专利名称：可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物、透光组件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及在制造透光组件中可用的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物，由通过用活性能量射线辐照该有机聚硅氧烷树脂组合物获得的固化产品制造的透光组件，以及制造透光组件的方法。
背景技术：
石英和玻璃不仅用作光纤材料，而且用作光通信用的高度可靠的光学材料。然而，由于这些材料要求高温处理和它们提供的产率差，因此需要拥有更好耐用性和可加工性的用于通信元件的有机材料。聚酰亚胺(它是具有最高可靠度的有机材料)广泛用作电子组件的原材料。另一方面，有机聚硅氧烷在光电子领域中因其优异的透光率、电绝缘性能、光学稳定性、热稳定性等因此受到关注。主要在以上提及的聚酰亚胺和有机聚硅氧烷基材料辅助下，透光材料所要求的物理性能，例如在1300nm-1660nm的通信波带内不存在吸收，和因聚合物链的取向导致不存在双折射，以及耐热性、抗吸湿性和耐水性(这些被视为对于器件组件来说非常重要的性能)恒定地得到改进。
尽管存在公知的聚合物光学材料，特别是在光波导管中所使用的材料，它们通过添加催化量的盐基光引发剂到由有机氯代硅烷(例如苯基三氯硅烷、甲基三氯硅烷)和含羟基的环氧化合物(例如，缩水甘油醇)作为原材料并用光辐照该混合物而生产的有机聚硅氧烷中而获得(参见日本未审专利申请公布No(下文称为JP Kokai)Hei9-124793)，但是这种材料存在与它们对基底粘合性不足和由于通过Si-O-C键键接含环氧基的有机基团导致它们容易水解这一事实有关的问题。已知可辐射线(例如UV)固化的组合物，其含有(A)用通式RmSi(X)4表示的可水解的硅烷(其中R是不可水解的有机基团，X是可水解基团，和m介于0至3)或者其缩合产物(例如，苯基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷和二甲基二甲氧基硅烷的共水解和缩合产物)，(B)通过吸收UV射线产生酸性活性物质的、含有有机盐的可辐射线(例如UV)固化的组合物，和此外，(C)缩合的芳族化合物(例如，蒽、蒽醌)(参见，JP Kokai 2003-185860)，但这类组合物的问题是它们倾向于在固化膜内含有由于缩合基固化导致的空气气泡，除非它们与消泡剂结合。
另一方面，存在已知的可辐射线(例如UV)固化的组合物，其包含(a)含烷氧基和环氧基的有机聚硅氧烷，(b)阳离子光引发剂(例如盐)，和(c)自由基光引发剂(例如，苯偶姻、苯乙酮)或敏化剂(例如，噻吨酮)。另外，存在已知的剥离涂料可辐射线固化的含有聚硅氧烷的组合物，其包含(A)液体阳离子可聚合的有机聚硅氧烷(含有环氧基的有机聚硅氧烷)，(B)具有盐结构的阳离子聚合光引发剂，和(C)敏化剂(萘衍生物、蒽衍生物和菲衍生物)，它们均用于赋予对抗发粘物质可剥离性和释放性能，尤其通过用这种组合物涂布纸张并使之固化。含有烷氧基和环氧基的甲基聚硅氧烷(a)被视为优选用于前一组合物中，和在后一组合物中，认为优选的是阳离子可聚合的有机聚硅氧烷应当为直链或者支链，且至少85mol％与硅键合的单价烃基用甲基表示；然而，这些组合物的问题是，它们的固化产物在通信波带内具有不足的形状保持性能、耐溶剂性和透光率，且一旦暴露于升高温度下，则显示出相当大的折射指数和透光率的变化。
因此，本发明人致力于开发不具有这些问题的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物，作为深入研究的结果，开发了可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物并提交了专利申请，所述树脂组合物一旦用活性能量射线(例如，UV射线)辐照则快速固化，且在其固化产物内不含空气泡，以及固化产物具有优异的抗水解性、形状保持性能和耐溶剂性，从而在通信波带内提供高的透光率，并且在暴露于升高的温度下时，在其折射指数和透光率方面显示出不大的变化(日本专利申请No.2003-412452)。顺便说一下，当施加这种组合物到基底(例如，硅基底)上并通过用UV射线辐照固化时，该固化产物显示出对基底(例如，硅基底)不足的粘合性，且在储存约3月或者在约100℃下老化之后，可从基底上容易剥离，这是关于产品质量稳定性担心的一个原因。已尝试降低固化膜内的残留应力，使用特殊的打底处理，和用碱处理基底，以便改进对在固化工艺中组合物与之接触的基底的粘合性，但尚未获得充分的效果。
通过发现若结合该组合物与光敏剂或者光致自由基生成剂，则粘合性得到改进，从而完成本发明。
发明概述 本发明的目的是提供可能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物，它提供对基底优异的粘合性，一旦用活性能量射线，例如UV射线辐照则快速固化，且在其固化产物内不含空气泡，以及固化产物具有优异的抗水解性、形状保持性能和耐溶剂性，从而提供在通信波带内高的透光率，且当暴露于升高的温度下时显示出其折射指数和透光率的不大变化。
本发明涉及[1]可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物，其包含(A)100重量份用下述平均单元式表示的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(R1R2R3SiO1/2)a(R4R5SiO2/2)b(R6SiO3/2)c(SiO4/2)d(1)(其中R1、R2、R3、R4、R5和R6是选自C1-C6单价脂族烃基、C6-C10单价芳族烃基和含环氧基的单价烃基中的有机基团，其中具有含环氧基的单价烃基的硅氧烷单元占2-50mol％/分子，和C6-C10单价芳族烃基占所有有机基团的15mol％或更高，a+b+c+d＝1，0≤a＜0.4，0＜b＜0.5，0＜c＜1，0≤d＜0.4，和0.1≤b/c≤0.3)；(B)0.05-20重量份光致产酸剂；(C)0.01-20重量份光敏剂或者光致自由基生成剂；和(D)0-5000重量份有机溶剂。
在[1]中涉及的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物，其中将该组合物用于透光组件。
在[2]中涉及的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物，其中透光组件被粘合到基底上。
