JP2021038352A - ミラブル型シリコーンゴム組成物及びその硬化物 - Google Patents

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Abstract

【課題】高価な化合物の添加や高温長時間の熱処理を必要とせず経済的な手法で可塑度が上昇するミラブル型シリコーンゴム組成物の提供。【解決手段】(A)ヒドロキシ基を含まない重合度が100以上のオルガノポリシロキサン100質量部、(B)分子鎖片末端が脂肪族不飽和基で、もう一方の末端がシラノール基である直鎖状オルガノポリシロキサン1〜50質量部、(C)補強性シリカ5〜100質量部、(D)1分子あたり置換アミノキシ基を平均2個以上有する窒素原子含有有機ケイ素化合物0.001〜15質量部、(E)硬化剤を含有するミラブル型シリコーンゴム組成物。【選択図】なし

Description

本発明は、ミラブル型シリコーンゴム組成物及びその硬化物に関する。
シリコーンゴムは、優れた耐候性、電気特性、低圧縮永久歪、耐熱性、耐寒性等の特性を有しているため、電気機器、自動車、建築、医療、食品を初めとして様々な分野で広く使用されている。例えば、リモートコントローラ、タイプライター、ワードプロセッサ、コンピュータ端末、楽器等のゴム接点として使用されるラバーコンタクト;建築用ガスケット;複写機用ロール、現像ロール、転写ロール、帯電ロール、給紙ロール等の各種ロール;オーディオ装置等の防振ゴム;コンピュータに使用されるコンパクトディスク用パッキンなどの用途が挙げられる。現在、シリコーンゴムの需要は益々高まっており、優れた特性を有するシリコーンゴムの開発が望まれている。これらのシリコーンゴムは、一般的には高重合度のオルガノポリシロキサン生ゴム(即ち、室温で自己流動性のない非液状の生ゴム状オルガノポリシロキサン)と補強性充填剤とを含有する、硬化剤(加硫剤)を配合する前のミラブル型シリコーンゴムコンパウンド(即ち、ロールミル等の混練機で混練が可能なコンパウンド)、及びこのコンパウンドに硬化剤を配合したミラブル型シリコーンゴム組成物(即ち、ロールミル等の混練機で混練が可能な組成物)の形で使用に供される。このミラブル型シリコーンゴムコンパウンド及びシリコーンゴム組成物は、例えばニーダー、二本ロール(ロールミル)等の混合装置を用いて、原料ポリマー(生ゴム状オルガノポリシロキサン)に補強性充填剤や各種分散剤を混合することにより調製されている。
ミラブル型シリコーンゴムコンパウンド及びシリコーンゴム組成物を製造するには、上記の通り、オルガノポリシロキサン中に、ヒュームドシリカ等の補強性の充填剤を混練りする必要があり、その際、分散剤(ウェッター)とよばれる、補強性充填剤の表面処理剤を使用する。通常、オルガノポリシロキサンにシリカ等の補強性充填剤を分散する際には、シラノール基を有するオルガノシラン又はシロキサンが使用される。この、表面処理剤を大量に用いることで、クレープ硬化(可塑戻り)を抑制できるが、シリコーンゴムコンパウンドやシリコーンゴム組成物の可塑度が低下し、シリコーンゴムコンパウンドやシリコーンゴム組成物の表面に粘着感が生じて加工性が劣化するという欠点があった。一方、表面処理剤の添加量が十分でない場合、可塑度が上がるが、クレープ硬化(可塑戻り)が大きくなってしまうという問題があった。
特開平6−256658号公報(特許文献1)には、レジンを添加すること、特開平5−065415号公報(特許文献2)には、フェニル基を2個以上有する多環芳香族化合物を添加することで可塑度を上昇させることができることが記載されているが、可塑戻りについての記載はなく、また高価である。また、特開平7−133356号公報(特許文献3)には、シリコーンゴムコンパウンドを200〜250℃で4〜12時間加熱することで、可塑戻りを抑制できることが記載されているが、経済的でない。特開2015−214635号公報(特許文献4)には、両末端シラノール基封鎖オルガノシラン及び/又はシロキサンと有機チタン化合物などの縮合反応触媒を添加することで可塑度を上昇させることが記載されているが、シリカ配合時に添加し、縮合触媒を添加した後に熱処理する必要がある。
特開平6−256658号公報 特開平5−065415号公報 特開平7−133356号公報 特開2015−214635号公報
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高価な化合物の添加や高温長時間の熱処理を必要とせず、経済的な手法で可塑度が上昇するミラブル型シリコーンゴム組成物及びその硬化物を提供することを目的とする。
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、重合度が100以上(特には1,000以上)のオルガノポリシロキサン生ゴム(ベースポリマー)と補強性シリカを用いて、均一に混練(混合)してシリコーンゴムコンパウンドを調製する際、及び/又は調製後に、分子鎖片末端が脂肪族不飽和基で、もう一方の末端がシラノール基であるオルガノポリシロキサンを使用し、アミノキシ基を1分子あたり平均2個以上有する窒素原子含有有機ケイ素化合物を添加することで、可塑度が上昇したミラブル型シリコーンゴムコンパウンドを得ることができることを知見し、本発明をなすに至った。
従って、本発明は、下記のミラブル型シリコーンゴム組成物及び該組成物を硬化してなるシリコーンゴム硬化物を提供する。
1.
