JPWO2013141360A1 - 硬化性組成物、硬化物および硬化性組成物の使用方法 - Google Patents

硬化性組成物、硬化物および硬化性組成物の使用方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、下記の(A)成分と(B)成分とを、(A)成分と(B)成分の質量比で、〔(A)成分:(B)成分〕=100:0.3〜100:40の割合で含有する硬化性組成物、該組成物を硬化してなる硬化物、並びに、該組成物を光素子用接着剤等として使用する方法である。(A)成分:下記式(a−1)〔式中、R1は水素原子等を、X0はハロゲン原子等を、Dは単結合等を、R2は炭素数1〜20のアルキル基等を、Zはヒドロキシル基等を、m、nは正の整数を、o、p、q、rは0又は正の整数を示す。〕で表される、重量平均分子量が800〜30,000であるシラン化合物共重合体(B)成分:分子内に窒素原子を有するシランカップリング剤本発明によれば、耐熱性及び透明性に優れ、かつ、高い接着力を有する硬化物が得られる硬化性組成物、該組成物を硬化してなる硬化物、並びに、該組成物を光素子用接着剤等として使用する方法が提供される。

Description

本発明は、透明性及び耐熱性に優れ、かつ、高い接着力を有する硬化物が得られる硬化性組成物、該組成物を硬化してなる硬化物、並びに、該組成物を光素子用接着剤又は光素子用封止剤として使用する方法に関する。
これまで、硬化性組成物は用途に応じて様々な改良がなされ、光学部品や成形体の原料、接着剤、コーティング剤等として産業上広く利用されてきている。例えば、透明性に優れる硬化物を形成する硬化性組成物は、光学部品の原料やそのコーティング剤として、また、高い接着力を有する硬化物を形成する硬化性組成物は、接着剤やコーティング剤として好ましく用いられる。
また、近年、硬化性組成物は、光素子封止体を製造する際に、光素子用接着剤や光素子用封止剤等の光素子固定材用組成物としても利用されてきている。
光素子には、半導体レーザー(LD)等の各種レーザーや発光ダイオード(LED)等の発光素子、受光素子、複合光素子、光集積回路等がある。近年においては、発光のピーク波長がより短波長である青色光や白色光の光素子が開発され広く使用されてきている。このような発光のピーク波長の短い発光素子の高輝度化が飛躍的に進み、これに伴い光素子の発熱量がさらに大きくなっていく傾向にある。
ところが、近年における光素子の高輝度化に伴い、光素子固定材用組成物の硬化物が、より高いエネルギーの光や光素子から発生するより高温の熱に長時間さらされ、劣化してクラックが発生したり、接着力が低下したりするという問題が生じた。
この問題を解決するべく、特許文献1〜3において、ポリシルセスキオキサン化合物を主成分とする光素子固定材用組成物が提案されている。
しかしながら、特許文献1〜3に記載されたポリシルセスキオキサン化合物を主成分とする光素子固定材用組成物の硬化物であっても、十分な接着力を保ちつつ、耐熱性及び透明性を得るのは困難な場合があった。
また、光素子封止用に用いる組成物として、特許文献4には、脂環式エポキシ樹脂を用いるエポキシ樹脂組成物が、特許文献5には、ポリチオール化合物を含有するエポキシ樹脂組成物が提案されている。
しかしながら、これらの組成物を用いる場合であっても、経時変化に伴う十分な耐光劣化性を満足しなかったり、接着力が低下する場合があった。
従って、耐熱性、透明性により優れ、高い接着力を有する硬化物が得られる硬化性組成物の開発が切望されている。
特開2004−359933号公報 特開2005−263869号公報 特開2006−328231号公報 特開平7−309927号公報 特開2009−001752号公報
本発明は、かかる従来技術の実情に鑑みてなされたものであり、耐熱性及び透明性に優れ、かつ、高温においても高い接着力を有する硬化物が得られる硬化性組成物、該組成物を硬化してなる硬化物、並びに、該組成物を光素子用接着剤又は光素子用封止剤として使用する方法を提供することを課題とする。
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、以下に述べるように、特定のシラン化合物共重合体及びシランカップリング剤を特定の割合で含有する組成物は、長期にわたって優れた透明性、耐熱性を保ちつつ、かつ、高温においても高い接着力を有する硬化物となることを見出し、本発明を完成するに至った。
かくして本発明によれば、下記〔1〕〜〔9〕の硬化性組成物、〔10〕、〔11〕の硬化物、〔12〕、〔13〕の硬化性組成物の使用方法が提供される。
〔1〕下記の(A)成分と(B)成分とを、(A)成分と(B)成分の質量比で、〔(A)成分:(B)成分〕=100:0.3〜100:40の割合で含有することを特徴とする硬化性組成物。
(A)成分:下記式(a−1)
Figure 2013141360
〔式中、Rは水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表し、Xはハロゲン原子、シアノ基又は式:OGで表される基(式中、Gは水酸基の保護基を表す。)を表し、Dは単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜20の2価の有機基を表す。Rは、置換基(ただしハロゲン原子、シアノ基及び前記式:OGで表される基を除く)を有していてもよい炭素数1〜20のアルキル基、又は置換基を有していてもよいフェニル基を表す。Zは、ヒドロキシル基、炭素数1〜10のアルコキシ基又はハロゲン原子を示す。m、nはそれぞれ独立して、正の整数を示す。o、p、q、rはそれぞれ独立して、0または正の整数を示す。〕で表される、重量平均分子量が800〜30,000であるシラン化合物共重合体
(B)成分:分子内に窒素原子を有するシランカップリング剤
〔2〕前記(A)成分において、mとnとが、m:n=60:40〜5:95の割合である〔1〕に記載の硬化性組成物。
〔3〕前記(B)成分が、下記式(b−3)で表される1,3,5−N−トリス(トリアルコキシシリルアルキル)イソシアヌレート、又は、式(b−4)で表されるN,N’−ビス(トリアルコキシシリルアルキル)ウレアであることを特徴とする〔1〕に記載の硬化性組成物。
Figure 2013141360
(式中、Rは、炭素数1〜6のアルコキシ基を表し、複数のR同士は同一であっても相異なっていてもよい。t1〜t5はそれぞれ独立して、1〜10の整数を表す。)
〔3〕下記の(A’)成分と(B)成分とを、(A’)成分と(B)成分の質量比で、〔(A’)成分:(B)成分〕=100:0.3〜100:40の割合で含有することを特徴とする硬化性組成物。
(A’)成分:式(1):R−CH(X)−D−Si(OR(X3−u
〔式中、Rは水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表し、Xはハロゲン原子、シアノ基又は式:OGで表される基(式中、Gは水酸基の保護基を表す。)を表し、Dは単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜20の2価の有機基を表す。Rは炭素数1〜10のアルキル基を表し、Xはハロゲン原子を表し、uは0〜3の整数を表す。〕
で表されるシラン化合物(1)の少なくとも一種、及び
式(2):RSi(OR(X3−v
(式中、Rは、置換基(ただしハロゲン原子、シアノ基及び前記式:OGで表される基を除く)を有していてもよい炭素数1〜20のアルキル基又は置換基を有していてもよいフェニル基を表し、Rは炭素数1〜10のアルキル基を表し、Xはハロゲン原子を表し、vは0〜3の整数を表す。)
で表されるシラン化合物(2)の少なくとも一種を含むシラン化合物の混合物を縮合させて得られる、重量平均分子量が800〜30,000であるシラン化合物共重合体
(B)成分:分子内に窒素原子を有するシランカップリング剤
〔4〕前記(A’)成分が、シラン化合物(1)とシラン化合物(2)とを、モル比で、〔シラン化合物(1)〕:〔シラン化合物(2)〕=60:40〜5:95の割合で縮合させて得られるシラン化合物共重合体である〔3〕に記載の硬化性組成物。
〔5〕前記(B)成分が、前記式(b−3)で表される1,3,5−N−トリス(トリアルコキシシリルアルキル)イソシアヌレート、又は、式(b−4)で表されるN,N’−ビス(トリアルコキシシリルアルキル)ウレアであることを特徴とする〔3〕又は〔4〕に記載の硬化性組成物。
〔6〕下記の(A”)成分と(B)成分とを、(A”)成分と(B)成分の質量比で、〔(A”)成分:(B)成分〕=100:0.3〜100:40の割合で含有することを特徴とする硬化性組成物。
(A”)成分:分子内に、下記式(i)、(ii)及び(iii)
Figure 2013141360
〔式中、Rは水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表し、Xはハロゲン原子、シアノ基又は式:OGで表される基(式中、Gは水酸基の保護基を表す。)を表し、Dは単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜20の2価の有機基を表す。Rは、置換基(ただしハロゲン原子、シアノ基及び前記式:OGで表される基を除く)を有していてもよい炭素数1〜20のアルキル基又は置換基を有していてもよいフェニル基を表す。〕
