JP5581764B2 - シリコーンゴム組成物及び帯電防止性シリコーンゴム硬化物の耐圧縮永久歪性を向上する方法 - Google Patents

シリコーンゴム組成物及び帯電防止性シリコーンゴム硬化物の耐圧縮永久歪性を向上する方法 Download PDF

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Description

本発明は、圧縮永久歪みを悪化させることなく、室温だけでなく、高温においても十分な帯電防止性能に優れた硬化物を与えるシリコーンゴム組成物及び該組成物を用いた帯電防止性シリコーンゴム硬化物の耐圧縮永久歪性を向上する方法に関する。
シリコーンゴムは、優れた耐候性、電気特性、低圧縮永久歪性、耐熱性、耐寒性等の特性を有しているため、電気機器、自動車、建築、医療、食品を始めとして様々な分野で広く使用されている。例えば、リモートコントローラ、タイプライター、ワードプロセッサ、コンピュータ端末、楽器等のゴム接点として使用されるキーパッド;建築用ガスケット;オーディオ装置等の防振ゴム;コネクターシール、スパークプラグブーツ等の自動車部品、コンピュータに使用されるコンパクトディスク用パッキン、パンやケーキの型等の用途が挙げられる。現在シリコーンゴムの需要は益々高まっており、優れた特性を有するシリコーンゴムの開発が望まれている。
これらのシリコーンゴムは、一般的には高重合度のオルガノポリシロキサンと補強性充填剤とを含有する組成物の形で供給される。この組成物は、ドウミキサー、二本ロール等の混合装置を用いて原料ポリマーに補強性充填剤や各種分散剤を混合することにより調製されている。オルガノポリシロキサンやシリカ等の補強性充填剤は電気絶縁材料であり、それを配合して得られるシリコーンゴム組成物及びその硬化物であるシリコーンゴムは各種物質との接触により帯電してしまい、静電気が発生したり、空気中の塵を吸着してしまう等の問題があった。
従来、帯電防止ゴムは、帯電防止剤としてポリエーテル系(特許文献1:特表2002−500237号公報参照)や、カーボンブラック(特許文献2:特表2002−507240号公報、特許文献3:特開2002−327122号公報参照)を使用している。ポリエーテル系を使用した場合は、高温ではポリエーテルが分解してしまい、十分な帯電防止効果が発現しないという問題がある。特に、熱硬化型のシリコーンゴムで公知のポストキュアを行っただけでも帯電防止効果が殆どなくなってしまうのが実状であった。カーボンブラックを使用した場合は、電気絶縁性を維持するのが困難であったり、黒色に限定されてしまうという問題があった。また、特開2003−82232号公報(特許文献4)には、リチウム塩を添加した半導電ローラ用シリコーンゴム組成物が提案されているが、半導電領域では、絶縁物質でなければ使用できない電線の被覆やキーパッド等に適用できないという問題があった。また、リチウム塩を添加した場合、有機過酸化物で硬化すると、圧縮永久歪みが悪化するという問題があった。
特表2002−500237号公報 特表2002−507240号公報 特開2002−327122号公報 特開2003−82232号公報
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、圧縮永久歪みを悪化させることなく、室温だけでなく、高温においても十分な帯電防止性能に優れた硬化物を与えるシリコーンゴム組成物及び該組成物を用いた帯電防止性シリコーンゴム硬化物の耐圧縮永久歪性を向上する方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、有機過酸化物硬化型のシリコーンゴム組成物に、リチウム塩等のイオン導電性帯電防止剤に、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ金属脂肪酸塩、アルカリ金属アルコラート、アルカリ金属シリコネートから選択されるアルカリ性物質を併用配合することにより、圧縮永久歪みを悪化させることがなく、かつ同時に耐圧縮永久歪性を良好に維持し、かつ高温においても十分な帯電防止性を与える硬化物(シリコーンゴム)が得られることを知見し、本発明をなすに至った。
従って、本発明は、下記に示すシリコーンゴム組成物及び該組成物を用いた帯電防止性シリコーンゴム硬化物の耐圧縮永久歪性を向上する方法を提供する。
請求項1:
(A)下記平均組成式(1):
nSiO(4-n)/2 (1)
(式中、Rは同一又は異なり、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オルガノポリシロキサン
100質量部、
(B)比表面積が50m2/g以上の補強性シリカ 10〜100質量部、
(C)LiBF 4 、LiClO 4 、LiPF 6 、LiAsF 6 、LiSbF 6 、LiSO 3 CF 3 、LiN(SO 2 CF 3 2 、LiSO 3 4 9 、LiC(SO 2 CF 3 3 、LiB(C 6 5 4 から選ばれる1種又は2種以上のイオン導電性帯電防止剤
