JP2019504918A - 高硬度の硬化性シリコーン組成物及びそれから製造した複合物品 - Google Patents

高硬度の硬化性シリコーン組成物及びそれから製造した複合物品 Download PDF

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Abstract

本発明は、1分子あたり少なくとも2つの、ケイ素原子に結合したアルケニル基を含有し、全アルケニル含有量が0.01〜1.5mmol/gであるオルガノポリシロキサン(A1)、及び1分子あたり少なくとも2つの、ケイ素原子に結合したアルケニル基を含有し、全アルケニル含有量が5.0〜15.0mmol/gであるオルガノポリシロキサン(A2)、を含む、オルガノポリシロキサン(A)と、1分子あたり少なくとも2つのケイ素結合水素原子を含有し、前記ケイ素結合水素原子が、タイプ(R2HSiO1/2)x[式中、Rは、独立して、水素、脂肪族ヒドロカルビル基、芳香族ヒドロカルビル基、又はオルガニル基から選択され、x≧2である。]のシロキシ単位の形態で提供される、オルガノポリシロキサン(B1)、及び1分子あたり少なくとも2つのケイ素結合水素原子を含有し、前記ケイ素結合水素原子が、タイプ(RHSiO2/2)z[式中、Rは、独立して、水素、脂肪族ヒドロカルビル基、芳香族ヒドロカルビル基、又はオルガニル基から選択され、z≧2である。]のシロキシ単位の形態で提供される、任意によるオルガノポリシロキサン(B2)、を含み、タイプ(R2HSiO1/2)xのシロキシ単位の形態でのケイ素結合水素のモル量が、オルガノポリシロキサン(B)のケイ素結合水素原子の全含有量の>40モル%、オルガノポリシロキサン(B)と、白金系触媒(C)と、アセチレンアルコール及びその誘導体からなる群から選択される抑制剤(D)と、シリカフィラー(E)と、を含む、液状硬化性シリコーンエラストマー組成物に関する。

Description

本発明は、≧75のショアA硬度のシリコーンエラストマー、及び上記シリコーンエラストマーを製造するための液状硬化性シリコーンエラストマー組成物に関する。また、上記高硬度(デュロメータ)のシリコーンエラストマーを含む、物品及び複合パーツも含まれる。
液状硬化性シリコーンエラストマー組成物は、典型的には硬化又は反応し、シリコーンゴムとも呼ばれる硬化したシリコーンエラストマーが得られる。用語「シリコーンゴム」及び「シリコーンエラストマー」は、互換可能に使用することができる。液状硬化性シリコーンエラストマー組成物としては、白金硬化(別名ヒドロシリル化として知られる、付加反応)したシリコーンエラストマーが挙げられる。また、用語「デュロメータ」及び「硬度」も、交換可能に使用することができる。
硬化したシリコーンエラストマーは、自動車用途、電子機器、電気コネクタ、医療用機器及びヘルスケア用途、加熱調理、焼成、食品保存製品、哺乳瓶の乳首などの小児用製品、下着、スポーツウェア、履物などの衣類、並びに、家庭内での修繕及び機械設備、などの幅広い用途で見ることができる。
いくつかの例では、シリコーンエラストマーは、金属、プラスチック、サーモプラスチックなど、異なるか若しくは同じ材料から製造した他のパーツ上にオーバーモールドしてもよく、又は生地又は布帛上にコーティングしてもよい。例えば、ポリアミド又はポリブチレンテレフタレートから製造した熱可塑性のハウジング上に、シリコーンガスケットを成形することができる。別の例では、ポリカーボネートなどの硬質のサーモプラスチックを、液状シリコーンゴムから製造した軟質の層又はパーツでオーバーモールドすることにより、ウェアラブル電子デバイスを得ることができる。
オルガノポリシロキサンは一般に、式(I)
SiO(4−a)/2 (I)
[式中、Rは、独立して、水素、脂肪族ヒドロカルビル基、芳香族ヒドロカルビル基、又はオルガニル基(すなわち、官能基の種類にかかわらず、炭素原子において1つの自由原子価を有する、任意の有機置換基)から選択される。]の複数の単位を有するポリマーとして記載され得る。飽和脂肪族ヒドロカルビルとしては、メチル基、エチル基、プロピル基、ペンチル基、オクチル基、ウンデシル基、及びオクタデシル基などのアルキル基、並びにシクロヘキシル基などのシクロアルキル基が例示されるが、これらに限定されない。不飽和脂肪族ヒドロカルビルとしては、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、シクロヘキセニル基、及びヘキセニル基などのアルケニル基、並びにアルキニル基が例示されるが、これらに限定されない。芳香族炭化水素基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、ベンジル基、スチリル基、及び2−フェニルエチル基が例示されるが、これらに限定されない。オルガニル基としては、クロロメチル基、3−クロロプロピル基、及び3,3,3−トリフルオロプロピル基などのハロゲン化アルキル基、アミノ基、アミド基、イミノ基、イミド基などの窒素含有基、ポリオキシアルキレン基、カルボニル基、アルコキシ基、ヒドロキシル基などの酸素含有基、が例示されるがこれらに限定されない。更なるオルガニル基としては、硫黄含有基、フルオロ含有基、リン含有基、ホウ素含有基を挙げることができる。下付き文字「a」は、0〜3の整数である。
シロキシ単位は、Rがメチル基であるとき、短縮形(略記)、すなわち、「M」、「D」、「T」、及び「Q」で記述されてもよい(シリコーン命名法についての更なる教示は、Walter Noll,Chemistry and Technology of Silicones,dated 1962,Chapter I,pages 1〜9に見ることができる)。M単位は、式中、a=3であるシロキシ単位、すなわち、RSiO1/2に相当し、D単位は、式中、a=2であるシロキシ単位、すなわち、RSiO2/2に相当し、T単位は、式中、a=1であるシロキシ単位、すなわち、RSiO3/2に相当する。Q単位は、式中、a=0であるシロキシ単位、すなわち、SiO4/2に相当する。
70〜80の範囲のショアA硬度(又はデュロメータ)のシリコーンゴムを製造するための、液状シリコーンゴム組成物は既知であり、調理器具、ケーキの型などの消費者物品において広く使用されている。ショアAデュロメータは、典型的にはASTM D2240−15を使用して測定する。用語「硬度」及び「デュロメータ」は、本発明の範囲で互換可能に使用される。
ショアAスケールが軟質のエラストマー材料についてとりわけ一般的である一方、ショアDスケールはプラスチックなどのより硬質の材料について使用される。80〜90の範囲のショアAは、典型的には約30〜40のショアDに相当する。
>70ショアA硬度のシリコーンゴムは、液状硬化性シリコーンゴムから得ることができるが、別の分類のシリコーンゴム、すなわち高粘稠性シリコーンゴム(HCR)からもまた得ることができる。これらの高粘稠性シリコーンゴムは、使用されるアルケニル官能性ポリマーのタイプによって液状シリコーンゴムと区別することができる。典型的には、HCRは、典型的には>5000重合度のアルケニル官能性ポリマーに基づいている一方、液状シリコーンゴムは、<1500又は<1000の重合度のアルケニル官能性シロキサンに基づいている。典型的には、HCR中のアルケニル官能性ポリマーはガムと呼ばれ、それらのウイリアムス可塑度が、ASTM D926−08により測定して0.100〜0.255cmの範囲にあることにより、特徴付けられる。HCRに関する更なる区別は、硬化のタイプにあり、白金系触媒又はより一般的なパーオキサイド触媒のいずれかによって特徴付けることができる。パーオキサイドの使用は、多くの場合、硬化副生成物を除去するための、必須の後硬化工程を必要とする。典型的には、HCRは、押出又は成形される。典型的には、液状シリコーンゴムは、HCRとは対照的に、射出成形を可能にしつつ、迅速な加硫及び加工の容易性という利点をもたらすことが知られている。
米国特許第6,245,875号には、80のデュロメータショアA硬度、低ストラクチャリング、及び低比重の、シリコーンエラストマー組成物(HCR)が開示されている。
特開2009−215420A号には、高硬度のシリコーンゴムを与える組成物、及びこれを封止剤として用いた半導体機器が開示されている。
米国特許第7,271,215号には、タイプAのデュロメータによって測定した硬度が少なくとも75であり、破断点伸びが少なくとも200%である製品に硬化した、シリコーンゴム組成物が開示されている。米国特許第7,271,215号のシリコーンゴム組成物は、主鎖上の側鎖にのみ少なくとも2つのSiに結合したビニル基を含有するオルガノポリシロキサンを含有し、0.1〜100Pa・sの25℃での粘度であり、ビニル基を有するシロキサン単位の量が、オルガノポリシロキサン(B)の全シロキサン単位の2〜20モル%である。
