TWI525140B - 無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂之複合組成物及透明複合體 - Google Patents
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Description
本發明係有關無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂(silicone resin)之複合組成物及透明複合體。
本申請案是根據於2011年6月8日在日本提出申請之特願2011-128302號申請案而主張優先權,在此援用其內容。
以往,嘗試將二氧化矽等無機氧化物當作填充劑並與樹脂進行複合化,藉以提高樹脂之機械特性等。使此填充劑與樹脂複合之方法,一般而言是將無機氧化物分散於含有水及有機溶劑之任一方或雙方的溶液中而製成分散液,並將該分散液與樹脂混合之方法。將分散液與樹脂經由各種方法混合,可製作以無機氧化物粒子當作第2相而複合成的無機氧化物粒子複合塑膠(例如參照專利文獻1)。
又,已提議藉由在無機氧化物粒子的表面被覆聚合物,而調整機械特性及折射率或透明性等適合光學特性的塗佈組成物、塗膜(例如參照專利文獻2)。
聚合物材料中,由於聚矽氧樹脂之耐熱性、耐寒性等耐候性優良,並且電氣特性、低毒性等也優良,故從化妝品材料或醫用材料至電氣電子材料為止,可廣範圍地使用。又,近年來,亦著眼於其透明性方面,也用於發光二極體的透明密封材料等要求透明性之構件中。
在如此之用途中所要求的特性,可列舉:透明性、折
射率等光學特性、硬度等機械特性、耐熱性等熱安定性、抑制水蒸氣或各種氣體之穿透性的氣體阻隔性。
以往所提案的藉由將聚矽氧樹脂與無機氧化物等無機材料複合而使光學特性或熱安定性提高者,已有如下述之多數提案:將氧化鋯粒子在螯合劑存在下與含有羥基的聚矽氧烷(polysiloxane)複合而成之組成物(專利文獻3);將氧化鋯粒子與多官能聚矽氧烷複合而成之發光元件塗佈用組成物(專利文獻4);將無機奈米粒子經有機化合物被覆後,混合至含有苯基的聚矽氧(silicone)中而成之發光元件用充填材料(專利文獻5)等。
專利文獻1:日本特開2005-161111號公報
專利文獻2:日本特開2003-292826號公報
專利文獻3:日本特開2006-316264號公報
專利文獻4:日本特開2009-91380號公報
專利文獻5:日本特開2007-70603號公報
然而,以往,當欲將無機氧化物粒子與疏水性樹脂複合時,由於該無機氧化物粒子的表面是親水性,故尤其是在疏水性高的聚矽氧樹脂與無機氧化物粒子之間,聚矽氧樹脂與無機氧化物粒子會分離,而有難以複合之問題。
在此,一般之解決方法,是為了使無機氧化物粒子之
表面進行疏水化,而在無機氧化物粒子之表面賦予有機高分子分散劑等表面修飾劑,使聚矽氧樹脂與無機氧化物粒子的相溶性提高。但是,要將無機氧化物粒子之表面進行充分之疏水化而使其與聚矽氧樹脂逹到相溶為止,係屬困難,而有問題。
又,無機氧化物粒子之粒徑為20nm以上而為大,故透明性會下降,依情況之不同,甚至會有失去透明性之問題。
又,例如在高黏性聚矽氧樹脂中,即使使用以往的疏水性高分子分散劑,仍難以與無機氧化物粒子相溶,即便可將無機氧化物粒子之表面充分地疏水化,仍有無法得到無機氧化物粒子之透明分散液的問題。
又,當使用含有羥基之聚矽氧烷時,伴隨著交聯之進行而會產生水,依情形之不同,有無機氧化物粒子與聚矽氧烷會相分離之虞,再者,在所得之複合體中會有發生孔洞(pore)或碎裂(crack)之虞的問題。
另一方面,當使用多官能聚矽氧烷時,在無機氧化物粒子與聚矽氧烷之調配上也有所限制,尤其是在無機氧化物粒子量多時,會有孔洞或碎裂之發生變顯著之問題。當使用多官能聚矽氧烷時,未反應之官能基容易殘留,而使交聯後之複合體特性容易發生經時性的變化,更進一步,導致有耐久性差之問題。
又,當使用螯合劑使無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂相溶化時,因為經時性變化或熱劣化而有呈現著色之問題。
又,在高折射率之發光元件用充填材料中,雖提案在
容易與各種有機分子相互作用的甲基苯基聚矽氧中分散奈米粒子而成之透明分散液,但仍無法達到在低極性之二甲基聚矽氧樹脂中的透明分散及硬化體。
又,當使用加成反應型之二甲基聚矽氧時,雖會透明分散於硬化前之聚矽氧中,但在硬化步驟中,會發生相分離而有導致白化的情形之問題。
另一方面,雖亦提案以往的將金屬氧化物粒子之表面以改質聚矽氧進行處理之方法,但一般因為改質聚矽氧為多官能,故無法確實處理無機氧化物粒子之表面,而有未反應之改質部位會對與聚矽氧樹脂的相溶造成不好影響之問題。於是,為了解決此問題,而嘗試實施二次或三次的表面處理(表面修飾)等來改善,但有步驟煩雜等之問題。
本發明是為了解決上述課題而作成的發明。其目的是提供一種無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂之複合組成物及透明複合體,其中,在使可提升折射率、機械特性、及氣體阻隔性且同時可維持透明性的無機氧化物粒子分散於聚矽氧樹脂中時,係為分散性高,並且,可防止硬化時的相分離/白化。
本發明人等為了解決上述課題經過精心再三研究,結果發現,將平均分散粒徑為1nm以上且20nm以下之無機氧化物粒子,使用單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane)骨幹聚合物來進行表面修飾,更進一步,使用聚矽氧樹脂與反應觸媒進行複合化,而將
無機氧化物粒子分散到聚矽氧樹脂中時,可大幅度地提高無機氧化物粒子之分散性,同時可獲得維持透明性並維持聚矽氧樹脂之耐熱性及耐光性且控制折射率的透明複合體,遂而完成本發明。
亦即,本發明的無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂的複合組成物,其特徵是其為至少含有無機氧化物粒子、聚矽氧樹脂與反應觸媒的複合組成物;其中,無機氧化物粒子是藉由結合單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物而經表面修飾,同時平均分散粒徑為1nm以上且20nm以下之無機氧化物粒子;前述聚矽氧樹脂含有乙烯基改質聚矽氧及氫改質聚矽氧;前述反應觸媒含有矽氫化(hydrosilylation)反應觸媒。
前述聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物,係以單縮水甘油基醚(monoglycidyl ether)末端聚二甲基矽氧烷及/或單羥基醚末端聚二甲基矽氧烷為佳。
前述乙烯基改質聚矽氧,係以選自由兩末端乙烯基-二甲基聚矽氧、兩末端乙烯基二苯基-二甲基聚矽氧、兩末端乙烯基-苯基甲基聚矽氧、兩末端乙烯基-二乙基聚矽氧、側鏈乙烯基-二甲基聚矽氧、乙烯基甲基聚矽氧、乙烯基甲氧基聚矽氧、乙烯基樹脂分散物所成群組中之1種或2種以上為佳。
前述氫改質聚矽氧,係以選自由兩末端氫-二甲基聚矽氧、甲基氫-二甲基聚矽氧、甲基氫聚矽氧、乙基氫聚矽氧、甲基氫-苯基甲基聚矽氧、氫化物樹脂(hydride resin)所
成群組中之1種或2種以上為佳。
前述氫改質聚矽氧含有下述式(1)所示之側鏈氫改質聚矽氧:
(惟,R1至R8是相互獨立的任意有機基(H除外),m是1以上之整數,n是包含0的正整數)前述側鏈氫改質聚矽氧中,m與n之比(m/(m+n))是以0.25以上且1以下為佳。
本發明的透明複合體之特徵是使藉由結合單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物而經表面修飾的無機氧化物粒子以平均分散粒徑在1nm以上且20nm以下之方式分散於聚矽氧樹脂中而成者,同時,前述聚矽氧樹脂中含有矽氫化反應觸媒。
本發明的透明複合體之特徵是在將本發明的無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂之複合組成物成形並固化為預定之形狀,或是在將前述複合組成物固化後予以成形而成者。
本發明的無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂之複合組成物的製造方法,其特徵是含有下述步驟:將無機氧化物粒子之表面以單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物來修飾,得到經表面修飾的平均分散粒徑為1nm以
