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TWI634160B - 有機矽金屬複合物、包括其之可固化有機聚矽氧烷組合物及包括此組合物的光學材料 - Google Patents

有機矽金屬複合物、包括其之可固化有機聚矽氧烷組合物及包括此組合物的光學材料 Download PDF

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TWI634160B
TWI634160B TW106112097A TW106112097A TWI634160B TW I634160 B TWI634160 B TW I634160B TW 106112097 A TW106112097 A TW 106112097A TW 106112097 A TW106112097 A TW 106112097A TW I634160 B TWI634160 B TW I634160B
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Kcc公司
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Abstract

本發明提供一種有機-無機金屬複合物,以及包括其之可固化有機聚矽氧烷組成物。根據本發明之有機-矽金屬複合物及包括其之可固化有機聚矽氧烷組成物聚有良好的抗熱度以及低的膠黏特性,且可適於使用在光學元件中。

Description

有機矽金屬複合物、包括其之可固化有機聚矽 氧烷組合物及包括此組合物的光學材料
本發明是有關於一種有機矽金屬複合物以及包括其之可固化有機聚矽氧烷組合物。
發光二極體(LED)作為高效率及使用期限長之固態光源,且當相較於發光與使用期限折衷關係還未解決之傳統白熾電燈、日光燈(fluorescent light)、高光度放電燈(HID lamp)、或有機發光二極體(OLED)時更為廣泛使用。
發光二極體元件的尺寸一般是幾毫米或更小。此類裝置係以單一或多個的形式安裝於不同的基板上,並使用用於保護及控制光線的封裝樹脂密封,以作為光源。
在發光二極體發展之初,係使用環氧樹脂(epoxy resin)作為封裝樹脂。近來,大部分在高輸出及可靠度的發光二極體中使用矽氧樹脂(silicon resin)作為封裝樹脂。
發光二極體之鏡片(lens)一般是藉由(例如是)灌封製程(potting process)所形成,發光二極體之封裝膠是使用低黏度的樹脂所形成,接著在分開的製程中所形成的鏡片是貼附於發光二極體。在這情況中,可使用底膠(primer)及黏著劑以改善鏡片與發光二極體之封裝膠之間的黏合性。然而,當輸出增加之發光二極體的光源中,光之釋出及熱度增加時,可能發生例如是鏡片剝落及黏著劑或底膠之顏色改變的缺陷。
此外,在高溫狀態之下使用一長時間之後,發光二極體的封裝膠可能易於產生裂縫。為了減少裂縫的產生,可使用低硬度之有機聚矽氧烷(organopolysiloxane)之固化的產物。然而,使用低硬度之有機聚矽氧烷,在發光二極體封裝之製造過程期間,可能產生包括高度膠黏性所致之灰塵黏附的各種的缺陷。
本發明提供一有機矽金屬複合物及包括其之可固化有機聚矽氧烷組合物,可增加抗熱度並將物理特性的改變最小化。
根據本發明之一方面之有機矽金屬複合物包括一或多個下列式1或式2。
[式1][(R1R2R3SiO1/2)a(R4R5SiO2/2)b(R6SiO3/2)c(SiO4/2)d]XMY
在式1中,a、b、c及d各自獨立地大於或等於0且小於1,a+b+c+d=1,R1、R2、R3、R4、R5及R6各自獨立地為氫原子、烷 基(alkyl)、烯基(alkenyl)、芳香基(aryl)、環氧基(epoxy)、羥基(hydroxyl)、烷氧基(alkoxy)、氧雜環丁烷基(oxetanyl)、丙烯醯氧基(acryloyloxy)、甲基丙烯醯氧基(methacryloyloxy)、巰基(mercapto)、氨基(amino)或氰基(cyano),M為週期表中的金屬原子,且0<X/Y4。
[式2][(R7R8R9Si-N-SiR10R11R12)e]xMy
在式2中,e是大於0且小於1,R7、R8、R9、R10、R11、及R12是各自獨立地為氫原子、烷基、烯基、芳香基、環氧基、羥基、烷氧基、氧雜環丁烷基、丙烯醯氧基、甲基丙烯醯氧基、巰基、氨基或氰基,M為週期表中的金屬原子,且0<X/Y4。
本發明之另一方面提供一可固化有機聚矽氧烷組成物,包括0.5至10重量份(part by weight)的有機矽金屬複合物、30至95重量份之有機聚矽氧烷、以及0.00005至0.003重量份之鉑族金屬催化劑(platinum group metal catalyst)。
有機聚矽氧烷藉由下列式3表示:[式3](R13R14R15SiO1/2)M(R16R17SiO2/2)D(R18SiO3/2)T(SiO4/2)Q
在式3中,M、D、T及Q是大於或等於0且小於1的數值,M+D+T+Q=1,R13、R14、R15、R16、R17及R18是各自獨立地為氫原子,或者是一取代的或未取代的單價烴基(monovalent hydrocarbon group),具有相同或不同脂肪族飽和基(aliphatic saturated group), 至少其中一個烴基在分子之末端或側鏈具有1個、2個或大於2個的不飽和基,且烴基具有直的或分支狀的主鏈。
