説明

シリコーン樹脂

低熱膨張係数、高ガラス転移温度、および高弾性率の樹脂へと硬化可能なシリコーン樹脂が、実験式:
(RSiO1/2(RSiO2/2(RSiO3/2(SiO4/2
を持ち、式中:
各Rが、炭化水素もしくは置換炭化水素基または水素原子;
a=0.02〜0.8;
b=0〜0.4;および
c+d=0.2〜0.98
ここで、a+b+c+d=1.0
であり、該樹脂中のこれらシロキサン単位の少なくとも2モル%が、式R’SiO1/2、RR’SiO1/2、またはR’SiO2/2であり、式中、各R’がアルケニル基であることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、付加重合および/またはヒドロシリル化により硬化可能なシリコーン樹脂、この硬化可能な樹脂の調製方法、並びに、該樹脂を硬化させるプロセスおよびこれにより生産された硬化樹脂にも関する。
【背景技術】
【0002】
良好な寸法安定性(低熱膨張係数(CTE)、高ガラス転移温度Tg、および高弾性率)を有し、広範な温度に亘って耐湿耐熱性を有する樹脂に対しての必要性が、益々増加している。特に、硬化可能な状態において適用され得、厚い区間において硬化され得、これ故に、例えば、マイクロエレクトロニクス装置パッケージ用下層充填剤(underfill)として、複合体におけるマトリックス樹脂として、ウェーハレベルやソーラーパネルコーティングのようなコーティングにおいても、フラットパネルディスプレー用平面化層において、および光学装置において、繊細な基板を包むに適している樹脂に対しての必要性がある。
【0003】
シリコーン樹脂は優れた耐熱性を持ち、湿気撥水性であるが、殆どの有機ポリマーおよび樹脂に関しての50〜120ppm/℃に比べて、典型的には110〜350ppm/℃の範囲中のCTEを持つ。本発明は、その硬化状態において抑制されたCTEを持つシリコーン樹脂を生産することを探求し、それらが、上にリストアップされた使用により適するものであるようにする。
【0004】
米国特許第6,124,407A号明細書は:
(A)1分子につき平均少なくとも2つのシリコン結合アルケニル基を含有するポリジ有機シロキサン100重量部;
(B)平均2.5〜7.5モル%のアルケニル基を含有する有機ポリシロキサン樹脂75〜150重量部;
(C)成分(A)および(B)合計のアルケニル基につき1〜3のシリコン結合水素原子を提供する量の、1分子につき平均少なくとも3つのシリコン結合水素原子を持つ有機水素ポリシロキサン;
(D)基板へのこの組成物の接着に効果を与える量の、接着促進剤;ならびに
(E)この組成物を硬化させる量の、ヒドロシリル化触媒
を含むシリコーン組成物を記載するものである。該組成物は、チップ規模でのパッケージにおけるパッケージ剤として有用である。
【0005】
例えばジメチルビニルシリル単位として存在する少なくとも2つのアルケニル基を含有するシロキサン樹脂が、米国特許第5,777,047A号明細書および米国特許第5,468,828A号明細書中記載されている。これらのシロキサン樹脂は、硬質熱硬化樹脂を形成させるよりもむしろ、ポリジ有機シランをエラストマーへと硬化させる、より少ない量において使用される。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の1態様によれば、硬化可能なシリコーン樹脂は、実験式:
(RSiO1/2(RSiO2/2(RSiO3/2(SiO4/2
を持ち、式中:
各Rが、炭化水素もしくは置換炭化水素基または水素原子;
a=0.02〜0.8;
b=0〜0.4;および
c+d=0.2〜0.98
ここで、a+b+c+d=1.0
であり、該樹脂中のこれらシロキサン単位の少なくとも2モル%が、式R’SiO1/2、RR’SiO1/2、またはR’SiO2/2であり、式中、各R’がアルケニル基であることを特徴とする。
【0007】
本発明はまた、低熱膨張係数を持つ耐熱硬化シリコーン樹脂の調製方法をも包含し、これは、前記した硬化可能なシリコーン樹脂が、該アルケニル基R’と反応性の少なくとも1つの官能基を持つ硬化剤と反応させられることを特徴とする。R’SiO1/2、RR’SiO1/2、またはR’SiO2/2シロキサン単位由来の分岐を含有する該硬化樹脂は、高い割合のSiO4/2単位を持つ樹脂に比べて、低CTE、高Tg、高弾性率、高い熱安定性、および増大した機械強度を持つ。
【0008】
これらのシロキサン単位R’SiO1/2、RR’SiO1/2、またはR’SiO2/2中の基R’は一般的に、2〜8炭素原子を持つアルケニル基であり、好ましくはビニル基であるが、アリルまたはヘキセニル基がこれに代わり得る。好ましくは少なくとも10モル%、より好ましくは少なくとも15モル%の、この硬化可能なシリコーン樹脂のシロキサン単位が、R’SiO1/2、RR’SiO1/2、またはR’SiO2/2であり、最も好ましくは、ViSiO1/2基のようなR’SiO1/2基であり、式中Viはビニルを表す。
【0009】
シロキサン単位RR’SiO1/2中の基Rは、最も好ましくはメチル基であるが、4炭素原子までを持つ他のアルキル基、例えばエチル基,またはアリール基、特にフェニル、であり得る。該シロキサン単位RR’SiO1/2は例えば、ジビニルメチルシロキシまたはジビニルフェニルシロキシ単位であり得る。
【0010】
