JPWO2014104080A1 - 硬化性ポリオルガノシロキサン組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献2には、白色顔料としてアルミナ又はシリカとアルミナで表面処理されていて、かつ単位格子がアナタース型構造を有する酸化チタンを使用することで、波長350〜400nmにおいて高い光反射率を維持する、光半導体ケース形成用白色熱硬化性シリコーン樹脂組成物、ならびに該組成物の硬化物からなるLED用等の光半導体ケースが開示されている。
特許文献3には、白色性、耐熱性、耐光性を保持し、成形加工性、寸法安定性に優れ、長期の使用による耐熱劣化やUV劣化による黄変が少なく、光反射性の高い硬化物の付加硬化型シリコーン樹脂組成物が開示されている。
特許文献4には、白色性、耐熱性、耐光性を保持し、均一でかつ黄変が少なく、また波長350〜400nm領域での反射率が80%以上である光半導体ケース形成用白色熱硬化性シリコーン樹脂組成物及び該組成物の硬化物からなるLED用等の光半導体ケースが開示されている。
ところで、近年、LED素子などの光学素子については、より短波長側の光を、例えば、青色光よりも紫色光や紫外光を発するものが求められるようになってきている。しかし、そのような光学素子用の接着剤などに酸化チタンや酸化亜鉛を使用すれば、短波長側の光が吸収されたり、光の取り出し効率が低下したりするなどの問題が生じる。そのため、このような短波長領域の光を効率よく反射することができる材料が求められてきている。
(A)ケイ素原子に結合したアルケニル基を1分子中に少なくとも2個有するアルケニル基含有ポリオルガノシロキサン;
(B)ケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に2個を越える数で有するポリオルガノハイドロジェンシロキサン;
(C)式(II):
Wt−Ys−SiR4 r(OR4)3−r (II)
〔式中、Wは、独立して、下記一般式(II’):
R3aは、C2−C6アルケニル基又はC1−C6アルキル基であり、
R3bは、独立して、C1−C6アルキル基であり、
Lは、C2−C6アルキレン鎖であり、
mは、5〜400の数である)で示されるポリオルガノシロキサン基であり、
Yは、ケイ素原子に結合した下記一般式(III):
Q1は、ケイ素原子とエステル結合との間に2個以上の炭素原子を有する炭素鎖を形成する、直鎖状又は分岐状のアルキレン基を表し、
Q2は、酸素原子と側鎖:SiR4 r(OR4)3−rのケイ素原子との間に3個以上の炭素原子を有する炭素鎖を形成する、直鎖状又は分岐状のアルキレン基を表す)で示される側鎖を有する有機ケイ素基であり、
R4は、独立して、炭素数1〜6の非置換又は置換のアルキル基を表し、
tは、1、2、又は3であり、sは、0又は1であるが、但し、sが0の場合、tは1であり、Wは側鎖:SiR4 r(OR4)3−rのケイ素原子に結合し、sが1の場合、tは1、2、又は3であり、Wは独立してYのケイ素原子に結合し、
rは、0又は1である〕で示されるポリオルガノシロキサン;
(D)平均粒径が5μm以下のアルミナ;ならびに
(E)白金族金属化合物
を含み、ここで、(A)、(B)、及び(C)成分の合計100重量部に対して(D)成分が50〜1000重量部である、硬化性ポリオルガノシロキサン組成物に関する。
さらに、本発明は、上記の硬化性ポリオルガノシロキサン組成物を硬化させて得られる硬化物、反射材である当該硬化物、及び当該反射材を備える半導体・電子機器装置にも関する。
本発明のポリオルガノシロキサン組成物は、(A)ケイ素原子に結合したアルケニル基を1分子中に少なくとも2個有するアルケニル基含有ポリオルガノシロキサンを含む。このアルケニル基含有ポリオルガノシロキサンは、ベースポリマーとなる成分であり、直鎖状あるいは分岐状のポリオルガノシロキサンであり、さらに直鎖状ポリオルガノシロキサンと分岐状ポリオルガノシロキサンとからなるものが好ましい。
