JPS62290737A - 処理されたシリカ充填材およびその製造方法 - Google Patents

処理されたシリカ充填材およびその製造方法

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JPS62290737A JP62124118A JP12411887A JPS62290737A JP S62290737 A JPS62290737 A JP S62290737A JP 62124118 A JP62124118 A JP 62124118A JP 12411887 A JP12411887 A JP 12411887A JP S62290737 A JPS62290737 A JP S62290737A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はシリコーンエラストマー性組成物を強化するの
に有用なある種の微細に分割されたシリカ充填材の製造
方法に係る。さらに詳しくいうと本発明は、シリコーン
エラストマー性組成物との相溶性を高めるためのシリカ
充填材の表面処理方法に係る。
発明の背景 シリコーンエラストマーはその耐湿性と高温および低温
時の安定性のために広く評価されて来ている。ルカス(
Lucas)の米国特許第2.938゜069号にある
ようにハンドリング特性に優れたシリコーンエラストマ
ー、スミス(Sm1th)の米国特許第3.635.7
43号およびビーアズ(Beers)の米国特許第3,
847.848号にあるように機械的性質に優れたシリ
コーンエラストマー、ならびにジエラム(Jeram)
の米国特許第4,929.629号にあるように耐溶剤
性に優れたシリコーンエラストマーが開発されて来てい
る。これらの特許はすべて引用によって本明細書中に含
まれるものとする。これらの特性は、処理された充填材
、通常は処理された微細分割シリカの使用によって、ま
たは硬化可能なシロキサンポリマーの変性によって達成
される。
シリコーン処理剤によってシリカ充填材を処理すること
はすでに提案されている[米国特許第4゜355.12
1号および米国特許第4,469゜522号参照]。処
理剤(すなわちフルオロアルキル官能性環状ポリシロキ
サン)は有毒でありかつこれを使用すると装置をかなり
大幅に変更しなければならないために処理剤を実際に使
用することは控えられて来ている。
シリコーン処理剤でシリカ充填材を処理する別の方法が
エバンス(Evans)らの米国特許第4,529.7
74号に開示されている。その方法では、シリカ充填材
を気相で240 ’Cから約310°Cまでの温度でジ
オルガノシランの直接加水分解物にさらす。これらの直
接加水分解物は環状と線状のジオルガノポリシロキサン
からなる化合物である。
高温を使用するためこの方法を実施するのに必要な装置
とエネルギーとが高価になる。さらにこの方法の再現性
は悪い。
微細に分割されたシリカ充填材を、低めの温度でしかも
かなり安価な費用で、ジオルガノポリシロキサンで処理
することができる方法が発見された。さらに、このよう
な方法で必要なプロセス条件によると処理されたシリカ
充填材の製造が全体として簡単化できる。
したがって本発明の目的は、低めの反応温度を利用でき
、かつ再現性が向上できるシリカ充填材の処理方法を提
供することである。
発明の詳細な説明 要約すると、本発明によって微細に分割されたシリカ強
化用充填材を処理する方法が提供される。
この方法は、前記充填材を、最高でも約210°Cの温
度で、反応を完了せしめるのに充分な時間、約210’
Cより低い温度でシリカ表面と容易に反応するヒドロキ
シ官能性またはアルコキシ官能性をaしておりしかも液
相にある縮合可能なジオルガノポリシロキサンと接触せ
しめることからなる。
本発明の方法で処理される充填材は、その製法に応じて
Siに結合した官能基の形態かまたは吸着された湿気の
形態のいずれかにある遊離のヒドロキシル基を有しうる
微細に分割された強化用充填材である。このSiに結合
したヒドロキシル基はまたその製造時にたとえばアルコ
キシのような他の官能基に変換されていることもある。
これらのシリカ充填材は、二酸化チタンや炭酸カルシウ
ムのような非強化非構造体形成用のタイプの他の充填材
とは対照的に、強化用充填材である。このようなシリカ
充填材の例は、米国特許第2.541,137号、第2
.610,167号および第2,657.149号、な
らびにフランス特許第1,025,837号(1953
