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JP6100717B2 - 付加硬化型シリコーン組成物及び光学素子 - Google Patents

付加硬化型シリコーン組成物及び光学素子 Download PDF

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Description

本発明は、付加硬化型シリコーン組成物及び光学素子に関し、特に、ゴム的性質及び強度特性が良好であり、低屈折率を有し、かつ硬化後にタックのない製品信頼性に優れた硬化物を与える付加硬化型シリコーン組成物、及び該組成物の硬化物で封止された光学素子に関する。
付加硬化型シリコーン組成物は、アルケニル基等の脂肪族不飽和基を含有するオルガノポリシロキサンと珪素原子結合水素原子（ＳｉＨ基）を含有するオルガノポリシロキサン（オルガノハイドロジェンポリシロキサン）を含み、ヒドロシリル化反応によって硬化して硬化物を与える。このようにして得られる硬化物は、耐熱性、耐寒性、電気絶縁性に優れ、また透明であるため、各種の光学用途の封止材に用いられている。
光学用途に使用される付加硬化型シリコーン組成物、及び該組成物からなる光学素子用封止材は、高い透明性が要求され、これを達成するために高屈折率のものとして主骨格にジメチルシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体又はポリメチルフェニルシロキサンを有するオルガノポリシロキサンが一般に使用されてきた。
しかしながら、屈折率１．５４以上の硬化物を与えるとされる上記のオルガノポリシロキサンは合成が困難であった。また、分岐状とし、フェニル基を導入したオルガノポリシロキサンの硬化物は、屈折率を１．５３〜１．５４程度とすることができるが、得られる硬化物は硬い樹脂状で、弾性を有しないものであった。また、分岐状のオルガノポリシロキサンと直鎖状のオルガノポリシロキサンを組み合わせた組成物も提案されているが、透明性、屈折率、弾性等十分満足するものではなかった（特許文献１〜７）。
そこで、特許文献８では、高い透明性及び高屈折率を有し、強度特性が良好な硬化物を与える付加硬化型シリコーン組成物、及び該組成物からなる光学素子用封止材が提案されたが、この組成物も与える光学素子性能は十分満足するものではなく、特に２５℃における波長４００ｎｍの光透過率が悪いものであった。
特開２００５−３０７０１５号公報 特開２００４−１４３３６１号公報 特開２００４−１８６１６８号公報 特開２００４−２９２８０７号公報 特開２００４−３５９７５６号公報 特開２００５−０７６００３号公報 特開２００５−１０５２１７号公報 特開２０１０−１３２７９５号公報 特開２０１３−０１０８８１号公報
そこで、本発明者らは特許文献９において、フッ素を含有させることで低屈折率を有し、透明性が良好な硬化物を与える付加硬化型シリコーン組成物、及び該組成物からなる光学素子用封止材を提案した。しかし、そこに用いられるオルガノハイドロジェンポリシロキサンは相溶性の観点から比較的分子量の低いオリゴマーが好んで用いられ、この場合デバイスの製造工程においてオルガノハイドロジェンポリシロキサンが揮発してしまい、硬化後タックが残る等、高い信頼性を持つものではなかった。また用いるオルガノハイドロジェンポリシロキサンによってはそれ自体の屈折率が高くなり、低屈折率の付加型硬化物の透明性を著しく低下させてしまうという問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、低屈折率で、高い透明性を有し、光取出し効率にも優れ、かつゴム的性質及び強度特性が良好で、硬化後タックを有せず、特に２５℃における波長４００ｎｍの光透過率が良好な硬化物を与える付加硬化型シリコーン組成物を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明では、付加硬化型シリコーン組成物であって、
（Ａ）一分子中に、２個以上の珪素原子結合脂肪族不飽和基及び１個以上の珪素原子結合ＣＦ３−（ＣＦ２）ｙ−（ＣＨ２）ｚ−基を有する直鎖状であるオルガノポリシロキサン（ただし、ｙは０以上の整数、ｚは１以上の整数である）：１００質量部、
（Ｂ）一分子中に、２個以上の珪素原子結合脂肪族不飽和基及び１個以上の珪素原子結合ＣＦ３−（ＣＦ２）ｙ−（ＣＨ２）ｚ−基を有し、かつＳｉＯ４／２及びＲＳｉＯ３／２で示されるシロキサン単位のいずれか又は両方の分岐構造を有するオルガノポリシロキサン（ただし、ｙは０以上の整数、ｚは１以上の整数であり、Ｒは置換又は非置換の一価炭化水素基である）：１〜１００質量部、
（Ｃ）下記一般式（１）
Figure 0006100717
 （式中、Ｒ１は水素原子、又は置換もしくは非置換で同一もしくは異なってもよい炭素数１〜１０の１価の有機基であり、ｘは０以上の整数、ｗは１≦ｗ≦２、ｐは０＜ｐ≦３、ｑは０≦ｑ＜３、かつ２≦ｐ＋ｑ≦３を満たし、ｗ＋ｐ＋ｑ＝４を満たす数、ｎは１以上の整数、ただしＲ１のうち２つ以上は水素原子である）で表される有機珪素化合物：前記（Ａ）、前記（Ｂ）成分の合計脂肪族不飽和基と（Ｃ）成分のＳｉＨ基とのモル比が、０．２≦ＳｉＨ基／脂肪族不飽和基≦５．０となる量、及び
（Ｄ）白金族金属系触媒：有効量、
を含む付加硬化型シリコーン組成物を提供する。