ケイ素原子に結合したアルケニル基は、分岐状であっても、直鎖状であってもよく、ビニル、アリル、3−ブテニル、及び5−ヘキセニルなどのC2−C6アルケニル基が例示される。合成が容易で、組成物の流動性や、硬化物の耐熱性を損ねないという点から、ビニル基が最も好ましい。
ケイ素原子に結合したアルケニル基は1分子中に少なくとも2個存在する。このとき、アルケニル基は分子中の任意のシロキサン単位に存在し得るが、良好な反応性を得るために、アルケニル基の少なくとも一部は、分子末端に存在することが好ましい。
Rは、独立して、R1又はR2であり、Rのうち、少なくとも2個はR1であり、
R1は、独立して、C2−C6アルケニル基であり、
R2は、独立して、C1−C6アルキル基又はアリール基であり、
nは、23℃での粘度を10〜10,000cPとする数である)で示される直鎖状ポリオルガノシロキサンを使用してもよい。
なお、本発明の(D)成分がより多量に配合できる点から、(A1)成分は低粘度、例えば、10〜3,000cPであることが好ましい。なお、粘度は、JIS K6249 7.1項回転粘度による方法に準拠して測定した値である。
(A2)SiO4/2単位及びR'3SiO1/2単位、ならびに場合によってはさらにR'2SiO単位及び/又はR'SiO3/2単位(式中、R'は、それぞれ独立して、非置換又は置換の、1価の脂肪族基又は脂環式基である)からなり、1分子当たり、少なくとも3個のR'がアルケニル基である分岐状ポリオルガノシロキサンと
からなるものが好ましい。
R1は式(I)中に少なくとも2個存在する。このとき、R1は分子中の任意のシロキサン単位に存在し得るが、良好な反応性を得るために、R1の少なくとも一部は、分子末端に存在することが好ましく、それぞれの末端に1個ずつ、合計2個のR1が存在することがより好ましい。
本発明の硬化性ポリオルガノシロキサン組成物は、(B)ケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に2個を越える数で有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンを含む。
(B)は、その分子中のヒドロシリル基が、(A)中のアルケニル基と付加反応することにより、(A)の架橋剤として機能する。そのような、(B)は、硬化物を網状化するために、付加反応に関与するヒドロシリル基を、1分子中に2個を越える数、好ましくは3個以上有する。
(R5)cHdSiO(4−c−d)/2 (IV)
(式中、
R5は、脂肪族不飽和炭素−炭素結合を含まない、非置換又は置換の、1価の脂肪族基又は脂環式基を表し;
cは、0〜2の整数であり;
dは、1又は2であり、ただし、c+dは1〜3の整数である)
で示される単位を、同一又は異なってもよく、1分子中に2個を越える数、好ましくは3個以上有する。
本発明のポリオルガノシロキサン組成物は、
(C)式(II):
Wt−Ys−SiR4 r(OR4)3−r (II)
〔式中、Wは、独立して、下記一般式(II’):
R3aは、C2−C6アルケニル基又はC1−C6アルキル基であり、
R3bは、独立して、C1−C6アルキル基であり、
Lは、C2−C6アルキレン鎖であり、
mは、5〜400の数である)で示されるポリオルガノシロキサン基であり、
Yは、ケイ素原子に結合した下記一般式(III):
Q1は、ケイ素原子とエステル結合との間に2個以上の炭素原子を有する炭素鎖を形成する、直鎖状又は分岐状のアルキレン基を表し、
Q2は、酸素原子と側鎖:SiR4 r(OR4)3−rのケイ素原子との間に3個以上の炭素原子を有する炭素鎖を形成する、直鎖状又は分岐状のアルキレン基を表す)で示される側鎖を有する有機ケイ素基であり、
R4は、独立して、炭素数1〜6の非置換又は置換のアルキル基を表し、
tは、1、2、又は3であり、sは、0又は1であるが、但し、sが0の場合、tは1であり、Wは側鎖:SiR4 r(OR4)3−rのケイ素原子に結合し、sが1の場合、tは1、2、又は3であり、Wは独立してYのケイ素原子に結合し、
