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JP2022551681A - シリコーン系生成物及びそれらの用途 - Google Patents

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JP2022551681A JP2022518309A JP2022518309A JP2022551681A JP 2022551681 A JP2022551681 A JP 2022551681A JP 2022518309 A JP2022518309 A JP 2022518309A JP 2022518309 A JP2022518309 A JP 2022518309A JP 2022551681 A JP2022551681 A JP 2022551681A
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Abstract

硬化すると粘着性が向上したシリコーン系材料が提供される。これらは、縮合硬化性シリコーン系組成物から作製された、感圧接着剤、自己接着性材料並びに/又はセルフシーリング材料などの硬化型自己接着性シリコーン系生成物、そのための組成物、及び当該自己接着性生成物が使用され得る用途に使用することができる。1つの特定の用途では、硬化型シリコーン系材料は、空気タイヤなどの膨張可能な物品におけるセルフシーリング層として利用され得る。【選択図】なし

Description

本開示は、縮合硬化性シリコーン系組成物から作製された、感圧接着剤、自己接着性材料並びに/又はセルフシーリング材料などの硬化型自己接着性シリコーン系生成物の粘着性を向上させること、そのための組成物、及び当該自己接着性生成物が使用され得る用途に関する。
シリコーン接着剤、例えば、感圧接着剤、自己接着性材料及び/又はセルフシーリング材料などの硬化型自己接着性シリコーン系生成物の粘着性は、それらが最初に接触するときに接着されるべき基材に対する初期物理的接着性、すなわち、2つの間の初期「スティッキネス(stickiness)」である。粘着性は、(i)分散相互作用による、例えば、ファンデルワールス力及びロンドン力などの分散接着力を介した相互作用、(ii)毛細管相互作用(湿潤)、(iii)相互係止(interlocking)による機械的接着、(iv)拡散接着(相互拡散)及び(v)静電接着(電荷)に非常に依存する物理的接着力によって影響される。しかしながら、非シリコーン基材に物理的に接着するシリコーン接着剤の場合、粘着性は主に分散相互作用(i)、湿潤(ii)、及び相互係止(iii)によって支配される。
一般に、例えば、硬化型シリコーン接着剤とそれが適用された基材との間の長期接着の成功は、シリコーン接着剤を基材に接合するその後の化学結合の形成及び接着性自体の凝集性のために、それらの間の化学的接着のレベルに依存する。凝集性とは、その内部結合強度又はそれ自体を一緒に保持する能力を意味することが意図される。シリコーンエラストマー材料は、優れた内部凝集力を有し、引き裂きに耐性があるため、多種多様な用途で利用される。
粘着付与剤と称される添加剤は、しばしば、硬化されると粘着性表面を提供するように設計された組成物中に提供される。粘着付与剤は、接着性組成物に導入され、それが接着される基材に対してその粘着性を高める化学化合物である。粘着付与剤の例としては、低分子量化合物、例えば、高いガラス転移温度を有する樹脂が挙げられ、基材に対して接着剤の初期相互作用力を増加させる。それらは、接着剤の表面に移動して、基材表面との相互作用をもたらすことによって機能すると考えられている。しかしながら、使用される組成物の表面張力が非常に低いため、粘着付与剤は、シリコーン接着剤の表面に容易に移動することができない。シリコーン組成物の柔軟性により、シリコーンは接着剤の表面で粘着付与剤にゆっくりと取って代わり、その結果、接着剤は最終的に、粘着付与剤が存在しないかのようにシリコーンの粘着性を示すようになる。
自己接着性材料及び/又はセルフシーリング材料は、多種多様な用途で利用されている。例えば、感圧接着剤として、パッチ上の接着剤として、及びセルフシーリング空気タイヤの提供における接着剤として、1つ以上のタイヤにおける空気圧のかなりの又は完全な損失にもかかわらず、車両を走行させ、スペアタイヤを装着するために、多くの場合、危険な状況であってもドライバが自分の車両を停止させることなく破壊点を安全に保つことを可能にする。
空気タイヤは、その優れた衝撃吸収性及び乗車快適性提供能力から、車両に広く使用されている。しかし、それらは、ゴムを含む柔軟かつ可撓性の材料から本質的に作られているため、パンクしやすい。釘、石、ガラス片などの鋭利な異物の上を走行したためにパンクが発生したとき、タイヤ内部の高圧空気が漏れて収縮を引き起こし、空気タイヤは適切に機能できない。従来、タイヤが釘などの異物でパンクしたときの唯一の解決策は、元のタイヤをスペアタイヤに交換することであり、時間と労力を要した。
セルフシーリング空気タイヤは、釘などの異物によるパンクの際にタイヤを自動的に再封止するように設計されている。パンクしたセルフシーリングタイヤを封止するために使用される材料に関して解決しない問題としては、経時的な安定性の欠如、極端な動作温度条件下での有効性の欠如、及び/又は製造の難しさが含まれる。
使用できるには、例えば、タイヤのパンクを封止するように設計されたセルフシーリング層は、非常に広範囲の実用温度で有効でなければならず、またタイヤの全耐用期間にわたって機能しなければならない。セルフシーリング層は、原因となる穿刺物(これを本明細書で以後「釘(nail)」と呼ぶ)が然るべき場所に残っているときに、孔を閉塞することができなければならない。特に冬季に、釘を抜くと同時に、セルフシーリング層は、孔を埋めてタイヤを気密とすることができなければならない。主要特性、すなわち、引張強度、伸び及び架橋密度又は貯蔵弾性率は、業界で、セルフシーリング層の機能に特に関係するものと確認されている。
引張強度は、シーラント材の試料が破断前に耐えることができる最大応力(単位面積当たりの力)を指す。伸びは、破断点における材料試料の長さの相対的増加を測定する。架橋密度は、分子の特性としての、硬化して三次元架橋ネットワークとなったシーラントの当該部分に存在する架橋の密度の測定値である。材料の貯蔵弾性率は、材料の架橋密度に関係する。高い架橋密度は高い貯蔵弾性率をもたらし、逆に、低架橋の材料は低い貯蔵弾性率を示す。
シーラントの引張強度が低すぎると、シーラントは、典型的なタイヤ実用条件下で流動し、穿刺物をタイヤから取り除いたときに穿刺孔に「入り込み(blow through)」、孔をシールできない。
ポリマーシーラントの架橋密度は、シーラントが永久変形に耐える強度を決定する。シーラントの架橋密度又は貯蔵弾性率が高すぎると、シーラントは、永久変形への耐性が大きくなりすぎて、テントを形成せずに穿刺物をキャップし、上記の結果を招く。架橋密度又は貯蔵弾性率が低すぎると、遠心力により、高温でシーラントがクリープ又は流動し、タイヤのショルダー部分の下のシーラントが不足する。架橋濃度が低すぎると、シーラント組成物の耐疲労性も低くなる。耐疲労性は、とりわけ特に、釘などの物体がタイヤに入り、その後タイヤが、釘が取り除かれていない状態でかなりの時間使用される場合に、有効なタイヤシーラントにとって重要な要件である。典型的な場合では、当然、運転者は、釘の存在に気付きさえもしない。タイヤのパンク部分と道路との間の周期的な接触により、タイヤが回転したときに釘が前後に曲がることとなる。シーラントが釘の上又は周囲にシールを形成する間、シーラント自体は継続的に伸長及び緩和され、この過程は時間の経過とともに、場合によってはシールの不良及び気密の破れを引き起こす。
国際公開第2018024857号は、タイヤにおけるセルフシーリング層として使用される場合、上記の問題を克服する縮合硬化型シリコーン生成物を提供して上記の問題を解決し、その中に記載される組成物は、釘などの物体が内部がセルフシーリング層でコーティングされたタイヤに入ると、層内の材料が、即座に釘に付着し、その周りにテントのような構造体を形成するのに十分に粘着性である必要があるため、重要な要件のままである、十分に粘着性ではない可能性がある。このシーラントの釘への初期付着は、パンク時の空気バリアの保全を助け、更に釘が取り除かれるときに、シーラントが釘によって穿刺孔に引き込まれることにもなる。
以下の開示は、粘着付与剤を使用せずに、シリコーン系生成物の改善された粘着性を有する縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物を提供する。
第1の実施形態では、縮合硬化性シリコーン系組成物であって、
