JP2008019362A - 反応性ケイ素基含有ポリマー組成物の調製方法および室温硬化性ケイ素基含有ポリマー組成物 - Google Patents

反応性ケイ素基含有ポリマー組成物の調製方法および室温硬化性ケイ素基含有ポリマー組成物 Download PDF

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Abstract

【課題】保存安定性に優れ、取り扱いが容易である反応性ケイ素基含有ポリマー組成物を得る。
【解決手段】本発明の反応性ケイ素基含有ポリマー組成物の調製方法は、(a1)数平均分子量が500〜50000であるポリオキシプロピレンポリオールと、(a2)イソシアネート基含有化合物(特にγ−イソシアネートプロピルアルコキシシラン)とを、スズ系の触媒の存在下でウレタン化反応させ、主鎖が実質的にポリオキシプロピレンから成るポリマーを生成する工程と、得られたポリマー100重量部に、(b)メルカプトシラン0.001〜10重量部を添加する工程を有する。また本発明の室温硬化性ケイ素基含有ポリマー組成物は、こうして得られた(A)反応性ケイ素基含有ポリマー組成物100重量部に、(b)硬化触媒0.01〜10重量部と、(c1)アミノ基置換アルコキシシラン0.05〜25重量部をそれぞれ配合してなる。
【選択図】なし

Description

本発明は、弾性接着剤やシーリング材あるいはコーティング材として有用な室温硬化性のケイ素基含有ポリマー組成物の主成分として有用な反応性ケイ素基含有ポリマー組成物を調製する方法、および室温硬化性ケイ素基含有ポリマー組成物に関する
常温で液状の反応性ケイ素基含有有機ポリマーの中で、空気中の水分(湿分)と接触することで硬化してゴム状弾性体を生じるものは、ベースポリマーや架橋剤、触媒などを使用直前に秤量したり混合したりする煩雑さが無く、配合上のミスを生じることがないうえに、接着性に優れているため、電気・電子工業などにおける弾性接着剤やコーティング材として、また建築用シーリング材などとして広く用いられている。そして従来から、接着性向上成分としてアミノ基置換シラン類(アミノ基含有シラン化合物)が配合された一液型の室温硬化性ポリマー組成物が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この室温硬化性ポリマー組成物は、ポリオキシプロピレンポリオールとイソシアネートを有するアルコキシシランとをウレタン化反応させて得られる反応性ケイ素基含有ポリマーを主成分とするもので、引火性や有害性が少ないうえに、硬化が速すぎないので、現場作業性が良好であるという利点を有する。
主成分である反応性ケイ素基含有ポリマーを得るためのウレタン化反応の触媒としては、従来は有機鉛化合物や有機亜鉛化合物などが用いられていたが、最近は環境保護の観点から、有機スズ化合物が使用されている。
特許第3343604号公報
しかしながら、有機スズ化合物をウレタン化反応の触媒として使用した場合には、反応時間が短縮され、経済的にも有利である反面、ウレタン化反応により得られた反応性ケイ素基含有ポリマーの粘度が上昇しやすいなど、保存(貯蔵)安定性が良くなかった。また、得られたポリマーを用いて室温硬化性のポリマー組成物を調製する際の取り扱いが難しいばかりでなく、組成物の吐出性などの作業性が悪いなどの問題があった。
さらに、有機スズ化合物の触媒活性の高さから、ウレタン結合形成後に活性水素とイソシアネート基の反応が生じやすい。そのため、分岐が生じたり、あるいは分岐の発生のために十分に末端の水酸基を封鎖できないことに起因し、所望の特性が得られないなどの問題があった。
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、保存安定性に優れ、取り扱いが容易である反応性ケイ素基含有ポリマー組成物を提供することを目的とする。また、そのような反応性ケイ素基含有ポリマー組成物を主成分とし、吐出性などの作業性に優れた室温硬化性ケイ素基含有ポリマー組成物を提供することを目的とする。
本発明者は、上記問題を解決するために鋭意研究した結果、ウレタン化反応の触媒として有機スズ化合物を使用して調製された反応性ケイ素基含有ポリマーに、メルカプト基を含有するシラン化合物を添加することにより、有機スズ化合物の触媒活性が抑えられ、増粘が生じにくく保存安定性に優れた組成物が得られることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、第1の発明の反応性ケイ素基含有ポリマー組成物の調製方法は、(a1)数平均分子量が500〜50000であるポリオキシアルキレンポリオールと、(a2)一般式:R SiX3−m−RNCO(式中、Rは互いに同一または相異なる置換または非置換の1価の炭化水素基、Rは炭素数1〜17の2価の炭化水素基、Xは加水分解性基をそれぞれ示す。mは0〜2の整数である。)で表されるイソシアネート基含有ケイ素化合物とを、スズ系触媒の存在下でウレタン化反応させる工程と、前記工程で得られた反応性ケイ素基含有ポリマー100重量部に対して、(b)メルカプト基を有するシラン0.001〜10重量部を添加する工程を備えることを特徴とする。
第2の発明の反応性ケイ素基含有ポリマー組成物の調製方法は、(a1)数平均分子量が500〜50000であるポリオキシアルキレンポリオールと、分子中に2個以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物とを、スズ系触媒の存在下でウレタン化反応させ、末端にイソシアネート基を有するポリオキシアルキレン重合体を得た後、得られたイソシアネート基含有ポリオキシアルキレン重合体に、(a3)一般式:R SiX3−m−RW(式中、Rは互いに同一または相異なる置換または非置換の1価の炭化水素基、Rは炭素数1〜17の2価の炭化水素基、Xは加水分解性基、Wは水酸基、カルボキシル基、メルカプト基、アミノ基およびイミノ基から選ばれる活性水素基をそれぞれ示す。mは0〜2の整数である。)で表される活性水素基含有ケイ素化合物を反応させる工程と、前記工程で得られた反応性ケイ素基含有ポリマー100重量部に対して、(b)メルカプト基を有するシラン0.001〜10重量部を添加する工程を備えることを特徴とする。
第3の発明の反応性ケイ素基含有ポリマー組成物の調製方法は、(a1)数平均分子量が500〜50000であるポリオキシプロピレンポリオールと、(a4)γ−イソシアネートプロピルトリアルコキシシランとを、スズ系触媒の存在下でウレタン化反応させ、主鎖が実質的にポリオキシプロピレンから成り、主鎖の末端に式:
