JP4094686B2 - チキソトロープの発泡性オルガノシロキサン組成物 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は発泡性オルガノシロキサン組成物であって、他の性質に悪影響を与えず、またこれら組成物から調製される硬化された発泡体に悪影響を与えずに、チキソトロピーを与える添加剤を含むものに関する。この添加剤は、小さな断面積で密度の低い発泡体を調製するのに特に有用である。
【0002】
【従来の技術】
硬化性ポリオルガノシロキサン、オルガノハイドロジェンシロキサン、水酸基含有化合物並びに発泡及び硬化の触媒としての白金族金属又はその化合物を含む発泡性組成物は、特許及び雑誌文献に記載されている。関連する特許には、米国特許No.3923705;4026843;4189545;4590222;4599367及び5252627がある。
【0003】
発泡体を調製するために用いられる硬化性ポリオルガノシロキサンは、1分子当たり少なくとも2つのアルケニル基又はシラノール基を有する。前記ポリオルガノシロキサンがシラノール基を含んでいないときは、低分子量水酸基含有化合物、例えばアルコール、シラノール又はシロキサノールが、反応混合物中に含まれていて、前記組成物を発泡するために必要な水素を発生する。
【0004】
ガスケットのようなある種の末端用途には、硬化した発泡体は20lb/ft3 (0.32g/cm3 )未満の密度を有することが望ましい。これらの発泡体を調製するために用いられる硬化性オルガノシロキサン組成物の粘度は、一般には20〜70Pa・sである。これらの組成物は、硬化前に組成物の流れを阻止するためのせき板又は他の障壁がなければ、三次元製品を調製することが困難な程に流動性がよい。
【0005】
そのような組成物にチキソトロピー性を与えて、剪断力がないときに、これら組成物が流れる傾向を減らすために種々の添加剤が用いられてきた。これら添加剤としては、微細に分割された未処理のシリカ、シラン類又は他の水酸基含有有機ケイ素化合物で処理されたシリカ、アスベスト繊維、カーボンブラック及び他の形の微細に分割された炭素、第4アンモニウム化合物で処理された粘土、フタロシアニン及び他の有機顔料、微細に分割された金属炭酸塩、酸化物、水酸化物及びケイ酸塩、ヒドロキシステアリン酸リチウム、アルミニウム及び他の金属の石鹸、セルロースエステル、コロイド状のアルカリ金属又はアルカリ土類金属のアルミノケイ酸塩並びにひまし油中に存在するような不飽和脂肪酸のグリセリドの水素化物、がある。これらのチキソトロープ剤は以下の文献の1又はそれ以上に記載されている:EP−A0198536;米国特許No.4497919;JP−A2−038309;及びKirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, volume 19, page 530, volume 20, page 262。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
公知のチキソトロープ剤のいくつか、特に処理された又は処理されていない形の微細に分割されたシリカは、発泡性オルガノシロキサン組成物の加工性(processability)に悪影響を与えることを、本発明者等は見いだした。それらは、これら組成物から調製される硬化発泡体のきめ、密度及び他の物性をも変え、この発泡体がもはやその意図した用途に適しないようにしてしまう。
【0007】
本発明の目的は、遮るもののない表面上において、注入又は押し出しにより三次元低密度硬化物品に成形できる発泡性組成物を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明の目的は、発泡性オルガノシロキサン組成物中に水素化ひまし油又は他のエチレン性不飽和脂肪酸のグリセリドの水素化物の存在によって達成される。
【0009】
本発明は、次のA〜Dを含む発泡性オルガノシロキサン組成物であって:
A.1分子あたり、シラノール基及びアルケニル基から選ばれる少なくとも2つの反応性基を含むポリオルガノシロキサン;
