JP2016056376A - シリコーンゴム系硬化性組成物、成形体及び医療用チューブ - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1では、高粘度及び低ビニル基含有量のオルガノポリシロキサン(生ゴム(A))を主体とし、これに、低粘度及び高ビニル基含有量のオルガノポリシロキサン(シリコーンオイル(B))、ビニル基含有オルガノポリシロキサン共重合体(ビニル基含有シリコーンレジン(C))、オルガノ水素シロキサン(架橋剤(D))、白金又は白金化合物(硬化触媒(E))、及び微粉末シリカ(充填剤(F))を配合した硬化性シリコーンゴム組成物が開示されている。
しかしながら、さらなるシリコーンゴムの機械的強度、特に引裂き強度の向上が求められている。
また、医療用カテーテルの材料として、シリコーンゴムには、ある程度の硬度を有することが求められている。硬度の低い材料から構成されるカテーテルは、目的部位(たとえば、胸腔)への挿入時に挿入抵抗による変形を引き起こす(いわゆる腰がない)、耐キンク性が低く、閉塞を起こす等の問題が生じやすいためである。
以上のように、シリコーンゴムの機械的強度向上が求められており、特に、引裂き強度及び硬度に優れたシリコーンゴムの開発が望まれている。
また本発明は、優れた引張り強さ、引裂き強度及び硬度を兼備したシリコーンゴムが得られる、シリコーンゴム系硬化性組成物を提供することを目的とするものである。
前記ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A)は、ビニル基含有量が異なる、第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)と第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A2)とを含有することを特徴とするシリコーンゴム系硬化性組成物。
R6は炭素数1〜8の置換又は非置換のアルキル基、アリール基、又はこれらを組み合わせた炭化水素基である。
すなわち、シリカフィラーの分散性の向上により、シリカフィラーとゴムマトリックスとの界面が増大し、シリカフィラーから作用を受けるゴム分子鎖が増大する。これにより、シリカフィラーによる補強効果が増し、機械強度が向上する。このシリカフィラーの作用を受けるゴム分子鎖は、シリカフィラーとの相互作用により分子運動性が低下し、分子運動性の高い部分に比べて、固い構造となる。シリコーンゴムの引裂き挙動において、初期のクラックが生長・伝播する際に、固い構造に引裂き応力が加わると、抗力として作用し、結果的に引裂き強度が増大する。
ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A)は、本発明のシリコーンゴム系硬化性組成物の主成分であり、直鎖構造を有する重合体である。ビニル基を含有し、該ビニル基が加硫時の架橋点となる。
ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A)の比重は、通常、0.9〜1.1の範囲である。
直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)は、直鎖構造を有し、且つ、Siに水素が直接結合した構造(≡Si−H)を有し、ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A)のビニル基の他、シリコーンゴム系硬化性組成物に配合される成分のビニル基とヒドロシリル化反応し、これら成分を架橋するものである。
R6は炭素数1〜8の置換又は非置換のアルキル基、アリール基、又はこれらを組み合わせた炭化水素基である。
トリメチルシリル基表面処理シリカフィラー(C)は、予め、シリカフィラーを、トリメチルシリル基[(CH3)3−Si−]を有するシランカップリング剤(以下、トリメチル基含有シランカップリング剤ということがある)で表面処理したものである。
白金又は白金化合物(E)は、加硫の触媒として作用する成分であり、その添加量は触媒量である。具体的な成分としては、公知のものを使用することができる。例えば、白金黒、白金をシリカやカーボンブラック等に担持させたもの、塩化白金酸又は塩化白金酸のアルコール溶液、塩化白金酸とオレフィンの錯塩、塩化白金酸とビニルシロキサンとの錯塩等が挙げられる。触媒成分である白金又は白金化合物(E)は、1種のみを単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
すなわち、シリカフィラー(C)の分散性の向上により、シリカフィラー(C)とゴムマトリックスとの界面が増大し、シリカフィラーから作用を受けるゴム分子鎖が増大する。
シリカフィラー(D)は、予め、シリカフィラーを、ビニル基含有オルガノシリル基を有するシランカップリング剤(以下、ビニル基含有オルガノシリル基含有シランカップリング剤ということがある)で表面処理したものである。
シリカフィラー(D)の平均一次粒子径は、常法によって測定することができる。
(A1):第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン、ビニル基含有量0.13モル%、以下の合成スキームにより合成。