(i)1分子当たり2つ以上のケイ素結合ヒドロキシル基又は加水分解性基と、23℃で30,000mPa・s~200,000mPa・sの粘度とを有するオルガノポリシロキサン系ポリマーと、
(ii)少なくとも2つのシリル基を有し、各シリル基が、少なくとも2つの加水分解性基を含有する、シリル官能性ポリマーを含む架橋剤と、
(iii)チタネート及び/又はジルコネートの群から選択される縮合触媒と、任意に
(iv)補強充填剤又は非補強充填剤と、を含み、
硬化すると、(≧)1.025以上の絶対粘着性を有する自己接着性シリコーン系生成物を提供し、
絶対粘着性=-[粘着性強度(F-)]/[硬度強度(F+)]である。
第2の実施形態では、縮合硬化性シリコーン系組成物を硬化させることから得られた縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物であって、
(i)1分子当たり2つ以上のケイ素結合ヒドロキシル基又は加水分解性基と、23℃で30,000mPa・s~200,000mPa・sの粘度とを有するオルガノポリシロキサン系ポリマーと、
(ii)少なくとも2つのシリル基を有し、各シリル基が、少なくとも2つの加水分解性基を含有する、シリル官能性ポリマーを含む架橋剤と、
(iii)チタネート及び/又はジルコネートの群から選択される縮合触媒と、任意に
(iv)補強充填剤又は非補強充填剤と、を含み、
≧1.025の絶対粘着性を有する縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物を提供し、
絶対粘着性=-[粘着性強度(F-)]/[硬度強度(F+)]である。
前述の縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物は、長期間維持する高い粘着性を示し、したがって、感圧接着剤、パッチ及び/又はタイヤなどの膨張可能な物品用のパンク防止材料などの多くの潜在的な用途に有用である。
本明細書では、当該縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物を含むセルフシーリング層が提供される膨張可能な物品が提供される。当該生成物を提供するための上記の縮合硬化性シリコーン系組成物は、未硬化の場合、タイヤ構築プロセス中にタイヤなどの膨張可能な物品に組み込まれることを可能にする粘度を有し、得られた硬化物は、膨張可能な物品、例えば空気タイヤの穿刺孔に流入して封止することができるようにセルフシーリング層として機能することができる。
タイヤの場合、使用中、外面又はトレッド表面及び内面を備える空気タイヤがホイールリムに取り付けられている。組み立てられると、タイヤの内面とホイールリムとは、膨張されるように意図された内部環状空洞を画定して、タイヤ上の負荷を支持する。そのような空気タイヤは、ゴムを含む柔軟かつ可撓性の材料から本質的に作られているため、パンクしやすい。防ぐことができない限り、釘、石、ガラス片などの鋭利な異物の上を走行したためにパンクが発生したとき、内部環状空洞内の高圧空気が漏れて収縮を引き起こし、空気タイヤは適切に機能できない。上記の縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物の層は、パンクを封止することによって、この収縮効果を防止又は少なくとも最小限に抑えることができる。
上記の縮合硬化性シリコーン系組成物は、一般に、使用前に2つ以上の部分で保管される。2部型組成物の場合、1つの部分は、存在する場合、ポリマー(i)及び充填剤(iv)を含有してもよく、架橋剤(ii)及び触媒(iii)は、硬化剤中で充填剤(iv)から分離して保たれている。これは、充填剤(iv)が、存在する場合、生成物の大部分における縮合硬化を活性化するのに必要な水分を提供するために利用されるためである。使用前の貯蔵中のそのような量の水分の存在下では、アルキルチタネート触媒は、テトラヒドロキシチタネートに完全に加水分解される結果、不活性化される可能性がある。2部型は、任意の好適な比率、例えば、ベース部:硬化剤が15:1~1:1、あるいは12:1~1:1、好ましくは10:1~1:1で混合することができる。典型的には、2つの部分の比は、各部分に含有される成分の相対量に依存する。上記の縮合硬化性シリコーン系組成物は、一般に、室温で硬化する、及び/又は硬化性であるように設計されている。
ポリマー(i)は、1分子当たり2つ以上のケイ素結合ヒドロキシル基、又は加水分解性基を有し、かつ23℃で30,000mPa・s~200,000mPa・sの粘度を有する少なくとも1つのオルガノポリシロキサン系ポリマーである。ポリジアルキルシロキサン、アルキルフェニルシロキサン、シロキサンコポリマー、又はシロキサン/有機コポリマー、例えば、ポリエーテル、アクリレート、又はポリイソブチレンを含む任意の好適なオルガノポリシロキサン系ポリマーが利用されてもよい。一代替例では、ポリマー(i)は、少なくとも2つの末端シラノール(Si-OH)含有基を含有するポリシロキサン系ポリマーである。好適なシラノール含有基の例としては、-Si(OH)、-(R)Si(OH)、-(RSi(OH)、又は-(RSi-R-SiR (OH)3-p[式中、各Rは独立して一価のヒドロカルビル基、例えば、アルキル基、特に1~8個の炭素原子を有するものを表し(好ましくはメチルであり)、各R基は、独立して、アルキル基であり、ここで、アルキル基は好適には最大6個の炭素原子を有し、Rは、最大6個のケイ素原子を有する1つ以上のシロキサンスペーサーによって介在され得る最大12個の炭素原子を有する二価の炭化水素基、例えばエチレン又はプロピレンであり、かつpは値0、1又は2である]が挙げられる。
好ましくは、ポリマー(i)は、一般式
-A-X (1)
[式中、X及びXは、末端がヒドロキシル含有基であるシロキサン基から独立して選択され、Aは、シロキサン基及び任意に有機基を含むシロキサン系ポリマー鎖、あるいはシロキサンポリマー鎖である]を有する。
シラノール若しくはヒドロキシル末端基X又はXの例としては、
上記定義による-Si(OH)、-(R)Si(OH)、-(RSi(OH)、又は-(RSi-R-Si(R(OH)3-pが挙げられる。好ましくは、X及び/又はX末端基は、ヒドロキシジアルキル末端、例えば、ヒドロキシジメチル末端である。
式(I)のポリマー鎖A中の好適なシロキサン基の例は、ポリジオルガノシロキサン鎖を構成するシロキサン基である。したがって、ポリマー鎖Aは、好ましくは、式(2)
-(R SiO(4-s)/2)- (2)
[式中、各Rは、独立して、1~10個の炭素原子を有するヒドロカルビル基などの有機基で、任意選択で、塩素又はフッ素などの1個以上のハロゲン基で置換されており、sは0、1、又は2であり、典型的にはsの平均値は約2である]のシロキサン単位を含む。基Rの具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ビニル基、シクロヘキシル基、フェニル基、トリル基、塩素又はフッ素で置換されたプロピル基、例えば3,3,3-トリフルオロプロピル基、クロロフェニル基、β-(ペルフルオロブチル)エチル基若しくはクロロシクロヘキシル基が挙げられる。好適には、基Rのうちの少なくともいくつか、好ましくは実質的に全てが、メチルである。
上記のタイプのポリマー(i)は、Brookfieldコーンプレート粘度計(RV DIII)で、0.1~5rpmで関連する粘度に最も適切なスピンドル、例えば、CP-51又はCP-52スピンドルを用いて測定される、23℃で30,000~200,000mPa・s、あるいは45,000~175,000mPa・s、あるいは23℃で50,000~150,000mPa・sの粘度を有する。
したがって、式(2)の単位を含有する好ましいポリシロキサンは、末端、ケイ素結合ヒドロキシル基、そうでなければをシラノール含有末端基(Si-OH)と称されるものを有するポリジオルガノシロキサンである。ポリジオルガノシロキサンはホモポリマーであってもコポリマーであってよい。シラノール含有末端基を有する異なるポリジオルガノシロキサンの混合物もまた好適である。
更に、組成物は、1つのSi-ヒドロキシル(シラノール)含有末端基、例えば、上で定義したような1つの-Si(OH)、-(R)Si(OH)、-(RSi(OH)、又は-(RSi-R-SiR (OH)3-p、例えば、ジアルキルヒドロキシ末端基及び1つの非反応性末端基、例えば、トリアルキル末端、すなわちトリメチル末端基を有するポリマーを含有し得る。したがって、ポリマー(i)は、部分的にジアルキルヒドロキシ末端及び部分的にトリアルキル末端であるポリジオルガノシロキサンを更に含み得る。そのような追加のポリマーを含めることにより、硬化後に得られた生成物の弾性率を低減し、かつ/又は接着しにくい基材への接着性を改善することができる。そのような追加のポリマー(i)は、前述のものと同様の粘度であり得る。