B.前記組成物を発泡させ硬化させるに充分な量の、1分子あたり少なくとも3つのケイ素に結合した水素原子を有し、水素原子がケイ素原子1個あたり1個以下であるオルガノハイドロジェンシロキサン;
C.1分子あたり少なくとも1つのカルビノール基又はシラノール基を有する化合物;及び
D.触媒として、前記組成物の発泡と硬化を促進するに充分な量の、周期律表の白金族の金属又は前記金属の化合物、
前記組成物が硬化する前に実質的に流動するのを防ぐに充分な量のチキソトロープ添加剤(成分E)を前記組成物中に存在させ、前記添加剤が炭素原子数12〜20の少なくとも1つのエチレン性不飽和カルボン酸のグリセリドの水素化物を含むことを特徴とする組成物、を提供する。
【0010】
本発明の発泡性組成物の重要な態様は、チキソトロープ剤として、炭素原子数12〜20で、任意の置換基として少なくとも1つの水酸基を有するエチレン性不飽和カルボン酸の少なくとも1つから誘導されるグリセリドの水素化物が存在することである。これらの酸は、不飽和脂肪酸とも呼ばれ、オレイン酸、リノール酸及びリシノール酸(12−ヒドロキシ−9−オクタデセン酸)を含む。水素化ひまし油、リシノール酸、オレイン酸及びリノール酸の各グリセリドの混合物は、コストと入手の容易さの故に、好ましいチキソトロープ剤である。
【0011】
脂肪酸グリセリドの水素化物は、本発明組成物に使用する場合に、公知のチキソトロープ剤に対して特異であると考えられる。理由は、それは、この組成物を傾斜した又は垂直な表面に適用したとき、さもなくば硬化前に流動してしまう組成物の流れを実質的に妨げる能力を有するからである。これら組成物のための他のチキソトロープ添加剤、例えば微細に分割されたシリカとは相違して、本発明におけるチキソトロープ剤は、この組成物の加工性(processability)に悪影響を与えず、硬化した発泡体の望みの性質、特にそのきめ及び密度に悪影響を与えない。
【0012】
このチキソトロープ剤は、本発明組成物の0.5〜5重量%、好ましくは1〜4重量%を占める。濃度が5重量%より大きいと、この組成物を従来の混合装置で加工するのが困難となる。
【0013】
本発明におけるチキソトロープ添加剤と共に使用するのに、2種の硬化性オルガノシロキサン組成物が適当である。両方のタイプにおいて、発泡体の気泡質の構造を形成するに必要な水素は、シラノール又は水酸基と、ケイ素に結合した水素原子とを、適当な触媒、典型的には周期律表の白金族の金属又はこれら金属の1つの化合物の存在下に反応させることにより発生させる。この反応はオルガノシロキサン組成物の硬化と同時に起こる。
【0014】
1つのタイプの硬化反応では、硬化剤上に存在するケイ素に結合した水素原子と硬化性ポリオルガノシロキサン上に存在するシラノール基とが参加する。発泡剤として必要な水素はこの反応の副生物として発生する。
【0015】
第2のタイプの硬化反応は、硬化性ポリオルガノシロキサン上にあるアルケニル基と硬化剤上にあるケイ素に結合した水素原子との間のヒドロシリル化反応である。
【0016】
望みの硬化した発泡体の性質に依存して、本発明の硬化性組成物は、シラノール官能性ポリオルガノシロキサン、アルケニル官能性ポリオルガノシロキサン及びこの両者のポリオルガノシロキサンの混合物の内の少なくとも1つを含む。
【0017】
もし、このポリオルガノシロキサンが満足な発泡体に必要な水素を発生するに充分な濃度のシラノール基を含んでいないならば、水酸基又はシラノール基を含む追加の化合物(成分C)が、この硬化性組成物中に存在しなければならない。このシラノール基はシラン又は低分子量オルガノシロキサン上に存在することができ、水酸基は、一般には水として、又は1価又は多価アルコールの反応性基として存在する。
【0018】
適当なアルコールは1〜12個の炭素を含んでおり、メタノール、エタノール、プロパノール、ベンジルアルコール、ラウリルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール及び1,4−ブタンジオールでありうる。硬化性オルガノシロキサン組成物を用いて調製される発泡体の物性を変性するためにアルコールを用いることは、米国特許No.4590222に、より完全に記載されている。
