JP3569937B2

JP3569937B2 - 光硬化及び湿気硬化し得るシリコーン組成物

Info

Publication number: JP3569937B2
Application number: JP31397693A
Authority: JP
Inventors: 修原
Original assignee: Three Bond Co Ltd
Current assignee: Three Bond Co Ltd
Priority date: 1993-11-22
Filing date: 1993-11-22
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2019-09-29
Also published as: JPH07145323A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、光硬化及び湿気硬化し得るシリコーン組成物に関し、特に密閉条件下での保存安定性に優れ、且つ被着体との接着性に優れた光硬化及び湿気硬化し得るシリコーン組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコーンは、柔軟な硬化物とその弾性に富んだ性能を活かして耐衝撃性、耐振動性、耐熱応力性など産業的利用価値の高い物質である。
【０００３】
しかし、従来の一液のシリコーンは湿気により縮合反応して硬化するため、完全硬化するのにかなりの時間を要し、そのため近年では光照射にて硬化するシリコーンが開発されている。
【０００４】
例えば、末端シラノールオルガノポリシロキサンをアミノアルコキシランで処理し、末端をアミノ基に変えてグリシジル（メタ）アクリレートを付加させて光硬化可能にしたものがある（特開昭５５−１１２２６２号）。
【０００５】
また、この改良法としてアミノ基側鎖のシリコーンオイルとビニル基含有イソシアネートを反応させる方法が提案されており（特開昭６１−１４５２２７号）、更に特公平５−２５９０７号では光硬化性オルガノポリシロキサン組成物の接着性付与剤としてアミノシランカップリング剤が提案されている。
【０００６】
これら光硬化性シリコーン組成物には反応性、取扱上種々の問題があるが、最大の問題点は、光照射のできない部分や光が届かない部分ところでは硬化しないという問題がある。
【０００７】
上記の問題を解決する方法として、従来から空気中の水分と接触することにより室温でエラストマー状になる室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物として種々のタイプのものが公知であるが、取り分けアルコールやアセトンを放出して硬化するタイプのものは不快臭がないこと、金属類を腐食しないなどの特徴のため、電機・電子機器等のシーリング用、接着用、コーティング用に好んで使用されている。
【０００８】
このタイプの代表例として特開昭５５−４３１１９号にはアルコキシシリル末端封鎖オルガノポリシロキサンとアルコキシシランとアルコキシチタンからなる組成物が開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようと問題点】
しかし、これらの組成物には微量の未反応シラノール基末端オルガノポリシロキサンオイルや副生するアルコールが残存するため、密封条件下での保存安定性や湿気硬化性、接着性に問題があった。
【００１０】
このため、特公平４−１３３８２号ではヘキサメチルシラザンなどのアミノシラン化合物や特公平３−２０１４９号ではアミドシラン化合物などのシランスカンベンジャーや特公平４−５５４５８号ではカルボン酸のアルケニルエステルやラクトン、有機イソシアネート及び無水カルボン酸などの有機スカベンジャーが提案されている。
【００１１】
また、特開昭６１−２４７７５６号にはアルコキシシリル末端封鎖オルガノポリシロキサンとアルコキシシランと表面処理されたシリカやチタンキレート触媒からなる組成物が提案されているが、何れも被着体との接着性に問題がある。
【００１２】
一方、特開昭６１−２７６８１０号には光硬化性と湿気硬化性の二つの硬化性を有するシリコーン組成物が例示されているが、これについても系内に微量の未反応シラノール基末端オルガノポリシロキサンオイルが残っているため、同様に密閉条件下での保存安定性や湿気硬化性や被着体との接着性に問題がある。
【００１３】
また、湿気硬化性シリコーン組成物の接着性付与剤として広く知られているアミノシランカップリング剤はアクリル基とマイケル付加反応して、光硬化性や接着性が低下するなどの問題がある。
【００１４】
そこで、この発明では光硬化性と湿気硬化性の二つの硬化性を有するシリコーン組成物において、密閉条件下での保存安定性に優れ、且つ被着体との接着性に優れた光硬化性や湿気硬化性を持つ製造容易で、取扱性が良好なシリコーン組成物を提供することを目的とする。
【００１５】
【問題点を解決するための手段】
この発明では、以上の問題点を解決するために鋭意検討した結果、分子両末端にビニル基と分子内に加水分解性シリコーン基を有するオルガノポリシロキサンと光重合触媒及び湿気硬化触媒からなる光硬化及び湿気硬化し得るシリコーン組成物にイソシアネート基含有化合物を使用することにより、保存安定性と被着性に優れた光硬化及び湿気硬化し得るシリコーン組成物を見出したものである。
【００１６】
即ち、この発明によればシリコーン組成物中にイソシアネート基含有化合物を添加することにより、系内に残存する微量の未反応シラノール基末端オルガノポリシロキサンオイルをイソシアネート基含有化合物で封鎖し、密封条件下での保存安定性や湿気硬化性、接着性を改良した。
【００１７】
また、未反応シラノール基末端オルガノポリシロキサンオイルとイソシアネートプロピルトリメトキシシランで封鎖した化合物は、湿気で加水分解して、３−アミノプロピルトリメトキシシランとなり、被着体との接着付与剤となり、接着性を向上させることができ、一方光硬化性はアミノ基が保護されているので影響がない。
【００１８】
（イ）下記一般式
【化１】

