【具体实施方式】
以下,对本发明进行详细说明。
[固化性有机硅组合物]
本发明涉及一种能够在低温下实用性地固化的固化性有机硅组合物,其包含:
(A)每一分子含有至少两个烯基和至少一个(SiO4/2)单元的树脂状含烯基有机聚硅氧烷;
(B)每一分子含有至少两个硅原子键合氢原子和至少一个(SiO4/2)单元的树脂状有机氢聚硅氧烷;
(C)氢化硅烷化反应用催化剂;以及
(D)固化反应抑制剂。
本发明的固化性有机硅组合物即使在低温下也能够在实际应用中有效地固化。作为固化温度,没有特别限定,例如为120℃以下,优选为100℃以下。此外,固化温度通常可以为常温以上。作为固化时间,没有特别限定,为实际应用中没有问题的时间,例如在60℃下固化的情况下,为60分钟以内,优选为50分钟以内,此外,例如在100℃下固化的情况下,优选为45分钟以内,更优选为30分钟以内。
本发明所涉及的固化性有机硅组合物的粘度没有特别限定,例如在25℃下为1000mPa·s以上,更优选为2000mPa·s以上,进一步优选为3000mPa·s以上,首选为3500mpa·s以上,特别优选为4000mPa·s以上。此外,本发明所涉及的固化性有机硅组合物的粘度,例如在25℃下可以为20000mpa·s以下,优选为18000mPa.s以下,更优选为15000mPa·s以下,进一步优选为12000mPa·s以下。另外,在本说明书中,粘度可以在25℃下通过依据JIS K7117-1的旋转粘度计来测定。
本发明所涉及的固化性有机硅组合物能够固化而形成高硬度的固化物。优选地,将本发明的固化性有机硅组合物固化而得到的固化物在25℃下的D型硬度计硬度为20以上,或优选为30以上。另外,该D型硬度计硬度依据JIS K 6253-1997“硫化橡胶以及热塑性橡胶的硬度试验方法”通过D型硬度计求出。
本发明所涉及的固化性有机硅组合物能够固化而形成具有良好透明性的固化物。具体地,本发明的固化性有机硅组合物的固化物在波长400nm至波长700nm下的透光率优选为80%以上,更优选为90%以上,特别优选为95%以上。另外,固化性有机硅组合物的固化物的透光率,例如可以通过利用分光光度计测定光路长度为1mm的固化物来求得。
以下,对各成分进行详细说明。
(A)树脂状含烯基有机聚硅氧烷
(A)成分为一分子中含有至少两个烯基和至少一个(SiO4/2)单元的树脂状含烯基有机聚硅氧烷。本发明所涉及的固化性有机硅组合物可以包含一种(A)成分,也可以组合使用两种以上(A)成分。
在本说明书中,树脂状是指分子结构中具有分支状或三维网状结构。(A)成分的树脂状含烯基有机聚硅氧烷在其分子结构中含有至少一个由RSiO4/2表示的硅氧烷单元(Q单元),也可以含有或不含有由SiO3/2表示的硅氧烷单元(T单元),优选不含有。
作为(A)成分中所含的烯基,可以例举乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基、辛烯基、壬烯基、癸烯基、十一烯基、十二烯基等碳原子数2~12的烯基,优选为乙烯基。
作为(A)成分中所含的烯基以外的与硅原子键合的基团,可以列举烯基以外的卤素取代或未取代的一价烃基,例如可以例举:甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基、环己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基等碳原子数1~12的烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等碳原子数6~20的芳基;苄基、苯乙基、苯丙基等碳原子数7~20的芳烷基;以及这些基团的氢原子的一部分或全部被氟原子、氯原子、溴原子等卤素原子取代的基团。另外,在不损害本发明目的的范围内,(A)成分中的硅原子上可以具有少量的羟基、甲氧基、乙氧基等烷氧基。(A)成分的烯基以外的与硅原子键合的基团优选选自碳原子数1~6的烷基、特别是甲基。
在本发明的一个实施方式中,(A)成分可以为
(A-1)由以下平均单元式(I)表示:(R1 3SiO1/2)a(R1 2SiO2/2)b(R1SiO3/2)c(SiO4/2)d(XO1/2)e
式(I)中,R1是相同或不同的卤素取代或未取代的一价烃基,其中,一分子中,至少两个R1为烯基,0≤a<1,0≤b<1,0≤c<0.9,0<d<0.8,0≤e<0.4,a+b+c+d=1.0。
作为上述式(I)中R1的卤素取代或未取代的一价烃基,可以例举:甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基、环己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基等碳原子数1~12的烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等碳原子数6~20的芳基;苄基、苯乙基、苯丙基等碳原子数7~20的芳烷基;乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基、辛烯基、壬烯基、癸烯基、十一烯基、十二烯基等碳原子数2~12的烯基;以及这些基团的氢原子的一部分或全部被氟原子、氯原子、溴原子等卤素原子取代的基团。在不损害本发明目的的范围内,R1也可以为少量的羟基、甲氧基、乙氧基等烷氧基。R1优选选自碳原子数1~6的烷基、特别是甲基、或者碳原子数2~6的烯基、特别是乙烯基。