(A)下記平均組成式(1)
1 aSiO(4-a)/2 (1)
(式中、R1は同一又は異種の非置換若しくは置換の1価炭化水素基であり、aは1.95〜2.05の正数である。)
で表される重合度が100以上のオルガノポリシロキサン 100質量部、
(B)下記式(2)
Figure 2021038352
(式中、R2は脂肪族不飽和基であり、R3は同一又は異種の非置換若しくは置換の1価炭化水素基であり、nは100以上の正数である。)
で表されるオルガノポリシロキサン 1〜50質量部、
(C)BET吸着法による比表面積が50m2/g以上の補強性シリカ
5〜100質量部、
(D)ケイ素原子に結合した下記式(3)及び(4)で表される置換アミノキシ基から選ばれる1種又は2種以上の基を1分子あたり平均2個以上有する窒素原子含有有機ケイ素化合物 0.001〜15質量部、
Figure 2021038352
(式中、R4及びR5は互いに同一又は異種の1価炭化水素基である。R6は2価の有機基である。)
(E)硬化剤 有効量
を含有することを特徴とするミラブル型シリコーンゴム組成物。
2.
(D)成分が、下記式(5)〜(8)で表される有機ケイ素化合物から選ばれる1種又は2種以上である上記1記載のミラブル型シリコーンゴム組成物。
Figure 2021038352
(式中、R7は同一又は異種の置換若しくは非置換1価炭化水素基であり、OYは上記式(3)又は(4)で示される基、bは0、1又は2、cは0又は10以下の正数である。lは1〜20の正数、mは2〜20の正数であり、且つl+mは3以上の正数である。R’はR7又はOYであり、p、qはそれぞれ独立に0又は100以下の正数であり、qが0以上1未満の場合は2つのR’はOYであり、qが1以上2未満の場合はR’の少なくとも1つはOYである。Qは炭素数1〜20の2価炭化水素基である。)
3.
(E)成分の硬化剤が、オルガノハイドロジェンポリシロキサンとヒドロシリル化触媒との組み合せからなる付加反応硬化型である上記1又は2に記載のミラブル型シリコーンゴム組成物。
4.
(E)成分の硬化剤が有機過酸化物である上記1又は2に記載のミラブル型シリコーンゴム組成物。
5.
上記1〜4のいずれかに記載のミラブル型シリコーンゴム組成物を硬化してなるシリコーンゴム硬化物。
なお、本発明において、上記(A)〜(D)成分を配合し、硬化剤を配合する前の混合物を(ミラブル型)シリコーンゴムコンパウンドと称し、このコンパウンドに硬化剤を配合したものを(ミラブル型)シリコーンゴム組成物と称する。
本発明のミラブル型シリコーンゴム組成物によれば、高価な化合物の添加や高温長時間の熱処理をすることなく、分子鎖片末端が脂肪族不飽和基で、もう一方の末端がシラノール基であるオルガノポリシロキサン及び所定の置換アミノキシ基を有する窒素原子含有有機ケイ素化合物を添加することで経済的に可塑度を上昇させることができ、またこれを硬化することでシリコーンゴム硬化物を与えることができる。
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
−(A)成分−
本発明において、(A)成分は、ミラブル型シリコーンゴム組成物における主剤(ベースポリマー)であり、下記平均組成式(1)で表される重合度が100以上のオルガノポリシロキサンである。
1 aSiO(4-a)/2 (1)
(式中、R1は同一又は異種の非置換若しくは置換の1価炭化水素基であり、aは1.95〜2.05の正数である。)
上記平均組成式(1)中、R1は同一又は異種の非置換若しくは置換の1価炭化水素基である。1価炭化水素基としては通常、炭素数1〜12、特に炭素数1〜8のものが好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オク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、プロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基等のアルケニル基、シクロヘキセニル基等のシクロアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基、ベンジル基、2−フェニルエチル基等のアラルキル基、あるいはこれらの基の水素原子の一部又は全部をフッ素、塩素等のハロゲン原子若しくはシアノ基などで置換した、例えばクロロメチル基、トリフルオロプロピル基、シアノエチル基等が挙げられる。上記の中では、メチル基、ビニル基、フェニル基、トリフルオロプロピル基が好ましく、特にメチル基、ビニル基が好ましい。
特に、(A)成分としてのオルガノポリシロキサンは、1分子中に2個以上、通常、2〜50個、特に2〜20個程度のアルケニル基、シクロアルケニル基等の脂肪族不飽和基を有するものが好ましく、特にビニル基を有するものであることが好ましい。この場合、全R1中0.01〜20モル%、特に0.02〜10モル%が脂肪族不飽和基であることが好ましい。なお、この脂肪族不飽和基は、分子鎖末端でケイ素原子に結合していても、分子鎖の途中(分子鎖非末端)のケイ素原子に結合していても、その両方であってもよいが、少なくとも分子鎖末端のケイ素原子に結合していることが好ましい。
また、全R1中80モル%以上、好ましくは90モル%以上、より好ましくは95モル%以上、更に好ましくは脂肪族不飽和基を除く全てのR1がアルキル基、特にはメチル基であることが望ましい。
aは1.95〜2.05、好ましくは1.98〜2.02、より好ましくは1.99〜2.01の正数である。