上且20nm以下之無機氧化物粒子的步驟;以及將前述經表面修飾的平均分散粒徑為1nm以上且20nm以下之無機氧化物粒子、聚矽氧樹脂與反應觸媒混合的混合步驟。
本發明的無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂之複合組成物,至少含有無機氧化物粒子、聚矽氧樹脂與反應觸媒;其中,該無機氧化物粒子是藉由結合單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物而經表面修飾,同時平均分散粒徑為1nm以上且20nm以下之無機氧化物粒子;聚矽氧樹脂含有乙烯基改質聚矽氧及氫改質聚矽氧;反應觸媒含有矽氫化反應觸媒。藉此,可大幅提升聚矽氧樹脂中之無機氧化物粒子之分散性。
因此,若使用此複合組成物,則在將無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂複合時,可使分散性高,並且可防止硬化時的相分離/白化,故可得到維持透明性、耐熱性及耐光性且控制折射率之透明複合體。
依據本發明的透明複合體,使藉由結合單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物而經表面修飾的無機氧化物粒子,以平均分散粒徑為1nm以上且20nm以下之方式分散於聚矽氧樹脂中,同時,在前述聚矽氧樹脂中含有矽氫化反應觸媒。藉此,可容易地得到維持透明性、耐熱性及耐光性且抑制折射率之無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂的透明複合體。
依據本發明的透明複合體,係在將本發明的無機氧化
物粒子與聚矽氧樹脂的複合組合物成形並固化為預定之形狀,或是在將複合組合物固化後予以成形而成者。藉此,可容易得到維持透明性、耐熱性及耐光性且抑制折射率之無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂的透明複合體。
本發明係有關無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂之複合組成物及透明複合體。更詳細而言,係有關適合作為聚矽氧樹脂的填充劑材料使用,且可提升折射率、機械特性及氣體阻隔性並同時維持透明性的無機氧化物粒子,在分散於聚矽氧樹脂中時之分散性;及可防止硬化時的相分離/白化之無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂的複合組成物;以及將此複合組成物予以成形固化而成的透明複合體。
針對用以實施本發明之無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂之複合組成物及透明複合體的理想形態,而進行說明。
此形態係為良好地理解發明主旨而具體說明者,並無特別限制,並非限定本發明者。在不脫離本發明主要意旨的範圍內,可做結構的加成、省略、替換及其他之變更。
本實施形態的無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂的複合組成物(以下也僅稱為「複合組成物」),係將無機氧化物粒子分散到聚矽氧樹脂中所成的複合組成物,且為至少含有無機氧化物粒子、聚矽氧樹脂與反應觸媒的複合組成物;其中,無機氧化物粒子是藉由結合單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物而經表面修飾,同時平均
分散粒徑為1nm以上且20nm以下之無機氧化物粒子。
在此,「複合組成物」是不具有特定的形狀,而具有若一旦暫時變形則不會回復原來形狀的不可逆的變形性,其為後述之透明複合體的原料。
該複合組成物的狀態,係為例如顯示液狀或具有觸變性的凝膠狀態者。
屬於無機氧化物粒子之成分的無機氧化物,並無特別限定,可列舉:矽(Si)等非金屬元素的氧化物;鋯(Zr)、鈦(Ti)、鋁(Al)、鐵(Fe)、銅(Cu)、鋅(Zn)、釔(Y)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、銦(In)、錫(Sn)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉛(Pb)、鉍(Bi)、鈰(Ce)、銻(Sb)、鍺(Ge)等金屬元素的氧化物。
如此的無機氧化物,例如可列舉:氧化鋯(ZrO2)、氧化鈦(TiO2)、氧化矽(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鐵(Fe2O3、FeO、Fe3O4)、氧化銅(CuO、Cu2O)、氧化鋅(ZnO)、氧化釔(Y2O3)、氧化鈮(Nb2O5)、氧化鉬(MoO3)、氧化銦(In2O3、In2O)、氧化錫(SnO2)、氧化鉭(Ta2O5)、氧化鎢(WO3、W2O5)、氧化鉛(PbO、PbO2)、氧化鉍(Bi2O3)、氧化鈰(CeO2、Ce2O3)、氧化銻(Sb2O3、Sb2O5)、氧化鍺(GeO2、GeO)等。
在如此之無機氧化物中,也包含經添加錫之氧化銦(ITO:Indium Tin Oxide)、經氧化釔安定化之氧化鋯(YSZ:Yttria Stabilized Zirconia)等複合氧化物。
如此之無機氧化物,可單獨只使用1種,也可混合2種以上而使用。
尤其,在將與聚矽氧樹脂的複合組成物予以高折射率
化時,係以具有高折射率,對可見光線為無色透明,並且硬度也高的氧化鋯(ZrO2)或氧化鈦(TiO2)為合適。
又,在將與聚矽氧樹脂的複合組成物予以低折射率化時,係以使用例如中空二氧化矽粒子或多孔質二氧化矽粒子等在粒子內具有空隙而使粒子整體成為低折射率之無機氧化物粒子為佳。
在此無機氧化物粒子的複合組成物中之平均分散粒徑係以1nm以上且20nm以下為佳。平均分散粒徑是以3nm以上且10nm以下為更佳。
在此,將無機氧化物粒子的平均分散粒徑限定在1nm以上且20nm以下的理由是如以下所述。平均分散粒徑未逹1nm時,構成此粒子的粒子一次粒徑也未逹1nm,而變得極小。因此,缺乏無機氧化物粒子的結晶性,而難以呈現折射率等粒子特性。另一方面,平均分散粒徑超過20nm時,由於無機氧化物粒子的瑞利散射(Rayleigh scattering)之影響會變大,故複合組成物的透明性會下降,或是將此複合組成物成形/固化所得到之透明複合體的透明性會下降。
如此,由於無機氧化物粒子是奈米級尺寸的粒子,故在將此無機氧化物粒子分散於聚矽氧樹脂中而成的複合組成物、或是在將此複合組成物成形/固化所成之透明複合體中,光散射為小,可維持複合組成物或透明複合體的透明性。
此無機氧化物粒子在複合組成物中之含有率,係以1
質量%以上且90質量%以下為佳,較佳是5質量%以上且90質量%以下,更佳是10質量%以上且85質量%以下。
在此,將無機氧化物粒子之含有率限定在1質量%以上且90質量%以下的理由是如以下所述。含有率未逹1質量%時,無機氧化物粒子之量會太少,在將無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂複合時,難以呈現聚矽氧樹脂的光學特性或機械特性之變化,結果無法得到將無機氧化物粒子複合的效果,故而不佳。另一方面,含有率超過90質量%時,由於不能充分確保無機氧化物粒子之分散性,或在複合組成物中之流動性會下降而使成形性變差,故而不佳。
其次,針對此無機氧化物粒子之表面修飾進行說明。
此無機氧化物粒子之表面,係以由單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物所構成的表面修飾劑來修飾。
此表面修飾劑具有聚二甲基矽氧烷骨幹、尤其是在主鏈具有直鏈狀的聚二甲基矽氧烷骨幹,並且在該主鏈的單邊末端(一端側)只具有1個屬於官能基之極性基。因此,當該官能基(極性基)選擇性地結合於無機氧化物粒子之表面時,另一側,亦即矽氧烷骨幹部分則變成朝向粒子外側(遠離無機氧化物粒子表面之方向)之形狀。
而且,由於此矽氧烷骨幹部分與聚矽氧樹脂的相溶性高,且親和性良好,故以由此聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物所構成之表面修飾劑而經表面修飾的無機氧化物粒子,可均勻地分散於聚矽氧樹脂中,而可形成良好的複合組成物。
在此,「直鏈狀的聚二甲基矽氧烷骨幹」是表示在聚二甲基矽氧烷骨幹上不分枝(分歧)的意思。
