JP7068357B2 - シリコーンエラストマー型の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明の分野は、シリコーンエラストマーから形成されたネガ型の製造用シリコーン化合物を成形品の製造に使用するために使用することに関する。
シリコーンエラストマーから製造された型の作製に使用できる二成分オルガノポリシロキサン組成物が産業用品市場及び化学文献で既に提案されている(仏国特許第1418114号及び特開平5-0066553号公報)。これらの組成物は、低粘度のジヒドロキシジオルガノポリシロキサンオイル(仏国特許第2272145号及び仏国特許第2300114号)などの様々な添加剤(処理加工又はエラストマーへの転化を促進させる)を含むことができる。
欧州特許出願公開第586153号には、このような組成物において日常的に使用される成分の他に、CaO及びSiO2を主体とする、又は実際にはCaSiO3を主体とする針状充填剤及びセラミック系球状充填剤、特にシリカ-アルミナセラミックなどの強化共充填剤を含む硬化性シリコーン組成物が記載されている。
別の手法が欧州特許出願公開第787766号に記載されている。この特許文献には、型を製造するために縮合によって周囲温度で硬化できるシリコーン組成物であって、このタイプの組成物において従来使用されている成分、立体障害フェノール、立体障害チオビスフェノール、ジアルキルジチオリン酸亜鉛、ジアリールジチオリン酸亜鉛、芳香族アミン、立体障害アミンから選択される添加剤、又は実際にはこれらの化合物を主体とする製剤をさらに含むシリコーン組成物が記載されている。
国際公開第03/074602号には、重縮合によって硬化可能なシリコーン組成物において、前処理されたシリカを、当該組成物から得られる型用の安定剤として使用することが記載されている。
国際公開第06/106238号には、シリコーンエラストマーから構成される型の安定化方法が教示されている。
この種の用途のために知られているエラストマーを生成するように硬化可能なシリコーン組成物のうち、周囲温度から硬化するものは、エネルギー消費型オーブンに入れる必要がないため、注目を集めるカテゴリーを構成している。
これらのシリコーン組成物は、2つの異なる群に分類される。すなわち、1成分組成物(RTV-1)と2成分組成物(RTV-2)である。用語「RTV」は、「室温加硫:Room Temperature Vulcanizing」の頭字語である。
硬化中に、水(RTV-1の場合には大気から水分を介して供給され、又はRTV-2の場合には組成物の一部に導入される)によって重縮合反応が生じ、エラストマーネットワークが形成される。
一般に、1成分組成物(RTV-1)は、空気の水分にさらされると硬化する。通常、重縮合反応の反応速度は非常に遅いため、これらの反応は適切な触媒によって触媒される。
2成分組成物(RTV-2)は2種類の成分の形態で販売及び保管される。第1成分は塩基性重合体材料を含み、第2成分は触媒を含む。2種類の成分は使用のために混合され、その混合物は比較的硬質のエラストマーとして硬化する。これらの2成分組成物は周知であり、特にウォルター・ノールの研究「Chemistry and Technology of Silicones」1968年、第2版、395~398頁に記載されている。
これらの組成物は、次の4種の異なる成分:
・反応性α,ω-ジヒドロキシジオルガノポリシロキサン重合体、
・硬化剤、一般にはシリケート又はポリシリケート、
・触媒、及び
・水
を本質的に含む。
この場合、これらの組成物の機械的性質は、充填剤を添加することによって調節される。
通常、縮合触媒は有機スズ化合物を主成分とする。実際に、これらのRTV-1又はRTV-2を硬化させるための触媒として、多くのスズ系触媒が既に提案されている。従来の重縮合触媒は、ジアルキルスズ化合物、特に、ジブチルスズジラウレート及びジアセテートなどのジアルキルスズジカルボキシレート、テトラブチル又はテトライソプロピルチタネートなどのアルキルチタネート化合物、及びチタンキレートを含む(欧州特許出願公開第0885933号、米国特許第5519104号、米国特許第4515932号、米国特許第4563498号、米国特許第4528353号)。
しかし、アルキルスズ系触媒は、非常に効率的であり、通常は無色液体で、シリコーンオイルに可溶ではあるものの、毒性があるという不利益がある(生殖に対するCMR2毒性)。
さらに、3D印刷の開発に伴って急速に進化しつつある成形産業に直面して、成形/離型の連続サイクルの増加に関連する新たな制約が出現しつつある。
持続可能な開発のために、スズの非存在下で重縮合により硬化するシリコーン組成物から出発して、シリコーンエラストマーから製造されたネガ型の製造方法を改善すると共に、得られた型について実施される連続成形/離型サイクルに対する耐性を改善することに対する継続的な要望がある。シリコーン組成物は、適切な硬化速度と貯蔵時における良好な安定性も有しなければならない。好ましくは、複製されるマスターに塗布された剥離剤の非存在下では、シリコーンから製造されたネガ型は上記マスターに付着してはならない。
仏国特許第1418114号明細書 特開平5-0066553号公報 仏国特許第2272145号明細書 仏国特許第2300114号明細書 欧州特許出願公開第586153号明細書 欧州特許出願公開第787766号明細書 国際公開第03/074602号 国際公開第06/106238号 欧州特許出願公開第0885933号明細書 米国特許第5519104号明細書 米国特許第4515932号明細書 米国特許第4563498号明細書 米国特許第4528353号明細書
Walter Noll,「Chemistry and Technology of Silicones」1968年、第2版、395~398頁
