JP2004359719A - 導電性シリコーンゴム組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】シリコーンゴム本来の特性を維持しつつ、半導体領域において優れた導電安定性と熱伝導性を有し、しかも電圧依存性の少ない導電性シリコーンゴム組成物を提供する。
【解決手段】(A) 特定のオルガノポリシロキサン 100 重量部に、(B) BET径が0.01〜0.1 μm、自身の体積抵抗率が700〜30000 Ω・cmで、酸化アルミニウムとの固溶体であることを特徴とする導電性酸化亜鉛30〜300重量部、(C) 触媒量の硬化剤を配合してなる導電性シリコーンゴム組成物。
【選択図】 なし
【解決手段】(A) 特定のオルガノポリシロキサン 100 重量部に、(B) BET径が0.01〜0.1 μm、自身の体積抵抗率が700〜30000 Ω・cmで、酸化アルミニウムとの固溶体であることを特徴とする導電性酸化亜鉛30〜300重量部、(C) 触媒量の硬化剤を配合してなる導電性シリコーンゴム組成物。
【選択図】 なし
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体領域において優れた導電安定性と熱伝導性を有する導電性シリコーンゴム組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、硬化してシリコーンゴムとなるシリコーンゴム組成物はよく知られており、その耐候性、耐熱性、耐寒性、電気絶縁性等の優れた性質を利用して、電気・電子部品のポッティング材、コーティング材、型取り用等の成形材料等に幅広く使用されている。また、本来絶縁材料であるシリコーンゴム組成物に導電性カーボンブラック、グラファイト、金属粉末等の導電性材料を配合し、電気抵抗を10−1〜10−2Ω・cm程度の範囲にした導電性シリコーンゴムとしても実用化されている。
【0003】
ところが、シリコーンゴムに導電性カーボンブラックを配合し、103 〜1012Ω・cm程度という半導体領域の導電性シリコーンゴム成形品を得ようとした場合、1つの成形品の中での電気抵抗率のバラツキが極めて大きくなり、電気抵抗率を安定化させることが困難であった。これは、成形時に、ゴム内部にひずみが生じ、そのひずみにより均一であったカーボンの連鎖が変化し、カーボン連鎖に疎密ができてしまうことが原因と考えられる。
【0004】
この問題を解決する方法として、導電性シリコーンゴムと導電性金属酸化物を併用する方法(特許文献1、2)、表面処理した導電性金属酸化物を使用する方法(特許文献3)が提案されている。
【0005】
しかしながら、これらの方法によっても、106 〜1012Ω・cm程度という抵抗が高い半導体領域で安定な抵抗値を有する導電性シリコーンゴムを得ることは困難である。また、従来提案されている導電性シリコーンゴムは、電圧が変わった場合の抵抗値のバラツキが大きいという問題も残っている。
【0006】
【特許文献1】
特開平7−247431号公報
【特許文献2】
特許第3235434号公報
【特許文献3】
特開平8−12889号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、シリコーンゴム本来の特性を維持しつつ、半導体領域において優れた導電安定性と熱伝導性を有し、しかも電圧依存性の少ない導電性シリコーンゴム組成物を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、特定のオルガノポリシロキサンに、特定の粒径範囲を持つ導電性酸化亜鉛を配合するのが有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0009】
即ち本発明は、
(A) 下記一般式(1) で示されるオルガノポリシロキサン 100 重量部に
R1 aSiO(4−a)/2 (1)
(但し、式中R1は同種又は異種の非置換又は置換1価炭化水素基、a は1.90〜2.05の正数である。)
(B) BET径が0.01〜0.1 μm、自身の体積抵抗率が700〜30000 Ω・cmで、酸化アルミニウムとの固溶体であることを特徴とする導電性酸化亜鉛30〜300重量部
(C) 触媒量の硬化剤
を配合してなることを特徴とする導電性シリコーンゴム組成物である。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳しく説明する。本発明の組成物を構成する(A) 成分は、前記一般式(1) で示されるオルガノポリシロキサンであり、式中R1はメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などのアルキル基、ビニル基、アリル基、ブタニエル基などのアルケニル基、フェニル基、トリル基などのアリール基またはこれらの基の炭素原子に結合した水素原子の一部又は全部をハロゲン原子、シアノ基などで置換したクロロメチル基、クロロプロピル基、3,3,3 −トリフルオロプロピル基、2−シアノエチル基などから選択される同種又は異種の非置換又は置換1価炭化水素基であり、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは1〜8のものである。又、a は1.90〜2.05の正数である。このものは、直鎖状の分子構造を有することが好ましいが、分子中に一部分枝鎖状のものを含有していても問題はない。また、このものは分子鎖末端がトリオルガノシリル基又は水酸基で封鎖されたものとすればよいが、このトリオルガノシリル基としては、トリメチルシリル基、ジメチルビニルシリル基、メチルフェニルビニルシリル基、メチルジフェニルシリル基、メチルジビニルシリル基、トリビニルシリル基などが例示される。尚、このものの重合度に限定はないが、液状シリコーンゴムとする場合には重合度 100〜2000、ミラブル型シリコーンゴムとする場合には重合度2000〜10000が好ましい。
【0011】
