JP2015110752A - 紫外線硬化性接着性オルガノポリシロキサン組成物 - Google Patents

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Abstract

【解決手段】(A)(A-1)アルケニル基含有直鎖オルガノポリシロキサン、(A-2)R12R2SiO1/2単位、R13SiO1/2単位及びSiO2単位(R1はアルケニル基を除く一価炭化水素基、R2はアルケニル基)を含有し、モル比;(R12R2SiO1/2+R13SiO1/2)/SiO2が0.5〜1.5で、アルケニル基含有三次元網状オルガノポリシロキサンレジン、(B)(B-1)分子中にアルコキシ基を含有しないオルガノハイドロジェンポリシロキサン、(B-2)アルキレン基を介しSi結合トリアルコキシシリル基含有オルガノハイドロジェンポリシロキサン、(C)光活性型白金錯体触媒、(D)R12R2SiO1/2単位又はR12R2SiO1/2単位及びR13SiO1/2単位と、R1SiO3/2単位とを含有し、SiO2単位を含まないアルケニル基含有分岐状オルガノポリシロキサンオリゴマーを含有する紫外線硬化性接着性オルガノポリシロキサン組成物。【効果】本発明は、短時間の紫外線照射によって所望の硬さのシリコーン硬化物を得ることができる。【選択図】なし

Description

本発明は、集光型太陽電池等のフレネルレンズ材に有用な紫外線硬化性接着性オルガノポリシロキサン組成物に関するものであり、特に高硬度とガラス自己接着性が良好な硬化物を与えるシリコーン樹脂組成物に関する。
集光型太陽電池は、光エネルギーを高い効率で電気エネルギーに変換させるための太陽電池装置として知られており、フレネルレンズが利用されている。従来、フレネルレンズは、熱可塑性樹脂等を金型を用いての加熱加圧による型取成形方法により製造していたが、この方法では、熱可塑性樹脂を加熱し型押しした後、熱変形温度以下に冷却する必要があるため、成形に時間を要する欠点があった。更に金型も高温にさらされるため、金型の表面が酸化しフレネルレンズのプリズム形状が変化し、フレネルレンズの再現性を悪化させる問題もあった。このため、近年になり、比較的おだやかな条件で製造可能な、レンズ成形型に紫外線又は電子線硬化性樹脂を充填し、その樹脂を硬化させると共に賦型する方法がとられるようになってきた。この方法は、温度変化を利用しないため、生産効率が良いという利点がある。
しかしながら、この硬化性樹脂を用いる方法は、フレネルレンズの強度を上げるため、硬化性樹脂の一方の面に、支持基板として透明なプラスチックフィルムを積層することを必要とし、製造にあたっては、成形型に充填された硬化性樹脂の表面に透明なプラスチックフィルムを被覆した後、樹脂を硬化させる方法であるため、得られるフレネルレンズは、硬化性樹脂の重合収縮により、カールが発生し易く、レンズの質的面で問題があると共に、製造面では歩留りが悪く、カール補正のための後工程を必要とする問題があった。また、フレネルレンズを金型から離型する際、剛性を有する基板がラミネートされているために、スムースな離型が難しく、そのためフレネルレンズ面の一部に不透明箇所ができる等の不具合を生じる場合がしばしばあった。更に、製造に際して支持基板と硬化性樹脂とが直接接触するため、支持基板を構成する樹脂の種類によっては紫外線硬化型或いは電子線硬化型樹脂の影響で膨潤やクレージングの発生を生じるため、支持基板樹脂の選定が極端に限定されるという不都合もあった。
上記の問題点や不具合に対応するため、種々のフレネルレンズが提案され、例えば、従来より、アクリロイル基を光硬化性官能基として利用し、紫外線照射により硬化させたシリコーン組成物が使用されてきた。しかしながら、太陽電池は主に屋外で使用されるものであり、その材質によっては種々の不具合を起こす。すなわち、特開2007−79082号公報(特許文献1)に記載のもののように、アクリル樹脂を使用した場合、高い透湿性のため、空気中及び雨から水分を含み易く、その水分が外気温低下によって氷結され、クラックが入る等の問題がある。
特開2007−79082号公報
本発明の課題は、従来技術の問題点を解決し、耐熱性や耐久性に優れるフレネルレンズ用材料として有用な、基板となるガラスとの接着性を有し、かつ硬さが自由に調整できるというポリマー設計上の利点と、紫外線照射による速硬化性とを兼ね備えた紫外線硬化性の付加反応型接着性オルガノポリシロキサン組成物及び集光型太陽電池用フレネルレンズを提供することにある。
従って、本発明は、下記の紫外線硬化性接着性オルガノポリシロキサン組成物及び該組成物を硬化してなる硬化物がガラス基材に接着してなる集光型太陽電池用フレネルレンズを提供するものである。
〔1〕
(A)(A−1)1分子中に、ケイ素原子に結合したアルケニル基を2個以上有する直鎖オルガノポリシロキサン;(A)成分の50〜90質量%、(A−2)R1 22SiO1/2単位、R1 3SiO1/2単位及びSiO2単位(式中、R1はアルケニル基を除く非置換又はハロゲン置換の一価炭化水素基、R2はアルケニル基)を含有し、SiO2単位に対するR1 22SiO単位及びR1 3SiO1/2単位の合計のモル比;(R1 22SiO1/2+R1 3SiO1/2)/SiO2が0.5〜1.5であり、かつ5×10-3〜1×10-4mol/gのアルケニル基を含有する三次元網状オルガノポリシロキサンレジン;(A)成分の10〜50質量%((A−1)成分と(A−2)成分の合計で100質量%)、
