JPWO2019240122A1 - シリコーン硬化物の製造方法、シリコーン硬化物および光学用部材 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態のシリコーン硬化物の製造方法は、以下の硬化工程および加熱工程を有する。
硬化工程;付加型ポリオルガノシロキサン組成物を、密閉下、40℃以上200℃以下の温度でヒドロシリル化反応により硬化させて一次硬化物を得る工程
加熱工程;前記一次硬化物を、開放または減圧下、60℃以上160℃以下の温度で加熱する工程
硬化工程は、付加型ポリオルガノシロキサン組成物を、密閉下、40℃以上200℃以下の温度でヒドロシリル化反応により硬化させて一次硬化物を得る工程である。
本発明の実施形態のシリコーン硬化物の製造方法においては、上記で得られた一次硬化物を、加熱工程において、開放または減圧下、60℃以上160℃以下の温度で加熱する。該条件で加熱することで、一次硬化物が有する、揮発成分(Y)やその発生源、例えば、付加型ポリオルガノシロキサン組成物(X)を用いた場合の、炭素数1〜3のアルコキシ基や炭素数1〜3のアルキコキシ基に由来する炭素数1〜3のアルキル基を有する低分子化合物が除去される。さらに、一次硬化物が低分子シロキサン、例えば、ケイ素原子10個以下の環状シロキサン、を含有する場合には、加熱工程により、これも除去できる。
本実施形態の製造方法においては、上記硬化工程後、上記加熱工程に先立ち、一次硬化物を溶媒と接触させる工程を設けることが好ましい。なお、溶媒接触工程は加熱工程の後に行ってもよいが、溶媒接触工程の後に加熱工程を行うことで、加熱工程が溶媒の乾燥を兼ねることができるため好ましい。一次硬化物を溶媒と接触させることで、一次硬化物中に含有される揮発成分、例えば、炭素数1〜3のアルキコキシ基に由来する炭素数1〜3のアルキル基を有する化合物を溶媒中に抽出して除去することができる。接触の方法としては、浸漬による抽出等が挙げられる。
実施形態で使用される付加型ポリオルガノシロキサン組成物としては、アルケニル基含有ポリオルガノシロキサンと、ポリオルガノハイドロジェンシロキサンと、ヒドロシリル化反応触媒を含有する組成物であれば制限されないが、典型的には、含有成分のいずれかが炭素数1〜3のアルコキシ基を有する、付加型ポリオルガノシロキサン組成物(X)が用いられる。
(2)前記(1)の工程の後、水洗浄により酸およびアセトンを除去する工程。
(3)前記(2)の工程の後、アルカリを加えて加熱する工程。
(B)成分は、ケイ素原子に結合した水素原子(Si−H)を1個以上有し、Si−Hの含有量が5mmol/g以上であるポリオルガノハイドロジェンシロキサンである。(B)成分であるポリオルガノハイドロジェンシロキサンのSi−Hが(A)成分のアルケニル基とヒドロシリル化反応して一次硬化物が得られる。(B)成分の分子構造に特に限定はなく、例えば、直鎖状、環状、分岐状、三次元網目状などの各種のポリオルガノハイドロジェンシロキサンを使用することができる。(B)成分は1種を単独であるいは2種以上を組み合わせて使用することができる。
(C)成分であるヒドロシリル化反応触媒は、(A)成分中のアルケニル基と(B)成分中のSi−Hとの付加反応(ヒドロシリル化反応)を促進する触媒である。付加型ポリオルガノシロキサン組成物(X1)におけるヒドロシリル化反応触媒の含有量は、該ヒドロシリル化反応を促進できる量(触媒量)である。ヒドロシリル化反応触媒としては、ヒドロシリル化反応を促進するものであれば特に限定されない。白金系金属化合物が好ましいが、パラジウム、ロジウム、コバルト、ニッケル、ルテニウム、鉄等の金属系触媒も使用することができる。
本実施形態で使用される付加型ポリオルガノシロキサン組成物(X1)には、本発明の効果を損なわない限り、通常ポリオルガノシロキサン組成物に含有されるその他の成分が任意に配合されてもよい。その他の任意成分としては、難燃性付与剤、硬化反応抑制剤、無機充填剤などである。