有機含氫聚矽氧烷是藉由下列式4表示:[式4](R19R20R21SiO1/2)m(R22R23SiO2/2)d(R24SiO3/2)t(SiO4/2)q
在式4中,m、d、t及q是大於或等於0且小於1的數值,m+d+t+q=1,R19、R20、R21、R22、R23及R24是各自獨立地為氫原子,或者是一取代的或未取代的不具有相同或不同脂肪族不飽和鍵(aliphatic unsaturated bond)之單價烴基,。
有益的效果
根據本發明之有機矽金屬複合物及可固化有機聚矽氧烷組成物具備良好的抗熱度以及低的膠黏特性,且較佳是可使用於光學元件中。
為了解決上述課題,本發明之一方面提供有機矽金屬複合物,有機矽金屬複合物可包括一或多個下列式1或式2。
[式1] [(R1R2R3SiO1/2)a(R4R5SiO2/2)b(R6SiO3/2)c(SiO4/2)d]XMY
在式1中,a、b、c及d各自獨立地大於或等於0且小於1,a+b+c+d=1,R1、R2、R3、R4、R5及R6各自獨立地為氫原子、烷基(alkyl)、烯基(alkenyl)、芳香基(aryl)、環氧基(epoxy)、羥基(hydroxyl)、烷氧基(alkoxy)、氧雜環丁烷基(oxetanyl)、丙烯醯氧基(acryloyloxy)、甲基丙烯醯氧基(methacryloyloxy)、巰基(mercapto)、氨基(amino)或氰基(cyano),M為週期表中的金屬原子,且0<X/Y4。
[式2][(R7R8R9Si-N-SiR10R11R12)e]xMy
在式2中,e是大於0且小於1,R7、R8、R9、R10、R11、及R12是各自獨立地為氫原子、烷基、烯基、芳香基、環氧基、羥基、烷氧基、氧雜環丁烷基、丙烯醯氧基、甲基丙烯醯氧基、巰基、氨基或氰基,M為週期表中的金屬原子,且0<X/Y4。
在根據本發明之一方面的「有機矽金屬複合物」中,「有機矽金屬複合物」可以是例如是式1的有機聚矽氧烷,或例如是式2的有機聚矽氮烷(organopolysilazane)。
有機矽複合物中的金屬的包括不應為藉由物理或機械方法簡單混合金屬與有機矽複合物的包括,而是藉由有機矽複合物的化學鍵結的包括(即使未經確切驗證)。
依常規而言,有時加入金屬添加物是為了在高溫之下穩固可固化有機聚矽氧烷組成物之物理特性。然而,在金屬成分是簡單 加入一組成物的情形中,最終固化之產物的穿透度(transmittance)(或霧度(haze))值可能顯著降低。
藉由將金屬包括於有機矽複合物中,包括有機矽金屬複合物的可固化有機聚矽氧烷組成物之固化產物之抗熱度及穿透度可受到改善。
金屬可包括週期表中的金屬元素,以改善高溫之下的物理特性,且可特別包括至少其中一種選自於由鑭(lanthanum,La)、鈰(cerium,Ce)、鐠(praseodymium,Pr)、釹(neodymium,Nd)、鉅(promethium,Pm)、釤(samarium,Sm)、銪(europium,Eu)、釓(gadolinium,Gd)、鋱(terbium,Tb)、鏑(dysprosium,Dy)、鈦(holmium,Ho)、鉺(erbium,Er)、銩(thulium,Tm)、鐿(ytterbium,Yb)、鎦(Lutetium,Lu)、鋯(zirconium,Zr)和鈦(titanium,Ti)所組成之群組。
在式1中,d可以是滿足於0<d<0.1之關係的範圍。由於與金屬之反應較佳是滿足上述範圍的式1之有機聚矽氧烷,含金屬之複合物的產物可增加,且同時在高溫之下需要抗熱度的可固化有機聚矽氧烷之已固化的產物可帶來高的抗熱度。
式1及式2中特定之R1至R12可以是烷基(alkyl)以及具有1至18個碳原子的烷基(例如是甲基、乙基、丙基、異丙基和丁基),或者可以是芳香基(aryl)以及具有6至18個碳原子的芳香基(例如是苯基(phenyl)、氟苯基(fluorophenyl)、萘酚乙基(β-naphthyl)和β-蒽基(β-anthranyl))。
在式1及式2中特定之R1至R12的情況是烯基(alkenyl)、具有2至6個碳原子的烯基,例如是可包括乙烯基、烯丙基、β-丁烯基和γ-丁烯基。
此外,在式1及式2中特定之R1至R12的情況可適用於具有環氧基、氧雜環丁烷基、甲基丙烯醯氧基、丙烯醯氧基、巰基、氨基或氰基之取代基,具有1至6個碳原子的烷基,或具有3至12個碳原子的環烷基(cycloalkyl)。特別是,包括上述取代基之具有1至3個碳原子的烷基可能為合適的。
環氧基可包括環氧丙基(glycidyl)、縮水甘油氧基乙基(glycidoxy ethyl)、α-縮水甘油氧基丙基(α-glycidoxy propyl)、β-縮水甘油氧基丙基(β-glycidoxy propyl)、γ-縮水甘油氧基丙基(γ-glycidoxy propyl)、α-縮水甘油氧基丁基(α-glycidoxy butyl)、β-縮水甘油氧基丁基(β-glycidoxy butyl)、γ-縮水甘油氧基丁基(γ-glycidoxy butyl)、δ縮水甘油氧基丁基(δ-glycidoxy butyl)、α-(3,4-環氧環己基)甲基(α-(3,4-epoxy cyclohexyl)methyl)、β-(3,4-環氧環己基)乙基(β-(3,4-epoxy cyclohexyl)ethyl)、γ-(3,4-環氧環己基)丙基(γ-(3,4-epoxy cyclohexyl)propyl)、δ-(3,4-環氧環己基)丁基(δ-(3,4-epoxy cyclohexyl)butyl)...等等。