(B)(B−1)1分子中にケイ素原子に結合した水素原子を少なくとも2個含有し、分子中にアルコキシ基を含有しないオルガノハイドロジェンポリシロキサン;(A)成分と(D)成分中のアルケニル基の合計に対する(B−1)成分中のケイ素原子に結合した水素原子のモル比が0.1〜5.0となる量、(B−2)アルキレン基を介してケイ素原子に結合するトリアルコキシシリル基を1分子中に1個以上有し、かつケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に1個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン:(A)成分と(D)成分中のアルケニル基の合計に対する(B−2)成分中のケイ素原子に結合した水素原子のモル比が0.05〜2.0モルとなる量、但し、(A)成分と(D)成分中のアルケニル基の合計に対する(B)成分中のケイ素原子に結合した水素原子の合計のモル比は0.5〜7.0である、
(C)光活性型白金錯体触媒:有効量、
(D)R1 22SiO1/2単位又はR1 22SiO1/2単位及びR1 3SiO1/2単位と、R1SiO3/2単位と(式中、R1はアルケニル基を除く非置換又はハロゲン置換の一価炭化水素基、R2はアルケニル基)を含有し、SiO2単位を含まない1分子中にアルケニル基を2個以上含有する分岐状オルガノポリシロキサンオリゴマー:(A)成分と(D)成分中のアルケニル基の合計に対する(D)成分中のアルケニル基のモル比が0.1〜0.6となる量
を含有してなる、紫外線硬化性接着性オルガノポリシロキサン組成物。
〔2〕
光活性型白金錯体触媒がβ−ジケトン白金錯体又は環状ジエン化合物を配位子に持つ白金錯体である〔1〕記載の紫外線硬化性接着性オルガノポリシロキサン組成物。
〔3〕
光活性型白金錯体触媒が、トリメチル(アセチルアセトナト)白金錯体、トリメチル(2,4−ペンタンジオネ−ト)白金錯体、トリメチル(3,5−ヘプタンジオネート)白金錯体、トリメチル(メチルアセトアセテート)白金錯体、ビス(2,4−ペンタンジオナト)白金錯体、ビス(2,4−へキサンジオナト)白金錯体、ビス(2,4−へプタンジオナト)白金錯体、ビス(3,5−ヘプタンジオナト)白金錯体、ビス(1−フェニル−1,3−ブタンジオナト)白金錯体、ビス(1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオナト)白金錯体、(1,5−シクロオクタジエニル)ジメチル白金錯体、(1,5−シクロオクタジエニル)ジフェニル白金錯体、(1,5−シクロオクタジエニル)ジプロピル白金錯体、(2,5−ノルボルナジエン)ジメチル白金錯体、(2,5−ノルボルナジエン)ジフェニル白金錯体、(シクロペンタジエニル)ジメチル白金錯体、(メチルシクロペンタジエニル)ジエチル白金錯体、(トリメチルシリルシクロペンタジエニル)ジフェニル白金錯体、(メチルシクロオクタ−1,5−ジエニル)ジエチル白金錯体、(シクロペンタジエニル)トリメチル白金錯体、(シクロペンタジエニル)エチルジメチル白金錯体、(シクロペンタジエニル)アセチルジメチル白金錯体、(メチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金錯体、(メチルシクロペンタジエニル)トリヘキシル白金錯体、(トリメチルシリルシクロペンタジエニル)トリメチル白金錯体、(ジメチルフェニルシリルシクロペンタジエニル)トリフェニル白金錯体、(シクロペンタジエニル)ジメチルトリメチルシリルメチル白金錯体から選ばれる1種又は2種以上である〔2〕記載の紫外線硬化性接着性オルガノポリシロキサン組成物。
〔4〕
集光型太陽電池用フレネルレンズ用である〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の紫外線硬化性接着性オルガノポリシロキサン組成物。
〔5〕
硬化してガラス基材に接着するものである〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の紫外線硬化性接着性オルガノポリシロキサン組成物。
〔6〕
〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の紫外線硬化性接着性オルガノポリシロキサン組成物を硬化してなる硬化物がガラス基材に接着してなるものである集光型太陽電池用フレネルレンズ。
本発明の組成物は、室温で十分な作業時間を確保できると共に、短時間の紫外線照射によって所望の硬さのシリコーン硬化物を得ることができ、更に、ガラスへの接着ができるものであり、集光型太陽電池用フレネルレンズ材として望ましい物性を確保できるという優れた効果を奏するものである。
以下に、本発明について更に詳しく説明する。
[(A)成分]
本発明の(A)成分は、アルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンであり、(A−1)アルケニル基含有直鎖状ジオルガノポリシロキサンと(A−2)アルケニル基含有オルガノポリシロキサンレジンとからなる。
(A−1)成分のオルガノポリシロキサンは、この組成物の主剤(ベースポリマー)であり、1分子中に、ケイ素原子に結合したアルケニル基を2個以上(通常、2〜50個)、特には2〜20個程度有する直鎖状のオルガノポリシロキサンであり、代表的には、主鎖がジオルガノシロキサン単位の繰返しからなり分子鎖両末端がトリオルガノシロキシ基で封鎖された直鎖状のジオルガノポリシロキサンである。
