルエン、メチルイソブチルケトン、クロロホルムに可溶であることが報告されている。

特開２０００−１５４２５２号公報 特開２００２−６９１９１号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載のシリコーン樹脂は、いずれも、比較的合成の困難なオクタヒドリドシルセスキオキサンを原料として用いており、また特許文献１に記載の方法では、得られた樹脂の精製にＧＰＣカラムを要するなど、合成面で改善の余地が残されている。さらに、用いられるモノマーのコストが高いため、生産性に劣るものでもある。

本発明の課題は、耐熱性に優れ、かつ、常温で固体、常温以上に融点を示す熱可塑性シリコーン樹脂であって、合成、精製が容易な樹脂組成物を提供することができる熱可塑性シリコーン樹脂用組成物、及び該組成物を反応させて得られる樹脂組成物を提供することにある。

本発明は、
〔１〕 式(I)：

(式中、Ｘは水素原子又は一価の炭化水素基を示す)
で表される化合物、及び、式(II)：

(式中、Ｙは二価の炭化水素基を示す)
で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種のイミド化合物、オルガノハイドロジェンシロキサン、ならびに、ヒドロシリル化触媒を含有してなる熱可塑性シリコーン樹脂用組成物、ならびに
〔２〕 前記〔１〕記載の熱可塑性シリコーン樹脂用組成物をヒドロシリル化反応させてなる熱可塑性シリコーン樹脂組成物
に関する。

本発明の熱可塑性シリコーン樹脂用組成物は、耐熱性に優れ、かつ、常温で固体、常温以上に融点を示す熱可塑性シリコーン樹脂を提供することができるという優れた効果を奏する。

本発明の熱可塑性シリコーン樹脂用組成物は、（１）オルガノハイドロジェンシロキサン、（２）イミド化合物、及び（３）ヒドロシリル化触媒を含有するが、該イミド化合物が特定の構造を有する化合物を含むことに大きな特徴を有する。

（１）オルガノハイドロジェンシロキサン
本発明におけるオルガノハイドロジェンシロキサンは、ヒドロシリル基を１分子中に少なくとも１個有する化合物であれば特に限定はなく、該ヒドロシリル基が後述のイミド化合物と付加反応(ヒドロシリル化反応)することにより、結晶性が付与されたシリコーン樹脂を形成することができる。ヒドロシリル基の結合位置としては、末端、主鎖、側鎖のいずれでもよい。具体的には、各成分との相溶性の観点から、式(III)：

(式中、Ａ、Ｂ及びＣは構成単位であり、Ａが末端単位、Ｂ及びＣが繰り返し単位を示し、Ｒ^１は一価の炭化水素基、ａは０又は１以上の整数、ｂは１以上の整数を示し、但し、全てのＲ^１は同一でも異なっていてもよい)
で表わされる化合物、及び式(IV)：

(式中、Ｒ^２は一価の炭化水素基、ｃは０又は１以上の整数を示し、但し、全てのＲ^２は同一でも異なっていてもよい)
で表わされる化合物、からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましい。なお、本明細書において、オルガノハイドロジェンシロキサンとは、オルガノハイドロジェンジシロキサンやオルガノハイドロジェンポリシロキサン等、低分子量の化合物から高分子量の化合物まで全ての化合物の総称を意味する。

式(III)で表わされる化合物は、構成単位Ａ、Ｂ及びＣによって構成され、Ａが末端単位、Ｂ及びＣが繰り返し単位であり、水素が繰り返し単位に含まれている化合物である。

式(III)におけるＲ^１、即ち、構成単位ＡにおけるＲ^１、構成単位ＢにおけるＲ^１、及び構成単位ＣにおけるＲ^１は、いずれも一価の炭化水素基を示し、飽和又は不飽和、直鎖、分岐鎖又は環状の炭化水素基が挙げられる。炭化水素基の炭素数は、入手性及び耐熱性の観点から、1〜20が好ましく、1〜10がより好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、フェニル基、シクロヘキシル基、シクロペンチル基等が例示される。なかでも、透明性及び耐光性の観点から、メチル基が好ましい。なお、式(III)において、全てのＲ^１は同一でも異なっていてもよく、構成単位に関係なく、それぞれ独立して上記炭化水素基を示す。

