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CN107001803B - 阻燃性聚有机硅氧烷组合物、阻燃性固化物、光学用部件、光源用透镜或盖子以及成型方法 - Google Patents

阻燃性聚有机硅氧烷组合物、阻燃性固化物、光学用部件、光源用透镜或盖子以及成型方法 Download PDF

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CN107001803B CN201580069067.3A CN201580069067A CN107001803B CN 107001803 B CN107001803 B CN 107001803B CN 201580069067 A CN201580069067 A CN 201580069067A CN 107001803 B CN107001803 B CN 107001803B
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Abstract

该阻燃性聚有机硅氧烷组合物含有:(A)在1分子中具有2个以上的烯基、粘度(25℃)为10,000~1,000,000mPa・s的直链状聚有机硅氧烷;(B)30~80质量%的包含Q单元、具有平均1.5个以上的烯基、且烷氧基与取代或未取代的烷基的摩尔比为0.030以下的树脂状聚有机硅氧烷;(C)具有Si‑H、平均聚合度为10以上、且Si‑H含量为5.0mmol/g以上的聚有机氢硅氧烷,Si‑H/((A)、(B)成分中的烯基的总和)为1.0~3.0摩尔的量;和(D)催化量的氢化硅烷化反应催化剂。提供可以使铂类金属化合物的掺混量控制在低水平、以低成本获得阻燃性优异的固化物的阻燃性聚有机硅氧烷组合物。

Description

阻燃性聚有机硅氧烷组合物、阻燃性固化物、光学用部件、光 源用透镜或盖子以及成型方法
技术领域
本发明涉及阻燃性聚有机硅氧烷组合物、阻燃性固化物、光学用部件、光源用透镜或盖子以及成型方法,特别是涉及形成阻燃性优异的固化物的加成反应固化型的聚有机硅氧烷组合物、将前述聚有机硅氧烷组合物固化而成的阻燃性固化物、光学用部件、光源用的透镜或盖子和成型方法。
背景技术
一直以来,通过固化而形成硅橡胶的聚有机硅氧烷组合物是周知的,利用其耐候性、耐热性、电绝缘性、硬度、机械强度、伸长率等优异的性质,在电气・电子领域、光学・光电子学、传感器、建筑等各领域中,被广泛用于灌封材料或涂层材料、印模法(型取り)、注射成型等成型材料、包覆材料等。其中,经加成反应而固化的聚有机硅氧烷组合物由于通过适宜的加热而迅速地固化,固化时不释放腐蚀性物质等,因此在前述各领域中的应用不断扩大。
作为对这样的加成反应固化型聚有机硅氧烷组合物赋予阻燃性的技术,一直以来,采用了添加铂类金属化合物的技术。但是,若想要获得充分的阻燃性,必须大量添加铂类金属化合物,存在固化物变色(黄化)等透明性变差的问题。另外,从材料成本的观点出发,要求尽可能抑制铂类金属化合物的添加量。
为了改良阻燃性,人们进行了:掺混炭黑或氧化钛的方法(例如,参照专利文献1、专利文献2),掺混磷酸酯或亚磷酸酯之类的铂类化合物以外的阻燃性赋予剂的方法(例如,参照专利文献3)等。
但是,专利文献1和专利文献2所记载的方法中,由于不仅容易产生其它物性的降低,而且组合物着色而无法获得透明的固化物,因此难以用作发光装置的密封材料或透镜、盖子之类的光学材料等,应用受到限制。另外,存在阻燃性经时性地降低的缺点。
另外,专利文献3所记载的方法中,由于根据基础聚合物的种类而与阻燃性赋予剂的相容性不充分,因此存在阻燃性赋予剂容易分离、固化物容易经时性地变色(黄化)等的问题。
并且,作为固化性有机硅组合物,提出了下述的有机硅组合物:以由在分子中具有平均2个以上的烯基的特定粘度的二烷基聚硅氧烷和具有4官能型硅氧烷单元且以特定比例包含烯基的有机聚硅氧烷构成的含有烯基的有机聚硅氧烷为主要成分,含有具有4官能型硅氧烷单元且以特定比例包含键合硅原子的氢原子的有机氢聚硅氧烷和氢化硅烷化反应用催化剂,硬度(JIS K 6253规定)为30以上且80以下、且伸长率为50%以上,或者硬度为75以下、且伸长率为35%以上(例如,参照专利文献4、专利文献5)。
但是,专利文献4和专利文献5所记载的组合物虽然固化物的机械强度(硬度或伸长率)优异,但不具有充分的阻燃性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:美国专利第3652488号说明书;
专利文献2:美国专利第3635874号说明书;
专利文献3:日本特开平11-140320号公报;
专利文献4:日本专利5475295号公报;
专利文献5:日本专利5568240号公报。
发明内容
发明所要解决的课题
本发明是为了解决这些问题而作出,其目的在于,提供即使不添加炭黑或氧化钛之类的无机填充剂、或者铂类化合物以外的阻燃性赋予剂,也可以获得良好的阻燃性、且固化物的物理特性良好、且着色或变色(黄化)得到抑制的聚有机硅氧烷组合物。
用于解决课题的手段
本发明的阻燃性聚有机硅氧烷组合物的特征在于,分别含有:
(A) 在1分子中具有平均2个以上的键合于硅原子的烯基、25℃下的粘度为10,000~1,000,000mPa・s的直链状的聚有机硅氧烷;
(B) 包含式:SiO4/2所表示的4官能型硅氧烷单元,分别在1分子中具有1个以上的键合于硅原子的取代或未取代的烷基、在1分子中具有0个以上的键合于硅原子的烷氧基,同时在1分子中具有平均1.5个以上的键合于硅原子的烯基,且前述烷氧基与前述的取代或未取代的烷基的摩尔比(烷氧基的摩尔数/取代或未取代的烷基的摩尔数)为0.030以下的具有树脂结构的聚有机硅氧烷,其相对于前述(A)成分和本成分的总和为30~80质量%;
(C) 具有键合于硅原子的氢原子、平均聚合度为10以上、且前述氢原子的含量为5.0mmol/g以上的聚有机氢硅氧烷,其相对于前述(A)成分中的烯基和前述(B)成分中的烯基的总和1摩尔,本成分中的前述氢原子为1.0~3.0摩尔的量;和
(D) 催化量的氢化硅烷化反应催化剂。
本发明的阻燃性固化物的特征在于,将前述的本发明的阻燃性聚有机硅氧烷组合物固化而成,厚度10mm以下的试样片的基于UL-94的阻燃性的评价为V-1或V-0。
另外,本发明的阻燃性固化物的特征在于,将前述的本发明的阻燃性聚有机硅氧烷组合物固化而成,厚度10mm以下的试样片的基于UL-94的阻燃性的评价为5VB或5VA。
本发明的光学用部件、光源用透镜或盖子的特征在于,将前述的本发明的阻燃性聚有机硅氧烷组合物固化而成。
本发明的成型方法的特征在于,使用前述的本发明的阻燃性聚有机硅氧烷组合物,利用选自注射成型、压缩成型、传递成型、灌封(potting)和点胶(dispensing)的方法进行成型。
需要说明的是,以下的记载中,有时将“键合于硅原子的烯基”仅表示为“烯基”。另外,有时将“键合于硅原子的氢原子”表示为“Si-H”。
发明效果
根据本发明的阻燃性聚有机硅氧烷组合物,可以获得具有充分的橡胶硬度、具有优异的阻燃性的固化物。另外,固化物的机械强度、伸长率等也良好。另外,固化物的着色或变色(黄化)得到抑制、透明性良好。并且,由于可以使铂类金属化合物的掺混量控制在低水平,因此不会导致材料成本的増大,而可以实现高的阻燃性。
具体实施方式
以下,对本发明的实施方式进行说明。
[阻燃性聚有机硅氧烷组合物]
本发明的实施方式的阻燃性聚有机硅氧烷组合物分别含有:
(A) 在1分子中具有平均2个以上的烯基、25℃下的粘度为10,000~1,000,000mPa・s的直链状的聚有机硅氧烷;(B) 包含4官能型硅氧烷单元、在1分子中具有平均1.5个以上的烯基、且烷氧基与取代或未取代的烷基的摩尔比为0.030以下的树脂结构的聚有机硅氧烷;(C) 平均聚合度为10以上、且键合于硅原子的氢原子的含量为5.0mmol/g以上的聚有机氢硅氧烷;和(D) 氢化硅烷化反应催化剂。
以下,对(A)~(D)的各成分进行说明。
<(A)成分>
(A)成分是和后述的(B)成分一起成为本发明的阻燃性聚有机硅氧烷组合物的基础聚合物的成分。(A)成分是在1分子中具有平均2个以上的烯基、25℃下的粘度为10,000~1,000,000mPa・s(10~1,000Pa・s)的聚有机硅氧烷。
(A)成分的分子结构具有主链基本上由二有机硅氧烷单元的重复构成、分子链两末端被三有机甲硅烷氧基封端的直链状。