本発明によれば、ポリマー鎖Aは、代替的に、ポリエーテル、アクリレート、及びポリイソブチレンなどの有機系ポリマーとのコポリマーであり得る。ポリエーテルの場合、ポリマー鎖はポリオキシアルキレン系単位をベースとする。このようなポリオキシアルキレン単位は、好ましくは、平均式(-C2n-O-)[式中、nは2~4の整数であり、yは少なくとも4の整数である]により表される、繰り返しオキシアルキレン単位(-C2n-O-)から構成される、直鎖状の主としてオキシアルキレンのポリマーを構成する。各ポリオキシアルキレンポリマーブロック又はポリマーの数平均分子量は、約300g/mol~約10,000g/molの範囲であってもよいが、より高分子量であってもよい。更に、オキシアルキレン単位は、ポリオキシアルキレンモノマー全体にわたって同一である必要はなく、単位ごとに異なっていてもよい。ポリオキシアルキレンブロックは、例えば、オキシエチレン単位(-C-O-)、オキシプロピレン単位(-C-O-);若しくはオキシブチレン単位(-C-O-)、又はこれらの混合単位から構成され得る。
他のポリオキシアルキレン単位としては、例えば、構造の単位
-[-R-O-(-R-O-)-Pn-CR -Pn-O-(-R-O-)-R]-
[式中、Pnは1,4-フェニレン基であり、各Rは同一であるか又は異なり、2~8個の炭素原子を有する二価の炭化水素基であり、各Rは同一であるか又は異なり、エチレン基又はプロピレン基であり、各Rは同一であるか又は異なり、水素原子又はメチル基であり、下付き文字w及びqの各々は3~30の範囲の正の整数である]を挙げることができる。
本出願の目的で、「置換された」とは、炭化水素基中の1個以上の水素原子が別の置換基で置き換えられていることを意味する。このような置換基の例としては、塩素、フッ素、臭素及びヨウ素などのハロゲン原子;クロロメチル基、ペルフルオロブチル基、トリフルオロエチル基、及びノナフルオロヘキシル基などのハロゲン原子含有基;酸素原子;(メタ)アクリル基及びカルボキシル基などの酸素原子含有基;窒素原子;アミノ官能基、アミド官能基、及びシアノ官能基などの窒素原子含有基;硫黄原子;並びにメルカプト基などの硫黄原子含有基が挙げられるが、これらに限定されない。
一実施形態では、追加のポリジオルガノシロキサンポリマー(ia)を利用してもよい。追加のポリジオルガノシロキサンポリマー(ia)は、ポリマー(i)と同様の構造であってもよいが、ポリマー(i)の粘度範囲外の粘度を有する。1つの代替的な追加のポリジオルガノシロキサンポリマー(ia)は、23℃で200,000mPa・sを超える(>)粘度を有する.追加のポリジオルガノシロキサンポリマー(ia)は、ポリマー(i)及び追加のポリマー(ia)の総重量の最大70重量%(wt.%)、あるいはポリマー(i)及び追加のポリマー(ia)の総重量の最大50重量%、あるいはポリマー(i)及び追加のポリマー(ia)の総重量の最大30重量%、あるいはポリマー(i)及び追加のポリマー(ia)の総重量の最大10重量%の量で存在し得る。
ポリマー(i)+(ia)は、好ましくは、組成物の60重量%~90重量%、あるいは70重量%~90重量%の量で組成物中に存在する。
架橋剤(ii)は、1分子当たり少なくとも2つのシリル基を有するシリル官能性ポリマーであり、各シリル基が少なくとも2つの加水分解性基を含有する。
本明細書の開示のために、シリル官能性ポリマーは、2つ以上のシリル基を含有するシリル官能性ポリマーであり、各シリル基は、少なくとも2つの加水分解性基を含有する。したがって、ジシリル官能性分子は、各々少なくとも2つの加水分解性基を有する2つのケイ素原子を含み、これらのケイ素原子は有機又はシロキサンポリマー骨格鎖によって分離されている。典型的には、ジシリル官能性分子上のシリル基は、末端基である。
誤解を避けるために、架橋剤は、2つのケイ素原子が互いに直接結合しているジシランではない。
架橋剤(ii)中のシリル基に結合した加水分解性基としては、アシルオキシ基(例えば、アセトキシ基、オクタノイルオキシ基、及びベンゾイルオキシ基);ケトキシミノ基(例えば、ジメチルケトキシモ(ketoximo)基及びイソブチルケトキシミノ(isobutylketoximino)基);アルコキシ基(例えばメトキシ基、エトキシ基、及びプロポキシ基)、並びにアルケニルオキシ基(例えば、イソプロペニルオキシ基及び1-エチル-2-メチルビニルオキシ基)が挙げられる。各シリル基に結合した少なくとも2つの加水分解性基が存在するか、あるいはシリル当たり3つの加水分解性基が存在する。1つの代替的な各加水分解性基は、アルコキシ基である。
好適なポリマー架橋剤(ii)は、上記式(1)で示されるポリマー鎖Aに関して記載されたもののいずれかと類似のポリマー骨格鎖化学構造を有してもよい。しかしながら、架橋剤(ii)に関して、ポリマー骨格鎖は、シリコーン骨格鎖、有機骨格鎖、又はシリコーン/有機コポリマー骨格鎖であり得る。このようなシロキサン及び/又は有機系架橋剤の場合、その分子構造は、直鎖、分枝状、環状又は巨大分子状であってよく、すなわちアルコキシ官能性末端基を有するシリコーン又は有機ポリマー鎖は、少なくとも1個のトリアルコキシ末端を有するポリジメチルシロキサンを含み、そのアルコキシ基はメトキシ基又はエトキシ基であってもよい。
シロキサン系架橋剤(ii)の場合、架橋剤の粘度は、コーンプレートを使用したBrookfieldコーンプレート粘度計(RV DIII)を用いて(ポリマー(i)と同様に測定)、23℃で0.5mPa・s~80,000mPa・sの範囲内となる。架橋剤(ii)は、少なくとも2つのシリル基を有するシリル官能性分子を更に含んでもよく、少なくとも1つのシリル基は1つの加水分解性基を含有する。上記の加水分解性基のいずれかが好適であるが、加水分解性基はアルコキシ基であり、そのため末端シリル基は、-RSi(OR、-Si(OR、-R SiOR、又は-(RSi-R-SiR (OR3-p[式中、各Rは独立して、一価のヒドロカルビル基、例えば、特に1~8個の炭素原子を有するアルキル基(好ましくはメチル基)を表し、各R及びR基は、独立して最大6個の炭素原子を有するアルキル基であり、Rは、最大6個のケイ素原子を有する1個以上のシロキサンスペーサーにより介在され得る二価の炭化水素基であり、pは値0、1又は2である]などの式を有してもよい。例えば、Rは、エチレン基又はプロピレン基などであり得る。典型的には、各末端シリル基は、2個又は3個のアルコキシ基を有する。
一代替例では、各シリル基はトリアルコキシシリル基である。シリル基がジアルコキシ基又はモノアルコキシ基である場合、残りの基は、アルキル基及び/又はアリール基、あるいは1~6個の炭素を有するアルキル基、あるいはメチル及び/若しくはエチル、あるいはメチルである。
一実施形態では、末端基は、以下の式
-(RSi-R-SiR (OR3-q
[式中、R、R及びRは、以前に定義されたとおりであり、Rは、1~6個の炭素を有するアルキル基、例えば、メチルであり、qは0又は1であり、あるいはqは0である]を有してもよい。
一実施形態では、架橋剤(ii)はジシリル官能性ポリマー、すなわち、2個のシリル基を含有し、それぞれが式(4):
(RO)(Y3-m-Si(CH-((NHCHCH-Q(CH-Si(OR(Y3-m (4)
[式中、Rは、C1-10アルキル基であり、Yは、1~8の炭素を含有するアルキル基であり、
Qは、孤立電子対を有するヘテロ原子を含有する化学基、例えば、アミン、N-アルキルアミン又は尿素であり、各xは、1~6の整数であり、tは、0又は1であり、各mは、独立して1、2又は3であり、nは0又は1である]により記載されるものなどの加水分解性基を少なくとも2個含有する、ポリマーであってもよい。
