JPH08104514A - シリカの表面改質方法 - Google Patents

シリカの表面改質方法

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JPH08104514A
JPH08104514A JP26315694A JP26315694A JPH08104514A JP H08104514 A JPH08104514 A JP H08104514A JP 26315694 A JP26315694 A JP 26315694A JP 26315694 A JP26315694 A JP 26315694A JP H08104514 A JPH08104514 A JP H08104514A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 シリカ粉末を下記一般式(1) R1 2 Si(OH)2 …(1) (式中、R1,R2はメチル基又はビニル基を示すが、R
1とR2は互いに同一でも異なっていてもよい。)で示さ
れるシランジオールと接触処理することを特徴とするシ
リカの表面改質方法。 【効果】 本発明によれば、表面改質効果の高い表面処
理シリカが簡単かつ確実に得られ、しかも副生物などの
点で不都合を生じることがない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特にシリコーンゴム用
充填材として有用な表面処理シリカ粉末を得るためのシ
リカの表面改質方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
粉末状のシリカ充填材を表面改質する方法としては、シ
リカ粉末を不活性ガス及び/又は処理剤蒸気で渦動懸垂
状態に保ち処理する方法、あるいはシリカ粉末と処理剤
を共に反応機中で加熱し、発生する蒸気を冷却器で凝
縮、還流させる方法が採用されている。このような方法
の中で、これまで処理剤として用いられてきた化合物と
しては、クロルシラン類やシラザン化合物といった反応
活性の非常に高い化合物が使用されていた。
【0003】しかしながら、クロルシラン類やシラザン
化合物を処理剤として用いると、反応の結果、副生物と
して塩化水素やアンモニアが発生し、このためこれら副
生物の処理に複雑な設備を必要とし、結果として得られ
る表面改質シリカのコストアップに繋がることは否めな
かった。
【0004】一方、線状或いは環状のジアルキルポリシ
ロキサン類等を用い、微量の触媒使用下でシリカの表面
改質を行う試みもなされているが、この方法では十分な
処理度を達成することができず、特に得られた表面処理
シリカをシリコーンゴム用充填材として用いる場合、実
用的に不満足なものであった。
【0005】また、特公平6−47458号公報には、
ジフェニルシランジオールでシリカ表面を直接接触させ
ることにより処理することが開示されている。しかし、
この方法はフェニル基を必須としており、フェニル基で
表面処理されたシリカを用いた組成物、例えばジメチル
ポリシロキサン等のシリコーンゴムに配合した組成物の
場合、透明性に劣り、白濁、ブリード等が生じたり、シ
リコーンゴムの弾性が損なわれるという問題がある。ま
た、医療用途での使用も制限されてしまう。
【0006】本発明は上記事情を改善するためになされ
たもので、シリカの改質度が高く、しかも副生物などの
点で不都合を生じることのないシリカの改質方法を提供
することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は、上
記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、下記一般
式(1) R1 2 Si(OH)2 …(1) (式中、R1,R2はメチル基又はビニル基を示すが、R
1とR2は互いに同一でも異なっていてもよい。)で示さ
れるシランジオールをシリカの表面改質剤として用いる
ことにより、反応後不利となる酸や塩基などの後処理を
必要とするような多量の副生物を生成しない上に、処理
剤そのものの反応活性が高く、結果として得られる表面
改質シリカの改質度が十分に高く、特にこれをシリコー
ンゴム用充填材として用いた場合、良好なゴム物性を与
えることを知見した。
【0008】なお従来、HO[(CH32SiO]x
(x=2〜20)で表されるα,ω−シロキサンジオー
ルによるシリカの表面改質も一部検討されているが、シ
ロキサン単位の長さ(x)にバラツキが大きく、平均重
合度も3〜10前後であり、そのため末端シラノール基
の反応活性が低く、好ましいシリカの表面改質には至ら
なかった。
【0009】しかしながら、本出願人は先に上記式
(1)のシランジオールの簡単で安価な合成方法を確立
