TWI385186B - 經有機硼烷胺錯合物硬化之矽氧烷及矽烷 - Google Patents
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Description
本發明係關於包含自由基可聚合有機矽單體、寡聚物或聚合物之可硬化組合物,其在藉由加熱而活化之有機硼烷胺錯合物存在下硬化;或其藉由在含氧環境中將自由基可聚合有機矽單體、寡聚物或聚合物及有機硼烷胺錯合物與胺反應性化合物組合而硬化;以形成經硬化之製造物品。
本發明亦係關於包括可硬化之有機矽組合物及至少一基板之複合物品。本文將可硬化定義為能夠經由硬化以使得組合物變稠或變硬,其中硬化定義為導致可聚合組份之平均分子量增加之諸如聚合或交聯的化學反應。該可硬化之有機矽組合物具有改良之存放穩定性及室溫下改良之硬化特性。該可硬化之有機矽組合物包含:(i)自由基可聚合有機矽單體、寡聚物或聚合物;(ii)有機硼烷胺錯合物;及視情況(iii)胺反應性化合物。
此外,本發明係關於製造複合物品之方法,其中可硬化之有機矽組合物為黏著劑之形式,其可在低於先前所採溫度之溫度下硬化,以使得基板及有機矽組合物在較低溫度下黏結在一起以製得複合物品。
可硬化之有機矽組合物在此項技術中已知,包括使用加成(亦即,氫化矽烷化)可硬化組合物,因為在硬化該等組合物之反應期間不會產生揮發性副產物。通常,該等組合物包含每分子具有至少兩個烯基之一或多種聚二有機矽氧烷、具有平均至少兩個與矽鍵結之氫原子之有機氫聚矽氧烷、及氫化矽烷化催化劑。該加成可硬化之組合物之一實例為聚矽氧彈性體,其一旦藉由氫化矽烷化硬化即交聯,且其用於製造:模製橡膠部件;釋放塗層;壓敏黏著劑;用於組裝電氣設備或汽車零件之現場硬化黏著劑及作為用於保護及/或鈍化電子電路板之塗層或囊封劑。
然而,該等氫化矽烷化可硬化組合物之一已知限制為氫化矽烷化催化劑(例如,鉑化合物)之易於被甚至少量與氫化矽烷化催化劑高度相關之含氮、磷、硫、錫或砷之化合物毒化或抑制之易感性。該易感性導致不適當地形成或未經硬化之產物,且限制可用於改質該等氫化矽烷化可硬化組合物之添加劑之類型及濃度。此外,活性氫作為醇、酸、甚至水之存在可與有機氫聚矽氧烷反應以產生不良副反應。因此,包含可在硬化過程中存在之氫化矽烷化催化劑抑制基團之添加劑及雜質往往會降低氫化矽烷化可硬化組合物之硬化速率或物理特性。在抑制基團存在於基板表面上之情況下,在基板與氫化矽烷化可硬化組合物之間的黏著之發展可能需要比平常大體上高之硬化溫度。在嚴重情況下,抑制基團之存在甚至可完全防止黏著及硬化。
使用有機過氧化物來硬化有機矽組合物亦已知。過氧化物可硬化組合物不需要包含鉑族之催化劑,且因此該等組合物不那麽容易受少量包含氮、磷、硫或砷之化合物所引起之硬化抑制之影響。雖然包含有機過氧化物之組合物能夠在低溫下起始聚合或硬化,但通常,由於其內在之熱不穩定性,所以其有短存放期的問題。另外,基於有機過氧化物之可硬化組合物可能會受到氧的強烈抑制,且因此需要在惰性環境中處理,或其往往會產生不良分解副產物。
有機硼烷胺錯合物亦已知。例如,用以聚合丙烯酸單體之有機硼烷胺錯合物在美國專利3,275,611(1966年9月27日)中有所描述。可用以自身聚合之有機硼化合物(例如三烷基硼烷)在氧存在下具自燃性,所以在有機硼化合物與胺化合物之間預先形成之錯合物經記錄具有賦予有機硼化合物(例如三烷基硼烷)改良穩定性之益處。
在美國專利6,706,831(2004年3月16日)中描述了近來對有機硼烷胺錯合物之結構之改質及其在基於丙烯酸酯之黏著劑中之使用。亦描述了烷基硼烷胺錯合物與胺反應性解錯合劑之組合以在室溫下起始丙烯酸黏著劑之聚合。該等組合物提供了快速硬化及黏著至低能塑膠之優點。
美國專利申請公開案2004/0010099(2004年1月15日)揭示了一種烷基硼烷伸乙亞胺錯合物,其可用作諸如二官能基或多官能基丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、或包括聚矽氧樹脂及胺基甲酸酯樹脂之具有乙烯基末端之樹脂的可聚合單體之聚合催化劑,其限制條件為包括含較小比例之單體,例如以組合物之總重量計至多20重量百分比,較佳至多15重量百分比。甚至當作為微量組份包括在內時,組合物不會提供基於有機聚矽氧烷之基質之全部優點。例如,因為需要氧來起始硬化反應,所以基於有機聚矽氧烷之基質(例如聚二甲基矽氧烷(PDMS)聚合物)由於其改良之氧滲透性而允許比可比較之有機基質更快速之深區段硬化。
美國專利第6,777,512號(2004年8月17日)(下文稱作'512專利)描述了某些可聚合聚矽氧組合物,其包含:(a)有機硼烷胺錯合物,(b)一或多種具有不飽和性且能夠自由基聚合之化合物,且組合有(c)具有矽氧烷主鏈及能夠硬化之反應性部分之化合物,及(d)用以硬化矽氧烷之催化劑。該等組合物提供形成具有至低能基板之良好黏著性之加成可硬化產物的優點而無與氫化矽烷化可硬化組合物相關聯之抑制問題。然而,該等混合組合物會遭受有機相與矽氧烷相之相分離,且因此其可撓性往往不如包含本發明之基質之所有矽氧烷。因為矽氧烷相使用經由不同反應(例如縮合或氫化矽烷化)而工作之第二硬化催化劑(d),所以會有在控制組合物之相行為及所得特性之任務中引入額外複雜性之競爭性反應。在沒有組份(d)之情況下'512專利中所描述之組合物將展現出大體上未反應之矽氧烷相材料,因為胺基硼烷胺錯合物不能硬化存在於可硬化之矽氧烷組份(c)中之矽氧烷化合物中之至少一化合物,例如矽氫化物官能性矽氧烷或-OH官能性矽氧烷。此外,有機自由基可聚合化合物(b)(例如在'512專利中之丙烯酸單體)之存在亦可導致經完全聚合之材料之熱穩定性降低。因此,本發明與'512專利之不同之處在於,本文之組合物可藉由有機硼烷胺錯合物催化劑(ii)而完全硬化。此外,本發明特定地包括自由基可聚合有機矽單體、寡聚物或聚合物,然而不含任何不包括一或多個矽原子之自由基可聚合單體、寡聚物或聚合物。
此外,因為需要高溫以與既有的加成可硬化之有機矽組合物形成黏著,所以自基板或自可硬化組合物內除去夾帶之揮發性物質(例如水)會導致在形成於基於聚矽氧之彈性體與其所施加至之基板之間的接合處中形成不良空隙或氣泡。該問題對於吸濕性的極性聚合物組合物(例如,聚酯、聚醯胺、聚醯亞胺及環氧樹脂)尤其敏銳。為克服該問題,用以製造該等組合物之組份通常需要預先乾燥,其在製造過程中需要一些額外製程步驟及乾燥設備。同樣,用以加成硬化有機矽組合物所需之硬化溫度超過一些聚合物基板及在其上安裝之組件之熱穩定性限制。
雖然存在用於組件之表面之外部處理方法之其它實例,例如施加底塗劑或暴露至高能源(例如電漿、電暈或紫外光),但甚至該等處理方法在製造過程中亦需要額外處理時間、及/或昂貴設備。
與上相比,本發明包括某些加成可硬化有機矽組合物之發現,該等組合物甚至能夠在低溫下快速聚合及/或交聯,以產生提供由具有較習知加成可硬化之有機矽組合物有所改良之黏著力之基於有機矽之基質所引起之獨特物理特性的組合物。
由於與上述先前技術之加成可硬化組合物相關聯之缺陷,所以需要在較低溫度下及/或在較短時間內快速硬化之組合物,與此同時消除對施加有組合物之表面之預先乾燥及外部處理之需要。
因此,本發明係關於可硬化組合物,其包含(i)自由基可聚合有機矽單體、寡聚物或聚合物;(ii)有機硼烷胺錯合物;及視情況(iii)胺反應性化合物。自由基可聚合有機矽單體、寡聚物或聚合物係包含不飽和性且能夠進行自由基聚合之有機矽單體、寡聚物或聚合物。有機硼烷胺錯合物係在有機硼烷與胺化合物之間形成之錯合物。有機硼烷具有式BR"3
