JP2014098147A - シロキサン化合物およびそれを含む硬化性組成物と硬化体 - Google Patents
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Abstract
【課題】硬化体が充分な耐熱性を示し、かつ、硬化体中に気泡を残さず成型可能な硬化性組成物、該組成物の調製に用いるシロキサン化合物を提供する。
【解決手段】特定の置換基を有するかご型ポリシロキサンであり、特定の置換基がアジド基などの含N有機珪素基、或いはアルキン基を有する有機珪素基であるシロキサン化合物。
【選択図】なし
【解決手段】特定の置換基を有するかご型ポリシロキサンであり、特定の置換基がアジド基などの含N有機珪素基、或いはアルキン基を有する有機珪素基であるシロキサン化合物。
【選択図】なし
Description
本発明は、硬化性シロキサン化合物、当該シロキサン化合物を含有する硬化性組成物、および当該組成物を用いた硬化体に関する。
複数の半導体を搭載したLSI(Large Scale Integration)素子や電気を光に変換するLED(Light Emitting Diode)素子などに用いられる封止材には、無溶媒液状で適度な流動性が要求され、かつ、成型硬化時に発泡しない特性が要求される。これまで当該封止材としては、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂を中心に検討が進められてきた。しかし、エポキシ樹脂は安価で機械的強度が優れるものの耐熱性が150℃程度と低いことが問題であった。また、シリコーン樹脂の耐熱性は200℃程度までであり、エポキシ樹脂より耐熱性に優れるものの、水蒸気や酸素透過量がエポキシ樹脂よりも高く、LED素子やLSI素子の配線などに用いられる金属部が経時劣化しやすい、という問題があった。このため、これらエポキシ樹脂やシリコーン樹脂は、更なる高耐熱性、低水蒸気透過性、低酸素透過性が必要とされる次世代パワー半導体封止材や、高出力LED封止材に応用できないという問題があった。この問題を解決するために、有機無機ハイブリッド材料が検討されている(例えば特許文献1〜3)。
しかし、有機無機ハイブリッド材料の硬化反応として一般的に知られているシラノール基同士の脱水縮合反応では、硬化時に水が副生するため、硬化体中に気泡を残さず成型することが難しく、気泡が残って得られる硬化体は機械強度が低下する。そこで、縮合反応ではなく、ヒドロシリル化などの付加反応を硬化に用いる方法が提案されている。
しかしながら、ヒドロシリル化による硬化反応は、硬化体中の発泡を抑制出来るため、特にLED封止材の硬化反応に使用されているが、硬化によって形成される化学結合がエチレン結合であるため、シラノール同士の脱水縮合反応によって形成されるシロキサン結合よりも耐熱性が劣る、という問題があった。
また、有機基による架橋反応を利用するため、シラノール基をもたず、これによりガラスや金属基板への密着強度が低下するという問題もあった。
硬化反応によって形成された硬化体が充分な耐熱性を示し、かつ、硬化体中に気泡を残さず成型可能な硬化性組成物、該硬化性組成物を調製するためのシロキサン化合物、並びに該硬化性組成物から得られる硬化体を提供する。
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、シロキサン化合物の架橋(硬化)反応として耐熱性の低いエチレン結合による重合反応ではなく、より耐熱性の高い環構造形成反応に着目し、これを利用する硬化性シロキサン化合物を合成し、それを用いた硬化性組成物を調製し、さらに、該硬化性組成物を硬化させて硬化体を得ることで、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は以下の発明1〜発明17を含む。
(式(1)中、Xはそれぞれ独立に、X1またはX2であり、X1の個数aは2〜8の整数であり、X2の個数bは0〜6の整数であり、aとbの和は8である。式X1およびX2中、R1、R2、R3、R4およびR6は、それぞれ独立に水素原子、炭素数1〜8のアルキル基、または炭素数6〜12のアリール基であり、これら炭化水素基の水素原子がフッ素原子に置換されていてもよい。
(式(1−2)、(1−4)中、R7はヒドロキシル基、アルコキシ基、エステル基またはトリアルキルシリル基を含む有機基であり、R8、R9はそれぞれ独立にヒドロキシル基、アルコキシ基、エステル基、またはトリメチルシリル基を含む有機基である。)
から選ばれる1種以上の置換基を有する有機基である。m、nはそれぞれ独立に1〜4の整数である。)
で表されるシロキサン化合物。
から選ばれる1種以上の置換基を有する有機基である。m、nはそれぞれ独立に1〜4の整数である。)
で表されるシロキサン化合物。
[発明2]
R5が、アジド基(式(1−1))を有する有機基である、発明1のシロキサン化合物。
R5が、アジド基(式(1−1))を有する有機基である、発明1のシロキサン化合物。
(式(3)、(4)中、v、wはそれぞれ独立に0〜6の整数である。Aはフェニレン基、ナフチレン基、またはビフェニレン基を表し、これらの芳香族炭化水素基中の任意の数の水素原子がフッ素原子に置換されていてもよく、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基、シアノ基に置換されていてもよい。)
で表される、発明1または2のシロキサン化合物。
で表される、発明1または2のシロキサン化合物。
(式(2)中、Xはそれぞれ独立に、X3またはX4であり、X3の個数cは2〜8の整数であり、X4の個数dは0〜6の整数であり、cとdとの和は8である。式X3およびX4中、R10、R11、R12、R13およびR15は、それぞれ独立に水素原子、炭素数1〜8のアルキル基、または炭素数6〜12のアリール基であり、これら炭化水素基に含まれる任意の個数の水素原子がフッ素原子に置換されていてもよい。
(式(2−1)〜(2−6)中、R16Aは単結合、炭素数1〜8のアルキレン基、炭素数6〜12のアリーレン基であり、R16BおよびR17はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基または炭素数6〜18のアリール基であり、R18およびR19はそれぞれ独立に炭素数1〜6のフルオロアルキル基、シアノ基、またはエステル基であり、R20は炭素数1〜6のアルキレン基または炭素数6〜18のアリール基であり、R21およびR22はそれぞれ独立にトリフルオロメタンスルホニル基、トリメチルシリル基、ヨウ素原子、または臭素原子である。)
から選ばれる1種以上の置換基を有する有機基であり、p、qはそれぞれ独立に1〜4の整数である。)
で表されるシロキサン化合物。
から選ばれる1種以上の置換基を有する有機基であり、p、qはそれぞれ独立に1〜4の整数である。)
で表されるシロキサン化合物。
[発明6]
R14が、末端アセチレン基を有する有機基である、発明5のシロキサン化合物。
R14が、末端アセチレン基を有する有機基である、発明5のシロキサン化合物。
(式中、x、y、zはそれぞれ独立に0〜6の整数である。Bはフェニレン基、ナフチレン基、またはビフェニレン基を表し、これらの芳香族炭化水素基中の任意の数の水素原子がフッ素原子に置換されていてもよく、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基、シアノ基に置換されていてもよい。R27およびR28はそれぞれ独立に、ジアルキルシリレン基または炭素数1〜6のアルキレン基を表す。)
で表される、発明5または6のシロキサン化合物。
で表される、発明5または6のシロキサン化合物。
で表される、発明5〜7のいずれか1つのシロキサン化合物。
[発明9]
発明1〜4のいずれか1つのシロキサン化合物と、発明5〜8のいずれか1つのシロキサン化合物を含有する硬化性組成物。
発明1〜4のいずれか1つのシロキサン化合物と、発明5〜8のいずれか1つのシロキサン化合物を含有する硬化性組成物。
(式(19)中、R23、R24はそれぞれ独立に、アミノ基、芳香環、複素環、シロキサン基、もしくはシラザン基を含む有機基または水素原子であり、hは2〜4の整数である。ただしR23、R24がともに水素原子となることはない。また、R23とR24は相互に、アルキレン基、ビニレン基、エチニレン基、芳香環、または複素環を連結基として環を形成していてもよい。)
で表されるアルキン化合物を含有する硬化性組成物。
で表されるアルキン化合物を含有する硬化性組成物。
(式(20)中、R26は、シロキサン基を含む有機基であり、iは2〜3の整数である。)
で表されるマレイミド化合物を含有する硬化性組成物。
で表されるマレイミド化合物を含有する硬化性組成物。
(式(21)中、R25は少なくともアミノ基、芳香環、複素環、シロキサン基、または
シラザン基を含む有機基を示し、jは2〜4の整数を表す。)
で表されるアジド化合物を含有する硬化性組成物。
シラザン基を含む有機基を示し、jは2〜4の整数を表す。)
で表されるアジド化合物を含有する硬化性組成物。
(式(22)中、aaは1〜4の整数である。式(23)中、abは0〜10の整数である。式(24)中、acは1〜2の整数、adは2〜3の整数であり、acおよびadはac+ad=3の式を満たす。)
で表される発明10の硬化性組成物。
で表される発明10の硬化性組成物。
から選択される1種の化合物である、発明10または13の硬化性組成物。
から選択される1種の化合物である、発明11の硬化性組成物。
[発明16]
更に硬化触媒を含有する、発明9〜15のいずれか1つの硬化性組成物。
更に硬化触媒を含有する、発明9〜15のいずれか1つの硬化性組成物。
[発明17]
更に無機微粒子を含有する、発明9〜16のいずれか1つの硬化性組成物。
更に無機微粒子を含有する、発明9〜16のいずれか1つの硬化性組成物。
[発明18]
発明9〜17のいずれか1つの硬化性組成物を硬化させて得られる硬化体。
発明9〜17のいずれか1つの硬化性組成物を硬化させて得られる硬化体。
[発明19]
加熱処理して硬化することで得られる、発明18の硬化体。
加熱処理して硬化することで得られる、発明18の硬化体。
本発明のシロキサン化合物を含む硬化性組成物は、硬化反応において環構造が形成されることで耐熱性が高く、内部に気泡を包含せずクラックのない硬化体が得られる。
本明細書において、一般式(1)で表されるシロキサン化合物を「シロキサン化合物(1)」、一般式(2)で表されるシロキサン化合物を「シロキサン化合物(2)」と表すことがある。
以下に、本発明のシロキサン化合物、それを含む硬化性組成物、およびその硬化性組成物から作製される硬化体について順に説明する。
[式中、Xはそれぞれ独立に、X1またはX2であり、X1の個数aは1〜8の整数であり、X2の個数bは0〜7の整数であり、aとbとの和は8である。
R1、R2、R3、R4およびR6はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基であり、これら炭化水素基の水素原子がフッ素原子に置換されていてもよい。
(式中、R7はヒドロキシル基、アルコキシ基、エステル基またはトリアルキルシリル基を含む有機基であり、R8、R9はそれぞれ独立にヒドロキシル基、アルコキシ基、エステル基またはトリアルキルシリル基を含む有機基である。)
