JPWO2017122762A1 - 縮合反応型シリコーン組成物及び硬化物 - Google Patents

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Abstract

本発明の課題は、初期硬化性に優れるとともに、強靭性に優れた接着性を有し、かつ耐クラック性、耐ボイド性及び耐熱性が良好な硬化物を与える縮合反応型シリコーン組成物を提供することである。本発明は、(A)R1SiO3/2(式中、R1は、炭素数1〜15のアルキル基等を示す。)で表されるトリシロキシ単位(TA)を含み、かつ水酸基を有する、室温で固体状のポリシルセスキオキサンと、(B)R2SiO3/2(式中、R2は、炭素数1〜15のアルキル基等を示す。)で表されるトリシロキシ単位(TB)を含み、かつ−OR2(式中、R2は、炭素数1〜15のアルキル基等を示す。)を有する、室温で液状のポリシルセスキオキサンと、(C)縮合反応触媒と、を含有する、縮合反応型シリコーン組成物である。

Description

本発明は、縮合反応型シリコーン組成物及び硬化物に関する。
シリコーンレジンは一般に、シリコーン(ポリオルガノシロキサン)同士を硬化反応させて得られる硬化物であり、該硬化反応としては、縮合反応及び付加反応が知られている。
付加反応は、Si−CH=CH等のアルケニルシラン基を有するシリコーンと、ヒドロシラン基(Si−H)を有するシリコーンとを、白金系触媒の存在下でヒドロシリル化させる反応である。付加反応は、室温であっても比較的短時間に目的の硬化物を与えるため、生産性の点で有利とされる。しかし、付加反応には、白金触媒の失活、使用環境の湿気等が原因となって硬化阻害が生じやすいという問題がある。
縮合反応は、アルコキシ基(Si−OR)等のオルガノキシ基又はシラノール基(Si−OH)を有するシリコーン同士を有機錫系触媒等の存在下で脱水縮合及び/又は脱アルコール縮合させる反応である。縮合反応は、硬化阻害の問題が少なく、白金触媒を使用しないためコストメリットもある。しかし、縮合反応は付加反応と比較すると初期硬化性が不十分であり、完全硬化までに比較的高温及び長時間が必要である。
縮合反応型のシリコーン組成物は、従来、例えば光半導体用の封止剤、接着剤等の用途に供されてきた。例えば、特許文献1には、アクリル樹脂と、縮合反応性シリコーン化合物及び/又は縮合反応性シラン化合物と、硬化促進剤とを含むシリコーン組成物が記載されている。また、引用文献1には、該シリコーン化合物が、発光ダイオード素子の透明封止剤及び接着剤として有用であることも記載されている。
一方、特許文献2において、従来の縮合反応型シリコーン組成物の硬化物は、光半導体用封止剤として用いる場合に、リフレクター材又は金属電極に対する接着性が一般に不十分であることが指摘されている。その理由の一因として、接着層(硬化物)の強度と柔軟性との不両立が考えられる。
硬化物の柔軟性を高めるために、例えば、(CHSiO2/2で示されるジシロキシ単位をシリコーンポリマーの主鎖に導入する試みがなされている。しかし、前記ジシロキシ単位の導入量が増えるに伴って、強度及び接着性が低下するのが避けられない。一方、硬化物の強度を高めるために、例えば、CHSiO3/2で示されるトリシロキシ単位を導入する試みがなされている。しかし、前記トリシロキシ単位の導入量が増えるに伴って、硬化物にクラックが生じるのが回避できず、その上この場合でも接着性が低下する。このように、強度と柔軟性とは通常トレードオフの関係にあり、強靭性に優れた接着性は達成されていない。
また、縮合反応型のシリコーン組成物は、反応過程で水分又は低分子アルコールを放出するため、硬化物に微細なボイド(気泡)又はクラックが生じる。それらの欠陥は硬化物の機械的強度を低下させる上、外観をも損なうため、特に接着剤及び光半導体用封止剤用途において問題視される。
また、光半導体は、使用時に素子が高温となる関係で、封止材たる硬化物には高度の耐熱性も要求される。この点、特許文献1に記載の縮合反応型シリコーン組成物はアクリル樹脂を主成分とするものであり、耐熱性が不十分である。
日本特開2008−101093号公報 日本特開2015−163661号公報
本発明の課題は、初期硬化性に優れるとともに、強靭性に優れた接着性を有し、かつ耐クラック性、耐ボイド性及び耐熱性が良好な硬化物を与える縮合反応型シリコーン組成物を提供することにある。
前記課題を解決する縮合反応型シリコーン組成物は、縮合反応に伴い生じる水又はアルコール等の低分子成分、及び有機溶剤その他の揮発成分の量を少なくする必要がある。一方、硬化物それ自体の強度も当然必要である。そこで、発明者らは、これらの事情を考慮した結果、室温で固体の所定のポリシルセスキオキサンと、室温で液状の所定のポリシルセスキオキサンとを含む組成物とすることにより、前記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。即ち本発明は、下記縮合反応型シリコーン組成物及び硬化物に係る。
1.(A)RSiO3/2(式中、Rは、炭素数1〜15のアルキル基、フェニル基及びベンジル基からなる群より選ばれる一種を示す。)で表されるトリシロキシ単位(T)を含み、かつ水酸基を有する、室温で固体状のポリシルセスキオキサンと、(B)RSiO3/2(式中、Rは、炭素数1〜15のアルキル基、フェニル基及びベンジル基からなる群より選ばれる一種を示す。)で表されるトリシロキシ単位(T)を含み、かつ−OR(式中、Rは、炭素数1〜15のアルキル基、フェニル基及びベンジル基からなる群より選ばれる一種を示す。)を有する、室温で液状のポリシルセスキオキサンと、(C)縮合反応触媒と、を含有する、縮合反応型シリコーン組成物。
