JP6213257B2 - シリコーンを含む硬化性組成物およびその硬化物 - Google Patents

シリコーンを含む硬化性組成物およびその硬化物 Download PDF

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Description

本発明は、耐熱性が要求される封止材または接着剤に使用する、シリコーンを含む硬化性組成物およびその硬化物に関する。
本発明のシリコーンを含む硬化性組成物およびその硬化物は、炭化ケイ素(SiC)を用い耐電圧性が高い半導体であるパワー半導体用、または、透明性を要求される光学部材、レンズ、光学用薄膜、特に、発光ダイオード(Light Emitting Diode;以下、LEDと呼ぶことがある。)または半導体レーザー等の半導体用封止材に使用される。
半導体用封止材には、動作中の半導体素子およびLEDの発熱に耐えるための耐熱性が要求される。また、LED等の光学部材用の半導体用封止材には、耐熱性に加え透明性が要求される。これらの封止材としてはエポキシ樹脂、またはシリコーンを硬化させた硬化物が用いられてきた。尚、本明細書において、シリコーンとは、シロキサン結合による主骨格を有する高分子化合物を指す。
しかしながら、従来のエポキシ樹脂は、パワー半導体または高輝度発光素子、例えば、自動車のヘッドライト用または液晶テレビのバックライト用の高輝度LEDまたは半導体レーザー等の半導体用封止材に用いるには耐熱性が不充分であり、封止材の加熱劣化による電流のリーク、また封止材の黄変等の不具合が起きることが知られていた。
また、半導体用封止材には、電流のリークまたはショート防止のため水分の通過が少ないこと、基板または発光素子との密着性がよいこと等が要求されている。
このような要求を満たす半導体用封止材として、LEDの封止材にはシリコーンの硬化物が用いられる。LEDを半導体用封止材で封止する際、封止材の前駆体としてのシリコーンを含む硬化性組成物を硬化させ封止させる。その際の、硬化性組成物の硬化方法は、以下の2つに分けられる。第1の方法は、シリコーンをヒドロシリル化による付加重合によって硬化させる方法である。第2の方法は、アルコキシシランを加熱し、Si−OH基(シラノール基)の脱水縮合によって硬化させる方法である。
主に、第1の方法が、シリコーンをLED封止材等に用いる際に用いられる。第1の方法であるヒドロシリル化反応による硬化は、Si−H基(ヒドロシリル基)とSi−CH=CH基(ビニルシリル基)との付加重合反応であり、硬化物の成型が容易である。しかしながら、第1の方法は、第2の方法に比較して硬化物の耐熱性が低く、長時間の加熱によって黄変し易い。
第2の方法は、Si−OH基同士の脱水縮合(以後、単に縮合と呼ぶことがある)によりシロキサン結合(Si−O−Si)を形成し架橋させるため、第1の方法を用いるよりも耐熱性の高いシリコーンの硬化物が得られる。またSi−OH基の含有量が多いほど、ガラスおよびシリコン等の基板への密着性は向上する。しかしながら、第2の方法には、常温(本明細書では約20℃と定義する)でSi−OH基が反応するための硬化性組成物がゲル化し易く、保存安定性に懸念があること、および成型硬化時に発泡し易く、第1の方法に比較して硬化時間が長い等の問題があった。
例えば、特許文献1に開示されるケイ素含有硬化性組成物は、保存安定性に優れ、硬化物が耐熱性および可とう性に優れていると報告されている。
また、特許文献2には、特定のアルコキシシランを脱水縮合させたシリコーン樹脂が高い耐熱性を有することが開示されている。本シリコーン樹脂を基体にコーティングすることにより、薄膜を得ることは容易である。しかしながら、ポッティング加工によるバルク体の成型は難しい。何故なら、Si−OH基が脱水縮合する過程で水が副生し、その水蒸気により硬化前のバルク体の内部に発泡が生じ、硬化後のバルク体中に泡が残存するためである。
また、特許文献3は、脱泡性に優れた光半導体装置用封止剤が開示されている。特許文献3に記載の光半導体装置用封止剤は、塩基触媒によりアルコキシシラン化合物を加水分解重縮合して合成される、アリール基およびアルケニル基を有し、かつ実質的にアルコキシ基を有さない第1のシリコーン樹脂(但し、珪素原子に結合した水素原子を有するシリコーン樹脂を除く)と、酸触媒によりアルコキシシラン化合物を加水分解重縮合して合成される、アリール基および珪素原子に結合した水素原子を有し、かつ実質的にアルコキシ基を有さない第2のシリコーン樹脂と、ヒドロシリル化反応用触媒とを含む。ヒドロシリル化反応用触媒として酸または塩基を用いアルコキシシランを縮合させ封止材原料としてのシリコーン樹脂を得る際、トリメチルメトキシシラン等の一官能のアルコキシシランを加えて、シリコーン樹脂中に含まれるアルコキシシランを極力少なくして、光半導体装置用封止剤が硬化する際、アルコキシシランとSi−OH基が縮合した時に生じるアルコールを少なくして発泡を抑制している。しかしながら、特許文献3には、シリコーン樹脂中のSi−OH基の含有量の調整については何ら記載がなく、硬化時に発泡を抑制しつつ密着性を向上させることは考慮されていない。アルコキシシランの縮合で合成したシリコーンにおいては、Si−OH基の含有量を細かく制御することは難しいという問題がある。
シリコーンを含む硬化性組成物において、用いるシリコーンは分子量の調整が容易であることが好ましい。さらに硬化させた際に発泡することなく、且つ得られた硬化物が耐熱性に優れていれば、有用な半導体用封止剤となる。例えば、LED、半導体レーザー等の高輝度発光素子の封止材においては、さらなる高耐熱性が求められている。
また、半導体用封止材には、高温下において変質および着色等の劣化することなく透明性を維持することと、半導体チップを保護するための低透湿性が求められる。しかしながら、従来のエポキシ樹脂やシリコーン樹脂を用いた半導体用封止材においては、150℃以上の高温下に長時間曝されても充分な透明性を維持することおよび低透湿性をともに満たす封止材は知られていない。
Si−OH基の縮合により得られるシリコーン(以下、単にシリコーンと呼ぶことがある)は高温下で長時間曝露したとしても透明性を維持し、透湿性が低く、かつ基板への密着性が高い。しかしながら、このシリコーンには、加熱時に発泡する等、バルク体の成型が難しいという問題があった。加熱してSi−OH基が縮合する際、徐々に昇温し、副生する水が水蒸気として泡を形成し、バルク体中に気泡が生成しない様に条件を選んで成型することによって、気泡のないバルク体が得られる。しかしながら、気泡のないバルク体を得るには、バルク体を形成する際、低温から非常にゆっくりと昇温し、最終的に高温で長時間加熱する必要があるため、生産性が低く、LED、半導体レーザー等の高輝度発光素子等の半導体用封止材へ使用するのが困難であるという問題があった。
特開2005−325174号公報 特開2009−215345号公報 特開2012−129316号公報
本発明は、加熱条件下で硬化させて硬化物とする際のシリコーンの脱水縮合において、副生した水が水蒸気となり硬化物内で発泡することを抑制することに加え、硬化膜とした際に半導体基板等の基体との優れた密着性を与え、加熱による着色のない耐熱性を与える、硬化性組成物を提供することを目的とする。
本発明において、製法の異なる2種のヒドロシリル基含有シリコーン(A−1)および(A−2)と、同様に製法の異なる2種のビニルシリル基含有シリコーン(B−1)および(B−2)との組み合わせであって、シリコーン(A−1)とシリコーン(B−1)のみからなる組み合わせ、およびシリコーン(A−2)とシリコーン(B−2)のみからなる組み合わせを除く組合せで、特定の組成比で混合することで、硬化時の発泡なく基体との密着性に優れ、加熱(200℃で200時間連続加熱)による着色のない耐熱性に優れる硬化物を与える、硬化性組成物が得られる。
本発明の硬化性組成物は、Si−OH基およびSi−H基を有するシリコーン(A)と、Si−OH基およびSi−CH=CH基を有するシリコーン(B)の2種類の構造の異なるシリコーン、並びに白金化合物、パラジウム化合物およびロジウム化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属化合物を含有するヒドロシリル化触媒からなる。
本発明の硬化性組成物は、Si−H基を有するシリコーン(A)およびSi−CH=CH基を有するシリコーン(B)を同時に用い、硬化時に、Si−OH基同士が反応する脱水縮合反応と、Si−H基とSi−CH=CH基が反応するヒドロシリル化反応の両方を並列して進行させる。その際、硬化物とした際に基体との密着性を損なわない程度に、硬化性組成物中のSi−OH基の含有量を押さえて、水が副生し発泡に関与するSi−OH基の縮合反応を抑え、Si−H基およびSi−CH=CH基の含有量を調整することで、Si−H基およびSi−CH=CH基のシリル化反応による付加重合反応の比率を高め、硬化体中の泡の形成を抑制するものである。
即ち、本発明は以下の発明1〜6を含む。
[発明1]
(1)Si−OH基およびSi−H基を有するシリコーン(A)、
(2)Si−OH基およびSi−CH=CH2基を有するシリコーン(B)、
および、
(3)白金化合物、パラジウム化合物およびロジウム化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属化合物を含有する触媒量のヒドロシリル化触媒、を含む硬化性組成物であって、
(a)シリコーン(A)は下に示すシリコーン(A−1)および/またはシリコーン(A−2)であり、シリコーン(B)は下に示すシリコーン(B−1)および/またはシリコーン(B−2)であって、シリコーン(A)が少なくともシリコーン(A−1)のみを含む際はシリコーン(B)は少なくともシリコーン(B−2)を含み、シリコーン(A)が少なくともシリコーン(A−2)のみを含む際はシリコーン(B)は少なくともシリコーン(B−1)を含み、
(b)該硬化性組成物に含まれるシリコーン(A)とシリコーン(B)におけるSi−H基:Si−CH=CH2基は、モル比で表わしてSi−H基:Si−CH=CH2基=4:1〜1:1の範囲であり、
(c)且つ該硬化性組成物において、Si−OH基の含有量が、硬化性組成物の全量に対して、3.4質量%以上、9.8質量%以下、Si−H基の含有量が、該硬化性組成物に対するモル含量で表わして、0.1mmol/g以上、5.0mmol/g以下、Si−CH=CH2基の含有量が0.1mmol/g以上、5.0mmol/g以下である硬化性組成物。
((i)シリコーン(A−1):
一般式(1)
Si(OR (1)
(式中、R、Rは、水素原子、フッ素原子、水酸基、炭素数1〜6の直鎖状、炭素数
3〜6の分枝状もしくは炭素数3〜6の環状のアルキル基、または炭素数6〜15のアリ
ール基であり、これらアルキル基またはアリール基は、水素原子の全部または一部がフッ
素原子で置換されていてもよく、炭素原子の一部が酸素原子または窒素原子で置換されて
いてもよく、Rは、メチル基、エチル基またはイソプロピル基である。)で表されるア
ルコキシシラン、
一般式(2)
Si(OR (2)
(式中、Rは、水素原子、フッ素原子、水酸基、炭素数1〜6の直鎖状、炭素数3〜6
の分子鎖状もしくは炭素数3〜6の環状のアルキル基、または炭素数6〜15のアリール
基であり、これらアルキル基またはアリール基は、水素原子の全部または一部がフッ素原
子で置換されていてもよく、炭素原子の一部が酸素原子または窒素原子で置換されていて
もよく、Rはメチル基、エチル基またはイソプロピル基である。)で表されるアルコキ
シシラン、
および一般式(3)
Si(OR (3)
(式中、Rはメチル基、エチル基またはイソプロピル基である。)で表されるアルコキ
シシラン
とからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコキシシランと、
