JP5137295B2 - ケイ素含有硬化性組成物及びその硬化物 - Google Patents

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Description

本発明は、ケイ素含有硬化性組成物、及びそれを硬化させたに硬化物に関する。詳しくは、電気・電子材料として有用なケイ素含有硬化性組成物及びその硬化物に関する。
ケイ素含有化合物は、さまざまな研究がなされており、工業的にもシリコーン樹脂に代表されるようにポリシロキサン化合物が古くから利用されている。しかし、シリコーン樹脂は、耐熱性、可撓性に優れてはいるが、アウトガス成分(揮発成分)が多いため電子部材の製造工程などでは汚染問題から使用が限定されていた。
また近年、電子情報分野の発展に伴い、高度の性能が要求されることから、ケイ素の特長ある性質を生かして耐熱性、透明性、物理的・電気的特性に優れた技術が検討されてきている。その中で、ケイ素化合物のヒドロシリル化反応を応用して有用な化合物を製造する技術が多種、検討されている。また、電子情報分野での部材製造工程では、リソグラフィ工程が多用され、高い耐塩基性・耐溶剤性が要求されるようになってきている。そのため、高い耐塩基性・耐溶剤性を保持しつつ、高度の耐熱性、耐クラック性、透明性を同時に満足する材料が求められるようになってきている。これらの要求に対し、種々のケイ素含有硬化性組成物が提案されている(特許文献1〜3及び非特許文献1参照)。
しかしながら、これらに提案された技術は個々の特徴はそれぞれ有するが、最近の電子情報分野での材料に要求される、高度の耐熱性、耐塩基性、耐クラック性及びアウトガス成分が極微という性能を同時に満足するものはなかった。
例えば、特許文献1で提案されている材料では、耐熱性、耐クラック性、特に耐塩基性に関して十分に満足いくものではなく、また特許文献2で提案されている材料でも、特に耐塩基性に関して十分に満足いくものではなく、また特許文献3で提案されている材料も、耐クラック性、特に耐塩基性に関して十分に満足のいくものではなかった。
特開2002−241614号公報 特開2002−241501号公報 特開2002−194215号公報 European Polymer Journal 40 (2004) 615-622
従って、本発明の目的は、アウトガス成分が少なく、透明性に優れ、その硬化物が高度の耐熱性を持ち、耐塩基性、耐クラック性に優れ、電気・電子材料等に有用なケイ素含有硬化性組成物を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定のケイ素含有化合物の構造とプレポリマーに着目し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、(A)成分として、下記の(α)成分及び(β)成分のそれぞれから選ばれる1種以上を、ヒドロシリル化反応して得られる1分子中に2個以上のSi−H基を含有するプレポリマー(A)と、(B)成分として、Si −H基との反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に2個以上含有する環状シロキサン化合物(B)と、(C)成分として、ヒドロシリル化触媒(C)を、含有することを特徴とするケイ素含有硬化性組成物を提供するものである。
(α)成分: 下記の式(1)で示される、1分子中に2個以上のSi−H基を含有する環状シロキサン化合物。
[式(1)中、R1 、R2 及びR3 は、それぞれ、炭素数1〜6のアルキル基、またはフェニル基を表し、同一であっても異なっていてもよい。aは2〜10の数を表し、bは0〜8の数を表し、a+b≧2である。]
(β)成分: 下記の式(2)または(4)で示される、Si−H基との反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に2個含有する化合物。
[式(3)中、R4 、R5 、R6 及びR7 は、それぞれ、炭素数1〜6のアルキル基、またはフェニル基を表し、同一であっても異なっていてもよい。]
[式(4)中、R8 、R9 、R10及びR11は、それぞれ、炭素数1〜6のアルキル基、またはフェニル基を表し、同一であっても異なっていてもよい。]
また本発明は、上記(B)成分が、下記の式(5)で示される、Si −H基との反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に2個以上含有する環状シロキサン化合物である前記ケイ素含有硬化性組成物を提供するものである。
[式(5)中、R12、R13及びR14は、それぞれ、炭素数1〜6のアルキル基、またはフェニル基を表し、同一であっても異なっていてもよい。pは2〜10の数を表し、qは0〜8の数を表し、p+q≧2である。]
また本発明は、前記ケイ素含有硬化性組成物を硬化させた硬化物を提供するものである。
本発明によれば、アウトガス成分が少なく、透明性に優れ、その硬化物が高度の耐熱性を持ち、耐塩基性、耐クラック性を有し、電気・電子材料の絶縁膜、低誘電率材料、耐熱材料、透明材料等に有用なケイ素含有硬化性組成物が得られる。
以下、本発明を詳細に説明する。
まず本発明の(A)成分であるプレポリマーについて説明する。
本発明の(A)成分のプレポリマーは、下記の(α)成分と(β)成分のそれぞれから選ばれる1種以上を、ヒドロシリル化反応して得られ、その1分子中に2個以上のSi−H基を有するものである。
(α)成分は、下記の式(1)で示され、1分子中に2個以上のSi−H基を含有する環状シロキサン化合物である。該式(1)中、R1 、R2 及びR3 は、それぞれ、炭素数1〜6のアルキル基、またはフェニル基を表し、同一であっても異なっていてもよい。R1 は工業的入手性の点からメチル基が好ましく、R2 及びR3 は、アウトガスを低くする点から、メチル基またはフェニル基が好ましい。aは2〜10の数を表し、bは0〜8の数を表し、a+b≧2である。aは製造の容易さの点から4〜6が好ましく、bは硬化反応の架橋密度の点から0〜1が好ましい。
