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JP2019203038A - 含フッ素有機ケイ素化合物及びその製造方法、室温硬化性含フッ素ゴム組成物及びその硬化物並びに物品 - Google Patents

含フッ素有機ケイ素化合物及びその製造方法、室温硬化性含フッ素ゴム組成物及びその硬化物並びに物品 Download PDF

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JP2019203038A JP2018096758A JP2018096758A JP2019203038A JP 2019203038 A JP2019203038 A JP 2019203038A JP 2018096758 A JP2018096758 A JP 2018096758A JP 2018096758 A JP2018096758 A JP 2018096758A JP 2019203038 A JP2019203038 A JP 2019203038A
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Abstract

【課題】離型性、撥水性、低透湿性に優れ、耐薬品性、特に耐酸性及び耐アミン性をさらに高めたエラストマーを得るのに適した新規含フッ素有機ケイ素化合物及びその製造方法、その化合物を含有する室温硬化性含フッ素ゴム組成物等の提供。【解決手段】下式(1)[Aは非置換又は置換の脂肪族2価炭化水素基、R1、R2は非置換又は置換の1価炭化水素基、R3は非置換又は置換の飽和脂肪族2価炭化水素基、Rfはパーフルオロアルキレン基又は2価のパーフルオロポリエーテル基、Xは加水分解性基、Phはフェニル基、Qは、結合途中に特定元素を介在させてもよい非置換又は置換の2価炭化水素基を含むN連結基]で表される含フッ素有機ケイ素化合物。【選択図】なし

Description

本発明は、例えば、ゴム材料や離型剤に有用且つ耐酸性及び耐アミン性に優れた含フッ素エラストマー(含フッ素ゴム硬化物)のベースポリマーとして好適に適用できる含フッ素有機ケイ素化合物及びその製造方法、該含フッ素有機ケイ素化合物を含有する室温硬化性含フッ素ゴム組成物及びその硬化物(含フッ素ゴム硬化物)並びにそれを用いた物品や用途に関する。
有機フッ素化合物は様々な分野で使用されている。例えば、有機フッ素化合物を架橋剤と混合し150℃以上の高温で架橋して得た含フッ素エラストマー(含フッ素ゴム硬化物)は、ゴム材料や離型剤として利用されている。しかし、上記の熱硬化材料は高温条件が必要であるという特性上、大型部品などの加熱不可能な用途には適さない。また、従来の有機フッ素化合物から得られたエラストマーは耐溶剤性、耐酸性及び耐塩基性など、耐薬品性が十分でないものが多く見受けられる。特にシーラントや成形部品等に使用するエラストマーは、前記の耐薬品性のほか、さらに離型性、撥水性、低透湿性に優れ、かつ室温で硬化するものが望ましい。そのような特性を満たすエラストマーを得ることができる有機フッ素化合物及びそれを含有する組成物について、特許文献1(特許第3121245号公報)等により報告されているが、該組成物は、ケイ素原子に結合したフェニレン構造を分子中に有するパーフルオロポリエーテル化合物をベースポリマーとするものであるため、該組成物から得られる硬化物(含フッ素エラストマー)は耐薬品性、特に高濃度の酸やアミン化合物に対する長時間の耐久性が十分とは言えない。
特許第3121245号公報
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、離型性、撥水性、低透湿性に優れ、耐薬品性、特に耐酸性及び耐アミン性をさらに高めたエラストマーを得るのに適した新規含フッ素有機ケイ素化合物及びその製造方法、その含フッ素有機ケイ素化合物を含有する室温硬化性含フッ素ゴム組成物等を提供することを目的とする。
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、下記一般式(1):
Figure 2019203038
[式中、Aは独立に非置換又は置換の脂肪族2価炭化水素基であり、R1及びR2は独立に非置換又は置換の1価炭化水素基であり、R3は独立に非置換又は置換の飽和脂肪族2価炭化水素基であり、Rfは独立にパーフルオロアルキレン基又は2価のパーフルオロポリエーテル基であり、Xは独立に加水分解性基であり、Phはフェニル基であり、Qは下記一般式(2)又は下記一般式(3):
Figure 2019203038
(式中、R4は結合途中に酸素原子、窒素原子及びケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を介在させてもよい非置換又は置換の2価炭化水素基であり、Phはフェニル基である。)
Figure 2019203038
(式中、R5及びR6は独立に非置換又は置換の2価炭化水素基である。)
で表される基であり、aは0以上の整数であり、bは1、2又は3である。]
で表される含フッ素有機ケイ素化合物をベースポリマーとして用いた室温硬化性含フッ素ゴム組成物が、離型性、撥水性、低透湿性に優れ、耐薬品性、特に耐酸性及び耐アミン性をさらに高めたエラストマーとなり得ることを見出し、本発明をなすに至った。
従って、本発明は、下記の含フッ素有機ケイ素化合物及びその製造方法、室温硬化性含フッ素ゴム組成物並びにその硬化物等を提供する。
1.
下記一般式(1):
Figure 2019203038
[式中、Aは独立に非置換又は置換の脂肪族2価炭化水素基であり、R1及びR2は独立に非置換又は置換の1価炭化水素基であり、R3は独立に非置換又は置換の飽和脂肪族2価炭化水素基であり、Rfは独立にパーフルオロアルキレン基又は2価のパーフルオロポリエーテル基であり、Xは独立に加水分解性基であり、Phはフェニル基であり、Qは下記一般式(2)又は下記一般式(3):
Figure 2019203038
(式中、R4は結合途中に酸素原子、窒素原子及びケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を介在させてもよい非置換又は置換の2価炭化水素基であり、Phはフェニル基である。)
Figure 2019203038
(式中、R5及びR6は独立に非置換又は置換の2価炭化水素基である。)
で表される基であり、aは0以上の整数であり、bは1、2又は3である。]
で表される含フッ素有機ケイ素化合物。
2.
下記一般式(4):
Figure 2019203038
[式中、Aは独立に非置換又は置換の脂肪族2価炭化水素基であり、R2は独立に非置換又は置換の1価炭化水素基であり、Rfは独立にパーフルオロアルキレン基又は2価のパーフルオロポリエーテル基であり、R12は独立に脂肪族不飽和結合を有する非置換又は置換の1価炭化水素基であり、Phはフェニル基であり、Qは下記一般式(2)又は下記一般式(3):
Figure 2019203038
(式中、R4は結合途中に酸素原子、窒素原子及びケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を介在させてもよい非置換又は置換の2価炭化水素基であり、Phはフェニル基である。)
Figure 2019203038
(式中、R5及びR6は独立に非置換又は置換の2価炭化水素基である。)
で表される基であり、aは0以上の整数である。]
で表される脂肪族不飽和結合を有する含フッ素有機ケイ素化合物と、下記一般式(5):
Figure 2019203038
(式中、R1は非置換又は置換の1価炭化水素基であり、Xは加水分解性基であり、bは1、2又は3である。)
で表される(オルガノ)ハイドロジェンシラン化合物とを触媒の存在下でヒドロシリル化付加反応させる工程を含む1に記載の含フッ素有機ケイ素化合物の製造方法。
3.
1に記載の含フッ素有機ケイ素化合物及び硬化触媒を含有する室温硬化性含フッ素ゴム組成物。
4.
更に、架橋剤、充填剤、接着助剤、耐熱性付与剤及び着色剤から選ばれる少なくとも一種を含有する3に記載の室温硬化性含フッ素ゴム組成物。
5.
3又は4に記載の室温硬化性含フッ素ゴム組成物の硬化物からなる含フッ素ゴム。
6.
3又は4に記載の室温硬化性含フッ素ゴム組成物を室温で硬化して含フッ素ゴム硬化物を得る工程を含む含フッ素ゴム硬化物の耐熱性、耐薬品性、耐溶剤性、撥水性及び/又は低透湿性を向上させる方法。
7.
