CN109415397B - 包含金属非质子有机硅烷氧化物化合物的制剂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可固化制剂,该可固化制剂包含:式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物:{R1‑Si(R2)(R3)‑[O‑Si(R4)(R5)]m‑O}n‑M1(←L)o(X1)p(I),其中M1为金属原子Al、Ce、Fe、Sn、Ti、V、或Zr;可聚合有机硅化合物;用于使可聚合有机硅化合物交联的有机硅交联剂;以及基于硅的粘附促进剂。本发明还包括一种使可固化制剂固化而得的固化的产物;包含可固化制剂或固化的产物或由可固化制剂或固化的产物制备的制品;以及制备和使用前述物质的方法。固化的产物可为自立式或设置在基底上。
Description
技术领域
包含金属非质子有机硅烷氧化物化合物的可固化制剂,其固化的产物,包含可固化制剂或固化的产物或由可固化制剂或固化的产物制备的制品,以及制备和使用它们的方法。
背景技术
现有制剂可能不期望地较弱粘附到特定基底材料,在诸如空气、热、湿度和/或日光的苛刻环境条件下降解或分解(例如脆化或脱色),或从其基底剥离。为了降低剥离(例如鼓泡或剥离)的频率或严重程度,可在粘附之前对一些基底进行预处理(例如涂底漆或预干燥)。或者可将粘附促进剂用作基底上的底漆或制剂中的添加剂。即便如此,制剂可能在用于苛刻应用诸如用于电子设备的粘合剂和灌封剂,用于气囊的涂料,用于发光二极管(LED)或光伏电池的包封材料,以及用于建筑和构造的密封剂时表现出较弱的粘附或较短的储存期限。
发明内容
我们(本发明人)发现了关于现有制剂的问题。它们具有过高的内聚破坏温度(TCF)(例如TCF>120C)和/或过短的储存期限(例如数天或数小时而非数周或数月)。内聚破坏温度越高,使制剂固化所需的温度就越高,并因此使用制剂的制造工艺窗口越小,并且可与制剂一起使用的热敏感电子元件的类型越少。如果储存期限过短,则制剂在用于制造环境中不实用,因为制造商将需要不断地制备或获取新鲜的制剂供应源或者将需要在低温下贮存制剂并且迅速加温和使用它。我们的发明提供了与现有制剂相关联的一个或多个问题的技术方案。
本发明整体涉及一种包含以下的可固化制剂:金属非质子有机硅烷氧化物化合物;可聚合有机硅化合物;用于使可聚合有机硅化合物交联的有机硅交联剂;以及基于硅的粘附促进剂。本发明还包括一种使可固化制剂固化而得的固化的产物;包含可固化制剂或固化的产物或由可固化制剂或固化的产物制备的制品;以及制备和使用前述物质的方法。固化的产物可为自立式或设置在基底上。
具体实施方式
以引用的方式将发明内容和说明书摘要并入本文。在本文中通过公开多个代表性、非限制性的实施方案和实施例来以示例的方式来进一步描述本发明。在一些实施方案中,本发明为下列编号的方面中的任一项。
方面1:一种可固化制剂,所述可固化制剂包含组分(A)、(B)和(C):(A)金属非质子有机硅烷氧化物化合物;(B)可聚合有机硅化合物,所述可聚合有机硅化合物每分子具有平均至少2个硅键合的不饱和脂族基团;(C)有机氢硅化合物,所述有机氢硅化合物每分子具有平均至少两个硅键合的氢原子;以及(D)有机硅粘附促进剂,所述有机硅粘附促进剂包含至少一个硅原子、至少3个硅键合的非质子离去基团,以及至少一个除离去基团之外的硅键合的可固化基团;其中所述(A)金属非质子有机硅烷氧化物化合物为式(I):{R1-Si(R2)(R3)-[O-Si(R4)(R5)]m-O}n-M1(←L)o(X1)p(I),其中M1为金属原子Al、Ce、Fe、Sn、Ti、V、或Zr,所述金属原子具有对于Al为+1至+3,对于Ce为+2至+4,对于Fe为+1至+6,对于Sn为+1至+4,对于Ti为+1至+4,对于V为+1至+5,或对于Zr为+1至+4的形式正氧化态δ+;下标n为1至δ+的整数;下标o为0、1或2的整数;每个L独立地为非质子路易斯碱;下标p=(δ+–n);每个X1独立地为卤离子或非质子有机杂基(organoheteryl)阴离子;下标m为3至100的整数;R1至R5各自独立地为非质子(C1-C20)烃基基团或非质子(C2-C20)杂烃基基团。(C2-C20)杂烃基基团包含2至20个碳原子以及至少一个选自以下的杂原子:N、O、S、P;或者N、O和S;或者N和O;或者N;或者O;或者S;或者P。组分(A)至(D)可为非质子的,不含(缺失)HO-C、H-N、H-S以及H-P。组分(A)和(B)以及任选地组分(D)也可不含H-Si。
方面2:根据方面1所述的可固化制剂,其中R1至R5中没有一个包含碳-碳双键或三键。例如,R1至R5中没有一个为或包含(C2-C20)烯基基团或(C2-C20)炔基基团。在一些方面,R1至R5中的至少一个或者每个独立地为非质子(C1-C20)烷基基团、非质子(C6-C20)芳基基团、或非质子(C2-C20)杂烃基基团,其中没有一个包含碳-碳双键或三键。非质子(C1-C20)烷基基团包括非质子(C3-C20)环烷基基团。
方面3:根据方面1所述的可固化制剂,其中R1至R5中的至少一个、或者两个或更多个、或者三个至十个独立地为非质子(C2-C20)烯基基团或非质子(C2-C20)炔基基团、或者非质子(C2-C20)烯基基团、或者非质子(C2-C6)烯基基团。在一些方面,任何剩余的R1至R5独立地为非质子(C1-C20)烷基基团、非质子(C6-C20)芳基基团、或非质子(C2-C20)杂烃基基团。
方面4:根据方面1至3中任一项所述的可固化制剂,其中至少一个或者每个M1为金属原子Al、Ce、Fe、Sn、Ti、或V;或者Al、Ce、Fe、Sn、Ti、或Zr;或者Al、Ce、Fe、Sn、V、或Zr;或者Al、Ce、Fe、Ti、V、或Zr;或者Al、Ce、Sn、Ti、V、或Zr;或者Al、Fe、Sn、Ti、V、或Zr;或者Ce、Fe、Sn、Ti、V、或Zr。在一些方面,至少一个或者每个M1为金属原子Al、Ce、Fe、或V;或者Al、Ce、或Fe;或者Al、Ce、或V;或者Al、Fe、或V;或者Ce、Fe、或V;或者Al、或者Ce、或者Fe、或者V。在一些方面,至少一个或者每个M1为金属原子Sn或Ti;或者Sn或Zr;或者Ti或Zr;或者Sn、或者Ti、或者Zr。在一些方面,M1为Al并且δ+为+3;或者M1为Ce且δ+为+3或+4;或者M1为Fe且δ+为+2或+3;或者M1为Sn且对Sn而言δ+为+2或+4;或者M1为Ti且对Ti而言δ+为+4;或者M1为V且δ+为+5;或者M1为Zr且对Zr而言δ+为+4。
方面5:根据方面1至4中任一项所述的可固化制剂,其中下标n为整数2至δ+,或者δ+。下标p=(δ+–n)。
方面6:根据方面1至5中任一项所述的可固化制剂,其中下标o为0的整数,或者1或2,或者1,或者2。当o为0时,L不存在。当o为1时,存在一个L并且与M1形成配位键,也称为配价键。当o为2时,存在两个独立选择的L,或者存在一个双配位基L,并且与M1形成总计两个配位键。L的非质子路易斯碱是分子量为50至500克每摩尔(g/mol)的中性电子对-供体化合物,并且可独立地选自烯烃、炔烃、式R3N的叔胺、式RCO2R的羧酸酯、式ROR的醚、式RC(=O)R的酮、式RSR的硫醚、式(R)3P的三烃基膦、或它们对应的双官能化类似物,诸如二胺、二羧酸酯、二醚、二酮、二硫醚、或二膦。每个R可独立地为未取代的烷基或芳基。
方面7:根据方面1至6中任一项所述的可固化制剂,其中下标m为3至50,或者51至100,或者3至30,或者3至20,或者3至10,或者3,或者4,或者5,或者6,或者7,或者8,或者9,或者10的整数,或者m为选自3至100中的所有而非一个的整数。如果m为1或2或>100,式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物可能表现出较弱的粘附促进或粘附共促进效应;赋予可固化制剂不期望的物理特性(例如,如果m为1或2,则动态粘度降低过多或挥发性太高;如果m>100,则动态粘度增大太多或掩藏M1的良性效应)。
方面8:根据方面1至7中任一项所述的可固化制剂,其中每个X1独立地为卤离子、或者非质子有机杂基阴离子。卤离子可为氟离子、氯离子、溴离子、或碘离子;或者氟离子、氯离子、或溴离子;或者氟离子或氯离子;或者氟离子;或者氯离子。非质子有机杂基阴离子可选自醇盐(即RXO-)、羧酸盐(即RXC(=O)O-)、肟盐(即RX 2C=NO-)、仲氨基(RX 2N-)、或三烃基硅烷氧化物(即RX 3SiO-)。每个RX独立地为非质子(C1-C20)烃基,选自(C1-C20)烷基、(C2-C20)烯基、或(C6-C20)芳基;或者(C1-C6)烷基或(C2-C6)烯基;或者(C1-C6)烷基;或者甲基、乙基、或苯基。
方面9:根据方面1至8中任一项所述的可固化制剂,其特征在于其中式(I)的(A)金属非质子有机硅烷氧化物化合物的浓度为可固化制剂总重量的0.01重量百分比至10重量百分比(重量%),或者0.1重量%至10重量%,或者0.10重量%至5重量%,或者0.9重量%至3重量%。
方面10:根据方面1至9中任一项所述的可固化制剂,其中(B)可聚合有机硅化合物选自每分子具有平均1个硅原子和至少2个不饱和脂族基团的有机硅烷;低聚有机硅氧烷,所述低聚有机硅氧烷每分子具有平均2至4个硅原子和至少2个不饱和脂族基团;聚有机硅氧烷,所述聚有机硅氧烷每分子具有平均5个或更多个硅原子和至少2个不饱和脂族基团;以及它们中的任何两个或更多个的组合。组分(B)可为非质子。
方面11:根据方面1至10中任一项所述的可固化制剂,其中(C)有机氢硅化合物每分子具有平均1至100个硅原子和/或至少2个,或者至少2.2个硅键合的氢原子。
方面12:根据方面1至11中任一项所述的可固化制剂,其中在(D)有机硅粘附促进剂中,每个硅键合的非质子离去基团独立地为硅键合的非质子烷氧基基团、硅键合的非质子脂族羧基基团、硅键合的非质子二烷基氨基基团、硅键合的卤素、或硅键合的非质子肟基团;并且/或者除离去基团之外的每个硅键合的可固化基团独立地为环氧官能化烃基基团、不含氧代基(即=O)基团的单价不饱和脂族基团、单价不饱和脂族羧酸酯基团、单价异氰酸酯基团、单价醛基基团(即-C(=O)H)、或它们中的任何两个或更多个的混合基团。在一些方面,(D)有机硅粘附促进剂是单价不饱和脂族羧酸酯基团,即为单价(甲基)丙烯酸酯基团。