式RSiO3/2のシロキサン単位(T単位)中の基Rは、炭化水素基、置換炭化水素基、および水素原子(Si−H基)から選択される。炭化水素基の例はアルキル基であり、好ましくは4炭素原子までを持つものであり、最も好ましくはメチル基であり、またはアリール基、特にフェニルである。置換炭化水素基の例は、ハロアルキル、アルコキシアルキル、およびクロロフェニル基である。これらT単位中の基Rは、同一または異なるものであり得る。好ましくは、該樹脂の少なくとも80モル%のシロキサン単位が、R’SiO1/2、RSiO3/2、およびSiO4/2単位から選択される。もしいずれかが存在すれば、同様の基Rは該RSiO2/2単位(D単位)中存在し得るが、該樹脂は好ましくは、40モル%以下、より好ましくは20モル%未満のD単位を含有する。該樹脂は任意に、R’RSiO1/2またはRSiO1/2単位を含有してもよく、式中、各Rはアルケニル以外であるが、安定性および安全性の理由により、2つ以下の水素原子、最も好ましくは1つ以下の水素原子が、各Si原子へと結合されているのが好ましい。
【0011】
本発明の好ましい1実施形態では、該樹脂の少なくとも5モル%、最も好ましくは少なくとも20%のこれらのシロキサン単位が式ArSiO3/2であり、式中、Arは、50モル%までのアリール基または70モル%さえものArSiO3/2単位を表す。式ArSiO3/2のシロキサンT単位中のアリール基Arは好ましくはフェニル基であるが、ナフチルまたはトリル基が代わり得る。これらのアリール基は、該硬化シリコーン樹脂の熱安定性を促進することがある。
【0012】
硬化可能なシリコーン樹脂の調製のための本発明による1方法では、式R’SiCl、RR’SiCl、またはR’SiClの少なくとも1つのクロロシランが、式RSiClもしくはSiClの少なくとも1つのクロロシランおよび/または式RSi(OY)もしくはSi(OY)のアルコキシシラン、ならびに任意に、式RSiClのクロロシランと反応させられる。例えば、式R’SiClまたはRR’SiClの少なくとも1つのクロロシランが、水および双極性非プロトン性溶媒の存在下、式RSiClもしくはSiClの少なくとも1つのクロロシランと反応され得、該双極性非プロトン性溶媒は少なくとも部分的に水混和性であり、例えば、テトラヒドロフラン(THF)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、メチルエチルケトン、またはメチルイソアミルケトンのような4〜7炭素原子を含有するジオキサンまたはケトンである。
【0013】
本発明による硬化可能なシリコーン樹脂は代わりに、式R’SiOY、RR’SiOY、またはR’Si(OY)のアルコキシシランを含む混合物の、式RSi(OY)および/またはSi(OY)のアルコキシシランとの、水、無機酸もしくは塩基のような加水分解触媒、および好ましくは、反応生成物のためのケトンもしくは芳香族炭化水素のような有機溶媒存在下での反応により調製され得、式中、Yが、1〜6炭素原子を持つアルキル基、好ましくはメチルまたはエチルである。更に代わりの方法では、式SiO4/2のシロキサン単位を含有する本発明による硬化可能なシリコーン樹脂が、アルキルシリケート(テトラアルコキシシラン)を、少なくとも5重量%濃度の塩酸と、式(R’Si)Oもしくは(RR’Si)Oのジシロキサンまたは式R’SiClもしくはRR’SiClのクロロシランまたは式R’SiOYもしくはRR’SiOYのアルコキシシランとの混合物中へと浸すことにより、調製され得る。
【0014】
式SiO4/2のシロキサン単位を含有する本発明によるシリコーン樹脂を調製するためのもう1つ別の好ましい方法では、式(RSiO1/2(RSiO2/2(RSiO3/2(SiO4/2のシリコーン樹脂であって、式中:
各Rが、炭化水素もしくは置換炭化水素基または水素原子;
a=0.02〜0.8;
b=0〜0.4;
c+d=0.2〜0.98;および
a+b+c+d=1.0
であり、該樹脂中のこれらシロキサン単位の少なくとも2モル%が、式R’SiO1/2、RR’SiO1/2、またはR’SiO2/2であり、式中、各R’がアルケニル基であり、これらシロキサン単位の内の幾つかが、式HSiO3/2であるものが、塩基により溶液中処理されて、これらHSiO3/2単位の内の少なくとも幾つかを縮合させ、SiO4/2単位を形成させる。該塩基は好ましくは、カルボン酸のような弱酸のアルカリ金属塩、例えば酢酸ナトリウム、リン酸水素ナトリウム、またはナトリウムテトラボレートの溶液である。水溶液および/または有機溶媒溶液が、使用され得る。好ましい混合溶媒は、水と、少なくとも部分的に水と混和性の双極性非プロトン性溶媒、例えば、上記したような4〜7炭素原子を持つケトンまたはテトラヒドロフランもしくはジオキサンのような環状エーテルとを含む。あるいは、該塩基は、アミン、好ましくは第3級アミン、特にトリエチルアミンまたはトリプロピルアミンのようなトリアルキルアミン、あるいは、ピリジンまたはジメチルアミノプロパノールを含んでもよい。該塩基は例えば、トリエチルアミンの水溶液であり得る。第3級アミンは、塩基としても双極性非プロトン性溶媒としても作用し得、それで、1つの塩基試薬は、水および第3級アミンの混合溶媒中、弱酸のアルカリ金属塩溶液を含む。該塩基処理は、該樹脂のSi−H基の内の幾つかのSi−OH基への加水分解および引き続いてのこれらSi−OH基のSi−O−Siリンカーへの縮合を引き起こし、これ故、HSiO3/2単位の内の少なくとも幾つかを変換して、SiO4/2単位を形成させる。
