説明

樹脂組成物、及びそれを用いた光学部材とその製造方法

【課題】本発明は、無溶剤系で室温において液状であり成形、硬化が容易で、その硬化物の光学的透明性、耐光着色性、耐熱性および機械特性に優れ、光学部材に好適な樹脂組成物、およびにこれを用いた光学部材とその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】エポキシ基含有(メタ)アクリレート、酸無水物、ラジカル重合開始剤、硬化促進剤を含有する樹脂組成物において、硬化促進剤がアセトアセテート誘導体を配位子とする金属キレート及びアルコキシ基を有するケイ素化合物であり、かつ室温(25℃)で液状であり、加熱又は光照射によって硬化する樹脂組成物。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、その硬化物の光学的透明性が高く、耐熱性、耐光性、機械特性に優れる樹脂組成物、及びその硬化物を用いた透明基板、レンズ、接着剤、光導波路、発光ダイオード(LED)、フォトトランジスタ、フォトダイオード、固体撮像素子等の光半導体素子用途に好適な光学部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、光学部材用樹脂には透明性や耐光性に優れるアクリル系樹脂が一般に多用されてきた。一方、光・電子機器分野に利用される光学部材用樹脂には、電子基板等への実装プロセスや高温動作下での耐熱性や機械特性が求められ、エポキシ系樹脂がよく用いられていた。しかし、近年、光・電子機器分野でも高強度のレーザ光や青色光や近紫外光の利用が広がり、従来以上に透明性、耐熱性、耐光性に優れた樹脂が求められている。
【0003】
一般にエポキシ樹脂は可視域での透明性は高いが、紫外から近紫外域では十分な透明性が得られない。中でも脂環式ビスフェノールAジグリシジルエーテル等を用いたエポキシ樹脂は比較的透明性が高いが、熱や光(特に紫外線)によって着色し易い等の問題点がある。特許文献1、2では、脂環式ビスフェノールAジグリシジルエーテルに含まれる着色原因の一つである不純物の低減方法が開示されているが、更なる耐熱、耐光着色性の向上が求められている。
【0004】
また、上記以外のエポキシ樹脂においても、エポキシ基を部分的に含有する樹脂の耐熱、耐光着色性は一般的に劣っている。エポキシ樹脂の耐着色性はエポキシモノマーの化学構造や不純物以外にも、硬化促進剤の種類にも大きく影響を受けることが知られており、例えば、リン系硬化促進剤を用いた場合には、アミン系やイミダゾール系硬化促進剤を用いた場合より着色が少なくなる。しかし、リン系硬化促進剤を用いたとしても、樹脂の耐着色性が優れたものになるわけではなく、その更なる向上が求められている。
【0005】
また、シリコーン樹脂は近紫外域まで透明性が高く、Si−Oの結合エネルギーが大きいため、優れた耐光性を有し、熱や光によって着色し難い特徴がある。一般にシリコーン樹脂は、シラノール基間の脱水縮合反応やシラノール基と加水分解性基間の縮合反応、メチルシリル基とビニルシリル基の有機過酸化物による反応、ビニルシリル基とヒドロシリル基との付加反応等によって重合される。例えば、特許文献3では、ビニルシリル基とヒドロシリル基との付加反応によって得られるシリコーン樹脂が開示されている。しかし、これら反応を利用して得られるシリコーン樹脂は硬化雰囲気による触媒毒の影響で硬化が進まない場合があったり、硬化物の熱膨張係数が大きい、等の問題点もある。
【0006】
一方、光学特性に優れるアクリル系樹脂の欠点である耐熱性の向上も検討され、アクリル主鎖間への架橋構造の導入の例がある。例えば、特許文献4では、エポキシ基を含有する(メタ)アクリル系重合体及び多価カルボン酸との架橋による反応生成物が開示されている。しかし、実施例に示されているように、エポキシ基を含有する(メタ)アクリル系重合体が硬化剤の多価カルボン酸に不溶なことから、有機溶媒に溶解して成形、硬化しなくてはならない。また、エポキシ基を含有する低分子量の(メタ)アクリル系重合体を液状エポキシモノマーに溶解し硬化剤と反応させる例が、非特許文献1にて報告されている。しかし、この系も(メタ)アクリル系重合体の可溶化剤として、耐熱、耐光性に劣る液状エポキシモノマーを用いているため、更なる特性の向上が求められている。
【0007】
また、特許文献5や特許文献6には、アルミニウム化合物をエポキシ樹脂の硬化触媒として用いることで保存安定性、電気絶縁性に優れた樹脂硬化物が得られることが記載されている。しかしながら、特許文献5や6の実施例に記載されているような、ビスフェノールA型、フェノールノボラック型、脂環式、ビスフェノールF型のエポキシ樹脂に対して、硬化触媒としてアルミニウム化合物を用いたとしても、硬化物の耐熱性や耐光着色性は光半導体素子用途の光学部材として不十分である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2003−171439号公報