このような本発明の付加硬化型シリコーン組成物は、低屈折率で、高い透明性を有し、光取出し効率にも優れ、かつゴム的性質及び強度特性が良好で、硬化後タックを有せず、特に２５℃における波長４００ｎｍの光透過率が良好な硬化物を与える付加硬化型シリコーン組成物となる。
またこのとき、前記付加硬化型シリコーン組成物は、硬化して２５℃における波長３００〜８００ｎｍの光透過率が、厚さ２ｍｍの層状態で８０％以上の硬化物を与えるものであることが好ましい。
このような光透過率を有するものであれば、光学用途に特に好適に用いることができる。
またこのとき、前記付加硬化型シリコーン組成物は、硬化して可視光（５８９ｎｍ）における屈折率（２５℃）が１．４０以下の硬化物を与えるものであることが好ましい。
このように、硬化物の屈折率が１．４０以下であれば、２５℃における波長４００ｎｍの光透過率をより優れたものとすることができると共に光取出し効率も優れたものとすることができる。
さらに、本発明では、上記の付加硬化型シリコーン組成物の硬化物で封止されたものである光学素子を提供する。
このような本発明の光学素子であれば、上記のような本発明の付加硬化型シリコーン組成物の硬化物で封止されることで特に信頼性に優れたものとなる。
以上説明したように、本発明の付加硬化型シリコーン組成物を硬化させて得られる硬化物は、高透明、低屈折率で光取出し効率にも優れ、かつゴム的性質、強度特性が良好であり、またデバイス製造工程において成分が揮発することがないため、硬化後タックを有しない。また、光学素子性能として所望される２５℃における波長４００ｎｍの光透過率に優れるため、特に、ＬＥＤ等の光学素子用封止材に好適に用いることができる。即ち、本発明の付加硬化型シリコーン組成物を光学素子用封止材として使用することで、光学素子からの発光は、高透明、低屈折率である硬化物表面によって全反射が抑えられることから、特にＬＥＤの輝度を向上させることができる。
また、このような本発明の付加硬化型シリコーン組成物の硬化物で封止された本発明の光学素子であれば、特に信頼性に優れたものとなる。
上述のように、従来低屈折率化された付加硬化型シリコーン樹脂組成物では、オルガノハイドロジェンポリシロキサンがデバイスの製造工程中に揮発してしまい硬化後タックが残る等、製品の信頼性に重大な欠陥が発生してしまうという問題点があった。また、用いられるオルガノハイドロジェンポリシロキサンによっては、相溶性が低下し、また高屈折率化してしまうという問題点があった。
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、フッ素置換炭化水素基を有し、かつＤ単位を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンを用いることで、光学性能に優れ信頼性の高い硬化物を与える組成物が得られることを見出した。
具体的には、珪素原子結合脂肪族不飽和基と珪素原子結合ＣＦ３−（ＣＦ２）ｙ−（ＣＨ２）ｚ−基を有するオルガノポリシロキサンとして直鎖状のものと分岐状のものを併用し、かつ下記一般式（１）
Figure 0006100717
 で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンを用いることで、付加硬化型シリコーン組成物の硬化物を低屈折率化させることが可能であり、２５℃における波長３００〜８００ｎｍの光透過率が向上すること、特に２５℃における波長４００ｎｍの光透過率が向上することを見出し、かつ高透明でゴム的性質、強度特性が良好な硬化物が得られ、また硬化時にオルガノハイドロジェンポリシロキサンが揮発しないため硬化後タックが残らないことを見出して本発明に到達した。
即ち、本発明は、付加硬化型シリコーン組成物であって、
（Ａ）一分子中に、２個以上の珪素原子結合脂肪族不飽和基及び１個以上の珪素原子結合ＣＦ３−（ＣＦ２）ｙ−（ＣＨ２）ｚ−基を有する直鎖状であるオルガノポリシロキサン（ただし、ｙは０以上の整数、ｚは１以上の整数である）：１００質量部、
（Ｂ）一分子中に、２個以上の珪素原子結合脂肪族不飽和基及び１個以上の珪素原子結合ＣＦ３−（ＣＦ２）ｙ−（ＣＨ２）ｚ−基を有し、かつＳｉＯ４／２及びＲＳｉＯ３／２で示されるシロキサン単位のいずれか又は両方の分岐構造を有するオルガノポリシロキサン（ただし、ｙは０以上の整数、ｚは１以上の整数であり、Ｒは置換又は非置換の一価炭化水素基である）：１〜１００質量部、
（Ｃ）下記一般式（１）
Figure 0006100717
 （式中、Ｒ１は水素原子、又は置換もしくは非置換で同一もしくは異なってもよい炭素数１〜１０の１価の有機基であり、ｘは０以上の整数、ｗは１≦ｗ≦２、ｐは０＜ｐ≦３、ｑは０≦ｑ＜３、かつ２≦ｐ＋ｑ≦３を満たし、ｗ＋ｐ＋ｑ＝４を満たす数、ｎは１以上の整数、ただしＲ１のうち２つ以上は水素原子である）で表される有機珪素化合物：前記（Ａ）、前記（Ｂ）成分の合計脂肪族不飽和基と（Ｃ）成分のＳｉＨ基とのモル比が、０．２≦ＳｉＨ基／脂肪族不飽和基≦５．０となる量、及び
（Ｄ）白金族金属系触媒：有効量、
を含む付加硬化型シリコーン組成物である。
以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
＜（Ａ）成分＞