作为(A)成分中的键合于硅原子的烯基,可以举出:乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基等碳原子数为2~8、更优选2~4的烯基。特别优选乙烯基。烯基可以与分子链末端和中间的任一方的硅原子键合,也可以与分子链末端和中间的两方的硅原子键合。
(A)成分中,作为烯基以外的键合于硅原子的有机基,可以举出未取代或取代的1价烃基。作为未取代的1价烃基,可以举出:甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、环己基、庚基等碳原子数1~10的烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等碳原子数6~14的芳基;苄基、苯乙基等芳烷基。另外,作为取代的1价烃基,可以举出:氯甲基、3-氯丙基、3,3,3-三氟丙基等卤代烷基。作为烯基以外的有机基,优选甲基或苯基。
(A)成分的25℃下的粘度(以下,仅表示为粘度)为10,000~1,000,000mPa・s。(A)成分的粘度优选10,000~700,000mPa・s、更优选50,000~500,000mPa・s、特别优选60,000~200,000mPa・s。(A)成分的粘度处于10,000~1,000,000mPa・s的范围时,在所得的组合物的操作性良好的基础上,由该组合物所得的固化物的物理特性良好。
作为(A)成分的具体例,可以举出:分子链两末端被三甲基甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物、分子链两末端被二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷-甲基苯基硅氧烷共聚物、分子链两末端被二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷、分子链两末端被二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物、分子链两末端被二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷-甲基苯基硅氧烷共聚物、分子链两末端被三乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷、分子链两末端被二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物等。
这些聚合物或共聚物可以单独使用1种或者将2种以上组合使用。这些之中,在使用键合于硅原子的烯基以外的有机基均为甲基的直链状聚有机硅氧烷、即分子链两末端被三甲基甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物、分子链两末端被二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷、分子链两末端被二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物、分子链两末端被三乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷时,可以获得机械特性优异的固化物。特别是,(A)成分由烯基以外的有机基均为甲基的直链状聚有机硅氧烷构成、不含有具有苯基的聚有机硅氧烷时,可以获得拉伸强度、伸长率等优异的固化物。
另外,(A)成分可以包含以下的式(1)所表示的聚有机硅氧烷作为至少一部分。
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
式(1)中,R1各自独立地为烯基、或者取代或未取代的烷基,多个R1的至少2个为烯基。作为烯基,可以举出:乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基等碳原子数为2~8、更优选2~4的烯基。特别优选乙烯基。烯基可以与分子链末端和中间的任一方的硅原子键合,也可以与分子链末端和中间的两方的硅原子键合,但从对固化物赋予适度的伸长率的角度出发,优选烯基仅与分子链两末端的硅原子键合的结构。
作为未取代的烷基,可以举出:甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、环己基、庚基等碳原子数1~10的烷基。作为取代的烷基,可以举出:氯甲基、3-氯丙基、3,3,3-三氟丙基等卤代烷基。作为取代或未取代的烷基,优选甲基。
前述式(1)中,R2为苯基。m为0或1、n为0或1。m和n可以是相同的数或不同的数,但从容易制造的观点出发,优选为相同。
另外,X和Y为0或正整数,Z为正整数,满足0.02≤(X+Y)/(X+Y+Z)≤0.10的关系。在此,(X+Y+Z)表示分子链中间的2官能型硅氧烷单元的数。式(1)所表示的直链状聚有机硅氧烷中,平均聚合度为(X+Y+Z+2)。(X+Y+Z+2)可以调整为使(A)成分具有上述粘度(10,000~1,000,000mPa・s)。具体而言,(X+Y+Z+2)优选300以上且1300以下。
(X+Y)/(X+Y+Z)表示直链状聚有机硅氧烷中具有苯基的单元在2官能型单元总体中所占的比例。(X+Y)/(X+Y+Z)为0.02以上时,可以获得阻燃性良好、且光透射性优异的良好组合物。另外,(X+Y)/(X+Y+Z)为0.10以下时,不会产生未固化物的粘度上升或固化物的机械强度降低。
另外,从直链状聚有机硅氧烷的调制的容易度(即,含有苯基的单元的数即使少,也能够导入更多的苯基)和所得的固化物的阻燃性良好的角度出发,优选X为0。即,(A)成分所包含的聚有机硅氧烷优选为式:(R1 3SiO1/2)(R2 2SiO2/2)Y(R1 2SiO2/2)z(R1 3SiO1/2)所表示的直链状聚有机硅氧烷。此时,从固化物的阻燃性和光透射性良好,且可以防止未固化物的粘度上升等的角度出发,优选为0.02≤Y/(Y+Z)≤0.06。
<(B)成分>
(B)成分是包含式:SiO4/2所表示的4官能型硅氧烷单元(以下,称为Q单元)、在1分子中具有平均1.5个以上的烯基的具有树脂结构(三维网络结构)的聚有机硅氧烷。另外,该具有树脂结构的聚有机硅氧烷(以下,称为树脂状聚有机硅氧烷或树脂状聚有机硅氧烷),在1分子中具有1个以上的键合于硅原子的取代或未取代的烷基,同时在1分子中具有0个以上的键合于硅原子的烷氧基,烷氧基与取代或未取代的烷基的摩尔比(烷氧基的摩尔数/取代或未取代的烷基的摩尔数,以下,也称为烷氧基/烷基)为0.030以下。
需要说明的是,作为(B)成分的树脂状聚有机硅氧烷,也包含:1分子中的键合于硅原子的烷氧基为0个、烷氧基/烷基的值为0的聚有机硅氧烷。
通过使用在1分子中具有平均1.5个以上的烯基、且烷氧基/烷基为0.030以下的树脂状聚有机硅氧烷作为(B)成分,可以获得阻燃性良好的组合物。所使用的树脂状聚有机硅氧烷的烯基数(1分子中)为平均不足1.5个、或烷氧基/烷基为超过0.030时,所得的组合物的阻燃性变差,例如,无法获得固化物的基于UL-94的阻燃性的评价为V-1、V-0、或5VB、5BA的组合物。
烯基数的更优选范围是在1分子中为平均2个以上、特别优选平均为2.3个以上。
另外,烷氧基/烷基的优选的值为0.020以下。使用烷氧基/烷基为0.020以下的树脂状聚有机硅氧烷时,无论前述(A)成分和后述的(C)成分的结构如何、即尽管(A)成分所具有的烯基以外的烃基均为取代或未取代的烷基、不具有苯基,而且尽管(C)成分为直链状的成分,也可以获得阻燃性良好的组合物。
使用烷氧基/烷基为超过0.020且0.030以下的树脂状聚有机硅氧烷作为(B)成分的情形下,在使用不具有苯基的直链状的聚有机硅氧烷作为(A)成分、且使用直链状的氢聚硅氧烷作为(C)成分时,无法获得充分的阻燃性。使用烷氧基/烷基为超过0.020且0.030以下的树脂状聚有机硅氧烷作为(B)成分、使用不具有苯基的直链状的聚有机硅氧烷作为(A)成分的情形下,仅在使用后述的三维网络结构(树脂状)的氢聚硅氧烷作为(C)成分时,才可以获得良好的阻燃性。
需要说明的是,使用具有苯基的聚有机硅氧烷作为(A)成分时,即使使用烷氧基/烷基为超过0.020且0.030以下的树脂状聚有机硅氧烷作为(B)成分、且使用直链状的成分作为(C)成分,也可以获得阻燃性良好的组合物。
作为(B)成分的树脂状聚有机硅氧烷的烷氧基/烷基特别优选0.015以下。
