JP7527747B2 - Organosilicon compound and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、新規な有機ケイ素化合物に関し、特にシリコーン組成物（オルガノポリシロキサン組成物）に熱伝導性充填剤等の充填剤を高充填することを可能とするウエッター（分散剤）として好適に用いることのできる有機ケイ素化合物及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a novel organosilicon compound, and in particular to an organosilicon compound that can be suitably used as a wetter (dispersant) that enables high loading of fillers such as thermally conductive fillers in silicone compositions (organopolysiloxane compositions), and a method for producing the same.
電子部品の多くは使用中に熱を発生させることから、その電子部品を適切に機能させるためには、熱を取り除くことが必要である。特にパーソナルコンピューターに使用されているＣＰＵ等の集積回路素子は、動作周波数の高速化により発熱量が増大し続け、熱に対する対策が重要な問題となっている。また、近年は自動車にも多くの電子部品が使われるようになり、高温高湿条件下などより過酷な条件で電子部品が使用されることがある。Many electronic components generate heat during use, and it is necessary to remove this heat in order for them to function properly. In particular, integrated circuit elements such as CPUs used in personal computers are generating increasing amounts of heat due to faster operating frequencies, making measures to deal with heat an important issue. In recent years, more electronic components have also been used in automobiles, and electronic components are sometimes used under harsher conditions such as high temperature and humidity.
この熱を除去する手段として多くの方法が提案されている。特に発熱量の多い電子部品では、電子部品とヒートシンク等の部材との間に熱伝導性グリースや熱伝導性シートなどの熱伝導性材料を介在させて放熱する方法が提案されている（特許文献１、２）。特に熱伝導性グリースは不定形で、硬化後に基材に密着することで高い熱伝導性を示すことから好適に用いられている。また、このような熱伝導性材料としては、シリコーン（オルガノポリシロキサン）をベースとし、酸化亜鉛やアルミナ粉末を配合した放熱グリースや放熱接着剤が知られている（特許文献３、４）。Many methods have been proposed as a means of removing this heat. In particular, for electronic components that generate a large amount of heat, a method has been proposed in which a thermally conductive material such as thermally conductive grease or a thermally conductive sheet is placed between the electronic component and a member such as a heat sink to dissipate heat (Patent Documents 1 and 2). Thermally conductive grease is particularly suitable because it is amorphous and exhibits high thermal conductivity by adhering to the substrate after curing. Also known as such thermally conductive materials are heat dissipating greases and heat dissipating adhesives based on silicone (organopolysiloxane) and containing zinc oxide or alumina powder (Patent Documents 3 and 4).
シリコーンをベースとし、高い熱伝導性を有する熱伝導性材料とするためには、熱伝導性充填剤を高充填することが必要である。しかし、ただ単に高充填しようとすると、熱伝導性材料の流動性が著しく低下し、塗布性（ディスペンス性、スクリーンプリント性）等の作業性が悪くなり、さらには電子部品やヒートシンク表面の微細な凹凸に追従できなくなるという問題が生じる。
そこで、この問題を解決するために、熱伝導性充填剤をウエッター（分散剤）で表面処理したものをベースポリマーであるシリコーン（オルガノポリシロキサン）に分散させ、熱伝導性材料の流動性を保つという方法が提案されている。現在、頻繁に用いられるウエッターとして、加水分解性基を有するメチルポリシロキサンや、加水分解性基を有するオリゴシロキサンがある（特許文献５、６）。これらのウエッターを使用することで、良好な流動性が得られるものの、高温高湿条件下では未反応の加水分解性基が電子部品と基板の接着性に大きな影響を及ぼし、接着強度が変化することで、電子部品に動きが加わった際に基材へも応力が生じ、電子部品や基板が割れたり、ズレたりする原因となっていた。
In order to make a silicone-based thermally conductive material with high thermal conductivity, it is necessary to highly fill the thermally conductive filler. However, simply attempting to fill the thermally conductive filler highly reduces the fluidity of the thermally conductive material, leading to problems such as poor workability, such as applicability (dispensability, screen printing), and inability to conform to the fine irregularities on the surfaces of electronic components and heat sinks.
In order to solve this problem, a method has been proposed in which a thermally conductive filler is surface-treated with a wetter (dispersant) and dispersed in a silicone (organopolysiloxane) base polymer to maintain the fluidity of the thermally conductive material. Currently, frequently used wetters include methylpolysiloxanes having hydrolyzable groups and oligosiloxanes having hydrolyzable groups (Patent Documents 5 and 6). Although good fluidity can be obtained by using these wetters, unreacted hydrolyzable groups have a significant effect on the adhesiveness between electronic components and substrates under high temperature and high humidity conditions, and the adhesive strength changes, which causes stress on the substrate when the electronic components are moved, causing the electronic components and substrates to crack or shift.
したがって、本発明は、シリコーン組成物に充填剤を高充填することを可能とし、高温高湿条件下でも接着性に変化の少ない、特に引張りせん断接着強さの初期値からの変化量が２倍未満の組成物とすることが可能なウエッターとして好適な有機ケイ素化合物及びその製造方法を提供することを目的とする。Therefore, the present invention aims to provide an organosilicon compound suitable as a wetter that enables a silicone composition to be highly filled with a filler and that can produce a composition that exhibits little change in adhesion even under high temperature and high humidity conditions, in particular a change in tensile shear adhesive strength from the initial value of less than two-fold, and a method for producing the same.