で表される繰り返し単位のうち、(i)及び(ii)、(i)及び(iii)、(ii)及び(iii)、又は(i)、(ii)及び(iii)の繰り返し単位を有し、重量平均分子量が800〜30,000であるシラン化合物共重合体
(B)成分:分子内に窒素原子を有するシランカップリング剤
〔7〕前記(A”)成分のシラン化合物共重合体が、該共重合体中における、式:R−CH(X)−D−で表される基の存在量(〔R−CH(X)−D−〕)とRの存在量(〔R〕)が、モル比で〔R−CH(X)−D−〕:〔R〕=60:40〜5:95の高分子であることを特徴とする〔6〕に記載の硬化性組成物。
〔8〕前記(B)成分が、前記式(b−3)で表される1,3,5−N−トリス(トリアルコキシシリルアルキル)イソシアヌレート、又は、式(b−4)で表されるN,N’−ビス(トリアルコキシシリルアルキル)ウレアであることを特徴とする〔6〕又は〔7〕に記載の硬化性組成物。
〔9〕光素子固定材用組成物である〔1〕〜〔8〕のいずれかに記載の硬化性組成物。
〔10〕前記〔1〕〜〔8〕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。
〔11〕光素子固定材である〔10〕に記載の硬化物。
〔12〕前記〔1〕〜〔8〕のいずれかに記載の硬化性組成物を、光素子固定材用接着剤として使用する方法。
〔13〕前記〔1〕〜〔8〕のいずれかに記載の硬化性組成物を、光素子固定材用封止剤として使用する方法。
本発明の硬化性組成物によれば、高エネルギーの光が照射される場合や高温状態に置かれた場合であっても、着色して透明性が低下したりすることがなく、長期にわたって優れた透明性と高い接着力を有する硬化物を得ることができる。
本発明の硬化性組成物は、光素子固定材を形成する際に使用することができ、特に、光素子用接着剤、及び光素子用封止剤として好適に使用することができる。
以下、本発明を、1)硬化性組成物、2)硬化物、及び、3)硬化性組成物の使用方法、に項分けして詳細に説明する。
1)硬化性組成物
本発明の硬化性組成物は、下記の(A)成分と(B)成分とを、(A)成分と(B)成分の質量比で、〔(A)成分:(B)成分〕=100:0.3〜100:40の割合で含有することを特徴とする。
(A)成分(シラン化合物共重合体(A))
本発明の硬化性組成物に用いる(A)成分は、下記式(a−1)で表される、重量平均分子量が800〜30,000であるシラン化合物共重合体(A)である。
Figure 2013141360
前記式(a−1)中、Rは、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表す。Rの炭素数1〜6のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基等が挙げられる。
これらの中でも、Rとしては水素原子が好ましい。
は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子;シアノ基;又は式:OGで表される基;を表す。
Gは水酸基の保護基を表す。水酸基の保護基としては、特に制約はなく、水酸基の保護基として知られている公知の保護基が挙げられる。例えば、アシル系の保護基;トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、t−ブチルジメチルシリル基、t−ブチルジフェニルシリル基等のシリル系の保護基;メトキシメチル基、メトキシエトキシメチル基、1−エトキシエチル基、テトラヒドロピラン−2−イル基、テトラヒドロフラン−2−イル基等のアセタール系の保護基;t−ブトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル系の保護基;メチル基、エチル基、t−ブチル基、オクチル基、アリル基、トリフェニルメチル基、ベンジル基、p−メトキシベンジル基、フルオレニル基、トリチル基、ベンズヒドリル基等のエーテル系の保護基;等が挙げられる。これらの中でも、Gとしては、アシル系の保護基が好ましい。
アシル系の保護基は、具体的には、式:−C(=O)Rで表される基である。式中、Rは、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基等の炭素数1〜6のアルキル基;又は置換基を有していてもよいフェニル基を表す。
で表される置換基を有していてもよいフェニル基の置換基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、イソオクチル基等のアルキル基;フッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子;メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基;が挙げられる。
これらの中でも、Xとしては、入手容易性、及び、高い接着力を有する硬化物が得られることから、塩素原子、式:OG’で表される基(式中、G’はアシル系の保護基を表す。)、及びシアノ基から選ばれる基が好ましく、塩素原子、アセトキシ基及びシアノ基から選ばれる基がより好ましく、シアノ基が特に好ましい。
Dは、単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜20の2価の有機基を表す。
炭素数1〜20の2価の有機基としては、炭素数1〜20のアルキレン基、炭素数2〜20のアルケニレン基、炭素数2〜20のアルキニレン基、炭素数6〜20のアリーレン基、(アルキレン基、アルケニレン基、又はアルキニレン基)とアリーレン基との組み合わせからなる炭素数7〜20の2価の基等が挙げられる。
炭素数1〜20のアルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基等が挙げられる。
炭素数2〜20のアルケニレン基としては、ビニレン基、プロペニレン基、ブテニレン基、ペンテニレン基等が挙げられる。
炭素数2〜20のアルキニレン基としては、エチニレン基、プロピニレン基等が挙げられる。
炭素数6〜20のアリーレン基としては、o−フェニレン基、m−フェニレン基、p−フェニレン基、2,6−ナフチレン基等が挙げられる。
これらの炭素数1〜20のアルキレン基、炭素数2〜20のアルケニレン基、及び炭素数2〜20のアルキニレン基が有していてもよい置換基としては、フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子;メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基;メチルチオ基、エチルチオ基等のアルキルチオ基;メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基;等が挙げられる。
前記炭素数6〜20のアリーレン基の置換基としては、シアノ基;ニトロ基;フッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子;メチル基、エチル基等のアルキル基;メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基;メチルチオ基、エチルチオ基等のアルキルチオ基;等が挙げられる。
これらの置換基は、アルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基及びアリーレン基等の基において任意の位置に結合していてよく、同一若しくは相異なって複数個が結合していてもよい。
置換基を有していてもよい(アルキレン基、アルケニレン基、又はアルキニレン基)と置換基を有していてもよいアリーレン基との組み合わせからなる2価の基としては、前記置換基を有していてもよい(アルキレン基、アルケニレン基、又はアルキニレン基)の少なくとも一種と、前記置換基を有していてもよいアリーレン基の少なくとも一種とが直列に結合した基等が挙げられる。具体的には、下記式で表される基等が挙げられる。
Figure 2013141360
これらの中でも、Dとしては、高い接着力を有する硬化物が得られることから、炭素数1〜10のアルキレン基が好ましく、炭素数1〜6のアルキレン基がより好ましく、メチレン基又はエチレン基が特に好ましい。
は、置換基(ただしハロゲン原子、シアノ基及び前記式:OGで表される基を除く)を有していてもよい炭素数1〜20のアルキル基、又は置換基を有していてもよいフェニル基を表す。
で表される炭素数1〜20のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、イソオクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ドデシル基等が挙げられる。
で表される置換基を有していてもよい炭素数1〜20のアルキル基の置換基としては、メトキシ基、エトキシ基等の炭素数1〜6のアルコキシ基;フェニル基、4−メチルフェニル基、3−メトキシフェニル基、2,4−ジクロロフェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基等の置換基を有していてもよいアリール基;等が挙げられる。
