JP6524901B2 - シリコーンゴム組成物及びその硬化物 - Google Patents

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Description

本発明は、無機粒子−ポリシロキサン複合体(ポリシロキサングラフト化無機粒子)を使用することで、透明性に優れ、紫外線吸収性能と耐熱性に優れた硬化物を与えるシリコーンゴム組成物並びに該組成物の硬化物(シリコーンゴム硬化物)及び該硬化物の製造方法に関する。
シリコーンゴムは、優れた耐候性、電気特性、低圧縮永久歪性、耐熱性、耐寒性等の特性を有しているため、電気機器、自動車、建築、医療、食品をはじめとして様々な分野で広く使用されている。例えば、リモートコントローラ、タイプライター、ワードプロセッサ、コンピュータ端末、楽器等のゴム接点として使用されるキーパッド;建築用ガスケット;オーディオ装置等の防振ゴム;コネクターシール、スパークプラグブーツなどの自動車部品、コンピュータに使用されるコンパクトディスク用パッキン、パンやケーキの型などの用途が挙げられる。現在、シリコーンゴムの需要は益々高まっており、優れた特性を有するシリコーンゴムの開発が望まれている。
特許第4823431号公報(特許文献1)、特許第4494543号公報(特許文献2)では、建築用シーリング材として、紫外線吸収剤を添加した室温硬化性シリコーンゴム組成物に関する記載がある。縮合硬化であり、接着耐久性を付与するために、光安定剤及び紫外線吸収剤を添加しており、透明性に関する記載はない。
特開2015−40223号公報(特許文献3)に紫外線吸収性シリコーンコーティング組成物の記載があるが、コーティング剤であるため、成形物にコーティングして紫外線吸収特性を出す必要がある。また、紫外線吸収剤としてベンゾトリアゾール基含有シランを使用しているため、耐候性が劣る。
特許第4730886号公報(特許文献4)では、紫外線吸収性基含有オルガノポリシロキサンのコーティング剤の記載があるが、基材に塗布する必要がある。また、耐候性が劣る。
特開2009−215521号公報(特許文献5)も、トリアジン系の紫外線吸収剤を含有する記載があるが、室温硬化性のコーティング剤である。
酸化チタンの粒子を含有する分散液は、紫外線遮蔽性能を付与するための添加剤として有効であることが広く知られており、例えば、塗料・化粧料やハードコート剤などの分野で利用されている。
特開2003−327430号公報(特許文献6)や特開2003−327431号公報(特許文献7)には、ルチル型二酸化チタン粒子を使用しているが、塗料用途であり、熱硬化性シリコーンゴムに添加すると、透明性が悪化してしまう。
従来、シリコーンゴムの耐熱性を向上させる方法としては数多くの方法が知られており、酸化による劣化を抑えるために無機充填剤を配合し、耐熱性を向上させる方法が挙げられる。具体的には、米国特許第3352781号明細書(特許文献8)には酸化鉄を添加する方法、特公昭36−6189号公報(特許文献9)には希土類金属の酸化物及び水酸化物を添加する方法、特開平2−80461号公報(特許文献10)には表面処理されたカーボンブラックを添加する方法が提案されている。しかしながら、これらの無機充填剤を添加すると、透明性が損なわれるという問題があった。
金属酸化物は平均粒径が小さくなると、凝集し、熱硬化型シリコーンゴムベースコンパウンドに添加すると、透明性が悪化してしまう。有機溶剤やアルコール、水などに分散したゾルも同様に、熱硬化型シリコーンゴムベースコンパウンドに添加すると、金属酸化物の凝集が起こり、透明性が悪化してしまう。
特開2002−179917号公報(特許文献11)では、フェニル基含有量が5〜73質量%のオルガノシロキサンオイルに分散させた酸化セリウムをシリコーンゴムベースコンパウンドに配合しているが、透明性が損なわれる。
また、国際公開第2008/082001号(特許文献12)ではゾルゲル法で製造した酸化セリウム粉末を加熱硬化性シリコーンゴム組成物に添加し耐熱性を向上させる方法が提案されており、酸化セリウム粉末を0.05%添加した際のシリコーンゴム硬化物は透明であるとの記載はあるが、耐熱性を評価する際には酸化セリウム粉末を1.5部添加しており、シリコーンゴム硬化物は透明ではない。また、粒径の小さい酸化セリウム粉末では、経時で凝集し、熱硬化性シリコーンゴム組成物に添加すると透明性が損なわれるという問題があった。
特許第4823431号公報 特許第4494543号公報 特開2015−40223号公報 特許第4730886号公報 特開2009−215521号公報 特開2003−327430号公報 特開2003−327431号公報 米国特許第3352781号明細書 特公昭36−6189号公報 特開平2−80461号公報 特開2002−179917号公報 国際公開第2008/082001号
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、無機粒子−ポリシロキサン複合体(ポリシロキサングラフト化無機粒子)を使用することで、透明性に優れ、紫外線吸収性能と耐熱性に優れたシリコーンゴム(硬化物)となるシリコーンゴム組成物及びその硬化物とその製造方法を提供することを目的とするものである。
従って、本発明は、上記目的を達成するため、下記のシリコーンゴム組成物及び該組成物を硬化してなるシリコーンゴム硬化物とその製造方法を提供する。
〔1〕
(A)下記平均組成式(1):
nSiO(4-n)/2 (1)
(式中、Rは同一又は異種の非置換もしくは置換の1価炭化水素基であり、nは1.95〜2.05の正数である。)
で表され、一分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン
100質量部、
(B)比表面積が50m2/g以上の補強性シリカ 5〜100質量部、
(C)動的光散乱法による体積基準の粒度分布における50%累積粒子径が1〜200nmである無機粒子の表面の少なくとも一部に、SiR232/2単位及びSiR4561/2単位を含むポリシロキサンがグラフト化された、無機粒子−ポリシロキサン複合体であって、
前記無機粒子が、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウムスズ、酸化ジルコニウム及び酸化鉄からなる群より選ばれる1種以上を含むものであり、
無機粒子表面とポリシロキサンとがSiR13/2単位を含むシロキサン被覆層を介して結合していてもよく、無機粒子が前記被覆層を有する場合、無機粒子100質量部に対して、SiR13/2単位、SiR232/2単位及びSiR4561/2単位で表されるシロキサン成分の合計が、20〜20,000質量部となる範囲であり、無機粒子が前記被覆層を有しない場合、無機粒子100質量部に対して、SiR 2 3 2/2 単位及びSiR 4 5 6 1/2 単位で表されるシロキサン成分の合計が、20〜20,000質量部となる範囲である無機粒子−ポリシロキサン複合体
(R1は、同一又は異なっていてもよく、(メタ)アクリル基、オキシラニル基、アミノ基、メルカプト基、イソシアネート基もしくはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1以上20以下のアルキル基と、炭素数2以上20以下のアルケニル基と、炭素数6以上20以下のアリール基と、ケイ素数50以下の(ポリ)ジメチルシロキシ基とからなる群から選ばれる置換基であり、
2、R3、R4及びR5は、それぞれ同一又は異なっていてもよく、(メタ)アクリル基、オキシラニル基もしくはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1以上20以下のアルキル基と、炭素数2以上20以下のアルケニル基と、炭素数6以上20以下のアリール基と、ケイ素数50以下の(ポリ)ジメチルシロキシ基とからなる群から選ばれる置換基であり、
6は、(メタ)アクリル基、オキシラニル基もしくはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1以上20以下のアルキル基と、炭素数2以上20以下のアルケニル基と、炭素数6以上20以下のアリール基と、ケイ素数50以下の(ポリ)ジメチルシロキシ基と、炭素数1以上10以下のアルコキシ基と、ヒドロキシル基とからなる群から選ばれる基である。)
0.001〜10質量部、
(D)硬化剤 有効量
を含有することを特徴とするシリコーンゴム組成物。
〔2〕
前記無機粒子が、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化インジウムスズ、酸化ジルコニウム、酸化スズ及び酸化鉄からなる群より選ばれる1種以上を含む核の外側に酸化ケイ素の殻を有するコアシェル粒子であることを特徴とする〔1〕に記載のシリコーンゴム組成物。
〔3〕
(C)成分中のSiR 2 3 2/2 単位(D単位)及びSiR 4 5 6 1/2 単位(M単位)において、R 2 、R 3 、R 4 、R 5 及びR 6 が、(メタ)アクリル基、オキシラニル基もしくはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1以上20以下のアルキル基と、炭素数2以上20以下のアルケニル基と、炭素数6以上20以下のアリール基とからなる群から選ばれる置換基であって、
グラフト化されたポリシロキサンにおける全てのD単位に由来する 29 Si核磁気共鳴シグナルの積分値(ΣD)と、全てのM単位に由来する 29 Si核磁気共鳴シグナルの積分値(ΣM)との比(ΣD/ΣM)が3以上である〔1〕又は〔2〕記載のシリコーンゴム組成物。
〔4〕
硬化剤(D)が有機過酸化物である〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載のシリコーンゴム組成物。
〔5〕
硬化剤(D)がオルガノハイドロジェンポリシロキサンとヒドロシリル化触媒との組み合せからなり、付加反応硬化型である〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載のシリコーンゴム組成物。
〔6〕
〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載のシリコーンゴム組成物の硬化物からなるシリコーンゴム硬化物。
〔7〕
2mm厚の硬化物の光透過率が、波長700nmで70%以上である、〔6〕に記載のシリコーンゴム硬化物。
〔8〕
〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載のシリコーンゴム組成物を加熱硬化することからなるシリコーンゴム硬化物の製造方法。
〔9〕
80〜400℃で加熱成形するものである〔8〕に記載のシリコーンゴム硬化物の製造方法。
〔10〕
押出し成形、圧縮成形及び射出成形のいずれかの方法により成形するものである〔8〕又は〔9〕に記載のシリコーンゴム硬化物の製造方法。
本発明のシリコーンゴム組成物は、透明性に優れ、紫外線吸収性能と耐熱性に優れたシリコーンゴム硬化物を与える。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のシリコーンゴム組成物としては、加熱により硬化するシリコーンゴム組成物であれば特に制限されないが、ベースポリマーとして1分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン(A)に、硬化剤(D)として付加反応硬化剤(D−1)及び/又は有機過酸化物硬化剤(D−2)を用いたものが好ましい。形状はミラブルタイプでも液状タイプでもよい。液状シリコーンゴム組成物は室温(通常、25℃±10℃)において自己流動性があるものであるのに対して、ミラブル型シリコーンゴム組成物とは、粘度が高く、室温において自己流動性がない非液状(固体状又は高粘ちょうなペースト状)であって、ロールミル等の混練手段によって高せん断応力下に均一に混合できる生ゴム状の組成物を意味するものである。
−(A)成分−
本発明において、(A)成分は、下記平均組成式(1)で表されるオルガノポリシロキサンである。
nSiO(4-n)/2 (1)
(式中、Rは同一又は異種の非置換もしくは置換の1価炭化水素基であり、nは1.95〜2.05の正数である。)
上記平均組成式(1)中、Rは同一又は異種の非置換もしくは置換の1価炭化水素基であり、通常、炭素数1〜12、特に炭素数1〜8のものが好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、ビニル基、アリル基、プロペニル基等のアルケニル基、シクロアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基、ベンジル基、2−フェニルエチル基等のアラルキル基、或いはこれらの基の水素原子の一部又は全部をフッ素、塩素等のハロゲン原子もしくはシアノ基などで置換した、例えばクロロメチル基、トリフルオロプロピル基、シアノエチル基等が挙げられ、メチル基、ビニル基、フェニル基、トリフルオロプロピル基が好ましく、特にメチル基、ビニル基が好ましい。
特に、(A)成分としてのオルガノポリシロキサンは、1分子中に2個以上、通常、2〜50個、特に2〜20個程度のアルケニル基、シクロアルケニル基等の脂肪族不飽和基を有するものが好ましく、特にビニル基を有するものであることが好ましい。この場合、全R中0.01〜20モル%、特に0.02〜10モル%が脂肪族不飽和基であることが好ましい。なお、この脂肪族不飽和基は、分子鎖末端でケイ素原子に結合していても、分子鎖の途中(分子鎖非末端)のケイ素原子に結合していても、その両方であってもよいが、少なくとも分子鎖末端のケイ素原子に結合していることが好ましい。
