JPWO2009060958A1 - 環状ポリオルガノシロキサンの製造方法、硬化剤、硬化性組成物およびその硬化物 - Google Patents

環状ポリオルガノシロキサンの製造方法、硬化剤、硬化性組成物およびその硬化物 Download PDF

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Abstract

本発明の課題は、光学材料用途にも適用可能な耐熱耐光透明性、耐クラック性に優れる硬化物を与え得る硬化剤、硬化性組成物、それを硬化させて得られる硬化物を提供することである。また、上記硬化剤の成分である特定構造の環状ポリオルガノシロキサンを選択的にかつ高収率で得られる製造方法を提供することである。その為に、(A)SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に少なくとも2個有する有機系化合物、(B)SiH基を1分子中に少なくとも2個有する化合物、(C)ヒドロシリル化触媒を必須成分として含有する硬化性組成物において、(B)SiH基を1分子中に少なくとも2個有する化合物として、特定の環状ポリオルガノシロキサンの反応物である、SiH基を1分子中に少なくとも2個有する変性ポリオルガノシロキサン化合物(B)を使用する。

Description

本発明は主として光学材料用途での硬化性組成物および硬化物に関するものであり、更に詳しくは、耐熱耐光透明性、耐クラック性に優れる硬化物を与え得る環状ポリオルガノシロキサン、硬化剤、硬化性組成物、それを硬化させて得られる硬化物に関する。
一般に、光半導体装置は発光ダイオード、フォトダイオード等の光半導体素子をシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などによって樹脂封止することによって構成されている。近年注目されている青色LEDや白色LEDの場合、封止樹脂には光学的透明性や耐光透明性の他に、通電時の発熱にも耐え得る耐熱透明性、実装する場合などにおける熱衝撃による封止樹脂のクラック発生が生じない耐クラック性といった特性が要求される。
封止樹脂として、従来のエポキシ樹脂組成物を用いると耐熱耐光性が不十分であり、短期間に輝度の低下が起こる。そこで、耐光性を向上させる手段として次のような脂環式エポキシ樹脂を用いる技術が開示されている(例えば、特許文献6や特許文献7)。
Figure 2009060958
しかし、これら脂環式エポキシ樹脂を用いる技術では、未だ耐熱透明性が不十分であり、更なる耐熱透明性の向上が強く求められている。
エポキシ樹脂に比べて耐熱耐光透明性に優れる封止樹脂としてシリコーン樹脂が知られている。しかし、シリコーン樹脂はエポキシ樹脂に比べて耐熱耐光透明性が優れるものの、樹脂強度が低いために硬質のシリコーン樹脂硬化物では熱衝撃試験でクラックが発生しやすいなどの課題がある。
このようなシリコーン樹脂の課題に対して、SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に少なくとも2個有する有機系化合物と、SiH基を1分子中に少なくとも2個有する化合物と、ヒドロシリル化触媒を必須成分として含有する硬化性組成物が種々提案されている(例えば、特許文献8や特許文献9)。
例えば、特許文献8には、硬化性組成物の相溶性が良好となり、硬化物の作製が容易となる点から、1分子中に少なくとも2個のSiH基を含有する化合物として、炭素−炭素二重結合を1分子中に少なくとも2個含有する有機化合物と1分子中に少なくとも3個のSiH基を有する環状ポリオルガノシロキサンをヒドロシリル化反応することによって得られる化合物を用いる硬化性組成物が開示されている。
また、特許文献9には、1分子中に少なくとも2個のSiH基を含有する化合物として、炭素−炭素二重結合を1分子中に1個含有する有機化合物と1分子中に少なくとも3個のSiH基を有する環状ポリオルガノシロキサンをヒドロシリル化反応することによって得られる化合物を用いる硬化性組成物にすることによって、硬化物の成形物の割れを改善する技術が開示されている。
上記環状ポリオルガノシロキサンとしては、例えば、以下の製造方法が一般的に知られている。
(イ)ケイ素に結合する加水分解性基を2個有するオルガノシラン類を加水分解・縮合する方法(例えば、特許文献1や特許文献2)
(ロ)鎖状ポリオルガノシロキサンを水及び活性白土の存在下に加熱し、環状ポリオルガノシロキサンを得る方法(例えば、特許文献3)
(ハ)鎖状ポリオルガノシロキサンと酸性触媒を加熱し、環状ポリオルガノシロキサンを得る方法(例えば、特許文献4)
(ニ)鎖状ポリオルガノシロキサンと中性の金属アルコキシド触媒を加熱し、環状ポリオルガノシロキサンを得る方法(例えば、特許文献5)
特開昭54−74900号公報 特開昭60−90220号公報 特公昭54−13480号公報 特告昭55−11697号公報 特開平11−100389号公報 特開2003−292568号公報 特開2001−19742号公報 特開2002−317048号公報 特開2003−261783号公報
本発明者らは、封止樹脂を想定して上記特許文献8および9に記載の硬化性組成物を検討していたところ、上記特許文献8に記載の硬化性組成物を用いた場合、型枠に流し込んで加熱硬化することにより成形物を得ようとすると、成形物に割れが生じる傾向があり、また、上記特許文献9に記載の硬化性組成物を用いた場合、得られた成形物を耐熱試験した場合に、成形物にヒビが生じたり、着色が見られたりするなど、耐熱性に劣る傾向があるということに気づいた。
そこで、本発明の課題は、耐熱耐光透明性、耐クラック性に優れる硬化物を与えうる硬化剤、および硬化性組成物、それを硬化させて得られる硬化物を提供することである。
上記事情に鑑み、本発明者らはSiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に少なくとも2個有する有機系化合物、SiH基を1分子中に少なくとも2個有する化合物、ヒドロシリル化触媒を含有する硬化性組成物につき、鋭意検討を重ねた。その結果、SiH基を1分子中に少なくとも2個有する化合物としてSiH基が低減された環状ポリオルガノシロキサンを使用して得られる、SiH基を1分子中に少なくとも2個有する変性ポリオルガノシロキサン化合物を使用することを試みようとした。
しかし、上記公知の環状ポリオルガノシロキサンの製造方法は、単に環状ポリオルガノシロキサンを製造する、一般的な製法に過ぎず、本発明者らが想定する構造、すなわちSiH基が低減された環状ポリオルガノシロキサンを選択的にかつ収率よく製造できる方法はこれらの先行文献にも開示されていない。
そのため、まず、本発明者らは、これまで検討されてこなかった、SiH基が低減された環状ポリオルガノシロキサンを選択的にかつ収率よく製造する方法を確立すべく、各種製法や製造条件などを検討し実験を重ねた。その結果、ポリオルガノシロキサンを加熱分解する製法において、ポリオルガノシロキサンの主鎖構造によって加熱分解により得られる環状ポリオルガノシロキサンの収率および組成が著しく異なることを発見し、特定の主鎖構造を有する環状ポリオルガノシロキサンを触媒存在下で加熱分解するとSiH基が低減された環状ポリオルガノシロキサンを選択的にかつ収率よく製造できることを突き止め、本発明の製造方法を完成するに至った。
そして、SiH基が低減された環状ポリオルガノシロキサンを使用して作製されるSiH基を1分子中に少なくとも2個有する変性ポリオルガノシロキサン化合物を作製し、それを含有させた硬化性組成物を硬化させたところ、優れた耐熱耐光透明性と耐クラック性とを有する硬化物を作製することを見出し、本発明の硬化性組成物、それに使用される硬化剤を完成するに至った。
すなわち、本発明は、主鎖骨格が下記一般式(I)
Figure 2009060958
(式中、R1乃至R3は同種または異種の一価の置換または非置換の炭化水素基を表す。mとnのモル比が0.3≦n/(m+n)<0.9。)であるポリオルガノシロキサンを触媒存在下で加熱分解する、環状ポリオルガノシロキサンの製造方法である。
上記ポリオルガノシロキサンが、下記一般式(II)
Figure 2009060958
(式中、R1乃至R3は同種または異種の一価の置換または非置換の炭化水素基、R4は一価の置換または非置換の炭化水素基、R5は水酸基または一価の置換または非置換の炭化水素基、R6は水素原子または一価の置換または非置換の炭化水素基を表し、mは1〜1000、nは2〜1000、4<m+n<2000を満たす。)で表される鎖状ポリオルガノシロキサン、および/または、下記一般式(III)
Figure 2009060958
(式中、R1乃至R3は同種または異種の一価の置換または非置換の炭化水素基を表し、mは1〜1000、nは2〜1000、4<m+n<2000を満たす。)で表される環状ポリオルガノシロキサンであることが好ましい。
上記一般式(I)乃至(III)中のR1乃至R3がメチル基であることが好ましい。
上記触媒は、金属−酸素結合を有する触媒であって、前記金属がアルミニウム、チタン、ジルコニウム、スズ、および亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種を使用するのが好ましい。
本発明は、上記製造方法により得られる環状ポリオルガノシロキサンに関する。
上記環状ポリオルガノシロキサンは、下記一般式(IV)
Figure 2009060958
(式中、R1乃至R3は同種または異種の一価の置換または非置換の炭化水素基を表し、pは1〜8の整数であり、qは2〜6の整数であり、かつ、pおよびqは3≦p+q≦10を満足する整数を表す。)を含むことができ、下記化合物(β1)および(β2)を含有することもできる。
Figure 2009060958
本発明は、下記化合物のヒドロシリル化反応生成物である、1分子中にSiH基を少なくとも2個有する変性ポリオルガノシロキサン化合物;
(α)1分子中にSiH基との反応性を有する炭素−炭素二重結合を2〜6個有する有機化合物、
(β)上記環状ポリオルガノシロキサン
に関する。
また、本発明は、下記化合物のヒドロシリル化反応生成物である、1分子中にSiH基を少なくとも2個有する変性ポリオルガノシロキサン化合物;
(α)1分子中にSiH基との反応性を有する炭素−炭素二重結合を2〜6個有する有機化合物、
(β)下記化合物(β1)および(β2)を含有する、環状ポリオルガノシロキサン
Figure 2009060958
に関する。
上記(β)環状ポリオルガノシロキサンは、前記化合物(β1)および化合物(β2)を環状ポリオルガノシロキサン全体に対して50重量%以上含有することが好ましい。
上記(α)有機化合物が、芳香族化合物、脂肪族環式化合物、置換脂肪族環式化合物および複素環式化合物からなる群から選択される少なくとも一種の環式有機化合物であること好ましく、上記芳香族化合物がジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル、ビスフェノールAジアリルエーテルまたはビスフェノールSジアリルエーテル、前記脂肪族環式化合物がシクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、シクロオクタジエン、ジシクロペンタジエン、トリシクロペンタジエンまたはノルボルナジエン、前記置換脂肪族環式有機化合物がビニルシクロペンテン、ビニルシクロヘキセン、トリビニルシクロヘキサン、1,3−ビス(アリルオキシ)アダマンタンまたは1,3,5−トリス(アリルオキシ)アダマンタンであることが好ましい。
上記(α)有機化合物が、下記一般式(VI)
Figure 2009060958
(式中、R7は、水素原子または炭素数1〜50の一価の有機基を表し、それぞれのR7は異なっていても同一であってもよい。)で表される化合物を含有することが好ましく、トリアリルイソシアヌレート、モノグリシジルジアリルイソシアヌレートおよびジアリルイソシアヌレートからなる群から選択される少なくとも一種を含有することがより好ましい。
本発明は、(A)SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に少なくとも2個含有する有機化合物、本発明の上記変性ポリオルガノシロキサン化合物、および、(C)ヒドロシリル化触媒を含有する、硬化性組成物に関する。
上記(A)有機化合物が、芳香族化合物、脂肪族環式化合物、置換脂肪族環式化合物および複素環式化合物からなる群から選択される少なくとも一種の環式有機化合物であることが好ましく、上記芳香族化合物がジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル、ビスフェノールAジアリルエーテルまたはビスフェノールSジアリルエーテル、前記脂肪族環式化合物がシクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、シクロオクタジエン、ジシクロペンタジエン、トリシクロペンタジエンまたはノルボルナジエン、前記置換脂肪族環式有機化合物がビニルシクロペンテン、ビニルシクロヘキセン、トリビニルシクロヘキサン、1,3−ビス(アリルオキシ)アダマンタンまたは1,3,5−トリス(アリルオキシ)アダマンタンであることが好ましい。
前記(A)有機化合物が、下記一般式(VI
Figure 2009060958
(式中、R7は、水素原子または炭素数1〜50の一価の有機基を表し、それぞれのR7は異なっていても同一であってもよい。)で表される化合物を含有することが好ましい。
本発明は上記硬化性組成物を硬化してなる硬化物に関する。
本発明の、SiH基が低減された環状ポリオルガノシロキサンを用いて作製される変性ポリオルガノシロキサン化合物を含有させた硬化性組成物の硬化物は、優れた耐熱耐光透明性と耐クラック性とを有する。また、本発明の製法によれば、SiH基が低減された環状ポリオルガノシロキサンを選択的かつ収率よく製造することが出来る。
以下、本発明を詳細に説明する。
<環状ポリオルガノシロキサンの製造方法>
まず、環状ポリオルガノシロキサンの製造方法について説明する。
本発明の製法は、上記一般式(I)で表される主鎖骨格を有するポリオルガノシロキサンを触媒存在下で加熱分解する製法である。
上記一般式(I)中のR1乃至R3は同種または異種の一価の置換または非置換の炭化水素基であり、炭素数が1〜6個であることが好ましい。当該炭化水素基の例としてはハロゲン化アルキル基、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、あるいはアリール基等が挙げられる。
これらの内、耐熱性および耐光性に優れる点では、炭素数が1〜6の炭化水素基であることが好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、シクロヘキシル基、ビニル基、フェニル基が挙げられる。さらに好ましくはメチル基、フェニル基が挙げられる。最も好ましいものはメチル基である。
上記一般式(I)で表されるポリオルガノシロキサンのR1乃至R3はそれぞれ繰り返し単位ごとに同一であっても異なっていても構わない。
本発明の製法で使用されるポリオルガノシロキサンの、一般式(I)で表される主鎖構造の例としては、
−(Me2SiO)m−(MeHSiO)n−、
−(MePhSiO)m−(MeHSiO)n−、
−(Ph2SiO)m−(MeHSiO)n−、
