JP7436857B2 - 導電性シリコーン組成物およびその硬化物 - Google Patents
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Description
(A)成分:分子中にアルケニル基を1以上有するポリオルガノシロキサン
(B)成分:ヒドロシリル基を有する化合物
(C)成分:ヒドロシリル化触媒
(D)成分:エポキシ基とアルコキシシリル基とを有するシラン化合物
(E)成分:導電性粉体。
(A)成分:分子中にアルケニル基を1以上有するポリオルガノシロキサン
(B)成分:ヒドロシリル基を有する化合物
(C)成分:ヒドロシリル化触媒
(D)成分:エポキシ基とアルコキシシリル基を有するシラン化合物
(E)成分:導電性粉体。
本発明の(A)成分は、分子中にアルケニル基を1以上有するポリオルガノシロキサンであれば特に制限されない。(A)成分のアルケニル基の結合位置は限定されず、例えば、分子鎖末端、分子鎖側鎖が挙げられる。(A)成分の分子構造は、実質的に直線状であるが、一部に分岐構造があってもよい。このような(A)成分としては、例えば、分子鎖両末端ビニル基封鎖ポリジメチルシロキサン;分子鎖末端ビニル基封鎖ジメチルシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体;分子鎖両末端ビニル基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体;分子鎖片末端がビニル基で封鎖され、もう一方の分子鎖片末端がトリメトキシ基で封鎖されたポリジメチルシロキサン;分子鎖片末端がビニル基で封鎖され、もう一方の分子鎖片末端がトリメチルシロキシ基で封鎖されたポリジメチルシロキサン;分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体;分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体が挙げられる。これらの中でも、低温短時間で硬化するとともに優れた導電性を有する硬化物が得られることから分子鎖両末端ビニル基封鎖ポリジメチルシロキサンが好ましい。これらは単独で1種のみで用いられてもよく、または2種以上併用されてもよい。
本発明の(B)成分のヒドロシリル基を有する化合物としては、(A)成分とヒドロシリル化反応により硬化できるものであれば特に制限はない。ヒドロシリル基とは、SiH結合を有する基を表す。(B)成分としては、特に限定されないが、例えば、直鎖状、分岐状、環状または網状からなる分子中にヒドロシリル基とポリオルガノシロキサン構造を含有する化合物などが挙げられる。分子中にヒドロシリル基とポリオルガノシロキサン構造とを含有する化合物は、低温硬化性を有することに加えて、硬化物の耐折り曲げ性が優れる。中でも、低温硬化性および軟質な硬化物が得られるという観点から、分子中にヒドロシリル基と分岐状ポリオルガノシロキサン構造とを含有する化合物が好ましい。また、(B)成分の分子中のヒドロシリル基の数は、特に限定されないが、例えば、より一層、低温短時間で硬化するとともに優れた導電性を有する硬化物が得られる導電性シリコーン組成物を提供できるという観点から、2以上が好ましく、より好ましくは3以上である。また、(B)成分の25℃における粘度は、低温硬化性を有することに加えて、硬化物の耐折り曲げ性が優れる観点から、0.1mPa・s(0.1センチポイズ)以上1.5万mPa・s(1.5万センチポイズ)未満が好ましく、さらに好ましくは0.5mPa・s(0.5センチポイズ)以上0.5万mPa・s(0.5万センチポイズ)未満であり、特に好ましくは1mPa・s(1センチポイズ)以上0.3万mPa・s(0.3万センチポイズ)未満である。また、(B)成分の水素当量は、より一層、低温短時間で硬化するとともに優れた導電性を有する硬化物が得られる導電性シリコーン組成物を提供できるという観点から、0.01Eq/kg以上300Eq/kg以下が好ましく、より好ましくは0.3Eq/kg以上100Eq/kg以下の範囲である。(B)成分の25℃における粘度は、コーンプレート型粘度計を用いて測定する。(B)成分の水素当量は、フーリエ変換赤外(FTIR)または29Si-NMR法によって測定できる値である。
本発明の(C)成分であるヒドロシリル化触媒については、ヒドロシリル化反応を触媒できるものであれば特に制限はなく、任意のものが使用できる。