また、全R中80モル%以上、好ましくは90モル%以上、より好ましくは95モル%以上、更に好ましくは脂肪族不飽和基を除く全てのRがアルキル基、特にはメチル基であることが望ましい。
nは1.95〜2.05、好ましくは1.98〜2.02、より好ましくは1.99〜2.01の正数である。
(A)成分であるオルガノポリシロキサンの分子構造は、直鎖状、又は一部分岐構造を有する直鎖状であることが好ましい。具体的には、該オルガノポリシロキサンの主鎖を構成するジオルガノシロキサン単位(R2SiO2/2、Rは上記と同じ、以下同様)の繰り返し構造が、ジメチルシロキサン単位のみの繰り返しからなるもの、又はこの主鎖を構成するジメチルシロキサン単位の繰り返しからなるジメチルポリシロキサン構造の一部として、フェニル基、ビニル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等を置換基として有するジフェニルシロキサン単位、メチルフェニルシロキサン単位、メチルビニルシロキサン単位、メチル−3,3,3−トリフルオロプロピルシロキサン単位等のジオルガノシロキサン単位を導入したもの等が好適である。
また、分子鎖両末端は、例えば、トリメチルシロキシ基、ジメチルフェニルシロキシ基、ビニルジメチルシロキシ基、ジビニルメチルシロキシ基、トリビニルシロキシ基等のトリオルガノシロキシ基(R3SiO1/2)やヒドロキシジメチルシロキシ基等のヒドロキシジオルガノシロキシ基(R2(HO)SiO1/2)などで封鎖されていることが好ましい。
(A)成分のオルガノポリシロキサンは、上述したように、分子鎖両末端がトリオルガノシロキシ基(R3SiO1/2)又はヒドロキシジオルガノシロキシ基(R2(HO)SiO1/2)で封鎖され、主鎖がジオルガノシロキサン単位(R2SiO2/2)の繰り返しからなる直鎖状のものを好ましく挙げることができる。特に好ましいものとしては、分子中の置換基(即ち、ケイ素原子に結合する非置換又は置換の1価炭化水素基)の種類として、メチルビニルポリシロキサン、メチルフェニルビニルポリシロキサン、メチルトリフルオロプロピルビニルポリシロキサン、ジメチルポリシロキサン等を挙げることができる。
このようなオルガノポリシロキサンは、例えば、オルガノハロゲノシランの1種又は2種以上を(共)加水分解縮合することにより、或いは環状ポリシロキサン(シロキサンの3量体、4量体等)をアルカリ性又は酸性の触媒を用いて開環重合することによって得ることができる。
なお、上記オルガノポリシロキサンの重合度は100以上(通常、100〜100,000)、好ましくは150〜100,000であることが好ましい。なお、この重合度は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)分析によるポリスチレン換算の重量平均重合度として測定することができる。
(A)成分は、1種を単独で用いても、分子量(重合度)や分子構造の異なる2種又は3種以上の混合物であってもよい。
−(B)成分−
(B)成分の補強性シリカは、機械的強度の優れたシリコーンゴム組成物を得るために添加される充填剤であり、この目的のためには比表面積(BET吸着法)が50m2/g以上であることが必要であり、好ましくは100〜450m2/g、より好ましくは100〜300m2/gである。比表面積が50m2/g未満だと、硬化物の機械的強度が低くなってしまう。
このような補強性シリカとしては、例えば、煙霧質シリカ(ヒュームドシリカ)、沈降シリカ(湿式シリカ)等が挙げられ、またこれらの表面をメチルクロロシラン等のオルガノシラン化合物やヘキサメチルジシラザン等のシラザン化合物などで疎水化処理したものも好適に用いられる。このなかでも動的疲労特性に優れる煙霧質シリカが好ましい。
(B)成分は1種単独でも2種以上を併用してもよい。
(B)成分の補強性シリカの配合量は、(A)成分のオルガノポリシロキサン100質量部に対して5〜100質量部であり、10〜100質量部が好ましく、20〜60質量部であることがより好ましい。(B)成分の配合量が少なすぎる場合には補強効果が得られず、多すぎる場合には加工性が悪くなり、また機械的強度が低下してしまい、動的疲労耐久性も悪化してしまう。
なお、本発明においては、必要に応じて、(B)補強性シリカの分散剤(ウェッター)を任意成分として配合することができる。このウェッターとしては、例えば、ジフェニルシランジオール等のシラノール基(即ち、ケイ素原子結合水酸基)含有シラン化合物や、分子鎖両末端シラノール基封鎖の直鎖状ジメチルシロキサンオリゴマー(例えば、重合度又は分子中のケイ素原子数が2〜30個、特には3〜20個程度の低重合ポリマー)等のシラノール基含有オルガノシロキサンオリゴマーなどから選ばれる1種又は2種以上が用いられる。
ウェッターの配合量としては、ベースポリマー((A)成分)100質量部に対し、0〜25質量部とすることが好ましく、より好ましくは3〜20質量部の範囲の配合量とすることができる。
−(C)成分−
(C)成分は、動的光散乱法による体積基準の粒度分布における50%累積粒子径が1〜200nmである無機粒子の表面の少なくとも一部に、SiR232/2単位及びSiR4561/2単位を含むポリシロキサンがグラフト化された、無機粒子−ポリシロキサン複合体であって、
無機粒子表面とポリシロキサンとがSiR13/2単位を含むシロキサン被覆層を介して結合していてもよく、無機粒子100質量部に対して、SiR13/2単位、SiR232/2単位及びSiR4561/2単位で表されるシロキサン成分の合計が20〜20,000質量部となる範囲である無機粒子−ポリシロキサン複合体である。
(R1は、同一又は異なっていてもよく、(メタ)アクリル基、オキシラニル基、アミノ基、メルカプト基、イソシアネート基もしくはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1以上20以下のアルキル基と、炭素数2以上20以下のアルケニル基と、炭素数6以上20以下のアリール基と、及びケイ素数50以下の(ポリ)ジメチルシロキシ基とからなる群から選ばれる置換基又は水素原子であり、
2、R3、R4及びR5は、それぞれ同一又は異なっていてもよく、(メタ)アクリル基、オキシラニル基もしくはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1以上20以下のアルキル基と、炭素数2以上20以下のアルケニル基と、炭素数6以上20以下のアリール基と、及びケイ素数50以下の(ポリ)ジメチルシロキシ基とからなる群から選ばれる置換基又は水素原子であり、
6は、(メタ)アクリル基、オキシラニル基もしくはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1以上20以下のアルキル基と、炭素数2以上20以下のアルケニル基と、炭素数6以上20以下のアリール基と、ケイ素数50以下の(ポリ)ジメチルシロキシ基と、炭素数1以上10以下のアルコキシ基と、ヒドロキシル基とからなる群から選ばれる基又は水素原子である。)
この場合、グラフト化されるポリシロキサンは、実質的にSiR232/2単位及びSiR4561/2単位からなるものであってもよいが、SiO2単位やR2SiO3/2単位を含んでもよい。また、シロキサン被覆層も実質的にSiR13/2単位からなるものであってもよいが、D単位やQ単位を含んでもよい。
ここで、本発明においては、特に断りのない限り、(SiO4/2)構造で表される単位をQ単位、(SiR13/2)構造で表される単位をT単位、(SiR232/2)構造で表される単位をD単位、(SiR4561/2)構造で表される単位をM単位と呼ぶ
本発明におけるM単位とは、特に断りのない限り、グラフト部位のポリシロキサン末端成分であれば、ケイ素に酸素原子が一つ以上置換していてもよい。例えば、R6がアルコキシ基やヒドロキシル基であっても構わない。
<ポリシロキサン成分>
上記R1、R2、R3、R4、R5及びR6において、炭素数1〜20のアルキル基として好ましくは、炭素数1〜6のもの、特にメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基が挙げられ、メチル基がより好ましい。炭素数2〜20のアルケニル基として好ましくは、炭素数2〜6のもの、特にビニル基、アリル基等が好ましい。炭素数1〜10のアルコキシ基として好ましくは、炭素数1〜6のもの、特にメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基が挙げられ、メトキシ基がより好ましい。
炭素数6〜20のアリール基としては、炭素数6〜10のもの、特にフェニル基、トリル基、キシリル基がより好ましい。ケイ素数50以下の(ポリ)ジメチルシロキシ基としては、ケイ素数1〜50のもの、特に1〜30のものが好ましい。
上記R1、R2、R3、R4、R5及びR6がメチル基である場合は保存安定性や耐熱性の高い無機粒子材料が得られる場合がある。また、R1、R2、R3、R4、R5及びR6の一部がフェニル基である場合にはフェニル系シリコーン材料と高い親和性を有する無機粒子材料が得られる場合がある。更に、R1、R2、R3、R4、R5及びR6の少なくとも1つが水素原子、ビニル基或いはアリル基である場合、シリコーン組成物中のハイドロジェンシリコーン或いはビニルシリコーンとヒドロシリル化反応をすることにより、本発明の無機粒子材料とシリコーン組成物との混合組成物を硬化させるときに無機粒子がシリコーン組成物に架橋された強固な複合体が得られる場合がある。加えて、R6がヒドロキシル基やアルコキシ基である場合には、様々な環状シロキサンやアルコキシシランと反応させることでシリコーン鎖長の延長や末端修飾を行うことが可能となる場合がある。
本発明で用いる無機粒子−ポリシロキサン複合体中のT単位の合計は、無機粒子100質量部に対して0〜100質量部となる数であることが好ましい。これはT単位の合計が100質量部より大きいと、粒子表面にT単位が多く結合していることとなり粒子表面のヒドロキシル基を封鎖し、グラフト部位が無機粒子と効率的に結合しないという問題が生じる可能性がある。T単位の合計は無機粒子100質量部に対して10〜70質量部であることがより好ましく、10〜50質量部であることが更に好ましい。
本発明で用いる無機粒子−ポリシロキサン複合体中のD単位の合計は、無機粒子100質量部に対して10〜10,000質量部となる数であることが好ましい。これはD単位の合計が10質量部よりも小さいと、ポリシロキサンの被覆量が不足するために、無機粒子間の直接接触が抑制できず、無極性溶媒中における分散性が不十分となる可能性がある。また、10,000質量部より大きいと、本発明に係る無機粒子−ポリシロキサン複合体中の無機粒子の相対重量率が小さくなり、無機粒子の機能性が発現しない可能性がある。D単位の合計は無機粒子100質量部に対して50〜1,000質量部であることがより好ましく、100〜500質量部であることが更に好ましい。
本発明の無機粒子−ポリシロキサン複合体において、0<(M単位の数)<(D単位の数)の関係を満たすことが好ましい。M単位の数がD単位の数以上の時、高分子末端成分が多く存在することで、グラフト化されるポリシロキサンの分子量が小さくなるため、粒子間の直接接触が抑制できず、無極性溶媒中における分散性が不十分となる可能性がある。M単位の数/D単位の数の比は0.5以下であることが好ましく、0.2以下であることが更に好ましい。この場合、下限は0.001以上であることが好ましい。
本発明における無機粒子−ポリシロキサン複合体は、無機粒子100質量部に対してポリシロキサン成分が20〜20,000質量部含まれ、好ましくは50〜10,000質量部である。ポリシロキサン成分が20質量部未満である場合、粒子間の直接接触が抑制できず、無極性溶媒中における分散性が不十分となる可能性がある。ポリシロキサン成分が20,000質量部を超える場合、本発明の無機粒子−ポリシロキサン複合体中の無機粒子の相対比が小さくなり、無機粒子の機能が発現しない可能性がある。
ポリシロキサンの導入量は、熱重量(Tg)測定後に残存した残留物の重量を無機粒子の重量、減少した重量分をポリシロキサン成分の重量として求めることができる。Tg測定装置としては、Rigaku社製のThermo Plus装置等が例示できる。また、測定は酸素との反応を防ぐために、不活性雰囲気下で行うことが好ましい。
本発明におけるグラフト部位とは無機粒子表面に表面処理されたポリシロキサン成分のことを指す。従って、シリカ粒子中に含まれるSiO2ユニット(Q単位)や粒子核の外側に殻を有するコアシェル型粒子の殻中に含まれるQ単位ケイ素のように、粒子自体を構成しているシロキサン成分はグラフト部位には含まれない。一方で、X−24−9822(信越化学工業株式会社製)のように片末端に反応性のQ単位を有する片末端トリメトキシシロキシ基封鎖型ポリシロキサンで表面処理された無機粒子の場合、粒子表面に結合したX−24−9822中のQ単位はグラフト部位に含まれる。
即ち、本発明においてグラフト部位とは、粒子の表面OH基やメトキシ基等の反応性基に結合した直鎖状ポリシロキサン部位をいう。
<無機粒子>