で表される置換基を有していてもよいフェニル基の置換基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、イソオクチル基等のアルキル基;メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基;フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子等が挙げられる。
で表される置換基を有していてもよいフェニル基の具体例としては、フェニル基、2−クロロフェニル基、4−メチルフェニル基、3−エチルフェニル基、2,4−ジメチルフェニル基、2−メトキシフェニル基等が挙げられる。
これらの中でも、Rは、炭素数1〜20のアルキル基又は置換基を有していてもよいフェニル基が好ましく、炭素数1〜6のアルキル基又は置換基を有していてもよいフェニル基がより好ましく、炭素数1〜6のアルキル基又はフェニル基が特に好ましい。
Zは、ヒドロキシ基、炭素数1〜10のアルコキシ基又はハロゲン原子を示す。炭素数1〜10のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、t−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基等が挙げられる。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、及び臭素原子等が挙げられる。
これらの中でも、Zはヒドロキシ基又は炭素数1〜6のアルコキシ基が好ましい。
m、nはそれぞれ独立して、正の整数を示す。mとnは、本発明の効果がより得られやすいことから、m:n=60:40〜5:95の比率を有する正の整数であるのが好ましい。
o、p、q、rはそれぞれ独立して、0又は正の整数を示す。
シラン化合物共重合体(A)は、ランダム共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体、交互共重合体等のいずれの共重合体であってもよい。また、シラン化合物共重合体(A)の構造は、ラダー型構造、ダブルデッカー型構造、籠型構造、部分開裂籠型構造、環状型構造、ランダム型構造のいずれの構造であってもよい。
シラン化合物共重合体(A)の重量平均分子量(Mw)は、800〜30,000の範囲であり、好ましくは1,000〜6,000の範囲であり、さらに好ましくは1,500〜2,000の範囲である。当該範囲内にあることで、組成物の取扱性に優れ、かつ、接着性、耐熱性に優れる硬化物が得られる。重量平均分子量(Mw)は、例えば、テトラヒドロフラン(THF)を溶媒とするゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)による標準ポリスチレン換算値として求めることができる(以下にて同じである。)。
シラン化合物共重合体(A)の分子量分布(Mw/Mn)は、特に制限されないが、通常1.0〜3.0、好ましくは1.1〜2.0の範囲である。当該範囲内にあることで、接着性、耐熱性に優れる硬化物が得られる。
シラン化合物共重合体(A)は一種単独で、あるいは二種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明の硬化性組成物においては、(A)成分であるシラン化合物共重合体(A)の製造方法は特に限定されないが、後述するシラン化合物共重合体(A’)の製造法のように、シラン化合物(1)及び(2)を縮合させる方法が好ましい。
シラン化合物共重合体(A)である(A)成分を、後述するシラン化合物共重合体(A’)の製造法のように縮合(反応)により得る際、シラン化合物(1)のOR又はXは、脱水及び脱アルコール縮合反応されなかった場合は、シラン化合物共重合体(A)中に残存する。縮合反応されなかったOR又はXが1つだった場合は、前記式(a−1)において(CHR−D−SiZO2/2)として残存し、縮合反応されなかったOR又はXが2つだった場合は、式(a−1)において(CHR−D−SiZ1/2)として残存する。
シラン化合物(2)についても同様に、OR又はXが、脱水及び脱アルコール縮合反応されなかった場合は、シラン化合物共重合体(A)に残存する。縮合反応されなかったOR又はXが1つだった場合は、式(a−1)において(RSiZO2/2)として残存し、縮合反応されなかったOR又はXが2つだった場合は、式(a−1)において(RSiZ1/2)として残存する。
本発明においては、前記(A)成分は、下記の(A’)成分であってもよい。
(A’)成分:式(1):R−CH(X)−D−Si(OR(X3−uで表されるシラン化合物(1)の少なくとも一種、及び式(2):RSi(OR(X3−vで表されるシラン化合物(2)の少なくとも一種を含むシラン化合物の混合物を縮合させて得られる、重量平均分子量が、800〜30,000であるシラン化合物共重合体(以下、「シラン化合物共重合体(A’)」ということがある。)
〔シラン化合物(1)〕
シラン化合物(1)は、式(1):R−CH(X)−D−Si(OR(X3−uで表される化合物である。シラン化合物(1)を用いることにより、硬化後においても透明性、接着力が良好なシラン化合物共重合体を得ることができる。
式(1)中、R、X、及びDは、前記と同じ意味を表す。Rは炭素数1〜10のアルキル基を表し、Xはハロゲン原子を表し、uは0〜3の整数を表す。
の炭素数1〜10のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、及びn−ヘキシル基等が挙げられる。
のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、及び臭素原子等が挙げられる。
uが2以上のとき、OR同士は同一であっても相異なっていてもよい。また、(3−u)が2以上のとき、X同士は同一であっても相異なっていてもよい。
シラン化合物(1)の具体例としては、シアノメチルトリメトキシシラン、シアノメチルトリエトキシシラン、1−シアノエチルトリメトキシシラン、2−シアノエチルトリメトキシシラン、2−シアノエチルトリエトキシシラン、2−シアノエチルトリプロポキシシラン、3−シアノプロピルトリメトキシシラン、3−シアノプロピルトリエトキシシラン、3−シアノプロピルトリプロポキシシラン、3−シアノプロピルトリブトキシシラン、4−シアノブチルトリメトキシシラン、5−シアノペンチルトリメトキシシラン、2−シアノプロピルトリメトキシシラン、2−(シアノメトキシ)エチルトリメトキシシラン、2−(2−シアノエトキシ)エチルトリメトキシシラン、o−(シアノメチル)フェニルトリプロポキシシラン、m−(シアノメチル)フェニルトリメトキシシラン、p−(シアノメチル)フェニルトリエトキシシラン、p−(2−シアノエチル)フェニルトリメトキシシラン等のトリアルコキシシラン化合物類;
シアノメチルトリクロロシラン、シアノメチルブロモジメトキシシラン、2−シアノエチルジクロロメトキシシラン、2−シアノエチルジクロロエトキシシラン、3−シアノプロピルトリクロロシラン、3−シアノプロピルトリブロモシラン、3−シアノプロピルジクロロメトキシシラン、3−シアノプロピルジクロロエトキシシラン、3−シアノプロピルクロロジメトキシシラン、3−シアノプロピルクロロジエトキシシラン、4−シアノブチルクロロジエトキシシラン、3−シアノ−n−ブチルクロロジエトキシシラン、2−(2−シアノエトキシ)エチルトリクロロシラン、2−(2−シアノエトキシ)エチルブロモジエトキシシラン、2−(2−シアノエトキシ)エチルジクロロプロポキシシラン、o−(2−シアノエチル)フェニルトリクロロシラン、m−(2−シアノエチル)フェニルメトキシジブロモシラン、p−(2−シアノエチル)フェニルジメトキシクロロシラン、p−(2−シアノエチル)フェニルトリブロモシラン等のハロゲノシラン化合物類;等が挙げられる。
これらのシラン化合物(1)は一種単独で、或いは二種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、シラン化合物(1)としては、より優れた接着性を有する硬化物が得られることから、トリアルコキシシラン化合物類が好ましく、2−シアノエチル基、3−シアノプロピル基、3−アセトキシプロピル基又は3−ハロゲノプロピル基を有するトリアルコキシシラン化合物類がより好ましい。
〔シラン化合物(2)〕
シラン化合物(2)は、式(2):RSi(OR(X3−vで表される化合物である。
式(2)中、Rは前記と同じ意味を表す。Rは前記Rと同様の炭素数1〜10のアルキル基を表し、Xは前記Xと同様のハロゲン原子を表し、vは0〜3の整数を表す。
vが2以上のとき、OR同士は同一であっても相異なっていてもよい。また、(3−v)が2以上のとき、X同士は同一であっても相異なっていてもよい。
シラン化合物(2)の具体例としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−ブチルトリエトキシシラン、i−ブチルトリメトキシシラン、n−ペンチルトリエトキシシラン、n−ヘキシルトリメトキシシラン、i−オクチルトリエトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、メチルジメトキシエトキシシラン、メチルジエトキシメトキシシラン等のアルキルトリアルコキシシラン化合物類;
