(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコーンゲル100重量部と該シリコーンゲルより高い屈折率を持つシリカ粒子又はシリコーンゴム粒子0.1〜100重量部とから成る光散乱用シリコーンゲル組成物であって、シリカ粒子及びシリコーンゴム粒子が、シリコーンゲルの屈折率より0.05以上高い屈折率を持つ光散乱用シリコーンゲル組成物。
【請求項２】
シリカ粒子及びシリコーンゴム粒子が、実質的に球状である請求項1記載の光散乱用シリコーンゲル組成物。
【請求項３】
シリコーンゴム粒子が、フェニル基含有シリコーンゴムである請求項1〜2のいずれか一つに記載の光散乱用シリコーンゲル組成物。
【請求項４】
シリカ粒子又はシリコーンゴム粒子がシランカップリング剤で処理されたものである請求項1〜3のいずれか一つに記載の光散乱用シリコーンゲル組成物。
【請求項５】
テトラアルコキシシランを水中で加水分解してシリカ粒子の懸濁液を形成せしめ、別途、式Ｒ2Si(OR')2で示される化合物と式RSi(OR')3で示される化合物とからシリコーンゲルを形成して、次いで両者を混合し、反応させる請求項1〜2のいずれか一つに記載の光散乱用シリコーンゲル組成物の製造法
(ここで、Rは夫々独立して炭素数1〜5個のアルキル基又はフェニル基(アルキル基で置換されていてもよい)を示し、該アルキル基及びフェニル基はその水素原子がフッ素原子により置換されていてもよく、R'は夫々独立して炭素数1〜20個のアルキル基又は水素原子を示す)。
【請求項６】
テトラアルコキシシランを水中で加水分解してシリカ粒子の懸濁液を形成せしめ、次いで該懸濁液中に式Ｒ2Si(OR')2で示される化合物及び式RSi(OR')3で示される化合物を混合してシリコーンゲルを形成し、両者を反応させる請求項１〜２のいずれか一つに記載の光散乱用シリコーンゲル組成物の製造法
(ここで、Rは夫々独立して炭素数1〜5個のアルキル基又はフェニル基(アルキル基で置換されていてもよい)を示し、該アルキル基及びフェニル基はその水素原子がフッ素原子により置換されていてもよく、R'は夫々独立して炭素数1〜20個のアルキル基又は水素原子を示す)。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はシリコーンゲル組成物に関し、更に詳しくは導光体、例えば液晶パネル用導光板、光ファイバーケーブル連結部等に使用し得るシリコーンゲル組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、シリコーンを光伝送体、例えば光ファイバーとして使用することが知られている。しかし、石英系光ファイバーあるいはポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート等のプラスチック系光ファイバーと比較して、シリコーン光ファイバーは光伝送損失が大きいという欠点を有している。従って、光ファイバーのような長距離の光伝送用には使用できず、専ら光伝送距離が数１０ｃｍ程度と短いもの、例えば液晶パネル用導光板、光ファイバーケーブル連結部等への利用が考えられた。そこでは、光が均一に散乱されることが必要であるが、未だ十分な製品が得られていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、均一に光を散乱し、従って導光体例えば液晶パネル用導光板（バックライト）、光ファイバーケーブル連結部等に使用し得る、耐候性及び耐衝撃性に優れたシリコーンゲル組成物を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シリコーンゲル100重量部と該シリコーンゲルより高い屈折率を持つシリカ粒子又はシリコーンゴム粒子0.1〜100重量部とから成る光散乱用シリコーンゲル組成物であって、シリカ粒子及びシリコーンゴム粒子が、シリコーンゲルの屈折率より0.05以上高い屈折率を持つ光散乱用シリコーンゲル組成物である。
【０００５】
本発明において使用されるシリカ粒子及びシリコーンゴム粒子は、シリコーンゲルより高い屈折率を持つ。好ましくはシリコーンゲルの屈折率より０．０２以上、より好ましくは０．０５以上高い屈折率を持つ。該屈折率差が０．０２未満では、液晶パネル用導光板、光ファイバーケーブル連結部等に使用した際、十分に均一な光散乱が得られない。
【０００６】