方面13:根据方面1至12中任一项所述的可固化制剂,所述可固化制剂还包含至少一种除组分(A)至(D)之外的附加的组分,每种附加的组分是任选的,并且可独立地为组分(E)至(J)中的任一种或多种:(E)固化剂;(F)硅氢加成催化剂的抑制剂;(G)填料;(H)用于处理(G)填料的处理剂;(I)载体;(J)着色剂。组分(A)至(D),加上任选的组分(E)至(J)中任一个,加上下文所述的任何其它任选的组分的总浓度等于100重量%的可固化制剂。组分(E)至(K)可为非质子或者质子。
方面14:一种制备根据方面1至13中任一项所述的可固化制剂的方法,所述方面包括使组分(A)至(D)与任选地至少一种附加的组分(E)至(K)接触,以产生可固化制剂。
方面15:一种制品,所述制品包含根据方面1至13中任一项所述的可固化制剂以及与其接触的基底。
方面16:一种将根据方面1至13中任一项所述的可固化制剂固化而得的固化的产物。在一些方面,根据方面1至13中任一项所述的可固化制剂可被固化为固化的产物,并且固化的产物的特征在于内聚破坏温度(TCF)≤120℃,或者TCF<120℃,或者TCF≤110℃,或者TCF<110℃,或者TCF<100℃,或者TCF为90℃至<100℃。在一些方面,根据方面1至13中任一项所述的可固化制剂可被固化为固化的产物,并且固化的产物的特征在于不含鼓泡。鼓泡可使用下文所述的热梯度粘接强度测试方法进行测量。TCF可使用下文所述的90°剥离粘接强度测试方法进行测量。
方面17:一种制备根据方面16所述的固化的产物的方法,所述方法包括使可固化制剂经受30℃至250℃的固化温度,以产生固化的产物。在一些方面,固化温度为50℃至200℃,或者70℃至180℃,或者80℃至140℃,或者85℃至120℃。
方面18:一种制品,所述制品包含根据方面16所述的固化的产物。
方面19:根据方面18所述的制品,所述制品还包含与固化的产物接触的基底。在一些方面,固化的产物粘附于基底。
金属非质子有机硅烷氧化物化合物的各个分子由至少一个金属原子和至少一个非质子有机硅烷氧化物配体构成。金属原子可为铝、铈、铁、锡、钛、钒、锆、或它们中的任何两个或更多个的组合。非质子有机硅烷氧化物配体可为阴离子,即有机硅烷醇的共轭碱形式,并且每个非质子有机硅烷氧化物配体包含平均至少一个阴离子官能团Si-O-。非质子有机硅烷氧化物配体不含–OH、-NH、-SH、-PH,以及任选地SiH基团。可聚合有机硅化合物可具有至少1个、或者2个或更多个可固化基团,并且可为有机硅单体、有机硅预聚物或可固化有机硅聚合物。有机硅交联剂可为每分子具有平均至少两个与可聚合有机硅化合物的可固化基团反应的官能团的化合物。基于硅的粘附促进剂可为每分子具有至少一个硅键合的非质子离去基团以及至少一个结构上不同于硅键合的非质子离去基团的硅键合的非质子可固化基团的化合物。金属非质子有机硅烷氧化物化合物、可聚合有机硅化合物、有机硅交联剂以及基于硅的粘附促进剂各自为结构不同于其它的结构的不同化合物。基底可为以任何形状构造的任何基质材料。例如,基质材料可为碳、陶瓷、金属或金属合金、有机或无机聚合物、或硅酸盐玻璃。构造可为规则或不规则形状的;对称或非对称;实芯或空芯;(半)多孔或无孔的;柱体、杆、微粒固体、空心球、或片或板。可固化制剂和固化的产物具有多种用途,包括作为粘合剂、涂料、弹性体、包封材料、灌封剂、或密封剂。可固化制剂和固化的产物可在诸如建筑、构造、消费品、电子器件、能源、基础结构、照明、封装、电信和运输的行业中用于各种各样的应用。
组分(A):式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物。
式(I)的(A)金属非质子有机硅烷氧化物化合物可为一种分子或分子的集合。式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物中的每个金属原子独立地具有反映金属原子的已知正氧化态的形式正氧化态δ+(上文有所描述)。非质子有机硅烷氧化物配体的各个阴离子官能团Si-O-具有等于-1的形式负氧化态δ-,并且非质子有机硅烷氧化物配体具有等于-y的形式总负氧化态δ-,其中y为等于每个非质子有机硅烷氧化物配体的阴离子官能团Si-O-总数的整数。在一些方面,每个非质子有机硅烷氧化物配体(即每分子阴离子)一个阴离子官能团Si-O-,并且δ-=-y=-1。在一些实施方案中,(-y*-1)=金属原子的δ+,其中*为乘法符号,并且式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物不含其它阴离子配体。在其它实施方案中,(-y*-1)<金属原子的δ+,并且式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物还包含p个附加的独立地选自卤离子和非质子有机杂基阴离子的阴离子配体,其中p+(-y*-1)=δ+。
式(I)的(A)金属非质子有机硅烷氧化物化合物包括其溶剂化物。溶剂化物可定义为如所述的式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物,但还包含非质子有机溶剂分子。溶剂分子可包含至少一个独立地选自N、O和S的杂原子。合适的有机溶剂的示例为诸如羧酸酯、醚、以及酮。
式(I)的(A)金属非质子有机硅烷氧化物化合物的特征可在于其中的金属和/或非质子(C2-C20)烯基基团和/或非质子(C2-C20)炔基基团的浓度。在一些实施方案(例如方面2)中,组分(A)中非质子(C2-C20)烯基基团和非质子(C2-C20)炔基基团的总浓度为0毫摩尔/g组分(A)(mmol/g),即0重量%。在其它实施方案(例如方面3)中,组分(A)中非质子(C2-C20)烯基基团和非质子(C2-C20)炔基基团的总浓度为>0mmol/g至10mmol/g,或者>0mmol/g至5mmol/g,或者0.5mmol/g至5mmol/g,或者1.0mmol/g至4.0mmol/g。可选地或除此之外,式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物中金属的浓度可为0.01mmol/g至100mmol/g的式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物,或者0.01mmol/g至50mmol/g,或者0.020mmol/g至20mmol/g,或者0.050mmol/g至10mmol/g,或者0.10mmol/g至5mmol/g,或者0.15mmol/g至5mmol/g的式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物。可通过追踪被添加用于制备式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物的组分的量,测定mmol/g金属浓度。可选地或除此之外,式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物的特征可在于非质子(C2-C20)烯基基团和/或非质子(C2-C20)炔基基团的摩尔数与金属摩尔数的摩尔比。摩尔比可缩写为“Unsub/Met”其中“Unsub”是非质子(C2-C20)烯基基团和非质子(C2-C20)炔基基团的摩尔总数,并且“Met”是金属原子的摩尔数。在一些实施方案(例如方面2)中,Unsub/Met摩尔比为0。在其它实施方案(例如方面3)中,Unsub/Met为1至2δ+,或者1至δ+,或者1,或者2,或者3。
合适的非质子(C2-C20)烯基基团的示例为非质子(C2-C10)烯基、非质子(C2-C6)烯基、未取代的(C2-C6)烯基、乙烯基、烯丙基、1-丁烯-1-基、1-丁烯-4-基、以及1-己烯-6-基。
合适的非质子(C2-C20)炔基基团的示例为非质子(C2-C10)炔基、非质子(C2-C6)炔基、未取代的(C2-C6)炔基、乙炔基、炔丙基、1-丁炔-1-基、1-丁炔-4-基、以及1-己炔-6-基。
合适的非质子(C1-C20)烃基基团的示例为非质子(C2-C20)烯基;非质子(C2-C20)炔基;非质子(C1-C10)烃基;非质子(C1-C10)烷基;非质子(C3-C10)环烷基;非质子(C6-C10)芳基;未取代的(C1-C10)烷基;未取代的(C3-C10)环烷基;未取代的(C6-C10)芳基;甲基;乙基;丙基;1-甲基乙基;丁基;1-甲基丙基;2-甲基丙基;1,1-二甲基乙基;以及苯基。
合适的非质子(C2-C20)杂烃基基团的示例为非质子(C2-C10)杂烃基;非质子(C2-C6)杂烃基;非质子(C2-C6)杂烷基;非质子(C2-C6)杂环烷基;非质子(C2-C6)杂芳基;未取代的(C2-C6)杂烷基;未取代的(C2-C6)杂环烷基;未取代的(C2-C6)杂芳基;1-甲氧基乙基;环氧乙烷基;哌啶-1-基;噻唑基;以及吡啶基。
任何前述R1至R5以及RX基团(被共同标为“R”)可为未取代的或者被一个或多个独立地选自以下的非质子取代基取代的:卤素、未取代的或氟取代的(C1-C6)烷基、未取代的或氟取代的(C1-C6)烷氧基、未取代的或氟取代的(C1-C6)巯基、氧代基(=O;烷基基团上)、未取代的或氟取代的苯基、未取代的或氟取代的(C1-C6)酰基、未取代的或氟取代的(C1-C6)羧基、未取代的或氟取代的(C1-C6)烷基OC(=O)-、未取代的或氟取代的(C2-C6)环氧基、未取代的二((C1-C6)烷基)氨基、以及腈(-CN)。取代基可不含(缺失)碳-碳双键或三键。卤素为F、Cl、Br、或I;或者F、Cl或Br;或者F或Cl;或者F;或者Cl。当特定“R”基团中存在两个或更多个取代基时,取代基的数量为2至全取代。通常,全取代限于卤素取代基,例如三氟甲基、三氟甲氧基、或五氯乙基。通常,特定“R”基团中非卤素取代基的最大数量等于该“R”基团的对应未取代的形式的碳原子数。例如,取代的(C6)烃基基团可包含至多六个取代基,每个独立地如上所述进行选择。