アルコキシ官能末端基を有するシリコーン又は有機ポリマー鎖を有するジシリルポリマー架橋剤(ii)の例としては、1,6-ビス(トリメトキシシリル)ヘキサン(代替的にヘキサメトキシジシリルヘキサンHMSHとして知られている)、アルコキシ基がメトキシ基若しくはエトキシ基若しくはビス(トリアルコキシシリルアルキル)アミンであり得る少なくとも2つのトリアルコキシ末端を有するポリジメチルシロキサン、ビス(ジアルコキシアルキルシリルアルキル)アミン、ビス(トリアルコキシシリルアルキル)N-アルキルアミン、ビス(ジアルコキシアルキルシリルアルキル)N-アルキルアミン、ビス(トリアルコキシシリルアルキル)尿素、ビス(ジアルコキシアルキルシリルアルキル)尿素、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)アミン、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)アミン、ビス(4-トリメトキシシリルブチル)アミン、ビス(4-トリエトキシシリルブチル)アミン、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)N-メチルアミン、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)N-メチルアミン、ビス(4-トリメトキシシリルブチル)N-メチルアミン、ビス(4-トリエトキシシリルブチル)N-メチルアミン、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)尿素、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)尿素、ビス(4-トリメトキシシリルブチル)尿素、ビス(4-トリエトキシシリルブチル)尿素、ビス(3-ジメトキシメチルシリルプロピル)アミン、ビス(3-ジエトキシメチルシリルプロピル)アミン、ビス(4-ジメトキシメチルシリルブチル)アミン、ビス(4-ジエトキシメチルシリルブチル)アミン、ビス(3-ジメトキシメチルシリルプロピル)N-メチルアミン、ビス(3-ジエトキシメチルシリルプロピル)N-メチルアミン、ビス(4-ジメトキシメチルシリルブチル)N-メチルアミン、ビス(4-ジエトキシメチルシリルブチル)N-メチルアミン、ビス(3-ジメトキシメチルシリルプロピル)尿素、ビス(3-ジエトキシメチルシリルプロピル)尿素、ビス(4-ジメトキシメチルシリルブチル)尿素、ビス(4-ジエトキシメチルシリルブチル)尿素、ビス(3-ジメトキシエチルシリルプロピル)アミン、ビス(3-ジエトキシエチルシリルプロピル)アミン、ビス(4-ジメトキシエチルシリルブチル)アミン、ビス(4-ジエトキシエチルシリルブチル)アミン、ビス(3-ジメトキシエチルシリルプロピル)N-メチルアミン、ビス(3-ジエトキシエチルシリルプロピル)N-メチルアミン、ビス(4-ジメトキシエチルシリルブチル)N-メチルアミン、ビス(4-ジエトキシエチルシリルブチル)N-メチルアミン、ビス(3-ジメトキシエチルシリルプロピル)尿素ビス(3-ジエトキシエチルシリルプロピル)尿素、ビス(4-ジメトキシエチルシリルブチル)尿素及び/又はビス(4-ジエトキシエチルシリルブチル)尿素;ビス(トリエトキシシリルプロピル)アミン、ビス(トリメトキシシリルプロピル)アミン、ビス(トリメトキシシリルプロピル)尿素、ビス(トリエトキシシリルプロピル)尿素、ビス(ジエトキシメチルシリルプロピル)N-メチルアミン;ジ又はトリアルコキシシリル末端ポリジアルキルシロキサン、ジ又はトリアルコキシシリル末端ポリアリールアルキルシロキサン、ジ又はトリアルコキシシリル末端ポリプロピレンオキサイド、ポリウレタン、ポリアクリレート;ポリイソブチレン;ジ又はトリアセトキシシリル末端ポリジアルキル;ポリアリールアルキルシロキサン;ジ又はトリオキシイミノシリル末端ポリジアルキル;ポリアリールアルキルシロキサン;ジ又はトリアセトノキシ末端ポリジアルキル又はポリアリールアルキルが挙げられる。使用される架橋剤(ii)は、上記の2種以上の任意の組み合わせも含んでよい。
架橋剤(ii)は、好ましくは、組成物の1.0重量%の量~10.0重量%、あるいは1重量%~7.5重量%の量で組成物中に存在する。
一実施形態では、組成物中の全シラノール基(ケイ素結合ヒドロキシル基)対全加水分解性基のモル比は、≧0.5:1、あるいは≧1:1、あるいは≧2:1、あるいは2:1~4:1である。
全ケイ素結合ヒドロキシル(Si-OH)モル含有量は、混合配合物100gについて計算される。ポリマーに関する全ケイ素結合ヒドロキシルモル含有量は、混合生成物100g中のヒドロキシル含有ポリマーの量(g単位)を、ポリマーの数平均分子量(Mn)で除算し、ポリマー中に存在するヒドロキシル官能基の平均数(典型的には2)を乗算した値に等しい。配合物中に数種のヒドロキシル官能性ポリマーが存在する場合、各ポリマーのモル含有量の合計は、配合物中の全ケイ素結合ヒドロキシル(Si-OH)モル含有量の合計を構成する。
全加水分解性基モル含有量は、混合配合物100gについて算出される。ある物質に関する加水分解性基のモル含有量は、混合生成物100g中の、加水分解性基を含有する分子の量(グラム(g)単位)を、当該分子の分子量又はポリマー分子の場合は数平均分子量(Mn)で除算し、当該分子中に存在する加水分解性官能基の平均数を乗算した場合の値に等しい。各分子又はポリマーのモル含有量の和は、配合物中の加水分解性基の全モル含有量の合計を構成する。
次に、全ケイ素結合ヒドロキシル基の全加水分解性基に対するモル比は、全ケイ素結合ヒドロキシル(Si-OH)基の全モル含有量を加水分解性基の全モル含有率で除算することによって算出されるか、又は比率として表すことができる。
シリコーンの数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって決定することもできる。この技法は標準的技法であり、Mw(重量平均)、Mn(数平均)及び多分散指数(PI)[ここで、PI=Mw/Mn]の値が得られる。
本出願で提供されるMn値は、GPCによって決定され、使用されるポリマーの典型値を表す。GPCによって提供されない場合、Mnはまた、上記ポリマーの動的粘度に基づく計算から得ることができる。
組成物は、縮合触媒を更に含む。これにより、組成物が硬化する速度が増加する。組成物中に含むために選択される触媒は、必要とされる硬化速度に左右される。
触媒は、チタネート触媒又はジルコネート触媒のいずれかである。チタネート系触媒及び/又はジルコネート系触媒は、一般式Ti[OR22又はZr[OR22[式中、各R22は同じでも異なっていてもよく、1~10個の炭素原子を有する直鎖又は分枝状であってもよい一価の、第一級、第二級、又は第三級脂肪族炭化水素基を表す]による化合物を含んでもよい。任意選択で、チタネート及び/又はジルコネートは、部分不飽和基を含有してもよい。R22の例としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、第三級ブチル及び分枝状第二級アルキル基、例えば2,4-ジメチル-3-ペンチルが挙げられるが、これらに限定されない。あるいは、各R22が同一である場合、R22は、イソプロピル基、分枝状第二級アルキル基又は第三級アルキル基、特に、第三級ブチルである。一代替例では、触媒はチタネートである。好適なチタネートの例としては、テトラn-ブチルチタネート、テトラt-ブチルチタネート、チタンテトラブトキサイド、テトライソプロピルチタネートが挙げられる。好適なジルコネートの例としては、テトラn-プロピルジルコネート、テトラn-ブチルジルコネート及びジルコニウムジエチルシトレートが挙げられる。
あるいは、チタネート及び/又はジルコネートは、キレート化されていてもよい。キレート化は、アルキルアセチルアセトネート、例えばメチル又はエチルアセチルアセトネートなどの、任意の好適なキレート剤によってもよい。あるいは、チタネートは、例えば2-プロパノラト、トリスイソオクタデカノアトチタネート又はジイソプロピルジエチルアセトアセテートチタネートなどの3種のキレート剤をもたらすモノアルコキシチタネートであってよい。
触媒(iii)は、好ましくは、組成物の0.01重量%~5.0重量%、あるいは0.05重量%~3.0重量%の量で組成物中に存在する。
本明細書の組成物は、補強充填剤及び/又は非補強充填剤(iv)又はそれらの組み合わせを組み込んでもよい。微細化補強充填剤の例としては、籾殻灰などの表面積の大きいヒュームドシリカ及び沈殿シリカ、並びにある程度の炭酸カルシウムが挙げられる。更なる微細化非補強充填剤の例としては、粉砕石英、珪藻土、硫酸バリウム、酸化鉄、二酸化チタン、カーボンブラック、ガラスビーズ、中空ガラスビーズ、タルク、ウォラストナイトが挙げられる。単独で又は上記の充填剤と組み合わせて使用されることがある他の充填剤としては、カーボンナノチューブ、例えば多層カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、アルミナイト、硫酸カルシウム(無水石膏)、石膏、硫酸カルシウム、チタン酸バリウム、炭酸マグネシウム、カオリン、三水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム(水滑石)などの粘土、グラファイト、ダイヤモンド、炭酸銅(例えばマラカイト)、炭酸ニッケル(例えばザラカイト)、炭酸バリウム(例えば毒重石)、及び/又は炭酸ストロンチウム(例えばストロンチウム石)が挙げられる。無水の無機充填剤の例としては、オニキス;アルミニウム三水和物、酸化アルミニウム、酸化ベリリウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛などの金属酸化物;窒化アルミニウム及び窒化ホウ素などの窒化物;炭化ケイ素及び炭化タングステンなどの炭化物、並びにこれらの組み合わせによって例示される。
