TW201728684A - 可固化之聚矽氧組成物 - Google Patents
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Abstract
一種可固化之聚矽氧組成物，該組成物包括有機聚矽氧烷，其包括：烯基官能性二烷基聚矽氧烷，其在各分子中平均具有至少二個烯基，聚合度在約25至約10,000之間，為該有機聚矽氧烷之約20質量%至約50質量%；烯基官能性有機聚矽氧烷樹脂，其包含SiO4/2單元、R12R2SiO1/2單元、及R13SiO1/2單元，其中R1係C1-10烷基且R2係烯基，該烯基官能性有機聚矽氧烷樹脂具有在約1.0質量%至約4.5質量%範圍內之烯基，並具有約0.2質量%至約2.0質量%之OH含量及約2,000g/mol至約22,000g/mol之質量平均分子量；交聯劑；及催化數量之矽氫化催化劑。
Description
本文所述之標的係關於可固化之聚矽氧組成物、形成可固化之聚矽氧組成物之方法及其經固化產物，提供高度透明的經固化聚矽氧材料。
在醫學、電子及照明產業中，機械性質及光學性質之最佳平衡使裝置擁有優異的功能及性能。在該等產業中，廣泛使用經樹脂強化的聚矽氧彈性體以達成或增強機械性能。所屬技術領域中具有通常知識者已推定並廣為接受該等聚矽氧彈性體必須包括高質量平均分子量烯基官能性有機聚矽氧烷樹脂(>22,000g/mol)，以提供足夠的強化作用。
此外，先前已證實烯基官能性有機聚矽氧烷樹脂提供極佳的機械強化作用予聚矽氧彈性體並轉而提供予所生成的經固化材料。然而，當組成物中烯基官能性有機聚矽氧烷樹脂的量提高，會因為樹脂粒子的黏聚與凝結從而造成光的散射及相關霧度進而損害光學性質。在許多光學清晰度賦予裝置功能或功效的應用方面，霧度是有害的。
本文提供之組成物代表就此性能特性之平衡的顯著且無法預期的改良。更具體而言，本發明違反習知技藝，展現機械強度及光學清晰度可藉由利用僅為低質量平均分子量(<22,000g/mol)烯基官能性有機聚矽氧烷樹脂而平衡、維持及改良。
再者，相對於組成物中的烯基官能性有機聚矽氧烷濃度，該些低質量平均分子量烯基官能性有機聚矽氧烷樹脂可以高濃度利用於組成物中從而提供極佳的表面性質，這對光學及電子應用而言亦是所欲的。具體而言，該等組成物提供極佳的可見光透射性及機械性質，同時提供較低的表面黏性及有利的加工特性。
本發明之可固化之聚矽氧組成物包括有機聚矽氧烷、交聯劑及催化數量之矽氫化催化劑。該有機聚矽氧烷具有烯基官能性聚合物及烯基官能性樹脂。該聚合物在各分子中平均具有至少二個烯基、聚合度在約25至約10,000範圍內、且係以該有機聚矽氧烷之約20質量%至約50質量%範圍內存在。該樹脂具有SiO4/2單元、R1 2R2SiO1/2單元、及R1 3SiO1/2單元，其中R1係C1-10烷基且R2係烯基。該樹脂具有約1.0質量%至約4.5質量%範圍內之烯基、約0.2質量%至約2.0質量%範圍內之矽上羥基含量、及約2,000g/mol至約22,000g/mol範圍內之質量平均分子量。
圖1繪示利用光學評估樣本製備(Optical Evaluation Sample Preparation)C量測本文所討論厚度為0.28公分(cm)之樣品的總透光性，其隨波長而變動。
圖2繪示利用光學評估樣本製備C量測本文所討論厚度為0.28cm之樣品的光學霧度，其隨波長而變動。
圖3繪示利用光學評估樣本製備D量測本文所討論厚度為1.0cm之樣品的透光性，其隨波長而變動。
圖4繪示利用光學評估樣本製備B量測本文所討論厚度為3.2cm之樣品的總透光性，其隨波長而變動。
本文所述之例示性組成物係可固化之聚矽氧組成物，其包括有機聚矽氧烷(A)作為該組成物之基底成分。該有機聚矽氧烷包括烯基官能性有機聚矽氧烷聚合物(A-1)及烯基官能性有機聚矽氧烷樹脂(A-2)。
在一個例示性實施例中，(A-1)在各分子中平均具有至少二個烯基。(A-1)具有聚合物形式，其具有實質上直鏈分子結構，惟該分子鏈的一部分可為稍微分支的。(A-1)中的烯基可包括但不限於乙烯基、烷基、烯丙基、異丙烯基、丁烯基、戊烯基、己烯基、及環己烯基或其任何二或更多者之組合。用於此烯基之鍵結位置可包括但不限於該分子鏈上的末端位置及/或側鏈位置。(A-1)中的烷基可包括但不限於C1-10烷基，諸如甲基、乙基、丙基、環戊基、及環己基、或其任何二或更多者之組合。
在一個例示性實施例中，(A-1)係烯基官能性二烷基聚矽氧烷，其在各分子中平均具有至少二個烯基。在另一例示性實施例中，(A-1)係二有機聚矽氧烷且可包括但不限於在二個分子鏈終端均被二甲基乙烯基矽氧基基團封端(endblocked)之二甲基聚矽氧烷、在二個分子鏈終端均被二甲基乙烯基矽氧基基團封端之二甲基矽氧烷-甲基乙烯基矽氧烷共聚物、在二個分子鏈終端均被三甲基矽氧基基團封端之甲基乙烯基聚矽氧烷、在二個分子鏈終端均被三甲基矽氧基基團封端之二甲基矽氧烷-甲基乙烯基矽氧烷共聚物、或其任何二或更多者之組合。
