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JP2007177012A - 熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物 - Google Patents

熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物 Download PDF

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Abstract

【課題】 深部硬化性に優れた熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物を提供する。
【解決手段】 (A)下記一般式(1):
【化1】
Figure 2007177012

(式中、Rは炭素原子数1〜10の置換又は非置換の一価の炭化水素基であり、nは10以上の整数である)で示されるオルガノポリシロキサン100質量部、(B)下記一般式(2):
【化2】
Figure 2007177012

(式中、Rは置換又は非置換の一価の炭化水素基であり、Rは水素原子又は一価の炭化水素基であり、mは2〜4の整数である)で示される加水分解性シラン又はその部分加水分解物0.1〜30質量部、(C)一分子中に少なくとも1個のNH基を有し、前記オルガノポリシロキサン100g当り、該NH基を0.001〜1mol含有する有機化合物、を含み、前記加水分解性シラン又はその部分加水分解物の加水分解により生成するケトン化合物と前記NH基とが脱水縮合反応することを特徴とする。
【選択図】 なし

Description

本発明は熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物に関する。
湿気により架橋する縮合硬化型のシリコーンゴムはその取り扱いが容易なことに加え、耐熱性、接着性、電気特性に優れるため、建材用のシーリング材や電気電子分野の接着剤など様々な分野で利用されている。このオルガノポリシロキサン組成物は湿気により架橋するために深部硬化性が悪いという問題があり、この問題を改良するため、架橋剤を極限まで減量して加水分解による架橋速度を向上させた1液タイプの材料や、架橋剤と硬化剤とを別梱包とした2液タイプの材料が知られている。
しかしながら、上記した1液タイプのオルガノポリシロキサン組成物は、単に表面からの硬化速度が早いだけであり、深部硬化には一定の時間が必要である。2液タイプの組成物は、深部硬化性に比較的優れるものの、付加硬化型のオルガノポリシロキサン組成物と比べ、完全硬化に要する時間が長いという欠点がある。更に、2液タイプの組成物の場合、深部まで完全に硬化させるためには、架橋剤と硬化剤の添加量を厳密に規定するか、又は深部硬化剤として水を加えることが必要である。
そこで、上記した問題点を解決すべく、本発明者らは、ジオルガノポリシロキサンに対し、C=O基を有する有機化合物とNH2基を有する有機化合物とを含有する室温速硬化性オルガノポリシロキサン組成物を提案した(例えば、特許文献1参照)。この技術は、組成物中のC=O基とNH2基とによるケチミン生成反応から副生する水を利用し、深部硬化性を改良するものである。
又、オルガノポリシロキサン組成物に熱を加えて架橋反応を活性化させ、深部硬化性を改良する熱硬化型組成物が知られている。
特開平5−279570号公報
しかしながら、上記した特許文献1記載の組成物は室温硬化型であるため、深部硬化性が充分ではない。
一方、1液タイプの熱硬化型組成物の場合、架橋反応に必要となる水が深部で生成しないため、深部硬化性を改良することは困難である。又、2液タイプの熱硬化型組成物は脱アルコールによって硬化するものであるが、加熱するとリバージョンが生じて硬化不良となる問題がある。さらに、2液タイプの熱硬化型組成物において、深部硬化剤として水を加えると、反応前の水が気化して硬化物中に泡が入る問題がある。
なお、付加硬化型のオルガノポリシロキサン組成物の場合、深部硬化性に優れるが、組成物中の硬化触媒が触媒毒を受けるため、周囲の作業環境が限定されるという欠点がある。
従って、本発明の目的は、深部硬化性に優れた熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物を提供することにある。
本発明は、縮合硬化時に必要となる水を添加するのでなく、以下の(B)成分から生成するケトン化合物と(C)成分との反応により組成物内に水を発生させることにより、表面のみならず内部からも硬化し、深部硬化性を大幅に向上させることができる。又、本発明は、加熱により架橋反応を活性化させる熱硬化型の組成物であるため、付加硬化型の組成物のような触媒の被毒がなく、速硬化性及び深部硬化性を大幅に向上させることができる。
すなわち、上記の目的を達成するために、本発明の熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物は、(A)下記一般式(1):
Figure 2007177012
(式中、Rは炭素原子数1〜10の置換又は非置換の一価の炭化水素基であり、nは10以上の整数である)で示されるオルガノポリシロキサン100質量部、
(B)下記一般式(2):
Figure 2007177012
(式中、Rは置換又は非置換の一価の炭化水素基であり、Rは水素原子又は一価の炭化水素基であり、mは2〜4の整数である)で示される加水分解性シラン又はその部分加水分解物0.1〜30質量部、
(C)一分子中に少なくとも1個のNH基を有し、前記オルガノポリシロキサン100g当り、該NH基を0.001〜1mol含有する有機化合物、
を含み、前記加水分解性シラン又はその部分加水分解物の加水分解により生成するケトン化合物と前記NH基とが脱水縮合反応することを特徴とする。
