JP3592791B2 - 硬化性オルガノシロキサン組成物のための付着促進添加剤 - Google Patents

硬化性オルガノシロキサン組成物のための付着促進添加剤 Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、オルガノシロキサン組成物に優れた付着力を与える、硬化性オルガノシロキサン組成物のための付着促進添加剤に関する。これらの添加剤は、最高100℃までの温度で白金に触媒されるヒドロシリル化反応によってあるいは紫外線の照射によって硬化するオルガノシロキサン組成物にとって特に有用である。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
硬化性オルガノシロキサン組成物のためのこのタイプの付着促進剤は、典型的に少なくとも二つの官能基を含有し、そして一般に、次に示す特許刊行物により調製される。それらの特許刊行物とは、米国特許第3772026号、同第3873334号、同第4196273号、同第4329273号、同第4082726号、同第4087585号、同第4732932号、同第5106933号、同第4659851号、同第4719262号、同第4906686号、同第4077943号、同第4786701号、同第4677161号、同第4912188号、同第4721764号、同第5232959号、ヨーロッパ特許第0469890号、同第0449181号各明細書、特開平4−311766号、特開平1−85224号及び特開平2−18452号各公報である。
上述の特許刊行物のいずれも、120℃未満の温度での接着、あるいは種々の基材に対する接着を説明していない。
【0003】
本発明の目的は、硬化中のオルガノシロキサン組成物と接触している基材に対する優れた付着力を付与する、オルガノシロキサン組成物のための付着促進添加剤を提供することである。これらの添加剤は、最高で120℃までの温度でヒドロシリル化反応によって硬化する組成物において特に有用である。
【0004】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
本発明は、次に掲げる1)及び2)を含む付着促進添加剤入りの硬化性オルガノシロキサン組成物を提供する。
1)a)ケイ素に結合した水素原子及び/又は炭素を介してケイ素に結合したエチレン系不飽和置換基と、b)少なくとも一つのトリアルコキシシリルアルキル基とを含む少なくとも1種のオルガノシロキサン。
2)a)4個のアルコキシもしくはエノールオキシ(enoloxy)基か、あるいはb)これらの基3個及び置換基としてエポキシ基もしくはエチレン系不飽和基を有する炭化水素基1個、のいずれかを有する少なくとも1種のシラン。
【0005】
本発明は、硬化性オルガノシロキサン組成物のための付着促進添加剤を提案するものであって、この添加剤は、次の(I)及び(II)を含む。
(I)一般式R SiO (3−a)/2 の少なくとも1種の単位と、アルコキシ基又はエノールオキシ基から選ばれた、ケイ素に結合した加水分解性の基を3個有する、少なくとも1種の末端単位とを含むオルガノシロキサン。
(II)式R Si(OR4−bのシラン又は式[(RO)Si]のビス−シリルアルカンから選ばれた有機ケイ素化合物。
これらの式において、Rは水素原子、アルケニル基及びCH=CRC(O)OR− から選ばれ、Rは不置換の又は置換された一価のヒドロカルビル基を表し、Rはケイ素に炭素を介して結合した一価のエチレン系不飽和基、又はエポキシド置換炭化水素基を表し、ORは炭素原子数1〜4のアルコキシ基又は炭素原子数3〜6のエノールオキシ基から選ばれ、Rはアルキレン基であり、Rは水素原子又はメチル基であり、Rはアルキレン基であり、aは0、1又は2であり、bは0又は1である。
【0006】
本発明はまた、
A.硬化性ポリオルガノシロキサン、
B.硬化剤、
C.硬化触媒、
を含む組成物であって、当該組成物の硬化が、上記硬化剤のケイ素に結合した水素原子と上記ポリオルガノシロキサンに存在しているアルケニル基もしくはシラノール基との反応によって、あるいは光に誘起される遊離基の生成によってなされる、硬化性オルガノシロキサン組成物をも提供する。
この組成物に本発明の付着促進添加剤が存在することが、この発明の重要な特徴である。
【0007】
ここで使用する「硬化」という用語は、液体又は半固体組成物が架橋したエラストマー物質あるいは樹脂状物質に変わることを意味する。本発明の組成物の硬化は、1)ケイ素に結合した水素原子とアルケニル基との、「ヒドロシリル化」とも称される反応、及び/又はシラノール基との反応により、あるいは、2)α−ヒドロキシケトンといったような感光性の化合物の分解により開始される遊離基の発生により、行われる。
遊離基により硬化可能な一部の化合物、特に、硬化性ポリオルガノシロキサンの反応性基が(メタ)アクリロキシ又はアクリルアミド基であるものは、硬化剤あるいは硬化触媒を必要としないことがある。
【0008】
本発明の付着促進添加剤は、白金族金属で触媒されるヒドロシリル化反応により硬化するオルガノシロキサン組成物のために特に適している。これらの組成物の成分は、この明細書で後に詳しく説明される。
【0009】
本発明の付着促進組成物の特徴は、1)分子当たりに、式R SiO (3−a)/2 の少なくとも1種の単位、そして、アルコキシ基又はエノールオキシ基から選ばれた、ケイ素に結合した加水分解性基を3個有する少なくとも1種の末端単位を有するオルガノシロキサンと、そして2)式R Si(OR4−bのシランかあるいは式[(RO)Si]のビス−シリルアルカンのいずれか、との組み合わせである。
【0010】
この明細書においては、上記のオルガノシロキサンを成分D1と呼び、上記のシラン又はビス−シリルアルカンを成分D2と呼ぶ。
【0011】
成分D1における置換基Rは、ヒドロシリル化反応に関与することができ、そして、ケイ素に結合する水素原子あるいはアルケニル基もしくは(メタ)アクリロキシアルキル基から選ばれたエチレン系不飽和基であることができる。