在[2]或[3]中涉及的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物，其中透光组件是光波导管。
在以上[1]-[4]任何一项中涉及的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物，其中活性能量射线是UV射线。
一种透光组件，其由通过用活性能量射线辐照在[1]中涉及的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物而获得的固化产物制造。
在[6]中涉及的透光组件，其中固化产物被粘合到基底上。
在[6]或[7]中涉及的透光组件，其中活性能量射线是UV射线。
一种制造透光组件的方法，其中(1)施加在[1]中涉及的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物到基底上，(2)用活性能量射线辐照所施加的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物，以便固化它，和视需要进行后加热。
本发明的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物在用活性能量射线，例如UV射线辐照时，则快速固化，甚至薄膜形式也具有优异的形状保持性能，且在其固化产物内不含空气泡，以及固化产物具有抗水解性和耐溶剂性。具体地说，它拥有充足的弹性和硬度，以便它不容易弯曲，且实际上不存在翘曲或者龟裂。另外，它对在固化过程中与之接触的基底具有优异的粘合性。固化产物在通信波带内具有高的透光率和非常小的透射损失。与常规的组合物相比，控制折射指数比较容易，以及当它暴露于升高的温度下时，其透光率与折射指数的变化非常小。本发明的透光组件不含空气泡，具有优异的抗水解性、形状保持性能和耐溶剂性，在通信波带内提供高的透光率，且当暴露于升高的温度下时显示出其折射指数和透光率的不大变化。在基底上形成的透光组件显示出对基底优良的粘合性。
实施本发明的最佳模式 用下述平均硅氧烷单元式表示的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂是本发明的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物的主要成分(R1R2R3SiO1/2)a(R4R5SiO2/2)b(R6SiO3/2)c(SiO4/2)d(1)(其中R1、R2、R3、R4、R5和R6是选自C1-C6单价脂族烃基、C6-C10单价芳族烃基和含环氧基的单价烃基中的有机基团，其中具有含环氧基的单价烃基的硅氧烷单元占2-50mol％/分子，和C6-C10单价芳族烃基占所有有机基团的15mol％或更高，a+b+c+d＝1.0，0≤a＜0.4，0＜b＜0.5，0＜c＜1，0≤d＜0.4，和0.1≤b/c≤0.3)。由于它含有环氧基，因此在(B)光致产酸剂和(C)光敏剂或者光致自由基生成剂存在下，该树脂一旦用活性能量射线，例如UV射线、电子束或者电离辐射辐照，则快速固化。当组合物与基底(例如，硅基底)接触时，用活性能量射线，例如UV射线、电子束或者电离辐射辐照，将引起组合物固化并坚固地粘合到基底上。
在用平均硅氧烷单元式(1)表示的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A)中，(R4R5SiO2/2)和(R6SiO3/2)单元是必要的，而(R1R2R3SiO1/2)和(SiO4/2)是任选的构成单元。因此，可以是含下述单元的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(R4R5SiO2/2)b(R6SiO3/2)c(R1R2R3SiO1/2)a(R4R5SiO2/2)b(R6SiO3/2)c(R4R5SiO2/2)b(R6SiO3/2)c(SiO4/2)d(R1R2R3SiO1/2)a(R4R5SiO2/2)b(R6SiO3/2)c(SiO4/2)d下标a为0≤a＜0.4，因为当存在太多的(R1R2R3SiO1/2)单元时，含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A)的分子量下降，和当引入(SiO4/2)单元时，含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A)的固化产物的硬度显著增加，且该产物可容易地变脆。由于这一原因，下标d为0≤d＜0.4，优选0≤d＜0.2，和甚至更优选d＝0。另外，(R4R5SiO2/2)单元和(R6SiO3/2)单元(它们是必要的构成单元)的摩尔比b/c不小于0.01且不大于0.3。在含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A)的制造中，偏离这一范围可导致生成不可溶的副产物，使产物因降低的韧度导致更加易于龟裂，或者产物的强度和弹性降低，和使之更加易于划伤。摩尔比b/c的优选范围不小于0.01且不大于0.25，和甚至更优选的范围不小于0.02且不大于0.25。含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A)含有(R4R5SiO2/2)单元和(R6SiO3/2)单元作为必要的构成单元，且其分子结构在大多数情况下为网络结构或者三维结构，这是因为摩尔比b/c不小于0.01且不大于0.3。
在组分(A)中，与硅键合的C1-C6单价脂族烃基可例举甲基、乙基、丙基、丁基、己基和其它单价饱和脂族烃基，和可例举乙烯基、烯丙基、己烯基和其它单价不饱和脂族烃基。另外，与硅键合的C6-C10单价芳族烃基可例举苯基、甲苯基、二甲苯基和萘基。通过改变单价烃基的类型来调节折射指数(一个重要的光学特征)。当甲基和其它单价脂族烃基用作主要取代基时，折射指数倾向于小于1.5，而使用苯基和其它单价芳族烃基作为主要取代基倾向于固定折射指数为大于或等于1.5。单价饱和脂族烃基优选甲基，和单价芳族烃基优选苯基。当组合物含有单价不饱和脂族烃基时，优选乙烯基。
单价芳族烃基优选占不小于15mol％，更优选不小于20mol％，和最优选不小于25mol％组分(A)内的所有有机基团。这是因为当单价脂族烃基的含量低于这一范围的下限时，本发明的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物的固化产物在通信波带内的透光率下降，且韧度降低的结果是，固化产物变得易于龟裂。