在上述式(I)中,a优选为0.1≤a≤0.9的范围,更优选为0.3≤a≤0.6的范围,进一步优选为0.5≤a≤0.7的范围。在上述式(I)中,b优选为0≤b≤0.5的范围,更优选为0≤b≤0.3的范围,特别是0≤b≤0.1的范围。在上述式(I)中,c优选为0≤c≤0.5的范围,更优选为0≤c≤0.3的范围,特别是0≤c≤0.1的范围。在上述式(I)中,d优选为0.1≤d≤0.7的范围,更优选为0.2≤d≤0.6的范围,特别是0.3≤d≤0.5的范围。在上述式(I)中,e优选为0≤e≤0.15的范围,更优选为0≤e≤0.1的范围,特别是0≤e≤0.05的范围。
在本发明的优选实施方式中,(A)成分的树脂状含烯基有机聚硅氧烷在分子末端含有烯基。(A)成分的树脂状有机聚硅氧烷优选在由SiO1/2表示的硅氧烷单元(M单元)上含有烯基,也可以在分子链侧链(即由SiO2/2表示的硅氧烷单元(D单元)以及由SiO3/2表示的硅氧烷单元(T单元))上含有或不含有烯基,优选不含有。
在本发明的一个优选实施方式中,(A)成分的树脂状含烯基有机聚硅氧烷优选由M单元和由SiO4/2表示的硅氧烷单元(Q单元)构成,不含有D单元和T单元。因此,在本发明的一个优选实施方式中,(A)成分可以为
(A-2)由以下平均单元式(II)表示:(R1 3SiO1/2)a(SiO4/2)d(XO1/2)。
式中,R1是相同或不同的卤素取代或未取代的一价烃基,其中,一分子中,至少两个R1为烯基,0≤a<1,0<d<0.8,0≤e<0.4,a+d=1.0。
关于上述式(II)中的卤素取代或未取代的一价烃基、a、d和e为关于上述式(I)所说明的那样,可使用相同的记载。
烯基在(A)成分的全部硅原子键合有机基团中所占的含量没有特别限定,例如可以为硅原子键合有机基团的总量的1摩尔%以上,优选为2摩尔%以上,更优选为5摩尔%以上,另外,为硅原子键合有机基团的总量的30摩尔%以下,优选为20摩尔%以下,更优选为15摩尔%以下。另外,烯基的含量可以利用例如傅里叶变换红外分光光度计(FT-IR)、核磁共振(NMR)等分析法或以下的滴定法求得。
对通过滴定法来定量各成分中的烯基量的方法进行说明。有机聚硅氧烷成分中的烯基含量可以通过通常称为威杰斯法的滴定方法来精确定量。原理如下所述。首先,如式(1)所示,使有机聚硅氧烷原料中的烯基与一氯化碘进行加成反应。接着,通过式(2)所示的反应,使过量的一氯化碘与碘化钾反应而使碘游离。然后用硫代硫酸钠溶液滴定游离的碘。
式(1)CH2=CH-+2ICl→CH2I-CHCl-+ICl(过量)
式(2)ICl+KI→I2+KCl
可以根据滴定所需的硫代硫酸钠的量与另行制成的空白液之间的滴定量的差来定量成分中的烯基量。
(A)成分的有机聚硅氧烷的粘度没有特别限定,例如在25℃下为50mPa至1000mPa的范围内。在本说明书中,有机聚硅氧烷成分的粘度可以在25℃下通过依据JIS K7117-1的旋转粘度计来测定。
(A)成分的含量没有特别限定,基于本发明的固化性有机硅组合物中所含的全部有机聚硅氧烷成分的总质量,优选为1质量%以上,更优选为2质量%以上,进一步优选为3质量%以上,特别优选为4质量%以上。此外,基于全部有机聚硅氧烷成分的总质量,(A)成分的含量优选为40质量%以下,更优选为35质量%以下,进一步优选为30质量%以下,特别优选为25质量%以下。
(B)树脂状有机氢聚硅氧烷
(B)成分通过氢化硅烷化固化反应而作为固化性有机硅组合物的交联剂发挥作用,是每一分子具有至少两个硅原子键合氢原子、且具有树脂状结构的树脂状有机氢聚硅氧烷。本发明所涉及的固化性有机硅组合物可以包含一种(B)成分,也可以组合使用两种以上(B)成分。
(B)成分的树脂状有机氢聚硅氧烷在其分子结构中含有至少一个Q单元,也可以含有或不含有T单元,优选不含有。
作为(B)成分的氢原子以外的与硅原子键合的基团,可以列举烯基以外的卤素取代或未取代的一价烃基,例如可以例举:甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基、环己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基等碳原子数1~12的烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等碳原子数6~20的芳基;苄基、苯乙基、苯丙基等碳原子数7~20的芳烷基;以及这些基团的氢原子的一部分或全部被氟原子、氯原子、溴原子等卤素原子取代的基团。另外,在不损害本发明目的的范围内,(B)成分中的硅原子上可以具有少量的羟基、甲氧基、乙氧基等烷氧基。作为(B)成分的氢原子以外的与硅原子键合的基团,优选选自碳原子数1~6的烷基、特别是甲基。
在本发明的一个实施方式中,(B)成分可以为
(B-1)由以下平均单元式(III)表示的树脂状有机氢聚硅氧烷:(R2 3SiO1/2)a(R2 2SiO2/2)b(R2SiO3/2)c(SiO4/2)d(XO1/2)e
式中,R2为氢原子或者相同或不同的卤素取代或未取代的烯基以外的一价烃基,其中,至少两个R2为氢原子,X为氢原子或烷基,a、b、c、d和e为:0≤a<1.0,0≤b<1.0,0≤c<0.9,0<d<0.8,0≤e<0.4,且a+b+c+d=1.0。
作为上述式(III)中的R2的卤素取代或未取代的烯基以外的一价烃基,可以例举:甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基、环己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基等碳原子数1~12的烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等碳原子数6~20的芳基;苄基、苯乙基、苯丙基等碳原子数7~20的芳烷基;以及这些基团的氢原子的一部分或全部被氟原子、氯原子、溴原子等卤素原子取代的基团。在不损害本发明目的的范围内,R2也可以为少量的羟基、甲氧基、乙氧基等烷氧基。R2优选选自氢原子、碳原子数1~6的烷基、特别是甲基。
