JP6001676B2 - 固体ライト及び形成方法 - Google Patents

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Description

(関連出願の相互参照)
本出願は、2011年12月30日に出願の米国仮特許出願第61/581,852号の利益を主張するものであり、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる。
固体ライトなどの光学アセンブリは、環境要因から、発光ダイオード(LED)などの光学デバイスを保護するように、封止材コーティングを使用し得る。このような保護コーティングは、このような光学デバイスの効率化を促進するために、光学的に透明又は略透明であり得る。更に、これらの保護コーティングはまた、有利に、比較的強靭で、耐久性があり、長持ちし、更には適用が容易であり得る。
本開示は、光学アセンブリ(例えば、固体ライト)、及びこのようなアセンブリを形成する方法を提供する。光学アセンブリは、いくつかの実施形態において、発光ダイオードなどの光学デバイス、及び組成物を含む。いくつかの実施形態において、組成物は固体である。他の実施形態において、組成物は、1.4より大きい屈折率を有する。更なる実施形態において、組成物は、オルガノシロキサンブロックコポリマーを含む。なお更なる実施形態において、オルガノシロキサンブロックコポリマーは、少なくとも20,000g/モルの重量平均分子量を有する。他の実施形態において、オルガノシロキサンブロックコポリマーは、各々が直鎖状ブロック毎に平均10〜400ジシロキシ単位[R SiO2/2]を有する直鎖状ブロックに配置された式[R SiO2/2]の40〜90モル%のジシロキシ単位を含む。オルガノシロキサンブロックコポリマーはまた、いくつかの実施形態において、各々が少なくとも500g/モルの重量平均分子量を有する非直鎖状ブロックに配置された式[RSiO3/2]の10〜60モルパーセントのトリシロキシ単位を含む。更に、他の実施形態において、オルガノシロキサンブロックコポリマーは、0.5〜25モルパーセントのシラノール基[≡SiOH]を含む。これらの式中、Rは、独立して、C〜C30ヒドロカルビル、及びRは、独立して、C〜C20ヒドロカルビルである。追加の実施形態において、非直鎖状ブロックの少なくとも30%は、別の非直鎖状ブロックと架橋される。他の追加の実施形態において、非直鎖状ブロックは、ナノドメインに凝集される。更に、いくつかの実施形態において、各直鎖状ブロックは、少なくとも1つの非線状ブロックに連結される。光学アセンブリ(例えば、固体ライト)を形成する方法は、いくつかの実施形態において、光学デバイス(例えば、発光ダイオード)と組成物とを組み合わせて、光学アセンブリを形成する工程を含む。
実施形態1では、本発明は、光学デバイスと、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーを含む組成物とを含む、光学アセンブリを形成する方法に関し、前記方法は、光学デバイスと組成物とを組み合わせて、光学アセンブリを形成する工程を含む。
実施形態2では、本発明は、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーは、少なくとも20,000g/モルの重量平均分子量を有し、かつ、
各々が、直鎖状ブロック当たり平均で10〜400個のジシロキシ単位[R SiO2/2]を有する直鎖状ブロックの中に配置された、40〜90モルパーセントのジシロキシ単位[R SiO2/2]と、
各々が少なくとも500g/モルの重量平均分子量を有する、非直鎖状ブロックの中に配置された式[RSiO3/2]の10〜60モルパーセントのトリシロキシ単位と、
0.5〜25モルパーセントのシラノール基[≡SiOH]とを含み、
式中Rが、独立して、C〜C30ヒドロカルビルであり、Rが、独立して、C〜C20ヒドロカルビルであり、
非直鎖状ブロックの少なくとも30重量パーセントが、別の非直鎖状ブロックに架橋され、ナノドメインに凝集され、
各直鎖状ブロックが少なくとも1つの非直鎖状ブロックに連結される、実施形態1の方法に関する。
実施形態3では、本発明は、光学アセンブリが、固体ライトを含む、実施形態1の方法に関する。
実施形態4では、本発明は、光学デバイスが、干渉性光源、又は非干渉性/部分的に干渉性の光源を含む、実施形態1の方法に関する。
実施形態5では、本発明は、光学デバイスが、非干渉性/部分的に干渉性の光源を含む、実施形態1の方法に関する。
実施形態6では、本発明は、非干渉性/部分的に干渉性の光源が、LEDを含む、実施形態5の方法に関する。
実施形態7では、本発明は、組み合わせる工程は、組成物が光学デバイス上に配設されるように、組成物を溶融することを含む、実施形態1〜6のいずれかの方法に関する。
実施形態8では、本発明は、組成物が、光学デバイスと直接接触している、実施形態7の方法に関する。
実施形態9では、溶媒中の組成物の溶液を提供する工程を更に含む、実施形態1〜8のいずれかの方法に関する。
実施形態10では、本発明は、光学デバイスと組成物とを組み合わせる工程の前に、溶媒を除去して組成物を形成する工程を更に含む、実施形態9の方法に関する。
実施形態11では、本発明は、溶媒を除去する工程の後、かつ光学デバイスと組成物とを組み合わせる工程の前に、組成物をシートに形成する工程を更に含む、実施形態10の方法に関する。
実施形態12では、本発明は、組成物を硬化させる工程を更に含む、実施形態1〜11のいずれかの方法に関する。
実施形態13では、本発明は、硬化が縮合硬化を含む、実施形態12の方法に関する。
実施形態14では、本発明は、硬化工程が、組成物の溶融温度よりも高い温度で行われる、実施形態12の方法に関する。
実施形態15では、本発明は、光学アセンブリが蛍光体を含む、実施形態1〜14のいずれかの方法に関する。
実施形態16では、本発明は、組成物が蛍光体を含む、実施形態15の方法に関する。
実施形態17では、本発明は、ジシロキシ単位が式[(CH)(C)SiO2/2]を有する、実施形態2〜16のいずれか1つの方法に関する。
実施形態18では、本発明は、オルガノシロキサンブロックコポリマーが、少なくとも30重量パーセントのジシロキシ単位を含む、実施形態2〜17のいずれか1つの方法に関する。
実施形態19では、本発明は、Rがフェニルである、実施形態2〜18のいずれか1つの方法に関する。
実施形態20では、本発明は、組成物が1.0MPaを超える引張強度と、20%を超える破断伸度(%)とを有する、実施形態1〜19のいずれかの方法に関する。
実施形態21では、本発明は、組成物が25℃〜200℃の溶融流動温度を有する、実施形態1〜20のいずれかの方法に関する。
実施形態22では、本発明は、組成物が25℃で0.01MPa〜500MPaの貯蔵弾性率(G’)と、25℃で0.001MPa〜250MPaの損失弾性率(G”)とを有する、実施形態1〜21のいずれかの方法に関する。
実施形態23では、本発明は、組成物が120℃で10Pa〜500,000Paの貯蔵弾性率(G’)と、120℃で10Pa〜500,000Paの損失弾性率(G”)とを有する、実施形態16の方法に関する。
実施形態24では、本発明は、組成物が200℃で10Pa〜100,000Paの貯蔵弾性率(G’)と、200℃で5Pa〜80,000Paの損失弾性率(G”)とを有する、実施形態16又は17の方法に関する。
実施形態25では、本発明は、ASTM D1003を使用して測定される際、組成物が、95%を超える光透過率を有する、実施形態1〜24のいずれかの方法に関する。
実施形態26では、本発明は、組成物が1.4を超える屈折率を有する、実施形態1〜25のいずれかの方法に関する。
実施形態27では、本発明は、組成物が超強塩基を含む、実施形態1〜26のいずれかの方法に関する。
実施形態28では、本発明は、組成物が安定剤を含む、実施形態1〜27のいずれかの方法に関する。
実施形態29では、本発明は、光学デバイスと、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーを含む組成物とを含む光学アセンブリに関する。
実施形態30では、本発明は、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーが、少なくとも20,000g/モルの重量平均分子量を有し、かつ
各々が、直鎖状ブロック当たり平均で10〜400個のジシロキシ単位[R SiO2/2]を有する直鎖状ブロックの中に配置された、40〜90モルパーセントのジシロキシ単位[R SiO2/2]と、
各々が少なくとも500g/モルの重量平均分子量を有する、非直鎖状ブロックの中に配置された式[RSiO3/2]の10〜60モルパーセントのトリシロキシ単位と、
0.5〜25モルパーセントのシラノール基[≡SiOH]とを含み、
式中、Rが、独立して、C〜C30ヒドロカルビルであり、Rが、独立して、C〜C20ヒドロカルビルであり、
非直鎖状ブロックの少なくとも30重量パーセントが、別の非直鎖状ブロックと架橋され、ナノドメインに凝集され、
各直鎖状ブロックが、少なくとも1つの非直鎖状ブロックに連結される、実施形態29の光学アセンブリに関する。
実施形態31では、本発明は、光学アセンブリが固体ライトを含む、実施形態29の光学アセンブリに関する。
実施形態32では、本発明は、光学デバイスが干渉性光源、又は非干渉性/部分的に干渉性の光源を含む、実施形態29の光学アセンブリに関する。
実施形態33では、本発明は、光学デバイスが、非干渉性/部分的に干渉性の光源を含む、実施形態29の光学アセンブリに関する。
実施形態34では、本発明は、非干渉性/部分的に干渉性の光源がLEDを含む、実施形態29の光学アセンブリに関する。
実施形態35では、本発明は、組成物が光学デバイス上に配設されるように、組成物が光学デバイス上で溶融される、実施形29又は34のいずれか1つの光学アセンブリに関する。
実施形態36では、本発明は、組成物が光学デバイスと直接接触している、実施形態35の光学アセンブリに関する。
実施形態37では、本発明は、組成物が硬化される、実施形態29の光学アセンブリに関する。
実施形態38では、本発明は、光学アセンブリが蛍光体を含む、実施形態29の光学アセンブリに関する。
実施形態39では、本発明は、組成物が蛍光体を含む、実施例29又は37のいずれか1つの光学アセンブリに関する。
実施形態40では、本発明は、ジシロキシ単位が式[(CH)(C)SiO2/2]を有する、実施例29〜39のいずれか1つの光学アセンブリに関する。
実施形態41では、本発明は、オルガノシロキサンブロックコポリマーが、少なくとも30重量パーセントのジシロキシ単位を含む、実施形態29〜40のいずれか1つの光学アセンブリに関する。
実施形態42では、本発明は、Rがフェニルである、実施形態29〜41のいずれか1つの光学アセンブリに関する。
実施形態42では、本発明は、組成物が1.0MPaを超える引張強度と、20%を超える破断伸度(%)を有する、29〜42のいずれか1つの光学アセンブリに関する。
実施形態44では、本発明は、組成物が25℃〜200℃の溶融流動温度を有する、29〜43のいずれか1つの光学アセンブリに関する。
実施形態45では、本発明は、組成物が25℃で0.01MPa〜500MPaの貯蔵弾性率(G’)と、25℃で0.001MPa〜250MPaの損失弾性率(G”)とを有する、実施形態29〜44のいずれか1つの光学アセンブリに関する。
実施形態46では、本発明は、組成物が120℃で10Pa〜500,000Paの貯蔵弾性率(G’)と、120℃で10Pa〜500,000Paの損失弾性率(G”)とを有する、実施形態45の光学アセンブリに関する。
実施形態47では、本発明は、組成物が200℃で10Pa〜100,000Paの貯蔵弾性率(G’)と、200℃で5Pa〜80,000Paの損失弾性率(G”)とを有する、実施形態45又は46の光学アセンブリに関する。
実施形態48では、本発明は、ASTM D1003を使用して測定される組成物が、95%を超える光透過率を有する、実施形態29〜47のいずれか1つの光学アセンブリに関する。
実施形態49では、本発明は、組成物が1.4を超える屈折率を有する、実施形態29〜48のいずれか1つの光学アセンブリに関する。
実施形態50では、本発明は、組成物が超強塩基を含む、実施形態29〜49のいずれか1つの光学アセンブリに関する。
実施形態51では、本発明は、組成物が安定剤を含む、実施形態29〜49のいずれか1つの光学アセンブリに関する。
本発明の他の利点は、添付の図面と関連付けて説明されるとき、以下の詳細な説明を参照することによってより了解に理解されるため、容易に理解される。
固体ライトに含まれ得るか、又はそれを形成し得る、光学アセンブリ100の概要実施例である。 中に含まれ得るか、又は固体ライトを形成し得る、光学アセンブリ200の概要実施例である。 実施例2で説明される、再流動の前と後の両方における、一連のカプセル化されたLEDの写真である。一番上の線は、通常の顕微鏡画像を示し、下の線は、交差偏光顕微鏡画像を示す。 様々な実施例の熱サイクル数の関数としてのワイヤ解放率の線グラフである。 実施例2で説明される固体組成物の透過モードにおける光学顕微鏡写真である。顕微鏡写真は、その中に均一に分散された蛍光体を示す。 実施例2で説明される固体組成物の反射モードにおける光学顕微鏡写真である。顕微鏡写真は、その中に均一に分散された蛍光体を示す。 固体ライトなどの光学アセンブリを作製する方法を示すフローチャートである。
本開示は、光学アセンブリ(例えば、固体ライト)及びアセンブリを形成する方法を提供する。光学アセンブリは、いくつかの実施形態において、発光ダイオード、及び固体である組成物(以下、「固体組成物」として記載)を含む。いくつかの実施形態において、光学アセンブリは、様々な既知の用途、フォトカプラ、光ネットワーク及びデータ伝送、計器盤及びスイッチ、室内灯、方向転換及び停止信号、家電製品、VCR/DVD/ステレオ/オーディオ/ビデオ装置、玩具/ゲーム機器、防犯設備、スイッチ、建築照明、看板(例えば、チャネル文字)、マシンビジョン、小売表示装置、非常時用照明、ネオン及びバルブ代替品、フラッシュライト、アクセント照明、フルカラービデオ、白黒メッセージボード、交通用途、鉄道用途、航空用途、携帯電話、PDA、デジタルカメラ、ラップトップ、医療機器、バーコードリーダー、カラー及び金銭センサ、エンコーダ、光スイッチ、光ファイバ通信、並びにこれらの組み合わせに使用され得る。
光学デバイスは、干渉性光源、例えば、当該技術分野において既知の様々なレーザー、並びに非干渉性/部分的に干渉性の光源、例えば、発光ダイオード(LED)と、半導体LED、有機LED、ポリマーLED、量子ドットLED、赤外LED、可視光LED(有色及び白色光を含む)、紫外LED、並びにこれらの組み合わせを含む、様々なタイプのLEDとを含み得る。
図1は、中に含まれ得るか、又は、固体ライトを形成し得る、光学アセンブリ100の概要実施例である。光学アセンブリは、本明細書に開示される組成物から作製される封止材102と、各々が光学面106を有し、各々が基板108上に位置付けられる、LEDなどの光学デバイス104とを含む。光学デバイス104は、例えば、光学面106に略直交する、光学面106からの光を放射するように構成されている。ドーム状の孔を有する鋳型において示されるように、封止材102は、光学デバイス104への組成物の加熱プレス及び圧縮成形によって形成され得る。光学アセンブリ100は、図示されるように、電極及び/又は電気連結器110と、光学デバイス104からの有線接続112とを含む。図示されるように、封止材102の組成物は、他の組成物又は材料が、少なくとも1つの位置で、封止材102と光学デバイス104の間に存在しないように、光学デバイス104と直接接触している。様々な代替実施例において、1つ以上の追加の材料が、封止材102と光学装置104との間に配設されてもよい。
図2は、中に含まれ得るか、又は固体ライトを形成し得る、光学アセンブリ200の概要実施例である。封止材202は、LEDなどの光学デバイス204を被覆する。光学デバイス204は、光がLEDの動作中に放射される光学面206を有する。光学アセンブリは、固体ライトに限定されないことに留意されたい。ある実施例において、光学デバイス204は、光検出器であり、光学面206は、光を放射するよりもむしろ受光する。光学デバイス204は、図示されるように、それぞれ第1の基板208、及び少なくとも部分的に第1の基板208に対して単離している、第2の基板210上に位置付けられる、電極(図示せず)に、かつそれらの間で電気的に結合される。
光学アセンブリ100、200は、純粋に例示的かつ非限定的である。様々な光学アセンブリは、様々なプロセスに従って、本明細書に開示される材料で形成され得る。光学アセンブリは、様々な仕様に形成され得、多様な目的のうちのいずれに対しても利用され得る。
本明細書に記載される実施形態のうちのいくつかの光学アセンブリはまた、1つ以上の層、又は、典型的には、固体ライトを含む光学アセンブリと関連付けられる、当該技術分野で既知の構成要素を含み得る。例えば、光学アセンブリは、1つ以上のドライバ、光学素子、加熱シンク、筐体、レンズ、電源装置、固定具、電線、電極、回路などを含み得る。
光学アセンブリは、基板及び/又は上板を含み得る。基板は、場合によっては、光学アセンブリの後面に保護を提供し得、一方、上板は、場合によっては、光学アセンブリの前面に保護を提供し得る。基板及び上板は同じであってもよいか、又は異なっていてもよく、各々が、独立して、当該技術分野において既知の任意の好適な材料を含み得る。基板及び/又は上板は、柔軟かつ可撓性であってもよいか、又は剛性かつ硬質であってもよい。代替的に、基板及び/又は上板は、剛性かつ硬質の部分を含んでもよく、一方、同時に柔軟かつ可撓性の部分を含んでもよい。基板及び/又は上板は、光に透明であってもよく、半透明でもよく、光を透過させなくてもよい(すなわち、光を通さなくてもよい)。いくつかの実施形態において、上板は、光を透過させる。一実施形態において、基板及び/又は上板は、ガラスを含む。他の実施形態において、基板及び/又は上板は、金属箔、ポリイミド、エチレン−ビニルアセテート共重合体、及び/又は有機フルオロポリマー(限定されるものではないが例としてエチレンテトラフルオロエチレン(ETFE)、Tedlar(登録商標)、ポリエステル/Tedlar(登録商標)、Tedlar(登録商標)/ポリエステル/Tedlar(登録商標)が挙げられる)、ポリテレフタル酸エチレン(PET)単独又はケイ素と酸化材料(SiOx)でコーティングされたもの、並びにこれらの組み合わせを含む。一実施形態において、基材は更に、PET/SiOx−PET/Al基板(26)(式中、xは1〜4の値である)として定義される。
基板及び/又は上板は、耐荷重性又は非耐荷重性でもよく、光学デバイスの任意の部分に含まれてもよい。いくつかの実施形態において、基板は、耐荷重性である。いくつかの実施形態では、基板は、典型的には、発光ダイオードの後方に位置付けられ、機械的支持体として機能する、光学アセンブリの「底層」であり得る。代替的に、光学アセンブリは、第2の若しくは追加の基板及び/又は上板を含み得る。いくつかの実施形態において、基板は、光学アセンブリの底層であり得る一方、第2の基板は、最上層であり得、上板として機能し得る。いくつかの実施形態において、第2の基板(例えば、上板として機能する第2の基板)は、光(例えば、可視、紫外線、及び/又は赤外線光)に対して透明であり、基板の最上部に位置付けられる。第2の基板は、雨、雪、熱などの環境条件から光学アセンブリを保護するために使用され得る。一実施形態において、第2の基板は上板として機能し、光に対して透明である剛性のガラスパネルであり、光学アセンブリの前面を保護するために使用される。
