JP2024047866A - 紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法 - Google Patents
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
【課題】照射された紫外線が組成物中に含まれる紫外線拡散剤に当たることで発生する拡散光により、紫外線が直接照射された部分(紫外線受光部)だけでなく、照射された紫外線が直接当たらない遮蔽部(影部)をも良好に硬化させることができる、紫外線拡散剤を含む紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法の提供。【解決手段】紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法であって、無機粒子及び有機樹脂粒子から選ばれる少なくとも1種の固体粒子からなる紫外線拡散剤を含む紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の表面の一部に紫外線を照射することにより、該紫外線照射部及び該紫外線が直接照射されない遮蔽部(影部)を硬化する工程を含むものである紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法。【選択図】なし
Description
本発明は、紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法、特には無機粒子及び有機樹脂粒子から選ばれる少なくとも1種の固体粒子からなる紫外線拡散剤を含む紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の表面の一部に紫外線を照射する硬化方法に関し、照射された紫外線が組成物中に含まれる紫外線拡散剤に当たることで発生する拡散光により、紫外線が直接照射された部分(紫外線受光部)だけでなく、照射された紫外線が直接当たらない遮蔽部(影部)をも良好に硬化させることができる、紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法に関する。
2050年までのカーボンニュートラル達成に向け、様々な企業で環境に配慮した材料の使用が進められている。中でも、膨大なエネルギー・時間・設備を要する高温加熱工程を伴った加熱硬化型組成物は、改善が求められている。
近年、加熱硬化型組成物の代替として、紫外線硬化型(UV硬化型)組成物が注目を集めている。紫外線硬化型組成物は、紫外線照射により、重合あるいは架橋反応が進行し、短時間で硬化する。紫外線硬化型組成物は、非加熱工程を実現するだけでなく、コストの削減や他の部材を傷めないという製造技術の改善も可能である。
紫外線硬化型シリコーン組成物(紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物)の硬化タイプとしては、紫外線照射により発生するラジカル種が連鎖的に重合して硬化するラジカル重合型(特許文献1)や、紫外線照射により活性化する特定の白金系化合物を硬化触媒としてヒドロシリル化付加反応により硬化するUV付加型(特許文献2)などがある。ラジカル重合型は、反応速度が速く、短時間で硬化するという特徴があるが、ラジカルの寿命が非常に短く、酸素により硬化阻害を受ける。一方で、UV付加型は、ラジカル重合タイプと比較して硬化が遅く、硫黄や窒素、リンにより硬化阻害を受けるが、酸素による硬化阻害を受けないという特徴がある。
上記のように、紫外線硬化型シリコーン組成物は非加熱で硬化し、使用方法や用途に応じて適切な硬化タイプの選択の可能であるが、照射された紫外線が当たらない領域では紫外線硬化型シリコーン組成物が硬化しないという課題を有する。
上記のような紫外線硬化型シリコーン組成物の課題を解決するために、紫外線硬化型および室温硬化型(縮合硬化型)の両方の性質を有する硬化性オルガノポリシロキサン組成物が開発されている。
特許第1476176号公報(特許文献3)では、末端ヒドロキシオルガノポリシロキサンと、ビニル基と加水分解性基を持つシランと、メルカプト基含有オルガノシロキサンとを使用することが提案されている。
特許第2639286号公報(特許文献4)では、末端ヒドロキシオルガノポリシロキサンと、(メタ)アクリル官能性アルコキシシランとを使用することが提案されている。
しかし、これらの組成物において、縮合硬化により紫外線が直接当たらない領域を硬化させることはできるが、深部硬化には一定の時間が必要であり、速硬化性はない。
特許第2639286号公報(特許文献4)では、末端ヒドロキシオルガノポリシロキサンと、(メタ)アクリル官能性アルコキシシランとを使用することが提案されている。
しかし、これらの組成物において、縮合硬化により紫外線が直接当たらない領域を硬化させることはできるが、深部硬化には一定の時間が必要であり、速硬化性はない。
したがって、本発明は、照射された紫外線が組成物中に含まれる紫外線拡散剤に当たることで発生する拡散光により、紫外線が直接照射された部分(紫外線受光部)だけでなく、照射された紫外線が直接当たらない遮蔽部(影部)をも良好に硬化させることができる、紫外線拡散剤を含む紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意研究を行った結果、紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物中に、無機粒子及び有機樹脂粒子から選ばれる少なくとも1種の固体粒子からなる紫外線を拡散する紫外線拡散剤を添加し、該組成物の表面の一部に紫外線を照射することによって、紫外線照射により拡散光が発生し、紫外線が直接照射された部分(紫外線受光部)だけでなく、照射された紫外線が直接当たらない遮蔽部(影部)をも良好に硬化させることができることを知見し、本発明をなすに至った。
従って、本願発明は下記の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法、該硬化方法によって得られる硬化物、及び該硬化物を用いた物品等を提供するものである。
従って、本願発明は下記の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法、該硬化方法によって得られる硬化物、及び該硬化物を用いた物品等を提供するものである。
<1>
紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法であって、無機粒子及び有機樹脂粒子から選ばれる少なくとも1種の固体粒子からなる紫外線拡散剤を含む紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の表面の一部に紫外線を照射することにより、該紫外線照射部及び該紫外線が直接照射されない遮蔽部(影部)を硬化する工程を含むものである紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法。
