JP6133248B2 - シリコーン組成物、硬化性組成物及びそれを用いた発光部品 - Google Patents

シリコーン組成物、硬化性組成物及びそれを用いた発光部品 Download PDF

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Description

本発明は、シリコーン組成物、硬化性組成物及びそれを用いた発光部品に関する。
従来より、酸無水物系硬化剤を用いたエポキシ樹脂組成物は、透明な硬化物を与え、耐熱性が高い発光ダイオードやフォトダイオード等の発光素子の封止材料として好適に用いられてきた。しかしながら、近年、光半導体の高性能化が進み、封止用樹脂にも良好な透明性と高い耐熱性以外に、優れた耐光性、耐酸化性、LEDのオン/オフサイクルに伴う温冷サイクル時の耐クラック性(以下、「耐クラック性」と略記する。)、温冷サイクル時の密着性(以下、「密着性」と略記する。)、並びに、250℃以上で行われる半田リフロー時の耐クラック性及び接着性(以下、「半田リフロー耐性」と略記する。)、を有する硬化物が要求されるようになり、従来用いられてきたビスフェノールA系エポキシ樹脂やビスフェノールF系エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂を主成分とする組成物では、十分な特性が得られなくなっているのが実情である。
シロキサン骨格を繰り返し単位とし、有機基にエポキシ基を有するエポキシ変性シリコーンは、エポキシ樹脂が有する優れた透明性や耐熱性を有するばかりでなく、シリコーンが有する耐光性、耐酸化性、更には、柔軟性を併せもつことが期待されることから、高性能封止材として注目されており、多くの技術が開示されている。
例えば、特許文献1には、T構造を必須繰り返し単位として含有し、1分子中の珪素原子に結合する全有機基に対してエポキシ基含有有機基を0.1〜40モル%の範囲で含有するエポキシ変性シリコーンが提案されている。
また、特許文献2には、特定範囲の分子量を有し、且つ1分子中に少なくとも2個のエポキシ基を有するシリコーン化合物を含む組成物と、その光半導体封止材への利用についての提案がなされている。
更に、特許文献3には、ビニルシリコーン、水素化シリル官能性シリコーン、及びオレフィンエポキシ化合物の反応生成物からなるエポキシシロキサンが提案されている。
また、特許文献4には、両末端に水酸基を有するオルガノポリシロキサン、オルガノヒドロポリシロキサン、及びエポキシ基及びアルケニル基含有化合物の反応生成物からなるエポキシ基含有オルガノポリシロキサンが提案されている。
また、特許文献5には、末端にビニル基を有するポリオルガノシロキサンとSiH単位を有するオルガノシロキサンオリゴマー、及び過剰のアルケニル基含有エポキシ化合物の反応から得られる、末端にエポキシ基を複数有するテレケリックシロキサンポリマーが提案されている。
また、特許文献6には、特定範囲の高分子量範囲の成分を特定量範囲で含有する、1分子中に少なくとも2個のエポキシ基を有する変性ポリシロキサン及び該変性ポリシロキサンを含有する熱硬化性組成物が提案されている。
上記の特許文献1〜6には、得られるエポキシ変性シリコーンを用いて得られる硬化物が高い耐熱性、高い耐光性、又は高い接着性を有する、或いは、得られるエポキシ変性シリコーンを含有してなる硬化性組成物が高い硬化性を有する旨の記載があるが、エポキシ変性シリコーン自体の保存安定性は未だ十分なものとはいえなかった。
また、特許文献7には、環式構造を有するシロキサン及びエポキシ基単位を置換基として有するオルガノポリシロキサンが開示されており、オルガノポリシロキサンを硬化させることにより、透明性、耐熱性、熱衝撃性、密着性の高い硬化物が得られることが記載されている。また、該公報には得られるオルガノポリシロキサンの室温での保安定性が高い旨の記載があるが、輸送や貯蔵の際等、高温時の保存安定性は未だ十分なものとは言えなかった。
一方、ヒドロシリル化反応の際に、エポキシ基の反応によるゲル化や増粘を抑制するために、シアノ化合物を添加する方法が知られている。例えば、特許文献8及び特許文献9には、オルガノヒドロポリシロキサン又はオルガノヒドロシランのSiH基と、アルケニル基含有エポキシ化合物のアルケニル基との付加反応触媒による付加反応の際に、シアノ基含有化合物を共存させる方法が開示されている。また、該公報には、付加反応終了後に加熱下、減圧下に低沸成分を留去してエポキシ変性シリコーンを得ることもできる旨の開示がある。しかしながら、得られた前記処理後に得られるエポキシ変性シリコーン中に残留するシアノ化合物の量に関する記載は一切無い。また、エポキシ変性シリコーン中に残留するシアノ化合物の量が、該エポキシ変性シリコーンを硬化して得られる硬化物の特性に及ぼす影響についての記載や示唆は一切なされていない。
特許第3263177号公報 特開2005−171021号公報 特開平7−216308号公報 特開平10−182826号公報 米国特許6313255号明細書 特開2008−255295号公報 国際公開第2007/46399号 特開平8−27165号公報 特許第4141547号公報
本発明は、硬化させた場合に、硬化物が良好な透明性、優れた耐光性、優れた耐熱変色性、優れた密着性を有すると共に、輸送や貯蔵の際等、高温時の保存安定性に優れるシリコーン組成物を提供することを目的とする。本発明はまた、素子やパッケージ材料との密着性に優れ、長期にわたって輝度の低下を抑制可能な発光素子封止用に好適に用いられる硬化性組成物、及び該硬化性組成物を用いて形成された発光部品を提供することを目的とする。
また、本発明は、射出成形に適し、硬化後において硬質であり寸歩安定性にも優れた、レンズ材料として好適な硬化性組成物を提供することを目的とする。
上記点に鑑み、本発明者らが鋭意検討した結果、ニトリル化合物を特定量含有するシリコーン組成物が上記課題を解決可能であることを見出し、本発明を完成させるに至った。すなわち、本発明は以下のとおりである。
[1] 下記平均組成式(1)で表されるエポキシ変性シリコーンとニトリル化合物とを含み、該ニトリル化合物の含有量が0.1質量ppm以上50質量ppm以下である、シリコーン組成物。
Figure 0006133248

[平均組成式(1)中、Rは、各々独立に、(A)鎖状、分岐状又は環状の無置換又は置換された脂肪族炭化水素構造を有し、炭素原子数が1以上24以下及び酸素原子数が0以上5以下である1価の脂肪族有機基、(B)無置換又は置換された炭素原子数が6以上24以下及び酸素原子数が0以上5以下である1価の芳香族有機基であって、置換された場合には、鎖状、分岐状又は環状の無置換又は置換された脂肪族炭化水素構造を有する置換基を有する、1価の芳香族有機基、又は(C)鎖状、分岐状若しくは環状の無置換若しくは置換された脂肪族炭化水素構造、又は無置換若しくは置換された芳香族炭化水素構造を有する、炭素原子数が5以上26以下、酸素原子数が0以上5以下、及び珪素原子数が1である1価の有機基を表す。各シロキシ単位中に複数あるR1は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
は、各々独立に、鎖状、分岐状又は環状の無置換又は置換された脂肪族炭化水素構造を有し、炭素原子数が4以上24以下及び酸素原子数が1以上5以下であり、エポキシ基を含有する1価の有機基を表す。各シロキシ単位中に複数あるRは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
Yは、各々独立に、無置換又は置換された鎖状、分岐状及び環状からなる群より選ばれる1種以上の構造からなり、炭素原子数が2以上70以下、酸素原子数が0以上15以下、及び珪素原子数が0以上10以下である2価の有機基を表す。各シロキシ単位中に複数あるYは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
ZはYとの結合を表す。
a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、nは、エポキシ変性シリコーン1モル中に存在する各シロキシ単位のモル数を表し、a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、nは各々0以上の値でd+h+k>0、e+f+h+i+j+k>0、g=a+f+lを同時に満足する値である。]
[2] 遷移金属元素の含有量の合計値が30質量ppm以下である、[1]に記載のシリコーン組成物。
[3] 前記エポキシ変性シリコーンのエポキシ価が0.15以上0.50以下の範囲である、[1]又は[2]に記載のシリコーン組成物。
[4] Rが、各々独立に、下記一般式(2)〜(5)で表されるいずれかの有機基である、[1]〜[3]のいずれか1項に記載のシリコーン組成物。
Figure 0006133248

Figure 0006133248

Figure 0006133248

Figure 0006133248

[一般式(2)〜(5)中、Rは、各々独立に、炭素原子数が1以上16以下及び酸素原子数が1以上4以下であり、鎖状、分岐状又は環状の無置換又は置換された2価の有機基を表す。]
[5] 前記ニトリル化合物が、下記一般式(6)で表される化合物である、[1]〜[4]のいずれか1項に記載のシリコーン組成物。
Figure 0006133248

[一般式(6)中、Rは、各々独立に、水素原子、シアノ基、炭素原子数が1以上2以下及び酸素原子数が0以上2以下である1価の脂肪族有機基を表す。]
[6] 前記エポキシ変性シリコーン中の全Si数に対するSiH基の含有率が2%未満である、[1]〜[5]のいずれか1項に記載のシリコーン組成物。
[7] 25℃における粘度が、500,000mPa・s以下である、[1]〜[6]のいずれか1項に記載のシリコーン組成物。
[8] [1]〜[7]のいずれか1項に記載のシリコーン組成物を含む硬化性組成物。
[9] 前記シリコーン組成物100質量部に対し、エポキシ樹脂用硬化剤1質量部以上200質量部以下、及び硬化促進剤0.001質量部以上10質量部以下を含む、[8]に記載の硬化性組成物。
[10] 前記シリコーン組成物100質量部に対し、カチオン重合触媒0.001質量部以上10質量部以下を含む、[8]に記載の硬化性組成物。
[11] [8]〜[10]のいずれか1項に記載の硬化性組成物を用いて発光素子を封止して製造した発光部品。
[12] [8]〜[10]のいずれか1項に記載の硬化性組成物を用いて得られるレンズ。
[13] [11]に記載の発光部品を用いた表示機器。
本発明によれば、硬化させた場合に、硬化物が良好な透明性、優れた耐光性、優れた耐熱変色性、優れた密着性を有すると共に、輸送や貯蔵の際等、高温時の保存安定性に優れるシリコーン組成物を提供することが可能となる。また、本発明によれば、素子やパッケージ材料との密着性に優れ、長期にわたって輝度の低下を抑制可能な発光素子封止用に好適に用いられる硬化性組成物、及び該硬化性組成物を用いて形成された発光部品を提供することが可能となる。
また、本発明は、射出成形に適し、硬化後において硬質であり寸歩安定性にも優れた、レンズ材料として好適な硬化性組成物を提供することが可能である。
一実施形態に係る光半導体発光素子の模式断面図である。 一実施形態に係る光半導体発光素子の模式断面図である。
本発明のシリコーン組成物は、エポキシ変性シリコーンと、ニトリル化合物とを含む。本発明に係るエポキシ変性シリコーンは、下記平均組成式(1)で表されるものである。
Figure 0006133248
平均組成式(1)中、Rは、各々独立に、(A)鎖状、分岐状又は環状の無置換又は置換された脂肪族炭化水素構造を有し、炭素原子数が1以上24以下及び酸素原子数が0以上5以下である1価の脂肪族有機基、(B)無置換又は置換された炭素原子数が6以上24以下及び酸素原子数が0以上5以下である1価の芳香族有機基であって、置換された場合には、鎖状、分岐状又は環状の無置換又は置換された脂肪族炭化水素構造を有する置換基を有する、1価の芳香族有機基、又は(C)鎖状、分岐状若しくは環状の無置換若しくは置換された脂肪族炭化水素構造、又は無置換若しくは置換された芳香族炭化水素構造を有する、炭素原子数が5以上26以下、酸素原子数が0以上5以下、及び珪素原子数が1である1価の有機基を表す。各シロキシ単位中に複数あるRは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
は、各々独立に、鎖状、分岐状又は環状の無置換又は置換された脂肪族炭化水素構造を有し、炭素原子数が4以上24以下及び酸素原子数が1以上5以下であり、エポキシ基を含有する1価の有機基を表す。各シロキシ単位中に複数あるRは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
Yは、各々独立に、無置換又は置換された鎖状、分岐状及び環状からなる群より選ばれる1種以上の構造からなり、炭素原子数が2以上70以下、酸素原子数が0以上15以下、及び珪素原子数が0以上10以下である2価の有機基を表す。各シロキシ単位中に複数あるYは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
ZはYとの結合を表す。
a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、nは、エポキシ変性シリコーン1モル中に存在する各シロキシ単位のモル数を表し、a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、nは各々0以上の値でd+h+k>0、e+f+h+i+j+k>0、g=a+f+lを同時に満足する値である。
ここで、平均組成式(1)において、j、k、l、m、nが下記数式(I)、数式(II)を同時に満足する場合には、上記のa、b、c、d、j、k、l、m、nは、数式(III)を満足する範囲から選択される数値である。
j+k+l+m>0 ・・・数式(I)
n>0 ・・・数式(II)
0≦(b+c+d)≦a+(j+k+l+m)+2n+2・・・数式(III)
また、上記のj、k、l、m、nが下記数式(IV)、数式(V)を同時に満足する場合には、上記のa、b、c、dは下記数式(VI)を満足する範囲から選択される数値である。
j+k+l+m=0 ・・・数式(IV)
n=0 ・・・数式(V)
0≦(b+c+d)≦a+2 ・・・数式(VI)
また、上記のj、k、l、m、nが各々下記数式(I)、数式(V)を同時に満足する場合には、上記のa、b、c、d、j、k、l、mは下記数式(VII)を満足する範囲から選択される数値である。
j+k+l+m>0 ・・・数式(I)
n=0 ・・・数式(V)
0≦(b+c+d)≦a+(j+k+l+m)+2 ・・・数式(VII)
更に、j、k、l、m、nが下記数式(IV)、数式(II)を同時に満足する場合には、上記のa、b、c、d、nは下記数式(VIII)を満足する範囲から選択される数値である。
j+k+l+m=0 ・・・数式(IV)
n>0 ・・・数式(II)
0≦(b+c+d)≦a+2n+2 ・・・数式(VIII)
本発明に係るエポキシ変性シリコーンを表す平均組成式(1)について以下に詳細を説明する。
本発明に係るエポキシ変性シリコーンのシロキサン連鎖は、ランダムであってもブロックであってもよい。
本発明において、Rは、各々独立に、(A)鎖状、分岐状又は環状の無置換又は置換された脂肪族炭化水素構造を有し、炭素原子数が1以上24以下及び酸素原子数が0以上5以下である1価の脂肪族有機基、(B)無置換又は置換された炭素原子数が6以上24以下及び酸素原子数が0以上5以下である1価の芳香族有機基であって、置換された場合には、鎖状、分岐状又は環状の無置換又は置換された脂肪族炭化水素構造を有する置換基を有する、1価の芳香族有機基、又は(C)鎖状、分岐状又は環状の無置換又は置換された脂肪族炭化水素構造、及び/又は無置換又は置換された芳香族炭化水素構造を有する、炭素原子数が5以上26以下、酸素原子数が0以上5以下、及び珪素原子数が1である1価の有機基を表す。各シロキシ単位中に複数あるR1は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
上記(A)鎖状、分岐状又は環状の無置換又は置換された脂肪族炭化水素構造を有し、炭素原子数が1以上24以下及び酸素原子数が0以上5以下である1価の脂肪族有機基としては、例えば、
(A−1)メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基、等の脂肪族炭化水素からなる鎖状の有機基、
(A−2)ビニル基、アリル基、イソプロペニル基、ブテニル基、イソブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、等の炭素−炭素2重結合を含む脂肪族炭化水素からなる鎖状の有機基、
(A−3)シクロペンチル基、メチルシクロペンチル基、シクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基、ノルボルニル基等の環状単位を含む炭化水素からなる有機基、
(A−4)メトキシエチル、エトキシエチル、プロポキシエチル基、メトキシプロピル基、エトキシプロピル基、プロポキシプロピル基等のエーテル結合を含む有機基、
等が挙げられる。
上記(B)無置換又は置換された炭素原子数が6以上24以下及び酸素原子数が0以上5以下である1価の芳香族有機基であって、置換された場合には、鎖状、分岐状又は環状の無置換又は置換された脂肪族炭化水素構造を有する置換基を有する、1価の芳香族有機基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ベンジル基、α−メチルスチリル基、3−メチルスチリル基、4−メチルスチリル基等が挙げられる。
上記(C)鎖状、分岐状若しくは環状の無置換若しくは置換された脂肪族炭化水素構造、又は無置換若しくは置換された芳香族炭化水素構造を有する、炭素原子数が5以上26以下、酸素原子数が0以上5以下、及び珪素原子数が1である1価の有機基としては、例えば、下記一般式(7)、一般式(8)で表される有機基が挙げられる。
Figure 0006133248