需要说明的是,树脂状聚有机硅氧烷中的烷氧基/烷基,通过利用核磁共振波谱法(NMR)等测定烷氧基和烷基的含量(摩尔数),可以容易地求得。
作为(B)成分即树脂状聚有机硅氧烷,优选使用:将式:R1 3SiO1/2所表示的1官能型硅氧烷单元、式:R1 2SiO2/2所表示的2官能型硅氧烷单元、和式:SiO4/2所表示的4官能型硅氧烷单元(Q单元)平均以1官能型硅氧烷单元:2官能型硅氧烷单元:Q单元=a:b:c的摩尔比含有,在1分子中具有平均1.5个以上的烯基的具有三维网络结构的聚有机硅氧烷。该聚有机硅氧烷可以由平均单元式:(R1 3SiO1/2)a(R1 2SiO2/2)b(SiO4/2)c(OR0)p表示。
上述单元式中,R1与前述式(1)同样。即,R1各自独立地为烯基、或者取代或未取代的烷基。树脂状聚有机硅氧烷的1分子中所存在的多个R1中,平均1.5个为烯基。作为烯基,可以举出:乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基等。优选乙烯基。作为未取代的烷基,可以举出:甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基等。作为取代的烷基,可以举出:氯甲基、3-氯丙基、3,3,3-三氟丙基等这样的氢原子被卤素原子取代的卤代烷基。作为取代或未取代的烷基,优选甲基。
另外,R0为未取代的烷基。具有(OR0)时,作为未取代的烷基,优选甲基或乙基。
a、b、c为0.3≤a≤0.6、0≤b≤0.1、0.4≤c≤0.7,且满足a+b+c=1的关系的正数。a、b、c的更优选范围为0.35≤a≤0.55、0≤b≤0.05、0.45≤c≤0.65。
平均单元式中的p是将烷氧基与取代或未取代的烷基的摩尔比(烷氧基的摩尔数/取代或未取代的烷基的摩尔数,以下,也表示为烷氧基/烷基)为0.030以下、更优选0.020以下的正数。
作为(B)成分即树脂状聚有机硅氧烷,可以举出硅氧烷单元由下述单元构成的共聚物:
由式:R4 3SiO1/2(R4为未取代的烷基,多个R4可以不同。以下相同)所表示的1官能型硅氧烷单元(以下,也称为R4 3SiO1/2单元)、式:R4 2R5SiO1/2(R5为烯基。以下相同)所表示的1官能型硅氧烷单元(以下,也称为R4 2R5SiO1/2单元)、式:R4 2SiO2/2所表示的2官能型硅氧烷单元(以下,也称为R4 2SiO2/2单元)、和式:SiO4/2所表示的4官能型硅氧烷单元(Q单元)构成的共聚物;
由R4 3SiO1/2单元、R4 2R5SiO1/2单元、和Q单元构成的共聚物;
由R4 2R5SiO1/2、R4 2SiO2/2单元、和Q单元构成的共聚物等。这些共聚物可以单独使用1种或者将2种以上组合使用。
前述共聚物之中,优选硅氧烷单元由R4 3SiO1/2单元、R4 2R5SiO1/2单元、和Q单元构成的共聚物。从阻燃性等的观点出发,优选共聚物所具有的(OR0)基尽可能少,特别优选不具有(OR0)基的共聚物。
更具体而言,硅氧烷单元优选由式:(CH3)2(CH2=CH)SiO1/2所表示的1官能型硅氧烷单元(以下,表示为Mvi单元)、式:(CH3)3SiO1/2所表示的1官能型硅氧烷单元(以下,表示为M单元)、和式:SiO4/2所表示的4官能型硅氧烷单元(Q单元)构成的共聚物。另外,特别优选仅由这样的硅氧烷单元构成、不具有烷氧基的共聚物。
通常树脂状聚有机硅氧烷可以通过向氯硅烷和烷氧基硅烷中加入水进行水解而获得。为了获得掺混于本发明的组合物中的(B)树脂状聚有机硅氧烷,有必要将烷氧基(甲氧基或乙氧基等)的含有比例调整至一定程度以下,同时进行水解反应。对将烷氧基的含有比例调整至一定程度以下的方法没有特别限定,有控制水解的反应温度或时间等、使用醇等的水溶性溶剂进行萃取去除等的方法,例如,通过依次进行以下所记载的(1)~(3)的工序,即使烷氧基的含有比例少,也可以获得烷氧基/烷基为0.030以下的树脂状聚有机硅氧烷。
(1) 将选自式:R1 3SiW、R1 2SiW2、SiW4的至少3种硅化合物通过丙酮与水的混合液进行水解的工序。
(2) 前述(1)的工序之后,通过水洗涤去除酸和丙酮的工序。
(3) 前述(2)的工序之后,加入碱进行加热的工序。
在前述(1)的工序用作起始原料的硅化合物中,R1各自独立地为烯基、或者取代或未取代的烷基,可以举出与前述式(1)同样的基团。另外,W各自独立地为氯原子、烷氧基、或羟基。作为这样的硅化合物,可以举出:四乙氧基硅烷、二甲基乙烯基氯硅烷、三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷等。而且,从这些硅化合物之中选择3种以上来使用。
需要说明的是,用作起始原料的3种硅化合物中的至少1种使用:具有1个以上的烯基作为R1的硅化合物。另外,至少1种硅化合物优选使用:具有1个以上的氯原子作为W的硅化合物。
丙酮与水的混合比例优选丙酮:水为1:1~1:4(质量比)的范围。水解可以利用公知的方法进行。另外,(2)的工序中,对水洗涤的方法没有特别限定,可以使用公知的方法。
(3)的工序中,作为加入到在前述(2)的工序所得溶液中的碱,可以举出:氢氧化钾、氢氧化铯等。而且,将这样的碱利用公知的方法加入并加热,进行脱水之后,使用磷酸等进行中和,获得树脂状聚有机硅氧烷。
作为(B)成分的树脂状聚有机硅氧烷的适宜的重均分子量Mw为1,500~10,000,更优选2,200~8,000的范围。需要说明的是,Mw是通过凝胶渗透色谱法(以下,表示为GPC)测定的聚苯乙烯换算值。树脂状聚有机硅氧烷的Mw为不足1,500时,无法稳定地获得充分的机械强度,超过10,000时,本组合物的粘度变高,流动性丧失,成型性差。
作为(B)成分的树脂状聚有机硅氧烷和前述作为(A)成分的直链状聚有机硅氧烷一起成为本发明的组合物的聚合物成分。(B)树脂状聚有机硅氧烷与(A)直链状聚有机硅氧烷的掺混比,相对于(A)成分与(B)成分的总和(100质量%),优选(B)成分为30~80质量%、(A)成分为70~20质量%的比率。(B)成分的掺混比率不足30质量%时,无法获得阻燃性良好的组合物。(B)成分的掺混比率超过80质量%时,组合物的粘度高,操作性变差。(B)成分的掺混比率更优选35~70质量%、特别优选37~65质量%。
<(C)成分>
(C)成分是具有1个以上的键合于硅原子的氢原子(Si-H)、平均聚合度为10以上、且Si-H的含量为5.0mmol/g以上的聚有机氢硅氧烷。作为(C)成分的聚有机氢硅氧烷,通过将其Si-H与前述(A)成分和(B)成分的烯基反应,而作为交联剂发挥作用。对(C)成分的分子结构没有特别限定,例如可以使用:直链状、环状、分支状、三维网状等的各种聚有机氢硅氧烷。可以单独使用1种或者将2种以上组合使用。
从容易控制粘度或Si-H量的观点出发,优选直链状的聚有机氢硅氧烷。另外,从对固化物赋予高的交联密度,由此对固化物赋予高的硬度的角度出发,优选使用三维网络结构的成分作为(C)成分。并且,与直链状的聚有机氢硅氧烷相比,对阻燃性更有效。
作为(C)成分的聚有机氢硅氧烷中,平均聚合度相当于1分子中的硅原子数,也为1分子中所存在的硅氧烷单元数。(C)成分的平均聚合度为10以上。(C)成分的平均聚合度优选10~250、更优选30~200。另外,(C)成分的每单元质量的Si-H的含量为5.0mmol/g以上。Si-H的含量优选5.5~13.0mmol/g的范围。
作为(C)成分的聚有机氢硅氧烷为直链状时,Si-H可以仅位于分子链末端和中间的任一方,也可以位于其两方。在能够适度地调整固化物的硬度方面,优选在分子链的中间具有Si-H的直链状的聚有机氢硅氧烷。
更具体而言,(C)成分的直链状聚有机氢硅氧烷优选为分子式:(R3 3SiO1/2)(R3HSiO2/2)x(R3 2SiO2/2)y(R3 3SiO1/2)、或分子式:(R3 2HSiO1/2)(R3HSiO2/2)x(R3 2SiO2/2)y(R3 2HSiO1/2)所表示的直链状的聚有机氢硅氧烷。
在此,R3各自独立地为除烯基外的、取代或未取代的1价烃基。作为R3,可以举出:甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、环己基、庚基等碳原子数1~10的烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等碳原子数6~14的芳基;苄基、苯乙基等芳烷基;氯甲基、3-氯丙基、3,3,3-三氟丙基等卤代烷基。作为R3,优选甲基或者苯基。
