KR100403226B1 - 열경화성실리콘고무조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이형 특성이 개선되고 실리콘 고무계 화합물(A), 지방족 불포화 그룹이 존재하지 않는 오가노폴리실록산(B), 고급 지방산 또는 고급 지방산 금속염(C), 물(D) 및 경화제(E)로 이루어진 실리콘 고무 조성물에 관한 것이다.

Description

열경화성 실리콘 고무 조성물
본 발명은 와이어 하니스 밀봉재 및 접속재로서 사용될 수 있는 열경화성 실리콘 고무 조성물에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 이형성이 탁월하고 복잡한 구조의 금속 성형에 사용하기에 적합한 열경화성 실리콘 고무 조성물에 관한 것이다.
실리콘 고무 조성물은 이형성이 불량한 것으로 공지되어 있다.
그러므로, 고무를 금형으로부터 제거하는 경우 고무가 인열되고 금형은 시간이 경과함에 따라 오염된다. 이러한 문제점을 해결하는 방법으로서, 일본국 공개특허공보 제(소)49-124151호에는 스테아르산, 아연 스테아레이트 또는 칼슘 스테아레이트와 같은 내부 이형제를 실리콘 고무 조성물에 가하는 방법이 제안되어 있다. 하지만, 내부 이형제가 가해진 실리콘 조성물에서 조차도 이형성은 중공의 굴곡된 구조와 같은 돌기 구조를 지닌 복잡한 구조의 실리콘 고무 성형품을 제조하는데 충분하지 않다. 당해 분야에서 기존의 실리콘 고무 조성물은 특히 복잡한 구조의 다중 실리콘 고무 제품을 단일 금형에서 성형시키는데는 적합하지 않다. 예를 들면, 작동 주행 당 수백 개의 제품을 수득하기 위해 고안된 금형에 있어서 (와이어 하니스 접속재용 방수 밀봉 패킹 성형시), 기존의 실리콘 고무 조성물을 사용하는 금형으로부터 제품을 제거하는데는 많은 시간이 요구된다. 그러므로, 생산 효율성이 떨어지기 때문에 비용을 증가시키는 결과를 낳는다.
위에서 언급한 문제점들을 해결하기 위해 연구한 결과, 본 발명자들은 물을 실리콘 고무 조성물에 가한 다음 혼합한 실리콘 고무 조성물이 이형성이 탁월하다는 것을 밝혀냈다(일본국 공개특허공보 제(평)7-126592호). 본 발명에 이르러, 위에서 언급한 실리콘 고무 조성물을 특정의 화합물과 배합하는 경우 본원에서 청구한 바와 같이 이형성이 더욱 우수해진다는 것이 밝혀졌다. 구체적으로, 본 발명의 목적은 기존의 실리콘 고무 조성물의 이형성 보다 상당이 우수한 이형성을 갖는 실리콘 고무 조성물을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에서 이형성(mold release property)을 평가하기 위해 사용된 금속성 금형의 개략 단면도이다.
도 2는 도 1에서 금속성 금형의 중간의 돌기 부분에 대한 확대된 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 이형성을 평가하기 위해 사용된 금속성 금형의 계략도이다.
본 발명은 이형성이 개선된 실리콘 고무 조성물에 관한 것이다. 본 발명의조성물은 실리콘 고무계 화합물(A), 지방족 불포화 그룹을 포함하지 않는 오가노폴리실록산(B), 고급 지방산 또는 고급 지방산 금속염(C), 물(D) 및 경화제(E)로 이루어진다.
