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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-08-23
(54)【発明の名称】付加硬化型シロキサン組成物
(51)【国際特許分類】
   C08L 83/04 20060101AFI20240816BHJP
   C08K 3/36 20060101ALI20240816BHJP
   C08K 3/013 20180101ALI20240816BHJP
【FI】
C08L83/04
C08K3/36
C08K3/013
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024513506
(86)(22)【出願日】2022-07-18
(85)【翻訳文提出日】2024-02-28
(86)【国際出願番号】 KR2022010417
(87)【国際公開番号】W WO2023033356
(87)【国際公開日】2023-03-09
(31)【優先権主張番号】10-2021-0115654
(32)【優先日】2021-08-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521060187
【氏名又は名称】ケーシーシーシリコーンコーポレーション
【氏名又は名称原語表記】KCC Silicone Corporation
(74)【代理人】
【識別番号】100118256
【弁理士】
【氏名又は名称】小野寺 隆
(74)【代理人】
【識別番号】100166338
【弁理士】
【氏名又は名称】関口 正夫
(72)【発明者】
【氏名】ソ スン クァン
(72)【発明者】
【氏名】アン ジョンモ
(72)【発明者】
【氏名】ユン ミン キュウ
(72)【発明者】
【氏名】チェ ソン ファン
(72)【発明者】
【氏名】コ テ ホ
(72)【発明者】
【氏名】リ クァン フン
(72)【発明者】
【氏名】パク テ ファン
(72)【発明者】
【氏名】カン スンヒョン
(72)【発明者】
【氏名】藤本 哲夫
(72)【発明者】
【氏名】田村 長
【テーマコード(参考)】
4J002
【Fターム(参考)】
4J002CP031
4J002CP032
4J002CP043
4J002DJ016
4J002FD016
4J002GH01
(57)【要約】
本発明は、アリール基を含み、波長589nmに対する屈折率が1.48から1.50である第1オルガノポリシロキサン;アリール基を含み、波長589nmに対する屈折率が1.43から1.47である第2オルガノポリシロキサン;アリール基を含まず、ケイ素に直接結合されたアルケニル基を含む第3オルガノポリシロキサン;ケイ素に直接結合された水素基を含み、波長589nmに対する屈折率が1.43から1.50であるオルガノハイドロジェンポリシロキサン;及び、シリカ;を含む、付加硬化型シロキサン組成物、及びこれから製造された硬化物を含む電子/電気機器に関する。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アリール基を含み、波長589nmに対する屈折率が1.48から1.50である第1オルガノポリシロキサン;
アリール基を含み、波長589nmに対する屈折率が1.43から1.47である第2オルガノポリシロキサン;
アリール基を含まず、ケイ素に直接結合されたアルケニル基を含む第3オルガノポリシロキサン;
ケイ素に直接結合された水素基を含み、波長589nmに対する屈折率が1.43から1.50であるオルガノハイドロジェンポリシロキサン;及び
シリカ;を含む、付加硬化型シロキサン組成物。
【請求項2】
前記第1オルガノポリシロキサンは、下記化学式1で表される、請求項1に記載の付加硬化型シロキサン組成物:
[化学式1]
[RSiO1/2[RSiO3/2[RSiO3/2[SiO4/2
化学式1中、
からRは、それぞれ独立して、置換または非置換されたC1-10アルキル基、C2-10アルケニル基、またはC1-10アルコキシ基であり、
及びRは、それぞれ独立して、置換または非置換されたC1-10アルキル基、C1-10アルコキシ基、またはC6-12アリール基であり、少なくとも1つはアリール基であり、
aは、0超過1未満であり、
bは、0以上1未満であり、
c+dは、0超過1未満であり、
a+b+c+dは、1である。
【請求項3】
前記第2オルガノポリシロキサンは、下記化学式2で表される、請求項1に記載の付加硬化型シロキサン組成物:
[化学式2]
[RSiO1/2[R10SiO2/2[R11SiO3/2[SiO4/2
前記化学式2中、
からRは、それぞれ独立して、置換または非置換されたC1-10アルキル基、C2-10アルケニル基、またはC1-10アルコキシ基であり、
からR11は、それぞれ独立して、置換または非置換されたC1-10アルキル基、C1-10アルコキシ基、またはC6-12アリール基であり、少なくとも1つはアリール基であり、
eは、0超過1未満であり、
fは、0以上1未満であり、
g+hは、0超過1未満であり、
e+f+g+hは、1である。
【請求項4】
前記第3オルガノポリシロキサンは、下記化学式3で表される、請求項1に記載の付加硬化型シロキサン組成物:
[化学式3]
[R151617SiO1/2[R1819SiO2/2[SiO4/2
前記化学式3中、
15からR19は、それぞれ独立して、置換または非置換されたC1-10アルキル基、C2-10アルケニル基、またはC1-10アルコキシ基であり、少なくとも1つはアルケニル基であり、
iは、0超過1未満であり、
jは、0以上1未満であり、
kは、0.2超過1未満であり、
i+j+kは、1である。
【請求項5】
非イオン系界面活性剤をさらに含む、請求項1に記載の付加硬化型シロキサン組成物。
【請求項6】
第1オルガノポリシロキサンと第2オルガノポリシロキサンを1:0.3から1:5.0の重量比で含む、請求項1に記載の付加硬化型シロキサン組成物。
【請求項7】