年発行)および第1,090,566号(1955年発
行)に記載されている。このような構造形成用の充填材
は、その製法によって多少酸性かアルカリ性である(す
なわちpHが7よりやや低いか高い)ことがあり、エア
ロゾル−エアロゲル法、四塩化ケイ素やケイ酸エチルの
気相燃焼などのような発煙法、沈澱法、などによって得
ることができる。市販されているヒユームドシリカとし
ては、キャボット社(Cabot Corp、)のキャ
ボシル(CAD−0−3I L −登録商標)およびデ
グサ社(Dcgussa、 Inc、)のアエロジル(
AERO8IL−登録商標)がある。ヒユームドシリカ
が好ましい。
本発明で使用する縮合可能なジオルガノポリシロキサン
は210℃より低いある温度で液体でなければならず、
しかもシリカの表面と容易に反応するヒドロキシ官能性
かアルコキシ官能性をもっていなければならない。反応
性が不十分な縮合可能なジオルガノポリシロキサンの場
合にはスズ石ケン、第一スズ塩およびルイス酸のような
縮合促進剤を加えることによってシリカ表面との反応性
を高めることができる。これらの縮合促進剤は、これら
が望ましくない副反応、たとえば結果としてガム球の生
成を伴う重合などを促進することのないものであれば添
加することができる。ヒドロキシ官能性またはアルコキ
シ官能性はポリマー上のどこにあってもよいが、末端が
ヒドロキシであってしかも架橋したガム球の生成を防ぐ
ために鎖上には縮合可能な置換をもたないジオルガノポ
リシロキサンが好ましい。好ましい縮合可能なジオルガ
ノポリシロキサンは次の一般式をもつものである。
ここで、Xは約1から20までの値をもち、Rは一価の
置換または非置換炭化水素基である。縮合可能なジオル
ガノポリシロキサンがすべて上記式で表わされるヒドロ
キシで末端が停止したジオルガノポリシロキサンである
のが好ましい。好ましい場合として、上記式のXは約2
〜10であり、最も好ましくは約2か3であり、上記式
のRは通常、数の上で少なくとも約50%がメチルで、
残りはメチル、エチル、プロピル、ブチル、ヘキシルな
どのようなアルキル、ビニルなどのようなアルケニル、
フェニルなどのようなアリール、シクロペンチル、シク
ロヘキシル、シクロヘプチルなどのようなシクロアルキ
ル、3−クロロプロピル、4−クロロブチル、3,3−
ジフルオロアリル、3.3.3−トリフルオロプロピル
などのようなハロゲン化アルキル、3−フルオロフェニ
ルなどのようなハロゲン化アリール、ハロゲン化シクロ
アルキルなどの中から選択される。RがハロゲンR2で
あり、このR2はパーフルオロメチル、パーフルオロエ
チル、パーフルオロヘキシルなどのようなパーフルオロ
アルキルである。Rは炭素原子がせいぜい約10個まで
である。
上記のヒドロキシで末端が停止したジオルガノポリシロ
キサンは業界で周知の方法によって製造することができ
る。ひとつの方法では、ジオルガノジハロゲンシランを
部分的に加水分解して環状と線状のジオルガノポリシロ
キサンの混合物を形成する。この方法に関するこれ以上
の詳細な点については、ハード(Hurd)らの米国特
許第2,737.506号、ラザノ(Razzano)
の同第3,937.684号、ラザノ(Razzano
)の同第4,341.888号およびエバンス(Eva
ns)らの同第4゜529.774号(これらはすべて
引用によって本明細書中に含まれるものとする)を参照
されたい。
もうひとつ別の方法では、Hで処理した粘土触媒の存在
下有機溶媒中で環状ジオルガノポリシロキサンを加熱し
て開環すると共にヒドロキシで末端が停止したジオルガ
ノポリシロキサンを生成する。この方法では、環状ジオ
ルガノポリシロキサン原料の純度と環の大きさを調節す
ることによってジオルガノポリシロキサン生成物の組成
を調整することができる。この2番目の方法の方が、利
用できる環状ポリジオルガノシロキサンの純度と種類の
点で好ましい。
本発明の方法によると充填材は、液相で縮合可能なジオ
ルガノポリシロキサンの存在下、所望の処理を達成する
のに充分な時間約210℃までの温度に加熱することで
処理される。約110℃より高温では一般に加熱時間す
なわち処理時間は約1時間から約4時間まで変化し、通
常実用的なのは約2時間である。好ましい反応温度は1
30℃、から約180℃まで変化し、最適な反応温度は
約140℃から約160℃までの範囲である。充填材を
あらかじめ真空中で加熱して水を除去することができ、
反応の間揮発分は真空にするか窒素をパージすることに