したがって、本発明の本質的な目的の1つは、スズなどの金属触媒を含有せず、例えば水(例えば周囲の湿気)の存在下で重縮合反応によって産業上の製造速度を確保するのに十分な硬化速度で硬化するシリコーン組成物からシリコーンエラストマーを作製する成形品の製造に使用できる、シリコーンエラストマーから製造されるネガ型の新規製造方法を提案することである。
さらなる目的は、連続成形/離型サイクルに対して良好な耐性を有しかつスズを含まないシリコーン組成物から製造されたシリコーンエラストマーから製造されたネガ型から、成形品を形成する新規方法を提案することである。
さらなる目的は、シリコーンエラストマーから製造されたネガ型を製造するように、一方では複製されるマスターに付着せず他方では成形品に付着し、それによって、連続した成形/離型サイクルに対して良好な耐性を有し、かつ、異なる材料から製造された成形品の製造に使用できる、スズを含有せず、かつ、水分の存在下において迅速な表面凝固速度で硬化してシリコーンエラストマーを形成し、続いて完全なコア凝固、すなわち均質な凝固を生じるシリコーン組成物を提案することである。
また、本発明は、ポリエステル、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、ポリウレタンフォーム、石膏、コンクリート、ワックス及び石鹸などの様々な再生材料から製造される成形品の製造に使用するためのシリコーンエラストマーから製造されるネガ型に関する。この列挙は限定的ではない。
得られる様々な複製材料から成形された部品には、ダッシュボード、肘掛け、家具、芸術作品など、実用的又は装飾的な目的の多種多様な物品がある。
これらの目的は、特に、異なる複製材料から製造される成形品の製造に使用するためのシリコーンエラストマーから製造されるネガ型MNの製造方法であって、次の工程(a)~(d)を含むことを特徴とする本発明によって達成される:
(a)重縮合反応により硬化してエラストマーを生成することができるポリオルガノシロキサン組成物Xを製造し、ここで、前記ポリオルガノシロキサン組成物Xは、金属触媒を含まず、かつ、
・重縮合反応により硬化できる少なくとも1種のポリオルガノシロキサンオイルAを含むシリコーンベースBと、
・次の一般式(I)を有する有機化合物である少なくとも1種の重縮合触媒Cの触媒として有効な量:
(R”)2NH
(式中、記号R”は同一でも異なっていてもよく、1~30個の炭素原子を含む脂肪族炭化水素基を表す。)と
を含み、
(b)前記ポリオルガノシロキサン組成物Xを被複製マスターに塗布し、ここで、前記マスターはすでに剥離剤で覆われていてよく、
(c)前記ポリオルガノシロキサン組成物Xを、周囲空気又は事前の水の添加によって供給される水分の存在下で硬化させて、被複製マスターの外側輪郭に対応する凹部である、シリコーンエラストマーから製造されたネガ型MNを形成し、及び
(d)シリコーンエラストマーから製造されたネガ型MNを、被複製マスターから分離すること。
本発明に係る方法に関連する利点の一つは、例えばポリウレタンレプリカを離型するときに、このネガ型MNで成形された物品の成形/離型のサイクル数が好ましくは37を超えることである。
シリコーンエラストマーで成形するための技術は、「マスター」と呼ばれる「ポジ」モデルから「ネガ」型、すなわち、凹部を作製することからなる。それによって生成されるシリコーンエラストマー型は、サイズ又はアンダーカットに関する制限なしに、マスターから多くの「コピー」又は「プリント」又は「レプリカ」を作製するために使用できる。
様々な成形技術が当業者に知られている。挙げることのできる成形技術の例は次のとおりである:
・液状のRTV-2の2つの部分を混合した後に、密封されたカウンターモールド内の初期マスターにわたって組成物を単純に流延することによって、1以上の部分から製造される、自立型の製造を目的とする「ブロック成形」。この方法は、大きなアンダーカットのない比較的単純な形状に適している;
・「1部又は2部シェル成形」;及び
・「スタンピング成形」。これは、一般に大きな寸法で、又はマスターを移動できない場合に、傾斜、垂直、又は突出したマスターの凹部を取得するのに適している。
この用途において本発明の組成物を使用する場合には、流延技術又はヘラ、ブラシ若しくは噴霧による塗布技術が有用である。
製造された型は、マスターの詳細を正確かつ詳細に再現するという特定の機能を有する。さらに、シリコーンゴムの非粘着性のため、離型速度を向上させることができる。
ただし、成形前に、被複製物品に離型剤を塗布することができる。これらの剥離剤は当業者に周知である。非限定的な例としては、石鹸の水溶液又はワックスの懸濁液を使用することが可能である。
さらなる態様において、本発明は、レプリカRの成形方法であって、本発明に係る工程(a)~(d)、その後の工程(e)~(h)を含むことを特徴とする成形方法に関する:
(e)シリコーンエラストマーから製造された前記ネガ型MNに複製材料を充填し、
(f)シリコーンエラストマーから生成されたネガ型MNの内部で再生材料を硬化させて、被複製マスターのレプリカRを生成し、
(g)シリコーンエラストマーから製造されたネガ型MNからレプリカRを分離し、及び
(h)任意に、シリコーンエラストマーから製造されたネガ型MNに対して工程(e)~(g)を再度行って新たなレプリカRを形成すること。
本発明に係る方法に関連する利点は、例えばポリウレタンレプリカを離型するときに、シリコーンエラストマーから製造されるネガ型MNで実行できるサイクル(e)~(g)数が37を超えることである。
ポリエステル、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、発泡ポリウレタン、石膏、コンクリート、ワックス、石鹸などの様々な複製材料が当業者に知られている。この列挙は限定ではない。成形前の当該複製材料は、単一又は複数の成分を有する様々な形態のもの、すなわち、多かれ少なかれ粘性のある液体、分散液、懸濁液である。