本発明において、さらに、(D)有機錫系触媒0.001〜20質量部を含むことが好ましく、(E)一分子中に少なくとも1個のC=O基を有し、前記オルガノポリシロキサン100g当り、該C=O基を0.001〜1mol含有する有機化合物を含むことが好ましい。
本発明において、熱硬化温度が50〜150℃であることが好ましく、前記(A)〜(C)成分の沸点が150℃以上であることが好ましい。
本発明によれば、深部硬化性に優れた熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物が得られる。
以下、本発明の実施形態に係る熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物について説明する。熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物は、以下の(A)〜(C)成分を必須として含む。
このうち、(A)成分は縮合硬化型のオルガノポリシロキサン組成物に用いる基油である。(B)成分は加水分解によりケトンを発生し、(C)成分とケチミン反応する。そのため、上記特許文献1記載の組成物のようにC=O化合物を添加する必要がなく、又、加熱によりケチミン反応が効果的に進行するので、加熱下での深部硬化性に優れる。(C)成分は組成物内に水を生成させる。
[(A)成分]
(A)成分は、下記一般式(1)
Figure 2007177012
で示されるオルガノポリシロキサン100質量部からなる。
式1中、Rは炭素原子数1〜10の置換又は非置換の一価の炭化水素基であり、nは10以上の整数である。Rとしては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基などのアルキル基;シクロヘキシル基などのシクロアルキル基;ビニル基、アリル基などのアルケニル基;フェニル基、トリル基などのアリール基;およびこれらの基の水素結合が部分的にハロゲン原子などで置換された基(例えば3,3,3-トリフルオロプロピル基)等であげられる。これらのうち、特にメチル基が好ましい。
式1中の複数個のRはそれぞれ同一の基であっても異種の基であってもよい。
上記オルガノポリシロキサンの25℃における粘度が25〜1,00,000mPa・s、好ましくは100〜200,000mPa・sであることが好ましい。上記粘度が25mPa・s未満であると、諸特性を満たすゴム硬化物を形成することが困難な場合がある。又、上記粘度が1,00,000mPa・sを超えると、作業性が低下する場合がある。なお、上記粘度は、JIS−K−6249(液状未硬化シリコーンゴムの項目)に従って測定することができる。
[(B)成分]
(B)成分は、下記一般式(2)
Figure 2007177012
で示される加水分解性シラン又はその部分加水分解物0.1〜30質量部からなる。(B)成分は、(A)成分の架橋剤として作用する。又、(B)成分は、例えば大気中の水分により加水分解してケトン化合物を生成し、後述する(C)成分と反応して組成物中に水を発生させる。発生した水は、(B)成分による架橋反応を加熱下で促進させ、深部硬化性や速硬化性を向上させる。この場合、(B)成分によって架橋し、組成物中には(B)成分からケトンを放出した化合物が残る。
式2中、Rは置換又は非置換の一価の炭化水素基であり、Rは水素原子又は一価の炭化水素基である。
は、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;ビニル基、アリル基、5−ヘキセニル基、9−デセニル基等のアルケニル基;フェニル基、トリル基等のアリール基;ベンジル基(フェニルメチル基)、フェニルエチル基等のアラルキル基;これらの基の炭素原子に結合した水素原子の一部又は全部がハロゲン原子で置換された基が挙げられる。このハロゲン置換基としては、3,3,3−トリフルオロプロピル基、ヘプタデカフルオロプロピル基、クロロフェニル基等、ハロゲン化炭化水素基を置換した一価炭化水素基が例示される。Rは、特に好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、ビニル基、フェニル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基である。
は、例えば例えばメチル基、エチル基、プロピル基などのアルキル基;シクロヘキシル基などのシクロアルキル基;ビニル基、アリル基などのアルケニル基;フェニル基、トリル基などのアリール基;およびこれらの基の水素結合が部分的にハロゲン原子などで置換された基が挙げられる。このハロゲン置換基としては、3,3,3-トリフルオロプロピル基が例示される。Rは、特に好ましくは水素原子、メチル基である。
式2中の複数個のRはそれぞれ同一の基であっても異種の基であってもよい。
式2中のmは2〜4の整数であり、好ましくは3〜4の整数である。
上記加水分解性シラン又はその部分加水分解物の具体例としては、メチルトリイソプロペノキシシラン、エチルトリイソプロペノキシシラン、ビニルトリイソプロペノキシシラン、フェニルトリイソプロペノキシシラン、テトライソプロペノキシシラン等が例示されるが、これらに限定されるものではない。(B)成分として、これらの化合物を1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
(B)成分の配合量は、(A)成分100質量部当たり0.1〜30質量部、好ましくは0.5〜20質量部である。(B)成分の配合量が0.1質量部未満であると組成物の調製が困難であり、30質量部を超えると得られた硬化物が目的とする物性(弾性)を示さなくなる(硬くなりすぎる)。
[(C)成分]
(C)成分は、一分子中に少なくとも1個のアミノ基(NH2基)を有し、前記オルガノポリシロキサン100g当り、該NH基を0.001〜1mol含有する有機化合物からなる。