Figure 0006133248
ここで、Rは、各々独立に、(D)鎖状、分岐状又は環状の無置換又は置換された脂肪族炭化水素構造を有し、炭素原子数が1以上8以下及び酸素原子数が0以上5以下である1価の脂肪族有機基、又は(E)無置換又は置換された芳香族炭化水素構造と、必要に応じて無置換又は置換された、鎖状、分岐状又は環状の脂肪族炭化水素構造とを有し、炭素原子数が6以上8以下及び酸素原子数が0以上5以下である1価の芳香族有機基を表す。
以下に、Rの具体例について説明する。
上記(D)鎖状、分岐状又は環状の無置換又は置換された脂肪族炭化水素構造を有し、炭素原子数が1以上8以下及び酸素原子数が0以上5以下である1価の脂肪族有機基としては、例えば、
(D−1)メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基等の脂肪族炭化水素からなる鎖状の有機基、
(D−2)シクロペンチル基、メチルシクロペンチル基、シクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基、ノルボルニル基等の環状単位を含む炭化水素からなる有機基、
(D−3)メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、t−ブトキシ基等のアルコキシ基、メトキシエチル、エトキシエチル、プロポキシエチル基、メトキシプロピル基、エトキシプロピル基、プロポキシプロピル基等のエーテル結合を含む有機基、
等が挙げられる。
更に、上記(E)無置換又は置換された芳香族炭化水素構造と、必要に応じて無置換又は置換された、鎖状、分岐状又は環状の脂肪族炭化水素構造とを有し、炭素原子数が6以上8以下及び酸素原子数が0以上5以下である1価の芳香族有機基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ベンジル基、α−メチルスチリル基、3−メチルスチリル基、4−メチルスチリル基等の芳香族炭化水素からなる有機基等が挙げられる。これらは、1種又は2種以上が混在した有機基であってよい。
次に、本発明における有機基Rについて説明する。
は、各々独立に、鎖状、分岐状又は環状の無置換又は置換された脂肪族炭化水素構造を有し、炭素原子数が4以上24以下及び酸素原子数が1以上5以下であり、エポキシ基を含有する1価の有機基であり、例えば、下記一般式(2)〜一般式(5)、一般式(9)、及び一般式(10)、等の構造が例示できる。各シロキシ単位中に複数あるRは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
Figure 0006133248

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Figure 0006133248

Figure 0006133248

Figure 0006133248

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上記の一般式中のRは、Rが鎖状、分岐状又は環状の無置換又は置換された脂肪族炭化水素構造を有し、炭素原子数が4以上24以下及び酸素原子数が1以上5以下であり、エポキシ基を含有する1価の有機基であれば特に限定はなく、エポキシ基の構造によっても異なるが、例えば、−(CH−O−、−(CH−O−、−(CH−O−、−CH−CH(CH)−O−、−CH−CH(CH)−CH−O−、−CH−CH−CH(CH)−O−、−CH−CH(CH)−COO−、−CH−CH−COO−等のエーテル結合又はエステル結合を含む構造、−(CH−、−CH(CH)−、−(CH−、−CH(CH)−CH−、−CH−CH(CH)−、−(CH−、−(CH−、−(CH−、−(CH−、−(CH−、−(CH−、−(CH10−、−(CH11−、−(CH12−、−(CH13−、−(CH14−、−(CH15−、−(CH16−等の鎖状又は分岐状からなる脂肪族炭化水素構造が例示できる。
エポキシ変性シリコーン1分子中にRが複数ある場合には、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。更に、光学異性体が存在する場合には、単独、或いは、2種以上の光学異性体が混在した有機基であってもよい。
次に、本発明における有機基Y、並びに、結合Zについて説明する。
有機基Yは、後述する本発明に係るエポキシ変性シリコーンの製造の際にヒドロシリル化によって生成する連結基であり、各々独立に、無置換又は置換された鎖状、分岐状及び環状からなる群より選ばれる1種以上の構造からなり、炭素原子数が2以上70以下、酸素原子数が0以上15以下、及び珪素原子数が0以上10以下である2価の有機基である。具体的には、例えば、下記一般式(11)で表される2価の有機基等が挙げられる。
Figure 0006133248