氧雜環丁烷基可包括(3-乙基氧雜環丁烷-3-基)丙基((3-ethyloxetane-3-yl)propyl)等等。丙烯醯氧基可包括丙烯醯氧基甲基(acryloyloxy methyl)、β-丙烯醯氧基乙基(β-acryloyloxy ethyl)、 β-丙烯醯氧基丙基(β-acryloyloxy propyl)、γ-丙烯醯氧基丙基(γ-acryloyloxy propyl)...等等。
此外,甲基丙烯醯氧基可包括甲基丙烯醯氧基甲基(methacryloyloxymethyl)、β-甲基丙烯醯氧基乙基(β-methacryloyloxyethyl)、β-甲基丙烯醯氧基丙基(β-methacryloyloxypropyl)、γ-甲基丙烯醯氧基丙基(γ-methacryloyloxypropyl)...等等。
巰基可包括巰基甲基(mercapto methyl)、β-巰基乙基(β-mercapto ethyl)、β-巰基丙基(β-mercapto propyl)、γ-巰基丙基(γ-mercapto propyl)...等等。氨基可以包括氨基甲基(amino methyl)、β-氨基乙基(β-amino ethyl)、β-氨基丙基(β-amino propyl)、γ-氨基丙基(γ-amino propyl)、N-(β-(氨基乙基)(N-(β-(amino ethyl))、γ-氨基丙基(γ-amino propyl)...等等。氰基可以包括氰基甲基(cyanomethyl),β-氰基乙基(β-cyanoethyl)和β-氰基丙基(β-cyanopropyl)、γ-氰基丙基(γ-cyanopropyl)。異氰基(isocyano)可以包括異氰酸甲酯(isocyanomethyl)、β-異氰醯乙基(β-isocyanoethyl)、β-異氰酸丙酯(β-isocyanopropyl)、γ-異氰酸基丙酯(γ-isocyanopropyl)...等等。
根據本發明之另一方面,可提供包括一或多個式1或式2之使用有機矽金屬複合物的可固化有機聚矽氧烷。
特別是,可固化有機聚矽氧烷組成物可包括0.5至10重量份之包括1個或多個式1或是式2之作為抗熱度添加物的有機矽金屬 複合物。在有機矽金屬複合物小於0.5重量份的情況中,可能無法達到抗熱。在有機矽金屬複合物的量是大於10重量份的情況中,黃化程度(yellowing degree)可能增加,且光學特性可能惡化。
根據本發明之實施例的可固化有機聚矽氧烷組成物在固化矽組成物之後之形成主鏈(backbone)中扮演著角色,且可包括30至95重量份之下列式3所式之有機聚矽氧烷。在有機聚矽氧烷的量小於30重量份的情況中,可固化組成物之已固化的產物係變軟,且已固化之產物可能被刮傷(scratched)或撕裂(torn)。在有機聚矽氧烷的量大於95重量份的情況中,組成物之液態黏度(viscosity)增加,且其可操作性(workability)可能惡化。
[式3](R13R14R15SiO1/2)M(R16R17SiO2/2)D(R18SiO3/2)T(SiO4/2)Q
在式3中,M、D、T及Q是大於或等於0且小於1的數值,M+D+T+Q=1,R13、R14、R15、R16、R17及R18是各自獨立地為氫原子,或者是一取代的或未取代的具有相同或不同脂肪族飽和基(aliphatic saturated group)的單價烴基,至少其中一個烴基在分子之末端或側鏈具有1個、2個或大於2個的不飽和基,且烴基具有直的或分支狀的主鏈。
在式3中,M的數值可以是0.01至0.3。D的數值可以是0.3至0.6。T的數值可以是0至0.3。Q的數值可以是0.4至0.8。Q及D可以滿足Q/D等於0.3至0.9的關係。藉由控制式3之參數的數值於上述範 圍中,組成物的黏度及已固化產物之硬度可大大地受到控制,且組成物之已固化的產物可獲得高的透明度。此外,可獲得黏著劑之可靠度,且可確保關於光及熱的耐久度。
根據本發明之實施例的可固化有機聚矽氧烷組成物可包括1至30重量份的下列式4所式之有機含氫聚矽氧烷(organohydro-polysiloxane),其中在分子之終端或側鏈包括氫原子,固化之後矽組成物形成主鏈,如此藉由共同使用有機含氫聚矽氧烷及有機聚矽氧烷來固化最終得到的可固化組成物所獲得之已固化的產物可達到良好的機械強度及硬度。
在有機含氫聚矽氧烷的量小於1重量份的情況中,可固化組成物之已固化產物可能變軟且可能容易被撕裂。在有機含氫聚矽氧烷的量大於30重量份的情況中,組成物之已固化的產物的黏著力可能會惡化。
[式4](R19R20R21SiO1/2)m(R22R23SiO2/2)d(R24SiO3/2)t(SiO4/2)q
在式4中,m、d、t及q是大於或等於0且小於1的數值,m+d+t+q=1,R19、R20、R21、R22、R23及R24是各自獨立地為氫原子,或者是一取代的或未取代的單價烴基,不具有相同或不同脂肪族不飽和鍵(aliphatic unsaturated bond)。在式4中,m的數值可以是0.01至0.2,d的數值可以是0.3至0.9,t的數值可以是0至0.3,且q的數值可以是0.1至0.8。