一般式(4)
H−Si(OR (4)
(式中、Rはメチル基、エチル基またはイソプロピル基である。)で表されるアルコキ
シシランを
酸性条件または塩基性条件下で加水分解させて重縮合して得られる、シリコーン(A−1
)全量に対してSi−OH基を10質量%以上含むシリコーン。
(ii)シリコーン(A−2):
一般式(1)
Si(OR (1)
(式中、R〜Rは上記と同じ)で表されるアルコキシシラン、
一般式(2)
Si(OR (2)
(式中、RおよびRは上記と同じ)で表されるアルコキシシラン、
および
一般式(3)
Si(OR (3)
(式中、Rは上記と同じ)で表されるアルコキシシラン
からなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコキシシランを酸性条件下または塩基性条
件下で加水分解させ重縮合させて得られるSi−OH基を有する反応生成物と、
一般式(5−1)、一般式(5−2)、一般式(5−3)または一般式(5−4)
Figure 0006213257
(式中、R1aおよびR1bは、それぞれ独立に、フッ素原子、炭素数1〜6の直鎖状、
炭素数3〜6の分子鎖状もしくは炭素数3〜6の環状のアルキル基、または炭素数6〜1
5のアリール基であり、これらアルキル基またはアリール基は、水素原子の全部または一
部がフッ素原子で置換されていてもよく、炭素原子の一部が酸素原子または窒素原子に置
換されていてもよく、R1cは、メチル基、エチル基またはイソプロピル基である。)
で表されるSi−H基を有するシラン化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種のSi−H基を有するシラン化合物を反応させ
て得られる、シリコーン(A−2)全量に対してSi−OH基を3.3質量%以下含むシリコーン。
(iii)シリコーン(B−1):
一般式(1)
Si(OR (1)
(式中、R〜Rは上記と同じ)で表されるアルコキシシラン、
一般式(2)
Si(OR (2)
(式中、RおよびRは上記と同じ)で表されるアルコキシシラン、
および
一般式(3)
Si(OR (3)
(式中、Rは上記と同じ)で表されるアルコキシシラン
とからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコキシシランを、
一般式(6)
CH=CH−Si(OR (6)
(式中、Rはメチル基、エチル基またはイソプロピル基である。)
で表わされるアルコキシシランと酸性条件下または塩基性条件下で加水分解させ重縮させ
て得られる、シリコーン(B−1)全量に対してSi−OH基を10質量%以上含むシリコーン。
(iv)シリコーン(B−2):
一般式(1)
Si(OR (1)
(式中、R〜Rは上記と同じ)で表されるアルコキシシラン、
一般式(2)
Si(OR (2)
(式中、RおよびRは上記と同じ)で表されるアルコキシシラン、
および
一般式(3)
Si(OR (3)
(式中、Rは上記と同じ)で表されるアルコキシシランとからなる群から選ばれる少な
くとも1種のアルコキシシランを酸性条件下または塩基性条件下で加水分解させて重縮合
して得られるSi−OHを含む反応生成物と、
一般式(7−1)、一般式(7−2)、一般式(7−3)または一般式(7−4)
Figure 0006213257
(式中、R1dおよびR1eは、それぞれ独立に、フッ素原子、炭素数1〜6の直鎖状、炭素数3〜6の分子鎖状もしくは炭素数3〜6の環状のアルキル基、または炭素数6〜15のアリール基であり、これらアルキル基またはアリール基は、水素原子の全部または一部がフッ素原子で置換されていてもよく、炭素原子の一部が酸素原子または窒素原子に置換されていてもよく、R1fは、メチル基、エチル基またはイソプロピル基である。)で表されるSi−CH=CH2基を有するシラン化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物を反応させて得られる、シリコーン(B−2)全量に対してSi−OH基を3.3質量%以下含むシリコーン。)
「(a)シリコーン(A)は上に示すシリコーン(A−1)および/またはシリコーン(A−2)であり、シリコーン(B)は下に示すシリコーン(B−1)および/またはシリコーン(B−2)であって、シリコーン(A)が少なくともシリコーン(A−1)のみを含む際はシリコーン(B)は少なくともシリコーン(B−2)を含み、シリコーン(A)が少なくともシリコーン(A−2)のみを含む際はシリコーン(B)は少なくともシリコーン(B−1)を含み」という記載は、
言い換えれば「シリコーン(A−1)とシリコーン(B−1)のみからなる組み合わせ、およびシリコーン(A−2)とシリコーン(B−2)のみからなる組み合わせを除く」という意味である。
シリコーン(A−1)とシリコーン(B−1)のみからなる組み合わせ、およびシリコーン(A−2)とシリコーン(B−2)のみからなる組み合わせの組成物は、硬化時に発泡したり、基板との密着性が得られないことがある。
[発明2]
Si−H基を有するシラン化合物が、式(5−5)、(5−8)または(5−9)で表されるシラン化合物である、発明1に記載の硬化性組成物。
Figure 0006213257
[発明3]
Si−CH=CH基を有するシラン化合物が、式(7−5)、(7−7)または(7−8)で表されるシラン化合物である、発明1に記載の硬化性組成物。
Figure 0006213257
[発明4]
発明1〜3の硬化性組成物が硬化してなる硬化物。
[発明5]
発明4の硬化物を用いてなる、封止材。
[発明6]
発明1〜3の硬化性組成物を70℃以上、300℃以下に加熱することで硬化させる硬化物の製造方法。
本発明の硬化性組成物は、Si−OH基およびSi−H基を有するシリコーン(A)と、Si−OH基およびSi−CH=CH基を有するシリコーン(B)の構造の異なる特定の2種類のシリコーンを用い、各シリコーン中のSi−OH基の含有量を調整可能としたことで、シリコーン硬化時に、Si−CH=CH基とSi−H基が反応するヒドロシリル化反応に対し、Si−OH基同士による脱水縮合反応を抑制し、硬化体中の発泡を抑制しつつ、硬化物と硬化物が封止する基体との所望の密着性を得ることができるものである。
具体的には、本発明の硬化性組成物は、Si−OH基を10質量%以上含みSi−H基を有するシリコーン(A−1)と、Si−OH基を10質量%以上含みSi−CH=CH基を有するシリコーン(B−1)、Si−OH基を3.3質量%以下含みSi−H基を有するシリコーン(A−2)と、Si−OH基を3.3質量%以下含みSi−CH=CH基を有するシリコーン(B−2)の4種類の構造の異なるシリコーンを組み合わせ、Si−OH基の含有量を3.4質量%以上、9.8質量%未満に調整することにより、シリコーン硬化時に、Si−CH=CH基とSi−H基が反応するヒドロシリル化反応が、Si−OH基同士による脱水縮合反応に対して優先的に反応し、硬化体中の発泡を抑制し、成形性を担保しつつ、硬化物と硬化物が封止する基体との所望の密着性を得ることができるものである(但し、シリコーン(A−1)とシリコーン(B−1)のみからなる組み合わせ、およびシリコーン(A−2)とシリコーン(B−2)のみからなる組み合わせを除く)。
さらに、本発明の硬化性組成物は、加熱(200℃で200時間連続加熱)による着色のない耐熱性に優れる硬化物を与える。
本発明の硬化性組成物は、Si−OH基を10質量%以上含みSi−H基を有するシリコーン(A−1)と、Si−OH基を10質量%以上含みSi−CH=CH基を有するシリコーン(B−1)、Si−OH基を3.3質量%以下含みSi−H基を有するシリコーン(A−2)と、Si−OH基を3.3質量%以下含みSi−CH=CH基を有するシリコーン(B−2)の4種類の構造の異なるシリコーンの選択、並びに白金化合物、パラジウム化合物およびロジウム化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属化合物を含有するヒドロシリル化触媒からなる。
本発明の硬化性組成物は、前記シリコーン(A−1)、(A−2)、(B−1)、(B−2)を選択し、組み合わせることで、硬化性組成物中のSi−OH量を3.4質量%以上、9.8質量%未満に調節し、組成物にヒドロシリル触媒を加えることで成形性と密着性と両立することができる。硬化性組成物中にSi−H基、Si−CH=CH基、及びSi−OH基が存在すると、硬化時に、Si−OH基同士が反応する脱水縮合反応と、Si−H基とSi−CH=CH基が反応するヒドロシリル化反応の両方が並列して進行する。その際、Si−OH基の量を調節することにより、硬化物とした際に基体との密着性を損なわない程度に、硬化性組成物中のSi−OH基の含有量を押さえて、Si−OH基の縮合反応により水が副生することによる硬化物中の発泡を抑えることができる。また、Si−H基およびSi−CH=CH基のモル比を4:1〜1:1に調整することで、Si−H基およびSi−CH=CH基のシリル化反応による付加重合反応の比率を高め、硬化体中の泡の形成を抑制するものである。
前記組合せのうち、前記シリコーン(A−1)と(B−1)のみの組合せからなる硬化性組成物は、硬化性組成物中のSi−OH量が9.8質量%より多くなるため、硬化物とした際に発泡を抑えることが出来ず好ましくない。さらに、前記シリコーン(A−2)と(B−2)のみの組合せからなる硬化性組成物は、硬化性組成物中のSi−OH量が3.4質量%未満になるため、硬化物とした際に基材との密着性が不良となり好ましくない。
本発明の硬化性組成物を加熱することによって、Si−H基とSi−CH=CH基によるヒドロシリル化反応とSi−OH基同士による脱水縮合反応が並行して進行する。硬化性組成物中のSi−OH基の含有量を3.4質量%以上、9.8質量%以下に調節し、ヒドロシリル化反応に関与するSi−H基およびSi−CH=CH基の含有量を調整し、Si−OH基の含有量を、Si−H基およびSi−CH=CH基の含有量に比べて少なくするものである。シリコーン(A−1)、(A−2)、(B−1)、(B−2)を選択し、組み合わせて硬化させる際に、ヒドロシリル化反応と脱水縮合反応が共存する反応系において、脱水縮合反応による水の副生による水蒸気の発生を軽減し、硬化物であるバルク内の発泡を抑えることが可能となる。
硬化性組成物のSi−OH基、Si−H基、Si−OH基およびSi−CH=CH基の含有量の調整、硬化性組成物の粘度調整は、シリコーン(A−1)、(A−2)およびシリコーン(B−1)、(B−2)の種類、組成比、分子量および製造方法を特定することで行うことができる。
1.硬化性組成物
本発明の硬化性組成物は、Si−OH基を10質量%以上、3.3質量%以下を含むSi−H基を有するシリコーン(A−1)、(A−2)およびSi−OH基を10質量%以上、3.3質量%以下を含むSi−CH=CH基を有するシリコーン(B−1)、(B−2)から選択され、組み合わされたものであり、並びに白金化合物、パラジウム化合物およびロジウム化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種のヒドロシリル化触媒(C)を含む。 前記4つの種類のシリコーンから選択し、Si−OH基を3.4質量%以上、9.8質量%以下に調節した、硬化性組成物において、Si−H基とSi−CH=CH基の比はモル比で表わして、Si−H:Si−CH=CHは4:1〜1:1の範囲であり、硬化性組成物の全量に対して、ヒドロシリル化触媒の含有量は0.1質量ppm以上、200質量ppm以下であり、硬化性組成物全質量に対し、Si−OH基が3.4質量%以上、9.8質量%以下である。硬化性組成物に対するモル含量で表わして、Si−H基の含有量は、0.1mmol/g以上、5.0mmol/g以下、およびSi−CH=CH基の含有量は0.1mmol/g以上、5.0mmol/g以下である。