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究した結果、特定の多価アルコール構造を有する有機ケイ素化合物が、上述した課題の解決に有用であることを見出し、本発明を完成した。As a result of intensive research conducted by the inventors to achieve the above-mentioned objective, they discovered that an organosilicon compound having a specific polyhydric alcohol structure is useful in solving the above-mentioned problems, and thus completed the present invention.
即ち、本発明は下記の有機ケイ素化合物およびその製造方法を提供するものである。That is, the present invention provides the following organosilicon compounds and methods for producing the same.
［１］
下記式（Ｉ）で表される有機ケイ素化合物。
［２］
Ａの多価アルコール残基が少なくとも３個の水酸基を有する多価アルコールから誘導される残基であり、該多価アルコール中の少なくとも１個の水酸基が隣接するＲ2とエーテル結合を形成しているものである［１］に記載の有機ケイ素化合物。
［３］
Ａの多価アルコール残基が、グリセロール又はペンタエリスリトールの残基である［２］に記載の有機ケイ素化合物。
［４］
硬化性シリコーン組成物に充填剤を高充填するためのウエッターである［１］～［３］のいずれか１つに記載の有機ケイ素化合物。
［５］
下記式（ＩＩ）
で表される分子中にアルケニル基を有する多価アルコール誘導体と、下記式（ＩＩＩ）
で表される分子鎖片末端にケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサンとを、白金化合物含有触媒存在下でヒドロシリル化反応させる工程を含む［１］～［４］のいずれか１つに記載の有機ケイ素化合物の製造方法。
[1]
An organosilicon compound represented by the following formula (I):
[2]
The organosilicon compound according to [1], wherein the polyhydric alcohol residue of A is a residue derived from a polyhydric alcohol having at least three hydroxyl groups, and at least one hydroxyl group in the polyhydric alcohol forms an ether bond with the adjacent R2 .
[3]
The organosilicon compound according to [2], wherein the polyhydric alcohol residue of A is a residue of glycerol or pentaerythritol.
[4]
The organosilicon compound according to any one of [1] to [3], which is a wetter for achieving a high loading of a filler in a curable silicone composition.
[5]
The following formula (II)
and a polyhydric alcohol derivative having an alkenyl group in the molecule represented by the following formula (III):
and an organopolysiloxane having a silicon-bonded hydrogen atom at one molecular chain terminal, represented by the formula (1):
本発明の有機ケイ素化合物は、シリコーン組成物に熱伝導性充填剤等の充填剤（フィラー）を高充填することを可能とし、高温高湿条件下でも接着性に変化の少ない組成物を提供するためのウエッターとして有用である。The organosilicon compound of the present invention enables silicone compositions to be highly loaded with fillers such as thermally conductive fillers, and is useful as a wetter to provide a composition with minimal change in adhesive properties even under high temperature and high humidity conditions.
以下、本発明につき更に詳しく説明する。 The present invention is explained in more detail below.
本発明に係る有機ケイ素化合物は、下記式（Ｉ）で表される。
式（Ｉ）中、Ｒ1は互いに独立に、非置換又は置換の炭素数１～１２の一価炭化水素基であり、Ｒ2は非置換又は置換の炭素数１～１２の二価炭化水素基であり、Ａは２個以上の残存水酸基を有する多価アルコール残基であり、ｎはこの有機ケイ素化合物の２３℃における粘度を１～１，０００ｍＰａ・ｓとする数である。 In formula (I), R1 's are each independently an unsubstituted or substituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms, R2 's are an unsubstituted or substituted divalent hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms, A's is a polyhydric alcohol residue having two or more residual hydroxyl groups, and n's is a number that provides the organosilicon compound with a viscosity of 1 to 1,000 mPa·s at 23°C.
上記Ｒ1の非置換又は置換の炭素数１～１２の一価炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ－ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基等のアルキル基；シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基；ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基等のアルケニル基；フェニル基、トリル基、キシリル基、α－，β－ナフチル基等のアリール基；ベンジル基、２－フェニルエチル基、３－フェニルプロピル基等のアラルキル基；また、これらの基の水素原子の一部又は全部が、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ等のハロゲン原子やシアノ基等で置換された基、例えば、３－クロロプロピル基、３，３，３－トリフルオロプロピル基、２－シアノエチル基等を例示することができる。これらの中でも、メチル基、エチル基等のアルキル基が好ましく、メチル基が特に好ましい。 Examples of the unsubstituted or substituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms for R 1 include alkyl groups such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, tert-butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, and dodecyl; cycloalkyl groups such as cyclopentyl and cyclohexyl; alkenyl groups such as vinyl, allyl, butenyl, pentenyl, and hexenyl; aryl groups such as phenyl, tolyl, xylyl, and α- and β-naphthyl; aralkyl groups such as benzyl, 2-phenylethyl, and 3-phenylpropyl; and groups in which some or all of the hydrogen atoms of these groups have been substituted with halogen atoms such as F, Cl, and Br, or with cyano groups, for example, 3-chloropropyl, 3,3,3-trifluoropropyl, and 2-cyanoethyl. Among these, alkyl groups such as methyl and ethyl are preferred, with the methyl group being particularly preferred.