【0019】
適当な硬化性ポリオルガノシロキサンは、1分子あたり少なくとも2つのアルケニル基又はシラノール基を含み、25℃で粘度0.1〜100Pa・sを示す。このポリオルガノシロキサン中の反復単位の少なくとも90%は、一般式R1 R2 SiOで示され、ここにR1 及びR2 はそれぞれに炭素原子数1〜10の1価の非置換の又は置換された炭化水素基から選ばれる。この硬化性ポリオルガノシロキサンを特徴付ける前記アルケニル基及びシラノール基は、好ましくは分子の末端に位置する。しかしながら、1又はそれ以上は非末端シロキサン単位にも結合しうる。
【0020】
好ましい硬化性ポリオルガノシロキサンにおいて、各ケイ素原子に結合している炭化水素基の少なくとも1つは、好ましくはメチルであり、残りのものがあるとすれば、それはフェニル、3,3,3−トリフルオロプロピル又はアルケニルである。
【0021】
本発明組成物は、この組成物を硬化させ、最終発泡体の気泡質構造を作りだす水素ガスを発生するに必要なケイ素に結合した水素原子を供給する少なくとも1つのオルガノハイドロジェンシロキサンを含む。このオルガノハイドロジェンシロキサンは、線状の又は枝分かれした構造を持ちえ、ホモポリマー、コポリマー又はこれらの種類のポリマー類の混合物でありうる。
【0022】
好ましい線状タイプのオルガノハイドロジェンシロキサンは、25℃で0.01〜10Pa・sの粘度を示し、ジアルキルシロキサン単位及びアルキルハイドロジェンシロキサン単位と共にトリアルキルシロキシ末端単位を含む。このアルキル基は炭素原子数1〜4のものであり、最も好ましくはメチルである。
【0023】
好ましい組成物は、2種類のオルガノハイドロジェンシロキサンを含み、その1つはポリメチルハイドロジェンシロキサンで、第2はメチルハイドロジェンシロキサン単位及びジメチルシロキサン単位を含むコポリマーである。
【0024】
本発明組成物における硬化性ポリオルガノシロキサン(成分A)とオルガノハイドロジェンシロキサン(成分B)の相対的濃度はケイ素に結合した水素原子対アルケニル基、シラノール基及びカルビノール基の合計のモル比に等しく、典型的には3.5:1〜5.5:1、好ましくは5:1である。
【0025】
本発明組成物を発泡させ硬化させるに用いられる反応は、周期律表の白金族の金属及びこれら金属の化合物によって触媒される。好ましい触媒は、塩化第二白金、塩化第二白金酸及びこれら化合物とエチレン性不飽和オルガノシロキサン、例えばジビニルテトラメチルジシロキサンとの配位錯体を含む。これらの配位錯体は、米国特許No.3419593に記載されているようにして調製することができる。
【0026】
触媒濃度は、一般に、硬化性組成物100万重量部あたり白金族金属3200〜6000部に等しい。
【0027】
成分A、B、C、D及びEに加えて、本発明組成物は硬化性組成物又は硬化した発泡体の性質を変性するための種々の成分をも含みうる。
【0028】
これらの任意成分は、微細に分割された補強性及び非補強性鉱物充填材、例えば石英及び炭酸カルシウム;金属酸化物、例えばアルミナ、アルミナ水和物、酸化第二鉄及び二酸化チタン;顔料、例えばカーボンブラック及び酸化亜鉛;有機顔料及び染料;酸化防止剤;熱安定剤;紫外線安定剤;難燃剤及びこの硬化性組成物の作業時間を増すための触媒抑制剤、例えば環状メチルビニルシロキサンを含む。
【0029】
これら組成物の好ましい任意成分は、トリオルガノシロキシ単位及びSiO4/2 単位を含む樹脂状オルガノシロキサンコポリマーである。このタイプのコポリマーにおけるトリオルガノシロキシ単位は、式R3 3SiO1/2 で示され、ここにR3 は1価の非置換の又は置換された炭化水素基である。好ましいコポリマーにおいて、R3 で示される炭化水素基は、炭素原子数1〜5のアルキル基の組み合わせ、最も好ましくはメチルである。このコポリマーにおけるトリオルガノシロキシ単位対SiO4/2 単位のモル比は一般に0.7〜1.2である。このコポリマーは、硬化性アルケニル置換ポリオルガノシロキサン及びこのコポリマーの合計重量の30%までを占める。このコポリマーにおけるケイ素原子の少なくとも一部はエチレン性不飽和炭化水素基、例えばビニルを含む。
