JP7790306B2 - 熱および光硬化型シリコーン組成物ならびにその硬化物の製造方法 - Google Patents
熱および光硬化型シリコーン組成物ならびにその硬化物の製造方法Info
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Description
に関する。
このように、困難を伴う製造プロセスの容易化や、これまでとは異なる新規の製造プロセス開発に寄与するべく、2段階硬化型のシリコーン材料は、接着性フィルム、光デバイス封止材料や電子機器用部材の仮固定剤、および接着剤などの幅広い用途に対して提案されており、活発に研究開発が行われている。
一方、特許文献3記載の手法は、一般的にアウトガス成分の発生が多い縮合反応にて第一硬化を行った後に、加熱ラジカル硬化を行うため、リバージョンやアウトガス成分の揮発によるクラック発生、といった不具合が生じる可能性がある。
1. (A)1分子中に少なくとも3個の(メタ)アクリル基を有するオルガノポリシロキサン、
(B)1分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有し、(メタ)アクリル基を有しないオルガノポリシロキサン、
(C)1分子中に少なくとも2個のヒドロシリル基を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
(D)ヒドロシリル化反応触媒、および
(E)光重合開始剤
を含有し、
前記(A)成分中に含まれる(メタ)アクリル基の数/当該組成物中のアルケニル基の数の比が0.9~3.0であり、
ヒドロシリル基の数/アルケニル基の数の比が0.8~1.2である熱および光硬化型シリコーン組成物、
2. 前記(A)成分が、下記(A-i)、(A-ii)、またはその両方である1の熱および光硬化型シリコーン組成物、
(A-i)下記式(1)で表されるオルガノポリシロキサン
(A-ii)下記式(2)で表され、数平均分子量(Mn)が3,000~100,000であるオルガノポリシロキサン
Ap(R1 3SiO1/2)q(SiO4/2)r (2)
(式中、R1は、前記と同じ意味を表し、Aは、下記式(3)で表されるシロキサン単位であり、p、q、rは、それぞれp>0、q>0、r>0、かつ、p+q+r=1を満たす数である。)
3. 前記(B)成分が、下記(B-iii)、(B-iv)、またはその両方である1の熱および光硬化型シリコーン組成物、
(B-iii)下記式(4)で表される、23℃における粘度が50~10,000,000mPa・sである直鎖状オルガノポリシロキサン
R4R1 2Si(OSiR1 2)SOSiR1 2R4 (4)
(式中、R1は、前記と同じ意味を表し、R4は、炭素原子数2~20のアルケニル基を表し、sは、1~10,000の整数を表す。)
(B-iv)下記式(5)で表されるオルガノポリシロキサン
(R1 3SiO1/2)t(R4R1 2SiO1/2)u(SiO4/2)v (5)
(式中、R1およびR4は、前記と同じ意味を表し、t、uおよびvは、それぞれt>0、u>0、v>0、かつ、(t+u+v)=1を満たす数である。)
4. 前記(C)成分が、下記式(7)で表される直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサンである1の熱および光硬化型シリコーン組成物、
(R1 3SiO1/2)w(H(3-f)R1 fSiO1/2)2-w(HR1 1SiO2/2)x(R1 2SiO2/2)y (7)
(式中、R1は、前記と同じ意味を表し、fは、1または2を表し、wは、0≦w≦2を満たす整数を表し、xおよびyは、2≦x+y≦800、かつ、0.6≦x/(x+y+2)≦1.0を満たす正の整数を表す。)
5. 前記(E)成分が、窒素原子、硫黄原子およびリン原子を含まない光ラジカル重合開始剤である1の熱および光硬化型シリコーン組成物、
6. (α)1~5のいずれかの熱および光硬化型シリコーン組成物を加熱して、該組成物を部分的に硬化させ半硬化状態の組成物とする工程、および
(β)得られた半硬化状態の組成物に紫外線を照射して完全に硬化させる工程
を含む硬化物の製造方法
を提供する。
このような特性を有する本発明の熱および光硬化型シリコーン組成物は、特に、接着性フィルム、光デバイス封止材料、あるいは電子機器用部材の接着剤などに有用である。
本発明に係る熱および光硬化型シリコーン組成物は、下記(A)~(E)成分を含むものである。