構成単位Ａは末端単位であり、式(III)中に２個含まれる。

構成単位Ｂの繰り返し単位数、即ち、式(III)中のａは、０又は１以上の整数を示すが、反応性の観点から、好ましくは1〜100、より好ましくは1〜50の整数である。

構成単位Ｃの繰り返し単位数、即ち、式(III)中のｂは、１以上の整数を示すが、反応性の観点から、好ましくは1〜100、より好ましくは1〜50の整数である。

また、ａとｂの和は、1〜200が好ましく、1〜100がより好ましい。また、ａとｂの比(ａ/ｂ)は、100/1〜1/100が好ましく、10/1〜1/10がより好ましい。

かかる式(III)で表される化合物としては、メチルハイドロジェンシロキサン、ジメチルシロキサン-ＣＯ-メチルハイドロジェンシロキサン、エチルハイドロジェンシロキサン、メチルハイドロジェンシロキサン-ＣＯ-メチルフェニルシロキサン等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。これらのなかでも、Ｒ^１がメチル基、ａが１以上の整数、ｂが２以上の整数である化合物が好ましい。

式(III)で表される化合物は、安定性や取り扱い性の観点から、分子量は好ましくは100〜100000、より好ましくは100〜10000である。なお、本明細書において、シリコーン誘導体の分子量は数平均分子量を意味し、ゲルろ過クロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算にて求めることができる。

式(IV)で表される化合物は、水素を両末端に有する化合物である。

式(IV)におけるＲ^２は、一価の炭化水素基を示し、飽和又は不飽和、直鎖、分岐鎖又は環状の炭化水素基が挙げられる。炭化水素基の炭素数は、入手性の観点から、1〜20が好ましく、1〜10がより好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、シクロペンチル基等が例示される。なかでも、透明性及び耐光性の観点から、メチル基が好ましい。なお、式(IV)において、全てのＲ^２は同一でも異なっていてもよいが、全てメチル基であることが好ましい。

式(IV)中のｃは、０又は１以上の整数を示すが、反応性及び安定性の観点から、好ましくは0〜100、より好ましくは0〜10の整数である。

かかる式(IV)で表される化合物としては、両末端ヒドロシリル型テトラメチルジシロキサン、両末端ヒドロシリル型ポリジメチルシロキサン、両末端ヒドロシリル型ポリメチルフェニルシロキサン、両末端ヒドロシリル型ポリジフェニルシロキサン等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。これらのなかでも、Ｒ^２が全てメチル基、ｃが1〜100の整数である化合物が好ましい。

式(IV)で表される化合物は、安定性や取り扱い性の観点から、分子量は好ましくは100〜10000、より好ましくは100〜1000である。

式(III)及び式(IV)で表される化合物としては、市販品を用いても、公知の方法に従って合成したものを用いてもよい。

オルガノハイドロジェンシロキサンにおける、式(III)及び式(IV)で表される化合物の総含有量は、50重量％以上が好ましく、80重量％以上がより好ましく、実質的に100重量％がさらに好ましい。

オルガノハイドロジェンシロキサンの含有量は、組成物中、10〜90重量％が好ましく、20〜80重量％がより好ましい。

（２）イミド化合物
本発明におけるイミド化合物は、オルガノハイドロジェンシロキサンとヒドロシリル化反応する観点から、分子内にアルケンジイル基を有する。アルケンジイル基は分子内に１個又は２個あればよく、具体的には、式(I)：

(式中、Ｘは水素原子又は一価の炭化水素基を示す)
で表される化合物、及び、式(II)：

(式中、Ｙは二価の炭化水素基を示す)
で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。よって、本発明におけるイミド化合物は、前記化合物群より選ばれる化合物を含むことが好ましく、実質的に、前記化合物群より選ばれる化合物からなることがより好ましい。

式(I)におけるＸは水素原子又は一価の炭化水素基を示し、一価の炭化水素基としては、飽和又は不飽和、直鎖、分岐鎖又は環状の炭化水素基が挙げられる。炭化水素基の炭素数は、入手性及び耐熱性の観点から、1〜20が好ましく、1〜10がより好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、シクロペンチル基、フェニル基等が例示される。なかでも、耐光性の観点から、シクロヘキシル基が好ましい。

