WO1997035924A1 - Composition silicone doublement reticulable par voie cationique sous activation uv et par condensation en presence d'eau atmospherique et l'un de ses procedes d'obtention - Google Patents

Composition silicone doublement reticulable par voie cationique sous activation uv et par condensation en presence d'eau atmospherique et l'un de ses procedes d'obtention Download PDF

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WO1997035924A1
WO1997035924A1 PCT/FR1997/000499 FR9700499W WO9735924A1 WO 1997035924 A1 WO1997035924 A1 WO 1997035924A1 FR 9700499 W FR9700499 W FR 9700499W WO 9735924 A1 WO9735924 A1 WO 9735924A1
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cyclo
radicals
radical
pos
functionalization
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PCT/FR1997/000499
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Jean-Marc Frances
Christian Priou
José-Luis Roca-Ortega
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Rhodia Chimie
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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/0008—Organic ingredients according to more than one of the "one dot" groups of C08K5/01 - C08K5/59
    • C08K5/0025—Crosslinking or vulcanising agents; including accelerators
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/04—Polysiloxanes
    • C08G77/14—Polysiloxanes containing silicon bound to oxygen-containing groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L83/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L83/04—Polysiloxanes
    • C08L83/06—Polysiloxanes containing silicon bound to oxygen-containing groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D183/00—Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D183/04—Polysiloxanes
    • C09D183/06—Polysiloxanes containing silicon bound to oxygen-containing groups
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K3/22—Secondary treatment of printed circuits
    • H05K3/28—Applying non-metallic protective coatings
    • H05K3/285—Permanent coating compositions
    • H05K3/287—Photosensitive compositions

Definitions

  • the present invention relates to crosslinkable silicone compositions based on polyorganosiloxane (POS).
  • the present invention relates to silicone compositions which can be crosslinked in two ways, also called “duat cure” compositions, which can be crosslinked both under irradiation (by photonic activation (eg UV) or by electron beam bordering and under the effect of ambient humidity.
  • the reaction mechanisms involved in these two cases are, respectively, on the one hand, crosslinking by cationic means requiring the presence of photoinitiators, such as onium salts, and, d on the other hand, crosslinking by condensation between alkoxysilyl functions, for example previously hydrolyzed, such condensation can only be carried out in the presence of an effective amount of suitable catalyst.
  • Crosslinking cationically under irradiation may, for example, consist of polymerizing epoxy functions, by opening rings, in the presence of a cationic photoinitiator.
  • the activation by photonic irradiation specific to this cationic crosslinking can be supplemented, if necessary, by a thermal activation.
  • crosslinking by hydrolysis / condensation under the effect of atmospheric humidity normally occurs after crosslinking by photonic activation.
  • the silicone compositions which can be crosslinked in two ways therefore have at least two functionalities (for example epoxy and alkoxyl) capable of allowing the two types of crosslinking mentioned above to be produced.
  • silicone compositions have proven to be the materials of choice given their resistance to high temperatures, their stability to UV radiation, their flexibility at low temperatures and their capacity. insulating.
  • the silicone compositions which can be crosslinked in two ways have more particularly imposed themselves because of the flexibility and the rapidity of implementation proper to photocrosslinking under UV supplemented by crosslinking by hydrolysis / condensation at atmospheric humidity. , which overcomes the ineffectiveness of photocrosslinking in areas not exposed to radiation.
  • a brief exposure to UV makes it possible to harden and make non-sticky, the protective coatings prepared from said "dual cure" compositions, the crosslinking being completed by atmospheric humidity.
  • a first generation of silicone compositions which can be crosslinked in two ways comprises POSs functionalized by acrylic groups, capable of crosslinking with one another by free radicaling, under the effect of UV and atmospheric humidity.
  • the latter describes sensitive “dual cure” silicone compositions both to exposure to UV radiation and to atmospheric humidity and comprising: (A) a polyorganosiloxane comprising siloxy units substituted on the one hand by epoxy functional groups and, on the other hand, by hydrolysable functional groups of alkoxy, acyloxy, amide, amino, carbamate, enoxy, imidate, isocyanate, oxymate, thioisocyanate or ureide type; (B) a catalytic amount of a photocatalyst of the onium salt type,
  • the POS (A) with double crosslinking functionality is a polydimethylsiloxane (PDMS) ⁇ , ⁇ -2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyl-dimethoxysiloxyl.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • This type of POS (A) is obtained by condensation of a ⁇ , ⁇ -dihydroxylated PDMS precursor and of the corresponding epoxytrimethoxylated silane, in the presence of a condensation catalyst formed by dibutylammonium formate.
  • the photoinitiator (B) disclosed in the examples is a salt of lodomum whose anionic entity is formed by SbF 6 -
  • Another essential objective of the present invention is to provide a silicone composition comprising a POS endowed with at least two crosslinking functions, crosslinkable respectively, on the one hand, by cationic route under activation by exposure to UV and, on the other hand, under the effect of atmospheric humidity by hydrolysis / condensation, said
  • POS have improved mechanical properties (resistance and elongation at break, shore hardness, g), in the crosslinked state
  • Another essential objective of the present invention is to provide silicone compositions which can be crosslinked in at least two ways and having a low viscosity capable of facilitating their handling and their application to the coating of various supports and to the encapsulation of sensitive components.
  • Another essential objective of the invention is to provide a crosslinkable silicone composition in at least two ways, as defined above, and which is also economical and simple to obtain
  • Another essential objective of the present invention is to provide a polyorganosiloxane (POS) having at least two crosslinking functionalities of the type defined above and being suitable for entering into the constitution of crosslinkable silicone composition in at least two ways
  • Another essential objective of the present invention is to provide a process for the preparation of the compositions and POSs referred to above, which is easy to implement and inexpensive
  • Another objective of the present invention is to provide a process for coating the support and / or encapsulating sensitive compounds (eg supports and electronic components), in which recourse is had to crosslinkable silicone compositions in at least two ways, which is simple to produce and which is satisfactory in terms of setting speed and mechanical properties of the reticulates obtained.
  • radicals R 1 , R 5 are identical or different from each other and represent hydrolysable radicals preferably chosen from the following residues: alkoxy, carboxy, enoxy, oxime, the alkoxy being particularly preferred,
  • radicals R 3 and R 4 are identical or different from each other and each represent a (cyclo) alkyl, (cyclo) alkylaryl or (cyclo) aralkyl C 1 -C 1B radical, preferably a linear or branched (cyclo) alkyl in C r C 10 and, more preferably still in 0, -0 4 , the alkyl chains considered being linear or branched:
  • radicals R, R 7 are identical or different from each other and each represent:
  • an epoxyfunctional C 2 -C 30 hydrocarbon radical preferably an epoxy (cyclo) alkyl epoxy (cyclo) -alkylaryl or epoxy (cyclo) aralkyl radical, and more preferably still an epoxy (cyclo) C 2 -C alkyl radical 16 ; the alkyl chains considered being linear or branched.
  • hydrocarbon radical chosen from (cyclo) alkenyls - preferably C 2 -C 10 , vinyl being particularly preferred -
  • radicals R 2 and R 6 are identical or different and represent R, R 7 or R 1 , R 5 ;
  • - n is a positive integer, preferably between 1 and 5000, and even more preferably between 1 and 1000; ⁇ > obtained by reacting at least one polyorganosiloxane ⁇ , ⁇ hydroxylated (Ip) precursor of the polymer (I) and of formula
  • n, R 3 and R 4 are as defined above, o with at least one functionalization silane (SF) of formula:
  • R6 - a 1 to 3
  • b 1 to 3
  • a + b 4. o in the presence of a functionalization catalyst chosen from carboxylates and / or silanolates and / or alkali metal siloxanolates, using exclusion of dibutylammonium formate;
  • At least one photoinitiator chosen from among the borates of at least one onium salt of one of the elements of groups 15 to 17 of the periodic classification (Chem & Eng News, Vol 63, N5 , 26 of February 4, 1985) and / or at least one oxoisothiochromanium salt, and mixtures of said borates.
  • a catalytically effective amount of a condensation catalyst preferably chosen from tin salts and their mixtures,
  • - IV optionally at least one silicon additive, preferably selected from the following compounds: - silanes (SF)
  • POS is a silicone polymer, preferably, essentially consisting of linear chains of polydiorganosiloxanes and, more preferably still formed by a polydimethylsiloxane (PDMS).
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • This POS finds its originality in part in its production process, which involves an ⁇ ⁇ , ⁇ -diOH (Ip) POS, a functionalization silane (SF) and a specific functionalization catalyst.
  • a POS (I) characterized by its process of obtaining by functionalization, has proven to be particularly efficient and advantageous, in terms of crosslinking speed, viscosity, mechanical properties and cost.
  • composition according to the invention also finds its basis, in particular, in the presence of a photoinitiator (II) of the onium borate type, as well as a condensation catalyst (III), preferably judiciously selected from the salts of 'tin.
  • a photoinitiator (II) of the onium borate type as well as a condensation catalyst (III), preferably judiciously selected from the salts of 'tin.
  • the polyorganosiloxane (I) of the composition according to the invention has at least two crosslinking functionalities, preferably two.
  • the various crosslinking functionalities are advantageously carried by each terminal siloxyl motif of the linear chains of the POS.
  • the two functionalities are formed on the one hand, by an epoxy radical R, R 7 and by a hydrolyzable group, for example alkoxy OR 10 , OR 50 , with R 10 , R 50 corresponding to groups (cyclo) alkyls of the same definition as R 3 , R 4 described above, or (cyclo) alkenyls.
  • each terminal siloxyl (motif M) comprises two alkoxylated substituents and one epoxyfunctional substituent.
  • Q SiO ⁇
  • R, R 7 those belonging to the glycidyl and epoxycyclohexyl groups are preferred.
  • 2- (3,4-epoxy cyclohexyl) ethyl is a preferred example of the epoxycyclohexyls which can be used in the context of the invention.
  • the functional epoxy group can be defined by its capacity or its ability to react with other epoxy functions, according to the crosslinking mechanism by the cationic route, and under activation by UV radiation in the presence of photoinitiators of the onium salt type.
  • the preferred hydrolyzable groups R 1 , R 5 are the alkoxylates, carboxyls, enoxides and oximes. Once hydrolyzed, these groups are transformed into hydroxylated groups capable of condensing together to form intercatenary bridges - O -, typical of the crosslinked state. These bridges are in addition to those obtained thanks to the crosslinking under UV of the epoxy functions.
  • carboxylated alkoxylates enoxides and oximes
  • other hydrolysable groups such as for example groups of the amide, amino, carbamate, imidate, isocyanate type. , thioisocyanate or ureide.
  • the precursor (Ip) of the polymer (I) can advantageously be a polydiorganosiloxane or a mixture of polyorganosiloxanes of formula (Ip ), in which n is selected such that the viscosity at 25 ° C of the polymer (I) is less than or equal to 10 000 mPa.s, preferably to 2000 mPa.s and even more preferably to 1000 mPa.s.
  • n is selected such that the viscosity at 25 ° C of the polymer (I) is less than or equal to 10 000 mPa.s, preferably to 2000 mPa.s and even more preferably to 1000 mPa.s.
  • Those skilled in the art are able to choose the number of recurring units which give POS (I) the desired viscosity for the application considered.
  • the POS (I) consists essentially of a mixture of linear POS and cyclic POS.
  • the composition contains at least one residue, preferably in trace amounts, of a diluent of the precursor (Ip), said residue being selected from the following compounds:
  • POS cyclic polyorganosiloxane residues
  • precursor (Ip) of the POS (I) is a mixture of linear POSs and cyclical POS.
  • This POS mixture can, for example, consist of the organohalosilane hydrolysis product of formula:
  • R 1 are the same or different radicals and represent hydrogen or linear or branched C1-C6 alkyls, aryls, alkylaryl or aralkyls,
  • step (1) is a hydrolysis under pressure in the presence of an aqueous solution S, of saturated hydrogen halide, at the pressure and temperature of the reaction medium.
  • a preferred functionalization catalyst is that comprising at least one lithium carboxylate and / or at least one potassium silanolate.
