JP5773160B2 - 水分または酸素捕捉用組成物、硬化体、および電子デバイス - Google Patents
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Description
本発明にかかる組成物の一態様は、
(A)有機金属化合物と、
(B)無機粒子または有機重合体粒子と、
(C)バインダ成分と、
を含有することを特徴とする。
適用例1の組成物において、
前記有機金属化合物が、下記一般式(1)で示される化合物であることができる。
(式(1)中、R1は、水素原子または有機基であって、複数存在するR1は同一または異なってもよい。nは2または3であり、Mの原子価に等しい。Mは2価または3価の金属原子である。)
適用例2の組成物において、
前記Mは、アルミニウムであることができる。
適用例2または適用例3の組成物において、
前記一般式(1)で示される化合物が、少なくとも1つのM−C結合を有することができる。
適用例2ないし適用例4のいずれか一例の組成物において、
前記一般式(1)で示される化合物が、トリドデシルアルミニウム、トリヘキサデシルアルミニウム、トリステトラメチルヘキサデシルアルミニウム、トリ(1−フィチル)アルミニウム、トリ(3−シクロドデシルプロピル)アルミニウム、およびトリ(2,2−ビス(アリロキシメチル)−1−ブトキシ)アルミニウムから選択される少なくとも1種であることができる。
適用例2または適用例3の組成物において、
前記一般式(1)で示される化合物が、少なくとも1つのM−O結合を有する、組成物。
適用例1ないし適用例6のいずれか一例の組成物において、
前記無機粒子は、シリカ、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、マグネシア、炭化ケイ素、炭化ホウ素、およびスメクタイトから選択される少なくとも1種の粒子であることができる。
適用例1ないし適用例6のいずれか一例において、
前記有機重合体粒子は、架橋されたスチレン・ブタジエンゴム粒子であることができる。
適用例1ないし適用例8のいずれか一例の組成物において、
前記(B)無機粒子または有機重合体粒子の含有量は、0.1質量%以上20質量%以下であることができる。
適用例1ないし適用例9のいずれか一例の組成物において、
前記(C)バインダ成分は、(メタ)アクリル系重合体、ポリエーテル系重合体、スチレン系エラストマー、環状エーテル構造を有する化合物、およびSi−H結合を有する化合物から選択される少なくとも1種であることができる。
適用例1ないし適用例10のいずれか一例に記載の組成物は、水分または酸素を捕捉する用途に使用することができる。
本発明にかかる硬化体の一態様は、
適用例1ないし適用例11のいずれか一例に記載の組成物を用いて形成されたことを特徴とする。
本発明にかかる電子デバイスの一態様は、
適用例12に記載の硬化体を内部に備えたことを特徴とする。
本実施の形態にかかる組成物は、
(A)有機金属化合物(以下、単に「(A)成分」ともいう。)と、(B)無機粒子または有機重合体粒子(以下、単に「(B)成分」ともいう。)と、(C)バインダ成分(以下、単に「(C)成分」ともいう。)と、を含有する。以下、本実施の形態にかかる組成物を構成する各成分について説明する。
本実施の形態にかかる組成物は、(A)有機金属化合物を含有する。(A)有機金属化合物としては、下記一般式(1)で示される化合物であることが好ましい。
本実施の形態にかかる組成物は、(B1)無機粒子(以下、単に(B1)成分ともいう。)または(B2)有機重合体粒子(以下、単に(B2)成分ともいう。)を含有する。以下、(B)成分について、(B1)無機粒子、(B2)有機重合体粒子の順に説明する。
(B1)無機粒子の機能の一つとしては、本実施の形態にかかる組成物を用いて形成された硬化体の熱伝導性を向上させることが挙げられる。また(B1)無機粒子の他の機能としては、(A)成分が吸湿により分解されて発生する成分(分解生成物)を吸着してバインダ成分(マトリックス)への拡散を抑制し、硬化体の内部に前記分解生成物を捕捉しておくことが挙げられる。これにより、前記分解生成物が硬化体の可塑剤として作用することを防止することができる。すなわち、本実施の形態にかかる組成物を用いて形成された硬化体は、例えば80℃を超える使用環境下においても、熱流動により変形することがない。さらに(B1)無機粒子の他の機能としては、本実施の形態にかかる組成物を用いて形成された硬化体の機械的強度を向上させること、該硬化体の吸湿能を高めること等が挙げられる。
本実施の形態にかかる組成物では、形成される硬化体の熱伝導性を向上させる観点から(B)無機粒子を用いる必要があるが、形成される硬化体の透明性および分解生成物の捕捉能のみに着目すれば、(B1)無機粒子に代えて(B2)有機重合体粒子を用いることもできる。