(A)成分であるオルガノポリシロキサンの分子構造は、直鎖状、又は一部分岐構造を有する直鎖状であることが好ましい。具体的には、該オルガノポリシロキサンの主鎖を構成するジオルガノシロキサン単位(R1 2SiO2/2、R1は上記と同じ、以下同様)の繰り返し構造が、ジメチルシロキサン単位のみの繰り返しからなるもの、又はこの主鎖を構成するジメチルシロキサン単位の繰り返しからなるジメチルポリシロキサン構造の一部として、フェニル基、ビニル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等を置換基として有するジフェニルシロキサン単位、メチルフェニルシロキサン単位、メチルビニルシロキサン単位、メチル−3,3,3−トリフルオロプロピルシロキサン単位等のジオルガノシロキサン単位を導入したもの等が好適である。
また、分子鎖両末端は、例えば、トリメチルシロキシ基、ジメチルフェニルシロキシ基、ビニルジメチルシロキシ基、ジビニルメチルシロキシ基、トリビニルシロキシ基等のトリオルガノシロキシ基(R1 3SiO1/2)などで封鎖されていることが好ましい。
このようなオルガノポリシロキサンは、例えば、オルガノハロゲノシランの1種又は2種以上を(共)加水分解縮合することにより、あるいは環状ポリシロキサン(シロキサンの3量体、4量体等)をアルカリ性又は酸性の触媒を用いて開環重合することによって得ることができる。
なお、上記オルガノポリシロキサンの重合度は100以上(通常、100〜100,000)、好ましくは1,000〜100,000、より好ましくは2,000〜50,000、特に好ましくは3,000〜20,000であり、室温(25℃)において自己流動性のない、いわゆる生ゴム状(非液状)であることが好ましい。重合度が小さすぎるとコンパウンドとした際に、ロール粘着等の問題が生じ、ロール作業性が悪化する。なお、この重合度は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)分析によるポリスチレン換算の重量平均重合度として測定することができる(以下、同じ)。
(A)成分は、1種を単独で用いても、分子量(重合度)や分子構造の異なる2種又は3種以上の混合物であってもよい。
−(B)成分−
(B)成分は、下記式(2)で表される重合度が100以上のオルガノポリシロキサンである。(D)成分と反応して分子量の大きい生ゴム状になり、可塑度を上昇させることが可能である。
Figure 2021038352
(式中、R2は脂肪族不飽和基であり、R3は同一又は異種の非置換若しくは置換の1価炭化水素基であり、nは100以上の正数である。)
上記平均組成式(2)中、R2は炭素数1〜8の脂肪族不飽和基であり、具体的にはビニル基、アリル基、プロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基等のアルケニル基、シクロヘキセニル基等のシクロアルケニル基等を有し、特にビニル基であることが好ましい。
上記平均組成式(2)中、R3は同一又は異種の非置換若しくは置換の1価炭化水素基であり、通常、炭素数1〜12、特に炭素数1〜8のものが好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オク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、プロペニル基等のアルケニル基、シクロアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基、ベンジル基、2−フェニルエチル基等のアラルキル基、あるいはこれらの基の水素原子の一部又は全部をフッ素、塩素等のハロゲン原子若しくはシアノ基などで置換した、例えばクロロメチル基、トリフルオロプロピル基、シアノエチル基等が挙げられ、メチル基、ビニル基、フェニル基、トリフルオロプロピル基が好ましく、特にメチル基、ビニル基が好ましい。
nは、(B)オルガノポリシロキサンの重合度を示し、100以上の正数であり、好ましくは2,000〜50,000、更に好ましくは3,000〜20,000である。nが100未満であると、可塑度が上昇しない場合がある。
(B)成分のオルガノポリシロキサンの分子構造は、分子鎖片末端が脂肪族不飽和基で、もう一方の末端がシラノール基である直鎖状である。具体的には、分子鎖両末端のうち、一方がジメチルヒドロキシシロキシ基等のジオルガノヒドロキシシロキシ基(R3 2(HO)SiO1/2)で封鎖され、他方がビニルジメチルシロキシ基、ジビニルメチルシロキシ基、トリビニルシロキシ基で封鎖されている。また、該オルガノポリシロキサンの主鎖を構成するジオルガノシロキサン単位(R3 2SiO2/2、R3は上記と同じ)の繰り返し構造が、ジメチルシロキサン単位のみの繰り返しからなるもの、又はこの主鎖を構成するジメチルシロキサン単位の繰り返しからなるジメチルポリシロキサン構造の一部として、フェニル基、ビニル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等を置換基として有するジフェニルシロキサン単位、メチルフェニルシロキサン単位、メチルビニルシロキサン単位、メチル−3,3,3−トリフルオロプロピルシロキサン単位等のジオルガノシロキサン単位を導入したもの等が好適である。
(B)成分の配合量は、(A)成分のオルガノポリシロキサン100質量部に対して1〜50質量部であり、5〜30質量部であることが好ましい。(B)成分の配合量が少なすぎる場合には可塑度が上昇しない場合があり、多すぎる場合にはシリコーンゴム硬化物の物性が低下する場合がある。
−(C)成分−
(C)成分の補強性シリカは、機械的強度の優れたシリコーンゴム硬化物を得るために添加される充填剤であり、この目的のためには比表面積(BET吸着法)が50m2/g以上であることが必要であり、好ましくは100〜450m2/g、より好ましくは100〜300m2/gである。比表面積が50m2/g未満だと、硬化物の機械的強度が低くなってしまう。
このような補強性シリカとしては、例えば、煙霧質シリカ(ヒュームドシリカ)、沈降シリカ(湿式シリカ)等が挙げられ、またこれらの表面をメチルクロロシラン等のオルガノシラン化合物やヘキサメチルジシラザン等のシラザン化合物などで疎水化処理したものも好適に用いられる。このなかでも煙霧質シリカが動的疲労特性に優れるため好ましい。