であり、m、nはそれぞれ独立に、1〜4の整数である。]
で表される(以下、「シロキサン化合物(1)」と表すことがある。)。
であり、m、nはそれぞれ独立に、1〜4の整数である。]
で表される(以下、「シロキサン化合物(1)」と表すことがある。)。
R1、R2、R3、R4およびR6において、炭素数1〜8のアルキル基は、具体的には、メチル基、エチル基、1−プロピル基、2−プロピル基、n−ブチル基、またはsec−ブチル基等が挙げられる。炭素数6〜12のアリール基は、具体的には、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基が挙げられる。中でも、合成面や入手面での容易性から、メチル基、フェニル基が好ましく、R1、R2、R3、R4の全てがメチル基であるものが特に好ましい。
R5は、式(1−1)〜(1−4)から選ばれる1種以上の置換基を有する有機基である。この置換基は、後述する本発明の硬化性組成物から硬化体を得るにあたり、硬化反応を担う一方の反応基に該当する。
R7において、アルコキシ基は、具体的には、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基が挙げられる。中でも、合成面や入手面での容易性から、メトキシ基が好ましい。
R7において、エステル基は、具体的には、メチルエステル基、エチルエステル基が挙げられる。より具体的には、アセト酢酸メチル基、アセト酢酸エチル基、アセト酢酸イソプロピル基、アセト酢酸n−ブチル基、アセト酢酸イソブチル基が挙げられる。
R7において、トリアルキルシリル基は、具体的には、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリプロピルシリル基、トリイソプロピル基、tert−ブチルジメチルシリル基、tert−ブチルジフェニルシリル基が挙げられる。
R8、R9において、アルコキシ基は、具体的には、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基が挙げられる。中でも、合成面や入手面での容易性から、メトキシ基が好ましい。
R8、R9において、エステル基は、具体的には、メチルエステル基、エチルエステル基が挙げられる。
R8、R9において、トリアルキルシリル基は、具体的には、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリプロピルシリル基、トリイソプロピル基、tert−ブチルジメチルシリル基、tert−ブチルジフェニルシリル基が挙げられる。
(式(3)、(4)中、v、wはそれぞれ独立に0〜6の整数である。Aはフェニレン基、ナフチレン基、またはビフェニレン基を表し、これらの基中の任意の数の水素原子がフッ素原子に置換されていてもよく、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基、シアノ基に置換されていてもよい。)
などが挙げられる。式(3)または式(4)で表される基は、具体的には下記で表される基が挙げられる。
などが挙げられる。式(3)または式(4)で表される基は、具体的には下記で表される基が挙げられる。
シロキサン化合物(1)は、式中のX1の個数が1の場合、硬化体の骨格形成には寄与しないが、硬化体末端のキャッピングに効果的に使用される。X1の個数が2以上の場合、当該シロキサン化合物(1)と、後述のシロキサン化合物(2)、アルキン化合物(19)、および/またはマレイミド化合物(20)を少なくとも含む硬化性組成物から得られる硬化体の骨格を形成することができる。
[式(2)中、Xはそれぞれ独立に、X3またはX4であり、X3の個数cは2〜8の整数であり、X4の個数dは0〜6の整数であり、cとdとの和は8である。式X3およびX4中、R10、R11、R12、R13およびR15は、それぞれ独立に水素原子、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基であり、これら炭化水素基の水素原子がフッ素原子に置換されていてもよい。R14は、式(2−1)〜(2−6)
から選ばれる1種以上の置換基を有する有機基であり、p、qは、それぞれ独立に、1〜4の整数である。また、R16Aは単結合、アルキレン基、またはアリーレン基であり、R16BおよびR17は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜6のアルキル基または炭素数6〜18のアリール基であり、R18およびR19は、それぞれ独立に炭素数1〜6のフルオロアルキル基、シアノ基、またはエステル基であり、R20は炭素数1〜6のアルキレン基または炭素数6〜18のアリーレン基であり、R21およびR22はそれぞれトリフルオロメタンスルホニル基、トリメチルシリル基、ヨウ素原子、または臭素原子である。]
で表される。
で表される。
R10、R11、R12、R13およびR15において、炭素数1〜8のアルキル基は、直鎖状、分岐状、または環状であってもよく、具体的には、メチル基、エチル基、1−プロピル基、2−プロピル基、n−ブチル基またはsec−ブチル基等が挙げられる。炭素数6〜12のアリール基は、具体的には、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基が挙げられる。中でも、合成面や入手面での容易性から、メチル基、フェニル基が好ましく、R10、R11、R12、R13の全てがメチル基であるものが特に好ましい。
R14は、前記シロキサン化合物(1)中のR5と反応する置換基を含む有機基であり、この置換基は、本発明の硬化性組成物から硬化体を得るにあたり、硬化反応を担うもう一方の反応基に該当する。
R16Aにおいて、アルキレン基は、鎖状、分岐状、または環状であってもよく、具体的には、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、シクロヘキシレン基などが挙げられる。さらに、アルキレン基の任意の個数の水素原子がフッ素原子に置換されていてもよい。具体的にはジフルオロメチレン基、テトラフルオロエチレン基、n−ヘキサフルオロプロピレン基、n−オクタフルオロブチレン基が挙げられる。
R16Aにおいて、アリーレン基は、具体的にはフェニレン基、ナフチレン基が挙げられる。さらに、アリーレン基の任意の個数の水素原子がフッ素原子に置換されていてもよい。具体的には、テトラフルオロフェニレン基が挙げられる。
R16BおよびR17において、炭素数1〜6のアルキル基は、鎖状、分岐状、または環状であってもよく、具体的には、メチル基、エチル基、1−プロピル基、2−プロピル基、n−ブチル基またはsec−ブチル基等が挙げられる。炭素数6〜18のアリール基は、具体的にはフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基が挙げられる。中でも、合成面や入手面での容易性から、メチル基、フェニル基が好ましく、メチル基が特に好ましい。
R18およびR19において、炭素数1〜6のフルオロアルキル基は、具体的には、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、n−ヘプタフルオロプロピル基、n−ノナフルオロブチル基が挙げられる。エステル基は、メチルエステル基、エチルエステル基、n−プロピルエステル基、イソプロピルエステル基、n−ブチルエステル基が挙げられる。R18およびR19は、トリフルオロメチル基、n−ノナフルオロブチル基、メチルエステル基、エチルエステル基、シアノ基が好ましい。
R20において、炭素数1〜6のアルキレン基は、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、n−ブチレン基、n−ペンチレン基、n−へキシレン基が挙げられる。炭素数6〜18のアリーレン基は、具体的には、ビフェニレン基、ナフチレン基が挙げられる。中でも、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基が好ましい。
R14は、中でも、合成面や入手面での容易性から、式(2−1)で示される構造中のR16Aが単結合、R16Bが水素原子である、エチニル基を含む基であることが好ましい。
(式中、x、y、zはそれぞれ独立に0〜6の整数である。Bはフェニレン基、ナフチレン基、またはビフェニレン基を表し、これらの芳香族炭化水素基中の任意の数の水素原子がフッ素原子に置換されていてもよく、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基、シアノ基に置換されていてもよい。R27およびR28はそれぞれ独立に、ジアルキルシリレン基または炭素数1〜6のアルキレン基を表す。)
が挙げられる。
が挙げられる。
R27およびR28において、ジアルキルシリレン基は、シリレン基(−SiH2−)中の水素原子が炭素数1〜6のアルキル基2つと置換した基であり、具体的にはジメチルシリレン基、ジエチルシリレン基、メチルエチルシリレン基などが挙げられる。炭素数1〜6のアルキレン基は、鎖状、分岐状、または環状であってもよく、具体的には、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、n−ブチレン基、n−ペンチレン基、n−へキシレン基等が挙げられる。
シロキサン化合物(2)は、式中のX3の個数が1の場合、硬化体の骨格形成には寄与しないが、硬化体末端のキャッピングに効果的に使用される。X3の個数が2以上の場合、当該シロキサン化合物(2)と、前述のシロキサン化合物(1)および/または、後述のアジド化合物(21)とを少なくとも含む硬化性組成物から得られる硬化体の骨格を形成することができる。
<2.シロキサン化合物の製造方法>
以下に、本発明のシロキサン化合物の製造方法の一例を説明するが、これに限定されるものではない。シロキサン化合物(1)およびシロキサン化合物(2)は、共通の中間原料から製造することができる。この共通の中間原料は、式(30)
以下に、本発明のシロキサン化合物の製造方法の一例を説明するが、これに限定されるものではない。シロキサン化合物(1)およびシロキサン化合物(2)は、共通の中間原料から製造することができる。この共通の中間原料は、式(30)
(式中、Xはそれぞれ独立に、X5またはX6であり、X5の個数eは2〜8の整数であり、X6の個数fは0〜6の整数であり、eとfとの和は8である。R40、R41、R42およびR43は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜8のアルキル基、または炭素数6〜12のアリール基であり、これらの炭化水素基の水素原子がフッ素原子に置換されていてもよい。s、tはそれぞれ独立に、1〜4の整数である。)
で示されるシロキサン化合物である(以下、「シロキサン化合物(30)」と表すことがある。)。
で示されるシロキサン化合物である(以下、「シロキサン化合物(30)」と表すことがある。)。
R40、R41、R42およびR43において、炭素数1〜8のアルキル基は、直鎖状、分岐状、または環状であってもよく、具体的には、メチル基、エチル基、1−プロピル基、2−プロピル基、n−ブチル基またはsec−ブチル基等が挙げられる。炭素数6〜12のアリール基は、具体的にはフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基が挙げられる。中でも、合成面や入手面での容易性からメチル基、フェニル基が好ましく、R40、R41、R42およびR43の全てがメチル基であるものが特に好ましい。
