シリコーン

項目内容
材料名シリコーン
略記号SI、Silicone、VMQ、PDMS系など
IUPACPoly(dimethylsiloxane)などのポリオルガノシロキサン類
英語名Silicone / Silicone Polymer / Polysiloxane / Polyorganosiloxane
日本語名シリコーン、ポリシロキサン、ポリジメチルシロキサン、シリコーン樹脂、シリコーンゴム
分類有機ケイ素系ポリマー、ポリシロキサン系材料
プラスチック分類熱硬化性エラストマー・ゴム、熱硬化性樹脂、液状樹脂、ゲル、オイルを含む材料群
化学式または代表構造主鎖:-Si-O-Si-、代表構造単位:-[Si(CH3)2-O]-n
CAS No.63148-62-9(ポリジメチルシロキサンの代表例)
構造・主成分シロキサン結合を主鎖とし、メチル基、フェニル基、ビニル基、フルオロアルキル基などの有機基を側鎖に持つポリマーである。
主な用途シール材、ガスケット、パッキン、電気絶縁材、医療部品、食品機械部品、離型材、コーティング材、接着剤、封止材、チューブ、耐熱部品など

概要

シリコーンは、ケイ素と酸素からなるシロキサン結合を主鎖に持つ有機ケイ素系ポリマーである。一般的な有機高分子が炭素-炭素結合を主鎖とするのに対し、シリコーンは-Si-O-Si-構造を骨格とするため、耐熱性、耐寒性、耐候性、電気絶縁性に優れる材料として扱われる。

シリコーンという名称は単一材料を指すというより、シリコーンオイルシリコーンゴムシリコーン樹脂、シリコーンゲル、シリコーン粘着剤、シリコーンシーラントなどを含む材料群の総称である。当サイトでは、成形品として使用される場合は主にシリコーンゴム、硬質皮膜や耐熱樹脂として使用される場合はシリコーン樹脂、液状で使用される場合はシリコーンオイルまたは液状シリコーンとして整理される。

一般にシリコーンは、-50℃程度の低温から150~200℃程度の高温域まで比較的安定して使用できる。耐熱グレードでは200℃以上、短時間では250℃程度で使用される例もある。ただし、機械強度、耐油性、耐溶剤性、引裂強さ、圧縮永久ひずみ、接着性はグレードや配合により大きく異なるため、実使用では温度、薬品濃度、荷重、応力、使用時間、圧縮率、後硬化条件を確認する必要がある。

特徴

長所
  • 耐熱性、耐寒性に優れ、広い温度範囲で弾性や柔軟性を維持しやすい。
  • 紫外線、オゾン、酸化、屋外曝露に対する安定性が高く、耐候性に優れる。
  • 電気絶縁性が高く、湿度変化の影響を受けにくいグレードが多い。
  • 透明または半透明の材料設計が可能で、着色や難燃化も比較的行いやすい。
  • 生理的安定性、低臭気、低毒性が求められる医療・食品用途向けグレードが存在する。
  • 離型性、撥水性、潤滑性、柔軟性を付与しやすい。
短所
  • 一般的なゴム材料と比較して引裂強さ、耐摩耗性、機械強度が低い場合がある。
  • 芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素、塩素系溶剤、燃料油などでは膨潤しやすい場合がある。
  • 強酸、強アルカリ、高温蒸気、過熱水では劣化する場合がある。
  • 表面エネルギーが低く、接着、印刷、塗装にはプライマーや表面処理が必要になることが多い。
  • 低分子シロキサンの移行、アウトガス、接点障害、塗装はじきが問題となる場合がある。
  • 材料価格は一般ゴムや汎用プラスチックより高いことが多い。
外観

未充填または一般グレードでは透明、半透明、乳白色、白色のものが多い。充填材、顔料、難燃剤、熱伝導フィラー、導電性フィラーを配合することで、白色、黒色、灰色、赤色、透明、導電性、熱伝導性などの外観・機能に調整される。

