JP3772989B2 - 硬化性組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、縮合反応硬化型の硬化性組成物に関し、フッ素変性シリコーンゴムを与えるものである。
従来、末端にSi−OH基を有するオルガノポリシロキサンをベースポリマーとし、これにビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリイソプロペノキシシラン等の加水分解性基を有するケイ素化合物を架橋剤として配合した縮合反応硬化型のシリコーンゴム組成物は、種々の用途に使用されている。この種の硬化性シリコーンゴム組成物は、架橋剤のSi−X基(Xはアセトキシ基、イソプロペノキシ基)とベースポリマーの末端のSi−OH基とが縮合反応してシロキサン結合を形成し、次いで雰囲気中の水分の作用により過剰のSi−X基が加水分解縮合することにより硬化する(1液タイプ)。ここでベースポリマーの末端のSi−OH基と当量の架橋剤を使用すれば、Si−OH基とSi−X基との縮合反応のみで硬化させることもできる(2液タイプ)。この場合は雰囲気中の水分は特に必要としない。
一方、フッ素化ポリエーテルの末端にSi−OCH3基を導入したタイプのベースポリマー(オイル状)を用いた縮合反応硬化型のフッ素変性シリコーンゴム組成物も知られている(特開平6−234923号公報)。これは、下記式の化合物を主成分とし、雰囲気中の水分によるSi−OCH3基の加水分解縮合により硬化するものである。このフッ素変性シリコーンゴムは、従来のジメチルポリシロキサンを主成分とするシリコーンゴムに比較して、耐溶剤性、耐薬品性及び耐汚染性に特に優れた特性を持っているが、フッ素含有率の高いポリマーであるために水分透過性が低く、しかも硬化するためには雰囲気中の水分を必要とすることから、深部まで硬化するのに長時間を要するという欠点がある。
Figure 0003772989
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、室温で硬化可能な、硬化反応に水分を必要としない縮合反応硬化型硬化性組成物(フッ素変性シリコーンゴム組成物)を提供することを目的とする。
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、両末端にエチレン性不飽和基を有するフッ素化ポリエーテルと、一分子中に2個以上のSi−H基を有する有機ケイ素化合物とを触媒の存在下で付加反応(ヒドロシリル化反応)させることにより、両末端にSi−H基を有するフッ素化ポリエーテルが得られ、更に、この両末端にSi−H基を有するフッ素化ポリエーテルとH2Oとを触媒の存在下に脱水素反応させて、Si−H基をSi−OH基に変換させることにより、あるいは両末端にエチレン性不飽和基を有するフッ素化ポリエーテルと、一分子中にSi−H基及びSi−X基(Xは加水分解性基)をそれぞれ有する有機ケイ素化合物とを付加反応させて、両末端にSi−X基を有するフッ素化ポリエーテルを得、次いで加水分解を行ってSi−X基をSi−OH基に変換させることにより、両末端にSi−OH基を有する新規なフッ素化ポリエーテルが得られること、そしてこの新規なフッ素化ポリエーテルをフッ素変性シリコーンゴム組成物のベースポリマーとして用いた場合、水分を必要としなくとも硬化する、深部硬化性に優れたフッ素変性シリコーンゴム組成物が得られることを見出し、本発明に到達した。
即ち、本発明は、
〔A〕下記一般式(1)で示される含フッ素有機ケイ素化合物
〔B〕下記一般式6)又は(7)で示される有機ケイ素化合物
〔C〕縮合促進剤
を含有してなることを特徴とする硬化性組成物
を提供する。
Figure 0003772989
Figure 0003772989
本発明の硬化性組成物は、水分が存在しなくとも室温で硬化し、深部硬化性に優れたものである。
以下、本発明について更に詳しく説明する。
〔A〕含フッ素有機ケイ素化合物
本発明の〔A〕成分の含フッ素有機ケイ素化合物は、上記一般式(1)で表わされるように、両末端にSi−OH基を有するフッ素化ポリエーテルである。
上記一般式(1)において、Rfは2価のフッ素化ポリエーテル基であり、例えば下記一般式:
−(Rf’−O)q
(但しRf’は炭素数1〜6、特に1〜3の直鎖状又は分岐状のパーフルオロアルキレン基、qは2〜200、好ましくは2〜150、更に好ましくは2〜100の整数である。)