【0030】
本発明の硬化性組成物は、成分A〜Eを均質に混合することによって、調製される。チキソトロープ添加剤の硬化を最大にするために、これら組成物は少なくとも65℃、好ましくは70℃の温度に加熱され、高速度の剪断を用いて混合し、これはこのチキソトロープ添加剤を活性化する。望みの剪断速度は200rpmの速度で回転する攪拌羽を用いることによって、達成することができる。この剪断速度は、この組成物が40℃の温度に冷却されるまで維持される。
【0031】
本発明組成物は、成分A、B、C及びDを混合すると、硬化及び発泡を始める。この組成物が硬化する前に貯蔵することを望むならば、このことは、諸成分を2又はそれ以上の容器中に詰め、オルガノハイドロジェンシロキサンと硬化性触媒を別々の容器に入れることによって達成することができる。
【0032】
硬化及び発泡の両方の反応は、前記硬化性組成物を加熱することにより促進される。30〜65℃の反応温度が好ましい。これらの組成物の発泡と硬化に必要な時間は、成分の反応性と温度に基づいて、一般には3〜30分である。
【0033】
本発明の組成物は、柔らかくて弾性のある組織(texture)を示す低密度の発泡体を調製するのに特に有用である。好ましい発泡体は、密度20lb/in3 (320kg/m3 )未満であり、4psi(27.6kPa)の荷重の下で高さが50%に圧縮されうる。
【0034】
【実施例】
以下の例は、本発明組成物の好ましい具体例を述べるもので、特許請求の範囲に記載された発明の範囲を限定するものと解釈さるべきでない。例中の全ての部及びパーセンテージは、重量基準であり、粘度は25℃で測定したものである。
【0035】
(例1)
この例は、水素化ひまし油及びフュームドシリカの両方は発泡性組成物にチキソトロープ流動性を与える一方で、未処理の及び処理されたシリカは硬化発泡体に望みの泡構造及びきめに悪影響を与えることを証明する。
【0036】
本発明の硬化性オルガノシロキサン組成物(組成物1及び2)を、ベース及び硬化剤からなる2液組成物として調製した。各組成物のベース部分及び硬化剤部分は、諸成分を均質に混合し、得られた混合物を70℃に加熱し、次いで循環水浴を用いて周囲温度に冷却することにより調製した。
【0037】
ベース部分(パートI)は、次の成分を含んでいた:
25℃で粘度55Pa・sを示す液体ジメチルビニルシロキシ末端ポリジメチルシロキサン60部;
トリオルガノシロキシ単位及びSiO2 単位を、前者対後者のモル比が0.7となるように含み、前記トリオルガノシロキシ単位がトリメチルシロキシ及びジメチルビニルシロキシであり、このコポリマーがビニル基を1.8重量%含んでいるベンゼン溶解性樹脂状コポリマー24部;
アルミナ3水和物15部;
ベンジルアルコール7部;
六塩化白金酸及びsym−テトラメチルジビニルジシロキサンの反応生成物であって、白金含量が0.7重量%となるに充分な量の液体ジメチルビニルシロキシ末端ポリジメチルシロキサンで希釈されたもの1部;
カーボンブラック0.6部;及び
Rheox, Inc.からThixin R(R)(商標)として入手可能な水素化ひまし油。
【0038】
各組成物の硬化剤部分(パートII)は、次のものを含んでいた:
ベース部分に存在する液体ポリジメチルシロキサン45部;
ベース部分に存在する樹脂状コポリマー10部;
平均粒度5μm の石英25部;
同重量の(1)1.6%のケイ素に結合した水素を含むトリメチルシロキシ末端オルガノハイドロジェンシロキサン及び(2)(CH3 )3 SiO1/2 単位及びSiO2 単位からなり、(CH3 )3 SiO1/2 単位対SiO2 単位のモル比が0.75:1であるオルガノシロキサンコポリマー(この樹脂は米国特許No.2676182に記載されているようにして調製でき、約1.7重量%の水酸基を含む)、の混合物12部;
1分子あたり平均5つのメチルハイドロジェンシロキサン単位及び3つのジメチルシロキサン単位を含み、ケイ素に結合した水素原子の含量が0.8重量%であるトリメチルシロキシ末端ポリジオルガノシロキサン5部;
