(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記組成物が、明細書の特性評価法における方法により測定された、120℃にて10Pa〜500,000Paの範囲の貯蔵弾性率(G’)及び120℃にて10Pa〜500,00Paの範囲の損失弾性率(G”)を有する、請求項21に記載の固体組成物。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本開示は、オルガノシロキサンブロックコポリマー、これらのブロックコポリマーから誘導される硬化性組成物及び固体組成物に関する。このオルガノシロキサンブロックコポリマーは、
40〜90モルパーセントの式[R
12SiO
2/2]のジシロキシ単位と、
10〜60モルパーセントの式[R
2SiO
3/2]のトリシロキシ単位と、
0.5〜35モルパーセントのシラノール基[≡SiOH]と、を含み、
式中、R
1は独立してC
1〜C
30ヒドロカルビルであり、
R
2は独立してC
1〜C
20ヒドロカルビルであり、
ここで、
ジシロキシ単位[R
12SiO
2/2]は、直鎖状ブロック当たり平均で10〜400個のジシロキシ単位[R
12SiO
2/2]を有する直鎖状ブロックの中に配置され、
トリシロキシ単位[R
2SiO
3/2]は、少なくとも500g/モルの分子量を有する非直鎖状ブロックの中に配置され、この非直鎖状ブロックの少なくとも30%は互いに架橋されており、
各直鎖状ブロックは少なくとも1つの非直鎖状ブロックに連結されており、
このオルガノシロキサンブロックコポリマーは少なくとも20,000g/モルの分子量を有する。
【0011】
本開示は、「樹脂−直鎖状」オルガノシロキサンブロックコポリマーとして本明細書に記載されるオルガノポリシロキサンに関する。オルガノポリシロキサンは、(R
3SiO
1/2)、(R
2SiO
2/2)、(RSiO
3/2)又は(SiO
4/2)シロキシ単位から独立して選択されるシロキシ単位を含有するポリマーであり、式中、Rは任意の有機基であり得る。これらのシロキシ単位は一般にそれぞれ、M、D、T及びQ単位と称される。これらのシロキシ単位は、様々な方法で組み合わせて、環状、直鎖状又は分枝状構造を生成することができる。得られる高分子構造の化学的及び物理的特性は、オルガノポリシロキサン内のシロキシ単位の数及び種類に応じて異なる。「直鎖状」オルガノポリシロキサンは、典型的には、主としてDすなわち(R
2SiO
2/2)シロキシ単位を含有し、その結果、このポリジオルガノシロキサン内のD単位の数により示される「重合度」すなわちDPに応じ様々な粘度の流体となるポリジオルガノシロキサンを生じる。「直鎖状」オルガノポリシロキサンは、典型的には、25℃よりも低いガラス転移温度(T
g)を有する。「樹脂」オルガノポリシロキサンは、シロキシ単位の大半がT又はQシロキシ単位から選択される場合に生じる。主にTシロキシ単位を使用してオルガノポリシロキサンを調製する場合には、多くの場合、得られるオルガノシロキサンは「シルセスキオキサン樹脂」と称される。オルガノポリシロキサン内のT又はQシロキシ単位の量が増えると、典型的には、硬さの増加した及び/又はガラスのような特性を有するポリマーが生じる。「樹脂」オルガノポリシロキサンは、したがって、より高いT
g値を有し、例えば、シロキサン樹脂は多くの場合、50℃よりも高いT
g値を有する。
【0012】
本明細書で使用するとき、「樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマー」は、「樹脂」Tシロキシ単位と組み合わせた「直鎖状」Dシロキシ単位を含有するオルガノポリシロキサンを指す。本発明のオルガノシロキサンコポリマーは、「ランダム」コポリマーとは対照的に、「ブロック」コポリマーである。同様に、本発明の「樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマー」は、D及びTシロキシ単位を含有するオルガノポリシロキサンを指し、ここで、D単位はまず一緒に結合して10〜400個のD単位を有する高分子鎖を形成し、これは本明細書では「直鎖状ブロック」と称される。T単位はまず互いに結合して分枝状高分子鎖を形成し、これは「非直鎖状ブロック」と称される。かなりの数のこれらの非直鎖状ブロックは、更に凝集して、「ナノドメイン」を形成し、このとき、ブロックコポリマーの固体形状がもたらされる。より具体的には、ジシロキシ単位[R
12SiO
2/2]は直鎖状ブロック当たり平均で10〜400個のジシロキシ単位[R
12SiO
2/2]を有する直鎖状ブロックの中に配置され、トリシロキシ単位[R
2SiO
3/2]は少なくとも500g/molの分子量を有する非直鎖状ブロックの中に配置され、非直鎖状ブロックの少なくとも30%は互いに架橋されている。
【0013】
40〜90モルパーセントの式[R
12SiO
2/2]のジシロキシ単位と10〜60モルパーセントの式[R
2SiO
3/2]のトリシロキシ単位とを含む本発明のオルガノシロキサンブロックコポリマーは、式[R
12SiO
2/2]
a[R
2SiO
3/2]
bにより表すことができ、式中、添字a及びbは、コポリマー内のシロキシ単位のモル分率を表すものとし、
aは0.4〜0.9、
あるいは0.5〜0.9、
あるいは0.6〜0.9で変化するものとし、
bは0.1〜0.6、
あるいは0.1〜0.5、
あるいは0.1〜0.4で変化するものとし、
R
1は独立してC
1〜C
30ヒドロカルビルであり、
R
2は独立してC
1〜C
10ヒドロカルビルであり、
【0014】
本発明のオルガノシロキサンブロックコポリマーは、Mシロキシ単位、Qシロキシ単位、他の特異なD又はTシロキシ単位(例えば、R
1又はR
2以外の有機基を有する)などの追加のシロキシ単位を含有してもよいが、但し、このオルガノシロキサンブロックコポリマーは上記の通りのモル分率のジシロキシ及びトリシロキシ単位を含有しているということが理解されるべきである。換言すれば、添字a及びbにより示されるモル分率の和は、必ずしも合計して1にならなければならないわけではない。a+bの和は、オルガノシロキサンブロックコポリマー内に存在し得る少量の他のシロキシ単位を考慮した場合に1未満になってもよい。あるいは、a+bの和は、0.6超、あるいは0.7超、あるいは0.8超、あるいは0.9超である。
【0015】
一実施形態では、オルガノシロキサンブロックコポリマーは、式[R
12SiO
2/2]のジシロキシ単位と式[R
2SiO
3/2]のトリシロキシ単位とから本質的になるが、一方でまた0.5〜25モルパーセントのシラノール基[≡SiOH]も含有し、式中、R
1及びR
2は上記に定義されている通りである。それゆえに、一実施形態では、a+bの和(モル分率を使用してコポリマー内のジシロキシ及びトリシロキシ単位の量を表す場合)は、0.95超、あるいは0.98超である。
【0016】
樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーはまた、シラノール基(≡SiOH)を含有する。オルガノシロキサンブロックコポリマー上に存在するシラノール基の量は、0.5〜35モルパーセントのシラノール基[≡SiOH]、
あるいは2〜32モルパーセントのシラノール基[≡SiOH]、
あるいは8〜22モルパーセントのシラノール基[≡SiOH]で変化するものとする。
シラノール基は、オルガノシロキサンブロックコポリマー内の任意のシロキシ単位上に存在し得る。上記の量は、オルガノシロキサンブロックコポリマー内に見出されるシラノール基の合計量を表す。しかしながら、本発明者らは、シラノール基の大半は、トリシロキシ単位、すなわち、ブロックコポリマーの樹脂成分、の上に存在すると考えている。いかなる理論にも束縛されるものではないが、本発明者らは、シラノール基はオルガノシロキサンブロックコポリマーの樹脂成分上に存在して、高温にて更に反応又は硬化すると考えている。
【0017】
上記ジシロキシ単位の式中、R
1は独立して、C
1〜C
30ヒドロカルビルである。この炭化水素基は独立して、アルキル、アリール又はアルキルアリール基であり得る。本明細書で使用するとき、ヒドロカルビルはまた、ハロゲン置換ヒドロカルビルを含む。R
1はC
1〜C
30アルキル基であり得、あるいはR
1はC
1〜C
18アルキル基であり得る。あるいは、R
1は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル又はヘキシルなどのC
1〜C
6アルキル基であり得る。あるいは、R
1はメチルであり得る。R
1は、フェニル、ナフチル又はアンスリル基などのアリール基であり得る。あるいは、R
1は、前述のアルキル又はアリール基の任意の組み合わせであり得る。あるいは、R
1は、フェニル、メチル又はこれらの組み合わせである。
【0018】
上記トリシロキシ単位の式中、各R
2は独立して、C
1〜C
20ヒドロカルビルである。本明細書で使用するとき、ヒドロカルビルはまた、ハロゲン置換ヒドロカルビルを含む。R
2は、フェニル、ナフチル又はアンスリル基などのアリール基であり得る。あるいは、R
2は、メチル、エチル、プロピル又はブチルなどのアルキル基であり得る。あるいは、R
2は、前述のアルキル又はアリール基の任意の組み合わせであり得る。あるいは、R
2は、フェニル又はメチルである。
【0019】
本発明のオルガノシロキサンブロックコポリマーを説明するために本明細書で使用するとき、モル分率を使用する式[R
12SiO
2/2]
a[R
2SiO
3/2]
b及び関連する式は、コポリマー内のジシロキシ[R
12SiO
2/2]及びトリシロキシ[R
2SiO
3/2]単位の構造的順序を示すものではない。むしろ、この式は、添字a及びbを介して上記で説明されるモル分率によりコポリマー内の2つの単位の相対量を説明するための便宜的表記法をもたらすことを目的としている。本発明のオルガノシロキサンブロックコポリマー内の様々なシロキシ単位のモル分率並びにシラノール含有量は、実施例において詳細に説明するように、
29Si NMR技術により容易に決定することができる。
【0020】
本発明のオルガノシロキサンブロックコポリマーは、少なくとも20,000g/モルの平均分子量(M
w)、あるいは少なくとも40,000g/モルの平均分子量、あるいは少なくとも50,000g/モルの平均分子量、あるいは少なくとも60,000g/モルの平均分子量、あるいは少なくとも70,000g/モルの平均分子量、あるいは少なくとも80,000g/モルの平均分子量を有する。平均分子量は、実施例において記載されるものなどのゲル透過クロマトグラフィー(GPC)技術を用いて容易に決定することができる。
【0021】
ジシロキシ及びトリシロキシ単位の構造順序は、以下のように更に説明することができる:ジシロキシ単位[R
12SiO
2/2]は直鎖状ブロック当たり平均で10〜400個のジシロキシ単位[R
12SiO
2/2]を有する直鎖状ブロックの中に配置され、トリシロキシ単位[R
2SiO
3/2]は少なくとも500g/molの分子量を有する非直鎖状ブロックの中に配置される。各直鎖状ブロックは、ブロックコポリマーの中の少なくとも1個の非直鎖状ブロックに連結されている。更に、非直鎖状ブロックの少なくとも30%は、互いに架橋されており、
あるいは、非直鎖状ブロックの少なくとも40%は、互いに架橋されており、
あるいは、非直鎖状ブロックの少なくとも50%は、互いに架橋されている。
【0022】
非直鎖状ブロックの架橋は、様々な化学的機序及び/又は部分を介して達成され得る。例えば、ブロックコポリマー内の非直鎖状ブロックの架橋は、コポリマーの非直鎖状ブロック内に存在する残留シラノール基の縮合から生じ得る。ブロックコポリマー内の非直鎖状ブロックの架橋はまた、「遊離樹脂」成分と非直鎖状ブロックとの間で生じ得る。「遊離樹脂」成分は、ブロックコポリマーの調製中に過剰量のオルガノシロキサン樹脂を使用する結果として、ブロックコポリマー組成物中に存在し得る。遊離樹脂成分は、ブロック以外の部分上及び遊離樹脂上に存在する残留シラノール基の縮合により非直鎖状ブロックと架橋し得る。遊離樹脂は、下記のように、架橋剤として添加された低分子量化合物と反応することにより、架橋をもたらし得る。
【0023】
あるいは、ブロックコポリマーの調製中に特定の化合物を添加して、非樹脂ブロックを特異的に架橋することもできる。これらの架橋化合物としては、ブロックコポリマーの生成(下記の工程II)中に添加される式R
5qSiX
4−qを有するオルガノシロキサンも挙げられ、式中、R
5はC
1〜C