  • the photoinitiator (II) is formed by one or more onium borates: 10 *, the cationic entity of which is chosen from:
  • A represents an element from groups 15 to 17 such as for example 15 I, S, Se, P, N,
  • R ⁇ represents a C6-C20 carbocyclic or heterocyclic aryl radical. preferably phenyl, tolyl or toluyl, said heterocyclic radical possibly containing nitrogen, sulfur, as heteroelements,
  • R ⁇ represents R ⁇ or a linear or branched C-
  • n2 is an integer ranging from 1 to v + 1, v being the valence of the element A,
  • radical R? represents a linear or branched C 1 alkyl radical.
  • R ⁇ are identical or different and represent: * a phenyl radical substituted by at least one electron-withdrawing group such as for example OCF3, CF 3 , NO2, CN, or by at least 2 halogen atoms (especially fluorine),
  • the borate anionic entity is chosen from the following anions: [B (C ⁇ F 5 ) 4r [B (C 6 H 4 CF3) 4] - [B ⁇ C 6 H 3 (CF 3 ) 2 ⁇ 4 ] - [ (C 6 F5) 2 BF2] - [B (C 6 F 4 OCF3) 4 ] - [B (C 6 H 3 F 2 ) 4 ] -
  • cationic entity which is advantageously of type 1) onium, it is, more preferably, selected from the following cations:
  • the initiators which will be used in a more preferred manner are the following onium borates: [( ⁇ -CH 3 ) 2 l] + , [B (C 6 F 5 ) 4 ] - [( ⁇ ) 2 l] + , [B (C ⁇ F 5 ) 4 ] - [ ⁇ 2 I] + , [B ⁇ C 6 H 3 (CF 3 ) 2 ⁇ 4 ] -
  • the cationic entity of type 2) oxoisothiochromanium, entering into the formulation of the photoinitiator (II) entering into the composition according to the invention preferably corresponds to the structure D1 which is defined on page 14 of the application WO-A-90 / 11303 and has the formula:
  • RÎ has the meaning given in this WO application with regard to the symbol R 1 ; a cationic entity of this type which is more preferred is that where R ⁇ represents a linear or branched C 1 -C 20 alkyl radical.
  • R ⁇ represents a linear or branched C 1 -C 20 alkyl radical.
  • oxoisothiochromanium salts which are particularly suitable, mention will be made in particular of the sulfonium salt of 2-ethyl-4oxoisothiochromanium or of 2-dodecyl-4-oxoisothiochromanium.
  • some of these onium borates entering into the formulation of the initiator system according to the invention are defined in detail in the European patent applications EP-A-0 562 897 and EP-A-0 562 922 mentioned above. . The content of these is incorporated by reference in this presentation.
  • condensation catalyst (III) As regards the condensation catalyst (III), the applicant has had the merit of highlighting that it was necessary to select at least one of the following products:
  • dialkyltin dicarboxylates preferably dibutyltin diacetate or dibutyltin dilaurate
  • composition according to the invention may also comprise one or more silicon additives (IV) which may in particular be crosslinking auxiliaries formed, for example:
  • alkoxylated silanes optionally epoxidized and different from silanes (SF)
  • crosslinking aids examples are given below:
  • alkenylated (for example vinylated) additives (IV) make it possible to promote the reactivity of the alkoxyfunctional groups during the hydrolysis / condensation reaction.
  • the optional non-binding additives (V) capable of entering into the composition of the invention can be pigments, thixotropic agents, methanol blocking agents, adhesion promoters, UV stabilizers, and also auxiliary agents for Epoxyfunctional crosslinking Among these, there may be mentioned eg limoneneoxide, 4-v ⁇ nylcyclohexeneoxide, allylglycidylether, 7-epoxy-1-octene, vmylcyclohexenedioxide, b ⁇ s (2,3-epoxycyclopentyl) ether, 3-4-epoxycyclohexyt epoxycyclohexanecarboxylate, cresylglycidylether, butanedioldiglycidile ether, their analogs and mixtures thereof
  • the fillers (VI) which can enter into the composition according to the invention can be fillers for reinforcing fillers loads II can be for example mineral or non-mineral fillers such as synthetic or natural fibers, calcium carbonate , talc, titanium dioxide clay or fumed silica
  • Soluble dyes, oxidation inhibitors and / or other materials which do not interfere with the catalytic activity of the photoinitiator and the condensation catalyst and which do not absorb in the wavelength range chosen for photoactivation can also be added to the composition
  • the latter may also include adhesion modulators (resin or linear silicone polymer carrying alcohol-vinyl epoxy vinyl ether functions), fungicidal, bactericidal and anti-microbial agents, corrosion inhibitors, etc.
  • adhesion modulators resin or linear silicone polymer carrying alcohol-vinyl epoxy vinyl ether functions
  • fungicidal fungicidal
  • bactericidal bactericidal and anti-microbial agents
  • corrosion inhibitors etc.
  • the present invention also relates to the POS (I) described above.
  • this POS advantageously comprises functionalization catalyst, at least in trace amounts
  • the process for preparing POS (I) as defined above comprising at least two crosslinking functionalities and forming part of the composition according to the invention, it essentially consists
  • radicals R 1 , R 5 are identical or different from each other and represent hydrolysable radicals preferably chosen from the following residues: alkoxy, carboxy, enoxy, oxime, the alkoxy being particularly preferred,
  • radicals R 3 and R 4 are identical or different from each other and each represent a (cyclo) alkyl, (cyclo) alkylaryl or (cyclo) aralkyl radical in 0, -0, 8 , preferably a linear (cyclo) alkyl or branched at C r C 10 and, more preferably still at 0, -0 4 , the alkyl chains considered being linear or branched:
  • radicals R, R 7 are identical or different from each other and each represent: 0 an epoxyfunctional C 2 -C 30 hydrocarbon radical, preferably an epoxy (cycio) alkyl epoxy (cyclo) -alkylaryl or epoxy (cyclo) aralkyl radical , and more preferably still an epoxy (cyclo) C 2 -C 16 alkyl radical; the alkyl chains considered being linear or branched.
  • hydrocarbon radical chosen from (cyclo) alkenyias - preferably C 2 -C 10 , vinyl being particularly preferred - 0 and / or a hydrocarbon radical chosen from those corresponding to the same definition as that given above for R 3 , R 4 ; 0 and / or a hydrolyzable radical chosen from those corresponding to the same definition as that given above for R 1 , R 5 ;
  • radicals R 2 and R 6 are identical or different and represent R, R 7 or R 1 , R 5 ; - n is a positive integer, preferably between 1 and 5000, and even more preferably between 1 and 1000; > obtained by reacting at least one ⁇ , ⁇ hydroxylated polyorganosiloxane (Ip) precursor of the polymer (I) and of formula: in which n, R 3 and R 4 are as defined above, o with at least one functionalization silane (SF) of formula
  • the functionalization catalysts selected in accordance with the invention have the advantage of being miscible in a silicone medium and of being industrial products, which greatly facilitates their use.
  • Functionalization is a condensation hydrolysis step which takes place at a temperature between 10 and 100 ° C, preferably between 20 and 70 ° C.
  • the functionalization catalyst is used in an effective amount, preferably greater than or equal to 1 ppm and even more preferably> 10 ppm, expressed relative to the amount of polymer of formula (Ip) added to the silane (SF)
  • this functionalization catalyst is an alkali metal silanolate (eg potassium)
  • the concentration of catalyst employed is> 1 ppm, preferably> 10 ppm and, more preferably still, between 10 ppm and 150 ppm, expressed in relation to the quantity of polymer of formula
  • the concentration of functionalization catalyst is> 1 ppm, preferably> 10 ppm and, more preferably still, between 10 and 100 ppm, expressed relative to the amount of polymer. of formula (Ip) added to silane (SF)
  • the stoichiometric conditions relating to the dihydroxy POS (Ip) and to the silane functionalizing epoxy functions are adjusted so that the ratio f onc t ⁇ 0 ns OH s0lt between 0.7 and 5, preferably between 0.8 and 2 and, more preferably still, between 0.8 and 1.5.
  • the purification comprises the following essential phases, in this order or in a different order:
  • an alkali metal salt support preferably on carbon black
  • the devolatilization treatment is carried out at an elevated temperature above 50 ° C, preferably at 70 ° C, for example of the order of 90 ° C and under reduced pressure to a value less than or equal to 500.10 2 Pa, preferably at 100.10 2 Pa, for example of the order of 10 to 40.10 2 Pa.
  • the devolatilization makes it possible to eliminate all or part of the volatile functionalization auxiliaries, such as for example organic solvents, or by-products of functionalization such as polyorganosiloxanes cyclical.
  • the adsorption on a support takes place for a few minutes to a few hours at a temperature between 20 and 100 ⁇ C, preferably between 50 and 70 ° C.
  • This treatment aims to eliminate the impurities formed in particular by the functionalization catalyst.
  • the optional filtration makes it possible to perfect the purification of the POS (I) freed from the major part of these volatiles and of its functionalization catalyst.
  • the purification comprises the following essential phases, in this order or in a different order:
  • Neutralization specifically concerns the alkali metal silanolate used as catalyst, since the latter is strongly basic and therefore has a strong tendency to degrade the POS after functionalization. Neutralization takes place at a temperature between 20 and 100 ° C, preferably 30 and 50 ° C, for example of the order of 40 ° C, using an acid neutralizer consisting, for example, of silylated phosphoric acid.
  • Devolatilization occurs preferably after neutralization. It can be defined in the same way as that given above in the context of the first embodiment.
  • the optional filtration step can advantageously punctuate the purification of the
  • compositions and of POS according to the invention can be multiple. Their crosslinking properties in at least two ways (crosslinking by UV exposure and under the effect of atmospheric humidity) can be usefully exploited in coatings, sealants, encapsulation formulations, among others . More specifically, within the framework of the invention, methods of coating supports, in particular electronic, and / or encapsulation of articles in particular of electronic components, characterized in that they essentially consist of: using the composition as described above and / or the POS as described above. - and to submit it to two activation treatments: under the effect of UV and atmospheric humidity, essentially supplemented by thermal activation.
  • the speed and quality of the crosslinking, the suitable viscosity of the composition before crosslinking, its non-toxicity and its low cost, as well as the mechanical properties of the crosslink, are all advantages particularly appreciated in the field of electronics for the coating of printed or integrated circuits, as well as for the encapsulation of electronic components, at an industrial rate.
  • the present invention will be better understood in the light of the examples which follow and which describe the preparation and the properties of the compositions and of the POSs according to the invention. These properties are assessed through crosslinking tests under UV and under the effect of atmospheric water, with evaluation of the mechanical properties of the reticulates obtained. These examples clearly show all the advantages and the variant embodiments of the present invention.
  • the P.D.M.S oils (Ip1) and (Ip2) used are those of the type described above and whose viscosities are 50 and 100 mPa.s respectively for (Ip1) and (Ip2). They allow the acquisition of an intense signal in the silanol region.
  • the functionalizing silane (SF) is 2- (3-4-epoxycyclohexyl) ethyl-trimethoxysilane in the presence of Li carboxylate.
  • the functionalization temperature at 70 ° C. for a molar ratio [SiOH] / [Epoxy] 1.1 at the concentration of 100 ppm of active metal.
  • a molar ratio [SiOH] / [Epoxy] 1.1 at the concentration of 100 ppm of active metal.
  • 131g of silane SF is reacted.
  • Lithium neodecanoate can transform 75% of the 48v50 silanols in one hour with a selectivity greater than 70%. There are no or very few chain breaks.
  • EXAMPLE 2 FUNCTIONALIZATION OF PDMS ⁇ , ⁇ DIOH / NMR TUBE (LL CARBOXYLATE)
  • K silanolate concentration is expressed in KOH equivalents, which corresponds to the amount of KOH produced by hydrolysis of the amount of K silanolate considered.
  • the functionalization reaction of the PDMS oils ⁇ , ⁇ diOH with the silane SF can be envisaged when the reaction is catalyzed by bases such as lithium carboxylates and probably sodium or potassium carboxylates or potassium silanolates. In the latter case, the catalyst must be neutralized after functionalization to avoid damage.