(A−2)成分のオルガノポリシロキサンレジンは、R1 22SiO1/2単位、R1 3SiO1/2単位及びSiO2単位(式中、R1はアルケニル基を除く非置換又はハロゲン置換の一価炭化水素基、R2はアルケニル基)を含み、SiO2単位に対するR1 22SiO単位及びR1 3SiO1/2単位の合計のモル比;(R1 22SiO1/2+R1 3SiO1/2)/SiO2が0.5〜1.5、好ましくは0.7〜1.0であり、かつ5×10-3〜1×10-4mol/gのアルケニル基を含有する三次元網状構造のオルガノポリシロキサンレジンである。なお、(A−2)成分の三次元網状構造のオルガノポリシロキサンレジンは、通常、分子中に三官能性のシロキサン単位を含有しないものであることが好適であるが、分子中にSiO2単位を必須に含有するものである点において、後述する(D)成分の分岐状オルガノポリシロキサンオリゴマーとは明確に差別化されるものである。
なお、上記(A−2)成分のオルガノポリシロキサンレジンには、更に上記単位に加えてR1 2SiO単位、R12SiO単位、R2 2SiO単位、R2SiO3/2単位、R1SiO3/2単位を含有しても差し支えないが、その含有量は、(A−2)成分のオルガノポリシロキサンレジン中、30質量%以下(0〜30質量%)、特に20質量%以下(0〜20質量%)とすることが好ましい。また、重量平均分子量は、通常、400〜100,000、特に500〜30,000程度であることが、安定して硬化物を補強できる点で好ましい。重量平均分子量が小さすぎると硬化物の補強効果が十分発現できない場合があり、大きすぎると安定して製造することが困難となる場合がある。なお、本発明において分子量(又は重合度)は、例えば、トルエン、テトラヒドロフラン(THF)等を展開溶媒としたゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)分析におけるポリスチレン換算重量平均分子量(又は重量平均重合度)等として測定することができる(以下、同様)。
(A)成分中(即ち、(A−1)成分及び(A−2)成分)中に含まれるケイ素原子に結合するアルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基等の、通常、炭素原子数2〜8個、好ましくは炭素原子数2〜6個程度のものが挙げられ、特に、ビニル基が好ましい。
(A−1)成分のアルケニル基の結合位置(即ち、分子中におけるケイ素原子に結合するアルケニル基の位置)としては、例えば、分子鎖末端のケイ素原子及び/又は分子鎖非末端(分子鎖途中)のケイ素原子に結合したアルケニル基が挙げられるが、少なくとも分子鎖両末端のケイ素原子に結合したアルケニル基を含有するものであることが好ましい。(A)成分のアルケニル基以外のケイ素原子に結合する有機基(例えば、非置換又はハロゲン置換の一価炭化水素基)としては、例えば、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、ヘプチル基等のアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基;クロロメチル基、3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフロロプロピル基等のハロゲン化アルキル基等の、通常、炭素原子数1〜10、好ましくは炭素原子数1〜8個程度の、非置換又はハロゲン置換の一価炭化水素基が挙げられ、特に、メチル基、フェニル基が好ましい。
(A−1)成分の25℃における粘度は、組成物の取扱い作業性(例えば、十分な流れ性)が良好であり、また、得られる硬化物の物理的特性(例えば、硬さ(軟らかさ)、強度、伸び)が良好であるために、10〜500,000mPa・sの範囲内であることが好ましく、特に、100〜100,000mPa・sの範囲内であることが好ましい。なお、本発明において、粘度は通常、25℃において回転粘度計(例えば、BL型、BH型、BS型、コーンプレート型等)によって測定することができる。
上記(A−1)成分のオルガノポリシロキサンとしては、例えば、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルビニルポリシロキサン、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、分子鎖片末端がジメチルビニルシロキシ基封鎖で封鎖され分子鎖の他方の末端がトリメチルシロキシ基で封鎖されたジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖メチルビニルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジビニルメチルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端トリビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、及びこれらのオルガノポリシロキサンの2種以上からなる混合物等が挙げられる。
上記(A−2)成分の三次元網状構造のオルガノポリシロキサンレジンとしては、例えば、式:R1 3SiO1/2で示されるシロキサン単位と式:R1 22SiO1/2で示されるシロキサン単位と式:R1 2SiOで示される単位と式:SiO2で示されるシロキサン単位からなるオルガノポリシロキサン共重合体、式:R1 3SiO1/2で示されるシロキサン単位と式:R1 22SiO1/2で示されるシロキサン単位と式:SiO2で示されるシロキサン単位からなるオルガノポリシロキサン共重合体、式:R1 22SiO1/2で示されるシロキサン単位と式:R1 2SiOで示されるシロキサン単位と式:SiO2で示されるシロキサン単位からなるオルガノポリシロキサン共重合体、及び、これらのオルガノポリシロキサンの2種以上からなる混合物等が挙げられる。
