シリカゲル耐熱性 |プロフェッショナルガイド: 200 度から 300 度への飛躍 – シリカゲル耐熱剤の選び方、使い方、落とし穴の回避方法を包括的に解説

通常のシリコーンゴムの長期使用温度は 200 度です。- 250 度になると硬化し、亀裂が入り始め、機械的特性が大幅に低下します。新エネルギー車のバッテリー パック、航空宇宙用シール、工業用ホットスタンピング ローラーなどの用途では、温度が 250 度を超えることがよくありますが、これには通常のシリコーン ゴムではまったく耐えることができません。

この問題を解決する鍵となるのが耐熱剤です。しかし、種類を間違えると耐熱性が不十分になったり、製品が赤や茶色に変色して使用できなくなったり、薬剤を添加しても加硫ができないなどの問題が発生することがあります。この記事では、タイプ、原則、パラメータ、プロセスのマッチング、および一般的な落とし穴を明確にします。

01 シリコーン耐熱性とは何ですか?シリコーン耐熱剤は、材料の耐熱性と熱酸化安定性を向上させるためにシリコーンゴムに添加される機能性添加剤です。-彼らの主な目的は、長期使用温度を 200 度から 250～300 度に上昇させながら、同時に高温での機械的特性の劣化を遅らせることです。{3}}

高温-で酸素が豊富な環境-では、シリコーンは 2 つの主なプロセスを経ます。まず、側鎖基 (メチル基) が酸化されて、アルキル フリー ラジカルが形成されます。フリーラジカル結合により架橋密度が増加し、製品が徐々に硬化し、さらには亀裂が発生します（一般に硬化として知られています）。次に、主鎖が環化分解を受けて、D3 や D4 などの低分子量環状シロキサンが生成され、その結果、分子量が減少し、機械的特性が失われます。耐熱剤の役割は、フリーラジカルを捕捉し、酸化連鎖反応を抑制し、シリコーン主鎖を保護することによって、これら 2 つのプロセスを遅らせることです。

技術的なルートは 2 つの主な方向に分類されます。無機金属酸化物-酸化還元反応を利用して酸化によって生成されたフリーラジカルを吸収し、酸素の作用下でフリーラジカルを再生することで、その機能を循環的に発揮します。有機シリコン/有機-分子構造設計を通じてシリコン主鎖の周りに保護層を形成するか、フリーラジカルを直接捕捉します。各ルートには適用可能なシナリオがあり、後で詳しく比較します。

02 4種類の比較

市販のシリコーン耐熱剤は主に 4 つのカテゴリに分類されており、原理、効果、コストに大きな違いがあります。{0}

① 金属酸化物-最も古典的で広く使用されているタイプ。赤色酸化鉄 (-Fe₂O₃) が最も一般的に使用されます。コンパウンド 100 部あたり 2-5 部を添加すると、200 度から 250 度までの長期耐熱性が向上し、250 度での破断伸びが 40% 減少します。低コストですが、製品が赤/茶色に変色します。二酸化セリウム（CeO₂）は酸化鉄よりも効果が高く、色（淡黄色）への影響が少なく、0.5～4部添加できます。酸化コバルト、酸化マンガン、酸化亜鉛、二酸化チタンなども使用できる。中でも、TiO2+Fe2O3 の二成分系 (それぞれ 0.1% 以上) は、ホルムアルデヒドとシクロシロキサン (D4/D5/D6) の生成を抑制し、VOC 排出量を 60% ～ 80% 削減します。

② 希土類化合物 – ハイエンドの耐熱性ソリューション。-ステアリン酸ランタニドまたはアセチルアセトン錯体、および水酸化セリウム (Ce(OH)₃) マスターバッチ (5% ～ 10% 添加) の TGA 初期分解温度は約 400 度であり、シリコーンは 300 度で安定した状態を維持できます。代表的な製品には、ランタニド希土類耐熱剤が含まれます。これは優れた耐熱性を備えていますが、より高価であり、航空宇宙、ハイエンドのシーリング、および極度の高温耐性を必要とするその他の用途で使用されます。{8}}

③ Organosilicon heat resistant agents-the first choice for transparent/light-colored products. Hexaphenylcyclotrisilazane (HPCS), added at 0.5%–3.0%, has a TGA initial degradation temperature >450 度の耐熱性を持ち、現在入手可能な品種の中で最も耐熱性が高く、透明度には影響しません。-遷移金属イオンとチオエーテル結合を含む有機耐熱性添加剤（液体透明タイプ）もあります。これらは酸化分解フリーラジカルを効果的に捕捉し、機械的特性と加工性を維持しながら 280 度での熱酸化安定性を大幅に向上させます。{4}有機ケイ素-変性フェノール系酸化防止剤（ベンゾトリアゾールまたはヒンダードアミン構造のシロキサングラフトを含む）もこのカテゴリーに属します。利点としては、透明性、色への影響なし、分散性の良さなどが挙げられます。デメリットとしてはコストが高いことが挙げられます。

④ ナノコンポジット型 – 近年急速に発展しているトレンド。ナノ-酸化鉄、ナノ-酸化セリウム、ナノ-酸化ジルコニウムなどは比表面積が大きく、活性が高い。少ない添加量（通常は 1-3 部）で、色や透明度への影響を少なくしながら、従来の酸化物の 5 部を超える効果を得ることができます。水酸化ジルコニウム + 酸化イットリウム + ヘキサフェニルシクロトリシラザン複合システムもあり、多成分の相乗効果によりより高い耐熱性を実現します。複合酸化物耐熱剤も注目の特許分野です。