よって除去しうる。処理の間充填材を掻き混ぜると物質
移動が改善され、凝集が防止される。
この処理はバッチ方式でも連続流方式でもよい。
縮合可能なジオルガノポリシロキサンは大過剰に存在し
てもよいし、またはシリカに適用すべき量のみが存在し
ていてもよい。縮合可能なジオルガノポリシロキサンが
大過剰に存在する場合、もちろん、表面処理の制御に反
応時間が使えるであろうし、過剰の縮合可能なジオルガ
ノポリシロキサンから処理済シリカを取出すのに各種の
分離技術を使用する必要があろう。縮合可能なジオルガ
ノポリシロキサンの使用量がシリカに適用しようとする
量のみかまたは多少多いだけの場合、非縮合性の希釈剤
を使用して担持液体または粘稠媒体として機能させて物
質移動を容易にすることができる。非縮合性の希釈剤は
処理プロセスを容易にするために縮合可能なジオルガノ
ポリシロキサンと混和しうるちのでなければならず、も
ちろん処理温度でシリカ表面や縮合可能なジオルガノポ
リシロキサンと縮合その他の反応をしてはならない。
一般に、シリカに適用される縮合可能なジオルガノポリ
シロキサンの量は、シリカ100重量部毎に約5〜約5
0重量部の範囲であり、約17〜約30!1lli量部
がより好ましく、約19〜約25重量部が最も好ましい
。非縮合性の希釈剤の使用量は情況によって変わるが反
応混合物中で物質移動を確実にするのに充分な量としな
ければならない。
過剰量の非縮合性希釈剤を使用すると、縮合可能なジオ
ルガノポリシロキサンの希釈によって反応時間が不合理
に遅くなってしまう。縮合可能なジオルガノポリシロキ
サン対非縮合性希釈剤の適切な重量比は約1/100〜
約9/1の範囲である。
本発明に従って調製された処理済シリカ充填材は熱もし
くは室温硬化性シリコーンシステムで、または業界で通
常微細分割シリカ充填材が使われる場合のあらゆる仕方
で使用することができる。
しかし、ここに開示した処理済充填材はシリコーンガム
との相溶性を示し、したがって加工性が向上するので、
ブラウン(Brown)の米国特許第3゜179.61
9号、ジエラム(Jeram)の米国特許第4.029
,629号およびエバンス(Evans)らの米国特許
第4,585.848号(これらはすべて引用によって
本明細書中に含まれるものとする)に開示されているよ
うなシリコーンエラストマー組成物に使用することが特
に考えられる。
硬化(加硫)可能なオルガノポリシロキサンエラストマ
ー組成物と共に使用する処理済シリカ充填材の量は広い
範囲、たとえば硬化性オルガノポリシロキサンニラスト
マーの重量に対して充填材10〜100重量%の範囲で
変化できる。充填材の正確な使用2は、たとえば硬化し
たエラストマ−組成物の使用目的、使用するシリカ充填
材の密度、使用するオルガノポリシロキサンエラストマ
ーの種類、などの要素に依存する。−例を挙げると、硬
化可能なシリコーンポリマーガムを用いる場合、本明細
書中に開示した処理済充填材約19〜25重量%で強化
すると引裂き強度と圧縮永久歪みが顕著に改善される。
所与の情況で最適の成果を達成するには材料の賢明な選
択と簡単な実験が予想される。
もちろん、本発明の処理されたシリカと共に他の充填材
を用いることができる。このような充填材としては、た
とえば未処理のシリカ充填材、二酸化チタン、リトポン
、酸化亜鉛、ケイ酸ジルコニウム、酸化鉄、ケイソウ土
、微細に分割した砂、炭酸カルシウムなどがある。
上に挙げた特許および出願は引用によって本明細書中に
含まれるものとする。
本発明をいかに実施したらよいかを当業者がさらによく
理解できるように、限定する意図はないが例示のために
以下に実施例を挙げて説明する。
実施例 実弛例1および2 きれいな1420m1のドウミキサーに、縮合可能なジ
オルガノポリシロキサン処理剤[ヒドロキシ末端基含量
が6.8重量%の、シラノールで末端停止したメチル−
3,3,3−トリフルオロプロピルポリシロキサン流体
1 20gと、ウィリアムス(Wllllams)式可
塑度(3′値、25℃)が200±20でビニル末端基
含量が0.01〜0゜20重量%の、ビニルで末端停止
したメチル−3゜3.3−トリフルオロプロピルシロキ
サンガム380g1鎖上ビニル含量が(CH2−CH−
として)1.6重量%でウィリアムス(Willlam
s)式可塑度(3′値、25℃)が190±20の、ビ
ニルで末端停止したメチル−3,3,3−トリフルオロ
プロピルシロキサンガム20g、鏡上のビニルが4.2
重量%のMで停止したポリジメチルシロキサンガム0.