,其中R"代表含有1-20個碳原子之直鏈、支鏈、脂族或芳族烴基。用以形成錯合物之胺化合物可為有機胺或含矽胺。胺反應性化合物(iii)在包含於組合物中時之功能為引起有機硼烷胺錯合物解離。若需要,有機硼烷胺錯合物之解離可在沒有胺反應性化合物(iii)之情況下藉由將可硬化組合物加熱至有機硼烷胺錯合物解離之溫度而完成。
胺反應性化合物(iii)可為無機酸、路易斯酸、羧酸、羧酸衍生物、羧酸金屬鹽、異氰酸酯、醛、環氧化物、酸氯化物或磺醯氯。胺反應性官能基可由有機分子或有機金屬化合物(例如,有機矽烷、有機聚矽氧烷、有機鈦酸酯或有機鋯酸酯)承載。胺反應性化合物可為單體、寡聚物或聚合物。胺反應性化合物(iii)可包含自由基可聚合基團,例如丙烯酸或聚丙烯酸。此外,胺反應性化合物(iii)可附著至固體顆粒,例如:經研磨之矽石、經沈澱之矽石、碳酸鈣、碳黑、碳奈米顆粒、矽奈米顆粒、硫酸鋇、二氧化鈦、氧化鋁、氧化鋅、氮化硼、銀、金、鉑、鈀及其合金;或卑金屬,例如鎳、鋁、銅及鋼。
若需要多孔或微孔性發泡產品,則可硬化組合物亦可包含:(iv)在與帶有活性氫之化合物(b)及催化劑(c)混合時能夠產生氣體之組份(a)。雖然製造發泡產品需要三種組份a-c,但其中一或多種組份可能已經存在於一些可硬化組合物中。組份(a)可為矽氫化物官能性化合物,例如有機氫聚矽氧烷,組份(b)可為水、醇或羧酸,且組份(c)可為鉑、鉑族金屬、錫、鈦或鋯。
可硬化組合物可與各種基板一起用於製造複合製造物品,此時基板塗覆有可硬化組合物或與可硬化組合物黏結在一起並經硬化。該等組合物及由其製造之複合物品可用於廣泛範圍之應用,例如用於電子、汽車、建築、運動及娛樂、消費產品及醫療產業。在考量對本發明之描述後,本發明之該等及其它特徵將變得顯而易見。
本文之可硬化組合物包含:(i)自由基可聚合有機矽單體、寡聚物或聚合物;(ii)有機硼烷胺錯合物;及視情況(iii)有效量之具有胺反應性基團之胺反應性化合物。如先前所述,組份(iii)應能引起有機硼烷胺錯合物(ii)解離。在不包含組份(iii)之組合物中,可將彼等組合物加熱至足以引起有機硼烷胺錯合物(ii)解離之溫度。
該等可硬化組合物提供在低溫下之快速硬化,尤其當包含組份(iii)時。當用作複合物品時,可將可硬化組合物施加至基板之至少一表面。當用以製造複合物品時,該製程可在顯著較低之溫度(亦即,通常為20-25℃/68-77℉之室溫(RT))下及在較短時間內藉由將可硬化組合物黏結至基板之至少一表面而便利地實施。
組份(i)為有機矽化合物,且可為包含不飽和性且能夠進行自由基聚合之單一單體、寡聚物、聚合物或混合物。所選擇之化合物依經硬化之產品之用途而定,但其一般選自具有平均至少一自由基可聚合部分之有機矽烷及有機聚矽氧烷之中。有機矽化合物可為單體、寡聚物、聚合物,或其可包括單體、及/或寡聚物、及/或聚合物之混合物。在許多情況下,較佳使用單體、寡聚物或聚合物之混合物以賦予整體及表面特性之所要組合,例如硬化速率、模數及黏著力。該等自由基可聚合化合物之較高分子量型式有時被稱作大分子單體(macromonomer)。有機矽化合物可在自由基可聚合基團中包含單官能或多官能單元。此允許聚合成直鏈聚合物、支鏈聚合物或各種架構、各種架構之共聚物、或交聯聚合物網路。單體及寡聚物可為用以製備加成或縮合可硬化聚合物之任何單體或寡聚物、或用於其它類型之硬化反應之單體或寡聚物,其限制條件為其具有至少一自由基可聚合基團。
適當有機矽單體包括對應於式Rn
Si(OR')4 - n
之結構,其中n為0-4,且其中R或R'基團中之至少一者包含自由基可聚合基團。R及R'基團可獨立為氫、鹵素原子或有機基團,例如烷基、鹵基烷基、芳基、鹵基芳基、烯基、炔基、丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯官能基。丙烯酸官能基字首丙烯醯氧基-及丙烯醯基-在本文中可互換使用,正如甲基丙烯醯氧基-及甲基丙烯醯基-。R及R'基團亦可包含其它有機官能基,例如縮水甘油基、胺基、醚基、氰酸酯基、異氰基、酯基、羧酸基、羧酸鹽基、琥珀酸酯基、酸酐基團、巰基、硫化物基、疊氮化物基、膦酸酯基、膦基、掩蔽異氰基及羥基。
自由基可聚合有機矽單體之一些實例包括3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、甲基丙烯醯氧基甲基三甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷、甲基丙烯醯氧基甲基三乙氧基矽烷、3-丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、丙烯醯氧基甲基三甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲基矽烷、甲基丙烯醯氧基甲基三甲基矽烷、3-丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷、丙烯醯氧基甲基三乙氧基矽烷、3-丙烯醯氧基丙基三甲基矽烷、丙烯醯氧基甲基三甲基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、烯丙基三甲氧基矽烷、1-己烯基三甲氧基矽烷、四-(烯丙氧基矽烷)、四-(3-丁烯基-1-氧基)矽烷、三-(3-丁烯基-1-氧基)甲基矽烷、二-(3-丁烯基-1-氧基)二甲基矽烷及3-丁烯基-1-氧基三甲基矽烷。該等有機矽化合物之較佳自由基可聚合部分為脂族不飽和基團,其中雙鍵相對於官能基位於末端位置、內部位置或該等兩個位置上。有機矽化合物之最佳自由基可聚合部分為丙烯酸酯基或甲基丙烯酸酯基。
當自由基可聚合有機矽化合物為有機聚矽氧烷單體、寡聚物或聚合物時,該化合物可為具有直鏈、支鏈、超支鏈或樹脂性結構之有機聚矽氧烷。該化合物可為均聚物或共聚物。有機聚矽氧烷之自由基可聚合部分可為不飽和有機基團,例如具有2-12個碳原子之烯基,例如乙烯基、烯丙基、丁烯基及己烯基。不飽和有機基團亦可由諸如乙炔、丙炔及丁炔之具有2-12個碳原子之炔基組成。不飽和有機基團可在寡聚或聚合聚醚上帶有自由基可聚合基團,例如烯丙氧基聚(氧伸烷基)及其經鹵素取代之類似物。自由基可聚合有機基團可包含丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯官能基,例如丙烯醯氧基烷基(例如,3-丙烯醯氧基丙基、2-丙烯醯氧基乙基、丙烯醯氧基甲基)及甲基丙烯醯氧基甲基(例如,3-甲基丙烯醯氧基丙基、2-甲基丙烯醯氧基乙基及甲基丙烯醯氧基甲基)。不飽和有機基團可相對於聚合物主鏈位於末端位置、側基位置、或末端及側基位置。單體、寡聚及聚合有機矽化合物之較佳自由基可聚合部分為丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯基。
任何剩餘的與矽鍵結之有機基團可為不含脂族不飽和性之單價有機基團。單價有機基團可具有1-20個碳原子,較佳具有1-10個碳原子,且其示例有:烷基,例如甲基、乙基、丙基、戊基、辛基、十一烷基及十八烷基;環烷基,例如環己基;芳基,例如苯基、甲苯基、二甲苯基、苯甲基及2-苯乙基;烷氧基聚氧伸烷基),例如丙氧基聚(氧伸乙基)、丙氧基聚(氧伸丙基)、丙氧基-聚(氧伸丙基)-共-聚(氧伸乙基)、其經鹵素取代之型式;氰基官能基,例如諸如氰乙基及氰丙基之氰烷基;咔唑基,例如3-(N-咔唑基)丙基;芳基胺基官能基,例如4-(N,N-二苯基胺基)苯基-3-丙基;及經鹵化之烴基,例如3,3,3-三氟丙基、3-氯丙基、二氯苯基及6,6,6,5,5,4,4,3,3-九氟己基。
