JP6400904B2 - 硬化性樹脂組成物 - Google Patents
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Description
すなわち、本発明は、以下の(1)〜(7)を提供する。
(R6SiO3/2)a(R6 2SiO2/2)b(R6 3SiO1/2)c(SiO4/2)d(X6O1/2)e …(f)
(式(f)中、R6は同一または異なる置換または非置換の一価炭化水素基であって、一分子中、全R6の10モル%以上はアリール基であり、X6は水素原子またはアルキル基であり、aは正数であり、bは0または正数であり、cは0または正数であり、dは0または正数であり、eは0または正数であり、かつ、b/aは0〜10の数であり、c/aは0〜0.5の数であり、d/(a+b+c+d)は0〜0.3の数であり、e/(a+b+c+d)は0〜0.4の数である。)
(R5SiO3/2)f(R5 2SiO2/2)g(R5 3SiO1/2)h(SiO4/2)i(X5O1/2)j …(b2)
(式(b2)中、R5は同一または異なるアルケニル基を除く置換または非置換の一価炭化水素基または水素原子であって、一分子中、全R5の0.1〜40モル%は水素原子であり、全R5の10モル%以上はアリール基であり、X5は水素原子またはアルキル基であり、hは正数であり、iは0または正数であり、jは0または正数であり、かつ、g/fは0〜10の数であり、h/fは0〜0.5の数であり、j/(f+g+h+i)は0〜0.3の数である。)
以下、本発明の組成物が含有する各成分について詳細に説明する。
本発明の組成物が含有するシリコーン樹脂(A)は、1分子中に1個以上のアリール基を有し、かつ、両末端にアルケニル基およびアルコキシ基を有するシリコーン樹脂である。
本発明の組成物は、被着体に対する密着性が向上するが、これは、シリコーン樹脂(A)を含有することにより、アルケニル基による付加型反応と、アルコキシ基による縮合反応とが可能になるためと推測される。
さらに、アリール基はメチル基等と比べて分子間相互作用が働くため、ガス透過性も改善され、耐硫化性の向上も期待できる。
なお、本発明において、アリール基とは、置換または非置換のアリール基を意味するものとする。
なお、ケイ素原子に結合する「有機基」としては、特に限定されず、例えば、後述するR1が示す置換または非置換の一価炭化水素基が挙げられる(以下、同様)。
また、nが示す整数は、3〜1000の整数であるのが好ましく、シリコーン樹脂(A)の重量平均分子量に対応する数値にすることができる。
これらのうち、炭素数1〜18のアルキル基であるのが好ましく、炭素数1〜10のアルキル基であるのがより好ましく、炭素数1〜6のアルキル基であるのがさらに好ましく、メチル基、エチル基であるのが特に好ましい。
これらのうち、本発明の組成物の硬化物がより高い屈折率を示すという理由から、炭素数6〜18の非置換のアリール基であるのが好ましく、フェニル基であるのがより好ましい。
これらのうち、硬化性、密着性の観点から、炭素数1〜10のアルキル基であるのが好ましく、炭素数1〜6のアルキル基であるのがより好ましく、メチル基、エチル基であるのがさらに好ましい。
R2がアルキル基を示すことにより、式(A1)中においては、「−OR2」がアルコキシ基を示す。
なお、本発明において、重量平均分子量とは、クロロホルムを溶媒とするゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算の重量平均分子量であるものとする。
なお、本発明において、粘度とは、JIS K7117−1の4.1(ブルックフィールド形回転粘度計)に準拠し、25℃において測定されたものとする。
このようなシリコーン樹脂(A)は、例えば、1分子中に1個以上のアリール基を有し、かつ、両末端にシラノール基を有するシリコーン樹脂と、1分子中に1個以上のアルケニル基を有するアルコキシシランと、の反応により得られるものである。
より具体的には、シリコーン樹脂(A)は、後述するシリコーン樹脂(a1)と後述するアルコキシシラン(a2)との反応により得られるものであるのが好ましい。以下、シリコーン樹脂(A)の製造方法について説明する。
