JP2015052027A - 付加硬化性液状シリコーンゴム組成物及びシリコーンゴム硬化物 - Google Patents

付加硬化性液状シリコーンゴム組成物及びシリコーンゴム硬化物 Download PDF

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Abstract

【課題】高硬度、高伸張性で、引張り強度及び引裂き強度が高い硬化物を与える付加硬化性シリコーンゴム組成物を提供する。【解決手段】(A)一分子中に少なくとも2個のケイ素原子結合アルケニル基を分子鎖末端に含有し、分子鎖途中にアルケニル基を含有しない、特定粘度を有するオルガノポリシロキサン(B)R3SiO1/2単位とSiO2単位を特定割合で含有し、特定量のビニル基を含有する樹脂質共重合体(C)一分子中に少なくとも2個のSiH基を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン(D)ヒュームドシリカ(E)アルケニル基を含有するシラン及びシラザン化合物から選ばれる少なくとも1種のシリカ表面処理剤(F)付加反応触媒をそれぞれ所定量含有してなり、デュロメーターA硬度計による硬度が75以上であり、かつ切断時伸びが300%以上であるシリコーンゴム硬化物を与える付加硬化性シリコーンゴム組成物。【選択図】なし

Description

本発明は、高硬度(デュロメーターAによる硬度が75以上)の硬化物(シリコーンゴム)を与える付加硬化性シリコーンゴム組成物及び該組成物を加熱硬化してなるシリコーンゴム硬化物に関する。更に詳しくは、硬化後の硬度が高硬度であっても、高伸長(切断時伸びが300%以上)であるシリコーンゴムを形成でき、特に食品用途として使用する際に有用な付加硬化性シリコーンゴム組成物及び該組成物を加熱硬化してなるシリコーンゴム硬化物に関する。
シリコーンゴムは、耐熱性、耐寒性、安全性、外観の良さ(透明性)、肌触りの良さ、更には耐久性の良さから、医療、食品、工芸、電気・電子、自動車、事務機等の各分野で幅広く使用されている。特に、付加反応硬化タイプのシリコーンゴム組成物は、有機過酸化物硬化タイプのように有機過酸化物の分解による副生成物を生じないなどの安全面から、医療、食品用途に好んで使用されている。食品用途として使用されるシリコーンゴムは、硬さ(デュロメーター;タイプA)75以上、伸び300%以上、引裂き強さ8kN/m以上が必要となるケースが多い。一般的に、シリコーンゴムの高硬度化は無機質充填剤を高充填することにより達成しているが、この場合、伸びがでないため用途が限定されてしまう。
また、特開平7−331079号公報(特許文献1)には、シリコーン生ゴムにシリコーンレジン及び補強性シリカを高充填した高伸長、高強度、高硬度ゴムが提案されている。しかしながら、最近では成形時間の短縮や成形品の構造の複雑化などの点から、射出成形用液状シリコーンゴムの使用が求められており、上記の方法を液状シリコーンゴムに応用すると粘度が高くなりすぎて成形が困難となる問題があった。
特開2006−1953号公報(特許文献2)では、側鎖にビニル基を有するオルガノポリシロキサンをシリカと熱処理して得られる高硬度、比較的高伸長の液状シリコーンゴムが提案されている。また、特開2006−1954号公報(特許文献3)では、無官能のオルガノポリシロキサンを添加した高硬度、比較的高伸長のシリコーンゴムが提案されている。しかしながら、いずれも伸びが300%以上とはならず、また、これらの方法では引裂き強さが低いため脱型時に成形品が裂けてしまう問題があった。
特開平7−331079号公報 特開2006−1953号公報 特開2006−1954号公報
本発明は、上記事情を改善するためになされたもので、高硬度、高伸張性で、引張り強度及び引裂き強度が高い硬化物(シリコーンゴム)を与える液状付加硬化性シリコーンゴム組成物及びシリコーンゴム硬化物を提供することを目的とする。
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、特定の鎖長(重合度)を有する室温で液状のアルケニル基含有オルガノポリシロキサンと、アルケニル基含有のシリコーンレジンと、アルケニル基を含有するシラン及びシラザン化合物から選ばれる少なくとも1種のシリカ表面処理剤で表面処理されたヒュームドシリカを組み合わせることにより、高硬度かつ高伸長性で、引張り強度及び引裂き強度が高いシリコーンゴムを与えるシリコーンゴム組成物が得られることを見出し、本発明をなすに至ったものである。
すなわち、本発明は、下記の付加硬化性シリコーンゴム組成物及びシリコーンゴム硬化物を提供するものである。
[1]
(A)一分子中に少なくとも2個のケイ素原子と結合するアルケニル基を分子鎖末端に含有し、分子鎖途中にアルケニル基を含有しない、25℃での粘度が30,000〜200,000mPa・sであるアルケニル基含有オルガノポリシロキサン: 100質量部
(B)R3SiO1/2単位(式中、Rは非置換又は置換の一価炭化水素基)とSiO2単位を含有し、R3SiO1/2単位とSiO2単位とのモル比[R3SiO1/2/SiO2]が0.5〜1.5であり、かつ5×10-3〜1×10-4モル/gのビニル基を含有する樹脂質共重合体: 0.1〜20質量部
(C)一分子中に少なくとも2個のケイ素原子と結合する水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン: 0.2〜20質量部
(D)BET法による比表面積が130m2/g以上であるヒュームドシリカ:
30〜60質量部
(E)アルケニル基を含有するシラン及びシラザン化合物から選ばれる少なくとも1種のシリカ表面処理剤: ヒュームドシリカ100質量部に対して0.01〜5質量部
(F)付加反応触媒: 触媒量
を含有してなり、デュロメーターA硬度計による硬度が75以上であり、かつ切断時伸びが300%以上であるシリコーンゴム硬化物を与える付加硬化性シリコーンゴム組成物。
[2]
(E)成分が1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシラザンである[1]記載の付加硬化性シリコーンゴム組成物。
