JP2018104615A - シリコーン組成物およびその硬化物 - Google Patents
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Abstract
Description
このような燃料電池では、セルが撓む時に生じるようなゆっくりとした変形にはダイラタント流体が追随してセルの変形や破損が抑制される一方、軽衝突のような大きな変形が加わった時にはダイラタント流体が固体として振る舞うことでセルの積層位置ズレが抑制できる。
しかし、特許文献5の燃料電池では、ダイラタント流体が袋状部材に収容されているため、袋が破損した際にダイラタント流体が漏れ出すという問題があった。
しかし、充填剤の高充填は硬化前の組成物の粘度上昇を招き、取扱い性が悪化してしまうという課題があった。
1. (A)25℃における粘度が1.0〜100Pa・sであり、珪素原子と結合するアルケニル基を1分子中に少なくとも1個有するオルガノポリシロキサン:100質量部、
(B)下記一般式(1)で示されるオルガノポリシロキサン:1〜100質量部、
(C)下記一般式(2)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
(D)下記一般式(3)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
(E)平均粒径0.1〜20μmの充填材:200〜1,000質量部、
(F)白金族金属触媒:0.01〜1.0質量部、および
(G)反応制御剤:0.01〜1.0質量部
を含有し、
前記(C)成分および(D)成分の配合量が、
[(C)成分および(D)成分のSi−H基の合計個数]/[(A)成分および(B)成分のアルケニル基の合計個数]が0.6〜1.5の範囲、かつ、[(D)成分のSi−H基の個数]/[(C)成分のSi−H基の個数]が1〜10の範囲を満たす量であることを特徴とするシリコーン組成物、
2. 1のシリコーン組成物の硬化物
を提供する。
本発明に係るシリコーン組成物は、上述のとおり、(A)〜(G)成分を含む。以下、各成分について詳述する。
(A)成分は、25℃における粘度が1.0〜100Pa・s、好ましくは2.0〜10Pa・sであり、珪素原子と結合するアルケニル基を1分子中に少なくとも1個有するオルガノポリシロキサンである。
本発明において、上記粘度が1.0Pa・s未満であると、得られる組成物のダイラタント特性が悪くなり、100Pa・sを超えると、得られる組成物の流動性が悪くなる。なお、ここでいう粘度とは、回転粘度計による測定値(以下、同様)である。
なお、アルケニル基は、オルガノポリシロキサンの分子鎖の末端、途中のいずれに存在してもよいが、柔軟性の面では両末端にのみ存在することが好ましい。
このような一価炭化水素基の具体例としては、メチル、エチル、n−プロピル、n−ブチル、n−ヘキシル、n−ドデシル基等のアルキル基;フェニル基等のアリール基;2−フェニルエチル、2−フェニルプロピル基等のアラルキル基や、これらの炭化水素基の水素原子の一部または全部が、塩素、フッ素、臭素等のハロゲン原子で置換された、フロロメチル、ブロモエチル、クロロメチル、3,3,3−トリフルオロプロピル基等のハロゲン置換一価炭化水素基などが挙げられる。
これらの中でも、合成のし易さ、コストの面から、上記有機基の90モル%以上がメチル基であることが好ましい。
(B)成分は、下記一般式(1)で示されるオルガノポリシロキサンであり、組成物の粘度を下げ、流動性を付与する役割を有する。
直鎖状アルキル基の具体例としては、メチル、エチル、n−プロピル、n−ヘキシル、n−オクチル基等が挙げられる。
分岐鎖状アルキル基の具体例としては、イソプロピル、イソブチル、tert−ブチル、2−エチルヘキシル基等が挙げられる。
環状アルキル基の具体例としては、シクロペンチル、シクロヘキシル基等が挙げられる。
アリール基の具体例としては、フェニル、トリル基等が挙げられる。
アラルキル基の具体例としては、2−フェニルエチル基、2−メチル−2−フェニルエチル基等が挙げられる。