2.(A)成分の軟化点が40〜150℃である、前記項1に記載の縮合反応型シリコーン組成物。
3.(B)成分の粘度が5〜10000mPa・s/25℃である、前記項1又は2に記載の縮合反応型シリコーン組成物。
4.更に(D)無機フィラーを含有する、前記項1〜3のいずれか1項に記載の縮合反応型シリコーン組成物。
5.前記項1〜4のいずれか1項に記載の縮合反応型シリコーン組成物の硬化物。
本発明の縮合反応型シリコーン組成物は、ハンドリング性及び透明性が良好であり、また、保存安定性及び初期硬化性に優れる。また、その硬化物は、耐熱性及び透明性が良好であるため、長時間の加熱後においても質量減少率が小さく、透明性が殆ど低下しない。また、該硬化物は耐クラック性及び耐ボイド性も良好であるため、長時間の加熱後も亀裂又は微細な気泡を生じ難い。また、該硬化物は強靭な接着性を有する点も特筆すべきである。
本発明の縮合反応型シリコーン組成物は、そのように多くの利点を有するため、例えば接着剤、封止剤、コーティング剤、シーラント及び塗料等の幅広い用途に供し得る。具体的には、ケイ素、アルミニウム、鉄、金、銀、銅等の同種ないし異種の金属同士を接合するための金属用接着剤として利用可能である。また、本発明の縮合反応型シリコーン組成物は、UV−LED、レーザー及び受光素子を含む光半導体素子、並びにパワーモジュール、温度センサー等の封止剤ないしダム剤としても利用可能である。さらに、本発明の縮合反応型シリコーン組成物は、ガラス又はプラスチック製のレンズ、透明窓等を支持体に接合するための光学接着剤等として利用することができるだけでなく、電子基板等の防湿コーティング剤、抵抗器等のケース材料等としても利用可能である。
本発明の縮合反応型シリコーン組成物(以下、単に「本発明の組成物」ともいう。)は、所定の(A)固体状ポリアルキルシルセスキオキサン(以下、「(A)成分」ともいう。)、所定の(B)液状ポリアルキルシルセスキオキサン(以下、「(B)成分」ともいう。)、及び(C)縮合反応触媒(以下、「(C)成分」ともいう。)を含有する組成物である。
上記「室温」とは20±15℃を意味し、「固体状」とは全く流動性を有しない、通常のいわゆる固体状態を意味し、「液状」とは流動性を有する状態を指し、例えば粘度が1000000mPa・s/25℃以下である状態を意味する。なお、粘度は、E型粘度計を用いて測定した値である。
(A)成分は、RSiO3/2(式中、Rは、前記に同じ。)で表されるトリシロキシ単位(T)を含み、かつ水酸基を有する、室温で固体状のポリシルセスキオキサンである。
で示される炭素数1〜15のアルキル基としては、例えば、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、n−デシル基等の直鎖状アルキル基;イソプロピル基、イソブチル基、イソペンチル基、イソヘキシル基、イソデシル基等の分岐鎖状アルキル基、及びシクロヘキシル基等の環状アルキル基が挙げられる。Rで示されるフェニル基及びベンジル基、並びに前記のシクロヘキシル基等の環状アルキル基は、各環上の少なくとも一つの水素が前記炭素数1〜15のアルキル基で置換されていてもよい。但し、Rは、イソシアネート基、チオール基、アミノ基、エポキシ基、酸無水物基、及びビニル基等の反応性官能基を含まない。
は、T1構造[RO−Si(R)(OR)−O−]、T2構造[−(R)Si(OR)(O−)−O−]及びT3構造[−(R)Si(O−)−O−]に小別できる。それらの比率は特に限定されず、モル比で、通常、T1:T2:T3=0〜5:10〜40:90〜60程度であり、T2構造及びT3構造だけを含むことが好ましい。この場合のT2構造とT3構造との比率はT2:T3=20〜30:80〜70程度である。各構造は、例えば、(A)成分の29Si−NMRスペクトルを測定することにより特定可能である。
(A)成分に占めるTの割合は特に限定されない。本発明の所期の効果のバランス、特に本発明の組成物の相溶性及び硬化性等、並びに硬化物の強度、接着性、耐クラック性及び耐ボイド性等のバランスを考慮すると、(A)成分に占めるTの割合は、通常90モル%以上、好ましくは95モル%、より好ましくは100モル%である。また、(A)成分が室温で固体状を保つ限りにおいて、他の単位(モノシロキシ単位(M)、ジシロキシ単位(D)、又はテトラシロキシ単位(Q))を若干量含んでもよい。かかる他の単位の比率は特に限定されず、通常10モル%未満、好ましくは5モル%未満である。
(A)成分の構造は、具体的には、下記平均単位式によって表現することもできる。
(RSiO3/2[R SiO(4−a)/2
前記式中、0<a≦3であり、0<xであり、0≦yであり、かつx+y=1である。好ましくは、x=1であり、y=0である。
(A)成分は、分子末端にシラノール基由来の水酸基を含む。該水酸基の含有量は特に限定されず、(A)成分全量に対して通常1〜10wt%程度である。該水酸基の含有量が1wt%以上であることにより硬化物の強度及び接着性等がより一層良好になり、また、10wt%以下であることにより硬化反応に伴う脱離成分量が低減し、硬化物の耐クラック性及び耐ボイド性がより一層良好になる。かかる観点より、該水酸基の含有量は好ましくは2〜5wt%程度である。
(A)成分は、各種公知の方法で製造することができる。以下、(A)成分の製造例の一例を下記に示す。