請求項1から6の何れか1項に記載の付加硬化型シロキサン組成物を硬化させて製造された硬化物を含む、電子/電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、粘度が適切で流動性に優れ、チキソ性に優れて製造された硬化膜の透明性、硬度及び接着力も優れている付加硬化型シロキサン組成物に関する。
【背景技術】
【0002】
従来には、発光ダイオード(LED)素子の密封材料としてエポキシ樹脂が用いられてきた。このようなエポキシ樹脂は、透光度は優れるが弾性率が高いため、多様な温度条件及び温度変化時においてワイヤー、チップ及び/またはエポキシ樹脂の間に亀裂が発生し、ワイヤーボンディングが断線する問題が発生して、半導体材料の結晶構造が崩れることにより発光効率が低下する問題があった。また、エポキシ樹脂は、より明るく短い波長の光に対する耐熱性及び耐光性が非常に足りない。よって、紫外線などがエポキシ樹脂を透過する場合、有機高分子の結合が破壊され樹脂の光学的、化学的特性が顕著に落ちる。これにより、エポキシ樹脂からなる封止材は紫外線などにより黄色に変色し、これが光線の色相に影響を及ぼして発光装置の寿命を低下させる問題があった。
【0003】
このような問題を解決するための方案として、LED封止材にシリコーン系樹脂の適用が提案された。このようなシリコーン系樹脂を含む組成物は、有機樹脂含有組成物に比べ、耐熱性、耐候性などに優れて透明であるだけでなく、変色し難く物理的に劣化し難いので、LED封止材の素材として非常に適している。しかし、従来、シリコーン系樹脂を含む組成物は、機械的強度及び化学的安定性は優れているが、高い輝度を確保するには限界があった。
【0004】
これに対する代案として、日本登録特許第4009067号(特許文献1)には、(A)1分子中にフェニル基と2個以上のアルケニル基とを含むオルガノポリシロキサン、(B)1分子中にフェニル基と2個以上のSiH基を含むオルガノハイドロジェンポリシロキサン、及び(C)ヒドロシリル化反応用触媒を含有する付加硬化型シリコーン樹脂組成物が開示されている。具体的には、特許文献1の組成物は、シロキサン架橋密度を増大させ、芳香族環間のπ-π相互作用が硬化物の屈折率などを向上させるのに重要であるため、フェニル基及びアルケニル基を有する特定のオルガノポリシロキサン、及びフェニル基を有する特定のオルガノハイドロジェンポリシロキサンを含む。
【0005】
しかし、特許文献1の組成物はチキソ性がないため、ディスペンシングするようになると広がる性質が高く、自主的に形状を維持することができないので、SMD(Surface mount device)発光ダイオード(LED)のように壁(wall)がある構造またはCOB(Chip on board)LEDには1次的にダム(dam)を成形した後、前記組成物をディスペンシングしなければならないという短所があった。また、前記組成物をSMDタイプの発光ダイオードまたはCOBタイプの発光ダイオードパッケージにディスペンシングして得られた硬化物は、表面が平たい形態になるか縦横比が非常に低いため、光の拡散性が落ちて使用上に制限があった。
【0006】
したがって、粘度が適切で流動性に優れ、チキソ性に優れて製造された硬化膜の透明性、硬度及び接着力も優れ、LED素子の密封材料として好適な付加硬化型シロキサン組成物に対する研究と開発が必要な実情である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
よって、本発明は、粘度が適切で流動性に優れ、チキソ性に優れて製造された硬化膜の透明性、硬度及び接着力も優れ、LED素子の密封材料として好適な付加硬化型シロキサン組成物の提供を図る。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、アリール基を含み、波長589nmに対する屈折率が1.48から1.50である第1オルガノポリシロキサン;
アリール基を含み、波長589nmに対する屈折率が1.43から1.47である第2オルガノポリシロキサン;
アリール基を含まず、ケイ素に直接結合されたアルケニル基を含む第3オルガノポリシロキサン;
ケイ素に直接結合された水素基を含み、波長589nmに対する屈折率が1.43から1.50であるオルガノハイドロジェンポリシロキサン;及び
シリカ;を含む、付加硬化型シロキサン組成物を提供する。
【0009】
また、本発明は、前記付加硬化型シロキサン組成物を硬化させて製造された硬化物を含む電子/電気機器を提供する。
【発明の効果】
【0010】
本発明による付加硬化型シロキサン組成物は、粘度が適切で流動性に優れ、チキソ性に優れて製造された硬化膜の透明性に優れるため、壁(wall)やダム(dam)がない平面基板でもセルフドーム状(self-dome shape)の発光ダイオード用封止材として非常に適している。また、前記付加硬化型シロキサン組成物は、製造された硬化膜の硬度及び接着力も優れるため、LED素子の封止材、接着剤、コーティング剤、ポッティング剤、シーリング剤などの多様な分野で適用可能である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明を詳細に説明する。
【0012】
一般的なポリシロキサンの構造と慣用名の関係は、以下のとおりである。
【0013】
(RSiO1/2単位:M単位
(RSiO2/2単位:D単位
(RSiO3/2単位:T単位
(SiO4/2単位:Q単位
本明細書においては、当該技術分野で慣用的に用いられるM単位、D単位、T単位及びQ単位を併用した。
【0014】
また、本発明のオルガノポリシロキサンの『屈折率』は、当業界によく知られている方法により測定することができ、例えば、硬化前の液状オルガノポリシロキサンに対して屈折率測定計を用いて測定した値であってよい。一例として、前記屈折率は、25℃でアッベ屈折計を用いて波長589nmに対して測定した値であってよい。
【0015】
また、「ビニル基の含量」のような官能基の含量は、当業界によく知られている方法により測定することができ、例えば、H-NMR、C-NMR及びSi-NMRのような構造分析を介して計算することができる。
【0016】
付加硬化型シロキサン組成物
