JP5575820B2 - 硬化性オルガノポリシロキサン組成物、光学素子封止材および光学素子 - Google Patents

硬化性オルガノポリシロキサン組成物、光学素子封止材および光学素子 Download PDF

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Description

本発明は、硬化性オルガノポリシロキサン組成物、該組成物からなる光学素子封止材および該組成物の硬化物により封止された光学素子に関する。
付加硬化性オルガノポリシロキサン組成物は、アルケニル基等の脂肪族不飽和基を含有するオルガノポリシロキサンおよびオルガノハイドロジェンポリシロキサンを含み、ヒドロシリル化反応によって硬化して硬化物を与える。このようにして得られる硬化物は、耐熱性、耐寒性、電気絶縁性に優れ、また、透明であるため、LEDの封止材などの各種光学用途に用いられている。
光学用途に使用するポリシロキサンは、高い透明性および高い屈折率が要求され、これを達成するために主骨格にジメチルシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体またはポリメチルフェニルシロキサンを使用する方法が一般に行われている。しかしながら、これらの直鎖状のポリシロキサンを使用した場合、屈折率1.54以上の硬化物を得ることは困難である。また、ポリシロキサンを分岐状とし、フェニル基を導入したポリシロキサンの硬化物は、屈折率を1.53〜1.54程度とすることができるが、得られる硬化物は硬い樹脂ライクで、弾性を有しないものとなる。
そこで、屈折率が1.54以上の硬化物を与える直鎖状のポリシロキサンとして、主骨格にジフェニルシロキサンの単独重合体を用いた例が報告されている。しかしながら、ジフェニルシロキサンの単独重合体は、鎖長を長くすることが合成上困難であり、これらのポリシロキサンを用いた硬化物は比較的短鎖の材料から構成されているものが多い。
ところで、光学用途、特にLEDの封止材に必要な信頼性の内のひとつに、熱衝撃に対する耐性、すなわち耐サーマルショック性が挙げられる。サーマルショックによる硬化物のパッケージからの剥離やクラックは、温度変化により生じる熱応力に加え、硬化プロセス中に生じる残留応力といった硬化物の内部応力に起因している。一般的に、鎖長の短い材料から成る硬化物は架橋密度が高くなることから、前記のような応力を緩和することが難しく、その結果耐サーマルショック性が低下してしまう。そのため、上記のジフェニルシロキサンの単独重合体を用いた屈折率1.54以上の硬化物においても、サーマルショック試験によってパッケージからの剥離やクラックが生じるなどの問題が生じていた。(特許文献1〜7)
特開2004−186168号公報 特開2004−292807号公報 特開2004−143361号公報 特開2005−105217号公報 特開2004−359756号公報 特開2007−084766号公報 特開2010−132795号公報
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、高い透明性および高い屈折率を有し、耐サーマルショック性が良好な硬化物を与える硬化性オルガノポリシロキサン組成物、および該組成物からなる光学素子封止材およびこの硬化物により封止され、信頼性に優れる光学素子を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明によれば、(A)下記平均組成式(1)で表される化合物:
Figure 0005575820
(式中、Rは互いに同一または異種の脂肪族不飽和基であり、Rは互いに同一または異種の非置換もしくは置換の一価炭化水素基であり、Rは互いに同一または異種の非置換もしくは置換の脂肪族炭化水素基であり、Arは互いに同一または異種の非置換もしくは置換の、ヘテロ原子を有してもよいアリール基であり、nとmはn≧1、m≧1、n+m≧10を満足する正数である。)、
(B)1分子中に少なくとも2つのケイ素原子に結合した水素原子を有し、かつ脂肪族不飽和基を有さない水素原子含有有機ケイ素化合物、および
(C)白金族金属を含むヒドロシリル化触媒
を含む硬化性オルガノポリシロキサン組成物を提供する。
このような、(A)成分として上記平均組成式(1)で表される化合物をベースポリマーとして用いた本発明の硬化性オルガノポリシロキサン組成物は、高透明、高屈折率、かつ耐サーマルショック性の良好な硬化物を与える硬化性オルガノポリシロキサン組成物となる。
また、前記(A)成分の前記式(1)で表される化合物が、下記平均組成式(2)で表される環状体のオリゴマーを経由して合成されたものであることが好ましい。
Figure 0005575820
(式中、R、Arは前述と同様である。n’およびm’はn’≧1、m’≧1を満足する正数である。)
前記(A)成分の前記式(1)で表される化合物を、上記平均組成式(2)で表される環状体のオリゴマーを経由して合成した場合、上記平均組成式(1)におけるArとRの配合比が容易にコントロールできるため、粘度や屈折率等の諸特性を容易にコントロールすることができる。
また、前記硬化性オルガノポリシロキサン組成物が、更に、前記式(2)で表される環状体のオリゴマーを含むものとすることができる。
前記式(2)で表わされる環状体のオリゴマーは、反応性基を持たず硬化に関与しない化合物であるが、得られる硬化物の物性に悪影響を及ぼすことはなく、場合によっては可塑剤として働き、硬化物の耐クラック性を向上させることができる。
また、前記式(1)および前記式(2)において、Arがフェニル基であることが好ましい。
前記式(1)および前記式(2)において、Arがフェニル基であれば、より高い屈折率を有する硬化物を得ることが可能であると共に工業的に入手が容易となる。
また、前記(B)成分が下記平均組成式(3):
SiO(4−b−c)/2 (3)
(式中、Rは、脂肪族不飽和基以外の互いに同一または異種の非置換もしくは置換の、ケイ素原子に結合した一価炭化水素基であり、bおよびcは、0.7≦b≦2.1、0.001≦c≦1.0、かつ0.8≦b+c≦3.0を満足する正数である。)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンであることが好ましい。
