JP6973307B2 - シリコーン粘着グリース組成物及びその製造方法 - Google Patents

シリコーン粘着グリース組成物及びその製造方法 Download PDF

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本発明は、耐熱性の高いシリコーン粘着グリース組成物及びその製造方法に関する。
粘着グリースは、粘着性を有する潤滑剤として自動車、航空機、家電機器、事務用機器、精密機器、計測機器等の潤滑用途に広く使用されており、低温から高温までの厳しい条件下においても安定な粘着性を有することが要求される。
従来、粘着性組成物としては、グリースにポリイソブテンを添加したもの、あるいはポリイソブテンにシリカを配合した組成物が知られている。しかしながら、これらのものは、0℃を下回るような低温化では固化してしまい、また130℃を超えるような高温に暫く放置するとポリイソブテンが分解を始めてしまい、グリースが硬くなってしまうことから、機能が果たせる温度領域が非常に狭いという問題があった。
そこで、これらの問題を解決する手段として、シリコーンオイル中に、シリコーンレジンを分散させることで幅広い領域において好適な粘着性を有するシリコーンレジンを含有するシリコーン粘着グリースが開発された(特開昭53−43171号公報(特公昭60−45240号公報):特許文献1)。しかしながら、従来のシリコーン粘着グリースは、150℃を超えるような高温時での経時ちょう度変化が大きいため、耐熱性が不十分な面があった。
特開昭53−43171号公報(特公昭60−45240号公報)
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、耐熱性が高いシリコーン粘着グリース組成物及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、(A)25℃での動粘度が10〜500,000mm2/sであるオルガノポリシロキサン、(B)スプレードライヤー法で製造されたシリコーンレジンパウダー、及び(C)増ちょう剤を特定量含むシリコーン粘着グリース組成物が、高温時での経時ちょう度変化が少ないために耐熱性に優れることを見出し、本発明をなすに至った。
従って、本発明は、以下のシリコーン粘着グリース組成物及びその製造方法を提供する。
1. 下記(A)〜(C)成分を含むシリコーン粘着グリース組成物。
(A)25℃での動粘度が10〜500,000mm2/sであるオルガノポリシロキサン: 100質量部、
(B)スプレードライヤー法で製造されたシリコーンレジンパウダー: 10〜500質量部、
(C)増ちょう剤: 1〜100質量部。
2. (A)成分のオルガノポリシロキサンが、炭素数4〜18の飽和1価炭化水素基及び炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基を含まない、直鎖状構造のオルガノポリシロキサンである1記載のシリコーン粘着グリース組成物。
3. (B)成分のシリコーンレジンパウダーの水分含有量が0.5質量%以下であり、溶剤含有量が0.1質量%以下であり、低分子シロキサン含有量が0.1質量%以下である1又は2記載のシリコーン粘着グリース組成物。
4. (B)成分のシリコーンレジンパウダーが、R2 3SiO1/2単位(R2はメチル基、エチル基、プロピル基、ビニル基、アリル基、フェニル基、トリル基から選ばれる基)と、SiO2単位を含み、R2 3SiO1/2単位とSiO2単位とのモル比(R2 3SiO1/2/SiO2)が0.5〜0.95の範囲にあるオルガノポリシロキサンである1〜3のいずれかに記載のシリコーン粘着グリース組成物。
5. (A)25℃での動粘度が10〜500,000mm2/sであるオルガノポリシロキサン: 100質量部、
(B)スプレードライヤー法で製造されたシリコーンレジンパウダー: 10〜500質量部、及び
(C)増ちょう剤: 1〜100質量部
