JP2001192462A - プレミックスからの熱硬化性シリコーン組成物 - Google Patents

プレミックスからの熱硬化性シリコーン組成物

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JP2001192462A
JP2001192462A JP2000386219A JP2000386219A JP2001192462A JP 2001192462 A JP2001192462 A JP 2001192462A JP 2000386219 A JP2000386219 A JP 2000386219A JP 2000386219 A JP2000386219 A JP 2000386219A JP 2001192462 A JP2001192462 A JP 2001192462A
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silicone polymer
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Devesh Mathur
デヴェシュ・マスル
Alan L Tate
アラン・エル・テイト
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 湿性の処理プレミックスは貯蔵と輸送が困難
なため、プレミックスの用途と市場性に制約がある。 【解決手段】 未処理充填材と高粘度シリコーンポリマ
ーのプレミックスをコンパウンディング装置に投入す
る。このプレミックスに処理剤と追加シリコーンポリマ
ーを加え、プレミックス、処理剤及び追加シリコーンポ
リマーをコンパウンディングして充填材配合熱硬化性シ
リコーン組成物を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は熱硬化性シリコーン
組成物の製造方法に関する。具体的には、本発明は、未
処理充填材とシリコーンポリマーのプレミックスから熱
硬化性シリコーン組成物を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】熱硬化性シリコーン組成物は、高粘度シ
リコーンポリマー、補強用無機充填材及び加工助剤その
他組成物に所望の最終特性を与える各種添加剤を含んで
いる。加硫剤を添加して組成物を熱硬化すれば、ガスケ
ット、医療用チューブ及びコンピューターキーパッドの
ようなシリコーンゴム成形品を製造することができる。
【0003】熱硬化性シリコーン組成物はプレミックス
と呼ばれるコンセントレートから製造することができ
る。プレミックスは、液体加工助剤の存在下高剪断力条
件下で材料を混合することで調製されるポリマーと微細
分散充填材とのブレンドからなる押出可能な組成物であ
る。液体加工助剤は充填材のシラノール基を処理する。
充填材表面の残留シラノール基は、シリカとシリコーン
ポリマー鎖のヒドロキシル基又は酸素基との水素結合の
強度を支配する可能性がある。充填材に高濃度の残留シ
ラノールが存在すると貯蔵時に最終製品の「ストラクチ
ャ形成」又は「クレープ硬化」を引き起こす。この効果
は、長期間貯蔵した後の材料の加工を困難にする。通
例、シラノール基を所要濃度まで下げるため、処理剤を
添加する。
【0004】シリコーンポリマーと充填材に存在する遊
離の未反応シラノール基との間には大きな界面力が生ず
る。処理剤は大量の高分子量シリコーンポリマーに拡散
して、硬直したシリコーンポリマー/充填材界面に浸透
して反応性シラノール基と反応しなければならない。そ
こで、処理剤は、従来、プレミックス形成段階前にシリ
カに直接添加するか或いは高剪断混合条件下でプレミッ
クス形成段階時に添加されてきた。
【0005】処理したプレミックスは、乾燥混合物より
も貯蔵や輸送が困難な湿性組成物である。そのため、処
理プレミックスは調製したら直ちに次の押出段階に投入
される。例えば、Kasahara他の米国特許第51
98171号には、高速機械剪断ミキサーでポリジオル