本発明による付加硬化型シロキサン組成物は、アリール基を含み、屈折率が異なる第1オルガノポリシロキサン及び第2オルガノポリシロキサン、及びアリール基を含まず、ケイ素に直接結合されたアルケニル基を含む第3オルガノポリシロキサン、ケイ素に直接結合された水素基(SiH)を含むオルガノハイドロジェンポリシロキサン、及びシリカを含む。
【0017】
本発明のシロキサン組成物は、異なる3種のオルガノポリシロキサンを含んで、最小限のアリール基の含量及び低いモジュラスを有することにより、優れた信頼性と接着性を示すという効果がある。
【0018】
第1オルガノポリシロキサン及び第2オルガノポリシロキサンは、それぞれ独立して、芳香族環間のπ-π相互作用で硬化物の屈折率を向上させることができるアリール基と、屈折率が低いアルキル基の含量を調節して波長589nmに対する屈折率を調節することができ、これにより硬化物に光効率を向上させることができる。また、第1オルガノポリシロキサンは、T単位の含量が高いため硬化物の硬度を向上させる役割を担うが、これにより硬化物にクラックが発生することがあるので、第2オルガノポリシロキサンをともに含んで硬化物のモジュラスを調節することにより割れ易さを防止し、硬化物の硬度とクラックを調節することができる。さらに、第1オルガノポリシロキサン及び第2オルガノポリシロキサンだけ含む場合、硬化物が高温で変色するかモジュラスが足りなくてクラックが発生することがあるので、第3オルガノポリシロキサンをともに含んで硬化物の耐クラック性及び耐変色性を向上させることができる。よって、本発明のシロキサン組成物は、異なる3種のオルガノポリシロキサンを含んで、屈折率の調節を介し硬化物の光効率を向上させ、硬化物の優れた耐熱性を効果的に向上させて高温で変色する問題なく高い硬度を有する硬化物の製造が可能なので、前記シロキサン組成物は、機械的、光学的、熱的特性の信頼性に優れた硬化物を製造することができる。
【0019】
第1オルガノポリシロキサン
第1オルガノポリシロキサンは、高い含量のT単位を有しているので、硬化時に高い硬度を具現する役割を担う。
【0020】
前記第1オルガノポリシロキサンは、アリール基を含み、波長589nmに対する屈折率が1.48から1.50である。例えば、前記第1オルガノポリシロキサンは、下記化学式1で表されてよい。すなわち、前記第1オルガノポリシロキサンは、M単位、T単位及びQ単位を含むことができる。
【0021】
[化学式1]
[RSiO1/2[RSiO3/2[RSiO3/2[SiO4/2
化学式1中、
からRは、それぞれ独立して、置換または非置換されたC1-10アルキル基、C2-10アルケニル基、またはC1-10アルコキシ基であり、
及びRは、それぞれ独立して、置換または非置換されたC1-10アルキル基、C1-10アルコキシ基、またはC6-12アリール基であり、少なくとも1つはアリール基であり、
aは、0超過1未満であり、
bは、0以上1未満であり、
c+dは、0超過1未満であり、
a+b+c+dは、1である。
【0022】
前記RからRは、それぞれ同一であるか異なってよく、例えば、置換または非置換されたC1-5アルキル基またはC2-5アルケニル基、具体的には、置換または非置換されたC1-3アルキル基またはC2-4アルケニル基であってよい。
【0023】
また、前記R及びRは、それぞれ異なり、置換または非置換されたC1-5アルキル基、C1-5アルコキシ基またはC6-10アリール基であり、少なくとも1つはアリール基であってよい。具体的には、前記R及びRは、それぞれ異なり、置換または非置換されたC1-3アルキル基、C1-4アルコキシ基またはC6-8アリール基であり、少なくとも1つはアリール基であってよい。
【0024】
このとき、前記アルキル基及びアルケニル基は、線状または分岐状であってよい。
【0025】
具体的には、前記第1オルガノポリシロキサンは、下記化学式4で表されてよい。すなわち、前記第1オルガノポリシロキサンは、M単位及びT単位を含むことができる。
【0026】
[化学式4]
[R SiO1/2[R SiO1/2[RSiO3/2[RSiO3/2
化学式4中、
は、置換または非置換されたC1-10アルキル基、具体的には、C1-5アルキル基、より具体的には、メチル基、エチル基またはプロピル基であり、
は、置換または非置換されたC2-10アルケニル基、具体的には、C2-5アルケニル基、より具体的には、ビニル基またはアリル基(allyl group)であり、
は、置換または非置換されたC1-10アルキル基、具体的には、C1-5アルキル基、より具体的には、メチル基、エチル基またはプロピル基であり、
は、置換または非置換されたC6-12アリール基、具体的には、C6-10アリール基、より具体的には、フェニル基またはトリル基(tolyl group)であり、
x+y+b+cは、1であり、
x+yは、0.1から0.5、または0.2から0.4であり、
b+cは、0.5から0.9、または0.6から0.8であってよい。
【0027】
前記第1オルガノポリシロキサンは、有機基全体の総モル数に対してアリール基を10から33モル%、または13から30モル%で含むことができる。前記第1オルガノポリシロキサンのアリール基の含量が前記範囲未満である場合、硬化物の屈折率が低くなり光効率が低くなる問題があり、前記範囲超過である場合、高温で容易に変色してしまう問題が発生することがある。このとき、前記アリール基の含量は、フェニル基の含量であってよい。
【0028】
また、前記第1オルガノポリシロキサンは、有機基全体の総モル数に対してアルケニル基を5から20モル%、または10から15モル%で含むことができる。前記第1オルガノポリシロキサンのアルケニル基の含量が前記範囲未満である場合、架橋密度が低くなり硬化物が目標とする硬度に到達することができない問題があり、前記範囲超過である場合、T単位の含量が低くなり硬化物の高い硬度を具現し難くなり、高温で容易に変色する問題が発生することがある。このとき、前記アルケニル基の含量は、ビニル基の含量であってよい。
【0029】