  • bases such as lithium carboxylates and probably sodium or potassium carboxylates or potassium silanolates.
  • the catalyst must be neutralized after functionalization to avoid damage.
  • EXAMPLE 3 FUNCTIONALIZATION BY CATALYSIS WITH L1 (OCOR).
  • Tests are carried out in a 0.5 and 11 reactor.
  • the functionalization is compared in mass and in xylene medium with 10 and 100 ppm of Li.
  • the medium is maintained under nitrogen with vigorous stirring (300-500 rpm).
  • the oils are devolved at 60 ° C under 5 mmHg for one hour and then analyzed by NMR 29 Si (see TABLE-III-below).
  • meq / 100g corresponds to the number of epoxy groups:
  • the reaction is slow, even in xylene medium, and the silane conversion rate is capped at 40% after 5 h at 20 ° C.
  • the polymer is degraded, all the more so when working in bulk.
  • EXAMPLE 4 OPTIMIZATION OF THE EXPERIMENTAL CONDITIONS OF FUNCTIONALIZATION.
  • the temperature was varied (60 ° C instead of 20 ° C or 100 ° C):
  • the lithium concentration was varied at 60 ° C.
  • EXAMPLE 5 DEVOLAUSE, ADSORPTION ON CARBON BLACK AND FILTRATION.
  • the functionalized POSs are subjected to a purification by implementing the following steps:
  • EXAMPLE 6 CROSSLINK TEST ON UV BENCH.
  • the UV crosslinking conditions are as follows:
  • the photoinitiator is formulated at a rate of 0.2% in oil, i.e. the addition of 1% of the iodonium borate below to 20% in isopropanol (20 g of onium borate for 80 g of isopropanol ).
  • the PDMS ⁇ , ⁇ diOH used is the following:
  • UV crosslinking less than two passes, ie on 200 x 200 x 2 mm film, this is equivalent to 0.3 seconds.
  • the UV exposure conditions are carried out in the presence of 0.2% of photoinitiator described in Example 6 with a lamp power of 120 W / cm and an energy received at the surface of 0.36 J / cm 2 .
  • a plate of dimension 200 x 200 x 2 mm is crosslinked and unrollable after 48 h.
  • the gel time is 15 to 24 hours.
  • the product keeps away from light and moisture for more than six months without evolution.
  • the potassium silanolate catalyst is added at a rate of 30 to 150 ppm of KOH equivalent.
  • the system is left under stirring at 40 ° C for an optimal duration, then neutralized using silylated phosphoric acid and filtered through a 1 ⁇ m millipore membrane.
  • the functionalization catalyst used (K silanolate) is identical to that of tests 3 and 4 of Example 2: (CH 3 ) 3SiO - [(CH3) 2SiO] n - (CH3) 2 Si-OK +
  • the purified final oils can be crosslinked under UV and atmospheric humidity.
  • EXAMPLE 13 EVALUATION OF THE FUNCTIONALIZED SILICONE OILS OF EXAMPLE 12
  • P.D.M.S. oils obtained in tests 32, 33, 36, 37 and 38 crosslink under UV under the conditions described in example 11 in less than two passages, in the case where these oils are not additivated with tin salt and in less than six passages, in the case where they are added with tin salt (dibutyltin diacetate 500 ppm).
  • the mechanical properties obtained are:

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Abstract

La présente invention a trait à des compositions silicones réticulables de deux façons ('dual cure': irradiation UV et H2O ambiant). L'un des buts de l'invention est de fournir des compositions 'dual cure' douées de très bonnes performances de réticulation en termes de vitesse et de niveau de réticulation et ce sans inconvénient de toxicité. Les propriétés mécaniques des réticulats obtenus à partir de ces compositions doivent également posséder des propriétés mécaniques améliorées. Ce but, parmi d'autres, est atteint par l'invention qui concerne une composition silicone réticulable d'au moins deux façons comprenant un polyorganosiloxane [POS (I)] du type polydiméthylsiloxane α,φ-époxydialcoxysiloxyle obtenu par fonctionnalisation de son précurseur α, φ-diOH, à l'aide d'un catalyseur de fonctionnalisation du type carboxylate ou silanolate de métaux alcalins, à l'exclusion du formiate de dibutylammonium. Cette composition comprend, également, un photoamorceur (II) du type borates d'onium, un catalyseur de condensation du type sels d'étain et, éventuellement, des additifs siliciés ou non ou une charge (IV), (V), (VI), respectivement. L'invention concerne également un procédé de préparation du POS (I), de même qu'un procédé de revêtement de supports électroniques à l'aide de la composition selon l'invention ('conformal coating'-'potting').

Description

COMPOSITION SILICONE DOUBLEMENT RETICULABLE PAR VOIE CATIONIQUE
SOUS ACTIVATION UV ET PAR CONDENSATION EN PRESENCE D'EAU
ATMOSPHERIQUE ET L'UN DE SES PROCEDES D'OBTENTION
La présente invention concerne des compositions silicones réticulables, à base de polyorganosiloxane (POS).
Plus précisément encore, la présente invention a trait à des compositions silicones réticulables de deux façons, dénommées également compositions "duat cure", réticulables à la fois sous irradiation (par activation photonique (e.g. U.V.) ou par bordement par faisceau d'électrons et sous l'effet de l'humidité ambiante. Les mécanismes réactionnels impliqués dans ces deux cas de figure sont respectivement, d'une part, la réticulation par voie cationique nécessitant la présence de photoamorceurs, comme par exemple les sels d'onium, et, d'autre part, la réticulation par condensation entre fonctions alcoxysilyles par exemple préalablement hydrolysées, une telle condensation ne pouvant s'effectuer qu'en présence d'une quantité efficace de catalyseur approprié.
La réticulation par voie cationique sous irradiation peut, par exemple, consister à polymériser des fonctions époxy, par ouverture de cycles, en présence d'un photoamorceur cationique. L'activation par irradiation photonique propre à cette réticulation cationique peut être complétée, éventuellement, par une activation thermique. De manière non exclusive, la réticulation par hydrolyse/condensation sous l'effet de l'humidité atmosphérique, intervient normalement après la réticulation par activation photonique.
Les compositions silicones réticulables de deux façons ("dual cure") sont donc dotées d'au moins deux fonctionnalités (par exemple époxy et alcoxyl) propres à permettre la réalisation des deux types de réticulation sus-visées.
Le domaine d'application de telles compositions silicones réticulables de deux façons ("dual cure") est celui des matières premières utilisées dans le secteur de l'électronique, notamment pour le revêtement des circuits imprimés ("conformal- coating"). Dans cette application, on cherche d obtenir des vernis de tropicalisation, appliqués en couche mince, sur les composants de circuit à protéger.
Une application voisine des revêtements de composants électroniques, est celle de l'encapsulation de tels composants selon la technique dite de "potting". Les produits utilisés dans cette application sont des gels silicones, qui ont pour fonction de protéger les composants sensibles et qui doivent avoir des propriétés amortissantes, diélectriques, ainsi qu'une aptitude à l'évacuation de chaleur.
Dans ces applications, les compositions silicones se sont avérées être des matériaux de choix compte-tenu de leur résistance aux hautes températures, de leur stabilité au rayonnement UV, de leur flexibilité à basse température et de leur capacité isolante. Les compositions silicones réticulables de deux façons ("dual cure") se sont plus particulièrement imposées en raison de la souplesse et de la rapidité de mise en oeuvre propre à la photoréticulation sous UV complétée par une réticulation par hydrolyse/condensation à l'humidité atmosphérique, qui permet de pallier l'inefficacité de la photoréticulation dans les zones non exposées au rayonnement. Ainsi, une brève exposition aux UV permet de durcir et de rendre non collant, les revêtements de protection préparés à partir desdites compositions "dual cure", la réticulation étant parachevée grâce à l'humidité atmosphérique.
Une première génération de compositions silicones réticulables de deux façons, comprend des POS fonctionnalisés par des groupements acryliques, aptes à reticuler entre eux par voie radicalaire, sous l'effet des UV et de l'humidité atmosphérique.
Les brevets US N° 4528 081 et 4824 875, parmi d'autres, divulguent des POS "dual cure" fonctionnalisés acrylamides. Un premier inconvénient majeur de ces silicones fonctionnalisés acrylates tient à leur vitesse de réticulation relativement faible. Un autre inconvénient pénalisant pour ces compositions silicones connues, est lié au fait que l'oxygène de l'air a tendance à inhiber la réticulation de type radicalaire, typique des acrylates. Il s'ensuit qu'il est souvent nécessaire de procéder à un inertage à l'azote de l'environnement de réticulation, ce qui constitue une contrainte de mise en oeuvre particulièrement lourde. C'est dans ces circonstances qu'une deuxième génération de compositions silicones réticulable de deux façons, a vu le jour, notamment au travers de la demande de brevet européen N° 0 345 575. Cette dernière décrit des compositions silicones "dual cure" sensibles à la fois à une exposition au rayonnement UV et à l'humidité atmosphérique et comprenant : (A) un polyorganosiloxane comportant des motifs siloxyles substitués d'une part par des groupements fonctionnels époxy et, d'autre part, par des groupements fonctionnels hydrolysables de type alcoxy, acyloxy, amide, aminé, carbamate, énoxy, imidate, isocyanate, oxymate, thioisocyanate ou uréide ; (B) une quantité catalytique d'un photocatalyseur du type sel d'onium,
(C) et une quantité catalytique d'un catalyseur de condensation. Le POS (A) à double fonctionnalité réticulante, mis en exergue dans cette demande de brevet, est un polydimethylsiloxane (PDMS) α,ω-2-(3,4- époxycyclohexyl)éthyl-diméthoxysiloxyle. Ce type de POS (A) est obtenu par condensation d'un PDMS précurseur α,ω-dihydroxylé et du silane epoxytriméthoxylé correspondant, en présence d'un catalyseur de condensation formé par du formiate de dibutylammonium. Le photoamorceur (B) divulgué dans les exemples, est un sel de lodomum dont l'entité anionique est formée par SbF6- Le catalyseur de condensation
(C) exemplifié est un diacétate de dibutylétam
Il est apparu qu'une telle composition silicone "dual cure" reste encore grandement perfectible, en ce qui concerne la vitesse de réticulation aussi bien par activation sous UV que sous l'effet de l'humidité de l'air En outre, il n'est pas anodin de relever que fanion hexafluorure d'antimoine pose de graves problèmes d'utilisation, en raison de sa toxicité élevée
Dans cet état de faits, la demanderesse s'est fixée pour objectif de perfectionner les compositions silicones doublement réticulables de deuxième génération, en fournissant de nouvelles compositions silicones réticulables d'au moins deux façons
("dual cure"), par l'intermédiaire de groupements fonctionnels de type hydrolysable et de type epoxy, lesdites compositions se devant d'être doués de très bonnes performances de réticulation, en termes de vitesse et de niveaux de réticulation, et ce, sans inconvénient de toxicité Un autre objectif essentiel de la présente invention est de fournir une composition silicone comprenant un POS doté d'au moins deux fonctions de réticulation, réticulables respectivement, d'une part, par voie cationique sous activation par exposition aux UV et, d'autre part, sous l'effet de l'humidité atmosphérique par hydrolyse / condensation, ledit
POS présentent des propπétés mécaniques améliorées (résistance et allongement à la rupture, dureté shore, e g.), à l'état réticulé
Un autre objectif essentiel de la présente invention est de fournir des compositions silicones réticulables de deux façons au moins et ayant une viscosité faible propre à faciliter leur manipulation et leur application au revêtement de supports divers et à l'encapsulation de composants sensibles Un autre objectif essentiel de l'invention est de fournir une composition silicone réticulable d'au moins deux façons, telle que définie ci-dessus, et qui soit en outre économique et simple à obtenir
Un autre objectif essentiel de la présente invention est de fournir un polyorganosiloxane (POS) ayant au moins deux fonctionnalités de réticulation du type de celle définie ci-dessus et étant idoine pour entrer dans la constitution de composition silicone réticulable d'au moins deux façons
Un autre objectif essentiel de la présente invention est de fournir un procédé de préparation des compositions et des POS visés supra, qui soit aisé à mettre en oeuvre et peu onéreux Un autre objectif de la présente invention est de fournir un procédé de revêtement de support et/ou d'encapsulation de composés sensibles (e.g. supports et composants électroniques), dans lequel on a recours à des compositions silicones réticulables d'au moins deux façons, qui soit simple à réaliser et qui soit satisfaisant en termes de vitesse de prise et de propriétés mécaniques des réticulats obtenus.
