JP2021070706A - 硬化性組成物、硬化性組成物の硬化物の製造方法および該硬化物を備えた発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】溶融流動性に優れるため溶媒を使用せずに容易に加熱流動してディスペンスすることが可能で、耐熱耐UV性と透明性の高い硬化物を与える硬化性組成物、当該硬化性組成物の硬化物、当該硬化物の製造方法および当該硬化物を有する発光装置の提供。【解決手段】式(1)で表される単位を含む含フッ素重合体と、式(F1)で表される単位を2個以上含むポリフルオロアルキレンエーテルと、を含有する硬化性組成物。(Z1は、NR1NR2H、NR3OR4またはOHである。)−(Rf2O)k−Rf3COZ2・・・(F1)(Z2はNR5NR6H、NR7OR8またはOHである。)【選択図】なし
Description
本発明は、硬化性組成物、硬化性組成物の硬化物の製造方法および該硬化物を備えた発光装置に関する。
近年、高効率照明用光源として白色LED(Light Emitting Diode、発光ダイオード)が白熱電球や蛍光灯に代わって実用されている。白色LEDは、青色LED素子および黄色の蛍光体、ならびに必要に応じて赤色蛍光体等を組み合わせて昼白色や電球色を発光するように調整されている。LEDが有するLED素子および蛍光体を外部からの物理的および化学的作用から保護するために、LEDはシリコーン樹脂等の透光性樹脂により封止されている。
このような、LEDの封止のための透光性樹脂として、特許文献1では、カルボン酸アルキルエステル基、例えばCOOCH3基を有する硬化性含フッ素重合体を、活性エネルギー線の照射で架橋して得られる、HFの発生量が少なく安定性に優れた硬化物が提案されている。しかし、この硬化性含フッ素重合体の架橋には活性エネルギー線の照射が必要で、加熱のみでは硬化物は生成しない。一方、特許文献2には、活性エネルギー線の照射のみならず加熱でも硬化が可能な含フッ素重合体が提案されている。
一般にLEDの透光封止は溶媒を使用せずに液状の樹脂をLED素子上にディスペンスしてから加熱硬化させる方法により行われる。しかしながら、本発明者の研究によれば特許文献2に記載の含フッ素重合体は流動性が乏しく、特に質量平均分子量が10.000を越えるものは、LED素子にディスペンスするために溶媒で希釈して粘度を下げる必要があることが明らかとなっている。また、硬化時に収縮によるしわが発生することも問題となっている。
本発明は、溶媒を使用せずに容易に加熱流動してディスペンスすることが可能で、耐熱耐UV性と透明性の高い硬化物を与える硬化性組成物および当該硬化性組成物の製造方法の提供を目的とする。
また、本発明は、硬化性組成物を、溶媒を使用せずに加熱流動させてディスペンスしたのちに硬化させた、耐熱耐UV性と透明性の高い硬化物によって発光素子を封止した発光装置の提供を目的とする。
また、本発明は、硬化性組成物を、溶媒を使用せずに加熱流動させてディスペンスしたのちに硬化させた、耐熱耐UV性と透明性の高い硬化物によって発光素子を封止した発光装置の提供を目的とする。
本発明は、以下[1]〜[13]の構成を有する硬化性組成物、その硬化物、硬化性組成物の硬化物の製造方法および発光装置を提供する。
[1] 下記式(1)で表される単位を含む含フッ素重合体と、下記式(F1)で表される単位を2個以上含むポリフルオロアルキレンエーテルと、を含有することを特徴とする硬化性組成物。
[1] 下記式(1)で表される単位を含む含フッ素重合体と、下記式(F1)で表される単位を2個以上含むポリフルオロアルキレンエーテルと、を含有することを特徴とする硬化性組成物。
−(Rf2O)k−Rf3COZ2 ・・・(F1)
(式(F1)中、Rf2は、炭素数が1〜4のペルフルオロアルキレン基である。kは1〜200の整数を示す。Rf3は、フルオロアルキレン基、または炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のフルオロアルキレン基である。Z2はNR5NR6H、NR7OR8またはOHであり、R5、R6、R7およびR8は、それぞれ独立に、水素原子またはアルキル基であり、かつ、COZ2は上記式(1)中のCOZ1と反応しうる基である。)
[2] 前記ポリフルオロアルキレンエーテルが、−(Rf2O)k−中に、−CF2O−、−CF2CF2O−、−CF2CF2CF2O−、−CF2CF2CF2CF2O−、−CF(CF3)CF2O−および−(CF2CF(CF3)O)−から選ばれる1種以上の単位を有する[1]に記載の硬化性組成物。
(式(F1)中、Rf2は、炭素数が1〜4のペルフルオロアルキレン基である。kは1〜200の整数を示す。Rf3は、フルオロアルキレン基、または炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のフルオロアルキレン基である。Z2はNR5NR6H、NR7OR8またはOHであり、R5、R6、R7およびR8は、それぞれ独立に、水素原子またはアルキル基であり、かつ、COZ2は上記式(1)中のCOZ1と反応しうる基である。)
[2] 前記ポリフルオロアルキレンエーテルが、−(Rf2O)k−中に、−CF2O−、−CF2CF2O−、−CF2CF2CF2O−、−CF2CF2CF2CF2O−、−CF(CF3)CF2O−および−(CF2CF(CF3)O)−から選ばれる1種以上の単位を有する[1]に記載の硬化性組成物。
[3] 前記式(1)で表される単位の少なくとも一部が、−[CF2−CF(O(CF2)3CONHNH2)]−である[1]または[2]に記載の硬化性組成物。
[4] 前記ポリフルオロアルキレンエーテルを硬化性組成物中に1〜80質量%含有する[1]〜[3]のいずれか1項記載の硬化性組成物。
[5] 前記式(1)で表される単位と前記式(F1)で表される単位のモル比(式(1)で表される単位/式(F1)で表される単位)が0.1〜10である[1]〜[4]のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
[6] 前記含フッ素重合体が、さらにフルオロエチレン由来の単位(2)を含む、[1]〜[5]のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
[4] 前記ポリフルオロアルキレンエーテルを硬化性組成物中に1〜80質量%含有する[1]〜[3]のいずれか1項記載の硬化性組成物。
[5] 前記式(1)で表される単位と前記式(F1)で表される単位のモル比(式(1)で表される単位/式(F1)で表される単位)が0.1〜10である[1]〜[4]のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
[6] 前記含フッ素重合体が、さらにフルオロエチレン由来の単位(2)を含む、[1]〜[5]のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
[7] さらに、下式(3)で表される単位(ただし、フルオロエチレン由来の単位(2)を除く。)を含む、[1]〜[6]のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
−[CX3X4−CY1Y2]−・・・(3)
(式(3)中、
X3およびX4は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子または塩素原子であり、
Y1は、水素原子、フッ素原子または塩素原子であり、
Y2は、水素原子、フルオロアルキル基、炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のフルオロアルキル基、フルオロアルコキシ基、または炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のフルオロアルコキシ基である。)
−[CX3X4−CY1Y2]−・・・(3)
(式(3)中、
X3およびX4は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子または塩素原子であり、
Y1は、水素原子、フッ素原子または塩素原子であり、
Y2は、水素原子、フルオロアルキル基、炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のフルオロアルキル基、フルオロアルコキシ基、または炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のフルオロアルコキシ基である。)
[8] 前記含フッ素重合体中に含まれるCOZ1で表される基の割合が0.1mmol/g〜4mmol/gである、[1]〜[7]のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
[9] 前記含フッ素重合体の質量平均分子量が3,000〜100,000である[1]〜[8]のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
[10] 前記ポリフルオロアルキレンエーテルの質量平均分子量が、500〜20,000である[1]〜[9]のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
[11] 前記ポリフルオロアルキレンエーテルの25℃で測定される粘度が、10mPa・s〜10,000mPa・sである[1]〜[10]のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
[12] [1]〜[10]のいずれか1項に記載の硬化性組成物を、100〜250℃で加熱することを特徴とする硬化物の製造方法。
[13] 発光素子と、前記発光素子を覆う、[1]〜[11]のいずれか1項に記載の硬化性組成物の硬化物とを備えることを特徴とする発光装置。
[9] 前記含フッ素重合体の質量平均分子量が3,000〜100,000である[1]〜[8]のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
[10] 前記ポリフルオロアルキレンエーテルの質量平均分子量が、500〜20,000である[1]〜[9]のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
[11] 前記ポリフルオロアルキレンエーテルの25℃で測定される粘度が、10mPa・s〜10,000mPa・sである[1]〜[10]のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
[12] [1]〜[10]のいずれか1項に記載の硬化性組成物を、100〜250℃で加熱することを特徴とする硬化物の製造方法。
[13] 発光素子と、前記発光素子を覆う、[1]〜[11]のいずれか1項に記載の硬化性組成物の硬化物とを備えることを特徴とする発光装置。
本発明によれば、溶媒を使用せずに加熱流動性が良好であり、かつ耐熱耐UV性と透明性の高い硬化物を与える硬化性組成物および硬化性組成物の硬化物の製造方法を提供できる。
また、本発明によれば、本発明の硬化性組成物を、溶媒を使用せずに加熱流動させてディスペンスしたのちに硬化させ、耐熱耐UV性と透明性の高い硬化物によって発光素子を封止した発光装置を提供できる。
また、本発明によれば、本発明の硬化性組成物を、溶媒を使用せずに加熱流動させてディスペンスしたのちに硬化させ、耐熱耐UV性と透明性の高い硬化物によって発光素子を封止した発光装置を提供できる。
以下に、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明は下記説明に限定して解釈されるものではない。
[本明細書における用語の意味]
式(a)で表される化合物を化合物(a)と記す場合がある。他の式で表される化合物も同様に記す。式(b)で表される単位を単位(b)と記す場合がある。他の式で表される単位も同様に記す。
式(a)で表される化合物を化合物(a)と記す場合がある。他の式で表される化合物も同様に記す。式(b)で表される単位を単位(b)と記す場合がある。他の式で表される単位も同様に記す。
「透光封止」とは、光を透過させる機能と封止機能とを併有する封止であることを意味する。
重合体における「単位」とは、単量体が重合することによって形成する該単量体に由来する部分を意味する。
