JP7283347B2 - ロングライフクーラントシール用室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物及び冷却クーラントオイルシール用シリコーンゴム硬化物並びに冷却クーラントオイルシール - Google Patents

ロングライフクーラントシール用室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物及び冷却クーラントオイルシール用シリコーンゴム硬化物並びに冷却クーラントオイルシール Download PDF

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Description

本発明は、室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物に関し、特に、金属及び樹脂に対して接着性を有し、エンジンオイルやロングライフクーラントに対する耐薬品性を有し、かつ良好なゴム物性を有する硬化物を与えるロングライフクーラントシール用室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物及び冷却クーラントオイルシール用シリコーンゴム硬化物並びに冷却クーラントオイルシールに関する。
自動車用のエンジンやエンジンコントロールユニットなどの電装部材周辺のシールについては、従来、コルク、有機ゴム、アスベストなどで作られた耐薬品性のガスケット、パッキング材が使用されているが、これらには在庫管理及び作業工程が煩雑であるという不利があり、更に、それらのシール性能には信頼性がないという欠点がある。そのため、この種の用途には液体ガスケットとして室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物を利用したFIPG方式(Formed In Place Gasket)が採用されている。
近年、自動車の燃費向上・軽量化の観点から、自動車エンジンや各種電装部材に使用する金属を一部樹脂化する試みが行われている。それらの部材として採用される樹脂は、一般的に機械特性やエンジンオイル、ロングライフクーラントに対する耐久試験に対し変化率が少ない樹脂、即ち力学的及び化学的に非常に安定な樹脂が選択される。化学的に安定性が高い樹脂は、活性基を有していない、もしくは非常に少ないため、良好な接着性を得ること、更にはその接着性を安定して保持することが難しいとされている。樹脂への接着性を改善させる手法としては、室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物に、アミノシランカップリング剤のオリゴマーを添加する方法(特許第3714861号公報:特許文献1)などが知られているが、アミノシランカップリング剤のオリゴマーを耐エンジンオイル、耐ロングライフクーラントを必要とする用途の組成物に配合すると、耐薬品性が劣ることから使用することができなかった。また、脱アルコールタイプの室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物の充填材を選定する方法(特開2004-292724号公報:特許文献2)や、硬化触媒として使用するチタン触媒の構造を選定する方法(特許第4438937号公報、特許第4530136号公報、特許第4658654号公報、特許第4530177号公報:特許文献3~6)が知られているが、これらの組成物は脱アルコールタイプの組成物であるため、硬化物を得るために時間を要することや、耐薬品性能が従来から使用されているFIPGと比較すると劣る問題があった。また、各種被着体に対する接着向上手法として、芳香族化合物にアルコキシシリル基を導入してポリブチレンテレフタレートやハイインパクトポリスチロールに対する接着性を向上させた報告があるが、より難接着であるポリフェニレンサルファイドに対する接着性や耐薬品性については報告されていない(特許第3518399号公報:特許文献7)。
特許第3714861号公報 特開2004-292724号公報 特許第4438937号公報 特許第4530136号公報 特許第4658654号公報 特許第4530177号公報 特許第3518399号公報
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、金属及び樹脂に対して接着性を有し、エンジンオイルやロングライフクーラントに対する耐薬品性を有し、かつ良好なゴム物性を有する硬化物を与えるロングライフクーラントシール用室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物及び冷却クーラントオイルシール用シリコーンゴム硬化物並びに該硬化物を有する冷却クーラントオイルシールを提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意研究を重ねた結果、窒素原子、硫黄原子及び酸素原子から選ばれるいずれか一つ以上の原子を含むグアニジル基以外の官能性基を少なくとも1個有するシランカップリング剤及び/又はその部分加水分解縮合物と、分子内にビスフェノール骨格を有するシラン化合物及び/又はその部分加水分解縮合物とを特定の組み合わせで使用することで、得られる硬化物が良好な樹脂接着性とエンジンオイルやロングライフクーラントへの耐薬品性に優れた室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物が得られることを見出し、本発明をなすに至った。
即ち、本発明は、下記のロングライフクーラントシール用室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物及び冷却クーラントオイルシール用シリコーンゴム硬化物並びに冷却クーラントオイルシールを提供するものである。
〔1〕
(A)下記一般式(1)で示される23℃における粘度が2,000mPa・s以上のオルガノポリシロキサン:100質量部、
HO-(SiR1 2O)a-H (1)
(式中、R1は炭素数1~10の非置換又は置換一価炭化水素基であり、R1は互いに同一であっても異種の基であってもよい。aは100以上の整数である。)
(B)無機質充填剤:1~500質量部、
(C)(D)、(E)成分以外の、一分子中にケイ素原子に結合した加水分解可能な基を少なくとも3個有する有機ケイ素化合物及び/又はその部分加水分解縮合物:0.1~50質量部、
(D)下記一般式()で示される加水分解性オルガノシラン化合物及び/又はその部分加水分解縮合物:0.01~5質量部、
Figure 0007283347000001