シロキサン化合物(30)の製造方法は特に限定されない。例えば、式(31)で示されるシロキサン化合物(以下、「シロキサン化合物(31)」と表すことがある。)と2種類のジシロキサン化合物を酸性条件下で反応させることで得られる。反応式を下に示す。
(式中、RW、RX、RY、RZはそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数6〜8のアリール基である。炭素数1〜4のアルキル基の一部の水素原子がヒドロキシ基であってもよい。)
RW、RX、RY、RZにおいて、炭素数1〜4のアルキル基は、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基などが挙げられる。炭素数6〜10のアリール基は、フェニル基、ナフチル基が挙げられる。炭素数1〜4のアルキル基の一部の水素原子がヒドロキシ基であるものとしては、ヒドロキシメチル基、1−ヒドロキシエチル基、1−ヒドロキシプロピル基、1−ヒドロキシブチル基、2−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシプロピル基、2−ヒドロキシブチル基、3−ヒドロキプロピル基、3−ヒドロキシブチル基、4−ヒドロキシブチル基などが挙げられる。
RW、RX、RY、RZにおいて、炭素数1〜4のアルキル基は、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基などが挙げられる。炭素数6〜10のアリール基は、フェニル基、ナフチル基が挙げられる。炭素数1〜4のアルキル基の一部の水素原子がヒドロキシ基であるものとしては、ヒドロキシメチル基、1−ヒドロキシエチル基、1−ヒドロキシプロピル基、1−ヒドロキシブチル基、2−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシプロピル基、2−ヒドロキシブチル基、3−ヒドロキプロピル基、3−ヒドロキシブチル基、4−ヒドロキシブチル基などが挙げられる。
シロキサン化合物(30)の一例として、シロキサン化合物(30)において、s=1、t=1、X5/X6=4/4である、式(32)で示されるシロキサン化合物(以下、「シロキサン化合物(32)」と表すことがある。)が挙げられる。
(式(32)中、Xはそれぞれ独立に、X5またはX6であり、X5およびX6の個数はそれぞれ4である。)
以下、シロキサン化合物(32)を例として、シロキサン化合物(1)およびシロキサン化合物(2)の製造方法を記載するが、本発明はこれに限定されるものではなく、また、X5/X6の個数比についてもシロキサン化合物(31)からシロキサン化合物(32)の製造段階において適宜調節可能である。
以下、シロキサン化合物(32)を例として、シロキサン化合物(1)およびシロキサン化合物(2)の製造方法を記載するが、本発明はこれに限定されるものではなく、また、X5/X6の個数比についてもシロキサン化合物(31)からシロキサン化合物(32)の製造段階において適宜調節可能である。
[シロキサン化合物(32)の製造方法]
以下、シロキサン化合物(32)の製造方法を説明する。シロキサン化合物(32)は、テトラエトキシシラン(以下、「TEOS」と表すことがある)を出発原料として、以下に示す二段階反応にて合成される。
以下、シロキサン化合物(32)の製造方法を説明する。シロキサン化合物(32)は、テトラエトキシシラン(以下、「TEOS」と表すことがある)を出発原料として、以下に示す二段階反応にて合成される。
一段階目のTEOSからシロキサン化合物(31)の製造について説明する。非特許文献1(I.Hasegawa et al.,Chem.Lett.,pp.1319(1988))に記載されている方法に準じてシロキサン化合物(31)を製造することができる。具体的には、水酸化第四級アンモニウムの水溶液に、TEOSを加え、室温で攪拌することで、シロキサン化合物(31)が得られる。
水酸化第四級アンモニウムの具体例として、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウムまたはコリンが挙げられる。中でも、固体として得られること、シロキサン化合物(31)を得るための次反応のシリル化における反応溶媒であるアルコールへの溶解性に優れることから、コリンを用いることが好ましい。
次に、二段階目のシロキサン化合物(31)からシロキサン化合物(32)の製造について説明する。シロキサン化合物(32)は、シロキサン化合物(31)とシリル化剤を反応させることで得られる。シリル化剤には、例えば、クロロジメチルシランなどのハロゲン化ジアルキルシランや、ヘキサメチルジシロキサンなどのジシロキサンが挙げられる。製造方法を具体的に例えば、シロキサン化合物(31)、テトラメチルジシロキサン、およびヘキサメチルジシロキサンのアルコール溶液を、酸の存在下で反応させることで、シロキサン化合物(32)が得られる。用いるアルコールは、メタノール、エタノール、または2−プロパノールが好ましく、酸は、塩酸または硝酸が好ましい。
なお、シロキサン化合物(31)とクロロジメチルシランとの反応は非特許文献1に記載され、ジシロキサンとの反応は特許文献4(特開2007−15991号公報)に開示されている。
シロキサン化合物(32)におけるX5とX6の比は、この二段階目の反応に用いるテトラメチルジシロキサンとヘキサメチルジシロキサンの比によって調整可能である。
(式(34)中、RIはそれぞれ独立に一価の有機基であり、RIIはともに水素原子、またはそれぞれ独立に一価の有機基を表す。)
で示されるジシロキサン化合物を2種以上混合して用いてもよい。RIIがともに水素原子である場合には、1種のみでもシロキサン化合物(32)を製造することができる。
で示されるジシロキサン化合物を2種以上混合して用いてもよい。RIIがともに水素原子である場合には、1種のみでもシロキサン化合物(32)を製造することができる。
式(34)で示されるジシロキサン化合物としては、具体的には、1,1,3,3−テトライソプロピルジシロキサン、1,1,3,3−テトラフェニルジシロキサン、1,1,3,3−テトラビニルジシロキサン、1,3−ビス((アクリロキシメチル)フェネチル)テトラメチルジシロキサン、1,3−ビス(2−アミノエチルアミノメチル)テトラメチルジシロキサン、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、ビス((ビシクロヘプテニル)エチル)テトラメチルジシロキサン、1,3−ビス(3−カルボキシプロピル)テトラメチルジシロキサン、ビス(3−クロロイソブチル)テトラメチルジシロキサン、1,3−ビス(クロロメチル)テトラメチルジシロキサン、1,3−ビス(シアノプロピル)テトラメチルジシロキサン、ビス(2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル)テトラメチルジシロキサン、1,3−ビス(グリシドキシプロピル)テトラメチルジシロキサン、1,3−ビス(ヒドロキシブチル)テトラメチルジシロキサン、1,3−ビス(ヒドロキシプロピル)テトラメチルジシロキサン、1,3−ビス(メタクリルアミドプロピル)テトラメチルジシロキサン、1,3−ビス(3−メタクリロキシプロピル)テトラメチルジシロキサン、ビス(メトキシトリエチレンオキシプロピル)テトラメチルジシロキサン、ビス(ノナフルオロヘキシル)テトラメチルジシロキサン、ビス(トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチル)テトラメチルジシロキサン、1,3−ビス(トリエトキシシリルエチル)テトラメチルジシロキサン、1,3−ビス(トリフルオロプロピル)テトラメチルジシロキサン、1,3−ジアリルテトラメチルジシロキサン、1,3−ジクロロ−1,3−ジフェニル−1,3−ジメチルジシロキサン、1,3−ジクロロテトラメチルジシロキサン、1,3−ジクロロテトラフェニルジシロキサン、1,3−ジエチルテトラメチルジシロキサン、1,3−ジエチニルテトラメチルジシロキサン、1,3−ジメチルテトラメトキシジシロキサン、1,3−ジフェニルテトラメチルジシロキサン、1,3−ジビニル−1,3−ジメチル−1,3−ジクロロジシロキサン、1,3−ジビニル−1,3−ジフェニル−1,3−ジメチルジシロキサン、1,3−ジビニルテトラエトキシジシロキサン、1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン、1,3−ジビニルテトラフェニルジシロキサン、ヘキサエチルジシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、ヘキサフェニルジシロキサン、ヘキサビニルジシロキサン、1,1,3,3−テトラシクロペンチルジクロロジシロキサン、1,1,3,3−テトラエトキシ−1,3−ジメチルジシロサン、1,3−テトラメチル−1,3−ジエトキシジシロキサン、1,1,3,3−テトラフェニルジメチルジシロキサン、1,1,3,3−テトラビニルジメチルジシロキサン、1−アリル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、3−アミノプロピルペンタメチルジシロキサン、クロロメチルペンタメチルジシロキサンが挙げられる。
中でも、硬化体の耐熱性を向上させるためにはフェニル基を多く導入することが有用であり、1,1,3,3−テトラフェニルジシロキサンが好適に用いられる。
前記ジシロキサン化合物(34)を用いる場合、それぞれのシロキサン構造に対応する基Xを有するシロキサン化合物(30)が得られる。例えば、1,1,3,3−テトラフェニルジシロキサンとヘキサメチルジシロキサンを混合して用いると、式(35)で示すシロキサン化合物(32)の誘導体(以下、「シロキサン化合物(35)」と表すことがある。)が得られる。式(35)中、Xはそれぞれ独立に、X5またはX6であり、X5およびX6の個数はそれぞれ4である。
[シロキサン化合物(1)の製造方法]
次に、中間原料であるシロキサン化合物(30)の一例であるシロキサン化合物(32)から、ハライドシロキサン化合物を経由する、シロキサン化合物(1)の製造方法について説明する。ハライドシロキサン化合物とは、クロリドシロキサン化合物、ブロミドシロキサン化合物、ヨージドシロキサン化合物を表す。ここでは、シロキサン化合物(32)から、式(36A)で示されるベンジルクロリドシロキサン化合物(以下、「ベンジルクロリドシロキサン化合物(36A)」と呼ぶことがある。)を経由して、シロキサン化合物(37A)を得る合成方法について説明するが、X5およびX6の種類ならびにそれらの個数の比が異なる場合についても、当業者にとってその方法はこの説明から容易に理解できる。なお、シロキサン化合物(32)から合成される各種シロキサン化合物のXにおける官能基X5およびX6の位置関係は、シロキサン化合物(32)に対応する。また、当該X5について具体的に説明する必要がある場合には、X5AおよびX5Bを用いることがある。式(36A)中、Xはそれぞれ独立に、X5またはX6であり、X5およびX6の個数はそれぞれ4である。