した(特願平6−49820号)が、本発明者はこの式
(1)のシランジオールにつき種々検討を行った結果、
このシランジオールがシリカの表面処理剤として優れた
反応活性を有し、従ってこの反応活性に富むシランジオ
ールを処理剤として用いることにより、シリカの表面改
質度が大幅に向上し、特に得られた表面処理シリカをシ
リコーンゴム用充填材として用いた場合、分散性や貯蔵
安定性、硬化物の物理特性が非常に良好となることを知
見し、本発明を完成したものである。
【0010】以下、本発明につき更に詳しく説明する
と、本発明のシリカの改質方法は、シリカ粉末を上記式
(1)のシランジオールと接触処理するものである。
【0011】ここで、シリカ粉末としては、表面シリカ
の使用目的などに応じて選定され、例えばシリコーンゴ
ム用充填材として用いる場合には、補強性の点からBE
T比表面積が50m2/g以上のシリカが好適に用いら
れる。
【0012】このようなシリカ粉末としては、、フュー
ムドシリカ、沈降シリカ、珪藻土、粉砕石英、溶融シリ
カ等が例示される。これらのうちでも特にフュームドシ
リカ、沈降シリカが純度並びに補強性の点で優れてい
る。
【0013】これらのシリカ粉末は無水の状態でもよい
が、若干の水分を含有している方が、本発明の方法で処
理した場合、その処理度が向上するという意味で望まし
い。そのためのシリカ粉末の水分量は、乾燥したシリカ
粉末を基準として0.05〜7重量%、より好ましくは
0.1〜4重量%の範囲以内であることが望ましい。こ
の水分の存在により処理効果が向上するのは、シリカ表
面におけるシラノール基の存在がより確実になること
と、処理反応時の助触媒的役割によるものと考えられ、
このことにより、より多くの表面改質反応が達成される
と考えられる。
【0014】一方、本発明に使用される処理剤としての
シランジオールは、下記一般式(1) R1 2 Si(OH)2 …(1) (式中、R1,R2はメチル基又はビニル基を示すが、R
1とR2は互いに同一でも異なっていてもよい。)で示さ
れるものである。これらのシランジオールは反応基が水
酸基であるため、シリカと反応したときに生成する物質
は水であり、特別の除去操作を必要とせず、非常に簡便
な処理プロセスでシリカの表面処理を達成することがで
きるという利点を有している。これに対し、処理剤とし
てジメチルジクロルシランを用いた場合、対応する本発
明の処理剤であるジメチルシランジオールと比較する
と、発生する塩化水素の処理が繁雑となり、プロセスの
簡便さという点で不利となる。
【0015】本発明で使用されるシランジオールの使用
量は、シリカ粉末100重量部に対し5〜50重量部の
範囲が望ましい。5重量部未満では処理度が低値とな
り、特に得られた表面処理シリカをシリコーンゴム用充
填材として使用した場合、好ましいゴム物性が得られな
いことがあり、一方50重量部を越えると、過剰な処理
剤がシリカ粉末中に残存するのみならず、いたずらに処
理シリカが高価なものとなる不利が生じる場合がある。
【0016】本発明のシリカの表面処理に当っては、シ
リカ粉末とシランジオールを室温下で十分接触混合した
後、1日から1ヵ月程度保存して得ることができるが、
必要に応じて加熱処理を加えることにより、より反応を
促進することができる。特に処理剤としてのシランジオ
ールの融点以上に加熱することは、処理の均一性を増加
させることができるので好ましい。より好ましくは15
0〜250℃で30分〜8時間程度熱処理することが、
得られた表面処理シリカをシリコーンゴム用充填材とし
て用いた場合において、シリコーンゴムの諸物性発現に
より望ましい。
【0017】更に高度の処理度を要求する場合には、微
量の触媒を併用することも可能である。このような触媒
としては、例えば塩酸や水酸化カリウムやアミン化合物
等である。なお、アミン化合物としては、例えば水酸化
アンモニウム、トリエチルアミン、トリブチルアミン、
ジエチルアミン、エチルアミンやビス−ジメチルアミノ
ジメチルシラン、ジエチルアミノトリメチルシラン等が
例示される。
【0018】この触媒の使用量は微量であり、通常シリ
カ重量に対して0〜2重量%である。
【0019】なお、シリカの表面改質において、シリカ
と処理剤の接触のさせ方は必要に応じて種々の形態がと
れるが、例えばシリカと処理剤を予め接触混合させてお
いてから加熱してもよく、あるいはシリカの仕込まれた
反応機中に処理剤を不活性ガス等で導搬する方法を採用
してもよい。また、シリカの表面改質に当っては、通常
は溶媒を用いる必要はないが、シリカ表面の濡れ性を改
善するため、トルエン、キシレン等の溶媒を用いて処理
することもできる。
【0020】このようにして得られた表面改質シリカ
は、シリコーンゴム用充填材として有用であるが、更に
はグリース用の増稠剤、ゴムやプラスチックの充填材、