（Ａ）成分は、一分子中に、２個以上の珪素原子結合脂肪族不飽和基及び１個以上の珪素原子結合ＣＦ３−（ＣＦ２）ｙ−（ＣＨ２）ｚ−基を有する直鎖状であるオルガノポリシロキサン（ただし、ｙは０以上の整数、ｚは１以上の整数である）であり、ベースポリマーである。
このような（Ａ）成分としては、例えば下記一般式（２）で表されるオルガノポリシロキサンが好ましい。
Figure 0006100717
 （式中、Ｒ１１は脂肪族不飽和基、Ｒ１２は同一でも異なっていてもよい脂肪族不飽和基以外の炭素数１〜８の置換又は非置換の一価炭化水素基、Ｒｆ１はＣＦ３−（ＣＦ２）ｙ−（ＣＨ２）ｚ−基（ｙ及びｚは上記と同様）であり、ａは１〜３の整数、ｅ、ｆ、ｇは、それぞれｅ≧０、ｆ≧１、ｇ≧０の整数である。）
上記一般式（２）において、Ｒ１１の脂肪族不飽和基としてはアルケニル基、アルキニル基が好ましく、ビニル基、アリル基、エチニル基等の炭素数２〜１０、特に２〜６のアルケニル基、アルキニル基が好ましく、特にビニル基が好ましい。
Ｒ１２の脂肪族不飽和基以外の炭素数１〜８の置換又は非置換の一価炭化水素としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基、シクロヘキシル基、シクロペンチル基等のシクロアルキル基、フェニル基、トリル基、キシリル基等のアリール基、ベンジル基、フェニルエチル基等のアラルキル基、クロロメチル基、クロロプロピル基、クロロシクロヘキシル基等のハロゲン化炭化水素基等が例示される。好ましくは、非置換の炭素数１〜６の一価炭化水素基であり、特に好ましいのはメチル基である。
Ｒｆ１はＣＦ３−（ＣＦ２）ｙ−（ＣＨ２）ｚ−（ｙ及びｚは上記と同様である）で定義され、ｙは好ましくは０≦ｙ≦９を満たす整数であり、ｚは好ましくは１≦ｚ≦１０を満たす整数である。Ｒｆ１は、複数ある場合（一般式（２）中のｆが２以上の場合）には、それぞれ同一の基であっても異なる基であってもよい。
本発明として合成面から特に好ましいのは、ＣＦ３−（ＣＨ２）２−、ＣＦ３−（ＣＦ２）３−（ＣＨ２）２−、ＣＦ３−（ＣＦ２）５−（ＣＨ２）２−基である。
また、上記一般式（２）において、ｅは０以上の整数であり、好ましくは０〜５０の整数である。ｆは１以上の整数であり、好ましくは２〜５，０００、より好ましくは５〜１，０００の整数である。ｇは０以上の整数であり、好ましくは０〜１０，０００、より好ましくは０〜５，０００の整数である。ｅ＋ｆ＋ｇは、好ましくは５〜１０，０００、より好ましくは１０〜３，０００、特に好ましくは２０〜５００である。また、ｆ／（ｅ＋ｆ＋ｇ）の値は好ましくは１／５０〜１／１、より好ましくは１／１０〜１／１、特に好ましくは１／５〜１／１の範囲であることが好適である。
（Ａ）成分のオルガノポリシロキサンは、２５℃における粘度が１００〜１０，０００，０００ｍＰａ・ｓ、特に２００〜５００，０００ｍＰａ・ｓの範囲にあるものが好適であり、これらのオルガノポリシロキサンは、１種単独でも２種以上の組み合わせでも使用することができる。なお、粘度は回転粘度計にて測定する粘度である。
（Ａ）成分のオルガノポリシロキサンは、公知の方法で製造することができる。例えば、下記一般式（ｉ）で表されるシクロトリシロキサンと下記一般式（ｉｉ）で表されるシクロトリシロキサンと下記一般式（ｉｉｉ）で表されるオルガノシロキサン、及び必要により下記一般式（ｉｖ）で表されるシクロトリシロキサンとを、アルカリ又は酸触媒存在下で共重合させることによって得ることができる。
Figure 0006100717
 （式中、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒｆ１、ａは上記と同様である。）
＜（Ｂ）成分＞
（Ｂ）成分は、一分子中に、２個以上の珪素原子結合脂肪族不飽和基及び１個以上の珪素原子結合ＣＦ３−（ＣＦ２）ｙ−（ＣＨ２）ｚ−基を有し、かつＳｉＯ４／２及びＲＳｉＯ３／２で示されるシロキサン単位のいずれか又は両方の分岐構造を有するオルガノポリシロキサン（ただし、ｙは０以上の整数、ｚは１以上の整数であり、Ｒは置換又は非置換の一価炭化水素基で、上記したＲ１１及びＲ１２が例示される）である。Ｒを有するシロキサン単位が複数ある場合には、Ｒはそれぞれ同一の基であっても異なる基であってもよい。
珪素原子結合脂肪族不飽和基としては、（Ａ）成分で記載したものと同様のものが例示される。
（Ｂ）成分のオルガノポリシロキサンは、分岐構造を有するものであり、ＳｉＯ４／２単位及び／又はＲＳｉＯ３／２単位からなる分岐構造を必須とするが、さらにメチルビニルシロキシ単位、ジメチルシロキシ単位等のＲ２ＳｉＯ２／２、ジメチルビニルシロキシ単位、トリメチルシロキシ単位等のＲ３ＳｉＯ１／２単位を含んでもよい（Ｒは上記と同様である）。
ＳｉＯ４／２単位及び／又はＲＳｉＯ３／２単位の含有量は、好ましくは（Ｂ）成分のオルガノポリシロキサン中の全シロキサン単位の５モル％以上、より好ましくは１０モル〜９５モル％、特に好ましくは２５〜８０モル％である。
またこのオルガノポリシロキサンは、単離の面から重量平均分子量が５００〜１００，０００の範囲であるものが好適である。
（Ｂ）成分の合成は、公知の方法で行うことができ、例えばそれぞれの単位源となる化合物を生成単位が所要の割合となるように組み合わせ、例えば酸の存在下で（共）加水分解を行うことによって容易に合成することができる。
この（Ｂ）成分の分岐構造を有するオルガノポリシロキサンを併用することで、得られる硬化物の硬度や機械的強度を優れたものとすることができる。