ハロゲン化アルキル基の具体例としては、3,3,3−トリフルオロプロピル、2−(ノナフルオロブチル)エチル、2−(ヘプタデカフルオロオクチル)エチル基等が挙げられる。
シアノアルキル基の具体例としては、シアノエチル基等が挙げられる。
これらの中でも、R1としては、メチル基、フェニル基、ビニル基が好ましい。
アルキル基としては、直鎖状、分岐鎖状、環状アルキル基のいずれでもよく、これらの具体例としては、上記R1で例示した基と同様のものが挙げられる。
アルコキシアルキル基の具体例としては、メトキシエチル、メトキシプロピル基等が挙げられる。
アルケニル基の具体例としては、上記R1で例示した基と同様のものが挙げられる。
アシル基の具体例としては、アセチル、オクタノイル基等が挙げられる。
これらの中でも、R2としては、アルキル基が好ましく、メチル基、エチル基がより好ましい。
aは、1〜3の整数を表すが、3が好ましい。
また、(B)成分の配合量は、(A)成分100質量部に対して1〜100質量部、好ましくは1〜50質量部である。1質量部未満であると、低粘度の組成物が得られず、100質量部を超えると、組成物が硬化し難くなる。
(C)成分は、下記一般式(2)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンであり、液状の組成物を硬化させる役割を持つ。
上記アルキル基の具体例としては、メチル、エチル、n−プロピル基、n−ブチル、n−ペンチル、n−ヘキシル基等が挙げられ、これらのうち、合成のし易さ、コストの面からR3の90モル%以上はメチル基であることが好ましい。
(D)成分は、下記一般式(3)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンであり、組成物の硬化後に低硬度を発現させダイラタント性を高める役割を有する。
また、mは、5〜1,000の整数を表すが、好ましくは10〜100の整数である。mの値が5未満であると、オルガノハイドロジェンポリシロキサンが揮発成分となりやすいため、電子部品に用いる場合に接点不良等を引き起こすおそれがあり、mの値が1,000を超えると、オルガノハイドロジェンポリシロキサンの粘度が高くなり扱いが難しくなる。
このアルケニル基の合計個数に対するSi−H基の合計個数の比が0.6未満の場合、硬化物が十分な網状構造をとれないため、硬化後に必要な硬さが得られず、1.5を超える場合は硬度が高くなり過ぎる。
(E)成分は、充填材であり、組成物(硬化物)にダイラタント性を付与する役割を有する。
充填材は、従来公知のものを使用することができ、その具体例としては、アルミニウム粉末、銅粉末、銀粉末、ニッケル粉末、金粉末、アルミナ粉末、酸化亜鉛粉末、酸化マグネシム粉末、窒化アルミニム粉末、窒化ホウ素粉末、窒化珪素粉末、ダイヤモンド粉末、カーボン粉末、インジウム、ガリウム等が挙げられる。
これらの充填材は、1種単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
また、充填材の形状としては、特に限定されるものではないが、球状が好ましい。
なお、本発明における平均粒径は、レーザー光回折法による粒度分布測定における体積平均値D50(即ち、累積体積が50%になるときの粒子径またはメジアン径)として測定した値である。
(F)成分は、白金族金属触媒である。白金族金属触媒としては、(A)成分等のアルケニル基と(C)成分および(D)成分のSi−H基との間の付加反応を促進するものであればよく、従来公知のものから適宜選択して使用することができる。
触媒の具体例としては、白金(白金黒を含む。)、ロジウム、パラジウム等の白金族金属単体;H2PtCl4・nH2O、H2PtCl6・nH2O、NaHPtCl6・nH2O、KHPtCl6・nH2O、Na2PtCl6・nH2O、K2PtCl4・nH2O、PtCl4・nH2O、PtCl2、Na2HPtCl4・nH2O(但し、式中のnは0〜6の整数であり、好ましくは0または6である。)等の塩化白金、塩化白金酸および塩化白金酸塩;アルコール変性塩化白金酸;塩化白金酸とオレフィンとのコンプレックス;白金黒、パラジウム等の白金族金属を、アルミナ、シリカ、カーボン等の担体に担持させた触媒;ロジウム−オレフィンコンプレックス;クロロトリス(トリフェニルフォスフィン)ロジウム(ウィルキンソン触媒);塩化白金、塩化白金酸または塩化白金酸塩とビニル基含有シロキサンとのコンプレックスなどが挙げられ、これらの白金族金属系触媒は、単独で使用しても2種以上組み合わせて使用してもよい。