8ヒドロカルビル又はC
1〜C
8ハロゲン置換ヒドロカルビルであり、Xは加水分解可能な基であり、qは0、1又は2である。R
5はC
1〜C
8ヒドロカルビル又はC
1〜C
8ハロゲン置換ヒドロカルビルであり、あるいはR
5はC
1〜C
8アルキル基又はフェニル基であり、あるいはR
5はメチル、エチル又はメチルとエチルの組み合わせである。Xは任意の加水分解性基であり、あるいはXはオキシモ、アセトキシ、ハロゲン原子、ヒドロキシル(OH)又はアルコキシ基であり得る。一実施形態では、オルガノシランは、アルキルトリアセトキシシラン、例えば、メチルトリアセトキシシラン、エチルトリアセトキシシラン又はこれらの組み合わせである。市販の代表的なアルキルトリアセトキシシランとしては、ETS−900(Dow Corning Corp.(Midland,MI))が挙げられる。架橋剤として有用な、他の好適な非限定的なオルガノシランとしては、メチル−トリス(メチルエチルケトキシム)シラン(MTO)、メチルトリアセトキシシラン、エチルトリアセトキシシラン、テトラアセトキシシラン、テトラオキシムシラン、ジメチルジアセトキシシラン、ジメチルジオキシムシラン、メチルトリス(メチルメチルケトキシム)シランが挙げられる。
【0024】
ブロックコポリマー内の架橋は主にシロキサン結合≡Si−O−Si≡であり、上述のようにシラノール基の縮合から生じる。
【0025】
ブロックコポリマー内の架橋の量は、GPC技術などでブロックコポリマーの平均分子量を決定することにより、推定され得る。典型的には、ブロックコポリマーを架橋すると、その平均分子量は増加する。したがって、ブロックコポリマーの平均分子量、直鎖状シロキシ成分の選択(すなわち、その重合度により示されるものとしての鎖長)及び非直鎖状ブロックの分子量(ブロックコポリマーを調製するために使用されるオルガノシロキサン樹脂の選択により主に制御される)が与えられると、架橋の範囲を推定することができる。
【0026】
本開示は更に、
a)上記のようなオルガノシロキサンブロックコポリマーと、
b)有機溶媒と、を含む、硬化性組成物を提供する。
【0027】
有機溶媒は典型的には、ベンゼン、トルエン又はキシレンなどの芳香族系溶剤である。
【0028】
一実施形態では、硬化性組成物は、オルガノシロキサン樹脂を更に含有し得る。これらの組成物中に存在するオルガノシロキサン樹脂は、オルガノシロキサンブロックコポリマーを調製するために使用されるオルガノシロキサン樹脂である。したがって、オルガノシロキサン樹脂は、その式中に少なくとも60mol%の[R
2SiO
3/2]シロキシ単位を有し、式中、各R
2は独立してC
1〜C
20ヒドロカルビルである。あるいは、オルガノシロキサン樹脂は、シルセスキオキサン樹脂又はフェニルシルセスキオキサン樹脂である。
【0029】
本発明の硬化性組成物中のオルガノシロキサンブロックコポリマー、有機溶媒及び任意のオルガノシロキサン樹脂の量は、様々であり得る。本開示の硬化性組成物は、
40〜80重量%の上記のようなオルガノシロキサンブロックコポリマーと、
10〜80重量%の有機溶媒と、
5〜40重量%のオルガノシロキサンと、
を含有し得るが、但し、これらの成分の重量%の和は100%を超えないものとする。一実施形態では、硬化性組成物は、上記のようなオルガノシロキサンブロックコポリマーと、有機溶媒と、オルガノシロキサン樹脂と、から本質的になる。この実施形態では、これらの成分の重量%は合計して100%、又はほぼ100%である。
【0030】
更に別の実施形態では、硬化性組成物は、硬化触媒を含有する。硬化触媒は、オルガノシロキサンの縮合硬化に作用する、様々なスズ又はチタン触媒などの当該技術分野において既知の任意の触媒から選択され得る。縮合触媒は、典型的にはヒドロキシ基に結合したケイ素(=シラノール)の縮合を促進してSi−O−Si連結を生成するために使用される任意の縮合触媒であり得る。例としては、限定されるものではないが、アミン、並びに鉛、スズ、亜鉛及び鉄の錯体が挙げられる。
【0031】
オルガノシロキサンブロックコポリマー及びこのオルガノシロキサンブロックコポリマーを含有する硬化性組成物は、本開示において下記で更に説明されるような方法により調製され得る。これらの調製の代表例はまた、下記の実施例の項において詳細に説明される。
【0032】
樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーを含有する固体組成物は、上記のような硬化性オルガノシロキサンブロックコポリマー組成物から溶媒を除去することにより調製され得る。溶媒は、任意の既知の処理技術により除去され得る。一実施形態では、オルガノシロキサンブロックコポリマーを含有する硬化性組成物のフィルムが生成され、そのフィルムから溶媒を蒸発させることができる。フィルムを高温及び/又は減圧にかけることにより、溶媒除去及び後続の固体硬化性組成物の生成を促進させ得る。あるいは、硬化性組成物を押出成形機に通して、溶媒を除去し、リボン又はペレットの形状の固体組成物を生成してもよい。剥離フィルムに対するコーティング作業もまた、スロットダイコーティング、ナイフオーバーロール、ロッド又はグラビアコーティングにおけるように、使用され得る。また、固体フィルムを調製するにあたりロールツーロールコーティング作業も使用され得る。コーティング作業では、コンベアオーブン又は他の溶液の加熱及び排気手段を使用して、溶媒を除去し、最終的な固体フィルムを得ることができる。
【0033】
いかなる理論にも束縛されるものではないが、本発明者らは、ブロックコポリマーの固体組成物を生成する際、上記のようなオルガノシロキサンブロックコポリマー内のジシロキシ及びトリシロキシ単位の構造順序により、特定の特異な物理的特性特徴を有するコポリマーが生成され得ると考える。例えば、コポリマー内のジシロキシ及びトリシロキシ単位の構造順序は、可視光の高い透過率を可能にする固体コーティングをもたらし得る。構造順序はまた、流動し、加熱時に硬化し、室温にて安定性を保持するオルガノシロキサンブロックコポリマーを可能にし得る。これらはまた、積層技術を使用して加工され得る。これらの特性は、様々な電子物品の耐候性及び耐久性を改善させ、一方で、低コストかつ容易な手順を提供するためのコーティングを生成するのに有用である。
【0034】
本開示は更に、前述のオルガノシロキサンブロックコポリマーの固体形状及びこのオルガノシロキサンブロックコポリマーを含む上記硬化性組成物から誘導される固体組成物に関する。したがって、本開示は、
40〜90モルパーセントの式[R
12SiO
2/2]のジシロキシ単位と、
10〜60モルパーセントの式[R
2SiO
3/2]のトリシロキシ単位と、
0.5〜25モルパーセントのシラノール基[≡SiOH]と、を含む、オルガノシロキサンブロックコポリマーを提供し、
式中、R
1は独立してC
1〜C
30ヒドロカルビルであり、
R
2は独立してC
1〜C
20ヒドロカルビルであり、
ここで、
ジシロキシ単位[R
12SiO
2/2]は、直鎖状ブロック当たり平均で10〜400個のジシロキシ単位[R
12SiO
2/2]を有する直鎖状ブロックの中に配置され、
トリシロキシ単位[R
2SiO
3/2]は、少なくとも500g/モルの分子量を有する非直鎖状ブロックの中に配置され、この非直鎖状ブロックの少なくとも30%は互いに架橋されており、
主に一緒にナノドメイン内で凝集しており、
各直鎖状ブロックは少なくとも1つの非直鎖状ブロックに連結されており、
このオルガノシロキサンブロックコポリマーは、少なくとも20,000g/モルの分子量を有し、25℃にて固体である。
【0035】
この実施形態では、前述のオルガノシロキサンブロックコポリマーは、例えば、ブロックコポリマーの有機溶媒溶液のフィルムをキャスティングし、溶媒を蒸発させることにより、固体形態で単離される。固体の乾燥又は生成時に、ブロックコポリマーの非直鎖状ブロックは、更に一緒に凝集して、「ナノドメイン」を形成する。本明細書で使用するとき、「主に凝集する」は、オルガノシロキサンブロックコポリマーの非直鎖状ブロックの大半が、「ナノドメイン」として本明細書に記載の固体組成物の特定の領域において見出されることを意味する。本明細書で使用するとき、「ナノドメイン」は、固体ブロックコポリマー組成物内で相分離しており、サイズが1〜100ナノメートルである少なくとも1つの寸法を有する、固体ブロックコポリマー組成物内の相領域を指す。ナノドメインの形状は様々であり得るが、但し、ナノドメインの少なくとも1つの寸法は1〜100ナノメートルのサイズである。したがって、ナノドメインは、規則的又は不規則的な形状であり得る。ナノドメインは、球状、管状、場合によっては層状であり得る。
【0036】
更なる実施形態では、上記のような固体オルガノシロキサンブロックコポリマーは、第一相と不相溶性第二相とを含有し、第一相は主に上記のようなジシロキシ単位[R
12SiO
2/2]を含有し、第二相は上記のようなトリシロキシ単位[R
2SiO
3/2]を含有し、非直鎖状ブロックは、十分凝集して、第一相と不相溶性であるナノドメインとなる。
【0037】
固体組成物が、上記のようにオルガノシロキサン樹脂も含有するオルガノシロキサンブロックコポリマーの硬化性組成物から生成される場合、オルガノシロキサン樹脂もまた主にナノドメイン内で凝集する。
【0038】
本開示の固体ブロックコポリマー内のジシロキシ及びトリシロキシ単位の構造順序、並びに、ナノドメインの特徴は、透過型電子顕微鏡(TEM)法、原子間力顕微鏡法(AFM)、中性子線小角散乱法、X線小角散乱法及び走査型電子顕微鏡法などの特定の分析技術を用いて明示的に測定され得る。代表的なオルガノシロキサンブロックコポリマーを含有する固体コーティング(実施例3)のAFM画像は、
図1に示されている。この画像は、位相角を示すタッピングモードを使用して得られた。より明るい領域は、非直鎖状ブロックを含有するナノドメインに対応し、これに対し、より暗い領域は、直鎖状ブロックに富む相に対応する。
【0039】
あるいは、ブロックコポリマー内のジシロキシ及びトリシロキシ単位の構造順序、並びに、ナノドメインの生成は、本発明のオルガノシロキサンブロックコポリマーから生じるコーティングの特定の物理的特性を特徴付けることにより、示され得る。例えば、本発明のオルガノシロキサンコポリマーは、95%を超える可視光透過率を有するコーティングをもたらし得る。当業者は、可視光がこのような媒質を通過することができ、かつ150ナノメートルを超えるサイズを有する粒子(又は本明細書で使用されるようなドメイン)により回折されないでいることができる場合にのみ、このような光学的透明度が(2つの相の屈折率が一致する以外に)可能であることを理解している。粒径又はドメインが更に小さくなるにつれて、光学的透明度は更に改善され得る。したがって、本発明のオルガノシロキサンコポリマーから誘導されるコーティングは、少なくとも95%の可視光透過率を有し得る。
【0040】
一部の態様では、本発明の樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーは、概念的には、有機熱可塑性エラストマー(TPE)と比較され得る。TPEは、相分離された「軟らかい」ポリマーブロックと「硬い」ポリマーブロックとを有する。本発明の樹脂−直鎖状オルガノポリシロキサンブロックコポリマーを含有する固体組成物は、直鎖状D単位のブロック及び非直鎖状T単位のブロックの凝集体からそれぞれ生じる、相分離された「軟らかい」区域と「硬い」区域とを含有するものとして見ることができる。これらのそれぞれの軟らかい区域及び硬い区域は、これらの異なるガラス転移温度(T
g)により特徴付けることができる。したがって、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンの直鎖状区域は、例えば、25℃未満の、あるいは0℃未満の、あるいは更には−20℃といったより低いT
gを典型的に有することから、「軟らかい」区域と考えられ得る。したがって、直鎖状区域は、生じるオルガノシロキサンブロックコポリマーの組成物におけるこれらの「流体」のような挙動を維持しようとする。逆に、オルガノシロキサンコポリマー内の非直鎖状ブロックは、例えば、30℃超、あるいは40℃超、あるいは更には50℃超といった、より高いT
g値を典型的に有することにより、「硬い区域」と形容され得る。
【0041】
複数回加工できるという点が、本発明の樹脂−直鎖状オルガノポリシロキサンブロックコポリマーの利点であるが、但し、加工温度(T
加工)は、オルガノシロキサンブロックコポリマーの最終硬化に必要とされる温度(T
