JP2014167067A - シリコーンフォームシートの製造方法 - Google Patents
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- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
Abstract
【解決手段】 液状の紫外線硬化性シリコーンポリマーにメカニカルフロス法により気体を混入させる気体混入工程と、気体混入工程にて気体が混入された前記液状の紫外線硬化性シリコーンポリマーを基材上にシート状に塗工し、塗工された前記液状の紫外線硬化性シリコーンポリマーに紫外線を照射する工程とを含むことを特徴とするシリコーンフォームシートの製造方法。
【選択図】 図3
Description
気体混入工程にて気体が混入された前記液状の紫外線硬化性シリコーンポリマーを基材上にシート状に塗工し、塗工された前記液状の紫外線硬化性シリコーンポリマーに紫外線を照射する工程と
を含むことを特徴とするシリコーンフォームシートの製造方法である。
図1は、本実施形態に係るシリコーンフォームシートの製造工程を示した図である。本実施形態に係るシリコーンフォームの製造方法は、(第一工程)気体混入工程、(第二工程)塗工工程、(第三工程)紫外線照射工程、を少なくとも含む。以下、これら工程を詳述する。
図1に示すように、第一工程は、ポンプを介してタンク内の樹脂組成物(液状の紫外線硬化性シリコーンポリマー+触媒等)を気体混入装置(図1中のミキサー)内に導入すると共に、気体をミキサー内に導入し、これら樹脂組成物と気体とをメカニカルフロス発泡させる工程である。以下、本工程で使用する原材料と、本工程でのプロセス(手法や条件等)の詳細とを説明する。
以下、本工程で使用する原材料を詳述する。
本実施形態に係る液状の紫外線硬化性シリコーンポリマー(紫外線硬化性シリコーン樹脂)は、液状であり、且つ、紫外線を照射することにより硬化する、ポリオルガノシロキサンを基本構造するポリマーである限り、特に限定されない。尚、「液状」とは、23℃において液状であることを意味する。ここで、該液の粘度は、好適には500Pa・s以下、より好適には300Pa・s以下、更に好適には250Pa・s以下である。尚、当該粘度は、JIS K 7117−1に準拠して測定された粘度を示す。粘度が高すぎる場合には、液の流動性が低く、気体を機械的に混入することが難しく、均一なセルを形成するのが困難となる。更には、粘度が高すぎると泡が入りにくく、目的の密度まで下げることができない。また、原料を加温させて粘度を低くさせても、ミキサーで泡立てたときに発生するミキサーの熱によって原料粘度の制御が難しくなってしまう。尚、下限値は特に限定されないが、好適には0.1Pa・s以上である。粘度が低すぎる場合には、泡立てても、すぐに破泡してしまい、目的の密度まで下げることができない場合があるからである。更には、最終的に得られた発泡体が脆くなり易く、シートとして十分な物性が得られない場合があるからである。
本実施形態に係る気体は、常温・常圧(23℃、1気圧)で気体である限り、特に限定されない。例えば、酸素、窒素、二酸化炭素、不活性ガス等や、各種混合ガス(例えば空気等)を挙げることができる。
本実施形態に係る原材料として、必要に応じ、硬化触媒(好適には光ヒドロシリル化触媒)、酸化防止剤、増粘剤、可塑剤、抗菌剤、着色剤等を用いてもよい。ここで、光ヒドロシリル化触媒として白金(II)β-ジケトネート触媒を用いることが特に好適である。
本形態に係る原料組成物における気体の配合量は、液状の紫外線硬化性シリコーンポリマー100容量部に対し、前記気体を50〜700容量部添加することが好適である。尚、実際に混合する際には加圧状態にあるが、ここで規定している容量部は、常温・常圧(23℃、1気圧)でのものである。
以下、本工程でのプロセス(手法、条件等)について詳述する。