Ces objectifs, parmi d'autres, sont atteints par la présente invention qui concerne en premier lieu une composition silicone réticulable, d'au moins deux façons caractérisée en ce qu'elle comprend essentiellement :
- 1 - au moins un polyorganosiloxane ayant au moins deux fonctionnalités de réticulation et comportant au moins un polymère : t> de formule (I) suivante :
Figure imgf000006_0001
dans laquelle :
- les radicaux R1, R5 sont identiques ou différents entre eux et représentent des radicaux hydrolysables choisis de préférence parmi les restes suivants : alcoxy, carboxy, énoxy, oxime, l'alcoxy étant particulièrement préféré,
- les radicaux R3 et R4 sont identiques ou différents entre eux et représentent chacun un radical(cyclo)alkyle, (cyclo)alkylaryle ou (cyclo)aralkyle en C1-C1B, de préférence un (cyclo)alkyle linéaire ou ramifié en CrC10 et, plus préférentiellement encore en 0,-04, les chaînes alkyles considérées étant linéaires ou ramifiées :
- les radicaux R, R7 sont identiques ou différents entre eux et représentent chacun :
0 un radical hydrocarboné époxyfonctionnel en C2-C30, de préférence un radical époxy(cyclo)alkyle époxy(cyclo)-alkylaryle ou époxy(cyclo)aralkyle, et plus préférentiellement encore un radical époxy(cyclo)alkyle en C2-C16 ; les chaînes alkyles considérées étant linéaires ou ramifiées.
0 et/ou un radical hydrocarboné choisi parmi les (cyclo)alcényles - de préférence en C2-C10, le vinyle étant particulièrement préféré -
0 et/ou un radical hydrocarboné choisi parmi ceux répondant à la même définition que celle donnée supra pour R3, R4 ; 0 et/ou un radical hydrolysable choisi parmi ceux répondant à la même définition que celle donnée supra pour R1, R5 ; → avec la condition selon laquelle au moins 80 % en nombre des radicaux R, R7 sont des radicaux époxy fonctionnel ;
- les radicaux R2 et R6 sont identiques ou différents et représentent R, R7 ou R1, R5 ;
- n est un entier positif, de préférence compris entre 1 et 5000, et plus préférentiellement encore entre 1 et 1000 ; ι> obtenu en faisant réagir au moins un polyorganosiloxane α,ω hydroxylé (Ip) précurseur du polymère (I) et de formule
Figure imgf000007_0001
dans laquelle n, R3 et R4 sont tels que définis ci-dessus, o avec au moins un silane de fonctionnalisation (SF) de formule :
(SF) Si(Rβ)a(R\ dans laquelle :
- R8 = R\ R5 - R9 = R, R7 ou R2. R6 - a = 1 à 3, b = 1 à 3, a + b = 4. o en présence d'un catalyseur de fonctionnalisation choisi parmi les carboxylates et/ou les silanolates et/ou les siloxanolates de métaux alcalins, à l'exclusion du formiate de dibutylammonium ;
- Il - une quantité catalytiquement efficace d'au moins un photoamorceur choisi parmi les borates d'au moins un sel d'onium d'un des éléments des groupes 15 à 17 de la classification périodique (Chem & Eng News, Vol 63, N5, 26 du 4 Février 1985) et/ou d'au moins un sel d'oxoisothiochromanium, et les mélanges desdits borates.
- III - une quantité catalytiquement efficace d'un catalyseur de condensation, de préférence, choisis parmi les sels d'étain et leurs mélanges,
- IV - éventuellement au moins un additif silicié, de préférence, sélectionné parmi les composés suivants : - les silanes (SF)
- les résines alcoxysilyles
- les silanes et/ou siloxanes alcoxylés éventuellement époxydés différents des (SF) ;
- les silanes alcoxylés et/ou alcényles, - et leurs mélanges. - V - éventuellement au moins un additif non silicié.
- VI - éventuellement au moins une charge.
Il est du mérite de la demanderesse d'avoir sélectionné un POS particulier de formule (I), qui est un polymère silicone, de préférence, essentiellement constitué de chaînes linéaires de polydiorganosiloxanes et, plus préférentiellement encore formé par un polydimethylsiloxane (PDMS). Ce POS trouve en partie son originalité dans son procédé d'obtention, qui fait intervenir un POS α,ω-diOH (Ip), un silane (SF) de fonctionnalisation et un catalyseur de fonctionnalisation spécifique. Un tel POS (I) caractérisé par son procédé d'obtention par fonctionnalisation, s'est avéré comme étant particulièrement performant et avantageux, en termes de vitesse de réticulation, de viscosité, de propriétés mécaniques et de coût.
La composition selon l'invention trouve également son fondement, notamment, dans la présence d'un photoamorceur (II) du type borate d'onium, ainsi que d'un catalyseur (III) de condensation, de préférence judicieusement sélectionné parmi les sels d'étain.
Cette combinaison inventive et avantageuse (I) + (II) + (III) permet d'atteindre des vitesses de réticulation remarquables sous UV et à l'humidité atmosphérique. C'est ainsi que, par exemple, la réticulation sous UV des condensations selon l'invention intervient en moins de deux minutes et leur hydrolyse/condensation avec l'eau ambiante, en moins de 24 heures.
La résistance et l'allongement à la rupture, de même que la dureté shore, du POS (I) réticulé de deux façons, correspondent à des valeurs suffisamment élevées pour être en parfaite adéquation avec les spécifications attendues dans les applications.
Il en va de même en ce qui concerne la stabilité au stockage, à l'état non réticulé de la composition selon l'invention. On notera également qu'elle n'a pas d'action corrosive par rapport aux métaux et, en particulier, par rapport au cuivre présent dans les circuits électroniques. Il faut également observer qu'une fois réticulée de deux façons, la composition bénéficie de propriétés d'adhésion sur bon nombre de supports et notamment sur le cuivre, le verre ou les résines synthétiques du type époxy, e.g. Tous ces avantages sont acquis sans porter préjudice à l'économie de la composition selon l'invention.
Le polyorganosiloxane (I) de la composition selon l'invention présente au moins deux fonctionnalités de réticulation, de préférence deux. Les différentes fonctionnalités de réticulation sont avantageusement portées par chaque motif siloxyle terminal des chaînes linéaires du POS.
Selon une caractéristique préférée de l'invention, les deux fonctionnalités sont formées d'une part, par un radical époxy R, R7 et par un groupement hydrolysable, par exemple alcoxy OR10, OR50, avec R10, R50 correspondant à des groupements (cyclo)alkyles de même définition que R3, R4 décrits supra, ou (cyclo) alcényles. De manière plus privilégiée encore, chaque siloxyle terminal (motif M) comporte deux substituants alcoxylés et un substituant époxyfonctionnel.
Le POS (I) selon l'invention peut comprendre différents motifs siloxyles de type M, D ou T et éventuellement Q (M = R°3SiO1/2, D = R°2 SiO^, T = R°SiO3/2 ) Q = SiO^). On donne ci-après une liste non limitative de tels motifs, désignés par une nomenclature généralement admise par l'homme de l'art et que l'on utiliser dans le présent exposé. Ces motifs siloxyles sont les suivants : M = R^SiO^ D = R^SiO^
D(OR) = R^SKOR15)©^ D(OH) = R^SKOhOO^ D(OR)2 = R34 2Si(OR15)2 T = R^SiOa/s T(OR) = R^SKOR15^
T(OR)2 = R^SKOR15)^^ T(OR)3 = R34Si(OR^)3 On a, par exemple, R15 = ou ≠ R34 et = R3, R4 de la formule (I) ou R10, R50 tels que définis supra e.g. = CH3. S'agissant des groupements époxy fonctionnels R, R7, on préfère ceux appartenant aux groupes des glycidyles et des époxycyclohexyles. Le 2-(3,4-époxy cyclohexyle)éthyle est un exemple préféré des époxycyclohexyles susceptibles d'être mis en oeuvre dans le cadre de l'invention.
Le groupement époxy fonctionnel peut être défini par sa capacité ou son aptitude à réagir avec d'autres fonctions époxy, selon le mécanisme de réticulation par voie cationique, et sous activation par rayonnement UV en présence de photoamorceurs du type sel d'onium.
Les groupements hydrolysables R1, R5 préférés sont les alcoxylés, carboxyles, enoxydes et oximes. Une fois hydrolyses ces groupements se transforment en groupements hydroxylés aptes à se condenser entre eux pour former des ponts intercaténaires - O -, typique de l'état réticulé. Ces ponts s'ajoutent à ceux obtenus grâce à la réticulation sous UV des fonctions époxy.
Selon une variante de l'invention, il est envisageable d'utiliser, en lieu et place, des alcoxylés carboxyles, enoxydes et oximes, d'autres groupements hydrolysables tels que par exemple des groupements du type amide, aminé, carbamate, imidate, isocyanate, thioisocyanate ou uréide. S'agissant des longueurs de chaînes et des masses moléculaires du POS (I), il est prévu conformément à l'invention que le précurseur (Ip) du polymère (I) peut être avantageusement un polydiorganosiloxane ou un mélange de polyorganosiloxanes de formule (Ip), dans laquelle n est sélectionné de telle sorte que la viscosité à 25° C du polymère (I) soit inférieure ou égale à 10 000 mPa.s, de préférence à 2000 mPa.s et plus préférentiellement encore à 1000 mPa.s. L'homme de l'art est en mesure de choisir le nombre de motifs récurrents qui confèrent au POS (I), la viscosité souhaitable pour l'application considérée.
Selon une variante de l'invention, le POS (I) est constitué essentiellement par un mélange de POS linéaire et de POS cyclique.
Conformément à une caractéristique avantageuse de l'invention, la composition contient au moins un résidu, de préférence à l'état de traces, d'un diluant du précurseur (Ip), ledit résidu étant sélectionné parmi les composés suivants :
- au moins un solvant organique, le xylène étant particulièrement préféré, - au moins un polyorganosiloxane cyclique,
- le catalyseur de fonctionnalisation,
- et leurs mélanges.
De tels résidus proviennent du procédé d'obtention des POS (I). Ils sont en fait, le reflet de la méthodologie qui caractérise et qui permet elle-aussi de définir ces POS (I). Ces résidus ne sont présents qu'à l'état de traces, car il est préférable de prévoir leur élimination car ils peuvent être considérés comme des impuretés.
Le cas de figure dans lequel on peut trouver des traces, de résidus de polyorganosiloxanes cycliques dans le POS (I), correspond à une variante de l'invention selon laquelle le précurseur (Ip) du POS (I) est un mélange de POS linéaires et de POS cycliques. Ce mélange de POS peut, par exemple, être constitué par le produit d'hydrolyse d'organohalosilanes de formule :
RaRb 1SiXc dans laquelle :
- R, R1 sont des radicaux identiques ou différents et représentent l'hydrogène ou des alkyles linéaires ou ramifiés en C1-C6, des aryles, des alkylaryles ou des aralkyles,
- X représente un halogène,
- et a + b + c = 4 et 0 < c < 4 ;
• ledit produit étant obtenu par un procédé consistant essentiellement à mettre en oeuvre m au moins trois étapes d'hydrolyse successives (1), (2), (3), dans lesquelles le milieu réactionnel est apte à exercer une force hydrolysante croissante sur les organohalosilanes (I), m et, éventuellement, au moins une étape de coalescence (4), • et en ce que l'étape (1) est une hydrolyse sous pression en présence d'une solution aqueuse S, d'halogénure d'hydrogène saturée, à la pression et à la température du milieu réactionnel. 5 Toujours à propos de l'obtention du POS (I), il est intéressant de souligner qu'un catalyseur de fonctionnalisation préféré est celui comprenant au moins un carboxylate de lithium et/ou au moins un silanolate de potassium.