Si−CH=CH基1モル比に対してSi−H基が4モル比より多いと硬化がうまく進行せず、1モル比より少ないと、得られる硬化物の耐熱性に乏しくなり、高温下で硬化物が黄変しやすい。
Si−OH基が3.4質量%より少ないと基板への密着性が低下し、9.8質量%より多いと硬化時に発泡し易い。Si−H基が0.1mmol/gより少ないと、硬化しにくくタック性が生じやすい。Si−CH=CH基が0.1mmol/gより少ないと硬化しにくくタック性が生じやすい。5.0 mmol/gより多いと耐熱性が劣化し、硬化物が黄変しやすい。
2.シリコーン(A−1)、(A−2)およびシリコーン(B−1)、(B−2)の種類
本発明の硬化性組成物は、シリコーン(A−1)およびシリコーン(A−2)から選ばれる少なくとも一種を選択し、シリコーン(B−1)およびシリコーン(B−2)から選ばれる少なくとも一種を選択し、硬化性組成物中のSi−OH基の含有量、およびSi−H基とSi−CH=CH基のモル比の調整を行う。本発明の硬化性組成物において、シリコーン(A−1)とシリコーン(B−1)のみの組み合わせ、およびシリコーン(A−2)とシリコーン(B−2)のみの組み合わせを除く、シリコーン(A−1)またはシリコーン(A−2)、シリコーン(B−1)またはシリコーン(B−2)から選択される2種類以上のシリコーンを用い、Si−OH基を3.4質量%以上、9.8質量%以下に、Si−H基とSi−CH=CH基の比をモル比で表わして、Si−H:Si−CH=CHを4:1〜1:1の範囲に調節することで、発泡のない硬化物を得るとともに、硬化物と基体との所望の密着性を得ることが可能となる。
本発明の硬化性組成物において、前記一般式(1)で表されるアルコキシシラン、一般式(2)で表されるアルコキシシラン、および一般式(3)で表されるアルコキシシランから選ばれる少なくとも一種のアルコキシシランと、前記Si−H基を有するアルコキシシラン(4)を用いて縮合反応を行い、Si−H基を有するシリコーン(A−1)を合成し、また、前記一般式(1)で表されるアルコキシシラン、一般式(2)で表されるアルコキシシラン、および一般式(3)で表されるアルコキシシランから選ばれる少なくとも一種のアルコキシシランと前記Si−CH=CH基を有するアルコキシシラン(6)を用いて縮合反応を行い、Si−CH=CH基を有するシリコーン(B−1)を合成する。
シリコーン(A−1)およびシリコーン(B−1)は、これらシリコーン全量に対して、Si−OH基を10質量%以上含むことが好ましい。この範囲を超えると4種のシリコーンを混合する際のSi−OH基、Si−H基とSi−CH=CH基のモル比の調節がしにくくなる。
また前記一般式(1)で表されるアルコキシシラン(1)、一般式(2)で表されるアルコキシシラン(2)、および一般式(3)で表されるアルコキシシラン(3)から選ばれる少なくとも一種のアルコキシシランと、前記Si−H基を有する、モノクロロシラン化合物(5−1)、モノアルコキシシラン化合物(5−2)、モノシラノール化合物(5−3)またはジシロキサン化合物(5−4)を反応させることで、Si−H基を有するシリコーン(A−2)を合成し、また、前記Si−CH=CH基を有する、モノクロロシラン化合物(7−1)、モノアルコキシシラン化合物(7−2)、モノシラノール化合物(7−3)またはジシロキサン化合物(7−4)を反応させることで、Si−CH=CH基を有するシリコーン(B−2)を合成する。シリコーン(A−2)およびシリコーン(B−2)は、これらシリコーン全量に対して、Si−OH基を3.3質量%以下含むことが好ましい。この範囲を超えると4種のシリコーンを混合する際のSi−OH基、Si−H基とSi−CH=CH基のモル比の調整がし難い。
[シリコーン(A−1)]
シリコーン(A−1)は、
一般式(1)
Si(OR (1)
(式中、R、Rは、水素原子、フッ素原子、水酸基、炭素数1〜6の直鎖状、炭素数3〜6の分枝状もしくは炭素数3〜6の環状のアルキル基、または炭素数6〜15のアリール基であり、これらアルキル基またはアリール基は、水素原子の全部または一部がフッ素原子で置換されていてもよく、炭素原子の一部が酸素原子または窒素原子で置換されていてもよく、Rは、メチル基、エチル基またはイソプロピル基である。)で表されるアルコキシシラン、
一般式(2)
Si(OR (2)
(式中、Rは、水素原子、フッ素原子、水酸基、炭素数1〜6の直鎖状、炭素数3〜6の分子鎖状もしくは炭素数3〜6の環状のアルキル基、または炭素数6〜15のアリール基であり、これらアルキル基またはアリール基は、水素原子の全部または一部がフッ素原子で置換されていてもよく、炭素原子の一部が酸素原子または窒素原子で置換されていてもよく、Rはメチル基、エチル基またはイソプロピル基である。)で表されるアルコキシシラン、
および
一般式(3)
Si(OR (3)
(式中、Rはメチル基、エチル基またはイソプロピル基である。)で表されるアルコキシシラン
とからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコキシシランと、
一般式(4)
H−Si(OR (4)
(式中、Rはメチル基、エチル基またはイソプロピル基である。)で表されるアルコキシシランを
酸性条件または塩基性条件下で加水分解させて重縮合して得られる、全量に対してSi−OH基を10質量%以上含むシリコーンである。
、RおよびRで表わされる有機基は、具体的には、水素、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、イソプロピル基、イソブチル基、t−ブチル基、フェニル基、ナフチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオローn−プロピル基またはノナフルオローn−ブチル基を例示することができる。
[シリコーン(A−2)]
シリコーン(A−2)は、
一般式(1)
Si(OR (1)
(式中、R〜Rは上記と同じ)で表されるアルコキシシラン、
一般式(2)
Si(OR (2)
(式中、RおよびRは上記と同じ)で表されるアルコキシシラン、
および
一般式(3)
Si(OR (3)
(式中、Rは上記と同じ)で表されるアルコキシシラン
からなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコキシシランを酸性条件下または塩基性条件下で加水分解させ重縮合させて得られるSi−OH基を有する反応生成物と、
一般式(5−1)、一般式(5−2)、一般式(5−3)または一般式(5−4)
Figure 0006213257
(式中、R1aおよびR1bは、それぞれ独立に、フッ素原子、炭素数1〜6の直鎖状、炭素数3〜6の分子鎖状もしくは炭素数3〜6の環状のアルキル基、または炭素数6〜15のアリール基であり、これらアルキル基またはアリール基は、水素原子の全部または一部がフッ素原子で置換されていてもよく、炭素原子の一部が酸素原子または窒素原子で置換されていてもよく、R1cは、メチル基、エチル基またはイソプロピル基である。)
で表される群から選ばれる少なくとも1種のSi−H基を有するシラン化合物を反応させて得られる、全量に対してSi−OH基を3.3質量%以下含むシリコーンである。
1aおよびR1b表わされる有機基は、具体的には、水素、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、イソプロピル基、イソブチル基、t−ブチル基、フェニル基、ナフチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオローn−プロピル基またはノナフルオローn−ブチル基を例示することができる。
1aおよびR1b表わされる有機基はメチル基であることが好ましく、以下のシラン化合物を例示することができる。
Figure 0006213257
Si−H基を有するシラン化合物は、入手のし易さおよび合成のし易さより、式(5−5)、(5−8)、または(5−9)で表されるシラン化合物であることが好ましい。
Figure 0006213257
[シリコーン(B−1)]
シリコーン(B−1)は、
一般式(1)
Si(OR (1)
(式中、R〜Rは上記と同じ)で表されるアルコキシシラン、
一般式(2)
Si(OR (2)
(式中、RおよびRは上記と同じ)で表されるアルコキシシラン、
および
一般式(3)
Si(OR (3)
(式中、Rは上記と同じ)で表されるアルコキシシラン
とからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコキシシランを、
一般式(6)
CH=CH−Si(OR (6)
(式中、Rはメチル基、エチル基またはイソプロピル基である。)
で表わされるアルコキシシランと酸性条件下または塩基性条件下で加水分解させ重縮させて得られる、全量に対してSi−OH基を10質量%以上含むシリコーンである。
[シリコーン(B−2)]
シリコーン(B−2)は、
一般式(1)
Si(OR (1)
(式中、R〜Rは上記と同じ)で表されるアルコキシシラン、
一般式(2)
Si(OR (2)
(式中、RおよびRは上記と同じ)で表されるアルコキシシラン、
および
一般式(3)
Si(OR (3)
(式中、Rは上記と同じ)で表されるアルコキシシランとからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコキシシランを酸性条件下または塩基性条件下で加水分解させて重縮合して得られるSi−OHを含む反応生成物と、
一般式(7−1)、一般式(7−2)、一般式(7−3)または一般式(7−4)
Figure 0006213257
(式中、R1dおよびR1eは、それぞれ独立に、フッ素原子、炭素数1〜6の直鎖状、炭素数3〜6の分子鎖状もしくは炭素数3〜6の環状のアルキル基、または炭素数6〜15のアリール基であり、これらアルキル基またはアリール基は、水素原子の全部または一部がフッ素原子で置換されていてもよく、炭素原子の一部が酸素原子または窒素原子で置換されていてもよく、R1fは、メチル基、エチル基またはイソプロピル基である。)
で表されるSi−CH=CH基を有するシラン化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物を反応させて得られる、全量に対してSi−OH基を3.3質量以下含むシリコーンである。
1dおよびR1e表わされる有機基は、具体的には、水素、メチル基、エチル基、n
−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、イソプロピル基、イソ
ブチル基、t−ブチル基、フェニル基、ナフチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフル
オロエチル基、ヘプタフルオローn−プロピル基またはノナフルオローn−ブチル基を例
示することができる。
1dおよびR1e表わされる有機基はメチル基であることが好ましく、以下のシラン化合物を例示することができる。
Figure 0006213257
この際、Si−CH=CH基を有するシラン化合物は、入手のし易さおよび合成のし易さより、式(7−5)、式(7−7)または式(7−8)で表されるシラン化合物である、(式中、R1fはメチル基、エチル基またはイソプロピル基である)で表されるシラン化合物であることが好ましい。
Figure 0006213257
3.シリコーン(A−1)(A−2)、シリコーン(B−1)、(B−2)の調製方法
本発明の硬化性組成物に用いる、シリコーン(A−1)および(A−2)、シリコーン(B−1)および(B−2)の調製方法の具体例について説明する。しかしながら、これらの調製方法は、以下の調製方法に限定されるものではない。
[シリコーン(A−1)、シリコーン(B−1)の調製方法]