本形態に係る発泡手法は、メカニカルフロス発泡法である。ここで、原料組成物中に気体を存在させる手法として、他に超臨界ガスや亜臨界ガスを溶存させる手法等がある。しかしながら、前述した超臨界ガスを溶存させる手法等によると、目的のシリコーンフォームシート(セルが緻密であり、セルサイズの均一性が高く、セル形状が良好であり、独泡率が高く、機械特性・シール性・断熱性等に優れたシリコーンフォームシート)を得ることができない。例えば、図5は、シリコーンフォームシート用樹脂組成物に超臨界ガスを練り込んだ後に圧力開放して得られたものである。このように、超臨界ガスを溶存させる手法で気体を原料組成物(本形態に係る液状の紫外線硬化性シリコーンポリマー組成物)中に導入した場合、圧力開放した直後に急激に膨張し(特に、本形態に係る組成物が低粘度の液体であるため)、セル径が大きくなり過ぎ且つセルが不規則形状となり且つ独泡フォーム状にはならないうえ、目的の厚みを均一に確保することが難しい(図5参照)。この点、メカニカルフロス発泡法を採用した場合、気体混入装置から樹脂組成物が押し出されても急激に膨張することが無く、均一な独立気泡セルが得られるため、均一な厚みのシートを得ることができる。より詳細には、本形態に係る発泡手法で原料組成物中に気体を存在させた場合には、ミキサー内でメレンゲ状に気体が混ざり合った樹脂組成物が形成され(より具体的には、ガスボンベからミキサー内に直接ガスを吹き込みつつ、ミキサーで泡立てる)、当該樹脂組成物が押し出される。その結果、未硬化の液状シリコーンフォームが、シート状に基材上に塗工されることとなる。そして、当該塗工されたものがその後の紫外線硬化により極めて短時間で硬化される結果(独泡セルが合一したり薄膜から抜ける前に硬化される結果)、規則的な形状且つ均一径の独泡セルがシリコーンフォームシート内に形成される。
ミキサー回転数:500〜3000rpm
冷却水・チラー温度:5〜15℃
原料温度:30℃〜150℃
気体圧力:0.1〜5Mpa
原料圧力:5Mpa以下(下限は特に限定されないが例えば0.1MPa)
図1に示すように、第二工程は、気体混入装置から排出された、シート状の樹脂組成物(液状の紫外線硬化性シリコーンポリマー+気体+触媒等)を基材上に塗工する工程である。以下、本工程で使用する基材と、本工程でのプロセス(手法や条件等)の詳細と、を説明する。
本形態で用いられる基材は、特に限定されないが、連続生産可能であるという点から、ロール状の基材であることが好適である。例えば、気体が混入された液体を保持できる長尺シート(紙、PETフィルム、PEフィルム、OPP等)を挙げることができる。更に、図1に示すように、基材上にシート状の樹脂組成物を塗工した後、その上に別の基材を配してもよい。尚、図1では別の基材を配したものを例示したが、当該別の基材はなくともよい。尚、当該別の基材がある場合には、当該基材として、紫外線が通る基材である必要がある(例えば、PETフィルム、PEフィルム、OPP、紫外線透過性紙)。
第一工程にてそのまま気体混入装置より押し出されたメレンゲ状の液体を上記フィルム上に乗せ、均一な厚みになるように塗工する。更に必要に応じて、フィルムをラミネートすることもできる。
図1に示すように、第三工程は、シート状の樹脂組成物が基材上に塗工された後、紫外線を照射し、液状の紫外線硬化性シリコーンポリマーを硬化させる工程である。以下、本工程でのプロセス(手法や条件等)の詳細を説明する。
紫外線の照射手段(UVランプ)は、紫外線を照射可能であれば特に限定されず、例えば、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、UV−LED等を挙げることができる。また、紫外線の照射量は、本形態に係るシート厚さを踏まえると、例えば、50mJ/cm2以上が好適である。ここで、本形態によれば、紫外線照射工程にて紫外線硬化ポリマーをほぼ完全に硬化させることも可能となるため、2次キュア(アフターキュア)を行う必要がなく、製造工程におけるコストを削減することが可能である。
次に、本形態に係るシリコーンフォームシートの構造及び物性を説明する。
(厚さ)
本形態に係るシリコーンフォームシートの厚さ(又は塗工厚)は、25〜5000μmであり、好ましくは50〜3000μmであり、更に好ましくは100〜2000μm、より好適にには1500μm以下、特に好適には1000μm(1mm)以下である。当該厚さが25μm未満である場合には、シートの平滑性が悪くなるため好ましくなく、他方、当該厚さが5000μm超である場合には、厚すぎてUVを当てても内部が硬化しない場合があるため好ましくない。尚、従来法では、発泡体をブロックで成形し、その後に鋤き加工を施すことで薄いシートを製造する。他方、本形態によれば、鋤き加工の必要が無いため、厚さ1mm以下のものも容易に製造することが可能となる。
本形態に係るシリコーンフォームシートのセルサイズの径分布は、断面写真から計測したセル径が最大のものから上位100個を選択した際、個数の90%以上が10〜200μmの範囲であることが好適であり、特に厚さが2000μm以下のものに関しては、個数の75%以上(例えば90%以上)が10〜50μmであることがより好適である。当該範囲内が好ましい理由は、均一性の高い、細かいセルが沢山存在することになり(即ち、独泡のセルが沢山存在することになり)、結果、シール性が向上するためである。