より正確には、本発明は、重縮合反応により周囲温度から加硫してシリコーンエラストマーを形成することができるオルガノポリシロキサン組成物であって、該オルガノポリシロキサン組成物は、
(a)触媒の存在下で重縮合反応によりシリコーンエラストマーに硬化できるシリコーンベースであって、
・少なくとも1種のα,ω-ジヒドロキシジオルガノポリシロキサンA 100重量部に対して、
・0.1~60重量部の少なくとも1種の硬化剤AR、及び
・0.001~10重量部の水
を含むシリコーンベースと、
(b)触媒として有効な量の重縮合触媒Cと
を含むオルガノポリシロキサン組成物に関する。
本発明に係るシリコーンベースに使用できる反応性α,ω-ジヒドロキシジオルガノポリシロキサン重合体Aは、具体的には、次式(1)を有するものである:
Figure 0007068357000001
式中、
・置換基R1は同一でも異なっていてもよく、それぞれ、飽和又は不飽和、置換又は非置換、脂肪族、環式又は芳香族であってよい一価C1~C13炭化水素を表し、好ましくは、R1はメチルであり;
・nは、式(1)のポリオルガノシロキサンに対して、10~1,000,000mPa.sの25℃での動的粘度を与えるのに十分な値を有する。
本発明において、粘度の値及び/又はケイ素原子に結合した置換基の性質によって互いに異なる複数のヒドロキシル化ポリオルガノシロキサンによって構成される混合物を反応性ポリオルガノシロキサンAとして使用できることを理解されたい。また、式(1)のヒドロキシル化ポリオルガノシロキサンは、式R1SiO3/2のモチーフT及び/又は式SiO4/2のモチーフQを多くとも1%の割合で任意に含むことができることも指摘しておく(これらの%は、ケイ素原子100個あたりのT及び/又はQモチーフの数を表す)。
25℃での動的粘度が10~1000000mPa.s、好ましくは50~200000mPa.sの反応性直鎖ヒドロキシル化ジオルガノポリシロキサン重合体Aが使用される。
これらの基本的なポリオルガノシロキサンは、大部分がシリコーン製造業者によって販売されている。さらに、それらの製造技術は周知であり、例えば、仏国特許のFR-A-1134005、FR-A-1198749、及びFR-A-1226745に記載されている。
本明細書における目的の粘度の全ては、「ニュートン」として知られる25℃での動的粘度パラメーター、すなわち、ブルックフィールド粘度計を使用して、測定された粘度が速度勾配に依存しない程度に十分に低いせん断速度勾配でそれ自体既知の方法で測定される動的粘度に相当する。
反応性ポリオルガノシロキサン(A)について上記した置換基R1は、次の基から選択できる:
・1~13個の炭素原子を含むアルキル及びハロアルキル基、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、2-エチルヘキシル、オクチル、デシル、3,3,3-トリフルオロプロピル、4,4,4-トリフルオロブチル、4,4,4,3,3-ペンタフルオロブチル基、
・5~13個の炭素原子を含むシクロアルキル及びハロシクロアルキル基、例えば、シクロペンチル、シクロヘキシル、メチルシクロヘキシル、プロピルシクロヘキシル基、2,3-ジフルオロシクロブチル、3,4-ジフルオロ-5-メチルシクロヘプチル、
・2~8個の炭素原子を含むアルケニル基、例えば、ビニル、アリル、ブテン-2-イル基、
・6~13個の炭素原子を含む単核アリール及びハロアリール基、例えば、フェニル、トリル、キシリル、クロロフェニル、ジクロロフェニル、トリクロロフェニル基、及び
・アルキル結合が2~3個の炭素原子を含むシアノアルキル基、例えば、β-シアノエチル及びγ-シアノプロピル基。
1基の例としては、1~8個の炭素原子を含むアルキル基、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ヘキシル、オクチル、ビニル基、フェニル基を挙げることができる。
置換基R1の例としては、3,3,3-トリフルオロプロピル、クロロフェニル及びベータシアノエチル基を挙げることができる。
一般的な産業用途において、式(1)を有する製品では、R1基の少なくとも60%がメチル基であり、他の基は一般にフェニル及び/又はビニル基である。
以下の硬化剤ARを挙げることができる:
・次の一般式(2)のシラン:
2 kSi(OR3(4-k) (2)
(式中、記号R3は同一でも異なっていてもよく、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、2-エチルヘキシル基、C3~C6オキシアルキレン基などの1~8個の炭素原子を含むアルキル基を表し、記号R2は飽和又は不飽和、直鎖又は分岐脂肪族炭化水素基、飽和又は不飽和及び/又は芳香族、単環式又は多環式炭素環基を表し、kは0又は1に等しい。)、及び
・式(2)のシランの部分加水分解及び縮合生成物。
3~C6オキシアルキレン基の例としては、次の基を挙げることができる:
CH3OCH2CH2
CH3OCH2CH(CH3)-
CH3OCH(CH3)CH2
25OCH2CH2CH2-。
有利には、記号R2は、次の基を包含するC1~C10炭化水素基を表す:
・メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、2-エチルヘキシル、オクチル、デシル基などのC1~C10アルキル基、
・ビニル、アリル基、及び
・フェニル、トリル、キシリル基などのC5~C8シクロアルキル基。
式(2)の硬化剤ARは、シリコーン市場で入手可能な製品である。さらに、周囲温度硬化性組成物において使用することが知られている。これらのものは、特にフランス特許FR-A-1126411、FR-A-1179969、FR-A-1189216、FR-A-1198749、FR-A-1248826、FR-A-1314649、FR-A-1423477、FR-A-1432799及びFR-A-2067636で言及されている。