(α)成分の具体例としては、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン、1,3,5,7,9−ペンタメチルシクロペンタシロキサン、1,3,5,7,9,11−ヘキサメチルシクロヘキサシロキサン等が挙げられ、工業的に入手が容易な点と適度のSi−H官能基数の点から1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンが好ましい。(α)成分は単独で使用しても2種以上組み合わせて使用してもよい。
(β)成分は、Si−H基との反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に2個以上含有する化合物であり、特に好ましい例として、耐熱性、耐クラック性の点から、下記の式(2)〜(4)のいずれかで示される化合物が挙げられる。
(β)成分である上記の式(2)で示される化合物は、ジビニルベンゼンを示し、o−ジビニルベンゼン、m−ジビニルベンゼン、p−ジビニルベンゼンのいずれでもよく、ビニル基以外の官能基(例えばメチル基等のアルキル基)がベンゼン環に結合しているものでもよく、これらの混合物でもよい。
上記の式(3)中、R4 、R5 、R6 及びR7 は、それぞれ、炭素数1〜6のアルキル基、またはフェニル基を表し、同一であっても異なっていてもよく、製造の容易さ及び工業的入手の容易さの点から、メチル基、エチル基が好ましい。上記の式(3)で示される化合物の好ましい具体例としては、下記の式(6)で示される化合物が挙げられる。
上記の式(4)中、R8 、R9 、R10及びR11は、それぞれ、炭素数1〜6のアルキル基、またはフェニル基を表し、同一であっても異なっていてもよく、工業的入手性の点から、メチル基、エチル基が好ましい。上記の式(4)で示される化合物の好ましい具体例としては、下記の式(7)で示される化合物が挙げられる。
(β)成分は、上記で挙げたもの以外でも、Si−H基との反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に2個以上含有する化合物であればよく、具体的な例としては、ブタジエン、イソプレン、ビニルシクロヘキセン、シクロペンタジエン、ジシクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、デカジエン、ジアリルフタレート、トリメチロールプロパンジアリルエーテル、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル、ジビニルベンゼン類(純度50〜100%のもの、好ましくは純度80〜100%のもの)、ジビニルビフェニル類(純度50〜100%のもの、好ましくは純度80〜100%のもの)、1,3−ジイソプロペニルベンゼン、1,4−ジイソプロペニルベンゼン、トリアリルイソシアヌレート、トリビニルシクロヘキサン及びそれらのオリゴマー、1,2−ポリブタジエン(1,2比率10〜100%のもの、好ましくは1,2比率50〜100%のもの)、スピロ骨格に炭素−炭素二重結合を2個含有する化合物(例えば、3,9−ジビニル−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン)等が挙げられる。(β)成分は単独で使用しても2種以上組み合わせて使用してもよい。
(β)成分のSi−H基との反応性を有する炭素−炭素二重結合の数は、平均して1分子当たり少なくとも2個以上あればよいが、架橋密度の点から、2〜3個が好ましい。
本発明の(A)成分のプレポリマーは、上記の(α)成分と(β)成分をヒドロシリル化反応すればよく、(α)成分と(β)成分の配合比率は、特に限定されないが、(A)成分のプレポリマー1分子中に、2個以上のSi−H基を含有するようにすればよい。好ましくは、プレポリマーの粘度の点から、(α)成分中のSi−H基の数(X)と、(β)成分中のSi−H基との反応性を有する炭素―炭素二重結合の数(Y)との比が、X:Y=10:1〜2:1であり、より好ましくはX:Y=4:1〜2:1である。
また本発明の(A)成分のプレポリマーが有するSi−H基の濃度は、硬化性及び保存安定性の点から、0.0001mmol/g〜100mmol/gが好ましく、更には、0.01mmol/g〜20mmol/gが好ましい。
本発明の(A)成分のプレポリマーは、重量平均分子量が500〜50万が好ましく、耐熱性及びハンドリング性の点から、1000〜30万がより好ましい。本プレポリマーの重量平均分子量の測定はGPCを使用すればよく、ポリスチレン換算により求めればよい。
(α)成分と(β)成分とのヒドロシリル化反応は、白金系触媒を用いて行うとよく、該白金系触媒としてはヒドロシリル化反応を促進する白金、パラジウム及びロジウムの一種以上の金属を含有する公知の触媒であればよい。これらのヒドロシリル化反応用の触媒として用いられる白金系触媒としては、白金−カルボニルビニルメチル錯体、白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体、白金−シクロビニルメチルシロキサン錯体、白金−オクチルアルデヒド錯体等の白金系触媒をはじめ、白金の代わりに同じく白金系金属であるパラジウム、ロジウム等を含有する化合物が挙げられ、これらの1種または2種以上を併用してもよい。特に硬化性の点から、白金を含有するものが好ましく、具体的には、白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体(Karstedt触媒)、白金−カルボニルビニルメチル錯体(Ossko 触媒)が好ましい。また、クロロトリストリフェニルホスフィンロジウム(I)等の、上記白金系の金属を含有するいわゆるWilkinson触媒も、本発明では白金系触媒に含まれる。白金系触媒の使用量は、反応性の点から、(α)成分と(β)成分の合計量の5質量%以下が好ましく、0.0001〜1.0質量%がより好ましい。(α)成分と(β)成分のヒドロシリル化反応条件は特に限定されず、上記触媒を使用して従来公知の条件で行なえばよいが、硬化速度の点から、室温〜130℃で行なうのが好ましく、反応時にトルエン、ヘキサン、MIBK(メチルイソブチルケトン)、シクロペンタノン、PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート) 等の従来公知の溶媒を使用してもよい。