上記Ｒ2の非置換又は置換の炭素数１～１２の二価炭化水素基としては、メチレン基、エチレン基（ジメチレン基）、プロピレン基（エチルメチレン基、トリメチレン基）、イソプロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、ヘプチレン基、オクチレン基、ノニレン基、デシレン基、ドデシレン基等のアルキレン基；シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基等のシクロアルキレン基；ビニレン基、アリレン基、ブテニレン基、ペンテニレン基、ヘキセニレン基等のアルケニレン基；また、これらの基の水素原子の一部又は全部が、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ等のハロゲン原子やシアノ基等で置換された基等を例示することができる。これらの中でも、エチレン基（ジメチレン基）、プロピレン基（エチルメチレン基、トリメチレン基）等のアルキレン基が好ましく、特にエチレン基（ジメチレン基）、トリメチレン基が好ましい。 Examples of the unsubstituted or substituted divalent hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms for R2 include alkylene groups such as methylene, ethylene (dimethylene), propylene (ethylmethylene, trimethylene), isopropylene, butylene, pentylene, hexylene, heptylene, octylene, nonylene, decylene, and dodecylene; cycloalkylene groups such as cyclopentylene and cyclohexylene; alkenylene groups such as vinylene, allylene, butenylene, pentenylene, and hexenylene; and groups in which some or all of the hydrogen atoms of these groups have been substituted with halogen atoms such as F, Cl, and Br, or with cyano groups. Among these, alkylene groups such as an ethylene group (dimethylene group), a propylene group (ethylmethylene group, trimethylene group) and the like are preferred, and an ethylene group (dimethylene group) and a trimethylene group are particularly preferred.
上記Ａの、２個以上の残存水酸基を有する多価アルコール残基としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、グリセロール（グリセリン）、１、２、４－ブタントリオール、ペンタエリスリトール、エリスリトール、アラビニトール、キシリトール、リビトール、マンニトール等の１分子中に３個以上の水酸基を有する多価アルコール中に存在する１個の水酸基から水素原子を１個除いた残基等を例示することができる。これらの中でも、３個以上の水酸基を有し、かつそれ自体及び誘導体の入手容易さからグリセロール、ペンタエリスリトール、１、２、４－ブタントリオール、エリスリトールの残基が好ましく、特にグリセロール、ペンタエリスリトールの残基が好ましい。Examples of the polyhydric alcohol residue having two or more residual hydroxyl groups in A above include residues in which one hydrogen atom has been removed from one hydroxyl group present in a polyhydric alcohol having three or more hydroxyl groups in one molecule, such as ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, glycerol (glycerin), 1,2,4-butanetriol, pentaerythritol, erythritol, arabinitol, xylitol, ribitol, mannitol, etc. Among these, the residues of glycerol, pentaerythritol, 1,2,4-butanetriol, and erythritol are preferred because they have three or more hydroxyl groups and are readily available as such and as derivatives, and the residues of glycerol and pentaerythritol are particularly preferred.
式（Ｉ）中、ｎはこの有機ケイ素化合物の２３℃における粘度を１～１，０００ｍＰａ・ｓとする数であり、このため、ｎは好ましくは１～２００の数、より好ましくは３～１００の数、さらに好ましくは５～５０の数、特に好ましくは９～３０の数である。ここで、該有機ケイ素化合物の２３℃における粘度は、１～１，０００ｍＰａ・ｓであり、好ましくは５～５００ｍＰａ・ｓ、より好ましくは１０～３００ｍＰａ・ｓである。なお、粘度は回転粘度計（例えば、ＢＬ型、ＢＨ型、ＢＳ型、コーンプレート型等）による数値である（以下、同じ。）。また、上記式（Ｉ）で示される有機ケイ素化合物中におけるジオルガノシロキサン単位の繰り返し数（ｎ）又は重合度は、トルエン等を展開溶媒としてゲルパーミエーションクロマトグラフィ（ＧＰＣ）分析におけるポリスチレン換算の数平均重合度（又は数平均分子量）等として求めることができる。In formula (I), n is a number that makes the viscosity of this organosilicon compound at 23°C 1 to 1,000 mPa·s, and therefore, n is preferably a number from 1 to 200, more preferably a number from 3 to 100, even more preferably a number from 5 to 50, and particularly preferably a number from 9 to 30. Here, the viscosity of the organosilicon compound at 23°C is 1 to 1,000 mPa·s, preferably 5 to 500 mPa·s, and more preferably 10 to 300 mPa·s. The viscosity is a value measured using a rotational viscometer (e.g., BL type, BH type, BS type, cone plate type, etc.) (hereinafter the same). In addition, the number of repetitions (n) of the diorganosiloxane unit or the degree of polymerization in the organosilicon compound represented by the above formula (I) can be determined as the number average degree of polymerization (or number average molecular weight) converted into polystyrene in gel permeation chromatography (GPC) analysis using toluene or the like as a developing solvent.