3又は4に記載の室温硬化性含フッ素ゴム組成物の硬化物層を有する物品。
本発明の含フッ素有機ケイ素化合物は、末端に加水分解性シリル基を有するため、例えば空気中の湿気(水分)と反応することにより架橋し、含フッ素エラストマー(含フッ素ゴム硬化物)となり得る。また、本発明の含フッ素有機ケイ素化合物は、フッ素含有率が高いため、これを含有する室温硬化性含フッ素ゴム組成物は、耐溶剤性、耐薬品性、特に耐酸性及び耐アミン性に優れ、さらには離型性、撥水性及び低透湿性にも優れた建材、工業プラント用部材、シーラント、成形部品、押出部品、被覆材料、離型剤等を得ることができる。本発明の含フッ素ゴム組成物を用いて特定の基材、例えば、金属、ゴム、樹脂、繊維の表面を被覆することができる。これにより、対象基材に対し、該含フッ素ゴム組成物及びその硬化物(含フッ素ゴム硬化物)に由来する上記特性を付与、又は該対象基材の上記特性を向上させることが可能である。第一の用途として、耐溶剤性又は耐水性に乏しいニトリルゴム、ポリウレタン、シリコーンゴム、ブチルゴムなどの汎用ゴムの表面を被覆することにより、耐溶剤性、耐薬品性(耐酸性、耐アミン性)、低透湿性、撥水性を対象基材に付与することや、前記特性を向上させることができる。その他のあらゆるゴム及びエラストマー基材に対し本アプローチは有効である。さらに、該含フッ素ゴム組成物から得られる硬化物は、ゴム状であるため、対象ゴム基材及びエラストマー基材に由来する柔軟性、伸縮性及びその他機能性を損なうことがないという利点もある。
以下、本発明を詳細に説明する。
[含フッ素有機ケイ素化合物]
本発明の含フッ素有機ケイ素化合物は、下記一般式(1)で表される。
Figure 2019203038
[式中、Aは独立に非置換又は置換の脂肪族2価炭化水素基であり、R1及びR2は独立に非置換又は置換の1価炭化水素基であり、R3は独立に非置換又は置換の飽和脂肪族2価炭化水素基であり、Rfは独立にパーフルオロアルキレン基又は2価のパーフルオロポリエーテル基であり、Xは独立に加水分解性基であり、Phはフェニル基であり、Qは下記一般式(2)又は下記一般式(3):
Figure 2019203038
(式中、R4は結合途中に酸素原子、窒素原子及びケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を介在させてもよい非置換又は置換の2価炭化水素基であり、Phはフェニル基と同じである。)
Figure 2019203038
(式中、R5及びR6は独立に非置換又は置換の2価炭化水素基である。)
で表される基であり、aは0以上の整数であり、bは1、2又は3である。]
一般式(1)において、R1及びR2は独立に非置換又は置換の1価炭化水素基であり、好ましくは炭素原子数1〜20、特に1〜10の非置換又は置換の飽和もしくは不飽和1価炭化水素基であり、このR1及びR2で示される非置換の飽和又は不飽和1価炭化水素基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基などの飽和脂肪族1価炭化水素基、アリール基、アラルキル基などの芳香族1価炭化水素基、アルケニル基などの不飽和脂肪族1価炭化水素基等が挙げられる。
前記のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基等の炭素原子数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキル基が挙げられ、さらに代表的なものはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、tert−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基であり、特に好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基等の炭素原子数1〜3の低級アルキル基である。
前記のシクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基等の炭素原子数3〜8のシクロアルキル基が挙げられ、さらに代表的なものはシクロペンチル基、シクロヘキシル基等の炭素原子数5又は6のシクロアルキル基である。
前記のアリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、ビフェニリル基等の炭素原子数6〜15のアリール基が挙げられ、さらに代表的なものはフェニル基、トリル基、キシリル基等の炭素原子数6〜8のアリール基である。
前記のアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基、メチルベンジル基等の炭素原子数7〜10のアラルキル基が挙げられ、さらに代表的なものはベンジル基、フェニルエチル基等の炭素原子数7又は8のアラルキル基である。
前記のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、イソブテニル基、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基等の炭素原子数2〜10のアルケニル基が挙げられ、さらに代表的なものはビニル基、アリル基、ブテニル基等の炭素原子数2〜4のアルケニル基である。
前記のR1及びR2で示される置換の飽和又は不飽和1価炭化水素基としては、前記の非置換の飽和又は不飽和1価炭化水素基の水素原子の少なくとも一部をフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子で置換した基であり、代表的なものは、例えば、クロロメチル基、2−ブロモエチル基、3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基、3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシル基等の炭素原子数1〜8のハロゲン置換アルキル基が挙げられ、さらに代表的なものは3,3,3−トリフルオロプロピル基、3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシル基等の炭素原子数3〜8のハロゲン置換アルキル基である。
これらの中でも、R1としてはメチル基、エチル基、プロピル基が好ましく、R2としてはメチル基、エチル基、プロピル基が好ましい。
一般式(1)において、Aは独立に非置換又は置換の脂肪族2価炭化水素基であり、この非置換又は置換の脂肪族2価炭化水素基としては、例えば、炭素原子数1〜20、特に2〜10の非置換又は置換の飽和もしくは不飽和の脂肪族2価炭化水素基が挙げられ、代表的なものとしては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基(トリメチレン基)、メチルエチレン基、ブチレン基(テトラメチレン基)、ヘキサメチレン基等の炭素原子数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基、さらに代表的なものとしてメチレン基、エチレン基、プロピレン基等の炭素原子数1〜4の直鎖状アルキレン基;シクロヘキシレン基等の炭素原子数3〜7のシクロアルキレン基等の飽和脂肪族2価炭化水素基;1−ブテニレン基、3−へプテニレン基等の炭素原子数4〜10の直鎖状又は分岐状のアルケニレン基;あるいはこれらの非置換又は置換のアルキレン基、シクロアルキレン基の組み合わせ;あるいはこれらの基の水素原子の一部又は全部をフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子等で置換した基などが例示される。中でも、合成の容易さ、化合物の安定性などの点からエチレン基、プロピレン基等の直鎖状アルキレン基が好ましい。
一般式(1)において、R3は独立に非置換又は置換の飽和脂肪族2価炭化水素基であり、このR3の非置換又は置換の飽和脂肪族2価炭化水素基としては、例えば、炭素原子数1〜20、特に炭素原子数2〜10の直鎖状、分岐状又は環状の飽和脂肪族2価炭化水素基が挙げられ、代表的なものとしては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基(トリメチレン基)、メチルエチレン基、ブチレン基、ヘキサメチレン基等の炭素原子数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基、さらに代表的なものとしてメチレン基、エチレン基、プロピレン基(トリメチレン基)等の炭素原子数1〜4の直鎖状のアルキレン基;シクロヘキシレン基等の炭素原子数3〜7のシクロアルキレン基等の飽和脂肪族2価炭化水素基;あるいはこれらの基の水素原子の一部又は全部をフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子等で置換した基などが例示される。中でも、合成の容易さ、化合物の安定性などの点からエチレン基、プロピレン基が好ましい。
一般式(1)において、Rfは独立にパーフルオロアルキレン基又は2価のパーフルオロポリエーテル基であり、このRfのうち、パーフルオロアルキレン基は、下記一般式で示される直鎖状又は分岐状のものである。
−Cm2m
(式中、mは1〜10の整数、好ましくは1〜6の整数である。)
また、このRfのうち、2価パーフルオロポリエーテル基としては、例えば、下記一般式で表されるもの等が挙げられる。
Figure 2019203038
(式中、Yは独立にフッ素原子又はトリフルオロメチル基であり、p、q及びrは、p≧1、q≧1、2≦p+q≦200を満足する整数であり、好ましくは3≦p+q≦110、0≦r≦6を満足する整数である。)
Figure 2019203038
