JP2024048452A - 光および熱硬化型シリコーン組成物ならびにその硬化物の製造方法 - Google Patents

光および熱硬化型シリコーン組成物ならびにその硬化物の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 1段階目の硬化および2段階目の硬化を個別かつ簡便に管理可能な2段階硬化型のシリコーン組成物を提供すること。【解決手段】(A)1分子中に少なくとも3個の(メタ)アクリル基を有するオルガノポリシロキサン(B)1分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有し、(メタ)アクリル基を有しないオルガノポリシロキサン(C)1分子中に少なくとも2個のヒドロシリル基を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン(D)光重合開始剤(E)ヒドロシリル化反応触媒を含有し、(A)成分中に含まれる(メタ)アクリル基が、組成物100g中1~15mmolであり、組成物中のアルケニル基の数/(A)成分中に含まれる(メタ)アクリル基の数の比が0.5以上であり、ヒドロシリル基の数/(A)および(B)成分中に含まれるアルケニル基および(メタ)アクリル基の数の比が0.8~3.0であるシリコーン組成物。【選択図】 なし

Description

本発明は、光および熱硬化型シリコーン組成物に関し、さらに詳述すると、光重合開始剤およびヒドロシリル化反応触媒の存在下で、紫外線によるラジカル硬化により半硬化状態となり、次いで加熱によるヒドロシリル化反応により完全に硬化する2段階硬化型の液状シリコーン組成物、および当該組成物の硬化物の製造方法に関する。
2段階硬化型の液状シリコーン材料は、製造工程を分割して管理できる点で、魅力のある材料である。例えば、光学デバイスの封止材層においては、蛍光体の分散度合いによって光の取り出し効率が変わるため、分散度を厳密に管理する必要がある。しかし、封止材料に加熱硬化材料を用いると、加熱硬化の際に母材の粘度が低下し、蛍光体が沈降しやすくなるため、分散度の管理および硬化を同時に行うことは困難を伴う。ここで封止層に2段階硬化型の材料を用いれば、まず第1硬化することによって蛍光体の分散度を一定に管理することができ、次いで第2硬化を行うことで所望の硬度まで高硬度化すると共に半導体素子上へ実装することができる。
このように、困難を伴う製造プロセスの容易化や、これまでとは異なる新規の製造プロセス開発に寄与するべく、2段階硬化型のシリコーン材料は、接着性フィルム、光デバイス封止材料や電子機器用部材の仮固定剤、および接着剤などの幅広い用途に対して提案されており、活発に研究開発が行われている。
特許文献1では、アルケニル基含有オルガノポリシロキサン、ヒドロシリル化反応用白金触媒、および高エネルギー線活性化型白金触媒をそれぞれ含有する液状シリコーン組成物に対し、常温から加熱環境に付すことで付加反応による一次硬化を行い、常温環境下では流動性がない熱可塑性シリコーンを得、次いで熱可塑性シリコーンに対して高エネルギー線を照射した後、常温から加熱環境に付し、さらにヒドロシリル化反応を行うことで、高硬度化したシリコーン硬化物が得られることが報告されている。
特許文献2では、アルケニル基含有オルガノポリシロキサン、ヒドロシリル化反応触媒、および熱ラジカル反応開始剤をそれぞれ含有する液状シリコーン接着剤組成物に対し、室温から100℃環境に付すことで付加反応による1段階目の硬化を行ってシリコーン硬化物を得、次いで得られたシリコーン硬化物を、150~190℃などの1段階目の硬化温度より高温の温度環境に付し、熱ラジカル反応による2段階目の硬化を行うことで、高硬度化したシリコーン硬化物が得られることが報告されている。
特許文献3では、縮合反応性基を有するオルガノポリシロキサン、アルケニル基含有オルガノポリシロキサン、縮合反応触媒および熱ラジカル反応開始剤をそれぞれ含有する液状シリコーン接着剤組成物に対し、湿気の存在下で縮合反応を行うことで1段階目の硬化を行い、シリコーン硬化物を得、次いで得られたシリコーン硬化物を加熱環境に付し、熱ラジカル反応による2段階目の硬化を行うことで、高硬度化したシリコーン硬化物が得られることが報告されている。
ところで、特許文献1および2記載の手法は、1段階目の硬化および2段階目の硬化のいずれも加熱を起点とする硬化機構を採用している。一般的に熱硬化の途中状態を管理することは難しく、そのため第1硬化によって得られるシリコーン硬化物の硬化状態を再現性よく得るためには、温度プロファイルを厳密に管理する必要があり、特許文献1および2の手法は、実使用上困難を伴う。
一方、特許文献3記載の手法は、一般的にアウトガス成分の発生が多い縮合反応にて第一硬化を行った後に、加熱ラジカル硬化を行うため、リバージョンやアウトガス成分の揮発によるクラック発生、といった不具合が生じる可能性がある。