本発明の(D)成分であるエポキシ基とアルコキシシリル基とを有するシラン化合物は、前記(A)成分100質量部に対して10質量部以上100質量部未満である。上記の範囲内であることにより、低温短時間で硬化するとともに優れた導電性を有する硬化物が得られるという顕著な効果を奏するものである。前記エポキシ基としては、例えば、グリシジル基、エポキシシクロヘキシルエチル基などが挙げられる。さらに前記グリシジル基としては、より一層、低温短時間で硬化するとともに優れた導電性を有する硬化物が得られる観点から、グリシドキシプロピル基が好ましく、さらに好ましくは3-グリシドキシプロピル基である。前記エポキシシクロヘキシルエチル基としては、2,3-エポキシシクロヘキシルエチル基が好ましい。これらは単独で1種のみで用いられてもよく、または2種以上併用されてもよい。前記アルコキシシリル基としては、メトキシシリル基、エトキシシリル基、プロポキシシリル基などが挙げられる。中でも、より一層、低温短時間で硬化するとともに優れた導電性を有する硬化物が得られる観点から、エトキシシリル基、プロポキシシリル基が好ましく、100%延伸サイクル試験後も導通性を維持でき、金メッキに対する密着性にも優れる観点から、より好ましくはエトキシシリル基である。
本発明の(E)成分としては、導電性粉体であれば特に限定されない。前記(E)成分に用いる材料としては、公知の導電性フィラーを用いることができる。例えば、金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、白金、錫、ビスマス等の金属から選ばれる1種以上からで構成される金属粒子、またはこれらを複数種組み合わせてなる合金粒子、あるいは前記金属により表面を被覆しているシリコーン粒子、(メタ)アクリル粒子、ポリスチレン粒子、ウレタン粒子などが挙げられる。これらは単独で1種のみで用いられてもよく、または2種以上併用されてもよい。前記(E)成分の形状としては、破砕状、球状、繊維状、枝状などが挙げられるが、中でも、100%延伸サイクル試験後も導通性を維持できる硬化物が得られることから、球状が好ましい。ここで、球状とは、長径に対する短径で表される真球度(短径/長径)が、0.6~1.0であるものをいう。
本発明の導電性シリコーン組成物は、本発明の目的を損なわない範囲で、任意成分として、反応性希釈剤、エラストマー、充填材、保存安定剤、酸化防止剤、光安定剤、可塑剤、溶剤、顔料、難燃剤、及び界面活性剤等の添加剤を含有することができる。
本発明の導電性シリコーン組成物を被着体へ塗布する方法としては、公知のシール剤や接着剤の塗布方法が用いられる。例えば、自動塗布機を用いたディスペンシング、スプレー、インクジェット、スクリーン印刷、グラビア印刷、ディッピング、スピンコートなどの方法を用いることができる。なお、本発明の導電性シリコーン組成物は、塗布性の観点から、25℃で液状であることが好ましい。
本発明の導電性シリコーン組成物は、低温(100℃未満)により硬化することができる(低温硬化性)。本発明の導電性シリコーン組成物の硬化方法の加熱条件のうち、加熱硬化温度は、特に限定されないが、例えば、被着体の部材へのダメージが少ないという観点から、45℃以上100℃未満の温度が好ましく、より好ましくは、50℃以上95℃未満である。加熱硬化時間は、特に限定されないが、45℃以上100℃未満の加熱硬化温度の場合には、本導電性シリコーン組成物を用いる製造方法の生産効率の観点から、3分以上5時間未満が好ましく、10分以上3時間以下がさらに好ましい。本発明の導電性シリコーン組成物を硬化させて得られた硬化物もまた本発明の実施形態の一部である。
本発明の導電性シリコーン組成物は、低温短時間で硬化するとともに優れた導電性を有する硬化物が得られることから、液晶画像表示素子、有機EL素子、太陽電池素子、カメラモジュール、フレキシブルプリント基板、ウェアラブルなどの周辺において求められる導電性接着剤として利用可能である。より具体的には、液晶画像表示素子、有機EL素子、太陽電池素子、カメラモジュールにおいてはアース取り用途が挙げられる。さらに、本発明の導電性シリコーン組成物を硬化してなる硬化物は、100%延伸サイクル試験後も導通性を維持できることから、本発明の導電性シリコーン組成物は、ウェアラブル向けの導電性接着剤として好適に利用可能である。また、本発明の導電性シリコーン組成物は、金メッキに対する密着性にも優れることから、フレキシブルプリント基板の金メッキを用いた端子との接続用途として好ましい。なお、このような用途で使用するにあたり、本発明の導電性シリコーン組成物は、取り扱い性の観点から、25℃で液状であることが好ましい。
・実施例1