在一個實例實施例中，(A-1)在25℃的黏度係約100毫帕秒(mPa‧s)至約2,000,000mPa‧s，或更具體而言係約1,500mPa‧s至約100,000mPa‧s，或甚至更具體而言係約2,000mPa‧s至約80,000mPa‧s。當(A-1)係可包括高及低黏度烯基官能性聚有機矽氧烷之二或更多種烯基官能性聚有機矽氧烷之混合物時，此混合物之黏度在25℃係約1,000mPa‧s至約200,000mPa‧s。
該組成物中(A-1)之含量係在(A)之約20質量%至約50質量%範圍內，或更具體而言係(A)之約25質量%至約50質量%的量，或甚至更具體而言係約30質量%至約50質量%的量。至少有一些原因包括：當(A-1)的量少於所記載範圍之下限時，藉由固化該組成物所提供之經固化聚矽氧材料的彈性趨於下降；另一方面，當(A-1)的量超過所記載範圍之上限時，藉由固化本組成物所提供之經固化聚矽氧材料的硬度趨於下降。相較於(A)中(A-1)含量在20質量%與30質
量%之間的組成物，(A)中(A-1)含量在30質量%至50質量%提供較佳的加工特性，包括黏度及流動性。
在一個實例實施例中，該乙烯基官能性聚二甲基矽氧烷係僅在終端具有乙烯基基團且聚矽氧烷鏈具有約25至約10,000平均聚合度的流體，例如MVi 2D25至MVi 2D10,000之式，其中MVi係平均具有一個乙烯基及二個甲基的矽氧烷單元，且D係具有二個甲基的矽氧烷單元。
在另一實例實施例中，該具有MVi 2D900之式的乙烯基官能性聚二甲基矽氧烷係僅在終端具有乙烯基基團且聚矽氧烷鏈具有900之平均聚合度的流體，其中MVi係平均具有一個乙烯基及二個甲基的矽氧烷單元，且D係具有二個甲基的矽氧烷單元。
在另一實例實施例中，該具有MVi 2D500之式的乙烯基官能性聚二甲基矽氧烷係僅在終端具有乙烯基基團且聚矽氧烷鏈具有500之平均聚合度的流體，其中MVi係平均具有一個乙烯基及二個甲基的矽氧烷單元，且D係具有二個甲基的矽氧烷單元。
在另一實例實施例中，該具有MVi 2D300之式的乙烯基官能性聚二甲基矽氧烷係僅在終端具有乙烯基基團且聚矽氧烷鏈具有300之平均聚合度的流體，其中MVi係平均具有一個乙烯基及二個甲基的矽氧烷單元，且D係具有二個甲基的矽氧烷單元。
在一進一步實例實施例中，該具有MVi 2D165之式的乙烯基官能性聚二甲基矽氧烷係僅在終端具有乙烯基基團且聚矽氧烷鏈具
有165之平均聚合度的流體，其中MVi係平均具有一個乙烯基及二個甲基的矽氧烷單元，且D係具有二個甲基的矽氧烷單元。
在一進一步實施例中，該具有MVi 2D27之式的乙烯基官能性聚二甲基矽氧烷係僅在終端具有乙烯基基團且聚矽氧烷鏈具有27之平均聚合度的流體，其中MVi係平均具有一個乙烯基及二個甲基的矽氧烷單元，且D係具有二個甲基的矽氧烷單元。
在一些情形中，具有900或更少之聚合度的有機聚矽氧烷不能提供足夠的黏度且該組成物中可包括具有超過1,000,000mPa‧s黏度之有機聚矽氧烷，其中但不限於，該乙烯基係位在該分子鏈之終端位置及/或懸垂位置及/或側鏈位置。例如，當(A-1)在25℃之黏度係少於1,000mPa‧s(cP)，由該經固化組成物提供之材料傾向具有不足的彈性及/或低抗拉強度。在此實例中，可添加適量的高黏度有機聚矽氧烷至該組成物以提供足夠的彈性及/或高抗拉強度。
在一個實例實施例中，該具有MVi 2D2000至MVi 2D15,000之式的高黏度聚有機矽氧烷僅在終端具有乙烯基基團且聚矽氧烷鏈具有2000至15,000之平均聚合度，其中MVi係平均具有一個乙烯基及二個甲基的矽氧烷單元，且D係具有二個甲基的矽氧烷單元。
在另一實例實施例中，該具有式MVi 2D9,463的高黏度聚有機矽氧烷僅在終端具有乙烯基基團且具有9,463之平均聚合度，其中MVi係平均具有一個乙烯基及二個甲基的矽氧烷單元，且D係具有二個甲基的矽氧烷單元。
在又另一實例實施例中，該具有式MVi 2 DVi 187D9,250包括D及DVi單元的高黏度聚有機矽氧烷在終端及懸垂(pendent)位上具有乙烯基基團且聚矽氧烷鏈具有9,437之平均聚合度，其中MVi係平均具有一個乙烯基及二個甲基的矽氧烷單元，DVi係平均具有一個乙烯基及一個甲基的矽氧烷單元，且D係具有二個甲基的矽氧烷單元。
如前所述，該有機聚矽氧烷亦包括烯基官能性樹脂(A-2)。(A-2)包括SiO4/2單元(「Q」單元)、R1 2R2SiO1/2單元(帶有烯基及烷基官能性的「M」單元)、及R1 3SiO1/2單元(帶有烷基官能性的「M」單元)，其中R1係C1-10烷基且R2係烯基。在一個實例實施例中，(A-2)包括約1.0至約4.5重量%之乙烯基含量、由於矽醇之約0.2至約2.0重量%之OH含量、及約2,000至約22,000g/mol之質量平均分子量。更具體而言，(A-2)包括約2.0至約4.0重量%之乙烯基含量、約0.4至約1.8重量%之矽醇上OH含量、及約2,000至約20,000g/mol之質量平均分子量。甚至更具體而言，(A-2)包括約2.8至約3.8重量%之乙烯基含量、由於矽醇之約0.6至約1.5重量%之OH含量、及約2,000至約15,000g/mol之質量平均分子量。