R1至R5以及RX基团中任何一个或多个中的氟-取代基可提高式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物在25℃下的架藏稳定性。可选地,R1至R5以及RX基团中任何一个或多个中的未取代的二((C1-C6)烷基)氨基取代基可降低式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物在25℃下的架藏稳定性。在一些实施方案中,未取代的二((C1-C6)烷基)氨基取代基可允许包含其的式(I)的取代的金属非质子有机硅烷氧化物化合物的分子集合胶凝。在采用的凝胶的应用,诸如在对基底表面涂底漆中或在形成用作热界面材料的热凝胶中,胶凝作用可能是期望的。在不期望胶凝作用或允许延长贮存时间的应用中,可将包含未取代的二((C1-C6)烷基)氨基取代基的式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物稀释于溶剂中,从而抑制或防胶凝作用。
式(I)的(A)金属非质子有机硅烷氧化物化合物在以下项中不同于可固化制剂中的任何其它组分:结构;相;功能;金属含量(如果有的话);硅含量(如果有的话);原生性;或它们中的任何两个或更多个的组合。式(I)的(A)金属非质子有机硅烷氧化物化合物以及包含其的可固化制剂在组成、金属原子浓度、结构、或功能方面不同于任何非本发明化合物、有机硅氧烷与含金属成分(例如含金属催化剂)的混合物、或反应产物。甚至含金属成分中的金属与M1相同时也是如此。例如,相比于非本发明混合物/产物中金属的量,可固化制剂可包含较大浓度的金属M1。除此之外或可选地,本发明的式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物和/或其非质子有机硅烷氧化物配体组分的结构可不同于非本发明含金属成分或原位形成的非本发明混合物/产物中组分的结构。除此之外或可选地,本发明的式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物可在可固化制剂中用作粘附促进剂和/或粘附共促进剂,而非本发明的含金属成分可用作固化催化剂或非本发明混合物/产物的旁观组分。式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物可通过提高组分(D)有机硅粘附促进剂的粘附促进效应而用作粘附共促进剂,以便协同地增大可固化制剂通过固化形成的固化的产物对基底的粘附。
在一些实施方案中,式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物可为下文所述的制剂1A、1AA、1B至1G、2A至2E、3A至3E、以及4A中的任一种、或任两种的组合。在一些实施方案中,式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物可为下文所述的制剂3A至3E中的任一种、或任两种的组合。在一些实施方案中,式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物可为下文所述的制剂1A、1AA、1B至1G、2A至2E、以及4A中的任一种、或任两种的组合。
式(I)的(A)金属非质子有机硅烷氧化物化合物的用途包括在可固化制剂固化期间作为粘附促进剂,或与作为组分(D)的粘附共促进剂。式(I)的(A)金属非质子有机硅烷氧化物化合物可在可固化制剂中具有可选的或附加的用途。式(I)的(A)金属非质子有机硅烷氧化物化合物通常以0.01重量%至49.9重量百分比(重量%)的浓度存在于可固化制剂中。特定浓度可根据可固化制剂的预期用途进行选择。在一些方面,浓度为31重量%至49重量%,或者11重量%至30重量%,或者0.01重量%至10重量%,全部基于可固化制剂的总重量计。当式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物在可固化制剂中用作粘附促进剂或与组分(D)结合用作粘附共促进剂时,(A)的浓度可为0.01重量%至10重量%,或者0.02重量%至9重量%,或者0.1重量%至8重量%,或者0.1重量%至5重量%,或者0.1重量%至4重量%,或者0.01重量%至3重量%,或者0.1重量%至3重量%,或者0.5重量%至3重量%。有利的是,式(I)的(A)金属非质子有机硅烷氧化物化合物可提高(D)有机硅粘附促进剂的粘附促进效应。
式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物可通过包括如下的方法制备:任选地在存在L、非质子路易斯碱情况下,使以下物质接触以产生式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物:n摩尔当量的式(II)的有机硅烷醇化合物:{R1-Si(R2)(R3)-[O-Si(R4)(R5)]m-OH(II),其中下标m和n以及基团R1至R5如对式(I)所定义;式(A)的金属盐反应物:M1(X1)q(A),或其溶剂化物,其中M1为金属原子Al、Ce、Fe、Sn、Ti、V、或Zr,所述金属原子具有对于Al为+1至+3,对于Ce为+2至+4,对于Fe为+1至+6,对于Sn为+1至+4,对于Ti为+1至+4,对于V为+1至+5,或对于Zr为+1至+4的形式正氧化态δ+,其中式(A)的M1金属原子与式(I)的M1金属原子相同,并且其中式(A)中M1的形式正氧化态δ+与式(I)中M1的形式正氧化态δ+相同或不同;其中下标q=式(A)中M1的正氧化态形式δ+,并且每个X1独立地为卤离子或非质子有机杂基阴离子,其中式(A)中的每个X1独立地相同或不同于式(I)中的X1。
式(II)的有机硅烷醇化合物可购自商业来源或通过选择性地封端式(IV)的有机硅烷-二醇化合物来合成:H-[O-Si(R4)(R5)]m-OH(IV),其中下标m和基团R4-R5如对式(IV)所定义。式(IV)的有机硅烷-二醇化合物每分子在各末端具有平均一个SiOH基团,并且可通过使其与一摩尔当量的式R1-Si(R2)(R3)-X1的封端化合物接触而被选择性地封端,其中R1-R3如对式(I)所定义,并且X1独立地为卤离子或非质子有机杂基阴离子。非质子有机杂基阴离子可如上定义,例如醇盐(即RXO-)、羧酸盐(即RXC(=O)O-)、肟盐(即RX 2C=NO-)、仲氨基(RX 2N-)、或三烃基硅烷氧化物(即RX 3SiO-)。每个RX独立地为非质子(C1-C20)烃基,选自(C1-C20)烷基、(C2-C20)烯基、或(C6-C20)芳基;或者(C1-C6)烷基或(C2-C6)烯基;或者(C1-C6)烷基;或者甲基、乙基、或苯基。封端方法是本领域中所公知的。
式(IV)的有机硅烷-二醇化合物:H-[O-Si(R4)(R5)]m-OH(IV)可购自商业来源或者通过本领域公知的方法制备。例如,通过在缩合反应条件下使水与式(B)的二有机硅烷接触:(X1)2SiR4R5(B),其中基团R4和R5如对式(IV)所定义,并且基团X1独立地为如上所定义的卤离子或非质子有机杂基阴离子。
在一些实施方案中,可固化制剂包括式(VI)的二金属有机硅烷-二氧化物:R6-OM1-[O-Si(R4)(R5)]m-O-M1O-R6(VI),其中每个R6独立地为{R1-Si(R2)(R3)-或X1,并且下标m、金属M1、以及基团R1-R5和X1独立地如对式(I)所定义。作为替代除式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物之外,可固化制剂还可包括式(VI)的二金属有机硅烷-二氧化物。
在一些实施方案中,本发明包括式(VII)的金属有机硅烷-二氧化物:c[-[*O-Si(R4)(R5)]m-O-M1*]O-R6(VII),其中“c[*…*]”表示使*O键合到M1*上的环状基团;每个R6独立地为{R1-Si(R2)(R3)-或X1,并且下标m、金属M1、以及基团R1-R5和X1独立地如对式(I)所定义。作为替代除式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物之外,可固化制剂还可包括式(VII)的二金属有机硅烷-二氧化物。
当式(A)中M1的形式正氧化态δ+不同于式(I)中M1的形式正氧化态δ+时,该方法还包括还原或氧化反应步骤(视情况而定),以使式(A)的金属盐反应物的金属M1的形式正氧化态δ+转化为式(I)的金属有机硅烷氧化物化合物的金属M1的形式正氧化态δ+。还原或氧化反应步骤还可分别包括还原剂或氧化剂来实现还原或氧化。当式(A)中M1的δ+大于式(I)中M1的δ+时使用还原剂。当式(A)中M1的δ+小于式(I)中M1的δ+时使用氧化剂。还原或氧化反应步骤可在接触步骤之前、期间和/或之后发生。还原或氧化反应可在与接触步骤相同或不同的反应容器内发生。
当式(A)中M1的形式正氧化态δ+与式(I)中M1的形式正氧化态δ+相同时,该方法不可还包括还原或氧化步骤,并且不可还包含还原剂或氧化剂。在一些实施方案中,式(A)中的每个X1与式(I)中的X1相同。在一些实施方案中,式(A)中M1的δ+与式(I)中M1的δ+相同;该方法不还包括还原或氧化步骤,并且不还包含还原剂或氧化剂;并且式(A)和(I)中的每个X1相同。在一些实施方案中,每个X1为卤离子,或者非质子有机杂基阴离子,或者醇盐。
制备式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物的方法可包括使有机硅烷醇前体化合物(例如,上述式(II)的有机硅烷醇)与不含硅的金属盐反应物(例如,上述式(A)的金属盐反应物)接触,以产生以下所述的包含式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物和副产物的产物反应混合物。金属盐反应物(例如,上述式(A)的金属盐反应物)可购自商业来源或通过任何合适的方法合成,其中许多在本领域中是公知的。
接触步骤由有机硅烷醇前体化合物和金属盐反应物直接制备了式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物,而无需通过中间体金属非质子有机硅烷氧化物配体络合物(其中金属不与式(I)中M1的金属相同)。当式(A)中的X1独立地为卤离子时,接触步骤和产物反应混合物还包含金属非亲核性碱,诸如有机杂基-金属络合物(其中金属与式(I)中M1的金属相同);并且产物反应混合物还包含第二副产物。副产物为对应于有机杂基-金属络合物的有机杂基-H以及对应于卤离子的金属卤化物盐。当有机杂基阴离子为醇盐并且卤离子为氯离子时,副产物为对应于醇盐的醇以及对应于卤离子的金属氯化物。