メチルクロロジメトキシシラン、メチルジクロロメトキシシラン、メチルジクロロメトキシシラン、メチルクロロジエトキシシラン、エチルクロロジメトキシシラン、エチルジクロロメトキシシラン、n−プロピルクロロジメトキシシラン、n−プロピルジクロロメトキシシラン等のアルキルハロゲノアルコキシシラン化合物類;
メチルトリクロロシラン、メチルトリブロモシラン、エチルトリクロロシラン、エチルトリブロモシラン、n−プロピルトリクロロシラン等のアルキルトリハロゲノシラン化合物類;
フェニルトリメトキシシラン、4−メトキシフェニルトリメトキシシラン、2−クロロフェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、2−メトキシフェニルトリエトキシシラン、フェニルジメトキシエトキシシラン、フェニルジエトキシメトキシシラン等の置換基を有していてもよいフェニルトリアルコキシシラン化合物類;
フェニルクロロジメトキシシラン、フェニルジクロロメトキシシラン、フェニルクロロメトキシエトキシシラン、フェニルクロロジエトキシシラン、フェニルジクロロエトキシシラン等の置換基を有していてもよいフェニルハロゲノアルコキシシラン化合物類;
フェニルトリクロロシラン、フェニルトリブロモシラン、4−メトキシフェニルトリクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、2−エトキシフェニルトリクロロシラン、2−クロロフェニルトリクロロシラン等の置換基を有していてもよいフェニルトリハロゲノシラン化合物;が挙げられる。
これらのシラン化合物(2)は一種単独で、或いは二種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、シラン化合物(2)としては、炭素数1〜6のアルキルトリアルコキシシラン化合物類、置換基を有していてもよいフェニルトリアルコキシシラン化合物類が好ましい。
〔シラン化合物の混合物〕
シラン化合物共重合体(A’)を製造する際に用いられるシラン化合物の混合物としては、シラン化合物(1)及びシラン化合物(2)からなる混合物であっても、さらに、本発明の目的を阻害しない範囲でその他のシラン化合物を含む混合物であってもよいが、シラン化合物(1)及びシラン化合物(2)からなる混合物が好ましい。
シラン化合物(1)とシラン化合物(2)との使用割合は、モル比で、〔シラン化合物(1)〕:〔シラン化合物(2)〕=60:40〜5:95であるのが好ましく、40:60〜10:90がより好ましい。
前記シラン化合物の混合物を縮合させる方法としては、特に限定されないが、シラン化合物(1)、シラン化合物(2)、及び所望によりその他のシラン化合物を溶媒に溶解し、所定量の触媒を添加し、所定温度で撹拌する方法が挙げられる。
用いる触媒は、酸触媒及び塩基触媒のいずれであってもよい。
酸触媒としては、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸等の無機酸;メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、酢酸、トリフルオロ酢酸等の有機酸;等が挙げられる。
塩基触媒としては、トリメチルアミン、トリエチルアミン、リチウムジイソプロピルアミド、リチウムビス(トリメチルシリル)アミド、ピリジン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、アニリン、ピコリン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、イミダゾール等の有機塩基;水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム等の有機塩水酸化物;ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、ナトリウムt−ブトキシド、カリウムt−ブトキシド等の金属アルコキシド;水素化ナトリウム、水素化カルシウム等の金属水素化物;水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等の金属水酸化物;炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウム等の金属炭酸塩;炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等の金属炭酸水素塩;等が挙げられる。
触媒の使用量は、シラン化合物の総モル量に対して、通常、0.1mol%〜10mol%、好ましくは1mol%〜5mol%の範囲である。
用いる溶媒は、シラン化合物の種類等に応じて、適宜選択することができる。例えば、水;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル等のエステル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルi−ブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、i−ブチルアルコール、s−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール等のアルコール類;等が挙げられる。これらの溶媒は一種単独で、或いは二種以上を混合して用いることができる。
溶媒の使用量は、溶媒1リットルあたり、シラン化合物の総モル量が、通常0.1mol〜10mol、好ましくは0.5mol〜10molとなる量である。
シラン化合物を縮合(反応)させるときの温度は、通常0℃から用いる溶媒の沸点までの温度範囲、好ましくは20℃〜100℃の範囲である。反応温度があまりに低いと縮合反応の進行が不十分となる場合がある。一方、反応温度が高くなりすぎるとゲル化抑制が困難となる。反応は、通常30分から20時間で完結する。
反応終了後は、酸触媒を用いた場合は、反応溶液に炭酸水素ナトリウム等のアルカリ水溶液を添加することにより、塩基触媒を用いた場合は、反応溶液に塩酸等の酸を添加することにより中和を行い、その際に生じる塩をろ別又は水洗等により除去し、目的とするシラン化合物共重合体を得ることができる。
シラン化合物共重合体(A’)の重量平均分子量(Mw)は、800〜30,000の範囲であり、好ましくは1,000〜6,000の範囲であり、さらに好ましくは1,500〜2,000の範囲である。当該範囲内にあることで、組成物の取扱性に優れ、かつ、接着性、耐熱性に優れる硬化物が得られる。
シラン化合物共重合体(A’)の分子量分布(Mw/Mn)は、特に制限されないが、通常1.0〜3.0、好ましくは1.1〜2.0の範囲である。当該範囲内にあることで、接着性、耐熱性に優れる硬化物が得られる。
本発明においては、前記(A)成分は、下記の(A”)成分であってもよい。
(A”)成分:分子内に、下記式(i)、(ii)及び(iii)
Figure 2013141360
(式中、R、R、D、及びXは前記と同じ意味を表す。)で表される繰り返し単位のうち、(i)及び(ii)、(i)及び(iii)、(ii)及び(iii)、又は(i)、(ii)及び(iii)の繰り返し単位を有し、重量平均分子量が800〜30,000であるシラン化合物共重合体(以下、「シラン化合物共重合体(A”)」ということがある。)
シラン化合物共重合体(A”)は、(i)、(ii)、(iii)で表される繰り返し単位をそれぞれ一種有していてもよく、二種以上有していてもよい。
シラン化合物共重合体(A”)においては、式:R−CH(X)−D−で表される基の存在量(〔R−CH(X)−D〕)とRの存在量(〔R〕)が、モル比で〔R−CH(X)−D〕:〔R〕=60:40〜5:95であるのが好ましく、40:60〜10:90であるのがより好ましい。当該範囲内にあることで、得られる硬化物は透明性及び接着性に優れ、かつ、耐熱性に優れるため高温に置いた後であってもこれらの性質の低下が抑えられる。
式:R−CH(X)−D−で表される基及びRの存在量は、例えば、シラン化合物共重合体(A”)のNMRスペクトルを測定して定量することができる。
シラン化合物共重合体(A”)は、ランダム共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体、交互共重合体等のいずれの共重合体であってもよい。
シラン化合物共重合体(A”)の重量平均分子量(Mw)は、800〜30,000の範囲であり、好ましくは1,000〜6,000の範囲であり、さらに好ましくは1,500〜2,000の範囲である。当該範囲内にあることで、組成物の取扱性に優れ、かつ、接着性、耐熱性に優れる硬化物が得られる。
シラン化合物共重合体(A”)の分子量分布(Mw/Mn)は、特に制限されないが、通常1.0〜3.0、好ましくは1.1〜2.0の範囲である。当該範囲内にあることで、接着性、耐熱性に優れる硬化物が得られる。
シラン化合物共重合体(A”)は一種単独で、あるいは二種以上を組み合わせて用いることができる。
(B)成分(シランカップリング剤)
本発明の硬化性組成物は、(B)成分として、分子内に窒素原子を有するシランカップリング剤(以下、「シランカップリング剤(B)」ということがある。)を含む。本発明の硬化性組成物は、シランカップリング剤(B)を含有するため、高エネルギーの光が照射される場合や高温状態であっても、着色して透明性が低下したりすることがなく、長期にわたって優れた透明性を有し、かつ、高い接着力を有する硬化物を得ることができる。