更に、光学アセンブリはまた、1つ以上の結合層を含み得る。1つ以上の結合層は、例えば、発光ダイオードを基板に接着するように、基板上に配設され得る。一実施形態において、光学アセンブリは、基板を含まず、結合層を含まない。結合層は、紫外線、赤外線、及び/又は可視光に対して透明であり得る。しかしながら、結合層は、光に対して不透過性又は不透明であってもよい。結合層は、粘着性であり、ゲル、ガム、液体、ペースト、樹脂、又は固体であってもよい。一実施形態において、結合層は、フィルムである。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリは、蛍光体を含み得る。蛍光体は、限定されるものではなく、当該技術分野で既知の任意の蛍光体を含み得る。一実施形態において、蛍光体は、ホスト材料と、銅活性化硫化亜鉛及び銀活性化硫化亜鉛などの賦活体とから作製される。好適な、しかし非限定的なホスト材料としては、酸化物、窒化物、酸窒化物、硫化物、セレン化物、亜鉛のハロゲン化物若しくはケイ酸塩、カドミウム、マンガン、アルミニウム、ケイ素、若しくは種々の希土類金属、又はこのような酸化物、窒化物、酸窒化物、硫化物、セレン化物、亜鉛のハロゲン化物若しくはケイ酸塩、カドミウム、マンガン、アルミニウム、ケイ素、又は種々の希土類金属の組み合わせが挙げられる。追加の好適な蛍光体としては、ZnSiO:Mn(Willemite);ZnS:Ag+(Zn、Cd)S:Ag;ZnS:Ag+ZnS:Cu+YS:Eu;ZnO:Zn;KCI;ZnS:Ag、Cl又はZnS:Zn;(KF、MgF):Mn;(Zn、Cd)S:Ag又は(Zn、Cd)S:Cu;YS:Eu+Fe、ZnS:Cu、Al;ZnS:Ag+Co−on−Al;(KF、MgF):Mn;(Zn、Cd)S:Cu、Cl;ZnS:Cu、又はZnS:Cu、Ag;MgF:Mn;(Zn、Mg)F:Mn;ZnSiO:Mn、As;ZnS:Ag+(Zn、Cd)S:Cu;GdS:Tb;YS:Tb;YAl12:Ce;YSiO:Ce;YAl12:Tb;ZnS:Ag、Al;ZnS:Ag;ZnS:Cu、Al、又はZnS:Cu、Au、Al;(Zn、Cd)S:Cu、Cl+(Zn、Cd)S:Ag、Cl;YSiO:Tb;YOS:Tb;Y(Al、Ga)12:Ce;Y(Al、Ga)12:Tb;InBO:Tb;InBO:Eu;InBO:Tb+InBO:Eu;InBO:Tb+InBO:Eu+ZnS:Ag;(Ba、Eu)MgAl1627;(Ce、Tb)MgAl1119;BaMgAl1017:Eu、Mn;BaMgAl1627:Eu(II);BaMgAl1017:Eu、Mn;BaMgAl1627:Eu(II)、Mn(II);Ce0.67Tb0.33MgAl1119:Ce、Tb;ZnSiO:Mn、Sb;CaSiO:Pb、Mn;CaWO(Scheelite);CaWO:Pb;MgWO;(Sr、Eu、Ba、Ca)(PO4)Cl;SrCl(PO:Eu(II);(Ca、Sr、Ba)(POCl:Eu;(Sr、Ca、Ba)10(POCl:Eu;Sr:Sn(II);SrBO20:Eu;CaF(PO:Sb;(Ba、Ti):Ti;3Sr(PO.SrF:Sb、Mn;SrF(PO:Sb、Mn;SrF(PO:Sb、Mn;LaPO:Ce、Tb;(La、Ce、Tb)PO;(La、Ce、Tb)PO:Ce、Tb;Ca(PO.CaF:Ce、Mn;(Ca、Zn、Mg)(PO:Sn;(Zn、Sr)(PO:Mn;(Sr、Mg)(PO:Sn;(Sr、Mg)(PO:Sn(II);CaF(PO:Sb、Mn;Ca(F、Cl)(PO:Sb、Mn;(Y、Eu);Y:Eu(III);Mg(F)GeO:Mn;Mg(F)(Ge、Sn)O:Mn;Y(P、V)O:Eu;YVO:Eu;YS:Eu;3.5MgO・0.5MgF・GeO:Mn;MgAs11:Mn;SrAl:Pb;LaMgAl1119:Ce;LaPO:Ce;SrAl1219:Ce;BaSi:Pb;SrFB:Eu(II);SrB:Eu;SrMgSi:Pb;MgGa:Mn(II);GdS:Tb;GdS:Eu;GdS:Pr;GdS:Pr、Ce、F;YS:Tb;YS:Eu;YS:Pr;Zn(0.5)Cd(0.4)S:Ag;Zn(0.4)Cd(0.6)S:Ag;CdWO;CaWO;MgWO;YSiO:Ce;YAlO:Ce;YAl12:Ce;Y(Al、Ga)12:Ce;CdS:In;ZnO:Ga;ZnO:Zn;(Zn、Cd)S:Cu、Al;ZnS:Cu、Al、Au;ZnCdS:Ag、Cu;ZnS:Ag;anthracene、EJ−212、ZnSiO:Mn;ZnS:Cu;NaI:Tl;CsI:Tl;LiF/ZnS:Ag;LiF/ZnSCu、Al、Au、及びそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定さない。
蛍光体は、光学アセンブリの任意の部分(例えば、固体ライト)内に存在し得る。一実施形態において、蛍光体は、レンズ内に存在する。別の実施形態において、蛍光体は、層内に存在する。更に別の実施形態において、蛍光体は、固体組成物自体(すなわち、オルガノシロキサンブロックコポリマーを含む固体組成物)内に存在する。
上を参照すると、固体組成物は、当該技術分野で理解されているように、「固体」である。例えば、固体組成物は、構造的剛性を有し、形状又は容積の変化に抵抗し、液体又はゲルではない。一実施例において、固体組成物は、フィルムである。代替的に、固体組成物は、ペレット、リボン、シート、立方体などであり得る。固体組成物の寸法は、限定されず、フィルム、シート、ペレットなどは、任意の寸法であり得る。
固体組成物は、「樹脂−直鎖状」オルガノシロキサンブロックコポリマーとしても説明され得るオルガノシロキサンブロックコポリマーを含む。オルガノシロキサンブロックコポリマーは、
40〜90モルパーセントの式[R SiO2/2]のジシロキシ単位と、
10〜60モルパーセントの式[RSiO3/2]のトリシロキシ単位と、
0.5〜25モルパーセントのシラノール基[≡SiOH]と、を含み、
は、独立して、C〜C30ヒドロカルビルであり、
は、独立して、C〜C20ヒドロカルビルであり、
ジシロキシ単位[R SiO2/2]は、直鎖状ブロック当たり平均で10〜400個のジシロキシ単位[R SiO2/2]を有する直鎖状ブロックの中に配置され、
トリシロキシ単位[RSiO3/2]は、少なくとも500g/モルの分子量を有する非直鎖状ブロックに配置され、非直鎖状ブロックの少なくとも30%は相互に架橋し、かつナノドメイン内に一緒に主に凝集し、各直鎖状ブロックは、少なくとも1つの非直鎖状ブロックに連結しており、
オルガノシロキサンブロックコポリマーは、少なくとも20,000g/モルの重量平均分子量を有し、25℃で固体である。
本明細書で説明される実施形態のうちのいくつかのオルガノシロキサンブロックコポリマーは、「樹脂−直鎖状」のオルガノシロキサンブロックコポリマーと称され、(RSiO1/2)、(RSiO2/2)、(RSiO3/2)、又は(SiO4/2)シロキシ単位から独立して選択されるシロキシ単位を含み、式中、Rは任意の有機基であり得る。これらのシロキシ単位は一般にそれぞれM、D、T、及びQ単位と呼ばれる。これらのシロキシ単位は、様々な方法で組み合わされて、環状、直鎖状、又は分枝状構造を形成することができる。結果として得られるポリマー構造の化学的及び物理的性質は、オルガノポリシロキサン中のシロキシ単位の数とタイプによって変化する。例えば、「直鎖状」オルガノポリシロキサンは、典型的には、主としてD、すなわち(RSiO2/2)シロキシ単位を含有し、その結果、ポリジオルガノシロキサン内のD単位の数により示される「重合度」、すなわち「DP」に応じ様々な粘度の流体であるポリジオルガノシロキサンが生じる。「直鎖状」オルガノポリシロキサンは、典型的には、25℃よりも低いガラス転移温度(T)を有する。「樹脂」オルガノポリシロキサンは、シロキシ単位の大半がT又はQシロキシ単位から選択される場合に生じる。主にTシロキシ単位を使用してオルガノポリシロキサンを調製する場合には、多くの場合、得られるオルガノシロキサンは、「樹脂」又はシルセスキオキサン樹脂」と称される。オルガノポリシロキサン内のT又はQシロキシ単位の量が増加すると、典型的には、硬さの増加した及び/又はガラスのような特性を有するポリマーが生じる。「樹脂」オルガノポリシロキサンは、よって、より高いT値を有し、例えば、シロキサン樹脂は、多くの場合、40℃より高いT値、例えば、50℃より高い、60℃より高い、70℃より高い、80℃より高い、90℃より高い、又は100℃より高い値を有する。いくつかの実施形態において、シロキサン樹脂のTは、約60℃〜約100℃、例えば、約60℃〜約80℃、約50℃〜約100℃、約50℃〜約80℃、又は約70℃〜約100℃である。
本明細書で使用されるとき、「オルガノシロキサンブロックコポリマー」又は「樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマー」は、「樹脂」Tシロキシ単位と組み合わせた「直鎖状」Dシロキシ単位を含有するオルガノポリシロキサンを指す。いくつかの実施形態において、オルガノシロキサンコポリマーは、「ランダム」コポリマーとは対照的に、「ブロック」コポリマーである。このように、開示された実施形態の「樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマー」は、D及びTシロキシ単位を含むオルガノポリシロキサンを指し、そこでは、D単位(例えば、[R SiO2/2]単位)は、まず互いに結合して、いくつかの実施形態において、平均10〜400D単位(例えば、約10〜約400D単位、約10〜約300D単位、約10〜約200D単位、約10〜約100D単位、約50〜約400D単位、約100〜約400D単位、約150〜約400D単位、約200〜約400D単位、約300〜約400D単位、約50〜約300D単位、約100〜約300D単位、約150〜約300D単位、約200〜約300D単位、約100〜約150D単位、約115〜約125D単位、約90〜約170D単位、又は約110〜約140D単位)を有する高分子鎖を形成し、これは、本明細書で「直鎖状ブロック」と称される。
T単位(すなわち、[RSiO3/2])は、まず互いに結合して分枝状高分子鎖を形成し、これは「非直鎖状ブロック」と称される。いくつかの実施形態において、ブロックコポリマーの固体形態が提供されるとき、かなりの数のこれらの非直鎖状ブロックは、更に凝集して、「ナノドメイン」を形成する。いくつかの実施形態において、これらのナノドメインは、樹脂に富む層が形成されるように、D単位を有する直鎖状ブロックから形成された相とは別個の相を形成する。いくつかの実施形態において、ジシロキシ単位[R SiO2/2]は、直鎖状ブロック毎に平均10〜400ジシロキシ単位[R SiO2/2](例えば、約10〜約400D単位、約10〜約300D単位、約10〜約200D単位、約10〜約100D単位、約50〜約400D単位、約100〜約400D単位、約150〜約400D単位、約200〜約400D単位、約300〜約400D単位、約50〜約300D単位、約100〜約300D単位、約150〜約300D単位、約200〜約300D単位、約100〜約150D単位、約115〜約125D単位、約90〜約170D単位、又は約110〜約140D単位)を有する直鎖状ブロックに配置され、かつシロキシ単位[RSiO3/2]少なくとも500g/モルの分子量を有する非直鎖状ブロックに配置され、非直鎖状ブロックの少なくとも30%が相互に架橋される。
前述の式は、代替的に、[R SiO2/2[RSiO3/2として説明され得、式中、下付き文字a及びbは、オルガノシロキサンブロックコポリマー中のシロキシ単位のモル分率を表す。これらの式において、aは、0.4〜0.9、代替的に、0.5〜0.9、代替的に、0.6〜0.9で変化し得る。また、これらの式において、bは、0.1〜0.6、代替的に、0.1〜0.5、代替的に、0.1〜0.4において様々であり得る。
上記ジシロキシ単位の式中、Rは独立して、C〜C30ヒドロカルビルである。炭化水素基は独立して、アルキル、アリール又はアルキルアリール基であり得る。本明細書で使用するとき、ヒドロカルビルはまた、ハロゲン置換ヒドロカルビルを含み、ハロゲンは、塩素、フッ素、臭素、又はそれらの組み合わせであり得る。RはC〜C30アルキル基であり得、代替的にRはC〜C18アルキル基であり得る。代替的に、Rは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル又はヘキシルなどのC〜Cアルキル基であり得る。代替的に、Rはメチルであり得る。Rは、フェニル、ナフチル又はアンスリル基などのアリール基であり得る。代替的に、Rは、前述のアルキル又はアリール基の任意の組み合わせであり得る。代替的に、Rは、フェニル、メチル又はこれらの組み合わせである。
上記トリシロキシ単位の式中、各Rは独立して、C〜C20ヒドロカルビルである。本明細書で使用するとき、ヒドロカルビルはまた、ハロゲン置換ヒドロカルビルを含み、ハロゲンは、塩素、フッ素、臭素、又はそれらの組み合わせであり得る。Rは、フェニル、ナフチル又はアンスリル基などのアリール基であり得る。代替的に、Rは、メチル、エチル、プロピル又はブチルなどのアルキル基であり得る。代替的に、Rは、前述のアルキル又はアリール基の任意の組み合わせであり得る。代替的に、Rは、フェニル又はメチルである。
オルガノシロキサンブロックコポリマーは、オルガノシロキサンブロックコポリマーが、上で説明したモル分率のジシロキシ及びトリシロキシ単位を含有する限り、Mシロキシ単位、Qシロキシ単位、他の固有のD又はTシロキシ単位(例えば、R又はR以外の有機基を有する)などの追加のシロキシ単位を含んでもよい。換言すれば、添字a及びbにより示されるモル分率の和は、必ずしも合計して1にならなければならないわけではない。a+bの和は、オルガノシロキサンブロックコポリマー内に存在し得る量の他のシロキシ単位を考慮した場合に1未満になってもよい。例えばa+bの和は、0.6を超える、0.7を超える、0.8を超える、0.9を超える、0.95を超える、又は0.98若しくは0.99を超え得る。
一実施形態において、オルガノシロキサンブロックコポリマーは、上述の重量パーセントで、式R SiO2/2のジシロキシ単位と、式RSiO3/2のトリシロキシ単位とから本質的に成る一方、0.5〜25モルパーセントのシラノール基[≡SiOH]をもまた含み、[≡SiOH]の式中、R及びRは、上で説明した通りである。したがって、一実施形態において、a+bの和(モル分率を使用してコポリマー内のジシロキシ及びトリシロキシ単位の量を表す場合)は、0.95超える、代替的に0.98超える。更に、本実施形態において、「から本質的に成る」という用語は、オルガノシロキサンブロックコポリマーが、本明細書に記載されていない他のシロキサン単位を含まないことを説明する。
式[R SiO2/2[RSiO3/2、及び本明細書で説明されるようなモル分率を用いた関連する式は、オルガノシロキサンブロックコポリマーにおけるジシロキシR SiO2/2、及びトリシロキシRSiO3/2単位の構造的な順序を制限するものではない。むしろ、これらの式は、添字a及びbを介して上記で説明されるモル分率により、オルガノシロキサンブロックコポリマー内の2つの単位の相対量を説明するための非限定的な表記法を提供する。オルガノシロキサンブロックコポリマー内の様々なシロキシ単位のモル分率並びにシラノール含有量は、29Si NMR技術により判定することができる。
いくつかの実施形態において、固体形態の固体組成物内に含有されるオルガノシロキサンブロックコポリマーは、式[R SiO2/2]の40〜90モルパーセントのジシロキシ単位、例えば、式[R SiO2/2]の50〜90モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の60〜90モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の65〜90モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の70〜90モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の80〜90モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の40〜80モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の40〜70モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の40〜60モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の40〜50モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の50〜80モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の50〜70モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の50〜60モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の60〜80モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の60〜70モルパーセントのジシロキシ単位、又は式[R SiO2/2]の70〜80モルパーセントのジシロキシ単位を含む。
いくつかの実施形態において、固体形態の固体組成物内に含有されるオルガノシロキサンブロックコポリマーは、式[RSiO3/2]の10〜60モルパーセントのトリシロキシ単位、例えば、式[RSiO3/2]の10〜20モルパーセントのトリシロキシ単位、式[RSiO3/2]の10〜30モルパーセントのトリシロキシ単位、式[RSiO3/2]の10〜35モルパーセントのトリシロキシ単位、式[RSiO3/2]の10〜40モルパーセントのトリシロキシ単位、式[RSiO3/2]の10〜50モルパーセントのトリシロキシ単位、式[RSiO3/2]の20〜30モルパーセントのトリシロキシ単位、式[RSiO3/2]の20〜35モルパーセントのトリシロキシ単位、式[RSiO3/2]の20〜40モルパーセントのトリシロキシ単位、式[RSiO3/2]の20〜50モルパーセントのトリシロキシ単位、式[RSiO3/2]の20〜60モルパーセントのトリシロキシ単位、式[RSiO3/2]の30〜40モルパーセントのトリシロキシ単位、式[RSiO3/2]の30〜50モルパーセントのトリシロキシ単位、式[RSiO3/2]の30〜60モルパーセントのトリシロキシ単位、式[RSiO3/2]の40〜50モルパーセントのトリシロキシ単位、又は式[RSiO3/2]の40〜60モルパーセントのトリシロキシ単位を含む。
いくつかの実施形態において、固体形態の固体組成物内に含有されるオルガノシロキサンブロックコポリマーは、0.5〜25モルパーセントのソラノール基[≡SiOH](例えば、0.5〜5モルパーセント、0.5〜10モルパーセント、0.5〜15モルパーセント、0.5〜20モルパーセント、5〜10モルパーセント、5〜15モルパーセント、5〜20モルパーセント、5〜25モルパーセント、10〜15モルパーセント、10〜20モルパーセント、10〜25モルパーセント、15〜20モルパーセント、15〜25モルパーセント、又は20〜25モルパーセント)を含む。オルガノシロキサンブロックコポリマーの樹脂成分上に存在するシラノール基は、オルガノシロキサンブロックコポリマーが、高温で更に反応若しくは硬化、又は架橋することを可能にし得る。非直鎖状ブロックの架橋は、様々な化学的機序及び/又は部分を介して達成され得る。例えば、オルガノシロキサンブロックコポリマー内の非直鎖状ブロックの架橋は、オルガノシロキサンブロックコポリマーの非直鎖状ブロック内に存在する残留シラノール基の縮合から生じ得る。
いくつかの実施形態において、固体形態の固体組成物内に含有されるオルガノシロキサンブロックコポリマーのジシロキシ単位[R SiO2/2]は、平均10〜400ジシロキシ単位、例えば、約10〜約400ジシロキシ単位、約10〜約300ジシロキシ単位、約10〜約200ジシロキシ単位、約10〜約100ジシロキシ単位、約50〜約400ジシロキシ単位、約100〜約400ジシロキシ単位、約150〜約400ジシロキシ単位、約200〜約400ジシロキシ単位、約300〜約400ジシロキシ単位、約50〜約300ジシロキシ単位、約100〜約300ジシロキシ単位、約150〜約300ジシロキシ単位、約200〜約300ジシロキシ単位、約100〜約150ジシロキシ単位、約115〜約125ジシロキシ単位、約90〜約170ジシロキシ単位、又は約110〜約140ジシロキシ単位)を有する直鎖状ブロック内に配置される。
いくつかの実施形態において、固体形態の固体組成物内に含有されるオルガノシロキサンブロックコポリマーは、少なくとも500g/モル、例えば、少なくとも1000g/モル、少なくとも2000g/モル、少なくとも3000g/モル、若しくは少なくとも4000g/モルの数平均分子量を有する、又は約500g/モル〜約4000g/モル、約500g/モル〜約3000g/モル、約500g/モル〜約2000g/モル、約500g/モル〜約1000g/モル、約1000g/モル〜2000g/モル、約1000g/モル〜約1500g/モル、約1000g/モル〜約1200g/モル、約1000g/モル〜3000g/モル、約1000g/モル〜約2500g/モル、約1000g/モル〜約4000g/モル、約2000g/モル〜約3000g/モル、若しくは約2000g/モル〜約4000g/モルの分子量を有する。
