(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
シリコーン処理されたウェブを製造する方法であって、1種以上のポリシロキサン材料を含む第1の組成物で繊維状ウェブを飽和させて飽和ウェブを形成し、前記第1の組成物を電子ビームで硬化させて前記ポリシロキサン材料を架橋させ、硬化した飽和ウェブを形成することを含み、
前記第1の組成物中の前記ポリシロキサン材料が、シラノール末端ポリシロキサン、及びアルコキシ末端ポリシロキサンからなる群より選択され、
前記ウェブがファイバーグラスを含み、
前記第1の組成物が、25℃で1,000,000mPa・秒以下の動的粘度を有する、方法。
【発明を実施するための形態】
【0008】
繊維状ウェブは、多くの場合、望ましい水密及び/又は気密性能を得るためにウェブの多孔性を低下させるか又はなくす必要がある用途で使用するためにコーティングされる。シリコーンコーティングは、例えば、熱安定性、耐化学性、耐火性、耐UV性、及び防水性等のシリコーンがもたらす特性の独特の組合せのために、有機材料よりも選ばれることが多い。
【0009】
シリコーン処理された繊維状ウェブ、例えば、織布及び不織布は、広範囲にわたる用途で用いられている。例示的な用途としては、粘着性のない(non-stick)ベルト及びスリーブ、防水シート、溶接ブランケット、ベーキングマット、及び膨張式ボートを含む防水物品、並びにエアバッグ、コンバーチブルトップ、及びトランクカバーで使用するための材料等の自動車用途が挙げられる。更なる用途としては、熱気球、帆布、テント、日よけ、及び構成体の形態が挙げられる。
【0010】
シリコーン処理されたウェブを調製するために現在用いられているプロセスは、典型的に、熱硬化される溶剤型シリコーンを使用する。現在のプロセスは、多くの場合、ウェブを飽和させるのに望ましい粘度を得るために大量の溶剤を使用することを必要とする。更に、プロセスは、多くの場合、複数のコーティング/飽和、乾燥、及び熱硬化工程を必要とする場合があるので、速度が遅い。
【0011】
本開示に好適な繊維状ウェブは、任意の公知の材料から作製することができる。例示的な材料としては、ポリマー材料(例えば、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、及びポリオレフィン)、有機繊維(綿、羊毛、麻、及び亜麻)、及び無機繊維(例えば、ファイバーグラス、セラミック、及び金属)が挙げられる。繊維状ウェブは、例えば、織布ウェブ、不織布ウェブ、ニット、スクリム、及びメッシュを含む多くの形態になる。
【0012】
従来のシリコーン材料は、特定の種類の触媒を使用する熱プロセスによって硬化される。例えば、付加硬化系には白金触媒が使用されており、水素引き抜き硬化系には過酸化物(例えば、過酸化ベンゾイル)が使用されており、湿度/縮合硬化系にはスズ触媒が使用されている。
【0013】
一般的に、これらのアプローチでは、シロキサン主鎖に結合した反応性官能基を必要とする。例えば、付加硬化白金触媒系は、一般に、シリコン結合ビニル官能基とシリコン結合水素との間のヒドロシレーション反応に依存する。コスト及び他の問題の観点から、適切に硬化するために特定の官能基を必要としない材料を使用することが望ましい場合がある。また、触媒及び/又は反応開始剤を使用することなく硬化させることができるシリコーン系を有することが有用であり得る。
【0014】
UVで硬化される及び電子ビームで硬化されるシリコーン材料が公知である。これら系は、典型的に、触媒及び特定の官能基の使用を必要とする。特に、アクリレート−官能性及びエポキシ−官能性シリコーンは、触媒の存在下で放射線硬化される。
【0015】
