JP4879616B2 - 硬化性シリコーン系樹脂の硬化触媒及び硬化性シリコーン系樹脂組成物 - Google Patents
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Description
すなわち、第一の発明は、分子内に下記一般式(1)で表される加水分解性珪素基を含有する硬化性シリコーン系樹脂を硬化させるための硬化触媒であって、下記一般式(2)及び/又は一般式(4)で表される含窒素化合物であることを特徴とする硬化性シリコーン系樹脂の硬化触媒に関するものである。また、当該硬化性シリコーン系樹脂とこの当該含窒素化合物とを含有する硬化性シリコーン系樹脂組成物に関するものである。
一般式(1):
一般式(2):
一般式(4):
一般式(1):
一般式(2):
一般式(3):
一般式(4):
本発明でいう硬化性シリコーン系樹脂は、分子内に一般式(1)で表される加水分解性珪素基を持つものである。加水分解性珪素基は、珪素原子に加水分解性基が1〜3個結合すると共に、炭化水素基が2〜0個結合しているものである。そして、この珪素原子には、主鎖が結合している。ここで、加水分解性基としては、ヒドロキシル基や、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等のアルコキシル基が、一般的に用いられる。その他、ハロゲン基やメルカプト基等の従来公知の加水分解性基も用いることができる。炭化水素基としては、メチル基やエチル基等のアルキル基が一般的に用いられる。また、アルキル基等の炭化水素基には、ヒドロキシアルキル基等の置換基を有していてもよい。主鎖としては、ポリオキシアルキレンやビニル重合体等の硬化性シリコーン系樹脂に一般的に用いられているものが採用される。さらに、シロキサン結合(Si−O−Si)よりなる重合体等のシリコーン樹脂に一般に用いられているものも採用される。
ブリードアウトが低減される理由としては、硬化性シリコーン系樹脂中に存在する含窒素極性基と本発明における硬化触媒(すなわち、含窒素化合物あるいはその錯体)の極性基(例えば、水酸基、ウレタン結合基、尿素結合基など)との間に強い相互作用が発生し、硬化性シリコーン系樹脂組成物の硬化後もこれらの化合物が硬化物内部に十分保持され得るためであると考えられる。
また、含窒素極性基を有する硬化性シリコーン系樹脂組成物において顕著に硬化が促進する理由としては、硬化性シリコーン系樹脂の分子内に存在する含窒素極性基が、本発明に係る硬化触媒(すなわち、含窒素化合物あるいはその錯体)に対して、分子的相性の良いドメインとなるからであると考えられる。この結果、本発明に係る錯体が、硬化性シリコーン系樹脂の加水分解性珪素基の近傍に集まって相互作用しやすくなり、加水分解性基の脱離能がさらに高まって、加水分解性珪素基同士のカップリング反応がさらに促進されるためであると考えられるのである。
本発明に係る硬化触媒は、上記した硬化性シリコーン系樹脂を速やかに硬化させるものであり、上記一般式(2)、上記一般式(3)若しくは上記一般式(4)で表される含窒素化合物、又は三フッ化ホウ素とこれらの含窒素化合物との錯体である。(なお、以下では「本発明に係る含窒素化合物、又は三フッ化ホウ素とこれらの含窒素化合物との錯体」を総称して、単に「本発明に係る硬化触媒」と記載することがある。)該含窒素化合物は単独でも十分な触媒活性を有しているが、三フッ化ホウ素との錯体とするとなおいっそうの触媒活性が発揮される。一般的に、上記一般式(2)、上記一般式(3)又は上記一般式(4)で表される含窒素化合物は、酸化合物と錯体を形成する。そのような酸化合物としては、カルボン酸等のブレンステッド酸、ハロゲン化ホウ素等のルイス酸等が挙げられ、これらの錯体は硬化性シリコーン系樹脂の硬化触媒として機能する。なかでも、硬化性シリコーン系樹脂の硬化触媒として使用する場合は、触媒活性が高いことから三フッ化ホウ素、三塩化ホウ素、三臭化ホウ素等のハロゲン化ホウ素が適しており、さらには、原料の入手のしやすさから三フッ化ホウ素が最も適している。
また、R2が有機基である化合物は、上記化合物(A)が有する水酸基と、イソシアネート化合物若しくはイソチオシアネート化合物とを反応させることにより、又は、上記化合物(A)が有する水酸基とエポキシ化合物若しくはエピスルフィド化合物とを反応させることにより、容易に合成することができる。これらの方法のうち、上記化合物(A)が有する水酸基とイソシアネート化合物を反応させる方法により、上記一般式(3)で表される化合物を得ることができる。