本発明において、無機粒子は、核を構成する元素として、好ましくは13族元素、14族元素(炭素を除く)、第1系列遷移元素、第2系列遷移元素、第3系列遷移元素、ランタノイド等が挙げられる。13族元素では、特にアルミニウム、ホウ素、インジウム等から誘導される酸化物が好適である。14族元素(炭素を除く)では、金属ケイ素粒子や、ケイ素、スズ等から誘導される酸化物が好適である。第1系列遷移元素では、チタン、マンガン、亜鉛等から誘導される酸化物が好適である。これらの酸化物は、特定波長の光吸収材料として用いられることが多い。第2系列遷移元素では、銀粒子や、イットリウム、ジルコニウム等から誘導される酸化物が好適である。これらの酸化物は、特定波長の光吸収及び蛍光材料として用いられることが多い。第3系列遷移元素では、金粒子や、ハフニウム、タンタル等から誘導される酸化物が好適である。ランタノイドでは、ランタン、セリウム、プラセオジウム、ネオジウム、テルビウム、ジスプロジウム、イッテルビウム等から誘導される酸化物が好適である。これらの酸化物は、特定波長の光吸収及び蛍光材料として用いられることが多い。
本発明においては、特に無機粒子として、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウムスズ、酸化ジルコニウム、酸化鉄及び酸化ケイ素の1種又は2種以上を含むことが好ましい。
本発明において、無機粒子の粒子径は、種々の方法で測定できる。本発明での粒径の範囲は、レーザー光を用いた動的光散乱法で測定した体積基準の50%累積分布径(D50)とするが、傍証として電子顕微鏡法を用いて観測することも可能である。これらの測定法によって求められる値は、測定装置に依存したものではないが、例えば、動的光散乱法としては、ナノトラックUPA−EX150(日機装(株)製)等の装置を用いることができる。また、電子顕微鏡法としては透過型電子顕微鏡H−9500(日立ハイテクノロジーズ(株)製)を装置として例示することができる。例えば、無機粒子を透明性シリコーン材料に添加する場合は、可視領域における透明性が重要であるため、原料無機粒子のD50は、1〜200nmであることが必要であり、1〜100nmであることがより好ましく、1〜80nmであることが更に好ましく、1〜50nmであることが特に好ましい。無機粒子の平均累計粒子径が200nmを超えると、可視領域の光波長より大きくなり、散乱が顕著となる場合がある。また、1nm未満になると、分散質の系中での総表面積が極めて大きくなることにより、凝集が起こりやすくなるなど分散液としての取扱いが困難になる場合がある。
本発明において、無機粒子の核は、前記の金属酸化物の群から選ばれるものであれば、1種単独、又は2種以上を複合したものを用いることができる。ここで述べる複合とは、広義の意味であり、単純混合及び化学結合を介して複合化されたものであればよい。化学結合を介した複合とは、下記一般式(2)で表されるような形態をいう。
(M1xd(M2ye (2)
ここで、M1は、Al、B、In、Si、Ge、Sn、Ti、Mn、Zn、Y、Zr、Hf、Ta、La、Ce、Pr、Nd、Tb、Dy、Ybの元素記号で表されるいずれか1種である。M2は、Al、B、In、Si、Ge、Sn、Ti、Mn、Zn、Y、Zr、Hf、Ta、La、Ce、Pr、Nd、Tb、Dy、Ybの元素記号で表されるいずれか1種であり、M1で選択されたものと同一ではない元素である。x、yは、M1の価数をaとすればx=a/2、M2の価数をbとすればy=b/2で表すことができる。d、eは、d+e=1を満たす実数であって、かつ0<d<1及び0<e<1を満たす。即ち、構造中において、M1とM2が酸素を介して結合した単位を有している。M1とM2は、構造中において散在していてもよく、また偏在していてもよい。M1とM2が構造中において散在しているものは、複数種の金属アルコキシドの共加水分解物において見られる構造である。M1とM2が構造中において偏在しているものは、コアシェル粒子(金属酸化物粒子を核とし、この核の外側に他の金属酸化物の殻を有する粒子)において見られる構造であり、例えば、複数種の金属アルコキシドを種類に応じて段階的に加水分解することで形成される。
ここで、本発明においては、無機粒子が、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化インジウムスズ、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化鉄及び酸化ケイ素からなる群より選ばれる1種以上を含むことが好ましく、この場合、無機粒子が、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化インジウムスズ、酸化ジルコニウム、酸化スズ及び酸化鉄からなる群より選ばれる1種以上を含む核の外側に酸化ケイ素の殻を有するコアシェル粒子であることが好ましい。
本発明において、無機粒子としては、このように上述した金属元素や金属酸化物の1種単独又は2種以上を複合したものを核とし、この核の外側に上述した金属元素の酸化物の1種単独又は2種以上を複合した物の殻を有するコアシェル粒子を用いてもよい。このようなコアシェル粒子の例としては、酸化チタン−酸化スズ複合酸化物(スズを固溶した酸化チタン粒子)を核とし、この核の外側に酸化ケイ素の殻を有するコアシェル粒子等が挙げられる。このようなコアシェル粒子は、例えば、特許第5704133号公報に記載の方法により得られる。
この場合、前記無機粒子が、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化インジウムスズ、酸化ジルコニウム、酸化スズ及び酸化鉄からなる群より選ばれる1種以上を含む核の外側に酸化ケイ素の殻を有するコアシェル粒子であることが好ましい。
<ポリシロキサングラフト鎖長>
本発明において、グラフト化されたポリシロキサンの鎖長は、全てのD単位に由来する29Si核磁気共鳴シグナルの積分値(ΣD)と、全てのM単位に由来する29Si核磁気共鳴シグナルの積分値(ΣM)の比(ΣD/ΣM)によって比較することが好ましい。D単位はポリシロキサンの主鎖成分であり、M単位はポリシロキサンの末端成分であるから、ΣD/ΣMの値が小さければグラフト化されたポリシロキサンの鎖長は短く、(ΣD/ΣM)の値が大きければグラフト化されたポリシロキサンの鎖長は長いと考えられる。本発明においては、ポリシロキサンの(ΣD/ΣM)値が3以上であることが望ましく、5以上であることが更に望ましい。(ΣD/ΣM)値が3より小さい場合、グラフト化されたポリシロキサンの排除体積が小さく、粒子間の直接接触を抑制できずに凝集する可能性があるため望ましくない。なお、その上限は特に制限されないが、通常1,000以下、特に500以下である。
本発明において、29Si核磁気共鳴分光測定を行うサンプルは未反応シロキサンや低分子シロキサン等の揮発成分が留去されたサンプルであることが好ましい。多くの固体化合物において、化合物が分子間相互作用の小さな直鎖型ポリシロキサンやアルキル鎖によって表面処理された場合に、化合物間の分子間相互作用が小さくなることで液状化する現象が知られており、本発明における無機粒子に関してもポリシロキサンのグラフト化によって液状化する場合がある。また、環状シロキサンの開環重合は平衡反応で進行することが多く、無機粒子−ポリシロキサン複合体が液状で得られた場合、液状サンプル中にグラフト化されていないポリシロキサン成分が一部含まれる可能性がある。しかしながら、平衡反応を用いている限りは、粒子表面にグラフト化されていないポリシロキサン成分の有無に関わらず(ΣD/ΣM)値が逸脱した値を示す可能性は少ないため、(ΣD/ΣM)値は無機粒子−ポリシロキサン複合体固有の値として評価して構わない。
本発明において積分値とは百万分率(ppm)に対してシグナル強度をプロットした際の求積問題のことをいう。求積は特定の基準のS/N比によって閾値を設けることが好ましい。S/N比は、5以上、好ましくは10以上、より好ましくは20以上である。5未満である場合はベースラインが太くなり、積分の精度が悪くなるため好ましくないことがある。積分は電子計算機によるシンプソン法などで求めてもよく、またスペクトルを表示した均一な平面密度を有する印刷媒体をスペクトル形状に切断して、重量を計測することによって求めてもよい。
29Si核磁気共鳴分光法は、固体及び液体のいずれにおいて実施してもよいが、固体核磁気共鳴分光法では測定試料の前処理として乾固する必要があり、必ずしも試料中でのケイ素の結合状態を反映したものであるとは限らない。従って、液体状態の核磁気共鳴分光法によって確認することが好ましい。この際に、29Si核は、負の磁気回転比(γB)を有しているために、核オーバーハウザー効果が逆となり、共鳴核の周囲に存在する核磁気緩和を抑制する。従って、負の核オーバーハウザー効果が顕著とならないような測定条件であることが好ましい。パルス−フーリエ変換型核磁気共鳴の場合では、適切なパルスシークエンスを用いることによってこの問題を解決できる。例えば、オフレゾナンス型のパルスシークエンスを用いることが好ましい。液体29Si核磁気共鳴分光法では、試料管及びプローブにケイ素を含有しない素材を用いて測定することが好ましい。ケイ素を含有しない核磁気共鳴分光法に使用可能な素材としてポリテトラフルオロエチレン(テフロン(登録商標))を例示することができる。液体29Si核磁気共鳴分光法では、測定時間の短縮のために適切な緩和剤を用いることができる。緩和剤としては公知の試薬等(例えば、Organometallics誌、2008年、27巻、4号、500−502頁及びreferences therein)が利用できる。特に、クロム(III)アセチルアセトナートは有機溶媒への溶解性にも優れており、酸化チタンの凝集を起こすこともないので優れている。例えば、クロム(III)アセチルアセトナートを重クロロホルム(クロロホルム−d3)に1mol・dm-3程度の濃度で溶解した溶液を緩和剤として数滴使用することによって、緩和効果と重水素ロック効果の双方が得られるため好ましい。
共鳴磁場の表記はテトラメチルシランの29Si核の共鳴を基準とした際の共鳴磁場との差異を百万分率(ppm)で表したものとして表現することができる。この表記に従った場合、D単位は−10〜−30ppm、好ましくは−15〜−25ppm、M単位は−5〜15ppm、好ましくは0〜10ppm、M単位にアルコキシ基が一つ置換している場合は−5〜−20ppm、好ましくは−10〜−15ppmの範囲に検出できることが多い。表記上の負の値は、共鳴磁場が基準線よりも高磁場側に差異があることを示している。共鳴線の幅は測定に用いる核磁気共鳴装置の磁場の強さに依存しており、上記の好ましい共鳴線の範囲は一例として11.75T(テスラ)の磁場を印加した場合の値である。核磁気共鳴装置に用いることのできる磁場は5T以上20T以下、好ましくは8T以上15T以下、更に好ましくは10T以上13T以下である。磁場が5T未満である場合は、S/N比が小さくなることによって測定が難しくなる場合があり、磁場が20Tを超える場合は共鳴装置が大掛かりなものとなって測定が難しくなる場合がある。磁場の強さと共鳴線の幅及びシグナル強度は、当業者であれば当然にここに記した情報から類推することができる。
本発明における無機粒子−ポリシロキサン複合体は該コア部位と該グラフト部位とがシロキサン結合を介して連結されていることが好ましく、グラフト部位が共有結合を介して無機粒子コアと連結することで、高い環境安定性と分散安定性を示す。コア部分とグラフト部分のシロキサン結合は、29Si核磁気共鳴分光法(NMR)によって確認することができる。
29Si核磁気共鳴分光法の測定では、前記コア部位と前記グラフト部位間のシロキサン結合の有無を、D単位に由来する磁気共鳴シグナルの変化として確認することが好ましい。例えば、D単位がポリシロキサン中のT単位と結合したD'単位や、無機粒子表面のヒドロキシル基と結合したD''単位に由来する磁気共鳴シグナルの有無によって判断することができる。D単位がポリシロキサン中のT単位と結合したにD'単位の磁気共鳴シグナルは−10〜−25ppm、好ましくは−15〜−20ppm付近に観測できることが多い。D単位が無機粒子表面のヒドロキシル基と結合したD''単位に由来する磁気共鳴シグナルは結合する無機粒子の種類によって異なるが、酸化ケイ素を例にした場合、酸化ケイ素表面と結合したD''単位の磁気共鳴シグナルは−10〜−25ppm、好ましくは−15〜−20ppm付近に観測できることが多い。
本発明におけるポリシロキサングラフト化無機酸化物は、好ましくは固体状又は液体状であり、より好ましくは液体状である。固体状としては、ゲル状、粉体状等を挙げることができ、液体状としてはニュートン流体、ビンガム流体等を挙げることができ、好ましくはチキソ性を示さないニュートン流体である。
<無機粒子−ポリシロキサン複合体の製造方法>
本発明の無機粒子−ポリシロキサン複合体の製造方法は特に限定されないが、以下に述べる手法であることが好ましい。
(α)動的光散乱法で測定した体積基準の50%累積粒子径が1〜200nmである無機粒子が極性有機溶媒に分散した分散液を準備する工程、及び
(β)該分散液と下記一般式(3)で表される1種以上の環状シロキサンとを混合させた状態において該環状シロキサンを開環重合する工程、を含むことを特徴とする無機粒子−ポリシロキサン複合体の製造方法。
Figure 0006524901

(式(3)中、R7、R8、R9、R10、R11及びR12は、それぞれ同一又は異なっていてもよく、(メタ)アクリル基、オキシラニル基もしくはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1以上20以下のアルキル基と、炭素数2以上20以下のアルケニル基と、炭素数6以上20以下のアリール基と、ケイ素数50以下の(ポリ)ジメチルシロキシ基とからなる群から選ばれる置換基又は水素原子であり、mは0〜10の整数である。)