本発明の(B) 成分は、BET径が0.01〜0.1μm、自身の体積抵抗率が700〜30000 Ω・cmで、酸化アルミニウムとの固溶体であることを特徴とする導電性酸化亜鉛である。
【0012】
また、導電性酸化亜鉛としては、BET径が0.01〜0.1μmであることが、本発明所期の目的を達成するために必須であり、より好ましくは、0.02〜0.05μm、さらに好ましくは、0.02〜0.04μmである。酸化亜鉛の真比重は大きく、従来用いられている径が1μm 程度のものは、シリコーンゴムに配合する際に容易に沈降する傾向が高い。本発明では、BET径が0.01〜0.1μm という微粒子状で、かつ導電性を有する酸化亜鉛を用いることにより、沈降を抑え、分散性を向上させ、少量でも安定な半導電性を発現するものである。
【0013】
酸化亜鉛自身の体積抵抗率は、700〜30000Ω・cmが好ましく、より好ましくは、800〜5000Ω・cm、さらに好ましくは、1000〜3000Ω・cmである。106 〜1012Ω・cmといった半導電領域の安定化を図る上で、自身の体積抵抗率も重要である。体積抵抗率が、700Ω・cmより小さいと、106 〜1012Ω・cmの範囲での抵抗の安定化が難しく、30000Ω・cmを超えると電気が流れず、目的の抵抗特性を達成できない。
【0014】
また、カサ比容は400〜1500 ml/100gが好ましく、より好ましくは、700〜1000ml/100gである。カサ比容が400 ml/100gより小さいと、電気抵抗が安定化せず、1500 ml/100gより大きいと、配合が困難となり扱いにくい。
【0015】
また、吸油量は、25〜100g/100gが好ましく、より好ましくは、35〜60g/100gである。25g/100gより小さいと、電気抵抗が安定化せず、100g/100gより大きいと、経時後の電気特性に変化が生じる。
【0016】
このような導電性酸化亜鉛は、市販品としてハクスイテック(株)より入手可能である。
【0017】
尚、上記導電性酸化亜鉛は、表面処理をする必要はないが、公知のシラン化合物、シラザン、ポリオルガノシロキサン等の表面処理剤により処理したものであってもよい。
【0018】
また、(B) 成分の配合量としては、(A) 成分のオルガノポリシロキサン100 重量部に対して30〜300重量部であり、好ましくは50〜100重量部である。300重量部を越えると、電気が流れすぎたり、硬化物の機械的強度が低下することがあり、30重量部未満では所望の導電性を得ることができないことがある。
【0019】
(C) 成分の硬化剤としては、ゴム弾性体を得るための反応機構に応じて適宜選択されるものである。その反応機構としては、(1) 有機過酸化物加硫剤による架橋方法、(2) 縮合反応による方法、(3) 付加反応による方法等が知られており、その反応機構によって、(A) 成分と(C) 成分すなわち硬化用触媒もしくは架橋剤との好ましい組合せ、並びに(C) 成分の量が決まることは周知である。以下、上記 (1)〜(3) の夫々の反応機構における(A) オルガノポリシロキサンと、(D) 硬化剤とについて説明する。先ず、上記(1) の架橋方法を適用する場合においては、通常、(A) 成分のオルガノポリシロキサンとして、1分子中のケイ素原子に結合した有機基のうち、少なくとも2個がビニル、プロペニル、ブテニル、ヘキセニルなどのアルケニル基であるオルガノポリシロキサンが用いられる。特に合成の容易さ、原料の入手のし易さから、上記基の中でもビニル基が好ましい。また、(C) 成分の硬化剤としては、ベンゾイルペルオキシド、2,4 −ジクロロベンゾイルペルオキシド、ジクミルペルオキシド、クミル−t−ブチルペルオキシド、2,5 −ジメチル−2,5 −ジ−t−ブチルペルオキシヘキサン、ジ−t−ブチルペルオキシド等の各種の有機過酸化物加硫剤が用いられ、特に低い圧縮永久歪みを与えることから、ジクミルペルオキシド、クミル−t−ブチルペルオキシド、2,5 −ジメチル−2,5 −ジ−t−ブチルペルオキシヘキサン、ジ−t−ブチルペルオキシドが好ましい。なお、これらの有機過酸化物加硫剤は、1種または2種以上の混合物として用いられる。(C) 成分の硬化剤である有機過酸化物の配合量は、(A) 成分のオルガノポリシロキサン100 重量部に対し0.05〜15重量部の範囲が好ましい。有機過酸化物の配合量が0.05重量部未満では加硫が十分に行われず、15重量部を超えて配合してもそれ以上の格別な効果がないばかりか、得られた導電性シリコーンゴムの物性に悪影響を与えることがあるからである。
【0020】
また、上記(2) の縮合反応を適用する場合においては、(A) 成分のオルガノポリシロキサンとして両末端に水酸基を有するオルガノポリシロキサンが用いられる。(C) 成分の硬化剤としては、まず架橋剤として、エチルシリケート、プロピルシリケート、メチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、メチルトリス(メトキシエトキシ)シラン、ビニルトリス(メトキシエトキシ)シラン、メチルトリプロペノキシシラン等のアルコキシ型;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等のアセトキシ型;メチルトリ(アセトンオキシム)シラン、ビニルトリ(アセトンオキシム)シラン、メチルトリ(メチルエチルケトキシム)シラン、ビニルトリ(メチルエチルケトキシム)シラン等、およびその部分加水分解物が例示される。また、ヘキサメチル−ビス(ジエチルアミノキシ)シクロテトラシロキサン、テトラメチルジブチル−ビス(ジエチルアミノキシ)シクロテトラシロキサン、ヘプタメチル(ジエチルアミノキシ)シクロテトラシロキサン、ペンタメチル−トリス(ジエチルアミノキシ)シクロテトラシロキサン、ヘキサメチル−ビス(メチルエチルアミノキシ)シクロテトラシロキサン、テトラメチル−ビス(ジエチルアミノキシ)−モノ(メチルエチルアミノキシ)シクロテトラシロキサンのような環状シロキサン等も例示される。