【0015】
式SiO4/2のシロキサン単位を含有する本発明によるシリコーン樹脂を調製する代わりの方法においては、式R’’SiO3/2およびHSiO3/2のシロキサンT単位を含むシリコーン樹脂が、塩基により溶液中処理され、該HSiO3/2単位の内の少なくとも幾つかを縮合させてSiO4/2単位を形成させ、この結果得られる樹脂溶液が、式R’SiClまたはRR’SiClのクロロシランと反応させられる。
【0016】
HSiO3/2単位のSiO4/2単位への変換度は、該樹脂を処理するのに使用される塩基強度および塩基濃度、該樹脂と該塩基との間での接触時間、ならびに反応温度をコントロールすることにより、コントロールされ得る。このような塩基強度および塩基濃度ならびに処理時間および処理温度は、好ましくは、該HSiO3/2単位の内の少なくとも30%、好ましくは少なくとも50%、80%もしくは100%までをSiO4/2単位へと縮合させるのに充分なものである。塩基を用いる反応の温度は例えば、0〜140℃の範囲中にあり得る。例えば、酢酸ナトリウムの0.5M含水MIBK溶液は、約1時間100〜110℃において、HSiO3/2単位のSiO4/2単位への50%の変換を引き起こすであろう。酢酸ナトリウムの0.5M含水トリエチルアミン溶液は、約30〜40分間25℃において、50%の変換を引き起こすであろう。
【0017】
この結果得られる樹脂溶液の、式R’SiClまたはRR’SiClのクロロシランとの引き続いての反応は、残っているSi−OH基の内の殆どを、Si−O−SiR’基もしくはSi−O−SiRR’基へと変換する。該樹脂溶液およびクロロシランは、好ましくはジシラザン存在下に反応させられ、これはSi−OH基の反応において助けとなるものである。該ジシラザンは、好ましくは式RR’Si−NH−SiRR’のジシラザンであり、式中、基RおよびR’は、該クロロシランRR’SiCl中のものと同一であるが、テトラメチルジシラザンまたはヘキサメチルジシラザンのような代わりのジシラザンが使用され得る。この反応は、0〜140℃、好ましくは20〜80℃の範囲中の温度において実施され得る。該反応は、該樹脂中へとR’Si−またはRR’Si−基を導入し、Si−OH濃度を下げるよう働く。クロロシランおよび任意にジシラザンとの該樹脂溶液の反応がいつも充分なR’基を導入して、所望の硬化水準を与えるとは限らないので、シロキサンT単位を含むこの出発原料樹脂はまた、式R’SiO1/2またはRR’SiO1/2のシロキサンM単位をも含んでよい。
【0018】
本発明の硬化可能な樹脂は、HSiO3/2単位および/またはHRSiO1/2、HRSiO1/2、またはHRSiO2/2単位をも含有する、自己硬化可能な樹脂であり得る。例えば、好ましい自己硬化可能な樹脂においては、該樹脂の10〜50モル%のこれらシロキサン単位がHSiO3/2単位であり、該樹脂の5〜40モル%のこれらシロキサン単位が式R’SiO1/2またはRR’SiO1/2である。このような自己硬化可能な樹脂は、トリクロロシランHSiClを使用してHSiO3/2単位を生成させる前記した方法の内のいずれによっても、調製され得る。反応させられるHSiClの割合は、自己硬化可能な樹脂を形成させる所望のレベルのHSiO3/2単位同様、SiO4/2単位への変換に要求される如何なる(レベルの)HSiO3/2単位をも提供するに充分であるよう選択される。HRSiO1/2単位を含有する自己硬化可能な樹脂は、好ましくはテトラメチルジシラザンのようなジシラザン存在下、式R’SiO1/2またはRR’SiO1/2のシロキサンM単位を含む、塩基により加水分解された樹脂を、式HRSiClのクロロシランと反応させることにより、調製され得る。R’SiO1/2またはRR’SiO1/2単位同様HSiO3/2単位および/またはHRSiO1/2単位を含有する自己硬化可能なシリコーン樹脂は、白金族金属含有触媒存在下での加熱により、低熱膨張係数を持つ耐熱シリコーン樹脂へと硬化され得る。
【0019】
この硬化可能な樹脂は一般的に、少なくとも500から300,000までまたはこれより大きくさえある分子量、例えば1,000〜20,000の範囲中の分子量を持っている。HSiO3/2単位を縮合させてSiO4/2単位を形成させる塩基での該樹脂の処理は一般的に、該樹脂の分子量を増大させる。
【0020】
本発明は、前記したような硬化可能なシリコーン樹脂と、前記アルケニル基R’と反応性の少なくとも1つの基を持つ硬化剤とを含む硬化可能な樹脂組成物を包含する。該硬化剤は好ましくは、少なくとも1つのSi−H基を含有し、この硬化可能な組成物は好ましくは、硬化触媒、特に白金族金属含有触媒を含有する。該硬化剤は例えば、末端HZSi−基を持つポリジメチルシロキサン(式中、各Zはアルキル基、好ましくはメチル、またはフェニル基、更にまたはH原子、例えば、HMeSi−(O−SiMe−O−SiMeH(Meはメチルを表す))のような、少なくとも2つのSi−H基を含有するポリシロキサン、あるいは、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンのようなポリメチル水素シロキサン、あるいは、HZSi−基とTもしくはQ単位とを含有するシリコーン樹脂、例えば、(HMeSiO1/2(SiO4/2のようなHMeSi−基含有低分子量MQ樹脂または(HMeSiO1/2SiO3/2PhのようなMT樹脂(式中、Phはフェニル)であり得る。