[(α)工程]
本発明の無機粒子−ポリシロキサン複合体の製造方法における第一の工程は、動的光散乱法で測定した体積基準の50%累積粒子径が1〜200nmである無機粒子が極性有機溶媒に分散した分散液を準備する工程である。
本発明中において分散液とは、上述したように、特に断りのない限り、粒子が継時で沈降しない安定分散(コロイダル分散)した状態のことを指す。安定分散状態は粒子のブラウン運動速度が自重による沈降速度以上に早くなった場合に生じる。一方で、シリコーンのような粘性液体中では粒子の沈降速度が遅いために、安定分散しているか否かの判断が難しい。そのような場合には、遠心分離機を用いて遠心力を加え、粒子の沈降を促進させることで、粒子沈降の有無を判断することができる。
本発明で準備する無機粒子は、上述した通りであるが、本発明における無機粒子原料は、合成したものであっても、市販されている汎用品であってもよい。市販品を用いる場合の具体例としては、IPA−ST−L(シリカ粒子IPA分散液、日産化学工業株式会社製)、酸化アルミニウムIPA分散液(Sigma−Aldrich社製)、酸化亜鉛ブチルアセテート分散液(Sigma−Aldrich社製)、酸化インジウムスズIPA分散液(Sigma−Aldrich社製)、ITRANB15WT%−G180(酸化インジウムスズアルコール分散液、CIKナノテック社製)等が挙げられる。また、タイノックM−6(酸化チタン水分散液、多木化学製)、ニードラールP10(酸化セリウム水分散液、多木化学製)、ナノユースCE−T20B(酸化セリウム水分散液、日産化学工業株式会社製)、スノーテックスST−20L(酸化ケイ素水分散液、日産化学工業株式会社製)、AS−100(酸化アルミニウム水分散液、日産化学工業株式会社製)、バイラールAlML15(酸化アルミニウム水分散液、多木化学製)、ALW10WT%−G0(酸化アルミニウム水分散液、CIKナノテック社製)、CEW10WT%−G120(酸化セリウム水分散液、CIKナノテック社製)、セメラールS8(酸化スズ水分散液、多木化学製)、バイラールFe−C10(酸化鉄水分散液、多木化学製)、酸化ジルコニウム水分散液(Sigma−Aldrich社製)ITRW15WT%−G30(酸化インジウムスズ水分散液、CIKナノテック社製)の分散媒である水を、極性有機溶媒で置換して用いてもよい。また、上記水分散液は上記溶媒置換前に汎用のシランカップリング剤や分散剤を用いて表面処理したものを用いてもよい。
<原料コロイド分散液>
本発明の(α)工程においては、水を分散媒とする無機酸化物粒子のコロイド分散液を用いて行うことが好ましい。水としては、水道水、工業用水、井戸水、天然水、雨水、蒸留水、イオン交換水等の淡水を用いることができるが、特にイオン交換水であることが好ましい。イオン交換水は、純水製造器(例えば、オルガノ株式会社製、製品名「FW−10」、メルクミリポア株式会社製、製品名「Direct−QUV3」等)を用いて製造することができる。また、分散媒には、以下に述べるように水分散コロイド溶液を製造する工程で水と任意に混和可能な1価のアルコールを含んでいてもよい。水と任意に混和可能な1価のアルコールは、コアシェル粒子を製造する際の共溶媒及びゾル−ゲル反応における金属アルコキシドの加水分解副生成物としての由来で含有してもよい。
本発明で準備する原料コロイド分散液の分散質濃度は、好ましくは1質量%以上35質量%以下、より好ましくは5質量%以上30質量%以下、更に好ましくは10質量%以上25質量%以下である。分散質濃度が1質量%より低いと、製造効率がよくないことがあり、好ましくない。分散質濃度が35質量%より高いと、pHや温度等の条件によっては、ゲル化しやすくなることがあるため好ましくない。
(α)工程は、無機粒子表面にSiR13/2単位からなるシロキサン被覆層を有する場合、シラン化合物及び/又は同シラン化合物の(部分)加水分解縮合物で無機粒子表面を処理する工程(α−1)、極性有機溶媒で溶媒置換する工程(α−2)からなる。一方、無機粒子表面にSiR13/2単位からなるシロキサン被覆層を持たない場合(α−2)のみの工程である。以下に詳細を説明する。
[工程(α−1)]
工程(α−1)では下記一般式(I)で表されるシラン化合物及び/又は同シラン化合物の(部分)加水分解縮合物を添加して粒子表面を修飾する工程である。
19Si(Y)3 (I)
(式中において、R19は、それぞれ同一又は異なっていてもよく、(メタ)アクリル基、オキシラニル基、アミノ基、メルカプト基、イソシアネート基もしくはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1以上20以下のアルキル基と、炭素数2以上20以下のアルケニル基と、炭素数6以上20以下のアリール基と、ケイ素数50以下の(ポリ)ジメチルシロキシ基とからなる群から選ばれる置換基又は水素原子であり、Yはアルコキシ基、アセトキシ基、エノール基、塩素原子からなる群から選ばれる置換基である。)
この場合、アルキル基としては、好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、特にメチル基、エチル基が挙げられ、アリール基としては炭素数6〜10のもの、特にフェニル基が挙げられる。更に(ポリ)ジメチルシロキシ基のケイ素数は1〜50、特に1〜30であることが好ましい。
一般式(I)で示されるシラン化合物の具体例としては、ハイドロジェントリメトキシシラン、ハイドロジェントリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリイソプロポキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、プロピルトリイソプロポキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、パーフルオロオクチルエチルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、イソシアネート基同士が結合したトリス(3−トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、トリス(3−トリエトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、メチルトリメトキシシランの部分加水分解縮合物(商品名「KC−89S」、「X−40−9220」信越化学工業株式会社製)、メチルトリメトキシシランとγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランの部分加水分解縮合物(商品名「X−41−1056」信越化学工業株式会社製)等のアルコキシシラン類;トリアリルメチルシラン、トリアリルエチルシラン、トリアリルイソプロピルシラン等のアリルシラン類;トリアセトキシメチルシラン、トリアセトキシエチルシラン、トリアセトキシプロピルシラン、トリアセトキシフェニルシラン等のアセトキシシラン類;トリクロロメチルシラン、トリクロロエチルシラン、トリクロロプロピルシラン、トリクロロフェニルシラン等のクロロシラン類;トリイソプロぺニルオキシメチルシラン、エチルトリイソプロぺニルオキシシラン、トリイソプロぺニルオキシプロピルシラン、フェニルトリイソプロぺニルオキシシラン等のエノールシラン類などを挙げることができる。
一般式(I)で示されるシラン化合物において、R19が(ポリ)ジメチルシロキサンである場合の具体例としては、下記一般式(II)で表される化合物を挙げることができる。一般式(II)中において、好ましくはrは0以上50以下の整数であり、より好ましくはrは5以上40以下の整数であり、更に好ましくはrは10以上30以下の整数である。rが50より大きくなると、シリコーンオイルとしての性質が強くなり、表面処理されたオルガノゾルの各種樹脂への溶解性が限定されることがあるため好ましくない。下記一般式(II)中において、平均構造がr=30の化合物は、商品名「X−24−9822」(信越化学工業株式会社製)として入手することができる。なお、Meはメチル基を示す。
Figure 0006524901
添加するシラン化合物の添加量は、原料コロイド水分散液の固形分重量に対して、好ましくは0.5倍以上で50倍以下であり、より好ましくは1倍以上で25倍以下であり、更に好ましくは2倍以上で10倍以下である。添加量が原料コロイド水分散液の固形分重量に対して50倍よりも多いとゲル化することがある。添加量が0.5倍よりも少ないと被覆が十分行われず凝集することがある。
シラン化合物の添加方法は、液中滴下、液外滴下、ポーション添加などを実施することができ、液中滴下であることが好ましい。
工程(α−1)では必要に応じて、表面処理を促進させるための酸或いは塩基触媒を添加することができる。具体的な塩基触媒としては水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウムや塩基性イオン交換樹脂等が挙げられる。酸触媒としては塩酸、硫酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、酢酸、カチオン性イオン交換樹脂などが挙げられる。また、カチオン性イオン交換樹脂の一例として、アンバーライト(オルガノ社製)、レバチット(ランクセス社製)、ピューロライト(ピューロライト社製)、ムロマック(室町ケミカル社製)等が挙げられる。触媒の使用量は、無機粒子に対して、好ましくは0.01質量%以上20質量%以下であり、より好ましくは0.1質量%以上10質量%以下であり、更に好ましくは1質量%以上5質量%以下である。添加量が20質量%よりも多いと反応が急激に進行し制御が困難となることがあるため好ましくなく、添加量が0.01質量%よりも少ないと反応が進行しないことがある。
シラン化合物添加時の液温は、好ましくは0℃以上45℃以下であり、より好ましくは5℃以上40℃以下であり、更に好ましくは10℃以上35℃以下である。液温が0℃より低くなると、コロイド水分散液が凍結による状態変化を経て変質する可能性があるため好ましくない。液温が45℃より大きくなると、添加したシランが予期せぬ加水分解縮合反応を起こすことがあるため好ましくない。加水分解縮合による結果、反応液の温度が70℃を超えない程度に達することがある。
工程(α−1)では必要に応じて有機溶剤で前記反応液を希釈してもよく、希釈用溶剤は好ましくはメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール等の1価アルコール類;エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン等の多価アルコール類;プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、グリム、ジグリム等のエーテル類;アセトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類;酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル類;ヘキサンジオールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等の反応性エステル類;を用いることができ、特に、エタノール、イソプロピルアルコールが好ましい。希釈は次工程(A−2)のソルベントショックを避けるために実施することが好ましいが、必須であるとは限らない。希釈倍率は好ましくは1〜20倍、より好ましくは2〜15倍、更に好ましくは3〜10倍である。1よりも小さいと意図したソルベントショック緩和の効果が十分でない場合がある。20よりも大きいと次工程で多くの処理時間を要する場合がある。
[工程(α−2)]
工程(α−2)は極性有機溶媒で反応液中の分散媒を置換する工程であって、限外ろ過によって分散液の分散媒を滲出せしめることによって、必要に応じて濃縮を行うことができる。分散媒には、工程(α−1)で製造した水分散液に含まれる水、添加したケイ素化合物及び/又はケイ素化合物の加水分解縮合物及び/又は加水分解縮合で生成した珪酸エステルに由来するアルコール類、有機溶剤類を含むことができる。このような複合系の分散液を滲出することによって、ろ過室内の分散液の固形分濃度を、好ましくは1〜30質量%、より好ましくは5〜25質量%、更に好ましくは10〜20質量%まで濃縮する。本系で滲出する分散媒は、複雑な混合物をなしているが、多孔性セラミックフィルターを好適に用いることができる。従来の手法では水中の塩類の除去には中空糸膜が好適に用いられていたが、粒子分散系では閉塞のおそれがあった。粒子の除去・濃縮・固液分離といった領域には有機系高分子性限外ろ過膜が用いられることが多いが、有機溶剤が含有するとろ過膜が膨潤して使用できなくなるおそれがあった。有機溶剤を含有する試料の固液分離・濃縮には無機セラミックフィルターが有用である。