(C)成分は、(B)成分の加水分解によるケトン化合物と、下記式(3)
(RC=O + HNR’ → RC=NR’ + HO (3)
(式中、Rは式(2)と同一の基、R’は所定の有機基である)の脱水縮合反応を行う。
この反応により、架橋反応に必要となる水が組成物中に発生する。
(C)成分として用いられるアミノ基含有有機化合物は、1分子中に少なくとも1個の反応性のアミノ基を有するものであれば、任意のものを使用することができる。具体的な有機化合物としては、メチルアミン、エチルアミン、ブチルアミン、エチレンジアミン、アニリン等のアミン類;γ−アミノプロピルトリエトキシシラン等のNH2基を有するシランカップリング剤;NH2基を有するポリマー、オリゴマーなどが例示され、これらの1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。特に1級アミン化合物、及びNH2基を有するシランカップリング剤が好ましい。
又、上記ケトン化合物との反応時における立体障害が少ないという点から、上記有機化合物として、アミノ基のα位の炭素原子が1級、2級、又は芳香族環の一部であるものを使用することが好ましい。このα位の炭素原子が、通常の3級の炭素原子である場合には、カルボニル基との反応性に劣り、所望の効果が得られない場合がある。
上記(C)成分の配合量は、そのNH基量が(A)成分100g当たり0.001〜1molとする必要があり、好ましくは0.01〜0.1molである。(C)成分の配合量が0.01mol未満であると深部硬化性が充分でなく、1molを超えると、得られた弾性体硬化物が目的とする物性を示さなくなる(硬くなりすぎる)。
[その他の成分]
本発明の熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物は、上記(A)〜(C)成分に加え、加熱下での速硬化性及び深部硬化性が阻害されない限り、種々の配合剤を添加することが可能である。ここで、上記式(3)の反応を阻害しない範囲で、任意成分である各種配合剤を選択して使用することが必要である。
このような配合剤としては、例えばオクタノンやシクロヘキサノン等のC=O基を有する有機化合物(以下、(E)成分とする)、有機錫エステル、有機錫キレート錯体等の有機錫系触媒(以下、(D)成分とする)、有機チタン酸エステル、有機チタンキレート錯体等の有機チタン系触媒、テトラメチルグアニジルプロピルトリメトキシシラン、テトラメチルグアニジルプロピルトリストリメチルシロキシシラン等の縮合触媒;煙霧質シリカ、沈降性シリカ、石英粉末、炭素粉末、タルク、ベントナイト、炭酸マグネシウム等の充填剤;ガラス繊維、炭素繊維及び有機繊維等の繊維質充填剤;顔料、染料等の着色剤;ベンガラ及び酸化セリウム等の耐熱性向上剤;耐寒性向上剤;防錆剤;γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等の接着性向上剤;トリオルガノシロキシ単位及びSiO2単位よりなる網状ポリシロキサン等の液状補強剤などが挙げられ、これらを必要に応じて常用量添加することが可能である。
[組成物の形態]
本発明の熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物は、使用時に(A)〜(C)成分が反応することによって硬化する。従って、上記組成物は使用前、(A)〜(C)成分が未反応の状態でそれぞれ存在するような形態とする必要がある。
例えば、本発明の組成物として、(A)成分と(B)成分をX剤とし、(A)成分と(C)成分をY剤とした2液梱包の形態とすることができ、使用時にX剤:Y剤=1:1の割合で混合することで取り扱い性が容易となる。又、(A)成分と(C)成分をX剤とし、(A)成分と(B)成分をY剤とした2液梱包の形態としてもよい。
又、1液タイプの形態として、上記(A)〜(C)成分、及び必要に応じて上記配合剤をさらに混合したものを、乾燥(無水)雰囲気中で均一に混合し、水分が混入しないように梱包することもできる。この場合、梱包物の保存性を確保するため、C成分をカプセル化して使用前の硬化を防止することができる。又、熱硬化時の熱によって破壊されるマイクロカプセルに(C)成分を収容してもよい。
本発明の熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物の熱硬化温度が50〜150℃であることが好ましく、70〜120℃であることがより好ましい。熱硬化温度を50℃未満とすると、上記(B)成分による架橋反応が充分でなく、150℃を超えると、各成分が揮発する恐れがある。加熱時間は、工程により調整が可能である。
又、(A)〜(C)成分の沸点がそれぞれ150℃以上であることが好ましい。このようにすると、各成分が揮発し難いので、硬化温度を高くして硬化をさらに促進することができる。
以上述べた本発明の熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物は、深部硬化性を有し、工程の合理化要求の高い電気電子用シーリング剤、自動車用オイルシール、接着剤、ポッティング材などに好適に使用できる。
<実施例>
以下に本発明を実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。又、実施例において示す「部」及び「%」は特に明示しない限り、質量部及び質量%を示す。
(A)成分として25℃における粘度が5,000mPa・sのポリジメチルシロキサン(式1のR1=メチル基、n=400であるもの)100gと、(B)成分としてビニルトリイソプロペノキシシシラン6.0gと、(C)成分としてγ−アミノプロピルトリエトキシシラン2.21g(0.01モル)と、配合剤(縮合触媒)としてテトラメチルグアニジルプロピルトリメトキシシラン0.5gと、煙霧質シリカ(フィラー)10gを無水の状態で混合して硬化性シリコーンゴム組成物を調製した。