で示されるものを挙げることができる。ここで−(Rf’−O)−で示される繰り返し単位としては、例えば−CF2O−、−CF2CF2O−、−CF2CF2CF2O−、−C(CF3)FCF2O−、−CF2CF2CF2CF2O−、−CF2CF2CF2CF2CF2CF2O−、−C(CF32O−等を挙げることができるが、中でも好ましいものは−CF2O−、−CF2CF2O−、−CF2CF2CF2O−、−C(CF3)FCF2O−である。なお、上記パーフルオロポリエーテル構造は、これらの−(Rf’−O)−で示される繰り返し単位の1種単独で構成されていても、あるいは2種以上の組み合わせで構成されていてもよい。
Figure 0003772989
一般式(1)において、R1は2価の有機基であり、特に、結合途中に酸素原子、窒素原子、ケイ素原子及びイオウ原子の1種又は2種以上を介在してもよいし、アミド結合又はスルホンアミド結合を含有してもよい、置換又は非置換の2価炭化水素基であるが、この2価炭化水素基としては、炭素数2〜20のものが好ましい。ここで、酸素原子、窒素原子、ケイ素原子又はイオウ原子を介在せず、かつアミド結合又はスルホンアミド結合を含有しない、置換又は非置換の2価炭化水素基の具体例としては、エチレン基、プロピレン基、メチルエチレン基、ブチレン基、ヘキサメチレン基等のアルキレン基;シクロヘキシレン基等のシクロアルキレン基;フェニレン基、トリレン基、キシリレン基、ナフチレン基、ビフェニレン基等のアリーレン基;これらアルキレン基とアリーレン基との組み合わせ;及びこれらアルキレン基及びアリーレン基の水素原子の一部又は全部がハロゲン原子で置換された基が挙げられる。
上記2価炭化水素基において、酸素原子は−O−として、窒素原子は−NR−(Rは水素原子又は炭素数1〜10のアルキル基又はアリール基)又は−N=として、ケイ素原子は−SiR’R”−(R’、R”は各々炭素数1〜10のアルキル基又はアリール基)として、イオウ原子は−S−として介在することができる。また、アミド基は−CONR−(Rは上記と同じ)として、またスルホンアミド基は−SO2NR−(Rは上記と同じ)として介在することができる。このような結合途中に酸素原子、窒素原子、ケイ素原子又はイオウ原子が介在するか、あるいはアミド結合又はスルホンアミド結合を含有する2価炭化水素基の具体例としては、下記のものが挙げられる。なお、下記式でMeはメチル基、Phはフェニル基であり、また下記の各式において左側にRf基、右側にZ基が結合する。
Figure 0003772989
次に、一般式(1)において、Zは上記一般式4)で示される基である。
上記一般式4)において、R2、R3 同一又は異種の1価の有機基であ
上記R2、R3 有機基としては、置換又は非置換の1価炭化水素基が挙げられ、これは特に炭素数1〜12のものが好ましく、その具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基等のシクロアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等のアラルキル基;及びこれらの基の水素原子の一部又は全部をフッ素、塩素、臭素等のハロゲン原子等で置換したクロロメチル基、ブロモエチル基、クロロプロピル基、トリフルオロプロピル基、3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシル基等が挙げられる。
上記式(1)の含フッ素有機ケイ素化合物は、例えば下記反応式に示すように、両末端にエチレン性不飽和基を有するフッ素化ポリエーテル化合物のエチレン性不飽和基(CH2=CH−)と、一分子中に2個以上のSi−H基を有するシラン又はシロキサン化合物、又はSi−H基と加水分解性シリル基(Si−X基;Xはハロゲン原子、アルコキシ基等の加水分解性基)とを有するシラン又はシロキサン化合物のSi−H基とを白金化合物等の付加反応用触媒の存在下で付加反応(ヒドロシリル化反応)させて、両末端にSi−H基又はSi−X基を有するフッ素化ポリマーを製造し、次いでこの両末端にSi−H基又はSi−X基を有するフッ素化ポリマーを触媒の存在下に脱水素化反応させる又は加水分解させることにより、両末端にSi−OH基を有する式(1)の化合物を得ることができる。
Figure 0003772989
また、上記の反応において、付加反応、脱水素反応、加水分解反応は常法によって行うことができる。
〔B〕有機ケイ素化合物
本発明の〔B〕成分の有機ケイ素化合物は、上記一般式6)又は(7)で表わされるように、水分を必要とせずにSi−OH基と縮合反応するSi−OY基を分子中に2個以上有する化合物である。
ここで、各式中、Yは下記に示す基から選ばれる1価の有機基であり、いずれもSi−OY基としてSi−OH基と縮合反応するものである。
