JP2022154044A - Organopolysiloxane prepolymer and cured body thereof - Google Patents

Organopolysiloxane prepolymer and cured body thereof Download PDF

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Abstract

To provide a condensation type organopolysiloxane prepolymer capable of obtaining an elastic material which is soft and well extendible and has a high elasticity recovery rate and to provide a cured body of the same.SOLUTION: There is provided a condensation type organopolysiloxane prepolymer which is prepared by condensation reaction of the following (A) with the following (B) in an amount more than 1 mol based on 1 mol of the following (A). (A) A polydimethlsiloxane having silanol groups at both terminals, which has a molecular weight of 30000 or more and a molecular weight distribution index (Mw/Mn; Mw is a weight average molecular weight and Mn is a number average molecular weight) of 1.3 or more. (B) An oligomer of tetraalkoxysilane and/or a product of a complete or partial hydrolysis and a condensate of the oligomer.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、一般的にはオルガノポリシロキサンプレポリマーおよびその硬化体に関する。 The present invention relates generally to organopolysiloxane prepolymers and cured bodies thereof.

オルガノシロキサン組成物の硬化体は、ヒステリシス特性が乏しいことが知られている。例えば特開平9-328615号公報(特許文献1)には、改善されたヒステリシス特性を有する硬化性オルガノシロキサン組成物を得ることを目的として、25℃で20~200Pa・sの粘度を持ち、非末端ケイ素原子結合したエチレン性不飽和炭化水素基を含まないジオルガノビニルシロキシ末端ポリジオルガノシロキサン;25℃で0.1~200Pa・sの粘度を持ち、シロキサンの非末端反復単位の1~5%がビニル基を有するジオルガノビニルシロキシ末端ポリジオルガノシロキサン;ヘキサメチルジシラザン及び1,1,3,3-テトラメチル-1,3-ジビニルジシラザンで処理された補強性シリカ充填剤10~30wt%;1分子あたり少なくとも10個のケイ素に結合した水素原子を有するオルガノハイドロジェンシロキサ架橋剤を含む組成物が提案されている。 Cured bodies of organosiloxane compositions are known to have poor hysteresis characteristics. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-328615 (Patent Document 1) discloses a curable organosiloxane composition having an improved hysteresis characteristic, which has a viscosity of 20 to 200 Pa s at 25° C. Diorganovinylsiloxy-terminated polydiorganosiloxanes containing no terminal silicon-bonded ethylenically unsaturated hydrocarbon groups; viscosity at 25° C. of 0.1-200 Pa·s and 1-5% of the non-terminal repeat units of the siloxane. diorganovinylsiloxy-terminated polydiorganosiloxane having vinyl groups; 10-30 wt% reinforcing silica filler treated with hexamethyldisilazane and 1,1,3,3-tetramethyl-1,3-divinyldisilazane compositions containing organohydrogensiloxa crosslinkers having at least 10 silicon-bonded hydrogen atoms per molecule are proposed;

また、特開2011-241401号公報(特許文献2)には、「へたり」を改善することを目的として、有機結合を主骨格とした弾性材料が提案されている。 In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-241401 (Patent Document 2) proposes an elastic material having an organic bond as a main skeleton for the purpose of improving "settling".

特開平9-328615号公報JP-A-9-328615 特開2011-241401号公報Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2011-241401

しかしながら、特許文献1に記載の硬化性オルガノシロキサン組成物の硬化体は、ヒステリシス改善を目的にシリカ微粒子を配合しているが、導電性の塗膜を作製する際に応用が難しい上、ヒステリシスの改善もセンサーなどの応用には十分ではない。 However, although the cured body of the curable organosiloxane composition described in Patent Document 1 contains silica fine particles for the purpose of improving hysteresis, it is difficult to apply when producing a conductive coating film, and hysteresis is reduced. The improvement is not sufficient for applications such as sensors.

また、特許文献2に記載のように有機結合を主骨格とすれば、柔らかくできるものの、結合エネルギーの低さから耐熱性、対候性が劣る。また、特許文献2の弾性材料のヒステリシスロスも10%を超えるものがあり、十分ではない。有機結合エネルギーは低く、外部応力によって結合が切れてしまうことが多く、「へたり」を十分に改善することが難しいためである。 In addition, if organic bonds are used as the main skeleton as described in Patent Literature 2, it can be made soft, but the heat resistance and weather resistance are inferior due to the low bond energy. Moreover, the hysteresis loss of the elastic material disclosed in Patent Document 2 exceeds 10%, which is not sufficient. This is because the organic bond energy is low, and the bonds are often broken by external stress, and it is difficult to sufficiently improve "settling".

一般的に、低硬度、高伸長率、低弾性率の弾性材料は、繰り返しの変形に弱く、簡単に歪んでしまう。 In general, elastic materials with low hardness, high elongation, and low elastic modulus are weak against repeated deformation and are easily distorted.

そこで、本発明の目的は、精密なアクチュエータやセンサー用途に応用可能な、柔らかく、よく伸びて、かつ、弾性回復率が高い弾性材料を得ることが可能な縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーとその硬化体を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a condensed organopolysiloxane prepolymer capable of obtaining an elastic material that is soft, stretches well, and has a high elastic recovery rate and that can be cured for use in precision actuators and sensors. It is to provide the body.