[3]
更に、(G)アルケニル基を含有しないシリカ表面処理剤を(D)成分100質量部に対し1〜40質量部含有する[1]又は[2]記載の付加硬化性シリコーンゴム組成物。
[4]
更に、(H)アルケニル基を含有するシロキサン単位が全シロキサン単位中の1〜100モル%であり、分子鎖途中にアルケニル基を含有する、25℃での粘度が200,000mPa・s以下であるアルケニル基含有オルガノポリシロキサンを(A)成分100質量部に対して0.01〜20質量部含有する[1]〜[3]のいずれかに記載の付加硬化性シリコーンゴム組成物。
[5]
(H)成分が1,3,5,7−テトラメチル−1,3,5,7−テトラビニルシクロテトラシロキサンである[4]記載の付加硬化性シリコーンゴム組成物。
[6]
25℃での粘度が50〜5,000Pa・sの範囲であり、液状射出成形用である[1]〜[5]のいずれかに記載の付加硬化性シリコーンゴム組成物。
[7]
引裂き強度が8kN/m以上であるシリコーンゴム硬化物を与えるものである[1]〜[6]のいずれかに記載の付加硬化性シリコーンゴム組成物。
[8]
[1]〜[7]のいずれかに記載の付加硬化性シリコーンゴム組成物を加熱硬化してなる、デュロメーターA硬度計による硬度が75以上であり、かつ切断時伸びが300%以上であるシリコーンゴム硬化物。
本発明によれば、上記(A)〜(F)成分の特定量の組み合わせ、更に場合により(A)〜(F)成分に加えて(G)、(H)成分の特定量の組み合わせにより、高硬度で高伸長、かつ引張り強度及び引裂き強度の高いシリコーンゴムを与えるシリコーンゴム組成物を提供できる。
以下、本発明について更に詳しく説明する。
[(A)成分]
まず、(A)成分の、一分子中に少なくとも2個のケイ素原子と結合するアルケニル基を分子鎖末端に含有し、分子鎖途中にアルケニル基を含有しないオルガノポリシロキサンは、本組成物の主剤(ベースポリマー)として作用するものであり、このオルガノポリシロキサンとしては、下記平均組成式(I)で示されるものの1種又は2種以上を用いることができる。
1 aSiO(4-a)/2 ・・・(I)
(式中、R1は互いに同一又は異種の炭素数1〜10、好ましくは1〜8の非置換又は置換一価炭化水素基であり、aは1.5〜2.8、好ましくは1.8〜2.5、より好ましくは1.95〜2.05の範囲の正数である。)
ここで、上記R1で示されるケイ素原子に結合した非置換又は置換の一価炭化水素基としては、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、tert−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等のアラルキル基、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、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基、オクテニル基等のアルケニル基や、これらの基の水素原子の一部又は全部をフッ素、臭素、塩素等のハロゲン原子、シアノ基等で置換したもの、例えばクロロメチル基、クロロプロピル基、ブロモエチル基、トリフロロプロピル基、シアノエチル基等が挙げられるが、全R1の90%以上、特にはアルケニル基を除く全てのR1基がメチル基であることが好ましい。
また、R1のうち少なくとも2個(通常、2〜50個)、特には2〜20個程度はアルケニル基(炭素数2〜8のものが好ましく、更に好ましくは2〜6であり、特に好ましくはビニル基である。)であることが好ましい。このアルケニル基はR1基全体に対して0.05〜20モル%、好ましくは0.1〜10モル%、より好ましくは0.1〜5モル%程度とすることができる。
なお、アルケニル基の含有量は、オルガノポリシロキサン中1.0×10-6〜5.0×10-4モル/g、特に1.0×10-5〜2.0×10-4モル/gとすることが好ましい。アルケニル基の量が1.0×10-6モル/gより少ないとゴム硬度が低すぎてゲル状になってしまう場合があり、また5.0×10-4モル/gより多いと架橋密度が高くなりすぎて、低伸長のゴムになってしまう場合がある。
この(A)成分中のアルケニル基は、シリコーンゴム硬化物の高硬度、高伸長性及び高引裂き強度性等の観点から、分子鎖末端のケイ素原子に結合しているものであって、(A)成分としては分子鎖途中(分子鎖非末端)のケイ素原子に結合するアルケニル基を含有しない(即ち、2官能性であるジオルガノシロキサン単位中のケイ素原子に結合するアルケニル基を含有しない)ことが必要である。
このオルガノポリシロキサンの構造は基本的には、分子鎖両末端がトリオルガノシロキシ基(R1 3SiO1/2)で封鎖され、主鎖がジオルガノシロキサン単位(R1 2SiO2/2)の繰り返しからなる直鎖状構造のジオルガノポリシロキサンであることが好適であるが、部分的には少量の分岐単位(R1SiO3/2)を有する分岐鎖状の構造や環状構造などであってもよい。具体的には、分子鎖両末端ジオルガノアルケニルシロキシ基封鎖ジオルガノポリシロキサン、分子鎖両末端オルガノジアルケニルシロキシ基封鎖ジオルガノポリシロキサン、分子鎖両末端トリアルケニルシロキシ基封鎖ジオルガノポリシロキサン(ただし、ここでオルガノ基にはアルケニル基等の脂肪族不飽和基は含まない)等の分子鎖両末端アルケニル基含有ジオルガノポリシロキサンなどが挙げられる。
(A)成分のアルケニル基含有オルガノポリシロキサンは、高硬度(デュロメーターAによる硬度が75以上)で、かつ高伸長性(切断時伸びが300%以上)のシリコーンゴム硬化物を与えるという観点から、25℃での粘度が30,000〜200,000mPa・s、特には50,000〜100,000mPa・sの範囲である必要がある。この粘度が低すぎると、得られるシリコーンゴム硬化物が低伸長なゴムとなってしまい、高伸長性(切断時伸びが300%以上)のシリコーンゴムが得られなくなってしまう一方、粘度が高すぎると、成形が難しくなってしまう。なお、本発明においては、粘度は、通常、回転粘度計(例えば、BL型、BH型、BS型、コーンプレート型等)で測定することができる。