前記組成物は、第1オルガノポリシロキサンと第2オルガノポリシロキサンを1:0.3から1:5.0の重量比、1:1.0から1:3.0の重量比、または1:1.3から1:2.5の重量比で含むことができる。第1オルガノポリシロキサンと第2オルガノポリシロキサンの重量比が前記範囲未満である場合、すなわち、第1オルガノポリシロキサンの重量に対して少量の第2オルガノポリシロキサンを含む場合、硬化物が目標とする硬度に到達することができない問題があり、前記範囲超過である場合、すなわち、第1オルガノポリシロキサンの重量に対して過量の第2オルガノポリシロキサンを含む場合、硬化物に容易にクラックが発生することがある。
【0030】
第2オルガノポリシロキサン
第2オルガノポリシロキサンは、硬化物のモジュラスを低くして割れ易くならないようにする役割を担う。
【0031】
前記第2オルガノポリシロキサンは、アリール基を含み、波長589nmに対する屈折率が1.43から1.47である。例えば、前記第2オルガノポリシロキサンは、下記化学式2で表されてよい。すなわち、前記第2オルガノポリシロキサンは、M単位、D単位、T単位及びQ単位を含むことができる。
【0032】
[化学式2]
[RSiO1/2[R10SiO2/2[R11SiO3/2[SiO4/2
前記化学式2中、
からRは、それぞれ独立して、置換または非置換されたC1-10アルキル基、C2-10アルケニル基、またはC1-10アルコキシ基であり、
からR11は、それぞれ独立して、置換または非置換されたC1-10アルキル基、C1-10アルコキシ基、またはC6-12アリール基であり、少なくとも1つはアリール基であり、
eは、0超過1未満であり、
fは、0以上1未満であり、
g+hは、0超過1未満であり、
e+f+g+hは、1である。
【0033】
前記RからRは、それぞれ同一であるか異なってよく、例えば、置換または非置換されたC1-5アルキル基またはC2-5アルケニル基、具体的には、置換または非置換されたC1-3アルキル基またはC2-4アルケニル基であってよい。
【0034】
また、前記R及びR10は、それぞれ同一であるか異なり、置換または非置換されたC1-5アルキル基であってよい。具体的には、前記R及びR10は同一であり、置換または非置換されたC1-3アルキル基、より具体的には、メチル基、エチル基またはプロピル基であってよい。
【0035】
前記R11は、置換または非置換されたC6-12アリール基であってよい。具体的には、前記R11は、置換または非置換されたC6-10アリール基またはC6-8アリール基であってよい。
【0036】
このとき、前記アルキル基及びアルケニル基は、線状または分岐状であってよい。
【0037】
具体的には、前記第2オルガノポリシロキサンは、下記化学式5で表されてよい。すなわち、前記第2オルガノポリシロキサンは、M単位、D単位及びT単位を含むことができる。
【0038】
[化学式5]
[R SiO1/2[R SiO1/2[R SiO2/2[R11SiO3/2
化学式5中、
は、置換または非置換されたC1-10アルキル基、具体的には、C1-5アルキル基、より具体的には、メチル基、エチル基またはプロピル基であり、
は、置換または非置換されたC2-10アルケニル基、具体的には、C2-5アルケニル基、より具体的には、ビニル基またはアリル基(allyl group)であり、
は、置換または非置換されたC1-10アルキル基、具体的には、C1-5アルキル基、より具体的には、メチル基、エチル基またはプロピル基であり、
11は、置換または非置換されたC6-12アリール基、具体的には、C6-10アリール基、より具体的には、フェニル基またはトリル基(tolyl group)であり、
m+n+f+gは、1であり、
m+nは、0.2から0.5、または0.30から0.45であり、
f+gは、0.5から0.8、または0.55から0.70である。
【0039】
前記第2オルガノポリシロキサンは、有機基全体の総モル数に対してアリール基を1から30モル%、または5から20モル%で含むことができる。前記第2オルガノポリシロキサンのアリール基の含量が前記範囲未満である場合、硬化物の屈折率が低くなり光効率が低くなる問題があり、前記範囲超過である場合、硬化物が高温で容易に変色してしまう問題が発生することがある。このとき、前記アリール基の含量は、フェニル基の含量であってよい。
【0040】
また、前記第2オルガノポリシロキサンは、有機基全体の総モル数に対してアルケニル基を0.1から10モル%、または0.5から5モル%で含むことができる。前記第2オルガノポリシロキサンのアルケニル基の含量が前記範囲未満である場合、硬化物の架橋密度が低くなり硬度が非常に低くなる問題があり、前記範囲超過である場合、硬化物のモジュラスが高くなって割れ易いなどの問題が発生することがある。このとき、前記アルケニル基の含量は、ビニル基の含量であってよい。
【0041】
前記第2オルガノポリシロキサンは、25℃における粘度が0.1から10Pa・s、または0.5から5Pa・sであってよい。前記第2オルガノポリシロキサンの25℃における粘度が前記範囲未満である場合、硬化物の脆性が高くなる問題があり、前記範囲超過である場合、流動性の低下でシロキサン組成物の作業性が足りなくなる問題がある。
【0042】
第3オルガノポリシロキサン
第3オルガノポリシロキサンは、硬化物の耐クラック性及び耐変色性を向上させる役割を担う。
【0043】
前記第3オルガノポリシロキサンは、アリール基を含まず、ケイ素に直接結合されたアルケニル基を含む。例えば、前記第3オルガノポリシロキサンは、下記化学式3で表されてよい。すなわち、前記第3オルガノポリシロキサンは、M単位、D単位及びQ単位を含むことができる。
【0044】
[化学式3]
[R151617SiO1/2[R1819SiO2/2[SiO4/2
前記化学式3中、
15からR19は、それぞれ独立して、置換または非置換されたC1-10アルキル基、C2-10アルケニル基、またはC1-10アルコキシ基であり、少なくとも1つはアルケニル基であり、
iは、0超過1未満であり、
jは、0以上1未満であり、
kは、0.2超過1未満であり、
i+j+kは、1である。
【0045】