【特許文献2】特開2004−75894号公報
【特許文献3】特開2004−186168号公報
【特許文献4】特開2003−160640号公報
【特許文献5】特公昭61−2689号公報
【特許文献6】特開平8−134188号公報
【非特許文献】
【0009】
【非特許文献1】「第53回ネットワークポリマ講演討論会予稿集」p49−52
【非特許文献2】「ネットワークポリマ」Vol.24,N0.3(2003)p148−155
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
上記を鑑みて、本発明は、無溶剤系で室温において液状であり成形、硬化が容易で、その硬化物の光学的透明性、耐光着色性、耐熱性および機械特性に優れ、光学部材に好適な樹脂組成物、およびにこれを用いた光学部材とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明者らは、鋭意検討の結果、エポキシ基含有(メタ)アクリレートおよび酸無水物を含有する樹脂組成物の硬化促進剤として、アセトアセテート誘導体を配位子とする金属キレート及びアルコキシ基を有するケイ素化合物を用いると、アミン系、イミダゾール系、リン系等の硬化促進剤を用いた場合より、特に樹脂硬化物の耐光着色性を向上させることが可能であることを見出し、本発明を為すに至ったものである。また、このような硬化促進剤を用いた場合、リン系硬化促進剤を用いた場合と比較して、硬化物のガラス転移温度以上の高温域での弾性率を保持したまま、室温域での弾性率を低減でき、低応力な硬化物を得ることができることをも見出した。
【0012】
すなわち、本発明は、以下(1)〜(9)に記載の事項をその特徴とするものである。
【0013】
(1)エポキシ基含有(メタ)アクリレート、酸無水物、ラジカル重合開始剤、硬化促進剤を含有する樹脂組成物において、前記硬化促進剤がアセトアセテート誘導体を配位子とする金属キレート及びアルコキシ基を有するケイ素化合物であり、かつ室温(25℃)で液状であり、加熱又は光照射によって硬化することを特徴とする樹脂組成物。
【0014】
(2)さらに(メタ)アクリレートモノマを含有することを特徴とする上記(1)に記載の樹脂組成物。
【0015】
(3)さらに重量平均分子量が20,000以下のエポキシ基含有(メタ)アクリル共重合体を含有することを特徴とする上記(1)または(2)に記載の樹脂組成物。
【0016】
(4)前記金属キレートの中心金属がAl又はZrであることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載の樹脂組成物。
【0017】
(5)前記ケイ素化合物が、テトラアルコキシシラン、トリアルコキシシラン、ジアルコキシシラン、モノアルコキシシランのいずれかであることを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれかに記載の樹脂組成物。
【0018】
(6)組成物中に含まれる(メタ)アクリレート類のラジカル重合、および組成物中に含まれるエポキシ基と酸無水物のイオン重合の両方が加熱又は光照射により進行して硬化することを特徴とする上記(1)〜(5)のいずれかに記載の樹脂組成物。
【0019】
(7)前記エポキシ基含有(メタ)アクリレートを含有し、場合によって(メタ)アクリレートモノマおよび/またはエポキシ基含有(メタ)アクリル共重合体を含有する第一液と、前記酸無水物、前記ラジカル重合開始剤および前記硬化促進剤を含有する第二液とを混合してなり、加熱又は光照射によって硬化することを特徴とする上記(1)〜(6)のいずれかに記載の樹脂組成物。
【0020】
(8)上記(1)〜(7)のいずれかに記載の樹脂組成物を硬化して作製したことを特徴とする光学部材。
【0021】
(9)上記(1)〜(7)のいずれかに記載の樹脂組成物を用い、該樹脂組成物中に含まれる(メタ)アクリレート類のラジカル重合を光照射により行い、該樹脂組成物中に含まれるエポキシ基と酸無水物のイオン重合をその後の加熱によって行うことを特徴とする光学部材の製造方法。
【発明の効果】
【0022】
本発明によれば、無溶剤系で室温において液状であり成形、硬化が容易で、その硬化物の光学的透明性、耐光着色性、耐熱性および機械特性に優れ、光学部材に好適な樹脂組成物を提供することが可能となる。また、このような特性を有する本発明の樹脂組成物を硬化させてなる本発明の光学部材は、当該光学部材を用いた光学素子の寿命や信頼性を向上させることが可能である。さらに、本発明の光学部材を製造する方法は、室温において液状であり、成形、硬化が容易な本発明の樹脂組成物を用いるため、本発明の光学部材を簡易に提供することが可能である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
