JP6022501B2 - 超音波プローブ用組成物および超音波プローブ用シリコーン樹脂 - Google Patents
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Description
このようなことから、音響レンズの材料として、生体の音響インピーダンス(1.4〜1.7×106kg/m2・sec)に近く、超音波減衰量が小さいシリコーン樹脂が主に用いられている。
例えば、特許文献1においては、音響レンズ用組成物として、ジオルガノポリシロキサンを主剤とするシリコーンコンパウンドと他のオルガノポリシロキサンとからなるものが提案されている。この組成物を用いることにより、音響インピーダンスを生体に近づけることができるとともに、高周波領域での超音波減衰量が小さく、分解能の高い音響レンズを形成することが可能であることが記載されている。
また、特許文献2においては、シリコーン樹脂組成物として、ビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン、直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン、特定のビニル基含有分岐状オルガノポリシロキサンおよび無機充填剤を含むものが提案されている。ビニル基とSi−H基をヒドロシリル化反応で架橋させ、分子量を大きくし、大きな変形に耐え得るシリコーンゴム部材を得ることが可能であることが記載されている。
また、機械強度を向上させるため、分子量の高い分子鎖両末端ビニルシリコーンを用いた場合、必然的に架橋点の数が少なくなり、硬度が低くなってしまうという問題もあった。このように、これまでのシリコーン樹脂は、高い樹脂硬度および機械強度ならびに低い超音波減衰量との両方を高いレベルで満足するものとは言えなかった。
従って、本発明では、上記事情に鑑みて、低い超音波減衰量を維持したまま、得られた樹脂の硬度および機械強度を向上させることができる超音波プローブ用組成物および超音波プローブ用シリコーン樹脂を提供することを課題とする。
<1>少なくとも3種類の異なるポリオルガノシロキサン(A)、(B)および(C)からなるポリオルガノシロキサン混合物を含み、ポリオルガノシロキサン(A)、(B)および(C)の合計質量100質量部に対し、(A)ビニル基を有するポリオルガノシロキサンが10〜99.4質量部、(B)分子鎖中に2以上のSi−H基を有するポリオルガノシロキサンが0.5〜90質量部、および(C)下記一般式(C1)で表される分岐状ポリオルガノシロキサンが0.1〜40質量部の割合で含まれる超音波プローブ用組成物。
<2>R1〜R3が、炭素数1〜4のアルキル基であり、R4が、炭素数1〜4のアルキル基またはビニル基であって、複数のR4のうち、少なくとも2つはビニル基である<1>に記載の超音波プローブ用組成物。
<3>R1〜R3が、メチル基であり、R4がビニル基である<1>または<2>に記載の超音波プローブ用組成物。
<4>(A)ビニル基を有するポリオルガノシロキサンが、下記一般式(A)で表されるポリオルガノシロキサンである<1>〜<3>のいずれかに記載の超音波プローブ用組成物。
<5>(B)分子鎖中に2以上のSi−H基を有するポリオルガノシロキサンが、下記一般式(B)で表されるポリオルガノシロキサンである<1>〜<4>のいずれかに記載の超音波プローブ用組成物。
<6>ポリオルガノシロキサン混合物100質量部に対し、無機フィラーを5〜200質量部含有する<1>〜<5>のいずれかに記載の超音波プローブ用組成物。
<7>(A)ビニル基を有するポリオルガノシロキサンにおいて、少なくともビニル基含有シリコーンレジンを含み、(A)成分の総質量100質量部に対し、ビニル基含有シリコーンレジンが占める量が5〜100質量部である<1>〜<6>のいずれかに記載の超音波プローブ用組成物。
<8>ポリオルガノシロキサン混合物100質量部に対し、白金または白金化合物を0.01〜5質量部含有する<1>〜<7>のいずれかに記載の超音波プローブ用組成物。
<9> <1>〜<8>のいずれかに記載の超音波プローブ用組成物を硬化してなる超音波プローブ用シリコーン樹脂。
また、本明細書において「〜」とは、その前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
Si原子(ケイ素原子)上に水素原子を有し、重合性不飽和基をヒドロシリル化することができるポリオルガノシロキサンと、重合性不飽和基を末端に有する直鎖状のポリオルガノシロキサンとの2次元的重合に加え、適度な空間で、3次元以上の多次元に架橋が可能な位置に重合性不飽和基を有する特定の分岐状ポリオルガノシロキサンを用いることで、多次元で架橋ができるため、シリコーン樹脂本来の低い超音波減衰量を維持したまま、樹脂硬度および機械強度を高めることを可能にしたものと推定される。
すなわち、(A)成分、(B)成分および(C)成分の合計質量は100質量部である。
なお、(A)成分、(B)成分および(C)成分は、異なるものであり、(A)成分は、(C)成分の一般式(C)で表される分岐状ポリオルガノシロキサンを含むことはない。