在(B)成分的上述式(III)中,X为氢原子或烷基。作为X的烷基,优选为碳原子数1~3的烷基,具体可以例举甲基、乙基和丙基。
在上述式(III)中,a优选为0.2≤a≤0.8的范围,更优选为0.3≤a≤0.7的范围,进一步优选为0.4≤a≤0.6的范围。在上述式(III)中,b优选为0≤b≤0.5的范围,更优选为0≤b≤0.3的范围,特别是0≤b≤0.1的范围。在上述式(III)中,c优选为0≤c≤0.5的范围,更优选为0≤c≤0.3的范围,特别是0≤c≤0.1的范围。在上述式(III)中,d优选为0.2≤d≤0.8的范围,更优选为0.3≤d≤0.7的范围,特别是0.4≤d≤0.6的范围。在上述式(III)中,e优选为0≤e≤0.3的范围,更优选为0≤e≤0.2的范围,特别是0≤e≤0.1的范围。
(B)成分优选在分子末端含有硅原子键合氢原子,此外,也可以在分子侧链上含有或者不含有硅原子键合氢原子,优选在分子侧链上不含有硅原子键合氢原子。优选地,(B)成分仅在分子末端含有硅原子键合氢原子。即,在本发明的一个实施方式中,(B)成分在M单元上具有硅原子键合氢原子,优选仅在M单元上具有硅原子键合氢原子。此外,在另一个实施方式中,(B)成分可以含有或者不含有T单元和D单元,优选不含有。
在本发明的一个优选实施方式中,(B)成分包含仅由M单元和Q单元构成的树脂状有机氢聚硅氧烷(B-2),该树脂状有机氢聚硅氧烷(B-2)可由以下平均单元式(IV)表示。
平均单元式(IV):(R2 3SiO1/2)a(SiO4/2)d(XO1/2)e
式中,R2、X、a、d和e与式(III)所说明的相同。
(B)成分的有机聚硅氧烷的粘度没有特别限定,例如在25℃下为1mPa至500mPa的范围内。
(B)成分的含量没有特别限定,基于本发明的固化性有机硅组合物中所含的全部有机聚硅氧烷成分的总质量,优选为0.5质量%以上,更优选为1质量%以上,进一步优选为1.5质量%以上,特别优选为2质量%以上。此外,基于全部有机聚硅氧烷成分的总质量,(B)成分的含量优选为30质量%以下,更优选为20质量%以下,进一步优选为15质量%以下。
<其他有机聚硅氧烷成分>
本发明所涉及的固化性有机硅组合物,除了上述(A)和(B)成分以外,可以包含以下其他有机聚硅氧烷成分。
(直链状含烯基有机聚硅氧烷)
本发明所涉及的固化性有机硅组合物,除了上述(A)和(B)成分以外,也可以包含直链状含烯基有机聚硅氧烷。本发明所涉及的固化性有机硅组合物可以包含一种直链状含烯基有机聚硅氧烷,也可以组合包含两种以上直链状含烯基有机聚硅氧烷。
作为直链状含烯基有机聚硅氧烷中所含的烯基,可以例举乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基、辛烯基、壬烯基、癸烯基、十一烯基、十二烯基等碳原子数2~12的烯基,优选为乙烯基。
在本发明的优选实施方式中,直链状含烯基有机聚硅氧烷具有至少一个芳基。作为芳基,可以是未取代或取代的,优选为碳原子数6~20的芳基,例如可以例举苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、蒽基、菲基、芘基、以及这些芳基的氢原子被甲基、乙基等烷基、甲氧基、乙氧基等烷氧基、氯原子、溴原子等卤素原子取代的基团。特别优选地,芳基是取代或未取代的苯基,更优选为未取代的苯基。
作为直链状含烯基有机聚硅氧烷中所含的烯基和芳基以外的与硅原子键合的基团,可以列举烯基和芳基以外的卤素取代或未取代的一价烃基,例如可以例举:甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基、环己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基等碳原子数1~12的烷基;苄基、苯乙基、苯丙基等碳原子数7~20的芳烷基;以及这些基团的氢原子的一部分或全部被氟原子、氯原子、溴原子等卤素原子取代的基团。
这样的直链状含烯基有机聚硅氧烷可以由以下的平均结构式(V)表示:
平均结构式(V):R3 3SiO(R3 2SiO)mSiR3 3
式(V)中,R3是相同或不同的卤素取代或未取代的一价烃基,其中,一分子中,至少两个R3为烯基,m为4至1000的整数。
作为R3的卤素取代或未取代的一价烃基,可以例举:甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基、环己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基等碳原子数1~12的烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等碳原子数6~20的芳基;苄基、苯乙基、苯丙基等碳原子数7~20的芳烷基;乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基、辛烯基、壬烯基、癸烯基、十一烯基、十二烯基等碳原子数2~12的烯基;这些基团的氢原子的一部分或全部被氟原子、氯原子、溴原子等卤素原子取代的基团。
上述式(V)中的m优选为10以上,更优选为40以上,特别优选为70以上,并且优选为500以下,更优选为300以下,进一步优选为200以下,特别优选为120以下。
在本发明的优选实施方式中,额外的直链状含烯基有机聚硅氧烷可以为在分子链两末端含有烯基的、分子链两末端被烯基封端的直链状有机聚硅氧烷。额外的直链状有机聚硅氧烷可以在分子链侧链(即由SiO2/2表示的硅氧烷单元(D单元))上含有或不含有烯基,优选不含有。
