JP4672508B2 - 難燃性シリコーン組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、光硬化が可能な難燃性シリコーン組成物に関する。
従来、メタクリロイルオキシ基を有する紫外線(以下、「UV」という)硬化性シリコーン組成物は公知である。例えば、少なくとも50%の特定タイプのシリコーン樹脂、少なくとも10%のヒュームドシリカ充填剤および光開始剤を含むUV硬化性シリコーン組成物(特許文献1);アクリロイルオキシ基またはメタクリロイルオキシ基を有するオルガノポリシロキサン、感光剤および溶媒からなり、プリンティング等のプレート製造用組成物(特許文献2);分子当り平均で少なくとも1個のアクリロイルオキシ基および/またはメタクリロイルオキシ基を有するオルガノポリシロキサン、低分子量ポリアクリル架橋剤および感光剤を含み、剥離用コーティングに適したUV硬化性組成物(特許文献3〜4);メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシランと低分子量ヒドロキシ末端化ポリオルガノシロキサンとの反応により調製された紙上の保護コーティング用組成物(特許文献5)等が提案されている。
さらに、紫外線/水分二重硬化性シリコーン組成物も公知である。例えば、シリコーン湿分硬化触媒を含有し、アクリル官能性のジアルコキシシリル基またはジアリールオキシシリル基で封鎖されたポリオルガノシロキサン、トリメチルシリル基で封鎖されたシリコーンオイルおよび光増感剤を含有する二重硬化性シリコーン(特許文献6〜7)等が提案されている。
これらのプレート製造、コーティング等の分野において難燃性が要求される場合には、従来のUV硬化型シリコーン組成物では対応できず、シリコーン硬化物以外の構成部品によって難燃性を確保するのが通例である。しかし、近年の環境問題の見直しに伴い、難燃化に対する要求も厳しくなってきているため、良好な硬化性を有し、しかも優れた難燃性を有するシリコーン組成物が切望されている。中でも光硬化、特にUV硬化が可能な透明でかつ難燃性を有する材料は開発が困難であった。
米国特許第4675346号明細書 英国特許第1323869号明細書 米国特許第4201808号明細書 米国特許第4348454号明細書 英国特許第2039287号明細書 米国特許第4528081号明細書 米国特許第4699802号明細書
そこで、本発明は、光硬化、特にUV硬化が可能であり、透明な難燃性シリコーン組成物を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、下記の組成物によって、良好な難燃性、具体的にはUL94V−0、V−1、V−2レベルの難燃性が達成されることを知見し、本発明を為すに至った。
即ち、本発明は、
(A)下記平均組成式(1):
a1 bSiO(4-a-b)/2 (1)
(式中、Rは水酸基、シルアルキレンシラノール基または加水分解性基であり、R1はメチル基またはフェニル基であり、aおよびbは独立に正数であり、但し、a+bは1.9〜2.4の数である。)
で表され、水酸基、シルアルキレンシラノール基、または2個以上の加水分解性基を有するシロキシ基を、一種単独であるいは二種以上を組み合わせて、一分子中に合計で2個以上有するオルガノポリシロキサン: 100質量部、
(B)下記一般式(2):
Figure 0004672508
〔式中、R2は独立に、水素原子、フェニル基またはハロゲン化フェニル基であり、R3は独立に、水素原子またはメチル基であり、R4は独立に、置換または非置換の炭素原子数1〜10の1価炭化水素基であり、Xは加水分解性基であり、Z1は独立に、式:−R5−、−R5O−または−R5(CH3)2SiO−(式中、R5は独立に、置換または非置換の炭素原子数1〜10の2価炭化水素基である。)で表される基であり、Z2は酸素原子または置換もしくは非置換の炭素原子数1〜10の2価炭化水素基であり、mおよびnは独立に0〜2の整数である。〕
で表される有機ケイ素化合物: 0.1〜30質量部、
(C)縮合触媒: 有効量、
(D)光重合開始剤: 有効量、および
(E)下記一般式(3):
Figure 0004672508
(式中、R6は独立に、置換または非置換の1価炭化水素基である。)
または、下記一般式(4):
Figure 0004672508
(式中、R6は独立に、置換または非置換の1価炭化水素基であり、Qは置換または非置換の2価炭化水素基である。)