(A)成分のポリオルガノシロキサンはビニル基を有するものであるが、(a)少なくとも分子鎖両末端にビニル基を有するか、または(b)分子鎖両末端でなくとも、−O−Si(CH3)2(CH=CH2)を少なくとも2つ有することが好ましく、(a)では直鎖状が好ましく、(b)では−O−Si(CH3)2(CH=CH2)が主鎖を構成するSi原子に結合している場合が好ましい。
(A)成分のビニル基を有するポリオルガノシロキサンは、(a)の分子鎖両末端のビニル基もしくは(b)の−O−Si(CH3)2(CH=CH2)のビニル基が、2以上のSi−H基を有するポリオルガノシロキサンと、白金触媒によりヒドロシリル化され付加硬化されることで、少なくとも2次元架橋が可能である。
ここで、ビニル基の含有量とは、ポリオルガノシロキサンを構成する全ユニットを100モル%としたときのビニル基含有シロキサンユニットのモル%であり、ビニル基含有シロキサンユニット1つに対して、ビニル基1つであるとする。
なお、ユニットとは、主鎖を構成するSi−O単位および末端のSiを言う。
Ra2はなかでもメチル基が好ましく、Ra3はなかでもメチル基またはビニル基が好ましく、ビニル基が特に好ましい。
x2は、1〜1000の整数が好ましく、40〜700の整数がより好ましい。
(B)成分のポリオルガノシロキサンは、分子鎖中に2以上のSi−H基を有する。
分子鎖中にSi−H基を2つ以上有することで、重合性不飽和基を少なくとも2つ有するポリオルガノシロキサンと架橋することができる。
直鎖状の分子量は特に限定されないが、質量平均分子量は20,000以下が好ましく、500〜10,000がより好ましく、800〜7,000がさらに好ましい。なお、質量平均分子量は、GPC(ゲル透過クロマトグラフィー)により測定(ポリスチレン換算)することができる。
また、Siの数を1とした場合、Siに結合するアルキル基Rの数(R/Si)は、1.8〜2.1が好ましい。
このうち、Rb1およびRb2は、水素原子、アルキル基、アルケニル基またはアリール基が好ましく、水素原子またはアルキル基がより好ましく、水素原子またはメチル基が特に好ましい。
Rb3は、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基または−O−Si(Rb5)2(Rb4)が好ましく、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、フェニル基または−O−Si(CH3)2Hがより好ましい。
y1+y2は2〜300の整数が好ましく、2〜100の整数がより好ましく、5〜50がさらに好ましく、8〜42の整数がなかでも好ましい。
比重は、0.9〜0.95が好ましく、Siの数を1とした場合におけるSiに結合するアルキル基Rの数(R/Si)は、0.8〜1.7が好ましい。
分岐状のポリオルガノシロキサンは、下記平均組成式(b)で表されるものが好ましい。
本発明の効果を発現させるために寄与する(C)成分のポリオルガノシロキサンは、3次元以上の多次元で架橋することを可能とするものである。従来の2次元での架橋や、狭い空間での部分的3次元架橋と異なり、適度な空間距離を維持した3次元以上の多次元での架橋を可能とし、本発明の課題解決において重要な役割を果す。
(C)成分のポリオルガノシロキサンは、下記一般式(C)で表される。
ここで、重合性不飽和基のビニル基換算での含有量は、(A)成分のポリオルガノシロキサンの場合と同様に、ポリオルガノシロキサンを構成する全ユニットを100モル%としたときの重合性不飽和基(ビニル基換算)含有シロキサンユニットのモル%であり、重合性不飽和基(ビニル基換算)含有シロキサンユニット1つに対して、重合性不飽和基(ビニル基換算)1つであるとする。
(B)成分は0.5〜70質量部が好ましく、0.5〜60質量部がより好ましく、0.5〜50質量部がさらに好ましく、0.5〜20質量部が特に好ましく、0.5〜10質量部が最も好ましい。
また、(C)成分は0.5〜30質量部が好ましくは、1〜25質量部がより好ましく、2〜20質量部がさらに好ましく、3〜20質量部が特に好ましく、5〜15質量部が最も好ましい。
本発明の前記組成物は、前記(A)〜(C)成分のポリオルガノシロキサン以外に、無機フィラー、付加重合反応させるための白金触媒、溶媒、分散剤、顔料、染料、帯電防止剤、酸化防止剤、難燃剤、熱伝導性向上剤等を適宜配合することができる。
無機フィラーとしては、例えば、珪藻土やマイカ等のシリカ粒子を代表として、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化セリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛、ガラスウールが挙げられる。
このうち、シリカ粒子が好ましい。
シリカ粒子は、得られるシリコーン樹脂の硬度や機械強度の向上、特に引張強度の向上を目的として添加される成分である。