前述式中,x和y均为正整数,满足8≤x+y≤200且0.4≤x/(x+y)≤0.8的关系。在此,(x+y)表示分子链中间的硅氧烷单元数。需要说明的是,该聚有机氢硅氧烷中,1分子中的硅原子数即平均聚合度为x+y+2。x+y优选30以上且200以下的范围。
另外,从具有容易操作的适宜粘度、且对固化物赋予高的硬度的角度出发,作为(C)成分,可以使用:具有R5 2HSiO1/2单元(R5各自独立地为除烯基外的、取代或未取代的1价烃基。具体而言,如上所述)和Q单元的三维网络结构(树脂状)的聚有机氢硅氧烷。
作为上述的三维网络结构的聚有机氢硅氧烷,更具体而言,可以举出:至少具有(CH3)2HSiO1/2单元(以下,表示为MH单元)和SiO4/2单元(Q单元)的聚有机氢硅氧烷。该聚有机氢硅氧烷可以进一步具有(CH3)3SiO1/2单元(以下,表示为M单元)和/或CH3SiO3/2单元(以下,表示为T单元)。
MH单元与Q单元的比率,相对于Q单元1摩尔,MH单元优选1.5~2.2摩尔的比率、进一步优选1.8~2.1摩尔。代表性的是,如式:[(CH3)2HSiO1/2]8[SiO4/2]4或式:[(CH3)2HSiO1/2]10[SiO4/2]5所示,特别优选4~5个的Q单元与MH单元和/或M单元(其中,在分子中至少3个为MH单元)所键合的结构的聚甲基氢硅氧烷。
作为(C)成分的这些直链状或三维网络结构的聚有机氢硅氧烷的掺混量为上述(A)成分和(B)成分的固化有效量。相对于(A)成分中的烯基和(B)成分中的烯基的总和1摩尔,(C)成分中的Si-H为1.0~3.0摩尔的量。优选的范围为1.5~2.5摩尔的范围。不足1.0摩尔时,则固化反应不进行,有可能难以获得固化物,若超过3.0摩尔,则由于未反应的Si-H在固化物中大量残留,因此固化物的物性有可能会经时性地发生变化。
<(D)成分>
作为(D)成分的氢化硅烷化反应催化剂为促进(A)成分和(B)成分中的烯基、与(C)成分中的Si-H的加成反应(氢化硅烷化反应)的催化剂。作为氢化硅烷化反应催化剂,只要是促进氢化硅烷化反应的催化剂即可,没有特别限定。优选铂类金属化合物,但也可以使用钯、铑、钴、镍、钌、铁等金属类催化剂。铂类金属化合物具有使组合物的阻燃性提高的功能。
作为铂类金属化合物,例如可以使用:氯铂酸、氯铂酸的醇溶液、具有烯烃类或含有乙烯基的硅氧烷或乙炔化合物作为配体的铂络合物等。
(D)铂类金属化合物的掺混量是:相对于组合物总体的含有比例换算成铂元素为0.5~10质量ppm的量。更优选为1~5质量ppm、进一步优选为1~2.5质量ppm。铂类金属化合物的掺混量不足0.5ppm时,固化性显著降低,超过10ppm时,固化物的透明性降低。处于该范围时,可以获得阻燃性优异且物理特性良好的固化物,而且经济上也有利。
<(E)阻燃性赋予剂>
本发明的阻燃性聚有机硅氧烷组合物中,通过进一步掺混前述(D)铂类金属化合物以外的(E)阻燃性赋予剂,可以进一步提高阻燃性。作为这样的(E)阻燃性赋予剂,可以举出:三苯基亚磷酸酯、三月桂基亚磷酸酯、三月桂基三硫代亚磷酸酯、三壬基苯基亚磷酸酯、二丁基亚磷酸酯所代表的亚磷酸酯;三甲基磷酸酯、三乙基磷酸酯、三丁基磷酸酯、三辛基磷酸酯、三氯乙基磷酸酯、三苯基磷酸酯所代表的磷酸酯类等。可以添加这些化合物的1种或2种以上。
含有这样的(E)阻燃性赋予剂时,相对于组合物总体,其含量优选为1~70质量ppm。在该范围时,则不会使固化性降低,可以进一步提高组合物的阻燃性。
本发明的阻燃性聚有机硅氧烷组合物通过将上述的各成分均匀地混合进行调制,但通过添加反应抑制剂可以任意地调整固化性。作为固化反应的抑制剂,可以举出:3-甲基-1-丁炔-3-醇、2-苯基-3-丁炔-2-醇、1-乙炔基环己醇之类的乙炔醇、和马来酸二烯丙酯之类的马来酸衍生物。
另外,还可以分成双液来保存以使固化不进行,而在使用时将双液混合来进行固化。双液混合型中,从脱氢反应的危险性的角度出发,有必要避免使作为(C)成分的聚有机氢硅氧烷和作为(D)成分的铂类金属化合物在同一的包袋。
对于如此所得的本发明的阻燃性聚有机硅氧烷组合物的粘度,作为25℃下利用旋转粘度计测定而得的值,优选5,000~1,000,000mPa・s的范围、特别优选10,000~500,000mPa・s的范围。
本发明的阻燃性聚有机硅氧烷组合物优选不含有无机填充剂。即使为不含有无机填充剂的组成,也可以获得具有充分的橡胶硬度、具有优异的阻燃性的固化物。另外,固化物的机械特性(强度、伸长率等)也良好。使用不含有无机填充剂的阻燃性聚有机硅氧烷组合物时,可以获得光(例如,可见光)的透射率高的固化物。
本发明的阻燃性聚有机硅氧烷组合物根据需要通过加热进行固化。对固化条件没有特别限定,但通过在通常40~200℃、优选80~180℃的温度下保持0.5分钟~10小时、优选1分钟~6小时左右进行固化。
[阻燃性固化物]
本发明的实施方式的阻燃性固化物是将前述阻燃性聚有机硅氧烷组合物固化而成的固化物。该固化物的阻燃性优异。具体而言,厚度10mm以下的试样片的基于UL-94的燃烧试验的阻燃性的判定为V-1或V-0。
另外,该阻燃性固化物具有充分的橡胶硬度、机械特性(强度、伸长率)良好,且耐候性良好。另外,不容易经时性地变色(黄化)。
并且,使用不含有无机填充剂的阻燃性聚有机硅氧烷组合物时,该固化物在6mm的厚度下波长400nm的光的透射率为85%以上、光透射率高。
需要说明的是,阻燃性聚有机硅氧烷组合物的成型可以通过选自注射成型、压缩成型、传递成型、灌封和点胶的方法进行,特别优选注射成型。
本发明的实施方式的阻燃性固化物,由于前述的各特性优异,因此可以用作光学用部件、光源用透镜或盖子,特别是适宜作为LED装置之类的发光装置中的发光元件的密封材料或功能性透镜的材料等光学用部件。
特别是,将前述阻燃性聚有机硅氧烷组合物成型并固化而成的阻燃性固化物,由于阻燃性优异、机械特性和耐候性良好且不容易变色(黄化)、可见光等的光透射率高,因此可以适宜地用作室外用的各种光源或汽车用光源的透镜或盖子。
另外,作为将本发明的阻燃性聚有机硅氧烷组合物固化而成的光学用部件、光源用透镜或盖子,可以举出:一次或二次的LED用透镜、厚光学透镜、LED用反射器、汽车用LED矩阵照明透镜、增强现实(增强现实感)用光学部件、LED芯片用有机硅光学头、工作灯用透镜和反射器、智能手机或平板电脑用的照明光学部件、计算机或电视用的LED显示器、光导等。另外,作为光源用透镜或盖子的光源,可以举出:室内或室外用照明、公共交通工具的阅读灯和重点照明、LED路灯等。
实施例
以下,列举实施例来具体地说明本发明,但本发明不限于这些实施例。
以下的记载中,M单元、Mvi单元、MH单元、D单元、DH单元、Dph单元、和Q单元分别表示以下的式所表示的硅氧烷单元,OE单元表示以下的式所表示的有机单元。
M单元…………(CH3)3SiO1/2
Mvi单元…………(CH3)2(CH2=CH)SiO1/2
MH单元…………(CH3)2HSiO1/2
D单元…………(CH3)2SiO2/2
DH单元…………(CH3)HSiO2/2
Dph单元…………(C6H5)2SiO2/2
Q单元…………SiO4/2
OE单元…………CH3CH21/2
粘度如果没有特别限定则为25℃下的测定值。另外,质均分子量(Mw)是使用以甲苯为溶剂的凝胶渗透色谱法(GPC)装置(株式会社岛津制作所制、装置名称;ProminenceGPC系统、柱;Shim-pack GPC-80M)进行测定,并换算成聚苯乙烯的值。并且,非挥发性组分(质量%)是在150℃×1小时的加热条件下测定而得的值。
合成例1(树脂状的含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B1的合成)
将四乙氧基硅烷970g(4.66mol)、二甲基乙烯基氯硅烷42g(0.35mol)、三甲基氯硅烷357g(3.29mol)、和二甲苯400g装入到烧瓶中进行搅拌,向其中滴加了水600g与丙酮300g的混合液900g。于70~80℃搅拌1小时进行水解之后,分液,获得了二甲苯溶液。其次,向所得的二甲苯溶液中加入水500g,进行水洗和分液,将二甲苯溶液中的丙酮萃取到水中。然后,至用于洗涤的水表现出中性为止,重复了水洗和分液的操作。
其次,向所得的二甲苯溶液中加入二甲苯200g和氢氧化钾0.18g,边加热边进行了搅拌。加热至140℃为止进行脱水之后,于140℃进行了3小时回流。冷却后,使用磷酸进行中和,以非挥发性组分变成50质量%的方式调整,获得了含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B1。
