JP7196802B2 - シリコーン組成物およびその硬化物 - Google Patents
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Description
それら搭載されている部品は、端末の振動等によって位置ずれが発生する可能性や、落下等の強い衝撃によって破損する可能性があるため、これらの部品を振動等の遅い応力に対しては柔らかい部材で、衝撃等の速い応力に対しては硬い部材で保護する手法が採用される(特許文献1,2参照)。
また、モバイル端末等は、持ち運んだり、身に着けたりするために少しでも軽い設計が要求されるが、上記組成物は、粒子を高充填していることから高密度となるため、その使用に制限があった。
1. (A)1分子中に少なくとも1個の珪素原子に結合したアルケニル基を有する、25℃における粘度が0.01~100Pa・sのオルガノポリシロキサン:100質量部、
(B)1分子中に少なくとも1個の珪素原子に結合した水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン:0.1~100質量部、
(C)付加反応触媒、および
(D)平均粒径が100μm以下である中空無機フィラー:10~500質量部
を含むシリコーン組成物、
2. (E)下記式(1)で示されるオルガノポリシロキサン:1~100質量部を含む1のシリコーン組成物、
3. 前記中空無機フィラーが、球状であり、真比重0.1~0.8である1または2のシリコーン組成物、
4. 1~3のいずれかのシリコーン組成物を硬化してなるシリコーン硬化物、
5. 密度が、0.8g/cm3以下である4のシリコーン硬化物、
6. (周波数100Hzにおける貯蔵弾性率)/(周波数0.1Hzにおける貯蔵弾性率)の値が3.0以上である4または5のシリコーン硬化物、
7. 4~6のいずれかのシリコーン硬化物からなる衝撃緩衝材、
8. 7の衝撃緩衝材を有する電子部品
を提供する。
また、本発明の硬化物は、硬化後の密度が小さいため、デバイスの重量を過度に上昇させることもない。
このような特性を有する本発明の硬化物は、例えば、スマートウォッチのような、少しでも重量を軽くしたいウェアラブルデバイスに対して極めて有効である。
本発明に係るシリコーン組成物は、
(A)1分子中に少なくとも1個の珪素原子に結合したアルケニル基を有する、25℃における粘度が0.01~100Pa・sのオルガノポリシロキサン
(B)1分子中に少なくとも1個の珪素原子に結合した水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン
(C)付加反応触媒
(D)平均粒径が100μm以下である中空無機フィラー
を含むことを特徴とする。
(A)成分は、25℃における粘度が0.01~100Pa・s、好ましくは0.1~10Pa・s、より好ましくは0.5Pa・s~10Pa・sであり、1分子中に少なくとも1個の珪素原子と結合するアルケニル基を有するオルガノポリシロキサンである。
このようなオルガノポリシロキサンは、上記粘度とアルケニル基含有量を満たせば、特に限定されるものではなく、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。その構造も直鎖状でも分岐状でもよく、また異なる粘度を有する2種以上のオルガノポリシロキサンの混合物でもよい。
なお、アルケニル基は、オルガノポリシロキサンの分子鎖の末端、途中のいずれに存在してもよいが、柔軟性の点で末端にのみ存在することが好ましい。
このような1価炭化水素基の具体例としては、メチル、エチル、n-プロピル、n-ブチル、n-ヘキシル、n-ドデシル基等のアルキル基;フェニル基等のアリール基;2-フェニルエチル、2-フェニルプロピル基等のアラルキル基などが挙げられる。
なお、これらの炭化水素基の水素原子の一部または全部は、塩素、フッ素、臭素等のハロゲン原子で置換されていてもよい。ハロゲン原子で置換された基の具体例としては、フロロメチル、ブロモエチル、クロロメチル、3,3,3-トリフルオロプロピル基等のハロゲン置換一価炭化水素基などが挙げられる。
これらの中でも、合成のし易さ、コストの面から、上記有機基の90モル%以上がメチル基であることが好ましい。
なお、(A)成分は、1種単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(B)成分は、1分子中に少なくとも1個の珪素原子に結合した水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンである。