適当なアルケニル基は、2個から20個まであるいはそれより多くの炭素原子を有する。この基は好ましくは、2〜12の炭素原子を有し、且つ末端が不飽和である。特に好ましいアルケニル基には、ビニル基、5−ヘキセニル基又は10−ウンデセニル基が含まれる。Rが(メタ)アクリロキシアルキル基を表す場合、それは好ましくは3−メタクリロキシプロピル基である。
【0012】
成分D1のRで表される置換基は、本発明の付着添加剤を含有している組成物の付着力の発現又は硬化反応を阻害しない任意の一価の不置換又は置換炭化水素基でよい。Rは好ましくは、出発物質の入手可能性に基づいて、炭素原子数1〜10のアルキル基、フェニル基又は3,3,3−トリフルオロプロピル基であり、最も好ましくはメチル基である。クロロシラン類及び環式ジオルガノシロキサン類が、成分D1を調製するために典型的に使用される反応物である。
【0013】
成分D1のR置換基を含む繰返し単位は、Rで表されるケイ素に結合した炭化水素基を0〜2個有することができる。ケイ素原子に1個より多くのR基が存在している場合、これらは同一であっても異なっていてもよい。
【0014】
置換基を含むシロキサン単位は、成分D1に存在する繰返し単位のうちの、典型的には50%までを、好ましくは10〜30%を構成する。
成分D1のシロキサン単位のうちの50%までは、ケイ素に結合した例えばアルコキシ又はエノールオキシ基のような加水分解可能な基を三つ有する。これらの単位は、式(XO)SiO− の末端単位(この式のOXは加水分解可能基を表す)、あるいは式(XO)SiR−の枝分かれ単位(この式のRはシロキサン単位のケイ素原子に結合したアルケニル基である)でよい。OXがアルコキシ基を表す場合、上記の枝分かれ単位はトリアルコキシシリルアルキル単位と呼ばれる。
【0015】
OX及びORで表されるアルコキシ基の例には、メトキシ基、エトキシ基及びn−プロポキシ基が含まれる。好ましいアルコキシ基は、これらの基が存在する場合に得られる優れた付着力に基づいて、1〜4の炭素原子を有する。エノールオキシ基は3〜6の炭素原子を有し、好ましくはイソプロペニルオキシ基、−OC(CH)=CHである。
【0016】
成分D1のいずれの残りの非末端シロキサン単位も、この成分の繰返し単位の70%までを構成し、ケイ素原子に結合した一価の不置換又は置換炭化水素基を0、1又は2個有する。
成分D1として使用されるシロキサンの末端単位は、典型的には、R SiO− 、R SiO− 又は(XO)SiO− であり、ここでOXは加水分解性基を表している。
【0017】
ケイ素に結合した炭化水素基又は他の一価の置換基が2個より少ないシロキサン単位を少なくとも一つ有するオルガノシロキサンは、枝分かれした分子形状を持つ。これらのシロキサン単位は、典型的に、成分D1に存在するシロキサン単位の総数の50%以下を構成する。
【0018】
成分D1を調製するための好ましい方法は、液体の又は可溶化したオルガノ水素シロキサンを、ケイ素に結合したエチレン系不飽和炭化水素基と、三つの加水分解可能なアルコキシ又はエノールオキシ基に結合した少なくとも一つのケイ素原子とを有する、少なくとも1種の有機ケイ素化合物と反応させることによるものである。
オルガノ水素シロキサンとエチレン系不飽和のある化合物との反応は、白金族の金属を含有するヒドロシリル化触媒の存在下で行われる。
【0019】
成分D1を調製するのに使用されるオルガノ水素シロキサン反応物は、線状あるいは枝分かれしたものでよく、そして好ましくは、分子当たりにケイ素に結合した水素原子を少なくとも3個有する。この反応物の末端シロキサン単位は、典型的に、三つの一価炭化水素基を有し、あるいはこれらの炭化水素基のうちの二つとケイ素に結合した一つの水素原子とを有する。
【0020】
オルガノ水素シロキサンの非末端シロキサン単位の全部にケイ素に結合する水素原子がない場合には、これらの特別のシロキサン単位は式R SiO (4−e)/2 で表すことができ、この式の各Rは一価の不置換又は置換炭化水素基から独立に選ばれ、そしてeは0又は1〜3の整数である。所定のシロキサン単位に二つ以上の炭化水素基が存在している場合には、それらは同一であってもあるいは異なるものでもよい。
【0021】
成分D1を調製するための別の方法においては、シロキサン単位のうちの少なくとも二つがケイ素に結合したアルケニル基、例えばビニル基、アリル基又は5−ヘキセニル基のようなものを有するポリオルガノシロキサンを、ケイ素に結合した水素原子と、三つの加水分解可能基に結合したケイ素原子とを有する、有機ケイ素化合物と反応させる。この反応は、ヒドロシリル化触媒の存在下で行われる。
【0022】
成分D1は、ケイ素に結合した水素原子かあるいはエチレン系不飽和有機官能基、例えばビニル基もしくは3−メタクリロキシプロピル基のようなもの、のいずれかを有し、そして任意的にエポキシド基を有する。成分D1の反応性置換基は、本発明の硬化性オルガノシロキサン組成物の硬化中に、当該オルガノシロキサン組成物の他の成分か、あるいは基材と反応する。
オルガノ水素シロキサンから成分D1を調製するための適当なエポキシド含有反応物は、アリルグリシジルエーテルあるいは酸化リモネンである。
【0023】
本発明の付着添加剤の第二の成分D2は、少なくとも3個のアルコキシ又はエノールオキシ基を有するシラン又はビス−ジシリルアルカンである。これらの基は、この成分についての式中のORで表される。アリコキシ基は1〜4の炭素原子を有し、エノールオキシ基は3〜6の炭素原子を有する。ケイ素に結合したこのほかの加水分解性基、例えばケトキシモ基のようなものを、これらの基が本発明の付着促進添加剤を含有しているオルガノシロキサン組成物の硬化又は付着を妨げない限り、アルコキシ基又はエノールオキシ基の代わりに用いることができる。
【0024】
成分D2として用いるのに適当なビス−シリルアルカンは、式[(RO)Si]で表すことができ、この式のRはアルキレン基であって、好ましくは2〜6の炭素原子を有する。
【0025】
成分D2が三つのアルコキシ基又はエノールオキシ基を有する場合、この成分についての一般式においてRで表される、ケイ素に結合した残りの置換基は、エチレン系不飽和基又はエポキシド含有炭化水素基である。
