JP4351816B2 - オルガノポリシロキサン組成物の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、オルガノポリシロキサン組成物、特にエラストマー固形物へと硬化するオルガノポリシロキサン組成物の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
エラストマー固形物へと硬化するオルガノポリシロキサン組成物はよく知られている。典型的にかかる組成物は、反応性末端基、一般的にシラノール基を有するポリジオルガノシロキサンを、例えばアルコキシシラン、アセトキシシラン、オキシモシラン、アルケニルオキシシランまたはアミノシランのようなポリジオルガノシロキサン用のオルガノシラン架橋剤と混合することにより得られる。これらの材料は、室温で大気水分にさらされると、頻繁に硬化可能である。
【0003】
上述の硬化可能な組成物の重要な用途の1つは、表面間にエラストマー体を形成するシーラントとしての使用であり、少なくとも2つのそのような表面に接着性のものである。
【0004】
これらの組成物に用いられる充填剤は、補強充填剤および増量充填剤の2つのタイプに区分することができる。補強充填剤は通常、小さな粒子径を有し、典型的には表面活性であり、それらの外表面上に反応性基を含有する。補強充填剤の例としては、ヒュームドシリカ、焼成シリカ、沈降シリカ、チタニア、酸化亜鉛、クレーおよびマイカが挙げられ、それら全ては、硬化生成物に機械的強度を与える目的で用いられる。
【0005】
増量充填剤としては、粉砕炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、石英、珪藻土、硫酸バリウムおよび硫酸カルシウムが挙げられる。また、組成物にある程度の補強を提供するという点で、沈降炭酸カルシウムのような幾つかの充填剤は半補強剤とみなすことができるといえる。
【0006】
かかるシーラント材料の1つの重要な要件は、様々な物質に十分接着する能力である。例えば、様々な産業、特に建設産業において、プラスチックの使用が増加している。このことは、窓枠に用いられる塩化ポリビニル(PVC)、浴槽および浴室付属品に用いられるポリメタクリル酸メチル(PMMA)、および透明シート材料としてまたは安全ガラス積層物および絶縁ガラスユニットの製造のために用いられるレキサンのようなポリカーボネート(PC)といったプラスチックに特にあてはまる。シーラントが接着すると予想される他の基材は、例えば、金属表面を塗装するのに用いる傾向にあるポリフッ化ビニリデンまたはポリエステルが挙げられる。
【0007】
炭酸カルシウムのような増量充填剤を含む多くのシーラントは、上述のプラスチックに対して十分な接着性を示すことが知られているが、シリカ補強充填剤材料を含むシーラントは典型的に、より乏しいプラスチック接着特性を示す。
【0008】
幾つかの補強充填剤は、「構造化」し(すなわち、成形および押出しのような標準的な加工操作を妨げて、硬化する前に弾性素材を形成する)、シーラント組成物中で凝集する傾向にあり、これは早すぎるクレープ硬化(crepe hardening)を引き起こし得る。この傾向を低減するために、補強充填剤は、使用前に疎水化剤で表面処理できる。適切な疎水化剤としては、例えばオルガノクロロシラン、オルガノポリシロキサン、およびヘキサメチルジシラザンが挙げられる。そのような表面処理を施した充填剤は、優れたプラスチック接着性を「示す」が、それらは高価であり、かつ得られるシーラント組成物におもわしくない流動学的効果をもたらす。
【0009】
したがって、シーラント製造の標準的な実施は、様々な基材、特にプラスチック(とりわけPVC、PMMAおよびPC)に対する接着性を高めるために、シーラント組成物に接着促進剤を含有させることである。標準的に用いられる接着促進剤としては、例えば、アミノアルキルアルコキシシラン、エポキシアルキルアルコキシシラン、メルカプトアルキルアルコキシシランおよびそれらの誘導体のようなアルコキシシランが挙げられる。
【0010】
かなりの期間、接着促進剤として用いられてきた化合物の別の群は、例えば、米国特許第3517001号、米国特許第3708467号および米国特許第4100129号(ゼネラルエレクトリックカンパニー)に記載されるようなイソシアヌレートを含むケイ素である。典型的にこれは、下記式:
【0011】
【化1】
【0012】
(式中、D置換基の1つは、−Ry−Si−(R”x)(OR”3-x)(ここでRは、アルキレンアリーレン、アルキレン、シクロアルキレンおよびそれらのハロゲン置換誘導体から選択される二価の炭化水素基であり、R”は、8個以下の炭素原子を有するアルキルまたはハロアルキル基であり、xは、0〜3であり、yは1である)である)
を含有する。残りのD置換基は、上述の−Ry−Si−(R”x)(OR”3-x)、スチリル、ビニル、アリル、クロロアリルまたはシクロヘキセニルから選択される。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本出願人は、接着促進剤の存在だけが、プラスチックに確かな接着性を与えるのに十分であるとは限らないことを発見した。このことは、特にアルコキシシラン架橋剤を含む組成物において、とりわけそれらが充填剤としてシリカを含有するときに真であることが見出された。
【0014】
驚くべきことに、発明者等は、シーラントとして適切なオルガノシロキサン組成物の製造プロセスにおいて、オルガノシロキサン組成物の他の成分に対して接着促進剤を添加する位置が、特にプラスチック基材に対する組成物の接着特性に著しく影響することを見出した。
【0015】