限外ろ過では好ましくは平均細孔径5nm以上20nm未満、より好ましくは6nm以上18nm未満、最も好ましくは7nmの無機セラミック製の膜を備えたろ板を用いることが好ましい。ろ板は回転することができる円盤状であることが好ましい。多孔性無機セラミック膜は公知の方法によって製造することができる。多孔性無機セラミック膜の材質としては、スピネル系、アルミナ系、チタニア系、ジルコニア系等をそれぞれ例示することができる。例えば、スピネル系であれば公知の手法(Ueno,SらJournal of Physics:Conference Series 2009年、165巻、1号、Fabrication of porous magnesium spinel with cylindirical pores by undirectional solidification、又はZhang,Guo−changら、2000年、2000巻、03号、MgAl2O Ultrafiltration Ceramic Membrane Derived from Mg−Al Double Alkoxide等)で合成することができる。合成条件、スピネルの結晶成長を制御することによって細孔径を制御することが好ましい。ろ板はアルミナ製等の多孔性円盤状素焼き板の上にゾル−ゲル法によって、均一な細孔径を有する表面層をエピタキシャル成長によって形成せしめることが好ましい。アルミナ製等の多孔性円盤としては細孔径が0.05以上1μm以下のものを基材として用いることが好ましい。表面層は平均細孔径5nm以上20nm未満、より好ましくは6nm以上18nm未満、最も好ましくは7nmである。円盤状ろ板の大きさは好ましくは直径100mm以上500mm未満、より好ましくは120mm以上300mm未満、更に好ましくは140mm以上200mmである。直径が100mm未満であると、回転した際にせん断応力がかかりにくく、また面積も確保しづらいため好ましくないことがある。直径が500mm以上であると、回転に要するトルクが大きくなることがある。また大きすぎると割れやすくなることがあり扱いにくくなる場合もある。ろ板の厚さは1mm以上10mm未満であることが好ましく、3mm以上5mm未満であることが更に好ましい。ろ板が1mm未満であると機械的強度を確保できないことがある。ろ板が10mm以上であると、ろ過室の容積確保の点で好ましくない場合がある。このようなフィルターは公知の手法によって製造してもよく、また市販のものを用いることもできる。
溶媒置換工程で用いるフィルターの細孔径は電子顕微鏡法によって求めることが好ましい。このような目的に利用できる電子顕微鏡としては、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、原子間力顕微鏡を挙げることができる。
溶媒置換工程では好ましくは0.5MPa未満、より好ましくは0.4MPa未満、更に好ましくは0.3MPa未満、最も好ましくは0.2MPa未満0.03MPa以上の静圧力によって分散溶を滲出せしめる。0.5MPa以上の静圧力ではろ過装置のインターフェイス選定が限定される場合がある。0.03MPa未満であると効率的に滲出しない場合がある。静圧力は表面が大気に接触した形の水頭管又は閉鎖系であって油圧及び圧縮空気圧によって達成されることが好ましい。特に圧縮空気圧による方式は装置をコンパクトにすることができるため好ましい。圧縮空気は公知の手法或いは市販のコンプレッサーを利用して容易に作り出すことができる。
溶媒置換工程では分散液に好ましくは0.1Pa以上10Pa以下、より好ましくは0.5Pa以上5Pa以下、更に好ましくは1Pa以上5Pa以下の剪断応力を前記ろ板に与える。剪断応力は分散液の流動によって達成してもよく、また円盤状ろ板の回転によって達成してもよい。特にろ板の回転によって剪断応力を与える場合は、ろ板の表面の剪断速度が大きくなるため好ましい。剪断応力はろ室内の壁間距離と回転速度から計算することができる。また、ろ室内には必要に応じて適切なバッフル(邪魔板)を設けることができる。バッフルはろ室内の壁間距離を小さくする目的で設置することが好ましい。回転及びバッフルによって剪断応力を高めることは公知の手段である。円周上に働く最大の剪断応力(τ)は、円盤状ろ板の直径を(φ[m])、ろ板の回転速度を(ω[rps])、ろ板とろ過室の壁間距離を(L[m])、円周率を(π)、分散液の粘度を(η[Pa・s])とした場合に、一例として数式(1)のように計算することができる。
τ=(η・π・φ・ω)/L [Pa] …… 数式(1)
例えば、直径φ=0.15[m]、ろ板の回転速度ω=16.7[rps](≒1,000[rpm])、円周率π=3.14、分散液の粘度η=0.001[Pa・s]、壁間距離L=0.003[m]とした場合のτ=(0.001×3.14×0.15×16.7)/0.003≒2.6[Pa]である。剪断応力は、上記好ましい範囲になるように、φ・ω・Lのそれぞれのパラメーターを変化させることで与えることができる。
溶媒置換工程で分散液に与える回転エネルギーは剪断応力によって規定することが好ましいが、流体の状態で規定することもできる。流体の状態はレイノルズ数によって規定することもできる。撹拌レイノルズ数は、好ましくは3,000以上5,000,000以下、より好ましくは5,000以上1,000,000以下、更に好ましくは10,000以上500,000以下である。3,000より小さいと、層流撹拌となり効率的な分散が困難な場合があり、5,000,000より大きいと撹拌に要するエネルギーが不必要に大きくなることによる産業効率上の観点から好ましくないことがある。なお、上記レイノルズ数(Re)は、数式(2)から求めることができる。数式(2)においてρは密度(kg/m3)、ωは回転数(rps)、φはろ板直径(m)、ηは粘度(Pa・s)をそれぞれ表す。
Re=ρ・ω・φ2/η …… 数式(2)
本発明で扱う無機粒子分散液はρが900〜2,000(kg/m3)、好ましくは1,000〜1,500(kg/m3)、ηは0.001〜0.05(Pa・s)、好ましくは0.002〜0.01(Pa・s)である。例えば、0.15(m)の円盤状ろ板を16.7(rps)でρが1,000(kg/m3)、ηが0.001(Pa・s)の酸化チタン分散液を処理した場合のReは約3.8×105である。ωとφを適宜選択することによって上記所望のReの範囲となるように調節することができる。
また、撹拌には、バッフルを設置した反応器を用いることによる撹拌効率の向上方法を実施してもよい。
溶媒置換工程では、好ましくは5〜80℃、より好ましくは10〜60℃、更に好ましくは15〜50℃、最も好ましくは20〜40℃で実施する。5℃よりも低いと分散液が凍結する場合がある。80℃よりも高いと分散媒が揮散することによる作業環境上の問題及び/又は反応性エステル類を用いた場合の反応エネルギーとなりゲル化する場合がある。分散液の粘度は一般に温度に依存する。粘度は回転トルクに影響を与えるため、電磁回転機及び/又は発動機に負荷がかかりすぎないように温度を調整することによって実施してもよい。
溶媒置換工程では連続した限外ろ過によって、必要に応じて未反応化合物や副生成物を除去することも可能である。
ここで、有機溶剤の具体例としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、シクロペンタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、β−チアジグリコール、ブチレングリコール、グリセリン等の単価及び多価アルコール類;ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ブチレングリコールモノメチルエーテル、ブチレングリコールモノエチルエーテル、ブチレングリコールモノプロピルエーテル、ブチレングリコールモノブチルエーテル等のエーテル類;蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸プロピル、蟻酸ブチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸ブチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸プロピル、酪酸ブチル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、安息香酸ブチル、蓚酸ジメチル、蓚酸ジエチル、蓚酸ジプロピル、蓚酸ジブチル、マロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル、マロン酸ジプロピル、マロン酸ジブチル、エチレングリコールジフォルメート、エチレングリコールジアセテート、エチレングリコールジプロピオネート、エチレングリコールジブチレート、プロピレングリコールジアセテート、プロピレングリコールジプロピオネート、プロピレングリコールジブチレート、エチレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエステル類;アセトン、ダイアセトンアルコール、ジエチルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルノルマルブチルケトン、ジブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン等のケトン類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、テトラアセチルエチレンジアミド、テトラアセチルヘキサメチレンテトラミド、N,N−ジメチルヘキサメチレンジアミンジアセテート等のアミド類;をそれぞれ挙げることができる。
これらの中でも特に、無機粒子の分散性や分散媒留去の容易さからメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、n−プロピルアルコール等が好適である。
溶剤置換工程で利用する有機溶剤の量はろ過室容量の好ましくは1〜20体積倍、より好ましくは2〜10体積倍、更に好ましくは3〜8体積倍である。1体積倍より少ないと溶媒置換が十分でない場合がある。20体積倍より多いと産業効率上好ましくない場合がある。
なお、無機粒子表面にSiR13/2単位からなるシロキサン被覆層を持たない場合、工程(α−1)は実施せず、工程(α−2)のみを実施するが、この場合、無機粒子が水に分散されたものを用いた場合は上述したように溶媒置換を行う。しかし、無機粒子が粉状の場合はこれを上記有機溶媒に分散すればよく、また予め無機粒子が上記有機溶媒に分散されている場合は、工程(α−2)も省略し得る。
[(β)工程]
本発明の(β)工程は、上記(α)工程で得られた無機粒子分散液と環状シロキサンとを混合させた状態において該環状シロキサンを開環重合する工程である。
一般的に粒子の表面グラフトポリマー修飾には、あらかじめ高分子量化させた高分子を粒子表面に置換する手法と、粒子表面を起点として高分子を成長させる手法の二つが知られている。この時、前者では分子量増加に伴って高分子末端の反応性が低下するために、高密度に粒子表面をポリマーグラフト化することは困難とされている。一方で、本発明の方法、即ち、比較的反応性に富む低分子シロキサンの共存下で粒子表面を反応の開始点として高分子を成長させる手法では、モノマーが粒子表面にグラフト化された後、高分子量体へと成長するため、高密度に粒子表面を修飾しやすい。また、重合反応も粒子表面で進行していくため、粒子への修飾前に高分子を合成する必要がなく、前者の高分子を置換する手法と比較して作業効率に優れる。
本発明で準備する無機粒子分散液の分散質濃度は、好ましくは1〜30質量%、より好ましくは2〜20質量%、更に好ましくは5〜10質量%である。分散質濃度が1質量%より低いと、製造効率がよくないことがある。分散質濃度が30質量%より高いと複合化の際に、粒子間が凝集することがある。
<環状シロキサン>
本発明の無機粒子−ポリシロキサン複合体の製造法において、開環重合を行う環状シロキサンとしては、下記一般式(3)で表される1種以上の環状シロキサンである。
Figure 0006524901

(式(3)中、R7、R8、R9、R10、R11及びR12は、それぞれ同一又は異なっていてもよく、(メタ)アクリル基、オキシラニル基もしくはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1以上20以下のアルキル基と、炭素数2以上20以下のアルケニル基と、炭素数6以上20以下のアリール基と、ケイ素数50以下の(ポリ)ジメチルシロキシ基とからなる群から選ばれる置換基又は水素原子であり、mは0〜10の整数である。)
7〜R12としてはR2〜R6と同様のものが例示され、開環重合を行う環状シロキサンの具体例としては、好ましくはヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、ドデカメチルシクロヘキサシロキサン、ヘキサフェニルシクロトリシロキサン、オクタフェニルシクロテトラシロキサン、2,4,6,8−テトラメチルシクロテトラシロキサン、1,3,5−トリス(3,3,3−トリフルオロプロピル)−1,3,5−トリメチルシクロトリシロキサン、1,3,5−トリメチル−1,3,5−トリビニルシクロトリシロキサン、2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラビニルシクロテトラシロキサン等を挙げることができ、特にヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、ドデカメチルシクロヘキサシロキサン、2,4,6,8−テトラメチルシクロテトラシロキサンからなる群から選ばれる1種以上であることが望ましい。
環状シロキサンの添加量は、無機粒子100質量部に対して10〜1,000質量部、特に50〜1,000質量部であることが好ましく、100〜500質量部であることがより好ましい。無機粒子100質量部に対して、環状シロキサンの添加量が10質量部よりも少ないと表面処理が不十分で凝集する可能性があるため好ましくない。