硬化)よりも低く、すなわち、T
加工<T
硬化である。しかしながら、オルガノシロキサンコポリマーは、T
加工>T
硬化である場合、硬化して高温安定性を得る。したがって、本発明の樹脂−直鎖状オルガノポリシロキサンブロックコポリマーは、疎水性、高温安定性、水分/紫外線耐性などの典型的にはシリコーンに関連する利益と共に、「再加工可能」であるという有意な利点を提供する。
【0042】
一実施形態では、オルガノシロキサンブロックコポリマーの固体組成物は、「溶融加工可能」と考えられ得る。この実施形態では、オルガノシロキサンブロックコポリマー溶液のフィルムから生成されたコーティングなどの固体組成物は、「溶融」時に高温にて流体挙動を呈する。オルガノシロキサンブロックコポリマーの固体組成物の「溶融加工可能」特性は、固体組成物が液体挙動を呈する際の固体組成物の「溶融流動温度」を測定することにより、モニターされ得る。溶融流動温度は、具体的には、市販の装置を使用して、貯蔵弾性率(G’)、損失弾性率(G”)及び貯蔵温度の関数としてのtanδを測定することにより決定され得る。例えば、貯蔵弾性率(G’)、損失弾性率(G”)及び温度の関数としてのtanδを測定するためには、市販のレオメーター(TA Instrumentsの、2KSTD標準屈曲旋回軸スプリング変換器を備えるARES−RDAなどと、強制対流炉)が使用され得る。試験標本(典型的には8mm幅、1mm厚さ)は平行なプレートの間に装填することができ、25℃〜300℃の範囲で2℃/分にて温度を徐々に上げながら小さなひずみの振動レオロジーを使用して測定され得る(振動数1Hz)。オルガノシロキサンコポリマーについての典型的なレオロジー曲線は、
図2に示されている。流動開始は、G’降下(「流動」と標識されている)に入る変曲温度として計算され得、120℃での粘度が溶融加工性についての尺度として報告され、硬化開始はG’上昇(「硬化」と標識されている)に入る開始温度として計算される。典型的には、固体組成物の「流動」はまた、オルガノシロキサンブロックコポリマー内の非直鎖状区域(すなわち、樹脂成分)のガラス転移温度に相関がある。
【0043】
更なる実施形態では、固体組成物は、25℃〜200℃、あるいは25℃〜160℃、あるいは50℃〜160℃の範囲の溶融流動温度を有するものとして、特徴付けられ得る。
【0044】
本発明者らは、溶融加工可能であるという利益により、デバイスアーキテクチャの周りのオルガノシロキサンブロックコポリマーの固体組成物の再流動が可能になると考えている。この機能は、カプセル化される様々な電子デバイスに対して非常に有益である。
【0045】
一実施形態では、オルガノシロキサンブロックコポリマーの固体組成物は、「硬化可能」であると考えられ得る。この実施形態では、オルガノシロキサンブロックコポリマー溶液のフィルムから生成されたコーティングなどの固体組成物は、ブロックコポリマーを更に硬化することにより、更なる物理的特性変化を起こし得る。上述のように、本発明のオルガノシロキサンブロックコポリマーは、特定の量のシラノール基を含有する。本発明者らは、ブロックコポリマー上にこれらのシラノール基を存在させることで、更なる反応、すなわち、硬化機序が可能になると考えている。硬化時に、固体組成物の物理的特性は、下記の特定の実施形態において説明されるように、更に変更され得る。
【0046】
あるいは、オルガノシロキサンブロックコポリマーの固体組成物の「溶融加工性」及び/又は硬化は、様々な温度下でのレオロジー測定値により決定され得る。
【0047】
オルガノシロキサンブロックコポリマーを含有する固体組成物は、25℃にて0.01MPa〜500MPaの範囲の貯蔵弾性率(G’)及び0.001MPa〜250MPaの範囲の損失弾性率(G”)、あるいは25℃にて0.1MPa〜250MPaの範囲の貯蔵弾性率(G’)及び0.01MPa〜125MPaの損失弾性率(G”)、あるいは25℃にて0.1MPa〜200MPaの範囲の貯蔵弾性率(G’)及び0.01MPa〜100MPaの損失弾性率(G”)を有し得る。
【0048】
オルガノシロキサンブロックコポリマーを含有する固体組成物は、120℃にて10Pa〜500,000Paの範囲の貯蔵弾性率(G’)及び10Pa〜500,00Paの範囲の損失弾性率(G”)、あるいは120℃にて20Pa〜250,000Paの範囲の貯蔵弾性率(G’)及び20Pa〜250,000MPaの損失弾性率(G”)、あるいは120℃にて30Pa〜200,000Paの範囲の貯蔵弾性率(G’)及び30Pa〜200,000MPaの損失弾性率(G”)を有し得る。
【0049】
オルガノシロキサンブロックコポリマーを含有する固体組成物は、200℃にて10Pa〜100,000Paの範囲の貯蔵弾性率(G’)及び5Pa〜
80,000Paの範囲の損失弾性率(G”)、あるいは200℃にて20Pa〜75,000Paの範囲の貯蔵弾性率(G’)及び10Pa〜65,000Paの範囲の損失弾性率(G”)、あるいは200℃にて30Pa〜50,000Paの範囲の貯蔵弾性率(G’)及び15Pa〜40,000Paの範囲の損失弾性率(G”)を有し得る。
【0050】
前述の樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーは、
I)
a)式
R
1q(E)
(3−q)SiO(R
12SiO
2/2)
nSi(E)
(3−q)R
1qを有する直鎖状オルガノシロキサン
(式中、各R
1は独立してC
1〜C
30ヒドロカルビルであり、
nは10〜400であり、qは0、1又は2であり、
Eは、少なくとも1個の炭素原子を含有する加水分解性基である)と、
b)その式中に少なくとも60mol%の[R
2SiO
3/2]シロキシ単位を含むオルガノシロキサン樹脂(式中、各R
2は独立してC
1〜C
20ヒドロカルビルである)と、を
c)有機溶媒の中で、反応させて、
樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーを生成する工程であって、
工程Iで使用されるa)及びb)の量が、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーに40〜90mol%のジシロキシ単位[R
12SiO
2/2]及び10〜60mol%のトリシロキシ単位[R
2SiO
3/2]をもたらすように選択され、
工程Iで添加される直鎖状オルガノシロキサンの少なくとも95重量%が樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーの中に組み込まれる、工程と、
II)工程I)の樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーを反応させて、
樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーのトリシロキシ単位を十分に架橋させて、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーの平均分子量(M
w)を少なくとも50%増加させる工程と、
III)場合により、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーを更に加工して、
貯蔵安定性及び/又は光学的透明度を向上させる工程と、
IV)場合により、有機溶媒を除去する工程と、を含む方法により、調製され得る。
【0051】
本発明の方法における第一工程は、
a)式
R
1q(E)
(3−q)SiO(R
12SiO
2/2)
nSi(E)
(3−q)R
1qを有する直鎖状オルガノシロキサン
(式中、各R
1は独立してC
1〜C
30ヒドロカルビルであり、
nは10〜400であり、qは0、1又は2であり、
Eは、少なくとも1個の炭素原子を含有する加水分解性基である)と、
b)その式中に少なくとも60mol%の[R
2SiO
3/2]シロキシ単位を含むオルガノシロキサン樹脂(式中、各R
2は独立してアリール又はC
1〜C
10ヒドロカルビルである)と、を
c)有機溶媒の中で、反応させて、
樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーを生成する工程であって、
工程Iで使用されるa)及びb)の量が、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーに40〜90mol%のジシロキシ単位[R
12SiO
2/2]及び10〜60mol%のトリシロキシ単位[R
2SiO
3/2]をもたらすように選択され、
工程Iで添加される直鎖状オルガノシロキサンの少なくとも95重量%が樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーの中に組み込まれる、工程を含む。
【0052】
この方法の第一工程の反応は概ね、以下の概略図により表され得る。
【化1】
オルガノシロキサン樹脂上の様々なOH基は、直鎖状オルガノシロキサン上の加水分解性基(E)と反応して、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマー及びH−(E)化合物を生成する。工程Iにおける反応は、オルガノシロキサン樹脂と直鎖状オルガノシロキサンとの間の縮合反応と考えられ得る。
【0053】
直鎖状オルガノシロキサン
本発明の方法の工程Iにおける成分a)は、式R
1q(E)
(3−q)SiO(R
12SiO
2/2)
nSi(E)
(3−q)R
1qを有する直鎖状オルガノシロキサンであり、式中、各R
1は独立してC
1〜C
30ヒドロカルビルであり、添字「n」は直鎖状オルガノシロキサンの重合度(dp)と考えることができ、10〜400で変化するものとし、添字「q」は0、1又は2であるものとし、Eは、少なくとも1個の炭素原子を含有する加水分解性基である。成分a)は式R
1q(E)
(3−q)SiO(R
12SiO
2/2)
nSi(E)
(3−q)R
1qを有する直鎖状オルガノシロキサンと記載されるが、当業者は、T(R
1SiO
3/2)シロキシ単位などの少量の代替的シロキシ単位が直鎖状オルガノシロキサンの中に組み込まれ得、それでも成分a)として使用され得ることを理解する。同様に、オルガノシロキサンは、主としてD(R
12SiO
2/2)シロキシ単位を有することにより、「主に」直鎖状であるものとして考えられ得る。更に、成分a)として使用される直鎖状オルガノシロキサンは、複数の直鎖状オルガノシロキサンの組み合わせであり得る。
【0054】
上記直鎖状オルガノシロキサンの式中、R
1は独立して、C
1〜C
30ヒドロカルビルである。この炭化水素基は独立して、アルキル、アリール又はアルキルアリール基であり得る。R
1はC
1〜C
30アルキル基であり得、あるいはR
1はC
1〜C
18アルキル基であり得る。あるいは、R
1は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル又はヘキシルなどのC
1〜C
6アルキル基であり得る。あるいは、R
1はメチルであり得る。R
1は、フェニル、ナフチル又はアンスリル基などのアリール基であり得る。あるいは、R
1は、前述のアルキル又はアリール基の任意の組み合わせであり得る。あるいは、R
1は、フェニル、メチル又はこれらの組み合わせである。
【0055】
Eは、少なくとも1個の炭素原子を含有する任意の加水分解性基から選択され得るが、典型的にはEはオキシモ基、エポキシ基、カルボキシ基、アミノ基又はアミド基から選択される。あるいは、Eは、式R
1C(=O)O−、R
12C=N−O−又はR
4C=N−O−を有し、式中、R
1は上記で定義された通りであり、R
4はヒドロカルビレンである。一実施形態では、EはH
3CC(=O)O−(アセトキシ)であり、qは1である。一実施形態では、Eは(CH
3)(CH
3CH
2)C=N−O−(メチルエチルケトキシ)であり、qは1である。
【0056】
一実施形態では、直鎖状オルガノシロキサンは、式
(CH
3)
q(E)
(3−q)SiO[(CH
3)
2SiO
2/2)]
nSi(E)
(3−q)(CH
3)
qを有し、式中、E、n及びqは上記で定義した通りである。
【0057】
一実施形態では、直鎖状オルガノシロキサンは、式
(CH
3)
q(E)
(3−q)SiO[(CH
3)(C
6H
5)SiO
2/2)]
nSi(E)
(3−q)(CH
3)
qを有し、式中、E、n及びqは上記で定義した通りである。
【0058】
