JP2014162798A - 硬化性オルガノポリシロキサン組成物、光学素子用封止材および光学素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】硬化性オルガノポリシロキサン組成物は、(A)下記平均組成式(1):R1 aSiO(4−a)/2(1)(式中、R1は互いに同一又は異種の非置換もしくは置換の1価炭化水素基であり、R1中の少なくとも1個がアダマンチル基含有基であり、全R1の0.1〜40モル%が脂肪族不飽和基であり、aは1≦a≦3を満たす正数である。)で表される、1分子中に少なくとも2個のケイ素原子に結合した脂肪族不飽和基を有するオルガノポリシロキサン、(B)下記平均組成式(2):R2 bHcSiO(4−b−c)/2(2)で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン、(C)白金族金属を含むヒドロシリル化触媒を含む。
【選択図】図1
Description
(A)下記平均組成式(1):
R1 aSiO(4−a)/2 (1)
(式中、R1は互いに同一又は異種の非置換もしくは置換の1価炭化水素基であり、R1中の少なくとも1個がアダマンチル基含有基であり、全R1の0.1〜40モル%が脂肪族不飽和基であり、aは1≦a≦3を満たす正数である。)
で表される、1分子中に少なくとも2個のケイ素原子に結合した脂肪族不飽和基を有するオルガノポリシロキサン、
(B)下記平均組成式(2):
R2 bHcSiO(4−b−c)/2 (2)
(式中、R2は脂肪族不飽和基以外の互いに同一又は異種の非置換もしくは置換の1価炭化水素基、又はアルコキシ基であり、bおよびcは、0.7≦b≦2.1、0.001≦c≦1.0、かつ0.8≦b+c≦3.0を満足する正数である。)
で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
(C)白金族金属を含むヒドロシリル化触媒
を含むものであることを特徴とする硬化性オルガノポリシロキサン組成物を提供する。
(D)下記平均組成式(4):
R3 dSiO(4−d)/2 (4)
(式中、R3は互いに同一又は異種の非置換もしくは置換の1価炭化水素基であり、全R3の0.1〜40モル%が脂肪族不飽和基であり、dは1≦d≦3を満たす正数である。)
で表される、1分子中に少なくとも2個のケイ素原子に結合した脂肪族不飽和基を有するオルガノポリシロキサンを含むものであることが好ましい。
上記のように、高いガスバリア性と高い耐熱変色性を同時に有する硬化物を与える硬化性オルガノポリシロキサン組成物が求められていた。
(A)成分は、下記平均組成式(1)で表されるオルガノポリシロキサンである。
R1 aSiO(4−a)/2 (1)
(式中、R1は互いに同一又は異種の非置換もしくは置換の1価炭化水素基であり、R1中の少なくとも1個がアダマンチル基含有基であり、全R1の0.1〜40モル%が脂肪族不飽和基であり、aは1≦a≦3を満たす正数である。)
(B)成分は、下記平均組成式(2)で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンであり、(A)成分とヒドロシリル化付加反応し、架橋剤として作用する。
R2 bHcSiO(4−b−c)/2 (2)
(式中、R2は脂肪族不飽和基以外の互いに同一又は異種の非置換もしくは置換の1価炭化水素基、又はアルコキシ基であり、bおよびcは、0.7≦b≦2.1、0.001≦c≦1.0、かつ0.8≦b+c≦3.0を満足する正数である。)
(B)成分の配合量は、(C)成分のヒドロシリル化触媒の存在下に本発明の組成物を硬化させるに十分な量であり、通常、(A)成分中の脂肪族不飽和基に対する(B)成分中のSiH基のモル比が0.2〜5であることが好ましく、より好ましくは0.4〜2となる量である。このようなモル比であれば硬化不足となることがなく、硬度、耐熱性、耐クラック性などの封止材料としての特性を満足できるものである。
(C)成分は、白金族金属を含むヒドロシリル化触媒である。