いくつかの実施形態において、固体形態の固体組成物内に含有されるオルガノシロキサンブロックコポリマー内の非直鎖状ブロックの少なくとも30%、例えば、非直鎖状ブロックの少なくとも40%が互いに架橋される、非直鎖状ブロックの少なくとも50%が互いに架橋される、非直鎖状ブロックの少なくとも60%が互いに架橋される、非直鎖状ブロックの少なくとも70%が互いに架橋される、又は非直鎖状ブロックの少なくとも80%が互いに架橋される。いくつかの実施形態において、非直鎖状ブロックの約30%〜約80%は互いに架橋される、非直鎖状ブロックの約30%〜約70%は互いに架橋される、非直鎖状ブロックの約30%〜約60%は互いに架橋される、非直鎖状ブロックの約30%〜約50%は互いに架橋される、非直鎖状ブロックの約30%〜約40%は互いに架橋される、非直鎖状ブロックの約40%〜約80%は互いに架橋される、約40%〜約70%は互いに架橋される、非直鎖状ブロックの約40%〜約60%は互いに架橋される、非直鎖状ブロックの約40%〜約50%は互いに架橋される、非直鎖状ブロックの約50%〜約80%は互いに架橋される、非直鎖状ブロックの約50%〜約70%は互いに架橋される、非直鎖状ブロックの約55%〜約70%は互いに架橋される、非直鎖状ブロックの約50%〜約60%は互いに架橋される、非直鎖状ブロックの約60%〜約80%は互いに架橋される、又は非直鎖状ブロックの約60%〜約70%は互いに架橋される。
いくつかの実施形態において、固体形態の固体組成物内に含有されるオルガノシロキサンブロックコポリマーは、少なくとも20,000g/モルの重量平均分子量(M)、代替的に少なくとも40,000g/モルの重量平均分子量、代替的に少なくとも50,000g/モルの重量平均分子量、代替的に少なくとも60,000g/モルの重量平均分子量、代替的に少なくとも70,000g/モルの重量平均分子量、又は代替的に少なくとも80,000g/モルの重量平均分子量を有する。いくつかの実施形態において、固体形態の固体組成物内に含有されるオルガノシロキサンブロックコポリマーは、約20,000g/モル〜約250,000g/モル又は約100,000g/モル〜約250,000g/モル重量平均分子量、代替的に約40,000g/モル〜約100,000g/モル重量平均分子量、代替的に約50,000g/モル〜約100,000g/モル重量平均分子量、代替的に約50,000g/モル〜約80,000g/モル重量平均分子量、代替的に約50,000g/モル〜約70,000g/モル重量平均分子量、代替的に約50,000g/モル〜約60,000g/モル重量平均分子量(M)を有する。いくつかの実施形態において、固体形態の固体組成物内に含有されるオルガノシロキサンブロックコポリマーの重量平均分子量は、40,000〜100,000、50,000〜90,000、60,000〜80,000、60,000〜70,000、100,000〜500,000、150,000〜450,000、200,000〜400,000、250,000〜350,000、又は250,000〜300,000g/モルである。更に他の実施形態において、オルガノシロキサンブロックコポリマーは、40,000〜60,000、45,000〜55,000、又は約50,000g/モルの重量平均分子量を有する。
いくつかの実施形態において、本明細書に記載のいくつかの実施形態のオルガノシロキサンブロックコポリマーは、約15,000〜50,000g/モル、約15,000〜30,000g/モル、約20,000〜30,000g/モル、又は約20,000〜25,000g/モルの(M)重量平均分子量を有する。
いくつかの実施形態において、前述のオルガノシロキサンブロックコポリマーは、例えば、有機溶媒(例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、又はこれらの組み合わせ)にブロックコポリマーの溶液のフィルムを鋳造すること、及び溶媒を蒸発させることにより、固体形態で単離される。これらの条件下で、前述のオルガノシロキサンブロックコポリマーは、約50質量%〜約80質量%の固形分、例えば、約60質量%〜約80質量%、約70質量%〜約80質量%、又は約75質量%〜約80質量%の固形分を含有する有機溶媒中の溶液として提供され得る。いくつかの実施形態において、溶媒はトルエンである。いくつかの実施形態において、このような溶液は、25℃で、約1500mm/s〜約4000mm/s(約1500cSt〜約4000cSt)、例えば、25℃で、約1500mm/s〜約3000mm/s(約1500cSt〜約3000cSt)、約2000mm/s〜約4000mm/s(約2000cSt〜約4000cSt)、又は約2000mm/s〜約3000mm/s(2000cSt〜約3000cSt)の粘度を有する。
固体の乾燥又は形成時に、ブロックコポリマーの非直鎖状ブロックは、更に一緒に凝集して、「ナノドメイン」を形成する。本明細書で使用するとき、「主に凝集する」は、オルガノシロキサンブロックコポリマーの非直鎖状ブロックの大半が、「ナノドメイン」として本明細書に記載の固体組成物の特定の領域において見出されることを意味する。本明細書で使用するとき、「ナノドメイン」は、固体ブロックコポリマー組成物内で相分離しており、サイズが1〜100ナノメートルである少なくとも1つの寸法を有する、固体ブロックコポリマー組成物内の相領域を指す。ナノドメインの形状は様々であり得るが、但し、ナノドメインの少なくとも1つの寸法は1〜100ナノメートルのサイズである。したがって、ナノドメインは、規則的又は不規則的な形状であり得る。ナノドメインは、球状、管状、場合によっては層状であり得る。
更なる実施形態において、上記のような固体オルガノシロキサンブロックコポリマーは、第1の相と不相溶性第2の相とを含有し、第1の相は主に上記のようなジシロキシ単位[R SiO2/2]を含有し、第2の相は上記のようなシロキシ単位トリ[RSiO3/2]を含有し、非直鎖状ブロックは、十分凝集して、第1の相と不相溶性であるナノドメインとなる。
固体組成物が、本明細書に記載のいくつかの実施形態のオルガノシロキサンブロックコポリマーの硬化性組成物から形成されるとき、これはまた、いくつかの実施形態において、オルガノシロキサン樹脂(例えば、ブロックコポリマーの一部ではない遊離樹脂)を含有するが、オルガノシロキサン樹脂は、主にナノドメイン内に凝集する。
本開示の固体ブロックコポリマー内のジシロキシ及びトリシロキシ単位の構造順序、並びに、ナノドメインの特徴は、透過型電子顕微鏡(TEM)法、原子間力顕微鏡法(AFM)、中性子線小角散乱法、X線小角散乱法及び走査型電子顕微鏡法などの特定の分析技術を用いて明示的に測定され得る。
代替的に、ブロックコポリマー内のジシロキシ及びトリシロキシ単位の構造順序、並びに、ナノドメインの形成は、本発明のオルガノシロキサンブロックコポリマーから生じるコーティングの特定の物理的特性を特徴付けることにより、示され得る。例えば、本発明のオルガノシロキサンコポリマーは、95%を超える可視光透過率を有するコーティングを提供し得る。当業者は、可視光がこのような媒質を通過することができ、かつ150ナノメートルを超えるサイズを有する粒子(又は本明細書で使用されるようなドメイン)により回折されないでいることができる場合にのみ、このような光学的透明度が(2つの相の屈折率が一致する以外に)可能であることを理解している。粒径又はドメインが更に小さくなるにつれて、光学的透明度は更に改善され得る。したがって、本オルガノシロキサンコポリマー由来のコーティングは、少なくとも95%の可視光の光透過率、例えば、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%、少なくとも99%、又は100%の可視光の透過率を有し得る。本明細書で使用される「可視光」という用語は、350nmを超える波長の光を含む。
本開示の固体組成物は、直鎖状D単位のブロックに起因する「ソフト」及び「ハード」部分に分離された相を含み得、それぞれ非直鎖状T単位のブロックの凝集である。これらの各ソフト及びハード部分は、ガラス転移温度(T)が異なることによって判定又は推測され得る。したがって、直鎖状部分は、典型的には、低いT、例えば、25℃未満、代替的に、0℃未満、又は代替的に、更に−20℃未満を有する、「ソフト」部分として説明され得る。直鎖状部分は、一般に、様々な条件下で、「流体」のような挙動を維持する。逆に、非直鎖状ブロックは、例えば、30℃超、代替的に40℃超、代替的に更には50℃超といった、より高いT値を有する「ハード部分」として説明され得る。
本樹脂−直鎖状オルガノポリシロキサンブロックコポリマーの利点は、加工温度(T加工)が、オルガノシロキサンブロックコポリマーの最終硬化に必要とされる温度(T硬化)よりも低く、すなわち、T加工<T硬化であるため、それらを複数回加工することができるということである。しかしながら、オルガノシロキサンコポリマーは、T加工が、T硬化より高い場合、硬化して高温安定性を達成する。したがって、本樹脂−直鎖状オルガノポリシロキサンブロックコポリマーは、疎水性、高温安定性、水分/紫外線耐性などの典型的にシリコーンに関連する利益と共に、「再加工可能」であるという有意な利点を提供する。
一実施形態において、直鎖状軟質ブロックシロキサン単位、例えば、重合度(dp)>2の範囲(例えば、dp>10、dp>50、dp>100、dp>150、又は約2〜約150のdp、約50〜約150のdp、又は約70〜約150のdp)は、室温以上のガラス転移点を有する直鎖状又は樹脂「ハードブロック」シロキサン単位にグラフトされる。関連する実施形態において、オルガノシロキサンブロックコポリマー(例えば、シラノール末端オルガノシロキサンブロックコポリマー)は、例えば、メチルトリアセトキシシラン及び/又はメチルトリオキシムシランなどのシランと反応させ、続いて、シラノール機能フェニルシルセスキオキサン樹脂と反応させる。更に他の実施形態において、オルガノシロキサンブロックコポリマーは、1つ以上のソフトブロック(例えば、ガラス転移<25℃を有するブロック)と、いくつかの実施形態において、側鎖としてアリール基を含む1つ以上の直鎖状シロキサン「プレポリマー」ブロック(例えば、ポリ(フェニルメチルシロキサン)とを含む。別の実施形態において、オルガノシロキサンブロックコポリマーは、PhMe−D含有量>20モル%(例えば、>30モル%、>40モル%、>50モル%、又は約20〜約50モル%、約30〜約50モル%、若しくは約20〜約30モル%)、PhMe−D dp>2(例えば、dp>10、dp>50、dp>100、dp>150、若しくは約2〜約150のdp、約50〜約150のdp、又は約70〜約150のdp)、及び/又はPh−D/Me−D>20モル%(例えば、>30モル%、>40モル%、>50モル%、若しくは約20〜約50モル%、約30〜約50モル%、若しくは約20〜約30モル%)を含み、ここでは、Ph−D/Me−Dのモル比率は約3/7である。いくつかの実施形態において、Ph−D/Me−Dのモル比率は、約1/4〜約1/2、例えば、約3/7〜約3/8である。更に他の実施形態において、オルガノシロキサンブロックコポリマーは、1つ以上のハードブロック(例えば、>25℃のガラス転移を有するブロック)、及び1つ以上の直鎖状又は樹脂シロキサン、例えば、非粘着性フィルムを形成するために使用され得るフェニルシルセスキオキサン樹脂を含む。
いくつかの実施形態において、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーを含む固体組成物もまた、超強塩基触媒を含有する。例えば、参照することによりその全体が本明細書に完全に記載されているかのように、本明細書に組み込まれる、2012年12月14日に出願のPCT米国特許出願第2012/069701号、及び2012年12月14日に出願の米国仮特許出願第61/570,477号を参照されたい。「超強塩基」及び「超強塩基触媒」という用語は、本明細書において同義的に使用される。いくつかの実施形態において、超強塩基触媒を含む固体組成物は、超強塩基触媒を有しない同様の組成物よりも増強された硬化速度、改善された機械的強度、及び改善された熱安定性を示す。
本明細書中で使用される「超強塩基」という用語は、リチウムジイソプロピルアミドのような非常に高い塩基性度を有する化合物を指す。「超強塩基」という用語はまた、固有の新しい特性を有する新たな塩基性種に至る2つ(又はそれ以上)の塩基の混合に起因する塩基を包含する。「超強塩基」という用語は、他のものよりも熱力学的及び/又は動力学的に強い塩基を必ずしも意味しない。代わりに、いくつかの実施形態において、塩基性試薬は、いくつかの異なる塩基の特性を組み合わせることによって作り出されることを意味する。「超強塩基」という用語はまた、より高い絶対プロトン親和力(APA=245.3キロカロリー/モル)と、1,8−ビス−(ジメチルアミノ)−ナフタレンに対して、内因性気相塩基性度(ギガバイト=239キロカロリー/モル)とを有する任意の種を包含する。
超強塩基の非限定的な例としては、有機超強塩基、有機金属超強塩基、及び無機超強塩基が挙げられる。
有機超強塩基としては、窒素含有化合物が挙げられるが、これに限定されない。いくつかの実施形態において、窒素含有化合物はまた、低い求核性、及び比較的穏やかな使用条件を有する。窒素含有化合物の非限定的な例としては、ホスファゼン、アミジン、グアニジン、及び多環ポリアミンが挙げられる。有機超強塩基はまた、化合物を含み、その化合物において、反応性金属が、例えば、酸素(非安定化アルコキシド)又は窒素(例えば、リチウムジイソプロピルアミドなどの金属アミド)などのヘテロ原子上の水素と交換される。いくつかの実施形態において、超強塩基触媒は、アミジン化合物である。
いくつかの実施形態において、「超強塩基」という用語は、少なくとも2つの窒素原子、及び水中で測定されるpK約0.5〜約11を有する有機超強塩基を指す。例えば、pKは、水中で測定される約0.5〜約10、約1〜約5、約6〜約11、約3〜約5、約0.5〜約3、又は約2〜約5である。pKに関して、いくつかの実施形態において、塩基は、水中で測定されるpK約3〜約13.5を有する。例えば、pKは、水中で測定される約5〜約10、約5〜約10、約8〜約13.5、約6〜約8、約10〜約12、又は約9〜約12である。例えば、ジアザビシクロオクタンとしても既知である1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンは、pK 2.97及び8.82(2つの窒素を含有するため)、DBUとしても既知である1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エンは、pK約12を有する。例えば、http://evans.harvard.edu/pdf/evans_pka_table.pdfを参照されたい。
有機金属超強塩基としては、有機リチウム及び有機マグネシウム(グリニャール試薬)の化合物が挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、有機金属超強塩基は、それらを非求核にするために、必要な程度まで妨害される。
超強塩基としては、有機、有機金属、及び/又は無機の超強塩基の混合物が挙げられる。このような混合超強塩基の非限定的な例としては、n−ブチルリチウムとカリウムtert−ブトキシドとの組み合わせであるシュロッサー塩基(又はロックマン−シュロッサー塩基)が挙げられる。n−ブチルリチウムとカリウム−tert−ブトキシドとの組み合わせは、試薬単独と、tert−ブチルカリウムと比較して明らかに異なる特性を有する場合とのうちのいずれよりも大きな反応性の混合凝集体を形成する。
無機超強塩基は、小型高度帯電アニオンを有する塩のような化合物を含む。無機超強塩基の非限定的な例としては、窒化リチウム、並びに水素化カリウム及び水素化ナトリウムを含む、アルカリ及びアルカリ土類金属水素化物が挙げられる。このような種は、強いカチオン−アニオン相互作用のために全ての溶媒に不溶性であるが、しかし、これらの材料の表面は、高い反応性を有し、スラリーを使用することができる。
本発明のある実施形態において、超強塩基触媒は、例えば、上で説明した又は当該技術分野で既知の有機超強塩基のいずれかといった有機超強塩基である。
更なる実施形態において、超強塩基触媒は、
1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]undec−7−ene(DBU),(CAS # 6674−22−2)
1,5,7−トリアザビシクロ[4.4.0]dec−5−ene(TBD),(CAS # 5807−14−7)
1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]octane(DABCO),(CAS # 280−57−9)
1,1,3,3−テトラメチルガリウム(TMG)、(CAS # 80−70−6)
1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−nonene(DBN)、(CAS # 3001−72−7)
7−メチル−1,5,7−トリアザビシクロ[4.4.0]dec−5−ene(MTBD)(CAS # 84030−20−6)
のポリオルガノシロキサン、又はこれらの組み合わせを含む。
これらの各々の構造を以下に示す。
Figure 0006001676
式中、各R’は、同じであるか、又は異なり、かつ水素又はC〜Cアルキルであり、R”は水素又はC〜Cアルキルである。本明細書において、「C〜Cアルキル」という用語は、直鎖又は分枝鎖飽和炭化水素ラジカルを広く指す。アルキル基の例としては、メチル、エチル、n−プロピル、n−ブチルを含む直鎖アルキル基、及びイソプロピル、tert−ブチル、イソ−アミル、ネオペンチルなどを含む分枝状アルキル基が挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、炭化水素ラジカルはメチルである。
固体組成物内の超強塩基触媒の量は、異なる場合があり、制限されない。典型的に、添加量は、触媒として有効な量であり、これは、選択超強塩基、並びに樹脂−直鎖状コポリマー組成物中の残存シラノール基の濃度、特に樹脂成分の残存シラノール基の量、特に組成物中の「遊離樹脂」成分のシラノール量によって異なる場合がある。超強塩基触媒の量は、典型的には、固体組成物において百万分率(ppm)で測定される。具体的には、触媒レベルは、コポリマー固体に関して計算される。硬化性組成物に添加される超強塩基触媒の量は、固体組成物中に存在する樹脂−直鎖状ブロックコポリマーの(重量による)含有量に基づいて、0.1〜1,000ppm、代替的に1〜500ppm、又は代替的に10〜100ppmの範囲であり得る。本組成物を測定し、それに添加するために便宜上、超強塩基触媒は、固体組成物に添加する前に、有機溶媒で希釈され得る。典型的には、超強塩基では、硬化性組成物に使用されるものと同じ有機溶媒で希釈される。
いくつかの実施形態において、超強塩基は、その最も広い意味において、シラノール縮合増強剤と考えられ得、縮合触媒として作用し得る。いくつかの実施形態において、シラノール縮合増強剤は、実質的に、相分離した樹脂に富む相に存在し得、その相中で、シラノール縮合を増強し、それにより、その相中の反応性シラノール基のモル%を低減させる。理論に束縛されるものではないが、超強塩基は、相分離した樹脂に富む相に存在する樹脂の酸性SiOH基と非常に強く相互作用すると考えられると信じられている。いくつかの実施形態において、その相とシラノール縮合増強剤がより高い互換性(例えば、可溶性)があるとき、シラノール縮合増強剤は、例えば、オルガノシロキサンブロックコポリマーに富む相より、相分離した樹脂に富む相に存在する可能性がより高く、かつシラノール縮合増強剤が、相分離した樹脂に富む相とより低い互換性を有するとき、相分離した樹脂に富む相に存在する可能性がより低い。いくつかの実施形態において、相分離した樹脂に富む相内の反応性シラノール基のモル%は、超強塩基が存在しない場合に、相分離した樹脂に富む相中に存在するであろうモル%反応性シラノール基に対して、約25%、例えば、約35%、約45%、約55%、約65%、約75%、約85%、又は約95%低減する。いくつかの実施形態において、相分離した樹脂に富む相内のモル%反応性シラノール基は、超強塩基が存在しない場合に、相分離した樹脂に富む相中に存在するであろうモル%反応性シラノール基に対して、約25%〜約95%、例えば、約25%〜約55%、約25%〜約75%,約35%〜約75%,約55%〜約95%、又は約55%〜約85%低減する。
いくつかの実施形態において、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーを含む固体組成物もまた、安定剤を含有する。例えば、2012年11月30日に出願の米国特許出願第2012/067334、及び2011年12月2日に出願の米国仮特許出願第61/566,031号を参照されたい。安定剤は、上述したように、オルガノシロキサンブロックコポリマーを含有する固体組成物の貯蔵安定性、及び/又は他の物理的特性を改善するように、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーに添加される。安定剤は、アルカリ土類金属塩、金属キレート、ホウ素化合物、ケイ素含有小分子又はそれらの組み合わせから選択され得る。