本発明の実施形態のシリコーン硬化物は、150℃で16時間加熱した際の、炭素数1〜3のアルコールとその酸化物、および炭素数1〜3のアルキル基含有シラン化合物(揮発成分(Y))の合計発生量の含有量が10ppm以下である。さらに、実施形態のシリコーン硬化物は、低分子シロキサン、例えば、ケイ素原子10個以下の環状シロキサンの含有量が低減されていることが好ましい。
本発明の実施形態のシリコーン硬化物は、上記の優れた特性を有するため、光学用部材として使用することができる。実施形態のシリコーン硬化物は、例えば、LED装置のような発光装置における発光素子の封止材料や機能性レンズの材料等、光学用部材として好適である。特に、実施形態のシリコーン硬化物は、揮発成分ガスの発生が著しく低減されるので、密閉用途に使用される場合でも、揮発成分ガスによる光学用部材の曇りなどの悪影響が殆ど生じない。
M単位…………(CH3)3SiO1/2
Mvi単位…………(CH3)2(CH2=CH)SiO1/2
MH単位…………(CH3)2HSiO1/2
D単位…………(CH3)2SiO2/2
DH単位…………(CH3)HSiO2/2
Q単位…………SiO4/2
OE単位…………CH3CH2O1/2
テトラエトキシシラン970g(4.66mol)、クロロジメチルビニルシラン70g(0.58mol)、クロロトリメチルシラン335g(3.09mol)およびキシレン400gをフラスコにいれて撹拌し、その中に、水600gとアセトン300gとの混合液900gを滴下した。70〜80℃で1時間撹拌して加水分解を行った後、分液し、キシレン溶液を得た。次いで、得られたキシレン溶液に水500gを加えて水洗と分液を行い、キシレン溶液中のアセトンを水中に抽出した。そして、洗浄に用いた水が中性を示すまで、水洗と分液の操作を繰り返した。
テトラエトキシシラン970g(4.66mol)、クロロジメチルビニルシラン70g(0.58mol)、クロロトリメチルシラン335g(3.09mol)およびキシレン400gをフラスコにいれて撹拌し、その中に水600gを滴下した。70〜80℃で1時間撹拌し、加水分解を行った後、分液し、キシレン溶液を得た。次いで、得られたキシレン溶液を130℃まで加熱し、脱水および脱塩酸を行った。キシレン溶液が中性を示すまで前記操作を続けた。
トルエン500g、テトラエトキシシラン830g(4.0モル)およびジメチルクロロシラン760g(8.0モル)を仕込み、均一に溶解させた。これを、撹拌機、滴下装置、加熱・冷却装置および減圧装置を備えた反応容器に入れた過剰の水に、撹拌しながら滴下し、副生した塩酸の溶解熱を冷却により除去しつつ、室温で共加水分解と縮合を行った。得られた有機相を、洗浄水が中性を示すまで水で洗浄し、脱水した後、トルエンと副生したテトラメチルジシロキサンを、100℃/667Pa(5mmHg)で留去し、さらに150℃/667Pa(5mmHg)で加熱し、低分子量物質の除去を行い、液状のレジン状ポリメチルハイドロジェンシロキサンB1を得た。
平均式:MDH 50Mで表されるポリメチルハイドロジェンシロキサン1390g(0.44mol)と、オクタメチルシクロテトラシロキサン1406g(4.75mol)、およびヘキサメチルジシロキサン83g(0.51mol)を、活性白土25gとともにフラスコに入れて撹拌し、50〜70℃で6時間平衡化反応を行った。
(A1)成分として、分子鎖両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖された直鎖状のジメチルポリシロキサンA1−1(粘度80Pa・s、加熱減量1.5%)およびA1−2(粘度10Pa・s、加熱減量0.1%)を準備した。これらのポリマーについて、1H−NMR分析したが、いずれも炭素数1〜3のアルコキシ基は検出されなかった。なお、直鎖状ジメチルポリシロキサンA1−1と直鎖状ジメチルポリシロキサンA1−2の加熱減量は、レジン状ポリメチルハイドロジェンシロキサンB1における加熱減量の測定において、加熱条件を150℃で30分間の加熱から200℃で4時間の加熱に変更した以外は同様にして測定した値である。(A1)成分および上記で合成したポリマーの物性を表1に示す。