で表されるリン酸エステル化合物: 0.1〜30質量部
を含有する難燃性シリコーン組成物、
を提供することを目的とする。
本発明のシリコーン組成物は、優れた難燃性を有する透明な硬化物の製造に有用であり、かつ光硬化、特にUV硬化が可能なものである。したがって、特に電気・電子分野の透明かつ難燃性の必要な基板のコーティングへの適用が期待される。
以下、本発明について詳しく説明する。
<(A)オルガノポリシロキサン>
本発明の(A)成分は、上記平均組成式(1)で表され、水酸基、シルアルキレンシラノール基、または2個以上、好ましくは2〜3個の加水分解性基を有するシロキシ基を、一種単独であるいは二種以上を組み合わせて、一分子中に合計で2個以上、好ましくは4〜6個含有するオルガノポリシロキサンである。
(A)成分のオルガノポリシロキサンの構造は、特に限定されず、直鎖状であっても、RSiO3/2単位、R1SiO3/2単位(式中、RおよびR1は上述のとおりである。)またはSiO4/2単位、あるいはこれらの組み合わせを含む分岐状であってもよい。
(A)成分のオルガノポリシロキサンの25℃における粘度は、好ましくは50〜100,000mm2/s、より好ましくは100〜10,000mm2/sである。粘度がかかる範囲を満たすと、硬化物がより優れた難燃性および十分な硬さを有し、さらに組成物が適切な流動性を有するものとなる。
(A)成分のオルガノポリシロキサンは、上記平均組成式(1)中の全Rと全R1の合計(即ち、シロキサン骨格のSiに結合した全有機基)に対してフェニル基を2モル%以上、特には10〜40モル%含むことが好ましい。
上記シルアルキレンシラノール基は、通常、下記一般式(1a):
Figure 0004672508
(式中、Rpは独立にアルキル基であり、Rqはアルキレン基であり、rは1〜10、好ましくは1〜6の整数である。)
で表される基である。
上記一般式(1a)中、Rpは、通常、炭素原子数1〜6のアルキル基である。その具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられ、好ましくはメチル基である。
上記一般式(1a)中、Rqは、通常、メチレン基、炭素原子数2〜6のアルキレン基である。その具体例としては、エチレン基、プロピレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基等が挙げられ、好ましくはエチレン基である。
上記一般式(1a)で表されるシルアルキレンシラノール基としては、下記式:
Figure 0004672508
で表されるシルエチレンシラノール基が好ましい。
上記加水分解性基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等のアルコキシ基等が挙げられ、好ましくはメトキシ基である。
上記加水分解性基を有するシロキシ基としては、トリメトキシシロキシ基が好ましい。
上記一般式(1)中、Rで表されるシルアルキレンシラノール基としては、シルエチレンシラノール基が好ましく、加水分解性基としては、メトキシ基が好ましい。Rとしては、特に水酸基、メトキシ基が好ましい。
上記一般式(1)中、R1はメチル基またはフェニル基である。
上記一般式(1)中、aおよびbは、(A)成分のオルガノポリシロキサンが一分子中に少なくとも2個のRを有するように定義されるが、独立に正数であることが必要であり、但し、a+bは1.9〜2.4の範囲を満たすことが必要である。
(A)成分のオルガノポリシロキサンは、例えば、
Figure 0004672508
(式中、Meはメチル基を表す。)
(A)成分のオルガノポリシロキサンは、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
<(B)有機ケイ素化合物>
本発明の(B)成分は架橋剤として作用する成分であり、上記一般式(2)で表される有機ケイ素化合物である。
上記一般式(2)中、R2は水素原子、フェニル基またはハロゲン化フェニル基であり、好ましくは水素原子である。
上記一般式(2)中、R3は水素原子またはメチル基である。