<2>
固体粒子の平均粒子径が100~3,000nmであり、屈折率が1.3~2.0である<1>に記載の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法。
<3>
紫外線拡散剤を組成物全体の質量に対して0.001~10質量%含むものである<1>又は<2>に記載の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法。
<4>
ラジカル重合型又はUV付加型である<1>~<3>のいずれか1項に記載の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法。
<5>
固体粒子の平均粒子径が200~1,400nm、屈折率が1.5~1.8であり、かつ紫外線拡散剤を0.005~1質量%含むものである<3>又は<4>に記載の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法。
<6>
<1>~<5>のいずれか1項に記載の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法により硬化した硬化物。
<7>
<6>に記載の硬化物を用いた自動車部品。
<8>
<6>に記載の硬化物で封止剤されたパワーモジュール。
<9>
<6>に記載の硬化物を用いた電気・電子用部品。
紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法であって、無機粒子及び有機樹脂粒子から選ばれる少なくとも1種の固体粒子からなる紫外線拡散剤を含む紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の表面の一部に紫外線を照射することにより、該紫外線照射部及び該紫外線が直接照射されない遮蔽部(影部)を硬化する工程を含むものである紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法。
<2>
固体粒子の平均粒子径が100~3,000nmであり、屈折率が1.3~2.0である<1>に記載の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法。
<3>
紫外線拡散剤を組成物全体の質量に対して0.001~10質量%含むものである<1>又は<2>に記載の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法。
<4>
ラジカル重合型又はUV付加型である<1>~<3>のいずれか1項に記載の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法。
<5>
固体粒子の平均粒子径が200~1,400nm、屈折率が1.5~1.8であり、かつ紫外線拡散剤を0.005~1質量%含むものである<3>又は<4>に記載の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法。
<6>
<1>~<5>のいずれか1項に記載の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法により硬化した硬化物。
<7>
<6>に記載の硬化物を用いた自動車部品。
<8>
<6>に記載の硬化物で封止剤されたパワーモジュール。
<9>
<6>に記載の硬化物を用いた電気・電子用部品。
本発明において、照射された紫外線が直接当たらない領域を遮蔽部(影部)と定義する。照射された紫外線が紫外線拡散剤に当たり、拡散光が生じると、遮蔽部(影部)に拡散光が到達し、遮蔽部(影部)が硬化する。
本発明では、紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物に無機粒子及び有機樹脂粒子から選ばれる少なくとも1種の固体粒子からなる紫外線拡散剤を添加し、該組成物の表面の一部に紫外線を照射することによって、照射された紫外線が紫外線拡散剤により拡散され、遮蔽部(影部)にも到達するようになるため、紫外線が直接照射された部分(紫外線受光部)だけでなく、照射された紫外線が直接当たらない遮蔽部(影部)をも良好に硬化させることができる。そのため、従来の紫外線硬化型シリコーン組成物よりも遮蔽部(影部)の硬化性が良好となる。本発明の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法は、遮蔽部(影部)の硬化性が良好であるため、構造が複雑で遮光部(影部)が多く存在する部品等の封止剤やコーティング剤、液状光学透明接着剤(LOCA)などの硬化方法として有用である。
本発明における紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物とは、ラジカル重合型やUV付加型など、紫外線を当てることにより硬化する全てのオルガノポリシロキサン組成物を指す。
紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物
ラジカル重合型の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物としては、例えば、(メタ)アクリロキシ官能性基含有シリル基で分子鎖末端が封鎖されたオルガノポシロキサン(ベースポリマー)と、光重合開始剤(ラジカル発生剤)とを含有するオルガノポリシロキサン組成物;アルケニル基含有オルガノポシロキサン(ベースポリマー)と、メルカプト基含有オルガノポリシロキサン(架橋剤)と、光重合開始剤(ラジカル発生剤)とを含有するオルガノポリシロキサン組成物などが挙げられる。
UV付加型の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物としては、例えば、アルケニル基含有オルガノポシロキサン(ベースポリマー)と、オルガノハイドロジェンポリシロキサン(架橋剤)と、UV活性型白金系触媒とを含有するオルガノポリシロキサン組成物などが挙げられる。
なお、紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物に含まれるベースポリマーは、1種類でもよいし、2種類以上を併用してもよい。また、紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物に含まれる架橋剤は、1種類でもよいし、2種類以上を併用してもよい。
