KR100776113B1 - 실리콘 조성물 및 그로부터 제조된 도전성 실리콘 접착제 - Google Patents

실리콘 조성물 및 그로부터 제조된 도전성 실리콘 접착제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘 접착제 제조용 실리콘 조성물에 관한 것으로서, 상기 조성물은 (A) 분자당 평균 둘 이상의 규소-결합 하이드록시 그룹을 함유하는 오르가노폴리실록산; (B) (i) 화학식 R2 nSiX4-n을 갖는 하나 이상의 실란(식에서 각각의 R2는 탄소수 1 내지 8의 1가 탄화수소 및 할로겐화 1가 탄화수소로부터 독립적으로 선택되고, n은 0 또는 1이고, X는 -OR2- 또는 -OCH2CH2OR2 이다), (ⅱ) 상기 성분 (i)의 부분 가수분해물, 및 (ⅲ) 상기 성분 (i)과 (ⅱ)를 포함하는 혼합물로부터 선택되는, 조성물을 경화시키기에 충분한 양의 가교제; (C) 은, 금, 백금, 팔라듐 및 이들의 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 금속으로 이루어진 외면을 적어도 갖는 입자를 포함하며, 실리콘 접착제에 도전성을 부여하기에 충분한 양의 도전성 충전제; (D) 조성물의 경화를 실질적으로 억제하지 않으며, 분자량이 1000 이하이고, 분자당 하나 이상의 하이드록시기를 함유하는 유효량의 하이드록시-관능성 유기화합물; 및 (E) 카르복실산의 금속염을 포함하는 촉매량의 축합 촉매를 혼합하여 제조된다. 본 발명은 또한 실리콘 접착제와 멀티-파트 경화성 실리콘 조성물을 제공한다.

Description

실리콘 조성물 및 그로부터 제조된 도전성 실리콘 접착제{SILICONE COMPOSITION AND ELECTRICALLY CONDUCTIVE SILICONE ADHESIVE FORMED THEREFROM}
본 발명은 실리콘 접착제용 경화성 실리콘 조성물, 보다 상세하게는 도전성 충전제 및 하이드록시 관능성 유기화합물 함유 축합-경화성 실리콘 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 조성물로부터 제조된 도전성 실리콘 접착제에 관한 것이다.
실리콘 접착제는 높은 열안정성, 양호한 내수성, 우수한 유연성, 높은 이온순도, 낮은 알파 입자 방출성, 그리고 다양한 기재에 대한 양호한 접착성과 같은 그들 특유한 특성의 조합으로 인하여 다양한 용도에 유용하다. 예를 들어, 실리콘 접착제는 자동차, 전자, 건축, 가전 및 항공 산업에 광범위하게 이용된다.
규소-결합 하이드록시 그룹을 함유하는 오르가노폴리실록산, 가교제 및 경화촉매를 포함하는 축합-경화성 실리콘 조성물이 당업계에 알려져 있다. 이러한 조성물의 예로는 미국특허 제3,769,064호; 제2,902,467호; 제2,843,555호; 제2,927,907호; 제3,065,194호; 제3,070,559호; 제3,127,363호; 제3,070,566호; 제3,305,502호; 제3,575,917호; 제3,696,090호; 제3,702,835호; 제3,888,815호; 제3,933,729호; 제4,388,433호; 제4,490,500호; 제4,547,529호; 제4,962,152호; 및 유럽특허출원 제0816437A2호가 있다. 그러나, 전술한 참조문헌은 본 발명의 도전성 충전제 및 하이드록시-관능성 유기화합물을 교시하고 있지 않다.
또한, 일본특허출원공개 제8-302196호는 실란올그룹-함유 오르가노폴리실록산, 가수분해성 오르가노규소 화합물, 실리콘 화합물로 표면처리된 은 입자 또는 은 피복 입자로 이루어진 도전성 충전제 및 경화 촉매를 포함하는 실리콘 조성물을 개시하고 있다. 그러나, 상기 선행 특허출원은 본 발명의 하이드록시-관능성 유기화합물을 교시하고 있지 않다.
본 발명자들은 도전성 충전제 및 하이드록시-관능성 유기화합물을 함유한 축합-경화성 실리콘 조성물이 경화하여 예상치 못한 우수한 도전성을 갖는 접착제를 형성한다는 것을 발견하였다.
구체적으로, 본 발명은 실리콘 접착제를 제조하기 위한 경화성 실리콘 조성물에 관한 것으로서, 이 조성물은 하기 성분들을 혼합하여 제조된다:
(A) 분자당 평균 둘 이상의 규소-결합 하이드록시 그룹을 함유하는 오르가노폴리실록산;
(B) (i) 화학식 R2 nSiX4-n을 갖는 하나 이상의 실란(식에서 각각의 R2 는 탄소수 1 내지 8의 1가 탄화수소 및 할로겐화 1가 탄화수소로부터 독립적으로 선택되 고, n은 0 또는 1이고, X는 -OR2- 또는 -OCH2CH2OR2 이다), (ⅱ) 상기 성분 (i)의 부분 가수분해물, 및 (ⅲ) 상기 성분 (i)과 (ⅱ)를 포함하는 혼합물로부터 선택되는, 조성물을 경화시키기에 충분한 양의 가교제;
(C) 은, 금, 백금, 팔라듐 및 이들의 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 금속으로 이루어진 외면을 적어도 갖는 입자를 포함하며, 실리콘 접착제에 도전성을 부여하기에 충분한 양의 도전성 충전제;
(D) 조성물의 경화를 실질적으로 억제하지 않으며, 분자량이 1000 이하이고, 분자당 하나 이상의 하이드록시기를 함유하는 유효량의 하이드록시-관능성 유기화합물; 및
(E) 카르복실산의 금속염을 포함하는 촉매량의 축합 촉매.
본 발명은 또한 전술한 조성물의 반응생성물을 포함하는 실리콘 접착제에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 성분 (A) 내지 (E)를 둘 이상의 파트에 포함하며, 성분 (A) 또는 성분 (D)가 성분 (B) 및 (E)와 동일한 부분에 존재하지 않는 멀티-파트(multi-part) 경화성 실리콘 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 실리콘 조성물은 양호한 유동성, 낮은 휘발성 유기화합물(VOC) 함량 및 조절가능한 경화도를 포함하여 수많은 장점을 갖고 있다. 더욱이, 본 발명의 실리콘 조성물은 경화하여, 낮은 접촉 저항 및/또는 체적저항률로 입증되는 예상치 못한 우수한 도전성 및 양호한 접착성을 갖는 실리콘 접착제를 형성한다.
본 발명의 실리콘 조성물은 도전성 실리콘 접착제를 제조하는데 유용하다. 본 발명의 실리콘 접착제는 다이 부착용 접착제, 땜납 대체용물 및 도전성 코팅과 개스킷을 포함하는 수많은 용도를 갖고 있다. 특히, 실리콘 접착제는 전자부품을 유연성 또는 강성 기재에 결합시키는데 유용하다.