上記一般式(2)中、R4で表される1価炭化水素基としては、例えば、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、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、デシル基等のアルキル基;ビニル基、アリル基等のアルケニル基;フェニル基、トリル基等のアリール基、ベンジル基、フェニルエチル基等のアラルキル基等、これらの水素原子の一部または全部をハロゲン原子で置換した、クロロメチル基、2−クロロエチル基、2−ブロモエチル基、1,1−ジクロロプロピル基、3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等のハロゲン化アルキル基等が挙げられ、好ましくは炭素原子数1〜3の置換または非置換の1価炭化水素基、より好ましくはメチル基である。
上記一般式(2)中、Xで表される加水分解性基としては、例えば、ヒドロカルビルオキシ基等が挙げられ、好ましくは、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、メトキシエトキシ基等のアルコキシ基、ビニルオキシ基、アリルオキシ基、プロペニルオキシ基、イソプロペニルオキシ基、ブテニルオキシ基等のアルケニルオキシ基等の炭素原子数1〜6、特に炭素原子数1〜4程度の低級アルコキシ基、低級アルケニルオキシ基等、より好ましくは、メトキシ基、エトキシ基、イソプロペニルオキシ基である。
上記一般式(2)中、Z1で表される基は、式:−R5−、−R5O−または−R5(CH3)2SiO−(式中、R5は前述のとおりである。)で表されるが、好ましくは式:−R5O−で表される基である。R5で表される2価炭化水素基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、プロピレン基、テトラメチレン基等のアルキレン基やフェニレン基等のアリーレン基等、これらの水素原子の一部または全部をハロゲン原子で置換した、クロロメチレン基、ジクロロメチレン基、クロロエチレン基等のハロゲン置換アルキレン基等が挙げられ、中でも炭素原子数1〜3の置換または非置換の2価炭化水素基が好ましく、特にはエチレン基、トリメチレン基が好ましい。
上記一般式(2)中、Z2で表される2価炭化水素基としては、上記R5で表される2価炭化水素基として説明したものと同種のものであるが、特にエチレン基が好ましい。
上記一般式(2)中、mおよびnは独立に0〜2の整数であり、mは2、nは0または1であることが好ましい。
(B)成分の有機ケイ素化合物の具体例としては、以下の構造のものが挙げられる。
Figure 0004672508
(式中、Meはメチル基を表す。以下、同じである。)
(B)成分の有機ケイ素化合物の配合量は、(A)成分100質量部に対して0.1〜30質量部とすることが必要であり、好ましくは1〜20質量部、より好ましくは5〜20質量部である。この配合量が0.1質量部未満である場合には、架橋密度が低くなりすぎ、硬化物の耐熱性に悪影響を与えたり、組成物が十分に硬化しないことがあり、30質量部を超える場合には、組成物が十分に硬化しなかったり、硬化物の耐熱性に悪影響を与えることがある。
(B)成分の有機ケイ素化合物は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
<(C)縮合触媒>
本発明の(C)成分は、(A)成分中の水酸基(シルアルキレンシラノール基中の水酸基を含む)または加水分解性基の加水分解および縮合を促進する縮合触媒である。
(C)成分の縮合触媒としては、例えば、チタン、錫、ジルコニウム等の有機金属化合物、グアニジル基を有する窒素含有化合物等の塩基性化合物等が挙げられ、好ましくは、テトライソプロポキシチタネート、テトラブトキシチタネート、ジブチル錫ジオクテート、ジブチル錫ジラウレート等の有機金属化合物、テトラメチルグアニジン誘導体等の塩基性化合物、より好ましくはテトラメチルグアニジルプロピルトリメトキシシラン、テトライソプロポキシチタネート、テトラブトキシチタネートである。詳細は、米国特許第4,111,890号公報にも記載されている。
(C)成分の縮合触媒の配合量は、組成物を硬化させるのに必要とされる有効量であればよいが、通常、(A)成分100質量部に対して0.1〜3質量部、好ましくは0.5〜1.5質量部である。
(C)成分の縮合触媒は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
<(D)光重合開始剤>
本発明の(D)成分は、光重合反応を効率よく開始させるための光重合開始剤である。
