JP6157073B2 - 硬化性シリコーン組成物およびその硬化物 - Google Patents

硬化性シリコーン組成物およびその硬化物 Download PDF

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Description

本発明は、硬化性シリコーン組成物、およびその硬化物に関する。
式:(CH)SiO2/2で表されるシロキサン単位、式:CHSiO3/2で表されるシロキサン単位、(CH)SiO1/2で表されるシロキサン単位、および式:(CH)(CH=CH)SiO1/2で表されるシロキサン単位からなるオルガノポリシロキサン、一分子中に平均1個以上のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサン、および白金系触媒からなる硬化性シリコーン組成物は、硬化して、応力緩和性に優れるゲル状の硬化物を形成することから、電子回路の保護剤等に使用されている(特許文献1参照)。
しかし、この硬化物は、高温に曝されると、その硬さが著しく変化するという課題がある。
このため、式:(CH)SiO2/2で表されるシロキサン単位、式:CHSiO3/2で表されるシロキサン単位、(CH)SiO1/2で表されるシロキサン単位、および式:(CH)(CH=CH)SiO1/2で表されるシロキサン単位からなるオルガノポリシロキサン、分子鎖両末端がビニル基で封鎖されたジオルガノポリシロキサン、分子鎖両末端がケイ素原子結合水素原子で封鎖されたジオルガノポリシロキサン、および白金系触媒からなる硬化性シリコーン組成物(特許文献2参照)、あるいは、一般式:R’SiO2/2で表されるシロキサン単位、一般式:R’SiO3/2で表されるシロキサン単位、一般式:R’SiO1/2で表されるシロキサン単位、および一般式:R’R”SiO1/2で表されるシロキサン単位からなるオルガノポリシロキサン(式中、R’はアルケニル基を除く一価炭化水素基、但し、R’の少なくとも1個はアリール基であり、R”はアルケニル基であり、R’とR”の合計に対して、アリール基の含有量は少なくとも0.01モル%である。)、一分子中に少なくとも2個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサン、および白金系触媒からなる硬化性シリコーン組成物(特許文献3参照)が提案されている。
しかし、これらの硬化性シリコーン組成物といえども、その硬化物の耐熱性が十分ではなかった。
特開昭58−007452号公報 特開昭62−181357号公報 特開2000−169714号公報
本発明は、耐熱性が優れる硬化物を形成する硬化性シリコーン組成物、および耐熱性が優れる硬化物を提供することを目的とする。
本発明の硬化性シリコーン組成物は、
(A)平均組成式:
SiO(4−a)/2
(式中、Rはハロゲン置換または非置換の一価炭化水素基、但し、Rの0.1〜2.1モル%はアルケニル基であり、aは1.9〜2.4の数である。)
で表されるオルガノポリシロキサン、
(B)一分子中に平均2個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサン{前記(A)成分中のアルケニル基1モルに対し、本成分中のケイ素原子結合水素原子が0.1〜3.0モルとなる量}、および
(C)白金系触媒
から少なくともなり、前記(C)成分の含有量が、本組成物に対し、質量単位で、白金原子が10〜100ppmとなる量であり、かつ、本組成物中のナトリウム、カリウムの含有量が、本組成物に対し、質量単位で、いずれも3ppm以下であることを特徴とする。
上記(A)成分は、一般式:R SiO2/2で表されるシロキサン単位 80.0〜96.5モル%、一般式:RSiO3/2で表されるシロキサン単位 2.0〜10.0モル%、一般式:R SiO1/2で表されるシロキサン単位 1.0〜6.0モル%、および一般式:R SiO1/2で表されるシロキサン単位 0.2〜4.0モル%からなるオルガノポリシロキサン(式中、Rは脂肪族不飽和結合を有さないハロゲン置換もしくは非置換の一価炭化水素基であり、Rはアルケニル基である。)であることが好ましい。
本発明の硬化物は、上記の硬化性シリコーン組成物を硬化してなるものであり、JIS K 6249で規定される針入度が10〜200であることが好ましい。
本発明の硬化性シリコーン組成物は、耐熱性が優れる硬化物を形成するという特徴がある。また、本発明の硬化物は、耐熱性が優れるという特徴がある。
はじめに、本発明の硬化性シリコーン組成物を詳細に説明する。
(A)成分のオルガノポリシロキサンは本組成物の主剤であり、平均組成式:
SiO(4−a)/2
で表される。