シリコーン樹脂(A)の製造方法に用いられるシリコーン樹脂(a1)は、下記式(1)で表される両末端にシラノール基を有するシリコーン樹脂である。なお、シラノール基とは、ケイ素原子(Si)にヒドロキシ基(−OH)が直接結合したものをいう。
mが示す整数としては、3〜1000の整数であるのが好ましく、シリコーン樹脂(a1)の重量平均分子量に対応する数値にすることができる。
また、シリコーン樹脂(a1)の25℃における粘度としては、同様の観点から、20〜1,000,000mPa・sであるのが好ましく、500〜100,000mPa・sであるのがより好ましい。
シリコーン樹脂(A)の製造方法に用いられるアルコキシシラン(a2)は、下記式(2)で表される1分子中に少なくとも2個のアルコキシ基を有するアルコキシシランである。
シリコーン樹脂(a1)とアルコキシシラン(a2)との反応は、下記式(3)で表される1分子中に少なくとも1個のカルボキシ基を有するカルボン酸化合物(a1)の存在下で行われるのが好ましい。これにより、緩やかな条件(低温かつ短時間)で、目的とするシリコーン樹脂(A)を得ることができる。
シリコーン樹脂(A)の製造方法は、シリコーン樹脂(a1)とアルコキシシラン(a2)とを、カルボン酸化合物(a3)の存在下で反応させて、反応生成物を得る工程(以下、「反応工程」ともいう)を備える。
反応工程において、各成分の含有量比は特に限定されないが、反応操作の容易さ、および、反応再現性の観点から、シリコーン樹脂(a1)100質量部に対して、アルコキシシラン(a2)5〜100質量部、カルボン酸化合物(a3)0.001〜10質量部であるのが好ましい。
反応工程において、撹拌および加熱を行う方法は、特に限定されず、従来公知の方法によって行うことができる。
この反応工程を、より具体的に説明すると、例えば、下記式(3′)で表されるカルボン酸化合物(a3)が触媒として用いられ、下記式(1′)で表されるシリコーン樹脂(a1)が有する「−OH」と、下記式(2′)で表されるアルコキシシラン(a2)が有する「−OMe」とが反応し、副生成物として「MeOH」を与えて、下記式(A1′)で表されるシリコーン樹脂(A)が主生成物として生成する。
なお、下記式中「Me」はメチル基を示し、「Ph」はフェニル基を示し、「Vi」はビニル基を示す(以下、同様)。また、下記式中、kおよびlは、それぞれ、1以上の整数を示す。
さらに、本発明におけるシリコーン樹脂(A)の製造方法は、上記反応生成物から副生成物を除去し、主生成物であるシリコーン樹脂(A)を得る工程(以下、「除去工程」ともいう)を備えていてもよい。
副生成物の除去方法は、特に限定されず、例えば、反応生成物を加熱しながら、減圧条件下で撹拌することにより行う方法が挙げられる。
このとき、加熱温度、圧力、撹拌時間等の条件は、特に限定されず、生成する副生成物に応じて、適宜設定することができるが、副生成物とともに、未反応のアルコキシシラン(a2)および触媒であるカルボン酸化合物(a3)も同時に除去できる条件であるのが好ましい。
例えば、副生成物として「MeOH」(メタノール)が生成する場合には、加熱温度は120〜160℃であるのが好ましく、圧力は1〜30mmHgであるのが好ましく、撹拌時間は2〜5時間であるのが好ましい。
除去工程においては、反応生成物の粘度を測定し、粘度が当初より上昇して不変となったところで、副生成物、未反応のアルコキシシラン(a2)およびカルボン酸化合物(a3)が除去されたものとして、終了とすることができる。
本発明の組成物に含有されるポリシロキサン化合物(B)は、1分子中に1個以上のアリール基および2個以上のSi−H結合を有するポリシロキサン化合物である。ここで、「Si−H結合」とは、シロキサン結合(…Si−O−Si…)で形成された主骨格中のケイ素原子(Si)に水素原子(H)が結合したものいう。
このとき、ポリシロキサン化合物(B)において、ケイ素原子結合全有機基中のアリール基の含有量は、5モル%以上であるのが好ましく、10モル%以上であるのがより好ましい。アリール基の含有量がこの範囲であれば、本発明の組成物は、透明性がより優れ、硬化後の屈折率がより高くなる。また、ケイ素原子結合全有機基中のアリール基の含有量は、99モル%以下であるのが好ましい。