なお、上記式中のR1は前記と同様の、アルケニル基以外の非置換又はハロゲン置換の一価炭化水素基を表し、例えば、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、ヘプチル基等のアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基;クロロメチル基、3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフロロプロピル基等のハロゲン化アルキル基等である。また、上記式中のR2はアルケニル基を表し、例えば、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、へプテニル基等である。なお、(A−1)成分と(A−2)成分との配合比率は、質量比で(A−1)成分/(A−2)成分=90/10〜50/50、特に85/15〜60/40程度であることが好ましい。この範囲において、組成物の取扱い作業性(例えば、十分な流れ性等)が良好であり、また得られる硬化物の物理的特性(例えば硬さ(軟らかさ)、強度、伸び等)が良好となる。この範囲を外れると、組成物の取扱い作業性や硬化物の物理的特性に劣り、精度の高い集光性や、基材やガラスとの接着性が十分得られない場合がある。
[(B)成分]
(B)成分は、オルガノハイドロジェンポリシロキサンで、(B−1)アルコキシ基を含有しないオルガノハイドロジェンポリシロキサンと(B−2)トリアルコキシシリル基含有オルガノハイドロジェンポリシロキサンとからなる。
(B−1)成分のオルガノポリシロキサンは、1分子中にケイ素原子に結合した水素原子を少なくとも2個含有し、分子中にアルコキシ基を含有しないオルガノハイドロジェンポリシロキサンであって、この組成物において架橋剤として作用するものであるが、分子中にアルコキシ基を含有しない点において後述する(B−2)成分とは明確に差別化されるものである。
(B−1)成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、前記(A)成分(即ち、(A−1)成分及び(A−2)成分)と反応し、架橋剤として作用するものであり、その分子構造に特に制限はなく、従来製造されている、例えば直鎖状、一部分岐を有する直鎖状、環状、分岐状、三次元網状構造(樹脂状)など各種のものが使用可能であるが、1分子中に少なくとも2個、好ましくは3個以上のケイ素原子に結合した水素原子(SiHで表されるヒドロシリル基)を有する必要があり、通常、2〜300個、好ましくは3〜200個、より好ましくは4〜100個程度のSiH基を有することが望ましい。このオルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、下記平均組成式(1)で示されるものが用いられる。
4 bcSiO(4-b-c)/2 (1)
上記式(1)中、R4は、脂肪族不飽和結合を除く、好ましくは炭素数1〜10の、ケイ素原子に結合した非置換又は置換の一価炭化水素基であり、このR4における非置換又は置換の一価炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等のアラルキル基や、これらの基の水素原子の一部又は全部をフッ素、臭素、塩素等のハロゲン原子で置換したもの、例えばクロロメチル基、クロロプロピル基、ブロモエチル基、トリフロロプロピル基等が挙げられる。R4の非置換又は置換の一価炭化水素基としては、好ましくはアルキル基、アリール基であり、より好ましくはメチル基、フェニル基である。また、bは0.7〜2.1、cは0.001〜1.0で、かつb+cが0.8〜3.0を満足する正数であり、好ましくは、bは1.0〜2.0、cは0.01〜1.0、b+cが1.5〜2.5である。
1分子中に少なくとも2個、好ましくは3個以上含有されるSiH基は、分子鎖末端、分子鎖途中のいずれに位置していてもよく、またこの両方に位置するものであってもよい。また、このオルガノハイドロジェンポリシロキサンの分子構造は、直鎖状、一部分岐を有する直鎖状、環状、分岐状、三次元網状構造のいずれであってもよいが、1分子中のケイ素原子の数(又は重合度)は通常2〜300個、好ましくは3〜200個、より好ましくは4〜100個程度のものが望ましく、組成物の取扱い作業性(例えば、十分な流れ性)が良好であり、また、得られる硬化物の物理的特性(例えば、硬さ(軟らかさ)、耐熱性)が良好であるために、25℃における粘度が、通常、1〜1,000mPa・s、特に5〜500mPa・s程度の、室温(25℃)で液状のものが好適に使用される。なお、本発明において、重合度(又は分子量)は、例えば、トルエン等を展開溶媒として、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)分析における重量平均重合度(又は重量平均分子量)等として求めることができる。また、粘度は、25℃において回転粘度計(例えば、BL型、BH型、BS型、コーンプレート型等)によって測定することができる。
