説明

熱硬化性アクリル樹脂組成物及びその硬化物

【課題】 樹脂原料が十分な相溶性を有し、反応に伴う析出物がなく、酸素が存在する空気環境下でも硬化物表面にべとつき感の無い光学材料として利用できる透明性と耐熱着色性を有した硬化物を形成することができる熱硬化性アクリル樹脂組成物、及びその硬化物を提供する。
【解決手段】 メタクリロイル基を含むアクリル樹脂組成物を熱硬化させる際に、(A)下記一般式(1)で表される1分子中にメタクリロイル基を2個以上有する有機化合物と(B)ケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に1個以上有するシロキサン系化合物と、(C)白金化合物と、を必須成分として含む熱硬化性アクリル樹脂組成物。
【化1】


(一般式(1)中、Xは、メチル基を1個以上有する基)

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学デバイス・光学部品用材料、電子デバイス・電子部品用絶縁材料、コーティング材料等に有用な熱硬化性アクリル樹脂組成物及びその硬化物に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、光学デバイスや光学部品用材料、特に発光ダイオード(LED)素子の封止材料として、エポキシ樹脂が一般的に用いられている。しかし、白色LEDを筆頭に高強度の青色光、近紫外光の利用が広がりつつあり、エポキシ樹脂では、これまで問題とされなかった熱や紫外線による黄変が問題となっており、耐熱着色性及び耐光着色性に優れた樹脂が求められている。
近年、耐熱着色性、耐光着色性に優れている樹脂としてシリコーン樹脂が、光学部材へ使用され始めている。しかし、シリコーン樹脂は、透湿性が高く、接着性が低く、線膨張係数が高く、また軟らかいために、複雑な形状を有する成形品が得られない等の問題点がある。
上記問題を解決するため、軟らかさの原因となるシリコーン樹脂のジメチルシロキサン骨格のメチル基の一部をフェニル基に置換する方法が提案されているが、得られる成形品の長期信頼性が必ずしも十分ではなく、特に耐熱着色性に課題がある。
また、シリコーン樹脂は一般に有機系骨格からなる有機化合物に対する相溶性が悪く、ポリオルガノハイドロジェンシロキサンと炭素−炭素二重結合を含有する有機系骨格からなる有機化合物とを硬化させようとしても、相分離により透明で均一な硬化物が得られないという問題があった。
上記の問題を解決するため、分子中にヒドロシリル基を有する有機系硬化剤が提案されている。該硬化剤は、炭素−炭素二重結合を含有する有機化合物と一般に相溶性が良好である。しかし、特に炭素−炭素二重結合含有成分として高極性の有機化合物を用いた場合等、十分な相溶性が得られないという問題があり、炭素−炭素二重結合含有成分の骨格構造に合わせて相溶性の良いものを設計、選択する必要があり、さらに、有機変性シロキサンは特殊化合物であり種々のものが容易に入手可能であるとは言い難いため、工業的な実用性が低いという問題を有していた。
【0003】
アクリル樹脂は、機械的強度や成形性が高く、その硬化物が透明であることを活かし、レンズ等の光学部品材料として幅広く利用されているが、アクリル樹脂は、アクリル系モノマーをラジカル重合により硬化させるため、空気中の酸素によって硬化阻害を受ける。そのため空気中では硬化が不十分となり、硬化物表面にべとつきやタック感の無い硬化物を得る事が出来ないという欠点を有していた。
この酸素の悪影響を避ける方法として、窒素などの不活性ガスを硬化の際に用いることで、酸素濃度を低下させる方法が提案されているが、不活性ガスのコストや酸素欠乏環境での作業者の危険性等の問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2004−292807号公報
【特許文献2】特開平03−95266号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、樹脂原料が十分な相溶性を有し、反応に伴う析出物がなく、酸素が存在する空気環境下でも硬化物表面にべとつき感の無い光学材料として利用できる透明性と耐熱着色性を有した硬化物を形成することができる熱硬化性アクリル樹脂組成物、及びその硬化物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】
【0006】
本発明は、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、メタクリロイル基を含むアクリル樹脂組成物を熱硬化させる際に、(A)下記一般式(1)で表される1分子中にメタクリロイル基を2個以上有する有機化合物と、
【0007】
【化1】