本発明の樹脂組成物は、モノマー成分としてエポキシ基含有(メタ)アクリレート、エポキシの硬化剤として酸無水物、ラジカル重合開始剤、エポキシ硬化促進剤としてアセトアセテート誘導体を配位子とする金属キレート及びアルコキシ基を有するケイ素化合物を含有する。また、これに加え、モノマー成分として(メタ)アクリレートや重量平均分子量が20,000以下のエポキシ基含有(メタ)アクリル共重合体を含有することが好ましい。
【0024】
本発明の樹脂組成物は、該樹脂組成物中に含まれる(メタ)アクリレート類(エポキシ基含有(メタ)アクリレートや(メタ)アクリレート等)のラジカル重合によって、アクリル主鎖を形成し、更に、該樹脂組成物中に含まれるエポキシ基(アクリル重合体側鎖のエポキシ基、エポキシ基含有(メタ)アクリレートやエポキシ基含有(メタ)アクリル共重合体のエポキシ基)と酸無水物のイオン重合によって、アクリル主鎖内及び主鎖間の架橋を形成するため、アクリル樹脂の優れた光学特性とエポキシ樹脂の優れた耐熱特性及び機械特性の両立が可能となる。
【0025】
アクリレートのラジカル重合と、エポキシ基と酸無水物のイオン重合を行い、エポキシ樹脂をアクリレートで変性することは、例えば、「ネットワークポリマ」Vol.24,N0.3(2003)p148−155(上記非特許文献3)にも報告されているが、これらはアクリレートモノマとエポキシモノマを用い、それぞれ別々に架橋した相互貫入高分子網目構造を形成するために、硬化物の透明性等の特性が低下するという問題がある。
【0026】
これに対し、本発明の樹脂組成物の材料系ではエポキシ基含有(メタ)アクリレートと酸無水物を用いることによって、アクリル主鎖内及び主鎖間にエポキシ基と酸無水物の架橋構造を形成するため、均一で高い透明性を有する樹脂硬化物を得ることができる。
【0027】
本発明で用いる上記エポキシ基含有(メタ)アクリレートとしては、特に限定されないが、例えば、グリシジルメタクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチルアクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチルメタアクリレート、1,4−ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテル等が挙げられ、中でもグリシジルメタクリレートが好ましい。ここで、本発明で用いる「(メタ)アクリレート」は、アクリレートまたはメタアクリレートを意味する。
【0028】
本発明で用いる上記酸無水物としては、特に限定されないが、25℃で液状の酸無水物、例えば、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルナジック酸無水物、水素化メチルナジック酸無水物、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、ドデセニル無水コハク酸等が挙げられ、中でも脂環式酸無水物が好ましく、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、水素化メチルナジック酸無水物が特に好ましい。
【0029】
また、上記酸無水物の配合量は、その酸無水物基とエポキシ基との当量比(酸無水物基/エポキシ基)で0.5〜1.2とすることが好ましい。この当量比が1.2を超えて大きいと、樹脂硬化物が熱や紫外線によって着色し易くなる。一方、当量比が0.5未満では、樹脂硬化物の耐熱性が低下する傾向がある。
【0030】
本発明で用いる上記ラジカル重合開始剤としては、アゾ系開始剤、過酸化物開始剤等、通常のラジカル重合に使用できるものはいずれも使用することができる。アゾ系開始剤としては、例えば、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス−4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル、アゾビスシクロヘキサノン−1−カルボニトリル、アゾジベンゾイル等が挙げられ、過酸化物開始剤としては、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、ジ−t−ブチルパーオキシヘキサヒドロテレフタレート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、1,1−t−ブチルパーオキシ−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、t−ブチルペルオキシイソプロピルカーボネート等が挙げられる。