−(Me2SiO)m−(PhHSiO)n−、
−(MePhSiO)m−(PhHSiO)n−、
−(Ph2SiO)m−(PhHSiO)n−、
(ここで、Meはメチル基を、Phはベンゼン環を示す)
などが挙げられる。
本発明の製法は、主鎖骨格を構成するR12SiO単位と、R3HSiO単位とのモル比、すなわち、一般式(I)中におけるmとnとのモル比が0.3≦n/(m+n)<0.9を満たすポリオルガノシロキサンと使用することを特徴とする。当該モル比を満たすことにより、SiH基が低減された環状ポリオルガノシロキサンを収率よく製造することができる。SiH基が低減された環状ポリオルガノシロキサンの収率性の観点からは、当該モル比は、好ましくは0.4≦n/(m+n)<0.8であり、さらに好ましくは0.5≦n/(m+n)<0.7である。また、一般式(I)中のm、nの数は、特に限定されないが、原料の粘度が低いために作業性が良いという観点から、mは1〜1000であること好ましく、nは2〜1000であることが好ましく、かつ、4<m+n<2000であることが好ましく、より好ましくはm+nが20〜500の数であり、さらに好ましくはm+nが30〜200である。
なお、ここでのR12SiO単位と、R3HSiO単位のモル比は、NMR測定により求めることができる。
本発明の製法では、上記モル比を満たす主鎖骨格を有するポリオルガノシロキサンであれば、環状であっても鎖状であってもかまわない。特に限定されるわけではないが、
入手性の観点から、上記一般式(II)の鎖状ポリオルガノシロキサンおよび/または上記一般式(III)の環状ポリオルガノシロキサンが好適である。
上述した一般式(I)のR1乃至R3は、上記一般式(II)および(III)中のR1乃至R3についても同様に適用される。
上記一般式(II)の鎖状ポリオルガノシロキサンのR4は一価の置換または非置換の炭化水素基、R5は水酸基または一価の置換または非置換の炭化水素基、R6は水素原子または一価の置換または非置換の炭化水素基であり、一価の置換または非置換の炭化水素基の例は上述のR1と同じである。原料の入手性の観点から、R4および/またはR5はメチル基であることが好ましく、R6は水素原子またはメチル基であることが好ましい。
上記一般式(II)で表される鎖状ポリオルガノシロキサンの例としては、
Me3SiO−(Me2SiO)m−(MeHSiO)n−SiMe3
Me3SiO−(MePhSiO)m−(MeHSiO)n−SiMe3
Me3SiO−(Ph2SiO)m−(MeHSiO)n−SiMe3
Me3SiO−(Me2SiO)m−(PhHSiO)n−SiMe3
Me3SiO−(MePhSiO)m−(PhHSiO)n−SiMe3
Me3SiO−(Ph2SiO)m−(PhHSiO)n−SiMe3
が挙げられる。ここでmは1〜1000、nは2〜1000、4<m+n<2000の数を表し、好ましくはm+nが20〜500の数を表し、さらに好ましくはm+nが30〜200の数を表す。
上記一般式(III)で表される環状ポリオルガノシロキサンの例としては、
Figure 2009060958
Figure 2009060958
が挙げられる。ここでmは1〜1000、nは2〜1000、4<m+n<2000の数を表し、好ましくはm+nが20〜500の数を表し、さらに好ましくはm+nが30〜200の数を表す。
本発明において使用される触媒としては、酸性、アルカリ性、または中性の触媒が挙げられる。
酸性触媒を用いる方法としては例えば、(ロ)SiH基含有ポリシロキサンを水および活性白土の存在下に反応させる方法(特告昭54ー13480号公報)、(ハ)メチルハイドロジェンポリシロキサンを酸触媒の存在下に加熱し反応させる方法(特告昭55ー11697号公報)、(ホ)オルガノポリシロキサンを減圧下、加熱した固定触媒床に接触させて反応させる方法(特開平2ー129192号公報)、(ヘ)メチルハイドロジェンポリシロキサンを反応させる際に高沸点のオルガノジシロキサン存在下で行う方法(特開平7ー242678号公報)、(ト)オルガノハイドロジェンポリシロキサンを塩化アルミニウムの存在下に反応させる方法(特開平7ー316167号公報)などが挙げられる。ただし、酸性触媒を使用する方法は、SiH基を含有する系においてはSiH基が水等に本質的に不安定であることから、例えば、原料あるいは空気中等から系内に微量でも水分が混入した場合に、SiH基が水分と反応して生成物である環状ポリオルガノシロキサンの収率を低下させるだけでなく、反応系のゲル化をひきおこす原因となる場合がある。
アルカリ性触媒を用いる方法としては例えば、(チ)アルカリ金属の炭酸塩を触媒に用いる方法(特公昭45−15036号公報)、(リ)アルカリ金属シラノレートを触媒に用いる方法(特公昭33−2149号公報)等が挙げられる。ただし、アルカリ性触媒を用いる場合、酸性触媒の場合と同様に後工程でpHを調整する等、工程が繁雑となる。また、SiH基を含有する系においてはアルカリ性条件下ではSiH基が非常に不安定であるという課題がある。
本発明の製法では、上記酸性触媒やアルカリ性触媒を使用する場合に対して、微量の水分による環状ポリオルガノシロキサン生成物が変質しやすい傾向が低い点から中性の触媒を使用することが好ましく、より好ましくは金属−酸素結合を有する触媒である。金属アルコキシド触媒などの金属−酸素結合を有する触媒を使用する場合、貯蔵安定性に優れる点、および、硬化物を作製した場合に、電材用途において周辺の金属部品を腐食したりする要因となり得る塩素や水分がほとんど硬化物中に含まれないため、このような問題が発生するおそれが低い点といった利点がある。
金属−酸素結合を有する触媒としては、金属がアルミニウム、チタン、ジルコニウム、スズ、および亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種であるものが好ましい。金属−酸素結合を有する触媒としては、金属アルコキシドが挙げられ、例えば下記一般式(VII)
Figure 2009060958
(式中R8は一価の置換または非置換の炭化水素基であり、炭化水素基の例としては前記一般式(I)のR1と同じであり、Y1およびY2は炭素数が1〜8のアルキル基、アリール基、あるいはアルコキシ基、Mは2価乃至4価の金属元素で表され、rおよびsは0、1、2、3、4であり、r+sは2乃至4である)を使用する方法が挙げられる。本発明の製法においては、好ましくは上記一般式(VII)中のMがAl、Ti、Zr、Sn、Znである金属アルコキシドが用いられ、さらに好ましくはMがAl、Ti、Zrである金属アルコキシドが用いられ、最も好ましくはアルミニウムアルコキシドが用いられる。
具体的に例示すると、アルミニウムトリエトキシド、アルミニウムトリイソプロポキシド、アルミニウムトリブトキシド、アルミニウムトリ第2ブトキシド、アルミニウムジイソプロポキシ第2ブトキシド、アルミニウムジイソプロポキシアセチルアセトナート、アルミニウムジ第2ブトキシアセチルアセトナート、アルミニウムジイソプロポキシエチルアセトアセタート、アルミニウムジ第2ブトキシエチルアセトアセタート、アルミニウムトリスアセチルアセトナート、アルミニウムトリスエチルアセトアセタート、アルミニウムアセチルアセトナートビスエチルアセトアセタート、チタンテトラエトキシド、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラブトキシド、チタンジイソプロポキシビスアセチルアセトナート、チタンジイソプロポキシビスエチルアセトアセタート、チタンテトラ2−エチルヘキシルオキシド、チタンジイソプロポキシビス(2−エチル−1、3−ヘキサンジオラート)、チタンジブトキシビス(トリエタノールアミナート)、ジルコニウムテトラブトキシド、ジルコニウムテトライソプロポキシド、ジルコニウムテトラメトキシド、ジルコニウムトリブトキシドモノアセチルアセトナート、ジルコニウムジブトキシドビスアセチルアセトナート、ジルコニウムブトキシドトリスアセチルアセトナート、ジルコニウムテトラアセチルアセトナート、ジルコニウムトリブトキシドモノエチルアセトアセタート、ジルコニウムジブトキシドビスエチルアセトアセタート、ジルコニウムブトキシドトリスエチルアセトアセタート、ジルコニウムテトラエチルアセトアセタート、である。その他、環状の1、3、5−トリイソプロポキシシクロトリアルミノキサン等も使用することもできる。これらのうち好ましくはアルミニウムトリイソプロポキシド、アルミニウムトリ第2ブトキシド、アルミニウムジイソプロポキシエチルアセトアセタート、アルミニウムジ第2ブトキシエチルアセトアセタート、アルミニウムトリスアセチルアセトナート、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラブトキシド、ジルコニウムテトラブトキシドが用いられる。もっとも好ましいものはアルミニウムトリイソプロポキシドである。
これらの金属アルコキシドは単独で用いても良いし、任意の割合で組み合わせて用いても良い。
また、金属−酸素結合を有する触媒としては、金属−酸素−珪素結合を有する触媒(特開2006−273784号公報)等が挙げられる。
本発明の製法における触媒の使用量は反応速度に応じ種々選択できるが、一般には原料ポリオルガノシロキサン100重量部に対して0.01〜10重量部が好ましく、より好ましくは0.01〜5重量部、さらに好ましくは0.01〜1重量部を使用することができる。
本発明の製法は、上記触媒存在下でポリオルガノシロキサンを加熱するものであるが、当該加熱時における反応温度は反応が進行する温度であればよく、一般には液温が60〜300℃の温度が用いられるが、副反応を抑制しかつ反応を効率良く進行させるために100〜200℃の温度が好ましい。
本発明の製法における反応は常圧あるいは減圧下に実施することが可能であるが、生成物を逐次留去して比較的低温で反応を効率よく進めるためには減圧下に行うことが好ましい。なお、本発明の製法における反応を蒸留減圧下に実施することにより、目的の環状ポリオルガノシロキサンを選択的、かつ、収率よく製造しやすい。この場合、例えば10〜300mmHgの減圧下に反応を実施できる。
本発明の製法においては、必要に応じ適切な溶媒を使用することができる。溶媒としては触媒と化学的な反応性を有さず、生成する環状ポリオルガノシロキサンよりも沸点の高いものを用いることができる。溶媒の具体例としては、デカン、ドデカン、ミネラルオイル、メシチレン、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル等を挙げることができる。使用量も任意の量を使用できる。
本発明の製法では原料ポリオルガノシロキサンと触媒とを混合加熱し反応させた後、生成物を蒸留等により精製することもできるし、反応進行中に生成物を逐次留去しながら反応を行うこともできる。副反応を抑制するためには、生成物を逐次留去しながら反応を行うことが望ましい。生成物を留去する場合には必要に応じ各種充填塔などの精留塔を使用することができる。精留塔を用いた場合には製品の純度を高くすることができる。
上記分解反応、精製して得られる環状ポリオルガノシロキサンの生成物はそのまま本発明の変性ポリオルガノシロキサンの(β)成分として使用することができる。
本発明の製法で得られる環状ポリオルガノシロキサンはSiH基が低減された環状ポリオルガノシロキサンであって、特に限定されるものではないが、上記一般式(IV)で表される環状ポリオルガノシロキサンが挙げられる。
上述した一般式(I)のR1乃至R3は、上記一般式(IV)中のR1乃至R3についても同様に適用される。
上記一般式(IV)の例としては、
Figure 2009060958
Figure 2009060958
などが挙げられる。pは1〜8の整数であり、qは2〜6の整数であり、かつ、pおよびqは3<p+q<10を満足する整数を表す。好ましくはpが1〜4の整数であり、qは2〜4の整数であり、かつ、pおよびqは3<p+q<6を満足する整数を表し、さらに好ましくはpが1か2の整数であり、qが2か3の整数であり、かつ、pおよびqはp+q=4を満足する整数を表す。
本発明の製法で得られる環状ポリオルガノシロキサンは、上記一般式(IV)で表される環状ポリオルガノシロキサンを少なくとも1種を含むものであってよい。
耐熱性および耐光性に優れるという観点から、得られる環状ポリオルガノシロキサンは、上記一般式(β1)および(β2)を含有するものであることが好ましい。
<硬化性組成物>
本発明の硬化性組成物は、成分として(A)SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に少なくとも2個含有する有機化合物、(B)変性ポリオルガノシロキサン化合物、および、(C)ヒドロシリル化触媒を含有する。以下に各成分につき説明する。
((A)成分)
次に本発明の(A)成分について説明する。
(A)成分はSiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に少なくとも2個含有する有機化合物であれば特に限定されない。有機化合物としてはポリシロキサン−有機ブロックコポリマーやポリシロキサン−有機グラフトコポリマーのようなシロキサン単位(Si−O−Si)を含むものではなく、構成元素としてC、H、N、O、Sおよびハロゲンからなる群から選択される元素のみを含むものであることが好ましい。シロキサン単位を含むものの場合は、ガス透過性やはじきの問題がある。
SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合の結合位置は特に限定されず、分子内のどこに存在してもよい。
(A)成分の有機化合物は、有機重合体系化合物と有機単量体系化合物に分類できる。
有機重合体系化合物としては例えば、ポリエーテル系、ポリエステル系、ポリアリレート系、ポリカーボネート系、飽和炭化水素系、不飽和炭化水素系、ポリアクリル酸エステル系、ポリアミド系、フェノール−ホルムアルデヒド系(フェノール樹脂系)、ポリイミド系の化合物を用いることができる。
また有機単量体系化合物としては例えば、フェノール系、ビスフェノール系、ベンゼン、ナフタレン等の芳香族化合物、直鎖系、脂環系等の脂肪族化合物、複素環化合物およびこれらの混合物等が挙げられる。
(A)成分のSiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合としては特に限定されないが、下記一般式(VIII)
Figure 2009060958
(式中R9は水素原子あるいはメチル基を表す。)で示される基が反応性の点から好適である。また、原料の入手の容易さからは、
Figure 2009060958
示される基が特に好ましい。
(A)成分のSiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合としては、下記一般式(IX)で表される部分構造を環内に有する脂環式の基が、硬化物の耐熱性が高いという点か
ら好適である。
Figure 2009060958
(式中R10は水素原子あるいはメチル基を表す。)また、原料の入手の容易さからは、下記式で表される部分構造を環内に有する脂環式の基が好適である。
Figure 2009060958
SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合は(A)成分の骨格部分に直接結合していてもよく、2価以上の置換基を介して共有結合していても良い。2価以上の置換基としては炭素数0〜10の置換基であれば特に限定されないが、構成元素としてC、H、N、O、S、およびハロゲンから選ばれる元素のみを含むものが好ましい。これらの置換基の例としては、
Figure 2009060958
Figure 2009060958
が挙げられる。また、これらの2価以上の置換基の2つ以上が共有結合によりつながって1つの2価以上の置換基を構成していてもよい。
以上のような骨格部分に共有結合する基の例としては、ビニル基、アリル基、メタリル基、アクリル基、メタクリル基、2−ヒドロキシ−3−(アリルオキシ)プロピル基、2−アリルフェニル基、3−アリルフェニル基、4−アリルフェニル基、2−(アリルオキシ)フェニル基、3−(アリルオキシ)フェニル基、4−(アリルオキシ)フェニル基、2−(アリルオキシ)エチル基、2、2−ビス(アリルオキシメチル)ブチル基、3−アリルオキシ−2、2−ビス(アリルオキシメチル)プロピル基、
Figure 2009060958
が挙げられる。
(A)成分の具体的な例としては、ジアリルフタレート、トリアリルトリメリテート、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート、トリメチロールプロパンジアリルエーテル、トリメチロールプロパントリアリルエーテル、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル、ペンタエリスリトールテトラアリルエーテル、1,1,2,2−テトラアリロキシエタン、ジアリリデンペンタエリスリット、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、ジアリルモノグリシジルイソシアヌレート、ジアリルモノベンジルイソシアヌレート、1,2,4−トリビニルシクロヘキサン、1,4−ブタンジオールジビニルエーテル、ノナンジオールジビニルエーテル、1,4−シクロへキサンジメタノールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、ビスフェノールSジアリルエーテル、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル、1,3−ジイソプロペニルベンゼン、1,4−ジイソプロペニルベンゼン、1,3−ビス(アリルオキシ)アダマンタン、1,3−ビス(ビニルオキシ)アダマンタン、1,3,5−トリス(アリルオキシ)アダマンタン、1,3,5−トリス(ビニルオキシ)アダマンタン、ジシクロペンタジエン、5−ビニルビシクロ〔2.2.1〕へプタ−2−エン、ビニルシクロへキセン、1,5−ヘキサジエン、1,9−デカジエン、ジアリルエーテル、ビスフェノールAジアリルエーテル、テトラアリルビスフェノールA、2,5−ジアリルフェノールアリルエーテル、およびそれらのオリゴマー、1,2−ポリブタジエン(1、2比率10〜100%のもの、好ましくは1、2比率50〜100%のもの)、ノボラックフェノールのアリルエーテル、アリル化ポリフェニレンオキサイド
Figure 2009060958
Figure 2009060958
の他、従来公知のエポキシ樹脂のグルシジル基の一部あるいは全部をアリル基に置き換えたもの等が挙げられる。
(A)成分としては、上記のように骨格部分とアルケニル基とに分けて表現しがたい、低分子量化合物も用いることができる。これらの低分子量化合物の具体例としては、ブタジエン、イソプレン、オクタジエン、デカジエン等の脂肪族鎖状化合物、シクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、シクロオクタジエン、ジシクロペンタジエン、トリシクロペンタジエン、ノルボルナジエン等の脂肪族環式化合物、ビニルシクロペンテン、ビニルシクロヘキセン等の置換脂肪族環式化合物等が挙げられる。
(A)成分としては、耐熱性をより向上し得るという観点からは、SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を(A)成分1gあたり0.001mol以上含有するものが好ましく、1gあたり0.005mol以上含有するものがより好ましく、0.008mol以上含有するものがさらに好ましい。
(A)成分のSiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合の数は、平均して1分子当たり少なくとも2個あればよいが、力学強度をより向上したい場合には2を越えることが好ましく、3個以上であることがより好ましい。(A)成分のSiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合の数が1分子内当たり1個以下の場合は、(B)成分と反応してもグラフト構造となるのみで架橋構造とならない。
(A)成分としては反応性が良好であるという観点からは、1分子中にビニル基を1個以上含有していることが好ましく、1分子中にビニル基を2個以上含有していることがより好ましい。また貯蔵安定性が良好となりやすいという観点からは、1分子中にビニル基を6個以下含有していることが好ましく、1分子中にビニル基を4個以下含有していることがより好ましい。
(A)成分としては、力学的耐熱性が高いという観点および原料液の糸引き性が少なく成形性、取扱い性、塗布性が良好であるという観点からは、分子量が900未満のものが好ましく、700未満のものがより好ましく、500未満のものがさらに好ましい。
(A)成分としては、他の成分との均一な混合、および良好な作業性を得るためには、粘度としては23℃において100Pa・s未満のものが好ましく、30Pa・s未満のものがより好ましく、3Pa・s未満のものがさらに好ましい。粘度はE型粘度計によって測定することができる。
(A)成分としては、着色、特に黄変の抑制の観点からはフェノール性水酸基および/またはフェノール性水酸基の誘導体を有する化合物の含有量が少ないものが好ましく、フェノール性水酸基および/またはフェノール性水酸基の誘導体を有する化合物を含まないものが好ましい。本発明におけるフェノール性水酸基とはベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環等に例示される芳香族炭化水素核に直接結合した水酸基を示し、フェノール性水酸基の誘導体とは上述のフェノール性水酸基の水素原子をメチル基、エチル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基等のアルケニル基、アセトキシ基等のアシル基等により置換された基を示す。
耐熱性および耐光性に優れるという点から、(A)成分としては環式有機化合物であることが好ましく、より具体的には以下のとおりである。
得られる硬化物の着色が少なく、耐光性が高いという点からは、(A)成分としては、シクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、シクロオクタジエン、ジシクロペンタジエン、トリシクロペンタジエン、ノルボルナジエン等の脂肪族環式化合物、ビニルシクロペンテン、ビニルシクロヘキセン、トリビニルシクロヘキサン、1,3−ビス(アリルオキシ)アダマンタン、1,3,5−トリス(アリルオキシ)アダマンタン等の置換脂肪族環式化合物、トリアリルイソシアヌレート、ジアリルモノグリシジルイソシアヌレート等の複素環式化合物等の環式有機化合物が好ましい。
得られる硬化物の着色が少なく、耐熱性が高いという点からは、(A)成分としては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル、ビスフェノールAジアリルエーテル、ビスフェノールSジアリルエーテル等の芳香族化合物、シクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、シクロオクタジエン、ジシクロペンタジエン、トリシクロペンタジエン、ノルボルナジエン等の脂肪族環式化合物、ビニルシクロペンテン、ビニルシクロヘキセン、トリビニルシクロヘキサン、1,3−ビス(アリルオキシ)アダマンタン、1,3,5−トリス(アリルオキシ)アダマンタン等の置換脂肪族環式化合物、トリアリルイソシアヌレート、ジアリルモノグリシジルイソシアヌレート等の複素環式化合物等の環式有機化合物が好ましい。
(A)成分としてはその他の反応性基を有していてもよい。この場合の反応性基としては、エポキシ基、アミノ基、ラジカル重合性不飽和基、カルボキシル基、イソシアネート基、ヒドロキシル基、アルコキシシリル基等が挙げられる。これらの官能基を有している場合には得られる硬化性組成物の接着性が高くなりやすく、得られる硬化物の強度が高くなりやすい。接着性がより高くなりうるという点からは、これらの官能基のうちエポキシ基が好ましい。また、得られる硬化物の耐熱性が高くなりやすいという点においては、反応性基を平均して1分子中に1個以上有していることが好ましい。
特に(A)成分としては耐熱性および耐光性が高いという点から下記一般式(VI)
Figure 2009060958
(式中R7は水素原子または炭素数1〜50の一価の有機基を表し、それぞれのR7は異なっていても同一であってもよい。)で表される化合物が好ましい。
上記一般式(VI)のR7の有機基としては、耐熱性および耐光性が高くなるという観点から、一部が置換されてもよい炭化水素基であることが好ましい。
上記一般式(VI)のR7としては、得られる硬化物の耐熱性がより高くなりうるという観点からは、炭素数1〜20であることが好ましく、炭素数1〜10であることがより好ましく、炭素数1〜6であることがさらに好ましい。これらの好ましいR7の例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基、ビニル基、アリル基、グリシジル基、
Figure 2009060958
等が挙げられる。
上記一般式(VI)のR7としては、得られる硬化物の各種材料との接着性が良好になりうるという観点からは、3つのR7のうち少なくとも1つがエポキシ基を一つ以上含む炭素数1〜50の一価の有機基であることが好ましく、
Figure 2009060958
で表されるエポキシ基を1個以上含む炭素数1〜50の一価の有機基であることがより好ましい。これらの好ましいR7の例としては、グリシジル基、
Figure 2009060958
等が挙げられる。
上記一般式(VI)のR7としては、得られる硬化物の化学的な熱安定性が良好になりうるという観点からは、2個以下の酸素原子を含みかつ構成元素としてC、HおよびOから選ばれる元素のみを含む炭素数1〜50の一価の有機基であることが好ましく、炭素数1〜50の一価の炭化水素基であることがより好ましい。これらの好ましいR7の例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基、ビニル基、アリル基、グリシジル基、
Figure 2009060958
等が挙げられる。
上記一般式(VI)のR7としては、反応性が良好になるという観点からは、3つのR7のうち少なくとも1つが
Figure 2009060958
で表される基を1個以上含む炭素数1〜50の一価の有機基であることが好ましく、下記一般式(VIII)
Figure 2009060958
(式中R9は水素原子あるいはメチル基を表す。)で表される基を1個以上含む炭素数1〜50の一価の有機基であることがより好ましく、3つのR7のうち少なくとも2つが下記一般式(X)
Figure 2009060958
(式中R11は直接結合あるいは炭素数1〜48の二価の有機基を表し、R12は水素原子あるいはメチル基を表す。)で表される有機化合物(複数のR11およびR12はそれぞれ異なっていても同一であってもよい。)であることがさらに好ましい。
上記一般式(X)のR11は、直接結合あるいは炭素数1〜48の二価の有機基であるが、得られる硬化物の耐熱性がより高くなりうるという観点からは、直接結合あるいは炭素数1〜20の二価の有機基であることが好ましく、直接結合あるいは炭素数1〜10の二価の有機基であることがより好ましく、直接結合あるいは炭素数1〜4の二価の有機基であることがさらに好ましい。これらの好ましいR11の例としては、
Figure 2009060958
等が挙げられる。
上記一般式(X)のR11としては、得られる硬化物の化学的な熱安定性が良好になりうるという観点からは、直接結合あるいは2つ以下の酸素原子を含みかつ構成元素としてC、HおよびOから選ばれる元素のみを含む炭素数1〜48の二価の有機基であることが好ましく、直接結合あるいは炭素数1〜48の二価の炭化水素基であることがより好ましい。これらの好ましいR11の例としては、
Figure 2009060958
が挙げられる。
上記一般式(X)のR12は、水素原子あるいはメチル基であるが、反応性が良好であるという観点からは、水素原子が好ましい。
ただし、上記のような一般式(VI)で表される有機化合物の好ましい例においても、SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に少なくとも2個含有することは必要である。耐熱性をより向上し得るという観点からは、SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に3個以上含有する有機化合物であることがより好ましい。
以上のような一般式(VI)で表される有機化合物の好ましい具体例としては、トリアリルイソシアヌレート、ジアリルイソシアヌレート、
Figure 2009060958
等が挙げられる。
硬化物の接着性向上のためには、(A)成分としてはジアリルモノグリシジルイソシアヌレートが好ましい。
硬化物の接着性向上と耐光性を両立させるためにはトリアリルイソシアヌレートとジアリルモノグリシジルイソシアヌレートの混合物であることが好ましい。該混合物はイソシアヌル環骨格を有するため耐熱性の点からも有効である。混合比は任意に設定出来るが、上記目的達成のためにはトリアリルイソシアヌレート/ジアリルモノグリシジルイソシアヌレート(モル比)=9/1〜1/9が好ましく、8/2〜2/8がさらに好ましく、7/3〜3/7が特に好ましい。
(A)成分は、単独又は2種以上のものを混合して用いることが可能である。
((B)成分)
次に(B)成分について説明する。
本発明の硬化性組成物は、(B)成分として、下記化合物(α)および(β)のヒドロシリル化反応生成物である、1分子中にSiH基を少なくとも2個有する変性ポリオルガノシロキサン化合物を使用することを特徴とする:
(α)1分子中にSiH基との反応性を有する炭素−炭素二重結合を2〜6個有する有機化合物、および、
(β)上述した本発明の製法で得られた環状ポリオルガノシロキサン、または、一般式(β1)および(β2)を含有する環状ポリオルガノシロキサンシロキサン。
(β)成分は、そのまま(B)成分として使用して硬化性組成物にすることも可能であるが、(β)成分が揮発性の場合は、硬化中に揮発する問題がある。また(β)成分はシロキサン成分であるために、(A)成分の有機化合物との相溶性が悪く、硬化性組成物の相溶性に問題がある場合が多い。(β)成分を変性ポリオルガノシロキサン化合物として使用することにより、これらの問題を改善することができる。