ラジカル重合型の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物としては、例えば、(メタ)アクリロキシ官能性基含有シリル基で分子鎖末端が封鎖されたオルガノポシロキサン(ベースポリマー)と、光重合開始剤(ラジカル発生剤)とを含有するオルガノポリシロキサン組成物;アルケニル基含有オルガノポシロキサン(ベースポリマー)と、メルカプト基含有オルガノポリシロキサン(架橋剤)と、光重合開始剤(ラジカル発生剤)とを含有するオルガノポリシロキサン組成物などが挙げられる。
UV付加型の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物としては、例えば、アルケニル基含有オルガノポシロキサン(ベースポリマー)と、オルガノハイドロジェンポリシロキサン(架橋剤)と、UV活性型白金系触媒とを含有するオルガノポリシロキサン組成物などが挙げられる。
なお、紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物に含まれるベースポリマーは、1種類でもよいし、2種類以上を併用してもよい。また、紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物に含まれる架橋剤は、1種類でもよいし、2種類以上を併用してもよい。
ラジカル重合型の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物に用いるベースポリマーとしては、例えば、下記一般式(1)又は(2)で表される(メタ)アクリロキシ官能性基含有シリル基を1分子中に少なくとも3個有する、直鎖状又は分岐鎖状のオルガノポシロキサンが挙げられる。式中、R1、R2はそれぞれ独立に炭素数1~10の互いに同一又は異種の非置換もしくは置換の一価炭化水素基である。aは1~3の整数である。鎖線は結合手を示す。
式(1)又は(2)において、R1、R2はそれぞれ独立に置換もしくは非置換の、好ましくは、脂肪族不飽和基を除く、炭素数1~10、より好ましくは1~8の一価炭化水素基である。ここで、非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、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、2-エチルヘキシル基、デシル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基等のアルケニル基、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が挙げられ、置換の一価炭化水素基としては、例えば上述した非置換の一価炭化水素基の炭素原子に結合した水素原子の一部もしくは全部をハロゲン原子で置換したクロロメチル基、ブロモエチル基、トリフルオロプロピル基、及びシアノ基で置換した例えばシアノエチル基等のハロゲン置換炭化水素基及びシアノ置換炭化水素基などが挙げられる。aは1、2又は3の整数、好ましくは2又は3である。
上記式(1)又は(2)で示される基の結合位置は、分子鎖末端であっても、分子鎖非末端(即ち、分子鎖途中又は分子鎖側鎖)であっても、あるいはこれらの両方であってもよい。
前記式(1)又は(2)で示される基以外のケイ素原子に結合した有機基(以下、「ケイ素原子結合有機基」という)は、例えば、前記したR1、R2と同様の、非置換又は置換の、好ましくは、脂肪族不飽和基を除く炭素数が、通常、1~12、好ましくは1~10の、一価炭化水素基等が挙げられる。この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、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;シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;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;これらの基の水素原子の一部又は全部が塩素原子、フッ素原子、臭素原子等のハロゲン原子で置換された、クロロメチル基、3-クロロプロピル基、3,3,3-トリフルオロプロピル基等のハロゲン化アルキル基等が挙げられる。合成の簡便さから、好ましくはアルキル基、アリール基、ハロゲン化アルキル基であり、より好ましくはメチル基、フェニル基、3,3,3-トリフルオロプロピル基である。
また、式(1)又は(2)で表される(メタ)アクリロキシ官能性基含有シリル基を1分子中に少なくとも3個有する、直鎖状又は分岐鎖状のオルガノポシロキサンの分子構造は、基本的に、主鎖がジオルガノシロキサン単位の繰返しからなる直鎖状又は分岐鎖状(主鎖の一部に分岐を有する直鎖状を含む)であり、好ましくは、分子鎖両末端が式(1)又は(2)で示される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。これらの分子構造を有する単一の重合体、これらの分子構造からなる共重合体、又はこれらの重合体の2種以上の混合物であってもよい。
同じく、ラジカル重合型の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物に用いるベースポリマーとして、下記一般式(3)で表されるアルケニル基含有シリル基を分子中に2個以上有する直鎖状又は分岐鎖状のオルガノポリシロキサンも挙げられる。このアルケニル基含有オルガノポリシロキサンは、通常、後述するメルカプト官能性オルガノポリシロキサン(架橋剤)との組合せにおいて使用される。
一般式(3)中、R3は炭素数2~6のアルケニル基であり、R4は炭素数1~10の非置換もしくは置換の一価炭化水素基である。bは1~3の整数である。鎖線は結合手を示す。
アルケニル基としては、ビニル基、アリル基、イソプロぺニル基、ブテニル基等が例示される。好ましくはビニル基またはアリル基であり、その合成の容易さや化学的安定性の点からはビニル基が最も好ましい。アルケニル基以外の有機基としては、脂肪族不飽和結合を含有しない非置換又は置換の1価炭化水素基が好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基等のシクロアルキル基、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、又はこれらの1価炭化水素基の水素原子の一部又は全部がフッ素原子、塩素原子、ニトリル基等で置換された置換1価炭化水素基、例えばトリフルオロプロピル基、クロロメチル基、シアノエチル基等が例示される。