該硬化剤はあるいは、SiH基含有有機化合物、特に式HXSi−Ar−SiXHのアリール化合物であり得、式中、Arは実質的に、少なくとも1つのパラ−アリーレン部分を包含するフレキシブルでない(固定化された)リンカー、例えばp−フェニレンまたは4,4’−ビフェニレンであり、各Xが炭化水素もしくは置換炭化水素基または水素原子である。基HXSi−は例えば、HMeSi−基、HMeSi−基、またはHSi−基であり得、例えば該硬化剤は、1,4−ビス(ジメチルシリル)ベンゼン、1,4−ビス(メチルシリル)ベンゼン、または1,4−ビス(シリル)ベンゼンであり得る。
【0021】
該硬化剤は好ましくは、この硬化可能なシリコーン樹脂中のアルケニル基に基づいて、およそ化学量論量、例えば化学量論量の70〜150%において使用される。該硬化剤中のSi−H基濃度は好ましくは、該硬化剤がこの硬化可能なシリコーン樹脂に基づいて、200重量%未満、最も好ましくは100重量%未満にて存在するようなものである。この硬化可能な樹脂組成物は一般的に、長鎖ポリジ有機シロキサン主体ではなく、この硬化可能な樹脂組成物の好ましくは40%未満、最も好ましくは20%未満のシリコン原子が、MeSiO2/2単位または他のジアルキルシロキサン単位として、存在している。
【0022】
該硬化触媒は好ましくは、白金(0価)−1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体であり、これは、このSi−H含有樹脂に基づいて(モル/モル)、20〜200ppm、例えば約50ppmの白金(量)において、使用され得る。代わりの硬化触媒、例えば塩化白金酸または類似したロジウム化合物が、使用され得る。
【0023】
該シリコーン樹脂組成物は追加的に、該硬化反応用阻害剤、エレクトロニクス装置構成においてよく用いられる基板への該組成物の非感作(unprimed)接着を向上させる接着促進剤、および/または1以上の充填剤もしくは色素を含有してもよい。阻害剤の例は、3−メチル−3−ペンテン−1−インおよび3,5−ジメチル−3−ヘキセン−1−イン;3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール、1−エチニル−1−シクロヘキサノール、および2−フェニル−3−ブチン−2−オールのようなアセチレン性アルコール;よく知られたジアルキル、ジアルケニル、およびジアルコキシアルキルマレエートおよびフマレートのようなマレエートおよびフマレート;シクロビニルシロキサン;ならびにベンジルアルコールである。接着促進剤の例は、少なくとも1つの低級アルケニル基もしくは少なくとも1つのシリコン結合水素原子および少なくとも1つのエポキシ基を含有する有機シリコン化合物、複数のシリコン結合アルコキシ基および少なくとも1つのビニル基を含有するシランおよびビス−シリル炭化水素、アルケニルイソプロペノキシシランもしくはこの部分加水分解−縮合生成物、あるいは少なくとも1つのアルコキシ基および少なくとも1つのエポキシ、メタクリロキシ、もしくはアクリロキシ基を含有する有機シランである。好ましい充填剤の例は、溶融シリカ(溶融石英)、アルミナ、窒化ホウ素、および窒化アルミニウムを包含する。
【0024】
本発明は、低熱膨張係数を持つ耐熱硬化シリコーン樹脂の調製方法を包含し、前記したような硬化可能なシリコーン樹脂が、前記アルケニル基R’と反応性の少なくとも1つの官能基を持つ硬化剤、好ましくは少なくとも1つのSi−H基を含有する硬化剤と反応させられることを特徴とする。該硬化方法は好ましくは、白金族金属含有触媒存在下、実施される。代わりの方法においては、前記したような自己硬化可能なシリコーン樹脂が、白金族金属含有触媒存在下、加熱される。該硬化反応は一般的に、少なくとも50℃、好ましくは少なくとも100℃、例えば150〜300℃、特に150〜200℃の範囲の温度において、実施される。
【0025】
この硬化可能な樹脂の分子量は、それが室温(rt)下流動可能かまたは固体の樹脂であるように、コントロールされ得る。基板を包むための本発明による方法において、該基板は本発明による硬化可能なシリコーン樹脂組成物中包まれ、該樹脂がその後硬化される。このような方法は、繊細な基板を包むために、特に、Flip Chip Underfill、No Flow Fluxing Underfill、または成型して包むような方法におけるマイクロエレクトロニクス装置パッケージングのために使用され得、例えばこのような適用において、エポキシ樹脂またはポリイミド樹脂に代わってもよい。
【0026】
基板をコーティングするための本発明による方法においては、本発明による硬化可能なシリコーン樹脂組成物は、硬化される前に、薄いフィルムとして基板へと適用される。このような方法は、フラット・パネル・ディスプレー用の平面化層中や光学装置中、ウェーハレベルやソーラー・パネルコーティングのようなコーティングにおいて使用され得る。600nm〜100μmの厚さの良好な品質の薄いフィルムを生産することができ、数mmの厚さを感じさせないフィルムをも生産することができる。