このように、架橋剤はシランやシロキサン構造のいずれでもよく、またそのシロキサン構造は直鎖状、分岐状および環状のいずれでもよい。さらに、これらを使用する際には、1種類に限定される必要はなく、2種以上の併用も可能である。また、(C) 成分の硬化剤のうち、硬化用触媒としては、鉄オクトエート、コバルトオクトエート、マンガンオクトエート、スズナフテネート、スズカプリレート、スズオレエートのようなカルボン酸金属塩;ジメチルスズジオレエート、ジメチルスズジラウレート、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジオクトエート、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズジオレエート、ジフェニルスズジアセテート、酸化ジブチルスズ、ジブチルスズジメトキシド、ジブチルビス(トリエトキシシロキシ)スズ、ジオクチルスズジラウレートのような有機スズ化合物が用いられる。(C) 成分の硬化剤のうち、上記架橋剤の配合量は(A) 成分のオルガノポリシロキサン 100重量部に対し 0.1〜20重量部が好ましい。架橋剤の使用量が 0.1重量部未満では、硬化後のゴムに充分な強度が得られず、また20重量部を超えると得られるゴムが脆くなり、いずれも実用に耐え難い。また、硬化用触媒の配合量は(A) 成分のオルガノポリシロキサン 100重量部に対し0.01〜5重量部が好ましい。これより少ない量では硬化用触媒として不十分であって、硬化に長時間を要し、また空気との接触面から遠い内部での硬化が不良となる。他方、これよりも多い場合には、保存安定性が低下してしまう。より好ましい配合量の範囲としては、0.1 〜3重量部である。
【0021】
上記(3) の付加反応を適用する場合の(A) 成分のオルガノポリシロキサンとしては、上記(1) におけるオルガノポリシロキサンと同様なものが用いられる。また、(C) 成分の硬化剤としては、硬化用触媒として、塩化白金酸、白金オレフィン錯体、白金ビニルシロキサン錯体、白金黒、白金トリフェニルホスフィン錯体等の白金系触媒が用いられ、架橋剤として、ケイ素原子に結合した水素原子が1分子中に少なくとも平均2個を超える数を有するオルガノポリシロキサンが用いられる。(C) 成分の硬化剤のうち、硬化用触媒の配合量は、(A) 成分のオルガノポリシロキサン100 重量部に対し白金元素量で1〜1000ppm の範囲となる量が好ましい。硬化用触媒の配合量が白金元素量として1ppm 未満では、充分に硬化が進行せず、また1000ppm を超えても特に硬化速度の向上等が期待できない。また、架橋剤の配合量は、(A) 成分中のアルケニル基1個に対し、架橋剤中のケイ素原子に結合した水素原子が 0.5〜10 個となるような量が好ましく、さらに好ましくは1.0 〜3.0 個となるような量である。水素原子の量が 0.5個未満である場合は、組成物の硬化が充分に進行せずに、硬化後の組成物の硬さが低くなり、また水素原子の量が 4.0個を超えると硬化後の組成物の物理的性質と耐熱性が低下する。
【0022】
なお、本発明の組成物には必要に応じて重合度が 100以下の低分子量シロキサン、シラノール基含有シラン、アルコキシ基含有シランなどの分散剤や酸化鉄、酸化セリウム、オクチル酸鉄などの耐熱性向上剤、白金化合物、酸化鉄、アゾ化合物、酸化チタンなどの難燃剤、顔料など、また補強の面からフュームドシリカ、湿式シリカ、表面を疎水化処理したフュームドシリカや湿式シリカ、石英微粉末、けいそう土などの微粉末シリカ、ポリオルガノシルセスキオキサンを配合してもよく、更に組成物に加工性、成形性を付与する目的でイソパラフィン溶剤などの飽和脂肪族炭化水素、その他通常のシリコーンゴム組成物に添加される他の添加剤を添加することもできる。
【0023】
本発明の組成物の製造方法としては、ニーダー、バンバリーミキサー、ミキシングロールなどの従来から一般的に用いられている装置で配合、混練を行なえば良い。また、本発明の導電性シリコーンゴム組成物は、加圧成形、押出し成形、射出成形、カレンダー成形等の通常の方法によって成形加工し、硬化させて製品とすることができる。特に本発明の導電性シリコーンゴム組成物は、シリコーンゴムロール材料として有用であり、本発明の導電性シリコーンゴム組成物を、常法の如く、ロール芯金上に均一に被覆し硬化させることにより、性能の優れたシリコーンゴムロールを得ることができる。
【0024】
特に、限定されるものではないが、加工性・生産性を考慮すると、液状シリコーンゴムが好ましく、より好ましくは、付加反応型液状シリコーンゴムである。
【0025】
【発明の効果】
本発明によれば、成形品において半導体領域での導電安定性および熱伝導性に優れていると共に、機械的強度が保たれたシリコーンゴムを与えるものである。しかも、106 〜1012Ω・cm程度の抵抗が高い半導体領域で安定な抵抗値を有し、電圧が変わった場合の抵抗値のバラツキも小さいという利点を有する。
【0026】
従って本発明の導電性シリコーンゴム組成物および硬化物は、例えばパッキン材などのゴム部材、あるいは電気工業分野、自動車部品等の輸送機分野など広範囲の分野で有効に利用され、特に乾式複写機やプリンタのロール、工業用ロールに有用である。
【0027】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示し、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、以下の例において、部は重量部である。
実施例1