可选地,当式(A)中的X1独立地为非质子有机杂基阴离子时,金属非亲核性碱诸如有机杂基阴离子金属盐(其中金属与式(I)中M1的金属相同)可从接触步骤中省去,并因此从所得的产物反应混合物省去。例如,当式(A)X1独立地为醇盐时,制备式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物的方法可包括使有机硅烷醇前体化合物(例如,上述式(II)的有机硅烷醇)与不含硅的金属醇盐反应物(例如,上述式(A)的金属盐反应物,其中每个X1独立地为醇盐)接触,以产生包含式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物和对应于醇盐的醇副产物的产物反应混合物。
包含式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物和副产物的产物反应混合物可“原样”使用(即无需进一步处理),例如与可聚合化合物和任选地至少一种附加的组分混合,以产生可固化制剂。可选地,可对产物反应混合物进一步处理。产物反应混合物的进一步处理可包括从其移除副产物,从其移除任何溶剂,从其分离和/或纯化式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物,和/或产物反应混合物的溶剂被溶剂交换成另一种溶剂(用另一种溶剂替换)。副产物(即有机杂基-H,例如醇)以及溶剂可通过任何合适的技术诸如蒸发、蒸馏、汽提、印迹、滗析、研磨、萃取、或它们中的任何两个或更多个的组合来从产物反应混合物移除。副产物(即金属卤化物)可通过任何合适的技术诸如过滤或离心/滗析来从产物反应混合物移除。分离和/或纯化可包括从其沉淀或过滤式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物,或者从其沉淀或过滤副产物。沉淀可通过使产物反应混合物冷却并且/或者通过向反应混合物添加沉淀不可溶于其内的反溶解添加剂(例如有机液体)来进行。接触步骤和进一步处理步骤可使用用于空气和湿气敏感性材料的常规技术,诸如真空-空气歧管设备(所谓的希莱克管线技术)、套管转移、惰性气体气氛、无水溶剂等来进行。这些技术为人们所熟知。
在一个可选的实施方案中,制备的式(I)金属非质子有机硅烷氧化物化合物的方法可包括经历中间体金属非质子有机硅烷氧化物配体络合物,其中金属不为Al、Ce、Fe、Sn、Ti、V、或Zr。在此类实施方案中,该方法包括使有机硅烷醇前体化合物(例如上述式(II)的有机硅烷醇)与有效量的1族金属或2族半金属非亲核性碱,诸如1族金属或2族半金属醇盐(例如叔丁氧基钾)、1族金属或2族半金属仲酰胺(例如二异丙基氨基锂)、1族金属或2族半金属碳负离子(例如叔丁基锂)、1族金属或2族半金属氢化物(例如NaH或CaH2)、格氏试剂(例如乙基溴化镁)、或1族金属或2族半金属二硅氮烷(例如双(三甲基甲硅烷基)氨基钾)初步接触,以产生包含金属非质子有机硅烷氧化物配体中间体和中间体副产物的中间体反应混合物。中间体副产物是对应于醇盐的醇、对应于仲酰胺的仲胺、对应于碳负离子的烃、分子氢、对应于格氏试剂的烃(例如乙烷)、或对应于二硅氮烷的双(三烷基甲硅烷基)胺。1族金属可为Li、Na、K、或Cs;或者Li、Na或K;或者Li、或者Na、或者K。2族半金属可为半Be、半Mg、半Ca、或半Ba;或者半Mg或半Ca(即0.5Mg或0.5Ca)。在初步接触步骤之后,进行前述段落中所述的接触步骤,不同的是使用金属非质子有机硅烷氧化物配体中间体取代有机硅烷醇前体化合物。
包含金属非质子有机硅烷氧化物配体中间体和中间体副产物的中间体反应混合物可“原样”使用(即无需进一步处理),或者可对其进一步处理。中间体反应混合物的进一步处理可包括从其分离和/或纯化金属非质子有机硅烷氧化物配体中间体,或者浓缩或溶剂交换中间体反应混合物;这些都在下一接触步骤之前。分离和/或纯化可包括从其沉淀或过滤金属非质子有机硅烷氧化物配体中间体,或者从其沉淀或过滤副产物。沉淀可通过使中间体反应混合物冷却并且/或者通过向中间体反应混合物添加沉淀不可溶于其中的反溶解添加剂(诸如有机液体)来进行。初步接触步骤和进一步处理步骤可使用用于空气和湿气敏感性材料的常规技术,诸如真空-空气歧管设备(所谓的希莱克管线技术)、套管转移、惰性气体气氛、无水溶剂等来进行。
本文所述的接触步骤通常独立地在诸如有机溶剂或聚二甲基硅氧烷流体的溶剂中进行,因此反应混合物通常还包含溶剂。合适的非质子有机溶剂的示例为烃类,诸如异烷烃、甲苯、以及二甲苯;醚,诸如四氢呋喃和二氧杂环己烷;醇,诸如2-丙醇和1-丁醇;酮,诸如甲基乙基酮;以及吡啶。在一些方面,溶剂为非质子或者质子的。接触步骤可在任何合适的温度诸如-50℃至150℃下进行任何合适的时间段,诸如1分钟至1天。通常,接触温度越高,时间段越短。
组分(B):可聚合有机硅化合物。
(B)可聚合有机硅化合物是可加成固化的,其包括可氢化硅烷化固化或可自由基固化。可自由基固化的(B)可聚合有机硅化合物通过在不同不饱和脂族基团(例如炔基基团和/或烯基基团)之间形成碳-碳键而固化。可氢化硅烷化固化的(B)可聚合有机硅化合物通过在(B)可聚合有机硅化合物的一个不饱和脂族基团与(C)有机氢硅化合物之间形成碳-硅键而固化。(B)可聚合有机硅化合物可为可加成固化有机硅单体、可加成固化有机硅预聚物、或可加成固化有机硅聚合物。因此,(B)可聚合有机硅化合物可为每分子具有平均1个硅原子和至少2个不饱和脂族基团的有机硅烷;或者每分子具有平均2至4个硅原子和至少2个不饱和脂族基团的低聚有机硅氧烷;或者每分子具有平均5个或更多个硅原子和至少2个不饱和脂族基团的聚有机硅氧烷;或者它们中的任何两个或更多个的组合。每个硅键合的不饱和脂族基团可键合到相同或不同的硅原子,最多至最大四个不饱和脂族基团键合到同一硅原子。可聚合有机硅化合物的特征可在于硅键合的不饱和脂族基团的摩尔数/硅原子的摩尔数的摩尔比(“SiUnsat/Si”)。在一些方面,SiUnsat/Si摩尔比为0.05至4,或者0.1至4,或者0.2至2。可聚合有机硅化合物在其组成、结构、固化性、或它们中的任何两个或更多个的组合方面不同于式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物。例如,式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物不为单体,因为式(I)中的下标m为至少3。可聚合有机硅化合物可不含(即缺失)金属原子M1。可聚合有机硅化合物可为有机硅烷单体、有机硅氧烷低聚物或预聚物、或可固化聚有机硅氧烷聚合物。(B)可聚合有机硅化合物可为簇合官能化聚有机硅氧烷,这在本领域中是已知的。(B)可聚合有机硅化合物可为双(乙烯基二甲基甲硅烷氧基)-封端的聚二甲基硅氧烷。双(乙烯基二甲基甲硅烷氧基)-封端的聚二甲基硅氧烷具有D单元(即[(CH3)2SiO2/2])和末端MVi单元(即[(CH2=CH)(CH3)2SiO1/2]),并且可具有0.05重量%至2重量%,或者0.07重量%至1重量%的乙烯基(-CH=CH2)基团。
(B)可聚合有机硅化合物的用途包括作为基质前体,其中基质在可固化制剂固化期间由该基质前体形成。基质还可包含源于固化期间组分(C)与(B)的反应的多价交联基团。因此,基质可由网状聚合物构成,并且固化的产物可由基质构成。(B)可聚合有机硅化合物可在可固化制剂中具有附加的用途。(B)可聚合有机硅化合物可以以5重量%至98重量%,或者10重量%至95重量%,或者10重量%至75重量%的浓度存在于可固化制剂中,所有的都基于可固化制剂的总重量计。不计算任何(H)溶剂,(B)可聚合有机硅化合物可以以35重量%至99重量%,或者40重量%至95重量%,或者50重量%至90重量%的浓度存在于可固化制剂中,所有的都基于可固化制剂的总重量(不计算(I)溶剂)计。
组分(C):有机氢硅化合物。(C)有机氢硅化合物的特征可在于每分子的平均硅原子数为1至20,或者1至10,或者1,或者2至4,或者5至20,或者11至20。(C)有机氢硅化合物每分子可具有平均至少2.2个硅键合的氢原子,或者3至10个硅键合的氢原子,或者3至6个硅键合的氢原子。(C)有机氢硅化合物的特征可在于(C)中硅键合的氢原子的摩尔数与(B)中硅键合的不饱和脂族基团的摩尔数的摩尔比(“SiH/SiUnsat”)。在一些实施方案中,SiH/SiUnsat摩尔比为0.5至20,或者1至20,或者1至10,或者2至5。(C)有机氢硅化合物可为双(三甲基甲硅烷氧基)-封端的聚(二甲基)(甲基氢)硅氧烷,其具有D单元(即[(CH3)2SiO2/2])和DH单元(即[H(CH3)SiO2/2])以及末端MVi单元(即[(CH2=CH)(CH3)2SiO1/2])。
(C)有机氢硅化合物的用途包括作为交联剂,以用于使(B)可聚合有机硅化合物在可固化制剂固化期间交联。(C)有机氢硅化合物可在可固化制剂中具有附加的用途。当(B)可聚合有机硅化合物为有机硅烷单体或有机硅氧烷低聚物时,(B)可聚合有机硅化合物可首先原位反应形成中间体可聚合反应产物,并且然后该中间体可聚合反应产物可与(C)有机氢硅化合物在固化反应中发生反应,以产生其固化的产物。(C)有机氢硅化合物可以以0.1重量%至50重量%,或者1重量%至50重量%,或者5重量%至25重量%的浓度存在于可固化制剂中,所有的都基于可固化制剂的总重量计。
组分(D):有机硅粘附促进剂。
(D)有机硅粘附促进剂可为非质子或者质子的。(D)有机硅粘附促进剂每分子可具有平均1个硅原子、或者两个硅原子、或者3至50个硅原子、或者1至5个硅原子、或者6至20个硅原子、或者21至50个硅原子、或者51至100个硅原子。在一些实施方案中,每个硅键合的非质子离去基团独立地为非质子烷氧基基团、非质子脂族羧基基团、非质子二烷基氨基基团、卤素、或非质子肟基团;或者非质子烷氧基基团、非质子脂族羧基基团、非质子二烷基氨基基团、卤素、或非质子单价氨基甲酸酯基团;或者非质子烷氧基基团、非质子脂族羧基基团、非质子二烷基氨基基团、非质子肟基团、或非质子单价氨基甲酸酯基团;或者非质子烷氧基基团、非质子脂族羧基基团、卤素、非质子肟基团、或非质子单价氨基甲酸酯基团;或者非质子烷氧基基团、非质子二烷基氨基基团、卤素、非质子肟基团、或非质子单价氨基甲酸酯基团;或者非质子脂族羧基基团、非质子二烷基氨基基团、卤素、非质子肟基团、或非质子单价氨基甲酸酯基团;或者非质子烷氧基基团;或者非质子脂族羧基基团;或者非质子二烷基氨基基团;或者为卤素;或者非质子肟基团;或者质子单价氨基甲酸酯基团(例如NHC(=O)NH2)。