【００１９】
（式中Ｒ^１、Ｒ^６は二価の炭化水素基、Ｒ^２は一価の炭化水素基、Ｒ^３、Ｒ^５は水素又は一価の炭化水素基、Ｒ^４は水素又はカルボキシル基、Ｘは水酸基又は加水分解可能な基を表し、ｌは０〜４の整数、ｍは１０〜１００００の整数、ｋは０又は１、ａは０又は１である）
で示されるオルガノポリシロキサン１００重量部
【００２０】
（ロ）下記一般式
【化２】

【００２２】
（式中Ｒ^７、Ｒ^８は一価の炭化水素基、Ｒ^９は二価の炭化水素基、ｂは０〜２、ｃは０〜３である）で示される分子中に１個以上のイソシアネート基を有するシ
ラン化合物０．１〜２０重量部
【００２３】
（ハ）光硬化触媒 0.01〜10重量部
（二）湿気硬化触媒 0.01〜10重量部
【００２４】
（イ）成分としてのオルガノポリシロキサンを示す上記式中、Ｒ^１、Ｒ^６で示される二価の炭化水素基としてはメチレン基、エチレン基、プロピレン基などのアルキレン基、フェニレン基などのアリーレン基などが例示される。
【００２５】
また、Ｒ^２で示される一価の炭化水素基及びＲ^３、Ｒ^５で示される水素又は一価の炭化水素基としてはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などのアルキル基、ビニル基、アリル基などのアルケニル基、ベンジル基、置換アルキル基（イソボルニルアルキル基、ジシクロペンテニルアルキル基など）、或はこれらの基の水素原子が部分的にハロゲン原子などで置換された基等が例示され、Ｒ^４は水素又はカルボキシル基が例示される。
【００２６】
更に、Ｘで示される加水分解可能な基としてはメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基などのアルコキシ基又はオキシム基、アミノキシ基、プロペノキシ基、アセトキシ基などが例示される。
【００２７】
このようなオルガノシロキサンは従来より知られている方法、例えば下式
【化４】

