JP3189559B2 - 液状シリコーン組成物の製造方法 - Google Patents

液状シリコーン組成物の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、初期粘度の低下及び保
存中の経時による粘度上昇の抑制を可能にし、しかも硬
化後の離型性をさらに向上させることができる液状シリ
コーン組成物の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
比表面積50m2/g以上のシリカ充填剤を用いたシリ
コーンゴム組成物の製造方法は数多く提案されている。
例えば、種々のシラザン化合物によりシリカ充填剤の処
理(例えば、特公昭58−8703号、USP4,15
2,315、USP4,427,801(特公昭63−
46786号)等)を行うことによって活性表面を有す
るシリカの使用が可能となっている。
【0003】一方、反応基を含有しないジオルガノポリ
シロキサンを組成物中に添加する手法として、例えばシ
リコーン弾性体組成物にシリコーンオイルを添加し、シ
リコーンゴム硬化物の離型性を向上させる方法(特開昭
56−106262号(英国特許GB2067471
A))等が開示されている。
【0004】更に、特公昭61−4855号には、加熱
定着ロール用組成物としてアエロジルと末端ビニル基含
有シリコーンオイルとをヘキサメチルジシラザンの存在
下に加熱処理し、その後無官能ジメチルポリシロキサン
を添加することによって、上記組成物を用いて成形した
ロールの離型性が良好であることが示されている。
【0005】しかしながら、これらの技術をもってして
もシリコーンゴム組成物の離型性はまだ不十分であり、
かつ長時間の放置(加熱条件下での促進)によって粘度
が上昇するなどの問題があった。
【0006】また、シリコーンゴム型を反転母型として
複製品を製造することは既に公知の技術であり、自動車
部品、家電用部品の一部として或いは美術品、日用雑貨
品等として実際の使用に供されている。一方、精密部品
としての精度を求められ、経済性からその離型耐久性が
重視されている。また、美術品においては更に複雑な形
状を複製するため、低粘性、高引裂き性等作業性の向上
が求められている。
【0007】この離型耐久性を向上させるための試み
は、種々なされているが、基本的には、疎水化された補
強性シリカ充填剤を使用している。また、製造工程にお
いて、主として各種シラザン、例えば(CH33SiN
HSi(CH33、(CH33SiNHSi(CH32
NHSi(CH33、(CF3CH2CH2 (CH32
SiNHSi(CF3CH2CH2 (CH32を使用
し、又は引裂き強度向上のため(CH32(CH2=C
SiNHSi(CH32(CH2=CH 、(C
33SiNHSi(CH3 (CH2=CH [OSi
(CH32nNHSi(CH33、CH =CH Si
[NHSi(CH333等を上記シラザンと併用し、
補強性親水性シリカを処理し、更には疎水性シリカを同
様に再処理することなどが行われている。このような製
造方法により、従来の製品に対して離型耐久性の向上が
認められている。
【0008】しかしながら、現在の注型樹脂材料の主流
である高物性を有するエポキシ、ウレタン等の樹脂に対
し、シリコーンゴム母型材料の耐久離型性は未だ満足す
るものではない。また、ポリエステル樹脂を主材料とす
る複製物については離型性は良好であるが、粘性など作
業性に問題があった。
【0009】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