式(I)で表される化合物の具体例としては、N-シクロヘキシル-5-ノルボルネン-2,3-ジカルボキシイミド、N-メチル-5-ノルボルネン-2,3-ジカルボキシイミド、N-エチル-5-ノルボルネン-2,3-ジカルボキシイミド、N-フェニル-5-ノルボルネン-2,3-ジカルボキシイミド等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。これらのなかでも、透明性、耐熱性、及び入手性の観点から、N-シクロヘキシル-5-ノルボルネン-2,3-ジカルボキシイミドが好ましい。

式(II)におけるＹは二価の炭化水素基を示し、二価の炭化水素基としては、飽和又は不飽和、直鎖、分岐鎖又は環状の炭化水素基が挙げられる。炭化水素基の炭素数は、入手性及び耐熱性の観点から、1〜20が好ましく、1〜10がより好ましい。具体的には、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、シクロヘキシレン基、シクロペンチレン基、フェニレン基、ノルボルニレン基や、以下に示される炭化水素基が例示される。

式(II)で表される化合物の具体例としては、以下に示される化合物が例示される。なお、これらの化合物は、単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

式(I)及び式(II)で表される化合物としては、市販品を用いても、公知の方法に従って合成したものを用いてもよい。

式(I)及び式(II)で表される化合物の総含有量は、組成物中、5〜99重量％が好ましく、10〜95重量％がより好ましく、20〜90重量％がさらに好ましい。

また、オルガノハイドロジェンシロキサンとイミド化合物の重量比は、オルガノハイドロジェンシロキサンのヒドロシリル基とイミド化合物のアルケンジイル基とを過不足なく反応させる観点から、前記官能基のモル比(ヒドロシリル基/アルケンジイル基)が、0.1/1〜1/0.1が好ましく、0.5/1〜1/0.2がより好ましい。イミド化合物が多くなるほど、シリコーン骨格の高い運動性を抑制することが可能であり、室温で固体状態を維持しやすい。また、イミド化合物が少なくなるほど、シリコーンの割合が多くなって柔軟性が高まりやすい。

またさらに、オルガノハイドロジェンシロキサンのヒドロシリル基との反応性の観点から、式(I)で表されるイミド化合物は式(III)で表されるオルガノハイドロジェンシロキサンと、式(II)で表されるイミド化合物は式(III)又は式(IV)で表されるオルガノハイドロジェンシロキサンと組み合わせて用いることが好ましい。

(３)ヒドロシリル化触媒
本発明におけるヒドロシリル化触媒としては、オルガノハイドロジェンシロキサンのヒドロシリル基とイミド化合物のアルケンジイル基とのヒドロシリル化反応を触媒する化合物であれば特に限定はなく、白金黒、塩化白金、塩化白金酸、白金−オレフィン錯体、白金−カルボニル錯体、白金−アセチルアセテート等の白金触媒；パラジウム触媒、ロジウム触媒等が例示される。なかでも、相溶性及び透明性の観点から、白金−1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン錯体、白金−ジビニルシロキサン錯体等が好ましい。

ヒドロシリル化触媒の含有量は、例えば、白金触媒を用いる場合には、反応速度の観点から、白金含有量が、オルガノハイドロジェンシロキサンとイミド化合物の総重量100重量部に対して、1.0×10^-10〜1.0×10³重量部が好ましく、1.0×10^-8〜0.5重量部がより好ましい。

本発明における熱可塑性シリコーン樹脂用組成物は、前記(１)〜(３)以外に、本発明の効果を損なわない範囲で、例えば、老化防止剤、変性剤、界面活性剤、染料、顔料、変色防止剤、紫外線吸収剤、充填剤、蛍光体等を含有してもよい。

本発明における熱可塑性シリコーン樹脂用組成物は、(１)オルガノハイドロジェンシロキサン、(２)式(I)及び／又は(II)で表されるイミド化合物、ならびに(３)ヒドロシリル化触媒の各成分を含有するものであれば、特に限定なく調製することができるが、必要に応じて、有機溶媒などの添加剤を配合して混合したものであってもよい。

