JP4961091B2 - 縮合硬化性フルオロシリコーンシーラント組成物及び製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の技術的背景】
本発明は、フルオロシリコーン含有化学種を含む各種シリコーンゴム成分をブレンディングして、航空機の燃料タンク用シーラントとして有用な中性・縮合硬化性シリコーンシーラント組成物を製造する方法に関する。
【０００２】
燃料タンクシーラントの基本的条件として、耐溶剤性及び高温での耐減量性が挙げられる。シリコーンエラストマーは有機ゴムに比べると耐高温減量性に優れていることが一般に知られているが、シリコーンエラストマーは航空機燃料タンク用シーラントの厳しい条件を満足するほど十分な耐溶剤性及び耐高温減量性を有していないことが多い。
【０００３】
様々な室温硬化性オルガノポリシロキサン組成物がＳｍｉｔｈの米国特許第３１０９８２６号に記載されている。Ｓｍｉｔｈは、ビス（アルコキシシリル）Ｃ_(1-10)炭化水素を架橋剤として金属塩と共に使用すると、ヒドロキシ末端ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）流体のようなシラノール末端ポリジオルガノシロキサン流体の中性縮合硬化を達成できる旨開示している。Ｓｍｉｔｈの記載した通り、かかるシリコーン組成物から得られたエラストマーは改善された伸び及び圧縮強さを有することが判明している。
【０００４】
Ｆｕｊｉｋｉの米国特許第５２３６９９７号は、硬化性フルオロシリコーンゴム組成物に関するもので、有機溶媒に長期暴露したときの影響に対して優れた耐性を有する硬化シリコーンゴムが記載されている。しかし、Ｆｕｊｉｋｉは、末端シラノールに隣接して嵩高い含フッ素置換基を有する慣用シリコーン流体の使用は硬化を妨害しかねないとも説明している。その結果、Ｆｕｊｉｋｉは、末端の位置に嵩高い含フッ素有機機を実質的にもたない特殊なフルオロシリコーンベースポリマーを合成している。硬化性ポリマーを製造するには、得られた連鎖末端の修飾のための追加段階がプロセスで必要とされる。
【０００５】
フルオロシリコーンエラストマーは、概して高い溶媒耐性を有することが判明しているが、航空機の燃料タンク用シーラントの要件を満たすのに十分なレベルの熱安定性を示さないことが多い。Ｇｒａｓｓｉｅ及びＢｅａｔｔｉｅ著，“Ｔｈｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｌｙｓｉｌｏｘａｎｅｓ： Ｐａｒｔ ７”，Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，８：１７７−１９３（１９８３）に記載されている通り、フルオロシリコーンの熱安定性を向上させるため、ポリフルオロシロキサン骨格にシリルアリーレンのような非シロキサン基が挿入されている。
【０００６】
ベースポリマーとして従来のフルオロシリコーン流体を用いて熱安定性の向上した耐溶剤性エラストマーに転化し得る縮合硬化性シリコーン組成物の処方だけでなく、熱安定性の向上した耐溶剤性シリコーンエラストマーに転化し得る縮合硬化性シリコーン組成物の製造方法が絶えず求められている。
【０００７】
【発明の概要】
本発明は、下記成分（ａ）〜（ｄ）：
（ａ）シラノール末端フルオロシリコーン流体、
（ｂ）架橋剤、
（ｃ）有効量の縮合触媒、及び
（ｄ）充填材
を均一にブレンディングすることを含んでなる、中性・縮合硬化性フルオロシリコーンシーラント組成物の製造方法を提供する。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、下記成分を含んでなる中性・縮合硬化性フルオロシリコーンシーラント組成物を提供する。
（ａ）シラノール末端フルオロシリコーン流体、
（ｂ）架橋剤、