特に好ましい硬化剤ARは、有機基が1~4個の炭素原子を含むアルキル基であるアルキルトリアルコキシシラン、アルキルシリケート及びアルキルポリシリケートである。
アルキルシリケートは、メチルシリケート、エチルシリケート、イソプロピルシリケート、n-プロピルシリケート、並びにこれらのシリケートの部分加水分解及び縮合生成物から選択されるポリシリケートから選択できる。これらのものは、次式を有するモチーフの大部分から構成される重合体である:
(R4O)3SiO1/2、R4OSiO3/2、(R4O)2SiO2/2及びSiO4/2
記号R4は、メチル、エチル、イソプロピル及び/又はn-プロピル基を表す。これらは、通常、サンプルの加水分解生成物を分析することによって確立されるケイ素含有量に基づいて特徴付けられる。
使用できる硬化剤ARの他の例としては、次のシランを特に挙げることができる:
CH3Si(OCH33;C25Si(OC253;C25Si(OCH33
CH2=CHSi(OCH33;CH2=CHSi(OCH2CH2OCH33
65Si(OCH33;[CH3][OCH(CH3)CH2OCH3]Si[OCH32
Si(OCH34;Si(OC254;Si(OCH2CH2CH34;Si(OCH2CH2CH2CH34
Si(OC24OCH34;CH3Si(OC24OCH33;ClCH2Si(OC253
硬化剤ARの他の例としては、エチルポリシリケート又はn-プロピルポリシリケートを挙げることができる。
一般に、式(1)の反応性重合体100重量部当たり、式(2)の硬化剤0.1~6重量部が使用される。
次の一般式(I)を有する第二級アミンファミリーからの有機化合物を触媒Cとして挙げることができる:
(R”)2NH
式中、記号R”は、同一であっても異なっていてもよく、1~30個の炭素原子、好ましくは4~12個の炭素原子、より好ましくは6~10個の炭素原子を含む脂肪族炭化水素基を表す。
好ましくは、本発明による方法の工程(a)中に、重縮合触媒Cは次の一般式(I)を有する:
(R”)2NH
式中、記号R”は同一でも異なっていてもよく、6~10個の炭素原子、好ましくは8~10個の炭素原子を含む脂肪族炭化水素基を表す。
先に説明した触媒Cは、2成分化合物の状態で重縮合反応によって硬化できるポリオルガノシロキサンベースを、周囲温度からシリコーンエラストマーに硬化させることができる又はその硬化を促進するために使用され、この触媒系は硬化剤ARを有する画分の一方に導入され、他方の画分は反応性ポリオルガノシロキサンA及び水を含有する。
本発明において、用語「周囲温度」とは、10℃~40℃の範囲の温度を意味する。
別の態様によれば、本発明は、重縮合反応により硬化してエラストマーを生成することができるポリオルガノシロキサン組成物Xであって、該ポリオルガノシロキサン組成物Xは、金属触媒を含まず、かつ、
・シリコーンエラストマーを形成するように重縮合反応により硬化できる少なくとも1種のポリオルガノシロキサンオイルAを含むシリコーンベースBと、
・一般式(I)を有する有機化合物である少なくとも1種の重縮合触媒Cの触媒有効量:
(R”)2NH
(式中、記号R”は同一でも異なっていてもよく、6~10個の炭素原子、好ましくは8~10個の炭素原子を含む脂肪族炭化水素基を表す。)と
を含むポリオルガノシロキサン組成物Xに関する。
本発明において、用語「少なくとも1種の重縮合触媒Cの有効量」とは、重縮合触媒Cの0.01~50重量部の範囲の量を意味する。
本発明に係るシリコーンエラストマー型の製造中に使用されるシリコーン組成物に使用される触媒は、次のことを同時に得ることができることを意味する:
・P1部+P2部の混合物を使用するために十分に長いポットライフ(20~200分)、
・「高速」硬化(後硬化最大+2及びSAH24時間×100/SAH14日>68%)、
・本発明に係る方法により得られるシリコーンエラストマー型。これは、例えばポリウレタンから製造された相当数の部品を成形できることを意味する(成形/離型連続サイクルの数>37)、及び
これは全て、スズ系化合物の非存在下である。
触媒を含む部が均質でなければならず(透明、単相)、かつ、本発明に係る方法によって得られたシリコーンエラストマー型が被複製マスターに塗布される離型剤の非存在下ではマスターに粘着しないという補足条件を満たすために、重縮合触媒Cは一般式(I)を有する:
(R”)2NH
式中、記号R”は、同一又は異なっていてもよく、6~10個の炭素原子を含む脂肪族炭化水素基を表す。
本発明に係る組成物は、好ましくはケイ質充填剤から選択される補強若しくは半補強充填剤又はパッキング充填剤CHをさらに含むことができる。
補強充填剤は、ヒュームドシリカ及び沈降シリコーンから選択されることが好ましい。一般に、BET法を使用して測定した比表面積は少なくとも50m2/g、好ましくは70m2/gを超え、平均一次粒子の寸法は0.1μm(マイクロメートル)未満、見掛け密度は200g/リットル未満である。
これらのシリカは、そのままで、又はこの用途に通常使用される有機ケイ素化合物で処理した後に配合できる。これらの化合物としては、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルジシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサンなどのメチルポリシロキサン、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルシクロトリシラザンなどのメチルポリシラザン、ジメチルクロロシラン、トリメチルクロロシラン、メチルビニルジクロロシラン、ジメチルビニルクロロシランなどのクロロシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルビニルエトキシシラン及びトリメチルメトキシシランなどのアルコキシシランが挙げられる。