(式中、rは前記と同じであり、s及びtは、s≧0、t≧0、2≦s+t≦200を満足する整数であり、好ましくは3≦s+t≦110を満足する整数である。)
Figure 2019203038
(式中、Yは前記と同じであり、u及びvは1≦u≦100、1≦v≦100を満足する整数である。)
Figure 2019203038
(式中、wは1≦w≦100を満足する整数である。)
このようなRfの具体例としては、例えば、下記に示すもの等が挙げられる。
Figure 2019203038
Figure 2019203038
(式中、p1は平均で1〜100、q1は平均で1〜100、p1+q1は平均で2〜200、好ましくは30〜110である。)
Figure 2019203038
(式中、p2は平均で1〜100、q2は平均で1〜100、p2+q2は平均で20〜110、例えば30である。)
Figure 2019203038
(式中、u1は平均で5〜50、例えば8であり、v1は平均で1〜10、例えば2である。)
Figure 2019203038
(式中、u2は平均で5〜50、例えば15であり、v2は平均で1〜10、例えば2である。)
Figure 2019203038
(式中、w1は5〜100の整数、例えば10である。)
なお、本発明において、Rfであるパーフルオロアルキレン基又は2価のパーフルオロポリエーテル基の重合度(又は分子量)は、例えばフッ素系溶剤を展開溶媒としてゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)分析におけるポリスチレン換算での数平均重合度(又は数平均分子量)等として求めることができる。
一般式(1)において、Xは独立に加水分解性基であり、このXで表される加水分解性基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子;下記一般式で示される基などが挙げられる。
Figure 2019203038
(式中、R7及びR8はそれぞれ水素原子又は非置換もしくは置換の1価炭化水素基である。)
ここで、前記のR7及びR8で表される非置換もしくは置換の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、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基等の炭素原子数1〜10のアルキル基、代表的なものとしては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソブチル基等の炭素原子数1〜4のアルキル基;シクロヘキシル基等の炭素原子数3〜7のシクロアルキル基;ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、イソブテニル基等の炭素原子数2〜10のアルケニル基、代表的なものとしては、ビニル基、イソプロペニル基等の炭素原子数2〜4のアルケニル基;フェニル基等の炭素原子数6〜10のアリール基;あるいはこれらの基の水素原子が部分的にアルコキシ基などで置換された基、例えば、メトキシメチル基、メトキシエチル基、エトキシメチル基、エトキシエチル基等の炭素原子数2〜4のアルコキシ置換アルキル基などが挙げられる。
Xとして、具体的には、下記に示すものが挙げられる。
Figure 2019203038
Xとしては、これらの中でもメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基等のアルコキシ基が好ましい。
一般式(1)において、Qは下記一般式(2)又は下記一般式(3)で表される基である。
Figure 2019203038
(式中、R4は結合途中に酸素原子、窒素原子及びケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を介在させてもよい非置換又は置換の2価炭化水素基であり、Phはフェニル基である。)
Figure 2019203038
(式中、R5及びR6は独立に非置換又は置換の2価炭化水素基である。)
(i)一般式(2)で表される基
一般式(2)において、R4は結合途中に酸素原子、窒素原子及びケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を介在させてもよい非置換又は置換の2価炭化水素基であり、このR4としては、Aとして例示した前記の非置換又は置換の脂肪族2価炭化水素基(例えば(シクロ)アルキレン基)のほか、芳香族2価炭化水素基(例えばアリーレン基)やこれらの組合せ(例えばアルキレン・アリーレン基)、並びに、結合の途中に酸素原子、窒素原子及びケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を介在する非置換又は置換の、脂肪族又は芳香族2価炭化水素基が挙げられる。R4の脂肪族又は芳香族2価炭化水素基において、前記の酸素原子は、−O−(エーテル結合)として存在することができ、前記の窒素原子は、−NR9−(但し、R9は水素原子、アルキル基又はアリール基である。)で示されるイミノ基として介在することができ、前記のケイ素原子は、直鎖状又は環状のオルガノシロキサン構造を含有する2価の基や、ジオルガノシリレン基として介在することができる。
ここで、前記のR9のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等が挙げられ、特に代表的なものは、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基等の炭素原子数1〜6のアルキル基である。前記のR9のアリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基等の炭素原子数6〜8のアリール基が挙げられる。R9としては、これらの中でもメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基が好ましい。
また、前記の直鎖状又は環状のオルガノシロキサン構造を含有する2価の基、ジオルガノシリレン基としては、下記に示すものが例示できる。
Figure 2019203038
(式中、R10は独立にアルキル基又はアリール基であり、R11は独立にアルキレン基であり、cは0〜10の整数、代表的には0〜5の整数である。)
ここで、前記のR10のアルキル基又はアリール基としては、前記のR9のアルキル基又はアリール基と同様のものが挙げられる。
前記R11のアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、ヘプチレン基、オクチレン基、ノニレン基、デシレン基等の炭素原子数1〜10のアルキレン基が挙げられる。R11としては、これらの中でもメチレン基、エチレン基、プロピレン基等の低級アルキレン基が好ましい。
このようなR4の結合の途中に酸素原子、窒素原子及びケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を介在させてもよい非置換又は置換の2価炭化水素基の具体例としては、例えば、下記式で表されるものが挙げられる。
−(CH22−、
−(CH23−、
−(CH26−、
−(CH22−Rf−(CH22−、
Figure 2019203038
Figure 2019203038
Figure 2019203038
Figure 2019203038
(式中、Rfは上記と同じであり、Meはメチル基である。)
前記の一般式(2)で表される基Qの具体例としては、例えば、下記のものが挙げられる。
Figure 2019203038
Figure 2019203038
Figure 2019203038
Figure 2019203038
Figure 2019203038
(式中、Meはメチル基であり、Phはフェニル基であり、Rfは上記と同じである。)
(ii)一般式(3)で表される基
一般式(3)において、R5及びR6は独立に非置換又は置換の2価炭化水素基であり、この非置換又は置換の2価炭化水素基としては、前記一般式(1)のR3として例示したものと同様のものが挙げられ、代表的なものとしては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、メチルエチレン基、ブチレン基、ヘキサメチレン基等の炭素原子数1〜20、特に炭素原子数1〜10のアルキレン基、さらに代表的なものとしてメチレン基、エチレン基、プロピレン基等の炭素原子数1〜3のアルキレン基;あるいはこれらの基の水素原子の一部又は全部をフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子等で置換した基などが例示される。R5及びR6としては、これらの中でもエチレン基、プロピレン基が好ましい。
前記の一般式(3)で表される基Qの具体例としては、例えば、下記のものが挙げられる。
Figure 2019203038
(式中、Meはメチル基である。)
一般式(1)において、aは0以上の整数であり、代表的には0〜10の整数、さらに代表的には、0〜6の整数である。従って、一般式(1)の含フッ素有機ケイ素化合物1分子中にはパーフルオロアルキレン基又は2価のパーフルオロポリエーテル基が1個以上含まれる。
一般式(1)において、bは独立に1、2又は3であり、好ましくは2又は3、より好ましくは3である。従って、一般式(1)の含フッ素有機ケイ素化合物は、分子鎖両末端にそれぞれ、加水分解性基Xを1〜3個(即ち、分子中に2〜6個)含むものである。
式(1)で表される含フッ素有機ケイ素化合物としては、例えば、下記に示すものが例示できる。
Figure 2019203038
Figure 2019203038
Figure 2019203038