0.0001〜5質量部、
(D)アルカリ金属シリコネート
(A)成分と(B)成分の合計量に対して
アルカリ金属として5〜5,000ppm、
(E)有機過酸化物硬化剤 有効量
を含有することを特徴とするシリコーンゴム組成物。
請求項
(D)成分におけるアルカリ金属が、ナトリウム又はカリウムである請求項1記載のシリコーンゴム組成物。
請求項
請求項1又は2記載のシリコーンゴム組成物を加熱硬化してシリコーンゴム硬化物とすることからなる帯電防止性シリコーンゴム硬化物の耐圧縮永久歪性を向上する方法。
請求項
80〜400℃で加熱成形するものである請求項記載の帯電防止性シリコーンゴム硬化物の耐圧縮永久歪性を向上する方法。
請求項
更に、150〜250℃で二次加硫するものである請求項又は記載の帯電防止性シリコーンゴム硬化物の耐圧縮永久歪性を向上する方法。
請求項
押し出し成形、プレス成形、インジェクション成形のいずれかの方法により成形するものである請求項乃至のいずれか1項記載の帯電防止性シリコーンゴム硬化物の耐圧縮永久歪性を向上する方法。
本発明によれば、圧縮永久歪みを悪化させることなく、室温だけでなく、高温においても十分な帯電防止性能に優れた硬化物を与えるシリコーンゴム組成物が得られる。また、該組成物を用いて帯電防止性シリコーンゴム硬化物の耐圧縮永久歪性を良好に維持、向上する方法が提供される。
以下、本発明についてより詳細に説明する。なお、本明細書中において、比表面積は、BET法により測定された値である。
本発明のシリコーンゴム組成物は、
(A)アルケニル基を有するオルガノポリシロキサン、
(B)補強性シリカ、
(C)イオン導電性帯電防止剤、
(D)アルカリ性物質、
(E)有機過酸化物硬化剤
を含有する。
[(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個のケイ素原子が結合したアルケニル基を含有するものである。
nSiO(4-n)/2 (1)
(式中、Rは同一又は異なり、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。)
上記式(1)中、Rは、通常、炭素原子数1〜20、好ましくは1〜12、より好ましくは1〜8の1価炭化水素基である。Rで表される1価炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチ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、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ヘキセニル基等のアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基、β−フェニルプロピル基等のアラルキル基、又は、これらの基の炭素原子に結合した水素原子の一部もしくは全部がハロゲン原子、シアノ基等で置換されたクロロメチル基、トリフルオロプロピル基、シアノエチル基等が挙げられ、メチル基、ビニル基、フェニル基及びトリフルオロプロピル基が好ましく、メチル基及びビニル基がより好ましい。中でも、分子中のRで表される1価炭化水素基のうち、50モル%以上がメチル基であることが好ましく、80モル%以上がメチル基であることがより好ましく、アルケニル基以外の全てのRがメチル基であることが更に好ましい。
上記式(1)中、nは1.95〜2.04、好ましくは1.98〜2.02の正数である。このnが1.95〜2.04の範囲でないと、得られる硬化物が十分なゴム弾性を示さないことがある。
また、(A)成分のオルガノポリシロキサンは、一分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有することが必要であり、上記式(1)中、Rの0.001〜10モル%、特に0.01〜5モル%がアルケニル基であることが好ましい。該アルケニル基としては、好ましくはビニル基及びアリル基であり、特に好ましくはビニル基である。
オルガノポリシロキサンの重合度は、100以上(通常、100〜100,000)、特に1,000〜100,000の範囲であることが好ましく、3,000〜50,000の範囲であることがより好ましく、4,000〜20,000の範囲であることが特に好ましい。なお、この重合度は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)分析におけるポリスチレン換算の数平均重合度として求められる。