エチレン系不飽和置換基は、成分D1のRで表されるものと同じエチレン系不飽和置換基から選ばれる。
【0026】
成分D2として使用されるシランは、商業的に入手可能であるか、あるいはそれらは入手の可能な出発物質から既知の方法を使って合成することができる。
成分D2の具体的な例は、テトラアルキルオルトシリケート、例えばテトラメチルオルトシリケート、テトラエチルオルトシリケート、テトラ−n−プロピルオルトシリケートといったようなものや、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、5−ヘキセニルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、及び3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランである。
【0027】
本発明の一つの態様は、本発明の付着促進剤において成分D1及びD2として識別される化合物を含有している硬化性オルガノシロキサン組成物に関する。成分D1とD2とを一緒にした濃度は、当該硬化性組成物の総重量を基準にして典型的に1〜20重量%であり、そして成分D1は、この付着促進添加剤の総濃度の25〜75%を構成する。
【0028】
本発明の組成物の成分Aと称されるポリオルガノシロキサンは、重要な成分である。それは、各分子中にケイ素に結合したアルケニル基を少なくとも二つ持たなくてはならない。適当なアルケニル基は、炭素原子数が1〜10であり、例としてはビニル基、アリル基及び5−ヘキセニル基が挙げられる。成分Aに存在するアルケニル基以外のケイ素結合有機基は、典型的には一価の炭化水素基又はハロゲン化炭化水素基であって、これらは例えば、メチル基、エチル基及びプロピル基の如きアルキル基、フェニル基の如きアリール基、そして3,3,3−トリフルオロプロピル基の如きハロゲン化アルキル基のようなものである。
【0029】
成分Aの分子構造は重要ではなく、これは硬化した組成物で所望される物理的性質により最もよく決定されよう。本発明の組成物を硬化させることにより作られたエラストマーや他の製品において有効なレベルの引張り特性を得るために、この成分の分子量は25℃での粘度が0.1Pa・s より高くなるのに十分なものであるべきである。
【0030】
成分Aの分子量の上限は特に制限されず、典型的には、硬化性オルガノシロキサン組成物の加工性によってのみ制限される。ポリオルガノシロキサンは、流し込みのできる液体から、ウイリアムス可塑度の値により典型的に特徴づけられるガムタイプのポリマーまでの範囲に及ぶ。
【0031】
成分D1がアルケニル基を少なくとも二つ持つ場合には、本発明の付着促進添加剤のこの部分もまた硬化反応に関与して、それにより、所定の物理的性質のプロファイルを得るのに必要とされる成分Aの濃度を低下させる。
【0032】
成分Aの好ましい態様は、次の一般式Iで表されるポリジオルガノシロキサンである。
【0033】
【化1】
Figure 0003592791
【0034】
この式において、各R10はエチレン系不飽和結合を任意的に持つ一価の炭化水素基又は一価のハロ炭化水素基から個々に選ばれ、R11はビニル基又は他のアルケニル基を表し、nは少なくとも100cP(0.1Pa・s )、好ましくは0.1〜10Pa・s の粘度に相当する重合度を表す。
【0035】
式Iのおのおののケイ素原子の二つのR10は同一であっても異なっていてもよく、また1〜20の炭素原子を有することができる。対応するモノマーの入手の可能性に基づいて、1〜10の炭素原子数の範囲がより好ましい。最も好ましくは、各ケイ素原子につく炭化水素基のうちの少なくとも一つはメチル基であり、そして残りのものはビニル基、5−ヘキセニル基、フェニル基及び/又は3,3,3−トリフルオロプロピル基である。これらが好ましいのは、このポリジオルガノシロキサンを調製するのに典型的に用いられる反応物の入手可能性と、本発明のポリジオルガノシロキサンから調製した硬化エラストマーの所望の性質とに基づくものである。同じ理由から、R11は好ましくはビニル基又は5−ヘキセニル基である。
【0036】
末端の位置にのみエチレン系不飽和炭化水素基がある成分Aの代表的な態様は、ジメチルビニルシロキシ基を末端に持つポリジメチルシロキサン、ジメチルビニルシロキシ基を末端に持つポリメチル−3,3,3−トリフルオロプロピルシロキサン、ジメチルビニルシロキシ基を末端に持つジメチルシロキサン/3,3,3−トリフルオロプロピルメチルシロキサンコポリマー、及びジメチルビニルシロキシ基を末端に持つジメチルシロキサン/メチルフェニルシロキサンコポリマーである。
【0037】
本発明の組成物の成分Aを調製するための方法は、対応するハロシランの加水分解と縮合によるもの、あるいは対応する環式ポリジオルガノシロキサンの重合によるものである。これらは特許刊行物やそのほかの文献に十分に開示されており、この明細書で詳しく説明する必要はない。
【0038】
高レベルの物理的性質、例えば引裂強さのようなもの、を必要とする用途に対しては、本発明の硬化性オルガノシロキサン組成物に、末端と非末端の両方のケイ素原子に結合したエチレン系不飽和炭化水素基を有する第二のポリジオルガノシロキサンを含ませることが望ましいことがある。
【0039】
本発明の好ましい硬化性オルガノシロキサン組成物は、成分Aのための硬化剤として機能する少なくとも1種のオルガノ水素シロキサンを含有する。成分Cと称されるヒドロシリル化触媒の存在下において、成分Bのケイ素に結合した水素原子は、成分Aのケイ素に結合したアルケニル基との、ヒドロシリル化と呼ばれる付加反応を受け、その結果組成物の架橋と硬化の両方が起きる。
【0040】
成分Bは、各分子中にケイ素と結合した水素原子を少なくとも二つ持たなくてはならない。成分Aが分子当たりにアルケニル基を二つだけ有する場合には、成分Bは、最終の硬化製品において架橋した構造となるために、平均して二つより多くのケイ素結合水素原子を持たなくてはならない。成分Bに存在するケイ素結合有機基は、成分Bの有機基には実質的にエチレン系又はアセチレン系不飽和結合があってはならないことを条件として、成分Aの有機基と同じ一価の炭化水素基又はハロゲン化炭化水素基の群から選ばれる。成分Bの分子構造は、直鎖、枝分かれを含む直鎖、環式、あるいは網状構造でよい。