一般式(11)中、pは0又は10以下の正数である。また、Rは、各々独立に、炭素原子数が1以上10以下及び酸素原子数が0以上3以下である2価の脂肪族有機基であり、Rは、各々独立に、無置換又は置換された鎖状、分岐状及び環状よりなる群から選ばれる1種以上の構造からなる炭素原子数が1以上6以下である1価の有機基であり、Yとして炭素原子数が2以上70以下、酸素原子数が0以上15以下、及び珪素原子数が0以上10以下の範囲から選ばれる。複数存在するR、Rは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
このようなRとしては、例えば、−(CH−、−(CH−、−(CH−、−(CH−、−(CH−、−CH(CH)−、−CH−CH(CH)−、−CH−CH(CH)−CH−、−CH−CH(CH)−(CH−、−CH−CH(CH)−(CH−、−CH−CH(CH)−(CH−、−CH−CH(CH)−(CH−、−CH−CH(CH)−(CH−、−CH−CH(CH)−(CH−、−CH−CH(CH)−CH(CH)−CH−、−CH−CH(CH)−CH−CH(CH)−CH−、−CH−CH(CH)−(CH−CH(CH)−CH−、−CH−CH(CH)−(CH−CH(CH)−CH−、−CH−CH(CH)−(CH−CH(CH)−CH−、−CH(CH)−CH−、−CH(CH)−(CH−、−CH(CH)−(CH−、−CH(CH)−(CH−、−CH(CH)−(CH−、−CH(CH)−(CH−、−CH(CH)−(CH−、−CH(CH)−(CH−、−CH−CH(CH)−CO−O−(CH−、−CH−CH(CH)−COO−(CH−、−CH−CH(CH)−CO−O−(CH−、−CH−CH(CH)−CO−O−(CH−、−CH−CH(CH)−CO−O−(CH−、−(CH−CO−O−(CH−、−(CH−COO−(CH−、−(CH−CO−O−(CH−、−(CH−CO−O−(CH−、−(CH−CO−O−(CH−、−(CH−CO−O−(CH−、等が例示できる。
一方、Rとしては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、等の炭化水素から成る鎖状の有機基、シクロペンチル基、メチルシクロペンチル基、シクロヘキシル基、等の環状単位を含む炭化水素からなる有機基等が挙げられる。
ZはYとの結合を表す。具体的には、Si−Y−Z−Siの構造を意味し、当該構造において、Zは直接結合を表す。
上記のR、R、R、Rには、前記の炭素数及び酸素数、必要に応じて、珪素数の範囲内であれば、有機基としてヒドロキシル単位、アルコキシ単位、アシル単位、カルボキシル単位、アルケニルオキシ単位、アシルオキシ単位、フッ素や塩素等のハロゲン原子、或いは、エステル結合、更には、酸素原子や珪素原子を除く窒素、リン、硫黄等のヘテロ原子を含んでいてもよい。
本発明において、平均組成式(1)の有機基R、R、R、Rとしては、本発明のシリコーン組成物の耐光性が良好となる、或いは、保存時の安定性が高まる傾向にあるため、平均組成式(1)で表されるエポキシ変性シリコーンの全Si単位の合計モル数に対する、ヒドロキシル単位、アルコキシ単位、アシル単位、カルボキシル単位、アルケニルオキシ単位、アシルオキシ単位、フッ素を除く塩素等のハロゲン原子、或いは、エステル結合、更には、酸素原子や珪素原子を除く窒素、リン、硫黄等のヘテロ原子を含む有機基が結合した珪素原子の合計モル数が、10%以下であることが好ましく、1%以下であることがより好ましく、全く含まないことが更に好ましい。
また、接着性が向上することから、フッ素原子を含む有機基が結合した珪素原子の合計モル数が10%以下であることが好ましく、1%以下であることがより好ましく、全く含まないことが更に好ましい。
一方、本発明のシリコーン組成物を用いて硬化物を製造する際に、安定的に再現性よく硬化させることが可能となる傾向にあるため、平均組成式(1)で表されるエポキシ変性シリコーンの全Si単位の合計モル数に対する、炭素−炭素2重結合を含む炭素数が2以上6以下の無置換又は置換された、鎖状及び分岐状なる群から選ばれる1種以上の構造からなる1価の脂肪族有機基が結合した珪素原子の合計モル数は、10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、1%以下であることが更に好ましく、全く含まないことが特に好ましい。
また、本発明のシリコーン組成物を用いて得られた硬化物の耐光性が良好となると共に、耐熱変色性が向上する傾向にあるため、本発明における平均組成式(1)の有機基Rとしては、上記(A−1)、(A−3)、Rが(D−1)及び(D−2)であるC)からなる群から選択されることが好ましく、(A−1)及び(A−3)中の炭素数が1以上8以下、酸素数0からなる群から選択される有機基であることがより好ましく、(A−1)及び(A−3)中の炭素数が1以上8以下、酸素数0からなる群から選択される無置換の鎖状の有機基であることが更に好ましく、メチル基であることが特に好ましい。
本発明の平均組成式(1)で表されるエポキシ変性シリコーンにおける有機基Rとしては、シリコーン組成物を硬化させる際の硬化速度が高まる、或いは、シリコーン組成物を用いて得られた硬化物の耐光性が高まる傾向にあるため、一般式(2)〜一般式(5)で表されるものが好ましく、一般式(2)〜一般式(5)で表され、且つ、Rが−(CH−、−CH(CH)−、−(CH−、−CH(CH)−CH−、−CH−CH(CH)−、−(CH−、−(CH−、−(CH−、−(CH−、−(CH−、−(CH−、−(CH10−、−(CH11−、−(CH12−、−(CH13−、−(CH14−、−(CH15−、−(CH16−等の鎖状又は分岐状からなる脂肪族炭化水素構造であることがより好ましく、一般式(2)〜一般式(5)で表され、且つ、Rが−(CH−、−CH(CH)−であることが更に好ましく、一般式(2)〜一般式(5)で表され、且つ、Rが−(CH−であることが特に好ましく、一般式(3)で表され、且つ、Rが−(CH−であることが望ましい。
本発明における2価の有機基Yとしては、本発明のシリコーン組成物を用いて得られる硬化物の耐光性及び耐熱変色性が高まる傾向にあること、LEDのオン/オフサイクルに伴う温冷サイクルにおける耐クラック性とハウジングへの密着性が高まる傾向にあることから、有機基Yとしては、pの値が4以下であることが好ましく、2であることがより好ましく、pの値が2、且つ、Rが−(CH−、−CH(CH)−、からなる群から選ばれる1種以上の構造であることが更に好ましく、pの値が2、且つ、Rが−(CH−であることが特に好ましく、pの値が2、且つ、Rが−(CH−であり、更に、Rがメチル基であることが望ましい。
本発明の平均組成式(1)で表されるエポキシ変性シリコーンにおいて、a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、nは、エポキシシリコーン1モル中に存在する各シロキシ単位のモル数を表し、a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、nは各々0以上の値であり、d+h+k>0、e+f+h+i+j+k>0、g=a+f+lを同時に満足する値である。
d、h、kのいずれもがゼロの場合には、エポキシ変性シリコーン中にエポキシ基が存在せず、密着性を有する硬化物を安定的に再現性よく製造することが困難となる。また、e、f、h、i、j、kのいずれもがゼロの場合には、硬化物の硬度が高すぎLEDのオン/オフサイクルに伴う温冷サイクルにおける耐クラック性が著しく低下する。
本発明のシリコーン組成物の高温時の保存安定性が一層高まることから、エポキシ変性シリコーン中の全Si数に対するSiH基の含有率(%)が2%未満であることが好ましく、1%以下であることがより好ましく、0.5%以下であることが更に好ましい。本発明において、エポキシ変性シリコーン中の全Si数に対するSiH基の含有率(%)は、[(c+i+m)/(a+b+c+d+e+f+g+h+i+j+k+l+m+n)×100]で表すことができる。
本発明に係るエポキシ変性シリコーンにおいて、分岐鎖の含有率(%)を表す[(j+k+l+m+2n)/(a+b+c+d+e+f+g+h+i+j+k+l+m+n)×100]の値は、シリコーン組成物の取り扱い性が向上し、更には硬化剤、硬化促進剤との相溶性、均一混合性が良好となり、硬化後において耐クラック性が良好となる傾向にあるため、4%以下であることが好ましく、1%以下であることがより好ましく、含まないことが更に好ましい。
ここで、本発明に係るエポキシ変性シリコーンにおける[(c+i+m)/(a+b+c+d+e+f+g+h+i+j+k+l+m+n)]、[(j+k+l+m+2n)/(a+b+c+d+e+f+g+h+i+j+k+l+m+n)]の算出法について説明する。
本発明に係るエポキシ変性シリコーンにおける[(c+i+m)/(a+b+c+d+e+f+g+h+i+j+k+l+m+n)]、[(j+k+l+m+2n)/(a+b+c+d+e+f+g+h+i+j+k+l+m+n)]は、下記記載の方法による29Si−NMR測定を行って得られるスペクトルパターンから算出された積分値を元に、全Siに対する(c+i+m)及び(j+k+l+m+2n)に該当する各シロキシ単位の存在比率を算出することによって得られる値である。
29Si−NMRの測定方法>
エポキシ変性シリコーン0.15gを重水素化クロロホルム1gに溶解して得られた溶液に、Cr(acac)を0.015g、テトラメチルシランを10μL添加してNMR測定溶液とする。該NMR測定溶液を用いて、プロトン完全デカップル条件における29Si−NMRの測定を積算回数4,000回にて実施する。
ここで、本発明における平均組成式(1)で表されるエポキシ変性シリコーンの数平均分子量、平均組成式(1)で表されるエポキシ変性シリコーン中の分子量800以下の成分の含有率、並びに、平均組成式(1)で表されるエポキシ変性シリコーン中の分子量10,000以上の成分の含有率について説明する。
エポキシ変性シリコーン中の数平均分子量は、溶離液としてクロロホルムを用い、標準物質として単分散ポリスチレン及びスチレンモノマーを用いるゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定によって得られる値である。具体的には、RI検出による溶出時間から求めた検量線を予め作成し、測定試料溶液の溶出時間と検出強度から、上記の検量線を用いて算出された数平均分子量のことをいう。
一方、エポキシ変性シリコーン中の分子量800以下の成分の含有率とは、上記のGPC測定によって得られる溶出曲線において、エポキシ変性シリコーンの溶出開始点と溶出終了点を結んで得られる該溶出ピーク面積(ピーク面積1)に対する、分子量800以下に相当するピークの面積(ピーク面積2)の比率を百分率で表記した数値[すなわち、(ピーク面積2)/(ピーク面積1)×100(%)で表される数値]のことをいう。
また、エポキシ変性シリコーン中の分子量10,000以上の成分の含有率とは、上記のGPC測定によって得られる溶出曲線において、エポキシ変性シリコーンの溶出開始点と溶出終了点を結んで得られる該溶出ピーク面積(ピーク面積1)に対する、分子量10,000以上に相当するピークの面積(ピーク面積3)の比率を百分率で表記した数値[すなわち、(ピーク面積3)/(ピーク面積1)×100(%)で表される数値]のことをいう。
本発明に係る平均組成式(1)で表されるエポキシ変性シリコーンとしては、本発明のシリコーン組成物を用いて得られる硬化物の耐熱性が高まる傾向にあるため、エポキシ変性シリコーンのエポキシ価が0.15以上であることが好ましく、0.20以上であることがより好ましく、0.23以上であることが更に好ましい。一方、本発明のシリコーン組成物を用いて得られる硬化物の耐光性、耐熱変色性が高まる傾向にあるため、本発明の平均組成式(1)で表されるエポキシ変性シリコーンのエポキシ価は0.50以下であることが好ましく、0.40以下であることがより好ましく、0.37以下であることが更に好ましい。
ここで、本発明におけるエポキシ価について説明する。
本発明におけるエポキシ価とは、エポキシ変性シリコーン100g中に存在するエポキシ単位の数のことを指し、具体的には、以下の方法によって測定される値のことをいう。
<エポキシ価の測定方法>
試料(例えば、樹脂試料)をベンジルアルコールと1−プロパノールに溶解する。この溶液にヨウ化カリウム水溶液、ブロモフェノールブルー指示薬を添加した後、1規定塩酸にて滴定し、反応系内が青色から黄色になった点を当量点とする。当量点より、エポキシ変性シリコーンのエポキシ価を以下の数式(IX)に従って算出する。
エポキシ価(当量/100g)=(V×N×F)/(10×W)・・・数式(IX)
[ここで、W、V、N、Fは各々以下の値を表す。
W:試料の重量(g)、
V:滴定量(mL)、
N:滴定に使用した塩酸の規定度(N)、
F:滴定に使用した塩酸のファクター]
また、本発明において、シリコーン組成物を用いて得られた硬化物の表面のベタツキが抑制される傾向にあるため、[(本発明の平均組成式(1)で表されるエポキシ変性シリコーンの数平均分子量)/(100/エポキシ価)]の値は1以上であることが好ましく、1.5以上であることがより好ましい。
本発明のシリコーン組成物は、流動性等に起因する取り扱い性や加工性を向上させる観点から、該シリコーン組成物の粘度が、25℃における測定値として500,000mPa・s以下の範囲であることが好ましく、200,000mPa・s以下の範囲であることがより好ましく、100,000mPa・s以下の範囲であることが更に好ましい。
ここで、シリコーン組成物の粘度とは、回転式E形粘度計(例えば、東機産業株式会社製、「TV−22形」、ローター:3°×R14)を用い、温度25℃にて測定される値である。
エポキシ変性シリコーンは、例えば、
(F−1)オルガノハロシランやオルガノアルコキシシラン等の縮合反応性基を含有するオルガノシリコーンを基質として、必要に応じて加水分解した後、縮合反応に供することよって、エポキシ単位を有する有機基等を導入する方法、
(F−2)Si−H基を含有する環状のオルガノハイドロジェンシリコーン及び/又は鎖状、分岐状からなるオルガノハイドロジェンシリコーンに対し、ヒドロシリル化反応によって、炭素−炭素2重結合及びエポキシ基を有する化合物、並びに、必要に応じて、炭素−炭素2重結合を有するシリコーンとを付加させる方法、
(F−3)エポキシ単位を含有する有機基を置換基として有する環状オルガノシリコーンを少なくとも含む環状オルガノシリコーン類を、必要に応じて分子内にSi−H基を含有、又は含有しない、鎖状及び/又は分岐状のシロキサン類共存下で開環重合する方法、
(F−4)前記(F−1)、(F−2)、(F−3)記載の方法によって得られる変性
ポリシロキサン類を再平衡化反応させることによって合成する方法、
等により製造することが可能である。前記の内、(F−1)、(F−3)、(F−4)の方法は、エポキシ基が開環する等の副反応を伴うことがしばしば見受けられるため、通常、上記の(F−2)の方法が広く用いられている。
通常、ヒドロシリル化反応を行わせるために用いられた、例えば白金、ルテニウム、ロジウム等に代表される周期律表第8属、第9属、並びに、第10属の遷移金属、該金属の塩、或いは、該金属の錯体等に由来する遷移金属がエポキシ変性シリコーンの合成生成物中に残留する。
本発明のシリコーン組成物中の遷移金属元素の含有量の合計値としては、本発明のシリコーン組成物を硬化して得られる硬化物の耐熱黄変性が向上することから30質量ppm以下であることが好ましく、20質量ppm以下であることがより好ましく、10質量ppm以下であることが更に好ましく、8質量ppm以下であることが特に好ましい。本発明のシリコーン組成物中に含有される遷移金属元素の含有量の下限については特に限定はないが、遷移金属元素の含有量を0.01質量ppm未満まで低減するためには、例えば著しい量の活性炭を用いて吸着処理する等、多大な労力を要するため、通常、0.01質量ppm以上の範囲である。なお、1質量ppm(以下、単に「ppm」ともいう。)は、0.0001質量%に相当する。
次に、本発明において用いられるニトリル化合物について説明する。
本発明において、ニトリル化合物は、1分子中に1個以上のシアノ基を有する有機化合物であり、一般式(12)で表されるものが例示できる。
Figure 0006133248

ただし、Rは、炭素原子数が1以上10以下、酸素原子数が0以上2以下、及び窒素原子数が0以上2以下である、無置換又は置換された1価の脂肪族有機基を表す。
本発明において、Rは、炭素原子数が1以上20以下、酸素原子数が0以上2以下、及び窒素原子数が0以上2以下である、無置換又は置換された1価の脂肪族及び/又は芳香族有機基であり、前記の炭素原子数、酸素原子数、並びに、窒素原子数の範囲内であれば、ヒドロキシル基、アセチル基、アシル基、アミノ基、シアノ基等の有機基や、フッ素や塩素等のハロゲン原子を含んでいてもよい。
の具体例としては、例えば、メチル基、エチル基、2−シアノエチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基等のアルキル基、シクロペンチル基、メチルシクロペンチル基、シクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基、等のシクロアルキル基、ビニル基、アリル基、等のアルケニル基、ナフチル基、フェニル基、トリル基、ベンジル基、キシリル基、シアノフェニル基、アミノフェニル基、アセチルフェニル基、等のアリール基、等が挙げられる。
本発明のシリコーン組成物の高温時の保存安定性が一層高まることから、ニトリル化合物が下記一般式(6)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0006133248