塗料用添加剤など各種工業用材料としても有用である。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、表面改質効果の高い表
面処理シリカが簡単かつ確実に得られ、しかも副生物な
どの点で不都合を生じることがない。
【0022】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明
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。
【0023】〔実施例1〜3〕比表面積が200m2
gで含水率が0.5重量%のフュームドシリカ〔AER
OSIL200(日本アエロジル社製)〕100重量部
とジメチルシランジオール粉末を表1の割合で混合し、
この混合物を200℃で4時間熱処理した。得られた処
理シリカのカーボン量、比表面積及びM値を測定した結
果は表1の通りであった。
【0024】
【表1】
【0025】〔実施例4〜7〕比表面積が200m2
gで含水率が0.5重量%のフュームドシリカ〔AER
OSIL200(日本アエロジル社製)〕100重量部
とジメチルシランジオール粉末及び触媒を表1の割合で
混合し、この混合物を200℃で4時間熱処理した。得
られた処理シリカのカーボン量、比表面積及びM値を測
定した結果は表2の通りであった。
【0026】
【表2】
【0027】〔実施例8〜11〕比表面積が200m2
/gで含水率が6重量%の沈降シリカ〔ニプシルLp
(日本シリカ社製)〕100重量部とジメチルシランジ
オール粉末及び触媒を表3の割合で混合し、この混合物
を200℃で4時間熱処理した。得られた処理シリカの
カーボン量、比表面積及びM値を測定した結果は表3の
通りであった。
【0028】
【表3】
【0029】〔実施例12,13〕比表面積が200m
2/gで含水率が0.5重量%のフュームドシリカ〔A
EROSIL200(日本アエロジル社製)〕及び比表
面積が200m2/gで含水率が6重量%の沈降シリカ
〔ニプシルLp(日本シリカ社製)〕各々100重量部
とジメチルビニルシランジオール粉末及び触媒を表4の
割合で混合し、この混合物を200℃で4時間熱処理し
た。得られた処理シリカのカーボン量、比表面積及びM
値を測定した結果は表4の通りであった。
【0030】
【表4】
【0031】〔参考例〕実施例4〜7で得られた処理シ
リカ各々50重量部をジメチルシロキサン単位99.8
5mol%、メチルビニルシロキサン単位0.15mo
l%で末端がビニルジメチルシロキサン単位で封鎖され
たシリコーン生ゴム(粘度1000万cs)100重量
部とニーダーミキサーで均一になるまで撹拌混合し、組
成物を得た。このようにして得られた組成物は均一で滑
らかな表面肌を有していた。これらの組成物の可塑度を
測定したところ、表3の通りであった。この組成物10
0重量部に2,5−ジメチル−2,5−ジ−(t−ブチ
ルパーオキシ)ヘキサン0.5重量部を二本ロールで均
一になるように混合した。次いで、このものを30kg
f/cm2の圧力下で165℃/10分間加圧成型し、
2mmの加硫シートを得た。このシートに対し更に20
0℃で4時間2次加硫を行った。このシートをJIS
K−6301に従い物性試験を行った結果は表5の通り
であった。
【0032】比較のため、処理シリカの代りに表面処理
を施していないAEROSIL200を用いた以外は上
記と同様に操作した。結果を表5に併記するが、処理シ
リカの代りにAEROSIL200を配合したものは、
配合に長時間を要し、また可塑度の経時変化も大きく、
物性も伸びが不十分なものであった。
【0033】
【表5】

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリカ粉末を下記一般式(1) R1 2 Si(OH)2 …(1) (式中、R1,R2はメチル基又はビニル基を示すが、R
    1とR2は互いに同一でも異なっていてもよい。)で示さ
    れるシランジオールと接触処理することを特徴とするシ
    リカの表面改質方法。
  2. 【請求項2】 シリカ粉末に式(1)のシランジオール
    を混合した後、加熱するようにした請求項1記載の表面
    改質方法。
  3. 【請求項3】 シリカ粉末と式(1)のシランジオール
    に塩酸、水酸化アルカリ及びアミン化合物から選ばれる
    触媒を混合するようにした請求項1又は2記載の表面改
    質方法。
  4. 【請求項4】 シリカ粉末が、乾燥シリカ粉末を基準と
    して0.05〜7重量%の水分を含むものである請求項
    1,2又は3記載の表面改質方法。
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