JP7484140B2 - キーパッド作製用シリコーンゴム組成物及びキーパッド - Google Patents
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Description
〔1〕
(A)下記平均組成式(1)
R1 nSiO(4-n)/2 (1)
(式中、R1は同一又は異なる非置換又は置換の1価炭化水素基であり、nは1.95~2.04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重合度が100以上のオルガノポリシロキサン:100質量部、
(B)BET法による比表面積が50m2/g以上の補強性シリカ:10~100質量部、
(C)下記
(C-1)アルケニル基含有オルガノシラザン:0.1~10質量部、
(C-2)アルケニル基含有アルコキシシラン:0.1~10質量部、及び
塩酸:0.0001~0.2質量部(塩酸中の塩化水素の量として)
からなる成分構成において、
(C-1)成分のみ、
(C-1)成分と塩酸との組み合わせ、
(C-1)成分と(C-2)成分との組み合わせ、
(C-1)成分と(C-2)成分と塩酸との組み合わせ、及び
(C-2)成分と塩酸との組み合わせ、
の5つから選ばれるいずれか一つ、
(D)脂肪酸エステル及び/又は脂肪族アルコールのエステル:0.01~5質量部、
(E)下記
(E-a)25℃における粘度が10~10,000mPa・sであるオルガノポリシロキサン:100質量部、
(E-b)一般式(2)
(R2COO)mM1 (2)
(式中、R2は同一又は異なる一価炭化水素基、M1はセリウム又はセリウムを主成分とする希土類元素混合物であり、mは3~4の正数である。)
で表されるセリウムのカルボン酸塩:セリウム原子の質量換算として上記(E-a)成分100質量部に対して0.05~5質量部となる量、及び
(E-c)一般式(3)
(R3O)4M2 (3)
(式中、R3は同一又は異なる一価炭化水素基、M2はチタン又はジルコニウムである。)
で表されるチタン若しくはジルコニウム化合物及び/又はその部分加水分解縮合物:チタン原子若しくはジルコニウム原子の質量換算が上記(E-b)成分のセリウム原子の質量に対して0.01~5倍となる量
からなる混合物の、150~310℃での熱処理物である、均一な加熱処理反応生成物:(A)~(D)成分の合計100質量部に対して0.01~5質量部となる量、及び
(F)硬化剤:硬化有効量
を含有することを特徴とするキーパッド作製用シリコーンゴム組成物。
〔2〕
(B)成分の補強性シリカが、未処理シリカである〔1〕記載のキーパッド作製用シリコーンゴム組成物。
〔3〕
(F)成分の硬化剤が、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わせ又は有機過酸化物である〔1〕又は〔2〕記載のキーパッド作製用シリコーンゴム組成物。
〔4〕
〔1〕~〔3〕のいずれかに記載のシリコーンゴム組成物の硬化成型物からなるキーパッド。
本発明のキーパッド作製用シリコーンゴム組成物は、以下の(A)~(F)成分を含有してなるものである。
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
[(A)オルガノポリシロキサン]
(A)成分のオルガノポリシロキサンは、本組成物の主剤(ベースポリマー)であり、下記平均組成式(1)で表される、一分子中に少なくとも2個のケイ素原子に結合したアルケニル基を含有するものである。
R1 nSiO(4-n)/2 (1)
(式中、R1は同一又は異なる非置換又は置換の1価炭化水素基であり、nは1.95~2.04の正数である。)
・展開溶媒:トルエン
・流量:1mL/min
・検出器:示差屈折率検出器(RI)
・カラム:KF-805L×2本(Shodex社製)
・カラム温度:25℃
・試料注入量:30μL(濃度0.2質量%のトルエン溶液)
(B)成分の補強性シリカは、得られるシリコーンゴム組成物に対して優れた機械的特性を付与する成分として作用する。該補強性シリカは、沈降シリカ(湿式シリカ)でもヒュームドシリカ(乾式シリカ)でもよく、表面に多数のシラノール基(SiOH)が存在しているものである。本発明において、(B)成分の補強性シリカのBET法による比表面積は50m2/g以上であることが必要であり、好ましくは100~400m2/gである。この比表面積が50m2/g未満であると、(B)成分による補強効果が不十分となることがある。