また、前記硬化性オルガノポリシロキサン組成物は、更に、(D)成分として、下記平均組成式(4)で表され、かつ、1分子中に少なくとも1つのRSiO3/2単位を有する有機ケイ素化合物を含有することが好ましい。
SiO(4−a)/2 (4)
(式中、Rは互いに同一または異種の非置換もしくは置換の一価炭化水素基であり、R中の少なくとも1個がアリール基であり、全Rの0.1〜40モル%が脂肪族不飽和基であり、aは1≦a<3を満たす正数である。)
また、前記硬化性オルガノポリシロキサン組成物は、屈折率が1.54以上の硬化物を与えることができ、光学材料用として用いる場合は、屈折率が1.54以上という高屈折率を有する硬化物を用いることが好ましい。
また、本発明では、前記硬化性オルガノポリシロキサン組成物からなる光学素子封止材を提供する。
本発明の硬化性オルガノポリシロキサン組成物は、高透明、高屈折率を有し、更に低温と高温の環境に繰り返し曝し衝撃を与えるサーマルショック試験において、パッケージからの剥離やクラックを防止することが可能な硬化物を形成することができるため、光学素子封止材として非常に有用である。
また、本発明では、前記光学素子封止材の硬化物で封止された光学素子を提供する。
前記光学素子封止材の硬化物により封止された光学素子は、信頼性に優れるものとなる。
本発明の硬化性オルガノポリシロキサン組成物は、高透明、高屈折率、かつ耐サーマルショック性が良好な硬化物を与えることができるため、光学素子封止材用として好適に使用することができる。
以下、本発明をより詳細に説明する。
上記のように、高い透明性および高い屈折率を有し、耐サーマルショック性が良好な硬化物を与える硬化性オルガノポリシロキサン組成物が求められていた。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、主鎖がジアリールシロキサン・アルキルアリールシロキサンから成る共重合体を用いることで、高透明、高屈折率、かつ耐サーマルショック性の良好な硬化物を与えることができる硬化性オルガノポリシロキサン組成物となることを見出し、本発明に到達した。
[(A)成分]
(A)成分は、下記平均組成式(1)で表される化合物である。
Figure 0005575820
(式中、Rは互いに同一または異種の脂肪族不飽和基であり、Rは互いに同一または異種の非置換もしくは置換の一価炭化水素基であり、Rは互いに同一または異種の非置換もしくは置換の脂肪族炭化水素基であり、Arは互いに同一または異種の非置換もしくは置換の、ヘテロ原子を有してもよいアリール基であり、nとmはn≧1、m≧1、n+m≧10を満足する正数である。)
該(A)成分は、上記式(1)で表される分子鎖両末端が脂肪族不飽和基を含有するトリオルガノシロキシ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。(A)成分のオルガノポリシロキサンは、一種単独で用いてもよく、分子量、ケイ素原子に結合した有機基の種類等が相違する二種以上を併用してもよい。
(A)成分において、式(1)中のArとしてのアリール基としては、フェニル基、ベンジル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等の芳香族炭化水素基、またはフラニル基等のヘテロ原子(O,S,N)を含む芳香族基を挙げることができ、更に該アリール基はハロゲン原子(例えば、塩素原子、臭素原子、フッ素原子)等の置換基を有してもよい。Arは好ましくは非置換の炭素数6〜10の芳香族炭化水素基であり、特に好ましくはフェニル基である。
式(1)中のRとしての脂肪族不飽和基は、付加反応開始前には本発明組成物を未硬化の状態に安定に維持することができ、かつ、付加反応開始後には該組成物を容易に硬化させることができるものである限り特に限定されず、例えば、エチレン性不飽和基、およびアセチレン性不飽和基が挙げられる。前記脂肪族不飽和基は、1種単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ここで、「エチレン性不飽和基」とは、炭素−炭素二重結合を含み、更に酸素原子、窒素原子等のヘテロ原子を含むまたは含まない有機基をいい、その具体例としては、ビニル基、アリル基、5−ヘキセニル基、プロペニル基、ブテニル基等の炭素原子数2〜20、好ましくは2〜10のアルケニル基;1,3−ブタジエニル基等の炭素原子数4〜10のアルカジエニル基;アクリロイルオキシ基(−O(O)CCH=CH)、メタクリロイルオキシ基(−O(O)CC(CH)=CH)等の、前記アルケニル基とカルボニルオキシ基との組み合わせ;アクリルアミド基(−NH(O)CCH=CH)等の、前記アルケニル基とカルボニルアミノ基との組み合わせが挙げられる。
また、「アセチレン性不飽和基」とは、炭素−炭素三重結合を含み、更に酸素、窒素等のヘテロ原子を含むまたは含まない有機基をいい、その具体例としては、エチニル基、プロパルギル基等の炭素原子数2〜20、好ましくは2〜10のアルキニル基;エチニルカルボニルオキシ基(−O(O)CC≡CH)等の、前記アルキニル基とカルボニルオキシ基との組み合わせが挙げられる。
中でも、(A)成分の原料を得るときの生産性およびコストならびに(A)成分の反応性等の観点から、前記脂肪族不飽和基としては、前記アルケニル基が好ましく、ビニル基、アリル基および5−ヘキセニル基等の炭素数2〜8のアルケニル基がより好ましく、特にビニル基が好ましい。
(A)成分の式(1)中のRとしての非置換または置換の一価炭化水素基としては、前記脂肪族不飽和基、および前記脂肪族不飽和基以外の一価炭化水素基、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、sec−ブチル基、tert−ブチル基等の炭素原子数1〜6のアルキル基;クロロメチル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等の炭素原子数1〜4のハロアルキル基;フェニル基、トリル基等の炭素原子数6〜10のアリール基が挙げられる。中でも、炭素原子数1〜6のアルキル基、フェニル基、ビニル基が好ましく、特にメチル基が好ましい。