また、(A)成分が上記の粘度範囲を与えるためには、(A)成分の分子量(又は重合度)としては、通常、平均重合度(重量平均重合度、以下同様)が700〜2,000、好ましくは750〜1,100に相当するものであることが望ましい。平均重合度が700未満では、得られるシリコーンゴム硬化物が低伸長なゴムとなってしまい、高伸長性(切断時伸びが300%以上)のシリコーンゴムが得られず、平均重合度が2,000より高いと粘度が高く、成形が難しくなってしまう。なお、本発明において、重合度(又は分子量)は、通常、トルエン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での重量平均重合度(又は重量平均分子量)として求めることができる。
[(B)成分]
(B)成分の樹脂質共重合体(いわゆる、シリコーンレジン)は、本組成物の硬化物に、高硬度でありながら、高伸張性、高引張り強度及び高引裂き強度を付与するために配合するものであって、R3SiO1/2単位(1官能性シロキシ単位)とSiO2単位(4官能性シロキサン単位)を主成分とする、本質的に三次元網状(レジン状)構造の樹脂質共重合体である。ここで、Rは、非置換又は置換の一価炭化水素基であり、炭素数1〜10、特に1〜8のものが好ましく、Rで示される一価炭化水素基としては、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、tert−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等のアラルキル基、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、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基、オクテニル基等のアルケニル基や、これらの基の水素原子の一部又は全部をフッ素、臭素、塩素等のハロゲン原子、シアノ基等で置換したもの、例えばクロロメチル基、クロロプロピル基、ブロモエチル基、トリフロロプロピル基、シアノエチル基等が挙げられる。
(B)成分の樹脂質共重合体は、上記R3SiO1/2単位及びSiO2単位のみからなるものであってもよく、また必要に応じ、R2SiO2/2単位(2官能性シロキサン単位)やRSiO3/2単位(3官能性シロキサン単位、なおRは上記の通り)をこれらの合計量として、全共重合体に対し、50質量%以下(0〜50質量%)、好ましくは40質量%以下(0〜40質量%)、より好ましくは20質量%以下(0〜20質量%)の範囲で含んでいてもよいが、必須の構成単位であるR3SiO1/2単位とSiO2単位とのモル比[R3SiO1/2/SiO2]が0.5〜1.5、特に0.5〜1.3である必要がある。このモル比が0.5より小さいと(A)成分との相溶性が低下し配合が困難となり、1.5より大きいと十分な強度が得られない。
更に、(B)成分の樹脂質共重合体は、5×10-3〜1×10-4モル/g、特に3×10-3〜2×10-4モル/gのビニル基を含有することが必要である。ビニル基含有量が5×10-3モル/gより多いとゴムが脆くなり、1×10-4モル/gより少ないと十分な強度が得られない。
上記樹脂質共重合体の重量平均分子量は400〜100,000、特に500〜30,000、とりわけ600〜10,000程度であることが、安定してゴムを補強できる点で好ましい。重量平均分子量が小さすぎるとゴム(硬化物)の補強効果が十分発揮されない場合があり、大きすぎると安定して製造できない場合がある。
なお、上記樹脂共重合体は、通常適当なクロロシランやアルコキシシランを当該技術において周知の方法で(共)加水分解、縮合することによって製造することができる。
これら樹脂質共重合体の配合量は、(A)成分100質量部に対し、0.1〜20質量部、特に1〜10質量部が好ましい。樹脂質共重合体の配合量が少なすぎると十分な補強効果が得られず、20質量部を超えるとゴムが硬くなりすぎてしまう。
[(C)成分]
(C)成分は、一分子中にケイ素原子と結合する水素原子(SiH基)を少なくとも2個(通常、2〜300個)、好ましくは3個以上(例えば、3〜200個程度)有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンであり、分子中のSiH基が前記(A)成分、(B)成分及び(E)成分中のケイ素原子に結合したアルケニル基とヒドロシリル付加反応により架橋し、組成物を硬化させるための硬化剤として作用するものである。この(C)成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、下記平均組成式(II)
2 bcSiO(4-b-c)/2 ・・・(II)
(式中、R2は互いに同一又は異種の炭素数1〜10、好ましくは1〜8の非置換又は置換の一価炭化水素基である。また、bは0.7〜2.1、cは0.001〜1.0で、かつb+cは0.8〜3.0を満足する正数である。)
で示され、1分子中に少なくとも2個(通常、2〜300個)、好ましくは3個以上(例えば、3〜200個)、より好ましくは3〜100個、更に好ましくは4〜50個程度のケイ素原子結合水素原子(SiH基)を有するものが好適に用いられる。
ここで、R2の一価炭化水素基としては、R1で例示したものと同様のものを挙げることができるが、脂肪族不飽和基を有しないものが好ましい。また、bは好ましくは0.8〜2.0、cは好ましくは0.01〜1.0、b+cは好ましくは1.0〜2.5であり、オルガノハイドロジェンポリシロキサンの分子構造は、直鎖状、環状、分岐状、三次元網目状のいずれの構造であっても良い。この場合、一分子中のケイ素原子の数(又は重合度)は2〜300個、特に4〜150個程度の室温(25℃)で液状のものが好適に用いられる。なお、ケイ素原子に結合する水素原子は分子鎖末端、分子鎖途中(分子鎖非末端)のいずれに位置していてもよく、両方に位置するものであってもよい。