본원에서 "폴리머"라고 언급되기도 하는 본 발명의 성분 (A)는 분자당 규소-결합 하이드록시 그룹(실란올 그룹)을 평균 둘 이상 함유하는 하나 이상의 오르가노폴리실록산이다. 오르가노폴리실록산의 구조는 선상, 분지상 또는 수지상일 수 있다. 오르가노폴리실록산은 호모폴리머 또는 코폴리머일 수 있다. 오르가노폴리실록산내의 규소-결합 유기그룹은 1가 탄화수소 및 1가 할로겐화 탄화수소 그룹으로부터 독립적으로 선택된다. 이러한 1가 그룹은 일반적으로 1 내지 20개, 바람직하게는 1 내지10개의 탄소원자를 가지며, 예를 들면 메틸, 에틸, 프로필, 펜틸, 옥틸, 운데실 및 옥타데실과 같은 알킬; 사이클로헥실과 같은 사이클로알킬; 비닐, 알릴, 부테닐 및 헥세닐과 같은 알케닐; 페닐, 톨릴, 자일릴, 벤질 및 2-페닐에틸과 같은 아릴; 및 3,3,3-트리플루오로프로필, 3-클로로프로필 및 디클로로페닐과 같은 할로겐화 탄화수소그룹이 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 오르가노폴리실록산내 유기그룹의 50% 이상, 더욱 바람직하게는 80% 이상이 메틸이다.
오르가노폴리실록산의 25℃ 점도는, 분자량과 구조에 따라 변하지만, 일반적으로 0.05 내지 200 Pa·s, 바람직하게는 2 내지 100 Pa·s, 더욱 바람직하게는 5 내지 50 Pa·s 이다.
본 발명에 의한 바람직한 오르가노폴리실록산은 하기 화학식을 갖는 하이드록시-말단 폴리디오르가노실록산이다:
HOR1 2SiO(R1 2SiO)mSiR1 2OH
상기 식에서, R1은 상기 정의한 바와 같은 1가 탄화수소 및 1가 할로겐화 탄화수소 그룹으로부터 독립적으로 선택되고, 아래첨자 m은 폴리디오르가노실록산의 25℃ 점도가 0.05 내지 200 Pa·s가 되도록 하는 값을 갖는다. 바람직하게는 R1이 메틸이다.
본 발명의 실리콘 조성물에 유용한 오르가노폴리실록산으로는 하기 화학식을 갖는 폴리디오르가노실록산을 예로 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다:
HOMe2SiO(Me2SiO)mSiMe2OH,
HOMe2SiO(Me2SiO)0.25m(MePhSiO)0.75mSiMe2OH,
HOMe2SiO(Me2SiO)0.95m(Ph2SiO)0.05mSiMe2 OH,
HOMe2SiO(Me2SiO)0.98m(MeViSiO)0.02mSiMe2OH, 및
HOPhMe2SiO(Me2SiO)mSiPhMeOH, 식에서 Me 및 Ph는 각각 메틸 및 페닐을 나타내고 아래첨자 m은 상기 정의한 바와 같다.
성분 (A)는 단일의 오르가노폴리실록산 또는, 구조, 점도, 평균분자량, 실록산 단위 및 서열과 같은 특성 중 적어도 하나가 다른 둘 이상의 오르가노폴리실록 산을 포함하는 혼합물일 수 있다.
사이클릭 폴리디오르가노실록산의 상응하는 오르가노할로실란 또는 등가물과 같은 체인 스토퍼(chain stopper) 또는 저분자량 실란올-말단 디오르가노실록산으로 가수분해 및 축합시키는 것과 같은 본 발명의 조성물에 사용하기 적합한 오르가노폴리실록산을 제조하는 방법은 당업계에 잘 알려져 있다.
본 발명의 성분 (B)는 (i) 화학식 R2 nSiX4-n을 갖는 하나 이상의 실란(식에서 각각의 R2는 탄소수 1 내지 8의 1가 탄화수소 및 할로겐화 1가 탄화수소로부터 독립적으로 선택되고, n은 0 또는 1이고, X는 -OR2- 또는 -OCH2CH2OR2 이다), (ii) (i)의 부분 가수분해물, 및 (i)과 (ii)를 포함하는 혼합물로부터 선택된다. 1가 탄화수소 및 1가 할로겐화탄화수소 그룹의 예를 들면, 메틸, 에틸, 프로필, 펜틸, 옥틸, 운데실 및 옥타데실과 같은 알킬; 사이클로헥실과 같은 사이클로알킬; 비닐 및 알릴과 같은 알케닐; 페닐, 톨릴, 자일릴, 벤질 및 2-페닐에틸과 같은 아릴; 및 3,3,3-트리플루오로프로필, 3-클로로프로필 및 디클로로페닐과 같은 할로겐화 탄화수소그룹을 포함하며, 이들로 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, R2 가 알킬이며, 더욱 바람직하게는 R2 가 메틸, 에틸 또는 프로필이다.
화학식 R2 nSiX4-n (식에서 R2 및 n은 상기 정의한 바와 같다)을 갖는 실란의 예는 다음을 포함하며, 이들로 한정되는 것은 아니다:
Figure 112001017597756-pat00001
클로로실란과 알콜의 반응과 같은, 본 발명의 실리콘 조성물에 사용하기에 적합한 실란을 제조하는 방법은 당업계에 널리 알려져 있다.
화학식 R2 nSiX4-n (식에서 R2 및 n은 상기 정의한 바와 같다)을 갖는 적어도 하나의 실란의 부분 가수분해물은 일반적으로 "폴리실리케이트"라고 칭한다. 폴리실리케이트를 제조하는 방법은 당업계에 잘 알려져 있다. 예를 들어, 부분가수분해물은 전술한 실란을 소량의 산 존재하에, 가수분해물이 반응 혼합물로부터 분리될 수 있는 수불용성 액체가 될 때까지 부분 가수분해하여 제조한다. 특히, 물과 오르토실리케이트의 혼합물을 산 또는 산-형성 금속염으로 처리하여 2상 혼합물을 얻고 수불용성 부분 가수분해 오르토실리케이트를 수상으로부터 분리함으로써 에틸 오르토실리케이트의 조절된 부분 가수분해를 실시할 수 있다. 산-형성 금속염의 예로는 염화철, 염화구리, 염화알루미늄 및 염화주석을 포함하나 이들로 한정되는 것은 아니다.
성분 (B)(i)은 하나의 실란 또는 둘 이상의 다른 실란의 혼합물일 수 있다. 이와 유사하게, 성분 (B)(ii)는 하나의 실란 또는 둘 이상의 다른 실란을 포함하는 혼합물의 부분 가수분해물일 수 있다. 마지막으로, 성분(B)는 (B)(i) 또는 (B)(ii) 또는 (B)(i) 및 (B)(ii)를 포함하는 혼합물로 정의되는 가교제일 수 있다.
본 발명의 실리콘 조성물내 성분 (B)의 함량은 조성물을 경화(가교)시키기에 충분한 양이다. 성분 (B)의 정확한 양은 원하는 경화도에 의존하며, 경화도는 일반적으로 성분 (A)의 하이드록시 그룹 몰수에 대한 성분 (B)의 규소-결합 -OR2 또는 -OCH2CH2OR2- 그룹의 몰수의 비율에 따라 증가한다. 일반적으로, 성분 (B)의 함량은 성분 (A)의 하이드록시 그룹당 0.8 내지 10의 규소-결합 -OR2 또는 -OCH2CH2OR 2- 그룹을 제공하기에 충분하다. 바람직하게는, 성분 (B)의 함량은 성분 (A)의 하이드록시 그룹당 1.0 내지 3.0의 규소-결합 -OR2 또는 -OCH2CH2OR2- 그룹을 제공하기에 충분하다.
본 발명의 성분(C)는 은, 금, 백금, 팔라듐 및 이들의 합금으로부터 선택되는 금속의 외면을 적어도 갖는 입자를 포함하는 하나 이상의 도전성 충전제이다. 은, 금, 백금, 팔라듐 및 이들의 합금으로 이루어진 입자를 포함하는 충전제는 일반적으로 평균 입경 0.5 내지 20 ㎛의 분말 또는 플레이크 형상을 갖는다. 입자를 포함하는 충전제는 은, 금, 백금, 팔라듐 및 이들의 합금으로 이루어진 외면만을 갖는 입자를 포함하는 충전제는 일반적으로 평균입경이 15 내지 100㎛ 이다. 이러한 입자의 코어는, 전술한 금속으로 이루어진 표면을 지지하며 실리콘 접착제의 도전성에 악영향을 미치지 않는 재료라면 도전성 또는 절연성의 임의의 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 물질의 예로는 구리, 솔리드 글래스, 할로우 글래스, 마이카, 니켈 및 세라믹 섬유를 포함하며, 이들에 한정되는 것은 아니다.