在一個實例實施例中，(A-2)具有約3400g/mol之質量平均分子量，其中乙烯基基團含量係3.3質量%、羥基基團含量係1.1質量%(0.044莫耳OH/莫耳Si)，且R1 2R2SiO1/2及R1 3SiO1/2單元之總莫耳數對1莫耳SiO4/2單元之比例係1.02。
在另一實例實施例中，(A-2)具有3,380g/mol之質量平均分子量，其中乙烯基基團含量係1.5質量%、羥基基團含量係1.1質
量%(0.045莫耳OH/莫耳Si)，且R1 2R2SiO1/2及R1 3SiO1/2單元之總莫耳數對1莫耳之SiO4/2單元的比例係1.00。
在一進一步實施例中，(A-2)具有3,410g/mol之質量平均分子量，其中該乙烯基基團含量係2.3質量%、該羥基基團含量係1.0質量%(0.040莫耳OH/莫耳Si)，且R1 2R2SiO1/2及R1 3SiO1/2單元之總莫耳數對1莫耳之SiO4/2單元的比例係0.996。
在另一實例實施例中，(A-2)具有3,460g/mol之質量平均分子量，其中該乙烯基基團含量係3.1質量%、該羥基基團含量係1.2質量%(0.046莫耳OH/莫耳Si)，且R1 2R2SiO1/2及R1 3SiO1/2單元之總莫耳數對1莫耳之SiO4/2單元的比例係0.988。
在一個實施例中，(A-2)具有3,360g/mol之質量平均分子量，其中該乙烯基基團含量係1.6質量%、該羥基基團含量係1.0質量%(0.039莫耳OH/莫耳Si)，且R1 2R2SiO1/2及R1 3SiO1/2單元之總莫耳數對1莫耳之SiO4/2單元的比例係1.00。
在另一實例實施例中，(A-2)具有3,880g/mol之質量平均分子量，其中該乙烯基基團含量係3.4質量%、該羥基基團含量係0.8質量%(0.034莫耳OH/莫耳Si)，且R1 2R2SiO1/2及R1 3SiO1/2單元之總莫耳數對1莫耳之SiO4/2單元的比例係1.00。
作為比較，在一非發明性實施例中，該有機聚矽氧烷樹脂具有23,400g/mol之質量平均分子量，其中該乙烯基基團含量係2.0質量%、該羥基基團含量係1.9質量%(0.074莫耳OH/莫耳Si)，且R1 2R2SiO1/2及R1 3SiO1/2單元之總莫耳數對1莫耳之SiO4/2單元的
比例係0.848。當合併至調配物中，在(A-2)含量超過(A)之50%時，此有機聚矽氧烷樹脂提供足夠的機械性質但提供不佳的光透射性。
在另一非發明性實施例中，該有機聚矽氧烷樹脂具有26,000之質量平均分子量，其中該乙烯基基團含量係4.0質量%、該羥基基團含量係1.6質量%(0.063莫耳OH/莫耳Si)，且R1 2R2SiO1/2及R1 3SiO1/2單元之總莫耳數對1莫耳之SiO4/2單元的比例係0.882。當合併至調配物中，在(A-2)含量超過(A)之50%時，此有機聚矽氧烷樹脂提供足夠的機械性質但提供不佳的光透射性。
在一個實例實施例中，(A-2)係以組分(A)之約50質量%至約80質量%範圍內的量存在，或更佳的是組分(A)之約50質量%至約75質量%，或最佳的是組分(A)之約50質量%至約70質量%。
如前所述，本發明之可固化之聚矽氧組成物包括交聯劑(B)，其包括但不限於有機氫寡聚矽氧烷、有機氫聚矽氧烷、聚有機氫矽氧烷、或其任何二或更多者之組合。
在一個實例實施例中，(B)係任何二或多種聚有機氫矽氧烷之組合，其在下列參數之至少一者不相同：矽烷(SiH)含量、分子結構及組成(例如M、D、T、Q及該等之比例；懸垂官能基、分子架構、聚合物側鏈之分支)、黏度、平均分子量及分子量分布、矽氧烷單元之數目及二或更多種類型不同矽氧烷單元之序列。
在另一例示性實施例中，(B)係SiH官能性有機矽氧烷交聯劑，其每分子平均具有至少二個鍵結氫原子之矽且其中(B)係選自單一聚有機氫矽氧烷、或至少下列之一者不同的二或更多者聚有機氫
矽氧烷之組合：結構、黏度、平均分子量、矽氧烷單元之數目、及序列。
在一個實例實施例中，(B)係有機聚矽氧烷，其在各分子中平均具有至少三個與矽鍵結之氫原子，其中該與矽鍵結之氫以外的與矽鍵結之基團係C1-10烷基，其量為每1莫耳之組分(A)中的總烯基提供約0.4至約4.0莫耳之(B)中的與矽鍵結之氫。在此實施例中，(B)係有機聚矽氧烷，其包括：(B-1)有機聚矽氧烷，其具有至少約0.7質量%與矽鍵結之氫並包含SiO4/2單元及HR3 2SiO1/2單元，比例在每1莫耳之SiO4/2單元對約1.5至約3.8莫耳之HR3 2SiO1/2單元範圍內，R R3係C1-10烷基，為組分(B)之約5質量%至約100質量%(約5質量%至約95質量%)；及(B-2)直鏈有機聚矽氧烷，其具有至少約0.1質量%之與矽鍵結之氫，其中該與矽鍵結之氫以外的與矽鍵結之基團係C1-10烷基，為組分(B)之0質量%至50質量%。