国際公開第2019/088066号 特開2007-191629号公報 国際公開第2018/186165号
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、1段階目の硬化および2段階目の硬化を個別かつ簡便に管理可能な2段階硬化型のシリコーン組成物を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、(メタ)アクリル基含有オルガノポリシロキサンと、アルケニル基含有オルガノポリシロキサンと、オルガノハイドロジェンポリシロキサンとを所定の割合で含む組成物が、光重合開始剤およびヒドロシリル化反応触媒の存在下で、光による1段階目の硬化および熱による2段階目の硬化が個別かつ簡便に管理可能であることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、
1. (A)1分子中に少なくとも3個の(メタ)アクリル基を有するオルガノポリシロキサン、
(B)1分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有し、(メタ)アクリル基を有しないオルガノポリシロキサン、
(C)1分子中に少なくとも2個のヒドロシリル基を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
(D)光重合開始剤、および
(E)ヒドロシリル化反応触媒
を含有し、
前記(A)成分中に含まれる(メタ)アクリル基が、当該組成物100g中1~15mmolであり、
当該組成物中のアルケニル基の数/(A)成分中に含まれる(メタ)アクリル基の数の比が0.5以上であり、
ヒドロシリル基の数/前記(A)成分および(B)成分中に含まれるアルケニル基および(メタ)アクリル基の数の比が0.8~3.0である光および熱硬化型シリコーン組成物、
2. 前記(A)成分が、下記(A-i)、(A-ii)、またはその両方である1の光および熱硬化型シリコーン組成物、
(A-i)下記式(1)で表されるオルガノポリシロキサン
Figure 2024048452000001
(式中、R1は、互いに独立して、置換もしくは非置換の炭素原子数1~20のアルキル基または置換もしくは非置換の炭素原子数6~20のアリール基を表し、R2は、互いに独立して、酸素原子または炭素原子数1~20のアルキレン基を表し、R3は、互いに独立して、アクリロイルオキシアルキル基、メタクリロイルオキシアルキル基、アクリロイルオキシアルキルオキシ基、またはメタクリロイルオキシアルキルオキシ基を表し、kは、0~1,000の整数を表し、mは、0~20の整数を表し、aおよびbは、互いに独立して0~3の整数を表し、かつ、a+b+mは、3以上の整数である。kおよびmが付された括弧内のシロキサン単位の配列順は任意である。)
(A-ii)下記式(2)で表され、数平均分子量(Mn)が3,000~100,000であるオルガノポリシロキサン
p(R1 3SiO1/2q(SiO4/2r (2)
(式中、R1は、前記と同じ意味を表し、Aは、下記式(3)で表されるシロキサン単位であり、p、q、rは、それぞれp>0、q>0、r>0、かつ、p+q+r=1を満たす数である。)
Figure 2024048452000002
(式中、R1、R2およびR3は、前記と同じ意味を表し、nは、0~10の整数を表し、cは、1~3の整数を表す。)
3. 前記(B)成分が、下記(B-iii)、(B-iv)、またはその両方である1の光および熱硬化型シリコーン組成物、
(B-iii)下記式(4)で表される、23℃における粘度が50~10,000,000mPa・sである直鎖状オルガノポリシロキサン
41 2Si(OSiR1 2SOSiR1 24 (4)
(式中、R1は、前記と同じ意味を表し、R4は、炭素原子数2~20のアルケニル基を表し、sは、1~10,000の整数を表す。)
(B-iv)下記式(5)で表されるオルガノポリシロキサン
(R1 3SiO1/2t(R41 2SiO1/2u(SiO4/2v (5)
(式中、R1およびR4は、前記と同じ意味を表し、t、uおよびvは、それぞれt>0、u>0、v>0、かつ、(t+u+v)=1を満たす数である。)
4. 前記(C)成分が、下記式(7)で表される直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサンである1の光および熱硬化型シリコーン組成物、
(R1 3SiO1/2w(H(3-f)1 fSiO1/22-w(HR1 1SiO2/2x(R1 2SiO2/2y (7)
(式中、R1は、前記と同じ意味を表し、fは、1または2を表し、wは、0≦w≦2を満たす整数を表し、xおよびyは、2≦x+y≦800、かつ、0.6≦x/(x+y+2)≦1.0を満たす正の整数を表す。)