(D)成分の光重合開始剤としては、例えば、ベンゾインおよび置換ベンゾイン(例えば、アルキルエステル置換ベンゾイン等)、ミヒラー(Michler's)ケトン、アセトフェノンおよびジエトキシアセトフェノン(DEAP)等のジアルコキシアセトフェノン等の置換アセトフェノン、ベンゾフェノンおよび置換ベンゾフェノン、キサントンおよび置換キサントン等の、アクリロイル基およびメタクリロイル基の光重合反応を促進させるために公知のものが挙げられる。
具体的には、ジエトキシアセトフェノン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ジエトキシキサントン、クロロチオキサントン、アゾビスイソブチロニトリル、N-メチルジエタノールアミンベンゾフェノン、およびこれらの混合物等の紫外線重合開始剤や、カムホキノンパーオキシエステル開始剤、非フルオレンカルボン酸パーオキシエステル、およびこれらの混合物等の可視光線重合開始剤が挙げられ、特にジエトキシアセトフェノンが好ましい。
商業的に入手し得る光重合開始剤としては、Ciba Specialty Chemicals社からIRGACUREおよびDAROCURの商品名で入手し得る開始剤、とりわけ、IRGACURE 184 (1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン)、907 (2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルホリノプロパン-1-オン)、369 (2-ベンジル-2-N,N-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-1-ブタノン)、500 (1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンとベンゾフェノンとの組合せ)、651 (2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン)、1700 (ビス(2,6-ジメトキシベンゾイル-2,4,4-トリメチルフェニル)ホスフィンオキサイドと2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オンとの組合せ)および819 (ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキサイド);DAROCUR 1173 (2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-1-プロパン)および4265 (2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイドと2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オンとの組合せ)等の紫外線重合開始剤;並びにd1-カムホルキノンおよびIRGACURE 784DC (ビス(η5-2,4-シクロペンタジエン-1-イル)-ビス[2,6-ジフルオロ-3-(1H-ピロール-1-イル)フェニル]チタン)等の可視光線(青色)光重合開始剤が挙げられる。
(D)成分の光重合開始剤の配合量は、光重合反応を効率よく開始させるのに必要とされる有効量であれば特に限定されないが、通常、(A)成分100質量部に対して0.1〜3質量部であり、好ましくは0.5〜2.5質量部である。
(D)成分の光重合開始剤は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
<(E)リン酸エステル化合物>
本発明の(E)成分は、硬化物に難燃性を付与する難燃剤として作用する、上記一般式(3)または(4)で表されるリン酸エステル化合物である。
上記一般式(3)および(4)中、R6で表される1価炭化水素基は、通常、炭素原子数1〜12であり、具体的には、下記構造式:
Figure 0004672508
(式中、Prはイソプロピル基を表し(以下、同じである)、nは1〜5の整数である。)
で表される基等が挙げられるが、硬化物の難燃性が特に良好なものとなるので、好ましくは置換または非置換のフェニル基である。
上記一般式(4)中、Qで表される2価炭化水素基は、通常、炭素原子数1〜12であり、具体的には、下記構造式:
Figure 0004672508
で表される基等が挙げられる。
(E)成分のリン酸エステル化合物の具体例としては、下記構造式:
Figure 0004672508
Figure 0004672508