耐熱性

シリコーンは一般に耐熱性に優れ、連続使用温度の目安は150~200℃程度である。耐熱配合やフェニル系、特殊充填材配合では200℃を超える条件で使用される場合もある。ただし、空気中、密閉系、圧縮状態、油中、蒸気中では劣化挙動が異なるため、実使用温度と使用時間を確認する必要がある。

耐薬品性

水、希薄酸、希薄アルカリ、アルコール類、グリコール類には比較的安定な場合が多い。一方で、トルエン、キシレン、ヘキサン、ガソリン、灯油、塩素系溶剤などの低極性溶剤では膨潤しやすい。ケトン、エステル類ではグレードや温度により評価が分かれるため、長期浸漬やシール用途では確認が必要である。

加工性

シリコーンは形態により加工方法が大きく異なる。高粘度のミラブル型シリコーンゴムは圧縮成形、トランスファー成形、押出成形に適し、液状シリコーンゴムは射出成形に適する。RTVシリコーンは常温硬化によるシーリング、接着、ポッティングに使用される。熱可塑性樹脂のような再溶融成形は一般にできない。

分類上の注意

シリコーンは、狭義のプラスチック、ゴム、オイル、樹脂、ゲル、接着剤、コーティング剤の境界にまたがる材料群である。成形材料として扱う場合はシリコーンゴム、硬化皮膜や耐熱塗料用バインダーではシリコーン樹脂、流体材料ではシリコーンオイルとして分類するのが実務上わかりやすい。

構造式

項目内容
代表的な構造単位-[Si(CH3)2-O]-n
主鎖構造-Si-O-Si-O-Si-O-
代表材料ポリジメチルシロキサン(PDMS)
構造式の表記CH3-Si(CH3)2-O-[Si(CH3)2-O]n-Si(CH3)3
モノマーまたは構成単位ジメチルジクロロシラン、ジメチルジアルコキシシラン、環状シロキサンなどから得られるシロキサン単位
共重合体・変性グレードメチルビニルシリコーン、フェニルシリコーン、フロロシリコーン、メチルフェニルシリコーン、アルキル変性、アミノ変性、エポキシ変性などがある。

シリコーンの基本骨格は、ケイ素原子と酸素原子が交互に結合したシロキサン結合である。側鎖の有機基を変えることで、耐寒性、耐油性、屈折率、接着性、反応性、硬化方式を調整できる。代表的なPDMSはメチル基を側鎖に持つため、柔軟性、撥水性、低表面エネルギーを示す。

種類

種類の名称主成分または特徴長所短所主な用途
シリコーンオイル低~中分子量のPDMS系液状ポリマー耐熱性、潤滑性、離型性、撥水性に優れる移行、にじみ、塗装はじき、接点障害に注意潤滑剤、離型剤、消泡剤、化粧品、熱媒体
シリコーンゴム架橋したポリシロキサン系エラストマー耐熱性、耐寒性、耐候性、電気絶縁性に優れる耐摩耗性、引裂強さ、耐溶剤膨潤に注意パッキン、ガスケット、チューブ、キーパッド、電線被覆
液状シリコーンゴム2液付加硬化型のLSRが代表例射出成形性、量産性、精密成形性に優れる専用成形機、金型温調、混合管理が必要医療部品、ベビー用品、電気電子部品、Oリング
RTVシリコーン常温硬化型の1液または2液シリコーン現場施工性、シール性、接着性に優れる硬化速度、深部硬化、発生副生成物に注意シーラント、接着剤、ポッティング、型取り材
シリコーン樹脂三次元架橋性の高いポリシロキサン樹脂耐熱性、耐候性、電気特性、撥水性に優れる硬く脆い場合があり、柔軟性付与が必要なことがある耐熱塗料、絶縁ワニス、コーティング、バインダー
シリコーンゲル低架橋密度の柔軟なシリコーン材料柔軟性、応力緩和性、防水性、電気絶縁性に優れる機械強度が低く、汚染や粘着に注意電子部品封止、医療パッド、振動吸収、保護材
フロロシリコーンフルオロアルキル基を含むシリコーン一般シリコーンより燃料油、溶剤、油に強い価格が高く、耐熱性や加工性はグレード依存燃料系シール、航空機部品、自動車部品
フェニルシリコーンフェニル基を含むシリコーン耐寒性、屈折率、耐放射線性などを調整しやすい一般PDMSより高価で、用途が限定される光学材料、耐寒部品、特殊オイル、封止材

