シリコーンフォーム/スポンジの成形方法と特徴(その1)

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1、シリコーンスポンジ

 樹脂材料やゴム材料は、スポンジ化することで軽量化や断熱性、低熱容量、クッション性、吸水・吸油性などの特徴を付与でき、さらに材料の使用量を低減できます。このようなことから樹脂・ゴムスポンジは産業界、家庭などさまざまな所で利用されています。特にシリコーンスポンジはシリコーンの持つ優れた耐熱性、耐寒性、電気特性などを生かしてガスケットやパッキン類、クッション材、断熱材、電子・電気部品、自動車部品などに使用されています。ここでは、主なシリコーンスポンジの製造方法と特徴についてやさしく解説します。

2、シリコーンスポンジの製造方法

 シリコーンスポンジの製造方法は、次のようになります。

  • ① シリコーン材料中に分散させた化学発泡剤を熱によって分解させ、発生したガスによって気泡を発生させる方法
  • ② シリコーンの硬化反応により発生したガスを用いて発泡させる方法
  • ③ 液状シリコーン材料と水のW/O型のエマルジョンを作成し、シリコーン硬化後に水と空気を置換する方法
  • ④ 樹脂バルーン、ガラスバルーンなどを充填して、疑似スポンジを得る方法
  • ⑤ シリコーン材料中に塩類を練り込んで、成形後に水などによって溶かし去り、スポンジ状の成形体を得る方法
  • ⑥ 気体に圧力をかけてシリコーン材料中に溶解させ、その後減圧することで発生した気体の圧力により発泡させる方法

 次にそれぞれの製法と特徴について説明します。

3、化学発泡剤を用いる方法

 主に有機発泡剤を用いる方法で、シリコーンスポンジを得る方法としては一般的な方法です。図1は、シリコーンコンパウンド中に分散された化学発泡剤が熱で分解すると窒素ガスなどが発生し、そのガス圧で発泡させる方法です。発泡剤の分解反応とシリコーンの硬化反応のバラスを取ることにより、スポンジが形成されます。

シリコーンフォーム

図1.化学発泡剤によるシリコーンの発泡プロセス

 発泡剤の種類とシリコーンの硬化形態には相性があり、発泡剤の選択には注意が必要です。発泡剤として主にアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)が用いられてきましたが、分解生成物が経口毒性を示すことから近年では他の発泡剤への置き換えが進んでいます。気泡の形状は不定形で一般に独立気泡になりますが、発泡剤及び加硫剤の選択や成形条件によって気泡が連結した連続気泡にすることも可能です。図2に有機化学発泡剤を用いて成形したシリコーンスポンジの断面状態を示しました。

シリコーンフォーム

4、自己発泡シリコーンスポンジ

 2液の液状シリコーン材料から成り、2液を混合・撹拌すると硬化反応が始まり、硬化反応で発生したガスにより発泡させる方法です。この方法に用いられる主なシリコーン材料として、分子中に水酸基を持つシリコーン成分とケイ素に直結する水素を持つシリコーンが挙げられます。この二つのシリコーン成分が反応することで水素ガスが発...

 

1、シリコーンスポンジ

 樹脂材料やゴム材料は、スポンジ化することで軽量化や断熱性、低熱容量、クッション性、吸水・吸油性などの特徴を付与でき、さらに材料の使用量を低減できます。このようなことから樹脂・ゴムスポンジは産業界、家庭などさまざまな所で利用されています。特にシリコーンスポンジはシリコーンの持つ優れた耐熱性、耐寒性、電気特性などを生かしてガスケットやパッキン類、クッション材、断熱材、電子・電気部品、自動車部品などに使用されています。ここでは、主なシリコーンスポンジの製造方法と特徴についてやさしく解説します。

2、シリコーンスポンジの製造方法

 シリコーンスポンジの製造方法は、次のようになります。

  • ① シリコーン材料中に分散させた化学発泡剤を熱によって分解させ、発生したガスによって気泡を発生させる方法
  • ② シリコーンの硬化反応により発生したガスを用いて発泡させる方法
  • ③ 液状シリコーン材料と水のW/O型のエマルジョンを作成し、シリコーン硬化後に水と空気を置換する方法
  • ④ 樹脂バルーン、ガラスバルーンなどを充填して、疑似スポンジを得る方法
  • ⑤ シリコーン材料中に塩類を練り込んで、成形後に水などによって溶かし去り、スポンジ状の成形体を得る方法
  • ⑥ 気体に圧力をかけてシリコーン材料中に溶解させ、その後減圧することで発生した気体の圧力により発泡させる方法

 次にそれぞれの製法と特徴について説明します。

3、化学発泡剤を用いる方法

 主に有機発泡剤を用いる方法で、シリコーンスポンジを得る方法としては一般的な方法です。図1は、シリコーンコンパウンド中に分散された化学発泡剤が熱で分解すると窒素ガスなどが発生し、そのガス圧で発泡させる方法です。発泡剤の分解反応とシリコーンの硬化反応のバラスを取ることにより、スポンジが形成されます。

シリコーンフォーム

図1.化学発泡剤によるシリコーンの発泡プロセス

 発泡剤の種類とシリコーンの硬化形態には相性があり、発泡剤の選択には注意が必要です。発泡剤として主にアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)が用いられてきましたが、分解生成物が経口毒性を示すことから近年では他の発泡剤への置き換えが進んでいます。気泡の形状は不定形で一般に独立気泡になりますが、発泡剤及び加硫剤の選択や成形条件によって気泡が連結した連続気泡にすることも可能です。図2に有機化学発泡剤を用いて成形したシリコーンスポンジの断面状態を示しました。

シリコーンフォーム

4、自己発泡シリコーンスポンジ

 2液の液状シリコーン材料から成り、2液を混合・撹拌すると硬化反応が始まり、硬化反応で発生したガスにより発泡させる方法です。この方法に用いられる主なシリコーン材料として、分子中に水酸基を持つシリコーン成分とケイ素に直結する水素を持つシリコーンが挙げられます。この二つのシリコーン成分が反応することで水素ガスが発生し、そのガス圧で発泡させます。材料に液状シリコーンを用いるため、細部へ材料が侵入しやすく、低温で硬化できるという特徴があります。用途としては、シール材や防音材などがあります。(図3)

シリコーンフォーム

 次回は、5、エマルジョンを利用する方法から解説を続けます。

【参考文献】
・スリーボンド・テクニカルニュース35(1991)
・平山中“カラー電子写真装置の省エネ化と定着部品”,NOK TECHNICAL REPORT, 23(2011)
・石川日東株式会社, シリコーンスポンジゴムローラの製造方法及びシリコーンゴムスポンジゴムローラ, 特開2005-153516(2005)

 

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この記事の著者

平山 中

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