rは、0又は1である〕で示されるポリオルガノシロキサンを含む。
上記の有機ケイ素基において、ケイ素原子には任意の有機基が結合し得る。このような有機基として、例えば、脂肪族不飽和炭素−炭素結合を含まない、非置換又は置換の、1価の脂肪族基又は脂環式基が挙げられ、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、デシル、ドデシルなどのアルキル基;シクロヘキシルなどのシクロアルキル基;クロロメチル、2−シアノエチル、3,3,3−トリフルオロプロピルなどのハロゲン(例えば、クロロ又はフルオロ)又はシアノによって置換された1価の脂肪族基又は脂環式基が例示される。
また、このような有機ケイ素基は、ケイ素原子に結合したアルコキシ基及び/又はアルケニルオキシ基を有し、かつ、Si−H基、アルケニル基、アクリル基、メタクリル基、エポキシ基、メルカプト基、エステル基、無水カルボキシ基、アミノ基及びアミド基から選ばれる少なくとも1個の反応性官能基を有することが好ましい。これらは1種単独又は2種以上を有してもよい。
但し、sが0の場合、tは1である。その場合、式(II)には、Wは1個存在するが、Yは存在せず、Wは側鎖:SiR4 r(OR4)3−rのケイ素原子に直接結合する。sが1の場合、tは1、2、又は3である。その場合、式(II)には、Wは1、2、又は3個存在し、Yは1個存在し、Wは独立してYのケイ素原子に結合する。ここで、Wが独立してYのケイ素原子に結合するというのは、複数個のWがそれぞれ別々に直接Yのケイ素原子に結合することを意味する。すなわち、前記式(II)は以下の構造を取り得る:
また、前記式(II)において、rは0又は1である。フィラーの表面処理を行う場合、−OR4を3個有する方が、反応性が高く、表面処理の効果が高い、すなわち少量の添加で、粘度低減効果が大きいため、rは0が好ましい。
下式(IIb):
Y’−SiR4 r(OR4)3−r (IIb)
〔式中、Y’は、水素原子であるか、又はYについて前記定義された有機ケイ素基(但し、1〜3個のSi−H基を有する)であり;R4及びrは前記式(II)で定義されたとおりである〕で示される有機ケイ素化合物を、例えば、白金触媒を用いて付加させることにより、得ることができる。
式(IIa)の直鎖状ポリオルガノシロキサンが工業的に容易に合成できる点から、R3aはC2−C6アルケニル基、特にビニル基が好ましい。同様の理由で、R3cもビニル基が好ましい。
本発明の硬化性ポリオルガノシロキサン組成物は、(D)平均粒径が5μm以下のアルミナを含む。(D)の平均粒径は、近紫外領域で良好な反射性を示す硬化物を提供するために、5μm以下であることが必要であり、特に0.1〜3μm、とりわけ0.1〜1μmが好ましい。
なお、本発明において平均粒径は、レーザー光回折法による粒度分布測定における質量平均値D50(又はメジアン径)として求めた値である。
本発明のポリオルガノシロキサン組成物は、(E)白金族金属化合物を含む。(E)成分は、(A)中のケイ素原子に結合したアルケニル基と(B)中のヒドロシリル基との間の付加反応を促進させるための触媒として機能する。白金族金属化合物としては、白金、ロジウム、パラジウムなどの白金族金属原子の化合物が用いられ、塩化白金酸、塩化白金酸とアルコールの反応生成物、白金−オレフィン錯体、白金−ビニルシロキサン錯体、白金−ケトン錯体、白金−ホスフィン錯体などの白金化合物;ロジウム−ホスフィン錯体、ロジウム−スルフィド錯体などのロジウム化合物;パラジウム−ホスフィン錯体などのパラジウム化合物などが例示される。
また、安定に長期間貯蔵するために、(B)成分と(E)成分が別個の予備配合物に含まれるように、適宜、2個の予備配合物を調製して保存しておき、使用直前に定量混合器のミキシングヘッドのような混合手段によって均一に混合して硬化性ポリオルガノシロキサン組成物を調製し、減圧で脱泡して使用に供してもよい。