式中、Rはハロゲン置換または非置換の一価炭化水素基であり、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基等のアルキル基;シクロペンチル基、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、ブテニル基、ペンテニル基、ヘプテニル基、ヘキセニル基等のアルケニル基;フェニル基、トリル基、キシリル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基;3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等のハロゲン化アルキル基が例示される。なお、Rの0.1〜2.1モル%はアルケニル基である。また、式中、aは1.9〜2.4の数である。
このような(A)成分は、一般式:R SiO2/2で表されるシロキサン単位 80.0〜96.5モル%、一般式:RSiO3/2で表されるシロキサン単位 2.0〜10.0モル%、一般式:R SiO1/2で表されるシロキサン単位 1.0〜6.0モル%、および一般式:R SiO1/2で表されるシロキサン単位 0.2〜4.0モル%からなるオルガノポリシロキサンであることが好ましい。
式中、Rは脂肪族不飽和結合を有さないハロゲン置換もしくは非置換の一価炭化水素基であり、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基;3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等のハロゲン化アルキル基が例示される。また、式中、Rはアルケニル基であり、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘプテニル基、ヘキセニル基が例示される。
このような(A)成分の25℃における粘度は限定されないが、本組成物の取扱作業性が優れることから、100〜1,000,000mPa・sの範囲内であることが好ましい。
(B)成分は本組成物の架橋剤であり、一分子中に平均2個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサンである。(B)成分中のケイ素原子に結合する水素原子以外の基として、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基等のアリール基;ベンジル基、フェンチル基等のアラルキル基;3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等のハロゲン化アルキル基等の脂肪族不飽和結合を含まないハロゲン置換もしくは非置換の一価炭化水素基が例示される。(B)成分の分子構造は限定されず、例えば、直鎖状、分岐状、一部分岐を有する直鎖状、環状、網状、樹脂状が挙げられ、(B)成分はこれらの分子構造を有する単独の重合体、あるいは、これらの分子構造を有する重合体の混合物であってもよい。(B)成分の25℃における粘度は限定されないが、好ましくは、1〜100,000mPa・sの範囲内であり、特に好ましくは、1〜5,000mPa・sの範囲内である。
(B)成分の含有量は、(A)成分中のアルケニル基1モルに対し、本成分中のケイ素原子結合水素原子が0.1〜3.0モルの範囲内となる量である。これは、(B)成分の含有量が上記範囲の下限以上であると、本組成物が十分に硬化するからであり、一方、上記範囲の上限以下であると、得られる硬化物の耐熱性が向上するからである。
(C)成分は本組成物の硬化を促進するための白金系触媒である。このような(C)成分としては、塩化白金酸、塩化白金酸のアルコール溶液、白金のオレフィン錯体、白金のアルケニルシロキサン錯体、白金のカルボニル錯体が例示され、好ましくは、白金のアルケニルシロキサン錯体であり、特に好ましくは、白金の1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体である。
(C)成分の含有量は、本組成物に対し、質量単位で、白金原子が10〜100ppmの範囲内となる量である。これは、(C)成分の含有量が上記範囲の下限以上であると、得られる硬化物の耐熱性が向上するからであり、一方、上記範囲の上限以下であると、得られる硬化物の着色が抑制されるからである。
本組成物は、上記(A)成分〜(C)成分から少なくともなり、本組成物中のナトリウム、カリウムの含有量が、本組成物に対し、質量単位で、いずれも3ppm以下であり、好ましくは、いずれも2ppm以下であり、特に好ましくは、いずれも1ppm以下であることを特徴とする。これは、本組成物中のナトリウム、カリウムの含有量がそれぞれ前記上限以下であると、得られる硬化物の耐熱性が向上するからである。このナトリウム、カリウムは、例えば、(A)成分のオルガノポリシロキサンを調製する際に使用される重合触媒に起因するものがほとんどである。そのため、本組成物において、ナトリム、カリウムの含有量を前記上限以下とする方法としては、ナトリウム、カリウムを含有している可能性のある(A)成分を水洗したり、イオン交換樹脂等で処理したり、あるいは吸着ろ過する方法、あるいは、ナトリウム、カリウムを含有しない重合触媒により調製されたオルガノポリシロキサンを(A)成分として用いる方法が例示される。なお、吸着ろ過には、ゼータ電位による吸着作用を有する濾材を用いることが好ましい。この濾材としては、例えば、住友スリーエム社製のゼータプラス(登録商標)フィルター01A、05S、05Hが例示される。