前記R15からR19は、それぞれ同一であるか異なってよく、例えば、置換または非置換されたC1-5アルキル基またはC2-5アルケニル基、具体的には、置換または非置換されたC1-3アルキル基またはC2-4アルケニル基であってよい。
【0046】
このとき、前記アルキル基及びアルケニル基は、線状または分岐状であってよい。
【0047】
具体的には、前記第3オルガノポリシロキサンは、下記化学式6で表されてよい。すなわち、前記第3オルガノポリシロキサンは、M単位及びQ単位を含むことができる。
【0048】
[化学式6]
[R15 SiO1/2[R16 SiO1/2[SiO4/2
化学式6中、
15は、置換または非置換されたC1-10アルキル基、具体的には、C1-5アルキル基、より具体的には、メチル基、エチル基またはプロピル基であり、
16は、置換または非置換されたC2-10アルケニル基、具体的には、C2-5アルケニル基、より具体的には、ビニル基またはアリル基(allyl group)であり、
o+p+kは、1であり、
o+pは、0.2から0.7、または0.4から0.6であり、
kは、0.3から0.8、または0.4から0.6である。
【0049】
前記第3オルガノポリシロキサンは、有機基全体の総モル数に対してアルケニル基を0.1から20モル%、または7から15モル%で含むことができる。前記第3オルガノポリシロキサンのアルケニル基の含量が前記範囲未満である場合、硬化物の架橋密度が低くなり硬度が非常に低くなる問題があり、前記範囲超過である場合、硬化物のモジュラスが高くなって割れ易いなどの問題が発生することがある。このとき、前記アルケニル基の含量は、ビニル基の含量であってよい。
【0050】
前記第3オルガノポリシロキサンは、第1オルガノポリシロキサンと第2オルガノポリシロキサンの総量100重量部に対して5から60重量部、10から50重量部、または30から50重量部の含量で組成物に含まれてよい。第3オルガノポリシロキサンの含量が前記範囲未満である場合、硬化物の耐クラック性が弱くなるか耐変色性に脆弱になる問題があり、前記範囲超過である場合、硬化物が目標とする硬度に到達することができない問題が発生することがある。
【0051】
オルガノハイドロジェンポリシロキサン
オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、シロキサン組成物を硬化させる役割を担う。
【0052】
前記オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、ケイ素に直接結合した水素基(SiH)を1分子の中に少なくとも1個含む。例えば、前記オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、下記化学式7で表されてよい。
【0053】
[化学式7]
[R202122SiO1/2[R2324SiO2/2[R25SiO3/2[SiO4/2
化学式7中、
20からR22は、それぞれ独立して、水素基、置換または非置換されたC1-10アルキル基、C2-10アルケニル基、またはC1-10アルコキシ基であり、少なくとも1つは水素基であり、
23からR25は、それぞれ独立して、置換または非置換されたC1-10アルキル基、C2-10アルケニル基またはC6-12アリール基であり、
qは、0超過1未満であり、
r+tは、0以上1未満であり、
sは、0超過1未満であり、
q+r+s+tは、1である。
【0054】
具体的には、前記R20からR22は、それぞれ同一であるか異なってよく、例えば、水素基、置換または非置換されたC1-5アルキル基、またはC2-5アルケニル基であり、少なくとも1つは水素基であり、具体的には、水素基、または、置換または非置換されたC1-3アルキル基であり、少なくとも1つは水素基であってよい。
【0055】
また、前記R23からR25は、それぞれ同一であるか異なり、置換または非置換されたC6-10アリール基であり、具体的には、置換または非置換されたC6-8アリール基、より具体的には、フェニル基またはトリル基(tolyl group)であってよい。
【0056】
このとき、前記アルキル基及びアルケニル基は、線状または分岐状であってよい。
【0057】
前記オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、波長589nmに対する屈折率が1.43から1.50、または1.43から1.47であってよい。
【0058】
また、前記オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、25℃における粘度が0.1から50mPa・s、または1から30mPa・sであってよい。前記オルガノハイドロジェンポリシロキサンの25℃における粘度が前記範囲未満である場合、揮発性が高いため、貯蔵中に組成物の比率が変わる問題が発生するか、硬化の過程で低分子量オルガノハイドロジェンポリシロキサンが揮発する問題が発生することがあり、前記範囲超過である場合、硬化物の成形時に反応速度が遅いため、硬化時間が長時間必要となり、硬化性オルガノポリシロキサン組成物を用いた成型品の製造時に作業性に支障をきたし得る問題が発生することがある。
【0059】
前記オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、有機基全体の総モル数に対してアリール基を5から30モル%、または10から20モル%で含むことができる。前記オルガノハイドロジェンポリシロキサンのアリール基の含量が前記範囲未満である場合、硬化物の光効率が低くなる問題があり、前記範囲超過である場合、高温で黄変が発生して硬化物が変色する問題が発生することがある。このとき、前記アリール基の含量は、フェニル基の含量であってよい。
【0060】
また、前記オルガノハイドロジェンポリシロキサン内のケイ素に直接結合した水素基(SiH)の総モル数が第1から第3オルガノポリシロキサン内のアルケニル基の総モル数に対して0.3から3.5倍、0.5から3.0倍、または0.6から1.5倍であってよい。前述したようなSiHの総モル数がアルケニル基のモル数に対して前記範囲未満である場合、十分な架橋密度の確保が難しくて未硬化が発生するか機械的物性が低下することがあり、前記範囲超過である場合、過量の水素基による脱水素反応で製造された硬化物のスポンジ化現象が現れることがある。