如前文所述，本發明之可固化之聚矽氧組成物進一步包括催化數量之矽氫化催化劑，提供高度透明的經固化聚矽氧材料(C)。在一個實例實施例中，(C)係以足夠促進該組成物之固化的量添加之。(C)可包括技術領域所習知且可自商業上取得之矽氫化催化劑。合適的矽氫化催化劑包括但不限於鉑系金屬，其包括鉑、銠、釕、鈀、鋨、或銥金屬或其有機金屬化合物及其二或多者之組合。在進一步實施例中，(C)係矽氫化催化劑，其包括鉑黑，鉑化合物諸如氯鉑酸(chloroplatinic acid)、氯鉑酸六水合物、氯鉑酸以及單羥醇之反應產物、雙(乙基乙醯乙酸)鉑、雙(乙醯丙酮)鉑、二氯化鉑、及該等鉑化合
物與烯烴或低分子量有機聚矽氧烷之錯合物，或微封裝(microencapsulate)於基質或核殼型結構內的鉑化合物。
在一個實例實施例中，(C)係矽氫化催化劑溶液，其包括鉑與低分子量有機聚矽氧烷之錯合物，其包括1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二矽氧烷與鉑錯合。可將此等錯合物微封裝於樹脂基質內。在一替代實例實施例中，該催化劑包括1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二矽氧烷與鉑錯合。
用於(C)的適合矽氫化催化劑之實例係記載於例如美國專利第3,159,601號；第3,220,972號；第3,296,291號；第3,419,593號；第3,516,946號；第3,814,730號；第3,989,668號；第4,784,879號；第5,036,117號；以及第5,175,325號以及EP 0 347 895 B。經微封裝之矽氫化催化劑及其製備方法例如可見於美國專利第4,766,176號；以及美國專利第5,017,654號。在另一實施例，該鉑催化劑係以約100至約100,000ppm之濃度於具有乙烯基官能性有機聚矽氧烷之溶液中提供，因此當稀釋於最終配方中時，總濃度係在約0.1與約100ppm之間。
可選地，該可固化之聚矽氧組成物可進一步包含一或多種額外成分(D)。該額外成分或成分(D)之組合可包括例如矽氫化反應抑制劑、脫模劑、填充劑、黏著促進劑、熱穩定劑、阻燃劑、反應性稀釋劑、氧化抑制劑、及其任何二或更多者之組合。
在一個實施例中，(D)包括對矽氫化作用之抑制劑。例如，(D)係用來調整該可固化之聚矽氧組成物之固化速率的反應抑制
劑。在一個實施例中，(D)包括但不限於炔烴醇，諸如2-甲基-3-丁炔-2-醇、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇、1-乙炔基-1-環己醇、苯基丁炔醇、或其任何二或更多者之組合；烯炔化合物，諸如例如3-甲基-3-戊烯-1-炔、或3,5-二甲基-3-己烯-1-炔；以及例如1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基環四矽氧烷、1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四己烯基環四矽氧烷、或苯并三唑；此反應抑制劑在可固化之聚矽氧組成物中的含量並無限制，且此含量可隨成型方法及固化條件變動選擇之。在一個實施例中，(D)係基於該可固化之聚矽氧組成物之總重量計以約10百萬分點(ppm)至約10,000百萬分點(ppm)的量存在，且更具體而言係約100ppm至約5,000ppm。
在一個實施例中，(D)係對矽氫化反應之反應抑制劑，其係基於該組成物之總重量計以約10至約5,000百萬分點的量存在。
在一個實施例中，該可固化之聚矽氧組成物係經固化形成高度透明的經固化聚矽氧產物。該可固化之聚矽氧組成物可經固化成具有所需性質的經固化聚矽氧產物，包括硬度、抗拉強度、伸度、光透射性及/或其二或更多者的任何適當組合。在一進一步實施例中，該可固化之聚矽氧組成物係經固化形成經固化聚矽氧產物，其包括與經固化聚矽氧層形成單一物件之基材。
在一個實施例中，該經固化聚矽氧產物具有約5至約95(Shore A)之硬度，且更具體為約10至約95(Shore A)之蕭式硬度，且更具體為約20至約90(Shore A)之硬度，且甚至更具體為約30至約90(Shore A)之硬度。
在一個實施例中，該經固化聚矽氧產物具有大於約3兆帕(MPa)之抗拉強度，且更具體為大於約5兆帕(MPa)之抗拉強度。
在一個實施例中，該經固化聚矽氧產物就2.54公分厚度在598奈米波長具有大於約80%的未經校正表面反射損失的光透射性，且更具體為大於約85%之光透射性，及甚至更具體為就2.54公分厚度在598奈米波長有大於約90%之光透射性。
在另一實施例中，該可固化之聚矽氧產物就3.2公分厚度在598奈米波長經ASTM測試法E1348-11測量為具有大於約80%之未經校正表面反射損失的總光透射性，且更具體為就3.2公分厚度在598奈米波長有大於約85%之總光透射性，且甚至更具體為就3.2公分厚度在598奈米波長有大於約90%之總光透射性。