シランカップリング剤(B)としては、分子内に窒素原子を有するシランカップリング剤であれば特に制限はない。例えば、下記式(b−1)で表されるトリアルコキシシラン化合物、式(b−2)で表されるジアルコキシアルキルシラン化合物又はジアルコキシアリールシラン化合物等が挙げられる。
Figure 2013141360
上記式中、Rは、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、t−ブトキシ基等の炭素数1〜6のアルコキシ基を表す。
は、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基等の炭素数1〜6のアルキル基;又は、フェニル基、4−クロロフェニル基、4−メチルフェニル基等の置換基を有していてもよいアリール基;を表す。
は、窒素原子を有する、炭素数1〜10の有機基を表す。また、Rは、さらに他のケイ素原子を含む基と結合していてもよい。
の炭素数1〜10の有機基の具体例としては、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピル基、3−アミノプロピル基、N−(1,3−ジメチル−ブチリデン)アミノプロピル基、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−アミノプロピル基等が挙げられる。
前記式(b−1)又は(b−2)で表される化合物のうち、Rが、他のケイ素原子を含む基と結合した有機基である場合の化合物としては、イソシアヌレート骨格を介して他のケイ素原子と結合してイソシアヌレート系シランカップリング剤を構成するものや、ウレア骨格を介して他のケイ素原子と結合してウレア系シランカップリング剤を構成するものが挙げられる。
これらの中でも、シランカップリング剤(B)としては、より高い接着力を有する硬化物が得られる観点から、イソシアヌレート系シランカップリング剤、及びウレア系シランカップリング剤が好ましく、さらに、分子内に、ケイ素原子に結合したアルコキシ基を4以上有するものが好ましい。
ケイ素原子に結合したアルコキシ基を4以上有するとは、同一のケイ素原子に結合したアルコキシ基と、異なるケイ素原子に結合したアルコキシ基との総合計数が4以上という意味である。
ケイ素原子に結合したアルコキシ基を4以上有するイソシアヌレート系シランカップリング剤としては、下記式(b−3)で表される化合物が、ケイ素原子に結合したアルコキシ基を4以上有するウレア系シランカップリング剤としては、下記式(b−4)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2013141360
式中、Rは前記と同じ意味を表す。複数のR同士は同一であっても相異なっていてもよい。
t1〜t5はそれぞれ独立して、1〜10の整数を表し、1〜6の整数であるのが好ましく、3であるのが特に好ましい。
式(b−3)で表される化合物の具体例としては、1,3,5−N−トリス(3−トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5,−N−トリス(3−トリエトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5,−N−トリス(3−トリi−プロポキシシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5,−N−トリス(3−トリブトキシシリルプロピル)イソシアヌレート等の1,3,5−N−トリス〔(トリ(炭素数1〜6)アルコキシ)シリル(炭素数1〜10)アルキル〕イソシアヌレート;
1,3,5,−N−トリス(3−ジトキシメチルシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5,−N−トリス(3−ジメトキシエチルシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5,−N−トリス(3−ジメトキシi−プロピルシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5,−N−トリス(3−ジメトキシn−プロピルシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5,−N−トリス(3−ジメトキシフェニルシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5,−N−トリス(3−ジエトキシメチルシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5,−N−トリス(3−ジエトキシエチルシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5,−N−トリス(3−ジエトキシi−プロピルシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5,−N−トリス(3−ジエトキシn−プロピルシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5,−N−トリス(3−ジエトキシフェニルシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5,−N−トリス(3−ジi−プロポキシメチルシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5,−N−トリス(3−ジi−プロポキシエチルシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5,−N−トリス(3−ジi−プロポキシi−プロピルシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5,−N−トリス(3−ジi−プロポキシn−プロピルシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5,−N−トリス(3−ジi−プロポキシフェニルシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5,−N−トリス(3−ジブトキシメチルシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5,−N−トリス(3−ジブトキシエチルシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5,−N−トリス(3−ジブトキシi−プロピルシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5,−N−トリス(3−ジブトキシn−プロピルシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5,−N−トリス(3−ジブトキシフェニルシリルプロピル)イソシアヌレート等の1,3,5−N−トリス〔(ジ(炭素数1〜6)アルコキシ)シリル(炭素数1〜10)アルキル〕イソシアヌレート;等が挙げられる。
式(b−4)で表される化合物の具体例としては、N,N’−ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)ウレア、N,N’−ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ウレア、N,N’−ビス(3−トリプロポキシシリルプロピル)ウレア、N,N’−ビス(3−トリブトキシシリルプロピル)ウレア、N,N’−ビス(2−トリメトキシシリルエチル)ウレア等のN,N’−ビス〔(トリ(炭素数1〜6)アルコキシシリル)(炭素数1〜10)アルキル〕ウレア;
N,N’−ビス(3−ジメトキシメチルシリルプロピル)ウレア、N,N’−ビス(3−ジメトキシエチルシリルプロピル)ウレア、N,N’−ビス(3−ジエトキシメチルシリルプロピル)ウレア等のN,N’−ビス〔(ジ(炭素数1〜6)アルコキシ(炭素数1〜6)アルキルシリル(炭素数1〜10)アルキル)ウレア;
N,N’−ビス(3−ジメトキシフェニルシリルプロピル)ウレア、N,N’−ビス(3−ジエトキシフェニルシリルプロピル)ウレア等のN,N’−ビス〔(ジ(炭素数1〜6)アルコキシ(炭素数6〜20)アリールシリル(炭素数1〜10)アルキル)ウレア;等が挙げられる。
これらは1種単独で、或いは2種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、本発明の(B)成分としては、1,3,5−N−トリス(3−トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5−N−トリス(3−トリエトキシシリルプロピル)イソシアヌレート(以下、「イソシアヌレート化合物」という。)、N,N’−ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)ウレア、N,N’−ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ウレア(以下、「ウレア化合物」という。)、及び、前記イソシアヌレート化合物とウレア化合物との組み合わせを用いるのが好ましく、接着力により優れる硬化物が得られる観点から、前記イソシアヌレート化合物とウレア化合物との組み合わせを用いるのがより好ましい。