有機溶媒としては、特に限定はないが、各成分の相溶性を高める観点から、トルエンが好ましい。

有機溶媒の存在量は、組成物中、10〜80重量％が好ましく、20〜60重量％がより好ましい。

本発明の熱可塑性シリコーン樹脂組成物は、本発明の熱可塑性シリコーン樹脂用組成物をヒドロシリル化反応させることにより得られる。

具体的には、オルガノハイドロジェンシロキサン、式(I)及び／又は(II)で表されるイミド化合物、ならびにヒドロシリル化触媒を、必要に応じて有機溶媒を配合して、好ましくは0〜200℃、より好ましくは20〜150℃で攪拌混合すればよい。混合時間は、反応温度や反応に供する成分の種類、量に応じて一概には決定できないが、0.5〜96時間が好ましい。混合方法としては、各成分が均一に混合されるのであれば特に限定はない。

なお、ヒドロシリル化反応の進行度は、^１Ｈ−ＮＭＲ測定によって、オルガノハイドロジェンシロキサンのＳｉＨ基に由来するシグナルの強度によって確認することができ、シグナルが消失した段階で反応完結とみなされる。

かくして得られた本発明の熱可塑性シリコーン樹脂組成物は、常温で固体、常温以上に融点を示す。なお、本明細書において、「常温」とは、15〜35℃を意味し、本発明の熱可塑性シリコーン樹脂組成物は、好ましくは40〜150℃、より好ましくは45〜100℃の融点を示す。なお、本明細書において、シリコーン樹脂組成物の融点は、後述の実施例に記載の方法によって測定することができる。

本発明の熱可塑性シリコーン樹脂組成物は、耐熱性に優れることから、例えば、絶縁性被膜形成材料、耐候性塗装材料、絶縁成型材料、光半導体封止材、シリコーン樹脂への添加剤等の幅広い用途に利用できる。

以下、本発明を実施例、比較例及び参考例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例等によりなんら限定されるものではない。

〔シリコーン誘導体の分子量〕
本発明におけるシリコーン誘導体の分子量は数平均分子量のことであり、ゲルろ過クロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算にて求める。

〔シリコーン誘導体の官能基当量〕
内部標準物質を用いた¹Ｈ−ＮＭＲにより測定する。

実施例１
オルガノハイドロジェンシロキサン〔式(III)中のＲ^１が全てメチル基、ａ＝6、ｂ＝6で表わされる化合物、数平均分子量1000、ヒドロシリル基当量7mmol/g、信越化学工業社製〕1.36g、以下：

に示される式(I)中のＸがシクロヘキシル基で表わされるイミド化合物(N-シクロヘキシル-5-ノルボルネン-2,3-ジカルボキシイミド)2g(8.15mmol)、トルエン3g、及びヒドロシリル化触媒として白金−ジビニルシロキサン錯体溶液(白金濃度2重量％)0.5μLを加えて、80℃で15時間攪拌混合した。その後、減圧下で溶媒を除去することにより、透明固体の熱可塑性シリコーン樹脂組成物を得た。

実施例２
実施例１において、オルガノハイドロジェンシロキサン〔式(III)中のＲ^１が全てメチル基、ａ＝6、ｂ＝6で表わされる化合物〕1.36gを、オルガノハイドロジェンシロキサン〔式(III)中のＲ^１が全てメチル基、ａ＝15、ｂ＝12で表わされる化合物、数平均分子量2000、ヒドロシリル基当量4mmol/g、Gelest社製〕2.50gに変更する以外は、実施例１と同様にして、透明固体の熱可塑性シリコーン樹脂組成物を得た。

実施例３
オルガノハイドロジェンシロキサン〔式(IV)中のＲ^２が全てメチル基、ｃ＝0で表わされる化合物、数平均分子量150、Gelest社製〕0.6g(4.0mmol)、以下：

に示される式(II)で表わされるイミド化合物2g(4.5mmol)、トルエン3g、及び、ヒドロシリル化触媒として白金−ジビニルシロキサン錯体溶液(白金濃度2重量％)0.5μLを加えて、80℃で15時間攪拌混合した。その後、減圧下で溶媒を除去することにより、透明固体の熱可塑性シリコーン樹脂組成物を得た。

実施例４
実施例３において、オルガノハイドロジェンシロキサン〔式(IV)中のＲ^２が全てメチル基、ｃ＝0で表わされる化合物〕0.6g(4.0mmol)を、オルガノハイドロジェンシロキサン〔式(IV)中のＲ^２が全てメチル基、ｃ＝4で表わされる化合物、数平均分子量450、Gelest社製〕2.0g(4.4mmol)に変更する以外は、実施例３と同様にして、透明固体の熱可塑性シリコーン樹脂組成物を得た。