本実施の形態にかかる組成物は、(C)バインダ成分を含有する。(C)バインダ成分の機能の一つとしては、バインダ(マトリックス)として機能し、上記(A)成分の塗布・成膜性を向上させることが挙げられる。上記(A)成分は常温で固体または液体の状態で存在するが、(A)成分単体では、電子デバイス等の内部に塗布・成膜することが困難である。そこで、上記(A)成分、(B)成分、(C)成分、および必要に応じて有機溶媒等の添加剤を混合して、適度な粘度を有する形態にすることで、(A)成分の塗布・成膜性を格段に向上させることができるようになる。
共役ジエン系共重合体は、芳香族ビニル化合物に由来する繰り返し単位を含むブロックと、共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位を含むブロックと、を含むブロック共重合体であることが好ましい。
上記(メタ)アクリル系重合体の製造方法としては、特に限定されないが、所定量のモノマー、重合開始剤、有機溶媒を仕込み、窒素雰囲気下所定の温度で混合してラジカル重合反応させる方法が挙げられる。
環状エーテル構造を有する重合性化合物において、環状エーテル構造としては、エポキシ基、オキセタニル基であることが好ましく、エポキシ基であることがより好ましい。
ポリエーテル系重合体としては、例えばポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等が挙げられる。これらのポリエーテル系重合体の数平均分子量は、通常200〜2,000、好ましくは350〜1,500が好ましい。
Si−H結合を有する化合物は、下記一般式(5)で示される構造を有する化合物であることが好ましく、ポリマーであってもよいし、モノマーであってもよい。
本実施の形態にかかる組成物は、必要に応じて、各種添加剤を含有することができる。各種添加剤としては、例えば有機溶媒、軟化剤、相溶化剤等が挙げられる。例えば塗布・成膜等の加工を行う際には、上記(A)成分と反応しない有機溶媒に均一に溶解させて使用することができる。このような有機溶媒としては、トルエン、キシレン等の芳香族有機溶媒;パラフィン、流動パラフィン、デカリン等の脂肪族有機溶媒;ジグライム等のエーテル系有機溶媒が挙げられる。有機溶媒の含有量は、特に制限されないが、上記(A)成分と上記(C)成分とが均一に溶解する量であることが好ましい。
本実施の形態にかかる組成物は、(A)成分、(B)成分、(C)成分、必要に応じてその他の添加剤を混合することにより製造することができる。
本実施の形態にかかる組成物は、粘度が50〜100,000cPであることが好ましい。粘度が前記範囲であることにより、組成物をODF法により直接、素子基板へ塗布し、硬化させることができる。これにより、本実施の形態にかかる組成物をフィルム状等の成形体としてあらかじめ作製しておき、それを素子へ組み込む工程を経る必要がなくなるので、工程を簡略化することができる。また、本実施の形態にかかる組成物に光酸発生剤等を添加して、感光性を付与すれば、微細なパターニングが可能となる。
本発明において「硬化体」とは、上記組成物を使用に適する形状に成膜もしくは成形し、さらに乾燥または光照射等することにより、もとの組成物よりも粘度または硬度が上昇したものをいう。
本実施の形態にかかる電子デバイスは、上記硬化体を電子デバイスの内部に備えている。水分や酸素を嫌う電子デバイスであれば、いかなる電子デバイスにも上記硬化体を搭載することができる。以下、代表的な密閉型電子デバイスである有機EL素子の一例について図面を参照しながら説明する。
以下に本発明に関して実施例を挙げて説明するが、本発明はこれら実施例により何ら制限されるものではない。なお、組成物の調製は、露点−60℃以下、酸素1ppm以下のグローブボックス中で行った。
4.1.1.トリ(1−フィチル)アルミニウムの合成
200mLの三口フラスコに、トリイソブチルアルミニウム2.32g(11.7mmol)、1−フィテン10.0g(35.6mmol)、およびヘプタン15mLをグローブボックス中で仕込み、一晩還流した。その後、55℃まで冷却し、この温度で真空ポンプによって減圧しながら溶媒を留去し室温まで冷却して、トリ(1−フィチル)アルミニウム10.4gを無色透明油状物として得た。収率は、定量的であった。
削状マグネシウム15.5g(0.637mol)と無水テトラヒドロフラン600mLを1,000mLの反応容器に入れ、ブロモシクロドデカン150g(0.607mol)のうち30gを滴下した。これを50℃に加熱し、反応が開始したらバスから外して弱く還流する程度の状態を保ちつつ残りのブロモシクロドデカンを滴下した。滴下終了後、2時間還流し、室温まで冷却した。これを氷水浴で冷却し、3−ブロモ−1−プロペン57.8mL(0.668mol)を内温30℃にて滴下し、滴下終了後、一晩還流を行った。室温まで冷却後、氷水浴下で1規定塩化水素水を滴下して有機層を分取した後、有機層は水200mLで3回洗浄した。有機層は、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過、濃縮を順次行った。得られた残渣を蒸留に付し、109〜110℃/3.2mmHgの条件で得た留分から、目的化合物である3−シクロドデシル−1−プロペン43gを無色透明な液体として得た。収率は34%であった。