(A)成分の式(1)中のRとしての非置換または置換の脂肪族炭化水素基としては、前記脂肪族不飽和基、および前記脂肪族不飽和基以外の一価炭化水素基として例示した原子数1〜6のアルキル基や炭素原子数1〜4のハロアルキル基が挙げられる。中でも炭素原子数1〜6のアルキル基が好ましく、特にメチル基が好ましい。
(A)成分において、nおよびmは、それぞれ1以上の正数であり、かつ、n+mが10以上である必要がある。好ましくは、それぞれ独立に1〜100であり、より好ましくは1〜25、特に好ましくは1〜15である。n+mは、好ましくは10〜100、より好ましくは10〜50、特に好ましくは10〜30である。n+mが10未満である場合、硬化物の架橋密度が高くなり、耐サーマルショック性の低下を招く。また、nとmの割合は、8:2〜2:8、特に7:3〜3:7であることが好ましい。
(A)成分は、例えばジクロロジフェニルシランやジクロロメチルフェニルシラン等の二官能性シランを加水分解・縮合させ単離した後、または加水分解・縮合と同時に、脂肪族不飽和基含有の末端封止剤で末端を封止することにより得ることができる。特に前記二官能性シランを加水分解・縮合させ、下記平均組成式(2)で表される環状体のオリゴマーとして単離した後、脂肪族不飽和基含有の末端封止剤で末端を封止することにより得ることが好ましい。
Figure 0005575820
(式中、R、Arは前述と同様である。n’およびm’はn’≧1、m’≧1を満足する正数である。)
このように、前記(A)成分の前記式(1)で表される化合物を、上記平均組成式(2)で表される環状体のオリゴマーを経由して合成した場合、前記環状体オリゴマーを経由せずに、加水分解・縮合と同時に末端封鎖をした場合と比べ、上記平均組成式(1)におけるArとRの配合比を容易にコントロールできるため、粘度や屈折率等の諸特性を容易にコントロールすることができる。
末端を封止する方法としては、例えば、前記環状体のオリゴマーとジメチルジフェニルジビニルジシロキサンやテトラメチルジビニルジシロキサン等の脂肪族不飽和基含有の末端封止剤を混合し、さらに水酸化カリウムや水酸化ナトリウム等の塩基触媒を用いて平衡化させる等の方法が挙げられる。
また、本発明の硬化性オルガノポリシロキサンは、上記平均組成式(2)で表される環状体のオリゴマーを、前記式(1)で表わされる化合物((A)成分)と同時に含有していてもよい。前記環状体のオリゴマーは反応性基を持たず硬化に関与しない化合物であるが、得られる硬化物の物性に悪影響を及ぼすことはなく、場合によっては可塑剤として働き、硬化物の耐クラック性の向上に寄与することが期待できる。
[(B)成分]
(B)成分は、1分子当たり少なくとも2個、好ましくは少なくとも3個のケイ素原子に結合した水素原子(即ち、SiH基)を有し、そして脂肪族不飽和基を有さない水素原子含有有機ケイ素化合物(SiH基含有有機化合物)であり、前記(A)成分とヒドロシリル化付加反応し、架橋剤として作用する。(B)成分は、1種単独で用いても2種以上を併用してもよい。(B)成分としては、1分子当たり少なくとも2個のSiH基を有し、かつ脂肪族不飽和基を有さない有機ケイ素化合物である限り、公知のいかなる化合物でも使用することができるが、例えば、オルガノハイドロジェンポリシロキサン、オルガノハイドロジェンシラン類、有機オリゴマーまたは有機ポリマーであって、1分子あたり少なくとも2個のSiH基を有するものが挙げられ、中でも1分子あたり少なくとも2個のSiH基を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンが好ましい。
(B)成分中のケイ素に結合した有機基は、脂肪族不飽和基を有さない、非置換の一価炭化水素基または本発明組成物の貯蔵安定性および硬化に悪影響を与えないハロゲン原子(例えば、塩素原子、臭素原子、フッ素原子)、エポキシ基含有基(例えば、エポキシ基、グリシジル基、グリシドキシ基)、アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基)等で置換された一価炭化水素基である。このような一価炭化水素基としては、例えば、(A)成分の式(1)中のRの非置換または置換の一価炭化水素基として具体的に例示した炭素原子数1〜6のアルキル基;炭素原子数1〜4のハロアルキル基;炭素原子数6〜10のアリール基が挙げられる。該有機基は好ましくは炭素原子数1〜6のアルキル基、または炭素原子数6〜10のアリール基であり、より好ましくはメチル基、またはフェニル基である。また、該一価炭化水素基の置換基としてエポキシ基含有基および/またはアルコキシ基を有する場合、本発明組成物の硬化物に接着性を付与することができる。
(B)成分が1分子あたり少なくとも2個のSiH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る限り、該オルガノハイドロジェンポリシロキサンの分子構造に特に制限はなく、例えば、直鎖状、環状、分岐鎖状、三次元網状構造(樹脂状)等の、従来製造されている各種のオルガノハイドロジェンポリシロキサンを使用することができる。
前記オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、1分子中に少なくとも2個(通常、2〜300個程度)のSiH基を有する。前記オルガノハイドロジェンポリシロキサンが直鎖状構造または分岐鎖状構造を有する場合、これらのSiH基は、分子鎖末端および分子鎖非末端部分のどちらか一方にのみ位置していても、その両方に位置していてもよい。
前記オルガノハイドロジェンポリシロキサンの1分子中のケイ素原子の数(重合度)は、好ましくは2〜1,000個、より好ましくは3〜200個である。更に、前記オルガノハイドロジェンポリシロキサンは25℃で液状であることが好ましく、回転粘度計により測定された25℃における粘度は、好ましくは1〜1,000mPa・s、より好ましくは10〜100mPa・s程度である。