(C)成分の白金族金属系ヒドロシリル化触媒としては、(A)成分中のケイ素原子結合脂肪族不飽和基と(B)成分中のSiH基とのヒドロシリル化付加反応を促進するものであればいかなる触媒を使用してもよい。(C)成分としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等の白金族金属や、塩化白金酸、アルコール変性塩化白金酸、塩化白金酸とオレフィン類、ビニルシロキサン又はアセチレン化合物との配位化合物、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム、クロロトリス(トリフェニルホスフィン)ロジウム等の白金族金属化合物が挙げられるが、特に好ましくは白金化合物である。
(C)成分の配合量は、ヒドロシリル化触媒としての有効量でよく、好ましくは(A)成分と(B)成分の合計質量に対して白金族金属元素の質量換算で0.1〜1,000ppmの範囲であり、より好ましくは1〜500ppmの範囲である。
[(D)成分]
(D)成分は、下記平均組成式(4)で表される1分子中に少なくとも2個のケイ素原子に結合した脂肪族不飽和基を有するオルガノポリシロキサンである。
R3 dSiO(4−d)/2 (4)
(式中、R3は互いに同一又は異種の非置換もしくは置換の1価炭化水素基であり、全R3の0.1〜40モル%が脂肪族不飽和基であり、dは1≦d≦3を満たす正数である。)
本発明の組成物には、前記(A)〜(D)成分以外にも、目的に応じて、その他の任意の成分を配合することができる。その具体例としては、以下のものが挙げられる。これらのその他の成分は、各々、1種単独で用いても2種以上を併用してもよい。
本発明の組成物には、(A)および(D)成分以外にも、封止材料の基材との接着性を向上させる目的で、(B)成分と付加反応する脂肪族不飽和基含有化合物を配合してもよい。(A)成分以外のこのような脂肪族不飽和基含有化合物としては、硬化物の形成に関与するものが好ましく、1分子あたり少なくとも1個の脂肪族不飽和基を有する(A)および(D)成分以外のオルガノポリシロキサンが挙げられる。その分子構造は、例えば、直鎖状、環状、分岐鎖状、三次元網状等、いずれでもよい。具体例としては、N−アリル−N’,N”−ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、N−アリル−N’,N”−ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)イソシアヌレートなどが挙げられる。
ポットライフを確保するために、付加反応制御剤を本発明組成物に配合することができる。付加反応制御剤は、上記(C)成分のヒドロシリル化触媒に対して硬化抑制効果を有する化合物であれば特に限定されず、従来から公知のものを用いることができる。その具体例としては、トリフェニルホスフィンなどのリン含有化合物;トリブチルアミン、テトラメチルエチレンジアミン、ベンゾトリアゾールなどの窒素含有化合物;硫黄含有化合物;アセチレンアルコール類(例えば、1−エチニルシクロヘキサノール、3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール、3−メチル−1−ドデシン−3−オール)等のアセチレン系化合物;アルケニル基を2個以上含む化合物;ハイドロパーオキシ化合物;マレイン酸誘導体などが挙げられる。
硬化物の着色、白濁、酸化劣化等の発生を抑えるために、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール等の従来公知の酸化防止剤を本発明組成物に配合することができる。また、光劣化に対する抵抗性を付与するために、ヒンダードアミン系安定剤等の光安定剤を本発明組成物に配合することもできる。更に、本発明組成物から得られる硬化物の強度を向上させるためにヒュームドシリカ等の無機質充填剤を本発明組成物に配合してもよいし、必要に応じて、染料、顔料、難燃剤等を本発明組成物に配合してもよい。
本発明の硬化性オルガノポリシロキサン組成物は、公知の硬化条件下で公知の硬化方法により硬化させることができる。具体的には、通常、80〜200℃、好ましくは100〜160℃で加熱することにより、該組成物を硬化させることができる。加熱時間は、0.5分〜5時間程度、特に1分〜3時間程度でよいが、LED封止用等の信頼性が要求される場合は、硬化時間を長めにすることが好ましい。得られる硬化物の形態は特に制限されず、例えば、ゲル硬化物、エラストマー硬化物及び樹脂硬化物のいずれであってもよい。該硬化物は、外部からの腐食性ガスの浸入を抑制し、かつ、高い耐熱変色性を有する硬化物となる。