본 발명은
평균 단위 화학식 RaSiO(4-a)/2의 제1 오가노폴리실록산(여기서, R은 치환되거나 치환되지 않은 1가 탄화수소 그룹이고, a는 1.95 내지 2.05의 값이다)(a) 100중량부와 보강 충전제(b) 10 내지 100중량부를 포함하는 실리콘 고무계 화합물(A) 100중량부,
화학식 R1 3SiO(R2 2SiO)nSiR1 3의 제2 오가노폴리실록산(여기서, R1및 R2는 동일하거나 상이하며 지방족 불포화 그룹을 포함하지 않는 치환되거나 치환되지 않은 1가 탄화수소 그룹이고, n은 0 내지 1000의 정수이다)(B) 1 내지 20중량부,
고급 지방산 또는 고급 지방산 금속염(C) 0.025 내지 5중량부,
물(D) 0.05 내지 5중량부 및
조성물을 경화시키기에 충분한 양의 경화제(E)로 이루어진 열경화성 실리콘 고무 조성물에 관한 것이다.
추가로 설명하자면, 본 발명의 실리콘 고무계 화합물[성분(A)]은 본 발명의 실리콘 고무 조성물의 주성분이다. 본 발명의 실리콘 고무계 화합물에 사용되는 제1 오가노폴리실록산[성분(a)]은 치환체 R을 함유하는데, 여기서, R은 치환되거나 치환되지 않은 1가 탄화수소 그룹일 수 있다. R은, 예를 들면, 알킬 그룹(예: 메틸, 에틸 및 프로필), 알케닐 그룹(예: 비닐 및 알릴), 사이클로알킬 그룹(예: 사이클로헥실), 아르알킬그룹(예: b-페닐에틸), 아릴 그룹(예: 페닐) 및 알킬 할라이드 그룹(예: 클로로메틸, 3-클로로프로필 및 3,3,3-트리클로로프로필)이다. 제1 오가노폴리실록산의 경우, a는 1.95 내지 2.05이다.
제1 오가노폴리실록산의 분자량은 특별히 한정되지는 않으며 이러한 용도를 위한 공업 분야에서 사용되는 정도일 수 있다. 일반적으로, 점도가 25℃에서 107mPa·s 이상이고 수평균 분자량이 25 ×104이상인 오가노폴리실록산이 사용하기에 이상적이다. 성분(a)의 예는 양쪽 쇄 말단이 트리메틸실록시 그룹에 의해 차단된 디메틸실록산/메틸 비닐실록산 공중합체, 양쪽 쇄 말단이 디메틸비닐실록시 그룹에 의해 차단된 디메틸실록산/메틸비닐실록산 공중합체 및 양쪽 쇄 말단이 디메틸비닐실록시 그룹에 의해 차단된 디메틸폴리실록산을 포함한다.
보강 충전제인 성분(b)는 기존의 실리콘 고무계 화합물에 사용된 것이며, 예로서는 보강 실리카 및 카본 블랙을 포함한다. 열분해 실리카와 침강 실리카는 보강 분말 실리카의 예이다. 이들 중에서 입자 직경이 50mμ이하이고 비표면적이 100㎡/g 이상인 미세 분말이 바람직하다. 또한, 표면이, 예를 들면, 오가노실란, 오가노디실라잔 또는 디오가노사이 클로폴리실록산으로 예비처리된 보강 실리카도 바람직하다. 카본 블랙은 또한 전도성을 갖는 실리콘 고무를 제공하기 위해 사용될 수 있으며 예로서는 아세틸렌 블랙, 켓젠 블랙(Ketjen Black), 퍼니스 블랙(furnace black) 및 열 블랙을 포함한다.