【0031】
また、ラジカル重合を光ラジカル重合により行う場合には、ラジカル重合開始剤として、上記アゾ系開始剤や過酸化物開始剤等のラジカル熱重合開始剤の替わりに光ラジカル重合開始剤を用いることができる。光ラジカル重合開始剤としては工業的UV照射装置の紫外線を効率良く吸収して活性化し、硬化樹脂を黄変させないものであれば特に制限されるものではなく、例えば、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、2−ヒドロキシ−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン、オリゴ(2−ヒドロキシ−2−メチル−1−(4−(1−メチルビニル)フェニル)プロパノン、オリゴ(2−ヒドロキシ−2−メチル−1−(4―(1−メチルビニル)フェニル)プロパノンとトリプロピレングリコールジアクリレートとの混合物、及びオキシ−フェニル−アセチックアシッド−2−(2−オキソ−2−フェニル−アセトキシ−エトキシ)−エチルエステルとオキシ−フェニル−アセチックアシッド−2−(2−ヒドロキシ−エトキシ)−エチルエステルの混合物等が挙げられる。
【0032】
また、上記ラジカル重合開始剤の配合量は、(メタ)アクリレート類の総量100重量部に対して0.01〜5重量部とすることが好ましく、0.1〜1重量部とすることが特に好ましい。この配合量が5重量部を超えると樹脂硬化物が熱や紫外線によって着色し易くなり、0.01重量部未満では樹脂組成物が硬化し難くなる傾向がある。
【0033】
本発明で用いるエポキシ硬化促進剤としては、アセトアセテート誘導体を配位子とする金属キレート及びアルコキシ基を有するケイ素化合物であることが好ましい。
【0034】
上記金属キレートとしては、特に限定されないが、その中心金属がAl又はZrであることが望ましく、例えば、エチルアセトアセテートアルミニウムジイソプロピレート、アルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)、アルキルアセトアセテートアルミニウムジイソプロピレート、アルミニウムモノアセチルアセトネートビス(エチルアセトアセテート)、アルミニウムトリス(アセチルアセトネート)、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート、ジルコニウムトリブトキシアセチルアセトネート、ジルコニウムブトキシアセチルアセトネートビス(エチルアセトアセテート)、ジルコニウム(アセチルアセトナート)ビス(エチルアセトアセテート)等が、好ましい。
【0035】
また、上記ケイ素化合物はアルコキシ基を有するケイ素化合物であることがより好ましく、炭素数が2〜6のアルコキシ基を有するケイ素化合物であることが特に好ましい。より具体的には、テトラエトキシシラン、トリエトキシメチルシラン、ジエトキシジメチルシラン、エトキシトリメチルシラン、トリエトキシプロピルシラン、トリエトキシヘキシルシラン等が好ましい。
【0036】
また、上記硬化促進剤、すなわちアセトアセテート誘導体を配位子とする金属キレート及びアルコキシ基を有するケイ素化合物の配合量は、それぞれ、樹脂溶液の総量100重量部に対して0.01〜5重量部とすることが好ましく、0.1〜1重量部とすることが特に好ましい。この配合量が5重量部を超えると樹脂硬化物が熱や紫外線によって着色し易くなり、0.01重量部未満では樹脂組成物が硬化し難くなる傾向がある。
【0037】
本発明で用いる上記(メタ)アクリレートとしては、特に限定されないが、例えば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、t−ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、イソボルニルメタクリレート、n−ブチルアクリレート、t−ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート、イソボルニルアクリレート等が挙げられ、これらは単独で又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。