(A)成分の出発原料であるトリアルコキシシラン(a1)(以下、「(a1)成分」ともいう。)は、一般式:XSi(OX(式中、Xは同一又は異なって、炭素数1〜15のアルキル基、フェニル基、ベンジル基、水酸基又はハロゲン原子を示す。)で表される。該ハロゲン原子としては、フッ素原子及び塩素原子等が挙げられる。該炭素数1〜15のアルキル基としては前記したものが挙げられる。なお、Xは、前記反応性官能基を含まない。
(a1)成分の具体例としては、例えば、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−プロピルトリエトキシシラン、n−ヘキシルトリメトキシシラン、n−ヘキシルトリエトキシシラン、n−オクチルトリエトキシシラン、n−デシルトリメトキシシラン、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、3−ヒドロキシプロピルトリエトキシシラン、トリクロロメトキシシラン、トリクロロエトキシシラン、(3,3,3−トリフルオロプロピル)トリメトキシシラン等が挙げられる。中でもメチルトリメトキシシランが好ましく、メチルトリメトキシシランを用いることにより、(A)成分と(B)成分との反応性が良好となり、本発明の所期の効果のバランス、耐熱性、透明性及び耐ボイド性のバランスが特に良好となる。
(A)成分は、(a1)成分を加水分解反応及び縮合反応させることにより得ることができる。
加水分解反応の条件は特に限定されず、反応温度は通常25〜90℃程度、及び反応時間は通常30分〜10時間程度である。反応系に加える水の使用量は特に限定されず、通常は、[水のモル数/(a1)成分に含まれるOX基のモル数]が0.3〜1程度となる範囲である。
加水分解反応の際、各種公知の触媒を使用することができる。触媒として、具体的には、ギ酸、酢酸、塩酸、硫酸、硝酸、p−トルエンスルホン酸、リン酸及び陽イオン交換樹脂等の酸性触媒;水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ−5−エン、テトラメチルアンモニウムヒロドキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、ピリジン等の塩基性触媒が挙げられる。触媒の使用量は特に限定されず、通常、(a1)成分100質量部に対して0.001〜1質量部程度である。
加水分解反応の際、各種公知の溶剤を使用してもよい。溶媒として、具体的には、ベンゼン、トルエン、キシレン、n−ヘキサン、n−ヘプタン等の炭化水素系溶媒;メタノール、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノール等のアルコール系溶媒;エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等のエーテル系溶媒;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒;アセトン、2−ブタノン、メチル−iso−ブチルケトン等のケトン系溶媒;アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン等が挙げられる。
加水分解反応で得られた加水分解物は、更に縮合反応させることによって、水酸基同士の間、或いは水酸基と残存−OX基との間にシロキサン結合が生じ、目的の(A)成分を与える。縮合反応条件は特に限定されず、反応温度は通常40〜150℃程度、反応時間は通常1〜12時間程度である。該縮合反応は前記溶剤中で実施することができる。なお、本発明の組成物は無溶剤タイプであるのが好ましいため、前記溶剤は加水分解及び縮合反応の後に、各種公知の手段で(A)成分より除去するのが望ましい。
(A)成分の物性は特に限定されない。本発明の所期の効果のバランスを考慮すると、軟化点(JIS K5903に規定された条件で測定した軟化点。以下、軟化点というときは同様である。)が、通常40〜150℃程度、好ましくは50〜130℃程度、より好ましくは60〜120℃程度であるのがよい。(A)成分の軟化点がかかる範囲にあると、本発明に係る硬化物の機械物性がより一層良好となる。その重量平均分子量も特に限定されず、通常2000〜10000程度、好ましくは3000〜7000程度である。(A)成分の重量平均分子量が2000以上であることにより、本発明に係る組成物を加熱硬化させる際の低分子量成分の揮散又はブリードアウトが一段と抑制される。また、(A)成分の重量平均分子量が10000以下であることにより、本発明の組成物の相溶性がより良好となり、また、糸引きが抑制される等、作業性もより一層良好になる。
(A)成分の形状は特に限定されず、フレーク状、パウダー状、半固体状等であってよい。(A)成分の市販品としては、例えば、信越化学工業(株)製のKR−220L及びKR−220LP、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン製のYR3370等が挙げられる。
(B)成分は、RSiO3/2(式中、Rは、炭素数1〜15のアルキル基、フェニル基及びベンジル基からなる群より選ばれる一種を表す。)で表されるトリシロキシ単位(T)を含み、かつ−OR(式中、Rは、炭素数1〜15のアルキル基、フェニル基及びベンジル基からなる群より選ばれる一種を表す。)を有する、室温で液状のポリシルセスキオキサンである。なお、前記RSiO3/2のRと、前記−ORのRとは、同一であっても異なっていてもよい。
各Rを構成する炭素数1〜15のアルキル基、フェニル基及びベンジル基は、Rを構成するそれらと同様であり、いずれも前記反応性官能基を含まない。