本発明の熱および光硬化型シリコーン組成物における(A)成分は、1分子中に少なくとも3個の(メタ)アクリル基を有するオルガノポリシロキサンであり、好ましくは、下記(A-i)、(A-ii)、またはその両方である。なお、本発明において、(メタ)アクリル基とは、アクリル基またはメタクリル基を意味する。
Ap(R1 3SiO1/2)q(SiO4/2)r (2)
(式中、R1は、上記と同じ意味を表し、Aは、下記式(3)で表されるシロキサン単位であり、p、q、rは、それぞれp>0、q>0、r>0、かつ、p+q+r=1を満たす数である。)
また、R1の炭素原子数6~20、好ましくは炭素原子数6~10のアリール基の具体例としては、フェニル、トリル、キシリル、ナフチル基等が挙げられる。
また、これらの炭素原子に結合した水素原子の一部または全部は、その他の置換基で置換されていてもよく、その具体例としては、クロロメチル、ブロモエチル、トリフルオロプロピル、シアノエチル基等のハロゲン置換炭化水素基や、シアノ置換炭化水素基などが挙げられる。
これらの中でも、R1としては、炭素原子数1~5のアルキル基、フェニル基が好ましく、メチル基、エチル基、フェニル基がより好ましい。
これらの中でも、R2としては、酸素原子、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基が好ましく、酸素原子またはエチレン基がより好ましい。
kは、0~1,000の整数であり、kが1,000を超える場合は、重合性が劣る場合がある。(A-i)成分の揮発し難さおよび重合性の点から、kは、30~500の整数が好ましく、50~400の整数がより好ましい。
mは、0~20の整数であり、0~10の整数が好ましく、0がより好ましい。mが、20を超えると、組成物の硬化の際に白濁が生じる場合がある。
なお、本発明における数平均分子量は、テトラヒドロフラン(THF)を展開溶媒に用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定による標準ポリスチレン換算値である。
また、(A-ii)成分は、使用環境において固体状となる場合があるため、(A-i)成分または(メタ)アクリル基含有の液状有機化合物などに予め溶解させて用いてもよい。
(A)成分全体の23℃における粘度は、取り扱い性の点から、100,000mPa・s以下(通常、1~100,000mPa・s)が好ましく、10,000mPa・s以下(例えば、5~10,000mPa・s)がより好ましい。
なお、本発明における粘度は、B型回転粘度計による測定値である。
本発明の熱および光硬化型シリコーン組成物における(B)成分は、1分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有し、(メタ)アクリル基を有しないオルガノポリシロキサンであり、好ましくは、下記(B-iii)、(B-iv)またはその両方である。
R4R1 2Si(OSiR1 2)S OSiR1 2R4 (4)
(式中、R1は、上記と同じ意味を表し、R4は、炭素原子数2~20のアルケニル基を表し、sは、1~10,000の整数を表す。)
(B-iv)下記式(5)で示されるオルガノポリシロキサン
(R1 3SiO1/2)t(R4R1 2SiO1/2)u(SiO4/2)v (5)
(式中、R1およびR4は、上記と同じ意味を表し、t、u、vは、それぞれt>0、u>0、v>0、かつ、(t+u+v)=1を満たす数である。)
R4の炭素原子数2~20のアルケニル基は、直鎖、分岐、環状のいずれでもよく、その具体例としては、ビニル、アリル、ブテニル、ペンテニル、ヘキセニル、オクテニル基等が挙げられ、これらの中でも、ビニル基が好ましい。
sは、1~10,000の整数であり、好ましくは100~1,000の整数である。
R4の炭素原子数2~20のアルケニル基は、直鎖、分岐、環状のいずれでもよく、その具体例としては、ビニル、アリル、ブテニル、ペンテニル、ヘキセニル、オクテニル基等が挙げられ、これらの中でも、ビニル基が好ましい。
t、u、vは、それぞれt>0、u>0、v>0、かつ、(t+u+v)=1を満たす数であり、硬化性および硬化物の硬度の点から、(t+u)/vは、0.3~2.0が好ましく、0.5~1.0がより好ましい。
また、(B-iv)成分は、使用環境において固体状となる場合があるため、(B-iii)成分に予め溶解させて用いてもよい。