いかなる理論にも束縛されるものではないが、安定剤成分は、縮合触媒として挙動し得る。例えば、塩化カルシウムなどの塩、又は金属キレートなどの触媒(例えば、マグネシウムアセチルアセトネート又はAl(acac))による処理は、本明細書で説明したいくつかの実施形態の樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーの合成中(例えば、合成の終わり)に、製品の安定性を大幅に増加させる。触媒は、シラノール機能性コポリマーの貯蔵安定性を低減させることが予想されるため、これは驚くべきかつ予想外である。しかしながら、理論に束縛されるものではないが、場合によっては、安定剤は、相分離した樹脂に富む相で優先的に可溶性であり得、この相中に存在するシラノール基の縮合を増強すると考えられる。この相(すなわち、樹脂に富む相)は、主に、残存する「遊離樹脂」を含有するため、この相の縮合は、続いて、樹脂−直鎖状ブロックコポリマーを含むマトリックスの硬化温度を増加させ得る。例えば、本明細書に記載のいくつかの実施形態の安定剤の不在下で、(例えば、20モル%のフェニルシルセスキオキサン樹脂と、「PDMS」としても既知である184dpのポリジメチルシロキサンとに基づく)エラストマー性挙動を伴う典型的な樹脂−直鎖状材料は、80℃程度で流動を開始し、続いて、樹脂ブロック上に存在する残存シラノール基から120℃程度で更なる縮合硬化を伴い、結果的に、2〜5MPaの引張強度及び200〜600%の破断伸度(%)を有する材料になるであろう。安定剤を含む同じ樹脂−直鎖状材料は、その硬化温度が120〜180℃と大幅に拡張する。
要するに、いくつかの実施形態において、安定剤は、その最も広い意味において、シラノール縮合増強剤(すなわち、縮合触媒)と考え得る。いくつかの実施形態において、シラノール縮合増強剤は、実質的に、相分離した樹脂に富む相に存在し得、その相中で、シラノール縮合を増強し、それにより、その相中の反応性シラノール基のモル%を低減させる。いくつかの実施形態において、その相とシラノール縮合増強剤がより高い互換性(例えば、可溶性)があるとき、シラノール縮合増強剤は、例えば、オルガノシロキサンブロックコポリマーに富む相より、相分離した樹脂に富む相に存在する可能性がより高く、かつシラノール縮合増強剤が、相分離した樹脂に富む相とより低い互換性を有するとき、相分離した樹脂に富む相に存在する可能性がより低い。いくつかの実施形態において、相分離した樹脂に富む相内の反応性シラノール基のモル%は、安定剤が存在しない場合に、相分離した樹脂に富む相内に存在するであろう反応性シラノール基のモル%に対して、約25%、例えば、約35%、約45%、約55%、約65%、約75%、約85%、又は約95%低減する。いくつかの実施形態において、相分離した樹脂に富む相内の反応性シラノール基のモル%は、安定剤が存在しない場合に、相分離した樹脂に富む相内に存在するであろう反応性シラノール基のモル%に対して、約25%〜約95%、例えば、約25%〜約55%、約25%〜約75%、約35%〜約75%、約55%〜約95%、又は約55%〜約85%低減する。
上で説明したように、安定剤ii)は、オルガノシロキサンブロックコポリマーi)と組み合わされる。それらを組み合わせる方法は変更され得、限定されないが、典型的には、安定剤は、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマー、又はブロックコポリマーを含有する組成物に添加される。代替的に、2つの成分を含有する硬化性組成物は、更に下に説明される方法により調製され得る。
一実施形態において、安定剤は、アルカリ土類金属塩を含む。本明細書で使用する「アルカリ土類金属塩」という用語には、マグネシウム及びカルシウムの塩が含まれるが、これらに限定されない。マグネシウム塩の非限定的な例としては、塩化マグネシウムが挙げられる。カルシウム塩の非限定的な例としては、塩化カルシウムが挙げられる。例えば、塩化カルシウムは、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーの有機溶液の安定性を増強する。アルカリ土類金属塩、並びに本明細書に開示された他の安定剤に関連付けられる増強された安定性は、やや高温(例えば、40℃、詳細は実施例を参照)で、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーの溶液をゲル化するのに必要な時間をモニターすることによって評価され得る。樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーと組み合わせたアルカリ土類金属塩の量は、様々であり得るが、しかし、典型的には、アルカリ土類金属塩の1〜100、代替的に5〜50、又は代替的に10〜25重量部が、本明細書に記載の実施形態のいくつかの樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーの100重量部毎に添加される。
別の実施形態において、安定剤は、例えば、金属アセチルアセトネート(acac)などの金属キレートを含む。安定剤として好適な、代表的な金属アセチルアセトネート錯体としては、アルミニウム、リチウム、バナジウム、ニッケル、ジルコニウム、マンガン、カルシウム、及びマグネシウムアセチルアセトナート錯体が挙げられるが、これらに限定されない。樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーと組み合わされる金属キレートの量は、様々であり得るが、しかし、典型的には、この量は、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーを含有する組成物に特定の金属濃度を提供することに基づいて選択される。組成物中の金属濃度は、百万分率(ppm)で表され得る。典型的には、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーを含有する組成物中の金属濃度は、1〜1000ppm、代替的に、10〜500ppm、100〜400ppm、50〜300ppm、50〜250ppm、50〜100ppm、100〜250ppm、150〜250ppm、150〜200ppm、又は代替的に200〜300ppmにおいて様々であり得る。
他の実施形態において、安定剤は、ホウ素化合物を含む。いくつかの実施形態において、ホウ素化合物は、ホウ酸の誘導体(すなわちB(OH)の誘導体)、B−OH単位を含む化合物、又はシラノール縮合反応に影響を及ぼすことが既知である、任意のホウ素化合物(例えば、窒化ホウ素及び酸化ホウ素)を含む。一実施形態において、安定剤は、ホウ酸誘導体である。ホウ酸誘導体としては、イソブテンボロン酸、(2−メチルプロピル)ボロン酸、フェニルボロン酸、(C)B(OH)、及び4−ホルミルフェニルボロン酸、2−ヒドロキシ−3−メチルフェニルボロン酸(2、6−ジメトキシ−4−メチルフェニル)ボロン酸、(2−フルオロ−5−メトキシカルボニルフェニル)ボロン酸、(3−クロロ−2−メチルフェニル)ボロン酸、(3−エトキシ−5−フルオロフェニル)ボロン酸、(3−フルオロ−5−エトキシカルボニル)ボロン酸、(3−フルオロ−5−イソプロポキシフェニル)ボロン酸、(3−フルオロ−5−メトキシカルボニルフェニル)ボロン酸、(3−フルオロ−5−メチルフェニル)ボロン酸、(3−メトキシ−5−(トリフルオロメチル)フェニル)ボロン酸、(3−t−ブチル−5−メチルフェニル)ボロン酸、(4−ブロモ−2,5−ジメチルフェニル)ボロン酸、(4−フルオロ−3−メトキシフェニル)ボロン酸、(4−メトキシ−3−トリフルオロメチルフェニル)ボロン酸などを含む芳香族基を含む任意の他のボロン酸を含むボロン酸が挙げられるが、これらに限定されない。芳香族基を含む追加の他のボロン酸については、例えば、http://www.sigmaaldrich.com/chemistry/special−offers/boronic−acid.html?cm_sp=Insite−_−ChemSynth−_−BoronicAcidPromoを参照されたい。
ホウ酸誘導体の量、B−OH単位を含有する化合物、又はシラノール縮合反応に影響を及ぼすことが既知であるホウ素化合物の量は、様々であり得るが、しかし、典型的には、選択される量は、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマー組成物の樹脂成分のSi−OZ含有量(Si−OH又はSi−アルコキシの量)に対する、ホウ酸誘導体、B−OH単位を含有する化合物、又はシラノール縮合反応に影響を及ぼすことが既知であるホウ素化合物の量のOH基のモル比に基づく。典型的には、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーのSi−OZ含有量に対する、ホウ酸誘導体、B−OH単位を含有する化合物、又はシラノール縮合反応に影響を及ぼすことが既知であるホウ素化合物の量のOH基のモル比は、0.1/50、代替的に0.5/20、代替的に1/10である。いくつかの実施形態において、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーのSi−OZ含有量に対する、ホウ酸誘導体、B−OH単位を含有する化合物、又はシラノール縮合反応に影響を及ぼすことが既知であるホウ素化合物の量のOH基のモル比は、0.1/50〜1/10、例えば、0.1/50〜0.5/20、0.5/20〜1/10、又は0.5/20〜5/20である。いくつかの実施形態において、ホウ酸誘導体は、フェニルボロン酸を含む。
いくつかの実施形態において、安定剤は、ケイ素含有小分子を含む。本明細書で使用するとき、「ケイ素含有小分子」という用語は、
Figure 0006001676

式中、各Rが同一若しくは異なる、又はグループが事前に定義されているように、C〜C30ヒドロカルビル基であり得る式の化合物を含むが、これに限定されない。例えば、このようなケイ素含有小分子の非限定的な例としては、PhMeSiOH及びPhSiOHが挙げられる。
「ケイ素含有小分子」という用語はまた、
Figure 0006001676

式中、各Rが同一若しくは異なる、又はグループが事前に定義されているように、C〜C30ヒドロカルビル基、かつRは、R又は水素である式のシランを含む。そのようなシランの非限定的な例としては、トリフェニルシラン(PhSiH)、及びテトラフェニルシラン(PhSi)が挙げられるが、これらに限定されない。
本明細書で使用するとき、「小分子」という用語は、1000g/モルで超えない分子を意味する。
いくつかの実施形態において、ケイ素含有小分子の安定剤は、1つ以上の他の安定剤と組み合わせて使用される。例えば、ケイ素含有小分子は、アルカリ土類金属塩、金属キレート、又はホウ素化合物と組み合わせて使用され得る。いくつかの実施形態において、ケイ素含有小分子は、金属キレート(例えば、Al(acac))と組み合わせて使用される。いくつかの実施形態において、ケイ素含有小分子の安定剤は、本明細書に記載のいくつかの実施形態のブロックコポリマーの調製/合成中に添加される。他の実施形態において、ケイ素含有小分子の安定剤は、本明細書に記載のいくつかの実施形態のブロックコポリマーが調製/合成された後に添加される。
いくつかの実施形態において、使用され得るケイ素含有小分子の量は、15重量%未満、例えば、10重量%未満、5重量%未満、2重量%未満、1重量%未満、又は0.5重量%未満である。いくつかの実施形態において、使用され得るケイ素含有小分子の量は、約0.1重量%〜約10重量%、例えば、約0.1重量%〜約0.5重量%、約0.25重量%〜約1重量%、約1重量%〜約5重量%、約2重量%〜約10重量%、又は約2重量%〜約5重量%である。
固体組成物の非限定的な物理的特性
本明細書に記載のいくつかの実施形態の固体組成物の物理的特性は、限定されるものではない。いくつかの実施形態において、固体組成物は、120℃で100mm/s(100cSt)を超える、又は120℃で1000mm/s(1000cSt)を超える、120℃で5000mm/s(5000cSt)を超える、又は120℃で10,000mm/s(10,000cSt)を超える粘度を有し、場合によっては、無限の粘度を有し得る。いくつかの実施形態において、固体組成物は、120℃で約100mm/s〜約10,000mm/s(約100cSt〜約10,000cSt)、例えば、120℃で約1000mm/s〜約5000mm/s(約1000cSt〜約5000cSt)、120℃で約500mm/s〜約2000mm/s(約500cSt〜約2000cSt)、約2000mm/s〜約5000mm/s(約2000cSt〜約5000cSt)、又は120℃で約5000mm/s〜約10,000mm/s(約5000cSt〜約10,000cSt)の粘度を有する。
いくつかの実施形態において、固体組成物は1.4を超える屈折率を有し、ASTM D542を使用して判定される際、1.44、1.5、1.54を超える、又は代替的に1.55を超える屈折率を有し得る。いくつかの実施形態において、固体組成物は、2.5を超える屈折率を有する。他の実施形態において、固体組成物は、約1.4〜約2.5、例えば、約1.5〜約2.5、約1.7〜約2.4、約1.4〜約1.7、又は約1.9〜約2.3の屈折率を有する。
他の実施形態において、固体組成物は、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、96、97、98、又は99を超える、又は約100%の光透過率を有する。光透過率は、典型的には、ASTM E−903−96、又はASTM D1003の修正版を使用して判定され、これは、C級の光源を使用してどのようにして光透過率を測定するかを指定する。修正版では、C級光源は太陽スペクトル(すなわち、AM 1.5Gのスペクトル)を生成する光源と置き換えられる。分光透過率の値はまた、ASTM D1003とは対照的に、修正された方法では、反射損失とは無関係である。測定値は、200〜1700nmのバリアンキャリー5000を使用して取得する。
いくつかの実施形態において、本明細書に記載される実施形態のうちのいくつかの固体組成物は、以下の特徴の1つ以上、場合によってはその全てを有する。黄変に抵抗する、光吸収損失を阻止する、増大した靭性を有する、優れた熱安定性を有する、加工性に優れた柔軟性を発揮する(例えば、Bステージのフィルムは予備硬化され得るが、硬化後に再流動し得る)、及び/又は場合によっては接着促進剤を必要とせず、多数の種類の表面への接着力を示す。加えて、本明細書に記載される実施形態のうちのいくつか固体組成物は、その機械的特性が操作され、カスタマイズされる場合でさえ、その屈折率を維持することができる。更に、直鎖状物及び樹脂ブロックは、類似しない屈折率(例えば、RI Me−D=1.41及びRI Ph−T=1.56)を有するPDMS樹脂−直鎖状物を利用し得る。更に、固体組成物は、例えば、効率を増加させるフロントガラスなどの上板の屈折率に一致又は類似し得る、(高い)屈折率を有するように調節され得る。更に、固体組成物は、いくつかの実施形態において、貯蔵安定性と同時に、優れた溶融流動性を提供する。
固体組成物は、引張強度及び破断伸度(%)などの特定の物理的特性により更に特徴付けられ得る。上述のオルガノシロキサンブロックコポリマーからもたらされる本発明の固体組成物は、1.0MPaを超える、代替的に1.5MPaを超える、代替的に2MPaを超える初期引張強度を有し得る。いくつかの実施形態において、固体組成物は、初期引張強度1.0MPa〜約10MPa、例えば、約1.5MPa〜約10MPa、約2MPa〜約10MPa、約5MPa〜約10MPa又は約7MPa〜約10MPaを有し得る。上述のオルガノシロキサンブロックコポリマーからもたらされる本発明の固体組成物は、40%を超える、代替的に50%を超える、代替的に75%を超える初期破断(又は破裂)伸度(%)を有し得る。いくつかの実施形態において、固体組成物は、破断伸度(又は破裂)(%)約20%〜約90%、例えば、約25%〜約50%、約20%〜約60%、約40%〜約60%、約40%〜約50%、又は約75%〜約90%を有し得る。本明細書で使用するとき、引張強度及び初期破断伸度はASTM D412により測定される。
いくつかの実施形態において、本発明の実施形態の固体組成物は、熱老化時に、引張強度及び破断伸度(%)のようなある物理的特性を保持する。一実施形態において、固体組成物の引張強度は、200℃で1000時間にわたって経時処理したとき、初期値の20%以内、代替的に10%以内、代替的に5%以内に留まる。いくつかの実施形態において、固体組成物の引張強度は、200℃で1000時間の熱老化時に、元の値の約20%〜約1%以内、例えば、元の値の約10%〜約1%、約10%〜約5%、又は約5%〜約1%に留まる。いくつかの実施形態において、熱老化は、高温で長時間にわたり(例えば、約150〜300℃、約50〜約10,000時間)、空気循環炉内で試料を加熱することにより行われ得る。いくつかの実施形態において、固体組成物の引張強度は、200℃で1000時間の熱老化時に、約1%内に留まる、又は元の値と同じのままである。他の実施形態において、破断伸度(%)は、200℃で1000時間の熱老化時に、少なくとも10%、代替的に50%、又は代替的に75%である。他の実施形態において、破断伸度(%)は、200℃で1000時間の熱老化時に、約10%〜約90%、例えば、約10%〜約50%、約25%〜約60%、約40%〜約60%、又は〜約50%〜約75%である。
一実施形態において、オルガノシロキサンブロックコポリマーの固体組成物は、「溶融加工可能」と考えられ得る。本実施形態において、オルガノシロキサンブロックコポリマー溶液のフィルムから形成されたコーティングなどの固体組成物は、「溶融」時に高温で流体挙動を呈する。オルガノシロキサンブロックコポリマーの固体組成物の「溶融加工可能」特性は、固体組成物が液体挙動を呈する際の固体組成物の「溶融流動温度」を測定することにより、モニターされ得る。溶融流動温度は、具体的には、市販の装置を使用して、貯蔵弾性率(G’)、損失弾性率(G”)及び貯蔵温度の関数としてのtanδを測定することにより判定され得る。例えば、貯蔵弾性率(G’)、損失弾性率(G”)及び温度の関数としてのtanδを測定するためには、市販のレオメーター(TA Instrumentsの、2KSTD標準屈曲旋回軸スプリング変換器を備えるARES−RDAなどと、強制対流炉)が使用され得る。試験標本(典型的には8mm幅、1mm厚さ)は平行なプレートの間に装填することができ、25℃〜300℃の範囲で2℃/分にて温度を徐々に上げながら小さなひずみの振動レオロジーを使用して測定され得る(振動数1Hz)。流動開始は、G’降下(「流動」と標識されている)に入る変曲温度として計算され得、120℃での粘度が溶融加工性についての尺度として報告され、硬化開始はG’上昇(「硬化」と標識されている)に入る開始温度として計算される。典型的には、固体組成物の「流動」はまた、オルガノシロキサンブロックコポリマー内の非直鎖状区域(すなわち、樹脂成分)のガラス転移温度と相関する。
いくつかの実施形態において、タンδ=1は、150℃で約3〜約5時間、例えば、150℃で約3〜約5分、150℃で約10〜約15分、150℃で約10〜約12分、150℃で約8〜約10分、約30分〜約2.5時間、150℃で約1時間〜約4時間、又は150℃で約2.5時間〜約5時間である。他の実施形態において、例えば、超強塩基を用いる場合、タンδ=1は、150℃で約3〜約60秒、例えば、150℃で約3〜約30秒、150℃で約10〜約45秒、150℃で約5〜約50秒、150℃で約10〜約30秒、又は150℃で約30秒〜約60秒である。更に他の実施形態において、例えば、超強塩基を用いる場合、タンδ=1は、120℃で約5〜約1200秒、例えば、120℃で約20〜約60秒、120℃で約20〜約600秒、120℃で約60〜約1200秒、120℃で約5〜約100秒、120℃で約10〜約60秒、又は120℃で約30秒〜約60秒である。
更なる実施形態において、固体組成物は、25℃〜200℃、代替的に25℃〜160℃、代替的に50℃〜160℃の範囲の溶融流動温度を有するものとして、特徴付けられ得る。
溶融加工可能であるという利益により、初期のコーティング又は固体がデバイス上に形成された後、T硬化を下回る温度で、デバイスアーキテクチャの周りのオルガノシロキサンブロックコポリマーの固体組成物の再流動が可能になると考えられる。この機能は、カプセル化される様々な電子デバイスに対して非常に有益である。