は、前記Tと同様にT1構造[RO−Si(R)(OR)−O−]、T2構造[−(R)Si(OR)(O−)−O−]及びT3構造[−(R)Si(O−)−O−]に小別でき、それらの比率も特に限定されない。各構造は、例えば、(B)成分の29Si−NMRスペクトルを測定することにより特定可能である。
(B)成分に占めるTの割合は特に限定されない。本発明の所期の効果のバランス、特に本発明の組成物の相溶性、ハンドリング性及び硬化性等、並びに硬化物の強度、接着性、耐クラック性及び耐ボイド性等のバランスを考慮すると、(B)成分に占めるTの割合は、通常65〜100モル%程度、好ましくは95〜100モル%である。
(B)成分は、室温で液状を保つ限りにおいて、他の単位(モノシロキシ単位(M)、ジシロキシ単位(D)、又はテトラシロキシ単位(Q))を含んでもよい。それらの他の単位の比率は、通常0〜35モル%程度、好ましくは0〜5モル%である。
(B)成分の構造は、具体的には、下記平均単位式によって表現することもできる。
(RSiO3/2x’[R SiO(4−b)/2y’
前記式中、0<b≦3であり、0<x’であり、0≦y’であり、かつx’+y’=1である。好ましくは、x’=1であり、y’=0である。
なお、(B)成分における水酸基の含有量は実質的に0wt%である。−ORの含有量は、例えばH−NMRスペクトルに基づいて求めることができ、(B)成分全量に対して、通常、15〜45wt%程度である。
(B)成分は、各種公知の方法で製造することができる。以下、(B)成分の製造例の一例を下記に示す。
(B)成分の出発原料の一つであるトリアルコキシシラン(b1)(以下、「(b1)成分」ともいう。)は、一般式:XSi(OX(式中、Xは同一又は異なって、炭素数1〜15のアルキル基、フェニル基、ベンジル基、水酸基又はハロゲン原子を示す。)で表される。該ハロゲン原子、及び該炭素数1〜15のアルキル基としては前記したものが挙げられる。(b1)成分としては、前記(a1)成分として挙げたものを例示することができる。(b1)成分としてメチルトリメトキシシランが好ましい。(b1)成分としてメチルトリメトキシシランを用いることにより、(A)成分と(B)成分との反応性が一層良くなり、本発明の所期の効果のバランスが保たれるようになり、特に耐熱性、透明性及び耐ボイド性が一段と良好になる。
(B)成分の出発原料としては、他にも、(B)成分が室温で液状を保つ限りにおいて、前記D単位を与えるジアルコキシシラン(以下、「(b2)成分」ともいう。)、前記M単位を与えるモノアルコキシシラン(以下、「(b3)成分」ともいう。)、又は前記Q単位を与えるテトラアルコキシシラン(以下、「(b4)成分」ともいう。)を併用することができる。
(b2)成分は、一般式:(XSi(OX(式中、Xは前記と同様であり、同一又は異なっていてよい。)で表される。その具体例としては、例えば、ジメチルジメトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルメチルメトキシエトキシシラン等が挙げられる。(b1)成分に対する(b2)成分の使用量は特に限定されず、モル比として、通常、(b1):(b2)=65〜95:5〜35程度となる範囲である。
(b3)成分は、一般式:(XSiOX(式中、Xは前記と同様であり、同一又は異なっていてよい。)で表される。その具体例としては、例えば、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリエチルメトキシシラン、トリエチルエトキシシラン、トリ(n−プロピル)メトキシシラン、トリ(イソプロピル)メトキシシラン、トリ(n−プロピル)エトキシシラン、トリ(n−ブチル)メトキシシラン、トリ(イソブチル)メトキシシラン、トリ(イソブチル)エトキシシラン、ジメチルtert−ブチルメトキシシラン、ジメチルイソブチルメトキシシラン、ジメチルシクロペンチルメトキシシラン、ジメチルシクロヘキシルエトキシシラン等が挙げられる。(b1)成分に対する(b3)成分の使用量は特に限定されず、モル比として、通常、(b1):(b3)=65〜95:5〜35程度となる範囲である。
(b4)成分は、一般式:Si(OX(式中、Xは前記と同様であり、同一又は異なっていてよい。)で表される。その具体例としては、例えば、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラn−プロポキシシラン、テトラn−ブトキシシラン、テトラメトキシシラン、ジメトキシジエトキシシラン等のテトラアルコキシシラン等が挙げられる。(b1)成分に対する(b4)成分の使用量は特に限定されず、モル比として、通常、(b1):(b4)=65〜95:5〜35となる範囲である。
(B)成分は、(b1)成分、並びに必要に応じて(b2)成分、(b3)成分及び(b4)成分からなる群より選ばれる少なくとも一種を加水分解反応及び縮合反応させることにより得ることができる。
加水分解反応の条件は特に限定されず、反応温度は通常25〜90℃程度であり、及び反応時間は通常30分〜10時間程度である。反応系に加える水の使用量も特に限定されず、[水のモル数/〔(b1)成分〜(b4)成分に含まれる−OXの総モル数]が0.1〜1程度となる範囲である。
加水分解反応の際には、前記(a1)成分の加水分解反応で用いられる触媒及び溶剤をいずれも使用することができる。