5. 前記(D)成分が、窒素原子、硫黄原子およびリン原子を含まない光ラジカル重合開始剤である1の光および熱硬化型シリコーン組成物、
6. (α)1~5のいずれかの光および熱硬化型シリコーン組成物に紫外線を照射して、当該組成物を部分的に硬化させ半硬化状態の組成物とする工程、および
(β)得られた半硬化状態の組成物を加熱して完全に硬化させる工程
を含む硬化物の製造方法
を提供する。
本発明の光および熱硬化型シリコーン組成物は、2段階の硬化工程において硬化を誘起する方法がそれぞれ異なるため、硬化の制御や取り扱いが容易である。すなわち、光による1段階目の硬化は、紫外線照射中に瞬時に重合反応が進行するため、常温かつ短時間で行うことができるうえに、第1硬化後の半硬化状態の組成物は、ハンドリングが容易であるとともに冷蔵などの低温環境下で長時間硬度変化が生じないため、熱による2段階目の硬化を行うまでの時間的余裕が確保できる。
このような特性を有する本発明の光および熱硬化型シリコーン組成物は、特に、接着性フィルム、光デバイス封止材料、あるいは電子機器用部材の接着剤などに有用である。
以下、本発明について具体的に説明する。
本発明に係る光および熱硬化型シリコーン組成物は、下記(A)~(E)成分を含むものである。
[1](A)成分
本発明の光および熱硬化型シリコーン組成物における(A)成分は、1分子中に少なくとも3個の(メタ)アクリル基を有するオルガノポリシロキサンであり、好ましくは、下記(A-i)、(A-ii)、またはその両方である。なお、本発明において、(メタ)アクリル基とは、アクリル基またはメタクリル基を意味する。
(A-i)下記式(1)で表されるオルガノポリシロキサン
Figure 2024048452000003
(式中、R1は、互いに独立して、置換もしくは非置換の炭素原子数1~20のアルキル基または置換もしくは非置換の炭素原子数6~20のアリール基を表し、R2は、互いに独立して、酸素原子または炭素原子数1~20のアルキレン基を表し、R3は、互いに独立して、アクリロイルオキシアルキル基、メタクリロイルオキシアルキル基、アクリロイルオキシアルキルオキシ基、またはメタクリロイルオキシアルキルオキシ基を表し、kは、0~1,000の整数を表し、mは、0~20の整数を表し、aおよびbは、互いに独立して0~3の整数を表し、かつ、a+b+mは、3以上の整数である。kおよびmが付された括弧内のシロキサン単位の配列順は任意である。)
(A-ii)下記式(2)で表され、数平均分子量(Mn)が3,000~100,000であるオルガノポリシロキサン
p(R1 3SiO1/2q(SiO4/2r (2)
(式中、R1は、上記と同じ意味を表し、Aは、下記式(3)で表されるシロキサン単位であり、p、q、rは、それぞれp>0、q>0、r>0、かつ、p+q+r=1を満たす数である。)
Figure 2024048452000004
(式中、R1、R2およびR3は、上記と同じ意味を表し、nは、0~10の整数を表し、cは、1~3の整数を表す。)
1の炭素原子数1~20、好ましくは炭素原子数1~10のアルキル基としては、直鎖、分岐、環状のいずれでもよく、その具体例としては、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、イソブチル、tert-ブチル、n-ヘキシル、シクロヘキシル、n-オクチル、2-エチルヘキシル、n-デシル基等が挙げられる。
また、R1の炭素原子数6~20、好ましくは炭素原子数6~10のアリール基の具体例としては、フェニル、トリル、キシリル、ナフチル基等が挙げられる。
また、これらの炭素原子に結合した水素原子の一部または全部は、その他の置換基で置換されていてもよく、その具体例としては、クロロメチル、ブロモエチル、トリフルオロプロピル、シアノエチル基等のハロゲン置換炭化水素基や、シアノ置換炭化水素基などが挙げられる。
これらの中でも、R1としては、炭素原子数1~5のアルキル基、フェニル基が好ましく、メチル基、エチル基、フェニル基がより好ましい。
2の炭素原子数1~20のアルキレン基は、直鎖、分岐、環状のいずれでもよく、その具体例としては、メチレン、エチレン、プロピレン、トリメチレン、テトラメチレン、イソブチレン、ペンタメチレン、ヘキサメチレン、ヘプタメチレン、オクタメチレン、ノナメチレン基等が挙げられる。
これらの中でも、R2としては、酸素原子、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基が好ましく、酸素原子またはエチレン基がより好ましい。
3の具体例としては、下記式で示されるものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
Figure 2024048452000005
(式中、gは、1~4の整数を表す。)