「フルオロエチレン」とは、テトラフルオロエチレン(CF2=CF2)の0〜3個のフッ素原子が水素原子またはフッ素以外のハロゲン原子(例えば、塩素、臭素、ヨウ素)に置換された化合物を意味する。
アルキル基、フルオロアルキル基、フルオロアルキレン基、フルオロアルコキシ基等の炭素原子鎖を有する基は、直鎖状であってもよく、分岐状であってもよい。
「フルオロアルキル基」は、アルキル基の水素原子の1個以上がフッ素原子に置換された基をいう。フルオロアルキル基中のフッ素原子の割合は、(フルオロアルキル基中のフッ素原子数)/(フルオロアルキル基に対応する同一炭素原子数のアルキル基中の水素原子数)×100(%)で表現した場合に50%以上であるのが好ましく、100%すなわちペルフルオロアルキル基が特に好ましい。フルオロアルキレン基、フルオロアルコキシ基についても同様であり、ペルフルオロアルキレン基、ペルフルオロアルコキシ基であるのが好ましい。
「硬化」とは、特に言及しない限り、架橋により硬化することを意味する。
[硬化性組成物]
本発明の硬化性組成物は、下記式(1)で表される単位を含む含フッ素重合体および下記式(F1)で表される単位を2個以上含むポリフルオロアルキレンエーテルを含有する。
本発明の硬化性組成物は、下記式(1)で表される単位を含む含フッ素重合体および下記式(F1)で表される単位を2個以上含むポリフルオロアルキレンエーテルを含有する。
(式(1)中、 Rf1は、フルオロアルキレン基、または炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のフルオロアルキレン基である。Z1はNR1NR2H、NR3OR4またはOHであり、R1、R2、R3およびR4は、それぞれ独立に、水素原子またはアルキル基である。)
−(Rf2O)k−Rf3COZ2 ・・・(F1)
(式(F1)中、Rf2は、炭素数が1〜4のペルフルオロアルキレン基である。kは1〜200の整数を示す。Rf3は、フルオロアルキレン基、または炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のフルオロアルキレン基である。Z2はNR5NR6H、NR7OR8またはOHであり、R5、R6、R7およびR8は、それぞれ独立に、水素原子またはアルキル基であり、かつ、COZ2は上記式(1)中のCOZ1と反応しうる基である。)
(式(F1)中、Rf2は、炭素数が1〜4のペルフルオロアルキレン基である。kは1〜200の整数を示す。Rf3は、フルオロアルキレン基、または炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のフルオロアルキレン基である。Z2はNR5NR6H、NR7OR8またはOHであり、R5、R6、R7およびR8は、それぞれ独立に、水素原子またはアルキル基であり、かつ、COZ2は上記式(1)中のCOZ1と反応しうる基である。)
本発明者は−CONHNH2と−COOHをそれぞれ複数含有する含フッ素重合体を混合加熱してジアシルヒドラジン構造(−CONHNHCO−)を形成することにより架橋体を製造するための検討を行った。その結果、下記式(11)で表されるように、中間体である塩において強固なイオン架橋構造を形成せず、そのため、当該塩が可逆的にヒドラジドとカルボン酸に解離しやすい状態であること、そのために含フッ素重合体の流動性が低下することなく、加熱により下記式(12)の脱水反応が生じてジアシルヒドラジン構造が形成されて架橋に至ることを見出した。
−CONHNH2+ HOOC− ⇔ −CONHN+H3 −OOC− (11)
−CONHN+H3 −OOC− → −CONHNHCO− +H2O (12)
−CONHN+H3 −OOC− → −CONHNHCO− +H2O (12)
本発明において、−COOHを複数含有する含フッ素重合体としてポリフルオロアルキレンエーテルを用いた場合、該ポリフルオロアルキレンエーテルは一般的に室温で液状であるため、これを、LEDモールドの際に上記単位(1)を含有する含フッ素重合体に混合することにより、組成物の溶融流動性を高めることが可能であることが見出された。さらに単位(1)を含有する含フッ素重合体と−COOHを複数含有するポリフルオロアルキレンエーテルが相分離しないため、透明性を損なわずに硬化温度を大幅に下げることが可能であることが見出された。さらに、含フッ素重合体の分子量が大きい場合などにもポリフルオロアルキレンエーテルの流動性により含フッ素重合体が硬化時に発生する内部応力が緩和されるために、硬化収縮によるしわの発生を抑制し得ることが見出された。
以下、本実施形態の硬化性組成物に含まれる各成分について詳細に説明する。
<含フッ素重合体>
本発明の硬化性組成物は、下記式(1)で表される単位(単位(1))を含む含フッ素重合体を含有する。含フッ素重合体は単位(1)以外にも、本発明の効果を損なわない限りその他の単位を含んでいてもよい。その他の単位としては例えば、後述するフルオロエチレン単位(単位(3))や、単位(4)である。
本発明の硬化性組成物は、下記式(1)で表される単位(単位(1))を含む含フッ素重合体を含有する。含フッ素重合体は単位(1)以外にも、本発明の効果を損なわない限りその他の単位を含んでいてもよい。その他の単位としては例えば、後述するフルオロエチレン単位(単位(3))や、単位(4)である。
(単位(1))
単位(1)は、下記式(1)で表わされる単位である。
単位(1)は、下記式(1)で表わされる単位である。
単位(1)において、Z1はNR1NR2H、NR3OR4またはOHである。R1、R2、R3およびR4は、それぞれ独立に、水素原子またはアルキル基であり、Rf1は、フルオロアルキレン基、または炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のフルオロアルキレン基である。
単位(1)中、Rf1がフルオロアルキレン基である場合、炭素数は1〜6が好ましく、1〜4が特に好ましい。炭素数が3以上の場合には、熱安定性に優れる点から直鎖構造が好ましい。フルオロアルキレン基は、熱安定性に優れる点からペルフルオロアルキレン基が好ましい。すなわち、Rf1としては、炭素数1〜6のペルフルオロアルキレン基が好ましく、炭素数1〜4のペルフルオロアルキレン基が特に好ましい。
単位(1)中、Rf1が、炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のフルオロアルキレン基である場合、炭素数は2〜10が好ましく、2〜6が特に好ましい。炭素数が3以上の場合には、熱安定性に優れる点から直鎖構造が好ましい。フルオロアルキレン基は、熱安定性に優れる点からペルフルオロアルキレン基が好ましい。すなわち、Rf1としては、炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2〜10のペルフルオロアルキレン基が好ましく、炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2〜6のペルフルオロアルキレン基が特に好ましい。
単位(1)において、加熱硬化性に優れることから、Z1はNR1NR2Hが好ましい。
R1、R2、R3およびR4は、加熱硬化性に優れる点から、いずれも、水素原子または炭素数1〜6のアルキル基が好ましく、水素原子または炭素数1もしくは2のアルキル基がより好ましく、水素原子が特に好ましい。R1、R2、R3およびR4は互いに同一であってもよいし異なってもよい。
単位(1)において、Z1がNR1NR2Hである場合の具体例としては、以下の単位が挙げられる。
−[CF2−CF(O(CF2)2CONHNH2)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)2CON(CH3)NH2)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)2CONHNHCH3)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)3CONHNH2)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)3CON(CH3)NH2)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)3CONHNHCH3)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)4CONHNH2)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)4CON(CH3)NH2)]−
−[CF2−CF(O(CF2)4CONHNHCH3)]−、
−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)2CONHNH2)]−、
−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)2CON(CH3)NH2)]−、
−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)2CONHNHCH3)]−、
−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)3CONHNH2)]−、
−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)3CON(CH3)NH2)]−、
−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)3CONHNHCH3)]−
−[CF2−CF(O(CF2)3O(CF2)2CONHNH2)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)3O(CF2)2CON(CH3)NH2)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)3O(CF2)2CONHNHCH3)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)2O(CF2)2CONHNH2)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)2O(CF2)2CON(CH3)NH2)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)2O(CF2)2CONHNHCH3)]−。
−[CF2−CF(O(CF2)2CON(CH3)NH2)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)2CONHNHCH3)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)3CONHNH2)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)3CON(CH3)NH2)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)3CONHNHCH3)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)4CONHNH2)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)4CON(CH3)NH2)]−
−[CF2−CF(O(CF2)4CONHNHCH3)]−、
−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)2CONHNH2)]−、
−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)2CON(CH3)NH2)]−、
−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)2CONHNHCH3)]−、
−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)3CONHNH2)]−、
−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)3CON(CH3)NH2)]−、