米国特許第35170001号には、上記のタイプのイソシヌレートを含む様々なケイ素の調製、およびシリコーン組成物内における接着促進剤としてのそれらの使用について記載されている。米国特許第3708467号および米国特許第4100129号の両者には、シラノール末端のポリジオルガノシロキサン、シラン架橋剤、チタネート触媒、ならびに任意にシリカおよびイソシアヌレート接着促進剤のような充填剤を含有するシーラント組成物について記載されている。シーラントおよびコーキング化合物であることを含むかかる組成物の使用が好ましい。
【0016】
接着促進剤の存在下、かかるシーラントを製造するための好ましいプロセスは、シラン架橋剤、チタネート触媒および接着促進剤以外の成分を全て組合せて基本ブレンドを形成し、水分を除去し、得られる組成物を包装する直前に、シラン架橋剤、チタネート触媒および接着促進剤を添加することである。米国特許第4102852号は、補強充填剤および増量充填剤ならびにカーボンブラックの選択と組合せて、ジメチルおよびフェニル−メチルヒドロキシポリシロキサンポリマーを用いて、硬化シリコーン組成物を自消させる1つの成分について記載している。該触媒は、ジアルコキシキレート化チタンおよび接着促進剤であり、好ましくは1,3,5−トリス(トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレートが用いられる得る。該組成物は、所望のオーダーで全成分を混合することにより調製されるが、好ましいプロセスは、カーボンブラック、続いて他の充填剤をポリマーに添加することから構成され、続いて架橋剤および最後にチタネート触媒「および/またはさらなる任意の添加剤を組成物の中に混合する」。乾燥サイクルが架橋剤および触媒の添加前に起こらねばならないことが示唆されている。実施例において、接着促進剤は、触媒、架橋剤および接着促進剤からなるプレミックスによって添加されるため、シランおよびチタネート触媒はすべて、製造プロセスの最後の1工程で添加される。
【0017】
上記のプロセスは、ある状況において適切であるかもしれないが、かかる方法は、特に触媒および架橋剤が充填剤の添加後に反応混合物に添加される場合、乏しいシーラントレオロジーおよびスランピング(slumping)を導き得ることが頻繁に見受けられる。
【0018】
本発明者等は、シーラントとしての使用に適したオルガノポリシロキサン組成物の調製のための改良プロセスであり、結果として顕著に改良された接着特性を有するシーラントを提供するプロセスを確認し、それを提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の態様によれば、以下の成分:
i)ケイ素に結合している少なくとも2つの基(それらは、ヒドロキシル基もしくは加水分解可能な基またはそれらの部分的縮合物である)を有するポリマーと、
ii)界面活性充填剤と、
iii)少なくとも2つのケイ素結合反応性基を有するオルガノシランと、
iv)触媒と、
v)接着促進剤とを
混合することを含んでなるオルガノポリシロキサン組成物の製造プロセスであって、該接着促進剤の導入前に、オルガノシラン(iii)を界面活性充填剤(ii)と混合することを特徴とするプロセスを提供する。
【0020】
本発明の第2の態様によれば、第1の態様に記載のプロセスにより得られるオルガノポリシロキサン組成物を提供する。
【0021】
本発明の第3の態様によれば、第2の態様のオルガノシロキサン組成物を含有するシーラント組成物を提供する。
【0022】
【発明の実施の形態】
定義
他に特に記述がない限り、重量%すべては、オルガノシロキサン組成物の重量%である。
【0023】
他に特に記述がない限りは、すべての粘性値は、ダウコーニングコーポレート試験方法(CTM)0050(1970年、10月)を用いて測定する。
【0024】
オルガノシロキサン組成物
ポリマー(i)
該ポリマーは、一般式:W−B−W(式中、Bは、いかなる所望の有機またはシロキサン分子鎖(例えばポリオキシアルキレン鎖、ポリイソブチレンまたはポリジオルガノシロキサン鎖)であってもよい)に従う。好ましくは、Bはポリジオルガノシロキサン鎖であり、したがって好ましくは式:R2 sSiO(4-s)/2(式中、R2は1〜6個の炭素原子を有するアルキル基(例えば、メチル基)、1〜6個の炭素原子を有するビニル基、フェニル基またはハロゲン置換アルキル基(好ましいハロゲン置換基は塩素またはフッ素である)を表し、sは0、1または2の値を有する)のシロキサンユニットを含む。好ましい材料は、直鎖状の材料、すなわちすべてのユニットに関してs=2であり、それにより、一般式:−(R2 2SiO)t−(式中、各R2は、メチル基またはエチル基を表し、tは約200〜約1500の値を有する)に従ったポリジオルガノシロキサン鎖を有する。
【0025】
ポリマー材料のW基の少なくとも幾つかは、例えば−Si(R2)c(OH)3-c、−Si(R2)d(OR3)3-dおよび−Si(R2)2−R4−Si(R2)k(OR5)3-k(式中、R2は、前述の通りであり、メチルまたはエチルが好ましいが、最も好ましいのはメチルであり、R4は、二価の炭化水素基であり、これは6個以下のケイ素原子を有する1以上のシロキサンスペーサにより遮断されてもよく、各R3はアルキルまたはオキシアルキル基(ここでアルキル基は、6個以下の炭素原子を有する)であり、各R5は、6個以下の炭素原子を有するアルキル基であり、c、dおよびkそれぞれは、0、1または2の値を有する)から選択されるヒドロキシル基または加水分解可能な基を含有する。好ましくは、R4がメチレンまたはエチレン基であり、各R3およびR5が、それぞれ独立して、メチル基またはエチル基であり、cが2に等しく、dおよびkが0または1に等しい。最も好ましくは、R4がエチレン基であり、kが0であり、R5がエチル基である。
【0026】
ヒドロキシル基または加水分解可能な基のほかに任意に存在してもよい他の末端基は、式:−Si(R2)3(式中、各R2はすでに記載した通りだが、好ましくはメチル基である)を有する。最も好ましいのは、式:−Si(CH3)2−(R4)2−Si(OR5)3(式中、各R4はメチレンまたはエチレン基であり、各R5はすでに記載した通りだが、好ましくはメチルまたはエチル基である)の基で末端化されたポリジアルキルシロキサンである。