ガノシロキサン、無機充填材及び液体加工処理剤のプレ
ミックスを製造することが開示されている。得られたプ
レミックスは次いで同方向回転二軸押出機でコンパウン
ディングされる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】湿性の処理プレミック
スは貯蔵と輸送が困難なため、プレミックスの用途と市
場性に制約がある。長期使用特性を有する充填材とシリ
コーンポリマーのプレミックスが必要とされている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は長期使用特性を
有する未処理充填材を利用する方法を提供する。この方
法では、未処理充填材と高粘度シリコーンポリマーとの
プレミックスをコンパウンディング装置に投入する。プ
レミックスに処理剤と追加シリコーンポリマーとを加
え、プレミックス、処理剤及び追加シリコーンポリマー
をコンパウンディングして充填材配合熱硬化性シリコー
ン組成物を製造する。
【0008】別の実施形態では、処理剤の不在下で充填
材と高粘度シリコーンポリマーとからプレミックスを形
成する。未処理充填材と高粘度シリコーンポリマーのプ
レミックスをコンパウンディング装置に投入し、処理剤
とシリコーンポリマーを加える。プレミックス、処理剤
及び追加シリコーンポリマーを装置中でコンパウンディ
ングして充填材配合熱硬化性シリコーン組成物を製造す
る。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明では、高粘度熱硬化性シリ
コーン組成物を未処理プレミックスから直接製造する。
未処理プレミックスは、充填材と、処理剤及び高粘度シ
リコーンポリマーと未だ反応していないシラノール表面
基との配合混合物である。驚くべきことに、このプレミ
ックスのシリカのシラノール基は後段の高速ミキサー又
は押出機でのポリマー生ゴムとの配合段階時に処理剤で
適切に処理できる。
【0010】本発明で使用し得る無機充填材は、シリコ
ーンポリマーとのブレンドに使用できるシラノール表面
基を有する無機充填材であればどんなものでもよい。無
機充填材の例には、ヒュームドシリカや沈降シリカのよ
うな補強用シリカがある。シリコーンポリマーを補強す
るため、単一種の充填材又は充填材の組合せを使用し得
る。
【0011】プレミックス中の充填材の量は、高粘度シ
リコーンポリマー100重量部当たり約20〜約150
重量部、望ましくは約30〜約100重量部、好ましく
は約40〜約70重量部とし得る。配合段階時に、追加
シリコーンポリマーを添加すると、最終シリコーン組成
物中のシリカの割合が、高粘度シリコーンポリマー合計
100重量部当たり約10〜約100重量部、望ましく
は約15〜約90重量部、好ましくは約25〜約70重
量部に下がる。
【0012】本発明の組成物に用いる高粘度シリコーン
ポリマーは通常「生ゴム」又は「生ゴムシリコーン」と
いわれる。ポリマーの粘度は25℃で1500000c
psを上回る。粘度は4000000cpsを上回って
もよく、好ましくは25℃で8000000cpsを上
回る。
【0013】このポリマーは次式Iの繰返し単位で表す
ことができる。
【0014】
【化1】
【0015】式中、R1は各々独立にC1-4アルキル又は
2-4アルキレンを表し、R2は各々独立にC1-4アルキ
ル、C1-4ハロアルキル又はC2-4アルキレンを表し、R
3は各々独立にH、C1-10アルキル、C2-4アルキレン、
4-6シクロアルキル、OH又はC1-4ハロアルキルを表
し、nは1000〜20000の整数を表す。
【0016】さらに好ましい組成物は、R1が各々独立
にCH3又はCH=CH2を表し、R2が各々独立にC
3、CH=CH2又はCH2CH2CF3を表し、R3が各
々独立にCH3、CH=CH2、OH又はCH2CH2CF
3を表し、nが約4000〜約10000の整数を表す
シリコーンポリマーを含む。
【0017】別の実施態様では、シリコーンポリマーの
ビニル含量がシリコーンポリマーの約0.05〜約0.