上記式(1)において、aおよびbは、0~3の整数であり、かつ、上記mとの総和(a+b+m)は、3以上である。a+b+mが3を下回ると、光による硬化反応が生じ難くなり、得られるシリコーン硬化物の硬さが不十分となる可能性がある。特に、aおよびbは2であり、mは4が好ましい。
kは、0~1,000の整数であり、kが1,000を超える場合は、重合性が劣る場合がある。(A-i)成分の揮発し難さおよび重合性の点から、kは、30~500の整数が好ましく、50~400の整数がより好ましい。
mは、0~20の整数であり、0~10の整数が好ましく、0がより好ましい。mが、20を超えると、組成物の硬化の際に白濁が生じる場合がある。
上記式(2)において、p、q、rは、それぞれp>0、q>0、r>0、かつ、p+q+r=1を満たす数であり、組成物の取り扱い性および得られるシリコーン硬化物の硬さの点から、pは、0.05~0.07が好ましく、qは、0.33~0.35が好ましく、rは、0.58~0.62が好ましい。
(A-ii)成分の数平均分子量は、3,000~100,000の範囲であり、好ましくは5,000~10,000の範囲である。数平均分子量が3,000を下回ると、1分子中に含まれる(メタ)アクリル基数が3を下回る可能性があり、2段階硬化後に得られるシリコーン硬化物の硬さが不十分となるおそれがある。数平均分子量が100,000を超えると、(A-ii)成分の相溶性が低下するおそれがある。
なお、本発明における数平均分子量は、テトラヒドロフラン(THF)を展開溶媒に用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定による標準ポリスチレン換算値である。
(A)成分は1種単独でも、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
また、(A-ii)成分は、使用環境において固体状となる場合があるため、(A-i)成分または(メタ)アクリル基含有の液状有機化合物などに予め溶解させて用いてもよい。
(A)成分全体の23℃における粘度は、取り扱い性の点から、100,000mPa・s以下(通常、1~100,000mPa・s)が好ましく、10,000mPa・s以下(例えば、5~10,000mPa・s)がより好ましい。
なお、本発明における粘度は、B型回転粘度計による測定値である。
(A)成分中に含まれる(メタ)アクリル基量は、組成物の質量100gに対して1~15mmolの範囲内であり、好ましくは1.5~14mmolの範囲である。1mmol/100g未満であると、1段階目の硬化が不十分となる可能性があり、15mmol/100gを超えると、1段階目の硬化により高硬度化しすぎて2段階硬化を行うメリットがなくなる可能性がある。
[2](B)成分
本発明の光および熱硬化型シリコーン組成物における(B)成分は、1分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有し、(メタ)アクリル基を有しないオルガノポリシロキサンであり、好ましくは、下記(B-iii)、(B-iv)またはその両方である。
(B-iii)下記式(4)で表される、23℃における粘度が50~10,000,000mPa・sである直鎖状オルガノポリシロキサン
41 2Si(OSiR1 2S OSiR1 24 (4)
(式中、R1は、上記と同じ意味を表し、R4は、炭素原子数2~20のアルケニル基を表し、sは、1~10,000の整数を表す。)
(B-iv)下記式(5)で示されるオルガノポリシロキサン
(R1 3SiO1/2t(R41 2SiO1/2u(SiO4/2v (5)
(式中、R1およびR4は、上記と同じ意味を表し、t、u、vは、それぞれt>0、u>0、v>0、かつ、(t+u+v)=1を満たす数である。)
上記式(4)において、R1としては、上記式(1)と同様のものが挙げられるが、メチル基、フェニル基が好ましい。
4の炭素原子数2~20のアルケニル基は、直鎖、分岐、環状のいずれでもよく、その具体例としては、ビニル、アリル、ブテニル、ペンテニル、ヘキセニル、オクテニル基等が挙げられ、これらの中でも、ビニル基が好ましい。
sは、1~10,000の整数であり、好ましくは100~1,000の整数である。
(B-iii)成分の25℃における粘度は、50~10,000,000mPa・sであり、好ましくは100~100,000mPa・sである。
上記式(5)において、R1としては、上記式(1)と同様のものが挙げられるが、メチル基、フェニル基が好ましい。
4の炭素原子数2~20のアルケニル基は、直鎖、分岐、環状のいずれでもよく、その具体例としては、ビニル、アリル、ブテニル、ペンテニル、ヘキセニル、オクテニル基等が挙げられ、これらの中でも、ビニル基が好ましい。
t、u、vは、それぞれt>0、u>0、v>0、かつ、(t+u+v)=1を満たす数であり、硬化性および硬化物の硬度の点から、(t+u)/vは、0.3~2.0が好ましく、0.5~1.0がより好ましい。
