JP2002053844A - 多官能性フルオロシリコーン架橋剤、製法及び用途 - Google Patents
多官能性フルオロシリコーン架橋剤、製法及び用途Info
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Abstract
される。 【解決手段】白金族金属触媒の存在下でシラノール末端
ポリフルオロアルキルシリコーン流体とポリアルコキシ
シランとを反応させる。フルオロシリコーン架橋剤はシ
ラノール末端フルオロアルキル置換ポリジオルガノシロ
キサンと組み合わせて用いて中性の耐溶剤性縮合硬化性
シーラントを調製することができる。
Description
ン架橋剤、及び耐溶剤性シーラントの製造に有用な室温
縮合硬化性オルガノ(フルオロ)ポリシロキサン組成物
におけるその使用に関する。
造部品となった1950年代初期以来、ポリスルフィド
ポリマーのような耐燃料油性のシール材料が燃料を収容
するのに用いられてきた。最初は、優れた耐燃料油性の
ためポリスルフィドポリマーが用いられた。耐燃料油性
に加えて、伸び、可撓性及び引張強さが燃料タンクシー
ラントに必要とされる別の特性である。例えば、通常の
燃料タンクシーラントは、硬化の際室温で典型的な値と
して、約250〜約300%の範囲の伸び、約150p
siの引張強さ、及び約50〜約100psiの範囲の
100%モジュラスを示し得る。入手できる耐燃料油性
シーラントを評価した結果、フッ素化オルガノポリシロ
キサンポリマーが多くの望ましい特性をもっていること
が示された。しかし、市販のフルオロシリコーンシーラ
ントは一液型の湿気硬化性アセトキシ硬化系に基づくこ
とが多く、これは酢酸のような腐食性の揮発性物質を生
じることになる。
ーン組成物がフジキ(Fujiki)の米国特許第523699
7号に示されている。そこでは、末端部分のケイ素結合
フッ素含有置換基のレベルが低いフッ素含有ポリジオル
ガノシロキサンベースポリマーが用いられている。フジ
キ(Fujiki)は、末端部分に嵩高いフッ素含有有機基を実
質的に含まない特別なフルオロシリコーンベースポリマ
ーを合成した。その結果硬化性ポリマーを作成するため
の鎖末端の修飾には工程中追加の段階が必要である。さ
らに、ベースポリマーのフッ素レベルが低下すると通常
は耐燃料油性が低下する。
シーラントのニーズと共に、フッ素含量の変更を必要と
しない、市販のシラノール末端フッ素含有ポリジオルガ
ノシロキサンベースポリマー用の中性の縮合硬化系が相
変わらず求められている。
ール末端フルオロアルキル置換ポリジオルガノシロキサ
ン、(B)オリゴマー状フルオロシリコーン架橋剤、
(C)充填材、及び(D)有効量の縮合触媒を含んでな
る、中性の室温縮合硬化性フルオロシリコーンシーラン
ト組成物を提供する。
リゴマー状フルオロシリコーン架橋剤を提供する。 (R2O)m(R)nSiO−[R(R1)SiO]x−Si(R)n(OR2)m (2) ここで、RはC(1-12)有機基であり、R1はC(3-8)フル
オロアルキル基であり、R2はC(1-12)アルキル基であ
り、「m」は2又は3の値を有する整数であり、「n」
は0又は1の値を有する整数であり、「m+n」の和は
3に等しく、「x」は約3〜約30の範囲の整数であ
る。
白金族金属触媒の存在下でシラノール末端ポリフルオロ
アルキルシリコーンとポリアルコキシシランとを反応さ
せることを含んでなる、オリゴマー状フルオロシリコー
ン架橋剤の製造方法を提供する。
化性シーラント組成物を製造する際には、まず最初に、
シラノール末端フルオロアルキル置換ポリジオルガノシ
ロキサンと充填材との実質的に均一なブレンドの形態の
「ペースト」を調製するのが好ましい。本明細書で使用
する場合「中性」とは、実質的に酸を含まず、かつ実質
的に塩基を含まないシーラント組成物をいう。熱安定剤
のような追加の成分を添加することができる。前記成分