上記(C)成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン、トリス(ハイドロジェンジメチルシロキシ)メチルシラン、トリス(ハイドロジェンジメチルシロキシ)フェニルシラン、メチルハイドロジェンシクロポリシロキサン、メチルハイドロジェンシロキサン・ジメチルシロキサン環状共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、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、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、両末端ジメチルハイドロジェン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、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・メチルフェニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジメチルシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、(CH32HSiO1/2単位と(CH33SiO1/2単位とSiO4/2単位とからなる共重合体、(CH32HSiO1/2単位とSiO4/2単位とからなる共重合体、(CH32HSiO1/2単位とSiO4/2単位と(C653SiO1/2単位とからなる共重合体やこれらの例示化合物においてメチル基の一部又は全部が他のアルキル基やフェニル基等で置換されたものなどが挙げられる。
(C)成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサン中のケイ素原子と結合する水素原子(SiH基)の割合は、(C)成分中に0.001〜0.017モル/g、特に0.003〜0.017モル/g程度であることが好ましい。この割合が0.001モル/gより少ないと架橋が不十分になってしまう場合があり、0.017モル/gより多いと(C)成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンが不安定な物質となってしまう場合がある。
(C)成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンの配合量は、(A)成分100質量部に対して0.2〜20質量部、特に0.3〜10質量部であるが、また、組成物中に含まれる全ケイ素原子結合アルケニル基の合計に対する(C)成分中のケイ素原子と結合する水素原子(SiH基)とのモル比、特には、(A),(B),(E)成分中のケイ素原子結合アルケニル基の合計に対する(C)成分中のケイ素原子と結合する水素原子(SiH基)のモル比(SiH基/アルケニル基)が、0.8〜10.0、特に1.0〜5.0となる量で配合することが好ましい。(C)成分の配合量(質量部)が少なすぎたり、この比が0.8より小さいと架橋が不十分になり、べたついたゴムになってしまい、また(C)成分の配合量(質量部)が多すぎたり、この比が10.0より大きいと、硬化したシリコーンゴム成形物に発泡が見られたり、金型からの離型が困難になったりしてしまう。
[(D)成分]
(D)成分のヒュームドシリカ(煙霧質シリカ)は、硬化後のシリコーンゴムに十分な強度を与えるための補強性シリカ系充填剤として必須なものである。ヒュームドシリカのBET法による比表面積は、130m2/g以上、通常、130〜400m2/g、好ましくは150〜350m2/gである。130m2/gより小さいと十分な強度が得られないばかりか、成形物の透明性も低下してしまい、400m2/gより大きいと配合が困難になったり、変色したりしてしまうおそれがある。
ヒュームドシリカの配合量は、(A)成分100質量部に対し、30〜60質量部であり、35〜50質量部であることが好ましい。配合量が30質量部より少ないと十分なゴム強度が得られず、また60質量部より多いと粘度が高くなり成形できなくなってしまう。
上記(D)成分のヒュームドシリカは、後述する(E)アルケニル基を含有するシラン及びシラザン化合物から選ばれる少なくとも1種のシリカ表面処理剤単独で、あるいは、この(E)成分と後述する(G)アルケニル基を含有しないシリカ表面処理剤とを併用して表面処理することにより用いられる。この場合、上記(D)成分のヒュームドシリカは、組成物を調製する際に、シリコーンオイル(即ち、(A)成分のオルガノポリシロキサンの一部又は全部)と(D)成分とを混練してベースコンパウンドを調製するときに、これら(E)成分の表面処理剤を同時に添加して、必要により少量の水の存在下に加熱混合処理(例えば、120〜180℃、特には130〜170℃で30分〜6時間、特には1時間〜4時間程度の条件で)することによって、組成物の調製中に表面処理(in−situe処理)して使用することが好ましい。
[(E)成分]
(E)成分のアルケニル基を含有するシラン及びシラザン化合物から選ばれる少なくとも1種のシリカ表面処理剤としては、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシラザン、1,1,3,3−テトラビニル−1,3−ジメチルジシラザン、1−ビニル−1,1,3,3,3−ペンタメチルジシラザン、1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチル−3−ビニルトリシラザン等のビニル基含有のジシラザン、トリシラザン等のオルガノシラザン、N,N−ジメチルアミノジメチルビニルシラン等のビニル基含有のアミノシラン、また、トリメトキシビニルシラン、トリエトキシビニルシラン、メチルジメトキシビニルシラン、メトキシジメチルビニルシラン等のビニル基含有のアルコキシシランなどが挙げられ、特には1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシラザンやトリメトキシビニルシランが好ましい。
(E)成分のアルケニル基を含有するシラン及びシラザン化合物から選ばれる少なくとも1種のシリカ表面処理剤の配合量は、上記ヒュームドシリカ100質量部に対し、0.01〜5質量部、特に0.1〜3質量部であることが好ましい。配合量が0.01質量部より少ないと十分な強度が得られず、5質量部より多いとゴム弾性が失われてしまう。