自由基可聚合有機矽化合物可為在25℃下具有0.001 Pa.s之黏度之流體至具有膠狀物之稠度之化合物。自由基可聚合有機矽化合物亦可為在高溫下或藉由施加剪應力而變得可流動之固體。
組份(i)包括具有下式之有機聚矽氧烷流體:(a)R1 3
SiO(R1 2
SiO)a
(R1
R2
SiO)b
SiR1 3
,(b)R3 2
R4
SiO(R3 2
SiO)c
(R3
R4
SiO)d
SiR3 2
R4
,或(c)該等流體之組合。
在式(a)中,a具有0至20,000之平均值,且b具有1-20,000之平均值。每一R1
基團獨立為單價有機基團。適當單價有機基團包括:丙烯酸官能基,例如丙烯醯氧基甲基、3-丙烯醯氧基丙基、甲基丙烯醯氧基甲基及3-甲基丙烯醯氧基丙基;烷基,例如甲基、乙基、丙基及丁基;烯基,例如乙烯基、烯丙基及丁烯基;炔基,例如乙炔基及丙炔基;芳族基,例如苯基、甲苯基及二甲苯基;氰烷基,例如氰乙基及氰丙基;經鹵化之烴基,例如3,3,3-三氟丙基、3-氯丙基、二氯苯基及6,6,6,5,5,4,4,3,3-九氟己基;烯氧基聚(氧伸烷基),例如烯丙氧基(聚氧伸乙基)、烯丙氧基聚(氧伸丙基)及烯丙氧基-聚(氧伸丙基)-共-聚(氧伸乙基);烷氧基聚(氧伸烷基),例如丙氧基(聚氧伸乙基)、丙氧基聚(氧伸丙基)及丙氧基-聚(氧伸丙基)-共-聚(氧伸乙基);經鹵素取代之烷氧基聚(氧伸烷基),例如全氟丙氧基(聚氧伸乙基)、全氟丙氧基聚(氧伸丙基)及全氟丙氧基-聚(氧伸丙基)-共-聚(氧伸乙基);烷氧基,例如甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、正丁氧基及乙基己氧基;胺基烷基,例如胺基甲基、2-胺基乙基、3-胺基丙基、6-胺基己基、11-胺基十一烷基、3-(N-烯丙基胺基)丙基、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基、N-(2-胺基乙基)-3-胺基異丁基、對胺基苯基、2-乙基吡啶及3-丙基吡咯基團;環氧烷基,例如縮水甘油氧基甲基、3-縮水甘油氧基丙基、2-(3,4,-環氧環己基)乙基及5,6-環氧己基;酯官能基,例如乙醯氧基甲基及苯甲醯氧基丙基;羥基官能基,例如羥基及2-羥乙基;異氰酸酯及掩蔽異氰酸酯官能基,例如異氰酸基甲基、3-異氰酸基丙基、參-3-丙基異氰脲酸酯、丙基-第三丁基胺基甲酸酯及丙基乙基胺基甲酸酯基團;醛官能基,例如十一醛及丁醛基;酸酐官能基,例如3-丙基琥珀酸酐及3-丙基順丁烯二酸酐基團;咔唑基,例如3-(N-咔唑基)丙基;芳基胺基官能基,例如4-(N,N-二苯基胺基)苯基-3-丙基;羧酸官能基,例如3-羧酸丙基及2-羧酸乙基;及羧酸之金屬鹽,例如3-羧酸丙基及2-羧酸乙基之鋅、鈉或鉀鹽。
R2
基團獨立為不飽和單價有機基團。R2
之示例有:烯基,例如乙烯基、烯丙基及丁烯基;炔基,例如乙炔基及丙炔基;及丙烯酸官能基,例如丙烯醯氧基甲基、3-丙烯醯氧基丙基、甲基丙烯醯氧基甲基及3-甲基丙烯醯氧基丙基。
在式(b)中,c具有0至20,000之平均值,且d具有0至20,000之平均值。R3
基團可與上述R1
基團相同。每一R4
獨立為不飽和有機基團。R4
之示例有:烯基,例如乙烯基、烯丙基及丁烯基;炔基,例如乙炔基及丙炔基;烯氧基聚(氧伸烷基),例如烯丙氧基(聚氧伸乙基)、烯丙氧基聚(氧伸丙基)及烯丙氧基-聚(氧伸丙基)-共-聚(氧伸乙基);及丙烯酸官能基,例如丙烯醯氧基丙基、丙烯醯氧基甲基、3-丙烯醯氧基丙基、甲基丙烯醯氧基甲基及3-甲基丙烯醯氧基丙基。
適合用作組份(i)之一些代表性有機聚矽氧烷流體包括:具有α,ω-甲基丙烯醯氧基丙基二甲基矽烷基末端之聚二甲基矽氧烷、具有α,ω-甲基丙烯醯氧基甲基二甲基矽烷基末端之聚二甲基矽氧烷、具有α,ω-丙烯醯氧基丙基二甲基矽烷基末端之聚二甲基矽氧烷、具有α,ω-丙烯醯氧基甲基二甲基矽烷基末端之聚二甲基矽氧烷;側位丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯官能聚合物,例如聚(丙烯醯氧基丙基-甲基矽烷氧基)聚二甲基矽氧烷、聚(丙烯醯氧基甲基-甲基矽烷氧基)聚二甲基矽氧烷、聚(甲基丙烯醯氧基甲基-甲基矽烷氧基)聚二甲基矽氧烷及聚(甲基丙烯醯氧基丙基-甲基矽烷氧基)聚二甲基矽氧烷共聚物;及具有多個丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯官能基之遠螯聚二甲基矽氧烷,例如藉由將多-丙烯酸酯或多-甲基丙烯酸酯單體邁克爾(Michael)加成至具有胺末端之聚二甲基矽氧烷而形成之組合物。該等官能化反應可經先天或原位實施。
可能需要使用在自由基可聚合基團之官能度及/或性質方面有所不同之有機聚矽氧烷流體之混合物。例如,使用藉由使具有二級胺末端之聚二甲基矽氧烷與兩莫耳當量之三丙烯酸三羥甲基丙烷酯發生邁克爾加成反應而製備之四官能基遠螯聚二甲基矽氧烷作為組合物之組份(i)提供了相對於具有類似聚合度(DP)之具有二官能基甲基丙烯醯氧基丙基二甲基矽烷基末端之聚二甲基矽氧烷快得多之硬化速率及降低之溶膠含量。然而,後面的組合物允許更佳之工作時間,且產生較低模數彈性體。因此,具有不同結構之組份(i)之組合可為有益的。製備該等有機聚矽氧烷流體之方法已知,例如對應有機鹵代矽烷之水解及縮合或環狀聚二有機矽氧烷之平衡。
本文所使用之符號M、D、T及Q代表包括有機矽流體、樹脂及其硬化產物之聚有機矽氧烷之結構單元之官能度。該等符號根據聚矽氧產業中之既定理解使用。M代表單官能單元R3
SiO1 / 2
;D代表二官能單元R2
SiO2 / 2
;T代表三官能單元RSiO3 / 2
;且Q代表四官能單元SiO4 / 2
。該等單元之結構式如下所示。
組份(i)亦可為有機矽氧烷樹脂,例如:包含R5 3
SiO1 / 2
單元及SiO4 / 2
單元之MQ樹脂;包含R5
SiO3 / 2
單元及R5 2
SiO2 / 2
單元之TD樹脂;包含R5 3
SiO1 / 2
單元及R5
SiO3 / 2
單元之MT樹脂;包含R5 3
SiO1 / 2
單元、R5
SiO3 / 2
單元及R5 2
SiO2 / 2
單元之MTD樹脂;或其組合。
該等有機矽氧烷樹脂中之每一R5
基團代表單價有機基團。單價有機基團R5
可具有1-20個碳原子,較佳具有1-10個碳原子。單價有機基團之一些實例為丙烯酸酯官能基(例如丙烯醯氧基烷基)、甲基丙烯酸酯官能基(例如甲基丙烯醯氧基烷基)、氰基官能基及單價烴基。單價烴基包括:烷基,例如甲基、乙基、丙基、戊基、辛基、十一烷基及十八烷基;環烷基,例如環己基;烯基,例如乙烯基、烯丙基、丁烯基及己烯基;炔基,例如乙炔基、丙炔基及丁炔基;芳基,例如苯基、甲苯基、二甲苯基、苯甲基及2-苯乙基;經鹵化之烴基,例如3,3,3-三氟丙基、3-氯丙基、二氯苯基及6,6,6,5,5,4,4,3,3-九氟己基。氰基官能基包括氰烷基,例如氰乙基及氰丙基。
R5