充填剤の更なる例としては、酸化アルミニウム、かんらん石族;ざくろ石族;アルミノケイ酸塩;環状ケイ酸塩;鎖状ケイ酸塩;及び層状ケイ酸塩からなる群からのケイ酸塩が挙げられる。かんらん石族は、ケイ酸塩鉱物、例えばフォルステライト及びMgSiOを含むが、これらに限定されない。ざくろ石族は、赤色ざくろ石;MgAlSi12;緑ざくろ石;及びCaAlSi12などの粉砕ケイ酸塩鉱物を含むが、これらに限定されない。アルミノケイ酸塩は、ケイ線石;AlSiO;ムライト;3Al.2SiO;カイヤナイト;及びAlSiOなどの粉砕ケイ酸塩鉱物を含むが、これらに限定されない。環状ケイ酸塩族は、コージェライト及びAl(Mg、Fe)[SiAlO18]などのケイ酸塩鉱石を含むが、これらに限定されない。鎖状ケイ酸塩族は、粉砕ケイ酸塩鉱物、例えば、珪灰石及びCa[SiO]を含むが、これらに限定されない。層状ケイ酸塩は、雲母;KAI14[SiAl20](OH);葉蝋石;Al[Si20](OH);タルク、Mg[Si20](OH);蛇絞石、例えばアスベスト;カオリナイト;Al[Si10](OH);及びバーミキュライトなどのケイ酸塩鉱物を含むが、これらに限定されない。上記充填剤のうちの2種以上の任意の組み合わせを使用してよい。
好ましい実施形態において存在する場合、使用する充填剤は、ヒュームドシリカ及び沈殿シリカ、炭酸カルシウム、カーボンブラック、中空ガラスビーズ及び/又はカーボンナノチューブ、例えば、多層カーボンナノチューブ、並びにこれらの混合物から選択される。
任意の充填剤(iv)は、好ましくは組成物の10重量~40重量%、あるいは10重量%~25重量%、あるいはに10重量%~20重量%の量で組成物中に存在する。存在する場合、充填剤は含水充填剤であってもよく、すなわち無水ではあり得ない。必要に応じて、充填剤中に存在する水分(水)の定量的量は、ISO787 2:1981の試験方法を使用して、本発明者らの組成物で使用される充填剤の試料からの水分(水)の抽出によって決定され得る。
一実施形態では、存在する場合、ISO787-2:1981に従って決定される触媒M-OR機能(式中、Mはチタン又はジルコニウムであり、Rはアルキル基又はキレート基である)の、充填剤中に存在する水分と全ケイ素結合ヒドロキシル(シラノール基)との合計に対するモル比は、0.01:1~0.6:1である。一実施形態では、Rは上記で定義されたとおりR22である。
充填剤処理剤
任意の補強及び/又は非補強充填剤(iv)は、存在する場合、処理剤で表面処理され得る。処理剤及び処理方法は、当該技術分野において公知である。充填剤の表面処理は、典型的には、例えば、脂肪酸若しくはステアレートなどの脂肪酸エステルを用いて、又はオルガノシラン、オルガノシロキサン、若しくはオルガノシラザン、例えばヘキサアルキルジシラザン若しくは短鎖シロキサンジオールを用いて行われる。概して、表面処理は充填剤を疎水性にし、したがって、組成物中の他の成分との均質混合物の取り扱い及び入手を容易にする。シラン、例えば、
Si(OR4-e
[式中、Rは、6~20個の炭素原子の置換若しくは非置換の一価炭化水素基、例えば、ヘキシル、オクチル、ドデシル、テトラデシル、ヘキサデシル、及びオクタデシルなどのアルキル基、並びにベンジル及びフェニルエチルなどのアラルキル基であり、6~20個の炭素原子のアルキル基が好ましく、Rは1~6個の炭素原子のアルキル基であり、文字eは1、2、又は3に等しい]もまた、充填剤の処理剤としても利用されてもよい。
充填剤の存在は、最終用途によって決定される。例えば、タイヤなどのセルフシーリング膨張可能な物品のための生成物/組成物の使用の場合、充填剤(iv)は、生成物の物理的特性を高めるために存在する可能性が最も高く、すなわち、引張強度、引き裂き抵抗を提供し、加えて適用中の垂れを防止する。
上記成分以外に、本発明の目的が達成される範囲で、任意選択の成分が組成物に配合されてもよい。
任意の成分の例としては、耐熱性付与剤、耐寒性付与剤、難燃剤、チキソトロピー付与剤、顔料、界面活性剤、融剤、酸受容体、保護剤、UV安定剤、抗酸化剤、オゾン劣化防止剤、耐食添加剤、染料、及び殺生物剤、又はこれらの任意の好適な組み合わせが挙げられる。
接着促進剤
好適な接着促進剤は、以下の式
14 Si(OR15(4-h)、[式中、下付き文字hは、1、2、又は3であり、あるいは、hは3である]のアルコキシシランを含み得る。各R14は独立して一価の有機官能基である。R14は、グリシドキシプロピル基若しくは(エポキシシクロヘキシル)エチル基などのエポキシ官能基、アミノエチルアミノプロピル基若しくはアミノプロピル基などのアミノ官能基、メタクリルオキシプロピル基、メルカプトプロピル基などのメルカプト官能基、又は不飽和有機基であり得る。各R15は独立して、少なくとも1個の炭素原子を有する非置換飽和炭化水素基である。R15は、1~4個の炭素原子、あるいは1~2個の炭素原子を有してよい。R15の例としては、メチル、エチル、n-プロピル、及びイソプロピルが挙げられる。
好適な接着促進剤の例としては、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、及びグリシドキシプロピルトリメトキシシランとアルミニウムキレート又はジルコニウムキレートとの組み合わせが挙げられる。接着促進剤の例は、米国特許第4,087,585号及び同第5,194,649号に見ることができる。硬化性組成物は、存在する場合、組成物の重量に基づいて、0.01~2重量%、あるいは0.05~2重量%、あるいは0.1~1重量%の接着促進剤を含んでもよい。好ましくは、生成物ネットワークへの組み込みよりも基材への分子の拡散に有利となるように、接着促進剤の加水分解速度は、架橋剤の加水分解速度よりも遅くする必要がある。
界面活性剤
好適な界面活性剤としては、シリコーンポリエーテル、エチレンオキサイドポリマー、プロピレンオキサイドポリマー、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとのコポリマー、その他のノニオン性界面活性剤、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。組成物は、組成物の重量に基づいて、最大0.05重量%の界面活性剤を含み得る。
融剤
組成物は、組成物の重量に基づいて最大2重量%の融剤を含み得る。カルボン酸及びアミンなどの化学活性官能基を含有する分子を融剤として使用することができる。そのような融剤としては、コハク酸、アビエチン酸、オレイン酸、及びアジピン酸などの脂肪族酸;安息香酸などの芳香族酸;脂肪族アミン及びそれらの誘導体、例えばトリエタノールアミン、アミンの塩酸塩、並びにアミンの臭化水素酸塩を挙げることができる。融剤は当該技術分野において既知であり、市販されている。
酸受容体
好適な酸受容体としては、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、及びこれらの組み合わせが挙げられる。組成物は、適切である場合、組成物の重量に基づいて、最大2重量%の酸受容体を含み得る。
トリアゾール構造、チアジアゾール構造、ベンゾトリアゾール構造、メルカプトチアゾール(mercaptothiozole)構造、メルカプトベンゾチアゾール構造又はベンゾイミタゾール構造を有する窒素/硫黄含有ヘテロ環化合物などの耐食添加剤。2部型組成物の場合、A部又はベース部は、60~90重量%のポリマー(i)、及び10~40重量%の充填剤%(iv)、あるいは70~90重量%のポリマー(i)、及び10~30重量%の充填剤%(iv)、あるいは75重量~90重量%のポリマー(i)、及び存在する場合、10~25重量%の充填剤(iv)を含んでもよい。これは、他の任意の成分がA部に含まれる場合に調整される。
一実施形態では、生成物は、
(i)組成物の60重量%~90重量%、あるいは組成物の70重量%~90重量%の量の、1分子当たり2つ以上のケイ素結合ヒドロキシル基又は加水分解性基を有し、23℃で30,000mPa・s~200,000mPa・sの粘度を有するオルガノポリシロキサン系ポリマーと、
(ii)組成物の1.0重量%~10.0重量%、あるいは組成物の1重量%~7.5重量%の量の、少なくとも2つのシリル基を有し、各シリル基が、少なくとも2つの加水分解性基を含有するシリル官能性ポリマーを含む架橋剤と、
(iii)組成物の0.01重量%~5.0重量%、あるいは組成物の0.05重量%~3.0重量%の量の、チタネート及び/又はジルコネートの群から選択される縮合触媒と、任意に
組成物の10重量~40重量%、あるいは組成物の10重量%~25重量%、あるいは10重量%~20重量%の量で、補強又は非補強充填剤(iv)と、を含む組成物から作製され、組成物の総重量%は100重量%であり、硬化すると≧1.025の絶対粘着性を有する組成物が得られ、
絶対粘着性=-[粘着性強度(F-)]/[硬度強度(F+)]又は=-[F-]/[F+]である。