成分a)として好適な直鎖状オルガノシロキサンを調製するための方法は、既知である。典型的には、シラノール末端ポリジオルガノシロキサンは、アルキルトリアセトキシシラン又はジアルキルケトキシムなどの「末端封鎖」化合物と反応する。末端封鎖反応の化学量は、典型的には、ポリジオルガノシロキサン上のすべてのシラノール基と反応させるのに十分な量の末端封鎖化合物が添加されるように、調整される。典型的には、ポリジオルガノシロキサン上のシラノールのモル当たり1モルの末端封鎖化合物が使用される。あるいは、1〜10%といったわずかにモル過剰の末端封鎖化合物が使用されてもよい。反応は典型的には、シラノールポリジオルガノシロキサンの縮合反応を最小化する無水条件下で行われる。典型的には、シラノール末端ポリジオルガノシロキサン及び末端封鎖化合物を、無水条件下で有機溶媒中に溶解させ、室温又は高温(最高で溶媒の沸点)にて反応させる。
【0059】
オルガノシロキサン樹脂
本発明の方法における成分b)は、その式中に少なくとも60mol%の[R
2SiO
3/2]シロキシ単位を含むオルガノシロキサン樹脂であり、式中、各R
2は独立してC
1〜C
20ヒドロカルビルである。オルガノシロキサン樹脂は、任意の量及び組み合わせの他のM、D及びQシロキシ単位を含有し得るが、但し、オルガノシロキサン樹脂は少なくとも70mol%の[R
2SiO
3/2]シロキシ単位を含有し、あるいはオルガノシロキサン樹脂は少なくとも80mol%の[R
2SiO
3/2]シロキシ単位を含有し、あるいはオルガノシロキサン樹脂は少なくとも90mol%の[R
2SiO
3/2]シロキシ単位を含有し、あるいはオルガノシロキサン樹脂は少なくとも95mol%の[R
2SiO
3/2]シロキシ単位を含有する。成分b)として有用なオルガノシロキサン樹脂としては、「シルセスキオキサン」として知られるものが挙げられる。
【0060】
各R
2は独立してC
1〜C
20ヒドロカルビルである。R
2は、フェニル、ナフチル又はアンスリル基などのアリール基であり得る。あるいは、R
2は、メチル、エチル、プロピル又はブチルなどのアルキル基であり得る。あるいは、R
2は、前述のアルキル又はアリール基の任意の組み合わせであり得る。あるいは、R
2は、フェニル又はメチルである。
【0061】
オルガノシロキサン樹脂の分子量(M
w)は、限定されるものではないが、典型的には1000〜10,000、あるいは1500〜5000g/molの範囲である。
【0062】
当業者は、このような多量の[R
2SiO
3/2]シロキシ単位を含有するオルガノシロキサンが特定の濃度のSi−OZを本質的に有し、式中、Zは、水素(すなわち、シラノール)、アルキル基(その結果、OZはアルコキシ基である)であり得、あるいはOZはまた上記のようないずれかの「E」加水分解性基であり得る。オルガノシロキサン樹脂上に存在するすべてのシロキシ基のモル百分率としてのSi−OZ含有量は、
29Si NMRにより容易に決定され得る。オルガノシロキサン樹脂上に存在するOZ基の濃度は、樹脂の調製モード及び後続処理に応じ様々である。典型的には、本発明の方法における使用に好適なオルガノシロキサン樹脂のシラノール(Si−OH)含有量は、少なくとも5モル%、あるいは少なくとも10モル%、あるいは25モル%、あるいは40モル%、あるいは50モル%のシラノール含有量を有する。
【0063】
少なくとも60mol%の[R
2SiO
3/2]シロキシ単位を含有するオルガノシロキサン樹脂及びこれらの調製方法は、当該技術分野において既知である。これらは典型的には、ケイ素原子上に3個の、ハロゲン又はアルコキシ基などの加水分解性基を有するオルガノシランを有機溶媒中で加水分解することにより、調製される。シルセスキオキサン樹脂の調製についての代表例は、米国特許第5075103号に見出され得る。更に、多くのオルガノシロキサン樹脂は市販されており、固体(フレーク又は粉末)か又は有機溶媒溶液のいずれかとして販売されている。成分b)として有用な、好適な非限定的な市販のオルガノシロキサン樹脂としては、Dow Corning(登録商標)217フレーク樹脂、233フレーク、220フレーク、249フレーク、255フレーク、Z−6018フレーク(Dow Corning Corporation(Midland,MI))が挙げられる。
【0064】
当業者は更に、このような多量の[R
2SiO
3/2]シロキシ単位及びシラノール含有量を含有するオルガノシロキサン樹脂はまた、特に高湿度条件下で、水分子を保持し得る。したがって、工程Iにおける反応に先立ってオルガノシロキサン樹脂を「乾燥」させることにより、樹脂に存在する過剰な水を除去することが、多くの場合、有益である。これは、オルガノシロキサン樹脂を有機溶媒中に溶解させ、加熱して還流させ、分離技術(例えば、Dean Starkトラップ又は同等の方法)により水を除去することによって達成され得る。
【0065】
工程Iの反応で使用されるa)及びb)の量は、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーに40〜90mol%のジシロキシ単位[R
12SiO
2/2]及び10〜60mol%のトリシロキシ単位[R
2SiO
3/2]をもたらすように選択される。成分a)及びb)内に存在するジシロキシ及びトリシロキシ単位のmol%は、
29Si NMR技術を使用して、容易に決定され得る。次に、開始時のmol%により、工程Iにおいて使用される成分a)及びb)の質量を決定する。
【0066】
選択される成分a)及びb)の量はまた、添加する直鎖状オルガノシロキサンの量に対しオルガノシロキサン樹脂上のシラノール基がモル過剰であることを確保する量でもあるべきである。したがって、工程I)において添加したすべての直鎖状オルガノシロキサンと反応させることができるように、十分な量のオルガノシロキサン樹脂を添加すべきである。同様に、モル過剰のオルガノシロキサン樹脂が使用する。使用する量は、直鎖状オルガノシロキサンのモル当たりに使用されるオルガノシロキサン樹脂のモル数を計算することにより決定され得る。典型的な計算を例示するために、下記の実施例3において使用される通りに成分a)及びb)の量が詳述される。実施例3では、28重量%のDow Corning(登録商標)217フレーク樹脂(約1,200g/molの数平均分子量(Mn)を有する)が使用され、72重量%のシラノール末端PDMS(Gelest DMS−S27)(13,500g/molを有する)が使用される。コポリマーにDow Corning(登録商標)217フレークを使用した場合、PDMS分子に対する樹脂分子の比4.38[(28/1200)/(72/13500)]が得られ、すなわち、すべてのPDMS分子を反応させてコポリマーにするにあたり過剰量の樹脂分子が供給される。
【0067】
上述のように、工程Iにおいて影響がある反応は、直鎖状オルガノシロキサンの加水分解性基とオルガノシロキサン樹脂上のシラノール基との間の縮合反応である。本発明の方法の工程IIにおいて更に反応させるためには、生成した樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマーの樹脂成分上に十分な量のシラノール基が残存している必要がある。典型的には、少なくとも10モル%、あるいは少なくとも20モル%、あるいは少なくとも30モル%のシラノールが、本発明の工程Iにおいて製造される樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマーのトリシロキシ単位上に残存すべきである。
【0068】
前述の(a)直鎖状オルガノシロキサンを(b)オルガノシロキサン樹脂と反応させるための反応条件は、特に限定されない。典型的には、反応条件は、a)直鎖状オルガノシロキサンとb)オルガノシロキサン樹脂との間の縮合型反応に作用するように、選択される。様々な非限定的な実施形態及び反応条件が下記の実施例において説明される。一部の実施形態では、(a)直鎖状オルガノシロキサンと(b)オルガノシロキサン樹脂は、室温にて反応する。他の実施形態では、(a)と(b)は、室温を超え、最高で約50、75、100又は更には最高で150℃の範囲の温度にて反応する。あるいは、(a)と(b)は、溶媒の還流下で一緒に反応させることができる。更に他の実施形態では、(a)と(b)は、室温より5、10又は更には10℃超低い温度にて反応する。更に他の実施形態では、(a)と(b)は、1、5、10、30、60、120若しくは180分、又は更に長い時間にわたって反応する。典型的には、(a)と(b)は、窒素又は希ガスなどの不活性雰囲気下で反応する。あるいは、(a)と(b)は、一部の水蒸気及び/又は酸素を含む雰囲気下で反応し得る。更に、(a)と(b)は、任意のサイズの容器内で、ミキサー、ボルテクサー、スターラー、ヒーターなどの任意の装置を使用して、反応させることができる。他の実施形態では、(a)と(b)は、極性又は非極性であり得る1種以上の有機溶媒中で反応する。典型的には、トルエン、キシレン、ベンゼン及びこれらに類するものなどの芳香族系溶剤が利用される。有機溶媒中に溶解させるオルガノシロキサンの量は様々であるが、典型的にはその量は、直鎖状オルガノシロキサンの鎖延長又はオルガノシロキサン樹脂の早すぎる縮合を最小化するように、選択されるべきである。
【0069】
化合物a)及びb)の添加の順序は様々であり得るが、典型的には、直鎖状オルガノシロキサンは、有機溶媒中に溶解させたオルガノシロキサン樹脂の溶液に添加される。この添加の順序は、直鎖状オルガノシロキサン上の加水分解性基とオルガノシロキサン樹脂上のシラノール基との縮合を向上させ、一方で、直鎖状オルガノシロキサンの鎖延長又はオルガノシロキサン樹脂の早すぎる縮合を最小化すると考えられている。
【0070】
工程Iにおける反応の進行及び樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーの生成は、GPC、IR又は
29Si NMRなどの様々な分析技術によりモニターされ得る。典型的には、工程Iにおける反応は、工程Iにおいて添加される直鎖状オルガノシロキサンの少なくとも95重量パーセントが樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーの中に組み込まれるまで、持続させる。
【0071】
本発明の方法の第二工程は、工程Iから得た樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーを更に反応させて、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーのトリシロキシ単位を架橋させて、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーの分子量を少なくとも50%、あるいは少なくとも60%、あるいは少なくとも70%、あるいは少なくとも80%、あるいは少なくとも90%、あるいは少なくとも100%増加させる工程を含む。
【0072】
この方法の第二工程の反応は概ね、以下の概略図により表され得る。
【化2】
【0073】
本発明者らは、工程Iにおいて生成された樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーのトリシロキシブロックが、工程IIの反応により架橋され、これがブロックコポリマーの平均分子量を増加させると考えている。本発明者らはまた、トリシロキシブロックの架橋により、トリシロキシブロックが凝集し濃縮されたブロックコポリマーが生成され、これが最終的にブロックコポリマーの固体組成物内に「ナノドメイン」を生成する助けとなり得ると考えている。換言すれば、このトリシロキシブロックの凝集による濃縮は、ブロックコポリマーがフィルム又は硬化済みコーティングなどの固体形態で単離される場合には、相分離し得る。ブロックコポリマー内のトリシロキシブロックの凝集による濃縮及びその後のブロックコポリマーを含有する固体組成物内での「ナノドメイン」の生成は、これらの組成物の光学的透明度並びにこれらの物質に関連する他の物理的特性の向上をもたらし得る。
【0074】
工程IIにおける架橋反応は、様々な化学的機序及び/又は部分を介して達成され得る。例えば、ブロックポリマー内の非直鎖状ブロックの架橋は、コポリマーの非直鎖状ブロック内に存在する残留シラノール基の縮合から生じ得る。ブロックコポリマー内の非直鎖状ブロックの架橋はまた、「遊離樹脂」成分と非直鎖状ブロックとの間で生じ得る。「遊離樹脂」成分は、ブロックコポリマーの調製工程Iにおいて過剰量のオルガノシロキサン樹脂を使用する結果として、ブロックコポリマー組成物中に存在し得る。遊離樹脂成分は、非直鎖状ブロック上及び遊離樹脂上に存在する残留シラノール基の縮合により非直鎖状ブロックと架橋し得る。遊離樹脂は、下記のように、架橋剤として添加された低分子量化合物と反応することにより、架橋をもたらし得る。