Figure 0004672508
(式中、nは1〜5の整数である。)
Figure 0004672508
Figure 0004672508
で表されるもの等が挙げられる。
(E)成分のリン酸エステル化合物の配合量は、(A)成分100質量部に対して0.1〜30質量部であることが必要であり、好ましくは1〜15質量部、より好ましくは10〜15質量部である。かかる配合量が0.1質量部未満である場合には、硬化物の難燃性が著しく劣ることがあり、30質量部を超える場合には、硬化物の物性(硬さ、伸び、引張り強度)が損なわれることがある。
(E)成分のリン酸エステル化合物は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
<任意成分>
本発明の組成物には、上記(A)〜(E)成分以外にも、本発明の効果を損なわない範囲内で、その他の成分を配合してもよい。具体的には、以下のものが挙げられる。
−無機充填材−
例えば、無機充填剤を添加することができる。これは、硬化物に構造特性(即ち、硬化物の物性)を付加すると共に、未硬化状態の組成物に流動特性を与える成分である。無機充填剤としては、例えば、ヒュームドシリカ等の補強用シリカ類が使用できる。このシリカは、未処理のまま(即ち、親水性)使用しても、表面疎水化処理を行ってから(即ち、疎水性)使用してもよいが、好ましくは表面疎水化処理を行ったものである。
表面疎水化処理を行った疎水性シリカの好ましいものとしては、例えば、Wacker-Chemie社から商品名HDK-2000として商業的に入手できるヘキサメチルジシラザン処理シリカ;Cabot Corporation社から商品名CAB-O-SIL N70-TSとして、或いはDegussa Corporation社から商品名AEROSIL R202として商業的に入手できるポリジメチルシロキサン処理シリカ;Degussa社から商品名AEROSIL R805として商業的に入手できるトリメトキシオクチルシラン処理シリカ;Degussa社から商品名AEROSIL R972、R974およびR976として商業的に入手できる3-ジメチルジクロロシラン処理シリカ等のトリアルコキシアルキルシラン処理シリカ等が挙げられる。
無機充填剤の配合量は、(A)成分100質量部に対して0〜100質量部であるが、配合するシリカの特性、組成物および硬化物の所望特性を考慮し、かつ組成物が適切な透過性レベルおよびUV硬化性を有する範囲内で配合することに留意し、配合する場合には5質量部以上、特には8〜15質量部配合することが好ましい。
−その他の任意成分−
その他の任意成分として、硬化物の硬さを調整するために、一分子中にアルケニル基、水酸基、もしくは2個以上の加水分解性基を有するシロキシ基を合計で1個しか含まないオルガノポリシロキサン、および/またはアルケニル基を含まないオルガノポリシロキサンを配合してもよい。また、カーボンブラック、ベンガラ、酸化セリウム、酸化チタン、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、チタン酸エステル等の難燃助剤を配合してもよい。その他にも、イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等のシランカップリング剤を配合してもよい。
<組成物の調製>
本発明の組成物は、上記(A)〜(E)成分と任意成分とを均一に混合することによって調製することができる。この組成物は、光照射、特にはUV照射により、或いは空気中の湿気により硬化して、優れた難燃性を有する硬化シリコーンゴムまたは硬化シリコーンゲルを得ることができる。
以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
<実施例1〜6、比較例1〜5>
表1に示す種類・配合量で各成分を均一に混合し、シリコーン組成物を調製した。この組成物を鋳型に硬化後の厚さが1.5mmとなるように流し込み、コンベアタイプUV照射装置(日本電池社製)にて高圧水銀灯(80W/cm)、距離10cm、速度1m/minの照射条件を3回繰り返して紫外線照射した後、23℃、湿度55%RHで5日間放置して硬化させた。得られたシート状硬化物の硬さおよび難燃性を下記方法で測定・評価した。その結果を表1に示す。
<測定・評価方法>
1.硬さ
硬化物の硬さをJIS K6253規定のデュロメータタイプA(島津製作所製)により測定した。
2.難燃性