Figure 2019203038
Figure 2019203038
Figure 2019203038
(式中、Rf、Q及びaは前記と同じである。Meはメチル基であり、Phはフェニル基である。)
本発明の一般式(1)で表される含フッ素有機ケイ素化合物は、数10mPa・sの低粘度ポリマーから固形の生ゴム状のポリマーまでを包含する。例えば、熱加硫ゴム用としては、取り扱いやすさを考慮すると生ゴム状のポリマーを用いればよい。また、液状ゴム用としては、25℃における粘度が100〜100,000mPa・s程度のものを用いればよい。なお、粘度が低すぎると得られる硬化物の弾性がなくなり、脆いものとなる場合がある。本発明において、粘度は回転粘度計(例えば、BL型、BH型、BS型、コーンプレート型、レオメータ等)により測定することができる。
[含フッ素有機ケイ素化合物の製造方法]
本発明の前記一般式(1)で示される含フッ素有機ケイ素化合物は、下記一般式(4)で表される脂肪族不飽和結合を有する含フッ素有機ケイ素化合物と、下記一般式(5)で表される(オルガノ)ハイドロジェンシラン化合物とを触媒の存在下にヒドロシリル化付加反応させることによって製造することができる。
Figure 2019203038
[式中、A、R2、Rf、Q及びaは上記と同じであり、Phはフェニル基であり、R12は独立に脂肪族不飽和結合を有する非置換又は置換の1価炭化水素基である。]
Figure 2019203038
(式中、R1、X、bは上記と同じである。)
〔一般式(4)の含フッ素有機ケイ素化合物〕
一般式(4)において、R12は独立にケイ素原子に結合した水素原子とヒドロシリル化反応が可能な脂肪族不飽和結合を有する非置換又は置換の1価炭化水素基である。前記のR12としては、例えば、ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基等の炭素原子数2〜8、さらに代表的なものとしては炭素原子数2〜6のアルケニル基等の脂肪族不飽和1価炭化水素基、あるいはこれらの基の水素原子の一部又は全部をフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子等で置換した基などが挙げられる。R12としては、中でもビニル基が好ましい。
式(4)で表される脂肪族不飽和結合を有する含フッ素有機ケイ素化合物としては、例えば、下記に示すものが例示できる。
Figure 2019203038
Figure 2019203038
(式中、Rf、Q及びaは前記と同じである。Meはメチル基であり、Phはフェニル基である。)
〔一般式(4)の含フッ素有機ケイ素化合物の製造方法〕
(i)式(4)においてaが0である含フッ素有機ケイ素化合物の製造方法
前記一般式(4)のaが0である含フッ素有機ケイ素化合物[下記一般式(4−1)]は、例えば、下記反応式に示すように、下記一般式(6)で示される両末端に酸フロライド基を有する含フッ素化合物と、下記一般式(7)で示される脂肪族不飽和基含有シリル基を有するアミン化合物とを、トリエチルアミン等の受酸剤の存在下で反応させることにより合成することができる。
Figure 2019203038
(式中、A、R2、R12及びRfは前記と同じである。Phはフェニル基である。)
式(6)で示される両末端に酸フロライド基を有する含フッ素化合物として、具体的には、下記に示すものが例示できる。
Figure 2019203038
(式中、p1は平均で1〜100、q1は平均で1〜100、p1+q1は平均で2〜200、好ましくは30〜110である。)
Figure 2019203038
(式中、p2は平均で1〜100、q2は平均で1〜100、p2+q2は平均で20〜110、例えば30である。)
Figure 2019203038
(式中、u1は平均で5〜50、例えば8であり、v1は平均で1〜10、例えば2である。)
Figure 2019203038
(式中、u2は平均で5〜50、例えば15であり、v2は平均で1〜10、例えば2である。)
Figure 2019203038
(式中、w1は5〜100の整数、例えば10である。)
なお、式(6)で示される両末端に酸フロライド基を有する含フッ素化合物の回転粘度計による25℃における粘度は、300〜15,000mPa・s、特に400〜7,500mPa・sであることが好ましい。
式(7)で示される脂肪族不飽和基含有シリル基を有するアミン化合物として、具体的には、下記に示すものが例示できる。
Figure 2019203038
上記反応において、一般式(6)の含フッ素化合物と一般式(7)のアミン化合物との配合比は特に限定されるものではないが、式(6)の含フッ素化合物の使用量(A)/式(7)のアミン化合物の使用量(B)[モル比]が0.2〜0.5、特に0.4〜0.5となる量が好ましい。上記モル比が小さすぎると着色した生成物が得られる場合があり、大きすぎると一般式(6)の含フッ素化合物の分子鎖両末端のCOF基の一部が残存し、反応が完結しない場合がある。
また、上記反応に用いる受酸剤としては、トリエチルアミン、ジイソピルエチルアミン、ピリジン等が例示できる。受酸剤の使用量は特に限定されないが、一般式(6)の含フッ素化合物の分子鎖両末端のCOF基の量に対して、1.1〜1.5当量(モル換算)であることが好ましい。
反応条件は、特に制限はなく、20〜100℃で1〜8時間程度でよく、好ましくは20〜50℃で2〜4時間反応させる。
(ii)式(4)においてaが1以上である含フッ素有機ケイ素化合物の製造方法
前記一般式(4)のaが1以上である含フッ素有機ケイ素化合物は、例えば、下記反応式に示すように、下記一般式(6)で示される両末端に酸フロライド基を有する含フッ素化合物と、下記一般式(8)で表される両末端に活性水素原子を有する化合物とを、トリエチルアミン等の受酸剤の存在下で反応させた後、得られた下記一般式(9)で表される反応生成物に、下記一般式(7)で示される脂肪族不飽和基含有シリル基を有するアミン化合物を反応させることにより合成することができる。
Figure 2019203038
(式中、A、R2、R12、Q、a及びRfは前記と同じである。Phはフェニル基である。)
式(6)で示される両末端に酸フロライド基を有する含フッ素化合物、及び式(7)で示される脂肪族不飽和基含有シリル基を有するアミン化合物としては、上述したものが例示できる。
また、式(8)で表される両末端に活性水素原子を有する化合物として、具体的には、下記に示すものが例示できる。
Figure 2019203038
上記反応において、一般式(6)の含フッ素化合物と一般式(8)の活性水素原子含有化合物との配合比は、モル換算で式(6)の含フッ化合物のモル量(A)を式(8)の活性水素原子含有化合物のモル量(C)より少なくしない限り、特に限定されるものではないが、上記モル量の比(A)/(C)は1.0〜3.0、特に1.0〜2.0とすることが好ましい。なお、一般式(4)のaは、該モル比(A)/(C)を調節することにより目的に応じた値にすることができる。(A)/(C)を大きくすれば比較的分子量の小さなポリマーを合成することができ、(A)/(C)の値を1に近づければ分子量の大きなポリマーを合成することができる。
また、上記反応において、一般式(9)の反応生成物と、一般式(7)のアミン化合物との配合比は特に限定されるものではないが、式(9)の反応生成物の使用量(D)/式(7)のアミン化合物の使用量(B)[モル比]が、0.2〜0.5、特に0.4〜0.5となる量が好ましい。上記モル比が小さすぎると着色した生成物が得られる場合があり、大きすぎると一般式(9)の含フッ素化合物の分子鎖両末端のCOF基の一部が残存して、反応が完結しない場合がある。
また、上記反応において、用いる受酸剤としては、前記(i)で例示したものと同様のものが例示できる。受酸剤の使用量は特に限定されないが、一般式(9)の含フッ素化合物の分子鎖両末端のCOF基の量に対して、1.1〜1.5当量(モル換算)であることが好ましい。
式(6)の含フッ素化合物と式(8)の活性水素原子含有化合物との反応条件、及び式(9)の反応生成物と式(7)のアミン化合物との反応条件は、いずれも前記(i)の反応条件と同様でよい。
(iii)式(4)においてaが1以上である含フッ素有機ケイ素化合物の別の製造方法
前記一般式(4)のaが1以上である含フッ素有機ケイ素化合物の別の製造方法としては、例えば、まず前記(i)の方法により式(4)においてaが0である式(4−1)で表される末端に脂肪族不飽和基含有シリル基を有する含フッ素有機ケイ素化合物を合成し、下記反応式に示すように、得られた下記一般式(4−1)で表される末端に脂肪族不飽和基含有シリル基を有する含フッ素有機ケイ素化合物と、下記一般式(10)で示される両末端にケイ素原子結合水素原子を有する化合物とを付加反応触媒の存在下で反応させることにより、下記一般式(4−2)、即ち一般式(4)で表される脂肪族不飽和結合を有する含フッ素有機ケイ素化合物を合成することができる。
Figure 2019203038
(式中、A、R2、R12、a及びRfは上記と同じである。Phはフェニル基である。Pは末端にケイ素原子を有する2価の有機基であり、R13は独立に炭素原子数2〜8の非置換又は置換の2価炭化水素基である。)
なお、式(4−2)における下記構造は、式(4)のQに該当するものであり、式(4−2)の化合物は、式(4)の含フッ素有機ケイ素化合物に含まれるものである。
Figure 2019203038
(式中、A、R2、R13及びPは上記と同じである。Phはフェニル基である。)
上記式(4−1)で表される末端に脂肪族不飽和基含有シリル基を有する含フッ素有機ケイ素化合物としては、例えば、下記に示すものが例示できる。
Figure 2019203038