一般式(6)中、Rは、各々独立に、水素、シアノ基、炭素原子数が1以上2以下及び酸素原子数が0以上2以下である1価の脂肪族有機基を表す。
の具体例としては、例えば、水素、シアノ基、メチル基、エチル基、アセチル基、等が挙げられる。
このようなニトリル化合物の具体例としては、例えば、ベンゾニトリル、o−トルニトリル、m−トルニトリル、p−トルニトリル、フタロニトリル、イソフタロニトリル、等が挙げられる。
本発明のシリコーン組成物において、ニトリル化合物は上述した化合物を1種単独で用いてもよく、2種以上の混合物を用いてもよい。
本発明において、シリコーン組成物は上記のニトリル化合物を0.1ppm以上50ppm以下含有することが必要である。ニトリル化合物の含有量が0.1ppm未満の場合には、本発明のシリコーン組成物の高温時の保存安定性が低下し、ゲル化等が生じるため好ましくない。一方、ニトリル化合物の含有量が50ppmを超過する場合には、本発明のシリコーン組成物を硬化して得られる硬化物の耐光性が著しく低下するため好ましくない。
本発明において、シリコーン組成物にニトリル化合物を0.1ppm以上50ppm以下含有させるための方法については特に限定はなく、例えば、
(G−1)Si−H基を含有する環状のオルガノハイドロジェンシリコーン及び/又は鎖状、分岐状からなるオルガノハイドロジェンシリコーンと炭素−炭素2重結合及びエポキシ基を有する化合物、並びに、必要に応じて、炭素−炭素2重結合を有するシリコーンとを、ヒドロシリル化反応用の遷移金属触媒及び溶媒存在下にてヒドロシリル化反応させてエポキシ変性シリコーンを製造し、該反応溶液から溶媒及び未反応の炭素−炭素2重結合を有する化合物を含む低沸成分を留去して得られたエポキシ変性シリコーンに対し、ニトリル化合物を0.1ppm以上50ppm以下となるように添加して均一混合する方法、
(G−2)Si−H基を含有する環状のオルガノハイドロジェンシリコーン及び/又は鎖状、分岐状からなるオルガノハイドロジェンシリコーンと炭素−炭素2重結合及びエポキシ基を有する化合物、並びに、必要に応じて、炭素−炭素2重結合を有するシリコーンとを、ヒドロシリル化反応用の遷移金属触媒及び溶媒存在下にてヒドロシリル化反応させてエポキシ変性シリコーンを製造し、該反応溶液中のエポキシ変性シリコーンに対して0.1ppm以上50ppm以下のニトリル化合物を添加して均一混合した後に、溶媒及び未反応の炭素−炭素2重結合を有する化合物を留去する方法、
(G−3)Si−H基を含有する環状のオルガノハイドロジェンシリコーン及び/又は鎖状、分岐状からなるオルガノハイドロジェンシリコーンと炭素−炭素2重結合及びエポキシ基を有する化合物、並びに、必要に応じて、炭素−炭素2重結合を有するシリコーンとを、ヒドロシリル化反応用の遷移金属触媒及び溶媒存在下にてヒドロシリル化反応させてエポキシ変性シリコーンを製造し、該反応溶液中のエポキシ変性シリコーンに対して50ppm超過のニトリル化合物を添加して均一混合した後に、溶媒、未反応の炭素−炭素2重結合を有する化合物、並びに、該ニトリル化合物を留去して、該ニトリル化合物の残留量をエポキシ変性シリコーンに対して0.1ppm以上50ppm以下とする方法、
等が例示できる。
本発明において、平均組成式(1)で表されるエポキシ変性シリコーンを、Si−H基を含有する環状のオルガノハイドロジェンシリコーン及び/又は鎖状、分岐状からなるオルガノハイドロジェンシリコーンと炭素−炭素2重結合及びエポキシ基を有する化合物、並びに、必要に応じて、炭素−炭素2重結合を有するシリコーンとを、ヒドロシリル化反応させるために用いられる遷移金属触媒としては、周期律表第8属、第9属、並びに、第10属の金属の単体、該金属固体をアルミナ、シリカ、カーボンブラック等の担体に担持させたもの、該金属の塩、或いは、該金属の錯体等を用いることができる。これらの内、ヒドロシリル化反応の活性が高く、副反応を生じにくい、白金、ロジウム、ルテニウムが好ましく、特に白金が好ましい。白金を用いたヒドロシリル化反応触媒としては、例えば、塩化白金酸、塩化白金酸とアルコール、アルデヒド、ケトンとの錯体、白金−ビニルシリコーン錯体、白金−ホスフィン錯体、白金−ホスファイト錯体、ジカルボニルジクロロ白金、ジシクロペンタジエニルジクロロ白金等が挙げられる。
ヒドロシリル化反応を行う際に用いられる遷移金属触媒の量は、ヒドロシリル化反応中のエポキシ基の開環を抑制してエポキシ変性シリコーンを再現性よく製造する観点から、ヒドロシリル化反応によって得られるエポキシ変性シリコーンに対する遷移金属の量が0.01ppm以上30ppm以下の範囲とすることが好ましく、0.1ppm以上20ppm以下の範囲とすることがより好ましく、0.5ppm以上10ppm以下の範囲とすることが更に好ましく、1ppm以上8ppm以下の範囲とすることが特に好ましい。ヒドロシリル化反応を行う際に用いられる遷移金属触媒の量は、上記の範囲内であれば一定である必要は無く、反応初期や反応途中において変化させてもよい。
ヒドロシリル化反応を行う際の反応温度は、用いるオルガノハイドロジェンシリコーン、炭素−炭素2重結合及びエポキシ基を有する化合物、並びに、必要に応じて、炭素−炭素2重結合を有するシリコーンの種類や分子量、更には、回分式、半回分式、或いは連続式等の反応様式によっても異なるが、反応速度を高め、効率的に反応を完結させる観点において0℃以上250℃以下の範囲が好ましく、10℃以上200℃以下の範囲がより好ましく、20℃以上150℃以下の範囲が更に好ましく、30℃以上120℃以下の範囲が特に好ましい。反応温度は、上記の範囲内であれば一定である必要は無く、反応初期や反応途中において変化させてもよい。
ヒドロシリル化反応を行う際には、ヒドロシリル化反応による反応熱の除去を可能とし、得られるエポキシ変性シリコーンの変性を抑制したり、付加反応による反応系の粘度上昇を抑制する観点から、溶媒を用いることが好ましい。
用いられる溶媒としては、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキサン、テトラヒドロフラン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、アニソール等のエーテル系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン等の脂肪族炭化水素系溶媒、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、エチルベンゼン等の芳香族水素系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒、ブチルセロソルブ、ブチルカルビトール等のアルコール系溶媒等が挙げられる。これらの溶媒は、1種又は2種以上の混合物として用いることが可能である。
これらの内、ヒドロシリル化反応速度が比較的大きく、原料の溶解性及び/又は溶媒回収性の観点から、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、脂肪族炭化水素系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒が好ましく、エーテル系溶媒を50質量%以上含む溶媒がより好ましく、大気圧における沸点が120℃以下である1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも1種又は2種以上の混合溶媒が更に好ましい。
ヒドロシリル化反応を行う際に用いられる溶媒の量は、用いるオルガノハイドロジェンシリコーン、炭素−炭素2重結合及びエポキシ基を有する化合物、並びに、必要に応じて、炭素−炭素2重結合を有するシリコーンの種類や分子量、更には、回分式、半回分式、或いは連続式等の反応様式によっても異なるが、通常、ヒドロシリル化反応中において、該混合物の全質量に対する溶媒の質量は、0.1質量%以上99.9質量%以下の範囲、好ましくは10質量%以上95質量%以下の範囲、更に好ましくは20質量%以上90質量%以下の範囲である。
ヒドロシリル化反応を行う際の雰囲気は窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
ヒドロシリル化反応を行う際の反応方法は、特に限定されず、例えば、Si−H基を含有する環状のオルガノハイドロジェンシリコーン及び/又は鎖状、分岐状からなるオルガノハイドロジェンシリコーンと炭素−炭素2重結合及びエポキシ基を有する化合物、並びに、必要に応じて、炭素−炭素2重結合を有するシリコーンとを回分式、半回分式、連続式からなる群から選ばれる1種又は2種以上の組み合わせの方法により、逐次的、連続的、或いは、一度に反応させる方法が例示できる。
ヒドロシリル化触媒の添加方法としては、Si−H基を含有する環状のオルガノハイドロジェンシリコーン及び/又は鎖状、分岐状からなるオルガノハイドロジェンシリコーンと炭素−炭素2重結合及びエポキシ基を有する化合物、並びに、必要に応じて、炭素−炭素2重結合を有するシリコーン及び/又は溶媒とを予め混合し、最後にヒドロシリル化触媒を添加する方法が好ましく用いられる。また、炭素−炭素2重結合を有するシリコーンを、Si−H基を含有する環状のオルガノハイドロジェンシリコーン及び/又は鎖状、分岐状からなるオルガノハイドロジェンシリコーンに対して付加させることを必須とする場合には、Si−H基を含有する環状のオルガノハイドロジェンシリコーン及び/又は鎖状、分岐状からなるオルガノハイドロジェンシリコーンと炭素−炭素2重結合及びエポキシ基を有する化合物と、必要に応じて溶媒とを予め混合し、最後にヒドロシリル化触媒を添加してヒドロシリル化反応を行った後、炭素−炭素2重結合を有するシリコーン、更に必要に応じてヒドロシリル化触媒を更に添加して、ヒドロシリル化反応を完結させる方法が好ましく用いられる。
Si−H基を含有する環状のオルガノハイドロジェンシリコーン及び/又は鎖状、分岐状からなるオルガノハイドロジェンシリコーンと炭素−炭素2重結合及びエポキシ基を有する化合物、並びに、必要に応じて、炭素−炭素2重結合を有するシリコーンをヒドロシリル化反応により付加させる際には、系内の水分が影響を及ぼす場合がある。ヒドロシリル化反応速度を維持する、或いは、エポキシ基の開環反応を抑制する観点から、反応系の水分量は反応系の質量を基準として2質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましく、0.5質量%以下であることが更に好ましく、0.1質量%以下が更により好ましく、0.05質量%以下が特に好ましい。
上記の(G−1)〜(G−2)の方法においてニトリル化合物を添加するのに先立ち、必要に応じてヒドロシリル化反応触媒を含む遷移金属等の金属成分や着色成分等を吸着除去することも可能である。用いられる吸着剤としては、例えば、活性炭、セライト、シリカゲル、アルミナ粉、イオン交換樹脂等が挙げられる。これらの後処理の操作は、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
また、遷移金属等の金属成分や着色成分等を吸着除去する処理を行う際の温度は、エポキシ変性シリコーン、或いは、反応後の溶液の粘度を低め、操作を容易に行えるようになることから−50℃以上の範囲が好ましく、0℃以上であることが更に好ましい。一方、エポキシ変性シリコーンの変性を抑制するうえで、250℃以下の範囲が好ましく、200℃以下の範囲がより好ましく、150℃以下の範囲が更に好ましく、120℃以下の範囲が特に好ましい。温度は、上記の範囲内であれば一定である必要は無く、反応初期や反応途中において変化させてもよい。
上記の(G−1)〜(G−2)の方法においてニトリル化合物を添加した後、均一に混合する操作は、空気下及び/又は窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行うことができる。これらの雰囲気の内、得られるシリコーン組成物の変性を抑制できることから、不活性ガス雰囲気下で操作を行うことが好ましい。
ニトリル化合物を添加した後、均一に混合する際の温度は、シリコーン組成物、或いは、反応後の溶液の粘度を低め、均一混合操作を容易に行えるようになることから−50℃以上の範囲が好ましく、0℃以上であることが更に好ましい。一方、シリコーン組成物の変性を抑制するうえで、250℃以下の範囲が好ましく、200℃以下の範囲がより好ましく、150℃以下の範囲が更に好ましく、120℃以下の範囲が特に好ましい。温度は、上記の範囲内であれば一定である必要は無く、反応初期や反応途中において変化させてもよい。
上記の(G−1)〜(G−2)の方法において、反応溶液から溶媒、未反応の炭素−炭素2重結合を有する化合物、更に必要に応じてニトリル化合物等の成分を分離する際の温度は、エポキシ変性シリコーン又はシリコーン組成物の変性を抑制する観点から、好ましくは−50℃以上250℃以下の範囲、より好ましくは0℃以上200℃以下の範囲、更に好ましくは10℃以上150℃以下の範囲、特に好ましくは20℃以上120℃以下の範囲である。前記範囲内であれは、エポキシ変性シリコーン又はシリコーン組成物を含む混合物からエポキシ変性シリコーン又はシリコーン組成物を分離する際の温度は、一定の温度である必要はなく、途中で温度を変化させることも可能である。
これらの分離操作は、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
エポキシ変性シリコーン又はシリコーン組成物を含む混合物からエポキシ変性シリコーン又はシリコーン組成物を分離する工程には、低沸化合物と揮発性化合物の含有量が低減してエポキシ変性シリコーン又はシリコーン組成物を含む混合物の粘度が上昇した場合においても、効率的に低沸化合物と揮発性化合物を分離し得る装置を用いることが好ましい。このような装置としては、例えば、竪型撹拌槽、表面更新型撹拌槽、薄膜蒸発装置、表面更新型二軸混練器、二軸横型撹拌器、濡れ壁式反応器、自由落下型の多孔板型反応器、支持体に沿わせて化合物を落下させながら揮発成分を留去させる反応器等が挙げられる。これらの装置は、1種又は2種以上を組み合わせて用いることも可能である。
本発明のシリコーン組成物は、上記ニトリル化合物、及び遷移金属等の金属成分や着色成分等の不可避的不純物以外の成分が、本発明に係る平均組成式(1)で表されるエポキシ変性シリコーンであることが好ましい。例えば、本発明のシリコーン組成物におけるエポキシ変性シリコーンの含有量は、98質量%以上であることが好ましく、99質量%以上であることがより好ましく、99.9%質量以上であることが更に好ましく、99.99質量%以上であることが特に好ましい。
本発明のシリコーン組成物は、輸送や貯蔵の際等、高温時の保存安定性に優れるうえに、該シリコーン組成物を硬化して得られた硬化物が、良好な透明性を有すると共に、優れた耐光性、耐熱変色性、密着性を有することから、発光素子用封止材や、眼鏡レンズ、光学機器用レンズ、CDやDVDのピックアップ用レンズ、自動車ヘッドランプ用レンズ、プロジェクター用レンズ等のレンズ材料としても好適に用いられる。更には光ファイバー、光導波路、光フィルター、光学用接着剤、ダイボンド剤、光半導体素子用アンダーフィル材、光ディスク基板、ディスプレイ基板、反射防止膜等のコーティング材料等、各種光学部材としても用いることが可能である。
前記用途に用いる場合には、本発明のシリコーン組成物は、必要に応じてエポキシ樹脂及び/又はエポキシ樹脂用硬化剤、硬化促進剤、カチオン重合触媒、変性剤、酸化防止剤、熱安定剤、シランカップリング剤、消泡剤、着色剤、蛍光体、光拡散剤、無機フィラー、熱伝導性フィラー等、従来公知の添加剤を適宜配合した硬化性組成物として使用される。硬化性組成物は、好ましくは硬化性樹脂組成物である。この場合、上述したエポキシ変性シリコーンが、エポキシ変性シリコーン樹脂であることが好ましい。
用いられるエポキシ樹脂としては、従来公知の芳香族グリシジルエーテルに代表される芳香族系エポキシ樹脂、芳香族系エポキシ樹脂の芳香環を水素化して得られるグリシジルエーテル類、脂環式エポキシ樹脂類、その他のエポキシ樹脂等が挙げられる。これらは、1種又は2種以上の混合物として用いることができる。
前記の芳香族グリシジルエーテルとしては、例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールAD、ビスフェノールS、テトラメチルビスフェノールA、テトラメチルビスフェノールF、テトラメチルビスフェノールAD、テトラメチルビスフェノールS、テトラブロモビスフェノールA、テトラクロロビスフェノールA、テトラフルオロビスフェノールA等のビスフェノール類をグリシジル化したビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェノール、ジヒドロキシナフタレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン等のその他の2価フェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、4,4−(1−(4−(1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル)フェニル)エチリデン)ビスフェノール等のトリスフェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂、1,1,2,2,−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン等のテトラキスフェノール類をグリシジル化したエポキシ樹脂、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、ビスフェノールAノボラック、臭素化フェノールノボラック、臭素化ビスフェノールAノボラック等のノボラック類をグリシジル化したノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられる。
芳香族系エポキシ樹脂の芳香環の水素化反応は、例えば、ルテニウム系触媒、ロジウム系触媒等を用いる従来公知の方法により実施することが可能である。
脂環式エポキシ樹脂類としては、従来公知の化合物、例えば、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)−1−ブタノールの1,2−エポキシ−4−(2−オキシラニル)シクロヘキサン付加物、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート等が挙げられる。