(式中、R 8 、R 9 は、それぞれ独立に、炭素数1~10の非置換一価炭化水素基であり、R 10 は炭素数1~10の二価炭化水素基であり、R 11 は芳香環を含む炭素数7~10の二価炭化水素基であり、eは1~3の整数である。但し、NH基及びNH 2 基の少なくとも一方はR 11 の芳香環に直結していない。)
(E)下記一般式(3)で示される分子内にビスフェノール骨格を有するシラン化合物及び/又はその部分加水分解縮合物:0.01~5質量部、
Figure 0007283347000002
(式中、R5はそれぞれ独立に、水素原子もしくは炭素数1~8の非置換一価炭化水素基であり、R6、R7は、それぞれ独立に、炭素数1~10の非置換又は置換一価炭化水素基であり、nは1~3の整数であり、dはケイ素原子毎に独立に2又は3である。)
(F)硬化触媒:0.01~3質量部
を含有することを特徴とするロングライフクーラントシール用室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
〔2〕
(B)成分の無機質充填剤が、表面処理剤により処理された、炭酸カルシウム、煙霧質シリカ、沈降性シリカ、カーボンブラック及び酸化アルミニウムから選択される少なくとも1種である〔1〕記載の室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
〔3〕
上記一般式(3)において、n=1のとき、R 5 がフェニル基である〔1〕又は〔2〕記載の室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
〔4〕
〔1〕~〔3〕のいずれかに記載の室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物を硬化してなる冷却クーラントオイルシール用シリコーンゴム硬化物。
〔5〕
〔4〕に記載の硬化物を有する冷却クーラントオイルシール
本発明によれば、特に、金属及び樹脂に対する接着性に優れると共に、優れたゴム物性を有し、かつ良好な耐薬品性を有する硬化物を与える室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物及びその硬化物並びに該硬化物を有する物品を得ることができる。
以下、本発明につき更に詳細に説明する。
[(A)成分]
本発明の室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物の(A)成分は、下記一般式(1)で示される、主鎖がジオルガノシロキサン単位の繰り返しからなり、分子鎖両末端がケイ素原子に結合した水酸基(シラノール基)で封鎖されている23℃における粘度が2,000mPa・s以上の直鎖状のジオルガノポリシロキサンであり、本発明組成物の主剤(ベースポリマー)として作用するものである。
HO-(SiR1 2O)a-H (1)
(式中、R1は炭素数1~10の非置換又は置換一価炭化水素基であり、R1は互いに同一であっても異種の基であってもよい。aは100以上の整数である。)
上記式(1)中、R1は炭素数1~10、特に炭素数1~6の非置換又は置換一価炭化水素基であり、例えば、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、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2-エチルヘキ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;ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、イソブテニル基、ヘキ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が部分的に塩素、フッ素、臭素等のハロゲン原子で置換された基、例えばトリフルオロプロピル基などが挙げられ、メチル基、フェニル基が好ましく、メチル基が特に好ましい。このR1は同一の基であっても異種の基であってもよい。
また、式(1)中のaは100以上(通常、100~2,000)、好ましくは150~1,000、より好ましくは200~800程度の整数であり、このオルガノポリシロキサンの23℃における粘度は2,000mPa・s以上であり、通常、2,000~500,000mPa・sの範囲、好ましくは3,000~500,000mPa・sの範囲、特に5,000~100,000mPa・sの範囲となることが好ましい。なお、本発明において、粘度は回転粘度計(例えば、BL型、BH型、BS型、コーンプレート型等)により測定した値である。また、本発明において、重合度(又は分子量)は、例えば、トルエン、テトラヒドロフラン(THF)等を展開溶媒としたゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)分析におけるポリスチレン換算の数平均重合度(又は数平均分子量)等として求めることができる。
(A)成分のオルガノポリシロキサンは、1種でもよく、2種以上を併用してもよい。
[(B)成分]
次に、(B)成分である無機質充填剤は、本組成物にゴム物性を付与するための補強性、非補強性充填剤である。本充填剤としては、表面処理又は無処理の、焼成シリカ、煙霧質シリカ等の乾式シリカ、沈降性シリカ、ゾル-ゲル法シリカ等の湿式シリカなどのシリカ系充填剤、カーボンブラック、タルク、ベントナイト、炭酸カルシウム、炭酸亜鉛、炭酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム等が例示され、その中でも炭酸カルシウム、煙霧質シリカ、沈降性シリカ、カーボンブラック、酸化アルミニウムが好ましく、より好ましくは無機質充填剤の表面が疎水化処理された、炭酸カルシウム、煙霧質シリカ、沈降性シリカ、カーボンブラック、酸化アルミニウムである。この場合、これら無機質充填剤は、水分量が少ないことが好ましい。
なお、該表面処理剤の種類、量や処理方法等については特に制限はないが、代表的には、クロロシラン、アルコキシシラン、オルガノシラザン等の有機ケイ素化合物や、脂肪酸、パラフィン、シランカップリング剤、チタンカップリング剤等の処理剤が適用できる。
(B)成分の無機質充填剤は、1種でもよく、2種以上を併用してもよい。
(B)成分の配合量は、(A)成分のオルガノポリシロキサン100質量部に対して1~500質量部の範囲、好ましくは20~300質量部の範囲である。1質量部未満では十分なゴム強度が得られないため、使用用途に適さないという問題が生じ、500質量部を超えるとカートリッジからの吐出性が悪化し、並びに保存安定性が低下するほか、得られるゴム物性の機械特性も低下してしまう。
[(C)成分]