米国特許第5,077,335号には、0.5〜11.6mmol/gのビニルを含有するオルガノポリシロキサンが、白金硬化の抑制剤として使用されることが、開示されている。
シリコーンゴムの、>75ショアA硬度は、フィラー担持量の増加、架橋密度の増大、必須の後硬化処理をはじめとする、異なる方法によって達成することができるが、これらに限定されない。いくつかの欠点が存在する場合はあり、それは、フィラー担持量を増加して使用する場合の>1000Pa・s粘度、又は架橋密度を増大して使用する場合の硬化速度の低下若しくは機械的強度の低下などである。
いくつかの場合では、70〜80のショアAの範囲の高デュロメータの液状シリコーンゴムは、射出成形プロセスに負の影響がある、1000Pa.s以上の高すぎる粘度(10s−1の剪断速度で)など、固有の限界を伴い、Tc10>120秒及び/又はTc90>240秒などの硬化時間もまた、生産性及び脱型後の最終製品の性能の両方に負の影響があり、後硬化を必要とし、追加の手順の工程が付加され、機械的強度(破断点伸び、引張強度及び耐引裂性など)が限定される。
Tc10は、本発明において、120℃で最大トルクの10%に達するまでの時間として定義され、並びにTc90は、本発明において、120℃で最大トルクの90%に達するまでの時間として定義され、可動式ダイレオメータ(MDR)により120℃で測定してのものである。
後硬化工程は、実際には、対象物が型から除去された後に、硬化を仕上げるために必要とされる場合がある。このような後硬化工程は、加熱した炉内での数時間の滞留時間を含んでもよい。
液状シリコーンゴム組成物は、射出成形プロセスにおける良好な加工性を、<1000Pa・sの粘度、並びにTc10<60秒及びTc90<120秒の硬化時間(120℃で可動式ダイレオメータ(MDR)により測定)と、組み合わせることにより、後硬化なしで≧75のデュロメータショアAのシリコーンゴムを製造するためのものであり、技術面の差別化が保持される。実際に、粘度及び硬化時間のこのような組み合わせにより、射出成形のための良好な加工条件が提供され、後硬化なしで≧75のショアA硬度のシリコーンゴムを製造する。
本発明は、
1分子あたり少なくとも2つの、ケイ素原子に結合したアルケニル基を含有し、全アルケニル含有量が0.01〜1.5mmol/gであるオルガノポリシロキサン(A1)、及び
1分子あたり少なくとも2つの、ケイ素原子に結合したアルケニル基を含有し、全アルケニル含有量が5.0〜15.0mmol/gであるオルガノポリシロキサン(A2)、を含む、オルガノポリシロキサン(A)と、
1分子あたり少なくとも2つのケイ素結合水素原子(SiH)を含有し、上記ケイ素結合水素原子が、タイプ(RHSiO1/2[式中、Rは、独立して、水素、脂肪族ヒドロカルビル基、芳香族ヒドロカルビル基、又はオルガニル基から選択され、x≧2である。]のシロキシ単位の形態で提供される、オルガノポリシロキサン(B1)、及び
1分子あたり少なくとも2つのケイ素結合水素原子を含有し、上記ケイ素結合水素原子が、タイプ(RHSiO2/2[式中、Rは、上記のとおりであり、z≧2である。]のシロキシ単位の形態で提供される、任意によるオルガノポリシロキサン(B2)、を含み、
タイプ(RHSiO1/2のシロキシ単位の形態でのケイ素結合水素のモル量が、オルガノポリシロキサン(B)のケイ素結合水素原子の全含有量の>40モル%、オルガノポリシロキサン(B)と、
白金系触媒(C)と、
アセチレンアルコール及びその誘導体からなる群から選択される抑制剤(D)と、
シリカフィラー(E)と、
を含む、液状硬化性シリコーンエラストマー組成物に関する。
本発明は更に、液状硬化性シリコーンエラストマー組成物から硬化したシリコーンエラストマーの製造方法、及びそれから得られた硬化したシリコーンエラストマー物品及び複合パーツに関する。
また、硬化性組成物を得ることによって、シリコーンエラストマーの硬度を高める方法であって、上記硬化性組成物が、
1分子あたり少なくとも2つの、ケイ素原子に結合したアルケニル基を含有し、全アルケニル含有量が0.01〜1.5mmol/gであるオルガノポリシロキサン(A1)、及び
1分子あたり少なくとも2つの、ケイ素原子に結合したアルケニル基を含有し、全アルケニル含有量が5.0〜15.0mmol/gであるオルガノポリシロキサン(A2)、を含む、オルガノポリシロキサン(A)と、
1分子あたり少なくとも2つのケイ素結合水素原子を含有し、上記ケイ素結合水素原子が、タイプ(RHSiO1/2[式中、Rは、独立して、水素、脂肪族ヒドロカルビル基、芳香族ヒドロカルビル基、又はオルガニル基から選択され、x≧2である。]のシロキシ単位の形態で提供される、オルガノポリシロキサン(B1)、及び
1分子あたり少なくとも2つのケイ素結合水素原子を含有し、上記ケイ素結合水素原子が、タイプ(RHSiO2/2[式中、Rは、独立して、水素、脂肪族ヒドロカルビル基、芳香族ヒドロカルビル基、又はオルガニル基から選択され、z≧2である。]のシロキシ単位の形態で提供される、任意によるオルガノポリシロキサン(B2)、を含み、
タイプ(RHSiO1/2のシロキシ単位の形態でのケイ素結合水素のモル量が、オルガノポリシロキサン(B)のケイ素結合水素原子の全含有量の40モル%より多い、オルガノポリシロキサン(B)と、
白金系触媒(C)と、
アセチレンアルコール及びその誘導体からなる群から選択される抑制剤(D)と、
シリカフィラー(E)と、
を含む、方法にも関する。
オルガノポリシロキサン(A1)及び(A2)中のアルケニル基の量は、NMR及びガスクロマトグラフィーによって測定することができる。オルガノポリシロキサン(B1)及び(B2)中のケイ素結合水素原子の量は、NMR及び赤外分光法(IR)によって測定することができる。これらの方法は、当業者に公知のものであり、結果には測定データの<10%のばらつきが方法間で伴うと予想される。このような方法の総説は、Anders Karlsson(Department of polymer Technology at the Royal Institute of technology(Stockholm))による学位論文、表題「New Analytical Methods For Silicone Elastomers Used in Drug Delivery Systems」、2003年、特にページ17に見出すことができる。
入手可能になると、官能基(アルケニル又は水素)の実際のモル量を得ることにより、オルガノポリシロキサン(A)及び(B)の官能基の重量%をモル%に換算することができる。次いで、モル%の値を、100で除算することにより、モル/gに換算することができる。次いで、この数を、(1000を乗算することにより)mmol/gに換算することができる。
オルガノポリシロキサン(A)は、オルガノポリシロキサン(A1)及びオルガノポリシロキサン(A2)を含む。
オルガノポリシロキサン(A1)は、任意の構造のものであってよい。オルガノポリシロキサン(A1)は、直鎖状、分枝状又は樹脂状ポリマーであってよい。
オルガノポリシロキサン(A1)は、1分子あたり少なくとも2つのケイ素原子に結合したアルケニル基を含有し、全アルケニル含有量が、0.01〜1.5mmol/gのアルケニルである。アルケニル基の例としては、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、シクロヘキセニル基、及びヘキセニル基が挙げられる。これらの基は、ペンダント位若しくは末端位、又はそれらの両方の位にあってもよく、すなわち、オルガノポリシロキサン(A1)のシロキシ単位のいずれに存在していてもよい。オルガノポリシロキサン(A1)は、末端位及び/又はペンダント位のいずれかに、1分子あたり少なくとも3つの、ケイ素原子に結合したアルケニル基を含有していてもよい。
オルガノポリシロキサン(A1)の25℃での粘度は、典型的には0.1〜100Pa・sの範囲内である。別途記載のない限り、ブルックフィールド粘度計などの回転粘度計を用いて、又はキャピラリーレオメータを用いて、全ての粘度を測定する。
オルガノポリシロキサン(A1)は、フェニル基、フルオロ官能基(トリフルオロプロピル基など)などの、オルガニル基を含有していてもよい。
使用し得るオルガノポリシロキサン(A1)の例としては、ビニルジメチルシロキシ末端封鎖ジメチルシロキサン−ビニルメチルシロキサンコポリマー、ビニルジメチルシロキシ末端封鎖ポリジメチルシロキサン、ジメチルヒドロキシシロキシ末端封鎖ジメチルシロキサン−ビニルメチルシロキサンコポリマー、及びこれらの混合物が挙げられる。