これらの中でも、白金および白金化合物から選ばれる触媒が好ましい。
特に、(A)成分の質量に対し、白金族金属原子に換算した質量基準で0.1〜7,000ppm、好ましくは1〜6,000ppmとなる量がよい。(F)成分の配合量が、白金族金属原子に換算した質量基準で0.1ppm未満の場合、触媒としての効果が発揮されないことがあり、また、7,000ppmを超えて用いても特に硬化速度の向上が期待できないことがある。
(G)成分は、反応制御剤である。反応制御剤は、室温での硬化反応の進行を抑え、組成物のシェルフライフ、ポットライフを延長させるために配合される。
反応制御剤としては、(F)成分の触媒活性を抑制できるものであればよく、公知の反応制御剤から適宜選択して使用すればよい。
反応制御剤の具体例としては、1−エチニル−1−シクロヘキサノール,3−ブチン−1−オール等の水酸基を有するアセチレン化合物、各種窒素化合物、有機りん化合物、オキシム化合物、有機クロロ化合物などが挙げられ、これらの中でも、金属への腐食性の無い水酸基を有するアセチレン化合物が好ましい。
なお、反応制御剤は、シリコーン樹脂への分散性を良くするためにトルエン、キシレン、イソプロピルアルコール等の有機溶剤で希釈して使用してもよい。
本発明のシリコーン組成物には、上記(A)〜(G)成分以外に、公知の添加剤を本発明の目的を損なわない範囲で添加してもよい。
このような添加剤の具体例としては、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、炭酸カルシウム等の補強性、非補強性充填材、チキソトロピー向上剤としてのポリエーテル、顔料,染料等の着色剤などが挙げられる。
すなわち、本発明の組成物は、上述した(A)〜(G)成分、および必要に応じて用いられるその他の成分を、所望の順序で混合して得ることができる。
より具体的には、1液タイプの組成物は、例えば、プラネタリミキサーに、(A)成分、(B)成分、および(E)成分を入れ、所定温度(例えば25℃)で所定時間(例えば1時間)減圧混合し、得られた混合物を冷却後、さらに(G)成分、(F)成分、(C)成分、および(D)成分を加え、所定温度(例えば25℃)で所定時間(例えば1時間)混合して得ることができる。
例えば、ゲートミキサーに、(A)成分、(B)成分、および(E)成分を入れ、所定温度(例えば25℃)で所定時間(例えば1時間)減圧混合し、冷却後、(F)成分を加え所定温度(例えば25℃)にて所定時間(例えば30分)混合して得られた組成物をA材とし、一方、ゲートミキサーに、(A)成分、(B)成分、および(E)成分を入れ、所定温度(例えば25℃)で所定時間(例えば1時間)減圧混合し、冷却後、(G)成分を加え所定温度(例えば25℃)で所定時間(例えば30分)混合した後、(C)成分および(D)成分を加え、所定温度(例えば25℃)で所定時間(例えば30分)混合し、得られた組成物をB材とすることで、A材、B材の2液タイプの組成物を得ることができる。
なお、本発明のシリコーン組成物は、1液タイプであれば冷蔵または冷凍して長期保存することができ、2液タイプであれば、常温で長期保存することができる。
その際、硬化条件は特に制限されるものではなく、従来公知のシリコーンゲルと同様の条件とすることができる。
具体的には、シリコーン組成物は、流し込まれた後、設置部品から生じた熱で自然に硬化させても、積極的に加熱して硬化させてもよい。加熱して硬化させる場合の条件は、好ましくは60〜180℃、より好ましくは80〜150℃の温度にて、好ましくは0.1〜3時間、より好ましくは0.5〜2時間である。
上記硬化物において、歪み速度が高周波数(500Hz)の場合の貯蔵弾性率は、好ましくは0.5〜8.0MPaであり、より好ましくは1.0〜7.0MPaである。