本発明の(A)成分のプレポリマーは、環状シロキサン化合物である(α)成分と、Si −H基との反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に2個以上含有する化合物である(β)成分とをヒドロシリル化反応して得られるプレポリマーであり、本発明は、(α)成分が環状であること、また、まずプレポリマーとしてから、これを硬化性組成物の配合成分とすることに大きな特徴がある。環状構造であるので硬化収縮性が小さく、そのため耐クラック性に優れる硬化物が得られる。また、プレポリマー化することで低沸点物を除去できるので、アウトガス成分を含まない硬化組成物が得られる。さらに低粘度でありながらケイ素含有量を多くできるので、耐熱性に優れた硬化性組成物を得ることができる。
次に本発明の(B)成分について説明する。本発明の(B)成分は、Si −H基との反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に2個以上含有する環状シロキサン化合物である。この二重結合の数は2〜10個が好ましく、硬化物の架橋密度の点から2〜6個がより好ましい。また、このSi−H基と反応性を有する炭素−炭素二重結合は、アルケニル基、ビニル基等が挙げられるが、特に反応性の点から、ケイ素原子に結合したビニル基(Si−CH=CH2 基)であることが好ましい。
また、硬化物の物性の点から特に好ましい(B)成分は、下記の式(5)で示される環状シロキサン化合物が挙げられる。
上記の式(5)中、R12、R13及びR14は、それぞれ、炭素数1〜6のアルキル基、またはフェニル基を表し、同一であっても異なっていてもよく、工業的入手性の点から、R12、R13及びR14は、メチル基またはフェニル基が好ましい。pは2〜10の数を表し、架橋密度の点から2〜4が好ましく、qは0〜8の数を表し、アウトガス低減化及び粘度の点から1〜3が好ましい。p+q≧2である。アウトガス低減化の点から、好ましい(B)成分の具体例としては、下記の式(8)〜(11)で示される環状シロキサン化合物が挙げられる。
本発明の(B)成分は、Si −H基との反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に2個以上含有する環状シロキサン化合物であり、この(B)成分が環状シロキサン化合物であることに本発明の大きな特徴がある。(B)成分が、シロキサン化合物であることにより、シロキサン化合物でないものに比べて、耐熱性、透明性等が優れ、且つ環状化合物であることにより、鎖状化合物に比べて、硬化物の物理的強度(剛直性)、耐塩基性、耐クラック性等が優れている。
本発明の(B)成分がSi −H基との反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に2個以上含有する環状シロキサン化合物であることで、特に優れていることをさらに詳しく列挙すると、以下のようになる。
(1)環状構造であるために、硬化収縮が小さくなり、そのため高温での耐クラック性に優れたものとなる。
(2)Si濃度を高くすることができ、耐熱性を向上させ易い。
(3)Si化合物の本来有している透明性、耐熱性等の特長はそのまま発現する。
本発明のケイ素含有硬化性組成物中、(A)成分と(B)成分の含有量は、Si−H基と、Si−H基と反応性を有する炭素−炭素二重結合の比を考慮して適宜決めればよいが、Si−H基と、Si−H基と反応性を有する炭素−炭素二重結合の当量比が、0.9〜10が好ましく、1.0〜5.0が特に好ましい。質量%でいうと、(A)成分の含有量は、1〜99質量%が好ましく、10〜90質量%が特に好ましい。(B)成分の含有量は、1〜99質量%が好ましく、10〜90質量%が特に好ましい。
次に本発明の(C)成分であるヒドロシリル化触媒について説明する。
(C)成分のヒドロシリル化触媒としては、白金系触媒が挙げられ、これはヒドロシリル化反応を促進する白金、パラジウム及びロジウムの一種以上の金属を含有する公知の触媒であればよい。これらのヒドロシリル化反応用の触媒として用いられる白金系触媒としては、白金−カルボニルビニルメチル錯体、白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体、白金−シクロビニルメチルシロキサン錯体、白金−オクチルアルデヒド錯体等の白金系触媒をはじめ、白金の代わりに同じく白金系金属であるパラジウム、ロジウム等を含有する化合物が挙げられ、これらの1種または2種以上を併用してもよい。特に硬化性の点から、白金を含有するものが好ましく、具体的には、白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体(Karstedt触媒)、白金−カルボニルビニルメチル錯体(Ossko 触媒)が好ましい。また、クロロトリストリフェニルホスフィンロジウム(I)等の、上記白金系の金属を含有するいわゆるWilkinson触媒も、本発明では白金系触媒に含まれる。
本発明のケイ素含有硬化性組成物中、(C)成分の含有量は、硬化性及び保存安定性の点から、5質量%以下が好ましく、0.0001〜1.0質量%がより好ましい。含有量が5質量%よりも多いと、ケイ素含有硬化性組成物の安定性が乏しくなる傾向があり、0.0001質量%よりも少ないと、充分な硬化性が得られない場合がある。