【0041】
成分Bの分子量は特に制限されないとは言うものの、25℃での粘度が3〜10,000cP(0.003〜10Pa・s )の範囲にあるのが好ましい。
【0042】
成分Bの濃度は、硬化性組成物中のケイ素と結合した水素原子のアルケニル基に対するモル比を0.5〜20にするのに十分なものである。0.5〜2の範囲がより好ましい。
【0043】
硬化性組成物のアルケニル基1モル当たりのケイ素結合水素原子のモル数が0.5未満である場合には、硬化後に所望の物理的特性を得ることが不可能なことがある。この比がアルケニル基1モル当たり20モルのケイ素結合水素原子を超えると、硬化物品の物理的性質が時間とともに変化することがある。
【0044】
成分D1が分子当たりにケイ素に結合した水素原子を少なくとも二つ持つオルガノシロキサンである場合には、この成分の存在は典型的に、本発明の組成物から調製された硬化物品において所定の物理的性質のプロファイルを得るのに必要とされる成分Bの量を減少させる。場合によっては、成分D1が寄与するケイ素結合水素原子の濃度は、いずれの追加の硬化剤の必要もなしに組成物を完全に硬化させるのに十分なことがある。
【0045】
本発明の好ましいオルガノシロキサン組成物の硬化は、周期表の白金族の金属又はそのような金属の化合物であるヒドロシリル化触媒によって触媒される。これらの金属には、白金、パラジウム及びロジウムが含まれる。それらの活性レベルが高いことに基づいて、白金又は白金化合物がより好ましい。
【0046】
好ましい硬化触媒の例には、白金黒、種々の固体担体上の金属白金、塩化白金酸、塩化白金酸のアルコール溶液、及び塩化白金酸と、例えばオレフィンや、ケイ素に結合したエチレン系不飽和炭化水素基を有するオルガノシロキサンのような、液体のエチレン系不飽和化合物との錯体が含まれる。塩化白金酸と上述のエチレン系不飽和炭化水素基を有するオルガノシロキサンとの錯体は、米国特許第3419593号明細書に記載されており、この米国特許明細書は本発明の好ましい触媒を教示している。
【0047】
本発明の組成物における成分Cの濃度は、成分AとBを一緒にした重量を基準として、金属白金が0.1〜500重量ppm、好ましくは金属白金が1〜50重量ppmの白金濃度に相当する。
白金が0.1ppm未満では硬化が満足のゆくように進まず、その一方、500ppmより多くを使用すると硬化速度に目に見えるほどの増加が見られず、従って不経済である。
【0048】
前述の成分A、B及びCの混合物は、周囲温度で硬化を開始することがある。より長い可使時間あるいは「ポットライフ」を得るために、適当な抑制剤を添加して、周囲条件下での触媒の活性を遅らせるか抑制することができる。
既知の白金触媒抑制剤には、米国特許第3445420号明細書に開示されたアセチレン系化合物が含まれる。アセチレン系アルコール類、例えば2−メチル−3−ブチン−2−オールのようなものは、25℃で白金含有触媒の活性を抑制する抑制剤の好ましいクラスを構成する。これらの触媒抑制剤を含有している組成物は典型的に、実用的な速度で硬化させるために70℃以上の温度で加熱することを必要とする。
【0049】
周囲条件下での硬化性組成物のポットライフを増大させることが要望される場合には、米国特許第3989667号明細書に記載されたタイプのアルケニル置換シロキサンを使ってこれを達成することができる。環式メチルビニルシロキサンがより好ましい。
【0050】
白金1モル当たりの抑制剤が1モルほどの少量の抑制剤濃度で、場合によっては申し分のない貯蔵安定性と硬化速度が得られる。そのほかの場合には、白金1モル当たりの抑制剤が最高で500モルあるいはそれ以上の抑制剤濃度が必要とされる。所定の組成物における所定の抑制剤についての最適な濃度は、日常的な実験によりたやすく決めることができ、本発明の重要な部分を構成することはない。
【0051】
組成物から調製されたいくつかのタイプの硬化エラストマーを特徴づける高レベルの引裂強さとそのほかの物理的性質を得るためには、微粉シリカのような補強用充填剤を含めることが望ましいことがある。シリカや他の補強用充填剤は、硬化性組成物の処理加工中における「クレーピング」又は「クレープ硬化」と称される現象を防ぐため、しばしば既知の充填剤処理剤の一つ又は二つ以上で処理される。
【0052】
微粉形態のシリカは好ましいい補強用充填剤である。ヒュームドシリカは、表面積が比較的大きくて、典型的に少なくとも50m/gであるので、特に好ましい。本発明で使用するのには、表面積が少なくとも200m/gの充填剤がより好ましい。
【0053】
本発明の組成物で使用される微粉シリカ又は他の補強用充填剤の量は、少なくとも一部分は、硬化エラストマーに所望される物理的性質により決定される。液体のあるいはポンプで移送できるポリオルガノシロキサン組成物は、典型的に、ポリジオルガノシロキサンの重量を基準として10〜60重量%のシリカを含有する。この値は、好ましくは30〜50%である。
【0054】
充填剤処理剤は、処理加工中のオルガノシロキサン組成物のクレーピングを防止するのに適していると当該技術分野において明らかにされている低分子量有機ケイ素化合物のいずれでもよい。これらの処理剤は、典型的には、分子当たりに平均して2〜20の繰返し単位があるヒドロキシル基を末端基とする液体のポリジオルガノシロキサン、及び充填剤を処理するのに使用される条件下で加水分解及び縮合する、例えばヘキサオルガノジシロキサンやヘキサオルガノジシラザンといったような有機ケイ素化合物である。好ましくは、処理剤に存在しているケイ素に結合した炭化水素基の少なくとも一部分は、成分AとBに存在している炭化水素基の大部分と同一である。少量の水を、シリカ処理剤と一緒に加工助剤として加えることができる。
【0055】
処理剤は、シリカあるいは他の充填剤の粒子の表面に存在する、ケイ素と結合したヒドロキシル基と反応して、硬化性組成物中に存在しているこれらの粒子とポリオルガノシロキサンとの相互作用を減少させることによって機能するものと思われる。