(B-iv)成分の数平均分子量は、500~500,000が好ましく、1,000~100,000がより好ましい。数平均分子量が500を下回ると、1分子中に含まれるアルケニル基数が2を下回る可能性があり、2段階硬化後に得られるシリコーン硬化物の硬さが不十分となるおそれがある。数平均分子量が500,000を超えると、(B-iv)成分の相溶性が低下するおそれがある。
(B)成分は1種単独でも、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
また、(B-iv)成分は、使用環境において固体状となる場合があるため、(B-iii)成分に予め溶解させて用いてもよい。
(B)成分全体の23℃における粘度は、取り扱い性の点から、100,000mPa・s以下(通常、1~100,000mPa・s)が好ましく、10,000mPa・s以下(例えば、5~10,000mPa・s)がより好ましい。
(B)成分の配合量は、組成物中のアルケニル基の数/(A)成分中に含まれる(メタ)アクリル基の数の比が0.5以上、好ましくは0.5~30となる量である。0.5未満であると2段階目の硬化による硬度変化が微小となり、2段階硬化を行うメリットがなくなる可能性がある。
[3](C)成分
(C)成分は、1分子中に少なくとも2個のヒドロシリル基を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンであり、具体的には、下記平均組成式(6)で表されるものが挙げられる。
1 deSiO(4-d-e)/2 (6)
(式中、R1は、上記と同じ意味を表し、dは、0.7~2.1、eは、0.001~1.0、かつ、0.8≦d+e≦3.0を満たす数を表す。)
上記式(6)において、dは、好ましくは1.0~1.8であり、eは、好ましくは0.1~1であり、d+eは、好ましくは1≦d+e≦2.4、より好ましくは1.6≦d+e≦2.2である。このような範囲であれば、硬化時の発泡を抑制することができ、得られる硬化物の硬度がより向上し、経時での硬度変化が起こりにくくなる。
特に、(C)成分としては、下記式(7)で表される直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサンが好ましい。
(R1 3SiO1/2w(H(3-f)1 fSiO1/22-w(HR1 1SiO2/2x(R1 2SiO2/2y (7)
式(7)において、R1としては、上記式(1)と同様のものが挙げられるが、メチル基が好ましい。
fは、1または2であるが、2が好ましい。
wは、0≦w≦2を満たす整数であるが、0または2が好ましく、2がより好ましい。
xおよびyは、2≦x+y≦800、かつ、0.6≦x/(x+y+2)≦1.0を満たす正の整数であり、7≦x+y≦700、かつ、0.7≦x/(x+y+2)≦0.9を満たす正の整数が好ましい。
(C)成分の23℃での動粘度は、0.5~1,000mm2/sが好ましく、1~100mm2/sがより好ましい。ここで、動粘度はキャノン・フェンスケ型粘度計を用いた測定値である。
(C)成分は1種単独でも、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
(C)成分の配合量は、ヒドロシリル基の数/(A)成分および(B)成分中に含まれるアルケニル基および(メタ)アクリル基の数の比が、0.8~3.0の範囲となる量であり、0.9~2.0の範囲となる量が好ましい。0.8未満であると2段階目の硬化における硬化性および得られる硬化物の硬度が不足する場合があり、3.0を超えると、得られる硬化物の経時での硬さ変化が大きくなる。
[4](D)成分
(E)成分は、紫外線を吸収することで有機ラジカル種が発生し、(メタ)アクリル基の重合反応の起点となる、光重合開始剤である。(D)成分の光重合開始剤は、1段階目の硬化機構である付加反応を阻害しないように、窒素原子、硫黄原子、リン原子を含まないことが好ましい。
このような光重合開始剤の具体例としては、2,2-ジエトキシアセトフェノン、2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン(IGM Resins B.V.(株)製 Omnirad 651)、1-ヒドロキシ-シクロヘキシル-フェニル-ケトン(IGM Resins B.V.(株)製 Omnirad 184)、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オン(IGM Resins B.V.(株)製 Omnirad 1173)、2-ヒドロキシ-1-{4-[4-(2-ヒドロキシ-2-メチル-プロピオニル)-ベンジル]-フェニル}-2-メチル-プロパン-1-オン(IGM Resins B.V.(株)製 Omnirad 127)、フェニルグリオキシ酸メチルエステル(IGM Resins B.V.(株)製 Omnirad MBF)等が挙げられる。