在此,於該聚二甲基矽氧烷骨幹中有分枝(分歧),或是屬於官能基之極性基位於矽氧烷骨幹的中間(官能基係與位於矽氧烷骨幹中間之矽結合)時,矽氧烷骨幹之至少一部分會容易朝向無機氧化物粒子之表面方向,或是朝向與粒子表面平行之方向。此時,朝向無機氧化物粒子之外側的矽氧烷骨幹量會減少,無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂之間的相溶性或親和性有下降之虞。再者,在矽氧烷骨幹之方向上由於失去統一性,故發生矽氧烷骨幹彼此的纏繞或立體障礙,仍然有使無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂之間的相溶性或親和性下降之虞。
又,此表面修飾劑係只具有一個極性基的1個官能基者,並且,此官能基係因用於與無機氧化物粒子之結合中,故在與無機氧化物粒子結合之表面修飾劑中不存在有官能基。因此,不會有如在使用以往之多官能聚矽氧烷時,因未反應而殘留的官能基所造成的與聚矽氧樹脂之相溶性惡化,例如發生白濁化等之虞,可得到安定的複合組成物。
如此之表面修飾劑,係以具有單縮水甘油基醚末端聚二甲基矽氧烷及/或單羥基末端聚二甲基矽氧烷為佳。本發明中使用的單縮水甘油基醚末端聚二甲基矽氧烷之分子量是以500至10000為佳。又,本發明中使用的單羥基醚末端聚二甲基矽氧烷,分子量是以500至10000為佳。
此等表面修飾劑所具有之末端基中,單縮水甘油基醚
末端係藉由將屬於縮水甘油基之一部分的環氧基的部分進行開環而與無機氧化物粒子的表面的羥基結合,又,單羥基醚末端係藉由使末端的羥基與無機氧化物粒子的表面的羥基進行脫水縮合而結合。
此等表面修飾劑中,單縮水甘油基醚末端聚二甲基矽氧烷原本並不含有羥基,又,單羥基醚末端聚二甲基矽氧烷只有在與無機氧化物粒子結合之官能基中具有羥基。因此,在任一表面修飾劑中,在與無機氧化物粒子表面結合後,會不具有羥基、或是羥基存在於無機氧化物粒子之表面附近,而變成不妨礙與聚矽氧樹脂相溶的狀態。
又,以藉由此等表面修飾劑而經表面修飾的無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂之複合組成物所得之透明性複合體,係收縮率小。藉此,不會發生透明複合體中之孔洞或碎裂,又,硬化之聚矽氧樹脂中的無機氧化物粒子之分散性亦保持為良好,而得到無缺陷的透明複合體。
本實施形態的無機氧化物粒子,係以單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物來表面修飾,故對於聚矽氧樹脂,其相溶性或分散性優異。因此,聚矽氧樹脂本身並無特別之限制,只要是通常的聚矽氧樹脂,即可無問題地使用。
此等聚矽氧樹脂中,係以在室溫(25℃)以上且150℃左右以下會獲得硬化物的使用矽氫化反應之聚矽氧樹脂為特佳,如此之聚矽氧樹脂係以乙烯基改質聚矽氧及氫改質聚矽氧為適合。
乙烯基改質聚矽氧可列舉:兩末端乙烯基-二甲基聚矽氧、兩末端乙烯基二苯基-二甲基聚矽氧、兩末端乙烯基-苯基甲基聚矽氧、兩末端乙烯基-二乙基聚矽氧、側鏈乙烯基-二甲基聚矽氧、乙烯基甲基聚矽氧、乙烯基甲氧基聚矽氧、乙烯基樹脂分散物等。此等乙烯基改質聚矽氧可選擇1種來使用,也可組合2種以上而使用。
氫改質聚矽氧可列舉:兩末端氫-二甲基聚矽氧、甲基氫-二甲基聚矽氧、甲基氫聚矽氧、乙基氫聚矽氧、甲基氫-苯基甲基聚矽氧、氫化物樹脂等,此等氫改質聚矽氧可選擇1種來使用,也可組合2種以上而使用。
此氫改質聚矽氧中,以含有下述式(1)所示之側鏈氫改質聚矽氧為佳:
(惟,R1至R8是相互獨立的任意有機基(H除外),m是1以上之整數,n是包含0的正整數)。
在此,以側鏈氫改質聚矽氧烷為較佳之理由,係因在與乙烯基改質聚矽氧藉由矽氫化反應等而進行聚合硬化並形成聚矽氧樹脂聚合物時,與末端氫改質聚矽氧相比,其反應性為較高,更進一步,由於屬於反應基的氫改質聚矽氧的量可為較多,故交聯密度變高,結果可使得到之聚矽
氧樹脂聚合物的特性提高。
又,在上述式(1)所示的側鏈氫改質聚矽氧中,m與n之比(m/(m+n))是以0.25以上且1以下為佳。比值(m/(m+n))是以0.30以上且0.70以下為較佳。
在此,將m與n之比(m/(m+n))限定為0.25以上且1以下的理由是如下所述。首先,(m/(m+n))未逹0.25時,由於硬化時的交聯密度太少,故無機氧化物粒子的凝集/相分離速度會變得比聚矽氧樹脂之硬化速度更快,結果與聚矽氧樹脂硬化時會失去透明性。
其次,m與n之比(m/(m+n))雖以1為上限,但m與n之比(m/(m+n))愈大時,下述式(2)所示之含氫單元的含有率會變愈高:
在形成透明複合體後,與乙烯基改質聚矽氧未反應之單元比率也被認為會增加。但是,此未反應之含氫單元對於透明複合體之特性幾乎不會造成影響。所以,在側鏈氫改質聚矽氧中,m與n之比(m/(m+n))的最大值可為1。
上述式(1)中,R1至R8是相互獨立的任意有機基(H除外),其中之一部分或全部可相同。在此,「一部分相同」是指,不僅可為例如R1與R3與R4與R6為相同並且R1與R2與R5與R7與R8為互相不同般的只有一部分為同一種之情
形,亦可為例如R1與R3與R4為相同並且R2與R5與R7與R8為相同,而且R1與R2與R6為互相不同般的一部分互相為相同者的組合。
又,「有機基」是表示特性基、官能基、取代基等由有機物所構成的全部基,例如包含烷基、烷氧基等。
就此聚矽氧樹脂而言,關於其與無機氧化物粒子等混合後之複合組成物的特性,只要是不具有特定之形狀,而具有一旦變形即不會回復原來形狀的不可逆的變形性,並變成後述透明複合體的原料,例如為液狀或具有觸變性之凝膠狀之狀態者即可,其聚合度並無特別限定。
亦即,複合組成物只要為具有上述特性者,即可為單體、寡聚物(2至數百左右的聚合物)、聚合物(數百以上的聚合物)的任一者,亦可為組合此等而使聚合度具有廣範圍者。
又,在此聚矽氧樹脂中,在不損及其特性之範圍內,也可添加抗氧化劑、離型劑、偶合劑、無機充填劑等。
本實施形態的複合組成物含有反應觸媒。
此反應觸媒係以含有矽氫化反應觸媒為佳。此矽氫化反應觸媒可列舉貴金屬系觸媒,並可適當選擇貴金屬的粉體、貴金屬鹽、貴金屬錯合物等。貴金屬系觸媒中是以鉑族系觸媒為佳,例如可列舉鉑系觸媒、銠系觸媒、鈀系觸媒等,尤其是以鉑系觸媒為佳。此鉑系觸媒可列舉:鉑微粉體、氯化鉑酸、鉑-烯烴錯合物、鉑-羰基錯合物等,此等可單獨或組合2種以上來使用。
又,本實施形態的複合組成物可含有有機溶劑。
在此,關於複合組成物含有有機溶劑之優點,提出下述論點。
第1優點,可列舉如控制複合組成物的黏度。例如,當無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂的混合物為高黏度時,會有流動性惡化,發生後述之透明複合體的成形性下降或處理容易性下降之問題的情形,在此,為了解決消除此等問題,可藉由在混合物中添加有機溶劑,而使此混合物之黏度下降到所期望之黏度為止。無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂的混合物的黏度是以在0.05Pa.s至10000Pa.s為佳,更佳是在0.1Pa.s至100Pa.s。
第2優點,可列舉如容易混合/分散。例如,將經表面修飾劑所修飾的無機氧化物粒子,先分散於與所使用的聚矽氧樹脂為相溶性高的有機溶劑中而製成無機氧化物粒子分散液,並將此無機氧化物粒子分散液與聚矽氧樹脂混合/攪拌,因為無機氧化物粒子對於聚矽氧樹脂之分散性為非常高,故而為佳。
此有機溶劑係以使用疏水性溶劑為佳。其理由是因疏水性溶劑係適合作為使經表面修飾之無機氧化物的分散性高且與聚矽氧樹脂的相溶性高的溶劑。
如此之疏水性溶劑係例如可適合使用:苯、甲苯、二甲苯、乙基苯等芳香族烴;二氯甲烷、氯仿、四氯化碳等含氯溶劑。此等溶劑中,可單獨使用1種或混合2種以上而使用。
此有機溶劑的含有率,只要是會得到上述等溶劑添加效果者即可,而無特別限定,但通常相對於經表面修飾之無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂之合計量,係以400質量%以下為佳。有機溶劑的含有率較佳是在100質量%以下。其理由是若有機溶劑過剩存在,則在使用此複合組成物形成後述透明複合體時,會黏度過低而難以產生成形性,或是會需要花時間除去有機溶劑,因而不佳。
本實施形態的複合組成物之製造方法為下述之方法:首先,將無機氧化物粒子的表面以單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物來修飾,形成經表面修飾的平均分散粒徑為1nm以上且20nm以下的無機氧化物粒子,其次,將此經表面修飾的平均分散粒徑為1nm以上且20nm以下的無機氧化物粒子、聚矽氧樹脂、與反應觸媒混合的方法。