본 발명의 제2 오가노폴리실록산[성분(B)]은 실리콘 고무 성형품에 윤활능을 제공하기 위한 성분이다. 이 성분은 또한 이형성을 제공한다. 제2 오가노폴리실록산의 화학식에 있어서, R1및 R2는 지방족 불포화결합을 포함하지 않는 치환되거나 치환되지 않은 1가 탄화수소 그룹이다. R1및 R2의 특정 예에는 알킬 그룹(예: 메틸, 에틸 및 프로필), 사이클로 알킬 그룹(예: 사이클로헥실), 아르알킬 그룹(예: β-페닐에틸), 아릴 그룹(예: 페닐) 및 알킬 할라이드 그룹(예: 클로로메틸, 3-클로로프로필 및 3,3,3-트리플루오로프로필)이 포함된다. 본 발명에 있어서, R2가 알킬 그룹 또는 페닐 그룹이고, R2의 5몰% 이상이 페닐 그룹인 경우가 바람직하며, R2의 20몰% 이상이 페닐 그룹인 경우가 더욱 바람직하다. 성분(B)의 예에는 양쪽 쇄 말단이 트리메틸실록시 그룹에 의해 차단된 디메틸폴리실록산, 양쪽 쇄 말단이 트리메틸실록시 그룹에 의해 차단된 디메틸실록산/페닐메틸실록산 공중합체 및 양쪽 쇄 말단이 트리메틸실록시 그룹에 의해 차단된 디메틸실록산/디페닐실록산 공중합체가 있다.
제2 오가노폴리실록산[성분B)]을 성분(A)를 함유하는 실리콘 고무계 화합물에 직접 가하고 혼합한다. 성분(B)의 혼합량은 성분(A) 100중량부당 1 내지 20중량부이다, 이는 혼합량이 성분(B)의 20중량부를 초과하는 경우 실리콘 고무 조성물의 점착력이 증가되고 롤 밀 가공성이 저하되기 때문이다. 반대로, 1중량부 미만인 경우에는 성형 후에 제2 오가노폴리실록산의 방출량은 불충분하며 윤활능을 얻기도힘들다.
본 발명에서 사용된 고급 지방산 또는 고급 지방산 금속염[성분(C)]는 이형성을 제공하는데 필요한 성분이다. 이의 효과는 성분(D)로서 물과 배합해서 사용하는 경우 상승 효과에 의해 추가로 향상된다. 고급 지방산의 구체적인 예는 라우르산, 스테아르산, 팔미트산, 올레산 및 아라크산이다. 고급 지방산 금속염의 예는 마그네슘 스테아레이트, 칼슘 스테아레이트, 아연 스테아레이트, 코발트 스테아레이트, 알루미늄 스테아레이트, 바륨 스테아레이트, 아연 라우레이트, 바륨 라우레이트, 마그네슘 라우레이트, 칼슘 라우레이트, 아연 올레에이트, 마그네습 올레에이트 및 망간 올레에이트이다. 본 발명의 조성물에 가한 성분(C)의 혼합량은 실리콘 고무계 화합물[성분(A)]에 대해 0.025 내지 5중량부의 범위내이다. 실리콘 고무의 특성(특히, 내열성 및 압축 경화성)은 성분(C)의 양이 너무 많은 경우에는 저하되며 이의 양이 너무 적은 경우에는 목적하는 이형성을 수득할 수 없다.
본 발명에서 사용된 물[성분(D)]은 이형성을 제공하는데 필요한 것으로 고려된다. 이 성분은 위에서 언급한 성분(B) 및 성분(C)와 배합하는 경우 이형성을 상당히 향상시킨다.
성분(D)의 혼합량은 성분(A) 100중량부당 0.05 내지 5중량부이다. 이것은 혼합량이 5중량부를 초과하는 경우 실리콘 고무 성형품내에 공극이 용이하게 형성되고, 혼합량이 0.05중량부 미만인 경우 이형성이 현저하게 개선되지 않기 때문이다.
본 발명의 경화제[성분(E)]는 실리콘 고무에 열이 가해지는 경우에 조성물을 경화시킨다. 경화제로는 일반적으로 유기 과산화물이 사용된다. 또한, 성분(A)의오가노폴리실록산이 알케닐 그룹을 포함하는 경우, 가교결합제로서 규소-수소 결합이 존재하는 오가노하이드로겐폴리실록산을 백금 촉매와 배합하여 사용하여 조성물을 경화시킬 수 있다. 경화제의 혼합량은 본 발명의 조성물을 경화시키기에 충분한 양이다.