該シリカ粒子及びシリコーンゴム粒子は、実質的に球状であることが好ましい。ここで実質的に球状とは、必ずしも該粒子の形状が真球である必要はなく、多少楕円形の球状体が含まれていてもよいことをいう。これにより、より均一な光散乱が得られる。該粒子の平均粒径は、好ましくは０．１〜１００μｍ、特に好ましくは０．２〜５０μｍである。ここで、平均粒径はレーザー回折法による寸法で表示する（Ｄ50）。平均粒径が上記範囲未満では、該粒子の製造コストが増加し、上記範囲を越えては、光散乱の均一性が劣る。また、該粒子は、粒度分布において好ましくは粒径が８０μｍ以下の粒子が９０重量％以上であり、特に好ましくは粒径が７０μｍ以下の粒子が９５重量％以上がよい。
【０００７】
シリカ粒子及びシリコーンゴム粒子は、上記性状を有するものであれば、特に制限はなく、従来公知のものを使用することができる。
【０００８】
シリカ粒子としては、例えば、高純度天然石英粉末又は高純度合成シリカ粉末を酸素−プロパン、酸素−水素等により火炎溶融する方法により製造したもの、あるいはゾル・ゲル法等により製造したものを使用することができる。市販のものとして、例えば電気化学工業株式会社製ＦＢ‐４８（球状シリカ、屈折率１．４６）、ＦＢ‐７４、ＦＢ‐６０、ＦＢ‐３５、ＦＢ‐３０、ＦＢ‐０１、あるいは株式会社龍森製１‐ＦＸ、アドマファイン等が挙げられる。
【０００９】
シリコーンゴム粒子としては、例えば、フェニルメチルシリコーンゴム、メチルフェニルビニルシリコーンゴム、ジフェニルシリコーンゴム等を使用することができる。これらのうちフェニル基含有シリコーンゴムがより大きな屈折率を有し、従ってより均一な光散乱を達成することができるため、より好ましく使用される。市販のフェニル基含有シリコーンゴムとしては、例えば、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製Ｅ‐６０３（フェニルメチルシリコーンゴム、屈折率１．５３）、信越化学工業株式会社製ＫＭＰ  ５９０等が挙げられる。
【００１０】
また、本発明において使用されるシリコーンゲル自体も公知である。例えば、ポリジメチルシロキサンゲル、ポリメチルトリフルオロプロピルシロキサンゲル、ポリフェニルメチルシロキサンゲル等を使用することができる。該シリコーンゲルの屈折率は、好ましくは１．３０〜１．５０、特に好ましくは１．３５〜１．４５である。シリコーンゲルの屈折率は、フェニル基の含有量を変化させることにより調節することができ、また、フッ素置換することにより屈折率を低下させることができる。従って、シリコーンゲルの屈折率を上記範囲に選ぶことができ、前記屈折率差を有するシリコーンゲル組成物が得られる。該シリコーンゲルとしては市販のものを使用することができる。例えば、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製ＣＦ‐５１０７（ポリジメチルシロキサンゲル、屈折率１．４１）、ＣＦ‐５１０６、あるいは信越化学工業株式会社製ＫＥ‐１０５１、ＫＥ‐１０５２等が挙げられる。
【００１１】
本発明のシリコーンゲル組成物において、上記のシリコーンゲルとシリカ粒子又はシリコーンゴム粒子との配合比は、シリコーンゲル１００重量部に対してシリカ粒子又はシリコーンゴム粒子が好ましくは０．１〜１００重量部、特に好ましくは１〜５０重量部である。上記範囲未満では、液晶パネル用導光板、光ファイバーケーブル連結部等に使用した際、均一な光散乱が得られない。上記範囲を越えては、十分な機械的特性の成形品を得ることが困難である。
【００１２】
好ましくは、シリカ粒子又はシリコーンゴム粒子がシランカップリング剤、チタンカップリング剤、ジルコニウムカップリング剤等で処理されたものである。これにより、シリコーンゲルとシリカ粒子又はシリコーンゴム粒子との密着性を高めることができ、より均一な光散乱が得られるため好ましい。該カップリング剤は、シリカ粒子又はシリコーンゴム粒子１００重量部に対して、好ましくは０．１〜１０重量部、特に好ましくは０．２〜７重量部含められる。上記範囲未満では密着性を十分に高めることができず、上記範囲を越えても著しい効果の増加は認められずコスト増につながるため好ましくない。