前記イソシアヌレート化合物とウレア化合物とを組み合わせて用いる場合、両者の使用割合は、(イソシアヌレート化合物)と(ウレア化合物)の質量比で、100:1〜100:200であるのが好ましく、100:110であるのがより好ましい。
なお、イソシアヌレート化合物の使用割合は、前記(A)成分100質量部に対して、35質量部以下であるのが好ましく、25質量部以下であるのがより好ましい。イソシアヌレート化合物単独で用いる場合も、ウレア化合物と併用して用いる場合においても同様である。
また、ウレア化合物の使用割合は、前記(A)成分100質量部に対して、20質量部以下であるのが好ましく、15質量部以下であるのがより好ましい。ウレア化合物単独で用いる場合も、イソシアヌレート化合物と併用して用いる場合においても同様である。
本発明の硬化性組成物は、前記(A)成分(又は、(A’)成分、或いは(A”)成分。以下にて同じ。〕及び(B)成分を、(A)成分と(B)成分の質量比で、〔(A)成分:(B)成分〕=100:0.3〜100:40の割合で含有する。
このような割合で(A)成分及び(B)成分を用いることにより、透明性、接着性に優れ、さらに耐熱性に優れ、高温にしても接着力が低下しにくい硬化物が得られる硬化性組成物を得ることができる。当該観点から、〔(A)成分:(B)成分〕=100:1〜100:30の割合がより好ましく、〔(A)成分:(B)成分〕=100:3〜100:25の割合がよりさらに好ましい。
本発明の硬化性組成物には、本発明の目的を阻害しない範囲で、上記成分に、さらに他の成分を含有させてもよい。
他の成分としては、前記(B)成分以外のシランカップリング剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、希釈剤等が挙げられる。
前記(B)成分以外のシランカップリング剤としては、シランカップリング剤(B)以外のシランカップリング剤であって、本発明の目的を阻害しないものであれば特に制約はない。なかでも、より接着力の高い硬化物が得られる観点から、2−トリメトキシシリルエチル無水コハク酸、3−トリエトキシシリルプロピル無水コハク酸等の酸無水物構造を有するシランカップリング剤を用いるのが好ましい。
酸無水物構造を有するシランカップリング剤は一種単独で、或いは二種以上を組み合わせて用いることができる。
前記酸化防止剤は、加熱時の酸化劣化を防止するために添加される。酸化防止剤としては、リン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤等が挙げられる。
リン系酸化防止剤としては、ホスファイト類、オキサホスファフェナントレンオキサイド類等が挙げられる。
フェノール系酸化防止剤としては、モノフェノール類、ビスフェノール類、高分子型フェノール類等が挙げられる。
硫黄系酸化防止剤としては、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等が挙げられる。
これら酸化防止剤は一種単独で、或いは二種以上を組み合わせて用いることができる。酸化防止剤の使用量は、(A)成分に対して、通常、10質量%以下である。
紫外線吸収剤は、得られる硬化物の耐光性を向上させる目的で添加される。
紫外線吸収剤としては、サリチル酸類、ベンゾフェノン類、ベンゾトリアゾール類、ヒンダードアミン類等が挙げられる。
紫外線吸収剤は一種単独で、或いは二種以上を組み合わせて用いることができる。
紫外線吸収剤の使用量は、(A)成分に対して、通常、10質量%以下である。
光安定剤は、得られる硬化物の耐光性を向上させる目的で添加される。
光安定剤としては、例えば、ポリ[{6−(1,1,3,3,−テトラメチルブチル)アミノ−1,3,5−トリアジン−2,4−ジイル}{(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジン)イミノ}ヘキサメチレン{(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジン)イミノ}]等のヒンダードアミン類等が挙げられる。
これらの光安定剤は一種単独で、或いは二種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの他の成分の総使用量は、(A)成分に対して、通常、20質量%以下である。
希釈剤は、硬化性組成物の粘度を調整するため添加される。
希釈剤としては、例えば、グリセリンジグリシジルエーテル、ブタンジオールジグリシジルエーテル、ジグリシジルアニリン、ネオペンチルグリコールグリシジルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、アルキレンジグリシジルエーテル、ポリグリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、4−ビニルシクロヘキセンモノオキサイド、ビニルシクロヘキセンジオキサイド、メチル化ビニルシクロヘキセンジオキサイド等が挙げられる。
これらの希釈剤は一種単独で、或いは二種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明の硬化性組成物は、例えば、前記(A)、(B)成分、及び、所望により他の成分を所定割合で配合して、公知の方法により混合、脱泡することにより得ることができる。
以上のようにして得られる本発明の硬化性組成物によれば、高エネルギーの光が照射される場合や高温状態に置かれた場合であっても、着色して透明性が低下したりすることがなく、かつ、高い接着力を有する硬化物を得ることができる。
したがって、本発明の硬化性組成物は、光学部品や成形体の原料、接着剤、コーティング剤等として好適に使用される。特に、光素子の高輝度化に伴う、光素子固定材の劣化に関する問題を解決することができることから、本発明の硬化性組成物は、光素子固定用組成物として好適に使用することができる。
2)硬化物
本発明の第2は、本発明の硬化性組成物を硬化してなる硬化物である。
本発明の硬化性組成物を硬化する方法としては加熱硬化が挙げられる。硬化するときの加熱温度は、通常、100〜200℃であり、加熱時間は、通常10分から20時間、好ましくは30分から10時間である。
本発明の硬化物は、高エネルギーの光が照射される場合や高温状態に置かれた場合であっても、着色して透明性が低下したりすることがなく、長期にわたって優れた透明性を有し、かつ、高い接着力を有する。
したがって、本発明の硬化物は、光素子の高輝度化に伴う光素子固定材の劣化に関する問題を解決することができることから、光素子固定材として好適に使用することができる。例えば、光学部品や成形体の原料、接着剤、コーティング剤等として好適に使用される。
本発明の硬化性組成物を硬化してなる硬化物が高い接着力を有することは、例えば、次のようにして接着力を測定することで確認することができる。すなわち、シリコンチップのミラー面に硬化性組成物を塗布し、塗布面を被着体の上に載せ圧着し、加熱処理して硬化させる。これを、予め所定温度(例えば、23℃、100℃)に加熱したボンドテスターの測定ステージ上に30秒間放置し、被着体から50μmの高さの位置より、接着面に対し水平方向(せん断方向)に応力をかけ、試験片と被着体との接着力を測定する。
硬化物の接着力は、23℃および100℃において80N/2mm□以上であることが好ましく、100N/2mm□以上であることがより好ましい。
前記硬化物が透明性に優れることは、光透過率を測定することで確認することができる。硬化物の光透過率は、例えば、波長400nm、450nmの光で、80%以上が好ましい。
前記硬化物が耐熱性に優れることは、硬化物を高温下に置いた後であっても透明性の変化が小さいことから確認することができる。透明性は、150℃で500時間置いた後に、波長400nm、450nmの透過率が、共に初期透過率の80%以上であることが好ましい。
3)硬化性組成物の使用方法
本発明の第3は、本発明の硬化性組成物を、光素子用接着剤又は光素子用封止剤等の光素子固定材用組成物として使用する方法である。
光素子としては、LED、LD等の発光素子、受光素子、複合光素子、光集積回路等が挙げられる。
〈光素子用接着剤〉
本発明の硬化性組成物は、光素子用接着剤として好適に使用することができる。
本発明の硬化性組成物を光素子用接着剤として使用する方法としては、接着の対象とする材料(光素子とその基板等)の一方又は両方の接着面に該組成物を塗布し、圧着した後、加熱硬化させ、接着の対象とする材料同士を強固に接着させる方法が挙げられる。
光素子を接着するための主な基板材料としては、ソーダライムガラス、耐熱性硬質ガラス等のガラス類;セラミックス;鉄、銅、アルミニウム、金、銀、白金、クロム、チタン及びこれらの金属の合金、ステンレス(SUS302、SUS304、SUS304L、SUS309等)等の金属類;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメチルペンテン、ポリスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリアミド、アクリル樹脂、ノルボルネン系樹脂、シクロオレフィン樹脂、ガラスエポキシ樹脂等の合成樹脂;等が挙げられる。