(C-1)成分のアルケニル基含有オルガノシラザン及び/又は(C-2)成分のアルケニル基含有アルコキシシラン、及び塩酸は、本発明のシリコーンゴム組成物において、補強性シリカの分散性向上剤(表面処理剤)として作用すると共に、硬化時にベースポリマーであるオルガノポリシロキサン中のアルケニル基と共にアルケニル基含有オルガノシラザン及び/又はアルケニル基含有アルコキシシラン中のアルケニル基が架橋することにより、オルガノポリシロキサンとシリカとの架橋点として作用する。塩酸は、本発明のシリコーンゴム組成物において、シリカの分散性向上剤として作用するものである。
なお、上記の通り、(C-1)成分と(C-2)成分は共に同様な効果が期待されるので、(C-1)成分と(C-2)成分の両方配合する場合は、その合計の添加量は、(A)成分のオルガノポリシロキサン100質量部に対して0.1~10質量部、好ましくは0.1~7質量部、より好ましくは0.1~5質量部とすることができる。
塩酸の濃度としては、好ましくは0.05~5Nであり、より好ましくは0.05~2Nである。塩酸の濃度が0.05Nより薄いと、塩酸の添加量が増えてしまうため好ましくなく、逆に、塩酸の濃度が5Nより濃くなると、取扱いが危険であり、また、各成分の配合時に使用する装置が腐食するおそれがあるため好ましくない。
なお、塩酸とは、通常、脱イオン水、蒸留水、純水等の水と共に調製される塩化水素水溶液のことを指す。
(D)成分の脂肪酸エステル及び/又は脂肪族アルコールのエステルは、シリコーンゴム組成物の硬化物の動的疲労耐久性向上剤及び金型剥離性向上剤として作用する。
脂肪酸エステルとしては、酪酸,カプロン酸,コナント酸,カプリル酸,ペラルゴン酸等の炭素数4~9の低級飽和脂肪酸、カプリン酸,ウンデカン酸,ラウリン酸,ミリスチル酸,パルミチン酸,ステアリン酸等の炭素数10~20の高級飽和脂肪酸、ミリストレイン酸,オレイン酸,リノール酸等の炭素数14~18の不飽和脂肪酸、リシノール酸等のOH基を有する炭素数18の脂肪酸等の各種脂肪酸由来のエステル化合物が例示される。
これら各種脂肪酸と、特に低級アルコール(例えば、メタノールやエタノール等の炭素数1~6程度の低級アルコール)とのエステル化合物や、ソルビタンエステル,グリセリンエステル等の多価アルコールとのエステル化合物が例示される。
特に、これらの各種脂肪族アルコールとの、グルタル酸エステルや、スベリン酸エステルのような二塩基酸エステル、クエン酸エステル等の三塩基酸エステルなどが例示される。
(E)成分は、後述する(E-a)、(E-b)及び(E-c)成分からなる混合物の均一な加熱処理反応生成物である。
(E-a)成分のオルガノポリシロキサンは、上記平均組成式(1)で表されるオルガノポリシロキサンのうち、特にR1がアルケニル基等の脂肪族不飽和結合を有する非置換又は置換の1価炭化水素基であるものを除き、実質的にジオルガノポリシロキサン単位の繰り返し(直鎖状構造)を主体とする常温で液状の直鎖状又は分岐状のオルガノポリシロキサンである。
ここで、(E-a)成分の粘度は、25℃における粘度が10~10,000mPa・sであり、好ましくは50~1,000mPa・sである。粘度が10mPa・s未満の場合、高温でのシロキサン蒸発量が多くなり易く、質量変化が大きくなってしまうことがある。また、10,000mPa・sを超える場合、後述するセリウム化合物との混和が円滑に行われ難くなることがある。
なお、粘度はJIS K 7117-1:1999に記載の回転粘度計により測定することができる。
(R2COO)mM1 (2)
(式中、R2は同一又は異なる一価炭化水素基、M1はセリウム又はセリウムを主成分とする希土類元素混合物であり、mは3~4の正数である。)
で表される。
ここで、R2で表される同一又は異なる一価炭化水素基としては、具体的に、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基など、炭素原子数1~30、好ましくは炭素原子数1~20のアルキル基が例示される。また、M1で表されるセリウム又はセリウムを主成分とする希土類元素混合物のうち、特にセリウムを主成分とする希土類元素混合物としては、具体的に、セリウムの他、ランタン、プラセオジム、ネオジムなどの希土類元素を含む混合物が例示される。
なお、「主成分」とは、希土類元素混合物中、通常50質量%以上、好ましくは60~99質量%、より好ましくは80~99質量%のセリウムを含むことを意味する。
セリウムのカルボン酸塩としては、具体的に、2-エチルヘキサン酸、ナフテン酸、オレイン酸、ラウリン酸、ステアリン酸などのカルボン酸とセリウム又はセリウムを主成分とする希土類元素混合物との塩が例示される。
なお、セリウムのカルボン酸塩は、その取扱いの容易さや後述する(E-c)成分のチタン化合物又はジルコニウム化合物との相溶性の面から、有機溶剤を併用した有機溶剤溶液として使用されることが好ましく、該有機溶剤としては、スタンダードソルベント、ミネラルスピリット、リグロイン、ターペン、石油エーテルなどの石油系溶剤、トルエン、キシレンなどの芳香族系溶剤が例示される。