(B)成分のオルガノハイドロジェンシロキサンの分子構造は、直鎖状、分岐状または網状のいずれでもよい。また、その動粘度も特に限定されるものではないが、25℃における動粘度1~10,000mm2/sが好ましく、1~1,000mm2/sがより好ましい。なお、動粘度は、キャノン・フェンスケ型粘度計による測定値である。
これらの中でも、合成のし易さ、コストの面から、上記有機基の90モル%以上がメチル基であることが好ましい。
また、p/(p+q)は、0.01~0.5が好ましく、0.05~0.4がより好ましい。このような範囲であれば、架橋が十分に進行し、初期硬化後の未反応Si-H基による余剰の架橋反応が経時で進行することを抑制できる。
アルキル基の具体例としては、メチル、エチル、n-プロピル、n-ブチル、n-ペンチル、n-ヘキシル基等が挙げられ、合成のし易さ、コストの面からR3の90モル%以上はメチル基が好ましい。
また、mは、5~1,000の整数を表すが、好ましくは10~100の整数である。このような範囲であれば、オルガノハイドロジェンポリシロキサンが取扱いに適した粘度となり、また、電子部品に用いる場合に、オルガノハイドロジェンポリシロキサンの揮発による接点不良等を抑制することができる。
なお、(B)成分は、1種単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(C)成分の付加反応触媒は、白金族金属系触媒であり、(A)成分のアルケニル基と(B)成分のSi-H基との間の付加反応を促進するものであれば、従来公知のものから適宜選択して使用することができる。
触媒の具体例としては、白金(白金黒を含む。)、ロジウム、パラジウム等の白金族金属単体;H2PtCl4・nH2O、H2PtCl6・nH2O、NaHPtCl6・nH2O、KHPtCl6・nH2O、Na2PtCl6・nH2O、K2PtCl4・nH2O、PtCl4・nH2O、PtCl2、Na2HPtCl4・nH2O(但し、式中のnは0~6の整数であり、好ましくは0または6である。)等の塩化白金、塩化白金酸および塩化白金酸塩;アルコール変性塩化白金酸;塩化白金酸とオレフィンとのコンプレックス;白金黒、パラジウム等の白金族金属を、アルミナ、シリカ、カーボン等の担体に担持させた触媒;ロジウム-オレフィンコンプレックス;クロロトリス(トリフェニルフォスフィン)ロジウム(ウィルキンソン触媒);塩化白金、塩化白金酸または塩化白金酸塩とビニル基含有シロキサンとのコンプレックスなどが挙げられ、これらの白金族金属系触媒は、単独で使用しても2種以上組み合わせて使用してもよい。
これらの中でも、白金および白金化合物から選ばれる触媒が好ましい。
特に、(A)成分の質量に対し、白金族金属原子に換算した質量基準で0.1~7,000ppm、好ましくは1~6,000ppmとなる量がよい。(C)成分の配合量が、白金族金属原子に換算した質量基準で0.1ppm未満の場合、触媒としての効果が発揮されないことがあり、また、7,000ppmを超えて用いても特に硬化速度の向上が期待できないことがある。
(D)成分は、平均粒径が100μm以下である中空無機フィラーであり、フィラー自身が中空の構造であるために、組成物の密度を低下させる成分であり、無機粒子として高周波時の貯蔵弾性率を上昇させる成分でもある。
中空無機フィラーの平均粒径は、硬化物の衝撃保護性能の観点から、100μm以下とされるが、この衝撃保護性能をより高めることを考慮すると、1~90μmが好ましく、5~40μmがより好ましい。
なお、本発明における平均粒径は、レーザー光回折法による粒度分布測定における体積平均値D50(即ち、累積体積が50%になるときの粒子径またはメジアン径)として測定した値である。
また、中空無機フィラーの真比重も特に限定されるものではないが、組成物の調製の容易性や、効率的に低密度化を図ることを考慮すると、0.1~0.8が好ましい。
なお、(D)成分は、1種単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明のシリコーン組成物は、(E)下記式(1)で示されるオルガノポリシロキサンを含んでいてもよい。この(E)成分は、組成物の粘度を低下させて中空フィラーの充填性を向上させる役割を有する。
この一価炭化水素基としては、例えば、直鎖、分岐鎖または環状のアルキル基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン化アルキル等が挙げられる。