5重量%の範囲である組成物が提供される。
【0018】処理剤は、充填材粒子間又は充填材と生ゴ
ム分子との間の縮合反応を防止するため充填材表面のヒ
ドロキシ基又はシラノール基と反応するシラノール末端
又はメトキシ末端シリコーン流体である。さもなけれ
ば、固くなって弾性が失われることになる。処理剤は充
填材のシラノール基を減らし、シリコーンのエージング
に要する時間を短縮して、クレープ硬化を防ぎ、及び/
又は可塑性を調節する。処理剤は、オルガノシラン、低
粘度ポリシロキサン又はシリコーン樹脂とすることがで
き、シラノール基及び/又は炭素原子数1〜6のアルコ
キシ基を有する。例として、ジフェニルシランジオー
ル、ジメチルシランジオール、メチルトリエトキシシラ
ン及びフェニルトリメトキシシランがある。低粘度ポリ
シロキサンはメチル基、フェニル基、ビニル基及び3,
3,3−トリフルオロプロピル基から選択される1種以
上の有機基を含んでいてもよい。好ましいシラノール反
応体処理剤には、シラノール末端ポリジメチルシロキサ
ン、オクタメチルシクロテトラシロキサン(D4)及び
ヘキサメチルジシラザン(HMDZ)がある。25℃で
測定したポリシロキサンの粘度は約1〜約300cP、
好ましくは約5〜約100cPである。
【0019】処理剤は、配合段階で、充填材100部当
たり流体約0.1〜約100部、望ましくは充填材10
0部当たり流体約0.5〜約75部、好ましくは充填材
100部当たり流体約1.0〜約50部の重量割合で添
加し得る。処理剤は反応して充填剤の有効基を充填材の
単位面積(平方ナノメートル)当たりヒドロキシル基約
8〜約2個、好ましくは約7〜約3個に下げることがで
きる。一実施形態では、処理剤はHMDZと水の組合せ
であってもよい。この組合せは、約1/0.1〜約1/
10又は約1/0.5〜約1/5又は約1/1〜約1/
3の重量比のHMDZ/水からなるものでよい。
【0020】熱硬化性シリコーン組成物は、金属の酸化
物、水酸化物及び脂肪酸塩のような耐熱性向上剤、加硫
戻り防止剤、白金化合物のような難燃剤、変色防止剤、
シリコーンオイルのような可塑剤、金属石鹸のような内
部離型剤、顔料並びに染料のような他の添加剤を含んで
いてもよい。
【0021】添付の図1は、未処理充填材とシリコーン
ポリマーのプレミックスを製造し、プレミックスから充
填材配合熱硬化性シリコーン組成物を製造する方法の概
略説明図である。図1で、未処理充填材とシリコーンポ
リマーを12と14で最初のミキサー16に供給して、
未処理プレミックスを得る。この未処理プレミックスを
直接18からフィーダー20に排出するか、或いは22
で貯蔵容器又は区域24に送り、後で26からフィーダ
ー20に投入するか又は別の場所で行われる別のプロセ
ス28に送る。フィーダー20から未処理プレミックス
を30で分配し、フィーダー32から処理剤を34で第
二の混合装置36に分配し、そこでプレミックスを追加
シリコーンポリマー38で処理するとともにコンパウン
ディングして充填材配合熱硬化性シリコーンポリマー組
成物40を製造する。
【0022】第一のミキサー16は適当なミキサーであ
ればどんなものでもよい。ただし、本発明の一実施形態
では、ミキサー16は円筒形混合トラフを含んだ連続環
状層ミキサーであり、混合材料は円筒形ミキサー壁と接
触して環状にトラフ軸に沿って螺旋経路を進む。典型的
な連続環状層ミキサーはEric他の米国特許第501
8673号に開示されている。この米国特許には、実質
的に水平に配置された円筒形ハウジングを含むミキサー
が記載されており、ハウジングの第一の端には材料を連
続的に供給するための材料供給管が設けられ、その第二
の端には材料を連続的に取り出すための材料排出管が設
けられている。円筒形ハウジングは、該ハウジング内に
同軸に配置された混合装置を囲んでいる。混合装置は高
速で駆動し得る。この装置は混合具を含んでなり、混合
具は装置からハウジング内壁近くまで略半径方向に突出
している。
【0023】第二の混合装置36はミキサーとして示さ
れている。ただし、装置26は適当なコンパウンディン
グ装置であればどんなものでもよい。噛合型同方向回転
押出機、噛合型又は非噛合型異方向回転押出機、往復式
又は非往復式単軸押出機、及び同方向回転セルフワイピ
ング押出機が装置36の例である。