本発明の室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物に用いる(C)成分は、架橋剤(硬化剤)として作用するものであり、一分子中にケイ素原子に結合した加水分解可能な基を少なくとも3個有する、上述した(A)成分、及び後述する(D)成分及び(E)成分以外の、有機ケイ素化合物及び/又はその部分加水分解縮合物であり、該有機ケイ素化合物としては、下記一般式(5)で示される加水分解性オルガノシラン化合物及び/又はその部分加水分解縮合物(即ち、該オルガノシラン化合物を部分的に加水分解縮合して生成する分子中に残存加水分解性基を少なくとも2個、好ましくは3個以上有するオルガノシロキサンオリゴマー)が好ましい。
12 fSiR13 4-f (5)
(式中、R12は一価炭化水素基であり、R13は加水分解性基である。fは0又は1であり、好ましくは1である。)
一般式(5)中、加水分解性基R13としては、例えば、ケトオキシム基、アルコキシ基、アシロキシ基、アルケニルオキシ基等が挙げられる。具体的には、ジメチルケトオキシム基、メチルエチルケトオキシム基、メチルイソブチルケトオキシム基等の炭素数3~8のケトオキシム基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、sec-ブトキシ基、tert-ブトキシ基、メトキシメトキシ基、メトキシエトキシ基、エトキシメトキシ基、エトキシエトキシ基等の炭素数1~4、特に1又は2の、非置換又はアルコキシ置換のアルコキシ基、アセトキシ基、プロピオノキシ基等の炭素数2~4のアシロキシ基、ビニルオキシ基、アリルオキシ基、プロペノキシ基、イソプロペノキシ基等の炭素数2~4のアルケニルオキシ基などが例示できる。
また、加水分解性基以外のケイ素原子に結合した残余の基R12は、一価炭化水素基、特には非置換の一価炭化水素基であれば特に限定されるものではないが、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基、ビニル基等のアルケニル基、フェニル基等のアリール基などの炭素数1~10の一価炭化水素基が例示される。これらの中でも、メチル基、エチル基、ビニル基、フェニル基が好ましい。
このような(C)成分の具体例としては、テトラキス(メチルエチルケトオキシム)シラン、メチルトリス(ジメチルケトオキシム)シラン、メチルトリス(メチルエチルケトオキシム)シラン、エチルトリス(メチルエチルケトオキシム)シラン、メチルトリス(メチルイソブチルケトオキシム)シラン、ビニルトリス(メチルエチルケトオキシム)シランなどのケトオキシムシラン類、メチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、テトラメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、テトラエトキシシラン、ビニルトリス(イソプロポキシ)シランなどのアルコキシシラン類、メチルトリアセトキシシラン、ビニルトリアセトキシシランなどのアセトキシシラン類、及びメ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などのイソプロペノキシシラン類、並びにこれらシランの部分加水分解縮合物などが挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を併用してもよい。
なお、(C)成分は、分子中に(SiR1 2O)a等で示される直鎖状のジオルガノシロキサン単位の繰り返し構造を有さないものである点で前記(A)成分とは明確に差別化されるものであり、また、分子中に、窒素、酸素、硫黄等のヘテロ原子を含有する官能性基を有する一価炭化水素基及びビスフェノール骨格を有さないものである点で後述する(D)、(E)成分とも明確に差別化されるものである。
(C)成分の配合量は、(A)成分100質量部に対して0.1~50質量部の範囲、好ましくは5~30質量部の範囲で使用される。0.1質量部未満では十分な架橋が得られず、目的とするゴム弾性を有する組成物が得難く、50質量部を超えると得られる硬化物は機械特性が低下し易い。
[(D)成分]
次に、(D)成分は、下記一般式(2)で示されるシランカップリング剤(即ち、官能性基含有一価炭化水素基を有する加水分解性オルガノシラン化合物)及び/又はその部分加水分解縮合物であり、本組成物に良好な接着性を発現させるための必須成分である。
24 cSi(OR33-c (2)
(式中、R2は、窒素原子、硫黄原子及び酸素原子から選ばれるいずれか一つ以上の原子を含むグアニジル基以外の官能性基を少なくとも1個有する炭素数1~20の一価炭化水素基である。R3、R4は、それぞれ独立に、炭素数1~10の非置換又は置換一価炭化水素基であり、cは0、1又は2であり、好ましくは0又は1である。)
上記式(2)中、R2は窒素原子、硫黄原子及び酸素原子から選ばれるいずれか一つ以上の原子を含むグアニジル基以外の官能性基(例えば、非置換又は置換アミノ基、非置換又は置換イミノ基、アミド基、ウレイド基、メルカプト基、エポキシ基、(メタ)アクリロキシ基、イソシアネート基等)を少なくとも1個有する炭素数1~20の一価炭化水素基であり、具体的には、β-(2,3-エポキシシクロヘキシル)エチル基、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチル基、γ-グリシドキシプロピル基、γ-メタクリロキシプロピル基、γ-アクリロキシプロピル基、N-β(アミノエチル)-γ-アミノプロピル基、γ-アミノプロピル基、N-フェニル-γ-アミノプロピル基、γ-ウレイドプロピル基、γ-メルカプトプロピル基、γ-イソシアネートプロピル基、γ-(2-ブタンイミノ)プロピル基、γ-ホルムアミノプロピル基等の窒素原子、硫黄原子及び酸素原子から選ばれる原子の少なくとも1つを含む炭素数3~20、特に炭素数8~14の一価炭化水素基が挙げられる。
また、R3、R4は、それぞれ独立に、炭素数1~10、特に炭素数1~6の非置換又は置換一価炭化水素基であり、上述した式(1)のR1と同様のものが例示でき、特にメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基が好ましい。
式(2)で示されるシランカップリング剤として、具体的には、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-アミノプロピルトリプロポキシシラン、N-β(アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-β(アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ-ウレイドプロピルトリメトキシシラン、γ-ウレイドプロピルトリエトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリエトキシシラン、γ-イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、γ-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、γ-(2-ブタンイミノ)プロピルトリメトキシシラン、γ-(2-ブタンイミノ)プロピルトリエトキシシラン、γ-ホルムアミノプロピルトリメトキシシラン、γ-ホルムアミノプロピルトリエトキシシラン等が例示できる。