亦可為:烷氧基聚(氧伸烷基),例如丙氧基(聚氧伸乙基)、丙氧基聚(氧伸丙基)及丙氧基-聚(氧伸丙基)-共-聚(氧伸乙基);經鹵素取代之烷氧基聚(氧伸烷基),例如全氟丙氧基(聚氧伸乙基)、全氟丙氧基聚(氧伸丙基)及全氟丙氧基-聚(氧伸丙基)-共聚(氧伸乙基);烯氧基聚(氧伸烷基),例如烯丙氧基聚(氧伸乙基)、烯丙氧基聚(氧伸丙基)及烯丙氧基-聚(氧伸丙基)-共聚(氧伸乙基);烷氧基,例如甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、正丁氧基及乙基己氧基;胺基烷基,例如胺基甲基、2-胺基乙基、3-胺基丙基、6-胺基己基、11-胺基十一烷基、3-(N-烯丙基胺基)丙基、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基、N-(2-胺基乙基)-3-胺基異丁基、對胺基苯基、2-乙基吡啶及3-丙基吡咯基團;位阻胺基烷基,例如四甲基六氫吡啶基氧丙基;環氧烷基,例如縮水甘油氧基甲基、3-縮水甘油氧基丙基、2-(3,4,-環氧環己基)乙基及5,6-環氧己基;酯官能基,例如乙醯氧基甲基及苯甲醯氧基丙基;羥基官能基,例如羥基及2-羥乙基;異氰酸酯及掩蔽異氰酸酯官能基,例如異氰酸基甲基、3-異氰酸基丙基、參-3-丙基異氰脲酸酯、丙基-第三丁基胺基甲酸酯及丙基乙基胺基甲酸酯基團;醛官能基,例如十一醛及丁醛基團;酸酐官能基,例如3-丙基琥珀酸酐及3-丙基順丁烯二酸酐基團;咔唑基,例如3-(N-咔唑)丙基;芳基胺基官能基,例如4-(N,N-二苯基胺基)苯基-3-丙基;羧酸官能基,例如3-羧酸丙基、2-羧酸乙基及10-羧酸癸基;及羧酸之金屬鹽,例如3-羧酸丙基及2-羧酸乙基之鋅、鈉及鉀鹽。
有機矽氧烷樹脂一般包含平均1-40莫耳百分比之自由基可聚合基團,例如不飽和有機基團。不飽和有機基團可為烯基、炔基、丙烯酸酯官能基、甲基丙烯酸酯官能基或其組合。如本文所界定之不飽和有機基團在有機矽氧烷樹脂中之莫耳百分比為樹脂中包含矽氧烷單元之不飽和基團之莫耳數與樹脂中之矽氧烷單元之總莫耳數之比率乘以100。
可用作組份(i)之適當有機矽氧烷樹脂之一些特定實例為M甲 基 丙 烯 醯 氧 基 甲 基
Q樹脂、M甲 基 丙 烯 醯 氧 基 丙 基
Q樹脂、MT甲 基 丙 烯 醯 氧 基 甲 基
T樹脂、MT甲 基 丙 烯 醯 氧 基 丙 基
T樹脂、MDT甲 基 丙 烯 醯 氧 基 甲 基
T苯 基
T樹脂、MDT甲 基 丙 烯 醯 氧 基 丙 基
T苯 基
T樹脂、M乙 烯 基
T苯 基
樹脂、TT甲 基 丙 烯 醯 氧 基 甲 基
樹脂、TT甲 基 丙 烯 醯 氧 基 丙 基
樹脂、T苯 基
T甲 基 丙 烯 醯 氧 基 甲 基
樹脂、T苯 基
T甲 基 丙 烯 醯 氧 基 丙 基
樹脂、TT苯 基
T甲 基 丙 烯 醯 氧 基 甲 基
樹脂、及TT苯 基
T甲 基 丙 烯 醯 氧 丙 基
樹脂,其中M、D、T及Q具有與上文所界定之含義相同之含義。若需要,亦可使用M乙 烯 基
T苯 基
樹脂,其在美國專利6,509,423(2003年1月21日)中有所描述。
製備有機矽氧烷樹脂之方法已知。例如,該等樹脂可藉由用包含烯基之封端劑處理藉由如美國專利2,676,182(1954年4月20日)中所描述之二氧化矽水溶膠封端方法製得之樹脂共聚物而得以製造。在'182專利中之方法特定地包含:在酸性條件下使二氧化矽水溶膠與可水解之三有機矽烷(例如三甲基氯矽烷)、矽氧烷(例如六甲基二矽氧烷)或其混合物反應,及隨後回收具有M及Q單元之共聚物。該等共聚物通常包含2-5重量百分比之羥基。
包含少於2重量百分比之與矽鍵結之羥基之有機矽氧烷樹脂可隨後藉由使'182專利之共聚產物與足以在產物中提供3-30莫耳百分比之不飽和有機基團之量的包含不飽和有機基團之封端劑及不含脂族不飽和性之封端劑反應而得以製備。適當封端劑包括矽氮烷、矽氧烷及矽烷。一些較佳封端劑在美國專利4,584,355(1986年4月22日)、美國專利4,585,836(1986年4月26日)及美國專利4,591,622(1986年5月22日)中有所描述。單一封端劑或多種封端劑之混合物可用以製備該等有機矽氧烷樹脂。
可用作組份(i)之另一類型之有機矽化合物為藉由使具有聚合物主鏈之有機化合物與每分子併入平均至少一自由基可聚合基團之有機聚矽氧烷共聚合而形成之組合物。適當之有機化合物包括:基於烴之聚合物,例如聚異丁烯、聚丁二烯、聚異戊二烯;聚烯烴,例如聚乙烯、聚丙烯及聚乙烯聚丙烯共聚物;聚苯乙烯、苯乙烯丁二烯及丙烯腈丁二烯苯乙烯;聚丙烯酸酯;聚醚,例如聚氧化乙烯或聚氧化丙烯;聚酯,例如聚對苯二甲酸乙二酯或聚對苯二甲酸丁二酯;聚醯胺;聚碳酸酯;聚醯亞胺;聚脲;聚甲基丙烯酸酯;及經部分氟化或經全氟化之聚合物,例如聚四氟乙烯;經氟化之橡膠;末端不飽和之烴、烯烴及聚烯烴。有機化合物亦可為任何上述化合物之共聚物,包括包含多個有機官能基、多個有機聚矽氧烷官能基、或有機聚矽氧烷與有機化合物之組合之聚合物。共聚物結構可在其重複單元之排列上有所變化而具有無規、接枝或嵌段之性質。
除了帶有平均至少一自由基可聚合基團外,組份(i)亦可具有物理轉變溫度或帶有一具有物理轉變溫度之有機官能基,或一旦硬化便形成具有物理轉變溫度(亦即,玻璃轉變或熔融轉變)之基質,以使得組合物在使用條件下在達到某些溫度時經歷藉由軟化或黏度之非線性減小標記之變化。該等有機聚矽氧烷基質對相變組合物(例如,彼等經發現可用於電子組件之熱傳導相變熱界面材料之組合物)有用。一適當之有機聚矽氧烷基質為有機官能基聚矽氧蠟。該蠟可為未經交聯之有機官能基聚矽氧蠟、經交聯之有機官能基聚矽氧蠟、或該等蠟之組合。該等聚矽氧蠟為市售,且在美國專利5,380,527(1995年1月10日)、美國專利6,121,165(2000年9月19日)及美國專利6,620,515(2003年9月16日)中有詳細描述。亦帶有至少一自由基可聚合基團(例如丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯)之有機官能基聚矽氧蠟在用作組份(i)時可用於賦予組合物相變。
有機硼烷胺錯合物(ii)為在有機硼烷與在周圍條件下使錯合物穩定之適當胺化合物之間形成之錯合物。錯合物(ii)應能藉由引入胺反應性化合物及/或藉由加熱而起始組份(i)之聚合或交聯。一實例為自三烷基硼烷及各種胺化合物形成之烷基硼烷胺錯合物。用以形成組份(ii)之三烷基硼烷之實例包括式BR"3
之三烷基硼烷,其中R"代表包含1-20個碳原子之直鏈及支鏈脂族或芳族烴基。一些實例包括三乙基硼烷、三正丁基硼烷、三正辛基硼烷、三第二丁基硼烷、三-(十二烷基)硼烷及苯基二乙基硼烷。
可用以與有機硼烷化合物形成有機硼烷胺錯合物(ii)之胺化合物之一些實例包括1,3-丙二胺、1,6-己二胺、甲氧基丙胺、吡啶及異佛爾酮二胺。用以形成有機硼烷胺錯合物之胺化合物之其它實例在上文提及之'512專利中以及在美國專利6,806,330(2004年10月19日)中有所描述。
含矽胺化合物亦可用以形成有機硼烷胺錯合物,包括組合物,例如胺基甲基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基三甲氧基矽烷、胺基甲基三乙氧基矽烷、3-胺基丙基三乙氧基矽烷、2-(三甲氧基矽烷基乙基)吡啶、胺基丙基矽烷三醇、3-(m-胺基苯氧基)丙基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基二異丙基甲氧基矽烷、胺基苯基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基參(甲氧基乙氧基)矽烷、N-(2-胺基乙基)胺基甲基三甲氧基矽烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-(6-胺基己基)胺基甲基三甲氧基矽烷、N-(2-胺基乙基)-11-胺基十一烷基三甲氧基矽烷、(胺基乙基胺基甲基)苯乙基三甲氧基矽烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基甲基二甲氧基矽烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基異丁基甲基二甲氧基矽烷、(3-三甲氧基矽烷基丙基)二伸乙基三胺及1,1,2,4-四甲基-1-矽-2-氮環戊烷。