式3或式4中R13至R24官能基的烴基可以是烷基以及具有1至18個碳原子的烷基(例如是甲基、乙基、丙基、異丙基和丁基),或者可以是芳香基以及具有6至18個碳原子的芳香基(例如是苯基、氟苯基、萘酚乙基和β-蒽基)。以式3及/或式4中包括的所有的有機基的總莫耳數為基準,可包括45莫耳百分比(mole%)或小於45莫耳百分比之芳香基。在包括45莫耳百分比或大於45莫耳百分比之芳香基的情況中,在高溫的抗熱度測試之下,由於芳香基之熱分解或氧化所造成的黃化(yellowing)可能會變嚴重,且穿透度可能顯著地惡化,因此可能無法應用於光學裝置。
在烴基是烯基的情況中,可使用具有2至6個碳原子的烯基(例如是乙烯基、烯丙基、β-丁烯基和γ-丁烯基)。
此外,在式3及式4中具有環氧基、氧雜環丁烷基、甲基丙烯醯氧基、丙烯醯氧基、巰基、氨基或氰基之取代基的情形中,具有1至6個碳原子的烴基,或具有3至12個碳原子的環烷基可能為合適的。特別是,包括上述取代基之具有1至3個碳原子的烴基可能為高度合適的。
環氧基可包括環氧丙基(glycidyl)、縮水甘油氧基乙基(glycidoxy ethyl)、α-縮水甘油氧基丙基(α-glycidoxy propyl)、β-縮水甘油氧基丙基(β-glycidoxy propyl)、γ-縮水甘油氧基丙基(γ-glycidoxy propyl)、α-縮水甘油氧基丁基(α-glycidoxy butyl)、β-縮水甘油氧基丁基(β-glycidoxy butyl)、γ-縮水甘油氧基丁基(γ-glycidoxy butyl)、δ縮水甘油氧基丁基(δ-glycidoxy butyl)、α -(3,4-環氧環己基)甲基(α-(3,4-epoxy cyclohexyl)methyl)、β-(3,4-環氧環己基)乙基(β-(3,4-epoxy cyclohexyl)ethyl)、γ-(3,4-環氧環己基)丙基(γ-(3,4-epoxy cyclohexyl)propyl)、δ-(3,4-環氧環己基)丁基(δ-(3,4-epoxy cyclohexyl)butyl)...等等。
具有氧雜環丁烷基之取代基可包括(3-乙基氧雜環丁烷-3-基)丙基((3-ethyloxetane-3-yl)propyl)等等。具有丙烯醯氧基之取代基可包括丙烯醯氧基甲基(acryloyloxy methyl)、β-丙烯醯氧基乙基(β-acryloyloxy ethyl)、β-丙烯醯氧基丙基(β-acryloyloxy propyl)、γ-丙烯醯氧基丙基(γ-acryloyloxy propyl)...等等。
此外,甲基丙烯醯氧基可包括甲基丙烯醯氧基甲基(methacryloyloxymethyl)、β-甲基丙烯醯氧基乙基(β-methacryloyloxyethyl)、β-甲基丙烯醯氧基丙基(β-methacryloyloxypropyl)、γ-甲基丙烯醯氧基丙基(γ-methacryloyloxypropyl)...等等。
具有巰基之取代基可包括巰基甲基(mercapto methyl)、β-巰基乙基(β-mercapto ethyl)、β-巰基丙基(β-mercapto propyl)、γ-巰基丙基(γ-mercapto propyl)...等等。具有氨基(amino)之取代基可以包括氨基甲基(amino methyl)、β-氨基乙基(β-amino ethyl)、β-氨基丙基(β-amino propyl)、γ-氨基丙基(γ-amino propyl)、N-(β-(氨基乙基)(N-(β-(amino ethyl))、γ-氨基丙基(γ-amino propyl)...等等。具有氰基(cyano)之取代基可以包括氰基甲基(cyanomethyl),β-氰基乙基(β-cyanoethyl)和β-氰基丙基 (β-cyanopropyl)、γ-氰基丙基(γ-cyanopropyl)...等等。具有異氰基之取代基可以包括異氰酸甲酯(isocyanomethyl)、β-異氰醯乙基(β-isocyanoethyl)、β-異氰酸丙酯(β-isocyanopropyl)、γ-異氰酸基丙酯(γ-isocyanopropyl)...等等。
可固化有機聚矽氧烷組成物可包括0.00005至0.003重量份之鉑族金屬催化劑,作為用於促進固化之矽氫加成反應催化劑(hydrosilylation catalyst)。在鉑族金屬催化劑的量是小於0.00005重量份的情形中,交聯反應速率(cross-linking reaction rate)可能下降,而可能無法完成固化。在鉑族金屬催化劑的量是大於0.003重量份的情形中,固化速率可能太快,而可工作性(workability)可能不好,可能不經濟地大量使用昂貴的鉑,且可能產生例如是著色(coloring)之缺陷,而引發功能性之限制(functional limitation)。