在此,將無機氧化物粒子的表面以單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物來修飾的方法,可列舉如下所示之方法。亦即,可列舉如下述之方法:首先,預先使特定之分散劑結合於無機氧化物粒子的表面,使其具有對於疏水性溶劑(有機溶劑)之分散性。其次,將此無機氧化物粒子分散於疏水性溶劑中,得到分散液。接著,在所得到之分散液中加入由單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物所構成的表面修飾劑,在此疏水性溶劑中,將預先結合於無機氧化物粒子之表面的特定分
散劑、與由單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物所構成的表面修飾劑進行置換。
更詳細地說明上述方法。
預先使特定之分散劑結合於無機氧化物粒子的表面,使其具有對於疏水性溶劑的分散性。
結合有此特定分散劑的無機氧化物粒子係容易分散於疏水性溶劑中。又,結合有此特定分散劑之無機氧化物粒子,在與由單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物所構成的表面修飾劑為共存時,在前述無機氧化物粒子之表面中,可容易使已結合之特定分散劑與前述表面修飾劑發生置換。
特定之分散劑可列舉有機酸化合物或有機鹼化合物。有機酸化合物可列舉羧酸、磷酸、磺酸等,有機鹼化合物可列舉胺、磷腈鹼(phosphazene base)等。
在此等分散劑中,以羧酸或胺為適用,其原因為該等可發揮作為使無機氧化物粒子分散之分散劑的機能,並且與表面修飾劑反應時可良好地脫離。
就羧酸而言,只要選擇使用從甲酸、醋酸、酪酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、癸酸、月桂酸、硬脂酸等飽和脂肪酸、油酸等不飽和脂肪酸中選出之1種或2種以上即可。又,就胺而言,例如只要選擇使用從吡啶、聯吡啶等芳香族胺、三乙基胺、二乙基胺、單乙基胺、丁基胺等脂肪族胺中選出之1種或2種以上即可。
其次,使在表面結合有特定分散劑的無機氧化物粒子
分散於疏水性溶劑中。
就疏水性溶劑而言,只要是使前述表面結合有特定分散劑的無機氧化物粒子可安定分散者即可,但適合使用例如苯、甲苯、二甲苯、乙基苯等芳香族烴、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳等含氯溶劑,此等溶劑中可使用1種或2種以上。
其次,在使前述表面結合有特定分散劑的無機氧化物粒子分散而成的疏水性溶劑中,加入前述之由單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物所構成的表面修飾劑,將此表面修飾劑與已結合在無機氧化物表面之特定分散劑進行置換。藉此,將無機氧化物粒子之表面,以由單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物所構成的表面修飾劑來修飾。
此由單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物所構成的表面修飾劑的相對於無機氧化物粒子之質量比,相對於無機氧化物粒子之全質量,是以在5質量%以上且200質量%以下為佳,較佳是10質量%以上並且100質量%以下,更佳是20質量%以上並且100質量%以下。
在此,將表面修飾劑之質量比限定為5質量%以上且200質量%以下之理由,係因表面修飾劑之質量比未逹5質量%時,表面修飾劑之量太少而不能充分修飾無機氧化物粒子之表面,因此,此表面修飾不充分的無機氧化物粒子則難以與聚矽氧樹脂相溶,在與聚矽氧樹脂複合時會失去透明性。另一方面,表面修飾劑之質量比超過200質量%時,
在複合組成物中之表面修飾劑之比率會增大到無法無視之程度,因此,會大幅影響到複合組成物的特性,而有引起特性下降之虞。
如此,使用由單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物所構成的表面修飾劑,將此表面修飾劑在疏水性溶劑中與無機氧化物粒子反應,而使表面修飾劑之官能基(極性基)選擇性地對無機氧化物粒子配向/結合,另一方面,另一端側則在疏水性溶劑中分散,而成為朝向無機氧化物粒子之外側的形狀。因此,此等表面處理劑,係使官能基部分與無機氧化物粒子結合,另一端側則相對於無機氧化物粒子而成為呈放射狀遠離之形狀。
由以上所述,可得到表面藉由單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物所修飾,同時平均分散粒徑為1nm以上且20nm以下的無機氧化物粒子。
其次,將此經表面修飾的平均分散粒徑為1nm以上且20nm以下的無機氧化物粒子、聚矽氧樹脂與反應觸媒混合。此時,因應需要也可添加有機溶劑。
在此,聚矽氧樹脂本身並無特別的限定,只要是藉由上述矽氫化反應而可硬化的乙烯基改質聚矽氧及氫改質聚矽氧之組合即可,而可毫無問題地使用。
亦即,就乙烯基改質聚矽氧而言,可從兩末端乙烯基-二甲基聚矽氧、兩末端乙烯基二苯基-二甲基聚矽氧、兩末端乙烯基-苯基甲基聚矽氧、兩末端乙烯基-二乙基聚矽氧、側鏈乙烯基-二甲基聚矽氧、乙烯基甲基聚矽氧、乙烯
基甲氧基聚矽氧、乙烯基樹脂分散物等中選擇使用單獨1種或組合2種以上。
又,就氫改質聚矽氧而言,可從兩末端氫-二甲基聚矽氧、甲基氫-二甲基聚矽氧、甲基氫聚矽氧、乙基氫聚矽氧、甲基氫-苯基甲基聚矽氧、氫化物樹脂等中選擇使用單獨1種或是組合2種以上。
又,氫改質聚矽氧中,係以含有上述式(1)所示的側鏈氫改質聚矽氧為佳。
在此,以側鏈氫改質聚矽氧為較佳之理由,係因在與乙烯基改質聚矽氧藉由矽氫化反應等而聚合硬化並形成聚矽氧樹脂聚合物時,與末端氫改質聚矽氧相比,其反應性為較高,更進一步,可使屬於反應基的氫改質聚矽氧的量變較多,故交聯密度變高,結果可使得到之聚矽氧樹脂聚合物的特性提高。
再者,在上述式(2)所示的側鏈氫改質聚矽氧中,m與n之比(m/(m+n))是以0.25以上且1以下為佳。比值(m/(m+n))是以0.30以上且0.70以下為較佳。
在此,將m與n之比(m/(m+n))限定為0.25以上的理由是如下所述。首先,m與n之比(m/(m+n))未逹0.25時,由於硬化時的交聯密度太少,故無機氧化物粒子的凝集/相分離速度也比聚矽氧樹脂之硬化速度更快,結果導致在與聚矽氧樹脂硬化時會失去透明性。
其次,m與n之比(m/(m+n))雖以1為上限,但m與n之比(m/(m+n))愈大時,上述式(2)所示之含氫單元的含有
率變愈高,在形成透明複合體後,與乙烯基改質聚矽氧未反應之單元比率也被認為會增加。但是,此未反應之含氫單元對於透明複合體之特性幾乎不會造成影響。因此,在側鏈氫改質聚矽氧中之m與n之比(m/(m+n))的最大值可為1。
將經表面修飾之無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂混合的方法,並無特別限定,可使用混合機(mixer)、各種研磨機(mill)、外加超音波等以往已知的方法。
在此,藉由表面修飾劑而經表面修飾之無機氧化物粒子,亦可直接以粒子狀態與聚矽氧樹脂混合。但是,為了提高此經表面修飾之無機氧化物粒子的在聚矽氧樹脂中之分散性或混合容易性,較佳係先在對於使用此經表面修飾之無機氧化物粒子的聚矽氧樹脂為相溶性高的有機溶劑(疏水性溶劑)中進行再分散,然後將所得之無機氧化物粒子分散液與聚矽氧樹脂混合/攪拌。
亦即,將無機氧化物粒子直接投入至具有某種程度黏度的聚矽氧樹脂中並攪拌時,難以使此無機氧化物粒子在具有黏性的聚矽氧樹脂中以均勻且防止粒子凝集之方式分散,所得到之分散體中之無機氧化物粒子之分散性也差,再者,使無機氧化物粒子在具有黏性的聚矽氧樹脂中分散之步驟本身即需要花費很大的勞力。
另一方面,將經表面修飾之無機氧化物粒子暫時再分散到對聚矽氧樹脂為相溶性高的有機溶劑中時,由於有機溶劑本身為低黏度,故無機氧化物粒子會均勻地分散於有
機溶劑中,而成為低黏度之無機氧化物粒子分散液。在此,只要將該均勻分散有無機氧化物粒子的分散液與聚矽氧樹脂混合,由於是液體彼此的混合,故即使聚矽氧樹脂為具有某種程度黏度者,也可與低黏度之分散液均勻地混合,結果,無機氧化物粒子會容易且均勻地分散於聚矽氧樹脂中。再者,低黏度之無機氧化物粒子分散液與具有低黏性之聚矽氧樹脂混合之步驟本身,由於是溶液彼此間的混合步驟,故不需要太多的勞力。