−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)3CONHNHCH3)]−
−[CF2−CF(O(CF2)3O(CF2)2CONHNH2)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)3O(CF2)2CON(CH3)NH2)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)3O(CF2)2CONHNHCH3)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)2O(CF2)2CONHNH2)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)2O(CF2)2CON(CH3)NH2)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)2O(CF2)2CONHNHCH3)]−。
単位(1)において、Z1がNR3OR4である場合の具体例としては、以下の単位が挙げられる。
−[CF2−CF(O(CF2)2CONHOH)]−
−[CF2−CF(O(CF2)2CONHOCH3)]−
−[CF2−CF(O(CF2)3CONHOH)]−
−[CF2−CF(O(CF2)3CONHOCH3)]−
−[CF2−CF(O(CF2)4CONHOH)]−
−[CF2−CF(O(CF2)4CONHOCH3)]−
−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)2CONHOH)]−
−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)2CONHOCH3)]−
−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)3CONHOH)]−
−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)3CONHOCH3)]−
−[CF2−CF(O(CF2)3O(CF2)2CONHOH)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)3O(CF2)2CONHOCH3)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)2O(CF2)2CONHOH)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)2O(CF2)2CONHOCH3)]−、
−[CH2−CF(CF2OCF(CF3)CONHOH)]−、
−[CH2−CF(CF2OCF(CF3)CONHOCH3)]−、
−[CH2−CF(CF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)CONHOH)]−、
−[CH2−CF(CF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)CONHOCH3)]−
−[CF2−CF(O(CF2)2CONHOCH3)]−
−[CF2−CF(O(CF2)3CONHOH)]−
−[CF2−CF(O(CF2)3CONHOCH3)]−
−[CF2−CF(O(CF2)4CONHOH)]−
−[CF2−CF(O(CF2)4CONHOCH3)]−
−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)2CONHOH)]−
−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)2CONHOCH3)]−
−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)3CONHOH)]−
−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)3CONHOCH3)]−
−[CF2−CF(O(CF2)3O(CF2)2CONHOH)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)3O(CF2)2CONHOCH3)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)2O(CF2)2CONHOH)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)2O(CF2)2CONHOCH3)]−、
−[CH2−CF(CF2OCF(CF3)CONHOH)]−、
−[CH2−CF(CF2OCF(CF3)CONHOCH3)]−、
−[CH2−CF(CF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)CONHOH)]−、
−[CH2−CF(CF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)CONHOCH3)]−
単位(1)において、Z1がOHである場合の具体例としては、以下の単位が挙げられる。
−[CF2−CF(O(CF2)2COOH)]−
−[CF2−CF(O(CF2)3COOH)]−
−[CF2−CF(O(CF2)4COOH)]−
−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)2COOH)]−
−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)3COOH)]−
−[CF2−CF(O(CF2)3O(CF2)2COOH)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)2O(CF2)2COOH)]−、
−[CH2−CF(CF2OCF(CF3)COOH)]−、
−[CH2−CF(CF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COOH)]−
−[CF2−CF(O(CF2)3COOH)]−
−[CF2−CF(O(CF2)4COOH)]−
−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)2COOH)]−
−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)3COOH)]−
−[CF2−CF(O(CF2)3O(CF2)2COOH)]−、
−[CF2−CF(O(CF2)2O(CF2)2COOH)]−、
−[CH2−CF(CF2OCF(CF3)COOH)]−、
−[CH2−CF(CF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COOH)]−
入手容易の点から、単位(1)は、上記した中でも、−[CF2−CF(O(CF2)3CONHNH2)]−、−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)3CONHNH2)]−、−[CF2−CF(O(CF2)3CONHOH)]−、−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)3CONHOHであることが好ましく、−[CF2−CF(O(CF2)3CONHNH2)]−がより好ましい。
含フッ素重合体は、1種の単位(1)を単独で含んでいてもよく、2種以上の単位(1)を含んでもよい。
(単位(2))
単位(2)であるフルオロエチレン単位の具体例としては、テトラフルオロエチレン(CF2=CF2)(TFE)、トリフルオロエチレン(CF2=CHF)(TrFE)、クロロトリフルオロエチレン(CFCl=CF2)、ビニリデンフルオリド(CF2=CH2)等に由来する単位が挙げられる。耐光性に優れる点から、TFE、TrFE、クロロトリフルオロエチレンに由来する単位が好ましい。極性の高い−COZ1基が界面に存在しやすくなることで基材に対する接着性に優れる点からは、TFEに由来する単位が特に好ましい。TFEに由来する単位ほど含フッ素重合体の結晶性が高くなく、光散乱が生じにくく、透明性が高い点からは、TrFE、クロロトリフルオロエチレンに由来する単位が特に好ましい。アルコールに対する溶解性に優れる点からは、TrFEに由来する単位が特に好ましい。
単位(2)であるフルオロエチレン単位の具体例としては、テトラフルオロエチレン(CF2=CF2)(TFE)、トリフルオロエチレン(CF2=CHF)(TrFE)、クロロトリフルオロエチレン(CFCl=CF2)、ビニリデンフルオリド(CF2=CH2)等に由来する単位が挙げられる。耐光性に優れる点から、TFE、TrFE、クロロトリフルオロエチレンに由来する単位が好ましい。極性の高い−COZ1基が界面に存在しやすくなることで基材に対する接着性に優れる点からは、TFEに由来する単位が特に好ましい。TFEに由来する単位ほど含フッ素重合体の結晶性が高くなく、光散乱が生じにくく、透明性が高い点からは、TrFE、クロロトリフルオロエチレンに由来する単位が特に好ましい。アルコールに対する溶解性に優れる点からは、TrFEに由来する単位が特に好ましい。
含フッ素重合体は、1種の単位(2)を単独で含んでいてもよく、2種以上の単位(2)を含んでいてもよい。
(単位(3))
単位(3)は下式(3)で表される単位(ただし、フルオロエチレン由来の単位を除く。)である。
単位(3)は下式(3)で表される単位(ただし、フルオロエチレン由来の単位を除く。)である。
−[CX3X4−CY1Y2]−・・・(3)
(式(3)中、
X3およびX4は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子または塩素原子であり、
Y1は、水素原子、フッ素原子または塩素原子であり、
Y2は、水素原子、フルオロアルキル基、炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のフルオロアルキル基、フルオロアルコキシ基、または炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のフルオロアルコキシ基である。)
(式(3)中、
X3およびX4は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子または塩素原子であり、
Y1は、水素原子、フッ素原子または塩素原子であり、
Y2は、水素原子、フルオロアルキル基、炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のフルオロアルキル基、フルオロアルコキシ基、または炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のフルオロアルコキシ基である。)
Y2における、フルオロアルキル基は、炭素数が1〜15であることが好ましく、1〜6が特に好ましい。熱安定性に優れる点から、ペルフルオロアルキル基であることが好ましく、炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基がより好ましく、−CF3が特に好ましい。Y2における、炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のフルオロアルキル基は、炭素数は2〜15が好ましく、2〜6が特に好ましい。熱安定性に優れる点から、炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のフルオロアルキル基は、炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のペルフルオロアルキル基が好ましく、炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2〜6のペルフルオロアルキル基が特に好ましい。