を、3本ロールを使用して混練りするものであるシリコーン粘着グリース組成物の製造方法。
6. (B)成分のシリコーンレジンパウダーの水分含有量が0.5質量%以下であり、溶剤含有量が0.1質量%以下であり、低分子シロキサン含有量が0.1質量%以下である5記載のシリコーン粘着グリース組成物の製造方法。
7. (B)成分のシリコーンレジンパウダーが、R2 3SiO1/2単位(R2はメチル基、エチル基、プロピル基、ビニル基、アリル基、フェニル基、トリル基から選ばれる基)と、SiO2単位を含み、R2 3SiO1/2単位とSiO2単位とのモル比(R2 3SiO1/2/SiO2)が0.5〜0.95の範囲にあるオルガノポリシロキサンを、溶剤を用いて固形分20〜70質量%の範囲に調整し、これをスプレードライヤーにて噴霧させるものである5又は6記載のシリコーン粘着グリース組成物の製造方法。
本発明のシリコーン粘着グリース組成物は、従来よりも経済的に得やすく、且つ特に高温時に安定した粘着性能を発揮できる。
以下、本発明について詳述する。
(A)オルガノポリシロキサン;
(A)成分は、25℃での動粘度が10〜500,000mm2/s、好ましくは30〜10,000mm2/sであるオルガノポリシロキサンである。オルガノポリシロキサンの動粘度が上記下限値より低いとグリースにした時にオイルブリードが出やすくなる。また、上記上限値より大きいと、シリコーン組成物の伸展性が乏しくなるため好ましくない。なお、本発明において、オルガノポリシロキサンの動粘度はオストワルド粘度計で測定した25℃の値である(以下、同じ)。
本発明においてオルガノポリシロキサンは、上記動粘度を有するものであればよく、従来公知のオルガノポリシロキサンを使用することができる。オルガノポリシロキサンの分子構造は特に限定されず、直鎖状、分岐鎖状、及び環状等のいずれであってもよい。特には、主鎖がジオルガノシロキサン単位の繰り返しからなり、分子鎖両末端がトリオルガノシロキシ基で封鎖された直鎖状構造を有するのがよい。該オルガノポリシロキサンは、1種単独でも、2種以上の組合せであってもよい。
該オルガノポリシロキサンとしては、下記平均組成式(1)で表されるものが例示できる。
1 aSiO(4-a)/2 (1)
上記式(1)において、R1は、互いに独立に、炭素数1〜18、好ましくは1〜14の、飽和又は不飽和の、非置換又は置換の1価炭化水素基である(但し、経済的な観点から炭素数4〜18の飽和1価炭化水素基及び炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基を含まないことが好ましい)。該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、及びトリル基等のアリール基、2−フェニルエチル基、及び2−メチル−2−フェニルエチル基等のアラルキル基、又はこれらの基の水素原子の一部又は全部を臭素、塩素等のハロゲン原子、シアノ基等で置換したもの等が挙げられる。これらの中でもメチル基、フェニル基が好ましい。
上記式(1)において、aは1.8〜2.2の範囲、特には1.9〜2.1の範囲にある数である。aが上記範囲内にあることにより、得られるシリコーン組成物はグリースとして要求される良好なちょう度を有することができる。
上記平均組成式(1)で表されるオルガノポリシロキサンとしては、下記式で表される直鎖状オルガノポリシロキサンが好ましい。
Figure 0006973307
上記式において、R1は上記の通りであり、メチル基及び/又はフェニル基が好ましい。mは該オルガノポリシロキサンの25℃での動粘度が10〜500,000mm2/s、好ましくは30〜10,000mm2/s、更に好ましくは100〜8,000mm2/sとなる数である。
(B)シリコーンレジンパウダー;
(B)成分は、スプレードライヤー法で製造された粉末状のシリコーンレジンパウダーである。ここで用いられるシリコーンレジンは、R2 3SiO1/2単位(R2はメチル基、エチル基、プロピル基、ビニル基、アリル基、フェニル基、トリル基から選ばれる基)<以下、M単位と略記する>と、SiO2単位<以下、Q単位と略記する>を含むオルガノポリシロキサン(シリコーンレジン)をスプレードライヤー法で粉末化したものであることが好ましい。