(A2):第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン、ビニル基含有量0.92モル%:以下の合成スキームにより合成。
(B):直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン、モメンティブ製「TC25D」
(C1):ヘキサメチルジシラザンで表面処理したシリカフィラー、日本アエロジル製「アエロジルRX200」、比表面積200m2/g、一次平均粒径12nm、炭素含有量2.5重量%
(C2):ヘキサメチルジシラザンで表面処理したシリカフィラー、日本アエロジル製「アエロジルRX300」、比表面積300m2/g、一次平均粒径7nm、炭素含有量3.5重量%
(c1):表面処理なしシリカフィラー、日本アエロジル製「アエロジル200」、比表面積200m2/g、一次平均粒径12nm
(c2):ジメチルジクロロシランで表面処理したシリカフィラー、日本アエロジル製「アエロジルR972」、比表面積130m2/g、一次平均粒径16nm
(c3):ジメチルジクロロシランで表面処理したシリカフィラー、日本アエロジル製「アエロジルR974」、比表面積200m2/g、一次平均粒径12nm
(E)白金:モメンティブ製「TC−25A」
下記式(3)に従って、第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)を合成した。
上記(A1)の合成において、2,4,6,8−テトラメチル2,4,6,8−テトラビニルシクロテトラシロキサンを、0.86g(2.5mmol)用いたこと以外は、同様にして、第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A2)を合成した。
(シリコーンゴム系硬化性組成物の調製)
(A1)第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン100重量部に、(C1)シリカフィラー50重量部を添加し、混練してマスターバッチを調製した。
表1に各原材料の重量比を示す。
<引裂き強度及び引裂きストローク>
得られたシリコーンゴム系硬化性組成物を、170℃、10MPaで10分間プレスし、1mmのシート状に成形すると共に、1次硬化した。
続いて、200℃で4時間加熱し、2次硬化した。
得られたシート状シリコーンゴムを用いて、JIS K6252(2001)に準拠してクレセント形試験片を作製し、JIS K6252(2001)によるクレセント形試験片の引裂き強さ及び試験片が切断に至るまでの伸び(ストローク)を測定した。ただし、試験片の厚みは、1mmとした。結果を表1に示す。
得られたシリコーンゴム系硬化性組成物を、170℃、10MPaで10分間プレスし、1mmのシート状に成形すると共に、1次硬化した。
続いて、200℃で4時間加熱し、2次硬化した。
得られたシート状シリコーンゴムを用いて、JIS K6251(2004)に準拠して、ダンベル状3号形試験片を作製し、JIS K6251(2004)によるダンベル状3号形試験片の引張り強さ及び切断時伸び(ひずみ)を測定した。ただし、試験片の厚みは、1mmとした。結果を表1に示す。
(C1)シリカフィラーの配合量を70重量部としたこと以外は、試験例1と同様にして、シリコーンゴム系硬化性組成物を調製した。
また、試験例1同様、得られたシリコーンゴム系硬化性組成物を用いて作製した試験片について評価を行った。結果を表1に示す。
(シリコーンゴム系硬化性組成物の調製)
(A1)第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン80重量部と(A2)第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン20重量部を予め混合し、そこに(C1)シリカフィラー70重量部を添加し、混練してマスターバッチを調製した。
続いて、(E)白金0.5重量部を混合し均一になるまで混練した後、(B)直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン2.0重量部を加えて混練し、シリコーンゴム系硬化性組成物を調製した。
試験例1同様、得られたシリコーンゴム系硬化性組成物を用いて作製した試験片について評価を行った。結果を表1に示す。
(C1)シリカフィラーの代わりに、(C2)シリカフィラーを用いたこと以外は、試験例2と同様にして、シリコーンゴム系硬化性組成物を調製した。
また、試験例1同様、得られたシリコーンゴム系硬化性組成物を用いて作製した試験片について評価を行った。結果を表1に示す。
(C1)シリカフィラーの代わりに、(C2)シリカフィラーを用いたこと以外は、実施例3と同様にして、シリコーンゴム系硬化性組成物を調製した。
また、試験例1同様、得られたシリコーンゴム系硬化性組成物を用いて作製した試験片について評価を行った。結果を表1に示す。
(C1)シリカフィラー50重量部の代わりに、(c1)シリカフィラー33重量部を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、シリコーンゴム系硬化性組成物を調製した。
また、試験例1同様、得られたシリコーンゴム系硬化性組成物を用いて作製した試験片について評価を行った。結果を表1に示す。