Y2における、フルオロアルコキシ基は、炭素数が1〜15であることが好ましく、1〜6が特に好ましい。熱安定性に優れる点から、フルオロアルコキシ基は、炭素数1〜6のペルフルオロアルコキシ基であることが好ましく、−OCF3、−OCF2CF3、−O(CF2)2CF3、−O(CF2)3CF3が特に好ましい。Y2における、炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のフルオロアルコキシ基は、炭素数は2〜15が好ましく、2〜6が特に好ましい。熱安定性に優れる点から、炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のフルオロアルコキシ基は、炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のペルフルオロアルコキシ基が好ましく、炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2〜6のペルフルオロアルコキシ基が特に好ましい。
単位(3)の具体例としては、下記単位が挙げられる。
−[CH2−CH2]−、−[CF2−CF(CF3)]−、−[CH2−CF(CF3)]−、−[CF2−CF(OCF3)]−、−[CF2−CF(OCF2CF3)]−、−[CF2−CF(O(CF2)2CF3)]−、−[CF2−CF(O(CF2)3CF3)]−、−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)2CF3)]−。
−[CH2−CH2]−、−[CF2−CF(CF3)]−、−[CH2−CF(CF3)]−、−[CF2−CF(OCF3)]−、−[CF2−CF(OCF2CF3)]−、−[CF2−CF(O(CF2)2CF3)]−、−[CF2−CF(O(CF2)3CF3)]−、−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)2CF3)]−。
含フッ素重合体のガラス転移温度が低下して流動性が優れ、成形性に優れる点、および含フッ素重合体を、加熱により硬化させる際に、運動性が高く分子間の架橋反応が進行しやすい点から、単位(3)は、−[CH2−CH2]−、−[CF2−CF(CF3)]−、−[CF2−CF(OCF3)]−、−[CF2−CF(O(CF2)2CF3)]−または−[CF2−CF(OCF2CF(CF3)O(CF2)2CF3)]−であることが好ましい。
含フッ素重合体は、1種の単位(3)を単独で含んでいてもよく、2種以上の単位(3)を含んでいてもよい。
(単位(4))
単位(1)を含有する含フッ素重合体は、本発明の効果を損なわない限り、単位(1)、および任意に含有されるフルオロエチレン由来の単位(単位(2))と単位(3)以外にも、例えば、その他の単位(単位(4))を含んでもよい。単位(4)としては、例えば、単位(1)の原料となる単量体(後述する単量体(1a))に由来する単位などであり、具体的には、単位(1)においてZ1がOR9である基(R9はアルキル基である。)等である。含フッ素重合体は、単位(4)を含む場合、1種の単位(4)を単独で含んでいてもよく、2種以上の単位(4)を含んでいてもよい。
単位(1)を含有する含フッ素重合体は、本発明の効果を損なわない限り、単位(1)、および任意に含有されるフルオロエチレン由来の単位(単位(2))と単位(3)以外にも、例えば、その他の単位(単位(4))を含んでもよい。単位(4)としては、例えば、単位(1)の原料となる単量体(後述する単量体(1a))に由来する単位などであり、具体的には、単位(1)においてZ1がOR9である基(R9はアルキル基である。)等である。含フッ素重合体は、単位(4)を含む場合、1種の単位(4)を単独で含んでいてもよく、2種以上の単位(4)を含んでいてもよい。
(好ましい含フッ素重合体の態様)
本実施形態で使用される含フッ素重合体は、単位(1)、単位(2)および単位(3)を含むことが好ましく、これらの単位を含フッ素重合体に含まれるすべての単位に対して合計で90mol%以上含むことがより好ましい。含フッ素重合体は、単位(1)および任意に含有される単位(2)と単位(3)のみを含んで構成されることがさらに好ましい。
本実施形態で使用される含フッ素重合体は、単位(1)、単位(2)および単位(3)を含むことが好ましく、これらの単位を含フッ素重合体に含まれるすべての単位に対して合計で90mol%以上含むことがより好ましい。含フッ素重合体は、単位(1)および任意に含有される単位(2)と単位(3)のみを含んで構成されることがさらに好ましい。
本実施形態で使用される含フッ素重合体中の−COZ1で表される基の割合は、含フッ素重合体の質量に対して、0.1〜4mmol/gが好ましく、0.1〜2mmol/gがより好ましく、0.2〜1mmol/gがさらに好ましい。また、含フッ素重合体が有するすべての単位に対する単位(1)のmol分率では3〜100mol%が好ましく、3〜50mol%がより好ましく、6〜25mol%がさらに好ましい。前記範囲の下限値以上であれば、耐熱性や機械的強度に優れ、また硬化性組成物に含有されるポリフルオロアルキレンエーテルとの相溶性が良い。前記範囲の上限値以下であれば、本発明の硬化性組成物を加熱により硬化する際に、式(12)の脱水反応に伴う泡の発生と発生した泡が硬化物中に残存することが抑えられる。
本実施形態で使用される含フッ素重合体が単位(2)を含む場合、含フッ素重合体中の単位(2)の割合は、1〜90mol%が好ましく、10〜70mol%がより好ましく、20〜60mol%がさらに好ましい。前記範囲の下限値以上であれば、耐熱性や機械的強度に優れ、上限値以下であれば流動性、透明性に優れる。
本実施形態で使用される含フッ素重合体が単位(3)を含む場合、含フッ素重合体中の単位(3)の割合は、含フッ素重合体の質量に対して、1mol%〜90mol%が好ましく、10mol%〜80mol%がより好ましく、20mol%〜70mol%がさらに好ましい。前記範囲の下限値以上であれば、流動性、透明性に優れ、上限値以下であれば耐熱性や機械的強度に優れる。
(含フッ素重合体の分子量)
本発明の単位(1)を含有する含フッ素重合体の質量平均分子量は、3,000〜100,000が好ましい。5,000〜20,000がさらに好ましく、5,000〜10,000が特に好ましい。
本発明の単位(1)を含有する含フッ素重合体の質量平均分子量は、3,000〜100,000が好ましい。5,000〜20,000がさらに好ましく、5,000〜10,000が特に好ましい。
注型等で硬化性組成物を成形する場合には、単位(1)を含有する含フッ素重合体の質量平均分子量は3,000〜20,000が好ましく、5,000〜10,000が特に好ましい。該含フッ素重合体の質量平均分子量がこの範囲の下限値以上であれば架橋硬化物の機械的強度や耐熱性に優れる傾向があり、この範囲の上限値以下であれば成形時に流動性が確保される傾向がある。特に、SMDタイプ(カップ状リフレクタ付きのLEDモジュール)の封止の際には、流動性が重要となる。質量平均分子量が高すぎるとSMDタイプLEDをモールドする際の溶融温度が高くなり、硬化反応速度が高まるため、溶融流動性が継時的に高まり、脱泡が困難になる。
質量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により、PMMA(ポリメチルメタクリレート)換算分子量として求めることができる。
<ポリフルオロアルキレンエーテル>
本発明の硬化性組成物に含有されるポリフルオロアルキレンエーテルは、下記式(F1)で表される単位(単位(F1))を含む。ポリフルオロアルキレンエーテルは、主鎖がフルオロアルキレンエーテル基からなる。
本発明の硬化性組成物に含有されるポリフルオロアルキレンエーテルは、下記式(F1)で表される単位(単位(F1))を含む。ポリフルオロアルキレンエーテルは、主鎖がフルオロアルキレンエーテル基からなる。
−(Rf2O)k−Rf3COZ2 ・・・(F1)
(式(F1)中、Rf2は、炭素数が1〜4のペルフルオロアルキレン基である。kは1〜200の整数を示す。Rf3は、フルオロアルキレン基、または炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のフルオロアルキレン基である。Z2はNR5NR6H、NR7OR8またはOHであり、R5、R6、R7およびR8は、それぞれ独立に、水素原子またはアルキル基である。)
(式(F1)中、Rf2は、炭素数が1〜4のペルフルオロアルキレン基である。kは1〜200の整数を示す。Rf3は、フルオロアルキレン基、または炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のフルオロアルキレン基である。Z2はNR5NR6H、NR7OR8またはOHであり、R5、R6、R7およびR8は、それぞれ独立に、水素原子またはアルキル基である。)
単位(F1)において、Rf2が、炭素数1〜4のペルフルオロアルキレン基であるとは、具体的には、−(Rf2O)k−が、−(CaF2aO)k−(aは、1〜4の整数であり、kは、1〜200の整数であり、各−CaF2aO−単位は、同一でも異なってもよい)であることを意味する。
−CaF2aO−単位は、直鎖状でも分岐鎖状でもよく、例えば、−CF2CF2CF2CF2O−、−CF2CF2CF2O−、−CF(CF3)CF2O−、−CF2CF2O−、−CF2O−が挙げられる。kは、所望の分子量に応じて、適宜、調整することができる。kの好ましい範囲は、2〜100である。
Rf2は、複数の単位の組み合わせでもよく、その場合、各単位は、ブロック、交互、ランダムのいずれで存在してもよい。
−(Rf2O)k−は、具体的には、−(CF2CF2CF2CF2O)k1−(CF2CF2CF2O)k2−(CF(CF3)CF2O)k3−(CF2CF2O)k4−(CF2O)k5−(ここで、k1、k2、k3、k4およびk5は、それぞれ独立して、0以上の整数であり、k1、k2、k3、k4およびk5の合計は1〜200であり、各繰り返し単位は、ブロック、交互、ランダムのいずれで存在してもよい。)が挙げられる。
Rf2としては、{(CF2O)k11(CF2CF2O)k12}、(CF2CF2O)k13、(CF2CF2CF2O)k14が好ましく、より好ましくは{(CF2O)k11(CF2CF2O)k12}、(CF2CF2O)k13である。ただし、k11は1以上の整数であり、k12は1以上の整数であり、k11+k12は2〜200の整数であり、k11個のCF2Oおよびk12個のCF2CF2Oの結合順序は限定されない。k13およびk14は、1〜200の整数である。
Rf3は、式(1)におけるRf1と同様の基であり、例示も好ましい範囲も同様である。
Z2は、NR5NR6H、NR7OR8またはOHであり、かつ、含フッ素重合体が有する−COZ1と架橋反応し得る基である。例えばZ1がNR1NR2Hである場合には、Z2はNR5NR6H、NR7OR8またはOHであり、OHが好ましい。Z1がNR3OR4である場合には、Z2はNR5NR6H、NR7OR8またはOHであり、OHが好ましい。Z1がOHである場合には、Z2はNR5NR6HまたはNR3ORであり、NR5NR6Hが好ましい。
ポリフルオロアルキレンエーテルの製造が簡便で、硬化性組成物における硬化反応が均一性に優れる等の点から、ポリフルオロアルキレンエーテルが2つ以上有する単位(F1)は、単一の単位が好ましい。また、互いに反応する2種の単位の組み合わせも好ましい。すなわち、ポリフルオロアルキレンエーテルにおける単位(F1)は、Z2がNR5NR6Hである単位またはZ2がOHである単位のいずれか1種からなるか、Z2がNR5NR6Hである単位とZ2がOHである単位の2種の組み合わせからなることが好ましい。
ポリフルオロアルキレンエーテルは、単位(F1)を2つ以上有する限り、単位(F1)を1種単独で含んでもよく、2種以上含んでもよい。被覆層と基材との接着性がより優れる点から、ポリフルオロアルキレンエーテルとしては、Z2がOHである単位(F1)を含む、ポリフルオロアルキレンエーテルが好ましい。
単位(F1)として具体的には以下の単位が挙げられる。
−(CF2O)k11(CF2CF2O)k12−CF2−COZ21、
−(CF2O)k11(CF2CF2O)k12−(CF2)2−COZ21、
−(CF2O)k11(CF2CF2O)k12−(CF2)3−COZ21、
−(CF2CF2O)k13−CF2−COZ21 、
−(CF2CF2O)k13−(CF2)2−COZ21、
−(CF2CF2CF2O)k14−(CF2)2−COZ21、
−(CF2CF2CF2O)k14−(CF2)3−COZ21、
−(CF2O)k15(CF2CF(CF3)O)k16−CF2−COZ21、