(C)成分は1種単独でも2種以上を併用してもよい。
(C)成分の補強性シリカの配合量は、(A)成分のオルガノポリシロキサン100質量部に対して5〜100質量部であり、10〜50質量部であることが好ましい。(C)成分の配合量が少なすぎる場合には補強効果が得られず、多すぎる場合には加工性が悪くなり、また機械的強度が低下してしまい、動的疲労耐久性も悪化してしまう。
なお、本発明においては、必要に応じて、(C)補強性シリカの分散剤(ウェッター)を任意成分として配合することができる。このウェッターとしては、例えば、(B)成分とは区別される、脂肪族不飽和基を含まない、ジフェニルシランジオール等のシラノール基(即ち、ケイ素原子結合水酸基)含有シラン化合物や、分子鎖両末端シラノール基封鎖の直鎖状ジメチルシロキサンオリゴマー(例えば、重合度又は分子中のケイ素原子数が2〜30個、特には3〜20個程度の低重合ポリマー)等のシラノール基含有オルガノシロキサンオリゴマーなどから選ばれる1種又は2種以上が用いられる。本発明のミラブル型シリコーンゴム組成物では、このウェッターの配合に際して、(B)成分及び後述の(D)成分を混合した後にウェッターを添加するか、あるいは(C)補強性シリカとウェッターを予め混合して反応させておくことが好ましい。
ウェッターの配合量としては、ベースポリマー((A)成分)100質量部に対し、0〜25質量部とすることが好ましく、より好ましくは3〜20質量部の範囲の配合量とすることができる。
−(D)成分−
(D)成分は、窒素原子含有有機ケイ素化合物であり、(B)成分に作用し、ヒドロキシアミノ化合物を遊離して反応する。1分子あたりケイ素原子に結合した下記一般式(3)及び(4)で表される置換アミノキシ基から選ばれる1種又は2種以上の基を平均2個以上有するものである。
Figure 2021038352
(式中、R4及びR5は互いに同一又は異種の1価炭化水素基である。R6は2価の有機基である。)
上記一般式(3)中、R4及びR5の1価炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、フェニル基等のアリール基、ベンジル基等のアラルキル基などの、炭素数1〜10のもの、特には脂肪族不飽和結合を有しない炭素数1〜6のものが挙げられる。
また、上記一般式(4)中、R6の2価の有機基としては、窒素原子又は酸素原子を含有してもよく、また芳香族環を構造中に有してもよい、5〜10員環の2価の残基等の、炭素数3〜10、特には炭素数4〜8の2価炭化水素基等が挙げられ、具体的には、次に示す2価の有機基などが例示される。
Figure 2021038352
上記窒素原子含有有機ケイ素化合物としては、下記式(5)〜(8)で表されるもの(例えば、シラン化合物、シロキサン化合物、シルエチレン化合物等のシルアルキレン化合物、シルフェニレン化合物等のシルアリーレン化合物など)が挙げられ、これらから選択される1種又は2種以上が用いられる。
Figure 2021038352
(式中、R7は同一又は異種の置換若しくは非置換1価炭化水素基であり、OYは上記式(3)又は(4)で示される基、bは0、1又は2、cは0又は10以下の正数である。lは1〜20の正数、好ましくは1〜10の正数であり、mは2〜20の正数、好ましくは2〜10の正数であり、且つl+mは3以上の正数である。R’はR7又はOYであり、p、qはそれぞれ独立に0又は100以下の正数、好ましくは2〜50の正数であり、qが0以上1未満の場合は2つのR’はOYであり、qが1以上2未満の場合はR’の少なくとも1つはOYである。Qは炭素数1〜20の2価単価水素基である。)
ここで、R7としては、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン化炭化水素基、シアノ炭化水素基等の炭素数1〜10、特に1〜8のものが挙げられる。また、Qとしては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、テトラメチレン基等のアルキレン基、フェニレン基等のアリーレン基等の、炭素数1〜20、特には炭素数1〜10の2価炭化水素基が挙げられる。
上記(D)成分として具体的には、下記に示すものが挙げられる。
Figure 2021038352
Figure 2021038352
本発明組成物に使用される(D)成分の窒素原子含有有機ケイ素化合物は、(B)成分のオルガノポリシロキサンと架橋反応を起こす架橋剤であるため、上述した式(3)及び式(4)で示されるケイ素原子に結合した置換アミノキシ基から選ばれる基を分子中に平均2個以上、好ましくは2.05〜10個、より好ましくは2.1〜5個、更に好ましくは2.2〜4個程度有することが必要である。アミノキシ基がこれより少なくなると(即ち、分子中に該置換アミノキシ基を2個未満の平均値で含有する窒素原子含有有機ケイ素化合物を使用した場合には)架橋反応(高分子化)が不十分となる。なお、この場合の平均値とは、(D)成分1分子中に含有される該置換アミノキシ基の数平均値を意味する。
この(D)成分は、(B)成分のオルガノポリシロキサン100質量部に対して0.01〜10質量部、特に0.01〜5質量部とすることが好ましい。
−(E)成分−
硬化剤としては、(A)成分を硬化させ得るものであれば特に限定されないが、下記の(E−1)付加反応硬化剤と(E−2)有機過酸化物硬化剤とが挙げられる。
(E−1)付加反応硬化剤
(E−1)付加反応硬化剤としては、オルガノハイドロジェンポリシロキサンとヒドロシリル化触媒とを組み合せて用いる。
オルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、1分子中に2個以上、好ましくは3個以上、より好ましくは3〜200個、更に好ましくは4〜100個程度のケイ素原子に結合した水素原子(即ち、SiH基)を含有すれば、直鎖状、環状、分枝状、三次元網状構造のいずれであってもよく、付加反応硬化型シリコーンゴム組成物の架橋剤として公知のオルガノハイドロジェンポリシロキサンを用いることができ、例えば、下記平均組成式(9)で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンを用いることができる。
8 rsSiO(4-r-s)/2 (9)
上記平均組成式(9)中、R8は非置換又は置換の1価炭化水素基を示し、同一であっても異なっていてもよく、脂肪族不飽和結合を除いたものであることが好ましい。通常、炭素数1〜12、特に1〜8のものが好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、フェニル基、トリル基等のアリール基、ベンジル基、2−フェニルエチル基、2−フェニルプロピル基等のアラルキル基、及びこれらの基の水素原子の一部又は全部をハロゲン原子等で置換した基、例えば、3,3,3−トリフロロプロピル基等が挙げられる。
なお、r,sは0<r<3、好ましくは0.5≦r≦2.2、より好ましくは1.0≦r≦2.0、0<s≦3、好ましくは0.002≦s≦1.1、より好ましくは0.005≦s≦1、0<r+s≦3、好ましくは1≦r+s≦3、より好ましくは1.002≦r+s≦2.7を満たす正数である。
オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、SiH基を1分子中に2個以上、好ましくは3個以上有するが、これは分子鎖末端にあっても、分子鎖の途中にあっても、その両方にあってもよい。また、このオルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、25℃における粘度が0.5〜10,000mPa・s、特に1〜300mPa・sであることが好ましい。なお、粘度は25℃における回転粘度計により測定した値である(以下、同じ)。
このようなオルガノハイドロジェンポリシロキサンとして、具体的には、例えば、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン、トリス(ハイドロジェンジメチルシロキシ)メチルシラン、トリス(ハイドロジェンジメチルシロキシ)フェニルシラン、メチルハイドロジェンシクロポリシロキサン、メチルハイドロジェンシロキサン・ジメチルシロキサン環状共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・メチルフェニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジメチルシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、(CH32HSiO1/2単位と(CH33SiO1/2単位とSiO4/2単位とからなる共重合体、(CH32HSiO1/2単位とSiO4/2単位とからなる共重合体、(CH32HSiO1/2単位とSiO4/2単位と(C653SiO1/2単位とからなる共重合体などや、上記例示化合物において、メチル基の一部又は全部を他のアルキル基や、フェニル基等に置換したものなどが挙げられる。
上記オルガノハイドロジェンポリシロキサンの配合量は、(A)成分100質量部に対し0.1〜40質量部が好ましい。また(A)成分の脂肪族不飽和結合(アルケニル基及びジエン基等)1個に対し、ケイ素原子に結合した水素原子(≡SiH基)の割合が0.5〜10個の範囲が適当であり、好ましくは0.7〜5個となるような範囲が適当である。0.5個未満であると架橋が十分でなく、十分な機械的強度が得られない場合があり、また10個を超えると硬化後の物理特性が低下し、特に耐熱性が悪くなったり、圧縮永久歪が大きくなったりする場合がある。
ヒドロシリル化触媒は、(A)成分のアルケニル基とオルガノハイドロジェンポリシロキサンのケイ素原子結合水素原子(SiH基)とをヒドロシリル化付加反応させる触媒である。ヒドロシリル化触媒としては、白金族金属系触媒が挙げられ、白金族金属の単体とその化合物があり、これには従来、付加反応硬化型シリコーンゴム組成物の触媒として公知のものが使用できる。例えば、シリカ、アルミナ又はシリカゲルのような担体に吸着させた粒子状白金金属、塩化第二白金、塩化白金酸、塩化白金酸6水塩のアルコール溶液等の白金触媒、パラジウム触媒、ロジウム触媒等が挙げられるが、白金又は白金化合物(白金触媒)が好ましい。
触媒の添加量は、付加反応を促進できればよく、通常、(A)成分のオルガノポリシロキサンに対して白金族金属量に換算して1質量ppm〜1質量%の範囲で使用されるが、10〜500質量ppmの範囲が好ましい。添加量が1質量ppm未満であると、付加反応が十分促進されず、硬化が不十分である場合があり、一方、1質量%を超えると、これより多く加えても、反応性に対する影響も少なく、不経済となる場合がある。
また、上記の触媒のほかに硬化速度を調整する目的で、本発明の目的を損なわない範囲量にて付加反応制御剤を使用してもよい。その具体例としては、エチニルシクロヘキサノール等のアセチレンアルコール系制御剤、テトラシクロメチルビニルポリシロキサン等が挙げられる。付加反応制御剤は、1種単独で用いても2種以上を併用してもよい。
(E−2)有機過酸化物硬化剤
(E−2)有機過酸化物硬化剤としては、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、p−メチルベンゾイルパーオキサイド、o−メチルベンゾイルパーオキサイド、2,4−ジクミルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、ジ−t−ブチルパーオキサイド、t−ブチルパーベンゾエート、1,6−ヘキサンジオール−ビス−t−ブチルパーオキシカーボネート等が挙げられる。