この処理中に、シリカの初期重量は20%まで増加する。
半補強充填剤又はパッキング充填剤は、0.1μm(マイクロメートル)を超える粒子径を有し、粉砕石英、焼成クレー、及び珪藻土から選択される。
主成分A、AR、C及びCHの他に、本発明に係る組成物の物性及び/又はこれらの組成物の硬化により得られるエラストマーの機械的性質に作用させる目的で、非反応性直鎖ポリオルガノシロキサンポリマーEを導入することができる。
これらの非反応性直鎖ポリオルガノシロキサンポリマーEは周知である。具体的には、これらのものは、本質的にジオルガノシロキシモチーフと多くとも1%のモノオルガノシロキシ及び/又はシロキシモチーフとから構成される、25℃で少なくとも10mPa.sの粘度を有するα,ω-ビス(トリオルガノシロキシ)ジオルガノポリシロキサンであり、複数のケイ素原子に結合した有機基はメチル、ビニル、及びフェニル基から選択され、これらの有機基の少なくとも60%はメチル基であり、多くとも10%はビニル基である。これらの重合体の粘度は、25℃で数千万mPa.sにもなる。したがって、これらの重合体としては、流体から粘性の外観の液体、軟質から硬質のガム質が挙げられる。これらのものは、仏国特許のFR-A-978058、FR-A-1025150、FR-A-1108764、及びFR-A-1370884にさらに正確に記載されている通常の技術に従って調製される。好ましくは、25℃で10mPa.s~1000mPa.sの粘度を有するα,ω-ビス(トリメチルシロキシ)ジメチルポリシロキサンオイルが使用される。これらの重合体は可塑剤として作用し、かつ、反応性α,ω-ジヒドロキシジオルガノポリシロキサン重合体Aの100部当たり多くとも70部、好ましくは5~20部の量で導入できる。
さらに有利には、本発明に係る組成物は、少なくとも1種のシリコーン樹脂Gを含むことができる。これらのシリコーン樹脂は、周知の市販分岐オルガノポリシロキサン重合体である。これらのものは、1分子当たり、式R’’’3SiO1/2(モチーフM)、R’’’2SiO2/2(モチーフD)、R’’’SiO3/2(モチーフT)及びSiO4/2(モチーフQ)から選択される少なくとも2個の異なるモチーフを有する。R’’’基は、同一又は異なり、直鎖又は分岐アルキル基、ビニル、フェニル、3,3,3-トリフルオロプロピル基から選択される。好ましくは、アルキル基は、1~6個の炭素原子を含む。具体的なR’’’としては、メチル、エチル、イソプロピル、t-ブチル及びn-ヘキシル基を挙げることができる。これらの樹脂は、好ましくはヒドロキシル化されており、この場合には、5~500meq/100gの範囲のヒドロキシ基の重量含有量を有する。
樹脂の例としては、MQ樹脂、MDQ樹脂、TD樹脂及びMDT樹脂を挙げることができる。
本発明の一実施形態によれば、ポリオルガノシロキサン組成物Xは次のものを含む:
(a)重縮合反応により触媒の存在下で硬化してシリコーンエラストマーを形成することができるシリコーンベースBであって、
・有機基が好ましくは1~20個の炭素原子を含むアルキル、3~8個の炭素原子を含むシクロアルキル、2~8個の炭素原子を含むアルケニル及び5~8個の炭素原子を含むシクロアルケニルよりなる群から選択される炭化水素基である少なくとも1種の反応性α,ω-ジヒドロキシジオルガノポリシロキサン重合体Aの100重量部に対して、
・ポリアルコキシシラン、ポリアルコキシシランとポリアルコキシシロキサンの部分加水分解に由来する生成物よりなる群から選択される少なくとも1種の硬化剤ARを0.1~60重量部;
・少なくとも1つの充填剤CHを0~250重量部、好ましくは5~200重量部;
・水を0.001~10重量部;
・直鎖単独重合体又は共重合体からなる少なくとも1種の直鎖非反応性ポリオルガノシロキサン重合体Eであって、1分子当たり、ケイ素原子に結合した、同一の又は異なっていてよい一価有機置換基がアルキル、シクロアルキル、アルケニル、アリール、アルキルアリーレン及びアリールアルキレン基から選択されるものを0~100重量部;
・着色ベース又は着色剤Fを0~20重量部;
・ポリオルガノシロキサン樹脂Gを0~70重量部;及び
・可塑剤、硬化抑制剤、鉱油、抗菌剤、耐熱性添加剤、例えば酸化チタン、酸化鉄、酸化セリウムなどの当業者に知られている補助添加剤Hを0~20部
含むシリコーンベースB、及び
(b)0.01~50重量部の重縮合触媒C。
本発明に係るシリコーン組成物Xを使用するために、各組成物は、重縮合硬化エラストマーを生成するために互いに接触させることを目的した2つの部分P1及びP2によって構成される2成分系の状態で生成される。
別の態様によれば、本発明は、重縮合反応により周囲温度から加硫してシリコーンエラストマーを生成することができるポリオルガノシロキサン組成物Xの前駆体である2成分系であって、
・該組成物を形成するために混合される2つの異なるP1部及びP2部を有し、
・これらの部の一方は触媒Cを含み、他方の部は触媒Cを含まず、かつ、
・反応性α,ω-ジヒドロキシジオルガノポリシロキサン重合体100重量部当たり、
・0.001~10重量部の水
を含むこと
を特徴とする2成分系に関する。
好ましい実施形態によれば、本発明に係る重縮合反応によって周囲温度から加硫してシリコーンエラストマーを形成することができるポリオルガノシロキサン組成物Xの前駆体2成分系は、
・P1部が、
・有機基が好ましくは1~20個の炭素原子を含むアルキル、3~8個の炭素原子を含むシクロアルキル、2~8個の炭素原子を含むアルケニル及び5~8個の炭素原子を含むシクロアルケニルよりなる群から選択される炭化水素基である反応性α,ω-ジヒドロキシジオルガノポリシロキサン重合体(A)100重量部当たり、
・水を0.001~10重量部、
・少なくとも1種の充填剤(CH)を0~200重量部、好ましくは5~150重量部、