さらに、R2に加水分解性珪素基を導入する方法としては、例えば、上記化合物(A)が有する水酸基とイソシアネートシラン化合物若しくはイソチオシアネートシラン化合物とを反応させることにより、又は、上記化合物(A)が有する水酸基とエポキシシラン化合物若しくはチイランシラン化合物とを反応させることにより、上記一般式(4)で表される化合物を容易に合成することができる。
本発明に係る硬化性シリコーン系樹脂組成物は、上記した硬化性シリコーン系樹脂と、上記した含窒素化合物(硬化触媒)とが配合されてなるものであり、含窒素化合物の配合量によって、その硬化速度を調整することができる。すなわち、含窒素化合物の配合量を多くすればするほど、硬化性シリコーン系樹脂の硬化速度を速めることができる。一般的に、硬化性シリコーン系樹脂100質量部に対し、含窒素化合物の配合量は0.1〜10質量部程度が好ましく、特に0.5〜5質量部程度が好ましい。また、硬化触媒が三フッ化ホウ素と含窒素化合物との錯体である場合、硬化性シリコーン系樹脂100質量部に対し、含窒素化合物の配合量は0.001〜10質量部程度が好ましく、特に0.01〜5質量部程度が好ましい。また、硬化性シリコーン系樹脂が3官能であるときは、本来的に硬化速度が速いので、含窒素化合物の量は少なくてもよい。1〜2官能であるときは、本来的に硬化速度が遅いので、含窒素化合物の量を多くするのが好ましい。
あるいは、本発明に係る硬化性シリコーン系樹脂組成物は、2液型としても使用することができる。この場合には、本発明に係る硬化触媒は触媒活性が高いため、混合中に硬化しないような工夫が必要である。
(1)硬化触媒C−1
市販の6−(2−ヒドロキシプロピル)−1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン(サンアプロ株式会社製、分子内にDBU構造及び水酸基を有する化合物(一般式(2)において、R2が水素原子であり、R3がメチル基である化合物))を準備した。
反応容器内で、6−(2−ヒドロキシプロピル)−1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン(4.2g、20mmol)をジエチルエーテル(10ml)に溶解させ窒素雰囲気下で撹拌しながら、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン(5.0g、20mmol)を加え、室温で1時間反応させた。その後、ジエチルエーテルを減圧留去し、分子内にDBU構造、ウレタン結合基及びトリエトキシシリル基を有する硬化触媒C−2(黄色液体)を得た。
反応容器内で、6−(2−ヒドロキシプロピル)−1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン(4.2g、20mmol)をジエチルエーテル(20ml)に溶解させ窒素雰囲気下で撹拌しながら、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体(2.8g、20mmol)を加え、室温で1時間反応させた。その後、ジエチルエーテル及び未反応物を減圧留去し、分子内にDBU構造及び水酸基を有する含窒素化合物と三フッ化ホウ素との錯体である硬化触媒C−3(淡黄色固体)を得た。
反応容器内で、6−(2−ヒドロキシプロピル)−1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン(4.2g、20mmol)をジエチルエーテル(40ml)に溶解させ窒素雰囲気下で撹拌しながら、オクタデシルイソシアネート(6.0g、20mmol)を加え、室温で1時間反応させることで、分子内にDBU構造及びウレタン結合基を有する化合物PC−4を得た。
別の反応容器内で、化合物PC−4(2.5g、5.0mmol)をジエチルエーテル(10ml)及びトルエン(10ml)の混合溶媒に溶解させ窒素雰囲気下で撹拌しながら、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体(0.7g、5.0mmol)を加え、室温で1時間反応させた。その後、ジエチルエーテル、トルエン及び未反応物を減圧留去し、分子内にDBU構造及びウレタン結合基を有する含窒素化合物と三フッ化ホウ素との錯体である硬化触媒C−4(橙白色固体)を得た。
反応容器内で、3−アミノプロピルトリメトキシシラン(179.3g、1.0mmol)を窒素雰囲気下で撹拌しながら、アクリル酸イソステアリル(新中村化学工業株式会社製、324.5g、1.0mmol)を1時間かけて滴下し、さらに50℃で7日間反応させることで、分子内にトリメトキシシリル基及び第2級アミノ基を有する化合物SC−5を得た。