Figure 0003772989
また、各式中、R5は1価の有機基であり、これは置換又は非置換の1価炭化水素基、特に炭素数1〜12のものが好ましく、その具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基等のシクロアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等のアラルキル基;ビニル基、アリル基、プロペニル基、ブテニル基等のアルケニル基;及びこれらの基の水素原子の一部又は全部をフッ素、塩素、臭素等のハロゲン原子等で置換したクロロメチル基、ブロモエチル基、クロロプロピル基、トリフルオロプロピル基、3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシル基等が挙げられる。
更に、R5は下記一般式(8)
Rf2−R1− …(8)
で示されるものでもよい。ここで、式(8)中、Rf2は1価のフッ素化ポリエーテル基であり、上記Rfの片末端がCF3O−、CF3CF2O−、CF3CF2CF2O−、(CF32CFO−、CF3CF2CF2CF2O−等で封鎖された構造のものが例示される。R1は上記の通りの意味を有する。
なお、式(6)において、Rf、R1は前記の通りであり、また、各式において、は1,2又は3、gは2又は3である。
上記〔B〕成分の有機ケイ素化合物は、架橋剤として機能するもので、1種単独で用いてもよく、又は2種以上を同時に用いてもよい。〔A〕成分と〔B〕成分の配合量比は、〔A〕成分中のSi−OH基のモル量と〔B〕成分中のSi−OY基のモル量との比が、Si−OY/Si−OH=0.2〜5.0、好ましくは0.5〜3.0となるようにすればよい。
〔C〕縮合促進剤
本発明の〔C〕成分の縮合促進剤は、上記Si−OH基とSi−OY基の縮合反応を促進する作用を有するものである。この促進剤としては、例えば、鉛−2−エチルオクトエート、ジブチルスズジメトキシド、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジラウレート、ブチルスズトリ−2−エチルヘキソエート、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スズ、ナフテン酸スズ、オレイン酸スズ、ブチル酸スズ、ナフテン酸チタン、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、ステアリン酸亜鉛、トリフルオロ酢酸アンモニウム塩、トリフルオロ酢酸−ジエチルアミン塩等の有機カルボン酸の金属塩又はアミン塩;パラトルエンスルホン酸、トリフルオロ酢酸、トリクロロ酢酸、ピクリン酸などの有機酸;テトラブチルチタネート、テトラ−2−エチルヘキシルチタネート、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)チタネート等の有機チタン酸エステル;オルガノシロキシチタン、β−カルボニルチタン等の有機チタン化合物;アルコキシアルミニウム化合物;3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(トリメトキシシリルプロピル)エチレンジアミン等のアミノアルキル基置換アルコキシシラン;ヘキシルアミン、リン酸ドデシルアミン等のアミン化合物及びその塩;ベンジルトリエチルアンモニウムアセテート等の第4級アンモニウム塩;酢酸カリウム、酢酸ナトリウム、シュウ酸リチウム等の低級脂肪酸のアルカリ金属塩;ジメチルヒドロキシルアミン、ジエチルヒドロキシルアミン等のジアルキルヒドロキシルアミン;及び、テトラメチルグアニジン、下記式等のグアニジル基を含有するシラン及びシロキサンのグアニジル化合物を挙げることができる。これらの中で、スズ化合物、チタン化合物、有機酸及びグアニジル化合物が好ましく、特にグアニジル化合物が組成物を迅速に硬化させると共に、得られる硬化物の接着性を改善する点でより好ましい。これらは1種単独でも2種以上を組み合わせてもよい。
Figure 0003772989
〔C〕成分の量は、〔A〕成分と〔B〕成分の合計100重量部に対して、通常0.01〜5重量部であり、好ましくは0.05〜2重量部である。
その他の配合剤