環状メチルビニルシロキサン0.4部;並びに
ベース部分に存在する水素化ひまし油。
【0039】
ベース及び硬化剤部分は、それぞれ1部(組成物1)又は3部(組成物2)の水素化ひまし油を含んでいた。
【0040】
同重量のベース部分及び硬化剤部分をコップ中でへらを用いて1分間混合することにより発泡性組成物を調製した。得られた発泡体は周囲条件下で少なくとも1時間上昇させ、その時点で発泡体の密度を測定した。
【0041】
発泡性組成物の流れ特性は、U.S. Military Specification (Mil Spec) 46146に記載された試験方法を用いて測定した。この装置は1つの表面に環状の穴を有するブロックであった。この穴の寸法は直径1.5インチ(3.8cm)、深さ0.375インチ(0.95cm)であった。この穴と実質的に同じ直径を有し、厚さ1/4インチ(0.64cm)のラムを前記穴の底に配置した。
【0042】
この穴を有する表面を水平に置いて、この穴に評価すべき硬化性組成物を充填した。この穴の上に伸びる全ての物質を除き、この穴を含む表面を垂直においた。次いで、この穴の中にある物質をラムを用いて追い出し、この発泡体が硬化するまで(これは通常0.5〜1時間を要する)この穴を含む垂直表面を流下させた。この期間にこの組成物が流れる最大距離を測定し表1に記録した。
【0043】
圧縮撓み、即ち圧縮性の尺度、及び圧縮永久歪みを測定するためのサンプルを、厚さ0.062インチ(0.16cm)のシムで分離された2枚のポリエステルフィルムの間に発泡性組成物を分配することによって調製した。次いで、この組成物を発泡硬化させ、その時点で前記ポリエステルフィルムを取り除いた。圧縮永久歪みは、ASTM D1056に記載された方法と式、80℃で5日間及び回復時間30分を用いて既知の厚みの硬化発泡体を当初の高さの50%に圧縮することによって測定した。
【0044】
圧縮撓みは、発泡体を当初の高さの50%に圧縮するに必要な力を測定することにより決定した。
【0045】
本発明組成物1及び2と同じ成分の種類及び量を用いるが、チキソトロープ添加剤及びカーボンブラックを除外して(組成物3)比較組成物を調製し評価した。組成物3に、表面積90m2/gの未処理のフュームドタイプのシリカを、それぞれ3、5及び7重量%加えることによって、追加の比較組成物(4、5及び6)を調製した。比較組成物7及び8は、組成物4及び5のシリカの代わりに表面積が255m2/gのシリカを、それぞれ3及び5重量%含んでいた。比較組成物9及び10は、組成物3に、それぞれ濃度3及び4重量%のフュームドシリカ(ヒドロキシル含有ポリジメチルシロキサンで処理したもの)加えて調製した。
【0046】
これらの組成物の示した密度、流れ、圧縮撓み及び圧縮永久歪みを表1に要約する。組成物3〜10は比較の目的で調製されたものであり、本発明の範囲に属しない。
【0047】
〔表1〕
密度 流れ 圧縮撓み 圧縮永久
組成物 lbs/ft 3 //Kg/m 3 in/cm lb/in 2 //KPa 歪み(%)
1 16.9/270.4 1.95/4.95 19.90/137.3 8.19
2 14.5/232 2.00/5.1 10.25/70.7 6.51
3 11.7/187.2 >4/>9 2.10/14.5 5.35
4 20.2/323.2 3.60/9.1 5.00/34.5 11.54
5 22.6/361.6 3.20/8.1 測定せず 測定せず
6 >30.6/ >490 3.20/8.1 測定せず 測定せず
7 20.7/331.2 >4/>9 6.50/44.9 5.64
8 >30.6/ >490 >4/>9 測定せず 測定せず
9 22.5/360 測定せず 測定せず 測定せず
10 19.7/315.2 0.50/1.3 9.75/67.3 13.02
【0048】
(例2)
この例は、その場で発泡させたガスケットを調製するときの本発明組成物の有用性を証明する。
【0049】