初期粘度の低下及び長時間の放置による粘度上昇を抑制
して作業性を向上させ、しかも耐久離型性にも優れる液
状シリコーン組成物の製造方法を提供することを目的と
する。
【0010】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、上記
目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、一般式 R1 aSiO(4-a)/2 (式中、R1は炭素数1〜12の置換又は非置換の一価
炭化水素基であり、aは1.9〜2.4の数である。)
で示される、25℃における粘度が1000〜1000
00cpであり、かつ1分子中に少なくとも2個の脂肪
族不飽和基を含有するジオルガノポリシロキサンを10
0重量部中10〜100%(重量%、以下同じ)、主成
分がSiO2である比表面積が50m2/g以上の充填剤
を15〜100重量部中100%、25℃における粘度
が10〜1000cpであり、かつ実質的に末端シラノ
ール基を含有しないジオルガノポリシロキサンを2〜1
50重量部中10〜100%、ヘキサメチルジシラザン
を1〜30重量部中100%、及び水を0〜10重量部
中100%を混合した混合物を予め100〜250℃の
温度で加熱処理するという製造方法を採用することが有
効であることを見い出した。
【0011】即ち、上述した一般式で示される、25℃
における粘度が1000〜100000cpで1分子中
に少なくとも2個の脂肪族不飽和基を含有するジオルガ
ノポリシロキサンと比表面積が50m2/g以上の充填
剤とを加熱処理してシリコーン組成物を得る際に実質的
に末端シラノール基を含有しないジオルガノポリシロキ
サンを存在させることにより、得られたシリコーン組成
物の可塑化戻りを低減し、粘度を下げると共に、シリコ
ーン組成物の硬化物表面の離型性を著しく向上させるこ
とができることを知見し、本発明をなすに至ったもので
ある。
【0012】従って、本発明は、(A)上記一般式で示
される、25℃における粘度が1000〜100000
cpであり、かつ1分子中に少なくとも2個の脂肪族不
飽和基を含有するジオルガノポリシロキサンを100重
量部、(B)主成分がSiO2である比表面積が50m2
/g以上の充填剤を15〜100重量部、(C)25℃
における粘度が10〜1000cpであり、かつ実質的
に末端シラノール基を含有しないジオルガノポリシロキ
サンを2〜150重量部、(D)ヘキサメチルジシラザ
ンを1〜30重量部、及び(E)水を0〜10重量部を
含有する液状シリコーン組成物の製造方法において、上
記(A)成分の10〜100%、(B)成分の100
%、(C)成分の10〜100%、(D)成分の100
%、及び(E)成分の100%を混合した混合物を予め
100〜250℃の温度で加熱処理した後、残りの成分
を混合することを特徴とする液状シリコーン組成物の製
造方法を提供する。
【0013】以下、本発明につき更に詳述すると、本発
明の液状シリコーン組成物の製造方法にかかる(A)成
分は、一般式R1 aSiO(4-a)/2で示される。ここで、
1は置換又は非置換の炭素数1〜12、特に1〜8の
一価炭化水素基であり、具体的にはそれぞれメチル、エ
チル、プロピル等の飽和炭化水素基、ビニル、プロペニ
ル、ブテニル等の脂肪族不飽和炭化水素基、フェニル、
キシリル等のアリール基、3,3,3−トリフルオロプ
ロピル等のハロゲン置換炭化水素基から選ばれ、R1
それぞれ異なっていても同一であってもよいが、1分子
中に脂肪族不飽和炭化水素基を平均して2個以上、好ま
しくは2個含んでいる必要がある。aは、1.9〜2.