有機過酸化物の添加量は、(A)成分100質量部に対して0.1〜10質量部、特に0.2〜5質量部が好ましい。配合量が少なすぎると硬化が不十分となる場合があり、多すぎると有機過酸化物の分解残渣によりシリコーンゴム硬化物が黄変する場合がある。なお、(A)成分に、(E−1)成分と(E−2)成分とを、それぞれ上記配合量の範囲内で組み合せて配合した、付加反応硬化と有機過酸化物硬化とを併用した共加硫型のシリコーンゴム組成物とすることもできる。
[その他の成分]
本発明のシリコーンゴム組成物には、本発明の目的を損なわない範囲において上記成分に加え、必要に応じて、粉砕石英、結晶性シリカ、珪藻土、炭酸カルシウム等の充填材、着色剤、引き裂き強度向上剤、受酸剤、アルミナや窒化硼素等の熱伝導率向上剤、離型剤、充填材用分散剤として各種アルコキシシラン、特にフェニル基含有アルコキシシラン及びその加水分解物、ジフェニルシランジオール、カーボンファンクショナルシラン、(B)成分とは区別されるシラノール基含有低分子シロキサンなどの熱硬化型のシリコーンゴム組成物における公知の充填材や添加剤を添加することは任意である。なお、これらのうち、アルコキシシラン及びその加水分解物やシラノール基含有低分子シロキサンなどのように(D)成分と反応する成分を添加する場合、その成分を(D)成分よりも先に添加して(D)成分以外の成分と反応させた後に(D)成分を添加するか、(B)成分及び(D)成分を混合した後にその成分を添加するようにしてもよい。あるいは、(D)成分の添加量を増やしてもよい。
(A)〜(E)成分の配合の順序に特に制限はないが、(i)(A)〜(D)成分を混合したコンパウンドに(E)成分を配合する方法や、(ii)(A),(B),(C)成分を混合したコンパウンドに(D)成分を添加し、次いで(E)成分を配合する方法が挙げられる。(ii)の方法がより可塑度が上昇しやすく、好ましい。
本発明のミラブル型シリコーンゴム組成物によれば、重合度が100以上(特には1,000以上)のオルガノポリシロキサン生ゴム(ベースポリマー)と補強性シリカを含むシリコーンゴムベースコンパウンドにおいて、(B)分子鎖片末端が脂肪族不飽和基で、もう一方の末端がシラノール基であるオルガノポリシロキサン及び(D)アミノキシ基を1分子あたり平均2個以上有する窒素原子含有有機ケイ素化合物を組み合わせて添加することで、これらを添加しないシリコーンゴムコンパウンドよりも可塑度を向上させること(例えば、これらを添加しないシリコーンゴムコンパウンドよりも可塑度を好ましくは+5%以上、より好ましくは+10%以上向上させること)が可能となる。
このシリコーンゴム組成物の成形、硬化方法としては、常法を採用し得るが、成形法として、射出成形、トランスファー成形、注入成形、圧縮成形等から目的にあった最適な手段を選択することが可能である。硬化条件としては、40〜230℃で3秒〜160分間程度の加熱処理(一次加硫)条件を採用し得る。また更に、必要に応じて任意に、40〜230℃で10分〜24時間程度の二次加硫(ポストキュア)を行ってもよい。
[シリコーンゴム硬化物]
本発明に係るシリコーンゴム硬化物は、上述した本発明のミラブル型シリコーンゴム組成物を硬化してなるものである。このとき、本発明のシリコーンゴム硬化物をJIS K 6249:2003に記載の方法で測定したデュロメーターA硬度計による硬度(タイプAデュロメータ硬さ)は、例えば50以下であり、好ましくは30以上50以下である。
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、可塑度として、JIS K 6249:2003に準じてウイリアムス可塑度を測定した。また、硬さは、JIS K 6249:2003に記載の方法で測定したデュロメーターA硬度計による硬度(タイプAデュロメータ硬さ)である。
[実施例1]
ジメチルシロキサン単位99.975モル%、ジメチルビニルシロキシ単位0.025モル%からなる平均重合度が約8,000である直鎖状ジメチルポリシロキサン生ゴム80質量部、ジメチルシロキサン単位90.000モル%、メチルビニルシロキサン単位9.975モル%、ジメチルビニルシロキシ単位0.025モル%からなる平均重合度が約8,000である直鎖状ジメチルポリシロキサン生ゴム10質量部、ジメチルシロキサン単位99.975モル%、ジメチルヒドロキシシロキシ単位0.0125モル%、ジメチルビニルシロキシ単位0.0125モル%からなる平均重合度が約8,000である直鎖状ジメチルポリシロキサン生ゴム13質量部、下記式(D1)で表される窒素原子含有有機ケイ素化合物D1を0.1質量部、BET法比表面積が200m2/gのヒュームドシリカ(アエロジル200、日本アエロジル(株)製)25質量部、両末端シラノール基を有し、平均重合度4、25℃における粘度が15mPa・sであるジメチルポリシロキサン4質量部を添加し、170℃で2時間、ニーダーにより混合下で加熱した後、ベースコンパウンド(1)を調製した。このコンパウンドを用いて可塑度を評価した。結果を表1に示す。
上記コンパウンド(1)100質量部に対して、硬化剤として側鎖にSiH基を平均20個有するメチルハイドロジェンポリシロキサン(重合度38、SiH基が0.0074mol/gの両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体)2質量部、反応制御剤としてエチニルシクロヘキサノール0.05質量部、白金触媒(Pt濃度1質量%)0.1質量部を二本ロールにて添加し、均一に混合して生ゴム状のシリコーンゴム組成物を製造した後、該組成物を120℃、70kgf/cm2の条件で10分間プレスキュアし、2mm厚のシートを作製した。次いで作製したシートを200℃のオーブンで4時間ポストキュアし、硬さを測定した。結果を表1に示す。
Figure 2021038352
[実施例2]