オルガノポリシロキサン(A1)は、単一のポリマー、又は2つ以上の異なるポリマーの組み合わせ、のいずれかとして使用することができる。オルガノポリシロキサン(A1)は、直鎖状ポリマーであってもよく、全シロキシ単位に基づいて95重量%より多いDシロキシ単位を含み、M、T、又はQから選択されるシロキシ単位が<5重量%であってもよい。
オルガノポリシロキサン(A1)は、あるいは、0.01〜1.0mmol/gのアルケニル基を含有していてもよく、あるいは、0.01〜0.6mmol/gのアルケニル基を含有していてもよい。
オルガノポリシロキサン(A1)は、組成物の全重量に基づいて、35〜75重量%の量で、組成物中に存在していてもよい。
オルガノポリシロキサン(A2)は、1分子あたり少なくとも2つの、ケイ素原子に結合したアルケニル基を含有し、全アルケニル含有量が、5.0〜15.0mmol/gのアルケニルである。
オルガノポリシロキサン(A2)は、直鎖状、環状若しくは分枝状、又はこれらの任意の組み合わせであってもよい。すなわち、オルガノポリシロキサン(A2)は、M、D、T、又はQシロキシ単位の任意の組み合わせで構成されていてもよい。オルガノポリシロキサン(A2)ポリマーは、多数のアルケニル基を有する、すなわち5.0〜15.0mmol/gのアルケニル含有量であるという、共通の特性を共有する。
オルガノポリシロキサン(A2)は、一般式(II)
(RR”SiO1/2(RSiO1/2(RR”SiO2/2(RSiO2/2(R”SiO3/2(RSiO3/2(SiO4/2 (II)
[式中、R”は、アルケニル官能基(ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、シクロヘキセニル基、及びヘキセニル基を含む。)であり、Rは上記のとおりであり、
和「b+c+d+e+f+g」は、全アルケニル含有量が5.0〜15.0mmol/gのアルケニルとなるものである。]を満足するものであってよい。
オルガノポリシロキサン(A2)は、一般式(III)
(RR”SiO1/2(RSiO1/2(SiO4/2 (III)
[式中、R”は、上記定義のとおりのアルケニル官能基であり、Rは、上記のとおりであり、
h≧1、b≧2であり、c≧0の整数であり、但し、h=1のときb+c=4であり、全アルケニル含有量が、5.0〜15.0mmol/gのアルケニルである。]の化合物から選択されるものでよい。これらの化合物は、あるいは「多分枝アルケニル官能性ポリマー」と呼ぶことができ、平均分子式M(Vi) Q又はM(Vi) 2n[式中、Viはビニルであり、n≧1である。]の構造が含まれ、典型的には室温で液状である。
一般式(III)のオルガノポリシロキサン(A2)の例としては、構造式MVi [式中、x/yは〜2/1]の、6.9mmol/gのアルケニル基(ビニル基)の、分枝ポリシロキサンが挙げられる。
オルガノポリシロキサン(A2)は、一般式(IV)
(RR”SiO2/2(RSiO2/2 (IV)
[式中、R”は、上記定義のとおりのアルケニル官能基であり、Rは、上記のとおりであり、
d≧3かつe≧0であり、全アルケニル含有量が、5.0〜15.0mmol/gのアルケニルである。]の環状化合物から選択され得るものでよい。
一般式(IV)のオルガノポリシロキサン(A2)としては、メチルビニルシクロシロキサン[式中、Rがメチル基であり、R”がビニル基であり、d≧3であり、e=0である場合]を挙げることができる。
一般式(IV)のオルガノポリシロキサン(A2)の例としては、11.6mmol/gのアルケニル基(ビニル基)の、テトラ(メチル−ビニル)シクロテトラシロキサンが挙げられる。
オルガノポリシロキサン(A2)は、一般式(V)
(RR”SiO1/2(RSiO1/2(RR”SiO2/2(RSiO2/2 (V)
[式中、R”は、上記定義のとおりのアルケニル官能基であり、Rは、上記のとおりであり、
和「b+c+d+e」は、全アルケニル含有量が5.0〜15.0mmol/gのアルケニルとなるものである。]の直鎖状化合物から選択されるものでよい。
いくつかの例では、式(II)〜式(V)中のRは、アルキル基、アルコキシ基、又はヒドロキシル基から選択されるものでよい。
オルガノポリシロキサン(A2)は、一般式(II)、一般式(III)、一般式(IV)、一般式(V)、又はそれらの任意の組み合わせの化合物から選択されるものでよく、但し、オルガノポリシロキサン(A2)の全アルケニル含有量が、5.0〜15.0mmol/gのアルケニルである。
オルガノポリシロキサン(A2)は、あるいは5.0〜13.0mmol/gのアルケニル基を含有していてもよい。
オルガノポリシロキサン(A2)の25℃での粘度は、典型的には1〜20000mPa・sの範囲内である。
オルガノポリシロキサン(A2)は、組成物の全重量に基づいて、0.5〜10重量%の量で、組成物中に存在していてもよい。全ての例において、オルガノポリシロキサン(A2)は、オルガノポリシロキサン(A2)のアルケニル基の濃度が、オルガノポリシロキサン(A)中の全アルケニル濃度の≧25モル%、あるいはオルガノポリシロキサン(A)中の全アルケニル濃度の≧50モル%を占める量で、組成物中に存在する。
理論に束縛されるものではないが、本発明者らの考えは、オルガノポリシロキサン(A1)及び(A2)の両方からのアルケニル基の組み合わせにより、有意に異なる割合のアルケニルのポリマーの組み合わせが得られることによって、特定の構造のネットワークが可能になるというものである。このようなネットワークは、高密度のアルケニル官能性の、ある分率の短いポリマー鎖(オルガノポリシロキサン(A2))、及び低密度のアルケニル官能性の、より高い質量分率のより長いポリマー鎖(オルガノポリシロキサン(A1))から構成される、マルチモーダルネットワークと考えることができる。
オルガノポリシロキサン(B)は、
1分子あたり少なくとも2つのケイ素結合水素原子を含有し、上記ケイ素結合水素原子が、タイプ(RHSiO1/2[式中、Rは、独立して、水素、脂肪族ヒドロカルビル基、芳香族ヒドロカルビル基、又はオルガニル基から選択され、x≧2である。]のシロキシ単位の形態で提供される、オルガノポリシロキサン(B1)、及び
1分子あたり少なくとも2つのケイ素結合水素原子を含有し、上記ケイ素結合水素原子が、タイプ(RHSiO2/2[式中、Rは、独立して、水素、脂肪族ヒドロカルビル基、芳香族ヒドロカルビル基、又はオルガニル基から選択され、z≧2である。]のシロキシ単位の形態で提供される、任意によるオルガノポリシロキサン(B2)、を含み、
タイプ(RHSiO1/2のシロキシ単位の形態でのケイ素結合水素のモル量が、オルガノポリシロキサン(B)のケイ素結合水素原子の全含有量の>40モル%。
1分子あたり少なくとも2つのケイ素結合水素原子を含有する、オルガノポリシロキサン(B1)は、一般式(VI)
(RHSiO1/2(RSiO1/2(RHSiO2/2(RSiO2/2(RSiO3/2(HSiO3/2(SiO4/2 (VI)
[式中、Rは、上記のとおりのものであり(独立して、水素、脂肪族ヒドロカルビル基、芳香族ヒドロカルビル基、又はオルガニル基から選択される。)、Hは水素であり、
x≧2、y≧0、z≧0、p≧0、v≧0であり、q又はrのうちの少なくとも1つは、≧1であり、あるいは、x≧2、y≧0、z≧0、p≧0、q≧0であり、v≧0、r≧1であり、あるいは、x≧2、y≧0、r≧1であり(但し、r=1のときx+y=4である。)、z、p、q、v=0である。]の分枝状ポリマーである。あるいは、x>2、y>0、r>1であり、かつz、p、q、v=0である。
全ての例で、1分子当たり少なくとも2つのケイ素結合水素原子を含有する、オルガノポリシロキサン(B1)は、式(RHSiO1/2)により表される、いわゆる「M」単位(Mとも略記)上に、少なくとも2つのケイ素結合水素原子を有するものであり、これは、1つのMシロキシ単位が、少なくとも1つのケイ素結合水素原子を含有することを、示す。
いくつかの例では、1分子当たり少なくとも2つのケイ素結合水素原子をいわゆる「M」単位上に含有するオルガノポリシロキサン(B1)は、式(RHSiO2/2)により表されるいわゆるD単位(Dとも略記)上に、ケイ素結合水素原子を更に有してもよく、これは、Dシロキシ単位が、少なくとも1つのケイ素結合水素原子を含有することを、示す。
当該技術分野では、1分子当たり少なくとも2つのケイ素結合水素原子を含有するオルガノポリシロキサン(B1)を、得るための方法が知られている。このような方法の一例には、ケイ素結合水素原子を含有するシロキサン樹脂の製造方法に関する、欧州特許第0251435号に開示された方法がある。
1分子あたり少なくとも2つのケイ素結合水素原子を含有するオルガノポリシロキサン(B1)の例としては、式(R’HSiO1/2(SiO4/2[式中、R’はメチル基であり、x:rの比は、0.2:1〜4:1の範囲である。]の化合物が挙げられる。いくつかの例では、xは、6〜10の範囲であってもよく、rは、3〜6の範囲であってもよい。
