JP5131650B2 - 蛍光体含有シリコーン樹脂製レンズの製造方法 - Google Patents
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(A)R1SiO1.5単位、R2 2SiO単位、及びR3 aR4 bSiO(4-a-b)/2単位からなり(但し、R1、R2及びR3は独立にメチル基、エチル基、プロピル基、シクロヘキシル基又はフェニル基を示し、R4はビニル基又はアリル基を示し、aは0,1又は2で、bは1又は2で、a+bは2又は3である)、上記R2 2SiO単位の繰り返し数が5〜300個であるレジン構造のオルガノポリシロキサン、
(B)R1SiO1.5単位、R2 2SiO単位、及びR3 cHdSiO(4-c-d)/2単位からなり(但し、R1、R2及びR3は上記の通りであり、cは0、1又は2で、dは1又は2で、c+dは2又は3である)、上記R2 2SiO単位の繰り返し数が5〜300個であるレジン構造のオルガノハイドロジェンポリシロキサン:(A)成分中のビニル基又はアリル基に対する(B)成分中のケイ素原子に結合した水素原子がモル比で0.1〜4.0となる量、
(C)白金族金属系触媒:有効量、及び
(D)蛍光体
を含有してなるシリコーン樹脂組成物を加熱硬化してなるシリコーン製レンズを提供する。
(A)R1SiO1.5単位、R2 2SiO単位、及びR3 aR4 bSiO(4-a-b)/2単位からなり(但し、R1、R2及びR3は独立にメチル基、エチル基、プロピル基、シクロヘキシル基又はフェニル基を示し、R4はビニル基又はアリル基を示し、aは0,1又は2で、bは1又は2で、a+bは2又は3である)、上記R2 2SiO単位の繰り返し数が5〜300個であるレジン構造のオルガノポリシロキサン、
(B)R1SiO1.5単位、R2 2SiO単位、及びR3 cHdSiO(4-c-d)/2単位からなり(但し、R1、R2及びR3は上記の通りであり、cは0、1又は2で、dは1又は2で、c+dは2又は3である)、上記R2 2SiO単位の繰り返し数が5〜300個であるレジン構造のオルガノハイドロジェンポリシロキサン:(A)成分中のビニル基又はアリル基に対する(B)成分中のケイ素原子に結合した水素原子がモル比で0.1〜4.0となる量、
(C)白金族金属系触媒:有効量、及び
(D)蛍光体
を含有してなるレンズ成形用シリコーン樹脂組成物を提供する。
[硬化性シリコーン樹脂組成物]
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
−(A)レジン構造のオルガノポリシロキサン−
本発明組成物の重要な構成成分であるレジン構造(即ち、三次元網状構造)のオルガノポリシロキサンは、(A)R1SiO1.5単位、R2 2SiO単位、及びR3 aR4 bSiO(4-a-b)/2単位からなり(但し、R1、R2及びR3は独立にメチル基、エチル基、プロピル基、シクロヘキシル基又はフェニル基を示し、R4はビニル基又はアリル基を示し、aは0,1又は2で、bは1又は2で、a+bは2又は3である)、上記R2 2SiO単位の繰り返し数が5〜300個であるオルガノポリシロキサンである。該R2 2SiO単位の繰り返し数は5〜300個であり、好ましくは10〜300個、より好ましくは15〜200個、更に好ましくは20〜100個である。
上記において、R2 2SiO単位の繰り返し数が5〜300個であるとは、R2 2SiO単位が5〜300個連続して繰り返される構造が存在することを意味する。即ち(A)成分の分子中に式(1):
R1SiO1.5単位が、90〜24モル%、より好ましくは、70〜28モル%、
R2 2SiO単位が、75〜9モル%、より好ましくは、70〜20モル%
R3 aR4 bSiO(4-a-b)/2単位が、50〜1モル%、より好ましくは10〜2モル%
(但し、これら3種の単位の合計が100モル%)
である。
ClMe2SiO(Me2SiO)nSiMe2Cl、
ClMe2SiO(Me2SiO)m(PhMeSiO)nSiMe2Cl、
ClMe2SiO(Me2SiO)m(Ph2SiO)nSiMe2Cl、
HOMe2SiO(Me2SiO)nSiMe2OH、
HOMe2SiO(Me2SiO)m(PhMeSiO)nSiMe2OH、
HOMe2SiO(Me2SiO)m(Ph2SiO)nSiMe2OH、
MeOMe2SiO(Me2SiO)nSiMe2OMe、