4の範囲であり、このジオルガノポリシロキサンは直鎖
状であっても、R1SiO3/2単位或いはSiO4/2単位
を含んだ分岐状であってもよい。珪素原子の置換基は、
基本的には上述した基のいずれであってもよいが、脂肪
族不飽和炭化水素基としてはビニル基、その他の置換基
としてはメチル基が望ましい。
【0014】なお、上記ジオルガノポリシロキサンの製
造方法は、オルガノシクロポリシロキサンとR3SiO
1/2或いは水とアルカリ又は酸触媒の存在下に平衡化反
応を行うことによって得ることができる。この(A)成
分として具体的には、下記構造式のものなどが例示でき
る。
【0015】
【化1】 (但し、式中RはR1と同様の置換基を示すが、脂肪族
不飽和炭化水素基を除く。nは10〜500、mは2〜
100である。)
【0016】次に、(B)成分は、主成分がSiO2
ある比表面積が50m2/g以上のシリカ系充填剤で、
シリコーン組成物が硬化されてエラストマー状になった
際の強度を付与する材料として配合される。また、本発
明の製造方法により得られる組成物は、一般的に型取り
材料と呼ばれるものに用いることができ、逆テーパーを
含む母型をも複製することを可能にするための材料を提
供し得るものであり、この点から強度、特に引裂強さを
要求される。このため、シリコーンゴムに対し補強性を
付与するため、比表面積を50m2/g以上とする必要
があり、該充填剤としては、Aerosil 30,2
00,300、アルミノシリケート(日本アエロジル
社、Degussa社製)、Cabosil MS−
5,MS−7(Cabot社製)、Rheorosil
QS−102,103(徳山曹達社製)、Nipsi
l LP(日本シリカ社製)等の親水性シリカ、或いは
Aerosil R−812,R−812S,R−97
2,R−974(Degussa社製)、Rheoro
sil MT−10(徳山曹達社製)、Nipsil
SSシリーズ(日本シリカ社製)等の疎水性シリカが挙
げられ、これらの一種又はそれ以上を混合して用いるこ
とができる。この(B)成分の添加量は(A)成分10
0部(重量部、以下同じ)当たり15〜100部であ
り、好ましくは15〜50部である。添加量が15部未
満であると十分な強度が得られず、一方100部を超え
ると粘性の大きな上昇をもたらし、注型材料として使用
することができなくなる。
【0017】(C)成分は、25℃における粘度が10
〜1000cpで実質的に末端シラノール基を有さない
ジオルガノポリシロキサンで、一般式R2 bSiO
(4-b)/2で示されるものである。ここで、R2は脂肪族不
飽和炭化水素基を除く炭素数1〜8、特に1〜6の置換
又は非置換一価炭化水素基であり、具体的にはメチル、
エチル、プロピル等の飽和炭化水素基、フェニル、キシ
リル等のアリール基、3,3,3−トリフルオロプロピ
ル等のハロゲン置換炭化水素基から選ばれ、これらはそ
れぞれが異なっていても同一であってもよい。bは、
1.9〜2.4であり、このジオルガノポリシロキサン
は直鎖状であっても、R2SiO3/2単位或いはSiO
4/2単位を含んだ分岐鎖状であってもよい。具体的に
は、末端がトリメチルシリル基で封鎖されたジメチルポ
リシロキサン、ジメチル基が部分的にフェニル又はトリ
フルオロプロピル基で置換されたフェニルメチルシロキ
サン、トリフルオロプロピルメチルシロキサン等を挙げ
ることができる。
【0018】このような末端シラノール基を実質的に持
たないジオルガノポリシロキサンのシリコーン組成物へ
の単なる添加は、特開昭56−106262号(英国特
許2067471A)及び特公昭61−4855号に開
示されているが、これらはいずれも反応性基を有するジ
オルガノポリシロキサンと微粉末シリカ充填剤とを加熱
処理しないか、或いは加熱処理後に無官能オイルの添加
を行っており、本発明のように末端シラノール基を実質
的に持たないジオルガノポリシロキサンを含んだ組成物
の加熱処理を行っていない。この場合、この末端シラノ
ール基を実質的に持たないジオルガノポリシロキサンと
共に反応性基を有するジオルガノポリシロキサンと微粉
末シリカ充填剤とを加熱処理することが重要であり、こ
れによって、本発明のシリコーン組成物に優れた保存
性、作業性及び硬化した後の離型耐久性を付与すること
ができるものである。