一般式(3)で表されるアルケニル基含有シリル基を2個以上有する直鎖状又は分岐鎖状のオルガノポリシロキサンの分子構造は限定されず、例えば、直鎖状、環状、分岐鎖状、一部分岐を有する直鎖状、デンドリマー状が挙げられ、好ましくは直鎖状、一部分岐を有する直鎖状であり、より好ましくは、分子鎖両末端がトリメチルシロキシ基、ジメチルビニルシロキシ基等のトリオルガノシロキシ基又はシラノール基(即ち、ケイ素原子に結合した水酸基)等で封鎖され、主鎖がジフェニルシロキサン単位、メチルフェニルシロキサン単位、ジメチルシロキサン単位、トリフルオロプロピルメチルシロキサン単位等のジオルガノシロキサン単位の1種又は2種以上の繰返しからなる直鎖状のジオルガノポリシロキサンである。これらの分子構造を有する単一の重合体、これらの分子構造からなる共重合体、又はこれらの重合体の混合物であってもよい。
上記一般式(3)で表されるアルケニル基含有シリル基を分子中に2個以上有する直鎖状又は分岐鎖状のオルガノポリシロキサン(ベースポリマー)の架橋剤としては、例えば、下記一般式(4)で表される基を1分子中に少なくとも2個有する直鎖状または分岐鎖状のメルカプト基含有オルガノポリシロキサンが挙げられる。
式(4)中、R5は水素原子、又は置換基を有していてもよい炭素数1から20の炭化水素基であり、複数のR5は同一でも異なっていてもよい。mは1~20の正の整数である。
上記式(4)中、R5の置換又は非置換の一価炭化水素基としては、同一または異なっていてもよく、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-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、へプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナヂシル基、エイコシル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基等のアルケニル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、α-、β-ナフチル基等のアリール基、ベンジル基、2-フェニルエチル基、3-フェニルプロピル基等のアラルキル基;また、これらの基の水素原子の一部又は全部が、F、Cl、Br等のハロゲン原子やシアノ基等で置換された基等を例示することができる。これらの中でも、メチル基、エチル基、フェニル基が好ましく、入手の容易さ、生産性、コストの面からメチル基が特に好ましい。
また、一般式(4)で表される1分子中に少なくとも2個有するメルカプト基含有オルガノポリシロキサンの分子構造は限定されず、例えば直鎖状、分岐状、一部分岐を有する直鎖状、デンドリマー状が挙げられ、好ましくは直鎖状、一部分岐を有する直鎖状である。これらの分子構造を有する単一の重合体、これらの分子構造からなる共重合体、またはこれらの重合体の混合物であっても良い。
UV付加型の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物としては、例えば、上記の一般式(3)で表されるアルケニル基含有シリル基を2個以上有する直鎖状又は分岐鎖状のオルガノポリシロキサン(ベースポリマー)と分子中に2個以上、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基)を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン(架橋剤)及びUV活性型白金系触媒との組合せが挙げられる。この架橋剤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、下記一般式(5)で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンが挙げられる。
式(5)中、R6は非置換又は置換の好ましくは炭素数1~12、特に1~10の1価炭化水素基であり、bは0.7~2.0、cは0.002~1.2、かつb+cは0.8~3.0を満たす正数、好ましくはbは0.9~2.0、cは0.01~1.0、かつb+cは1.0~3.0を満たす正数である。
式中、R6としては、脂肪族不飽和基を有していないものが好ましく、同一でも異なっていてもよい。R6の非置換又は置換の1価炭化水素基としては、前記一般式(1)のR5として例示したものと同様のものが挙げられ、例えば炭素原子数1~12、好ましくは炭素原子数1~10、より好ましくは炭素原子数1~7のものが挙げられ、特に好ましくはメチル基等の炭素原子数1~3の低級アルキル基、フェニル基、3,3,3-トリフルオロプロピル基である。
オルガノハイドロジェンポリシロキサン1分子中のケイ素原子の数は2~300個、特に2~150個、とりわけ2~100個程度の室温(23℃±15℃、以下同じ)で液状のものが好適に用いられる。なお、ケイ素原子に結合する水素原子は分子鎖末端、分子鎖の途中(非末端)のいずれに位置していてもよく、両方に位置するものであってもよい。
ベースポリマー又は架橋剤として用いられるオルガノポリシロキサンの23℃における粘度は好ましくは100~10,000mPa・sの範囲、より好ましくは500~2,000mPa・sの範囲である。
なお、本発明において、粘度は、例えば、回転粘度計(例えば、BL型、BH型、BS型、コーンプレート型、レオメータ等)により23℃で測定した値である(以下、同じ)。
なお、本発明において、粘度は、例えば、回転粘度計(例えば、BL型、BH型、BS型、コーンプレート型、レオメータ等)により23℃で測定した値である(以下、同じ)。
紫外線拡散剤
紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物に添加する紫外線拡散剤は、無機粒子及び有機樹脂粒子から選ばれる少なくとも1種の固体粒子からなるものである。該固体粒子としては、平均粒子径が100~3,000nmの範囲であり、屈折率が1.30~2.0の範囲である固体粒子が好ましく、特には平均粒子径が200~1,400nmの範囲であり、屈折率が1.5~1.8である固体粒子がより好ましい。
平均粒子径が100nm未満だと紫外線を拡散する効果が十分でない場合があり、3,000nmを超えると組成物中で分離が起こるおそれがある。
また、屈折率が1.30未満だと、紫外線を拡散する効果が十分でない場合があり、2.0を超えると固体粒子界面で紫外線が全反射しやすくなり、拡散の効果が低下するおそれがある。
なお、本発明において、平均粒子径は、例えばレーザー光回折法による粒度分布測定や遠心沈降光透過式粒度分布測定法による粒度分布測定における累積体積平均径D50(又はメジアン径)等として測定できる。屈折率は25℃におけるナトリウムD線(589nm)の屈折率を意味する。
紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物に添加する紫外線拡散剤は、無機粒子及び有機樹脂粒子から選ばれる少なくとも1種の固体粒子からなるものである。該固体粒子としては、平均粒子径が100~3,000nmの範囲であり、屈折率が1.30~2.0の範囲である固体粒子が好ましく、特には平均粒子径が200~1,400nmの範囲であり、屈折率が1.5~1.8である固体粒子がより好ましい。
平均粒子径が100nm未満だと紫外線を拡散する効果が十分でない場合があり、3,000nmを超えると組成物中で分離が起こるおそれがある。
また、屈折率が1.30未満だと、紫外線を拡散する効果が十分でない場合があり、2.0を超えると固体粒子界面で紫外線が全反射しやすくなり、拡散の効果が低下するおそれがある。
なお、本発明において、平均粒子径は、例えばレーザー光回折法による粒度分布測定や遠心沈降光透過式粒度分布測定法による粒度分布測定における累積体積平均径D50(又はメジアン径)等として測定できる。屈折率は25℃におけるナトリウムD線(589nm)の屈折率を意味する。
紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物に添加する紫外線拡散剤である固体粒子としては、例えば、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、シリカ等の無機粒子;シリコーンレジンパウダー、シリコーンゴムパウダー、アクリル樹脂粒子、メラミン樹脂粒子、エポキシ樹脂粒子等の有機樹脂粒子などが挙げられる。
紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物に添加する紫外線拡散剤の形状に特に制限はなく、球形、楕円形、不定形だけでなく、フレーク状や鱗片状のものでもよい。
紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物に添加する紫外線拡散剤の配合量は、制限がなく、用途により異なるが、好ましくは紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物全体の質量に対して、0.001~10質量%、より好ましくは0.005~1質量%である。配合量が少ないほど、紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の透明性が増すが、0.001質量%未満では紫外線を拡散する効果が得られない場合があり、10質量%を超えると、組成物の透明性が低下し、分離が起こりやすくなる。
紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物に添加する紫外線拡散剤は、1種類でも、2種類以上を併用してもよい。
UV活性型白金系触媒
紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物に添加する白金系触媒は、従来紫外線硬化性オルガノポリシロキサン組成物に使用されてきたものを使用することができる。具体的には、例えば、β-ジケトナト白金錯体化合物、(η5-シクロペンタジエニル)トリアルキル白金錯体化合物又はその誘導体が挙げられる。具体的には、トリメチル(アセチルアセトナト)白金(IV)、トリメチル(3,5-ヘプタンジオネート)白金(IV)、トリメチル(メチルアセトアセテート)白金(IV)、ビス(アセチルアセトナト)白金(II)、ビス(2,4-ペンタンジオナト)白金(II)、ビス(2,4-へキサンジオナト)白金(II)、ビス(2,4-へプタンジオナト)白金(II)、ビス(3,5-ヘプタンジオナト)白金(II)、ビス(1-フェニル-1,3-ブタンジオナト)白金(II)、ビス(1,3-ジフェニル-1,3-プロパンジオナト)白金(II)、ビス(ヘキサフルオロアセチルアセトナト)白金(II)、(メチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金(IV)、(シクロペンタジエニル)トリメチル白金(IV)、(1,2,3,4,5-ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金(IV)、(シクロペンタジエニル)ジメチルエチル白金(IV)、(シクロペンタジエニル)ジメチルアセチル白金(IV)、(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(IV)、(メトキシカルボニルシクロペンタジエニル)トリメチル白金(IV)、(ジメチルフェニルシリルシクロペンタジエニル)トリメチルシクロペンタジエニル白金(IV)などが挙げられる。このうち特に好適なものは、ビス(アセチルアセトナト)白金化合物及びそのアセチルアセトナト基上をアルキル基で修飾した誘導体、シクロペンタジエニルトリメチル白金及びそのシクロペンタジエニル基上をアルキル基で修飾した誘導体が挙げられるが、特にビス(アセチルアセトナト)白金(II)又は(トリメチル)メチルシクロペンタジエニル白金(IV)などが挙げられる。白金系触媒は、1種類でも、2種類以上を併用してもよい。
紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物に添加する白金系触媒は、従来紫外線硬化性オルガノポリシロキサン組成物に使用されてきたものを使用することができる。具体的には、例えば、β-ジケトナト白金錯体化合物、(η5-シクロペンタジエニル)トリアルキル白金錯体化合物又はその誘導体が挙げられる。具体的には、トリメチル(アセチルアセトナト)白金(IV)、トリメチル(3,5-ヘプタンジオネート)白金(IV)、トリメチル(メチルアセトアセテート)白金(IV)、ビス(アセチルアセトナト)白金(II)、ビス(2,4-ペンタンジオナト)白金(II)、ビス(2,4-へキサンジオナト)白金(II)、ビス(2,4-へプタンジオナト)白金(II)、ビス(3,5-ヘプタンジオナト)白金(II)、ビス(1-フェニル-1,3-ブタンジオナト)白金(II)、ビス(1,3-ジフェニル-1,3-プロパンジオナト)白金(II)、ビス(ヘキサフルオロアセチルアセトナト)白金(II)、(メチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金(IV)、(シクロペンタジエニル)トリメチル白金(IV)、(1,2,3,4,5-ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金(IV)、(シクロペンタジエニル)ジメチルエチル白金(IV)、(シクロペンタジエニル)ジメチルアセチル白金(IV)、(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(IV)、(メトキシカルボニルシクロペンタジエニル)トリメチル白金(IV)、(ジメチルフェニルシリルシクロペンタジエニル)トリメチルシクロペンタジエニル白金(IV)などが挙げられる。このうち特に好適なものは、ビス(アセチルアセトナト)白金化合物及びそのアセチルアセトナト基上をアルキル基で修飾した誘導体、シクロペンタジエニルトリメチル白金及びそのシクロペンタジエニル基上をアルキル基で修飾した誘導体が挙げられるが、特にビス(アセチルアセトナト)白金(II)又は(トリメチル)メチルシクロペンタジエニル白金(IV)などが挙げられる。白金系触媒は、1種類でも、2種類以上を併用してもよい。