MeOMe2SiO(Me2SiO)m(PhMeSiO)nSiMe2OMe、
MeOMe2SiO(Me2SiO)m(Ph2SiO)nSiMe2OMe
(但し、m=5〜150の整数、n=5〜300の整数)
等を例示することができる。
−(B)レジン構造のオルガノハイドロジェンポリシロキサン−
本発明組成物の重要な構成成分であるレジン構造(即ち、三次元網状構造)のオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、R1SiO1.5単位、R2 2SiO単位、及びR3 cHdSiO(4-c-d)/2単位からなり(但し、R1、R2及びR3は上記の通りであり、cは0,1又は2で、dは1又は2で、c+dは2又は3である)、上記R2 2SiO単位の繰り返し数が5〜300個である、該R2 2SiO単位の繰り返し数は、好ましくは10〜300個、より好ましくは15〜200個、更に好ましくは20〜100個である。
上記において、R2 2SiO単位の繰り返し数が5〜300個であるとは、R2 2SiO単位が5〜300個連続して繰り返される構造が存在することを意味する。即ち、(A)成分の場合と同様に、(B)成分の分子中に式(1):
R1SiO1.5単位が、90〜24モル%、より好ましくは、70〜28モル%、
R2 2SiO単位が、75〜9モル%、より好ましくは、70〜20モル%
R3 cHdSiO(4-c-d)/2単位が、50〜1モル%、より好ましくは10〜2モル%
(但し、これら3種の単位の合計が100モル%)
である。
ClMe2SiO(Me2SiO)nSiMe2Cl、
ClMe2SiO(Me2SiO)m(PhMeSiO)nSiMe2Cl、
ClMe2SiO(Me2SiO)m(Ph2SiO)nSiMe2Cl、
HOMe2SiO(Me2SiO)nSiMe2OH、
HOMe2SiO(Me2SiO)m(PhMeSiO)nSiMe2OH、
HOMe2SiO(Me2SiO)m(Ph2SiO)nSiMe2OH、
MeOMe2SiO(Me2SiO)nSiMe2OMe、
MeOMe2SiO(Me2SiO)m(PhMeSiO)nSiMe2OMe、
MeOMe2SiO(Me2SiO)m(Ph2SiO)nSiMe2OMe
(但し、m=5〜150の整数、n=5〜300の整数)
等を例示することができる。
−(C)白金族金属系触媒−
この触媒成分は、本発明の組成物の付加硬化反応を生じさせるために配合されるものであり、白金系、パラジウム系、ロジウム系のものがある。コスト等の見地から白金、白金黒、塩化白金酸などの白金系のもの、例えば、H2PtCl6・mH2O,K2PtCl6,KHPtCl6・mH2O,K2PtCl4,K2PtCl4・mH2O,PtO2・mH2O(mは、正の整数)等の白金化合物;これらと、オレフィン等の炭化水素、アルコール又はビニル基含有オルガノポリシロキサンとの錯体等を挙げることができる。これらは一種単独でも、2種以上の組み合わせでも使用することができる。これらの触媒成分の配合量は、有効量、即ち、所謂触媒量でよく、具体的には、通常、前記(A)成分と(B)成分の合計量に対して白金族金属の質量換算で0.1〜500ppm、特に好ましくは0.5〜100ppmの範囲で使用される。
(D)成分の蛍光体は、公知の蛍光体であればいずれのものであってもよく、その配合量は(A)〜(C)の全成分100質量部に対して通常、0.1〜100質量部の範囲とする。(D)成分の蛍光体は、例えば、シーラスレーザー測定装置などのレーザー光回折法による粒度分布測定における粒径の範囲として、通常その粒径が10nm以上であればよく、好適には10nm〜10μm、より好適には10nm〜1μm程度のものが使用される。
蛍光物質は、例えば、窒化物系半導体を発光層とする半導体発光ダイオードからの光を吸収し異なる波長の光に波長変換するものであればよい。例えば、Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、Eu等のランタノイド系、Mn等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩蛍光体、アルカリ土類硫化物蛍光体、アルカリ土類チオガレート蛍光体、アルカリ土類窒化ケイ素蛍光体、ゲルマン酸塩蛍光体、又は、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体、希土類ケイ酸塩蛍光体又はEu等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体蛍光体、Ca−Al−Si−O−N系オキシ窒化物ガラス蛍光体等から選ばれる少なくともいずれか1以上であることが好ましい。具体例として、下記の蛍光体を使用することができるが、これに限定されない。