オルガノポリシロキサン(B1)の25℃での粘度は重要ではない。オルガノポリシロキサン(B1)の25℃での粘度は、0.1〜1000mPa・sの範囲であってもよい。
オルガノポリシロキサン(B1)は、組成物の全重量に基づいて、1.0〜15.0重量%の割合、あるいは1.0〜10.0重量%の割合で、組成物中に存在する。
オルガノポリシロキサン(B1)は、オルガノポリシロキサン(B)中の全ケイ素結合水素原子に対する、オルガノポリシロキサン(B1)のケイ素結合水素原子含有量の寄与が、>40モル%く、あるいは>45モル%、100モル%以下となる量で、組成物中に存在する。オルガノポリシロキサン(B1)の使用が<40モル%の相対量であると、組成物の硬化が遅くなり、また、硬化したシリコーンゴムの硬度に負の影響を及ぼす場合もある。
1分子当たり少なくとも2つのケイ素結合水素原子を含有するオルガノポリシロキサン(B1)は、単一の化合物であっても、化合物の混合物であってもよく、ここで、ケイ素結合水素原子は、いわゆるMシロキシ単位上に見られる。
1分子当たり少なくとも2つのケイ素結合水素原子を含有するオルガノポリシロキサン(B2)は、任意によるものであり、オルガノポリシロキサン(B1)とは異なる。少なくとも2つのケイ素結合水素原子を含有するオルガノポリシロキサン(B2)は、典型的には、少なくとも2つのケイ素結合水素原子をDシロキシ単位上に有する、ポリマーである。
1分子当たり少なくとも2つのケイ素結合水素原子を含有するオルガノポリシロキサン(B2)は、一般式(VII)
(RHSiO1/2(RSiO1/2(RHSiO2/2(RSiO2/2(RSiO3/2 (VII)
[式中、Rは上記のとおりであり、
x≧0、y>0、z≧2、p≧0、q≧0であり、あるいは、x=0、y>0、z≧2、p≧0、q≧0である。]のものであってもよい。
全ての例で、1分子当たり少なくとも2つのケイ素結合水素原子を含有するオルガノポリシロキサン(B2)は、ケイ素結合水素原子をDシロキシ単位上に有する。
いくつかの例では、1分子当たり少なくとも2つのケイ素結合水素原子をDシロキシ単位上に含有するオルガノポリシロキサン(B2)は、ケイ素結合水素原子をM単位上に更に有していてもよい。
オルガノポリシロキサン(B2)の25℃での粘度は、0.1〜1000mPa・sの範囲であってもよい。
オルガノポリシロキサン(B2)は、任意に、組成物中に存在する。存在する場合、オルガノポリシロキサン(B2)は、組成物の全重量に基づいて、0.1〜15.0重量%の割合、あるいは0.1〜10.0重量%の割合で含まれる。
オルガノポリシロキサン(B)中のケイ素結合水素原子は、オルガノポリシロキサン(A)中のアルケニル基よりわずかに過剰に存在する。したがって、オルガノポリシロキサン(B)中の水素/(オルガノポリシロキサン(A)中のアルケニル基)の比(SiH/SiAlk比とも)は、>1.1、あるいは>1.5、あるいは>1.8であってもよい。
オルガノポリシロキサン(B1)の存在は、本発明の重要な要素であり、これにより、オルガノポリシロキサン(A2)などの、≧5mmol/gのアルケニル基のオルガノポリシロキサンにより、加工する際のヒドロシリル化反応における、遅い硬化、及び後硬化の必要性などの上述の制限を克服することができる。
オルガノポリシロキサン(A2)と共にオルガノポリシロキサン(B1)を存在させることにより、得られた硬化したシリコーンゴムは、後硬化なしで>75ショアA硬度となる。オルガノポリシロキサン(B1)又はオルガノポリシロキサン(A2)のいずれか一方を、他方なしで用いると、後硬化なしで>75ショアA硬度となり得ない。本発明において、(A1)及び(A2)と(B1)との組み合わせにより、米国特許第5,077,335号に開示されていることなどの、(A2)の抑制性が克服される。
付加反応触媒は当該技術分野で公知である。この触媒としては、元素周期表の白金族金属又は遷移金属から選択される触媒が挙げられ、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、及びイリジウム、並びにこれらの化合物などが挙げられる。
本発明の範囲で用いられる触媒は、塩化白金酸、塩化白金酸のアルコール又はケトン溶液及びこれらの溶液を熟成させたもの、塩化白金酸−オレフィン錯体、塩化白金酸−アルケニルシロキサン錯体、塩化白金酸−ジケトン錯体、白金黒、及び担体に担持された白金、並びにこれらの混合物、から選択されるものでよい。
触媒(C)は、組成物中に存在するオルガノポリシロキサン(A)及びオルガノポリシロキサン(B)を硬化させるのに十分な量で添加される。例えば、触媒は、反応性のオルガノポリシロキサン(A)及び(B)の全重量に基づいて、0.1〜500重量ppm(百万分率)、あるいは1〜200重量ppm、あるいは1〜100重量ppmの白金原子を触媒(C)中に提供する白金原子の量で、添加され得る。
本発明の範囲で用いられる抑制剤は、少なくとも1つの不飽和結合を含有するアセチレンアルコール及びその誘導体からなる群から選択されるものでよい。少なくとも1つの不飽和結合を含有するアセチレンアルコール及びその誘導体の例としては、1−エチニル−1−シクロヘキサノール(ETCH)、2−メチル−3−ブチン−2−オール、3−ブチン−1−オール、3−ブチン−2−オール、プロパルギルアルコール、2−フェニル−2−プロピン−1−オール、3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール、1−エチニルシクロペンタノール、1−フェニル−2−プロピノール、3−メチル−1−ペンテン−4−イン−3−オール、及びこれらの混合物が挙げられる。
あるいは、抑制剤は、1−エチニル−1−シクロヘキサノール、2−メチル−3−ブチン−2−オール、3−ブチン−1−オール、3−ブチン−2−オール、プロパルギルアルコール、2−フェニル−2−プロピン−1−オール、3,5ジメチル−1−ヘキシン−3−オール、1−エチニルシクロペンタノール、1−フェニル−2−プロピノール、及びこれらの混合物からなる群から選択される。
あるいは、抑制剤は、1−エチニル−1−シクロヘキサノール、2−メチル−3−ブチン−2−オール、3−ブチン−1−オール、3−ブチン−2−オール、プロパルギルアルコール、2−フェニル−2−プロピン−1−オール、1−フェニル−2−プロピノール、及びこれらの混合物からなる群から選択される。
抑制剤(D)は、10〜10,000重量ppmの範囲で硬化性シリコーンエラストマー組成物中に添加され得る。
本発明に好適なシリカフィラーは、BET法により測定して少なくとも50m/g〜450m/gの比表面積を有し得る。シリカフィラーの例としては、沈降性シリカ(湿式シリカ)、ヒュームドシリカ(乾式シリカ)、及び焼成シリカなどが挙げられる。シリカフィラーは表面処理されていてもよく、親水性であっても疎水性であってもよい。シリカは、その表面上にアルケニル基を含有していてもよい。
いくつかの例では、シリカは、その表面に共有結合したアルケニル基を含有する。シリカ上にアルケニル基をもたらす方法は当該技術分野で知られている。
シリカフィラーは、組成物の全重量に基づいて、10〜40重量%の量で、組成物中に存在する。
硬化性シリコーンエラストマー組成物の意図する用途に応じて、添加剤が組成物中に存在してもよい。添加剤の例としては、導電性フィラー、熱伝導性フィラー、シリカフィラー(E)とは異なる非伝導性フィラー、鎖延長剤、ポットライフ延長剤、難燃剤、顔料、潤滑剤、接着促進剤、離型剤、希釈剤、溶剤、紫外線安定剤、殺菌剤、湿潤剤、耐熱剤、可塑剤などが挙げられる。
導電性フィラーの例としては、金属粒子、金属酸化物粒子、金属コーティング金属粒子(銀メッキニッケルなど)、金属コーティング非金属コア粒子(銀コーティングしたタルク、又はマイカ、又は石英など)、カーボンナノチューブ、グラフェン、及びこれらの組み合わせが挙げられる。金属粒子は、粉末、フレーク又はフィラメントの形態であってもよく、これらの混合物又は誘導体であってもよい。
熱伝導性フィラーの例としては、窒化ホウ素、アルミナ、金属酸化物(酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムなど)、黒鉛、ダイヤモンド、及びこれらの混合物又は誘導体が挙げられる。
シリカフィラー(E)とは異なる非伝導性フィラーの例としては、石英粉、珪藻土、タルク、粘土、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、中空ガラス、ガラス繊維、ポリマー繊維(ナイロン、アラミドなど)、中空樹脂、及びめっき粉、及びこれらの混合物又は誘導体が挙げられる。