一実施形態において、オルガノシロキサンブロックコポリマーの固体組成物は、「硬化可能」であると考えられ得る。本実施形態において、オルガノシロキサンブロックコポリマー溶液のフィルムから形成されたコーティングなどの固体組成物は、ブロックコポリマーを更に硬化することにより、更なる物理的特性変化を起こし得る。上述のように、本発明のオルガノシロキサンブロックコポリマーは、特定の量のシラノール基を含有する。ブロックコポリマー上にこれらのシラノール基が存在することで、更なる反応、すなわち、硬化機序が可能になると考えられる。硬化時に、固体組成物の物理的特性は、下記の特定の実施形態において説明されるように、更に変更され得る。
代替的に、オルガノシロキサンブロックコポリマーの固体組成物の「溶融加工性」及び/又は硬化は、様々な温度下でのレオロジー測定値により判定され得る。
オルガノシロキサンブロックコポリマーを含有する固体組成物は、25℃で0.01MPa〜500MPaの範囲の貯蔵弾性率(G’)及び0.001MPa〜250MPaの範囲の損失弾性率(G”)、代替的に25℃で0.1MPa〜250MPaの範囲の貯蔵弾性率(G’)及び0.01MPa〜125MPaの損失弾性率(G”)、代替的に25℃で0.1MPa〜200MPaの範囲の貯蔵弾性率(G’)及び0.01MPa〜100MPaの損失弾性率(G”)を有し得る。
オルガノシロキサンブロックコポリマーを含有する固体組成物は、120℃で10Pa〜500,000Paの範囲の貯蔵弾性率(G’)及び10Pa〜500,000Paの範囲の損失弾性率(G”)、代替的に120℃で20Pa〜250,000Paの範囲の貯蔵弾性率(G’)及び20Pa〜250,000MPaの損失弾性率(G”)、代替的に120℃で30Pa〜200,000Paの範囲の貯蔵弾性率(G’)及び30Pa〜200,000MPaの損失弾性率(G”)を有し得る。
オルガノシロキサンブロックコポリマーを含有する固体組成物は、200℃で10Pa〜100,000Paの範囲の貯蔵弾性率(G’)及び5Pa〜80,000Paの範囲の損失弾性率(G”)、代替的に120℃で20Pa〜75,000Paの範囲の貯蔵弾性率(G’)及び10Pa〜65,000MPaの損失弾性率(G”)、代替的に200℃で30Pa〜50,000Paの範囲の貯蔵弾性率(G’)及び15Pa〜40,000MPaの損失弾性率(G”)を有し得る。
固体組成物を形成するとき、上で説明したオルガノシロキサンブロックコポリマー内のジシロキシ及びトリシロキシ単位の構造順序は、特定の固有の物理的特性特徴を有するオルガノシロキサンコポリマーを提供し得る。例えば、コポリマー内のジシロキシ及びトリシロキシ単位の構造順序は、可視光の高い光透過率を可能にする固体組成物を提供し得る。構造順序はまた、流動し、加熱時に硬化し、室温で安定性を保持するオルガノシロキサンブロックコポリマーを可能にし得る。シロキシ単位はまた、ラミネーション技術を用いて加工され得る。これらの特性は、耐候性及び耐久性を改善するために、様々な電子物品にコーティングを提供するのに有用であり得る一方で、低コスト及びエネルギー効率的である容易な手順を提供する。
硬化性シリコーン組成物
本開示はまた、硬化性シリコーン組成物を提供する。硬化性シリコーン組成物は、上で説明したオルガノシロキサンブロックコポリマーを含む。いくつかの実施形態において、硬化性シリコーン組成物はまた、有機溶媒を含む。いくつかの実施形態において、「硬化性シリコーン組成物」という用語はまた、溶媒の中にある、又は溶媒と組み合わされた固体組成物の組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、有機溶媒は、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族溶媒である。
本明細書に記載の実施形態のうちのいくつかの硬化性組成物は、オルガノシロキサン樹脂(例えば、ブロックコポリマーの一部ではない遊離樹脂)を更に含有し得る。これらの組成物中に存在するオルガノシロキサン樹脂は、オルガノシロキサンブロックコポリマーを調製するために使用されるオルガノシロキサン樹脂である。よって、オルガノシロキサン樹脂は、式[RSiO3/2]の少なくとも60モル%のジシロキシ単位(例えば、[RSiO3/2]の少なくとも70モル%のジシロキシ単位、[RSiO3/2]の少なくとも80%のジシロキシ単位、[RSiO3/2]の少なくとも90モル%のジシロキシ単位、又は[RSiO3/2]の少なくとも100モル%のジシロキシ単位、又は60−100モル%[RSiO3/2]の少なくとも60〜100モル%のジシロキシ単位、[RSiO3/2]の少なくとも60〜90モル%のジシロキシ単位、又は[RSiO3/2]の少なくとも70〜80モル%のジシロキシ単位)を含み得、式中、各Rが、独立して、C〜C20ヒドロカルビルである。代替的に、オルガノシロキサン樹脂は、シルセスキオキサン樹脂、又は代替的に、フェニルシルセスキオキサン樹脂である。
硬化性組成物がオルガノシロキサンブロックコポリマー、有機溶媒、及び任意のオルガノシロキサン樹脂を含むとき、各成分の量は、様々であり得る。本発明の硬化性組成物中のオルガノシロキサンブロックコポリマー、有機溶媒、及び任意のオルガノシロキサン樹脂の量は、様々であり得る。本開示の硬化性組成物は、
上で説明したように、オルガノシロキサンブロックコポリマーの40〜80重量%(例えば、40〜70重量%、40〜60重量%、40〜50重量%)と、
有機溶媒の10〜80重量%(例えば、10〜70重量%、10〜60重量%、10〜50重量%、10〜40重量%、10〜30重量%、10〜20重量%、20〜80重量%、30〜80重量%、40〜80重量%、50〜80重量%、60〜80重量%、又は70〜80重量%)と、
オルガノシロキサン樹脂の5〜40重量%(例えば、5〜30重量%、5〜20重量%、5〜10重量%、10〜40重量%、10〜30重量%、10〜20重量%、20〜40重量%、30〜40重量%)とを含有し得る。
但し、これらの成分の重量%の和は、100%を超えないものとする。一実施形態において、硬化性組成物は、上記のようなオルガノシロキサンブロックコポリマーと、有機溶媒と、オルガノシロキサン樹脂と、から本質的になる。本実施形態において、これらの成分の重量%は合計して100%、又はほぼ100%である。直前に前述した実施形態に対して「から本質的になる」という用語は、本実施形態において、硬化性シリコーン組成物が、シリコーン、又は本開示のオルガノシロキサンブロックコポリマー若しくはオルガノシロキサン樹脂ではない有機ポリマーを含まないことを説明する。
硬化性シリコーン組成物はまた、硬化触媒を含み得る。硬化触媒は、オルガノシロキサンの(縮合)硬化に作用する、様々な錫又はチタン触媒などの当該技術分野において既知の任意の触媒から選択され得る。縮合触媒は、典型的には、ヒドロキシ基に結合したケイ素(=シラノール)の縮合を促進してSi−O−Si連結を形成するために使用される任意の縮合触媒であり得る。例としては、限定されるものではないが、アミン、並びに鉛、スズ、亜鉛及び鉄の錯体が挙げられる。
一実施形態において、例えば、重合度(dp)>2(例えば、dp>10、dp>50、dp>100、dp>150、又は約2〜約150のdp、約50〜約150のdp、又は約70〜約150のdp)の直鎖状ソフトブロックシロキサン単位は、室温以上のガラス転移を有する直鎖状又は樹脂状「ハードブロック」シロキサン単位にグラフトされる。関連する実施形態において、オルガノシロキサンブロックコポリマー(例えば、シラノール末端オルガノシロキサンブロックコポリマー)は、シラン、例えば、メチルトリアセトキシシラン及び/又はメチルトリオキシムシランと反応させ、続いて、シラノール機能フェニルシルセスキオキサン樹脂と反応させる。更に他の実施形態において、オルガノシロキサンブロックコポリマーは、1つ以上のソフトブロック(例えば、<25℃のガラス転移を有するブロック)と、いくつかの実施形態において側鎖としてアリール基を含む1つ以上の直鎖状シロキサン「プレポリマー」ブロック(例えば、ポリ(フェニルメチルシロキサン)とを含む。別の実施形態において、オルガノシロキサンブロックコポリマーは、PhMe−D含有量>20モル%(例えば、>30モル%、>40モル%、>50モル%、又は約20〜約50モル%、約30〜約50モル%、若しくは約20〜約30モル%)、PhMe−Ddp>2(例えば、dp>10、dp>50、dp>100、dp>150、若しくは約2〜約150のdp、約50〜約150のdp、若しくは約70〜約150のdp)、及び/又はPh−D/Me−D>20モル%(例えば、>30モル%、>40モル%、>50モル%、若しくは約20〜約50モル%、約30〜約50モル%、若しくは約20〜約30モル%)を含み、ここでは、Ph−D/Me−Dのモル比率は約3/7である。いくつかの実施形態において、Ph−D/Me−Dのモル比率は、約1/4〜約1/2、例えば、約3/7〜約3/8である。更に他の実施形態において、オルガノシロキサンブロックコポリマーは、1つ以上のハードブロック(例えば、>25℃のガラス転移を有するブロック)、及び1つ以上の直鎖状又は樹脂シロキサン、例えば、非粘着性フィルムを形成するために使用され得るフェニルシルセスキオキサン樹脂を含む。
固体組成物を形成する方法
本発明の固体組成物は、例えば、フェニルT樹脂などの1つ以上の樹脂と、例えば、PhMeシロキサンなどの1つ以上(シラノール)末端シロキサンとを反応させる工程を含む方法によって形成され得る。代替的に、1つ以上の樹脂は、1つ以上のキャップされたシロキサン樹脂、例えば、MTA/ETA、MTO、ETS 900などでキャップされたシラノール末端シロキサンと反応させ得る。別の実施形態において、固体成分は、上に記載される1つ以上の成分、並びに/又は2010年9月22日に出願の第61/385,446号、2011年9月21日に出願の米国特許仮出願第61/537,146号、2011年9月21日に出願の米国特許仮出願第61/537,151号、2011年9月22日に出願の米国特許仮出願第61/537,756号、及び/又は公開されているPCT国際特許出願第2012/040302号、国際特許出願第2012/040305号、国際特許出願第2012/040367号、国際特許出願第2012/040453号、及び国際特許出願第2012/040457号(これらは全て、参照により本明細書に組み込まれる)に記載された1つ以上の成分を反応させることによって形成される。更に別の実施形態において、本方法は、上述の出願のいずれかに記載の1つ以上の工程を含み得る。
代替的に、本方法は、溶媒中の組成物、例えば、溶媒を含む硬化性シリコーン組成物を提供し、次いで、溶媒を除去して固体組成物を形成する工程を含む。溶媒は、任意の既知の加工技術により除去され得る。一実施形態において、オルガノシロキサンブロックコポリマーを含むフィルムが形成され、溶媒を、硬化性シリコーン組成物から蒸発させ、それによって、フィルムを形成する。フィルムを高温及び/又は減圧に供することにより、溶媒除去及び固体組成物の後の形成を促進させ得る。代替的に、硬化性組成物を押出成形機に通して、溶媒を除去し、リボン又はペレットの形態の固体組成物を提供し得る。剥離フィルムに対するコーティング操作もまた、スロットダイコーティング、ナイフオーバーロール、ロッドコーティング、又はグラビアコーティングにおけるように、使用され得る。また、固体フィルムを調製するために、ロールツーロールのコーティング作業が使用され得る。コーティング操作では、コンベア炉又は溶液を加熱及び排出する他の手段を使用して、溶媒を除去し、固体組成物を得ることができる。
オルガノシロキサンブロックコポリマーを形成する方法
オルガノシロキサンブロックコポリマーは、c)溶媒内のa)直鎖状オルガノシロキサンと、b)式[RSiO3/2]の少なくとも60モルパーセントのシロキシ単位を含むオルガノシロキサン樹脂とを反応させる工程I)を含む方法を用いて形成され得る。一実施形態において、直鎖状オルガノシロキサンは、式R (E)(3−q)SiO(R SiO2/2Si(E)(3−q) を有し、式中、各Rは、独立して、C〜C30ヒドロカルビルであり、nは10〜400、qは、0、1、又は2、Eは、少なくとも1つの炭素原子を含む加水分解性基である。別の実施形態において、各Rは、独立して、C〜C20ヒドロカルビルである。更に別の実施形態において、工程Iで使用されるa)及びb)の量が、オルガノシロキサンブロックコポリマーに40〜90モル%のジシロキシ単位[R SiO2/2]、及び10〜60モル%のトリシロキシ単位[RSiO3/2]を提供するように選択される。なお更なる実施形態において、工程Iで添加される直鎖状オルガノシロキサンの少なくとも95重量%が、オルガノシロキサンブロックコポリマーの中に組み込まれる。
更に別の実施形態において、本方法は、例えば、オルガノシロキサンブロックコポリマーのトリシロキシ単位を架橋させて、及び/又はオルガノシロキサンブロックコポリマーの重量平均分子量(M)を少なくとも50%増加させるといったように、工程Iからのオルガノシロキサンブロックコポリマーを反応させる工程II)を含む。更なる実施形態は、貯蔵安定性及び/若しくは光学的透明度を増強するように、オルガノシロキサンブロックコポリマーを更に加工する工程、並びに/又は有機溶媒を除去する任意の工程を含む。
第1の工程の反応は概ね、以下の概略図により表され得る。
Figure 0006001676

オルガノシロキサン樹脂上の様々なOH基(例えば、SiOH基)は、直鎖状オルガノシロキサン上の加水分解性基(E)と反応して、オルガノシロキサンブロックコポリマー及びH−(E)化合物を形成し得る。工程Iにおける反応は、オルガノシロキサン樹脂と、直鎖状オルガノシロキサンとの間の縮合反応として説明され得る。
(a)直鎖オルガノシロキサン
本プロセスの工程Iにおける成分a)は、式R (E)(3−q)SiO(R SiO2/2Si(E)(3−q) を有する直鎖状オルガノシロキサンであり、かつ式中、各Rは、独立して、C〜C30ヒドロカルビルであり、添字「n」は直鎖状オルガノシロキサンの重合度(dp)と考えることができ、10〜400において様々であり得、添字「q」は0、1又は2であり得、Eは、少なくとも1つの炭素原子を含有する加水分解性基である。成分a)は、式R (E)(3−q)SiO(R SiO2/2Si(E)(3−q) を有する直鎖状オルガノシロキサンとして記載されるが、当業者は、T(RSiO3/2)シロキシ単位などの少量の代替的なシロキシ単位が直鎖状オルガノシロキサンの中に組み込まれ得、依然として成分a)として使用され得ることを認識する。したがって、オルガノシロキサンは、D(R SiO2/2)シロキシ単位の大半を有することにより、「主に」直鎖状であると考えられ得る。更に、成分a)として使用される直鎖状オルガノシロキサンは、複数の直鎖状オルガノシロキサンの組み合わせであり得る。なお更に、成分a)として使用される直鎖状オルガノシロキサンは、シラノール基を含み得る。いくつかの実施形態において、成分a)として使用される線状オルガノシロキサンは、約0.5〜約5モル%のシラノール基、例えば、約1モル%〜約3モル%、約1モル%〜約2モル%、又は約1モル%〜約1.5モル%のシラノール基を含む。
上記の直鎖状オルガノシロキサンの式中、Rは、独立して、C〜C30ヒドロカルビルである。炭化水素基は、独立して、アルキル、アリール、又はアルキルアリール基であり得る。本明細書で使用されるとき、ヒドロカルビルはまた、ハロゲン置換ヒドロカルビルを含み、ここでは、ハロゲンは、塩素、フッ素、臭素、又はそれらの組み合わせであり得る。RはC〜C30アルキル基であり得、代替的にRはC〜C18アルキル基であり得る。代替的に、Rは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル又はヘキシルなどのC〜Cアルキル基であり得る。代替的に、Rはメチルであり得る。Rは、フェニル、ナフチル又はアンスリル基などのアリール基であり得る。代替的に、Rは、前述のアルキル又はアリール基の任意の組み合わせであり得る。代替的に、Rは、フェニル、メチル又はこれらの組み合わせである。
Eは、少なくとも1個の炭素原子を含有する任意の加水分解性基から選択され得る。いくつかの実施形態において、Eは、オキシモ基、エポキシ基、カルボキシ基、アミノ基、アミド基又はそれらの組み合わせから選択される。代替的に、Eは、式RC(=O)O−、R C=N−O−又はRC=N−O−を有し、式中、Rは上記で定義された通りであり、Rは、ヒドヒドロカルビルである。一実施形態において、EはHCC(=O)O−(アセトキシ)であり、qは1である。一実施形態において、Eは(CH)(CHCH)C=N−O−(メチルエチルケトキシ)であり、qは1である。
一実施形態において、直鎖状オルガノシロキサンは、式
(CH(E)(3−q)SiO[(CHSiO2/2)]Si(E)(3−q)(CHを有し、式中、E、n及びqは上記で定義した通りである。
一実施形態において、直鎖状オルガノシロキサンは、式
(CH(E)(3−q)SiO[(CH)(C)SiO2/2)]Si(E)(3−q)(CHを有し、式中、E、n及びqは上記で定義した通りである。
成分a)として好適な直鎖状オルガノシロキサンを調製するためのプロセスは、既知である。いくつかの実施形態において、シラノール末端ポリジオルガノシロキサンは、例えば、アルキルトリアセトキシシラン又はジアルキルケトオキシムのような「末端封鎖」化合物と反応する。末端封鎖反応の化学量は、典型的には、ポリジオルガノシロキサン上の全てのシラノール基と反応させるのに十分な量の末端封鎖化合物が添加されるように、調整される。典型的には、ポリジオルガノシロキサン上のシラノールのモル当たり1モルの末端封鎖化合物が使用される。代替的に、1〜10%といったわずかにモル過剰の末端封鎖化合物が使用されてもよい。反応は典型的には、シラノールポリジオルガノシロキサンの縮合反応を最小化する無水条件下で行われる。典型的には、シラノール末端ポリジオルガノシロキサン及び末端封鎖化合物を、無水条件下で有機溶媒中に溶解させ、室温又は高温(例えば、溶媒の沸点まで)で反応させる。
(b)オルガノシロキサン樹脂
本プロセスにおける成分b)は、その式中に少なくとも60モル%の[RSiO3/2]シロキシ単位を含むオルガノシロキサン樹脂であり、式中、各Rは独立してC〜C20ヒドロカルビルである。本明細書で使用されるとき、ヒドロカルビルはまた、ハロゲン置換ヒドロカルビルを含み、ここでは、ハロゲンは、塩素、フッ素、臭素、又はそれらの組み合わせであり得る。Rは、フェニル、ナフチル又はアンスリル基などのアリール基であり得る。代替的に、Rは、メチル、エチル、プロピル又はブチルなどのアルキル基であり得る。代替的に、Rは、前述のアルキル又はアリール基の任意の組み合わせであり得る。代替的に、Rは、フェニル又はメチルである。
オルガノシロキサン樹脂は、他のM、D及びQシロキシ単位の任意の量及び組み合わせを含有し得るが、但し、オルガノシロキサン樹脂は少なくとも70モル%の[RSiO3/2]シロキシ単位を含有し、代替的に、オルガノシロキサン樹脂は、少なくとも80モル%の[RSiO3/2]シロキシ単位を含有し、代替的に、オルガノシロキサン樹脂は、少なくとも90モル%の[RSiO3/2]シロキシ単位を含有し、代替的に、オルガノシロキサン樹脂は、少なくとも95モル%の[RSiO3/2]シロキシ単位を含有する。いくつかの実施形態において、オルガノシロキサン樹脂は、[RSiO3/2]の70〜100モル%のジシロキシ単位、例えば、[RSiO3/2]の70〜95モル%のジシロキシ単位、[RSiO3/2]の80〜95モル%のジシロキシ単位、又は[RSiO3/2の90〜95モル%のジシロキシ単位を含む。成分b)として有用なオルガノシロキサン樹脂としては、「シルセスキオキサン」として既知のものが挙げられる。
オルガノシロキサン樹脂の重量平均分子量(M)は、限定されないが、いくつかの実施形態において、1000〜10,000、代替的に1500〜5000g/モルの範囲である。
当業者は、このような多量の[RSiO3/2]シロキシ単位を含有するオルガノシロキサンが、特定の濃度のSi−OZを本質的に有し、式中、Zは、水素(すなわち、シラノール)、アルキル基(その結果、OZはアルコキシ基である)であり得るか、又は代替的に、OZはまた、上で説明した「E」加水分解性基のいずれかであり得ることを認識する。オルガノシロキサン樹脂上に存在する全てのシロキシ基のモル百分率としてのSi−OZ含有量は、29Si NMRにより容易に判定され得る。オルガノシロキサン樹脂上に存在するOZ基の濃度は、樹脂の調製モード及び後続処理に応じ様々である。いくつかの実施形態において、本プロセスにおける使用に好適なオルガノシロキサン樹脂のシラノール(Si−OH)含有量は、少なくとも5モル%、代替的に少なくとも10モル%、代替的に25モル%、代替的に40モル%、代替的に50モル%のシラノール含有量を有する。他の実施形態において、シラノール含有量は、約5モル%〜約60モル%、例えば、約10モル%〜約60モル%、約25モル%〜約60モル%、約40モル%〜約60モル%、約25モル%〜約40モル%、又は約25モル%〜約50モル%である。