別の反応容器内で、6−(2−ヒドロキシプロピル)−1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン(4.2g、20mmol)をジエチルエーテル(40ml)に溶解させ窒素雰囲気下で撹拌しながら、イソホロンジイソシアネート(4.5g、20mmol)を加え、室温で1時間反応させることで、分子内にDBU構造、ウレタン結合基及びイソシアネート基を有する化合物を得た。さらに、化合物SC−5(503.8g、1.0mmol)を添加し、室温で1時間反応させた。その後、ジエチルエーテルを減圧留去し、分子内にDBU構造、ウレタン結合基、ウレア結合基及びトリメトキシシリル基を有する化合物PC−5(黄白色固体)を得た。
別の反応容器内で、化合物PC−5(4.7g、5.0mmol)をジエチルエーテル(10ml)に溶解させ窒素雰囲気下で撹拌しながら、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体(0.7g、5.0mmol)を加え、室温で1時間反応させた。その後、ジエチルエーテル及び未反応物を減圧留去し、分子内にDBU構造、ウレタン結合基、ウレア結合基及びトリメトキシシリル基を有する含窒素化合物と三フッ化ホウ素との錯体である硬化触媒C−5(黄白色固体)を得た。
市販のジオクチルスズジバーサテートを準備した。
市販の1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン(サンアプロ株式会社製)を準備した。
反応容器内で、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン(3.0g、20mmol)をジエチルエーテル(10ml)に溶解させ窒素雰囲気下で撹拌しながら、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体(2.8g、20mmol)を加え、室温で1時間反応させた。その後、ジエチルエーテル及び未反応物を減圧留去し、橙色固体の硬化触媒D−2を得た。
(1)硬化性シリコーン系樹脂B−1
反応容器内で、「PMLS4012」(旭硝子ウレタン株式会社製、ポリオキシプロピレンポリオール、数平均分子量10,000、1000g)、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン(51.9g)及びジオクチルスズジバーサテート(50mg)を仕込み、窒素雰囲気下にて撹拌混合しながら、80℃で3時間反応させて、分子内にトリエトキシシリル基を有する硬化性ポリオキシアルキレン樹脂B−1を得た。23℃における硬化性樹脂B−1の粘度は、13,000mPa・s(BH型粘度計、No.7ローター、10回転)であった。
反応容器内で、3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン(163.3g、1.0mmol)を窒素雰囲気下80℃で撹拌しながら、アクリル酸ラウリル(240.4g、1.0mmol)を1時間かけて滴下し、さらに50℃で7日間反応させることで、分子内にメチルジメトキシシリル基及び第2級アミノ基を有する反応物SE−1を得た。別の反応容器内で、「PMLS4012」(旭硝子ウレタン株式会社製、ポリオキシプロピレンポリオール、数平均分子量10,000、1000g)、イソホロンジイソシアネート(47.5g)及びジオクチルスズジバーサテート(50mg)を仕込み、窒素雰囲気下にて撹拌混合しながら、80℃で3時間反応させて、分子内にイソシアネート基を有するポリオキシアルキレン樹脂を得た。その後、反応物SE−1(90.7g)を添加し、窒素雰囲気下にて撹拌混合しながら、80℃で1時間反応させることで、分子内にメチルジメトキシシリル基を有する硬化性ポリオキシアルキレン樹脂B−2を得た。23℃における硬化性樹脂B−2の粘度は、60,000mPa・s(BH型粘度計、No.7ローター、10回転)であった。
市販の硬化性シリコーン系樹脂「ES−GX−3440ST」(旭硝子株式会社、主鎖がポリオキシアルキレンであり加水分解性珪素基がトリメトキシ型の硬化性シリコーン系樹脂)を準備した。
表1に示した硬化性シリコーン系樹脂と硬化触媒を、表1に示す配合割合(質量部)で手混ぜすることで、8種類の硬化性シリコーン系樹脂組成物を得た。