금속입자를 포함하는 도전성 충전제가 플레이크 형상을 갖는 경우에, 입자의 표면은 지방산 또는 지방산 에스테르와 같은 윤활제로 코팅될 수 있다. 이러한 윤활제는 일반적으로 금속분말이 냉간용접되거나 큰 응집물을 형성한 것을 방지하기 위하여, 금속 분말로부터 플레이크를 제조할 때 사용되는 밀링 공정 중에 도입된다. 플레이트가 밀링 후에 용제로 세척되는 경우에도 일부 윤활제는 남아서 금속 표면에 화학흡착될 수 있다.
본 발명의 도전성 충전제는 또한 전술한 입자의 표면을 적어도 하나의 오르가노규소 화합물로 처리하여 제조되는 충전제도 포함한다. 적합한 오르가노규소 화합물은 오르가노클로로실란, 오르가노실록산, 오르가노실라잔 및 오르가노알콕시실란과 같이 일반적으로 실리카 충전제를 처리하는데 사용되는 것들을 포함한다.
성분 (C)는 전술한 바와 같은 단일의 도전성 충전제 또는 다음과 같은 특성중 적어도 하나가 다른 둘 이상의 충전제의 혼합물일 수 있다: 조성, 표면적, 표면 처리, 입경 및 입자형상.
바람직하게는, 본 발명의 도전성 충전제는 은으로 이루어진 입자, 더욱 바람직하게는 플레이크 형상을 가진 은으로 이루어진 입자를 포함한다.
본 발명의 실리콘 조성물내 (C)의 함량은 조성물을 경화하여 얻은 접착제에 도전성을 부여하기에 충분한 양이다. 일반적으로, 성분(c)의 함량은 후술하는 실시예에서 사용된 방법으로 측정한 접촉 저항이 1Ω 미만, 체적저항률이 0.01 Ω ·㎝ 미만이 되도록 하는 정도이다. 성분 (C)의 정확한 함량은 원하는 전기적 특성, 충전제의 표면적, 충전제의 밀도, 충전제 입자의 형상, 충전제의 표면처리 및 실리콘 조성물내 다른 성분의 특성에 따라 결정된다. 성분 (C)의 함량은 일반적으로, 실리콘 조성물의 총부피를 기준으로 15 내지 80 부피%, 바람직하게는 20 내지 50 부피%이다. 성분(C)의 함량이 약 15부피% 미만이면 실리콘 접착제가 일반적으로 의미 있는 도전성을 갖지 못한다. 성분(C)의 함량이 80 부피%를 초과하면 실리콘 접착제는 일반적으로 도전성의 상당한 개선을 더 이상 나타내지 못한다.
본 발명의 실리콘 조성물에 사용하기 적합한 도전성 충전제를 제조하는 방법은 당업계에 널리 알려져 있으며, 이러한 충전제의 대부분은 상업적으로 입수가능하다. 예를 들어 은, 금, 백금 또는 팔라듐 또는 이들의 합금의 분말은 일반적으로 화학적 침전법, 전해 침착법 또는 침투법(cementation)에 의해 제조된다. 또한 전술한 금속의 플레이크는 일반적으로 지방산 또는 지방산 에스테르와 같은 윤활제 존재하에 금속 분말을 분쇄 또는 밀링하여 제조된다. 전술한 금속으로 이루어진 외면만을 구비한 입자는 일반적으로 전해 침착, 무전해 침착 또는 진공 침착과 같 은 방법을 사용하여 적합한 코어물질을 금속화하여 제조한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 도전성 충전제는 전술한 입자의 표면을 적어도 하나의 오르가노규소 화합물로 처리하여 제조할 수 있다. 이 경우, 입자는 실리콘 조성물의 다른 성분과 혼합하기 전에 처리되거나 실리콘 혼합물을 제조하는 중에 본래의 위치에서(in situ) 처리될 수 있다.
본 발명의 성분 (D)는 분자량이 1000 이하이고 분자당 하나 이상의 하이드록시 그룹을 가지며 조성물의 경화를 실질적으로 억제하지 않는 하나 이상의 하이드록시-관능성 유기화합물이다. 하이드록시-관능성 유기화합물의 분자량이 1000을 초과하면 조성물을 경화하여 제조된 실리콘 접착제가, 하이드록시-관능성 유기화합물만을 함유하지 않는 유사한 실리콘 조성물을 경화하여 제조된 접착제와 비교하여, 실질적으로 향상된 도전성을 갖지 못한다. 본 명세서에서 사용된 "경화를 실질적으로 억제한다"라는 표현은 실온 내지 150℃의 모든 온도에서 경화속도가 비현실적으로 느려지는, 예를 들어 몇 일이 걸릴 정도로 경화를 억제하거나 지연시키는 것을 의미한다. 바람직하게는, 본 발명의 실리콘 조성물은 70℃에서 16시간 이내에 경화된다.
하이드록시-관능성 유기화합물의 구조는 선상, 분지상 또는 환상일 수 있다. 하이드록시-관능성 유기화합물의 하이드록시 그룹(들)은 분자내 1차, 2차, 또는 3차 지방족 탄소원자; 방향족 탄소원자; 또는 이중 결합 탄소원자에 부착될 수 있다. 또한, 하이드록시-함유(bearing) 탄소원자(들) 또는 분자의 입체화학에는 아무런 제한이 없다.
하이드록시-관능성 유기화합물은 조성물의 경화를 실질적으로 억제하지 않는 한, 하이드록시 이외의 관능기를 하나 이상 함유할 수 있다. 적합한 관능기의 예로는 -O-, >C=O, -CHO, -CO2-, -C≡N, -NO2, >C=C<, -C≡C-, -F, -Cl, -Br 및 -I를 포함하나, 이들로 한정되는 것은 아니다. 그러나, 축합 촉매, 성분 (E)내의 금속과 강하게 착물을 형성하는 관능기를 함유하는 하이드록시-관능성 유기화합물은 실질적으로 조성물의 경화를 억제할 수 있다. 예를 들어, 주석 촉매를 사용하는 경우, 티올(-SH) 그룹을 함유하는 하이드록시-관능성 유기화합물은 일반적으로 피한다. 억제의 정도는 특정 관능기 및 금속과 이들의 몰비에 의존한다. 본 발명의 실리콘 조성물에 사용되는 특정 하이드록시-관능성 유기 화합물의 적합성은 후술되는 실시예에 기재된 방법을 사용하는 일상적인 실험에 의해 쉽게 결정될 수 있다.
하이드록시-관능성 유기 화합물은 실온에서 액체 또는 고체 상태인 천연 또는 합성 화합물일 수 있다. 또한, 하이드록시-관능성 유기화합물은 실리콘 조성물에 가용성, 부분가용성 또는 불용성일 수 있다. 하이드록시-관능성 유기화합물의 평균(normal) 비점은 분자량, 구조 및 화합물내 관능기의 수 및 특성에 의존하며 광범위하게 변화할 수 있다. 바람직하게는, 하이드록시-관능성 유기화합물은 조성물의 경화온도보다 높은 표준 비점을 갖는다. 다른 방법으로는, 하이드록시-관능성 유기화합물의 상당량이 경화시에 휘발에 의해 제거되어, 실리콘 접착제의 도전성을 거의 또는 전혀 향상시키지 않을 수 있다. 또한, 경화시 하이드록시-관능성 유기화합물이 과도하게 휘발함으로써 실리콘 접착제 내에 공극을 형성할 수 있다.