少なくとも60モル%の[RSiO3/2]シロキシ単位を含有するオルガノシロキサン樹脂、及びこれらの調製方法は、当該技術分野において既知である。これらは典型的には、シリコン原子上に3個の、ハロゲン又はアルコキシ基などの加水分解性基を有するオルガノシランを有機溶媒中で加水分解することにより、調製される。シルセスキオキサン樹脂の調製のための代表的な例は、米国特許第5,075,103号に見出され得る。更に、多くのオルガノシロキサン樹脂は市販されており、固体(フレーク又は粉末)か又は有機溶媒溶液のいずれかとして販売されている。成分b)として有用な、好適な非限定的な市販のオルガノシロキサン樹脂としては、Dow Corning(登録商標)217フレーク樹脂、233フレーク、220フレーク、249フレーク、255フレーク、Z−6018フレーク(Dow Corning Corporation(Midland,MI))が挙げられる。
当業者は更に、このような多量の[RSiO3/2]シロキシ単位及びシラノール含有量を含有するオルガノシロキサン樹脂はまた、特に高湿度条件下で、水分子を保持し得る。したがって、工程Iにおける反応に先立ってオルガノシロキサン樹脂を「乾燥」させることにより、樹脂上に存在する過剰な水を除去することが、多くの場合、有益である。これは、オルガノシロキサン樹脂を有機溶媒中に溶解させ、加熱して還流させ、分離技術(例えば、Dean Starkトラップ又は同等のプロセス)により水を除去することによって達成され得る。
工程Iの反応で使用されるa)及びb)の量は、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーに40〜90モル%のジシロキシ単位[R SiO2/2]、及び10〜60モル%のトリシロキシ単位[RSiO3/2]を提供するように選択される。成分a)及びb)に存在するジシロキシ及びトリシロキシ単位のモル%は、29Si NMR技術を使用して、容易に判定され得る。次いで、開始時のモル%により、工程Iにおいて使用される成分a)及びb)の質量を判定する。
いくつかの実施形態において、オルガノシロキサンブロックコポリマーは、式[R SiO2/2]の40〜90モルパーセントのジシロキシ単位、例えば、式[R SiO2/2]の50〜90モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の60〜90モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の65〜90モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の70〜90モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の80〜90モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の40〜80モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の40〜70モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の40〜60モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の40〜50モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の50〜80モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の50〜70モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の50〜60モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の60〜80モルパーセントのジシロキシ単位、式[R SiO2/2]の60〜70モルパーセントのジシロキシ単位、又は式[R SiO2/2]の70〜80モルパーセントのジシロキシ単位を含む。
いくつかの実施形態において、オルガノシロキサンブロックコポリマーは、式[RSiO3/2]の10〜60モルパーセントのジシロキシ単位、例えば、式[RSiO3/2]の10〜20モルパーセントのジシロキシ単位、式[RSiO3/2]の10〜30モルパーセントのジシロキシ単位、式[RSiO3/2]の10〜35モルパーセントのジシロキシ単位、式[RSiO3/2]の10〜40モルパーセントのジシロキシ単位、式[RSiO3/2]の10〜50モルパーセントのジシロキシ単位、式[RSiO3/2]の20〜30モルパーセントのジシロキシ単位、式[RSiO3/2]の20〜35モルパーセントのジシロキシ単位、式[RSiO3/2]の20〜40モルパーセントのジシロキシ単位、式[RSiO3/2]の20〜50モルパーセントのジシロキシ単位、式[RSiO3/2]の20〜60モルパーセントのジシロキシ単位、式[RSiO3/2]の30〜40モルパーセントのジシロキシ単位、式[RSiO3/2]の30〜50モルパーセントのジシロキシ単位、式[RSiO3/2]の30〜60モルパーセントのジシロキシ単位、式[RSiO3/2]の40〜50モルパーセントのジシロキシ単位、又は式[RSiO3/2]の40〜60モルパーセントのジシロキシ単位を含む。
選択される成分a)及びb)の量はまた、添加する直鎖状オルガノシロキサンの量に対し、オルガノシロキサン樹脂上のシラノール基のモル過剰を生み出し得る。したがって、工程Iで添加した全ての直鎖状オルガノシロキサンと潜在的に反応するように、十分な量のオルガノシロキサン樹脂が添加され得る。したがって、モル過剰のオルガノシロキサン樹脂が、使用される。使用する量は、直鎖状オルガノシロキサンのモル当たりに使用されるオルガノシロキサン樹脂のモル数を計算することにより判定され得る。
上述のように、工程Iにおいて影響がある反応は、直鎖状オルガノシロキサンの加水分解性基とオルガノシロキサン樹脂上のシラノール基との間の縮合反応である。本プロセスの工程IIにおいて更に反応させるためには、形成した樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマーの樹脂成分上に十分な量のシラノール基が残存している必要がある。いくつかの実施形態において、少なくとも10モル%、代替的に少なくとも20モル%、代替的に少なくとも30モル%のシラノールが、本プロセスの工程Iにおいて生成される樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマーのトリシロキシ単位上に残存し得る。いくつかの実施形態において、約10モル%〜約60モル%、例えば、約20モル%〜約60モル%又は約30モル%〜約60モル%が、本プロセスの工程Iで生成されるとき、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマーのトリシロキシ単位上に残存し得る。
前述の(a)直鎖状オルガノシロキサンを(b)オルガノシロキサン樹脂と反応させるための反応条件は、限定されない。いくつかの実施形態において、反応条件は、a)直鎖状オルガノシロキサンと、b)オルガノシロキサン樹脂との間の縮合型反応をもたらすように、選択される。様々な非限定的な実施形態及び反応条件が下記の実施例において説明される。一部の実施形態において、(a)直鎖状オルガノシロキサン及び(b)オルガノシロキサン樹脂は、室温で反応する。他の実施形態において、(a)と(b)は、室温より高く、最大約50、75、100、又は更に最大150℃の範囲の温度に達する。代替的に、(a)と(b)は、溶媒の還流において、共に達成され得る。更に他の実施形態において、(a)と(b)は、室温を5、10、又は更に10℃下回る温度で反応する。更に他の実施形態において、(a)と(b)は、1、5、10、30、60、120、又は180分間、又は更に長時間にわたり反応する。典型的には、(a)と(b)は、窒素又は希ガスなどの不活性雰囲気下で反応する。代替的に、(a)と(b)は、一部の水蒸気及び/又は酸素を含む雰囲気下で反応し得る。更に、(a)と(b)は、ミキサ、ボルテクサー、攪拌器、加熱器などを含む任意の機器を使用して、任意のサイズの容器内で反応し得る。他の実施形態において、(a)と(b)は、極性又は非極性であり得る1つ以上の有機溶媒内で反応する。典型的には、トルエン、キシレン、ベンゼンなどの芳香族系溶剤が利用される。有機溶媒中に溶解されるオルガノシロキサンの量は様々であるが、その量は、直鎖状オルガノシロキサンの鎖延長又はオルガノシロキサン樹脂の早すぎる縮合を最小化するように、選択され得る。
成分a)とb)の添加順序は、様々であり得る。いくつかの実施形態において、直鎖状オルガノシロキサンが、有機溶媒に溶解されたオルガノシロキサン樹脂の溶液に添加される。この添加の順序は、直鎖状オルガノシロキサン上の加水分解性基とオルガノシロキサン樹脂上のシラノール基との縮合を向上させ、一方で、直鎖状オルガノシロキサンの鎖延長又はオルガノシロキサン樹脂の早すぎる縮合を最小化すると考えられる。他の実施形態において、オルガノシロキサン樹脂が、有機溶媒に溶解された直鎖状オルガノシロキサンの溶液に添加される。
工程Iにおける反応の進行及び樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーの形成は、GPC、IR又は29Si NMRなどの様々な分析技術によりモニターされ得る。典型的には、工程Iにおける反応は、工程Iにおいて添加される直鎖状オルガノシロキサンの少なくとも95重量パーセント(例えば、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%、少なくとも99%、又は100%)が樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーの中に組み込まれるまで、持続させる。
本プロセスの第2の工程は、工程Iからの樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーを更に反応させて、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーのトリシロキシ単位を架橋させて、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーの分子量を少なくとも50%、代替的に少なくとも60%、代替的に少なくとも70%、代替的に少なくとも80%、代替的に少なくとも90%、代替的に少なくとも100%増加させる工程を含む。いくつかの実施形態において、本プロセスの第2の工程では、工程Iからの樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーを更に反応させて、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーのトリシロキシ単位を架橋させて、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーの分子量を約50%〜約100%、例えば、約60%〜約100%、約70%〜約100%、約80%〜約100%又は約90%〜約100%増加させる。
本方法の第2の工程の反応は概ね、以下の概略図により表され得る。
Figure 0006001676
工程IIの反応が、工程Iにおいて形成された樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーのトリシロキシブロックを架橋し、これがブロックコポリマーの平均分子量を増加させると考えられる。本発明者らはまた、トリシロキシブロックの架橋により、トリシロキシブロックが凝集し濃縮されたブロックコポリマーが提供され、これが最終的にブロックコポリマーの固体組成物内に「ナノドメイン」を形成する助けとなり得ると考えている。換言すれば、このトリシロキシブロックの凝集による濃縮は、ブロックコポリマーがフィルム又は硬化済みコーティングなどの固体形態で単離される場合には、相分離し得る。ブロックコポリマー内のトリシロキシブロックの凝集による濃縮及びその後のブロックコポリマーを含有する固体組成物内での「ナノドメイン」の形成は、これらの組成物の光学的透明度並びにこれらの材料に関連する他の物理的特性の増強を提供し得る。
工程IIにおける架橋反応は、様々な化学的機序及び/又は部分を介して達成され得る。例えば、ブロックコポリマー内の非直鎖状ブロックの架橋は、コポリマーの非直鎖状ブロック内に存在する残留シラノール基の縮合から生じ得る。ブロックコポリマー内の非直鎖状ブロックの架橋はまた、「遊離樹脂」成分と非直鎖状ブロックとの間で生じ得る。「遊離樹脂」成分は、ブロックコポリマーの調製工程Iにおいて過剰量のオルガノシロキサン樹脂を使用する結果として、ブロックコポリマー組成物中に存在し得る。遊離樹脂成分は、非直鎖状ブロック上及び遊離樹脂上に存在する残留シラノール基の縮合により非直鎖状ブロックと架橋し得る。遊離樹脂は、下記のように、架橋剤として添加された低分子量化合物と反応することにより、架橋を提供し得る。
本プロセスの工程IIは、工程Iの樹脂−直鎖状オルガノシロキサンの形成と同時に行われるか、又は、工程IIの反応に作用するように条件を修正した分離反応を含む。工程IIの反応は、工程Iと同じ条件下で生じ得る。この状況において、工程IIの反応は、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマーが形成されるにつれて、進行する。代替的に、工程I)に使用される反応条件は、更に工程IIの反応にも拡大適用される。代替的に、反応条件は変更することができ、又は、工程IIの反応に作用させるために追加の成分を添加することができる。
いくつかの実施形態において、工程IIの反応条件は、出発材料である直鎖状オルガノシロキサンにおいて使用される加水分解性基(E)の選択によって異なる。直鎖状オルガノシロキサン内の(E)がオキシム基である場合、工程IIの反応が工程Iと同じ反応条件下で生じる可能性がある。すなわち、直鎖状−樹脂オルガノシロキサンコポリマーが工程Iにおいて形成されると、それは継続して、樹脂成分上に存在するシラノール基の縮合により反応して、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマーの分子量を更に増加させる。いかなる理論にも束縛されるものではないが、(E)がオキシモ基である場合には、工程Iにおける反応から生じる加水分解されたオキシモ基(例えば、メチルエチルケトキシム)は、工程IIの反応のための縮合触媒として作用し得ると考えられる。同様に、工程IIの反応は、工程Iと同じ条件下で同時に進行し得る。換言すれば、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマーが工程Iにおいて形成されるにつれ、これは更に同じ条件下で反応して、コポリマーの樹脂成分上に存在するシラノール基の縮合反応によりその分子量を更に増加させ得る。しかしながら、直鎖状オルガノシロキサン上の(E)がアセトキシ基である場合、生じる加水分解性基(酢酸)は工程II)の反応を十分に触媒しない。したがって、この状況では、工程IIの反応は、下記の実施形態において説明されるように、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマーの樹脂成分の縮合に作用する更なる成分により増強され得る。
本プロセスの一実施形態において、式R SiX4−qを有するオルガノシロキサンを工程II)中に添加し、式中、Rは、C〜Cヒドロカルビル又はC〜Cハロゲン置換ヒドロカルビルであり、Xは加水分解可能な基であり、qは0、1又は2である。RはC〜Cヒドロカルビル又はC〜Cハロゲン置換ヒドロカルビルであり、代替的にRはC〜Cアルキル基又はフェニル基であり、代替的にRはメチル、エチル又はメチルとエチルの組み合わせである。Xは任意の加水分解性基であり、代替的にXは上記に定義されたようなE、ハロゲン原子、ヒドロキシル(OH)又はアルコキシ基であり得る。一実施形態において、オルガノシランは、アルキルトリアセトキシシラン、例えば、メチルトリアセトキシシラン、エチルトリアセトキシシラン又はこれらの組み合わせである。市販の代表的なアルキルトリアセトキシシランとしては、ETS−900(DowCorning Corp.(Midland,MI))が挙げられる。本実施形態において有用な、他の好適な非限定のオルガノシランとしては、メチル−トリス(メチルエチルケトキシム)シラン(MTO)、メチルトリアセトキシシラン、エチルトリアセトキシシラン、テトラアセトキシシラン、テトラオキシムシラン、ジメチルジアセトキシシラン、ジメチルジオキシムシラン、メチルトリス(メチルメチルケトキシム)シランが挙げられる。
工程II)中に添加するとき、式R SiX4−qを有するオルガノシランの量は様々であり得るが、本プロセスにおいて使用されるオルガノシロキサン樹脂の量に基づき得る。使用されるシランの量は、オルガノシロキサン樹脂上のSiのモル当たり2〜15モル%のオルガノシランのモル化学量を提供し得る。更に、工程II)中に添加される式R SiX4−qを有するオルガノシランの量は、オルガノシロキサンブロックコポリマー上の全てのシラノール基を消費しない化学量が確保されるように制御する。一実施形態において、工程IIにおいて添加されるオルガノシランの量は、0.5〜35モルパーセントのシラノール基[≡SiOH]を含有するオルガノシロキサンブロックコポリマーを提供するように選択される。
本発明の方法の工程IIIは任意であり、貯蔵安定性及び/又は光学的透明度を増強するように、前述の方法工程を用いて形成されたオルガノシロキサンブロックコポリマーの更なる加工を含む。本明細書で使用するとき、「更に加工する」という句は、貯蔵安定性及び/又は光学的透明度を増強させるためのオルガノシロキサンブロックコポリマーの任意の更なる反応又は処理を説明する。工程IIにおいて生成されたオルガノシロキサンブロックコポリマーは、ある量の反応性「OZ」基(例えば、≡SiOZ基、式中、Zは上で説明した通りである)及び/又はX基(ここで、式R SiX4−qを有するオルガノシランが工程IIにおいて使用されるとき、Xはオルガノシロキサンブロックコポリマーの中に導入される)を含有し得る。この段階でオルガノシロキサンブロックコポリマー上に存在するOZ基は、樹脂成分上に元々存在した、代替的に、オルガノシランが工程IIにおいて使用される場合には式R SiX4−qを有するオルガノシランとシラノール基の反応から生じ得る、シラノール基であり得る。代替的に、残留するシラノール基の更なる反応は、樹脂ドメインの形成を更に増強させ、オルガノシロキサンブロックコポリマーの光学的透明度を改善し得る。したがって、任意の工程IIIは、工程II中に生成されるオルガノシロキサンブロックコポリマー上に存在するOZ又はXを更に反応させて、貯蔵安定性及び/又は光学的透明度を改善するために、実行され得る。工程IIIのための条件は、使用される直鎖状成分及び樹脂成分、これらの量、及びエンドキャップ化合物の選択に応じ、様々であり得る。
本方法の一実施形態において、工程IIIは、工程IIからのオルガノシロキサンブロックコポリマーを水と反応させ、酢酸などの本方法で形成されるいずれの小分子量化合物も除去することにより、実行される。本実施形態において、オルガノシロキサンブロックコポリマーは、典型的には、直鎖状オルガノシロキサンから生じ、ここで、Eはアセトキシ基であり、及び/又はアセトキシシランは工程IIにおいて使用される。いかなる理論にも束縛されるものではないが、工程IIで形成されたオルガノシロキサンブロックコポリマーは、多量の加水分解性Si−O−C(O)CH基を含み得、これは、オルガノシロキサンブロックコポリマーの貯蔵安定性を制限し得る。したがって、工程IIから形成されるオルガノシロキサンブロックコポリマーに水を添加してもよく、これは、Si−O−C(O)CH基を加水分解して、トリシロキシ単位を更に連結し、酢酸を排除し得る。形成された酢酸、及び過剰な水は、既知の分離技術により除去され得る。本実施形態において、添加される水の量は様々であり得るが、典型的には、全固形分当たり10重量%、又は5重量%が添加される(反応媒質中のオルガノシロキサンブロックコポリマーに基づいて)。