本明細書で上述したように、本明細書で前述した組成物は通常、2部に分けて保管される縮合硬化性シリコーン系組成物から作製される。2部型組成物は、動的又は静止型ミキサーによる任意の適切な標準的2部型混合装置を使用して混合してもよく、所望により、意図された用途での使用のために装置から計量分配される。
一実施形態では、組成物は2部で保管され、当該部分は、以下のとおりに分けることができる
a)1つの部にポリマー(i)及び架橋剤(ii)、もう1つの部にポリマー(i)及び触媒(iii)、
b)1つの部に架橋剤(ii)、もう1つの部にポリマー(i)及び触媒(iii)、又は
c)1種よりも多くのポリマー(i)を使用する場合、1つの部に第1のポリマー(i)及び架橋剤(ii)、もう1つの部に第2のポリマー(i)及び触媒(iii)、
d)1つの部にポリマー(i)、もう1つの部に架橋剤(ii)及び触媒(iii)。
上述のように、充填剤(iv)が存在する場合、充填剤(iv)及び触媒(iii)は、貯蔵中に分離して保持される。典型的には、存在する場合、充填剤(iv)は、他の添加剤も含有し得るベース部分でポリマー(i)と混合され、触媒(iii)は、架橋剤(ii)と共に硬化剤部分にある。
本明細書で前述した縮合硬化性シリコーン系組成物から得られた縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物は、>1.025の絶対粘着性を有する必要があり、
絶対粘着性=-[粘着性強度(F-)]/[硬度強度(F+)]又は=-[F-]/[F+]である。
絶対粘着性は、適切なテクスチャーアナライザーを使用して決定された粘着性強度(F-)と硬度強度(F+)との間の比の尺度である。本明細書の実施例で使用されたテクスチャーアナライザーは、0.1mm/秒の速度で試料5mmに貫通するように設定されたポリエステルから作製された1/2インチ(1.27cm)の半球プローブを有するStable Micro Systems TA XT+であった。硬度強度(F+)は、プローブの貫通中に測定される最大「強度」であり、粘着性強度(F-)は、プローブの取り外し中に測定される最大「強度」である。材料の粘着性は、接触体の時間及び圧力によって影響される。より長い時間又はより高い圧力は、より高い粘着性をもたらすであろう。時間及び表面積の両方は、本発明者らの測定中に一定であるが、加えられる力、したがって印加される圧力は、試料の硬度に依存するであろう。試験される場合、より硬い材料は、測定プローブにより高い圧力を加え、プローブが試料から取り外されるときに、測定される強度(F-)を「人工的に」増加させる可能性があり得る。この硬度の影響を考慮するために、本発明者らは、粘着性強度(F-)と硬度強度(F+)との間の比として絶対粘着性を定義する。これを考慮して、上記で提供された式を使用した絶対粘着性の測定に依拠する。1超、あるいは≧1.025の絶対粘着性値を有する硬化材料は、硬度強度[F+]よりも高い粘着性強度[F-]を示す材料の特徴であり、これは、Brookfieldコーンプレート粘度計(RV DIII)で、0.1~5rpmで関連する粘度に最も適切なスピンドル、例えば、CP-51又はCP-52スピンドルを用いて測定される、23℃で30,000~200,000mPa・s、あるいは23℃で45,000~175,000mPa・s、あるいは23℃で50,000~150,000mPa・sの範囲の粘度を有するポリマー(i)を含む上記の組成物の生成物によって最もよく達成されることが分かった。
本明細書で前述した縮合硬化性シリコーン系組成物から得られた縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物は、感圧接着剤、自己接着性材料、及び/又はセルフシーリング材料、例えば、パッチ上の接着剤において、又はそれらとして、及び当該縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物を含むセルフシーリング層を備えた膨張可能な物品の提供において使用され得る。
一実施形態では、縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物は、膨張可能な物品におけるパンクセルフシーリング層として利用される。一実施形態では、膨張可能な物品は、セルフシーリング空気タイヤである。パンクセルフシーリング層は、例えば、釘、石、ガラス片などの鋭利な異物の上を走行したためにパンクが発生したとき、本明細書の生成物が作られたパンク穴などを封止することができるように、タイヤ内面上に提供され、1つ以上のタイヤにおける圧力のかなりの又は完全な損失にもかかわらず、車両を走行させ続けることができる。これにより、例えば、しばしば危険な状況において、スペアタイヤを装着するために停止する必要がなく、破壊点まで走行することが可能となる。
縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物をタイヤのためのパンクセルフシーリング層として実用化するには、縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物を使用しようとするタイヤ又は物品に、容易かつ実用的に適用することができるように配合しなければならない。本明細書の縮合硬化性シリコーン系組成物をタイヤの内部に適用する1つの方法は、組成物を混合し、タイヤが回転するときにタイヤ内部にそれを噴霧する工程を含む。タイヤ回転中に、組成物の2部の混合により組成物の硬化がいくらか起こり、走行及びプーリングに耐える均一なシームレスコーティングが得られる。
本明細書に記載の縮合硬化性シリコーン系組成物は、典型的には、硬化のために熱を必要としないことから、後加硫されたタイヤへの適用に適している。
本発明において、縮合硬化性シリコーン系組成物は、2部型組成物として提供される。2部型組成物を好適な混合/投入単位で混合し、混合組成物を直ちに対象の基材(タイヤ)表面に適用する。混合後の組成物は、タイヤ内面に付着するのに十分なグリーン強度を有するように設計され、数時間後に硬化する。
典型的には、2部型縮合硬化性シリコーン系組成物は、未硬化状態で適用され、混合して基材タイヤ表面上に付着するとすぐに硬化することにより、以下に論じるように、最終用途に応じて、0.25~10mm、あるいは0.5mm~10mm、あるいは1~5mmの硬化厚さとなる。相互混合の後、硬化前に、例えば、カーテンコーター、噴霧デバイスダイコーター、ディップコーター、押出コーター、ナイフコーター及びスクリーンコーターなどの好適なディスペンサを使用して、縮合硬化性シリコーン系組成物を基材上に適用することができ、これにより、硬化が形成されると、当該基材上にコーティングが提供される。
セルフシーリング層に必要とされる厚さ及び圧力要件は、関係しているタイヤの最終用途に応じて変化するものとなる。これにより、例えば、乗用車型のタイヤの場合、少なくとも0.5mm、好ましくは1~5mmの厚さを有することができる。別の例によれば、大型車又は農業用車両のタイヤの場合、好ましい厚さは1~6mmとなり得る。別の例によると、土工機械分野の車両用又は航空機用のタイヤの場合、好ましい厚さは2~10mmとなり得る。最後に、別の例によると、自転車用タイヤの場合、好ましい厚さは0.4~2mmとなり得る。
上記の2部型水分硬化性シリコーンタイヤシーラント組成物から誘導される縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物は、粘着性固形分(23℃時)であり、特に、その特異な配合による非常に高い可撓性及び変形特性を特徴とする。本明細書に記載の組成物の使用の1つの利点は、硬化した層は、タイヤの実用温度の非常に広い範囲内で、転がり抵抗の点でセルフシーリング層を有さないタイヤと比べて実質的に不利益がないという利点を有する点である。シリコーン系材料は、多くの有機代替物よりも極端な温度変化への耐性が大きいことから、非シリコーンセルフシーリング組成物と比べて、一部のタイヤの使用中に頻繁に遭遇する温度である、比較的高温(典型的には60℃を超える)での使用中に、過剰なクリープのリスクが著しく低下する。そのセルフシーリング特性は、低温(典型的には0℃未満)での使用時にも改善される。
更に、前述の縮合硬化性シリコーン系組成物から誘導された縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物は、9,000~26,000Paの貯蔵弾性率を有する。上記の2つの値の間の貯蔵弾性率は、柔軟性(釘又はそれ自体に対する粘着性)及び硬度(圧力下での耐クリープ性/耐流動性)の適正なバランスを与えることが確認された。かかる貯蔵弾性率を23℃で示す縮合硬化性シリコーン系組成物は、他の温度、すなわち、25~100℃で、タイヤ用セルフシーリングコーティングとして作用するのに必要な弾性率のバランスをなおも満たす貯蔵弾性率を示すであろう。