(D)成分のシランカップリング剤及びその部分加水分解縮合物としては、窒素原子、硫黄原子及び酸素原子から選ばれるいずれか一つ以上の原子を含むグアニジル基以外の官能性基を少なくとも1個有する炭素数1~20の一価炭化水素基を1つ含み、オルガノオキシ基を1~3個含むシラン化合物及びその部分加水分解縮合物であれば、いずれのものも使用可能であるが、その中でも下記一般式(4)で示される加水分解性オルガノシラン化合物及び/又はその部分加水分解縮合物を使用すると、接着性及び耐薬品性が更に向上するため好ましい。
Figure 0007283347000003
(式中、R8、R9は、それぞれ独立に、炭素数1~10の非置換一価炭化水素基であり、R10は炭素数1~10の二価炭化水素基であり、R11は芳香環を含む炭素数7~10の二価炭化水素基であり、eは1~3の整数である。但し、NH基及びNH2基の少なくとも一方はR11の芳香環に直結していない。)
上記式(4)で示される加水分解性オルガノシラン化合物は、NH基(イミノ基)とNH2基(アミノ基)とを有し、NH基とNH2基との間に芳香環を含み、更にNH基とNH2基の少なくとも一方が芳香環を構成する炭素原子に直結していないようなアルコキシシラン化合物であり、詳しくは特開平5-105689号公報に記載されている。
上記式(4)中、R8、R9の炭素数1~10、特に炭素数1~8の非置換一価炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキ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;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;フェニル基、トリル基等のアリール基;ベンジル基、フェニルエチル基等のアラルキル基などが挙げられ、R8としては、メチル基又はエチル基が好ましく、R9としては、メチル基が好ましい。
また、R10の炭素数1~10の二価炭化水素基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、テトラメチレン基、ヘキサメチレン基、オクタメチレン基、デカメチレン基、2-メチルプロピ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、これらアルキレン基とアリーレン基とが結合した基などが挙げられるが、好ましくはメチレン基、エチレン基、プロピレン基であり、特に好ましくはプロピレン基である。
また、R11の芳香環を含む炭素数7~10の二価炭化水素基としては、フェニレン基とアルキレン基とが結合した基が好ましく、例えば下記式で示されるものが挙げられる。
-C64-CH2
-C64-CH2-CH2
-C64-CH2-CH2-CH2
-CH2-C64
-CH2-C64-CH2
-CH2-C64-CH2-CH2
-CH2-C64-CH2-CH2-CH2
-CH2-CH2-C64
-CH2-CH2-C64-CH2
-CH2-CH2-C64-CH2-CH2
-CH2-CH2-CH2-C64
-CH2-CH2-CH2-C64-CH2
これらの中で、特に好ましくは-CH2-C64-CH2-である。
この場合、フェニレン基の右側(式(4)においてNH2側)に結合するアルキレン基(アルキレン基がない場合は-NH2基となる)は、オルト位、メタ位、パラ位であってもよい。
上記式(4)で示される加水分解性オルガノシラン化合物としては、下記のものが例示される。
Figure 0007283347000004
Figure 0007283347000005
Figure 0007283347000006
Figure 0007283347000007
Figure 0007283347000008
Figure 0007283347000009
Figure 0007283347000010
Figure 0007283347000011
Figure 0007283347000012
Figure 0007283347000013
Figure 0007283347000014
Figure 0007283347000015
Figure 0007283347000016
Figure 0007283347000017
Figure 0007283347000018
Figure 0007283347000019
Figure 0007283347000020
Figure 0007283347000021
Figure 0007283347000022
Figure 0007283347000023
Figure 0007283347000024
Figure 0007283347000025
Figure 0007283347000026
Figure 0007283347000027
(D)成分のシランカップリング剤及び/又はその部分加水分解縮合物は、1種でもよく、2種以上を併用してもよい。但し、本発明の室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物において、後述する接着性付与剤の一つである(E)成分が後述する一般式(3)において、n=1で、かつ、R5が水素原子又はメチル基である場合には、(D)成分は上記一般式(4)で示される加水分解性オルガノシラン化合物及び/又はその部分加水分解縮合物である必要がある。
上記(D)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0.01~5質量部であり、好ましくは0.1~3質量部である。0.01質量部未満では、硬化物が十分な接着性能を示さないものとなり、5質量部を超えて配合すると、硬化後のゴム強度が低下したり、硬化性が低下したりする。
[(E)成分]
次に、(E)成分である下記一般式(3)で示される分子内にビスフェノール骨格を有するシラン化合物及び/又はその部分加水分解縮合物は、ビスフェノール骨格と被着体との相互作用により、本発明の室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物に、良好な樹脂接着性を与え、アミノ基等の高活性な官能基を有していないことから良好な耐薬品性を組成物に与える。
Figure 0007283347000028