成形加工

加工方法適性内容
射出成形液状シリコーンゴム、ミラブル型シリコーンゴムで適用される。LSRでは自動化、精密成形、インサート成形に適する。
押出成形チューブ、ホース、電線被覆、プロファイル材に適する。加硫炉、熱風、塩浴、マイクロ波などの硬化工程を伴う。
圧縮成形パッキン、ガスケット、シート、厚肉品、小ロット品に適する。ミラブル型シリコーンゴムで広く使用される。
トランスファー成形複雑形状やインサート部品に使用される。バリ、硬化時間、材料ロスの管理が必要である。
ブロー成形×熱可塑性樹脂のような溶融ブロー成形には一般に適さない。
真空成形×熱可塑性シートのような再加熱成形には一般に適さない。
注型・ポッティングRTV、ゲル、液状シリコーンで適用される。電子部品封止、型取り、接着、保護材に適する。
コーティングシリコーン樹脂、シリコーンゴム分散液、シリコーンオイル、反応性シリコーンで適用される。
切削加工硬質シリコーン樹脂や厚肉シートでは可能な場合があるが、ゴム状材料は弾性変形しやすく寸法精度に注意が必要である。
溶着×熱可塑性樹脂のような熱溶着、超音波溶着には一般に適さない。接着や架橋接合を検討する。

代表的な物性値又は機械的性質

項目単位シリコーンゴム一般液状シリコーンゴムフロロシリコーン熱伝導フィラー配合備考
密度g/cm31.05~1.301.05~1.201.30~1.601.5~3.2充填材量により大きく変化する。
硬さShore A20~8010~8040~8030~90ゲルでは非常に低硬度となる。
引張強さMPa4~125~125~102~8高強度グレードでは10MPa以上の例もある。
伸び%150~700200~800100~40050~400硬度、補強シリカ、架橋密度で変化する。
引裂強さkN/m10~5015~6010~355~30高引裂グレードでは高くなる。
曲げ弾性率MPaゴム状のため低いゴム状のため低いゴム状のため低い配合により上昇熱可塑性樹脂の曲げ弾性率とは比較しにくい。
アイゾット衝撃強さkJ/m2ゴム状のため該当しにくいゴム状のため該当しにくいゴム状のため該当しにくい配合依存硬質樹脂向け試験値としては扱いにくい。
荷重たわみ温度該当しにくい該当しにくい該当しにくい該当しにくいゴム材料では圧縮永久ひずみや耐熱老化で評価することが多い。
ガラス転移温度-120~-110-120~-110-80~-60配合依存PDMS系の代表値である。
融点明確な融点なし明確な融点なし明確な融点なし明確な融点なし架橋材料は溶融せず、熱分解または劣化する。
連続使用温度-50~180-50~200-50~175-40~180耐熱グレードでは200℃以上の例もある。
短時間使用温度200~250200~250200程度200程度短時間使用では変色、硬化、脆化、圧縮永久ひずみに注意する。
吸水率%0.01~0.50.01~0.50.01~0.5配合依存一般に低吸水であるが、充填材により変化する。
体積抵抗率Ω・cm1014~10161014~10161013~1016絶縁配合または導電配合で大きく変化導電性グレードでは大幅に低下する。
誘電率1MHz2.8~3.52.8~3.53.5~7程度フィラー依存電子材料では周波数、温度、湿度を確認する。
熱伝導率W/m・K0.15~0.250.15~0.250.15~0.250.8~5.0以上アルミナ、窒化ホウ素などの充填材で向上する。
難燃性燃えにくい傾向グレード依存グレード依存グレード依存UL94などの規格適合は個別グレードで確認する。

上記は代表値の目安であり、保証値ではない。シリコーンは同じ名称でも、硬度、架橋方式、補強シリカ量、熱伝導フィラー、難燃剤、顔料、後硬化条件により物性が大きく変化する。設計時はメーカーのデータシート、試験片条件、二次加硫条件、実使用環境を確認する必要がある。