(B)成分全体の23℃における粘度は、取り扱い性の点から、100,000mPa・s以下(通常、1~100,000mPa・s)が好ましく、10,000mPa・s以下(例えば、5~10,000mPa・s)がより好ましい。
(C)成分は、1分子中に少なくとも2個のヒドロシリル基を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンであり、具体的には、下記平均組成式(6)で表されるものが挙げられる。
R1 dHeSiO(4-d-e)/2 (6)
(式中、R1は、上記と同じ意味を表し、dは、0.7~2.1、eは、0.001~1.0、かつ、0.8≦d+e≦3.0を満たす数を表す。)
(R1 3SiO1/2)w(H(3-f)R1 fSiO1/2)2-w(HR1 1SiO2/2)x(R1 2SiO2/2)y (7)
式(7)において、R1としては、上記式(1)と同様のものが挙げられるが、メチル基が好ましい。
fは、1または2であるが、2が好ましい。
wは、0≦w≦2を満たす整数であるが、0または2が好ましく、2がより好ましい。
xおよびyは、2≦x+y≦800、かつ、0.6≦x/(x+y+2)≦1.0を満たす正の整数であり、7≦x+y≦700、かつ、0.7≦x/(x+y+2)≦0.9を満たす正の整数が好ましい。
(C)成分の配合量は、組成物中のヒドロシリル基の数/アルケニル基の数の比が、0.8~1.2の範囲となる量であり、0.9~1.1の範囲となる量が好ましい。0.8未満であると1段階目の硬化における硬化性および得られる硬化物の硬度が不足する場合があり、1.2を超えると、1段階目の硬化により高硬度化しすぎて2段階硬化を行うメリットがなくなる可能性がある。
(D)成分は、(A)成分および(B)成分中のアルケニル基と、(C)成分中のSi-H基との付加反応を促進するためのヒドロシリル化反応触媒である。
その具体例としては、白金金属を担持したカーボン粉末、白金黒、塩化第2白金、塩化白金酸、塩化白金酸と一価アルコールとの反応生成物、白金とジビニルテトラメチルジシロキサン等のビニルシロキサンとの錯体、塩化白金酸とオレフィン類との錯体、白金ビスアセトアセテート等の白金系触媒、パラジウム系触媒、ロジウム系触媒等の白金族金属系触媒などが挙げられるが、これらの中でも、反応性の観点から白金を含むものが好ましく、白金とビニルシロキサンとの錯体がより好ましい。
(E)成分は、紫外線を吸収することで有機ラジカル種が発生し、(メタ)アクリル基の重合反応の起点となる、光重合開始剤である。(E)成分の光重合開始剤は、1段階目の硬化機構である付加反応を阻害しないように、窒素原子、硫黄原子、リン原子を含まないことが好ましい。
このような光重合開始剤の具体例としては、2,2-ジエトキシアセトフェノン、2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン(IGM Resins B.V.(株)製 Omnirad 651)、1-ヒドロキシ-シクロヘキシル-フェニル-ケトン(IGM Resins B.V.(株)製 Omnirad 184)、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オン(IGM Resins B.V.(株)製 Omnirad 1173)、2-ヒドロキシ-1-{4-[4-(2-ヒドロキシ-2-メチル-プロピオニル)-ベンジル]-フェニル}-2-メチル-プロパン-1-オン(IGM Resins B.V.(株)製 Omnirad 127)、フェニルグリオキシ酸メチルエステル(IGM Resins B.V.(株)製 Omnirad MBF)等が挙げられる。
これらの中でも、(A)成分および(B)成分との相溶性の観点から、2,2-ジエトキシアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オン(IGM Resins B.V.(株)製 Omnirad 1173)が好ましい。
(E)成分の添加量は、(A)成分、(B)成分、および(C)成分の質量の合計に対して、0.01~20質量%の範囲が好ましい。このような範囲であれば、硬化性が良好であり、深部硬化性に優れる。
本発明の熱および光硬化型シリコーン組成物は、上述した(A)~(E)成分に加え、本発明の目的を損なわない限り、その他の成分が含んでいてもよい。