環状シロキサンの開環重合時の液温は、好ましくは25℃以上150℃以下であり、より好ましくは40℃以上130℃以下であり、更に好ましくは60℃以上100℃以下である。液温が25℃より低くなると、環状シロキサンの開環重合や無機粒子へのグラフト化が十分に進行しない可能性があるため好ましくない。液温が150℃より大きくなると、添加した環状シロキサンが蒸発し、反応系中から消失する可能性があるため好ましくない。
上記の無機粒子とポリシロキサンとの複合化反応を促進させる目的で、酸或いは塩基触媒を用いることが可能である。酸触媒の具体例としては酢酸、塩酸、硫酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸等が挙げられる。塩基触媒の具体例としては水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムメトキシド、カリウムエトキシド、カリウムシリコネート等が挙げられる。触媒は、用いる環状シロキサンの種類によって適切なものを選択する必要がある。例えば、ヒドロシリル基を有する環状シロキサンを原料に用いる場合には酸触媒が好適である。触媒の配合量は特に制限されないが、環状シロキサンに対して10〜0.01質量%であることが好ましく、5〜0.1質量%であることが特に好ましい。
添加した酸又は塩基触媒は、塩基又は酸による中和、イオン捕捉能を有する無機酸化物による吸着等の操作によって取り除くことが可能である。
本発明の(β)工程では、更に高分子鎖長延長(D単位)成分として下記一般式(4)で表されるシラン化合物及び/又はその加水分解縮合物を共存させた状態において、環状シロキサンを開環重合させ、該分散媒を留去することによって該無機粒子−ポリシロキサン複合体を得ることも可能である。この場合、下記一般式(4)で表される化合物の添加量は、環状シロキサンに対して1モル当量以下であることが好ましく、0.5モル当量以下であることが更に好ましい。添加量が1モル当量を超える場合、重合の進行が阻害され、グラフト化が十分に進行しない可能性があるため好ましくない。高分子鎖長延長成分を共存させることで、ポリシロキサン鎖上に様々な官能基を導入することができるため、屈折率制御、分散媒との相溶性改善、粘性の制御や反応性側鎖の導入等を行うことができる。なお、式(4)のシラン化合物及び/又はその加水分解縮合物を用いる場合、環状シロキサンに対して0.01モル当量以上、特に0.05モル当量以上であることが好ましい。
1314Si(OR152 (4)
(式(7)中において、R13及びR14は、それぞれ、同一又は異なっていてもよく、(メタ)アクリル基、オキシラニル基もしくはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1以上20以下のアルキル基と、炭素数2以上20以下のアルケニル基と、炭素数6以上20以下のアリール基と、ケイ素数50以下の(ポリ)ジメチルシロキシ基とからなる群から選ばれる置換基又は水素原子であり、R15は炭素数6以下のアルキル基又は水素原子である。)
一般式(4)で示されるシラン化合物の具体例としては、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルエチルジメトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、メチルプロピルジメトキシシラン、メチルプロピルジエトキシシラン、ジイソプロピルジメトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フェニルメチルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシランなどを挙げることができる。
本発明の(β)工程では、更に高分子末端成分(M単位)として、下記一般式(5)又は(6)で表されるケイ素化合物を環状シロキサン100質量部に対して100質量部以下の量で共存させた状態において、環状シロキサンを開環重合させ、上記分散媒を除去することによって該無機粒子−ポリシロキサン複合体を得ることも可能である。末端成分を共存させることで、ポリシロキサン鎖の末端に様々な官能基を導入することができるため、保存安定性の改善、分散媒との相溶性改善、粘性の制御や反応性末端の導入等を行うことができる。
161718Si(X) (5)
161718SiOSiR161718 (6)
(式中において、R16、R17及びR18は、それぞれ、同一又は異なっていてもよく、(メタ)アクリル基、オキシラニル基もしくはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1以上20以下のアルキル基と、炭素数2以上20以下のアルケニル基と、炭素数6以上20以下のアリール基と、ケイ素数50以下の(ポリ)ジメチルシロキシ基とからなる群から選ばれる置換基又は水素原子であり、Xはアルコキシ基、アリル基、アセトキシ基、エノール基、塩素原子からなる群から選ばれる基である。)
上記M単位成分の添加量は、環状シロキサン100質量部に対して好ましくは100質量部以下であり、より好ましくは50質量部以下である。添加量が100質量部よりも多いとポリシロキサンの成長が抑制され分散性が不十分となることがあるため好ましくない。なお、添加する場合、0.01質量部以上、特に0.1質量部以上が好ましい。
一般式(5)で示されるシラン化合物の具体例としては、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリエチルメトキシシラン、n−プロピルジメチルメトキシシラン、n−プロピルジエチルメトキシシラン、iso−プロピルジメチルメトキシシラン、iso−プロピルジエチルメトキシシラン、プロピルジメチルエトキシシラン、n−ブチルジメチルメトキシシラン、n−ブチルジメチルエトキシシラン、n−ヘキシルジメチルメトキシシラン、n−ヘキシルジメチルエトキシシラン、n−ペンチルジメチルメトキシシラン、n−ペンチルジメチルエトキシシラン、n−ヘキシルジメチルメトキシシラン、n−ヘキシルジメチルエトキシシラン、n−デシルジメチルメトキシシラン、n−デシルジメチルエトキシシラン等のアルコキシシラン類、トリメチルシラノール、トリエチルシラノール、n−プロピルジメチルシラノール、n−プロピルジエチルシラノール、iso−プロピルジメチルシラノール、iso−プロピルジエチルシラノール、プロピルジメチルシラノール、n−ブチルジメチルシラノール、n−ヘキシルジメチルシラノール、n−ペンチルジメチルシラノール、n−デシルジメチルシラノール等のシラノール類、アリルトリメチルシラン、アリルトリエチルシラン、アリルトリイソプロピルシラン等のアリルシラン類;アセトキシトリメチルシラン、アセトキシトリエチルシラン、アセトキシトリプロピルシラン、アセトキシトリフェニルシラン等のアセトキシシラン類;クロロトリメチルシラン、クロロトリエチルシラン、クロロトリプロピルシラン、クロロトリフェニルシラン等のクロロシラン類;イソプロぺニルオキシトリメチルシラン、トリエチルイソプロぺニルオキシシラン、イソプロぺニルオキシトリプロピルシラン、トリフェニルイソプロぺニルオキシシラン等のエノールシラン類等を挙げることができる。
一般式(6)で示されるシロキサン化合物の具体例としては、ヘキサメチルジシロキサン、ヘキサエチルジシロキサン、ヘキサフェニルジシロキサン、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,3−ジエチニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,1,3,3−テトラフェニル−1,3−ジビニルジシロキサン、1,3−ビス(メルカプトプロピル)テトラメチルジシロキサン、1,3−ビス(アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、1,3−ビス(アセトキシプロピル)テトラメチルジシロキサン、1,3−ビス(アクリロイルオキシプロピル)テトラメチルジシロキサン等を挙げることができる。
[(γ)工程]
本発明の(γ)工程は、(β)工程によって得られた無機粒子−ポリシロキサン複合体の分散液から分散媒である前記極性有機溶媒を除去する工程である。分散媒の除去は、蒸留操作や、限外ろ過による溶媒置換操作等によって行うことが可能である。蒸留操作を用いた分散媒の除去では、分散媒の除去と並行して、加熱によってポリシロキサンの高分子量化が促進されるため、より高分子量のポリシロキサンで被覆された無機粒子−ポリシロキサン複合体を得られることがある。
蒸留操作による分散媒の除去は、200mmHg以上760mmHg以下の圧力で実施することが好ましく、300mmHg以上760mmHg以下で実施することがより好ましく、400mmHg以上760mmHg以下で実施することが更に好ましい。200mmHgより低い圧力では、混合物が突沸して制御しにくいことがあるため好ましくなく、760mmHgより高い圧力では極性有機溶媒が蒸発しにくくなることがあるため好ましくない。
蒸留は、50℃以上250℃以下で実施することが好ましく、60℃以上200℃以下で実施することがより好ましく、80℃以上150℃以下で実施することが更に好ましい。50℃より低い温度では、留去に時間を要することがあるため好ましくなく、250℃より高い温度ではオルガノゾルが変質することがあるため好ましくない。このような範囲で実施できるように、圧力を適宜調節することができる。
蒸留で要する加熱は、熱媒との接触による加熱、誘導加熱、及びマイクロ波による加熱の各種方法を用いることができる。
[(δ)工程]
本発明における無機粒子−ポリシロキサン複合体の製造法では、前記(β)工程又は(γ)工程の後に、更に上記一般式(3)で表される環状シロキサン、上記一般式(4)で表される高分子鎖長延長成分及び/又は上記一般式(5)もしくは上記一般式(6)で表される高分子末端成分を添加し、再び反応させる工程(δ)工程を設けてもよい。この工程を行うことで、(β)工程を行う前の時点では極性溶媒には溶解しない化合物についてもポリシロキサングラフト部位に導入することが可能となることがあり、屈折率制御、粘性の制御、保存安定性の改善、分散媒との相溶性改善、分散性の改善、反応性末端や反応性側鎖導入等の詳細な物性の制御を行い得る。
−(D)成分−
硬化剤としては、上記したように(D−1)付加反応硬化剤と(D−2)有機過酸化物硬化剤が挙げられる。
(D−1)付加反応硬化剤
(D−1)付加反応硬化剤としては、オルガノハイドロジェンポリシロキサンとヒドロシリル化触媒を組み合せて用いる。
オルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、1分子中に2個以上、好ましくは3個以上、より好ましくは3〜200個、更に好ましくは4〜100個程度のケイ素原子に結合した水素原子(即ち、SiH基)を含有すれば、直鎖状、環状、分枝状、三次元網状構造のいずれであってもよく、付加反応硬化型シリコーンゴム組成物の架橋剤として公知のオルガノハイドロジェンポリシロキサンを用いることができ、例えば、下記平均組成式(7)で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンを用いることができる。
20 pqSiO(4-p-q)/2 (7)
上記平均組成式(7)中、R20は非置換又は置換の1価炭化水素基を示し、同一であっても異なっていてもよく、脂肪族不飽和結合を除いたものであることが好ましい。通常、炭素数1〜12、特に1〜8のものが好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、フェニル基、トリル基等のアリール基、ベンジル基、2−フェニルエチル基、2−フェニルプロピル基等のアラルキル基、及びこれらの基の水素原子の一部又は全部をハロゲン原子等で置換した基、例えば3,3,3−トリフロロプロピル基等が挙げられる。
なお、p,qは0<p<3、好ましくは0.5≦p≦2.2、より好ましくは1.0≦p≦2.0、0<q≦3、好ましくは0.002≦q≦1.1、より好ましくは0.005≦q≦1、0<p+q≦3、好ましくは1≦p+q≦3、より好ましくは1.002≦p+q≦2.7を満たす正数である。
オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、SiH基を1分子中に2個以上、好ましくは3個以上有するが、これは分子鎖末端にあっても、分子鎖の途中にあっても、その両方にあってもよい。また、このオルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、25℃における粘度が0.5〜10,000mPa・s、特に1〜300mPa・sであることが好ましい。
このようなオルガノハイドロジェンポリシロキサンとして、具体的には、例えば、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン、トリス(ハイドロジェンジメチルシロキシ)メチルシラン、トリス(ハイドロジェンジメチルシロキシ)フェニルシラン、メチルハイドロジェンシクロポリシロキサン、メチルハイドロジェンシロキサン・ジメチルシロキサン環状共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・メチルフェニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジメチルシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、(CH32HSiO1/2単位と(CH33SiO1/2単位とSiO4/2単位とからなる共重合体、(CH32HSiO1/2単位とSiO4/2単位とからなる共重合体、(CH32HSiO1/2単位とSiO4/2単位と(C653SiO1/2単位とからなる共重合体などや、上記例示化合物において、メチル基の一部又は全部を他のアルキル基や、フェニル基等に置換したものなどが挙げられる。