上記オルガノポリシロキサンとしては、この条件を満たしていれば特に限定されないが、通常は、主鎖がジオルガノシロキサン単位(R2SiO2/2)の繰り返しからなり、分子鎖両末端がトリオルガノシロキシ基(R3SiO1/2)で封鎖された、直鎖状のジオルガノポリシロキサンであることが好ましく、分子鎖両末端がトリメチルシロキシ基、ジメチルビニルシロキシ基、ジメチルヒドロキシシロキシ基、メチルジビニルシロキシ基、トリビニルシロキシ基等で封鎖されたものが好ましく、少なくとも1つのビニル基を有しているシロキシ基で封鎖されたものが特に好ましい。これらのオルガノポリシロキサンは、1種単独で用いても、重合度や分子構造の異なる2種以上を組み合わせて用いてもよい。
[(B)補強性シリカ]
(B)成分の補強性シリカは、得られるシリコーンゴムに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。該補強性シリカの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、補強効果が不十分となる。
該補強性シリカは、必要に応じて、オルガノポリシロキサン、オルガノポリシラザン、クロロシラン、アルコキシシラン等で表面処理されたものを用いてもよい。これらの補強性シリカは、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)成分の配合量は、(A)成分100質量部に対して10〜100質量部であり、好ましくは10〜80質量部、特に好ましくは20〜70質量部である。この配合量が10〜100質量部の範囲を満たさないと、得られるシリコーンゴム組成物の加工性が低下するだけでなく、そのシリコーンゴム組成物を硬化して得られる硬化シリコーンゴムの、引張り強度、引き裂き強度等の機械的特性が不十分なものとなる。
[(C)イオン導電性帯電防止剤]
(C)成分のイオン導電性帯電防止剤はカーボンブラックのような電子導電性物質ではなく、イオン導電性物質であれば特に制限されないが、リチウム塩が好ましい。
具体的には、LiBF4、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiSO3CF3、LiN(SO2CF32、LiSO349、LiC(SO2CF33、LiB(C654等が例示される。これらは、単独で用いてもよく、あるいは2種以上を併用してもよい。
イオン導電性帯電防止剤の添加量は、(A)成分のオルガノポリシロキサン100質量部に対し、0.0001〜5質量部、好ましくは、0.0005〜3質量部、より好ましくは、0.001〜1質量部、特に好ましくは0.001〜0.5質量部である。0.0001質量部より少ないと帯電防止効果が不十分で、5質量部より多いと、シリコーンゴムの物性や耐熱性等に悪影響を与える。
[(D)アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ金属脂肪酸塩、アルカリ金属アルコラート及びアルカリ金属シリコネートから選択されるアルカリ性物質]
(D)成分は、前記(C)成分の添加による耐圧縮永久歪性の劣化を抑制し、ゴム硬化物(成形物)の耐圧縮永久歪性を維持向上する効果を奏するもので、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ金属脂肪酸塩、アルカリ金属アルコラート及びアルカリ金属シリコネートから選択されるアルカリ性物質であり、具体的には、LiOH、NaOH、KOH、CsOH等のようなアルカリ金属酸化物、Li2O、Na2O、K2O等のアルカリ金属酸化物、酢酸カリウム、酢酸ナトリウム、酢酸リチウム、オクチル酸カリウム、オクチル酸ナトリウム、オクチル酸リチウム等のアルカリ金属脂肪酸塩、CH3OLi、CH3ONa、CH3OK、C25OLi、C25ONa、C25OK、C37ONa、C37OK等のようなアルカリ金属アルコラート、下記のようなアルカリ金属シリコネートから選択されるものである。
Figure 0005581764

(式中、pは1〜1,000、好ましくは1〜200の正の整数である。)
(D)成分の配合量は、(A)成分と(B)成分の合計質量に対してアルカリ金属として5〜5,000ppm、好ましくは10〜1,000ppmである。(D)成分の配合量が少なすぎると圧縮永久歪みの改善が見られず、多すぎるとシロキサン結合が開環し、耐熱性が悪化してしまう。
[(E)有機過酸化物硬化剤]
(E)成分は有機過酸化物硬化剤であり、本発明のシリコーンゴム組成物を硬化させ得るものであれば特に限定されない。(E)成分は1種単独で使用しても2種以上を併用してもよい。(E)成分として用いられる有機過酸化物として具体的には、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−ビス(2,5−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。
有機過酸化物の添加量は、(A)成分を硬化する有効量であり、(A)成分100質量部に対して0.1〜10質量部、特に0.2〜5質量部が好ましい。添加量が少なすぎると硬化し難くなる場合があり、多すぎても、それ以上の効果はなく、経済的ではなく、また分解残渣が多くなる場合がある。