【0075】
本発明の方法の工程IIは、工程Iの樹脂−直鎖状オルガノシロキサンの生成と同時に生じ、又は、工程IIの反応に作用するように条件を修正した分離反応を含む。工程IIの反応は、工程Iと同じ条件下で生じ得る。この状況において、工程IIの反応は、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマーが生成されるにつれて、進行する。あるいは、工程I)に使用される反応条件は、更に工程IIの反応にも拡大適用される。あるいは、反応条件は変更することができ、又は、工程IIの反応に作用させるために追加成分を添加することができる。
【0076】
本発明者らは、工程IIの反応条件は、出発物質である直鎖状オルガノシロキサンにおいて使用される加水分解性基(E)の選択によって異なることを発見した。直鎖状オルガノシロキサン内の(E)がオキシム基である場合、工程IIの反応は工程Iと同じ反応条件下で生じる可能性がある。すなわち、直鎖状−樹脂オルガノシロキサンコポリマーが工程Iにおいて生成されると、それは継続して、樹脂成分上に存在するシラノール基の縮合により反応して、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマーの分子量を更に増加させる。いかなる理論にも束縛されるものではないが、本発明者らは、(E)がオキシモ基である場合には、工程Iにおける反応から生じる加水分解されたオキシモ基(例えば、メチルエチルケトキシム)は、工程IIの反応のための縮合触媒として作用し得ると考えている。同様に、工程IIの反応は、工程Iと同じ条件下で同時に進行し得る。換言すれば、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマーが工程Iにおいて生成されるにつれ、これは更に同じ条件下で反応して、コポリマーの樹脂成分上に存在するシラノール基の縮合反応によりその分子量を更に増加させ得る。しかしながら、直鎖状オルガノシロキサン上の(E)がアセトキシ基である場合、生じる加水分解性基(酢酸)は工程II)の反応を十分に触媒しない。したがって、この状況では、工程IIの反応は、下記の実施形態において説明されるように、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマーの樹脂成分の縮合に作用する更なる成分により向上され得る。
【0077】
本発明の方法の一実施形態では、式R
5qSiX
4−qを有するオルガノシロキサンを工程II)中に添加し、式中、R
5はC
1〜C
8ヒドロカルビル又はC
1〜C
8ハロゲン置換ヒドロカルビルであり、Xは加水分解可能な基であり、qは0、1又は2である。R
5はC
1〜C
8ヒドロカルビル又はC
1〜C
8ハロゲン置換ヒドロカルビルであり、あるいはR
5はC
1〜C
8アルキル基又はフェニル基であり、あるいはR
5はメチル、エチル又はメチルとエチルの組み合わせである。Xは任意の加水分解性基であり、あるいはXは上記に定義されたようなE、ハロゲン原子、ヒドロキシル(OH)又はアルコキシ基であり得る。一実施形態では、オルガノシランは、アルキルトリアセトキシシラン、例えば、メチルトリアセトキシシラン、エチルトリアセトキシシラン又はこれらの組み合わせである。市販の代表的なアルキルトリアセトキシシランとしては、ETS−900(Dow Corning Corp.(Midland,MI))が挙げられる。この実施形態において有用な、他の好適な非限定のオルガノシランとしては、メチル−トリス(メチルエチルケトキシム)シラン(MTO)、メチルトリアセトキシシラン、エチルトリアセトキシシラン、テトラアセトキシシラン、テトラオキシムシラン、ジメチルジアセトキシシラン、ジメチルジオキシムシラン、メチルトリス(メチルメチルケトキシム)シランが挙げられる。
【0078】
工程II)中に添加する際の式R
5qSiX
4−qを有するオルガノシランの量は様々であるが、方法において使用されるオルガノシロキサン樹脂の量に基づくべきである。使用されるシランの量は、オルガノシロキサン樹脂上のSiのmol当たり、2〜15mol%のオルガノシランのモル化学量をもたらすものであるべきである。更に、工程II)中に添加される式R
5qSiX
4−qを有するオルガノシランの量は、オルガノシロキサンブロックコポリマー上のすべてのシラノール基を消費しない化学量が確保されるように制御する。一実施形態では、工程IIにおいて添加されるオルガノシランの量は、0.5〜35モルパーセントのシラノール基[≡SiOH]を含有するオルガノシロキサンブロックコポリマーをもたらすように選択される。
【0079】
本発明の方法における工程IIIは任意であり、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンブロックコポリマーを更に加工して、貯蔵安定性及び/又は光学的透明度を向上させることを含む。本明細書で使用するとき、語句「更に加工する」は、生成された樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマーの貯蔵安定性及び/又は光学的透明度を向上させるためのその任意の更なる反応又は処理を指す。工程IIにおいて製造されたときの樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマーは、依然としてかなりの量の反応性「OZ」基(すなわち、≡SiOZ基、式中、Zは上記で定義した通りである)及び/又はX基(ここで、式R
5qSiX
4−qを有するオルガノシランが工程IIにおいて使用される場合、Xはブロックコポリマーの中に導入される)を含有し得る。この段階で樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマー上に存在するOZ基は、樹脂成分上に元々存在した、あるいは、オルガノシランが工程IIにおいて使用される場合には式R
5qSiX
4−qを有するオルガノシランとシラノール基の反応から生じ得る、シラノール基であり得る。本発明者らは、このような「OZ」又はX基が貯蔵中に更に反応して、貯蔵安定性を制限し得る又は最終使用用途の際の樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマーの反応性を減少させ得ると考えている。あるいは、残っているシラノール基の更なる反応は、樹脂ドメインの生成を更に向上させ、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマーの光学的透明度を改善し得る。したがって、任意の工程IIIは、工程II中に生じるオルガノシロキサンブロックコポリマー上のOZ又はXを更に反応させて、貯蔵安定性及び/又は光学的透明度を改善するために、実行され得る。工程IIIのための条件は、使用される直鎖状成分及び樹脂成分、これらの量、及び末端封鎖化合物の選択に応じ、様々であり得る。特定の実施形態を以下に記述する。
【0080】
方法の一実施形態では、工程IIIは、工程IIからの樹脂−直鎖状オルガノシロキサンを水と反応させ、工程時に生成される酢酸などの任意の小分子量化合物を除去することにより、実行される。この実施形態では、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマーは典型的には直鎖状オルガノシロキサンから生じ、ここで、Eはアセトキシ基であり、並びに/又は、アセトキシシランは工程IIにおいて使用される。いかなる理論にも束縛されるものではないが、本発明者らは、この実施形態において、工程IIにおいて生成される樹脂−直鎖状オルガノシロキサンは、かなりの量の加水分解性Si−O−C(O)CH
3基を含有し、これは樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマーの貯蔵安定性を制限し得ると考えている。したがって、工程IIから形成される樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマーに水を添加してもよく、これは、ほとんどのSi−O−C(O)CH
3基を加水分解して、トリシロキシ単位を更に連結し、酢酸を除去する。生成された酢酸及び過剰な水は、既知の分離技術により除去され得る。この実施形態において添加される水の量は様々であり得るが、典型的には、全固形分当たり10重量%あるいは5重量%が添加される(反応媒質中の樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマーに基づいたとき)。
【0081】
方法の一実施形態では、工程IIIは、工程IIからの樹脂−直鎖状オルガノシロキサンを、アルコール、オキシム又はトリアルキルシロキシ化合物から選択される末端封鎖化合物と反応させることにより、実行される。この実施形態では、樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマーは典型的には、Eがオキシム基である直鎖状オルガノシロキサンから生成される。末端封鎖化合物は、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール又は一連の他のものなどのC
1〜C
20アルコールであり得る。あるいは、アルコールはn−ブタノールである。末端封鎖化合物はまた、トリメチルメトキシシラン又はトリメチルエトキシシランなどのトリアルキルシロキシ化合物であってもよい。末端封鎖化合物の量は様々であり得るが、典型的には、反応媒質中の直鎖状樹脂オルガノシロキサンブロックコポリマー固体に対して3〜15重量%である。
【0082】
本発明の方法の工程IVは任意であり、工程I及びIIの反応において使用される有機溶媒を除去する工程を含む。有機溶媒は任意の既知の技術により除去され得るが、典型的には、大気条件下又は減圧条件下のいずれかで高温にて樹脂−直鎖状オルガノシロキサンコポリマーを加熱する工程を含む。
【実施例】
【0083】
以下の実施例は、本発明の好ましい実施形態を例証するために含まれる。以下に続く実施例に開示される技術は、本発明者らにより本発明の実践において良好に機能することが見出された技術を示し、したがって、その実践のために好ましい態様を構成すると考えられ得ると、当業者により理解されるであろう。しかしながら、当業者は、本開示を考慮すれば、開示される具体的な実施形態において多くの変更を行うことができ、それでもなお本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに同様の又は類似の結果をもたらし得ることを理解すべきである。すべての百分率は、重量%単位である。すべての測定は、特に記載のない限り、23℃にて行った。
【0084】
特性評価法
29Si及び
13C NMRスペクトル分析法
約3グラムの、無溶剤の直鎖状樹脂(室温にて一晩サンプルを乾燥させることにより調製)と、1gのCDCl3と、4グラムの0.04M Cr(acac)
3のCDCl
3溶液と、をバイアル瓶に量り取り、十分に混合することにより、直鎖状樹脂生成物のNMRサンプルを調製した。次に、サンプルを、ケイ素を含まないNMR管の中に移した。Varian Mercury 400MHz NMRを使用して、スペクトルを得た。4gのサンプルを4グラムの0.04M Cr(acac)
3のCDCl
3溶液で希釈することにより、217フレーク及びシラノール末端PDMSなどの他の材料のNMRサンプルを調製した。
【0085】
13C NMR実験を以下の方式で行った。サンプルを16mmのガラス製NMR管の中に配置した。5mmのNMR管を16mm管の内側に配置し、ロック溶媒を装填した。12〜20分の信号平均化ブロックにおいて13C DEPT NMRを得た。Varian Inova NMRスペクトロメーターにおいて、400MHzの1H動作振動数でデータを得た。
【0086】
29Si NMRスペクトルにおけるT(Ph,OZ)及びT(Ph,OZ2)領域の積分値から直鎖状樹脂生成物のシラノール含有量を計算した。T(アルキル)基は、完全に縮合したものと考えられ(推定)、T(Ph,Oz)から差し引かれた。
29Si NMRからのD(Me
2)の積分値に比率(合成の組成に使用されるPDMSに含まれるSiモル量に対するカップリング剤に含まれるSiモル量)を乗じることにより、T(アルキル)含有量を計算した。217フレーク由来のイソプロポキシは、低濃度であるため、OZ値から差し引かなかった。したがって、総OZ=総OHとみなされた。