加水分解反応で得られた加水分解物は、更に縮合させることによって、該分解物中の水酸基と残存−OX基との間にシロキサン結合が生じ、目的の(B)成分を与える。縮合反応条件は特に限定されず、反応温度は通常40〜150℃程度であり、反応時間は通常1〜12時間程度である。該縮合反応は前記溶剤中で実施することができる。なお、本発明の縮合反応型シリコーン組成物は無溶剤タイプであるのが好ましいため、前記溶剤は加水分解及び縮合反応後に各種公知の手段で(B)成分より除去するのが望ましい。
(B)成分の物性は特に限定されない。本発明の所期の効果を発揮させるためには、粘度を通常5〜10000mPa・s/25℃程度、好ましくは5〜5000mPa・s/25℃程度、より好ましくは5〜2000mPa・s/25℃程度にするのがよい。なお、本発明の組成物は加熱硬化型であるが、室温硬化型のシリコーン組成物については23℃で粘度を測定することもある。その場合1つの実施形態において501〜10000mPa・s/23℃以上であることが好ましい。(B)成分の粘度が当該範囲にあることで、本発明の組成物の塗布作業性及び形状維持性のバランスが一段と良好になる。また、その重量平均分子量も特に限定されない。前記と同様の観点より、(B)成分の重量平均分子量は、通常500〜9000程度、好ましくは700〜8000程度である。(B)成分の重量平均分子量が500以上であることにより、本発明の組成物を加熱硬化させる際の低分子量成分の揮散又はブリードアウトがより一層抑制される。また、(B)成分の数平均分子量が9000以下であることにより、本発明の組成物の相溶性がより良好となり、また、糸引きが抑制される等、作業性もより一層良好になる。
(B)成分の市販品としては、例えば、旭化成ワッカーシリコーン株式会社製のMSE100、信越化学工業株式会社製のKC−89S及びKR−500、多摩化学工業(株)製のMTMS−A等が挙げられる。
(A)成分と(B)成分との配合比率は特に限定されない。本発明の組成物のハンドリング性、本発明の硬化物の硬度、強靭性及び耐ボイド性等の観点より、(A)成分に含まれる水酸基のモル数(MOH)と、(A)成分に含まれる−OR及び(B)成分に含まれる−ORの合計モル数(MOR)との比(MOR/MOH)が、通常0.1〜20程度、好ましくは5〜20程度、より好ましくは8〜15程度の範囲となるように(A)成分と(B)成分とを配合する。該比率が0.1以上であると、本発明の組成物を硬化させる際の脱泡性が一層良好となり、また、これを塗布する際に糸引きが生じ難くなる等、作業性もより一層良好となる。また、該比率が20以下であると、本発明の組成物の接着性が一層良好となり、また、硬化物にクラック又はボイドも一層生じ難くなる。
(A)成分と(B)成分との固形分質量比も特に限定されない。本発明の組成物のハンドリング性、本発明の組成物の相溶性及び塗布作業性等、並びに硬化物の硬度、強靭性及び耐ボイド性等の観点より、固形分質量比は、(A)成分100質量部に対して(B)成分が通常30〜120質量部程度、好ましくは40〜110質量部程度となる範囲である。
(C)成分としては、各種公知の縮合反応触媒を使用することができる。縮合反応触媒として、具体的には、マグネシウム、アルミニウム、錫、亜鉛、鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、セリウム及びチタン等の金属の化合物が挙げられる。該化合物としては、本発明の組成物のポットライフ、本発明の硬化物の色調又は透明性等を考慮すると、チタン化合物、錫化合物、亜鉛化合物及びジルコニウム化合物からなる群より選ばれる一種が好ましく、特に錫化合物及び/又はジルコニウム化合物が好ましい。
前記チタン化合物としては、例えば、チタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)、テトラエトキシチタン、テトラn−プロポキシチタン、テトラn−ブトキシチタン、ジイソプロポキシ−ビス(アセト酢酸エチル)チタン、ジイソプロポキシ−ビス(アセト酢酸メチル)チタン、ジイソプロポキシ−ビス(アセチルアセトン)チタン、ジn−ブトキシ−ビス(アセト酢酸エチル)チタン、ジメトキシ−ビス(アセト酢酸エチル)チタン等が挙げられる。
前記錫化合物としては、例えば、ジn−ブチルスズメトキシド、ジn−ブチルスズジアセテート、ジn−ブチルスズジオクテート、ジn−ブチルスズジラウレート、ジn−オクチルスズジアセテート、ジn−オクチルスズマレエート、ジn−ブチルスズオキシアセテート、ジn−ブチルスズオキシオクチレート、ジn−ブチルスズオキシラウレート、ジn−ブチルスズビスメチルマレート、ジn−ブチルスズオキシオレエート、またはn−ジブチルスズマレートポリマー、ジn−オクチルスズマレートポリマー、モノn−ブチルスズトリス(2−エチルヘキサノエート)及びジn−ブチルスズビス(アセチルアセトナト)等が挙げられる。
前記亜鉛化合物としては、例えば、亜鉛アセテート、亜鉛アセチルアセテート、2−エチルヘキサン酸亜鉛、オクチル酸亜鉛、ネオデカン酸亜鉛、ラウリン酸亜鉛、ステアリン酸亜鉛、ナフテン酸亜鉛、安息香酸亜鉛、p−tert−ブチル安息香酸亜鉛、亜鉛サリチレート、亜鉛(メタ)アクリレート、亜鉛アセチルアセトナト及び2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオネート亜鉛等が挙げられる。
前記ジルコニウム化合物としては、例えば、テトラアルキルジルコネート、ジルコニウムトリアルコキシモノナフテート、ジルコニウムトリアルコキシモノシクロプロパンカルボキシレート、ジルコニウムトリアルコキシシクロブタンカルボキレート、ジルコニウムトリアルコキシモノシクロペンタンカルボキシレート、ジルコニウムトリアルコキシモノシクロヘキサンカルボキシレート及びジルコニウムトリアルコキシモノアダマンタンカルボキシレート等が挙げられる。ここで、アルキルの好ましい例としては、炭素数1〜18の直鎖状又は分岐鎖状アルキルが挙げられ、アルコキシの好ましい例としは、炭素数1〜18の直鎖状又は分岐鎖状アルキルオキシが挙げられる。