【0027】
本発明による硬化可能なシリコーン樹脂は、複合体の生産において、繊維状基板を含浸するために使用され得る。少なくとも1層の繊維状材料が、硬化可能なシリコーン樹脂組成物を用いて含浸され、該樹脂が、前記したように、例えばプリント回路板の生産において、積層体を形成する幾つかの含浸層の組み立ての後(任意)、硬化される。
【0028】
本発明による硬化シリコーン樹脂は一般的に耐熱性であり、120ppm/℃以下、例えば30〜120ppm/℃の熱膨張係数(CTE)を持っている。該CTEは、低CTEの充填剤、例えば、シリカ、アルミナ、またはマイカの樹脂中への取り込みによって、更に下げられ得る。充填剤濃度は例えば、該シリコーン樹脂に基づいて、1,000重量%まで、好ましくは少なくとも5%であり500%まで、例えばこの硬化可能なシリコーン樹脂組成物全体の25〜80重量%であり得る。該充填剤は硬化前に、本発明による硬化可能な樹脂と混合される。低CTE充填剤の取り込みは、この充填された樹脂のCTEを、50ppm/℃未満へ、10ppm/℃以下へとさえ低下させ得る。
【0029】
本発明による好ましい方法において、該硬化シリコーン樹脂は実質的に、300〜500℃の範囲の温度において更に熱硬化される。この300〜500℃における更なる熱硬化が、クラックのない硬化樹脂を生産し、これは、より高いヤング率、更により低いCTE、より高いプラトー弾性率(そのガラス転移温度Tgを包含する−100〜+300℃の温度範囲に亘っての、最もよくあるのがTgよりも高い温度におけるプラトー領域内での、該ヤング率の最小値)、ならびにフィルムの質および強度の良好な保持のような、助長された熱−機械特性を呈する。
【0030】
この300〜500℃における更なる加熱ステップは、好ましくは非酸化的雰囲気下実施され、例えばそれは、窒素のような不活性気体(ガス)下実施され得る。最も好ましくは、この300〜500℃における更なる加熱ステップは、この更なる加熱ステップの温度において蒸気状態にあるアミンの存在下実施される。該アミンは好ましくは第3級アミンであり、それは例えば式NZの第3級アミンであり得、式中、各Zは、1〜4炭素原子を持つアルキル基を表す。
【0031】
50〜300℃において硬化され、引き続いて更に、300〜500℃の範囲中のより高温において熱硬化される本発明の樹脂のヤング率およびプラトー率は、一般的に1Gpa、例えば1.4〜3.4GPaである。該ヤング率から該プラトー率への下落率は、一般的に20%を下回り、3%もの低さであることもある。フィルムおよびコーティングの両方がそのままでも、高い質および強さを持っている。
【実施例】
【0032】
本発明が、以下の実施例により例示される。
実施例1:MVi30.21Ph0.79樹脂の調製
【0033】
62.5g(0.29モル)のフェニルトリクロロシランおよび14.3g(0.10モル)のトリビニルクロロシランが、80mLのMIBK中へと混合され、1時間に亘り、室温において、80mLの1M塩酸、120mLのトルエン、および160mLのMIBKからなる溶液中へと滴下された。この混合物はその後、一定に攪拌されながら、更に3時間還流された。得られた水層が除かれ、得られた油層が中性のpHとなるまで、水を用いて4回洗浄された。残った水を無水NaSOにより除去し、用いられた溶媒を取り除くことにより、53gの液体となり、これは汎用有機溶媒によく溶けるものであった。この樹脂のMVi30.21Ph0.79の組成が、29Siおよび13C NMRスペクトルにより求められた(OH重量%=5%)。
【0034】
実施例2:MVi30.23HMe20.13Ph0.64樹脂の調製
実施例1に従って調製された52gのMVi30.21Ph0.79が、70mLの無水トルエン中へと再溶解され、10.4g(72.0ミリモル)のトリビニルクロロシランおよび9.6g(72.0ミリモル)の1,1,3,3−テトラメチルジシラザンが加えられた。この混合物は、2時間50℃において攪拌された。150mLの蒸留水の添加後、有機層が集められ、中性のpHとなるまで、水で4回洗浄された。この混合物は、更なる濾過により残った水を除去するために無水NaSOにより処理され、揮発分が取り除かれて、37gの(麦)藁色液体に至った(27.4℃において、原液で2,560cP、1,4−ビス(ジメチルシリル)ベンゼン架橋剤により20cP)。この樹脂のMVi30.23HMe20.13Ph0.64の組成は、29Siおよび13C NMRスペクトルにより求められた(OH重量%<1.5%;Mn=930;Mw=1,309)。
【0035】
実施例3:MVi30.250.75樹脂の調製
70.22g(53.3ミリモル)のトリクロロシランおよび25.0g(172.8ミリモル)のトリビニルクロロシランが、120mLのMIBK中へと混合され、1時間に亘り、室温において、120mLの1M塩酸、180mLのトルエン、および240mLのMIBKからなる溶液中へと滴下された。この混合物は次いで、一定に攪拌されながら、110℃において更に1.5時間、還流された。水層が取り除かれ、有機層が4回、中性となるまで水で洗浄された。残った水を無水NaSOにより除去し、用いられた溶媒を取り除くことにより、43gの明黄色液体となり、これは汎用有機溶媒によく溶けるものであった。この樹脂のMVi30.250.75の組成が、29Siおよび13C NMRスペクトルにより求められた(Mn=5,642;Mw=13,363)。