【００２８】
（式中、Ｒ^２は一価の炭化水素基、ｎは正の整数を表す）で示される分子鎖両末端が水酸基で封鎖されたジオルガノポリシロキサンと１分子中に加水分解基を２個又は３個有し、他の反応基としてアミノ基を有する反応性シラン化合物とを触媒の不在又は存在下で反応させることにより合成することができる。
【００２９】
ここで使用される触媒としてはアミン、カルボン酸及び亜鉛、錫、鉄等の金属カルボン酸塩等がある。
【００３０】
縮合反応におけるアミノ基を有するアルコキシシラン化合物／ＳｉＯＨのモル比は少なくとも１、好ましくは１〜１０の範囲を使用し、室温から１５０ ℃の温度下で反応することができる。
【００３１】
また、本質的に必要でないが、副生物のアルコールは除去することが好ましく、更に２級アミノ基とすることで１級アミノ基より分子間の水素結合が低下して、粘度が低下する効果がある。
【００３２】
上記反応に用いられる反応性シラン化合物としては、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、（β−アミノエチル）−γ―アミノプロピルトリアルコキシシラン、（γ−アミノプロピル）−β−アミノエチルトリアルコキシシラン、（γ−アミノプロピル）−γ−アミノプロピルトリアルコキシシラン、アミノプロピルトリアルコキシシラン、アミノプロピルメチルジアルコキシシランなどの１級アミノのシラン化合物及びＮ−ベンジルアミノプロピルトリメトキシシランなどの２級アミノのシラン化合物が例示される。
【００３４】
また、通常上記アミノ基含有オルガノポリシロキサンに光硬化性のアクリル基を導入する場合、例えばアミノ基に（メタ）アクリル基含有イソシアネートを反応させることによって得られる。
【００３５】
（メタ）アクリル基含有イソシアネートは１分子中に光硬化官能基であるビニル基を少なくとも１つと、更にアミノ基との反応用の官能基としてのイソシアネート基を持つ化合物であり、具体的にはメタクリロイルイソシアネート、２−イソシアネートエチルメタクリレート等が例示される。
【００３７】
付加反応は通常アミノ基含有オルガノポリシロキサンのアミノ基と（メタ）アクリル基含有イソシアネートなどが十分反応する量関係で両者を混合することによって行われ、通常前者を１モルに対して後者を２モル以上添加し、室温から１５０℃前後といった加熱下に反応させる。
【００３８】
（イ）成分の２５℃での粘度は１０ｍＰａ・ｓ〜１０００Ｐａ・ｓの範囲であり、これは１０ｍＰａ・ｓより小さいと硬化後エラストマーに優れた物理的性質、特に柔軟性と高い伸びを与えることができないためであり、また１０００Ｐａ・ｓより大きいと組成物の粘度が高くなり、施工時の作業性が著しく悪くなるためであり、従ってより好ましくは１００ｍＰａ・ｓ〜５００Ｐａ・ｓの範囲である。
【００３９】
次にこの発明において使用される（ロ）成分としては、本組成物の保存安定性向上剤及び接着性付与剤として作用し、組成物の保存性と硬化物の接着性を良好にするための成分である。
【００４０】
一般式
【化２】