[(F)成分]
(F)成分の付加反応触媒としては、白金黒、塩化第2白金、塩化白金酸、塩化白金酸と1価アルコ−ルとの反応物、塩化白金酸とオレフィン類との錯体、白金ビスアセトアセテート等の白金系触媒、パラジウム系触媒、ロジウム系触媒などのヒドロシリル化付加反応触媒として公知の白金族金属触媒が挙げられる。なお、この付加反応触媒の配合量は触媒量とすることができ、通常、白金族金属の質量換算として、(A),(B)成分の合計量に対し、0.5〜1,000ppm、特に1〜500ppm程度である。
[(G)成分]
本発明の組成物には、必要に応じて添加する任意成分として、アルケニル基を含有しないシリカ表面処理剤((G)成分)を(E)成分と併用することができる。(G)成分のアルケニル基を含有しないシリカ表面処理剤としては、アルケニル基を有さないアルキルアルコキシシラン、アルキルクロロシラン、ヘキサメチルジシラザン等のアルキルシラザン、シランカップリング剤、チタネート系処理剤、脂肪酸エステルなど公知のいかなるものを1種で用いてもよく、また2種以上を同時に又は異なるタイミングで用いても構わない。
これらアルケニル基を含有しないシリカ表面処理剤((G)成分)を併用する際の配合量は、上記ヒュームドシリカ100質量部に対し、0〜50質量部が好ましく、より好ましくは1〜40質量部、特に2〜30質量部であることが好ましい。配合量が50質量部より多いと付加反応を阻害したり、ゴムの補強効果が低下してしまう場合がある。
[(H)成分]
本発明の組成物には、必要に応じて添加する任意成分として、分子鎖途中にアルケニル基を含有する、25℃での粘度が200,000mPa・s以下であるアルケニル基含有オルガノポリシロキサン((H)成分)をゴムの補強材として更に添加することができる。この(H)成分は、全シロキサン単位中の1〜100モル%がアルケニル基を含有するシロキサン単位(例えば、トリアルケニルシロキシ単位、ジアルケニルオルガノシロキシ単位、アルケニルジオルガノシロキシ単位等の1官能性シロキシ単位、アルケニルオルガノシロキサン単位等の2官能性シロキサン単位、アルケニルシルセスキオキサン単位等の3官能性シロキサン単位など)であり、25℃での粘度が20,000mPa・s以下のアルケニル基含有オルガノポリシロキサンであるが、(H)成分は、分子鎖途中(分子鎖非末端)のケイ素原子に結合するアルケニル基(即ち、2官能性であるジオルガノシロキサン単位中のケイ素原子に結合するアルケニル基)を必須に含有する点で、前記(A)成分とは明確に差別化されるものである。
この(H)成分としては、例えば、下記平均組成式(III)で示されるものの1種又は2種以上を用いることができる。
3 dSiO(4-d)/2 (III)
(式中、R3は互いに同一又は異種の炭素数1〜10、好ましくは1〜8の非置換又は置換1価炭化水素基であり、dは1.5〜2.8、好ましくは1.8〜2.5、より好ましくは1.95〜2.05の範囲の正数である。)
ここで、上記R3で示される炭素数1〜10の非置換又は置換の1価炭化水素基としては、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、tert−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等のアラルキル基、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、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基、オクテニル基等のアルケニル基や、これらの基の水素原子の一部又は全部をフッ素、臭素、塩素等のハロゲン原子、シアノ基等で置換したもの、例えばクロロメチル基、クロロプロピル基、ブロモエチル基、トリフルオロプロピル基、シアノエチル基等が挙げられるが、全R3の50モル%以上、特にはアルケニル基を除く全てのR5がメチル基であることが好ましい。
また、R3のうち少なくとも3個はアルケニル基(炭素数2〜8のものが好ましく、更に好ましくは2〜6であり、特に好ましくはビニル基である。)であることが好ましい。
なお、アルケニル基の含有量は、組成物中に含有される(H)成分のアルケニル基含有オルガノポリシロキサン全体の平均として、該オルガノポリシロキサン中1.0×10-4〜1.5×10-2モル/g、特に2.0×10-4〜1.3×10-2モル/gとすることが好ましい。アルケニル基の量が1.0×10-4モル/gより少ないとゴムの補強効果がない場合があり、また1.5×10-2モル/gより多いとヒドロシリル化反応を阻害してしまうおそれがある。
また、(H)成分において、アルケニル基を含有するシロキサン単位は、ゴムの硬度を増大させたり、強度を向上させる点から、全シロキサン単位中の1〜100モル%、好ましくは3〜100モル%である。
(H)成分のアルケニル基含有オルガノポリシロキサンは、分子鎖途中(分子鎖非末端)のケイ素原子に結合するアルケニル基(即ち、2官能性であるジオルガノシロキサン単位中のケイ素原子に結合するアルケニル基)を少なくとも1個分子中に含有するものであることが必要であるが、分子鎖末端のケイ素原子に結合するアルケニル基は含有していても、含有していなくても任意である。
このオルガノポリシロキサンの構造は、環状構造や分岐状の構造、あるいは直鎖状構造を有していてもよい。