(一般式(1)中、Xは、メチル基を1個以上有する基)
(B)ケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に1個以上有するシロキサン系化合物と、(C)白金化合物と、を必須成分とする熱硬化性アクリル樹脂組成物を用いることにより、上記特性を有する硬化物が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【0008】
即ち、本発明は、メタクリロイル基を含むアクリル樹脂組成物を熱硬化させる際に、(A)上記一般式(1)で表される1分子中にメタクリロイル基を2個以上有する有機化合物(Xは、メチル基を1個以上有する基)と、(B)ケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に1個以上有するシロキサン系化合物と、(C)白金化合物と、を必須成分として含む熱硬化性アクリル樹脂組成物を提供する。
また、本発明の熱硬化性アクリル樹脂組成物において、前記(A)成分のXが、メチル基を1個以上有する鎖状または環状脂肪族炭化水素基であることが好ましい。
また、本発明の熱硬化性アクリル樹脂組成物において、前記(A)成分のXが、式(a1)または式(a2)で表される基であることが好ましい。
【0009】
【化2】

また、本発明の熱硬化性アクリル樹脂組成物を熱硬化させる際、全質量に対して(A)成分を5〜99質量%、前記(B)成分を1〜90質量%、(C)成分を0.01〜5質量%含むことが好ましい。
また、本発明は上記の熱硬化性アクリル樹脂組成物を加熱することによって得られる熱硬化性樹脂硬化物を提供する。
【発明の効果】
【0010】
本発明の熱硬化性アクリル樹脂組成物は、樹脂原料が十分な相溶性を有し、反応に伴う析出物がなく、酸素が存在する空気環境下でも硬化物表面にべとつき感の無い硬化物を形成することができる。且つ得られる硬化物は、透明性、耐熱着色性に優れ、硬度が高い。従って、硬化物は、レンズ材料、光学デバイスもしくは光学部品用封止材、ディスプレイ材料等の各種の光学用材料、電子デバイス若しくは電子部品用絶縁材料、さらにはコーティング材料として使用できる。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
本発明は、メタクリロイル基を含むアクリル樹脂組成物を熱硬化させる際に、下記の(A)〜(C)成分を含有し、必要に応じてその他の任意成分をさらに含有してなるものである。
【0012】
(A)成分
本発明の(A)成分である1分子中にメタクリロイル基を合計2個以上有する有機化合物は、(メタ)アクリル樹脂と(B)成分および(C)成分とを相溶化させ均一透明な樹脂硬化物を与える機能を有するものである。
前記メタクリロイル基は、1分子中に合計2〜6個有することが好ましく、2〜4個有することがより好ましい。
本発明で用いる(A)成分は、上記要件を満たすものであれば特に限定されないが、下記一般式(1)で表される1分子中にメタクリロイル基を2個以上有する有機化合物である。
【0013】
【化3】

(一般式(1)中、Xは、メチル基を1個以上有する基)
ここで、一般式(1)中Xが、下記式(a1)または式(a2)で表される基であることが好ましい。
【0014】
【化4】

本成分の有機化合物としては、例えば、以下のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。1分子中にメタクリロイル基を2個以上有するオリゴマー、プロピレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、ビスフェノールAジメタクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジメタクリレート、エトキシ化ポリプロピレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、1,3-ブタンジオールジメタクリレートなどが挙げられる。これらの中でも、下記に示す、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、1,3-ブタンジオールジメタクリレートが好ましい。
【0015】
【化5】

ネオペンチルグリコールジメタクリレート(日立化成工業株式会社製、商品名:FA−125M)
【0016】
【化6】

1,3-ブタンジオールジメタクリレート(新中村化学工業株式会社製、商品名:NKエステル BG)
(A)成分の有機化合物は、単独で用いても2種以上を併用してもよい。
(A)成分の使用量は特に制限はないが、熱硬化性アクリル樹脂組成物全質量に対して5〜99質量%の範囲で用いるのが好ましい。上記化合物が5質量%未満では混合液が白濁し、透明な硬化物が得られない。
【0017】
(B)成分
本発明で用いる(B)成分のケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に1個以上有するシロキサン系化合物は、官能基としてSiH基を有するケイ素化合物であればどのようなものでも使用することができる。このようなケイ素化合物としては例えば、一般式(3)
【0018】
【化7】