【0056】
シリカ充填剤を使用する場合には、それは好ましくは、本発明の組成物の他の成分のうちの少なくとも一部分の存在下で、充填剤が完全に処理されそして均一に分散されて均質物質を形成するまでこれらの成分を一緒に混合することにより処理される。
充填剤の処理中に存在する成分には、典型的にシリカ処理剤と、この明細書で成分Aと呼ばれているポリジオルガノシロキサンのうちの少なくとも一部分が含まれる。
【0057】
本発明のオルガノシロキサン組成物は、硬化した組成物の付着力のほかに一定の物理的性質を付与し又は高めるため、そしてまた硬化性組成物の処理加工を促進するために、このタイプの硬化性組成物中に通常存在している1種以上の添加剤を含有することができる。
典型的な添加剤は、非補強用充填剤、例えば石英、アルミナ、雲母及び炭酸カルシウムのようなものや、顔料、例えばカーボンブラックや二酸化チタンのようなものや、染料、難燃剤、そして熱及び/又は紫外線安定剤である。硬化したオルガノシロキサン組成物の物理的性質を向上させるため、1種以上の補強用充填剤の代わりにあるいはそれらと組み合わせて、樹脂状オルガノシロキサンコポリマーを使用することができる。
【0058】
好ましいタイプの樹脂状コポリマーは、一般式R12 SiO1/2のトリオルガノシロキシ単位と一般式CH=CH(R13SiO1/2のジオルカノビニルシロキシ単位のほかに、一般式SiO4/2の繰返し単位を含む。これらの式において、R12とR13は個々に、成分AのR基について先に定義したとおりの一価の炭化水素基又は置換した一価の炭化水素基である。
【0059】
樹脂状コポリマーにおけるSiO4/2単位に対するトリオルガノシロキシ単位とジオルガノビニルシロキシ単位とを一緒にしたもののモル比は、0.7〜1.2である。ビニル基含有単位は、コポリマーの2〜8重量%を構成し、そしてこのコポリマーは分子当たりに少なくとも2個のビニル基を有する。好ましい態様のコポリマーにおいては、ジオルガノビニルシロキシ単位とトリオルガノシロキシ単位とSiO4/2単位とのモル比は(0.08〜0.1):(0.06〜1):1である。
【0060】
樹脂状コポリマーは、米国特許第2676182号明細書に記載されたように調製することができる。これらのコポリマーは2〜23重量%のヒドロキシル基を含有し、これは、本発明でのコポリマーの前駆物質について好ましい約0.8重量%という最高量よりかなり多い。前駆物質のヒドロキシル含有量は、米国特許第2676182号明細書によって教示されている濃度範囲よりも高い濃度のトリオルガノシロキシ単位を単に使用することにより、所望のレベルまで都合よく低下させることができる。
【0061】
簡単に言えば、この方法は、シリカヒドロゾルを酸性条件下で適当量のヘキサメチルジシロキサン又はトリメチルクロロシランと反応させることを含む。本発明のエラストマーを調製するのに用いられる樹脂状コポリマーは、この生成物を、各ケイ素原子がビニル基を一つ、そしてメチル基あるいは上記の式中のR11及びR12で表される他の炭化水素基を二つ有する、必要量のヘキサオルガノジシラザン又はヘキサオルガノジシロキサンと反応させて得ることができる。
【0062】
本発明の組成物は、成分の全部を周囲温度で一緒にすることで調製することができる。従来技術の文献に記載されている混合技術と装置のいずれも、この目的のために使用することができる。用いられる特定の装置は、各成分及び最終の硬化性組成物の粘度により決められよう。適当なミキサーには、櫂型ミキサー、ニーダー型ミキサー、そして2本又は3本ロールゴム練り機が含まれる。
組成物が早いうちに硬化するのを避けるために、混合中に成分を冷却することが望ましいことがある。
【0063】
貯蔵安定性を最大限にするため、硬化性組成物は好ましくは、使用するまで密閉容器内に保持される。一層の貯蔵安定性が求められる場合には、組成物を2以上の容器に、オルガノ水素シロキサン(成分B)と白金族の金属触媒とを別々の容器にして、包装することができる。
【0064】
成分AとBの種類と濃度に応じて、本発明の組成物を使って調製した硬化オルガノシロキサン物質は、性質が脆い樹脂からエラストマーないしゲルまでいろいろになることができる。それらは、様々な最終用途においてコーティングとして、あるいは成形型で成形した物品や押出し成形した物品として有用である。無充填の物質は、接着剤、保護被覆として、また、トランジスターや集積回路のような鋭敏な電子デバイスをそのデバイスの動作に悪影響を及ぼしかねない湿分やそのほかの環境物質による損傷から保護するためのカプセル封じ剤や埋込用組成物として、特に有用である。本発明の組成物は、個々のデバイスか、あるいは他の電子部品と一緒に搭載された多数のこれらのデバイスを含む回路板を被覆するのに使用することができる。
【0065】
本発明の組成物は、吹付け、浸漬、流し込み、押出しにより、あるいは刷毛、ローラーもしくはコーティングバーを使って、基材へ適用することができる。特定の適用方法の選定は、少なくとも一部分は、硬化性組成物の粘度により決められよう。組成物の粘度は、当該技術分野において知られているように適当な溶媒又は反応性希釈剤を使用して低下させることができる。
【0066】
本発明の組成物の硬化は、成分A、B及びCを一緒にすると始まる。本発明の付着促進組成物の一つの利点は、硬化反応の実質的な遅れがないことである。
【0067】
本発明の付着促進添加剤を含有しているオルガノシロキサン組成物は、25℃程度の低い温度で硬化する間に、様々な有機及び無機の基材に凝集的に結合する。これらの比較的低い温度で硬化する際に付着力を発現する本発明の組成物の能力は、それらを、白金族金属触媒を抑制することができる従来技術の付着促進剤を含有しているオルガノシロキサン組成物を硬化させるのにしばしば必要とされる100℃以上の高温に耐えることができない鋭敏な基材に適用するのに適したものにする。
【0068】
好ましい組成物は、周囲条件下で数時間かけて硬化する。白金に触媒されるヒドロシリル化反応により硬化する他の組成物の場合にそうであるように、硬化は加熱によって加速することができる。加速の加熱を行う場合には、25〜80℃の硬化温度が好ましい。