分子鎖両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖された直鎖状のジメチルポリシロキサンA1−1(粘度80Pa・s、加熱減量1.5質量%)65質量部(以下、単に部と示す。)と、合成例2で得られたレジン状メチルポリシロキサンA2−2(Mw1890、1分子中のビニル基数平均1.9個、OE/SiMe=0.026)のキシレン溶液(50質量%)70部とを混合し(混合の質量比は、不揮発分で(A1−1):(A2−2)=65:35)、減圧条件下150℃に加熱してキシレンを除去した。
内容積22mLのガラス製の密閉容器にシリコーン硬化物の2.5gを収容し、容器ごと150℃で16時間保持した。その後、密閉容器内のガスを採取して、ガスクロマトグラフィー質量分析法(GC/MS)で分析した。カラムには、HP−5ms(長さ30m×内径250μm×膜厚0.25μm、Agilent社製)を用いた。GC/MSの分析結果より、炭素数1〜3のアルコール並びにその酸化物および炭素数1〜3のアルキル基含有シラン化合物、具体的には、メタノール、エタノール、イソプロパノール、酢酸、トリメチルシラン、テトラメチルシラン、トリメチルシラノール、トリメチルエトキシシラン、酢酸トリメチルシランの合計量を算出し、シリコーン硬化物の単位質量あたりのこれらの化合物の質量濃度(ppm)を求め、揮発成分(Y)の合計発生量とした。
上記で得られたシリコーン硬化物の15gを内容積250mLのトールビーカー内に収容し、トールビーカー上部にガラス板でふたをして密封した。ガラス板上に冷却板を載置してガラス板を冷却しながら、トールビーカーを外部からヒーターによって130℃で4時間加熱する加熱試験を行った。加熱試験後、ガラス板を取り外し、次のようにガラス板の光沢度を測定した。光沢度は、ガラス板に垂直入射を0°として60°の入射角で測定した。光沢度の測定には、BYK−Gardner社製のmicro−TRI−glossを用いた。
(A1)成分として、両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖された直鎖状ジメチルポリシロキサンA1−1またはA1−2(粘度10Pa・s、加熱減量0.1質量%)、(A2)成分として、合成例1で得られたレジン状メチルポリシロキサンA2−1または合成例2で得られたレジン状メチルポリシロキサンA2−2、(B)成分として、合成例3で得られたレジン状ポリメチルハイドロジェンシロキサンB1または合成例4で得られた直鎖状ポリメチルハイドロジェンシロキサンB2、および(C)テトラメチルテトラビニルシクロテトラシロキサンを配位子として有する白金錯体溶液を、それぞれ表2に示す割合で配合し、実施例1と同様に混合して付加型ポリオルガノシロキサン組成物(X1)を調製した。
(A1)成分として、両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖された直鎖状ジメチルポリシロキサンA1−1またはA1−2、(A2)成分として、レジン状メチルポリシロキサンA2−1またはA2−2、(B)成分としてポリメチルハイドロジェンシロキサンB1またはB2、および(C)テトラメチルテトラビニルシクロテトラシロキサンを配位子として有する白金錯体溶液を、それぞれ表3に示す割合で配合し、実施例1と同様に混合して付加型ポリオルガノシロキサン組成物(X1)を調製した。
Claims (15)
- 付加型ポリオルガノシロキサン組成物を、密閉下、40℃以上200℃以下の温度でヒドロシリル化反応により硬化させて一次硬化物を得る硬化工程、および、
前記一次硬化物を、開放または減圧下、60℃以上160℃以下の温度で加熱する加熱工程、
を含むシリコーン硬化物の製造方法。 - 前記加熱工程の後に160℃を超える高温加熱の工程を有しない請求項1に記載シリコーン硬化物の製造方法。
- 前記加熱工程における加熱を10mmHg以下の減圧下で行う請求項1または2に記載のシリコーン硬化物の製造方法。
- 前記硬化工程の後に、前記一次硬化物を溶媒と接触させる溶媒接触工程をさらに有する請求項1〜3のいずれか1項に記載のシリコーン硬化物の製造方法。
- 前記付加型ポリオルガノシロキサン組成物は、炭素数1〜3のアルコキシ基を有する付加型ポリオルガノシロキサン組成物である請求項1〜4のいずれか1項に記載のシリコーン硬化物の製造方法。