在组分(A)中，具有含环氧基的单价烃基的硅氧烷单元构成全部硅氧烷单元的2mol％-50mol％，优选10mol％-40mol％，和甚至更优选15mol％-40mol％。若存在小于2mol％的这种硅氧烷单元，则在固化过程中交联密度低，从而使得不可能获得对于透光组件来说充足的硬度。另一方面，超过50mol％的用量是不合适的，因为它引起透光率和固化产物的耐热性下降。在含环氧基的单价烃基中，环氧基优选通过亚烷基键合到硅原子上，使得这些环氧基不直接键合到硅原子上。
该基团可例举3-(环氧丙氧基)丙基
2-(环氧丙氧基羰基)丙基 2-(3，4-环氧基环己基)乙基 和2-(4-甲基-3，4-环氧基环己基)丙基 含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A)的具体实例包括包括(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)和(E1SiO3/2)单元的有机聚硅氧烷树脂；包括(Me3SiO1/2)、(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)和(E1SiO3/2)单元的有机聚硅氧烷树脂；包括(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)、(E1SiO3/2)和(SiO4/2)单元的有机聚硅氧烷树脂；包括(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)、(MeSiO3/2)和(E1SiO3/2)单元的有机聚硅氧烷树脂；包括(Ph2SiO2/2)、(PhSiO3/2)和(E1SiO3/2)单元的有机聚硅氧烷树脂；包括(MePhSiO2/2)、(PhSiO3/2)和(E1SiO3/2)单元的有机聚硅氧烷树脂；包括(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)和(E2SiO3/2)单元的有机聚硅氧烷树脂；包括(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)和(E3SiO3/2)单元的有机聚硅氧烷树脂；包括(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)和(E4SiO3/2)单元的有机聚硅氧烷树脂；包括(MeViSiO2/2)、(PhSiO3/2)和(E3SiO3/2)单元的有机聚硅氧烷树脂；包括(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)、(MeSiO3/2)和(E3SiO3/2)单元的有机聚硅氧烷树脂；包括(Ph2SiO2/2)、(PhSiO3/2)和(E3SiO3/2)单元的有机聚硅氧烷树脂；包括(Me2SiO2/2)、(Ph2SiO2/2)和(E1SiO3/2)单元的有机聚硅氧烷树脂；包括(Me2SiO2/2)、(Ph2SiO2/2)和(E3SiO3/2)单元的有机聚硅氧烷树脂；包括(Me2ViSiO1/2)、(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)和(E1SiO3/2)单元的有机聚硅氧烷树脂；包括(Me3SiO1/2)、(Ph2SiO2/2)、(PhSiO3/2)和(E1SiO3/2)单元的有机聚硅氧烷树脂；包括(Me3SiO1/2)、(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)和(E3SiO3/2)单元的有机聚硅氧烷树脂；包括(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)、(E3SiO3/2)和(SiO4/2)单元的有机聚硅氧烷树脂；包括(Me2SiO2/2)、(Ph2SiO2/2)、(E1SiO3/2)和(SiO4/2)单元的有机聚硅氧烷树脂；包括(Me3SiO1/2)、(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)、(E1SiO3/2)和(SiO4/2)单元的有机聚硅氧烷树脂；包括(Me3SiO1/2)、(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)、(E3SiO3/2)和(SiO4/2)单元的有机聚硅氧烷树脂[其中Me表示甲基，Vi表示乙烯基，Ph表示苯基，E1表示3-(环氧丙氧)丙基，E2表示2-(环氧丙氧基羰基)丙基，E3表示2-(3，4-环氧基环己基)乙基，和E4表示2-(4-甲基-3，4-环氧基环己基)丙基。相同的符号可用于下文给出的说明中。] 可通过公知的常规制造方法，例如JP Kokai Hei 6-298940中所述方法，制备含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A)。例如，可采用下述方法其中共水解和缩合通式R4R5SiCl2的硅烷和通式R6SiCl3的硅烷的方法；其中根据特定的需要，通过这些硅烷与单独的通式R1R2R3SiCl的硅烷，与单独的通式SiCl4的硅烷，或者与通式R1R2R3SiCl的硅烷和通式SiCl4的硅烷这两种物质，进行共水解和缩合的方法；和使用通过将以上提及的硅烷中的氯原子取代成甲氧基或者乙氧基而获得的硅烷，进行共水解和缩合的方法(在通式中，R1、R2、R3、R4、R5和R6是选自C1-C6单价脂族烃基、C6-C10单价芳族烃基和含环氧基的单价烃基中的有机基团)。另外，可使用其中通过共水解和缩合二甲基二氯硅烷和苯基三氯硅烷，或者甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷和苯基三氯硅烷，制备含硅烷醇的甲基苯基聚硅氧烷树脂，使该反应体系成碱性，然后通过添加含环氧基的有机三烷氧基硅烷，例如3-(环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷进行缩合反应，来生产其中含有与硅键合的环氧基，例如3-(环氧丙氧基)丙基的甲基苯基聚硅氧烷树脂的方法。可通过调节负载的原料硅烷的含量及其摩尔比来调节平均单元式(1)中下标“a”、“b”、“c”和“d”。