(一般式(3)中、Rは同種もしくは異種の、置換あるいは非置換の一価の炭化水素基、アルコキシ基、アシロキシ基、シリル基、シロキシ基、水酸基、チオ水酸基、アミノ基、シリルアミノ基、および/またはハロゲンを示し、nは1から4までの整数)で示される化合物が挙げられる。
具体的には、トリメトキシシラン、ジメトキシシラン、メトキシシラン、トリエトキシシラン、ジエトキシシラン、エトキシシラン、トリクロロシラン、ジクロロシラン、クロロシラン、メチルジクロロシラン、フェニルジクロロシラン、メチルジメトキシシラン、フェニルジエトキシシラン、メチルジエトキシシラン、フェニルジエトキシシラン、トリメチルシラン、ジメチルシラン、メチルシラン、トリエチルシラン、ジエチルシラン、エチルシラン、トリフェニルシラン、ジフェニルシラン、フェニルシラン、トリアセトキシシラン、ジアセトキシシラン、アセトキシシランなどが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
また、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,1,3,3−テトラエチルジシロキサン、1,1,3,3−テトラフェニルジシロキサン、1,3−ジメチル−1,3−ジフェニルジシロキサン、1,1,3,3−テトラメトキシジシロキサン、1,1,3,3−テトラクロロジシロキサン、1,1,2,2−テトラメチルジシラン、1,1,2,2−テトラエチルジシラン、1,1,2,2−テトラフェニルジシラン、1,1,3,3−テトラメチルジシラザン、1,3,5−トリメチルシクロトリシロキサン、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンなどのように、ケイ素原子を2個以上含む化合物も使用可能である。
さらに、ポリメチルハイドロジェンシロキサン、末端SiHポリジメチルシロキサンなどのように分子内に1個以上の官能基としてSiH基を有するポリシロキサン、分子内に1個以上の官能基としてSiH基を有するポリシルセスキオキサン、分子内に1個以上の官能基としてSiH基を有するポリカルボシラン、分子内に1個以上の官能基としてSiH基を有するポリシラザン、特開平3−200807号公報、および特開平3−95266号公報に記載されているような有機骨格をもつ官能基としてSiH基を含有する化合物を使用することも可能である。これらのケイ素化合物(ケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に1個以上有するシロキサン系化合物)は単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
【0019】
本発明で用いる(B)成分のケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に1個以上有するシロキサン系化合物の使用量は特に制限はないが、熱硬化性アクリル樹脂組成物全質量に対して1質量%以上、90質量%以下の範囲で用いるのが好ましい。ケイ素化合物が1質量%未満では硬化が不十分となり90質量%を超えると硬化物が得られない傾向にある。
【0020】
(C)成分
本発明で用いる(C)成分の白金化合物は、一般的にはヒドロシリル化用触媒として知られているものである。このような白金化合物の例としては、白金の錯体、アルミナ、シリカ、カーボンブラックなどの単体に固体白金を担持させたもの、塩化白金酸、塩化白金酸とアルコール、アルデヒド、ケトンなどとの錯体、白金アセチルアセトナート、白金−オレフィン錯体(例えば、Pt(CH=CH(PPh3)、Pt(CH=CHCl);白金−ビニルシロキサン錯体(例えば、Ptn((CH=CH−)MeSiOSiMe(−CH=CH))、Pt[(Me(CH=CH−)SiO))、白金−ホスフィン錯体(例えば、Pt(PPh、Pt(PBu))、白金−ホスファイト錯体(例えば、Pt[P(OPh))(式中、Meはメチル基、Buはブチル基、Phはフェニル基を表し、m、nは整数を表す)、ジカルボニルジクロロ白金、また、アシュビー(Ashby)の米国特許第3159601号公報および、3159662号公報中に記載された白金−炭化水素複合体、ならびに、ラモロー(Lamoreaux)の米国特許第3220972号公報中に記載された白金アルコラート触媒も挙げられる。さらに、モディック(Modic)の米国特許第3516946号公報中に記載された塩化白金−オレフィン複合体も本発明において有用である。これらの触媒は単独で使用してもよく、2種以上を併用しても構わない。触媒活性の点から、塩化白金酸、白金−オレフィン錯体、白金−ビニルシロキサン錯体、白金アセチルアセトナートが好ましく、白金−ビニルシロキサン錯体が特に好ましい。これらの白金化合物は単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。また、これら白金化合物の使用量については特に制限はないが、熱硬化性アクリル樹脂組成物全重量に対して0.01質量%以上、5質量%以下の範囲で用いるのが好ましい。白金化合物が0.01質量%未満では硬化が不十分となり、5質量%を超えると反応が急激に進行し、発泡などにより硬化物が得られない傾向にある。
【0021】
また、本発明において硬化物表面にべとつき感が生じない程度に官能基として(メタ)アクリロイル基を分子中に一つ以上有している(メタ)アクリル化合物を添加することも可能である。なお、本発明において、(メタ)アクリルとはアクリル及びそれに対応するメタクリルを意味する。
このような(メタ)アクリル化合物として特に限定されないが、具体的にはメチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、エトキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−メトキシエトキシ(メタ)アクリレート、2−エトキシエトキシ(メタ)アクリレート、メトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、エトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ブトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシプロピレングリコール(メタ)アクリレート、オクタフルオロペンチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシルモノ(メタ)アクリレート及びトリシクロデカンを有するモノ(メタ)アクリレートなどの単官能アクリレートが挙げられる。
【0022】
また二官能以上の(メタ)アクリレートとして、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,10−デカンジオールジ(メタ)アクリレート、ジメチロール−トリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)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、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、シロキサン構造を有する(メタ)アクリレート等が挙げられる。
これら単官能または二官能以上の(メタ)アクリレートは、単独で又は二種類以上を組み合わせて使用してもよい。
【0023】
本発明の熱硬化性アクリル樹脂組成物には、上記必須成分以外に、硬化遅延剤、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、接着性付与剤、重合禁止剤、可塑剤、離型剤、帯電防止剤、難燃剤等を添加してもよい。
【0024】
本発明の熱硬化性アクリル樹脂組成物において、上記(A)成分、(B)成分及び(C)成分の存在下で、樹脂組成物を加熱することで硬化物を得ることができる。なお、上記成分は、加熱の前に、あらかじめ混合することが好ましい。硬化反応の反応温度は、特に限定されないが、50℃から150℃であることが好ましい。また、熱硬化する際、酸素の存在する空気環境下以外に、窒素などの不活性ガス環境下で硬化させてもよい。
【実施例】
【0025】
以下、本発明の実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。
(実施例1)
50mLのスクリュー管に、(A)成分である一般式(1)で表される1分子中にメタクリロイル基を2個有する有機化合物としてネオペンチルグリコールジメタクリレート4.5g、(B)成分のケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に1個以上有するシロキサン系化合物(ケイ素化合物)として、
【0026】
【化8】