Figure 2008019362
(式中、Rは同一または相異なる炭素数1〜4のアルキル基を示す。)で表される反応性ケイ素基を有する反応性ケイ素基含有ポリマーを生成する工程と、前記工程で得られた反応性ケイ素基含有ポリマー100重量部に対して、(b)メルカプト基を有するシラン0.001〜10重量部を添加する工程を備えることを特徴とする。
本発明の第4の発明の室温硬化性ケイ素基含有ポリマー組成物は、前記した第1〜第3の発明の調製方法で得られた(A)反応性ケイ素基含有ポリマー組成物100重量部に、(B)硬化触媒0.01〜10重量部と、(C)アミノ基置換アルコキシシラン0.05〜25重量部をそれぞれ配合してなることを特徴とする。
本発明の調製方法によれば、増粘が生じにくく保存安定性に優れ、取り扱いが容易な反応性ケイ素基含有ポリマー組成物を得ることができる。また、そのような反応性ケイ素基含有ポリマー組成物を主成分として用いることで、吐出性などの作業性に優れた室温硬化性ケイ素基含有ポリマー組成物を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。第1の実施形態である反応性ケイ素基含有ポリマー組成物の調製方法は、(a1)数平均分子量が500〜50000であるポリオキシアルキレンポリオールと、(a2)一般式:R SiX3−m−RNCO(式中、Rは互いに同一または相異なる置換または非置換の1価の炭化水素基、Rは炭素数1〜17の2価の炭化水素基、Xは加水分解性基をそれぞれ示す。mは0〜2の整数である。)で表されるイソシアネート基含有シランとを、スズ系の反応触媒の存在下でウレタン化反応させる工程と、得られた反応性ケイ素基含有ポリマーに対して、(b)メルカプト基を有するシランを添加する工程を備えている。
第2の実施形態である反応性ケイ素基含有ポリマー組成物の調製方法は、(a1)数平均分子量が500〜50000であるポリオキシアルキレンポリオールと、分子中に2個以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物とを、スズ系の反応触媒の存在下でウレタン化反応させ、末端にイソシアネート基を有するポリオキシアルキレン重合体を得た後、得られたイソシアネート基含有ポリオキシアルキレン重合体に、(a3)一般式:R SiX3−m−RW(式中、Rは互いに同一または相異なる置換または非置換の1価の炭化水素基、Rは炭素数1〜17の2価の炭化水素基、Xは加水分解性基、Wは水酸基、カルボキシル基、メルカプト基、アミノ基およびイミノ基から選ばれる活性水素基をそれぞれ示す。mは0〜2の整数である。)で表される活性水素基含有ケイ素化合物を反応させる工程と、得られた反応性ケイ素基含有ポリマーに対して、(b)メルカプト基を有するシランを添加する工程を備えている。
第3の実施形態の反応性ケイ素基含有ポリマー組成物の調製方法は、(a1)数平均分子量が500〜50000であるポリオキシプロピレンポリオールと、(a4)γ−イソシアネートプロピルトリアルコキシシランとを、スズ系の反応触媒の存在下でウレタン化反応させ、主鎖が実質的にポリオキシプロピレンから成り、主鎖の末端に式:
Figure 2008019362
(式中、Rは同一または相異なる炭素数1〜4のアルキル基を示す。)で表される反応性ケイ素基を有するポリマーを生成する工程と、得られた反応性ケイ素基含有ポリマーに対して、(b)メルカプト基を有するシランを添加する工程を備えている。
第1および第2の実施形態において、反応性ケイ素基含有ポリマーを調製するための一方の成分である(a1)ポリオキシアルキレンポリオールは、複数のオキシアルキレン単位を有するポリオールであり、ポリオキシプロピレンポリオールの使用が好ましい。したがって、第1〜第3の実施形態においては、ウレタン原料として広く使用されている市販のものの中から、数平均分子量が500〜50000のポリオキシプロピレンポリオールが用いられる。
具体的には、ポリオキシプロピレンジオール、ポリオキシプロピレントリオール、ポリオキシプロピレンテトラオールなどのポリオキシプロピレンポリオール類、ポリオキシ(プロピレン・エチレン)共重合型ポリオールなどのポリオキシプロピレンと他のアルキレンとの共重合型ポリオールで、オキシプロピレン単位が50モル%を超えるポリオール類、およびポリオキシプロピレンポリオールをジイソシアネート類などでジャンピングさせることにより高分子化した実質的なポリオキシプロピレンポリオール類を挙げることができる。なお、ポリオキシプロピレンと他のアルキレンとの共重合型ポリオールにおいては、ブロック型ポリマーであっても、ポリオキシプロピレンポリオールに他のアルキレンオキシドを付加させたものでもよい。
第1〜第3の実施形態において、ポリオキシプロピレンポリオールは分子末端が水酸基であることが必要である。これらの内で速硬化性と保存安定性に優れたものは、数平均分子量が5000〜30000のポリオキシプロピレンジオールであり、具体的には、プレミノール4010、プレミノール4019(ともに旭硝子(株)の商品名)などが挙げられる。低分子量のポリオキシプロピレンジオールにジイソシアネートを用いてジャンピング反応させることにより上記分子量の範囲としたポリオキシプロピレンジオールも、好適に使用することができる。
第1の実施形態において、反応性ケイ素基含有ポリマーを調製するためのもう一方の成分は、(a2)一般式:R SiX3−m−RNCOで表されるイソシアネート基含有シラン化合物である。また、第2の実施形態においては、まず、前記(a1)ポリオキシプロピレンポリオールと、分子中に2個以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物とを、スズ系触媒の存在下でウレタン化反応させることにより、イソシアネート基含有ポリオキシアルキレン重合体が得られ、得られたイソシアネート基含有ポリオキシアルキレン重合体に、(a3)一般式:R SiX3−m−RWで表される活性水素基含有ケイ素化合物を反応させることにより、反応性ケイ素基含有ポリマーが調製される。なお、第2の実施形態において、ポリイソシアネート化合物としては、トリレンジイソシアネートやジフェニルメタンジイソシアネートが使用される。