上述したM単位とQ単位とを含むオルガノポリシロキサンは、M単位とQ単位のモル比(M/Q)が、0.5未満では製造が困難で、パウダー化が難しくなる場合があり、0.95より大きいものとすると十分な粘着性能を得ることができなくなる場合があるので、このモル比(M/Q)が0.5〜0.95、特に0.55〜0.95、とりわけ0.6〜0.9であるものが好ましい。
なお、上記オルガノポリシロキサンの効果を損なわない範囲で、R2SiO3/2単位、R2 2SiO2/2単位(R2は上記と同じ)を合計で、R2 3SiO1/2単位とSiO2単位との合計に対して0〜30モル%、特に0〜20モル%の割合において含有してもよい。
上記オルガノポリシロキサンは、M単位の原料として、通常、トリオルガノクロルシランやアルコキシ基含有トリオルガノシラン、あるいはトリオルガノシロキサンのダイマー、及び、Q単位の原料として水ガラスやテトラアルコキシシランあるいはそのオリゴマー等を、水中あるいは有機溶剤中にて共加水分解縮合させることにより得られるが、後の工程で使い勝手を良くするために、共加水分解縮合後、水分を極力除去し、溶剤等で置換しておくことが好ましい。
上記オルガノポリシロキサンの数平均分子量は、好ましくは500〜5,000であり、より好ましくは1,000〜4,000である。数平均分子量が小さすぎると十分な粘着性能が発揮できない場合があり、大きすぎると得られるシリコーン粘着グリース組成物が非常に硬くなってしまう場合がある。なお、本発明において、数平均分子量は、例えば、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(GPC)分析におけるポリスチレン換算値として求めることができる(以下、同じ)。
従来シリコーンレジンパウダーを得る場合には、真空乾燥機などを用いて、減圧下加熱することで溶剤及び残存水分を除去し、シリコーンレジンを固形化させた後、粉砕機にて粉砕、パウダー化させていた。しかしながら、この方法を用いると、どうしてもある一定割合の低分子シロキサンや水分などの揮発成分が系内に存在してしまい、それらがシリコーン粘着グリース組成物の耐熱性に悪影響を及ぼしていた。
本発明では、パウダー化させる工程としてスプレードライヤー法を用いることで、これら欠点を克服した。スプレードライヤー法とは、上記オルガノポリシロキサンの溶液、スラリー等の液状原料を噴霧させ、乾燥室中で高温気流と接触させて瞬間的に粉末状に乾燥を行う装置である。この製造工程内で、上記オルガノポリシロキサンの溶液、スラリー等の液状原料を高温下で噴霧させるが、それら噴霧された粒子の比表面積は極めて大きくなることから、効率的に低分子シロキサンや水分、溶剤等が揮発し、除去されるものであり、これにより、他の方法でパウダー化させるよりも、水分含有量、溶剤含有量、低分子シロキサン含有量等が少ないシリコーンレジンパウダーが得られるものである。
本発明にかかるシリコーンレジンパウダーは、上記M単位とQ単位とを含むオルガノポリシロキサンを、キシレン、トルエン、IPA(イソプロピルアルコール)などの溶剤で、固形分として20〜70質量%、特に30〜50質量%の範囲に予め調整しておいてからスプレードライヤーにて噴霧させることが好ましい。固形分量が少なすぎると工程時間が長くなってしまい不経済になるし、固形分が多くなると噴霧し辛くなる場合がある。
また、スプレードライヤーの乾燥室入口温度は100〜250℃、好ましくは120〜200℃の範囲に調整することが好ましい。乾燥室入口温度が100℃未満では十分に溶剤が揮発しない場合があり、250℃を超えても効率が上がらないため不経済になる。