・1分子当たり、ケイ素原子に結合する同一でも異なっていてもよい一価有機置換基がアルキル、シクロアルキル、アルケニル、アリール、アルキルアリーレン及びアリールアルキレン基から選択される少なくとも1種の直鎖非反応性ポリオルガノシロキサン重合体(E)を0~150重量部、
・ポリオルガノシロキサン樹脂(G)を0~70重量部、及び
・着色ベース又は着色剤Fを0~20重量部
含み、
・P2部が、
・ポリアルコキシシロキサン、ポリアルコキシシロキサンとポリアルコキシシロキサンの部分加水分解により誘導される生成物よりなる群から選択される少なくとも1種の硬化剤ARを0.1~60重量部、
・重縮合触媒Cを0.01~50重量部、
・着色ベース又は着色剤Fを0~20重量部、
・1分子当たり、ケイ素原子に結合する同一でも異なっていてもよい一価有機置換基がアルキル、シクロアルキル、アルケニル、アリール、アルキルアリーレン及びアリールアルキレン基から選択される、直鎖単独重合体又は共重合体からなる少なくとも1種の直鎖非反応性ポリオルガノシロキサン重合体(E)を0~70重量部、及び
・少なくとも1種の充填剤CHを0~125重量部、好ましくは0.1~40重量部
含むことを特徴とする。
本発明は、本発明に係る方法の工程(d)の終了時に得られるシリコーンエラストマーMNから製造されるネガ型に関するものでもある。
また、本発明は、成形品の製造のための、本発明に係る方法の工程(d)の終了時に得られたシリコーンエラストマーMNから製造されたネガ型の使用に関するものでもある。
本発明の他の利点及び特徴は、単に非限定的な例示として与えられる以下の実施例から明らかになるであろう。
(1)使用した出発材料
ペーストの準備:トリメチルシリル基(約30%)で処理されたA200ヒュームドシリカ(Evonik製-200m2/g)(CH1)と、47V500シリコーンオイル(約42%)(E1)と、48V14000シリコーンオイル(約28%)(A1)との混合物。
Sifraco(登録商標)E600(Sibelco製)=石英=シリカ粉、結晶性シリカ、粉砕シリカ(CH2)
Bluesil(登録商標)FLD 48V14000(α,ω-ジヒドロキシジオルガノポリシロキサンオイル)、粘度14000mPa.s、MW約48kg/mol(A1)
Bluesil(登録商標)FLD 48V3500(α,ω-ジヒドロキシジオルガノポリシロキサンオイル)、粘度3500mPa.s、MW約30kg/mol(A2)
Bluesil(登録商標)FLD 48V750(α,ω-ジヒドロキシジオルガノポリシロキサンオイル)、粘度750mPa.s、MW約15kg/mol(A3)
Bluesil(登録商標)RP 120PA(α,ω-ジヒドロキシジオルガノポリシロキサンオイル)、粘度45mPa.s、MW約0.5kg/mol(A4)
Bluesil(登録商標)FLD 47V50(非官能性シリコーンオイル)、粘度50mPa.s、MW約3~4kg/mol(E1)
ベースカラー552(Sioen製)=TiO2を主体とする白色ベースカラー(F1)
シラン51005:高度に又は部分的に縮合したケイ酸エチル(SiOEt4)、テトラエチルエステル、加水分解(AR1)
Dynasilan(登録商標)P(エボニック製)又はプロピルシリケート又はテトラn-プロピルオルトシリケート又はテトラプロピルオルトシリケート(AR2)
Mediaplast(登録商標)VP5071/A(Kettlitz Chemie製):ポリアルキルベンゼンと高分子量炭化水素との混合物(25%~50%のアルキルベンゼン(C10-C13)を含む)(H1)
ネオデカン酸ジメチルスズ(Momentive製)
デシルアミンCAS2016-57-1(Sigma-Aldrich製)(C1)
ドデシルアミンCAS124-22-1(Sigma-Aldrich製)(C2)
ジブチルアミンCAS111-92-2(Sigma-Aldrich製)(C3)
ジヘキシルアミンCAS143-16-8(Sigma-Aldrich製)(C4)
ジオクチルアミンCAS1120-48-5(Sigma-Aldrich製)(C5)
ジイソノニルアミンCAS28454-70-8(Sigma-Aldrich製)(C6)
ジドデシルアミンCAS3007-31-6(Sigma-Aldrich製)(C7)
ジデシルアミンCAS1120-49-6(Sigma-Aldrich製)(C8)。
(2)本発明に係る実施例及び比較例の準備:
組成物の全てにおいて、言及されるパーセンテージ(%)は、配合物の全ての成分の総重量に対する重量で表される。
シリコーンエラストマーに加硫できるポリオルガノシロキサン組成物の2成分前駆体は、P1部とP2部とから構成されるものであった。
P1部の準備
P1部の各種成分を、DAC400スピードミキサー型器具又はプラスチックポットにおけるプロペラを使用して混合した。
表1:P1部の組成
Figure 0007068357000002

P2部の準備
P2部の各種成分をガラスフラスコ中において手作業で混合した。
表2:比較例のP2部
Figure 0007068357000003


表3:本発明に係る実施例のP2部
Figure 0007068357000004

混合物P1+P2の製造
Ck(kは1~3)で示される比較2成分系で使用されるP1部及びP2部と、Ex.m(mは1~11である)で示される本発明に係る2成分系を表4に詳しく示す。
表4:2成分系の組成
Figure 0007068357000005

P1部とP2部とをスパチュラで3分間混合した後、スピードミキサー(プラネタリーミキサー)により1800rpmで20秒間混合した。次に、この混合物を欠陥(気泡)が生じないように真空脱気した。
重量比は、P1が100部、P2が5部であった。
シリコーンエラストマーから製造されるネガ型の製造:
ネガ型を、予備混合された配合物(P1部とP2部との混合物)を、ポットの底に配置された被複製マスターに適用することによって製造した。