本発明のケイ素含有硬化性組成物は、上記の(A)〜(C)成分以外に、任意成分として金属酸化物微粉末(金属酸化物微粒子ともいう)を含有することも好ましい。本発明の任意成分の金属酸化物微粉末とは、いわゆる充填剤、鉱物等の無機材料やこれを有機変性したものを指す。例えば、コロイダルシリカ、シリカフィラー、シリカゲル、マイカやモンモリロナイト等の鉱物、酸化アルミニウムや酸化亜鉛、酸化ベリリウム等の金属酸化物等であり、これらを有機変性処理等によって改質したものでもよい。これらの金属酸化物微粉末を加えることで好適な諸物性を得ることができる。特に好ましいものとしては、二酸化ケイ素微粉末が挙げられる。これら金属酸化物微粒子の粒径は、耐熱性の点から100μm以下が好ましく、50μm以下がより好ましい。本発明のケイ素含有硬化性組成物中の、金属酸化物微粉末の含有量は、耐熱性及びハンドリングの点から、90質量%以下が好ましく、50質量%以下がより好ましい。
本発明のケイ素含有硬化性組成物には、更に任意の成分として、フリーラジカルスカベンジャーを配合してもよい。この場合のフリーラジカルスカベンジャーは、酸化防止剤、安定剤等の抗酸化性物質であればよく、例えば、トリエチレングリコール−ビス[3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、ジブチルヒドロキシトルエン(BHT)、2,6−ジ−t−ブチル−パラクレゾール(DBPC)等が挙げられる。本発明のケイ素含有硬化性組成物中の、フリーラジカルスカベンジャーの含有量は、耐熱性、電気特性、硬化性、力学特性、保存安定性及びハンドリングの点から、0.1〜50質量%が好ましく、1〜30質量%がより好ましい。
次に本発明の硬化物について述べる。
本発明のケイ素含有硬化性組成物は、加熱することにより硬化させることができ、硬化物とすることができる。この硬化反応は、本発明のケイ素含有硬化性組成物の配合成分を使用直前に混合する方法、あらかじめ全部を混合しておき硬化反応を行うときに加熱等により硬化する方法等、いずれの方法で行ってもよい。
硬化させる場合の加熱温度は35〜350℃が好ましく、50〜250℃がより好ましい。硬化時間は0.01〜10時間が好ましく、0.05〜6時間がより好ましい。これらの硬化反応条件下に硬化反応を行うことにより、本発明のケイ素含有硬化性組成物から、耐熱性、耐クラック性、耐塩基性、低誘電率、アウトガス成分が少ない等の優れた性能を有する硬化物を得ることができる。特に、本発明の硬化物は電気特性に優れ、その比誘電率は、好ましくは2.5〜3.2の範囲である。
本発明のケイ素含有硬化性組成物は、室温(25℃)で良好な流動性があり、ハンドリング性に優れ、また、この硬化物の性能に関しては、特に耐熱性、耐クラック性に優れている。詳しくは、硬化物の5質量%の重量減少を来たす温度が400℃以上、より好ましくは500℃以上の硬化物が好適に得られる。また、クラック発生の少ない硬化物が好適に得られる。流動性に関しては、室温(25℃)で、E型粘度計で測定した粘度が1Pa・S以下であるのが好ましく、0.1Pa・S以下であるのがより好ましい。
本発明のケイ素含有硬化性組成物は、(C)成分のヒドロシリル化触媒(例えば白金系触媒)である硬化反応触媒の効果により、(A)成分のSi−H基と、(B)成分のSi−H基と反応性を有する炭素−炭素二重結合(例えばSi−CH=CH2 基)の反応による硬化反応が速やかに進行する。さらに、本発明のケイ素含有硬化性組成物は、均一で透明なため、紫外線等の光の透過性もよく、光反応性の触媒を添加することで、光硬化も可能である。もちろん光反応性のモノマーや樹脂を更に配合してもよく、ケイ素含有硬化性組成物中の各成分のいずれか一種以上が光反応性基を有していてもよい。更にまた、耐候性、硬度、耐汚染性、難燃性、耐湿性、ガスバリヤ性、可撓性、伸びや強度、電気絶縁性、低誘電率性等の力学特性、光学特性、電気特性等に優れた材料を得ることができる。
また、本発明のケイ素含有硬化性組成物には、前記した以外の任意成分として、本発明の目的とする性能を損なわない範囲で、その他の公知の各種樹脂、充填剤、添加剤等をも配合することができる。さらに、(A)成分、(B)成分及び(C)成分のいずれか一種以上に、各種の有機官能基を結合させ、更なる機能を付与することができる。また、本発明のケイ素含有硬化性組成物またはその硬化物をマトリックスとし、この中に他の有用な化合物を分散させた高機能複合材料を作製することもできる。
任意に配合できる各種樹脂の例としては、ポリイミド樹脂、ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコール等のポリエーテル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂等が挙げられる。
任意に配合できる添加剤の例としては、紫外線吸収剤、帯電防止剤、酸化防止剤等が挙げられる。
任意に配合できる充填剤の例としては、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素等のセラミックス等が挙げられ、これらを有機変性処理等により改質したものでもよい。
以下、実施例により本発明を更に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。尚、実施例中の「部」や「%」は質量基準によるものである。下記の実施例1、4、5、6及び10は参考例である。
[合成例1](A)成分:プレポリマー−1の合成
1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン100部、1,4−ビス(ジメチルビニルシリル)ベンゼン100部、トルエン60部及び白金−カルボニルビニルメチル錯体(Ossko 触媒)0.0005部を加えて攪拌しながら、5時間環流処理した。反応液を70℃で溶媒を減圧留去し、(A)成分であるプレポリマー−1を得た。