これらのUV活性型白金系触媒の使用にあたっては、それが固体触媒であるときには固体状で使用することも可能であるが、より均一な硬化物を得るためには適切な溶剤に溶解したものを使用することが好ましい。
UV活性型白金系触媒の配合量は、付加反応触媒としての有効量でよく、好ましくは組成物の合計質量に対して白金族金属元素の質量換算で、通常、0.5~1,000ppm、好ましくは1~500ppmの範囲であり、より好ましくは10~100ppmの範囲である。この配合量を適切なものとすると、光照射後、付加反応をより効率的に進行させることができる。
光重合開始剤
紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物に添加する光重合開始剤は、従来紫外線硬化性オルガノポリシロキサン組成物に使用されてきたものを使用することができる。具体的には、例えは、アセトフェノン、プロピオフェノン、ベンゾフェノン、フルオレイン、ベンズアルデヒド、アンスラキノン、トリフェニルアミン、カルバゾール、3-メチルアセトフェノン、4-メチルアセトフェノン、3-ペンチルアセトフェノン、4-メトキシアセトフェノン、3-ブロモアセトフェノン、4-アリルアセトフェノン、p-ジアセチルベンゼン、3-メトキシベンゾフェノン、4-メチルベンゾフェノン、4-クロロベンゾフェノン、4,4’-ジメトキシベンゾフェノン、2,2’-ジエトキシアセトフェノン、4-クロロ-4’-ベンジルベンゾフェノン、3-クロロキサントン、3,9-ジクロロキサントン、3-クロロ-8-ノニルキサントン、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインブチルエーテル、ビス(4-ジメチルアミノフェニル)ケトン、ベンジルメトキシケタール、2-クロロチオキサントン、ジエチルアセトフェノン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-メチル-1[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルフォリノ-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)-ブタノン、1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]-2-メチル-1-プロパン-1-オン、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、シクロヘキシルフェニルケトンなどが挙げられる。光重合開始剤は、1種類でも、2種類以上を併用してもよい。
紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物に添加する光重合開始剤は、従来紫外線硬化性オルガノポリシロキサン組成物に使用されてきたものを使用することができる。具体的には、例えは、アセトフェノン、プロピオフェノン、ベンゾフェノン、フルオレイン、ベンズアルデヒド、アンスラキノン、トリフェニルアミン、カルバゾール、3-メチルアセトフェノン、4-メチルアセトフェノン、3-ペンチルアセトフェノン、4-メトキシアセトフェノン、3-ブロモアセトフェノン、4-アリルアセトフェノン、p-ジアセチルベンゼン、3-メトキシベンゾフェノン、4-メチルベンゾフェノン、4-クロロベンゾフェノン、4,4’-ジメトキシベンゾフェノン、2,2’-ジエトキシアセトフェノン、4-クロロ-4’-ベンジルベンゾフェノン、3-クロロキサントン、3,9-ジクロロキサントン、3-クロロ-8-ノニルキサントン、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインブチルエーテル、ビス(4-ジメチルアミノフェニル)ケトン、ベンジルメトキシケタール、2-クロロチオキサントン、ジエチルアセトフェノン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-メチル-1[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルフォリノ-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)-ブタノン、1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]-2-メチル-1-プロパン-1-オン、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、シクロヘキシルフェニルケトンなどが挙げられる。光重合開始剤は、1種類でも、2種類以上を併用してもよい。
光重合開始剤の配合量は、組成物の合計質量に対して約0.01~10質量%、好ましくは0.05~8質量%、より好ましくは0.1~5質量%程度である。配合量が少なすぎるとその添加効果がなく、一方、配合量が多すぎると、得られる硬化物は光開始剤の分解残渣の影響が大きくなり、硬化物の物理特性が悪くなる。
反応制御剤
紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物に添加する反応制御剤は、従来紫外線硬化性オルガノポリシロキサン組成物に使用されてきたものを使用することができる。具体的には、例えは、1-エチニル‐1-シクロヘキサノール、3-ブチン-1-オール、ジメチルビス(1,1-ジメチル-2-プロピニルオキシ)シラン等のアセチレン化合物、トリアリルイソシアヌレート及びトリアリルイソシアヌレート誘導体等の各種窒素化合物、トリフェニルホスフィン等の有機リン化合物などが挙げられる。反応制御剤は、1種類でも、2種類以上を併用してもよい。
紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物に添加する反応制御剤は、従来紫外線硬化性オルガノポリシロキサン組成物に使用されてきたものを使用することができる。具体的には、例えは、1-エチニル‐1-シクロヘキサノール、3-ブチン-1-オール、ジメチルビス(1,1-ジメチル-2-プロピニルオキシ)シラン等のアセチレン化合物、トリアリルイソシアヌレート及びトリアリルイソシアヌレート誘導体等の各種窒素化合物、トリフェニルホスフィン等の有機リン化合物などが挙げられる。反応制御剤は、1種類でも、2種類以上を併用してもよい。