製造方法
本発明の上記式（Ｉ）で表される有機ケイ素化合物は、従来公知の方法によって製造することができる。例えば、下記式（ＩＩ）で表される分子中にアルケニル基を有する多価アルコール誘導体のアルケニル基と、下記式（ＩＩＩ）で表される分子鎖片末端にケイ素原子に結合した水素原子を有するオルガノポリシロキサン（分子鎖片末端がトリオルガノシロキシ基で封鎖され他方の末端がジオルガノハイドロジェンシロキシ基で封鎖された直鎖状ジオルガノポリシロキサン）のヒドロシリル基（Ｓｉ－Ｈ基）とを、白金化合物含有触媒存在下でヒドロシリル化付加反応を行い、アルケニル基にヒドロシリル基を付加させて炭素－ケイ素結合を形成することによって（即ち、下記式（ＩＩ）中のアルケニル基Ｙと下記式（ＩＩＩ）中のケイ素原子に結合した水素原子（Ｓｉ－Ｈ基）との付加反応により上記式（Ｉ）中の二価炭化水素基Ｒ2を形成することによって）、上記式（Ｉ）で表される有機ケイ素化合物を製造する。
Ｙの炭素数２～１０のアルケニル基は、ビニル基、アリル基、プロぺニル基、ブテニル基等の直鎖状アルケニル基等を例示することができる。この中でも、合成、製造の容易さからビニル基、アリル基が好ましく、特にアリル基が好ましい。Examples of the alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms for Y include linear alkenyl groups such as vinyl, allyl, propenyl, and butenyl. Among these, vinyl and allyl groups are preferred from the standpoint of ease of synthesis and production, with allyl groups being particularly preferred.
上記式（ＩＩ）で表されるアルケニルエーテル構造を有する多価アルコール誘導体の水酸基は、保護基を有しているものでもよく、これは、上記ヒドロシリル化反応後に脱保護の工程を経て水酸基となる。水酸基の保護、脱保護については、公知の方法によって行うことができる。The hydroxyl group of the polyhydric alcohol derivative having an alkenyl ether structure represented by the above formula (II) may have a protecting group, which becomes a hydroxyl group through a deprotection step after the above hydrosilylation reaction. The protection and deprotection of the hydroxyl group can be carried out by known methods.
上記ヒドロシリル化反応で用いられる白金化合物含有触媒は特に限定されるものではなく、その具体例としては、塩化白金酸、塩化白金酸のアルコール溶液、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またはキシレン溶液、テトラキストリフェニルホスフィン白金、ジクロロビストリフェニルホスフィン白金、ジクロロビスアセトニトリル白金、ジクロロビスベンゾニトリル白金、ジクロロシクロオクタジエン白金、白金－炭素、白金－アルミナ、白金－シリカ等の担持触媒などが挙げられる。これらの中でも、選択性の面から、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またはキシレン溶液が好ましい。The platinum compound-containing catalyst used in the hydrosilylation reaction is not particularly limited, and specific examples include chloroplatinic acid, an alcohol solution of chloroplatinic acid, a toluene or xylene solution of a platinum-1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane complex, tetrakistriphenylphosphine platinum, dichlorobistriphenylphosphine platinum, dichlorobisacetonitrile platinum, dichlorobisbenzonitrile platinum, dichlorocyclooctadiene platinum, platinum-carbon, platinum-alumina, platinum-silica, and other supported catalysts. Among these, a toluene or xylene solution of a platinum-1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane complex is preferred in terms of selectivity.
白金化合物含有触媒の使用量は特に限定されるものではないが、反応性、生産性の点から、式（ＩＩ）で表される分子中にアルケニル基を有する多価アルコール誘導体１ｍｏｌに対し、含有される白金原子が１×１０-7～１×１０-2ｍｏｌとなる量が好ましく、１×１０-7～１×１０-3ｍｏｌとなる量がより好ましい。 The amount of the platinum compound-containing catalyst used is not particularly limited, but from the standpoint of reactivity and productivity, an amount such that the platinum atoms contained are 1× 10-7 to 1× 10-2 mol per mol of the polyhydric alcohol derivative having an alkenyl group in the molecule represented by formula (II) is preferred, and an amount such that the platinum atoms contained are 1× 10-7 to 1× 10-3 mol is more preferred.
また、ヒドロシリル化反応の反応性向上のために助触媒を使用してもよい。この助触媒としては、一般的にヒドロシリル化反応に用いられている助触媒を使用できるが、本発明では、無機酸のアンモニウム塩、酸アミド化合物、カルボン酸が好ましい。A co-catalyst may be used to improve the reactivity of the hydrosilylation reaction. Any co-catalyst generally used in hydrosilylation reactions can be used as the co-catalyst, but in the present invention, ammonium salts of inorganic acids, acid amide compounds, and carboxylic acids are preferred.