釘などの異物がタイヤの構造を通過すると、セルフシーリング層として機能する縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物は、複数の応力を受ける。これらの応力に反応して、その有利な変形性及び弾性特性により、上記組成物は、異物の周りに非浸透性の接触領域を生成する。上記異物の輪郭又は断面形状が均一か定形かに関係なく、セルフシーリング組成物は、その可撓性により、非常に小さいサイズの開口部に入り込むことができる。セルフシーリング組成物と異物との間のこの相互作用により、上記異物の影響を受ける領域がシールされる。
異物が取り除かれた場合、偶発的か意図的かに関係なく、パンク穴が残り、これは、そのサイズによっては、比較的大きな漏れを生じやすい。静水圧にさらされる縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物は、変形されることによってパンク穴を封止するのに十分に柔軟かつ変形可能であり、膨張用ガスの漏れを防止する。特にタイヤの場合には、負荷のかかったタイヤが走行/回転中に変形する状況であっても、セルフシーリング組成物の可撓性により、周囲の壁の力に問題なく耐えることができることが明らかとなった。
上記の記述は、組成物のタイヤでの使用に主に集中してきたが、上記組成物から得られる縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物は、任意の種類の「膨張式」物品、すなわち、定義上、空気で膨張したときに使用可能な形態をとる任意の物品に、パンクセルフシーリング層として使用してもよいことは理解されるべきである。このような膨張可能な物品の例としては、例えば(限定するものではないが)、ゲーム又はスポーツに使用される膨張式ボート及びバルーン又はボールがある。記載のように、2部型組成物は、膨張可能な物品の内壁に適用され、内壁を完全に又は少なくとも部分的に覆う。
縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物は、乗用車、SUV(スポーツユーティリティビークル)、二輪車(特に自転車及びオートバイ)、航空機、又はライトバン、「大型」車、すなわち、地下鉄、バス、道路輸送車両(貨物自動車、トラクタ、トレーラー)、オフロード車、例えば、農業用若しくは土木機械、及び他の輸送又は荷役用車両から選択される産業用車両のタイヤにおいて、パンクセルフシーリング層としての使用に十分に適する。
実施例
国際公開第2018024857号から取得した比較例1及び2。
比較例
全ての粘度測定は、特記のない限り、Brookfieldコーンプレート粘度計RV DIIIで、最も適切なコーンプレートを用いて、23℃で測定した。
実施例のために、下記の市販のタイヤを、比較例用に購入及び使用した:
・Bridgestone(登録商標)Turanza ER300 205/55/16 91H、
・Continental(登録商標)Conti Premium Contact 5 205/55/16 91W、
・Goodyear(登録商標)Efficient Grip 205/55/16 91H、
・Michelin(登録商標)Energy Saver 205/55/16 91V、及び
・Pirelli(登録商標)Cinturato P7 205/55/16 91V。
比較ベースAの調製
73.01gのNanocyl(登録商標)NC7000カーボンナノチューブ、3544.2gのOH末端ポリジメチルシロキサン(約50,000mPa・sの粘度及び63,000g/molの数平均分子量(Mn)を示す)及び382.8gのトリメトキシシリル末端ポリジメチルシロキサン(約56,000mPa・sの粘度及び62,000g/molの数平均分子量(Mn)を示す)を、Neulinger5リットルミキサーに加えた。これらを最初に遊星ミキサーを用いて50rpmで2分間混合し、その後遊星ミキサーで50rpm及びディスクで700rpmで更に15分間、最後に遊星ミキサーで100rpm及びディスクで700rpmで更に30分間混合した。得られたベース生成物を、次いで、バケツに取り出した。
ベースBの調製
1500gのEvonik(登録商標)Printex Aカーボンブラック、8825gのOH末端ポリジメチルシロキサン(約50,000mPa・sの粘度及び63,000g/molの数平均分子量(Mn)を示す)及び973gのトリメトキシシリル末端ポリジメチルシロキサン(約56,000mPa・sの粘度及び62,000g/molの数平均分子量(Mn)を示す)を、20リットルのバケツに加え、Collomix Biaxペールミキサーで60分間混合した。
混合物の調製
比較例1
24.87gのトリメトキシシリル末端ポリジメチルシロキサン(約56,000mPa・sの粘度及び62,000g/molの数平均分子量(Mn)を示す)及び0.133gのテトラn-ブチルチタネートを合わせて、デンタルミキサーにより2300rpmで30秒間混合した。250gのベースAをプラスチック容器に導入した。トリメトキシシリル末端ポリジメチルシロキサン(56,000mPa・sの粘度)とテトラn-ブチルチタネートとの上記予備混合物を、容器に加え、スピードミキサーにて2300rpmで30秒間を4回、混合した。
比較例2
28.85gのトリメトキシシリル末端ポリジメチルシロキサン(約56,000mPa・sの粘度及び62,000g/molの数平均分子量(Mn)を示す)及び0.155gのテトラn-ブチルチタネートを合わせて、デンタルミキサーにより2300rpmで30秒間混合した。290gのベース2をプラスチック容器に導入した。トリメトキシシリル末端ポリジメチルシロキサン(56,000mPa・sの粘度)とテトラn-ブチルチタネートとの上記予備混合物を、容器に加え、スピードミキサーにて2300rpmで30秒間を4回、混合した。
試験した比較例1及び2の組成物の詳細な表を、表1に示す。下記走行時のタイヤに関する試験結果を、表2a-cに示す。
Figure 2022551681000001
硬度及び貯蔵弾性率の評価
TA XT plusテクスチャーアナライザーを使用して、硬化エラストマーの硬度を観測した。使用したプローブは、球形端部で終端されたポリカーボネートシリンダである。プローブと球体の直径は、1/2インチ(1.27cm)である。スタートに戻る(return to start)プログラムを使用した。試験前速度は5mm/sであり、誘発力は0.1gである。テストスピードは1mm/sである。プローブは、生成物中に5mmの距離で挿入され、その後、有意な力が測定されない距離まで移される。最大の正及び負の力を測定し、本明細書に報告する。より高い正の力は、より高い硬度のエラストマーを表す。より高い負の力は、より粘着性のエラストマーを表す。
シーリング効率の評価
プレス及びカッティングシリンダーを使って、タイヤの回転バンド上に直径3mmの孔を切り取った。実施例1、2並びに比較例1及び2で得られた生成物を、それぞれ310mLのカートリッジに充填し、タイヤ内部に塗布し、ルーラーを用いて、設計厚さで平滑化した。
実施例1、2並びに比較例1及び2の生成物を、所望の厚さで塗布し、タイヤの3つの孔を埋めることなく、覆うようにした。23℃及び相対湿度50%で7日間硬化した後、タイヤをホイールに装着し、1bar(0.1MPa)で与圧した。直径5mmの釘を、タイヤ内の距離が40mmになるまで、3mmの孔に押し込んだ。次いで、圧力を2.7bar(0.27MPa)まで上げ、孔はタイヤから取り除かれた。
その後数時間及び数日間は、セメント質を含まないストリング補修プラグを漏れている孔に充填し、漏れが観察されなくなるまで、任意選択で水を用いて、漏れを追跡した。タイヤを、補修後2週間保持した。14日後に、0.1bar(0.01MPa)を超える喪失がない場合の結果を表2に報告する。3/3は、3つの孔のいずれにも漏れが観察されなかったことを意味する。0/3は、3つの孔の全てが、漏れるので修理が必要であったことを意味する。
Figure 2022551681000002
比較例1及び2は、気密性の優れた結果を示すものであり、これは、タイヤを封止する生成物を得るために適切な架橋密度が必要であることを示す。
Figure 2022551681000003
Figure 2022551681000004
実施例のテクスチャーアナライザーの結果は、タイヤに適切な性能を得るためには、硬度及び粘着性の折り合いが必要であることを示す。比較例1及び2は、クリープを示すことなく、釘によって引き起こされるギャップを閉じるために、硬度及び粘着性の適切なバランスを示すが、それらは低い絶対粘着性を有し、そのため、いくつかの異物及びセルフシーリング穿刺による粘着性の問題に悩まされ得る。しかしながら、上記で使用された組成物の各々は、<0.5の絶対粘着性を有することがみられ、これは本明細書で使用されるものよりも大幅に少ない。