直鎖状アルキル基の具体例としては、メチル、エチル、n-プロピル、n-ヘキシル、n-オクチル基等が挙げられる。
分岐鎖状アルキル基の具体例としては、イソプロピル、イソブチル、tert-ブチル、2-エチルヘキシル基等が挙げられる。
環状アルキル基の具体例としては、シクロペンチル、シクロヘキシル基等が挙げられる。
アリール基の具体例としては、フェニル、トリル基等が挙げられる。
アラルキル基の具体例としては、2-フェニルエチル、2-メチル-2-フェニルエチル基等が挙げられる。
ハロゲン化アルキル基の具体例としては、3,3,3-トリフルオロプロピル、2-(ノナフルオロブチル)エチル、2-(ヘプタデカフルオロオクチル)エチル基等が挙げられる。
これらの中でも、R2は、炭素原子数1~3の直鎖状アルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
アルキル基の具体例としては、上記R1で例示したものが挙げられる。
アルコキシアルキル基の具体例としては、メトキシエチル、メトキシプロピル基等が挙げられる。
アシル基の具体例としては、アセチル、オクタノイル基等が挙げられる。
これらの中でも、R2は、炭素原子数1~3の直鎖状アルキル基が好ましく、メチル基、エチル基がより好ましい。
さらに、nは、2~100の整数を表すが、5~80の整数が好ましい。aは、1~3の整数であるが、3が好ましい。
なお、(E)成分は、単独で使用しても、2種類以上を併用してもよい。
本発明のシリコーン組成物は、上記(A)~(E)成分以外に、公知の添加剤を本発明の目的を損なわない範囲で含んでいてもよい。
このような添加剤としては、例えば、反応制御剤、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、炭酸カルシウム等の充填材、顔料、染料などが挙げられる。
反応制御剤としては、室温での硬化反応を抑え、シェルフライフ、ポットライフを延長させるために(C)成分の触媒活性を抑制できるものであればよく、公知の反応制御剤から適宜選択して使用すればよい。
反応制御剤の具体例としては、1-エチニル-1-シクロヘキサノール,3-ブチン-1-オール等の水酸基を有するアセチレン化合物、各種窒素化合物、有機りん化合物、オキシム化合物、有機クロロ化合物などが挙げられ、これらの中でも、金属への腐食性の無い水酸基を有するアセチレン化合物が好ましい。
なお、反応制御剤は、シリコーン樹脂への分散性を良くするためにトルエン、キシレン、イソプロピルアルコール等の有機溶剤で希釈して使用してもよい。
本発明のシリコーン組成物の製造方法は、特に限定されるものではなく、従来公知の方法に従えばよい。すなわち、本発明のシリコーン組成物は、(A)~(D)成分、並びに必要に応じて用いられる(E)成分およびその他の成分を混合して得ることができる。
2液タイプの組成物は、(A)成分、(B)成分、(C)成分の組み合わせのみ共存させなければ、任意の組み合わせで構成することができる。
例えば、ゲートミキサーに、(A)成分、(D)成分、および必要に応じて(E)成分を入れ、所定温度(例えば25℃)で所定時間(例えば1時間)減圧混合し、冷却後、(C)成分を加え所定温度(例えば25℃)にて所定時間(例えば30分)混合して得られた組成物をA材とし、一方、ゲートミキサーに、(A)成分、(D)成分、および必要に応じて(E)成分を入れ、所定温度(例えば150℃)で所定時間(例えば1時間)減圧混合し、冷却後、反応制御剤を加えて所定温度(例えば25℃)で所定時間(例えば30分)混合した後、(B)成分を加え、所定温度(例えば25℃)で所定時間(例えば30分)混合し、得られた組成物をB材とすることで、A材、B材の2液タイプの組成物を得ることができる。
なお、本発明のシリコーン組成物は、1液タイプであれば冷蔵または冷凍して長期保存することができ、2液タイプであれば、常温で長期保存することができる。
本発明の硬化物は、上述した本発明のシリコーン組成物を硬化させて得られる。
その際、硬化条件は特に制限されるものではなく、従来公知の硬化性シリコーン組成物と同様の条件とすることができる。
具体的には、シリコーン組成物は、流し込まれた後、設置部品から生じた熱で自然に硬化させても、積極的に加熱して硬化させてもよい。加熱して硬化させる場合の条件は、好ましくは60~180℃、より好ましくは80~150℃の温度にて、好ましくは0.1~3時間、より好ましくは0.5~2時間である。