(a2)成分であるイソシアネート基含有シラン化合物を表す式、および(a3)成分である活性水素基含有ケイ素化合物を表す式において、Rは互いに同一または相異なる置換または非置換の1価の炭化水素基を示す。Rは炭素数1〜17の2価の炭化水素基、好ましくは炭素数8以下のアルキレン基またはフェニレン基を示す。Rとして特に好ましいものは、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ヘキサメチレン基である。また、Xは加水分解性基を示す。加水分解性基としては、メトキシ基、エトキシ基のようなアルコキシル基、カルバマト基、エノキシ基、アセトキシ基などが例示される。mは0〜2の整数である。さらに、(a3)活性水素基含有ケイ素化合物を表す式において、Wは、水酸基、カルボキシル基、メルカプト基、アミノ基(第1級アミノ基)およびイミノ基(第2級アミノ基)から選ばれる活性水素基を示す。
第3の実施形態において、反応性ケイ素基含有ポリマーを調製するためのもう一方の成分は、(a4)γ−イソシアネートプロピルトリアルコキシシランである。特に、γ−イソシアネートプロピルトリメトキシシランが好適に使用される。
第1〜第3の実施形態において、ウレタン化反応を行う両方の成分の配合割合は特に限定されるものではないが、前記(a2)成分であるイソシアネート基含有シラン化合物や(a4)γ−イソシアネートプロピルトリアルコキシシランなどのイソシアネート基(NCO)の個数と、(a1)ポリオキシプロピレンポリオールの水酸基(OH)の個数との比(以下、NCO/OH比と示す。)が、0.6〜1.2、好ましくは0.8〜1.0の範囲となるように両者を配合することが望ましい。
水酸基が残存することにより、未硬化物の硬化性の劣化や硬化物の耐候性および耐水性の低下が生じやすいため、NCO/OH比が限りなく1.0に近くなるように配合することがさらに望ましい。しかし、NCO/OH比が1.0を越えると、(a1)ポリオキシプロピレンポリオールの末端の水酸基との反応と同時に、末端のウレタン結合部位へのイソシアネート基の反応が生じ、反応性基が同一末端に分岐した状態で存在するため、所望の物性が得られないなどの問題が生じる。また、イソシアネート基含有化合物は安価ではないため、経済的にも不利益が生じる。したがって、NCO/OH比は0.9〜0.99の範囲とすることが最も好ましい。
具体的には、1種のポリオキシプロピレンポリオールであれば、このポリオールの水酸基価を、また2種以上のポリオキシプロピレンポリオールであれば加重平均による混合ポリオールの水酸基価を算出し、このポリオール100重量部当り、NCO/OH比が上記範囲になるように、反応させるべきγ−イソシアネートプロピルトリアルコキシシランの量を算出する。
ポリオールに対するγ−イソシアネートプロピルトリアルコキシシランの配合量の決定に当っては、NCO/OH比が0.6より小さくなると、得られるケイ素基含有ポリマーの速硬化性が低下するとともに、水酸基の残留により耐水性が低下するため好ましくない。一方、NCO/OH比が1.2より大きくなると、γ−イソシアネートプロピルトリアルコキシシランが残留するため、保存安定性が低下する。NCO/OH比が0.8〜1.0の範囲となるように、上記(a1)ポリオキシプロピレンポリオールと(a4)γ−イソシアネートプロピルトリアルコキシシランなどのイソシアネート基含有化合物とを配合した場合には、速硬化性、保存安定性、耐水性などが非常に優れた室温硬化性ケイ素基含有ポリマー組成物を得ることができる。
ウレタン化反応を行うに当たっては、(a1)ポリオキシプロピレンポリオールと(a4)γ−イソシアネートプロピルトリアルコキシシランなどのイソシアネート基含有化合物をそれぞれ所定量混合し、スズ系の反応触媒の存在下で、例えば60〜100℃の温度に加熱しながら数時間撹拌する。この反応は、窒素ガスなどの不活性ガス中で行うことが望ましい。
ウレタン化反応の触媒であるスズ系触媒としては、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズマレエート、ジブチルスズジアセテートなどの有機スズ化合物類;オクチル酸スズ、ナフテン酸スズ、ラウリン酸スズ、フェルザチック酸スズなどのカルボン酸スズ塩類などを挙げることができる。これらのスズ系化合物は、ウレタン化反応の初期に加えても途中で加えてもよい。反応の完結は、NCO/OH比から算出した理論NCO量または理論水酸基価量に近似した値が得られた点を反応終点とすることで、判断することができる。
(a1)ポリオキシプロピレンポリオールとして、特定分子量のポリオキシプロピレンジオールとこのジオール以外のポリオキシプロピレンポリオールとの混合物を用いる場合には、この混合物を(a4)γ−イソシアネートプロピルトリアルコキシシランとウレタン化反応させて、反応性ケイ素基含有ポリマーとしてもよいし、あるいは、特定分子量のポリオキシプロピレンジオールとこのジオール以外のポリオキシプロピレンポリオールとを各々個別に(a4)γ−イソシアネートプロピルトリアルコキシシランとウレタン化反応させ、得られるウレタン化物を混合して反応性ケイ素基含有ポリマーとしてもよい。
特定分子量のポリオキシプロピレンジオールとこのジオール以外のポリオキシプロピレンポリオールとの混合割合は、前者の100重量部当たり後者を5〜200重量部とするのがよい。この範囲であれば、得られる反応性ケイ素基含有ポリマーの保存安定性、速硬化性などの性質が損なわれることがない。
このようにして得られた反応性ケイ素基含有ポリマーとしては、主鎖が実質的にポリオキシプロピレンから構成され、反応性ケイ素含有基としてトリアルコキシシリル基を有し、このトリアルコキシシリル基と主鎖の化学結合部分にメチレン結合と1個のウレタン結合を有するものが例示される。
すなわち、この反応性ケイ素基含有ポリマーは、一般式:
Figure 2008019362
(式中、Rは同一または相異なる炭素数1〜4のアルキル基を示す。rは正の整数であって、86<r<344を満足する数である。)で表される。特に、Rが全てメチル基であるものが好ましい。この反応性ケイ素基含有ポリマーは、(a4)成分であるγ−イソシアネートプロピルトリアルコキシシランとして、γ−イソシアネートプロピルトリメトキシシランを使用することにより得られるものであり、速硬化性が良好で保存安定性に優れている。
なお、低分子量のポリオキシプロピレンジオールとジイソシアネート類でジャンピング反応させることで実質的に数平均分子量を5000〜30000とした場合は、主鎖構造部分を相互に1個以上のウレタン結合など、エーテル結合以外の他の化学結合を介することがあるが、分子末端が水酸基であって、最終的にこのジャンピング化ポリオキシプロピレンジオールの水酸基とγ−イソシアネートプロピルトリメトキシシランのイソシアネート基との反応によりトリメトキシシリル基を有するポリマーが得られるのであれば、これも本発明の反応性ケイ素基含有ポリマーに包含される。