GPCによる分析の結果、プレポリマー−1の分子量はMw=3000であり、ヒドロシリル基(Si−H基)の含有量は 1H−NMRから5.3mmol/gであった。
[合成例2](A)成分:プレポリマー−2の合成
〔前駆体〕1,5−ジビニル−1,1,5,5−テトラメチル−3,3−ジフェニルト
リシロキサンの合成
まず、プレポリマー−2の前駆体として、1,5−ジビニル−1,1,5,5−テトラメチル−3,3−ジフェニルトリシロキサンを合成した。すなわち、ジフェニルシランジオール100部をトルエン450部中に分散させ、ピリジン120部を加えて攪拌した。
この懸濁液にビニルジメチルクロロシラン170部を加えて50℃で2時間反応した後、イオン交換水を加えて反応を停止した。
この反応液から水層を取り除き溶媒を留去して、ケイ素含有ジビニル化合物(1,5−ジビニル−1,1,5,5−テトラメチル−3,3−ジフェニルトリシロキサン)を得た。
GC−MSによる分析の結果、上記ケイ素含有ジビニル化合物の分子量はMw=384であり、ビニル基の含有量は 1H−NMRから4.99mmol/gであった。
GC−MSカラム:HEWLETT PACKARD 社製HP-1、30m X 300mm
次に、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン100部、1,5−ジビニル−1,1,5,5−テトラメチル−3,3−ジフェニルトリシロキサン130部、ヘキサン500部及び白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体(Karstedt触媒)0.0005部を加えて攪拌しながら、2時間環流処理した。反応液を70℃で溶媒を減圧留去し、ケイ素含有ヒドロシリル型プレポリマー−2を得た。
GPCによる分析の結果、ケイ素含有ヒドロシリル型プレポリマー−2の分子量はMw=2500であり、ヒドロシリル基の含有量は 1H−NMRから4.9mmol/gであった。
[合成例3](A)成分:プレポリマー−3の合成
1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン100部、ジビニルベンゼン50部、1−メトキシ−2−プロパノールアセテート70部及び白金−カルボニルビニルメチル錯体(Ossko 触媒)0.0001部を加えて攪拌しながら、6時間環流処理した。反応液を50℃で溶媒を減圧留去し、(A)成分であるプレポリマー−3を得た。
GPCによる分析の結果、プレポリマー−3の分子量はMw=140000であり、ヒドロシリル基(Si−H基)の含有量は 1H−NMRから5.2mmol/gであった。
[合成例4](B)成分:環状シロキサン化合物−1の合成
1,4−ジオキサン300部及び塩酸300部を加えて撹拌した混合液中に、メチルビニルジクロロシラン210部とフェニルメチルジクロロシラン90部の混合物を滴下した。加水分解反応により発生した塩酸を回収しつつ室温下で30分反応の後、70℃で3時間反応させた。反応後、2層に分離した液層の内、上層について真空ポンプによる減圧下120〜140℃の条件で蒸留精製し、下記の式(12)で示される、(B)成分である環状シロキサン化合物−1を得た。
GC−MSによる分析の結果、環状シロキサン化合物−1には分子量=395のものが面積比で85%以上含まれており、FT−IRによる分析の結果、環状シロキサン化合物−1には3200〜3600cm-1の吸収域に帰属する水酸基の吸収が見られなかった。また 1H−NMRによる分析の結果、ビニル基とフェニル基のモル比が3.3:1.0の割合で認められた。
[合成例5](B)成分:環状シロキサン化合物−2の合成
1,4−ジオキサン300部及び塩酸300部を加えて撹拌した混合液中に、メチルビニルジクロロシラン140部とフェニルメチルジクロロシラン180部の混合物を滴下した。加水分解反応により発生した塩酸を回収しつつ室温下で30分反応の後、70℃で3時間反応させた。反応後、2層に分離した液層の内、上層について真空ポンプによる減圧下135〜150℃の条件で蒸留精製し、下記の式(13)で示される、(B)成分である環状シロキサン化合物−2を得た。
GC−MSによる分析の結果、環状シロキサン化合物−2には分子量Mw=445のものが面積比で85%以上含まれており、FT−IRによる分析の結果、環状シロキサン化合物−2には3200〜3600cm-1の吸収域に帰属する水酸基の吸収が見られなかった。また 1H−NMRによる分析の結果、ビニル基とフェニル基のモル比が1.2:1.0の割合で認められた。
[合成例6](B)成分:環状シロキサン化合物−3の合成
合成例4で得られた環状シロキサン化合物−1を50部と、合成例5で得られた環状シロキサン化合物−2の50部を混合し、(B)成分である環状シロキサン化合物−3を得た。
[合成例7](B)成分:環状シロキサン化合物−4の合成
1,4−ジオキサン300部及び塩酸300部を加えて撹拌した混合液中に、メチルビニルジクロロシラン280部を滴下した。加水分解反応により発生した塩酸を回収しつつ室温下で30分反応の後、70℃で3時間反応させた。反応後、2層に分離した液層の内、上層について真空ポンプによる減圧下120℃以下の条件で蒸留精製し、下記の式(14)で示される、(B)成分である環状シロキサン化合物−4を得た。
GC−MSによる分析の結果、環状シロキサン化合物−4の分子量はMw=345であり、FT−IRによる分析の結果、環状シロキサン化合物−4には3200〜3600cm-1の吸収域に帰属する水酸基の吸収が見られなかった。また、ビニル基の含有量は 1H−NMRから11.6mmol/gであった。
[実施例1]ケイ素含有硬化性組成物−1
合成例1で得た(A)成分であるプレポリマー−1を100部、合成例4で得た(B)成分である環状シロキサン化合物−1を67部及び(C)成分として白金−カルボニルビニルメチル錯体0.0001部を配合して、本発明のケイ素含有硬化性組成物−1を得た。