再者,經表面修飾之無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂之混合物若為高黏度時,該混合物之流動性會惡化,而會有導致後述透明複合體的成形性下降或處理容易性下降的問題。
為了防止此等問題,在混合無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂時,較佳係添加適當之溶劑,例如添加使經表面修飾之無機氧化物粒子的分散性高且與聚矽氧樹脂之相溶性也高之有機溶劑,先將所得混合物之黏度降低。
如此之有機溶劑係以使用疏水性溶劑為佳,例如,適合使用苯、甲苯、二甲苯、乙基苯等芳香族烴;二氯甲烷、氯仿、四氯化碳等含氯溶劑。此等溶劑中可單獨使用1種或混合2種以上而使用。
又,此有機溶劑的含有率,只要是會得到上述溶劑添加效果者即可,而無特別限定,但通常相對於經表面修飾之無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂之合計量,是以400質量%以下為佳。有機溶劑的含有率是以在100質量%以下為較
佳。其理由是若有機溶劑過剩存在,則在使用此複合組成物形成後述透明複合體時,會因黏度過低而難以產生成形性,或是需要花時間除去有機溶劑,故而不佳。
將經表面修飾之無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂混合的具體方法,例如,可列舉:(1)使無機氧化物粒子再分散在有機溶劑中後,將聚矽氧樹脂投入該分散液中,混合攪拌的方法;(2)將無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂混合後,在此混合物中添加適宜之有機溶劑,使用混合機等進行攪拌/混合而調整黏度,製成具有流動性之混合物的方法等。
當因添加有機溶劑而使所得之混合物之黏度變低時,也可藉由將有機溶劑的一部分或全部以揮發等除去,而進行黏度的調整(高黏度化)。
如上操作,可得到本實施形態的複合組成物。
本實施形態的透明複合體,係使藉由結合單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物而經表面修飾的無機氧化物粒子以平均分散粒徑為1nm以上且20nm以下之方式分散於聚矽氧樹脂中而成者,同時,在前述聚矽氧樹脂中含有矽氫化反應觸媒。在此透明複合體中,基本上不含有機溶劑,尤其是疏水性溶劑,即使含有也是極微量。
在此,「透明複合體」雖具有特定之形狀,但此「具有預定之形狀」是指,透明複合體不具有液狀、凝膠狀等之不可逆的變形性,而是配合使用的目的或方法而可維持一定的形狀之意思。亦即,包含通常幾乎不變形的固體狀,
此外亦包含橡膠狀等具有彈性變形性(形狀復原性)者,形狀本身並不顯示為特定之形狀。
此透明複合體,係藉由提高上述複合組成物中之聚矽氧樹脂之聚合度或交聯度、或是在聚矽氧樹脂與表面修飾劑的矽氧烷骨幹之間的聚合度或交聯度,而可得到具有預定形狀的狀態。因此,構成此透明複合體的各成分,亦即,關於以由單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物所構成的表面修飾劑來修飾表面的無機氧化物粒子、聚矽氧樹脂、反應觸媒的3成分,係與上述複合組成物相同。
在此透明複合體中,構成此透明複合體本身的經表面修飾之無機氧化物粒子之與聚矽氧樹脂之相溶性及親和性高,在聚矽氧樹脂中之分散性良好。因此,無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂不會發生相分離,亦不會發生無機氧化物粒子之凝集等現象。因此,亦不會有因該等現象所導致之光學特性、機械特性、熱安定性等的劣化之虞,可維持良好的特性。
又,如上所述,使此聚矽氧樹脂藉由反應觸媒而硬化時,聚矽氧樹脂的硬化速度,係比無機氧化物粒子的凝集/相分離速度還快。因此,在所得到的透明複合體之中,無機氧化物粒子不會凝集,透明性也高。此外,屬於透明複合體之形成材料的複合組成物,係因為不使用螯合劑,故也不會有著色於透明複合體之虞。
又,在此透明複合體中含有的無機氧化物粒子之平均
分散粒徑係作成20nm以下。因此,可抑制若平均分散粒徑超過20nm則使影響變大的瑞利散射(Rayleigh scattering)之發生,透明複合體之透明性也不會下降。
如此,由於無機氧化物粒子是奈米級尺寸之粒子,故在將此無機氧化物粒子分散到聚矽氧樹脂中而成之複合組成物或是透明複合體中,光散射亦小,可維持複合組成物或透明複合體之透明性。
再者,在此透明複合體中含有的無機氧化物粒子之平均分散粒徑因為是設定為1nm以上,故此無機氧化物粒子的平均一次粒徑不會成為會使結晶性之維持變下降的未逹1nm的範圍。於是,此無機氧化物粒子可維持良好的結晶性。
如此,因為維持無機氧化物粒子的結晶性,故無機氧化物粒子本身所具有的特性,亦即,折射率或硬度、耐熱性等特性不會劣化。因此,將無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂複合後所作成之透明複合體可得到充分的效果。
在此,針對透明複合體的效果進行說明。
透明複合體的光學特性可列舉折射率的控制。
由於聚矽氧樹脂的折射率為1.4左右,故若將聚矽氧樹脂與折射率比該聚矽氧樹脂高的高折射率氧化物粒子進行複合,相較於聚矽氧樹脂單獨之情形,可將透明複合體的折射率更為提高。
尤其與折射率為2以上的高折射率無機氧化物粒子,
例如與正方晶氧化鋯(折射率:2.15)或氧化鈦(折射率:2.6左右)複合係為有效,藉由使用此等高折射率無機氧化物粒子,可將透明複合體之折射率提高成比聚矽氧樹脂單獨之情形高0.1至0.2左右,亦即可提高到1.5至1.65左右為止。
關於此透明複合體之透明性,如上所述,藉由將無機氧化物粒子之平均分散粒徑設定在20nm以下,可充分壓低光散射。因而,在該透明複合體中,可充分保持透明性。
又,藉由將如中空二氧化矽粒子或多孔質二氧化矽粒子般在粒子內有空隙而使粒子整體變成比聚矽氧樹脂更低折射率的無機氧化物粒子、與聚矽氧樹脂複合,則相較於聚矽氧樹脂單獨之情形,可使透明複合體之折射率更為下降。
透明複合體的機械特性可列舉如:相較於樹脂單獨之情形,使硬度更為提高。
通常之無機氧化物粒子係相較於聚矽氧樹脂而為硬度較高,藉由將此無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂複合,相較於聚矽氧樹脂單獨的情形,可將透明複合體的表面硬度更為提高。藉此,可使透明複合體的耐擦傷性提高,又,可提高透明複合體本身的尺寸精度。
尤其氧化鋯係在氧化物系陶瓷中也是屬於高硬度,故在藉由複合化所致之表面硬度提升方面可發揮高效果。
聚矽氧樹脂由於其本身在骨幹中含有矽(Si),故與通常的樹脂相比,其耐熱性或耐藥品性等熱安定性及化學安定性優異。另一方面,無機氧化物粒子在耐熱性方面勝過聚矽氧樹脂。因此,若選定化學安定性高的無機氧化物粒子,並將此化學安定性高的無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂複合,即可使所得之透明複合體的熱安定性或化學安定性相較於聚矽氧樹脂單獨之情形而更為提高。
在此,已知聚矽氧樹脂是與疏水性溶劑的相溶性高,而為疏水性(撥水性),但其富含柔軟性,對於水蒸氣之氣體阻隔性係較其他樹脂而為較低。
本實施形態的透明複合體中,氣體阻隔性優異之無機氧化物粒子係均勻地分散於透明複合體之內部,再者,因為無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂之結合性高,故在透明複合體中之對於水蒸氣之氣體阻隔性,係相較於聚矽氧樹脂單獨之情形,而可改善成較高的狀態。
此透明複合體可適合使用於光學透鏡用。其理由係因若依據此透明複合體,藉由將高折射率之無機氧化物粒子、尤其是將氧化鋯與聚矽氧樹脂複合,即可使所得之透明複合體的折射率,例如從聚矽氧樹脂單獨之情形時之1.4,提高至1.65左右。又,由於相較於聚矽氧樹脂單獨之情形而使硬度提高,故亦可謀求尺寸精度之提高。於是,可提高光學元件之設計自由度。
結果,例如,相較於在光學透鏡中單獨使用聚矽氧樹脂之情形,而可進行小型化、薄型化、積體化、提高集光
效率、減少折射率波長之依頼性等。因此,可期待使用此種光學元件的機械之CCD或CMOS照相機等的特性提升,例如高解像度化或高感度化。