前記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、下記平均組成式(3)で示されるものを用いることができる。
SiO(4−b−c)/2 (3)
(式中、Rは、脂肪族不飽和基以外の互いに同一または異種の非置換もしくは置換の、ケイ素原子に結合した一価炭化水素基であり、bおよびcは、0.7≦b≦2.1、0.001≦c≦1.0、かつ0.8≦b+c≦3.0、好ましくは1.0≦b≦2.0、0.01≦c≦1.0、かつ1.5≦b+c≦2.5を満足する正数である。)
上記Rとしては、例えば、(A)成分における式(1)中のRとしての、脂肪族不飽和基以外の非置換または置換の一価炭化水素基として具体的に例示した炭素原子数1〜6のアルキル基若しくはハロアルキル基、および炭素原子数6〜10のアリール基が挙げられる。Rは、好ましくは炭素原子数1〜6のアルキル基、または炭素原子数6〜10のアリール基であり、より好ましくはメチル基またはフェニル基である。
上記平均組成式(3)で表される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、式:RHSiOで示されるオルガノハイドロジェンシロキサン単位を少なくとも4個含む環状化合物、式:R SiO(HRSiO)SiR で示される化合物、式:HR SiO(HRSiO)SiR Hで示される化合物、式:HR SiO(HRSiO)(R SiO)SiR Hで示される化合物等が挙げられる。上記式中、Rは前記のとおりであり、dおよびeは少なくとも1である。
あるいは、上記平均組成式(3)で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、式:HSiO1.5で示されるシロキサン単位、式:RHSiOで示されるシロキサン単位および/または式:R HSiO0.5で示されるシロキサン単位を含むものであってもよい。該オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、SiH基を含まないモノオルガノシロキサン単位、ジオルガノシロキサン単位、トリオルガノシロキサン単位および/またはSiO4/2単位を含んでいてもよい。上記式中のRは前記のとおりである。
上記平均組成式(3)で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンに含まれる全オルガノシロキサン単位のうち、30〜100モル%がメチルハイドロジェンシロキサン単位であることが好ましい。
(B)成分が1分子あたり少なくとも2個のSiH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る場合、その具体例としては、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン、トリス(ハイドロジェンジメチルシロキシ)メチルシラン、トリス(ハイドロジェンジメチルシロキシ)フェニルシラン、メチルハイドロジェンシクロポリシロキサン、メチルハイドロジェンシロキサン・ジメチルシロキサン環状共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジフェニルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルフェニルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖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、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シロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、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シロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、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シロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルフェニルポリシロキサン、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フェニルポリシロキサン、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フェニルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、これらの各例示化合物において、メチル基の一部または全部がエチル基、プロピル基等の他のアルキル基で置換されたオルガノハイドロジェンポリシロキサン、式:R SiO0.5で示されるシロキサン単位と式:R HSiO0.5で示されるシロキサン単位と式:SiOで示されるシロキサン単位とからなるオルガノシロキサン共重合体、式:R HSiO0.5で示されるシロキサン単位と式:SiOで示されるシロキサン単位とからなるオルガノシロキサン共重合体、式:RHSiOで示されるシロキサン単位と式:RSiO1.5で示されるシロキサン単位および式:HSiO1.5で示されるシロキサン単位のどちらか一方または両方とからなるオルガノシロキサン共重合体、および、これらのオルガノポリシロキサンの2種以上からなる混合物が挙げられる。上記式中のRは、前記と同様の意味を有する。
(B)成分の配合量は、(C)成分のヒドロシリル化触媒の存在下に本組成物を硬化させるに十分な量であるが、通常、(A)成分(後述する(D)成分を用いる場合は、(A)成分と(D)成分の合計)の脂肪族不飽和基に対する(B)成分中のSiH基のモル比が0.2〜5であることが好ましく、より好ましくは0.5〜2となる量である。
[(C)成分]