該シランカップリング剤としては、例えばγ‐グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ‐グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ‐グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β‐（３，４‐エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン；γ‐アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ‐β（アミノエチル）γ‐アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ‐β（アミノエチル）γ‐アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ‐β（アミノエチル）γ‐アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ‐β（アミノエチル）γ‐アミノイソブチルメチルジメトキシシラン、Ｎ‐フェニル‐γ‐アミノプロピルトリメトキシシラン；γ‐メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ‐メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン；ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス（β‐メトキシエトキシ）シラン；及びγ‐メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ‐メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン等を用いることができる。カップリング剤による処理は、予めシリカ粒子又はシリコーンゴム粒子に所定量のカップリング剤を加えることにより実施されることができる。カップリング剤の添加は、例えばシリカ粒子又はシリコーンゴム粒子へのカップリング剤水溶液のスプレーにより、あるいはシリカ粒子又はシリコーンゴム粒子の水スラリー中にカップリング剤を加えることにより行うことができる。また、シリカ粒子又はシリコーンゴム粒子、カップリング剤及びシリコーンゲルを一緒に混合して処理することもできる。
【００１３】
上記シリコーンゲル組成物の調製は、以上述べた成分を、例えばニーダー、ロール、ミキサー等により混練することにより行うことができる。次に、加熱あるいは紫外線照射等により、該シリコーンゲル組成物を硬化して成形することができる。
【００１４】
本発明のシリコーンゲル組成物は、テトラアルコキシシランを水中で加水分解してシリカ粒子の懸濁液を形成せしめ、別途、式Ｒ2 Ｓｉ（ＯＲ´）2 で示される化合物と式ＲＳｉ（ＯＲ´）3 で示される化合物とからシリコーンゲルを形成して、次いで両者を混合し、反応させることにより製造することができる。
【００１５】
また、上記シリカ粒子の懸濁液中に式Ｒ2 Ｓｉ（ＯＲ´）2 で示される化合物及び式ＲＳｉ（ＯＲ´）3 で示される化合物を混合してシリコーンゲルを形成することにより製造することもできる。
【００１６】
上記の各方法を使用することにより、シリカに残存するシラノール基とシリコーンゲルのシラノール基とが結合して、シリカとシリコーンゲルの密着性がより高いシリコーンゲル組成物を製造することができる。従って、より均一な光散乱が得られる。
【００１７】
まず、シリカの製造に使用されるテトラアルコキシシランとしては、好ましくは炭素数１〜２０個のアルコキシ基を持つものが挙げられる。特に好ましくはテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等の低級アルコキシシラン又はそのオリゴマーが使用される。
【００１８】
テトラアルコキシシランの加水分解に当って、必要に応じてアルコール類やエーテル類等の有機溶媒を混合することができる。アルコール類としては、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、ｎ‐ブタノール、ｔ‐ブタノール、ペンタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，４‐ブタンジオール等が挙げられる。エーテル類としては、例えばジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル等が挙げられる。
【００１９】
また、触媒として塩酸、酢酸のような酸やアンモニアのようなアルカリを使用することもできる。
【００２０】