【0087】
GPC分析
GPC等級のTHFを用い0.5%(重量/体積)でサンプルを調製し、0.45umのPTFEシリンジフィルターで濾過し、ポリスチレン標準と比較して分析した。分子量決定に使用される比較検量線(三次フィット)は、580〜2,320,000ダルトンの分子量範囲の16のポリスチレン標準によるものであった。クロマトグラフィー装置は、真空脱気装置を装備したWaters 2695セパレーションモジュールと、Waters 2410示差屈折計と、ガードカラムが前に設置された2つ(300mm×7.5mm)のPolymer Laboratories Mixed Cカラム(分子量分離範囲:200〜3,000,000)と、からなる。流量が1.0mL/分になるようプログラムし、GPC等級のTHFを使用して、分離を行なった。充填量は100μLに設定し、カラム及び検出器は35℃に加熱した。データ収集は25分行い、処理は、Atlas/Cirrusソフトウェアを使用して行った。
【0088】
遊離樹脂含有量を測定するために、低分子量側の遊離樹脂ピークを積分して、面積(%)を得た。
【0089】
レオロジー分析
TA Instrumentsから市販されているレオメーター(2KSTD標準屈曲旋回軸スプリング変換器を備えるARES−RDA(TA Instruments(New Castle,DE 19720))を強制対流炉と共に使用して、貯蔵弾性率(G’)、損失弾性率(G”)及び温度の関数としてのtanδを測定した。試験標本(典型的には8mm幅、1mm厚さ)を平行なプレートの間に装填し、25℃〜300℃の範囲で2℃/分にて温度を徐々に上げながら小さなひずみの振動レオロジーを使用して測定した(振動数1Hz)。
【0090】
コポリマーを特性評価するために、流動開始をG’降下(「流動」と標識されている)に入る変曲温度として計算し、120℃での粘度を溶融加工性についての尺度として報告し、硬化開始をG’上昇(「硬化」と標識されている)に入る変曲温度として計算した。
【0091】
オルガノシロキサンコポリマーについての典型的なレオロジー曲線は、
図1に示されている。本明細書に開示されている代表例のレオロジー評価の結果は、下記の表1に要約される。
【0092】
光学的透明度
本発明の組成物のキャストシートの厚さ1mmのサンプルを通して測定された、約350〜1000ナノメートルの波長での光透過率(%)として、光学的透明度を評価した。概して、少なくとも95%の透過率(%)を有するサンプルは、光学的に透明であると考えた。
【0093】
(実施例1)(参照)
シラノール末端PDMSのオキシム封鎖、1.05/1比のMTO/SiOHのための手順
トルエン(60.0g)と184dpのシラノール末端ポリジメチルシロキサンすなわちPDMS(43.07g、0.580molのSi、Dow Corning SFD 750)の溶液をメチルトリス(メチルエチルケトキシム)シランすなわちMTO(2.0g、0.00663mol、Gelest)で末端封鎖した。これは、MTOをシラノール末端PDMSに添加し、室温にて2時間にわたって混合することにより、窒素下でグローブボックス内で調製した(同日)。
【0094】
(実施例2)(参照)
シラノール末端PDMSのアセトキシ末端封鎖(1.05/1比のETS900/SiOH)
トルエン(80.0g)と184dpのシラノール末端PDMS(Gelest DMS−S27、43.2g、0.581molのSi)をアルキルトリアセトキシシラン(Dow Corning ETS−900、4.54g、0.0195molのSi)で末端封鎖した。これは、ETS−900をシラノール末端PDMSに添加し、室温にて2時間にわたって混合することにより、窒素下でグローブボックス内で調製した(同日)。
【0095】
(実施例3)
184dpのPDMSをベースとしたアセトキシ末端PDMSを使用する樹脂−直鎖状物質
組成:(Me
2SiO
2/2)
0.83(PhSiO
3/2)
0.16(28重量%のフェニル−T)
5L四口丸底フラスコにフェニルシルセスキオキサン加水分解物(Dow Corning 217フレーク、280.0g、2.050molのSi)とトルエン(Fisher Scientific、1000.0g)を充填した。このフラスコに、温度計と、Teflon撹拌パドルと、水冷凝縮器に取り付けたDean Stark装置と、を装備させた。窒素封入を行った。Dean Stark装置には予めトルエンを充填した。加熱には油浴を使用した。反応混合物を還流させながら30分にわたって加熱した。反応混合物を108℃に冷却した後、ジアセトキシ末端PDMSの溶液を添加した。ジアセトキシ末端PDMSは、トルエン(500.0g)と184dpのシラノール末端PDMS(Gelest DMS−S27、720.0g、9.690molのSi)と50/50の蒸留MTA/ETA(23.77g、0.1028molのSi)とを使用して、実施例2に従って調製した。ジアセトキシ末端PDMSを108℃にてフェニルシルセスキオキサン加水分解物溶液に迅速に添加した。反応混合物を還流させながら3時間15分にわたって加熱した。この段階で50/50の蒸留MTA/ETA(22.78g、0.0984molのSi)を添加し、混合物を1時間にわたって還流させた。脱イオン水(36.2g)を添加し、その後、水の除去は行わずに、反応混合物を還流させながら1時間にわたって加熱した。その後、Dean Stark装置を使用して、共沸蒸留により水を除去した。大部分の水を除去した後(約109℃)、加熱を2時間にわたって継続した。キャストシート(溶液を型枠に注ぎ、室温にて一晩溶媒を蒸発させることにより作製)は光学的に透明であった。得られたシートは、室温にて粘り気のあるエラストマーであった。
【0096】
生成物Mw=237,000(遊離樹脂は除く)、OZ=6.31mol%
【0097】
(実施例4)
アセトキシ末端PDMSを使用する樹脂−直鎖状物質;
組成:(Me
2SiO
2/2)
0.79(PhSiO
3/2)
0.19(32重量%のフェニル−T)、184dpのPDMSをベースとしている
1L三口丸底フラスコにフェニルシルセスキオキサン加水分解物(Dow Corning 217フレーク、51.2g、0.374molのSi)とトルエン(Fisher Scientific、160.0g)を充填した。このフラスコに、温度計と、Teflon撹拌パドルと、水冷凝縮器に取り付けたDean Stark装置と、を装備させた。窒素封入を行った。Dean Stark装置には予めトルエンを充填した。加熱には油浴を使用した。反応混合物を還流させながら30分にわたって加熱した。反応混合物を108℃に冷却した後、ジアセトキシ末端PDMSの溶液を添加した。ジアセトキシ末端PDMSは、トルエン(76.11g)と184dpのシラノール末端PDMS(Gelest DMS−S27、108.8g、1.46molのSi)と50重量%のETS−900のトルエン溶液(Dow Corning、7.79g、0.0168molのSi)を使用して、実施例2に従って調製した。ジアセトキシ末端PDMSを108℃にてフェニルシルセスキオキサン加水分解物溶液に迅速に添加した。反応混合物を還流させながら2時間にわたって加熱した。この段階で、50重量%のETS−900のトルエン溶液(Dow Corning、12.6g、0.0271molのSi)を添加し、混合物を1時間にわたって還流させた。脱イオン水(30mL)を添加し、Dean Stark装置を使用して共沸蒸留により水相を除去した。この手順を更に2回繰り返して、酢酸濃度を低下させた。キャストシート(溶液を型枠に注ぎ、室温にて一晩溶媒を蒸発させることにより作製)は光学的に透明であった。得られたシートは、室温にて粘り気のあるエラストマーであった。
【0098】
生成物Mw=144,000(遊離樹脂は除く)、OZ=6.56mol%
【0099】
(実施例5)
アセトキシ末端PDMSを使用する樹脂−直鎖状物質
組成:(Me
2SiO
2/2)
0.75(PhSiO
3/2)
0.22(36重量%のフェニル−T)、184dpのPDMSをベースとしている
1L三口丸底フラスコにフェニルシルセスキオキサン加水分解物(Dow Corning 217フレーク、64.8g、0.473molのSi)とトルエン(Fisher Scientific、180.0g)を充填した。このフラスコに、温度計と、Teflon撹拌パドルと、水冷凝縮器に取り付けたDean Stark装置と、を装備させた。窒素封入を行った。Dean Stark装置には予めトルエンを充填した。加熱には油浴を使用した。反応混合物を還流させながら30分にわたって加熱した。反応混合物を108℃に冷却した後、ジアセトキシ末端PDMSの溶液を添加した。ジアセトキシ末端PDMSは、トルエン(85.88g)と184dpのシラノール末端PDMS(Gelest DMS−S27、115.2g、1.55molのSi)と50重量%のETS−900のトルエン溶液(Dow Corning、8.25g、0.0177molのSi)を使用して、実施例2に従って調製した。ジアセトキシ末端PDMSを108℃にてフェニルシルセスキオキサン加水分解物溶液に迅速に添加した。反応混合物を還流させながら2時間にわたって加熱した。この段階で、50重量%のETS−900のトルエン溶液(Dow Corning、18.17g、0.0391molのSi)を添加し、混合物を1時間にわたって還流させた。脱イオン水(30mL)を添加し、Dean Stark装置を使用して共沸蒸留により水相を除去した。この手順を更に2回繰り返して、酢酸濃度を低下させた。キャストシート(溶液を型枠に注ぎ、室温にて一晩溶媒を蒸発させることにより作製)は光学的に透明であった。得られたシートは、室温にて粘り気のあるエラストマーであった。
【0100】
生成物Mw=169,000(遊離樹脂は除く)、OZ=7.71mol%
【0101】
(実施例6)
アセトキシ末端PDMSを使用する樹脂−直鎖状物質
組成:(Me
2SiO
2/2)
0.72(PhSiO
3/2)
0.26(40重量%のフェニル−T)、184dpのPDMSをベースとしている
1L三口丸底フラスコにフェニルシルセスキオキサン加水分解物(Dow Corning 217フレーク、64.0g、0.467molのSi)とトルエン(Fisher Scientific、201.1g)を充填した。このフラスコに、温度計と、Teflon撹拌パドルと、水冷凝縮器に取り付けたDean Stark装置と、を装備させた。窒素封入を行った。Dean Stark装置には予めトルエンを充填した。加熱には油浴を使用した。反応混合物を還流させながら30分にわたって加熱した。反応混合物を108℃に冷却した後、ジアセトキシ末端PDMSの溶液を添加した。ジアセトキシ末端PDMSは、トルエン(96.0g)と184dpのシラノール末端PDMS(Gelest DMS−S27、96.0g、1.29molのSi)とETS−900(Dow Corning、3.44g、0.0148mol)とを使用して、実施例2に従って調製した。ジアセトキシ末端PDMSを108℃にてフェニルシルセスキオキサン加水分解物溶液に迅速に添加した。反応混合物を還流させながら2時間にわたって加熱した。この段階でアルキルトリアセトキシシラン(Dow Corning ETS−900、7.28g、0.0313molのSi)を添加し、混合物を1.5時間にわたって還流させた。脱イオン水(30mL)を添加し、Dean Stark装置を使用して共沸蒸留により水相を除去した。キャストシートはわずかに曇りを有していたことから、アルキルトリアセトキシシラン(1.93g、0.00830molのSi)をより多量に添加し、その後、混合物を還流させながら1時間にわたって加熱した。脱イオン水(30mL)を添加し、Dean Stark装置を使用して共沸蒸留により水相を除去した。この工程を更に2回繰り返して、酢酸濃度を低下させた。得られたシートは、室温にて光学的に透明な滑らかなエラストマーであった。
【0102】
生成物Mw=148,000(遊離樹脂は除く)、OZ=8.80mol%
【0103】
(実施例7)
オキシム末端PDMSを使用するオルガノシロキサンブロックコポリマーの生成
オキシム末端PDMSを使用して、オルガノシロキサンブロックコポリマーを生成した。このコポリマーは、約34重量%のフェニル−T単位に相当する約21mol%のフェニル−T単位を有した。より具体的には、500mL三口丸底フラスコに、フェニルシルセスキオキサン加水分解物(Dow Corning 217フレーク、20.4、0.149molのSi)とトルエン(Fisher Scientific、61.2g)を充填して、混合物を生成した。このフラスコに、温度計と、Teflon撹拌パドルと、予めトルエンを充填し、水冷凝縮器に取り付けたDean Stark装置と、を装備させた。その後、窒素封入を行った。加熱には油浴を使用した。