ポットライフ延長剤の例としてはトリアゾールが挙げられる。
鎖延長剤の例としては、末端位に2つのケイ素結合水素基を含有する直鎖オルガノポリシロキサンが挙げられる。このような鎖延長剤は、オルガノポリシロキサン(B1)又はオルガノポリシロキサン(B2)のいずれとも異なる。
難燃剤の例としては、アルミニウム三水和物、塩素化パラフィン、ヘキサブロモシクロドデカン、トリフェニルホスフェート、ジメチルメチルホスホネート、トリス(2,3−ジブロモプロピル)ホスフェート(臭素化トリス)、及びこれらの混合物又は誘導体が挙げられる。
顔料の例としては、酸化鉄、カーボンブラック、二酸化チタン、フタロシアニンブルー、及びこれらの混合物又は誘導体が挙げられる。
潤滑剤の例としては、テトラフルオロエチレン、樹脂粉末、黒鉛、フッ素化黒鉛、タルク、窒化ホウ素、フッ素オイル、シリコーンオイル、二硫化モリブデン、及びこれらの混合物又は誘導体が挙げられる。
接着促進剤の例としては、メチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、1,6−ビス(トリメチルシリル)ヘキサンなどのシランカップリング剤が挙げられる。
更なる添加剤としては、トリメチルシリル又はOH末端シロキサンなどのシリコーン流体が挙げられる。このようなトリメチルシロキシ又はOH末端ポリジメチルシロキサンは、典型的には<150mPa・sの、25℃での粘度のものである。このようなシリコーン流体は、存在する場合、液状硬化性シリコーンエラストマー組成物中に、組成物の全重量に基づいて、0.1〜5重量%の範囲の量で存在していてもよい。
したがって、液状硬化性シリコーンエラストマー組成物は、
1分子あたり少なくとも2つの、ケイ素原子に結合したアルケニル基を含有し、全アルケニル含有量が0.01〜1.5mmol/gであり、組成物の全重量に基づいて、35〜75重量%の量で存在する、オルガノポリシロキサン(A1)、及び
1分子あたり少なくとも2つの、ケイ素原子に結合したアルケニル基を含有し、全アルケニル含有量が5.0〜15.0mmol/gであり、組成物の全重量に基づいて、0.5〜10.0重量%の量で存在する、オルガノポリシロキサン(A2)、を含む、オルガノポリシロキサン(A)と、
1分子あたり少なくとも2つのケイ素結合水素原子を含有し、上記ケイ素結合水素原子が、タイプ(RHSiO1/2[式中、Rは、独立して、水素、脂肪族ヒドロカルビル基、芳香族ヒドロカルビル基、又はオルガニル基から選択され、x≧2である。]のシロキシ単位の形態で提供され、組成物の全重量に基づいて、1〜15重量%の量で存在する、オルガノポリシロキサン(B1)、及び
1分子あたり少なくとも2つのケイ素結合水素原子を含有し、上記ケイ素結合水素原子が、タイプ(RHSiO2/2[式中、Rは、独立して、水素、脂肪族ヒドロカルビル基、芳香族ヒドロカルビル基、又はオルガニル基から選択され、z≧2である。]のシロキシ単位の形態で提供され、組成物の全重量に基づいて、0.1〜15.0重量%の量で任意に存在する、オルガノポリシロキサン(B2)、を含み、
タイプ(RHSiO1/2のシロキシ単位の形態でのケイ素結合水素のモル量が、オルガノポリシロキサン(B)のケイ素結合水素原子の全含有量の>40モル%、オルガノポリシロキサン(B)と、
反応性のオルガノポリシロキサン(A)及び(B)の全重量に基づいて、0.1〜500重量ppmの白金原子の量で存在する、白金系触媒(C)と、
アセチレンアルコール及びその誘導体からなる群から選択される、組成物の全重量に基づいて、10〜10,000重量ppmの量で存在する、抑制剤(D)と、
組成物の全重量に基づいて、10〜40重量%の量で存在する、シリカフィラー(E)と、を含んでいてもよい。
一実施形態では、硬化したシリコーンエラストマーの製造方法は、
1)液状硬化性シリコーンエラストマー組成物の混合物を形成すること、及び
2)上記混合物を100〜220℃の温度で硬化させること、を含む。
液状硬化性シリコーンエラストマー組成物は、従来の混合装置において容易に調製することができる。組成物をすぐに使用する場合、混合の順序は重要ではない。
また、液状硬化性シリコーンエラストマー組成物の混合物は、少なくとも2つの別個の組成物、例えば、パーツI及びパーツIIを得ることにより、調製することもできる。
一実施形態において、液状硬化性シリコーンエラストマー組成物を、少なくとも2つの別個のパーツで提供することができる。
パーツIは、触媒(C)を含有していてもよく、オルガノポリシロキサン(A)又はシリカフィラー(E)のいずれか一方、又は両方の組み合わせを含有していてもよい。
パーツIIは、抑制剤(D)及びオルガノポリシロキサン(B)、並びにオルガノポリシロキサン(A)若しくはシリカフィラー(E)のいずれか一方、又は後者2つの組み合わせを含有していてもよい。
いくつかの例では、触媒(C)は、オルガノポリシロキサン(B)及び抑制剤(D)とは別個のパーツの中に存在する。
他の、又は任意による添加剤は、パーツI若しくはパーツII、又は両方のパーツのいずれかの中に存在していてもよい。また、添加剤は、パーツI及びパーツIIを組み合わせた後で添加されてもよい。
混合物は、パーツI、パーツII、及びパーツIIIなど、少なくとも3つの別個のパーツを得ることによって調製することもできる。パーツI及びIIは、上記のとおりに提供することができる。パーツIIIは、オルガノポリシロキサン(A)、オルガノポリシロキサン(B)、触媒(C)、抑制剤(D)、シリカフィラー(E)、又は顔料、シリカフィラー(E)とは異なるフィラーなどの特定の添加剤のいずれかを含有していてもよく、組成物の最終用途に求められ得るように存在することができる。
次いで、組成物の最終用途に求められ得る任意の追加の添加剤を添加する、任意による後続の工程により、異なるパーツを一緒に組み合わせ、均質に混合する。
最終組成物の動粘度は、プレートプレートレオメータを用い、10s−1の剪断速度にて室温で測定して、5〜1000Pa・s、あるいは10〜800Pa・s、あるいは10〜500Pa・s、あるいは50〜400Pa・sの範囲であり得る。
本発明の組成物の成分の均質な混合は、ヘラ、ドラムローラー、機械式攪拌機、3本ロールミル、シグマブレードミキサー、パン生地ミキサー、及び2本ロールミルなどの好適な混合手段を用いて進めることができる。
組成物は、射出成形、封入(encapsulation)成形、プレス(press)成形、ディスペンサ成形、押出成形、トランスファー成形、プレス加硫、遠心キャスティング、カレンダー成形、ビード適用、又はブロー成形によって加工(又は硬化)してもよい。
あるいは、組成物は、3D印刷法を用いて加工(又は硬化)してもよい。3次元(3D)物品を形成する典型的な方法は、複数の工程を含み得る。例えば、本方法は、(i)第1の熱硬化性シリコーン組成物を3Dプリンターによってプリンティングすることで、層を形成する工程、を含み得る。本方法は、(ii)層を加熱することで、少なくとも部分的に硬化した層を形成する工程、を更に含み得る。また、本方法は、(iii)第2の熱硬化性シリコーン組成物を、少なくとも部分的に硬化した層上に3Dプリンターによってプリンティングすることで、後続の層を形成する工程、を含み得る。本方法はまた、(iv)後続の層を加熱することで、少なくとも部分的に硬化した後続の層を形成する工程、を更に含み得る。任意選択的に、任意の追加の層(複数可)のために独立して選択される硬化性シリコーン組成物(複数可)について、工程iii)及びiv)を繰り返すことで、3D物品を形成してもよい。第1及び第2の熱硬化性シリコーン組成物は、互いに同一のもの、又は異なるものとしてもよい。
液状硬化性シリコーンエラストマー組成物の25℃でのポットライフは、>12時間、あるいは>24時間、あるいは>36時間、あるいは>48時間、あるいは>72時間。
本発明の液状硬化性シリコーンエラストマー組成物のポットライフは、プレートプレートレオメータにより、10s−1の剪断速度にて25℃で測定して、組成物の混合粘度がその初期値の200%まで高くなるまでの時間として、定義される。このパラメータは最低限の加工時間を示す。
液状硬化性シリコーンエラストマー組成物の硬化は、120〜220℃、あるいは160〜200℃の温度で選択的に行うことができる。
Tc10(120℃で最大トルクの10%に達するまでの時間として定義される)は、<100秒、あるいは<60秒である。
Tc90(120℃で最大トルクの90%に達するまでの時間として定義される)は、<150秒、あるいは<120秒である。
硬化についてのモニタリングパラメータは、ASTM D5289−92を用い、可動式ダイレオメータ(MDR)試験から導出される。