得られたケイ素含有硬化性組成物−1を下記の硬化方法で硬化して硬化物−1を得た。硬化中はなんらの発煙もなく、無色透明の硬い硬化物が得られた。
<硬化方法>
1)硬化性確認及び耐熱性試験とアウトガス試験に供試する試験片作成用の硬化方法
硬化性組成物をテフロン(登録商標)樹脂製の型枠に均一に流し込み、130℃に調整したホットプレート上で30分間の予備加熱の後、さらに200℃に調整したホットプレート上で1時間加熱して硬化物を得た。
2)耐クラック性試験及び耐塩基性試験に供試する試験片作成の硬化方法
硬化性組成物を洗浄乾燥したガラス板上にスピンキャストして均一の薄膜(SOG 膜)を作成し、130℃に調整したホットプレート上で30分間の予備加熱の後、さらに200℃に調整したホットプレート上で1時間加熱して硬化物を得た。
3)比誘電率試験に供試する試験片用の硬化方法
硬化性組成物を透明電極のついたガラス基板上に均一に塗布し、130℃に調整したホットプレート上で30分間の予備加熱の後、さらに200℃に調整したホットプレート上で1時間加熱して硬化物を得た。
[実施例2]ケイ素含有硬化性組成物−2
合成例2で得た(A)成分であるプレポリマー−2を100部、合成例4で得た(B)成分である環状シロキサン化合物−1を62部及び(C)成分として白金−カルボニルビニルメチル錯体0.0001部を配合して、本発明のケイ素含有硬化性組成物−2を得た。
得られたケイ素含有硬化性組成物−2を、実施例1と同様の硬化方法で硬化して硬化物−2を得た。硬化中はなんらの発煙もなく、無色透明の硬い硬化物が得られた。
[実施例3]ケイ素含有硬化性組成物−3
合成例3で得た(A)成分であるプレポリマー−3を100部、合成例4で得た(B)成分である環状シロキサン化合物−1を66部及び(C)成分として白金−カルボニルビニルメチル錯体0.0001部を配合して、本発明のケイ素含有硬化性組成物−3を得た。
得られたケイ素含有硬化性組成物−3を、実施例1と同様の硬化方法で硬化して硬化物−3を得た。硬化中はなんらの発煙もなく、無色透明の硬い硬化物が得られた。
[実施例4]ケイ素含有硬化性組成物−4
合成例1で得た(A)成分であるプレポリマー−1を100部、合成例5で得た(B)成分である環状シロキサン化合物−2を110部及び(C)成分として白金−カルボニルビニルメチル錯体0.0001部を配合して、本発明のケイ素含有硬化性組成物−4を得た。
得られたケイ素含有硬化性組成物−4を、実施例1と同様の硬化方法で硬化して硬化物−4を得た。硬化中はなんらの発煙もなく、無色透明の硬い硬化物が得られた。
[実施例5]ケイ素含有硬化性組成物−5
合成例1で得た(A)成分であるプレポリマー−1を100部、合成例6で得た(B)成分である環状シロキサン化合物−3を83. 5部及び(C)成分として白金−カルボニルビニルメチル錯体0.0001部を配合して、本発明のケイ素含有硬化性組成物−5を得た。
得られたケイ素含有硬化性組成物−5を、実施例1と同様の硬化方法で硬化して硬化物−5を得た。硬化中はなんらの発煙もなく、無色透明の硬い硬化物が得られた。
[実施例6]ケイ素含有硬化性組成物−6
合成例1で得た(A)成分であるプレポリマー−1を100部、合成例7で得た(B)成分である環状シロキサン化合物−4を46部及び(C)成分として白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体(Karstedt触媒)0.0005部を配合して、本発明のケイ素含有硬化性組成物−6を得た。
得られたケイ素含有硬化性組成物−6を、実施例1と同様の硬化方法で硬化して硬化物−6を得た。硬化中はなんらの発煙もなく、無色透明の硬い硬化物が得られた。
[実施例7]ケイ素含有硬化性組成物−7
合成例3で得た(A)成分であるプレポリマー−3を100部、合成例5で得た(B)成分である環状シロキサン化合物−2を108部及び(C)成分として白金−カルボニルビニルメチル錯体0.0001部を配合して、本発明のケイ素含有硬化性組成物−7を得た。
得られたケイ素含有硬化性組成物−7を、実施例1と同様の硬化方法で硬化して硬化物−7を得た。硬化中はなんらの発煙もなく、無色透明の硬い硬化物が得られた。
[実施例8]ケイ素含有硬化性組成物−8
合成例3で得た(A)成分であるプレポリマー−3を100部、合成例6で得た(B)成分である環状シロキサン化合物−3を82部及び(C)成分として白金−カルボニルビニルメチル錯体0.0001部を配合して、本発明のケイ素含有硬化性組成物−8を得た。
得られたケイ素含有硬化性組成物−8を、実施例1と同様の硬化方法で硬化して硬化物−8を得た。硬化中はなんらの発煙もなく、無色透明の硬い硬化物が得られた。
[実施例9]ケイ素含有硬化性組成物−9
合成例3で得た(A)成分であるプレポリマー−3を100部、合成例7で得た(B)成分である環状シロキサン化合物−4を45部及び(C)成分として白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体(Karstedt触媒)0.0005部を配合して、本発明のケイ素含有硬化性組成物−9を得た。
得られたケイ素含有硬化性組成物−9を、実施例1と同様の硬化方法で硬化して硬化物−9を得た。硬化中はなんらの発煙もなく、無色透明の硬い硬化物が得られた。
[実施例10]ケイ素含有硬化性組成物−10
合成例1で得た(A)成分であるプレポリマー−1を100部、合成例4で得た(B)成分である環状シロキサン化合物−1を67部、(C)成分として白金−カルボニルビニルメチル錯体0.0001部、及び任意成分として二酸化微粉末19部を配合して、本発明のケイ素含有硬化性組成物−10を得た。
得られたケイ素含有硬化性組成物−10を、実施例1と同様の硬化方法で硬化して硬化物−10を得た。硬化中はなんらの発煙もなく、無色透明の硬い硬化物が得られた。
[比較例1]