を配合するには、二重遊星形チェンジカンタイプのミキ
サーにおけるバッチ式剪断のような業界で公知のあらゆ
る方法を利用できる。ペーストは、米国特許第4528
324号、同第5354833号及び同第551474
9号に教示されているように揮発分を除去する反対方向
に回転する非噛み合い型の二軸式押出機で連続的に製造
するのが好ましい。成分の配合は、通常、外部加熱を用
いて約50〜約200℃、好ましくは約100〜約15
0℃の範囲の温度で実施する。また、ペーストを減圧に
して脱ガス、脱気又はこれらの組合せにより実質的に均
一なブレンドを実現することができる。
縮合硬化性シーラント組成物を製造するには、約25℃
で約6×104〜約1.6×105センチポアズの範囲の
粘度を有する市販のシラノール末端フルオロアルキル置
換ポリジオルガノシロキサンを使用することができる。
シラノール末端フルオロアルキル置換ポリジオルガノシ
ロキサンは化学結合トリフルオロプロピルメチルシロキ
シ単位を含んでいるのが好ましいが、例えばメチル、エ
チル、プロピル及びブチルのようないろいろなC(1-12)
アルキル基、フェニル並びに他のC(3-8)フルオロアル
キル基のような他アルキルフルオロアルキルシロキシ単
位が存在していることもできる。シラノール末端フルオ
ロアルキル置換ポリジオルガノシロキサンは次式(1)
のオルガノフルオロシロキシ単位を含んでいる。 R(R1)SiO− (1) ここで、RはC(1-12)有機基であり、R1はC(3-8)ポリ
フルオロアルキル基である。シラノール末端フルオロア
ルキル置換ポリジオルガノシロキサンは通常シーラント
組成物全体の100重量部で存在する。
リコーンシーラント組成物中に使用することができる縮
合触媒のいくつかとしては、二酢酸ジブチルスズ、ネオ
デカン酸ジメチルスズ、ジラウリン酸ジブチルスズ、オ
クタン酸第一スズ、ヒドロキシオレイン酸ジメチルス
ズ、又はこれらの組合せがあるが、これらに限定される
ことはない。縮合触媒の有効量はシーラント組成物10
0重量部当たり約0.1〜約5.0重量部の範囲であ
り、シーラント組成物100重量部当たり約0.1〜約
1.0重量部の範囲であるのが好ましい。
カを強化用充填材として使用するのが好ましいが、ケイ
藻土、沈降シリカ、粉砕石英、及び炭酸カルシウムのよ
うな増量用充填材も個々の事例で使用することができ
る。有効量のオクタメチルシクロテトラシロキサンのよ
うな環状シロキサン、又はこれとヘキサメチルジシラザ
ンのようなオルガノシラザンとの混合物で予め処理して
あるヒュームドシリカを使用するのが好ましい。シラノ
ール末端フルオロアルキル置換ポリジオルガノシロキサ
ン100部当たり約0〜約30重量部の範囲で充填材を
使用することができ、シラノール末端フルオロアルキル
置換ポリジオルガノシロキサン100部当たり約5〜約
15重量部の範囲の充填材を使用するのが好ましい。強
化用又は増量用の充填材に加えて、酸化鉄、酸化セリウ
ム及び二酸化チタンのような熱安定剤も、シラノール末
端フルオロアルキル置換ポリジオルガノシロキサン10
0重量部当たり約0.1〜約10重量部の範囲で使用す
ることができる。
シーラント組成物は、末端にポリアルコキシシロキシ単
位を有する次式(2)で示されるオリゴマー状フルオロ
シリコーン架橋剤を、上記ペーストと組み合わせて配合
することによって製造する。 (R2O)m(R)nSiO−[R(R1)SiO]x−Si(R)n(OR2)m (2) このオリゴマー状フルオロシリコーン架橋剤は、通常、
シラノール末端フルオロアルキル置換ポリジオルガノシ
ロキサン100重量部当たり約1〜約20重量部の範囲
で存在する。
R1はC(3-8)ポリフルオロアルキル基であり、R2はC
(1-12)アルキル基であり、「m」は2又は3の値を有す
る整数であり、「n」は0又は1の値を有する整数であ
り、「m+n」の和は3に等しく、「x」は約3〜約3
0の範囲の値を有する整数である。Rに包含される基