本方法の別の実施形態において、工程IIIは、工程IIからのオルガノシロキサンブロックコポリマーを、アルコール、オキシム、又はトリアルキルシロキシ化合物から選択されるエンドキャップされた化合物と反応させることにより実行される。本実施形態において、オルガノシロキサンブロックコポリマーは、典型的には、Eがオキシム基である直鎖状オルガノシロキサンから生成される。エンドキャップ化合物は、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール又は一連の他のものなどのC〜C20アルコールであり得る。代替的に、アルコールはn−ブタノールである。エンドキャップ化合物はまた、トリメチルメトキシシラン又はトリメチルエトキシシランなどのトリアルキルシロキシ化合物であってもよい。エンドキャップ化合物の量は様々であり得るが、典型的には、オルガノシロキサンブロックコポリマーに対して3〜15重量%である。
いくつかの実施形態において、工程IIIは、工程II)からの樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーに、超強塩基触媒又は安定剤を添加することを含む。工程IIIにおいて使用される超強塩基触媒及び安定剤の量は、上に説明されたものと同じである。
本プロセスの工程IVは任意であり、工程I及びIIの反応において使用される有機溶媒を除去する工程を含む。有機溶媒は任意の既知の技術により除去され得るが、典型的には、大気条件下又は減圧条件下のいずれかで高温にて樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマーを加熱する工程を含む。いくつかの実施形態において、溶媒の全てが除去されるわけではない。本実施形態において、溶媒の少なくとも20%、少なくとも30%、少なくとも40%、又は少なくとも50%が除去される、例えば、溶媒の少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも75%、少なくとも80%、又は少なくとも90%が除去される。いくつかの実施形態において、溶媒の約20%未満、例えば、溶媒の約15%未満、約10%未満、約5%未満、又は0%が除去される。他の実施形態において、溶媒の約20%〜約100%が除去される、例えば、溶媒の約30%〜約90%、約20%〜約80%、約30〜約60%、約50〜約60%、約70〜約80%、又は約50%〜約90%が除去される。
追加の非限定的な実施形態において、本開示は、公開されているPCT国際特許出願第2012/040302号、国際特許出願第2012/040305号、国際特許出願第2012/040367号、国際特許出願第2012/040453号、及び国際特許出願第2012/040457号(これら全ては、参照することにより、本明細書に組み込まれる)のうちの1つ以上に説明されているように、1つ以上の要素、構成要素、方法工程、試験方法などを含む。
硬化性シリコーン組成物を形成する方法
硬化性シリコーン組成物は、上で説明したように、固体組成物と溶媒とを組み合わせる工程を含む方法を用いて形成され得る。本方法はまた、オルガノシロキサン樹脂及び/又は硬化触媒などの追加の成分を、固体組成物及び溶媒のうちの一方又は両方に、導入する及び/又は組み合わせる1つ以上の工程を含み得る。固体組成物及び溶媒は、撹拌、ボルテックス、混合などの当該技術分野で既知の任意の方法を用いて、互いに及び/又は任意の他の成分と組み合わせられ得る。
光学アセンブリを形成する方法
本開示はまた、光学アセンブリの形成方法を提供する。いくつかの実施形態において、本方法は、発光ダイオード、及び本明細書に記載の実施形態のうちのいくつかの固体組成物を組み合わせて、光学アセンブリを形成する工程を含む。組み合わせる工程は、発光ダイオード、及び本明細書に記載の実施形態のうちのいくつかの固体組成物を、互いに隣り合わせて、互いの最上部上に、及び/又は互いに直接的若しくは間接的に接触させて、配設することに特に限定されず、これを含み得、又はそのように更に定義され得る。例えば、固体組成物は、発光ダイオードと直接接触するように、発光ダイオード上に配設され得る。代替的に、固体組成物は、発光ダイオード上に、しかし分離され、直接接触しないように配設され得るが、依然として、発光ダイオード上に配設され得る。換言すれば、固体組成物は、LED上に層化又は「配置」され得るが、いくつかの実施形態において、LEDから固体組成物を分離する1つ以上の層が存在し得ることを理解されたい。
固体組成物は、流れるように加熱される、溶融される、プレスされる、(真空)積層される、圧縮成形される、注入転写成形される、カレンダー加工される、ホットエンボス加工される、注入成形される、押出成形される、又は固体から液体若しくは軟化した固体に固体組成を変化させる任意の他のプロセス工程を用いられ得る。
次いで、液体又は軟化した固体組成物は、前述の技術のうちの任意の1つ以上によって、噴霧、インクジェット印刷、注入、塗装、コーティング、浸漬、ブラッシングなどを介し、発光ダイオードに適用され得る。
一実施形態において、組み合わせる工程は、固体組成物が発光ダイオード上に配設され、直接接触するように、固体組成物を溶融することとして更に定義される。別の実施形態において、組み合わせる工程は、固体組成物が発光ダイオード上に配設され、間接的に接触するように、固体組成物を溶融することとして更に定義される。更に別の実施形態において、本方法は、例えば、溶媒内で溶解又は部分的に溶解された、溶媒中の固体組成物の溶液を提供する工程を更に含む。なお更なる実施形態において、本方法は、発光ダイオード及び固体組成物を組み合わせる工程の前に、溶媒を除去して固体組成物を形成する工程を含む。更に別の実施形態において、本方法は、溶媒を除去する工程の後、及び発光ダイオードと固体組成物を組み合わせる工程の前に、シートに固体組成物を形成する工程を更に含む。
他の実施形態において、本方法は、例えば、縮合反応、フリーラジカル反応、又はヒドロシリル化反応を介し、当該技術分野において既知の方法により固体組成物を硬化させる工程を含む。任意の触媒、添加剤などが硬化させる工程において利用され得ることが企図される。例えば、酸性又は塩基性縮合触媒が、利用され得る。代替的に、白金触媒などのヒドロシリル化触媒が、利用され得る。一実施形態において、硬化させる工程は、固体組成物の溶融温度よりも高い温度で行われる。代替的に、硬化させる工程は、固体組成物のほぼ溶融温度で、又は融解温度未満で行われ得る。
本明細書に記載及び特許請求される本発明の実施形態は、これらの実施形態が本開示のいくつかの態様の例示として意図されているため、本明細書で開示された特定の実施形態によって範囲が限定されるべきではない。あらゆる等価な実施形態が、本開示の範囲内であることが意図される。実際に、本明細書に例示され、説明されたものに加えて、実施形態の様々な修正が、前述の説明から当業者に明らかになるであろう。このような修正もまた、添付の請求項の範囲内に含まれることが意図される。
要約書は、読者が技術的開示の性質を迅速に確認できるように提供される。それは特許請求の範囲又は意味を解釈又は限定するために使用されないという理解の下で提出される。
本発明の特定の実施形態を実証するため、以下の実施例が含まれる。しかし本開示の見地から、当業者には当然のことながら、開示される特定の実施形態において本発明の趣旨及び範囲を逸脱しない範囲で多くの変更をなすことができ、依然として類似する、又は同様の結果を得ることができる。全てのパーセンテージは重量%である。特に指定しない限り、測定は全て23℃で行った。
特性評価法
29Si及び13C NMRスペクトル分析法
樹脂直鎖状組成物のNMR試料は、約3グラムの溶媒を含まない樹脂直鎖状材料(室温で一晩試料を乾燥させることにより調製)と、1gのCDClと、4グラムの0.04M Cr(acac)のCDCl溶液とをバイアル瓶に計量し、十分に混合することにより、調製される。次いで、試料を、ケイ素を含まないNMR管の中に移した。Varian Mercury 400MHz NMRを使用して、スペクトルを得た。4gの試料を、4グラムのCDCl中の0.04M Cr(acac)溶液で希釈することにより、217フレーク及びシラノール末端PDMSなどの他の材料のNMR試料が調製される。
13C NMR実験を以下の方式で行った。試料を16mmのガラス製NMR管の中に配置した。5mmのNMR管を16mm管の内側に配置し、ロック溶媒を装填した。12〜20分の信号平均化ブロックにおいて13C DEPT NMRを得た。Varian Inova NMRスペクトロメーターにおいて、400MHzのH動作振動数でデータを得た。
29Si NMRスペクトルにおけるT(Ph,OZ)及びT(Ph,OZ2)領域の積分値から直鎖状樹脂生成物のシラノール含有量を計算した。T(アルキル)基は、完全に縮合したものと考えられ(推定)、T(Ph,OZ)から差し引かれた。29Si NMRからのD(Me)の積分値に、比率(合成の組成に使用されるPDMSに含まれるSiモル量に対するカップリング剤に含まれるSiモル量)を乗算することにより、T(アルキル)含有量を計算した。217フレーク由来のイソプロポキシは、低濃度であるため、Oz値から差し引かなかった。したがって、総OZ=総OHとみなされた。
GPC分析
GPC等級のTHFを用い0.5%(重量/体積)で試料を調製し、0.45μmのPTFE注射器濾過器で濾過し、ポリスチレン標準と比較して分析した。分子量判定に使用される比較検量線(三次フィット)は、580〜2,320,000ダルトンの分子量範囲の16のポリスチレン標準によるものであった。クロマトグラフィー装置は、真空脱気装置を具備したWaters 2695セパレーションモジュールと、Waters 2410示差屈折計と、ガードカラムが前に設置された2つ(300mm×7.5mm)のPolymer Laboratories Mixed Cカラム(分子量分離範囲:200〜3,000,000)と、からなる。分離は、1.0mL/分で流れるようにプログラムされたGPC等級THFを用いて行われ、注入量は100μLに設定され、カラム及び検出器は35℃に加熱された。データ収集には25分を費やし、加工は、アトラス/シーラスソフトウェアを用いて実行された。
遊離樹脂含有量を測定するために、低分子量側の遊離樹脂ピークを積分して、面積(%)を得た。
レオロジー分析
TA Instrumentsから市販されているレオメーター(2KSTD標準屈曲旋回軸スプリング変換器を備えるARES−RDA(TA Instruments(New Castle,DE 19720)))を強制対流炉と共に使用して、貯蔵弾性率(G’)、損失弾性率(G”)及び温度の関数としてのtanδを測定した。試験標本(典型的には8mm幅、1mm厚さ)を平行なプレートの間に装填し、25℃〜300℃の範囲で2℃/分にて温度を徐々に上げながら、小さなひずみの振動レオロジーを使用して測定した(振動数1Hz)。
コポリマーを特性評価するために、流動開始をG’降下(「流動」と標識されている)に入る変曲温度として計算し、120℃での粘度を溶融加工性についての尺度として報告し、硬化開始をG’上昇(「硬化」と標識されている)に入る変曲温度として計算した。
引裂強度
引裂強度は、ASTM D624に従って評価した。標本は、典型的には、厚さが1〜2mmある硬化フィルムからダイカットされた。B型又はC型ジオメトリを試験する場合、3つの標本が利用された。T型(トラウザー)を試験する場合、1〜3つの標本は、利用可能な試料フィルムの量に応じて調製された。材料が、温度又は湿度の小さな変化に著しく影響されることは予想されなかったため、試験の前に、特別な貯蔵の考慮は行われなかった。標本は、ブルーヒル2ソフトウェアを利用して、インストロン万能試験機を用いて、周囲温度及び湿度で試験された。B型及びC型の標本において、使用される試験速度は500mm/分であり、標本は崩壊するまで引っ張られた。ピーク力/厚さの中央値が報告された。T型(トラウザー)標本では、50mm/分の引上げ速度を使用し、標本は、引裂力が横ばい状態であることが認められるまで、又は障害が発生するまで、引っ張られた。力の水準領域の始点及び終点を試験した後、曲線は、視覚的に識別された。次いで、ソフトウェアの解析機能が、識別された領域内の平均引裂力/厚さを計算するために使用された。複数の標本を試験した場合、中央読み取り値が報告された。
光学的透明度
本発明の組成物のキャストシートの厚さ1mmの試料を通して測定された、約350〜1000ナノメートルの波長での光透過率(%)として、光学的透明度を評価した。少なくとも95%の透過率(%)を有する試料は、光学的に透明であると考えられた。
(実施例1)
500mLの4首丸底フラスコは、トルエン(65.0g)及びフェニル−T樹脂(FW=136.6g/モルSi、35.0g、0.256モルSi)で装填される。フラスコには、温度計、テフロン撹拌パドル、及びトルエンで予め充填され、かつ水冷凝縮器を取り付けたDean Stark装置が具備されている。次いで、窒素ブランケットを適用する。油浴を使用して、30分間還流してフラスコを加熱する。続いて、フラスコを、約108℃(ポットの温度)まで冷却する。
次いで、トルエン(35.0g)及びシラノール末端PhMeシロキサン(140dp、FW=136.3g/モルSi、1.24モル% SiOH、65.0g、0.477モルSi)の溶液を調製し、シロキサンは、シロキサンに50/50 MTA/ETAを添加し、室温で2時間混合することにより、窒素下でグローブボックス(同日)内で、50/50のメチルトリアセトキシシラン(MTA)/エチルトリアセトキシシラン(ETA)(平均FW=231.2g/モルSi、1.44g、0.00623モル)でキャップされる。キャップされたシロキサンは、次いで、フェニルT樹脂/トルエン溶液に108℃で添加され、約2時間還流される。
還流後、溶液は、以前の約108℃まで冷却され、更なる量の50/50 MTA/ETA(平均FW=231.2g/モルSi、6.21g、0.0269モル)が添加され、次いで、溶液は、更なる時間還流される。
続いて、溶液を90℃まで冷却し、次いで、DI水12mLを添加する。次いで、水を含む溶液を約1.5時間加熱して還流させ、共沸蒸留によって水を除去する。次いで、水の添加、及びその後の還流を、繰り返す。除去された水相の総量は、約27.3gである。
続いて、ほとんどの残留酢酸と共に、幾らかのトルエン(約54.0g)を、次いで、(約20分間)蒸留除去し、固体含有量を増加させる。
次いで、溶液を室温まで冷却し、溶液を、5.0μmの濾過器を通して圧力濾過して、固体組成物を単離する。
固体組成物を、29Si NMRによって分析し、これは、約11.8モル%のOZを伴うDPhMe 0.635アルキル 0.044シクロヘキシル 0.004Ph 0.317の構造を確認する。
(実施例2)
2Lの3首丸底フラスコを、トルエン(544.0g)、及び上で説明したフェニルT樹脂216.0gで装填する。フラスコには、温度計、テフロン撹拌パドル、及びトルエンで予め充填され、かつ水冷凝縮器を取り付けたDean Stark装置が具備されている。窒素ブランケットを適用する。加熱マントルを使用して、30分間還流で溶液を加熱する。次いで、溶液を、108℃(ポットの温度)まで冷却する。
トルエン(176.0g)、及び264.0gの上で説明されたシラノール末端PhMeシロキサンの溶液を調製し、上でも説明されるように、シロキサンは、シロキサンにMTA/ETAを添加し、2時間室温で混合することにより、窒素下でグローブボックス(同日)内で50/50 MTA/ETA(4.84g、0.0209モルのSi)でキャップされる。
次いで、キャップされたシロキサンを、108℃のフェニルT樹脂/トルエン溶液に添加し、約2時間還流させる。
還流後、溶液を、約108℃まで冷却し戻し、更なる量の50/50 MTA/ETA(38.32g、0.166モルのSi)を添加し、次いで、溶液を、更に2時間還流させる。
続いて、溶液を90℃まで冷却し、次いで、DI水33.63gを添加する。
次いで、水を含む溶液を、約2時間加熱して還流させて、共沸蒸留により水を除去する。次いで、溶液を還流の段階で3時間加熱する。続いて、溶液を、100℃まで冷却し、次いで、事前乾燥されたダルコG60カーボンブラック(4.80g)をそれに添加する。
次いで、溶液を撹拌しながら室温まで冷却し、次いで、室温で一晩撹拌する。次いで、溶液を、0.45μmの濾過器を通して圧力濾過して、固体組成物を単離する。
固体組成物を、29Si NMRによって分析し。これは、約22.2モル%のOZを伴うDPhMe 0.519アルキル 0.050Ph 0.431の構造を確認する。FT−IR分析を用いて、固体組成物中に検出される酢酸は、ない。
(実施例3)
500mLの3首丸底フラスコを、トルエン(86.4g)及び上で説明されるフェニルT樹脂33.0gで装填する。フラスコには、温度計、テフロン撹拌パドル、及びトルエンで予め充填され、かつ水冷凝縮器を取り付けたDean Stark装置が具備されている。窒素ブランケットを適用する。加熱マントルを使用して、30分間還流で溶液を加熱する。次いで、溶液を、108℃(ポットの温度)まで冷却する。
トルエン(25.0g)、及び27.0gの上で説明されたシラノール末端PhMeシロキサンの溶液を調製し、シロキサンは、ロキサンにMTA/ETAを添加し、2時間室温で混合することにより、窒素下でグローブボックス(同日)内で、メチルトリス(メチルエチルケトオキシム)シラン((MTO);MW=301.46)でキャップされる。
次いで、キャップされたシロキサンを、108℃のフェニルT樹脂/トルエン溶液に添加し、約3時間還流させる。以下により詳細に説明されるように、次いで、フィルムを、この溶液から鋳造する。溶液中のオルガノシロキサンブロックコポリマーを、29Si NMRによって分析し、これは、約17.0モル%のOZを伴うDPhMe 0.440Me 0.008Ph 0.552の構造を確認する。FT−IR分析を用いて、固体組成物中に検出される酢酸はない。
(実施例4)
5Lの4首丸底フラスコを、トルエン(1000.0g)及び上で説明されるフェニルT樹脂280.2gで装填する。フラスコには、温度計、テフロン撹拌パドル、及びトルエンで予め充填され、かつ水冷凝縮器を取り付けたDean Stark装置が具備されている。窒素ブランケットを適用する。加熱マントルを使用して、30分間還流で溶液を加熱する。次いで、溶液を、108℃(ポットの温度)まで冷却する。
トルエン(500.0g)、及び720.0gの上で説明されたシラノール末端PDMS(FW=74.3g/モルSi;〜1.01モル% OH)の溶液を調製し、上でも説明されるように、PDMSは、シロキサンにMTA/ETAを添加し、30分間室温で混合することにより、窒素下でグローブボックス(同日)内で、50/50 MTA/ETA(23.77g、0.1028モルSi)でキャップされる。
次いで、キャップされたPDMSを、108℃のフェニルT樹脂/トルエン溶液に添加し、約3時間15分還流させる。
還流後、溶液を、約108℃まで冷却し戻し、更なる量の50/50 MTA/ETA(22.63g、0.0979モルSi)を添加し、次いで、溶液を、更に1時間還流させる。
続いて、溶液を100℃まで冷却し、次いで、36.1gのDI水を添加する。
次いで、水を含む溶液を、約30分間、88〜90℃で加熱し、次いで、約1.75時間還流で加熱して、共沸蒸留を介して約39.6グラムの水を除去する。次いで、溶液を、一晩放置して、冷却する。
続いて、溶液を2時間加熱して還流させ、次いで、100℃まで冷却する。酢酸レベルを低減するために、次いで、126.8gのDI水を添加し、3.25時間にわたって共沸除去する。Dean Stark装置から除去される量は、約137.3gである。次いで、溶液を、100℃まで冷却する。続いて、162.8gの水を。次いで、添加し、次いで、4.75時間にわたって共沸除去する。Dean Stark装置から除去される量は、約170.7gである。次いで、溶液を90℃まで冷却し、ダルコG60カーボンブラック10gをそれに添加する。次いで、溶液を、撹拌しながら室温まで冷却し、次いで、室温で一晩撹拌する。
次いで、溶液を、0.45μmの濾過器を通して圧力濾過して、固体組成物を単離する。
固体組成物を、29Si NMRによって分析し、これは、約6.56モル%のOZを伴うDMe2 0.815アルキル 0.017Ph 0.168の構造を確認する。FT−IR分析を用いて、固体組成物中に検出される酢酸はない。
(実施例5)
12Lの3首丸底フラスコを、トルエン(3803.9g)及び上で説明されるフェニルT樹脂942.5gで装填する。フラスコには、温度計、テフロン撹拌パドル、及びトルエンで予め充填され、かつ水冷凝縮器を取り付けたDean Stark装置が具備されている。窒素ブランケットを適用する。加熱マントルを使用して、30分間還流で溶液を加熱する。次いで、溶液を、108℃(ポットの温度)まで冷却する。
トルエン(1344g)、及び直前に説明されている1829.0gのシラノール末端PDMSを調製し、上でも説明されるように、PDMSは、シロキサンにMTOを添加し、2時間室温で混合することにより、窒素下でグローブボックス(同日)内で、MTO(メチルトリス((メチルエチルケトオキシム)シラン(85.0g,0.2820モルSi))でキャップされる。