(式中、R5はそれぞれ独立に、水素原子もしくは炭素数1~8の非置換一価炭化水素基であり、R6、R7は、それぞれ独立に、炭素数1~10の非置換又は置換一価炭化水素基であり、nは1~3の整数であり、dはケイ素原子毎に独立に2又は3である。)
なお、(E)成分が上記一般式(3)において、n=1で、かつ、R5=水素原子又はメチル基である場合には、上述した(D)成分は上記一般式(4)で示される加水分解性オルガノシラン化合物及び/又はその部分加水分解縮合物である必要がある。(E)成分の一般式(3)において、n=1で、かつ、R5が水素原子又はメチル基である場合、(D)成分として上記一般式(4)で示される加水分解性オルガノシラン化合物及び/又はその部分加水分解縮合物以外のシランカップリング剤(例えばアミノシラン)及び/又はその部分加水分解縮合物を用いると、組成物を硬化してなる硬化物が十分な樹脂接着性や耐薬品性を発現できない場合がある。
上記式(3)中、R5は水素原子もしくは炭素数1~8の非置換一価炭化水素基であり、炭素数1~8の非置換一価炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキ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;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;フェニル基、トリル基等のアリール基などが挙げられ、R5としては、水素原子、メチル基又はフェニル基が好ましい。
また、上記式(3)中、R6、R7の炭素数1~10、特に炭素数1~8の非置換一価炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキ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;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;フェニル基、トリル基等のアリール基;ベンジル基、フェニルエチル基等のアラルキル基などが挙げられ、R6としては、メチル基又はエチル基が好ましく、R7としては、メチル基が好ましい。
(E)成分の具体例としては、以下の構造の化合物が例示できる。
Figure 0007283347000029
Figure 0007283347000030
Figure 0007283347000031
Figure 0007283347000032
Figure 0007283347000033
上記式(3)で示される分子内にビスフェノール骨格を有するシラン化合物の製造方法は、詳しくは特許第3518399号公報に記載されている。また、特許第3518399号公報において、例えば、ビスフェノールAジアリルエーテルを、ビスフェノールPジアリルエーテルやビスフェノールBPジアリルエーテルに代えて、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプト基含有ケイ素化合物と付加反応させることによっても製造することができる。
(E)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0.01~5質量部であり、好ましくは0.1~3質量部である。配合量が上記範囲未満では目的とする硬化物(シリコーンゴム)の接着性やゴム物性(硬度、伸び、強度等の機械特性)が得られない可能性があり、上記範囲を超えるとコストの増加やゴム物性の低下を招くおそれがある。
[(F)成分]
次に、(F)成分の硬化触媒は、本組成物と空気中の水分との加水分解反応を促進させるために使用される、一般的に硬化触媒と呼ばれるものである。これは当業界でよく知られている湿分の存在下で硬化するシリコーン樹脂組成物に使用されているものと同様の成分の使用が好ましい。
(F)成分としては、硬化触媒である。硬化触媒としては、湿気(縮合)硬化型組成物の硬化促進剤として従来から一般的に使用されている縮合触媒を使用できる。例えば、ジブチルスズメトキサイド、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジオクテート、ジブチルスズジラウレート、ジオクチルスズジラウレート、ジオクチルスズジオクテート、ジオクチルスズジバーサテート、ジメチルスズジメトキサイド、ジメチルスズジアセテート等の有機スズ化合物;テトラプロピルチタネート、テトラブチルチタネート、テトラ-2-エチルヘキシルチタネート、ジメトキシチタンジアセチルアセトナート等の有機チタン化合物;ヘキシルアミン、テトラメチルグアニジルプロピルトリメトキシシラン等のグアニジン化合物やこれらの塩などが挙げられ、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。
(F)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0.01~3質量部の範囲であり、好ましくは0.03~1質量部の範囲である。0.01質量部未満であると良好な硬化性を得ることができず、組成物が硬化するのに時間がかかる。3量部を超える量になると、組成物の保存性が悪化し、容器内で組成物が経時でゲル化してしまうおそれがある。
また、本発明の組成物には、上記成分以外に一般に知られている添加剤を本発明の目的を損なわない範囲で使用しても差し支えない。添加剤としては、チクソ性向上剤としてのポリエーテル、可塑剤としてのシリコーンオイル、イソパラフィン等が挙げられ、必要に応じて顔料、染料、蛍光増白剤等の着色剤、防かび剤、抗菌剤、海洋生物忌避剤等の生理活性添加剤、ブリードオイルとしてのフェニルシリコーンオイル、フロロシリコーンオイル、シリコーンと非相溶の有機液体等の表面改質剤、トルエン、キシレン、溶剤揮発油、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、低沸点イソパラフィン等の溶剤も添加できる。
本発明の室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物は、室温硬化性の組成物であり、その硬化条件としては、例えば、組成物(室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物)を2mmの型枠に流し込み、23℃、50%RHで7日間養生(静置)することによって厚さ2mmの硬化物(シリコーンゴムシート)を得ることができる。
また、本発明の室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物は、金属及び樹脂に対する接着性を有し、エンジンオイルやロングライフクーラントに対する耐薬品性を有し、かつ良好なゴム物性を有する硬化物を与えるものである。