在另一實施例中，該可固化之聚矽氧產物當藉由回截法測量時，在598奈米波長具有小於約0.01cm-1之光衰減係數。
在一個實施例中，該組成物具有約60至約95(Shore A)之硬度、大於約3兆帕(MPa)之抗拉強度、及就3.2公分厚度在598奈米波長經ASTM測試法E1348-11測量為大於約90%之未經校正表面反射損失的總光透射性。
在一個實施例中，形成該組成物的例示性方法包括混合包括下列之溶液：(A)有機聚矽氧烷，其包括(A-1)乙烯基官能性聚有機矽氧烷及(A-2)有機聚矽氧烷樹脂，(B)交聯劑，及(C)反應催化劑。在一實施例中，混合該溶液包括添加(D)反應抑制劑。
在某些實施例中，該方法進一步包括加熱該組成物以形成經固化產物。該加熱步驟可進一步包括例如射出成型、轉移成型、澆鑄、擠壓、包覆成型(overmolding)、壓縮成型、及模腔成型，且該經固化產物係包括透鏡、光導、光學透明黏著劑層、或其他光學元件的模塑、澆鑄、或擠壓物件。
在一個例示性實施例中，可固化之聚矽氧組成物包括100質量份之含烯基(A)有機聚矽氧烷，其包括(A-1)二烷基聚矽氧烷，其在各分子中平均具有至少二個烯基團且在25℃具有約300mpa‧s至約2,000,000mPa‧s之黏度，為組分(A)之約20質量%至約50質量%，及(A-2)含烯基樹脂形式之有機聚矽氧烷，其包括SiO4/2單元、R1 2R2SiO1/2單元、及R1 3SiO1/2單元，其中R1 2係C1-10烷基且R2係烯基，且該烯基基團中乙烯基含量在約1質量%至約4.5質量%範圍內且該質量平均分子量係在約2,000與約22,000g/mol之間，為組分(A)之約50質量%至約80質量%，及(B)有機聚矽氧烷，其在各分子中平均具有至少二個與矽鍵結之氫原子，其中該與矽鍵結之氫以外的與矽鍵結之基團係C1-10烷基，其量為每1莫耳之組分(A)中的總烯基可提供約0.4至約4莫耳之組分(B)中的與矽鍵結之氫，且其中組分(B)係有機聚矽氧烷，其包括(B-1)有機聚矽氧烷，其具有至少約0.7質量%之與矽鍵結之氫並包括SiO4/2單元及HR3 2SiO1/2單元，比例在每1莫耳之SiO4/2單元對約1.50至約3.80莫耳之HR3 2SiO1/2單元範圍內，其中R3係C1-10烷基，為組分(B-1)之約5質量%至約95質量%；及(B-2)直鏈有機聚矽氧烷，其具有至少約0.1質量%之與矽鍵結之氫，其中該與
矽鍵結之氫以外的與矽鍵結之基團係C1-10烷基，為組分(B)之0質量%至約50質量%；及(C)催化數量之矽氫化反應催化劑，提供高度透明的經固化聚矽氧材料。
該組成物展現極佳的光學及機械性質，適合用於生產清透光學及電子裝置。光學清透性及機械韌性係衍生自樹脂形式之有機聚矽氧烷的較佳質量平均分子量。若該樹脂形式之有機聚矽氧烷(A-2)的質量平均分子量超過22,000g/mol，當(A-2)之含量以質量計超過組分(A)之50%時所生成之經固化組成物的光學透明性會降低。相似地，若該樹脂形式之有機聚矽氧烷(A-2)的質量平均分子量少於2000g/mol，當(A-2)之含量以質量計超過組分(A)之50%時所生成之經固化組成物的機械韌性會降低。因此，對達成光學及電子裝置所需之光學及機械性質而言，控制樹脂形式之有機聚矽氧烷的質量平均分子量是關鍵的。
光學裝置組件可利用本文所述之組成物藉由例如包括將塑形該組成物及固化該組成物以形成經固化產物之方法製造以用於光學裝置中。形塑該組成物可藉由射出成型、轉移成型、澆鑄、擠壓、包覆成型(overmolding)、壓縮成型、或模腔成型進行之，以製造模塑、澆鑄、灌注(potted)、配注(dispensed)或擠壓物件。形塑該組成物之方法將取決於各種因素，包括擬生產的光學裝置之大小及/或形狀以及所選擇的組成物。
在一個實施例中，該經固化組成物可用於電子或光學裝置應用。該電子或光學裝置可為例如電荷耦合裝置、發光二極體、光
導、光學相機、光耦合器、或導波管。在另一實施例中，該經固化組成物可用在光學裝置以促進該發光之光學裝置均勻照明表面。
在一個實施例中，高度透明、經固化聚矽氧產物係藉由固化該組成物而形成。在另一實施例中，該高度透明、經固化聚矽氧產物係模塑、澆鑄、或擠壓物件。在另一實施例中，該高度透明的經固化聚矽氧產物包括與經固化聚矽氧層形成單一物件之基材。
在另一實施例中，該組成物可藉由任何製造方法應用至光學部件，包括但不限於鏡片、反光片、片材、膜、欄柵(bar)及管材。該組成物可用於電子裝置、顯示器裝置、軟微影裝置、及醫學裝置及健康照護裝置。在一實施例中，該組成物用作為擴散器(diffuser)或提供擴散效果。
這些實例意欲對所屬技術領域中具有通常知識者說明某些實施例，並且不應被解釋為限制申請專利範圍中提出的本揭露範疇。
樣本係製備用來藉由下列方法進行機械及光學評估。就各樣本所使用之方法在表1中指明。
機械評估樣本製備Y