在(D)有机硅粘附促进剂中,硅键合的非质子离去基团为式Sia-LG的基团,其中Sia为带有非质子离去基团的硅原子,并且LG为非质子离去基团。在缩合反应中,非质子离去基团(LG基团)可形式上被水分子或式HO-Sib的硅键合的羟基取代,其中Sib为硅键合的羟基中的硅原子,其中Sia和Sib为不同的硅原子。该取代分别在形式上得到Sia-OH+H-LG或Sia-O-Sib+H2O。硅键合的非质子烷氧基基团可用式Si-O烷基描述。硅键合的非质子脂族羧基基团可用式Si-OC(=O)Rc描述,其中Rc为H或脂族基团;或者H或烷基基团;或者烷基基团;或者环烷基基团;或者无环烷基基团;或者直链烷基基团;或者支链烷基基团。硅键合的非质子二烷基氨基基团可用式Si-N(烷基)2描述,其中每个烷基相同或不同。硅键合的卤素可用式Si-卤素所描述,其中卤素为F、Cl、Br、I;或者F、Cl或Br;或者Cl或Br;或者Cl;或者Br。硅键合的非质子肟基团可用式Si-ONC(Rc)2描述,其中每个Rc独立地在上文定义。在一些实施方案中,每个硅键合的非质子离去基团独立地为非质子(C1-C6)烷氧基基团、非质子(C1-C6)脂族羧基基团、非质子二((C1-C6)烷基)氨基基团、卤素、或非质子(C1-C6)肟基团。在一些方面,每个非质子离去基团具有1至6个碳原子,或者1至4个碳原子;或者1至3个碳原子;或者4至6个碳原子;或者1或2个碳原子;或者3或4个碳原子;或者1个碳原子,或者2个碳原子。在一些方面,每个非质子离去基团为非质子(C1-C6)烷氧基基团;或者非质子(C1-C4)烷氧基基团;或者非质子(C1-C3)烷氧基基团;或者非质子(C1-C2)烷氧基基团;或者非质子(C2-C4)烷氧基基团;或者甲氧基;或者乙氧基;或者1-甲基乙氧基;或者丙氧基;或者1,1-二甲基乙氧基;或者1-甲基丙氧基;或者2-甲基丙氧基;或者丁氧基。每个硅键合的非质子离去基团在结构和功能上不同于组分(D)的硅键合的非质子可固化基团。
在(D)有机硅粘附促进剂中,除离去基团之外的每个硅键合的非质子可固化基团可独立地为环氧官能化烃基基团、不含氧代基(即=O)基团的单价不饱和脂族基团、单价不饱和脂族羧酸酯基团、单价异氰酸酯基团、或单价醛基基团。(D)的合适的环氧官能化粘附促进剂是本领域已知的,并且可商购获得,参见例如美国专利4,087,585;5,194,649;5,248,715;以及5,744,507(第4-5列)。其中硅键合的非质子可固化基团为环氧官能化烃基的(D)有机硅粘附促进剂的示例是3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基三乙氧基硅烷、(环氧环己基)乙基二甲氧基硅烷、(环氧环己基)乙基二乙氧基硅烷以及它们的组合。其中硅键合的非质子可固化基团为不含氧代基(即=O)基团的单价不饱和脂族基团的(D)有机硅粘附促进剂的示例是乙烯基三甲氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、己烯基三甲氧基硅烷、以及十一烯基三甲氧基硅烷。其中硅键合的非质子可固化基团为单价不饱和脂族羧酸酯基团的(D)有机硅粘附促进剂的示例是3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基3-丙烯酰氧基丙基、3-丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、以及它们的组合。其中硅键合的非质子可固化基团为单价异氰酸酯基团的(D)有机硅粘附促进剂的示例是3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷以及2-异氰酸基乙基三甲氧基硅烷。其中硅键合的非质子可固化基团为单价醛基基团的(D)有机硅粘附促进剂的示例是3-氧代丙基三乙氧基硅烷、3-氧代丙基三甲氧基硅烷、以及2-氧代乙基三甲氧基硅烷。
可选地,(D)有机硅粘附促进剂可为如上所述的羟基封端的聚有机硅氧烷与环氧官能化烷氧基硅烷反应的反应产物,或羟基封端的聚有机硅氧烷与环氧官能化烷氧基硅烷的物理共混物。组分(D)可以包含环氧官能化烷氧基硅烷和环氧官能化硅氧烷的组合。例如,组分(D)的示例有3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷和羟基封端的甲基乙烯基硅氧烷与3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷的反应产物的混合物、或者3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷与羟基封端的甲基乙烯基硅氧烷的混合物、或者3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷和羟基封端的甲基乙烯基/二甲基硅氧烷共聚物的混合物。当用作物理共混物而不是反应产物时,这些组分可以单独贮存在多部分式套盒中。
可选地,(D)有机硅粘附促进剂中除离去基团之外的每个硅键合的非质子可固化基团可为巯基官能化烃基基团。合适的巯基官能化烃基基团包括3-巯基丙基三甲氧基硅烷。合适的巯基官能化D)有机硅粘附促进剂公开于美国专利号US 4,962,076中。
(D)有机硅粘附促进剂的用途包括作为用于使固化的产物对基底的粘附提高的粘附促进剂。组分(D)可在可固化制剂中具有附加的用途。(D有机硅粘附促进剂可以以0.1重量%至10重量%,或者0.5重量%至8重量%,或者0.5重量%至5重量%的浓度存在于可固化制剂中,所有的都基于可固化制剂的总重量计。
组分(E)至(J)是任选的。在一些实施方案中,可固化制剂还包含组分(E)至(J)中的至少一种。在其它实施方案中,可固化制剂不含(缺失)组分(E)至(J)中的至少一个或每个。
组分(E)固化剂有效地用于引发或提高可固化制剂的固化速率。(E)固化剂可为(E1)硅氢加成催化剂、(E2)自由基固化引发剂;或(E3)(E1)与(E2)的组合。(E1)硅氢加成催化剂可为金属;包含金属的化合物或有机金属络合物;或它们的任何组合。每种金属可独立地为铂、铑、钌、钯、锇、铱或它们中至少两个的任何组合。通常,硅氢加成催化剂为铂硅氢加成催化剂。合适的铂硅氢加成催化剂的示例是US 3,419,593中的氯铂酸与某些含乙烯基的有机硅氧烷的复合物,诸如氯铂酸与1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷的反应产物的复合物。硅氢加成催化剂可以是未负载的或者负载(设置)在固相载体(例如,微粒碳、二氧化硅或氧化铝)上。负载的硅氢加成催化剂在至少一种特征、结构、功能、反应性或特性方面不同于不含填料(包括微粒固体,诸如微粒碳、二氧化硅、或氧化铝)的金属催化剂。
组分(E1)的硅氢加成催化剂方面可被构造成用于在贮存可固化制剂期间(即在其固化之前)增大稳定性。例如,可使(E1)硅氢加成催化剂在热塑性树脂中微胶囊化以增大贮存稳定性。微胶囊化(E1)硅氢加成催化剂包括被热塑性树脂的壳围绕并气密地密封覆盖的(E1)硅氢加成催化剂的芯。通常,包含微胶囊化(E1)硅氢加成催化剂的可固化制剂的贮存在小于热塑性树脂的熔点或软化点的温度下进行。当需要固化时,可将微胶囊化(E1)(例如参见US 4,766,176和US 5,017,654)在可固化制剂中加热到热塑性树脂的熔点或软化点以上,从而使(E1)硅氢加成催化剂芯暴露于可固化制剂的组分(A)至(D),并且对其氢化硅烷化固化进行催化。可选地,可固化制剂中的(E1)硅氢加成催化剂可为可光活化催化剂以增大贮存稳定性。适用于(E1)的可光活化催化剂的示例为铂(II)β-二酮酸酯络合物,诸如双(2,4-戊二酮酸)铂(II)。通常,包含可光活化催化剂(作为(E1))的可固化制剂的贮存在不存在用于使可光活化催化剂光活化的波长的光情况下进行。例如,可将包含可光活化催化剂(作为(E1))的可固化制剂贮存在阻挡150纳米(nm)至800纳米(nm)的一种或多种波长处的光的容器中。当需要固化时,可使可光活化催化剂在可固化制剂中暴露于波长为150nm至800nm的紫外线辐射,从而在存在组分(A)至(D)时活化可光活化催化剂(作为(E1)),并且对其氢化硅烷化固化进行催化。
(E2)自由基固化引发剂可为在升高的温度下产生自由基的任何化合物。(E2)自由基固化引发剂可为有机过氧化物,诸如氢过氧化物、二酰基过氧化物、酮过氧化物、过氧化酯、二烷基过氧化物、过氧二碳酸酯、过氧化缩酮、过氧酸、酰基烷基磺酰基过氧化物、或烷基单过氧二碳酸酯。合适的过氧化物的具体示例包括:2,5-二甲基-2,5-二(叔丁过氧基)己烷、过氧化苯甲酰;过氧化二枯基;过氧邻甲基苯甲酸叔丁酯;环状过氧缩酮;过氧化氢叔丁基;过氧化新戊酸叔丁酯;过氧化月桂酰;过氧2-乙基己酸叔戊酯;乙烯基三(叔丁过氧基)硅烷;过氧化二叔丁基;1,3-双(叔丁过氧基异丙基)苯;2,2,4-三甲基戊基-2-氢过氧化物;以及2,5-双(叔丁过氧基)-2,5-二甲基己炔-3-(叔丁过氧基)-3,5,5-三甲基己酸酯。“叔丁基”意指叔-丁基,即1,1-二甲基乙基。
当存在于可固化制剂中时,(E)固化剂的浓度可为基于可固化制剂的总重量计1至1,000份每一百万份(ppm)。合适的(E)固化剂可容易地通过多种公知的方法制备,或者可购自商业供应商,诸如Dow Corning Corporation或Akzo Nobel。
(E1)硅氢加成催化剂的组分(F)抑制剂在23℃下有效地抑制组分(E1)所催化的可固化制剂的固化。(F)抑制剂可为铂硅氢加成催化剂的抑制剂。硅氢加成催化剂的抑制剂是已知的。例如,(F)硅氢加成催化剂抑制剂可为US2016/0032060A1中对组分j)所述的任一种化合物。化合物的示例为烯键式不饱和或芳族不饱和酰胺、乙炔类化合物、不饱和烃二羧酸酯、缀合的烯-炔、烯属硅氧烷、氢过氧化物、腈类、二氮丙啶、衍生自羧酸和不饱和醇的羧酸酯、胺、膦、硫化合物、过氧羟基化合物,以及它们中的任何两个或更多个的组合。(E1)硅氢加成催化剂的(F)抑制剂可为3-甲基丁炔-2-醇(HC≡C-C(CH3)2OH)。当存在于可固化制剂中时,(F)抑制剂的浓度可为1份至100份/100份(E1)硅氢加成催化剂。合适的(F)抑制剂可容易地通过多种公知的方法制备,或者可购自商业供应商,诸如Sigma-Aldrich Company(St.Louis,Missouri,USA)。