テトラアルコキシシランの加水分解は公知であり、例えば特開平３‐２７５５２７号、特公平１‐５９９７５号、特開平１‐２３９０１５号公報等に記載されている。例えば、テトラアルコキシシラン１モルに対して好ましくは４〜２０モルの水、好ましくは０．００１〜０．１モルの塩酸又は酢酸、及び好ましくは４〜２０モルのエタノールを加えて、好ましくは室温でよく混合しテトラアルコキシシランが加水分解され重合物が成長するまで、好ましくは２〜４８時間攪拌混合することにより実施される。この様にして、シリカ粒子の懸濁液を形成することができる。
【００２１】
次に、シリコーンゲルの製造に使用される式Ｒ2 Ｓｉ（ＯＲ´）2 で示される化合物と式ＲＳｉ（ＯＲ´）3 で示される化合物において、Ｒは夫々独立して、炭素数１〜５個のアルキル基好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、又はフェニル基（アルキル基で置換されていてもよい）を示す。該アルキル基及びフェニル基はその水素原子がフッ素原子により置換されていてもよい。Ｒ´は夫々独立して、炭素数１〜２０個のアルキル基好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、又は水素原子を示す。式Ｒ2 Ｓｉ（ＯＲ´）2 で示される化合物としては、好ましくはジメチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン等が使用され、式ＲＳｉ（ＯＲ´）3 で示される化合物としては、好ましくはモノメチルトリエトキシシラン、モノメチルトリメトキシシラン等が使用される。ここで、Ｒ2 Ｓｉ（ＯＲ´）2 に対するＲＳｉ（ＯＲ´）3 のモル比は、好ましくは１より小さく、特に好ましくは０．０１〜０．５である。上記化合物から得られたシリコーンゲルは、可とう性及び強度のバランスが優れている。シリコーンゲルの屈折率は、フェニル基及びフッ素原子の含有量を変化させることにより調節することができる。従って、上記化合物の種類を適宜選択することにより、所望の屈折率を持つシリコーンゲルを得ることができる。
【００２２】
シリコーンゲルの製造法は公知であり、好ましくは水中で上記化合物を加水分解、縮合して製造することができる。この際、必要に応じて、上記と同じアルコール類やエーテル類等の有機溶媒、及び触媒として塩酸、酢酸のような酸やアンモニアのようなアルカリを使用することもできる。例えばジメチルジアルコキシシランとモノメチルトリアルコキシシランを上記モル比で混合し、更にジメチルジアルコキシシラン１モルに対して好ましくは、４〜２０モルの水及び４〜２０モルのエタノールを加えて、好ましくは室温で２〜４８時間攪拌することによって行われる。得られた生成物を、好ましくは室温〜８０℃で濃縮してもよい。
【００２３】
次に、上記のようにして製造したシリカ粒子の懸濁液とシリコーンゲルとを混合し、反応して本発明のシリコーンゲル組成物を製造する。例えば、シリカ粒子とシリコーンゲルが所定の割合となるように上記両者を混合し、攪拌しながら、好ましくは室温〜２００℃、特に好ましくは６０〜１００℃の温度で反応することにより製造することができる。反応後、好ましくは６０〜２００℃の温度及び好ましくは０．１〜２００ｍｍＨｇの減圧下で濃縮することができる。
【００２４】
シリカ粒子の懸濁液中で前記化合物からシリコーンゲルを形成し、シリコーンゲル組成物を製造する場合にも、上記と同じ条件下で行うことができる。
【００２５】
本発明のシリコーンゲル組成物は、例えば液晶パネル用導光板、光ファイバーケーブル連結部等の導光体として極めて有用である。
【００２６】
以下、実施例、比較例により本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２７】
【実施例】
本発明で使用した各物質は下記の通りである。
＜シリコーンゲル＞
ポリジメチルシロキサンゲル（ＣＦ‐５１０７、商標、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製）、屈折率１．４１
＜シリカ＞
球状シリカ（ＦＢ‐４８、電気化学工業株式会社製）、屈折率１．４６、平均粒径１７μｍ
＜シリコーンゴム＞
球状ポリフェニルメチルシロキサン（Ｅ‐６０３、商標、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製）、屈折率１．５３、平均粒径５μｍ
＜シランカップリング剤＞
ビニルトリメトキシシラン（ＫＢＭ‐１００３、商標、信越化学工業株式会社製）
【００２８】
【実施例１】