本発明の室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物を硬化してなる硬化物を有する物品としては、例えば、自動車エンジン用オイルシール、トランスミッション用オイルシール、冷却クーラント用オイルシール、パワーコントロールユニットやエンジンコントロールユニット、バッテリーパックなどの電装部品用気密シール等が挙げられる。
以下、実施例、参考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。なお、実施例、参考例及び比較例はすべて適切な混合機として、プラネタリミキサー((株)井上製作所製)を用いた。また、下記例中、特に記載のない粘度(回転粘度計による測定値)などの物性値は、23℃での値を示す。
本発明に使用する、分子内にビスフェノール骨格を有するシラン化合物の合成例について以下に示す。なお、合成された化合物は1H-NMRにて同定を行い、合成を確認した。
[合成例1]
撹拌機、温度計、減圧濃縮装置を備えた4つ口フラスコにビスフェノールA44.5g(0.2mol)、臭化アリル60.5g(0.5mol)、炭酸カリウム69.1g(0.5mol)、アセトン150mlを仕込み、60℃に加温して8時間アセトン還流下で反応させた。濾過により塩及び過剰量の炭酸カリウムを除いたのち、100℃、1000Paで1時間減圧濃縮することで、ビスフェノールAジアリルエーテルを得た(収量53g、収率86%)。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ6.94(-CC6 4 O-,m,8H),δ6.12(-C=CH2,m,2H),δ5.48(-CH=C 2 ,m,4H),δ4.51(-OC 2 -,t,4H),δ1.62(-CCH 3 ,s,6H)
[合成例2]
撹拌機、温度計、減圧濃縮装置を備えた4つ口フラスコにビスフェノールP69.2g(0.2mol)、臭化アリル60.5g(0.5mol)、炭酸カリウム69.1g(0.5mol)、アセトン150mlを仕込み、60℃に加温して8時間アセトン還流下で反応させた。濾過により塩及び過剰量の炭酸カリウムを除いたのち、100℃、1000Paで1時間減圧濃縮することで、ビスフェノールPジアリルエーテルを得た(収量70g、収率82%)。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ7.25(-CC6 4 C-,s,4H),δ6.94(-CC6 4 O-,m,8H),δ6.12(-C=CH2,m,2H),δ5.48(-CH=C 2 ,m,4H),δ4.51(-OC 2 -,t,4H),δ1.62(-CCH 3 ,s,12H)
[合成例3]
撹拌機、温度計、減圧濃縮装置を備えた4つ口フラスコにビスフェノールBP70g(0.2mol)、臭化アリル60.5g(0.5mol)、炭酸カリウム69.1g(0.5mol)、アセトン150mlを仕込み、60℃に加温して8時間アセトン還流下で反応させた。濾過により塩及び過剰量の炭酸カリウムを除いたのち、100℃、1000Paで1時間減圧濃縮することで、ビスフェノールBPジアリルエーテルを得た(収量68g、収率79%)。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ7.35(-CC6 5 ,s,10H),δ6.94(-CC6 4 O-,m,8H),δ6.12(-C=CH2,m,2H),δ5.48(-CH=C 2 ,m,4H),δ4.51(-OC 2 -,t,4H)
[合成例4]
撹拌機、温度計、窒素流路、減圧濃縮装置を備えた4つ口フラスコに、合成例1で得られたビスフェノールAジアリルエーテル30.8g(0.1mol)、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン43.2g(0.22mol)、トルエン30gを仕込み、窒素フロー下で90℃まで昇温したのち、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)を0.3g添加し、90℃で3時間反応させた。次に150℃、300paで1時間減圧濃縮を行い、下記一般式(6)に示す構造の化合物(A)を得た(収量69g、収率98%)。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ6.94(-CC6 4 O-,m,8H),δ4.08(-OC 2 -,t,4H),δ3.52(-SiOCH 3 ,s,18H),δ2.61(-C 2 2 SC 2 -,m,12H),δ1.75(-C 2 -CH2-Si,t,4H),δ1.62(-CCH 3 ,s,6H),δ0.69(-CH 2 -Si,t,4H)
Figure 0007283347000034
[合成例5]
撹拌機、温度計、窒素流路、減圧濃縮装置を備えた4つ口フラスコに、合成例2で得られたビスフェノールPジアリルエーテル42.6g(0.1mol)、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン43.2g(0.22mol)、トルエン30gを仕込み、窒素フロー下で90℃まで昇温したのち、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)を0.3g添加し、90℃で3時間反応させた。次に150℃、300paで1時間減圧濃縮を行い、下記一般式(7)に示す構造の化合物(B)を得た(収量78g、収率95%)。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ7.25(-CC6 4 C-,s,4H),δ6.94(-CC6 4 O-,m,8H),δ4.04(-OC 2 -,t,4H),δ3.52(-SiOCH 3 ,s,18H),δ2.61(-C 2 2 SC 2 -,m,12H),δ1.75(-C 2 -CH2-Si,t,4H),δ1.62(-CCH 3 ,s,12H),δ0.69(-CH 2 -Si,t,4H)
Figure 0007283347000035
[合成例6]
撹拌機、温度計、窒素流路、減圧濃縮装置を備えた4つ口フラスコに、合成例3で得られたビスフェノールBPジアリルエーテル43.2g(0.1mol)、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン43.2g(0.22mol)、トルエン30gを仕込み、窒素フロー下で90℃まで昇温したのち、2,2‘-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)を0.3g添加し、90℃で3時間反応させた。次に150℃、300paで1時間減圧濃縮を行い、下記一般式(8)に示す構造の化合物(C)を得た(収量77g、収率94%)。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ7.35(-CC6 5 ,s,10H),δ6.94(-CC6 4 O-,m,8H),δ4.01(-OC 2 -,t,4H),δ3.52(-SiOCH 3 ,s,18H),δ2.61(-C 2 2 SC 2 -,m,12H),δ1.75(-C 2 -CH2-Si,t,4H),δ0.69(-CH 2 -Si,t,4H)