上記オルガノハイドロジェンポリシロキサンの配合量は、(A)成分100質量部に対し0.1〜40質量部が好ましい。また(A)成分の脂肪族不飽和結合(アルケニル基及びジエン基等)1個に対し、ケイ素原子に結合した水素原子(≡SiH基)の割合が0.5〜10個の範囲が適当であり、好ましくは0.7〜5個となるような範囲が適当である。0.5個未満だと架橋が十分でなく、十分な機械的強度が得られない場合があり、また10個を超えると硬化後の物理特性が低下し、特に耐熱性と圧縮永久歪性が悪くなる場合がある。
ヒドロシリル化触媒は、(A)成分のアルケニル基とオルガノハイドロジェンポリシロキサンのケイ素原子結合水素原子(SiH基)とをヒドロシリル化付加反応させる触媒である。ヒドロシリル化触媒としては、白金族金属系触媒が挙げられ、白金族金属の単体とその化合物があり、これには従来、付加反応硬化型シリコーンゴム組成物の触媒として公知のものが使用できる。例えば、シリカ、アルミナ又はシリカゲルのような担体に吸着させた粒子状白金金属、塩化第二白金、塩化白金酸、塩化白金酸6水塩のアルコール溶液等の白金触媒、パラジウム触媒、ロジウム触媒等が挙げられるが、白金又は白金化合物(白金触媒)が好ましい。
触媒の添加量は、付加反応を促進できればよく、通常、白金族金属量に換算して(A)成分のオルガノポリシロキサンに対して1質量ppm〜1質量%の範囲で使用されるが、10〜500質量ppmの範囲が好ましい。添加量が1質量ppm未満だと、付加反応が十分促進されず、硬化が不十分である場合があり、一方、1質量%を超えると、これより多く加えても、反応性に対する影響も少なく、不経済となる場合がある。
(D−2)有機過酸化物硬化剤
(D−2)有機過酸化物硬化剤としては、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、p−メチルベンゾイルパーオキサイド、o−メチルベンゾイルパーオキサイド、2,4−ジクミルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、ジ−t−ブチルパーオキサイド、t−ブチルパーベンゾエート、1,6−ヘキサンジオール−ビス−t−ブチルパーオキシカーボネート等が挙げられる。
有機過酸化物の添加量は、(A)成分100質量部に対して0.1〜10質量部、特に0.2〜5質量部が好ましい。配合量が少なすぎると硬化が不十分となる場合があり、多すぎると有機過酸化物の分解残渣によりシリコーンゴム硬化物が黄変する場合がある。
なお、(A)成分に、(D−1)成分と(D−2)成分とを、それぞれ上記配合量の範囲内で組み合せて配合した、付加反応硬化と有機過酸化物硬化とを併用した共加硫型のシリコーンゴム組成物とすることもできる。
また、熱硬化型シリコーンゴム組成物は、市販のものを用いてもよい。
[その他の成分]
本発明のシリコーンゴム組成物には、本発明の目的を損なわない範囲において上記成分に加え、必要に応じて、粉砕石英、結晶性シリカ、珪藻土、炭酸カルシウム等の充填剤、着色剤、引き裂き強度向上剤、受酸剤、アルミナや窒化硼素等の熱伝導率向上剤、離型剤、充填剤用分散剤として各種アルコキシシラン、特にフェニル基含有アルコキシシラン及びその加水分解物、ジフェニルシランジオール、カーボンファンクショナルシラン、シラノール基含有低分子シロキサンなどの熱硬化型のシリコーンゴム組成物における公知の充填剤や添加剤を添加することは任意である。
熱硬化型シリコーンゴム組成物及びその他任意成分は、上記各成分をニーダー、バンバリーミキサー、二本ロール等の公知の混練機で混合することにより得ることができるが、通常は(A)成分のオルガノポリシロキサンと(B)成分の補強性シリカを混合した後、(C)成分のポリシロキサングラフト無機粒子を添加し、次いで(D)成分の硬化剤を添加することが好ましい。
このようにして得られた本発明のシリコーンゴム組成物は、加熱硬化させることにより、透明性に優れ、紫外線吸収性能と耐熱性に優れたシリコーンゴムとなる。成形方法としては、目的とする成形品の形状や大きさにあわせて公知の成形方法を選択すればよい。例えば、注入成形、圧縮成形、射出成形、カレンダー成形、押出し成形、コーティング、スクリーン印刷などの方法が例示される。硬化条件としてもその成形方法における公知の条件でよく、一般的に60〜450℃、特に80〜400℃、更には120〜200℃の温度で数秒〜1日程度である。また、硬化物の圧縮永久歪性を低下させたり、シリコーンゴム中に残存している低分子シロキサン成分を低減する、或いは有機過酸化物の分解物を除去する等の目的で、150〜250℃、好ましくは200〜240℃のオーブン内等で1時間以上、好ましくは1〜70時間程度、更に好ましくは1〜10時間程度のポストキュア(二次加硫)を行ってもよい。
このようにして得られるシリコーンゴムは透明性が高く、2mm厚の硬化物(シリコーンゴム)の光透過率が、後述する測定法で波長700nmで70%以上、より好ましくは75%以上、更に好ましくは80%以上であることが好ましく、屋外で使用する光学部材等に好適に用いられる。
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、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。なお、シロキサンの重合度は、トルエンを展開溶媒としたゲルパーミエーションクロマトグラフィ分析によるポリスチレン換算の重量平均重合度である。
[各種物性測定方法]
JIS K 6249に準拠して作製した試験用シートを用いて、JIS K 6249に準じた方法で、各種物性(硬さ(デュロメーターA)、引張り強さ、切断時伸び)を測定した。結果を表1に示す。
[光透過率の測定]
分光光度計(日立製作所(株)製、型式:U−3310)を用いて、200℃、4時間ポストキュア後の2mm厚シリコーンゴムシートの光透過率を測定した。波長700nmと340nmの際の光透過率を表2に示す。
無機粒子−ポリシロキサン複合体(ポリシロキサングラフト化無機粒子)を下記のように調製した。
(コアシェル粒子の水分散液1の調製)
無機酸化物水分散液として、酸化チタン−酸化スズ複合酸化物を核とし酸化ケイ素を殻とするコアシェル粒子を分散質とし、水を分散媒とするものを調製した。まず、核となる酸化チタン−酸化スズ粒子を含有する分散液を製造し、次いで、テトラエトキシシランを加水分解縮合することで、コアシェル粒子を含有する分散液とした。
36質量%の塩化チタン(IV)水溶液(石原産業(株)製、製品名:TC−36)66.0gに塩化スズ(IV)五水和物(和光純薬工業(株)製)1.8gを添加し、よく混合した後、これをイオン交換水1,000gで希釈した。この金属塩水溶液混合物に5質量%のアンモニア水(和光純薬工業(株)製)300gを徐々に添加して中和、加水分解することによりスズを含有する水酸化チタンの沈殿物を得た。このときの水酸化チタンスラリーのpHは8であった。得られた水酸化チタンの沈殿物を、イオン交換水の添加とデカンテーションを繰り返して脱イオン処理した。この脱イオン処理後のスズを含有する水酸化チタン沈殿物に30質量%過酸化水素水(和光純薬工業(株)製)100gを徐々に添加し、その後60℃で3時間撹拌して十分に反応させた。その後、純水を添加して濃度調整を行うことにより、半透明のスズ含有ペルオキソチタン酸溶液(固形分濃度1質量%)を得た。容積500mLのオートクレーブ(耐圧硝子工業(株)製、製品名:TEM−D500)に、上記のように合成したペルオキソチタン酸溶液350mLを仕込み、これを200℃、1.5MPaの条件下、240分間水熱処理した。その後、オートクレーブ内の反応混合物を、サンプリング管を経由して、25℃の水浴中に保持した容器に排出し、急速に冷却することで反応を停止させ、複合酸化物分散液(i)を得た。
磁気回転子と温度計を備えたセパラブルフラスコに、複合酸化物分散液(i)1,000質量部、エタノール100質量部、アンモニア2.0質量部を室温(25℃)で加えて磁気撹拌した。このセパラブルフラスコを氷浴に浸漬し、内容物温度が5℃になるまで冷却した。ここに、テトラエトキシシラン18質量部(信越化学工業株式会社製、商品名「KBE−04」)を加えた後に、セパラブルフラスコをμReactorEx(四国計測工業(株)製)内に設置して、周波数2.45GHz・出力1,000Wのマイクロ波を1分間にわたって照射しながら磁気撹拌した。その間、温度計を観測して内容物温度が85℃に達するのを確認した。得られた混合物を定性ろ紙(Advantec 2B)でろ過して希薄コロイド溶液を得た。この希薄分散液をダイナフィルター(三菱化工機株式会社製、製品名「DyF152/S」、平均細孔径7nmのMgAl2O製ディスク[ANDRITZ KMPT GmbH製、品番2065181、型φ152/7nm])を用いた限外ろ過によって固形分濃度10質量%まで濃縮し、酸化チタン−酸化スズ複合酸化物を核とし酸化ケイ素を殻とするコアシェル粒子の水分散液1を得た。
(コアシェル粒子のエタノール分散液1の合成)
ジムロート冷却管、窒素導入管、温度計、機械撹拌羽を備えた4つ口2Lセパラブルフラスコに、金属酸化物粒子水分散液として、コアシェル粒子の水分散液1(300g、固形分濃度14質量%)と触媒としてスルホン酸系カチオン性イオン交換樹脂を3g入れた。ここにメチルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製、製品名「KBM−13」、225g)を入れて激しく撹拌(250rpm)した。撹拌によって分散液とアルコキシシランが反応し、均一になる様子が観測された。その際、分散液の温度が25℃から52℃まで上昇する様子が観測された。分散液の温度が50℃になるように2時間加熱撹拌した後、分散液にエタノール(750g)を撹拌(250rpm)しながら添加して希釈した。希釈分散液をダイナフィルター(三菱化工機株式会社製、製品名「DyF152/S」、平均細孔径7nmのMgAl2O製ディスク[ANDRITZ KMPT GmbH製、品番2065181、型φ152/7nm])に導入した。0.2MPaの静圧を圧縮空気によって与えながら、フィルターと連結した回転軸を回転(1,000rpm)させた。セラミックフィルターを経て分散液が滲出する様子が観測された。フィルター排出口には受器(5,000mL)を設け、滲出液を800g分取した。濃縮された分散液に対して、継続して有機溶剤(エタノール)を加圧供給(0.2MPa)した。0.2MPaの静圧を圧縮空気によって与えながら、フィルターと連結した回転軸を回転(1,000rpm)させた。セラミックフィルターを経て分散液が滲出する様子が観測された。フィルター排出口には受器(5,000mL)を設け、滲出液が800gに達するまでエタノールの加圧供給を行った。ろ過室から分散液を取り出し、コアシェル粒子のエタノール分散液1を得た。コアシェル粒子のエタノール分散液1の固形分濃度は17質量%、水分濃度1.1質量%、粒径3nmであった。この時、粒径は動的光散乱法で測定した体積基準の50%累積分布径(D50)の値であり、ナノトラックUPA−EX150(日機装(株)製)を用いて測定した。また、コアシェル粒子のエタノール分散液1の分散媒を減圧留去によって除去したサンプルの熱重量分析を行った結果、粒子全体に対するシロキサン成分の含有量は9質量%であった。
(ポリシロキサングラフト化無機酸化物1の合成)
ジムロート冷却管、窒素導入管、温度計、機械撹拌羽を備えた4つ口2Lセパラブルフラスコにコアシェル粒子のエタノール分散液1(固形分濃度17質量%、258g)、エタノール(634g)、環状シロキサン(オクタメチルシクロテトラシロキサン[D4]、179g)、と触媒としてトリフルオロメタンスルホン酸(2g)を加えた。室温で12時間撹拌した後、2時間還流することで開環重合を行った。続いて、エタノールを常圧留去し、エタノールが留去された状態において、更に110℃で2時間撹拌した。室温に冷却後、トルエン(300g)と合成ハイドロタルサイト(協和化学工業(株)製、「キョーワード500」、8g)を加え、酸触媒を吸着した。キョーワード500をろ過によって取り除いた後、トルエンを減圧留去によって取り除くことで液状のポリシロキサングラフト化無機酸化物1(表面にポリシロキサンをグラフト化した、無機粒子−ポリシロキサン複合体)を得た。熱重量分析の結果、得られた無機粒子−ポリシロキサン複合体全体に対するシロキサン成分の含有量は72質量%であった。
(ポリシロキサングラフト化無機酸化物2の合成)
コアシェル粒子のエタノール分散液1を12g、エタノールを28g、D4を18g、トリフルオロメタンスルホン酸を0.2gに変更した以外はポリシロキサングラフト化無機酸化物1の合成と同様の操作を行い、液状のポリシロキサングラフト化無機酸化物2を得た。熱重量分析の結果、得られた無機粒子−ポリシロキサン複合体全体に対するシロキサン成分の含有量は88質量%であった。
(酸化セリウムエタノール分散液1の合成)