45gのP1部及び2.25gのP2部をスパチュラで3分間混合し、次いでスピードミキサーにより20秒間にわたって1800rpmで混合した。次に、この混合物をネガ型に欠陥(気泡、スパチュラとの混合中に混入した空気)が存在しないように真空ベルジャー下で5分間脱気した。
被複製マスター(高さ8mm、幅35mm、長さ35mmの平行六面体長方形)を、27mmの高さ及び63mmの内径のプラスチックポット(エタノールで脱脂された)の底部の中央に配置した。
マスター+ポットの風袋を計り、40~42gの配合物P1+P2をマスターに塗布した。
混合物P1+P2を硬化させた後に、MNCk(kは1~3)で示される対照ネガ型、及びMNm(mは1~11)で示される本発明に係るネガ型を得た。この混合物を23℃で24時間にわたって硬化させた。シリコーンエラストマーから製造されたネガ型を、被複製マスターから分離した。
表5:対照ネガ型及び本発明に係るネガ型の参照
Figure 0007068357000006

レプリカの製造:
まず、シリコーンエラストマーから製造されたネガ型にポリウレタン注型樹脂(再生材料)を充填した。
Axson社製F190 Fastcastポリウレタン樹脂を、高さ48mm、内径51mmの透明なプラスチックポット内で調製した(混合物の均一性が観察できるように)。ポリオール部を投入し、デカンテーションを行った。すなわち、使用前にスパチュラで混合した(容器の底に沈殿のない均一な色及び外観)。この操作は手作業で実施するのが容易であった。
12.5g±0.1gのポリオール部(白色)及び12.5g±0.1gのイソシアネート部(茶色)を秤量した。これら2つの部をスパチュラで1分間混合し、混合物の均一性を確認した(黄色の混合物が得られた)。次に、2つのネガ型にこの配合物を充填した(被複製マスターに相当するキャビティをリムに充填した)。
複製材料を、シリコーンネガ型内において周囲温度で90分間硬化させて第1レプリカを製造した。
レプリカを、ネガ型の各リムを取り外すことによってシリコーンネガ型から分離した。ネガ型への接着が観察されなかった場合には、シリコーンエラストマーから製造されたネガ型が劣化するまで、新たなレプリカを製造する。
(3)特性評価
混合物P1+P2の特性評価試験
シリコーンエラストマーから型を製造できる混合物P1+P2の特性を、ポットライフ及びショアA硬度で表される硬化速度によって評価した。
さらに、シリコーンエラストマーは、型からの取り外しを容易にするために、マスターに付着してはならない。多数の離型作業は、シリコーンエラストマー型の優れた耐久性の指標である。
フランス規格NF T 77 107に準拠したポットライフの測定(「Techne Gelation Timer GT3」を使用)
サンプルに浸漬した重量11.4gの直径22mmプランジャーを、1分間に交互に垂直方向に動かす。製品の粘稠度がディスクの重量を1/2分にわたって支えるのに十分な場合に、ゲル化点に到達した。その後、電気接点が試験開始時に開始されたタイマーを停止する。この時間は分(min)で表され、ポットライフと見なされる。20~200分のポットライフが望ましい。
硬化速度の測定
硬化速度を、DIN53505及びISO868規格に準拠したショアA硬度(SAH)を使用して評価した。この硬度を、一般に、P1部+P2部を混合してから24時間後、4日後、14日後に測定する。14日目に最終硬度の少なくとも68%に等しい24時間後の硬度が望まれるものであった。硬化の均一性を評価するために、圧子の上下の硬度を測定する。好ましくは、2ショアA以下の差が望ましい。
後硬化は、14日目と4日目との硬度の差を表す。圧子の下については2ショアA以下の差が望ましい。
被複製マスターに対するシリコーンエラストマー型の接着性の試験:
ネガ型の製造中におけるシリコーンエラストマーの接着の進展を評価するために、異なる材料から形成された被複製マスターを使用した。
評価した材料は、有機プラスチック、すなわちポリウレタン、及び石膏であった。材料のそれぞれについて、使用したマスターは、高さが8mm、幅が35mm、長さが35mmの平行六面体の長方形であった。この部分の表面は滑らかであった。
24時間後、マスターに対する型の接着性を離型中に定性的に評価した。マスターの離型を、ネガ型の各リムを次々に取り外すことによって実施して離型に対する耐性を評価した。
耐性がない場合には、接着性を0で評価した。
マスターを取り外すためにわずかな力を加える必要があった場合には、接着力を+と評価した。
マスターを取り外すために大きな力を加える必要があったが、シリコーン型を引き裂くことなくマスターを取り外すことが可能であった場合には、接着性を++と評価した。
シリコーン型を引き裂かずにマスターを離型できない場合には、接着性を+++と評価した。
レプリカの作製にネガ型を使用するためには、0又は+のマークが必要であった。
離型試験:
使用したマスターは、高さ8mm、幅35mm、長さ35mmの金属製の平行六面体の長方形であった。この部分の表面は滑らかであった。
予備混合された配合物(P1部とP2部との混合物)を、ポットの底に配置された金属部品上に流延する方法で、試験型を製造した。
24時間後、マスターを離型した。
マスターを離型してから6日後に、ネガ型にポリウレタン流延樹脂(再生材料)を最初に充填した。
シリコーンエラストマーネガ型の耐性を評価するために使用されたポリウレタン樹脂は、Axson社製のFastcast F190樹脂であった。この樹脂は、周囲温度で混合(1:1混合物)されると、8分のポットライフを有し、90分後に離型できる2成分製品の形態である。
次に、毎日3~5個のポリウレタンレプリカを製造し、そのたびに約12.5gのポリウレタン樹脂を使用した。毎回、完全な重合を得るために、樹脂から成形されたレプリカをシリコーンエラストマーのネガ型に最低1.5時間放置した。