（Ｂ）成分の配合量は、（Ａ）成分１００質量部に対し１〜１００質量部であり、好ましくは２〜５０質量部である。（Ｂ）成分の配合量が１質量部未満であると硬化物の硬度や強度が不十分となり、１００質量部を超えると硬化物が脆くなり、封止性能が低下する。
＜（Ｃ）成分＞
（Ｃ）成分は、下記一般式（１）で表される有機珪素化合物であり、（Ａ）、（Ｂ）成分とヒドロシリル化反応する架橋剤として作用する。（Ｃ）成分は、硬化物の低屈折率化、及び（Ａ）、（Ｂ）成分との相溶性、透明性、架橋反応率の向上のためにフッ素変性されたＳｉＨ基含有有機珪素化合物（オルガノハイドロジェンポリシロキサン）であり、脂肪族不飽和基を有さないものであることが好ましい。さらにＤ単位を有することによって高分子量化され、光デバイスの製造時における高温下においても揮発することなく、製品の信頼性をより向上させることが可能となる。また、（Ｃ）成分は分岐構造のものが好ましい。なお、（Ｃ）成分は、１種単独で用いても２種以上を併用してもよい。
Figure 0006100717
 （式中、Ｒ１は水素原子、又は置換もしくは非置換で同一もしくは異なってもよい炭素数１〜１０の１価の有機基であり、ｘは０以上の整数、ｗは１≦ｗ≦２、ｐは０＜ｐ≦３、ｑは０≦ｑ＜３、かつ２≦ｐ＋ｑ≦３を満たし、ｗ＋ｐ＋ｑ＝４を満たす数、ｎは１以上の整数、ただしＲ１のうち２つ以上は水素原子である。）
上記一般式（１）中、Ｒ１は、水素原子、又は置換もしくは非置換で同一もしくは異なってもよい炭素数１〜１０、好ましくは１〜８の１価の有機基である。
ただし、Ｒ１のうち２つ以上は水素原子であり、この珪素原子結合水素原子（ＳｉＨ基）が（Ａ）、（Ｂ）成分の珪素原子結合脂肪族不飽和基とヒドロシリル化反応して組成物が硬化する。
上記有機基は炭化水素基であることが好ましく、炭化水素基の例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、１−エチルペンチル基、オクチル基、２−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基等の炭素数１〜１０、好ましくは１〜８、より好ましくは１〜６のアルキル基；シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基等の炭素数３〜１０、好ましくは４〜７、より好ましくは５〜６のシクロアルキル基；フェニル基、トリル基、キシリル基、トリメチルフェニル基、ナフチル基等の炭素数６〜１０、好ましくは６〜９、より好ましくは６〜８のアリール基；ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基、フェニルブチル基等の炭素数７〜１０、好ましくは７〜９、より好ましくは７〜８のアラルキル基；又はこれらの炭化水素基の炭素原子に結合した水素原子の一部もしくは全部をハロゲン原子（例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子）、シアノ基、エポキシ基含有基（例えば、エポキシ基、グリシジル基、グリシドキシ基）、アルコキシ基（例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基）等で置換した基、例えば、クロロメチル基、ブロモエチル基、３，３，３−トリフルオロプロピル基、３，３，４，４，５，５，６，６，７，７，８，８，８−トリデカフルオロオクチル基、２−（ノナフルオロブチル）エチル基、ｐ−クロロフェニル基などが挙げられる。
これらの中でも、本発明の有機珪素化合物の合成のし易さ、及び（Ａ）、（Ｂ）成分との相溶性の観点より、メチル基、エチル基、プロピル基、３，３，３−トリフルオロプロピル基、２−（ノナフルオロブチル）エチル基、３，３，４，４，５，５，６，６，７，７，８，８，８−トリデカフルオロオクチル基が好ましく、特にメチル基、エチル基、３，３，３−トリフルオロプロピル基が好ましい。
また、炭化水素基が置換基としてエポキシ基含有基及び／又はアルコキシ基を有する場合、本発明の付加硬化型シリコーン組成物の硬化物に接着性を付与することができる。
また、上記一般式（１）中、ｘは０以上の整数であり、０〜９の整数であることが好ましい。
ｗは１≦ｗ≦２、ｐは０＜ｐ≦３、ｑは０≦ｑ＜３、かつ２≦ｐ＋ｑ≦３を満たし、ｗ＋ｐ＋ｑ＝４を満たす数であり、ｗ＝１、ｐ＋ｑ＝３の分岐構造であることが好ましい。
ｎは１以上の整数であり、１又は２が好ましい。
上記一般式（１）で表される有機珪素化合物の具体例としては、下記の化合物が挙げられるが、これらに限定されない。
Figure 0006100717
（Ｃ）成分の合成は、公知の方法で行うことができ、例えばそれぞれの単位源となる化合物を生成単位が所要の割合となるように組み合わせ、例えば酸の存在下で（共）加水分解を行うことによって容易に合成することができる。
また、得られた有機珪素化合物は、水洗、蒸留、濃縮等の公知の方法により精製することができる。
（Ｃ）成分の配合量は、（Ａ）、（Ｂ）成分中の脂肪族不飽和基に対する（Ｃ）成分中のＳｉＨ基のモル比が０．２≦ＳｉＨ基／脂肪族不飽和基≦５．０、好ましくは０．５≦ＳｉＨ基／脂肪族不飽和基≦２．０となる量である。ＳｉＨ基／脂肪族不飽和基の値が０．２未満又は５．０を超える場合、組成物の硬化性が悪化する。