유용한 유기 과산화물 경화제의 예는 디쿠밀 퍼옥사이드, 디-t-부틸 퍼옥사이드, t-부틸 쿠밀 퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시), 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸사이클로헥산 및 벤조일 퍼옥사이드를 포함한다. 유기 과산화물의 혼합량은 일반적으로 성분(A) 100중량부당 0.1 내지 10중량부의 범위내이다.
오가노하이드로겐폴리실록산 가교결합제의 예는 양쪽 쇄 말단이 트리메틸실록시 그룹에 의해 차단된 메틸하이드로겐폴리실록산, 양쪽 쇄 말단이 트리메틸실록시, 그룹에 의해 차단된 디메틸실록산/메틸하이드겐실록산 공중합체 및 양쪽 쇄 말단이 디메틸하이드로겐실록시 그룹에 의해 차단된 디메틸실록산/메틸하이드로겐실록산 공중합체를 포함한다.
유용한 백금 촉매의 예는 클로로플라틴산, 클로로플라틴산의 알콜용액, 클로로플라틴산과 디비닐테트라메틸실록산의 착체, 백금 블랙 및 백금 화합물을 포함하는 열가소성 수지 캡슐화 촉매이다. 오가노하이드로겐폴리실록산의 혼합량은 오가노하이드로겐폴리실록산내에 포함되는 규소-수소 결합의 몰수와 성분(A)내에 존재하는 알케닐 그룹의 몰수의 비가 0.5:1 내지 20:1로 설정되도록 하는 양이다. 백금 촉매의 혼합량은 청구된 본 발명에서 존재하는 오가노폴리실록산 1,000,000중량부당 백금 0.1 내지 500중량부의 범위내이다.
본 발명의 실리콘 고무 조성물은 위에서 언급한 성분(A) 내지 (E)로 이루어진다. 그러나, 본 발명의 목적에 영향을 미치지 않는 한, 무기 충전제(예: 규조토, 석영, 탄산칼슘, 운모, 산화알루미늄, 수산화알루미늄, 산화아연, 산화마그네슘 및 산화티탄) 및 내열제(예: 희토류 산화물, 희토류 수산화물, 세륨 실란올레이트 및 세륨 지방산 염)를 포함하는 통상의 실리콘 고무 조성물에 사용되는 통상의 첨가제를 가한 다음, 혼합할 수 있다.
본 발명의 실리콘 수지 조성물은 성분(A) 내지 (E)를 단순 혼합하여 용이하게 수득한다. 특히, 성분(a)로서 제1 오가노폴리실록산 100중량부를 성분(b)로서 보강 충전제 10 내지 100중량부와 혼합하여 성분(A)로서 명시되는 실리콘 고무계 화합물을 형성하는 것이 바람직하다. 성분(A) 100부에, 성분(B)로서 제2 오가노폴리실록산 1 내지 20중량부, 성분(C)로서 고급 지방산 또는 고급 지방산 금속염 0.025 내지 5중량부, 성분(D)로서 물 0.05 내지 5중량부 및 성분(E)로서 경화제 0.1 내지 10중량부를 각각 계속해서 혼합하는 것이 바람직하다.
몇몇 경우에, 성분(D)로서 물을 실리콘 고무 조성물에 혼합하는 것이 곤란할 수도 있다. 이러한 경우에는 물과 실리카의 혼합물을 미리 제조한 다음, 성분(A) 내지 (C)의 혼합물에 가하여 혼합하는 것이 바람직하다. 물과 실리카의 혼합비는 바람직하게는 물 100중량부당 실리카 1내지 100중량부, 가장 바람직하게는 물 100중량부당 실리카 5 내지 20중량부이다.