耐薬品性

薬品分類代表的な薬品評価備考
酸類希塩酸、希硫酸、酢酸、クエン酸希薄酸では比較的安定な場合が多い。濃酸、酸化性酸、高温条件では劣化に注意する。
強酸濃硫酸、濃硝酸、クロム酸×酸化、硬化、脆化、表面劣化が起こる場合がある。
アルカリ類希NaOH、希KOH、アンモニア水希薄アルカリでは使用できる場合があるが、高温・高濃度ではシロキサン結合の劣化に注意する。
強アルカリ高濃度水酸化ナトリウム、高濃度水酸化カリウム△~×濃度、温度、浸漬時間により劣化する場合がある。
低級アルコール類メタノール、エタノール、IPA◎~○短時間接触では比較的安定な場合が多い。
高級アルコール類ブタノール、グリセリン、MMB極性や分子量により影響が異なる。長期浸漬では膨潤を確認する。
芳香族炭化水素類トルエン、キシレン、ベンゼン×膨潤、軟化、強度低下を起こしやすい。
脂肪族炭化水素類ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、ミネラルスピリット×PDMSとのSP値が近く、膨潤しやすい代表例である。
燃料油ガソリン、軽油、灯油×一般シリコーンでは膨潤しやすい。燃料用途ではフロロシリコーンを検討する。
ケトンアセトン、MEK、MIBK短時間では使用できる場合もあるが、グレード差が大きい。
エステル酢酸エチル、酢酸ブチル△~×膨潤や軟化が生じる場合がある。長期接触には注意する。
塩素系溶剤ジクロロメタン、クロロホルム、トリクロロエチレン×膨潤しやすく、シール用途には一般に不向きである。
水・温水水、純水、温水◎~○常温水では比較的安定である。高温水、蒸気、加圧蒸気では加水分解や物性低下を確認する。
植物油、鉱物油、潤滑油油種、添加剤、温度により膨潤が変化する。耐油用途ではフロロシリコーンやフッ素ゴムと比較する。
シリコーンオイルPDMSオイル同系材料のため膨潤、移行、物性変化に注意する。
SP値(溶解度パラメータ)
項目内容
対象材料の代表的なSP値シリコーン、PDMS:14.9~15.5 MPa1/2程度
単位MPa1/2
注意SP値は溶解・膨潤の目安であり、架橋密度、充填材、結晶性、温度、薬品濃度、浸漬時間、応力、添加剤、表面処理、硬化方式によって耐薬品性は変化する。
溶解性の目安
SP値差溶解・膨潤の目安判定
0~2膨潤・軟化しやすい×
2~5条件により膨潤する
5~8短時間接触では比較的安定
8以上溶解・膨潤しにくい
SP値から見た耐溶剤性

シリコーン、特にPDMS系材料はSP値が低く、ヘキサン、ヘプタン、トルエン、キシレンなどの低極性溶剤とSP値が近い。そのため、これらの溶剤では膨潤しやすい。一方、水、アルコール、グリコールなどの高極性液体とはSP値差が大きく、短時間接触では比較的安定な場合が多い。ただし、SP値だけで耐薬品性を判断することはできない。

薬品名代表SP値
MPa1/2
PDMSとの差評価備考
n-ヘキサン14.90.0~0.6×膨潤しやすい代表的な溶剤である。
n-ヘプタン15.30.0~0.4×燃料系、脂肪族炭化水素との接触に注意する。
シクロヘキサン16.81.3~1.9×膨潤が大きくなる場合がある。
トルエン18.22.7~3.3×芳香族溶剤では膨潤、軟化に注意する。
キシレン18.02.5~3.1×塗料溶剤との接触では不向きな場合が多い。
酢酸エチル18.63.1~3.7△~×エステル系溶剤ではグレード差が大きい。
MEK19.03.5~4.1短時間接触でも寸法変化を確認する。
アセトン20.34.8~5.4△~○SP値差はやや大きいが、抽出や表面変化を確認する。
IPA23.58.0~8.6○~◎短時間洗浄では比較的安定な場合が多い。
エタノール26.010.5~11.1低級アルコールでは比較的安定である。
メタノール29.614.1~14.7短時間接触では膨潤しにくい。
47.932.4~33.0常温水では良好であるが、蒸気や高温水では別途確認する。