【0069】
本発明の付着促進添加剤はまた、ヒドロシリル化以外の反応により硬化するオルガノシロキサン組成物と一緒にしてプライマー組成物としても有効である。
【0070】
【実施例】
下記の例は、本発明の付着促進添加剤の好ましい態様と、これらの添加剤を含有している硬化性組成物とに基づいている。特に指示がない限り、これらの例における全ての部数と百分率は重量によるものであり、また粘度は25℃で測定した値である。
【0071】
次に示す一般手順を使用して付着促進添加剤を調製した。
中間体として使用するオルガノシロキサンをモレキュラーシーブで乾燥させた。
オルガノシロキサン1は、HMeSiO1/2単位とSiO4/2単位を含むコポリマーであった。上記の式のMeはメチル基である。このコポリマーは1.0重量%のケイ素結合水素を含有していた。
オルガノシロキサン2は、分子当たりに平均して五つのメチル水素シロキサン単位と三つのジメチルシロキサン単位を有する、トリメチルシロキシ基を末端基とするポリジオルガノシロキサンであって、ケイ素に結合した水素原子の含有量は0.77重量%であった。
オルガノシロキサン3は、トリメチルシロキシ単位、ジメチルビニルシロキシ単位及びSiO4/2単位をそれぞれ1.38:0.42:1のモル比で含むコポリマーであった。
【0072】
ヘキセニルトリメトキシシランは、ナトリウムメトキシドから新たに蒸留した。
アリルグリシジルエーテルとトリメトキシシランは、Aldrich Chemical社より購入し、受け取ったままで使用した。
トルエンは試薬グレードであって、水素化カルシウムから新たに蒸留した。
白金触媒は、塩化第二白金とsym−テトラメチルジビニルジシロキサンを反応させて生成した配位錯体であった。反応生成物をトルエンで希釈して白金含有量を0.99重量%にした。
【0073】
ガラス反応器に、必要量のオルガノ水素シロキサンと50gのトルエンを入れた。次に、反応器に磁気で操作される攪拌棒と、温度計と、添加漏斗と、水冷冷却器と、ガスバブラー管を備えつけた。
添加漏斗に、エチレン系不飽和結合のある反応物を入れ、そして必要とされる場合には総容量を50mlにするのに十分なトルエンを入れた。この系を、窒素中に4%の酸素を含有しているガス混合物での軽いパージ下に保持した。
【0074】
次いで、反応混合物を、注射針を入口管として使用して同じ酸素/窒素混合物でかき混ぜ、スパージングした。それから、白金触媒を加え、そして得られた混合物を100℃に加熱した。温度が100℃に達したら、添加漏斗の内容物を1〜2時間かけて加えた。
反応器から試料を定期的に抜き出し、気液クロマトグラフィーを使って分析して反応物の濃度を測定した。反応が95%以上完了していることが示されたら、揮発性物質を10mmHg(1.33kPa)未満の圧力と100℃の温度で除去した。
【0075】
付着添加剤D1(a)は、30.79gのオルガノシロキサン1、6.96gのアリルグリシジルエーテル、12.25gのヘキセニルトリメトキシシラン、及び29μlの白金触媒溶液を使って調製した。
付着添加剤D1(b)は、33.93gのオルガノシロキサン2、5.83gのアリルグリシジルエーテル、10.24gのヘキセニルトリメトキシシラン、及び29μlの白金触媒溶液を使って調製した。
付着添加剤D1(a)とD1(b)を調製するのに使用した反応物の化学量論量は、オルガノ水素シロキサンのケイ素と結合した水素原子の20%をヘキセニルトリメトキシシランと、そして20%を不飽和のエポキシ官能性化合物と反応させるのに相当していた。
【0076】
付着添加剤D1(c)は、34.54gのオルガノシロキサン2、15.46gのビニルトリメトキシシラン、及び29μlの白金触媒溶液を使用して調製した。
付着添加剤D1(d)は、31.49gのオルガノシロキサン1、18.51gのビニルトリメトキシシラン、及び29μlの白金触媒溶液を使用して調製した。
付着添加剤D1(c)とD1(d)を調製する際にオルガノシロキサン1及び2と反応させたビニルトリメトキシシランのモル量は、オルガノシロキサンに存在するケイ素と結合した水素原子の40%に相当するものであった。
【0077】
付着添加剤D1(e)は、45.25gのオルガノシロキサン3、4.75gのトリメトキシシラン、そして29μlの白金触媒溶液を使って調製した。トリメトキシシランのモル量は、オルガノシロキサン3に存在するビニル基の40%に相当するものであった。この場合には、反応器にエチレン系不飽和のある化合物を入れ、そしてこの反応器にトリメトキシシランを徐々に加えた。
【0078】
付着添加剤D2(a)はアリルトリメトキシシランであり、
付着添加剤D2(b)はテトラエチルオルトシリケートであり、
付着促進剤D2(c)は3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランであり、
付着添加剤D2(d)はメタクリロキシプロピルトリメトキシシランであり、
付着添加剤D2(e)はヘキセニルトリメトキシシランであり、
そしてテトラブチルチタネートを加水分解及び縮合触媒として使用した。
【0079】
例1
下記の成分を、表1に示した量を使用して均質になるまで混合して、本発明の付着添加剤混合物を含有している硬化性組成物を調製した。
ビニル基含有ポリオルガノシロキサンとして、25℃での粘度が2Pa・s である、ジメチルビニルキロキシ基を末端基とするポリジメチルシロキサンを使用した。
硬化剤として、分子当たりに平均して五つのメチル水素シロキサン単位と三つのジメチルシロキサン単位を有し、ケイ素に結合した水素原子の含有量が0.77重量%である、トリメチルシロキシ基を末端基とするポリジオルガノシロキサンを使用した。
硬化触媒として、ヘキサクロロ白金酸とsym−テトラメチルジビニルジシロキサンの反応生成物を、白金含有量を0.6重量%にするのに十分な量の、ジメチルビニルシロキシ基を末端基とする液体ポリジメチルシロキサンで希釈したものを使用した。
【0080】
【表1】
Figure 0003592791
【0081】