は、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチルのよう
なC(1-12)アルキル基、フェニル、トリル、キシリル、
クロロフェニル及びナフチルのようなC(6-12)アリール
基及びハロアリール基である。R2に包含される基は、
例えばメチル、エチル、プロピル及びブチルである。R
がメチル、R1がトリフルオロプロピル、R2がエチルで
あるのが好ましい。
組成物は、所望の架橋剤を上記ペーストと上述の割合で
配合することによって製造される。通常、得られたブレ
ンドに、室温加硫性のゴムを得るために使用する時点で
有効量の縮合硬化触媒を別の成分として混入する。或い
は、組成物の硬化が望まれるときまで架橋剤と縮合硬化
触媒を両方ともポリジオルガノシロキサン−充填材ペー
ストと別にしておくことができ、その時点でこれらの成
分を別々に又は一緒にペーストと混合して室温加硫性の
ゴムを得る。
(2)のオリゴマー状フルオロシリコーン架橋剤を作成
するには、実質的に無水の条件下、約−10〜約150
℃の範囲、好ましくは約10〜約40℃の範囲の温度
で、約25℃で約40〜約200センチポアズの範囲の
粘度を有する下記式(3)のシラノール末端フルオロア
ルキル置換ポリジオルガノシロキサンと、下記式(4)
のポリアルコキシシランとを、有効量の白金族金属触媒
すなわち「PGM触媒」の存在下で接触させることがで
きる。 HO−[R(R1)SiO]x−OH (3) HSi(R)n(OR2)m (4) ここで、x、n、m、R、R1、R2は既に定義した通り
である。通常反応はガスの放出が止まるまで行う。ポリ
ジオルガノシロキサンは化学結合[トリフルオロプロピ
ル(メチル)シリルオキシ]単位を含むのが好ましい。
は、トリエトキシシラン、トリメトキシシラン、メチル
ジエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、又はこれ
らの組合せが好ましい。
使用するPGM触媒は白金が好ましいが、PGM触媒は
ルテニウム、オスミウム、イリジウム、パラジウム、コ
バルト、ロジウム及びニッケルの化合物を含んでいるこ
ともできる。架橋剤を形成する際、PGM触媒の有効量
は反応混合物1部当たりPGMが約10〜約103pp
m(百万分の一)の範囲である。
は、エタノール中で重炭酸ナトリウムを存在させてクロ
ロ白金酸をテトラメチルジビニルジシロキサンと反応さ
せて形成されるカールシュテット(Karstedt)の米国特許
第3775452号に示されている白金触媒がある。別
の例は、クロロ白金酸とアルコール、エーテル、アルデ
ヒド及びこれらの混合物との反応生成物に関するラモロ
ー(Lamoreaux)の米国特許第3220972号に示され
ており、また、オレフィンとクロロ白金酸の反応生成物
がアシュビ(Ashby)の米国特許第3159601号に示
され、白金酸塩化物とシクロプロパンの反応生成物がア
シュビ(Ashby)の米国特許第3159662号に記載さ
れている。PGM触媒は不均一系の白金/炭素触媒又は
パラジウム/炭素触媒が好ましい。
して、電子部品封入、及び化学的に耐性の材料を必要と
する用途で有用なエラストマーを製造するために非腐食
性硬化系に使用することができる。特に、この架橋剤は
燃料タンクシーラントの製造に使用することができる。
できるように、限定ではなく例示の意味で以下に実施例
を挙げる。特に断らない限り、部で示してあるのはすべ
て重量部である。
メチルシロキシ単位を有する粘度が約40〜約200セ
ンチポアズの範囲のシラノール末端ポリフルオロアルキ
ルシリコーン流体20グラム(g)、メチルジエトキシ
シラン13.6ミリリットル(ml)、テトラヒドロフ
ラン21ml、及びトリエチルアミン21mlの混合物
を機械的に攪拌しながら、10重量%のパラジウム/炭
素200ミリグラム(mg)を一度に加えた。反応混合