5g、およびビニルで末端停止したポリジメチルシロキ
サン可塑剤1.0gで構成された非縮合性の希釈剤40
1.5gとをいれた。この混合物を20〜45rpmの
剪断速度で30分間混合した後、窒素雰囲気下で50℃
に加熱した。表面積が200±20rd/gの微細に分
割されたヒユームドシリカを、各添加の間の所与の時間
にバッチが塊状になるように次第に増量しながら添加し
た。添加したヒユームドシリカの合計重量を表1に示す
。充填材の添加が終了し、バッチが完全に塊状になった
とき、温度を120〜160℃に上げ、窒素パージ速度
を1〜6rt3/時として1〜3時間維持した。次に窒
素パージ速度を10〜15 rt3/時に増やして2〜
6時間維持した。バッチの温度を最終的に80℃未満に
下げてから、安定剤、すなわち純度が90.5%でふる
いサイズが+250メツシユの水酸化セリウムを0.7
g加えた。処理されたシリカから非縮合性の希釈剤ガム
を分離する代りに、ルバゾル(Lupersol) 1
01硬化剤、すなわち2,5−ジメチル−2,5−ジ(
t−ブチルパーオキシ)ヘキサンをシリカと希釈用ガム
の合計100gにつき0゜75gの割合で加え、次いで
177°Cで15分間プレス硬化し、さらに204℃で
4時間ポストベーキングしてこのガムを硬化する。
コントロール きれいな1420m1のドウミキサーに、ウィリアムス
(Wi 11 jarls)式可塑度(3′値、25°
C)が200±20でビニル末端基含量が0.01〜0
゜20重置火の、ビニルで末端停止したメチル−3゜3
.3−1リフルオロプロピルシロキサンガム380g、
鏡上ビニル倉口が(CH2−CH−として)1.6重回
%でウィリアムス(Willlams)式可塑度(3′
値、25℃)が190±20の、ビニルで末端停止した
メチル−3,3,3−トリフルオロプロピルシロキサン
ガム20g1鎖上のビニルが4.2重量%のMで停止し
たポリジメチルシロキサンガム0.5g、および加工助
剤、すなわち鎖が平均して5個のシロキサン単位を含有
する、シラノールで末端停止したポリジメチルシロキサ
ンテロマー12gで11M成されたガムおよび添加剤4
12.5gをいれた。この混合物を20〜45rpmの
剪断速度で30分間混合した後、50℃に加熱した。窒
素雰囲気下で、処理前の表面積が200±20rrr/
gの微細に分割された処理済ヒユームドシリカ120g
を、各添加の間の所与の時間にバッチが塊状になるよう
に次第に増量しながら添加した。ヒユームドシリカの処
理は、米国特許第4,529.774号に従って行なっ
た。
詳細には、ヒユームドシリカを乾燥し、280〜300
℃の気相中で8時間フルオロシリコーン加水分解物(こ
れはフルオロシリコーンテロマー性シラノールおよびフ
ルオロシリコーン環状物の混合物である)と接触させた
。次いで残留するフルオロシリコーン加水分解物を放出
させ、300’で10時間窒素をパージして処理済のヒ
ユームドシリカから揮発分を除去した。充填材の添加が
修了し、バッチが完全に塊状になったとき、温度を12
0〜160℃に上げ、窒素パージ速度を1〜6rt3/
時として1〜3時間維持した。バッチの温度を最終的に
80℃まで下げてから、安定剤、すなわち純度が90.