【0024】上記その他の特徴は以下の詳細な説明から
明らかとなろうが、これらは本発明の好ましい実施形態
を例示するためのもので本発明を限定するものではな
い。
【0025】
【実施例】10Lヘンシェル(Henschel)ミキ
サーで、シリコーン生ゴム(針入度800、0.2m
%)66.6部、シリコーン生ゴム(針入度800、
0.5m%)33.3部、及び表面積200m2/gの
ヒュームドシリカ(A−200Degussa充填材)
53.5部を投入してプレミックスを製造した。ミキサ
ーは3500RPMで20分間回転させた。得られたプ
レミックスはタルカムパウダー状の外観で、タップ密度
0.42〜0.46であった。このプレミックスを表1
に示す配合組成物に用いた。
【0026】表1の配合組成物1001、1002、1
004及び1005は、ヘンシェルミキサーにシラノー
ル流体可塑剤、メトキシ末端流体可塑剤及びビニルトリ
エトキシシラン架橋剤と共にプレミックスを加えて調製
した。配合組成物1002及び1005の調製ではHM
DZを加え、他の添加剤を加える前にヘンシェルミキサ
ーでHMDZとプレミックスを5分間混合した。プレミ
ックスと添加剤を塊になるまで混合した。次に各バッチ
を70〜80℃に加熱し、窒素パージしながら1/2時
間この温度範囲に保った。次いでバッチを150℃に加
熱して30分間熱処理した。
【0027】配合組成物1003及び1006は、ミキ
サー中でシリコーン生ゴム(針入度800、0.2m
%)と別の生ゴム(針入度800、0.5m%)を10
分間混合した後HMDZを加え、さらに5分間混合して
調製した。充填材の20%を加え、15〜20分間混合
を続けた。ビニルトリエトキシシラン架橋剤を加え、5
分間混合を続けた。次いで、充填材の20%を加え、1
5〜20分間混合を続けた。次にメトキシ末端流体可塑
剤を加え、5分間混合を続けた。さらに充填材の20%
を加え、15〜20分間混合を続けた後、窒素パージし
ながらバッチを120℃に加熱した。充填材の15%を
加え、15〜20分間混合を続けた。シラノール流体可
塑剤の半分量を加え、25分間混合を続けた。その後、
充填材の最後の15%を加え、10〜15分間混合した
後、残りの可塑剤を加え、10分間バッチを混合した
後、150℃に加熱し30分処理した。
【0028】これらの配合組成物に、組成物100g毎
に1.5部の2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイ
ドを触媒として加えた。この触媒を加えた配合組成物を
低温金型上で260℃、12分間プレス硬化した。プレ
ス硬化した配合組成物をオーブン中でさらに200℃で
4時間硬化した。後硬化したシートを調節された湿度の
環境中で3時間平衡化させた後物性を評価した。
【0029】配合組成物を次の表1に示す。 表 1 配合組成物(g)/試料 1001 1002 1003 1004 1005 1006 プレミックス 921 921 1427 1415 シラノール流体処理剤 24.6 24.6 24.6 38.1 37.8 37.8 メトキシ流体処理剤 15.6 15.6 15.6 24.2 23.9 23.9 ビニルトリエトキシシラン 4.9 4.9 4.9 7.5 7.5 7.5 架橋剤 HMDZ 6.8 6.8 10.4 10.4 蒸留水(DI water) 5.2 5.2 シリコーンポリマー 399.6 614 (800, 0.2m%) シリコーンポリマー 200.4 307.9 (800, 0.5m%) ヒュームドシリカ 321 493.2 表1の配合組成物の特性を表2に示す。表2で、ウィリ
アムズ可塑度は100gの試料について測定した。ニッ
プ厚さは3/8±1/8″であった。端から端まで15
回通し、試料を10分間静止した。表に挙げた時間はす
べて、ウィリアムズ可塑度計を最初に3分間通してから
のものである。
【0030】ショアーA硬さは0.21″以上の高さに
重ねた3つのカットアウトダンベルについて測定した。
3つの測定値を取り、その平均を表2に挙げた。
【0031】引張、伸び及びモジュラスは切り出した試
料についてASTMのD412−87に従って測定し
た。ダンベルは破壊するまで引っ張った。平均を表2に
示す。
【0032】引裂強さは切り出した試料に対してAST
MのD624−86に従って測定した。各試料には0.