式(1)で示される(B−1)成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンとして具体的には、例えば、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン、トリス(ハイドロジェンジメチルシロキシ)メチルシラン、トリス(ハイドロジェンジメチルシロキシ)フェニルシラン、メチルハイドロジェンシクロポリシロキサン、メチルハイドロジェンシロキサン・ジメチルシロキサン環状共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・メチルフェニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジメチルシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、(CH32HSiO1/2単位と(CH33SiO1/2単位とSiO4/2単位とからなる共重合体、(CH32HSiO1/2単位とSiO4/2単位とからなる共重合体、(CH32HSiO1/2単位とSiO4/2単位と(C653SiO1/2単位とからなる共重合体やこれらの例示化合物においてメチル基の一部又は全部が他のアルキル基やフェニル基等で置換されたもの等が挙げられ、特に下記分子式(2)で示されるものが好適に用いられる。
Figure 2015110752

(式中、Rは水素原子又はメチル基、mは0≦m、nは1≦nの整数であり、m+nは1〜299の整数である。)
(B−1)成分は、公知の製造方法によって得ることが可能である。一般的な製造方法を挙げると、例えば、オクタメチルシクロテトラシロキサン及び/又はテトラメチルシクロジシロキサンと末端基となり得るヘキサメチルジシロキサン或いは1,1’−ジハイドロ−2,2’,3,3’−テトラメチルジシロキサン単位を含む化合物とを、硫酸、トリフルオロメタンスルホン酸、メタンスルホン酸等の触媒の存在下に−10〜+40℃程度の温度で平衡化させることによって容易に得ることができる。
(B−1)成分の配合量は、(A)成分と(D)成分のオルガノポリシロキサンが有するアルケニル基の合計に対する(B−1)成分中のケイ素原子に結合した水素原子のモル比が0.1〜5.0となる量である。前記モル比が0.1未満や5.0を超えると、組成物は十分に硬化しない。
(B−2)成分は、本発明の組成物において接着助剤として用いられるものであり、ケイ素原子にアルキレン基を介して結合するトリアルコキシシリル基を1分子中に1個以上有し、かつケイ素原子に結合した水素原子(即ち、SiH基)を1分子中に1個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンであり、好ましくは2〜200個、より好ましくは3〜100個のSiH基を有することが望ましく、また、1分子中のケイ素原子の数(又は重合度)は通常2〜300個、好ましくは3〜200個、より好ましくは4〜100個程度のものが望ましい。
(B−2)成分は、公知の製造方法によって得ることが可能である。一般的な製造方法を挙げると、例えば、Si−H基を持つシロキサン単位を少なくとも3個有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンに、トリアルコキシシリル基及び脂肪族不飽和炭化水素基(例えばビニル基等のアルケニル基)を持った有機ケイ素化合物を、白金触媒の存在下に付加させ、その際、反応系中のこれら脂肪族不飽和炭化水素基を持つ化合物の総量が、化学量論的に、ポリオルガノハイドロジェンシロキサン中のSi−H基のモル数未満であるようにして、容易に合成することができる。用いられる上記有機ケイ素化合物の例として、下記化学式(3)で示されるものが用いられる(ここで、Meはメチル基を示す)。
Figure 2015110752
(B−2)成分中のケイ素原子に結合した水素原子の結合位置としては、例えば、分子鎖未端及び/又は分子鎖側鎖が挙げられる。(B−2)成分中において、ケイ素原子に結合する水素原子及びアルキレン基を介してケイ素原子に結合するトリアルコキシシリル基以外の有機基(非置換又はハロゲン置換の一価炭化水素基)としては、前記(B−1)成分中のR4基と同様のアルケニル基を除く非置換又はハロゲン置換の一価炭化水素基等が挙げられるが、特にメチル基が好ましい。
また、(B−2)成分の分子構造としては、例えば、直鎖状、一部分岐を有する直鎖状、環状、分岐鎖状、三次元網状等が挙げられる。(B−2)成分の回転粘度計による25℃における粘度は、組成物の取扱い作業性(例えば、十分な流れ性)が良好であり、また、得られる硬化物の物理的特性(例えば、硬さ(軟らかさ)、耐熱性)が良好であるために、1〜1,000mPa・sの範囲内であることが好ましく、特に、5〜500mPa・sの範囲内であることが好ましい。
上記(B−2)成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、例えば下記の化学式(4)で示されるもの、及びこれらのオルガノポリシロキサンの2種以上からなる混合物等が挙げられる。
Figure 2015110752

(式中、Meはメチル基であり、l、m、nは、それぞれ独立に0以上の整数であり、m+nは1〜298の整数であり、l+m+nは2〜300の整数である。)
(B−2)成分の配合量は、(A)成分と(D)成分中のアルケニル基の合計に対する(B−2)成分中のケイ素原子に結合した水素原子のモル比が、0.05〜2.0モルとなる量である。このモル比が0.05未満や2.0を超えると、組成物は十分に接着しない。
なお、(A)成分と(D)成分中のアルケニル基の合計に対する(B)成分(即ち、(B−1)成分及び(B−2)成分)中のケイ素原子に結合した水素原子の合計のモル比は0.5〜7.0、好ましくは0.5〜6.0、より好ましくは1.0〜5.0となる量である。このモル比が0.5未満や7.0を超えると組成物が十分硬化しない。また(B−1)成分と(B−2)成分との配合比率は、SiH基量のモル比で、(B−1)成分/(B−2)成分=90/10〜50/50、特に85/15〜60/40程度であることが好ましい。この範囲において、組成物の取扱い作業性(例えば、紫外線照射後の粘度上昇)が良好であり、また得られる硬化物の物理特性(例えば、硬さ(軟らかさ)、強度、伸び等)が良好となる。この範囲を外れると、組成物の取扱い作業性や硬化物の物理特性に劣り、精度の高い集光性や、基材やガラスとの十分な接着性が得られない場合がある。