(1)得られた組成物を用いて厚さ2mmのシートを作成し、硬化条件として120℃で1時間放置してゴム弾性体とし、JIS−K−6249(硬化シリコーンゴムの対象項目)に従ってゴム物性(硬さ、(切断時)伸び、引張り強さ)を測定した。
(2)また、上記組成物を直径20mm、深さ15mmのガラス円筒管に注入し、(1)と同一の硬化条件(120℃で1時間)で硬化を行った。硬化後にガラス管を破壊して硬化物を取り出し、以下の基準で深部硬化性を評価した。
○:硬化物の深部が充分硬化している
△:硬化物の表面のみ硬化している
×:組成物が未硬化である
(A)成分として25℃における粘度が5,000mPa・sのポリジメチルシロキサン(式1のR1=メチル基、n=400であるもの)100gと、(B)成分としてビニルトリイソプロペノキシシシラン6.0gと、(C)成分としてγ−アミノプロピルトリエトキシシラン2.21g(0.01モル)と、配合剤(縮合触媒)としてテトラメチルグアニジルプロピルトリメトキシシラン0.5gと、配合剤(有機錫系触媒、(D)成分)としてジオクチル錫ジラウレート0.05gと、煙霧質シリカ(フィラー)10gを無水の状態で混合して硬化性シリコーンゴム組成物を調製した。得られた組成物について、硬化条件をそれぞれ50℃で1時間としたこと以外は実施例1とまったく同様にしてゴム物性、深部硬化性を調べた。
(A)成分として25℃における粘度が5,000mPa・sのポリジメチルシロキサン(式1のR1=メチル基、n=400であるもの)100gと、(B)成分としてフェニルトリイソプロペノキシシシラン7.0gと、配合剤(カルボニル基を有する有機化合物、(E)成分)シクロヘキサノン0.98g(0.01モル)と、(C)成分としてγ−アミノプロピルトリエトキシシラン2.21g(0.01モル)と、配合剤(縮合触媒)としてテトラメチルグアニジルプロピルトリメトキシシラン0.5gと、煙霧質シリカ(フィラー)10gを無水の状態で混合して硬化性シリコーンゴム組成物を調製した。得られた組成物について、実施例1とまったく同様にして(硬化条件もそれぞれ実施例1と同一)ゴム物性、深部硬化性を調べた。
実施例1と同一の組成物を用いてゴム弾性体を作成する際、硬化条件をそれぞれ70℃で1時間としたこと以外は実施例1と全く同様にしてゴム物性と深部硬化性を調べた。
実施例1と同一の組成物を用いてゴム弾性体を作成する際、硬化条件をそれぞれ150℃で1時間としたこと以外は実施例1と全く同様にしてゴム物性と深部硬化性を調べた。
実施例1と同一の組成物を用いてゴム弾性体を作成する際、硬化条件をそれぞれ50℃で1時間としたこと以外は実施例1と全く同様にしてゴム物性と深部硬化性を調べた。
<比較例1>
(A)成分として25℃における粘度が5,000mPa・sのポリジメチルシロキサン(式1のR1=メチル基、n=400であるもの)100gと、ビニルトリメチルエチルケトオキシムシラン6gと、(C)成分としてγ−アミノプロピルトリエトキシシラン2.21g(0.01モル)と、配合剤(有機錫系触媒、(D)成分)としてジオクチル錫ジラウレート0.1gと、煙霧質シリカ(フィラー)煙霧質シリカ10gとを無水の状態で混合して硬化性シリコーンゴム組成物を調製した。得られた組成物について、実施例1とまったく同様にしてゴム物性、深部硬化性を調べた。
<比較例2>
(A)成分として25℃における粘度が5,000mPa・sのポリジメチルシロキサン(式1のR1=メチル基、n=400であるもの)100gと、(B)成分としてビニルトリイソプロペノキシシシラン6.0gと、配合剤(縮合触媒)としてテトラメチルグアニジルプロピルトリメトキシシラン0.5gと、煙霧質シリカ(フィラー)10gを無水の状態で混合して硬化性シリコーンゴム組成物を調製した。得られた組成物について、実施例1とまったく同様にしてゴム物性、深部硬化性を調べた。
<比較例3>
(A)成分として25℃における粘度が5,000mPa・sのポリジメチルシロキサン(式1のR1=メチル基、n=400であるもの)100gと、ビニルトリメトキシシラン3gと、(C)成分としてγ−アミノプロピルトリエトキシシラン2.21g(0.01モル)と、配合剤(有機錫系触媒、(D)成分)としてジオクチル錫ジラウレート0.1gと、煙霧質シリカ(フィラー)10gを無水の状態で混合して硬化性シリコーンゴム組成物を調製した。得られた組成物について、実施例1とまったく同様にしてゴム物性、深部硬化性を調べた。
<比較例4>
比較例1で得られた組成物を用いてゴム弾性体を作成する際、硬化条件をそれぞれ150℃で1時間としたこと以外は比較例1と全く同様にしてゴム物性と深部硬化性を調べた。
得られた結果を表1に示す。
Figure 2007177012
表1から明らかなように、各実施例の場合、深部硬化性が顕著に向上すると共に、所特性を満たすゴム硬化物が得られた。
なお、(D)成分をさらに加えた実施例2の場合、実施例1より低温(50℃)で硬化させても充分な硬さが得られ、(D)成分により短時間で硬化することがわかった。一方、(D)成分を加えずに低温(50℃)で硬化させた実施例6の場合、深部硬化は充分であったが、硬さが不充分となった。
(E)成分をさらに加えた実施例3の場合、得られたゴムの硬さは実施例1に比べて若干低下したが、伸びが優れたものとなった。
一方、(B)成分を配合しなかった比較例1、3、4の場合、組成物が硬化しなかった。同様に、(C)成分を配合しなかった比較例2の場合も組成物が硬化しなかった。なお、比較例1の組成物中のケトオキシムシランが加水分解するとカルボニル化合物でなくオキシムを生成するため、ケチミン反応が生じず、深部硬化性に劣る。
以上から、組成物を硬化させるために(B)成分と(C)成分による水の生成反応が必要であることがわかる。