シリコーンを合成する際に、前記一般式(1)〜(3)で表されるアルコキシシランから選ばれる少なくとも1種のアルコキシシランに、前記一般式(4)で表わされるSi−H基を有するアルコキシシランを加え、縮合させることでシリコーン(A−1)が得られる。
シリコーンを合成する際に、前記一般式(1)〜(3)で表されるアルコキシシランから選ばれる少なくとも1種のアルコキシシランに、前記一般式(6)で表わされるSi−CH=CH基を有するアルコキシシランを加え、縮合させることでシリコーン(B−1)が得られる。
<シリコーン(A−1)>
シリコーン(A−1)は、以下の反応スキームに示す反応で調製される。前記一般式(1)〜(3)に示すアルコキシシランより少なくとも1種を選択し、一般式(4)で表わされるアルコキシシランとともに酸性条件または塩基性条件下で加水分解させて重縮合させることで得られる。
Figure 0006213257
<シリコーン(B−1)>
シリコーン(B−1)は、以下の反応スキームに示す反応で調製される。前記一般式(1)〜(3)に示すアルコキシシランより少なくとも1種を選択し、一般式(6)で表わされるアルコキシシランとともに酸性条件または塩基性条件下で加水分解させて重縮合させることで得られる。
Figure 0006213257
<調製>
具体的には、一般式(1)〜(3)に示すアルコキシシランの少なくとも1種を選択し、一般式(6)または一般式(7)で表わされるアルコキシシランを、室温にて反応容器内に所定量入れた後、各々のアルコキシシランを加水分解するための水、反応溶剤として親水性有機溶剤、好ましくは、アルコール、縮合反応を進行させるための酸触媒、好ましくは、酢酸を加え、次いで反応溶液を90℃以上、100℃以下に加熱し内容物を撹拌し、加水分解および縮合反応を進行させ、シリコーン(A−1)またはシリコーン(B−1)を得る。この際、反応系中の未反応のアルコキシシラン、水、アルコールまたは酢酸が、反応系外へ留去されることを防ぐため、反応容器には還流装置であるコンデンサーを具備することが好ましい。
本反応の加水分解重縮合触媒として酸性触媒または塩基性触媒を使用できる。2つの触媒のうち加水分解縮合物の分子量制御が容易な観点から酸性触媒が好ましい。
本反応で使用する酸性触媒としては、酢酸、塩酸、硝酸、硫酸、フッ化水素酸、トリフルオロメタンスルホン酸、トシル酸またはトリフルオロ酢酸を例示することができる。除去が容易なことから、好ましくは酢酸、塩酸、硝酸、硫酸またはフッ化水素酸であり、より好ましくは酢酸である。
本反応で使用する塩基性触媒としては、無機塩基である、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムまたは炭酸セシウム等が上げられる。
縮合反応に必要な時間は、通常、3時間以上、15時間以下である。縮合反応後に反応溶液を室温まで降温させた後、反応系中に存在するシリコーン(A−1)またはシリコーン(B−1)を取り出すために、非水有機溶剤を接触させることで抽出し、次いで、反応系に含まれる酢酸を水で洗浄して除去する。その後、固体乾燥剤を加え、反応系に溶解している微量の水を除去した後、固体乾燥剤を加え濾過することによって水分を完全に除去する。最後に非水有機溶剤中を減圧除去することで目的とするシリコーン(A−1)またはシリコーン(B−1)を得ることができる。また、固体乾燥剤を用いずに、非水有機溶剤中を減圧除去する過程にて、水を同時に減圧除去してもよい。
尚、シリコーン(A−1)およびシリコーン(B−1)を得るための加水分解および縮合反応において使用する水のモル当量は、原料化合物であるアルコキシシランが含有するアルコキシ基の合計モル当量の1.5倍以上、5倍以下であることが好ましい。1.5倍当量より少ないと、アルコキシシランの加水分解が効率よく行われず、保存した際に時間経過による劣化が生じやすい。5倍モル当量より多く加える必要はない。
前記親水性溶媒は、アルコールが好適であり、エタノール、ノルマルプロパノール、イソプロパノールまたはブタノールを例示することができる。前記非水有機溶剤としては、ジエチルエーテル、イソプロピルエーテルまたはジブチルエーテルを例示することができる。シリコーン(A−1)またはシリコーン(B−1)を得るための縮合反応後に前記非水有機溶剤から水を除去するために用いられる固体乾燥剤としては、硫酸マグネシウムが挙げられる。
得られたシリコーン(A−1)またはシリコーン(B−1)に加熱撹拌を行い、分子量を増加させることもできる(以下、分子量増加処理と言うことがある)。分子量増加処理を行っていないものをシリコーン(A−1−1)またはシリコーン(B−1−1)とし、分子量増加処理を行ったシリコーン(A−1−2)またはシリコーン(B−1−2)と呼ぶことにする。
シリコーン(A−1−2)またはシリコーン(B−1−2)を得る方法には、無溶媒で縮合物を加熱する方法と、トルエン中で縮合物を加熱還流する方法がある。前者の方法は、先ず、縮合物を反応容器に仕込む。加熱の際にはシリコーンの組成比の変化を抑えるために反応容器にコンデンサーを具備させることが好ましい。縮合物を100℃以上、150℃以下に加熱して6〜18時間攪拌する。反応後に反応溶液を室温まで降温させる。この操作を1〜4回行い、粘度およびSi−OHの含有量を調整する方法である。後者の方法は縮合物を反応容器に仕込み、トルエン溶媒に溶解させる。反応容器にディーンスタークトラップを具備させて、トルエン溶液を加熱還流し、溶液中の水と共沸させる方法である。この際溶液中にトシル酸等を加えてもよい。硬化性組成物における好ましい粘度は、50センチポイズ以上、1000000センチポイズ以下であるので、シリコーン(A−1−2)またはシリコーン(B−1−2)の粘度を50センチポイズ以上、1000000センチポイズ以下となるように調整することが好ましい。粘度が本範囲を外れた硬化性組成物はポッティング(注型封止)成型し難い。粘度とは、回転粘度計(ブルックフィールド・エンジニアリング・ラボラトリーズ・インク製、品名、DV−II+PRO)と温度制御ユニット(ブルックフィールド・エンジニアリング・ラボラトリーズ・インク製、品名、THERMOSEL)を用い測定した、硬化性組成物の25℃における粘度を言う。
[シリコーン(A−2)、シリコーン(B−2)の調製方法]
一般式(4)および一般式(6)で表わされるアルコキシシランを用いない以外は、シリコーン(A−1)およびシリコーン(B−1)の調製と同様に、前記一般式(1)〜(3)で表されるアルコキシシランから選ばれる少なくとも2種のアルコキシシランから、シリコーン(A−2)またはシリコーン(B−2)の前駆体である、前駆体シリコーンを合成する。次いで、前駆体シリコーンと、Si−H基を有する一般式(5−1)、式(5−2)、一般式(5−3)または一般式(5−4)と反応させることで、シリコーン(A−2)が得られ、前駆体シリコーンと、Si−CH=CH基を有する一般式(7−1)、一般式(7−2)、一般式(7−3)または一般式(7−4)で表わされるシラン化合物と反応させることで、前記シリコーン(B−2)が得られる。
[シリコーン(A−2)、シリコーン(B−2)の調製方法]
シリコーン(A−2)、シリコーン(B−2)の調製方法を具体的に例示する。合成方法はSi−H基またはSi−CH=CH基を有するクロロシランと縮合物のSi−OH基とを反応させる方法、あるいはSi−OH基を有するクロロシランをSi−H基もしくはSi−CH=CH基を有するジシロキサンまたはアルコキシシランと酸性条件下で加水分解、脱水縮合させる方法の2種類がある。以後、前者の方法で合成したシリコーンを(A−2−1)または(B−2−1)とし、後者の方法で合成したシリコーンを(A−2−2)または(B−2−2)と記載する。
[シリコーン(A−2−1)またはシリコーン(B−2−1)の合成方法]
反応容器に縮合物を仕込み、反応に用いる反応溶剤として非水性有機溶剤、好ましくは、ジエチルエーテル、テトラヒドロフランまたはジイソプロピルエーテルを反応容器内に所定量入れ縮合物を溶解させる、次いで反応系を氷浴で冷却しながら内容物を撹拌し、内容物中にSi−H基またはSi−CH=CH基を有するシラン化合物、具体的には、一般式(5−1)で表されるSi−H基を有するクロロシラン、または一般式(7−1)で表されるSi−CH=CH基を有するクロロシランを滴下する。滴下終了後、室温下で内容物を数時間攪拌し反応させる。反応物非水性有機溶剤層を分取する。次いでその非水性有機溶剤層を酸水溶液、好ましくは塩酸で洗浄し、さらに水で洗浄する。さらに固体乾燥剤を用いて非水性有機溶剤層中に溶解している微量の水を除去した後、固体乾燥剤をろ過によって除去する。
最後に非水性有機溶剤を減圧除去することで目的とするシリコーン(A−2−1)またはシリコーン(B−2−1)を得ることができる。あるいは固体乾燥剤を用いずに、非水性有機溶剤を減圧除去する過程にて、水を同時に減圧除去してもよい。その後、シリコーン(A−2−1)またはシリコーン(B−2−1)を無溶媒条件で加熱攪拌し、シリコーン中の水分を除去する。硬化性組成物における好ましい粘度は、50センチポイズ以上、1000000センチポイズ以下であるので、シリコーン(A−2−1)またはシリコーン(B−2−1)の粘度を50センチポイズ以上、1000000センチポイズ以下となるように調整することが好ましい。本範囲の粘度を外れた硬化性組成物とポッティング成型し難い。
[シリコーン(A−2−2)またはシリコーン(B−2−2)の合成方法]
反応容器に縮合物を仕込み、反応に用いる反応溶剤として非水性有機溶剤、好ましくは、トルエンまたはキシレンとアルコール系溶剤、好ましくはメタノール、エタノールまたは2−プロパノールを反応容器内に所定量入れ縮合物を溶解させる。次いで、Si−H基またはSi−CH=CH基を有するジシロキサンまたはアルコキシシラン、具体的には一般式(5−2)、式(5−3)、式(5−4)で表されるSi−H基を有するシラノール、アルコキシシラン、ジシロキサン化合物または一般式(7−2)、(7−3)、(7−4)で表されるSi−CH=CH基を有するシラノール、アルコキシシラン、ジシロキサン化合物を加える。加水分解および脱水縮合触媒として無機酸、好ましくは硝酸、塩酸、硫酸を反応系に添加し内容物を室温で撹拌し反応させる。反応後に水を加えて攪拌し、非水性有機溶剤層を分取する。次いでその非水性有機溶剤層をイオン交換水で洗浄する。さらに固体乾燥剤を用いて非水性有機溶剤層中に溶解している微量の水を除去した後、固体乾燥剤をろ過によって除去する。
最後に非水性有機溶剤を減圧除去することで目的とするシリコーン(A−2−2)またはシリコーン(B−2−2)を得ることができる。或いは固体乾燥剤を用いずに、非水性有機溶剤を減圧除去する過程にて、水を同時に減圧除去してもよい。その後、シリコーン(A−2−2)またシリコーン(B−2−2)を無溶媒条件で加熱攪拌し、シリコーン中の水分の除去を行う。硬化性組成物における好ましい粘度は、50センチポイズ以上、1000000センチポイズ以下であるので、シリコーン(A−2−2)またはシリコーン(B−2−2)の粘度を50センチポイズ以上、1000000センチポイズ以下となるように調整することが好ましい。本範囲の粘度を外れた硬化性組成物とポッティング成型し難い。
<Si−H基を有するクロロシラン>
式(5−1)で表されるSi−H基を有するクロロシランを具体的に示すと、クロロシラン、クロロメチルシラン、クロロジメチルシラン、エチルメチルクロロシラン、ジエチルクロロシラン、ジイソプロピルクロロシラン、クロロ(クロロメチル)メチルシラン、クロロフェニルシラン、フェニルメチルクロロシラン、クロロ(2−クロロエチル)シラン、クロロ(3−クロロプロピル)シランまたはクロロジエトキシシランを例示することができる。反応が容易であり所望のシリコーン(A−2−1)を得やすいことから、クロロジメチルシラン(ClSi(Me)−H)を用いることが好ましい。(Meはメチル基を表す。)