关于如此所得的含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B1,将乙氧基中的CH2基来源的氢原子数与键合于硅原子的CH3基来源的氢原子数之比(CH2基来源的氢原子数/Si-CH3基来源的氢原子数)通过1H-NMR求出时,结果为0.0089。由此可知,B1中的烷氧基(乙氧基)与键合于硅原子的甲基(Si-CH3基)的摩尔比(以下,称为OR/SiMe)为0.013。
另外,所得的含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B1根据起始原料的投料量和1H-NMR的结果可知:具有Mvi单元、M单元、Q单元、和OE单元,各单元的摩尔比为Mvi单元:M单元:Q单元:OE单元=0.042:0.396:0.562:0.017。通过GPC求出的B1的Mw为3400。另外,根据前述摩尔比和Mw求出的B1的平均单元式为Mvi 2.0M19.1Q27.2(OE)0.82,1分子中的键合于硅原子的烯基数为平均2.0个。
合成例2(树脂状的含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B2的合成)
将四乙氧基硅烷970g(4.66mol)、二甲基乙烯基氯硅烷70g(0.58mol)、三甲基氯硅烷335g(3.09mol)、和二甲苯400g装入烧瓶中进行搅拌,向其中滴加了水600g。于70~80℃搅拌1小时,进行水解之后,分液,获得了二甲苯溶液。其次,将所得的二甲苯溶液加热至130℃为止,进行了脱水和脱盐酸。至二甲苯溶液表现出中性为止,持续了前述操作。
其次,向二甲苯溶液中加入二甲苯200g和氢氧化钾0.18g,边加热边进行了搅拌。加热至140℃之后,于140℃进行了3小时回流。冷却后,使用磷酸进行中和,以非挥发性组分变成50质量%的方式调整,获得了树脂状的含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B2。
如此所得的含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B2中,通过1H-NMR求出的CH2基来源的氢原子数/Si-CH3基来源的氢原子数为0.0201。由此可知,B2中的OR/SiMe为0.030。
另外,含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B2根据起始原料的投料量和1H-NMR的结果可知:具有Mvi单元、M单元、Q单元、和OE单元,各单元的摩尔比为Mvi单元:M单元:Q单元:OE单元=0.070:0.371:0.559:0.038。通过GPC求出的B2的Mw为1850。另外,根据前述摩尔比和Mw求出的B2的平均单元式为Mvi 1.8M9.6Q14.5(OE)0.98,1分子中的键合于硅原子的烯基数为平均1.8个。
合成例3(树脂状的含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B3的合成)
向分液后的二甲苯溶液中加入二甲苯和氢氧化钾,加热至140℃,脱水之后,于140℃进行了5小时回流。除此之外与合成例1同样,获得了含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B3。
关于所得的含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B3,通过1H-NMR求出的CH2基来源的氢原子数/Si-CH3基来源的氢原子数为0.0089。由此可知,B3中的OR/SiMe为0.013。
另外,含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B3根据起始原料的投料量和1H-NMR的结果可知:具有Mvi单元、M单元、Q单元、和OE单元,各单元的摩尔比为Mvi单元:M单元:Q单元=0.042:0.396:0.562:0.017。通过GPC求出的B3的Mw为3740。另外,根据前述摩尔比和Mw求出的B3的平均单元式为Mvi 2.2M21.1Q29.9(OE)0.90,1分子中的键合于硅原子的烯基数为平均2.2个。
合成例4(树脂状的含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B4的合成)
将四乙氧基硅烷970g(4.66mol)、二甲基乙烯基氯硅烷44g(0.37mol)、三甲基氯硅烷359g(3.31mol)、和二甲苯400g装入烧瓶中进行搅拌,向其中滴加了水600g与丙酮300g的混合液900g。于70~80℃搅拌1小时进行水解之后,分液,获得了二甲苯溶液。其次,向所得的二甲苯溶液中加入水500g进行水洗和分液,将二甲苯溶液中的丙酮萃取到水中。然后,至用于洗涤的水表现出中性为止,重复了水洗和分液的操作。
其次,向所得的二甲苯溶液中加入二甲苯200g和氢氧化钾0.18g,边加热边进行了搅拌。加热至140℃为止进行脱水之后,于140℃进行了3小时回流。冷却后,使用磷酸进行中和,以非挥发性组分变成50质量%的方式调整,获得了含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B4。
关于如此所得的含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B4,通过1H-NMR求出的CH2基来源的氢原子数/Si-CH3基来源的氢原子数为0.0091。由此可知,B4中的OR/SiMe为0.014。
另外,含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B4根据起始原料的投料量和1H-NMR的结果可知:具有Mvi单元、M单元、Q单元、和OE单元,各单元的摩尔比为Mvi单元:M单元:Q单元:OE单元=0.044:0.397:0.559:0.018。通过GPC求出的B4的Mw为2560。另外,根据前述摩尔比和Mw求出的B4的平均单元式为Mvi 1.6M14.4Q20.3(OE)0.65,1分子中的键合于硅原子的烯基数为平均1.6个。
合成例5(树脂状的含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B5的合成)
将四乙氧基硅烷970g(4.66mol)、二甲基乙烯基氯硅烷70g(0.58mol)、三甲基氯硅烷335g(3.09mol)、和二甲苯400g装入到烧瓶中进行搅拌,向其中滴加了水600g与丙酮300g的混合液900g。于70~80℃搅拌1小时,进行水解之后,分液,获得了二甲苯溶液。
其次,向所得的二甲苯溶液中加入水500g进行水洗和分液,将二甲苯溶液中的丙酮萃取到水中。然后,至用于洗涤的水表现出中性为止,重复了水洗和分液的操作。
其次,向二甲苯溶液中加入二甲苯200g和氢氧化钾0.18g,边加热边进行了搅拌。至140℃为止进行加热,其后于140℃进行了3小时回流。冷却后,使用磷酸进行中和,以非挥发性组分变成50质量%的方式调整,获得了树脂状的含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B5。
关于如此所得的含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B5,通过1H-NMR求出的CH2基来源的氢原子数/Si-CH3基来源的氢原子数为0.0140。由此可知,B5中的OR/SiMe为0.021。
另外,所得的含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B5根据起始原料的投料量和1H-NMR的结果可知:具有Mvi单元、M单元、Q单元、和OE单元,各单元的摩尔比为Mvi单元:M单元:Q单元:OE单元=0.070:0.371:0.559:0.026。通过GPC求出的B5的Mw为2340。另外,根据前述摩尔比和Mw求出的B5的平均单元式为Mvi 2.3M12.2Q18.4(OE)0.86,1分子中的键合于硅原子的烯基数为平均2.3个。
合成例6(树脂状的含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B6的合成)