본 발명의 조성물에 사용하기 적합한 하이드록시-관능성 화합물의 예는 다음을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다: 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 사이클로헥산올, 헵탄올, 노난올, 데칸올, 운데칸올, 1-페닐에탄올, 벤질알콜, 알릴알콜, 3-니트로벤질 알콜, 3-클로로벤질 알콜, 3-브로모벤질알콜, 3-요오도벤질 알콜 및 디에틸렌글리콜 부틸에테르와 같은 모노하이드릭 알콜류; 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜(1,2-프로판디올), 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라하이드로퓨란, 벤조피나콜, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 트리메틸렌글리콜(1,3-프로판디올), 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올 및 비스(2-하이드록시에틸)에테르와 같은 디하이드릭 알콜류; 글리세롤, 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨, 트리펜타에리트리톨, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 디트리메틸올프로판, 1,3-디하이드록시아세톤 다이머, 소르비톨, 및 만니톨과 같은 폴리하이드릭 알콜류; 페놀, 1-하이드록시나프탈렌, 1,2-디하이드록시나프탈렌, 하이드로퀴논, 카테콜, 레조르시놀, 플로로글루시놀(1,3,5-트리하이드록시벤젠), p-크레졸, 비타민 E, 2-니트로페놀, 2,4-디니트로페놀, 피크르산(2,4,6-트리니트로페놀), 4-클로로페놀, 2-브로모페놀, 2-요오도페놀, 2,4,5-트리클로로페놀, 클로로하이드로퀴논, 펜타클로로페놀과 같은 페놀류; 글루코스, 만노스, 알로스, 알트로스, 아이도스, 굴로스, 갈락토스, 탈로스, 리보스, 아라비노스, 자일로스, 릭소스, 에리트로스, 트레오스, 글리세르알데히드, 프락토스, 리불로스, 락토오스, 말토오스 및 슈크로스와 같은 당류; 2-하이드록시부티르알데히드, 4-하이드록시벤즈알데히드 및 2,4-디하이드록시벤즈알데히드와 같은 하이드록시 알데히드류; 하이드록시 아세톤, 1-하이드록시-2-부타논, 2',4'-디하이드록시아세토페논, 벤조인 및 3-하이드록시-2-부타논과 같은 하이드록시 케톤류; 시트르산, 글루콘산, 3-하이드록시부티르산, 2-하이드록시신남산 및 살리실산(2-하이드록시벤조산)과 같은 하이드록시 산류; 아스코르브산, TWEEN 20 (폴리옥시에틸렌 (20) 소르비탄 모노라우레이트), 메틸 살리실레이트, 메틸 3-하이드록시벤조에이트 및 메틸 2-하이드록시이소부티레이트와 같은 하이드록시 에스테르류.
성분 (D)는 본 발명의 실리콘 조성물 내에 유효량으로 존재한다. 본 명세서에서 사용된 용어 "유효량"은 성분 (D)의 함량이 실리콘 조성물이 경화하여, 하이드록시-관능성 유기화합물을 함유하지 않는 것을 제외하고는 유사한 실리콘 조성물과 비교하여 향상된 도전성, 초기 접촉저항 및/또는 체적저항률을 갖는 실리콘 접착제를 형성하도록 하는 양을 의미한다. 일반적으로, 성분(D)의 함량은 후술하는 실시예에 기재된 방법을 사용하여 측정한 접촉저항이나 체적저항률이 약 10분의 1 이상 향상되도록 하는 정도이다. 성분(D)의 함량은 일반적으로 조성물의 총중량을 기준으로 하여 0.1 내지 3중량%, 바람직하게는 0.5 내지 1.5 중량%이다. 성분(D)의 함량이 0.1 중량% l만이면 실리콘 접착제가 일반적으로 향상된 도전성을 나타내지 않는다. 성분(D)의 함량이 3 중량%를 초과하면 실리콘 조성물은 일반적으로 도전성의 실질적인 향상을 더 이상 나타내지 않는다. 성분(D)의 유효량은 후술하는 실시예에 기재된 일상적인 실험에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 실리콘 조성물에 사용하기 적합한 하이드록시-관능성 유기화합물을 제조하는 방법은 당업계에 널리 알려져 있으며; 이들 화합물의 대부분은 상업적 으로 입수가능하다.
본 발명의 성분 (E)는 카르복실산의 금속염을 포함하는 적어도 하나의 축합촉매이며, 성분 (A)와 성분(B)의 축합반응을 촉진한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "카르복실산의 금속염"이라는 용어는 금속에 부착된 탄화수소 그룹을 함유하는 염을 포함한다. 금속염의 카르복실레이트 성분은 탄소수 2 내지 20의 모노카르복실산 또는 디카르복실산으로부터 유래될 수 있다. 금속염의 금속이온 성분은 일반적으로 납, 주석, 니켈, 코발트, 안티몬, 철, 카드뮴, 크롬, 지르코늄, 아연, 망간, 알루미늄 및 티탄으로부터 유래된다. 바람직하게는, 금속염 내의 금속이온이 주석, 납 또는 아연으로부터 유래된다. 카르복실산의 금속염의 예는 납 나프테네이트, 코발트 나프테네이트, 아연 나프테네이트, 주석 나프테네이트, 납 옥토에이트, 주석 옥토에이트, 아연 옥토에이트, 철 스테아레이트, 주석 올레에이트, 크롬 옥타에이트, 안티몬 옥토에이트, 주석 부티레이트, 디부틸 주석 디아세테이트, 디부틸 주석 디옥토에이트, 디부틸 주석 디라우레이트, 디부틸 주석 아디페이트, 디부틸 주석 디벤조에이트, 디부틸 주석 디락테이트, 납 세바케이트 및 지르코늄 아세틸아세토네이트를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 주석 및 납의 염은 일반적으로 유기실록산, 성분(A)에 가용성이고 촉매활성이 크기 때문에 특히 바람직하다.
성분(E)의 함량은 성분(A)와 (B)의 축합반응에 촉매 작용을 미치기에 충분한 양이다. 성분 (E)의 정확한 양은 원하는 경화도 및 경화속도, 촉매의 활성, 가교제의 종류 및 실리콘 조성물내 다른 성분의 특성에 의존한다. 성분(E)의 함량은 일반적으로 오르가노폴리실록산, 성분 (A)의 중량을 기준으로 0.1 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 5 중량%이다.
본 발명의 실리콘 조성물은 또한 조성물이 경화하여, 하이드록시-관능성 유기 화합물을 함유하지 않는 것을 제외하고는 유사한 실리콘 조성물과 비교하여 향상된 접촉 저항 및/또는 체적저항률을 갖는 접착제를 형성하는 것을 방해하지 않는한 부가적인 성분을 포함할 수 있다. 부가적인 성분의 예는 접착 촉진제, 용매, 오르가노폴리실록산 수지, 예비가교된 실리콘 탄성체 입자 및 비관능성 실리콘 유체를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실리콘 조성물은 전자장치의 제조에 통상적으로 사용되는 기판에 실리콘 조성물을 강하게 언프라임드(unprimed) 접착시키는 접착 촉진제를 하나 이상 포함할 수 있다; 예를 들면, 실리콘; 실리콘 디옥사이드와 실리콘 나이트리드와 같은 보호코팅; 유리; 구리 및 금과 같은 금속; 세라믹; 및 폴리이미드와 같은 유기 수지. 접착 촉진제는, 실리콘 조성물의 경화 또는 물리적 특성, 특히 접촉저항 및 체적저항률에 악영향을 미치지 않는 것이라면, 축합 경화성 실리콘 조성물에 일반적으로 사용되는 임의의 접착 촉진제일 수 있다.