本組成物は、上記(A)成分〜(C)成分から少なくともなるが、その他任意の成分として、1−エチニル−1−シクロヘキサノール、2−メチル−3−ブチン−2−オール、3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール、2−フェニル−3−ブチン−2−オール等のアルキンアルコール;3−メチル−3−ペンテン−1−イン、3,5−ジメチル−3−ヘキセン−1−イン等のエンイン化合物;N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N−ジメチルエチレンジアミン、N,N−ジエチルエチレンジアミン、N,N−ジブチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラエチルエチレンジアミン等のアミン化合物;1,3,5,7−テトラメチル−1,3,5,7−テトラビニルシクロテトラシロキサン、1,3,5,7−テトラメチル−1,3,5,7−テトラヘキセニルシクロテトラシロキサン等の環状シロキサン化合物;その他、ベンゾトリアゾール等の反応抑制剤を含有してもよい。この反応抑制剤の含有量は限定されないが、本組成物に対し、質量単位で、1〜5,000ppmの範囲内であることが好ましい。
さらに、本組成物には、本発明の目的を損なわない限り、その他任意の成分として、例えば、ヒュームドシリカ、沈降性シリカ、ヒュームド酸化チタン等の無機質充填剤、これらの無機質充填剤を有機ケイ素化合物により疎水化処理した無機質充填剤;その他、難燃性付与剤、顔料、染料、蛍光染料、耐熱添加剤、可塑剤、接着付与剤を含有してもよい。
本組成物は、常温で、または、40〜200℃の温度に加熱することにより速やかに硬化して、ゲル状の硬化物を形成することができる。
次に、本発明の硬化物について詳細に説明する。
本発明の硬化物は、上記の硬化性シリコーン組成物を硬化して得られるものである。この硬化物の硬さは特に限定されないが、JIS K 6249:2003「未硬化及び硬化シリコーンゴムの試験方法」で規定される針入度が20〜200の範囲内であることが好ましい。
本発明の硬化性シリコーン組成物およびその硬化物を実施例により詳細に説明する。なお、粘度は25℃における値である。また、硬化性シリコーン組成物および硬化物を次のようにして評価した。
[ナトリウムおよびカリウムの含有量]
硬化性シリコーン組成物をそれぞれ2gずつ秤量して60mlのトルエンに溶解させ、20gの純水を加えた後、シェイカーにかけて2時間抽出を行った。プラスチックピペットで水層を採取し、イオンクロマトグラフィ−用測定サンプルとした。
ナトリウムイオン、カリウムイオンの測定用のイオンクロマトグラフ装置にはダイオネクス製ICS−1500を使用した。分離カラムにIonpac CS−12A/CG−12Aを用い、溶離液として20ミリモル/リットル−メタンスルホン酸水溶液を1.0ml/min.で流した。サプレッサーには電気透折型CRS−300、検出器には電気伝導度検出器を用いた。この測定方法における検出限界値は0.1ppmであった。
[針入度]
硬化性シリコーン組成物をそれぞれ40g、50mlのガラス製ビーカーに注入した後、これを120℃で60分間加熱することにより硬化させた。この硬化物を25℃まで冷却し、JIS K 6249で規定される針入度を測定した。この値を耐熱試験前針入度とした。
[耐熱性試験]
上記のように作製した硬化物を200℃の熱風循環式オーブンに入れて、500時間後の硬化物の針入度を上記と同様にして測定した。この値を耐熱試験後針入度(1)とした。
また、上記耐熱試験後の硬化物を200℃の熱風循環式オーブンに入れて、さらに500時間加熱し、合計1000時間加熱した後の硬化物の針入度を上記と同様に測定した。この値を耐熱試験後針入度(2)とした。
[参考例]
式:
(CH)(CH=CH)SiO[(CH)SiO]Si(CH)(CH=CH)
で表されるオルガノポリシロキサン 19.7g、および式:
[(CH)SiO]
(式中、Xは4〜6の数である。)
で表される環状ジメチルシロキサン 565.2g、式:(CH)SiO1/2で表されるシロキサン単位 7.4モル%、式:(CH)SiO2/2で表されるシロキサン単位 81.8モル%、式:CHSiO3/2で表されるシロキサン単位 10.8モル%からなる液状オルガノポリシロキサン 215.3gの混合物をNパージし、平衡触媒として45質量%−水酸化カリウム水溶液0.1gを加え、150℃で4時間、平衡反応させた。その後、反応物をCOで中和し、冷却した後、住友スリーエム社製のゼータプラス(登録商標)フィルター01Aにより1回ろ過した。得られたオルガノポリシロキサン(I)は、粘度が800mPa・sであり、ビニル基の含有量が0.19質量%であった。