胺官能基有機聚矽氧烷亦可用以形成有機硼烷胺錯合物(ii),包括上式(a)及(b)中所描述之化合物及先前描述作為有機聚矽氧烷樹脂之彼等化合物。此服從分子包含至少一胺官能基(例如,胺基甲基、2-胺基乙基、3-胺基丙基、6-胺基己基、11-胺基十一烷基、3-(N-烯丙基胺基)丙基、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基、N-(2-胺基乙基)-3-胺基異丁基、對胺基苯基、2-乙基吡啶及3-丙基吡咯)之規定。
特定實例包括:末端及/或側位胺官能基聚二甲基矽氧烷寡聚物及聚合物;聚二甲基矽氧烷與聚(3,3,3三氟丙基-甲基矽氧烷)之末端及/或側位胺官能基無規、接枝及嵌段共聚物及共寡聚物;聚二甲基矽氧烷與聚(6,6,6,5,5,4,4,3,3-九氟己基-甲基矽氧烷)之末端及/或側位胺官能基無規、接枝及嵌段共聚物及共寡聚物;及聚二甲基矽氧烷與聚苯基甲基矽氧烷之末端及/或側位胺基官能基無規、接枝及嵌段共聚物及共寡聚物。有用化合物之其它實例包括樹脂性胺官能基矽氧烷,例如先前描述作為有機聚矽氧烷樹脂之胺官能基化合物。
亦可用以形成有機硼烷胺錯合物(ii)的為其它含氮化合物,包括N-(3-三乙氧基矽烷基丙基)-4,5-二氫咪唑、脲基丙基三乙氧基矽烷、具有類似於上述之式(a)及(b)之式之矽氧烷、及先前描述作為有機聚矽氧烷樹脂之其中至少一基團為咪唑、脒或脲基官能基之彼等化合物。當胺化合物為聚合物時,分子量不受限制,但其應為使得保持足夠高濃度之硼以允許組合物硬化或聚合之值。例如,在雙部分組合物中,包含有機硼烷引發劑之部分可用組合物之其它組份稀釋,或其可單獨由引發劑錯合物組成。
若需要,可硬化組合物可藉由將有機硼烷胺錯合物物理或化學地附著至固體顆粒而穩定化。此提供一控制工作時間以及穩定液相有機硼烷胺錯合物以防止在儲存過程中與組合物之剩餘部分分離之方法。例如,化學附著可藉由用包含胺基團之縮合反應性化合物(例如胺基丙基三甲氧基矽烷)來預處理固體顆粒(例如,經研磨之矽石、經沈積之矽石、碳酸鈣或硫酸鋇)而執行。在預處理之後,與有機硼烷化合物錯合,或使用預先形成之縮合反應性之有機硼烷胺錯合物直接處理固體顆粒。當固體顆粒包含表面官能基時,具有內在胺反應性之諸如表面處理劑或雜質之添加劑需要合適之預防措施以避免所附著之有機硼烷胺錯合物之提前解錯合。包含胺反應性物質之固體顆粒可在附著有機硼烷胺錯合物之前經純化或中和。或者,有機硼烷胺錯合物之附著可在無氧環境中執行。
可硬化組合物可包含當與有機硼烷胺錯合物(ii)混合及暴露至氧化環境時能夠起始聚合或交聯之胺反應性化合物(iii)。胺反應性化合物可為液體、氣體或固體。胺反應性化合物可為小分子、單體、寡聚物、聚合物或其混合物,亦可藉由諸如含水或不含水溶劑之載體或藉由填補顆粒稀釋或承載。胺反應性化合物可包含自由基可聚合基團或其它官能基,例如可水解基團。在胺反應性化合物上之胺反應性基團可承載於有機、有機矽或有機聚矽氧烷化合物上。組份(iii)之存在允許聚合或交聯之起始在低於有機硼烷胺錯合物(ii)之解離溫度之溫度(包括室溫及以下)下發生。為在氧存在下達成儲存穩定性,組份(ii)及(iii)較佳經物理或化學分離。例如,包含組份(iii)之組合物可藉由將其與組份(ii)分開地封裝為多組份調配物而呈現空氣穩定性。或者,組份(ii)及(iii)或兩者可在分離相經囊封或傳遞。此可藉由以防止組份(ii)及(iii)之精細混合之固體形式引入組份(ii)及(iii)之一或兩者而實現。組合物之硬化可藉由以下方式活化:(a)將其加熱至高於固相組份或囊封物之軟化溫度,或(b)引入允許混合組份(ii)及(iii)之增溶劑。組份(ii)及(iii)亦可在單一容器中藉由在混合條件為厭氧性之容器中封裝該等兩個組份而加以組合而不會發生顯著聚合或交聯。
一些在氧存在下可快速起始聚合或硬化之具有胺反應性基團之胺反應性化合物(iii)之實例包括無機酸、路易斯酸、羧酸、羧酸衍生物(例如酸酐及琥珀酸鹽)、羧酸金屬鹽、異氰酸鹽、醛類、環氧化物、酸氯化物及磺醯氯。一些適當胺反應性化合物包括丙烯酸、甲基丙烯酸、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酐、十一碳烯酸、油酸、月桂酸、月桂酸酐、檸康酸酐、抗壞血酸(維生素C)、亞甲基雙-(4-環己基異氰酸酯)單體或寡聚物、二異氰酸六亞甲酯單體或寡聚物、甲苯-2,4-二異氰酸酯單體或寡聚物、異佛爾酮二異氰酸酯單體或寡聚物、異氰酸亞甲基二苯基酯單體或寡聚物、甲基丙烯醯氧基異氰酸酯、2-(甲基丙烯醯氧基)乙醯乙酸乙酯、十一碳烯醛及十二烷基琥珀酸酐。
對於本文之包含有機矽氧烷基質之可硬化組合物之改良相容性,當胺反應性化合物為帶有胺反應性基團之有機矽烷或有機聚矽氧烷時可為有利的。一些實例包括異氰酸基甲基三甲氧基矽烷;3-異氰酸基丙基三甲氧基矽烷;3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷;三乙氧基矽烷基丙基琥珀酸酐;丙基琥珀酸酐官能化之直鏈、支鏈、樹脂性及超支鏈有機聚矽氧烷;甲基琥珀酸酐官能化之直鏈、支鏈、樹脂性及超支鏈有機聚矽氧烷;環己烯基酸酐官能化之直鏈、樹脂性及超支鏈有機聚矽氧烷;羧酸官能化之直鏈、支鏈、樹脂性及超支鏈有機聚矽氧烷,例如具有羧酸癸基末端之寡聚或聚合聚二甲基矽氧烷;及醛官能化之直鏈、支鏈、樹脂性及超支鏈有機聚矽氧烷,例如具有十一碳烯醛末端之寡聚或聚合聚二甲基矽氧烷。'512專利描述了可使用之含矽化合物,包括某些當暴露於濕氣時釋放酸之化合物。'512專利亦描述了其它被稱作解錯合劑之胺反應性化合物。
其它可使用之化合物包括當暴露於紫外線輻射(例如,光酸產生劑)時能夠產生胺反應性基團之化合物。該等化合物之實例包括含有[SbF6
]-
平衡離子之錪鹽。在該實施例中,視情況包括光敏化化合物(例如異丙基噻噸酮)為有用的。
在一些情況下,可能需要藉由將胺反應性化合物附著至固體顆粒而穩定可硬化組合物。此使得吾人能夠控制工作時間,且其穩定包含胺反應性化合物之液相以防止在儲存期間與可硬化組合物之剩餘部分分離。附著可藉由許多已知之原位或先天之表面處理而實現。一些表面處理方法包括(例如)用縮合反應性化合物來預處理固體顆粒,例如:經研磨或經沈澱之矽石、碳酸鈣、碳黑、碳奈米顆粒、矽奈米顆粒、硫酸鋇、二氧化鈦、氧化鋁、氧化鋅、氮化硼、銀、金、鉑、鈀及其合金;或賤金屬,例如鎳、鋁、銅及鋼。在此之後,使經預處理之固體顆粒與具有胺反應性基團之化合物反應,或使用具有可水解部分之胺反應性化合物直接處理經預處理之固體顆粒。
可使用之縮合反應性化合物之一些實例包括異氰酸基甲基三乙氧基矽烷、3-異氰酸基丙基三乙氧基矽烷、異氰酸基甲基三甲氧基矽烷、3-異氰酸基丙基三甲氧基矽烷、異氰酸基丙基三乙氧基矽烷、三乙氧基矽烷基十一烷醛、縮水甘油氧基甲基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、(三乙氧基矽烷基)甲基琥珀酸酐、3-(三乙氧基矽烷基)丙基琥珀酸酐及2-(4-氯磺醯基苯基)乙基三甲氧基矽烷。胺反應性化合物至固體顆粒之附著亦可藉由在有益於形成酸鹼錯合物、與氫鍵結之錯合物或酸式鹽之條件下混合酸官能性化合物與具有適當表面官能性之填料而實現。