(E-b)成分の添加量は、該成分中のセリウム原子の質量換算として上記(E-a)成分100質量部に対して0.05~5質量部となる量、好ましくは0.1~3質量部となる量である。添加量が0.05質量部未満の場合、期待される高温高湿下の打鍵耐久性が得られないことがある。また、5質量部より多い場合、セリウム化合物が(E-a)成分中で不均一となり、期待される打鍵耐久性が得られないことがある。
(R3O)4M2 (3)
(式中、R3は同一又は異なる一価炭化水素基、M2はチタン又はジルコニウムである。)
で表される。
ここで、R3で表される同一又は異なる一価炭化水素基としては、好ましくはイソプロピル基、n-ブチル基、ステアリル基、オクチル基などの炭素原子数1~30、より好ましくは炭素原子数1~20のアルキル基である。かかる化合物には、テトラアルコキシチタン、テトラアルコキシジルコニウムが例示されるが、その部分加水分解縮合物であってもよい。
(E-c)成分の添加量は、該成分中のチタン又はジルコニウム原子の質量換算として上記(E-b)成分中のセリウム原子の質量に対して0.01~5倍となる量であり、好ましくは0.05~3倍となる量である。添加量が0.01倍未満の場合、(E-b)成分であるセリウムのカルボン酸塩の(E-a)成分であるオルガノポリシロキサンに対する均一な導入が困難になることがあり、5倍より多い場合、打鍵耐久性が低下することがある。
この混合物は、(E-a)、(E-b)及び(E-c)成分を混合後、150℃以上の温度で熱処理することによって得ることができる。加熱温度が150℃未満では均一な組成を得ることが難しく、310℃を超えると(E-a)成分の熱分解速度が大きくなるので、好ましくは150~310℃、より好ましくは200~305℃、更に好ましくは250~300℃で熱処理するのが望ましい。
(E-a)、(E-b)及び(E-c)成分の混合には、これら3種の成分を同時に混合してもよいが、(E-b)成分のセリウムのカルボン酸塩が塊状となり易いので、(E-b)成分と(E-c)成分を予め混合し、均一な組成物とした後、(E-a)成分を混合することが好ましい。
(E)成分の添加量は、(A)~(D)成分の合計100質量部に対して、0.01~5質量部、好ましくは0.05~2質量部である。(E)成分の添加量が0.01質量部未満の場合、期待される高温高湿下の打鍵耐久性が得られないことがある。また、5質量部を超えた場合も、期待される高温高湿下の打鍵耐久性が得られないことがある。
(F)成分の硬化剤は、上記(A)成分を硬化させ得るものであれば特に制限はなく、例えば、下記の(F-1)付加反応硬化剤及び/又は(F-2)有機過酸化物硬化剤が挙げられる。即ち、これらの硬化剤は、本発明のシリコーンゴム組成物において、(A)成分のオルガノポリシロキサンと反応して架橋構造を形成し、硬化物を与えるものである。
(F-1)成分の付加反応硬化剤は、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とを組み合わせて用いることができる。
上記平均組成式(4)中、R4は非置換又は置換の一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、特に、脂肪族不飽和結合を除いたものが好ましい。R4は、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、フェニル基や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、上記平均組成式(4)中、pは0≦p<3、好ましくは1≦p≦2.2、qは0<q≦3、好ましくは0.002≦q≦1、p+qは0<p+q≦3、好ましくは1.002≦p+q≦3を満たす正数である。
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、白金族の金属単体とその化合物があり、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微粒子状白金金属、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、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が好ましい。
(F-2)成分の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。