본 발명의 실리콘 고무 조성물은 이형성이 우수하다. 따라서, 본 발명의 실리콘 고무 성형품은 복잡한 구조의 금속성 금형에 적용하는 경우 조차도 금형으로부터 제거하는 동안 떨어지거나 인열되지 않는다. 또한, 금형으로부터 성형품이 용이하게 제거되기 때문에 성형 공정의 생산성도 크게 증가된다. 따라서, 본 발명의 조성물은 복잡한 구조의 금속성 금형이 사용되는 분야에서, 예를 들면, 프레스 성형, 트랜스퍼 성형 및 사출 성형용 실리콘 고무 조성물로서 매우 유용하다. 본 조성물은 와이어 하니스 밀봉재 및 접속재와 같은 접속재 및 밀봉재를 성형하는데 특히 효과적이다.
본 발명은 하기 실시예로서 추가로 설명한다. 실시예에서, 부는 중량부이고, 점도는 25℃에서 측정한 값을 나타낸다. 이들 실시예에서 이형성은 하기 기재된 방법으로 평가한다.
도면에서, 도면부호(1)는 상부 금형이고, 도면부호(2)는 중간 금형이며, 도면부호(3)는 공동(cavity)이고, 도면부호(4)는 하부 금형이다.
평가 방법 1
실리콘 고무 조성물을 도 1에서 나타낸 바와 같은 돌기 부분(돌기 부분의 수는 77개이다)을 갖는 금속성 금형을 사용하여 가압 성형한다. 성형후 수득된 실리콘 고무 성형품을 무리하게 끌어당긴 다음 성형품으로부터 인열되고 금형내에 잔류하는 돌기 부분의 수를 계수한다. 금형내에 잔류하는 돌기 부분의 수는 표제 "결함비"하에 표 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ에서 총 돌기 부분의 수(즉, 77개)에 대한 비로서 나타낸다.
평가방법 2
실리콘 고무 조성물을 도 3에서 나타낸 바와 같은 금속성 금형을 사용하여가압 성형한다. 상부 및 하부 금속성 금형을 성형후 제거하고 중간 금형내에 존재하는 성형품을 실린더형(직경 5mm) 금속성 바를 사용하여 압출시켜 제거한다. 금형으로부터 이와 같은 제거를 위해 필요한 하중은 디지탈 측정 장치를 사용하여 판독하고 표제 "제거 하중"하에 표 Ⅰ, Ⅱ 및 Ⅲ에서 금형 제거 하중(kg)으로서 나타낸다.
적용 실시예 1
양쪽 쇄 말단이 99.85몰%의 디메틸실록시 단위 및 0.15몰%의 메틸비닐실록시 단위로 이루어진 디메틸비닐실록시 그룹(중합도 5,000)에 의해 차단된 오가노폴리실록산 100부, 양쪽 쇄 말단이 점도가 60mPa·s인 실란올 그룹에 의해 차단된 디메틸실록산 5.0부 및 비표면적이 130㎠/g인 습식 가공 실리카 40중량부를 혼합기에 넣고 가열하면서 혼합하여 실리콘 고무계 화합물(표 Ⅰ에서 "기재"로 나타냄)을 제조한다. 냉각시킨 후, 양쪽 쇄 말단이 트리메틸실록시 그룹에 의해 차단된 디메틸 실록산/페닐메틸실록산 공중합체(공중합체는 50몰%의 페닐메틸실록시 단위로 구성되고 점도가 128mPa·s이다) 8부 및 아연 스테아레이트 0.2부를 2개의 롤 밀을 사용하여 상기 실리콘 고무계 화합물 100부와 혼합한다. 물을 표 Ⅰ에 나타낸 양으로 조성물에 가하고 혼합한다. 여기서, 물 90부에 비표면적이 200㎡/g인 건식 가공 실리카 10부를 페이스트 형태로 가하는 조건하에 물을 가하고 혼합한다. 이어서, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산 0.4부를 가하고 혼합하여 열경화성 실리콘 고무 조성물을 제조한다. 이들 열경화성 실리콘 고무 조성물의 이형성을 측정하고 결과를 표 Ⅰ에 나타냈다.
비교용으로, 열경화성 실리콘 고무 조성물을 물을 가하지 않는것만 제외하고는, 상기와 동일한 방법으로 제조한다(비교 실시예 1).