【0027】
適切なポリマー材料は、約500mPa・s〜約200,000mPa・sのオーダーの粘性を有する。適切には、該ポリマーは、約35〜90重量%、好ましくは約45〜55重量%の量で存在する。
【0028】
界面活性充填剤(ii)
該界面活性充填剤は、補強充填剤または半補強充填剤である。「界面活性」充填剤とは、充填剤粒子表面にて官能基を与える充填剤を意味する。例えば、シリカ充填剤粒子は典型的に、それらの表面上にシラノール基を与え、クレーは典型的に、それらの表面上にヒドロキシル基およびシラノール基を与え、炭酸カルシウムは典型的に、脂肪酸の層により表面保護を受けている。
【0029】
オルガノシロキサン組成物における使用に適した界面活性充填剤として、シリカ、チタニア、酸化亜鉛、クレー、マイカおよび沈降炭酸カルシウムが挙げられる。好ましくは、界面活性充填剤は、炭酸カルシウムおよびシリカから選択される。より好ましくは、界面活性充填剤は、高表面積のヒュームドシリカ、焼成シリカまたは沈降シリカである。
【0030】
適切には、該界面活性充填剤は、5〜40重量%、好ましくは6〜20重量%、より好ましくは8〜15重量%の量で存在する。
【0031】
オルガノシラン(iii)
オルガノシランは、好ましくは架橋剤として存在する。適切なオルガノシラン架橋剤は、アルコキシ、アセトキシ、オキシモ、アルケニルオキシまたはアミノ置換基を有するシランから選択される。好ましくは、架橋剤は、一般式:(R2)4-nSi(OR3)n(式中、R2およびR3は、前述の通りであり、nは2、3または4の値を有する)を有するアルコキシシランである。より好ましいオルガノシランは、式中、R2が、1〜6個の炭素原子を有するアルキル基(例えばメチル、エチル、イソプロピルもしくはイソブチル)、またはビニルのようなアルケニル基を表し、R3がメチルまたはエチルを表し、nが3であるものである。適切なオルガノシランの例は、メチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、およびビニルトリエトキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、テトラエトキシシランおよびイソブチルトリメトキシシランである。
【0032】
十分量のオルガノシラン架橋剤は、貯蔵中の組成物の十分な安定性および大気水分にさらされときの組成物の適切な架橋を保証するために用いられる。適切には、該オルガノシランは、0.5〜5重量%、好ましくは1.5〜3重量%の量で存在する。
【0033】
触媒(iv)
該触媒は、反応プロセスを促進するどんな適切な触媒であってもよい。適切な触媒は、チタンおよびジルコニウムテトライソプロピルチタネート、およびテトラn−ブチルチタネートおよびテトラt−ブチルチタネートのような金属の有機塩である。より迅速な硬化が望まれるのであれば、キレート化合物(例えばβ−ジケトンまたはβ−ケトエステル)を混合物に添加してもよい。チタン触媒用の促進剤として従来用いられるβ−ジケトンまたはβ−ケトエステル物質(例えばアセト酢酸エチルおよびアセト酢酸メチル)を用いてもよい。
【0034】
あるいは、該触媒は、以下:
(i)M[OR6]4およびM[OR’]b[Z]z
(式中、
Mは、チタンまたはジルコニウムであり、
各R6およびR’は、同じかもしくは異なる一級、二級または三級の脂肪族炭化水素であり、
Zは、式:−O−E−O−(ここで、Eは、1〜6個の炭素原子を含むアルキレン基または1〜6個の炭素原子を含む分岐アルキレン基である)を有する基であり、
zは、0または2である(ただし、bが0のときzは2であり、bが2のtきzは1である))
から選択される化合物(i)と、
(ii)下記一般式:
【0035】
【化2】
【0036】
(式中、
R1は、メチレン基および1〜6個の炭素原子を有する置換メチレン基から選択され、
Aは、−(CX2)rC(R7)3(ここで、rは、0〜5である)およびアダマンチル基またはそれらの誘導体から選択され、
Bは、
−(CX2)mC(R7)3(ここで、mは、0〜5である)、
−1〜6個の炭素原子を有する一価のアルキル基、
−OR8(ここで、R8は、−(CX2)mC(R7)3および1〜6個の炭素原子を有する一価のアルキル基の群から選択される)
から選択される
(ここで、各Xは、同じかまたは異なり、ハロゲン基および水素の群から選択され、各R7は、同じかまたは異なり、ハロゲン基および1〜8個の炭素原子を有するアルキル基の群から選択され、WO01/49789(ダウコーニング)に記載されるように、rが0より大きいときは少なくとも1つのXまたはR7は、はハロゲン基である))
を有する化合物との
混合物および/または反応生成物を含有してもよい。
【0037】
さらに用いてもよい代わりの触媒としては、例えば、オクタン酸鉛およびジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート、オクタン酸第一錫のようなカルボン酸の金属塩およびジ(n−ブチル)錫ビス(アセト酢酸エチル)およびジ(n−ブチル)錫ビス(アセチルアセトネート)のようなキレート化錫触媒が挙げられる。なお、これら後者の触媒は、上記のチタネート触媒と組合せて、共触媒として代わりに用いてもよい。
【0038】
適切には、該触媒は、0.5〜5重量%、好ましくは1.5〜3重量%の量で存在する。
【0039】
接着促進剤(v)
本発明が適用可能な適切な接着促進剤として、下記式:
(R”O)(3-q)(R”)qSi−Q
(式中、
R”は、8個以下の炭素原子を有するアルキルまたはハロアルキル基であり、
Qは、アミノ、メルカプト、エーテル、エポキシ、イソシアネート、シアノ、イソシアヌレート、アクリルオキシ、およびアシルオキシならびにそれらの混合物から選択される基によって官能基化された飽和、不飽和または芳香族炭化水素基であり、