上記式中、Z21は、−NHNH2、−N(CH3)NHCH3または、−OHである。k11、k12、k14は、上記と同様である。
−(CF2O)k11(CF2CF2O)k12−CF2−COZ21、
−(CF2O)k11(CF2CF2O)k12−(CF2)2−COZ21、
−(CF2O)k11(CF2CF2O)k12−(CF2)3−COZ21、
−(CF2CF2O)k13−CF2−COZ21 、
−(CF2CF2O)k13−(CF2)2−COZ21、
−(CF2CF2CF2O)k14−(CF2)2−COZ21、
−(CF2CF2CF2O)k14−(CF2)3−COZ21、
−(CF2O)k15(CF2CF(CF3)O)k16−CF2−COZ21、
上記式中、Z21は、−NHNH2、−N(CH3)NHCH3または、−OHである。k11、k12、k14は、上記と同様である。
上記−(CF2O)k11(CF2CF2O)k12において、k11が1〜50であり、k12が3〜149であり、k11+k12が5〜150が好ましく、k11が1〜10であり、k12が10〜99であり、k11+k12が15〜100がより好ましい。−(CF2CF2O)k13において、k13は5〜150が好ましく、15〜100がより好ましい。−(CF2CF2CF2O)k14において、k14は5〜150が好ましく、15〜100がより好ましい。−(CF2O)k15(CF2CF(CF3)O)k16において、k11が1〜50であり、k12が3〜149であり、k11+k12が5〜150が好ましく、k11が1〜10であり、k12が10〜99であり、k11+k12が15〜100がより好ましい。
ポリフルオロアルキレンエーテルとしては、例えば、下記式(A2a)で示すポリフルオロアルキレンエーテル(A2a)が挙げられる。
(F1−)nY3(−F2)m …(A2a)
F1:式(F1)で示される基である。nは2以上の整数である。
Y3:(n+m)価のペルフルオロ化飽和炭化水素基、炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する(n+m)価のペルフルオロ化飽和炭化水素基、(n+m)価の炭素骨格、または炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する(n+m)価の炭素骨格を示し、該基中には−OCF2O−構造は存在しない。n+mは、3〜20の整数である。
F2:ポリフルオロアルキレンエーテルの主鎖を構成する基であり、下記式(F2)で示される基である。mは0以上の整数である。
F1:式(F1)で示される基である。nは2以上の整数である。
Y3:(n+m)価のペルフルオロ化飽和炭化水素基、炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する(n+m)価のペルフルオロ化飽和炭化水素基、(n+m)価の炭素骨格、または炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する(n+m)価の炭素骨格を示し、該基中には−OCF2O−構造は存在しない。n+mは、3〜20の整数である。
F2:ポリフルオロアルキレンエーテルの主鎖を構成する基であり、下記式(F2)で示される基である。mは0以上の整数である。
Rf4−(CF2CF2CF2CF2O)k1−(CF2CF2CF2O)k2−(CF(CF3)CF2O)k3− …(F2)
式(F2)中、k1、k2、k3は、上記と同様である。Rf4は、炭素数1〜20のペルフルオロアルキル基、炭素数1〜20のペルフルオロアルコキシ基、炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2〜20のペルフルオロアルキル基(ただし、該基中には−OCF2O−構造は存在しない。)、または炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2〜20のペルフルオロアルコキシ基(ただし、該基中には−OCF2O−構造は存在しない。)である。
Y3の炭素数は1〜50が好ましく、1〜20がより好ましく、1〜5がさらに好ましい。Y3として、例えば、以下の(a)〜(g)で示される基が挙げられる。Y3の価数は、(n+m)価で示され、3〜20の整数である。(n+m)の値は、3〜6が好ましい。
式(F2)において、Rf4としては、直鎖構造、分岐構造、環構造、または部分的に環構造を有する構造が挙げられ、直鎖構造または分岐構造が好ましく、直鎖構造が特に好ましい。Rf4としては、ペルフルオロアルキル基またはペルフルオロアルコキシ基が好ましく、ペルフルオロアルコキシ基がより好ましい。Rf4の炭素数は1〜10がより好ましく、1〜6が特に好ましい。具体的にはトリフルオロメトキシ基、ヘプタフルオロプロピロキシ基、トリデカフルオロヘキシロキシ基等が挙げられる。ポリフルオロアルキレンエーテル(A2a)が基(F2)を有することで、硬化時の発泡の抑制、得られる硬化物の架橋密度の調整等が可能である。化合物(A2a)におけるn+mに対するmの割合は、0〜0.5が好ましい。
ポリフルオロアルキレンエーテル(A2a)において、単位(F1)の数を示すnは2以上であれば特に制限されない。Y3の有する結合手の全てに単位(F1)が結合してもよい。例えば、Y3が基(a)である場合、単位(F1)の数は2でも、3でも、4でもよい。ポリフルオロアルキレンエーテル(A2a)は、Y3が分岐状の脂肪族飽和炭化水素基であり、単位(F1)の数nが2〜10である化合物が、架橋効率に優れる点から好ましい。
単位(F1)を含むポリフルオロアルキレンエーテルの分子量は1,000〜50,000が好ましく、3,000〜10,000がさらに好ましい。ポリフルオロアルキレンエーテルの質量平均分子量がこの範囲の下限値以上であれば、加熱硬化時に揮発して硬化物の発泡が生じることを防げる傾向がある。この範囲の上限値以下であれば単位(1)を含有する含フッ素重合体との相溶性が保たれて硬化物が透明に成り易い傾向がある。
単位(F1)を含むポリフルオロアルキレンエーテルの25℃で測定される粘度は、10mPa・s〜10,000mPa・sであることが好ましく、100mPa・s〜1,000mPa・sであることがより好ましい。ポリフルオロアルキレンエーテルの粘度が上記範囲であると、硬化性組成物の溶融流動性および加熱硬化性をより向上できる。
(含フッ素重合体とポリフルオロアルキレンエーテルの組み合わせ)
本発明の硬化性組成物において、含フッ素重合体とポリフルオロアルキレンエーテルの好ましい組み合わせとしては、上記したとおり、単位(1)におけるZ1がNR1NR2Hである含フッ素重合体と、単位(F1)におけるZ2がNR5NR6Hであるポリフルオロアルキレンエーテルの組み合わせ、単位(1)におけるZ1がNR3OR4である含フッ素重合体と、単位(F1)におけるZ2がNR7OR8であるポリフルオロアルキレンエーテルの組み合わせ、単位(1)におけるZ1がNR1NR2Hである含フッ素重合体と、単位(F1)におけるZ2がOHであるポリフルオロアルキレンエーテルの組み合わせが挙げられる。これらの組み合わせでは、溶融流動性および加熱硬化性を向上させ易い。とくに架橋反応性の高さから、単位(1)におけるZ1がNR1NR2Hである含フッ素重合体と、単位(F1)におけるZ2がOHであるポリフルオロアルキレンエーテルの組み合わせが好ましい。
本発明の硬化性組成物において、含フッ素重合体とポリフルオロアルキレンエーテルの好ましい組み合わせとしては、上記したとおり、単位(1)におけるZ1がNR1NR2Hである含フッ素重合体と、単位(F1)におけるZ2がNR5NR6Hであるポリフルオロアルキレンエーテルの組み合わせ、単位(1)におけるZ1がNR3OR4である含フッ素重合体と、単位(F1)におけるZ2がNR7OR8であるポリフルオロアルキレンエーテルの組み合わせ、単位(1)におけるZ1がNR1NR2Hである含フッ素重合体と、単位(F1)におけるZ2がOHであるポリフルオロアルキレンエーテルの組み合わせが挙げられる。これらの組み合わせでは、溶融流動性および加熱硬化性を向上させ易い。とくに架橋反応性の高さから、単位(1)におけるZ1がNR1NR2Hである含フッ素重合体と、単位(F1)におけるZ2がOHであるポリフルオロアルキレンエーテルの組み合わせが好ましい。
[含フッ素重合体の製造方法]
含フッ素重合体は、下記式(1a)で表される単位を含む含フッ素重合体前駆体が有する−COOR10を、以下に説明するように、−CONR1NR2H、−CONR3OR4または−COOHに変性して得られる。−COOR10を−CONR1NR2Hに変性する場合には、含フッ素重合体前駆体を下記式(5)で表されるヒドラジン化合物(以下、「ヒドラジン化合物」とも記す。)と反応させる。−COOR10を−CONR3OR4に変性する場合には、含フッ素重合体前駆体を下式(6)で表されるヒドロキシルアミン化合物(以下、「ヒドロキシルアミン化合物」とも記す。)と反応させる。−COOR10を−COOHに変性する場合には、含フッ素重合体前駆体の有する−COOR10を加水分解反応させる。
含フッ素重合体は、下記式(1a)で表される単位を含む含フッ素重合体前駆体が有する−COOR10を、以下に説明するように、−CONR1NR2H、−CONR3OR4または−COOHに変性して得られる。−COOR10を−CONR1NR2Hに変性する場合には、含フッ素重合体前駆体を下記式(5)で表されるヒドラジン化合物(以下、「ヒドラジン化合物」とも記す。)と反応させる。−COOR10を−CONR3OR4に変性する場合には、含フッ素重合体前駆体を下式(6)で表されるヒドロキシルアミン化合物(以下、「ヒドロキシルアミン化合物」とも記す。)と反応させる。−COOR10を−COOHに変性する場合には、含フッ素重合体前駆体の有する−COOR10を加水分解反応させる。
HR1N−NR2H (5)
NHR3OR4 (6)
NHR3OR4 (6)
式(1a)中、R10はアルキル基であり、Rf1は、式(1)で定義されたとおりであり、例示も好ましい範囲も同様であり、式(5)中、R1およびR2は、式(1)で定義されたとおりであり、例示も好ましい範囲も同様である。式(6)中、R3およびR4は、式(1)で定義されたとおりであり、例示も好ましい範囲も同様である。
(式(1a)で表される単位を含む含フッ素重合体前駆体)
本発明の単位(1a)を含む含フッ素重合体前駆体は、前記した単位を形成する単量体を公知の方法(例えば国際公開第2015/098773号に記載の方法)で重合させることにより得られる。単位(1a)を含む含フッ素重合体前駆体は単位(1a)以外にも、単位(2)、単位(3)、単位(4)を含んでもよい。
本発明の単位(1a)を含む含フッ素重合体前駆体は、前記した単位を形成する単量体を公知の方法(例えば国際公開第2015/098773号に記載の方法)で重合させることにより得られる。単位(1a)を含む含フッ素重合体前駆体は単位(1a)以外にも、単位(2)、単位(3)、単位(4)を含んでもよい。
さらに単位(2)を含む含フッ素重合体前駆体は、単位(2)を形成する単量体として、テトラフルオロエチレン(CF2=CF2)(TFE)、トリフルオロエチレン(CF2=CHF)(TrFE)、クロロトリフルオロエチレン(CFCl=CF2)、ビニリデンフルオリド(CF2=CH2)等を上記単位(1a)と共重合することで製造することができる。また、単位(3)を含む含フッ素重合体前駆体は、単位(3)を形成する単量体として、下記化合物(31)を上記単位(1a)と共重合することで製造することができる。
CX3X4=CY1Y2・・・(31)
(式(31)中、X3、X4、Y1およびY2は、式(3)で定義されたとおりであり、例示も好ましい範囲も同様である。)
(式(31)中、X3、X4、Y1およびY2は、式(3)で定義されたとおりであり、例示も好ましい範囲も同様である。)
(式(5)で表されるヒドラジン化合物)
ヒドラジン化合物として、ヒドラジン、ヒドラジン・1水和物、メチルヒドラジン、1,2−ジメチルヒドラジンが挙げられる。ヒドラジン化合物は、水溶液の形態、塩の形態で、単位(1a)を含む含フッ素重合体との反応に供されてもよい。ヒドラジン化合物は、市販品を用いることができる。
ヒドラジン化合物として、ヒドラジン、ヒドラジン・1水和物、メチルヒドラジン、1,2−ジメチルヒドラジンが挙げられる。ヒドラジン化合物は、水溶液の形態、塩の形態で、単位(1a)を含む含フッ素重合体との反応に供されてもよい。ヒドラジン化合物は、市販品を用いることができる。