【0061】
シリカ
シリカは、シロキサン組成物に壁(wall)やダム(dam)がない回路基板(PCB)にディスペンシングした場合も、自主的にドーム(dome)形状を維持できるようにチキソ性を与える役割を担う。
【0062】
前記シリカは、例えば、フュームドシリカ(fumed silica)、沈降シリカ、シリカゲル、石英粉末、溶融石英などを挙げることができる。具体的には、前記シリカは、フュームドシリカまたは沈降シリカを含むことができる。
【0063】
また、前記シリカの平均粒径は、20μm以下、10μm以下、または7μm以下であってよい。シリカの平均粒径が前記範囲超過である場合、硬化物の強度を向上させ難い問題が発生することがある。
【0064】
前記シリカは、BET比表面積が100m/g以上、100から400m/g、または100から300m/gであってよい。シリカのBET比表面積が前記範囲内である場合、製造された硬化物の硬度、引張強度などの機械的物性を効果的に補強することができる。
【0065】
また、前記シリカは、親水性である表面を疎水化処理したものであってよく、表面を疎水化処理したシリカを用いる場合、シロキサン組成物の貯蔵性(shelf life)を向上させることができる。このとき、疎水化処理時に使用可能な物質は、例えば、1,1,1,3,3,3-ヘキサメチルジシラザン(1,1,1,3,3,3-hexamethyldisilazane)、ジビニルテトラメチル-ジシラザン(divinyltetramethyl-disilazane)、1,1,3,3-テトラメチルジシラザン(1,1,3,3-tetramethyldisilazane)、シクロシロキサン(cyclosiloxane)などを挙げることができる。
【0066】
前記シリカは、第1から第3オルガノポリシロキサン及びオルガノハイドロジェンポリシロキサンの合計100重量部に対して2から15重量部、3から10重量部、または4から9重量部の含量で組成物に含まれてよい。シリカの含量が前記範囲未満である場合、シロキサン組成物のチキソ性が低すぎるため自主的にドーム(dome)形状を維持し難く、前記範囲超過である場合、シロキサン組成物のチキソ性が高すぎるため、ディスペンシング作業が難しくて使用上の問題が発生し、縦横比が高いドーム(dome)が形成されて適切な光拡散度を有するドームを形成し難い問題が発生することがある。
【0067】
また、前記シロキサン組成物は、第2オルガノポリシロキサンとシリカを1:0.1から1:0.4の質量比、1:0.1から1:0.25の質量比、または1:0.1から1:0.2の質量比で含むことができる。第2オルガノポリシロキサンに対するシリカの重量比が前記範囲未満である場合、すなわち、少量のシリカを含む場合、組成物のチキソ性が非常に低くて硬化物がドーム形状を具現することができない問題があり、前記範囲超過である場合、すなわち、過量のシリカを含む場合、硬化物の透過率が低くなり光効率が低くなる問題が発生することがある。
【0068】
前記シロキサン組成物は、非イオン系界面活性剤、触媒、硬化遅延剤、接着付与剤などの添加剤を含むことができる。
【0069】
非イオン系界面活性剤
前記非イオン系界面活性剤は、シリカのようなフィラーとともに使用時にシロキサン組成物のチキソ性を向上させる役割を担う。
【0070】
また、前記非イオン系界面活性剤は、通常、シロキサン組成物に添加可能なものであれば特別な制限なく用いることができ、例えば、ポリプロピレングリコールを挙げることができる。
【0071】
前記非イオン系界面活性剤は、第1オルガノポリシロキサンと第2オルガノポリシロキサンの総量100重量部に対して0.1から8.0重量部、0.5から5.0重量部、または0.5から3.0重量部の含量で組成物に含まれてよい。非イオン系界面活性剤の含量が前記範囲未満である場合、硬化物が目標とするチキソ性に到達することができないためドーム形状を具現することができない問題があり、前記範囲超過である場合、硬化物の透過率が低くなり光効率が不良となり得る。
【0072】
触媒
触媒は、付加硬化反応用触媒であって、シロキサン組成物内の付加硬化反応(hydrosilylation reaction)を促進する役割を担う。
【0073】
前記触媒としては、通常、付加硬化反応用触媒として用いられるものであれば特別に制限されないが、例えば、白金系触媒、ロジウム系触媒及びパラジウム系触媒などを用いることができる。
【0074】
前記白金系触媒は、例えば、白金微粉末、白金黒(platinum black)、塩化白金酸、塩化白金酸のアルコール変性物、塩化白金酸/ジオレフィン錯体、白金/オレフィン錯体、白金-カルボニル錯体、塩化白金酸/アルケニルシロキサン錯体、白金/アルケニルシロキサン錯体、塩化白金酸とアセチレンアルコールの錯体などを挙げることができる。このとき、付加硬化反応(ヒドロシリル化反応)性能の側面において、前記触媒は、白金/アルケニルシロキサン錯体であってよい。また、前記錯体は、キシレンなどの有機溶媒に溶解された状態で組成物に含まれてよい。
【0075】
前記白金-カルボニル錯体は、例えば、白金ビス(アセトアセテート)及び白金ビス(アセチルアセトネート)などを挙げることができ、前記塩化白金酸/アルケニルシロキサン錯体は、例えば、塩化白金酸/ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体及び塩化白金酸/テトラビニルテトラメチルシクロテトラシロキサン錯体などを挙げることができる。また、前記白金/アルケニルシロキサン錯体は、例えば、白金/ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体及び白金/テトラビニルテトラメチルシクロテトラシロキサン錯体などを挙げることができる。
【0076】