【００４２】
（式中、Ｒ^７はＲ^８又は一価炭化水素基、Ｒ^９は二価炭化水素基、ｂは０〜２、ｃは０〜３）で示される分子中に１個以上のイソシアネート基を有するシラン化合物であり、これらは単独で用いても良く、また２種以上を混合しても良い。
【００４３】
（ロ）成分の添加量は、（イ）成分１００重量部に対し通常０．１〜２０重量部の範囲であり、好ましくは１〜１０重量部の範囲であり、添加量かこれより少な過ぎると組成物が１包装化して保存中に増粘・ゲル化し易くなり、接着性が無くなり、またこれより多過ぎると硬化が遅くなったり、経済的に不利益となる。
【００４４】
また、この発明組成物に加える（ロ）成分の分子中に１個以上のイソシアネート基を有するシラン化合物は、それぞれ公知のものを用いることができ、具体的には３−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、３−イソシアネートプロピルメチルジメトキシシラン、３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、３−イソシアネートプロピルメチルジエトキシシランなどが挙げられる。
【００４６】
この発明組成物に加える（ニ）成分の湿気硬化触媒は、それぞれ公知のものを用いることができ、具体的には鉛−２−エチルオクトエート、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジラウレート、ブチル錫トリ−２−エチルヘキソエート、ジブチル錫ジメトキシド、鉄−２−エチルヘキソエート、コバルト−２−エチルヘキソエート、マンガン−２−エチルヘキソエート、亜鉛−２−エチルヘキソエート、カプリル酸第１錫、ナフテン酸錫、オレイン酸錫、ブチル酸錫、ナフテン酸錫、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、ステアリン酸亜鉛などの有機酸カルボン酸の金属鉛；テトラブチルチタネート、テトラ−２−エチルヘキシスチタネート、トリエタノールアミンチタネート、テトラ（イソプロペニルオキシ）チタネート、ジイソプロポキシビス（アセト酢酸エチル）チタン、ジイソプロポキシビス（アセチルアセトン）チタンなどの有機チタン酸エステル；オルガノシロキシチタン、β−カルボニルチタンなどの有機チタン化合物；アルコキシアルミニウム化合物；ベンジルトリエチルアンモニウムアセテートなどの第４級アンモニウム塩；酢酸カリウム、酢酸ナトリウム、しゅう酸リチウムなどのアルカリ金属の低級脂肪酸；ジメチルヒドロキシアミン、ジエチルヒドロキシアミンなどのジアルキルヒドロキシアミン；などが挙げられる。
【００４７】
この湿気硬化触媒の使用量は、オリゴマー総重量に対して０．０１〜１０重量部、特に０．１〜５重量部が好ましく、添加量がこれより少な過ぎると本組成物の硬化が遅くなり、これより多過ぎると硬化が早過ぎて、保存安定性が悪くなる。
【００４８】
光重合触媒としては、アセトフェノン、プロピオフェノン、ベンゾフェノン、キサントール、フルオレイン、ベンズアルデヒド、アンスラキノン、カンファーキノン、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、トリフェニルアミン、カルバゾール、３−メチルアセトフェノン、４−メチルアセトフェノン、３−ペンチルアセトフェノン、４−メトキシアセトフェノン、２，２−ジエトキシアセトフェノン、３−ブロモアセトフェノン、ｐ−ジアセチルベンゼン、３−メトキシベンゾフェノン、４−アリルアセトフェノン、４−メチルベンゾフェノン、４−クロロ−４’−ベンジルベンゾフェノン、３−クロロキサントーン、３，９−ジクロロキサントーン、３−クロロ−８−ノニルキサントーン、ベンゾイル、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインブチルエーテル、ビス（４−ジメチルアミノフェニル）ケトン、ベンジルメトキシケタール、メチルベンゾイルホーメート、２−クロロチオキサントーンなどが挙げられる。
【００４９】
なお光硬化触媒の添加量は系が僅かに光感応化するだけで良いので、この組成物に存在する上記（イ）オルガノポリシロキサン 100 重量部に対して0.01〜10重量部の範囲にすればよい。
【００５０】
この発明の組成物は基本的には上記成分からなるが、更に必要に応じて、硬化前の流れ特性を改善し、硬化後のゴム状弾性体に必要な機械的性質を付与するために、微粉末状の無機質充填剤を添加することもできる。
【００５１】
この無機質充填剤としてはヒュームドシリカ、石英微粉末、炭酸カルシウム、煙霧質二酸化チタン、けいそう土、水酸化アルミニウム、微粒子状アルミナ、マグネシア、酸化亜鉛、炭酸亜鉛、及びこれらをシラン類、シラザン類、低重合度シロキサン類、有機化合物などを表面処理したものなどが例示できる。
【００５２】
更に、この発明の組成物には有機溶剤、防黴剤、難燃剤、可塑剤、導電性付与剤、チクソ性付与剤、接着付与剤、硬化促進剤、顔料などを添加することができる。
【００５３】
また、ラジカル重合開始剤として光開始剤だけでなく、熱重合開始剤やレゾックス重合開始剤などを併用して、熱重合、レドックス重合などを付加することができる。
【００５４】
そして、更に粘度調節のために、ジメチルシリコーンオイルや反応性希釈剤を添加しても良い、この反応性希釈剤としては不飽和（ビニル二重結合）基を含有する加水分解可能な基を含有する化合物等であり、具体的にはアクリル酸、メタクリル酸、イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、フェノキシエチルアクリレートなどの（メタ）アクリル酸エステル類、３−（メタ）アクリロイルプロピルトリメトキシシラン、３−（メタ）アクリロイルプロピルジメトキシメチルシラン、ビニルトリメトキシシラン、
【００５５】
【化７】