De préférence, le photoamorceur (II) est formé par un ou plusieurs borates d'onium : 10 * dont l'entité cationique est choisie parmi :
1) les sels d'onium de formule (11.1)
[(Rα)n2 - A - (Rβ)m2]+ (H-1) formule dans laquelle :
• A représente un élément des groupes 15 à 17 tel que par exemple 15 I, S, Se, P, N,
• Rα représente un radical aryle carbocyclique ou hétérocyclique en C6-C20. de préférence phényle, tolyle ou toluyle, ledit radical hétérocyclique pouvant contenir de l'azote, du soufre, comme hétéroéléments,
20 • Rβ représente Rα ou un radical alkyle ou alkenyle linéaire ou ramifié en C-|-C3oι lesdits radicaux Rα et Rβ étant éventuellement substitués par notamment un groupement alcoxy en C1-C25, nitro, chloro, bromo, cyano, carboxy, mercapto,
• n2 est un nombre entier allant de 1 à v + 1 , v étant la valence de 25 l'élément A,
• m2 est un nombre entier allant de 0 à v - 1 avec n2 + m2 = v + 1 ,
2) les sels d'oxoisothiochromanium de formule (II.2) :
Figure imgf000011_0001
où le radical R? représente un radical alkyle, linéaire ou ramifié en C,. 30 C20,
* dont l'entité anionique borate a pour formule (11.3) :
[BXa Rδ b] (||.3) formule dans laquelle : a est un nombre entier allant de 0 à 3, ?5 - b est un nombre entier allant de 0 à 4, les symboles X représentent :
* un atome d'halogène (chlore, fluor) avec a = 0 à 3,
* une fonction OH avec a = 0 à 2, les symboles Rδ sont identiques ou différents et représentent : * un radical phényle substitué par au moins un groupement électroattracteur tel que par exemple OCF3, CF3, NO2, CN, ou par au moins 2 atomes d'halogène (fluor tout particulièrement),
* un radical aryle contenant au moins deux noyaux aromatiques, tel que par exemple biphényle, naphtyle, éventuellement substitué par au moins un élément ou un groupement électroattracteur, notamment atome d'halogène (fluor tout particulièrement), CF3, OCF3, NO2, CN. Avantageusement, l'entité anionique borate est choisie parmi les anions suivants : [B (CβF5)4r [B(C6H4CF3)4]- [B{C6H3(CF3)2}4]- [(C6F5)2BF2]- [B(C6F4OCF3)4]- [B (C6H3F2)4]-
S'agissant de l'entité cationique, qui est avantageusement de type 1) onium, elle est, plus préférentiellement, sélectionnée parmi les cations suivants :
[(Φ)2"l+ [C8H17-O-Φ-l-Φ]+ [(Φ-CH3)2 If
[C12 H25-Φ-l-Φ]+ [(C8H17-O-Φ)2 I ]+ [(Φ)3 S]+ [(Φ)2-S-Φ-O-C8H17]+
[Φ-S-Φ-S-(Φ)2f [(C12H25-Φ)2 "]+
Conformément à l'invention, les amorceurs que l'on mettra en oeuvre de façon plus privilégiée, sont les borates d'onium suivants : [(Φ-CH3)2 l]+ , [B(C6F5)4]- [(Φ)2 l]+, [B(CβF5)4]- [Φ2I]+, [B{C6H3(CF3)2}4]-
[C12H25-Φ~I-Φ]+ , [B(CβF5)4r [(C8H17-O-Φ)2l]+ , [B(C6F5)4]-
[(C8H17)-O-Φ-l-Φ)]+, [B(C6F5)4]- [(Φ)3S]+ , [B(C6F5)4]-
[(Φ)2S-Φ-O-C8H17]+, [B(C6H4CF3)4]- [(C12H25-Φ)2I]+, [B (C6F5)4]-
L'entité cationique de type 2) oxoisothiochromanium, entrant dans la formulation du photoamorceur (II) entrant dans la composition selon l'invention, correspond de préférence à la structure D1 qui est définie à la page 14 de la demande WO-A-90/11303 et possède la formule :
Figure imgf000012_0001
où le radical RÎ a la signification donnée dans cette demande WO à propos du symbole R1 ; une entité cationique de ce type qui est davantage préférée est celle ou Rγ représente un radical alkyle, linéaire ou ramifié, en C1-C20.Comme sels d'oxoisothiochromanium qui conviennent particulièrement bien, on citera notamment le sel de sulfonium de 2-éthyl-4oxoisothiochromanium ou de 2-dodécyl-4- oxoisothiochromanium. En tout état de cause, certains de ces borates d'onium entrant dans la formulation du système amorceur selon l'invention sont définis en détail dans les demandes de brevet européens EP-A-0 562 897 et EP-A-0 562 922 précitées. Le contenu de celles-si est incorporé par référence dans le présent exposé.
S'agissant du catalyseur (III) de condensation, la demanderesse a eu le mérite de mettre en évidence qu'il convenait de sélectionner au moins l'un des produits suivants :
- dicarboxylates de dialkylétain, de préférence diacétate de dibutylétain ou dilaurate de dibutylétain,
- dialcoolates de dialkylétain,
- distannoxanes, - polystannoxanes.
La composition selon l'invention peut comprendre également un ou plusieurs additifs siliciés (IV) qui peuvent être notamment des auxiliaires de réticulation formés, par exemple :
- par les silanes (SF) décrits ci-dessus, - par des résines silicones fonctionnalisées par des groupements OH ou alcoxylés,
- par des silanes alcoxylés éventuellement époxydés et différents des silanes (SF),
- par des silanes alcoxylés et/ou alcénylés, - par des mélanges de ces produits.
Des exemples d'auxiliaires de réticulation sont donnés ci-après :
- alcoxysiloxanes du type (R15O)2-SiR-O-RSi-(OR15)2 avec R = époxyfonctionnel que l'on peut également désigné par [T(OR)2]2. - alcoxysilanes alcénylés : vinyl-Si(OCH3)3 e.g.
Les additifs (IV) alcénylés, par exemple vinylés, permettent de favoriser la réactivité des groupements alcoxyfonctionnels à l'occasion de la réaction d'hydrolyse / condensation.
On peut également citer des exemples de silanes (IV) alcoxylés ou comprenant des restes acyloxy méthyltriméthoxysilane, γ-aminopropyltrimétoxysilane, méthyldiméthoxyamino-silane, méthyltriacétoxysilane et vinyltriacétoxysilane. Les éventuels additifs (V) non sihciés suceptibles d'entrer dans la composition de l'invention peut être des pigments, des agents thixotropiques, des agents bloqueurs de méthanol, des promoteurs d'adhésion, des stabilisants UV, et également des agents auxiliaires de réticulation époxyfonctionnel Parmi ces derniers, on peut citer e.g limoneneoxide, 4-vιnylcyclohéxèneoxιde, allylglycidyléther, 7-époxy-1-octène, vmylcyclohéxènedioxide, bιs(2,3-époxycyclopentyl)éther, 3-4-époxycyclohexyt-methyl- 3,4-epoxycyclohexanecarboxylate, cresylglycidylether, butanedioldiglycidile éther, leurs analogues et les mélanges d'entre eux
Les charges (VI) qui peuvent entrer dans la composition selon l'invention peuvent être des charges d'extension des charges de renfort II peut s'agir par exemple de charges minérales ou non telles que des fibres synthétiques ou naturelles, du carbonate de calcium, du talc, de l'argile du dioxyde de titane ou de la silice fumée
Des colorants solubles, des inhibiteurs d'oxydation et/ou d'autres matériaux n'interférant pas avec l'activité catalytique du photoamorceur et du catalyseur de condensation et n'absorbant pas dans la gamme de la longueur d'onde choisie pour la photoactivation, peuvent être également ajoutés à la composition
Cette dernière peut également comporter des modulateurs d'adhérence (résine ou polymère linéaire silicone portant des fonctions vmylépoxyvinyléther alcool ), des agents fongicides, bactéricides et anti-microbiens, des inhibiteurs de corrosion, etc En tout état de cause, il est parfaitement à la portée de l'homme du métier de mettre en oeuvre de tels additifs communément employés dans le domaine technique considère, en fonction de l'application visée et des caractéristiques que l'on souhaite conférer à la composition
Selon un autre de ces aspects, la présente invention vise également le POS (I) décrit supra
L'un des moyens de caracténsation de ce POS (I) est son procédé d'obtention POS hydroxylé + (SF), en présence de catalyseur de fonctionnalisation → POS + alcool Par ailleurs, ce POS comporte avantageusement du catalyseur de fonctionnalisation, au moins à l'état de traces S'agissant précisément du procédé de préparation du POS (I) tel que défini ci- avant, comprenant au moins deux fonctionnalités de réticulation et entrant dans la composition selon l'invention, il consiste essentiellement
Δ 1 Δ - Fonctionnalisation à faire reagir au moins un polyorganosiloxane ayant au moins deux fonctionnalités de réticulation et comportant au moins un polymère > de formule (I) suivante
Figure imgf000015_0001
dans laquelle :
- les radicaux R1 , R5 sont identiques ou différents entre eux et représentent des radicaux hydrolysables choisis de préférence parmi les restes suivants : alcoxy, carboxy, énoxy, oxime, l'alcoxy étant particulièrement préféré,
- les radicaux R3 et R4 sont identiques ou différents entre eux et représentent chacun un radical(cyclo)alkyle, (cyclo)alkylaryle ou (cyclo)aralkyle en 0,-0, 8, de préférence un (cyclo)alkyle linéaire ou ramifié en CrC10 et, plus préférentiellement encore en 0,-04, les chaînes alkyles considérées étant linéaires ou ramifiées :
- les radicaux R, R7 sont identiques ou différents entre eux et représentent chacun : 0 un radical hydrocarboné époxyfonctionnel en C2-C30, de préférence un radical époxy(cycio)alkyle époxy(cyclo)-alkylaryle ou époxy(cyclo)aralkyle, et plus préférentiellement encore un radical époxy(cyclo)alkyle en C2-C16 ; les chaînes alkyles considérées étant linéaires ou ramifiées. 0 et/ou un radical hydrocarboné choisi parmi les (cyclo)alcényies - de préférence en C2-C10, le vinyle étant particulièrement préféré - 0 et/ou un radical hydrocarboné choisi parmi ceux répondant à lamême définition que celle donnée supra pour R3, R4 ; 0 et/ou un radical hydrolysable choisi parmi ceux répondant à la même définition que celle donnée supra pour R1, R5 ;
→ avec la condition selon laquelle au moins 80 % en nombre des radicaux R, R7 sont des radicaux époxy fonctionnel ;
- les radicaux R2 et R6 sont identiques ou différents et représentent R, R7 ou R1, R5 ; - n est un entier positif, de préférence compris entre 1 et 5000, et plus préférentiellement encore entre 1 et 1000 ; > obtenu en faisant réagir au moins un polyorganosiloxane α,ω hydroxylé (Ip) précurseur du polymère (I) et de formule :
Figure imgf000016_0001
dans laquelle n, R3 et R4 sont tels que définis ci-dessus, o avec au moins un silane de fonctionnalisation (SF) de formule
(SF) Sι(R8)a(R9)b dans laquelle :
R8 = R1, R5 R9 = R, R7 ou R2- R6 a = 1 à 3, b = 1 à 3, a + b = 4 o en présence d'un catalyseur de fonctionnalisation choisi parmi les carboxylates et/ou les silanolates et/ou les siloxanolates de métaux alcalins, à l'exclusion du formiate de dibutylammonium , Δ 2 Δ Purification et à soumettre le mélange réactionnel obtenu après fonctionnalisation à un traitement de puπfication comprenant au moins l'une des étapes suivantes dévolatihsation, neutralisation, adsorption sur support, filtration. Les catalyseurs de fonctionnalisation sélectionnés conformément à l'invention ont l'avantage d'être miscibles en milieu silicone et d'être des produits industriels, ce qui facilite grandement leur mise en oeuvre
La fonctionnalisation est une étape d'hydrolyse condensation qui se déroule à une température compnse entre 10 et 100° C, de préférence entre 20 et 70° C Suivant une disposition avantageuse du procédé selon l'invention, le catalyseur de fonctionnalisation est mis en oeuvre dans une quantité efficace, de préférence supérieure ou égale à 1 ppm et plus préférentiellement encore > 10 ppm, exprimée par rapport à la quantité de polymère de formule (Ip) additionnée au silane (SF)
Plus précisément, dans le cas où ce catalyseur de fonctionnalisation est un silanolate de métal alcalin (e.g de potassium), la concentration de catalyseur employée est > 1 ppm, de préférence > 10 ppm et, plus préférentiellement encore, comprise entre 10 ppm et 150 ppm, expnmée par rapport à la quantité de polymère de formule
(Ip) additionné au silane (SF)
Dans le cas où il s'agit de carboxylates de métaux, la concentration en catalyseur de fonctionnalisation est > 1 ppm, de préférence > 10 ppm et, plus préférentiellement encore, comprise entre 10 et 100 ppm, exprimée par rapport à la quantité de polymère de formule (Ip) additionné au silane (SF)
Les conditions stoechiométnques relatives aux POS (Ip) dihydroxyié et au silane fonctions époxy de fonctionnalisation, sont ajustées de telle sorte que le rapport fonctι0ns OH s0lt compris entre 0,7 et 5, de préférence entre 0,8 et 2 et, plus préférentiellement encore, entre 0,8 et 1,5.