1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンを100部、1,4−ビス(ジメチルビニルシリル)ベンゼンを205部及び白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体(Karstedt触媒)0.0005部を配合して、硬化性組成物比較品−1を得た。得られた硬化性組成物比較品−1を、実施例1と同様の硬化方法で硬化して硬化物比較品−1を得た。硬化反応中に白煙が発生し、揮発成分が飛散していることが認められた。
[比較例2]
1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンを100部、ジビニルベンゼンを108部及び白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体0.0005部を配合して、硬化性組成物比較品−2を得た。得られた硬化性組成物比較品−2を、実施例1と同様の硬化方法で硬化して硬化物比較品−2を得た。硬化反応中に白煙が発生し、揮発成分が飛散していることが認められた。
[比較例3]
合成例1で得たプレポリマー−1を100部、1,4−ビス(ジメチルビニルシリル)ベンゼンを65部及び白金−カルボニルビニルメチル錯体0.0005部を配合して、硬化性組成物比較品−3を得た。得られた硬化性組成物比較品−3を、実施例1と同様の硬化方法で硬化して硬化物比較品−3を得た。硬化反応中に白煙が発生し、揮発成分が飛散していることが認められた。
[比較例4]
合成例2で得たプレポリマー−2を100部、1,4−ビス(ジメチルビニルシリル)ベンゼンを60部及び白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体0.0005部を配合して、硬化性組成物比較品−4を得た。得られた硬化性組成物比較品−4を、実施例1と同様の硬化方法で硬化して硬化物比較品−4を得た。硬化反応中に白煙が発生し、揮発成分が飛散していることが認められた。
[比較例5]
合成例3で得たプレポリマー−3を100部、1,4−ビス(ジメチルビニルシリル)ベンゼンを64部及び白金−カルボニルビニルメチル錯体0.0005部を配合して、硬化性組成物比較品−5を得た。得られた硬化性組成物比較品−5を、実施例1と同様の硬化方法で硬化して硬化物比較品−5を得た。硬化反応中に白煙が発生し、揮発成分が飛散していることが認められた。
[比較例6]
合成例3で得たプレポリマー−3を100部、ジビニルベンゼンを34部及び白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体0.0005部を配合して、硬化性組成物比較品−6を得た。得られた硬化性組成物比較品−6を、実施例1と同様の硬化方法で硬化して硬化物比較品−6を得た。硬化反応中に白煙が発生し、揮発成分が飛散していることが認められた。
[比較例7]
合成例3で得たプレポリマー−3を100部及びトリアリルイソシアヌレートを43部を配合して、硬化性組成物比較品−7を得た。得られた硬化性組成物比較品−7を、実施例1と同様の硬化方法で硬化して硬化物比較品−7を得た。硬化反応中に白煙が発生し、揮発成分が飛散していることが認められた。
[比較例8]
1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンを100部、合成例4で得られた環状シロキサン化合物−1を211部及び白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体0.0005部を配合して、硬化性組成物比較品−8を得た。得られた硬化性組成物比較品−8を、実施例1と同様の硬化方法で硬化して硬化物比較品−8を得た。硬化反応中に白煙が発生し、揮発成分が飛散していることが認められた。
[比較例9]
1,4−ビス(ジメチルシリル)ベンゼンを100部、合成例4で得られた環状シロキサン化合物−1を130部及び白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体0.0005部を配合して、硬化性組成物比較品−9を得た。得られた硬化性組成物比較品−9を、実施例1と同様の硬化方法で硬化して硬化物比較品−9を得た。硬化反応中に白煙が発生し、揮発成分が飛散していることが認められた。
[耐熱性試験]
実施例1〜10で得られた硬化物−1〜10及び比較例1〜9の硬化物比較品1〜9を、次に示す測定方法で耐熱試験を実施した。試験結果を表1に示した。1%減量温度は上段に、5%減量温度は下段に示した。本発明の硬化物−1〜10は高い耐熱温度を有していることが分かった。それに対し、硬化物比較品1〜9は揮発成分が飛散したため、ビニル基とSi−H基の当量比バランスが崩れ、低い耐熱温度しか発現しなかったと予想される。
<耐熱試験の測定方法>
各硬化物を熱分析装置(TG-DTA)で、1%減量温度及び5%減量温度を測定した。
測定機器:セイコーインスツルメンツ(株)社製 SSC/5200
測定条件:温度範囲100-550 ℃、昇温速度10℃/ 分
[耐クラック性試験]
実施例1〜10で得られた硬化物−1〜10及び比較例1〜9の硬化物比較品1〜9を、次に示す測定方法で耐クラック性試験を実施した。試験結果を表1に示した。
これより、本発明の硬化物−1〜10は高温での耐クラック性を有していることが分かった。
<耐クラック性試験の測定方法>
ガラス上薄膜(SOG膜)硬化物をホットプレート上のガラス容器内に設置して窒素ガスを流しながら350℃まで加熱し、1時間保持した。そのまま窒素雰囲気下で加熱を停止して室温まで冷却して薄膜の表面を目視観察した。
評価は、クラックが入らなかったものを○、クラックが入ったものを×と判定した。
[耐塩基性試験]
実施例1〜10で得られたガラス板上の硬化物−1〜10(SOG 薄膜)及び比較例1〜9の硬化物比較品1〜9(SOG 薄膜)を、次に示す測定方法で耐塩基性試験を実施した。試験結果を表1に示した。