<Si−CH=CH基を有するクロロシラン>
式(7−1)で表されるSi−CH=CH基を有するクロロシランを具体的に示すと、クロロジメチルビニルシラン、トリビニルクロロシラン、クロロジエチルビニルシラン、クロロジイソプロピルビニルシラン、クロロ(クロロメチル)エテニルメチルシラン、クロロ(クロロメチル)ジエテニルシラン、ビニルフェニルメチルクロロシラン、またはビニルジフェニルクロロシランを例示することができる。反応が容易であり所望のシリコーン(B−2−1)を得やすいことから、クロロジメチルビニルシラン(ClSi(Me)−CH=CH)を用いることが好ましい。
前記したクロロシラン以外に、一般式(5−2)および一般式(7−2)で表されるシラノール、一般式(5−3)および一般式(7−3)で表されるアルコキシシラン、一般式(5−4)および一般式(7−4)で表されるジシロキサンを用いることによっても、目的とするシリコーン(A−2−2)またはシリコーン(B−2―2)を得ることができる。当該シラノール、アルコキシシラン、およびジシロキサンの具体的化合物を以下に例示する。
<Si−H基を有するシラノール>
式(5−2)で表されるSi−H基を有するシラノールを具体的に示すと、ヒドロキシシラン、ヒドロキシメチルシラン、ヒドロキシジメチルシラン、エチルメチルヒドロキシシラン、ジエチルヒドロキシシラン、ジイソプロピルヒドロキシシラン、ヒドロキシ(クロロメチル)メチルシラン、ヒドロキシフェニルシラン、フェニルメチルヒドロキシシラン、ヒドロキシ(2−クロロエチル)シラン、ヒドロキシ(3−クロロプロピル)シランまたはヒドロキシジエトキシシランを例示することができる。反応が容易であり所望のシリコーン(A−2−2)を得やすいことから、ヒドロキシジメチルシラン(HO−Si(Me)−H)を用いることが好ましい。
<Si−CH=CH基を有するシラノール>
式(7−2)で表されるSi−CH=CH基を有するシラノールを具体的に示すと、ヒドロキシジメチルビニルシラン、トリビニルヒドロキシシラン、ヒドロキシジエチルビニルシラン、ヒドロキシジイソプロピルビニルシラン、ヒドロキシ(クロロメチル)エテニルメチルシラン、ヒドロキシ(クロロメチル)ジエテニルシラン、ビニルフェニルメチルヒドロキシシランまたはビニルジフェニルヒドロキシシランを例示することができる。反応が容易であり所望のシリコーン(B−2−2)を得やすいことから、ヒドロキシジメチルビニルシラン(HO−Si(Me)−CH=CH)を用いることが好ましい。
<Si−H基を有するアルコキシシラン>
式(5−3)で表されるSi−H基を有するアルコキシシランを具体的に示すと、メトキシシラン、エトキシシラン、イソプロポキシシラン、メトキシメチルシラン、エトキシメチルシラン、イソプロポキシメチルシラン、メトキシジメチルシラン、エトキシジメチルシラン、イソプロポキシジメチルシラン、エチルメチルメトキシシラン、エチルメチルエトキシシラン、エチルメチルイソプロポキシシラン、ジエチルメトキシシラン、ジエチルエトキシシラン、ジエチルイソプロポキシシラン、ジイソプロピルメトキシシラン、ジイソプロピルエトキシシラン、ジイソプロピルイソプロポキシシラン、メトキシ(クロロメチル)メチルシラン、エトキシ(クロロメチル)メチルシラン、イソプロポキシ(クロロメチル)メチルシラン、メトキシフェニルシラン、エトキシフェニルシラン、イソプロポキシフェニルシラン、フェニルメトキシシラン、フェニルエトキシシラン、フェニルイソプロポキシシラン、メトキシ(2−クロロエチル)シランまたはエトキシ(2−クロロエチル)シランを例示することができる。反応が容易であり所望のシリコーン(A−2−2)を得やすいことから、メトキシジメチルシラン(MeO−Si(Me)−H)もしくはエトキシジメチルシラン(EtO−Si(Me)−H)を用いることが好ましい。
<Si−CH=CH基を有するアルコキシシラン>
式(7−3)で表されるSi−CH=CH基を有するアルコキシシランを具体的に示すと、メトキシビニルシラン、エトキシビニルシラン、イソプロポキシビニルシラン、メトキシメチルビニルシラン、エトキシメチルビニルシラン、イソプロポキシメチルビニルシラン、メトキシジメチルビニルシラン、エトキシジメチルビニルシラン、イソプロポキシジメチルビニルシラン、エチルメチルメトキシビニルシラン、エチルメチルエトキシビニルシラン、エチルメチルイソプロポキシビニルシラン、ジエチルメトキシビニルシラン、ジエチルエトキシビニルシラン、ジエチルイソプロポキシビニルシラン、ジイソプロピルメトキシビニルシラン、ジイソプロピルエトキシビニルシラン、ジイソプロピルイソプロポキシビニルシラン、メトキシ(クロロメチル)メチルビニルシラン、エトキシ(クロロメチル)メチルビニルシラン、イソプロポキシ(クロロメチル)メチルビニルシラン、メトキシフェニルビニルシラン、エトキシフェニルビニルシラン、イソプロポキシフェニルビニルシラン、フェニルメトキシビニルシラン、フェニルエトキシビニルシラン、フェニルイソプロポキシビニルシラン、メトキシ(2−クロロエチル)ビニルシランまたはエトキシ(2−クロロエチル)ビニルシランを例示することができる。反応が容易であり所望のシリコーン(B−2−2)を得やすいことから、メトキシジメチルビニルシラン(MeO−Si(Me)−CH=CH)もしくはエトキシジメチルビニルシラン(EtO−Si(Me)−CH=CH)を用いることが好ましい。
<Si−H基を有するジシロキサン>
式(5−4)で表されるSi−H基を有するジシロキサンを具体的に示すと、ヘキサヒドロキシジシロキサン、1,3−ジメチルジシロキサン、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,3−ジエチルー1,3−ジメチルジシロキサン、1,1,3,3−テトラエチルジシロキサン、1,1,3,3−テトラプロピルジシロキサン、1,3−ジフェニルジシロキサン、1,3−ジフェニルー1,3−ジメチルジシロキサンまたは1,1,3,3−テトラフェニルジシロキサンを例示することができる。反応が容易であり所望のシリコーン(A−2−2)を得やすいことから、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン(H―Si(Me)―O―Si(Me)−H)を用いることが好ましい。
<Si−CH=CH基を有するジシロキサン>
式(7−4)で表されるSi−CH=CH基を有するジシロキサンを具体的に示すと、1,3−ジビニルジシロキサン、1,3−ジメチルー1,3−ジビニルジシロキサン、1,1,3,3−テトラメチルー1,3−ジビニルジシロキサン、1,3−ジエチルー1,3−ジメチルー1,3−ジビニルジシロキサン、1,1,3,3−テトラエチルー1,3−ジビニルジシロキサン、1,1,3,3−テトラプロピルー1,3−ジビニルジシロキサン、1,3−ジフェニルー1,3−ジビニルジシロキサン、1,3−ジフェニルー1,3−ジメチルー1,3−ジビニルジシロキサンまたは1,1,3,3−テトラフェニルー1,3−ジビニルジシロキサンを例示することができる。反応が容易であり所望のシリコーン(B−2−2)を得やすいことから、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン(CH=CH―Si(Me)―O―Si(Me)−CH=CH)を用いることが好ましい。
本発明の硬化性組成物において、(A−1)、(A−2)、(B−1)および(B−2)のシリコーンから選択して混合し、Si−OH量を3.4質量%以上、9.8重量%以下とし、Si−H基とSi−CH=CH基のモル比を4:1〜1:1に調節する。
シリコーン(A−1)とシリコーン(B−1)のみからなる組み合わせでは硬化時に発泡するため、またはシリコーン(A−2)とシリコーン(B−2)のみからなる組み合わせでは封止材とした際に基体との密着性が得られない。そこで本発明の硬化性組成物において、シリコーン(A−1)とシリコーン(B−1)のみからなる組合せ、およびシリコーン(A−2)とシリコーン(B−2)のみからなる組み合わせを除く硬化性組成物を用いる。
4.ヒドロシリル化触媒
次いで、本発明の硬化性組成物において必須である、白金化合物、パラジウム化合物およびロジウム化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属化合物を含むヒドロシリル化触媒について説明する。
本発明の硬化性組成物において、金属化合物は硬化時にヒドロシリル化触媒として働く、即ち、硬化を促進し、硬度および耐熱性に優れた硬化物が得られる。金属化合物は、白金化合物、パラジウム化合物およびロジウム化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属化合物であり、具体的には、白金化合物としては、白金−カルボニルビニルメチル錯体、白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体、白金−シクロビニルメチルシロキサン錯体、または白金−オクチルアルデヒド錯体を例示することができる。パラジウム化合物としては、パラジウム−カルボニルビニルメチル錯体、パラジウム−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体、パラジウム−シクロビニルメチルシロキサン錯体、またはパラジウム−オクチルアルデヒド錯体を例示することができる。ロジウム化合物としては、ロジウム−カルボニルビニルメチル錯体、ロジウム−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体、ロジウム−シクロビニルメチルシロキサン錯体、またはロジウム−オクチルアルデヒド錯体を例示することができる。本発明の硬化性組成物において、これらの金属化合物を単独または二種以上を併用してもよい。本発明の硬化性組成物において、入手し易く、硬化物の硬度に優れ、硬化物の劣化が少ないことから、白金化合物を用いることが好ましい。
本発明の硬化性組成物において、ヒドロシリル化触媒の含有量は、シリコーン(A)およびシリコーン(B)を合わせた、シリコーンの全量に対し、0.1ppm以上、200ppm以下であり、好ましくは、0.5ppm以上、30ppm以下である。ヒドロシリル化触媒が0.1ppmより少ないと硬化がうまく進行せず、200ppmより多いと耐熱性が低下し、加熱により硬化物が黄変しやすい。
5.添加物
また、本発明の硬化性組成物の硬化に支障を来さず、硬化物の性能を損なわない範囲で、充填剤としての各種樹脂、無機微粒子および添加剤等の添加物を加えてもよい。添加物を加える目的としては、機械的強度の向上、および水バリア性の向上等が挙げられる。
樹脂としては、ポリイミド樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹
脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ポリアミド樹脂またはポリフェニレンスルフィド
樹脂を例示することができる。
また、本発明の硬化性組成物のポッティング成型における粘度調整、また硬化物の耐熱性や透明性等の向上の目的で、無機微粒子を添加してもよい。このような無機微粒子としては、二酸化ケイ素微粒子、コロイダルシリカ、シリカフィラー、酸化アルミニウム、酸化亜鉛またはリン酸タングステンジルコニウムを例示することができる。好ましくは、二酸化ケイ素微粒子が好ましい。前記硬化物の透明性を損なわないために、これら無機微粒子の粒径は最大径50μm以下が好ましい。これら無機微粒子には、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、商品名トスパール、旭化成ワッカーシリコン株式会社製、商品名ワッカーHDK、日本アエロジル株式社製、商品名アエロジル、電気化学工業株式会社製、溶融シリカFBを例示することができる。