(B)成分の合成方法は種々挙げられるが、環状ポリオルガノシロキサン(β)と、SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に2〜6個含有する有機化合物(α)とを、ヒドロシリル化触媒の存在下で反応した後に、未反応の(β)成分を除去することにより得る方法が、最も簡便な合成方法として挙げられる。
((α)成分)
(α)1分子中にSiH基との反応性を有する炭素−炭素二重結合を2〜6個有する有機化合物には、上記(A)成分のうち、SiH基との反応性を有する炭素−炭素二重結合を2〜6個有するものを使用することができ、上述の(A)成分として好適な化合物は(α)成分においても同様に好ましく使用できる。
(α)成分は、入手性が良く、作業性も良いという点から、1分子中にSiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を2〜4個含有し、かつ、その分子量が900未満である有機化合物が好ましい。
(α)成分は、耐熱性および耐光性の観点から、環式有機化合物であることが好ましい。
上記環式有機化合物としては、芳香族化合物、脂肪族環式化合物、置換脂肪族環式化合物および複素環式化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種を使用することが好ましく、より具体的には、芳香族化合物としてはジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル、ビスフェノールAジアリルエーテル、ビスフェノールSジアリルエーテル等、脂肪族環式化合物としてはシクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、シクロオクタジエン、ジシクロペンタジエン、トリシクロペンタジエン、ノルボルナジエン等、置換脂肪族環式化合物としてはビニルシクロペンテン、ビニルシクロヘキセン、トリビニルシクロヘキサン、1,3−ビス(アリルオキシ)アダマンタン、1,3,5−トリス(アリルオキシ)アダマンタン等、複素環式化合物としてはトリアリルイソシアヌレート、ジアリルモノグリシジルイソシアヌレート等が好ましく挙げられる。
(α)成分は、硬化物の耐熱耐光透明性が良いという点から、下記一般式(VI)
Figure 2009060958
(式中R7は水素原子または炭素数1〜50の一価の有機基を表し、それぞれのR7は異なっていても同一であってもよい。)で表される有機化合物が好ましく、中でも、入手性が良く、硬化物の耐熱性および耐光性が良いという観点から、トリアリルイソシアヌレート、ジアリルモノグリシジルイソシアヌレート、ジアリルイソシアヌレートがより好ましい。
((β)成分)
本発明における、(β)成分の環状ポリオルガノシロキサンとしては、上述した環状ポリオルガノシロキサンの製造方法で得られる環状ポリオルガノシロキサン、具体的には下記一般式(IV)を含有する環状ポリオルガノシロキサンを使用することが出来る。
Figure 2009060958
(式中、R1乃至R3は同種または異種の一価の置換または非置換の炭化水素基を表し、pは1〜8の整数であり、qは2〜6の整数であり、かつ、pおよびqは3≦p+q≦10を満足する整数を表す。pとqは繰り返し単位ごとに同一であっても異なっていても構わない。)
上記一般式(IV)中のR1乃至R3は同種または異種の一価の置換または非置換の炭化水素基であり、炭化水素基の例としてはハロゲン化アルキル基、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、あるいはアリール基等が挙げられる。
これらの内、入手性が良いという点では、メチル基、フェニル基が好ましい。
また、硬化物の樹脂強度が高くなるという点では、フェニル基が好ましい。
また、硬化物の耐熱透明性、耐光透明性が高くなるという点では、メチル基が好ましい。
好ましいp+qとしては、蒸留精製により単離しやすいという点では、p+qが3≦p+q≦6であることが好ましく、さらに好ましくはp+q=4が好ましい。
好ましいqとしては、硬化物の耐クラック性が向上するという点で、3≦p+q≦6であり、かつqは2〜4の整数であることが好ましく、さらに好ましくはp+q=4であり、かつqは2か3の整数であることが好ましい。
(β)成分の具体例としては、
Figure 2009060958
Figure 2009060958
が挙げられる。pとqは繰り返し単位ごとに同一であっても異なっていても構わない。
中でも、(β)成分としては、耐熱性および耐光性の観点から上記(β1)および(β2)を含有する環状ポリオルガノシロキサンを使用することが好ましい。これら(β1)および(β2)を含有する環状ポリオルガノシロキサンは、(β1)および(β2)を混ぜまわせたものであってもよいが、本発明の製法によれば、効率よく(β1)および(β2)の混合物が得られるため、上述の製法により得られた環状ポリオルガノシロキサンをそのまま使用することもできる。
本発明の環状ポリオルガノシロキサン中の(β1)および(β2)成分の含有量としては、(β)成分を用いて変性ポリオルガノシロキサン化合物(B)を作製し、当該化合物(B)を用いて硬化物を作製したときに、副反応が少ないために目的の耐熱耐光透明性と耐クラック性とが発現しやすいという点では50重量%以上が好ましく、65重量%以上がより好ましく、80重量%以上がさらに好ましい。
本発明の環状ポリオルガノシロキサンに、製造工程で混入する可能性のあるSiH基を有さない低分子量の環状及び/又は鎖状ポリオルガノシロキサン化合物はヒドロシリル化反応性が無いために、溶剤として扱うことができる。したがって、SiH基を有さない低分子量の環状及び/又は鎖状ポリオルガノシロキサン化合物は(α)成分と(β)成分のヒドロシリル化反応後に、脱揮などにより除去することが可能である。
本発明の変性ポリオルガノシロキサンには(β)成分以外のSiH基を有する化合物を、硬化物性を損なわない範囲で使用することができる。SiH基を有する化合物としては、例えば国際公開WO96/15194に記載される化合物で、1分子中に少なくとも3個のSiH基を有するもの等が使用できる。
(α)成分と(β)成分とをヒドロシリル化反応させる場合の各成分の比率は(B)成分の取扱い性が損なわれない限り特に限定されないが、(β)成分中のSiH基の数(Y)の(α)成分中の炭素−炭素二重結合の数(X)に対する比(Y/X)において、好ましい範囲の下限は1.5、より好ましくは3であり、好ましい範囲の上限は10、より好ましくは6である。Y/Xが1.5より小さい数値になると(B)成分の粘度が高くなるために取扱い性が損なわれ、ゲル化する可能性がある。一方でY/Xが10より大きい数値になると、ヒドロシリル化反応後の未反応(β)成分が多くなり、(B)成分の製造コストが高くなることが考えられる。
(α)成分と(β)成分をヒドロシリル化反応させる場合の触媒としては、例えば次のようなものを用いることができる。白金の単体、アルミナ、シリカ、カーボンブラック等の担体に固体白金を担持させたもの、塩化白金酸、塩化白金酸とアルコール、アルデヒド、ケトン等との錯体、白金−オレフィン錯体(例えば、Pt(CH2=CH22(PPh32、Pt(CH2=CH22Cl2)、白金−ビニルシロキサン錯体(例えば、Pt(ViMe2SiOSiMe2Vi)n、Pt[(MeViSiO)4m)、白金−ホスフィン錯体(例えば、Pt(PPh34、Pt(PBu34)、白金−ホスファイト錯体(例えば、Pt[P(OPh)34、Pt[P(OBu)34)(式中、Meはメチル基、Buはブチル基、Viはビニル基、Phはフェニル基を表し、n、mは、整数を示す。)、ジカルボニルジクロロ白金、カールシュテト(Karstedt)触媒、また、アシュビー(Ashby)の米国特許第3159601号及び3159662号明細書中に記載された白金−炭化水素複合体、ならびにラモロー(Lamoreaux)の米国特許第3220972号明細書中に記載された白金アルコラート触媒が挙げられる。更に、モディック(Modic)の米国特許第3516946号明細書中に記載された塩化白金−オレフィン複合体も本発明において有用である。
また、白金化合物以外の触媒の例としては、RhCl(PPh)3、RhCl3、RhAl23、RuCl3、IrCl3、FeCl3、AlCl3、PdCl2・2H2O、NiCl2、TiCl4、等が挙げられる。
これらの中では、触媒活性の点から塩化白金酸、白金−オレフィン錯体、白金−ビニルシロキサン錯体等が好ましい。また、これらの触媒は単独で使用してもよく、2種以上併用してもよい。
触媒の添加量は特に限定されないが、十分なヒドロシリル化反応性を有する白金原子の添加量という点では、白金原子(モル数)/(α)成分の炭素−炭素二重結合基(モル数)が、10-2〜10-8が好ましく、10-4〜10-6がより好ましい。
また、上記触媒には助触媒を併用することが可能であり、例としてトリフェニルホスフィン等のリン系化合物、ジメチルマレート等の1、2−ジエステル系化合物、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−ブチン、1−エチニル−1−シクロヘキサノール等のアセチレンアルコール系化合物、単体の硫黄等の硫黄系化合物等が挙げられる。助触媒の添加量は特に限定されないが、ヒドロシリル化触媒1モルに対しての好ましい添加量の下限は、10-2モル、より好ましくは10-1モルであり、好ましい添加量の上限は102モル、より好ましくは10モルである。
反応させる場合の(α)成分、(β)成分、触媒の混合方法としては、各種方法をとることができるが、(α)成分に触媒を混合したものを、(β)成分に混合する方法が好ましい。(α)成分と(β)成分の混合物に触媒を混合する方法だと反応の制御が困難である。(β)成分と触媒を混合したものに(α)成分を混合する方法をとる場合は、触媒の存在下で(β)成分が混入している水分と反応性を有するため、変質することがある。
反応温度としては種々設定できるが、この場合好ましい温度範囲の下限は30℃、より好ましくは50℃であり、好ましい温度範囲の上限は200℃、より好ましくは150℃である。反応温度が低いと十分に反応させるための反応時間が長くなり、反応温度が高いと実用的でない。反応は一定の温度で行ってもよいが、必要に応じて多段階あるいは連続的に温度を変化させてもよい。
反応時間、反応時の圧力も必要に応じ種々設定できる。
ヒドロシリル化反応の際に溶媒を使用してもよい。使用できる溶剤はヒドロシリル化反応を阻害しない限り特に限定されるものではなく、具体的に例示すれば、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、ヘプタン等の炭化水素系溶媒、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル等のエーテル系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒、クロロホルム、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン等のハロゲン系溶媒を好適に用いることができる。溶媒は2種類以上の混合溶媒として用いることもできる。溶媒としては、トルエン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、クロロホルムが好ましい。使用する溶媒量も適宜設定できる。
その他、反応性を制御する目的等のために種々の添加剤を用いてもよい。
(α)成分と(β)成分を反応させた後に、溶媒および/または未反応の(β)成分および/または(α)成分を除去することもできる。これらの揮発分を除去することにより、得られる(B)成分が揮発分を有さないため、(A)成分との硬化の場合に揮発成分によるボイド、クラックの問題が生じにくい。除去する方法としては例えば、減圧脱揮の他、活性炭、ケイ酸アルミニウム、シリカゲル等による処理等が挙げられる。減圧脱揮する場合には低温で処理することが好ましい。この場合の好ましい温度の上限は100℃であり、より好ましくは80℃である。高温で処理すると増粘等の変質を伴いやすい。
以上のような、(B)成分に含有される(α)成分と(β)成分の反応物としては、例えば、
トリアリルイソシアヌレートと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、ジアリルモノグリシジルイソシアヌレートと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、ジアリルイソシアヌレートと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、トリメチロールプロパンジアリルエーテルと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、トリメチロールプロパントリアリルエーテルと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、ペンタエリスリトールトリアリルエーテルと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、ペンタエリスリトールテトラアリルエーテルと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、1,1,2,2−テトラアリロキシエタンと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、1,5−ヘキサジエンと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、1,9−デカジエンと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、ジアリルエーテルと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、ジビニルベンゼンと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、ジビニルナフタレンと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、ジビニルビフェニルと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、ビスフェノールSジアリルエーテルと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、ビスフェノールAジアリルエーテルと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、テトラアリルビスフェノールAと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、シクロペンタジエンと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、シクロヘキサジエンと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、シクロオクタジエンと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、ジシクロペンタジエンと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、トリシクロペタジエンと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、ノルボルナジエンと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、1,2,4−トリビニルシクロヘキサンと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、ビニルシクロペンテンと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、ビニルシクロへキセンと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、1,4−シクロへキサンジメタノールジビニルエーテルと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、1,3−ビス(アリルオキシ)アダマンタンと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、1,3−ビス(ビニルオキシ)アダマンタンと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、1,3,5−トリス(アリルオキシ)アダマンタンと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、1,3,5−トリス(ビニルオキシ)アダマンタンと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、等を挙げることができる。