次に、中間原料であるシロキサン化合物(30)の一例であるシロキサン化合物(32)から、ハライドシロキサン化合物を経由する、シロキサン化合物(1)の製造方法について説明する。ハライドシロキサン化合物とは、クロリドシロキサン化合物、ブロミドシロキサン化合物、ヨージドシロキサン化合物を表す。ここでは、シロキサン化合物(32)から、式(36A)で示されるベンジルクロリドシロキサン化合物(以下、「ベンジルクロリドシロキサン化合物(36A)」と呼ぶことがある。)を経由して、シロキサン化合物(37A)を得る合成方法について説明するが、X5およびX6の種類ならびにそれらの個数の比が異なる場合についても、当業者にとってその方法はこの説明から容易に理解できる。なお、シロキサン化合物(32)から合成される各種シロキサン化合物のXにおける官能基X5およびX6の位置関係は、シロキサン化合物(32)に対応する。また、当該X5について具体的に説明する必要がある場合には、X5AおよびX5Bを用いることがある。式(36A)中、Xはそれぞれ独立に、X5またはX6であり、X5およびX6の個数はそれぞれ4である。
シロキサン化合物(32)から、ベンジルクロリドシロキサン化合物(36A)を得る方法について説明する。
まず、シロキサン化合物(32)を下記の溶媒中に溶解させ、4−クロロメチルスチレンおよび金属触媒を加え、室温(特に加熱または冷却しない雰囲気温度を言い、通常約15〜30℃である。以下同じ。)で撹拌することでヒドロシリル化反応が進行し、ベンジルクロリドシロキサン化合物(36A)が得られる。前記4−クロロメチルスチレンの代わりに、3−クロロメチルスチレン、2−クロロメチルスチレンを用いることが可能であり、それぞれに対応するベンジルクロリドシロキサン化合物が得られる。
前記溶媒としては、シロキサン化合物(32)を溶解させるもので、シロキサン化合物と反応せず、金属触媒を不活性化しない溶媒であれば特に限定されない。例えば、トルエン、テトラヒドロフラン、塩化メチレン、クロロホルムなどが挙げられる。中でも、トルエン、テトラヒドロフランが好ましい。
前記金属触媒としては、ヒドロシリル化反応を促進する触媒作用があるものであればよく、白金化合物、パラジウム化合物、およびロジウム化合物からなる群から選ばれる。具体的には、白金−カルボニルビニルメチル錯体、白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体、白金−シクロビニルメチルシロキサン錯体、または白金−オクチルアルデヒド錯体等の白金化合物、白金に換えて、パラジウムまたはロジウムを含有するパラジウム化合物、ロジウム化合物が挙げられ、これらを単独または二種以上を併用してもよい。中でも、反応性の良さおよび入手の容易さから、白金化合物が好ましい。
前記したように、テトラメチルジシロキサンとヘキサメチルジシロキサン以外の種々のジシロキサン化合物から得られるシロキサン化合物(32)およびその誘導体に対しても、同様の手法にて、ベンジルシロキサン化合物を得ることが可能である。
次に、ベンジルクロリドシロキサン化合物(36A)から、シロキサン化合物(1)のうち、R5が式(1−1)の置換基を有する化合物の一例として、式(37A)で示されるアジドシロキサン化合物(以下、「アジドシロキサン化合物(37A)」と表すことがある。)を得る製造方法について説明する。
ベンジルクロリドシロキサン化合物(36A)を下記の溶媒中に溶解させ、アジ化ナトリウム(NaN3)、ジフェニル燐酸アジド(DPPA)を加え、20〜50℃の温度範囲で撹拌することで所望の反応が進行し、アジドシロキサン化合物(37A)が得られる。
前記溶媒としては、ベンジルクロリドシロキサン化合物(36A)を溶解させるもので、所望の反応進行を阻害しない溶媒であれば特に限定されない。例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、トルエンなどが挙げられる。中でも、N,N−ジメチルホルムアミドが好ましい。
前記したように、テトラメチルジシロキサンとヘキサメチルジシロキサン以外の種々のジシロキサン化合物から得られるベンジルシロキサン化合物に対しても、同様の手法にて、アジドシロキサン化合物を得ることが可能である。
また、前記したベンジルクロリドシロキサン化合物(36A)を得る反応において、4−クロロメチルスチレンの代わりに、4−クロロスチレンを用いることで、式(36B)で示されるシロキサン化合物(以下、「シロキサン化合物(36B)」と表すことがある。)が得られる。前記4−クロロスチレンの代わりに、4−ブロモスチレン、3−クロロスチレンを用いることが可能であり、それぞれに対応するハライドシロキサン化合物が得られる。
次に、シロキサン化合物(36B)を非特許文献(J.Chem.Soc.Trans.119,2008)などに記載の方法に準じてジアゾ化し、アルキルスルホンアミドなどのスルホンアミド類と反応させることで、式(37B)で示されるシロキサン化合物(以下、「シロキサン化合物(37B)」と表すことがある。)を得ることが出来る。
[シロキサン化合物(2)の合成方法]
次に、中間原料であるシロキサン化合物(30)の一例であるシロキサン化合物(32)から、ハライドシロキサン化合物を経由する、シロキサン化合物(2)の製造方法について説明する。ここでは、ハライドシロキサン化合物の一例であるベンジルクロリドシロキサン化合物(36A)から、シロキサン化合物(2)のうち、R14が式(2−1)の置換基を有する化合物の一例として、式(38)で示されるアルキンシロキサン化合物(以下、「アルキンシロキサン化合物(38)」と表すことがある。)を得る製造方法について説明する。R14が式(2−1)の置換基を有する他の化合物、または、他の式(2−2)〜(2−6)の置換基を有する化合物等についても同様の方法が適用できる。アルキンシロキサン化合物(38)は、ベンジルクロリドシロキサン化合物(36A)を下記の溶媒中に溶解させ、プロパルギルアルコール(構造式:HC≡C−CH2OH)、水素化ナトリウムを加え、20〜50℃の温度範囲で撹拌することで所望の反応が進行して得ることができる。
次に、中間原料であるシロキサン化合物(30)の一例であるシロキサン化合物(32)から、ハライドシロキサン化合物を経由する、シロキサン化合物(2)の製造方法について説明する。ここでは、ハライドシロキサン化合物の一例であるベンジルクロリドシロキサン化合物(36A)から、シロキサン化合物(2)のうち、R14が式(2−1)の置換基を有する化合物の一例として、式(38)で示されるアルキンシロキサン化合物(以下、「アルキンシロキサン化合物(38)」と表すことがある。)を得る製造方法について説明する。R14が式(2−1)の置換基を有する他の化合物、または、他の式(2−2)〜(2−6)の置換基を有する化合物等についても同様の方法が適用できる。アルキンシロキサン化合物(38)は、ベンジルクロリドシロキサン化合物(36A)を下記の溶媒中に溶解させ、プロパルギルアルコール(構造式:HC≡C−CH2OH)、水素化ナトリウムを加え、20〜50℃の温度範囲で撹拌することで所望の反応が進行して得ることができる。
前記溶媒としては、ベンジルクロリドシロキサン化合物(36A)を溶解させるもので、所望の反応進行を阻害しない溶媒であれば特に限定されない。例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、トルエンなどが挙げられる。中でも、N,N−ジメチルホルムアミドが好ましい。
水素化ナトリウムは、プロパルギルアルコール(構造式:HC≡C−CH2OH)のヒドロキシル基の水素原子を引き抜いて、ナトリウムに置き換える作用を有するが、同様の作用を示すものとして、金属ナトリウム、水酸化ナトリウム、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、ナトリウム(tert−ブトキシド)などを使用することが出来る。中でも、汎用性が高い水素化ナトリウムが好ましい。
前記したように、テトラメチルジシロキサンとヘキサメチルジシロキサン以外の種々のジシロキサン化合物から得られるベンジルシロキサン化合物に対しても、同様の手法にて、アジドシロキサン化合物を得ることが可能である。
アルキンシロキサン化合物(38)は、シロキサン化合物(2)に包含され、好適な化合物に該当する。
で示されるシロキサン化合物(以下、「シロキサン化合物(39−S)」と表すことがある。)が好ましい。シロキサン化合物(39)は、シロキサン化合物(31)と2種類のジシロキサン化合物の酸性条件下での反応において、1,3−ジエチニルジシロキサン化合物と1,3−ジメチルジシロキサン化合物を用いることで得られる。反応式を下に示す。
<3.硬化性組成物>
本発明の硬化性組成物について説明する。当該硬化性組成物は、シロキサン化合物(1)またはシロキサン化合物(2)を少なくとも含有し、両者を含有しても良い。
本発明の硬化性組成物について説明する。当該硬化性組成物は、シロキサン化合物(1)またはシロキサン化合物(2)を少なくとも含有し、両者を含有しても良い。
シロキサン化合物(1)とシロキサン化合物(2)の両者を組成に含む場合、それらにより硬化性組成物を形成することができ、特に好ましい。また、本発明の硬化性組成物は、その組成のうちシロキサン化合物(2)の一部または全部の代わりに下記一般式(19)
(式(19)中、R23、R24はそれぞれ独立に、アミノ基、芳香環、複素環、シロキサン基、もしくはシラザン基を含む有機基または水素原子であり、hは2〜4の整数である。ただしR23、R24がともに水素原子となることはない。また、R23とR24は相互に、アルキレン基、ビニレン基、エチニレン基、芳香環、または複素環を連結基として環を形成していてもよい。)
で表されるアルキン化合物を含んでもよい。
で表されるアルキン化合物を含んでもよい。
当該アルキン化合物の具体例としては、1,3−ブタジイン、1,4−ペンタジイン、1,5−ヘキサジイン、1,6−ヘプタジイン、1,7−オクタジイン、ジプロピ−2−イニルエーテル、ジプロパルギルアミン、トリプロパルギルアミン、2,5−ジエチニル−2,5−ジメチルテトラヒドロフラン、プロピオル酸(2−プロピニル)エステル、テトラ(2−プロピニルオキシメチル)メタン、3−プロピ−2−イニルオキシ−2,2−ビス(プロピ−2−イニルオキシメチル)プロパン−1−オール、5,5−ジプロピ−2−イニルピリミジン−2,4,6−トリオン、ジプロピ−2−イニルマロン酸ジエチルエステル、2−プロピ−2−イニルペンチ−4−イン酸、ヘプタ−1,6−ジイン−4−オール、4−プロピ−2−イニルヘプタ−1,6−ジイン−4−オール、4−プロピルヘプタ−1,6−ジイン−4−オール、3,3−ジプロピ−2−イニルペンタン−2,4−ジオン、1,3−ジエチニルベンゼン、1,3,5−トリス(プロピ−2−イニルオキシ)ベンゼン、1,2,3−トリス(プロピ−2−イニルオキシ)ベンゼン、2,4,6−トリス(プロパルギルアミノ)−1,3,5−トリアジン、1,8−ジエチニルナフタリン、4−フェニルヘプタ−1,6−ジイン−4−オール、2−(1−プロピ−2−イニルブチ−3−イニル)キノリン、1,3−ジエチニルテトラメチルジシロキサンが挙げられる。中でも、硬化体の耐熱性、透明性および密着性を向上させるのに好適なアルキン化合物としては、下記の式(25)で示される1,3−ジエチニルベンゼン、式(26)で示される1,3−ジエチニルテトラメチルジシロキサン、式(27)で示されるトリプロパルギルアミンが挙げられる。