無機酸のアンモニウム塩の具体例としては、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、アミド硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、リン酸二水素一アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ジ亜リン酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、硫化アンモニウム、ホウ酸アンモニウム、ホウフッ化アンモニウム等が挙げられる。中でも、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウムが好ましい。 Specific examples of ammonium salts of inorganic acids include ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium amidosulfate, ammonium nitrate, monoammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate, ammonium hypophosphite, ammonium carbonate, ammonium hydrogen carbonate, ammonium sulfide, ammonium borate, ammonium fluoroborate, etc. Among these, ammonium carbonate and ammonium hydrogen carbonate are preferred.
酸アミド化合物の具体例としては、ホルムアミド、アセトアミド、Ｎ－メチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、プロピオンアミド、アクリルアミド、マロンアミド、スクシンアミド、マレアミド、フマルアミド、ベンズアミド、フタルアミド、パルミチン酸アミド、ステアリン酸アミド等が挙げられ、これらの中でも、ホルムアミド、ステアリン酸アミドが好ましく、ホルムアミドがより好ましい。 Specific examples of acid amide compounds include formamide, acetamide, N-methylacetamide, N,N-dimethylacetamide, propionamide, acrylamide, malonamide, succinamide, maleamide, fumaramide, benzamide, phthalamide, palmitic acid amide, stearic acid amide, etc., of which formamide and stearic acid amide are preferred, and formamide is more preferred.
カルボン酸の具体例としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、メトキシ酢酸、ペンタン酸、カプロン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、乳酸、グリコール酸、トリフルオロ酢酸、マレイン酸、フマル酸、コハク酸、酒石酸、シュウ酸等が挙げられ、これらの中でも、ギ酸、酢酸、乳酸、マレイン酸、フマル酸、コハク酸、トリフルオロ酢酸が好ましく、酢酸、トリフルオロ酢酸がより好ましい。 Specific examples of carboxylic acids include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, methoxyacetic acid, pentanoic acid, caproic acid, heptanoic acid, octanoic acid, lactic acid, glycolic acid, trifluoroacetic acid, maleic acid, fumaric acid, succinic acid, tartaric acid, oxalic acid, etc., of which formic acid, acetic acid, lactic acid, maleic acid, fumaric acid, succinic acid, and trifluoroacetic acid are preferred, and acetic acid and trifluoroacetic acid are more preferred.
助触媒の使用量は特に限定されるものではないが、反応性、選択性、コスト等の観点から、式（ＩＩ）で表される分子中にアルケニル基を有する多価アルコール誘導体１ｍｏｌに対して１×１０-5～１×１０-1ｍｏｌが好ましく、１×１０-4～５×１０-1ｍｏｌがより好ましい。 The amount of the co-catalyst used is not particularly limited, but from the viewpoints of reactivity, selectivity, cost, etc., it is preferably 1×10 −5 to 1×10 −1 mol, and more preferably 1×10 −4 to 5×10 −1 mol, per mol of the polyhydric alcohol derivative having an alkenyl group in the molecule represented by formula (II).
なお、上記ヒドロシリル化反応は無溶媒でも進行するが、溶媒を用いることもできる。使用可能な溶媒の具体例としては、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、イソオクタン、ベンゼン、トルエン、キシレン等の炭化水素系溶媒；ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒；酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒；Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド等の非プロトン性極性溶媒；ジクロロメタン、クロロホルム等の塩素化炭化水素系溶媒などが挙げられ、これらの溶媒は、１種を単独で用いても、２種以上を混合して用いてもよい。The hydrosilylation reaction proceeds without a solvent, but a solvent can also be used. Specific examples of solvents that can be used include hydrocarbon solvents such as pentane, hexane, cyclohexane, heptane, isooctane, benzene, toluene, and xylene; ether solvents such as diethyl ether, tetrahydrofuran, and dioxane; ester solvents such as ethyl acetate and butyl acetate; aprotic polar solvents such as N,N-dimethylformamide; and chlorinated hydrocarbon solvents such as dichloromethane and chloroform. These solvents can be used alone or in combination of two or more.
上記ヒドロシリル化反応における反応温度は特に限定されるものではなく、室温（２３℃）から加熱下で行うことができるが、室温（２３℃）～２００℃が好ましい。適度な反応速度を得るためには加熱下で反応させることが好ましく、このような観点から、反応温度は４０～１１０℃がより好ましく、４０～９０℃がより一層好ましい。また、反応時間も特に限定されるものではなく、１～６０時間が好ましく、１～３０時間がより好ましく、１～２０時間がさらに好ましい。The reaction temperature in the above hydrosilylation reaction is not particularly limited, and can be carried out from room temperature (23°C) under heating, with room temperature (23°C) to 200°C being preferred. In order to obtain an appropriate reaction rate, it is preferable to carry out the reaction under heating, and from this perspective, the reaction temperature is more preferably 40 to 110°C, and even more preferably 40 to 90°C. The reaction time is also not particularly limited, and is preferably 1 to 60 hours, more preferably 1 to 30 hours, and even more preferably 1 to 20 hours.