前記錯体のアルケニルシロキサンは、例えば、1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラエチルジシロキサン、1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラフェニルジシロキサン、1,3-ジアリル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1,3-ジヘキセニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1,3,5,7-テトラメチル-1,3,5,7-テトラビニルシクロテトラシロキサン、1,3,5,7-テトラエチル-1,3,5,7-テトラビニルシクロテトラシロキサン、1,3,5,7-テトラフェニル-1,3,5,7-テトラビニルシクロテトラシロキサン、1,3,5,7-テトラメチル-1,3,5,7-テトラアリルシクロテトラシロキサン、1,3,5,7-テトラメチル-1,3,5,7-テトラヘキセニルシクロテトラシロキサンなどを挙げることができる。優れた安定性を有する白金/アルケニルシロキサン錯体を生成する点において、前記アルケニルシロキサンは、1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサンであってよい。
【0077】
前記触媒は、シロキサン組成物の硬化を促進する量で配合されるが、その配合量は特別に限定されない。例えば、前記触媒は、シロキサン組成物の総重量に対して白金の含量を基準として0.5から50ppm、または1から20ppmの含量で含まれてよい。前記触媒の含量が前記範囲未満である場合、シロキサン組成物の硬化速度が顕著に低下し生産性が低下することがあり、前記範囲超過である場合、シロキサン組成物の可使時間(pot life)の確保が難しくて加熱硬化時に硬化物に黄変が発生し、光学的性能が低下することがある。
【0078】
硬化遅延剤
前記硬化遅延剤は、シロキサン組成物の硬化速度を調節する役割を担う。
【0079】
また、前記硬化遅延剤は、通常、シロキサン組成物に添加可能なものであれば特別な制限なく用いることができ、例えば、2-メチル-3-ブタン-2-オール、1-エチニル-2-シクロヘキサノール、2-フェニル-3-ブタン-2-オール、ジビニルテトラメチルジシロキサン、シクロビニルシロキサンなどを挙げることができる。
【0080】
前記硬化遅延剤は、シロキサン組成物100重量部に対して1重量部以下、または0.0001から1重量部の含量で含まれてよい。前記硬化遅延剤の含量が前記範囲超過である場合、製造された硬化物の硬度が低くなるか、シロキサン組成物の硬化速度が遅くなるか硬化されない問題が発生することがある。
【0081】
接着付与剤
前記接着付与剤は、シロキサン組成物から製造された硬化物が接触する基材に対する接着力を向上させる役割を担う。
【0082】
また、前記接着付与剤は、通常、シロキサン組成物に添加可能なものであれば特別な制限なく用いることができ、例えば、有機ケイ素系化合物であってよい。例えば、前記接着付与剤は、トリメトキシシロキシ、トリエトキシシロキシなどのトリアルコキシシロキシ基、または、トリメトキシシリルエチル、トリエトキシシリルエチルなどのトリアルコキシシリルアルキル基などのオルガノシラン;または、ヒドロシリル系、ケイ素-結合アルケニル基、ケイ素-結合メタクリルオキシアルキル基及びケイ素-結合エポキシ-官能性アルキル基のうち何れか1つの官能基を有するオルガノシロキサンオリゴマー;などを挙げることができる。このとき、前記エポキシ-官能性アルキル基は、例えば、3-グリシドキシプロピル、4-グリシドキシブチル、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチル及び3-(3,4-エポキシシクロヘキシル)プロピルなどを挙げることができる。また、前記接着付与剤は、例えば、エポキシ-官能性エチルポリシリケート;及びアミノアルキルトリアルコキシシランとエポキシ-官能性アルキルトリアルコキシシランの反応物;なども挙げることができる。
【0083】
具体的には、前記接着付与剤は、ビニルトリメトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、ハイドロジェントリエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、2-(3,4-エトキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリルオキシプロピルトリエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシランと3-アミノプロピルトリエトキシシランの反応物、シラノール-末端封鎖されたメチルビニルシロキサンオリゴマーと3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランの縮合反応物、シラノール-末端封鎖されたメチルビニルシロキサンオリゴマーと3-メタクリルオキシプロピルトリエトキシシランの縮合反応物またはトリス(3-トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレートを含むことができる。
【0084】
前記接着付与剤は、シロキサン組成物100重量部に対して3重量部以下、または0.01から3重量部の含量で含まれてよい。
【0085】
添加剤
前記付加硬化型シロキサン組成物は、当業界で通常用いられている添加剤をさらに含むことができ、例えば、無機質充填剤、シリコーンゴム粉末、樹脂粉末、耐熱剤、酸化防止剤、ラジカルスカベンジャー、光安定剤、染料、顔料及び難燃性付加剤などを挙げることができる。
【0086】
本発明に係る付加硬化型シロキサン組成物は、25℃における粘度が10から50Pa・sまたは10から30Pa・sであってよい。また、前記シロキサン組成物は、25℃におけるチキソ指数(thixotropic index)が2.0から4.0または2.1から3.9であってよい。このとき、前記チキソ指数は、[せん断速度1/sで25℃における粘度]/[せん断速度10/sで25℃における粘度]の値である。
【0087】