比較例１
実施例１において、イミド化合物を使用しない以外は、実施例１と同様にして、シリコーン樹脂組成物を得た。得られた組成物は、透明オイルであった。

比較例２
実施例１において、式(I)で表されるアルケンジイル基を有するイミド化合物2g(8.15mmol)を、以下：

に示されるアルケンジイル基を有さないイミド化合物2.3g(9.5mmol)に変更する以外は、実施例１と同様にして、濁ったオイル状のシリコーン樹脂組成物を得た。

比較例３
実施例１において、式(I)で表されるアルケンジイル基を有するイミド化合物2g(8.15mmol)を、以下：

に示されるアルケンジイル基を有するがイミド化合物ではない化合物0.89g(9.5mmol)に変更する以外は、実施例１と同様にして、透明なオイル状のシリコーン樹脂組成物を得た。

参考例１
実施例１において、ヒドロシリル化触媒を使用しない以外は、実施例１と同様にして、シリコーン樹脂組成物を得た。得られた組成物は、濁ったオイルであった。

得られた組成物について、以下の試験例１〜２に従って、特性を評価した。結果を表１に示す。

試験例１(熱可塑温度)
固体試料(１センチ角)の加熱時の熱挙動を評価した。具体的には、各試料をホットプレート上で30〜200℃まで加熱し、熱可塑性挙動が生じる温度(熱可塑温度)を目視により観察した。熱可塑性挙動とは、試料が加熱によって軟化して完全にゲル状又は液状になることであり、前記挙動が観察できなかったものは「×」とした。

試験例２(耐熱性)
試験例１と同様の固体試料について、200℃の温風型乾燥機内に静置し、24時間及び168時間経過後の重量を測定し、保存前の重量を100％とした場合の重量減少率(％)を算出した。重量減少率が低いほど耐熱性に優れることを示す。

表１より、実施例の組成物は、25℃では固体であるものの、常温より高い温度の融点を示し、かつ、耐熱性にも優れるものであることが分かる。一方、比較例１の組成物はオルガノハイドロジェンシロキサン化合物のみによる樹脂化が生じ、比較例２の組成物はアルケンジイル基を有さないイミド化合物を用いたために、イミド化合物との樹脂化が生じず、いずれも固体樹脂が得られなかった。また、比較例３の組成物も、アルケンジイル基との反応が生じるものの、嵩高い構造を有するイミド化合物ではないため、シリコーン樹脂の運動性を下げることが出来ず、固体樹脂が得られなかった。

本発明の熱可塑性シリコーン樹脂用組成物は、例えば、絶縁性被膜形成材料、耐候性塗装材料、絶縁成型材料、半導体封止材、シリコーン樹脂への添加剤等に好適に用いられる。

Claims (3)

1. 式(I)：
   

   

   (式中、Ｘは水素原子又は一価の炭化水素基を示す)
   で表される化合物、及び、式(II)：
   

   

   (式中、Ｙは二価の炭化水素基を示す)
   で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種のイミド化合物、オルガノハイドロジェンシロキサン、ならびに、ヒドロシリル化触媒を含有してなる熱可塑性シリコーン樹脂用組成物。
2. オルガノハイドロジェンシロキサンが、式(III)：
   

   

   (式中、Ａ、Ｂ及びＣは構成単位であり、Ａが末端単位、Ｂ及びＣが繰り返し単位を示し、Ｒ^１は一価の炭化水素基、ａは０又は１以上の整数、ｂは１以上の整数を示し、但し、全てのＲ^１は同一でも異なっていてもよい)
   で表わされる化合物、及び式(IV)：
   

   

   (式中、Ｒ^２は一価の炭化水素基、ｃは０又は１以上の整数を示し、但し、全てのＲ^２は同一でも異なっていてもよい)
   で表わされる化合物、からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む、請求項１載の熱可塑性シリコーン樹脂用組成物。
3. 請求項１又は２記載の熱可塑性シリコーン樹脂用組成物をヒドロシリル化反応させてなる熱可塑性シリコーン樹脂組成物。