在本发明的优选实施方式中,额外的直链状含烯基有机聚硅氧烷在分子链侧链上含有硅原子键合芳基。额外的直链状有机聚硅氧烷可以在分子链末端(即由SiO1/2表示的硅氧烷单元(M单元))含有或不含有芳基,优选不含有。
烯基在直链状含烯基有机聚硅氧烷的全部硅原子键合有机基团中所占的含量没有特别限定,例如可以为硅原子键合有机基团的总量的0.01摩尔%以上,优选为0.1摩尔%以上,更优选为0.2摩尔%以上,并且可以为硅原子键合有机基团的总量的30摩尔%以下,优选为20摩尔%以下,更优选为10摩尔%以下。另外,烯基的含量可以利用例如傅里叶变换红外分光光度计(FT-IR)、核磁共振(NMR)等分析法或上述滴定法求得。
芳基在直链状含烯基有机聚硅氧烷中的全部硅原子键合有机基团中所占的量没有特别限定,例如可以为硅原子键合有机基团的总量的10摩尔%以上,优选为20摩尔%以上,更优选为30摩尔%以上,并且可以为硅原子键合有机基团的总量的70摩尔%以下,优选为60摩尔%以下,更优选为50摩尔%以下。另外,芳基的含量可以利用例如傅里叶变换红外分光光度计(FT-IR)、核磁共振(NMR)等分析求得。
直链状含烯基有机聚硅氧烷的含量没有特别限定,基于本发明的固化性有机硅组合物中所含的全部有机聚硅氧烷成分的总质量,优选为1质量%以上,更优选为2质量%以上,进一步优选为3质量%以上,特别优选为4质量%以上。此外,基于全部有机聚硅氧烷成分的总质量,直链状含烯基有机聚硅氧烷的含量优选为30质量%以下,更优选为20质量%以下,进一步优选为10质量%以下。(不含有Q单元的树脂状含烯基有机聚硅氧烷)
本发明所涉及的固化性有机硅组合物,除了上述(A)和(B)成分以外,也可以包含不含有Q单元的树脂状含烯基有机聚硅氧烷。本发明所涉及的固化性有机硅组合物可以包含一种不含有Q单元的树脂状含烯基有机聚硅氧烷,也可以组合包含两种以上不含有Q单元的树脂状含烯基有机聚硅氧烷。
不含有Q单元的树脂状含烯基有机聚硅氧烷可以是一分子中含有至少两个烯基的树脂状含烯基有机聚硅氧烷。此外,不含有Q单元的树脂状含烯基有机聚硅氧烷可以在一分子中含有或者不含有至少一个芳基。在一个优选实施方式中,本发明中可包含的树脂状含烯基有机聚硅氧烷在一分子中含有至少两个烯基和至少一个芳基。
不含有Q单元的树脂状含烯基有机聚硅氧烷在其分子结构中含有至少一个T单元。
作为不含有Q单元的树脂状含烯基有机聚硅氧烷中所含的烯基,可以例举与上述直链状含烯基有机聚硅氧烷中所含的烯基相同的基团。
这样的树脂状含烯基有机聚硅氧烷可以由以下的平均单元式(VI)表示:
平均单元式(VI):(R4 3SiO1/2)a(R4 2SiO2/2)b(R4SiO3/2)c(XO1/2)e
式(VI)中,R4是相同或不同的卤素取代或未取代的一价烃基,其中,一分子中,至少两个R4为烯基,X为氢原子或烷基,0≤a<1,0≤b<1,0<c<0.9,0≤e<0.4,a+b+c=1.0。
作为上述式(VI)中R4的卤素取代或未取代的一价烃基,可以例举:甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基、环己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基等碳原子数1~12的烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等碳原子数6~20的芳基;苄基、苯乙基、苯丙基等碳原子数7~20的芳烷基;乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基、辛烯基、壬烯基、癸烯基、十一烯基、十二烯基等碳原子数2~12的烯基;这些基团的氢原子的一部分或全部被氟原子、氯原子、溴原子等卤素原子取代的基团。在不损害本发明目的的范围内,R4也可以为少量的羟基、甲氧基、乙氧基等烷氧基。R4优选选自碳原子数6~20的芳基、特别是苯基、碳原子数1~6的烷基、特别是甲基、或者碳原子数2~6的烯基、特别是乙烯基。
在上述式(VI)中,X为氢原子或烷基。作为X的烷基,优选为碳原子数1~3的烷基,具体可以例举甲基、乙基和丙基。
在上述式(VI)中,a优选为0.1≤a≤0.8的范围,更优选为0.15≤e≤0.6的范围,进一步优选为0.2≤a≤0.5的范围。在上述式(VI)中,b优选为0≤b≤0.5的范围,更优选为0≤b≤0.3的范围,特别是0≤b≤0.1的范围。在上述式(VI)中,c优选为0.3≤c≤0.9的范围,更优选为0.45≤c≤0.85的范围,特别是0.6≤c≤0.8的范围。在上述式(VI)中,e优选为0≤e≤0.15的范围,更优选为0≤e≤0.1的范围,特别是0≤e≤0.05的范围。
不含有Q单元的含烯基树脂状有机聚硅氧烷优选为在分子末端含有烯基。优选地,不含有Q单元的含烯基树脂状有机聚硅氧烷在M单元上具有烯基,可以在D单元和/或T单元上含有或者不含有烯基,优选不含有。此外,不含有Q单元的含烯基树脂状有机聚硅氧烷可以含有或者不含有D单元,优选不含有。
烯基在不含有Q单元的树脂状含烯基有机聚硅氧烷中所含的全部硅原子键合有机基团中所占的含量没有特别限定,例如可以为硅原子键合有机基团的总量的1摩尔%以上,优选为2摩尔%以上,更优选为3摩尔%以上,并且可以为硅原子键合有机基团的总量的50摩尔%以下,优选为40摩尔%以下,更优选为35摩尔%以下。另外,烯基的含量可以利用例如傅里叶变换红外分光光度计(FT-IR)、核磁共振(NMR)等分析法或上述滴定法求得。