第1〜第3の実施形態において、こうして得られた反応性ケイ素基含有ポリマーに添加される(b)メルカプト基を有するシラン(以下、メルカプトシランと示す。)は、ウレタン化反応後の前記したスズ系化合物の触媒活性を抑えるための成分である。また、メルカプトシランは、部材によっては(例えば、多孔質部材であるモルタル類やプラスチック類に対して)接着性付与成分としての働きもする。このようなメルカプトシランとしては、3−(γ−)メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシランなどが例示される。特に3−メルカプトプロピルトリメトキシシランの使用が好ましい。
このようなメルカプトシランの配合量は、前記した反応性ケイ素基含有ポリマー100重量部に対して0.001〜10重量部とすることが好ましく、0.001〜5重量部とすることがさらに好ましい。メルカプトシランの配合量が少なすぎると、スズ系化合物の触媒活性を抑える効果が十分に得られず、増粘が生じる。反対に配合量が多すぎると、スズ系触媒の活性を抑える効果が飽和して経済的に不利になるばかりでなく、組成物を調製する際に配合される硬化触媒の配合量を多くせざるを得なくなる。好ましくは、反応性ケイ素基含有ポリマーの調製に供したスズ系の反応触媒に対して、モル比で0.01〜1.0、さらに好ましくは0.01〜0.95となる量とする。
第1および第3の実施形態においては、得られた(A)反応性ケイ素基含有ポリマー組成物に、アルコールおよび/または水分と反応してポリマー中の反応性ケイ素基の加水分解を抑制する化合物(以下、ケイ素基分解抑制化合物と示す。)を配合することが好ましい。後者のケイ素基分解抑制化合物には、加水分解によりアルコールを生成するアルコキシシラン等の化合物や、それ自体が湿気等の水分と反応することにより、ポリマー中の反応性ケイ素基の加水分解を抑制する化合物が含まれる。
湿気等の水分と反応して反応性ケイ素基の分解を抑制する化合物としては、2−(3−へプチル)−3−ブチル−1,3−オキサゾリジン、4−ブトキシカルボニル−2,2−ジメチル−1,3−オキサゾリジンのようなオキサゾリジン化合物、4−メトキシメチル−2−メチル−5−フェニル−2−オキサゾリンのようなオキサゾリン化合物、シラザン類のようなケイ素化合物が例示される。
アルコールおよび/またはケイ素基分解抑制化合物を配合することにより、反応性ケイ素基含有ポリマーを反応系から取り出す際、あるいは容器中での保存や組成物調製の際の、湿気等の水分による反応性基の分解を抑制することができる。アルコールおよび/またはケイ素基分解抑制化合物の配合量は、湿気等による影響によって左右されるが、反応性ケイ素基含有ポリマーの量と比較して配合量が多すぎると、所望の物性が得にくくなる。アルコールやアルコキシシランは工程中の加熱や減圧により、ある程度除去が可能であるが、オキサゾリン等は除去することが比較的難しい。したがって、オキサゾリン等のケイ素基分解抑制化合物の配合量は、反応性ケイ素基含有ポリマー100重量部に対して10重量部以下、好ましくは5重量部以下とする。
アルコールとしては、反応性ケイ素基含有ポリマーから生成する可能性のあるアルコールと同じもの、もしくはそれと炭素数が大きく異ならないアルコールが好ましい。反応性ケイ素基含有ポリマーから生成するアルコールに比べて著しく大きい炭素数を有するアルコールを添加した場合には、保存中に反応性ケイ素基含有ポリマーの官能基(アルコキシ基)との交換反応が生じ、反応性ケイ素基含有ポリマーの反応性が低下するため好ましくない。アルコキシシランにおいても同様である。すなわち、反応性ケイ素基含有ポリマーの官能基(アルコキシ基)より炭素数が著しく大きいアルコキシ基を有するシランを使用した場合には、水分による反応性基の分解を抑制する効果が低く、かつ反応性ケイ素基含有ポリマーの反応性を低下させるため好ましくない。
このようなアルコールおよび/またはアルコキシシラン等の配合量は、得られた反応性ケイ素基含有ポリマー100重量部に対し、0.05〜10重量部が好ましい。さらに好ましくは0.1〜5重量部である。
本発明の第4の実施形態の室温硬化性ケイ素基含有ポリマー組成物は、第1〜第3の実施形態で得られた(A)反応性ケイ素基含有ポリマー組成物100重量部に対して、(B)硬化触媒0.01〜10重量部と、(C)アミノ基置換アルコキシシラン0.05〜25重量部をそれぞれ配合してなる。
(B)硬化触媒としては、公知のシラノール縮合触媒を広く使用することができる。例えば、テトラブチルチタネート、テトラプロピルチタネートなどのチタン系エステル類;ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズマレエート、ジブチルスズジアセテートなどの有機スズ化合物類;オクチル酸スズ、ナフテン酸スズ、ラウリン酸スズ、フェルザチック酸スズなどのカルボン酸スズ塩類;ジブチルスズオキサイドとフタル酸エステルとの反応物;ジブチルスズジアセチルアセトナート;アルミニウムトリアセチルアセトナート、アルミニウムトリスエチルアセトアセテート、ジ(イソプロポキシ)アルミニウムエチルアセトアセテートなどの有機アルミニウム化合物類;ジルコニウムテトラアセチルアセトナート、チタンテトラアセチルアセトナートなどのキレート化合物類;オクチル酸鉛;ナフテン酸鉄;ビスマス−トリス(ネオデカノエート)、ビスマス−トリス(2−エチルヘキソエート)などのビスマス化合物のような金属系触媒を例示することができる。
これらの金属系触媒は単独で使用してもよく、2種類以上を併用してもよい。さらに、ラウリルアミンなどの公知のアミン系触媒を使用してもよい。第2の実施形態では、上記硬化触媒の中でも、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズマレエート、ジブチルスズジアセテート、オクチル酸スズ、ナフテン酸スズ、ラウリン酸スズ、フェルザチック酸スズなどのカルボン酸スズ塩または有機スズ化合物類;ジブチルスズオキサイドとフタル酸エステルとの反応物;ジブチルスズジアセチルアセトナートなどのスズ系触媒が特に好ましい。
(B)成分である硬化触媒は、前記(A)反応性ケイ素基含有ポリマー組成物100重量部に対して0.01〜10重量部、好ましくは0.05〜8.0重量部、より好ましくは0.1〜5.0重量部配合される。