評価基準:◎非常に良好、○概ね良好、△注意が必要、×不適。上記はSP値を中心にした目安であり、実際の耐薬品性は浸漬試験、体積変化率、硬度変化、引張強さ保持率、圧縮永久ひずみで確認する必要がある。

製法

原料

シリコーンの代表的な原料は、金属ケイ素、メタノール、塩化メチルなどから得られるクロロシラン類、またはアルコキシシラン類である。代表的な中間体としてジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、メチルビニルジクロロシラン、メチルフェニルジクロロシランなどが使用される。

基本反応式
工程代表反応式内容
直接法Si + 2CH3Cl → (CH3)2SiCl2金属ケイ素と塩化メチルからジメチルジクロロシランを得る代表的工程である。
加水分解(CH3)2SiCl2 + 2H2O → (CH3)2Si(OH)2 + 2HClクロロシランをシラノールに変換する。実際には縮合も同時に進行する。
縮合n(CH3)2Si(OH)2 → HO-[Si(CH3)2-O]n-H + (n-1)H2Oシロキサン結合を形成し、ポリジメチルシロキサン骨格を得る。
環状体の開環重合nD4 → -[Si(CH3)2-O]4nオクタメチルシクロテトラシロキサンなどの環状シロキサンを開環重合する。
付加硬化Si-CH=CH2 + H-Si → Si-CH2-CH2-Si白金触媒によりビニル基とヒドロシリル基を反応させる。LSRや付加硬化型RTVで用いられる。
縮合硬化Si-OH + RO-Si → Si-O-Si + ROH水分や触媒により縮合し、RTVシリコーンやシーラントとして硬化する。
過酸化物硬化ビニル基含有シリコーン + 有機過酸化物 → 架橋シリコーンミラブル型シリコーンゴムの加硫に使用される。
重合方法

シリコーンポリマーは、加水分解縮合、環状シロキサンの開環重合、平衡化反応などにより分子量や末端基を調整して製造される。一般に、ポリマーの分子量、ビニル基量、フェニル基量、フルオロアルキル基量、末端官能基が材料特性を左右する。

ペレット化やコンパウンド

シリコーンゴムは、熱可塑性樹脂のように通常のペレットとして流通するとは限らない。ミラブル型ではベースポリマーに補強シリカ、可塑剤、架橋剤、顔料などを混練したコンパウンドとして供給される。液状シリコーンゴムではA液、B液の2液で供給され、混合後に金型内で硬化する。

添加剤、充填材、強化材

シリコーンには、補強シリカ、石英粉、炭酸カルシウム、アルミナ、窒化ホウ素、酸化鉄、カーボンブラック、白金触媒、過酸化物、接着付与剤、難燃剤、顔料、熱安定剤などが使用される。熱伝導、導電性、難燃性、耐熱性、透明性、低圧縮永久ひずみ、自己接着性などは配合設計により調整される。