また、上記(メタ)アクリレートは多官能の(メタ)アクリレートであってもよく、例えば、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、1,4−ブタンジオールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、1,9−ノナンジオールジメタクリレート、1,10−デカンジオールジメタクリレート、ジメチロール−トリシクロデカンジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、1,10−デカンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、3−メチル−1,5−ペンタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオールジアクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、ジメチロール−トリシクロデカンジアクリレート、エトキシ化イソシアヌル酸トリアクリレート等が挙げられる。さらに、上記(メタ)アクリレートは、シロキサン構造を含有する(メタ)アクリレートであってもよく、例えば、(3−アクリロキシプロピル)トリス(トリメチルシロキシ)シラン、(3−メタクリロキシプロピル)トリス(トリメチルシロキシ)シラン、(2−アクリロキシエトキシ)トリメチルシシラン、(3−アクリロキシプロピル)トリメチルシラン、(3−アクリロキシプロピル)ジメチルメトキシシラン、(3−アクリロキシプロピル)メチルジメトキシシラン、(3−アクリロキシプロピル)メチルビス(トリメチルシロキシ)シラン、(2−メタクリロキシエトキシ)トリメチルシシラン、(3−メタクリロキシプロピル)トリメトキシシラン、(3−メタクリロキシプロピル)トリメチルシラン、(3−メタクリロキシプロピル)ジメチルメトキシシラン、(3−メタクリロキシプロピル)メチルジメトキシシラン、(3−メタクリロキシプロピル)メチルビス(トリメチルシロキシ)シラン等が挙げられ、中でも(3−アクリロキシプロピル)トリス(トリメチルシロキシ)シラン、(3−メタクリロキシプロピル)トリス(トリメチルシロキシ)シランが好ましい。また、多官能シリコーンアクリレートとしてシロキサン主鎖を有するジ(メタ)アクリレートを用いてもよい。上記のような(メタ)アクリレートを本発明の樹脂組成物に配合することによって、エポキシ基含有(メタ)アクリレートから形成されるアクリル主鎖内のエポキシ基濃度を調節でき、最適な硬化物物性が得られる。
【0038】
また、上記エポキシ基含有(メタ)アクリレートと上記(メタ)アクリレートの配合量は、それぞれの重量比が100:0〜30:70となるように配合することが好ましく、70:30〜30:70となるように配合することが特に好ましい。エポキシ基含有(メタ)アクリレートの比率が30未満であると、架橋密度が小さくなり過ぎるため耐熱性が低下し、脆くなる傾向がある。一方、エポキシ基含有(メタ)アクリレートの比率が70を超えると(メタ)アクリレートを配合することによる効果が得られ難い。
【0039】
本発明で用いる上記エポキシ基含有(メタ)アクリル共重合体としては、特に限定されないが、例えば、モノマー成分として挙げた上記エポキシ基含有(メタ)アクリレート及び上記(メタ)アクリレートの共重合体が挙げられる。したがって、エポキシ基含有(メタ)アクリル共重合体はモノマー成分と同一のエポキシ基含有(メタ)アクリレート及び(メタ)アクリレートからなる共重合体でもよいし、モノマー成分と異なるエポキシ基含有(メタ)アクリレート及び(メタ)アクリレートの共重合体であってもよい。ただし、エポキシ基含有(メタ)アクリル共重合体は、モノマー成分及びエポキシの硬化剤に可溶させるために、その分子量は低い方が好ましく、重量平均分子量で20,000以下であることが特に好ましい(重量平均分子量は、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)で測定し標準ポリスチレン換算)。このような低分子量の共重合体は、溶液重合の場合、重合条件を高温で行うことや連鎖移動剤を添加することによって得ることができる。上記のようなエポキシ基含有(メタ)アクリル共重合体を本発明の樹脂組成物に配合することによって、アクリル主鎖内及び主鎖間にエポキシ基と酸無水物の架橋構造を形成でき、硬化収縮が小さく、均一で高い透明性を有する硬化物が得られる。
【0040】
エポキシ基含有(メタ)アクリル共重合体の配合量は、当該エポキシ基含有(メタ)アクリル共重合体:エポキシ基含有(メタ)アクリレート及び(メタ)アクリレートとの重量比で0:100〜50:50となるように配合することが好ましく、10:80〜40:60となるように配合することが特に好ましい。ここでエポキシ基含有(メタ)アクリル共重合体の比率が10未満では硬化収縮低減の効果が得られ難い。一方、エポキシ基含有(メタ)アクリル共重合体の比率が50を超えて大きいと、溶解し難くなったり、架橋密度が小さくなり過ぎて耐熱性が低下する恐れがある。
【0041】