また、このオルガノポリシロキサン(I)は、NMR解析から、式:(CH)SiO2/2で表されるシロキサン単位 94.6モル%、式:CHSiO3/2で表されるシロキサン単位 2.9モル%、式:(CH)SiO1/2で表されるシロキサン単位 2.0モル%、および式:(CH)(CH=CH)SiO1/2で表されるシロキサン単位 0.5モル%からなり、平均組成式:
(CH)1.991(CH=CH)0.005SiO1.002
で表されることがわかった。
このオルガノポリシロキサン(I)をゼータプラス(登録商標)フィルター01Aによりさらに2回ろ過したものをオルガノポリシロキサン(II)とした。
また、このオルガノポリシロキサン(I)をゼータプラス(登録商標)フィルター01Aによりさらに5回ろ過したものをオルガノポリシロキサン(III)とした。
さらに、このオルガノポリシロキサン(I)をゼータプラス(登録商標)フィルター01Aによりさらに2回ろ過した後、住友スリーエム社製のゼータプラス(登録商標)フィルター05Sにより1回ろ過したものをオルガノポリシロキサン(IV)とした。
[実施例1〜14、比較例1〜8]
下記に示す成分を用いて、表1〜3に示す組成(質量部)で均一に混合して、実施例1〜14、および比較例1〜8の硬化性シリコーン組成物を調製した。なお、表中のSiH/Viは、組成物中の成分(a−1)〜(a−4)に含まれるビニル基の合計1モルに対する、成分(b−1)に含まれるケイ素原子結合水素原子のモル数を示している。
成分(a−1): 参考例で調製したオルガノポリシロキサン(IV)
成分(a−2): 参考例で調製したオルガノポリシロキサン(III)
成分(a−3): 参考例で調製したオルガノポリシロキサン(II)
成分(a−4): 参考例で調製したオルガノポリシロキサン(I)
成分(b−1): 粘度が5mPa・sであり、分子両末端がジメチルハイドロジェンシロキシ基で封鎖されたポリジメチルシロキサン(ケイ素原子結合水素原子の含有量=0.12質量%)
成分(c−1): 白金濃度が白金原子換算で0.5質量%である白金の1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体の1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン溶液
成分(d−1): N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン
成分(d−2): 2−フェニル−3−ブチン−2−オール
Figure 0006157073
Figure 0006157073
Figure 0006157073
本発明の硬化性シリコーン組成物は、耐熱性が優れる硬化物を形成することができるので、耐熱性の要求される、パワーモジュール等の電子部品のポッティング剤として好適である。

Claims (4)

  1. (A)一般式:R SiO2/2で表されるシロキサン単位 80.0〜96.5モル%、一般式:RSiO3/2で表されるシロキサン単位 2.0〜10.0モル%、一般式:R SiO1/2で表されるシロキサン単位 1.0〜6.0モル%、および一般式:R SiO1/2で表されるシロキサン単位 0.2〜4.0モル%からなるオルガノポリシロキサン(式中、Rは脂肪族不飽和結合を有さないハロゲン置換もしくは非置換の一価炭化水素基であり、Rはアルケニル基である。)、
    (B)一分子中に平均2個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサン{前記(A)成分中のアルケニル基1モルに対し、本成分中のケイ素原子結合水素原子が0.1〜3.0モルとなる量}、および
    (C)白金系触媒
    から少なくともなり、前記(C)成分の含有量が、本組成物に対し、質量単位で、白金原子が10〜100ppmとなる量であり、かつ、本組成物中の(A)成分のオルガノポリシロキサンを調製する際に使用される重合触媒に起因するナトリウム、カリウムの含有量が、本組成物に対し、質量単位で、いずれも3ppm以下である硬化性シリコーン組成物。
  2. 請求項1記載の硬化性シリコーン組成物を硬化してなる硬化物。
  3. JIS K 6249で規定される針入度が10〜200である、請求項2記載の硬化物。
  4. 本組成物中の(A)成分のオルガノポリシロキサンを調製する際に使用される重合触媒に起因するナトリウム、カリウムの含有量を、本組成物に対し、質量単位で、いずれも3ppm以下とするために、(A)成分をゼータ電位による吸着作用を有する濾材を用いて吸着ろ過する工程を有する、請求項1に記載の硬化性シリコーン組成物の製造方法。
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