粘度が3000センチポイズである分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖のジメチルポリオルガノシロキサン(A−1)(ビニル基含有量=0.08mmol/g )60部を混練り装置に配合し、そこに、(B)導電性酸化亜鉛(1)(BET径0.03μm、体積抵抗率2000Ω・cm、カサ比容800ml/100g、吸油量45g/100g)60部を配合し、均一に混合後、150℃の温度で2時間加熱混練りした後に、残りのポリオルガノシロキサン(A−1)40部で希釈し、さらに、粘度が5センチポイズである分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体(C)(ケイ素原子結合水素原子含有量3mmol/g )3部、塩化白金酸とジビニルテトラメチルジシロキサンとの錯体0.1部および1−エチニル−1−シクロヘキサノール0.1部、を均一に混合して、本発明のシリコーンゴム組成物を調製した。
【0028】
このシリコーンゴム組成物を 150℃で10分、型中で硬化し、その後 200℃の空気中で4時間熱処理を行い、シリコーンゴムシートを得た。
【0029】
粘度(硬化前特性)、硬さ、熱伝導率、体積抵抗率、および経時後の沈降性に関して、下記の如く評価を行った。
【0030】
・粘度 回転粘度計
・硬さ JISA(JIS K 6249)硬度計
・体積抵抗率 (株)ダイアインスツルメンツ製 ハイレスタ
・熱伝導率 京都電子(株)製 迅速熱伝導率計
・沈降性 目視確認(沈降分離の有無)
実施例2
ジメチルポリオルガノシロキサン(A−1)100部を混練り装置に配合し、そこに実施例1記載の導電性酸化亜鉛(1)100部に入れ、150℃の温度で2時間加熱混練りした後に、ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体(C)3部、塩化白金酸とジビニルテトラメチルジシロキサンとの錯体0.1部および1−エチニル−1−シクロヘキサノール 0.1部、を均一に混合して、本発明のシリコーンゴム組成物を調製した。このシリコーンゴム組成物を実施例1と同様に評価した。
比較例1
導電性酸化亜鉛(1)の配合量を24部とした以外は実施例1と同様にしてシリコーンゴム組成物を調製し、実施例1と同様に評価した。
比較例2
(CH3)2SiO 単位99.9モル%、(CH3)(CH2=CH)SiO単位0.12モル%からなり、末端がジメチルビニルシリル基で封鎖された、重合度6000のポリオルガノシロキサン(A−2)100 部と実施例1記載の導電性酸化亜鉛(1) 400部をニーダーミキサーで均一になるまで混練した。この後、 150℃で2時間加熱処理した。このシリコーンゴム組成物に硬化剤として2,5−ジメチル−2,5−ジ−t−ブチルパーオキシヘキサン1部を二本ロールで均一になるまで混合してシリコーンコーンゴム組成物を調製し、実施例1と同様に評価した。
比較例3
ジメチルポリオルガノシロキサン(A−1)100部を混練り装置に配合し、そこに、(B’)導電性酸化亜鉛(2)(BET径0.02μm、体積抵抗率1×107Ω・cm、カサ比容250ml/100g、吸油量30g/100g)100部を配合し、均一に混合後150℃の温度で2時間加熱混練りした後に、ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体(C)3部、塩化白金酸とジビニルテトラメチルジシロキサンとの錯体0.1部および1−エチニル−1−シクロヘキサノール 0.1部、を均一に混合して、シリコーンゴム組成物を調製した。このシリコーンゴム組成物を実施例1と同様に評価した。
比較例4
ジメチルポリオルガノシロキサン(A−1)100部を混練り装置に配合し、そこに、(B’)導電性酸化亜鉛(3)(ハクスイテック(株)製23−K)(BET径0.2μm、体積抵抗率300Ω・cm、カサ比容250ml/100g、吸油量20g/100g)150部を配合し、均一に混合後、150℃の温度で2時間加熱混練りした後に、ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体(C)3部、塩化白金酸とジビニルテトラメチルジシロキサンとの錯体0.1部および1−エチニル−1−シクロヘキサノール 0.1部、を均一に混合し、シリコーンゴム組成物を調製した。このシリコーンゴム組成物を実施例1と同様に評価した。
比較例5
ジメチルポリオルガノシロキサン(A−1)60部を混練り装置に配合し、そこに、酸化亜鉛(ハクスイテック(株)製ZINCOX SUPER F−2)(BET径0.065μm、体積抵抗率:>107Ω・cm、カサ比容700ml/100g、吸油量25g/100g)60部を配合し、均一に混合後150℃の温度で2時間加熱混練りした後に、ポリオルガノシロキサン(A−1)40部で希釈し、ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体(C)3部、塩化白金酸とジビニルテトラメチルジシロキサンとの錯体0.1部および1−エチニル−1−シクロヘキサノール 0.1部、を均一に混合して、シリコーンゴム組成物を調製した。このシリコーンゴム組成物を実施例1と同様に評価した。
比較例6
ジメチルポリオルガノシロキサン(A−1)15部を混練り装置に配合し、そこに、カーボンブラック(電気化学(株)製デンカブラックHS−100)2部を配合し、均一に混合後150℃の温度で2時間加熱混練りした後に、ポリオルガノシロキサン(A−1)85部で希釈し、さらに、ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体(C)3部、塩化白金酸とジビニルテトラメチルジシロキサンとの錯体0.1部および1−エチニル−1−シクロヘキサノール 0.1部、を均一に混合して、シリコーンゴム組成物を調製した。このシリコーンゴム組成物を実施例1と同様に評価した。
【0031】
これらの結果を表1にまとめて示す。
【0032】