qは、0〜3である)
を有する、少なくとも1つの加水分解可能な基を有するものが挙げられる。
好ましい接着促進剤として、下記式:
【0040】
【化3】
【0041】
(式中、
D置換基の1つは、−Ry−Si−(R”x)(OR”3-x)(ここで、Rは、アルキレンアリーレン、アルキレン、シクロアルキレンおよびそれらのハロゲン置換誘導体から選択される二価の炭化水素基であり、R”は、8個以下の炭素原子を有するアルキルまたはハロアルキル基であり、xは、0〜2であり、yは0または1である)であり、
残りのD置換基が、上述のような−Ry−Si−(R”)x(OR”)3-x(ただし、xが0〜3であり得る場合を除く)、スチリル、ビニル、アリル、クロロアリルおよびシクロヘキセニル基から選択される)
が挙げられる。
【0042】
このタイプの好ましい接着促進剤は、1,3,5−トリス(トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレートである。
【0043】
他の適切な接着促進剤として、アミノアルキルアルコキシシラン、エポキシアルキルアルコキシシラン(例えば3−グリシドオキシプロピルトリメトキシシラン)およびメルカプトアルキルアルコキシシランが挙げられる。さらに適切な接着促進剤は、3−グリシドオキシプロピルトリメトキシシランのようなエポキシアルキルアルコキシシランの、3−アミノプロピルトリメトキシシランのようなアミノ置換アルコキシシラン、および任意にメチルトリメトキシシランのようなアルキルアルコキシシランとの反応生成物である。
【0044】
2以上の接着促進剤を含む接着促進剤の混合物を用いてもよい。
【0045】
適切には、該接着促進剤は、0.2〜6重量%、好ましくは0.8〜3重量%の量で存在する。
【0046】
任意の成分
粉砕石英、珪藻土、硫酸バリウム、酸化鉄およびカーボンブラックのような1以上の他の細かく分類した増量充填剤がまた組成物中に存在してもよい。使用するかかる充填剤の割合は、エラストマー形成組成物および硬化エラストマーにおける所望の特性に依存するであろう。通常、存在する増量充填剤の量は、100重量部のポリマー(i)に対して、約5〜約150重量部の範囲内であろう。
【0047】
用いることができる別の従来の成分は、可塑剤である。可塑剤は、硬化エラストマーのモジュラスを低減する目的で導入される。このタイプの組成物(すなわち、オルガノシロキサンエラストマー)用の可塑剤の典型的な例は、末端トリオルガノシロキシ基(ここで、有機置換基は、例えばメチル、ビニルもしくはフェニルまたはこれらの基の組合せである)を有するポリジメチルシロキサンである。かかるポリジメチルシロキサンは標準的に、約5〜約100,000mPa・sの粘性を有しており、100重量部のポリマー(i)に対して、約80重量部以下の量で用いられ得る。適切には、可塑剤は、0〜40重量%、好ましくは30〜40重量%の量で存在し得る。
【0048】
他の追加の成分として、以下の:
−顔料
−水スカベンジャー(これらは典型的に、架橋剤またはシラザンとして用いられるものと同じ化合物である)
−組成物の成形能力を改良するための流動学的添加剤(適切には、0〜5重量%、好ましくは1.5〜2.5重量%の量で存在し得る)
が挙げられる。適切な流動学的添加剤の例としては、欧州特許第802233号(ダウコーニング)に記載されるようなシリコーン有機共重合体が挙げられる。
−殺菌剤(適切には、0〜3重量%、好ましくは0.8〜1.5重量%の量で存在し得る)
が挙げられる。
【0049】
得られるオルガノシロキサン生成物は、ガラス、プラスチック、金属、木材、塗装木材等用のシーラントとして用いられ得る。
【0050】
製造プロセス
上記のように、接着促進剤の添加前に、確実にオルガノシラン(iii)および充填剤(ii)の両方を含有する混合液を混ぜることは、本発明の必須の工程である。好ましくは、オルガノシランおよび充填剤成分は、接着促進剤を添加するまでにはそれぞれが実質的に均質であるように、ある期間および十分高度に混合される。オルガノシランおよび充填剤成分は、接着促進剤のかなりの部分と接触する前に、少なくとも密に混合すべきである。
【0051】
好ましくは、充填剤を添加する前に、架橋剤の形態にあるオルガノシラン(iii)、触媒(iv)およびポリマー(i)を混合する。このプレミックス段階はどのような形態をとることが可能であるが、充填剤の次にこれら成分を添加すると、得られる組成物にスランプ問題を引き起こす傾向にあるため、充填剤より前に、触媒およびオルガノシラン架橋剤を確実に混合物に導入することが、特に好ましい。
【0052】
オルガノシラン架橋剤および触媒は、界面活性充填剤と組合せる前に、混合してプレミックスを形成するのが最も好ましく、ポリマー/プレミックス混合物は、界面活性充填剤と組合せる前に完全に混合する。
【0053】
接着促進剤は、例えば、それ自体で、またはある量の充填剤以外のいかなる他の成分と組合せて添加してもよい。したがって、接着促進剤は、流動学的改質剤および/または殺菌剤と組合せて添加してもよく、あるいはある割合のポリマー、存在するならば可塑剤、および触媒または共触媒と組合せて添加してもよい。
【0054】
本発明によるオルガノシロキサン組成物は、バッチまたは連続操作で製造され得る。本発明によるバッチ型操作において、
a)ポリマー(i)、オルガノシラン(iii)および触媒(iv)を、適切な混合機に入れて、完全に混合し、ブレンドを形成する工程と、
b)該ブレンドに界面活性充填剤(ii)を添加し、確実に既定の期間完全に分散させる工程と、
c)各接着促進剤(v)を添加し、最終生成物が十分に均質になるまで混合する工程と、
d)工程(b)で得られる混合物および/または工程(c)の最終生成物から揮発成分を取り除く工程とを
含んでなるプロセスを提供する。
【0055】