Figure 2019203038
Figure 2019203038
(式中、Rf及びQは前記と同じである。Meはメチル基であり、Phはフェニル基である。)
上記式(10)において、Pは末端にケイ素原子を有する2価の有機基であり、シロキサン結合を有するものであることが好ましく、具体的には下記に示すものが例示できる。
Figure 2019203038
(式中、Meはメチル基である。)
上記式(4−2)において、R13は独立に炭素原子数2〜8、好ましくは炭素原子数2〜6の非置換又は置換の2価炭化水素基であり、好ましくは非置換又は置換の飽和脂肪族2価炭化水素基であり、具体的には、メチレン基、エチレン基、プロピレン基(トリメチレン基)、メチルエチレン基、ブチレン基、ヘキサメチレン基等の直鎖状又は分岐状のアルキレン基、あるいはこれらの基の水素原子の一部又は全部をフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子等で置換した基などが例示される。中でも、エチレン基、プロピレン基が好ましい。
上記反応において、一般式(4−1)の含フッ素化合物と一般式(10)のとの配合比は、モル換算で式(4−1)の含フッ化合物のモル量(E)を式(10)の化合物のモル量(F)より少なくしない限り、特に限定されるものではないが、式(4−1)の含フッ素有機ケイ素化合物の使用量(E)/式(10)の化合物の使用量(F)[モル比]が、1.0〜3.0、特に1.0〜2.0となる量が好ましい。なお、上記モル比(E)/(F)を上述した範囲内において、大きくすれば比較的分子量の小さなポリマーを合成することができ、(E)/(F)の値を1に近づければ分子量の大きなポリマーを合成することができる。
上記反応に用いる付加反応触媒としては、ヒドロシリル化反応に用いられる触媒として周知の白金族金属系触媒、例えば、塩化白金酸、アルコール変性塩化白金酸(米国特許第3,220,972号明細書参照)、塩化白金酸とオレフィンとのコンプレックス(米国特許第3,159,601号明細書、同第3,159,662号明細書、同第3,775,452号明細書参照)、白金とアルコールやビニルシロキサンとの錯体、白金黒もしくはパラジウムなどをアルミナ、シリカ、カーボン等の担体に担持させたもの、ロジウム−オレフィンコンプレックス、クロロトリス(トリフェニルホスフィン)ロジウム(ウィルキンソン触媒)等を挙げることができる。これらのうち、コンプレックス系のものは、アルコール系、ケトン系、エーテル系、トルエン系等の有機溶剤に溶解して使用するのが好ましい。
付加反応触媒の使用量は、所謂触媒量でよく、一般式(4−1)で表される末端に脂肪族不飽和基含有シリル基を有する含フッ素有機ケイ素化合物と、一般式(9)で示される両末端にケイ素原子結合水素原子を有する化合物との合計質量に対し、白金族金属の質量換算で10〜2,000ppm、より好ましくは100〜1,000ppm程度の範囲とするのがよい。
上記反応において、反応温度は50〜150℃程度でよく、好ましくは80〜120℃である。反応時間は2〜4時間程度でよく、好ましくは2〜3時間程度である。
〔一般式(5)の(オルガノ)ハイドロジェンシラン化合物〕
式(5)で表される(オルガノ)ハイドロジェンシラン化合物としては、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、ジメトキシメチルシラン、ジメトキシエチルシラン、ジエトキシエチルシランや、下記に示すものが例示できる。
Figure 2019203038
(式中、Meはメチル基である。)
一般式(5)の(オルガノ)ハイドロジェンシラン化合物の使用量は、一般式(4)の含フッ素有機ケイ素化合物1モル当たり、通常2〜10モル、好ましくは2〜5モルである。式(5)の(オルガノ)ハイドロジェンシラン化合物が多すぎると後処理工程であるストリップ時に留分が多くなりすぎ、ストリップ終了までに要する時間が長くなってしまう場合があり、少なすぎるとポリマー(一般式(4)の含フッ素有機ケイ素化合物)末端のSi−CH=CH2基などの末端アルケニル基の一部が残存して、付加反応が完結しない場合がある。
前記触媒としては、ヒドロシリル化反応に用いられる触媒として周知の白金族金属系触媒、例えば、塩化白金酸、アルコール変性塩化白金酸(米国特許第3,220,972号明細書参照)、塩化白金酸とオレフィンとのコンプレックス(米国特許第3,159,601号明細書、同第3,159,662号明細書、同第3,775,452号明細書参照)、白金黒もしくはパラジウムなどをアルミナ、シリカ、カーボン等の担体に担持させたもの、ロジウム−オレフィンコンプレックス、クロロトリス(トリフェニルホスフィン)ロジウム(ウィルキンソン触媒)等を挙げることができる。これらのうち、コンプレックス系のものは、アルコール系、ケトン系、エーテル系等の有機溶剤に溶解して使用するのが好ましい。
触媒の使用量は、所謂触媒量でよく、例えば、式(4)で表される脂肪族不飽和結合を有する含フッ素有機ケイ素化合物と、式(5)で表される(オルガノ)ハイドロジェンシラン化合物との合計質量に対し、白金族金属の質量換算で10〜2,000ppm、より好ましくは100〜1,000ppm程度の範囲とするのがよい。
本発明の一般式(1)で示される含フッ素有機ケイ素化合物は、上述したように、前記一般式(4)の含フッ素有機ケイ素化合物と、一般式(5)の(オルガノ)ハイドロジェンシラン化合物とを、前記触媒の存在下にヒドロシリル化付加反応させて得ることができる。
この反応において、反応温度は50〜150℃程度でよく、好ましくは70〜120℃である。反応時間は2〜4時間程度でよく、好ましくは2〜3時間程度である。反応終了後、反応生成物中に残存する式(5)の化合物は、減圧ストリップにより除去することができる。
このようにして得られた本発明の含フッ素有機ケイ素化合物は、分子鎖両末端に加水分解性基(式(1)中のX)を有しているので、例えば、大気中の水分によって加水分解すると共に、縮重合してゴム状の硬化物を形成する。従って、本発明の含フッ素有機ケイ素化合物は、室温硬化性含フッ素ゴム組成物のベースポリマーとして使用することができる。
[室温硬化性含フッ素ゴム組成物]
本発明の室温硬化性含フッ素ゴム組成物は、前記一般式(1)の含フッ素有機ケイ素化合物を主剤(ベースポリマー)として必須に含有するものであるが、該含フッ素有機ケイ素化合物のほか、硬化触媒を含み、さらに該組成物には接着助剤を添加することができる。
前記の硬化触媒は、組成物の硬化速度をさらに速めるものであり、例えば、鉛−2−エチルオクトエート、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズジオクトエート、ブチルスズトリ−2−エチルヘキソエート、鉄−2−エチルヘキソエート、コバルト−2−エチルヘキソエート、マンガン−2−エチルヘキソエート、亜鉛−2−エチルヘキソエート、カプリル酸第1スズ、ナフテン酸スズ、オレイン酸スズ、ブチル酸スズ、ナフテン酸チタン、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、ステアリン酸亜鉛などの有機カルボン酸の金属塩;テトラブチルチタネート、テトラ−2−エチルヘキシルチタネート、トリエタノールアミンチタネート、テトラ(イソプロペニルオキシ)チタネートなどの有機チタン酸エステル;オルガノシロキシチタン、β−カルボニルチタンなどの有機チタン化合物;アルコキシアルミニウム化合物;3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(トリメトキシシリルプロピル)エチレンジアミンなどのアミノアルキル基置換アルコキシシラン、ヘキシルアミン、リン酸ドデシルアミンなどのアミン化合物及びその塩;ベンジルトリエチルアンモニウムアセテートなどの第4級アンモニウム塩;酢酸カリウム、酢酸ナトリウム、シュウ酸リチウムなどのアルカリ金属の低級脂肪酸;ジメチルヒドロキシアミン、ジエチルヒドロキシルアミンなどのジアルキルヒドロキシルアミン;テトラメチルグアニジン、下記式:
Figure 2019203038
などのグアニジル基含有シランもしくはシロキサン等のグアニジル化合物;を挙げることができ、これらは1種単独でも2種以上を組み合わせても使用することもできる。なお、上記のうち、特にグアニジル化合物は、硬化反応を良好に進行させると共に接着性向上機能を併せて有しているので好ましい。
これらの硬化触媒は、通常、前記一般式(1)で表される含フッ素有機ケイ素化合物100質量部に対し、0.01〜5質量部、特に0.05〜5質量部程度の範囲が好適である。
前記の接着助剤は、組成物を硬化した際に該硬化物と各種基材との接着性をさらに向上させるものである。このような接着助剤としては、例えばビニルクロルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、N−β−(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−イソシアナートプロピルトリエトキシシラン、さらには、一部フッ素化されたシラン、例えば3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、並びに下記式:CF3(CF27CH2CH2−Si(OCH33及び
Figure 2019203038
で表されるもの等が挙げられる。
これらの接着助剤は、通常、前記一般式(1)で表される含フッ素有機ケイ素化合物100質量部に対し、0.1〜5.0質量部、特に1.0〜3.0質量部程度の範囲が好適である。