Figure 0007283347000036
[実施例1]
(A)23℃における粘度が20,000mPa・sの分子鎖両末端がシラノール基(又はヒドロキシジメチルシリル基)で封鎖されたジメチルポリシロキサン(式(1)においてa=約600、以下、同じ。)100質量部に、(B)表面がパラフィンにて処理された重質炭酸カルシウム(商品名;MCコートP-20、丸尾カルシウム(株)製)100質量部と、(B)表面がジメチルジクロロシランにて処理された煙霧質シリカ10質量部を加えて混合した後、(C)ビニルトリス(メチルエチルケトオキシム)シラン10質量部を加え、減圧下で混合した。次に(D)キシリレンジアミンと3-クロロプロピルトリメトキシシランの脱塩酸反応により得られた化合物(式(4)において、R8=メチル基、e=3,R10=-(CH23-、R11=キシリレン基(-CH2-C64-CH2-)に該当する加水分解性オルガノシラン化合物、商品名;CF-73、信越化学工業(株)製、以下、同じ。)1質量部と、(E)上記合成例4で得た化合物(A)1質量部と、(F)ジオクチルスズジバーサテート0.1質量部とを加え、減圧下で完全に混合し、組成物1を得た。
[実施例2]
(A)23℃における粘度が20,000mPa・sの分子鎖両末端がシラノール基(又はヒドロキシジメチルシリル基)で封鎖されたジメチルポリシロキサン100質量部に、(B)表面がパラフィンにて処理された重質炭酸カルシウム(商品名;MCコートP-20、丸尾カルシウム(株)製)100質量部と、(B)表面がジメチルジクロロシランにて処理された煙霧質シリカ10質量部を加えて混合した後、(C)ビニルトリス(メチルエチルケトオキシム)シラン10質量部を加え、減圧下で混合した。次に(D)キシリレンジアミンと3-クロロプロピルトリメトキシシランの脱塩酸反応により得られた化合物(商品名;CF-73、信越化学工業(株)製)1質量部と、(E)上記合成例5で得た化合物(B)1質量部と、(F)ジオクチルスズジバーサテート0.1質量部とを加え、減圧下で完全に混合し、組成物2を得た。
[実施例3]
(A)23℃における粘度が20,000mPa・sの分子鎖両末端がシラノール基(又はヒドロキシジメチルシリル基)で封鎖されたジメチルポリシロキサン100質量部に、(B)表面がパラフィンにて処理された重質炭酸カルシウム(商品名;MCコートP-20、丸尾カルシウム(株)製)100質量部と、(B)表面がジメチルジクロロシランにて処理された煙霧質シリカ10質量部を加えて混合した後、(C)ビニルトリス(イソプロポキシ)シラン8質量部を加え、減圧下で混合した。次に(D)キシリレンジアミンと3-クロロプロピルトリメトキシシランの脱塩酸反応により得られた化合物(商品名;CF-73、信越化学工業(株)製)1質量部と、(E)上記合成例6で得た化合物(C)1質量部と、(F)テトラメチルグアニジルプロピルトリメトキシシラン0.5質量部とを加え、減圧下で完全に混合し、組成物3を得た。
参考例1
(A)23℃における粘度が20,000mPa・sの分子鎖両末端がシラノール基(又はヒドロキシジメチルシリル基)で封鎖されたジメチルポリシロキサン100質量部に、(B)表面がパラフィンにて処理された重質炭酸カルシウム(商品名;MCコートP-20、丸尾カルシウム(株)製)100質量部と、(B)表面がジメチルジクロロシランにて処理された煙霧質シリカ10質量部を加えて混合した後、(C)ビニルトリス(イソプロポキシ)シラン8質量部を加え、減圧下で混合した。次に(D)γ-アミノプロピルトリメトキシシラン(商品名;KBM-903信越化学工業(株)製)1質量部と、(E)上記合成例6で得た化合物(C)1質量部と、(F)テトラメチルグアニジルプロピルトリメトキシシラン0.5質量部とを加え、減圧下で完全に混合し、組成物4を得た。
[比較例1]
(A)23℃における粘度が20,000mPa・sの分子鎖両末端がシラノール基(又はヒドロキシジメチルシリル基)で封鎖されたジメチルポリシロキサン100質量部に、(B)表面がパラフィンにて処理された重質炭酸カルシウム(商品名;MCコートP-20、丸尾カルシウム(株)製)100質量部と、(B)表面がジメチルジクロロシランにて処理された煙霧質シリカ10質量部を加えて混合した後、(C)ビニルトリス(メチルエチルケトオキシム)シラン10質量部を加え、減圧下で混合した。次に(D)キシリレンジアミンと3-クロロプロピルトリメトキシシランの脱塩酸反応により得られた化合物(商品名;CF-73、信越化学工業(株)製)1質量部と、(F)ジオクチルスズジバーサテート0.1質量部とを加え、減圧下で完全に混合し、組成物5を得た。
[比較例2]
(A)23℃における粘度が20,000mPa・sの分子鎖両末端がシラノール基(又はヒドロキシジメチルシリル基)で封鎖されたジメチルポリシロキサン100質量部に、(B)表面がパラフィンにて処理された重質炭酸カルシウム(商品名;MCコートP-20、丸尾カルシウム(株)製)100質量部と、(B)表面がジメチルジクロロシランにて処理された煙霧質シリカ10質量部を加えて混合した後、(C)ビニルトリス(メチルエチルケトオキシム)シラン10質量部を加え、減圧下で混合した。次に(E)上記合成例4で得た化合物(A)1質量部と、(F)ジオクチルスズジバーサテート0.1質量部とを加え、減圧下で完全に混合し、組成物6を得た。
[比較例3]
(A)23℃における粘度が20,000mPa・sの分子鎖両末端がシラノール基(又はヒドロキシジメチルシリル基)で封鎖されたジメチルポリシロキサン100質量部に、(B)表面がパラフィンにて処理された重質炭酸カルシウム(商品名;MCコートP-20、丸尾カルシウム(株)製)100質量部と、(B)表面がジメチルジクロロシランにて処理された煙霧質シリカ10質量部を加えて混合した後、(C)ビニルトリス(メチルエチルケトオキシム)シラン10質量部を加え、減圧下で混合した。次に(D)γ-アミノプロピルトリメトキシシラン(商品名;KBM-903信越化学工業(株)製)1質量部と、(F)ジオクチルスズジバーサテート0.1質量部とを加え、減圧下で完全に混合し、組成物7を得た。
[比較例4]