鉑族金屬催化劑可包括至少一個選自於由鉑微細粉(platinum micropowder)、鉑黑(platinum black)、氫氯鉑酸(chloroplatinic acid)、氫氯鉑酸之酒精修飾劑(alcohol modifier)、氫氯鉑酸/二烯複合物(hloroplatinic acid/diolefin complex)、鉑/烯烴複合物(platinum/olefin complex)、作為鉑-羰基複合物之雙(乙醯乙酸)鉑(platinum bis(acetoacetate))與雙(乙醯丙酮)鉑(platinum bis(acetylacetonate))、作為氫氯鉑酸/烯基矽氧烷複合物(chloroplatinic acid/alkenylsiloxane complex)之氫氯鉑酸/二乙烯基四甲基二矽氧烷複合物(chloroplatinic acid/divinyltetramethyldisiloxane complex)與氫氯鉑酸/四乙烯基四 甲基環四矽氧烷複合物(chloroplatinic acid/tetravinyltetramethylcyclotetrasiloxane complex)、由鉑/二乙烯基四甲基二矽氧烷複合物(platinum/divinyltetramethyldisiloxane complex)與鉑/四乙烯基四甲基環四矽氧烷複合物(platinum/tetravinyltetramethylcyclotetrasiloxane complex)組成之鉑/烯基矽氧烷複合物(platinum/alkenylsiloxane complex)、以及氫氯鉑酸與乙炔酒精(acetylene alcohol)之複合物所組成之群組。
可固化有機聚矽氧烷組成物可依需求包括少量反應阻劑,反應阻劑可包括例如是2-苯基-3-丁炔-2-醇(2-phenyl-3-butyn-2-ol)。阻劑的量可較佳是以組成物之總重量為基準的0.0080重量份。阻劑的較低限制可以例如是0.00010重量份。特別是,在包括過量之反應阻劑的情況下,固化速率可能降低。
此外,本發明之組成物可另外包括至少一選自於無機填充物(例如是矽石(silica)、玻璃、氧化鋁(alumina)、氧化鋅(zinc oxide)...等等)、矽橡膠粉末(silicon rubber powder)、樹脂粉末(例如矽氧樹脂(silicon resin)、聚甲基丙烯酸酯樹脂(polymethacrylate resin)...等等)、抗熱劑、抗氧化劑、自由基捕捉劑(radical scavenger)、光穩定劑、染劑、色素、阻焰添加劑(flame retardant additive)的選擇性成分,只要不破壞本發明之目的即可。
此外,根據本發明之可固化有機聚矽氧烷組成物可藉由使用本領域中已知的各種方法所製備。例如,事先在本發明之組成物 的成分中分別製備液體A及液體B,接著混合此2液體以得到最終組成物。
在已固化之產物是藉由固化根據本發明之一實施例的可固化有機聚矽氧烷組成物所形成的情況中,紫外可見光譜中260nm之波長下的穿透度是45%或小於45%,紫外可見光譜中450nm之波長下的穿透度是80%或大於80%。由於本發明之一實施例的可固化有機聚矽氧烷組成物之已固化的產物具有上述之物理特性,可在高溫之下達到高透明度及抗熱度。
根據本發明之另一方面,可提供包括可固化有機聚矽氧烷組成物的一光學材料,此光學材料可包括至少一選自於由發光二極體、光學半導體、黏著劑、光學塗佈材料、光學灌封劑(optical potting agent)、光學封裝膠、光學包覆層(optical cladding)及光學膜所組成之群組。
下文中,本發明將參照下列實施例進行更詳細地說明,然本發明並不限於下列實施例。
有機-無機金屬複合物之製備
合成範例1
將含有22%異辛酸鈰(cerium octoate)的120克之礦物油加入50克的二甲苯(xylene),接著進行混合。加入120克之六甲基二矽氮烷(hexamethyldisilazane),接著在80℃之下攪拌12小時。將20克之含有乙烯基的有機聚矽氧烷(ViMe2SiO(Me2SiO)70SiMe2Vi)加入,並充分攪拌。
接著,在5托耳(torr)的減壓之下於150℃蒸餾並移除低沸點之材料。過濾生成的沉澱物而獲得流狀黃色有機聚矽氧烷金屬複合物(fluidal yellow organopolysiloxane metal composite)(SYN-1)。
合成範例2
將含有22%異辛酸鈰的120克之礦物油加入50克的二甲苯,並進行混合。加入180克之六甲基二矽氮烷,接著在80℃之下攪拌12小時。將20克之含有乙烯基的有機聚矽氧烷(ViMe2SiO(Me2SiO)70SiMe2Vi)加入,並充分攪拌。
接著,在5torr的減壓之下於150℃蒸餾並移除低沸點之材料。過濾生成的沉澱物而獲得流狀棕色有機聚矽氧烷金屬複合物(SYN-2)。
合成範例3
將含有22%異辛酸鈰的100克之礦物油加入50克的二甲苯,並進行混合。加入107克之甘油基丙基三甲氧基矽烷(glycidoxypropyltrimethoxysilane),接著在70℃之下攪拌9小時。將40克之含有乙烯基的有機聚矽氧烷(ViMe2SiO(Me2SiO)70SiMe2Vi)加入,並充分攪拌。
接著,在5torr的減壓之下於150℃蒸餾並移除低沸點之材料。過濾生成的沉澱物而獲得流狀棕色有機聚矽氧烷金屬複合物(SYN-3)。
合成範例4
將含有22%異辛酸鈰的100克之礦物油加入50克的二甲苯,並進行混合。加入125克之苯基三甲氧基矽烷(phenyltrimethoxysilane),接著在105℃之下攪拌12小時。
接著,在5torr的減壓之下於150℃蒸餾並移除低沸點之材料。過濾生成的沉澱物而獲得流狀暗黃色有機聚矽氧烷金屬複合物(SYN-4)。
合成範例5