본 발명의 실리콘 조성물에 사용하기 적합한 접착 촉진제의 예는 다음을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다:
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과 같은 아미노-관능성 알콕시실란; 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 1,2-에폭시-4-(2-트리메톡시실릴에틸)사이클로헥산, 및 1,2-에폭시-2-메틸-4-(1-메틸-2-트리메톡시실릴에틸)사이클로헥산과 같은 에폭시-관능성 알콕시실란; 3-글리시독시프로필트리메톡시실란과 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란과 [3-(2-아미노에틸)아미노프로필]트리메톡시실란, 1,2-에폭시-4-(2-트리메톡시실릴에틸)사이클로헥산과 3-아미노프로필트리메톡시실란, 1,2-에폭시-4-(2-트리메톡시실릴에틸)사이클로헥산과 [3-(2-아미노에틸)아미노프로필]트리메톡시실란, 1,2-에폭시-2-메틸-4-(1-메틸-2-트리메톡시실릴에틸)사이클로헥산과 3-아미노프로필트리메톡시실란, 및 1,2-에폭시-2-메틸-4-(1-메틸-2-트리메톡시실릴에틸)사이클로헥산과 [3-(2-아미노에틸)아미노프로필]트리메톡시실란의 반응 생성물과 같은 적어도 하나의 에폭시-관능성 알콕시실란과 적어도 하나의 에폭시-관능성 알콕시실란의 반응생성물; (CH3O)3SiCH=CH2, (CH3CH2O)3 SiCH=CH2, (CH3CH2CH2O)3SiCH=CH2, (CH3CH2CH2CH2O)3SiCH=CH2 및 (CH3 OCH2CH2O)3SiCH=CH2와 같은 비닐 트리알콕시실란.
본 발명의 조성물내 접착 촉진제의 함량은 조성물을 전술한 바와 같은 기재에 접착시키기에 충분한 정도이다. 상기 함량은 접착 촉진제의 특성, 기재의 종류 및 원하는 접착 결합 강도에 따라 광범위하게 변할 수 있다. 접착 촉진제의 함량은 일반적으로 조성물의 총중량을 기준으로 0.01 내지 10 중량%이다. 그러나, 접착 촉진제의 최적 함량은 일상적인 실험에 의해 용이하게 결정할 수 있다.
에폭시-관능성 알콕시실란을 제조하는 방법은 미국특허 제 3,888,825호에 예시된 바와 같이 당업계에 널리 알려져 있다. 알케닐-함유 에폭시실란을 트리알콕시실란으로 하이드로실리에이션 부가반응시키는 것과 같은 에폭시-관능성 알콕시실란 제조방법, 및 비닐트리클로로실란을 알콜과 반응시키는 것과 같은 비닐트리알콕시실란 제조방법은 당업계에 잘 알려져 있다. 에폭시-관능성 알콕시실란과 에폭시-관능성 알콕시실란의 반응생성물은 에폭시 함유 화합물을 아민과 반응시키는 공지의 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 상기 반응은 일반적으로 에폭시-관능성 알콕시실란내 질소-결합 수소원자에 대하여 에폭시-관능성 알콕시실란내 에폭시 그룹의 몰비가 약 1:1이 되도록 사용하여 실시된다. 상기 두 화합물은 톨루엔과 같은 불활성 유기용매 존재하에 또는 희석제의 부재하에 반응시킬 수 있다. 상기 반응은 실온 또는 고온, 예를 들어 약 50 내지 약 100℃에서 실시될 수 있다.
본 발명의 실리콘 조성물은 조성물의 점도를 낮추어 제조, 취급 및 조성물의 도포가 용이하도록 적당량의 용매를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 용매의 표준 비점이 조성물의 경화온도보다 높다. 다른 방법으로는, 경화시 과량의 용매가 휘발되어 실리콘 접착제 내에 공극을 형성할 수 있도록 할 수 있다. 적합한 용매의 예로는 탄소원자수 1 내지 20의 포화탄화수소; 자일렌과 같은 방향족 탄화수소; 미네랄 스피리트; 할로탄화수소; 에테르; 케톤; 선상, 분지상 및 환상 폴리디메틸 실록산과 같은 실리콘 유체; 및 이러한 용매의 혼합물을 포함하나, 이들로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실리콘 조성물에 사용되는 특정 용매의 최적 함량은 일상적인 실험에 의해 쉽게 결정할 수 있다.
본 발명의 실리콘 조성물은 또한 R3 3SiO1/2 실록산 반복단위 및 SiO4/2 실록산 반복단위로 본질적으로 이루어지는 적어도 하나의 오르가노폴리실록산 수지를 포함할 수 있다. 상기 식에서, 각각의 R3는 탄소수 1 내지 20의 1가 탄화수소 및 1가 할로겐화 탄화수소 그룹으로부터 독립적으로 선택되며, 오르가노폴리실록산 수지 내에서 SiO4/2 반복단위에 대한 R3 3SiO1/2 반복단위의 몰비는 0.65 내지 1.9이다.
실리콘 조성물이 오르가노폴리실록산 수지를 더 포함하는 경우에, 가교제의 함량은 일반적으로 오르가노폴리실록산 수지와 결합된 성분 (A)내 실리콘 결합 하이드록시 그룹당 0.8 내지 10의 규소-결합 -OR2 또는 -OCH2CH2OR2 그룹, 바람직하게는 1 내지 3의 규소-결합 -OR2 또는 -OCH2CH2OR2 그룹을 제공하기에 충분한 정도이다.
본 발명의 실리콘 조성물에서 오르가노폴리실록산 수지의 함량은 일반적으로 성분 (A) 및 결합된 수지 100 중량부당 5 내지 90 중량부이다.
본 발명의 오르가노폴리실록산 수지는 미국특허 제 2,676,182호에 예시된 것과 같은 당업계 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명의 실리콘 조성물은 적어도 하나의 예비가교된 실리콘 탄성체 입자를 더 포함할 수 있다. 실리콘 입자는 양호한 탄성, 낮은 경도 및 낮은 영구압축변형을 갖는 경화조성물을 제공한다. 상기 입자는 구형 또는 불규칙한 형상의 입자로 이루어진 예비가교된 실리콘 탄성체 입자의 분말이다. 입자는 일반적으로 0.1 내지 500 ㎛의 평균입경을 가지며, 바람직하게는 0.5 내지 300 ㎛의 평균입경을 갖는다.
본 발명의 실리콘 조성물에서 예비가교된 실리콘 탄성체 입자의 함량은 일반적으로 성분 (A)와 (B)를 결합한 100중량부당 10 내지 150 중량부이고, 바람직하게는 15 내지 80 중량부이다.
예비가교된 실리콘 탄성체 입자를 제조하는 여러 방법이 당업계에 알려져 있으며, 일본특허출원 제59-96122호에 개시된 것과 같은 경화성 오르가노폴리실록산 조성물을 분무 건조 및 경화하는 방법; 미국특허 제4,761,454호에 개시된 것과 같이 경화성 오르가노폴리실록산 조성물을 함유한 수성 에멀젼을 분무 건조하는 방법; 미국특허 제5,371,139호에 개시된 것과 같이 액상의 실리콘 고무 마이크로현탁액의 에멀젼을 경화시키는 방법; 예비가교된 탄성체를 분쇄하는 방법을 포함한다.