(式(6)で表されるヒドロキシルアミン化合物)
ヒドロキシルアミン化合物として、ヒドロキシルアミン、N−メチルヒドロキシルアミン、N,O−ジメチルヒドロキシルアミン、イソプロピルヒドロキシルアミンが挙げられる。ヒドロキシルアミン化合物は、水溶液の形態、塩の形態で、単位(1a)を含む含フッ素重合体との反応に供されてもよいが、安全性の点から水溶液の形態が好ましい。ヒドロキシルアミン化合物は、市販品を用いることができる。
ヒドロキシルアミン化合物として、ヒドロキシルアミン、N−メチルヒドロキシルアミン、N,O−ジメチルヒドロキシルアミン、イソプロピルヒドロキシルアミンが挙げられる。ヒドロキシルアミン化合物は、水溶液の形態、塩の形態で、単位(1a)を含む含フッ素重合体との反応に供されてもよいが、安全性の点から水溶液の形態が好ましい。ヒドロキシルアミン化合物は、市販品を用いることができる。
(反応条件)
上記COOR10をCOOHに変性する反応は、例えば、NaOH等のアルカリの存在下、室温〜100℃の温度で加水分解させてから、塩酸等で酸性に変えることにより行うことができる。COOR10をCOOHに変性する反応の完結は、赤外吸収スペクトル(IR)で確認できる。
上記COOR10をCOOHに変性する反応は、例えば、NaOH等のアルカリの存在下、室温〜100℃の温度で加水分解させてから、塩酸等で酸性に変えることにより行うことができる。COOR10をCOOHに変性する反応の完結は、赤外吸収スペクトル(IR)で確認できる。
COOR10を−NR1NR2Hまたは−NR3OR4に変性する反応に用いるヒドラジン化合物またはヒドロキシルアミン化合物の量は、単位(1a)を含む含フッ素重合体の−COOR10で表される基1モルに対して、例えば1〜20モルの範囲である。ヒドラジン化合物およびヒドロキシルアミン化合物の両者を用いる場合には、これらの合計量で上記範囲となればよい。
反応は、例えば後述する溶媒に、含フッ素重合体前駆体を溶解させ、0〜30℃で、ここに、ヒドラジン化合物またはヒドロキシアミン化合物を添加することによって行う。添加後、30〜100℃に加熱して、1分〜10時間反応させることによって、目的の含フッ素重合体を得ることができる。
単位(1a)を有する含フッ素重合体前駆体と、ヒドラジン化合物またはヒドロキシアミン化合物との反応によりCOOR10を−NR1NR2Hまたは−NR3OR4に変性する反応の完結は、−COOR10基の赤外(IR)吸収が消失することで確認できる。
単位(1)中のCOZ1として、2種以上の異なるCOZ1を含む含フッ素重合体を製造する場合、上記ヒドラジン化合物との反応、ヒドロキシルアミン化合物との反応またはCOOR10の加水分解反応をそれぞれ別々に順に行ってもよいし、2種以上の反応を同時に行ってもよい。2種以上の反応を同時に行う場合、反応系に所定量のヒドラジン化合物、ヒドロキシルアミン化合物等を共存させればよい。
含フッ素重合体前駆体と、ヒドラジン化合物またはヒドロキシアミン化合物との反応は、溶媒の存在下で行うことができる。溶媒は、少なくとも単位(1a)を含む含フッ素重合体前駆体が溶解する含フッ素溶媒を用いることが好ましい。さらに、ヒドラジン化合物を溶解しにくい含フッ素溶媒を用いる場合、ヒドラジン化合物を分散させるためにアルコールを添加してもよい。
含フッ素溶媒は、フッ素および炭素を含み、場合により塩素、酸素および水素を含む溶媒であり、フッ素化アルカン、フッ素化芳香族化合物、フルオロアルキルエーテル、フッ素化アルキルアミン、フルオロアルコール等が挙げられる。
フッ素化アルカンとしては、炭素数4〜8の化合物が好ましい。市販品としては、例えば、CF3CH2CF2H(HFC−245fa)、CF3CH2CF2CH3(HFC−365mfc)、ペルフルオロヘキサン、1H−ペルフルオロヘキサン、ペルフルオロオクタン、C6F13H(旭硝子社製、アサヒクリン(登録商標)AC−2000)、C6F13C2H5(旭硝子社製、アサヒクリン(登録商標)AC−6000)、C2F5CHFCHFCF3(ケマーズ社製、バートレル(登録商標)XF)等が挙げられる。
フッ素化芳香族化合物としては、例えばヘキサフルオロベンゼン、トリフルオロメチルベンゼン、ペルフルオロトルエン、ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン等が挙げられる。
フルオロアルキルエーテルとしては、炭素数4〜12の化合物が好ましい。市販品としては、例えば、CF3CH2OCF2CF2H(旭硝子社製、アサヒクリン(登録商標)AE−3000)、C4F9OCH3(3M社製、ノベック(登録商標)7100)、C4F9OC2H5(3M社製、ノベック(登録商標)7200)、C2F5CF(OCH3)C3F7(3M社製、ノベック(登録商標)7300)等が挙げられる。
フッ素化アルキルアミンとしては、例えば、ペルフルオロトリプロピルアミン、ペルフルオロトリブチルアミン等が挙げられる。
フルオロアルコールとしては、例えば2,2,3,3−テトラフルオロプロパノール、2,2,2−トリフルオロエタノール、ヘキサフルオロイソプロパノール等が挙げられる。
その他、ジクロロペンタフルオロプロパン(HCFC−225)、ペルフルオロ(2−ブチルテトラヒドロフラン)等が挙げられる。ジクロロペンタフルオロプロパンは、市販品としてAK−225cb(旭硝子社製)が挙げられる。
[ポリフルオロアルキレンエーテルの製造方法]
単位(F1)を含有するポリフルオロアルキレンエーテルは公知の方法で製造できる。また、市販のものとしてソルベイ社製、Fomblin DIAC(商品名)を用いることができる。
単位(F1)を含有するポリフルオロアルキレンエーテルは公知の方法で製造できる。また、市販のものとしてソルベイ社製、Fomblin DIAC(商品名)を用いることができる。
単位(F1)を含有するポリフルオロアルキレンエーテルの製造方法として例えば次の方法が挙げられる。Z2がNR5NR6Hである単位を含むポリフルオロアルキレンエーテルとして、公知の方法(例えば、特許第5028801号に記載の方法)で、Y3[(Rf2O)k−Rf3COF]nを合成し、−COF基をエステル化して下記式(F10)で表わされる単位を有する化合物を得た後、上記ヒドラジン化合物を反応させ、−COOR10基の一部または全部をNR5NR6Hに変性する方法により製造できる。
−(Rf2O)k−Rf3COOR11…(F10)
上記式(F10)中、Rf2、Rf3およびkは式(F1)で定義されたとおりであり、例示も好ましい範囲も同様である。R11はアルキル基である。
上記式(F10)中、Rf2、Rf3およびkは式(F1)で定義されたとおりであり、例示も好ましい範囲も同様である。R11はアルキル基である。
具体的には、上記において単位(1a)を含む含フッ素重合体前駆体の単位(1a)の一部または全部をヒドラジン化合物により変性させ、単位(1)とする方法と同様の方法により、単位(F10)の一部または全部においてZ2がNR5NR6Hであるポリフルオロアルキレンエーテルを製造できる。ただし、ポリフルオロアルキレンエーテルの製造においては、反応温度は、10〜100℃の範囲が好ましい。
また、例えば、公知の方法(例えば、特許第5028801号に記載の方法)で、Y3[(Rf2O)k−Rf3COF]nを合成し、−COF基を加水分解してZ2がOHであるポリフルオロアルキレンエーテルを製造できる。加水分解の反応温度は、10〜100℃の範囲が好ましい。
[硬化性組成物]
本発明の硬化性組成物は、単位(1)を含有する含フッ素重合体と単位(F1)を含有するポリフルオロアルキレンエーテルとを溶媒を使用せずに、混合し、加熱することにより製造できる。
本発明の硬化性組成物は、単位(1)を含有する含フッ素重合体と単位(F1)を含有するポリフルオロアルキレンエーテルとを溶媒を使用せずに、混合し、加熱することにより製造できる。
また、硬化性組成物における、式(1)で表される単位と式(F1)で表される単位のモル比(式(1)で表される単位/式(F1)で表される単位)は、加熱硬化性を向上させる点で、0.1〜10であることが好ましく、0.5〜1.5であることが好ましい。上記上限値以下であれば、ポリフルオロアルキレンエーテルによる溶融流動性の向上効果が得やすく、また、硬化物の硬度や強度なども低下しにくい。なお、当該モル比は、硬化性組成物に含有させた(含フッ素重合体中の式(1)で表される単位の含量mmol/g×含フッ素重合体の量g)/(ポリフルオロアルキレンエーテル中の式(F1)で表される単位の含量mmol/g×ポリフルオロアルキレンエーテルの量)によって、計算することができる。
また、溶融流動性を向上させる点で、硬化性組成物中のポリフルオロアルキレンエーテルの含有量は1〜80質量%であることが好ましく、10〜50質量%であることがより好ましい。硬化性組成物中の含フッ素重合体の含有量は、20〜99質量%であることが好ましく、50〜90質量%であることがより好ましい。
含フッ素重合体とポリフルオロアルキレンエーテルを混合した後の加熱温度は80〜150℃が好ましく、100〜120℃がさらに好ましい。また、含フッ素重合体を上記の含フッ素溶媒に溶解したのちポリフルオロアルキレンエーテルを添加して均一に混合してから加熱して、脱溶媒することでも製造できる。
本発明の硬化性組成物には、必要に応じて硬化触媒を添加して反応を促進させることもできる。硬化触媒としては、B(OMe)3やBH3・Bu3N、BF3・Et2Oのようなルイス酸やカルボジイミド類、芳香族ボロン酸、芳香族ボロキシン、芳香族ボラジンなどが挙げられる。とくに含フッ素芳香族ボロキシンは含フッ素重合体中に分散しやすさの点で好ましい。
硬化性組成物に添加される硬化触媒以外の成分としては、無機粒子、シランカップリング剤等が挙げられ、これらの成分は得られる硬化物の透明性に著しい影響を与えない範囲で添加することができる。
無機粒子としては、シリカ、チタニア、ジルコニア、アルミナ等の金属酸化物や各種蛍光体粒子が好ましい。無機粒子の直径は、1nm〜10μmが好ましく、光散乱を抑えて組成物の透明性を確保する点から1nm〜1μmが特に好ましい。無機粒子の含有量は、得られる硬化性組成物から形成される硬化物の屈折率が高まる点から、硬化性組成物の100質量部に対して20〜200質量部が好ましく、50〜100質量部が特に好ましい。無機粒子の含有量が前記範囲の下限値以上であれば、屈折率がより高い。前記範囲の上限値以下であれば、成形性に優れる。
[硬化性組成物の硬化物の製造方法]
本発明の硬化性組成物の硬化物は、硬化性組成物を加熱することにより得られる。硬化性組成物を加熱することで、含フッ素重合体の有する−COZ1とポリフルオロアルキレンエーテルが有する2個以上の−COZ2が架橋反応して硬化物が生成する。加熱温度としては、100〜250℃が好ましく、120〜200℃がより好ましい。加熱時間は温度に依存するが、1分〜10時間が好ましく、1〜5時間がより好ましく、2〜4時間がさらに好ましい。
本発明の硬化性組成物の硬化物は、硬化性組成物を加熱することにより得られる。硬化性組成物を加熱することで、含フッ素重合体の有する−COZ1とポリフルオロアルキレンエーテルが有する2個以上の−COZ2が架橋反応して硬化物が生成する。加熱温度としては、100〜250℃が好ましく、120〜200℃がより好ましい。加熱時間は温度に依存するが、1分〜10時間が好ましく、1〜5時間がより好ましく、2〜4時間がさらに好ましい。
[成形体の製造方法]
本発明の硬化性組成物の硬化物からなる成形体は、硬化性組成物を所望の形状に成形した後に加熱硬化させて製造できる。発光素子(LED)を封止する場合は溶媒を使用せず、硬化性組成物のみを加熱式ディスペンサー等により、LED上にディスペンスした後、加熱硬化させることができる。薄膜状の成形体や基材と一体化した薄膜状成形体を製造する際には、硬化が始まる温度以下で加熱溶融させながら、基材上に塗布した後に加熱硬化させる方法がある。硬化性組成物のみで成形体を製造する方法としては、硬化性組成物を加熱することにより流動させて、型に流し込み加熱して所定の形状とする方法、硬化性組成物を型の表面にキャストし加熱してシート状やフィルム状の成形体とする方法、押出成形、トランスファー成形等により硬化性組成物を所定の形状に成形する方法、成形されたシートやフィルムを所定の形状に切断する、折り曲げる等の二次加工する方法が挙げられる。