本発明者らは、シリコーン処理されたウェブを製造するための新たな方法を見出した。一般的に、この方法は、架橋されたポリシロキサンのネットワークを形成するために、電子線硬化型シリコーン材料を含む。一般的に、この方法は、非官能性シリコーン材料と共に使用することができる。官能性シリコーンを使用することもできるが、典型的には、特定の官能基は架橋反応に関与しないので、これらの官能基の性質及び存在はそれほど重要ではない。
【0016】
硬化性シリコーン材料のための以前の方法とは反対に、本開示の方法は触媒又は開始剤の使用を必要としない。したがって、本開示の方法を用いて、このような触媒又は反応開始剤を「実質的に含まない」組成物を硬化することができる。本明細書で使用するときには、組成物が「有効量の」触媒又は反応開始剤を含まない場合、組成物は「触媒及び反応開始剤を実質的に含まない」。よく理解されるように、「有効量」の触媒又は反応開始剤とは、触媒又は反応開始剤の種類、硬化性材料の組成、及び硬化方法(例えば、熱硬化、UV硬化など)を含む様々な要因に依存する。幾つかの実施形態では、その量の触媒又は反応開始剤が、触媒又は反応開始剤の比存在下における同一硬化条件下での同一組成物の硬化時間に比較して、組成物の硬化時間を少なくとも10%短縮させない場合には、特定の触媒又は反応開始剤の「有効量」は存在しない。
【0017】
一般的に、本開示において有用なシリコーン材料は、ポリシロキサン、すなわち、ポリシロキサン主鎖を含む材料である。幾つかの実施形態では、非官能化シリコーン材料は、脂肪族及び/又は芳香族置換基を持つシロキサン主鎖を示す以下の式で表される直鎖状物質であり得る:
【化1】
式中、R1、R2、R3、及びR4は、独立して、アルキル基及びアリール基よりなる群から選択され、各R5はアルキル基であり、n及びmは整数であり、m又はnの少なくとも1つは0ではない。幾つかの実施形態では、アルキル基又はアリール基のうちの1種以上はハロゲン置換基、例えばフッ素を含有し得る。例えば、幾つかの実施形態では、アルキル基のうちの1種以上は−CH
2CH
2C
4F
9であってよい。
【0018】
幾つかの実施形態では、R5はメチル基であり、すなわち非官能化ポリシロキサン材料はトリメチルシロキシ基で末端する。幾つかの実施形態では、R1及びR2はアルキル基であり、nはゼロであり、すなわち、この物質は、ポリ(ジアルキルシロキサン)である。幾つかの実施形態では、このアルキル基はメチル基、すなわち、ポリ(ジメチルシロキサン)(「PDMS」)である。幾つかの実施形態では、R1はアルキル基であり、R2はアリール基であり、nはゼロであり、すなわち、この物質はポリ(アルキルアリールシロキサン)である。幾つかの実施形態では、R1はメチル基であり、R2はフェニル基であり、すなわち、この物質はポリ(メチルフェニルシロキサン)である。幾つかの実施形態では、R1及びR2はアルキル基であり、R3及びR4はアリール基であり、すなわち、この物質はポリ(ジアルキルジアリールシロキサン)である。幾つかの実施形態では、R1及びR2はメチル基であり、R3及びR4はフェニル基であり、すなわち、この物質はポリ(ジメチルジフェニルシロキサン)である。
【0019】
幾つかの実施形態では、非官能化ポリシロキサン材料は分枝してよい。例えば、R1、R2、R3、及び/又はR4基のうちの1種以上はアルキル又はアリール置換基(ハロゲン化されたアルキル又はアリールを含む)及び末端R5基を持つ直鎖状又は分枝状シロキサンであってよい。
【0020】
本明細書で使用するとき、「非官能性基」とは、炭素、水素、及び幾つかの実施形態では、ハロゲン(例えば、フッ素)原子よりなるアルキル基又はアリール基のいずれかである。本明細書で使用するとき、「非官能化ポリシロキサン材料」は、そのR1、R2、R3、R4、及びR5基が非官能性基であるものである。
【0021】
一般的に、官能性シリコーン系は、出発物質のポリシロキサン主鎖に結合した特定の反応性基(例えば、ヒドロキシル基及びアルコキシ基)を含む。本明細書で使用するとき、「官能化ポリシロキサン材料」は、式2のR基のうちの少なくとも1つが官能基であるものである。