添加剤としては、紫外線吸収剤、帯電防止剤、酸化防止剤または黄変防止剤等を例示することができる。
添加物は光学系の封止材において透明性を損なわない範囲において添加することができる。添加量は硬化性組成物全質量に対する質量比で表わして、好ましくは50%以下、さらに好ましくは20%以下である。
6.硬化性組成物の硬化
本発明の硬化性組成物は加熱することで、Si−OH基同士の脱水縮合反応に対し、Si−H基とSi−CH=CH基が結合するシリル化反応を主反応とし硬化が進行する。シリル化反応を進行させるためには、(A−1)、(A−2)、(B−1)および(B−2)の4種類のシリコーンから、(A−1)と(B−1)のみの組み合わせおよび(A−2)と(B−2)のみの組み合わせを除く、(A−1)と(B−2)のみ、(A−2)と(B−1)のみ、または3種類以上のシリコーンを選択し、硬化性組成物全量に対してSi−OH基の含有量が、3.4質量%以上、9.8質量%以下、Si−H基とSi−CH=CH基のモル比を4:1〜1:1となるように調整する。
また、白金化合物、パラジウム化合物およびロジウム化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属化合物を含有するヒドロシリル化触媒を使用することで、硬化温度が200℃以下であっても、経時により物性が劣化することのない硬化物が得られる。
硬化性組成物を硬化させる際の硬化温度は70℃以上、300℃以下であり、硬化温度が70℃より低いと硬化物に硬さが得られにくくタック性を示すことがある。温度を上げる程に硬化は進行するが、硬化温度が300℃より高いと発泡が生じる虞があり実用的でない。好ましくは80℃以上、200℃以下である。加熱時間は0.5時間以上、12時間以下である。加熱時間が0.5時間より短いと、硬化が完全に進行しない虞があり、12時間より長く加熱する必要はない。さらに好ましくは、1時間以上、10時間以下である。
7.硬化物
本発明の硬化物は、良好な耐熱性、透明性、低透湿性および密着性を有し、LEDや半導体レーザー用等の光学部材向け封止材やパワー半導体向け封止剤に好適に使用される。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
<重量平均分子量(Mw)測定>
縮合物の重量平均分子量(Mw)は、ゲル浸透クロマトグラフィー(Gel Permeation Chromatography 以後、GPCと略する、東ソー株式会社製、製品名、HLC−8320GPC、カラム、東ソー株式会社製、製品名、TSK gel Super HZ 2000x4, 3000x2)を用い、溶媒にテトラヒドロフランを用い、ポリスチレン換算で測定した。
<NMR(核磁気共鳴)測定>
共鳴周波数400MHzの核磁気共鳴装置(日本電子株式会社製)を使用し、1H−NMR、29Si−NMRの測定を行った。29Si−NMRによりSi−OH量を決定した。
<Si−H基及びSi−Vinyl基の定量方法>
6mLのサンプル管に測定資料を20〜30mg採取し、0.8mLの重ジクロロメタンを加え、試料を溶解させる。溶液に2.0μLのDMSO(0.0282mmol)をマイクロシリンジで添加し、サンプル管を閉じ、溶液を攪拌する。溶液を1H−NMRで測定し、DMSOのプロトン比とSi−H基、ビニル基のプロトン比を算出して、採取した試料中のSi−H基及びSi−vinylモル数を決定し、以下の式で試料1g中の官能基量を算出する。
算出した官能基のモル数(mmol)/採取試料量(mg)×1000=試料1g中の官能基量 (mmol/g)。
<Si−OH基の定量方法>
測定試料200mgを採取し、0.8mLの重クロロホルムを加えて、試料を溶解させ、緩和剤として、クロム(III)アセチルアセトナート錯体を10mg加えた。調整した溶液を29Si―NMRにより測定した。以下のようにピークを帰属し、それぞれのピークの積分比を百分率で算出する。
−5〜−15ppm:MeSiO1/2(OH)、 ―15〜―25ppm:MeSiO2/2、−55〜―65ppm:PhSiO1/2(OH)、−65〜―75ppm:PhSiO2/2(OH)、−75〜―80ppm:PhSiO3/2、−85〜−95ppm:Si(OH)2/2、 ―95〜―105ppm:Si(OH)O3/2、−105〜―115ppm:SiO4/22、0〜−5ppm:MeSi(H)O1/2、−5〜−10ppm:MeSi(CH=CH)O1/2
算出した積分比から以下の式によりSi−OH量を求めた。
(A)= (MeSiO1/2(OH)積分比+PhSiO1/2(OH)積分比×2+PhSiO2/2(OH)積分比+Si(OH)2/2積分比×2+Si(OH)O3/2積分比)×OH分子量(17.01)
(B)=MeSiO1/2(OH)積分比×MeSiO1/2(OH)分子量(83.16)+MeSiO2/2積分比×MeSiO2/2分子量(74.15)+PhSiO1/2(OH)積分比×PhSiO1/2(OH)分子量(147.2)+PhSiO2/2(OH)積分比×PhSiO2/2(OH)分子量(138.2)+PhSiO3/2積分比×PhSiO3/2分子量(129.2)+Si(OH)2/2積分比×Si(OH)2/2分子量(61.09)+Si(OH)O3/2積分比×Si(OH)O3/2分子量(69.10)+SiO4/2積分比×SiO4/2分子量(60.09)+MeSi(H)O1/2積分比×MeSi(H)O1/2分子量(67.16)+MeSi(CH=CH)O1/2積分比×MeSi(CH=CH)O1/2分子量(93.20)
Si−OH基量 wt%=(A)/(B)×100
29Si―NMRのMeSi(H)O1/2、およびMeSi(CH=CH)O1/2のピークがMeSiO1/2(OH)のピークが重なるとき、HNMRによりPhSi:MeSi(H)およびPhSi:MeSi(CH=CH)を求め、29Si―NMRのPhSiO1/2(OH)積分比+PhSiO2/2(OH)積分比+PhSiO3/2積分比の値からMeSi(H)およびMeSi(CH=CH)の29SiNMRの積分比を求め、MeSi(H)O1/2、およびMeSi(CH=CH)O1/2ピークとMeSiO1/2(OH)ピークの重なった積分値からMeSi(H)およびMeSi(CH=CH)の積分比を引き、MeSiO1/2(OH)のピークを算出する。
<粘度測定>
回転粘度計(ブルックフィールド・エンジニアリング・ラボラトリーズ・インク製、品名、DV−II+PRO」と温度制御ユニット(ブルックフィールド・エンジニアリング・ラボラトリーズ・インク製、品名、THERMOSEL)を用い25℃における粘度を測定した。
<光透過率>
紫外可視分光光度計(株式会社島津製作所製 型番 UV−3150)を使用し、測定した。
1・アルコキシシランの縮合反応によるシリコーンの合成
1.1 シリコーン(A−1−1A)の調製
フッ素樹脂製の撹拌翼、ジムロート型還流器を具備した容積2Lの3口フラスコに、前記一般式(1)で表わされるアルコキシシランであるMe−Si(OEt)、148.3g(1.00mol)、前記一般式(2)で表わされるアルコキシシランであるPh-Si(OEt)、187.0g(0.778mol)前記、一般式(4)で表わされるアルコキシシランであるH-Si(OEt)、73.0g(0.444mol)を採取した。尚、Meはメチル基、Etはエチル基、Phはフェニル基である。以下、同じ。
次いで、2−プロパノール、224.0g、水、168.0g、および酢酸0.12gを、3口フラスコ内に加え、フラスコ内を19時間、連続的に100℃にて加温し、加水分解および縮合反応を行い、反応液を得た。反応液を室温に戻し、2Lの分液ロートに移した。分液ロートに、イソプロピルエーテル400mLおよび水400mLを加え撹拌した後、二層分離した反応液の上層側有機層を回収し、水400mLを用いて洗浄した。次いで、イソプロピルエーテル中に溶解した微量の水分を硫酸マグネシウムに吸着させて除去した後、硫酸マグネシウムを濾別した。エバポレーターにて、有機層よりイソプロピルエーテルを減圧留去したところ、無色の粘性液体としてシリコーン(A−1−1A)が得られた。シリコーン(A−1−1A)の収量は182.3g、Mwは980、粘度は4000cPであり、生成物の組成比は(MeSiO2/20.34(PhSiO3/20.48(HSiO3/20.18であり、Si−H基の含有量は1.79mmol/g、Si−OH基の含有量は12質量%であった。
1.2 シリコーン(A−1−1A)の高分子量化、(A−1−2A)の調整
シリコーン(A−1−1A)を300mLのビーカーに95g採取し、オイルバス中で試料温度92℃になるようにして、10時間攪拌し(A−1−2A)を調整した。本操作により、重量平均分子量が980から7500に上昇し、粘度が4000Cpから60000Cpに上昇した、生成物の組成比は(MeSiO2/20.35(PhSiO3/20.47(HSiO3/20.18であり、Si−H基の含有量は1.81 mmol/g、Si−OH基の含有量は10質量%であった。
1.3 シリコーン(A−1−1B)の調製
前記一般式(3)で表わされるアルコキシシランであるSi(OEt)、10.4g(0.05mol)を1.1の処方に加えて、シリコーン(A−1−1A)を調製した際と同様の手順で操作を行ったところ、無色透明なシリコーン(A−1−1B)が得られた。シリコーン(A−1−1B)の収量は205.3g、Mwは1050、粘度は7000cPであり、生成物の組成比は((MeSiO2/20.32(PhSiO3/20.46(HSiO3/20.18(SiO4/20.04であり、Si−H基の含有量は1.75mmol/g、Si−OH基の含有量は13質量%であった。
1. 4 シリコーン(B−1−1A)の調製
1.1に記載されている原料において、 H-Si(OEt)の代わりに、前記一般式(6)で表わされるアルコキシシランであるCH=CHSi(OMe)、65.8g(0.444mol)を用い、シリコーン(A−1−1A)を調製した際と同様の手順で操作を行ったところ、無色透明なシリコーン(B−1−1A)が得られた。シリコーン(B−1−1A)の収量は201.2g、Mwは980、粘度は2900cPであり、生成物の組成比は(MeSiO2/20.37(PhSiO3/20.41(CH=CHSiO3/20.22であり、Si−CH=CH基の含有量は2.06mmol/g、Si−OH基の含有量は13質量%であった。
1.5 シリコーン(B−1−1A)の高分子量化、(B−1−2A)の調整
シリコーン(B−1−1A)に対して前記1.2の手順と同様の操作を行い、(B−1−2A)を調整した。重量平均分子量は890から2600に上昇し、粘度は2900Cpから61000Cpに上昇した。生成物の組成比は(MeSiO2/20.36(PhSiO3/20.42(CH=CHSiO3/20.23であり、Si−CH=CH基の含有量は2.16 mmol/g、Si−OH基の含有量は11質量%であった。
1.6 シリコーン(B−1−1B)の調製
H-Si(OEt)の代わりに、前記一般式(6)で表わされるアルコキシシランであるCH=CHSi(OMe)、65.8g(0.444mol)を用い、前記一般式(3)で表わされるアルコキシシランであるSi(OEt)、10.4g(0.05mol)を、1.1に記載されている処方に加え、シリコーン(A−1−1A)を調製した際と同様の手順で操作を行ったところ、無色透明なシリコーン(B−1−1B)が得られた。シリコーン(B−1−1B)の収量は203.6g、Mwは1030、粘度は8000cPであり、生成物の組成比は(MeSiO2/20.36(PhSiO3/20.40(CH=CHSiO3/20.21(SiO4/20.03であり、Si−CH=CH基の含有量は2.02mmol/g、Si−OH基の含有量は14質量%であった。
2.クロロシランによるSi−H、またはSi−CH=CH基の導入、シリコーン(A−2−1A)、(B−2−1A)の調製