(C)成分の使用量は特に限定されない。本発明の組成物の貯蔵安定性及び硬化性、並びに硬化物の耐黄変性等の観点より、(C)成分の使用量は、(A)成分及び(B)成分の合計100質量部に対して、通常0.001〜10質量部程度、好ましくは0.01〜5質量部程度、より好ましくは0.1〜1質量部程度となる範囲である。なお、本発明の組成物においては(C)成分の使用量が0.1質量部未満、すなわち、0.001〜0.099質量部の場合であっても所期の効果を達成することができる。
本発明の組成物には、例えば本発明の硬化物の耐クラック性を向上させる目的で、各種公知の(D)無機フィラー(以下、「(D)成分」ともいう。)を含めることができる。(D)成分として、例えば、シリカ(コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ等)、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化アルミニウム、酸化セリウム及び酸化イットリウム等が挙げられる。中でも、シリカが好ましく、特にヒュームドシリカが好ましい。(D)成分の平均一次粒子径は特に限定されない。本発明の組成物の分散安定性、塗布作業性、チキソトロピー性(塗布後のダレ防止性)、並びに硬化物の耐クラック性及び透明性等の観点より、(D)成分の平均一次粒子径は、通常100μm以下、好ましくは5〜100nm程度、より好ましくは5〜30nm程度である。
(D)成分の使用量は特に限定されない。本発明の組成物の塗布作業性及びチキソトロピー性、並びに硬化物の透明性及び耐クラック性等の観点より、(D)成分の使用量は、(A)成分及び(B)成分の合計100質量部に対して、通常0.1〜20質量部程度、好ましくは0.5〜10質量部となる範囲である。
本発明の組成物には、必要に応じ、更に可塑剤、耐候剤、酸化防止剤、熱安定剤、滑剤、帯電防止剤、増白剤、着色剤、導電性高分子、導電性フィラー、離型剤、表面処理剤、粘度調節剤及びシランカップリング剤等の添加剤を配合することができる。また本発明の組成物は無溶剤タイプであるのが好ましいことから、1つの実施形態において、本発明の組成物は溶剤を含まない。
本発明の組成物の製造法は特に限定されない。通常、固体状の前記(A)成分と、(C)成分とを、液状の前記(B)成分に加え、必要により前記(D)成分及び添加剤を更に配合した上、それらを均質になるまで混合することにより、本発明の組成物を得ることができる。混合は、公知の手段により行うことができる。
こうして得られる組成物の物性は特に限定されない。ハンドリング性、封止剤として用いた場合の注型性等を考慮すると、粘度が通常5〜1000000mPa・s/25℃程度、好ましくは500〜500000mPa・s/25℃程度、より好ましくは1000〜200000mPa・s/25℃程度である。
本発明の硬化物は、本発明の組成物の縮合反応物である。硬化条件は特に限定されず、用途に応じて適宜設定すればよい。硬化温度は通常25〜200℃程度であり、及び硬化時間は通常30分〜5時間程度である。
以下、実施例及び比較例を通じて本発明を詳細に説明するが、これらによって本発明の範囲が限定されることはない。また、各例中、部は特記しない限り質量基準である。
製造例中、重量平均分子量は、ゲルパーメーションクロマトグラフィー法(使用装置: 東ソー株式会社製HLC−8220、カラム:東ソー株式会社製TSKgel αーM、展開溶媒:テトラヒドロフラン)によるポリスチレン標準物質の換算値である。
製造例中、H−NMRのシフト値は、VARIAN製400−MR(400MHz,CDCl)を用いて得た測定値である。
実施例中、粘度はE型粘度計(製品名「RE−80U」、東機産業株式会社製、ローターNo.1°34′×R24、ローター回転数5rpm)を用いて得た測定値である。
<(B)成分の製造>
製造例1
撹拌機、冷却管、温度計及び窒素導入管を備える反応装置に、メチルトリメトキシシラン136.2部及び水10.8部を仕込み、反応系を40℃に昇温した。次いでギ酸0.14部を仕込み、加水分解反応を開始した。反応開始後、反応熱により反応系の温度は62℃に達したが、その後40℃に降温したため、同温度で30分間保持した。その後、副生するメタノールを系外に除去しながら3時間かけて反応系を120℃に昇温した。次いで、同温度で1時間、縮合反応を行うことにより、CHSiO3/2で示されるトリシロキシ単位(x=1、y=0)を有する液状のポリシルセスキオキサン(B−1)を得た。(B−1)成分の粘度は20mPa・s/25℃、重量平均分子量は900であった。また、H−NMRで測定された残存メトキシ基(δ3.2−3.8)のピーク強度より算出した含有量(以下、「残存メトキシ基含有量」と略す。)は約32wt%であった。
製造例2
水の仕込み量を16.2部にした以外は製造例1と同様にして、CHSiO3/2で示されるトリシロキシ単位(x=1、y=0)を有する液状のポリシルセスキオキサン(B−2)を得た。(B−2)成分の粘度は350mPa・s/25℃、重量平均分子量2500、残存メトキシ基含有量は約24wt%であり、残存水酸基のピークは認められなかった。
製造例3