本発明の硬化性シリコーン樹脂組成物には必要に応じて本発明の目的、効果を損なわない限り、以下の説明するような他の任意的成分を添加することができる。
この離型剤成分は本発明のシリコーン樹脂組成物を金型内で加圧成形し硬化させた後、金型から成形品を損傷なく取り出すために、必要に応じて任意に配合し得る成分である。
この離型剤に要求される特性としては、シリコーン樹脂組成物に完全に相溶し、無色で透明な硬化物を与えるものでなければならない。また、青色や白色などのLEDのレンズとして使用する場合は、透明性はもとより短波長の光線による劣化や、高温下での変色などがあってはならない。
このような要求を満足させる離型剤であればいかなるものでも使用可能であるが、なかでも、脂肪酸系(理研ビタミン製、商品名:リケマールAZ-01、リケマールB-100、リケマールHC-100、リケマールHC-200、リケマールS-95、リケマールS-200、リケマールTG-12、リケスターEW-100、リケスターEW-200、リケスターEW-250、リケスターEW-400、リケスターEW-440A、リケスターHT-10)、ポリエチレン系(クラリアント製、商品名:LICOWAX PED 136、LICOWAX PED 153、LICOWAX PED 371FP;ヘキスト製、商品名:HOE WAX PE 130 PDR、HOE WAX PED 191 PDR、HOE WAX PE 191 PDR、HOE WAX PE 191 Flakes、HOE WAX PE 520 Powder)、カルナバ系(東亜化成製、商品名:YTS-040625-03、カルナバキャンデリラ、リファイングラニューカルナバ)あるいはモンタン酸エステル系(クラリアント製、商品名:LICOLUBU WE40など)などが例示される。これらの中でも脂肪酸系離型剤がシリコーン樹脂との相溶性、硬化後の透明性、更には高温で放置した後の耐変色性において優れたものである。
本発明の組成物を用いて圧縮成型、トランスファー成型、射出成形などでレンズを成形する場合、粉体を二液タイプで保管し使用したほうが取り扱い上生産性を上げることが出来る。混合は使用前にミキサーやスクリューミキサーなどの混合装置を用い、直接混合したものを成形装置に注入し成形する。なお、成形条件は特に制限されるものではないが、成形条件はシリコーン樹脂組成物の硬化性にもよるが、通常、50〜200℃、特に、70℃〜180℃の温度で30秒〜30分、特に1〜10分で硬化させることが出来る。また、50〜200℃、特に70〜180℃で0.1〜10時間、特に1〜4時間程度のポストキュア(二次硬化)を行うことができる。
−ビニル基含有オルガノポリシロキサンレジン(A1)−
PhSiCl3で示されるオルガノシラン:27mol、ClMe2SiO(Me2SiO)33SiMe2Cl:1mol、MeViSiCl2:3molをトルエン溶媒に溶解後、水中に滴下し、共加水分解し、更に水洗、アルカリ洗浄にて中和、脱水後、溶剤をストリップし、ビニル基含有レジン(A1)を合成した。このレジンの重量平均分子量は62,000、融点は60℃であった。
−ヒドロシリル基含有オルガノポリシロキサンレジン(B1)−
PhSiCl3で示されるオルガノシラン:27mol、ClMe2SiO(Me2SiO)33SiMe2Cl:1mol、MeHSiCl2:3molをトルエン溶媒に溶解後、水中に滴下し、共加水分解し、更に水洗、アルカリ洗浄にて中和、脱水後、溶剤をストリップし、ヒドロシリル基含有レジン(B1)を合成した。このレジンの重量平均分子量は58,000、融点は58℃であった。
−ビニル基含有オルガノポリシロキサンレジン(A2)−
PhSiCl3で示されるオルガノシラン:27mol、ClMe2SiO(Me2SiO)33SiMe2Cl:1mol、Me2ViSiCl:3molをトルエン溶媒に溶解後、水中に滴下し、共加水分解し、更に水洗、アルカリ洗浄にて中和、脱水後、溶剤をストリップし、ビニル基含有レジン(A2)を合成した。このレジンの重量平均分子量は63,000、融点は63℃であった。