（ｃ）有効量の縮合触媒、及び
（ｄ）充填材。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、有効量の縮合触媒の存在下で、下記の式（１）のオルガノフルオロシロキシ単位を含むシラノール末端ポリジオルガノシロキサンと、下記の式（２）の（ポリアルコキシシリル）アルキレン架橋剤とを反応させるフルオロシリコーンゴム製造方法を用いると、等温条件下約２０００時間以上高温空気に暴露した時に改善された減量安定性を有する縮合硬化性フルオロシリコーンシーラント組成物を製造できるという知見に基づく。
【００１０】
Ｒ(Ｒ¹)ＳｉＯ− （１）
式中、ＲはＣ_(1-12)の有機基であり、Ｒ¹はＣ_(3-8)ポリフルオロアルキル基である。
【００１１】
Ｙ−Ｓｉ−Ｒ²−Ｓｉ−Ｙ （２）
式中、Ｒ²はＣ_(2-6)アルキレン基であり、Ｙは次式のポリアルコキシ基である。
【００１２】
（Ｒ³Ｏ）₂（Ｘ）−
Ｒ³はＣ_(1-6)アルキル基であり、ＸはＲ³及びＲ³Ｏから選択されるものである。図１に示す通り、有効量のビス（ポリアルコキシ）シリルアルキレン架橋剤を含む縮合硬化性フルオロシリコーンシーラント組成物は、有効量の１，４−ビス［トリメトキシシリル（エチル）］ベンゼンのようなビス（ポリアルコキシシリルアルキル）アリーレン架橋剤を含む類似の縮合硬化性フルオロシリコーンシーラント組成物に比べ、空気中１７７℃に約２０００時間以上暴露した際の減量が格段に低いことが判明した。本架橋剤は通例シラノール末端フルオロアルキル置換ポリジオルガノシロキサン１００重量部当たり約１〜約２０重量部で存在する。また、本縮合硬化性フルオロシリコーンシーラント組成物は、ポリマー骨格へのシリルアリーレン基の挿入や末端位置でのベースポリマーの修飾によらずに、式（１）の化学結合オルガノフルオロシロキシ単位を含むシラノール末端ポリジオルガノシロキサンベースポリマーを使用できる。
【００１３】
本発明の方法の実施に当たり、耐溶剤性をもつ中性の室温縮合硬化性シーラント組成物は、好ましくは、まず充填材とシラノール末端フルオロシリコーン流体との実質的に均一なブレンドの形態の「ペースト」を形成することによって製造される。本明細書中で用いる「中性」とは、実質的に酸も塩基も含まないシーラント組成物をいう。熱安定剤のような他の成分も添加し得る。ダブルプラネタリーチェンジカンミキサーによる回分式剪断など当技術分野で公知のあらゆる方法で成分をブレンディングし得る。好ましくは、ペーストは、米国特許第４５２８３２４号、同第５３５４８３３号及び同第５５１４７４９号に教示されているような脱揮式逆回転非噛合型二軸押出機で連続的に製造する。成分のブレンディングは、通例、外部加熱方式を用いて約５０〜約２００℃、好ましくは約１００〜約１５０℃の温度で実施する。実質的に均一なペーストを得るために真空を利用してペーストを脱気及び／又は脱泡することもできる。
【００１４】
次に、式（２）の（ポリアルコキシシリル）アルキレン架橋剤を上記の実質的に均一なペーストとブレンディングする。こうして得たブレンドの使用時に、有効量の縮合硬化触媒を別個の成分として配合すれば室温加硫性ゴムが得られる。別法として、組成物の硬化が望まれる時まで架橋剤と縮合硬化触媒を共にポリジオルガノシロキサン−充填材ペーストから隔離しておき、硬化させるときに架橋剤と縮合硬化触媒を別々又は同時にペーストと混合して室温加硫性ゴムを得てもよい。
【００１５】
本発明の方法の実施に当たり、約２５℃での粘度が約６×１０⁴〜約１．６×１０⁵センチポアズの市販シラノール末端フルオロシリコーン流体をベースポリマーとして用いると、温度１７７℃の空気中で約２０００時間を超える時間にわたって等温加熱したとき改善された減量安定性を示す中性室温縮合硬化性耐溶剤性シーラント組成物を製造し得る。シラノール末端フルオロシリコーン流体はシーラント組成物の約１００重量部で存在する。