【表1】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体領域において優れた導電安定性と熱伝導性を有する導電性シリコーンゴム組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、硬化してシリコーンゴムとなるシリコーンゴム組成物はよく知られており、その耐候性、耐熱性、耐寒性、電気絶縁性等の優れた性質を利用して、電気・電子部品のポッティング材、コーティング材、型取り用等の成形材料等に幅広く使用されている。また、本来絶縁材料であるシリコーンゴム組成物に導電性カーボンブラック、グラファイト、金属粉末等の導電性材料を配合し、電気抵抗を10−1〜10−2Ω・cm程度の範囲にした導電性シリコーンゴムとしても実用化されている。
【0003】
ところが、シリコーンゴムに導電性カーボンブラックを配合し、103 〜1012Ω・cm程度という半導体領域の導電性シリコーンゴム成形品を得ようとした場合、1つの成形品の中での電気抵抗率のバラツキが極めて大きくなり、電気抵抗率を安定化させることが困難であった。これは、成形時に、ゴム内部にひずみが生じ、そのひずみにより均一であったカーボンの連鎖が変化し、カーボン連鎖に疎密ができてしまうことが原因と考えられる。
【0004】
この問題を解決する方法として、導電性シリコーンゴムと導電性金属酸化物を併用する方法(特許文献1、2)、表面処理した導電性金属酸化物を使用する方法(特許文献3)が提案されている。
【0005】
しかしながら、これらの方法によっても、106 〜1012Ω・cm程度という抵抗が高い半導体領域で安定な抵抗値を有する導電性シリコーンゴムを得ることは困難である。また、従来提案されている導電性シリコーンゴムは、電圧が変わった場合の抵抗値のバラツキが大きいという問題も残っている。
【0006】
【特許文献1】
特開平7−247431号公報
【特許文献2】
特許第3235434号公報
【特許文献3】
特開平8−12889号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、シリコーンゴム本来の特性を維持しつつ、半導体領域において優れた導電安定性と熱伝導性を有し、しかも電圧依存性の少ない導電性シリコーンゴム組成物を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、特定のオルガノポリシロキサンに、特定の粒径範囲を持つ導電性酸化亜鉛を配合するのが有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0009】
即ち本発明は、
(A) 下記一般式(1) で示されるオルガノポリシロキサン 100 重量部に
R1 aSiO(4−a)/2 (1)
(但し、式中R1は同種又は異種の非置換又は置換1価炭化水素基、a は1.90〜2.05の正数である。)
(B) BET径が0.01〜0.1 μm、自身の体積抵抗率が700〜30000 Ω・cmで、酸化アルミニウムとの固溶体であることを特徴とする導電性酸化亜鉛30〜300重量部
(C) 触媒量の硬化剤
を配合してなることを特徴とする導電性シリコーンゴム組成物である。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳しく説明する。本発明の組成物を構成する(A) 成分は、前記一般式(1) で示されるオルガノポリシロキサンであり、式中R1はメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などのアルキル基、ビニル基、アリル基、ブタニエル基などのアルケニル基、フェニル基、トリル基などのアリール基またはこれらの基の炭素原子に結合した水素原子の一部又は全部をハロゲン原子、シアノ基などで置換したクロロメチル基、クロロプロピル基、3,3,3 −トリフルオロプロピル基、2−シアノエチル基などから選択される同種又は異種の非置換又は置換1価炭化水素基であり、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは1〜8のものである。又、a は1.90〜2.05の正数である。このものは、直鎖状の分子構造を有することが好ましいが、分子中に一部分枝鎖状のものを含有していても問題はない。また、このものは分子鎖末端がトリオルガノシリル基又は水酸基で封鎖されたものとすればよいが、このトリオルガノシリル基としては、トリメチルシリル基、ジメチルビニルシリル基、メチルフェニルビニルシリル基、メチルジフェニルシリル基、メチルジビニルシリル基、トリビニルシリル基などが例示される。尚、このものの重合度に限定はないが、液状シリコーンゴムとする場合には重合度 100〜2000、ミラブル型シリコーンゴムとする場合には重合度2000〜10000が好ましい。
【0011】
本発明の(B) 成分は、BET径が0.01〜0.1μm、自身の体積抵抗率が700〜30000 Ω・cmで、酸化アルミニウムとの固溶体であることを特徴とする導電性酸化亜鉛である。
【0012】
また、導電性酸化亜鉛としては、BET径が0.01〜0.1μmであることが、本発明所期の目的を達成するために必須であり、より好ましくは、0.02〜0.05μm、さらに好ましくは、0.02〜0.04μmである。酸化亜鉛の真比重は大きく、従来用いられている径が1μm 程度のものは、シリコーンゴムに配合する際に容易に沈降する傾向が高い。本発明では、BET径が0.01〜0.1μm という微粒子状で、かつ導電性を有する酸化亜鉛を用いることにより、沈降を抑え、分散性を向上させ、少量でも安定な半導電性を発現するものである。
【0013】
酸化亜鉛自身の体積抵抗率は、700〜30000Ω・cmが好ましく、より好ましくは、800〜5000Ω・cm、さらに好ましくは、1000〜3000Ω・cmである。106 〜1012Ω・cmといった半導電領域の安定化を図る上で、自身の体積抵抗率も重要である。体積抵抗率が、700Ω・cmより小さいと、106 〜1012Ω・cmの範囲での抵抗の安定化が難しく、30000Ω・cmを超えると電気が流れず、目的の抵抗特性を達成できない。
【0014】
また、カサ比容は400〜1500 ml/100gが好ましく、より好ましくは、700〜1000ml/100gである。カサ比容が400 ml/100gより小さいと、電気抵抗が安定化せず、1500 ml/100gより大きいと、配合が困難となり扱いにくい。