実施例8及び比較例3並びに4
ベースの調製
以下の表3に示されるように、室温での粘度を示す260.87gのOH末端ポリジメチルシロキサンを使用して、評価した5つの組成物についてのベース組成物を、スピードミキサーを使用して39.13gのPrintex Aタイプのカーボンブラックと、2300rpmの速度で30秒間4回混合して調製した。各混合中に、スパチュラを使用して混合物を均一化した。
Figure 2022551681000005
硬化剤の調製
23℃で約56,000mPaの粘度(3rpmでコーンプレートCP-52を使用してBrookfieldコーンプレート粘度計RV DIII)を有するトリメトキシシリル末端ポリジメチルシロキサン313.04gを、1.25gのテトラnブトキシチタンと、スピードミキサーを使用して2300rpmの速度で30秒間4回混合した。
混合物の調製
上記のように調製した300gのベースを26.09gの硬化剤と、2300rpmの速度で30秒間4回混合した。各混合中に、スパチュラを使用して混合物を均一化した。次いで、混合化合物を2300rpmの速度で30秒間4回混合した。各混合中に、スパチュラを使用して混合物を均一化した。混合物を310mlのカートリッジに導入し、直径50mm及び高さ15mmのアルミニウムカップ内に過剰に分配した。生成物を金属プレートで細工して平坦な表面を作製し、次いで室温で28日間硬化させた。
結果
Stable Micro Systems TA XT plusテクスチャーアナライザーを使用して、硬化エラストマーの硬度を観測した。使用したプローブは、球形端部で終端されたポリカーボネートシリンダである。ポリカーボネートで作製された1/2インチ(1.27cm)半球プローブを有するStable Micro Systems TA XT+を、生成物中で試料5mmを0.1mm/sの速度で貫通し、その後、著しい力が測定されない距離に取り外すように設定した。最大の正[F+]及び負[F-]の力を測定し、本明細書に報告する。より高い正の力は、より高い硬度のエラストマーを表す。より高い負の力は、より粘着性のエラストマーを表す。しかしながら、プローブが生成物の内部に5mm貫通する必要があるため、より硬い材料はまた、プローブ上でより強い圧力を誘導し、一般に、測定された負の力を増加させる。絶対粘着性を決定するために、両方の値の比を以下のように計算した。
絶対粘着性=-[F-]/[F+]
Figure 2022551681000006
1を超える比は、硬度強度[F+]よりも高い粘着性強度[F-]を示す材料の特徴である。混合物B、C、及びDは、1を超える比を示し、これは、絶対粘着性が混合物A及びBよりも高いことを意味する。絶対粘着性を最大化するために13,500~330,000mPa・sの粘度及びより好ましくは50,000~150,000mPa・sに含まれる粘度を示すポリマーを使用することが好ましい。
1:1を超える、あるいは1.025:1を超える比は、硬度強度[F+]よりも高い粘着性強度[F-]を示す材料の特徴である。混合物B、C、及びDは、1.025を超える絶対粘着値を示し、これは、それらの絶対粘着性が混合物A及びEよりも高いことを意味する。したがって、絶対粘着性を最大化するために、粘度13,500~330,000mPa・s、及びより好ましくは50,000~150,000mPa・sに含まれる粘度を示すポリマーを使用することが好ましい。

Claims (18)

  1. 縮合硬化性シリコーン系組成物であって、
    (i)1分子当たり2つ以上のケイ素結合ヒドロキシル基又は加水分解性基と、23℃で30,000mPa・s~200,000mPa・sの粘度を有するオルガノポリシロキサン系ポリマーと、
    (ii)少なくとも2つのシリル基を有し、各シリル基が、少なくとも2つの加水分解性基を含有するシリル官能性ポリマーを含む架橋剤と、
    (iii)チタネート及び/又はジルコネートの群から選択される縮合触媒と、任意に
    (iv)補強充填剤又は非補強充填剤とを含み
    前記組成物が、硬化すると、≧1.025の絶対粘着性を有する自己接着性シリコーン系生成物を提供し、
    絶対粘着性=-[粘着性強度(F-)]/[硬度強度(F+)]である、縮合硬化性シリコーン系組成物。
  2. 前記組成物が、ヒュームドシリカ、沈殿シリカ、炭酸カルシウム、カーボンブラック、中空ガラスビーズ、及び/又はカーボンナノチューブから選択される1つ以上の補強充填剤又は非補強充填剤(iv)を含む、請求項1に記載の縮合硬化性シリコーン系組成物。
  3. 前記充填剤が、多層カーボンナノチューブ及び/又はカーボンブラックである、請求項1又は2に記載の縮合硬化性シリコーン系組成物。
  4. 全ケイ素結合ヒドロキシル基の全加水分解性基に対するモル比が、>2:1であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の縮合硬化性シリコーン系組成物。
  5. 組成物が、2部で、ポリマー(i)及び存在する場合は、充填剤(iv)を含むベース部と、架橋剤(ii)及び触媒(iii)を含む硬化部で保存される、請求項1~4のいずれか一項に記載の縮合硬化性シリコーン系組成物。
  6. ポリマー(i)が、1つのシラノール含有末端基と1つの非反応性末端基とを有するポリジオルガノシロキサンを更に含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の縮合硬化性シリコーン系組成物。
  7. 前記シリコーンセルフシーリング組成物の架橋剤(ii)が、少なくとも2つのシリル基を有するシリル官能性分子を更に含み、少なくとも1つのシリル基が、1つの加水分解性基を含有する、請求項1~6のいずれか一項に記載の縮合硬化性シリコーン系組成物。
  8. 請求項1~7のいずれか一項に記載の縮合硬化性シリコーン系組成物から得られた縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物。
  9. 前記生成物が、感圧接着剤、自己接着性材料、及び/又はセルフシーリング材料である、請求項8に記載の縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物。
  10. 膨張可能な物品におけるパンクセルフシーリング層としての、請求項8又は9に記載の縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物。
  11. 前記膨張可能な物品が、セルフシーリング空気タイヤであることを特徴とする、請求項10に記載の縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物。
  12. 前記セルフシーリング空気タイヤが、
    a)外側トレッド表面及び内面を有するタイヤ本体と、
    b)前記内面に接着された前記縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物のパンクセルフシーリング層と、を含む、請求項11に記載の縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物。
  13. 前記パンクセルフシーリング層が、0.3mm超の厚さを有する、請求項12に記載の縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物。
  14. 前記パンクセルフシーリング層が、0.5mm~10mmの厚さを有する、請求項12に記載の縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物。
  15. 膨張可能な物品の。空気タイヤにおけるパンクセルフシーリング層としての、請求項8に記載の縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物の使用。
  16. 前記膨張可能な物品が、セルフシーリング空気タイヤである、請求項15に記載の縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物の使用。
  17. 膨張可能な物品であって、
    外面及び内面を備え、
    前記その内面に適用されたセルフシーリングシリコーン層を有し、
    前記セルフシーリングシリコーン層が、請求項1~7のいずれか一項に記載のシリコーンセルフシーリング組成物から硬化される、膨張可能な物品。
  18. 前記膨張可能な物品が、請求項8~14いずれか一項に記載の縮合硬化型自己接着性シリコーン系生成物を含有する空気タイヤである、請求項17に記載の膨張可能な物品。
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