離型に対する耐性を評価するために、シリコーンエラストマーネガ型の各リムを次々に取り外して、成形樹脂レプリカの離型を実施した。
シリコーンエラストマーネガ型を分解せずに(すなわち、小さなシリコーン片を引き裂かずに)得られた複製物の数を、以下の表の一つに示す。これにより、様々なシリコーンエラストマーネガ型のポリウレタン耐性を比較できる。
実施された様々な試験の結果は次のとおりである。
表6:P2部の外観を視覚的に観察した
Figure 0007068357000007


表7:硬化速度
Figure 0007068357000008


表8:様々なマスターに対するシリコーンエラストマーネガ型の接着性を評価するための試験の結果
Figure 0007068357000009


表9:連続成形/離型サイクル数(シリコーンエラストマー型の耐久性)
Figure 0007068357000010

結論として、本発明に係るシリコーンエラストマー型の製造中に使用されるシリコーン組成物に使用される触媒を使用して、次のことを同時に得ることができる:
・P1部+P2部の混合物を使用するのに十分に長いポットライフ(20~200分)、
・「高速」硬化(後硬化最大+2、SAH比24時間×100/SAH14日>68%)、
・本発明に係る方法を使用して、例えばポリウレタンから多数の部品を成形するのに使用できるシリコーンエラストマー型(連続成形/離型サイクル数>37)、
これは、全てスズ系化合物の非存在下のものである。
触媒を含む部は均質でなければならず(透明な単相)、かつ、本発明の方法によって得られたシリコーンエラストマーネガ型は、被複製マスターに塗布される剥離剤がなくてもマスターに付着してはならないという補足条件を満たすために、重縮合触媒Cは次の一般式(I)を満たす:
(R”)2NH
式中、記号R”は、同一でも異なっていてもよく、6~10個の炭素原子を含む脂肪族炭化水素基を表す。

Claims (6)

  1. 異なる複製材料から製造される成形品の製造に使用するためのシリコーンエラストマーから製造されるネガ型MNの製造方法であって、次の工程(a)~(d):
    (a)重縮合反応により硬化してエラストマーを生成することができるポリオルガノシロキサン組成物Xを製造し、ここで、前記ポリオルガノシロキサン組成物Xは、金属触媒を含まず、かつ、
    ・重縮合反応により硬化できる少なくとも1種のポリオルガノシロキサンオイルAを含むシリコーンベースBと、
    ・次の一般式(I)を有する有機化合物である少なくとも1種の重縮合触媒Cの触媒として有効な量:
    (R”)2NH
    (式中、記号R”は同一でも異なっていてもよく、6~10個の炭素原子を含む直鎖又は分岐鎖飽和脂肪族炭化水素基を表す。)と
    を含み、
    (b)前記ポリオルガノシロキサン組成物Xを被複製マスターに塗布し、ここで、前記マスターはすでに剥離剤で覆われていてよく、
    (c)前記ポリオルガノシロキサン組成物Xを、周囲空気又は事前の水の添加によって供給される水分の存在下で硬化させて、被複製マスターの外側輪郭に対応する凹部である、シリコーンエラストマーから製造されたネガ型MNを形成し、及び
    (d)シリコーンエラストマーから製造されたネガ型MNを、被複製マスターから分離すること
    を含み、前記ネガ型MNが前記被複製マスターに付着してはならないという条件を満たす、前記方法。
  2. レプリカRの成形方法であって、請求項1に記載の工程(a)~(d)、その後の工程(e)~(h):
    (e)シリコーンエラストマーから製造された前記ネガ型MNに複製材料を充填し、
    (f)シリコーンエラストマーから生成されたネガ型MNの内部で複製材料を硬化させて、被複製マスターのレプリカRを生成し、
    (g)シリコーンエラストマーから製造されたネガ型MNからレプリカRを分離し、及び
    (h)任意に、シリコーンエラストマーから製造されたネガ型MNに対して工程(e)~(g)を再度行って新たなレプリカRを形成すること
    を含み、前記工程(a)~(d)について、前記ネガ型MNが前記被複製マスターに付着してはならないという条件を満たすことを特徴とする方法。
  3. 前記工程(a)中に、前記重縮合触媒Cは次の一般式(I):
    (R”)2NH
    (式中、記号R”は同一でも異なっていてもよく、8~10個の炭素原子を含む直鎖又は分岐鎖飽和脂肪族炭化水素基を表す。)
    を有することを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 重縮合反応により硬化してエラストマーを生成することができる、ネガ型MNの製造用のポリオルガノシロキサン組成物Xであって、前記ポリオルガノシロキサン組成物Xは、金属触媒を含まず、かつ、
    ・シリコーンエラストマーを形成するように重縮合反応により硬化できる少なくとも1種のポリオルガノシロキサンオイルAを含むシリコーンベースBと、
    ・一般式(I)を有する有機化合物である少なくとも1種の重縮合触媒Cの触媒有効量:
    (R”)2NH
    (式中、記号R”は同一でも異なっていてもよく、6~10個の炭素原子を含む直鎖又は分岐鎖飽和脂肪族炭化水素基を表す。)と
    を含み、前記ポリオルガノシロキサン組成物Xは、被複製マスターに塗布され硬化されたときに、前記ポリオルガノシロキサン組成物Xが塗布され硬化された被複製マスターに前記ネガ型MNが付着しないことを特徴とする、ポリオルガノシロキサン組成物。
  5. 請求項1又は2に記載の方法の工程(d)の終了時に得られるシリコーンエラストマーから製造されたネガ型MN。
  6. 請求項1又は2に記載の方法の工程(d)の終了時に得られたシリコーンエラストマーから製造されたネガ型MNの、成形品の製造のための使用。
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