触媒としては、例えば、白金または白金化合物が挙げられる。白金または白金化合物としては、公知のものを使用することができる。具体的には、白金黒、白金をシリカやカーボンブラック等に担持させたもの、塩化白金酸または塩化白金酸のアルコール溶液、塩化白金酸とオレフィンの錯塩、塩化白金酸とビニルシロキサンとの錯塩等が挙げられる。触媒は1種のみを単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせてもよい。
触媒は、(B)成分のポリオルガノシロキサンのSi−H基が、(A)成分または(C)成分のポリオルガノシロキサンの重合性不飽和基に対して付加するヒドロシリル化反応において必要であり、ヒドロシリル化による重合によって、シリコーン樹脂が形成される。
ここで、触媒は前記組成物中に含有させてもよく、また、該組成物に含有させずに、該組成物と接触させてもよいが、後者の方が好ましい。
本発明の超音波プローブ用組成物は、公知の方法で作製することが可能である。例えば、上記成分を、ニーダー、加圧ニーダー、バンバリーミキサー(連続ニーダー)、2本ロールの混練装置で混練りすることにより得ることができる。各成分の混合順序は特に限定されないが、均一な組成物を得る観点からは、まず、(A)ビニル基を有するポリオルガノシロキサン、(B)分子鎖中に2以上のSi−H基を有するポリオルガノシロキサンおよび(C)前記一般式(1)で表される分岐状ポリオルガノシロキサンに無機フィラーを分散させることが好ましい。その後、この混合物に触媒を添加し、減圧脱泡して超音波プローブ用組成物を作製することができる。
本発明の超音波プローブ用組成物は、医療用部材に有用である。特に超音波診断装置の音響レンズ、あるいは圧電素子と音響レンズの間に設けられて圧電素子と音響レンズとの間の音響インピーダンスを整合させる役割を有する音響整合層の材料等に好適に用いることができる。本発明の超音波プローブ用シリコーン樹脂は、具体的には、例えば、特開2013−202050号公報、特開2013−188465号公報、特開2013−180330号公報、特開2013−158435号公報、特開2013−154139号公報などに記載の光音響計測装置や、特開2005−253751号公報、特開2003−169802号公報などに記載の超音波診断装置などに好ましく適用される。
ビニル末端ポリジメチルシロキサン(動粘度0.1m2/s、Gelest社製、「DMS−V51」)88質量部、メチルヒドロシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマー(分子量2,000、メチルヒドロシロキサン比率27mol%、Gelest社製、「HMS−301」)2質量部、分岐鎖ビニル末端の分枝状ポリジメチルシロキサン(Gelest社製、「MTV−112」)10質量部、フュームドシリカ(日本アエロジル株式会社製、「アエロジルR974」)20質量部をニーダーで2時間混練りし、均一なペーストとした。これに白金触媒溶液(Gelest社製、「SIP6821.3」)を500ppm添加し混合した後、減圧脱泡し、150mm×150mmの金属型に入れ、150℃で15分熱処理をして、厚みが各々1mm、2mmおよび3mmの樹脂シートを得た。
ビニル基含有シリコーンレジンを23質量%含むビニル末端ポリジメチルシロキサン(Gelest社製、商品名「VQM−146」)83質量部、メチルヒドロシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマー(分子量2,000、メチルヒドロシロキサン比率27mol%、Gelest社製、「HMS−301」)7質量部、分岐鎖ビニル末端の分枝状ポリジメチルシロキサン(Gelest社製、「MTV−112」)10質量部、フュームドシリカ(日本アエロジル株式会社製、「アエロジルR974」)5質量部を実施例1と同様にして混合し、実施例1と同じ白金触媒で熱硬化して所定の樹脂シートを得た。
ビニル末端ポリジメチルシロキサン(動粘度0.165m2/s、Gelest社製、「DMS−V52」)89質量部、メチルヒドロシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマー(分子量1,000、メチルヒドロシロキサン比率53mol%、Gelest社製、「HMS−501」)1質量部、分岐鎖ビニル末端の分枝状ポリジメチルシロキサン(Gelest社製、「MTV−112」)10質量部、フュームドシリカ(日本アエロジル株式会社製、「アエロジルR974」)20質量部を実施例1と同様にして混合し、実施例1と同じ白金触媒で熱硬化して所定の樹脂シートを得た。
ビニル末端ポリジメチルシロキサン(動粘度0.1m2/s、Gelest社製、「DMS−V51」)98質量部、メチルヒドロシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマー(分子量2,000、メチルヒドロシロキサン比率27mol%、Gelest社製、「HMS−301」)2質量部、フュームドシリカ(日本アエロジル株式会社製、「アエロジルR974」)20質量部を実施例1と同様にして混合し、実施例1と同じ白金触媒で熱硬化して所定の樹脂シートを得た。