＜（Ｄ）成分＞
（Ｄ）成分は、（Ａ）、（Ｂ）成分と（Ｃ）成分とのヒドロシリル化付加反応を促進する、白金族金属系触媒である。
（Ｄ）成分の白金族金属系触媒としては、（Ａ）、（Ｂ）成分中の珪素原子結合脂肪族不飽和基と（Ｃ）成分中のＳｉＨ基とのヒドロシリル化付加反応を促進するものであれば、いかなる触媒を使用してもよい。（Ｄ）成分は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
（Ｄ）成分としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等の白金族金属や、塩化白金酸、アルコール変性塩化白金酸、塩化白金酸とオレフィン類、ビニルシロキサン又はアセチレン化合物との配位化合物、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム、クロロトリス（トリフェニルホスフィン）ロジウム等の白金族金属化合物が挙げられるが、特に好ましくは白金化合物である。
（Ｄ）成分の配合量は、ヒドロシリル化触媒としての有効量でよく、好ましくは（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）成分の合計質量に対して白金族金属元素の質量換算で０．１〜１，０００ｐｐｍの範囲であり、より好ましくは１〜５００ｐｐｍの範囲である。
＜その他の成分＞
本発明の付加硬化型シリコーン組成物には、上述の（Ａ）〜（Ｄ）成分以外にも、その他の任意の成分を配合することができる。その具体例としては、以下のものが挙げられる。なお、これらのその他の成分は、各々、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
≪（Ａ）、（Ｂ）成分以外の脂肪族不飽和基含有化合物≫
本発明の付加硬化型シリコーン組成物には、（Ａ）、（Ｂ）成分以外にも、（Ｃ）成分と付加反応する脂肪族不飽和基含有化合物を配合してもよい。（Ａ）、（Ｂ）成分以外のこのような脂肪族不飽和基含有化合物としては、硬化物の形成に関与するものが好ましく、それ故、一分子あたり２個以上の脂肪族不飽和基を有することが好ましい。（Ａ）、（Ｂ）成分以外のこのようなオルガノポリシロキサンの分子構造としては、例えば環状構造が挙げられる。
（Ａ）、（Ｂ）成分以外の脂肪族不飽和基含有化合物の具体例としては、ブタジエン、多官能性アルコールから誘導されたジアクリレート等のモノマー；ポリエチレン、ポリプロピレン又はスチレンと他のエチレン性不飽和化合物（例えば、アクリロニトリル又はブタジエン）とのコポリマー等のポリオレフィン；アクリル酸、メタクリル酸、又はマレイン酸のエステル等の官能性置換有機化合物から誘導されたオリゴマー又はポリマーが挙げられる。（Ａ）、（Ｂ）成分以外の脂肪族不飽和基含有化合物は室温で液体であっても固体であってもよい。
≪付加反応制御剤≫
本発明の付加硬化型シリコーン組成物には、ポットライフを確保するために付加反応制御剤を配合してもよい。付加反応制御剤は、上記（Ｄ）成分のヒドロシリル化触媒に対して硬化抑制効果を有する化合物であれば特に限定されず、公知のものを用いることができる。その具体例としては、トリフェニルホスフィン等のリン含有化合物；トリブチルアミン、テトラメチルエチレンジアミン、ベンゾトリアゾール等の窒素含有化合物；硫黄含有化合物；アセチレンアルコール類（例えば、１−エチニルシクロヘキサノール、３，５−ジメチル−１−ヘキシン−３−オール）等のアセチレン系化合物；アルケニル基を２個以上含む化合物；ハイドロパーオキシ化合物；マレイン酸誘導体等が挙げられる。
付加反応制御剤による硬化抑制効果の度合は、その付加反応制御剤の化学構造によって異なる。よって、使用する付加反応制御剤の各々について、その添加量を最適な量に調整することが好ましい。最適な量の付加反応制御剤を添加することにより、組成物は室温での長期貯蔵安定性及び加熱硬化性に優れたものとなる。
≪その他の任意成分≫
本発明の付加硬化型シリコーン組成物には、硬化物の着色、白濁、酸化劣化等の発生を抑えるために、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノール等の公知の酸化防止剤を配合してもよい。また、光劣化に対する抵抗性を付与するために、ヒンダードアミン系安定剤等の光安定剤を配合してもよい。さらに、必要に応じて、強度を向上させるためにヒュームドシリカ等の無機質充填剤を配合してもよいし、染料、顔料、難燃剤等を配合してもよい。
［硬化物］
本発明の付加硬化型シリコーン組成物は、公知の硬化方法により公知の硬化条件下で硬化させることができる。具体的には、通常、室温〜２００℃、好ましくは８０〜１６０℃で加熱することにより、組成物を硬化させることができる。加熱時間は、０．５分〜５時間程度、特に１分〜３時間程度でよいが、ＬＥＤ封止用等精度が要求される場合は、硬化時間を長めにすることが好ましい。得られる硬化物の形態は特に制限されず、例えば、ゲル硬化物、エラストマー硬化物及び樹脂硬化物のいずれであってもよい。
なお、本発明の付加硬化型シリコーン組成物の硬化物は、光学素子封止用に用いる場合は、無色透明かつ低屈折率（通常、１．４１程度以下）であることが好ましく、２５℃における波長３００〜８００ｎｍの光透過率が、厚さ２ｍｍの層状態で８０％以上であることが好ましい。