上記スプレードライヤー法により得られたシリコーンレジンパウダーは、水分含有量が少ないものであり、該シリコーンレジンパウダーの水分含有量は、0.5質量%以下、特に0〜0.4質量%であることが好ましい。水分含有量が多すぎると得られるシリコーン粘着グリース組成物の耐熱性が悪くなる場合がある。なお、本発明において、該シリコーンレジンパウダーの水分含有量は、カールフィッシャー法により測定することができる。
上記スプレードライヤー法により得られたシリコーンレジンパウダーは、溶剤含有量が少ないものであり、該シリコーンレジンパウダーの溶剤含有量は、0.1質量%以下、特に0〜0.05質量%であることが好ましい。溶剤含有量が多すぎると得られるシリコーン粘着グリース組成物の耐熱性が悪くなる場合がある。なお、本発明において、該シリコーンレジンパウダーの溶剤含有量は、ヘッドスペース・ガスクロマトグラフィー法により測定することができる。
上記スプレードライヤー法により得られたシリコーンレジンパウダーは、低分子シロキサン含有量が少ないものであり、該シリコーンレジンパウダーの低分子シロキサン含有量は、0.1質量%以下、特に0〜0.05質量%であることが好ましい。低分子シロキサン含有量が多すぎると得られるシリコーン粘着グリース組成物の耐熱性が悪くなる場合がある。なお、本発明において、該シリコーンレジンパウダーの低分子シロキサン含有量は、ガスクロマトグラフィー法により測定することができる。
なお、上記スプレードライヤー法により得られたシリコーンレジンパウダーのかさ密度は0.3〜0.9g/mLであることが好ましい。なお、本発明においてのかさ密度測定方法は、予め重量を測定してある100ccの容器にシリコーンレジンパウダーをあふれるまで入れ(このとき測定容器に振動を加えたり、試料を圧縮したりしない)、容器の上端面から盛り上がった粉末を、すり切り板を使ってすり切り、内容量の質量を測定し、1mL当たりの質量を計算して算出する。
(B)成分のシリコーンレジンパウダーは、(A)成分100質量部に対して、10質量部より少ないと十分な粘着性能が発揮できないし、500質量部より多いと得られるシリコーン粘着グリース組成物が非常に硬くなってしまい、取り扱いが難しくなるため、10〜500質量部の範囲であり、好ましくは50〜300質量部の範囲である。
(C)増ちょう剤;
(C)成分としての増ちょう剤は、本発明のシリコーン粘着グリース組成物に所望のちょう度を与えるもので、これには従来公知の種々のものを使用することができる。具体的には、アルミニウム、鉛、亜鉛、マンガン、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、銅、ビスマス、クロム、鉄、ニッケルなどの金属を含有する炭素数が少なくとも8個の脂肪酸の金属石けん、シリカ、アルミナ、酸化鉄、酸化チタン、酸化亜鉛、ガラス繊維、粘土などの無機質元素の微粒子不活性酸化物、窒化ほう素、アリール尿素、フタロシアニン、インダスレン、ポリ四ふっ化エチレン粉末、グラファイト、カーボンブラックなどが例示される。中でもリチウム石鹸及びシリカが特に好ましい。更にシリカは、必要に応じてオルガノシラン、オルガノシラザン、オルガノポリシロキサン、有機フッ素化合物等により、その表面に疎水化処理を施したものを使用してもよい。
この増ちょう剤は、(A)成分100質量部に対して、1質量部より少ないと十分な粘着性能が発揮できないし、100質量部より多いと得られるシリコーン粘着グリース組成物が非常に硬くなってしまい、取り扱いが難しくなるため、1〜100質量部の範囲であり、好ましくは10〜80質量部である。
また、本発明のシリコーン粘着グリース組成物には、必要に応じて本発明の目的を損なわない範囲で防錆剤や酸化防止剤などを加えてもよく、この防錆剤としてはベンゾトリアゾールなどが例示され、酸化防止剤としては4,4’−メチレンビス−2,6−ジターシャリーブチルフェノールなどが例示される。
本発明のシリコーン粘着グリース組成物は、(A)〜(C)成分の所定量を、3本ロールを使用して混練りする。3本ロールを使用することで(B)成分に凝集物の存在や粒径の不揃いがあっても均一なシリコーン粘着グリース組成物を得ることができる。なお、3本ロールにて混練りする前に、(A)〜(C)成分をプラネタリーミキサー((株)井上製作所製)などで予め5〜60分間、特に10〜30分間程度混合しておくことが望ましく、必要に応じて加熱工程を入れてもよい。