【0104】
混合物を還流させながら30分にわたって加熱し、続いて100℃に冷却した。この時点で、オキシム末端封鎖PDMSの溶液(上記方法を使用して生成)を添加した。より具体的には、オキシム末端封鎖PDMSは、78.8gのトルエンと39.6gのシラノール末端PDMS(Gelest DMS−S27、184dp)と1.84gのMTO(Gelestから)とを用い生成した。オキシム−PDMSを100℃にてフェニルシルセスキオキサン加水分解物に迅速に添加し、還流させながら2.5時間にわたって加熱し、その後、n−ブタノール(6g、Fisher Scientific)を添加し、還流させながら更に3時間にわたって加熱した。この時点で、蒸留により揮発物をある程度除去して、固形分含有量を約40重量%に上昇させた。続いて、反応混合物を、室温に冷却した。ここで生成したオルガノシロキサンブロックコポリマーは、光学的に透明で無色であった。次に、オルガノシロキサンブロックコポリマーを平坦な表面上に注ぎ、室温にて一晩溶媒を蒸発させることにより、キャストシートを生成する。このキャストシートは、同様に光学的に透明に見える。生成後、この実施例のオルガノシロキサンブロックコポリマーを
29Si NMRにより分析したところ、7.52mol%のOR
3を有する(Me
2SiO
2/2)
0.783(MeSiO
3/2)
0.009(PhSiO
3/2)
0.208の構造をもつことが確認された。式中、R
3は上記の通りである。
【0105】
(実施例8)
オキシム末端PDMSを使用するオルガノシロキサンブロックコポリマーの生成
オキシム末端PDMSを使用して、オルガノシロキサンブロックコポリマーを生成した。このコポリマーは、約48重量%のフェニル−T単位に相当する約34mol%のフェニル−T単位を有した。より具体的には、1L三口丸底フラスコに、フェニルシルセスキオキサン加水分解物(Dow Corning 217フレーク、57.6g、0.420molのSi)とトルエン(Fisher Scientific、175.0g)を充填して、混合物を生成した。このフラスコに、温度計と、Teflon撹拌パドルと、予めトルエンを充填し、水冷凝縮器に取り付けたDean Stark装置と、を装備させた。その後、窒素封入を行った。加熱には油浴を使用した。
【0106】
混合物を還流させながら30分にわたって加熱し、続いて100℃に冷却した。この時点で、オキシム末端封鎖PDMSの溶液(上記方法を使用して生成)を添加した。より具体的には、オキシム末端封鎖PDMSは、105.0gのトルエンと62.4gのシラノール末端PDMS(Gelest DMS−S21、45dp)と11.7gのMTO(Gelestから)とを用い生成した。オキシム−PDMSを100℃にてフェニルシルセスキオキサン加水分解物に迅速に添加し、還流させながら1時間にわたって加熱し、その後、n−ブタノール(12.0g、Fisher Scientific)を添加し、還流させながら更に3時間にわたって加熱した。続いて、反応混合物を、室温に冷却した。ここで生成されたオルガノシロキサンブロックコポリマーは、光学的に透明であった。次に、オルガノシロキサンブロックコポリマーを平坦な表面上に注ぎ、室温にて一晩溶媒を蒸発させることにより、キャストシートを生成する。このキャストシートは、光学的に透明に見える。生成後、この実施例のオルガノシロキサンブロックコポリマーを
29Si NMRにより分析したところ、16.0mol%のOR
3を有する(Me
2SiO
2/2)
0.633(MeSiO
3/2)
0.029(PhSiO
3/2)
0.338の構造をもつことが確認された。式中、R
3は上記の通りである。
【0107】
(実施例9)
オキシム末端PDMSを使用するオルガノシロキサンブロックコポリマーの生成
オキシム末端PDMSを使用して、オルガノシロキサンブロックコポリマーを生成した。このコポリマーは、約28重量%のフェニル−T単位に相当する約18mol%のフェニル−T単位を有した。より具体的には、500mL三口丸底フラスコに、フェニルシルセスキオキサン加水分解物(Dow Corning 217フレーク、16.8g、0.123molのSi)とトルエン(Fisher Scientific、51.4g)を充填して、混合物を生成した。このフラスコに、温度計と、Teflon撹拌パドルと、予めトルエンを充填し、水冷凝縮器に取り付けたDean Stark装置と、を装備させた。その後、窒素封入を行った。加熱には油浴を使用した。
【0108】
混合物を還流させながら30分にわたって加熱し、続いて100℃に冷却した。この時点で、オキシム末端封鎖PDMSの溶液(上記方法を使用して生成)を添加した。より具体的には、オキシム末端封鎖PDMSは、60.0gのトルエンと43.2gのシラノール末端PDMS(Gelest DMS−S21、45dp)と8.10gのMTO(Gelestから)とを用い生成した。オキシム−PDMSを100℃にてフェニルシルセスキオキサン加水分解物に迅速に添加し、還流させながら30分にわたって加熱し、その後、n−ブタノール(6.0g、Fisher Scientific)を添加し、還流させながら更に3時間にわたって加熱した。この時点で、蒸留により揮発物をある程度除去して、固形分含有量を約40重量%に上昇させた。続いて、反応混合物を、室温に冷却した。ここで生成されたオルガノシロキサンブロックコポリマーは、光学的に透明であった。次に、オルガノシロキサンブロックコポリマーを平坦な表面上に注ぎ、室温にて一晩溶媒を蒸発させることにより、キャストシートを生成する。このキャストシートは、光学的に透明に見える。この実施例のオルガノシロキサンブロックコポリマーは、ほぼ(Me
2SiO
2/2)
0.82(PhSiO
3/2)
0.18の組成を有する。
【0109】
(実施例10)
アセトキシ末端PDMSを使用する直鎖状樹脂材料
【0110】
2L四口丸底フラスコにDow Corning 217フレーク(137.5g、1.01molのSi)とトルエン(Fisher Scientific、339.3g)を充填した。このフラスコに、温度計と、Teflon撹拌パドルと、水冷凝縮器に取り付けたDean Stark装置と、を装備させた。窒素封入を行い、Dean Stark装置には予めトルエンを充填し、加熱には加熱マントルを使用した。反応混合物を還流させながら30分にわたって加熱した。反応混合物を108℃に冷却した後、ジアセトキシ末端PDMSの溶液をゆっくり(13分)添加した。ジアセトキシ末端PDMSは、50/50重量%のMTA/ETA(3.71g、0.0160molのSi)混合物を184dpのシラノール末端PDMS(Gelest DMS−S27、112.5g、1.51molのSi)のトルエン(125.0g)溶液に添加することにより調製した。この溶液を窒素雰囲気下で室温にて30分にわたって混合した。ジアセトキシ末端PDMSを添加した後、反応混合物を還流させながら3時間にわたって加熱した。樹脂−樹脂カップリングを誘導するために、50/50重量%のMTA/ETA(23.58g、0.102molのSi)を108℃にて添加した。反応混合物を還流させながら更に1時間にわたって加熱した。これを90℃に冷却し、その後、DI水(42.52g)を添加した。温度を上昇させて還流させ、水は除去せずに1時間そのままにした。その後、共沸蒸留により水を除去した。水を除去した後、還流させながら更に2時間にわたって加熱を継続した。その後、揮発物(約89g)を除去して、固形分含有量を約40%に上昇させた。物質を室温に冷却し、その後、5.0マイクロメートルのフィルターで加圧濾過した。
29Si NMRにより確認された生成物の組成は、(Me
2SiO
2/2)
0.582(MeSiO
3/2)
0.045(PhSiO
3/2)
0.373であり、OZは15.8mol%であった。
この実施例のブロックコポリマーの固体コーティングのTEM画像(
図3に示される)は、層状構造を有するナノドメインを示唆する。
【0111】
(実施例11)
47dpのジアセトキシ末端PhMeシロキサンを使用するPhMe直鎖状樹脂材料
組成:(PhMeSiO
2/2)
0.52(PhSiO
3/2)
0.41(45重量%のフェニル−T)
500mL四口丸底フラスコにDow Corning 217フレーク(45.0g、0.329molのSi)とトルエン(Fisher Scientific、70.38g)を充填した。このフラスコに、温度計と、Teflon撹拌パドルと、水冷凝縮器に取り付けたDean Stark装置と、を装備させた。窒素封入を行い、Dean Stark装置には予めトルエンを充填し、加熱には油浴を使用した。反応混合物を還流させながら30分にわたって加熱した。反応混合物を108℃に冷却した後、ジアセトキシ末端PhMeシロキサンの溶液を迅速に添加した。ジアセトキシ末端PhMeシロキサンは、50/50重量%のMTA/ETA(3.34g、0.0144molのSi)混合物を47dpのシラノール末端PhMeシロキサン(55.0g、0.403molのSi)をトルエン(29.62g)に溶解させた溶液に添加することにより調製した。この溶液を窒素雰囲気下で室温にて2時間にわたって混合した。ジアセトキシ末端PhMeシロキサンを添加した後、反応混合物を還流させながら2時間にわたって加熱した。この段階で50/50重量%のMTA/ETA(6.94g、0.0300molのSi)を108℃にて添加した。反応混合物を還流させながら更に1時間にわたって加熱した。これを90℃に冷却し、その後、DI水(15mL)を添加した。温度を上昇させて還流させ、水を共沸蒸留により除去した。反応混合物を再び90℃に冷却し、更にDI水(15mL)を添加した。これを加熱して還流させ、水を再び除去した。その後、ある程度のトルエン(56.4g)を蒸留により除去して、固形分含有量を上昇させた。物質を室温に冷却し、その後、5.0μmのフィルターで加圧濾過した。キャストシート(溶液を型枠に注ぎ、溶媒を蒸発させることにより作製)は光学的に透明であった。
【0112】
(実施例12)
140dpのジアセトキシ末端PhMeシロキサンを使用するPhMe直鎖状樹脂材料
組成:(PhMeSiO
2/2)
0.52(PhSiO
3/2)
0.42(45重量%のフェニル−T)
500mL四口丸底フラスコにDow Corning 217フレーク(45.0g、0.329molのSi)とトルエン(Fisher Scientific、70.38g)を充填した。このフラスコに、温度計と、Teflon撹拌パドルと、水冷凝縮器に取り付けたDean Stark装置と、を装備させた。窒素封入を行い、Dean Stark装置には予めトルエンを充填し、加熱には油浴を使用した。反応混合物を還流させながら30分にわたって加熱した。反応混合物を108℃に冷却した後、ジアセトキシ末端PhMeシロキサンの溶液を迅速に添加した。ジアセトキシ末端PhMeシロキサンは、50/50重量%のMTA/ETA(1.21g、0.00523molのSi)混合物を140dpのシラノール末端PhMeシロキサン(55.0g、0.404molのSi)のトルエン(29.62g)溶液に添加することにより調製した。この溶液を窒素雰囲気下で室温にて2時間にわたって混合した。ジアセトキシ末端PhMeシロキサンを添加した後、反応混合物を還流させながら2時間にわたって加熱した。この段階で50/50重量%のMTA/ETA(7.99g、0.0346molのSi)を108℃にて添加した。反応混合物を還流させながら更に1時間にわたって加熱した。これを90℃に冷却し、その後、DI水(12mL)を添加した。温度を上昇させて還流させ、水を共沸蒸留により除去した。反応混合物を再び90℃に冷却し、更にDI水(12mL)を添加した。これを加熱して還流させ、水を再び除去した。その後、ある程度のトルエン(56.9g)を蒸留により除去して、固形分含有量を上昇させた。物質を室温に冷却し、その後、5.0μmのフィルターで加圧濾過した。キャストシート(溶液を型枠に注ぎ、溶媒を蒸発させることにより作製)は光学的に透明であった。
【0113】
(実施例13)
230dpのジアセトキシ末端PhMeシロキサンを使用するPhMe直鎖状樹脂材料
組成:(PhMeSiO
2/2)
0.53(PhSiO
3/2)
0.41(45重量%のフェニル−T)