上記シート状硬化物を125mm×13mmの短冊状に切断した。得られた短冊状の硬化物を用いて、アンダーライターズ・ラボラトリーズ社(UNDERWRITERS LABORATORIES INC.)によって定められたUL94V−0、V−1、V−2垂直燃焼試験に準じて燃焼試験を行った。この試験は各硬化物に対して5回ずつ行い、その平均値で評価を行った。この試験は2回繰り返した。その結果(平均値)を表1に示す。
Figure 0004672508
*表1中の(A-1),(A-2),(A-3),(B),(E-1),(E-2),(E-3)成分および無機充填剤は以下のとおりである。
・(A-1)成分:分子鎖両末端がジメチルシラノール基で封鎖された常温(25℃)での粘度が3000mm2/sであるメチルフェニルポリシロキサン(シロキサン骨格のケイ素原子に結合した全有機基に対するフェニル基含有量10モル%)
・(A-2)成分:分子鎖両末端が下記式:
Figure 0004672508
で表されるシルエチレンシラノール基で封鎖された常温(25℃)での粘度が3000mm2/sであるメチルフェニルポリシロキサン(シロキサン骨格のケイ素原子に結合した全有機基に対するフェニル基含有量10モル%)
・(A-3)成分:分子鎖両末端がトリメトキシシロキシ基で封鎖された常温(25℃)での粘度が900mm2/sであるメチルフェニルポリシロキサン(シロキサン骨格のケイ素原子に結合した全有機基に対するフェニル基含有量10モル%)
・(B)成分:下記構造式で表される有機ケイ素化合物
Figure 0004672508
・(E)成分:下記構造式で表されるリン酸エステル化合物
-(E-1)成分-
Figure 0004672508
-(E-2)成分-
Figure 0004672508
-(E-3)成分-
Figure 0004672508
・無機充填剤:疎水性シリカ(商品名:R−972、日本アエロジル社製)
・難燃性評価の「×」は、UL94V-0、V-1およびV-2のいずれの基準も満たさなかったことを示す。

Claims (3)

  1. (A)下記平均組成式(1):
    a1 bSiO(4-a-b)/2 (1)
    (式中、Rは水酸基、シルアルキレンシラノール基または加水分解性基であり、R1はメチル基またはフェニル基であり、aおよびbは独立に正数であり、但し、a+bは1.9〜2.4の数である。)
    で表され、水酸基、シルアルキレンシラノール基、または2個以上の加水分解性基を有するシロキシ基を、一種単独であるいは二種以上を組み合わせて、一分子中に合計で2個以上有し、全Rと全R 1 の合計に対してフェニル基を2モル%以上含むオルガノポリシロキサン: 100質量部、
    (B)下記一般式(2):
    Figure 0004672508
    〔式中、R2は独立に、水素原子、フェニル基またはハロゲン化フェニル基であり、R3は独立に、水素原子またはメチル基であり、R4は独立に、ハロゲン原子置換または非置換の炭素原子数1〜10の1価炭化水素基であり、Xは加水分解性基であり、Z1は独立に、式:−R5−、−R5O−または−R5(CH3)2SiO−(式中、R5は独立に、ハロゲン原子置換または非置換の炭素原子数1〜10の2価炭化水素基である。)で表される基であり、Z2は酸素原子またはハロゲン原子置換もしくは非置換の炭素原子数1〜10の2価炭化水素基であり、mおよびnは独立に0〜2の整数である。〕
    で表される有機ケイ素化合物: 0.1〜30質量部、
    (C)縮合触媒: 有効量、
    (D)光重合開始剤: 有効量、および
    (E)下記一般式(3):
    Figure 0004672508
    (式中、R6は独立に、非置換の1価炭化水素基である。)
    または、下記一般式(4):
    Figure 0004672508
    (式中、R6は独立に、非置換の1価炭化水素基であり、Qは非置換の2価炭化水素基である。)
    で表されるリン酸エステル化合物: 0.1〜30質量部
    を含有する難燃性シリコーン組成物。
  2. 更に、無機充填剤を前記(A)成分100質量部に対して5〜100質量部含有する請求項1に係る組成物。
  3. 前記(E)であるリン酸エステル化合物において、R6 が非置換のアリール基である請求項1または2に係る組成物。
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