このようにして得られた本発明のシリコーン粘着グリース組成物の不混和ちょう度は、25℃において、100未満では硬すぎて取り扱いが難しくなる場合があるし、400を超えると柔らかすぎてオイル分離などが発生する場合があるため、100〜400の範囲が好ましく、より好ましくは150〜350の範囲である。また、本発明のシリコーン粘着グリース組成物は、高温時での経時ちょう度変化が少ないものである。なお、本発明において、不混和ちょう度は、JIS K2220に準じて測定することができる。
以下、実施例及び比較例を示し、本発明をより詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、下記の例において、数平均分子量は、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(GPC)分析におけるポリスチレン換算値を示す。
<不混和ちょう度測定>
JIS K2220に準拠し、25℃での不混和ちょう度を測定した。表1にその結果を示す。
<耐熱性評価>
なお、本発明のシリコーン粘着グリース組成物の耐熱性評価は、150℃の乾燥機にシリコーン粘着グリース組成物を、500mLのガラスビーカーに入れて500時間及び1,000時間放置し、経時でのちょう度変化を測定した(不混和ちょう度の測定は25℃)。不混和ちょう度変化が少ないものは、耐熱性が高く、高温にて安定した粘着性を維持できると判断できる。表1にその結果を示す。
[シリコーンレジンパウダーの製造]
<実施例用シリコーンレジンパウダーB−1の製造方法>
(CH33SiO1/2単位とSiO2単位とのモル比が0.85であるシリコーンレジン(数平均分子量2,700)のキシレン70質量%溶液(固形分30質量%)を、スプレードライヤー法を用い(乾燥室入口温度は150℃)、シリコーンレジンパウダーB−1を得た。得られたシリコーンレジンパウダーB−1のカールフィッシャー法により測定した水分含有量は0.3質量%、ヘッドスペース・ガスクロマトグラフィー法による溶剤(キシレン)含有量は0.04質量%、ガスクロマトグラフィー法により測定した低分子シロキサン含有量は0.03質量%であり、かさ密度は0.7g/mLであった。
<実施例用シリコーンレジンパウダーB−2の製造方法>
(CH33SiO1/2単位とSiO2単位とのモル比が0.55であるシリコーンレジン(数平均分子量3,100)のトルエン60質量%溶液(固形分40質量%)を、スプレードライヤー法を用い(乾燥室入口温度は110℃)、シリコーンレジンパウダーB−2を得た。得られたシリコーンレジンパウダーB−2のカールフィッシャー法により測定した水分含有量は0.2質量%、ヘッドスペース・ガスクロマトグラフィー法による溶剤(トルエン)含有量は0.03質量%、ガスクロマトグラフィー法により測定した低分子シロキサン含有量は0.02質量%であり、かさ密度は0.6g/mLであった。
<実施例用シリコーンレジンパウダーB−3の製造方法>
CH2=CH(CH32SiO1/2単位とSiO2単位とのモル比が0.95であるシリコーンレジン(数平均分子量3,700)のキシレン40質量%及びIPA30質量%溶液(固形分30質量%)を、スプレードライヤー法を用い(乾燥室入口温度は150℃)、シリコーンレジンパウダーB−3を得た。得られたシリコーンレジンパウダーB−3のカールフィッシャー法により測定した水分含有量は0.2質量%、ヘッドスペース・ガスクロマトグラフィー法による溶剤(キシレン及びIPA)含有量は0.03質量%、ガスクロマトグラフィー法により測定した低分子シロキサン含有量は0.03質量%であり、かさ密度は0.6g/mLであった。
<比較例用のシリコーンレジンパウダーB−4の製造方法>