本形態に係るシリコーンフォームシートの独泡率は、80%以上が好ましく、好適には、85%以上であり、更に好ましくは90%以上である。尚、上限値は100%であってもよい。独泡率が80%未満である場合、シール性のIPX7が達成困難である。ここで、独泡率は、SEM写真にて断面の単位面積当りの独泡セル数と全体セル数をカウントし、独泡セル数/全体セル数×100(%)で算出した値である。
本形態に係るシリコーンフォームシートの密度(JIS K 6401)は、700kg/m3以下が好ましく、好適には、50〜650kg/m3以上であり、更に好ましくは100〜600kg/m3である。50kg/m3未満である場合には、シール性が悪くなる一方、650kg/m3超である場合には、フォームを作ること自体が困難になる。
本形態に係るシリコーンフォームシートのスキン層は、存在しても存在していなくてもよい。但し、シール性能向上の観点からは、スキン層は存在していた方がよい。
本形態に係るシリコーンフォームシートのシール性は、エアリーク性に関しては、下記の試験方法1に従い測定した際、2分以内に圧力が18kPa以下にならないことが好適である。また、本形態に係るシリコーンフォームシートのシール性は、止水性に関しては、IEC IPX7規格に合格したものである。
ドーナツ状(厚み500μ、外径25mm内径11mm)に打ち抜いたサンプルを、図2の様に400μまで圧縮固定し、容器を密閉する。そして、容器に空気内圧を20kPaまで圧力をかける。その後、圧力が下がる時間を測定する。
×:2分以内に18kPa以下まで下がる。
○:18kPa以下に下がるのに、2分間以上かかる。
本形態に係るシリコーンフォームシートの機械強度は、25%圧縮荷重(JIS K 6254:2010 B法)に関しては、好適には0.02〜0.25MPa、特に好適には0.02〜0.2MPaである。0.25MPa超である場合には、シール性能が落ちてしまう。他方、0.25MPa以下である場合には、シール材に使用した際にピッタリとくっつくことができる。更に、本形態に係るシリコーンフォームシートの機械強度は、引張強度(JIS K 6251)に関しては、好適には0.2MPa以上、より好適には0.3MPa以上、特に好適には0.4MPa以上である。0.2MPa未満の場合、シール材として強度が弱すぎて好適でない。尚、上限値は特に限定されないが、例えば1.0MPaである。また、本形態に係るシリコーンフォームシートの機械強度は、伸び(JIS K 6251)に関しては、好適には50%以上、より好適には100%以上、特に好適には200%以上である。50%未満であるとシール性能が低下し、好ましくない。尚、上限値は特に限定されないが、例えば300%である。
次に、本形態に係るシリコーンフォームシートの用途(使用方法)を説明する。本形態に係るシリコーンフォームシートは、耐熱性の高いシール材、振動吸収材、止水向けシール材料、断熱材に好適である。具体的には、携帯電話、パソコン内部、システムキッチン(IHヒーター、家電保温材等)、バス、トイレ、自動車関連(エンジン周り等)、カーエレクトロニクス関連等を挙げることができる。
特許第3021544号の実施例1と同様の方法で得た液状の紫外線硬化性の光ヒドロシリル化型シリコーンポリマー(23℃における粘度100Pa・s)と、当該紫外線硬化性シリコーンポリマー100重量部に対して0.05重量部となる量の白金(II)β-ジケトネート触媒と、を混合して樹脂組成物を得た。そして、ミキサー内に当該樹脂組成物をポンプにより送液すると共に、当該樹脂組成物100容量部に対して300容量部となる量の窒素をミキサー内に送り込み、所定条件の下で撹拌混合した。尚、本例では、ミキサー回転数=1500rpm、冷却水・チラー温度=20℃、原料温度=60℃、気体圧力=0.5Mpa、原料圧力=0.2Mpa、の条件にてメカニカルフロスを実施した。その後、PETフィルム上に液状の当該撹拌物を乗せ、ナイフコーターで塗工厚1000μmにて塗工し、塗工された液上に更にPETフィルムを被せた後、800mJ/cm2の条件で紫外線2秒照射し、実施例A1に係るシリコーンフォームシートを得た。
表1〜表4での条件を除き、製造例(実施例A1)に従い、実施例A2〜A3及び比較例A1〜A3、実施例B1〜B7、実施例C1〜C5、実施例D1〜D6を作成した。尚、原料粘度の調整は、分子量とフィラー(シリカ)の量を変更することによって行った。