また、本発明の室温硬化性含フッ素ゴム組成物には、前記の硬化触媒及び接着助剤のほか、従来からこの種の組成物に使用されている各種の添加剤、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等のテトラアルコキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジメチルジメトシキシラン、ジメチルジエトシキシラン等の分子中に2個又は3個のアルコキシ基を有するアルキルアルコキシシランやアリールアルコキシシランなどの、加水分解性基以外に分子中に官能性基を有さない(オルガノ)アルコキシシラン等の加水分解性シラン化合物などの架橋剤、煙霧質シリカ(乾式シリカ)、沈降性シリカ(湿式シリカ)、溶融シリカ、焼成シリカ、結晶性シリカ(石英粉末)、ゾルゲル法シリカ、コロイダルシリカ等のシリカ系充填剤のほか、二酸化チタン、酸化アルミニウム、カーボン、タルク及びベントナイト等の補強性又は非補強性充填剤、アスベスト、ガラス繊維及び有機繊維などの繊維質充填剤などの充填剤、メタクリル酸カリウム、染料、顔料などの着色剤、ベンガラ(酸化鉄)及び酸化セリウム等の耐熱性付与剤などを配合することもできる。これらは目的に応じてその所定量を添加すればよい。
また、本発明の室温硬化性含フッ素ゴム組成物は、必要に応じて非水の有機溶媒で希釈した溶液として保存し、あるいは使用に供することができる。特に、有機溶媒溶液として使用することは、薄い硬化皮膜を形成する場合に好適である。このような有機溶媒としては、例えば、n−ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、石油エーテル、キシレン等の炭化水素系溶媒、ジエチルエーテル、n−ブチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、ジブチルケトン、酢酸エチル等のケトン系溶媒、メチレンクロライド、クロルベンゼン、クロロホルム等の塩素化炭化水素系溶媒、アセトニトリル等のニトリル系溶媒、トリフロロベンゼン、メタキシレンヘキサフロライド等のフッ素系溶媒、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール等のアルコール系溶媒を挙げることができ、これらは必要に応じて2種以上を混合して使用してもよい。
本発明の室温硬化性含フッ素ゴム組成物は、室温(25℃±10℃)において、大気中の湿気(水分)による加水分解、縮合反応によって硬化(架橋)することによって含フッ素エラストマー(含フッ素ゴム硬化物)を得ることができるものであり、これにより、撥水性、撥油性、耐薬品性、低透湿性、耐候性等、耐溶剤性の含フッ素皮膜に特有の性質に加え、各種基材に対する接着性及び強度等の特性に優れた硬化皮膜(含フッ素ゴム硬化物)を形成することができる。従って、本発明の室温硬化性含フッ素ゴム組成物は、建築分野、工業プラント、各種装置類などのコーティング剤、シーリング剤、塗料として有用である。また、各種金属、樹脂、ゴム、コンクリート等の基材に対する接着性に優れることから、特に外装材にコーティングした場合、長期にわたってその美観を保持するだけでなく、耐溶剤性、耐薬品性、撥水性、低透湿性などの特性を上記基材に付与、又は上記基材の本特性を向上させることもできる。さらに、本発明の室温硬化性含フッ素ゴム組成物は、各種粉体、例えばシリカフィラー、石英粉末、セラミック粉末、金属粉末、さらには砂などの表面処理剤にも応用でき、撥水撥油性を付与できる等の効果がある。
本発明の室温硬化性含フッ素ゴム組成物は、上記した各成分の所定量を、乾燥雰囲気中で均一に混合することにより一液型の室温硬化性含フッ素ゴム組成物として得ることができる。この組成物は、例えば、空気中の湿分によって加水分解及び縮重合反応が進行し、ゴム弾性体の硬化物を形成する。本発明の組成物は、常温で硬化するが加熱して硬化を促進することもできる。得られる硬化物は、組成物中のベース成分である含フッ素有機ケイ素化合物のフッ素含有率が極めて高いことに関連して、耐溶剤性、耐薬品性、耐熱性、耐寒性、撥水性、低透湿性の何れの特性にも優れている。この組成物は、建築、土木産業におけるシーリング剤、コーティング材等に適しているほか、電気、電子部品の接着、シール材及び自動車産業におけるFIPG材料としても非常に有用である。
以下、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。なお、本例中、「Me」はメチル基を表し、「Ph」はフェニル基を表し、「PhN」はフェニレン基を表す。粘度は25℃における回転粘度計による測定値であり、重合度はフッ素系溶剤を展開溶媒としたゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)分析におけるポリスチレン換算での数平均重合度を示す。また、屈折率はアッベ屈折率計DR−A1(アタゴ社製)により測定した値である。
[実施例1]
撹拌棒、温度計、ジムロート及び滴下ロートを備えた300ml四つ口フラスコ内に下記式:
Figure 2019203038
(式中、p’+q’の平均は38である。)
で示される両末端に酸フロライド基を有する化合物189.2g(0.030モル、25℃における粘度:430mPa・s)を投入した。そしてこれを室温(25℃、以下同じ)下に攪拌しながら滴下ロートより下記式:
Figure 2019203038
で示される化合物15.8g(0.072モル)とトリエチルアミン6.5g(0.064モル)との混合物を滴下した。滴下終了後、60℃で2時間撹拌した。次に、反応混合物を加圧濾過して得られた濾液を、120℃/3mmHgで減圧ストリップし、淡黄色がかった透明の液状化合物195.3gを得た。この液状化合物を前記と同様のフラスコに投入し、これにメタキシレンヘキサフロライド50.0gを加え、撹拌しながら100℃に昇温した後、塩化白金酸のイソプロピルアルコール2質量%溶液0.2gを添加した。次いで、これに滴下ロートから下記式:
Figure 2019203038
で示されるシクロテトラシロキサン4.9g(0.015モル)を滴下し、2時間反応を行った。滴下終了後、反応生成物を熟成させながらガスクロマトグラフで前記のシクロテトラシロキサンが消失するのを確認し、フラスコ内容物を室温まで冷却した。次に、フラスコ内に、活性炭1.5gを投入して2時間撹拌した後、反応混合物を加圧濾過し、得られた濾液を120℃/3mmHgで減圧ストリップし、透明な液状化合物196.1gを得た。
この液状化合物は、粘度が13,700mPa・s(25℃)であり、屈折率が1.335であった。この液状化合物を1H−NMR測定した結果、以下に示す吸収が認められた。
1H−NMR(TMS標準)
δ=3.4〜3.9ppm(m,N−C 2−,8H)
δ=5.4〜6.2ppm(m,SiC=C 2,6H)
δ=6.9〜7.4ppm(m,N−Ph,20H)
また、この化合物のビニル基含有量を定量したところ、0.014mol/100gであり、得られた化合物は、下記構造式(11):
Figure 2019203038
(式中、Rf1は下記式:
Figure 2019203038
(式中、p’+q’は平均で38である。)
で表される基であり、Q1は下記式:
Figure 2019203038
で表される基であり、a1は平均で1である。)
で表される含フッ素有機ケイ素化合物であることが確認された。
撹拌棒、温度計、ジムロート及び滴下ロートを備えた500ml四つ口フラスコ内に、上記で得られた前記構造式(11)で示される両末端にビニル基を有する含フッ素有機ケイ素化合物276.2g(0.020モル)、及びメタキシレンヘキサフロライド55gを投入し、撹拌しながら該フラスコ内容物の温度が80℃になるようにオイルバスにて加熱した。次に、フラスコ内に塩化白金酸のイソプロピルアルコール2質量%溶液0.3gを添加し、次いで滴下ロートからトリメトキシシラン7.3g(0.06モル)を滴下して2時間反応を行った。滴下終了後、反応生成物を熟成させながら1H−NMR分析により前記式(11)の化合物のビニル基(−CH=CH2:δ=5.4〜6.2ppm)が消失するのを確認してから、100℃/10mmHgで減圧ストリップし、未反応のシラン成分を除去し、淡黄色がかった透明の液状化合物278.3gを得た。得られた液状化合物は、粘度が33,400mPa・s(25℃)であり、屈折率が1.338であった。この液状化合物を1H−NMR測定した結果、以下に示す吸収が認められた。
1H−NMR(TMS標準)
δ=3.4〜3.9ppm(m,N−C 2−,8H)
δ=3.67ppm(s,Si−OC 3,18H)
δ=6.9〜7.4ppm(m,N−Ph,20H)
また、この液状化合物を加水分解し、脱離したメタノール量を定量したところ、0.044mol/100gであり、下記構造式(12):
Figure 2019203038
(式中、Rf1、Q1及びa1は前記と同じである。)
で示される含フッ素有機ケイ素化合物であることが確認された。
[実施例2]
実施例1において、トリメトキシシラン7.3gに代えて、下記式(13):
Figure 2019203038
で示されるシラン化合物7.9g(0.050モル)を用いた以外は、実施例1と同様に反応、後処理を行い、淡黄色がかった透明のオイル状化合物279.3gを得た。得られたオイル状化合物は粘度が34,700mPa・s(25℃)であり、屈折率が1.340(25℃)であった。この液状化合物を1H−NMR測定した結果、以下に示す吸収が認められた。
1H−NMR(TMS標準)
δ=3.3〜3.8ppm(m,N−C 2−,8H)
δ=4.1〜4.2ppm(m,OC=C 2,8H)
δ=6.9〜7.4ppm(m,N−Ph,20H)
また、この化合物を加水分解し、脱離したアセトン量を定量したところ、0.028mol/100gであり、下記構造式(14):
Figure 2019203038