Conformément à l'invention, il est prévu au moins deux modes de mise en oeuvre de l'étape de purification selon la nature du catalyseur de fonctionnalisation. Selon un premier mode de mise en oeuvre dans lequel le catalyseur de fonctionnalisation comprend au moins un carboxylate de métal alcalin, par exemple de lithium, la purification comporte les phases essentielles suivantes, dans cet ordre ou dans un ordre différent :
- dévolatilisation par élévation de la température et éventuellement sous pression réduite,
- adsoφtion sur support des sels de métal alcalin, de préférence sur noir de carbone,
- éventuellement filtration du POS (I) adsorbé.
Le traitement de dévolatilisation s'effectue à température élevée supérieure à 50°C, de préférence à 70°C, par exemple de l'ordre de 90°C et sous une pression réduite à une valeur inférieure ou égale à 500.102 Pa, de préférence à 100.102 Pa, par exemple de l'ordre de 10 à 40.102 Pa. La dévolatilisation permet d'éliminer tout ou partie des auxiliaires volatils de fonctionnalisation, comme par exemple les solvants organiques, ou des coproduits de fonctionnalisation tel que les polyorganosiloxanes cycliques.
L'adsorption sur support se déroule pendant quelques minutes à quelques heures à température comprise entre 20 et 100βC, de préférence entre 50 et 70°C. Ce traitement vise à éliminer les impuretés formées notamment par le catalyseur de fonctionnalisation. La filtration facultative permet de parfaire la purification du POS (I) débarrassée de la majeure partie de ces volatiles et de son catalyseur de fonctionnalisation.
Suivant un deuxième mode de mise en oeuvre dans lequel le catalyseur de fonctionnalisation comprend au moins un silanolate de métal alcalin, par exemple de potassium, la purification comprend les phases essentielles suivantes, dans cet ordre ou dans un ordre différent :
- neutralisation du catalyseur alcalin par rajout stoechiométrique d'un acide, éventuellement silylé,
- dévolatilisation par élévation de la température et éventuellement sous pression réduite, - éventuelle filtration du POS (I) adsorbé. La neutralisation concerne spécifiquement le silanolate de métal alcalin utilisé comme catalyseur, car ce dernier est fortement basique et a, de ce fait, fortement tendance à dégrader le POS après fonctionnalisation. La neutralisation s'opère à une température comprise entre 20 et 100°C, de préférence 30 et 50° C, par exemple de l'ordre de 40° C, à l'aide d'un neutralisant acide constitué, par exemple, par de l'acide phosphorique silylé.
La dévolatilisation intervient de préférence après la neutralisation. Elle peut être définie de la même façon que celle donnée ci-dessus dans le cadre du premier mode de mise en oeuvre. L'étape facultative de filtration peut avantageusement ponctué la purification du
POS (I).
Les applications de la composition et du POS selon l'invention peuvent être multiples. Leurs propriétés de réticulation d'au moins deux façons (réticulation par exposition sous UV et sous l'effet de l'humidité atmosphérique) peuvent-être utilement exploitées dans des revêtements, des mastics d'etancheification, des formulations d'encapsulation, entre autres. On vise plus spécifiquement dans le cadre de l'invention, des procédés de revêtement de supports, en particulier électroniques, et/ou d'encapsulation d'articles en particulier de composants électroniques, caractérisés en ce qu'ils consistent essentiellement : - à mettre en oeuvre la composition telle que décrit supra et/ou le POS tel que décrit supra. - et à la soumettre à deux traitements d'activation : sous l'effet d'UV et de l'humidité atmosphérique, essentiellement complétés par une activation thermique. La vitesse et la qualité de la réticulation, la viscosité adaptée de la composition avant réticulation, sa non toxicité et son faible coût, de même que les propriétés mécaniques du réticulat, sont autant d'avantages particulièrement appréciés dans le domaine de l'électronique pour le revêtement de circuits imprimés ou intégrés, ainsi que pour l'encapsulation de composants électroniques, à cadence industrielle. La présente invention sera mieux comprise à la lumière des exemples qui suivent et qui décrivent la préparation et les propriétés des compositions et des POS selon l'invention. Ces propriétés sont appréciées au travers d'essais de réticulation sous UV et sous l'effet de l'eau atmosphérique, avec évaluation des propriétés mécaniques des réticulats obtenus. Ces exemples font bien ressortir tous les avantages et les variantes de mise en oeuvre de la présente invention. EXEMPLES
EXEMPLE 1 PREPARATION DE POS (I) PAR FONCTIONNALISATION DE
POLYDIMETHYSILOXANE α,ωDIOH A L'AIDE 2(3-4-EPOXYCYCLOHEXYLE)ETHYL- TRIMETHOXYSILANE EN PRESENCE DE CARBOXYLATE DE Ll.
1. 1. CONDITIONS OPERATOIRES
1.1.1. Dans cet exemple on étudie la réaction décrite Eq(1) ci-dessous par R.M.N 29s en effectuant des cinétiques directement dans le tube R.M.N
Eq(l)
Figure imgf000019_0001
Ipl avec n=4,0 00,8V. OH) 50 mP».j Ip2 «vec n«45,7 (!•/. OH) lOO mP-.s
1.1.2.
• Les huiles P.D.M.S (Ip1) et (Ip2) utilisées sont celles du type décrit ci-dessus et dont les viscosités sont 50 et 100 mPa.s respectivement pour (Ip1) et (Ip2). Elles permettent l'acquisition d'un signal intense dans la région des silanols.
• La Nomenclature du catalyseur de fonctionnalisation utilisé est donnée ci-après : Li(OCOC(CH3)2(C6H13)) dans le white spirit à 2% p/p (Manosec Li).
• Le silane de fonctionnalisation (SF) est le 2-(3-4-époxycyclohexyle)éthyl- triméthoxysilane en présence de carboxylate de Li.
1.1.3. On définit les différents motifs silicones de la façon suivante :
M R34Me3SiO1/2
D = Me2SiO2/2
D(OR) Me2Si(OR15)O1/2
Figure imgf000019_0002
D(OR)2 Me2Si(OR15)2
T = MeSiθ3/2
T(OR) MeSi(OR15)O2/2
T(OR)2 MeSi(OR15)2Oπ/2
T(OR)3 MeSi(OR)3
1.1.4. On enregistre la disparition des motifs : D(OH) (-13 à -14 ppm) Silanols POS (Ip) T(OR)3 (-41 ,6 ppm) Silane SF 1.1.5. On enregistre l'apparition des motifs attendus : T(OR)2 (-49,9 ppm) Silane greffé POS(I)
1.1.6. On enregistre des réactions de polycondensation : T(OR) (-58,9 ppm)
T (- 67,68 ppm)
On enregistre les motifs issus de coupures de chaîne : D(OR) (-11à -12 ppm) D(OR)2 (-0,2 ppm)
D4 (-19 ppm)
1.1.7. On définit des valeurs de taux de transformation des motifs silanols des huiles PDMS α,ω di OH et du silane de départ appelés TT à partir des concentrations en silicium de chaque espèce mesurées par R.M.N^S Si par rapport aux concentrations initiales de ces espèces.
[D(OH)]0 et p-(OR)3]0
TT D(OH) % = ( [D(OH)]0-[D(OH)] ) / [D(OH)]0 . 100 pour les silanols
TT T(OR)3 % = ( [T(OR)3]o -P"(OR)3] / P"(OR)3]o • 100 pour le silane
1.1.8. Les rendements relatifs aux produits formés sont exprimés de la façon suivante :
RR T(OR)2 % = [T(OR)2] / [ T(OR)3]0 .100 pour le motif attendu
RR T(OR) % = [T(OR)] / [ T(OR)3]0 100 RR T % = [T] / [ T(OR)3]0 .100
RR D(OR) % = [D(OR)j7 [D(OH)0 .100 pour un motif issu de coupure SiOSi
1.1.9. La sélectivité de la réaction (rendement théorique) peut être exprimée par rapport au motif T(OR)2 :
RT T(OR)2 % = RR T(OR)2 / TT T(OR)3. 1.2. ESSAIS
1.2.1. essais à 70° C :
La température de fonctionnalisation à 70°C pour un rapport molaire [SiOH] / [Epoxy] = 1 ,1 à la concentration de 100 ppm de métal actif. Pour 100g d'huile 48v50 (P.D.M.S α-ω OH Mn = 315 soit 10,8 % p/p OH ) on fait réagir 131g de silane SF.
On a enregistré les valeurs obtenues lors de la transformation des motifs D(OH) ; T(OR)3 en fonction du temps et les rendements en motifs T(OR)2 ; T(OR) ; T ; D(OR) (Figure 1)
Le néodécanoate de lithium permet en une heure de transformer 75% des silanols de la 48v50 avec une sélectivité supérieure à 70 %. On n'observe pas ou très peu de coupures de chaîne.
On ne sait pas si les groupes époxy ont réagi lors de la condensation.
1.2.2. essais à 20° C :
A 20°C les cinétiques sont plus lentes et on laisse les produits réagir dans un tube R.M.N pendant une nuit. Après 12 heures de réaction on obtient les résultats rassemblés TABLEAU I ci-après :
TABLEAU I : Fonctionnalisation de 48v50 Tube R.M.N 29Si / 59 MHZ
Figure imgf000021_0001
EXEMPLE 2 : FONCTIONNALISATION DU PDMS α, ω DIOH/TUBE R.M.N (CARBOXYLATE DE Ll
ET SILANOLATE DE K.
On a reproduit les essais précédents de l'exemple 1 avec le PDMS dans lequel n = 45,7. Ce P.D.M.S est à chaîne plus longue (Mn=4370 ; OH ≈ 0,8 %). Le silane de fonctionnalisation utilisé est toujours le même avec un rapport molaire [Epoxy]/[OH]=1. L'ensemble des résultats est rassemblé dans le TABLEAU-II- présenté ci-après. Les essais 1 et 2 ont été réalisés à l'aide d'un catalyseur de fonctionnalisation identique à celui de l'exemple 1 , tandis que dans les essais 3 et 4, il s'agit de silanolate de K obtenu, de manière connue en soi, par réaction entre la potasse pure et un mélange d'oligomères siloxanes :
- 67 % d'hexaméthyldisiloxane (M2)
- 33 % d'octaméthylcyclotétrasiloxane.
A 100 parties en poids du mélange M2 + D4, on ajoute 15 parties en poids de KOH pure.