[その他の任意成分]
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、炭酸カルシウム等の非補強性シリカ、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、カーボンファンクショナルシラン、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。
本発明のシリコーンゴム組成物は、上記成分を、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)及び(D)成分を混合した後、(E)成分を配合することが望ましい。
このようにして得られたシリコーンゴム組成物は、加熱硬化と同時に成形することにより、ゴム状の弾性体(シリコーンゴム硬化物)からなる成形体を得ることができる。
その硬化方法は、硬化剤の分解及びシリコーンゴムの加硫に十分な熱をかける方法であればよい。硬化温度は硬化方法にもよるが、通常80〜400℃である。また、その成形方法も特に制限されず、例えば、押し出し成形による連続加硫、プレス成形(加圧成形)、インジェクション成形等の成形方法を採用することができる。更に、必要に応じて150〜250℃で1〜10時間程度、二次加硫してもよい。
また、帯電防止性能としては、スタチックオネストメーター(シシド静電気(株)製)を用いて、シリコーンゴム成形物の表面に、コロナ放電により静電気を6kVチャージした後、その帯電圧が半分になる時間(半減期)が、2分以内、特に1分以内であることが好ましい。
以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。
[実施例1]
ジメチルシロキサン単位99.825モル%、メチルビニルシロキサン単位0.15モル%、ジメチルビニルシロキシ単位0.025モル%からなり、平均重合度が約6,000であるオルガノポリシロキサン100質量部、BET法比表面積が200m2/gのヒュームドシリカ(アエロジル200 日本アエロジル(株)製)45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10質量部、LiN(SO2CF32の20質量%を含有するアジピン酸エステルを0.04質量部、カリウム原子換算で3質量%のKOHを含むジメチルポリシリコネート(即ち、分子鎖両末端がヒドロキシ基のカリウム塩で封鎖されたジメチルポリシロキサン)(重合度:約25)0.2質量部を添加し、ニーダーにて混練りし、170℃にて2時間加熱処理してベースコンパウンド(1)を調製した。
このベースコンパウンド(1)100質量部に対し、架橋剤として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質量部を二本ロールミルにて添加、均一に混合した後、165℃,70kgf/cm2の条件で10分間プレスキュアを行い、2mm厚のシートを作製した。次いで200℃のオーブンで4時間ポストキュアを行うことにより、試験シート及び圧縮永久歪測定用、反発弾性測定用の試験片を作製した。その試験シート及び試験片を室温に戻し、諸特性について以下の測定方法に従って測定を行った。同様にして、200℃のオーブンに50時間入れたものについても同様に帯電量を測定した。その結果を表1に示す。
[測定方法]
[密度、硬さ、引張強さ、切断時伸び、圧縮永久歪]
JIS K6249に準拠して作製した試験シート及び圧縮永久歪測定用試験片を用いて、JIS K6249に準じた方法で、密度、硬さ、引張強さ、切断時伸び、圧縮永久歪を測定した。結果を表1に示す。
[帯電量測定]
スタチックオネストメーター(シシド静電気(株)製)を用いて、成形物の表面に、コロナ放電により静電気をチャージした後、その帯電圧が半分になる時間を測定した。
[実施例2]
ジメチルシロキサン単位99.825モル%、メチルビニルシロキサン単位0.15モル%、ジメチルビニルシロキシ単位0.025モル%からなり、平均重合度が約6,000であるオルガノポリシロキサン100質量部、BET法比表面積が201m2/gの沈降シリカ(NIPSIL−LP、東ソー・シリカ(株)製)40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4.4質量部、LiN(SO2CF32の20質量%を含有するアジピン酸エステルを0.08質量部、カリウム原子換算で3質量%のKOHを含む実施例1と同様のジメチルポリシリコネート0.2質量部を添加し、ニーダーにて混練りし、170℃にて2時間加熱処理してベースコンパウンド(2)を調製した。
このベースコンパウンド(2)にて実施例1と同様に試験シートを作製し、諸特性を測定した。結果を表1に示す。
[実施例3]