分子量については、環状体の場合、通常、重合度(又は分子中のケイ素原子数)が3〜10であり、このようなオルガノポリシロキサンとしては、特に、製造の容易さから1,3,5,7−テトラメチル−1,3,5,7−テトラビニルシクロテトラシロキサン等のビニルメチルシクロポリシロキサンや(ビニルメチルシロキサン・ジメチルシロキサン)環状共重合体などが好ましい。また、分岐状構造や直鎖状構造の場合、平均重合度(重量平均重合度)が2,000以下、通常10〜1,500、好ましくは30〜1,000であることが好ましい。10未満では、十分なゴム感が得られないおそれがあり、2,000より高いと粘度が高くなり、成形が困難になってしまうおそれがある。直鎖状構造のオルガノポリシロキサンとしては、具体的には、分子鎖両末端トリオルガノシロキシ基封鎖ジオルガノシロキサン・アルケニルオルガノシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジオルガノアルケニルシロキシ基封鎖ジオルガノシロキサン・アルケニルオルガノシロキサン共重合体、分子鎖両末端オルガノジアルケニルシロキシ基封鎖ジオルガノシロキサン・アルケニルオルガノシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリアルケニルシロキシ基封鎖ジオルガノシロキサン・アルケニルオルガノシロキサン共重合体(但し、ここでオルガノ基にはアルケニル基等の脂肪族不飽和基は含まない)等の、主鎖中の側鎖置換基としてアルケニル基を含有する直鎖状ジオルガノポリシロキサンなどが挙げられる。
このアルケニル基含有オルガノポリシロキサンの25℃における粘度は、200,000mPa・s以下であればよく、粘度の下限に特に制限はないが、通常、0.1mPa・s以上であればよい。
(H)成分を配合する際の配合量は、(A)成分100質量部に対して0.01〜20質量部が好ましく、より好ましくは0.1〜10質量部である。少なすぎると(H)成分を配合した効果がゴム物性に現れてこない場合があり、多すぎると硬化速度やゴム物性が低下する場合がある。
ここで、(A),(B),(E)及び(H)成分中のケイ素原子結合アルケニル基の合計に対する(C)成分中のケイ素原子と結合する水素原子(SiH基)の割合は、モル比(SiH基/アルケニル基)で、0.8〜10.0、特に1.0〜5.0であることが好ましい。上記範囲を外れると架橋が不十分でべたついたゴムになったり、また、硬化したシリコーンゴム成形物に発泡が見られたり、金型からの離型が困難になったりする場合がある。
[その他の成分]
その他の成分として、必要に応じて、沈降シリカ、石英粉、珪藻土、炭酸カルシウムのような充填剤や、カーボンブラック、導電性亜鉛華、金属粉等の導電剤、窒素含有化合物やアセチレン化合物、リン化合物、ニトリル化合物、カルボキシレート、錫化合物、水銀化合物、エチニルシクロヘキサノール等のアセチレン系化合物、硫黄化合物等のヒドロシリル化反応制御剤、酸化鉄、酸化セリウムのような耐熱剤、ジメチルシリコーンオイル等の内部離型剤、接着性付与剤、チクソ性付与剤等を配合することは任意とされる。
本発明のシリコーンゴム組成物は、上記成分を混合することにより製造することができるが、室温(25℃)で液状のもの、特に粘度が50〜5,000Pa・s、特に100〜3,000Pa・sであるものが好ましい。
このシリコーンゴム組成物の成形、硬化方法としては、常法を採用し得るが、成形法として液状射出成形法が好適に採用される。また、硬化条件としては、120〜230℃で3秒〜10分、好ましくは150〜210℃で5秒〜3分程度の加熱処理条件を採用し得る。
本発明においては、上記シリコーンゴム組成物を硬化して得られた硬化物(シリコーンゴム)のデュロメーターA硬度計による硬度が75以上のものである。硬度が75未満では、食器容器等に用いた場合、内容物の荷重のためにシリコーンゴムが変形してしまう。上記硬度は(B)〜(F)成分及び場合により(H)成分を適切な比率で配合することにより達成することができる。
このシリコーンゴムの切断時伸びは300%以上、特に350%以上であることが好ましく、また、引裂き強度[クレセントタイプ]が8kN/m以上、特に10kN/m以上であることが好ましい。引張り強度は3MPa以上、特に5MPa以上であることが好ましい。切断時伸びが300%未満の場合では脱型時にゴムが裂けてしまう。また、引裂き強度が8kN/m未満、引張り強度が3MPa未満の場合も脱型時にゴムが裂けてしまう場合がある。上記特性は(A)〜(F)成分を適切な配合比率で配合することにより達成することができる。なお、本発明において、硬度、切断時伸び、引裂強度、引張り強度はJIS−K6249に従って測定した値である。
本発明のシリコーンゴムは、食品用途、特に食品トレイやお菓子の型等に好適に用いられる。
以下、実施例と比較例によりこの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、下記例で部は質量部を示す。また、平均重合度は、トルエン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での重量平均重合度を示す。粘度は回転粘度計による25℃での測定値を示す。
[実施例1]
分子鎖両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖された平均重合度が1,000、粘度が90,000mPa・sであるジメチルポリシロキサン(A1)60部、比表面積が300m2/gであるヒュームドシリカ(日本アエロジル社製、アエロジル300)40部、ヘキサメチルジシラザン6.5部、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシラザン1.5部、水2.0部を室温で30分混合後、150℃に昇温し、3時間撹拌を続け、冷却し、シリコーンゴムベースを得た。このシリコーンゴムベース100部に、分子鎖両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖された平均重合度が750、粘度が30,000mPa・sであるジメチルポリシロキサン(A2)30部、1,3,5,7−テトラメチル−1,3,5,7−テトラビニルシクロテトラシロキサン(H1)0.5部、(CH33SiO1/2単位及びCH2=CH(CH32SiO1/2単位及びSiO2単位からなる樹脂質共重合体(B1)[(CH33SiO1/2単位+CH2=CH(CH32SiO1/2単位]/SiO2単位のモル比=0.90、ビニル基含有量=0.0008モル/g、重量平均分子量2,200]5部を入れ、架橋剤として分子鎖両末端がトリメチルシロキシ基で封鎖され、側鎖にSiH基を有するメチルハイドロジェンポリシロキサン(C1)(重合度68、SiH基量0.011モル/gの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)を3.75部[メチルハイドロジェンポリシロキサン中のSiH基/組成物中の全アルケニル基=1.4(モル/モル)]、反応制御剤としてエチニルシクロヘキサノール0.05部を添加し、15分撹拌を続けて、シリコーンゴム組成物[25℃でのBS型粘度計、ローター7番、2rpmでの測定結果が1,800Pa・s]を得た。