一些填料為市售,且其已經用稱作潤滑劑之表面處理劑預處理,或可在獲得時具有包含胺反應性基團(例如羧酸)之雜質。以此方法,組份(iii)可以經處理之填料之形式一起傳遞。在彼情況下獲得之優點為,在有機硼烷胺錯合物與填料上之胺反應性基團之間的反應可幫助自填料顆粒之表面移除潤滑劑。
有用之胺反應性基團(iii)之一些代表性且較佳之實例包括羧酸、酸酐、異氰酸酯、醛類及環氧化物。封端異氰酸酯可在代替周圍聚合而需要使用加熱來快速起始聚合之情況下有用。
本文之經硬化之組合物可藉由包括一旦混合便能夠產生氣體之組份而製備為多孔性發泡體。實現此之一些方法包括在組合物中添加:(1)矽氫化物官能化合物;(2)帶有活性氫之化合物,例如水、醇類或羧酸;及(3)共催化劑,例如鉑或錫,以便利在矽氫化物與活性氫之間的反應。此在硬化步驟過程中產生氫氣,且一旦混合便產生發泡體。視所使用之矽氫化物、活性氫及自由基可聚合化合物而定,所得發泡組合物在自可撓性發泡體至剛性發泡體之範圍內變化。發泡體之孔大小分佈可藉由任何已知之發泡體產生方法控制以獲得任何所要特性,例如模數、密度及滲透性。
可包括在本文之可硬化組合物中之一些可選組份包括:增黏劑;交聯劑;聚合物、交聯劑及可用以提供基質之二次硬化之催化劑之組合;當混合進組合物時能夠延伸、軟化、補強、韌化、修改黏度、或降低揮發性之聚合物;延伸及補強填料;傳導性填料、間隔物;染料;顏料;共聚單體,例如有機丙烯酸酯及有機甲基丙烯酸酯;UV穩定劑;伸乙亞胺穩定劑;空隙減少劑;硬化改質劑,例如氫醌及位阻胺;自由基引發劑,例如有機過氧化物及臭氧化物;聚合物;稀釋劑;流變學改質劑;酸受體;抗氧化劑;除氧劑;氧海綿;氧釋放劑;氧產生劑;熱穩定劑;阻燃劑;矽烷化劑;發泡穩定劑;表面活性劑;濕潤劑;溶劑;稀釋劑;增塑劑;助熔劑;及乾燥劑。
本發明之可硬化組合物可藉由組合及混合以下物質而得以製備:A.1-50重量份自由基可聚合有機矽單體、寡聚物或聚合物(i);B.0.1-50重量份足以硬化組合物之有機硼烷胺錯合物(ii),該重視錯合物之分子量及每分子之硼原子數而定;C.視化合物之分子量而定,0至50重量份足以解錯合硼之具有胺反應性基團之胺反應性化合物(iv);D.0至50重量份當與帶有活性氫之化合物及催化劑混合時能夠產生氣體之組份(v);及E.以可硬化組合物之總重量計,0至50重量份任何一(或多種)可選成分。
本發明之可硬化組合物之工作時間及存放穩定期之延長可藉由引入額外胺化合物以增加組合物中胺基團與硼原子之莫耳比而加以控制。待添加之有效量視組份(i)中所使用之胺:硼比率而定。總胺:硼比率較佳保持足夠低但允許聚合發生。一適當胺:硼比率為小於10:1,較佳小於4:1。當胺反應性組份已存在於可硬化組合物中時,例如當殘餘羧酸存在於填料顆粒上時,可添加較高含量之胺化合物以中和或部分中和胺反應性基團以達成儲存穩定性。胺化合物可包含單官能或多官能胺基團,且其可為第一胺、第二胺及/或第三胺。若需要,胺化合物可包含自由基可聚合基團或另一官能基,例如可水解基團。胺化合物之性質可為單體、寡聚物或聚合物。化合物上之胺基團可承載於有機、有機矽或有機聚矽氧烷化合物上。
根據本發明之複合物品較佳包含安置或施加至單一基板或多個基板之間的可硬化組合物。該或該等基板可為有機、熱塑性、熱固性、金屬、陶瓷或其它適當無機材料。該等基板可為多層基板,例如用於其中在複合物品之可硬化組合物與該或該等基板之間需要改良黏著力之印刷電路板中之基板。
複合物品藉由將可硬化組合物黏結至複合物品中之基板之至少一表面而得以製造。此藉由以下方式進行:硬化組合物,且達成足夠黏著力以使得將可硬化組合物及基板牢固地黏結在一起以形成複合物品。
為達成最大益處,硬化溫度應在-40℃至80℃範圍內,較佳在0℃至60℃範圍內,且更佳在15-35℃範圍內。在基板上硬化組合物之時間可在5秒至24小時範圍內,較佳在30秒至2小時範圍內。此將保證組合物足夠硬化且充分黏著至基板。可硬化組合物可藉由計量混合、擠壓及/或使用機械或手動施加法施加至基板。
經充分黏結之複合物品可藉由以下方式製得:在低於水之沸點(100℃)之溫度下將可硬化組合物安置至聚合物基板之至少一表面上,隨後同時硬化可硬化組合物,且將其黏結至該(或該等)聚合物基板。此消除了預先乾燥該(或該等)基板之需要。複合物品亦可在消除使用硬化爐之需要之室溫下以類似方式硬化及黏結。
如上所述,本文之可硬化組合物可容易地用作多組份多部分黏著劑。組份(i)、(ii)、(iii)及(iv)之組合可用作多組份多部分封裝之部分,其限制條件為組份(ii)及(iii)保持互相獨立。例如,可將自由基可聚合單體、寡聚物或聚合物(i)之一部分及有機硼烷胺錯合物(ii)一起封裝為一部分,而將自由基可聚合單體、寡聚物或聚合物(i)之剩餘部分及胺反應性化合物(iii)一起封裝為第二部分。只要不存在氧,組份(i)-(iii)亦可一起儲存在1-部分調配物中。在單部分調配物中,在大體上不含氧之環境中混合、封裝及儲存該等組份可有益於避免提前變稠。
在胺反應性化合物(iii)承載於填料上且所有組份組合成單一封裝之實施例中,需要在大體上不含氧之環境中混合、封裝及儲存組份(i)、(ii)及(iii)以避免提前變稠。在雙部分調配物中,為了穩定性,亦可有利地使用包含胺反應性基團之填料及相對於胺化合物為惰性之填料之組合。例如,在雙部分調配物中,可將相於胺化合物為惰性之填料與烷基硼烷胺錯合物(ii)組合在一起,而可將帶有胺反應性基團之填料封裝在獨立於組份(ii)之容器中。在那種情況下,組份(i)可與調配物之任一部分或與兩部分包括在一起。或者,胺反應性化合物(iii)可在允許其以氣相傳遞至一填充有包含組份(i)及(ii)之組合物之經預先混合之模具中之條件下引入。此允許在暴露於空氣而快速硬化後延長工作時間。
當可硬化組合物待用作發泡體時,需要相互分離起泡劑、催化劑或能夠產生氣體之組份。在多部分封裝中明智安置該等組份提供了改良之儲存穩定性。
多組份組合物之混合及分配可以幾種方法執行。例如,組合物可藉由加壓槍或在袋中在空氣中以所要體積比混合。'512專利描述了數種能夠混合及分配雙部分組合物之裝置。特製雙部分組合物之黏度及密度以允許其有效混合及分配為有益的。變化密度及黏度之改質劑之填料(例如溶劑、單體及聚合物)可用以賦予該等特性之控制。在將其分配於基板上之前自混合裝置中之環境排除氧亦可有益於最小化混合及分配裝置之提前硬化及堵塞。雖然對多組份調配物中之各組份之間的混合比率沒有限制,但對於雙部分封裝,一般較佳維持體積比在0.05:1與20:1之間,且更佳在0.1:1與10:1之間。
本發明之可硬化組合物可用於製備:橡膠;膠帶;黏著劑;保護性塗層;薄膜;電子組件;光子組件;聲學阻尼組件;熱塑性及熱固性單石模製部件,例如玩具或汽車車體面板;密封劑;發泡體;密封墊;密封件;O形環;連接器;及壓敏黏著劑。視材料之選擇而定,經硬化之組合物之特性可在自柔性凝膠至剛性樹脂範圍內變化。該等可硬化組合物特別可用以製備自黏著聚矽氧彈性體及凝膠。聚矽氧彈性體及凝膠具有衆多應用,包括將其用作晶粒附著黏著劑、蓋密封劑、囊封劑、密封墊、O形環、灌注化合物及等形塗層。本發明之聚矽氧彈性體能夠自金屬模具釋放同時選擇性地黏著至聚合物表面。因此,聚矽氧彈性體可在形成一體式黏結之部件(例如,用於電佈線或電子電路之連接器及外殼、及用於水肺潛水之潛水遮罩)時與聚合物樹脂共模製或過模製。聚矽氧黏著劑可用以將電子組件黏結至可撓性或剛性基板。
陳述下列實例是為了更詳細地闡明本發明。在此等提供數目或重量平均分子量之實例中,所規定之值藉由凝膠滲透層析法(GPC)使用四氫呋喃作為溶劑而測定,且用單分散性聚苯乙烯標準物校準。除非另外特定註釋,否則經GPC分析之樣品之多分散性指數在1.4-2.2範圍內變化。