−ヒドロシリル基含有オルガノポリシロキサンレジン(B2)−
PhSiCl3で示されるオルガノシラン:27mol、ClMe2SiO(Me2SiO)33SiMe2Cl:1mol、Me2HSiCl:3molをトルエン溶媒に溶解後、水中に滴下し、共加水分解し、更に水洗、アルカリ洗浄にて中和、脱水後、溶剤をストリップし、ヒドロシリル基含有レジン(B2)を合成した。このレジンの重量平均分子量は57,000、融点は56℃であった。
合成例1のビニル基含有レジン(A1):189g、合成例2のヒドロシリル基含有レジン(B1):189g、反応抑制剤としてアセチレンアルコール系のエチニルシクロヘキサノール:0.2g、塩化白金酸のオクチルアルコール変性溶液:0.1gを加えた組成物90質量部に対して、さらに粒径5μm(平均粒径)の蛍光体(YAG)を10質量部加え60℃に加温したプラネタリーミキサーでよく撹拌し、シリコーン樹脂組成物を調製した。この組成物は、25℃において可塑性の固体であった。
1)機械的特性
インジェクション成型機にて60℃に加温し射出成型し、150℃,5分で加熱成型して図1(正面図)に示す中空レンズ硬化物1を得た。このレンズは上から見ると(即ち、図示しない平面図では)直径3.0mmの円形であり、高さ1.6mmで、破線2で示すように内側が一方に開いた中空状になっている。内側中空部の高さは1.5mmであり、壁体の厚さは0.1mmである。更にこれを150℃,4時間で2次硬化させたものについて、JIS K 6251及びJIS K 6253に準拠し、引張強度(0.2mm厚)、硬度(タイプD型スプリング試験機を用いて測定)及び伸び率(0.2mm厚)を測定した。
2)耐衝撃性
図2(正面図)に示す形状の上から見ると円形であるドーム型中空レンズ3を成型し、これに3gの錘4を両面粘着テープ5により付着して1mの高さから塩ビ製タイルに落とした。クラック発生の有無を調べた。
2)表面のタック性
上記のように2次硬化させた硬化物表面のタック性を指触にて確認した。更に、市販の銀紛(平均粒径5μm)中に硬化物を置き、取り出し後、エアーを吹き付けて表面に埃のように付着した銀粉が取れるか試験した。
3)蛍光体の分散安定性
アルミナ基盤上に形成された直径6mm、中央部深さ2mmで底が凹曲面である凹部に上記の調製直後の樹脂組成物を入れ、上記と同様の条件で加熱硬化して図3(正面図)に示す形状の上から見ると円形であるレンズ成型物6を成型した。このレンズ成型物6の上部7と下部8のそれぞれから一部切り取り、各々を800℃にて加熱して灰化し、得られた灰中の蛍光体の含有量(質量%)を測定し、上部7と下部8における含有量を比較した。さらに、該組成物を−20℃の冷凍庫内に3月間保管した後に、組成物を上記と同様にレンズ成型物に成型し、同様にして上部と下部における蛍光体の含有量を比較した。こうして蛍光体の分散安定性を測定した。
4)耐熱衝撃性
硬化したサンプルを−50℃〜150℃の冷熱サイクル(1サイクル30分)100サイクルに供し、クラック発生の有無を調べた。
これらの各測定結果を表1に示す。
合成例3のビニル基含有レジン(A2):189g、合成例4のヒドロシリル基含有レジン(B2):189g、反応抑制剤としてアセチレンアルコール系のエチニルシクロヘキサノール:0.2g、塩化白金酸のオクチルアルコール変性溶液:0.1gを加えた組成物70質量部に対して、さらに粒径5μm(平均粒径)の蛍光体(YAG)を30質量部加えた後、これらを60℃に加温したプラネタリーミキサーでよく撹拌し、シリコーン樹脂組成物を調製した。この組成物は、25℃において可塑性の固体であった。該組成物を実施例1と同様に評価した。結果を表1に示す。
実施例2において、前記蛍光体の添加量を10質量%(即ち、蛍光体配合前の組成物90質量部に対して、蛍光体を10質量部)に変更した以外は実施例2と同様にしてシリコーン樹脂組成物を調製した。さらにこの組成物100質量部に、脂肪酸系離型剤(理研ビタミン製リケスターEW-440A、ペンタエリスリトールテトラステアレート)を1.0質量部加え、よく攪拌混合し、離型剤入りシリコーン樹脂組成物を調製した。この組成物は、25℃において可塑性の固体であった。該組成物を実施例1と同様に評価した。結果を表1に示す。