R4が示す置換または非置換の一価炭化水素基としては、R1が示す置換または非置換の一価炭化水素基として記載したものが挙げられる。
tが示す整数としては、ポリシロキサン化合物(B)の重量平均分子量に対応する数値にすることができる。
また、ポリシロキサン化合物(B)の25℃における粘度としては、相溶性および作業性の観点から、0.1〜10,000mPa・sであるのが好ましく、1〜100mPa・sであるのがより好ましい。
(R5SiO3/2)f(R5 2SiO2/2)g(R5 3SiO1/2)h(SiO4/2)i(X5O1/2)j …(b2)
(式(b2)中、R5は同一または異なるアルケニル基を除く置換または非置換の一価炭化水素基または水素原子であって、一分子中、全R5の0.1〜40モル%は水素原子であり、全R5の10モル%以上はアリール基であり、X5は水素原子またはアルキル基であり、hは正数であり、iは0または正数であり、jは0または正数であり、かつ、g/fは0〜10の数であり、h/fは0〜0.5の数であり、j/(f+g+h+i)は0〜0.3の数である。)
本発明の組成物に含有される有機ジルコニウム化合物(C)は、シリコーン樹脂(A)が有するアルコキシ基の縮合反応を促進する縮合触媒として機能する。
本発明の組成物は、シリコーン樹脂(A)と併用させて、有機ジルコニウム化合物(C)を含有することにより、密着性に優れる。
有機ジルコニウム化合物(C)の含有量は、シリコーン樹脂(A)およびポリシロキサン化合物(B)の合計100質量部に対して、0.001〜10質量部であるのが好ましく、0.01〜5質量部であるのが好ましい。
有機ジルコニウム化合物(C)の含有量がこの範囲であれば、本発明の組成物は、硬化性が優れるとともに、密着性がより優れ、硬化物の透明性もより優れる。
本発明の組成物に含有されるヒドロシリル化反応用触媒(D)は、ポリシロキサン化合物(B)と併用されて、シリコーン樹脂(A)のアルケニル基に対する付加反応(ヒドロシリル化反応)を促進する触媒として機能する。
ヒドロシリル化反応用触媒(D)としては、従来公知のものを用いることができ、例えば、白金系触媒、ロジウム系触媒、パラジウム系触媒等が挙げられ、白金系触媒であることが好ましい。白金系触媒の具体例としては、塩化白金酸、塩化白金酸−オレフィン錯体、塩化白金酸−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体、塩化白金酸−アルコール配位化合物、白金のジケトン錯体等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ヒドロシリル化反応用触媒(D)の含有量は、触媒量であるが、本発明の組成物の硬化性が優れるという理由から、上述したシリコーン樹脂(A)およびポリシロキサン化合物(B)の合計100質量部に対して、0.00001〜0.1質量部であるのが好ましく、0.0001〜0.01質量部であるのがより好ましい。
本発明の組成物は、さらに、硬化遅延剤(E)を含有していてもよい。硬化遅延剤(E)は、本発明の組成物の硬化速度や作業可使時間を調整するための成分であり、例えば、3−メチル−1−ブチン−3−オール、3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール、フェニルブチノール、1−エチニル−1−シクロヘキサノールなどの炭素−炭素三重結合を有するアルコール誘導体;3−メチル−3−ペンテン−1−イン、3,5−ジメチル−3−ヘキセン−1−インなどのエンイン化合物;テトラメチルテトラビニルシクロテトラシロキサン、テトラメチルテトラヘキセニルシクロテトラシロキサンなどのアルケニル基含有低分子量シロキサン;メチル−トリス(3−メチル−1−ブチン−3−オキシ)シラン、ビニル−トリス(3−メチル−1−ブチン−3−オキシ)シランなどのアルキン含有シラン;等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
硬化遅延剤(E)の含有量は、本発明の組成物の使用方法等に応じて適宜選択されるが、例えば、上述したシリコーン樹脂(A)およびポリシロキサン化合物(B)の合計100質量部に対して、0.00001〜0.1質量部であるのが好ましく、0.0001〜0.01質量部であるのがより好ましい。