本発明の(A)成分として25℃の粘度が3500mPa・s(3500センチポイズ)、重量平均分子量43000、ビニル当量0.055Eq/kgである分子鎖両末端ビニル基封鎖ポリジメチルシロキサン(Gelest社製)100質量部と、(B)成分として25℃の粘度が4mPa・s(4センチポイズ)であり、水素当量8.5Eq/kgである下記の式(1)で表される水素化Qレジン(Gelest社製)2.5質量部((A)成分に含まれるアルケニル基1molに対して、ヒドロシリル基5.0molとなる量)と、(C)成分として白金ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体のイソプロピルアルコール溶液(ユミコアプレシャスメタルズジャパン株式会社製)0.4質量部((A)成分中のアルケニル基1molに対して化合物として5×10-3mol)、(D)成分として3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン(信越化学工業株式会社製)12.5質量部、(E)成分として平均粒径7μm、比表面積2.5m2/gの球状銀粉275質量部、イソパラフィン系溶剤12.5質量部、(F)成分としてマレイン酸ジメチル0.5質量部を添加し、25℃にてミキサーで60分混合し、25℃で液状の導電性シリコーン組成物である実施例1を得た。なお、実施例1の(E)成分の含有量は、導電性シリコーン組成物全体に対して66質量%である。
実施例1において、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン12.5質量部を18.8質量部に変更した以外は、実施例1と同様にして調製し、25℃で液状の導電性シリコーン組成物である実施例2を得た。なお、実施例2の(E)成分の含有量は、導電性シリコーン組成物全体に対して65質量%である。
実施例1において、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシランを3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランに変更した以外は、実施例1と同様にして調製し、25℃で液状の導電性シリコーン組成物である実施例3を得た。なお、実施例3の(E)成分の含有量は、導電性シリコーン組成物全体に対して66質量%である。
実施例1において、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン((D)成分)を除いた以外は、実施例1と同様にして調製し、25℃で液状の導電性シリコーン組成物である比較例1を得た。なお、比較例1の(E)成分の含有量は、導電性シリコーン組成物全体に対して68質量%である。
実施例1において、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン12.5質量部を1.3質量部に変更した以外は、実施例1と同様にして調製し、25℃で液状の導電性シリコーン組成物である比較例2を得た。なお、比較例2の(E)成分の含有量は、導電性シリコーン組成物全体に対して68質量%である。
実施例1において、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン12.5質量部を6.3質量部に変更した以外は、実施例1と同様にして調製し、25℃で液状の導電性シリコーン組成物である比較例3を得た。なお、比較例3の(E)成分の含有量は、導電性シリコーン組成物全体に対して67質量%である。
実施例1において、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシランを3-アミノプロピルトリメトキシシランに変更した以外は、実施例1と同様にして調製し、25℃で液状の導電性シリコーン組成物である比較例4を得た。なお、比較例4の(E)成分の含有量は、導電性シリコーン組成物全体に対して66質量%である。
実施例1において、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシランを3-アクリロキシプロピルトリメトキシシランに変更した以外は、実施例1と同様にして調製し、25℃で液状の導電性シリコーン組成物である比較例5を得た。なお、比較例5の(E)成分の含有量は、導電性シリコーン組成物全体に対して66質量%である。
実施例1において、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシランを3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシランに変更した以外は、実施例1と同様にして調製し、25℃で液状の導電性シリコーン組成物である比較例6を得た。なお、比較例6の(E)成分の含有量は、導電性シリコーン組成物全体に対して66質量%である。