顺便提及，取决于制备方法和条件，有机聚硅氧烷树脂可具有键合到硅原子上的残留的羟基和烷氧基。这些取代基的含量必须尽可能多地降低，这是因为它们负面影响有机聚硅氧烷树脂的储存稳定性并充当降低已固化的有机聚硅氧烷树脂耐热性的因素。可例如通过在微量氢氧化钾存在下，加热该有机聚硅氧烷树脂，进行脱水缩合反应或者脱醇缩合反应，从而降低这些取代基的含量。这些取代基的含量的所需范围优选不大于2mol％，和甚至更优选不大于1mol％。
尽管对含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A)的数均分子量没有特别限制，但从固化产物的韧度和它在有机溶剂中的溶解度的角度考虑，优选分子量不小于103，且不大于106。可使用两种或者更多种这样的具有不同含量和类型含环氧基的有机基团和单价烃基或者具有不同分子量的环氧基的有机聚硅氧烷树脂的结合物。
只要光致产酸剂用作含环氧基的有机聚硅氧烷的光致产酸剂，则对光致产酸剂没有特别限制，可例举锍盐、碘盐、盐、盐、重氮盐、对甲苯磺酸盐、三氯甲基取代的三嗪和三氯甲基取代的苯。
用通式R73S+X-表示的盐优选作为锍盐。在该通式中，R7代表甲基、乙基、丙基、丁基或其它C1-C6烷基；苯基、萘基、联苯基、甲苯基、丙基苯基、癸基苯基、十二烷基苯基或其它C1-24芳基或取代芳基。在上式中，X-代表SbF6-、AsF6-、PF6-、BF4-、B(C6F5)4-、HSO4-、ClO4-、CF3SO3-或其它非亲核、非碱阴离子。用通式R72I+X-表示的盐优选作为碘盐，其中在该通式中，R7、X-与以上定义的相同。用通式R73Se+X-表示的盐优选作为盐，其中在该通式中，R7、X-与以上定义的相同。用通式R74P+X-表示的盐优选作为盐，其中在该通式中，R7、X-与以上定义的相同。用通式R7N2+X-表示的盐优选作为重氮盐，其中在该通式中，R7和X-与以上定义的相同。用通式CH3C6H4SO3R8表示的化合物优选作为对甲苯磺酸盐，其中在该通式中，R8代表含有吸电子基团的有机基团，例如苯甲酰基苯甲基或邻苯二甲酰亚胺基等。用通式[CCl3]2C3N3R9表示的化合物优选作为三氯甲基取代的三嗪，其中在该通式中，R9代表苯基、取代或未取代的苯乙基、取代或未取代的呋喃基乙炔基，或者其它吸电子基团。用通式CCl3C6H3R7R10表示的化合物优选作为三氯甲基取代的苯，其中在该通式中，R7与以上定义的相同，R10代表卤素基团、卤素取代的烷基或其它含卤素的基团。
若从容易获得以及与含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A)的混溶性的角度考虑，则推荐使用下述作为优选的光致产酸剂三苯基锍四氟硼酸盐、三苯基锍六氟锑酸盐、三苯基锍三氟甲磺酸盐、三(对甲苯基)锍六氟磷酸盐、对叔丁基苯基二苯基锍六氟锑酸盐、二苯基碘四氟硼酸盐、二苯基碘六氟锑酸盐、对叔丁基苯基联苯基碘六氟锑酸盐、二(对叔丁基苯基)碘六氟锑酸盐、双(十二烷基苯基)碘六氟锑酸盐、三苯基四氟硼酸盐、四苯基四氟硼酸盐、四苯基六氟锑酸盐、对氯苯基重氮四氟硼酸盐、苯甲酰基苯基对甲苯磺酸盐、双三氯甲基苯基三嗪、双三氯甲基呋喃基三嗪和对双三氯甲基苯。在这些当中，甚至更优选三苯基锍四氟硼酸盐、二(对叔丁基苯基)碘六氟锑酸盐、双(十二烷基苯基)碘六氟锑酸盐和对氯苯基重氮四氟硼酸盐。
尽管公知的含羰基的芳族化合物可用作组分(C)的光敏剂或者光致自由基生成剂，但对这些化合物没有特别限制，只要它们产生光敏化效果且与含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A)混溶或者可溶于组分(D)即可。它们具体地可例举异丙基-9H-噻吨-9-酮、呫吨酮、蒽、蒽酮、蒽醌、二苯甲酮、4，4`-双(二甲基氨基)二苯甲酮、二乙氧基苯乙酮、2，2-二甲氧基-1，2-联苯基乙-1-酮、1-羟基环己基苯基酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮、2-甲基-1[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉基丙-1-酮、1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-2-羟基-2-甲基-1丙-1-酮、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉基苯基)丁烷-1和双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦。在这些当中，更优选异丙基-9H-噻吨-9-酮、呫吨酮、1-羟基环己基苯基酮和2-羟基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮。
尽管有机溶剂(D)不是必要的组分，但若在进行模塑时的温度下，含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A)为固体或者粘稠液体形式，或者当含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A)模塑成膜时，则它是必需的。另外，当光致产酸剂(B)不溶于含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A)时，需要溶剂以便溶解它。尽管对有机溶剂(D)的类型没有特别限制，只要它可溶解含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A)、光致产酸剂(B)和光敏剂或者光致自由基生成剂(C)即可，但推荐沸点为80℃-200℃的溶剂。溶剂具体地例举异丙醇、叔丁醇、甲乙酮、甲基异丁基酮、乙酰基丙酮、茴香醚、甲苯、二甲苯、、氯苯、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二甘醇二甲醚、乙氧基-2-丙醇乙酸酯、甲氧基-2-丙醇乙酸酯、八甲基环四硅氧烷和六甲基二硅氧烷等。这种有机溶剂可单独或以两种或更多种溶剂的混合物形式使用。