硬化を、例えば、モールド内で行い、成形されたシリコーン物品を形成することができる。組成物により、例えば射出成形して物品を形成することができ、又は組成物を、<75のショアA硬度の、第2の及び異なる液状硬化性シリコーンエラストマー組成物を用いて、射出成形によりオーバーモールド又は共成形することができる。
一実施形態では、本発明は、上記のとおり、液状硬化性シリコーンエラストマー組成物から、硬化したシリコーンエラストマーに関する。
硬化後、液状硬化性シリコーンエラストマー組成物から硬化したシリコーンエラストマーは、全て後硬化なしで、>75ショアA硬度、あるいは>80ショアA硬度、あるいは>85ショアA硬度、あるいは>90ショアA硬度を示す。
典型的には、200℃の温度の通気炉内での4〜6時間の滞留時間などの、後硬化工程は、硬度を高めるために必要とされる。これは、本発明の範囲において必須ではない。したがって、本製造方法は、後硬化工程を含んでいなくてもよい。
一実施形態では、本発明は、液状硬化性シリコーンエラストマー組成物から、硬化した物品に関する。このような物品としては、スポーツ製品、ダイビングマスク、ゴム乳首、おしゃぶり、スイッチカバー、スパークプラグコネクタ、医療用製品及び機器、素線シール、プラグコネクタシール、管材及びバルブ、コネクタシール及びスパークプラグブーツなどの自動車部品、複写機のロール及び電子レンジのパッキンなどの電気パーツ及び電子パーツ、並びに高い耐熱性、耐寒性、安全性、電気絶縁性、耐候性などを考慮した、供給ボトルの首及び潜水服などの他の製品等を、製造するのに用い得るものが挙げられる。
一実施形態では、本発明は、本液状シリコーンゴム組成物から硬化した第1のシリコーンエラストマー、及び本液状シリコーンゴム組成物とは異なる第2の液状シリコーンゴム組成物から硬化した第2のシリコーンエラストマーを、含む複合パーツであって、第2のシリコーンエラストマーのショアA硬度が75未満である、複合パーツに関する。このような複合パーツは、硬質及び軟質のエラストマーの組み合わせを使用した構造を含み、本液状シリコーンゴム組成物から硬化した第1のシリコーンエラストマーは、「硬質」のエラストマーと考えられ、第2の液状シリコーンゴム組成物は、本液状シリコーンゴム組成物とは異なり、「軟質」のエラストマーと考えられる。これらの複合パーツはまた、「硬質軟質」複合体と呼ぶことができる。本複合パーツは、本発明についての第1のシリコーンエラストマー(硬質)の硬度、並びに第2の及び異なるシリコーンエラストマー(軟質)の軟質の感触を、組み合わせている。
同様の複合パーツには、可塑性又は熱可塑性基材及び軟質のシリコーンエラストマーを含む、一体型部品に用いる複合パーツがある。したがって、本例では、可塑性又は熱可塑性基材を、本発明の、>75ショアA硬度の硬化したシリコーンエラストマーによって置き換えることができる。
本複合体は、接着剤層もプライマーも含まないものでよく、すなわち、第1及び第2のシリコーンエラストマーは、硬化中に互いに接着(又は共有結合)する。第1(硬質)及び第2(軟質)のシリコーンエラストマーの硬化は、同時であっても、任意の順で逐次的であってもよく、すなわち、硬質又は軟質のシリコーンエラストマーのいずれかを、第1の工程で硬化し、他方を、後続の工程で硬化することができる。
第2の「軟質」のシリコーンエラストマーは、任意の典型的な液状硬化性シリコーンエラストマー組成物から得ることができ、硬化すると、<75のショアA硬度のシリコーンエラストマーが得られる。このような典型的な液状硬化性シリコーンエラストマー組成物は、アルケニル官能性シロキサンとケイ素結合水素原子を含有するオルガノポリシロキサンとのヒドロシリル化に基づく。このような典型的な液状硬化性シリコーンエラストマー組成物は、当該技術分野で既知である。
本発明の利点は、複合パーツにおいて≧75のショアA硬度のシリコーンエラストマーが得られることであり、(i)シリコーンエラストマーの優れた熱安定性、及び(ii)硬質軟質の境界面での強い共有結合と併せて、硬度が必要とされるいくつかの用途において、可塑性又は熱可塑性材料の置き換えとすることができる。
このような熱安定性は、複合パーツが>200℃(例えば自動車用パーツにおける)などの、高温にさらされる場合に、高耐熱性(例えば、調理器具)を必要とする消費者物品に、又は、経時劣化、加熱及び湿度条件下で高い接着強度及び耐久性を必要とする消費者用途に、特に興味深いものである。
本複合パーツについて考えると、更なる利点には、(ii)第1及び第2のシリコーンエラストマー組成物について、ヒドロシリル化による硬化の化学を用いることにより、硬質軟質の境界面で強い共有結合を得られることがある。
このような複合パーツの例は、自動車用途、医療用途、消費者及び産業用途、エレクトロニクス用途をはじめとする、様々な産業において見出すことができるが、これらに限定されない。自動車用途において、この複合パーツとしては、シリコーンシール又はガスケットを有するハウジング、プラグ及びコネクタ、各種センサの部品、膜、ダイアフラム、気候通気部品などを挙げることができる。医療用途において、複合パーツは、マスク、ゴーグル、管材及びバルブカテーテル、オストミー器具、呼吸器具、送給器具、コンタクトレンズ、補聴器、装具、プロテーゼなどに用いることができる。消費者及び産業用途において、複合パーツは、シャワーヘッド、ベーカリー用品、ヘラ、家電製品、靴、ゴーグル、スポーツ及びレジャー用品、ダイビングマスク、フェイスマスク、おしゃぶりその他のベビー用品、摂食用付属品、白物及び他のキッチン用品のシール及び表面などに見出すことができる。エレクトロニクス用途としては、携帯電話カバーシール、携帯電話付属品、精密電子機器、電気スイッチ及びスイッチカバー、腕時計及びリストバンド、ウェアラブル電子デバイスなどを挙げることができる。
一実施形態では、本発明は、上記のとおりの物品及び/又は上記のとおりの複合パーツを製造するための、上記のとおりの液状硬化性シリコーンエラストマー組成物の使用に関する。
本発明の液状シリコーンゴム組成物は、良好な加工性を、1000Pa・s未満(あるいは<800Pa・s)の粘度、並びにTc10<100秒(あるいは<60秒)の及びTc90<150秒(あるいは<120秒)の(MDRにより120℃で測定)の硬化速度、並びに高い機械的強度及び後硬化なしでの≧75のデュロメータショアA(あるいは>80ショアA、あるいは>85ショアA)と、組み合わせたものである。
材料(別途記載のない限り、ブルックフィールド粘度計などの回転粘度計を用いて、又はキャピラリーレオメータを用いて、25℃にて全ての粘度を測定する。)
オルガノポリシロキサンA1−1、ビニル末端ポリジメチルシロキサン、約53,000mPa・sの粘度、0.03mmol/gのビニル基(NMR又はガスクロマトグラフィーで測定して)。
オルガノポリシロキサンA1−2、ビニル末端ポリ(ジメチルシロキサン−co−メチルビニルシロキサン)、370mPa・sの粘度、0.44mmol/gのビニル基。
オルガノポリシロキサンA2−1、テトラ(メチル−ビニル)シクロテトラシロキサン[Si(CH)(C)O)]、11.6mmol/gのビニル基(既知の算出方法によるもの)。
オルガノポリシロキサンA2−2、構造式MVinyl の分枝状ポリシロキサン、但しx/y≦4/1、8.6mmol/gのビニル基(NMR又はガスクロマトグラフィーで測定して)、約20mPa・sの25℃での粘度。
オルガノポリシロキサンA2−4、構造式MVinyl の分枝状ポリシロキサン、但しx/yは〜2/1、6.9mmol/gのビニル基(NMR又はガスクロマトグラフィーで測定して)、180mPa・sの25℃での粘度。
オルガノポリシロキサンA2−5、メチル−ビニルシクロシロキサン[Si(CH)(C)O)][式中、x=3、4、5]の、12:3.5:1の相対量でのブレンド、11.6mmol/gのビニル基(標準的算出によるもの、又はNMR又はガスクロマトグラフィーで測定して)。
比較のアルケニル官能性オルガノポリシロキサン、OH末端メチルビニルシロキサン、約4.3mmol/gのビニル(NMR又はガスクロマトグラフィーで測定して)、15mPa・sの25℃での粘度。
オルガノポリシロキサンB1、HMeSiO0.5封鎖MHQ樹脂、SiHとして0.97重量%のH、25mPa・sの25℃での粘度。
オルガノポリシロキサンB2、MeSiO0.5末端ポリ(ジメチル−co−メチルハイドロジェン)シロキサン、SiHとして0.69重量%のH、43.5mPa・sの25℃での粘度。
鎖延長剤(任意によるもの)、HMeSiO0.5末端ポリ(ジメチル)シロキサン、SiHとして0.15重量%のH、約11mPa・sの25℃での粘度。
触媒C、カールシュタット触媒(白金のジビニルテトラメチルジシロキサン錯体)。
抑制剤D、エチニルシクロヘキサノール(ETCH)。