第4の実施形態の室温硬化性ケイ素基含有ポリマー組成物には、前記した(B)硬化触媒とともに、(C)アミノ基置換アルコキシシラン(以下、アミノシラン類とも示す。)が配合される。アミノシラン類としては、公知のものを使用することができ、その具体例としては、モノアミノシラン類、ジアミノシラン類、トリアミノシラン類、末端トリアルコキシシラン類、複合反応性アミノシラン類などが挙げられる。モノアミノシラン類としては、第1級アミノ基を有するシラン、第2級アミノ基を有するシラン、第3級アミノ基を有するシラン、第4級アンモニウム塩に大別できる。ジアミノシラン類としては、分子内に第1級アミノ基と第2級アミノ基をそれぞれ1個ずつ有する化合物、分子内に第2級アミノ基を2個有する化合物などが例示できる。末端トリアルコキシアミノシラン類としては、両端がアルコキシシリル構造であって、分子内に第2級アミノ基を有するシランなどを例示することができる。
(C)成分であるアミノ基置換アルコキシシランとして好ましいものを示せば次の通りである。モノアミノシラン類およびジアミノシラン類の中で、分子末端に第1級アミノ基を有するシランであり、アルコキシシリル基がトリメトキシシリル基、メチルジメトキシシリル基またはトリエトキシシリル基である化合物が、速硬化性を示す点で好ましい。特に好ましいアミノ基置換アルコキシシランは、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、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシランである。これらの化合物は、速硬化性と同時に、優れた保存安定性を与える利点を有している。
(C)アミノ基置換アルコキシシランは、前記(A)反応性ケイ素基含有ポリマー組成物100重量部に対して0.05〜25重量部、好ましくは0.5〜10重量部、より好ましくは1〜5重量部配合される。(C)成分であるアミノ基置換アルコキシシランの配合量が0.05重量部未満では、良好な初期接着性が得られず、とりわけ低温時の接着発現性が低下する。25重量部を超える場合には、保存中に容器内で液分離を引き起こすおそれがある。
本発明の第4の実施形態である室温硬化性ケイ素基含有ポリマー組成物には、さらに接着性、保存安定性の改良のために、ビニルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどのシランカップリング剤を配合することができる。また、必要に応じてエポキシ樹脂とその硬化剤、充填材、可塑剤、粘性改良剤、その他の添加剤などを適宜配合することができる。
エポキシ樹脂としては、従来から公知のものを広く使用することができる。例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールAのグリシジルエーテルなどの難燃型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールAプロピレンオキシド付加物のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ジグリシジル−p−オキシ安息香酸、フタル酸ジグリシジルエステル、テトラヒドロフタル酸ジグリシジルエステル、ヘキサヒドロフタル酸ジグリシジルエステルなどのフタル酸ジグリシジルエステル系エポキシ樹脂、m−アミノフェノール系エポキシ樹脂、ジアミノジフェニルメタン系エポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、各種脂環式エポキシ樹脂、N,N−ジグリシジルアニリン、N,N−ジグリシジル−o−トルイジン、トリグリシジルイソシアヌレート、ポリアルキレングリコールジグリシジルエーテル、グリセリンなどの多価アルコールのグリシジルエーテル、ヒダントイン型エポキシ樹脂、石油樹脂などの不飽和重合体のエポキシ化物などを挙げることができる。
これらのエポキシ樹脂の中でも、分子中にエポキシ基を少なくとも2個含有するものが、硬化に際し反応性が高く、また硬化物が3次元的網目を作り易いなどの点から好ましい。さらに好ましいエポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂およびフタル酸ジグリシジルエステル系エポキシ樹脂を例示することができる。
エポキシ樹脂の硬化剤としては、例えば、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジエチルアミノプロピルアミン、N−アミノエチルピペラジン、m−キシリレンジアミン、m−フェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、イソホロンジアミン、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノールなどのアミン類、第3級アミン塩類、ポリアミド樹脂類、ケチミン類、アルジミン類、エナミン類などの潜伏性硬化剤、イミダゾール類、ジシアンジアミド類、三フッ化ホウ素錯化合物類、無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、ドデシニル無水コハク酸、無水ピロメリット酸、無水クロレン酸等の無水カルボン酸類、アルコール類、フェノール類、カルボン酸類などを挙げることができる。
充填材としては、従来から公知の充填材を広く使用することができ、具体的にはフュームドシリカ、沈降性シリカ、無水ケイ酸、含水ケイ酸およびカーボンブラックなどの補強性充填材、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイソウ土、焼成クレー、クレー、タルク、酸化チタン、ベントナイト、有機ベントナイト、酸化第二鉄、酸化亜鉛、活性亜鉛華、およびガラスバルーンなどの非補強性充填材、石綿、ガラス繊維およびフィラメントなどの繊維状充填材などを例示することができる。
可塑剤としては、例えば、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ブチルベンジルなどのフタル酸エステル類;アジピン酸ジオクチル、コハク酸イソデシル、セバシン酸ジブチル、オレイン酸ブチルなどの脂肪族カルボン酸エステル;ペンタエリスリトールエステルなどのグリコールエステル類;リン酸トリオクチル、リン酸トリクレジルなどのリン酸エステル類;エポキシ化大豆油、エポキシステアリン酸ベンジルなどのエポキシ可塑剤;塩素化パラフィンなどを、1種単独でまたは2種以上混合して使用することができる。また、ポリオキシプロピレンモノオール、ポリオキシプロピレンジオールおよびその末端変性物なども使用することができる。末端変性物には、例えば、末端水酸基がアルコキシ基、アルケニルオキシ基に変性された化合物や、ウレタン結合、エステル結合、尿素結合またはカーボネート結合を介して炭化水素基で封鎖された化合物などが挙げられる。