组分(G)填料。填料可为金属颗粒、陶瓷颗粒、二氧化硅、石英粉、或它们中的任何两或更多个的组合。金属颗粒的金属可为Ag、Au、Al、Co、Cu、Fe、Ni、Pd、Pt、Sn、Ti、Zn、或Zr;或它们中的任何两个或更多个的金属合金;或具有金属或金属合金的壳以及不同金属的核的核-壳颗粒、陶瓷颗粒、碳颗粒、或硅酸盐玻璃球。陶瓷颗粒可由陶瓷材料构成,该陶瓷材料是或基本上由以下组成:氮化物,诸如氮化铝或氮化硼;金属氧化物,诸如氧化铝、氧化铍、氧化铜、氧化镁、氧化镍、氧化银、氧化锌、或它们中的任何两个或更多个的组合;金属氢氧化物,诸如三水合铝或氢氧化镁;缟玛瑙、金属碳化硅,诸如碳化硅或碳化钨;或金属钛酸盐,诸如钛酸钡。二氧化硅可为沉淀二氧化硅、热解法二氧化硅。碳颗粒可为碳纳米管(例如单壁或多壁)、粉状金刚石、粉状石墨、石墨烯、炭黑、或它们中的任何两个或更多个的组合。
组分(H)用于处理(G)填料的处理剂:合适的(H)填料处理剂的示例公开于US6169142的第4列第42行至第5列第2行;并且就“组分(VII)”而言公开于US 8258502B2的第7列第64行至第8列第50行。当存在于可固化制剂中时,组分(H)的量的范围可为基于可固化制剂的总重量计0.01重量%至5重量%,或者0.05重量%至2重量%,或者0.1重量%至1重量%。
组分(I)载体。载体的类型可选自溶剂、稀释剂、以及分散剂。(I)载体的示例为有机溶剂,诸如甲苯、二甲苯、庚烷、甲基乙基酮和四氢呋喃,以及低运动粘度有机硅液,诸如25℃下运动粘度为1至5厘泊的聚二甲基硅氧烷。当存在于可固化制剂中时,组分(I)的量的范围可为基于可固化制剂的总重量计0.1重量%至50重量%,或者1重量%至30重量%,或者1重量%至20重量%。合适的(I)载体可容易地通过多种公知的方法制备,或者可购自商业供应商,诸如The Dow Chemical Company或Sigma-Aldrich Company。
组分(J)着色剂。(J)着色剂可有效地赋予金属-聚有机硅氧烷混合物/组合物可见的颜色。着色剂可为染料(诸如荧光染料或吸收染料)、荧光粉、颜料、光学扩散剂、光子晶体、多个量子点、纳米微粒二氧化钛、碳纳米管,以及它们中的任何两个或更多个的组合。着色剂的示例是本领域已知的并在US 4,962,076;US 5,051,455;和US 5,053,442中公开。组分(L)的量取决于多个因素,包括所选择的光学活性剂和最终应用。当存在于金属-聚有机硅氧烷材料中时,组分(L)的量的范围可为基于金属-聚有机硅氧烷材料的总重量计0.01重量%至50重量%,或者0.1重量%至10重量%,或者0.5重量%至2重量%。合适的(L)着色剂可容易地通过多种公知的方法制备,或者可购自商业供应商。
可固化制剂可以不含,或者还包含以下任选的组分中的任一种或多种:(K)酸受体、(L)抗氧化剂、(M)增链剂、(N)抗蚀剂、(O)反应性稀释剂、(P)稳定剂(例如,用于针对暴露于热和/或光而稳定化可固化制剂和/或其固化的产物)、或(Q)表面活性剂。如前所提及,可固化制剂是可加成固化的,诸如可氢化硅烷化固化、可自由基固化、或可双固化。双可固化制剂可通过自由基和氢化硅烷化固化机制而固化。自由基固化可包括辐射固化、过氧化物固化,或两者。固化速率可通过向可固化制剂施加热、压力、或两者来提高。
可固化制剂可配制为1部分制剂或多部分制剂,诸如2部分制剂。
可固化制剂可被固化以产生固化的产物。固化可为可加成固化,诸如自由基固化或氢化硅烷化固化。固化可包括在70℃至200℃,或者80℃至150℃,或者90℃至120℃的固化温度下加热可固化制剂。有利的是,固化可产生不含气泡(例如在10x放大倍数下观察时不含空气气泡)的固化的产物。
可固化制剂和固化的产物可用作粘合剂、涂料、弹性体、包封材料、灌封剂、或密封剂。相比于除缺乏式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物或后面制备的固化的产物之外相同的制剂,预期可固化制剂和固化的产物对基底的粘附提高。可将可固化制剂或固化的产物施加到需要粘附、涂覆、弹性功能性、包封、灌封、或密封的基底。可使所施加的可固化制剂固化在基底上,以在基底上产生固化的产物。
适于采用制剂粘附、涂覆、封装、灌封、或密封的基底材料包括硅酸盐玻璃、金属、有机聚合物、聚有机硅氧烷、木材、纸材、以及半导体材料诸如硅和碳化硅。需要粘附、涂覆、封装、灌封、或密封的基底可为容器、织物、塑料膜、纸材、印刷电路板、机器的结构构件、载体、或制品、或纺织物。
可固化制剂和固化的产物可用于多种行业,诸如建筑、构造、消费品、电子器件、能源、基础结构、封装、电信和运输。例如,可固化制剂和固化的产物可被用作粘合剂,作为光伏电池模块中的粘结层以使光伏电池粘附于基底或其覆盖物。可固化制剂和固化的产物可在车辆应用诸如机动车应用中用作涂料来涂覆气囊。可固化制剂和固化的产物可用作弹性体以抑制电子设备部件的振动。可固化制剂和固化的产物可用作包封材料来封装固态照明诸如发光二极管(LED)、光伏设备诸如光伏或太阳能电池板或蓄电池、或电子设备诸如印刷电路。可固化制剂和固化的产物可用作灌封剂来装灌电源转换器部件,诸如逆变器。可固化制剂和固化的产物可用作密封剂以将显示面板密封到智能电话或平板电视机的框架。
有利的是,为了使固化的产物实现对基底的良好粘附,使可固化制剂固化而制备的固化的有机硅产物可对驻留于基底表面的含水量具有改善的耐受性。这意指特别是当基底表面的含水量为>0重量%至≤1.8重量%时,在向其施加本发明的可固化制剂之前可能并不需要预干燥基底表面。相比之下,除缺乏式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物之外相同的比较(非本发明)可固化制剂的固化的产物可对含水量相同的基底表面具有显著较低的粘附。
有利的是,使可固化制剂固化而制备的固化的产物的粘附可得到进一步改善,其中可固化制剂是可加成固化制剂(诸如可氢化硅烷化固化或可自由基固化的)。为了实现对可氢化硅烷化固化制剂进行氢化硅烷化固化而制备的氢化硅烷化固化的产物对基底的粘附,在70℃至120℃,或者80℃至110℃,或者90℃至100℃的产生相对低粘附的温度下加热可能是足够的。相比之下,除缺乏式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物之外相同的比较(非本发明)可氢化硅烷化固化制剂可能需要≥140℃的产生较高粘附的温度。当本发明的可氢化硅烷化固化制剂包含铂硅氢加成催化剂时,粘附的改善进一步提高,并且热稳定性可有利地增大,而非本发明的可氢化硅烷化固化制剂包含钛催化剂(诸如钛酸四丁酯)并且可表现出较差的热稳定性。
有利的是,式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物可为液体,其允许与其它有机硅材料诸如有机硅预聚物或可固化有机硅聚合物(诸如基于二甲基硅酮或甲基苯基有机硅的那些预聚物和可固化聚合物)的相容性增大。该相容性可有利地允许可固化制剂和固化的产物是光学透明的,从而允许光学用途。
在一些实施方案中,使可固化制剂固化,并将所得的固化的产物在低温环境(例如<100℃)下使用;不含水分或低相对湿度(<50%RH)环境下使用;或二者兼有。在一些实施方案中,当使可固化制剂固化或将所得的固化的产物在大于100℃的温度下使用时,其所使用的相对湿度环境为<50%RH,或者<40%RH,或者<30%RH。
本说明书已被有意地记载成使得可依赖示例的任一种所述特征或限制,任一种所述马库什亚属或种类,或任一种所述数值范围或子范围,并且为修改权利要求提供足够的支持。遵循特征或限制列表的统称短语例如“及其溶剂化物”以及“或它们中的任何两个或更多个的组合”独立地应用于特征或限制中的每一个,并还代表独立的特征或限制。
除非本文另有定义,指定通用术语具有以下含义。可选地,优先不同的实施方案。冠词“一个”、“一种”和“该”都是指一个(一种)或多个(多种)。任何比较例仅用于说明目的,并且不应为现有技术。不含或缺少意是指完全不存在;可选地,例如,使用核磁共振(NMR)光谱法(例如,1H-NMR、13C-NMR或29Si-NMR)或傅立叶变换红外(FT-IR)光谱法不可检测;发明和发明性应当意指代表性实施方案或方面,不应为整个发明。IUPAC是指国际纯粹与应用化学联合会(International Union of Pure and Applied Chemistry)(IUPAC Secretariat,Research Triangle Park,North Carolina,USA))。成员A和B的马库什组可等效地表示为:“选自A和B的成员”;“选自由A和B组成的组的成员”;或“成员A或B”。每个成员可独立地为属的亚属或种。可提供允许的选择,但不是必要的。操作性意指功能上能够或有效。任选的(地)意指不存在(或排除)或者存在(或包括)。特性是使用标准测试方法和测量条件(例如,粘度:23℃和101.3kPa)来测量的。范围包括其中的端点、子范围和全部和/或分数值,不同的是整数范围不包括分数值。从组分的混合物移除组分不包括选择性地使组分衍生化/反应以形成衍生物/产物,除非衍生物/产物随后从混合物的其它组分物理地分离。