また、本来所望されるＬＥＤ等の光学素子性能、特に２５℃における波長４００ｎｍの光透過率を向上させるためには、硬化物の可視光（５８９ｎｍ）における屈折率（２５℃）が１．４０以下であることが好ましく、１．３０〜１．３９であることが特に好ましい。
これらの特性を満たすようにするには、光透過性等を低下させるような任意成分の添加を極力排除することが好ましい。
また、本発明の付加硬化型シリコーン組成物の硬化物は、封止材として用いるのに適したゴム的性質及び強度特性を有するものであることが好ましく、具体的には、ＪＩＳ−Ｋ６２４９による硬度（Ｔｙｐｅ Ａ）が２０〜９０、切断時伸びが１０〜１００％、引っ張り強さが０．１〜５．０ＭＰａのものであることが好ましい。
以上説明したように、本発明の付加硬化型シリコーン組成物を硬化させて得られる硬化物は、エラストマー状、ゲル状、あるいは柔軟なゴム状から弾性を有する樹脂状まで得られる。また、高透明、低屈折率で光取出し効率にも優れ、かつゴム的性質、強度特性が良好であり、デバイス製造工程において成分が揮発することがないため、硬化後タックを有しない。また、本発明の付加硬化型シリコーン組成物を硬化して得られる硬化物は、通常の付加硬化型シリコーン組成物の硬化物と同様に耐熱性、耐寒性、電気絶縁性にも優れる。
また、光学素子性能として所望される２５℃における波長４００ｎｍの光透過率に優れるため、光学用途、中でもＬＥＤ等の光学素子用封止材に好適に用いることができる。即ち、本発明の付加硬化型シリコーン組成物を光学素子用封止材として使用することで、光学素子からの発光は、高透明、低屈折率である硬化物表面によって全反射が抑えられることから、特にＬＥＤの輝度を向上させることができる。
［光学素子］
また本発明では、例えば、ＬＥＤ、半導体レーザー、フォトダイオード、フォトトランジスタ、太陽電池、ＣＣＤ等に、本発明の付加硬化型シリコーン組成物を塗布し、塗布した組成物を公知の硬化方法により公知の硬化条件下で、具体的には上記した通りに硬化させることによって封止された光学素子を提供する。
このような本発明の光学素子であれば、上述のような本発明の付加硬化型シリコーン組成物の硬化物で封止されることで特に信頼性に優れたものとなる。
以下、実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
なお、下記の例で、粘度は回転粘度計を用いて２３℃で測定した値である。
屈折率はＡＴＡＧＯ製デジタル屈折計ＲＸ−５０００を用いて５８９ｎｍの屈折率を２５℃で測定し、硬度、切断時伸び、引張り強さはＪＩＳ−Ｋ６２４９に準じて２号ダンベルにて測定した。
光透過率は、組成物を厚さ２ｍｍのシート状に成形、硬化させたものについて、波長４００ｎｍの光に対する透過率を２５℃において分光光度計により測定した。
また、下記の例において、平均組成式中の記号はそれぞれ以下の単位を示す。
さらに、各直鎖状又は分岐構造を有するオルガノポリシロキサン、オルガノハイドロジェンポリシロキサンのモル数は、各成分中に含有されるビニル基又はＳｉＨ基の平均モル数を示すものである。
Figure 0006100717
［合成例１］
撹拌装置、冷却管、滴下ロート、及び温度計を備えた５００ｍｌの４つ口フラスコに、３，３，３−トリフルオロプロピル−トリメトキシシラン７１．９ｇ（０．３３ｍｏｌ）、１，３，５−トリス［（３，３，３−トリフルオロプロピル）メチル］シクロトリシロキサン２５．５ｇ（０．０５ｍｏｌ）、及びテトラメチルジヒドロジシロキサン６７．０ｇ（０．５ｍｏｌ）を入れ、５〜１５℃まで冷却した。
これに硫酸８．２ｇ（０．０８ｍｏｌ）を加えよく混合した後、イオン交換水１８．７ｇ（１．０５ｍｏｌ）を滴下した。滴下終了後、室温条件下において８時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を１５分間静置して、上清を除去した。さらに水を３００ｍｌ加え１５分間撹拌し、１５分間静置した後に上清を除去する操作を３回繰り返すことにより生成物に残存する酸を取り除いた。この溶液に芒硝を３ｇ（０．０２ｍｏｌ）加えてろ過を行い、混入していた水を取り除いた。
１００℃／８ｍｍＨｇ条件下で１時間濃縮を行ってからＡＤＶＡＮＴＥＣ社製ＮＡ−５００で濾過することで、平均組成式：ＴＦ１ＤＦ１ＭＨ ３で表される目的のオルガノハイドロジェンポリシロキサン６７．４ｇを得た（単収率：４１％）。以下にその構造を示す。
Figure 0006100717
 上記化合物は、水素ガス発生量１３６ｍｌ／ｇ（理論量：１３３ｍｌ／ｇ）により同定した。
［合成例２］
撹拌装置、冷却管、滴下ロート、及び温度計を備えた５００ｍｌの４つ口フラスコに、（３，３，４，４，５，５，６，６，７，７，８，８，８−トリデカフルオロオクチル）トリクロロシラン２４０．８ｇ（０．５ｍｏｌ）、１，３，５−トリス［（３，３，３−トリフルオロプロピル）メチル］シクロトリシロキサン３３．８ｇ（０．０８ｍｏｌ）、及びテトラメチルジヒドロジシロキサン１１０．６ｇ（０．８２５ｍｏｌ）を入れ、５〜１５℃まで冷却した。
これに硫酸１８．９ｇ（０．１９ｍｏｌ）を加えよく混合した後、イオン交換水２９．７ｇ（１．６５ｍｏｌ）を滴下した。滴下終了後、室温条件下において８時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を１５分間静置して、上清を除去した。さらに水を３００ｍｌ加え１５分間撹拌し、１５分間静置した後に上清を除去する操作を繰り返すことにより生成物に残存する酸を取り除いた。この溶液に芒硝３ｇ（０．０２ｍｏｌ）を加えてろ過を行い、混入していた水を取り除いた。