将四乙氧基硅烷917g(4.41mol)、二甲基乙烯基氯硅烷42g(0.35mol)、三甲基氯硅烷384g(3.54mol)、和二甲苯400g装入到烧瓶中进行搅拌,向其中滴加了水600g与丙酮300g的混合液900g。于70~80℃搅拌1小时进行水解之后,分液,获得了二甲苯溶液。其次,向所得的二甲苯溶液中加入水500g进行水洗和分液,将二甲苯溶液中的丙酮萃取到水中。而且,至用于洗涤的水表现出中性为止,重复了水洗和分液的操作。
其次,向所得的二甲苯溶液中加入甲苯200g和氢氧化钾0.18g,边加热边进行了搅拌。加热至140℃为止进行脱水之后,于140℃进行了3小时回流。冷却后,使用磷酸进行中和,以非挥发性组分变成50质量%的方式调整,获得了含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B6。
关于如此所得的含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B6,通过1H-NMR求出的CH2基来源的氢原子数/Si-CH3基来源的氢原子数为0.0081。由此可知,B6中的OR/SiMe为0.012。
另外,所得的含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B6根据起始原料的投料量和1H-NMR的结果可知:具有Mvi单元、M单元、Q单元、和OE单元,各单元的摩尔比为Mvi单元:M单元:Q单元:OE单元=0.042:0.427:0.531:0.016。通过GPC求出的B6的Mw为1620。另外,根据前述摩尔比和Mw求出的B6的平均单元式为Mvi 0.96M9.8Q12.1(OE)0.37,1分子中的键合于硅原子的烯基数为平均0.96个。
合成例7(树脂状的含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B7的合成)
向分液后的二甲苯溶液中加入二甲苯和氢氧化钾,加热至140℃为止进行脱水之后,于140℃进行了5小时回流。除此之外与合成例6同样,获得了含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B6。
关于所得的含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B7,通过1H-NMR求出的CH2基来源的氢原子数/Si-CH3基来源的氢原子数为0.0112。由此可知,B7中的OR/SiMe为0.017。
另外,含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B7根据起始原料的投料量和1H-NMR的结果可知:具有Mvi单元、M单元、Q单元、和OE单元,各单元的摩尔比为Mvi单元:M单元:Q单元:OE单元=0.042:0.427:0.531:0.023。通过GPC求出的B7的Mw为2000。另外,根据前述摩尔比和Mw求出的B7的平均单元式为Mvi 1.2M12.0Q14.9(OE)0.65,1分子中的键合于硅原子的烯基数为平均1.2个。
合成例8(树脂状的含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B8的合成)
将四乙氧基硅烷970g、二甲基乙烯基氯硅烷70g、三甲基氯硅烷335g、和二甲苯400g装入到烧瓶中进行搅拌,向其中滴加水600g之后,于70~80℃搅拌20分钟,进行了水解。除此之外与合成例2同样,获得了含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B8。
关于所得的含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B8,通过1H-NMR求出的乙氧基中的CH2基来源的氢原子数/Si-CH3基来源的氢原子数为0.0228。由此可知,B8中的OR/SiMe为0.034。
另外,含有乙烯基的甲基聚硅氧烷B8根据起始原料的投料量和1H-NMR的结果可知:具有Mvi单元、M单元、Q单元、和OE单元,各单元的摩尔比为Mvi单元:M单元:Q单元:OE单元=0.070:0.371:0.559:0.043。通过GPC求出的B8的Mw为1940。另外,根据前述摩尔比和Mw求出的B9的平均单元式为Mvi 1.9M10.0Q15.1(OE)1.16,1分子中的键合于硅原子的烯基数为平均1.9个。
合成例9(聚甲基氢硅氧烷C1的合成)
将以平均计为式:MDH 50M所表示的聚甲基氢硅氧烷1390g(0.44mol)、八甲基环四硅氧烷1406g(4.75mol)、和六甲基二硅氧烷83g(0.51mol)与活性粘土25g一起装入到烧瓶中进行搅拌,于50~70℃进行了6小时的平衡化反应。需要说明的是,以下的记载中,将“以平均计为式:XX所表示的”表示为“平均式:XX所表示的”。
其次,将反应液过滤除掉活性粘土之后,于5mmHg以下的减压下升温至140℃为止,其后,减压下、于140~150℃进行了6小时的加热搅拌。
如此所得的聚甲基氢硅氧烷C1根据起始原料的投料量可知:为平均式:MDH 23D20M(硅原子数45)所表示的物质。根据该式求出的C1中的Si-H的含有比例为7.6mmol/g。
合成例10(聚甲基氢硅氧烷C2的合成)
将平均式:MDH 80M所表示的聚甲基氢硅氧烷1985g(0.40mol)、和八甲基环四硅氧烷1421g(4.80mol)与活性粘土30g一起装入到烧瓶中进行搅拌,于50~70℃进行了6小时的平衡化反应。
其次,将反应液过滤除掉活性粘土之后,于5mmHg以下的减压下升温至130℃为止,其后,减压下、于130~140℃进行了6小时加热搅拌。
如此所得的聚甲基氢硅氧烷C2根据起始原料的投料量可知:为平均式:MDH 80D48M(硅原子数130)所表示的物质。根据该式求出的C2中的Si-H的含有比例为9.4mmol/g。
合成例11(聚甲基氢硅氧烷C3的合成)
将平均式:MDH 58M所表示的聚甲基氢硅氧烷1153g(0.32mol)、和八甲基环四硅氧烷1373g(4.64mol)与活性粘土20g一起装入到烧瓶中进行搅拌,于50~70℃进行了6小时的平衡化反应。
其次,将反应液过滤除掉活性粘土之后,于5mmHg以下的减压下升温至130℃为止,其后,减压下、于130~140℃进行了6小时的加热搅拌。
如此所得的聚甲基氢硅氧烷C3根据起始原料的投料量可知:为平均式:MDH 58D58M(硅原子数118)所表示的物质。根据该式求出的C3中的Si-H的含有比例为7.3mmol/g。
合成例12(聚甲基氢硅氧烷C4的合成)
投料甲苯500g、四乙氧基硅烷830g(4.0摩尔)、和二甲基氯硅烷760g(8.0摩尔),使其均匀溶解。边搅拌边将其滴加到被装入具备搅拌机、滴加装置、加热・冷却装置和减压装置的反应容器的过量水中,通过冷却去除所副产的盐酸的溶解热,同时于室温进行了共水解和缩聚。将所得的有机相用水洗涤至洗涤水表现出中性为止,脱水之后,将甲苯和所副产的四甲基二硅氧烷于100℃/667Pa(5mmHg)进行馏去,获得了液状的聚甲基氢硅氧烷C4。
所得的聚甲基氢硅氧烷C4根据通过29Si-NMR的测定求出的各单元比(MH:Q=2:1)和通过GPC求出的Mw775可知:为式:MH 8Q4所表示的树脂结构的聚甲基氢硅氧烷。该聚甲基氢硅氧烷C4中的Si-H的含有比例为10.3mmol/g。
实施例1
将分子链两末端被二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的直链状的二甲基聚硅氧烷A1(粘度70Pa・s)400质量份(以下,简单地表示为份)和合成例1中所得的树脂状甲基聚硅氧烷B1(Mw3400、1分子中的乙烯基数平均2.0个、OR/SiMe=0.013)的二甲苯溶液(50质量%)1200份混合(混合的质量比以非挥发性组分计为(A1):(B1)=4:6),减压条件下加热至150℃,去除了二甲苯。
分别混合:如此所得的含有乙烯基的聚合物混合物(1)100份;合成例9中所得的平均式:MDH 23D20M所表示的甲基氢聚硅氧烷C1 9.3份((C1)成分中的Si-H与含有乙烯基的聚合物混合物(1)中的乙烯基的摩尔比(H/Vi)=1.8);和(D)具有四甲基四乙烯基环四硅氧烷作为配体的铂络合物溶液,其量以Pt成分计为组合物总体的5ppm;调制了聚有机硅氧烷组合物。
实施例2