本発明の組成物は、さらに、下記平均組成式(f)で表されるシリコーンレジン(F)を含有していてもよい。これにより、本発明の組成物は、硬度が高くなり、表面タックが抑制される。
(式(f)中、R6は同一または異なる置換または非置換の一価炭化水素基であって、一分子中、全R6の10モル%以上はアリール基であり、X6は水素原子またはアルキル基であり、aは正数であり、bは0または正数であり、cは0または正数であり、dは0または正数であり、eは0または正数であり、かつ、b/aは0〜10の数であり、c/aは0〜0.5の数であり、d/(a+b+c+d)は0〜0.3の数であり、e/(a+b+c+d)は0〜0.4の数である。)
本発明の組成物は、さらに、密着付与剤(G)を含有していてもよい。
密着付与剤(G)としては、例えば、シランカップリング剤が挙げられ、シランカップリング剤の具体例としては、アミノシラン、ビニルシラン、エポキシシラン、メタクリルシラン、イソシアネートシラン、イミノシラン、これらの反応物、これらとポリイソシアネートとの反応により得られる化合物等が挙げられ、エポキシシランであるのが好ましい。
エポキシシランとしては、エポキシ基とアルコキシシリル基とを有する化合物であれば特に限定されず、例えば、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルエチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β−(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルメチルジメトキシシランなどのジアルコキシエポキシシラン;γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランなどのトリアルコキシエポキシシラン;等が挙げられる。
密着付与剤(G)の含有量は、特に限定されないが、上述したシリコーン樹脂(A)、ポリシロキサン化合物(B)、および、有機ジルコニウム化合物(C)の合計100質量部に対して0.5〜10質量部であるのが好ましく、1〜5質量部であるのがより好ましい。
また、本発明の組成物を硬化して硬化物を得る方法も特に限定されず、例えば、本発明の組成物を、80〜200℃、10分〜720分加熱する方法が挙げられる。
本発明の組成物を適用できる光半導体は特に制限されず、例えば、発光ダイオード(LED)、有機電界発光素子(有機EL)、レーザーダイオード、LEDアレイ等が挙げられる。
光半導体封止用組成物としての本発明の組成物の使用方法としては、例えば、光半導体に本発明の組成物を付与し、本発明の組成物が付与された光半導体を加熱して本発明の組成物を硬化させる方法が挙げられる。
このとき、本発明の組成物を付与し硬化させる方法は特に制限されず、例えば、ディスペンサーを使用する方法、ポッティング法、スクリーン印刷、トランスファー成形、インジェクション成形等が挙げられる。
<硬化性樹脂組成物の製造>
下記第1表に示す成分を同表に示す量(単位:質量部)で用い、これらを真空攪拌機で均一に混合して硬化性樹脂組成物(以下、単に「組成物」ともいう。)を製造した。なお、同表中、「Si−H/Si−Viモル比」とは上述したとおりである。
製造された組成物を、150℃で2時間加熱して硬化させて、硬化物(厚さ=2.0mm)を得た。得られた硬化物について、JIS K 0115:2004に準じ、紫外・可視(UV−Vis)吸収スペクトル測定装置(島津製作所社製)を用いて波長400nmにおける透過率(単位:%)を測定した。測定結果を下記第1表に示す。透過率の値が80%T以上であれば「透明性」に優れるものとして評価できる。
製造された組成物を、150℃で2時間加熱して硬化させて、硬化物(厚さ=2.0mm)を得た。得られた硬化物について、JIS K 7105:1981に準拠する測定法でアッベリフレクトメータ(ATAGO社製)を用いて、ナトリウムのスペクトルのD線589.6nmにおける屈折率を測定した。測定結果を下記第1表に示す。屈折率の値が1.43以上であれば高屈折率であると評価でき、1.5以上であればより高屈折率である評価できる。