(A)23℃における粘度が20,000mPa・sの分子鎖両末端がシラノール基(又はヒドロキシジメチルシリル基)で封鎖されたジメチルポリシロキサン100質量部に、(B)表面がパラフィンにて処理された重質炭酸カルシウム(商品名;MCコートP-20、丸尾カルシウム(株)製)100質量部と、(B)表面がジメチルジクロロシランにて処理された煙霧質シリカ10質量部を加えて混合した後、(C)ビニルトリス(メチルエチルケトオキシム)シラン10質量部を加え、減圧下で混合した。次に(D)γ-アミノプロピルトリメトキシシラン(商品名;KBM-903信越化学工業(株)製)1質量部と(E)上記合成例4で得た化合物(A)1質量部と、(F)ジオクチルスズジバーサテート0.1質量部とを加え、減圧下で完全に混合し、組成物8を得た。
得られた組成物の配合組成を表1、2に示す。
Figure 0007283347000037

Figure 0007283347000038
[試験方法]
上記実施例、参考例、比較例で調製された組成物(室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物)を2mmの型枠に流し込み、23℃、50%RHで7日間養生して2mm厚のゴムシートを得た。JIS K 6249に準じて2mm厚シートよりゴム物性(硬さ、切断時伸び、引張強度)を測定した。
また、この組成物より、幅25mm、長さ100mmのアルミニウム及び自動車エンジン用樹脂として有力視されているナイロン66(PA66)(商品名;ザイデル80G33HS1L、デュポン(株)製)、ポリブチレンテレフタラート(PBT)(商品名;ジュラネックス3300、ポリプラスチック(株)製)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)(商品名;サースティールGS-40、東ソー(株)製)を用いて接着面積2.5mm2、接着厚さ1mmのせん断接着試験体を作製し、23℃、50%RHで7日間養生した。この試験体を用いてアルミニウム及び各樹脂に対するせん断接着力と凝集破壊率をJIS K 6249に規定する方法に準じて測定し、凝集破壊率を比較した。
また、耐薬品性(耐エンジンオイル性)能を確認するため、得られた硬化後のシリコーンゴムシート及びせん断接着試験体をエンジンオイル[商品名:トヨタキャッスルオイル SN 0W-20]に浸漬し、120℃にて10日間放置して、その後製造初期と同様の試験を行うことで、耐薬品性の確認試験を行った。
更に、耐薬品性(耐LLC性)能を確認するため、得られた硬化後のシリコーンゴムシート及びせん断接着試験体をLLCと水道水の50質量%溶液[商品名:トヨタスーパーロングライフクーラント]に浸漬し、100℃にて10日間放置して、その後製造初期と同様の試験を行うことで、耐薬品性の確認試験を行った。
なお、ゴム物性(硬さ、切断時伸び、引張強度)、せん断接着力、凝集破壊率の各試験結果は3回の試験結果(N=3)の平均値を示す。
これらの結果を表3に示す。
Figure 0007283347000039
本発明の室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物を用いた実施例1~3、参考例1では、アルミニウム、PA66、PBT、PPSに対して初期から良好な接着性を示した。更に耐エンジンオイル及び耐LLC試験後も良好な接着性を維持した。耐LLC試験後のPBTに関しては被着体の劣化が大きく、被着体破壊となった。一方、比較例1、3では(E)成分を含まないためPBT、PPSへの接着性に乏しく、また耐LLC試験後のアルミニウム、PA66に対する接着力低下が大きい。比較例2では(D)成分を添加していないため、耐薬品性に優れるものの、初期のアルミニウム、PA66に対する接着性に乏しい結果となった。また、比較例4では(D)成分と(E)成分が特定の組み合わせではないため、樹脂接着性や耐薬品性の向上が十分ではない結果であった。
以上の結果より、本発明による室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物が有効であることがわかる。


Claims (5)

  1. (A)下記一般式(1)で示される23℃における粘度が2,000mPa・s以上のオルガノポリシロキサン:100質量部、
    HO-(SiR1 2O)a-H (1)
    (式中、R1は炭素数1~10の非置換又は置換一価炭化水素基であり、R1は互いに同一であっても異種の基であってもよい。aは100以上の整数である。)
    (B)無機質充填剤:1~500質量部、
    (C)(D)、(E)成分以外の、一分子中にケイ素原子に結合した加水分解可能な基を少なくとも3個有する有機ケイ素化合物及び/又はその部分加水分解縮合物:0.1~50質量部、
    (D)下記一般式()で示される加水分解性オルガノシラン化合物及び/又はその部分加水分解縮合物:0.01~5質量部、
    Figure 0007283347000040
    (式中、R 8 、R 9 は、それぞれ独立に、炭素数1~10の非置換一価炭化水素基であり、R 10 は炭素数1~10の二価炭化水素基であり、R 11 は芳香環を含む炭素数7~10の二価炭化水素基であり、eは1~3の整数である。但し、NH基及びNH 2 基の少なくとも一方はR 11 の芳香環に直結していない。)
    (E)下記一般式(3)で示される分子内にビスフェノール骨格を有するシラン化合物及び/又はその部分加水分解縮合物:0.01~5質量部、
    Figure 0007283347000041
    (式中、R5はそれぞれ独立に、水素原子もしくは炭素数1~8の非置換一価炭化水素基であり、R6、R7は、それぞれ独立に、炭素数1~10の非置換又は置換一価炭化水素基であり、nは1~3の整数であり、dはケイ素原子毎に独立に2又は3である。)
    (F)硬化触媒:0.01~3質量部
    を含有することを特徴とするロングライフクーラントシール用室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
  2. (B)成分の無機質充填剤が、表面処理剤により処理された、炭酸カルシウム、煙霧質シリカ、沈降性シリカ、カーボンブラック及び酸化アルミニウムから選択される少なくとも1種である請求項1記載の室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
  3. 上記一般式(3)において、n=1のとき、R 5 がフェニル基である請求項1又は2記載の室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物。
  4. 請求項1~3のいずれか1項に記載の室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物を硬化してなる冷却クーラントオイルシール用シリコーンゴム硬化物。
  5. 請求項4に記載の硬化物を有する冷却クーラントオイルシール
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