本发明的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物包括(A)100重量份以上所述的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A)、(B)0.05-20重量份光致产酸剂；(C)光敏剂或者光致自由基生成剂；和(D)0-5000重量份有机溶剂。当组分(A)为液体时，或者当组分(A)与组分(B)和组分(C)具有非常良好的混溶性时，不需要添加组分(D)。当组分(B)的含量小于0.05重量份时，固化不充分，和超过20重量份是不合适的，因为存在残留的催化剂导致光学特性劣化。当添加的组分(C)的含量小于0.01重量份时，固化不充分且粘合性差。另一方面，超过20重量份的用量是不合适的，因为存在残留的催化剂导致光学特性劣化。另外，添加用量超过5000重量份的组分(D)是不合适的，因为在制造透光组件的过程中，难以获得高质量的薄膜，如下所述。尽管所添加的组分(D)的含量根据其类型和组分(C)、组分(B)和组分(A)的溶解度与稠度而变化，但通常范围为1-1000重量份，和优选范围为1-500重量份。
当本发明的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物用于制造固化膜或者透光组件时，组合物优选在室温下为液体，且特别优选地，在25℃下的粘度为20-10000mPa.s。偏离这一范围引起可加工性下降，且使得更加难以获得具有高光学质量的薄膜。
可通过改变含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A)中与硅键合的基团，即单价脂族烃基(典型地甲基)和单价芳族烃基(典型地苯基)，的摩尔比，来精确地调节本发明固化的可活性能量射线固化的树脂组合物的折射指数。增加单价芳族烃基的比例使得折射指数更高，和当单价脂族烃基的数量增加时，折射指数变低。当由本发明的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物制造光波导管时，芯所使用的固化的有机聚硅氧烷树脂的折射指数必须高于覆层所使用的固化的有机聚硅氧烷树脂的折射指数，这是为什么芯所使用的有机聚硅氧烷树脂组合物内的单价芳族烃基的含量高于覆层所使用的有机聚硅氧烷树脂组合物中的单价芳族烃基的含量的原因。为了这样，可使用对于芯和对于覆层独立地含有不同摩尔比例的[单价脂族烃基]/[单价芳族烃基]的两种有机聚硅氧烷树脂，和/或以不同比例混合两种有机聚硅氧烷树脂。
由用本发明的通式(1)表示的已固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A)制造的透光组件甚至在薄膜形式下具有优异的形状保持性能。具体地说，它们拥有充足的弹性和硬度，以致它们不容易弯曲，且实际上不翘曲和龟裂。根据通过棱镜耦合技术测量的折射指数，固化膜的双折射小到可以忽略不计。由用本发明的通式(1)表示的已固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A)在基底(例如，硅基底)上形成的透光组件显示出对基底(例如，硅基底)优良的粘合性。
本发明的透光组件可用于无源组件和有源组件。无源透光组件具体地例举非分支类型的光波导管、分支光波导管、复用器/分用器、光学粘合剂等。有源透光组件可例举波导管类型的光开关、波导管类型的光学调制器、光衰减器和光学放大器等。
以下说明由本发明的已固化的可活性能量射线固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂组合物制造透光组件中所使用的方法。通过以下所述的步骤1)和2)制造透光组件。
首先，1)在均匀地施加权利要求1的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物到基底上之后，视需要通过空气干燥或者加热，除去有机溶剂(D)，于是产生由含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A)、光致产酸剂(B)；和光敏剂或者光致自由基生成剂(C)制成的均匀厚度的薄膜。制造基底所使用的材料(其优选具有光滑的表面和对溶剂、固化所使用的活性能量射线和热稳定)可例举硅片、玻璃、陶瓷和耐热塑料。旋涂技术常常用于涂布，其中随后加热的温度优选范围不小于30℃到不大于不大于120℃。随后，2)通过用活性能量射线辐照，从而固化所得薄膜。在这一情况下所使用的活性能量射线可例举UV射线、电子束和电离辐射。其中从安全和设备成本的角度考虑，优选UV射线。合适的UV射线源包括高压汞灯、中压汞灯、Xe-Hg灯或深UV灯。UV射线的辐射剂量范围优选为100-8000mJ/cm2。取决于所使用的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷的类型，有时不可能单独使用活性能量射线实现固化。在这一情况下，在用活性能量射线辐照之后，可通过加热(下文称为“后加热”)薄膜，从而完成固化。这一后加热的优选温度范围为50℃-200℃。
因此，通过1)施加可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物到基底上，2)用活性能量射线，例如UV射线辐照所施加的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物，和视需要对它进行后加热，从而产生在指定波长区域内透光率高的透光组件。另外，通过重复步骤1)和步骤2)，从而可产生典型的透光组件，例如光波导管。以下示出了光波导管所使用的典型制造方法的实例。首先，通过在基底上旋涂覆层所使用的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物，并通过用活性能量射线辐照固化涂层，于是形成底部覆层。接下来，在底部覆层上旋涂所使用的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物，并通过用活性能量射线辐照固化所得涂层，形成芯层，视需要使芯层成形，将其用作拥有比覆层折射指数高的芯层。为了赋予芯层所需形状，换句话说，为了使之构图，用具有该形状轮廓的光掩膜，用活性能量射线辐照芯层，和视需要进行以上所述的后加热，于是可使用有机溶剂溶解并除去未曝光部分。有机溶剂(C)可用作这一目的所使用的有机溶剂。当在芯层顶部，换句话说在构图的芯层和底部的覆层顶部，施加覆层所使用的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物时，获得含覆层、芯层和另一覆层的光波导管。通过用活性能量射线辐照，借助固化形成顶部覆层。在以上提及的制造方法中，芯层所使用的已固化的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物的折射指数高于覆层所使用的已固化的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物。在施加可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物的过程中，可使用溶剂流延技术来代替旋涂。