本発明組成物の硬化物は、上記のようにガスバリア性と耐熱変色性に優れ、通常の硬化性オルガノポリシロキサン組成物の硬化物と同様に耐熱性、耐寒性、電気絶縁性に優れ、更に耐吸湿リフロー性にも優れる。本発明の組成物からなる封止材によって封止される光学素子としては、例えば、LED、半導体レーザー、フォトダイオード、フォトトランジスタ、太陽電池、CCD等が挙げられる。このような光学素子は、該光学素子に本発明の組成物からなる封止材を塗布し、塗布された封止材を公知の硬化条件下で公知の硬化方法により、具体的には上記したとおりに硬化させることによって封止することができる。
なお、下記の例で、粘度は回転粘度計を用いて23℃で測定した値である。屈折率はATAGO製デジタル屈折計RX−5000を用いて589nmの屈折率を25℃で測定し、硬度はJIS−K6249に準じて測定した。
M:(CH3)3SiO1/2
MH:(CH3)2HSiO1/2
MVi:(CH2=CH)(CH3)2SiO1/2
MΦVi:(CH2=CH)(C6H5)(CH3)SiO1/2
D:(CH3)2SiO2/2
DH:(CH3)HSiO2/2
DVi:(CH2=CH)(CH3)SiO2/2
DΦ:(C6H5)2SiO2/2
DΦMe:(C6H5)(CH3)SiO2/2
TΦ:(C6H5)SiO3/2
TAdm:
六塩化白金酸と1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサンとの反応生成物を、白金含量が1.0質量%となるように、粘度0.7Pa・s、平均組成式:MVi 2D19DΦ 9のシリコーンオイルで希釈して、本実施例および比較例で使用する白金触媒(触媒A)を調製した。
1Lのフラスコに、水292gおよびキシレン170gを入れ、そこへ下記式(5)で表されるトリクロロシラン170.2g、クロロジメチルビニルシラン24.1g、キシレン39gの混合溶液を内温が60℃を超えないように滴下し、その後60℃〜65℃で2時間撹拌を続けた。室温に冷却した後、水相を分離した。有機相を芒硝(Na2SO4・10H2O)水で洗浄し、その後水酸化カリウム0.4gを加え、130℃〜140℃で12時間攪拌を続けた。50℃〜60℃に冷却した後、クロロトリメチルシラン2.0g、酢酸カリウム1.8gを加え、50℃〜60℃で2時間攪拌を続けた。室温に冷却した後にろ過し、無色透明の平均組成式:MVi 1TAdm 3のシリコーンレジンのキシレン溶液を得た(不揮発分約40質量%)。
1Lのフラスコに、水390gおよびキシレン194gを入れ、そこへ前記式(5)で表されるトリクロロシラン110.1g、クロロジメチルビニルシラン31.2g、トリクロロフェニルシラン82.2g、キシレン40gの混合溶液を内温が60℃を超えないように滴下し、その後60℃〜65℃で2時間撹拌を続けた。室温に冷却した後、水相を分離した。有機相を芒硝水で洗浄し、その後水酸化カリウム0.44gを加え、130℃〜140℃で12時間攪拌を続けた。50℃〜60℃に冷却した後、クロロトリメチルシラン2.2g、酢酸カリウム1.9gを加え、50℃〜60℃で2時間攪拌を続けた。室温に冷却した後にろ過し、無色透明の平均組成式:MVi 2TΦ 3TAdm 3シリコーンレジンのキシレン溶液を得た(不揮発分約40質量%)。
1Lのフラスコに、水370gおよびキシレン150gを入れ、そこへ前記式(5)で表されるトリクロロシラン14.2g、クロロジメチルビニルシラン30.1g、トリクロロフェニルシラン148g、キシレン35gの混合溶液を内温が60℃を超えないように滴下し、その後60℃〜65℃で2時間撹拌を続けた。室温に冷却した後、水相を分離した。有機相を芒硝水で洗浄し、その後水酸化カリウム0.33gを加え、130℃〜140℃で12時間攪拌を続けた。50℃〜60℃に冷却した後、クロロトリメチルシラン1.7g、酢酸カリウム1.5gを加え、50℃〜60℃で2時間攪拌を続けた。室温に冷却した後にろ過し、無色透明の平均組成式:MVi 2TΦ 5.6TAdm 0.4シリコーンレジンのキシレン溶液を得た(不揮発分約40質量%)。