粘性改良剤としては、水添ヒマシ油、ジベンジリデンソルビトール、トリベンジリデンソルビトールなどのゲル化剤、アマイドワックスなどの脂肪酸アミド化物が例示される。その他の添加剤としては、例えば顔料、各種の老化防止剤、紫外線吸収剤などが挙げられる。
本発明の室温硬化性ケイ素基含有ポリマー組成物中に配合される上記各成分の配合割合は、特に限定されるものではないが、通常ケイ素基含有ポリマー組成物100重量部当たり、エポキシ樹脂を1〜100重量部(好ましくは10〜100重量部)、エポキシ樹脂の硬化剤をエポキシ樹脂100重量部当たり1〜200重量部(好ましくは50〜100重量部)、充填材を0.1〜200重量部、可塑剤を1〜50重量部、粘性改良剤を0.1〜10重量部程度配合するのがよい。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例中、「部」とあるのは「重量部」を、「%」とあるのは「重量%」をそれぞれ表す。粘度などの物性値は、全て25℃、相対湿度(RH)50%での測定値を示したものである。
実施例1
撹拌機、滴下ロート、還流管、温度計、窒素気流装置、および減圧装置を備えた3リットルの四ツ口セパラブルフラスコに、数平均分子量(以下、Mnと略記する。)が16000のポリオキシプロピレンジオール(商品名プレミノール4016:旭硝子(株)製)を2000部仕込み、100℃で10〜20mmHgにおいて1時間減圧蒸留を行うことにより脱水した。次いで、これを50℃以下に冷却した後、ジブチルスズジラウレート(商品名ネオスタンU−100:日東化成(株)製)を0.2部(100ppm)と、NCO/OH比が1.0になるようにγ−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン(商品名Silquest A-link35:GE東芝シリコーン(株)製)を44.8部投入し、窒素気流下で昇温させ、60〜70℃の温度で撹拌を8時間続けた。NCO含有率を測定したところ、0.04%(理論値0%)まで減少したので、50℃まで冷却後、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン0.1部を添加し、1時間撹拌した後取り出した。こうして反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー組成物Aを得た。このポリマー組成物の粘度は20200mPa・sであった。
実施例2
実施例1と同様の装置を使用して同様の操作を行い、NCO含有率が0.05%になった時点で、50℃まで冷却し、3−メルカプトプロピルトリメトキシシランを0.05部添加し、1時間撹拌した後取り出した。こうして反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー組成物Bを得た。このポリマー組成物の粘度は21200mPa・sであった。
実施例3
実施例1に用いたポリオキシプロピレンジオールの代りに、Mnが10000であるポリオキシプロピレンジオール(商品名プレミノール4010、旭硝子(株)製)を用い、実施例1と同様にして脱水した後、ジブチルスズジラウレート0.2部(100ppm)と、NCO/OH比が0.48になるように2,4−トルエンジイソシアネート6.7部を投入し、窒素気流下70〜80℃の温度で撹拌しながら10時間反応させて、イソシアネート末端ウレタンプレポリマーを合成した。
次いで、このプレポリマーを一旦40℃まで冷却した後、γ−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン(商品名:Silquest A-link35)28部を加え、撹拌しながら10時間反応させた。そして、NCO含有率が0.1%になった時点で50℃まで冷却し、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン4部を添加し、1時間撹拌した後取り出した。こうして粘度30130mPa・sの反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー組成物Cを得た。
実施例4
Mnが3000であるポリオキシプロピレンジオール(商品名アデカポリエーテルP−3000:旭電化工業(株)製)300部(0.1mol)と、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート48部(0.192mol)との混合物(NCO/OH比が1.4を示す)に、ジブチルスズジラウレート0.03部(100ppm)と遅延剤としてベンゾイルクロリド0.033部をそれぞれ加え、60〜70℃で4時間撹拌を行い、NCO含有率を約0.67%まで低下させた。
次いで、得られたイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーに、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリエトキシシラン(商品名Silquest Y-9669:GE東芝シリコーン(株)製)28.5部(0.112mol)を加え、70〜75℃の温度でNCO含有率がゼロになるまで反応させた後、50℃まで冷却した。その後、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン0.05部を添加して1時間撹拌した後取り出した。こうして粘度27650mPa・sの反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー組成物Dを得た。
比較例1
実施例1と同様の装置を使用し、最後に3−メルカプトプロピルトリメトキシシランを添加しなかった以外は実施例1と同様の操作を行い、粘度21000mPa・sの反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマーEを得た。
比較例2
実施例3と同様の装置を使用し、最後に3−メルカプトプロピルトリメトキシシランを添加しなかった以外は実施例3と同様の操作を行い、粘度33200mPa・sの反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマーFを得た。
比較例3
