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塗料用シリコーンワニス

塗料用シリコーンワニスの組成
純シリコーンワニスは、一般に4種のクロロシランを原料とし、これを加水分解して得られるもので、 ケイ素原子に結合した有機基は一般にメチル基のみか、メチル基とフェニル基の組み合わせです。
純シリコーンワニスの性質は、@シロキサンの架橋密度およびA有機基のうちのメチル基とフェニル基の 割合によってほぼ表せることになります。シロキサンの架橋密度はR/Siにより表わされます。
ここでR/Siはケイ素原子一個に結合している有機基の平均数を示し、これが小さいほど架橋度は大きくなります。 通常シリコーンワニスのR/Siは1.0-1.7の範囲にあります。
ワニスの性質は,R/Siが小さくなるほど硬化性は速くなり、皮膜は硬くなり、熱硬化性になります。 R/Siが1.7を超えると性質がオイルに近づくので硬化しにくくなり、機械的強度が弱くなります。 また、全有機基中のフェニル基含有率が多くなるにしたがって皮膜は硬くなり、硬化速度は遅くなり、 熱可塑性をおびてきます。
フェニル基含有率が20-60%の範囲が屈曲性による耐熱性からみた場合最良になります。
その用途とともに下図に示します。

シリコーン変性ワニス
ケイ素原子に結合した水酸基やメトキシ基はアルコール性の水産基と容易に反応するのでアルキド樹脂、 ポリエステル、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂と反応させてシリコーン変性ワニスをつくることができます。
シリコーンワニス中には有機樹脂と相溶するものもあるので、有機樹脂と単に混合するだけで 改質できる場合もあります。

塗料用シリコーンワニスの性質耐熱性
シリコーンレジンの最も優れた性質のひとつは耐熱性です。180-200℃の温度で連続使用することができ、 間欠的には300℃の温度に耐えます。下に熱分解性を示します。
他のレジンと比較して、シリコーンレジンの熱分解量が非常に少ないのがわかります。

シリコーンワニス塗膜を高温で長時間加熱して屈曲性を測定したり、塗膜に亀裂が発生するまでの 時間を測定したりして耐熱寿命を求める方法があります。下に例を示します。

電気特性
シリコーンレジンは、電気絶縁性に優れており、広い温度範囲で使用することができます。 シリコーンレジンは極性基が殆どないので、誘電率、誘電正接の温度および周波数依存性が 少ない特徴があります。 また炭化される成分が少ないので、耐アーク性,耐コロナ性にも優れています。
下にシリコーンワニス塗膜の電気特性の温度依存性を他のワニスと比較したデータを示します。



耐コロナ性を比較すると通常の有機樹脂が印加電圧2kVで50-100時間で破壊されるのに 比較して、シリコーンワニス塗膜は、9600時間以上の寿命があります。

耐湿・耐水性
シリコーンワニス塗膜は優れた耐水性、耐湿性があります。それは水と親和性のある極性基 をもたず、また水に対する接触角が大きいためです。一方、分子間力が弱く、分子間隔が比較的 大きいために、湿気の透過率は有機樹脂塗膜のそれよりもかなり大きくなります。 したがってシリコーンワニスを電気絶縁材料として用いる場合には、吸湿性の少ない材料と 組み合わせる必要があります。したに各種絶縁ワニス塗膜の透過率、平衡吸水率を示します。

耐候性
シリコーンワニスの優れた性質は耐候性があることです。耐候性塗膜のビヒクルとしては、 純シリコーンよりも価格、硬化速度、機械的強さ、素地への密着性の点から主にシリコーン 変性ワニスを用います。下にシリコーン含有量を変えたときのシリコーンアルキドワニスを ビヒクルとした塗料塗膜の耐候促進試験と屋外暴露試験の結果を示します。

塗料用シリコーンワニスの製品と応用
塗料用シリコーンワニスは、耐熱性・耐候性塗料のビヒクルとして用いられます。

純シリコーンワニス
純シリコーンワニスは種々の耐熱塗料および素地との密着をよくするプライマーとの 組み合わせて、250-400℃まで使用できます。アルミニウム粉やフリットを使えば500 〜600℃に耐える塗料を作ることができます。下に塗料用シリコーンワニスの性質を示し ます。TSR116からTSR144の順序で右のものほどシロキサンの架橋度が大きくなって いるので、これに比例して硬化性がよくなる反面、塗膜はだんだん硬くもろくなってい ます。

塗料用シリコーン中間体
塗料用シリコーン中間体は、塗料展色剤ならびに有機樹脂などと広い範囲に相溶性をもち、 有機樹脂配合用または変性樹脂合成用原料として使用するものです。
塗料用シリコーン中間体は、その分子末端にメトキシ基や、水酸基などの官能性をもって いる比較的低分子量のシリコーン化合物です。有機樹脂中の水酸基と反応させて樹脂を変性 するには、これらの塗料用シリコーン中間体が用いられます。塗料用シリコーン中間体の特性 の一例を下に示します。

シリコーン変性ワニス
シリコーンワニス塗膜は耐熱性や耐候性が他の有機樹脂塗膜より優れている反面、塗膜の硬化 性や塗膜強度が劣る問題があります。それを解決するために、多少の耐熱性や耐候性は犠牲に した、シリコーンと他の有機樹脂とを組み合わせたシリコーン変性ワニスがあります。 シリコーン変性ワニスはシリコーンアルキドやシリコーンポリエステルに代表されるが、用途 によりシリコーンエポキシ、シリコーンアクリル、シリコーンウレタンなどがあります。
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