將經乙烯基封端之聚二甲基矽氧烷、乙烯基官能性聚矽氧樹脂、Pt催化劑、氫官能性交聯劑、及矽氫化抑制劑添加至一般容
器並在平面混合器(Hauschild SpeedMixer DAZ 150FVZ)上在3,540每分鐘轉數(rpm)下混合25秒。將清透液體倒入鋁模中然後在130℃固化3小時以上以形成固體樣本，其中熱加速交聯反應，在該反應中Pt催化氫官能性交聯分子及乙烯基官能性聚二甲基矽氧烷及乙烯基官能樹脂之間矽-碳鍵的形成。樣本厚度為2.50mm。機械性質之測量係在物性分析儀(TA.HDPlus Texture Analyser,Texture Technologies Corp,NY,USA)上在23±1℃利用啞鈴狀樣品(藉由D1708模切割，½比例，Fremont)以2mm/sec之速度進行。硬度係在蕭式A硬度計(Shore A Durometer)上依據ASTM D2240測量之。
機械評估樣本製備X
將經乙烯基封端之聚二甲基矽氧烷、乙烯基官能性聚矽氧樹脂、Pt催化劑、氫官能性交聯劑、及矽氫化抑制劑添加至一般容器並在平面混合器(Hauschild SpeedMixer DAZ 150FVZ)上在3,540rpm混合20秒。將清透液體注入鋁模(1.5mm厚度)然後在125℃壓擠30分鐘成為固體樣本。將固體樣本自模移除並在150℃後固化1小時以機械性質測試。機械性質之測量係在Instron Mechanical Tester上依據ASTM D412-06A於2in/min之速度進行之。硬度係在蕭式A硬度計(Shore A Durometer)上依據ASTM D2240測量之。
機械評估樣本製備Z
將經乙烯基封端之聚二甲基矽氧烷、乙烯基官能性聚矽氧樹脂、Pt催化劑、氫官能性交聯劑、及矽氫化抑制劑添加至一般容器並藉由不對稱離心混合法在平面混合器(Hauschild SpeedMixer DAZ 150FVZ)上在3,540rpm混合20秒。然後將材料進行射出成型，其中將一次裝載量的材料在750磅每平方吋(psi)之壓力下射出至經加熱至150℃的金屬模穴內，保壓時間(holding time)為15sec.且固化時間為30sec.以製造ASTM Die C樣品。自該模穴移除後，立即對該樣本進行150℃之額外固化步驟1小時。機械性質之測量係在Instron Mechanical Tester上依據ASTM D412-06A於20in/min之速度進行之。硬度係在蕭式A硬度計(Shore A Durometer)上依據ASTM D2240測量之。
光學評估樣本製備A
將經乙烯基封端之聚二甲基矽氧烷、乙烯基官能性聚矽氧樹脂、Pt催化劑、氫官能性交聯劑、及矽氫化抑制劑添加至一般容器並在平面混合器(Hauschild SpeedMixer DAZ 150FVZ)上在3,540rpm混合20秒。將液體樣本注入聚苯乙烯模中並在85℃固化3小時，接著在130℃後固化3小時。樣本厚度係設定在2.54cm。該樣本之光學性質係以Perkin Elmer Lambda950分光光度計收集之。該分光光度計係在慢掃描速度、1nm狹縫寬、200nm至800nm波長範圍間操作。所報導的透光性數值未就因為空氣及聚矽氧物件之間折射率差異所致的表面反射(稱為Frensel反射作用)進行校正。
光學評估樣本製備B
將經乙烯基封端之聚二甲基矽氧烷、乙烯基官能性聚矽氧樹脂、Pt催化劑、氫官能性交聯劑、及矽氫化抑制劑添加至一般容器並經由不對稱離心混合法(Hauschild SpeedMixer DAZ 150FVZ)在3,400rpm混合60秒。然後將材料注入聚苯乙烯模中並在65℃固化14hrs。自該聚苯乙烯模穴移出後，立即對樣本進行150℃之額外固化步驟1小時。然後以Varian Cary 5000分光光度計利用積分球接觸法(integrating sphere attachment)收集該模塑厚板樣本之光學性質。該分光光度計係在中等掃描速度、1nm狹縫寬、200nm至800nm波長範圍間操作。總透光性係經由ASTM測試法E1348-11判定。
光學評估樣本製備C
將經乙烯基封端之聚二甲基矽氧烷、乙烯基官能性聚矽氧樹脂、Pt催化劑、氫官能性交聯劑、及矽氫化抑制劑添加至一般容器並經由不對稱離心混合法(Hauschild SpeedMixer DAZ 150FVZ)在3,400rpm混合60秒。然後將材料進行射出成型，其中將一次裝載量的材料在750psi之壓力下射出至於150℃加熱的金屬模穴內，保壓時間為15秒且固化時間為30秒以製造厚度為0.28cm之厚板。自該模穴移除後，立即對該樣本進行150℃之額外固化步驟1小時。以Varian Cary 5000分光光度計利用積分球接觸法收集該模塑厚板樣本之光學性質。該分光光度計係在中等掃描速度、1nm狹縫寬、200nm
至800nm波長範圍間操作。總透光性及霧度係經由ASTM測試法E1348-11判定。
光學評估樣本製備D