【0036】
実施例4:MVi30.740.26樹脂の調製
30.0g(207ミリモル)のトリビニルクロロシランおよび35.2g(207ミリモル)のテトラクロロシランが、80mLのMIBK中へと混合され、1時間に亘り、室温において、80mLの1M塩酸、120mLのトルエン、および160mLのMIBKからなる溶液中へと滴下された。この混合物は次いで、一定に攪拌されながら更に3時間、還流された。水層が取り除かれ、有機層が4回、中性となるまで水で洗浄された。残った水を無水NaSOにより除去し、用いられた溶媒を取り除くことにより、17gの液体となり、これは汎用有機溶媒によく溶けるものであった。この樹脂のMVi30.740.26の組成が、29Siおよび13C NMRスペクトルにより求められた(OH重量%=1.3%;Mn=1,518;Mw=2,170)。
【0037】
実施例5:MVi30.56HMe20.070.37樹脂の調製
実施例4に従って調製された16gのMVi30.740.26が、20mLの無水トルエン中へと再溶解され、1.84g(12.7ミリモル)のトリビニルクロロシランが加えられた。この混合物は、30分間50℃において攪拌された。0.83g(6.2ミリモル)の1,1,3,3−テトラメチルジシラザンが次いで、10分間隔にて2ロットで加えられ、この混合物が更に、90分間50℃において加熱された。50mLの蒸留水の添加後、有機層が集められ、中性のpHとなるまで、水で4回洗浄された。この混合物は、更なる濾過により残った水を除去するために無水NaSOにより処理され、揮発分が取り除かれて、5.3gの低粘度黄色液体に至った(27.4℃において115mPa.s)。この樹脂のMVi30.56HMe20.070.37の組成は、29Siおよび13C NMRスペクトルにより求められた(OH重量%<0.6%;Mn=2,295;Mw=10,183)。
【0038】
実施例6:MVi30.17Ph0.300.410.11樹脂の調製
75.0g(355ミリモル)のフェニルトリクロロシラン、34.2g(236ミリモル)のトリビニルクロロシラン、および80.1g(591ミリモル)のトリクロロシランが、240mLのMIBK中へと混合され、1時間に亘り、室温において、240mLの1M塩酸、360mLのトルエン、および480mLのMIBKからなる溶液中へと滴下された。この混合物は一定に攪拌されながら、室温に3時間置かれた。水層が取り除かれ、有機層が4回、中性となるまで水で洗浄された。300mLの1M酢酸ナトリウム水溶液が、該有機層中へと加えられ、この溶液は終夜、40℃において攪拌された。水層が取り除かれ、有機層が4回、中性となるまで水で洗浄された。この混合物は、更なる遠心分離により残った水を除去するために無水NaSOにより処理された。使用された溶媒が取り除かれ、109gの液状樹脂に至った(27.4℃において4,000mPa.s)。この樹脂のMVi30.17Ph0.300.410.11の組成は、29Siおよび13C NMRスペクトルにより求められた(OH重量%=1%;Mn=3,031;Mw=7,652)。
【0039】
実施例7:MVi30.16HMe20.05Ph0.290.350.15樹脂の調製
実施例6に従って調製された69.6gのMVi30.17Ph0.300.410.11が、600mLの無水トルエン中へと再溶解され、1.47g(15.5ミリモル)のジメチルクロロシランおよび2.07g(15.5ミリモル)の1,1,3,3−テトラメチルジシラザンが加えられた。この混合物は終夜、室温において攪拌された。この混合物は、中性のpHとなるまで、水で4回洗浄され、更なる遠心分離および濾過により残った水を除去するために無水NaSOにより処理された。使用された溶媒が取り除かれて、粘稠な液状樹脂に至った(26.9℃において34,000cP)。この樹脂のMVi30.16HMe20.05Ph0.290.350.15の組成は、29Siおよび13C NMRスペクトルにより求められた(Mn=2,124;Mw=4,728、OH重量%<0.8%)。
【0040】
実施例8:1,4−ビス(ジメチルシリル)ベンゼンを用いた、MVi30.21HMe20.13Ph0.64の硬化
Vi30.21HMe20.13Ph0.64樹脂(実施例2)5.0gに、攪拌しながら、1,4−ビス(ジメチルシリル)ベンゼン2.3gおよび白金(0価)−1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体の10重量%トルエン溶液(0価Pt/SiH=50ppm)0.5gが加えられた。この混合物は20分間超音波をかけられ、型中へと注がれ、3時間200℃まで徐々に加熱された。クラックのない見本の大きな断片が、動的機械熱分析(DMTA)および熱−機械分析(TMA)による分析用に得られた。
【0041】
実施例9:MPhを用いた、MVi30.21HMe20.13Ph0.64の硬化
Vi30.21HMe20.13Ph0.64樹脂(実施例2)4.0gに、攪拌しながら、MPh2.1gおよび白金(0価)−1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体の10重量%トルエン溶液(0価Pt/SiH=50ppm)0.4gが加えられた。この混合物は15分間超音波をかけられ、型中へと注がれ、3時間200℃まで徐々に加熱された。最終的な材料が、DMTAおよびTMAにより分析された。