(式中、Rf1、Q1及びa1は前記と同じである。)
で表される含フッ素有機ケイ素化合物であることが確認された。
[実施例3]
実施例2において、前記式(13)で示されるシラン化合物7.9gに代えて、下記式(15):
Figure 2019203038
で示されるシラン化合物8.1g(0.050モル)を用いた以外は実施例2と同様に反応、後処理を行い、淡黄色がかった透明の液状化合物280.4gを得た。得られた液状化合物は、粘度が35,200mPa・s(25℃)であり、屈折率が1.341(25℃)であった。この液状化合物を1H−NMR測定した結果、以下に示す吸収が認められた。
1H−NMR(TMS標準)
δ=1.94ppm(s,SiOCC 3,12H)
δ=3.3〜3.8ppm(m,N−C 2−,8H)
δ=6.9〜7.4ppm(m,N−Ph,20H)
また、この化合物を加水分解し、脱離した酢酸量を定量したところ、0.028mol/100gであり、下記構造式(16):
Figure 2019203038
(式中、Rf1、Q1及びa1は前記と同じである。)
で表される含フッ素有機ケイ素化合物であることが確認された。
[実施例4]
撹拌棒、温度計、ジムロート及び滴下ロートを備えた300ml四つ口フラスコ内に下記式:
Figure 2019203038
(式中、p’+q’の平均は38である。)
で示される両末端に酸フロライド基を有する化合物189.2g(0.030モル、25℃における粘度:430mPa・s)を投入した。そしてこれを室温下に攪拌しながら滴下ロートより下記式:
Figure 2019203038
で示される化合物2.3g(0.02モル)とトリエチルアミン6.5g(0.064モル)との混合物を滴下した。滴下終了後、60℃で2時間撹拌した。次に、これに滴下ロートから下記式:
Figure 2019203038
で示される化合物5.3g(0.024モル)を滴下し、反応を行った。滴下終了後、反応生成物を熟成させながら19F−NMRで前記の両末端に酸フロライド基を有する化合物のCOF由来のシグナルの消失を確認し、フラスコ内容物を室温まで冷却した。次に、フラスコ内に、活性炭1.5gを投入して2時間撹拌した後、反応混合物を加圧濾過し、得られた濾液を120℃/3mmHgで減圧ストリップし、薄黄色の液状化合物184.9gを得た。
この液状化合物は、粘度が35,300mPa・s(25℃)であり、屈折率が1.346であった。この液状化合物を1H−NMR測定した結果、以下に示す吸収が認められた。
1H−NMR(TMS標準)
δ=0.45ppm(s,Si−C 3,12H)
δ=1.1〜1.5ppm(m,C−C 3,12H)
δ=3.3〜3.8ppm(m,CON−C 2−,4H)
δ=5.4〜6.2ppm(m,SiC=C 2,6H)
δ=6.9〜7.4ppm(m,N−Ph,10H)
また、この化合物のビニル基含有量を定量したところ、0.01mol/100gであり、得られた化合物は、下記構造式(17):
Figure 2019203038
(式中、Rf1は上記と同じであり、Q2は下記式:
Figure 2019203038
で表される基であり、a2は平均で2である。)
で表される含フッ素有機ケイ素化合物であることが確認された。
撹拌棒、温度計、ジムロート及び滴下ロートを備えた500ml四つ口フラスコ内に、上記で得られた前記構造式(17)で示される両末端にビニル基を有する含フッ素有機ケイ素化合物393.9g(0.020モル)とメタキシレンヘキサフロライド64.8gとを投入し、撹拌しながら該フラスコ内容物の温度が70℃になるようにオイルバスにて加熱した。次に、フラスコ内に塩化白金酸のイソプロピルアルコール2質量%溶液0.3gを添加し、次いで滴下ロートからトリメトキシシラン9.5g(0.078モル)を滴下して2時間反応を行った。その後、実施例1と同様に反応、後処理を行ったところ、淡黄色がかった透明の液状化合物397.0gを得た。
得られた化合物は、粘度が84,200mPa・s(25℃)であり、屈折率が1.324(25℃)であった。1H−NMR測定した結果、以下に示す吸収が確認された。
1H−NMR(TMS標準)
δ=0.45ppm(s,Si−C 3,12H)
δ=1.1〜1.5ppm(m,C−C 3,12H)
δ=3.3〜3.8ppm(m,CON−C 2−,4H)
δ=3.63ppm(s,SiO−C 3,18H)
δ=6.9〜7.4ppm(m,N−Ph,10H)
また、この化合物を加水分解し、脱離したメタノール量を定量したところ、0.031mol/100gであり、下記構造式(18):
Figure 2019203038
(式中、Rf1、Q2、a2は上記と同じである。)
で示される含フッ素有機ケイ素化合物であることが確認された。
[比較例1]
実施例1において、式(11)の化合物276.2gに代えて、下記式(19):
Figure 2019203038
[式中、Rf2は下記式:
Figure 2019203038
(式中、p’+q’は平均で94である。)
で表される基である。]
で表される化合物320.2g(0.020モル)を用い、メタキシレンヘキサフロライドの使用量を60.0gにした以外は実施例1と同様に反応、後処理を行い、淡黄色がかった透明の液状化合物324.1gを得た。
得られた液状化合物は、粘度が18,300mPa・s(25℃)であり、屈折率が1.320(25℃)であった。この液状化合物を1H−NMR測定した結果、以下に示す吸収が確認された。
1H−NMR(TMS標準)
δ=0.42ppm(s,Si−C 3,12H)
δ=3.56ppm(s,Si−OC 3,18H)
また、この化合物を加水分解し、脱離したメタノール量を定量したところ、0.039mol/100gであり、下記構造式(20):
Figure 2019203038
(式中、Rf2は上記と同じである。)
で示される含フッ素有機ケイ素化合物であることが確認された。
[比較例2]
撹拌棒、温度計、ジムロート及び滴下ロートを備えた300ml四つ口フラスコ内に下記式:
Figure 2019203038
(式中、p’+q’の平均は38である。)
で示される両末端に酸フロライド基を有する化合物189.2g(0.030モル、25℃における粘度:430mPa・s)を投入した。そしてこれを室温下に攪拌しながら滴下ロートより下記式:
Figure 2019203038
で示される化合物13.8g(0.072モル)とトリエチルアミン6.5g(0.064モル)との混合物を滴下した。滴下終了後、60℃で2時間撹拌した。次に、反応混合物を加圧濾過して得られた濾液を、120℃/3mmHgで減圧ストリップし、淡黄色がかった透明の液状化合物195.3gを得た。この液状化合物を前記と同様のフラスコに投入し、これにメタキシレンヘキサフロライド50.0gを加え、撹拌しながら100℃に昇温した後、塩化白金酸のイソプロピルアルコール2質量%溶液0.2gを添加した。次いで、これに滴下ロートから下記式:
Figure 2019203038
で示されるシクロテトラシロキサン4.9g(0.015モル)を滴下し、2時間反応を行った。滴下終了後、反応生成物を熟成させながらガスクロマトグラフで前記のシクロテトラシロキサンが消失するのを確認し、フラスコ内容物を室温まで冷却した。次に、フラスコ内に、活性炭1.5gを投入して2時間撹拌した後、反応混合物を加圧濾過し、得られた濾液を120℃/3mmHgで減圧ストリップし、透明な液状化合物197.4gを得た。
この液状化合物は、粘度が15,200mPa・s(25℃)であり、屈折率が1.335であった。この液状化合物を1H−NMR測定した結果、以下に示す吸収が認められた。
1H−NMR(TMS標準)
δ=3.42ppm(S,N−C 3,12H)
δ=5.5〜6.3ppm(m,SiC=C 2,6H)
δ=7.1〜7.8ppm(m,PhN,16H)
また、この化合物のビニル基含有量を定量したところ、0.014mol/100gであり、得られた化合物は、下記構造式(21):
Figure 2019203038
(式中、Rf1は下記式:
Figure 2019203038
(式中、p’+q’は平均で38である。)
で表される基であり、Q3は下記式:
Figure 2019203038
で表される基であり、a1は平均で1である。)
で表される含フッ素有機ケイ素化合物であることが確認された。
撹拌棒、温度計、ジムロート及び滴下ロートを備えた500ml四つ口フラスコ内に、上記で得られた前記構造式(21)で示される両末端にビニル基を有する化合物276.2g(0.020モル)、及びメタキシレンヘキサフロライド55gを投入し、撹拌しながら該フラスコ内容物の温度が80℃になるようにオイルバスにて加熱した。次に、フラスコ内に塩化白金酸のイソプロピルアルコール2質量%溶液0.3gを添加し、次いで滴下ロートからトリメトキシシラン7.3g(0.060モル)を滴下して2時間反応を行った。滴下終了後、反応生成物を熟成させながら1H−NMR分析により前記式(21)の化合物のビニル基(−CH=CH2:δ=5.5〜6.3ppm)が消失するのを確認してから、100℃/10mmHgで減圧ストリップし、未反応のシラン成分を除去し、淡黄色がかった透明の液状化合物278.3gを得た。得られた液状化合物は、粘度が34,200mPa・s(25℃)であり、屈折率が1.103であった。この液状化合物を1H−NMR測定した結果、以下に示す吸収が認められた。
1H−NMR(TMS標準)
δ=3.44ppm(S,N−C 3,12H)
δ=3.67ppm(S,Si−OC 3,18H)
δ=7.1〜7.8ppm(m,PhN,16H)
また、この液状化合物を加水分解し、脱離したメタノール量を定量したところ、0.044mol/100gであり、下記構造式(22):
Figure 2019203038