メチルトリメトキシシラン136.2部、ジメチルジメトキシシラン51.5部、及び水27.8部にした以外は製造例1と同様にして、(CH1.3SiO1.35を平均シロキシ単位(x’=0.7、y’=0.3、b=2)として有するポリシルセスキオキサン(B−3)を得た。(B−3)成分の粘度は1600mPa・s/25℃、重量平均分子量7000、残存メトキシ基含有量は約19wt%であり、残存水酸基のピークは認められなかった。
<縮合反応型シリコーン組成物の製造>
実施例1
(A)成分として室温で固体状のポリシルセスキオキサン(商品名「KR220L」、信越化学工業(株)製、フレーク状、R=メチル基、シラノール基由来水酸基含有量3wt%、T単位100モル%、軟化点67℃)50部と、(B)成分として(B−1)成分50部と、(C)成分としてジルコニウムキレート(マツモトファインケミカル株式会社製、ZC−700(ジルコニウムテトラアセチルアセトネート20%溶液))0.3部と、(D)成分として市販のヒュームドシリカ(商品名「AEROSIL RX200」、日本アエロジル(株)製、平均一次粒子径12nm)5.5部とを室温でよく混合し、均質で透明な縮合反応型シリコーン組成物1(6000mPa・s/25℃)を得た。
実施例2
(B)成分として前記(B−2)成分50部を使用した以外は実施例1と同様にして、均質で透明な縮合反応型シリコーン組成物2(8000mPa・s/25℃)を得た。
実施例3
(B)成分として前記(B−3)成分50部を使用した以外は実施例1と同様にして、均質で透明な縮合反応型シリコーン組成物3(5000mPa・s/25℃)を得た。
実施例4
(C)成分としてジn−オクチル錫0.1部を使用した以外は実施例1と同様にして、均質で透明な縮合反応型シリコーン組成物4(6000mPa・s/25℃)を得た。
実施例5
(C)成分としてチタンキレート(マツモトファインケミカル株式会社製、TC−710 チタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)63%溶液)0.1部を使用した以外は実施例1と同様にして、均質で透明な縮合反応型シリコーン組成物5(6000mPa・s/25℃)を得た。
実施例6
(D)成分を使用しなかった以外は実施例1と同様にして、均質で透明な縮合反応型シリコーン組成物6(1000mPa・s/25℃)を得た。
実施例7
(A)成分として室温で固体状のポリシルセスキオキサン(商品名「Z−6018」、Dow Corning Corp.製、フレーク状、R=フェニル基およびn−プロピル基、シラノール基由来水酸基含有量6wt%、T単位100モル%、軟化点40℃)40部と、(B)成分として室温で液体状のポリシルセスキオキサン(商品名「MSE−100」、Wacker Chemie AG製、R=メチル基、粘度30mPa・s/25℃、アルコキシ基含有量32wt%)60部とを130℃でよく混合し、均質な無色透明の液体を得た。次いでそこへ(C)成分としてZC−700を0.3部加えて、室温でよく混合し、均質で透明なダイボンディング剤7(2300mPa・s/25℃)を得た。
実施例8
(A)成分としてKR−220Lを50部と、(B)成分として室温で液体状のポリシルセスキオキサン(商品名「X−40−9227」、信越化学工業(株)製、R=メチル基およびフェニル基、粘度20mPa・s/25℃、アルコキシ基含有量15wt%)50部とを130℃でよく混合し、均質な無色透明の液体を得た。次いでそこへ、(C)成分としてZC−700を0.8部、及び(D)成分としてAEROSIL RX200を3.0部加えて、室温でよく混合し、均質で透明なダイボンディング剤8(8000mPa・s/25℃)を得た。
実施例9
(A)成分としてZ−6018を60部と、(B)成分としてX−40−9227を40部とを130℃でよく混合し、均質な無色透明の液体を得た。次いでそこへ、(C)成分としてZC−700を3.0部加えて、室温でよく混合し、均質で透明なダイボンディング剤9(4100mPa・s/25℃)を得た。
比較例1
(A)成分として室温で固体状のポリシルセスキオキサン(商品名「SILRES MK」、旭化成ワッカーシリコーン(株)製、R=メチル基、シラノール基由来水酸基含有量0wt%)50部と、前記(B−1)成分50部と、ジルコニウムキレート(マツモトファインケミカル株式会社製、ZC−700(ジルコニウムテトラアセチルアセトネート20%溶液))0.3部と、AEROSIL RX200 5.5部とを室温でよく混合し、均質で透明な縮合反応型シリコーン組成物イ(5000mPa・s/25℃)を得た。
比較例2
(B−1)成分100部、ジルコニウムキレート0.3部、及びAEROSIL RX200 5.5部を室温でよく混合し、均質で透明な縮合反応型シリコーン組成物ロ(4000mPa・s/25℃)を得た。
比較例3
(A)成分としてKR220L 50部と、(B)成分として(B−1)成分50部と、(D)成分としてAEROSIL RX200 5.5部とを室温でよく混合し、均質で透明な縮合反応型シリコーン組成物ハ(6000mPa・s/25℃)を得た。
<硬化物の作製1>
実施例1で得られた縮合反応型シリコーン組成物1を、テフロン(登録商標)コーティングされた円形金属枠(直径5cm、高さ2mm)に注入し、120℃の乾燥炉で1時間硬化させたのち、150℃の乾燥炉で3時間硬化させることにより、硬化物1(試験片)を作製した。
Figure 2017122762
(1)保存安定性
上記縮合反応型シリコーン組成物1を、25±1℃、50±10%RHの条件で静置し、以下の基準でポットライフを評価した。
5:粘度が初期値の125%以上になるまでの時間が48時間以上