又,此透明複合體可適合作為屬於發光元件的LED之密封材而使用。其理由係因此透明複合體相較於單獨的聚矽氧樹脂而為高折射率,故在作為屬於發光元件的LED之密封材而使用時,可提升與經密封材覆蓋之發光體或用以形成發光體之基板等折射率高之構件(屬於LED之發光體的半導體材料的折射率是2.5左右,將半導體材料製成膜之透明性基板的折射率是1.76左右)的折射率整合性。因此,在從LED之發光體射出發光到外部之過程中,可降低內部反射。
亦即,藉由將本實施形態的透明複合體用於LED之密封材,即可將LED之取出光效率改善10%至15%左右,結果可提高LED之亮度。
再者,因為此透明複合體之對水蒸氣之氣體阻隔性高,故可抑制從外部滲入之水分,並可抑制發光區域之劣化。因此,可謀求發光元件之長壽命化。
又,此透明複合體亦可適合作為有機EL元件之密封材而使用。其理由是在將此透明複合體作為有機EL元件之密封材而使用時,由於對水蒸氣之氣體阻隔性較高,故可抑制從外部滲入之水分,可抑制發光區域之劣化。又,透明複合體中之無機氧化物粒子可有效地抑制氧氣之穿透,故同樣地可抑制發光區域之劣化。因此,將本實施形態的透
明複合體作為有機EL元件之密封材使用時,可謀求有機EL元件中之發光元件的長壽命化。
本實施形態的透明複合體係可藉由下述製程而得到:在將本實施形態的複合組成物成形並固化為預定之形狀,或是在將前述複合組成物固化後予以成形為預定之形狀。
本實施形態的製造方法中,「成形並固化為預定之形狀的方法」是如以下所述。
首先,將本實施形態的複合組成物使用模具或模框而形成,或是充填到模具或模框狀的容器中,藉此可得到成形為目的形狀的成形體或充填物。
此時,使用之複合組成物的黏度高時,較佳係先添加有機溶劑等並加以攪拌/混合使黏度下降,而先調整成適合成形或充填的黏度。
另一方面,使用之複合組成物的黏度低時,較佳係先將聚矽氧樹脂彼此或聚矽氧樹脂與表面修飾劑之一部分以下述方式進行聚合或交聯,或是當複合組成物含有有機溶劑時,將此有機溶劑之一部分或全部藉由揮發等而除去以提高黏度,而先調整成適合成形或充填的黏度。
其次,將此成形體或充填物直接在室溫(25℃左右)中或是加溫至預定溫度(室溫至150℃,更佳是80℃至150℃)而靜置預定時間,對於此複合組成物中之聚矽氧樹脂或表面修飾劑經由反應觸媒而進行聚合或交聯等反應,以提高聚矽氧樹脂彼此或聚矽氧樹脂與表面修飾劑間之結合度
(聚合度)。
又,在此成形體或充填物中殘留有機溶劑時,揮發除去此有機溶劑。
藉此,此成形體或充填物在從模具或容器脫離後,會成為即使對其施加外力也可維持一定形狀的形態。
藉由上述內容,可得到無缺陷、且光學持性、機械特性優異、並具有高熱安定性或化學安定性之本實施形態的透明複合體。
又,本實施形態的製造方法中,「將複合組成物固化後予以成形為預定之形狀的方法」是如以下所述。
首先,將本實施形態的複合組成物固化,而得到複合組成物的固化物(未成形的透明複合體)。就固化方法而言,只要將複合組成物直接在室溫(25℃左右)中或是加溫至預定溫度(室溫至150℃,更佳是80℃至150℃)而靜置預定時間,對於此複合組成物中之聚矽氧樹脂或表面修飾劑經由反應觸媒而進行聚合或交聯等反應,以提高聚矽氧樹脂彼此或聚矽氧樹脂與表面修飾劑間之結合度(聚合度)即可。
又,在殘留有機溶劑時,也以揮發除去此有機溶劑為宜。
此固化物係即使經施加外力也可維持一定形狀的形態。
其次,將此固化物藉由切削或脫模等機械加工法,而成形為必要之形狀。本實施形態的聚矽氧樹脂在硬化後也
有柔軟性,可容易地加工。
再者,在加工後之成型體中,亦可藉由提高聚矽氧樹脂彼此或聚矽氧樹脂與表面修飾劑間之結合度(聚合度)、或是除去殘留之有機溶劑,而更加進行固化。
藉由以上內容,可得到無缺陷、且光學持性、機械特性優異、並具有高熱安定性或化學安定性之本實施形態的透明複合體。
將此透明複合體適用於不將透明性視為問題之領域中時,因為沒必要確保透明性,故不需將使用之無機氧化物粒子的平均分散粒徑限制在1nm以上且20nm以下。
例如,在只以提高含有無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂之複合體的表面硬度作為目的時,亦可使用平均分散粒徑大於20nm之粒子,例如100nm的無機氧化物粒子。
即使在如此之情形下,藉由適用本實施形態的複合組成物之製造方法,仍可製作使複合組成物中的無機氧化物粒子之分散性高,且可製作具有良好物性之成形體或充填物的複合組成物。
以下,根據實施例及比較例而具體說明本發明,但本發明並不侷限於此等實施例。在不脫離本發明之主旨之範圍內,可做結構之加成、省略、替換、及其他之變更。
在40L(公升)的純水中溶解有2615g之氧氯化鋯8水合鹽而成的鋯鹽溶液中,將在20L的純水中溶解有344g之
28%氨水而成的稀氨水一面攪拌一面加入,而調製氧化鋯前驅物漿液(slurry)。
其次,在此漿液中,將在5L的純水中溶解有300g之硫酸鈉而成的硫酸鈉水溶液一面攪拌一面加入,此時之硫酸鈉的添加量,相對於鋯鹽溶液中之鋯離子的氧化鋯換算值,是30質量%。
其次,將此混合物使用乾燥器在大氣中於130℃下乾燥24小時,得到固形物。
其次,將此固形物使用自動乳鉢粉碎後,使用電爐,在大氣中於500℃下燒成1小時。
接著,將此燒成物投入純水中,攪拌成漿液狀後,使用離心分離器進行洗淨,將添加之硫酸鈉充分除去後,以乾燥器乾燥,得到氧化鋯粒子。
其次,在此氧化鋯粒子10g中加入甲苯85g、己酸5g並加以混合,將氧化鋯粒子的表面經由屬於配位基的己酸而修飾。之後,進行分散處理,調製氧化鋯透明分散液。
接著,在該氧化鋯透明分散液100g中,加入作為單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物的單縮水甘油基醚末端聚二甲基矽氧烷(PDMS-G:數平均分子量是5000:Aldrich公司製)10g、二月桂酸二丁基錫0.01g,於回流下進行表面修飾。
反應終止後,以蒸發器除去溶劑,藉由重覆進行甲醇洗淨與離心分離,而將從氧化鋯粒子脫離之己酸、及未反應之單縮水甘油基醚末端聚二甲基矽氧烷去除。回收之表
面修飾氧化鋯粒子(亦即,經表面修飾之氧化鋯粒子)是15g。
將得到之表面處理氧化鋯粒子以質子NMR(重氯仿中)測定之結果,2.6至3.5ppm附近之因縮水甘油基所致的訊號強度,係比起單縮水甘油基醚末端聚二甲基矽氧烷單獨之情形而為大幅減少。由此結果可判定,單縮水甘油基醚末端聚二甲基矽氧烷係發生環氧基之開環及與氧化鋯粒子之結合。
將此表面修飾氧化鋯粒子15g再分散到甲苯35g後,加入作為乙烯基改質聚矽氧之側鏈乙烯基-二甲基聚矽氧VDT-131(Gelest公司製)14.1g、作為氫改質聚矽氧之甲基氫-二甲基聚矽氧HMS-151(Gelest公司製)0.9g,更進一步加入作為反應觸媒之室溫硬化用的鉑二乙烯基四甲基二矽氧烷SIP6830.3(Gelest公司製)6mg,得到實施例1之表面修飾氧化鋯粒子-聚矽氧樹脂複合組成物。
其次,將此表面修飾氧化鋯粒子-聚矽氧樹脂複合組成物攪拌溶解後,流入以玻璃板組裝成之模具中,於40℃真空下除去有機溶劑,並進行硬化反應,得到實施例1的厚度為1mm之透明複合體。
該透明複合體之氧化鋯粒子的含有率是25質量%。
將所得到的實施例1透明複合體之截面,使用場發射型穿透電子顯微鏡JEM-2100F(日本電子公司製)觀察,測定隨機選出100個粒子之粒徑,將此平均值當作透明複合體內之氧化鋯粒子的平均分散粒徑。該測定結果,平均分
散粒徑是7nm。
由此測定結果而作下述結論:實施例1之複合組成物中之氧化鋯粒子的平均分散粒徑亦為7nm或其以下。
又,對於所得到的實施例1之透明複合體進行元素分析的結果,由於可檢測出與作為反應觸媒所添加之量同等量的鉑成分,故確認得到本發明之透明複合體。
除了分別將氧化鋯粒子從10g(25質量%)改成14g(35質量%),並將作為乙烯基改質聚矽氧之側鏈乙烯基-二甲基聚矽氧VDT-131從14.1g(47質量%)改成8.4g(28質量%),將作為氫改質聚矽氧之甲基氫-二甲基聚矽氧HMS-151從0.9g(3質量%)改成0.6g(2質量%)之外,其餘根據實施例1操作,得到實施例2之表面修飾氧化鋯粒子-聚矽氧樹脂複合組成物及厚度為1mm的透明複合體。
該透明複合體之氧化鋯粒子的含有率是35質量%。
將所得之實施例2之透明複合體中的氧化鋯粒子的粒徑,以與實施例1同樣方式測定,結果,平均分散粒徑是8nm。
由此結果而作下述結論:實施例2之複合組成物中的氧化鋯粒子之平均分散粒徑亦為8nm或其以下。
又,對於所得到的實施例2之透明複合體進行元素分析的結果,由於可檢測出與作為反應觸媒所添加之量同等量的鉑成分,故確認得到本發明之透明複合體。