500mLの三口フラスコに、トリメチロールプロパンジアリルエーテル(ダイソー株式会社製、商品名「ネオアリルT−20」)162.0g[756mmol]を仕込み、撹拌しながら少量ずつトリイソブチルアルミニウム50.0g[252.7mmol]をグローボックス中で滴下した。1時間そのまま撹拌した後、120℃で90分間撹拌した。温度を120℃に保ちつつ、真空ポンプによって減圧しながら未反応の原料を留去し、室温まで冷却してトリ(2,2−ビス(アリロキシメチル)−1−ブトキシ)アルミニウム164.0gを無色透明油状物として得た。収率は、定量的であった。
温度計、三方コック、窒素導入管を配置した200mL三口フラスコに、ブチルメタクリレート22.5g(0.157mol)、トルエン75mL、AIBN0.26g(1.58mmol)を仕込み、この溶液に窒素を10分間導入した。オイルバスで昇温し、70℃で4時間攪拌した。冷却後、メタノール1Lで再沈殿法による精製を3回行い、真空ポンプで乾燥し、ポリブチルメタクリレート13.5gを白色固体として得た。
4.3.1.フィルムの作製
[実施例1〜9、比較例4]
下記のようにして、実施例1において評価するフィルムを作製した。
下記のようにして、実施例10において評価するフィルムを作製した。
まず、露点−60℃以下、酸素5ppm以下のグローブボックス中で、(A)成分、(B)成分、(C)成分および必要に応じて触媒を表3に記載の組成となるように十分に撹拌・混合することにより組成物を得た。
下記のようにして、比較例1において評価するフィルムを作製した。
・「L12」;トリドデシルアルミニウム(商品名「TDDA」、ケムチュラ社製)
・「B20」;トリ(1−フィチル)アルミニウム(上記「4.1.(A)成分の合成」で合成したもの)
・「C15」;トリ(3−シクロドデシルプロピル)アルミニウム(上記「4.1.(A)成分の合成」で合成したもの)
・「TMDE−3」;トリ(2,2−ビス(アリロキシメチル)−1−ブトキシ)アルミニウム(上記「4.1.(A)成分の合成」で合成したもの)
・「R976」;シリカ粒子(商品名「AEROSIL(登録商標)R976」、日本アエロジル社製、平均粒径12nm)
・「R972」;シリカ粒子(商品名「AEROSIL(登録商標)R972」、日本アエロジル社製、平均粒径16nm)
・「R972CF」;シリカ粒子(商品名「AEROSIL(登録商標)R972CF」、日本アエロジル社製、平均粒径16nm)
・「SAN」;合成スメクタイト粒子(商品名「スメクタイトSAN」、コープケミカル社製、平均粒径1μm)
・「SAN316」;合成スメクタイト粒子(商品名「スメクタイトSAN316」、コープケミカル社製、平均粒径1μm)
・「アルミナ」;(D50=3.5μm)
・「窒化ホウ素」;(D50=3.5μm)
・「PBMA」;ポリブチルメタクリレート(上記「4.2.ポリブチルメタクリレートの合成」で合成したもの)
・「CE−2021」;ビスエポキシシクロヘキサンカルボキシレート(ダイセル化学工業株式会社製、商品名「セロキサイド2021」)
・「EX−830」;ビスエポキシオリゴエチレングリコール(ナガセケムテックス株式会社製、商品名「デナコール EX−830」)
・「PMHS」;ポリメチルハイドロジェンシロキサン
・「PEHS」;ポリエチルハイドロジェンシロキサン
・「PPMHS」;ポリフェニル(ジメチルハイドロジェンシロキシ)シロキサン
・「ポリプロピレングリコール」;(数平均分子量1000)
・「ポリエチレングリコール」;(数平均分子量1000)
上記「4.3.1.フィルムの作製」で得られたフィルムについて、吸湿性および透明性を下記の方法により評価した。また、熱流動性および熱伝導率の測定は、下記の方法により別途フィルムを作製して評価した。その結果を表1〜表4に示す。なお、吸酸素性については、吸湿性と相関関係があることが知られているので、評価を省略した。
内径3cmのガラスシャーレに、実施例、比較例の各フィルムで厚さが0.6mmのものを作製し、湿度計と温度計を装着した内容積800cm3の真空デシケーターに、先に作製したフィルムをガラスシャーレごと入れ、真空デシケーター内部の湿度と温度の変化を測定した。測定により得られた相対湿度(Hr、%)、摂氏温度(Tc、℃)の値から、下記式(7)より絶対湿度(Ha、%)を求めた。そして、測定開始時の絶対温度Ha(0h)から2時間後の絶対湿度Ha(2h)の減少割合を吸水率とし、吸水率を下記式(8)により算出して評価した。