本発明のシリコーンゴム組成物には、上述した成分に加え、必要に応じて、石英粉末、結晶性シリカ、珪藻土等の非補強性シリカ、炭酸カルシウム、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック等のカーボンブラック、着色剤、ベンガラ、酸化セリウム等の耐熱性向上剤、白金、酸化チタン、トリアゾール化合物等の難燃性向上剤、受酸剤、アルミナ、窒化ホウ素等の熱伝導率向上剤、離型剤、分散剤として両末端にシラノール基を有するジメチルポリシロキサン等を添加してもよい。
本発明のキーパッド作製用シリコーンゴム組成物は、上記の各成分を、二本ロールミル、バンバリーミキサー、ダウミキサー(ニーダー)等の混合装置を用いて均一に混合することにより得ることができるが、(A)、(B)、(C)、(D)、(E)成分(及びその他の任意成分)を配合し混合した後、(F)成分を配合することが望ましい。
シリコーンゴム組成物を硬化させ、JIS K6249:2003に準じて、硬さ(デュロメータA)及び引張り強さを測定した。
動的疲労耐久性は、以下の方法により測定した。
[打鍵試験方法]
シリコーンゴム組成物を、金型を用いてプレス成型し、図1に示される形状の成型キーを調製し、この成型キーを固定し、上方より1,200gの荷重をかけ、毎秒3回の速度で打鍵した。23℃50%RHの条件下と85℃85%RHの条件下で打鍵した。
〔成型キーの荷重測定方法〕
荷重測定器(アイコーエンジニアリング(株)製MODEL-1305-DS)を用いてキーの荷重を測定した。キーを押し、変位をかけると、通常、図2で示すクリックパターンが得られる。クリックパターンのF1を、ピーク荷重として測定した。
〔成型キーの打鍵疲労耐久性の評価方法〕
上記打鍵試験方法によって、20万回打鍵前後のピーク荷重維持率を、下記式で求めた。
ピーク荷重維持率(%)
=[打鍵試験後F1値/打鍵試験前F1値]×100
粘度が100mPa・sの両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン100質量部に、セリウムを主成分とする希土類元素混合物の2-エチルヘキサン酸塩のターペン溶液(希土類元素含有量6質量%)10質量部(セリウム量として0.55質量部)とテトラ-n-ブチルチタネート2.1質量部(チタン質量が前記2-エチルヘキサン酸塩中のセリウム質量の0.3倍)を予め混合したものを十分に撹拌しながら添加したところ、黄白色の分散液が得られた。これに窒素ガスを少量流通させながら、加熱してターペンを流出させ、次いで300℃で1時間加熱したところ、濃赤褐色でほぼ透明な組成物1が得られた。
主鎖を構成するジオルガノシロキサン単位としてジメチルシロキサン単位99.850モル%とメチルビニルシロキサン単位0.125モル%、分子鎖末端基としてジメチルビニルシロキシ基0.025モル%を含有する平均重合度が約8,000である直鎖状オルガノポリシロキサン(生ゴム)60質量部、主鎖を構成するジオルガノシロキサン単位としてジメチルシロキサン単位99.475モル%とメチルビニルシロキサン単位0.50モル%、分子鎖末端基としてジメチルビニルシロキシ基0.025モル%を含有する平均重合度が約8,000である直鎖状オルガノポリシロキサン(生ゴム)40質量部、BET比表面積300m2/gのヒュームドシリカ(商品名「アエロジル300」日本アエロジル(株)製)32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6質量部、ビニルトリメトキシシラン1質量部、1N塩酸0.1質量部をニーダーにて混練りし、170℃にて2時間加熱処理して「コンパウンド1」を調製した。該「コンパウンド1」100質量部に対し、炭素数18の脂肪族アルコールのクエン酸エステル(花王(株)製の「カオーワックス220」)を0.4質量部、組成物1を0.1質量部、硬化剤として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質量部を添加し、均一に混合した後、165℃、70kgf/cm2の条件で10分間プレスキュアーを行い、次いで200℃で4時間ポストキュアーを行い、試験用シートを作製した。このシートの物性特性及び動的疲労耐久性試験の測定結果を表1に示す。
本発明の(E)成分に相当する組成物1の添加量を0.5質量部とした以外は、実施例1と同様の方法により製造した。その物性特性及び動的疲労耐久性試験の測定結果を表1に示す。
本発明の(D)成分に相当する炭素数18の脂肪族アルコールのクエン酸エステルではなく、リシノール酸のグリセリンエステル(花王(株)製の「カオーワックス85P」)とした以外は、実施例1と同様の方法により製造した。その物性特性及び動的疲労耐久性試験の測定結果を表1に示す。