【００１６】
シラノール末端ポリフルオロアルキルシリコーン流体は化学結合メチル（トリフルオロプロピル）シロキシ単位を含むのが好ましいが、その他のオルガノ（ポリフルオロアルキル）シロキシ単位が存在していてもよく、例えば、メチルの他に、エチル、プロピル、ブチル基のようなＣ_(2-12)アルキル基及びフェニルのようなアリール基など各種Ｃ_(1-12)有機基で置換されたシロキシ単位が存在していてもよい。シロキシ単位は、他のＣ_(3-8)ポリフルオロアルキル単位、例えばトリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル単位、ノナフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロヘキシル単位、ペンタフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロブチル単位などで置換されていてもよい。
【００１７】
本発明の中性・縮合硬化性室温フルオロシリコーンシーラント組成物中に使用し得る縮合硬化触媒には、有機金属化合物があり、例えばジブチルスズジアセテート、ジメチルスズネオデカノエート、ジブチルスズジラウレート、第一スズオクトエート、ジメチルスズヒドロキシオレエート又はこれらの組合せが挙げられる。縮合触媒の有効量は、シーラント組成物１００重量部当たり約０．１〜約５．０重量部である。好ましくは、縮合触媒は、シーラント組成物１００重量部当たり約０．１〜約１．０重量部存在する。
【００１８】
シーラント組成物には強化用充填材として好ましくはヒュームドシリカを使用するが、場合によっては、ケイ藻土、沈降シリカ、粉砕石英及び炭酸カルシウムのような増量用充填材も使用し得る。オクタメチルシクロテトラシロキサンのような環状シロキサン又はこれとヘキサメチルジシラザンのようなオルガノシラザンとの混合物の有効量で前処理しておいたヒュームドシリカを使用するのが好ましい。充填材は、シラノール末端フルオロシリコーン流体１００重量部当たり約０〜約３０重量部で使用し得る。好ましくは、充填材は、シラノール末端フルオロシリコーン流体１００重量部当たり約５〜約１５重量部存在する。また、強化用又は増量用充填材に加えて、酸化鉄、酸化第二セリウム及び二酸化チタンのような熱安定剤も、シラノール末端フルオロシリコーン流体１００重量部当たり約０．１〜約１０重量部で使用し得る。
【００１９】
本発明における架橋剤は、燃料油耐性シール材、電子部品封止用、その他耐薬品性材料が必要とされる用途に有用なエラストマーを製造するための非腐食性硬化系に使用できる。特に、架橋剤は燃料タンクシーラントの製造に使用することができる。
【００２０】
【実施例】
当業者が本発明を容易に実施できるように、以下の実施例を例示として挙げるが、これらの実施例は本発明を限定するものではない。特記しない限り、部とあるのは重量部である。
【００２１】
ＰＲＣ Ｄｅｓｏｔｏ社（米国ニュージャージー州マウント・ローレル）のＳｅｍｉＫｉｔ（商標）ミキサーでシーラント組成物を製造した。まず最初に、脱揮式逆回転非噛合型二軸押出機でペーストを連続的に製造した。ペーストは、２５℃における粘度が約１０００００センチポアズでシラノール含量が約０．０５重量％の化学結合トリフルオロプロピルメチルシロキシ単位含有シラノール末端ポリフルオロプロピル置換ポリジメチルシロキサン１００部と、オクタメチルシクロテトラシロキサンで処理したヒュームドシリカ９．２部と、酸化鉄５．７部からなるものであった。
【００２２】