將15克丁氧鈰(cerium butoxide)加入50克的二甲苯,並進行混合。加入550克之α,ω-氫氧聚矽氧烷(α,ω-hydroxypolysiloxane)(HOMe2SiO(Me2SiO)40SiMe2OH),接著在80℃之下攪拌9小時。
接著,在5torr的減壓之下於150℃蒸餾並移除低沸點之材料。過濾生成的沉澱物而獲得流狀淡黃色有機聚矽氧烷金屬複合物(SYN-5)。
合成範例6
將18克異丙氧化鈰(cerium isopropoxide)加入50克的二甲苯,並進行混合。加入550克之氫氧聚矽氧烷(HOMe2SiO(Me2SiO)40SiMe2OH),接著在65℃之下攪拌12小時。
接著,在5torr的減壓之下於150℃蒸餾並移除低沸點之材料。過濾生成的沉澱物而獲得流狀淡黃色有機聚矽氧烷金屬複合物(SYN-6)。
範例1-8及比較例1-6
範例1
使用直立攪拌機(planetary mixer)混合100克含乙烯基之MQ樹脂(0.74mmol/g之乙烯基含量)及100克之兩終端皆被乙烯基所取代的線性二甲基聚有機矽氧烷(linear dimethylpolyorganosiloxane)(ViMe2SiO(Me2SiO)1300SiMe2Vi,下文中以VP表示),以製備母料(master batch)(下文中以MB1表示)。
(1)製備組成物A
使用直立攪拌機在室溫下混合事先製備之25克MB1、28克之VP、0.03克之鉑複合物、及1.2克之合成範例1的「SYN-1」達1小時,以獲得可固化有機聚矽氧烷組成物A(下文中以「PTA」表示)。
(2)製備組成物B
將5.4克之有機含氫聚矽氧烷(氫含量7.3mmol/g)、8.7克VP、作為阻劑之0.01克1-乙炔基-1-環己醇(1-ethynyl-1-cyclohexanol)及0.7克環氧丙醇三甲氧基矽烷加入玻璃容器中,並使用直立攪拌機在室溫下混合1小時,以獲得可固化有機聚矽氧烷組成物B(下文中以「PTB」表示)。
(3)混合組成物A以及組成物B
在容器中秤重30重量份之組成物A及10重量份之組成物B,使用刮勺預先混合,再使用攪拌脫泡裝置(revolution-rotation mixer)(ARE-310:新基公司(THINKY corporation)所製造)在真空之下混合並去泡1分鐘,以獲得可固化有機聚矽氧烷組成物。組成物被固化以製造一已固化之薄片(sheet)。
範例2
除了將合成範例1之「SYN-1」改為合成範例2之「SYN-2」之外,可固化有機聚矽氧烷組成物是藉由進行描述於範例1之相同的過程所獲得,且組成物被固化以製造一已固化之薄片。
範例3
除了將合成範例1之「SYN-1」改為合成範例3之「SYN-3」之外,可固化有機聚矽氧烷組成物是藉由進行描述於範例1之相同的過程所獲得,且組成物被固化以製造一已固化之薄片。
範例4
除了將合成範例1之「SYN-1」改為合成範例4之「SYN-4」之外,可固化有機聚矽氧烷組成物是藉由進行描述於範例1之相同的過程所獲得,且組成物被固化以製造一已固化之薄片。
範例5
除了將合成範例1之「SYN-1」改為合成範例5之「SYN-5」之外,可固化有機聚矽氧烷組成物是藉由進行描述於範例1之相同的過程所獲得,且組成物被固化以製造一已固化之薄片。
範例6
除了將合成範例1之「SYN-1」改為合成範例6之「SYN-6」之外,可固化有機聚矽氧烷組成物是藉由進行描述於範例1之相同的過程所獲得,且組成物被固化以製造一已固化之薄片。
範例7
除了將合成範例1之「SYN-1」的添加量改為3.0克之外,可固化有機聚矽氧烷組成物是藉由進行描述於範例1之相同的過程所獲得,且組成物被固化以製造一已固化之薄片。
範例8
除了將合成範例1之「SYN-1」的添加量改為7.2克之外,可固化有機聚矽氧烷組成物是藉由進行描述於範例1之相同的過程所獲得,且組成物被固化以製造一已固化之薄片。
比較例1
除了改為不添加合成範例1之「SYN-1」之外,可固化有機聚矽氧烷組成物是藉由進行描述於範例1之相同的過程所獲得,且組成物被固化以製造一已固化之薄片。
比較例2
除了將合成範例1之「SYN-1」改為含有22%異辛酸鈰(cerium octoate)的0.5%之礦物油之外,可固化有機聚矽氧烷組成物是藉由進行描述於範例1之相同的過程所獲得,且組成物被固化以製造一已固化之薄片。
比較例3
除了將合成範例1之「SYN-1」改為0.11%異辛酸鈰(純度99.8%)之外,可固化有機聚矽氧烷組成物是藉由進行描述於範例1之相同的過程所獲得,且組成物被固化以製造一已固化之薄片。
比較例4
除了將合成範例1之「SYN-1」改為0.01%丁氧鈰(純度99.8%)之外,可固化有機聚矽氧烷組成物是藉由進行描述於範例1之相同的過程所獲得,且組成物被固化以製造一已固化之薄片。
比較例5
除了將合成範例1之「SYN-1」改為0.07%異丙氧化鈰(純度99.8%)之外,可固化有機聚矽氧烷組成物是藉由進行描述於範例1之相同的過程所獲得,且組成物被固化以製造一已固化之薄片。
比較例6
除了不添加合成範例1之「SYN-1」之外,可固化有機聚矽氧烷組成物是藉由進行描述於範例1之相同的過程所獲得,且組成物被固化以製造一已固化之薄片。
實驗範例
[實驗方法]
已固化之薄片的製造
可固化有機聚矽氧烷組成物主要是在120℃之下在用於成模為厚度2mm之一模具中固化30分鐘,接著在150℃之下於烘箱中後固化2小時,以形成已固化之薄片。
1)起始硬度
重疊3層已固化的薄片,並在25℃之下使用蕭氏A型(shore A-type)或蕭氏D型硬度計測量硬度。