本発明に従った縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーは、下記(A)と、下記(A)1モルに対して1モルより多い量の下記(B)とを縮合反応することによって調製されたものである。
(A)両末端にシラノール基を有するポリジメチルシロキサンであって、分子量(Mn)が30,000以上であり、分子量分布指数(Mw/Mn;Mwは重量平均分子量,Mnは数平均分子量)が1.3以上であるもの。
(B)テトラアルコキシシランのオリゴマー、および/または、前記オリゴマーの完全または部分加水分解物または縮合物。
The condensation-type organopolysiloxane prepolymer according to the present invention is prepared by condensation reaction of (A) below and (B) below in an amount of more than 1 mol per 1 mol of (A) below. is.
(A) Polydimethylsiloxane having silanol groups at both ends, having a molecular weight (Mn) of 30,000 or more, and having a molecular weight distribution index (Mw/Mn; Mw is the weight average molecular weight and Mn is the number average molecular weight) 1.3 or more.
(B) Oligomers of tetraalkoxysilanes and/or complete or partial hydrolysates or condensates of said oligomers.

本発明に従った縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーにおいては、(A)は、数平均分子量(Mn)が70,000以下であることが好ましい。 In the condensed organopolysiloxane prepolymer according to the present invention, (A) preferably has a number average molecular weight (Mn) of 70,000 or less.

本発明に従った縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーにおいては、(B)は、直鎖状で4量体~10量体であり、アルコキシ基としてメトキシ基またはエトキシ基を有することが好ましい。 In the condensed organopolysiloxane prepolymer according to the present invention, (B) preferably has a linear tetramer to decamer and has a methoxy group or an ethoxy group as an alkoxy group.

本発明に従った縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーにおいては、(B)が、(A)1モルに対して1モルより多く2モル以下配合されていることが好ましい。言い換えれば、 In the condensed organopolysiloxane prepolymer according to the present invention, (B) is preferably blended in an amount of more than 1 mol and not more than 2 mol per 1 mol of (A). In other words,

本発明に従った電極材料は、上記のいずれかの縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーを含む。 An electrode material according to the present invention contains any of the condensed organopolysiloxane prepolymers described above.

本発明に従った絶縁材料は、上記のいずれかの縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーを含む。 An insulating material according to the present invention comprises any of the condensed organopolysiloxane prepolymers described above.

本発明に従った硬化体は、上記のいずれかの縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーの硬化体である。 A cured product according to the present invention is a cured product of any one of the condensation-type organopolysiloxane prepolymers described above.

本発明に従った硬化体は、上記のいずれかの縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーと硬化剤とを硬化させた硬化体であって、硬化剤中のアルコキシ基の量は縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーと硬化剤の全エチルシリケートの量の10重量%以下であることが好ましい。 A cured product according to the present invention is a cured product obtained by curing any of the condensation-type organopolysiloxane prepolymers described above and a curing agent, wherein the amount of alkoxy groups in the curing agent is It is preferably not more than 10% by weight of the total ethylsilicate amount of the polymer and hardener.

本発明に従った硬化体は、弾性率が1.5MPa・s以下、伸び率が200%以上、かつ、弾性回復率が90%以上であることが好ましい。 The cured body according to the present invention preferably has an elastic modulus of 1.5 MPa·s or less, an elongation of 200% or more, and an elastic recovery of 90% or more.

以上のように、本発明に従えば、柔らかく、よく伸びて、かつ、弾性回復率が高い弾性材料を得ることが可能な縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーとその硬化体を提供することができる。本発明で得られる縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーは、無機結合の螺旋構造を骨格とし、架橋点を極めて少なくすることで機械的耐性と柔軟性を両立させることにより、復元力の高い弾性体を得ることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a condensed organopolysiloxane prepolymer and a cured product thereof, which can be used to obtain an elastic material that is soft, stretches well, and has a high elastic recovery rate. The condensed organopolysiloxane prepolymer obtained in the present invention has a helical structure of inorganic bonds as a skeleton, and has extremely few cross-linking points to achieve both mechanical resistance and flexibility, resulting in an elastic body with high restoring force. Obtainable.

以下に本発明に従った縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーについて詳細に説明する。 The condensed organopolysiloxane prepolymer according to the present invention is described in detail below.

<両末端にシラノール基を有するポリジメチルシロキサン(A)>
本発明の縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーは、両末端に反応性を有するシラノール基を有するポリジメチルシロキサン(PDMS)を一原料としている。両末端にシラノール基を有し、分子鎖が分岐、あるいは末端に複数個のシラノール基を有するもの、その他の反応性官能基を有するものなど、種々の原材料が考えられる。(A)の化学式を(1)に示す。
H-(O-Si(CH-OH ・・・(1)
<Polydimethylsiloxane (A) having silanol groups at both ends>
The condensation-type organopolysiloxane prepolymer of the present invention uses polydimethylsiloxane (PDMS) having reactive silanol groups at both ends as one raw material. Various raw materials are conceivable, such as those having silanol groups at both ends and branched molecular chains, those having a plurality of silanol groups at the ends, and those having other reactive functional groups. The chemical formula of (A) is shown in (1).
H—(O—Si(CH 3 ) 2 ) m —OH (1)

両末端シラノールポリジメチルシロキサンは、直鎖状であることが好ましく、数平均分子量(Mn)は30,000以上であり、70,000以下であることが好ましい。(1)におけるmは、上記の分子量を満たす整数であることが好ましい。Mw/Mnは1.3以上であり、1.5以上であることが好ましい。 The silanol-terminated polydimethylsiloxane is preferably linear and has a number average molecular weight (Mn) of 30,000 or more and preferably 70,000 or less. m in (1) is preferably an integer that satisfies the above molecular weight. Mw/Mn is 1.3 or more, preferably 1.5 or more.