その他のエポキシ樹脂類としては、ダイマー酸グリシジルエステル、ヘキサヒドロフタル酸グリシジルエステル等のグリシジルエステル類、トリグリシジルイソシアヌレート等のグリシジルアミン類、エポキシ化大豆油、エポキシ化ポリブタジエン等の線状脂肪族エポキシ化合物等が例示できる。
前記のエポキシ樹脂として、芳香族系エポキシ樹脂を用いる場合、耐光性が良好となる傾向にあるため、用いられるエポキシ樹脂の総質量に対する該芳香族系エポキシ樹脂の比率は50質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることが更に好ましく、上記のエポキシ樹脂として、芳香族系エポキシ樹脂を全く含まないエポキシ樹脂を用いることが特に好ましい。
硬化性組成物中の前記エポキシ樹脂の配合量は、本発明のシリコーン組成物100質量部に対して、好ましくは0.1〜100質量部、より好ましくは1〜100質量部、更に好ましくは1〜80質量部である。
本発明において用いることができるエポキシ樹脂用硬化剤としては、特に制限はなく、従来公知の一般的なものが使用できるが、透明で着色のない硬化物が得られる傾向にあるため、酸無水物系硬化剤が好適に使用される。具体的には、ポリアゼライン酸無水物、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物、ノルボルナン−2,3−ジカルボン酸無水物、メチル−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物、メチル−ノルボルナン−2,3−ジカルボン酸無水物等の脂環式酸無水物類、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸等の芳香族酸無水物類、1分子中に2個以上の酸無水物含有官能基を置換基として有するシリコーン類、等が挙げられる。
これらの硬化剤の内、本発明のシリコーン組成物を硬化して得られる硬化物の耐光性が高まる傾向にあるため、脂環式酸無水物類、1分子中に2個以上の酸無水物含有官能基を置換基として有するシリコーン類がより好ましく、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、ノルボルナン−2,3−ジカルボン酸無水物、メチルノルボルナン−2,3−ジカルボン酸無水物が更に好ましい。これらの硬化剤は1種又は2種以上の混合物として用いることが可能である。
硬化性組成物中のエポキシ樹脂用硬化剤の配合量は、本発明のシリコーン組成物のエポキシ基に対して好ましくは0.1〜3当量、より好ましくは0.5〜2当量の範囲であり、シリコーン組成物100質量部に対して好ましくは1質量部〜200質量部、より好ましくは10質量部〜150質量部、更に好ましくは20質量部〜100質量部の範囲である。
本発明のシリコーン組成物を用いて得られる硬化性組成物には、必要に応じて、硬化促進剤が含有されていてもよい。用いられる硬化促進剤としては、イミダゾール化合物、4級アンモニウム塩、ホスホニウム塩、アミン化合物、アルミニウムキレート化合物、有機ホスフィン化合物、金属カルボン酸塩やアセチルアセトンキレート化合物等が挙げられる。これらの硬化促進剤は1種又は2種以上の混合物として用いることが可能である。
これらの化合物の具体例としては、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、1,8−ジアザ−ビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7、トリメチルアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエチルアミン、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、2−(ジメチルアミノメチル)フェノール等のアミン化合物及びその塩、テトラメチルアンモニウムクロリド、ベンジルトリメチルアンモニウムブロミド、テトラブチルアンモニウムブロミド等の4級アンモニウム塩、アルミニウムキレート、テトラ−n−ブチルホスホニウムベンゾトリアゾレート、テトラ−n−ブチルホスホニウム−0,0−ジエチルホスホロジチオエート等の有機ホスフィン化合物、クロム(III)トリカルボキシレート、オクチル酸スズ、クロムアセチルアセトナート等の金属カルボン酸塩やアセチルアセトンキレート化合物が例示できる。また、市販品としてはサンアプロ社よりU−CAT SA1、U−CAT 2026、U−CAT 18X等が例示できる。これらの中でも、着色の少ない硬化物を与える観点から、イミダゾール化合物、4級アンモニウム塩、ホスホニウム塩、有機ホスフィン化合物等が好ましく用いられる。
硬化性組成物中のこれら硬化促進剤の配合量は、シリコーン組成物100質量部に対して硬化速度を高める観点から、0.001質量部以上であることが好ましく、0.01質量部以上であることがより好ましく、0.1質量部以上であることが特に好ましい。一方、耐湿性や硬化物の着色の観点から、10質量部以下であることが好ましく、5質量部以下であることがより好ましく、3質量部以下であることが更に好ましく、1質量部以下であることが特に好ましい。
また、本発明のシリコーン組成物は、従来公知のカチオン重合触媒を配合することにより硬化性組成物とすることも可能である。
用いることができるカチオン重合触媒としては、BF・アミン錯体、PF、BF、AsF、SbF等に代表されるルイス酸系触媒、ホスホニウム塩や4級アンモニウム塩、スルホニウム塩、ベンジルアンモニウム塩、ベンジルピリジニウム塩、ベンジルスルホニウム塩、ヒドラジニウム塩、カルボン酸エステル、スルホン酸エステル、アミンイミドに代表される熱硬化性カチオン重合触媒、ジアリールヨードニウムヘキサフロオロホスフェート、ヘキサフルオロアンチモン酸ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウム等に代表される紫外硬化性カチオン重合触媒等が挙げられる。
これらの内、ガラス転移温度が高く半田耐熱性や密着性に優れた着色の少ない透明な硬化物が得られる傾向にあるため、熱硬化性カチオン重合触媒が好ましく用いられる。このような熱硬化性カチオン重合触媒としては、例えば、スルホニウム塩系のカチオン重合開始剤であるSI−100L、SI−60L(以上、三新化学工業製)、CP−66、CP−77(以上、旭電化工業製)等を挙げることができる。
硬化性組成物中のこれらカチオン重合触媒の配合量は、通常、シリコーン組成物100質量部に対して硬化速度を高める観点から、0.001質量部以上であることが好ましく、0.005質量部以上であることがより好ましく、0.01質量部以上であることが更に好ましい。一方、耐湿性や硬化物の着色の観点から、10質量部以下であることが好ましく、1質量部以下であることがより好ましく、0.5質量部以下であることが更に好ましく、0.2質量部以下であることが特に好ましい。
本発明の硬化性組成物に好適に用いられる硬化剤、硬化促進剤としては、上記以外に、例えば、特開平4−84444号公報、特開2005−93569号公報に記載されているようなアルミニウムトリスアセチルアセトネート等の有機基を有するアルミニウム化合物と、ジフェニルシランジオール、ジフェニルジエトキシシラン等のSiに直結したOH基若しくはアルコキシ基を有する化合物の組み合わせ等が挙げられる。
本発明のシリコーン組成物を用いて得られる硬化性組成物には、硬化物に可撓性を付与し剥離接着力を向上させる観点から、必要に応じて、変性剤が含有されていてもよい。用いられる変性剤としては、1分子中に2個以上の水酸基を含有するポリオール類が例示でき、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,2−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、エリスリトール、トリメチロールプロパン、1,2,4−ブタントリオール等の脂肪族系ポリオール類や、ポリカーボネートジオール、末端にシラノール基を有するシリコーン類が好ましく用いられる。これらの変性剤は、1種又は2種以上の混合物として用いることが可能である。
硬化性組成物中の1分子中に2個以上の水酸基を含有するポリオール類の配合量は、シリコーン組成物100質量部に対して、密着性を高めるという観点から好ましくは0.1質量部以上、耐熱性、耐湿性の観点から好ましくは50質量部以下であり、より好ましくは1〜30質量部、更に好ましくは3〜20重量部、特に好ましくは3〜10重量部である。
本発明の硬化性組成物には密着性等の物性を改善する目的で各種シランカップリング剤を用いることができる。本発明に適したシランカップリング剤としては、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルジメチルメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルジメチルエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、3−アミノプロピルジメチルエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)アミノメチルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)(3−アミノプロピル)トリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)(3−アミノプロピル)トリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)(3−アミノプロピル)メチルジメトキシシラン、N−[N’−(2−アミノエチル)(2−アミノエチル)](3−アミノプロピル)トリメトキシシラン、2−(2−アミノエチル)チオエチルトリエトキシシラン、2−(2−アミノエチル)チオエチルメチルジエトキシシラン、3−(N−フェニルアミノ)プロピルトリメトキシシラン、3−(N−シクロヘキシルアミノ)プロピルトリメトキシシラン、(N−フェニルアミノメチル)トリメトキシシラン、(N−フェニルアミノメチル)メチルジメトキシシラン、(N−シクロヘキシルアミノメチル)トリエトキシシラン、(N−シクロヘキシルアミノメチル)メチルジエトキシシラン、ピペラジノメチルトリメトキシシラン、ピペラジノメチルトリエトキシシラン、3−ピペラジノプロピルトリメトキシシラン、3−ピペラジノプロピルメチルジメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、メルカプトメチルトリメトキシシラン、メルカプトメチルトリエトキシシラン、メルカプトメチルメチルジメトキシシラン、メルカプトメチルメチルジエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジエトキシシラン、3−(トリメトキシシリル)プロピルコハク酸無水物、3−(トリエトキシシリル)プロピルコハク酸無水物、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、シクロヘキシルトリメトキシシラン、シクロヘキシルトリエトキシシラン、シクロペンチルトリメトキシシラン、シクロペンチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン、メチルビニルジエトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、メチルフェニルジエトキシシラン、メチルシクロヘキシルジメトキシシラン、メチルシクロヘキシルジエトキシシラン、メチルシクロペンチルジメトキシシラン、メチルシクロペンチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。またこれらのシランカップリング剤の部分縮合物を用いることもできる。
本発明のシリコーン組成物を用いて得られる硬化性組成物の硬化方法は公知の方法を用いることができる。前記の公知技術の内、加熱によって硬化させる方法、或いは、紫外線(UV)を照射することによって硬化させる方法は、エポキシ樹脂の硬化方法として一般的に用いられる方法であり、本発明において好ましい方法として例示できる。加熱により硬化させる際の温度は、用いられるエポキシ樹脂や硬化剤等に依るため特に限定はないが、通常、20〜200℃の範囲である。
硬化反応は空気中で行う他、必要に応じて窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行うことができる。
本発明のシリコーン組成物を含む硬化性組成物は、発光素子用封止材として好適に用いることができる。また、その発光素子用封止材を用いて発光素子を封止することにより、光半導体発光素子(例えば、発光ダイオード等)等の発光部品を製造することができる。
本発明のシリコーン組成物を含む硬化性組成物からなる発光素子用封止材を用いて封止された発光素子の発光波長は、赤外から赤色、緑色、青色、紫色、紫外まで幅広く用いることができ、従来の封止材では耐光性が不足して劣化してしまう250nm〜550nmの波長の光まで実用的に用いることができる。これにより、長寿命で、エネルギー効率が高く、色再現性の高い白色発光ダイオードを得ることができる。ここで、発光波長とは、主発光ピーク波長のことをいう。
使用される発光素子の具体例としては、例えば、基板上に半導体材料を積層して形成した発光素子を例示することができる。この場合、半導体材料としては、例えば、GaAs、GaP、GaAlAs、GaAsP、AlGaInP、GaN、InN、AlN、InGaAlN、SiC等が挙げられる。
基板としては、例えば、サファイア、スピネル、SiC、Si、ZnO、GaN単結晶等が挙げられる。必要に応じ、基板と半導体材料の間にバッファー層を形成してもよい。これらバッファー層としては、GaN、AlN等が挙げられる。
基板上へ半導体材料を積層する方法としては、特に制限はないが、例えば、MOCVD法、HDVPE法、液相成長法等が用いられる。
発光素子の構造は、例えば、MIS接合、PN接合、PIN接合を有するホモ接合、ヘテロ接合、ダブルヘテロ構造等が挙げられる。また、単一或いは多重量子井戸構造とすることも可能である。
本発明のシリコーン組成物を含む硬化性組成物からなる発光素子用封止材を用いて発光素子を封止することにより、光半導体発光素子(例えば、発光ダイオード)を製造することができる。この場合の封止は、発光素子を発光素子用封止材のみで封止することもできるが、他の封止材を併用して封止することも可能である。他の封止材を併用する場合、本発明のシリコーン組成物を用いて得られる発光素子用封止材で封止した後、その周囲を他の封止材で封止する、或いは、他の封止材で封止した後、その周囲を本発明のシリコーン組成物を用いて得られる発光素子用封止材で封止することも可能である。他の封止材としては、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ウレア樹脂、イミド樹脂、ガラス等が挙げられる。
図1は、一実施形態に係る光半導体発光素子の模式断面図である。図1の光半導体発光素子は、リード電極5が付されたハウジング材7と、一方のリード電極5に電気的に接続された発光素子用ダイボンド材2と、発光素子用ダイボンド材2に積層された発光素子1と、発光素子1及び他方のリード電極5と電気的に接続された金ワイヤー4と、発光素子1、発光素子用ダイボンド材2、金ワイヤー4及びリード電極5を封止する発光素子用封止材3と、を備えている。ここで、発光素子用封止材3は、本発明の硬化性組成物を硬化させた硬化物からなるものである。
図2は、他の実施形態に係る光半導体発光素子の模式断面図である。図2の光半導体発光素子は、リード電極5が付され、一部に放熱板6を有するハウジング材7と、リード電極5及び発光素子1と電気的に接続された金ワイヤー4と、放熱板6上に配置された発光素子用ダイボンド材2と、発光素子用ダイボンド材2に積層された発光素子1と、発光素子1、発光素子用ダイボンド材2、金ワイヤー4及びリード電極5を封止する発光素子用封止材3と、を備えている。ここで、発光素子用封止材3は、本発明の硬化性組成物を硬化させた硬化物からなるものである。
本発明のシリコーン組成物を用いて得られる発光素子用封止材で発光素子を封止する方法としては、例えば、モールド型枠中に発光素子用封止材を予め注入し、そこに発光素子が固定されたリードフレーム等を浸漬した後に硬化させる方法、発光素子を挿入した型枠中に発光素子用封止材を注入し、硬化する方法等が挙げられる。この際、発光素子用封止材を注入する方法としては、ディスペンサーによる注入、トランスファー成形、射出成形等が挙げられる。更にその他の封止方法としては、発光素子用封止材を発光素子上へ滴下し、孔版印刷、スクリーン印刷、或いは、マスクを介して塗布し硬化させる方法、低部に発光素子を配置したカップ等に発光素子用封止材をディスペンサー等により注入し、硬化させる方法等が挙げられる。
本発明のシリコーン組成物を含む硬化性組成物は、発光素子をリード端子やパッケージに固定するダイボンド材、発光素子上のパッシベーション膜、パッケージ基板として用いることもできる。
封止部分の形状は、例えば、砲弾型のレンズ形状、板状、薄膜状等が挙げられる。
本発明の硬化性組成物を用いて得られた発光ダイオードは、従来公知の方法で性能の向上を図ることができる。性能を向上させる方法としては、例えば、発光素子背面に光の反射層或いは集光層を設ける方法、補色着色部を底部に形成する方法、主発光ピークより短波長の光を吸収する層を発光素子上に設ける方法、発光素子を封止した後、更に硬質材料でモールディングする方法、発光ダイオードを貫通孔に挿入して固定する方法、発光素子をフリップチップ接続等によってリード部材等と接続して基板方向から光を取り出す方法等が挙げられる。
本発明の硬化性組成物を用いて得られた発光ダイオードは、例えば、液晶ディスプレイ等のバックライト、照明、各種センサー、プリンター、コピー機等の光源、車両用計器光源、信号灯、表示灯、表示装置、面状発光体の光源、ディスプレイ、装飾、各種ライト等として有用である。
以下に実施例を示して、本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下に記載の実施例によって限定されるものではない。