【0015】
また、吸油量は、25〜100g/100gが好ましく、より好ましくは、35〜60g/100gである。25g/100gより小さいと、電気抵抗が安定化せず、100g/100gより大きいと、経時後の電気特性に変化が生じる。
【0016】
このような導電性酸化亜鉛は、市販品としてハクスイテック(株)より入手可能である。
【0017】
尚、上記導電性酸化亜鉛は、表面処理をする必要はないが、公知のシラン化合物、シラザン、ポリオルガノシロキサン等の表面処理剤により処理したものであってもよい。
【0018】
また、(B) 成分の配合量としては、(A) 成分のオルガノポリシロキサン100 重量部に対して30〜300重量部であり、好ましくは50〜100重量部である。300重量部を越えると、電気が流れすぎたり、硬化物の機械的強度が低下することがあり、30重量部未満では所望の導電性を得ることができないことがある。
【0019】
(C) 成分の硬化剤としては、ゴム弾性体を得るための反応機構に応じて適宜選択されるものである。その反応機構としては、(1) 有機過酸化物加硫剤による架橋方法、(2) 縮合反応による方法、(3) 付加反応による方法等が知られており、その反応機構によって、(A) 成分と(C) 成分すなわち硬化用触媒もしくは架橋剤との好ましい組合せ、並びに(C) 成分の量が決まることは周知である。以下、上記 (1)〜(3) の夫々の反応機構における(A) オルガノポリシロキサンと、(D) 硬化剤とについて説明する。先ず、上記(1) の架橋方法を適用する場合においては、通常、(A) 成分のオルガノポリシロキサンとして、1分子中のケイ素原子に結合した有機基のうち、少なくとも2個がビニル、プロペニル、ブテニル、ヘキセニルなどのアルケニル基であるオルガノポリシロキサンが用いられる。特に合成の容易さ、原料の入手のし易さから、上記基の中でもビニル基が好ましい。また、(C) 成分の硬化剤としては、ベンゾイルペルオキシド、2,4 −ジクロロベンゾイルペルオキシド、ジクミルペルオキシド、クミル−t−ブチルペルオキシド、2,5 −ジメチル−2,5 −ジ−t−ブチルペルオキシヘキサン、ジ−t−ブチルペルオキシド等の各種の有機過酸化物加硫剤が用いられ、特に低い圧縮永久歪みを与えることから、ジクミルペルオキシド、クミル−t−ブチルペルオキシド、2,5 −ジメチル−2,5 −ジ−t−ブチルペルオキシヘキサン、ジ−t−ブチルペルオキシドが好ましい。なお、これらの有機過酸化物加硫剤は、1種または2種以上の混合物として用いられる。(C) 成分の硬化剤である有機過酸化物の配合量は、(A) 成分のオルガノポリシロキサン100 重量部に対し0.05〜15重量部の範囲が好ましい。有機過酸化物の配合量が0.05重量部未満では加硫が十分に行われず、15重量部を超えて配合してもそれ以上の格別な効果がないばかりか、得られた導電性シリコーンゴムの物性に悪影響を与えることがあるからである。
【0020】
また、上記(2) の縮合反応を適用する場合においては、(A) 成分のオルガノポリシロキサンとして両末端に水酸基を有するオルガノポリシロキサンが用いられる。(C) 成分の硬化剤としては、まず架橋剤として、エチルシリケート、プロピルシリケート、メチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、メチルトリス(メトキシエトキシ)シラン、ビニルトリス(メトキシエトキシ)シラン、メチルトリプロペノキシシラン等のアルコキシ型;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等のアセトキシ型;メチルトリ(アセトンオキシム)シラン、ビニルトリ(アセトンオキシム)シラン、メチルトリ(メチルエチルケトキシム)シラン、ビニルトリ(メチルエチルケトキシム)シラン等、およびその部分加水分解物が例示される。また、ヘキサメチル−ビス(ジエチルアミノキシ)シクロテトラシロキサン、テトラメチルジブチル−ビス(ジエチルアミノキシ)シクロテトラシロキサン、ヘプタメチル(ジエチルアミノキシ)シクロテトラシロキサン、ペンタメチル−トリス(ジエチルアミノキシ)シクロテトラシロキサン、ヘキサメチル−ビス(メチルエチルアミノキシ)シクロテトラシロキサン、テトラメチル−ビス(ジエチルアミノキシ)−モノ(メチルエチルアミノキシ)シクロテトラシロキサンのような環状シロキサン等も例示される。このように、架橋剤はシランやシロキサン構造のいずれでもよく、またそのシロキサン構造は直鎖状、分岐状および環状のいずれでもよい。さらに、これらを使用する際には、1種類に限定される必要はなく、2種以上の併用も可能である。また、(C) 成分の硬化剤のうち、硬化用触媒としては、鉄オクトエート、コバルトオクトエート、マンガンオクトエート、スズナフテネート、スズカプリレート、スズオレエートのようなカルボン酸金属塩;ジメチルスズジオレエート、ジメチルスズジラウレート、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジオクトエート、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズジオレエート、ジフェニルスズジアセテート、酸化ジブチルスズ、ジブチルスズジメトキシド、ジブチルビス(トリエトキシシロキシ)スズ、ジオクチルスズジラウレートのような有機スズ化合物が用いられる。(C) 成分の硬化剤のうち、上記架橋剤の配合量は(A) 成分のオルガノポリシロキサン 100重量部に対し 0.1〜20重量部が好ましい。架橋剤の使用量が 0.1重量部未満では、硬化後のゴムに充分な強度が得られず、また20重量部を超えると得られるゴムが脆くなり、いずれも実用に耐え難い。また、硬化用触媒の配合量は(A) 成分のオルガノポリシロキサン 100重量部に対し0.01〜5重量部が好ましい。これより少ない量では硬化用触媒として不十分であって、硬化に長時間を要し、また空気との接触面から遠い内部での硬化が不良となる。他方、これよりも多い場合には、保存安定性が低下してしまう。より好ましい配合量の範囲としては、0.1 〜3重量部である。