本発明の硬化性組成物の硬化物からなる成形体は、硬化性組成物を所望の形状に成形した後に加熱硬化させて製造できる。発光素子(LED)を封止する場合は溶媒を使用せず、硬化性組成物のみを加熱式ディスペンサー等により、LED上にディスペンスした後、加熱硬化させることができる。薄膜状の成形体や基材と一体化した薄膜状成形体を製造する際には、硬化が始まる温度以下で加熱溶融させながら、基材上に塗布した後に加熱硬化させる方法がある。硬化性組成物のみで成形体を製造する方法としては、硬化性組成物を加熱することにより流動させて、型に流し込み加熱して所定の形状とする方法、硬化性組成物を型の表面にキャストし加熱してシート状やフィルム状の成形体とする方法、押出成形、トランスファー成形等により硬化性組成物を所定の形状に成形する方法、成形されたシートやフィルムを所定の形状に切断する、折り曲げる等の二次加工する方法が挙げられる。
また、本発明の硬化性組成物は溶媒を使用せずに加熱流動性が良好であるので、これのみでも上記した用途や方法に適用できるが、必要に応じて溶媒を用いてもよい。この場合、硬化性組成物および溶媒を含むコーティング組成物を使用して、所望の粘度に調整したうえで、上記同様に使用することができる。
コーティング組成物を基材上に塗布する方法としては、スピンコート法、ワイプコート法、スプレーコート法、スキージーコート法、ディップコート法、ダイコート法、インクジェット法、フローコート法、ロールコート法、キャスト法、ラングミュア・ブロジェット法、グラビアコート法等が挙げられる。
[硬化性組成物の硬化物]
本発明の硬化性組成物の硬化物は、発泡がなく、400nm以上の可視光の透過性が高くかつ光劣化が無いため高出力LEDの封止材やレンズとして有用である。また、波長300〜400nmにおいて本質的に吸収がない分子構造のため、発光波長365、380、405nmの紫外LEDの透光封止材やレンズとしても有用である。
本発明の硬化性組成物の硬化物は、発泡がなく、400nm以上の可視光の透過性が高くかつ光劣化が無いため高出力LEDの封止材やレンズとして有用である。また、波長300〜400nmにおいて本質的に吸収がない分子構造のため、発光波長365、380、405nmの紫外LEDの透光封止材やレンズとしても有用である。
以下、実施例および比較例を示して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は以下の記載によっては限定されない。例1−1〜1−3、例2−1および例2−2が実施例、例1−4、例2−3および例3が比較例である。各例の評価は、以下に記載の方法にしたがった。
[評価方法]
<質量平均分子量>
含フッ素重合体の質量平均分子量はCF2ClCF2CHClF(旭硝子社製、商品名:AK−225cb)を溶媒として用いて、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によりPMMA(ポリメチルメタクリレート)換算分子量として算出した。
<質量平均分子量>
含フッ素重合体の質量平均分子量はCF2ClCF2CHClF(旭硝子社製、商品名:AK−225cb)を溶媒として用いて、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によりPMMA(ポリメチルメタクリレート)換算分子量として算出した。
<含フッ素重合体中の−COOCH3基含量>
含フッ素重合体中の−COOCH3基含量は、19F−NMRから求めた。
含フッ素重合体中の−COOCH3基含量は、19F−NMRから求めた。
<溶融流動性>
フローテスター(島津製作所、型番CFT500D)により、70℃、荷重5kgの条件でダイス(径1mm、長さ1mm)より押し出した時の溶融粘度およびメルトフローレート(MFR)を測定した。
フローテスター(島津製作所、型番CFT500D)により、70℃、荷重5kgの条件でダイス(径1mm、長さ1mm)より押し出した時の溶融粘度およびメルトフローレート(MFR)を測定した。
<糸曳き性>
ガラス板(3cm×2.5cm、厚み1mm)上に硬化性組成物(または含フッ素重合体)を載せて、ホットプレート上で加熱溶融させ、各温度において、含フッ素重合体をガラス棒で突いた時の糸曳きの有無を確認し、糸曳きが消失する温度を計測した。これにより硬化性組成物(または含フッ素重合体)の溶融流動性を評価した。
糸曳きが全くない状態:S
糸は引くがすぐに切れる:A
糸曳きが生じ、糸が切れずにつながる:B
糸曳きが生じ、硬化性組成物(または含フッ素重合体)がガラス棒に付着してガラス板が持ち上がる:X
ガラス板(3cm×2.5cm、厚み1mm)上に硬化性組成物(または含フッ素重合体)を載せて、ホットプレート上で加熱溶融させ、各温度において、含フッ素重合体をガラス棒で突いた時の糸曳きの有無を確認し、糸曳きが消失する温度を計測した。これにより硬化性組成物(または含フッ素重合体)の溶融流動性を評価した。
糸曳きが全くない状態:S
糸は引くがすぐに切れる:A
糸曳きが生じ、糸が切れずにつながる:B
糸曳きが生じ、硬化性組成物(または含フッ素重合体)がガラス棒に付着してガラス板が持ち上がる:X
<LED点灯試験>
定電流電源装置(サンハヤト社製)を用いてヒートシンクを設置せずに室温で300mA通電して、LEDの出力を小型積分球−ファイバーマルチチャンネル分光器USB2000(オーシャンオプティクス社製)を用いて測定した。
定電流電源装置(サンハヤト社製)を用いてヒートシンクを設置せずに室温で300mA通電して、LEDの出力を小型積分球−ファイバーマルチチャンネル分光器USB2000(オーシャンオプティクス社製)を用いて測定した。
[単位]
以下の製造例で言及する単位は以下の通りである。
以下の製造例で言及する単位は以下の通りである。
[製造例1:単位(a2)および単位(b1)を有する含フッ素重合体P2の製造]
内容積200ccの耐圧ガラスアンプルにCF2=CFOCF2CF2CF2COOCH3の13.2g、CF2=CFOCF2CF2CF3の200.6g、重合開始剤としてパーブチルPV(50%AK−225cb溶液:日油社製)の0.65gおよびMgO(キョーワマグ150:協和化学社製)の0.5gを仕込んだのち、空間部をN2置換した。撹拌しながら60℃で反応させて約10時間ごとに0.65gずつの重合開始剤を4回添加して合計57時間重合を行った。
内容積200ccの耐圧ガラスアンプルにCF2=CFOCF2CF2CF2COOCH3の13.2g、CF2=CFOCF2CF2CF3の200.6g、重合開始剤としてパーブチルPV(50%AK−225cb溶液:日油社製)の0.65gおよびMgO(キョーワマグ150:協和化学社製)の0.5gを仕込んだのち、空間部をN2置換した。撹拌しながら60℃で反応させて約10時間ごとに0.65gずつの重合開始剤を4回添加して合計57時間重合を行った。
反応器を冷却した後、500ccのビーカーに移して、AC−2000の30gを添加して撹拌しながらヘキサンの200gを添加すると2層に分離した。上層(ヘキサン)を除去した後、ヘキサンの150gを添加して撹拌することにより液状の下層を洗浄した。上層を除去した後、下層を乾燥させて固体状の含フッ素重合体前駆体P1を33.1g得た。含フッ素重合体前駆体P1はAK−225cb、AC−2000に可溶であった。含フッ素重合体の単位組成は単位(a1):単位(b1)=6.7:93.3(モル比)であり、−COOCH3基の含有量は0.25mmol/gであった。また、質量平均分子量は4,200、数平均分子量は3,200であった。
含フッ素重合体前駆体P1の30gをAC−2000の104gに溶解した後、脱水メタノール(和光純薬社製)の5gを加えたのち、ヒドラジン・1水和物(純度98%、東京化成社製)の0.5gを添加して激しく撹拌した。40℃で5時間撹拌した後、反応液の一部をガラス板上に流延して60℃加熱により溶媒を揮発させて、厚さが50μmのフィルムを製造した。赤外吸収(IR)を測定したところ単位(a1)中の−COOCH3基のC=Oに基づく1,794cm−1の吸収が消失し、−CONHNH2基のC=Oに基づく1,718cm−1の吸収が新たに生成した。このことから、単位(a1)が単位(a2)に変性したのを確認した。反応液にイソプロパノールの250ccを添加したところ重合体が沈殿した。沈殿した重合体を60℃で真空乾燥し、含フッ素重合体P2の22.7gを得た。−COOCH3基と−CONHNH2基は分子量が同じため、含フッ素重合体P2の質量平均分子量は変わらず、含フッ素重合体前駆体P1と同様、質量平均分子量は4,200、数平均分子量は3,200である。また、単位(a2):単位(b1)も上記同様で、6.7:93.3(モル比)である。
[製造例2:末端ヒドラジド化ポリフルオロアルキレンエーテルF1hの合成]
カルボキシ基を含有するポリフルオロアルキレンエーテルF1aとして、主鎖に(CF2CF2O)および(CF2O)の繰り返し構造を含有し、主鎖の末端に2個のカルボキシ基を有するポリペルフルオロアルキレンエーテル(Fomblin DIAC4000:ソルベイ社製)の20gを用いた。このポリフルオロアルキレンエーテルF1aをAC−2000の20gに溶解した後、脱水メタノール(和光純薬社製)の3gを加え、室温で1時間撹拌した。次に、ヒドラジン・1水和物(純度98%、東京化成社製)の1.0gを添加して激しく撹拌した。40℃で5時間撹拌した後、反応液の一部をフッ素樹脂PFAフィルムに流延して60℃加熱により溶媒を揮発させて、厚さが約30μmの液状膜を作成した。赤外吸収(IR)を測定したところ単位(F1)中の−COOH基のC=Oに基づく1,782cm−1の吸収が消失し、−CONHNH2基のC=Oに基づく1,718cm−1の吸収が新たに生成したことから、末端がヒドラジド化されたポリフルオロアルキレンエーテルF1hの生成を確認した。25℃における粘度を回転粘度計で測定したところ、ポリフルオロアルキレンエーテルF1aは0.2Pa・s、ポリフルオロアルキレンエーテルF1hは8Pa・sであった。
カルボキシ基を含有するポリフルオロアルキレンエーテルF1aとして、主鎖に(CF2CF2O)および(CF2O)の繰り返し構造を含有し、主鎖の末端に2個のカルボキシ基を有するポリペルフルオロアルキレンエーテル(Fomblin DIAC4000:ソルベイ社製)の20gを用いた。このポリフルオロアルキレンエーテルF1aをAC−2000の20gに溶解した後、脱水メタノール(和光純薬社製)の3gを加え、室温で1時間撹拌した。次に、ヒドラジン・1水和物(純度98%、東京化成社製)の1.0gを添加して激しく撹拌した。40℃で5時間撹拌した後、反応液の一部をフッ素樹脂PFAフィルムに流延して60℃加熱により溶媒を揮発させて、厚さが約30μmの液状膜を作成した。赤外吸収(IR)を測定したところ単位(F1)中の−COOH基のC=Oに基づく1,782cm−1の吸収が消失し、−CONHNH2基のC=Oに基づく1,718cm−1の吸収が新たに生成したことから、末端がヒドラジド化されたポリフルオロアルキレンエーテルF1hの生成を確認した。25℃における粘度を回転粘度計で測定したところ、ポリフルオロアルキレンエーテルF1aは0.2Pa・s、ポリフルオロアルキレンエーテルF1hは8Pa・sであった。
その後、反応液を水洗し、イソプロパノールの50ccを添加したところ、2層に分離した。下層を90℃で真空乾燥し、末端ヒドラジド化ポリペルフルオロアルキレンエーテル(ポリフルオロアルキレンエーテルF1h)の4.7gを得た。
[例1:硬化性組成物]
含フッ素重合体P2の1.5gと上記で得られたポリフルオロアルキレンエーテルF1hの0.5gを120℃に加熱しながら混合して硬化性組成物を作成した。硬化性組成物中のポリフルオロアルキレンエーテルF1hの含有量は、硬化性組成物全量に対して25質量%(例1−1)である。同様にして、ポリフルオロアルキレンエーテルF1hの含有量が、硬化性組成物全量に対して17質量%(例1−2)および25質量%(例1−3)の硬化性組成物をそれぞれ得た。
含フッ素重合体P2の1.5gと上記で得られたポリフルオロアルキレンエーテルF1hの0.5gを120℃に加熱しながら混合して硬化性組成物を作成した。硬化性組成物中のポリフルオロアルキレンエーテルF1hの含有量は、硬化性組成物全量に対して25質量%(例1−1)である。同様にして、ポリフルオロアルキレンエーテルF1hの含有量が、硬化性組成物全量に対して17質量%(例1−2)および25質量%(例1−3)の硬化性組成物をそれぞれ得た。