上記球状シリカを上記シリコーンゲルに添加し、室温でミキサーにて混合して球状シリカを２重量％含むシリコーンゲル組成物を調製した。次いで、該組成物を所定形状の型に流し込み８０℃にて硬化して、縦８０ｍｍ×横１２０ｍｍ×厚さ４ｍｍの導光板を作成し、輝度測定に供した。輝度測定は、ランプ電流５ｍＡ、光源輝度３０，０００ｃｄ／ｍ2 、ランプ長８８ｍｍ、ランプ径２．６ｍｍの光源を導光板の短辺から２ｍｍ離して平行に設置して光をあて、ミノルタカメラ株式会社製の輝度計ＬＳ‐１００を用いて光源から１００ｍｍ離れた点において実施した。輝度は、１，７４０ｃｄ／ｍ2 であった。
【００２９】
【比較例１】
シリコーンゲルのみにより、実施例１と同一にして導光板を作成し輝度測定を実施した。輝度は、１，２３０ｃｄ／ｍ2 であった。
【００３０】
【実施例２】
球状シリカに代えて上記シリコーンゴムを使用した以外は、実施例１と同一にして実施した。輝度は、１，６９０ｃｄ／ｍ2 であった。
【００３１】
【実施例３】
上記の球状シリカ５０重量部を水１，０００重量部に分散してスラリー化した後、上記シランカップリング剤０．５重量部を攪拌しながら添加した。その後、脱水し、１１０℃で２時間乾燥を行った。該表面処理後の球状シリカを上記シリコーンゲルに添加し、室温でミキサーにて混合して球状シリカを２重量％含むシリコーンゲル組成物を調製した。次いで、実施例１と同一にして輝度測定を実施した。輝度は、１，８６０ｃｄ／ｍ2 であった。
【００３２】
【実施例４】
上記のシリコーンゴムを実施例３と同一にしてシランカップリング剤で表面処理し、これを用いてシリコーンゴムを２重量％含むシリコーンゲル組成物を調製した。次いで、実施例１と同一にして輝度測定を実施した。輝度は、１，８１０ｃｄ／ｍ2 であった。
【００３３】
【実施例５】
正ケイ酸エチル７グラムにエタノール３０グラムを加えて均一に混合した。これに、水２８グラム及び酢酸０．０２グラムを加えて、室温で２４時間攪拌して、均一なシリカ粒子の懸濁液を得た。該シリカの屈折率は１．４６であった。
【００３４】
別途、ジメチルジエトキシシラン１８０グラム及びモノメチルトリエトキシシラン２４グラムをエタノール１０００グラムに溶解し、更に水８００グラムを加えて室温で２４時間攪拌した。次に、６０℃で蒸発乾燥を行い、濃縮混合物８００グラムを得た。
【００３５】
次いで、該濃縮混合物と上記で得られたシリカ粒子の懸濁液とを混合し、該混合液を攪拌しながら６０℃にて反応を行った。混合液の粘度が上昇し始めた時点で攪拌を止め、該混合液を型に流し込んだ後、２００℃の加熱下で１ｍｍＨｇまで減圧して軽質分を除去し、実施例１と同一寸法の導光板を成形した。シリコーンゲル組成物は球状シリカ２重量％を含んでいた。シリコーンゲル部の屈折率は１．４１であった。ここでシリコーンゲル部の屈折率は、上記で得られたシリコーンゲルを含む濃縮混合物にシリカ粒子の懸濁液を混合せずして、該濃縮混合物を上記と同じ条件下で反応させて製造したものから測定することができる。
【００３６】
次いで、実施例１と同一にして輝度測定を実施した。輝度は、１，９５０ｃｄ／ｍ2 であった。
【００３７】
実施例１〜５は、シリコーンゲルのみを使用した比較例１に比べて、いずれもその輝度は著しく良好であった。実施例２の屈折率差は実施例１より大きいが、輝度は多少低くなっている。これはシリコーンゲルとシリコーンゴム粒子の界面接着性が、実施例１に比べて多少劣るためと考えられるが、本発明の効果を十分に達成し得るものであった。実施例３及び４は、夫々シランカップリング剤による処理を施したシリカ粒子及びシリコーンゴム粒子を使用したものである。夫々、実施例１及び２に比べて、いずれも輝度は増加し、シランカップリング剤処理により輝度を高め得ることが分かった。実施例５は、ゾル・ゲル法により、シリカ懸濁液とシリコーンゲルとを混合、反応させることによりシリコーンゲル組成物を製造したものである。該方法を使用すると、更に輝度を増加させ得ることが分かった。このように、本発明のシリコーンゲル組成物は、端部にのみ光を照射しただけでも組成物全体が均一に光散乱することが分かった。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、均一に光を散乱し、従って導光体例えば液晶パネル用導光板、光ファイバーケーブル連結部等に使用し得る耐候性及び耐衝撃性に優れたシリコーンゲル組成物を提供する。該シリコーンゲル組成物は、耐候性に優れる故に長期間の使用に耐えることができ、更には衝撃緩衝効果をも有する。