加熱硬化させる際の加熱温度は、用いる硬化性組成物等にもよるが、通常、100〜200℃である。加熱時間は、通常10分から20時間、好ましくは30分から10時間である。
〈光素子用封止剤〉
本発明の硬化性組成物は、光素子封止体の封止剤として好適に用いることができる。
本発明の硬化性組成物を光素子用封止剤として使用する方法としては、例えば、該組成物を所望の形状に成形して、光素子を内包した成形体を得た後、そのものを加熱硬化させることにより光素子封止体を製造する方法等が挙げられる。
本発明の硬化性組成物を所望の形状に成形する方法としては、特に限定されるものではなく、通常のトランスファー成形法や、注型法等の公知のモールド法を採用できる。
加熱硬化する際の加熱温度は、用いる硬化性組成物等にもよるが、通常、100〜200℃である。加熱時間は、通常10分から20時間、好ましくは30分から10時間である。
得られる光素子封止体は、本発明の硬化性組成物を用いているので、光素子に、白色や青色発光LED等の、発光のピーク波長が400〜490nmと短波長のものを用いても、熱や光により着色劣化することがない透明性、耐熱性に優れるものである。
次に実施例及び比較例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
(重量平均分子量測定)
下記製造例で得たシラン化合物共重合体の重量平均分子量(Mw)は標準ポリスチレン換算値とし、以下の装置及び条件にて測定した。
装置名:HLC−8220GPC、東ソー社製
カラム:TSKgelGMHXL、TSKgelGMHXL、及び、TSKgel2000HXLを順次連結したもの
溶媒:テトラヒドロフラン
注入量:80μl
測定温度:40℃
流速:1ml/分
検出器:示差屈折計
(IRスペクトルの測定)
製造例で得たシラン化合物共重合体のIRスペクトルは、以下の装置を使用して測定した。
フーリエ変換赤外分光光度計(Spectrum100、パーキンエルマー社製)
(製造例1)
300mlのナス型フラスコに、フェニルトリメトキシシラン(東京化成工業社製、以下にて同じ)20.2g(102mmol)と、2−シアノエチルトリメトキシシラン(アヅマックス社製、以下にて同じ)3.15g(18mmol)、並びに、溶媒として、アセトン96ml及び蒸留水24mlを仕込んだ後、攪拌しながら、触媒としてリン酸(関東化学社製、以下にて同じ)0.15g(1.5mmol)を加え、室温でさらに16時間攪拌を継続した。
反応終了後、反応液をエバポレーターで50mlまで濃縮し、酢酸エチル100mlを加え、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液にて中和した。しばらく静置した後、有機層を分取した。次いで、有機層を蒸留水にて2回洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。硫酸マグネシウムをろ別後、ろ液をエバポレーターにて50mlまで濃縮し、これを多量のn−ヘキサン中に滴下して沈殿させ、沈殿物をデカンテーションにより分離した。得られた沈殿物をメチルエチルケトン(MEK)に溶解して回収し、エバポレーターで溶媒を減圧留去し、真空乾燥することにより、シラン化合物共重合体(A1)を13.5g得た。
シラン化合物共重合体(A1)の重量平均分子量(Mw)は1,900であった。
また、シラン化合物共重合体(A1)のIRスペクトルデータを以下に示す。
Si−Ph:698cm−1,740cm−1,Si−O:1132cm−1,−CN:2259cm−1
(製造例2)
製造例1において、フェニルトリメトキシシランの使用量を16.6g(84mmol)とし、2−シアノエチルトリメトキシシランの使用量を6.30g(36mmol)とした以外は製造例1と同様にして、シラン化合物共重合体(A2)を12.9g得た。
シラン化合物共重合体(A2)の重量平均分子量(Mw)は2,000であった。
また、シラン化合物共重合体(A2)のIRスペクトルデータを以下に示す。
Si−Ph:698cm−1,740cm−1,Si−O:1132cm−1,−CN:2255cm−1
(製造例3)
300mlのナス型フラスコに、フェニルトリメトキシシラン20.2g(102mmol)と、3−アセトキシプロピルトリメトキシシラン(アヅマックス社製)4.0g(18mmol)、並びに、溶媒としてトルエン60ml及び蒸留水30mlを仕込んだ後、攪拌しながら、触媒としてリン酸0.15g(1.5mmol)を加え、室温でさらに16時間攪拌を継続した。
反応終了後、反応混合物に酢酸エチル100mlを加え、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液にて中和した。しばらく静置した後、有機層を分取した。次いで、有機層を蒸留水にて2回洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。硫酸マグネシウムをろ別後、ろ液をエバポレーターにて50mlまで濃縮し、これを多量のn−ヘキサン中に滴下して沈殿させ、沈殿物をデカンテーションにより分離した。得られた沈殿物をメチルエチルケトン(MEK)に溶解して回収し、エバポレーターで溶媒を減圧留去し、真空乾燥することにより、シラン化合物共重合体(A3)を14.7g得た。
シラン化合物共重合体(A3)の重量平均分子量(Mw)は2,700であった。
また、シラン化合物共重合体(A3)のIRスペクトルデータを以下に示す。
Si−Ph:699cm−1,741cm−1,Si−O:1132cm−1,−CO:1738cm−1
(製造例4)
300mlのナス型フラスコに、フェニルトリメトキシシラン20.2g(102mmol)と、3−クロロプロピルトリメトキシシラン(東京化成工業社製)3.58g(18mmol)、並びに、溶媒としてトルエン60ml及び蒸留水30mlを仕込んだ後、攪拌しながら、触媒としてリン酸0.15g(1.5mmol)を加え、室温でさらに16時間攪拌を継続した。
反応終了後、反応混合物を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液にて中和した。これに酢酸エチル100mlを加えて撹拌し、静置した後、有機層を分取した。次いで、有機層を蒸留水にて2回洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。硫酸マグネシウムをろ別後、ろ液を多量のn−ヘキサン中に滴下して沈殿させ、沈殿物をデカンテーションにより分離した。得られた沈殿物をメチルエチルケトン(MEK)に溶解して回収し、エバポレーターで溶媒を減圧留去し、真空乾燥することにより、シラン化合物共重合体(A4)を13.6g得た。
シラン化合物共重合体(A4)の重量平均分子量(Mw)は3,000であった。
また、シラン化合物共重合体(A4)のIRスペクトルデータを以下に示す。
Si−Ph:700cm−1,741cm−1,Si−O:1132cm−1,−Cl:648cm−1
(実施例1)
製造例1で得たシラン化合物共重合体(A1)10gに、シランカップリング剤(B)として、トリス〔3−(トリメトキシシリル)プロピル〕イソシアヌレート(信越化学工業社製、以下「シランカップリング剤(B1)」という。)0.1gを加え、全容を十分に混合、脱泡することにより硬化性組成物を得た。
(実施例2〜27、比較例1〜5)
実施例1において、シラン化合物共重合体(A1)とシランカップリング剤(B1)の代わりに、下記第1表に示す量のシラン化合物共重合体(A1)〜(A4)とシランカップリング剤(B1)、(B2)を用いたことを除き、実施例1と同様にして実施例2〜27、比較例1〜5の硬化性組成物を得た。
なお、シランカップリング剤(B2)は、N,N’−ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)ウレア(アヅマックス社製)である。
実施例1〜27及び比較例1〜5で得た硬化性組成物の硬化物につき、下記のようにして、接着力、初期透過率、及び加熱後透過率を測定し、接着耐熱性、初期透明性、耐熱性(加熱後透明性)を評価した。
測定結果及び評価を下記第1表に示す。
(接着力試験)
2mm角のシリコンチップのミラー面に、実施例1〜16及び比較例1〜5で得た硬化性組成物のそれぞれを厚さが約2μmになるよう塗布し、塗布面を被着体(銀メッキ銅板)の上に載せ圧着した。その後、180℃で2時間加熱処理して硬化させて試験片付被着体を得た。この試験片付被着体を、予め所定温度(23℃、100℃)に加熱したボンドテスター(シリーズ4000、デイジ社製)の測定ステージ上に30秒間放置し、被着体から50μmの高さの位置より、スピード200μm/sで接着面に対し水平方法(せん断方向)に応力をかけ、23℃及び100℃における、試験片と被着体との接着力(N/2mm□)を測定した。
(接着耐熱性)
接着力試験において、23℃及び100℃における接着力が、いずれも100N/2mm□以上である場合を「◎」、23℃における接着力が100N/2mm□以上であり100℃における接着力が80N/2mm□以上100N/2mm□未満である場合を「○」、23℃における接着力が100N/2mm□以上であり100℃における接着力が60N/2mm□以上80N/2mm□未満である場合を「△」、23℃における接着力が100N/2mm□未満である場合を「×」と評価した。