또한, 열경화성 실리콘 고무 조성물을 디메틸실록산/페닐메틸실록산 공중합체를 가하지 않는 것만 제외하고는, 상기와 동일한 방법으로 제조한다(비교 실시예 2). 추가로, 또 다른 열경화성 실리콘 고무 조성물을 아연 스테아레이트를 가하지 않는 것만 제외하고는, 상기와 동일한 방법으로 제조한다(비교 실시예 3). 이들 조성물의 이형성을 측정하고 결과를 표 Ⅰ에 나타냈다.
적용 실시예 2
열경화성 실리콘 고무 조성물을 적용 실시예 1에서 기술된 바와 같이 양쪽 쇄 말단이 실란올 그룹에 의해 차단된 디메틸실록산의 양이 10.0부이고 비표면적이 200㎡/g인 건식 가공 실리카 40부를 습식 가공 실리카 40부 대신에 혼합하는 것만 제외하고는, 적용 실시예 1에서와 동일한 방법으로 제조한다. 이들 조성물의 이형성을 측정하고 결과를 표 Ⅱ에 나타냈다.
비교용으로, 열경화성 실리콘 고무 조성물을 물을 가하지 않고 혼합하는 것만 제외하고는, 상기와 동일한 방법으로 제조한다. 이러한 조성물의 이형성을 측정하고 결과를 표 Ⅱ에 나타냈다.
적용 실시예 3
실리콘 고무계 화합물을 적용 실시예 1에서 수득한 실리콘 고무계 화합물 50부를 적용 실시예 2에서 수득한 실리콘 고무계 화합물 50부와 2개의 롤 밀 상에서 혼합하여 제조한다. 양쪽 쇄 말단이 트리메틸실록시 그룹에 의해 차단된 디메틸실록산/페닐메틸실록산 공중합체(공중합체는 50몰%의 페닐메틸실록시 단위로 이루어지고, 점도는 128mPa·s이다) 8부 및 아연 스테아레이트 0.2부를 2개의 롤 밀 상에서 상기 실리콘 고무 화합물 100부와 혼합한다. 물을 적용 실시예 1에서와 동일한 방법으로 조성물에 가하여 혼합한다. 이어서, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산 0.4부를 가하고 혼합하여 열경화된 실리콘 고무 조성물을 제조한다. 이들 조성물의 이형성을 측정하고 결과를 표 Ⅲ에 나타냈다.
본 발명은 실리콘 고무계 화합물(A), 지방족 불포화 그룹을 포함하지 않는 오가노폴리실록산(B), 고급 지방산 또는 고급 지방산 금속염(C), 물(D) 및 경화제(E)로 이루어지고 이형성이 탁월한 실리콘 고무 조성물을 제공한다.

Claims (3)

  1. 평균 단위 화학식 RaSiO(4-a)/2의 제1 오가노폴리실록산(여기서, R은 치환되거나 치환되지 않은 1가 탄화수소 그룹이고, a는 1.95 내지 2.05의 값이다)(a) 100중량부와 보강 충전제(b) 10 내지 100중량부를 포함하는 실리콘 고무계 화합물(A) 100중량부,
    화학식 R1 3SiO(R2 2SiO)nSiR1 3의 제2 오가노폴리실록산(여기서, R1및 R2는 동일하거나 상이하며 지방족 불포화 결합을 포함하지 않는 치환되거나 치환되지 않은 1가 탄화수소 그룹이고, n은 0 내지 1,000의 정수이다)(B) 1 내지 20중량부,
    고급 지방산 또는 고급 지방산 금속염(C) 0.025 내지 5중량부,
    물(D) 0.05 내지 5중량부 및
    조성물을 경화시키기에 충분한 양의 경화제(E)를 포함하는 열경화성 실리콘 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 성분(C)가 아연 스테아레이트인 열경화성 실리콘 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 경화제가 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산인 열경화성 실리콘 고무 조성물.
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