硬化物の物性を調整する等のために、種々の配合剤を添加することも可能である。例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリプロペノキシシラン、ビニルトリブタノキシムシラン、メチルトリアセトキシシラン等の保存安定剤;煙霧質シリカ、沈降性シリカ、二酸化チタン、酸化アルミニウム、石英粉末、炭素粉末、タルク、ベントナイト等の補強剤;アスベスト、ガラス繊維、有機繊維等の繊維質充填剤;顔料、染料等の着色剤;ベンガラ、酸化セリウム等の耐熱性向上剤;耐寒性向上剤;脱水剤;防錆剤;β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−イソシアナートプロピルトリエトキシシラン等の接着性向上剤;トリオルガノシロキシ単位及びSiO2単位よりなる網状ポリシロキサン等の液状補強剤が挙げられる。
硬化性組成物の調製
本発明の硬化性組成物を1液型として調製する場合、前記の〔A〕〜〔C〕成分、及び必要に応じてその他の配合剤を乾燥雰囲気中で均一に混合することにより、組成物を得ることができる。また、2液型として調製する場合には、例えば〔A〕成分を含む液と、〔B〕成分と〔C〕成分を含む液との2液梱包とし、硬化物を使用する時にこれら2液を混合する。2液型は、2液を例えば二連カートリッジに同体積ずつ梱包し、ミキサー付きノズルより混合押出しするというように1:1に配分することも可能であるので、作業しやすいという効果がある。混合時の温度は、室温〜60℃の範囲がよい。
本発明の硬化性組成物を硬化して得られる硬化物は、自動車用オイルシール材、化学装置のシーリング材、電気電子用シーリング材、ポッティング材等に有用である。
以下、実施例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、下記例で部は重量部を示す。
〔実施例
下記式(12)で示される含フッ素有機ケイ素化合物100部、記式(10)で示される有機ケイ素化合物30.9部、ジブチルスズジメトキシド0.6部、平均粒径1.5μmの粉砕シリカ19.6部、及びN−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン0.57部をミキサーで混合、減圧脱泡して組成物を得た。
Figure 0003772989
Figure 0003772989
この組成物を厚さ2mmのシート状に成型して、25℃にて7日間室温で硬化させ、ゴムの物性を測定した。結果を下記に示す。
硬度(JIS−A) 23
引張強さ 14.2kgf/cm2
伸 び 320%
〔実施例
式(12)の含フッ素有機ケイ素化合物100部、式(10)の有機ケイ素化合物11.4部、下記式(11)で示される有機ケイ素化合物26.5部、ジブチルスズジメトキシド0.6部、
〔(CH32N〕2C=N(CH23Si(OCH33
で示されるトリメトキシシラン0.3部、平均粒径1.5μmの粉砕シリカ20.7部、比表面積200m2/gで表面にトリメチルシリル〔(CH33Si−〕化処理が施された煙霧質シリカ11.0部をミキサーで混合、脱泡して組成物を得た。
Figure 0003772989
この組成物を実施例と同様にして硬化させ、ゴム物性を測定した結果は下記の通りである。
硬度(JIS−A) 40
引張強さ 38kgf/cm2
伸 び 240%
〔実施例〕 深部硬化性の確認
実施例で得られた組成物を直径20mm,長さ100mmのガラス製試験管に詰め、25℃で3日間硬化させた。その後、硬化ゴム片を取り出したところ、表面から100mmまですべて硬化していた。また、表面付近と表面から100mm付近の硬度(JIS−A)を測定したところ、下記の結果であった。
<硬度(JIS−A)>
表面付近 38
表面から100mm付近 37
〔比較例〕
下記式(15)の両末端に加水分解性基(メトキシ基)を有する含フッ素有機ケイ素化合物100部、ジブチルスズジメトキシド0.6部、
〔(CH32N〕2C=N(CH23Si(OCH33
で示されるトリメトキシシラン0.3部、平均粒径1.5μmの粉砕シリカ16.4部、比表面積200m2/gで表面にトリメチルシリル化処理が施された煙霧質シリカ8.7部をミキサーで混合、脱泡して硬化性組成物を得た。
Figure 0003772989
この組成物を実施例と同じ試験管に詰め、25℃で3日後の硬化具合を調べたところ、表面から約1mmが硬化しているだけであった。
実施例と比較例より、本発明組成物は、深部硬化性に優れることがわかる。
〔参考例1〕