本発明の樹脂組成物には、上記の成分以外に、ヒンダードアミン系の光安定剤、フェノール系やリン系の酸化防止剤、紫外線吸収剤、無機充填剤、有機充填剤、カップリング剤、重合禁止剤等を添加することができる。また、成形性の観点から離型剤、可塑剤、帯電防止剤、難燃剤等を添加してもよい。これらは、樹脂硬化物の光透過性を確保する観点から液状であることが好ましいが、固形の場合には用いる波長以下の粒径を有するものとすることが望ましい。
【0042】
本発明の樹脂組成物の形態としては、エポキシ基含有(メタ)アクリレート、酸無水物、ラジカル重合開始剤、硬化促進剤、場合によっては(メタ)アクリレート、エポキシ基含有(メタ)アクリル共重合体を混合調製した樹脂溶液でもよいが、エポキシ基含有(メタ)アクリレート、場合によって(メタ)アクリレートおよび/またはエポキシ基含有(メタ)アクリル共重合体を含有する第一液と、酸無水物、ラジカル重合開始剤及び硬化促進剤を含有する第二液とに分けておき、使用時に第一液と第二液を混合し本発明の樹脂組成物としてもよい。このように分けておくことで、それぞれの保存安定性を向上させることができる。
【0043】
本発明の光学部材は、室温(25℃)で液体(粘調液体の状態も含む)である本発明の樹脂組成物を所望の部分に注型、ポッティング、又は金型へ流し込み、ついで、これを加熱又は光照射することにより、硬化させることで得ることができる。また、硬化阻害や着色防止のため、予め窒素バブリングによって樹脂組成物中の酸素濃度を低減することが望ましい。なお、樹脂硬化物(光学部材)の架橋構造は、用いるラジカル重合開始剤の半減期温度及びエポキシ硬化促進剤のゲル化温度の関係に依存するが、一般的にラジカル重合開始剤の半減期温度の方が、エポキシ硬化促進剤のゲル化温度より低いので、先ず(メタ)アクリレート類のラジカル重合が進み、(メタ)アクリル主鎖が形成され、引き続いてエポキシ基と酸無水物のイオン重合が進み、アクリル主鎖内及び主鎖間に架橋構造が形成される。しかし、ラジカル重合開始剤の半減期温度とエポキシ硬化促進剤のゲル化温度が近い組み合わせを選択することによって、アクリル主鎖の立体的な拘束がなく、より密な架橋構造を得ることができると考えられる。
【0044】
熱硬化の場合の硬化条件は、各成分の種類、組み合わせ、添加量にもよるが、最終的にラジカル重合とイオン重合の両方が完結する温度、時間であればよく、特に限定されないが、好ましくは、60〜150℃で1〜5時間程度である。また、急激な硬化反応により発生する内部応力を低減するために、硬化温度を段階的に昇温することが望ましい。また、より短時間で簡易に硬化物を得るためには、まず光照射により(メタ)アクリレート類の光ラジカル重合を行い、ついでこれを加熱することでエポキシ基と酸無水物のイオン重合を行うことが可能であり、好ましい。
【0045】
以上、説明した本発明の樹脂組成物は、その硬化物の光学的透明性が高く、耐熱性、耐光性、機械特性に優れる樹脂組成物であり、その硬化物は、透明基板、レンズ、接着剤、光導波路、発光ダイオード(LED)、フォトトランジスタ、フォトダイオード、固体撮像素子等の光半導体素子用途の光学部材として好適である。
【実施例】
【0046】
以下に、本発明を実施例により具体的に説明する。
【0047】
(実施例1)
エポキシ基含有(メタ)アクリレートとしてグリシジルメタクリレート35重量部、(メタ)アクリレートとして(3−メタクリロキシプロピル)トリス(トリメチルシロキシ)シラン35重量部、酸無水物としてメチルヘキサヒドロ無水フタル酸30重量部、ラジカル重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル0.3重量部、ならびにエポキシ硬化促進剤としてアルミニウムトリス(アセチルアセトナート)0.5重量部及びジエトキシジメチルシラン0.5重量部を室温(25℃)にて混合し、液状の樹脂組成物溶液を調整した。この樹脂溶液を、3mm厚及び1mm厚のシリコーン製のスペーサーをガラス板で挟んだ型の中に流し入れ、オーブン中で80℃、100℃、125℃、150℃で各1時間の条件で加熱し、3mm厚及び1mm厚の硬化物を得た。
【0048】
(実施例2)
アルミニウムトリス(アセチルアセトナート)の代わりにジルコニウムテトラ(アセチルアセトナート)を用いた以外は、実施例1と同様にして液状の樹脂組成物溶液を調整し、3mm厚及び1mm厚の硬化物を得た。
【0049】
(実施例3)
アルミニウムトリス(アセチルアセトナート)の代わりにジルコニウムトリ(ブトキシ)アセチルアセトナートを用いた以外は、実施例1と同様にして液状の樹脂組成物溶液を調整し、3mm厚及び1mm厚の硬化物を得た。
【0050】
(実施例4)
アルミニウムトリス(アセチルアセトナート)の代わりにジルコニウム(アセチルアセトナート)ビス(エチルアセトアセテート)を用いた以外は、実施例1と同様にして液状の樹脂組成物溶液を調整し、3mm厚及び1mm厚の硬化物を得た。
【0051】
(実施例5)