Cela permet d'obtenir un silanolate de K difonctionnel. On exprime la concentration en silanolate de K en équivalents KOH, ce qui correspond à la quantité de KOH produite par hydrolyse de la quantité de silanolate de K considérée.
TABLEAU II Fonctionnalisation
Tube R.M.N 29Si / 59 MHZ
Figure imgf000022_0001
Les essais 2 et 3 ont conduit à une fonctionnalisation complète et parfaite. Le catalyseur à base de silanolate de potassium est très actif à 30°C puisque la réaction est totale en vingt minutes mais il faut neutraliser le catalyseur pour éviter les dégradations. En effet ; après 60h à 20°C toutes les fonctions alcoxysilyles sont consommées et on obtient une résine polycondensée par rupture des liaisons Si-O-Sι de la chaîne polymère
Du diméthyldiméthoxysilane se forme
Conclusion des séries d'essais réalisés en tube R M N (Exemples 1 et 2)
La réaction de fonctionnalisation des huiles PDMS α,ω diOH par le silane SF est envisageable lorsqu'on catalyse la réaction par des bases comme les carboxylates de lithium et vraisemblablement les carboxylates de sodium ou de potassium ou encore les silanolates de potassium. Dans ce dernier cas il faut neutraliser le catalyseur après la fonctionnalisation pour éviter les dégradations. Ces sels présentés en solution ont l'avantage d'être miscibles en milieu silicone.
EXEMPLE 3 : FONCTIONNALISATION PAR CATALYSE AVEC Ll(OCOR).
Fonctionnalisation du PDMS α,ω di OH / Réticulation UV
Des essais sont réalisés en réacteur de 0,5 et 11 On compare la fonctionnalisation en masse et en milieu xylène avec 10 et 100 ppm de Li. Le milieu est maintenu sous azote avec une agitation vigoureuse (300-500 t/mn). Les huiles sont dévolatihsées à 60°C sous 5 mmHg pendant une heure puis analysées par R M N29Si (cf-TABLEAU-lll-, ci-après)
Figure imgf000023_0001
POS (Ip) Silane (SF) n=58,8
Mn=4370 Le POS (Ip) possède [OH] = 0,8 % et [H2O] = 670 ppm. TABLEAU III : Fonctionnalisation du PDMS α.ωdiOH réalisée avec Epoxy/OH=1
Figure imgf000024_0001
meq / 100g correspond au nombre de groupes époxy :
H H
O H pour 100 g d'huile fonctionnalisée.
On retrouve les tendances observées lors des essais de cinétique en tube R.M.N présentés dans les exemples 1 et 2. a) Pour 10 ppm de lithium :
La réaction est lente même en milieu xylène et on plafonne à un taux de transformation du silane de 40 % après 5h à 20°C.
Le produit évolue lentement au cours du temps. Après deux mois de stockage à 20°C tous les silanols ont disparus et le silane est entièrement greffé avec 70 % sous la forme T(OR)2 attendue. p) pour 100 ppm de lithium :
A 100°C on dégrade le polymère et ce d'autant plus que l'on travaille en masse.
A 20°C on transforme un peu plus de la moitié du silane en masse en cinq heures et 70% en milieu xylène avec une bonne sélectivité voisine de 90 % dans les deux cas. EXEMPLE 4 : OPTIMISATION DES CONDITIONS EXPERIMENTALES DE FONCTIONNALISATION.
On a fait varier la température (60°C au lieu de 20°C ou 100°C) :
On a fait varier la concentration en lithium à 60°C.
On note peu d'écarts de rendement et de sélectivité après 5 heures de fonctionnalisation entre 10 et 100 ppm. La réaction se termine lors de la dévolatilisation à 90°C sous 10 mbars.
On préfère travailler entre 20 et 50 ppm de lithium pour éviter des réactions de dégradation lors de la dévolatilisation des huiles.
L'ensemble des résultats obtenus est rassemblé dans le TABLEAU IV ci-après.
Figure imgf000025_0001
POS (Ip) Silane (SF) n=58,8
Mn=4370
TABLEAU IV : Fonctionnalisation du PDMS α,ω diOH Variation des conditions expérimentales
Figure imgf000025_0002
Dévolatilisation : 1 heure à 90°C sous 10 mbars Durée : 5 heures meq % * Cf Tableau III.
Le dosage des fonctions époxy par potentiométrie montre que la catalyse au lithium n'affecte pas ces groupements fonctionnels. On retrouve la quantité théorique attendue estimée à partir de la quantité de silane chargé si tout le silane est greffé.
EXEMPLE 5 : DEVOLATILISATION, ADSORPTION SUR NOIR DE CARBONE ET FILTRATION.
Les POS fonctionnalisés sont soumis à une purification par mise en oeuvre des étapes suivantes :
DEVOLATILISATION 90°C/ lh30 à 2h 10 mbars
TRAITEMENT NOIR 4S 2h à 60°C
FILTRATION avec terre de filtration (argile) de marque
PriπiisU 241
EXEMPLE 6 : TEST DE RETICULATION SUR BANC UV. Les conditions de réticulation UV sont les suivantes :
BANC UV
Vitesse 7,6m/mn
Energie 0,36 J / cm2
Zone irradiée coupelle de 2cm de diamètre l ampe FUSION type H
Epaisseur 2mm
On réalise des tests de réticulation en coupelle aluminium avec une épaisseur de
2mm. Le photoamorceur est formulé à raison de 0,2 % dans l'huile, soit le rajout de 1 % du borate de iodonium ci-après à 20 % dans l'isopropanol (20 g de borate d'onium pour 80 g d'isopropanol).
Figure imgf000026_0001
Résultats : tous les produits réticulent en moins de 0,3 sec ; i.e. moins de deux passages EXEMPLE 7 : PREPARATION D'UNE COMPOSITION A BASE DU POS (I) OBTENU A PARTIR DE PRECURSEUR (IP) = PDMS α.ωDlOH, DE MN = 13600.
Il faut utiliser un excès de silane SF pour fonctionnaliser les silanols d'une huile PDMS α.ωdiOH de plus forte masse (Mn = 13600 et OH = 0,25 %) avec le carboxylate de lithium comme catalyseur. Ce sont les mêmes conditions que dans les exemples précédents. L'ensemble des résultats obtenus et les conditions expérimentales sont rassemblés (TABLEAU 5 ci-après).
TABLEAU V : Fonctionnalisation
Figure imgf000027_0001
EXEMPLE 8 : PREPARATION ET RETICULATION D'UNE COMPOSITION A BASE DE POS (I)
OBTENU A PARTIR DE PRECURSEUR (IP) = PDMS α.ωDlOH DE MN ≈ 2830.
Le PDMS α,ωdiOH utilisé est le suivant :
Figure imgf000028_0001
Le tableau VI ci-après donne les conditions et les résultats des essais.
Figure imgf000028_0002
Figure imgf000029_0002
EXEMPLE 9 : RETICULATION DE COMPOSITIONS COMPRENANT UN MELANGE D'HUILES FONCTIONNALISEES DES EXEMPLES 7 ET 8.
9.1. Les conditions d'essai sont les mêmes que celles de l'Exemple 6.
9.2. Résultats :
Réticulation UV : inférieure à deux passages, soit sur film 200 x 200 x 2 mm, cela équivaut à 0,3 seconde.
Caractérisation mécanique des réticulats (réticulation sous UV) : Résistance Rupture 0,28 MPa
Allongement Rupture : 21% Dureté Shore 00 : 67 Viscosité 490 mPa.s
EXEMPLE 10 : FONCTIONNALISATION D'UN MÉLANGE PDMS α.ωDiOH MN = 2830 / PDMS α, ωDlOH MN = 13600
Figure imgf000029_0001
(ipi) (Ip2) Silane n<|=38 n2=183,5 Mn=2830 Mn= 13600 SF 0,82 % OH 0,23 % OH
Les résultats sont rassemblés dans le TABLEAU VII ci-après. TABLEAU VII
Figure imgf000030_0001
Conditions expérimentales :
Catalyseur Li(OCOR) 50 ppm / (Ip1 + Ip2 +PDMS cycliques Dx )
Durée 5 heures
Θ°C 60°C
Dévolatilisation 1 heure à 90°C sous 10 mbars
Dv 72,7 %D4 ; 21 ,8 %D5 ; 5,5 %D6
EXEMPLE 11 : EVALUATION DES COMPOSITIONS DE L'EXEMPLE 10.
Les produits, correspondant au mélange (Ip1/lp2), décrits TABLEAU VII avec une viscosité de départ qui s'inscrit dans la fourchette de 200 à 350 mPa.s, conduisent aux propriétés mécaniques suivantes mesurées après exposition sous UV sur des films de
2 mm d'épaisseur avec 200 mm de large et 200 mm de long. On rajoute à la formulation
500 ppm d'étain sous la forme de diacétate de dibutyl étain.
Les conditions d'exposition sous UV sont réalisées en présence de 0,2 % de photoamorceur décrit exemple 6 avec une puissance de lampe de 120 W/cm et une énergie reçue à la surface de 0,36 J/cm2. Le produit réticule en six passages à 10 m/min.
Figure imgf000031_0002
En l'absence de rayonnement ultra-violet, une plaque de dimension 200 x 200 x 2 mm est réticulée et déroulable après 48 h. Le temps de gel est de 15 à 24 heures.
Le produit se conserve à l'abri de la lumière et de l'humidité plus de six mois sans évolution.
EXEMPLE 12 : FONCTIONNALISATION, A L'AIDE DE SILANOLATE DE K, D'UN MELANGE DE PDMS α.ωDlOH DE MN = 2830 / ET / DE PDMS α.ωDlOH DE MN = 13600.
Les huiles P.D.M.S α-ω OH utilisées sont Ip1 (Mn = 2830, ni = 32) et Ip2 (Mn = 13600, n2 = 183,5) avec 0,82 % OH et 0,23 % OH respectivement.
Le catalyseur à base de silanolate de potassium est rajouté à raison de 30 à 150 ppm d'équivalent KOH. On laisse le système sous agitation à 40°C pendant une durée optimale, puis on neutralise à l'aide d'acide phosphorique silylé et on filtre sur membrane millipore de 1μm.
Les PDMS (Ip1) et (Ip2) et le silane SF utilisés dans cet exemple sont les mêmes que ceux de l'exemple 10 :
Figure imgf000031_0001
(Ip1) (Ip2) Silane n-|=38 n2=183,5
Mn=2830 Mn= 13600 SF
0,82 % OH 0,23 % OH
Le catalyseur de fonctionnalisation employé (silanolate de K) est identique à celui des essais 3 et 4 de l'exemple 2 : (CH3)3SiO-[(CH3)2SiO]n-(CH3)2Si-O-K+
La méthodologie adoptée est résumée dans l'organigramme qui suit :
Figure imgf000032_0001
Certaines conditions réactionnelles de fonctionnalisation et les résultats obtenus sont donnés dans le TABLEAU VIII ci-après.
TABLEAU VIII :
Figure imgf000032_0002
Les huiles fonctionnalisées (Tableau VIII) sont ensuite purifiées, neutralisées à l'acide phosphorique silylé [(SiO)x(OH)P=O avec 1<x<3 := 2,2 x quantité de silanolate de K] puis dévolatilisées et enfin défiltrées Cf schéma supra.
Les huiles finales purifiées peuvent être réticulées sous UV et à l'humidité atmosphérique. EXEMPLE 13 : EVALUATION DES HUILES SILICONES FONCTIONNALISEES DE L'EXEMPLE 12.
Les huiles P.D.M.S. obtenues aux essais 32, 33, 36, 37 et 38 réticulent sous UV dans les conditions décrites exemple 11 en moins de deux passages, dans le cas où ces huiles ne sont pas additivées de sel d'étain et en moins de six passages, dans le cas où elles sont additivées de sel d'étain (diacetate de dibutylétain 500 ppm). Les propriétés mécaniques obtenues sont :
- 0,3 < RR (Mpa) < 0,6,
- 20 < AR (%) < 40, - 65 < DSA < 90.