ビニル末端ポリジメチルシロキサン(動粘度0.1m2/s、Gelest社製、「DMS−V51」)98質量部、メチルヒドロシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマー(分子量2,000、メチルヒドロシロキサン比率27mol%、Gelest社製、「HMS−301」)2質量部を実施例1と同様にして混合し、実施例1と同じ白金触媒で熱硬化して所定の樹脂シートを得た。
ビニル末端ポリジメチルシロキサン(動粘度0.1m2/s、Gelest社製、「DMS−V51」)98質量部、メチルヒドロシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマー(分子量2,000、メチルヒドロシロキサン比率27mol%、Gelest社製、「HMS−301」)2質量部、フュームドシリカ(日本アエロジル株式会社製、「アエロジルR974」)34質量部を実施例1と同様にして混合し、実施例1と同じ白金触媒で熱硬化して所定の樹脂シートを得た。
[比較例4]
ビニル末端ポリジメチルシロキサン(動粘度0.1m2/s、Gelest社製、「DMS−V51」)78質量部、特開2013−199513号公報の段落番号0052に記載の方法により調製したビニル基含有直鎖状ポリジメチルシロキサン20質量部、メチルヒドロシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマー(分子量2,000、メチルヒドロシロキサン比率27mol%、Gelest社製、「HMS−301」)2質量部、フュームドシリカ(日本アエロジル株式会社製、「アエロジルR974」)20質量部を実施例1と同様にして混合し、実施例1と同じ白金触媒で熱硬化して所定の樹脂シートを得た。
実施例1〜3および比較例1〜4のシリコーン樹脂について、以下の評価を行った。結果を下記表1に示す。
得られた厚み3mmのシートについて、JIS K6253−3(2007)に従い、タイプAデュロメータ硬さを、ゴム硬度計(エクセル社製、「RH−201A」)を用いて測定した。
得られた厚み1mmのシートについて、JIS K6251(2010)に従い、破断強度および伸びを測定した。
得られた厚み2mmのシートについて、JIS K6252(2007)に従い、トラウザー形試験片を作製し、引裂強度を測定した。
得られた厚み3mmのシートについて、25℃における密度をJIS C−2123(1993)に従って求め、25℃における音速を音速測定装置(超音波工業株式会社製、シングアラウンド式音速測定装置「UVM−2型))により測定し、測定した密度と音速の積から音響インピーダンスを求めた。
得られた厚み3mmのシートについて、超音波発振器(岩通計測株式会社製、ファンクションジェネレーター「FG−350」)によって、水中で5MHzの超音波を発生させ、超音波がシートを透過する前と後の振幅の大きさを超音波受信機(松下電器産業株式会社製、オシロスコープ「VP−5204A」)により、水温25℃の環境にて測定した。
Claims (9)
- 少なくとも3種類の異なるポリオルガノシロキサン(A)、(B)および(C)からなるポリオルガノシロキサン混合物を含み、該ポリオルガノシロキサン(A)、(B)および(C)の合計質量100質量部に対し、該(A)ビニル基を有するポリオルガノシロキサンが10〜99.4質量部、該(B)分子鎖中に2以上のSi−H基を有するポリオルガノシロキサンが0.5〜90質量部、および該(C)下記一般式(C1)で表される分岐状ポリオルガノシロキサンが0.1〜40質量部の割合で含まれる超音波プローブ用組成物。
- 前記R1〜R3が、炭素数1〜4のアルキル基であり、前記R4が、炭素数1〜4のアルキル基またはビニル基であって、複数のR4のうち、少なくとも2つはビニル基である請求項1に記載の超音波プローブ用組成物。
- 前記R1〜R3が、メチル基であり、R4がビニル基である請求項1または2に記載の超音波プローブ用組成物。
- 前記(B)分子鎖中に2以上のSi−H基を有するポリオルガノシロキサンが、下記一般式(B)で表されるポリオルガノシロキサンである請求項1〜4のいずれか1項に記載の超音波プローブ用組成物。
- 前記ポリオルガノシロキサン混合物100質量部に対し、無機フィラーを5〜200質量部含有する請求項1〜5のいずれか1項に記載の超音波プローブ用組成物。
- 前記(A)ビニル基を有するポリオルガノシロキサンにおいて、少なくともビニル基含有シリコーンレジンを含み、該(A)成分の総質量100質量部に対し、該ビニル基含有シリコーンレジンが占める量が5〜100質量部である請求項1〜6のいずれか1項に記載の超音波プローブ用組成物。
- 前記ポリオルガノシロキサン混合物100質量部に対し、白金または白金化合物を0.01〜5質量部含有する請求項1〜7のいずれか1項に記載の超音波プローブ用組成物。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の超音波プローブ用組成物を硬化してなる超音波プローブ用シリコーン樹脂。
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