实施例 为了具体地解释本发明。以下提供工作实施例和对比例。然而，本发明不限于这些工作实施例。
通过进行13C NMR和29Si NMR测量，确定实施例中所使用的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂的结构。使用GPC，基于与聚苯乙烯标准物的比较，计算含环氧基的有机聚硅氧烷树脂的数均分子量，在29Si NMR方法的辅助下，测量硅烷醇和甲氧基的含量。来自Yamashita Denso Co.的深UV辐照装置用作固化可活性能量射线固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂组合物的活性能量射线源。
为了测量固化产物的折射指数，将固化产物切割成边长为5mm的立方体，抛光立方体的表面，并使用获自Kalnew Optical IndustrialCo.，Ltd.的数字精密折射仪，KPR-2000，在435nm-1550nm的波长范围内，测量折射指数。
通过切割并抛光固化产物，产生厚度为3mm的平板，并使用该平板，使用UV-可见的分光光度计，在300-2500nm的波长范围内，进行测量，从而确定固化产物的透光率。
使用Tencor Alphastep 200测定膜厚。
另外，在以下的平均硅氧烷单元式内，Me、Ph、Vi和E3分别表示甲基、苯基、乙烯基和2-(3，4-环氧基环己基)乙基。
参考例1制备含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A1)通过在500g甲苯、142g 2-丙醇和142g水的混合物内共水解和缩合505g苯基三氯硅烷和47g二甲基二氯硅烷的混合物，来制备含硅烷醇的甲基苯基聚硅氧烷树脂的溶液。用碳酸氢钠的饱和水溶液中和该溶液，并用水洗涤，然后在加热下完全除去水。将226g 2-(3，4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷和2g 50wt％氢氧化钾的水溶液加入到剩余的溶液中，然后在加热并搅拌溶液下，通过共沸脱水，除去水、甲醇和甲苯。在这一工艺中，添加适量甲苯，以维持固体物质浓度在约50wt％下。一旦完成硅烷醇基团的脱水缩合反应，则另外回流该溶液数小时，直到完成平衡反应。在冷却之后，用固体酸性吸附剂中和该反应体系，并过滤除去吸附剂，获得含有平均硅氧烷单元式为[Me2SiO2/2]0.10[PhSiO3/2]0.65[E3SiO3/2]0.25的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂的甲苯溶液(固体物质含量499g)。含环氧基的有机聚硅氧烷树脂的数均分子量为2500，苯基含量为59mol％，和硅烷醇基与甲氧基的总含量为0.8mol％。为了在以下的工作实施例中使用它，除去甲苯。
参考例2制备含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A2)通过与参考例1相同的方式进行反应，所不同的是使用315g苯基三氯硅烷、191g甲基三氯硅烷、55g二甲基二氯硅烷和262g 2-(3，4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷作为起始原材料，获得平均单元式为[Me2SiO2/2]0.10[MeSiO3/2]0.30[PhSiO3/2]0.35[E3SiO3/2]0.25的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂的甲苯溶液(固体物质含量490g)。该含环氧基的有机聚硅氧烷树脂的数均分子量为3700，苯基含量为32mol％，和硅烷醇基与甲氧基的总含量为0.9mol％。为了在以下的工作实施例中使用它，除去甲苯。
工作例1通过以100∶3∶0.6∶40的重量比例混合参考例2中获得的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A2)作为组分(A)，对甲苯基十二烷基苯基碘六氟锑酸盐作为组分(B)，异丙基-9H-噻吨9-酮(ITX)、呫吨酮、蒽酮、二苯甲酮、4，4`-双(二甲基氨基)二苯甲酮(Michler`s酮)、二乙氧基苯乙酮和获自Ciba Specialty Chemicals的产品，例如Darocure1173(2-羟基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮)、Irgacure 184(1-羟基环己基苯基酮)、Irgacure 369[2-苄基-2-甲基氨基-1-(4-吗啉基苯基)丁酮-1]或Irgacure 651(2，2-二甲氧基-1，2-联苯基乙-1-酮)作为组分(C)，和茴香醚作为组分(D)，从而制备覆层所使用的可UV固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂组合物1-10。在密闭的腔室体系内，通过以逐步的方式调节旋转频率在100-1000rpm范围内，在硅基底上旋涂以上提及的可UV固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂组合物1-10，使该样品在80℃下静置5分钟，以便使表面不发粘。通过在硅基底上用UV射线在1J/cm2下辐照薄膜，并在80℃下加热它们5分钟，从而获得具有50微米均匀厚度的各种含环氧基的有机聚硅氧烷树脂的固化产物。通过将在硅基底上形成的固化产物置于加热到100℃、120℃和140℃的热板上1分钟，从而进行后加热。表1示出了从硅基底观察固化产物的剥离而获得的结果。
对比例1通过以100∶3∶40的重量比例混合在参考例2中获得的含有环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A2)作为组分(A)，对甲苯基十二烷基苯基碘六氟锑酸盐作为组分(B)，和茴香醚作为组分(D)，从而制备覆层所使用的可UV固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂组合物(对比组合物1)。以与工作例1相同的方式，通过在硅基底上旋涂该组合物，用UV射线辐照它，并加热它，从而获得粘合到硅基底上的厚度为50微米的已固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂的膜。以与工作例1相同的方式，对粘合到硅基底上的固化产物进行后加热，并在表1中列出了从硅基底观察固化产物的剥离而获得的结果。