硬化剤として、2,5-ジメチル-2,5-ビス(t-ブチルパーオキシ)ヘキサンではなく、側鎖にSiH基を有するメチルハイドロジェンポリシロキサン(重合度38、SiH基が0.0074mol/gの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)0.8質量部、反応制御剤としてエチニルシクロヘキサノール0.05質量部、白金触媒(Pt濃度1質量%)0.1質量部を添加し、均一に混合した後、120℃、70kgf/cm2の条件で10分間プレスキュアーを行い、次いで200℃で4時間ポストキュアーを行い、試験用シートを作製した。物性特性及び動的疲労耐久性試験の測定結果を表1に示す。
ビニルトリメトキシシラン1質量部、1N塩酸0.1質量部ではなく、1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシラザン3質量部にした以外は、実施例1と同様の方法により製造した。その物性特性及び動的疲労耐久性試験の測定結果を表1に示す。
本発明の(E)成分に相当する組成物1を添加しない以外は、実施例1と同様の方法により製造した。物性特性及び動的疲労耐久性試験の測定結果を表2に示す。
本発明の(C)成分に相当するビニルトリメトキシシランを添加しない以外は、実施例1と同様の方法により製造した。物性特性及び動的疲労耐久性試験の測定結果を表2に示す。
本発明の(C)成分に相当する塩酸1Nを添加しない以外は、実施例1と同様の方法により製造した。物性特性及び動的疲労耐久性試験の測定結果を表2に示す。
本発明の(D)成分に相当する炭素数18の脂肪族アルコールのクエン酸エステル(花王(株)製の「カオーワックス220」)を添加しない以外は、実施例1と同様の方法により製造した。物性特性及び動的疲労耐久性試験の測定結果を表2に示す。
本発明の(E)成分に相当する組成物1を添加しない以外は、実施例4と同様の方法により製造した。物性特性及び動的疲労耐久性試験の測定結果を表2に示す。
本発明の(E)成分に相当する組成物1を添加しない以外は、実施例5と同様の方法により製造した。物性特性及び動的疲労耐久性試験の測定結果を表2に示す。
Claims (4)
- (A)下記平均組成式(1)
R1 nSiO(4-n)/2 (1)
(式中、R1は同一又は異なる非置換又は置換の1価炭化水素基であり、nは1.95~2.04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重合度が100以上のオルガノポリシロキサン:100質量部、
(B)BET法による比表面積が50m2/g以上の補強性シリカ:10~100質量部、
(C)下記
(C-1)アルケニル基含有オルガノシラザン:0.1~10質量部、
(C-2)アルケニル基含有アルコキシシラン:0.1~10質量部、及び
塩酸:0.0001~0.2質量部(塩酸中の塩化水素の量として)
からなる成分構成において、
(C-1)成分のみ、
(C-1)成分と塩酸との組み合わせ、
(C-1)成分と(C-2)成分との組み合わせ、
(C-1)成分と(C-2)成分と塩酸との組み合わせ、及び
(C-2)成分と塩酸との組み合わせ、
の5つから選ばれるいずれか一つ、
(D)脂肪酸エステル及び/又は脂肪族アルコールのエステル:0.01~5質量部、
(E)下記
(E-a)25℃における粘度が10~10,000mPa・sであるオルガノポリシロキサン:100質量部、
(E-b)一般式(2)
(R2COO)mM1 (2)
(式中、R2は同一又は異なる一価炭化水素基、M1はセリウム又はセリウムを主成分とする希土類元素混合物であり、mは3~4の正数である。)
で表されるセリウムのカルボン酸塩:セリウム原子の質量換算として上記(E-a)成分100質量部に対して0.05~5質量部となる量、及び
(E-c)一般式(3)
(R3O)4M2 (3)
(式中、R3は同一又は異なる一価炭化水素基、M2はチタン又はジルコニウムである。)
で表されるチタン若しくはジルコニウム化合物及び/又はその部分加水分解縮合物:チタン原子若しくはジルコニウム原子の質量換算が上記(E-b)成分のセリウム原子の質量に対して0.01~5倍となる量
からなる混合物の、150~310℃での熱処理物である、均一な加熱処理反応生成物:(A)~(D)成分の合計100質量部に対して0.01~5質量部となる量、及び
(F)硬化剤:硬化有効量
を含有することを特徴とするキーパッド作製用シリコーンゴム組成物。 - (B)成分の補強性シリカが、未処理シリカである請求項1記載のキーパッド作製用シリコーンゴム組成物。
- (F)成分の硬化剤が、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わせ又は有機過酸化物である請求項1又は2記載のキーパッド作製用シリコーンゴム組成物。
- 請求項1~3のいずれか1項記載のシリコーンゴム組成物の硬化成型物からなるキーパッド。
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