【化2】
【0022】
幾つかの実施形態では、官能性ポリシロキサン材料はR基のうちの少なくとも2つが官能基であるものである。一般的に、式2のR基は独立して選択され得る。幾つかの実施形態では、全ての官能基が水酸基及び/又はアルコキシ基である。幾つかの実施形態では、官能性ポリシロキサンは、シラノールで末端されたポリシロキサン、例えば、シラノールで末端されたポリジメチルシロキサンである。幾つかの実施形態では、官能性シリコーンはアルコキシで末端されたポリジメチルシロキサン、例えば、トリメチルシロキシで末端されたポリジメチルシロキサンである。
【0023】
官能性R基に加えて、R基は非官能性基、例えば、ハロゲン化された(例えば、フッ素化された)アルキル基及びアリール基を含むアルキル基又はアリール基であってよい。幾つかの実施形態では、官能化されたポリシロキサン材料は分枝してよい。例えば、R基のうちの1種以上が官能性及び/又は非官能性置換基を持つ直鎖状又は分枝状シロキサンであってよい。
【0024】
一般的にシリコーン材料は、油、流体、ゴム、エラストマー、又は樹脂、例えば、脆砕性固体樹脂であってよい。一般的に、より低分子量、より低粘度の物質が、流体又は油と称され、一方、より高分子量、より高粘度の物質がゴムと称されるが、これらの用語は厳密には区別されていない。エラストマー及び樹脂は、ゴムよりも更に高い分子量を有し、典型的には流動しない。本明細書で使用するとき、用語「流体」及び「油」は、25℃において1,000,000mPa・秒以下(例えば600,000mPa・秒未満)の動的粘度を有する物質を指し、一方、25℃において1,000,000mPa・秒を超える動的粘度(例えば少なくとも10,000,000mPa・秒)を有する材料は「ゴム」と呼ばれる。
【0025】
一般的にウェブを飽和させるのに望ましい粘度を得るために、基材にコーティング又は塗布するため、高分子量物質を溶剤で希釈することが必要になる場合がある。しかし、幾つかの実施形態では、無溶剤系が好ましい場合もある。幾つかの実施形態では、組成物は、5wt%未満、例えば、2wt%未満、例えば、1wt%未満の溶剤を含む。
【0026】
溶剤の使用を避けるために、幾つかの実施形態では、25℃で200,000mPa・sec以下、100,000mPa・sec以下、又は更には50,000mPa・sec以下の動的粘度を有するものを含む低分子量シリコーン油又は流体を使用することが好ましい場合がある。幾つかの実施形態では、より粘度の高い材料を使用することができるほど、シリコーン材料を加熱することにより飽和中の粘度を低下させることができる。
【0027】
ウェブの飽和を促進するために必要とされるシリコーン材料の粘度は、ウェブの孔面積に依存する。織りがよりゆるく、よりスレッドカウントの少ないウェブでは、より粘稠な材料を用いることができる。より織りがきつく、スレッドカウントの多いウェブは、より低い粘度を必要とする場合がある。幾つかの実施形態では、シリコーン材料は、25℃で250,000センチストークス(cSt)(0.25m
2/s)以下、例えば、100,000cSt(0.1m
2/s)以下、又は更には50,000cSt(0.05m
2/s)以下の運動粘度を有する。幾つかの実施形態では、シリコーン材料のうちの少なくとも1つが25℃で少なくとも5,000センチストーク(cSt)(0.005m
2/s)、例えば、少なくとも10,000cSt(0.01m
2/s)、又は更には少なくとも15,000cSt(1.015m
2/s)の運動粘度を有するシリコーン材料の組み合わせを使用することが望ましい場合がある。幾つかの実施形態では、25℃で1000〜50,000cSt(0.001〜0.05m
2/s)、例えば、5,000〜50,000cSt(0.005〜0.05m
2/s)、又は更には10,000〜50,000cSt(0.01〜0.05m
2/s)の運動粘度を有するシリコーン材料を使用することが望ましい場合がある。