<A:紫外線硬化樹脂及び気体混入手法の相違による優位性評価>
まず、各種硬化樹脂(紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂)について、各種発泡手法(メカニカルフロス、化学発泡、超臨界)を用いて、実施例A1〜A3及び比較例A1〜A3に係るシリコーンフォームシートを調製した。表1は、各実施例及び各比較例における製造条件等及びシリコーンフォームの物性等を示したものである。当該表から分かるように、液状の紫外線硬化樹脂として光ヒドロシリル化型を用い且つ硬化触媒として白金β−ジケトネートを用いた実施例A1に係るシリコーンフォームは、エアリーク性、止水性及び機械強度に極めて優れたものであった。また、実施例A1とは異なる硬化触媒(塩化白金酸)を用いた実施例A2に係るシリコーンフォームシートは、硬化速度が遅く気泡が合一してセルが荒くなり、実施例A1程の物性は得られないものの、十分な止水性と機械強度を兼ね備えたものであった。同様に、実施例A1とは異なり硬化触媒を用いてない実施例A3に係るシリコーンフォームシートは、実施例A1との対比にて固くて脆くシール性が必ずしも良好でないため、実施例A1程の物性は得られないものの、用途によっては実用に耐え得る程度の物性を有することが確認できた。他方、粘度の異なる紫外線硬化樹脂を用いた比較例A1及びA2に係るシリコーンフォームは、前者についてはセルが荒く物性が悪く、後者についてはスキン層がないのでシール性が悪い、という問題がある。ここで、図3は、実施例A1に係るシリコーンフォームシートの断面写真である。更に、比較として、図4は、比較例A3に係るシリコーンフォームシートの断面写真である。
評価Aにて最も優れていた紫外線硬化性シリコーンポリマー組成物を用いた実施例A1について、原料粘度を変更することで、実施例B1〜B7に係るシリコーンフォームシートを調製した。表2は、各実施例における製造条件等及びシリコーンフォームの物性等を示したものである。当該表から分かるように、原料粘度が250Pa・sである実施例(実施例B1〜実施例B5)に係るシリコーンフォームは、密度、エアリーク性及び機械特性のいずれも極めて優れた性能を有している。尚、原料粘度が上がるにつれ(実施例B6、実施例B7)、これら性能が低下することが確認された。
評価Aにて最も優れていた紫外線硬化性シリコーンポリマー組成物を用いた実施例A1について、気体の混入量を変更することで、実施例C1〜C5に係るシリコーンフォームシートを調製した。表3は、各実施例における製造条件等及びシリコーンフォームの物性等を示したものである。当該表から分かるように、密度が相対的に小さい実施例C1〜C4に係るシリコーンフォームシートは、極めて優れたエアリーク性、止水性及び機械特性を示している。他方、密度が他の実施例よりも高い実施例C5に係るシリコーンフォームシートは、エアリーク性及び止水性に問題があるものの、機械特性に優れていることを示している。
評価Aにて最も優れていた紫外線硬化性シリコーンポリマー組成物を用いた実施例A1について、厚さを変更することで、実施例D1〜D6に係るシリコーンフォームシートを調製した。表4は、各実施例における厚さ及びシリコーンフォームの物性等を示したものである。当該表から分かるように、厚さに拘わらず、十分なエアリーク性、止水性及び機械強度が達成されることが分かる。
Claims (7)
- 液状の紫外線硬化性シリコーンポリマーにメカニカルフロス法により気体を混入させる気体混入工程と、
気体混入工程にて気体が混入された前記液状の紫外線硬化性シリコーンポリマーを基材上にシート状に塗工し、塗工された前記液状の紫外線硬化性シリコーンポリマーに紫外線を照射する工程と
を含むことを特徴とするシリコーンフォームシートの製造方法。 - 前記紫外線硬化性シリコーンポリマーが、ヒドロシリル化反応型である、請求項1記載の方法。
- 前記シリコーンフォームシートの独泡率が、90%以上である、請求項1又は2記載の方法。
- 前記塗工の際の塗工厚が、1mm以下である、請求項1〜3のいずれか一項記載の方法。
- 前記シリコーンフォームシートの密度が、100〜600Kg/m2である、請求項1〜4のいずれか一項記載の方法。
- 前記シリコーンフォームシートのセルサイズ分布が、10〜200μmである、請求項1〜5のいずれか一項記載の方法。
- 前記紫外線硬化性シリコーンポリマーの粘度が、250Pa・s以下である、請求項1〜6のいずれか一項記載の方法。
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