実施例1において、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシランを3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシランに変更した以外は、実施例1と同様にして調製し、25℃で液状の導電性シリコーン組成物である比較例7を得た。なお、比較例7の(E)成分の含有量は、導電性シリコーン組成物全体に対して66質量%である。
実施例1において、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシランをビニルトリメトキシシランに変更した以外は、実施例1と同様にして調製し、25℃で液状の導電性シリコーン組成物である比較例8を得た。なお、比較例8の(E)成分の含有量は、導電性シリコーン組成物全体に対して66質量%である。
実施例1において、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシランをビニルトリエトキシシランに変更した以外は、実施例1と同様にして調製し、25℃で液状の導電性シリコーン組成物である比較例9を得た。なお、比較例9の(E)成分の含有量は、導電性シリコーン組成物全体に対して66質量%である。
80℃に設定したホットプレート上に各導電性シリコーン組成物を0.1g滴下して、60分後に先端が尖った棒で接触し、導電性シリコーン組成物が付着するかどうかで硬化有無を評価した。結果を表1にまとめた。本発明において硬化が確認されたもの(導電性シリコーン組成物が付着しないもの)を「硬化」とし、硬化不良であったもの(導電性シリコーン組成物が付着したもの)を「硬化不良」とした。
・回路基板の作製
実施例1~3と比較例1~3の導電性シリコーン組成物を幅10mm、長さ50mm、厚さ40μmとなるようにガラス基板の上に塗布し、80℃の恒温槽に60分または120分間入れて試験片(ガラス基板上に、導電性シリコーン組成物を塗布し、80℃で硬化してなる硬化物である導電層が形成されたもの)を得た。
上記の各試験片について、デジタルマルチメータを用いて2端子法により導電層の抵抗値を測定した。結果を表2に示す。
実施例1~3と比較例1~3で得られた導電性シリコーン組成物を幅10mm、長さ50mm、厚さ200μmになるようにポリテトラフルオロエチレン製シートで覆われたガラス板に塗布して、80℃の恒温槽に120分間入れて試験片を作製した。
次に耐久試験器(ユアサシステム機器株式会社製DLDM111LHB)を用いて、チャックに試験片を固定し、100%(初期長の2倍)延伸を1分間あたり50サイクルの周期で500サイクル行った。500サイクル後にデジタルオームメーターにより抵抗が測定できたものを合格とし、抵抗が測定できなかったもの(絶縁状態)を不合格とした。
JIS K6883-1(2008)に準拠して測定した。すなわち、実施例1~3と比較例1~3の導電性シリコーン組成物を金メッキされた被着材に面積5mm×50mm、厚み200μmになるように塗布し、80℃の恒温槽に1時間入れて硬化させて硬化物を得た。
Claims (7)
- 下記の(A)~(F)成分を含有し、前記(A)成分100質量部に対して(D)成分を10質量部以上50質量部未満含む導電性シリコーン組成物:
(A)成分:分子中、両末端にアルケニル基を有するポリオルガノシロキサン
(B)成分:ヒドロシリル基を有する化合物
(C)成分:ヒドロシリル化触媒
(D)成分:エポキシ基とアルコキシシリル基とを有するシラン化合物
(E)成分:導電性粉体
(F)成分:反応速度調節剤;
前記(B)成分は、下記式(1)で表される構成単位を有する化合物であり、
前記(F)成分は、マレイン酸ジメチルである。 - 前記(D)成分のアルコキシシリル基がエトキシシリル基であることを特徴とする請求項1に記載の導電性シリコーン組成物。
- 前記(D)成分が、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシランまたは3-グリシドキシプロピルトリエトキシシランを含む、請求項1または2に記載の導電性シリコーン組成物。
- 導電性シリコーン組成物全体に対して、前記(E)成分を5~95質量%の範囲で含むことを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の導電性シリコーン組成物。
- 前記(E)成分が、球状であることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の導電性シリコーン組成物。
- 25℃で液状であることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の導電性シリコーン組成物。
- 請求項1~6のいずれか1項に記載の導電性シリコーン組成物を硬化してなる硬化物。
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