これらの中でも、(A)成分および(B)成分との相溶性の観点から、2,2-ジエトキシアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オン(IGM Resins B.V.(株)製 Omnirad 1173)が好ましい。
(D)成分は1種単独でも、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
(D)成分の添加量は、(A)成分、(B)成分、および(C)成分の質量の合計に対して0.01~20質量%の範囲が好ましい。このような範囲であれば、硬化性が良好であり、深部硬化性に優れる。
[5](E)成分
(E)成分は、(A)成分および(B)成分中のアルケニル基と、(C)成分中のSi-H基との付加反応を促進するためのヒドロシリル化反応触媒である。
その具体例としては、白金金属を担持したカーボン粉末、白金黒、塩化第2白金、塩化白金酸、塩化白金酸と一価アルコールとの反応生成物、白金とジビニルテトラメチルジシロキサン等のビニルシロキサンとの錯体、塩化白金酸とオレフィン類との錯体、白金ビスアセトアセテート等の白金系触媒、パラジウム系触媒、ロジウム系触媒等の白金族金属系触媒などが挙げられるが、これらの中でも、反応性の観点から白金を含むものが好ましく、白金とビニルシロキサンとの錯体がより好ましい。
(E)成分の配合量は、ヒドロシリル化反応を促進する量であれば限定されないが、(A)成分、(B)成分および(C)成分の合計に対して、(E)成分中の金属の質量換算で0.01~500ppmの範囲となる量が好ましく、0.05~100ppmの範囲となる量がより好ましく、0.01~50ppmの範囲となる量がより一層好ましい。
[6]その他の成分
本発明の光および熱硬化型シリコーン組成物は、上述した(A)~(E)成分に加え、本発明の目的を損なわない限り、その他の成分が含んでいてもよい。
その他の成分としては、例えば、白金触媒の反応性を制御する3-メチル-1-ブチン-3-オール、エチニルメチルデシルカルビノール等の反応制御材;カルボニル基、エポキシ基、アルコキシシリル基等の接着性付与基を有する接着助剤;ヒュームドシリカ等のチクソ性制御剤;結晶性シリカ等の補強剤;酸化防止剤;光安定剤;金属酸化物、金属水酸化物等の耐熱向上剤;酸化チタン等の顔料;染料;アルミナ等の熱伝導性付与充填剤;反応性官能基を有しない非反応性シリコーンオイル等の粘度調整剤;銀、金等の金属粉等の導電性付与剤等が挙げられる。
本発明の光および熱硬化型シリコーン組成物は、上記の(A)~(E)成分、必要に応じて用いられるその他の成分を公知の方法で混合して調製することができる。
この際、本発明の組成物を1液型として調製しても、2液型または3パート以上に分割してそれぞれ調製し、使用時に任意の比率で混合する形態としてもよい。
本発明の光および熱硬化型シリコーン組成物の硬化物の製造方法は、
(α)光および熱硬化型シリコーン組成物に紫外線を照射して、該組成物を部分的に硬化させ半硬化状態の組成物とする工程、および
(β)得られた半硬化状態の組成物を加熱して完全に硬化させる工程を含む。
工程(α)で照射する紫外線は、好ましくは波長200~500nm、より好ましくは200~350nmの光である。変色防止の観点から、照射温度は20~40℃が好ましく、照射強度は30~2,000mW/cm2がより好ましく、照射線量は150~100,000mJ/cm2が好ましい。
紫外線の光源としては、365nm UV-LEDランプ、メタルハライドランプ、高圧水銀灯等が使用でき、紫外線照射方法としては、適量の紫外線を組成物に対して照射する方法が挙げられるが、ガラスや樹脂フィルムなどの透明な基材上で行う場合、ガラスやフィルム越しに紫外線を照射してもよい。紫外線の照射の際は、酸素による硬化阻害の影響を抑えるべく、窒素やアルゴン雰囲気下とすることが好ましい。
工程(β)における加熱条件は、好ましくは50~150℃、より好ましくは80~120℃環境下で10分~1日間、より好ましくは30分~1時間である。
以下、実施例および比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
なお、以下において、23℃における粘度はB型回転粘度計により、23℃における動粘度はキャノン・フェンスケ型粘度計により測定した。また、Viはビニル基を表し、Meはメチル基を表す。
[1]光および熱硬化型シリコーン組成物の調製
[実施例1-1~1-7、比較例1-1~1-6]
下記に示される(A)~(E)成分およびその他の成分を、表1および表2に示す配合量(質量部)にて混合し、光および熱硬化型シリコーン組成物を調製した。
(A)成分