硬化物の耐熱性、耐光性、接着性の観点から、トリアリルイソシアヌレートと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、ジアリルモノグリシジルイソシアヌレートと(β1及び/又はβ2)成分の反応物、ジアリルイソシアヌレートと(β1及び/又はβ2)成分の反応物を含有することが好ましい。
(B)成分の取扱い性、加工性が良いという点からは、23℃における粘度が1000Pa・s以下であることが好ましく、100Pa・s以下であることがより好ましく、10Pa・s以下であることがさらにより好ましい。
(B)成分は単独もしくは2種以上のものを混合して用いることが可能である。
((A)成分と(B)成分の混合比)
(A)成分と(B)成分の混合比率は、硬化物に必要な強度が失われない限り特に限定されないが、(B)成分中のSiH基の数(Y’)の(A)成分中の炭素−炭素二重結合の数(X’)に対する比(Y’/X’)において、好ましい範囲の下限は0.3、より好ましくは0.5、さらに好ましくは0.7であり、好ましい範囲の上限は3、より好ましくは2、さらに好ましくは1.5である。好ましい範囲からはずれた場合には十分な強度が得られなかったり、熱劣化しやすくなったりする場合がある。
((C)成分)
次に(C)成分であるヒドロシリル化触媒について説明する。
ヒドロシリル化触媒としては、ヒドロシリル化反応の触媒活性があれば特に限定されないが、例えば、白金の単体、アルミナ、シリカ、カーボンブラック等の担体に固体白金を担持させたもの、塩化白金酸、塩化白金酸とアルコール、アルデヒド、ケトン等との錯体、白金−オレフィン錯体(例えば、Pt(CH2=CH22(PPh32、Pt(CH2=CH22Cl2)、白金−ビニルシロキサン錯体(例えば、Pt(ViMe2SiOSiMe2Vi)n、Pt[(MeViSiO)4m)、白金−ホスフィン錯体(例えば、Pt(PPh34、Pt(PBu34)、白金−ホスファイト錯体(例えば、Pt[P(OPh)34、Pt[P(OBu)34)(式中、Meはメチル基、Buはブチル基、Viはビニル基、Phはフェニル基を表し、n、mは、整数を示す。)、ジカルボニルジクロロ白金、カールシュテト(Karstedt)触媒、また、アシュビー(Ashby)の米国特許第3159601号および3159662号明細書中に記載された白金−炭化水素複合体、ならびにラモロー(Lamoreaux)の米国特許第3220972号明細書中に記載された白金アルコラート触媒が挙げられる。さらに、モディック(Modic)の米国特許第3516946号明細書中に記載された塩化白金−オレフィン複合体も本発明において有用である。
また、白金化合物以外の触媒の例としては、RhCl(PPh)3、RhCl3、RhAl23、RuCl3、IrCl3、FeCl3、AlCl3、PdCl2・2H2O、NiCl2、TiCl4、等が挙げられる。
これらの中では、触媒活性の点から塩化白金酸、白金−オレフィン錯体、白金−ビニルシロキサン錯体等が好ましい。また、これらの触媒は単独で使用してもよく、2種以上併用してもよい。
触媒の添加量は特に限定されないが、十分な硬化性を有し、かつ硬化性組成物のコストを比較的低く抑えるため好ましい添加量の下限は、(B)成分のSiH基1モルに対して10-8モル、より好ましくは10-6モルであり、好ましい添加量の上限は(B)成分のSiH基1モルに対して10-1モル、より好ましくは10-2モルである。
また、上記触媒には助触媒を併用することが可能であり、例としてトリフェニルホスフィン等のリン系化合物、ジメチルマレエート等の1、2−ジエステル系化合物、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−ブチン等のアセチレンアルコール系化合物、単体の硫黄等の硫黄系化合物等が挙げられる。助触媒の添加量は特に限定されないが、ヒドロシリル化触媒1モルに対しての好ましい添加量の下限は、10-2モル、より好ましくは10-1モルであり、好ましい添加量の上限は102モル、より好ましくは10モルである。
尚、(B)成分の合成時にヒドロシリル化触媒を用い、このヒドロシリル化触媒を除去することなく用いる場合は、(B)成分中に残存するヒドロシリル化触媒も本発明の(C)成分に含まれる。
(硬化性組成物の調整方法および硬化方法)
硬化性組成物の調製方法は特に限定されず、種々の方法で調製可能である。各種成分を硬化直前に混合調製しても良く、全成分を予め混合調製した一液状態を低温で貯蔵しておいても良い。また2〜3種類になるように一部成分を予め混合して貯蔵しておき、硬化直前にそれぞれの所定量を混合して調製しても良い。(A)成分と(B)成分とを別々貯蔵しておく方法が貯蔵中の物性低下が少なく好ましい。
各種成分の混合順序についても特に限定されないが、(A)成分および(C)成分の混合液と(B)成分とを分けて貯蔵し、硬化前に(A)成分および(C)成分の混合液と(B)成分とを攪拌混合し硬化させる方法が好ましい。(A)成分および(B)成分の混合液に(C)成分を混合する方法は、反応の制御が容易ではない。(B)成分および(C)成分の混合液に(A)成分を混合する方法は(B)成分が環境中の水分と反応性を有するため、貯蔵中に変質することがある。
また、反応条件の制御や置換基の反応性の差の利用により組成物中の官能基の一部のみを反応(Bステージ化)させてから成形等の処理を行いさらに硬化させる方法をとることもできる。これらの方法によれば成形時の粘度調整が容易となる。
硬化させる方法としては、単に混合するだけで反応させることもできるし、加熱して反応させることもできる。反応が速く、一般に耐熱性の高い材料が得られやすいという観点から加熱して反応させる方法が好ましい。
硬化温度としては種々設定できるが、好ましい温度の下限は30℃、より好ましくは100℃である。好ましい温度の上限は300℃、より好ましくは200℃である。反応温度が低いと十分に反応させるための反応時間が長くなり、反応温度が高いと成形加工が困難となりやすい。
硬化は一定の温度で行ってもよいが、必要に応じて多段階あるいは連続的に温度を変化させてもよい。一定の温度で行うことにより多段階的あるいは連続的に温度を上昇させながら反応させた方が歪の少ない硬化物が得られやすいという点において好ましい。
(添加剤)
(硬化遅延剤)
本発明の硬化性組成物の保存安定性を改良する目的、あるいは硬化過程でのヒドロシリル化反応の反応性を調整する目的で、硬化遅延剤を使用することができる。硬化遅延剤としては、脂肪族不飽和結合を含有する化合物、有機リン化合物、有機イオウ化合物、窒素含有化合物、スズ系化合物、有機過酸化物等が挙げられ、これらを併用してもかまわない。
脂肪族不飽和結合を含有する化合物としては、3−ヒドロキシ−3−メチル−1−ブチン、3−ヒドロキシ−3−フェニル−1−ブチン、1−エチニル−1−シクロヘキサノール等のプロパギルアルコール類、エン−イン化合物類、ジメチルマレート等のマレイン酸エステル類等が例示される。有機リン化合物としては、トリオルガノフォスフィン類、ジオルガノフォスフィン類、オルガノフォスフォン類、トリオルガノフォスファイト類等が例示される。有機イオウ化合物としては、オルガノメルカプタン類、ジオルガノスルフィド類、硫化水素、ベンゾチアゾール、チアゾール、ベンゾチアゾールジサルファイド等が例示される。スズ系化合物としては、ハロゲン化第一スズ2水和物、カルボン酸第一スズ等が例示される。有機過酸化物としては、ジ−t−ブチルペルオキシド、ジクミルペルオキシド、ベンゾイルペルオキシド、過安息香酸t−ブチル等が例示される。
これらの硬化遅延剤のうち、遅延活性が良好で原料入手性がよいという観点からは、ベンゾチアゾール、チアゾール、ジメチルマレート、3−ヒドロキシ−3−メチル−1−ブチン、1−エチニル−1−シクロヘキサノールが好ましい。
硬化遅延剤の添加量は種々設定できるが、使用するヒドロシリル化触媒1molに対する好ましい添加量の下限は10-1モル、より好ましくは1モルであり、好ましい添加量の上限は103モル、より好ましくは50モルである。
また、これらの硬化遅延剤は単独で使用してもよく、2種以上併用してもよい。
(接着付与剤)
本発明の硬化性組成物には、接着付与剤を添加することができる。添加できる接着付与剤としては一般に用いられている接着付与剤の他、例えば種々のカップリング剤、エポキシ化合物、フェノール樹脂、クマロン−インデン樹脂、ロジンエステル樹脂、テルペン−フェノール樹脂、α−メチルスチレン−ビニルトルエン共重合体、ポリエチルメチルスチレン、芳香族ポリイソシアネート等を挙げることができる。
本発明の硬化性組成物における接着付与剤の含有量は、(A)成分および(B)成分の総量100重量部に対して0.01〜10重量部であることが好ましく、0.05〜5重量部であることがより好ましく、0.1〜2.5重量部であることがさらに好ましい。
本発明の硬化性組成物に使用できるカップリング剤としては、例えばシランカップリング剤が挙げられる。シランカップリング剤としては、分子中に有機基と反応性のある官能基と加水分解性のケイ素基を各々少なくとも1個有する化合物であれば特に限定されない。有機基と反応性のある基としては、取扱い性の点からエポキシ基、メタクリル基、アクリル基、イソシアネート基、イソシアヌレート基、ビニル基、カルバメート基から選ばれる少なくとも1個の官能基が好ましく、硬化性及び接着性の点から、エポキシ基、メタクリル基、アクリル基が特に好ましい。加水分解性のケイ素基としては取扱い性の点からアルコキシシリル基が好ましく、反応性の点からメトキシシリル基、エトキシシリル基が特に好ましい。
好ましい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、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等のエポキシ官能基を有するアルコキシシラン類: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トリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシメチルトリメトキシシラン、メタクリロキシメチルトリエトキシシラン、アクリロキシメチルトリメトキシシラン、アクリロキシメチルトリエトキシシラン等のメタクリル基あるいはアクリル基を有するアルコキシシラン類が例示できる。
本発明の硬化性組成物にシランカップリング剤を使用する場合は、その添加量は、上記好ましい接着付与剤の含有量の範囲内であればよいが、より具体的には、(A)成分および(B)成分の総量100重量部に対して好ましい添加量の下限は0.1重量部、より好ましくは0.5重量部であり、好ましい添加量の上限は10重量部、より好ましくは5重量部である。添加量が少ないと接着性改良効果が表れず、添加量が多いと硬化物性に悪影響を及ぼす場合がある。
エポキシ化合物としては、例えば、ノボラックフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、2,2’−ビス(4−グリシジルオキシシクロヘキシル)プロパン、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ーボキシレート、ビニルシクロヘキセンジオキサイド、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)−5,5−スピロ−(3,4−エポキシシクロヘキサン)−1,3−ジオキサン、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシル)アジペート、1,2−シクロプロパンジカルボン酸ビスグリシジルエステル、トリグリシジルイソシアヌレート、モノアリルジグリシジルイソシアヌレート、ジアリルモノグリシジルイソシアヌレート等を挙げることができる。
本発明の硬化性組成物にエポキシ化合物を使用する場合は、その添加量は、上記好ましい接着付与剤の含有量の範囲内であればよいが、より具体的には、(A)成分および(B)成分の総量100重量部に対しての好ましい添加量の下限は1重量部、より好ましくは2重量部であり、好ましい添加量の上限は10重量部、より好ましくは5重量部である。添加量が少ないと接着性改良効果が表れず、添加量が多いと硬化物物性に悪影響を及ぼす場合がある。
また、これらのカップリング剤、シランカップリング剤、エポキシ化合物等は単独で使用してもよく、2種以上併用してもよい。
また、本発明においてはカップリング剤やエポキシ化合物の効果を高めるために、さらにシラノール縮合触媒を用いることができ、接着性の向上および/あるいは安定化が可能である。
このようなシラノール縮合触媒としては特に限定されないが、ほう素系化合物あるいは/およびアルミニウム系化合物あるいは/およびチタン系化合物が好ましい。
本発明に用いられるほう素系化合物としては、ほう酸トリ−2−エチルヘキシル、ほう酸ノルマルトリオクタデシル、ほう酸トリノルマルオクチル、ほう酸トリフェニル、トリメチレンボレート、トリス(トリメチルシリル)ボレート、ほう酸トリノルマルブチル、ほう酸トリ−sec−ブチル、ほう酸トリ−tert−ブチル、ほう酸トリイソプロピル、ほう酸トリノルマルプロピル、ほう酸トリアリル、ほう酸トリエチル、ほう酸トリメチル、ほう素メトキシエトキサイド等のほう酸エステル類が例示できる。
これらほう酸エステル類は1種類のみを用いてもよく、2種類以上を混合して用いても良い。混合は事前に行っても良く、また硬化物作製時に混合しても良い。
これらほう酸エステル類のうち、容易に入手でき工業的実用性が高いという点からは、ほう酸トリメチル、ほう酸トリエチル、ほう酸トリノルマルブチルが好ましく、なかでもほう酸トリメチルがより好ましい。