コアシェル粒子の水分散液1を酸化セリウム水分散液(日産化学工業株式会社製、「ナノユースCE−T20B」、固形分濃度20質量%、150g)とイオン交換水150gの混合液に変更した以外はコアシェル粒子のエタノール分散液1の合成と同様の操作を行い、酸化セリウムエタノール分散液1(固形分濃度15質量%、水分濃度0.4質量%、粒径3nm)を得た。また、酸化セリウムエタノール分散液1の分散媒を減圧留去によって除去したサンプルの熱重量分析を行った結果、粒子全体に対するシロキサン成分の含有量は8質量%であった。
(ポリシロキサングラフト化酸化セリウム粒子1の合成)
コアシェル粒子のエタノール分散液1を酸化セリウムエタノール分散液1(固形分濃度15質量%、13g)、エタノールを27g、D4を18g、トリフルオロメタンスルホン酸を0.18gに変更した以外はポリシロキサングラフト化無機酸化物1の合成と同様の操作を行い、液状のポリシロキサングラフト化酸化セリウムを得た。熱重量分析の結果、得られた無機粒子−ポリシロキサン複合体全体に対するシロキサン成分の含有量は90質量%であった。
以上の粒子の結果を表1に示す。
(無機粒子量及びポリシロキサン成分量)
熱重量(Tg)測定後に残存した残留物の重量をサンプル中に含まれる無機粒子の重量、減少した重量分をポリシロキサン成分の重量として粒子量を求めた。Tg測定は、Rigaku社製のThermo Plus装置を用いて行った。測定はプラチナ製のパンを用いて窒素雰囲気下、25〜900℃まで行った。
(ΣD/ΣM値)
サンプルが40質量%になるように重クロロホルムを加えた溶液に、調製したクロム(III)アセチルアセトナート(関東化学(株)製)の重クロロホルム(関東化学(株)製)1M溶液を数滴加えた後、PTFE製NMRチューブ(φ10mm)に移し、29Si核磁気共鳴スペクトルの測定を行った。測定条件は、ゲート付デカップリング、45度パルス、パルス間隔6秒のパルスシークエンスを用い、磁場強度11.75Tにおいて2,220回の積算を行い、その結果得られた、全てのD単位に由来する29Si核磁気共鳴シグナルの積分値(ΣD)と、全てのM単位に由来する29Si核磁気共鳴シグナルの積分値(ΣM)の比(ΣD/ΣM)の値とした。
Figure 0006524901
[実施例1]
ジメチルシロキサン単位99.825モル%、メチルビニルシロキサン単位0.15モル%、ジメチルビニルシロキシ単位0.025モル%からなり、平均重合度が約6,000であるオルガノポリシロキサン生ゴム100質量部、BET法比表面積が200m2/gのヒュームドシリカ(アエロジル200、日本アエロジル(株)製)55質量部、分散剤として両末端シラノール基を有し、平均重合度15、25℃における粘度が30mPa・sであるジメチルポリシロキサン12質量部を添加し、ニーダーにて混練りし、170℃にて2時間加熱処理して組成物(ベースコンパウンド1)を調製した。
この組成物(ベースコンパウンド1)100質量部に対し、ポリシロキサングラフト化無機酸化物1を1質量部、架橋剤として2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン0.4質量部を二本ロールにて添加し、均一に混合して生ゴム状のシリコーンゴム組成物を製造した後、該組成物を165℃、70kgf/cm2の条件で10分間プレスキュアを行い、2mm厚のシートを作製した。次いで200℃のオーブンで4時間ポストキュアを実施した。続いて、耐熱性試験のため、200℃のオーブンで4時間ポストキュアした2mm厚シートを、300℃のオーブンで24時間加熱した。
これらのシリコーンゴムシートを室温に戻し、各種物性及び光透過率を測定した。結果を表2、3に示す。
[実施例2]
ポリシロキサングラフト化無機酸化物1を0.5質量部にした以外は、実施例1と同様にして、各種物性及び光透過率を測定した。結果を表2、3に示す。
[実施例3]
ポリシロキサングラフト化無機酸化物1ではなく、ポリシロキサングラフト化無機酸化物2にした以外は、実施例1と同様にして、各種物性及び光透過率を測定した。結果を表2、3に示す。
[実施例4]
ポリシロキサングラフト化無機酸化物1ではなく、ポリシロキサングラフト化酸化セリウム1にした以外は、実施例1と同様にして、各種物性及び光透過率を測定した。結果を表2、3に示す。
[実施例5]
ジメチルシロキサン単位99.825モル%、メチルビニルシロキサン単位0.15モル%、分子鎖両末端を封鎖するシロキシ単位としてジメチルビニルシロキシ単位0.025モル%からなり、平均重合度が約6,000である直鎖状ジメチルポリシロキサン生ゴム100質量部、BET法比表面積が200m2/gのヒュームドシリカ(アエロジル200、日本アエロジル(株)製)30質量部、ヘキサメチルジシラザン2質量部、水0.5質量部を添加し、ニーダーにて混練りし、170℃にて2時間加熱処理して組成物(ベースコンパウンド2)を調製した。
この組成物(ベースコンパウンド2)100質量部に対し、ポリシロキサングラフト化無機酸化物1を1質量部、付加反応型硬化剤としてC25A(信越化学工業株式会社製、白金触媒)0.5質量部及びC25B(信越化学工業株式会社製、オルガノハイドロジェンポリシロキサン)2.0質量部(SiH/SiVi=3.8)を添加し、均一に混合して、ミラブル型シリコーンゴム組成物を調製した後、該組成物を120℃、70kgf/cm2の条件で10分間プレスキュアを行い、2mm厚のシートを作製した。次いで200℃のオーブンで4時間ポストキュアを実施した。200℃のオーブンで4時間ポストキュアした2mm厚シートを、300℃のオーブンで24時間加熱した。
これらのシリコーンゴムシートを室温に戻し、各種物性及び光透過率を測定した。結果を表2、3に示す。
[実施例6]
ジメチルシロキサン単位99.825モル%、メチルビニルシロキサン単位0.15モル%、ジメチルビニルシロキシ単位0.025モル%からなり、平均重合度が約6,000であるオルガノポリシロキサン生ゴム100質量部、BET法比表面積が200m2/gのヒュームドシリカ(アエロジル200、日本アエロジル(株)製)55質量部、分散剤として両末端シラノール基を有し、平均重合度15、25℃における粘度が30mPa・sであるジメチルポリシロキサン12質量部、ポリシロキサングラフト化無機酸化物1を2質量部添加し、ニーダーにて混練りし、170℃にて2時間加熱処理して組成物(ベースコンパウンド3)を調製した。
この組成物(ベースコンパウンド3)100質量部に対し、架橋剤として2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン0.4質量部を二本ロールにて添加し、均一に混合して生ゴム状のシリコーンゴム組成物を製造した後、該組成物を165℃、70kgf/cm2の条件で10分間プレスキュアを行い、2mm厚のシートを作製した。次いで200℃のオーブンで4時間ポストキュアを実施した。200℃のオーブンで4時間ポストキュアした2mm厚シートを、300℃のオーブンで24時間加熱した。
これらのシリコーンゴムシートを室温に戻し、各種物性及び光透過率を測定した。結果を表2、3に示す。
[比較例1]
ポリシロキサングラフト化無機酸化物1を添加しない以外は、実施例1と同様にして各種物性及び光透過率を測定した。結果を表2、3に示す。
[比較例2]
ポリシロキサングラフト化無機酸化物1ではなく、酸化チタン水分散液1にした以外は、実施例1と同様にして、各種物性及び光透過率を測定した。結果を表2、3に示す。
[比較例3]
ポリシロキサングラフト化無機酸化物1ではなく、コアシェル粒子のエタノール分散液1にした以外は、実施例1と同様にして、各種物性及び光透過率を測定した。結果を表2、3に示す。
[比較例4]
ポリシロキサングラフト化無機酸化物1ではなく、酸化セリウム水分散液(日産化学工業株式会社製、「ナノユースCE−T20B」)にした以外は、実施例1と同様にして、各種物性及び光透過率を測定した。結果を表2、3に示す。
[比較例5]
ポリシロキサングラフト化無機酸化物1ではなく、酸化セリウムエタノール分散液1にした以外は、実施例1と同様にして、各種物性及び光透過率を測定した。結果を表2、3に示す。
Figure 0006524901
Figure 0006524901

Claims (10)

  1. (A)下記平均組成式(1):
    nSiO(4-n)/2 (1)
    (式中、Rは同一又は異種の非置換もしくは置換の1価炭化水素基であり、nは1.95〜2.05の正数である。)
    で表され、一分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン
    100質量部、
    (B)比表面積が50m2/g以上の補強性シリカ 5〜100質量部、
    (C)動的光散乱法による体積基準の粒度分布における50%累積粒子径が1〜200nmである無機粒子の表面の少なくとも一部に、SiR232/2単位及びSiR4561/2単位を含むポリシロキサンがグラフト化された、無機粒子−ポリシロキサン複合体であって、
    前記無機粒子が、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウムスズ、酸化ジルコニウム及び酸化鉄からなる群より選ばれる1種以上を含むものであり、
    無機粒子表面とポリシロキサンとがSiR13/2単位を含むシロキサン被覆層を介して結合していてもよく、無機粒子が前記被覆層を有する場合、無機粒子100質量部に対して、SiR13/2単位、SiR232/2単位及びSiR4561/2単位で表されるシロキサン成分の合計が、20〜20,000質量部となる範囲であり、無機粒子が前記被覆層を有しない場合、無機粒子100質量部に対して、SiR 2 3 2/2 単位及びSiR 4 5 6 1/2 単位で表されるシロキサン成分の合計が、20〜20,000質量部となる範囲である無機粒子−ポリシロキサン複合体
    (R1は、同一又は異なっていてもよく、(メタ)アクリル基、オキシラニル基、アミノ基、メルカプト基、イソシアネート基もしくはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1以上20以下のアルキル基と、炭素数2以上20以下のアルケニル基と、炭素数6以上20以下のアリール基と、ケイ素数50以下の(ポリ)ジメチルシロキシ基とからなる群から選ばれる置換基であり、
    2、R3、R4及びR5は、それぞれ同一又は異なっていてもよく、(メタ)アクリル基、オキシラニル基もしくはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1以上20以下のアルキル基と、炭素数2以上20以下のアルケニル基と、炭素数6以上20以下のアリール基と、ケイ素数50以下の(ポリ)ジメチルシロキシ基とからなる群から選ばれる置換基であり、
    6は、(メタ)アクリル基、オキシラニル基もしくはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1以上20以下のアルキル基と、炭素数2以上20以下のアルケニル基と、炭素数6以上20以下のアリール基と、ケイ素数50以下の(ポリ)ジメチルシロキシ基と、炭素数1以上10以下のアルコキシ基と、ヒドロキシル基とからなる群から選ばれる基である。)
    0.001〜10質量部、
    (D)硬化剤 有効量
    を含有することを特徴とするシリコーンゴム組成物。
  2. 前記無機粒子が、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化インジウムスズ、酸化ジルコニウム、酸化スズ及び酸化鉄からなる群より選ばれる1種以上を含む核の外側に酸化ケイ素の殻を有するコアシェル粒子であることを特徴とする請求項1に記載のシリコーンゴム組成物。
  3. (C)成分中のSiR 2 3 2/2 単位(D単位)及びSiR 4 5 6 1/2 単位(M単位)において、R 2 、R 3 、R 4 、R 5 及びR 6 が、(メタ)アクリル基、オキシラニル基もしくはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1以上20以下のアルキル基と、炭素数2以上20以下のアルケニル基と、炭素数6以上20以下のアリール基とからなる群から選ばれる置換基であって、
    グラフト化されたポリシロキサンにおける全てのD単位に由来する 29 Si核磁気共鳴シグナルの積分値(ΣD)と、全てのM単位に由来する 29 Si核磁気共鳴シグナルの積分値(ΣM)との比(ΣD/ΣM)が3以上である請求項1又は2記載のシリコーンゴム組成物。
  4. 硬化剤(D)が有機過酸化物である請求項1〜3のいずれか1項に記載のシリコーンゴム組成物。
  5. 硬化剤(D)がオルガノハイドロジェンポリシロキサンとヒドロシリル化触媒との組み合せからなり、付加反応硬化型である請求項1〜3のいずれか1項に記載のシリコーンゴム組成物。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載のシリコーンゴム組成物の硬化物からなるシリコーンゴム硬化物。
  7. 2mm厚の硬化物の光透過率が、波長700nmで70%以上である、請求項6に記載のシリコーンゴム硬化物。
  8. 請求項1〜5のいずれか1項に記載のシリコーンゴム組成物を加熱硬化することからなるシリコーンゴム硬化物の製造方法。
  9. 80〜400℃で加熱成形するものである請求項8に記載のシリコーンゴム硬化物の製造方法。
  10. 押出し成形、圧縮成形及び射出成形のいずれかの方法により成形するものである請求項8又は9に記載のシリコーンゴム硬化物の製造方法。
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