上記式（ＩＩ）で表される分子中にアルケニル基を有する多価アルコール誘導体のアルケニル基と、上記式（ＩＩＩ）で表されるオルガノポリシロキサンのヒドロシリル基との反応割合は、ヒドロシリル化反応時の副生物を抑制するとともに、得られる有機ケイ素化合物の保存安定性や特性を高めることを考慮すると、上記ヒドロシリル基１ｍｏｌに対し、上記アルケニル基が０．８～１．３ｍｏｌとなる割合が好ましく、０．９～１．２ｍｏｌとなる割合がより好ましい。The reaction ratio between the alkenyl group of the polyhydric alcohol derivative having an alkenyl group in the molecule represented by formula (II) above and the hydrosilyl group of the organopolysiloxane represented by formula (III) above is preferably 0.8 to 1.3 mol of the alkenyl group per 1 mol of the hydrosilyl group, and more preferably 0.9 to 1.2 mol, in order to suppress by-products during the hydrosilylation reaction and to improve the storage stability and properties of the resulting organosilicon compound.
このようにして得られる上記式（Ｉ）で表される化合物としては、以下の式で表されるもの等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
式（１’）～（４’）中、ｎはこれらの有機ケイ素化合物の２３℃における粘度を１～１，０００ｍＰａ・ｓとする数であり、ｎは好ましくは１～２００の数、より好ましくは３～１００の数、さらに好ましくは５～５０の数、特に好ましくは９～３０の数である。In formulas (1') to (4'), n is a number that provides a viscosity of these organosilicon compounds at 23°C of 1 to 1,000 mPa·s, and n is preferably a number from 1 to 200, more preferably a number from 3 to 100, even more preferably a number from 5 to 50, and particularly preferably a number from 9 to 30.
上記式（１’）～（４’）で表されるものの具体例としては、以下の式（１）～（８）で表されるものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本発明の有機ケイ素化合物は、充填剤を含むシリコーン組成物（オルガノポリシロキサン組成物）において、該充填剤のウエッター（分散剤）として好適に使用することができる。シリコーン組成物としては、付加反応硬化型シリコーン組成物、有機過酸化物硬化型シリコーン組成物、縮合反応硬化型シリコーン組成物、シリコーングリース等の非硬化タイプのシリコーン組成物等が挙げられる。シリコーン組成物に充填される充填剤としては、無機質充填剤、金属充填剤、有機樹脂製充填剤等のいずれであってもよく、例えば、煙霧質シリカ、沈降性シリカ、石英粉、アルミナ（酸化アルミニウム）、水酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、炭酸カルシウム、カーボンブラック、グラファイト、アルミニウム、金、銀、銅、ニッケル等公知の充填剤に適用することができる。The organosilicon compound of the present invention can be suitably used as a wetter (dispersant) for a filler in a silicone composition (organopolysiloxane composition) containing the filler. Examples of silicone compositions include addition reaction curing type silicone compositions, organic peroxide curing type silicone compositions, condensation reaction curing type silicone compositions, and non-curing type silicone compositions such as silicone grease. The filler filled into the silicone composition may be any of inorganic fillers, metal fillers, and organic resin fillers, and can be applied to known fillers such as, for example, fumed silica, precipitated silica, quartz powder, alumina (aluminum oxide), aluminum hydroxide, boron nitride, aluminum nitride, silicon nitride, iron oxide, magnesium oxide, titanium oxide, zinc oxide, zirconium oxide, calcium carbonate, carbon black, graphite, aluminum, gold, silver, copper, and nickel.
上記シリコーン組成物の接着強度は例えばＪＩＳ Ｋ ６８５０の規定に従って引張りせん断接着強さを測定すればよい。The adhesive strength of the above silicone composition can be measured, for example, by measuring the tensile shear adhesive strength in accordance with JIS K 6850.
以下、実施例および参考例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、粘度は２３℃における回転粘度計による測定値であり、分子量はトルエンを展開溶媒としたＧＰＣ測定におけるポリスチレン換算の数平均分子量を示す。The present invention will be described in more detail below with reference to examples and reference examples, but the present invention is not limited to these examples. The viscosity is measured using a rotational viscometer at 23°C, and the molecular weight is the number average molecular weight converted into polystyrene in GPC measurement using toluene as the developing solvent.
有機ケイ素化合物の合成
［実施例１］
有機ケイ素化合物１の合成
撹拌機、還流冷却器、滴下ロートおよび温度計を備えた５００ｍＬセパラブルフラスコに、下記式（ＩＶ）で表されるアルケニル基を有するグリセリン誘導体１８．１ｇ、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０．１ｇを納め、８０℃に加熱した。その中に、下記式（Ｖ）で表されるオルガノポリシロキサン１００．０ｇを滴下投入し、８０℃にて３時間加熱撹拌した。1Ｈ－ＮＭＲ測定により原料のアルケニル基およびヒドロシリル基由来のピークが完全に消失したことを確認し、反応終了とした。反応終了後の混合物について減圧留去（８０℃、５ｍｍＨｇ）を２時間実施し、濾過することで、有機ケイ素化合物１（粘度：１３ｍＰａ・ｓ、数平均分子量：１０９０）を１１４ｇ得た。
Synthesis of Organosilicon Compound 1 18.1 g of a glycerin derivative having an alkenyl group represented by the following formula (IV) and 0.1 g of a toluene solution of a platinum-1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane complex were placed in a 500 mL separable flask equipped with a stirrer, a reflux condenser, a dropping funnel and a thermometer, and heated to 80°C. 100.0 g of an organopolysiloxane represented by the following formula (V) was added dropwise thereto, and the mixture was heated and stirred at 80°C for 3 hours. The reaction was terminated when it was confirmed by 1 H-NMR measurement that the peaks derived from the alkenyl group and hydrosilyl group of the raw materials had completely disappeared. After the reaction was completed, the mixture was subjected to reduced pressure distillation (80°C, 5 mmHg) for 2 hours and filtered to obtain 114 g of organosilicon compound 1 (viscosity: 13 mPa·s, number average molecular weight: 1090).