【0019】ここで、上記の実質的に末端シラノール基
を含有しないということは、この(C)成分の製法上末
端シラノール基が皆無である可能性は少なく、実際には
200ppm程度以下の量を含むが、実質的にはこの程
度の含有量は本発明の目的を妨げないものである。ま
た、この(C)成分には、末端シラノール基が存在しな
いことが重要であり、側鎖として存在するシラノール基
はその存在を限定されない。例えば、その分子中にRS
i(OH)O2/2、Si(OH)O3/2単位として導入さ
れたシラノール基は逆に粘度を低下させるのに有効であ
る。
【0020】この(C)成分の粘度は、25℃で10〜
1000cpであり、好ましくは30〜800cpであ
る。この粘度が10cp未満であると配合時にままこを
生じて均一な組成物を得るために高シェアーを加える必
要があり、実用的ではなく、1000cpを超えると組
成物全体の粘性が上昇し、流動性に欠ける場合がある。
また、この(C)成分の添加量は、(A)成分100部
当たり2〜150部であり、2部未満では上記特性が得
られず、150部を超えると硬化した後のシリコーン成
形物が脆くなり、実際の使用に耐えられなくなる場合が
ある。
【0021】次に、(D)成分で示されるヘキサメチル
ジシラザンは、(CH33SiNHSi(CH33で表
される化合物であり、これは上記(B)成分の充填剤の
表面処理を行っていると推測されると共に、同時に組成
物を流動化する役割を担っていると考えられる。また、
引裂き強度或いは弾性率を上げる場合には以下に示すよ
うなシラザン化合物を使用することが望ましい。(CH
33SiNHSi(CH32NHSi(CH33、(C
3CH2CH2 (CH32SiNHSi(CF3CH2
CH2 (CH32、(CH32(CH2=CH SiN
HSi(CH32(CH2=CH 、(CH33SiN
HSi(CH33(CH2=CH NHSi(C
33、(CH33SiNHSi(CH3 (CH2=C
[OSi(CH32nNH−Si(CH33(n
=1〜100)、CH =CH Si[NHSi(C
333
【0022】この(D)成分の添加量は(A)成分10
0部当たり1〜30部であり、好ましくは1〜10部で
ある。添加量が1部より小さいと(B)成分で示される
充填剤の表面処理が十分行えず、30部より多いと充填
剤の処理に要する量として過剰となり経済上問題を生じ
る。
【0023】(E)成分の水は、上記(D)成分のシラ
ザン化合物の分解を速め、処理速度を増大させる役割を
担っている。この添加量は、任意であるが、製造工程上
速やかな処理を行うことが必要な場合には、(A)成分
100部当たり10部以下で使用されることが好まし
い。10部を超えた場合には特性の改良はそれ以上望め
ず、シリコーン組成物の加熱処理後に水を除去する工程
が長くなり生産上好ましいものではない。
【0024】本発明のシリコーン組成物の製造方法は、
上述した(A)乃至(E)成分のうち、(A)成分の1
0〜100%、特に50〜100%、(B)成分の10
0%、(C)成分の10〜100%、特に50〜100
%、(D)成分の100%、及び(E)成分の100%
を混合した混合物を予め100〜250℃の温度におい
て加熱処理を行うものである。なお、本発明の製造方法
は、従来の製造方法とは(C)成分で示される末端シラ
ノール基を実質的に持たない成分をこの加熱処理時に添
加している点で異なっている。
【0025】ここで、上記混合物の加熱温度は100〜
250℃であるが、より好ましくは120〜200℃で
ある。また、加熱混合時間は通常30分〜8時間、特に
1〜4時間である。なお、ここで使用される混合装置
は、従来この種の組成物の製造に使用されているニーダ
ー、ゲートミキサー、二軸スクリュー混合機のような装
置が使用できる。
【0026】このように加熱混合した後は、(A)〜
(E)の残りの成分を混合してシリコーン組成物を得る
ものである。この場合、混合は常法により行うことがで
きる。
【0027】本発明の製造方法により製造された液状シ
リコーン組成物は、硬化させてシリコーンゴムとして使
用し得る。この場合、上記(A)成分が1分子中に脂肪
族不飽和炭化水素基を少なくとも2個以上含有するジオ
ルガノポリシロキサンである場合には、架橋剤としてオ
ルガノハイドロジェンポリシロキサンを用いると共に、