その他の成分としては、例えば、白金触媒の反応性を制御する3-メチル-1-ブチン-3-オール、エチニルメチルデシルカルビノール等の反応制御材;カルボニル基、エポキシ基、アルコキシシリル基等の接着性付与基を有する接着助剤;ヒュームドシリカ等のチクソ性制御剤;結晶性シリカ等の補強剤;酸化防止剤;光安定剤;金属酸化物、金属水酸化物等の耐熱向上剤;酸化チタン等の顔料;染料;アルミナ等の熱伝導性付与充填剤;反応性官能基を有しない非反応性シリコーンオイル等の粘度調整剤;銀、金等の金属粉等の導電性付与剤等が挙げられる。
この際、本発明の組成物を1液型として調製しても、2液型または3パート以上に分割してそれぞれ調製し、使用時に任意の比率で混合する形態としてもよい。
(α)熱および光硬化型シリコーン組成物を加熱して、該組成物を部分的に硬化させ半硬化状態の組成物とする工程、および
(β)得られた半硬化状態の組成物に紫外線を照射して完全に硬化させる工程を含む。
工程(β)で照射する紫外線は、好ましくは波長200~500nm、より好ましくは200~350nmの光である。変色防止の観点から、照射温度は20~40℃が好ましく、照射強度は30~2,000mW/cm2がより好ましく、照射線量は150~100,000mJ/cm2が好ましい。
紫外線の光源としては、365nm UV-LEDランプ、メタルハライドランプ、高圧水銀灯等が使用でき、紫外線照射方法としては、適量の紫外線を組成物に対して照射する方法が挙げられるが、ガラスや樹脂フィルムなどの透明な基材上で行う場合、ガラスやフィルム越しに紫外線を照射してもよい。紫外線の照射の際は、酸素による硬化阻害の影響を抑えるべく、窒素やアルゴン雰囲気下とすることが好ましい。
なお、以下において、23℃における粘度はB型回転粘度計により、23℃における動粘度はキャノン・フェンスケ型粘度計により測定した。また、Viはビニル基を表し、Meはメチル基を表す。
[実施例1-1~1-6、比較例1-1~1-5]
下記に示される(A)~(E)成分およびその他の成分を、表1および表2に示す配合量(質量部)にて混合し、熱および光硬化型シリコーン組成物を調製した。
(A-i-1):下記式(8)で表されるオルガノポリシロキサン(23℃における粘度3,000mPa・s、アクリル基量0.02モル/100g)
(B-iii-1):下記式(10)で表されるオルガノポリシロキサン(23℃における粘度3,000mPa・s、ビニル基量0.01モル/100g)
(ViMe2SiO1/2)0.058(Me3SiO1/2)0.402(SiO4/2)0.540 (11)
(C-1):下記式(12)で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン(23℃における動粘度44.7mm2/s、ケイ素原子結合水素原子の含有量=0.0113mol/g)
(D-1)白金1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン錯体のトルエン溶液(白金含有量0.5質量%)
(E-1):2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オン(IGM Resins B.V.(株)製 Omnirad 1173)
反応制御剤:エチニルメチルデシルカルビノール
希釈剤:下記構造式(13)で表されるジシロキサン化合物
[実施例2-1~2-6、比較例2-1~2-6]
実施例1-1~1-6および比較例1-1~1-5で得られた熱および光硬化型シリコーン組成物を、120℃で1時間静置し、1段階目の硬化を行った。得られた硬化物を25℃に冷却した後、硬化物の針入度またはデュロメーターA硬度を、JIS K 6249に基づき、(株)離合社製針入度計(1/4コーン)またはデュロメーターA硬度計で測定した。なお、針入度が1未満であり測定不能であった場合はデュロメーターA硬度を用いた。
続いて、1段階目の硬化により得られた硬化物を窒素環境下で波長365nmのUV-LEDランプを用い、25℃で照射強度100mW/cm2および線量3,000mJ/cm2となるように紫外線を照射して2段階目の硬化を行って、1段階目の硬化物と同様の硬度測定を行った。結果を表3および表4に示す。
一方、(A)成分中の(メタ)アクリル基/組成物中のアルケニル基の数の比が3.0を超える比較例1-1および1-3の組成物を用いた場合は、熱による1段階目の硬化が起こらず、(A)成分中の(メタ)アクリル基/組成物中のアルケニル基の数の比が比較例1-2、1-4および1-5の組成物を用いた場合は、熱による1段階目の硬化が進行しすぎて2段階目の硬化後との硬度差が殆どなく、2段階硬化型の材料とはならないことがわかる。