(C)成分の白金族金属を含むヒドロシリル化触媒(白金族金属系ヒドロシリル化触媒)としては、(A)成分中のケイ素原子結合脂肪族不飽和基と(B)成分中のSiH基とのヒドロシリル化付加反応を促進するものであればいかなる触媒を使用してもよい。(C)成分は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
(C)成分としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等の白金族金属や、塩化白金酸、アルコール変性塩化白金酸、塩化白金酸とオレフィン類、ビニルシロキサンまたはアセチレン化合物との配位化合物、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム、クロロトリス(トリフェニルホスフィン)ロジウム等の白金族金属化合物が挙げられるが、特に好ましくは白金化合物である。
(C)成分の配合量は、ヒドロシリル化触媒としての有効量でよく、好ましくは(A)、(B)成分(後述する(D)成分を配合する場合は、(A)成分、(B)成分、(D)成分)の合計質量に対して白金族金属元素の質量換算で0.1〜1000ppmの範囲であることが好ましく、より好ましくは1〜500ppmの範囲である。
本発明の組成物には、更に下記(D)成分を配合することが好ましい。
[(D)成分]
(D)成分は、1分子中に少なくとも1つのRSiO3/2単位を含有し、かつ下記平均組成式(4)で表される有機ケイ素化合物である。
SiO(4−a)/2 (4)
(式中、Rは互いに同一または異種の非置換もしくは置換の一価炭化水素基であり、R中の少なくとも1個がアリール基であり、全Rの0.1〜40モル%が脂肪族不飽和基であり、aは1≦a<3を満たす正数である。)
(D)成分中の脂肪族不飽和基としては、例えば、(A)成分の式(1)中のRとして具体的に例示したエチレン性不飽和基およびアセチレン性不飽和基が挙げられ、特にビニル基であることが好ましい。
(D)成分中のRSiO3/2単位の含有量は、上記平均組成式(4)で表される有機ケイ素化合物の全構成単位中、10〜90モル%、特に50〜80モル%であることが好ましい。
(D)成分中の脂肪族不飽和基の含有量は、ケイ素原子に結合した一価の有機基(即ち、上記平均組成式(4)において、Rで示される非置換または置換の一価炭化水素基)中、0.1〜40モル%、特に0.2〜20モル%であることが好ましい。
また、(D)成分は、分子中に少なくとも1個のケイ素原子に結合したアリール基を有することが好ましい。該アリール基としては、例えば、(A)成分の式(1)中のArとして具体的に例示した芳香族炭化水素基、またはヘテロ原子を含む芳香族基であることができ、更にハロゲン原子等の置換基を有していてもよい。該アリール基は、好ましくはフェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等の、通常、炭素数6〜14、より好ましくは6〜10のものが挙げられ、特にフェニル基であることが好ましい。
(D)成分中のアリール基の含有量は、ケイ素原子に結合した一価の有機基(即ち、上記平均組成式(4)において、Rで示される非置換または置換の一価炭化水素基)中、少なくとも5モル%であることが好ましい。ケイ素原子に結合した一価の有機基中、アリール基が5モル%以上である場合、硬化した被覆保護材の耐熱性や低温特性が良好で、熱衝撃試験による信頼性の低下を招く恐れがないため、少なくとも5モル%、特に30モル%以上がアリール基であることが好ましい。その上限は特に規定されるものではないが、ケイ素原子に結合した一価の有機基中、80モル%以下、特には70モル%以下であることが好ましい。
(D)成分の脂肪族不飽和基およびアリール基以外のケイ素原子に結合する有機基としては、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、シクロヘキシル基、ヘプチル基等のアルキル基;ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基;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などの、通常、炭素数1〜12、好ましくは炭素数1〜10程度の、非置換またはハロゲン置換の一価炭化水素基が挙げられる。
また、上記平均組成式(4)において、aは1≦a<3を満たす正数であり、本成分の分子構造は、直鎖状、分岐状のいずれであってもよい。
この(D)成分が直鎖状の場合の回転粘度計により測定した粘度は、作業性の面から25℃において、100〜20,000mPa・s、特に500〜10,000mPa・s程度の範囲であることが好ましい。粘度が低すぎると流動しやすいため、成形バリなどが発生する可能性があり、粘度が高すぎると必要成分混合時に混入した空気の泡が抜け難い場合が生じることがある。なお、分岐状の場合は液体または固体となり、液体の場合は25℃における粘度が1,000〜5,000mPa・s程度の範囲であることが好ましい。固体状のものを使用する場合は、これを可溶な直鎖状のオルガのポリシロキサンと併用し、25℃における粘度が100〜20,000mPa・sとなるようにすることが好ましい。
(D)成分を配合することにより組成物の硬化物に適度な硬さや強度を付与し易くなる。
(D)成分の配合量は、(A)成分と(D)成分の配合割合(質量比)が、100:0〜30:70となる量が好ましく、より好ましくは90:10〜35:65、特に好ましくは80:20〜40:60である。(D)成分の配合量が少なすぎると、(D)成分の配合効果が不十分となることがあり、多すぎると耐クラック性が低下することがある。
[その他の成分]
本発明の組成物には、前記(A)〜(D)成分以外にも、その他の任意の成分を配合することができる。その具体例としては、以下のものが挙げられる。これらのその他の成分は、各々、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
・(A)および(D)成分以外の脂肪族不飽和基含有化合物