除了分別將氧化鋯粒子從10g(25質量%)改成16g(40質量%),並將作為乙烯基改質聚矽氧之側鏈乙烯基-二甲基聚矽氧VDT-131從14.1g(47質量%)改成5.7g(19質量%),將作為氫改質聚矽氧之甲基氫-二甲基聚矽氧HMS-151從0.9g(3質量%)改成0.3g(1質量%),將作為反應觸媒之鉑二乙烯基四甲基二矽氧烷SIP6830.3從6mg(0.02質量%)改成3mg(0.01質量%)之外,其餘根據實施例1操作,得到實施例3之表面修飾氧化鋯粒子-聚矽氧樹脂複合組成物及厚度為1mm的透明複合體。
該透明複合體之氧化鋯粒子的含有率是40質量%。
將所得之實施例3之透明複合體中的氧化鋯粒子的粒徑,以與實施例1同樣方式測定,結果,平均分散粒徑是10nm。
由此結果而作下述結論:實施例3之複合組成物中的氧化鋯粒子之平均分散粒徑亦為10nm或其以下。
又,對於所得到的實施例3之透明複合體進行元素分析的結果,由於可檢測出與作為反應觸媒所添加之量同等量的鉑成分,故確認得到本發明之透明複合體。
除了分別將作為乙烯基改質聚矽氧之側鏈乙烯基-二甲基聚矽氧VDT-131從14.1g(47質量%)改成11.7g(39質量%),並將作為氫改質聚矽氧之甲基氫-二甲基聚矽氧HMS-151之0.9g(3質量%)改成甲基氫-二甲基聚矽氧HMS-031(Gelest公司製)3.3g(11質量%)之外,其餘根據實施例1
操作,得到實施例4之表面修飾氧化鋯粒子-聚矽氧樹脂複合組成物及厚度為1mm的透明複合體。
該透明複合體之氧化鋯粒子的含有率是25質量%。
將所得之實施例4之透明複合體中的氧化鋯粒子的粒徑,以與實施例1同樣方式測定,結果,平均分散粒徑是7nm。
由此結果而作下述結論:實施例4的複合組成物中的氧化鋯粒子之平均分散粒徑亦為7nm或其以下。
又,對於所得到的實施例4之透明複合體進行元素分析的結果,由於可檢測出與作為反應觸媒所添加之量同等量的鉑成分,故確認得到本發明之透明複合體。
除了分別將作為乙烯基改質聚矽氧之側鏈乙烯基-二甲基聚矽氧VDT-131之14.1g(47質量%)改成側鏈乙烯基-二甲基聚矽氧烷VDT-731(Gelest公司製)4.8g(16質量%),並將作為氫改質聚矽氧之甲基氫-二甲基聚矽氧HMS-151之0.9g(3質量%)改成甲基氫-二甲基聚矽氧HMS-031之10.2g(34質量%)之外,其餘根據實施例1操作,得到實施例5之表面修飾氧化鋯粒子-聚矽氧樹脂複合組成物及厚度為1mm的透明複合體。
該透明複合體之氧化鋯粒子的含有率是25質量%。
將所得之實施例5之透明複合體中的氧化鋯粒子的粒徑,以與實施例1同樣方式測定,結果,平均分散粒徑是7nm。
由此結果而作下述結論:實施例5的複合組成物中的氧化鋯粒子之平均分散粒徑亦為7nm或其以下。
又,對於所得到的實施例5之透明複合體進行元素分析的結果,由於可檢測出與作為反應觸媒所添加之量同等量的鉑成分,故確認得到本發明之透明複合體。
除了分別將作為乙烯基改質聚矽氧之側鏈乙烯基-二甲基聚矽氧VDT-131之14.1g(47質量%)改成兩末端乙烯基-二甲基聚矽氧DMS-V21(Gelest公司製)13.5g(45質量%),並將作為氫改質聚矽氧之甲基氫-二甲基聚矽氧HMS-151之0.9g(3質量%)改成甲基氫-二甲基聚矽氧HMS-301(Gelest公司製)1.5g(5質量%)之外,其餘根據實施例1操作,得到實施例6之表面修飾氧化鋯粒子-聚矽氧樹脂複合組成物及厚度為1mm的透明複合體。
該透明複合體之氧化鋯粒子的含有率是25質量%。
將所得之實施例6之透明複合體中的氧化鋯粒子的粒徑,以與實施例1同樣方式測定,結果,平均分散粒徑是10nm。
由此結果而作下述結論:實施例6的複合組成物中的氧化鋯粒子之平均分散粒徑亦為10nm或其以下。
又,對於所得到的實施例6之透明複合體進行元素分析的結果,由於可檢測出與作為反應觸媒所添加之量同等量的鉑成分,故確認得到本發明之透明複合體。
除了分別將作為乙烯基改質聚矽氧之側鏈乙烯基-二甲基聚矽氧VDT-131之14.1g(47質量%)改成兩末端乙烯基-二甲基聚矽氧DMS-V22(Gelest公司製)14.7g(49質量%),並將作為氫改質聚矽氧之甲基氫-二甲基聚矽氧HMS-151之0.9g(3質量%)改成甲基氫-二甲基聚矽氧HMS-301之0.3g(1質量%)之外,其餘根據實施例1操作,得到實施例7之表面修飾氧化鋯粒子-聚矽氧樹脂複合組成物及厚度為1mm的透明複合體。
該透明複合體之氧化鋯粒子的含有率是25質量%。
將所得到之實施例7之透明複合體中的氧化鋯粒子的粒徑,以與實施例1同樣方式測定,結果,平均分散粒徑是10nm。
由此結果而作下述結論:實施例7的複合組成物中的氧化鋯粒子之平均分散粒徑亦為10nm或其以下。
又,對於所得到的實施例7之透明複合體進行元素分析的結果,由於可檢測出與作為反應觸媒所添加之量同等量的鉑成分,故確認得到本發明之透明複合體。
除了分別將作為乙烯基改質聚矽氧之側鏈乙烯基-二甲基聚矽氧VDT-131從14.1g(47質量%)改成14.4g(48質量%),並將作為氫改質聚矽氧之甲基氫-二甲基聚矽氧HMS-151之0.9g(3質量%)改成甲基氫-二甲基聚矽氧HMS-301之0.6g(2質量%)之外,其餘根據實施例1的操作,得到實施例8之表面修飾氧化鋯粒子-聚矽氧樹脂複合組成物及
厚度為1mm的透明複合體。
該透明複合體之氧化鋯粒子的含有率是25質量%。
將所得之實施例8之透明複合體中的氧化鋯粒子的粒徑,以與實施例1同樣方式測定,結果,平均分散粒徑是7nm。
由此結果而作下述結論:實施例8之複合組成物中之氧化鋯粒子之平均分散粒徑亦為7nm或其以下。
又,對於所得到的實施例8之透明複合體進行元素分析的結果,由於可檢測出與作為反應觸媒所添加之量同等量的鉑成分,故確認得到本發明之透明複合體。
除了分別將作為乙烯基改質聚矽氧之側鏈乙烯基-二甲基聚矽氧VDT-131之14.1g(47質量%)改成側鏈乙烯基-二甲基聚矽氧VDT-731之11.4g(38質量%),並將作為氫改質聚矽氧之甲基氫-二甲基聚矽氧HMS-151之0.9g(3質量%)改成甲基氫-二甲基聚矽氧HMS-301之3.6g(12質量%)之外,其餘根據實施例1操作,得到實施例9之表面修飾氧化鋯粒子-聚矽氧樹脂複合組成物及厚度為1mm的透明複合體。
該透明複合體之氧化鋯粒子的含有率是25質量%。
將所得之實施例9之透明複合體中的氧化鋯粒子的粒徑,以與實施例1同樣方式測定,結果,平均分散粒徑是7nm。
由此結果而作下述結論:實施例9的複合組成物中的
氧化鋯粒子之平均分散粒徑亦為7nm或其以下。
又,對於所得到的實施例9之透明複合體進行元素分析的結果,由於可檢測出與作為反應觸媒所添加之量同等量的鉑成分,故確認得到本發明之透明複合體。
除了分別將作為乙烯基改質聚矽氧之側鏈乙烯基-二甲基聚矽氧VDT-131之14.1g(47質量%)改成兩末端乙烯基-二甲基聚矽氧DMS-V22之14.7g(49質量%),並將作為氫改質聚矽氧之甲基氫-二甲基聚矽氧HMS-151之0.9g(3質量%)改成甲基氫-二甲基聚矽氧HMS-301之0.3g(1質量%),將作為反應觸媒之鉑二乙烯基四甲基二矽氧烷SIP 6830.3改成鉑環乙烯基甲基矽氧烷SIP 6832.2(Gelest公司製)之外,其餘根據實施例1操作,得到實施例10之表面修飾氧化鋯粒子-聚矽氧樹脂複合組成物及厚度為1mm的透明複合體。
該透明複合體之氧化鋯粒子的含有率是25質量%。
將所得之實施例10之透明複合體中的氧化鋯粒子的粒徑,以與實施例1同樣方式測定,結果,平均分散粒徑是9nm。
由此結果而作下述結論:實施例10的複合組成物中的氧化鋯粒子之平均分散粒徑亦為9nm或其以下。
又,對於所得到的實施例10之透明複合體進行元素分析的結果,由於可檢測出與作為反應觸媒所添加之量同等量的鉑成分,故確認得到本發明之透明複合體。
除了分別將作為乙烯基改質聚矽氧之側鏈乙烯基-二甲基聚矽氧VDT-131之14.1g(47質量%)改成兩末端乙烯基-二甲基聚矽氧DMS-V21之8.7g(29質量%),並將作為氫改質聚矽氧之甲基氫-二甲基聚矽氧HMS-151之0.9g(3質量%)改成甲基氫-二甲基聚矽氧HMS-031之6.3g(21質量%)之外,其餘根據實施例1操作,得到比較例1的表面修飾氧化鋯粒子-聚矽氧樹脂複合組成物及厚度為1mm的複合體。
該複合體之氧化鋯粒子的含有率是25質量%。
將所得到的比較例1的複合體中之氧化鋯粒子的粒徑,以與實施例1同樣方式測定,結果,平均分散粒徑是35nm。