［実施例２］
有機ケイ素化合物２の合成
上記式（ＩＶ）で表されるアルケニル基を有するグリセリン誘導体の代わりに、下記式（ＶＩ）で表されるアルケニル基を有するペンタエリスリトール誘導体２４．１ｇを使用した以外は実施例１と同様にして、有機ケイ素化合物２（粘度：２７５ｍＰａ・ｓ、数平均分子量：１１４０）を得た。
Synthesis of Organosilicon Compound 2 Organosilicon compound 2 (viscosity: 275 mPa s, number average molecular weight: 1,140) was obtained in the same manner as in Example 1, except that 24.1 g of a pentaerythritol derivative having an alkenyl group represented by the following formula (VI) was used instead of the glycerin derivative having an alkenyl group represented by the above formula (IV).
［実施例３］
有機ケイ素化合物３の合成
上記式（Ｖ）で表されるオルガノポリシロキサンの代わりに、下記式（ＶＩＩ）で表されるオルガノポリシロキサン２８１．５ｇを使用した以外は実施例１と同様にして、有機ケイ素化合物３（粘度：３２ｍＰａ・ｓ、数平均分子量：２７２０）を得た。
Synthesis of Organosilicon Compound 3 Organosilicon compound 3 (viscosity: 32 mPa s, number average molecular weight: 2720) was obtained in the same manner as in Example 1, except that 281.5 g of an organopolysiloxane represented by the following formula (VII) was used instead of the organopolysiloxane represented by the above formula (V).
［実施例４］
有機ケイ素化合物４の合成
上記式（ＩＶ）で表されるアルケニル基を有するグリセリン誘導体の代わりに、上記式（ＶＩ）で表されるアルケニル基を有するペンタエリスリトール誘導体２４．１ｇ、上記式（Ｖ）で表されるオルガノポリシロキサンの代わりに、上記式（ＶＩＩ）で表されるオルガノポリシロキサン２８１．５ｇを使用した以外は実施例１と同様にして、有機ケイ素化合物４（粘度：１３８ｍＰａ・ｓ、数平均分子量：２７７０）を得た。
Synthesis of Organosilicon Compound 4 Organosilicon compound 4 (viscosity: 138 mPa s, number average molecular weight: 2770) was obtained in the same manner as in Example 1, except that 24.1 g of a pentaerythritol derivative having an alkenyl group represented by formula (VI) above was used instead of the glycerin derivative having an alkenyl group represented by formula (IV) above, and 281.5 g of an organopolysiloxane represented by formula (VII) above was used instead of the organopolysiloxane represented by formula (V) above.
［参考例］
本発明の有機ケイ素化合物の効果を参考例により詳細に説明する。なお、参考例中の特性は２３℃における値である。
[Reference Example]
The effects of the organosilicon compound of the present invention will be described in detail with reference to the following Reference Examples, in which the properties are measured at 23°C.
［参考例１］
ミキサーにより、粘度が４００ｍＰａ・ｓである分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン（ビニル基の含有量；０．４４質量％）８質量部、平均粒径（ＢＥＴ法）が２０μｍである真球状のアルミナ粉末６７．５質量部、平均粒径（ＢＥＴ法）が２．２μｍである不定形状のアルミナ粉末２２．５質量部、分散剤（ウェッター）として実施例１で合成した有機ケイ素化合物１を１．５質量部混合して熱伝導性シリコーンゴムベースを調製した。次に、このゴムベースに、粘度が２５ｍＰａ・ｓであり、１分子中に平均４個のケイ素原子に結合した水素原子（ＳｉＨ基）を有する分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサンコポリマー１．０質量部、接着付与成分としてトリアリイソシアヌレート０．０３質量部、３－グリシドキシプロピルトリメトキシシラン０．２質量部、および硬化反応抑制剤として、１－エチニル－１－シクロヘキサノール０．０２質量部を混合し、最後に、白金含有量が０．５質量％である白金の１，３－ジビニル－１，１，３，３－テトラメチルジシロキサン錯体０．０２質量部を混合して熱伝導性シリコーンゴム組成物１を調製した。
[Reference Example 1]
A thermally conductive silicone rubber base was prepared by mixing in a mixer 8 parts by mass of dimethylpolysiloxane capped with dimethylvinylsiloxy groups at both molecular chain terminals (vinyl group content: 0.44% by mass) and having a viscosity of 400 mPa s, 67.5 parts by mass of spherical alumina powder having an average particle size (BET method) of 20 μm, 22.5 parts by mass of irregular alumina powder having an average particle size (BET method) of 2.2 μm, and 1.5 parts by mass of the organosilicon compound 1 synthesized in Example 1 as a dispersant (wetter). Next, 1.0 part by mass of a dimethylsiloxane-methylhydrogensiloxane copolymer capped with trimethylsiloxy groups at both molecular chain terminals, having a viscosity of 25 mPa·s and an average of four hydrogen atoms bonded to silicon atoms (SiH groups) per molecule, 0.03 parts by mass of trialicystine as an adhesion-imparting component, 0.2 parts by mass of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, and 0.02 parts by mass of 1-ethynyl-1-cyclohexanol as a curing reaction inhibitor were mixed into this rubber base, and finally 0.02 parts by mass of a 1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane complex of platinum having a platinum content of 0.5% by mass was mixed in to prepare thermally conductive silicone rubber composition 1.