硬化時の揮発性を抑制できるという点からは、ほう酸ノルマルトリオクタデシル、ほう酸トリノルマルオクチル、ほう酸トリフェニル、トリメチレンボレート、トリス(トリメチルシリル)ボレート、ほう酸トリノルマルブチル、ほう酸トリ−sec−ブチル、ほう酸トリ−tert−ブチル、ほう酸トリイソプロピル、ほう酸トリノルマルプロピル、ほう酸トリアリル、ほう素メトキシエトキサイドが好ましく、なかでもほう酸ノルマルトリオクタデシル、ほう酸トリ−tert−ブチル、ほう酸トリフェニル、ほう酸トリノルマルブチルがより好ましい。
揮発性の抑制、および作業性がよいという点からは、ほう酸トリノルマルブチル、ほう酸トリイソプロピル、ほう酸トリノルマルプロピルが好ましく、なかでもほう酸トリノルマルブチルがより好ましい。
高温下での着色性が低いという点からは,ホウ酸トリメチル,ホウ酸トリエチルが好ましく、なかでもほう酸トリメチルがより好ましい。
アルミニウム系化合物としては、アルミニウムトリイソプロポキシド、sec−ブトキシアルミニウムジイソフロポキシド、アルミニウムトリsec−ブトキシド等のアルミニウムアルコキシド類:、エチルアセトアセテートアルミニウムジイソプロポキシド、アルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)、アルミキレートM(川研ファインケミカル製、アルキルアセトアセテートアルミニウムジイソプロポキシド)、アルミニウムトリス(アセチルアセトネート)、アルミニウムモノアセチルアセトネートビス(エチルアセトアセテート)等のアルミニウムキレート類等が例示でき、取扱い性の点からアルミニウムキレート類がより好ましい。
チタン系化合物としては、テトライソプロポキシチタン、テトラブトキシチタン等のテトラアルコキシチタン類:チタンテトラアセチルアセトナート等のチタンキレート類:オキシ酢酸やエチレングリコール等の残基を有する一般的なチタネートカップリング剤が例示できる。
シラノール縮合触媒を用いる場合の使用量は種々設定できるが、カップリング剤および/またはエポキシ化合物100重量部に対して好ましい添加量の下限は0.1重量部、より好ましくは1重量部であり、好ましい添加量の上限は50重量部、より好ましくは30重量部である。添加量が少ないと接着性改良効果が表れず、添加量が多いと硬化物性に悪影響を及ぼす場合がある。
また、これらのシラノール縮合触媒は単独で使用してもよく2種以上併用してもよい。
また、接着性改良効果をさらに高めるために、さらにシラノール源化合物を用いることができ、接着性の向上および/あるいは安定化が可能である。このようなシラノール源としては、例えばトリフェニルシラノール、ジフェニルジヒドロキシシラン等のシラノール化合物、ジフェニルジメトキシシラン、テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン類等を挙げることができる。
シラノール源化合物を用いる場合の使用量は種々設定できるが、カップリング剤および/またはエポキシ化合物100重量部に対しての好ましい添加量の下限は0.1重量部、より好ましくは1重量部であり、好ましい添加量の上限は50重量部、より好ましくは30重量部である。添加量が少ないと接着性改良効果が表れず、添加量が多いと硬化物性に悪影響を及ぼす場合がある。
また、これらのシラノール源化合物は単独で使用してもよく2種以上併用してもよい。
カップリング剤やエポキシ化合物の効果を高めるために、カルボン酸類および/または酸無水物類を用いることができ、接着性の向上および/または安定化が可能である。このようなカルボン酸類、酸無水物類としては特に限定されないが、
Figure 2009060958
2−エチルヘキサン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、メチルシクロヘキサンジカルボン酸、テトラヒドロフタル酸、メチルテトラヒドロフタル酸、メチルハイミック酸、ノルボルネンジカルボン酸、水素化メチルナジック酸、マレイン酸、アセチレンジカルボン酸、乳酸、リンゴ酸、クエン酸、酒石酸、安息香酸、ヒドロキシ安息香酸、桂皮酸、フタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、ナフタレンカルボン酸、ナフタレンジカルボン酸、およびそれらの単独あるいは複合酸無水物が挙げられる。
これらのカルボン酸類および/または酸無水物類のうち、ヒドロシリル化反応性を有し硬化物からの染み出しの可能性が少なく得られる硬化物の物性を損ない難いという点においては、SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を含有するものが好ましい。好ましいカルボン酸類および/または酸無水物類としては、例えば、
Figure 2009060958
テトラヒドロフタル酸、メチルテトラヒドロフタル酸およびそれらの単独あるいは複合酸無水物等が挙げられる。
カルボン酸類および/または酸無水物類を用いる場合の使用量は種々設定できるが、カップリング剤および/またはエポキシ化合物100重量部に対しての好ましい添加量の下限は0.1重量部、より好ましくは1重量部であり、好ましい添加量の上限は50重量部、より好ましくは10重量部である。添加量が少ないと接着性改良効果が表れず、添加量が多いと硬化物性に悪影響を及ぼす場合がある。
また、これらのカルボン酸類および/または酸無水物類は単独で使用してもよく2種以上併用してもよい。
(熱硬化性樹脂)
本発明の硬化性組成物には特性を改質する等の目的で、種々の熱硬化性樹脂を添加することも可能である。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、シアネートエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、ビスマレイミド樹脂等が例示されるがこれに限定されるものではない。これらのうち、接着性等の実用特性に優れるという観点から、エポキシ樹脂が好ましい。
エポキシ樹脂としては、例えば、ノボラックフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、2,2’−ビス(4−グリシジルオキシシクロヘキシル)プロパン、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ーボキシレート、ビニルシクロヘキセンジオキサイド、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)−5,5−スピロ−(3,4−エポキシシクロヘキサン)−1,3−ジオキサン、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシル)アジペート、1,2−シクロプロパンジカルボン酸ビスグリシジルエステル、トリグリシジルイソシアヌレート、モノアリルジグリシジルイソシアヌレート、ジアリルモノグリシジルイソシアヌレート等のエポキシ樹脂を、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、水素化メチルナジック酸無水物等の脂肪族酸無水物で硬化させるものが挙げられる。これらのエポキシ樹脂あるいは硬化剤はそれぞれ単独で用いても、複数のものを組み合わせてもよい。
熱硬化性樹脂の添加量としては特に限定はないが、好ましい使用量の下限は硬化性組成物全体の5重量%、より好ましくは10重量%であり、好ましい使用量の上限は硬化性組成物中の50重量%、より好ましくは30重量%である。添加量が少ないと、接着性等目的とする効果が得られにくいし、添加量が多いと脆くなりやすい。
これらの熱硬化性樹脂は単独で用いても、複数のものを組み合わせてもよい。
熱硬化性樹脂は樹脂原料および/または硬化させたものを、(A)成分および/または(B)成分に溶かして均一な状態として混合してもよいし、粉砕して粒子状態で混合してもよいし、溶媒に溶かして混合する等して分散状態としてもよい。得られる硬化物がより透明になりやすいという点においては、(A)成分および/または(B)成分に溶かして均一な状態として混合することが好ましい。この場合も、熱硬化性樹脂を(A)成分および/または(B)成分に直接溶解させてもよいし、溶媒等を用いて均一に混合してもよいし、その後溶媒を除いて均一な分散状態および/または混合状態としてもよい。
熱硬化性樹脂を分散させて用いる場合は、平均粒子径は種々設定できるが、好ましい平均粒子径の下限は10nmであり、好ましい平均粒子径の上限は10μmである。粒子系の分布はあってもよく、単一分散であっても複数のピーク粒径を持っていてもよいが、硬化性組成物の粘度が低く成形性が良好となりやすいという観点からは粒子径の変動係数が10%以下であることが好ましい。
(熱可塑性樹脂)
本発明の硬化性組成物には特性を改質する等の目的で、種々の熱可塑性樹脂を添加することも可能である。熱可塑性樹脂としては種々のものを用いることができるが、例えば、メチルメタクリレートの単独重合体あるいはメチルメタクリレートと他モノマーとのランダム、ブロック、あるいはグラフト重合体等のポリメチルメタクリレート系樹脂(例えば日立化成社製オプトレッツ等)、ブチルアクリレートの単独重合体あるいはブチルアクリレートと他モノマーとのランダム、ブロック、あるいはグラフト重合体等のポリブチルアクリレート系樹脂等に代表されるアクリル系樹脂、ビスフェノールA、3,3,5−トリメチルシクロヘキシリデンビスフェノール等をモノマー構造として含有するポリカーボネート樹脂等のポリカーボネート系樹脂(例えば帝人社製APEC等)、ノルボルネン誘導体、ビニルモノマー等を単独あるいは共重合した樹脂、ノルボルネン誘導体を開環メタセシス重合させた樹脂、あるいはその水素添加物等のシクロオレフィン系樹脂(例えば、三井化学社製APEL、日本ゼオン社製ZEONOR、ZEONEX、JSR社製ARTON等)、エチレンとマレイミドの共重合体等のオレフィン−マレイミド系樹脂(例えば東ソー社製TI−PAS等)、ビスフェノールA、ビス(4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル)フルオレン等のビスフェノール類やジエチレングリコール等のジオール類とテレフタル酸、イソフタル酸、等のフタル酸類や脂肪族ジカルボン酸類を重縮合させたポリエステル等のポリエステル系樹脂(例えば鐘紡社製O−PET等)、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の他、天然ゴム、EPDMといったゴム状樹脂が例示されるがこれに限定されるものではない。
熱可塑性樹脂としては、分子中にSiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合および/またはSiH基を有していてもよい。得られる硬化物がより強靭となりやすいという点においては、分子中にSiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合および/またはSiH基を平均して1分子中に1個以上有していることが好ましい。
熱可塑性樹脂としてはその他の架橋性基を有していてもよい。この場合の架橋性基としては、エポキシ基、アミノ基、ラジカル重合性不飽和基、カルボキシル基、イソシアネート基、ヒドロキシル基、アルコキシシリル基等が挙げられる。得られる硬化物の耐熱性が高くなりやすいという点においては、架橋性基を平均して1分子中に1個以上有していることが好ましい。
熱可塑製樹脂の分子量としては、特に限定はないが、(A)成分や(B)成分との相溶性が良好となりやすいという点においては、数平均分子量が10000以下であることが好ましく、5000以下であることがより好ましい。逆に、得られる硬化物が強靭となりやすいという点においては、数平均分子量が10000以上であることが好ましく、100000以上であることがより好ましい。分子量分布についても特に限定はないが、混合物の粘度が低くなり成形性が良好となりやすいという点においては、分子量分布が3以下であることが好ましく、2以下であることがより好ましく、1.5以下であることがさらに好ましい。
熱可塑性樹脂の配合量としては特に限定はないが、好ましい使用量の下限は硬化性組成物全体の5重量%、より好ましくは10重量%であり、好ましい使用量の上限は硬化性組成物中の50重量%、より好ましくは30重量%である。添加量が少ないと得られる硬化物が脆くなりやすいし、多いと耐熱性(高温での弾性率)が低くなりやすい。
熱可塑性樹脂としては単一のものを用いてもよいし、複数のものを組み合わせて用いてもよい。
熱可塑性樹脂は(A)成分および/または(B)成分に溶かして均一な状態として混合してもよいし、粉砕して粒子状態で混合してもよいし、溶媒に溶かして混合する等して分散状態としてもよい。得られる硬化物がより透明になりやすいという点においては、(A)成分および/または(B)成分に溶かして均一な状態として混合することが好ましい。この場合も、熱可塑性樹脂を(A)成分および/または(B)成分に直接溶解させてもよいし、溶媒等を用いて均一に混合してもよいし、その後溶媒を除いて均一な分散状態および/または混合状態としてもよい。
熱可塑性樹脂を分散させて用いる場合は、平均粒子径は種々設定できるが、好ましい平均粒子径の下限は10nmであり、好ましい平均粒子径の上限は10μmである。粒子系の分布はあってもよく、単一分散であっても複数のピーク粒径を持っていてもよいが、硬化性組成物の粘度が低く成形性が良好となりやすいという観点からは粒子径の変動係数が10%以下であることが好ましい。
(充填材)
本発明の硬化性組成物には必要に応じて充填材を添加してもよい。
充填材としては各種のものが用いられるが、例えば、石英、ヒュームシリカ、沈降性シリカ、無水ケイ酸、溶融シリカ、結晶性シリカ、超微粉無定型シリカ等のシリカ系充填材、窒化ケイ素、銀粉、アルミナ、水酸化アルミニウム、酸化チタン、ガラス繊維、炭素繊維、マイカ、カーボンブラック、グラファイト、ケイソウ土、白土、クレー、タルク、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、無機バルーン等の無機充填材をはじめとして、エポキシ系等の従来の封止材の充填材として一般に使用あるいは/および提案されている充填材等を挙げることができる。
(着色防止剤)
本発明の硬化性組成物には着色防止剤を添加してもよい。着色防止剤としては、ヒンダートフェノール系等一般に用いられている着色防止剤の他、クエン酸やリン酸、硫黄系着色防止剤等が挙げられる。
ヒンダートフェノール系着色防止剤としては、チバスペシャリティーケミカルズ社から入手できるイルガノックス1010、イルガノックス1076、イルガノックス330をはじめとして、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、トリス(3,5−ジ−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)イソシアヌレートなどの各種のものが用いられる。
硫黄系着色防止剤としては、ジラウリル−3,3′−チオジプロピオネート、ジミリスチル−3,3′−チオジプロピオネート、ジステアリル−3,3′−チオジプロピオネート、ペンタエリスリトールテトラキス(3−ラウリルチオプロピオネート)などの各種のものが用いられる。硫黄系着色防止剤としてはメルカプタン類、メルカプタンの塩類、スルフィドカルボン酸エステル類や、ヒンダードフェノール系スルフィド類を含むスルフィド類、ポリスルフィド類、ジチオカルボン酸塩類、チオウレア類、チオホスフェイト類、スルホニウム化合物、チオアルデヒド類、チオケトン類、メルカプタール類、メルカプトール類、モノチオ酸類、ポリチオ酸類、チオアミド類、スルホキシド類等が挙げられる。