2)硬度變化
將用於起始硬度之量測所製造之薄片放置於250℃的烘箱中,藉由相同於起始硬度之量測的方法根據所經時間測量硬度。
3)穿透度
使用紫外可見光譜(模式名稱:Lambda950,製造商:PERKIN ELMER)測量根據本發明之有機聚矽氧烷之已固化薄片(厚度2mm)的穿透度。
4)剩餘重量比例
將有機聚矽氧烷之已固化產物豎放(stand)於250℃的烘箱中達168小時,並在收存(store)之前與之後測量其重量,以計算剩餘重量比例。剩餘重量比例愈高,則抗熱度愈佳。
5)熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion,CTE)的改變比例(%)
將有機聚矽氧烷之已固化產物存放於250℃的烘箱中達168小時,並在收存之前與之後使用動態熱特性分析儀(dynamic thermal characteristics analyzer)(模式名稱:DMA8000,製造商:PERKIN ELMER)測量其熱膨脹係數,並根據下列算式進行計算。熱膨脹係數的改變比例愈低,則抗熱度愈佳。
熱膨脹係數的改變比例(%)={(收存之前的CTE)-(收存之後的CTE)/(收存之前的CTE)}*100(%)
如表1及表2所示,當藉由紫外可見光譜測量時,根據本發明之高度可靠度及可固化的有機聚矽氧烷組成物(範例1至8)在260nm具有50%或小於50%之穿透度。然而,當藉由相同方法量測時,根據比較例1至6之抗熱度不佳的產物具有60%或大於60%之穿透度。
在徹底檢視範例1至8及比較例1至6之後,藉由紫外可見光譜於260nm之有機聚矽氧烷已固化產物的起始穿透度整體而言是確保為與抗熱度成比例(剩餘的重量比例)。
此外,熱膨脹係數一般是依據已固化產物之有機聚矽氧烷的硬度而有所不同。本發明之發明者確保,在250℃的抗熱度測試進行168小時之前及之後的熱膨脹係數改變比例,是隨著具有類似 的起始硬度(250℃,0小時)之樣本(範例1至6及比較例1至5)的起始穿透度之減少而降低。
對於包括具有低硬度之薄片(範例1至6)及高硬度之薄片(範例7及8)的範例1至8而言,硬度並沒有在250℃、168小時之下增加,穿透度的降低很小,已固化薄片的熱分解很少,剩餘的重量比例為高,最大在2000小時之下薄片中沒有產生裂縫。
即使未顯示於表中,蕭氏50A(範例1至6)之硬度的組成物中並沒有產生裂縫達2000小時。
相對地,根據本發明之實施例之不包括有機-無機金屬複合物之比較例1至6,穿透度改變是小的,然由於熱分解,硬度增加率及重量降低率係相當大。
此外,根據本發明一實施例之包括抗熱添加劑(不同於有機-無機金屬複合物之抗熱添加劑之成分)的比較例2至5,當相較於不包括金屬原子之比較例1時,顯示顯著較差的穿透度,甚至表現出高的硬度改變及剩餘的重量比例。此外,當相較於範例1至8時,上列量測之所有的物理特性係顯著地惡化,特別是在250℃於700小時之內產生裂縫,顯示相對低之抗熱度。
因此,可以確保的是,根據本發明一實施例之包括抗熱添加物(有機-無機金屬複合物)之可固化有機聚矽氧烷,相較於其他組成物顯示較佳之物理特性。
本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者 為準,而非是藉由上列描述及本文所述之示例性實施例所界定。本發 明之申請專利範圍之等效涵義之內以及申請專利範圍之內的各種潤飾應視為在本發明的範疇之中。

Claims (12)

  1. 一種有機矽金屬複合物,包括一或多個下列式1:[式1][(R1R2R3SiO1/2)a(R4R5SiO2/2)b(R6SiO3/2)c(SiO4/2)d]XMY在式1中,a、b、c及d各自獨立地大於或等於0且小於1,a+b+c+d=1,R1、R2、R3、R4、R5及R6各自獨立地為氫原子、烷基(alkyl)、烯基(alkenyl)、芳香基(aryl)、環氧基(epoxy)、羥基(hydroxyl)、烷氧基(alkoxy)、氧雜環丁烷基(oxetanyl)、丙烯醯氧基(acryloyloxy)、甲基丙烯醯氧基(methacryloyloxy)、巰基(mercapto)、氨基(amino)或氰基(cyano),且0<X/Y4;其中M包括至少其中一種選自於由鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、鉅(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、鎦(Lu)、鋯(Zr)和鈦(Ti)所組成之群組。醯醯
  2. 如申請專利範圍第1項所述之有機矽金屬複合物,更包括一或多個下列式2:[式2][(R7R8R9Si-N-SiR10R11R12)e]xMy在式2中,e是大於0且小於1,R7、R8、R9、R10、R11、及R12是各自獨立地為氫原子、烷基、烯基、芳香基、環氧基、羥基、 烷氧基、氧雜環丁烷基、丙烯醯氧基、甲基丙烯醯氧基、巰基、氨基或氰基,且0<X/Y4,其中M包括至少其中一種選自於由鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、鉅(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、鎦(Lu)、鋯(Zr)和鈦(Ti)所組成之群組。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之有機矽金屬複合物,其中在式1中,d滿足於0<d<0.1之關係。