用配備有25 mm平行板及2,000公克-厘米傳感器之Rheometrics RDAII流變儀進行流變學硬化概況分析。在混合給定組合物之部分A及部分B之後,立即將樣品分配至較低板上。使較高及較低板達成介於1.0-1.5 mm之間的己知間隙,然後使樣品經受振盪剪切實驗。在25℃、空氣中以百分之一應變、10拉德/秒之頻率量測包括儲存模數(G')及損耗模數(G")之動態機械特性。在60分鐘後,所有樣品展示出相當穩定之特性,所以在10拉德/秒下執行動態應變掃描,然後在百分之一應變下進行動態頻率掃描,正好在線性黏彈性之狀態(regime)內。G'達到在25℃下60分鐘後經量測之平臺G'之50百分比及90百分比之時間界定為T5 0
及T9 0
,其分別為硬化速率之指示。
藉由以下方式製備第一混合物(部分A):將4重量份由與1.3莫耳當量異佛爾酮二胺錯合之三正丁基硼烷組成之催化劑添加至46重量份數目平均分子量為44,000之具有羥基二甲基矽烷基末端之聚二甲基矽氧烷(PDMS)中,及用Hauschild混合器均質化混合物10秒。在第二容器中,藉由組合以下物質來製備(部分B):3重量份經處理之煙霧狀矽石填料,亦即Cabot Corporation,Boston,Massachusetts之Cab-O-SilTS610;39重量份甲基丙烯酸甲酯;3重量份異佛爾酮二異氰酸酯;及5重量份3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷。隨後,在Hauschild混合器中將相等重量之部分A及B一起混合10秒,暴露於空氣,且使其硬化。材料在30分鐘內變硬,但產生具有極差機械強度之薄片狀粉末。亦使用30百分比玻璃補強之聚丙烯基板將混合物澆鑄進三個搭接剪切黏著測試接頭,其中黏結層尺寸為1×0.5×0.02英吋。使搭接剪切樣本在24±2℃下硬化一夜,且隨後進行測試。組合物在每平方英吋小於25磅(psi)之應力下內聚失效,此進一步證實材料未完全硬化。該組合物類似於彼等在'512專利之實例中所代表之用於具有羥基末端之有機矽相的組合物。其模型盡可能地接近'512專利之實例7,但省略了用於有機矽相之錫縮合硬化催化劑。
藉由以下方式製備第一混合物(部分A):將3重量份由與1.3莫耳當量異佛爾酮二胺錯合之三正丁基硼烷組成之催化劑、11重量份中空玻璃球(亦即來自3M Corporation,Minneapolis,Minnesota之VS 5500)、3重量份數目平均分子量為2,600公克/莫耳且包含26莫耳百分比之甲基氫化矽氧烷單元之具有二甲基氫化矽烷基末端之聚(二甲基矽氧烷-共-甲基氫化矽氧烷)添加至33重量份1000 cP之具有乙烯基二甲基矽烷氧基末端之PDMS中,且用Hauschild混合器均質化混合物10秒。在第二容器中,藉由組合以下物質來製備部分B:5.5重量份經處理之煙霧狀矽石填料(Cab-O-SilTS530)、41.5重量份甲基丙烯酸甲酯及3重量份異佛爾酮二異氰酸酯。隨後,在Hauschild混合器中將相等重量之部分A及部分B一起混合10秒,暴露於空氣,且使其硬化。材料在60分鐘內變硬,但產生具有極差機械強度之粉末狀糊狀物。亦使用30百分比玻璃補強之聚丙烯基板將混合物澆鑄進三個搭接剪切黏著測試接頭,其中黏結層尺寸為1×0.5×0.02英吋。使搭接剪切樣本在24±2℃下硬化一夜,且隨後進行測試。組合物在小於65 psi之應力下內聚失效,此進一步證實材料未完全硬化。該組合物類似於'512專利之實例中所代表之用於具有羥基末端之有機矽相的組合物。其模型盡可能地接近'512專利之實例57,但故意省略了用於有機矽相之鉑縮合硬化催化劑。
對照實例1及對照實例2表明,除非添加用於有機矽相之獨立催化劑,否則類似於'512專利之彼等實例之組合物會經受不完全硬化,此與有機矽相是藉由縮合還是加成而硬化無關。
下列一般程序用以進行實例1-10。在為玻璃小瓶或聚丙烯混合杯之第一容器中,使用Hauschild混合器將1.5重量份自由基可聚合有機矽單體、寡聚物或聚合物(有機矽化合物)與0.05重量份由與1.3莫耳當量甲氧基丙基胺錯合之三正丁基硼烷組成之催化劑(下文稱作TnBB-MOPA)組合至少10秒。在第二相似容器中,將1.5重量份有機矽化合物與0.04重量份異佛爾酮二異氰酸酯組合在一起。在氮沖洗下,將相等重量之每一容器之內容物組合在第三玻璃小瓶或聚丙烯混合杯中,且隨後在Hauschild混合器中一起混合10秒。隨後移除螺桿頂端容器帽以將混合物暴露至空氣,且藉由用金屬抹刀手動地探測組合物而監測硬化。結果如表1所示。
有機矽化合物係數目平均分子量為56,600公克/莫耳之具有甲基丙烯醯氧基丙基二甲基矽烷基末端之PDMS。平均標稱結構由式M'D7 6 0
M'表示,其中M'或T'下文表示M或T單元之經單取代之甲基丙烯醯氧基丙基官能種類。
有機矽化合物為二甲基丙烯醯氧基丙基四甲基二矽氧烷M'M'。
有機矽化合物為3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷。
有機矽化合物為具有由式M'0 . 6 7
Q0 . 3 3
表示之標稱平均結構及1,140公克/莫耳之數目平均分子量之有機聚矽氧烷樹脂。
有機矽化合物為具有由式T0 . 2 5
T'0 . 7 5
表示之標稱平均結構且具有3,670公克/莫耳之數目平均分子量及38,200之重量平均分子量之有機聚矽氧烷樹脂。
有機矽化合物為具有由式T0 . 7
T'0 . 3
表示之標稱平均結構及2,180公克/莫耳之數目平均分子量之有機聚矽氧烷樹脂。
有機矽化合物為具有由式M0 . 3
D苯 基 0 . 5
T'0 . 3
表示之標稱平均結構且具有745公克/莫耳之數目平均分子量之有機聚矽氧烷樹脂。
有機矽化合物為具有由式M0 . 2
D0 . 2
T0 . 3
T'0 . 3
表示之標稱平均結構且具有1,330公克/莫耳之數目平均分子量之有機聚矽氧烷樹脂。
有機矽化合物為具有標稱平均結構M0 . 3
T苯 基 0 . 5
T'0 . 3
及1,100公克/莫耳之數目平均分子量之有機聚矽氧烷樹脂。
有機矽化合物為藉由使2莫耳當量三丙烯酸三羥甲基丙烷酯與一莫耳當量數目平均分子量為4,300公克/莫耳之具有N-(甲基)異丁基二甲基矽烷基末端之PDMS發生邁克爾加成反應而合成之四官能基遠螯有機聚矽氧烷。該反應藉由在23±3℃下在連續乾燥之經氮沖洗之玻璃小瓶中攪拌反應物而進行。具有第二胺末端之PDMS藉由以下方式製得:在配備有溫度計、氮線路、水冷凝器、磁力攪拌棒及用以回收任何揮發性材料之液氮收集器之乾燥3-頸燒瓶中,將2.2莫耳當量1,1,2,4-四甲基-1-矽-2-氮環戊烷添加至一莫耳當量數目平均分子量為4,200公克/莫耳之具有羥基二甲基末端之PDMS中。反應在連續乾燥之氮沖洗下在80℃下進行60分鐘,隨後經受4托之減壓以移除過量之1,1,2,4-四甲基-1-矽-2-氮環戊烷。
展示實例1-10之結果之表1指示,寬範圍之自由基可聚合有機矽單體、寡聚物及聚合物可在根據本發明之組合物中快速硬化至各種物理形式,而不需要用於有機矽相之獨立硬化催化劑。相比之下,對照實例1及對照實例2之組合物在沒有用於有機矽相之獨立硬化催化劑下無法適當硬化。
在獨立聚丙烯混合杯中藉由在添加每一組份後在Hauschild混合器中混合10秒而個別地製備剩餘實例及對照實例中之2-部分組合物之部分A及部分B。隨後,在聚乙烯袋中手工混合相等重量之部分A及部分B以起始硬化。根據實例A中所描述之程序製備及測試對照實例3-4及實例11-16中所用之組合物。結果如表2所示。