詳細な利用用途

分野主な用途採用される理由注意点
自動車ガスケット、Oリング、コネクタシール、点火系部品、ホース、熱対策部品、ポッティング材耐熱性、耐寒性、耐候性、電気絶縁性燃料、オイル、LLC、添加剤との相性を確認する。
電気・電子絶縁部品、封止材、熱伝導シート、ポッティング材、キーパッド、コネクタシール電気絶縁性、防水性、耐熱性、応力緩和性低分子シロキサン、アウトガス、接点障害に注意する。
機械部品パッキン、ガスケット、ダイヤフラム、ローラー、クッション材柔軟性、耐熱性、圧縮復元性摩耗、引裂、摺動負荷が高い用途では別材料も比較する。
医療チューブ、カテーテル、パッキン、インプラント周辺部材、医療機器シール生体適合性、柔軟性、透明性、滅菌適性医療グレード、規格適合、抽出物、滅菌条件を確認する。
食品機械食品用パッキン、チューブ、ベルト、シール、ベーキングシート耐熱性、低臭気、柔軟性、食品衛生グレードの選択肢食品接触適合、洗浄剤、蒸気殺菌、油脂との相性を確認する。
建築・設備シーリング材、ガラスシール、防水材、目地材、耐候性コーティング耐候性、耐紫外線性、防水性、接着性被着体、プライマー、塗装可否、汚染性を確認する。
光学・照明LED封止材、レンズ、透明シール、光学接着材透明性、耐熱性、耐黄変性、柔軟性屈折率、透過率、硬化収縮、アウトガスを確認する。
塗料・コーティング耐熱塗料、撥水コート、離型コート、保護膜、電気絶縁ワニス耐熱性、耐候性、撥水性、電気特性上塗り性、塗装はじき、密着性、表面汚染に注意する。
日用品調理器具、ベビー用品、スマートフォンケース、雑貨、成形カバー柔軟性、触感、耐熱性、着色性汚れ付着、引裂、ほこり付着、移行を確認する。

関連材料との比較

比較材料特徴対象材料との違い
シリコーンゴムシリコーンのうち架橋エラストマーとして使用される材料シリコーン全体の中で、成形品・ゴム部品用途に該当する。
フッ素ゴム耐油性、耐燃料性、耐薬品性に優れる高機能ゴムシリコーンより燃料油や溶剤に強いが、低温柔軟性ではシリコーンが有利な場合がある。
EPDM耐候性、耐水性、耐オゾン性に優れる汎用ゴムシリコーンより低コストであるが、高温耐熱性や低温柔軟性ではシリコーンが有利な場合がある。
NBR耐油性に優れるニトリルゴム油用途ではNBRが有利な場合があるが、耐熱性、耐候性、低温特性ではシリコーンが有利な場合がある。
熱可塑性エラストマー射出成形、押出成形、リサイクル性に優れる柔軟材料熱可塑性加工が可能である一方、耐熱性や長期圧縮特性ではシリコーンが有利な場合がある。
PTFE耐薬品性、耐熱性、低摩擦性に優れるフッ素樹脂PTFEは硬質で耐薬品性に優れる。シリコーンは柔軟性、弾性、シール性に優れる。
ポリウレタン耐摩耗性、機械強度、弾性に優れる材料耐摩耗性ではポリウレタンが有利であるが、耐熱性、耐候性、耐寒性ではシリコーンが有利な場合がある。
フッ素樹脂耐薬品性、耐熱性、非粘着性に優れる樹脂群フッ素樹脂は硬質・半硬質材料が中心で、シリコーンは柔軟なゴム、ゲル、液状材料として使いやすい。

代表的なメーカー

メーカー代表製品・ブランド概要
信越化学工業KEシリーズ、KERシリーズ、LIMSシリーズ、シリコーンオイル、シリコーン樹脂など日本の主要シリコーンメーカーであり、ゴム、オイル、樹脂、液状シリコーン、電子材料向けなど幅広い製品群を持つ。
DowDOWSIL、SILASTIC、XIAMETERシリコーンエラストマー、シーラント、封止材、流体、特殊シリコーン材料を展開する大手メーカーである。
Wacker ChemieELASTOSIL、SILPURAN、SILRESシリコーンゴム、医療向けシリコーン、シリコーン樹脂、建築・工業用シリコーン材料を展開する。
Momentive Performance MaterialsSilopren、LIM、Tufel液状シリコーンゴム、ミラブル型シリコーン、接着・封止用途のシリコーン材料を展開する。
Elkem SiliconesBLUESIL、SILBIONE工業、医療、ヘルスケア、電気電子向けのシリコーン材料を展開するメーカーである。
KCC SiliconeKCC Silicone製品群シリコーンゴム、シリコーンオイル、シリコーン樹脂、シーラントなどを展開する韓国系メーカーである。
東レ・ダウコーニングDOWSIL、SILASTIC関連製品日本国内でシリコーン材料を展開する企業として知られる。製品体系はDow系ブランドと関連する。

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