添加剤(任意によるもの)、OH末端PDMS、約21mPa・sの25℃での粘度。
MB1は、58.8部の、約55Pa・sの25℃での粘度のジメチルビニルシロキシ末端ポリジメチルシロキサン(A1)、及び31.8部の、約300m/gの表面積のヒュームドシリカフィラー(E)を、含有している。シリカは疎水化されており、約0.170mmol/gのビニル官能化度である。
MB2は、58.8部の、約55Pa・sの25℃での粘度のジメチルビニルシロキシ末端ポリジメチルシロキサン(A1)、及び31.8部の、約300m/gの表面積のヒュームドシリカフィラー(E)を、含有している。シリカは疎水化されており、約0.488mmol/gのビニル官能化度である。
評価
DIN 53504(2009年10月)にしたがって引張/伸びを測定する。最終の液状硬化性シリコーンエラストマー組成物の粘度を、DIN 53018(1976年3月)にしたがって、プレートプレートレオメータにより、剪断速度10s−1で測定する。硬化時間/速度(Tc10/Tc90)を、ASTM D5289−12にしたがって、可動式ダイレオメータにより、120℃で測定した。
実施例1〜3
実施例1〜3を表1に開示し、組成を重量により示し、本発明による様々なパラメータの結果を示す。
5.0〜15.0mmol/gの範囲のビニル含有量のオルガノポリシロキサン(A2)を伴う、オルガノポリシロキサン(B1)の存在により、後硬化なしで>75実際には≧80のショアA硬度が、得られた硬化したシリコーンゴムで得られる一方、組成物の、<1000Pa・s(実際には<500Pa・s)の粘度、並びにTc10<100秒(実際には<60秒)及び/又はTc90<150秒(実際には<120秒)の硬化時間が、確保される。
Figure 2019504918
実施例4〜7
実施例4〜7を表2に開示し、組成を重量により示し、本発明による様々なパラメータの結果を示す。組成を重量により示し、様々なパラメータの結果を示す。
実施例4〜7は、オルガノポリシロキサン(B1)及び(B2)の組み合わせによるものであり、オルガノポリシロキサン(B1)により、ケイ素結合水素がM単位上で得られ、及びオルガノポリシロキサン(B2)により、ケイ素結合水素がDシロキシ単位上で得られる。
オルガノポリシロキサン(B2)中のD(H)とオルガノポリシロキサン(B1)中のM(H)との50/50モル%の組み合わせが、実施例4及び5の特徴点である。
実施例6及び7は、直鎖状シロキサン(Q単位を含まない)上に、末端ケイ素結合水素原子のみを含有する鎖延長剤の存在を考慮しており、硬度に影響を与えることなく、破断点伸びに正の影響を与えることが見出された。
実施例7により、本発明によるオルガノポリシロキサン(A2)と、オルガノポリシロキサン(B1)及び(B2)の組み合わせとの、>15重量%両者のビニル含有量での組み合わせが得られ、オルガノポリシロキサン(B1)からのM(H)のモル含有量は、オルガノポリシロキサン(B)の全ケイ素結合水素から見て、>40モル%。
実施例4〜7の組成物は、本発明の範囲において、<1000Pa・s(実際には<500Pa・s)の粘度、並びにTc10<100秒(実際には<60秒)及び/又はTc90<150秒(実際には<120秒)の硬化時間のものであり、後硬化なしで>75実際には≧80のショアA硬度が、硬化したシリコーンゴムで得られる。
Figure 2019504918
比較例C1〜C5
比較例を、表3に開示し、本発明の範囲外のパラメータによる、目標の高デュロメータのシリコーンゴムへの異なる取り組みをまとめる。組成を重量により示し、様々なパラメータの結果を示す。
比較例C1は、典型的な液状シリコーンゴム組成物であり、<1000Pa・sの粘度、並びにTc10<100秒及び/又はTc90<150秒の硬化時間のものである。比較例C1では、ケイ素結合水素をDシロキシ単位(D(H)基)上に有するオルガノポリシロキサン(B2)のみを用いる。したがって、比較例C1は、オルガノポリシロキサン(B1)及びオルガノポリシロキサン(A2)を含まない。ショアA硬度(デュロメータとも)は、66、すなわち、<75のショアAである。このような組成物により、上記で検討した<75のショアA硬度の軟質パーツの複合体が得られると考えてもよい。
比較例C2には、比較例C1から始めた、より高いフィラー担持量を使用する取り組みが、例示されている。比較例C2もまた、オルガノポリシロキサン(B1)及びオルガノポリシロキサン(A2)を含まない。デュロメータショアAは72以下に達し得るが、最終組成物の粘度が>1000Pa・s、射出成形プロセスに使用するには許容できないほど高くなるという、負の影響が見られる。
比較例C3には、オルガノポリシロキサン(A2)に対する比較ポリマーとして、4.3mmol/gのアルケニル基(オルガノポリシロキサン(A1)より多いが、オルガノポリシロキサン(A2)より少ない)のものを用いて、高いビニル濃度を使用することにより高デュロメータのシリコーンゴムを得るための、別の取り組みが例示されている。この取り組みにより、>75が<80のデュロメータショアAを、<1000Pa・sの許容可能な粘度と組み合わせることが可能になる。Tc10>100秒及び/又はTc90>150秒の硬化時間になるという、負の影響が見られる。比較例C3は、オルガノポリシロキサン(B1)及びオルガノポリシロキサン(A2)を含まない。
比較例C4は、オルガノポリシロキサン(A1)及びオルガノポリシロキサン(A2)の両方の寄与によるものであるが、オルガノポリシロキサン(B1)の寄与なしである。この取り組みにより、>75が<80のデュロメータショアA硬度を、<1000Pa・sの許容可能な粘度と組み合わせることが可能になる。しかしここでも、Tc10>100秒及び/又はTc90>150秒の硬化時間になるという、負の影響が見られる。
比較例C5には、比較例C1による組成物中、ケイ素結合水素をMシロキシ単位上に有する(M(H)基)、オルガノポリシロキサン(B1)を、オルガノポリシロキサン(B2)の置き換えとして用いることにより、硬化を促進する1つの方法が例示されている。比較例C5は、オルガノポリシロキサン(A2)を含まない。硬化は促進されるが、同時に、デュロメータショアAが4だけ更に低くなり(C1で66のショアA、C6で62のショアA)、そのことから、オルガノポリシロキサン(B1)などの、M(H)オルガノポリシロキサンは、オルガノポリシロキサン(A2)なしで用いる場合、高デュロメータのLSR組成物のための選択として自明ではない。このような組成物により、上記で検討した<75のショアA硬度の軟質パーツの複合体が得られると考えてもよい。
これらの比較例のいずれによっても、>75デュロメータショアAを、<1000Pa・sの粘度、並びにTc10<100秒及びTc90<150秒の硬化時間と、組み合わせることを可能にしなかった。
Figure 2019504918

Claims (20)

  1. 1分子あたり少なくとも2つの、ケイ素原子に結合したアルケニル基を含有し、全アルケニル含有量が0.01〜1.5mmol/gであるオルガノポリシロキサン(A1)、及び
    1分子あたり少なくとも2つの、ケイ素原子に結合したアルケニル基を含有し、全アルケニル含有量が5.0〜15.0mmol/gであるオルガノポリシロキサン(A2)、を含む、オルガノポリシロキサン(A)と、
    1分子あたり少なくとも2つのケイ素結合水素原子を含有し、前記ケイ素結合水素原子が、タイプ(RHSiO1/2[式中、Rは、独立して、水素、脂肪族ヒドロカルビル基、芳香族ヒドロカルビル基、又はオルガニル基から選択され、x≧2である。]のシロキシ単位の形態で提供される、オルガノポリシロキサン(B1)、及び
    1分子あたり少なくとも2つのケイ素結合水素原子を含有し、前記ケイ素結合水素原子が、タイプ(RHSiO2/2[式中、Rは、独立して、水素、脂肪族ヒドロカルビル基、芳香族ヒドロカルビル基、又はオルガニル基から選択され、z≧2である。]のシロキシ単位の形態で提供される、任意によるオルガノポリシロキサン(B2)、を含み、
    タイプ(RHSiO1/2のシロキシ単位の形態でのケイ素結合水素のモル量が、オルガノポリシロキサン(B)のケイ素結合水素原子の全含有量の>40モル%、オルガノポリシロキサン(B)と、
    白金系触媒(C)と、
    アセチレンアルコール及びその誘導体からなる群から選択される抑制剤(D)と、
    シリカフィラー(E)と、
    を含む、液状硬化性シリコーンエラストマー組成物。
  2. オルガノポリシロキサン(A2)が、一般式(II)
    (RR”SiO1/2(RSiO1/2(RR”SiO2/2(RSiO2/2(R”SiO3/2(RSiO3/2(SiO4/2 (II)