Claims (6)
- (A)1分子中に少なくとも3個の(メタ)アクリル基を有するオルガノポリシロキサン、
(B)1分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有し、(メタ)アクリル基を有しないオルガノポリシロキサン、
(C)1分子中に少なくとも2個のヒドロシリル基を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
(D)ヒドロシリル化反応触媒、および
(E)光重合開始剤
を含有し、
前記(A)成分中に含まれる(メタ)アクリル基の数/当該組成物中のアルケニル基の数の比が0.9~3.0であり、
ヒドロシリル基の数/アルケニル基の数の比が0.8~1.2である熱および光硬化型シリコーン組成物。 - 前記(A)成分が、下記(A-i)、(A-ii)、またはその両方である請求項1記載の熱および光硬化型シリコーン組成物。
(A-i)下記式(1)で表されるオルガノポリシロキサン
(式中、R1は、互いに独立して、置換もしくは非置換の炭素原子数1~20のアルキル基または置換もしくは非置換の炭素原子数6~20のアリール基を表し、R2は、互いに独立して、酸素原子または炭素原子数1~20のアルキレン基を表し、R3は、互いに独立して、アクリロイルオキシアルキル基、メタクリロイルオキシアルキル基、アクリロイルオキシアルキルオキシ基、またはメタクリロイルオキシアルキルオキシ基を表し、kは、0~1,000の整数を表し、mは、0~20の整数を表し、aおよびbは、互いに独立して0~3の整数を表し、かつ、a+b+mは、3以上の整数である。kおよびmが付された括弧内のシロキサン単位の配列順は任意である。)
(A-ii)下記式(2)で表され、数平均分子量(Mn)が3,000~100,000であるオルガノポリシロキサン
Ap(R1 3SiO1/2)q(SiO4/2)r (2)
(式中、R1は、前記と同じ意味を表し、Aは、下記式(3)で表されるシロキサン単位であり、p、q、rは、それぞれp>0、q>0、r>0、かつ、p+q+r=1を満たす数である。)
(式中、R1、R2およびR3は、前記と同じ意味を表し、nは、0~10の整数を表し、cは、1~3の整数を表す。) - 前記(B)成分が、下記(B-iii)、(B-iv)、またはその両方である請求項1記載の熱および光硬化型シリコーン組成物。
(B-iii)下記式(4)で表される、23℃における粘度が50~10,000,000mPa・sである直鎖状オルガノポリシロキサン
R4R1 2Si(OSiR1 2)SOSiR1 2R4 (4)
(式中、R1は、前記と同じ意味を表し、R4は、炭素原子数2~20のアルケニル基を表し、sは、1~10,000の整数を表す。)
(B-iv)下記式(5)で表されるオルガノポリシロキサン
(R1 3SiO1/2)t(R4R1 2SiO1/2)u(SiO4/2)v (5)
(式中、R1およびR4は、前記と同じ意味を表し、t、uおよびvは、それぞれt>0、u>0、v>0、かつ、(t+u+v)=1を満たす数である。) - 前記(C)成分が、下記式(7)で表される直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサンである請求項1記載の熱および光硬化型シリコーン組成物。
(R1 3SiO1/2)w(H(3-f)R1 fSiO1/2)2-w(HR1 1SiO2/2)x(R1 2SiO2/2)y (7)
(式中、R1は、前記と同じ意味を表し、fは、1または2を表し、wは、0≦w≦2を満たす整数を表し、xおよびyは、2≦x+y≦800、かつ、0.6≦x/(x+y+2)≦1.0を満たす正の整数を表す。) - 前記(E)成分が、窒素原子、硫黄原子およびリン原子を含まない光ラジカル重合開始剤である請求項1記載の熱および光硬化型シリコーン組成物。
- (α)請求項1~5のいずれか1項記載の熱および光硬化型シリコーン組成物を加熱して、該組成物を部分的に硬化させ半硬化状態の組成物とする工程、および
(β)得られた半硬化状態の組成物に紫外線を照射して完全に硬化させる工程
を含む硬化物の製造方法。
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