可塑剤、特に末端トリメチルシロキシ基を有し、約100mPa・sの粘性を持つポリジメチルシロキサンを、ポリマーと同時に混合物に導入することが好ましい。好ましくは、オルガノシラン架橋剤および触媒を、任意に水スカベンジャーと組み合わせて、ポリマーおよび任意の可塑剤と混合する前にプレミックスする。好ましいプロセスにおいて、混合プロセスのどの段階で流動学的改質剤および/または殺菌剤を組成物に添加してもよい。
【0056】
装置が架橋剤−界面活性充填剤の相互作用に続く接着促進剤の添加を可能にするのであれば、本発明に記載するタイプの組成物を製造するのに適切であるどんな連続反応器も利用してよい。
【0057】
本発明の連続システムの例としては、欧州特許第0512730号(ダウコーニング)に記載される連続反応器が挙げられ、これは、外部滞留帯により連結された2つの混合帯を有するスクリュー押出機を包含する。
【0058】
本発明によるプロセスにおいて、
a)界面活性充填剤(ii)の導入前に、第1の混合帯においてポリマー(i)、触媒(iv)、オルガノシラン(iii)を混合する工程と、
b)第1の混合帯において、工程(a)で得られた混合物に界面活性充填剤(ii)を導入し、外部滞留帯に入れる前に完全に分散するまで混合する工程と、
c)第2の混合帯に、1以上の接着促進剤(v)を導入する工程とを
含んでなる、外部滞留帯により連結された2つの混合帯を有するスクリュー押出機を利用した連続プロセスを提供する。
【0059】
可塑剤および/または水スカベンジャーのような任意の添加物は、必要な場合には、界面活性充填剤の導入前に、第1の混合帯に導入して混合することが好ましい。界面活性充填剤を第1の混合帯に導入して外部滞留帯に届く前に該混合液に完全に分散させることで、滞留帯にある期間を界面活性充填剤の改質のために利用する。水のような副生成物を第2の混合帯にて抽出する。かかるシステムにおいて、適切な位置で第2の混合帯に投入口を導入して、接着促進剤を包装の前に添加して組成物中に均質に混合するようにするか、あるいはさらに追加の接着促進剤導入のための添加、混合段階を第2の混合帯の後に導入してもよい。
【0060】
さらなる代わりの連続プロセスは、欧州特許第0739652号(ダウコーニング東レシリコーン)に記載されるタイプの連続混合機を利用してもよい。この場合には、該プロセスは、円柱形本体ケーシング(該ケーシングは、該ケーシングの最上部にある材料供給開口部、該ケーシングの底部にある混合物吐出口、該ケーシングの内径に対する回転円板の直径比が0.80〜0.95であるケーシング内の回転円板、該回転円板の上方にある上部混合コンパートメントおよび該回転円板の下方にある下部混合コンパートメントを有する)を具備する連続混合装置に、(a)ポリマー(i)、オルガノシラン(iii)および触媒(iv)のプレミックス、および(b)界面活性充填剤(ii)を供給することを含んでなる。該プロセスは、前記円板の回転により前記上部混合コンパートメントにおいて前記界面活性充填剤(II)と前記プレミックス(I)を混合して混合物を形成し、前記下部混合コンパートメントに前記混合物を移し、続いて前記吐出口を通して前記混合物を放出する前か、後か、または同時に1以上の接着促進剤を添加することを含んでなる。
【0061】
好ましくは、混合物の放出に続いて、混合物を脱泡装置中で脱泡させ、脱泡装置を通って混合物が通過する中に、接着促進剤(v)を、得られた混合物中に導入する。
【0062】
理論的に限定されることなく、本発明者等は、充填剤より前に、または同時に接着促進剤を導入する過去のプロセスにおいて、混合プロセス中に、接着促進剤および充填剤表面間の相互作用が起こり、かなりの割合の接着促進剤の「トラッピング」を生じ得ると考える。このことにより、得られる組成物の定着特性の効果を大きく低減させる結果に終わる。したがって、接着促進剤の添加前に、界面活性充填剤(ii)をオルガノシランと混合することにより、オルガノシラン(iii)との反応によって、充填剤の表面はその場で修飾され、かくして、接着促進剤の充填剤との相互作用を阻害すると考えられる。
【0063】
上記のように、接着促進剤の添加前にある期間、オルガノシラン(iii)および充填剤(ii)を含有する混合物を確実に混合することは、本発明の必須の工程である。本発明の利点を得るのに必要な正確な期間は、実際のプロセスおよび用いる装置に依存して様々であろう。しかしながら、ルーチンな実験(バッチプロセスにて充填剤およびオルガノシラン成分の混合後に異なる時間で接着促進剤を添加するか、または連続プロセスにて充填剤およびオルガノシラン成分の添加ポイントの下流にある、混合プロセスにおける異なるポイントにて接着促進剤を添加すること)により、当業者はこれを確立することができる。
【0064】
本発明に従った上記プロセスのいずれかから得られる生成物(例えばシーラント)は、シーラントおよびガラスまたは窓枠のような基材間の接着性を大きく改良する。これは実質的により多くの接着促進剤が、生成物マトリックス内およびシーラント/基材の接触面の両方にて反応するのに役立つためであると考えられる。
【0065】
理論的に制限されることなく、本明細書に記載するプロセスを利用しない過去の組成物は、充填剤と相互作用した多量の接着促進剤を含有する最終生成物を生じる結果となったと考えられる。
【0066】
本発明は、添付の図面を参照してさらに説明されるであろう。
【0067】
図1は、概して(100)と称される、本発明のプロセスにおける使用のための連続混合機(FUNKEN POWTECHS、INC-Japan)を示す。
【0068】
該混合機は、ミキサー本体(20)および該混合機のための材料供給部(30)を具備する。円柱形本体ケーシング(1)は、ミキサー本体(20)の外殻を形成し、供給開口部(2)は、該本体ケーシング(1)の上部プレート(1a)の中心部分に設けられ、供給混合物を受け入れる。該本体ケーシングの低部は、倒位円錐形状を有する斜表面(1b)を形成し、吐出口(3)は、前記斜表面(1b)に取り付けられている。円錐形要素(15)は、斜表面(1b)とともに環状V形状の底部を形成するように、該ケーシング底部の中心に設けられる。