在本发明的一个实施方式中,在不含有Q单元的树脂状含烯基有机聚硅氧烷含有芳基的情况下,芳基在全部硅原子键合有机基团中所占的含量没有特别限定,例如可以为硅原子键合有机基团的总量的3摩尔%以上,优选为7摩尔%以上,更优选为10摩尔%以上,并且可以为硅原子键合有机基团的总量的60摩尔%以下,优选为50摩尔%以下,更优选为40摩尔%以下。另外,芳基的含量可以利用例如傅里叶变换红外分光光度计(FT-IR)、核磁共振(NMR)等分析求得。
不含有Q单元的树脂状含烯基有机聚硅氧烷的含量没有特别限定,基于本发明的固化性有机硅组合物的全部有机聚硅氧烷成分的总质量,优选为10质量%以上,更优选为20质量%以上,进一步优选为30质量%以上,并且,例如基于全部有机聚硅氧烷成分的总质量,可以为80质量%以下,优选为70质量%以下,更优选为60质量%以下的量。
(直链状有机氢聚硅氧烷)
本发明所涉及的固化性有机硅组合物,除了上述(A)和(B)成分以外,也可以包含直链状有机氢聚硅氧烷。本发明所涉及的固化性有机硅组合物可以包含一种直链状有机氢聚硅氧烷,也可以组合包含两种以上直链状有机氢聚硅氧烷。
直链状有机氢聚硅氧烷在一分子中含有至少两个硅原子键合氢原子。此外,优选地,额外的直链状有机氢聚硅氧烷在一分子中含有至少一个芳基。
作为直链状有机氢聚硅氧烷中可含有的芳基,可以是未取代或取代的,优选为碳原子数6~20的芳基,例如可以例举苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、蒽基、菲基、芘基、以及这些芳基的氢原子被甲基、乙基等烷基、甲氧基、乙氧基等烷氧基、氯原子、溴原子等卤素原子取代的基团。特别优选地,芳基是取代或未取代的苯基,更优选为未取代的苯基。
作为直链状有机氢聚硅氧烷中可含有的其他硅原子键合有机基团,可以列举烯基以外的卤素取代或未取代的一价烃基,例如可以例举:甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基、环己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基等碳原子数1~12的烷基;苄基、苯乙基、苯丙基等碳原子数7~20的芳烷基;以及这些基团的氢原子的一部分或全部被氟原子、氯原子、溴原子等卤素原子取代的基团。另外,在不损害本发明目的的范围内,也可以具有少量的羟基、甲氧基、乙氧基等烷氧基。直链状有机氢聚硅氧烷中所含的与硅原子键合的有机基团优选选自碳原子数6~20的芳基、特别是苯基、碳原子数1~6的烷基、特别是甲基。
在本发明的一个实施方式中,在固化性有机硅组合物包含直链状有机氢聚硅氧烷的情况下,该直链状有机氢聚硅氧烷可以由以下平均结构式(VII)表示。
平均结构式(VII):R5 3SiO(R5 2SiO)mSiR5 3
式中,R5为氢原子或者相同或不同的卤素取代或未取代的烯基以外的一价烃基,其中,一分子中,至少两个R5为氢原子,m为1至100的整数。
作为上述式(VII)中的R5的卤素取代或未取代的烯基以外的一价烃基,可以例举:甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基、环己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基等碳原子数1~12的烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等碳原子数6~20的芳基;苄基、苯乙基、苯丙基等碳原子数7~20的芳烷基;以及这些基团的氢原子的一部分或全部被氟原子、氯原子、溴原子等卤素原子取代的基团。在不损害本发明目的的范围内,R5也可以为少量的羟基、甲氧基、乙氧基等烷氧基。R5优选选自氢原子、碳原子数6~20的芳基、特别是苯基、碳原子数1~6的烷基、特别是甲基。
上述式(VII)中的m优选为50以下,更优选为20以下,进一步优选为10以下,特别优选为5以下。
在本发明的优选实施方式中,直链状有机氢聚硅氧烷在分子链两末端含有硅原子键合氢原子。直链状有机氢聚硅氧烷在M单元上具有硅原子键合氢原子,可以在D单元上含有或者不含有硅原子键合氢原子,优选为不含有。
额外的直链状有机氢聚硅氧烷优选为在分子链侧链上含有硅原子键合芳基。直链状有机聚硅氧烷可以在分子链末端含有或者不含有芳基,优选为不含有。
在本发明的一个实施方式中,在直链状有机氢聚硅氧烷含有芳基的情况下,芳基在全部硅原子键合有机基团中所占的含量没有特别限定,例如可以为硅原子键合有机基团的总量的10摩尔%以上,优选为15摩尔%以上,更优选为20摩尔%以上,并且可以为硅原子键合有机基团的总量的50摩尔%以下,优选为40摩尔%以下,更优选为30摩尔%以下。另外,芳基的含量可以利用例如傅里叶变换红外分光光度计(FT-IR)、核磁共振(NMR)等分析求得。
直链状有机氢聚硅氧烷的含量没有特别限定,基于本发明的固化性有机硅组合物的全部有机聚硅氧烷成分的总质量,优选为3质量%以上,更优选为5质量%以上,进一步优选为10质量%以上,并且基于全部有机聚硅氧烷成分的总质量,可以为30质量%以下,更优选为25质量%以下,进一步优选为20质量%以下的量。
(含环氧基树脂状有机聚硅氧烷)
在又一个实施方式中,本发明的固化性有机硅组合物也可以包含含环氧基树脂状有机聚硅氧烷,该含环氧基树脂状有机聚硅氧烷可以由以下平均单元式(VIII)表示:(R6 3SiO1/2)a(R6 2SiO2/2)b(R6SiO3/2)c(SiO4/2)d(XO1/2)e
式中,R6是相同或不同的卤素取代或未取代的一价烃基或含环氧基有机基团,其中,至少一个R6为含环氧基有机基团,X为氢原子或烷基,0≤a<1,0≤b<1,0≤c<0.9,0≤d<0.5,0≤e<0.4,a+b+c+d=1.0,并且,c+d>0。