(式中、Rf1、Q3及びa1は前記と同じである。)
で示される含フッ素有機ケイ素化合物であることが確認された。
[実施例5]
実施例1で得られた式(12)の含フッ素有機ケイ素化合物100g、MTカーボン(中粒熱分解カーボン、デンカ(株)製。以下同様。)20gを混合し、この混合物を3本ロールに1回通し、その後ジブチルスズジオクトエート0.1gを混合することにより組成物Iを得た。この組成物Iを厚さ2mmのシートに成形し、該シートを温度20℃、相対湿度55%の雰囲気下に14日間放置して硬化した。得られたシート状のゴム弾性体(以下、弾性体Iという)のゴム物性(硬さ、引張強さ、切断時伸び)をJIS C 2123に準拠して測定した。結果を表1に示す。
また、前記組成物Iを室温下に密封状態で保存した。組成物Iは6カ月以上安定であった。6カ月経過後の組成物Iを前記と同様にしてシート状のゴム弾性体(以下、弾性体I’という)を作製し、このゴム弾性体について前記と同様にしてゴム物性を測定した。表1に結果を示す。
なお、表中の硬さは、スプリング式硬さ試験機(A型)を用いて測定した値である(以下、同じ)。
[比較例3]
比較例2で得られた式(22)の含フッ素有機ケイ素化合物100g、MTカーボン20gを混合し、この混合物を3本ロールに1回通し、その後ジブチルスズジオクトエート0.1gを混合することにより組成物IIを得た。この組成物IIを厚さ2mmのシートに成形し、該シートを温度20℃、相対湿度55%の雰囲気下に14日間放置して硬化した。得られたシート状のゴム弾性体(以下、弾性体IIという)のゴム物性をJIS C 2123に準拠して測定した。結果を表1に示す。
また、前記組成物IIを室温下に密封状態で保存した。組成物IIは6カ月以上安定であった。6カ月経過後の組成物IIを前記と同様にしてシート状のゴム弾性体(以下、弾性体II’という)を作製し、このゴム弾性体について前記と同様にしてゴム物性を測定した。表1に結果を示す。
Figure 2019203038
次に、前記弾性体I、IIについて、下記の耐溶剤性、耐酸性、耐熱性、耐寒性、透湿性、及び耐アミン性を評価した。
耐溶剤性
表2に示した25℃の各溶剤に弾性体を7日間浸漬し、その体積変化率で耐溶剤性を評価した。結果を表2に示す。なお、表2のフッ素ゴムは比較のために用いたデュポン社製バイトンE−60Cである。
耐酸性
表3に示した40℃の酸(98質量%硫酸及び60質量%硝酸)に弾性体を1週間浸漬し、その硬さ変化率及び質量変化率(加熱減量:質量%)で耐酸性を評価した。結果を表3に示す。なお、表中の硬さは、スプリング式硬さ試験機(A型)を用いて測定した値である。実施例5の組成物Iから得られた弾性体Iは、比較例3の組成物IIから得られた弾性体IIに比べ、98質量%硫酸及び60質量%硝酸浸漬時における硬さ変化率及び質量変化率が小さくなる傾向にあった。特に98質量%硫酸浸漬時、弾性体Iはその形状を維持したのに対し、弾性体IIは分解した。なお、表3のシリコーンゴムは比較のために用いた信越化学工業(株)製の縮合硬化型室温硬化性シリコーンゴム組成物;KE−951の硬化物である。
耐熱性
弾性体を250℃で120時間加熱する前と後のゴム物性(JIS C 2123に準拠)を測定し、評価した。結果を表4に示す。なお、表4には加熱前の質量に対する加熱後の質量の減少率(加熱減量:質量%)も併記した。
耐寒性
JIS K 6301に従い、試験片をドライアイス/エタノール中で−70℃に冷却し、次いで、これを1℃/minの速度で昇温した。そして、この時の各温度における剛性率を上島製作所製ゲーマンねじり試験機で測定し、室温における剛性率に対し2倍、5倍、10倍及び100倍となったときの温度を、それぞれT2、T5、T10、T100として測定した。結果を表5に示す。なお、表5のフッ素ゴムは比較のために用いたデュポン社製バイトンE−60Cである。
透湿性
弾性体をLyssy社製L80−5000水蒸気透過度計に仕込み、水蒸気透過率を測定した。結果を表6に示す。
耐アミン性
40℃のアミンに弾性体を1週間浸漬し、その硬さ変化量で耐アミン性を評価した。結果を表7に示す。表中の硬さは、スプリング式硬さ試験機(A型)を用いて測定した値である。実施例5の組成物Iから得られた弾性体Iは、比較例3の組成物IIから得られた弾性体IIに比べ、エチレンジアミン及びジエチルアミン浸漬時における硬さ変化率が小さくなる傾向にあった。
Figure 2019203038
Figure 2019203038
Figure 2019203038
Figure 2019203038
Figure 2019203038
Figure 2019203038
[実施例6]
実施例1で得られた式(12)の含フッ素有機ケイ素化合物100質量部、及びメチルトリメトキシシラン2質量部の混合物をメタキシレンヘキサフロライドに溶解し、前記混合物の20質量%溶液を調製した。この溶液にスライドガラスを30秒間ディッピングした後、20℃、55%RHの条件で18時間放置し、該スライドガラス表面に硬化皮膜を形成した。この硬化皮膜を形成したスライドガラス上にn−ヘキサデカンを1滴載せたとき、及び純水を1滴載せたときのそれぞれの液滴のスライドガラスに対する接触角を測定した。結果を表8に示す。
[実施例7]
実施例1で得られた式(12)の含フッ素有機ケイ素化合物100質量部、メチルトリメトキシシラン2質量部、及びジブチルスズジラウレート0.2質量部の混合物をメタキシレンヘキサフロライドに溶解し、前記混合物の50質量%溶液を調製した。この溶液をスライドガラス表面に塗布し、20℃、55%RHの条件で6時間放置し、該スライドガラス表面に硬化皮膜を形成した。この硬化皮膜を形成したスライドガラスについて実施例6と同様にして接触角を測定した。結果を表8に示す。
[比較例4]
比較例2で得られた式(22)の含フッ素有機ケイ素化合物100質量部、及びメチルトリメトキシシラン2質量部の混合物をメタキシレンヘキサフロライドに溶解し、前記混合物の20質量%溶液を調製した。この溶液にスライドガラスを30秒間ディッピングした後、20℃、55%RHの条件で18時間放置し、該スライドガラス表面に硬化皮膜を形成した。この硬化皮膜を形成したスライドガラスについて実施例6と同様にして接触角を測定した。結果を表8に示す。
Figure 2019203038

Claims (7)

  1. 下記一般式(1):
    Figure 2019203038
    [式中、Aは独立に非置換又は置換の脂肪族2価炭化水素基であり、R1及びR2は独立に非置換又は置換の1価炭化水素基であり、R3は独立に非置換又は置換の飽和脂肪族2価炭化水素基であり、Rfは独立にパーフルオロアルキレン基又は2価のパーフルオロポリエーテル基であり、Xは独立に加水分解性基であり、Phはフェニル基であり、Qは下記一般式(2)又は下記一般式(3):
    Figure 2019203038
    (式中、R4は結合途中に酸素原子、窒素原子及びケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を介在させてもよい非置換又は置換の2価炭化水素基であり、Phはフェニル基である。)
    Figure 2019203038
    (式中、R5及びR6は独立に非置換又は置換の2価炭化水素基である。)
    で表される基であり、aは0以上の整数であり、bは1、2又は3である。]
    で表される含フッ素有機ケイ素化合物。
  2. 下記一般式(4):
    Figure 2019203038
    [式中、Aは独立に非置換又は置換の脂肪族2価炭化水素基であり、R2は独立に非置換又は置換の1価炭化水素基であり、Rfは独立にパーフルオロアルキレン基又は2価のパーフルオロポリエーテル基であり、R12は独立に脂肪族不飽和結合を有する非置換又は置換の1価炭化水素基であり、Phはフェニル基であり、Qは下記一般式(2)又は下記一般式(3):
    Figure 2019203038
    (式中、R4は結合途中に酸素原子、窒素原子及びケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を介在させてもよい非置換又は置換の2価炭化水素基であり、Phはフェニル基である。)
    Figure 2019203038
    (式中、R5及びR6は独立に非置換又は置換の2価炭化水素基である。)
    で表される基であり、aは0以上の整数である。]
    で表される脂肪族不飽和結合を有する含フッ素有機ケイ素化合物と、下記一般式(5):
    Figure 2019203038
    (式中、R1は非置換又は置換の1価炭化水素基であり、Xは加水分解性基であり、bは1、2又は3である。)
    で表される(オルガノ)ハイドロジェンシラン化合物とを触媒の存在下でヒドロシリル化付加反応させる工程を含む請求項1に記載の含フッ素有機ケイ素化合物の製造方法。
  3. 請求項1に記載の含フッ素有機ケイ素化合物及び硬化触媒を含有する室温硬化性含フッ素ゴム組成物。
  4. 更に、架橋剤、充填剤、接着助剤、耐熱性付与剤及び着色剤から選ばれる少なくとも一種を含有する請求項3に記載の室温硬化性含フッ素ゴム組成物。
  5. 請求項3又は4に記載の室温硬化性含フッ素ゴム組成物の硬化物からなる含フッ素ゴム。
  6. 請求項3又は4に記載の室温硬化性含フッ素ゴム組成物を室温で硬化して含フッ素ゴム硬化物を得る工程を含む含フッ素ゴム硬化物の耐熱性、耐薬品性、耐溶剤性、撥水性及び/又は低透湿性を向上させる方法。
  7. 請求項3又は4に記載の室温硬化性含フッ素ゴム組成物の硬化物層を有する物品。
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