次に、上記ペースト１００部に、架橋剤１，４−ビス［トリメトキシシリル（エチル）］ベンゼン（４．１６部）（以下、「ＢＴＭＳＥＢ」という。）とジブチルスズジアセテート０．５０部を加えた。得られた混合物をＰＲＣ Ｄｅｓｏｔｏ社のＳｅｍｃｏ（商標）管から開放金型に入れ、室温、相対湿度（ＲＨ）５０％で１週間薄いシートとして硬化させた。引張棒試験片を切り出し、秤量した。ＢＴＭＳＥＢ架橋剤を用い、シラノール末端ポリフルオロプロピル置換ポリジメチルシロキサンの重量を基準として８．６９重量％又は１１．１１重量％のヒュームドシリカを各々含有する一連の試験サンプルを得るべく、同様の手順を用いて追加の引張棒試験片を製造した。
【００２３】
ＢＴＭＳＥＢ架橋剤の代わりに、式（２）の範囲に属する別の架橋剤、例えば１，２−ビス（トリエトキシシリル）エタン（ＢＴＳＥともいう。）又は１，６−ビス（トリメトキシシリル）ヘキサン（ＢＴＭＳＨＥＸともいう。）を用いた以外は同じ手順に従って、ペーストを製造して引張棒試験片を製造した。
【００２４】
各引張棒試験片を実験室用オーブン内のガラス製トレイに入れ、１７７℃の空気中で等温加熱した。周期的にサンプルを取り出して再度秤量し、１３０００時間を超える期間にわたって減量を測定した。結果を図１に示す。図は、式（２）の範囲外の架橋剤を用いたシーラントで劇的な減量を示している。
【００２５】
例示を目的として典型的な実施形態について説明してきたが、以上の説明は本発明の技術的範囲を限定するものではない。当業者は、本発明の技術的思想及び技術的範囲から逸脱せずに様々な修正、変更及び代替を想到し得るであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 様々な架橋剤を用いて約１３０００時間を超える時間にわたって重量測定したシーラントの初期質量に対する保持率（パーセント）を示すグラフである。

Claims (52)

1. （ａ）シラノール末端フルオロシリコーン流体、
   （ｂ）架橋剤、
   （ｃ）有効量の縮合触媒、及び
   （ｄ）充填材
   を均一にブレンディングすることを含んでなり、
   前記架橋剤が次式のものからなる、中性・縮合硬化性フルオロシリコーンシーラント組成物の製造方法。
   Ｙ−Ｓｉ−Ｒ ^２ −Ｓｉ−Ｙ
   式中、Ｒ ^２ はＣ _{（２−６）} アルキレン基であり、Ｙは次式のポリアルコキシ基である。
   （Ｒ ^３ Ｏ） _２ （Ｘ）−
   式中、Ｒ ^３ はＣ _{（１−６）} アルキル基であり、ＸはＲ ^３ 及びＲ ^３ Ｏから選択される。
2. 前記シラノール末端フルオロシリコーン流体が次式の化学結合単位を含む、請求項１記載の方法。
   Ｒ（Ｒ^１）ＳｉＯ−
   式中、ＲはＣ_{（１−１２）}有機基であり、Ｒ^１はＣ_{（３−８）}ポリフルオロアルキル基である。
3. 前記シラノール末端フルオロシリコーン流体が２５℃で６×１０^４ 〜１．６×１０^５センチポアズの粘度を有する、請求項１記載の方法。
4. 前記シラノール末端フルオロシリコーン流体が化学結合トリフルオロプロピルメチルシロキシ単位を含む、請求項２記載の方法。
5. 前記シラノール末端フルオロシリコーン流体が前記シーラント組成物の１００重量部で存在する、請求項１記載の方法。
6. 前記架橋剤が、シラノール末端フルオロシリコーン流体１００重量部当たり１〜２０重量部で存在する、請求項１記載の方法。
7. 前記架橋剤がビス（トリアルコキシシリル）エタンからなる、請求項１記載の方法。
8. 前記架橋剤が１，２−ビス（トリエトキシシリル）エタンからなる、請求項７記載の方法。
9. 前記架橋剤がビス（トリアルコキシシリル）ヘキサンからなる、請求項１記載の方法。
10. 前記架橋剤が１，６−ビス（トリメトキシシリル）ヘキサンからなる、請求項９記載の方法。
11. 前記縮合触媒が有機金属化合物からなる、請求項１記載の方法。
12. 前記有機金属化合物がジブチルスズジアセテート、ジメチルスズネオデカノエート、ジブチルスズジラウレート、第一スズオクトエート、ジメチルスズヒドロキシオレエート、又はこれらの組合せからなる、請求項１１記載の方法。