(C1)シリカフィラーの代わりに、(c2)シリカフィラーを用いたこと以外は、試験例1と同様にして、シリコーンゴム系硬化性組成物を調製した。
また、試験例1同様、得られたシリコーンゴム系硬化性組成物を用いて作製した試験片について評価を行った。結果を表1に示す。
(C1)シリカフィラーの代わりに、(c3)シリカフィラーを用いたこと以外は、試験例1と同様にして、シリコーンゴム系硬化性組成物を調製した。
また、試験例1同様、得られたシリコーンゴム系硬化性組成物を用いて作製した試験片について評価を行った。結果を表1に示す。
(C1)シリカフィラー50重量部の代わりに、(c3)シリカフィラー70重量部を用いたこと以外は、試験例1と同様にして、シリコーンゴム系硬化性組成物を調製した。
また、試験例1同様、得られたシリコーンゴム系硬化性組成物を用いて作製した試験片について評価を行った。結果を表1に示す。
表1に示すように、トリメチルシリル基含有シランカップリング剤で処理されたシリカフィラー(C1)又は(C2)を用いた実施例3,5、試験例1,2,4のシリコーンゴム系硬化性組成物を硬化させたシリコーンゴムは、引裂き強度が28N/mm以上、引張り強度が7.5MPa以上であり、引裂き強度及び引張り強度に優れていた。特に、実施例3,5、試験例1,2,4のシリコーンゴムの引裂き強度は、トリメチルシリル基含有シランカップリング剤で処理されていないシリカフィラー(c1)〜(c3)を用いた比較例1〜4のシリコーンゴムと比較して、大幅に向上した。また、ストローク及び切断時伸びについても、実施例3,5、試験例1,2,4のシリコーンゴムは、比較例1〜4のシリコーンゴムと比較して、著しい向上がみられ、シリカを高充填しても高い伸びを示すことがわかった。
(A1):第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン、ビニル基含有量0.13モル%、以下の合成スキームにより合成。
(A2):第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン、ビニル基含有量0.92モル%:以下の合成スキームにより合成。
(B):直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン、モメンティブ製「TC25D」
(C1):ヘキサメチルジシラザンで表面処理したシリカフィラー、日本アエロジル製「アエロジルRX200」、比表面積200m2/g、一次平均粒径12nm、炭素含有量2.5重量%
(C2):ヘキサメチルジシラザンで表面処理したシリカフィラー、日本アエロジル製「アエロジルRX300」、比表面積300m2/g、一次平均粒径7nm、炭素含有量3.5重量%
(D1):メタクリロキシプロピルトリエトキシシランで表面処理したシリカフィラー、日本アエロジル製「アエロジルR711」、比表面積200m2/g、一次平均粒径12nm
(D2):メタクリロキシプロピルトリエトキシシランで表面処理したシリカフィラー、比表面積300m2/g、一次平均粒径7nm
(E)白金:モメンティブ製「TC−25A」
(f):ジメチルジクロロシランで表面処理したシリカフィラー、日本アエロジル製「アエロジルR974」、比表面積200m2/g、一次平均粒径12nm
下記式(3)に従って、第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)を合成した。
具体的には、Arガス置換した、冷却管及び攪拌翼を有する300mLセパラブルフラスコに、オクタメチルシクロテトラシロキサン 74.7g(252mmol)、2,4,6,8−テトラメチル2,4,6,8−テトラビニルシクロテトラシロキサン 0.086g(0.25mmol)及びカリウムシリコネート 0.1gを入れ、昇温し、120℃で30分間攪拌した。粘度の上昇が確認できた。
上記(A1)の合成において、2,4,6,8−テトラメチル2,4,6,8−テトラビニルシクロテトラシロキサンを、0.86g(2.5mmol)用いたこと以外は、同様にして、第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A2)を合成した。
(シリコーンゴム系硬化性組成物の調製)
(A1)第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン80重量部と(A2)第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン20重量部を予め混合し、そこに、(C1)シリカフィラー64.3重量部及び(D1)シリカフィラー5.4重量部を添加し、混練してマスターバッチを調製した。
得られたマスターバッチに、(E)白金0.5重量部を混合し均一になるまで混練した後、(B)直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン2.0重量部を加えて混練し、シリコーンゴム系硬化性組成物を調製した。
表2に各原材料の重量比を示す。
<引裂き強度及び引裂きストローク>
得られたシリコーンゴム系硬化性組成物を、170℃、10MPaで10分間プレスし、1mmのシート状に成形すると共に、1次硬化した。
続いて、200℃で4時間加熱し、2次硬化した。