シリコーンの組成及び特性は、以下に示す方法により求めた。
(1)エポキシ変性シリコーンの組成
29Si−NMR測定、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定、及び、H−NMR測定によって得られる結果を用いて算出した。
具体的には、まず、エポキシ変性シリコーンの29Si−NMR測定を下記記載の方法に従って行い、得られたスペクトルパターンから算出された積分値を解析して、水素アルキルシロキシ単位、ジアルキルシロキシ単位等の含有分率を百分率で算出した。
次いで、H−NMR測定を下記記載の方法に従って行い、得られたスペクトルパターンから算出された積分値を元に、各有機基を有するアルキルシロキシ単位の存在率を百分率で算出した。
上記より得られた各シロキシ単位の存在率と各シロキシ単位の理論式量とを用いて、シロキシ単位の平均的式量を算出した。
引き続いて、エポキシ変性シリコーンのゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定を下記記載の方法に従って行い、得られた数平均分子量を平均組成式(1)で表されるエポキシ変性シリコーンの1モル当りの分子量として、上記で算出した各単位の存在率を考慮した平均的式量で除して平均組成式(1)で表されるエポキシ変性シリコーンを構成する各単位の全モル数を算出した。得られた平均組成式(1)で表されるエポキシ変性シリコーンを構成する各単位の全モル数と、該各単位の存在率とから、平均組成式(1)で表されるエポキシ変性シリコーン1モルを構成する各単位のモル数を算出した。
29Si−NMR測定方法>
エポキシ変性シリコーン0.15gを重水素化クロロホルム1gに溶解した。該溶解液にCr(acac)を0.015g添加して溶解した溶液に、テトラメチルシランを10μL更に添加してNMR測定溶液とした。該NMR測定溶液を用いて、プロトン完全デカップル条件における29Si−NMRの測定を積算回数4,000回(装置:日本電子社製α−400)にて行った。
<1H−NMR測定方法>
重水素化クロロホルム1mLに対して、エポキシ変性シリコーン30mgを溶解した溶液を測定試料とした。この測定試料を用いて、400MHz(日本電子社製α−400)のH−NMRの測定を積算回数200回にて行った。
<ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定>
東ソー社製ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)分析装置8020GPCシステムを用い、以下の条件により求めた。
エポキシ変性シリコーンの0.5質量%テトラヒドロフラン溶液を調製し、その後、0.45μmのフィルターにて濾過したものを測定試料溶液とした。
カラム温度40℃にて、溶離液(テトラヒドロフラン)を流量1mL/分の条件下でカラムを通し、RI検出による溶出時間と検出強度から数平均分子量を算出した。
カラム構成は、ガードカラムとして東ソー(株)社製TSKguardcolumnHXL−H(登録商標)を用い、東ソー(株)製TSKgel(登録商標)G5000HXL、東ソー(株)製TSKgel(登録商標)G3000HXL、及び東ソー(株)製TSKgel(登録商標)G1000HXLの各1本ずつを直列に配置して使用した。また、Polymer Laboratories社製の分子量が各7,500,000、2,560,000、841,700、320,000、148,000、59,500、28,500、10,850、2,930、580の単分散ポリポリスチレン標準物質、及びスチレンモノマー(分子量104)を用い、予め作成した検量線から数平均分子量を算出した。
(2)オルガノハイドロジェンシリコーンの平均連鎖長の算出
29Si−NMRの測定により求めた。
オルガノハイドロジェンシリコーン0.15gを重水素化クロロホルム1gに溶解した。該溶解液にCr(acac)をオルガノハイドロジェンシリコーンに対して0.015g添加して溶解した溶液に、テトラメチルシランを10マイクロリットル更に添加してNMR測定溶液とした。該NMR測定溶液を用いて、プロトン完全デカップル条件における29Si−NMRの測定を積算回数4,000回(装置:日本分光社製α−400)にて行い、得られたスペクトルパターンから算出された積分値を解析して、オルガノハイドロジェンシリコーン1分子中の平均組成及び(R SiO2/2)単位、(RHSiO2/2)単位の各々の平均連鎖長を算出した。
ここで、以下に、合成例にて製造したブロック型オルガノハイドロジェンシリコーン、具体的には該シリコーンの末端を除くシロキシ単位がシクロヘキシルメチルシロキシ単位、ジメチルシロキシ単位、水素メチルシロキシ単位である場合を例として、平均連鎖長の算出法を具体的に説明する。
シクロヘキシルメチルシロキシ単位、ジメチルシロキシ単位をジアルキルシロキシ単位として(D1)、他方、水素メチルシロキシ単位を(H1)とした場合、D1とH1の3連鎖に対応する中心に位置する珪素のケミカルシフト値は、テトラメチルシランの珪素を基準として各々以下の範囲となる。
−D1−D1−D1− : −26.5ppm超過−23.9ppm以下
−D1−D1−H1− : −23.9ppm超過−21.5ppm以下
−H1−D1−H1− : −38.5ppm超過−37.4ppm以下
−H1−H1−H1− : −35.5ppm超過−33.0ppm以下
−H1−H1−D1− : −37.4ppm超過−35.5ppm以下
−D1−H1−D1− : −21.5ppm超過−19.5ppm以下
上記の−D1−D1−D1−単位、−D1−D1−H1−単位、−H1−D1−H1−単位、−H1−H1−H1−単位、−H1−H1−D1−単位、−D1−H1−D1−単位に相当するピークの積分値を各々、A(D1D1D1)、A(D1D1H1)、A(H1D1H1)、A(H1H1H1)、A(H1H1D1)、A(D1H1D1)とすると、ジメチルシロキシ単位の平均連鎖長(γD1)及び水素メチルシロキシ単位の平均連鎖長(δD1)は、各々下記数式(X)及び(XI)で算出することができる。
γD1=1+A(D1D1D1)/{A(D1D1H1)+A(H1D1H1)} ・・・数式(X)
δD1=1+{A(H1H1H1)+A(H1H1D1)}/A(D1H1D1) ・・・数式(XI)
(3)エポキシ変性シリコーン中に残留する低沸化合物量の測定
島津社製ガスクロマトグラフィー分析装置GC−14Bを用い、以下の条件により求めた。
5mLのメスフラスコに、エポキシ変性シリコーン約2g及び内部標準としてn−オクタン0.015gを秤量した後、クロロホルムで5mLに希釈した溶液を、測定サンプルとした。
カラム:J&W Scientific社製DB−1(登録商標)、
長さ30m、内径0.25mm、液膜1μm
キャリアーガス:ヘリウム
検出器:FID
インジェクション温度:250℃
検出器温度:300℃
昇温条件:50℃にて5min保持した後、50℃から300℃まで10℃/minで昇温した。
得られた結果から、別途作成した内部標準法による検量線を用いて、エポキシ変性シリコーン中に含有される各成分の含有量を定量し合計した。なお、数値は、エポキシ変性シリコーンに対する質量分率で表したものである。
(4)エポキシ価
以下の操作と算出法により求めた。
エポキシ変性シリコーンをベンジルアルコールと1−プロパノールに溶解した。この溶液にヨウ化カリウム水溶液、ブロモフェノールブルー指示薬を添加した後、1規定塩酸にて滴定し、反応系内が青色から黄色になった点を当量点とした。当量点より、エポキシ変性シリコーンのエポキシ価を以下の式に従って算出した。
エポキシ価(当量/100g)=(V×N×F)/(10×W)
[ここで、W、V、N、Fは各々以下の値を表す。
W:試料の重量(g)
V:滴定量(mL)
N:滴定に使用した塩酸の規定度(N)
F:滴定に使用した塩酸のファクター]
(5)遷移金属元素の含有量
遷移金属元素の含有量の分析は四重極ICP質量分析装置(Thermo Elemental製:X7−ICP−MS)を用いて測定した。
(6)シリコーン組成物の高温における保存安定性
シリコーン組成物の高温における保存安定性は、以下の数式(XII)で示す保存安定性指標αで評価した。
保存安定性指標α=(保存粘度)/(開始粘度) ・・・数式(XII)
製造直後のシリコーン組成物を入れた容器を密封し、25℃で2時間、温度調整した後、25℃における粘度を測定し、これを「開始粘度」とした。更に、シリコーン組成物を入れた容器を密封し、60℃の恒温インキュベーター内で、1週間保存した。所定期間保存後、上記と同様に25℃における粘度を測定し、これを「保存粘度」とした。
保存安定性指標αが4以下である場合に、保存安定性を有すると判断して○とし、該指標αが4を超える場合には、保存安定性が無いと判断して×とした。
なお、粘度は、以下の測定方法により測定した。
回転式E形粘度計(東機産業株式会社製、「TV−22形」、ローター:3°×R14)に0.4mlの樹脂組成物サンプルを仕込み、温度25℃にて樹脂組成物を測定した。
(7)透明性
厚さ3mmの硬化物を用い、厚さ方向の350nm、400nm、450nmの光線透過率を日本分光(株)社製JASCO V−550により測定した。初期における光線透過率が80%以上を◎、70%以上80%未満を○、70%未満を×とした。
(8)耐光性
光ファイバーを経由してUV照射装置(ウシオ電機製:SP−7)から50℃一定にした恒温乾燥機中の厚さ3mmの硬化物にUV光を照射できるようにセットした。365nmバンドパスフィルターを用いて、330〜410nmの光を、3W/cmになるように照射した。
照射開始後、250時間以上硬化物が着色しないものを◎、200時間以上250時間未満で硬化物が着色するものを○、200時間未満で着色するものを×とした。
(9)耐熱変色性
厚さ3mmの硬化物を用い、厚さ方向の400nmの光線透過率を日本分光(株)社製JASCO V−550により測定した。次に該硬化物を、空気下で150℃で100時間加熱条件に供した後、室温で放冷した。その後、試料の厚さ方向における400nmの光線透過率を再度測定した。加熱処理前の試料の光線透過率に対する加熱処理後の試料の光線透過率の比率を光線透過保持率として算出した。光線透過保持率が90%以上を◎、85%以上90%未満を○、85%未満を×とした。
(10)耐クラック性及び密着性
20mm×20mm×2mmの平板の中央に、10mmφ、深さ1mmの窪みを施したポリフタルアミド(ソルベイ社製アモデル4122)製樹脂型枠内に、5mm×5mm×0.2mmのシリコンチップを入れておき、樹脂組成物を注型し、加熱硬化して試験片を得た。得られた試験片を、冷熱サイクル試験機(エスペック社製TSE−11−A)で−40℃にて15分保持した後、平均3分で120℃まで昇温し、120℃で15分間保持し、次いで、平均3分で−40℃まで降温するサイクルにて試験を行った。
硬化した樹脂中のクラックの発生有無を目視で観察し、耐クラック性の評価とした。40サイクル以上クラックが入らなかったものを◎、20サイクル以上40サイクル未満でクラックが発生したものを△、5サイクル未満でクラックが発生したものを×とした。
また、密着性は、硬化した樹脂とポリフタルアミド樹脂型枠の間に剥離が発生した回数で評価し、40サイクル以上剥離が生じなかったものを◎、20サイクル以上40サイクル未満で剥離が発生したものを△、5サイクル未満で剥離が発生したものを×とした。
[触媒合成例]
窒素雰囲気下で、還流管及びスターラーバーを備えた50mlの2口フラスコに、5塩化リン(和光純薬製試薬)8.34g、塩化アンモニウム(和光純薬製試薬特級品)1.06g及びテトラクロロエタン(アルドリッチ社製試薬)20mlを仕込んだ後、大気圧の窒素を20ml/分で流通させながら160℃で15時間反応を実施し、黄色溶液を得た。反応終了後、大気圧窒素雰囲気下にて攪拌を継続しながら系内に石油エーテル(和光純薬製試薬)20mlを加えて、固体を析出させた。引き続き窒素雰囲気下にて、得られた固体を減圧濾過し、n−ヘキサン(和光純薬社製試薬有機合成用脱水グレード)100mlを用いて洗浄後、再度、窒素下にて減圧濾過を行った後、減圧乾燥して、淡黄色粉末のフォスファゼン化合物7.1gを得た。以下の参考例1〜2では、ジクロロメタン(和光純薬社製試薬有機合成用脱水グレード)1g当たり、得られたフォスファゼン化合物60mgを溶解した溶液を、フォスファゼン溶液として用いた。
[参考例1:ポリジアルキルシロキサンの合成]
<加水分解物の合成>
攪拌翼を備えた内容積3リットルのバッフル付きセパラブルフラスコに蒸留水1500gを仕込んだ後、内部を60℃に加熱した。セパラブルフラスコの攪拌翼を600回転/分で回転させながら、シクロヘキシルメチルジクロロシラン(信越化学社製試薬)500gとジメチルジクロロシラン36.4gとを均一に混合した溶液を、2g/分で滴下した。滴下完了後、引き続き2時間反応を継続し、加熱及び攪拌を停止して内溶液を相分離させ、水相を廃棄した。次いで、室温にて、トルエン(和光純薬製試薬特級品)500g、0.02mol/リットルの蟻酸ナトリウム水溶液1リットルを添加し、攪拌翼を600回転/分で回転させた後、攪拌を停止して内溶液を相分離させ、水相を廃棄した。引き続き、室温にて蒸留水1リットルを添加し、攪拌翼を600回転/分で回転させた後、攪拌を停止して内溶液を相分離させ、水相を廃棄する操作を2回実施した。セパラブルフラスコからトルエン溶液を回収し、エバポレーターにて、減圧下、65℃でトルエンを留去して、加水分解物を得た。
<ポリジアルキルシロキサンの合成>
留出管及び攪拌翼を供えた500mlのセパラブルフラスコに、得られた加水分解物300g、触媒合成例で得られたフォスファゼン溶液1gを仕込んだ後、攪拌しながら系内を減圧窒素置換した。引き続き、系内を120℃に加熱し、圧力150torrで45分間、重縮合反応させた後、反応系内を窒素にて大気圧に戻すと共に60℃に冷却した。次いで、乾燥窒素下にて蒸留精製した1,1,3,3−テトラメチル−ジシロキサン(信越化学社製試薬)7gを、窒素雰囲気下にて系内に添加し、3時間攪拌を継続して末端封止反応をさせた後、室温に冷却した。内容物をトルエン(和光純薬社製試薬特級品)を合計500ml用いて溶解回収し、得られた溶液からエバポレーターにて、減圧下、65℃でトルエンを留去して、ポリジアルキルシロキサンを得た。
得られたポリジアルキルシロキサンの全ての末端構造は、H−Si(CH−O−であり、末端基以外の組成は、ジメチルシロキシ単位20モル%、シクロヘキシルメチルシロキシ単位80モル%であった。分子量測定の結果、溶出曲線は2峰性であり、高分子量側のピークの数平均分子量は11,700、エリア面積は全ピークに対して65%であった。
必要に応じて、上記の合成操作を繰り返し実施してポリジアルキルシロキサンを得て、以下の反応に用いた。
[参考例2:ポリ水素メチルシロキサンの合成]
還流冷却器、温度計及びスターラーバーを備えた0.5リットルの反応器に、乾燥窒素下にて蒸留精製した1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン(信越化学社製試薬)を270g、窒素下にて蒸留精製した1,1,3,3−テトラメチル−ジシロキサン(信越化学社製試薬)を145g、真空下にて110℃で5時間乾燥した活性白土(TONSIL OPTIMUM 230FF:ズード ケミー社製)を0.42g仕込み、窒素下、65℃にて攪拌条件下、24時間反応を行った。得られた反応液を乾燥窒素下にて1μmのフィルターを通過させて触媒を除去した後、50℃、2kPaの条件で3時間かけて低分子量オリゴマーを留去してポリ水素メチルシロキサンを得た。
得られたポリ水素メチルシロキサンの全ての末端構造はH−Si(CH−O−であり、主鎖構造は水素メチルシロキシ単位のみであった。また、数平均分子量は600であった。
必要に応じて、上記の合成操作を繰り返し実施してポリ水素メチルシロキサンを得て、以下の反応に用いた。
[合成例1:水素メチル単位及びジアルキル単位を交互にブロック単位として有するオルガノハイドロジェンシリコーンの合成]
<平衡化反応>
攪拌翼を備えた300mlのセパラブルフラスコに、乾燥窒素下にて参考例1で得られたポリジアルキルシロキサン95g、参考例2で得られたポリ水素メチルシロキサン35.1gを仕込み、攪拌条件下、系内を20℃に冷却した。系内が均一に混合分散された後、乾燥窒素下にて、攪拌を継続しながらトリフルオロメタンスルホン酸(和光純薬社製試薬特級品)を乾燥窒素条件下でポリジアルキルシロキサンとポリ水素メチルシロキサンの合計重量に対して0.25wt%添加して、平衡化反応を15分間反応を行った後、添加したトリフルオロメタンスルホン酸と等モル量のトリエチルアミン(和光純薬社製試薬特級品)を添加して、攪拌を30分継続した。30分経過後、攪拌を停止して反応系を室温として、内容物をトルエン(和光純薬社製試薬特級品)を合計600ml用いて溶解回収した。回収溶液を2リットルの分液ロートに移し、0.02mol/リットルの炭酸水素ナトリウム水溶液700mlを添加して分液洗浄した後、相分離させて水相を廃棄する。引き続き、蒸留水700mlを添加して分液洗浄した後、相分離させて水相を廃棄する操作を2回実施した。トルエン溶液を回収し、エバポレーターにて、減圧下、65℃でトルエンを留去してシリコーンを得た。
<低分子量成分の留去>
内径70mm、有効長さ200mmのパイレックス(登録商標)ガラス製の円筒状チューブに、上記で得られたシリコーンを仕込み、加熱用面ヒーターを有するガラスチューブオーブン[柴田科学(株)製GTO−350RG]にセットした。室温条件下、内部を窒素置換した後に、内部の円筒形チューブの回転を開始し、圧力0.1kPaの条件下、温度200℃に昇温して1時間、引き続き温度を250℃に昇温して3時間、更に引き続いて温度を300℃に昇温して3時間かけて低分子量成分の留去を実施した。低沸留去終了後、室温に冷却後に乾燥窒素で大気圧とし、水素メチル単位連鎖及びジアルキル単位連鎖を交互にブロック単位として有する水素アルキルシロキサン(以下、「ブロック型オルガノハイドロジェンシリコーン」と略記する。)を得た。
分子量測定の結果、得られたブロック型オルガノハイドロジェンシリコーンの数平均分子量は7,200、ジアルキルシロキシ単位及び水素メチルシロキシ単位の平均連鎖長は、各々40及び4.3であった。