(式(20)中、R29は、シロキサン基を含む有機基であり、iは2〜3の整数である。)
で表されるマレイミド化合物を含んでもよい。
で表されるマレイミド化合物を含んでもよい。
で表されるマレイミド化合物が挙げられる。
(式(21)中、R25はアミノ基、芳香環、複素環、シロキサン基、またはシラザン基を含む有機基を示し、jは2〜4の整数を表す。)
で表されるアジド化合物を含んでもよい。
で表されるアジド化合物を含んでもよい。
当該アジド化合物の具体例としては、1,3−ジアジドプロパン、1,4−ジアジドブタン、1,5−ジアジドペンタン、1,6−ジアジドヘキサン、シス/トランス−1,2−ジアジドシクロペンタン、トランス−1,3−ジアジドシクロペンタン、3,6−ジアジドシクロヘキセン、1,2−ビス(アジドメチル)ベンゼン、トリス(2−アジドエチル)アミン、N,N’−ビス(2−アジドエチル)−N’−(2−ブロモエチル)アミン、2−[ビス(2−アジドエチル)アミノ]エタノール、エリスロ−1,2,3,4−テトラアジドブタン、ペンタエリトリチルテトラアジド、3−アジド−2,2−ビスアジドメチルプロパン−1−オール、1,3−ジアジド−2−アジドメチル−2−メチルプロパン、1−アジド−2,2−ビスアジドメチル−3−プロポキシプロパン、1−アジド−2,2−ビスアジドメチルデカン、1−アジド−2,2−ビスアジドメチルドデカン、1−アジド−2,2−ビスアジドメチルテトラデカン、α,α,α−トリス(アジドメチル)トルエン、1−アジド−3−(3−アジド−2,2−ビスアジドメチルプロポキシ)−2,2−ビスアジドメチルプロパン、2−ニトロ−2−アジドメチル−1,3−ジアジドプロパン、2−アミノ−2−アジドメチル−1,3−ジアジドプロパン、2,2−ビス(アジドメチル)−1,3−プロパンジオール、2,4,6−トリス(3−アジドプロピルアミノ)−1,3,5−トリアジン、2,4,6−トリス(2−アジドエチルアミノ)−1,3,5−トリアジンが挙げられる。
当該硬化性組成物の配合比は、後述の硬化反応に関与する置換基の比率と、当該置換基を有する化合物の沸点により調節する。当該化合物を、シロキサン化合物(1)およびアジド化合物(21)からなる群(A)と、シロキサン化合物(2)、アルキン化合物(19)およびマレイミド化合物(20)からなる群(B)とに分類して配合比を表すと、(A)群中に含まれる硬化反応に関与する置換基数と、(B)群中に含まれる硬化反応に関与する置換基数の比率が、5:1から1:5までの範囲になるよう調節する。ここで、(A)群中に含まれる硬化反応に関与する置換基とは、具体的には、シロキサン化合物(1)では式(1−1)〜(1−4)であり、アルキン化合物(19)ではアルケニル基であり、マレイミド化合物(20)では、マレイミド基の炭素−炭素二重結合部位を表す。(B)群中に含まれる硬化反応に関与する置換基とは、具体的には、シロキサン化合物(2)の式(2−1)〜(2−6)であり、アジド化合物(21)では、アジド基である。
前記硬化性組成物の配合比の一例として、硬化反応に関与する置換基として式(1−1)を有するシロキサン化合物(1)と、式(2−1)を有するシロキサン化合物(2)で示す。当該硬化性組成物の配合比は、シロキサン化合物(1)中のアジド基と、シロキサン化合物(2)中のアルキニル基の比率とそれぞれの化合物の沸点により調節される。基本的にはアジド基1部に対して、アルキニル基が1部となるように配合するが、硬化温度に対して化合物の沸点が低く揮発してしまう場合には、アジド基とアルキニル基の配合比を5:1から1:5までの範囲になるように配合する。
本発明の硬化性組成物においては、硬化温度を低温化、または硬化時間を短くする目的で、硬化触媒を添加することが可能である。本発明の硬化触媒とは、少なくとも第12族元素、第13族元素もしくは遷移金属元素からなる無機化合物または有機金属化合物で、当該硬化反応において触媒として作用するものをいう。具体的には、銅(I)化合物、トリス(2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニル)ボラン、酢酸銀、クロロビス(トリフェニルホスフィニル)シクロペンタジエニルルテニウムが挙げられ、好ましい例としては銅化合物が挙げられる。銅(I)化合物の具体例としては、ヨウ化銅(I)、臭化銅(I)、塩化銅(I)、テトラキスアセトニトリロ銅(I) ヘキサフルオロホスフェート、トリフェニルホスフィン銅(I) ブロミド、銅(I)トリフラート、銅(I)テトラフルオロボラート、酢酸銅(I)、硝酸銅(I)、銅(I)アセチルアセトナト、エチレンジアミン四酢酸二銅が挙げられる。
さらに、所定の反応条件下で銅(I)イオンを生ずる混合物を使用することも可能である。例えば、硫酸銅(II)、塩化銅(II)、硝酸銅(II)、炭酸銅(II)もしくは酢酸銅(II)などと、ジイソプロピルアミン、トリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、トリス[(1−ベンジル−1H−1,2,3−トリアゾール−4−イル)メチル]アミン(TBTA)、トリス(カルボキシエチル)ホスファンなどとの混合物または塩が挙げられる。前記の銅(II)塩の代わりに、銅元素を用いることも出来る。
前記硬化触媒の添加量としては、硬化性組成物の全質量に対して、0.00001質量%から5質量%、好適には0.001質量%から2質量%の範囲である。
また、本発明の硬化性組成物から得られる硬化体が本発明の目的とする性能を損なわない範囲で、本発明の硬化性組成物には、ポッティング成型における粘度調整、前記硬化体の耐熱性や透明性等の向上を目的として、無機微粒子を添加してもよい。このような無機微粒子としては、二酸化ケイ素微粒子、コロイダルシリカ、シリカフィラー、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、リン酸タングステンジルコニウム等が挙げられ、特に、二酸化ケイ素微粒子が好ましい。前記硬化体の透明性を損なわないために、これら無機微粒子の粒径は50μm以下が好ましい。二酸化ケイ素微粒子としては、商品名トスパール(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製)、商品名ワッカーHDK(旭化成ワッカーシリコン株式会社製)、商品名アエロジル(日本アエロジル株式社製)、溶融シリカFB(電気化学工業株式会社製)等が挙げられる。
本発明の硬化性組成物は、後述の硬化体を作製する際の取り扱い易さ、硬化体の成型容易性から、流動性を有することが好ましい。本発明の硬化性組成物中のシロキサン化合物(1)およびシロキサン化合物(2)の両者ともに流動性がなく、または硬化性組成物を調製する場合に流動性がないもしくは低い場合には、両者を混合するために適宜溶剤を用いてもよい。シロキサン化合物(1)およびシロキサン化合物(2)の一方、またはともに流動性を有する液体である場合には、必ずしも硬化性組成物は溶剤を含まなくてもよい。用いる溶剤としては、具体的には、酢酸エチル、アセトニトリル、アセトン、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ペンタン、ヘキサン、トルエン、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジクロロメタン、クロロホルム等が挙げられる。
<4.硬化体の作製>
次に本発明の硬化体について説明する。本発明の硬化体は、本発明の硬化性組成物から作製することができる。本発明の硬化性組成物を加熱処理することで、後述する硬化性組成物の硬化反応が進行し、その結果、耐熱性が高く、かつ、気泡が残存しない均質な硬化体が得られる。本発明の硬化性組成物中に前記溶剤を含んでいる場合、そのまま加熱処理を行うと、得られる硬化体中に気泡が残存することがある。したがって、前記加熱処理の前に、当該硬化性組成物中から溶剤を除去しておくことが好ましい。前記加熱処理において、硬化温度は50℃以上300℃以下が好ましく、さらに好ましくは100℃以上200℃以下である。硬化温度が100℃より低いと所望の硬さが得られにくい。温度を上げる程に硬化は進行するが、硬化温度が300℃より高いとクラックが入ることもあるため実用的でない。硬化時間は0.5時間以上10時間以下が好ましく、さらに好ましくは1時間以上4時間以下である。硬化時間が0.5時間より短いと硬化反応が完全に進行しないことがあり、10時間より長いことは実用的でない。
次に本発明の硬化体について説明する。本発明の硬化体は、本発明の硬化性組成物から作製することができる。本発明の硬化性組成物を加熱処理することで、後述する硬化性組成物の硬化反応が進行し、その結果、耐熱性が高く、かつ、気泡が残存しない均質な硬化体が得られる。本発明の硬化性組成物中に前記溶剤を含んでいる場合、そのまま加熱処理を行うと、得られる硬化体中に気泡が残存することがある。したがって、前記加熱処理の前に、当該硬化性組成物中から溶剤を除去しておくことが好ましい。前記加熱処理において、硬化温度は50℃以上300℃以下が好ましく、さらに好ましくは100℃以上200℃以下である。硬化温度が100℃より低いと所望の硬さが得られにくい。温度を上げる程に硬化は進行するが、硬化温度が300℃より高いとクラックが入ることもあるため実用的でない。硬化時間は0.5時間以上10時間以下が好ましく、さらに好ましくは1時間以上4時間以下である。硬化時間が0.5時間より短いと硬化反応が完全に進行しないことがあり、10時間より長いことは実用的でない。
本発明の硬化体を得る為の硬化反応は、硬化性組成物中に含まれるシロキサン化合物(1)および/またはシロキサン化合物(2)がそれぞれ有する有機基が関与する。シロキサン化合物(1)では、R5中の式(1−1)〜(1−4)から選ばれる置換基が硬化反応に関与する部位であり、シロキサン化合物(2)では、R14中の式(2−1)〜(2−6)から選ばれる置換基が硬化反応に関与する部位である。
一部または全部のシロキサン化合物(2)の代わりにアルキン化合物(13)が硬化性組成物中に含まれる場合には、アルキン化合物(19)のエチニル部位が硬化反応に関与し、シロキサン化合物(2)中の置換基(式(2−1))と同様の役割を果たす。
一部または全部のシロキサン化合物(2)の代わりにマレイミド化合物(20)が硬化性組成物中に含まれる場合には、マレイミド化合物(20)中の炭素−炭素二重結合が硬化反応に関与し、シロキサン化合物(2)中の置換基(式(2−5))と同様の役割を果たす。
一方、一部または全部のシロキサン化合物(1)の代わりにアジド化合物(21)が硬化性組成物中に含まれる場合には、アジド化合物(21)のアジド部位が硬化反応に関与し、シロキサン化合物(1)中の置換基(式(1−1))と同様の役割を果たす。
本発明の硬化体は、高度な耐熱性が要求される半導体向け封止材やLEDなどの高輝度発光素子向け封止材に有用である。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
なお、本実施例で得られたシロキサン化合物、組成物、およびその硬化体の物性評価は、以下に示す方法でおこなった。