［参考例２］
有機ケイ素化合物１の代わりに、有機ケイ素化合物２を１．５質量部使用した以外は参考例１と同様にして熱伝導性シリコーンゴム組成物２を得た。
[Reference Example 2]
A thermally conductive silicone rubber composition 2 was obtained in the same manner as in Example 1, except that 1.5 parts by mass of organosilicon compound 2 was used instead of organosilicon compound 1.
［参考例３］
有機ケイ素化合物１の代わりに、有機ケイ素化合物３を１．５質量部使用した以外は参考例１と同様にして熱伝導性シリコーンゴム組成物３を得た。
[Reference Example 3]
A thermally conductive silicone rubber composition 3 was obtained in the same manner as in Example 1, except that 1.5 parts by mass of organosilicon compound 3 was used instead of organosilicon compound 1.
［参考例４］
有機ケイ素化合物１の代わりに、有機ケイ素化合物４を１．５質量部使用した以外は参考例１と同様にして熱伝導性シリコーンゴム組成物４を得た。
[Reference Example 4]
A thermally conductive silicone rubber composition 4 was obtained in the same manner as in Example 1, except that 1.5 parts by mass of organosilicon compound 4 was used instead of organosilicon compound 1.
［参考例５］
有機ケイ素化合物１の代わりに、下記式：
Instead of the organosilicon compound 1, a compound represented by the following formula:
［熱伝導性シリコーンゴムの接着強さ］
熱伝導性シリコーンゴム組成物１、２、３、４又は５を、被着体｛株式会社パルテック製のアルミニウム板（ＪＩＳ Ｈ ４０００、Ａ１０５０Ｐ）｝の間に挟み込んだ後、１２０℃で６０分間加熱することにより硬化させ、熱伝導性シリコーンゴムを得て、これを初期試験体とした。なお、接着面積は２５ｍｍ×１０ｍｍとし、接着層の厚さは２ｍｍとした。この熱伝導性シリコーンゴムの引張りせん断接着強さをＪＩＳ Ｋ ６８５０の規定に従って測定した。また、得られた熱伝導性シリコーンゴムを８５℃ ８５％ＲＨの恒温恒湿機に１週間静置したものを高温高湿試験体とした。室温（２３℃）に戻した試験体の引張りせん断接着強さを測定し、初期と高温高湿試験後の接着強さを比較、判定した。初期と高温高湿試験後の接着強さの差が２倍未満であれば〇、２倍以上であれば×とした。
[Adhesive strength of thermally conductive silicone rubber]
The thermally conductive silicone rubber composition 1, 2, 3, 4 or 5 was sandwiched between the adherends {aluminum plates (JIS H 4000, A1050P) manufactured by Paltec Co., Ltd.} and then cured by heating at 120°C for 60 minutes to obtain a thermally conductive silicone rubber, which was used as an initial test specimen. The adhesive area was 25mm x 10mm, and the thickness of the adhesive layer was 2mm. The tensile shear adhesive strength of this thermally conductive silicone rubber was measured according to the provisions of JIS K 6850. The thermally conductive silicone rubber obtained was left in a thermostatic chamber at 85°C and 85% RH for one week to be used as a high-temperature, high-humidity test specimen. The tensile shear adhesive strength of the test specimen returned to room temperature (23°C) was measured, and the adhesive strength at the initial stage and after the high-temperature, high-humidity test were compared and judged. If the difference in adhesive strength between the initial stage and after the high-temperature, high-humidity test was less than twice, it was marked as ◯, and if it was more than twice, it was marked as x.
表１の結果より、参考例１～４は参考例と５比べて、初期と高温高湿試験後の接着強さの変化が少なく、本発明の有機ケイ素化合物が熱伝導性シリコーンゴムの接着性の変化を少なくするウエッターとして好適に用いることができることが示された。The results in Table 1 show that compared with Reference Examples 1 to 4 and 5, there was less change in adhesive strength between the initial stage and after the high temperature and high humidity test, indicating that the organosilicon compound of the present invention can be suitably used as a wetter to reduce changes in the adhesiveness of thermally conductive silicone rubber.
Claims (1)
A wetter for filling a curable silicone composition, comprising an organosilicon compound represented by the following formula (I):
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