表1に示した硬化性シリコーン系樹脂と硬化触媒を、表1に示す配合割合(質量部)で反応容器内に投入し、真空ポンプで反応容器内を減圧し、100mmHgまで減圧されたところで弁を閉じた。反応容器内を減圧した状態に保ったまま、100℃まで昇温し、さらに100℃で1時間撹拌した後、室温まで冷却し、密閉容器に充填して、4種類の硬化性シリコーン系樹脂組成物を得た。
実施例1〜7、比較例1〜5に係る硬化性シリコーン系樹脂組成物を、23±2℃で相対湿度30±5%の雰囲気下で開封して放置し、指触により、表面に張った硬化皮膜が指に転着しなくなるまでの時間を、皮張り時間として測定した。
実施例1〜7、比較例1〜5に係る硬化性シリコーン系樹脂組成物を、23±2℃で相対湿度30±5%の雰囲気下で開封して1週間放置した後、硬化物の表面の状態(ブリードアウト現象)を目視で評価した。
また、官能基がないDBUを使用した場合は、硬化後1〜3日の間にオイル状の成分で表面が覆われ、さらに2〜3日の間に表面が白色固形化した(比較例2〜5)。これは、硬化後に配合したDBUの一部がブリードアウトした後、空気中の二酸化炭素と反応して炭酸塩化したものと推定される。このようなブリードアウト現象は、硬化性シリコーン系樹脂組成物を接着剤、シーリング材、塗料として用いた場合に、その意匠性を損ねるあるいは密着性を低下させるおそれがあるため好まれない現象である。一方、本発明に係る硬化触媒を使用した場合はそのような現象が見られなかった(実施例1〜7)。
以上のことから、本発明に係る硬化触媒は、硬化性シリコーン系樹脂を速やかに硬化させ、なおかつ、ブリードアウトが非常に少ないことが分かる。
硬化性シリコーン系樹脂B−1(500質量部)及びNS400(日東粉化工業(株)製、重質炭酸カルシウム、250質量部)を反応容器内に投入し、真空ポンプで反応容器内を減圧しながら100℃で1時間撹拌した後、室温まで冷却した。その後、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン(25質量部)及び6−(2−ヒドロキシプロピル)−1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン(1.0質量部)を加えた。真空ポンプで反応容器内を減圧し、反応容器内を減圧した状態に保ったまま10分間撹拌した後、密閉容器に充填して硬化性シリコーン系樹脂組成物を得た。そして、表3に示す木板(厚さ5mm、幅25mm、長さ100mm)、SUS板(厚さ1.6mm、幅25mm、長さ100mm)、ABS板(厚さ3mm、幅25mm、長さ100mm)を用いて接着強さを測定した。接着強さは、得られた硬化性シリコーン系樹脂組成物(0.1g)を12.5mm×25mmの面積に均一に塗布し、12.5mm×25mmの面積で各被着材同士をはり合わせた。各はり合わせ試験体を23±2℃相対湿度30±5%で7日間養生して、引張りせん断接着強さ(N/mm2)をJIS K 6850に準じて測定した。それらの結果を表3に示した。
6−(2−ヒドロキシプロピル)−1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エンをジオクチルスズジバーサテートに置き換えた以外は、実施例8と同様に硬化性シリコーン系樹脂組成物を調製し、引張せん断接着強さを測定した。それらの結果を表3に示した。
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実施例8 参考例1
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木材/木材 1.45 1.56
木材/SUS 1.46 1.53
木材/ABS 1.36 1.39
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Claims (7)
- 分子内に下記一般式(1)で表される加水分解性珪素基を含有する硬化性シリコーン系樹脂を硬化させるための硬化触媒であって、下記一般式(4)で表される含窒素化合物であることを特徴とする硬化性シリコーン系樹脂の硬化触媒。
一般式(1):
一般式(4):
- 分子内に下記一般式(1)で表される加水分解性珪素基を含有する硬化性シリコーン系樹脂を硬化させるための硬化触媒であって、三フッ化ホウ素と下記一般式(4)で表される含窒素化合物との錯体よりなることを特徴とする硬化性シリコーン系樹脂の硬化触媒。
一般式(1):
一般式(4):
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