본 발명의 조성물은 또한 적어도 하나의 비관능 실리콘 유체를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용한 바와 같은 "비관능"이란 용어는 실리콘 유체가 보통의 경화조건에서 성분 (A), (B) 또는 (D)와 반응하는 관능기를 포함하고 있지 않음을 의미한다. 실리콘 유체는 특정 용도에 따른 필요에 따라 본 발명의 실리콘 조성물의 점도를 변경시키고자 사용될 수 있다. 더욱이, 실리콘 유체는 실리콘 조성물의 가격을 저하시킨다. 실리콘 유체의 구조는 일반적으로 선상, 분지상 또는 환상이며, 바람직하게는 선상 또는 분지상이고, 더욱 바람직하게는 선상이다. 또한, 실리콘 유체는 일반적으로 25℃에서의 점도가 0.05 내지 200 Pa·s, 바람직하게는 2 내지 100 Pa·s이다.
본 발명의 실리콘 조성물에 사용하기 적합한 실리콘 유체의 예는 다우코닝 코퍼레이션에서 상표명 "Dow Corning 200 Fluids"으로 시판하는 트리메틸실록시-말단 디메틸실록산 유체와 같은 선상의 실리콘 유체와, Me3SiO[(OSiMe3)2SiO]SiMe 3 및 Me3SiO[(OSiMe3)MeSiO]SiMe3 와 같은 분지상 실리콘 유체를 포함하나, 이들로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 조성물에서 비관능 실리콘 유체의 함량은 일반적으로 성분 (A) 100 중량부당 약 20 중량부 이하, 바람직하게는 약 5 내지 15 중량부이다. 특정 용도에 있어서 비관능 실리콘 유체의 최적 함량은 일상적인 실험에 의해 용이하게 결정할 수 있다.
본 발명의 실리콘 조성물은 성분 (A) 내지 (E)를 하나의 파트에 포함하는 원-파트(one-part) 조성물일 수 있으며, 다른 방법으로는 성분 (A) 또는 성분 (D)가 성분 (B) 및 (E)와 동일한 부분에 존재하지 않는 것을 전제로 하여 성분 (A) 내지 (E)를 둘 이상의 파트에 포함하는 멀티-파트(multi-part) 조성물일 수 있다. 예를 들어, 멀티-파트 실리콘 조성물은 성분 (A)의 전부, 성분 (C)의 일부, 성분(D)의 전부를 함유하는 제 1 파트와, 성분 (C)의 나머지 부분과 성분 (B) 및 (E)의 전부를 함유하는 제 2 파트를 포함할 수 있다.
본 발명의 원-파트 실리콘 조성물은 일반적으로 성분 (A) 내지 (E)를, 전술한 바와 같이 용매의 도움을 받거나 또는 받지 않고 주위온도에서 소정의 비율로 임의의 선택적 성분과 결합함으로써 제조된다. 실리콘 조성물이 즉시 사용될 것이라면 다양한 성분을 부가하는 순서는 중요하지 않지만, 조성물의 사전 경화를 방지하기 위하여 축합촉매는 약 30℃ 이하의 온도에서 마지막에 부가하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 멀티-파트 조성물은 각각의 파트에 대해 지정된 특정 성분을 결합함으로써 제조될 수 있다. 혼합은 밀링, 블렌딩 및 스터링과 같은 당업계 공지된 임의의 기술을 이용하여 뱃치 또는 연속공정으로 실시될 수 있다. 구체적인 장치는 성분의 점도와 최종 실리콘 조성물의 점도에 의해 결정된다.
본 발명의 실리콘 조성물은 알루미늄, 금, 은, 주석, 납, 니켈, 구리 및 철과 이들의 합금과 같은 금속; 실리콘; 폴리테트라플루오로에틸렌 및 폴리비닐플루오라이드와 같은 플루오로카본 폴리머; 나일론과 같은 폴리아미드; 폴리이미드; 폴리에스테르; 세라믹; 및 유리를 포함하나 이에 한정되지는 않는 다양한 고체 기재에 도포될 수 있다. 또한, 본 발명의 실리콘 조성물은 스프레잉, 시린지 디스펜싱, 스크린 또는 스텐실 프린팅, 또는 잉크젯 프린팅과 같은 임의의 적합한 수단에 의해 기재에 도포될 수 있다.
본 발명에 따른 실리콘 접착제는 전술한 바와 같은 성분 (A) 내지 (E)를 함유하는 실리콘 조성물의 반응 생성물을 포함한다. 본 발명의 실리콘 조성물은 적합한 시간 동안 실온 내지 150℃, 바람직하게는 40 내지 100℃, 더욱 바람직하게는 50 내지 80℃온도에서 경화될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 실리콘 조성물은 실온에서 10 내지 20시간 동안, 그리고 70℃에서 16시간 미만의 시간 동안 경화될 수 있다.
본 발명의 실리콘 조성물은 양호한 유동성, 낮은 VOC(휘발성 유기화합물) 함량, 및 경화도 조절을 포함하는 수많은 장점을 갖고 있다. 더욱이, 본 발명의 실리콘 조성물은 경화하여 양호한 접착성 및 예상치 못한 우수한 전기적 특성을 갖는 실리콘 접착제를 형성한다.
유동성과 관련하여, 본 발명의 실리콘 조성물은 수많은 용도에 필요한 유동학적 특성을 가지고 있어 표준 장비를 이용하여 용이하게 분배되어 도포될 수 있다.
또한 선택적인 용매가 없는 경우 본 발명의 실리콘 조성물은 매우 낮은 VOC함량을 갖는다. 결과적으로, 상기 조성물은 용매-매개 실리콘 조성물과 관련된 건강, 안전 및 환경적 위험을 피할 수 있다. 또한, 본 발명의 실리콘 조성물은 일반적으로 경화시 용매-매개 실리콘 조성물보다 덜 수축된다.
본 발명의 실리콘 조성물은 적당하게 상승된 온도에서 신속하게 경화된다. 더욱이, 실리콘 조성물의 경화속도는 촉매 및 가교제의 종류와 양 및 경화온도를 조절함으로써 편리하게 조절될 수 있다.
또한, 본 발명의 실리콘 조성물은 경화하여, 금속, 유리, 실리콘, 실리콘 디옥사이드, 세라믹, 폴리에스테르 및 폴리이미드와 같은 다양한 재료에 대하여 양호한 접착력을 갖는 실리콘 접착제를 형성한다.
중요하게는, 본 발명의 실리콘 조성물이 경화하여, 하이드록시-관능성 유기화합물을 함유하지 않는 것만을 제외하고는 유사한 실리콘 조성물과 비교하여, 낮은 초기접촉 저항 및/또는 체적저항률로 입증되는 예상밖으로 향상된 도전성을 갖는 실리콘 접착제를 형성한다.
본 발명의 실리콘 조성물은 도전성 실리콘 접착제를 제조하는데 유용하다. 본 발명의 실리콘 접착제는 다이 부착용 접착제, 땜납 대체용물 및 도전성 코팅 및 개스킷을 포함하는 수많은 용도를 갖는다. 특히, 본 발명의 실리콘 접착제는 전자부품을 유연성 또는 강성 기재에 결합시키는데 유용하다.