(nは平均値で25である。)の化学式で表されるハイドロジェンポリジメチルシロキサン0.5g、(C)成分の白金化合物として、白金(0)−2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラビニルシクロテトラシロキサン錯体0.005gを加えて、これらを均一になるまで混合した。次いで、それぞれ厚さ3mm、1mmとなるように底が平らなガラス容器に混合液を入れ、空気雰囲気下、オーブンで100℃、30分、続いて、150℃、30分加熱し硬化物を得た。
【0027】
(実施例2)
50mLのスクリュー管に、アクリル樹脂として1,3−ブタンジオールジメタクリレート2.5g、ハイドロジェンポリジメチルシロキサン2.5g、白金(0)−2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラビニルシクロテトラシロキサン錯体0.005gを加えて、これらを均一になるまで混合した。次いで、それぞれ厚さ3mm、1mmとなるように底が平らなガラス容器に混合液を入れ、空気雰囲気下、オーブンで100℃、30分、続いて150℃、30分加熱し硬化物を得た。
【0028】
(実施例3)
50mLのスクリュー管に、アクリル樹脂としてネオペンチルグリコールジメタクリレート2.0g、ジメチロール−トリシクロデカンジメタクリレート2.5g、ハイドロジェンポリジメチルシロキサン0.5g、白金(0)−2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラビニルシクロテトラシロキサン錯体0.005gを加えて、これらを均一になるまで混合した。次いで、それぞれ厚さ3mm、1mmとなるように底が平らなガラス容器に混合液を入れ、空気雰囲気下、オーブンで100℃、30分、続いて150℃、30分加熱し硬化物を得た。
【0029】
(比較例1)
ケイ素化合物であるハイドロジェンポリジメチルシロキサンを添加しなかったこと以外は実施例1と同様の条件で、化合物を配合し、硬化反応を行った。しかし、配合液は液状のままで硬化物は得られなかった。
【0030】
(比較例2)
白金化合物である白金(0)−2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラビニルシクロテトラシロキサン錯体を添加しなかったこと以外は実施例1と同様の条件で、化合物を配合し、硬化反応を行った。しかし、配合液は液状のままで硬化物は得られなかった。
【0031】
(比較例3)
50mLのスクリュー管に、アクリル樹脂としてジメチロール−トリシクロデカンジメタクリレート4.5g、ハイドロジェンポリジメチルシロキサン0.5g、白金(0)−2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラビニルシクロテトラシロキサン錯体0.005gを加えて、これらを均一になるまで混合した。次いで、それぞれ厚さ3mm、1mmとなるように底が平らなガラス容器に混合液を入れ、空気雰囲気下、オーブンで100℃、30分、続いて150℃、30分加熱し硬化物を得た。
【0032】
(硬化物の評価)
上記実施例1〜3、比較例3で得られた硬化物(1mm厚)について、460nmでの光線透過率とその黄色度を日本分光株式会社製V−570で測定することで透明性を評価した。耐熱着色性の評価として、それぞれ硬化物(1mm厚)を150℃のオーブンに入れ72時間放置後の460nmでの光線透過率とそのYI(黄変指数)を日本分光株式会社製V−570で測定した。
【0033】
(硬度)
実施例1で得られた硬化物(3mm厚)について、硬度計(デュアルメータ、タイプA)を用いたショア硬度Aと、硬度計(デュアルメータ、タイプD)を用いたショア硬度Dを測定した。
これらの測定結果をまとめて表1に示した。
【0034】
【表1】