これより、本発明の硬化物−1〜10は耐塩基性を有していることが分かった。
<耐塩基性試験の測定方法>
ガラス板上薄膜(SOG膜)硬化物をアミン試験液に浸漬した。浸漬終了後、試験片をイオン交換水で洗浄し、風乾して顕微鏡でクラックの有無を判定した。
評価は、クラックが入らなかったものを○、クラックが入ったものを×と判定した。
アミン試験液:テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド26%水溶液
浸漬条件:80℃×1時間
[比誘電率試験]
実施例1〜10で得られた透明電極のついたガラス基板上で硬化した硬化物−1〜10、及び同様に透明電極のついたガラス基板上で硬化した比較例1〜9の硬化物比較品1〜9を、次に示す測定方法で比誘電率試験を実施した。試験結果を表1に示した。1kHzでの誘電率を上段に、10kHzでの誘電率を下段に示した。
これにより、本発明の硬化物−1〜10は比誘電率2.7〜2.9の値を持ち、低誘電率の化合物であることが分かった。
<比誘電率試験の測定方法>
透明電極のついたガラス基板上に塗布、硬化した各硬化物を、真空蒸着装置内に設置し、10-3Pa以下の減圧下で高純度アルミニウムを200nmの厚さに蒸着し、対電極とした。蒸着装置から取り出した後、横河ヒューレットパッカード 社製LCR メータ 4262A で1kHz, 10kHz での電荷量を測定して膜厚とアルミニウムの面積から比誘電率を算出した。
[アウトガス量試験]
実施例1〜10で得られた硬化物−1〜10及び比較例1〜9の硬化物比較品1〜9を、次に示す測定方法でアウトガス量の試験を実施した。試験結果を表1に示した。
これにより、本発明の硬化物−1〜10はアウトガス量が少ないことが分かった。これに対し、硬化物比較品1〜9は、揮発成分の残留が多いため、アウトガス量が多かった。
<アウトガス量試験の測定方法>
各硬化物を耐熱性測定と同じ装置(TG/DTA)を用い、350℃で1時間の連続運転をして質量変化を調べた。質量の減量分がアウトガス量に相当すると判定した。単位:質量% 測定機器:セイコーインスツルメンツ(株)社製 SSC/5200
尚、表1中の数値及び記号の意味は次のとおりである。
耐熱性試験 : 上段=1%減量温度、下段=5%減量温度
耐クラック性試験 : ○クラック発生なし、×クラック発生あり
耐アミン性試験 : ○クラック発生なし、×クラック発生あり
比誘電率 : 上段=1KHz での比誘電率、下段=10KHz での比誘電率
アウトガス量試験 : 単位=質量%
本発明のケイ素含有硬化性組成物は、保存安定性、透明性、ハンドリング性、硬化性等に優れ、更にその硬化物が、耐熱性、耐クラック性、耐塩基性、光学特性、電気特性、低アウトガス性等の諸物性に優れた、 硬化性組成物として利用することができる。また、電気・電子材料分野における表示材料・光材料・記録材料・半導体等の封止材料、高電圧絶縁材料、絶縁・防振・防水・防湿を目的として、スピンキャスト、ポッティング、ディッピング等の成膜方法により、プラスチック部品の試作母型、コーティング材料、層間絶縁膜、絶縁用パッキング、熱収縮ゴムチューブ、O−リング、表示デバイス用シール剤・保護材、光導波路、光ファイバー保護材、光学レンズ、光学機器用接着剤、高耐熱性接着剤、高放熱性材料、高耐熱シール材、太陽電池・燃料電池用部材、電池用固体電解質、絶縁被覆材、複写機用感光ドラム、ガス分離膜にも応用できる。また、土木・建材分野におけるコンクリート保護材、ライニング、土壌注入剤、シーリング剤、蓄冷熱材、ガラスコーティング等への応用、さらに医療用材料分野においても、チューブ、シール材、コーティング材料、滅菌処理装置用シール材、コンタクトレンズ、酸素富化膜等に応用することが可能である。

Claims (3)

  1. (A)成分として、下記の(α)成分及び(β)成分のそれぞれから選ばれる1種以上を、ヒドロシリル化反応して得られる1分子中に2個以上のSi−H基を含有するプレポリマー(A)と、
    (B)成分として、Si−H基との反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に2個以上含有する環状シロキサン化合物(B)と、
    (C)成分として、ヒドロシリル化触媒(C)を、
    含有することを特徴とするケイ素含有硬化性組成物。
    (α)成分: 下記の式(1)で示される、1分子中に2個以上のSi−H基を含有する環状シロキサン化合物。
    [式(1)中、R1 、R2 及びR3 は、それぞれ、炭素数1〜6のアルキル基、またはフェニル基を表し、同一であっても異なっていてもよい。aは2〜10の数を表し、bは0〜8の数を表し、a+b≧2である。]
    (β)成分: 下記の式(2)または(4)で示される、Si−H基との反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に2個含有する化合物。
    [式(4)中、R8 、R9 、R10及びR11は、それぞれ、炭素数1〜6のアルキル基、またはフェニル基を表し、同一であっても異なっていてもよい。]
  2. 上記(B)成分が、下記の式(5)で示される、Si−H基との反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に2個以上含有する環状シロキサン化合物である請求項1記載のケイ素含有硬化性組成物。
    [式(5)中、R12、R13及びR14は、それぞれ、炭素数1〜6のアルキル基、またはフェニル基を表し、同一であっても異なっていてもよい。pは2〜10の数を表し、qは0〜8の数を表し、p+q≧2である。]
  3. 請求項1または2記載のケイ素含有硬化性組成物を硬化させた硬化物。
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