將經乙烯基封端之聚二甲基矽氧烷、乙烯基官能性聚矽氧樹脂、Pt催化劑、氫官能性交聯劑、及矽氫化抑制劑添加至一般容器並經由不對稱離心混合法(Hauschild SpeedMixer DAZ 150FVZ)在3,400rpm混合60秒。然後將材料注入至具有長度1.0cm、2.5cm、5.0cm、及10.0cm之模穴的模中以在60℃固化14小時。將樣本自模穴移出並進行150℃之額外固化步驟1小時。然後以Perkin Elmer Lambda950分光光度計收集該模塑厚板樣本之光學性質。該分光光度計係在慢掃描速度、1nm狹縫寬、200nm至800nm波長範圍間操作。所報導的透光性數值未就因為空氣及聚矽氧物件之間折射率差異所致的表面反射(稱為Frensel反射作用)進行校正。
圖1繪示利用光學評估樣本製備(Optical Evaluation Sample Preparation)C測得之0.28cm厚度樣本的透光性，其隨波長而變動。圖2繪示利用光學評估樣本製備C測得之0.28cm厚度樣本的光學霧度，其隨波長而變動。圖3繪示利用光學評估樣本製備D測得之1.0cm厚度樣本的透光性，其隨波長而變動。圖4繪示利用光學評估樣本製備B測得之3.2cm厚度樣本的透光性，其隨波長而變動。圖1至圖4之各者繪示本揭露之例示性組成物降低或消除透特性及霧度的問題。
質量平均分子量評估
藉由三次偵測凝膠滲透層析法分析烯基官能性樹脂以判定分子量。層析設備係由Waters 515泵、Waters 717自動取樣器及Waters 2410微差折射器組成。分離係以二個(300mm×7.5mm)Polymer Laboratories PLgel 5μm Mixed-C管柱(分子量分離範圍係200至2,000,000)進行，在此之前先通過PLgel 5μm保護管柱(50mm×7.5mm)。利用HPLC梯度以1.0mL/min流速之甲苯作為洗提液進行分析，且將管柱及偵測器均控制在45℃。樣本係以5mg/mL製備於甲苯中，在室溫偶爾搖晃持續3小時以溶劑化，並在分析前通過0.45μm PTFE注射器濾器過濾。使用75μL之注射體積並收集資料25分鐘。利用ThermoLabsystems Atlas色層分析軟體及Polymer Laboratories Cirrus GPC軟體收集及分析資料。相對於校正曲線(3rd次)判定分子量平均，該校正曲線係利用涵蓋580至2,300,000之分子量範圍的聚苯乙烯標準品製作。
實例1、3、4、及5的表
實例2a、2b、及2c的表
實例8、18、19、及20的表
實例9、10、13、及14的表
實例15、16、及17的表
實例21、22、及24的表
實例23、25、及26的表
比較例A至比較例C的表
比較例D至比較例F的表
產業應用
本揭露之組成物可用於製造光學及電子裝置，諸如例如光導及LED封裝。由固化該些組成物所製備之產物可提供一或多種益處，其包括但不限於強化光透射、強化可靠性、及提升LED封裝的壽命。該組成物及形成該經固化產物之方法可具有幾何形狀，其包括但不限於圓柱形、矩形、簡單凸透鏡、圖案化鏡片、紋路表面、穹面、及蓋。在光學裝置應用方面，該組成物可藉由成型製程(射出或轉移)或澆鑄製程預製。或者，用於在光學裝置總成上成型之製程，稱為在剛性或可撓性基材上「包覆成型(overmolding)」或「嵌件成型(insert molding)」亦可利用本文所述之組成物進行。該組成物可形成具有相對高抗拉強度之經固化產物。視所需的經固化產物之終端用途而定，該組成物可調配來製造具有相對高或相對低硬度的經固化產物。該經固化產物之表面不具黏性，且具有彈塑性特性。此性質組合使得該組成物適合用於包覆成型以及其他應用。前文所述之光導可用來藉由內部反射將光從光源傳導至視野面。該等應用包括用於下列照明目的之燈光包括燈及照明器具、用於顯示器之背光單元、車輛照明、及訊息留言板應用。
前述實施例及實例之描述係經呈現以供說明及描述之目的。並非意欲徹底詳盡或限縮所述之形式。參酌上開教示可有數種改良。該些改良中的一些已經討論，而其他的則為所屬技術領域中具有通常知識者所能理解。實施例係經選擇及描述以供說明多種實施例。範圍當然不受限於本文所述之實例或實施例，而可由所屬技術領域中具有通常知識者利用於任何數目之應用及等效裝置。更確切而言，範圍係由本文所附之申請專利範圍所界定。此外，多種實施例之特徵可經組合以形成進一步實施例。本文所用之詞彙「例示性(exemplary)」係指實例、例子、或說明。本文描述為「例示性」之態樣或實施例不一定會解釋為相較其他態樣或實施例係較佳或有利的。
此說明書全篇提及「一個實施例(one embodiment)」或「一實施例(an embodiment)」時可指所述與一具體實施例關聯之特徵、結構、或特色，其可被包括在申請專利之發明的至少一個實施例中。因此，此說明書全篇多處出現該用詞「一個實施例」或「一實施例」時不一定欲代表相同的實施例或所述之任何一個具體實施例。再者，應當理解到所述之具體特徵、結構、或特色可在一或多個實施例中以多種方式組合。當然，一般而言該些及其他用法可依具體的上下文脈絡改變。因此具體的描述或使用該些用語之上下文脈絡可就該脈絡所欲為之推斷提供有用的指引。