(A-i-1):下記式(8)で表されるオルガノポリシロキサン(23℃における粘度3,000mPa・s、アクリル基量0.02モル/100g)
Figure 2024048452000006
(式中、括弧が付された各シロキサン単位の配列はランダムまたはブロックである。)
(A-i-2):下記式(9)で表されるオルガノポリシロキサン(23℃における粘度1,000mPa・s、アクリル基量0.026モル/100g)
Figure 2024048452000007
(A-ii-1):下記式(10)で表されるシロキサン単位/(ViMe2SiO1/2単位)/(Me3SiO1/2単位)/(SiO2単位)のモル比が0.056/0.014/0.390/0.540であるオルガノポリシロキサン(数平均分子量5,700、1分子中の平均メタクリル基数3.7個、メタクリル基量0.0656モル/100g、ビニル基量0.0164モル/100g)
Figure 2024048452000008
(B)成分
(B-iii-1):下記式(11)で表されるオルガノポリシロキサン(23℃における粘度3,000mPa・s、ビニル基量0.01モル/100g)
Figure 2024048452000009
(式中、括弧が付された各シロキサン単位の配列はランダムまたはブロックである。)
(B-iii-2):下記式(12)で表されるオルガノポリシロキサン(23℃における粘度1,600mPa・s、ビニル基量0.013モル/100g)
Figure 2024048452000010
(B-iii-3):下記式(13)で表されるオルガノポリシロキサン(23℃における粘度5,000mPa・s、ビニル基量0.006モル/100g)
Figure 2024048452000011
(B-iv-1):下記平均式(14)で表されるオルガノポリシロキサン(数平均分子量4,500、1分子中の平均ビニル基数3.7個、ビニル基量0.082モル/100g)
(ViMe2SiO1/20.058(Me3SiO1/20.402(SiO4/20.540 (14)
(C)成分
(C-1):下記式(15)で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン(23℃における動粘度4.5mm2/s、ケイ素原子結合水素原子の含有量=0.0145mol/g)
Figure 2024048452000012
(式中、括弧が付された各シロキサン単位の配列はランダムまたはブロックである。)
(D)成分
(D-1):2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オン(IGM Resins B.V.(株)製 Omnirad 1173)
(E)成分
(E-1)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のトルエン溶液(白金含有量0.5質量%)
(その他の成分)
反応制御剤:エチニルメチルデシルカルビノール
希釈剤:下記構造式(16)で表されるジシロキサン化合物
Figure 2024048452000013
Figure 2024048452000014
Figure 2024048452000015
[2]光および熱硬化型シリコーン組成物の硬化物の製造
[実施例2-1~2-7、比較例2-1~2-6]
実施例1-1~1-7および比較例1-1~1-6で得られた光および熱硬化型シリコーン組成物を、窒素環境下で当該シリコーン組成物に対して、波長365nmのUV-LEDランプを用い、25℃で照射強度100mW/cm2および線量3,000mJ/cm2となるように紫外線を照射して1段階目の硬化を行った。得られた硬化物の針入度またはデュロメーターA硬度を、JIS K 6249に基づき、(株)離合社製針入度計(1/4コーン)またはデュロメーターA硬度計で測定した。なお、針入度が1未満であり測定不能であった場合はデュロメーターA硬度を用いた。
続いて、1段階目の硬化により得られた硬化物を120℃で1時間静置し、2段階目の硬化を行った。得られた硬化物を25℃に冷却した後、1段階目の硬化物と同様の硬度測定を行った。結果を表3および表4に示す。
Figure 2024048452000016
Figure 2024048452000017
表3および表4に示されるように、実施例1-1~1-7で調製した光および熱硬化型シリコーン組成物は、光による1段階目の硬化および熱による2段階目の硬化における硬度差が大きいものであることがわかる。
一方、(A)成分の(メタ)アクリル基量が、組成物100g中1mmol未満である比較例1-1、1-5、1-6の組成物を用いた場合は、光による1段階目の硬化が起こらず、(A)成分の(メタ)アクリル基量が、組成物100g中15mmolを超える比較例1-2~1-4の組成物を用いた場合は、光による1段階目の硬化が進行しすぎて2段階目の硬化後との硬度差が殆どなく、2段階硬化型の材料とはならないことがわかる。