本発明の組成物には、(A)および(D)成分以外にも、(B)成分と付加反応する脂肪族不飽和基含有化合物オルガノポリシロキサンを配合してもよい。(A)および(D)成分以外のこのような脂肪族不飽和基含有化合物としては、硬化物の形成に関与するものが好ましく、1分子あたり少なくとも1個の脂肪族不飽和基を有する(A)および(D)成分以外のオルガノポリシロキサンが挙げられる。その分子構造は、例えば、直鎖状、環状、分岐鎖状、三次元網状等、いずれでもよい。
上記オルガノポリシロキサン以外の脂肪族不飽和基含有有機化合物を配合することも可能である。該脂肪族不飽和基含有化合物の具体例としては、ブタジエン、多官能性アルコールから誘導されたジアクリレートなどのモノマー;ポリエチレン、ポリプロピレンまたはスチレンと他のエチレン性不飽和化合物(例えば、アクリロニトリルまたはブタジエン)とのコポリマーなどのポリオレフィン;アクリル酸、メタクリル酸、またはマレイン酸のエステル等の官能性置換有機化合物から誘導されたオリゴマーまたはポリマーが挙げられる。(A)および(D)成分以外の脂肪族不飽和基含有化合物は室温で液体であっても固体であってもよい。
・付加反応制御剤
ポットライフを確保するために、付加反応制御剤を本発明組成物に配合することができる。付加反応制御剤は、上記(C)成分のヒドロシリル化触媒に対して硬化抑制効果を有する化合物であれば特に限定されず、従来から公知のものを用いることもできる。その具体例としては、トリフェニルホスフィンなどのリン含有化合物;トリブチルアミン、テトラメチルエチレンジアミン、ベンゾトリアゾールなどの窒素含有化合物;硫黄含有化合物;アセチレンアルコール類(例えば、1−エチニルシクロヘキサノール、3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール)等のアセチレン系化合物;アルケニル基を2個以上含む化合物;ハイドロパーオキシ化合物;マレイン酸誘導体などが挙げられる。
付加反応制御剤による硬化抑制効果の度合は、その付加反応制御剤の化学構造によって異なる。よって、使用する付加反応制御剤の各々について、その添加量を最適な量に調整することが好ましい。最適な量の付加反応制御剤を添加することにより、組成物は室温での長期貯蔵安定性および加熱硬化性に優れたものとなる。通常の配合量は、(A)成分((D)成分を配合する場合は、(A)成分と(D)成分の合計)100質量部に対して0.0001〜5質量部、特には0.001〜2質量部である。
・その他の任意成分
硬化物の着色、白濁、酸化劣化等の発生を抑えるために、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール等の従来公知の酸化防止剤を本発明組成物に配合することができる。また、光劣化に対する抵抗性を付与するために、ヒンダードアミン系安定剤等の光安定剤を本発明組成物に配合することもできる。更に、本発明組成物から得られる硬化物の透明性に影響を与えない範囲で、強度を向上させるためにヒュームドシリカ等の無機質充填剤を本発明組成物に配合してもよいし、必要に応じて、染料、顔料、難燃剤等を本発明組成物に配合してもよい。
[硬化物]
本発明の硬化性オルガノポリシロキサン組成物は、公知の硬化条件下で公知の硬化方法により硬化させることができる。具体的には、通常、80〜200℃、好ましくは100〜160℃で加熱することにより、該組成物を硬化させることができる。加熱時間は、0.5分〜5時間程度、特に1分〜3時間程度でよいが、LED封止用等精度が要求される場合は、硬化時間を長めにすることが好ましい。得られる硬化物の形態は特に制限されず、例えば、ゲル硬化物、エラストマー硬化物および樹脂硬化物のいずれであってもよい。該硬化物は、通常、無色透明かつ高屈折率(屈折率1、54以上、特に1.54〜1.65)である。また、該硬化物は、低温と高温の環境に繰り返し曝し衝撃を与えるサーマルショック試験において、パッケージからの剥離やクラックを防止することが可能な硬化物となる。
[光学素子封止材・光学素子]
本発明組成物の硬化物は、通常の硬化性オルガノポリシロキサン組成物の硬化物と同様に耐熱性、耐寒性、電気絶縁性に優れる。本発明の組成物から成る封止材によって封止される光学素子としては、例えば、LED、半導体レーザー、フォトダイオード、フォトトランジスタ、太陽電池、CCD等が挙げられる。このような光学素子は、該光学素子に本発明の組成物から成る封止材を塗布し、塗布された封止材を公知の硬化条件下で公知の硬化方法により、具体的には上記したとおりに硬化させることによって封止することができる。
以下、調製例、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、下記の例で、粘度は回転粘度計を用いて25℃で測定した値である。屈折率はATAGO製デジタル屈折計RX−5000を用いて589nmの屈折率を25℃で測定し、硬度はJIS−K6249に準じて測定した。
また、下記の例において、シリコーンオイルまたはシリコーンレジンの平均組成を示す記号は以下の通りの単位を示す。また、各シリコーンオイルまたは各シリコーンレジンのモル数は、各成分中に含有されるビニル基またはSiH基のモル数を示すものである。
:(CHHSiO1/2
Vi:(CH=CH)(CHSiO1/2
ΦVi:(CH=CH)(C)(CH)SiO1/2
D:(CHSiO2/2
Vi:(CH=CH)(CH)SiO2/2
Φ:(CSiO2/2
ΦMe:(C)(CH)SiO2/2
Φ:(C)SiO3/2
(調製例1)白金触媒の調製
六塩化白金酸と1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサンとの反応生成物を、白金含量が1.0質量%となるように、粘度0.7Pa・s、平均組成式:Mvi 19Φ のシリコーンオイルで希釈して、本実施例および比較例で使用する白金触媒(触媒A)を調製した。
(調製例2) 平均組成式:DΦ ΦMe の環状オリゴマーの合成