5%でふるいサイズが+250メツシユの水酸化セリウ
ムを0.7g加えた。このガムとヒユームドシリカの混
合物を実施例1および2と同様に硬化した。
表   I 表1から明らかなように、本発明に従って処理したヒユ
ームドシリカにより従来技術の前処理したヒユームドシ
リカと同じ程度以上に良好な特性プロフィールをもつポ
リジオルガノシロキサンゴムが得られる。
実施例3および4 きれいな1420m1のドウミキサーに、米国特許第4
,529,774号に従ってジクロロメチル−3,3,
3−トリフルオロプロピルシランから製造した、縮合可
能なテロマー性シラノールに加えて非縮合性のシクロポ
リシロキサンを含有する加水分解物流体(表2参照)と
、ウィリアムス(Wllllams)式可塑度(3′値
、25℃)が200±20でビニル末端基含量が0.0
1〜0.20重量%の、ビニルで末端停止したメチル−
3,3゜3−トリフルオロプロピルシロキサンガム38
0g1鎖上ビニル含量が(CH2−CH−として)1.
6重量%でウィリアムス(νIlliams)式可塑度
(3′値、25℃)が190±20の、ビニルで末端停
止したメチル−3,3,3−1−リフルオロプロピルシ
ロキサンガム20g、鏡上のビニルが4.2重量%のM
で停止したポリジメチルシロキサンガム0.5g、およ
びビニルで末端停止したポリジメチルシロキサン可塑剤
1.0gで構成された非縮合性の希釈剤401.5gと
をいれた。
この混合物を20〜45rpmの剪断速度で30分間混
合した後50℃に加熱した。窒素雰囲気下で、表面積が
200±20rd/gの微細に分割されたヒユームドシ
リカ112gを、各添加の間の所与の時間にバッチが塊
状になるように次第に増量しながら添加した。充填材の
添加が終了し、バッチが完全に塊状になったとき、温度
を120〜160℃に上げ、窒素パージ速度を1〜6f
’t”/時として1〜3時間維持した。次に窒素パージ
速度を10〜15 f’t3/時に増やして2〜6時間
維持した。バッチの温度を最終的に80°C未満に下げ
てから、安定剤、すなわち純度が90.5%でふるいサ
イズが+250メツシユの水酸化セリウムを0.7g加
えた。窒素パージの101に非縮合性のシクロポリシロ
キサンはほとんどが除去された。
処理されたシリカを非縮合性の希釈剤ガムから分離する
代りに、ルバゾル(LUPERSOL) 101硬化剤
、すなわち2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチル
パーオキシ)ヘキサンをシリカと希釈用ガムの合計10
0gにつき0.75gの割合で加え、次いで177℃で
15分間プレス硬化し、さらに204℃で4時間ポスト
ベーキングしてこのガムを硬化する。
表   2 表2に示されているように、従来技術の加水分解物処理
剤は本発明の処理条件下で、少なくとも同等の特性をも
つ処理済シリカを製造するため(ご用いることができる
実施例5〜7 きれいな1420m1のドウミキサーに、米国特許第4
.529.774号に従ってジクロロメチル−3,3,
3−トリフルオロプロピルシランから製造した、縮合可
能なテロマー性シラノールに加えて非縮合性のシクロポ
リシロキサンを含有する加水分解物流体(表3参照)と
、ウィリアムス(WilliaIIls)式可塑度(3
′値、25℃)が200±30で鏡上ビニル含ユが0.