得られたシート状シリコーンゴムを用いて、JIS K6252(2001)に準拠してクレセント形試験片を作製し、JIS K6252(2001)によるクレセント形試験片の引裂き強さ及び試験片が切断に至るまでの伸び(ストローク)を測定した。ただし、試験片の厚みは、1mmとした。結果を表2に示す。
得られたシリコーンゴム系硬化性組成物を、170℃、10MPaで10分間プレスし、1mmのシート状に成形すると共に、1次硬化した。
続いて、200℃で4時間加熱し、2次硬化した。
得られたシート状シリコーンゴムを用いて、JIS K6251(2004)に準拠して、ダンベル状3号形試験片を作製し、JIS K6251(2004)によるダンベル状3号形試験片の引張り強さ及び切断時伸び(ひずみ)を測定した。ただし、試験片の厚みは、1mmとした。結果を表2に示す。
得られたシリコーンゴム系硬化性組成物を、170℃、10MPaで10分間プレスし、シート状に成形し、1次硬化した。
続いて、200℃で4時間加熱し、2次硬化した。
得られたシート状シリコーンゴムを用いて、JIS K 6253(2006)に準拠して、タイプAデュロメータ硬さを測定した。
(A1)第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン100重量部に、(C2)シリカフィラー66重量部及び(D2)シリカフィラー4.2重量部添加し、混練してマスターバッチを調製した。
続いて、(E)白金0.5重量部を混合し均一になるまで混練した後、(B)直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン2.0重量部を加えて混練し、シリコーンゴム系硬化性組成物を調製した。
また、実施例6同様、得られたシリコーンゴム系硬化性組成物を用いて作製した試験片について評価を行った。結果を表2に示す。
(C1)シリカフィラーの配合量を60重量部、(D2)シリカフィラーの配合量を9重量部としたこと以外は、実施例7と同様にして、シリコーンゴム系硬化性組成物を調製した。
また、実施例6同様、得られたシリコーンゴム系硬化性組成物を用いて作製した試験片について評価を行った。結果を表2に示す。
(C1)シリカフィラー64.3重量部と(D1)シリカフィラー5.4重量部との代わりに、(C1)シリカフィラー70重量部を配合したこと以外は、実施例6と同様にして、シリコーンゴム系硬化性組成物を調製した。
また、実施例6同様、得られたシリコーンゴム系硬化性組成物を用いて作製した試験片について評価を行った。結果を表2に示す。
(C2)シリカフィラー66重量部と(D2)シリカフィラー4.2重量部との代わりに、(C2)シリカフィラー70重量部を配合したこと以外は、試験例7と同様にして、シリコーンゴム系硬化性組成物を調製した。
また、実施例6同様、得られたシリコーンゴム系硬化性組成物を用いて作製した試験片について評価を行った。結果を表2に示す。
(C2)シリカフィラーの代わりに、(D1)シリカフィラーを用いたこと以外は、比較例6と同様にして、シリコーンゴム系硬化性組成物を調製した。
また、実施例6同様、得られたシリコーンゴム系硬化性組成物を用いて作製した試験片について評価を行った。結果を表2に示す。
(C2)シリカフィラーの代わりに、(f)シリカフィラーを用いたこと以外は、比較例6と同様にして、シリコーンゴム系硬化性組成物を調製した。
また、実施例6同様、得られたシリコーンゴム系硬化性組成物を用いて作製した試験片について評価を行った。結果を表2に示す。
表2に示すように、シリカフィラー(C1)又は(C2)とシリカフィラー(D1)又は(D2)とを併用した実施例6及び試験例7〜8のシリコーンゴム系硬化性組成物を硬化させたシリコーンゴムは、シリカフィラー(C1)又は(C2)のみ、或いは、シリカフィラー(D1)のみ、或いは、シリカフィラー(f)を用いた比較例6〜8及び参考例5のシリコーンゴム系硬化性組成物を硬化させたシリコーンゴムと比較して、引裂き強度、引張り強度及び硬度のバランスに優れていることがわかる。
Claims (19)
- ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A)と、直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)と、トリメチルシリル基を有するシランカップリング剤によって表面処理されたシリカフィラー(C)と、を含有し、
前記ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A)は、ビニル基含有量が異なる、第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)と第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A2)とを含有することを特徴とするシリコーンゴム系硬化性組成物。 - 前記トリメチルシリル基を有するシランカップリング剤によって表面処理されたシリカフィラー(C)は、比表面積が30〜500m2/g、平均1次粒子径が100nm以下である、請求項1に記載のシリコーンゴム系硬化性組成物。
- 前記ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A)は、下記式(1)で示されるものである請求項1又は2に記載のシリコーンゴム系硬化性組成物。