2Lのフラスコに、水750gおよびトルエン510gを入れ、80℃に加温し、そこへジクロロジフェニルシラン290g、ジクロロメチルフェニルシラン220gの混合溶液を内温が85℃を超えないように滴下し、その後80℃〜85℃で4時間撹拌を続けた。室温に冷却した後、水相を分離した。有機相を芒硝水で洗浄し、その後水酸化カリウム0.09gを加え、108℃〜113℃で5時間攪拌を続けた。室温に冷却した後、クロロトリメチルシラン0.44g、酢酸カリウム1.8gを加え2時間攪拌を続けた。その後活性炭を4g加え、室温で2時間攪拌後ろ別し、減圧濃縮によりトルエンを除去した。得られた液体をろ過し、無色透明の平均組成式:DΦ ΦMe の環状オリゴマーを得た。
(調製例3) 平均組成式:MΦvi Φ ΦMe のシリコーンオイルの合成
500mLのフラスコに前記環状オリゴマー143g、ジメチルジフェニルジビニルジシロキサン44.3g、水酸化カリウム0.15gを加え、160〜170℃で24時間攪拌を続けた。130℃に冷却した後、エチレンクロルヒドリン3gを加え、その温度で12時間攪拌を続けた。その後減圧濃縮により未反応のジメチルジフェニルジビニルジシロキサンを除去し、室温に冷却した後、活性炭1.9gを加え2時間攪拌を続けた。活性炭をろ過し、無色透明の平均組成式:MΦvi Φ ΦMe のシリコーンオイルを得た。得られたシリコーンオイル中の環状オリゴマーの割合は12%であった。
(調製例4) 平均組成式:MΦvi Φ ΦMe のシリコーンオイルの合成
前記環状オリゴマーとジメチルジフェニルジビニルジシロキサンの仕込み比を変えた以外は調製例3に従って、平均組成式:MΦvi Φ ΦMe のシリコーンオイルを得た。得られたシリコーンオイル中の環状オリゴマーの割合は16%であった。
(調製例5) 平均組成式:MΦvi Φ ΦMe のシリコーンオイルの合成
前記環状オリゴマーとジメチルジフェニルジビニルジシロキサンの仕込み比を変えた以外は調製例3に従って、平均組成式:MΦvi Φ ΦMe のシリコーンオイルを得た。得られたシリコーンオイル中の環状オリゴマーの割合は19%であった。
(調製例6) 平均組成式:Mvi Φ ΦMe のシリコーンオイルの合成
1Lのフラスコに前記環状オリゴマー334g、テトラメチルジビニルジシロキサン77.5g、水酸化カリウム0.33gを加え、140〜150℃で8時間攪拌を続けた。100℃に冷却した後、エチレンクロルヒドリン6.6gを加え、その温度で12時間攪拌を続けた。その後減圧濃縮により未反応のテトラメチルジビニルジシロキサンを除去し、室温に冷却した後、活性炭4.5gを加え2時間攪拌を続けた。活性炭をろ過し、無色透明の平均組成式:Mvi Φ ΦMe のシリコーンオイルを得た。得られたシリコーンオイル中の環状オリゴマーの割合は12%であった。
(調製例7) 平均組成式:Mvi Φ ΦMe のシリコーンオイルの合成
前記環状オリゴマーとテトラメチルジビニルジシロキサンの仕込み比を変えた以外は調製例6に従って、平均組成式:Mvi Φ ΦMe のシリコーンオイルを得た。得られたシリコーンオイル中の環状オリゴマーの割合は21%であった。
(実施例1)
(A)成分としての平均組成式:MΦvi Φ ΦMe のシリコーンオイル26g、(D)成分としての平均組成式:MVi Φ のシリコーンレジン52g、(B)成分としての平均組成式:M Φ のオルガノハイドロジェンポリシロキサン19gの混合物を、制御剤としての3−メチル−1−ドデシン−3−オール0.03gおよび(C)成分としての触媒A0.05gと混合して本発明のオルガノポリシロキサン組成物を得た。この組成物を100℃で2時間、更に150℃で4時間加熱して硬化させ、得られたエラストマーの物性を測定した。各測定結果およびサーマルショック試験の結果を表1に示す。
(実施例2)
(A)成分としての平均組成式:MΦvi Φ ΦMe のシリコーンオイル26g、(D)成分としての平均組成式:MVi Φ のシリコーンレジン53.2g、(B)成分としての平均組成式:M Φ のオルガノハイドロジェンポリシロキサン17.8gの混合物を、制御剤としての3−メチル−1−ドデシン−3−オール0.03gおよび(C)成分としての触媒A0.05gと混合して本発明のオルガノポリシロキサン組成物を得た。この組成物を100℃で2時間、更に150℃で4時間加熱して硬化させ、得られたエラストマーの物性を測定した。各測定結果およびサーマルショック試験の結果を表1に示す。
(実施例3)
(A)成分としての平均組成式:Mvi Φ ΦMe のシリコーンオイル26.8g、(D)成分としての平均組成式:MVi Φ のシリコーンレジン53.6g、(B)成分としての平均組成式:M Φ のオルガノハイドロジェンポリシロキサン15.6gの混合物を、制御剤としての3−メチル−1−ドデシン−3−オール0.03gおよび(C)成分としての触媒A0.05gと混合して本発明のオルガノポリシロキサン組成物を得た。この組成物を100℃で2時間、更に150℃で4時間加熱して硬化させ、得られたエラストマーの物性を測定した。各測定結果およびサーマルショック試験の結果を表1に示す。
(比較例1)
平均組成式:MΦvi Φ ΦMe のシリコーンオイル25.5g、平均組成式:MVi Φ のシリコーンレジン50.9g、平均組成式:M Φ のオルガノハイドロジェンポリシロキサン20.6gの混合物を、制御剤としての3−メチル−1−ドデシン−3−オール0.03gおよび触媒A0.05gと混合してオルガノポリシロキサン組成物を得た。この組成物を100℃で2時間、更に150℃で4時間加熱して硬化させ、得られたエラストマーの物性を測定した。各測定結果およびサーマルショック試験の結果を表2に示す。
(比較例2)
平均組成式:Mvi Φ ΦMe のシリコーンオイル24g、平均組成式:MVi Φ のシリコーンレジン51g、平均組成式:M Φ のオルガノハイドロジェンポリシロキサン18.5gの混合物を、制御剤としての3−メチル−1−ドデシン−3−オール0.03gおよび触媒A0.05gと混合してオルガノポリシロキサン組成物を得た。この組成物を100℃で2時間、更に150℃で4時間加熱して硬化させ、得られたエラストマーの物性を測定した。各測定結果およびサーマルショック試験の結果を表2に示す。
(比較例3)