[(C)成分]
本発明に使用される(C)成分は、光活性型白金錯体触媒であり、光を照射して活性化すると、(A)成分、(B)成分、(D)成分との付加反応を促進する触媒作用を有する。本発明において、該(C)成分である光活性型白金錯体触媒となる化合物は、好適には、β−ジケトン白金錯体又は環状ジエン化合物を配位子に持つ白金錯体を意味する。
ここで、β−ジケトン白金錯体としては、例えば、トリメチル(アセチルアセトナト)白金錯体、トリメチル(2,4−ペンタンジオネ−ト)白金錯体、トリメチル(3,5−ヘプタンジオネート)白金錯体、トリメチル(メチルアセトアセテート)白金錯体、ビス(2,4−ペンタンジオナト)白金錯体、ビス(2,4−へキサンジオナト)白金錯体、ビス(2,4−へプタンジオナト)白金錯体、ビス(3,5−ヘプタンジオナト)白金錯体、ビス(1−フェニル−1,3−ブタンジオナト)白金錯体、ビス(1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオナト)白金錯体等が挙げられる。また、環状ジエン化合物を配位子に持つ白金錯体としては、例えば、(1,5−シクロオクタジエニル)ジメチル白金錯体、(1,5−シクロオクタジエニル)ジフェニル白金錯体、(1,5−シクロオクタジエニル)ジプロピル白金錯体、(2,5−ノルボルナジエン)ジメチル白金錯体、(2,5−ノルボルナジエン)ジフェニル白金錯体、(シクロペンタジエニル)ジメチル白金錯体、(メチルシクロペンタジエニル)ジエチル白金錯体、(トリメチルシリルシクロペンタジエニル)ジフェニル白金錯体、(メチルシクロオクタ−1,5−ジエニル)ジエチル白金錯体、(シクロペンタジエニル)トリメチル白金錯体、(シクロペンタジエニル)エチルジメチル白金錯体、(シクロペンタジエニル)アセチルジメチル白金錯体、(メチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金錯体、(メチルシクロペンタジエニル)トリヘキシル白金錯体、(トリメチルシリルシクロペンタジエニル)トリメチル白金錯体、(ジメチルフェニルシリルシクロペンタジエニル)トリフェニル白金錯体、(シクロペンタジエニル)ジメチルトリメチルシリルメチル白金錯体等が挙げられる。
上記(C)成分の含有量は、触媒としての有効量であればよいが、例えば、(A)及び(B)成分の合計重量に対して、白金金属として1〜5,000ppmとなる量、好ましくは10〜500ppmの範囲で用いられる。前記配合量が1ppm未満では付加反応が著しく遅くなるか、もしくは硬化しなくなる。
[(D)成分]
本発明に使用される(D)成分の分岐状オルガノポリシロキサンオリゴマーは、この組成物において接着助剤として用いられるものであり、R1SiO3/2単位と、R1 22SiO1/2単位又はR1 22SiO1/2単位及びR1 3SiO1/2単位と(式中、R1はアルケニル基を除く非置換又はハロゲン置換の一価炭化水素基、R2はアルケニル基)を含有し、1分子中にアルケニル基を2個以上含有する分岐状オルガノポリシロキサンオリゴマーである。(D)成分は、分子中にSiO2単位を含有しないものである点において、前述の(A−2)成分の三次元網状オルガノポリシロキサンレジンとは明確に差別化されるものである。
この場合、R1SiO3/2単位に対するR1 22SiO1/2単位及びR1 3SiO1/2単位に対する割合(モル比)は、(R1 22SiO1/2+R1 3SiO1/2)/R1SiO3/2=0.1〜10、特に0.5〜5が好ましい。また、この(D)成分に含まれるアルケニル基の量は、0.0001〜0.05mol/g、特に0.0002〜0.02mol/gであることが好ましい。アルケニル基量が少なすぎると、硬化物の補強効果に劣り、多すぎると組成物が十分に硬化しない場合がある。
なお、(D)成分には、SiO2単位は含有しないが、R1 2SiO単位、R12SiO単位及び/又はR2SiO単位を含有してもよい。また、25℃における回転粘度計による粘度は1〜1,000mPa・s、特に10〜100mPa・sが好ましい。
(D)成分は、公知の製造方法によって得ることが可能である。一般的な製造方法を挙げると、例えば、メチルトリクロルシランの水、メタノールによる加水分解物をヘキサメチルジシロキサン及び/又はテトラメチルジビニルジシロキサンを含む化合物と、硫酸、トリフルオロメタンスルホン酸、メタンスルホン酸等の触媒の存在下に+50度以下の温度で攪拌し、水を+65度以下の温度で滴下して共加水分解させることによって容易に得ることができる。
(D)成分の配合量は、(A)成分と(D)成分中のアルケニル基の合計に対する(D)成分中のアルケニル基のモル比が0.1〜0.6となる量である。前記モル比が0.1未満や0.6を超えると、組成物は十分に接着しない。
[その他の配合成分]
本発明の組成物は、上記(A)成分〜(D)成分以外の任意の成分として、付加硬化反応を抑制・制御する効果を有する化合物(ヒドロシリル化反応制御剤)を含有することができる。このような化合物としては、トリフェニルホスフィン等のリン含有化合物;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等の窒素含有化合物:硫黄含有化合物、アセチレン系化合物、アルケニル基を2個以上有する化合物、ハイドロパーオキシ化合物、マレイン酸誘導体等が挙げられる。当該化合物による硬化遅延効果の度合いは、その化学構造によって大きく異なる。従って、その添加量は、使用する化合物の個々について最適な量に調整すべきであるが、一般的には、その添加量が少な過ぎると室温での長期貯蔵安定性が得られず、逆に多過ぎると硬化が阻害される。