次いで、キャップされたPDMSを、110℃のフェニルT樹脂/トルエン溶液に添加し、約2時間10分還流させる。続いて、276.0gのn−ブタノールを添加し、次いで、溶液を、3時間還流させ、次いで、室温で一晩冷却させる。
続いて、約2913gのトルエンを、蒸留により除去して、固形含有量を約50重量%に増加させる。次いで、真空を約2.5時間、65〜75℃で適用する。次いで、溶液は、3日間設定した後、5.0μmの濾過器を通して濾過されて、固体組成物を単離する。
固体組成物を、29Si NMRによって分析し、これは、約6.23モル%のOZを伴うDMe2 0.774Me 0.009Ph 0.217の構造を確認する。FT−IR分析を用いて、固体組成物中に検出される酢酸はない。
(実施例6)
1Lの3首丸底フラスコを、トルエン(180.0g)及び説明したフェニルT樹脂64.9gで装填する。フラスコには、温度計、テフロン撹拌パドル、及びトルエンで予め充填され、かつ水冷凝縮器を取り付けたDean Stark装置が具備されている。窒素ブランケットを適用する。加熱マントルを使用して、30分間還流で溶液を加熱する。次いで、溶液を、108℃(ポットの温度)まで冷却する。
トルエン(85.88g)及び115.4gのシラノール末端PDMSを調製し、PDMSは、シラノール末端PDMSにMTA/ETA/トルエン(8.25g、0.0177モルSi)を添加し、2時間室温で混合することにより、窒素下でグローブボックス(同日)内で、50/50 MTA/ETAでキャップされる。
次いで、キャップされたPDMSを、108℃のフェニルT樹脂/トルエン溶液に添加し、約2時間還流させる。
続いて、溶液を、108℃まで冷却し戻し、追加量のMTA/ETA(15.94g、0.0343モルSi)を添加する。次いで、溶液を1時間還流で加熱し、次いで、108℃まで冷却し戻す。次いで、追加量のMTA/ETA/トルエン(2.23g、0.0048モルSi)を添加し、溶液を、再び1時間還流で加熱する。
続いて、溶液を100℃まで冷却し、次いで、30mLのDI水を添加する。溶液は、再び、加熱され、還流されて、共沸蒸留を介して、水を除去する。このプロセスを3回繰り返す。
次いで、溶液を加熱し、約30gの溶媒を、蒸留除去されて、固体含有量を増加させる。次いで、溶液を室温まで冷却し、溶液を、5.0μmの濾過器を通して濾過されて、固体組成物を単離する。
固体組成物を、29Si NMRによって分析し、これは、約7.71モル%のOZを伴うDMe2 0.751アルキル 0.028Ph 0.221の構造を確認する。FT−IR分析を用いて、固体組成物中に検出される酢酸はない。
比較実施例1:
ボトムドレン付1Lの3首丸底モートン型志向フラスコを、DI水(196.1g)で装填する。フラスコには、温度計、テフロン撹拌パドル、及び水冷凝縮器が具備されている。添加漏斗は、PhSiCl(82.95g)と、PhMeSiCl(58.87g)と、トルエン(142.65g)とで装填される。この溶液を、室温で開始し、フラスコにゆっくり添加する。フラスコに添加されると、溶液は、78℃まで発熱する。溶液を、15分間混合する。続いて、水相を除去し、HClを、水洗することにより除去する。
次いで、25mLのDI水を溶液に添加し、溶液を、15分間80℃で加熱する。次いで、水相を除去し、次いで、溶液を加熱して、還流させ、追加の水が共沸蒸留を介して除去される。これらの工程は、数回繰り返される。
続いて、溶液を加熱して、溶媒を蒸留し、固形含有量を増加させる。次いで、生成物を、120℃の油浴温度及び約0.5mm Hgで、ロータベーパーを用いて乾燥するまで揮散させ、濾過して、生成物を単離する。
生成物を、29Si NMRによって分析し、これは、約44.5モル%(5.55重量%)のOH含有量を伴い、約136g/モルのFWを有するDPhMe 0.437シクロヘキシル 0.007Ph 0.556の構造を確認する。
比較例2:
以下に記載の成分は、2kPaの下、1600rpmで2分間、真空プラネタリミキサ、シンキーARV−310を使用して混合され、液体組成物を形成する。
成分1:平均単位分子式:(MeViSiO1/20.25(PhSiO3/20.75;5.8g、
成分2:平均単位分子式:MeViSiO(MePhSiO)25OSiMeVi;1.8g、
成分3:平均単位分子式:HMeSiO(PhSiO)SiMeH;2.0g、
成分4:平均単位分子式:(HMeSiO1/20.60(PhSiO3/20.4;0.24g、
成分5:平均単位分子式:
(MeViSiO1/20.18(PhSiO3/20.54(EpMeSiO)0.28式中、(Ep=gricidoxypropyl);0.23g
成分6:平均単位分子式:Cyclic(ViSiMeO1/2;0.02g
1−エチニル−1−シクロヘキサノール;240ppm
Pt触媒(1.3−ジビニルテトラメチルジシロキサン複合体);2ppm
比較例3:
比較例3は、真空プラネタリミキサを使用して、以下から調製される。
ビニルジメチルシロキシ末端ポリジメチルシロキサン(平均M=60,000)、42.9部
ビニルジメチルシロキシ末端ポリジメチルシロキサン(平均M=24,000)、14.5部
ビニルジメチルトリメチルシロキシ機能シリカ、1.0部
トリメチルシロキシ機能シリカ、5.7部
1,5−ジビニル−1,1,5,5−テトラメチルジコーディネート白金触媒(全組成物のPt含有量5ppm)
(アリルグリシドキシプロピル−SiO3/20.5(MeSiViO2/20.3(MeSiO2/20.2、11.7部
形成後、比較例3は、ポリエーテルスルホンコーティングされたフィルム上に鋳造され、次いで、3分間100℃で加熱されて、フィルムを形成する。
実施例及び比較例の評価
前述の実施例の各々が形成された後、様々な試料が評価され、25℃での弾性率、ショアA硬度(硬化)、120℃での溶融粘度、トラウザー引裂、引張強度、破断伸度、及び可撓性を判定する。これらの評価の結果を、以下の表1に記載する。
Figure 0006001676
引裂(ASTM D624)標本は、典型的には、厚さ1〜2mmのシートからダイスカットされる。試験T型(トラウザー)の3つの標本は、利用可能な試料シートの量に応じて調製される。シートが温度又は湿度の小さな変化に著しく影響されることは予想されないため、試験の前に特別な貯蔵の考慮は行われない。標本は、ブルーヒル2ソフトウェアを利用して、インストロン万能試験機を用いて、周囲温度及び湿度で試験される。B型及びC型の標本において、使用される試験速度は500mm/分であり、標本は崩壊するまで引っ張られる。ピーク力/厚さの中央値が報告される。T型(トラウザー)標本では、50mm/分の引上げ速度を使用し、標本は、引裂力が横ばい状態であることが認められるまで、又は崩壊が起こるまで、引っ張られる。力の水準領域の始点及び終点を試験した後、曲線は、視覚的に識別される。次いで、ソフトウェアの解析機能が、識別された領域内の平均引裂力/厚さを計算するために使用される。複数の標本を試験した場合、中央読み取り値が報告される。
厚さ約6mmのデュロメーター(ASTM D2240)標本は、シートの複数の部分を一緒に積み重ねることによって調製される。試験装置は、力及び適用速度の両方を制御する操作台に取り付けられたアナログショアAデュロメータヘッドを含む。3つ又は5つの測定値が、標本のサイズに応じて、採られる。読み取りは、接触の1秒後に行われる。中央読み取り値が報告される。
引張(ASTM D412)標本は、典型的には、厚さ1〜2mmのシートからダイスカットされる。3つの標本を得ることができるように、小さいサイズに切断することができるが、好ましい標本のサイズは、C型である。シートが温度又は湿度の小さな変化に著しく影響されることは予想されないため、試験の前に特別な貯蔵の考慮は行われない。標本は、ブルーヒル2ソフトウェアを利用して、インストロン万能試験機を用いて、周囲温度及び湿度で試験される。使用される試験速度は、500mm/分であり、標本は崩壊するまで引っ張られる。ピークと限界点の両方における伸長及び引張強度の中央値が、ヤング率と共に報告されている。未加工の応力−歪曲線はまた、更なる分析、及び他の材料との比較のためにエクスポートされる。
フィルム及び液体の形成及び評価
前述の実施例の各々が形成された後、実施例2及び4〜6の14.5mgの試料は、比較例2及び3と共に、LEDパッケージ内に設置され、硬化して、それぞれ、固体ライト2及び4〜6、並びに比較固体ライト2及び3を形成する。
LEDパッケージは、Chiun Precision Industryから市販されている、BridgeLuxのLEDチップMKO4545Cを含むTTI−5074である。
実施例2では、10N〜30Nの徐々に増加する圧力の下、及び50〜130℃の増加する温度で、その後20分間150℃で、押圧中の加工を介して硬化させ、3時間160℃の後処理として焼成する。
実施例4〜6では各々、10N〜30Nの徐々に増加する圧力の下、150℃で20分間押圧し、続いて、炉中で160℃で3時間加熱することによって、硬化させる。
比較例2では、いかなる圧力も用いず、炉内で150℃で1時間硬化させる。
比較例3では、いかなる炉も用いず、10N〜30Nの徐々に増加する圧力の下、150℃で1時間の押圧中に硬化させる。
各固体ライトの形成中又は後、各固体ライトが評価され、屈折率、カプセル化の間のワイヤ屈曲、再流動安定性(層間剥離)、熱サイクル安定性(ワイヤ解放までのサイクル数)が判定される。
Figure 0006001676
屈折率は、メトリコンModel2010/Mプリズムカプラを用いて室温で632.8nmの波長のレーザーを有する、プリズムカップリング法により判定される。
カプセル化の間のワイヤ屈曲は、顕微鏡観察及びカプセル化の前と後の比較により判定される。
再流動安定性(層間剥離)は、小さな光散乱画像が層間剥離がないことを示す交差偏光濾過器を有する光学顕微鏡を用いて観察することによって判定される。「優秀」という記述子は、層間剥離条件を説明していない。「許容可能」という記述子は、剥離条件をほとんど説明していない。「不良」という記述子は、重要な層間剥離条件を説明している。
熱サイクル安定性(ワイヤ解放までのサイクル数)は、LEDライトのオン/オフ試験によって判定され、光に対するLEDの崩壊は、ワイヤ解放を示す。
より具体的には、実施例2の再流動安定性が評価され、単一サイクルは、試料を、30分間、−40℃の温度に曝露し、2分以内に125℃まで上昇させ、30分間、125℃で維持し、2分以内に−40℃まで低下させることを含む。図3は、例示的な光学アセンブリ100に関する再流動前及び後の結果を示す。一番上の行は、通常の顕微鏡の画像を示しており、他は、交差偏光顕微鏡の画像を示す。比較例2(表2参照)との比較から、実施例2がより安定であることを示す。基板からの層間剥離は、検出されなかった。比較例2は、PPA白色反射材、及び時にはシルバーバックプレーンからの層間剥離を示す。
図4は、実施例2、4及び6が、1000サイクル後でさえ、ワイヤボンド解放を呈さない一方で、比較例2は、約200サイクル後にワイヤボンド開放を呈することを示す。
追加実施例−3本ロールミルを使用した蛍光体のコポリマーへの組み込み
追加実施例もまた、3本ロールミキシングを用いて、オルガノシロキサンブロックコポリマーに組み込まれる蛍光体を含むように形成される。より具体的には、実施例2の4.988gの試料は、80℃まで加熱した3本ロールミル(アイメックスBR−150HCV)上に配置される。続いて、0.497gのIntematix社の蛍光体YAG蛍光体(NYAG4454)を、オルガノシロキサンブロックコポリマーに添加して、混合物を形成する。次いで、混合物を、オルガノシロキサンブロックコポリマー中に蛍光体を組み込む3本のロールミルを通過させる。
このプロセス中に、蛍光体は凝集せず、沈殿は、2ヶ月にわたり視覚的に観察されない。反射モードの光学顕微鏡写真は、図6として記載され、その中に均一に分散する蛍光体を示す。
対照的に、比較例2の100部が、上述の方法を使用して、NTAG4851の3.5部と共にあるとき、蛍光体の完全な沈降が、24時間後に観察される。
追加実施例−溶液混合を使用した蛍光体のコポリマーへの組み込み
実施例2の追加の試料は、トルエン中の70%固形分で溶解され、混合物を形成する。続いて、混合物は、3つの試料に分割された。第1の試料では、25重量%のCeYAGが添加される。第2の試料では、25重量%のCeTAGが添加される。第3の試料では、25重量%のEuNが添加される。これは、実施例4の試料で繰り返される。
実施例2及び4の各試料は、10mLのデンタルミキサカップ中で調製され、その後、徹底的に手で混合され、次いで、5分間ボルテックスミキサで混合され、次いで、45分間超音波処理される。
混合後、実施例2及び4の各試料は、次いで、調節可能なドローダウンバーを使用して、TEFZEL剥離ライナー上に設定された隙間0.3mm(10ミル)にあるフィルムに下方に引き込まれる。実施例2及び4の各試料は、蛍光体の沈降に抵抗するうえで優秀である。送信モードの光学顕微鏡写真は、図5として記載され、その中に均一に分散する蛍光体を示す。
方法
図7は、例えば、固体ライトなどの光学アセンブリを作製する方法を示すフローチャートである。フローチャートは、光学アセンブリ100に関して説明しているが、フローチャートは、光学アセンブリ200、又は必要に応じて、他の光学アセンブリに適用され得る。本方法では、本明細書に開示されるような様々な好適な材料を利用し得る。材料の形成は、様々な好適な方法論に応じ得る。
700では、組成物は、少なくとも組成物の溶融温度まで組成物を加熱することによって溶融される。
702では、組成物は、溶融する際、光学デバイス104上に配設される。様々な実施例において、組成物は、光学面106を被覆する又は実質的に被覆するように配設される。様々な実施例において、組成物は、光学装置104と直接接触している。
704では、組成物を溶融する代替的なプロセスでは、溶媒中の組成物の溶液が提供される。様々な実施例において、溶液中の組成物は、光学デバイス104上に、又はそれに近接して提供される。様々な実施例において、光学デバイス104は、干渉性光源、又は例えば、LEDのような非干渉性/部分的に干渉性の光源である。
706では、溶媒は、実質的に溶液から除去され、溶媒を伴わない組成物を実質的に残す。
708では、光学装置104は、組成物と組み合わされる。様々な実施例において、組成物は、蛍光体を含む。様々な実施例において、組成物は、超強塩基及び/又は安定剤を含む。様々な実施例において、組成物は、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーを含む。
710では、組成物は、封止材102を形成するように、硬化される。ある実施例において、組成物は、縮合硬化を用いて硬化される。ある実施例において、組成物は、組成物の溶融温度よりも高い温度で硬化される。様々な実施例において、組成物は、25℃〜200℃の溶融フロー温度を有する。
上で説明した値の1つ以上は、変動が本開示の範囲内に留まる限り、5%、10%、15%、20%、25%などに異なり得る。全ての他の要素から独立したマーカッシュ群の各要素から予期せぬ結果が生じ得る。各部材は、個別にかつ/又は組み合わせで依存してもよく、添付の「特許請求の範囲」に含まれる特定の実施形態に対する十分な支援を提供する。独立請求項及び従属請求項(単一項従属及び多項従属の両者とも)の全ての組み合わせの対象が、本明細書で明確に企図される。本開示は、説明を明示的に包含するものであり、なんら制限するものではない。上記の教示を鑑みれば、本開示の多数の修正及び変形が可能となり、本開示は、本明細書で具体的に説明した以外の形でも実施され得る。

Claims (19)

  1. 光学デバイスと、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーを含む組成物とを含む光学アセンブリを形成する方法であって、前記光学デバイスと前記組成物とを組み合わせて、前記光学アセンブリを形成する工程を含み、
    前記樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーが、少なくとも20,000g/モルの重量平均分子量を有し、かつ、
    各々が直鎖状ブロック当たり平均で10〜400個のジシロキシ単位[R SiO 2/2 ]を有する直鎖状ブロックの中に配置された式[R SiO 2/2 ]の40〜90モルパーセントのジシロキシ単位と、
    各々が少なくとも500g/モルの重量平均分子量を有する、非直鎖状ブロックの中に配置された式[R SiO 3/2 ]の10〜60モルパーセントのトリシロキシ単位と、
    0.5〜25モルパーセントのシラノール基と、を含み、
    式中、R が、独立して、C 〜C 30 ヒドロカルビルであり、R が、独立して、C 〜C 20 ヒドロカルビルであり、
    前記非直鎖状ブロックの少なくとも30重量パーセントが、別の非直鎖状ブロックと架橋され、ナノドメインに凝集され、
    各直鎖状ブロックが少なくとも1つの非直鎖状ブロックに連結される、方法。
  2. 組み合わせる前記工程が、前記組成物が前記光学デバイス上に配設されるように、前記組成物を溶融することを含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記組成物が、前記光学デバイスに直接接触している、請求項に記載の方法。
  4. 溶媒中の前記組成物の溶液を提供する工程と、任意に前記光学デバイスと前記組成物とを組み合わせる前記工程の前に、前記組成物を形成するために前記溶媒を除去する工程を更に含む、請求項1に記載の方法。
  5. 前記溶媒を除去する前記工程の後、かつ前記光学デバイスと前記組成物とを組み合わせる前記工程の前に、シートに前記組成物を形成する工程を更に含む、請求項に記載の方法。
  6. 前記組成物を更に硬化させる工程を更に含む、請求項1に記載の方法。
  7. 光学デバイスと、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーを含む組成物とを含み、
    前記樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーが、少なくとも20,000g/モルの重量平均分子量を有し、かつ、
    各々が直鎖状ブロック当たり平均で10〜400個のジシロキシ単位[R SiO 2/2 ]を有する直鎖状ブロックの中に配置された式[R SiO 2/2 ]の40〜90モルパーセントのジシロキシ単位と、
    各々が少なくとも500g/モルの重量平均分子量を有する、非直鎖状ブロックの中に配置された式[R SiO 3/2 ]の10〜60モルパーセントのトリシロキシ単位と、
    0.5〜25モルパーセントのシラノール基と、を含み、
    式中、R が、独立して、C 〜C 30 ヒドロカルビルであり、R が、独立して、C 〜C 20 ヒドロカルビルであり、
    非直鎖状ブロックの少なくとも30重量パーセントが、別の非直鎖状ブロックに架橋され、ナノドメインに凝集され、
    各直鎖状ブロックが少なくとも1つの非直鎖状ブロックに連結される、光学アセンブリ。
  8. 前記光学アセンブリが固体ライトを含む、請求項に記載の光学アセンブリ。
  9. 前記光学デバイスが、少なくとも1つの干渉性の光源又は非干渉性/部分的に干渉性の光源を含む、請求項に記載の光学アセンブリ。
  10. 前記光学デバイスが、少なくとも1つの干渉性の光源を含む、請求項に記載の光学アセンブリ。
  11. 前記光学デバイスが、少なくとも1つの非干渉性/部分的に干渉性の光源を含み、前記少なくとも1つの非干渉性/部分的に干渉性の光源が、LEDを含む、請求項に記載の光学アセンブリ。
  12. 前記組成物が、前記光学デバイスと直接接触している、請求項に記載の光学アセンブリ。
  13. 前記光学アセンブリが、蛍光体を含む、請求項に記載の光学アセンブリ。
  14. 前記ジシロキシ単位が式[(CH)(C)SiO2/2]を有する、請求項に記載の光学アセンブリ。
  15. 前記オルガノシロキサンブロックコポリマーが、少なくとも30重量パーセントのジシロキシ単位を含む、請求項に記載の光学アセンブリ。
  16. がフェニルである、請求項に記載の光学アセンブリ。
  17. 前記組成物が、25℃〜200℃の溶融流動温度を有する、請求項に記載の光学アセンブリ。
  18. 前記組成物が、ASTM D1003を用いて判定される際、95%を超える光透過率を有する、請求項に記載の光学アセンブリ。
  19. 前記組成物が1.4を超える屈折率を有する、請求項に記載の光学アセンブリ。
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