- 前記付加型ポリオルガノシロキサン組成物は、
(A)(A1)一分子中に平均して2個以上のアルケニル基を有する直鎖状ポリオルガノシロキサンの50〜100質量%と、(A2)一分子中に平均して1.5個以上のアルケニル基を有するレジン状ポリオルガノシロキサンの50〜0質量%からなるポリオルガノシロキサン混合物と、
(B)ケイ素原子に結合した水素原子を5mmol/g以上含有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンを、(A)成分の前記アルケニル基に対する、前記ケイ素原子に結合した水素原子のモル比(前記ケイ素原子に結合した水素原子のモル数/前記アルケニル基のモル数)が1.0〜3.0となる量と、
(C)ヒドロシリル化反応触媒と
を含み、前記(A)ポリオルガノシロキサン混合物および前記(B)ポリオルガノハイドロジェンシロキサンの少なくとも一方が炭素数1〜3のアルコキシ基を有する、請求項1〜5のいずれか1項記載のシリコーン硬化物の製造方法。 - 前記(A)ポリオルガノシロキサン混合物は、炭素数1〜3のアルコキシ基を有し、前記(A)ポリオルガノシロキサン混合物中のアルケニル基以外の炭化水素基に対する前記炭素数1〜3アルコキシ基のモル比(前記炭素数1〜3のアルコキシ基のモル数/前記炭化水素基のモル数)が0.001以上0.025以下である請求項6に記載のシリコーン硬化物の製造方法。
- 前記(A2)レジン状ポリオルガノシロキサンは、
シロキサン単位が、式1:R4 3SiO1/2で表される1官能型シロキサン単位と、式2:R4 2R5SiO1/2表される1官能型シロキサン単位と、式4:SiO4/2で表される4官能型シロキサン単位とからなり、前記式1、2中、R4は、非置換のアルキル基であり、複数のR4は異なっていてもよく、前記式2中、R5はアルケニル基であり、前記(A2)の1分子中に存在するアルケニル基の数は平均して1.5個以上であり、かつ
ケイ素原子に結合した炭素数1〜3のアルコキシ基を有し、
前記(A2)レジン状ポリオルガノシロキサン中の非置換のアルキル基に対する前記炭素数1〜3のアルコキシ基のモル比(前記炭素数1〜3のアルコキシ基のモル数/前記非置換のアルキル基のモル数)が0.005以上0.030以下である請求項6または7に記載のシリコーン硬化物の製造方法。 - 前記(B)ポリオルガノハイドロジェンシロキサンは炭素数1〜3のアルコキシ基を有し、
前記(B)ポリオルガノハイドロジェンシロキサン中の前記ケイ素原子に結合した水素原子に対する前記炭素数1〜3のアルコキシ基のモル比(前記炭素数1〜3のアルコキシ基のモル数/前記ケイ素原子に結合した水素原子のモル数)が0.01以上0.15以下である請求項6〜8のいずれか1項に記載のシリコーン硬化物の製造方法。 - 150℃で16時間加熱した際の、炭素数1〜3のアルコールおよびその酸化物、並びに炭素数1〜3のアルキル基含有シラン化合物の合計発生量が10ppm以下であるシリコーン硬化物。
- 請求項1〜9いずれか1項に記載の製造方法によって得られる請求項10記載のシリコーン硬化物。
- 請求項10または11記載のシリコーン硬化物からなる光学用部材。
- 光源用レンズまたは光源用カバーである請求項12に記載の光学用部材。
- 前記光源は、屋内または屋外用照明、公共輸送機関の読書灯並びにアクセント照明、およびLED街路灯から選ばれる少なくとも1種である請求項13に記載の光学用部材。
- 一次または二次のLED用レンズ、肉厚光学レンズ、LED用リフレクター、自動車用LEDマトリクスライティングレンズ、オーグメンテッドリアリティ(拡張現実感)用光学部材、LEDチップ用シリコーン光学ヘッド、作業ライト用レンズ並びにリフレクター、スマートフォンまたはタブレット用の照明光学部材、コンピュータまたはテレビジョン用のLEDディスプレイ、およびライトガイドから選ばれる少なくとも1種である請求項12に記載の光学用部材。
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