また、その他の任意の成分として、透明性を損なわない程度に、例えば、ヒュームドシリカ、ポリオルガノシルセスキオキサン等の無機質充填剤、及び、これらの充填剤をオルガノアルコキシシラン化合物、オルガノクロロシラン化合物、オルガノシラザン化合物、低分子量シロキサン化合物等の有機ケイ素化合物により表面処理した充填剤を使用してもよい。
更に、本発明の組成物には、例えば、耐熱性付与剤、難燃性付与剤等を含有させることも任意である。
[紫外線硬化]
本発明の硬化方法は、本発明のオルガノポリシロキサン接着組成物に、200〜500nmの光を照射することが望ましい。紫外線照射するランプは波長が200〜500nmの紫外線を供給できるものなら特に制限されず、例えば、低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、キセノンランプ、メタルハライドランプ、紫外線LEDランプ等が挙げられる。紫外線照射量は、使用する光活性型白金錯体の種類や量により異なるが、光活性型白金錯体が活性化するのに十分な量であればよく、10〜1,000mW/cm2、特に20〜400mW/cm2の紫外線強度を0.1秒〜5分、特に0.5秒〜1分程度照射することが好ましい。
[集光型太陽電池用フレネルレンズ]
フレネルレンズは灯台や投光器等の照明系レンズなどに使用され、通常の球面レンズの曲面の各部分を分割して平面状に配置したレンズである。分割数を多くすればするほど薄くなるため、材料を減らし軽量化できる。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限られるものではない。なお、粘度は25℃における測定値であり、部とは質量部である。
以下の例で(A)〜(E)成分の内容と略号は以下のとおりである。なお、Viはビニル基を、Meはメチル基を表す。
(A−1)成分:
(a−1):粘度600mPa・sの分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン。ビニル基含有量0.00015mol/g
(a−2):粘度100,000mPa・sの分子鎖両末端トリビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン。ビニル基含有量0.000075mol/g
(A−2)成分:
(a−3):Me3SiO1/2単位、ViMe2SiO1/2単位及びSiO2単位からなる樹脂質共重合体[(Me3SiO1/2単位+ViMe2SiO1/2単位)/SiO2単位]=0.85(モル比)、ビニル基含有量0.0009mol/g、重量平均分子量3,800
(B−1)成分:
(b−1):両末端及び側鎖にSiH基を有するメチルハイドロジェンポリシロキサン(重合度64、SiH基量0.0112mol/g、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体)
(b−2):両末端及び側鎖にSiH基を有するメチルハイドロジェンポリシロキサン(重合度40、SiH基量0.0073mol/g、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体)
(B−2)成分:
(b−3):下記一般式(5)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン
Figure 2015110752
(式中、R1=H、R2=CH3、m=7.2(平均値)、n=2.4(平均値))
(b−4):下記化学式(6)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン
Figure 2015110752
(C)成分:ビス(2,4−ペンタンジオナト)白金錯体の酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチル溶液(濃度1質量%)
(D)成分:MeSiO3/2単位、Me2ViSiO単位からなり、アルケニル基を0.0054mol/g含有する粘度24mPa・sのオルガノポリシロキサンオリゴマー[MeSiO3/2単位/Me2ViSiO単位]=1/1(モル比)。
[実施例1〜4、比較例1〜4]
表1に示す材料を表1に示した量比で均一に混合して、UV硬化性シリコーン組成物を調製した。ポリテトラフルオロエチレンフィルム上に得られた組成物0.05gの液滴を垂らし、上に厚さ3mmのガラス板を乗せて、その上から室温(25℃)で250mW/cm2,0.8秒間の紫外線照射条件で硬化させ、ガラスとの接着性を確認した。また、上記組成物を枠に流し、250mW/cm2,0.8秒間の紫外線照射条件で硬化させ、厚さ2mmの硬化シートを作製し、硬さを測定した。それらの結果を表1に示した。
なお、表1中のH(B−1)/Viは(A)成分及び(D)成分中のビニル基1モルに対する(B−1)成分中のケイ素原子結合水素原子のモル数の比を示し、H(B−2)/Viは(A)成分及び(D)成分中のビニル基1モルに対する(B−2)成分中のケイ素原子結合水素原子のモル数の比を示し、H(total)/Viは(A)成分及び(D)成分中のビニル基1モルに対する(B−1)成分及び(B−2)成分中のケイ素原子結合水素原子のモル数の比を示す。(D)/{(A)+(D)}のVi量は(A)成分及び(D)成分中のビニル基の総数に対する(D)成分中のビニル基の総数の比(モル比)を示す。