【0035】
(B)成分を用いない比較例1と(C)成分を用いない比較例2では、アクリル樹脂組成物が硬化せず、また、一般式(1)と異なるジメタクリレートを用いた比較例3では、硬化物が白濁してしまい透明な硬化物が得られなかった。これに対し、本発明の(A)、(B)、(C)成分を必須として含む実施例1〜3の熱硬化性アクリル樹脂組成物は、空気雰囲気でも硬化させることができ、べとつきやタック感の無い硬化物表面を得ることができ、また、透明性と耐熱着色性に優れた硬化物を得ることができる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
メタクリロイル基を含むアクリル樹脂組成物を熱硬化させる際に、
(A)下記一般式(1)で表される1分子中にメタクリロイル基を2個以上有する有機化合物と、
【化1】

(一般式(1)中、Xは、メチル基を1個以上有する基)
(B)ケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に1個以上有するシロキサン系化合物と、
(C)白金化合物と、を必須成分として含む熱硬化性アクリル樹脂組成物。
【請求項2】
(A)成分の一般式(1)中のXが、メチル基を1個以上有する鎖状または環状脂肪族炭化水素基である請求項1に記載の熱硬化性アクリル樹脂組成物。
【請求項3】
(A)成分の一般式(1)中のXが、式(a1)または式(a2)で表される基である請求項1または請求項2に記載の熱硬化性アクリル樹脂組成物。
【化2】

【請求項4】
熱硬化性アクリル樹脂組成物を熱硬化させる際、全質量に対して(A)成分を5〜99質量%、(B)成分を1〜90質量%、(C)成分を0.01〜5質量%含む請求項1〜3のいずれかに記載の熱硬化性アクリル樹脂組成物。
【請求項5】
請求項1〜4のいずれか一項に記載の熱硬化性アクリル樹脂組成物を、加熱することによって得られる熱硬化性アクリル樹脂硬化物。

【公開番号】特開2012−162689(P2012−162689A)
【公開日】平成24年8月30日(2012.8.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−25974(P2011−25974)
【出願日】平成23年2月9日(2011.2.9)
【出願人】(000004455)日立化成工業株式会社 (4,649)
【Fターム(参考)】