１３０℃／８ｍｍＨｇ条件下で１時間濃縮を行ってからＮＡ−５００で濾過することで、平均組成式：ＴＦ１３ＤＦ１ １．５ＭＨ ３で表される目的のオルガノハイドロジェンポリシロキサン８０．１ｇを得た（単収率：２０．８％）。以下にその構造を示す。
Figure 0006100717
 上記化合物は、水素ガス発生量８３．７ｍｌ／ｇ（理論量：８４．８ｍｌ／ｇ）により同定した。
［合成例３］
撹拌装置、冷却管、滴下ロート、及び温度計を備えた５００ｍｌの４つ口フラスコに、３，３，４，４，５，５，６，６，７，７，８，８，８−トリデカフルオロオクチル−トリス（ジメチルシロキシ）シラン１２０．０ｇ（０．２ｍｏｌ）を入れ、５〜１５℃まで冷却した。これにトリフルオロメタンスルホン酸０．１６ｇ（０．００１１ｍｏｌ）を入れ、テトラメチルシクロテトラシロキサン３６．０ｇ（０．１５ｍｏｌ）を滴下した。滴下終了後、室温条件下において８時間撹拌した。撹拌終了後、キョーワード５００ＳＨ（協和化学工業製）０．９６ｇを入れ、室温条件下において２時間撹拌し、ＮＡ−５００で濾過することで酸を取り除いた。
１２０℃／８ｍｍＨｇ条件下で１時間濃縮を行ってからＮＡ−５００で濾過することで、平均組成式：ＴＦ１３ＤＨＭＨ ３で表される目的のオルガノハイドロジェンポリシロキサン１１３．０ｇを得た（単収率：７２．４％）。以下にその構造を示す。
Figure 0006100717
 上記化合物は、水素ガス発生量１３０ｍｌ／ｇ（理論量：１３６ｍｌ／ｇ）により同定した。
［合成例４］
撹拌装置、蛇管冷却器、滴下ロート、及び温度計を備えた５００ｍｌの四つ口フラスコに、１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン６６．３ｇ（０．５０ｍｏｌ）、濃塩酸１３．４ｇ、水９．８ｇを入れ、撹拌しながら水浴を用いて１０〜１５℃となるように調整した。温度調整後、３，３，３−トリフルオロプロピルトリメトキシシランを６４．９ｇ（０．３０ｍｏｌ）、１５℃以下になるように調整しながら滴下した。滴下終了後、１０〜１５℃で１時間撹拌を行った後、廃酸分離を行い中和するまで水洗を繰り返し、減圧蒸留（主留分：５８−６３℃／８ｍｍＨｇ）を行うことで、目的の３，３，３−トリフルオロプロピル−トリス（ジメチルシロキシ）シラン８２．９ｇを得た（単収率：７９％）。
上記化合物は、水素ガス発生量２００ｍｌ／ｇ（理論量：１９２ｍｌ／ｇ）により同定した。
［実施例１］
（Ａ）平均組成式：ＭＶｉ ２ＤＦ１ ２７．３で表される直鎖状オルガノポリシロキサン７５．０ｇ（０．０１７ｍｏｌ）、（Ｂ）平均組成式：ＤＶｉ １．５ＤＦ９ ０．５ＴＦ１ ８で表される分岐構造のオルガノポリシロキサン２５．０ｇ（０．０１７ｍｏｌ）、（Ｃ）合成例１で合成した平均組成式：ＴＦ１ＤＦ１ＭＨ ３で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン１５．５ｇ（０．０３ｍｏｌ）の混合物を、（Ｄ）触媒０．１５ｇと混合してシリコーン組成物を得た。この組成物を１５０℃で２時間加熱して硬化させ、得られたエラストマーの物性を測定した。各測定結果を表１に示す。
［実施例２］
（Ａ）平均組成式：ＭＶｉ ２ＤＦ１３ ４ＤＦ１ １２で表される直鎖状オルガノポリシロキサン５０．０ｇ（０．０１６ｍｏｌ）、（Ｂ）平均組成式：ＤＶｉ ２Ｔ９ＴＦ１３ ６で表される分岐構造のオルガノポリシロキサン５０．０ｇ（０．０１４ｍｏｌ）、（Ｃ）合成例２で合成した平均組成式：ＴＦ１３ＤＦ１ １．５ＭＨ ３で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン１５．８ｇ（０．０１９ｍｏｌ）の混合物を、（Ｄ）触媒０．１５ｇと混合してシリコーン組成物を得た。この組成物を１５０℃で２時間加熱して硬化させ、得られたエラストマーの物性を測定した。各測定結果を表１に示す。
［実施例３］
実施例２において、（Ｃ）成分を合成例３で合成した平均組成式：ＴＦ１３ＤＨＭＨ ３で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン１０．１ｇ（０．０１５ｍｏｌ）とする以外は実施例２と同様に操作を行い、シリコーン組成物を得た。この組成物を１５０℃で２時間加熱して硬化させ、得られたエラストマーの物性を測定した。各測定結果を表１に示す。
［比較例１］
実施例１において、（Ｃ）成分の代わりに下記式（ｖ）で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン９．６３ｇ（０．０２７ｍｏｌ）を用いる以外は実施例１と同様に操作を行い、シリコーン組成物を得た。この組成物を１５０℃で２時間加熱して硬化させ、得られたエラストマーの物性を測定した。各測定結果を表１に示す。
Figure 0006100717
［比較例２］
実施例１において、（Ｃ）成分の代わりに酸平衡で調製した平均組成式：Ｍ２ＤＨ ４ＤＦ１ ６で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン２５．９ｇ（０．０１９ｍｏｌ）を用いる以外は実施例１と同様に操作を行い、シリコーン組成物を得た。この組成物を１５０℃で２時間加熱して硬化させ、得られたエラストマーの物性を測定した。各測定結果を表１に示す。