反応制御剤の配合量は、反応制御剤の有する硬化反応の反応速度を調節する作用の度合いが化学構造により異なるため、使用する反応制御剤ごとの最適な量に調整することが好ましい。最適な量の反応制御剤を配合することにより、作業性や生産性を向上させることができる。
本発明の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物には、必要に応じてその他の任意の成分を本発明の効果を妨げない範囲で添加することができる。このような成分としては、例えば、接着性ないしは粘着性の向上に寄与するアルコキシオルガノシラン等の接着性付与剤、耐熱添加剤、難燃付与剤等が挙げられる。
製造方法
本発明のラジカル重合型の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物は、ベースポリマーと、架橋剤と、光重合開始剤と、紫外線拡散剤と、必要に応じて任意の成分とを所定の割合で混合して得ることができる。
本発明のUV付加型の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物は、ベースポリマーと、架橋剤と、白金系触媒と、紫外線拡散剤と、必要に応じて任意の成分とを所定の割合で混合して得ることができる。
本発明のラジカル重合型の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物は、ベースポリマーと、架橋剤と、光重合開始剤と、紫外線拡散剤と、必要に応じて任意の成分とを所定の割合で混合して得ることができる。
本発明のUV付加型の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物は、ベースポリマーと、架橋剤と、白金系触媒と、紫外線拡散剤と、必要に応じて任意の成分とを所定の割合で混合して得ることができる。
本発明の組成物を硬化させる方法は、上述した無機粒子及び有機樹脂粒子から選ばれる少なくとも1種の固体粒子からなる紫外線拡散剤を含む紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の表面の一部(即ち、該組成物の外表面で紫外線の照射が可能な領域)に紫外線を照射することにより、該紫外線照射部(紫外線受光部)及び該紫外線が直接照射されない遮蔽部(影部)を硬化するものであり、この紫外線照射に使用する紫外線としては250~450nm、特に250~380nmの波長のものが有効であり、また照射量は1,000~30,000mJ/cm2、特に2,000~20,000mJ/cm2であることが好ましい。1,000mJ/cm2未満では該組成物の紫外線照射部分及び遮蔽部(影部)の硬化が不十分となる場合があり、30,000mJ/cm2を超えると、エネルギー・コスト的に不利となる場合がある。なお、硬化温度は室温でよく、通常23℃±15℃である。
以下、実施例および比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、下記の例において、部は質量部を示す。
[実施例1]
下記平均式(6)で示される23℃での粘度が800mPa・sであるビニル基含有の分岐状ジメチルポリシロキサン100部、下記平均式(7)で示される直鎖状メチルハイドロジェンポリシロキサン(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ポリシロキサン)8部、光活性型ヒドロシリル化反応触媒である(メチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金錯体の0.5質量%溶液[溶媒: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(粘度600mPa・s)]0.2部、反応制御剤であるジメチルビス(1,1-ジメチル-2-プロピニルオキシ)シラン0.16部、紫外線拡散剤としてソフトン3200(平均粒子径700nm、屈折率1.45/1.66(複屈折率)の炭酸カルシウム粒子、備北粉化工業株式会社製)0.1部を均一に混合し、組成物S1(UV付加型紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物)を得た。
下記平均式(6)で示される23℃での粘度が800mPa・sであるビニル基含有の分岐状ジメチルポリシロキサン100部、下記平均式(7)で示される直鎖状メチルハイドロジェンポリシロキサン(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ポリシロキサン)8部、光活性型ヒドロシリル化反応触媒である(メチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金錯体の0.5質量%溶液[溶媒: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(粘度600mPa・s)]0.2部、反応制御剤であるジメチルビス(1,1-ジメチル-2-プロピニルオキシ)シラン0.16部、紫外線拡散剤としてソフトン3200(平均粒子径700nm、屈折率1.45/1.66(複屈折率)の炭酸カルシウム粒子、備北粉化工業株式会社製)0.1部を均一に混合し、組成物S1(UV付加型紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物)を得た。
[実施例2]
下記平均式(8)で示されるアクリロキシエチルオキシ基を1分子中に4個分子鎖両末端に有し、主鎖がジフェニルシロキサン単位とジメチルシロキサン単位の繰返しからなる、23℃下における粘度が3,000mPa・sの直鎖状ジフェニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体(分子鎖両末端ビス(アクリロキシエチルオキシ)メチルシリルエチル基封鎖ジメチルシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体)14部、分子鎖両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖され、主鎖がジフェニルシロキサン単位とジメチルシロキサン単位との繰返しからなる、23℃下における粘度が3,000mPa・sの直鎖状ジフェニルシロキサン・ジメチ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・ジフェニルシロキサン共重合体)86部、ダロキュア1173(BASFジャパン株式会社製)2部、紫外線拡散剤としてエポスターS6(平均粒子径400nm 、屈折率1.66のメラミン樹脂粒子、株式会社日本触媒製)0.01部を混合し、組成物S2(ラジカル重合型紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物)を得た。