ジメチルシロキサン単位99.825モル%、メチルビニルシロキサン単位0.15モル%、ジメチルビニルシロキシ単位0.025モル%からなり、平均重合度が約6,000であるオルガノポリシロキサン100質量部、BET法比表面積が201m2/gの沈降シリカ(NIPSIL−LP、東ソー・シリカ(株)製)40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4.4質量部、LiN(SO2CF32の20質量%を含有するアジピン酸エステルを0.08質量部添加し、ニーダーにて混練りし、170℃にて2時間加熱処理してベースコンパウンド(3)を調製した。
このベースコンパウンド(3)100質量部に対し、カリウム原子換算で3質量%のKOHを含む実施例1と同様のジメチルポリシリコネート0.1質量部、架橋剤として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質量部を二本ロールミルにて添加、均一に混合した後、165℃,70kgf/cm2の条件で10分間プレスキュアを行い、2mm厚のシートを作製した。このシートを用いて、実施例1と同様に、諸特性を測定した。結果を表1に示す。
[比較例1]
実施例1で用いたKOHのジメチルポリシリコネートを添加しない以外は、実施例1と同様な方法により、ベースコンパウンド(4)を調製し、それにより得られたシリコーンゴム組成物(4)の試験シートの特性について測定を行った。その結果を表1に示す。
[比較例2]
実施例2で用いたKOHのジメチルポリシリコネートを添加しない以外は、実施例2と同様な方法により、ベースコンパウンド(5)を調製し、それにより得られたシリコーンゴム組成物(5)の試験シートの特性について測定を行った。その結果を表1に示す。
[比較例3]
実施例2で用いたLiN(SO2CF32の20質量%を含有するアジピン酸エステルを添加しない以外は、実施例2と同様な方法により、ベースコンパウンド(6)を調製し、それにより得られたシリコーンゴム組成物(6)の試験シートの特性について測定を行った。その結果を表1に示す。
[比較例4]
実施例2で用いたLiN(SO2CF32の20質量%を含有するアジピン酸エステルではなく、25℃における粘度が75mPa・sであるポリエーテル変性シリコーンオイル(KF351F 信越化学工業(株)製)を0.4質量部添加した以外は、実施例1と同様な方法により、ベースコンパウンド(7)を調製し、それにより得られたシリコーンゴム組成物(7)の試験シートの特性について測定を行った。その結果を表1に示す。
Figure 0005581764
(半減期において「s」は秒を、「min」は分をそれぞれ示す。)
[評価]
実施例1〜3は、本発明の条件に合うシリコーンゴム組成物であり、帯電防止性、圧縮永久歪みが良好である。比較例1,2は、帯電防止性は良好であるが、圧縮永久歪みが悪化している。比較例3は帯電防止性が劣る。比較例4は、高温に長時間曝されると帯電防止性が悪化する。

Claims (6)

  1. (A)下記平均組成式(1):
    nSiO(4-n)/2 (1)
    (式中、Rは同一又は異なり、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オルガノポリシロキサン
    100質量部、
    (B)比表面積が50m2/g以上の補強性シリカ 10〜100質量部、
    (C)LiBF 4 、LiClO 4 、LiPF 6 、LiAsF 6 、LiSbF 6 、LiSO 3 CF 3 、LiN(SO 2 CF 3 2 、LiSO 3 4 9 、LiC(SO 2 CF 3 3 、LiB(C 6 5 4 から選ばれる1種又は2種以上のイオン導電性帯電防止剤
    0.0001〜5質量部、
    (D)アルカリ金属シリコネート
    (A)成分と(B)成分の合計量に対して
    アルカリ金属として5〜5,000ppm、
    (E)有機過酸化物硬化剤 有効量
    を含有することを特徴とするシリコーンゴム組成物。
  2. (D)成分におけるアルカリ金属が、ナトリウム又はカリウムである請求項1記載のシリコーンゴム組成物。
  3. 請求項1又は2記載のシリコーンゴム組成物を加熱硬化してシリコーンゴム硬化物とすることからなる帯電防止性シリコーンゴム硬化物の耐圧縮永久歪性を向上する方法。
  4. 80〜400℃で加熱成形するものである請求項記載の帯電防止性シリコーンゴム硬化物の耐圧縮永久歪性を向上する方法。
  5. 更に、150〜250℃で二次加硫するものである請求項又は記載の帯電防止性シリコーンゴム硬化物の耐圧縮永久歪性を向上する方法。
  6. 押し出し成形、プレス成形、インジェクション成形のいずれかの方法により成形するものである請求項乃至のいずれか1項記載の帯電防止性シリコーンゴム硬化物の耐圧縮永久歪性を向上する方法。
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