(初期透過率の測定)
実施例1〜27及び比較例1〜5で得た硬化性組成物のそれぞれを、長さ25mm、幅20mm、厚さ1mmとなるように鋳型に流し込み、140℃で6時間加熱して硬化させ、試験片をそれぞれ作製した。得られた試験片につき、分光光度計(MPC−3100、島津製作所社製)にて、波長400nm、450nmの初期透過率(%)を測定した。
(初期透明性)
初期透過率測定において、400nmの透過率が80%以上を「○」、70%以上80%未満を「△」、70%未満を「×」と評価した。
(加熱後の透過率の測定)
初期透過率を測定した各試験片を150℃のオーブン中に500時間静置し、再度、波長400nm、450nmの透過率(%)を測定した。これを加熱後透過率とした。
〔耐熱性(加熱後透明性)〕
加熱後透過率測定において、400nmの透過率が、初期透過率の80%以上であれば「○」、70%以上80%未満であれば「△」、70%未満であれば「×」と評価した。
Figure 2013141360
第1表から、実施例1〜27で得られた硬化性組成物の硬化物は、接着性及び接着耐熱性に優れていた。また、波長400nm、450nmの初期透過率、加熱後透過率がいずれも高く、初期透明性、耐熱性(加熱後透明性)にも優れていた。
一方、比較例1の、(B)成分の使用量が少ない硬化性組成物、比較例2の(B)成分の使用量が多すぎる硬化性組成物、及び、比較例3〜5の、(B)成分を使用しない硬化性組成物の各硬化物は、接着性、接着耐熱性に劣っていた。
(接着力試験)
2mm角のシリコンチップのミラー面に、実施例1〜27及び比較例1〜5で得た硬化性組成物のそれぞれを厚さが約2μmになるよう塗布し、塗布面を被着体(銀メッキ銅板)の上に載せ圧着した。その後、180℃で2時間加熱処理して硬化させて試験片付被着体を得た。この試験片付被着体を、予め所定温度(23℃、100℃)に加熱したボンドテスター(シリーズ4000、デイジ社製)の測定ステージ上に30秒間放置し、被着体から50μmの高さの位置より、スピード200μm/sで接着面に対し水平方法(せん断方向)に応力をかけ、23℃及び100℃における、試験片と被着体との接着力(N/2mm□)を測定した。
Figure 2013141360

Claims (14)

  1. 下記の(A)成分と(B)成分とを、(A)成分と(B)成分の質量比で、〔(A)成分:(B)成分〕=100:0.3〜100:40の割合で含有することを特徴とする硬化性組成物。
    (A)成分:下記式(a−1)
    Figure 2013141360
    〔式中、Rは水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表し、
    はハロゲン原子、シアノ基又は式:OGで表される基(式中、Gは水酸基の保護基を表す。)を表し、
    Dは単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜20の2価の有機基を表す。
    は、置換基(ただしハロゲン原子、シアノ基及び前記式:OGで表される基を除く)を有していてもよい炭素数1〜20のアルキル基又は置換基を有していてもよいフェニル基を表す。
    Zは、ヒドロキシル基、炭素数1〜10のアルコキシ基又はハロゲン原子を示す。
    m、nはそれぞれ独立して正の整数を示す。
    o、p、q、rはそれぞれ独立して、0または正の整数を示す。〕
    で表される、重量平均分子量が800〜30,000であるシラン化合物共重合体
    (B)成分:分子内に窒素原子を有するシランカップリング剤
  2. 前記(A)成分において、mとnとが、m:n=60:40〜5:95の割合である請求項1に記載の硬化性組成物。
  3. 前記(B)成分が、下記式(b−3)で表される1,3,5−N−トリス(トリアルコキシシリルアルキル)イソシアヌレート、又は、式(b−4)で表されるN,N’−ビス(トリアルコキシシリルアルキル)ウレアであることを特徴とする請求項1に記載の硬化性組成物。
    Figure 2013141360
    (式中、Rは、炭素数1〜6のアルコキシ基を表し、複数のR同士は同一であっても相異なっていてもよい。t1〜t5はそれぞれ独立して、1〜10の整数を表す。)
  4. 下記の(A’)成分と(B)成分とを、(A’)成分と(B)成分の質量比で、〔(A’)成分:(B)成分〕=100:0.3〜100:40の割合で含有することを特徴とする硬化性組成物。
    (A’)成分:式(1):R−CH(X)−D−Si(OR(X3−u
    〔式中、Rは水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表し、Xはハロゲン原子、シアノ基又は式:OGで表される基(式中、Gは水酸基の保護基を表す。)を表し、Dは単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜20の2価の有機基を表す。Rは炭素数1〜10のアルキル基を表し、Xはハロゲン原子を表し、uは0〜3の整数を表す。〕
    で表されるシラン化合物(1)の少なくとも一種、及び
    式(2):RSi(OR(X3−v
    (式中、Rは、炭素数1〜20のアルキル基又は置換基を有していてもよいフェニル基を表し、Rは炭素数1〜10のアルキル基を表し、Xはハロゲン原子を表し、vは0〜3の整数を表す。)
    で表されるシラン化合物(2)の少なくとも一種を含むシラン化合物の混合物を縮合させて得られる、重量平均分子量が800〜30,000であるシラン化合物共重合体
    (B)成分:分子内に窒素原子を有するシランカップリング剤
  5. 前記(A’)成分が、シラン化合物(1)とシラン化合物(2)とを、モル比で、〔シラン化合物(1)〕:〔シラン化合物(2)〕=60:40〜5:95の割合で縮合させて得られるシラン化合物共重合体である請求項3に記載の硬化性組成物。
  6. 前記(B)成分が、下記式(b−3)で表される1,3,5−N−トリス(トリアルコキシシリルアルキル)イソシアヌレート、又は、式(b−4)で表されるN,N’−ビス(トリアルコキシシリルアルキル)ウレアであることを特徴とする請求項3又は4に記載の硬化性組成物。
    Figure 2013141360
    (式中、Rは、炭素数1〜6のアルコキシ基を表す。複数のR同士は同一であっても相異なっていてもよい。t1〜t5はそれぞれ独立して、1〜10の整数を表す。)
  7. 下記の(A”)成分と(B)成分とを、(A”)成分と(B)成分の質量比で、〔(A”)成分:(B)成分〕=100:0.3〜100:40の割合で含有することを特徴とする硬化性組成物。
    (A”)成分:分子内に、下記式(i)、(ii)及び(iii)
    Figure 2013141360
    〔式中、Rは水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表し、
    はハロゲン原子、シアノ基又は式:OGで表される基(式中、Gは水酸基の保護基を表す。)を表し、
    Dは単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜20の2価の有機基を表す。
    は、置換基(ただしハロゲン原子、シアノ基及び前記式:OGで表される基を除く)を有していてもよい炭素数1〜20のアルキル基又は置換基を有していてもよいフェニル基を表す。〕
    で表される繰り返し単位のうち、(i)及び(ii)、(i)及び(iii)、(ii)及び(iii)、又は(i)、(ii)及び(iii)の繰り返し単位を有し、重量平均分子量が800〜30,000であるシラン化合物共重合体
    (B)成分:分子内に窒素原子を有するシランカップリング剤
  8. 前記(A”)成分が、該共重合体中における、式:R−CH(X)−D−で表される基の存在量(〔R−CH(X)−D−〕)とRの存在量(〔R〕)が、モル比で〔R−CH(X)−D−〕:〔R〕=60:40〜5:95の高分子であることを特徴とする請求項6に記載の硬化性組成物。
  9. 前記(B)成分が、下記式(b−3)で表される1,3,5−N−トリス(トリアルコキシシリルアルキル)イソシアヌレート、又は、式(b−4)で表されるN,N’−ビス(トリアルコキシシリルアルキル)ウレアであることを特徴とする請求項6又は7に記載の硬化性組成物。
    Figure 2013141360
    (式中、Rは、炭素数1〜6のアルコキシ基を表す。複数のR同士は同一であっても相異なっていてもよい。t1〜t5はそれぞれ独立して、1〜10の整数を表す。)
  10. 光素子固定材用組成物である請求項1〜8のいずれかに記載の硬化性組成物。
  11. 請求項1〜8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。
  12. 光素子固定材である請求項10に記載の硬化物。
  13. 請求項1〜8のいずれかに記載の硬化性組成物を、光素子固定材用接着剤として使用する方法。
  14. 請求項1〜8のいずれかに記載の硬化性組成物を、光素子固定材用封止剤として使用する方法。
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