- 前記トリメチルシリル基を有するシランカップリング剤が、シラザン、クロロシラン及びアルコキシシランから選ばれる少なくとも1種である、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のシリコーンゴム系硬化性組成物。
- 前記トリメチルシリル基を有するシランカップリング剤が、ヘキサメチルジシラザン、トリメチルクロロシラン、トリメチルメトキシシラン、及びトリメチルエトキシシランから選ばれる少なくとも1種である、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のシリコーンゴム系硬化性組成物。
- 前記トリメチルシリル基を有するシランカップリング剤によって表面処理されたシリカフィラー(C)が、0.1〜7.0重量%の炭素を含有する、請求項1乃至5のいずれか一項に記載のシリコーンゴム系硬化性組成物。
- 前記第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1)のビニル基含有量が0.05〜0.2モル%であり、前記第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A2)のビニル基含有量が0.5〜12モル%である、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のシリコーンゴム系硬化性組成物。
- 前記ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A)の重合度が、4000〜8000の範囲である、請求項1乃至7のいずれか一項に記載のシリコーンゴム系硬化性組成物。
- 前記直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)は、下記式(2)で示されるものである請求項1乃至8のいずれか一項に記載のシリコーンゴム系硬化性組成物。
R6は炭素数1〜8の置換又は非置換のアルキル基、アリール基、又はこれらを組み合わせた炭化水素基である。) - 前記直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)はビニル基を有しないものである、請求項1乃至9のいずれか一項に記載のシリコーンゴム系硬化性組成物。
- 前記ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A)100重量部に対し、前記直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)を0.1〜5重量部、及び、トリメチルシリル基を有するシランカップリング剤によって表面処理されたシリカフィラー(C)を20〜150重量部の割合で含有する、請求項1乃至10のいずれか一項に記載のシリコーンゴム系硬化性組成物。
- 前記シリコーンゴム系硬化性組成物が、ビニル基含有オルガノシリル基を有するシランカップリング剤によって表面処理されたシリカフィラー(D)を含有することを特徴とする、請求項1乃至11のいずれか一項に記載のシリコーンゴム系硬化性組成物。
- 前記ビニル基含有オルガノシリル基を有するシランカップリング剤が、シラザン、クロロシラン及びアルコキシシランから選ばれる少なくとも1種である、請求項12に記載のシリコーンゴム系硬化性組成物。
- 前記ビニル基含有オルガノシリル基を有するシランカップリング剤が、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、ジビニルテトラメチルジシラザン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、及びビニルメチルジメトキシシランから選ばれる少なくとも1種である、請求項12又は13に記載のシリコーンゴム系硬化性組成物。
- 前記ビニル基含有オルガノシリル基を有するシランカップリング剤によって表面処理されたシリカフィラー(D)の比表面積が30〜500m2/g、平均1次粒子径が100nm以下である、請求項12乃至14のいずれか一項に記載のシリコーンゴム系硬化性組成物。
- 前記ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A)100重量部に対し、前記直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)を0.1〜5重量部、トリメチルシリル基を有するシランカップリング剤によって表面処理されたシリカフィラー(C)を20〜150重量部、及びビニル基含有オルガノシリル基を有するシランカップリング剤によって表面処理されたシリカフィラー(D)を0.5〜100重量部の割合で含有する、請求項12乃至15のいずれか一項に記載のシリコーンゴム系硬化性組成物。
- 触媒量の白金又は白金化合物をさらに含有する、請求項1乃至16のいずれか一項に記載のシリコーンゴム系硬化性組成物。
- 請求項1乃至17のいずれか1項に記載のシリコーンゴム系硬化性組成物を用いてなる成形体。
- 請求項18に記載の成形体で構成されることを特徴とする医療用チューブ。
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