除非本文另有定义,命名的化学技术术语具有由IUPAC所定义的含义,或者对于非-IUPAC术语具有由Hawley的CONDENSED CHEMICAL DICTIONARY,第11版,N.Irving Sax&Richard J.Lewis,Sr.,1987(Van Nostrand Reinhold)所定义的含义。一些IUPAC术语可见于IUPAC。《化学术语汇编》,第2版(“金色书”)(Compendium of Chemical Terminology,2nded.(the“Gold Book”))。由A.D.McNaught和A.Wilkinson编辑。牛津,布莱克韦尔科学出版公司,1997年(Blackwell Scientific Publications,Oxford(1997))。XML在线修正版本:http://goldbook.iupac.org(2006-),由M.Nic、J.Jirat、B.Kosata创建;更新由A.Jenkins编辑。ISBN 0-9678550-9-8,doi:10.1351/goldbook。非质子意指不含–OH、-NH、-SH和–PH基团。聚合物的平均分子量诸如重均分子量(“Mw”)使用凝胶渗透色谱法(GPC)利用聚苯乙烯标准测定。化学元素以及化学元素的族应是指由IUPAC在版本日期为2013年5月01日的元素周期表中公布的那些。化合物应意指一种分子或此类分子的集合;组合物应意指两种或更多种不同化合物的混合物,其中混合物可被构造成不可固化,或者被构造成可固化。制剂应意指被构造用于特定用途的组合物,以具有特定材料特性,诸如隔音、化学、电、磁、机械、光、物理、放射、或热性质,或它们中的任何两个或更多个的组合。固化的产物诸如固化的有机硅氧烷可具有这样的结构,所述结构可根据具体反应物和用于制备其的固化条件而有所不同。该可变性不受限制,但根据反应物的结构(例如主链和/或可固化基团结构)和固化化学和条件而受到限制。制剂(一部分)意指包含所有组分和制备固化的产物所需的比例的混合物。一部分制剂可使用外部因素来引发、加速或完成固化过程,诸如水分(用于缩合固化)、热(用于加成固化)、或光(用于加成固化)。制剂(两部分)意指将不同反应性组分离析成两个独立和互补的分部以防止过早引发固化的体系。例如,在主要部分中可包含单体、预聚物、或可固化聚合物(但不是催化剂);并且在次要部分中可包含固化催化剂(但不是单体、预聚物、或可固化聚合物)。固化的引发通过将主要部分和次要部分组合在一起以形成一部分制剂来实现。取代的意指其具有取代氢的一个或多个取代基,其包括每个取代。每个取代基可独立地为卤素原子、-NH2、-NHR、-NR2、-NO2、-OH、-OR、氧代基(=O)、-C≡N、-C(=O)-R、-OC(=O)R、-C(=O)OH、-C(=O)OR、-SH、-SR、-SSH、-SSR、-SC(=O)R、-SO2R、-OSO2R、-SiR3或-Si(OR)3;其中每个R独立地为未取代的(C1-C30)烃基,或者(C1-C6)烃基。卤素原子是F、Cl、Br或I;或者F、Cl或Br;或者F或Cl;或者F;或者Cl。每个取代基,或者所有取代基可为非质子或者质子的。载体意指用作另一材料的载体、稀释剂、分散剂、贮存介质、上清液、或溶剂的液体。
本文的任何化合物均包括其所有同位素形式,其包括天然丰度形式和/或同位素富集形式。同位素富集的形式可具有附加的用途,诸如医学或防伪应用,其中同位素富集的形式的检测有助于治疗或研究。
在一些方面,本文所述的任何组合物或制剂可包含元素周期表第1族至第18族化学元素中的任何一种或多种。在其它方面,至少一种此类化学元素明确地排除在组合物或制剂之外,除非此类排除使其无效。例如,Si原子不排除在硅化合物之外,并且碳原子不排除在有机基团之外。在一些方面,不排除的元素为Si、O、H、C、N、F、Cl、Br和I;或者Si、O、H、C、F和Cl。
通过以下的非限制性实施方案来进一步说明本发明,并且本发明实施方案可以包括以下非限制性实施例的特征和限制的任何组合。环境温度为约23℃,除非另外指明。
实施例
29Si-NMR仪器和溶剂:使用Varian 400MHz汞光谱仪。使用C6D6作为溶剂。制剂和实施例中所用的术语–OH含量意指HO-基团的重量(或摩尔数)与产物总重量(或摩尔数)的百分比,其中只有键合到硅原子的HO-基团被包括在内。
热梯度粘接强度测试方法:使用D.Ahn,N.E.Shephard等人,“Thermal GradientEnabled XPS Analysis of PDMS Elastomer Adhesion to Polycarbonate”,Macromolecules,2007年;第40卷:第3904-3906页及其支持信息所述的测试方法,除了使用聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)基底代替聚碳酸酯基底,并且使用下文所述的测试材料代替Ahn等人的粘合剂样品。视情况而定,将各PBT基底原样使用或进行预干燥。XPS为X-射线光电子能谱。测试方法使用的测试设备,从顶部到底部依次包括:顶部铝试样块、铝箔、所施加的测试材料的层、以及底部铝试样块。经由其间所施加的喷雾量的粘合剂,铝箔粘附于顶部铝试样块。该设备还包括在PBT基底各端部设置的两根铜线(1mm直径),以充当在顶部铝试样块与PBT基底之间的间隔件,并且维持测试材料的粘合层厚度。所施加的测试材料的层为0.38mm厚。顶部和底部铝试样块相同,各自在冷却部近侧具有贯穿其限定的冷却通道,并在加热部(处于冷却部远侧)近侧具有贯穿其限定的加热通道。冷却通道被构造成用于允许冷却剂液体贯穿各个试样块的流动,以便冷却试样块的冷却部。加热通道被构造成用于允许加热液体贯穿各个试样块的流动,以便加热试样块的加热部。各试样块的冷却和加热一起形成沿各试样块纵向的相同热梯度,从而产生彼此相对设置的试样块低温(T低)冷却部,以及彼此相对设置的高温(T高)加热部。T高>T低。例如,T高可为140℃或200℃,并且T低可为40℃。沿试样块的热梯度以℃./mm=(T高–T低)/L计算,其中L为试样块的长度。在测试期间,按压测试设备并且将热梯度施加于所施加的测试材料的层5分钟。随后,移除热梯度,并且从测试设备移除顶部铝试样块,小心地确保铝箔从顶部铝试样剥离,以产生依次包括铝箔、所施加的测试材料的层、以及底部铝试样块(以及Cu线)的3-层的层压物。在沿所施加的层压物的层的第一位置(“固化前端”)处,测试材料将热到足以开始固化。(靠近冷却部的未固化的材料将为液态并且能够擦去)。测试材料开始固化(T固化)的最低固化温度通过测量底部铝试样块的加热部与第一位置的距离并分解热梯度来测定,以产生T固化。用140℃的T高获得的T固化值相当于用200℃的T高获得的T固化值,因为热梯度因素被相应地调节。用肉眼观察铝箔/测试材料界面处鼓泡的存在或不存在,作为估计测试材料的架藏稳定性的方式。不存在鼓泡指示令人满意的架藏稳定性。在铝箔与测试材料之间存在的较大气泡(直径>1mm)、通道、或多个较小气泡(直径<1mm)指示令人不满意的储存期限。
90°剥离粘接强度测试方法:使用获得自热梯度粘接强度测试方法的3-层的层压物,用锋利的剃刀刀片切掉铝箔边缘,在测试材料中心留下1.27cm宽的剥离带。开始通过在铝箔中较靠近所施加测试材料层的冷却部,相距第一位置5±1mm处进行切割来引发界面断裂,并将剥离带手动地向后剥离数毫米。以相对层压物面90°(垂直),向切割的铝箔施加拉力(1,500克砝码附接到剥离带的“冷却”部)。使界面断裂允许蔓延为包括铝箔和所施加测试材料层在内的双层经由粘合剂失效从底部铝试样块剥离。在沿所施加的测试材料的层某处的第二位置处发生内聚破坏,从而限制界面断裂蔓延。固化的测试材料经历内聚破坏(TCF)的固化温度通过测量底部铝试样块的加热部与第二位置的距离并分解热梯度来测定,以产生TCF。TCF≥T固化。当T固化和TCF值接近时,可重复热梯度粘接强度测试方法和90°剥离粘接强度测试方法,不同是对热梯度粘接强度测试方法中的T高而言使用较低值,以获得较好的分离。向切割的铝箔施加的最大拉力以磅力每平方英寸(lb-f/in2)计记录为峰值应力,并且本文转化为千帕(kPa)。1.00lb-f/in2等于6.89kPa。
其它条件都相同,粘合剂的TCF值越低,粘合剂就越好。这是因为除非其相比于其自身更强地粘附于基底(PBT),粘合剂不可内聚破坏,并因此对于粘合剂TCF值越低,获得测试材料对基底的较强粘附所需的固化温度就越低。获得测试材料对基底较强粘附所需的固化温度越低,就需要施加较低的固化温度以获得较强粘附。需要被施加而获得较强粘附的固化温度越低,用于制造包含粘合剂的制品和设备的工艺窗口就越宽,循环时间越快,用于制品和设备的设计选项越灵活,并且能量成本越低。
制剂A:以下组分的混合物:(B1)双(乙烯基二甲基甲硅烷氧基)-封端的聚二甲基硅氧烷;(C1)双(三甲基甲硅烷氧基)-封端的聚(二甲基)(甲基氢)硅氧烷;(D1)3-环氧丙氧丙基-三甲基硅烷;(E1-1)铂硅氢加成催化剂;(F1)3-甲基丁炔-3-醇;(G1)已经通过(H1)乙烯基二甲基甲硅烷基化和(H2)三甲基甲硅烷基化处理的经处理二氧化硅;(G2)石英(研磨,5μm,30重量%至<50重量%);以及(J1)炭黑(0.1重量%至<1重量%)。(可包含痕量的二甲苯、乙苯、以及氧化铝)。
制剂1:式(II)的有机硅烷醇化合物的示例的合成:
制剂1:在250mL三颈烧瓶中,混合101.6克(g)二(OH-封端的)-PDMS流体(GelestDMS-S12;“PDMS”意指聚二甲基硅氧烷)与33.2g的1,2-二乙烯基-1,1,2,2-四甲基二硅氮烷。添加0.1g三氟乙酸(TFA)来催化反应。在室温下搅拌混合物80分钟,并且然后在1-3mmHg真空下使用旋转蒸发仪在约30℃下移除挥发物2小时。产生期望的产物,其为呈澄清液体的残留物(非挥发物)(114.2g)。基于29Si NMR计,产物具有3.2重量%的-OH含量和5.5重量%的Vi含量,并包括超过50重量%的下式有机硅液:Vi(Me)2Si[OSi(Me)2]nOH,其中n为5或6,Vi为乙烯基,并且Me为甲基。
制剂A和1不包含金属M1或组分(A)。
制剂1A、1AA、1B、1C、1D、1E、1F和1G:式(I)金属非质子有机硅烷氧化物化合物的示例的合成:
制剂1A:金属非质子有机硅烷氧化物化合物(A1)的合成:使2.70g仲丁氧基铝溶液(70%溶于仲丁醇)与8.0g甲苯和15.70g的制剂1的产物有机硅液混合。将混合物在室温下搅拌30分钟,并且然后在1-3mm Hg真空下使用旋转蒸发仪在约50℃下移除挥发物2小时。产生产物(A1),其为假设质量平衡守恒所计算的呈澄清液体的残留物(非挥发物)(14.2g),以具有0.54毫摩尔Al/克产物(mmol/g;1.46重量%)的Al含量和2.0mmol/g(5.4重量%)的Vi含量。
制剂1AA:金属非质子有机硅烷氧化物化合物(A2)的合成:使3.68g仲丁氧基铝溶液(70%溶于仲丁醇)与13.0g甲苯和17.1g的制剂1的产物有机硅液混合。将混合物在室温下搅拌30分钟,并且然后在1-3mm Hg真空下使用旋转蒸发仪在约50℃下移除挥发物2小时。产生产物(A2),其为假设质量平衡守恒所计算的呈澄清液体的残留物(非挥发物)(15.6g),以具有0.67mmol/g(1.81重量%)的Al含量和2.0mmol/g(5.4重量%)的Vi含量。