また、歪み速度が低周波数(0.1Hz)の場合の貯蔵弾性率は、好ましくは8.1〜100MPaであり、より好ましくは8.1〜80MPaである。上記範囲であれば良好なダイラタント特性を有することを示している。
さらに、上記硬化物の[歪み速度が高周波数(500Hz)の場合の貯蔵弾性率]/[歪み速度が低周波数(0.1Hz)の場合の貯蔵弾性率]は、好ましくは3.0以上であり、より好ましくは3.5以上である。
(A)成分
・A−1:両末端がジメチルビニルシリル基で封鎖され、25℃における粘度が5.0Pa・sのジメチルポリシロキサン
・A−2:両末端がジメチルビニルシリル基で封鎖され、25℃における粘度が10.0Pa・sのジメチルポリシロキサン
・A−3(比較用):両末端がジメチルビニルシリル基で封鎖され、25℃における粘度が0.4Pa・sのジメチルポリシロキサン
・E−1:平均粒径4.0μm、比表面積0.50m2/gの球状アルミナ粉末
・E−2:平均粒径12.0μm、比表面積1.2m2/gのアルミナ粉末(昭和電工(株)製AS−40)
(F)成分
・F−1:白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体のジメチルポリシロキサン(上記A−1)溶液(白金原子として1質量%含有)
(G)成分
・G−1:1−エチニル−1−シクロヘキサノール
5Lプラネタリミキサー(井上製作所(株)製)に、(A)成分、(B)成分、および(E)成分を入れた後に、25℃で2時間減圧混合した。次に、(F)成分を加え、25℃にて30分間混合した。その後、(G)成分を加え、均一になるように25℃にて30分間混合した。最後に、(C)成分および(D)成分を加え、均一になるように25℃にて30分間混合し、シリコーン組成物を調製した。各成分の配合量を表1に示す。
〔粘度〕
各シリコーン組成物の絶対粘度は25℃における値を示し、回転粘度計((株)マルコム製、PC−1T)を用いて測定した。
〔硬度〕
各シリコーン組成物を、120℃で10分間プレス硬化し、さらに120℃のオーブン中で50分間加熱した。得られた厚さ2.0mmのシリコーンシートを3枚重ね、JIS K 6253に規定されるタイプAデュロメータにより硬さを測定した。
〔ダイラタント特性〕
(株)ユービーエムのRheogel−E4000を用いて測定した。測定法は、動的粘弾性率測定(正弦波)、測定モードは周波数依存性、チャックは引っ張り、波形は正弦波とし、歪み制御は25μmとした。サンプルサイズは幅5.0mm、厚み2.2mm、長さ30mmとした。歪み速度が高周波数(500Hz)のときの貯蔵弾性率、および歪み速度が低周波数(0.1Hz)のとき貯蔵弾性率からダイラタント特性を評価した。
Claims (2)
- (A)25℃における粘度が1.0〜100Pa・sであり、珪素原子と結合するアルケニル基を1分子中に少なくとも1個有するオルガノポリシロキサン:100質量部、
(B)下記一般式(1)で示されるオルガノポリシロキサン:1〜100質量部、
(C)下記一般式(2)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
(D)下記一般式(3)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
(E)平均粒径0.1〜20μmの充填材:200〜1,000質量部、
(F)白金族金属触媒:0.01〜1.0質量部、および
(G)反応制御剤:0.01〜1.0質量部
を含有し、
前記(C)成分および(D)成分の配合量が、
[(C)成分および(D)成分のSi−H基の合計個数]/[(A)成分および(B)成分のアルケニル基の合計個数]が0.6〜1.5の範囲、かつ、[(D)成分のSi−H基の個数]/[(C)成分のSi−H基の個数]が1〜10の範囲を満たす量であることを特徴とするシリコーン組成物。 - 請求項1記載のシリコーン組成物の硬化物。
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