このシリコーンゴム組成物中に白金触媒(Pt濃度1質量%)0.1部を混合し、150℃/5分のプレスキュア後、オーブン内で150℃で1時間のポストキュアを行なった硬化物について、JIS−K6249に基づき、硬さ、引張り強度、切断時伸び、引裂き強度(クレセント型)を測定した結果を表1に示した。
[実施例2]
実施例1のジメチルポリシロキサン(A1)65部、比表面積が300m2/gであるヒュームドシリカ(日本アエロジル社製、アエロジル300)40部、ヘキサメチルジシラザン6.5部、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシラザン1.5部、水2.0部を室温で30分混合後、150℃に昇温し、3時間撹拌を続け、冷却し、シリコーンゴムベースを得た。このシリコーンゴムベース105部に、分子鎖両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖された平均重合度が750、粘度が30,000mPa・sであるジメチルポリシロキサン(A2)30部、分子鎖両末端がトリメチルシロキシ基で封鎖され、側鎖置換基であるメチル基の5モル%がビニル基に置き換わった平均重合度が200のジメチルポリシロキサン(即ち、主鎖のジオルガノポリシロキサン単位全体の10モル%がビニルメチルシロキサン単位、90モル%がジメチルシロキサン単位からなる平均重合度200、粘度が1,000mPa・sの両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・ビニルメチルシロキサン共重合体)(H2)5部、実施例1の樹脂質共重合体(B1)2.5部を入れ、架橋剤として実施例1の(C1)を4.0部[メチルハイドロジェンポリシロキサン中のSiH基/組成物中の全アルケニル基=1.5(モル/モル)]、反応制御剤としてエチニルシクロヘキサノール0.05部を添加し、15分撹拌を続けて、シリコーンゴム組成物[25℃でのBS型粘度計、ローター7番、2rpmでの測定結果が1,600Pa・s]を得た。
このシリコーンゴム組成物中に白金触媒(Pt濃度1質量%)0.1部を混合し、150℃/5分のプレスキュア後、オーブン内で150℃で1時間のポストキュアを行なった硬化物について、JIS−K6249に基づき、硬さ、引張り強度、切断時伸び、引裂き強度(クレセント型)を測定した結果を表1に示した。
[比較例1]
分子鎖両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖された平均重合度が500、粘度が10,000mPa・sであるジメチルポリシロキサン(A3)60部、比表面積が300m2/gであるヒュームドシリカ(日本アエロジル社製、アエロジル300)40部、ヘキサメチルジシラザン6.5部、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシラザン1.5部、水2.0部を室温で30分混合後、150℃に昇温し、3時間撹拌を続け、冷却し、シリコーンゴムベースを得た。このシリコーンゴムベース100部に、上記ジメチルポリシロキサン(A3)25部を入れ、30分撹拌を続けた後、1,3,5,7−テトラメチル−1,3,5,7−テトラビニルシクロテトラシロキサン(H1)0.5部、実施例1の樹脂質共重合体(B1)5部を入れ、架橋剤として実施例1のメチルハイドロジェンポリシロキサン(C1)(重合度17、SiH基量0.011モル/g)を4.2部[メチルハイドロジェンポリシロキサン中のSiH基/組成物中の全アルケニル基=1.5(モル/モル)]、反応制御剤としてエチニルシクロヘキサノール0.05部を添加し、15分撹拌を続けて、シリコーンゴム組成物[25℃でのBS型粘度計、ローター7番、2rpmでの測定結果が1,200Pa・s]を得た。
このシリコーンゴム組成物中に白金触媒(Pt濃度1質量%)0.1部を混合し、150℃/5分のプレスキュア後、オーブン内で150℃で1時間のポストキュアを行なった硬化物について、JIS−K6249に基づき、硬さ、引張り強度、切断時伸び、引裂き強度(クレセント型)を測定した結果を表1に示した。
[比較例2]
実施例1のジメチルポリシロキサン(A1)65部、比表面積が300m2/gであるヒュームドシリカ(日本アエロジル社製、アエロジル300)40部、ヘキサメチルジシラザン6.5部、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシラザン1.5部、水2.0部を室温で30分混合後、150℃に昇温し、3時間撹拌を続け、冷却し、シリコーンゴムベースを得た。このシリコーンゴムベース105部に、分子鎖両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖された平均重合度が750、粘度が30,000mPa・sであるジメチルポリシロキサン(A2)30部、実施例2の両末端がトリメチルシロキシ基で封鎖され、側鎖置換基であるメチル基の5モル%がビニル基に置き換わった平均重合度200、粘度が1,000mPa・sのジメチルポリシロキサン(H2)10部を入れ、架橋剤として実施例1の(C1)を4.9部[メチルハイドロジェンポリシロキサン中のSiH基/組成物中の全アルケニル基=1.5(モル/モル)]、反応制御剤としてエチニルシクロヘキサノール0.05部を添加し、15分撹拌を続けて、シリコーンゴム組成物[25℃でのBS型粘度計、ローター7番、2rpmでの測定結果が1,400Pa・s]を得た。
このシリコーンゴム組成物中に白金触媒(Pt濃度1質量%)0.1部を混合し、150℃/5分のプレスキュア後、オーブン内で150℃で1時間のポストキュアを行なった硬化物について、JIS−K6249に基づき、硬さ、引張り強度、切断時伸び、引裂き強度(クレセント型)を測定した結果を表1に示した。