物を50℃に暖めたところ激しい水素の発生が観察され
た。
ジウム/炭素触媒を除いた。次に減圧下で混合物をスト
リッピングして揮発性の成分を除いた。黄色の流体が2
2.3g得られた。製造法に基づき、この黄色い流体は
末端にメチル(ジエトキシ)シリル基を有するオリゴマ
ーの形態にある低分子量のオリゴマー状フルオロシリコ
ーン架橋剤であった。さらにフーリエ変換赤外分光分析
(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)(FTI
R)で生成物の同一性を確認した。この分光分析は、シ
ラノール官能基の消失を示していた。さらに1H核磁気
共鳴分光分析(NMR)、13C−NMRガスクロマトグ
ラフィー−質量分析(GCMS)によって確認した。こ
れは式(2)の範囲内の所望の末端封鎖フルオロシリコ
ーンオリゴマーと一致するスペクトルの特徴を示してい
た。
化学結合トリフルオロプロピルメチルシロキシ単位を含
むシラノール末端ポリフルオロアルキルシリコーン流体
20g、テトラヒドロフラン100ml、及びトリエチ
ルアミン10mlの混合物を機械的に攪拌しながら、1
0重量%のパラジウム/炭素200mgを一度に加え
た。パラジウム/炭素触媒を加えるとすぐに水素の放出
が起こった。ガスの放出が止むまで4時間反応混合物を
攪拌した。
ングして揮発性の成分を除いた。透明な無色の液体が3
1.04g得られた。製造法に基づき、またシラノール
官能基の消失と(トリエトキシ)シリル末端基の存在を
示した1H−NMRとFTIR分光分析によって確認し
たところ、この生成物は式(2)の範囲内の低分子量の
(トリエトキシ)シロキシ末端フルオロシリコーンオリ
ゴマーであった。
のピー・アール・シー・デソト社(PRC Desoto Inc)のセ
ムキット(SemKit)(登録商標)ミキサーでシーラント組
成物を製造した。最初に、揮発分を除去する反対方向に
回転する非噛み合い型の二軸式押出機で連続的にペース
トを製造した。このペーストは、化学結合トリフルオロ
プロピルメチルシロキシ単位を有する粘度が約40〜約
200センチポアズの範囲のシラノール末端ポリフルオ
ロアルキルシリコーン流体を100部、オクタメチルシ
クロテトラシロキサン処理ヒュームドシリカを9.2重
量部、そして酸化鉄を5.7重量部含んでいた。
ン架橋剤(8重量部)と二酢酸ジブチルスズ0.5重量
部をペースト100部に加え、このシーラントをピー・
アール・シー・デソト社(PRC Desoto Inc)のセムコ(Sem
co)(登録商標)チューブから開放鋳型に分注し室温、
50%相対湿度(RH)で1週間薄いシートとして硬化
させた。硬化シートから引張棒試験片を切り出した。物
理的性質を次に示す(ジェット(Jet)Aは市販の航空機
燃料である)。
明のシーラント組成物から作成したフルオロシリコーン
ゴム試験棒試片がその最初の物理的特性の多くを実質的
に維持していることを示している。
明して来たが、以上の記載は本発明の範囲を限定するも
のではない。したがって、本発明の思想と範囲から逸脱
することなくさまざまな修正、応用及び代替が当業者に
は自明であろう。
Claims (38)
- 【請求項1】 (A)シラノール末端フルオロアルキル
置換ポリジオルガノシロキサン、(B)オリゴマー状フ
ルオロシリコーン架橋剤、(C)充填材、及び(D)有
効量の縮合触媒を含んでなる、中性の室温縮合硬化性フ
ルオロシリコーンシーラント組成物。 - 【請求項2】 ポリジオルガノシロキサンがシーラント
組成物の約100重量部で存在する、請求項1記載のシ
ーラント組成物。 - 【請求項3】 ポリジオルガノシロキサンが式 R(R1)SiO−
(1) [式中、RはC(1-12)有機基であり、R1はC(3-8)ポリ
フルオロアルキル基である]のオルガノフルオロシロキ
シ単位を含んでいる、請求項1記載のシーラント組成
物。 - 【請求項4】 ポリジオルガノシロキサンが[トリフル