06〜0.07u量%の、シラノールで末端停止したメ
チル−3゜3.3−1リフルオロプロピルシロキサンガ
ム、およびウィリアムス(WllllaOls)式可塑
度が190±20で鏡上ビニル含量が(CH2−CH−
として)4.2重量%の、トリメチルシロキシで停止し
たポリジメチルシロキサンガム1(?gで構成された非
縮合性の希釈剤416gとをいれた。この混合物を窒素
雰囲気下50℃に加熱しながら20〜50rpmの剪断
で攪拌した。30分間混合した後、微細に分割されたシ
リカ92gを、各添加の間の所与の時間にバッチが塊状
になるように次第に増量しながら添加した。充填材の添
加が終了し、バッチが完全に塊状になったとき、温度を
140〜160℃に上げ、窒素パージ速度を1〜6f’
t3/時として1〜3時間維持した。次に窒素パージ速
度を10〜151’t3/時に増やして2〜6時間維持
した。バッチの温度を最終的に80℃未満に下げてから
、鉄オクトエート安定剤、すなわちミネラルスピリット
中6重量%の2−エチルヘキサン酸鉄0.2gと共に二
酸化チタンを1. 0g加えた。窒素パージの間に非縮
合性のシクロポリシロキサンはほとんどが除去された。
処理されたシリカを非縮合性の希釈剤ガムから分離する
代りに、カドックス(CADOX) T S −50硬
化剤、すなわち2.4−ジクロロベンゾイルパーオキサ
イドをシリカと希釈用ガムの合計100gにつき1゜6
gの割合で加え、次いで124℃で15分間プレス硬化
し、さらに204℃で4時間ポストベーキングしてこの
ガムを硬化する。
表   3 注)a−良好 す−非常に良好 C−ミルで分離し、粘着する。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)微細に分割されたシリカ強化用充填材の処理方法
    であって、前記充填材を、最高でも約210℃の温度で
    、反応を完了せしめるのに充分な時間、約210℃より
    低い温度でシリカ表面と容易に反応するヒドロキシ官能
    基またはアルコキシ官能基を有しておりしかも液相にあ
    る縮合可能なジオルガノポリシロキサンと接触せしめる
    ことからなる方法。
  2. (2)前記縮合可能なジオルガノポリシロキサンが一般
    式: ▲数式、化学式、表等があります▼ [式中、xは約1〜約20の値をもち、Rは一価で置換
    または非置換の炭化水素基である]の化合物からなるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の方法。
  3. (3)xが約3〜約10の値を有することを特徴とする
    特許請求の範囲第1項に記載の方法。
  4. (4)Rが、数の上で少なくとも約50%がメチルであ
    り残りがアルキル、アルケニル、アリール、シクロアル
    キルおよびハロゲン化誘導体で構成されるグループの中
    から選択されることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    に記載の方法。
  5. (5)前記充填材がヒュームドシリカであることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項に記載の方法。
  6. (6)前記時間が約1〜約3時間であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項に記載の方法。
  7. (7)充填材各100重量部につき、縮合可能なジオル
    ガノポリシロキサンを約5〜約50重量部接触せしめる
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の方法。
  8. (8)前記縮合可能なジオルガノポリシロキサンを非縮
    合性の希釈剤と混合することを特徴とする特許請求の範
    囲第1項に記載の方法。
  9. (9)前記非縮合性の希釈剤がジオルガノポリシロキサ
    ンであることを特徴とする特許請求の範囲第8項に記載
    の方法。
  10. (10)前記オルガノポリシロキサンがビニルで末端停
    止したオルガノポリシロキサンガム、シラノールで末端
    停止したオルガノポリシロキサンガムおよびシクロジオ
    ルガノポリシロキサンで構成されるグループの中から選
    択されることを特徴とする特許請求の範囲第9項に記載
    の方法。
  11. (11)縮合可能なジオルガノポリシロキサン対非縮合
    性の希釈剤の重量比が約1/100〜約9/1の範囲で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第8項に記載の方
    法。
  12. (12)前記縮合可能なジオルガノポリシロキサンがハ
    ロゲン化有機基で置換されていることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項に記載の方法。
  13. (13)前記ハロゲン化有機基がパーフルオロアルキル
    であることを特徴とする特許請求の範囲第12項に記載
    の方法。
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