制剂1B:金属非质子有机硅烷氧化物化合物(A3)的合成:使1.90g四异丙氧基钛(TPT)与8.0g甲苯和16.35g的制剂1的有机硅液混合。将混合物在室温下搅拌30分钟,并且然后在1-3mm Hg真空下使用旋转蒸发仪在约50℃下移除挥发物2小时。产生产物(A3),其为假设质量平衡守恒所计算的呈澄清液体的残留物(非挥发物)(15.15g),以具有0.44mmol/g(2.1重量%)的Ti含量和2.0mmol/g(5.4重量%)的Vi含量。
制剂1C:金属非质子有机硅烷氧化物化合物(A4)的合成:使35g正丙氧基锆(NPZ)溶液(70%溶于正丙醇)与8.0g甲苯和15.60g的制剂1的有机硅液混合。将混合物在室温下搅拌30分钟,并且然后在1-3mm Hg真空下使用旋转蒸发仪在约50℃下移除挥发物2小时。产生产物(A4),其为假设质量平衡守恒所计算的呈澄清液体的残留物(非挥发物)(14.4g),以具有0.35mmol/g(3.2重量%)的Zr含量和2.0mmol/g(5.4重量%)的Vi含量。
制剂1D(假想例):金属非质子有机硅烷氧化物化合物(A5)的合成:使5g制剂1A的产物与5g制剂1B的产物混合,以产生假设质量平衡守恒所计算的10g呈澄清液体的产物(A5)(残留物),以具有0.27mmol/g(0.73重量%)的Al含量、0.22mmol/g(1.05重量%)的Ti含量,以及2.0mmol/g(5.4重量%)的Vi含量。
制剂1E(假想例):金属非质子有机硅烷氧化物化合物(A6)的合成:使5g制剂1A的产物与5g制剂1C的产物混合,以产生假设质量平衡守恒所计算的10g呈澄清液体的产物(A6)(残留物),以具有0.27mmol/g(0.73重量%)的Al含量、0.17mmol/g(1.6重量%)的Zr含量,以及2.0mmol/g(5.4重量%)的Vi含量。
制剂1F(假想例):金属非质子有机硅烷氧化物化合物(A7)的合成:重复制剂1A的过程,不同的是使用2.70g仲丁氧基铁溶液(70%溶于仲丁醇)取代2.70g仲丁氧基铝溶液。产生产物(A7),其为假设质量平衡守恒所计算的呈澄清液体的残留物(非挥发物)(14.2g),以具有0.54mmol/g(3.1重量%)的Fe含量和2.0mmol/g(5.4重量%)的Vi含量。
制剂1G(假想例):金属非质子有机硅烷氧化物化合物(A8)的合成:重复制剂1A的过程,不同的是使用2.70g仲丁氧基钒溶液(70%溶于仲丁醇)代替2.70g仲丁氧基铝溶液。产生产物(A8),其为假设质量平衡守恒所计算的呈澄清液体的残留物(非挥发物)(14.2g),以具有0.54mmol/g(2.75重量%)的V含量和2.0mmol/g(5.4重量%)的Vi含量。
实施例1至5:可固化制剂的制备:在使用dental混合器的六个独立实验中,使98份的制剂A与2.0份的分别为制剂1A、1AA、1AA、1B和1C的金属非质子有机硅烷氧化物化合物(A1)、(A2)、(A2)(重复)、(A3)和(A4)中的不同一种混合,以分别产生与下表1所示的阴性对照(“neg.control”,制剂A)一起示出的实施例1至5的可固化制剂。
表1:实施例1至5的可固化制剂
*“>0”意指组分存在但未报道确切浓度。
实施例A1至A5:热梯度粘附:在三次独立的运行中,根据热梯度粘接强度测试方法,使实施例1至5的可固化制剂经受固化,以产生T固化。运行之一的结果在后面示于表4中。除实施例5之外,使各个PBT基底在使用之前预干燥。
实施例B1至B5:90°度剥离粘附:使得自实施例A1至A5的运行之一的固化的制剂经受90°剥离粘接强度测试方法,以产生TCF和初始(未老化)峰值应力。结果在下表4中示出。
在固化的制剂中观察存在或不存在鼓泡。这些观察也在下表4中示出。
表4:根据实施例A1至A5和B1至B5测试之后实施例1至5的可固化制剂。
*N/R意指未记录;**N/T意指未测试;***固化的产物对PBT的粘附比铝箔的内聚破坏力更强;****PBT基底未预干燥。
如表4中的数据所示,相比于不包含式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物的阴性对照,包含式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物(组分(A1)至(A5)之一,视情况而定)的本发明可固化制剂,以及通过对其固化而由其制备的本发明固化的产物具有下列有利技术效果(i)至(iv)中的两个或更多个:(i)本发明实施例1至5,并因此式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物允许在较低固化温度(T固化)下固化;(ii)本发明实施例Ex.1至5并因此式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物产生具有基本上较低的内聚破坏温度(TCF)的固化的产物;(iii)相比于铝箔粘着于自身,本发明实施例1至5并因此式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物更强地粘附于PBT基底;(iv)本发明实施例1至5并因此式(I)的金属非质子有机硅烷氧化物化合物示出架藏稳定性(不含鼓泡)。
因此,本发明制剂产生的固化的产物具有有利较低(例如TCF≤120℃,或者TCF<120℃,或者TCF≤110℃,或者TCF<110℃,或者TCF<100℃,或者TCF为90℃至<100℃)的改善的内聚破坏温度(TCF)。本发明制剂的内聚破坏温度越低,固化本发明制剂所需的温度就越低,并因此使用本发明制剂的制造工艺窗口越大,并且可与本发明制剂一起使用的热敏感电子元件的类型越多。本发明制剂还具有令人满意的储存期限。因此,本发明的制剂实用于制造环境,因为制造商将不需要不断地制备或获取新鲜的本发明制剂供应源,并且将不需要在低温下贮存本发明制剂并且迅速加温和使用它。
以下的权利要求是以引用方式并入本文中,并且术语“权利要求”和“多个权利要求”可用术语“方面”或“多个方面”代替。本发明的实施方案也包括这些所得的带编号的方面。
Claims (14)
1.一种可固化制剂,所述可固化制剂包含:
(A)式(I)所示的金属非质子有机硅烷氧化物化合物:
{R1-Si(R2)(R3)-[O-Si(R4)(R5)]m-O}n-M1(←L)o(X1)p(I),
其中,M1为金属原子Al,所述金属原子具有对于Al为+1至+3的形式正氧化态δ+;
下标n为1至δ+的整数;
下标o为0的整数;
每个L独立地为非质子路易斯碱;
下标p=(δ+–n);每个X1独立地为卤离子或非质子有机杂基阴离子;
下标m为3至100的整数;
R1至R5各自独立地为非质子(C1-C20)烃基基团;
(B)可聚合有机硅化合物,所述可聚合有机硅化合物每分子具有平均至少2个硅键合的不饱和脂族基团;
(C)有机氢硅化合物,所述有机氢硅化合物每分子具有平均至少两个硅键合的氢原子;以及
(D)有机硅粘附促进剂,所述有机硅粘附促进剂包含至少一个硅原子、至少3个硅键合的非质子离去基团,以及至少一个除离去基团之外的硅键合的可固化基团。
2.根据权利要求1所述的可固化制剂,其中R1至R5中没有一个包含碳-碳三键。
3.根据权利要求1所述的可固化制剂,其中R1至R5中的至少一个独立地为非质子(C2-C20)烯基基团或非质子(C2-C20)炔基基团。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的可固化制剂,其中所述金属非质子有机硅烷氧化物化合物是分子集合,各分子独立地具有为M1的金属原子,所述金属原子选自Al。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的可固化制剂,其中下标n为2至δ+的整数。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的可固化制剂,其中下标m为3至50的整数。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的可固化制剂,其中(A)金属非质子有机硅烷氧化物化合物为所述可固化制剂整个重量的0.01重量百分比至10重量百分比(重量%)。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的可固化制剂,其中
所述(B)可聚合有机硅化合物选自:
(a)有机硅烷,所述有机硅烷每分子具有平均1个硅原子和至少2个不饱和脂族基团;
(b)低聚有机硅氧烷,所述低聚有机硅氧烷每分子具有平均2至4个硅原子和至少2个不饱和脂族基团;
(c)聚有机硅氧烷,所述聚有机硅氧烷每分子具有平均5个或更多个硅原子和至少2个不饱和脂族基团;以及
(d)(a)-(c)中的任何两个或更多个的组合;
所述(C)有机氢硅化合物每分子具有平均1至100个硅原子和/或至少2个,或者至少2.2个硅键合的氢原子;
所述(D)有机硅粘附促进剂,其中,
(i)其每个硅键合的非质子离去基团独立地为硅键合的非质子烷氧基基团、硅键合的非质子脂族羧基基团、硅键合的非质子二烷基氨基基团、硅键合的卤素、或硅键合的非质子肟基团;并且/或者
(ii)除离去基团之外的其每个硅键合的可固化基团独立地为环氧官能化的烃基基团、不含氧代基(即=O)基团的单价不饱和脂族基团、单价不饱和脂族羧酸酯基团、单价异氰酸酯基团、单价醛基基团(即-C(=O)H)、或它们中的任何两个或更多个的混合基团;
或者所述可固化制剂包括上述(B)、(C)和(D)中任何两个的组合。
9.根据权利要求1所述的可固化制剂,所述可固化制剂还包含:(E)固化剂;(F)硅氢加成催化剂的抑制剂;(G)填料;(H)处理剂,所述处理剂用于处理所述(G)填料;(I)载体和(J)着色剂中的一种或多种。
10.一种制品,所述制品包含根据权利要求1至3和9中任一项所述的可固化制剂以及与其接触的基底。
11.一种将根据权利要求1至3和9中任一项所述的可固化制剂固化而得的固化的产物。
12.一种制备根据权利要求11所述的固化的产物的方法,所述方法包括使所述可固化制剂经受30℃至250℃的固化温度,以产生所述固化的产物。
13.一种制品,所述制品包含根据权利要求11所述的固化的产物。
14.根据权利要求13所述的制品,所述制品还包括与所述固化的产物接触的基底。
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