下記平均式(8)で示されるアクリロキシエチルオキシ基を1分子中に4個分子鎖両末端に有し、主鎖がジフェニルシロキサン単位とジメチルシロキサン単位の繰返しからなる、23℃下における粘度が3,000mPa・sの直鎖状ジフェニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体(分子鎖両末端ビス(アクリロキシエチルオキシ)メチルシリルエチル基封鎖ジメチルシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体)14部、分子鎖両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖され、主鎖がジフェニルシロキサン単位とジメチルシロキサン単位との繰返しからなる、23℃下における粘度が3,000mPa・sの直鎖状ジフェニルシロキサン・ジメチ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・ジフェニルシロキサン共重合体)86部、ダロキュア1173(BASFジャパン株式会社製)2部、紫外線拡散剤としてエポスターS6(平均粒子径400nm 、屈折率1.66のメラミン樹脂粒子、株式会社日本触媒製)0.01部を混合し、組成物S2(ラジカル重合型紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物)を得た。
[比較例1]
実施例1に記載の組成物S1において、紫外線拡散剤のソフトン3200を添加しないものを調製し、組成物S3を得た。
実施例1に記載の組成物S1において、紫外線拡散剤のソフトン3200を添加しないものを調製し、組成物S3を得た。
[比較例2]
実施例2に記載の組成物S1において、紫外線拡散剤のエポスターS6を添加しないものを調製し、組成物S4を得た。
実施例2に記載の組成物S1において、紫外線拡散剤のエポスターS6を添加しないものを調製し、組成物S4を得た。
内径60mmの円形アルミニウム製シャーレ内に上記で調製した各組成物S1~S4を9g(厚さ約3.2mm)充填し、その上に、中心から同心円状に直径2.2cmの穴(空隙部)があいた遮光版を被せた。組成物S1とS3は、光源がUV-LEDランプである紫外線照射装置(シーシーエス株式会社製)を用い、室温(23℃)の空気中雰囲気下において、波長365nmの紫外光での照射量が2,000mJ/cm2となるように紫外線を照射し、硬化させた。組成物S2とS4は、光源がUV-LEDランプである紫外線照射装置(シーシーエス株式会社製)を用い、室温(23℃)の空気中雰囲気下において、波長365nmの紫外光での照射量が8,000mJ/cm2となるように紫外線を照射し、硬化させた。模式図を図1に示す。
組成物S1~S4において、紫外線照射10分後、60分後あるいは24時間後に液体部分を取り除き、受光部から硬化したゲルの端までの大きさを影部硬化サイズとして評価を行った。ただし、ラジカル重合型の組成物である組成物S2とS4については、紫外線照射後の時間経過に伴う硬化の進行はほとんどないため、紫外線照射10分後の硬化性のみを評価した。組成物S1~S4における影部硬化サイズの結果を表1に示す。なお、今回の評価における影部硬化サイズの最大値は1.9cmである。
組成物S1~S4において、紫外線照射10分後、60分後あるいは24時間後に液体部分を取り除き、受光部から硬化したゲルの端までの大きさを影部硬化サイズとして評価を行った。ただし、ラジカル重合型の組成物である組成物S2とS4については、紫外線照射後の時間経過に伴う硬化の進行はほとんどないため、紫外線照射10分後の硬化性のみを評価した。組成物S1~S4における影部硬化サイズの結果を表1に示す。なお、今回の評価における影部硬化サイズの最大値は1.9cmである。
実施例1、2と比較例1、2との比較により、本発明の紫外線拡散剤を含む紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物(実施例)は、紫外線拡散剤を含まない紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物(比較例)と比較し、影部硬化性に優れていることが確認された。また、本発明の硬化方法によれば、該紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の表面の一部に紫外線を照射することにより、該紫外線照射部及び該紫外線が直接照射されない遮蔽部(影部)をいずれも良好に硬化することができることが確認された。
Claims (9)
- 紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法であって、無機粒子及び有機樹脂粒子から選ばれる少なくとも1種の固体粒子からなる紫外線拡散剤を含む紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の表面の一部に紫外線を照射することにより、該紫外線照射部及び該紫外線が直接照射されない遮蔽部(影部)を硬化する工程を含むものである紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法。
- 固体粒子の平均粒子径が100~3,000nmであり、屈折率が1.3~2.0である請求項1に記載の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法。
- 紫外線拡散剤を組成物全体の質量に対して0.001~10質量%含むものである請求項1に記載の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法。
- ラジカル重合型又はUV付加型である請求項1に記載の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法。
- 固体粒子の平均粒子径が200~1,400nm、屈折率が1.5~1.8であり、かつ紫外線拡散剤を0.005~1質量%含むものである請求項3に記載の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載の紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物の硬化方法により硬化した硬化物。
- 請求項6に記載の硬化物を用いた自動車部品。
- 請求項6に記載の硬化物で封止されたパワーモジュール。
- 請求項6に記載の硬化物を用いた電気・電子用部品。
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