在上述式(VIII)中,R6优选选自甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基、环己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基等碳原子数1~12的烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等碳原子数6~20的芳基;乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基、辛烯基、壬烯基、癸烯基、十一烯基、十二烯基等碳原子数2~12的烯基;这些基团的氢原子的一部分或全部被氟原子、氯原子、溴原子等卤素原子取代的基团、以及含环氧基有机基团。作为含环氧基基团,例如可以例举:2-环氧丙氧基乙基、3-环氧丙氧基丙基、4-环氧丙氧基丁基等环氧丙氧基烷基;2-(3,4-环氧环己基)-乙基、3-(3,4-环氧环己基)-丙基等环氧环烷基烷基;3,4-环氧丁基、7,8-环氧辛基等环氧烷基,优选为环氧丙氧基烷基,特别优选为3-环氧丙氧基丙基。
在上述式(VIII)中,a优选为0≤a≤0.8的范围,更优选为0.05≤a≤0.6的范围,特别是0.1≤a≤0.4的范围。在式(VIII)中,b优选为0≤b≤0.9的范围,更优选为0.1≤b≤0.8的范围,特别是0.2≤b≤0.7的范围。在式(VIII)中,c优选为0≤c≤0.9的范围,更优选为0.1≤c≤0.85的范围,特别是0.2≤c≤0.8的范围。在式(VIII)中,d优选为0≤d≤0.7的范围,更优选为0≤d≤0.5的范围,进一步优选为0≤d≤0.2的范围。在式(VIII)中,e优选为0≤e≤0.3的范围,更优选为0≤e≤0.2的范围,特别是0≤e≤0.1的范围。
在优选实施方式中,含环氧基树脂状有机聚硅氧烷在R6上含有烯基。烯基在含环氧基树脂状有机聚硅氧烷中的全部硅原子键合有机基团中所占的量没有特别限定,优选为1摩尔%以上,更优选为2摩尔%以上,进一步优选为3摩尔%以上,并且例如为30摩尔%以下,优选为25摩尔%以下,更优选为20摩尔%以下。
在优选实施方式中,含环氧基有机基团在含环氧基树脂状有机聚硅氧烷中的全部硅原子键合有机基团中所占的量没有特别限定,优选为1摩尔%以上,更优选为5摩尔%以上,进一步优选为10摩尔%以上,并且例如为50摩尔%以下,优选为40摩尔%以下,更优选为30摩尔%以下。另外,含环氧基有机基团的量可以利用例如傅里叶变换红外分光光度计(FT-IR)、核磁共振(NMR)等分析求得。
本发明所涉及的固化性有机硅组合物可以包含一种含环氧基树脂状有机聚硅氧烷,也可以组合包含两种以上含环氧基树脂状有机聚硅氧烷。
含环氧基树脂状有机聚硅氧烷的量没有特别限定,在本发明的固化性有机硅组合物包含含环氧基树脂状有机聚硅氧烷的情况下,基于全部有机聚硅氧烷成分的总质量,优选为0.1质量%以上,更优选为0.5质量%以上,进一步优选为1质量%以上,并且基于全部有机聚硅氧烷成分的总质量,可以为10质量%以下,更优选为8质量%以下,进一步优选为5质量%以下的量。
(环状有机聚硅氧烷成分)
在一个实施方式中,本发明所涉及的固化性有机硅组合物也可以包含环状有机聚硅氧烷,该环状有机聚硅氧烷可以由以下单元式(IX)表示。
单元式(IX):(R7 2SiO)n
式中,R7各自独立地为卤素取代或未取代的一价烃基,n为25℃下的粘度为1000mPa以下的数。另外,粘度可以通过依据JIS K7117-1的旋转粘度计来测定。
在上述式(IX)中,作为R7的卤素取代或未取代的一价烃基,可以例举:甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基、环己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基等碳原子数1~12的烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等碳原子数6~20的芳基;苄基、苯乙基、苯丙基等碳原子数7~20的芳烷基;乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基、辛烯基、壬烯基、癸烯基、十一烯基、十二烯基等碳原子数2~12的烯基;这些基团的氢原子的一部分或全部被氟原子、氯原子、溴原子等卤素原子取代的基团。在不损害本发明目的的范围内,R7也可以为少量的羟基、甲氧基、乙氧基等烷氧基。
在一个实施方式中,环状有机聚硅氧烷可以每一分子含有至少两个烯基。在环状有机聚硅氧烷在硅原子键合有机基团中含有烯基的情况下,烯基在全部硅原子键合有机基团中所占有的量没有特别限定,例如为10摩尔%以上,优选为20摩尔%以上,更优选为30摩尔%以上。此外,烯基在额外的环状有机聚硅氧烷的硅原子键合有机基团中所占有的量例如为80摩尔%以下,优选为70摩尔%以下,进一步优选为60摩尔%以下。
环状有机聚硅氧烷的量没有特别限定,在本发明的固化性有机硅组合物包含环状有机聚硅氧烷的情况下,基于全部有机聚硅氧烷成分的总质量,优选为1质量%以上,更优选为2质量%以上,进一步优选为3质量%以上,并且基于全部有机聚硅氧烷成分的总质量,可以为30质量%以下,更优选为20质量%以下,进一步优选为10质量%以下的量。
在本发明的固化性有机硅组合物中,有机聚硅氧烷成分中所含的硅原子键合烯基和硅原子键合氢原子的比率没有特别限定,例如相对于固化性有机硅组合物中的1摩尔硅原子键合烯基,硅原子键合氢原子可以为0.3摩尔以上,优选为0.5摩尔以上,更优选为0.7摩尔以上的量,并且例如相对于固化性有机硅组合物中的1摩尔硅原子键合烯基,硅原子键合氢原子可以为5摩尔以下,优选为4摩尔以下,更优选为3摩尔以下,进一步优选为2摩尔以下,特别优选为1.8摩尔以下的量。