実施例1において、窒素原子含有有機ケイ素化合物D1の配合量を0.2質量部にした以外は、実施例1と同様な方法によりベースコンパウンド(2)を調製した。このコンパウンドを用いて可塑度を評価した。結果を表1に示す。
上記コンパウンド(2)100質量部に対して、硬化剤として側鎖にSiH基を平均20個有するメチルハイドロジェンポリシロキサン(重合度38、SiH基が0.0074mol/gの両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体)2質量部、反応制御剤としてエチニルシクロヘキサノール0.05質量部、白金触媒(Pt濃度1質量%)0.1質量部を二本ロールにて添加し、均一に混合して生ゴム状のシリコーンゴム組成物を製造した後、該組成物を120℃、70kgf/cm2の条件で10分間プレスキュアし、2mm厚のシートを作製した。次いで作製したシートを200℃のオーブンで4時間ポストキュアし、硬さを測定した。結果を表1に示す。
[実施例3]
ジメチルシロキサン単位99.975モル%、ジメチルビニルシロキシ単位0.025モル%からなる平均重合度が約8,000である直鎖状ジメチルポリシロキサン生ゴム80質量部、ジメチルシロキサン単位90.000モル%、メチルビニルシロキサン単位9.975モル%、ジメチルビニルシロキシ単位0.025モル%からなる平均重合度が約8,000である直鎖状ジメチルポリシロキサン生ゴム10質量部、ジメチルシロキサン単位99.975モル%、ジメチルヒドロキシシロキシ単位0.0125モル%、ジメチルビニルシロキシ単位0.0125モル%からなる平均重合度が約8,000である直鎖状ジメチルポリシロキサン生ゴム13質量部、BET法比表面積が200m2/gのヒュームドシリカ(アエロジル200、日本アエロジル(株)製)25質量部、両末端シラノール基を有し、平均重合度4、25℃における粘度が15mPa・sであるジメチルポリシロキサン4質量部を添加し、170℃で2時間、ニーダーにより混合下で加熱した後、ベースコンパウンド(3)を調製した。
次いで、上記コンパウンド(3)100質量部に対して、窒素原子含有有機ケイ素化合物D1を0.01質量部添加して、ベースコンパウンド(4)を調製した。このコンパウンドを用いて可塑度を評価した。結果を表1に示す。
次に、上記ベースコンパウンド(4)100質量部に対して、硬化剤として側鎖にSiH基を平均20個有するメチルハイドロジェンポリシロキサン(重合度38、SiH基が0.0074mol/gの両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体)2質量部、反応制御剤としてエチニルシクロヘキサノール0.05質量部、白金触媒(Pt濃度1質量%)0.1質量部を二本ロールにて添加し、均一に混合して生ゴム状のシリコーンゴム組成物を製造した後、該組成物を120℃、70kgf/cm2の条件で10分間プレスキュアし、2mm厚のシートを作製した。次いで作製したシートを200℃のオーブンで4時間ポストキュアし、硬さを測定した。結果を表1に示す。
[比較例1]
実施例1において、窒素原子含有有機ケイ素化合物D1を添加せず、それ以外は、実施例1と同様な方法によりベースコンパウンド(5)を調製し、実施例1と同様にベースコンパウンド(5)の可塑度及びシリコーンゴム硬化物の硬さを測定した。これらの結果を表1に示す。
[比較例2]
ジメチルシロキサン単位99.975モル%、ジメチルビニルシロキシ単位0.025モル%からなる平均重合度が約8,000である直鎖状ジメチルポリシロキサン生ゴム93質量部、ジメチルシロキサン単位90.000モル%、メチルビニルシロキサン単位9.975モル%、ジメチルビニルシロキシ単位0.025モル%からなる平均重合度が約8,000である直鎖状ジメチルポリシロキサン生ゴム10質量部、上記式(D1)で表される窒素原子含有有機ケイ素化合物D1を0.2質量部、BET法比表面積が200m2/gのヒュームドシリカ(アエロジル200、日本アエロジル(株)製)25質量部、両末端シラノール基を有し、平均重合度4、25℃における粘度が15mPa・sであるジメチルポリシロキサン4質量部を添加し、170℃で2時間、ニーダーにより混合下で加熱した後、ベースコンパウンド(6)を調製した。このコンパウンドを用いて可塑度を評価した。結果を表1に示す。
上記コンパウンド(6)100質量部に対して、硬化剤として側鎖にSiH基を平均20個有するメチルハイドロジェンポリシロキサン(重合度38、SiH基が0.0074mol/gの両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体)2質量部、反応制御剤としてエチニルシクロヘキサノール0.05質量部、白金触媒(Pt濃度1質量%)0.1質量部を二本ロールにて添加し、均一に混合して生ゴム状のシリコーンゴム組成物を製造した後、該組成物を120℃、70kgf/cm2の条件で10分間プレスキュアし、2mm厚のシートを作製した。次いで作製したシートを200℃のオーブンで4時間ポストキュアし、硬さを測定した。結果を表1に示す。
[実施例4]
ジメチルシロキサン単位99.850モル%、メチルビニルシロキサン単位0.125モル%、ジメチルビニルシロキシ単位0.025モル%からなる平均重合度が約8,000である直鎖状ジメチルポリシロキサン生ゴム80質量部、ジメチルシロキサン単位99.975モル%、ジメチルヒドロキシシロキシ単位0.0125モル%、ジメチルビニルシロキシ単位0.0125モル%からなる平均重合度が約8,000である直鎖状ジメチルポリシロキサン生ゴム20質量部、下記式(D2)で表される窒素原子含有有機ケイ素化合物D2を0.08質量部、BET法比表面積が200m2/gのヒュームドシリカ(アエロジルR974、日本アエロジル(株)製)30質量部を添加し、170℃で2時間、ニーダーにより混合下で加熱した後、ベースコンパウンド(7)を調製した。このコンパウンドを用いて可塑度を評価した。結果を表2に示す。