製造された組成物を、接着面積12.5mm×25mmとして、被着体(アルミニウム合金板、A1050P、パルテック社製)の間に挟み込んだ後、150℃で2時間加熱することにより硬化させ、試験体を得た。得られた試験体を用いて、JIS K6850:1999に準拠して、引張試験を行い、引張せん断接着強さ(単位:MPa)を測定した。また、接着面積に対する凝集破壊(CF)面積の割合(単位:%)も測定した。いずれも結果を下記第1表に示す。引張せん断接着強さの値が高いほど、また、CFの値が100に近いほど、密着性に優れるものとして評価できる。
製造された組成物を、LEDパッケージ(エノモト社製)に塗布し、150℃で2時間加熱することにより硬化させて、試験体を作製した。なお、各例ごとに試験体を8個作製した。作製した8個の試験体を、以下2種の試験に供し、硬化物の剥離が確認されなかった試験体の個数をカウントした。この個数が多いほど、密着性に優れるものとして評価できる。
試験体を、280℃に熱したホットプレート上に40秒間放置した後、硬化物の剥離の有無を目視にて確認した。
(湿熱試験)
試験体を、温度85℃、湿度85%の環境下に1000時間放置した後、硬化物の剥離の有無を目視にて確認した。
・シリコーン樹脂A1:後述するようにして製造した、フェニル基を有し、かつ、両末端にビニル基およびメトキシ基を有するシリコーン樹脂(Mw:2,000、粘度:250mPa・s、ビニル基の含有量:3.10質量%、ケイ素原子結合全有機基中のフェニル基の含有量:50モル%)。下記式(A1−1)で表され、式中のn′は、シリコーン樹脂A1の重量平均分子量に対応する数値である。
・シリコーン樹脂A2:後述するようにして製造した、フェニル基を有し、かつ、両末端にビニル基およびメトキシ基を有するシリコーン樹脂(Mw:1,500、粘度:100mPa・s、ビニル基の含有量:4.51質量%、ケイ素原子結合全有機基中のフェニル基の含有量:50モル%)。下記式(A2−1)で表され、式中のk′、l′は、シリコーン樹脂A2の重量平均分子量に対応する数値であり、かつ、k′:l′=1:1である。
・シリコーン樹脂X2:下記式(X2)で表される、後述するようにして製造した、フェニル基を有さず、かつ、両末端にビニル基およびメトキシ基を有するシリコーン樹脂(Mw:20,000、粘度:1,000mPa・s、ビニル基の含有量:0.30質量%)
・ポリシロキサン化合物Z1:下記式(Z1)で表されるオルガノポリシロキサン(HMS−991、Gelest社製、Mw:1,600)
・有機チタン化合物Y1:テトラ−i−プロポキシチタン(TA−10、マツモトファインケミカル社製)
・硬化遅延剤E1:3−メチル−1−ブチン−3−オール(東京化成工業社製、Mw:100)
・シリコーンレジンF1:平均組成式「(PhSiO3/2)0.9(ViMe2SiO1/2)0.1」で表されるフェニルシリコーンレジン(ビニル基の含有量:5.6質量%、ケイ素原子結合全有機基中のフェニル基の含有量:75モル%)
・密着付与剤G1:γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(KBM−403、信越化学工業社製)
まず、2Lの3口フラスコに、ジムロート冷却管とメカニカルスターラーとを備え付け、下記第2表に示す成分(単位は質量部)を封入した。次に、このフラスコをオイルバスに漬けて100℃に加熱しながら、メカニカルスターラーを回転させて、フラスコに封入された成分を撹拌し、6時間反応させた。
このとき、後述するシリコーン樹脂a1−1,a1−2,a1−3が有するシラノール基に由来するピークの消滅、または、フラスコに封入された成分以外の成分に由来するピークの出現を、1H−NMRによって確認することにより、主生成物(シリコーン樹脂A1,A2,X2)含む反応生成物が得られたものとして、反応終了とした。
次に、真空ポンプを用いて、反応生成物を、140℃、10mmHgの条件下で3時間撹拌し、粘度が不変となったところで、副生成物、未反応のアルコキシシランa2−1およびカルボン酸化合物a3−1の除去が終了したものとして、シリコーン樹脂A1,A2,X2を得た。