平均組成式:MΦvi Φ 3.6のシリコーンオイル22g、平均組成式:MVi Φ のシリコーンレジン53g、平均組成式:M Φ のオルガノハイドロジェンポリシロキサン22gの混合物を、制御剤としての3−メチル−1−ドデシン−3−オール0.03gおよび触媒A0.05gと混合してオルガノポリシロキサン組成物を得た。この組成物を100℃で2時間、更に150℃で4時間加熱して硬化させ、得られたエラストマーの物性を測定した。各測定結果およびサーマルショック試験の結果を表2に示す。
(比較例4)
平均組成式:MΦvi Φ 3.6のシリコーンオイル55.1g、平均組成式:DVi Φ のシリコーンレジン45g、平均組成式:M Φ のオルガノハイドロジェンポリシロキサン28.6gの混合物を、制御剤としての3−メチル−1−ドデシン−3−オール0.2gおよび触媒A0.3gと混合してオルガノポリシロキサン組成物を得た。この組成物を100℃で2時間、更に150℃で4時間加熱して硬化させ、得られたエラストマーの物性を測定した。各測定結果およびサーマルショック試験の結果を表2に示す。
(比較例5)
平均組成式:MΦvi Φ 3.6のシリコーンオイル51.9g、平均組成式:DVi Φ のシリコーンレジン14.5g、平均組成式:M Φ のオルガノハイドロジェンポリシロキサン44.3gの混合物を、制御剤としての3−メチル−1−ドデシン−3−オール0.04gおよび触媒A0.42gと混合してオルガノポリシロキサン組成物を得た。この組成物を100℃で2時間、更に150℃で4時間加熱して硬化させ、得られたエラストマーの物性を測定した。各測定結果およびサーマルショック試験の結果を表2に示す。
評価方法
サーマルショック試験用テストピース
サーマルショック試験用テストピースとして、封止樹脂中に呼び径M5のナット及びスプリングワッシャーを埋め込んだテストピースを作成した。ここで封止樹脂とは、実施例および比較例で得られたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物である。前記オルガノポリシロキサン組成物の硬化条件は100℃で2時間、更に150℃で4時間である。
耐サーマルショック性の試験方法
試験法に関しては、「JIS C 2105 電気絶縁用無溶剤液状レジン」の冷熱衝撃試験法(以下TCT法と略記)を参考とした。作製したテストピースに、−40℃と100℃の冷熱衝撃を繰り返し与え、外観の変化を観察した。結果を表1に示す。なお、樹脂のクラックが確認されたものをNGとした。
Figure 0005575820
Figure 0005575820
*()内はA:Type A、D:Shore D
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に含有される。

Claims (7)

  1. (A)下記平均組成式(1)で表される化合物:
    Figure 0005575820
    (式中、Rは互いに同一または異種の脂肪族不飽和基であり、Rは互いに同一または異種の非置換もしくは置換の一価炭化水素基であり、Rは互いに同一または異種の非置換もしくは置換の脂肪族炭化水素基であり、Arは互いに同一または異種の非置換もしくは置換の、ヘテロ原子を有してもよいアリール基であり、nとmは1≦n≦100、1≦m≦100、10≦n+m≦100を満足する正数であり、nとmの割合は、8:2〜2:8である。)、
    (B)1分子中に少なくとも2つのケイ素原子に結合した水素原子を有し、かつ脂肪族不飽和基を有さない水素原子含有有機ケイ素化合物、および
    (C)白金族金属を含むヒドロシリル化触媒
    を含む硬化性オルガノポリシロキサン組成物であり、
    前記(A)成分の前記式(1)で表される化合物が、下記平均組成式(2)で表される環状体のオリゴマーを経由して合成されたものであり、
    Figure 0005575820
    (式中、R 、Arは前述と同様である。n’およびm’はn’≧1、m’≧1を満足する正数である。)
    前記硬化性オルガノポリシロキサン組成物が、更に、前記式(2)で表される環状体のオリゴマーを含むものであることを特徴とする硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
  2. 前記式(1)および前記式(2)において、Arがフェニル基であることを特徴とする請求項1に記載の硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
  3. 前記(B)成分が下記平均組成式(3):
    SiO(4−b−c)/2 (3)
    (式中、Rは、脂肪族不飽和基以外の互いに同一または異種の非置換もしくは置換の、ケイ素原子に結合した一価炭化水素基であり、bおよびcは、0.7≦b≦2.1、0.001≦c≦1.0、かつ0.8≦b+c≦3.0を満足する正数である。)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
  4. 更に、(D)成分として、下記平均組成式(4)で表され、かつ、1分子中に少なくとも1つのRSiO3/2単位を有する有機ケイ素化合物を含有するものであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
    SiO(4−a)/2 (4)
    (式中、Rは互いに同一または異種の非置換もしくは置換の一価炭化水素基であり、R中の少なくとも1個がアリール基であり、全Rの0.1〜40モル%が脂肪族不飽和基であり、aは1≦a<3を満たす正数である。)
  5. 屈折率が1.54以上の硬化物を与える請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
  6. 請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の硬化性オルガノポリシロキサン組成物からなる光学素子封止材。
  7. 請求項6に記載の光学素子封止材の硬化物で封止された光学素子。
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