白金系触媒によって硬化させ得る。このオルガノハイド
ロジェンポリシロキサンは、構成成分(A)と反応し、
架橋剤として作用するものであり、その分子構造に特に
制限はなく、従来製造されている線状、環状、分岐状構
造等各種の物が使用可能であるが、これを配合する場合
には、1分子中に少なくとも2個の珪素原子に直接結合
した水素原子を含むことが必要である。なお、この化合
物の水素原子以外の珪素原子に結合する置換基は(A)
成分で示されるジオルガノポリシロキサンにおける置換
基と同様である。この場合、オルガノハイドロジェンポ
リシロキサンとしては、特に一般式R2 deSiO
4-(d+e)/2で示される1分子中に少なくとも3個の珪素
原子に直結した水素原子を有するオルガノハイドロジェ
ンポリシロキサン(ここで、d,eは0.002≦e≦
1.0、1.8<d<2.2で1.8<d+e≦3.0
を表わす。また、R2はメチル基、エチル基、プロピル
基、ブチル基等のアルキル基、フェニル基、トリル基等
のアリール基、ビニル基、アリル基、プロペニル基、ブ
テニル基等の炭素数2〜8の脂肪族不飽和基又は3,
3,3−トリフルオロプロピル基等から選択されるハロ
ゲン置換一価炭化水素基を表わす。)を用いることが好
ましい。また、このオルガノハイドロジェンポリシロキ
サンの添加量は、(A)成分に含まれる脂肪族不飽和炭
化水素基1個に対して0.4〜4当量、特に0.8〜2
当量とすることが好ましい。0.4当量より少ない場合
には、架橋密度が低くなりすぎて硬化したシリコーンゴ
ムの耐熱性に悪影響を与え、一方4当量より多い場合に
は、脱水素反応による発泡の問題が生じ、耐熱性に悪影
響を与えるおそれがある。
【0028】また、反応触媒として用いられる白金系触
媒(白金もしくは白金族化合物)は、上記(A)成分と
上記オルガノハイドロジェンポリシロキサンとの付加反
応(ハイドロサイレーション)を促進させるための触媒
として使用され、公知とされるものでよい。このような
触媒としては、白金ブラック、塩化白金酸、塩化白金酸
のアルコール変性物、塩化白金酸とオレフィン、アルデ
ヒド、ビニルシロキサン又はアセチレンアルコール類等
との錯体が使用される。なお、この触媒の添加量は、希
望する硬化速度に応じて適宜増減すればよいが、通常は
(A)成分に対して白金量で0.1〜1000ppm、
特に1〜200ppmとすることが好ましい。
【0029】上記オルガノハイドロジェンポリシロキサ
ン及び白金系触媒は、上記加熱混合後の組成物に配合す
ることが好ましい。
【0030】更に、得られたシリコーンゴム材料を実用
に供するため硬化時間の調整を行う必要がある場合に
は、制御剤としてビニルシクロテトラシロキサンのよう
なビニル基含有オルガノポリシロキサン、トリアリルイ
ソシアヌレート、アルキルマレエート、アセチレンアル
コール類及びそのシラン、シロキサン変性物、ハイドロ
パーオキサイド、テトラメチルエチレンジアミン、ベン
ゾトリアゾール及びそれらの混合物からなる群から選ば
れる化合物などを使用しても差し支えない。また、製品
としての組成物の粘度を上昇させずに機械的な強度を向
上させる場合には、基本的にはSiO2、RSiO1/2
位よりなり、かつ1分子中に少なくとも1個のアルケニ
ル基を含有するシリコーンオイルに可溶なシリコーン樹
脂を用いてもよい。これらの成分は本発明の熱処理工程
において添加してもよく、或いは熱処理ベースを作成し
た後に添加してもよい。
【0031】
【0032】
【0033】
【0034】
【0035】
【0036】更に、上記組成物のいずれについても、本
発明の目的を損なわない範囲において、石英粉、アルミ
ナ粉等の増量準補強剤(脱泡性向上剤)、コバルトブル
ー等の無機顔料、有機染料などの着色剤、酸化セリウ
ム、炭酸亜鉛、炭酸マンガン、ベンガラ、酸化チタン、
カーボンブラック等の耐熱性、難燃性向上剤等の添加も
可能である。これら成分の配合順序は特に制限されず、
通常加熱混合後の組成物に配合するが、加熱前でもよ
く、とりわけ石英やアルミナなどの場合は加熱前に配合
し得る。
【0037】
【発明の効果】本発明のシリコーン組成物の製造方法に
よれば、初期粘度を低く抑えると共に経時による粘度上
昇を抑制して良好な保存安定性及び作業性を付与し、し
かも硬化後の耐久離型性をさらに向上させた液状シリコ
ーン組成物を得ることができる。