与实施例1中使用的成分相同,向含有乙烯基的聚合物混合物(1)(混合的质量比是:以非挥发性组分计(A1):(B1)=4:6)72份中进一步混合分子链两末端被二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的直链状的二甲基聚硅氧烷A1(粘度70Pa・s)28份,调制了含有乙烯基的聚合物混合物(2)。
分别混合:所得的含有乙烯基的聚合物混合物(2)100份;合成例10中所得的平均式:MDH 80D48M所表示的甲基氢聚硅氧烷C2 5.7份((C2)成分中的Si-H与含有乙烯基的聚合物混合物(2)中的乙烯基的摩尔比(H/Vi)=1.8);和(D)具有四甲基四乙烯基环四硅氧烷作为配体的铂络合物溶液,其量以Pt成分计为组合物总体的5ppm;调制了聚有机硅氧烷组合物。
实施例3~6
分别以表1所示的比例掺混:两末端被二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的直链状二甲基聚硅氧烷A1,作为(B)成分的合成例3~5中所得的树脂状甲基聚硅氧烷B3~B5的任一种,作为(C)成分的合成例9、11~12中所得的甲基氢聚硅氧烷C1、C3~C4的任一种,和(D)具有四甲基四乙烯基环四硅氧烷作为配体的铂络合物溶液,与实施例1同样地混合,调制了聚有机硅氧烷组合物。
实施例7~9
作为(A)成分,使用了单元式:(Mvi)(Dph)Y(D)z(Mvi)(其中,Y/(Y+Z)=0.05)所表示的、两末端被二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的直链状二甲基二苯基聚硅氧烷A2(粘度80Pa・s)、或单元式:(Mvi)(Dph)Y(D)z(Mvi)(其中,Y/(Y+Z)=0.05)所表示的、两末端被二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的直链状二甲基二苯基聚硅氧烷A3(粘度200Pa・s)。另外,作为(B)成分使用了合成例1或2中所得的树脂状甲基聚硅氧烷B1或B2,作为(C)成分使用了合成例9中所得的甲基氢聚硅氧烷C1,作为(D)成分使用了具有四甲基四乙烯基环四硅氧烷作为配体的铂络合物溶液。然后,将这些成分分别以表1所示的比例掺混,与实施例1同样地混合,调制了聚有机硅氧烷组合物。
比较例1
将分子链两末端被二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的直链状二甲基聚硅氧烷A1(粘度70Pa・s)400份和合成例8中所得的树脂状甲基聚硅氧烷B8(Mw1940、1分子中的乙烯基数平均1.9个、OR/SiMe=0.034)的二甲苯溶液(50质量%)1200份混合(混合的质量比以非挥发性组分计为(A1):(B2)=4:6),减压条件下加热至150℃,去除了二甲苯。
分别混合:所得的含有乙烯基的聚合物混合物(3)100份;合成例9中所得的平均式:MDH 23D20M所表示的甲基氢聚硅氧烷C1 15份((C1)成分中的Si-H与含有乙烯基的聚合物混合物(3)中的乙烯基的摩尔比(H/Vi)=1.9);(D)具有四甲基四乙烯基环四硅氧烷作为配体的铂络合物溶液,其量以Pt成分计为组合物总体的10ppm;和(E)亚磷酸三苯基酯,其量为组合物总体的30ppm;调制了聚有机硅氧烷组合物。
比较例2~5、7、8
以表2或表3所示的比例掺混:两末端被二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的直链状二甲基聚硅氧烷A1、合成例8中所得的树脂状甲基聚硅氧烷B8、合成例9中所得的甲基氢聚硅氧烷C1、(D)具有四甲基四乙烯基环四硅氧烷作为配体的铂络合物溶液、和在比较例2、5、7、8中进一步掺混的(E)亚磷酸三苯基酯,与比较例1同样地混合,调制了聚有机硅氧烷组合物。
比较例6
与比较例1中使用的成分相同,向含有乙烯基的聚合物混合物(3)(混合的质量比以非挥发性组分计为(A1):(B2)=4:6)72份中进一步混合分子链两末端被二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的直链状的二甲基聚硅氧烷A1(粘度70Pa・s)28质量份,调制了含有乙烯基的聚合物混合物(4)。
分别混合:所得的含有乙烯基的聚合物混合物(4)100份;合成例10中所得的平均式:MDH 80D48M所表示的甲基氢聚硅氧烷C2 8.9份((C2)成分中的Si-H与含有乙烯基的聚合物混合物(4)中的乙烯基的摩尔比(H/Vi)=1.9);和(D)具有四甲基四乙烯基环四硅氧烷作为配体的铂络合物溶液,其量以Pt成分计为组合物总体的5ppm;调制了聚有机硅氧烷组合物。
比较例9~12
作为(A)成分使用了两末端被二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的直链状二甲基聚硅氧烷A1、或两末端被二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的直链状二甲基二苯基聚硅氧烷A2(粘度80Pa・s),作为(B)成分使用了合成例5~8中所得的树脂状甲基聚硅氧烷B5~B8的任一种。另外,作为(C)成分使用了合成例9、11中所得的甲基氢聚硅氧烷C1或C3,作为(D)成分使用了具有四甲基四乙烯基环四硅氧烷作为配体的铂络合物溶液。将这些成分分别以表3所示的比例掺混,与比较例1同样地混合,调制了聚有机硅氧烷组合物。
如此,将实施例1~9和比较例1~12中所得的聚有机硅氧烷组合物的固化后的物性如下所示进行了测定、评价。另外,将固化物的阻燃性和光透射率如下所示进行了测定、评价。结果示于表1~表3的下栏中。
[固化后的物性]
将实施例1~9和比较例1~12中所得的聚有机硅氧烷组合物成型后于150℃加热1小时进行固化,制作了厚度2mm的片。从所得的各片切出按照JIS K 6249的尺寸的试验片,按照JIS K 6249测定了23℃下的硬度(TYPE A)、拉伸强度[MPa]和伸长率[%]。
[阻燃性]
将实施例1~9和比较例1~12中所得的聚有机硅氧烷组合物于150℃加热1小时进行固化,制作表1~表3所示的厚度的片,进行了基于UL-94 V的阻燃性试验。即,将所得的各片切成按照UL-94的尺寸,制作试验片,对各试验片进行阻燃性试验,判定了V-0~V-2的阻燃性。需要说明的是,表1~表3中记载了燃烧时间的最大值(最长燃烧时间)和阻燃性的判定结果。阻燃性的判定中,将V-0水平和V-1水平直接记载,除此之外记为×。
[透射率]
关于实施例1~9和比较例1~12中所得的聚有机硅氧烷组合物,对于与前述阻燃性试验中所使用的试验片同样地制作的相同厚度的试验片,照射波长400nm的光,测定了透射率。透射率的测定使用分光测色计(Konica Minolta Inc.制、装置名称;CM-3500d)来进行。
[表1]
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE002
[表2]
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE004
[表3]
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE006
根据表1~表3的测定结果可知以下的事项。即,使(A)~(D)的各成分以本发明所规定的特定组成掺混而得的实施例1~9的聚有机硅氧烷组合物,尽管将铂类金属化合物的含有比例控制为组合物总体的5质量ppm以下的极低水平,也表现出高的阻燃性,UL-94 V的阻燃性的评价为V-0或V-1水平。另外,固化物的光透射率高,为85%以上,透明性优异,并且硬度、拉伸强度、伸长率等的物性也良好。
需要说明的是,实施例8和9的聚有机硅氧烷组合物含有OR/SiMe为0.030的树脂状聚有机硅氧烷B2作为(B)成分。该OR/SiMe值高于其它实施例(1~6、7)中掺混而得的树脂状聚有机硅氧烷B1和B3~B5的OR/SiMe值,虽然担心(B)成分所具有的烷氧基(OR)会对阻燃性产生的影响,但由于使用以特定范围包含苯基的二甲基二苯基聚硅氧烷作为(A)成分的直链状二有机聚硅氧烷,因此组合物整体获得了高的阻燃性。
相对于此,比较例1~6和比较例12的聚有机硅氧烷组合物中,由于掺混OR/SiMe超过0.030的树脂状聚有机硅氧烷B8作为(B)成分,因此阻燃性不良,具体而言,UL-94 V的阻燃性未达到V-1水平。比较例1、2、5的聚有机硅氧烷组合物中,虽然大量地含有作为(E)阻燃性赋予剂的亚磷酸三苯基酯,但阻燃性也不良。