数平均分子量が30,000未満である場合、合成された縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーを硬化させて得られるオルガノポリシロキサン硬化体が硬くなる。一方、数平均分子量が70,000を超えると、反応が非常に困難となる。そのため、原材料である末端シラノール基を有するPDMSの数平均分子量は30,000以上であり、70,000以下であることが好ましく、60,000以下であることがより好ましく、55,000以下であることがさらに好ましい。 When the number average molecular weight is less than 30,000, the cured organopolysiloxane obtained by curing the synthesized condensed organopolysiloxane prepolymer becomes hard. On the other hand, if the number average molecular weight exceeds 70,000, the reaction becomes very difficult. Therefore, the number average molecular weight of PDMS having a terminal silanol group as a raw material is 30,000 or more, preferably 70,000 or less, more preferably 60,000 or less, and 55,000 or less. is more preferred.

分子量分布指数Mw/Mnは、1.3以上であり、1.5以上であることが好ましい。シリコーン原料は、重合を進めた場合、一般的には反応釜の大きさによる温度分布のバラツキなどの影響もあり分子量を狭くすることは難しい。汎用的なシリコーンでは概ね1.3以上、分子量が高いものでは1.5以上になる。リビング重合などによる分子量分布指数Mw/Mnが1.3未満のものも市販されているが、本発明では、このような分子量分布が狭いPDMSでは弾性回復率が低くなる。 The molecular weight distribution index Mw/Mn is 1.3 or more, preferably 1.5 or more. It is generally difficult to narrow the molecular weight of the silicone raw material due to the influence of variations in temperature distribution depending on the size of the reactor when polymerization proceeds. General-purpose silicones generally have a molecular weight of 1.3 or more, and those with a high molecular weight have a molecular weight of 1.5 or more. PDMS having a molecular weight distribution index Mw/Mn of less than 1.3 due to living polymerization or the like is also commercially available, but in the present invention, PDMS having such a narrow molecular weight distribution has a low elastic recovery rate.

Mw/Mnが小さいと光に対する透明度や均質性は良好となり、また硬化反応が迅速に完結する利点となるが、分子量分布の狭いポリマーになることで機械的変形に対応する靭性が低くなる。UV域での耐性という観点からは1.5以上が好ましい。反対に、Mw/Mnが大きいと透明度が著しく悪くなるため、Mw/Mnは3.0以下が好ましく、2.5以下がより好ましい。 If the Mw/Mn is small, the transparency and homogeneity to light will be good, and the curing reaction will be completed quickly. From the viewpoint of resistance in the UV region, it is preferably 1.5 or more. On the contrary, if the Mw/Mn is large, the transparency will be significantly deteriorated, so the Mw/Mn is preferably 3.0 or less, more preferably 2.5 or less.

<テトラアルコキシシランのオリゴマー、および/または、このオリゴマーの完全または部分加水分解物または縮合物(B)>
アルコキシ基を有するシランオリゴマーは、一般的にはメチルシリケートやエチルシリケートといった化合物が知られており、簡単に入手することが可能である。そのオリゴマーであるアルキルシリケートの一般構造式は下記の通りとなる。
RO-(Si(OR)-O)-R ・・・(2)
<Oligomer of tetraalkoxysilane and/or complete or partial hydrolyzate or condensate of this oligomer (B)>
Silane oligomers having an alkoxy group are generally known compounds such as methyl silicate and ethyl silicate, and can be easily obtained. The general structural formula of the oligomer, alkylsilicate, is as follows.
RO—(Si(OR) 2 —O) n —R (2)

ここでRはメチル基、もしくはエチル基であるが、メチル基の場合、反応は迅速に進むが副生成物としてメタノールが発生することもあり、エチル基のものを用いることが望ましい。nは、4~10のもの(4量体~10量体)を用いることが好ましい。nが10(10量体)を超えると、PDMSとの反応性が小さくなり、合成に高温、長時間を要する場合がある。nが4(4量体)未満では、アルキルシリケート単独での重縮合が進行しクラスター粒子が生成する恐れがあり、光透過性の低下を招く場合がある。また、立体障害による反応性の観点から、(B)のオリゴマーは直鎖状であることが好ましい。 Here, R is a methyl group or an ethyl group. In the case of a methyl group, although the reaction proceeds rapidly, methanol may be generated as a by-product, so it is desirable to use an ethyl group. Preferably, n is 4 to 10 (tetramer to decamer). When n exceeds 10 (10-mer), the reactivity with PDMS is reduced, and synthesis may require a high temperature and a long time. If n is less than 4 (tetramer), the polycondensation of the alkyl silicate alone may proceed to form cluster particles, which may lead to a decrease in light transmittance. From the viewpoint of reactivity due to steric hindrance, the oligomer (B) is preferably linear.