(CH33SiO1/2単位とSiO2単位とのモル比が0.85であるシリコーンレジン(数平均分子量2,700)のキシレン70質量%溶液(固形分30質量%)をステンレス容器に入れ、真空乾燥機に投入し、150℃、真空下にて目視にて溶剤が完全になくなるまで揮発させた。得られたシリコーンレジンの固形物をボールミルで粉砕し、シリコーンレジンパウダーB−4を得た。得られたシリコーンレジンパウダーB−4のカールフィッシャー法により測定した水分含有量は0.8質量%、ヘッドスペース・ガスクロマトグラフィー法による溶剤(キシレン)含有量は0.15質量%、ガスクロマトグラフィー法により測定した低分子シロキサン含有量は0.2質量%であり、かさ密度は0.7g/mLであった。
[実施例1]
粘度が1,000mm2/sのジメチルシリコーンオイル(ジメチルポリシロキサン)100gに、シリコーンレジンパウダーB−1を85g、(C652Si(OH)2で表面処理したシリカ40gを加えて、プラネタリーミキサーで15分間混合後、3本ロールで混練りしたところ、ちょう度(不混和)が270のシリコーン粘着グリース組成物が得られた。
[実施例2]
粘度が1,000mm2/sで、フェニル基含有量が5モル%であるメチルフェニルシリコーンオイル(メチルフェニルポリシロキサン)100gに、シリコーンレジンパウダーB−2を200g、(C652Si(OH)2で表面処理したシリカ10gを加えて、プラネタリーミキサーで15分間混合後、3本ロールで混練りしたところ、ちょう度(不混和)が190のシリコーン粘着グリース組成物が得られた。
[実施例3]
粘度が3,000mm2/sで、フェニル基含有量が5モル%であるメチルフェニルシリコーンオイル(メチルフェニルポリシロキサン)100gに、シリコーンレジンパウダーB−3を60g、ヘキサメチルジシラザンで表面処理したシリカ50gを加えて、プラネタリーミキサーで15分間混合後、3本ロールで混練りしたところ、ちょう度(不混和)が320のシリコーン粘着グリース組成物が得られた。
[比較例1]
粘度が1,000mm2/sのジメチルシリコーンオイル(ジメチルポリシロキサン)100gに、シリコーンレジンパウダーB−4を85g、(C652Si(OH)2で表面処理したシリカ40gを加えて、プラネタリーミキサーで15分間混合後、3本ロールで混練りしたところ、ちょう度(不混和)が290のシリコーン粘着グリース組成物が得られた。
Figure 0006973307
実施例1〜3のシリコーン粘着グリース組成物は、いずれも150℃環境下に曝されても不混和ちょう度の変化が少ないが、比較例1のシリコーン粘着グリース組成物は、不混和ちょう度の変化が大きく、経時で硬くなっていることが観察された。高温下での安定性は実施例1〜3のシリコーン粘着グリース組成物がよく、耐熱性が高いことを示している。

Claims (2)

  1. (A)25℃での動粘度が10〜500,000mm2/sであるオルガノポリシロキサン:100質量部、
    (B) 2 3 SiO 1/2 単位(R 2 はメチル基、エチル基、プロピル基、ビニル基、アリル基、フェニル基、トリル基から選ばれる基)と、SiO 2 単位を含み、R 2 3 SiO 1/2 単位とSiO 2 単位とのモル比(R 2 3 SiO 1/2 /SiO 2 )が0.5〜0.95の範囲にあるオルガノポリシロキサンを、溶剤を用いて固形分20〜70質量%の範囲に調整し、これをスプレードライヤーにて噴霧させたシリコーンレジンパウダー:10〜500質量部、及び
    (C)増ちょう剤:1〜100質量部
    を、3本ロールを使用して混練りする工程を含むシリコーン粘着グリース組成物の製造方法。
  2. (B)成分のシリコーンレジンパウダーの水分含有量が0.5質量%以下であり、溶剤含有量が0.1質量%以下であり、低分子シロキサン含有量が0.1質量%以下である請求項記載のシリコーン粘着グリース組成物の製造方法。
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