0020±0.0002インチの切り込みを付けた。試
料は引き裂かれるまで引っ張った。平均を表2に示す。
【0033】比重は空気中の試料重量と水中の試料重量
の比を用いて測定した。圧縮永久歪みは350°Fのオ
ーブンで22時間加熱した際の試料の厚さを測定して決
定した。揮発分は20mmHg±5mmHgの真空中、
135±5℃で45分間測定した試料の重量損失で決定
した(C−9%)。 表 2 性質/試料 1001 1002 1003 1004 1005 1006 比重 1.194 1.18 1.191 1.189 1.191 1.19 ショアーA硬さ 70.8 63.9 73.2 70.4 63.6 70.3 (ジュロメーター) 引張強さ(psi) 1154 1364 1249 1389.6 1519.2 1405.2 伸び(%) 231 292 241 266.4 308.8 312.4 100%モジュラス 425 326 491 428.8 332.8 395.5 引裂B(psi) 78 80 80 81.2 85.6 94.5 C/S 22時間、350F(%) 61.7 52.2 57.8 49 43.6 16.8 C−9(%) 27.23 35.33 34.40 ウィリアムズ可塑度 10分 251 276 406 332 306 372 24時間 341 340 593 478 358 414 2日 505 385 635 518 389 444 3日 534 387 701 577 405 451 1週 727 457 777 674 456 482 2週 871 495 827 790 489 525 3週 875 510 853 860 503 552 4週 982 542 972 907 524 570 2月 1042 605 743 TRAN 77.4 78.2 80 Y1 14.5 12.8 13.3 曇り 58.4 57.8 37.8 L 88.1 88.6 89.6 A 0 0.4 -0.4 B 7.2 6.2 6.8 収縮 L(%) 3.5 3.1 3.6 W(%) 0.9 1.1 0.8 適切な熱硬化性シリコーンポリマー組成物は次の物性の
標準を満たしている。すなわち、ウィリアムズ可塑度1
00以上、ショアーA硬さ20以上、引張強さ750p
si以上、破断時伸び少なくとも100%、引裂B少な
くとも10ppi、比重少なくとも1.05である。配
合組成物1002及び1005は、長時間低めのストラ
クチャ形成と可塑性を示している。この低めのジュロメ
ーターと優れた可塑性は、1002及び1005が適切
な充填材処理を受けたことを示している。配合組成物1
005は処理レベルを変えるために蒸留水の添加が重要
であることを示している。
【0034】以上、本発明の好ましい実施形態について
説明して来たが、本発明には変更及び修正が可能であ
り、したがって実施例の詳細に限定されることはない。
本発明は、特許請求の範囲に入るすべての変形及び変更
を包含する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 未処理充填材とシリコーンポリマーのプレミ
ックスを製造し、このプレミックスから充填材配合熱硬
化性シリコーン組成物を製造する方法の概略説明図。
【符号の説明】
12 未処理充填材 14 シリコーンポリマー 16 ミキサー 34 処理剤 36 第二の混合装置 38 追加シリコーンポリマー 40 充填材配合熱硬化性シリコーンポリマー組成物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アラン・エル・テイト アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ブスキ ルク、エヌワイ・67、3398番

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 充填材配合熱硬化性シリコーン組成物の
    製造方法であって、 未処理充填材と高粘度シリコーンポリマーのプレミック
    スをコンパウンディング装置に投入し、 処理剤と追加シリコーンポリマーをプレミックスに加
    え、 プレミックス、処理剤及び追加シリコーンポリマーをコ
    ンパウンディングして充填材配合熱硬化性シリコーン組
    成物を製造することを含んでなる方法。
  2. 【請求項2】 前記処理剤がHMDZである、請求項1