200℃以下、好ましくは150℃程度、硬化後の特性を安定化させるために硬化時間を適宜調整することができ、好ましくは5時間以下、より好ましくは3時間以下である。もっとも、部材の大きさや加熱炉の能力によって、硬化条件は適宜調整することができる。
M単位: (CH3)3SiO1/2−
MH単位: (CH3)2HSiO1/2−
MV単位: (CH3)2(CH2=CH)SiO1/2−
D単位: −(CH3)2SiO−
DH単位: −(CH3)HSiO−
DPh2単位: −(Ph)2SiO− (式中、Phはフェニル基を表す)
Q単位: SiO4/2(4官能性)
A1−1:両末端がMV単位で封鎖され、中間単位がD単位からなり、23℃における粘度が250cPである直鎖状ポリメチルビニルシロキサン;
A1−2:両末端がMV単位で封鎖され、中間単位がD単位からなり、23℃における粘度が3,000cPである直鎖状ポリメチルビニルシロキサン;
A1−3:両末端がMV単位で封鎖され、中間単位がD単位からなり、23℃における粘度が50cPである直鎖状ポリメチルビニルシロキサン;
A1−4:両末端がMV単位で封鎖され、中間単位が5モル%のDPh2単位と残余のD単位からなり、23℃における粘度が1,000cPである直鎖状ポリメチルビニルシロキサン;
A2−1:M単位、Mv単位、及びQ単位からなり、モル単位比がM5MvQ8で示される分岐状ポリメチルビニルシロキサン。
B−1:両末端がM単位で封鎖され、中間単位が50モル%のDH単位と残余のD単位からなり、MDH 20D20Mで示される直鎖状ポリメチルハイドロジェンシロキサン;
B−2:両末端がM単位で封鎖され、中間単位がDH単位からなり、MDH 50Mで示される直鎖状ポリメチルハイドロジェンシロキサン;
B−3:MH単位とQ単位からなる平均組成式MH 8Q4で示される分岐状ポリメチルハイドロジェンシロキサン。
C−1は、C1−1に、白金触媒としてE−1(C1−1に対して白金5ppm)を用いて、100℃において、C2−1を付加させて得た。この反応において、C1−1のケイ素原子に結合したビニル基の個数に対するC2−1中のケイ素原子に結合した水素原子の個数の比は0.1である。
C−2は、C1−1の代わりにC1−2を使用した以外は、C−1と同様にして得た。
C−3は、C1−1の代わりにC1−2を、またC2−1の代わりにC2−2を使用した以外は、C−1と同様にして得た。
C−4は、C1−1の代わりにC1−3を、またC2−1の代わりにH−Si(OEt)3を使用した以外は、C−1と同様にして得た。
なお、C1−1〜C1−3、C2−1、及びC2−2は以下に示す。E−1は後記する。
C1−1:両末端がMV単位で封鎖され、中間単位が90個のD単位からなる直鎖状ポリメチルビニルシロキサン;
C1−2:両末端のうち、一方の末端がMV単位で封鎖され、残りの一方の末端がM単位で封鎖され、中間単位が50個のD単位からなる直鎖状ポリメチルビニルシロキサン;
C1−3:両末端がMV単位で封鎖され、中間単位が200個のD単位からなる直鎖状ポリメチルビニルシロキサン;
C2−1:以下の式(VI):
C2−2:以下の式(VI’):
D−1:平均粒径0.4μm、球状のアルミナ(商品名スミコランダムAA−04、製造元 住友化学(株))
D−2:平均粒径1.5μm、球状のアルミナ(商品名スミコランダムAA−1.5、製造元 住友化学(株))
D−3:平均粒径3μm、球状のアルミナ(商品名スミコランダムAA-3、製造元 住友化学(株))
D−4:平均粒径18μm、球状のアルミナ(商品名スミコランダムAA-18、製造元 住友化学(株))
D−5:平均粒径0.55μm、不定形のアルミナ(商品名アルミナAL-160SG-4、製造元 昭和電工(株))
D−6:平均粒径2μm、不定形のアルミナ(商品名アルミナAL-30、製造元 昭和電工(株))
D−7:不定形のアルミナ(商品名アルミナAS-40、製造元 昭和電工(株))