などの不飽和基と加水分解可能な基を含有する化合物や、
【００５６】
【化８】

などのシランカップリング剤を例示できる。
【００５７】
【実施例】
以下、この発明の実施例を示すと、
製造例１
末端シラノールポリジメチルシロキサン（分子量２００００）１０００ｇに３−アミノプロピルトリメトキシシラン２０．０ｇを加えて、窒素置換中にて１００ ℃２時間撹拌反応する。その後真空に引き過剰な副生物のメタノールを取り除く。これにメタクリロイルイソシアネート１２．４ｇを加え、窒素置換中にて５０℃で１時間反応して、粘度７Ｐａ・ｓの末端メタクリレートポリジメチルシロキサンが得られた。
【００５８】
製造例２
末端シラノールポリジメチルシロキサン（分子量３００００）１０００ｇに３−アミノプロピルトリメトキシシラン１３．３ｇを加えて、窒素置換中にて１００ ℃２時間撹拌反応する。その後真空に引き過剰な副生物のメタノールを取り除く。これに２−イソシアネートエチルメタクリレート１１．５ｇを加え、窒素置換中にて５０℃で１時間反応して、粘度５０Ｐａ・ｓの末端メタクリレートポリジメチルシロキサンが得られた。
【００５９】
製造例３
末端シラノールポリジメチルシロキサン（分子量２００００）１０００ｇにＮ−ベンジルアミノプロピルトリメトキシシラン３０ｇを加えて、窒素置換中にて１００ ℃２時間撹拌反応する。その後真空に引き過剰なＮ−ベンジルアミノプロピルトリメトキシシランと留出するメタノールを取り除く。これに２−イソシアネートエチルメタクリレート１７．３ｇを加え、窒素置換中にて５０℃で１時間反応して、粘度３Ｐａ・ｓの末端メタクリレートポリジメチルシロキサンが得られた。
【００６０】
製造例４
末端シラノールポリジメチルシロキサン（分子量３００００）１０００ｇにＮ−ベンジルアミノプロピルトリメトキシシラン２０ｇを加えて、窒素置換中にて１００ ℃２時間撹拌反応する。その後真空に引き過剰なＮ−ベンジルアミノプロピルトリメトキシシランと留出するメタノールを取り除く。これに２−イソシアネートエチルメタクリレート１１．５ｇを加え、窒素置換中にて５０℃で１時間反応して、粘度２０Ｐａ・ｓの末端メタクリレートポリジメチルシロキサンが得られた。
【００６１】
実施例１
製造例３で得られた樹脂100gにイソシアネートを有するシラン化合物として３−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン4gと光硬化触媒として１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン1gを加え、窒素置換中にて均一になるまで攪拌混合する。更に、湿気硬化触媒としてジブチルスズジメトキシド0.2gを加え、湿気及び紫外線硬化性シリコーン組成物を得た。
【００６２】
実施例２
製造例４で得られた樹脂１００ｇにジメチルジクロロシランで表面処理された乾式シリカ１０ｇとイソシアネートを有するシラン化合物として３−イソシアネートプロピルジメトキシメチルシラン４ｇと光硬化触媒として１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン１ｇを加え、窒素置換中にて均一になるまで攪拌混合する。更に、湿気硬化触媒ジブチルスズジメトキシド０．２ｇを加え、湿気及び紫外線硬化性シリコーン組成物を得た。
【００６３】
参考例１
製造例１で得られた樹脂１００ｇにジメチルジクロロシランで表面処理された乾式シリカ１０ｇとイソシアネートを有するシラン化合物としてメチルトリイソシアネートシラン２ｇと光硬化触媒として１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン１ｇを加え、窒素置換中にて均一になるまで攪拌混合する。更に、湿気硬化触媒としてジブチルスズジオクテート０．５ｇを加え、湿気及び紫外線硬化性シリコーン組成物を得た。
【００６４】
参考例２
製造例２で得られた樹脂100gにジメチルジクロロシランで表面処理された乾式シリカ5gとイソシアネートを有するシラン化合物としてテトライソシアネートシラン2gと光硬化触媒としてジメトキシアセトフェノン1gを加え、窒素置換中にて均一になるまで攪拌混合する。更に、湿気硬化触媒としてジブチルスズジオクテート0.5gを加え、湿気及び紫外線硬化性シリコーン組成物を得た。
【００６５】
比較例１〜４
実施例１〜２、参考例１〜２のイソシアネートを有するシラン化合物を除く以外は、実施例、参考例と同様に行った。
【００６６】
これら実施例、参考例、比較例で得られた樹脂を製造直後と７０℃で７日間の熱安定性試験を行った後、深さ５ｍｍ×１５０ｍｍ×１５０ｍｍの容量を満たし、４ＫＷ高圧水銀灯で１５０ｍＷ／ｃｍ^２×２０秒照射したところ硬化が起こった。この紫外線硬化物の硬度（ＪＩＳ硬度Ａ）、引張強度、伸び率を測定した。
【００６７】
また、紫外線硬化物を更に湿気硬化させるため、温度２５℃、湿度６０％の雰囲気下に７日間放置後、硬度（ＪＩＳ硬度Ａ）、引張強度、伸び率、剪断接着強度を測定した。
【００６８】
また、紫外線未照射の湿気硬化物は温度２５℃、湿気６０％の雰囲気下に７日間放置後、硬度（ＪＩＳ硬度Ａ）引張強度、伸び率、剪断接着強度を測定した。その結果を下記の表１、表２に示す。
【００６９】
【表１】