リン系着色防止剤としては、トリスノニルフェニルホスファイト、ジステアリルペンタエリスリトールジホスファイト、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイトなどの各種のものが用いられる。
また、これらの着色防止剤は単独で使用してもよく、2種以上併用してもよい。
着色防止剤の添加量としては種々設定できるが、(A)成分および(B)成分の総量100重量部に対しての好ましい添加量の下限は0.01重量部、より好ましくは0.1重量部である。好ましい添加量の上限は10重量部、より好ましくは5重量部である。添加量が少ないと着色防止効果が表れず、添加量が多いと硬化物性に悪影響を及ぼす場合がある。
(ラジカル禁止剤)
硬化性組成物にはラジカル禁止剤を添加してもよい。ラジカル禁止剤としては、例えば、2,6−ジ−t−ブチル−3−メチルフェノール(BHT)、2,2’−メチレン−ビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、テトラキス(メチレン−3(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート)メタン等のフェノール系ラジカル禁止剤や、フェニル−β−ナフチルアミン、α−ナフチルアミン、N,N’−第二ブチル−p−フェニレンジアミン、フェノチアジン、N,N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミン等のアミン系ラジカル禁止剤等が挙げられる。
また、これらのラジカル禁止剤は単独で使用してもよく2種以上併用してもよい。
(紫外線吸収剤)
硬化性組成物には紫外線吸収剤を添加してもよい。紫外線吸収剤としては、例えば2(2’−ヒドロキシ−3’,5’−ジ−t−ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジン)セバケート等が挙げられる。
また、これらの紫外線吸収剤は単独で使用してもよく、2種以上併用してもよい。
(その他添加剤)
本発明の硬化性組成物には、その他、着色剤、離型剤、難燃剤、難燃助剤、界面活性剤、消泡剤、乳化剤、レベリング剤、はじき防止剤、アンチモン−ビスマス等のイオントラップ剤、チクソ性付与剤、粘着性付与剤、保存安定改良剤、オゾン劣化防止剤、光安定剤、増粘剤、可塑剤、反応性希釈剤、酸化防止剤、熱安定化剤、導電性付与剤、帯電防止剤、放射線遮断剤、核剤、リン系過酸化物分解剤、滑剤、顔料、金属不活性化剤、熱伝導性付与剤、物性調整剤等を本発明の目的および効果を損なわない範囲において添加することができる。
(溶剤)
本発明で得られる硬化性組成物は溶剤に溶解して用いることも可能である。使用できる溶剤は特に限定されるものではなく、具体的に例示すれば、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、ヘプタン等の炭化水素系溶媒、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテ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、クロロホルム、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン等のハロゲン系溶媒を好適に用いることができる。
溶媒としては、トルエン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、クロロホルムが好ましい。
使用する溶媒量は適宜設定できるが、用いる硬化性組成物1gに対しての好ましい使用量の下限は0.1mLであり、好ましい使用量の上限は10mLである。使用量が少ないと、低粘度化等の溶媒を用いることの効果が得られにくく、また、使用量が多いと、材料に溶剤が残留して熱クラック等の問題となり易く、またコスト的にも不利になり工業的利用価値が低下する。
これらの、溶媒は単独で使用してもよく、2種類以上の混合溶媒として用いることもできる。
本発明の硬化性組成物あるいは硬化物は種々の用途に用いることができる。
本発明で言う光学材料とは、可視光、赤外線、紫外線、X線、レーザー等の光をその材料中を通過させる用途に用いる材料一般を示す。
例えば、カラーフィルター保護膜、TFT平坦化膜、基板材料のような液晶表示装置に用いられる材料や、封止剤、ダイボンド剤等の発光ダイオード(LED)に用いられる材料が挙げられる。
さらに、液晶ディスプレイ分野における基板材料、導光板、プリズムシート、偏向板、位相差板、視野角補正フィルム、偏光子保護フィルム、カラーフィルター等やそれらに用いられる各種コーティング剤、保護膜、封止剤、接着剤等も挙げられる。
また、LED表示装置に使用されるLED素子のモールド剤、LEDの封止剤、前面ガラスの保護フィルム、前面ガラス代替材料やそれらに用いられる各種コーティング剤、保護膜、封止剤、接着剤等も挙げられる。
また、カラーPDP(プラズマディスプレイ)の反射防止フィルム、光学補正フィルム、ハウジング材、前面ガラスの保護フィルム、前面ガラス代替材料等やそれらに用いられる各種コーティング剤、保護膜、封止剤、接着剤等も挙げられる。また、プラズマアドレス液晶(PALC)ディスプレイにおける基板材料、導光板、プリズムシート、偏向板、位相差板、視野角補正フィルム、偏光子保護フィルムやそれらに用いられる各種コーティング剤、保護膜、封止剤、接着剤等も挙げられる。また、有機EL(エレクトロルミネッセンス)ディスプレイにおける前面ガラスの保護フィルム、前面ガラス代替材料やそれらに用いられる各種コーティング剤、保護膜、封止剤、接着剤等も挙げられる。また、フィールドエミッションディスプレイ(FED)における各種フィルム基板、前面ガラスの保護フィルム、前面ガラス代替材料やそれらに用いられる各種コーティング剤、保護膜、封止剤、接着剤等も挙げられる。また、電子ペーパーにおける透明フィルム、各種コーティング剤、保護膜、封止剤、接着剤等も挙げられる。
その他、光記録分野では、VD(ビデオディスク)、CD/CD−ROM、CD−R/RW、DVD−R/DVD−RAM、MO/MD、PD(相変化ディスク)、BD(ブルーレイディスク)、ホログラム、光カード用のディスク基板材料、ピックアップレンズ、保護フィルムやそれらに用いられる各種コーティング剤、保護膜、封止剤、接着剤等も挙げられる。
光学機器分野では、スチールカメラのレンズ用材料、ファインダプリズム、ターゲットプリズム、ファインダーカバー、受光センサー部やそれらに用いられる各種コーティング剤、保護膜、封止剤、接着剤等も挙げられる。また、ビデオカメラの撮影レンズ、ファインダーやそれらに用いられる各種コーティング剤、保護膜、封止剤、接着剤等も挙げられる。また、プロジェクションテレビの投射レンズ、保護フィルムやそれらに用いられる各種コーティング剤、保護膜、封止剤、接着剤等も挙げられる。光センシング機器のレンズ用材料、各種フィルムやそれらに用いられる各種コーティング剤、保護膜、封止剤、接着剤等も挙げられる。
光部品分野では、光通信システムでの光スイッチ周辺のファイバー材料、レンズ、導波路、素子やそれらに用いられる各種コーティング剤、保護膜、封止剤、接着剤等も挙げられる。光コネクタ周辺の光ファイバー材料、フェルールやそれらに用いられる各種コーティング剤、保護膜、封止剤、接着剤等も挙げられる。光受動部品、光回路部品ではレンズ、導波路やそれらに用いられる各種コーティング剤、保護膜、封止剤、接着剤等も挙げられる。光電子集積回路(OEIC)周辺の基板材料、ファイバー材料やそれらに用いられる各種コーティング剤、保護膜、封止剤、接着剤等も挙げられる。
光ファイバー分野では、装飾ディスプレイ用照明・ライトガイド等、工業用途のセンサー類、表示・標識類等、また通信インフラ用及び家庭内のデジタル機器接続用の光ファイバーやそれらに用いられる各種コーティング剤、保護膜、封止剤、接着剤等も挙げられる。
塗料分野では、塗料、UV粉体塗料、インク、着色インク、UVインクジェット用インクの材料等も挙げられる。
フォトレジスト材料としては、レジスト材料、液状レジスト材料、着色レジスト、ドライフィルムレジスト材料、ソルダーレジスト材料、光造形用材料も挙げられる。
半導体集積回路周辺材料では、LSI、超LSI材料用のマイクロリソグラフィー用のレジスト材料も挙げられる。
自動車・輸送機分野では、自動車用ヘッドランプ・テールランプ・室内ランプ等のランプ材料、ランプリフレクタ、ランプレンズ、外装板・インテリアパネル等の各種内外装品、ガラス代替品やそれらに用いられる各種コーティング剤、保護膜、封止剤、接着剤等も挙げられる。また、鉄道車輌用の外装部品、ガラス代替品やそれらに用いられる各種コーティング剤、保護膜、封止剤、接着剤等も挙げられる。また、航空機の外装部品、ガラス代替品やそれらに用いられる各種コーティング剤、保護膜、封止剤、接着剤等も挙げられる。
建築分野では、ガラス中間膜、ガラス代替品、太陽電池周辺材料やそれらに用いられる各種コーティング剤、保護膜、封止剤、接着剤等も挙げられる。
農業用では、ハウス被覆用フィルムも挙げられる。
次世代の光・電子機能有機材料としては、有機EL素子周辺材料、有機フォトリフラクティブ素子、光−光変換デバイスである光増幅素子、光演算素子、有機太陽電池周辺の基板材料、ファイバー材料、素子の封止剤やそれらに用いられる各種コーティング剤、保護膜、封止剤、接着剤等も挙げられる。
その他の用途としては、ダイシングテープ、複写機用感光ドラム、コンタクトレンズや
光学材料を除く用途としては、例えば電子材料の絶縁材料(プリント基板、電線被覆等を含む)、高電圧絶縁材料、層間絶縁膜、絶縁用パッキング、絶縁被覆材、電気材料用封止材料、高耐熱性接着剤、高放熱性接着剤、各種基板の接着剤、ヒートシンクの接着剤、シーリング材料、ポッティング材料、燃料電池用材料、電池用固体電解質、ガス分離膜、成形材料(シート、フィルム、FRP等を含む)、防振材料、防水材料、防湿材料、熱収縮ゴムチューブ、オーリング、また、コンクリート保護材、ライニング、土壌注入剤、蓄冷熱材、滅菌処理装置用シール材、他樹脂等への添加剤等が挙げられる。
以下に本発明の実施例および比較例を示すが本発明は以下に限定されるものではない。
本発明の環状ポリオルガノシロキサンである(β1)および(β2)の合成例と精留例を示す。なお、環状ポリオルガノシロキサン中の各成分の含有量はガスクロマトグラフィー法により以下のように測定した。
(分析方法)
鎖状ポリオルガノシロキサンを触媒の存在下に加熱蒸留することにより得た環状ポリオルガノシロキサンをガスクロマトグラフィーで分析した。環状ポリオルガノシロキサンは下記一般式(XI)で示される。
Figure 2009060958
各成分の定量は標品として入手可能な1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン(a,b)=(0,4)、1,1,3,3,5,5,7,7−オクタメチルシクロテトラシロキサン(a,b)=(4,0)、1,1,3,3,5,5−ヘキサメチルシクロトリシロキサン(a,b)=(3,0)、1,3,5,7,9−ペンタメチルシクロペンタシロキサン(a,b)=(0,5)の検出感度を元に、(a,b)=(1,3)、(2,2)、(3,1)については(0,4)および(4,0)の検出感度を比例配分して定量した。また(a,b)=(0,4)と(0,5)の検出感度は同じであったことから、(a,b)=(0,3)も同じ検出感度として、(a,b)=(2,1)についても同様に比例配分で定量した。
原料の鎖状ポリオルガノシロキサンの(CH32SiO単位とCH3HSiO単位のモル比は、NMR法により、SiH基のピークとSiCH3基のピークから算出した。
(合成実施例1)
温度計、磁気攪拌子、精留塔(Vigreaux型、20cm)つきの留出管、および留出物の捕集器を備えた500mLの四首丸底フラスコを、トラップを通じて減圧ポンプに接続した。フラスコ中に分子量900〜1200、CH3HSiO単位が52モル%の(CH3)3SiO−((CH3)2SiO)m−((CH3)HSiO)n−Si(CH3)3 (((n/(m+n))が0.52)(Gelest社製HMS−501)290g、およびアルミニウムトリイソプロポキシド1.45gを入れ、190torr、200℃の油浴中で30分間加熱した後、160〜50torrの減圧度で、100〜80℃で留出する留分を回収した。留分の減少により塔頂温が低下したことを確認してから反応を終了した。得られた留分の合計は200g(収率69%)であり、このうちの本留分として154g(収率53%)を得た。
(合成比較例1)
温度計、磁気攪拌子、精留塔(Vigreaux型、20cm)つきの留出管、および留出物の捕集器を備えた500mLの四首丸底フラスコを、トラップを通じて減圧ポンプに接続した。フラスコ中に分子量1900〜2000、CH3HSiO単位が27モル%の(CH3)3SiO−((CH3)2SiO)m−((CH3)HSiO)n−Si(CH3)3 ((n/(m+n))は0.27)(Gelest社製HMS−301)350g、およびアルミニウムトリイソプロポキシド1.50gを入れ、190torr、200℃の油浴中で30分間加熱した後、120〜50torrの減圧度で、100〜80℃で留出する留分を回収した。留分の減少により塔頂温が低下したことを確認してから反応を終了した。得られた留分の合計は133g(収率38%)であり、このうちの本留分として109g(収率31%)を得た。合成実施例1および合成比較例1の本留分をガスクロマトグラフィーで分析した結果を表1に示す。
Figure 2009060958
表1に示されるように、本発明で規定するモル比(n/(m+n))が0.3を下回ると、すなわち、原料である鎖状ポリオルガノシロキサン中のCH3HSiO単位が少ないと、1分子当たりのSiH基が1個である環状ポリオルガノシロキサンが多くなることと、留分の合計(収率)が下がる傾向がある。1分子当たりのSiH基が1個である環状ポリオルガノシロキサンは架橋しないので少ない方が好ましい。また留分の合計(収率)が低くなることは生産性が落ちるため不利である。一方、本発明で規定するモル比(n/(m+n))が0.9を上回ると、SiH基が低減されていない環状ポリオルガノシロキサンが多くなるために本発明の効果である耐クラック性が得られない。したがって、本発明の製法によると、所望のSiH基が低減された環状ポリオルガノシロキサンを選択的かつ高収率で製造できることがわかる。
鎖状ポリオルガノシロキサンを触媒の存在下に加熱蒸留することにより得た留分を、さらに精留することにより、目的の環状ポリオルガノシロキサンを濃縮できる。
(精留)
温度計、磁気攪拌子、精留塔(Vigreaux型、20cm)つきの留出管、および留出物の捕集器を備えた500mLの四首丸底フラスコを、トラップを通じて減圧ポンプに接続した。フラスコ中に合成実施例1の留分180gと、合成比較例1の留分100gを入れて、190torr、100℃の油浴中で60分間加熱した後、液温90〜100℃、120〜100torr、塔頂温70〜80℃で留出する初留分を回収、続いて液温90〜100℃、100〜90torr、塔頂温80〜90℃で留出する本留分を回収した。回収した初留分は75g(収率26.8%)、本留分は94g(収率33.6%)、フラスコ残分は111g(収率39.6%)だった。精留前のフラスコ内液と本留液をガスクロマトグラフィーで分析した結果を表2に示す。