D−8:平均粒径0.15μmの酸化チタン(商品名タイペークA-100、製造元 石原産業(株))
D−9:平均粒径1μmの酸化亜鉛(商品名アエンカ1号、製造元 三井金属鉱業(株))
D−10:平均粒径2μmのチタン酸バリウム(商品名BT-UP2、製造元 堺化学工業(株))
D−11:平均粒径1.7μmの炭酸カルシウム(商品名NS-400、製造元 日東粉化工業(株))
D−12:平均粒径4μmの二酸化ケイ素(商品名クリスタライトVX-S、製造元 (株)龍森)
D−13:平均粒径4.6μm、不定形のアルミナ(商品名アルミナAL-43KT、製造元 昭和電工(株))
E−1:ラモローの触媒(白金−オクタノール錯体、米国特許第473377号明細書)(白金原子換算3.8重量%)。
E−2:白金−1,3,5,7−テトラビニル−1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン(白金原子換算1.8重量%)。
F−1:1−エチニル−1−シクロヘキサノール
G−1:1,3,5−トリアリルイソシアヌレート
G−2:前記B−1に3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを1:3のモル比で付加させたもの
G−3:3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランの部分加水分解産物(商品名Coatsil MP-200、製造元 自社製)
表1に示す組成で、ポリオルガノシロキサン組成物を下記の方法により調製した。
撹拌機、加熱装置及び減圧装置を備えた容器に、(A)成分のトルエン溶液を入れ、均一になるように混合した後、150℃、13kPa{1torr}でトルエンを留去して、ポリシロキサン溶液を調製した。これを万能混練機に移し、(C)成分及び(D)成分を添加して、150℃、3時間減圧下で混練し、40℃以下まで冷却して、(E)成分、F−1及びG−1を混合した。次に、(B)成分、G−2、及びG−3を添加して、10分間減圧混練することにより、脱泡を行って、ポリオルガノシロキサン組成物を調製した。なお、実施例11では、成分添加後に、さらにイソパラフィン系溶剤(商品名IPソルベント1620、製造元 出光興産株式会社)を10重量部添加してから、10分間の減圧混練を行った。
[外観]
目視で判断した。
[反射率]
分光光度計〔UV3600(積分球付属装置ISR-3100)、島津製作所社製〕を用いて、300〜800nmの波長領域を連続スキャンして、硫酸バリウムを標準物質として、表面の反射率を測定した。
前記調製されたポリオルガノシロキサン組成物を、テフロン(登録商標)コートした30mm(縦)×60mm(横)×6mm(深さ)の金属容器(アルミ)に流し込み、同様にテフロン(登録商標)コートした金属製のふたをして、150℃で1時間、熱風循環式乾燥機中で、硬化させた。次いで、室温まで冷却後、金型から硬化物を取り外し、その硬さ(TypeD)を測定した(JIS K6253に準拠)。
前記調製されたポリオルガノシロキサン組成物から、JIS K6249に準拠した試験片を作成(被着体はアルミニウム、接着層の厚さは1.0mm)し、次いで、それを150℃で1時間、上記の乾燥機中で硬化させた。得られた硬化物を室温まで冷却した後、引張速度10mm/分で、引張せん断接着強さを測定した。
また、このときの試験片の状態を確認して、下記の基準で凝集破壊したものと剥離したものを評価して、両者の割合から凝集破壊率を算出した。
凝集破壊:シリコーン樹脂が破壊された状態。
剥 離:シリコーン樹脂が被着体表面に残っていない状態。
Claims (13)
- (A)ケイ素原子に結合したアルケニル基を1分子中に少なくとも2個有するアルケニル基含有ポリオルガノシロキサン;
(B)ケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に2個を越える数で有するポリオルガノハイドロジェンシロキサン;