(C)氢化硅烷化反应用催化剂
(C)成分的氢化硅烷化反应用催化剂是用于促进本发明的固化性有机硅组合物的固化的催化剂。作为这样的(C)成分,例如可以列举:氯铂酸、氯铂酸的醇溶液、铂与烯烃的络合物、铂与1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷的络合物、负载有铂的粉体等铂类催化剂;四(三苯基膦)钯、钯黑、与三苯基膦的混合物等钯类催化剂;以及铑类催化剂,特别优选为铂类催化剂。
(C)成分的配合量是催化量,更具体地,在使用铂类催化剂作为(C)成分的情况下,相对于本发明的固化性有机硅组合物的总质量,铂原子的量优选为0.01ppm以上,更优选为0.1ppm以上,进一步优选为1ppm以上,并且相对于本发明的固化性有机硅组合物的总质量,铂原子的量可以优选为20ppm以下,更优选为15ppm以下,进一步优选为10ppm以下,特别优选为5ppm以下的量。
(D)固化反应抑制剂
(D)成分的固化反应抑制剂是用于抑制固化性有机硅组合物的氢化硅烷化反应的成分。作为这样的固化反应抑制剂,例如可以例举:2-甲基-3-丁炔-2-醇、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇、2-苯基-3-丁炔-2-醇、1-乙炔基-1-环己醇等炔醇;3-甲基-3-戊烯-1-炔、3,5-二甲基-3-己烯-1-炔等烯炔化合物;四甲基四乙烯基环四硅氧烷、四甲基四己烯基环四硅氧烷等含烯基低分子量硅氧烷;甲基-三(1,1-二甲基丙炔基氧基)硅烷、乙烯基-三(1,1-二甲基丙炔基氧基)硅烷等炔基氧基硅烷。优选地,(D)成分选自炔醇,特别优选为1-乙炔基-1-环己醇。
(D)固化反应抑制剂的含量没有限定,基于本发明的固化性有机硅组合物的总质量,优选为100ppm以上,更优选为200ppm以上,进一步优选为300ppm以上,特别优选为400ppm以上的量,并且相对于本组合物的总质量,优选为50000ppm以下,更优选为30000ppm以下,进一步优选为20000ppm以下的量。
本发明的固化性有机硅组合物可以在不损害本发明目的的范围内配合任意成分。作为该任意成分,例如可以列举乙炔化合物、有机磷化合物、含乙烯基硅氧烷化合物、粉碎石英、二氧化硅、氧化钛、碳酸镁、氧化锌、氧化铁、硅藻土等无机填充剂以及通过有机硅化合物对这样的无机填充剂的表面进行疏水处理而获得的无机填充剂、不含硅原子键合氢原子和硅原子键合烯基的有机聚硅氧烷、增粘剂、耐热剂、耐寒剂、导热性填充剂、阻燃剂、触变剂、荧光体、炭黑等颜料和染料等着色成分、溶剂等。
无机填充剂中,作为二氧化硅,例如可以列举气相二氧化硅、湿式二氧化硅、结晶二氧化硅、沉淀二氧化硅等。此外,二氧化硅也可以用有机烷氧基硅烷化合物、有机氯硅烷化合物、有机硅氮烷化合物和低分子量硅氧烷化合物等有机硅化合物或硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂等进行表面疏水化处理。
基于本发明的组合物的总质量,无机填充剂可以优选以0.1质量%以上、更优选以1质量%以上、进一步优选以3质量%以上的量包含在本发明的固化性有机硅组合物中,并且可以优选以20质量%以下、更优选以15质量%以下、进一步优选以10质量%以下的量包含在本发明的固化性有机硅组合物中。
本发明的固化性有机硅组合物可以通过混合各成分来制备。各成分的混合方法可以是以往公知的方法,没有特别限定,但通常通过单纯的搅拌而成为均匀的混合物。此外,在包含无机填充剂等固体成分作为任意成分的情况下,更优选使用混合装置进行混合。作为这样的混合装置,没有特别限定,可以例举单轴或双轴的连续混合机、三辊轧机、罗斯搅拌机、霍巴特搅拌机、牙科搅拌机、行星搅拌机、捏合搅拌机、亨舍尔搅拌机等。
本发明的固化性有机硅组合物即使在低温下也显示出实际应用中有效的固化性,固化时的形状变化小、收缩率低,并且能够在短时间内固化而形成固化物。因此,本发明的固化性有机硅组合物在固化时不需要在高温下长时间加热,因此可以通过在低温下短时间内的加热而防止固化时密封形状变形。此外,本发明的固化性有机硅组合物能够形成透明且高硬度的固化物。因此,尤其可用作半导体元件、特别是光半导体元件的密封材料。
[密封材料、薄膜]
本发明还涉及一种使用本发明的固化性有机硅组合物的半导体用密封材料。本发明的密封材料的形状没有特别限定,优选为圆顶状或片状。由本发明的密封材料或薄膜密封的半导体没有特别限定,例如可以列举SiC、GaN等半导体、特别是功率半导体或发光二极管等光半导体。
根据本发明的密封材料,由于使用了本发明的固化性有机硅组合物,因此即使在低温下也显示出实际应用中有效的固化性,因此能够在低温下密封半导体元件。因此,能够防止因高温加热而使密封材料变形、或者半导体元件因热而受到损伤。此外,根据本发明的密封材料,由于使用了本发明的固化性有机硅组合物,因此能够形成透明且高硬度的固化物。能够制造可靠性优异的半导体封装。
[光半导体元件]
本发明还涉及一种具备本发明的密封材料的光半导体元件。作为光半导体元件,可以例举发光二极管(LED)、半导体激光器、光电二极管、光电晶体管、固态摄像、光耦合器用发光体和感光体,特别优选为发光二极管(LED)。
发光二极管(LED)从光半导体元件的上下左右进行发光,因此构成发光二极管(LED)的部件不优选吸收光的材料,而优选透光率高或反射率高的材料。因此,搭载光半导体元件的基板也优选透光率高或反射率高的材料。作为搭载这样的光半导体元件的基板,例如可以例举:银、金和铜等导电性金属;铝和镍等非导电性金属;PPA和LCP等混合有白色颜料的热塑性树脂;环氧树脂、BT树脂、聚酰亚胺树脂和有机硅树脂等含有白色颜料的热固化性树脂;氧化铝和氮化铝等陶瓷。