比較例1と同様の装置を使用し、最後に3−メルカプトプロピルトリメトキシシランを添加しなかった以外は比較例1と同様の操作を行い、粘度30050mPa・sの反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマーGを得た。
次いで、実施例1〜4および比較例1〜3でそれぞれ得られた反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー(組成物)A〜Gについて、60℃の恒温槽中で14日間および30日間保管した後、23℃の室温に1日間放置して23℃に戻し、粘度(mPa・s)を測定した。そして、以下の式により増粘率を求めた。これら値を初期粘度(mPa・s)の測定値とともに表1に示す。
増粘率(%)=(60℃で保管後の粘度−初期粘度)/初期粘度×100
Figure 2008019362
実施例5〜7
実施例5においては、実施例1で得られた反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー組成物A100部に、メタノール2部を配合して均一に撹拌・混合し、反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー溶液Iを得た。実施例6においては、実施例1で得られた反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー組成物A100部に、ビニルトリメトキシシラン3部を配合して均一に撹拌・混合し、反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー溶液Jを得た。さらに、実施例7においては、実施例1で得られた反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー組成物A100部に、3−ブチル−2−(3−へプチル)−1,3−オキサゾリジン3部を配合して均一に撹拌・混合し、反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー溶液Kを得た。
次いで、実施例5〜7でそれぞれ得られた反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー溶液I〜Kについて、60℃で14日間および30日間保管後の粘度(mPa・s)をそれぞれ測定し、増粘率を求めた。これら値を初期粘度(mPa・s)の測定値とともに表2に示す。
Figure 2008019362
実施例8
実施例1で得られた反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー組成物A100部に、ビニルトリメトキシシラン(商品名Silquest A-171:GE東芝シリコーン(株)製)3.0部を加え、室温で20分間均一に混合した後、脂肪酸処理した合成炭酸カルシウム(商品名白艶華CCR:白石工業(株)製)100部と、重質炭酸カルシウム(商品名ホワイトンSB:備北粉化工業(株)製)50部をそれぞれ加え、均一に混合した。
次いで、可塑剤としてフタル酸ジオクチル60部を加え、減圧下100℃で3時間加熱混合した後、50℃以下に冷却した。その後、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(商品名Silquest A-1120:GE東芝シリコーン(株)製)2.0部、ビニルトリメトキシシラン(商品名Silquest A-171)2.0部、およびジブチルスズジラウレート0.3部をそれぞれ加えて均一に混合し、ケイ素基含有ポリマー組成物を得た。
実施例9〜11
実施例9においては、実施例1で得られた反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー組成物Aの代わりに、実施例2で得られた反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー組成物Bを使用して実施例8と同様な操作を行い、ケイ素基含有ポリマー組成物を得た。また、実施例10においては、実施例1で得られた反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー組成物Aの代わりに、実施例3で得られた反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー組成物Cを使用して実施例8と同様な操作を行い、ケイ素基含有ポリマー組成物を得た。さらに、実施例11においては、実施例1で得られた反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー組成物Aの代わりに、実施例4で得られた反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー組成物Dを使用して実施例8と同様な操作を行い、ケイ素基含有ポリマー組成物を得た。
比較例4〜6
比較例4においては、実施例1で得られた反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー組成物Aの代わりに、比較例1で得られた反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー組成物Eを使用して実施例7と同様な操作を行い、ケイ素基含有ポリマー組成物を得た。また、比較例5および6においては、実施例1で得られた反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー組成物Aの代わりに、比較例2および3で得られた反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマーFおよびGをそれぞれ使用して実施例7と同様な操作を行い、それぞれケイ素基含有ポリマー組成物を得た。
次いで、実施例8〜11および比較例4〜6でそれぞれ得られたケイ素基含有ポリマー組成物について、初期の物理的特性(硬さ、100%モジュラス、引張り強さおよび伸び)を測定するとともに、初期の吐出性ならびに60℃で14日間および30日間保管後の吐出性を調べた。なお、物理的特性および吐出性の測定は、それぞれ以下に示すようにして行った。
[物理的特性]
組成物を厚さ2mmのシート状に押し出し、得られたシートを23℃、50%RHで168時間放置して空気中の湿気により硬化させ、硬化物の硬さ、100%モジュラス、引張り強さおよび伸びを、それぞれJIS K6301に拠り測定した。
[吐出性]