オロプロピル(メチル)シロキシ]単位を含んでいる、
請求項3記載のシーラント組成物。 - 【請求項5】 架橋剤が式 (R2O)m(R)nSiO−[R(R1)SiO]x−S
i(R)n(OR2)m [式中、RはC(1-12)有機基であり、R1はC(3-8)フル
オロアルキル基であり、R2はC(1-12)アルキル基であ
り、「m」は2又は3の値を有する整数であり、「n」
は0又は1の値を有する整数であり、「m+n」の和は
3に等しく、「x」は約3〜約30の範囲の値を有する
整数である]からなる、請求項1記載のシーラント組成
物。 - 【請求項6】 架橋剤がジメトキシメチルシリル末端メ
チルトリフルオロプロピルシロキサン流体からなる、請
求項5記載のシーラント組成物。 - 【請求項7】 架橋剤が、シラノール末端フルオロアル
キル置換ポリジオルガノシロキサン100部当たり約1
〜約20重量部の範囲で存在する、請求項5記載のシー
ラント組成物。 - 【請求項8】 縮合触媒が有機金属化合物からなる、請
求項1記載のシーラント組成物。 - 【請求項9】 有機金属化合物が二酢酸ジブチルスズ、
ネオデカン酸ジメチルスズ、ジラウリン酸ジブチルス
ズ、オクタン酸第一スズ、ヒドロキシオレイン酸ジメチ
ルスズ、又はこれらの組合せからなる、請求項8記載の
シーラント組成物。 - 【請求項10】 有機金属化合物が二酢酸ジブチルスズ
からなる、請求項9記載のシーラント組成物。 - 【請求項11】 縮合触媒が、シーラント組成物100
部当たり約0.1〜約5.0重量部の範囲で存在する、
請求項1記載のシーラント組成物。 - 【請求項12】 縮合触媒が、シーラント組成物100
部当たり約0.1〜約1.0重量部の範囲で存在する、
請求項11記載のシーラント組成物。 - 【請求項13】 充填材がヒュームドシリカからなる、
請求項1記載のシーラント組成物。 - 【請求項14】 充填材が、シラノール末端フルオロア
ルキル置換ポリジオルガノシロキサン100部当たり約
0〜約30重量部の範囲で存在する、請求項1記載のシ
ーラント組成物。 - 【請求項15】 充填材が、シラノール末端フルオロア
ルキル置換ポリジオルガノシロキサン100部当たり約
5〜約15重量部の範囲で存在する、請求項14記載の
シーラント組成物。 - 【請求項16】 組成物がさらに熱安定剤も含んでい
る、請求項1記載のシーラント組成物。 - 【請求項17】 熱安定剤が酸化鉄、酸化セリウム、二
酸化チタン、又はこれらの組合せからなる、請求項16
記載のシーラント組成物。 - 【請求項18】 熱安定剤が酸化鉄からなる、請求項1
7記載のシーラント組成物。 - 【請求項19】 熱安定剤が、シラノール末端フルオロ
アルキル置換ポリジオルガノシロキサン100部当たり
約0.1〜約10重量部の範囲で存在する、請求項1記
載のシーラント組成物。 - 【請求項20】 中性の室温縮合硬化性フルオロシリコ
ーンシーラント組成物であって、重量で、(A)シーラ
ント組成物の約100重量部で存在する[トリフルオロ
プロピル(メチル)シロキシ]単位を含むシラノール末
端フルオロアルキル置換ポリジオルガノシロキサン、
(B)シラノール末端フルオロアルキル置換ポリジオル
ガノシロキサン100部当たり約1〜約20重量部の範
囲で存在するジエトキシメチルシリル末端メチルトリフ
ルオロプロピルシロキサン、(C)シラノール末端フル
オロアルキル置換ポリジオルガノシロキサン100部当
たり約5〜約15重量部の範囲のヒュームドシリカ、及
び(D)シラノール末端フルオロアルキル置換ポリジオ
ルガノシロキサン100部当たり約0.1〜約1重量部
の範囲で二酢酸ジブチルスズを含んでなる、組成物。 - 【請求項21】 式 (R2O)m(R)nSiO−[R(R1)SiO]x−S
i(R)n(OR2)m [式中、RはC(1-12)有機基であり、R1はC(3-8)フル
オロアルキル基であり、R2はC(1-12)アルキル基であ