例1に記載した組成物2の諸成分を、長さ8.75インチ(22.2cm)、内径0.25インチ(0.64cm)32個のKenics(商標)型エレメントを含むスタティックミキサを通して混合した。この組成物をスタティックミキサから直径0.240インチ(6.1mm)、厚さ0.12インチ(3.0mm)を有するノズルを通して押し出した。
【0050】
このミキサー及びノズルを通して前記組成物を輸送するに必要な圧力は、圧縮空気を用いて発生させた。この組成物を押し出すのに用いられた装置は米国特許No.5222627の例に記載されている。
【0051】
この組成物を水平な表面上に連続ビーズとして押し出した。このビーズの高さは8mmで、幅は12.5mmであった。この組成物は50℃の温度に加熱したとき2分後に硬化し、幅12.57mm、高さ9.51mmのビーズとなった。
【0052】
比較のために、例1の組成物3を用いて押し出し、硬化させた。この組成物は例1に存在したチキソトロープ添加剤及びカーボンブラックを含まなかった。この硬化したビーズは幅12.68mm、高さ4.69mmであり、硬化の前に実質的な流れを示した。
Claims (5)
- 次のA〜Dを含む発泡性オルガノシロキサン組成物であって:
A.1分子あたり、少なくとも2つのアルケニル基を含む液体ポリオルガノシロキサン;
B.前記組成物を発泡させ硬化させるに充分な量の、1分子あたり少なくとも3つのケイ素に結合した水素原子を有し、水素原子がケイ素原子1個あたり1個以下であるオルガノハイドロジェンシロキサン;
C.1価もしくは多価アルコール、水、又は1分子当たり少なくとも1つのシラノール基を有するシラン;及び
D.触媒として、前記組成物の発泡と硬化を促進するに充分な量の、周期律表の白金族の金属又は前記金属の化合物、
前記組成物が硬化する前に流動するのを防ぐための、前記組成物の0.5〜5重量%の量のチキソトロープ添加剤が前記組成物中に存在し、前記添加剤が炭素原子数12〜20の少なくとも1つのエチレン性不飽和カルボン酸又はエチレン性不飽和ヒドロキシカルボン酸のグリセリドの水素化物を含むことを特徴とする組成物(但し、α,ω−ジヒドロキシポリジメチルシロキサンは含まない)。 - 前記ポリオルガノシロキサンが、その繰り返し単位の少なくとも90%が一般式R1 R2 SiOで示されるジオルガノシロキサン単位であり、ここにR1 及びR2 はそれぞれ1価の非置換の又は置換された炭素原子数1〜10の炭化水素基から選ばれ、前記アルケニル基はビニル基であり、そして前記チキソトロープ添加剤が水素化ひまし油である請求項1に記載の組成物。
- 前記ポリオルガノシロキサン又は前記オルガノハイドロジェンシロキサン中に存在する前記1価の炭化水素基が、アルキル、フェニル及び3,3,3−トリフルオロプロピルから選ばれ;前記組成物がヒドロシリル化反応により硬化し;前記オルガノハイドロジェンシロキサンが、1)25℃で0.01〜10Pa・sの粘度を示す線状オルガノシロキサンコポリマーであって、ジアルキルシロキサン単位及びアルキルハイドロジェンシロキサン単位と共にトリアルキルシロキシ末端単位を含むもの、及び2)前記成分1)を除く線状ポリオルガノハイドロジェンシロキサンを含み;ケイ素に結合した水素原子対アルケニル基、シラノール基及びカルビノール基の合計のモル比が3.5:1〜5.5:1であり;そして前記組成物が更にトリメチルシロキシ単位及びSiO4/2 単位を有する非線状オルガノシロキサンコポリマーと少なくとも1つの非補強性充填材とを含む、請求項2に記載の組成物。
- 前記ポリオルガノシロキサンまたは前記オルガノハイドロジェンシロキサンの各ケイ素原子に結合した炭化水素基の少なくとも1つがメチル基であり、前記線状オルガノシロキサンコポリマーが前記組成物中に存在するオルガノハイドロジェンシロキサンの全重量の少なくとも半分である請求項3に記載の組成物。
- 前記組成物が少なくとも2つの容器に詰められ、前記オルガノハイドロジェンシロキサンと前記触媒が異なる容器中に入れられている請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成物。
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