グリシジルメタクリレートの配合量を28重量部とし、(メタ)アクリレートとして(3−メタクリロキシプロピル)トリス(トリメチルシロキシ)シランの代わりにイソボルニルアクリレートを14重量部配合し、さらにグリシジルメタクリレートとメチルメタクリレートの共重合体(数平均分子量が4,000でエポキシ等量が310)を28重量部配合した以外は、実施例1と同様にして液状の樹脂組成物溶液を調整し、3mm厚及び1mm厚の硬化物を得た。
【0052】
(実施例6)
エポキシ基含有(メタ)アクリレートとしてグリシジルメタクリレート35重量部、(メタ)アクリレートとして(3−メタクリロキシプロピル)トリス(トリメチルシロキシ)シラン35重量部、酸無水物としてメチルヘキサヒドロ無水フタル酸30重量部、光ラジカル重合開始剤として1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン1重量部ならびにエポキシ硬化促進剤としてアルミニウムトリス(アセチルアセトナート)0.5重量部及びジエトキシジメチルシラン0.5重量部を室温(25℃)にて混合し、液状の樹脂組成物溶液を調整した。この樹脂溶液を、3mm厚及び1mm厚のシリコーン製のスペーサーをガラス板で挟んだ型の中に流し入れた後、超高圧水銀ランプを用い、照度11.6mW/cm、積算露光量3000mJ/cmの条件でラジカル重合させ、さらにオーブン中で100℃、125℃、150℃、各1時間の条件で加熱し、3mm厚及び1mm厚の硬化物を得た。
【0053】
(比較例1)
エポキシ硬化促進剤としてテトラブチルホスホニウムジエチルホスホジチオネートを用いた以外は、実施例1と同様にして液状の樹脂組成物溶液を調整し、3mm厚及び1mm厚の硬化物を得た。
【0054】
(比較例2)
エポキシ硬化促進剤としてジルコニウムトリ(ブトキシ)アセチルアセトナートのみを用いた以外は、実施例3と同様にして液状の樹脂組成物溶液を調整し、3mm厚及び1mm厚の硬化物を得た。
【0055】
(比較例3)
エポキシ硬化促進剤としてジエトキシジメチルシランのみを用いた以外は、実施例1と同様にして液状の樹脂組成物溶液を調整し、3mm厚及び1mm厚の硬化物を得た。
【0056】
上記実施例1〜6、比較例1〜3の配合を纏めて表1に示した。
【表1】

【0057】
表1中の数字は重量部、A:グリシジルメタクリレート(ライトエステルG、共栄社化学株式会社製)、B1:(3−メタクリロキシプロピル)トリス(トリメチルシロキシ)シラン(X−22−2404、信越化学工業製)、B2:イソボルニルアクリレート(IBXA、大阪有機化学工業製)、C:メチルメタクリレートとグリシジルメタクリレートの共重合体、D:メチルヘキサヒドロ無水フタル酸(HN−5500、日立化成工業株式会社製)、E1:アゾビスイソブチロニトリル(和光純薬製)、E2:1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(イルガキュア184、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ株式会社製)、F1:アルミニウムトリス(アセチルアセトナート)(ALW、川研ファインケミカル株式会社製)、F2:ジルコニウムテトラ(アセチルアセトナート)(ZC−150、松本製薬工業製)、F3:ジルコニウムトリ(ブトキシ)アセチルアセトナート(ZC−540、松本製薬工業製)、F4:ジルコニウム(アセチルアセトナート)ビス(エチルアセトアセテート)(ZC−570、松本製薬工業製)、G:ジエトキシジメチルシラン(LS−1370、信越シリコーン製)、H:テトラブチルホスホニウムジエチルホスホジチオネート(ヒシコーリンPX−4ET、日本化学工業株式会社製)を示す。
【0058】
上記実施例1〜6、比較例1〜3で得られた樹脂硬化物について、ガラス転移温度、曲げ弾性率、初期と高温放置後の光透過率および黄変度、ならびに耐光着色性を下記に示す方法により測定した。
【0059】
ガラス転移温度(Tg)は、3mm厚の樹脂硬化物から3×3×20mmの試験片を切り出し、示差型熱機械分析装置(Rigak製TAS100型)を用い測定した。昇温速度5℃/分の条件で試料の熱膨張を測定し、熱膨張曲線の屈曲点からTgを求めた。
【0060】
曲げ弾性率は、3×20×50mmの試験片を切り出し、三点曲げ試験装置(インストロン製5548型)を用いてJIS−K−6911に準拠した3点支持による曲げ試験を行い、下記式(1)から曲げ弾性率を算出した。支点間距離は24mm、クロスヘッド移動速度は0.5mm/分、測定温度は室温(25℃)及び光半導体パッケージ実装時のリフロー温度に近い250℃で行った。
【数1】


(式(1)中、Ef:曲げ弾性率(MPa)、ΔP:加重(N)、ΔY:変位量(mm)、Lv:支点間距離、W:試験片の幅、h:試験片の厚さである。)