Claims

REVENDICATIONS :
1 - Composition silicone réticulable, d'au moins deux façons, caractérisée en ce qu'elle comprend essentiellement :
- 1 - au moins un polyorganosiloxane ayant au moins deux fonctionnalités de réticulation et comportant au moins un polymère : > de formule (I) suivante
Figure imgf000034_0001
dans laquelle :
- les radicaux R1 , R5 sont identiques ou différents entre eux et représentent des radicaux hydrolysables choisis de préférence parmi les restes suivants : alcoxy, carboxy, énoxy, oxime, l'alcoxy étant particulièrement préféré,
- les radicaux R3 et R4 sont identiques ou différents entre eux et représentent chacun un radical(cyclo)alkyle, (cyclo)alkylaryle ou (cyclo)aralkyle en CrC18, de préférence un (cyclo)alkyle linéaire ou ramifié en CrC10 et, plus préférentiellement encore en CrC4, les chaînes alkyles considérées étant linéaires ou ramifiées :
- les radicaux R, R7 sont identiques ou différents entre eux et représentent chacun :
0 un radical hydrocarboné époxyfonctionnel en C2-C30, de préférence un radical époxy(cyclo)alkyle époxy(cyclo)-alkylaryle ou époxy(cyclo)aralkyle, et plus préférentiellement encore un radical époxy(cyclo)alkyle en C2-C16 ; les chaînes alkyles considérées étant linéaires ou ramifiées.
0 et/ou un radical hydrocarboné choisi parmi les (cyclo)alcényles - de préférence en C2-C10, le vinyle étant particulièrement préféré - 0 et/ou un radical hydrocarboné choisi parmi ceux répondant à la même définition que celle donnée supra pour R3, R4 ; 0 et/ou un radical hydrolysable choisi parmi ceux répondant à la même définition que celle donnée supra pour R1 , R5 , → avec la condition selon laquelle au moins 80 % en nombre des radicaux R, R7 sont des radicaux époxy fonctionnel ;
- les radicaux R2 et R6 sont identiques ou différents et représentent R, R7 ou R1, R5 ; - n est un entier positif, de préférence compris entre 1 et 5000, et plus préférentiellement encore entre 1 et 1000 ; > obtenu en faisant réagir au moins un polyorganosiloxane α,ω hydroxylé
(Ip) précurseur du polymère (I) et de formule
Figure imgf000035_0001
dans laquelle n, R3 et R4 sont tels que définis ci-dessus, o avec au moins un silane de fonctionnalisation (SF) de formule :
(SF) Si(Rβ)a(R\ dans laquelle : - R8 = R1, R5
- R9 = R, R7 ou R2. R6
- a = 1 à 3, b = 1 à 3, a + b = 4. o en présence d'un catalyseur de fonctionnalisation choisi parmi les carboxylates et/ou les silanolates et/ou les siloxanolates de métaux alcalins, à l'exclusion du formiate de dibutylammonium ;
- Il - une quantité catalytiquement efficace d'au moins un photoamorceur choisi parmi les borates d'au moins un sel d'onium d'un des éléments des groupes 15 à 17 de la classification périodique (Chem & Eng News, Vol 63, N5, 26 du 4 Février 1985) et/ou d'au moins un sel d'oxoisothiochromanium, et les mélanges desdits borates. - III - une quantité catalytiquement efficace d'un catalyseur de condensation, de préférence, choisis parmi les sels d'étain et leurs mélanges,
- IV - éventuellement au moins un additif silicié, de préférence, sélectionné parmi les composés suivants :
- les silanes (SF) - les résines alcoxysilyles
- les silanes et/ou siloxanes alcoxylés éventuellement époxydés différents des (SF) ;
- les silanes alcoxylés et/ou alcénylés,
- et leurs mélanges. - V - éventuellement au moins un additif non silicié.
- VI - éventuellement au moins une charge. 2 - Composition selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le précurseur (Ip) du polymère (I) est un polydiorganosiloxane ou un mélange de polyorganosiloxanes de formule (Ip) dans laquelle n est sélectionné de telle sorte que la viscosité à 25°C du polymère (I) soit inférieure ou égale à 10 000 mPa.s, de préférence à 2000 mPa s et plus préférentiellement encore à 1000 mPa s.
3 - Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle contient au moins un résidu, de préférence à l'état de traces, d'un diluant du précurseur (Ip), ledit résidu étant sélectionné parmi les composés suivants • - au moins un solvant organique, le xylène étant particulièrement préfère,
- au moins un polyorganosiloxane cyclique,
- le catalyseur de fonctionnalisation,
- et leurs mélanges
4 - Composition selon la revendication 2 ou la revendication 3 caractérisée en ce que le précurseur (Ip) du POS (I) est un mélange de POS linéaires et de POS cycliques
5 - Composition selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caractérisée en ce que le catalyseur de fonctionnalisation est au moins un carboxylate de lithium et/ou au moins un silanolate de potassium
6 - Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le photoamorceur (II) est formé par un ou plusieurs borates d'onium
* dont l'entité cationique est choisie parmi 1) les sels d'onium de formule (11.1)
[(R≈)n2 - A - (Rβ)m2]+ (11.1) formule dans laquelle
• A représente un élément des groupes 15 à 17 tel que par exemple I, S, Se, P, N, • Rα représente un radical aryle carbocychque ou hétérocyclique en
C6-C20, de préférence phényle, tolyle ou toluyle, ledit radical hétérocyclique pouvant contenir de l'azote, du soufre, comme hétéroéléments,
• Rβ représente Rα ou un radical alkyle ou alkenyle linéaire ou ramifie en C-1-C30 lesdits radicaux Rα et Rβ étant éventuellement substitués par notamment un groupement alcoxy en C1-C25, nitro, chloro, bromo, cyano, carboxy, mercapto, • n2 est un nombre entier allant de 1 à v + 1 , v étant la valence de l'élément A,
• m2 est un nombre entier allant de O à v - 1 avec n2 + m2 = v + 1 , 2) les sels d'oxoisothiochromanium de formule (II.2) :
Figure imgf000037_0001
où le radical R? représente un radical alkyle, linéaire ou ramifié en C,.
C20-
* dont l'entité anionique borate a pour formule (II.3) :
[BXa Rδ b] (II.3) formule dans laquelle : a est un nombre entier allant de 0 à 3, b est un nombre entier allant de 0 à 4, les symboles X représentent :
» un atome d'halogène (chlore, fluor) avec a = 0 à 3, * une fonction OH avec a = 0 à 2, les symboles Rδ sont identiques ou différents et représentent :
• un radical phényle substitué par au moins un groupement électroattracteur tel que par exemple OCF3, CF3, NO2, CN, ou par au moins 2 atomes d'halogène (fluor tout particulièrement), * un radical aryle contenant au moins deux noyaux aromatiques, tel que par exemple biphenyle, naphtyle, éventuellement substitué par au moins un élément ou un groupement électroattracteur, notamment atome d'halogène (fluor tout particulièrement), CF3, OCF3, NO2, CN.
les borates d'onium particulièrement préférés étant les suivants :
Figure imgf000037_0002
[C12H25-Φ-I-Φ]+. [B(C6F5)4r [(C8H17-O-Φ)2l]+, [B(C6F5)4]-
[(C8H17)-O-Φ-l-Φ)]+, [B(C6F5)4]- [(Φ)3S]+. [B(C6F5)4]- [(Φ)2S-Φ-O-C8H17]+. [B(C6H4CF3)4]- [(C12H25-Φ)2l]+. [B (C6F5)4]- 7 - Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le catalyseur (III) de condensation comprend au moins l'un des produits suivants dicarboxylates de dialkylétain, de préférence diacetate de dibutylétain ou dilaurate de dibutylétain, diaicoolates de dialkylétain, distannoxanes, polystannoxanes.
8 - POS tel que défini dans les revendications 1 à 5.
9 - POS selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte du catalyseur de fonctionnalisation au moins à l'état de traces.
10 - Procédé de préparation du polyorganosiloxane (I) à au moins deux fonctionnalités de réticulation et entrant dans la composition selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement :
Δ 1 Δ - Fonctionnalisation : à faire réagir au moins un polyorganosiloxane ayant au moins deux fonctionnalités de réticulation et comportant au moins un polymère : de formule (I) suivante
Figure imgf000038_0001
dans laquelle : les radicaux R1, R5 sont identiques ou différents entre eux et représentent des radicaux hydrolysables choisis de préférence parmi les restes suivants : alcoxy, carboxy, énoxy, oxime, l'alcoxy étant particulièrement préféré, les radicaux R3 et R4 sont identiques ou différents entre eux et représentent chacun un radical(cyclo)alkyle, (cyclo)alkylaryle ou
(cyclo)aralkyle en CrC18, de préférence un (cyclo)alkyle linéaire ou ramifié en 0,-C^ et, plus préférentiellement encore en CrC4, les chaînes alkyles considérées étant linéaires ou ramifiées : les radicaux R, R7 sont identiques ou différents entre eux et représentent chacun : 0 un radical hydrocarboné époxyfonctionnel en C2-C30, de préférence un radical époxy(cyclo)alkyle époxy(cyclo)-alkylaryle ou époxy(cyclo)aralkyle, et plus préférentiellement encore un radical époxy(cyclo)alkyle en C2-C16 ; les chaînes alkyles considérées étant linéaires ou ramifiées.
0 et/ou un radical hydrocarboné choisi parmi les (cyclo)alcényies - de préférence en C2-C10, le vinyle étant particulièrement préféré -
0 et/ou un radical hydrocarboné choisi parmi ceux répondant à lamême définition que celle donnée supra pour R3, R4 ; 0 et/ou un radical hydrolysable choisi parmi ceux répondant à la même définition que celle donnée supra pour R1, R5 ; → avec la condition selon laquelle au moins 80 % en nombre des radicaux R, R7 sont des radicaux époxy fonctionnel ;
- les radicaux R2 et R6 sont identiques ou différents et représentent R, R7 ou R\ R5 ;
- n est un entier positif, de préférence compris entre 1 et 5000, et plus préférentiellement encore entre 1 et 1000 ;
> obtenu en faisant réagir au moins un polyorganosiloxane α,ω hydroxylé
(Ip) précurseur du polymère (I) et de formule
Figure imgf000039_0001
dans laquelle n, R3 et R4 sont tels que définis ci-dessus, o avec au moins un silane de fonctionnalisation (SF) de formule :
(SF) Si(R8)a(R9)b dans laquelle : - Rβ ≈ Ri. RS
R9 = R, R7 ou R2. R6 a = 1 à 3, b = 1 à 3, a + b = 4. o en présence d'un catalyseur de fonctionnalisation choisi parmi les carboxylates et/ou les silanolates et/ou les siloxanolates de métaux alcalins, à l'exclusion du formiate de dibutylammonium ;
Δ 2 Δ Purification : et à soumettre le mélange réactionnel obtenu après fonctionnalisation à un traitement de purification comprenant au moins l'une des étapes suivantes dévolatilisation, neutralisation, adsorption sur support, filtration. 11 - Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le catalyseur de fonctionnalisation 1 comprend au moins un carboxylate de métal alcalin et en ce que la purification 2 comporte les phases essentielles suivantes, dans cet ordre ou dans un ordre différent :
- dévolatilisation par élévation de la température et éventuellement sous pression réduite,
- adsorption sur support des sels de métal alcalin, de préférence sur noir de carbone,
- éventuellement filtration du POS (I) adsorbé.
12 - Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le catalyseur de fonctionnalisation comprend au moins un silanolate de métal alcalin et en ce que la purification comprend les phases essentielles suivantes, dans cet ordre ou dans un ordre différent : - neutralisation du catalyseur alcalin par rajout stoechiométrique d'un acide éventuellement silylé,
- dévolatilisation par élévation de la température et éventuellement sous pression réduite,
- éventuelle filtration du POS (I).
13 - Procédé de revêtement de supports, en particulier électroniques, et/ou d'encapsulation d'articles en particulier de composants électroniques, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement :
- à mettre en oeuvre la composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 et/ou le POS selon la revendication 8 ou 9.
- et à la soumettre à deux traitements d'activation : sous l'effet d'UV et de l'humidité atmosphérique, éventuellement complétés par une activation thermique.
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