【0028】
一般的に、任意の公知の添加剤がシリコーン組成物に含まれ得る。一般的に、添加剤は、硬化プロセスへの干渉を避けるように選択すべきである。幾つかの実施形態では、添加剤、例えば充填剤のサイズは、飽和工程中に濾過されることを避けるように選択すべきである。
【実施例】
【0029】
実施例1.空気中におけるファイバーグラスのシリコーン処理。一片のファイバーグラスの布地(BGF Industries,Inc.,Greensboro,North Carolina製のガラス織物、縦糸:39スレッドカウント/cm(100/インチ)、横糸:14スレッドカウント/cm(36/インチ)、厚み:140マイクロメートル(0.0055インチ))を、2層のPET剥離ライナ(Loparex North America,Hammond,Wisconsin製の2 CL PET5100/5100)の間に挟み、シリコーン末端ポリジメチルシロキサン流体(XIAMETER OHX−4040、50,000cP、Dow Corning製)でコーティングした。挟んだサンプルに加圧して、2シートのライナ間のファイバーグラス全体にシリコーン流体を飽和させた。次いで、電子ビーム硬化手順に従って300keV及び20Mradで電子ビーム照射にこの構成体を曝露した。
【0030】
電子線硬化手順CB−300型の電子線生成装置(Energy Sciences,Inc.(Wilmington,MA)から入手可能)で電子線硬化を実施した。一般的に、支持フィルム(例えば、ポリエステルテレフタレート支持フィルム)を、装置の不活性化されたチャンバに通過させる(<50ppm酸素)。非硬化材料のサンプルを支持フィルムに取り付け、約4.9メートル/分(16フィート/分)の一定速度で不活性化されたチェンバ中を搬送し、電子線照射に曝露した。16Mradの合計電子ビーム線量を得るためには、装置に1回通すだけで十分であった。20MRadの合計電子ビーム線量を得るためには、装置に2回通すことが必要であった。
【0031】
電子ビーム照射に曝露した後、PET剥離ライナを除去した。シリコーンで汚れている場合があり且つ粘着性であったので、それほど架橋されていないと考えられた。
【0032】
実施例2.窒素中におけるファイバーグラスのシリコーン処理。窒素で不活性化されたグローブボックス内にて、ファイバーグラスをシリコーン材料でコーティングしたことを除いて、実施例1の材料及び手順を用いてサンプルを調製した。グローブボックス内の酸素含量を100〜500ppmに減少させた。ライナを除去した際、コーティングされたファイバーグラスの両方の表面は、汚れておらず且つ粘着性でもなかった。表面は、典型的なシリコーン処理された市販のファイバーグラスベルトと同じゴムのような感触を有していた。
【0033】
シリコーン処理前後のファイバーグラスウェブの断面を顕微鏡下で評価した。画像から、ウェブの断面が完全にシリコーン材料で飽和していることが明らかになった。更に、ファイバーグラスの各糸は、個々の繊維又はフィラメントの束から構成される。また、顕微鏡解析により、各糸が硬化されたシリコーンで飽和しており、糸内の個々の繊維又はフィラメントがまとまっていることが明らかになった。
【0034】
実施例3.窒素中におけるナイロン織物のシリコーン処理。ファイバーグラスの代わりに繊維状ウェブとして市販のナイロン織物(Jo−Ann Fabric and Craft Storesから入手した矢車草色のマットチュール(商品統一分類コード4000075511041)を用いたことを除いて、実施例2の材料及び手順を用いてサンプルを調製した。ライナを除去した際、コーティングされたナイロン織物の両方の表面は、汚れておらず且つ粘着性でもなかった。表面は、典型的なシリコーン処理された市販のファイバーグラスベルトと同じゴムのような感触を有していた。顕微鏡解析により、硬化されたシリコーンで個々の繊維がコーティングされており、布地の断面全体にわたって繊維間に空間が存在することが明らかになった。