【0021】
上記(3) の付加反応を適用する場合の(A) 成分のオルガノポリシロキサンとしては、上記(1) におけるオルガノポリシロキサンと同様なものが用いられる。また、(C) 成分の硬化剤としては、硬化用触媒として、塩化白金酸、白金オレフィン錯体、白金ビニルシロキサン錯体、白金黒、白金トリフェニルホスフィン錯体等の白金系触媒が用いられ、架橋剤として、ケイ素原子に結合した水素原子が1分子中に少なくとも平均2個を超える数を有するオルガノポリシロキサンが用いられる。(C) 成分の硬化剤のうち、硬化用触媒の配合量は、(A) 成分のオルガノポリシロキサン100 重量部に対し白金元素量で1〜1000ppm の範囲となる量が好ましい。硬化用触媒の配合量が白金元素量として1ppm 未満では、充分に硬化が進行せず、また1000ppm を超えても特に硬化速度の向上等が期待できない。また、架橋剤の配合量は、(A) 成分中のアルケニル基1個に対し、架橋剤中のケイ素原子に結合した水素原子が 0.5〜10 個となるような量が好ましく、さらに好ましくは1.0 〜3.0 個となるような量である。水素原子の量が 0.5個未満である場合は、組成物の硬化が充分に進行せずに、硬化後の組成物の硬さが低くなり、また水素原子の量が 4.0個を超えると硬化後の組成物の物理的性質と耐熱性が低下する。
【0022】
なお、本発明の組成物には必要に応じて重合度が 100以下の低分子量シロキサン、シラノール基含有シラン、アルコキシ基含有シランなどの分散剤や酸化鉄、酸化セリウム、オクチル酸鉄などの耐熱性向上剤、白金化合物、酸化鉄、アゾ化合物、酸化チタンなどの難燃剤、顔料など、また補強の面からフュームドシリカ、湿式シリカ、表面を疎水化処理したフュームドシリカや湿式シリカ、石英微粉末、けいそう土などの微粉末シリカ、ポリオルガノシルセスキオキサンを配合してもよく、更に組成物に加工性、成形性を付与する目的でイソパラフィン溶剤などの飽和脂肪族炭化水素、その他通常のシリコーンゴム組成物に添加される他の添加剤を添加することもできる。
【0023】
本発明の組成物の製造方法としては、ニーダー、バンバリーミキサー、ミキシングロールなどの従来から一般的に用いられている装置で配合、混練を行なえば良い。また、本発明の導電性シリコーンゴム組成物は、加圧成形、押出し成形、射出成形、カレンダー成形等の通常の方法によって成形加工し、硬化させて製品とすることができる。特に本発明の導電性シリコーンゴム組成物は、シリコーンゴムロール材料として有用であり、本発明の導電性シリコーンゴム組成物を、常法の如く、ロール芯金上に均一に被覆し硬化させることにより、性能の優れたシリコーンゴムロールを得ることができる。
【0024】
特に、限定されるものではないが、加工性・生産性を考慮すると、液状シリコーンゴムが好ましく、より好ましくは、付加反応型液状シリコーンゴムである。
【0025】
【発明の効果】
本発明によれば、成形品において半導体領域での導電安定性および熱伝導性に優れていると共に、機械的強度が保たれたシリコーンゴムを与えるものである。しかも、106 〜1012Ω・cm程度の抵抗が高い半導体領域で安定な抵抗値を有し、電圧が変わった場合の抵抗値のバラツキも小さいという利点を有する。
【0026】
従って本発明の導電性シリコーンゴム組成物および硬化物は、例えばパッキン材などのゴム部材、あるいは電気工業分野、自動車部品等の輸送機分野など広範囲の分野で有効に利用され、特に乾式複写機やプリンタのロール、工業用ロールに有用である。
【0027】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示し、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、以下の例において、部は重量部である。
実施例1
粘度が3000センチポイズである分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖のジメチルポリオルガノシロキサン(A−1)(ビニル基含有量=0.08mmol/g )60部を混練り装置に配合し、そこに、(B)導電性酸化亜鉛(1)(BET径0.03μm、体積抵抗率2000Ω・cm、カサ比容800ml/100g、吸油量45g/100g)60部を配合し、均一に混合後、150℃の温度で2時間加熱混練りした後に、残りのポリオルガノシロキサン(A−1)40部で希釈し、さらに、粘度が5センチポイズである分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体(C)(ケイ素原子結合水素原子含有量3mmol/g )3部、塩化白金酸とジビニルテトラメチルジシロキサンとの錯体0.1部および1−エチニル−1−シクロヘキサノール0.1部、を均一に混合して、本発明のシリコーンゴム組成物を調製した。
【0028】
このシリコーンゴム組成物を 150℃で10分、型中で硬化し、その後 200℃の空気中で4時間熱処理を行い、シリコーンゴムシートを得た。
【0029】
粘度(硬化前特性)、硬さ、熱伝導率、体積抵抗率、および経時後の沈降性に関して、下記の如く評価を行った。
【0030】
・粘度 回転粘度計
・硬さ JISA(JIS K 6249)硬度計
・体積抵抗率 (株)ダイアインスツルメンツ製 ハイレスタ
・熱伝導率 京都電子(株)製 迅速熱伝導率計
・沈降性 目視確認(沈降分離の有無)
実施例2
ジメチルポリオルガノシロキサン(A−1)100部を混練り装置に配合し、そこに実施例1記載の導電性酸化亜鉛(1)100部に入れ、150℃の温度で2時間加熱混練りした後に、ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体(C)3部、塩化白金酸とジビニルテトラメチルジシロキサンとの錯体0.1部および1−エチニル−1−シクロヘキサノール 0.1部、を均一に混合して、本発明のシリコーンゴム組成物を調製した。このシリコーンゴム組成物を実施例1と同様に評価した。