得られたブロック型オルガノハイドロジェンシリコーンの全ての末端構造は、[H−Si(CH−O1/2−]であり、ブロック型オルガノハイドロジェンシリコーンの組成は、[H−Si(CH−O1/2−]単位2.3モル%、水素メチルシロキシ単位29.3モル%、ジメチルシロキシ単位14.2モル%、シクロヘキシルメチルシロキシ単位54.2モル%、ジアルキルシロキシ単位及び水素メチルシロキシ単位の平均連鎖長は、各々40及び4.3であった。
また、ブロック型オルガノハイドロジェンシリコーン中には、シロキサン交換反応に用いたトリフルオロメタンスルホン酸やトリエチルアミン由来の化合物は含まれていなかった。
[実施例1]
<シリコーン組成物の製造>
還流冷却器、温度計及び撹拌装置を有する1リットルの反応器を乾燥窒素で置換した。乾燥窒素条件下にて、前記装置に、合成例1にて製造したブロック型オルガノハイドロジェンシリコーン60g、乾燥窒素下にて脱水蒸留精製した4−ビニルシクロへキセンオキサイド(アルドリッチ社製試薬)217.8g、窒素下にて脱水蒸留精製した1,4−ジオキサン(和光純薬社製試薬特級品)328gを仕込み、大気圧乾燥窒素雰囲気下で攪拌しながら65℃に昇温した。
これに、白金元素換算で500ppmの白金を含有する白金ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体の1,4−ジオキサン希釈溶液0.5gを乾燥窒素下にて添加し、ヒドロシリル化反応を60時間反応を実施した後、室温まで放冷した。加熱停止直前にサンプリングしたところ、定量的にヒドロシリル化反応が進行しており、未反応のSiH単位は検出されなかった。
反応混合液からエバポレーターを用いて、減圧条件下、加熱温度40℃にて1,4−ジオキサンを留去し、エポキシ変性シリコーンを得た。
得られたエポキシ変性シリコーン100gを内径70mm、有効長さ200mmのパイレックス(登録商標)ガラス製円筒状チューブに入れ、ガラスチューブオーブン(柴田科学製GTO−350)にセットした。内部の円筒形チューブの回転を開始し、室温条件下にて内部を乾燥窒素置換した後に、温度35℃、圧力0.1kPaにて、内部に大気圧換算で10ml/分の流量にて乾燥窒素を導入しながら80時間処理して、低沸化合物を低減した、エポキシ変性シリコーン(1a)を得た。
得られたエポキシ変性シリコーン(1a)の全ての末端構造は、ヒドロシリル化反応によりトリアルキルシロキシ基に変性されており、エポキシ変性シリコーン(1a)を構成する全Siに対するSiH単位の含有率(%)を表す[(c+i+m)/(a+b+c+d+e+f+g+h+i+j+k+l+m+n)×100]の値及び分岐鎖の含有率(%)を表す[(j+k+l+m+2n)/(a+b+c+d+e+f+g+h+i+j+k+l+m+n)×100]の値はいずれもゼロであった。
末端基を除いた組成は、水素メチルシロキシ単位にビニルシクロヘキセンオキサイドが付加した単位30.0モル%、ジメチルシロキシ単位14.5モル%、シクロヘキシルメチルシロキシ単位55.5モル%であった。分子量測定の結果、数平均分子量は9,700であった。また、エポキシ基の開環に伴う高分子量部の形成は全く見られなかった。
エポキシ変性シリコーン(1a)中に残留する低沸化合物としては、4−ビニルシクロヘキセンオキサイド及び4−ビニルシクロヘキセンオキサイドの炭素−炭素2重結合が内部転移を起こして生成した4−エチリデニルシクロヘキセンオキサイドが検出され、それらの残留量は各々40ppm、30ppmであった。その他の化合物は検出されなかった。
また、エポキシ変性シリコーン(1a)のエポキシ価は0.214、含有される遷移金属元素は白金のみであり、該元素の含有量は5ppmであった。
上記の合成操作を繰り返し実施してエポキシ変性シリコーン(1a)を得て、以下の処理を行った。
内容量2リットルのSUS316製の槽及びシグマ翼を有する高粘度攪拌機にエポキシ変性シリコーン(1a)を1,000g、アルドリッチ社製o−トルニトリルを0.045g仕込み、窒素雰囲下、30℃にて2時間混合して、o−トルニトリルが均一に混合されたシリコーン組成物(1b)を得た。シリコーン組成物(1b)中のo−トルニトリル含有量をガスクロマトグラフィーにより測定した結果、4ppmであった。シリコーン組成物(1b)の高温における保存安定性評価結果を表1に示す。
<硬化物の製造と特性評価>
得られたシリコーン組成物(1b)100質量部、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸36質量部、1,3−プロパンジオール3質量部、ジアザビシクロウンデセンオクチル酸塩0.25質量部を窒素下にて混合し、全体が均一になるまで撹拌後、脱泡して硬化性組成物(1)を得た。硬化性組成物(1)を窒素下にて深さ3mmの型に流し込み、120℃で1時間、更に150℃で3時間硬化反応を行い、硬化物を得た。得られた硬化物の性能を表2に示す。
[実施例2]
<シリコーン組成物の製造>
エポキシ変性シリコーン(1a)にo−トルニトリルを均一混合する際に、o−トルニトリルを0.0003g用いたこと以外は実施例1と同様にして、o−トルニトリルが均一に混合されたシリコーン組成物(2b)を得た。シリコーン組成物(2b)中のo−トルニトリル含有量をガスクロマトグラフィーにより測定した結果、0.3ppmであった。シリコーン組成物(2b)の高温における保存安定性評価結果を表1に示す。
<硬化物の製造と特性評価>
得られたシリコーン組成物(2b)100質量部、リカシッドMH−700G(新日本理化社製品;メチルヘキサヒドロ無水フタル酸/ヘキサヒドロ無水フタル酸混合物)38.1質量部、1,2−プロパンジオール3質量部、ジアザビシクロウンデセンオクチル酸塩0.25質量部を窒素下にて混合し、全体が均一になるまで撹拌後、脱泡して硬化性組成物(2)を得た。硬化性組成物(2)を窒素下にて深さ3mmの型に流し込み、120℃で1時間、更に150℃で3時間硬化反応を行い、硬化物を得た。得られた硬化物の性能を表2に示す。
[実施例3]
<シリコーン組成物の製造>
エポキシ変性シリコーン(1a)にo−トルニトリルを均一混合する際に、o−トルニトリルを0.008g用いたこと以外は実施例1と同様にして、o−トルニトリルが均一に混合されたシリコーン組成物(3b)を得た。シリコーン組成物(3b)中のo−トルニトリル含有量をガスクロマトグラフィーにより測定した結果、8ppmであった。シリコーン組成物(3b)の高温における保存安定性評価結果を表1に示す。
<硬化物の製造と特性評価>
得られたシリコーン組成物(3b)100質量部、リカシッドMH−700G(新日本理化社製品;メチルヘキサヒドロ無水フタル酸/ヘキサヒドロ無水フタル酸混合物)38.1質量部、1,2−プロパンジオール3質量部、ジアザビシクロウンデセンオクチル酸塩0.25質量部を窒素下にて混合し、全体が均一になるまで撹拌後、脱泡して硬化性組成物(3)を得た。硬化性組成物(3)を窒素下にて深さ3mmの型に流し込み、120℃で1時間、更に150℃で3時間硬化反応を行い、硬化物を得た。得られた硬化物の性能を表2に示す。
[比較例1]
<シリコーン組成物の製造>
エポキシ変性シリコーン(1a)にo−トルニトリルを均一混合する際に、o−トルニトリルを0.060g用いたこと以外は実施例1と同様にして、o−トルニトリルが均一に混合されたシリコーン組成物(1c)を得た。シリコーン組成物(1c)中のo−トルニトリル含有量をガスクロマトグラフィーにより測定した結果、60ppmであった。シリコーン組成物(1c)の高温における保存安定性評価結果を表1に示す。
<硬化物の製造と特性評価>
得られたシリコーン組成物(1c)100質量部、リカシッドMH−700G(新日本理化社製品;メチルヘキサヒドロ無水フタル酸/ヘキサヒドロ無水フタル酸混合物)38.1質量部、1,2−プロパンジオール3質量部、ジアザビシクロウンデセンオクチル酸塩0.25質量部を窒素下にて混合し、全体が均一になるまで撹拌後、脱泡して硬化性組成物(1c)を得た。硬化性組成物(1c)を窒素下にて深さ3mmの型に流し込み、120℃で1時間、更に150℃で3時間硬化反応を行い、硬化物を得た。得られた硬化物の性能を表2に示す。
[比較例2]
<シリコーン組成物の製造>
エポキシ変性シリコーン(1a)に、o−トルニトリルを混合せずに高温における保存安定性評価を行った。結果を表1に示す。
<硬化物の製造と特性評価>
エポキシ変性シリコーン(1a)100質量部、リカシッドMH−700G(新日本理化社製品;メチルヘキサヒドロ無水フタル酸/ヘキサヒドロ無水フタル酸混合物)38.1質量部、1,2−プロパンジオール3質量部、ジアザビシクロウンデセンオクチル酸塩0.25質量部を窒素下にて混合し、全体が均一になるまで撹拌後、脱泡して硬化性組成物(1c)を得た。硬化性組成物(1c)を窒素下にて深さ3mmの型に流し込み、120℃で1時間、更に150℃で3時間硬化反応を行い、硬化物を得た。得られた硬化物の性能を表2に示す。
[実施例4]
<シリコーン組成物の製造>
エポキシ変性シリコーン(1a)に均一混合するニトリル化合物としてアルドリッチ社製ベンゾニトリルを0.005g用いたこと以外は実施例1と同様にして、ベンゾニトリルが均一に混合されたシリコーン組成物(4b)を得た。シリコーン組成物(4b)中のベンゾニトリル含有量をガスクロマトグラフィーにより測定した結果、5ppmであった。シリコーン組成物(4b)の高温における保存安定性評価結果を表3に示す。
<硬化物の製造と特性評価>
得られたシリコーン組成物(4b)100質量部、リカシッドMH−700G(新日本理化社製品;メチルヘキサヒドロ無水フタル酸/ヘキサヒドロ無水フタル酸混合物)38.1質量部、1,2−プロパンジオール3質量部、ジアザビシクロウンデセンオクチル酸塩0.25質量部を窒素下にて混合し、全体が均一になるまで撹拌後、脱泡して硬化性組成物(4)を得た。硬化性組成物(4)を窒素下にて深さ3mmの型に流し込み、120℃で1時間、更に150℃で3時間硬化反応を行い、硬化物を得た。得られた硬化物の性能を表4に示す。
[実施例5]
<シリコーン組成物の製造>
エポキシ変性シリコーン(1a)に均一混合するニトリル化合物としてアルドリッチ社製フタロニトリルを0.010gとしたこと以外は実施例1と同様にして、フタロニトリルが均一に混合されたシリコーン組成物(5b)を得た。シリコーン組成物(5b)中のフタロニトリル含有量をガスクロマトグラフィーにより測定した結果、10ppmであった。シリコーン組成物(5b)の高温における保存安定性評価結果を表3に示す。
<硬化物の製造と特性評価>
得られたシリコーン組成物(5b)90質量部、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンジカルボキシレート10質量部、リカシッドMH−700G(新日本理化社製品;メチルヘキサヒドロ無水フタル酸/ヘキサヒドロ無水フタル酸混合物)41質量部、1,3−プロパンジオール3質量部、ジアザビシクロウンデセンオクチル酸塩0.25質量部を窒素下にて混合し、全体が均一になるまで撹拌後、脱泡して硬化性組成物(5)を得た。硬化性組成物(5)を窒素下にて深さ3mmの型に流し込み、120℃で1時間、更に150℃で3時間硬化反応を行い、硬化物を得た。得られた硬化物の性能を表4に示す。
[実施例6]
<シリコーン組成物の製造>
還流冷却器、温度計及び撹拌装置を有する1リットルの反応器を乾燥窒素で置換する。乾燥窒素条件下にて、前記装置に、合成例1にて製造したブロック型オルガノハイドロジェンシリコーン60g、乾燥窒素下にて脱水蒸留精製した4−ビニルシクロへキセンオキサイド(アルドリッチ社製試薬)217.8g、窒素下にて脱水蒸留精製した1,4−ジオキサン(和光純薬社製試薬特級品)328gを仕込み、大気圧乾燥窒素雰囲気下で攪拌しながら65℃に昇温した。
これに、白金元素換算で500ppmの白金を含有する白金ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体の1,4−ジオキサン希釈溶液0.5gを乾燥窒素下にて添加し、ヒドロシリル化反応を60時間反応を実施した。60時間反応後の溶液をサンプリングしたところ、定量的にヒドロシリル化反応が進行しており、未反応のSiH単位は検出されなかった。
反応液にアルドリッチ社製o−トルニトリル25gを添加し、65℃で3時間攪拌処理した後、室温まで冷却した。
反応混合液からエバポレーターを用いて、減圧条件下、加熱温度40℃にて1,4−ジオキサンを留去し、エポキシ変性シリコーンを得た。
得られたエポキシ変性シリコーン100gを内径70mm、有効長さ200mmのパイレックス(登録商標)ガラス製円筒状チューブに入れ、ガラスチューブオーブン(柴田科学製GTO−350)にセットする。内部の円筒形チューブの回転を開始し、室温条件下にて内部を乾燥窒素置換した後に、温度35℃、圧力0.1kPaにて、内部に大気圧換算で10ml/分の流量にて乾燥窒素を導入しながら120時間処理して、低沸化合物を低減した、シリコーン組成物(6b)を得た。
得られたシリコーン組成物(6b)の全ての末端構造は、ヒドロシリル化反応によりトリアルキルシロキシ基に変性されており、シリコーン組成物(6b)を構成する全Siに対するSiH単位の含有率(%)を表す[(c+i+m)/(a+b+c+d+e+f+g+h+i+j+k+l+m+n)×100]の値及び分岐鎖の含有率(%)を表す[(j+k+l+m+2n)/(a+b+c+d+e+f+g+h+i+j+k+l+m+n)×100]の値はいずれもゼロであった。
末端基を除いた組成は、水素メチルシロキシ単位にビニルシクロヘキセンオキサイドが付加した単位30.0モル%、ジメチルシロキシ単位14.5モル%、シクロヘキシルメチルシロキシ単位55.5モル%であった。分子量測定の結果、数平均分子量は9,700であった。また、エポキシ基の開環に伴う高分子量部の形成は全く見られなかった。
シリコーン組成物(6b)中に残留する低沸化合物としては、4−ビニルシクロヘキセンオキサイド及び4−ビニルシクロヘキセンオキサイドの炭素−炭素2重結合が内部転移を起こして生成した4−エチリデニルシクロヘキセンオキサイド、o−トルニトリルが検出され、それらの残留量は各々10ppm、10ppm、28ppm含有されていた。
また、シリコーン組成物(6b)のエポキシ価は0.214、含有される遷移金属元素は白金のみであり、該元素の含有量は5ppmであった。
必要に応じて上記の操作を繰り返し実施して製造したシリコーン組成物(6b)を用い、以下の評価を行った。
シリコーン組成物(6b)の高温における保存安定性評価結果を表3に示す。
<硬化物の製造と特性評価>
得られたシリコーン組成物(6b)100質量部、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸36質量部、1,3−プロパンジオール6質量部、ジアザビシクロウンデセンオクチル酸塩0.25質量部を窒素下にて混合し、全体が均一になるまで撹拌後、脱泡して硬化性組成物(6)を得た。硬化性組成物(6)を窒素下にて深さ3mmの型に流し込み、120℃で1時間、更に150℃で3時間硬化反応を行い、硬化物を得た。得られた硬化物の性能を表4に示す。
[実施例7]
(1)ダイボンド材の製造
実施例4にて製造したシリコーン組成物(4b)に、リカシッドMH−700G(新日本理化社製品;メチルヘキサヒドロ無水フタル酸/ヘキサヒドロ無水フタル酸混合物)71.3質量部、1,2−プロパンジオール3質量部、ジアザビシクロウンデセンオクチル酸塩0.3質量部を窒素下にて混合し、全体が均一になるまで撹拌後、脱泡して発光素子用ダイボンド材2を得た。
(2)光半導体発光素子の製造
150℃で2時間加熱乾燥したリード電極5付きポリフタルアミド製ハウジング材7に、上記(1)で製造した発光素子用ダイボンド材2を用いて、主発光ピークが460nmの発光素子1を実装し、120℃1時間、更に150℃で2時間硬化させ発光素子1を固定した。続いて、発光素子1とリード電極5とを金ワイヤー4で電気的に接続した後、窒素下にて実施例1にて作成した硬化性組成物(1)を型に注入し、120℃で1時間、更に150℃で2時間硬化反応を行って、発光素子用封止材3を形成し、図1に示す構造の光半導体発光素子10(以下、「光半導体素子」ともいう。)を20個作製した。本操作によって得られた光半導体発光素子10に対し、室温にて3V、80mAにて1,000時間通電しても、発光素子1と発光素子用封止材3との封止部の剥離や輝度の低下は見られなかった。
[実施例8]
実施例2で作成した硬化性組成物(2)を用いたこと以外は、実施例7と同様にして、図1に示す構造の光半導体素子10を20個作製した。本操作によって得られた光半導体発光素子10に対し、室温にて3V、80mAにて1,000時間通電しても、発光素子1と発光素子用封止材3との封止部の剥離や輝度の低下は見られなかった。
[実施例9]
実施例3で作成した硬化性組成物(3)を用いたこと以外は、実施例7と同様にして、図1に示す構造の光半導体素子10を20個作製した。本操作によって得られた光半導体発光素子10に対し、室温にて3V、80mAにて1,000時間通電しても、発光素子1と発光素子用封止材3との封止部の剥離や輝度の低下は見られなかった。
[実施例10]
実施例4で作成した硬化性組成物(4)を用いたこと以外は、実施例7と同様にして、図1に示す構造の光半導体素子10を20個作製した。本操作によって得られた光半導体発光素子10に対し、室温にて3V、80mAにて1,000時間通電しても、発光素子1と発光素子用封止材3との封止部の剥離や輝度の低下は見られなかった。
[実施例11]
実施例5で作成した硬化性組成物(5)を用いたこと以外は、実施例7と同様にして、図1に示す構造の光半導体素子10を20個作製した。本操作によって得られた光半導体発光素子10に対し、室温にて3V、80mAにて1,000時間通電しても、発光素子1と発光素子用封止材3との封止部の剥離や輝度の低下は見られなかった。
[実施例12]
実施例6で作成した硬化性組成物(6)を用いたこと以外は、実施例7と同様にして、図1に示す構造の光半導体素子10を20個作製した。本操作によって得られた光半導体発光素子10に対し、室温にて3V、80mAにて1,000時間通電しても、発光素子1と発光素子用封止材3との封止部の剥離や輝度の低下は見られなかった。
Figure 0006133248
Figure 0006133248
Figure 0006133248
Figure 0006133248