後述するように、本発明の縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーにおいては、テトラアルコキシシランのオリゴマー、および/または、このオリゴマーの完全または部分加水分解物または縮合物(B)は、両末端にシラノール基を有するポリジメチルシロキサン(A)と同モル以下、用いられる。 As will be described later, in the condensed organopolysiloxane prepolymer of the present invention, a tetraalkoxysilane oligomer and/or a complete or partial hydrolyzate or condensate of this oligomer (B) has silanol groups at both ends. is used in an amount equal to or less than the polydimethylsiloxane (A) having

<有機金属化合物(C)>
本発明の縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーの調製には、有機金属化合物を縮合触媒として合成を進めることが好ましい。縮合触媒に制約は無いが、最も使いやすく添加量を低く抑えることが可能なSn系触媒が有効である。金属系触媒には、Sn系以外でもTi系、Al系、Zn系、Zr系、Bi系等の有機金属化合物が存在するが、反応性が低い、残留時の硬化体の耐熱性低下、着色などの課題を生じるため、Sn系触媒が最も効果的に使用することができる。
<Organometallic compound (C)>
For the preparation of the condensed organopolysiloxane prepolymer of the present invention, it is preferable to proceed with the synthesis using an organometallic compound as a condensation catalyst. There are no restrictions on the condensation catalyst, but Sn-based catalysts, which are the easiest to use and can be added in a low amount, are effective. Metal-based catalysts include Ti-based, Al-based, Zn-based, Zr-based, Bi-based, and other organometallic compounds other than Sn-based catalysts, but they have low reactivity, reduced heat resistance of the cured product when it remains, and coloration. Sn-based catalysts can be used most effectively because problems such as

Sn系触媒としては、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ビスアセチルアセトナート等が一般的である。Sn系触媒は、合成条件次第で少量で効果的な縮合反応を進めることが可能であり、固形分に対して配合量も500ppm以下に抑えることが可能である。 As the Sn-based catalyst, dibutyltin dilaurate, dibutyltin diacetate, dibutyltin bisacetylacetonate and the like are generally used. Depending on the synthesis conditions, the Sn-based catalyst can promote an effective condensation reaction even in a small amount, and the blending amount can be suppressed to 500 ppm or less relative to the solid content.

<平均分子量の測定>
上記PDMS(A)の平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)法により測定し、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比を分子量分布指数とした。標準試料としてポリスチレンを用い、ポリスチレン換算分子量を測定した。なおGPC法によるポリスチレン換算分子量測定は、以下の測定条件で行うものとする。
a)測定機器:東ソー製GPC HLC-8320PC
b)Mn30,000以下のカラム :TSKgel guardColumn Super HZ-H、TSKgel Super HZM-H ×2本
c)Mn30,000以上のカラム :TSKgel guardColumn Super MP(HZ)-N、TSKgel Multipore HZ-N ×3本
d)オーブン温度:40℃
e)溶離液 :テトラヒドロフラン(THF) 1.0mL/min
f)標準試料:ポリスチレン
g)注入量 :100μL
h)濃度 :0.05g/10mL
i)試料調製:2,6-ジ-tert-ブチル-p-フェノール(BHT)が0.2質量%添加されたTHFを溶媒として、室温で攪拌して溶解させる。
j)補正 :検量線測定時と試料測定時とのBHTのピークのずれを補正して、分子量計算を行う。
<Measurement of average molecular weight>
The average molecular weight of PDMS (A) was measured by gel permeation chromatography (GPC), and the ratio of the weight average molecular weight (Mw) to the number average molecular weight (Mn) was defined as the molecular weight distribution index. Using polystyrene as a standard sample, polystyrene equivalent molecular weight was measured. The polystyrene equivalent molecular weight measurement by the GPC method shall be performed under the following measurement conditions.
a) Measuring equipment: Tosoh GPC HLC-8320PC
b) Columns with Mn of 30,000 or less: TSKgel guard Column Super HZ-H, TSKgel Super HZM-H × 2 c) Columns with Mn of 30,000 or more: TSKgel guard Column Super MP (HZ)-N, TSKgel Multipore HZ-N × 3 Book d) Oven temperature: 40°C
e) Eluent: Tetrahydrofuran (THF) 1.0 mL/min
f) standard sample: polystyrene g) injection volume: 100 μL
h) Concentration: 0.05g/10mL
i) Sample preparation: THF to which 0.2% by mass of 2,6-di-tert-butyl-p-phenol (BHT) has been added is used as a solvent and stirred at room temperature to dissolve.
j) Correction: Molecular weight calculation is performed by correcting the deviation of the BHT peak between calibration curve measurement and sample measurement.

<縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーの作製>
本発明の縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーの作製においては、好ましくは有機金属化合物(C)の存在下で、縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーが合成される。
<Preparation of condensed organopolysiloxane prepolymer>
In preparing the condensed organopolysiloxane prepolymer of the present invention, the condensed organopolysiloxane prepolymer is preferably synthesized in the presence of the organometallic compound (C).