り、「m」は2又は3の値を有する整数であり、「n」
は0又は1の値を有する整数であり、「m+n」の和は
3に等しく、「x」は約3〜約30の範囲の値を有する
整数である]を含んでなる、オリゴマー状フルオロシリ
コーン架橋剤。 - 【請求項22】 約3〜約30の範囲の化学結合[トリ
フルオロプロピル(メチル)シリルオキシ]単位を含ん
でなる、ポリアルコキシシリル末端オリゴマー状フルオ
ロシリコーン架橋剤。 - 【請求項23】 請求項22記載のジアルコキシアルキ
ルシリル末端オリゴマー状フルオロシリコーン。 - 【請求項24】 請求項22記載のポリエトキシシリル
末端オリゴマー状フルオロシリコーン。 - 【請求項25】 請求項22記載のポリメトキシシリル
末端オリゴマー状フルオロシリコーン。 - 【請求項26】 有効量の白金族金属触媒の存在下でシ
ラノール末端フルオロアルキル置換ポリジオルガノシロ
キサンとポリアルコキシシランとを反応させることを含
んでなる、オリゴマー状フルオロシリコーン架橋剤の製
造方法。 - 【請求項27】 シラノール末端フルオロアルキル置換
ポリジオルガノシロキサン1モル当たりにつき約2〜約
10モルのポリアルコキシシランを使用する、請求項2
6記載の方法。 - 【請求項28】 反応を約−10〜約150℃の範囲の
温度で実施する、請求項26記載の方法。 - 【請求項29】 反応を約10〜約40℃の範囲の温度
で実施する、請求項28記載の方法。 - 【請求項30】 白金族金属触媒が反応混合物の約10
〜約103ppmの範囲で存在する、請求項26記載の
方法。 - 【請求項31】 シラノール末端フルオロアルキル置換
ポリジオルガノシロキサンが、式 HO−[R(R1)SiO]x−OH [式中、RはC(1-12)有機基であり、R1はC(3-8)フル
オロアルキル基であり、「x」は約3〜約30の範囲の
値を有する整数である]からなる、請求項26記載の方
法。 - 【請求項32】 シラノール末端フルオロアルキル置換
ポリジオルガノシロキサンが化学結合[トリフルオロプ
ロピル(メチル)シリルオキシ]単位を含む、請求項3
1記載の方法。 - 【請求項33】 ポリアルコキシシランが、式 HSi(R)n(OR2)m [式中、RはC(1-12)有機基であり、R2はC(1-12)ア
ルキル基であり、「m」は2又は3の値を有する整数で
あり、「n」は0又は1の値を有する整数であり、「m
+n」の和は3に等しい]からなる、請求項26記載の
方法。 - 【請求項34】 ポリアルコキシシランがトリエトキシ
シラン、トリメトキシシラン、メチルジエトキシシラ
ン、メチルジメトキシシラン、又はこれらの組合せから
なる、請求項33記載の方法。 - 【請求項35】 有効量の白金族金属触媒の存在下でシ
ラノール末端(メチルトリフルオロプロピル)シロキサ
ンとトリエトキシシランとを反応させることを含んでな
る、トリエトキシシリル末端ポリ(メチルトリフルオロ
プロピル)シロキサンの製造方法。 - 【請求項36】 有効量の白金族金属触媒の存在下でシ
ラノール末端(メチルトリフルオロプロピル)シロキサ
ンとトリメトキシシランとを反応させることを含んでな
る、トリメトキシシリル末端ポリ(メチルトリフルオロ
プロピル)シロキサンの製造方法。 - 【請求項37】 有効量の白金族金属触媒の存在下でシ
ラノール末端(メチルトリフルオロプロピル)シロキサ
ンとメチルジエトキシシランとを反応させることを含ん
でなる、メチルジエトキシシリル末端ポリ(メチルトリ
フルオロプロピル)シロキサンの製造方法。 - 【請求項38】 有効量の白金族金属触媒の存在下でシ
ラノール末端(メチルトリフルオロプロピル)シロキサ
ンとメチルジメトキシシランとを反応させることを含ん
でなる、メチルジメトキシシリル末端ポリ(メチルトリ
フルオロプロピル)シロキサンの製造方法。
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