【0042】
実施例10:1,4−ビス(ジメチルシリル)ベンゼンを用いた、MVi30.250.75の硬化
Vi30.250.75樹脂(実施例3)7.3gに、15分間攪拌しながら、1,4−ビス(ジメチルシリル)ベンゼン7.8gおよび白金(0価)−1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体のトルエン溶液(0価Pt/SiH=50ppm)2.7gが加えられた。この混合物は15分間超音波をかけられ、型中へと注がれ、3時間200℃まで徐々に加熱された。クラックのない見本の大きな断片が、DMTAおよびTMAによる分析用に得られた。
【0043】
実施例11:1,4−ビス(ジメチルシリル)ベンゼンを用いた、MVi30.56HMe20.070.37の硬化
Vi30.56HMe20.070.37樹脂(実施例5)3.0gに、攪拌しながら、1,4−ビス(ジメチルシリル)ベンゼン5.1gおよび白金(0価)−1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体の10重量%トルエン溶液(0価Pt/SiH=50ppm)1.3gが加えられた。この混合物は5分間超音波をかけられ、型中へと注がれ、3時間200℃まで徐々に加熱された。クラックのない見本の大きな断片が、DMTAおよびTMAによる分析用に得られた。
【0044】
実施例12:1,4−ビス(ジメチルシリル)ベンゼンを用いた、MVi30.17Ph0.300.410.11の硬化
Vi30.17Ph0.300.410.11樹脂(実施例5)3.0gに、攪拌しながら、1,4−ビス(ジメチルシリル)ベンゼン1.64gおよび白金(0価)−1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体のトルエン溶液(0価Pt/SiH=50ppm)0.38mLが加えられた。この混合物は超音波をかけられ、型中へと注がれ、3時間200℃まで徐々に加熱された。最終的な材料が、DMTAおよびTMAにより分析された。
【0045】
実施例13:MVi30.17Ph0.300.410.11樹脂の自己付加硬化
実施例14:MVi30.16HMe20.05Ph0.290.350.15樹脂の自己付加硬化
自己付加硬化可能なシリコーン樹脂(実施例6および7)が、触媒として白金(0価)−1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体のトルエン溶液を使用する付加硬化へと付された。該樹脂が無水トルエン中へと溶解され、次いで、75重量%溶液となるまで10分間、触媒量の白金(0価)−1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体のトルエン溶液(0価Pt/SiH=50ppm)と混合された後、型中へと放り込まれた。このサンプルは次いで、3時間200℃まで徐々に加熱された。クラックのない見本の大きな断片が、DMTAおよびTMAによる分析用に得られた。
【0046】
実施例1a〜9aの各々により生産された硬化樹脂は、DMTAおよび熱−機械分析TMAにより分析され、これらの結果が表1中示され、ここで、E’25とは25℃における弾性率またはヤング率であり、E’とはプラトー弾性率(−100℃〜+300℃の温度範囲に亘ってのヤング率の最小値)である。これらの硬化樹脂のCTEが、℃単位の種々の温度範囲に亘って、TMAにより測定された。
【0047】
【表1】

【0048】
実施例15〜17:熱による後硬化
実施例12〜14に従って生産された樹脂フィルムがそのままで、アニール化処理へと付された。この付加硬化された樹脂フィルムがそのままで、炉のチャンバー中へと入れられた。該チャンバーが、3回の真空/Nサイクルによってパージされた。これらのサンプルは次いで、N下、徐々に400℃まで加熱された。そのNの入口が次いで、トリエチルアミン溶液中へとバブリングされ、該サンプルは更に、N/トリエチルアミン蒸気雰囲気下、2時間、400℃において加熱された。クラックのない見本が、DMTAおよびTMAによる分析用に得られた(表2)。
【0049】
【表2】

【0050】
表2から分かるように、400℃における後硬化により生産された硬化樹脂は、非常に高いヤング率、非常に低いCTEを持っており、特に高いプラトー弾性率を示した(より高温では、弾性率において無視できる減少)。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
実験式:
(RSiO1/2(RSiO2/2(RSiO3/2(SiO4/2
を持つ硬化可能なシリコーン樹脂であって、式中:
各Rが、炭化水素もしくは置換炭化水素基または水素原子;
a=0.02〜0.8;
b=0〜0.4;
c+d=0.2〜0.98;および
a+b+c+d=1.0
であり、該樹脂中のこれらシロキサン単位の少なくとも2モル%が、式R’SiO1/2、RR’SiO1/2、またはR’SiO2/2であり、式中、各R’がアルケニル基であることを特徴とする、硬化可能なシリコーン樹脂。
【請求項2】
各R’がビニル基であることを特徴とする、請求項1に記載の硬化可能なシリコーン樹脂。