Figure 2009060958
表2より、精留前の環状ポリオルガノシロキサン中の(β1)および(β2)の含有量は合計51.7wt%であり、精留により84.9wt%に濃縮されたことが示される。
変性ポリオルガノシロキサン化合物(B)の合成例を合成実施例2、合成比較例2および3に示す。なお(B)成分の合成での反応追跡、(B)成分の粘度およびSiH基価は以下のように測定した。
(NMR)
バリアン・テクノロジーズ・ジャパン・リミテッド製、300MHz NMR装置を用いた。(B)成分合成での反応追跡は、反応液を重クロロホルムで1%程度まで希釈したものをNMR用チューブに加えて測定し、未反応アリル基由来のメチレン基のピークと、反応アリル基由来のメチレン基のピークから求めた。また(B)成分の官能基価は、ジブロモエタン換算でのSiH基価(mmol/g)を求めた。
(粘度)
東京計器(株)製、E型粘度計を用いた。測定温度23℃、EHD型48φコーンで測定した。
(合成実施例2)
温度計、磁気攪拌子、還流塔、滴下ロートを備えた500mLの四首丸底フラスコに、精留で得られた本留液86.3gとトルエン143.3gを入れ、窒素気流下で、バス温105℃で加熱攪拌した。トリアリルイソシアヌレート23.0g、トルエン23.0g及び白金ビニルシロキサン錯体のキシレン溶液(白金として3wt%含有)0.0182gの均一混合液を80分かけて滴下した。滴下終了から1時間後にNMR測定でアリル基の反応率が95%以上であることを確認し、冷却により反応を終了した。未反応の環状ポリオルガノシロキサン、低分子量の鎖状ポリオルガノシロキサン及びトルエンを減圧留去し、無色透明の液体71gを得た。
得られた生成物はNMR測定より、(β1)及び/又は(β2)のSiH基の一部がトリアリルイソシアヌレートのアリル基と反応したものが主成分であり、4.0mmol/gのSiH基を含有していることがわかった。粘度は120Pa・sであった。
Figure 2009060958
(合成比較例2)
2Lオートクレーブにトルエン602g、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン626gを入れ、気相部を窒素で置換した後、ジャケット温度105℃で加熱、攪拌した。トリアリルイソシアヌレート90g、トルエン90g及び白金ビニルシロキサン錯体のキシレン溶液(白金として3wt%含有)0.057gの混合液を40分かけて滴下した。滴下終了から4時間後にNMR測定でアリル基の反応率が95%以上であることを確認し、冷却により反応を終了した。未反応の1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン及びトルエンを減圧留去し、無色透明の液体を得た。
得られた生成物はNMR測定より、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンのSiH基の一部がトリアリルイソシアヌレートのアリル基と反応したものであり、8.6mmol/gのSiH基を含有していることがわかった。粘度は2Pa・sであった。
Figure 2009060958
(合成比較例3)
温度計、磁気攪拌子、還流塔、滴下ロートを備えた1Lの四首丸底フラスコに、合成比較例2で得られた反応物150gと、トルエン450gを入れ、窒素気流下で、バス温105℃で加熱攪拌した。アリルグリシジルエーテル70.0g、トルエン70.0gの均一混合液を40分かけて滴下した。滴下終了から1.5時間後にNMR測定でアリル基の反応率が95%以上であることを確認し、冷却により反応を終了した。溶媒のトルエンを減圧留去し、無色透明の液体210gを得た。
得られた反応物はNMR測定より、合成比較例2の反応物のSiH基の一部がアリルグリシジルエーテルのアリル基と反応したものであり、3.7mmol/gのSiH基を含有していることがわかった。粘度は6Pa・sであった。
Figure 2009060958
下記実施例1、比較例1および2において作製した硬化性組成物のゲル化時間、硬化物のガラス転移温度、光線透過率、耐熱耐光試験、耐クラック性試験は次のようにして行った。
(硬化物外観)
作製した厚さ3mmの試験片を白紙の上に置き、目視により評価した。
(ゲル化時間)
115±2℃に設定した熱板上に、硬化性組成物を1滴(0.015±0.005g)落し、爪楊枝で一定速度でかき混ぜた。熱板に硬化性組成物を落した時点から硬化するまでの時間をゲル化時間とした。
(ガラス転移温度)
作製した硬化物より30mm×5mm×3mmの試験片を切り出し、アイティー計測制御社製DVA−200を用いて、引張りモード、測定周波数10Hz、歪0.1%、静/動力比1.5、昇温速度5℃/分の条件にて動的粘弾性測定を行った。tanδのピーク温度を硬化物のガラス転移温度とした。
(光線透過率)
硬化物より30mm×10mm×3mmの試験片を切り出し、(株)日立製作所製U−3300を用いて、スキャンスピード300nm/minの条件で測定した。
(耐熱耐光試験)
硬化物より30mm×10mm×3mmの試験片を切り出し、スガ試験機(株)社製、メタリングウェザーメーター形式M6Tを用いて、構内温度105℃、放射照度0.53kW/m2で、積算放射照度50MJ/m2まで照射後、光線透過率を測定した。
(耐クラック性試験)
硬化物より30mm×5mm×3mmの試験片を切り出し、280℃のハンダ浴に10秒、直ちに5℃以下の氷水浴に10秒浸した後、硬化物のクラックの有無を調べた。
(実施例1および比較例1,2)
(A)成分としてトリアリルイソシアヌレート(TAIC)、(B)成分として合成実施例2および合成比較例2乃至3で得られた反応物を用い、(C)成分として白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体のキシレン溶液(白金3重量%含有)(PTVTS)を用いて、表3に示した配合で硬化性組成物を作製した。配合方法は、(A)成分と(C)成分を混合し、攪拌により均一にした混合液に、(B)成分と1−エチニルシクロヘキサノール(1−ECH)を混合し、攪拌、脱泡することにより硬化性組成物を作製した。この硬化性組成物を、2枚のガラス板に3mm厚みのシリコーンゴムシートをスペーサーとして挟み込んで作製したセルに流し込み、60℃6時間、70℃1時間、80℃1時間、100℃1時間、120℃1時間、150℃1時間、180℃30分間加熱し硬化物を得た。
得られた硬化物の評価結果を表3に示す。
Figure 2009060958
表3より、実施例1の(β1)成分および(β2)成分を含有する環状ポリオルガノシロキサンの反応物(合成実施例2)を用いた硬化物は、比較例1の1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンの反応物(合成比較例2)を用いた硬化物に比べて、ガラス転移温度を殆ど下げることが無く、耐熱耐光透明性を維持して耐クラック性に優れることが示された。1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンを用いた場合、架橋密度が高くなりすぎるために耐クラック性が低いと考えられる。そこで、架橋密度を下げる目的で、比較例2では、アリルグリシジルエーテルで1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンを低官能化した反応物(合成比較例3)を用いて硬化物を作製したところ、比較例1に比べて耐クラック性は改善するものの、明らかな耐熱耐光透明性の低下が見られた。硬化物中の有機成分が多くなるために耐熱耐光透明性が低下したと考えられる。以上の結果から、変性ポリオルガノシロキサン化合物として、SiH基が低減された環状ポリオルガノシロキサンを使用して合成されたものが耐クラック性および耐熱耐光透明性に有効であることが示唆され、中でも(β1)成分および(β2)成分を含有する環状ポリオルガノシロキサンを用いることにより、耐熱耐光透明性をほとんど損なうことなく耐クラック性に優れた硬化物が得られることがわかる。

Claims (19)

  1. 主鎖骨格が下記一般式(I)
    Figure 2009060958
    (式中、R1乃至R3は同種または異種の一価の置換または非置換の炭化水素基を表す。mとnのモル比が0.3≦n/(m+n)<0.9。)であるポリオルガノシロキサンを触媒存在下で加熱分解する、環状ポリオルガノシロキサンの製造方法。
  2. 前記ポリオルガノシロキサンが、下記一般式(II)
    Figure 2009060958
    (式中、R1乃至R3は同種または異種の一価の置換または非置換の炭化水素基、R4は一価の置換または非置換の炭化水素基、R5は水酸基または一価の置換または非置換の炭化水素基、R6は水素原子または一価の置換または非置換の炭化水素基を表し、mは1〜1000、nは2〜1000、4<m+n<2000を満たす。)で表される鎖状ポリオルガノシロキサン、および/または、下記一般式(III)
    Figure 2009060958
    (式中、R1乃至R3は同種または異種の一価の置換または非置換の炭化水素基を表し、mは1〜1000、nは2〜1000、4<m+n<2000を満たす。)で表される環状ポリオルガノシロキサンである、請求項1に記載の環状ポリオルガノシロキサンの製造方法。
  3. 前記一般式(I)乃至(III)中の、R1乃至R3がメチル基である、請求項1または2に記載の環状ポリオルガノシロキサンの製造方法。
  4. 前記触媒は、金属−酸素結合を有する触媒であって、前記金属がアルミニウム、チタン、ジルコニウム、スズ、および亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1乃至3のいずれかに記載の環状ポリオルガノシロキサンの製造方法。
  5. 請求項1乃至4のいずれかに記載の製造方法により得られる、環状ポリオルガノシロキサン。
  6. 前記環状ポリオルガノシロキサンが、下記一般式(IV)
    Figure 2009060958
    (式中、R1乃至R3は同種または異種の一価の置換または非置換の炭化水素基を表し、pは1〜8の整数であり、qは2〜6の整数であり、かつ、pおよびqは3≦p+q≦10を満足する整数を表す。)を含有する、請求項5に記載の環状ポリオルガノシロキサン。
  7. 前記環状ポリオルガノシロキサンが、下記化合物(β1)および(β2)を含有する、請求項5または6に記載の環状ポリオルガノシロキサン。
    Figure 2009060958
  8. 下記化合物のヒドロシリル化反応生成物である、1分子中にSiH基を少なくとも2個有する変性ポリオルガノシロキサン化合物;
    (α)1分子中にSiH基との反応性を有する炭素−炭素二重結合を2〜6個有する有機化合物、
    (β)請求項5乃至7のいずれかに記載の環状ポリオルガノシロキサン。
  9. 下記化合物のヒドロシリル化反応生成物である、1分子中にSiH基を少なくとも2個有する変性ポリオルガノシロキサン化合物;
    (α)1分子中にSiH基との反応性を有する炭素−炭素二重結合を2〜6個有する有機化合物、
    (β)下記化合物(β1)および(β2)を含有する、環状ポリオルガノシロキサン
    Figure 2009060958
  10. 前記(β)環状ポリオルガノシロキサンが、前記化合物(β1)および化合物(β2)を環状ポリオルガノシロキサン全体に対して50重量%以上含有する、請求項8または9に記載の変性ポリオルガノシロキサン化合物。
  11. 前記(α)有機化合物が、芳香族化合物、脂肪族環式化合物、置換脂肪族環式化合物および複素環式化合物からなる群から選択される少なくとも一種の環式有機化合物である、請求項8乃至10のいずれかに記載の変性ポリオルガノシロキサン化合物。
  12. 前記芳香族化合物がジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル、ビスフェノールAジアリルエーテルまたはビスフェノールSジアリルエーテル、前記脂肪族環式化合物がシクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、シクロオクタジエン、ジシクロペンタジエン、トリシクロペンタジエンまたはノルボルナジエン、前記置換脂肪族環式有機化合物がビニルシクロペンテン、ビニルシクロヘキセン、トリビニルシクロヘキサン、1,3−ビス(アリルオキシ)アダマンタンまたは1,3,5−トリス(アリルオキシ)アダマンタンである、請求項11に記載の変性ポリオルガノシロキサン化合物。
  13. 前記(α)有機化合物が、下記一般式(VI)
    Figure 2009060958
    (式中、R7は、水素原子または炭素数1〜50の一価の有機基を表し、それぞれのR7は異なっていても同一であってもよい。)で表される化合物を含有する、請求項8乃至12のいずれかに記載の変性ポリオルガノシロキサン化合物。
  14. 前記(α)有機化合物が、トリアリルイソシアヌレート、モノグリシジルジアリルイソシアヌレートおよびジアリルイソシアヌレートからなる群から選択される少なくとも一種を含有する、請求項8乃至13のいずれかに記載の変性ポリオルガノシロキサン化合物。
  15. (A)SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に少なくとも2個含有する有機化合物、
    (B)請求項8乃至14のいずれかに記載の変性ポリオルガノシロキサン化合物、および、
    (C)ヒドロシリル化触媒
    を含有する、硬化性組成物。
  16. 前記(A)有機化合物が、芳香族化合物、脂肪族環式化合物、置換脂肪族環式化合物および複素環式化合物からなる群から選択される少なくとも一種の環式有機化合物である、請求項15に記載の硬化性組成物。
  17. 前記芳香族化合物がジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル、ビスフェノールAジアリルエーテルまたはビスフェノールSジアリルエーテル、前記脂肪族環式化合物がシクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、シクロオクタジエン、ジシクロペンタジエン、トリシクロペンタジエンまたはノルボルナジエン、前記置換脂肪族環式有機化合物がビニルシクロペンテン、ビニルシクロヘキセン、トリビニルシクロヘキサン、1,3−ビス(アリルオキシ)アダマンタンまたは1,3,5−トリス(アリルオキシ)アダマンタンである、請求項16に記載の変性ポリオルガノシロキサン化合物。
  18. 前記(A)有機化合物が、下記一般式(VI)
    Figure 2009060958
    (式中、R7は、水素原子または炭素数1〜50の一価の有機基を表し、それぞれのR7は異なっていても同一であってもよい。)で表される化合物を含有する、請求項15乃至17のいずれかに記載の硬化性組成物。
  19. 請求項15乃至18のいずれかに記載の硬化性組成物を硬化してなる硬化物。
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