両末端にシラノール基を有するポリジメチルシロキサン(A)とアルコキシ基を有するシランオリゴマー(B)は、アルコキシ基を有するシランオリゴマー(B)が両末端にシラノール基を有するポリジメチルシロキサン(A)1モルに対して1モルより多い分量になるようモル比を調整した配合で、加熱によって脱アルコール(または(B)の完全または部分加水分解物との脱水)による縮合反応を生じる。この反応は、数時間から数十時間で制御され、縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーとなる。合成には、攪拌装置、温度計、滴下ラインを取り付けた反応容器(挿入口が複数個あるフラスコ)を用いる。撹拌装置には、撹拌羽の付随した回転式撹拌機、マグネチックスターラー、二軸遊星式撹拌装置、超音波洗浄装置など、反応に寄与する高粘度液状原料を均質に混ぜる効果があれば特に制限はない。しかし温度制御、雰囲気制御、成分滴下ラインなどを付随させることから、回転式撹拌機、マグネチックスターラーなどが望ましい。合成温度は均一性が重要である。合成温度は60~140℃の間で適宜設定される。低温で長期間反応させる場合や高温で短時間に合成される場合など、原料の種別、配合比率、合成設備などによって個別に設定される。合成雰囲気は、不活性ガスとして例えば窒素ガスを使用し、該反応容器内に含有水分量を一定にした窒素ガスを十分に充満させる。このとき、窒素ガスには、窒素ガス製造装置以外にもボンベや液体窒素からも使用可能である。 A polydimethylsiloxane (A) having silanol groups at both ends and a silane oligomer (B) having an alkoxy group are prepared by mixing 1 mol of polydimethylsiloxane (A) in which the silane oligomer (B) having an alkoxy group has a silanol group at both ends. In formulations where the molar ratio is adjusted to be greater than 1 mol per mol, heating causes a condensation reaction by dealcoholization (or dehydration with a complete or partial hydrolyzate of (B)). This reaction is controlled in several hours to several tens of hours to form a condensed organopolysiloxane prepolymer. For the synthesis, a reaction vessel (flask with multiple insertion ports) equipped with a stirrer, thermometer, and dropping line is used. If the stirring device has the effect of homogeneously mixing high-viscosity liquid raw materials that contribute to the reaction, such as a rotary stirrer with stirring blades, a magnetic stirrer, a twin-screw planetary stirring device, and an ultrasonic cleaning device, it is particularly limited. no. However, a rotary stirrer, magnetic stirrer, or the like is desirable because it is associated with temperature control, atmosphere control, component dropping line, and the like. Uniformity of synthesis temperature is important. The synthesis temperature is appropriately set between 60 and 140.degree. It is individually set according to the type of raw materials, blending ratio, synthesis equipment, etc., such as when reacting at low temperature for a long time or when synthesizing at high temperature in a short time. For the synthesis atmosphere, nitrogen gas, for example, is used as an inert gas, and the reaction vessel is sufficiently filled with nitrogen gas having a constant water content. At this time, the nitrogen gas can be used not only from the nitrogen gas production apparatus but also from cylinders and liquid nitrogen.

両末端にシラノール基を有するポリジメチルシロキサン(A)とアルコキシ基を有するシランオリゴマー(B)のモル比(配合比)に関しては、(B)が、上記(A)1モルに対して1モルより多い量の範囲で調整される。(A)と(B)のモル比が上記の範囲で、かつ縮合に適した条件により縮合反応を進めることで、反応中または反応後のゲル化が起こりにくくなり、低分子量シロキサンの残留が無い安定したプレポリマーが得られる。 Regarding the molar ratio (blending ratio) of the polydimethylsiloxane (A) having silanol groups at both ends and the silane oligomer (B) having an alkoxy group, (B) is more than 1 mol per 1 mol of (A). Adjusted over a large amount range. When the molar ratio of (A) and (B) is within the above range and the condensation reaction is carried out under conditions suitable for condensation, gelation is less likely to occur during or after the reaction, and no low-molecular-weight siloxane remains. A stable prepolymer is obtained.

なお、ここで言うモル比とは、ポリスチレンを標準物質とし、テトラヒドロフランを溶離液としてゲルパーミュエーションクロマトグラフ(GPC法)により測定したPDMSの数平均分子量(Mn)と、テトラアルコキシシランのオリゴマーの純度と平均分子量に基づいて計算したモル比である。 The molar ratio referred to here is the number average molecular weight (Mn) of PDMS measured by gel permeation chromatography (GPC method) using polystyrene as a standard substance and tetrahydrofuran as an eluent, and the ratio of the oligomer of tetraalkoxysilane. Molar ratio calculated based on purity and average molecular weight.

さらに、本発明の縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーから得られる硬化体は、耐熱性、対候性に優れているため、200℃以上の耐熱領域や屋外暴露状態でも利用することができる。 Furthermore, the cured product obtained from the condensed organopolysiloxane prepolymer of the present invention is excellent in heat resistance and weather resistance, so that it can be used in a heat resistance range of 200° C. or higher and in outdoor exposure conditions.