【００７０】
【表２】

【発明の効果】
以上要するに、この発明によれば分子両末端にビニル基と分子中に加水分解性珪素基を有するオルガノポリシロキサンと光重合触媒及び湿気硬化触媒からなる光硬化及び湿気硬化し得るシリコーン組成物にイソシアネート基含有化合物を使用することによって、保存安定性と被着体との接着性に優れた光硬化及び湿気硬化し得るシリコーン組成物を得ることができる。

Claims

（イ）下記一般式

（式中、Ｒ^１、Ｒ^６は二価の炭化水素基、Ｒ^２は一価の炭化水素基、Ｒ^３、Ｒ^５は水素又は一価の炭化水素基、Ｒ^４は水素又はカルボキシル基、Ｘは水酸基又は加水分解可能な基を表し、ｌは０〜４の整数、ｍは10〜10000の整数、ｋは０又は１、ａは０又は１である）で示されるオルガノポリシロキサン 100重量部
（ロ）下記一般式

（式中Ｒ^７、Ｒ^８は一価の炭化水素基、Ｒ^９は二価の炭化水素基、ｂは０〜２、ｃは０〜３である）で示される分子中に１個以上のイソシアネート基を有するシラン化合物 0.1 〜20重量部
（ハ）光硬化触媒 0.01 〜 10 重量部
（ニ）湿気硬化触媒 0.01〜10重量部
からなる光硬化及び湿気硬化しうるシリコーン組成物。