本発明によれば、硬化させた場合に、硬化物が良好な透明性、優れた耐光性、優れた耐熱変色性、優れた密着性を有すると共に、輸送や貯蔵の際等、高温時の保存安定性に優れるシリコーン組成物を提供することが可能となる。また、本発明によれば、素子やパッケージ材料との密着性に優れ、長期にわたって輝度の低下を抑制可能な発光素子封止用に好適に用いられる硬化性組成物、及び該硬化性組成物を用いて形成された発光部品を提供することが可能となる。
また、本発明は、射出成形に適し、硬化後において硬質であり寸歩安定性にも優れた、レンズ材料として好適な硬化性組成物を提供することが可能である。
1…発光素子、2…発光素子用ダイボンド材、3…発光素子用封止材、4…金ワイヤー、5…リード電極、6…放熱板、7…ハウジング材、10…光半導体発光素子(光半導体素子)。

Claims (6)

  1. 下記平均組成式(1)で表されるエポキシ変性シリコーンとニトリル化合物とを含み、該エポキシ変性シリコーンの含有量が98質量%以上であり、該ニトリル化合物の含有量が0.1質量ppm以上50質量ppm以下である、シリコーン組成物。
    Figure 0006133248

    [平均組成式(1)中、Rは、各々独立に、(A)鎖状、分岐状又は環状の無置換又は置換された脂肪族炭化水素構造を有し、炭素原子数が1以上24以下及び酸素原子数が0以上5以下である1価の脂肪族有機基、(B)無置換又は置換された炭素原子数が6以上24以下及び酸素原子数が0以上5以下である1価の芳香族有機基であって、置換された場合には、鎖状、分岐状又は環状の無置換又は置換された脂肪族炭化水素構造を有する置換基を有する、1価の芳香族有機基、又は(C)鎖状、分岐状若しくは環状の無置換若しくは置換された脂肪族炭化水素構造、又は無置換若しくは置換された芳香族炭化水素構造を有する、炭素原子数が5以上26以下、酸素原子数が0以上5以下、及び珪素原子数が1である1価の有機基を表す。各シロキシ単位中に複数あるRは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
    は、各々独立に、下記一般式(2)〜(5)で表されるいずれかの有機基を表す。
    Figure 0006133248

    Figure 0006133248

    Figure 0006133248

    Figure 0006133248

    一般式(2)〜(5)中、Rは、各々独立に、炭素原子数が1以上16以下及び酸素原子数が以上4以下であり、鎖状、分岐状又は環状の無置換又は置換された2価の有機基を表す。各シロキシ単位中に複数あるRは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
    Yは、各々独立に、無置換又は置換された鎖状、分岐状及び環状からなる群より選ばれる1種以上の構造からなり、炭素原子数が2以上70以下、酸素原子数が0以上15以下、及び珪素原子数が0以上10以下である2価の有機基を表す。各シロキシ単位中に複数あるYは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
    ZはYとの結合を表す。
    a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、nは、エポキシ変性シリコーン1モル中に存在する各シロキシ単位のモル数を表し、a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、nは各々0以上の値でd+h+k>0、e+f+h+i+j+k>0、g=a+f+lを同時に満足する値である。]
  2. 遷移金属元素の含有量の合計値が30質量ppm以下である、請求項1に記載のシリコーン組成物。
  3. 前記エポキシ変性シリコーンのエポキシ価が0.15以上0.50以下の範囲である、請求項1又は2に記載のシリコーン組成物。
  4. 前記ニトリル化合物が、下記一般式(6)で表される化合物である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のシリコーン組成物。
    Figure 0006133248

    [一般式(6)中、Rは、各々独立に、水素原子、シアノ基、炭素原子数が1以上2以下及び酸素原子数が0以上2以下である1価の脂肪族有機基を表す。]
  5. 前記エポキシ変性シリコーン中の全Si数に対するSiH基の含有率が2%未満である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のシリコーン組成物。
  6. 25℃における粘度が、500,000mPa・s以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のシリコーン組成物。
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