Claims (6)

  1. (A)1分子中に少なくとも3個の(メタ)アクリル基を有するオルガノポリシロキサン、
    (B)1分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有し、(メタ)アクリル基を有しないオルガノポリシロキサン、
    (C)1分子中に少なくとも2個のヒドロシリル基を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
    (D)光重合開始剤、および
    (E)ヒドロシリル化反応触媒
    を含有し、
    前記(A)成分中に含まれる(メタ)アクリル基が、当該組成物100g中1~15mmolであり、
    当該組成物中のアルケニル基の数/(A)成分中に含まれる(メタ)アクリル基の数の比が0.5以上であり、
    ヒドロシリル基の数/前記(A)成分および(B)成分中に含まれるアルケニル基および(メタ)アクリル基の数の比が0.8~3.0である光および熱硬化型シリコーン組成物。
  2. 前記(A)成分が、下記(A-i)、(A-ii)、またはその両方である請求項1記載の光および熱硬化型シリコーン組成物。
    (A-i)下記式(1)で表されるオルガノポリシロキサン
    Figure 2024048452000018
    (式中、R1は、互いに独立して、置換もしくは非置換の炭素原子数1~20のアルキル基または置換もしくは非置換の炭素原子数6~20のアリール基を表し、R2は、互いに独立して、酸素原子または炭素原子数1~20のアルキレン基を表し、R3は、互いに独立して、アクリロイルオキシアルキル基、メタクリロイルオキシアルキル基、アクリロイルオキシアルキルオキシ基、またはメタクリロイルオキシアルキルオキシ基を表し、kは、0~1,000の整数を表し、mは、0~20の整数を表し、aおよびbは、互いに独立して0~3の整数を表し、かつ、a+b+mは、3以上の整数である。kおよびmが付された括弧内のシロキサン単位の配列順は任意である。)
    (A-ii)下記式(2)で表され、数平均分子量(Mn)が3,000~100,000であるオルガノポリシロキサン
    p(R1 3SiO1/2q(SiO4/2r (2)
    (式中、R1は、前記と同じ意味を表し、Aは、下記式(3)で表されるシロキサン単位であり、p、q、rは、それぞれp>0、q>0、r>0、かつ、p+q+r=1を満たす数である。)
    Figure 2024048452000019
    (式中、R1、R2およびR3は、前記と同じ意味を表し、nは、0~10の整数を表し、cは、1~3の整数を表す。)
  3. 前記(B)成分が、下記(B-iii)、(B-iv)、またはその両方である請求項1記載の光および熱硬化型シリコーン組成物。
    (B-iii)下記式(4)で表される、23℃における粘度が50~10,000,000mPa・sである直鎖状オルガノポリシロキサン
    41 2Si(OSiR1 2SOSiR1 24 (4)
    (式中、R1は、前記と同じ意味を表し、R4は、炭素原子数2~20のアルケニル基を表し、sは、1~10,000の整数を表す。)
    (B-iv)下記式(5)で表されるオルガノポリシロキサン
    (R1 3SiO1/2t(R41 2SiO1/2u(SiO4/2v (5)
    (式中、R1およびR4は、前記と同じ意味を表し、t、uおよびvは、それぞれt>0、u>0、v>0、かつ、(t+u+v)=1を満たす数である。)
  4. 前記(C)成分が、下記式(7)で表される直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサンである請求項1記載の光および熱硬化型シリコーン組成物。
    (R1 3SiO1/2w(H(3-f)1 fSiO1/22-w(HR1 1SiO2/2x(R1 2SiO2/2y (7)
    (式中、R1は、前記と同じ意味を表し、fは、1または2を表し、wは、0≦w≦2を満たす整数を表し、xおよびyは、2≦x+y≦800、かつ、0.6≦x/(x+y+2)≦1.0を満たす正の整数を表す。)
  5. 前記(D)成分が、窒素原子、硫黄原子およびリン原子を含まない光ラジカル重合開始剤である請求項1記載の光および熱硬化型シリコーン組成物。
  6. (α)請求項1~5のいずれか1項記載の光および熱硬化型シリコーン組成物に紫外線を照射して、当該組成物を部分的に硬化させ半硬化状態の組成物とする工程、および
    (β)得られた半硬化状態の組成物を加熱して完全に硬化させる工程
    を含む硬化物の製造方法。
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