〔NMR(核磁気共鳴)測定〕
共鳴周波数400MHzの核磁気共鳴装置(日本電子株式会社製)を使用し、1H−NMR、29Si−NMRの測定を行った。
共鳴周波数400MHzの核磁気共鳴装置(日本電子株式会社製)を使用し、1H−NMR、29Si−NMRの測定を行った。
〔熱重量測定−示差熱分析〕
熱重量−示差熱同時測定装置(Thermogravimetric/Differential Thermal Analysis、以後TG−DTAと略する)としてThermoPlusTG8120(製品名、リガク株式会社製)を用いて、硬化体を、空気中、5℃/分の昇温速度で500℃まで加熱し、5%質量減少するときの温度をTd5として耐熱性を評価した。
熱重量−示差熱同時測定装置(Thermogravimetric/Differential Thermal Analysis、以後TG−DTAと略する)としてThermoPlusTG8120(製品名、リガク株式会社製)を用いて、硬化体を、空気中、5℃/分の昇温速度で500℃まで加熱し、5%質量減少するときの温度をTd5として耐熱性を評価した。
[調製例1]
<シロキサン化合物(40)の合成>
温度計および還流冷却器を備えた1Lの三口フラスコに、テトラエトキシシラン1290g(6200mmol)および50質量%の水酸化コリン水溶液1500g(7200mmol)を加え、室温(約20℃。以下、実施例において同じ。)で12時間攪拌した。攪拌終了後に、2−プロパノールを600mL加え、さらに30分間攪拌した。3℃まで冷却し、析出した固形分を濾別して2プロパノールによる洗浄を行った後、乾燥し、白色粉末として、オクタ(2−ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウム)シルセスキオキサン・37水和物(以下、「シロキサン化合物(40−S)」と呼ぶことがある。)、1190gを得た。収率78%であった。
<シロキサン化合物(40)の合成>
温度計および還流冷却器を備えた1Lの三口フラスコに、テトラエトキシシラン1290g(6200mmol)および50質量%の水酸化コリン水溶液1500g(7200mmol)を加え、室温(約20℃。以下、実施例において同じ。)で12時間攪拌した。攪拌終了後に、2−プロパノールを600mL加え、さらに30分間攪拌した。3℃まで冷却し、析出した固形分を濾別して2プロパノールによる洗浄を行った後、乾燥し、白色粉末として、オクタ(2−ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウム)シルセスキオキサン・37水和物(以下、「シロキサン化合物(40−S)」と呼ぶことがある。)、1190gを得た。収率78%であった。
〔NMR測定結果〕
1H NMR(溶媒:重メタノール,基準物質:テトラメチルシラン);δ3.23(s,9H),3.48−3.51(m, 2H),4.02−4.05(m,2H)
[調製例2]
<シロキサン化合物(32)の合成>
温度計、還流冷却器を備えた1L三口フラスコにトルエン666g、メタノール71g、シリル化剤としてのテトラメチルジシロキサン56.4g(420mmol)、ヘキサメチルジシロキサン102.3g(630mmol)を加え、3℃まで冷却した。次いで、攪拌しながら69質量%、硝酸173gを30分間かけて滴下した。30分間攪拌後に、メタノール146gに、調製例1で調製したシロキサン化合物(40−S)であるオクタ(2−ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウム)シルセスキオキサン・37水和物200g(105mmol)を溶解した溶液を加え、攪拌しながら室温まで昇温し、室温で12時間攪拌し、シリル化反応を行った。攪拌終了後、水層を除去し、有機層を上水250gで3回洗浄した。有機層を硫酸マグネシウム25gで乾燥し、硫酸マグネシウムを濾別した後に減圧濃縮した。生成物をメタノールで洗浄し、乾燥し、白色粉末として、シロキサン化合物(32)であるテトラ(ヒドロジメチルシロキシ)テトラ(トリメチルシロキシ)シルセスキオキサン、79.9g(74.1mmol)を得た。なお、収率は71%であった。
1H NMR(溶媒:重メタノール,基準物質:テトラメチルシラン);δ3.23(s,9H),3.48−3.51(m, 2H),4.02−4.05(m,2H)
[調製例2]
<シロキサン化合物(32)の合成>
温度計、還流冷却器を備えた1L三口フラスコにトルエン666g、メタノール71g、シリル化剤としてのテトラメチルジシロキサン56.4g(420mmol)、ヘキサメチルジシロキサン102.3g(630mmol)を加え、3℃まで冷却した。次いで、攪拌しながら69質量%、硝酸173gを30分間かけて滴下した。30分間攪拌後に、メタノール146gに、調製例1で調製したシロキサン化合物(40−S)であるオクタ(2−ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウム)シルセスキオキサン・37水和物200g(105mmol)を溶解した溶液を加え、攪拌しながら室温まで昇温し、室温で12時間攪拌し、シリル化反応を行った。攪拌終了後、水層を除去し、有機層を上水250gで3回洗浄した。有機層を硫酸マグネシウム25gで乾燥し、硫酸マグネシウムを濾別した後に減圧濃縮した。生成物をメタノールで洗浄し、乾燥し、白色粉末として、シロキサン化合物(32)であるテトラ(ヒドロジメチルシロキシ)テトラ(トリメチルシロキシ)シルセスキオキサン、79.9g(74.1mmol)を得た。なお、収率は71%であった。
〔NMR測定結果〕
1H NMR(溶媒:重クロロホルム,基準物質:テトラメチルシラン);δ0.15(s,36H),0.25(s,24H),4.73(s,4H)
[調製例3]
<ベンジルクロリドシロキサン化合物(36A)の製造>
温度計、還流冷却器を備えた2L三口フラスコに、調製例2で調製したシロキサン化合物(32):テトラ(ヒドロジメチルシロキシ)テトラ(トリメチルシロキシ)シルセスキオキサン35g(32.5mmol)、4−(クロロメチル)スチレン21.5g(141mm l)、トルエン675mL、を加え、次いで、白金(0)1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(カーステッド触媒)3質量%キシレン溶液225mgを攪拌しながら加え、70℃のオイルバスで過熱攪拌した。2時間攪拌後に、反応溶液を1Lのナスフラスコに移し、減圧濃縮した。生成物をシリカゲルカラム(溶出液;ヘキサン:酢酸エチル=9:1)で精製し、ベンジルクロリドシロキサン化合物(36A)47.9g(28.4mmol)を得た。なお、収率は87%であった。シロキサン化合物(36A)の官能基であるX5A+X5BとX2の比率は、各々の個数の平均値でX5:X6=4:4であり、X5AとX5Bの比率は2.4:1.6だった。
1H NMR(溶媒:重クロロホルム,基準物質:テトラメチルシラン);δ0.15(s,36H),0.25(s,24H),4.73(s,4H)
[調製例3]
<ベンジルクロリドシロキサン化合物(36A)の製造>
温度計、還流冷却器を備えた2L三口フラスコに、調製例2で調製したシロキサン化合物(32):テトラ(ヒドロジメチルシロキシ)テトラ(トリメチルシロキシ)シルセスキオキサン35g(32.5mmol)、4−(クロロメチル)スチレン21.5g(141mm l)、トルエン675mL、を加え、次いで、白金(0)1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(カーステッド触媒)3質量%キシレン溶液225mgを攪拌しながら加え、70℃のオイルバスで過熱攪拌した。2時間攪拌後に、反応溶液を1Lのナスフラスコに移し、減圧濃縮した。生成物をシリカゲルカラム(溶出液;ヘキサン:酢酸エチル=9:1)で精製し、ベンジルクロリドシロキサン化合物(36A)47.9g(28.4mmol)を得た。なお、収率は87%であった。シロキサン化合物(36A)の官能基であるX5A+X5BとX2の比率は、各々の個数の平均値でX5:X6=4:4であり、X5AとX5Bの比率は2.4:1.6だった。
〔NMR測定結果〕
1H NMR(溶媒:重クロロホルム,基準物質:テトラメチルシラン);δ0.05−1.15(m,60H),0.91(brs, 4.8H),1.39(brs, 4.8H),2.27(brs, 1.6H),2.67(brs, 4.8H),4.55(s,8H),7.09−7.26(m,16H),
29Si NMR(溶媒:重クロロホルム,基準物質:テトラメチルシラン);δ12.9,12.5,10.6, −108.9
[実施例1]
<アジドシロキサン化合物(37A)の製造>
温度計を備えた1L三口フラスコに、調製例3で調製したベンジルクロリドシロキサン化合物(36A)10g(5.94mmol)を加えて、反応容器内を窒素置換した。ジメチルホルムアミド400mLを反応容器へ加えた後、溶液を攪拌し、アジ化ナトリウム8.35g(128mmol)を窒素気流下で少量ずつ加えた。2時間攪拌後に、反応溶液を2Lの分液ロートに移し、水400mL、ジイソプロピルエーテル500mLを加え、抽出操作を行い、有機層を分取した。得られた有機層は200mLの水で3回水洗して、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧濃縮を行い、アジドシロキサン化合物(37A)47.9g(28.4mmol)が生成物として得られた。なお、収率は97%であった。シロキサン化合物(37A)の官能基であるX5A+X5BとX6の比率は、各々の個数の平均値でX5:X6=4:4であり、X5AとX5Bの比率は2.4:1.6だった。
1H NMR(溶媒:重クロロホルム,基準物質:テトラメチルシラン);δ0.05−1.15(m,60H),0.91(brs, 4.8H),1.39(brs, 4.8H),2.27(brs, 1.6H),2.67(brs, 4.8H),4.55(s,8H),7.09−7.26(m,16H),
29Si NMR(溶媒:重クロロホルム,基準物質:テトラメチルシラン);δ12.9,12.5,10.6, −108.9
[実施例1]
<アジドシロキサン化合物(37A)の製造>
温度計を備えた1L三口フラスコに、調製例3で調製したベンジルクロリドシロキサン化合物(36A)10g(5.94mmol)を加えて、反応容器内を窒素置換した。ジメチルホルムアミド400mLを反応容器へ加えた後、溶液を攪拌し、アジ化ナトリウム8.35g(128mmol)を窒素気流下で少量ずつ加えた。2時間攪拌後に、反応溶液を2Lの分液ロートに移し、水400mL、ジイソプロピルエーテル500mLを加え、抽出操作を行い、有機層を分取した。得られた有機層は200mLの水で3回水洗して、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧濃縮を行い、アジドシロキサン化合物(37A)47.9g(28.4mmol)が生成物として得られた。なお、収率は97%であった。シロキサン化合物(37A)の官能基であるX5A+X5BとX6の比率は、各々の個数の平均値でX5:X6=4:4であり、X5AとX5Bの比率は2.4:1.6だった。
〔NMR測定結果〕