これらの各硬化性組成物および比較例として含フッ素重合体P2(例1−4)のLEDモールドに必要な温度の目安として、加熱時の糸曳き性の評価を行った結果を表1に示す。
表1より含フッ素重合体P2のみの場合は170℃に加熱しても糸曳き性が残るのに対して、含フッ素重合体P2に末端ヒドラジド化ポリペルフルオロアルキレンエーテル(ポリフルオロアルキレンエーテルF1h)を添加して得た硬化性組成物は、溶融流動性が高まって糸曳きが発生する温度が低下したことが分かる。ポリフルオロアルキレンエーテルF1hの量が25質量%では130℃で糸曳きが完全に消失したことがわかる。
[製造例3:単位(a2)および単位(b1)を有する含フッ素重合体P4の製造]
内容積200ccの耐圧ガラスアンプルにCF2=CFOCF2CF2CF2COOCH3の10.0g、CF2=CFOCF2CF2CF3の200.0g、重合開始剤としてパーブチルPV(50%AK−225cb溶液:日油社製)の0.75gおよびMgO(キョーワマグ150:協和化学社製)の0.5gを仕込んだのち、空間部をN2置換した。撹拌しながら60℃で反応させて約10時間ごとに0.75gずつの重合開始剤を4回添加して合計60時間重合を行った。
内容積200ccの耐圧ガラスアンプルにCF2=CFOCF2CF2CF2COOCH3の10.0g、CF2=CFOCF2CF2CF3の200.0g、重合開始剤としてパーブチルPV(50%AK−225cb溶液:日油社製)の0.75gおよびMgO(キョーワマグ150:協和化学社製)の0.5gを仕込んだのち、空間部をN2置換した。撹拌しながら60℃で反応させて約10時間ごとに0.75gずつの重合開始剤を4回添加して合計60時間重合を行った。
反応器を冷却した後、500ccのビーカーに移して、AC−2000の30gを添加して撹拌しながらヘキサンの200gを添加すると2層に分離した。上層(ヘキサン)を除去した後、ヘキサンの150gを添加して撹拌することにより液状の下層を洗浄した。上層を除去した後、下層を乾燥させて固体状の含フッ素重合体前駆体P3を33.6g得た。含フッ素重合体前駆体P3はAK−225cb、AC−2000に可溶であった。含フッ素重合体前駆体P3の単位組成は単位(a1):単位(b1)=5.3:94.7(モル比)であり、−COOCH3基の含有量は0.20mmol/gであった。また、質量平均分子量は4,000、数平均分子量は3,000であった。
製造例1と同様に含フッ素重合体前駆体P3の33gからヒドラジド化した含フッ素重合体P4の24gを得た。含フッ素重合体P4における単位(a2):単位(b1)=5.3:94.7(モル比)であり、質量平均分子量は4,000である。
[例2:硬化性組成物]
含フッ素重合体P4の1.5gと上記同様のポリフルオロアルキレンエーテルF1aの0.5gを120℃に加熱しながら混合して硬化性組成物を作成した(例2−2)。この硬化性組成物中のポリフルオロアルキレンエーテルF1aの含有量は、硬化性組成物の全量に対して25質量%である。同様に、ポリフルオロアルキレンエーテルF1aの混合量を変更して、ポリフルオロアルキレンエーテルF1aの含有量が硬化性組成物の全量に対して15質量%の硬化性組成物を作成した(例2−1)。得られた硬化性組成物および比較例として含フッ素重合体P4(例2−3)の溶融粘度およびメルトフローレートを測定した。また、実施例1と同様に糸曳き性の評価を行った。結果を表2に示す。
含フッ素重合体P4の1.5gと上記同様のポリフルオロアルキレンエーテルF1aの0.5gを120℃に加熱しながら混合して硬化性組成物を作成した(例2−2)。この硬化性組成物中のポリフルオロアルキレンエーテルF1aの含有量は、硬化性組成物の全量に対して25質量%である。同様に、ポリフルオロアルキレンエーテルF1aの混合量を変更して、ポリフルオロアルキレンエーテルF1aの含有量が硬化性組成物の全量に対して15質量%の硬化性組成物を作成した(例2−1)。得られた硬化性組成物および比較例として含フッ素重合体P4(例2−3)の溶融粘度およびメルトフローレートを測定した。また、実施例1と同様に糸曳き性の評価を行った。結果を表2に示す。
表2より、ポリフルオロアルキレンエーテルF1aの含有量が多くなるにしたがって硬化性組成物の流動性が高まったことが分かる。また、含フッ素重合体P4とポリフルオロアルキレンエーテルF1aを含む硬化性組成物では、含フッ素重合体P4のみの場合に比べて溶融流動性が高まり、本発明の硬化性組成物がLEDのモールドに適していることがわかる。
LG社製1Wタイプ青色−LED(発光波長460nm)をワイヤーボンド実装したカップ状アルミパッケージに、カルボキシ基を有するポリフルオロアルキレンエーテルF1aを硬化性組成物の全量に対して25質量%含有する、例2−2と同様の硬化性組成物の塊を載せて、ホットプレート上で130℃に加熱溶融し、自然に脱泡するまで静置してLEDパッケージの凹部をモールドした。次に、170℃で30分、次いで190℃で1時間、さらに220℃で1時間、徐々に昇温加熱することによりLEDを封止し、LEDパッケージを作成した。該LEDパッケージをアルミ配線基板にハンダ付けして300mAで点灯したところ、その出力は、未封止のパッケージと同程度であった。また、出力レベルを300時間維持した。
(例3 含フッ素重合体P4のみの硬化物)
含フッ素重合体P4のみを用い例3と同様にLED封止を行ったところ、上記の昇温条件では途中で発泡してしまい、最後まで泡が抜けなかった。これは、表2に示されるように、含フッ素重合体P4は硬化性組成物と比較して、溶融流動性が低いためである。そのため、含フッ素重合体P4を150℃で3時間加熱し、溶融させてLEDパッケージを含フッ素重合体P4でモールドしたのち、170℃で1時間、190℃で1時間、さらに220℃で2時間と、加熱中の発泡を抑制するために、上記ポリペルフルオロアルキレンエーテルF1aを含有する硬化性組成物よりも硬化に長時間をかける必要があった。
含フッ素重合体P4のみを用い例3と同様にLED封止を行ったところ、上記の昇温条件では途中で発泡してしまい、最後まで泡が抜けなかった。これは、表2に示されるように、含フッ素重合体P4は硬化性組成物と比較して、溶融流動性が低いためである。そのため、含フッ素重合体P4を150℃で3時間加熱し、溶融させてLEDパッケージを含フッ素重合体P4でモールドしたのち、170℃で1時間、190℃で1時間、さらに220℃で2時間と、加熱中の発泡を抑制するために、上記ポリペルフルオロアルキレンエーテルF1aを含有する硬化性組成物よりも硬化に長時間をかける必要があった。
本発明によれば、熱硬化が可能で溶融流動性と耐熱耐UV性を兼ね備えた硬化性組成物の提供が可能である。
本発明の硬化性組成物は、光学材料、素子用封止材、無機EL蛍光体分散材、光導波路用材料、耐熱・耐薬品性のシーリング材、接着剤、コーティング材として有用である。また、誘電率が低く電気絶縁性が高いため、各種の電子機器・部品の絶縁材料としても用いられる。
本発明の硬化性組成物は、光学材料、素子用封止材、無機EL蛍光体分散材、光導波路用材料、耐熱・耐薬品性のシーリング材、接着剤、コーティング材として有用である。また、誘電率が低く電気絶縁性が高いため、各種の電子機器・部品の絶縁材料としても用いられる。
本発明の硬化性組成物から形成される硬化物は、UV−LED用の透光封止材として有用である。また、フリップチップタイプ素子のアンダーフィル材としても用いられる。
本発明の硬化性組成物体から形成される硬化物からなる成形品は、光ファイバのコア材料やクラッド材料、光導波路のコア材料やクラッド材料、レンズ用材料として有用である。
本発明の硬化性組成物から形成される硬化物を備える基材は、発光素子、半導体素子、太陽電池素子、短波長光発光素子等として有用であり、特に、発光素子と、含フッ素重合体の硬化物とを有する、発光装置として有用である。
本発明の硬化性組成物体から形成される硬化物からなる成形品は、光ファイバのコア材料やクラッド材料、光導波路のコア材料やクラッド材料、レンズ用材料として有用である。
本発明の硬化性組成物から形成される硬化物を備える基材は、発光素子、半導体素子、太陽電池素子、短波長光発光素子等として有用であり、特に、発光素子と、含フッ素重合体の硬化物とを有する、発光装置として有用である。
Claims (13)
- 下記式(1)で表される単位を含む含フッ素重合体と、
下記式(F1)で表される単位を2個以上含むポリフルオロアルキレンエーテルと、を含有することを特徴とする硬化性組成物。
−(Rf2O)k−Rf3COZ2 ・・・(F1)
(式(F1)中、Rf2は、炭素数が1〜4のペルフルオロアルキレン基である。kは1〜200の整数を示す。Rf3は、フルオロアルキレン基、または炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のフルオロアルキレン基である。Z2はNR5NR6H、NR7OR8またはOHであり、R5、R6、R7およびR8は、それぞれ独立に、水素原子またはアルキル基であり、かつ、COZ2は上記式(1)中のCOZ1と反応しうる基である。) - 前記ポリフルオロアルキレンエーテルが、−(Rf2O)k−中に、−CF2O−、−CF2CF2O−、−CF2CF2CF2O−、−CF2CF2CF2CF2O−、−CF(CF3)CF2O−および−(CF2CF(CF3)O)−から選ばれる1種以上の単位を有する請求項1に記載の硬化性組成物。
- 前記式(1)で表される単位の少なくとも一部が、−[CF2−CF(O(CF2)3CONHNH2)]−である請求項1または2に記載の硬化性組成物。
- 前記ポリフルオロアルキレンエーテルを硬化性組成物中に1〜80質量%含有する請求項1〜3のいずれか1項記載の硬化性組成物。
- 前記式(1)で表される単位と前記式(F1)で表される単位のモル比(式(1)で表される単位/式(F1)で表される単位)が0.1〜10である請求項1〜4のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
- 前記含フッ素重合体が、さらにフルオロエチレン由来の単位(2)を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
- さらに、下式(3)で表される単位(ただし、フルオロエチレン由来の単位(2)を除く。)を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
−[CX3X4−CY1Y2]−・・・(3)
(式(3)中、
X3およびX4は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子または塩素原子であり、
Y1は、水素原子、フッ素原子または塩素原子であり、
Y2は、水素原子、フルオロアルキル基、炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のフルオロアルキル基、フルオロアルコキシ基、または炭素−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2以上のフルオロアルコキシ基である。) - 前記含フッ素重合体中に含まれるCOZ1で表される基の割合が0.1mmol/g〜4mmol/gである、請求項1〜7のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
- 前記含フッ素重合体の質量平均分子量が3,000〜100,000である請求項1〜8のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
- 前記ポリフルオロアルキレンエーテルの質量平均分子量が、500〜20,000である請求項1〜9のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
- 前記ポリフルオロアルキレンエーテルの25℃で測定される粘度が、10mPa・s〜10,000mPa・sである請求項1〜10のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載の硬化性組成物を、100〜250℃で加熱することを特徴とする硬化物の製造方法。
- 発光素子と、前記発光素子を覆う請求項1〜11のいずれか1項に記載の硬化性組成物の硬化物とを備えることを特徴とする発光装置。
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