表1と以下の表の全てとにおいて、組成物番号の次に「C」が付いた組成物は比較を目的として調製されたものである。
【0082】
各組成物の一部分を脱気し、そして次に示す基材のおのおのへ、ドローダウンバーを使って厚さ8ミル(0.2mm)の液体フィルムとして塗布した。それらの基材とは、ガラスの顕微鏡スライド(「ガラス」)、タイプ3003 H14合金圧延仕上アルミニウムQ−パネル(「アルミニウム−圧延」)、そして2024 T3露出(Bare)アルミニウム(「アルミニウム−露出」)であった。
【0083】
一組の試料を室温で硬化させ、そしてもう一組の試料を強制通風炉内において70℃で30分間硬化させて、続いて室温で更に硬化させた。
【0084】
付着力試験は、硬化したコーティングを金属のへらの刃で引っかいて、コーティングを表面に残留物を残さずに取除くことができる(接着破壊、以下の表中ではAFとして示す)かどうか、それとも破壊がコーティング層内で起こって、試験領域のコーティング物質の少なくとも一部が基材に付着していることになる(凝集破壊、以下の表中ではCFとして示す)かどうかを評価することからなるものであった。一部の試料については、コーティングは一つの領域では接着破壊を示し、そして別の領域では凝集破壊を示した(以下の表中ではAF/CFとして示す)。
【0085】
凝集破壊を示すコーティングは、基材上の残留物と隣接するコーティング物質を指でこすって取除くことができるかどうか更に試験した。このようにしてコーティングを取除くことができた場合には、コーティングを取除くのに要した圧力を主観的な尺度で「小(以下の表中ではWEとして示す)」、「中(以下の表中ではWMとして示す)」、及び「大(以下の表中ではWDとして示す)」として評価した。
【0086】
付着力試験の結果を要約して、周囲条件下で硬化させた試料については表2に、また炉中で70℃の温度で30分間硬化させた試料については表3に示す。
【0087】
【表2】
Figure 0003592791
【0088】
【表3】
Figure 0003592791
【0089】
表2と表3のデータは、本発明の組成物を使用してアルミニウムに対する付着力が向上したことを証明している。
【0090】
例2
二液型の硬化性オルガノシロキサン組成物と表4に掲げた追加の成分を使用して組成物を調製した。
硬化性組成物の第一の液Iは次に掲げる成分を含有していた。それらの成分とは、
成分Aとして、ジメチルビニルシロキシ基を末端基とする粘度が0.5Pa・s のポリジメチルシロキサン52部、
成分Cとして、ヘキサクロロ白金酸とsym−テトラメチルジビニルジシロキサンの反応生成物を、白金含有量を0.6重量%にするのに十分な量の、ジメチルビニルシロキシ基を末端基とする液体ポリジメチルシロキサンで希釈したもの0.2部、
平均粒子寸法が5μmの石英46部、
酸化亜鉛0.9部、
カーボンブラック0.5部、そして
環式ジメチルシロキサン0.5部、
であった。
【0091】
硬化性組成物の第二の液IIは次に掲げる成分を含有していた。それらの成分とは、
成分Aとして、ジメチルビニルシロキシ基を末端基とする粘度が0.5Pa・s のポリジメチルシロキサン46部、
成分Bとして、分子当たりに平均して五つのメチル水素シロキサン単位と三つのジメチルシロキサン単位を有し、ケイ素に結合した水素原子の含有量が約0.8重量%である、トリメチルシロキシ基を末端基とするポリジオルガノシロキサン6部、
平均粒子寸法が5μmの石英47部、
環式ジメチルシロキサン0.5部、そして
環式メチルビニルシロキサン0.1部、
であった。
【0092】
硬化性組成物を、表4と5に掲載した種類と量(部数で示す)の付着促進剤と一緒にした。組成物5、6、7と11は比較を目的として調製したものであり、番号の後にCを付けて識別されている。
周囲条件下で硬化させた組成物についての付着力試験の結果を表6に、そして炉で硬化させた試料についての結果を表7に、それぞれ要約して示す。
【0093】
【表4】
Figure 0003592791
【0094】
【表5】
Figure 0003592791
【0095】
【表6】
Figure 0003592791
【0096】
【表7】
Figure 0003592791
【0097】
例3
この例は、線状のオルガノ水素シロキサンと、エチレン系不飽和基又はエポキシド基を有する少なくとも1種のシラン(成分D2)と一緒にした成分D1としてのビニルトリメトキシシランとの反応生成物を使って得られた付着力を説明する。
【0098】
例2で説明した二液型組成物を使用して、硬化性オルガノシロキサン組成物を調製した。脱気後、組成物の一部分を、ドローダウンバーを用いて0.008インチ(0.2mm)の厚さのコーティングとして、ガラスの顕微鏡スライド、銅めっきしたプリント回路板のシート、3003 H14合金圧延仕上アルミニウムQ−パネル(「アルミニウム−圧延」)、又は2024 T3露出アルミニウム(「アルミニウム−露出」)上へ塗布した。これらのコーティングを、室温で硬化させるか、あるいは強制通風炉において70℃で30分間硬化させ続いて室温で更に硬化させるかした。
【0099】
例1で説明したように付着力を評価して、コーティングが接着破壊(AF)、凝集破壊(CF)を示すか、それともへらで引っかくと凝集破壊するが、指で加えた低い圧力でぬぐい取ることができる(WE)か、中くらいの圧力でぬぐい取ることができる(WM)か、あるいは高い圧力でぬぐい取ることができる(WD)かを測定した。種々の組成物の成分を要約して表8に示し、そして付着力試験の結果を要約して表9と表10に示す。
【0100】
【表8】
Figure 0003592791
【0101】
【表9】
Figure 0003592791
【0102】
【表10】
Figure 0003592791
【0103】
例4