フェニルトリクロルシラン698質量部、メチルビニルジクロルシラン169質量部、ジメチルジクロルシラン194質量部、及びトルエン530質量部からなる混合物を水2500質量部中に激しく撹拌しながら60分間で滴下した。更に60分間撹拌を行ったのち、中性となるまで水洗した。水洗後シロキサン濃度を25質量%のトルエン溶液とし、水酸化カリウム0.42質量部添加し、加熱還流下で5時間重合させた。ついでトリメチルクロルシラン13.8質量部添加し、室温で60分間撹拌を行いアルカリを中和した。その後、ろ過し、過熱減圧下でトルエンを留去し、透明なビニル基含有オルガノポリシロキサンを得た。
下記式(i)
で示されるポリシロキサン(VF)50質量部に、SiO2単位50モル%、(CH3)3SiO0.5単位42.5モル%及びVi3SiO0.5単位7.5モル%からなるレジン構造のビニルメチルシロキサン(VMQ)50質量部、SiH基量が前記VF及びVMQ成分中のビニル基の合計量当り1.5倍モルとなる量の下記式(ii)
合成例5のビニル基含有シリコーンを100質量部に下記式で表されるオルガノハイドロジェンシロキサン30質量部1%塩化白金酸のオクチルアルコール溶液0.05質量部を混合した組成物70質量部に対して、さらに粒径5μm(平均粒径)の蛍光体(YAG)を30質量部加え、60℃に加温したプラネタリーミキサーでよく撹拌し、シリコーン樹脂組成物を調製した。この組成物は、25℃において可塑性の固体であった。該組成物を実施例1と同様に評価した。結果を表1に示す。
2.中空を示す破線
3.ドーム型中空レンズ
4.錘
5.両面粘着テープ
Claims (9)
- (A)R1SiO1.5単位、R2 2SiO単位、及びR3 aR4 bSiO(4-a-b)/2単位からなり(但し、R1、R2及びR3は独立にメチル基、エチル基、プロピル基、シクロヘキシル基又はフェニル基を示し、R4はビニル基又はアリル基を示し、aは0,1又は2で、bは1又は2で、a+bは2又は3である)、上記R2 2SiO単位の繰り返し数が5〜300個であるレジン構造のオルガノポリシロキサン、
(B)R1SiO1.5単位、R2 2SiO単位、及びR3 cHdSiO(4-c-d)/2単位からなり(但し、R1、R2及びR3は上記の通りであり、cは0、1又は2で、dは1又は2で、c+dは2又は3である)、上記R2 2SiO単位の繰り返し数が5〜300個であるレジン構造のオルガノハイドロジェンポリシロキサン:(A)成分中のビニル基又はアリル基に対する(B)成分中のケイ素原子に結合した水素原子がモル比で0.1〜4.0となる量、
(C)白金族金属系触媒:有効量、及び
(D)蛍光体
を含有してなる、常温で可塑性の固体であるシリコーン樹脂組成物を加熱下で成形、硬化させることからなるシリコーン製レンズの製造方法。 - 前記の(A)成分は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによるポリスチレン換算重量平均分子量が3,000〜1,000,000の範囲にある請求項1に記載の製造方法。
- 前記の(B)成分は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによるポリスチレン換算重量平均分子量が3,000〜1,000,000の範囲にある請求項1又は2に記載の製造方法。
- 前記シリコーン樹脂組成物を金型内で加圧下に加熱硬化させてなるものである請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記シリコーン樹脂組成物の(A)成分及び/又は(B)成分がシラノール基を含有するものである請求項1〜4のいずれか一項記載の製造方法。
- 前記シリコーン樹脂組成物は、(D)成分を除いた場合の組成物の硬化物が400nmから可視光領域で90%以上の光透過率を有するものである請求項1〜5のいずれか一項記載の製造方法。
- (D)成分の蛍光体が粒径10nm以上の無機蛍光体である請求項1〜6のいずれか一項記載の製造方法。
- 前記シリコーン樹脂組成物を、50〜200℃で成形、硬化させる請求項1〜7のいずれか一項記載の製造方法。
- 前記シリコーン樹脂組成物を、50〜200℃で30秒〜30分間成形、硬化させた後、50〜200℃で0.1〜10時間ポストキュアを行う、請求項1〜8のいずれか一項記載の製造方法。
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