【0061】
光透過率と黄変度は、分光光度計(日立分光光度計V−3310)を用い、1mm厚の試験片で測定した。透過率は硬化後(初期)及び耐熱着色性の評価として150℃で300時間高温放置した後に測定した。黄色味を示す黄変度(YI)は測定した透過スペクトルを用い、標準光Cの場合の三刺激値XYZを求め、下記式(2)から求めた。
【数2】

【0062】
耐光着色性は、光源としてスポットUV照射機(ウシオ電機製、SP−7)を用い、波長365nm(照度:5000mW/cm)を主成分とする近紫外光を厚さ1mmの試験片に照射し、380nmでの透過率が初期の透過率の70%以下になった時の時間で表した。
【0063】
上記実施例1〜6および比較例1〜3の各試験片のガラス転移温度、室温(25℃)と250℃での曲げ弾性率、硬化後(初期)と高温放置後での波長400nmでの光透過率及び黄変度、ならびに耐光着色性を表2に示す。なお、比較例2や3の樹脂硬化物は硬化が不十分で、各種物性を測定することができなかった。
【表2】

【0064】
実施例1〜6の各試験片は、いずれもガラス転移温度が150℃以上と耐熱性に優れ、また、高温での曲げ弾性率も70MPa以上と大きい。また、光学特性についても初期の透過率が高く、黄変度が小さく、150℃、300時間での高温放置後の透過率の低下が少なく、黄変度の変化量も小さいことが分かる。さらに、耐光着色性にも優れていることが分かる。一方、比較例1のように、エポキシ硬化促進剤としてリン系硬化促進剤を用いた場合は高温処理後の光透過率と黄変度、および耐光着色性が劣ることがわかる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
エポキシ基含有(メタ)アクリレート、酸無水物、ラジカル重合開始剤、硬化促進剤を含有する樹脂組成物において、前記硬化促進剤がアセトアセテート誘導体を配位子とする金属キレート及びアルコキシ基を有するケイ素化合物であり、かつ室温(25℃)で液状であり、加熱又は光照射によって硬化することを特徴とする樹脂組成物。
【請求項2】
さらに(メタ)アクリレートモノマを含有することを特徴とする請求項1に記載の樹脂組成物。
【請求項3】
さらに重量平均分子量が20,000以下のエポキシ基含有(メタ)アクリル共重合体を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の樹脂組成物。
【請求項4】
前記金属キレートの中心金属がAl又はZrであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の樹脂組成物。
【請求項5】
前記ケイ素化合物が、テトラアルコキシシラン、トリアルコキシシラン、ジアルコキシシラン、モノアルコキシシランのいずれかであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の樹脂組成物。
【請求項6】
組成物中に含まれる(メタ)アクリレート類のラジカル重合、および組成物中に含まれるエポキシ基と酸無水物のイオン重合の両方が加熱又は光照射により進行して硬化することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の樹脂組成物。
【請求項7】
前記エポキシ基含有(メタ)アクリレートを含有し、場合によって(メタ)アクリレートモノマおよび/またはエポキシ基含有(メタ)アクリル共重合体を含有する第一液と、前記酸無水物、前記ラジカル重合開始剤および前記硬化促進剤を含有する第二液とを混合してなり、加熱又は光照射によって硬化することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の樹脂組成物。
【請求項8】
請求項1〜7のいずれかに記載の樹脂組成物を硬化して作製したことを特徴とする光学部材。
【請求項9】
請求項1〜7のいずれかに記載の樹脂組成物を用い、該樹脂組成物中に含まれる(メタ)アクリレート類のラジカル重合を光照射により行い、該樹脂組成物中に含まれるエポキシ基と酸無水物のイオン重合をその後の加熱によって行うことを特徴とする光学部材の製造方法。

【公開番号】特開2011−241404(P2011−241404A)
【公開日】平成23年12月1日(2011.12.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−180567(P2011−180567)
【出願日】平成23年8月22日(2011.8.22)
【分割の表示】特願2006−13047(P2006−13047)の分割
【原出願日】平成18年1月20日(2006.1.20)
【出願人】(000004455)日立化成工業株式会社 (4,649)
【Fターム(参考)】