表1固化的覆层组合物的剥离
如表1所示，对比组合物1的固化产物(其既不含光敏剂，也不含光致自由基生成剂)在后加热过程中显示出剥离，而工作例1的组合物1-10的固化产物(其含有光致自由基生成剂或者光敏剂)在后加热过程中没有显示出剥离，这证明添加光致自由基生成剂或光敏剂改进对硅基底的粘合。
工作例2通过以100∶3∶0.6∶40的重量比例混合重量比例为7/3的参考例1中获得的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A1)与参考例2中获得的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A2)作为组分(A)，对甲苯基十二烷基苯基碘六氟锑酸盐作为组分(B)，ITX、呫吨酮、蒽酮、Darocure 1173或Irgacure 184作为组分(C)，和茴香醚作为组分(D)，从而制备芯层所使用的可UV固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂组合物11到15。在聚四氟乙烯树脂杯内，从这些有机聚硅氧烷树脂组合物11-15中真空除去茴香醚，并将该组合物成型为厚度为1cm的圆盘，然后通过用UV射线，在10J/cm2下从上部和从下部辐照该圆盘，从而获得含环氧基的有机聚硅氧烷树脂的固化产物。将该固化产物切割成小片，并抛光，从而产生试验样品，测量其透光率和折射指数并列于表2中。该表中所列的数值是在1550nm下获得的数值。另外，试样不含空气泡。固化产物在通信波带内具有高的透光率和非常小的透射损失。当暴露于升高的温度下时，它们的透光率和折射指数的变化非常小。
对比例2通过以100∶3∶40的重量比例混合重量比例为7/3的参考例1中获得的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A1)与参考例2中获得的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(A2)而产生的混合物作为组分(A)，对甲苯基十二烷基苯基碘六氟锑酸盐作为组分(B)，和茴香醚作为组分(D)，从而制备可UV固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂组合物(对比组合物2)，以与工作例2相同的方式固化对比组合物2，从而产生含环氧基的有机聚硅氧烷树脂的固化产物。测量固化产物的透光率和折射指数并在表2中列出了结果。
工作例3在密闭的腔室体系内，通过以逐步的方式增加旋转频率到100-1000rpm范围内，在硅基底上旋涂在工作例1中制备的覆层所使用的可UV固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂组合物1(其含有ITX作为组分(C))，随后使该样品在80℃下静置5分钟，以便使表面不发粘。通过在硅基底上用UV射线在1J/cm2下辐照薄膜，然后在80℃下加热它5分钟，从而获得具有50微米均匀厚度的已固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂的薄膜。接下来，将已固化的薄膜用作底部覆层，在与以上所述的相同条件下，在其上旋涂工作例2中制备的芯所使用的可UV固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂组合物11(其含有ITX作为组分(C))随后使该样品在80℃下静置5分钟，以便使表面不发粘。用UV射线在1.0J/cm2下，通过具有线宽为50微米和长度为5cm的矩形形状的光学路径的玻璃掩膜辐照有机聚硅氧烷树脂组合物11的未固化膜，然后在80℃下加热5分钟，使曝光部分固化。通过用甲基异丁基酮溶解并除去未曝光部分，制备具有50微米均匀厚度、线宽为50微米和长度为5cm的已固化含环氧基的有机聚硅氧烷树脂的芯图案。在所制造的芯图案和底部覆层上旋涂覆层所使用的可UV固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂组合物1(其含有ITX作为组分(C))，并用UV射线辐照。在所得涂层上再次旋涂可UV固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂组合物1，并在3J/cm2下UV辐照固化，随后在80℃下加热5分钟，获得在硅基底上总厚度为150微米的通道光波导管。已证实，通道光波导管的底部覆层坚固地粘合到硅基底上，且在与工作例1相同的条件下后加热之后没有发生剥离，这表明对硅基底优良的粘合性。接下来，在与以上相同的条件下，由覆层所使用的可UV固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂组合物2、3、7和8(其含有呫吨酮、蒽酮、Darocure 1173或Irgacure 184作为组分(C))代替覆层所使用的可UV固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂组合物1(其含有ITX作为组分(C))，制造通道光波导管。已证实，通道光波导管的底部覆层在与工作例1相同的条件下后加热之后没有显示出剥离，这表明对硅基底优良的粘合性。另外，已固化的曝光部分不能用甲基异丁基酮溶解，而未曝光部分可用甲基异丁基酮溶解并除去的事实表明，固化产物拥有耐溶剂性。固化层不含空气泡。
对比例3以与工作例3相同的方式，使用在对比例1中制备的覆层所使用的可UV固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂组合物(对比组合物1)，和芯所使用的可UV固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂组合物11(其在工作例2中制备并且既不含光敏剂，也不含光致自由基生成剂)，尝试制造通道光波导管是不成功的，因为在制造过程中，底部覆层从硅基底上剥离，且这使得不可能制造通道光波导管。