500mL四口丸底フラスコにDow Corning 217フレーク(45.0g、0.329molのSi)とトルエン(Fisher Scientific、70.38g)を充填した。このフラスコに、温度計と、Teflon撹拌パドルと、水冷凝縮器に取り付けたDean Stark装置と、を装備させた。窒素封入を行い、Dean Stark装置には予めトルエンを充填し、加熱には油浴を使用した。反応混合物を還流させながら30分にわたって加熱した。反応混合物を108℃に冷却した後、ジアセトキシ末端PhMeシロキサンの溶液を迅速に添加した。ジアセトキシ末端PhMeシロキサンは、50/50重量%のMTA/ETA(0.82g、0.0355molのSi)混合物を230dpのシラノール末端PhMeシロキサン(55.0g、0.404molのSi)のトルエン(29.62g)溶液に添加することにより調製した。この溶液を窒素雰囲気下で室温にて2時間にわたって混合した。ジアセトキシ末端PhMeシロキサンを添加した後、反応混合物を還流させながら2時間にわたって加熱した。この段階で50/50重量%のMTA/ETA(9.89g、0.0428molのSi)を108℃にて添加した。反応混合物を還流させながら更に1時間にわたって加熱した。これを90℃に冷却し、その後、DI水(15mL)を添加した。温度を上昇させて還流させ、水を共沸蒸留により除去した。反応混合物を再び90℃に冷却し、更にDI水(15mL)を添加した。これを加熱して還流させ、水を再び除去した。その後、ある程度のトルエン(57.0g)を蒸留により除去して、固形分含有量を上昇させた。物質を室温に冷却し、その後、5.0μmのフィルターで加圧濾過した。キャストシート(溶液を型枠に注ぎ、溶媒を蒸発させることにより作製)は光学的に透明であった。
【0114】
(実施例14)
140dpのジアセトキシ末端PhMeシロキサンを使用するPhMe直鎖状樹脂材料
組成:(PhMeSiO
2/2)
0.64(PhSiO
3/2)
0.32(35重量%のフェニル−T)
500mL四口丸底フラスコにDow Corning 217フレーク(35.0g、0.256molのSi)とトルエン(Fisher Scientific、65.0g)を充填した。このフラスコに、温度計と、Teflon撹拌パドルと、水冷凝縮器に取り付けたDean Stark装置と、を装備させた。窒素封入を行い、Dean Stark装置には予めトルエンを充填し、加熱には油浴を使用した。反応混合物を還流させながら30分にわたって加熱した。反応混合物を108℃に冷却した後、ジアセトキシ末端PhMeシロキサンの溶液を迅速に添加した。ジアセトキシ末端PhMeシロキサンは、50/50重量%のMTA/ETA(1.44g、0.00623molのSi)混合物を140dpのシラノール末端PhMeシロキサン(65.0g、0.477molのSi)のトルエン(35.0g)溶液に添加することにより調製した。この溶液を窒素雰囲気下で室温にて2時間にわたって混合した。ジアセトキシ末端PhMeシロキサンを添加した後、反応混合物を還流させながら2時間にわたって加熱した。この段階で50/50重量%のMTA/ETA(6.21g、0.0269molのSi)を108℃にて添加した。反応混合物を還流させながら更に1時間にわたって加熱した。これを90℃に冷却し、その後、DI水(12mL)を添加した。温度を上昇させて還流させ、水を共沸蒸留により除去した。反応混合物を再び90℃に冷却し、更にDI水(12mL)を添加した。これを加熱して還流させ、水を再び除去した。その後、ある程度のトルエン(54.0g)を蒸留により除去して、固形分含有量を上昇させた。物質を室温に冷却し、その後、5.0μmのフィルターで加圧濾過した。キャストシート(溶液を型枠に注ぎ、溶媒を蒸発させることにより作製)は光学的に透明であった。
【0115】
(実施例15)
140dpのジアセトキシ末端PhMeシロキサンを使用するPhMe直鎖状樹脂材料
組成物:(PhMeSiO
2/2)
0.42(PhSiO
3/2)
0.51(55重量%のフェニル−T)
500mL四口丸底フラスコにDow Corning 217フレーク(55.0g、0.403molのSi)とトルエン(Fisher Scientific、75.77g)を充填した。このフラスコに、温度計と、Teflon撹拌パドルと、水冷凝縮器に取り付けたDean Stark装置と、を装備させた。窒素封入を行い、Dean Stark装置には予めトルエンを充填し、加熱には油浴を使用した。反応混合物を還流させながら30分にわたって加熱した。反応混合物を108℃に冷却した後、ジアセトキシ末端PhMeシロキサンの溶液を迅速に添加した。ジアセトキシ末端PhMeシロキサンは、50/50重量%のMTA/ETA(0.99g、0.00428molのSi)混合物を140dpのシラノール末端PhMeシロキサン(45.0g、0.330molのSi)のトルエン(24.23g)溶液に添加することにより調製した。この溶液を窒素雰囲気下で室温にて2時間にわたって混合した。ジアセトキシ末端PhMeシロキサンを添加した後、反応混合物を還流させながら2時間にわたって加熱した。この段階で50/50重量%のMTA/ETA(9.77g、0.0423molのSi)を108℃にて添加した。反応混合物を還流させながら更に1時間にわたって加熱した。これを90℃に冷却し、その後、DI水(15mL)を添加した。温度を上昇させて還流させ、水を共沸蒸留により除去した。反応混合物を再び90℃に冷却し、更にDI水(15mL)を添加した。これを加熱して還流させ、水を再び除去した。その後、ある程度のトルエン(56.7g)を蒸留により除去して、固形分含有量を上昇させた。物質を室温に冷却し、その後、5.0μmのフィルターで加圧濾過した。キャストシート(溶液を型枠に注ぎ、溶媒を蒸発させることにより作製)は光学的に透明であった。
【0116】
(実施例16)
140dpのジアセトキシ末端PhMeシロキサンを使用するナフチル直鎖状樹脂材料
組成:45重量%のナフチル−T
50mL一口丸底フラスコに2.4gのナフチル−T加水分解物樹脂フレーク(Gelestから購入したままの状態のナフチルトリメトキシシランを加水分解することにより調製)とトルエン(Fisher Scientific、5.6g)を充填した。このフラスコに、電磁撹拌棒と、水冷凝縮器に取り付けたDean Stark装置と、を装備させた。窒素封入を行い、Dean Stark装置には予めトルエンを充填し、加熱には油浴を使用した。反応混合物を還流させながら30分にわたって加熱した。反応混合物を108℃に冷却した後、ジアセトキシ末端PhMeシロキサンの溶液を迅速に添加した。ジアセトキシ末端PhMeシロキサンは、50/50重量%のMTA/ETA(0.065g、0.00028molのSi)混合物を140dpのシラノール末端PhMeシロキサン(2.93g、0.0215molのSi)のトルエン(6.84g)溶液に添加することにより調製した。この溶液を窒素雰囲気下で室温にて2時間にわたって混合した。ジアセトキシ末端PhMeシロキサンを添加した後、反応混合物を還流させながら2時間にわたって加熱した。この時点で以下の工程を3回繰り返した:50/50重量%のMTA/ETA(0.21g、0.000908molのSi)を108℃にて添加した。反応混合物を還流させながら1時間にわたって加熱した。これを90℃に冷却し、その後、DI水(2mL)を添加した。温度を上昇させて還流させ、水を共沸蒸留により除去した。キャストシートは光学的に透明であった。
【0117】
比較例1
アセトキシ末端PDMSを使用する樹脂−直鎖状物質
組成:(Me
2SiO
2/2)
0.82(PhSiO
3/2)
0.17(28重量%のフェニル−T)、184dpのPDMSをベースとしている
500mL三口丸底フラスコにフェニルシルセスキオキサン加水分解物(Dow Corning 217フレーク、16.8g、0.123molのSi)とトルエン(Fisher Scientific、60.0g)を充填した。このフラスコに、温度計と、Teflon撹拌パドルと、水冷凝縮器に取り付けたDean Stark装置と、を装備させた。窒素封入を行った。Dean Stark装置には予めトルエンを充填した。加熱には油浴を使用した。反応混合物を還流させながら1時間にわたって加熱した。反応混合物を100℃に冷却した後、アセトキシ末端PDMSの溶液を添加した。アセトキシ末端PDMSは、トルエン(80.0g)と184dpのシラノール末端PDMS(Dow Corning(登録商標)SFD750、43.20g、0.581molのSi)とETS−900(Dow Corning、1.54g、0.00663mol)とを使用して、実施例2に従って調製した。アセトキシ末端PDMSを100℃にてフェニルシルセスキオキサン加水分解物溶液に迅速に添加した。反応混合物を還流させながら合計11時間にわたって加熱した。この数時間後、乾燥したフィルムは依然として不透明であった。注記:この実施例は、樹脂−直鎖状カップリング単独では光学的に透明な樹脂−直鎖状フィルムを生成するのに十分ではないことを示す。
【0118】
比較例2
KOH粘性樹脂−直鎖状材料
組成:(Me
2SiO
2/2)
0.82(PhSiO
3/2)
0.18(29重量%のPh−T、R/L比4/1)
米国特許第3,308,203号においてMetevia V.L.及びPolmanteer K.E.により開示されている手順を使用して、この実施例の樹脂−直鎖状コポリマーを調製した。
【0119】
500mL三口丸底フラスコにフェニルシルセスキオキサン加水分解物(18.2g、0.133molのSi)と184dPのシラノール末端PDMS(45.0g、0.606molのSi)とトルエン(189.6g)とを充填した。フラスコに、温度計と、電磁撹拌棒と、水冷凝縮器に取り付けたDean Stark装置と、を装備させた。45.7重量%の水酸化カリウム(0.553g)水溶液を室温にて撹拌しながら添加した。反応混合物を還流させながら合計7.5時間にわたって加熱し、ドライアイスで中和し、1.2μmのフィルターで濾過した。溶媒を含まない生成物は、濁った粘稠な液体であった。
【0120】
比較例3
エポキシ末端PDMS法:トリエトキシ末端の184dpのPDMS手順
米国特許第5,830,950号においてKatsoulis D.E.及びKeryk J.R.及びMcGarry F.J.及びZhu B.により開示されている手順を使用して、この実施例の樹脂−直鎖状コポリマーを調製した。
【0121】
500mL三口丸底フラスコにシラノール末端の184dpのPDMS(Gelest DMS−S27、175.0g、2.36molのSi)とテトラエトキシシラン(TEOS)(Gelest、53.5g、0.257mol)と酢酸カリウム(Fisher Scientific、0.229g)とを充填した。このフラスコに、温度計と、撹拌パドルと、水冷凝縮器に取り付けたDean Stark装置と、を装備させた。150℃にて20時間にわたって加熱した。29Si NMR分析は、約44%のSiOH基が残存していることを示した。更に酢酸カリウム(0.916g)を添加した。150℃にて更に33時間にわたって加熱した。1.2μmのフィルターで加圧濾過した。真空下100℃の温度の油浴にてロータリーエバポレーターを使用して乾固した。29Si NMR分析は、SiOH及びTEOSが全く存在しないことを示した。生成物のGPC分析:
【0122】
【表1】
【0123】
以下の手順に従って、トリエトキシ末端PDMSをフェニルシルセスキオキサン加水分解物と更に反応させた。
【0124】
500mL三口丸底フラスコにフェニルシルセスキオキサン加水分解物(Dow Corning 217フレーク、16.8g、0.123molのSi)とトルエン(Fisher Scientific、60.0g)を充填した。このフラスコに、温度計と、Teflon撹拌パドルと、水冷凝縮器に取り付けたDean Stark装置と、を装備させた。窒素封入を行った。Dean Stark装置には予めトルエンを充填した。加熱には油浴を使用した。反応混合物を還流させながら30分にわたって加熱した。反応混合物を100℃に冷却した後、トリエトキシ末端PDMS(43.2g)とトルエン(80.0g)を添加した。反応混合物は不透明に変化した。溶液を透明にするのに足りるだけのトルエン(44.1g)を添加した。チタン酸テトラ−n−ブチル(DuPont Tyzor TnBT、1.22g)を添加した。反応混合物は不透明に変化した。この混合物を透明にするのに足りるだけのトルエン(52.8g)を添加した。還流させながら合計15時間にわたって加熱した。乾燥したフィルムは依然として不透明であった。
【0125】
【表2】