こうして得られるシリコーン組成物の硬化物は、通常、JIS K 6253-3:2012に規定されているタイプAデュロメータにて測定した硬度40以下であれば、ゆっくりとした変形に対して柔らかく振る舞い、接触する部品に与えるストレスを可及的に軽減可能なものとなる。さらに、タイプAデュロメータにて測定した硬度が5以上であれば部品からの衝撃を保護することができる。
また、上記硬化物において、周波数100Hzの場合の貯蔵弾性率は、好ましくは3.0MPa以上であり、より好ましくは3.0~11.0MPaである。
さらに、周波数0.1Hzの場合の貯蔵弾性率は、好ましくは4.0MPa以下であり、より好ましくは0.3~4MPaである。
そして、上記硬化物の[周波数100Hzの場合の貯蔵弾性率]/[周波数0.1Hzの場合の貯蔵弾性率]は、好ましくは3.0以上であり、より好ましくは3.5以上である。このような範囲であれば、衝撃緩衝材として好適なものとなる。
使用した各成分を以下に示す。
・A-1:両末端がジメチルビニルシリル基で封鎖され、25℃における粘度5Pa・sのジメチルポリシロキサン
・A-2:両末端がジメチルビニルシリル基で封鎖され、25℃における粘度0.6Pa・sのジメチルポリシロキサン
・C-1:白金―ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体のジメチルポリシロキサン溶液(上記A-2と同じジメチルポリシロキサンに溶解したもの。白金原子として1%含有)
・D-1:平均粒径20μm、真比重0.46のガラスバルーン粉末
・D-2:平均粒径24μm、真比重0.60のガラスバルーン粉末
・D-3:平均粒径40μm、真比重0.38のガラスバルーン粉末
・D-4:平均粒径4μmの結晶性シリカ粉末
・F-1:1-エチニル-1-シクロヘキサノール
5Lゲートミキサー(井上製作所(株)製、5Lプラネタリミキサー)に、(A)成分、(D)成分、および(E)成分を加え、25℃で1時間減圧混合した。次に、(C)成分を加え、25℃で30分混合した。その後、反応制御剤(F-1)を加えて25℃で30分混合した。最後に、(B)成分を加えて25℃で30分混合した。各成分の配合量を表1に示す。
(1)硬度
各シリコーン組成物を2.0mmの厚さで120℃10分プレス硬化し、さらに120℃のオーブン中で50分間加熱した。得られたシリコーンシートを3枚重ねて、JIS K 6253-3:2012に規定されるタイプAデュロメータにより硬さを測定した。
(2)密度
各シリコーン組成物を2.0mmの厚さで120℃10分プレス硬化し、さらに120℃のオーブン中で50分間加熱した。得られたシリコーンシートを、JIS K 7112:1999に規定される水中置換法により密度を測定した。
(3)貯蔵弾性率
各シリコーン組成物を2.0mmの厚さで120℃10分プレス硬化し、さらに120℃のオーブン中で50分間加熱した。得られたシリコーンシートを、(株)ユービーエム社製Rheogel-E4000を用いて、引張モード、正弦波歪みにより粘弾性を測定し、周波数0.1Hzの貯蔵弾性率と周波数100Hzの貯蔵弾性率を評価した。
Claims (7)
- (A)1分子中に少なくとも1個の珪素原子に結合したアルケニル基を有する、25℃における粘度が0.01~100Pa・sのオルガノポリシロキサン:100質量部、
(B)1分子中に少なくとも1個の珪素原子に結合した水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン:0.1~100質量部、
(C)付加反応触媒、
(D)平均粒径が100μm以下である中空無機フィラー:10~500質量部、および
(E)下記式(1)で示されるオルガノポリシロキサン:1~100質量部
を含む衝撃緩衝材用シリコーン組成物。 - 前記中空無機フィラーが、球状であり、真比重0.1~0.8である請求項1記載の衝撃緩衝材用シリコーン組成物。
- 請求項1または2記載の衝撃緩衝材用シリコーン組成物を硬化してなる衝撃緩衝材用シリコーン硬化物。
- 密度が、0.8g/cm3以下である請求項3記載の衝撃緩衝材用シリコーン硬化物。
- (周波数100Hzにおける貯蔵弾性率)/(周波数0.1Hzにおける貯蔵弾性率)の値が3.0以上である請求項3または4記載の衝撃緩衝材用シリコーン硬化物。
- 請求項3~5のいずれか1項記載の衝撃緩衝材用シリコーン硬化物からなる衝撃緩衝材。
- 請求項6記載の衝撃緩衝材を有する電子部品。
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