1H NMR(溶媒:重クロロホルム,基準物質:テトラメチルシラン);δ0.05−1.16(m,60H),0.96(brs, 4.8H),1.41(brs, 4.8H),2.28(brs, 1.6H),2.69(brs, 4.8H),4.28(s,8H),7.00−7.27(m,16H),
29Si NMR(溶媒:重クロロホルム,基準物質:テトラメチルシラン);δ12.6,12.3,10.5, −109.1
[実施例2]
<シロキサン化合物(39−S)の合成>
温度計、還流冷却器を備えた1L三口フラスコにトルエン67g、メタノール7.1g、1,3−エチニルテトラメチルジシロキサン11.5g(63.0mmol)、ヘキサメチルジシロキサン10.2g(63.0mmol)を加え、3℃まで冷却した。次いで、攪拌しながら69質量%硝酸17.3gを30分間かけて滴下した。30分間攪拌後に、メタノール14.6gに、調製例1で調製したシロキサン化合物(40−S)であるオクタ(2−ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウム)シルセスキオキサン・37水和物20.0g(10.5mmol)を溶解した溶液を加え、攪拌しながら室温まで昇温し、室温で12時間攪拌し、シリル化反応を行った。攪拌終了後、水層を除去し、有機層を上水25gで3回洗浄した。有機層を硫酸マグネシウム2.5gで乾燥し、硫酸マグネシウムを濾別した後に減圧濃縮した。生成物をメタノールで洗浄し、乾燥し、白色固体として、以下の式(39−S)で表されるシロキサン化合物11.0gを得た。なお、収率は90%であった。X5とX6の比率は、各々の個数の平均値でX5:X6=4:4である。
1H NMR(溶媒:重クロロホルム,基準物質:テトラメチルシラン);δ0.05−1.16(m,60H),0.96(brs, 4.8H),1.41(brs, 4.8H),2.28(brs, 1.6H),2.69(brs, 4.8H),4.28(s,8H),7.00−7.27(m,16H),
29Si NMR(溶媒:重クロロホルム,基準物質:テトラメチルシラン);δ12.6,12.3,10.5, −109.1
[実施例2]
<シロキサン化合物(39−S)の合成>
温度計、還流冷却器を備えた1L三口フラスコにトルエン67g、メタノール7.1g、1,3−エチニルテトラメチルジシロキサン11.5g(63.0mmol)、ヘキサメチルジシロキサン10.2g(63.0mmol)を加え、3℃まで冷却した。次いで、攪拌しながら69質量%硝酸17.3gを30分間かけて滴下した。30分間攪拌後に、メタノール14.6gに、調製例1で調製したシロキサン化合物(40−S)であるオクタ(2−ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウム)シルセスキオキサン・37水和物20.0g(10.5mmol)を溶解した溶液を加え、攪拌しながら室温まで昇温し、室温で12時間攪拌し、シリル化反応を行った。攪拌終了後、水層を除去し、有機層を上水25gで3回洗浄した。有機層を硫酸マグネシウム2.5gで乾燥し、硫酸マグネシウムを濾別した後に減圧濃縮した。生成物をメタノールで洗浄し、乾燥し、白色固体として、以下の式(39−S)で表されるシロキサン化合物11.0gを得た。なお、収率は90%であった。X5とX6の比率は、各々の個数の平均値でX5:X6=4:4である。
〔NMR測定結果〕
1H NMR(溶媒:重クロロホルム,基準物質:テトラメチルシラン);δ0.14(s,36H),0.35(s,24H),2.43(s,4H)
[実施例3]
<アルキンシロキサン化合物(38)の合成>
温度計を備えた100mL三口フラスコに、オイルで湿潤した50−70質量%の水素化ナトリウム1.0gを加えて、反応容器内を窒素置換した。反応容器にヘキサン20mLを加えて5分攪拌した後、10分静置し、上澄み液を注射器で吸い取る作業を3回行った。次いで反応容器内を減圧乾燥し、窒素置換した後、テトラヒドロフラン20mLを加えた。
1H NMR(溶媒:重クロロホルム,基準物質:テトラメチルシラン);δ0.14(s,36H),0.35(s,24H),2.43(s,4H)
[実施例3]
<アルキンシロキサン化合物(38)の合成>
温度計を備えた100mL三口フラスコに、オイルで湿潤した50−70質量%の水素化ナトリウム1.0gを加えて、反応容器内を窒素置換した。反応容器にヘキサン20mLを加えて5分攪拌した後、10分静置し、上澄み液を注射器で吸い取る作業を3回行った。次いで反応容器内を減圧乾燥し、窒素置換した後、テトラヒドロフラン20mLを加えた。
反応容器を氷浴し、溶液を3℃まで冷却した後、プロパルギルアルコール200mg(3.6mmol)を滴下し、氷浴したまま30分攪拌した。その後、調製例3で調製したベンジルクロリドシロキサン化合物(36A)5.6g(3.3mmol)をテトラヒドロフラン5mLに溶かした溶液を反応溶液に滴下し、氷浴を外し2時間攪拌した。
2時間後、反応溶液を再び氷浴で3℃まで冷却し、蒸留水20mLを注意深く滴下した後30分攪拌した。溶液を200mLの分液ロートに移し、ジイソプロピルエーテル50mLを加え、抽出操作を行い、有機層を分取した。得られた有機層は10mLの水で2回水洗して、硫酸マグネシウム1gで乾燥し、減圧濃縮を行い、下記構造式で示されるアルキンシロキサン化合物(38)5.23g(2.97mmol)が生成物として得られた。なお、収率は90%であった。アルキンシロキサン化合物(38)の官能基であるX5A+X5BとX6の比率は、各々の個数の平均値でX5A+X5B:X6=4:4であり、X5AとX5Bの比率は2.4:1.6だった。
〔NMR測定結果〕
1H NMR(溶媒:重クロロホルム,基準物質:テトラメチルシラン);δ0.05−1.17(m,60H),0.95(brs, 4.8H),1.42(brs, 4.8H),2.27(brs, 1.6H),2.45(brs,4H),2.70(brs,4.8H),4.15(s,8H),4.57(s,8H),7.05−7.28(m,16H),
29Si NMR(溶媒:重クロロホルム,基準物質:テトラメチルシラン);δ12.8,12.4,10.5, −109.0
[実施例4]
<アルキンシロキサン化合物(41)の合成>
1H NMR(溶媒:重クロロホルム,基準物質:テトラメチルシラン);δ0.05−1.17(m,60H),0.95(brs, 4.8H),1.42(brs, 4.8H),2.27(brs, 1.6H),2.45(brs,4H),2.70(brs,4.8H),4.15(s,8H),4.57(s,8H),7.05−7.28(m,16H),
29Si NMR(溶媒:重クロロホルム,基準物質:テトラメチルシラン);δ12.8,12.4,10.5, −109.0
[実施例4]
<アルキンシロキサン化合物(41)の合成>
回転子を備えた500mLのナスフラスコ(240.34g)にアジドシロキサン化合物(37A)11.77g(27.4mmol)を取り、1,3−ジエチニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン50.16g(550mmol)を加えた後、トルエン112mLを加えて反応溶液とした。0.05mmのPTFEリングをスペーサーとして反応溶液を2枚のNaCl板で挟んで透過型IR測定を行い、予め測定したトルエンの透過型IRスペクトルとの差スペクトルにより、反応溶液中のアジド基の確認を行った。
反応溶液を撹拌しながら、110℃のオイルバスで加熱して2時間反応を行った。反応溶液を室温に戻した後、先の要領で反応溶液中にアジド基が存在するか分析したところ、アジド基のピークは完全に消失していた。トルエンをエバポレータで留去して、80℃で6時間減圧乾燥させることによりアルキン置換シロキサン(41)を16.30g、収率95%で得た。
得られたアルキン置換シロキサン(41)の分析データを以下に示した。
IR(ATR法):3277, 2036cm−1、エチニル基
1H−NMR(重溶媒:重クロロホルム、基準物質:重クロロホルム):7.8−7.4(m)、7.3−6.8(bs)、5.48(s)、2.62(s)、2.27(s)、2.4−2.1(s)、1.37(s)、0.88(s)、0.42(s)、0.4−(−0.1)(m)
13C−NMR(重溶媒:重クロロホルム, 基準物質:重クロロホルム):145.1、144.4、133.1、131.8、130.7、129.0、127.7、127.4、127.2、126.3、123.0、92.4、88.5、52.9、52.5、30.2、28.3、19.2、13.8、1.6、0.9、0.5、−0.7
29Si−NMR(重溶媒:重クロロホルム, 基準物質:POSS骨格中のSi-110ppm):11.5、9.7、−6.1、−18.5
GPC:Mw5347、Mn3811、Mw/Mn1.40
アセチレン当量の分析:サンプル瓶にアルキン置換シロキサン(41)を0.3828g取り、1,3,5−トリオキサン0.0027gを加え、重クロロホルム0.6mLに完全に溶解した。この溶液の1H−NMRを測定して、5.14ppmの1,3,5−トリオキサンの積分値と2.27ppmのエチニル基の積分値からアセチレン当量を計算したところ、1.1×10−3mol/gであった。
1H−NMR(重溶媒:重クロロホルム、基準物質:重クロロホルム):7.8−7.4(m)、7.3−6.8(bs)、5.48(s)、2.62(s)、2.27(s)、2.4−2.1(s)、1.37(s)、0.88(s)、0.42(s)、0.4−(−0.1)(m)
13C−NMR(重溶媒:重クロロホルム, 基準物質:重クロロホルム):145.1、144.4、133.1、131.8、130.7、129.0、127.7、127.4、127.2、126.3、123.0、92.4、88.5、52.9、52.5、30.2、28.3、19.2、13.8、1.6、0.9、0.5、−0.7
29Si−NMR(重溶媒:重クロロホルム, 基準物質:POSS骨格中のSi-110ppm):11.5、9.7、−6.1、−18.5
GPC:Mw5347、Mn3811、Mw/Mn1.40
アセチレン当量の分析:サンプル瓶にアルキン置換シロキサン(41)を0.3828g取り、1,3,5−トリオキサン0.0027gを加え、重クロロホルム0.6mLに完全に溶解した。この溶液の1H−NMRを測定して、5.14ppmの1,3,5−トリオキサンの積分値と2.27ppmのエチニル基の積分値からアセチレン当量を計算したところ、1.1×10−3mol/gであった。
回転子を備えた300mLのナスフラスコ(183.88g)にアジドシロキサン化合物(37A)9.04g(20.6mmol)を取り、トルエン90mLを加えて溶液とした後、プロパギルエーテル19.50g(414mmol)を加えて反応溶液とした。0.05mmのPTFEリングをスペーサーとして反応溶液を2枚のNaCl板で挟んで透過型IR測定を行い、予め測定したトルエンの透過型IRスペクトルとの差スペクトルにより、反応溶液中のアジド基の確認を行った。
反応溶液を撹拌しながら、110℃のオイルバスで加熱して2時間反応を行った。反応溶液を室温に戻した後、先の要領で反応溶液中にアジド基が存在するか分析したところ、アジド基のピークは完全に消失していた。トルエンをエバポレータで留去して、80℃で7時間減圧乾燥させることによりアルキン置換シロキサン(42)を10.68g、収率96%で得た。