Figure 2015110752
[試験、測定、評価方法]
シリコーン硬化物の硬さの試験、測定、評価方法は下記の通りである。
硬化性シリコーン組成物を250mW/cm2,0.8秒間(=200mJ/cm2)の紫外線照射条件で硬化させ、厚さ2mmの硬化シートを作製した。このシリコーン硬化物を3枚重ね、その硬さをJIS K6253に規定のタイプAデュロメータにより測定した。

Claims (6)

  1. (A)(A−1)1分子中に、ケイ素原子に結合したアルケニル基を2個以上有する直鎖オルガノポリシロキサン;(A)成分の50〜90質量%、(A−2)R1 22SiO1/2単位、R1 3SiO1/2単位及びSiO2単位(式中、R1はアルケニル基を除く非置換又はハロゲン置換の一価炭化水素基、R2はアルケニル基)を含有し、SiO2単位に対するR1 22SiO単位及びR1 3SiO1/2単位の合計のモル比;(R1 22SiO1/2+R1 3SiO1/2)/SiO2が0.5〜1.5であり、かつ5×10-3〜1×10-4mol/gのアルケニル基を含有する三次元網状オルガノポリシロキサンレジン;(A)成分の10〜50質量%((A−1)成分と(A−2)成分の合計で100質量%)、
    (B)(B−1)1分子中にケイ素原子に結合した水素原子を少なくとも2個含有し、分子中にアルコキシ基を含有しないオルガノハイドロジェンポリシロキサン;(A)成分と(D)成分中のアルケニル基の合計に対する(B−1)成分中のケイ素原子に結合した水素原子のモル比が0.1〜5.0となる量、(B−2)アルキレン基を介してケイ素原子に結合するトリアルコキシシリル基を1分子中に1個以上有し、かつケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に1個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン:(A)成分と(D)成分中のアルケニル基の合計に対する(B−2)成分中のケイ素原子に結合した水素原子のモル比が0.05〜2.0モルとなる量、但し、(A)成分と(D)成分中のアルケニル基の合計に対する(B)成分中のケイ素原子に結合した水素原子の合計のモル比は0.5〜7.0である、
    (C)光活性型白金錯体触媒:有効量、
    (D)R1 22SiO1/2単位又はR1 22SiO1/2単位及びR1 3SiO1/2単位と、R1SiO3/2単位と(式中、R1はアルケニル基を除く非置換又はハロゲン置換の一価炭化水素基、R2はアルケニル基)を含有し、SiO2単位を含まない1分子中にアルケニル基を2個以上含有する分岐状オルガノポリシロキサンオリゴマー:(A)成分と(D)成分中のアルケニル基の合計に対する(D)成分中のアルケニル基のモル比が0.1〜0.6となる量
    を含有してなる、紫外線硬化性接着性オルガノポリシロキサン組成物。
  2. 光活性型白金錯体触媒がβ−ジケトン白金錯体又は環状ジエン化合物を配位子に持つ白金錯体である請求項1記載の紫外線硬化性接着性オルガノポリシロキサン組成物。
  3. 光活性型白金錯体触媒が、トリメチル(アセチルアセトナト)白金錯体、トリメチル(2,4−ペンタンジオネ−ト)白金錯体、トリメチル(3,5−ヘプタンジオネート)白金錯体、トリメチル(メチルアセトアセテート)白金錯体、ビス(2,4−ペンタンジオナト)白金錯体、ビス(2,4−へキサンジオナト)白金錯体、ビス(2,4−へプタンジオナト)白金錯体、ビス(3,5−ヘプタンジオナト)白金錯体、ビス(1−フェニル−1,3−ブタンジオナト)白金錯体、ビス(1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオナト)白金錯体、(1,5−シクロオクタジエニル)ジメチル白金錯体、(1,5−シクロオクタジエニル)ジフェニル白金錯体、(1,5−シクロオクタジエニル)ジプロピル白金錯体、(2,5−ノルボルナジエン)ジメチル白金錯体、(2,5−ノルボルナジエン)ジフェニル白金錯体、(シクロペンタジエニル)ジメチル白金錯体、(メチルシクロペンタジエニル)ジエチル白金錯体、(トリメチルシリルシクロペンタジエニル)ジフェニル白金錯体、(メチルシクロオクタ−1,5−ジエニル)ジエチル白金錯体、(シクロペンタジエニル)トリメチル白金錯体、(シクロペンタジエニル)エチルジメチル白金錯体、(シクロペンタジエニル)アセチルジメチル白金錯体、(メチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金錯体、(メチルシクロペンタジエニル)トリヘキシル白金錯体、(トリメチルシリルシクロペンタジエニル)トリメチル白金錯体、(ジメチルフェニルシリルシクロペンタジエニル)トリフェニル白金錯体、(シクロペンタジエニル)ジメチルトリメチルシリルメチル白金錯体から選ばれる1種又は2種以上である請求項2記載の紫外線硬化性接着性オルガノポリシロキサン組成物。
  4. 集光型太陽電池用フレネルレンズ用である請求項1〜3のいずれか1項記載の紫外線硬化性接着性オルガノポリシロキサン組成物。
  5. 硬化してガラス基材に接着するものである請求項1〜4のいずれか1項記載の紫外線硬化性接着性オルガノポリシロキサン組成物。
  6. 請求項1〜3のいずれか1項記載の紫外線硬化性接着性オルガノポリシロキサン組成物を硬化してなる硬化物がガラス基材に接着してなるものである集光型太陽電池用フレネルレンズ。
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