部分A包含96.6重量份數目平均分子量為12,000公克/莫耳之具有乙烯基二甲基矽烷氧基末端之PDMS、及3.4重量份具有4,100公克/莫耳之數目平均分子量之聚(甲基氫)矽氧烷。部分B包含99.8重量份數目平均分子量為12,000公克/莫耳之具有乙烯基二甲基矽烷氧基末端之PDMS及0.2重量份具有0.1 M濃度之於具有乙烯基二甲基矽烷氧基末端之PDMS中之Pt0
二乙烯基四甲基二矽氧烷之氫化矽烷化催化劑。
部分A包含99.3重量份數目平均分子量為59,400公克/莫耳之具有乙烯基二甲基矽烷氧基末端之PDMS及0.7重量份具有4,100公克/莫耳之數目平均分子量之聚(甲基氫)矽氧烷。部分B包含99.8重量份數目平均分子量為59,400公克/莫耳之具有乙烯基二甲基矽烷氧基末端之PDMS、及0.2重量份具有0.1 M濃度之於具有乙烯基二甲基矽烷氧基末端之PDMS中之Pt0
二乙烯基四甲基二矽氧烷之氫化矽烷化催化劑。
部分A包含85.0重量份數目平均分子量為12,800公克/莫耳之具有甲基丙烯醯氧基丙基二甲基矽烷基末端之PDMS(下文稱作MA-PDMS(12.8))、5.8重量份甲氧基丙基胺、及9.2重量份TnBB-MOPA。部分B包含67重量份MA-PDMS(12.8)、及33重量份數目平均分子量為700公克/莫耳之具有號珀酸酐末端之PDMS(下文稱作SA-PDMS)。
部分A包含90.2重量份數目平均分子量為48,000公克/莫耳之具有甲基丙烯醯氧基丙基二甲基矽烷基末端之PDMS(下文稱作MA-PDMS(48))、及9.8重量份TnBB-MOPA。部分B包含59.4重量份MA-PDMS(48)及40.6重量份SA-PDMS。
藉由組合85重量份MA-PDMS(12.8)與15重量份經處理之煙霧狀矽石填料(Cab-O-SilTS530)而製備聚合物-填料摻合物1。部分A包含87.0重量份聚合物-填料摻合物1、5.0重量份甲氧基丙基胺及8.0重量份TnBB-MOPA。部分B包含63.2重量份聚合物-填料摻合物1及36.8重量份SA-PDMS。
藉由組合85重量份MA-PDMS(48)與15重量份經處理之煙霧狀矽石填料(Cab-O-SilTS530)而製備聚合物-填料摻合物2。部分A包含87.0重量份聚合物-填料摻合物2、5.0重量份甲氧基丙基胺及8.0重量份TnBB-MOPA。部分B包含63.2重量份聚合物-填料摻合物2及36.8重量份SA-PDMS。
部分A包含73.5重量份MA-PDMS(12.8)、2.5重量份甲氧基丙基胺及4.0重量份TnBB-MOPA。部分B包括28.1重量份具有1,140公克/莫耳之數目平均分子量之M甲 基 丙 烯 醯 氧 基 丙 基 0 . 7
Q0 . 3
樹脂、50.6重量份MA-PDMS(12.8)及21.3重量份SA-PDMS。
本實例中之組合物與實例15中之組合物相同,不同之處在於在部分A及部分B中以基於相等重量之濃度用MA-PDMS(48)代替MA-PDMS(12.8)。
實例11-16表明,根據本發明之包含幾種不同類型之有機聚矽氧烷及其混合物之組合物硬化成覆蓋類似於具有相當分子量之氫化矽烷化硬化材料之模數範圍之模數範圍之彈性體。T5 0
及T9 0
值表明,本發明之組合物在周圍空氣中相對於已知縮合硬化聚矽氧組合物快速硬化。實例13及14特別闡明,填料可用以改質該等組合物而不會不良地影響其硬化特性。雖然對照實例3及對照實例4中之經鉑催化之組合物在該等條件下快速硬化,但其在存在不會不良影響根據本發明之組合物的含量之氮、硫、錫、磷或砷化合物之情況下仍有硬化抑制問題。
在不脫離本發明之基本特徵的情況下,可對本文所描述之化合物、組合物及方法作其它變化。本文特定闡明之本發明之實施例僅為示範性,且無意限制其除了在隨附申請專利範圍中所界定之範圍。
Claims (22)
- 一種可硬化之有機矽組合物,其包含(i)自由基可聚合有機矽單體、寡聚物或聚合物;(ii)有機硼烷胺錯合物;及視情況(iii)胺反應性化合物;該組合物不包含任何不含一或多個矽原子之自由基可聚合單體、寡聚物或聚合物。
- 如請求項1之組合物,其中該自由基可聚合有機矽單體、寡聚物或聚合物為(a)有機矽單體、寡聚物或聚合物;或(b)單官能或多官能有機矽烷、或單官能或多官能有機聚矽氧烷之混合物,其中(a)及(b)係不飽和且能夠進行自由基聚合。
- 如請求項1之組合物,其中該有機硼烷胺錯合物(ii)為一在有機硼烷與胺化合物之間形成之錯合物,該有機硼烷具有式B-R"3 ,其中R"為包含1-20個碳原子之直鏈、支鏈、脂族或芳族烴基;且其中該胺化合物為有機胺化合物或含矽胺化合物。
- 如請求項1之組合物,其中該有機硼烷胺錯合物係附著至固體顆粒。
- 如請求項1之組合物,其中該胺反應性化合物為具有胺反應性基團之化合物,且其選自由無機酸、路易斯酸、羧酸、羧酸衍生物、羧酸金屬鹽、異氰酸酯、醛類、環氧化物、酸氯化物及磺醯氯組成之群。
- 如請求項5之組合物,其中該等胺反應性基團由有機矽烷、有機聚矽氧烷、有機鈦酸酯或有機鋯酸酯承載。
- 如請求項5之組合物,其中該胺反應性化合物係附著至固 體顆粒。
- 如請求項1之組合物,其中該胺反應性化合物為當暴露於紫外線輻射時能夠產生胺反應性基團之化合物。
- 如請求項8之組合物,其中該組合物進一步包含光敏化化合物。
- 如請求項1之組合物,其進一步包含(iv)當與帶有活性氫之化合物及催化劑混合時能夠產生氣體之組份,該組份(iv)為矽氫化物官能化合物;該帶有活性氫之化合物為水、醇或羧酸;且該催化劑為鉑、鉑族金屬、錫、鈦或鋯。
- 如請求項1之組合物,其中該有機硼烷胺錯合物與該胺反應性化合物分開封裝。
- 如請求項1之組合物,其中該自由基可聚合有機矽單體、寡聚物或聚合物、該有機硼烷胺錯合物及該胺反應性化合物在大體上不含氧之環境中一起封裝成一部分。
- 如請求項1之組合物,其中該自由基可聚合有機矽單體、寡聚物或聚合物及該有機硼烷胺錯合物一起封裝成一部分。
- 一種複合製造物品,其包括用如請求項1之組合物塗覆之基板。
- 如請求項14之複合製造物品,其中該基板上之該組合物經硬化。
- 一種複合製造物品,其包括兩個或兩個以上用如請求項1之組合物塗覆之基板,且該組合物安置於該等基板之間 以作為具有固定或變化厚度之黏結層。
- 如請求項16之複合製造物品,其中安置於該等基板之間的該組合物經硬化。
- 一種如請求項1之組合物之硬化產物,其用於橡膠、膠帶、黏著劑、發泡體、壓敏黏著劑、保護性塗層、薄膜、電子組件、光子組件、聲音阻尼組件、熱塑性單石模製部件、熱固性單石模製部件、密封劑、密封墊、密封件、O形環或連接器。
- 如請求項18之硬化產物,其中該橡膠、膠帶、黏著劑、發泡體、壓敏黏著劑、保護性塗層、薄膜、電子組件、光子組件、聲音阻尼組件、熱塑性單石模製部件、熱固性單石模製部件、密封劑、密封墊、密封件、O形環或連接器包括聚矽氧橡膠、聚矽氧膠帶、聚矽氧黏著劑、聚矽氧發泡體、聚矽氧壓敏黏著劑、聚矽氧保護性塗層、聚矽氧薄膜、聚矽氧電子組件、聚矽氧光子組件、聚矽氧聲音阻尼組件、聚矽氧熱塑性單石模製部件、聚矽氧熱固性單石模製部件、聚矽氧密封劑、聚矽氧密封墊、聚矽氧密封件、聚矽氧O形環或聚矽氧連接器。
- 一種硬化如請求項1之組合物之方法,其包括將該組合物施加至基板、施加於多個基板之間或施加至模具;及將該組合物暴露至氣相之該胺反應性化合物。
- 如請求項20之方法,其中該胺反應性化合物為當暴露於紫外線輻射時能夠產生胺反應性基團之化合物。
- 如請求項20之方法,其中該組合物進一步包含光敏化化合物。
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