また、前記付加硬化型シロキサン組成物から製造された平均厚さ6mmの硬化物は、硬度が20から40 Shore D、または22から37 Shore Dであってよい。
【0088】
前記付加硬化型シリコーン組成物から製造された平均厚さ2mmの硬化物は、波長450nmの光に対する透過率が85%以上、または85から95%であってよい。
【0089】
前述したような本発明に係る付加硬化型シロキサン組成物は、粘度が適切なので流動性に優れ、チキソ性に優れて製造された硬化膜の透明性に優れるため、壁(wall)やダム(dam)がない平面基板でもセルフドーム状(self-dome shape)の発光ダイオード用封止材として非常に適している。また、前記付加硬化型シロキサン組成物は、製造された硬化膜の硬度及び接着力も優れてLED素子の封止材、接着剤、コーティング剤、ポッティング剤、シーリング剤などの多様な分野において適用可能である。
【0090】
電子/電気機器
また、本発明に係る電子/電気機器は、前記付加硬化型シロキサン組成物を硬化させて製造された硬化物を含む。
【0091】
このとき、前記電子/電気機器は、発光ダイオード(LED)であってよい。
【0092】
発明を実施するための形態
以下、実施例を介して本発明をより具体的に説明する。しかし、これらの実施例は、本発明の理解に役立てるためのものに過ぎず、如何なる意味でも本発明の範囲がこれらの実施例に限定されるものではない。
【0093】
実験例1.付加硬化型シロキサン組成物の製造
反応容器に第1オルガノポリシロキサン-2を20.9g、第2オルガノポリシロキサン-1を36.8g、オルガノハイドロジェンポリシロキサン7.4g、第3オルガノポリシロキサン27.0g、シリカ6.5g、及び硬化遅延剤0.49gを投入し、ハンドミキサーで10分間撹拌した。その後、非イオン系界面活性剤0.5g、接着付与剤0.4g、及び触媒0.01gを投入し、ハンドミキサーで10分間撹拌した後、デシケーターで20torr以下の真空で気泡を除去して無色透明な付加硬化型シロキサン組成物を得た。
【0094】
実験例2から21.付加硬化型シロキサン組成物の製造
表1から3に記載されている通りの組成で成分を用いて付加硬化型シロキサン組成物を製造した。このとき、『オルガノポリシロキサン内のビニル基のモル数』は、第1オルガノポリシロキサン内のビニル基、第2オルガノポリシロキサン内のビニル基及び第3オルガノポリシロキサン内のビニル基の総モル数である。
【0095】
【表1】
【0096】
【表2】
【0097】
【表3】
【0098】
【表4(1)】
【表4(2)】
試験例:特性の評価
実験例の付加硬化型シロキサン組成物及びこれから製造された硬化物の物性を下記のような方法で測定し、その結果を表5に示した。
【0099】
具体的には、硬化物は、実験例の付加硬化型シリコーン組成物を平均厚さ2mm、または6mmに成形することができるモールドを用いて190℃で10分間硬化して製造した。
【0100】
(1)粘度及びチキソ指数
実験例の付加硬化型シロキサン組成物を対象としてレオメータ(Rheometer、MCR302、Anton Paar)を用いてせん断速度10/sで25℃における粘度を測定し、チキソ指数は(せん断速度1/sでの粘度)/(せん断速度10/sでの粘度)で計算した。
【0101】
(2)硬度
平均厚さ6mmの硬化物に対して25℃でShore D型硬度計(KOBUNSHI KEIKI社のASKER TYPE D)を用いて測定した。
【0102】
(3)透過率
平均厚さ2mmの硬化物に対して分光光度計(HITACHI社のU-3900H)を用いて波長450nmの光に対する透過率を測定した。
【0103】
(4)接着力
2枚のアルミニウム基板の間に付加硬化型シロキサン組成物を塗布し、横10mm、幅5mm、高さ1mmとなるように150℃で30分間硬化した後、UTM設備を用いて2枚のアルミニウム基板を両方に引っ張ってシリコーンがアルミニウム基板から破断される最大応力を測定した。
【0104】
【表5】
表5に示されているとおり、実験例1から10の付加硬化型シロキサン組成物は、25℃における粘度及びチキソ指数が適切であり、これから製造された硬化物は、硬度、透過率及び接着力に優れ、壁(wall)やダム(dam)がない平面基板でもセルフドーム状(self-dome shape)の発光ダイオード用封止材として非常に適していることが分かった。
【0105】
一方、波長589nmに対する屈折率が1.52と高くフェニル基の含量が過量であるオルガノポリシロキサン-1を含む実験例11、及び非イオン系界面活性剤を過量で含む実験例21は、波長450nmの光に対する透過率が低いためLED素子の封止材に不適合であった。
【0106】
また、波長589nmに対する屈折率が1.42と低いオルガノポリシロキサン-2または1.41と低いオルガノポリシロキサン-3を含む実験例12及び13は、波長450nmの光に対する透過率が低く接着力も足りなかった。特に、フェニル基を含まないオルガノポリシロキサン-3を含む実験例13は、硬化物の硬度も非常に足りなかった。
【0107】
第3オルガノポリシロキサンを少量含む実験例14、及びオルガノハイドロジェンポリシロキサンを少量含む実験例16は、硬化物の接着力が非常に足りなかった。特に、第1オルガノポリシロキサンの重量に対して少量の第2オルガノポリシロキサンを含む実験例16は、硬化物の硬度も非常に足りなかった。
【0108】
また、第3オルガノポリシロキサンを過量で含む実験例15の組成物は、25℃における粘度が高すぎてチキソ指数が非常に低いため、作業性が非常に足りなかった。
【0109】
オルガノハイドロジェンポリシロキサンを過量で含み、第1オルガノポリシロキサンの重量に対して過量の第2オルガノポリシロキサンを含む実験例17は、硬化物の接着力が足りなかった。
【0110】
また、シリカを少量含む実験例18、及び非イオン系界面活性剤を少量含む実験例20は、組成物のチキソ指数が低いため作業性が足りなかった。
【0111】
実験例19は、シリカを過量で含んで硬化物の波長450nmの光に対する透過率が足りず、第2オルガノポリシロキサンの重量に対して過量のシリカを含んで組成物のチキソ指数が高すぎた。
【国際調査報告】