上記コンパウンド(7)100質量部に対して、硬化剤として2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン0.4質量部を二本ロールにて添加し、均一に混合して生ゴム状のシリコーンゴム組成物を製造した後、該組成物を165℃、70kgf/cm2の条件で10分間プレスキュアし、2mm厚のシートを作製した。次いで作製したシートを200℃のオーブンで4時間ポストキュアし、硬さを測定した。結果を表2に示す。
Figure 2021038352
[実施例5]
実施例4において、窒素原子含有有機ケイ素化合物D2を0.16質量部にした以外は、実施例4と同様な方法によりベースコンパウンド(8)を調製した。このコンパウンドを用いて可塑度を評価した。結果を表2に示す。
上記コンパウンド(8)100質量部に対して、硬化剤として2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン0.4質量部を二本ロールにて添加し、均一に混合して生ゴム状のシリコーンゴム組成物を製造した後、該組成物を165℃、70kgf/cm2の条件で10分間プレスキュアし、2mm厚のシートを作製した。次いで作製したシートを200℃のオーブンで4時間ポストキュアし、硬さを測定した。結果を表2に示す。
[実施例6]
ジメチルシロキサン単位99.850モル%、メチルビニルシロキサン単位0.125モル%、ジメチルビニルシロキシ単位0.025モル%からなる平均重合度が約8,000である直鎖状ジメチルポリシロキサン生ゴム80質量部、ジメチルシロキサン単位99.975モル%、ジメチルヒドロキシシロキシ単位0.0125モル%、ジメチルビニルシロキシ単位0.0125モル%からなる平均重合度が約8,000である直鎖状ジメチルポリシロキサン生ゴム20質量部、BET法比表面積が200m2/gのヒュームドシリカ(アエロジルR974、日本アエロジル(株)製)30質量部を添加し、170℃で2時間、ニーダーにより混合下で加熱した後、ベースコンパウンド(9)を調製した。
次いで、上記コンパウンド(9)100質量部に対して、窒素原子含有有機ケイ素化合物D2を0.01質量部添加して、ベースコンパウンド(10)を調製した。このコンパウンドを用いて可塑度を評価した。結果を表2に示す。
次に、上記コンパウンド(10)100質量部に対して、硬化剤として2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン0.4質量部を二本ロールにて添加し、均一に混合して生ゴム状のシリコーンゴム組成物を製造した後、該組成物を165℃、70kgf/cm2の条件で10分間プレスキュアし、2mm厚のシートを作製した。次いで作製したシートを200℃のオーブンで4時間ポストキュアし、硬さを測定した。結果を表2に示す。
[比較例3]
実施例4において、窒素原子含有有機ケイ素化合物D2を添加せず、それ以外は、実施例4と同様な方法によりベースコンパウンド(11)を調製し、実施例4と同様にベースコンパウンド(11)の可塑度及びシリコーンゴム硬化物の硬さを測定した。これらの結果を表2に示す。
Figure 2021038352
Figure 2021038352

Claims (5)

  1. (A)下記平均組成式(1)
    1 aSiO(4-a)/2 (1)
    (式中、R1は同一又は異種の非置換若しくは置換の1価炭化水素基であり、aは1.95〜2.05の正数である。)
    で表される重合度が100以上のオルガノポリシロキサン 100質量部、
    (B)下記式(2)
    Figure 2021038352
    (式中、R2は脂肪族不飽和基であり、R3は同一又は異種の非置換若しくは置換の1価炭化水素基であり、nは100以上の正数である。)
    で表されるオルガノポリシロキサン 1〜50質量部、
    (C)BET吸着法による比表面積が50m2/g以上の補強性シリカ
    5〜100質量部、
    (D)ケイ素原子に結合した下記式(3)及び(4)で表される置換アミノキシ基から選ばれる1種又は2種以上の基を1分子あたり平均2個以上有する窒素原子含有有機ケイ素化合物 0.001〜15質量部、
    Figure 2021038352
    (式中、R4及びR5は互いに同一又は異種の1価炭化水素基である。R6は2価の有機基である。)
    (E)硬化剤 有効量
    を含有することを特徴とするミラブル型シリコーンゴム組成物。
  2. (D)成分が、下記式(5)〜(8)で表される有機ケイ素化合物から選ばれる1種又は2種以上である請求項1記載のミラブル型シリコーンゴム組成物。
    Figure 2021038352
    (式中、R7は同一又は異種の置換若しくは非置換1価炭化水素基であり、OYは上記式(3)又は(4)で示される基、bは0、1又は2、cは0又は10以下の正数である。lは1〜20の正数、mは2〜20の正数であり、且つl+mは3以上の正数である。R’はR7又はOYであり、p、qはそれぞれ独立に0又は100以下の正数であり、qが0以上1未満の場合は2つのR’はOYであり、qが1以上2未満の場合はR’の少なくとも1つはOYである。Qは炭素数1〜20の2価炭化水素基である。)
  3. (E)成分の硬化剤が、オルガノハイドロジェンポリシロキサンとヒドロシリル化触媒との組み合せからなる付加反応硬化型である請求項1又は2に記載のミラブル型シリコーンゴム組成物。
  4. (E)成分の硬化剤が有機過酸化物である請求項1又は2に記載のミラブル型シリコーンゴム組成物。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のミラブル型シリコーンゴム組成物を硬化してなるシリコーンゴム硬化物。
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