Claims (15)
- 一種可固化之聚矽氧組成物，其包含：有機聚矽氧烷，其中該有機聚矽氧烷包含(i)聚合物形式之有機聚矽氧烷，其在各分子中平均具有至少二個烯基、聚合度在約25至約10,000範圍內、且係以該有機聚矽氧烷之約20質量%至約50質量%的範圍內存在；及(ii)樹脂形式之有機聚矽氧烷，其包含SiO4/2單元、R1 2R2SiO1/2單元、及R1 3SiO1/2單元，其中R1係C1-10烷基且R2係烯基，其中該樹脂含有在約1.0質量%至約4.5質量%範圍內之烯基，具有約0.2質量%至約2.0質量%範圍內之矽上羥基含量，並具有約2,000g/mol至約22,000g/mol範圍內之質量平均分子量；交聯劑；及催化數量之矽氫化催化劑。
- 如請求項1之組成物，其進一步包含選自由下列所組成之群組的額外成分：抑制劑、脫模劑、填充劑、黏著劑促進劑、熱穩定劑、阻燃劑、反應性稀釋劑、氧化抑制劑、及其任何二或更多者之組合。
- 如請求項2之組成物，其中該額外成分包含對矽氫化反應之反應抑制劑，且該額外成分具有基於該組成物之總重量計約10至約5,000百萬分點的濃度。
- 如請求項1之組成物，其中該組成物具有約60至約95(Shore A)之硬度、大於約3兆帕之抗拉強度、及藉由ASTM測試法E1348-11在598奈米波長測量3.2公分厚度係大於約90%之總透光性。
- 如請求項1之組成物，其中該組成物具有約60至約95(Shore A)之硬度、大於約3兆帕之抗拉強度、及在598奈米波長測量係少於約0.01cm-1之光衰減係數。
- 一種高度透明的經固化聚矽氧產物，其藉由固化如請求項1至3中任一項之組成物而形成。
- 如請求項6之高度透明的經固化聚矽氧產物，其中該經固化產物係模塑、澆鑄、或擠壓物件。
- 如請求項7之高度透明的經固化聚矽氧產物，其包含與經固化聚矽氧層形成單一物件之基材。
- 一種如請求項6之經固化產物於光學裝置應用之用途。
- 一種用於形成可固化之聚矽氧組成物之方法，該方法包含：混合包含下列者之溶液：有機聚矽氧烷，其包含：(i)烯基官能性二烷基聚矽氧烷，其在各分子中平均具有至少二個烯基、聚合度在約25至約10,000範圍內，為組分(A)之約20質量%至組分(A)之約50質量%；及(ii)烯基官能性有機聚矽氧烷樹脂，其包含SiO4/2單元、R1 2R2SiO1/2單元、及R1 3SiO1/2單元，其中R1係C1-10烷基且R2係烯基，該烯基含量在約1.0質量%至約4.5質量% 範圍內，矽上羥基含量在約0.2質量%至約2.0質量%範圍內，且質量平均分子量在約2,000g/mol至約22,000g/mol；交聯劑；及催化數量之矽氫化催化劑以形成該可固化之聚矽氧組成物。
- 如請求項10之方法，其進一步包含添加反應抑制劑至該溶液。
- 如請求項11之組成物，其中反應抑制劑抑制矽氫化反應，且具有基於該組成物之總重量計約10至約5,000百萬分點的濃度。
- 如請求項10之方法，其進一步包含加熱該可固化之聚矽氧組成物以形成經固化聚矽氧產物。
- 如請求項13之方法，其中該加熱步驟進一步包含以射出成型、轉移成型、澆鑄、擠壓、包覆成型(overmolding)、壓縮成型、及模腔成型中之一者固化該溶液以製造模塑、澆鑄、或擠壓物件。
- 一種可固化之聚矽氧組成物，其包含：100質量份之含烯基有機聚矽氧烷，其包含：二烷基聚矽氧烷，其在各分子中平均具有至少二個烯基及在25℃為約300mPa‧s至約2,000,000mPa‧s之黏度，為該有機聚矽氧烷之約20質量%至約50質量%；及含烯基樹脂形式之有機聚矽氧烷，其包含SiO4/2單元、R1 2R2SiO1/2單元、及R1 3SiO1/2單元，其中R1 2係C1-10烷基且R2係烯基，及烯基含量在約1.0質量%至約4.5質量%範圍 內，矽上羥基含量在約0.2質量%至約2.0質量%範圍內，為該有機聚矽氧烷之約50質量%至約80質量%；交聯劑，其在各分子中平均具有至少三個與矽鍵結之氫原子，其中該與矽鍵結之氫以外的與矽鍵結之基團係C1-10烷基，其量為每1莫耳之該有機聚矽氧烷中的總烯基提供約0.8莫耳至約2.0莫耳之與矽鍵結之氫，其中該交聯劑本身係有機聚矽氧烷，其包含有機聚矽氧烷，其具有約0.7質量%之與矽鍵結之氫並包含SiO4/2單元及HR3 2SiO1/2單元，其比例範圍為每1莫耳之SiO4/2單元對約1.50至約3.80莫耳之HR3 2SiO1/2單元，其中R R3係C1-10烷基，其為組分(B)之約5質量%至約100質量%，及直鏈有機聚矽氧烷，其具有至少約0.3質量%之與矽鍵結之氫，其中該與矽鍵結之氫以外的與矽鍵結之基團係C1-10烷基，其為組分(B)之0質量%至約50質量%；及催化數量之矽氫化反應催化劑。
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