13. 前記有機金属化合物がジブチルスズジアセテートからなる、請求項１２記載の方法。
14. 前記縮合触媒がシーラント組成物１００重量部当たり０．１〜５．０重量部で存在する、請求項１記載の方法。
15. 前記縮合触媒がシーラント組成物１００重量部当たり０．１〜１．０重量部で存在する、請求項１４記載の方法。
16. 前記充填材がヒュームドシリカからなる、請求項１記載の方法。
17. 前記充填材が、シラノール末端フルオロシリコーン流体１００重量部当たり０〜３０重量部で存在する、請求項１記載の方法。
18. 前記充填材が、シラノール末端フルオロシリコーン流体１００重量部当たり５〜１５重量部で存在する、請求項１７記載の方法。
19. 前記シーラント組成物が熱安定剤を含む、請求項１記載の方法。
20. 前記熱安定剤が酸化鉄からなる、請求項１９記載の方法。
21. 前記熱安定剤が、シラノール末端フルオロシリコーン流体１００重量部当たり０．１〜１０重量部で存在する、請求項１９記載の方法。
22. 前記シーラント組成物が、等温条件下２０００時間以上１７７℃の空気に暴露した時に改善された減量安定性を示す、請求項１記載の方法。
23. 前記ブレンディングを５０〜２００℃の温度で実施する、請求項１記載の方法。
24. 前記ブレンディングを１００〜１５０℃の温度で実施する、請求項２３記載の方法。
25. 以下の２段階を含んでなる中性・縮合硬化性フルオロシリコーンシーラント組成物の製造方法であって、段階（１）が、下記成分（ａ）〜（ｄ）：
    （ａ）化学結合トリフルオロプロピルメチルシロキシ単位を含む、２５℃における粘度が１０００００センチポアズのシラノール末端フルオロシリコーン流体１００重量部、
    （ｂ）シラノール末端フルオロシリコーン流体１００重量部当たり１〜２０重量部の（ポリアルコキシシリル）アルキレン架橋剤、
    （ｃ）シラノール末端フルオロシリコーン流体１００重量部当たり５〜１５重量部のシリカ充填材、及び
    （ｄ）シラノール末端フルオロシリコーン流体１００重量部当たり０．１〜１０重量部の酸化鉄
    を１００〜１５０℃の温度で均一にブレンディングしてこれらの成分からペーストを製造することからなり、
    段階（２）が、上記ペーストに、
    （ｅ）シーラント組成物１００重量部当たり０．１〜１．０重量部のジブチルスズジアセテート
    をブレンディングすることからなる、方法。
26. 前記（ポリアルコキシシリル）アルキレン架橋剤が１，２−ビス（トリエトキシシリル）エタン、１，６−ビス（トリメトキシシリル）ヘキサン又はこれらの組合せからなる、請求項２５記載の方法。
27. 前記シーラント組成物が、等温条件下２０００時間以上１７７℃の空気に暴露した時に改善された減量安定性を示す、請求項２５記載の方法。
28. 下記成分（ａ）〜（ｄ）：
    （ａ）シラノール末端フルオロシリコーン流体、
    （ｂ）架橋剤、
    （ｃ）有効量の縮合触媒、及び
    （ｄ）充填材
    を含んでなり、前記架橋剤が次式のものからなる、中性・縮合硬化性フルオロシリコーンシーラント組成物。
    Ｙ−Ｓｉ−Ｒ ^２ −Ｓｉ−Ｙ
    式中、Ｒ ^２ はＣ _{（２−６）} アルキレン基であり、Ｙは次式のポリアルコキシ基である。
    （Ｒ ^３ Ｏ） _２ （Ｘ）−
    式中、Ｒ ^３ はＣ _{（１−６）} アルキル基であり、ＸはＲ ^３ 及びＲ ^３ Ｏから選択される。
29. 前記シラノール末端フルオロシリコーン流体が、次式の化学結合単位を含む、請求項２８記載の組成物。
    Ｒ（Ｒ^１）ＳｉＯ−
    式中、ＲはＣ_{（１−１２）}有機基であり、Ｒ^１はＣ_{（３−８）}ポリフルオロアルキル基である。