【0069】
円柱形供給部ケーシング(4)は、材料供給部(30)の外殻を形成する。注入口(5)は、供給部ケーシング(4)の側面に連結し、リザーバ(6)は、供給部ケーシング(4)内に形成される。倒立円錐形状を有するオーバーフロー管(7)は、ミキサー本体(20)上の供給開口部(2)の最上部上に連結している。このオーバーフロー管(7)は、実質的に垂直に上昇し、リザーバ(6)の内壁を形成する。供給導管(8)の低末端は、オーバフロー管(7)への注入口に面している。
【0070】
回転円板(11)は、供給開口部(2)に面して、ミキサー本体(20)の本体ケーシング(1)内に水平に取り付けられている。この回転円板(11)は、該ケーシング内部を、第1段階の混合操作が行われる上部混合コンパートメント(10)および第2段階の混合操作が行われる下部混合コンパートメント(12)とに分ける。回転円板(11)の回転中心は、回転軸(16)の上部末端に固定されている。前記回転軸(16)は、軸受要素(16a)により支持され、ケーシング(1)の外に伸びている。滑車(17)は、回転軸(16)の底部末端に固定され、電気モーター(図示していない)により回転のための動力を与えられる。回転の好ましい範囲は、400〜3,000rpmである。添加剤注入口(9)は、上部プレート(1a)に設けられ、該添加剤注入口(9)は、上部混合コンパートメント(10)に開放しており、例えば、充填剤/SCP混合物の添加と同時に、連続混合機(100)に添加剤を導入してもよい。回転円板(11)の各上部表面、外縁および底部表面は、2以上のスクレーパ(13a)、(13b)および(13c)を有する。通常、3つの各タイプのスクレーパ(13a)、(13b)および(13c)が用いられるが、回転円板(11)の外縁上のスクレーパ(13b)は省略してもよい。典型的に混合物は、回転円板の撹拌作用およびこれらスクレーパの撹拌および/または掻き取り作用の組合せにより混合される。
【0071】
混合は以下のように進行する:上部混合コンパートメント(10)におけるスクレーパ(13a)が、上部プレート(1a)に付着する混合物を掻き取り、スクレーパ(13b)が、上部混合コンパートメント(10)および下部混合コンパートメント(12)間の境界にある、ケーシングの内壁に付着する混合物を掻き取り、下部混合コンパートメント(12)におけるスクレーパ(13c)が、ケーシング底部の斜表面(1b)上に付着する混合物を掻き取る。
【0072】
円柱形本体ケーシング(1)の内径に対する回転円板(11)の直径の比は、充填剤の分散物の品質に特に重要であり、0.8〜0.95、好ましくは0.85〜0.9の値がここで要求される。0.8未満の比は、混合物による「ショートパス」により不十分な分散物を生産し、0.95を超える比は、分散物を生産するものの、下部混合コンパートメント(12)に混合物を移すことができないであろう。
【0073】
回転円板(11)の上部表面はまた、多数の垂直混合ピン(14)を具備し、これらはさらに均質性を助長する。コンフォーミングジャケットが、ミキサー本体(20)の円柱形本体ケーシング(1)の外表面を覆って、温度制御の目的で設けられてもよい。
【0074】
図1に記載の混合装置は、本発明に従って、オルガノシロキサン組成物を製造するためのシステムに以下のように適切に利用され得る。オルガノシラン架橋剤/触媒/ポリマー混合物(SCP混合物)および任意で可塑剤を、注入口(5)を通して材料供給部(30)に供給し、同時に界面活性充填剤を、供給導管(8)から導入する。注入口(5)から供給したSCP混合物は、まずリザーバ(6)に貯蔵され、次にオーバーフロー管(7)の内壁をその最上部縁から流れ落ちる。この時点で、供給導管(8)を通して供給された界面活性充填剤は、前記SCP混合物中に混合され、得られた界面活性充填剤/SCP混合物を供給開口部(2)に移す。
【0075】
上記装置において、供給開口部(2)から上部混合コンパートメント(10)に流れ込んだ界面活性充填剤/SCP混合物は、回転円板(11)上で放射状に外側へ輸送されながら、スクレーパ(13a)および混合ピン(14)による撹拌および掻き取りに基づく第1段階の混合プロセスが行われる。第1段階の混合プロセスにて混合された界面活性充填剤/SCP混合物は、次にスクレーパ(13b)により撹拌および掻き取りと組合せて、回転円板(11)の外周および円形形本体ケーシング(1)の内壁間のせん断に基づく第2段階の混合プロセスが行われる。次に下部混合コンパートメント(12)に輸送された混合物は、斜表面(1b)上に移され、スクレーパ(13c)の末端により掻き取られながらせん断をうける。得られた界面活性充填剤のさらなる分散物は、混合物の粘性をさらに低減させる。続いて該混合物を吐出口(3)を通して放出させる。分散物の品質を考慮すると、下部混合コンパートメント(12)における充填剤/SCP/添加剤混合物が、120〜150℃に達することが好ましい。
【0076】
図2は、本発明に記載するようなオルガノポリシロキサン組成物を調製する混合システムの概略図を示す。
【0077】