    記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記処理剤がHMDZと水の組合せであ
    り、HMDZ/水の重量比が約1/0.1〜約1/10
    である、請求項1記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記処理剤がHMDZと水の組合せであ
    り、HMDZ/水の重量比が約1/0.5〜約1/5で
    ある、請求項1記載の方法。
  5. 【請求項5】 前記処理剤がHMDZと水の組合せであ
    り、HMDZ/水の重量比が約1/1〜約1/3であ
    る、請求項1記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記シリコーンポリマーが25℃で15
    00000cpsを上回る粘度を有する、請求項1記載
    の方法。
  7. 【請求項7】 前記シリコーンポリマーが25℃で40
    00000cpsを上回る粘度を有する、請求項1記載
    の方法。
  8. 【請求項8】 前記シリコーンポリマーが25℃で80
    00000cpsを上回る粘度を有する、請求項1記載
    の方法。
  9. 【請求項9】 前記プレミックスが高粘度シリコーンポ
    リマー100重量部当たり約20〜約150重量部の充
    填材を含む、請求項1記載の方法。
  10. 【請求項10】 前記プレミックスが高粘度シリコーン
    ポリマー100重量部当たり約30〜約100重量部の
    充填材を含む、請求項1記載の方法。
  11. 【請求項11】 前記プレミックスが高粘度シリコーン
    ポリマー100重量部当たり約40〜約70重量部の充
    填材を含む、請求項1記載の方法。
  12. 【請求項12】 充填材配合熱硬化性シリコーン組成物
    を製造する方法であって、 処理剤の不在下で充填材と高粘度シリコーンポリマーか
    らプレミックスを形成し、 未処理充填材と高粘度シリコーンポリマーのプレミック
    スをコンパウンディング装置に投入し、 処理剤とシリコーンポリマーをプレミックスに加え、 プレミックス、処理剤及びシリコーンポリマーをコンパ
    ウンディングして充填材配合熱硬化性シリコーン組成物
    を製造することを含んでなる方法。
  13. 【請求項13】 前記プレミックスをコンパウンディン
    グ装置に投入する前に24時間以上貯蔵することを含ん
    でなる、請求項12記載の方法。
  14. 【請求項14】 前記処理剤がHMDZである、請求項
    12記載の方法。
  15. 【請求項15】 前記処理剤がHMDZと水の組合せで
    あり、HMDZ/水の重量比が約1/0.1〜約1/1
    0である、請求項12記載の方法。
  16. 【請求項16】 前記処理剤がHMDZと水の組合せで
    あり、HMDZ/水の重量比が約1/0.5〜約1/5
    である、請求項12記載の方法。
  17. 【請求項17】 前記処理剤がHMDZと水の組合せで
    あり、HMDZ/水の重量比が約1/1〜約1/3であ
    る、請求項12記載の方法。
  18. 【請求項18】 前記プレミックスが高粘度シリコーン
    ポリマー100重量部当たり約20〜約150重量部の
    充填材を含む、請求項12記載の方法。
  19. 【請求項19】 前記プレミックスが高粘度シリコーン
    ポリマー100重量部当たり約30〜約100重量部の
    充填材を含む、請求項12記載の方法。
  20. 【請求項20】 前記プレミックスが高粘度シリコーン
    ポリマー100重量部当たり約40〜約70重量部の充
    填材を含む、請求項12記載の方法。
  21. 【請求項21】 前記シリコーンポリマーが25℃で1
    500000cpsを上回る粘度を有する、請求項12
    記載の方法。
  22. 【請求項22】 前記シリコーンポリマーが25℃で4
    000000cpsを上回る粘度を有する、請求項12
    記載の方法。
  23. 【請求項23】 前記シリコーンポリマーが25℃で8
    000000cpsを上回る粘度を有する、請求項12
    記載の方法。
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