また、弾性率については、アルコキシ基を有するシランオリゴマー(B)が硬化する際の架橋部位を減らすことで弾性率を下げることができる。例えば、硬化剤として、末端の全てがアルコキシ基ではなく、部分的にメチル基になっている硬化剤を用いることで、架橋部位を減らすことができる。より具体的には、例えば、硬化剤中のアルコキシ基の量を、縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーと硬化剤を含む混合物中の全エチルシリケート量の10重量%以下、好ましくは8重量%以下、より好ましくは1重量%以下に調整することによって、架橋部位を減らすことができる。 In addition, the elastic modulus can be lowered by reducing the number of crosslinked sites when the silane oligomer (B) having an alkoxy group is cured. For example, by using a curing agent whose terminals are not all alkoxy groups but partially methyl groups, the number of crosslinked sites can be reduced. More specifically, for example, the amount of alkoxy groups in the curing agent is 10% by weight or less, preferably 8% by weight or less, of the total amount of ethyl silicate in the mixture containing the condensed organopolysiloxane prepolymer and the curing agent, More preferably, by adjusting the content to 1% by weight or less, the number of crosslinked sites can be reduced.

本発明の縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーにカーボン等の導電材料を複合させることによって、伸縮性の電極や伸縮性の透明絶縁膜、伸縮性の電極塗料を作製することができる。 By compounding the condensed organopolysiloxane prepolymer of the present invention with a conductive material such as carbon, a stretchable electrode, a stretchable transparent insulating film, or a stretchable electrode paint can be produced.

以下実施例を用い、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例により何ら限定されるものではない。なお、実施例におけるPDMS中のトルエン含有量は、ガスクロマトグラフィーで測定した。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples. The toluene content in PDMS in the examples was measured by gas chromatography.

[実施例1~4]
[縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーの作製]
攪拌装置、温度計、滴下ラインを取り付けた反応容器に、窒素ガスを十分に充満させた。このとき、窒素ガスとして、窒素ガス製造装置(ジャパンユニックス社製UNX-200)によって製造したものを用いた。
[Examples 1 to 4]
[Preparation of condensed organopolysiloxane prepolymer]
A reactor equipped with a stirrer, a thermometer and a dropping line was sufficiently filled with nitrogen gas. At this time, nitrogen gas produced by a nitrogen gas production apparatus (UNX-200 manufactured by Japan Unix) was used.

次に、上記窒素ガスを十分に充満させた上記反応容器内に、両末端にシラノール基を有するPDMS(A)と、テトラアルコキシシランのオリゴマー(B)と、有機金属化合物(C)を表1の分量で投入し、均質になるまで撹拌した。オリゴマー(B)としては、エバポレータによる蒸留品(130℃2時間)を用いた。その後室温まで自然放冷し、縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーを得た。 Next, PDMS (A) having silanol groups at both ends, a tetraalkoxysilane oligomer (B), and an organometallic compound (C) were placed in the reaction vessel sufficiently filled with the nitrogen gas. and stirred until homogeneous. As the oligomer (B), a product distilled by an evaporator (130° C. for 2 hours) was used. After that, the mixture was naturally cooled to room temperature to obtain a condensed organopolysiloxane prepolymer.

使用した原料は次の通りであった。
両末端にシラノール基を有するPDMS(A):モメンティブ社製YF3057(数平均分子量(Mn)33,735、Mw/Mn=1.58)、NuSil社製PRO-2815(数平均分子量(Mn)56,000、Mw/Mn=1.91)。
テトラアルコキシシランのオリゴマー(B):エチルシリケートとして多摩化学工業社製エチルシリケート40(テトラエトキシシランの直鎖状4~6量体であるオリゴマー、平均分子量=745。アルコキシ基36wt%。130℃で2時間蒸留精製したもの)。
有機金属化合物(C):東京化成工業社製ジブチル錫ジラウレート。
The raw materials used were as follows.
PDMS (A) having silanol groups at both ends: Momentive YF3057 (number average molecular weight (Mn) 33,735, Mw / Mn = 1.58), NuSil PRO-2815 (number average molecular weight (Mn) 56 ,000, Mw/Mn=1.91).
Tetraalkoxysilane oligomer (B): Ethylsilicate 40 manufactured by Tama Kagaku Kogyo Co., Ltd. (tetraethoxysilane linear tetra- to hexa-mer oligomer, average molecular weight = 745, 36 wt% alkoxy groups, at 130°C purified by distillation for 2 hours).
Organometallic compound (C): Dibutyltin dilaurate manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.