該混合システムは、混合機(101)、上記のような連続混合機(100)、二軸スクリュー脱泡装置(102)および冷却器(99)の4つの主な構成部品を具備し、本発明に従って、オルガノシロキサン組成物の製造に以下のように適切に利用することができる。ポリマー、任意の可塑剤、ならびに触媒および架橋剤のプレミックスを、供給ライン98、97および96それぞれを通して混合機(101)に導入し、連続混合機(100)の注入口5に供給する前に混合機(101)で混合する。界面活性充填剤を、導管(8)を通して混合機(100)に導入する。円板(11)の高回転速度およびその上にある回転カムの存在によりこれらの成分は混合される。最も高い混合せん断は、ミキサー壁および円板縁間に起こると考えられる。得られた混合物を、連続混合機(100)の出口(3)から連続的に放出させ、ベント式二軸スクリュー押出機102(例えば、DongSeo Machinery Co.,LTD-Korea)(これは、脱泡装置として用いる)の供給口(95)に供給する(L/D=10)。吸引孔開口部(94)を通してベント式二軸スクリュー押出機内を減圧することで、混合物中に存在する水、揮発物および空気を連続的に除去する。さらに、殺菌剤導入のために添加剤入口(108)を設けている。二軸スクリュー脱泡装置(102)から放出された最終生成物は、連続的に放出され、冷却器(99)に移され、続いて適切な貯蔵容器に包装される。
【0078】
本発明に先だって、接着促進剤(例えばアミノアルキルアルコキシシランのエポキシアルキルアルコキシシランおよび任意にアルキルアルコキシシランの反応生成物)、および必要な場合にはシリコーン−グリコール流動学的添加剤)を、注入口9を通して連続混合機(100)に供給し、実質的に同時に界面活性充填剤、SCP混合物および接着促進剤を該混合機に導入した。
【0079】
本発明において、接着促進剤は注入口(9)にて添加せずに、図2に見られるように、注入口(110)にて連続混合機(100)の低領域に、あるいは二軸スクリュー脱泡装置(102)において注入口(108)にて殺菌剤と組み合わせて導入され、後者が好ましい。流動学的添加剤は、注入口(9)を通してさらに添加されるのが好ましいが、注入口(110)または注入口(108)にて接着促進剤と組合せて添加してもよい。さらに、注入口(108)は、図2の吸引孔(94)より前に位置するが、接着促進剤は、二軸スクリュー脱泡装置(102)における孔(94)より前または後ろに導入してもよいことは理解されるであろう。
【0080】
本発明は、以下の非限定的な実施例によりさらに説明されるであろう。
【0081】
【実施例】
実施例1
この実施例は、図2に記載のシステムにおいて、様々な異なる注入口から接着促進剤を添加して、連続混合機(100)で製造されたシーラント組成物の接着性を比較するために用いた。表1は、重量部で測定した、用いた組成物を示している。ポリマーは、60000mPa・sの粘性を有するエチルトリエトキシシリル末端のポリジメチルシロキサン(pol)であり、可塑剤は、100mPa・sの粘性を有するトリメチルシリル末端のポリジメチル−シロキサン(plas)であった。用いた触媒は、テトラt−ブチルチタネート(TtBt)であり、オルガノシラン架橋剤は、イソブチルトリメトキシシラン(iBTMS)であり、界面活性充填剤は、CAB−O−SIL LM150ヒュームドシリカ(圧縮強化していない)(例えばCabot)であり、流動学的添加剤は、RA1として表1に示したシリコーン−グリコールであり、共接着促進剤AP1は、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドオキシプロピルトリメトキシ−シランおよびメチルトリメトキシシランの反応生成物であり、共接着促進剤AP2は、1,3,5−トリス(トリメチルオキシシリルプロピル)−イソシアヌレート Y11597(例えばWitco)であり、殺菌剤は、ビニゼン BP5−5 PG1000であった。
【0082】
【表1】
【0083】
実行C1、C2およびC3はすべて比較の実行であり、C1においては、組成物に接着促進剤を用いず、C2においては、接着促進剤AP1のみ注入口(9)を通して添加し、C3においては、AP1およびAP2の混合物を注入口(9)を通して添加し、したがって他の成分と同時に添加した。実行4、5および6は、本発明の具体例であり、実行4においては、AP1およびAP2の両方を注入口(110)を通して連続混合機(100)に導入し、実行5においては、AP1およびAP2を二軸スクリュー脱泡装置(102)上の注入口(108)にて殺菌剤と組合せて反応混合物に導入した。実行6は、上記混合プロセスに続いて、AP1およびAP2の両方をドレイスミキサーに添加した。上記プロセスにより得られた生成物を用いて接着試験を行った。組成物で処理し、室温で1週間(乾式硬化)または室温で1週間かつ水浸で1週間(乾式/湿式硬化)硬化させた様々な基材サンプルに関して接着性を測定した。適用する前に、基材をイソプロパノール/アセトン混合液で洗浄した。ビード試験(CTM 1007)を用いて接着性を評価し、それによりビードを硬化させた後に、該ビーズを90°で引っ張り、破損を以下のように評価した:
0:接着層破損−乏しい接着性
1:境界または混合様態(接着層/凝集)破損−許容可能な接着性
2:凝集破損−優れた接着性
【0084】
表2に示したプラスチックの接着性データは、異なる基材、すなわち10の非可塑化塩化ポリビニルサンプル(例えば、KOMMERLING, REHAU, SALAMANDER, VEKA, LG, KCC, SOLVINおよびALUPLAST)、7つのポリエステル塗装アルミニウム(PCA)サンプル(DUPON, AKZO-NOBELから得た)および2つのポリフッ化ビニリデン塗装アルミニウムサンプルに関して得られた乾式湿式硬化の平均的な結果である。
【0085】
【表2】
【0086】
予想通り、実行C1は、特定のシラン接着促進剤がいずれも存在していないため、非常に乏しいプラスチック接着性を示す。すべての基材に対する接着性は、AP2の存在により高められ、最も良い結果は、AP1およびAP2を、脱泡装置(102)において混合物に導入するときに得られる。これらの結果は、より後に接着促進剤を添加すると、よりよい結果が得られることを示している。
【0087】
実施例2