다른 언급이 없는 한, 실시예에서 사용된 모든 부와 퍼센트는 중량을 기준으로 한다. 후술하는 방법 및 재료가 실시예에서 사용되었다. 후술하는 실시예는 본 발명의 실리콘 조성물을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로서 첨부된 특허청구범위에 의해 표현되는 본 발명을 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
구리에 대한 실리콘 접착제의 접촉저항은 스프링이 장착된 금도금의 치즐(chisel) 포인트 팁을 구비한 4극 탐침이 장착된 카이슬리 인스트루먼트 모델 580 마이크로옴 미터(Keithley Instruments Model 580 Micro-ohm Meter)를 이용하여 측정하였다. 접촉저항 조인트는 다음과 같은 절차에 따라 2개의 직사각형 구리 바(0.254 ㎝× 0.254 ㎝× 2.032 ㎝)를 실리콘 조성물로 접착시켜 제조하였다: 각각의 구리 바의 일면(직사각형)을 400 그릿 실리콘 카바이드 방수 사포로 닦고, 헵탄에 적셔진 킴와이프(Kimwipe)로 스크러빙한 후 이소프로판올에 적셔진 킴와이프로 스크러빙하고, 실온에서 1시간 이상 공기 건조시켰다. 하나의 바의 대략 중심( 길이방향)에 소량의 실리콘 조성물을 도포하였다. 각각의 바의 중심(길이방향)이 서로 마주하도록 두 번째 바를 첫 번째 바에 수직으로 배향하여 실리콘 조성물이 0.025 ㎝의 결합선을 형성하도록 하였다. 마지막으로, 이 십자형상(+)의 고정물을 70℃의 강제 공기 순환 오븐에서 16시간 동안 건조시켰다. 샘플이 실온으로 건조된 후 조인트의 초기 접촉 저항을 측정하였다. 접촉 저항 값의 단위는 옴이며, 각각 동일하게 제조된 시편에 대하여 3회 측정 값의 평균값을 나타낸다.
실리콘 접착제의 체적저항률은 스프링이 장착된 금도금의 구형 팁을 구비한 4점 탐침이 장착된 카이슬리 인스트루먼트 모델 580 마이크로-옴 미터를 사용하여 측정하였다. 시편은 현미경의 유리 슬라이드 상에 3M 스카치 브랜드 테이프 2줄을 0.25 ㎝ 이격되도록 놓아 슬라이드의 길이 방향으로 연장된 채널을 형성하도록 하여 제조하였다. 실리콘 조성물의 일정량을 슬라이드 한쪽 단부의 채널 위에 놓았다. 그 후 레이저 블레이드가 45°각도로 표면을 가로지르도록 조성물을 통해 끌어당겨 조성물이 전체 채널에 퍼지도록 하였다. 테이프 스트립을 제거한 후 시편을 70℃의 강제 공기순환 오븐에서 16시간 동안 경화시켰다. 샘플이 실온으로 냉각된 후 저항값을 옴 단위로 제공하기에 적합한 전류에서 두 개의 내부 탐침 팁 사이의 전압 강하를 측정하였다. 접착제의 초기 체적저항률은 하기 식을 이용하여 계산하였다:
V = R (W × T/L)
상기 식에서, V는 체적저항률(Ω·cm), R은 2.54 cm 이격된 두 개의 내부 탐침 팁 사이에서 측정된 접착제의 저항(Ω), W는 접착층의 너비(cm), T는 접착증의 두께(cm), 그리고 L은 내부 탐침 사이의 접착층의 길이(2.54 cm)이다.
아메스 모델(Ames Model) LG3500-0-04 두께 게이지로 측정한 접착층의 두께는 일반적으로 약 0.004 cm 이었다. Ω·cm 단위로 표시되는 체적저항률의 보고값은 동일하게 제조된 시편에 대하여 실시된 3회 측정값의 평균값을 나타낸다.
실리콘 베이스: 점도 약 50,000 mm2/s의 하이드록시-말단 폴리디메틸실록산 12%; 점도 약 10,000 mm2/s의 하이드록시-말단 폴리디메틸실록산 22%; 점도 약 350 mm2/s의 트리메틸실록시-말단 폴리디메틸실록산 0.8%; 점도 약 325 mm2/s의 트리메틸실록시-말단 폴리디메틸실록산 35%; 헥사메틸디실라진-처리 침전 실리카 23%; 입경 5㎛의 지르코늄 실리케이트(ZrSiO4) 6%; 및 물 0.6%로 이루어진 혼합물.
경화제: 점도 약 50 mm2/s의 트리메틸실록시-말단 폴리디메틸실록산 80%, 에틸폴리실리케이트 11%, 페닐트리메톡시실란 6%, 테트라에틸 오르토실리케이트 2% 및 디부틸틴 디라우레이트 1%로 이루어진 혼합물.
접착 촉진제: 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 및 3-아미노프로필트리메톡시실란의 반응 생성물 98% 및 메탄올 2%로 이루어진 혼합물.
상기 반응 생성물은 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 3부를 3-아미노프로필트리메톡시실란 1부와 50℃에서 10시간 동안 반응시켜 제조하였다.
충전제: 드구사 코퍼레이션(Degussa Corporation)에 의해 상품명 SF-22로 시판되고 있는 은 플레이크. 상기 충전제는 탭 밀도 3.5 g/cm3; 표면적 1.07 m2/g; 110℃ 중량손실 0.05%; 538℃ 중량손실 0.45%; 그리고 입경분포는 9.7㎛(95%), 7.5㎛(90%), 3.0㎛(50%) 및 1.0㎛(10%) 이다.
TERGITOL TMN-6: 유니온 카바이드 코퍼레이션(Union Carbide Corporation)으로부터 상업적으로 입수가능한 비이온성 계면활성제. 상기 계면활성제는 2,6,8-트리메틸-4-노닐옥시폴리에틸렌옥시에탄올(2,6,8-트리메틸-4-노난올 및 에틸렌옥사이드의 반응생성물) 87%, 물 10%, 폴리에틸렌글리콜 2% 및 2,6,8-트리메틸-4-노난올 1%로 이루어진다.
<비교예 1>
실리콘 베이스 18.00부, 경화제 1.82부 및 접착촉진제 0.23부를 1온스(oz.) 플라스틱 컵에서 혼합하여 실리콘 조성물을 제조하였다. AM 501 하우쉴드(Hauschild) 치과용 믹서를 사용하여 상기 성분을 26초간 혼합하였다. 그 후 상기 혼합물에 충전제 79.95부를 부가한 후 성분들은 26초간 블렌드하였다. 상기 컵을 수조에 담그어 혼합물을 실온으로 냉각시킨 후 전술한 혼합 및 냉각 절차를 반복하였다. 경화된 실리콘 접착에의 접촉 저항(구리) 및 체적저항률은 표 1에 나타내었다.
<실시예 1-4>
실시예 1-4의 각각에 있어서, 실리콘 조성물은 표 1에 특정된 하이드록시-관능성 유기화합물을 비교예 1에서 제조한 실리콘 조성물과 다음 절차에 따라 결합시켜 제조하였다: 1/4 온스 플라스틱 컵에서, 하이드록시-관능성 유기화합물 0.04부(1%)를 비교예 1의 실리콘 조성물 4.00부에 부가하였다. AM 501 하우쉴드 치과용 믹서를 사용하여 상기 성분을 26초간 혼합하였다. 상기 혼합물을 실온으로 냉각시킨 후 전술한 혼합 및 냉각 절차를 반복하였다. 경화된 실리콘 접착제의 접촉 저항(구리) 및 체적저항률은 표 1에 나타내었다.
Figure 112001017597756-pat00003
본 발명의 실리콘 조성물은 양호한 유동성, 낮은 VOC(휘발성 유기화합물) 함량, 및 경화도 조절을 포함하는 수많은 장점을 갖고 있다. 더욱이, 본 발명의 실리콘 조성물은 경화하여 양호한 접착성 및 예상치 못한 우수한 전기적 특성을 갖는 실리콘 접착제를 형성한다.
유동성과 관련하여, 본 발명의 실리콘 조성물은 수많은 용도에 필요한 유동학적 특성을 가지고 있어 표준 장비를 이용하여 용이하게 분배되어 도포될 수 있다.