平均組成式:M2DΦ 8.6DVi 6.5D3.4のシリコーンオイル32.6部、平均組成式:MVi 1TAdm 3のシリコーンレジン54.2部、および平均組成式:MH 2DΦ 1のオルガノハイドロジェンポリシロキサン24.8部を、制御剤としての3−メチル−1−ドデシン−3−オール0.06部および触媒A0.1部と混合してオルガノポリシロキサン組成物を得た。この組成物を100℃で2時間、更に150℃で4時間加熱して硬化させたところ、得られたエラストマー(A)の硬度はShoreDで62であった。更に耐熱変色性および硫化試験の結果を表1に示す。
平均組成式:M2DΦ 8.6DVi 6.5D3.4のシリコーンオイル32.6部、平均組成式:MVi 1TAdm 3のシリコーンレジン54.2部、および平均組成式:MH 2DH 2DΦ 2のオルガノハイドロジェンポリシロキサン28.6部を、制御剤としての3−メチル−1−ドデシン−3−オール0.06部および触媒A0.1部と混合してオルガノポリシロキサン組成物を得た。この組成物を100℃で2時間、更に150℃で4時間加熱して硬化させたところ、得られたエラストマー(B)の硬度はShoreDで72であった。更に耐熱変色性および硫化試験の結果を表1に示す。
平均組成式:M2DΦ 8.6DVi 6.5D3.4のシリコーンオイル32.6部、平均組成式:MVi 2TΦ 3TAdm 3のシリコーンレジン54.2部、および平均組成式:MH 2DΦ 1のオルガノハイドロジェンポリシロキサン27.6部を、制御剤としての3−メチル−1−ドデシン−3−オール0.06部および触媒A0.1部と混合してオルガノポリシロキサン組成物を得た。この組成物を100℃で2時間、更に150℃で4時間加熱して硬化させたところ、得られたエラストマー(C)の硬度はShoreDで68であった。更に耐熱変色性および硫化試験の結果を表1に示す。
平均組成式:M2DΦ 8.6DVi 6.5D3.4のシリコーンオイル32.6部、平均組成式:MVi 2TΦ 3TAdm 3のシリコーンレジン54.2部、および平均組成式:MH 2DH 2DΦ 2のオルガノハイドロジェンポリシロキサン27部を、制御剤としての3−メチル−1−ドデシン−3−オール0.06部および触媒A0.1部と混合してオルガノポリシロキサン組成物を得た。この組成物を100℃で2時間、更に150℃で4時間加熱して硬化させたところ、得られたエラストマー(D)の硬度はShoreDで76であった。更に耐熱変色性および硫化試験の結果を表1に示す。
平均組成式:M2DΦ 8.6DVi 6.5D3.4のシリコーンオイル24.7部、平均組成式:MVi 1TΦ 3のシリコーンレジン54.2部、および平均組成式:MH 2DΦ 1のオルガノハイドロジェンポリシロキサン23.6部を、制御剤としての3−メチル−1−ドデシン−3−オール0.06部および触媒A0.1部と混合してオルガノポリシロキサン組成物を得た。この組成物を100℃で2時間、更に150℃で4時間加熱して硬化させたところ、得られたエラストマー(E)の硬度はShoreDで41であった。更に耐熱変色性および硫化試験の結果を表2に示す。
平均組成式:M2DΦ 8.6DVi 6.5D3.4のシリコーンオイル32.6部、平均組成式:MVi 1TΦ 3のシリコーンレジン54.2部、および平均組成式:MH 2DH 2DΦ 2のオルガノハイドロジェンポリシロキサン28.8部を、制御剤としての3−メチル−1−ドデシン−3−オール0.06部および触媒A0.1部と混合してオルガノポリシロキサン組成物を得た。この組成物を100℃で2時間、更に150℃で4時間加熱して硬化させたところ、得られたエラストマー(F)の硬度はShoreDで71であった。更に耐熱変色性および硫化試験の結果を表2に示す。
平均組成式:MΦvi 2DΦ 3.6のシリコーンオイル55.1g、平均組成式:DVi 1TΦ 4のシリコーンレジン45g、平均組成式:MH 2DΦ 1のオルガノハイドロジェンポリシロキサン28.6gの混合物を、制御剤としての3−メチル−1−ドデシン−3−オール0.2gおよび触媒A0.3gと混合してオルガノポリシロキサン組成物を得た。この組成物を100℃で2時間、更に150℃で4時間加熱して硬化させたところ、得られたエラストマー(G)の硬度はShoreDで50であった。更に耐熱変色性および硫化試験の結果を表2に示す。