[比較例3]
実施例1のジメチルポリシロキサン(A1)65部、比表面積が300m2/gであるヒュームドシリカ(日本アエロジル社製、アエロジル300)40部、ヘキサメチルジシラザン8.0部、水2.0部を室温で30分混合後、150℃に昇温し、3時間撹拌を続け、冷却し、シリコーンゴムベースを得た。このシリコーンゴムベース105部に、分子鎖両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖された平均重合度が750、粘度が30,000mPa・sであるジメチルポリシロキサン(A2)30部、実施例2の分子鎖両末端がトリメチルシロキシ基で封鎖され、側鎖置換基であるメチル基の5モル%がビニル基に置き換わった平均重合度200、粘度が1,000mPa・sのジメチルポリシロキサン(H2)10部、実施例1の樹脂質共重合体(B1)5部を入れ、架橋剤として実施例1の(C1)を3.37部[メチルハイドロジェンポリシロキサン中のSiH基/組成物中の全アルケニル基=1.8(モル/モル)]、反応制御剤としてエチニルシクロヘキサノール0.05部を添加し、15分撹拌を続けて、シリコーンゴム組成物[25℃でのBS型粘度計、ローター7番、2rpmでの測定結果が1,200Pa・s]を得た。
このシリコーンゴム組成物中に白金触媒(Pt濃度1質量%)0.1部を混合し、150℃/5分のプレスキュア後、オーブン内で150℃で1時間のポストキュアを行なった硬化物について、JIS−K6249に基づき、硬さ、引張り強度、切断時伸び、引裂き強度(クレセント型)を測定した結果を表1に示した。
Figure 2015052027
[比較例1]
分子鎖両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖された平均重合度が500、粘度が10,000mPa・sであるジメチルポリシロキサン(A3)60部、比表面積が300m2/gであるヒュームドシリカ(日本アエロジル社製、アエロジル300)40部、ヘキサメチルジシラザン6.5部、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシラザン1.5部、水2.0部を室温で30分混合後、150℃に昇温し、3時間撹拌を続け、冷却し、シリコーンゴムベースを得た。このシリコーンゴムベース100部に、上記ジメチルポリシロキサン(A3)25部を入れ、30分撹拌を続けた後、1,3,5,7−テトラメチル−1,3,5,7−テトラビニルシクロテトラシロキサン(H1)0.5部、実施例1の樹脂質共重合体(B1)5部を入れ、架橋剤として実施例1のメチルハイドロジェンポリシロキサン(C1)を4.2部[メチルハイドロジェンポリシロキサン中のSiH基/組成物中の全アルケニル基=1.5(モル/モル)]、反応制御剤としてエチニルシクロヘキサノール0.05部を添加し、15分撹拌を続けて、シリコーンゴム組成物[25℃でのBS型粘度計、ローター7番、2rpmでの測定結果が1,200Pa・s]を得た。

Claims (8)

  1. (A)一分子中に少なくとも2個のケイ素原子と結合するアルケニル基を分子鎖末端に含有し、分子鎖途中にアルケニル基を含有しない、25℃での粘度が30,000〜200,000mPa・sであるアルケニル基含有オルガノポリシロキサン: 100質量部
    (B)R3SiO1/2単位(式中、Rは非置換又は置換の一価炭化水素基)とSiO2単位を含有し、R3SiO1/2単位とSiO2単位とのモル比[R3SiO1/2/SiO2]が0.5〜1.5であり、かつ5×10-3〜1×10-4モル/gのビニル基を含有する樹脂質共重合体: 0.1〜20質量部
    (C)一分子中に少なくとも2個のケイ素原子と結合する水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン: 0.2〜20質量部
    (D)BET法による比表面積が130m2/g以上であるヒュームドシリカ:
    30〜60質量部
    (E)アルケニル基を含有するシラン及びシラザン化合物から選ばれる少なくとも1種のシリカ表面処理剤: ヒュームドシリカ100質量部に対して0.01〜5質量部
    (F)付加反応触媒: 触媒量
    を含有してなり、デュロメーターA硬度計による硬度が75以上であり、かつ切断時伸びが300%以上であるシリコーンゴム硬化物を与える付加硬化性シリコーンゴム組成物。
  2. (E)成分が1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシラザンである請求項1記載の付加硬化性シリコーンゴム組成物。
  3. 更に、(G)アルケニル基を含有しないシリカ表面処理剤を(D)成分100質量部に対し1〜40質量部含有する請求項1又は2記載の付加硬化性シリコーンゴム組成物。
  4. 更に、(H)アルケニル基を含有するシロキサン単位が全シロキサン単位中の1〜100モル%であり、分子鎖途中にアルケニル基を含有する、25℃での粘度が200,000mPa・s以下であるアルケニル基含有オルガノポリシロキサンを(A)成分100質量部に対して0.01〜20質量部含有する請求項1〜3のいずれか1項記載の付加硬化性シリコーンゴム組成物。
  5. (H)成分が1,3,5,7−テトラメチル−1,3,5,7−テトラビニルシクロテトラシロキサンである請求項4記載の付加硬化性シリコーンゴム組成物。
  6. 25℃での粘度が50〜5,000Pa・sの範囲であり、液状射出成形用である請求項1〜5のいずれか1項記載の付加硬化性シリコーンゴム組成物。
  7. 引裂き強度が8kN/m以上であるシリコーンゴム硬化物を与えるものである請求項1〜6のいずれか1項記載の付加硬化性シリコーンゴム組成物。
  8. 請求項1〜7のいずれか1項記載の付加硬化性シリコーンゴム組成物を加熱硬化してなる、デュロメーターA硬度計による硬度が75以上であり、かつ切断時伸びが300%以上であるシリコーンゴム硬化物。
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