3:粘度が初期値の125%以上になるまでの時間が12時間以上48時間未満
1:粘度が初期値の125%以上になるまでの時間が12時間未満
(2)初期硬化性
上記硬化物1の硬度を、高分子計器(株)製のショア硬度計D型を用いて測定することにより、実施例1に係る縮合反応型シリコーン組成物1の初期硬化性を以下の基準で評価した。
5:40以上
3:20以上40未満
1:20未満
(3)耐熱性
<初期耐熱性>
上記硬化物1の質量減少率を下記計算式に基づいて計算し、その以下に示す基準で初期耐熱性を再評価した。
(式)加熱後の質量減少率(%)=100−(硬化物1の質量/縮合反応型シリコーン組成物1の質量)×100
5:15%未満
3:15%以上25%未満
1:25%以上
<加熱後の耐熱性>
上記硬化物1を、更に200℃の乾燥炉で1000時間加熱することにより硬化物2を得た。次いで、その質量減少率を下記計算式に基づいて計算し、以下の基準で耐熱性を再評価した。
(式)加熱後の質量減少率(%)=100−(硬化物2の質量/硬化物1の質量)×100
5:5%未満
3:5%以上7.5%未満
1:7.5%以上
(4)透明性
上記硬化物1の波長400nmにおける平行線透過率を、(株)島津製作所製分光光度計 UV−MINI−1240を用いて測定し、以下の基準で透明性を評価した。
5:75%以上
3:65%以上75%未満
1:65%未満
(5)耐クラック性
上記硬化物1について、耐クラック性を以下の基準で目視評価した。
5:クラックなし
1:クラックあり
(6)耐ボイド性
上記硬化物1について、耐ボイド性を以下の基準で目視評価した。
5:気泡なし
1:気泡あり
(7)曲げ強度
上記硬化物1の曲げ強度を、(株)島津製作所製のオートグラフAGS−10kNDを用いて測定し、柔軟性と強度とのバランスを以下の基準で評価した。
5:20MPa以上
3:10MPa以上20MPa未満
1:10MPa未満
(8)せん断強度
実施例1で得られた縮合反応型シリコーン組成物1を用いてシリコンチップ(2mm×2mm×1mm)をアルミニウム板にマウントし、乾燥炉で120℃、1時間の条件で加熱した後、更に150℃、3時間の条件で加熱した。次いで、接着層(硬化物)のせん断強度を、市販のボンドテスター(製品名「DAGE−SERIES−4000PXY)、Dage社製)を用いて室温(25℃)で測定し、以下の基準で評価した。
5:30N以上
3:15N以上30N未満
1:15N未満
他の実施例、及び比較例の各縮合反応型シリコーン組成物又はその硬化物についても同様にして、上記試験を実施した。
Figure 2017122762
(産業上の利用可能性)
表2で示すように、本発明の縮合反応型シリコーン組成物は、保存安定性及び初期硬化性に優れており、得られた硬化物は、耐熱性、透明性、耐クラック性、耐ボイド性、曲げ強度及びせん断強度において優れることが判った。特に、該組成物は、縮合反応型組成物であって反応過程で水又は低分子アルコールが副生するにも関わらず、その硬化物の耐ボイド性が良好である点は特筆すべきである。
本発明の縮合反応型シリコーン組成物は、そのように多くの利点を有するため、例えば接着剤、封止剤、コーティング剤、シーラント及び塗料等の幅広い用途に供し得る。
具体的には、上記初期硬化性、耐クラック性、曲げ強度及びせん断強度の結果より、該組成物は、ケイ素、アルミニウム、鉄、金、銀及び銅といった同種ないし異種の金属同士を接合するための金属用接着剤、並びに抵抗器等のケース材料として利用することができる。
また、上記初期硬化性、耐熱性、透明性、耐クラック性及び耐ボイド性の結果より、該組成物は、パワーモジュール及び温度センサーの封止剤、電子基板等の防湿コート剤としても利用することができる。
また、上記初期硬化性、耐熱性、透明性、耐クラック性、耐ボイド性、曲げ強度及びせん断強度の結果より、該組成物は、ガラス又はプラスチック製のレンズ、透明窓等を支持体に接合するための光学接着剤、LED等の光学素子のパッケージ材料、UV−LED、レーザー、受光素子を含む光半導体素子の封止剤又はダム材料としても利用することができる。

Claims (5)

  1. (A)RSiO3/2(式中、Rは、炭素数1〜15のアルキル基、フェニル基及びベンジル基からなる群より選ばれる一種を示す。)で表されるトリシロキシ単位(T)を含み、かつ水酸基を有する、室温で固体状のポリシルセスキオキサンと、
    (B)RSiO3/2(式中、Rは、炭素数1〜15のアルキル基、フェニル基及びベンジル基からなる群より選ばれる一種を示す。)で表されるトリシロキシ単位(T)を含み、かつ−OR(式中、Rは、炭素数1〜15のアルキル基、フェニル基及びベンジル基からなる群より選ばれる一種を示す。)を有する、室温で液状のポリシルセスキオキサンと、
    (C)縮合反応触媒と、
    を含有する、縮合反応型シリコーン組成物。
  2. (A)成分の軟化点が40〜150℃である、請求項1に記載の縮合反応型シリコーン組成物。
  3. (B)成分の粘度が5〜10000mPa・s/25℃である、請求項1又は2に記載の縮合反応型シリコーン組成物。
  4. 更に(D)無機フィラーを含有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の縮合反応型シリコーン組成物。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の縮合反応型シリコーン組成物の硬化物。
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