本发明的光半导体元件通过本发明的密封材料进行密封,因此可靠性优异。
【实例】
通过以下的实例和对比实例对本发明的固化性有机硅组合物进行详细说明。
[实例1~4和对比实例1~4]
将各成分按表所示的组成(重量份)进行混合,制备固化性有机硅组合物。另外,下文中Me表示甲基,Vi表示乙烯基,Ph表示苯基,Ep表示3-环氧丙氧基丙基。此外,表中简化示出了有机聚硅氧烷成分的结构,括号内示出了M、D或T单元中的除Me以外的官能团。此外,H/Vi表示有机聚硅氧烷成分中的硅原子键合氢原子(H)与乙烯基(Vi)的摩尔比。
(成分a:含烯基有机聚硅氧烷)
成分a-1:由平均结构式ViMe2SiO(PhMeSiO)20SiMe2Vi表示的直链状含烯基有机聚硅氧烷
成分a-2:由平均结构式ViMe2SiO(Me2SiO)60(Ph2SiO)30SiMe2Vi表示的直链状含烯基有机聚硅氧烷
成分a-3:由平均单元式(Me3SiO1/2)5(ViMe2SiO1/2)17(MeSiO3/2)39(PhSiO3/2)39表示的树脂状含烯基有机聚硅氧烷
成分a-4:由平均单元式(Me3SiO1/2)14(ViMe2SiO1/2)11(MeSiO3/2)53(PhSiO3/2)22表示的树脂状含烯基有机聚硅氧烷
成分a-5:由平均单元式(Me3SiO1/2)45(ViMe2SiO1/2)15(SiO4/2)40表示的树脂状含烯基有机聚硅氧烷
成分a-6:由平均单元式(ViMe2SiO1/2)25(PhSiO3/2)75(EpMeSiO2/2)40表示的树脂状含烯基和环氧基有机聚硅氧烷
成分a-7:由平均单元式(ViMeSiO2/2)4表示的环状含烯基有机聚硅氧烷
成分a-8:由平均单元式(ViMe2SiO1/2)25(PhSiO3/2)75表示的树脂状含烯基有机聚硅氧烷
成分a-9:由平均结构式ViMe2SiO(Me2SiO)150SiMe2Vi表示的直链状含烯基有机聚硅氧烷
成分a-10:由平均结构式ViMe2SiO(Me2SiO)530SiMe2Vi表示的直链状含烯基有机聚硅氧烷
成分a-11:由平均单元式(ViMe2SiO1/2)11(Me3SiO1/2)34(SiO4/2)55表示的树脂状含烯基有机聚硅氧烷
(成分b:有机氢聚硅氧烷)
成分b-1:由平均单元式(HMe2SiO1/2)60(PhSiO3/2)40表示的树脂状有机氢聚硅氧烷
成分b-2:由平均单元式(HMe2SiO1/2)(SiO4/2)表示的树脂状有机氢聚硅氧烷
成分b-3:由平均结构式HMe2SiO(Ph2SiO)SiMe2H表示的直链状有机氢聚硅氧烷
成分b-4:由平均结构式Me3SiO(MeHSiO)50SiMe3表示的直链状有机氢聚硅氧烷
成分c:铂浓度为4.0质量%的铂与1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷的络合物
成分d:1-乙炔基-2-环己醇
成分e:气相二氧化硅
[评价]
关于得到的实例和对比实例的固化性有机硅组合物,如下述那样评价粘度、低温(60、100℃)下的固化性、固化前后的形状变化、热收缩率、固化物的硬度、固化物的透光率和LED器件上的老化(150℃)后的外观。另外,对比实例4的组合物由于成分不相溶,因此不进行以下的评价。
<粘度>
关于得到的固化性有机硅组合物,在25℃下通过依据JIS K7117-1的旋转粘度计来测定粘度。
<低温下的固化性>
关于得到的固化性有机硅组合物,评价低温(60℃或100℃)下的固化的行为。具体地,在60℃或100℃的恒温槽中放置规定时间,测定到组合物固化为止的时间。将在60℃或100℃下在1小时内固化的有机硅作为成形加工性优异的有机硅。
<形状变化>
关于得到的固化性有机硅组合物,将通过点胶成型以约1mm的高度涂布在玻璃基板上的有机硅在恒温槽中在100℃下固化60分钟,测量固化物的高度变化,计算出固化前后的形状变化率。将固化物的高度变化为10%以下的作为形状稳定的有机硅。
<热收缩率>
关于得到的固化性有机硅组合物,将1mm厚的片材通过60℃或100℃的热压成型加热60分钟而成型(在100℃下60分钟无法完全固化的,在150℃下实施),测量固化后片材的尺寸,计算自模具起的收缩率。模具的内部尺寸为120mm×120mm。将1%以下的有机硅作为尺寸稳定性较佳的有机硅。
<固化物的硬度>
通过将得到的固化性有机硅组合物在60℃或100℃下加压成型60分钟,制作片状固化物。通过JIS K 6253-1997“硫化橡胶以及热塑性橡胶的硬度试验方法”规定的D型硬度计测定该片状固化物在25℃下的硬度。
<固化物的透光率>
将得到的固化性有机硅组合物放入两片透明玻璃板之间,并在60℃或100℃下加热1小时进行固化,制成光路长度1mm的试验体。使用能够在可见光(波长400nm至700nm)的范围内以任意波长测定的自动记录分光光度计,在25℃下测定该试验体的透光率。另外,表1中记载了波长450nm下的透光率的值。
<固化物老化后的外观观察>
将得到的固化性有机硅组合物涂布在LED基板上,并在60℃或100℃的恒温槽中加热60分钟进行成型。观察将得到的片材在150℃下老化1000小时后的外观,观察有无开裂或脱层。
以上的评价结果如下表所示。
【表1】
表1
由以上结果可知,本发明的固化性有机硅组合物在低温下在60分钟以内固化,因此即使在低温下也能够显示出实际应用中有效的固化性。此外,得到的固化物在固化时的形状变化小、收缩率低,并且能够显示出高硬度和透明性。
【产业上的可利用性】
本发明的固化性有机硅组合物即使在低温下也显示出实际应用中有效的固化性,固化时的收缩率低,并且能够在短时间内固化,能够提供高硬度且透明的固化物,因此在制造半导体封装时的圆顶状或片状密封材料用途中非常有用。