Claims (5)

  1. (A)下記一般式(1):
    Figure 2007177012
    (式中、Rは炭素原子数1〜10の置換又は非置換の一価の炭化水素基であり、nは10以上の整数である)で示されるオルガノポリシロキサン100質量部、
    (B)下記一般式(2):
    Figure 2007177012
    (式中、Rは置換又は非置換の一価の炭化水素基であり、Rは水素原子又は一価の炭化水素基であり、mは2〜4の整数である)で示される加水分解性シラン又はその部分加水分解物0.1〜30質量部、
    (C)一分子中に少なくとも1個のNH基を有し、前記オルガノポリシロキサン100g当り、該NH基を0.001〜1mol含有する有機化合物、
    を含み、前記加水分解性シラン又はその部分加水分解物の加水分解により生成するケトン化合物と前記NH基とが脱水縮合反応することを特徴とする熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
  2. さらに、(D)有機錫系触媒0.001〜20質量部を含むことを特徴とする請求項1記載の熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
  3. さらに、(E)一分子中に少なくとも1個のC=O基を有し、前記オルガノポリシロキサン100g当り、該C=O基を0.001〜1mol含有する有機化合物を含むことを特徴とする請求項1または2記載の熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物
  4. 熱硬化温度が50〜150℃であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
  5. 前記(A)〜(C)成分の沸点が150℃以上であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
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