・シリコーン樹脂a1−1:両末端シラノール基ポリメチルフェニルシロキサン(Mw:1,500)
・シリコーン樹脂a1−2:両末端シラノール基ジフェニルシロキサン−ジメチルシロキサン共重合体(PDS−1615、Gelest社製、Mw:1,000)
・シリコーン樹脂a1−3:両末端シラノールポリジメチルシロキサン(DMS−S27、Gelest社製、Mw:18,000、粘度:800mPa・s)
・アルコキシシランa2−1:トリメトキシビニルシラン(KBM−1003、信越化学工業社製、Mw:148.2)
・カルボン酸化合物a3−1:酢酸(鹿1級、関東化学社製)
これに対し、両末端にメチル基およびビニル基を有する(アルコキシ基を有さない)シリコーン樹脂X1を用いた比較例1〜3は、いずれも密着性に劣ることが分かった。
また、有機チタン化合物Y1を使用した比較例4は、透過率の値が低く、透明性に劣っていた。
また、フェニル基を有さないシリコーン樹脂X2を使用した比較例5は、低屈折率であった。
Claims (6)
- 1分子中に1個以上のアリール基を有し、かつ、両末端にアルケニル基およびアルコキシ基を有するシリコーン樹脂(A)と、
1分子中に1個以上のアリール基および2個以上のSi−H結合を有するポリシロキサン化合物(B)と、
有機ジルコニウム化合物(C)と、
ヒドロシリル化反応用触媒(D)と、
を含有し、
前記シリコーン樹脂(A)が、下記式(A1)で表されるシリコーン樹脂であり、
前記有機ジルコニウム化合物(C)が、ジルコニウムアルコキシドである、硬化性樹脂組成物。
- 前記有機ジルコニウム化合物(C)の含有量が、前記シリコーン樹脂(A)および前記ポリシロキサン化合物(B)の合計100質量部に対して、0.001〜10質量部である、請求項1に記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記ヒドロシリル化反応用触媒(D)の含有量が、前記シリコーン樹脂(A)および前記ポリシロキサン化合物(B)の合計100質量部に対して、0.00001〜0.1質量部である、請求項1又は2に記載の硬化性樹脂組成物。
- さらに、下記平均組成式(f)で表されるシリコーンレジン(F)を含有する、請求項1〜3のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
(R6SiO3/2)a(R6 2SiO2/2)b(R6 3SiO1/2)c(SiO4/2)d(X6O1/2)e …(f)
(式(f)中、R6は同一または異なる置換または非置換の一価炭化水素基であって、一分子中、全R6の10モル%以上はアリール基であり、X6は水素原子またはアルキル基であり、aは正数であり、bは0または正数であり、cは0または正数であり、dは0または正数であり、eは0または正数であり、かつ、b/aは0〜10の数であり、c/aは0〜0.5の数であり、d/(a+b+c+d)は0〜0.3の数であり、e/(a+b+c+d)は0〜0.4の数である。) - 前記ポリシロキサン化合物(B)の一部または全部が、下記平均組成式(b2)で表されるシリコーンレジンである、請求項1〜4のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
(R5SiO3/2)f(R5 2SiO2/2)g(R5 3SiO1/2)h(SiO4/2)i(X5O1/2)j …(b2)
(式(b2)中、R5は同一または異なるアルケニル基を除く置換または非置換の一価炭化水素基または水素原子であって、一分子中、全R5の0.1〜40モル%は水素原子であり、全R5の10モル%以上はアリール基であり、X5は水素原子またはアルキル基であり、hは正数であり、iは0または正数であり、jは0または正数であり、かつ、g/fは0〜10の数であり、h/fは0〜0.5の数であり、j/(f+g+h+i)は0〜0.3の数である。) - 光半導体素子封止用組成物である、請求項1〜5のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
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