組成物を、容量が333mlの昭和丸筒(株)社製アルミ箔巻き紙カートリッジに充填し、初期および70℃で5日間放置した後、カートリッジの先端に取り付けたノズル(先端の内径6.2mm)から組成物を押し出した。このとき、カートリッジの底部のプランジャーを押し、組成物を押し出す力(吐出力)を、島津(株)製のオートグラフにより測定した。これらの測定結果を表3に示す。
Figure 2008019362
実施例12〜14
実施例12においては、実施例1で得られた反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー組成物Aの代わりに、実施例5で得られた反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー溶液Iを用いて実施例8と同様な操作を行い、ケイ素基含有ポリマー組成物を得た。また、実施例13においては、実施例1で得られた反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー組成物Aの代わりに、実施例6で得られた反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー溶液Jを用いて実施例8と同様な操作を行い、ケイ素基含有ポリマー組成物を得た。さらに、実施例14においては、実施例1で得られた反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー組成物Aの代わりに、実施例7で得られた反応性ケイ素基含有ポリプロピレンポリマー溶液Kを用いて実施例8と同様な操作を行い、ケイ素基含有ポリマー組成物を得た。
次いで、実施例12〜14でそれぞれ得られたケイ素基含有ポリマー組成物について、前記と同様にして初期の物理的特性(硬さ、100%モジュラス、引張り強さおよび伸び)を測定するとともに、初期の吐出性ならびに60℃で14日間および30日間保管後の吐出性を調べた。これらの測定結果を表4に示す。
Figure 2008019362
表1〜表4から明らかなように、実施例1〜7で得られた反応性ケイ素基含有ポリマー組成物およびポリマー溶液は、保管後の増粘率が低く保存(貯蔵)安定性に優れている。また、これらの反応性ケイ素基含有ポリマーを主成分として配合した実施例8〜14の室温硬化性ケイ素基含有ポリマー組成物は、硬化物が良好な物理的特性を有するうえに、吐出力が低く吐出性などの作業性に優れている。
本発明の調製方法によれば、増粘が生じにくく保存安定性に優れ、取り扱いが容易な反応性ケイ素基含有ポリマー組成物を得ることができる。また、そのような反応性ケイ素基含有ポリマー組成物を主成分として用いることで、吐出性などの作業性に優れた室温硬化性ケイ素基含有ポリマー組成物を得ることができる。この室温硬化性ケイ素基含有ポリマー組成物は、電気・電子工業などにおける弾性接着剤やコーティング材として、また建築用シーリング材などとして好適する。

Claims (6)

  1. (a1)数平均分子量が500〜50000であるポリオキシアルキレンポリオールと、(a2)一般式:R SiX3−m−RNCO
    (式中、Rは互いに同一または相異なる置換または非置換の1価の炭化水素基、Rは炭素数1〜17の2価の炭化水素基、Xは加水分解性基をそれぞれ示す。mは0〜2の整数である。)で表されるイソシアネート基含有ケイ素化合物とを、スズ系触媒の存在下でウレタン化反応させる工程と、
    前記工程で得られた反応性ケイ素基含有ポリマー100重量部に対して、(b)メルカプト基を有するシラン0.001〜10重量部を添加する工程
    を備えることを特徴とする反応性ケイ素基含有ポリマー組成物の調製方法。
  2. (a1)数平均分子量が500〜50000であるポリオキシアルキレンポリオールと、分子中に2個以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物とを、スズ系触媒の存在下でウレタン化反応させ、末端にイソシアネート基を有するポリオキシアルキレン重合体を得た後、得られたイソシアネート基含有ポリオキシアルキレン重合体に、(a3)一般式:R SiX3−m−R
    (式中、Rは互いに同一または相異なる置換または非置換の1価の炭化水素基、Rは炭素数1〜17の2価の炭化水素基、Xは加水分解性基、Wは水酸基、カルボキシル基、メルカプト基、アミノ基およびイミノ基から選ばれる活性水素基をそれぞれ示す。mは0〜2の整数である。)で表される活性水素基含有ケイ素化合物を反応させる工程と、
    前記工程で得られた反応性ケイ素基含有ポリマー100重量部に対して、(b)メルカプト基を有するシラン0.001〜10重量部を添加する工程
    を備えることを特徴とする反応性ケイ素基含有ポリマー組成物の調製方法。
  3. (a1)数平均分子量が500〜50000であるポリオキシプロピレンポリオールと、(a4)γ−イソシアネートプロピルトリアルコキシシランとを、スズ系触媒の存在下でウレタン化反応させ、主鎖が実質的にポリオキシプロピレンから成り、主鎖の末端に式:
    Figure 2008019362
    (式中、Rは同一または相異なる炭素数1〜4のアルキル基を示す。)で表される反応性ケイ素基を有する反応性ケイ素基含有ポリマーを生成する工程と、
    前記工程で得られた反応性ケイ素基含有ポリマー100重量部に対して、(b)メルカプト基を有するシラン0.001〜10重量部を添加する工程
    を備えることを特徴とする反応性ケイ素基含有ポリマー組成物の調製方法。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1項記載の調製方法で得られた反応性ケイ素基含有ポリマー組成物に、アルコールおよび/または水分と反応して前記反応性ケイ素基含有ポリマーの反応性ケイ素基の加水分解を抑制する化合物を配合することを反応性ケイ素基含有ポリマーの調製方法。
  5. 請求項1乃至4のいずれか1項記載の調製方法で得られた(A)反応性ケイ素基含有ポリマー組成物100重量部に、
    (B)硬化触媒0.01〜10重量部と、
    (C)アミノ基置換アルコキシシラン0.05〜25重量部
    をそれぞれ配合してなることを特徴とする室温硬化性ケイ素基含有ポリマー組成物。
  6. 前記(C)アミノ基置換アルコキシシランが、N−(β−アミノエチル)−アミノプロピルトリメトキシシランであることを特徴とする請求項5記載の室温硬化性ケイ素基含有ポリマー組成物。
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