(C)式(II):
Wt−Ys−SiR4 r(OR4)3−r (II)
〔式中、Wは、独立して、下記一般式(II’):
R3aは、C2−C6アルケニル基又はC1−C6アルキル基であり、
R3bは、独立して、C1−C6アルキル基であり、
Lは、C2−C6アルキレン鎖であり、
mは、5〜400の数である)で示されるポリオルガノシロキサン基であり、
Yは、ケイ素原子に結合した下記一般式(III):
Q1は、ケイ素原子とエステル結合との間に2個以上の炭素原子を有する炭素鎖を形成する、直鎖状又は分岐状のアルキレン基を表し、
Q2は、酸素原子と側鎖:SiR4 r(OR4)3−rのケイ素原子との間に3個以上の炭素原子を有する炭素鎖を形成する、直鎖状又は分岐状のアルキレン基を表す)で示される側鎖とを有する有機ケイ素基であり、
R4は、独立して、炭素数1〜6の非置換又は置換のアルキル基を表し、
tは、1、2、又は3であり、sは、0又は1であるが、但し、sが0の場合、tは1であり、Wは側鎖:SiR4 r(OR4)3−rのケイ素原子に結合し、sが1の場合、tは1、2、又は3であり、Wは独立してYのケイ素原子に結合し、
rは、0又は1である〕で示されるポリオルガノシロキサン;
(D)平均粒径が5μm以下のアルミナ;ならびに
(E)白金族金属化合物
を含み、ここで、(A)、(B)、及び(C)成分の合計100重量部に対して(D)成分が50〜1000重量部である、硬化性ポリオルガノシロキサン組成物。 - (C)において、R3aが、ビニル、アリル、3−ブテニル、及び5−ヘキセニルからなる群より選択されるC2−C6アルケニル基であり;R3bが、独立して、メチル、エチル、及びプロピルからなる群より選択されるC1−C6アルキル基である、請求項1記載の硬化性ポリオルガノシロキサン組成物。
- (C)において、R3aがビニルであり、R3bがメチルである、請求項1又は2記載の硬化性ポリオルガノシロキサン組成物。
- (C)において、sが1であり;Yが、ケイ素原子に結合した前記式(III)で示される側鎖を有する、ケイ素原子数2〜50個のオルガノシロキサンオリゴマー残基であり;Q1が、エチレン、トリメチレン、2−メチルエチレン、又はテトラメチレンを表し;Q2が、トリメチレン、2−メチルトリメチレン、又はテトラメチレンを表し;R4が、独立して、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、又は2−メトキシエチルを表す、請求項1〜3のいずれか1項記載の硬化性ポリオルガノシロキサン組成物。
- (C)において、sが1であり;Yが、ケイ素原子に結合した前記式(III)で示される側鎖を有する、ケイ素原子数4〜20個のオルガノシロキサンオリゴマー残基であり;Q1がエチレン又は2−メチルエチレンを表し、Q2がトリメチレンを表し;R4が独立してメチル又はエチルを表す、請求項1〜4のいずれか1項記載の硬化性ポリオルガノシロキサン組成物。
- (A)、(B)、及び(C)の合計100重量部に対して、(D)が75〜750重量部である、請求項1〜5のいずれか1項記載の硬化性ポリオルガノシロキサン組成物。
- (D)の平均粒径が0.1〜3μmである、請求項1〜6のいずれか1項記載の硬化性ポリオルガノシロキサン組成物。
- (D)の形状が球状である、請求項1〜7のいずれか1項記載の硬化性ポリオルガノシロキサン組成物。
- 請求項1〜8のいずれか1項記載の硬化性ポリオルガノシロキサン組成物を含む接着剤。
- 光学素子を基板に請求項9記載の接着剤で接着させた半導体・電子機器装置。
- 請求項1〜8のいずれか1項記載の硬化性ポリオルガノシロキサン組成物を硬化させて得られる硬化物。
- 反射材である、請求項11記載の硬化物。
- 請求項12記載の反射材を備える、半導体・電子機器装置。
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