完璧な乾式接着性を示すKOMMERLING、REHAU(2タイプ)、SALAMANDER、VEKA(3タイプ)、LG、KCC、SOLVIN、ALUPLAST、BASF、VINIDUR(2タイプ)由来の様々なuPVCに関して、実施例1に記載の実行5により調製されるサンプルに、さらなる接着性試験を行った。水浸後に、KOMMERLING、REHAU、VEKA、LG、KCC、SOLVIN、ALUPLAST由来のサンプルを用いて、100%凝集破損を達成した。接着性能は、特に水浸後に、市販のシーラントであるDurasil(商品名)W15−2000(ダウコーニング)よりも優れていた。実行5aは、実行5のために製造した組成物と同一であるが、得られた生成物をカートリッジに包装するときに酸化チタン色素ペーストを添加した白色シーラントを用いた。
【0088】
【表3】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプロセスにおける使用のための連続混合装置の平面図である。
【図2】本発明のプロセスにおける使用のための混合システムの概略図である。
【符号の説明】
1 本体ケーシング
3 吐出口
9 添加剤注入口
11 回転円盤
20 ミキサー本体
100 連続混合機
110 注入口
Claims (6)
- 以下の工程を含むオルガノポリシロキサン組成物を製造するためのバッチプロセス:
a)ケイ素に結合している少なくとも2つの基(それらはヒドロキシル基もしくは加水分解可能な基またはそれらの部分的縮合物である)を有するポリマー(i)、次の一般式を有するオルガノシラン(iii):(R 2 ) 4−n Si(OR 3 ) n (式中、R 2 は炭素数1〜6のアルキル基, ビニル基又はハロゲン置換アルキル基であり、R 3 は炭素数6までのアルキル基であり、nは2,3又は4である)、
および触媒(iv)を、適切な混合機に入れて完全に混合し、ブレンドを形成する工程;
b)該ブレンドに、シリカ, チタニア, 酸化亜鉛, クレー, マイカ及び沈降炭酸カルシウムからなる群から選ばれる界面活性充填剤(ii)を添加し、完全に分散させる工程;
c)1又は1以上の次の一般式を有する接着促進剤(v):
(R”O) (3−q) (R”) q Si−Q
(式中、R”は8個以下の炭素原子を有するアルキルまたはハロアルキル基であり、Qはアミノ, メルカプト, エーテル, エポキシ, イソシアネート, シアノ, イソシアヌレート, アクリルオキシ, アシルオキシ及びそれらの混合物からなる群から選ばれる基によって官能基化された飽和, 不飽和または芳香族炭化水素基であり、qは0〜3である)
を添加し、最終生成物が十分に均質になるまで混合する工程;及び
d)工程(b)で得られる混合物および/または工程(c)の最終生成物から揮発成分を取り除く工程。 - 外部滞留帯により連結される2つの混合帯を有するスクリュウ押出機を使用し、以下の工程を含むオルガノポリシロキサン組成物を製造するための連続プロセス:
a)ケイ素に結合している少なくとも2つの基(それらはヒドロキシル基もしくは加水分解可能な基またはそれらの部分的縮合物である)を有するポリマー(i)、前項に定義されるオルガノシラン(iii)および触媒(iv)を、前項に定義される界面活性充填剤(ii)を添加する前に、第1の混合帯に入れ;
b)前記界面活性充填剤(ii)を、第1の混合ゾーンでの工程a)で得られた混合物に加え、前記外部滞留帯に入る前に、完全に分散させる工程;及び
c)第2の混合帯に1又は1以上の前項に定義される接着促進剤(v)を導入する工程。 - a)ケイ素に結合している少なくとも2つの基(それらはヒドロキシル基もしくは加水分解可能な基またはそれらの部分的縮合物である)を有するポリマー(i)、前項に定義されるオルガノシラン(iii)および触媒(iv)を予め混合したプレミックス、及び
b)前項に定義される界面活性充填剤(ii)を、
本体ケーシング(1、1a、1b)(該本体ケーシングは、該ケーシング(1、1a、1b)の最上部にある材料供給開口部(8、14、9)、該ケーシング(1、1a、1b)の底部にある混合物吐出口(3)、該ケーシング(1、1a、1b)内の回転円板(11)ならびに前記回転円板(11)の上方にある上部混合コンパートメント(10)および前記回転円板(11)の下方にある下部混合コンパートメント(12)を有する)を具備する連続混合装置に、供給することを含んでなるオルガノポリシロキサン組成物の製造プロセス:
ここに、前記プレミックス(a)は、前記上部混合コンパートメント(10)において前記円板(11)の回転により前記界面活性充填剤(ii)と混合して混合物を形成し、該混合物を前記下部混合コンパートメント(12)に移し、1又は1以上の前記接着促進剤(v)を前記吐出口(3)を通して該混合物を放出する前か、後か、同時に1又は1以上の前記接着促進剤(v)を添加する。 - 前記接着促進剤(v)は、アミノアルキルアルコキシシラン、エポキシアルキルアルコキシシラン、メルカプトアルキルアルコキシシラン、およびエポキシアルキルアルコキシシランのアミノ置換アルコキシシランおよびアルキルアルコキシシランとの反応生成物から選択される、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 前記オルガノシラン(iii)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、メチルトリエトキシシラン、およびビニルトリエトキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、テトラエトキシシランおよびイソブチルトリメトキシシランから選択されるアルコキシシランである、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 前記オルガノシラン(iii)、前記触媒(iv)および前記ポリマー(i)は、前記充填剤(ii)を添加する前に混合される、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
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