【請求項3】
前記樹脂の前記シロキサン単位の少なくとも10モル%がViSiO1/2基であり、式中、Viがビニルを表すことを特徴とする、請求項2に記載の硬化可能なシリコーン樹脂。
【請求項4】
前記樹脂の前記シロキサン単位の少なくとも80モル%が、R’SiO1/2、RSiO3/2、およびSiO4/2単位から選択されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の硬化可能なシリコーン樹脂。
【請求項5】
前記樹脂の前記シロキサン単位の少なくとも20モル%がArSiO3/2単位であり、式中、Arがアリール基を表すことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の硬化可能なシリコーン樹脂。
【請求項6】
前記樹脂の前記シロキサン単位の10〜50モル%がHSiO3/2単位であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の自己硬化可能なシリコーン樹脂。
【請求項7】
前記樹脂の前記シロキサン単位の10〜50モル%が、HRSiO1/2、HRSiO1/2、またはHRSiO2/2単位であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の自己硬化可能なシリコーン樹脂。
【請求項8】
(I)請求項1〜5のいずれか1項に記載の硬化可能なシリコーン樹脂;および
(II)前記アルケニル基R’と反応性の基を少なくとも1つ持つ硬化剤
を含む、硬化可能な樹脂組成物。
【請求項9】
前記硬化剤が少なくとも1つのSi−H基を含有し、前記組成物が白金族金属含有触媒を包含することを特徴とする、請求項8に記載の硬化可能な樹脂組成物。
【請求項10】
前記硬化剤が、少なくとも2つのSi−H基を含有するポリシロキサンまたは式HXSi−Ar−SiXHのアリール化合物であり、式中、Arが、少なくとも1つのパラ−アリーレン部分を包含する実質的にフレキシブルでないリンカーであり、各Rが、炭化水素もしくは置換炭化水素基または水素原子であることを特徴とする、請求項9に記載の硬化可能な樹脂組成物。
【請求項11】
請求項6または請求項7に記載の自己硬化可能な樹脂;および
白金族金属含有触媒
を含む、硬化可能な樹脂組成物。
【請求項12】
請求項1〜5のいずれか1項に記載の硬化可能なシリコーン樹脂が、前記アルケニル基R’と反応性の少なくとも1つの官能基を持つ硬化剤と反応性であることを特徴とする、低熱膨張係数を持つ硬化耐熱シリコーン樹脂の調製方法。
【請求項13】
前記硬化剤が少なくとも1つのSi−H基を含有し、前記硬化方法が白金族金属含有触媒存在下に実施されることを特徴とする、請求項12に記載の方法。
【請求項14】
請求項6または請求項7に記載の自己硬化可能なシリコーン樹脂が、白金族金属含有触媒存在下に加熱されることを特徴とする、低熱膨張係数を持つ硬化耐熱シリコーン樹脂の調製方法。
【請求項15】
基板を包む方法であって、該基板が、請求項8〜11のいずれか1項に記載の硬化可能なシリコーン樹脂組成物中に包まれ、該樹脂が、請求項12〜14のいずれか1項に記載の方法により硬化されることを特徴とする方法。
【請求項16】
基板をコーティングする方法であって、請求項8〜11のいずれか1項に記載の硬化可能なシリコーン樹脂が、請求項12〜14のいずれか1項に記載の方法により硬化される前に、基板へと薄いフィルムとして適用されることを特徴とする方法。
【請求項17】
複合材料を調製する方法であって、少なくとも1層の繊維状材料が、請求項8〜11のいずれか1項に記載の硬化可能なシリコーン樹脂組成物により含浸され、該樹脂が、請求項12〜14のいずれか1項に記載の方法により硬化されることを特徴とする方法。
【請求項18】
請求項12〜17のいずれか1項に記載の方法であって、前記硬化方法が、50〜300℃の範囲中の温度の第1ステップと、引き続いての、300〜500℃の範囲中のより高温の熱硬化ステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項19】
300〜500℃のこの更なる加熱ステップが、この更なる加熱ステップの温度において蒸気状態にあるアミン存在下に実施されることを特徴とする、請求項18に記載の方法。
【請求項20】
前記アミンが式NZの第3アミンであり、式中、各Zが1〜4炭素原子を持つアルキル基を表すことを特徴とする、請求項19に記載の方法。
【請求項21】
請求項12〜20のいずれか1項に記載の方法により調製される、硬化耐熱シリコーン樹脂組成物。

【公表番号】特表2006−503142(P2006−503142A)
【公表日】平成18年1月26日(2006.1.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−544263(P2004−544263)
【出願日】平成15年10月9日(2003.10.9)
【国際出願番号】PCT/EP2003/011511
【国際公開番号】WO2004/035661
【国際公開日】平成16年4月29日(2004.4.29)
【出願人】(590001418)ダウ・コ−ニング・コ−ポレ−ション (166)
【氏名又は名称原語表記】DOW CORNING CORPORATION
【Fターム(参考)】