[硬化剤の作成]
撹拌脱泡装置に装備できる密閉可能なプラスチック容器に、4~6量体のシリケートオリゴマー(実施例1,3:上記(B)と同じ多摩化学工業社製 エチルシリケート40;蒸留精製品。実施例2,4:信越化学工業株式会社製 X-40-9246、アルコキシ基13wt%)、2-エチルヘキサン酸亜鉛(日本化学産業社製 ニッカオクチックス亜鉛18%)、3-アミノプロピルトリエトキシシラン(信越化学工業株式会社製 KBE-903)を表1の分量で入れ、充分撹拌したところに、tert-ブチルアルコール(富士フイルム和光純薬社製)を表1の分量で添加し、さらに撹拌させたものを、硬化剤として使用した。
[Preparation of curing agent]
A tetra- to hexa-mer silicate oligomer (Ethyl Silicate 40 manufactured by Tama Kagaku Kogyo Co., Ltd., the same as (B) above) was placed in a sealable plastic container that can be equipped with a stirring and degassing device. 2, 4: X-40-9246 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., alkoxy group 13 wt%), zinc 2-ethylhexanoate (Nikka Octix zinc 18% manufactured by Nippon Kagaku Sangyo Co., Ltd.), 3-aminopropyltriethoxysilane ( KBE-903 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was added in the amount shown in Table 1 and sufficiently stirred, then tert-butyl alcohol (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added in the amount shown in Table 1 and further stirred. was used as the curing agent.

シリケートオリゴマーのアルコキシ基の含有率は、以下の方法で測定した。シリケートオリゴマーをアルミ製のカップに1.2~1.5g秤量して測定サンプルとした。定温乾燥機(アズワン製ONW-300)を用いて、測定サンプルを100℃で1時間(条件1)加熱し、シリケートオリゴマー中に含まれる溶剤(エタノールや水)を除去した。条件1の加熱後のサンプル重量(W)を測定した。その後、サンプルをさらに200℃で3時間(条件2)加熱し、シリケートオリゴマー中のアルコキシ基を反応・揮発させた。条件2の加熱後のサンプル重量(W)を測定した。条件2の加熱により、シリケートオリゴマーのアルコキシ基がすべて除去できたとして、アルコキシ基の含有率を下記の式より算出した。
アルコキシ基含有率(wt%)=[(W-W)/W]×100
The alkoxy group content of the silicate oligomer was measured by the following method. A measurement sample was prepared by weighing 1.2 to 1.5 g of silicate oligomer into an aluminum cup. Using a constant temperature dryer (ONW-300 manufactured by AS ONE), the measurement sample was heated at 100° C. for 1 hour (condition 1) to remove the solvent (ethanol or water) contained in the silicate oligomer. The sample weight (W 1 ) after heating under Condition 1 was measured. Thereafter, the sample was further heated at 200° C. for 3 hours (condition 2) to react and volatilize the alkoxy groups in the silicate oligomer. The sample weight (W 2 ) after heating under Condition 2 was measured. Assuming that all the alkoxy groups of the silicate oligomer could be removed by heating under Condition 2, the content of alkoxy groups was calculated from the following formula.
Alkoxy group content (wt%) = [(W2 - W1) / W1] x 100

[比較例1~2]
実施例1~4の両末端にシラノール基を有するPDMS(A)に代えて、両末端にシラノール基を有するPDMS(a):JNC社製FM9927A(数平均分子量(Mn)30,900、Mw/Mn=1.08)、モメンティブ社製XF3905(数平均分子量(Mn)20,000、Mw/Mn=1.48)を使用した以外は、実施例1~4と同様にして、縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーと硬化剤を作製した。各原料の分量は表2の通りであった。
[Comparative Examples 1 and 2]
Instead of PDMS (A) having silanol groups at both ends of Examples 1 to 4, PDMS (a) having silanol groups at both ends: JNC FM9927A (number average molecular weight (Mn) 30,900, Mw / Mn = 1.08) and XF3905 manufactured by Momentive (number average molecular weight (Mn) 20,000, Mw/Mn = 1.48) was used. A siloxane prepolymer and curing agent were prepared. The amount of each raw material was as shown in Table 2.

Figure 2022154044000001
Figure 2022154044000001

Figure 2022154044000002
Figure 2022154044000002

[縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマー硬化体(シート)の作成]
上記のプレポリマー(主剤)100重量部に硬化体10重量部を配合し、ゾルを作製した。得られたゾルをTPXフィルムに塗布し、150℃で2時間焼成した。得られた硬化体をTPXフィルムから剥離して、500μmのシートを得た。
[Preparation of condensed organopolysiloxane prepolymer cured body (sheet)]
10 parts by weight of the cured product was blended with 100 parts by weight of the above prepolymer (main agent) to prepare a sol. The resulting sol was applied to a TPX film and baked at 150° C. for 2 hours. The obtained cured body was peeled off from the TPX film to obtain a sheet of 500 μm.

[弾性率および伸び率の評価]
JIS K6251に準拠して引張試験を行い、シートの弾性率と伸び率の測定を行った。500μmのシートから試験用試料としてJIS K6251に規定されている7号ダンベル試験片を作製した。試験用試料を引張試験機((株)島津製作所製「オートグラフAG-I」)を用いて、初期Lを20mmに設定し、歪み速度100mm/分で引張試験を行い、その時の弾性率と、破断時の伸び率を測定した。
[Evaluation of elastic modulus and elongation]
A tensile test was performed according to JIS K6251 to measure the elastic modulus and elongation of the sheet. A No. 7 dumbbell test piece specified in JIS K6251 was prepared as a test sample from the 500 μm sheet. Using a tensile tester ("Autograph AG-I" manufactured by Shimadzu Corporation), the test sample was subjected to a tensile test with the initial L0 set to 20 mm and a strain rate of 100 mm / min. and the elongation at break was measured.