平均組成式:MΦvi 2DΦ 6DΦMe 6のシリコーンオイル26g、平均組成式:MVi 1TΦ 3のシリコーンレジン52g、平均組成式:MH 2DΦ 1のオルガノハイドロジェンポリシロキサン19gの混合物を、制御剤としての3−メチル−1−ドデシン−3−オール0.06gおよび触媒A0.1gと混合してオルガノポリシロキサン組成物を得た。この組成物を100℃で2時間、更に150℃で4時間加熱して硬化させたところ、得られたエラストマー(H)の硬度はTypeAで70であった。更に耐熱変色性および硫化試験の結果を表2に示す。
硫化試験用テストパッケージ
硫化試験用のテストパッケージとして、LEDチップを搭載していない図1に示すような簡易パッケージ10を使用した。ここで、1が筐体、2、3がリード電極、4が封止樹脂(実施例および比較例で得られたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物)であり、封止樹脂4で銀面5を封止した。前記オルガノポリシロキサン組成物の硬化条件は100℃で2時間、更に150℃で4時間である。
作製したテストパッケージ10を、硫黄粉末0.2gを入れた100gガラス瓶の中に高さが同一になるように設置し、密閉後70℃の環境下に置きテストパッケージ10の銀面5の変色を確認した。結果を表1、2に示す。なお表中には、銀面5が変色した時間を記載した。
耐熱変色性用テストピースとして、2mm厚の硬化物(実施例および比較例で得られたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物)を作製した。前記オルガノポリシロキサン組成物の硬化条件は100℃で2時間、更に150℃で4時間である。
作製した2mm厚の硬化物について分光光度計を用いて、初期および180℃の恒温槽に48時間入れた後の400nmの光透過率を測定した。結果を表1、2に示す。
10…硫化試験用テストパッケージ。
Claims (7)
- (A)下記平均組成式(1):
R1 aSiO(4−a)/2 (1)
(式中、R1は互いに同一又は異種の非置換もしくは置換の1価炭化水素基であり、R1中の少なくとも1個がアダマンチル基含有基であり、全R1の0.1〜40モル%が脂肪族不飽和基であり、aは1≦a≦3を満たす正数である。)
で表される、1分子中に少なくとも2個のケイ素原子に結合した脂肪族不飽和基を有するオルガノポリシロキサン、
(B)下記平均組成式(2):
R2 bHcSiO(4−b−c)/2 (2)
(式中、R2は脂肪族不飽和基以外の互いに同一又は異種の非置換もしくは置換の1価炭化水素基、又はアルコキシ基であり、bおよびcは、0.7≦b≦2.1、0.001≦c≦1.0、かつ0.8≦b+c≦3.0を満足する正数である。)
で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
(C)白金族金属を含むヒドロシリル化触媒
を含むものであることを特徴とする硬化性オルガノポリシロキサン組成物。 - 前記(B)成分が、1分子中に少なくとも1個のケイ素原子結合アリール基を有するものであることを特徴とする請求項1項又は請求項2に記載の硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
- 前記硬化性オルガノポリシロキサン組成物が、更に、
(D)下記平均組成式(4):
R3 dSiO(4−d)/2 (4)
(式中、R3は互いに同一又は異種の非置換もしくは置換の1価炭化水素基であり、全R3の0.1〜40モル%が脂肪族不飽和基であり、dは1≦d≦3を満たす正数である。)
で表される、1分子中に少なくとも2個のケイ素原子に結合した脂肪族不飽和基を有するオルガノポリシロキサンを含むものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の硬化性オルガノポリシロキサン組成物。 - 前記(D)成分が、1分子中に少なくとも1個のケイ素原子結合アリール基を有するものであることを特徴とする請求項4項に記載の硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の硬化性オルガノポリシロキサン組成物からなるものであることを特徴とする光学素子用封止材。
- 請求項6に記載の光学素子用封止材の硬化物で封止されたものであることを特徴とする光学素子。
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