【0035】
実施例4.窒素中におけるポリエステルニット織物のシリコーン処理。ファイバーグラスの代わりに繊維状ウェブとして市販のポリエステルニット織物(Jo−Ann Fabric and Craft Storesから入手した白色のくすんだオーガンザ(商品統一分類コード400097489632)を用いたことを除いて、実施例2の材料及び手順を用いてサンプルを調製した。ライナを除去した際、コーティングされたポリエステルニット織物の両方の表面は、汚れておらず且つ粘着性でもなかった。表面は、典型的なシリコーン処理された市販のファイバーグラスベルトと同じゴムのような感触を有していた。顕微鏡解析により、硬化されたシリコーンで個々の繊維がコーティングされており、布地の断面全体にわたって繊維間に空間が存在することが明らかになった。
【0036】
実施例5.織布ガラス織物のシリコーン処理。2630白色シリコーンゴム(Dow Corning)でコーティングされている織布ガラス織物(BGF style 2116、未処理、平織、縦糸ECE 225 1/0、横糸ECE 225 1/0、厚み100マイクロメートル(0.0039インチ);BGF Industries,Greensboro,North Carolinaから入手可能)を基材として用いた。この基材を、手動で、シラノール末端ポリジメチルシロキサン(DMS−S42、18,000cSt(0.018m
2/s)、Gelest製)でナイフコーティングした。次いで、電子ビーム硬化手順に従って300kev及び16Mradで電子ビーム照射にこの構成体を曝露した。
【0037】
得られた、硬化されたシリコーン処理ウェブをシリコーンベルトとして評価した。
【0038】
剥離試験手順。両面塗布アクリル発泡体テープ(Acrylic Plus Tape EX4011、3M Company,St.Paul,Minnesotaから入手可能)のロールをほどき、ライナの存在しない側の接着剤を露出させた。テープの2.5cmのストリップを、この接着剤層によりパネルに接着させた。次いで、ライナを除去して、ライナの存在する側の接着剤層を露出させた。実施例5のシリコーン処理されたベルトの一片を、発泡体テープの露出している接着剤層に適用し、手で押さえた。表1に要約する条件下で構成体をエージングした。各エージング工程後、シリコーン処理されたベルトを、引張試験機(Instron,Norwood,Massachusettsから入手)を用いて角度90°、30cm/分(12インチ/分)でテープから除去し、平均剥離力を記録した。次いで、サンプルベルトを新たなテープサンプルに再適用し、エージングし、再度試験した。
【0039】
比較のために、従来の熱硬化、付加硬化シリコーンを用いて調製した、比較できるシリコーン処理されたベルトを用いてこの同じ手順を実施した。結果を表1に要約する。エージング条件「1分」は、室温で1分間のエージングを指す。エージング条件「5分」は、室温(23℃)で5分間のエージングを指す。エージング条件「7d/70℃」は、70℃で7日間加熱エージングし、次いで、試験前に2〜4時間室温で維持することを指す。
【0040】
【表1】
(
*)1サイクル当たり1分間維持を20サイクル。サンプルを手で除去したので、剥離力は入手できなかった(「N.A.」)。
【0041】
本開示の幾つかの実施形態に係る例示的な飽和ウェブを
図1に示す。飽和ウェブ110は、電子ビームで硬化させたシリコーン材料120で飽和しているウェブ130を含む。幾つかの実施形態では、ウェブ130の一方又は両方の主表面を同じ又は異なる硬化されたシリコーン材料140でコーティングしてよい。
【0042】
本発明の様々な改変及び変更が、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく当業者には明らかとなるであろう。