또한 선택적인 용매가 없는 경우 본 발명의 실리콘 조성물은 매우 낮은 VOC함량을 갖는다. 결과적으로, 상기 조성물은 용매-매개 실리콘 조성물과 관련된 건강, 안전 및 환경적 위험을 피할 수 있다. 또한, 본 발명의 실리콘 조성물은 일반 적으로 경화시 용매-매개 실리콘 조성물보다 덜 수축된다.
본 발명의 실리콘 조성물은 적당하게 상승된 온도에서 신속하게 경화된다. 더욱이, 실리콘 조성물의 경화속도는 촉매 및 가교제의 종류와 양 및 경화온도를 조절함으로써 편리하게 조절될 수 있다.
또한, 본 발명의 실리콘 조성물은 경화하여, 금속, 유리, 실리콘, 실리콘 디옥사이드, 세라믹, 폴리에스테르 및 폴리이미드와 같은 다양한 재료에 대하여 양호한 접착력을 갖는 실리콘 접착제를 형성한다.
중요하게는, 본 발명의 실리콘 조성물이 경화하여, 하이드록시-관능성 유기화합물을 함유하지 않는 것만을 제외하고는 유사한 실리콘 조성물과 비교하여, 낮은 초기접촉 저항 및/또는 체적저항률로 입증되는 예상밖으로 향상된 도전성을 갖는 실리콘 접착제를 형성한다.
본 발명의 실리콘 조성물은 도전성 실리콘 접착제를 제조하는데 유용하다. 본 발명의 실리콘 접착제는 다이 부착용 접착제, 땜납 대체용물 및 도전성 코팅 및 개스킷을 포함하는 수많은 용도를 갖는다. 특히, 본 발명의 실리콘 접착제는 전자부품을 유연성 또는 강성 기재에 결합시키는데 유용하다.

Claims (13)

  1. (A) 분자당 평균 둘 이상의 규소-결합 하이드록시 그룹을 함유하는 오르가노폴리실록산;
    (B) (i) 화학식 R2 nSiX4-n을 갖는 하나 이상의 실란(식에서 각각의 R2는 탄소수 1 내지 8의 1가 탄화수소 및 할로겐화 1가 탄화수소로부터 독립적으로 선택되고, n은 0 또는 1이고, X는 -OR2- 또는 -OCH2CH2OR2 이다), (ⅱ) 상기 성분 (i)의 부분 가수분해물, 및 (ⅲ) 상기 성분 (i)과 (ⅱ)를 포함하는 혼합물로부터 선택되며, 조성물을 경화시키는, 성분 (A)의 하이드록시 그룹당 0.8 내지 10몰의 가교제;
    (C) 은, 금, 백금, 팔라듐 및 이들의 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 금속으로 이루어진 외면을 적어도 갖는 입자를 포함하며, 실리콘 접착제에 도전성을 부여하는, 실리콘 조성물의 총 부피를 기준으로 15 내지 80 부피%의 도전성 충전제;
    (D) 조성물의 경화를 억제하지 않으며, 분자량이 1000 이하이고, 분자당 하나 이상의 하이드록시기를 함유하는, 실리콘 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 3 중량%의 하이드록시-관능성 유기화합물; 및
    (E) 카르복실산의 금속염을 포함하는, 성분 (A)의 오르가노폴리실록산의 중량을 기준으로 0.1 내지 10 중량%의 축합 촉매
    를 혼합하여 제조되는, 실리콘 접착제 제조용 경화성 실리콘 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 오르가노폴리실록산이 하기 화학식을 갖는 하이드록시-말단 폴리디오르가노실록산인 것을 특징으로 하는 실리콘 조성물:
    HOR1 2SiO(R1 2SiO)mSiR1 2OH
    상기 식에서, R1은 1가 탄화수소 및 1가 할로겐화 탄화수소 그룹으로부터 독립적으로 선택되고, m은 25℃에서 폴리디오르가노실록산의 점도가 0.05 내지 200 Pa·s가 되도록 하는 값이다.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가교제의 함량은 성분(A)의 하이드록시 그룹당 1.0 내지 3.0 규소-결합 -OR2 또는 -OCH2CH2OR2 그룹을 제공하는 것을 특징으로 하는 실리콘 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전제는 은, 금, 백금, 팔라듐 또는 이들의 합금으로 이루어진 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 입자가 은으로 이루어진 것을 특징으로 하는 실리콘 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 조성물이 실온 내지 150℃의 온도에서 경화되는 것을 특징으로 하는 실리콘 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 하이드록시-관능성 유기 화합물이 하나 이상의 모노하이드릭 알콜류, 하나 이상의 디하이드릭 알콜류, 하나 이상의 폴리하이드릭 알콜류, 하나 이상의 페놀류, 하나 이상의 당류, 하나 이상의 하이드록시 알데히드류, 하나 이상의 하이드록시 케톤류, 하나 이상의 하이드록시 산류, 하나 이상의 하이드록시 에스테르류, 및 전술한 화합물을 둘 이상 포함하는 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 실리콘 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 축합촉매는 주석 염, 납 염 및 아연 염으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 카르복실산의 금속 염을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 조성물이 접착 촉진제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서,
    R3 3SiO1/2 실록산 반복단위 및 SiO4/2 실록산 반복단위로 구성되고, 상기에서 각각의 R3는 탄소수 1 내지 20의 1가 탄화수소 및 1가 할로겐화 탄화수소 그룹으로부터 독립적으로 선택되며, SiO4/2 반복단위에 대한 R3 3SiO1/2 반복단위의 몰비가 0.65 내지 1.9 인 오르가노폴리실록산 수지를 하나 이상 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 조성물.
  11. 제 1 항에 따른 조성물의 반응 생성물을 포함하는 실리콘 접착제.
  12. 제 6 항에 따른 조성물의 반응 생성물을 포함하는 실리콘 접착제.
  13. (A) 분자당 평균 둘 이상의 규소-결합 하이드록시 그룹을 함유하는 오르가노폴리실록산;
    (B) (i) 화학식 R2 nSiX4-n을 갖는 하나 이상의 실란(식에서 각각의 R2는 탄소수 1 내지 8의 1가 탄화수소 및 할로겐화 1가 탄화수소로부터 독립적으로 선택되고, n은 0 또는 1이고, X는 -OR2- 또는 -OCH2CH2OR2 이다), (ⅱ) 상기 성분 (i)의 부분 가수분해물, 및 (ⅲ) 상기 성분 (i)과 (ⅱ)를 포함하는 혼합물로부터 선택되며, 조성물을 경화시키는, 성분 (A)의 하이드록시 그룹당 0.8 내지 10몰의 가교제;
    (C) 은, 금, 백금, 팔라듐 및 이들의 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 금속으로 이루어진 외면을 적어도 갖는 입자를 포함하며, 실리콘 접착제에 도전성을 부여하는, 실리콘 조성물의 총 부피를 기준으로 15 내지 80 부피%의 도전성 충전제;
    (D) 조성물의 경화를 억제하지 않으며, 분자량이 1000 이하이고, 분자당 하나 이상의 하이드록시기를 함유하는, 실리콘 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 3 중량%의 하이드록시-관능성 유기화합물; 및
    (E) 카르복실산의 금속염을 포함하는, 성분 (A)의 오르가노폴리실록산의 중량을 기준으로 0.1 내지 10 중량%의 축합 촉매
    를 포함하며,
    성분(A) 또는 성분 (D)가 성분 (B) 및 (E)와 동일한 파트에 존재하지 않는 것을 특징으로 하는, 실리콘 접착제 제조용 멀티-파트 경화성 실리콘 조성물.
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