［比較例３］
実施例１において、（Ａ）成分の代わりに平均組成式：ＭＶｉ ２Ｄ１４６で表される直鎖状オルガノポリシロキサン１００．０ｇ（０．０１９ｍｏｌ）を用い、（Ｂ）成分は用いず、付加反応制御剤としてエチニルシクロヘキサノール０．０７５ｇを用いる以外は実施例１と同様に操作を行い、シリコーン組成物を得た。この組成物を１５０℃で２時間加熱して硬化させ、得られたエラストマーの物性を測定した。各測定結果を表１に示す。
［比較例４］
実施例１において、（Ｃ）成分の代わりに合成例４で合成した３，３，３−トリフルオロプロピル−トリス（ジメチルシロキシ）シラン９．５ｇ（０．０２７ｍｏｌ）を用いる以外は実施例１と同様に操作を行い、シリコーン組成物を得た。この組成物を１５０℃で２時間加熱して硬化させ、得られたエラストマーの物性を測定した。各測定結果を表１に示す。
Figure 0006100717
表１に示されるように、本発明の（Ｃ）成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンを使用した実施例１、２、３は、（Ｃ）成分と（Ａ）、（Ｂ）成分との相溶性が良好で、得られる硬化物の透明性及び光透過率が高かった。加えて、硬化物の硬さや、切断時伸び、引っ張り強さが強く、エラストマーとしての強度特性が良好であった。さらに、実施例１、２、３は硬化中において成分が揮発することがなく、硬化後の表面タックがないことから、製品信頼性に優れていることがわかる。
一方、比較例１ではオルガノハイドロジェンポリシロキサンにフッ素を含まないため（Ａ）、（Ｂ）成分との相溶性が悪く、得られる硬化物の屈折率が高くなり、光透過率も実施例に劣っていた。比較例２ではオルガノハイドロジェンポリシロキサンにフッ素を含むため相溶性は高いものの、ケイ素原子にフッ素置換炭化水素基とシロキサン鎖のみが結合する構造を有さないため組成物の機械特性が優れるものではなかった。比較例３では直鎖状オルガノポリシロキサンにフッ素を含まず、また分岐状オルガノポリシロキサンを含まないため（Ｃ）成分との相溶性が悪く、光透過率や機械特性が大幅に低下した。比較例４ではオルガノハイドロジェンポリシロキサンにＤ単位を含まないため、硬化中においてオルガノハイドロジェンポリシロキサンが揮発してしまい、硬化後の表面タックが発生した。このことから、製品信頼性が低いことが示されている。
以上のことから、本発明の付加硬化型シリコーン組成物であれば、低屈折率で、高い透明性を有し、光取出し効率にも優れ、かつゴム的性質及び強度特性が良好で、硬化後タックを有せず、特に２５℃における波長４００ｎｍの光透過率が良好な硬化物を与える付加硬化型シリコーン組成物となることが明らかとなった。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (4)

  1. 付加硬化型シリコーン組成物であって、
    （Ａ）一分子中に、２個以上の珪素原子結合脂肪族不飽和基及び１個以上の珪素原子結合ＣＦ３−（ＣＦ２）ｙ−（ＣＨ２）ｚ−基を有する直鎖状であるオルガノポリシロキサン（ただし、ｙは０以上の整数、ｚは１以上の整数である）：１００質量部、
    （Ｂ）一分子中に、２個以上の珪素原子結合脂肪族不飽和基及び１個以上の珪素原子結合ＣＦ３−（ＣＦ２）ｙ−（ＣＨ２）ｚ−基を有し、かつＳｉＯ４／２及びＲＳｉＯ３／２で示されるシロキサン単位のいずれか又は両方の分岐構造を有するオルガノポリシロキサン（ただし、ｙは０以上の整数、ｚは１以上の整数であり、Ｒは置換又は非置換の一価炭化水素基である）：１〜１００質量部、
    （Ｃ）下記一般式（１）
    Figure 0006100717
     （式中、Ｒ１は水素原子、又は置換もしくは非置換で同一もしくは異なってもよい炭素数１〜１０の１価の炭化水素基であり、ｘは０以上の整数、ｗは１≦ｗ≦２、ｐは０＜ｐ≦３、ｑは０≦ｑ＜３、かつ２≦ｐ＋ｑ≦３を満たし、ｗ＋ｐ＋ｑ＝４を満たす数、ｎは１以上の整数、ただしＲ１のうち２つ以上は水素原子である）で表される有機珪素化合物：前記（Ａ）、前記（Ｂ）成分の合計脂肪族不飽和基と（Ｃ）成分のＳｉＨ基とのモル比が、０．２≦ＳｉＨ基／脂肪族不飽和基≦５．０となる量、及び
    （Ｄ）白金族金属系触媒：有効量、
    を含むものであることを特徴とする付加硬化型シリコーン組成物。
  2. 前記付加硬化型シリコーン組成物は、硬化して２５℃における波長３００〜８００ｎｍの光透過率が、厚さ２ｍｍの層状態で８０％以上の硬化物を与えるものであることを特徴とする請求項１に記載の付加硬化型シリコーン組成物。
  3. 前記付加硬化型シリコーン組成物は、硬化して可視光（５８９ｎｍ）における屈折率（２５℃）が１．４０以下の硬化物を与えるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の付加硬化型シリコーン組成物。
  4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の付加硬化型シリコーン組成物の硬化物で封止されたものであることを特徴とする光学素子。
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