另外,对于比较例7、8的聚有机硅氧烷组合物,虽然UL-94 V的阻燃性为V-0或V-1水平而表现出高的阻燃性,但光的透射率不足85%,光透射性不充分。即,比较例7、8中,掺混OR/SiMe超过0.030的树脂状聚有机硅氧烷作为(B)成分,大量添加作为(D)成分的铂络合物溶液,以Pt成分计为实施例1~9的数倍~10多倍,且掺混作为(E)阻燃性赋予剂的亚磷酸三苯基酯,由此,尽管阻燃性良好,但由于Pt成分的大量掺混而产生透明性的降低。具体而言,比较例7、8中,光的透射率在厚度约6mm下为不足85%,与实施例1~12相比,大幅度降低。
比较例9、10的聚有机硅氧烷组合物中,由于掺混键合于硅原子的乙烯基数为平均不足1.5个的树脂状聚有机硅氧烷B6或B7作为(B)成分,因此阻燃性不良,具体而言,UL-94V的阻燃性未达到V-1水平。
并且,比较例11的聚有机硅氧烷组合物中,由于在含有OR/SiMe虽为0.030以下但比较高(0.021)的树脂状聚有机硅氧烷B5作为(B)成分的基础上,掺混直链状的氢聚硅氧烷作为(C)成分,因此无法获得充分的阻燃性。相对于此,实施例6的聚有机硅氧烷组合物中,虽然含有与比较例11相同的树脂状聚有机硅氧烷B5作为(B)成分,并且(A)成分和(D)成分的掺混组成也与比较例11相同,但掺混非直链状的树脂结构的聚甲基氢硅氧烷C4作为(C)成分,因此获得良好的阻燃性。
实施例10
调制了与实施例6相同组成的聚有机硅氧烷组合物。
将该聚有机硅氧烷组合物于150℃加热1小时进行固化,制作厚度6.1mm的片,进行基于UL-94 V和UL-94 5V的阻燃性试验,评价了阻燃性。评价结果示于表4中。阻燃性的评价中记载了燃烧时间的最大值(最长燃烧时间)和阻燃性的判定结果。
[表4]
Figure DEST_PATH_IMAGE005
由表4可知,与实施例6具有相同组成的实施例10的聚有机硅氧烷组合物,在UL-94V的评价达到V-1水平的基础上,面着火试验即UL-94 5V的评价也为5VA而合格,具有高的阻燃性。
产业实用性
根据本发明的阻燃性聚有机硅氧烷组合物,可以获得具有充分的橡胶硬度、具有优异的阻燃性的固化物,另外,固化物的着色或变色(黄化)得到抑制,透明性良好。并且,由于可以将铂类金属化合物的掺混量控制在低水平,因此不会导致材料成本的増大,而可以实现高的阻燃性。
因此,该阻燃性固化物适合作为例如LED装置之类的发光装置中的发光元件的密封材料或功能性透镜等的光学用部件。特别是,可以适合用作室外用光源或汽车用光源的透镜或盖子。

Claims (21)

1.阻燃性聚有机硅氧烷组合物,其特征在于,分别含有:
(A) 在1分子中具有平均2个以上的键合于硅原子的烯基、25℃下的粘度为10,000~1,000,000mPa・s的直链状的聚有机硅氧烷;
(B) 包含式:SiO4/2所表示的4官能型硅氧烷单元,分别在1分子中具有1个以上的键合于硅原子的取代或未取代的烷基、在1分子中具有大于0个的键合于硅原子的烷氧基,同时在1分子中具有平均1.5个以上的键合于硅原子的烯基,且前述烷氧基与前述的取代或未取代的烷基的摩尔比、即烷氧基的摩尔数/取代或未取代的烷基的摩尔数为0.030以下的具有树脂结构的聚有机硅氧烷,其相对于前述(A)成分与本成分的总和为30~80质量%;
(C) 具有键合于硅原子的氢原子、平均聚合度为10以上、且前述氢原子的含量为5.0mmol/g以上的聚有机氢硅氧烷,其量是相对于前述(A)成分中的烯基与前述(B)成分中的烯基的总和1摩尔、本成分中的前述氢原子为1.0~3.0摩尔的量;以及
(D) 催化量的氢化硅烷化反应催化剂。
2.权利要求1所述的阻燃性聚有机硅氧烷组合物,其特征在于,前述(A)成分包含下式所表示的直链状的聚有机硅氧烷:
Figure DEST_PATH_IMAGE001
式中,R1各自独立地为烯基、或者取代或未取代的烷基,多个R1的至少2个为烯基,R2为苯基,m为0或1,n为0或1,另外,X和Y为0或正整数,Z为正整数,满足0.02≤(X+Y)/(X+Y+Z)≤0.10的关系。
3.权利要求2所述的阻燃性聚有机硅氧烷组合物,其特征在于,前述(A)成分包含下式所表示的直链状的聚有机硅氧烷:
Figure DEST_PATH_IMAGE002
式中,R1和R2与前述同样,另外,Y和Z均为正整数,满足0.02≤Y/(Y+Z)≤0.06的关系。
4.权利要求1~3的任一项所述的阻燃性聚有机硅氧烷组合物,其特征在于,作为前述(A)成分的直链状聚有机硅氧烷的25℃下的粘度为50,000~500,000mPa・s。
5.权利要求1~3的任一项所述的阻燃性聚有机硅氧烷组合物,其特征在于,前述(B)成分中,键合于硅原子的烷氧基的摩尔数/键合于硅原子的取代或未取代的烷基的摩尔数为0.020以下。
6.权利要求1~3的任一项所述的阻燃性聚有机硅氧烷组合物,其特征在于,前述(B)成分包含:将式:R1 3SiO1/2所表示的1官能型硅氧烷单元、式:R1 2SiO2/2所表示的2官能型硅氧烷单元、和式:SiO4/2所表示的4官能型硅氧烷单元平均以1官能型硅氧烷单元∶2官能型硅氧烷单元∶Q单元=a∶b∶c的摩尔比含有,且具有树脂结构的含有烯基的聚有机硅氧烷,上述式中,R1各自独立地为烯基、或者取代或未取代的烷基,1分子中的平均1.5个的R1为烯基,另外,0.3≤a≤0.6、0≤b≤0.1、0.4≤c≤0.7,满足a+b+c=1的关系。
7.权利要求1~3的任一项所述的阻燃性聚有机硅氧烷组合物,其特征在于,前述(B)成分具有:
式:(CH3)2(CH2=CH)SiO1/2所表示的1官能型硅氧烷单元;
式:(CH3)3SiO1/2所表示的1官能型硅氧烷单元;和
式:SiO4/2所表示的4官能型硅氧烷单元。
8.权利要求1~3的任一项所述的阻燃性聚有机硅氧烷组合物,其特征在于,前述(B)成分在1分子中具有平均2个以上的键合于硅原子的烯基。
9.权利要求1~3的任一项所述的阻燃性聚有机硅氧烷组合物,其特征在于,前述(B)成分通过凝胶渗透色谱法(GPC)测定的重均分子量Mw为2200以上。
10.权利要求1~3的任一项所述的阻燃性聚有机硅氧烷组合物,其特征在于,前述(B)成分的相对于前述(A)成分与该(B)成分的总和的含有比例为35~70质量%。
11.权利要求1~3的任一项所述的阻燃性聚有机硅氧烷组合物,其特征在于,前述(C)成分包含至少具有下述单元的三维网络结构的聚有机氢硅氧烷:
式:(R3 2HSiO1/2) 所表示的1官能型硅氧烷单元,式中,R3各自独立地为除烯基外的取代或未取代的1价烃基;和
式:SiO4/2所表示的4官能型硅氧烷单元。
12.权利要求1~3的任一项所述的阻燃性聚有机硅氧烷组合物,其特征在于,前述(D)氢化硅烷化反应催化剂为铂类金属化合物。
13.权利要求12所述的阻燃性聚有机硅氧烷组合物,其特征在于,前述铂类金属化合物相对于本组合物总体的含有比例换算成铂元素为0.5~5质量ppm。
14.权利要求1~3的任一项所述的阻燃性聚有机硅氧烷组合物,其特征在于,不含有无机填充剂、6mm厚度的固化物的波长400nm的光透射率为85%以上。
15.阻燃性固化物,其特征在于,将权利要求1~14的任一项所述的阻燃性聚有机硅氧烷组合物固化而成,厚度10mm以下的试样片的基于UL-94的阻燃性的评价为V-1或V-0。
16.阻燃性固化物,其特征在于,将权利要求1~14的任一项所述的阻燃性聚有机硅氧烷组合物固化而成,厚度10mm以下的试样片的基于UL-94的阻燃性的评价为5VB或5VA。
17.光学用部件、光源用透镜或盖子,其特征在于,将权利要求1~14的任一项所述的阻燃性聚有机硅氧烷组合物固化而成。
18.权利要求17所述的光学用部件、光源用透镜或盖子,其特征在于,前述光学用部件为选自一次或二次的LED用透镜、厚光学透镜、LED用反射器、汽车用LED矩阵照明透镜、增强现实用光学部件、LED芯片用有机硅光学头、工作灯用透镜和反射器的至少1种。
19.权利要求17所述的光学用部件、光源用透镜或盖子,其特征在于,前述光源为选自室内或室外用照明、公共交通工具的阅读灯和重点照明、LED路灯的至少1种。
20.权利要求17所述的光学用部件、光源用透镜或盖子,其特征在于,前述光学用部件为选自智能手机或平板电脑用的照明光学部件、计算机或电视用的LED显示器、光导的至少1种。
21.成型方法,其特征在于,使用权利要求1~14的任一项所述的阻燃性聚有机硅氧烷组合物,通过选自注射成型、压缩成型、传递成型、灌封和点胶的方法进行成型。
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