初めに、アルコキシシランを縮合させて前駆体シリコーン(A−2−I)を調製した後、100〜150℃で過熱攪拌し、分子量および粘度を調整し前駆体(A−2−II)を得、さらに、Si−H、またはSi−CH=CH基を有するクロロシランと反応させることにより、シリコーン(A−2−1A)、(B−2−1A)を合成した。
2.1 前駆体(A−2−I)の調製
シリコーン(A−2−A1)の前駆体(A−2−I)を調製した。
フッ素樹脂製の撹拌翼およびジムロート型還流器を具備した容積2Lの4口フラスコに、前記一般式(1)のアルコキシシランとしてMe-Si(OEt)148.3g(1.00mol)、一般式(4)のアルコキシシランとしてPh-Si(OEt)240.1g(1.00mol)を採取した。次いで、2−プロパノール、240.51g、水、181.01g(10.0mol)、および酢酸0.13gを、4口フラスコ内に加え、フラスコ内を100℃に加温し、加水分解および、縮合反応を行った。18時間後、反応液(反応系)を室温に戻し、2Lの分液ロートに移した。分液ロートに、イソプロピルエーテル400mL、水400mLを入れ、撹拌した後、二層分離した反応液の上層側(有機層)を回収し、水200mLで2回洗浄した。次いで、イソプロピルエーテル中に溶解した微量の水分を硫酸マグネシウムで除去した後、硫酸マグネシウムを濾別した。エバポレーターにて、イソプロピルエーテルを減圧留去したところ、縮合物が無色の粘性液体として前駆体(A−2−I)が得られた。前駆体(A−2−I)の収量は204.40g、Mw=900、粘度は2600Cpであった。生成物の組成比は(MeSiO2/20.44(PhSiO3/20.56であり、Si−OH基の含有量は13.7質量%であった。
2.2 前駆体(A−2−II)の調製
前駆体(A−2−I)より、前駆体(A−2−II)を調製した
前記、前駆体(A−2−I)170gを500mLのビーカーに採取し、オイルバス中で、温度93℃に調整しつつ連続的に10時間加温した。次いで、温度110℃になるように調整しつつ、連続的に撹拌しつつ10時間加温した。本操作により、重量平均分子量が900から3700に上昇し、粘度が2600Cpから2,376,000Cpに上昇し、Si−OH基の含有量は8.7質量%であった。生成物の組成比は(MeSiO2/20.37(PhSiO3/20.63であった。
2.3 シリコーン(A−2−1A)の合成
滴下漏斗、セプタム、T字管を具備し、撹拌子を入れた1L3口ナスフラスコに、前記の高分子量化した前駆体(A−2−II)(分子量3700、粘度2,376,000Cp、Si−OH基、8.7質量%)を、80g加え、真空ポンプで容器中の空気を脱気した後、窒素を充満させた。反応容器に脱水ジエチルエーテル600mLを加え、基質を溶解させた後、トリエチルアミン86.4mL(620mmol)を加えた。その後、氷浴にて溶液を0℃に冷却し、クロロジメチルシラン、65.3mL(600mmoL)を滴下した。5℃に保ちながら2時間撹拌した後、蒸留水400mLを入れた2L三角フラスコに、反応溶液を流し込んだ。蒸留水400mL、次いでジエチルエーテル100mLを用いて反応容器を洗浄した。これらの溶液を分液漏斗に合わせ、二層分離した反応液の上層側(有機層)を回収し、1NHCl水溶液200mL、次いで飽和NaHCO水溶液100mLで洗浄し、さらに蒸留水200mLで2回洗浄した。ジエチエルエーテル中に溶解した微量の水分を硫酸マグネシウムで除去した後、硫酸マグネシウムを濾別し、エバポレーターを用い、ジエチルエーテルを減圧留去すると、シリコーン(A−2−1A)が無色の粘性液体として得られた。縮合物の収量は82.53g、Mw=3700、粘度は6000Cpであり、生成物の組成比は(MeSiO2/20.33(PhSiO3/20.50(MeHSiO1/20.17、Si−H基の含有量は1.58mmol/g、Si−OH基の含有量は3.0質量%であった。
2.4 クロロシランを用いたシリコーン(B−2−1A)の合成
クロロジメチルシランの代わりにクロロジメチルビニルシラン40.7mL(300mmol)を用い、シリコーン(A−2−1A)を調製した際と同様の操作を行うことで、無色透明なシリコーン(B−2−1A)を得た。シリコーン(B−2−1A)の収量は44.7g、Mw=3700、粘度は12000であり、生成物の組成比は(MeSiO2/20.35(PhSiO3/20.50(CH=CHSiO3/20.15、Si−CH=CH基の含有は1.74 mmol/g、Si−OH基の含有量は3.0質量%であった。
3.ジシロキサンの酸開裂反応でのSi−H、またはSi−CH=CH基の導入、シリコーン(A−2−2A)、(B−2−2A)、(A−2−2B)、(B−2−2B)の調製
3.1 シリコーン(A−2−2A)の合成
前項と同様の手順でアルコキシシランを縮合させて前駆体シリコーン(A−2−I)を調製した後、100〜150℃で過熱攪拌し、分子量および粘度を調整し前駆体(A−2−II)を得、さらに、Si−H基を有するジシロキサンと反応させることにより、シリコーン(A−2−2A)を合成した。
前駆体(A−2−II)を28.91g、トルエン71.6g、メタノール25.12g、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン5.91g(0.044mol)、濃硝酸0.1mLを4口フラスコ内に加え、室温で反応を行った。4時間後、1Lの分液ロートに移した。分液ロートに、水75mLを入れ、撹拌した後、二層分離した反応液の上層側(有機層)を回収した。同様の操作を続いて4回繰り返し洗浄した。その後、減圧留去したところ無色の粘性液体としてシリコーン(A−2−2A)が得られた。シリコーン(A−2−2A)の収量は26.8g、Mw=3000、粘度は2400cPであり、組成比は(MeSiO2/20.36(PhSiO3/20.45(Me2SiO1/2H)0.19、Si−Hは2.18mmol/g、Si−OH基の含有量は2.2質量%であった。
3.2シリコーン(B−2―2A)の合成
1,1,3,3−テトラメチルジシロキサンの代わりに、1,3−-ジビニル−1,1,3,3,−テトラメチルジシロキサン5.83g(0.031mol)を用い、シリコーン(A−2−2A)を調製した際と同様の操作を行うことで、無色透明なシリコーン(B−2−2A)を得た。シリコーン(B−2−2A)の収量は28.0g、Mw=2800,粘度は8500cPであり、組成比は(MeSiO2/20.30(PhSiO3/20.56(CH=CHSi(Me)1/2)、SiCH=CHは1.10mmol/g、Si−OH基の含有量は2.7質量%であった。
3.3(A−2−2B)の合成
前記2.1でA−2−Iを合成する際に、前記一般式(3)で表わされるアルコキシシランであるSi(OEt)、10.4g(0.05mol)を処方に加え、以下2.1、2.2、3.1に記載の手順で同様の操作を行うことで無職透明なシリコーン(A−2−2B)を合成した。生成物の粘度は10000Cpであり、組成比は((MeSiO2/20.30(PhSiO3/20.50(HSi(Me)3/20.15(SiO4/20.05であり、Si−H基の含有量は1.80 mmol/g、Si−OH基の含有量は3.1質量%であった。
3.4(B−2−2B)の合成
前記2.1でA−2−Iを合成する際に、前記一般式(3)で表わされるアルコキシシランであるSi(OEt)、10.4g(0.05mol)を処方に加え、以下2.1、2.2、3.2に記載の手順で同様の操作を行うことで無職透明なシリコーン(B−2−2B)を合成した。生成物の粘度は12000Cpであり、組成比は((MeSiO2/20.31(PhSiO3/20.49(CH=CHSi(Me)3/20.15(SiO4/20.05であり、Si−H基の含有量は1.77 mmol/g、Si−OH基の含有量は3質量%であった。
6.実施例および比較例
実施例1〜19
合成したシリコーン(A−1−1A)、(A−1−2A)、(A−1−1B)、(B−1−1A)、(B−1−2A)、(B−1−1B)、及びシリコーン(A−2−1A)、(A−2−2A)、(A−2−2B)、(B−2―1A)、(B−2−2A)、(B−2−2B)の12種類のシリコーンを組み合わせ、ヒドロシリル化触媒として白金(0)−1,3−ジビニル1,1,3,3、−テトラメチルジシロキサン錯体0.03質量%キシレン溶液(カーステッド触媒)を加え、表1に示す配合の実施例1〜19の硬化性組成物を調製した。硬化性組成物中のシラノール量は3.4質量%以上、9.8質量%以下に調節されている
比較例1〜19
表2に示すように、本発明の範疇にない、比較例1〜19の硬化性組成物を調製した。比較例1では、前述のシリコーン前駆体(A−2−I)を用い加熱硬化を行った。比較例2〜4では、シリコーン(A−2―1A)とシリコーン(B−2―1A)、(A−2―2A)とシリコーン(B−2―2A)、及びシリコーン(A−2−2B)とシリコーン(A−2−2B)の組み合わせで、無触媒で加熱し硬化させた。比較例5〜7ではシリコーン(A−2―1A)とシリコーン(B−2―1A)、シリコーン(A−2―2A)とシリコーン(B−2―2A)、及びシリコーン(A−2−2B)とシリコーン(A−2−2B)の組み合わせで、ヒドロシリル化触媒を用い硬化させた。比較例8〜10ではシリコーン(A−1―1A)とシリコーン(B−1―1A)、シリコーン(A−1―2A)とシリコーン(B−1―2A)、及びシリコーン(A−1−1B)とシリコーン(B−1−1B)の組み合わせで、無触媒で加熱し硬化させた。比較例11〜13でシリコーン(A−1―1A)とシリコーン(B−1―1A)、シリコーン(A−1―2A)とシリコーン(B−1―2A)、及びシリコーン(A−1−1B)とシリコーン(B−1−1B)の組み合わせで、ヒドロシリル化触媒を用い、加熱し硬化させた。比較例1〜13の混合後のシラノール量は3.4質量%より少なく、または9.8質量%より多く調節されている。比較例14〜19はSi−OH基が3.4質量%以上、9.8質量%以下に調節されるものの、Si−H基:Si−CH=CH基のモル比が4:1〜1:1の範囲から外れたものである。
硬化条件は、硬化性組成物全量に対するSi−OH基の含有量が5.0質量%未満の場合は、温度150℃下に6時間連続加熱した。この条件を表1および表2において硬化条件Aとした。硬化性組成物全量に対するSi−OH基の含有量が5.0質量%以上の場合は、段階的に温度90℃下に7時間連続加熱した後で昇温し、150℃下に1時間加熱し、さらに昇温し200℃下に1時間連続加熱した。この条件を表1および表2において硬化条件Bとした。
詳しくは、表1の実施例1〜19および表2の比較例1〜19に示した硬化性組成物を、直径22mmのガラス製シャーレに室温で流し込み、実施例1〜3、6〜8、15〜17および比較例2〜7、14〜19の硬化性組成物については、硬化条件Aで実施例4〜5、9〜14、18〜19および比較例1、8〜13の硬化性組成物については、硬化条件Bで硬化物を得た。組成物はいずれも、室温で流動性があり、型に流し込むことが容易であった。表1および表2に記載しているSi−OH基、Si−H基、Si−CH=CH2基は、各種のシリコーンを混合した後のシリコーンに含まれるSi−OH基、Si−H基、Si−CH=CH基の含有量を質量%、またはmmol/gを各シリコーンの測定値から算出したものである。
Figure 0006213257
Figure 0006213257
[硬化物の透明性・耐熱性評価]
表3に記載の配合および硬化条件で得られた、実施例1〜19の硬化物の外観を確認し、波長400nmにおける光透過率、タック、および硬化物とガラスモールドとの密着性を評価した。また硬化物の耐熱性評価のため、温度200℃で200時間連続加熱し、加熱後の外観を確認し、波長400nmにおける光透過率を測定した。尚、表2の外観において、良好とは、透明で発泡およびクラックが観測されない状態であり、発泡とは、硬化物中に泡が観測される状態であり、未硬化とは硬化が完全に進行せず粘着状の固体である。また密着性において、良好とは硬化後の硬化物を型から取り出す際に、容易にはがせたものを「はがれ易い」、はがせなかったものを「密着」と評価している。