撹拌機、温度計及びコンデンサーを備えた10Lフラスコに、下記式(i)で示される化合物2000g、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン320g、1,3−ビストリフルオロメチルベンゼン4000gを入れ、撹拌しながら80℃に加熱した。次に、フラスコ内に塩化白金酸と1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサンとの錯体トルエン溶液0.3g(白金金属換算で0.5重量%)を添加した。その後、75〜85℃にて4時間撹拌して反応を行った。反応終了後、揮発分を100℃/5mmHgの条件でストリップしたところ、各々25℃における比重1.83、屈折率1.316、粘度17100cpのオイル状物質が得られた。
Figure 0003772989

この物質を1H−NMR及びIRで分析したところ、下記式(ii)で示される構造の化合物であることが確認された。そのIRスペクトルを図1に示す。
Figure 0003772989
次に、撹拌機、温度計、コンデンサーを備えた10Lフラスコに、メチルエチルケトン578g、水39g、1,3−ビストリフルオロメチルベンゼン4500g及びカーボンにパラジウムを10重量%担持させた触媒2.0g、上記式(ii)の化合物1800gを入れ、撹拌すると、内容物が発泡するのが観察された。その後、5時間撹拌を継続し、更に50℃で3時間撹拌して反応を完了した。反応混合物に活性炭9gを入れて3時間撹拌した後、濾過し、2層に分離した濾液の下層を取り出して、100℃/5mmHgの条件でストリップしたところ、各々25℃における比重1.84、屈折率1.317及び粘度75900cpのオイル状物質が得られた。
この物質を1H−NMR及びIRで分析したところ、下記式(iii)で示される構造の化合物であることが確認された。そのIRスペクトルを図2に示す。
Figure 0003772989
〔参考例2〕
撹拌機、コンデンサー、滴下ロート、温度計を備えた1Lフラスコに、前記式(i)で示される化合物1000gを入れ、60℃に加熱した。次に、フラスコ内に塩化白金酸と1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサンとの錯体トルエン溶液0.05g(白金金属換算で0.5重量%)を添加した。その後、クロロジメチルシラン1.7gと、1,3−ビストリフルオロメチルベンゼン3.4gとの混合溶液を滴下ロートにて約10分で滴下した。滴下終了後、60℃で1時間熟成してから、100℃/5mmHgの条件でストリップしたところ、淡褐色透明なオイル状物質が得られた。
この物質を1H−NMR及びIRで分析したところ、下記式(iv)で示される構造の化合物であることが確認された。
Figure 0003772989
次に、撹拌機、コンデンサー、滴下ロート、温度計を備えた1Lフラスコに、上記式(iv)で示される化合物926gと1,3−ビストリフルオロメチルベンゼン463gを仕込み、内温10℃以下にし、プロピレンオキサイド38.3gと水39.6gの混合溶液を滴下ロートにて約5分で滴下した。10℃以下で約1時間熟成した後、活性炭を18.5g入れて3時間撹拌し、濾過した濾液を100℃/5mmHgの条件でストリップしたところ、粘度45600cp、屈折率1.316のオイル状物質が得られた。
この物質を1H−NMR及びIRで分析したところ、下記式(v)で示される構造の化合物であることが確認された。
Figure 0003772989
式(ii)の化合物の赤外線吸収スペクトルである。 式(iii)の化合物の赤外線吸収スペクトルである。

Claims (2)

  1. 〔A〕下記一般式(1):
    Z−R1−Rf−R1−Z …(1)
    〔式中、Rfは2価のフッ素化ポリエーテル基であり、R1は結合途中に酸素原子、窒素原子、ケイ素原子及びイオウ原子よりなる群から選ばれた少なくとも1種の原子を介在してもよいし、アミド結合又はスルホンアミド結合を含有してもよい、置換又は非置換の2価の炭化水素基であり、またZは下記一般式(4):
    Figure 0003772989

    (R2、R3は同一又は異種の1価の有機基である。)で表される基である。〕
    で示される含フッ素有機ケイ素化合物
    〔B〕下記一般式6)又は(7):
    Figure 0003772989

    で示される有機ケイ素化合物
    〔C〕縮合促進剤
    を含有してなることを特徴とする硬化性組成物。
  2. 1が下記式
    Figure 0003772989
    (式中、Meはメチル基であり、上記各式において左側にRf基、右側にZ基が結合する。)
    で示されるものである請求項1記載の硬化性組成物。
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