    [式中、R”は、アルケニル官能基であり、Rは上記のとおりであり、和「b+c+d+e+f+g」は、全アルケニル含有量が5.0〜15.0mmol/gのアルケニルとなるものである。]の化合物、及び/又は
    一般式(III)
    (RR”SiO1/2(RSiO1/2(SiO4/2 (III)
    [式中、R”は、アルケニル官能基であり、Rは請求項1に記載のとおりであり、h≧1、b≧2であり、c≧0の整数であり、但し、h=1のときb+c=4であり、全アルケニル含有量が、5.0〜15.0mmol/gのアルケニルである。]の化合物、及び/又は
    一般式(IV)
    (RR”SiO2/2(RSiO2/2 (IV)
    [式中、R”は、アルケニル官能基であり、Rは請求項1に記載のとおりであり、d≧3かつe≧0であり、全アルケニル含有量が、5.0〜15.0mmol/gのアルケニルである。]の環状化合物、及び/又は
    一般式(V)
    (RR”SiO1/2(RSiO1/2(RR”SiO2/2(RSiO2/2 (V)
    [式中、R”は、アルケニル官能基であり、Rは請求項1に記載のとおりであり、和「b+c+d+e」は、全アルケニル含有量が5.0〜15.0mmol/gのアルケニルとなるものである。]の直鎖状化合物
    から選択され得る、請求項1に記載の液状硬化性シリコーンエラストマー組成物。
  3. オルガノポリシロキサン(B1)が、一般式(VI)
    (RHSiO1/2(RSiO1/2(RHSiO2/2(RSiO2/2(RSiO3/2(HSiO3/2(SiO4/2 (VI)
    [式中、Rは、独立して、水素、脂肪族ヒドロカルビル基、芳香族ヒドロカルビル基、又はオルガニル基から選択され、Hは水素であり、x≧2、y≧0、z≧0、p≧0、v≧0であり、q又はrのうちの少なくとも1つは、≧1である。]の分枝状ポリマーである、請求項1又は2に記載の液状硬化性シリコーンエラストマー組成物。
  4. 任意によるオルガノポリシロキサン(B2)が、一般式(VII)
    (RHSiO1/2(RSiO1/2(RHSiO2/2(RSiO2/2(RSiO3/2 (VII)
    [式中、Rは、独立して、水素、脂肪族ヒドロカルビル基、芳香族ヒドロカルビル基、又はオルガニル基から選択され、Hは水素であり、x≧0、y>0、z≧2、p≧0、q≧0である。]のものであり得る、請求項1〜3のいずれか一項に記載の液状硬化性シリコーンエラストマー組成物。
  5. 前記抑制剤(D)が、1−エチニル−1−シクロヘキサノール、2−メチル−3−ブチン−2−オール、3−ブチン−1−オール、3−ブチン−2−オール、プロパルギルアルコール、2−フェニル−2−プロピン−1−オール、3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール、1−エチニルシクロペンタノール、1−フェニル−2−プロピノール、3−メチル−1−ペンテン−4−イン−3−オール、及びこれらの混合物から選択される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の液状硬化性シリコーンエラストマー組成物。
  6. 前記シリカフィラー(E)が、その表面に共有結合したアルケニル基を含有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の液状硬化性シリコーンエラストマー組成物。
  7. 35〜75重量%のオルガノポリシロキサン(A1)、
    0.5〜10重量%のオルガノポリシロキサン(A2)、
    1〜15重量%のオルガノポリシロキサン(B1)、
    0.1〜15重量%のオルガノポリシロキサン(B2)、
    前記触媒(C)中に、反応性のオルガノポリシロキサン(A)及び(B)の全重量に基づいて、500重量ppm(百万分率)までの白金原子、
    10〜10,000重量ppmの抑制剤(D)、並びに
    各場合において、前記組成物の全重量(すなわち100重量%)に基づいて、10〜40重量%のシリカフィラー(E)、
    を含有する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の液状硬化性シリコーンエラストマー組成物。
  8. 硬化したシリコーンエラストマーの製造方法であって、
    1)請求項1〜7のいずれか一項に記載の液状硬化性シリコーンエラストマー組成物の混合物を形成すること、及び
    2)前記混合物を100〜220℃の温度で硬化させること、を含む、製造方法。
  9. 前記液状硬化性シリコーンエラストマー組成物の前記混合物を、少なくとも2つの別個の組成物を得ることによって調製する、請求項8に記載の製造方法。
  10. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の液状硬化性シリコーンエラストマー組成物から、硬化したシリコーンエラストマー。
  11. >75ショアA硬度の、請求項10に記載のシリコーンエラストマー。
  12. >80ショアA硬度の、請求項10又は11に記載のシリコーンエラストマー。
  13. >85ショアA硬度の、請求項10〜12のいずれか一項に記載のシリコーンエラストマー。
  14. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の液状硬化性シリコーンエラストマー組成物から、硬化した物品。
  15. スポーツ製品、ダイビングマスク、ゴム乳首、おしゃぶり、スイッチカバー、スパークプラグコネクタ、医療用製品及び機器、素線シール、プラグコネクタシール、管材及びバルブ、コネクタシール及びスパークプラグブーツなどの自動車部品、複写機のロール及び電子レンジのパッキンなどの電気パーツ及び電子パーツ、並びに供給ボトルの首及び潜水服などの他の製品等から選択される、請求項14に記載の物品。
  16. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の液状シリコーンゴム組成物から硬化した第1のシリコーンエラストマー、及び前記液状シリコーンゴム組成物とは異なる第2の液状シリコーンゴム組成物から硬化した第2のシリコーンエラストマーを、含む複合パーツであって、前記第2のシリコーンエラストマーのショアA硬度が<75である、複合パーツ。
  17. シリコーンシール又はガスケットを有するハウジング、プラグ及びコネクタ、各種センサの部品、膜、ダイアフラム、気候通気部品、マスク、ゴーグル、管材及びバルブカテーテル、オストミー器具、呼吸器具、送給器具、コンタクトレンズ、補聴器、装具、プロテーゼ、シャワーヘッド、ベーカリー用品、ヘラ、家電製品、靴、ゴーグル、スポーツ及びレジャー用品、ダイビングマスク、フェイスマスク、おしゃぶり及びその他のベビー用品、摂食用付属品、白物及び他のキッチン用品のシール及び表面、携帯電話カバーシール、携帯電話付属品、精密電子機器、電気スイッチ及びスイッチカバー、腕時計及びリストバンド、ウェアラブル電子デバイスなどから選択される、請求項16に記載の複合パーツ。
  18. 請求項15に記載の物品及び/又は請求項17に記載の複合パーツを製造するための、請求項1〜7のいずれか一項に記載の液状硬化性シリコーンエラストマー組成物の使用。
  19. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の硬化性組成物を得ることによって、シリコーンエラストマーの硬度を高める方法。
  20. 3次元(3D)物品を形成する方法であって、前記方法が、
    i.第1の熱硬化性シリコーン組成物を3Dプリンターによってプリンティングすることで、層を形成する工程、
    ii.前記層を加熱することで、少なくとも部分的に硬化した層を形成する工程、
    iii.第2の熱硬化性シリコーン組成物を前記少なくとも部分的に硬化した層上に前記3Dプリンターによってプリンティングすることで、後続の層を形成する工程、
    iv.前記後続の層を加熱することで、少なくとも部分的に硬化した後続の層を形成する工程、並びに
    v.任意選択的に、任意の追加の層(複数可)のために独立して選択される熱硬化性シリコーン組成物(複数可)を用い、工程iii)及びiv)を繰り返すことで、前記3D物品を形成する工程、を含み、
    前記第1及び第2の熱硬化性シリコーン組成物が、互いに同一のもの、又は異なるものであり、並びに前記第1及び第2の熱硬化性シリコーン組成物のうちの少なくとも1つが、請求項1〜7のいずれか一項に記載の液状硬化性シリコーンエラストマー組成物である、方法。
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