【0038】
【実施例】以下、実施例及び比較例を示して本発明を具
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。
【0039】〔実施例1〜4、比較例1〕分子鎖両末端
がビニルジメチルシリル基で封鎖され、25℃での粘度
が約5000cpのジメチルポリシロキサン(a)、末
端がトリメチルシリル基で封鎖された25℃での粘度が
100cpのジメチルポリシロキサン(b)、比表面積
がBET法で約200m2/gであるAerosil
200(日本アエロジル社製)又は沈降性シリカFK1
60(Degussa社製)を表1に示す量でニーダー
中に投入し、良く撹拌混合しながらヘキサメチルジシラ
ザン、水を添加し、1時間混合を行った。この後、温度
を150℃に昇温し、引き続き2時間混合を行った後、
常温まで降温し、組成物を得た。なお、実施例4におい
ては、25℃の粘度10万cpのジメチルポリシロキサ
ンを最後に後添加した。
【0040】得られた組成物の初期の粘度をブルックフ
ィールド回転粘度計によって測定した。結果を表1に示
す。
【0041】また、上記組成物500gに下記平均式 HSi(CH32[OSi(CH326[OSiH
(CH3 4HSi(CH32 で表されるハイドロジェンポリシロキサン25g、1,
3,5,7−テトラメチル−1,3,5,7−テトラビ
ニルシクロテトラシロキサン2g、塩化白金酸オクチル
アルコール錯体を白金として100ppm添加し、良く
撹拌した後、真空下で脱泡を行い、次いで60℃,2時
間で硬化させてシートを作製し、JIS−K6301に
従って一般物性を測定した。
【0042】一方、上記と同様にして50mm×50m
m×5mmの注型樹脂の複製が可能な凹状のシリコーン
母型を上記組成物を用いて成型し、この凹状部にエポキ
シ樹脂を注型し、これを60℃,1時間で硬化し、得ら
れたエポキシ樹脂成型物の表面光沢度、及び20回繰り
返し注型した後の成型物の表面光沢度と離型性を評価し
た。以上の結果を表1に示す。
【0043】
【表1】
【0044】
【0045】
【0046】
【0047】
【0048】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−260953(JP,A) 特開 平2−180963(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08L 83/07 C08K 3/36 C08K 5/5445 C08L 83/04 C08L 83/05 C08L 83/06

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)一般式 R1 aSiO(4-a)/2 (式中、R1は炭素数1〜12の置換又は非置換の一価
    炭化水素基であり、aは1.9〜2.4の数である。)
    で示される、25℃における粘度が1000〜1000
    00cpであり、かつ1分子中に少なくとも2個の脂肪
    族不飽和基を含有するジオルガノポリシロキサンを10
    0重量部、 (B)主成分がSiO2である比表面積が50m2/g以
    上の充填剤を15〜100重量部、 (C)25℃における粘度が10〜1000cpであ
    り、かつ実質的に末端シラノール基を含有しないジオル
    ガノポリシロキサンを2〜150重量部、 (D)ヘキサメチルジシラザンを1〜30重量部、及び (E)水を0〜10重量部 を含有する液状シリコーン組成物の製造方法において、 上記(A)成分の10〜100重量%、(B)成分の1
    00重量%、(C)成分の10〜100重量%、(D)
    成分の100重量%、及び(E)成分の100重量%を
    混合した混合物を予め100〜250℃の温度で加熱処
    理した後、これに残りの成分を混合すると共に、更に1
    分子中に少なくとも2個のケイ素原子結合水素原子を含
    有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと白金系
    触媒とを配合することを特徴とする液状シリコーン組成
    物の製造方法。
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