比較例1
導電性酸化亜鉛(1)の配合量を24部とした以外は実施例1と同様にしてシリコーンゴム組成物を調製し、実施例1と同様に評価した。
比較例2
(CH3)2SiO 単位99.9モル%、(CH3)(CH2=CH)SiO単位0.12モル%からなり、末端がジメチルビニルシリル基で封鎖された、重合度6000のポリオルガノシロキサン(A−2)100 部と実施例1記載の導電性酸化亜鉛(1) 400部をニーダーミキサーで均一になるまで混練した。この後、 150℃で2時間加熱処理した。このシリコーンゴム組成物に硬化剤として2,5−ジメチル−2,5−ジ−t−ブチルパーオキシヘキサン1部を二本ロールで均一になるまで混合してシリコーンコーンゴム組成物を調製し、実施例1と同様に評価した。
比較例3
ジメチルポリオルガノシロキサン(A−1)100部を混練り装置に配合し、そこに、(B’)導電性酸化亜鉛(2)(BET径0.02μm、体積抵抗率1×107Ω・cm、カサ比容250ml/100g、吸油量30g/100g)100部を配合し、均一に混合後150℃の温度で2時間加熱混練りした後に、ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体(C)3部、塩化白金酸とジビニルテトラメチルジシロキサンとの錯体0.1部および1−エチニル−1−シクロヘキサノール 0.1部、を均一に混合して、シリコーンゴム組成物を調製した。このシリコーンゴム組成物を実施例1と同様に評価した。
比較例4
ジメチルポリオルガノシロキサン(A−1)100部を混練り装置に配合し、そこに、(B’)導電性酸化亜鉛(3)(ハクスイテック(株)製23−K)(BET径0.2μm、体積抵抗率300Ω・cm、カサ比容250ml/100g、吸油量20g/100g)150部を配合し、均一に混合後、150℃の温度で2時間加熱混練りした後に、ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体(C)3部、塩化白金酸とジビニルテトラメチルジシロキサンとの錯体0.1部および1−エチニル−1−シクロヘキサノール 0.1部、を均一に混合し、シリコーンゴム組成物を調製した。このシリコーンゴム組成物を実施例1と同様に評価した。
比較例5
ジメチルポリオルガノシロキサン(A−1)60部を混練り装置に配合し、そこに、酸化亜鉛(ハクスイテック(株)製ZINCOX SUPER F−2)(BET径0.065μm、体積抵抗率:>107Ω・cm、カサ比容700ml/100g、吸油量25g/100g)60部を配合し、均一に混合後150℃の温度で2時間加熱混練りした後に、ポリオルガノシロキサン(A−1)40部で希釈し、ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体(C)3部、塩化白金酸とジビニルテトラメチルジシロキサンとの錯体0.1部および1−エチニル−1−シクロヘキサノール 0.1部、を均一に混合して、シリコーンゴム組成物を調製した。このシリコーンゴム組成物を実施例1と同様に評価した。
比較例6
ジメチルポリオルガノシロキサン(A−1)15部を混練り装置に配合し、そこに、カーボンブラック(電気化学(株)製デンカブラックHS−100)2部を配合し、均一に混合後150℃の温度で2時間加熱混練りした後に、ポリオルガノシロキサン(A−1)85部で希釈し、さらに、ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体(C)3部、塩化白金酸とジビニルテトラメチルジシロキサンとの錯体0.1部および1−エチニル−1−シクロヘキサノール 0.1部、を均一に混合して、シリコーンゴム組成物を調製した。このシリコーンゴム組成物を実施例1と同様に評価した。
【0031】
これらの結果を表1にまとめて示す。
【0032】
【表1】
Claims (1)
- (A) 下記一般式(1) で示されるオルガノポリシロキサン 100 重量部に
R1 aSiO(4−a)/2 (1)
(但し、式中R1は同種又は異種の非置換又は置換1価炭化水素基、a は1.90〜2.05の正数である。)
(B) BET径が0.01〜0.1 μm、自身の体積抵抗率が700〜30000 Ω・cmで、酸化アルミニウムとの固溶体であることを特徴とする導電性酸化亜鉛30〜300重量部
(C) 触媒量の硬化剤
を配合してなることを特徴とする導電性シリコーンゴム組成物。
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JP2007056082A (ja) * | 2005-08-23 | 2007-03-08 | Tayca Corp | ジメチコンとジメチコン/メチコンコポリマーとの混合物被覆微粒子酸化チタンまたは微粒子酸化亜鉛、その製造方法、そのシリコーンオイルスラリーおよびそれらを配合した化粧料 |
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2003
- 2003-06-02 JP JP2003156689A patent/JP2004359719A/ja active Pending
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JP2007056082A (ja) * | 2005-08-23 | 2007-03-08 | Tayca Corp | ジメチコンとジメチコン/メチコンコポリマーとの混合物被覆微粒子酸化チタンまたは微粒子酸化亜鉛、その製造方法、そのシリコーンオイルスラリーおよびそれらを配合した化粧料 |
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