  4. 一種可固化有機聚矽氧烷組成物,包括:0.5至10重量份之申請專利範圍第1項所述之有機矽金屬複合物;30至95重量份之下列式3所示的有機聚矽氧烷:[式3](R13R14R15SiO1/2)M(R16R17SiO2/2)D(R18SiO3/2)T(SiO4/2)Q在式3中,M、D、T及Q是大於或等於0且小於1的數值,R13、R14、R15、R16、R17及R18是各自獨立地為氫原子,或者是具有相同或不同脂肪族飽和基之取代的或未取代的單價之一烴基,至少其中一個該烴基在分子之末端或側鏈具有1個、2個或大於2個的不飽和基,且該烴基具有直的或分支狀的主鏈);1至30重量份之下列式4所示的有機含氫聚矽氧烷(organohydro-polysiloxane):[式4] (R19R20R21SiO1/2)m(R22R23SiO2/2)d(R24SiO3/2)t(SiO4/2)q在式4中,m、d、t及q是大於或等於0且小於1的數值,R19、R20、R21、R22、R23及R24是各自獨立地為氫原子,或者是不具有相同或不同脂肪族不飽和鍵之取代的或未取代的單價烴基;以及0.00005至0.003重量份之鉑族金屬催化劑(platinum group metal catalyst)。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之可固化有機聚矽氧烷組成物,其中在式3中,M的數值是0.01至0.3,D的數值是0.3至0.6,T的數值是0至0.3,Q的數值是0.4至0.8,Q及D滿足Q/D等於0.3至0.9的關係。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之可固化有機聚矽氧烷組成物,其中在式4中,m的數值是0.01至0.2,d的數值是0.3至0.9,t的數值是0至0.3,且q的數值是0.1至0.8。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之可固化有機聚矽氧烷組成物,其中鉑族金屬催化劑可包括至少一個選自於由鉑微細粉(platinum micropowder)、鉑黑(platinum black)、氫氯鉑酸(chloroplatinic acid)、氫氯鉑酸之酒精修飾劑(alcohol modifier)、氫氯鉑酸/二烯複合物(hloroplatinic acid/diolefin complex)、鉑/烯烴複合物(platinum/olefin complex)、由雙(乙醯乙酸)鉑(platinum bis(acetoacetate))與雙(乙醯丙酮)鉑(platinum bis(acetylacetonate))組成之鉑-羰基複合物、由氫氯 鉑酸/二乙烯基四甲基二矽氧烷複合物(chloroplatinic acid/divinyltetramethyldisiloxane complex)與氫氯鉑酸/四乙烯基四甲基環四矽氧烷複合物(chloroplatinic acid/tetravinyltetramethylcyclotetrasiloxane complex)組成之氫氯鉑酸/烯基矽氧烷複合物(chloroplatinic acid/alkenylsiloxane complex)、由鉑/二乙烯基四甲基二矽氧烷複合物(platinum/divinyltetramethyldisiloxane complex)與鉑/四乙烯基四甲基環四矽氧烷複合物(platinum/tetravinyltetramethylcyclotetrasiloxane complex)組成之鉑/烯基矽氧烷複合物(platinum/alkenylsiloxane complex)、以及氫氯鉑酸與乙炔酒精(acetylene alcohol)之複合物所組成之群組。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之可固化有機聚矽氧烷組成物,其中該可固化有機聚矽氧烷組成物包括結合有機聚矽氧烷及/或有機含氫聚矽氧烷之複數個有機基,且其中以該些有機基的總莫耳數為基準,該些有機基包括45莫耳百分比(mole%)或小於45莫耳百分比之芳香基。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之可固化有機聚矽氧烷組成物,其中該可固化有機聚矽氧烷組成物於波長260nm的紫外可見光譜中的穿透度是45%或小於45%,且其中該可固化有機聚矽氧烷組成物於波長450nm的紫外可見光譜中的穿透度是80%或大於80%。
  10. 如申請專利範圍第4項所述之可固化有機聚矽氧烷組成物,其中對於該可固化有機聚矽氧烷組成物在250℃之下加熱168小時之後的重量流失是小於8%。
  11. 一種包括如申請專利範圍第4項所述之可固化有機聚矽氧烷組成物的光學材料。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之光學材料,其中該光學材料包括少一選自於由發光二極體、光學半導體、黏著劑、光學塗佈材料、光學灌封劑、光學封裝膠、光學包覆層及光學膜所組成之群組。
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