得られたアルキン置換シロキサン(42)の分析データを以下に示した。
IR(ATR法):3292cm−1、2119cm−1(エチニル基)
1H−NMR(重溶媒:重クロロホルム, 基準物質:重クロロホルム):7.62(s)、7.45(m)、7.3−6.7(bs)、5.51(m)、5.42(m)、4.66(s)、4.48(s)、4.17(s)、 4.04(s)、2.61(s)、2.48(s)、2.43(s)、2.22(s)、1.34(s)、0.88(s)、0.4−(−0.3)(m)
13C−NMR(重溶媒:重クロロホルム、基準物質:重クロロホルム):144.6、143.9、134.1、132.0、131.4、130.4、128.5、128.0、127.7、127.4、127.2、124.8、122.4、78.9、78.1、75.6、74.7、62.6、58.7、57.0、56.9、56.0、53.5、51.7、30.4、28.4、19.3、13.9、1.1、−0.6、−1.9、−3.2
29Si−NMR(重溶媒:重クロロホルム、基準物質:POSS骨格中のSi−110ppm):11.6、9.7
GPC:Mw4657、Mn3364、Mw/Mn1.38
アセチレン当量の分析:サンプル瓶にアルキン置換シロキサンXX−2を0.1970g取り、1,3,5−トリオキサン0.00191gを加え、重クロロホルム0.6mLに完全に溶解した。この溶液の1H−NMRを測定して、5.13ppmの1,3,5−トリオキサンの積分値と4.7−4.0ppmのプロパギルエーテルの積分値の和からアセチレン当量を計算したところ、1.6×10−3mol/gであった。
1H−NMR(重溶媒:重クロロホルム, 基準物質:重クロロホルム):7.62(s)、7.45(m)、7.3−6.7(bs)、5.51(m)、5.42(m)、4.66(s)、4.48(s)、4.17(s)、 4.04(s)、2.61(s)、2.48(s)、2.43(s)、2.22(s)、1.34(s)、0.88(s)、0.4−(−0.3)(m)
13C−NMR(重溶媒:重クロロホルム、基準物質:重クロロホルム):144.6、143.9、134.1、132.0、131.4、130.4、128.5、128.0、127.7、127.4、127.2、124.8、122.4、78.9、78.1、75.6、74.7、62.6、58.7、57.0、56.9、56.0、53.5、51.7、30.4、28.4、19.3、13.9、1.1、−0.6、−1.9、−3.2
29Si−NMR(重溶媒:重クロロホルム、基準物質:POSS骨格中のSi−110ppm):11.6、9.7
GPC:Mw4657、Mn3364、Mw/Mn1.38
アセチレン当量の分析:サンプル瓶にアルキン置換シロキサンXX−2を0.1970g取り、1,3,5−トリオキサン0.00191gを加え、重クロロホルム0.6mLに完全に溶解した。この溶液の1H−NMRを測定して、5.13ppmの1,3,5−トリオキサンの積分値と4.7−4.0ppmのプロパギルエーテルの積分値の和からアセチレン当量を計算したところ、1.6×10−3mol/gであった。
[実施例6]
<硬化性組成物1〜18の作製>
製造した当該アジドシロキサン化合物(37A)を少なくとも含有し、当該アルキンシロキサン化合物(38)、(39−S)、(41)および(42)からなる群から選ばれる1種類、ならびに式(25)〜(27)で表されるアルキン化合物3種類からなる群から1種以上を更に含有する硬化性組成物1,3,5,7,9,13〜18を作製した。当該硬化性組成物にさらに銅触媒を添加して得られる組成物2,4,6,8,10〜12についても同様に作製した。結果を表1に示す。
注1:アジドシロキサン化合物、アルキンシロキサン化合物、アルキン化合物、および銅触媒は、各硬化性組成物中の質量含有比を表す。
注2:アルキンシロキサン化合物の内、()はアルキンシロキサン化合物(38)、(39−S)、(41)、(42)の区別を示す。
注3:アルキン化合物の内、Aは1,3−ジエチニルベンゼン、Bは1,3−ジエチニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、Cはトリプロパルギルアミンを示す。
注4:銅触媒は、3.3質量%のヨウ化銅(II)を溶解させたアセトニトリル溶液である。
[実施例7]
<硬化性組成物19〜24の作製>
製造した当該アジドシロキサン化合物(37A)を少なくとも含有し、特開平04−366126、およびUS2007205399に記載の製造方法からそれぞれ製造されるビスマレイミド化合物(28)、(29)を更に含有する硬化性組成物19〜24を作製した。結果を表2に示す。
注1:アジドシロキサン化合物(37A)、ビスマレイミド化合物は、各硬化性組成物中の質量含有比を表す。
注2:ビスマレイミド化合物の内、()はビスマレイミド化合物(28)と(29)の区別を示す。
[実施例8]
<硬化体の作製および評価>
表1に示す硬化性組成物1〜24をそれぞれ、直径10mmのガラス製サンプル管中に流し込み、150℃の加熱炉内で1時間加熱することで硬化体(H−1)〜(H−18)(直径10mm、高さ3mmの円柱)をそれぞれ得た。当該硬化体(H−1)〜(H−18)の外観および耐熱性をそれぞれ評価した結果を表3に示す。
注1:耐熱性は、硬化体(H−1)〜(H−24)のTG−DTA分析での5%重量減少温度(空気中、5℃/分の昇温速度)を示す。
得られた硬化体(H−1)〜(H−24)は、いずれも発泡およびクラックが観察されず、粘着性(タック性)もなく、外観は良好であった。耐熱性については、TG−DTA分析での5%重量減少温度は305〜390℃にかけて観測し、耐熱性は良好であった。
次に、本発明の範疇にない比較例1、2について説明する。
[比較例1]
<硬化性組成物I、IIの作製>
シロキサン化合物(32)および白金触媒を少なくとも含有し、ビニル化合物としてのジビニルベンゼンまたは1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサンを更に含有する硬化性組成物I、IIを作製した。結果を表4に示す。
<硬化性組成物I、IIの作製>
シロキサン化合物(32)および白金触媒を少なくとも含有し、ビニル化合物としてのジビニルベンゼンまたは1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサンを更に含有する硬化性組成物I、IIを作製した。結果を表4に示す。
注1:シロキサン化合物(32)、ビニル化合物は、各硬化性組成物中の質量含有比を表し、白金触媒は、硬化性組成物における比率を表す。
注2:ビニル化合物の内、Aはジビニルベンゼン(東京化成製、品番、D0958)、Bは1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサンを示す。
注3:白金触媒は、白金(0)1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体キシレン溶液である。
[比較例2]
<硬化体H−I、H−IIの作製および評価>
本発明の硬化体(H−1)〜(H−24)を得るのと同様の条件にて、硬化性組成物IおよびIIからそれぞれ硬化体H−IおよびH−IIを得た。当該硬化体(H−I)〜(H−II)の外観および耐熱性をそれぞれ評価した結果を表5に示す。
<硬化体H−I、H−IIの作製および評価>
本発明の硬化体(H−1)〜(H−24)を得るのと同様の条件にて、硬化性組成物IおよびIIからそれぞれ硬化体H−IおよびH−IIを得た。当該硬化体(H−I)〜(H−II)の外観および耐熱性をそれぞれ評価した結果を表5に示す。
以上の結果より、本発明の範疇にない硬化体H−IおよびH−IIは、発泡およびクラックも無く外観は良好であったが、耐熱性は260〜280℃にかけて観測され、本発明の硬化体(H−1)〜(H−24)の耐熱性(305〜390℃)が優れることが判った。
Claims (19)
- 一般式(1)
(式(1)中、Xはそれぞれ独立に、X1またはX2であり、X1の個数aは2〜8の整数であり、X2の個数bは0〜6の整数であり、aとbの和は8である。式X1およびX2中、R1、R2、R3、R4およびR6は、それぞれ独立に水素原子、炭素数1〜8のアルキル基、または炭素数6〜12のアリール基であり、これら炭化水素基の水素原子がフッ素原子に置換されていてもよい。
R5は、それぞれ独立に式(1−1)〜(1−4)
(式(1−2)、(1−4)中、R7はヒドロキシル基、アルコキシ基、エステル基またはトリアルキルシリル基を含む有機基であり、R8、R9はそれぞれ独立にヒドロキシル基、アルコキシ基、エステル基、またはトリメチルシリル基を含む有機基である。)
から選ばれる1種以上の置換基を有する有機基である。m、nはそれぞれ独立に1〜4の整数である。)
で表されるシロキサン化合物。 - R5が、アジド基(式(1−1))を有する有機基である、請求項1に記載のシロキサン化合物。
- 一般式(2)
(式(2)中、Xはそれぞれ独立に、X3またはX4であり、X3の個数cは2〜8の整数であり、X4の個数dは0〜6の整数であり、cとdとの和は8である。式X3およびX4中、R10、R11、R12、R13およびR15は、それぞれ独立に水素原子、炭素数1〜8のアルキル基、または炭素数6〜12のアリール基であり、これら炭化水素基に含まれる任意の個数の水素原子がフッ素原子に置換されていてもよい。
R14は、それぞれ独立に式(2−1)〜(2−6)
(式(2−1)〜(2−6)中、R16Aは単結合、炭素数1〜8のアルキレン基、炭素数6〜12のアリーレン基であり、R16BおよびR17はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基または炭素数6〜18のアリール基であり、R18およびR19はそれぞれ独立に炭素数1〜6のフルオロアルキル基、シアノ基、またはエステル基であり、R20は炭素数1〜6のアルキレン基または炭素数6〜18のアリール基であり、R21およびR22はそれぞれ独立にトリフルオロメタンスルホニル基、トリメチルシリル基、ヨウ素原子、または臭素原子である。)
から選ばれる1種以上の置換基を有する有機基であり、p、qはそれぞれ独立に1〜4の整数である。)
で表されるシロキサン化合物。 - R14が、末端アセチレン基を有する有機基である、請求項5に記載のシロキサン化合物。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のシロキサン化合物と、請求項5〜8のいずれか1項に記載のシロキサン化合物を含有する硬化性組成物。
- 更に硬化触媒を含有する、請求項9〜15のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
- 更に無機微粒子を含有する、請求項9〜16のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
- 請求項9〜17のいずれか1項に記載の硬化性組成物を硬化させて得られる硬化体。
- 加熱処理して硬化することで得られる、請求項18に記載の硬化体。
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