Figure 0006213257
表3に示すように、得られた実施例1〜19の硬化物は、耐熱性試験前において、いずれも発泡およびクラックが観察されず、外観良好な状態であった。また、タック性もなく、透明性があり、波長400nmにおける光透過率はいずれも89%であった。また、硬化物を200℃で200時間連続加熱した耐熱性試験後も、外観も良好な状態を保っており、波長400nmにおける光透過率は83%〜85%と高い値を維持していた。
このように、本発明の実施例1〜19の硬化性組成物が硬化してなる硬化物は、硬化時に、発泡およびクラックともに発生することなく透明であり、タック、密着性も良好であった。耐熱試験後も外観は良好であり、透明性も維持していた。
比較例1の硬化性組成物では、硬化物に発泡およびタックが見られた。Si−OH基の脱水縮合でのみ硬化する比較例1の硬化性組成物は成形性に劣ることがわかった。比較例2、3、4の硬化性組成物は、Si−OH量を3.4質量%未満に調節したシリコーンであり、ヒドロシリル化に関与するSi−H基、Si−CH=CH基が存在するが、無触媒の条件である。この条件では脱水縮合が優先的に進行し、硬化物に発泡およびタックが観測された。比較例8、9、10はSi−OH量を9.8質量%より多くなるように調節したシリコーンで触媒が存在しない条件であり、発泡とタックが観測された。
比較例5、6、7はヒドロシリル化触媒が存在するため、ヒドロシリル化が優先的に進行し、外観良好な硬化物が得られたが、密着性が弱く、硬化物はモールドからはがれ易かった。比較例8、9、10はヒドロシリル化触媒が存在するがSi−OH量が9.8質量%より多いため、ヒドロシリル化反応に対してSi−OH基の脱水縮合の影響が強くなり、発泡が生じたものと考えられる。
比較例14、15、16は外観が未硬化でタックのある粘着性の固体が得られた。Si−H基:Si−Vinyl基のモル比が8:1〜17:1にあるこれらの条件ではヒドロシリル化が優先的に進行せず、未硬化となってしまったと考えられる。
比較例17、18、19では良好な硬化物が得られ、ガラスモールドにも密着していた。しかしながら耐熱試験後の硬化物は黄色く着色していた。Si−H基:Si−Vinyl基のモル比が1:0.6〜1:0.8の範囲にあるこれらの条件では、硬化物の耐熱性が低下したと考えられる。
これらの結果から硬化性組成物におけるSi−OH基の含有量を3.4質量%以上、9.8質量%以下に調節することで、硬化物の成型性と基板との密着性、ガラス基板ではSi−OH基が3.4質量%以上あれば、良好な密着性が得られることがわかった。よって、発泡のない良好な硬化物を得るには、実施例1〜19の本発明の硬化性組成物のように、硬化性組成物Si−OH基の含有量を3.4質量%以上、9.8質量%以下の範囲で調整しつつ、Si−H基:Si−Vinyl基のモル比を4:1〜1:1に調節し、ヒドロシリル化による硬化を行うことが、有効であることがわかった。また硬化物の基板への密着性は、硬化性組成物全量に対するSi−OH基の含有量は、3.4質量%以上が好ましいことがわかった。

Claims (4)

  1. (1)Si−OH基およびSi−H基を有するシリコーン(A)、
    (2)Si−OH基およびSi−CH=CH基を有するシリコーン(B)、
    および、
    (3)白金化合物、パラジウム化合物およびロジウム化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属化合物を含有する触媒量のヒドロシリル化触媒、を含む硬化性組成物の製造方法であって、
    (a)シリコーン(A)は下に示すシリコーン(A−1)および/またはシリコーン(A−2)であり、シリコーン(B)は下に示すシリコーン(B−1)および/またはシリコーン(B−2)であって、シリコーン(A)が少なくともシリコーン(A−1)のみを含む際はシリコーン(B)は少なくともシリコーン(B−2)を含み、シリコーン(A)が少なくともシリコーン(A−2)のみを含む際はシリコーン(B)は少なくともシリコーン(B−1)を含み、
    (b)該硬化性組成物に含まれるシリコーン(A)とシリコーン(B)におけるSi−H基:Si−CH=CH基は、モル比で表わしてSi−H基:Si−CH=CH基=4:1〜1:1の範囲であり、
    (c)且つ該硬化性組成物において、Si−OH基の含有量、硬化性組成物の全量に対して、3.4質量%以上、9.8質量%以下、Si−H基の含有量、該硬化性組成物に対するモル含量で表わして、0.1mmol/g以上、5.0mmol/g以下、Si−CH=CH基の含有量0.1mmol/g以上、5.0mmol/g以下とする硬化性組成物の製造方法
    ((i)シリコーン(A−1):
    一般式(1)
    Si(OR (1)
    (式中、R、Rは、水素原子、フッ素原子、水酸基、炭素数1〜6の直鎖状、炭素数3〜6の分枝状もしくは炭素数3〜6の環状のアルキル基、または炭素数6〜15のアリール基であり、これらアルキル基またはアリール基は、水素原子の全部または一部がフッ素原子で置換されていてもよく、炭素原子の一部が酸素原子または窒素原子で置換されていてもよく、Rは、メチル基、エチル基またはイソプロピル基である。)で表されるアルコキシシラン、
    一般式(2)
    Si(OR (2)
    (式中、Rは、水素原子、フッ素原子、水酸基、炭素数1〜6の直鎖状、炭素数3〜6の分子鎖状もしくは炭素数3〜6の環状のアルキル基、または炭素数6〜15のアリール基であり、これらアルキル基またはアリール基は、水素原子の全部または一部がフッ素原子で置換されていてもよく、炭素原子の一部が酸素原子または窒素原子で置換されていてもよく、Rはメチル基、エチル基またはイソプロピル基である。)で表されるアルコキシシラン、
    および一般式(3)
    Si(OR (3)
    (式中、Rはメチル基、エチル基またはイソプロピル基である。)で表されるアルコキシシラン
    とからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコキシシランと、
    一般式(4)
    H−Si(OR (4)
    (式中、Rはメチル基、エチル基またはイソプロピル基である。)で表されるアルコキ
    シシランを
    酸性条件または塩基性条件下で加水分解させて重縮合して得られる、シリコーン(A−1)全量に対してSi−OH基を10質量%以上含むシリコーン。
    (ii)シリコーン(A−2):
    一般式(1)
    Si(OR (1)
    (式中、R〜Rは上記と同じ)で表されるアルコキシシラン、
    一般式(2)
    Si(OR (2)
    (式中、RおよびRは上記と同じ)で表されるアルコキシシラン、
    および
    一般式(3)
    Si(OR (3)
    (式中、Rは上記と同じ)で表されるアルコキシシラン
    からなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコキシシランを酸性条件下または塩基性条件下で加水分解させ重縮合させて得られるSi−OH基を有する反応生成物と、
    一般式(5−1)、一般式(5−2)、一般式(5−3)または一般式(5−4)
    Figure 0006213257
    (式中、R1aおよびR1bは、それぞれ独立に、フッ素原子、炭素数1〜6の直鎖状、炭素数3〜6の分子鎖状もしくは炭素数3〜6の環状のアルキル基、または炭素数6〜15のアリール基であり、これらアルキル基またはアリール基は、水素原子の全部または一部がフッ素原子で置換されていてもよく、炭素原子の一部が酸素原子または窒素原子に置換されていてもよく、R1cは、メチル基、エチル基またはイソプロピル基である。)で表されるSi−H基を有するシラン化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種のSi−H基を有するシラン化合物を反応させ
    て得られる、シリコーン(A−2)全量に対してSi−OH基を3.3質量%以下含むシリコーン。
    (iii)シリコーン(B−1):
    一般式(1)
    Si(OR (1)
    (式中、R〜Rは上記と同じ)で表されるアルコキシシラン、
    一般式(2)
    Si(OR (2)
    (式中、RおよびRは上記と同じ)で表されるアルコキシシラン、
    および
    一般式(3)
    Si(OR (3)
    (式中、Rは上記と同じ)で表されるアルコキシシラン
    とからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコキシシランを、
    一般式(6)
    CH=CH−Si(OR) (6)
    (式中、Rはメチル基、エチル基またはイソプロピル基である。)
    で表わされるアルコキシシランと酸性条件下または塩基性条件下で加水分解させ重縮させて得られる、シリコーン(B−1)全量に対してSi−OH基を10質量%以上含むシリコーンであり、
    (iv)シリコーン(B−2):
    一般式(1)
    Si(OR (1)
    (式中、R〜Rは上記と同じ)で表されるアルコキシシラン、
    一般式(2)
    Si(OR (2)
    (式中、RおよびRは上記と同じ)で表されるアルコキシシラン、
    および
    一般式(3)
    Si(OR (3)
    (式中、Rは上記と同じ)で表されるアルコキシシランとからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコキシシランを酸性条件下または塩基性条件下で加水分解させて重縮合して得られるSi−OHを含む反応生成物と、
    一般式(7−1)、一般式(7−2)、一般式(7−3)または一般式(7−4)
    Figure 0006213257
    (式中、RdおよびR1eは、それぞれ独立に、フッ素原子、炭素数1〜6の直鎖状、炭素数3〜6の分子鎖状もしくは炭素数3〜6の環状のアルキル基、または炭素数6〜15のアリール基であり、これらアルキル基またはアリール基は、水素原子の全部または一部がフッ素原子で置換されていてもよく、炭素原子の一部が酸素原子または窒素原子に置換されていてもよく、R1fは、メチル基、エチル基またはイソプロピル基である。)で表されるSi−CH=CH基を有するシラン化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物を反応させて得られる、シリコーン(B−2)全量に対してSi−OH基を3.3質量%以下含むシリコーンである。)
  2. Si−H基を有するシラン化合物が、式(5−5)、(5−8)または(5−9)で表されるシラン化合物である、請求項1に記載の硬化性組成物の製造方法
    Figure 0006213257
  3. Si−CH=CH基を有するシラン化合物が、式(7−5)、(7−7)または(7−8)で表されるシラン化合物である、請求項1に記載の硬化性組成物の製造方法
    Figure 0006213257
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の硬化性組成物の製造方法で得られた硬化性組成物を70℃以上、300℃以下に加熱することで硬化させる硬化物の製造方法。
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