この例は、ジオルガノ水素シロキシ/SiO4/2コポリマーと成分D1(d) としてのビニルトリメトキシシランの反応生成物と、そしてテトラエチルオルトシリケート(D2(b))、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(D2(c))、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(D2(d))及びヘキセニルトリメトキシシラン(D2(e))のうちの一つ又は二つとの組み合わせによりもたらされる付着力を説明する。組成物の成分を要約して表11に示し、付着力試験の結果を要約して表12と表13に示す。
【0104】
【表11】
Figure 0003592791
【0105】
【表12】
Figure 0003592791
【0106】
【表13】
Figure 0003592791
【0107】
例5
この例は、ジオルガノビニルシロキシ/SiO4/2コポリマーと成分D1(e) としてのトリメトキシシランの反応生成物と、そしてテトラエチルオルトシリケート(D2(b))、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(D2(d))及びヘキセニルトリメトキシシラン(D2(e))のうちの一つ又は二つとの組み合わせによりもたらされる付着力を説明する。組成物の成分を要約して表14に示し、付着力試験の結果を要約して表15及び表16に示す。
【0108】
【表14】
Figure 0003592791
【0109】
【表15】
Figure 0003592791
【0110】
【表16】
Figure 0003592791
【0111】
例6
この例は、本発明の付着促進添加剤が光硬化性オルガノシロキサン組成物において有用であることを証明する。
【0112】
次に示す成分を一緒にして均質にすることにより硬化性組成物を調製した。
硬化性ポリオルガノシロキサン(成分A)として、アクリルアミドイソブチルジメチルシロキシ基、CH=CHC(O)N(CH)CHC(CH)HCHSi(CHO−を末端基とし、7.5モル%のフェニルメチルシロキシ単位を含有していて、粘度が0.8Pa・s であるジメチルシロキサン/フェニルメチルシロキサンコポリマー。
加水分解触媒として、E. I. Dupont de Nemours and Co. 社よTyzor(商標) として入手可能なチタンオルトエステル錯体の混合物。
光開始剤として、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン。
付着促進剤D1として、下記の平均式を示すオルガノシロキサンコポリマー。
MeSiO(MeSiO)(HMeSiO)(RMeSiO)(R’MeSiO)SiMe
この式中のMeはメチル基であり、Rは−CHCHSi(OMe)を表し、R’は
【0113】
【化2】
Figure 0003592791
【0114】
を表す。
付着促進添加剤D2として、ビニルトリメトキシシラン。
【0115】
評価した四つの組成物におけるこれらの成分の濃度を要約して表17に示す。各組成物は0.25重量%の加水分解触媒を含有していた。
【0116】
【表17】
Figure 0003592791
【0117】
先の例において説明したガラス基材、アルミニウム基材及び銅基材へコーティングとして適用する前に、これらの組成物を1日又は2日間熟成させた。厚さ約0.01インチ(0.25mm)の液体フィルムを所望の基材上へ流延し、そして紫外線に暴露して硬化させた。コーティングした各試料を、米国ミネソタ州Minneapolis のCololight 社製のモデルUV−6単一ランプコンベヤータイプのコーティング装置Cololight(商標)を2回通過させた。パワー設定300ワットで、この装置を1回通過する間に放射された放射線量はモデルIL 390ライトバグ(light bug)を使って3.0J/cmと測定された。硬化直後と、硬化したコーティングを周囲条件下で30、60及び120分間熟成後に、硬化コーティングの基材に対する付着力を測定した。比較目的で使用した試料(組成物)は硬化前に熟成させなかった。
付着力評価の結果は表18と19に記録されている。
【0118】
【表18】
Figure 0003592791
【0119】
【表19】
Figure 0003592791

Claims (2)

  1. 下記の成分(I)及び(II)を含む、硬化性オルガノシロキサン組成物のための付着促進添加剤。
    (I)一般式R12 aSiO(3-a)/2の少なくとも1種の単位と、アルコキシ基又はエノールオキシ基から選ばれた、ケイ素に結合した加水分解性基を3個有する少なくとも1種の単位とを含むオルガノシロキサン
    (II)式R3 bSi(OR44-bのシラン又は式[(R4O)3Si]25のビス−シリルアルカン
    (これらの式において、R1は水素原子及びアルケニル基から選ばれ、R2は不置換の又は置換された一価のヒドロカルビル基を表し、R3はケイ素に炭素を介して結合した一価のエチレン系不飽和基、又はエポキシド置換炭化水素基から選ばれ、OR4は炭素原子数1〜4のアルコキシ基又は炭素原子数3〜6のエノールオキシ基から選ばれ、R5はアルキレン基であり、aは0、1又は2であり、bは0又は1である)
  2. 下記の成分(I)及び(II)を含む、硬化性オルガノシロキサン組成物のための付着促進添加剤。
    (I)一般式R12 aSiO(3-a)/2の少なくとも1種の単位と、アルコキシ基又はエノールオキシ基から選ばれた、ケイ素に結合した加水分解性基を3個有する少なくとも1種の単位とを含むオルガノシロキサン
    (II)式R3 bSi(OR44-bのシラン又は式[(R4O)3Si]25のビス−シリルアルカン
    (これらの式において、R1は水素原子、アルケニル基及びCH2=CR6C(O)OR7−基から選ばれ、R2は不置換の又は置換された一価のヒドロカルビル基を表し、R3はケイ素に炭素を介して結合した一価のエチレン系不飽和基であり、OR4は炭素原子数1〜4のアルコキシ基又は炭素原子数3〜6のエノールオキシ基から選ばれ、R5はアルキレン基であり、R6は水素原子又はメチル基であり、R7はアルキレン基であり、aは0、1又は2であり、bは0又は1である)
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