[弾性回復率の評価]
上記と同様に7号ダンベル試験片を作製し、弾性回復率を評価した。引張試験機((株)島津製作所製「オートグラフAG-I」)を用いて、初期Lを20mmに設定し、速度100mm/分にて、歪みが0%から100%となるまで伸長し、100%から0%となるまで収縮する伸縮サイクルを10サイクル行った。1回目の応力が発生した時の長さをL、10回目の応力が発生した長さをL10(mm)として、弾性回復率を下記の式から算出した。
弾性回復率(%)=[(L10-L)/A]×100 (式中のAは伸張長さ)
[Evaluation of elastic recovery rate]
A No. 7 dumbbell test piece was prepared in the same manner as above, and the elastic recovery rate was evaluated. Using a tensile tester ("Autograph AG-I" manufactured by Shimadzu Corporation), the initial L0 was set to 20 mm, and the strain was stretched from 0% to 100% at a speed of 100 mm/min. , 10 cycles of contraction from 100% to 0%. The elastic recovery rate was calculated from the following formula, with L 1 being the length when the first stress was generated and L 10 (mm) being the length when the 10th stress was generated.
Elastic recovery rate (%) = [(L 10 - L 1 ) / A] × 100 (A in the formula is the stretched length)

Figure 2022154044000003
Figure 2022154044000003

表3に示す結果から、本発明の縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーから得られた硬化体は、柔らかく、よく伸びて、弾性回復率が高いことがわかった。 From the results shown in Table 3, it was found that the cured product obtained from the condensed organopolysiloxane prepolymer of the present invention was soft, stretched well, and had a high elastic recovery rate.

[変更例]
上記実施例においては、これに限定されるものではなく、異なった種類、特性の有機金属化合物を使用してもよい。
[Change example]
The above examples are not limited to this, and organometallic compounds of different types and properties may be used.

以上に開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものである。

It should be considered that the embodiments and examples disclosed above are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the scope of the claims rather than the above-described embodiments and examples, and includes all modifications and variations within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims.

Claims (9)

下記(A)と、下記(A)1モルに対して1モルより多い量の下記(B)とを縮合反応させることによって調製された縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマー。
(A)両末端にシラノール基を有するポリジメチルシロキサンであって、分子量(Mn)が30,000以上であり、分子量分布指数(Mw/Mn;Mwは重量平均分子量,Mnは数平均分子量)が1.3以上であるもの。
(B)テトラアルコキシシランのオリゴマー、および/または、前記オリゴマーの完全または部分加水分解物または縮合物。
A condensed organopolysiloxane prepolymer prepared by subjecting (A) below to a condensation reaction with (B) below in an amount greater than 1 mol per 1 mol of (A) below.
(A) Polydimethylsiloxane having silanol groups at both ends, having a molecular weight (Mn) of 30,000 or more, and having a molecular weight distribution index (Mw/Mn; Mw is the weight average molecular weight and Mn is the number average molecular weight) 1.3 or more.
(B) Oligomers of tetraalkoxysilanes and/or complete or partial hydrolysates or condensates of said oligomers.
前記(A)は数平均分子量(Mn)が70,000以下である、請求項1に記載の縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマー。 2. The condensed organopolysiloxane prepolymer according to claim 1, wherein (A) has a number average molecular weight (Mn) of 70,000 or less. 前記(B)は、直鎖状で4量体~10量体であり、アルコキシ基としてメトキシ基またはエトキシ基を有する、請求項1または請求項2に記載の縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマー。 3. The condensed organopolysiloxane prepolymer according to claim 1, wherein (B) is a linear tetramer to decamer and has a methoxy group or an ethoxy group as an alkoxy group. 前記(B)が、前記(A)1モルに対して1モルより多く2モル以下配合されている、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマー。 4. The condensed organopolysiloxane prepolymer according to any one of claims 1 to 3, wherein (B) is blended in more than 1 mol and 2 mol or less per 1 mol of (A). . 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーを含む、電極材料。 An electrode material comprising the condensed organopolysiloxane prepolymer according to any one of claims 1 to 4. 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーを含む、絶縁材料。 An insulating material comprising the condensed organopolysiloxane prepolymer of any one of claims 1-4. 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーの硬化体。 A cured product of the condensed organopolysiloxane prepolymer according to any one of claims 1 to 4. 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の縮合型オルガノポリシロキサンプレポリマーと硬化剤とを含む混合物を硬化させた硬化体であって、前記硬化剤は、アルコキシ基を、前記混合物中のエチルシリケートの10重量%以下含む、請求項7に記載の硬化体。 A cured product obtained by curing a mixture containing the condensed organopolysiloxane prepolymer according to any one of claims 1 to 4 and a curing agent, wherein the curing agent comprises an alkoxy group, the 8. The cured body according to claim 7, containing 10% by weight or less of ethyl silicate in the mixture. 弾性率が1.5MPa・s以下、伸び率が200%以上、かつ、弾性回復率が90%以上である、請求項7または請求項8に記載の硬化体。

9. The cured body according to claim 7, which has an elastic modulus of 1.5 MPa·s or less, an elongation of 200% or more, and an elastic recovery rate of 90% or more.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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