まず、実施例および比較例の組成物をサンプル管中に適量入れて、100℃で60分間焼成することにより、膜厚2mmのフィルムを前記サンプル管の底部に作製した。次に、大気中で前記フィルムを十分に吸湿させた後、さらに蓋を閉めシールし、サンプル管の底部が上(成膜面が上)となるように固定した状態で85℃の環境下に静置した。その後336時間経過した時点のフィルムの状態を観察した。なお、熱流動性の評価基準は、フィルムに変化が認められなかった場合を「○」、フィルムが下方へ垂れて変形が認められた場合を「×」とした。
PETフィルムからなる支持フィルム上に、実施例および比較例の組成物を、ブレードコーターを用いて塗布して塗膜を形成し、該塗膜を100℃で5分間乾燥して溶剤を完全に除去することにより、膜厚20μmの熱伝導性樹脂層を支持フィルム上に形成した。次いで、支持フィルムから熱伝導性樹脂層を剥離しフィルムを作製した。フィルムの熱伝導率(W/m・K)は、熱伝導率測定システム(株式会社アイフェイズ製、「ai−Phase Mobile 1u」、温度波分析法により測定)を用いて測定される熱拡散係数を用い、別途測定した比熱や密度との計算から算出した。熱伝導率(W/m・K)は、より高い値を示す方が好ましい。
上記「4.3.1.フィルムの作製」で得られたフィルムについて、目視により白濁が生じないものを「○」、グローブボックスでの焼成直後では白濁しないが大気中では白濁するものを「△」、焼成直後より白濁するものを「×」とした。なお、透明性の要求されるトップエミッション型の有機EL等の用途に適用する場合には、透明性が良好なものが好ましい。
表1〜表3の結果から、実施例1〜22の組成物から形成されたフィルムよれば、いずれの組成物も(A)成分を含有しているので吸湿性に優れていることが分かった。また、実施例1〜22の組成物によれば、熱流動により変形しないフィルムが得られることが分かった。さらに、実施例15〜22の組成物によれば、熱伝導性にも優れたフィルムが得られることが分かった。また、(B)成分としてシリカ粒子を用いた場合には、(A)成分との相性により透明性が異なることが分かった。但し、実施例6〜7の結果から、(B)成分としてシリカ粒子および(C)成分としてポリブチルメタクリレートを用いた場合には、(A)成分の種類によらず良好な透明性が得られることが分かった。一方、(B)成分として、アルミナ、窒化ホウ素、スメクタイト粒子を用いた場合には、良好な透明性が得られた。
Claims (9)
- (A)下記一般式(1)で示される化合物と、
(B)架橋されたスチレン・ブタジエンゴム粒子と、
(C)バインダ成分と、
を含有し、
前記(B)架橋されたスチレン・ブタジエンゴム粒子の含有量が0.1質量%以上20質量%以下である、水分または酸素捕捉用組成物。
(R1)nM …(1)
(式(1)中、R1は、水素原子または有機基であって、複数存在するR1は同一または異なってもよい。nは2または3であり、Mの原子価に等しい。Mは2価または3価の金属原子である。) - 請求項1において、
前記Mは、アルミニウムである、水分または酸素捕捉用組成物。 - 請求項1または請求項2において、
前記一般式(1)で示される化合物が、少なくとも1つのM−C結合を有する、水分または酸素捕捉用組成物。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか一項において、
前記一般式(1)で示される化合物が、トリドデシルアルミニウム、トリヘキサデシルアルミニウム、トリステトラメチルヘキサデシルアルミニウム、トリ(1−フィチル)アルミニウム、トリ(3−シクロドデシルプロピル)アルミニウム、およびトリ(2,2−ビス(アリロキシメチル)−1−ブトキシ)アルミニウムから選択される少なくとも1種である、水分または酸素捕捉用組成物。 - 請求項1または請求項2において、
前記一般式(1)で示される化合物が、少なくとも1つのM−O結合を有する、水分または酸素捕捉用組成物。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか一項において、
前記(C)バインダ成分は、(メタ)アクリル系重合体、ポリエーテル系重合体、スチレン系エラストマー、環状エーテル構造を有する化合物、およびSi−H結合を有する化合物から選択される少なくとも1種である、水分または酸素捕捉用組成物。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか一項において、
前記(B)架橋されたスチレン・ブタジエンゴム粒子の平均粒径が、5〜3,000nmである、水分または酸素捕捉用組成物。 - 請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の水分または酸素捕捉用組成物を用いて形成された、硬化体。
- 請求項8に記載の硬化体を内部に備えた、電子デバイス。
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