30. 前記シラノール末端フルオロシリコーン流体が２５℃で６×１０^４ 〜１．６×１０^５センチポアズの粘度を有する、請求項２８記載の組成物。
31. 前記シラノール末端フルオロシリコーン流体が化学結合トリフルオロプロピルメチルシロキシ単位を含む、請求項２９記載の組成物。
32. 前記シラノール末端フルオロシリコーン流体がシーラント組成物の１００重量部で存在する、請求項２８記載の組成物。
33. 前記架橋剤が、シラノール末端フルオロシリコーン流体１００重量部当たり１〜２０重量部で存在する、請求項２８記載の組成物。
34. 前記架橋剤がビス（トリアルコキシシリル）エタンからなる、請求項２８記載の組成物。
35. 前記架橋剤が１，２−ビス（トリエトキシシリル）エタンからなる、請求項３４記載の組成物。
36. 前記架橋剤がビス（トリアルコキシシリル）ヘキサンからなる、請求項２８記載の組成物。
37. 前記架橋剤が１，６−ビス（トリメトキシシリル）ヘキサンからなる、請求項３６記載の組成物。
38. 前記縮合触媒が有機金属化合物からなる、請求項２８記載の組成物。
39. 前記有機金属化合物がジブチルスズジアセテート、ジメチルスズネオデカノエート、ジブチルスズジラウレート、第一スズオクトエート、ジメチルスズヒドロキシオレエート、又はこれらの組合せからなる、請求項３８記載の組成物。
40. 前記有機金属化合物がジブチルスズジアセテートからなる、請求項３９記載の組成物。
41. 前記縮合触媒がシーラント組成物１００重量部当たり０．１〜５．０重量部で存在する、請求項２８記載の組成物。
42. 前記縮合触媒がシーラント組成物１００重量部当たり０．１〜１．０重量部で存在する、請求項４１記載の組成物。
43. 前記充填材がヒュームドシリカからなる、請求項２８記載の組成物。
44. 前記充填材が、シラノール末端フルオロシリコーン流体１００重量部当たり０〜３０重量部で存在する、請求項２８記載の組成物。
45. 前記充填材が、シラノール末端フルオロシリコーン流体１００重量部当たり５〜１５重量部で存在する、請求項４４記載の組成物。
46. シーラント組成物が熱安定剤を含む、請求項２８記載の組成物。
47. 前記熱安定剤が酸化鉄からなる、請求項４６記載の組成物。
48. 前記熱安定剤が、シラノール末端フルオロシリコーン流体１００重量部当たり０．１〜１０重量部で存在する、請求項４６記載の組成物。
49. 当該シーラント組成物が、等温条件下２０００時間以上１７７℃の空気に暴露した時に改善された減量安定性を示す、請求項２８記載の組成物。
50. 下記成分を含んでなる中性・縮合硬化性フルオロシリコーンシーラント組成物。
    （ａ）化学結合トリフルオロプロピルメチルシロキシ単位を含む、２５℃における粘度が１０００００センチポアズのシラノール末端フルオロシリコーン流体１００重量部、
    （ｂ）シラノール末端フルオロシリコーン流体１００重量部当たり１〜２０重量部の（ポリアルコキシシリル）アルキレン架橋剤、
    （ｃ）当該シーラント組成物１００重量部当たり０．１〜１．０重量部のジブチルスズジアセテート、
    （ｄ）シラノール末端フルオロシリコーン流体１００重量部当たり５〜１５重量部のヒュームドシリカ充填材、及び
    （ｅ）シラノール末端フルオロシリコーン流体１００重量部当たり０．１〜１０重量部の酸化鉄。
51. 前記（ポリアルコキシシリル）アルキレン架橋剤が１，２−ビス（トリエトキシシリル）エタン、１，６−ビス（トリメトキシシリル）ヘキサン又はこれらの組合せからなる、請求項５０記載の組成物。
52. 当該シーラント組成物が、等温条件下２０００時間以上１７７℃の空気に暴露した時に改善された減量安定性を示す、請求項５０記載の組成物。

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