除了分別將作為乙烯基改質聚矽氧之側鏈乙烯基-二甲基聚矽氧VDT-131之14.1g(47質量%)改成兩末端乙烯基-二甲基聚矽氧DMS-V22之13.2g(44質量%),並將作為氫改質聚矽氧之甲基氫-二甲基聚矽氧HMS-151之0.9g(3質量%)改成甲基氫-二甲基聚矽氧HMS-031之1.8g(6質量%)之外,其餘根據實施例1操作,得到比較例2之表面修飾氧化鋯粒子-聚矽氧樹脂複合組成物及厚度為1mm的複合體。
該複合體之氧化鋯粒子的含有率是25質量%。
將所得到的比較例2之複合體中的氧化鋯粒子的粒
徑,以與實施例1同樣方式測定,結果,平均分散粒徑是42nm。
在以與實施例1同樣方式製作的氧化鋯粒子10g中,加入甲苯85g、己酸5g並混合,將氧化鋯粒子之表面經由屬於配位基的己酸而修飾。之後,進行分散處理,調製氧化鋯透明分散液。
反應終止後,以蒸發器除去溶劑,藉由重覆進行丙酮洗淨與離心分離,除去氧化鋯粒子與未反應之己酸。回收到的經屬於配位基之己酸而修飾表面之氧化鋯粒子是11g。
除了使用該經己酸修飾之氧化鋯粒子10g(25質量%)作為氧化鋯粒子,並分別將作為乙烯基改質聚矽氧之側鏈乙烯基-二甲基聚矽氧VDT-131從14.1g(47質量%)改成18.8g(63質量%),將作為氫改質聚矽氧之甲基氫-二甲基聚矽氧HMS-151從0.9g(3質量%)改成1.2g(4質量%),將作為反應觸媒之鉑二乙烯基四甲基二矽氧烷SIP6830.3從6mg(0.02質量%)改成9mg(0.03質量%)之外,其餘根據實施例1操作,得到比較例3之表面修飾氧化鋯粒子-聚矽氧樹脂複合組成物及厚度為1mm的複合體。
該複合體之氧化鋯粒子的含有率是25質量%。
將所得到的比較例3之複合體中的氧化鋯粒子的粒徑,以與實施例1同樣方式測定,結果,平均分散粒徑是45nm。
對於實施例1至10之各透明複合體及比較例1至3之各複合體,藉由下述裝置或方法進行透明性、折射率、及耐久性之評估。
使用分光光度計(日本分光公司製)測定可見光線之穿透率。
在此,測定透明複合體(或是複合體)的厚度方向(L=1mm)的可見光線之穿透率,將可見光線之穿透率在80%以上者當作「○」,將未逹80%者當作「×」。
根據日本工業規格JIS K 7132「塑膠之折射率測定方法」,藉由阿貝折射計(Abbe refractometer)來測定。
在此,將未添加氧化鋯粒子之樹脂單獨者當作基準,將折射率提高至0.03以上的情形當作「○」,將折射率僅提高至未逹0.03的情形當作「×」。
將透明複合體(或是複合體)在溫度150℃之環境下放置24小時後,取出,以目視觀察透明複合體(或是複合體)之外觀,沒有黃變者當作「○」,已黃變者當作「×」。
將實施例1至10及比較例1至2之各複合組成物之組成及透明複合體(或是複合體)的評估結果表示在表1中。
由表1可知,實施例1至10之各透明複合體在透明性、折射率及耐久性之全部特點上皆為優良者。
另一方面,比較例1、2之複合體,其可見光線之穿透率是0%至20%而為極低,此外,無法測定折射率。
推測其理由是:由於氫改質聚矽氧及乙烯基改質聚矽氧之交聯密度皆小,故無機氧化物粒子的凝集/相分離速度變得比聚矽氧樹脂之硬化速度還快,結果,導致在無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂硬化時失去透明性。
又,比較例3之複合體,其可見光線之穿透率是10%以下而為極低,且無法測定到折射率。推測其理由是:由於無機氧化物粒子的表面修飾不充分,故在無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂之複合組成物中,無機氧化物粒子會凝集,結果,無法獲得複合體中之透明性。再者,關於耐久性,在150℃放置24小時後,由於看到微黃變,故確認到由己酸所致之變色的影響。
本發明可提供一種無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂的複合組成物及透明複合體,其中,在將可提升折射率、機械特性及氣體阻隔性的無機氧化物粒子分散到聚矽氧樹脂中時,係分散性高,並且,防止硬化時之相分離/白化,可確保透明性。
本發明的無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂之複合組成物,係將無機氧化物粒子分散到聚矽氧樹脂中而成的複合組成物,其至少含有無機氧化物粒子、聚矽氧樹脂與反應
觸媒;其中,無機氧化物粒子是藉由結合單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物而經表面修飾,同時平均分散粒徑為1nm以上且20nm以下的無機氧化物粒子。藉此,可得到維持由無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂複合而成之複合體之透明性、耐熱性及耐光性,且亦已控制折射率的透明複合體。因此,當然可利用在半導體發光元件(LED)密封材、液晶顯示裝置用基板、有機EL顯示裝置用基板、彩色濾光片用基板、觸控面板用基板、太陽電池用基板等光學薄片、透明板、光學透鏡、光學元件、光波導、接著劑等中,並且,其在此外之各式各樣的工業領域中也有很大之可利用性。
Claims (8)
- 一種無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂(silicone resin)的複合組成物,該複合組成物係至少含有無機氧化物粒子、聚矽氧樹脂與反應觸媒的複合組成物;其中,該無機氧化物粒子是藉由結合單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物而經表面修飾,同時平均分散粒徑為1nm以上且20nm以下的無機氧化物粒子;並以1質量%以上且90質量%以下含有前述無機氧化物粒子;前述聚矽氧樹脂含有乙烯基改質聚矽氧及氫改質聚矽氧;前述反應觸媒含有矽氫化反應觸媒。
- 如申請專利範圍第1項所述之無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂的複合組成物,其中,前述聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物是單縮水甘油基醚末端聚二甲基矽氧烷及/或單羥基醚末端聚二甲基矽氧烷。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂的複合組成物,其中,前述乙烯基改質聚矽氧係選自由兩末端乙烯基-二甲基聚矽氧、兩末端乙烯基二苯基-二甲基聚矽氧、兩末端乙烯基-苯基甲基聚矽氧、兩末端乙烯基-二乙基聚矽氧、側鏈乙烯基-二甲基聚矽氧、乙烯基甲基聚矽氧、乙烯基甲氧基聚矽氧、乙烯基樹脂分散物所成群組中之1種或2種以上。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂的複合組成物,其中,前述氫改質聚矽氧係選自由兩末端氫-二甲基聚矽氧、甲基氫-二甲基聚矽氧、甲基氫聚矽氧、乙基氫聚矽氧、甲基氫-苯基甲基聚矽氧、氫化物樹脂所成群組中之1種或2種以上。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂的複合組成物,其中,前述氫改質聚矽氧含有下述式(1)所示之側鏈氫改質聚矽氧:
- 一種透明複合體,其係使藉由結合單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物而經表面修飾之無機氧化物粒子以平均分散粒徑為1nm以上且20nm以下之方式分散於聚矽氧樹脂中而成者,同時,在前述聚矽氧樹脂中含有矽氫化反應觸媒。
- 一種透明複合體,其係在將申請專利範圍第1至5項中任一項所述之無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂的複合組 成物成形並固化為預定之形狀,或是在將前述複合組成物固化後予以成形而成者。
- 一種申請專利範圍第1至5項中任一項所述之無機氧化物粒子與聚矽氧樹脂的複合組成物之製造方法,其含有下述步驟:將無機氧化物粒子表面,藉由單邊末端具有1個官能基之聚二甲基矽氧烷骨幹聚合物來修飾,得到經表面修飾的平均分散粒徑為1nm以上且20nm以下之無機氧化物粒子的步驟;以及將前述經表面修飾的平均分散粒徑為1nm以上且20nm以下之無機氧化物粒子、聚矽氧樹脂與反應觸媒混合的步驟。
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