工作例4在密闭的腔室体系内，通过以逐步的方式增加旋转频率到100-1000rpm范围内，在硅基底上旋涂在工作例1中制备的覆层所使用的可UV固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂组合物1(其含有ITX作为组分(C))，随后使该样品在80℃下静置5分钟，以便使表面不发粘。通过在硅基底上用UV射线在1J/cm2下辐照薄膜，然后在80℃下加热它们5分钟，从而获得具有50微米均匀厚度的已固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂的薄膜。接下来，将粘附到硅基底上的已固化的薄膜用作底部覆层，在与以上所述的相同条件下，在其上旋涂工作例2中制备的芯所使用的可UV固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂组合物11-15，随后使该样品在80℃下静置5分钟，以便使表面不发粘。用在1.0-1.25J/cm2的范围内的UV射线，通过具有线宽为50微米和长度为5cm的矩形形状的光学路径的玻璃掩膜辐照该薄膜，然后在80℃下加热5分钟，使曝光部分固化。通过用甲基异丁基酮溶解并除去未曝光部分，制备具有50微米均匀厚度、线宽为50微米和长度为5cm的已固化含环氧基的有机聚硅氧烷树脂的芯图案。表2列出了构图性能，例如构图的芯的截面变为矩形时最低用量的UV射线。另外，已固化的曝光部分不能用甲基异丁基酮溶解，而未曝光部分可用甲基异丁基酮溶解并除去的事实表明，固化产物有用耐溶剂性。固化层不含空气泡。芯图案甚至在后加热到140℃之后，没有损失其矩形形状，这表明优异的形状保持性能。
对比例4在与工作例4相同的条件下在底部覆层上形成芯图案，所不同的是使用在对比例2中制备的芯所使用的可UV固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂组合物2(对比组合物2)来代替芯所使用可UV固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂组合物11-15。表2中列出了所得构图性能。
表2固化的覆层组合物的特性
*“构图性能”栏表明UV射线的最低辐射剂量(单位J/cm2)，在该剂量下构图的芯的截面变为矩形。
正如表2所示，芯所使用的可UV固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂组合物11-15(其含有光敏剂或光致自由基生成剂)使得可使用与可UV固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂组合物(对比组合物2)(其既不含光敏剂，也不含光致自由基生成剂)所要求的UV射线相同或者更低剂量的辐射线来制造芯图案。
芯所使用的已固化的可UV固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂组合物11-15(其含有光敏剂或者光致自由基生成剂)的折射指数和透光率实际上与可UV固化的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂组合物(对比组合物2)(其既不含光敏剂，也不含光致自由基生成剂)的折射指数和透光率相同。这些结果表明光敏剂和光致自由基生成剂实际上对光学特性没有影响。
本发明的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物尤其可用于制造透光组件，例如光波导管。本发明的透光组件适合于用作光学集成电路用材料或者光通信用材料。本发明的透光组件的制造方法可用于制造透光组件，特别是粘合到基底上的透光组件。
权利要求
1.可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物，其包含(A)100重量份用下述平均硅氧烷单元式表示的含环氧基的有机聚硅氧烷树脂(R1R2R3SiO1/2)a(R4R5SiO2/2)b(R6SiO3/2)c(SiO4/2)d(1)其中R1、R2、R3、R4、R5和R6是选自C1-C6单价脂族烃基、C6-C10单价芳族烃基和含环氧基的单价烃基中的有机基团，其中具有含环氧基的单价烃基的硅氧烷单元占2-50mol％/分子，和C6-C10单价芳族烃基占所有有机基团的15mol％或更高，a+b+c+d＝1，0≤a＜0.4，0＜b＜0.5，0＜c＜1，0≤d＜0.4，和0.1≤b/c≤0.3；(B)0.05-20重量份光致产酸剂；(C)0.01-20重量份光敏剂或者光致自由基生成剂；和(D)0-5000重量份有机溶剂。
2.权利要求1的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物，其中将该组合物用于透光组件。
3.权利要求2的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物，其中透光组件被粘合到基底上。
4.权利要求2或3的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物，其中透光组件是光波导管。
5.权利要求1-4任何一项的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物，其中活性能量射线以UV射线为代表。
6.一种透光组件，其由通过用活性能量射线辐照权利要求1的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物而获得的固化产物制造。
7.权利要求6的透光组件，其中固化产物被粘合到基底上。
8.一种制造透光组件的方法，其中(1)施加权利要求1的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物到基底上，(2)用活性能量射线辐照所施加的可活性能量射线固化的有机聚硅氧烷树脂组合物，以便固化它，和视需要进行后加热。
全文摘要
可活性能量射线(例如，UV射线)固化的有机聚硅氧烷树脂组合物，包含(A)100重量份含环氧基和芳族烃基的有机聚硅氧烷树脂，(B)0.0520重量份光致产酸剂；(C)0.01－20重量份光敏剂或者光致自由基生成剂；和(D)0－5000重量份有机溶剂。通过用活性能量射线(例如，UV射线)辐照而固化的以上提及的组合物制造的透光组件。通过用活性能量射线(例如，UV射线)辐照以上提及的组合物，制造透光组件的方法。
文档编号C09D183/06GK1961026SQ20058001746
公开日2007年5月9日 申请日期2005年5月30日 优先权日2004年5月31日
发明者渡边俊范, 小川琢哉 申请人:陶氏康宁东丽株式会社, 陶氏康宁公司