つまり、低コストの場合は、酸化鉄赤色を選択してください (赤色は許容されます)。 280 度を超える温度の場合は、レアアースまたは有機シリコンのタイプを選択してください。透明性を重視するには、有機シリコンタイプを選択してください。添加量が少ない場合は、ナノコンポジットタイプを選択してください。

03 加硫系とのマッチング 耐熱剤と加硫系との相性が悪いと、耐熱性が低下したり、ひどい場合には全く加硫ができなくなる場合があります。

過酸化物系 (ジ(2,4-ジオキサン/ジ(2,5-ジオキサン)): 最も優れた相溶性を持ち、耐熱性シリコーンゴムの主流の選択肢です。過酸化物-で誘導された C-C 架橋 (Si-CH₂-CH₂-Si) は付加硬化したものと比較して優れた熱安定性を示します-ビス-2,5-（2,5-ジメチル-2,5-ジ-tert-ブチルペルオキシヘキサン）は、分解温度が高く、焦げにくいため、厚い製品に適しています。 TAIC 架橋助剤 (過酸化物の量の 1.5 ～ 2 倍) と組み合わせると、架橋密度が増加し、200 度で 70 時間の圧縮永久歪みが 28% から 16% に減少します。

白金系（添加-タイプ）：耐熱剤中の金属イオンや硫黄・リン・窒素成分が白金触媒を被毒し、加硫が不完全になる可能性があるので特に注意してください。アセチレン阻害剤を使用する場合、耐熱剤が阻害閾値を妨げないようにすることが重要です。 HPCS などの有機シリコン耐熱剤は白金系との適合性が良好であり、付加型液体シリコーンの好ましい選択肢です。金属酸化物には、適合性を確認するための事前の小規模なテストが必要です。-

二重加硫システム（過酸化物 + KH-CL）: フェニルシリコーンゴムに使用され、高強度と良好な高温耐性の両方を備えた完全な加硫を実現し、300 度を超える過酷な作業条件に適しています。

選定の最初のステップは常に加硫システムを確認し、次に耐熱剤の種類を選択することです。順序を逆にすることはできません。

04 3つの加算処理
**オープンミル混合:** シリコーンゴムをオープンミルで分散させた後、耐熱剤(カラーマスターバッチ、加硫剤と同時に添加可能)を加え、均一になるまで繰り返し回転させます。これは最も一般的な方法であり、固体ゴムコンパウンドに適しています。金属酸化物耐熱剤は、不均一な耐熱性の原因となる局所的な凝集を避けるために、完全に分散させる必要があります。一部の有機耐熱剤は熱に弱いため、混合温度の制御に注意してください。-

**ニーダー混合:** 固体ゴムコンパウンドを生ゴム、シリカ、構造制御剤とともにニーダーに加えます。均一に混合した後、8～36時間放置（構造制御）し、その後耐熱剤を加えて均一に混合します。オープンミルよりも分散性に優れ、大量生産に適しています。複合酸化物耐熱剤の多くの特許取得済み配合物は、このプロセスを使用しています。液体シリコーンゴム (LSR): A/B 接着剤に直接添加し、均一になるまで撹拌します。 LSRに最適な有機系耐熱剤（液体タイプ）の添加量は0.5％～3％です。これは最も簡単なプロセスですが、製品の密度に影響を与える気泡を避けるために、撹拌後の脱気には注意が必要です。金属酸化物粉末タイプは添加前に分散マスターバッチが必要で、分散マスターバッチがないと沈殿しやすくなります。

重要な注意事項: 耐熱性シリコーン ゴムは、最適な耐熱性を実現するために、低分子量物質を除去し、耐熱剤を完全に活性化するために二次硬化 (通常 200 度 × 4 時間) を受ける必要があります。--二次硬化を行わない製品は、耐熱性が大幅に低下します。また、銅やマンガンなどの金属不純物の使用は避けてください。これらは熱酸化を促進し、シリコーンゴムの熱老化を促進します。

05 重要なパラメータ: 耐熱剤を選択するときは、次の 5 つの重要な指標に細心の注意を払ってください。

① 長期耐熱温度 - 中心的な指標。-通常のシリコーンゴムは200度までの温度に耐えることができます。酸化鉄レッドを 2 ～ 5 部加えると 250 度に達します。酸化鉄+セリウム化合物は250〜280度に達することができます。レアアース/有機シリコン耐熱剤は280〜300度に達します。フェニルシリコーンゴム+耐熱剤は300〜350度に達します。試験は通常、熱風老化試験 (GB/T 3512) に従って実行され、250 度 × 72 時間または 225 度 × 500 時間後の機械的特性の保持率を測定します。

② 熱老化後の機械的特性の保持率-は、単に温度抵抗を測定するよりも実際的に重要です。高品質の耐熱剤は、250 度×72 時間後に、引張強度の 60% 以上と破断点伸びの 50% 以上を保持する必要があります。{2}}通常の酸化鉄レッドは、225度×500時間後でも引張強さは約49.4%、破断伸びは80%未満を保持します。

③ TGA 初期分解温度-材料が分解し始める温度を反映する熱重量分析指標。 HPCS > 450 度、酸化鉄-ドープ TiO₂ 約 420 度、水酸化セリウムマスターバッチ約 400 度、標準ポリシロキサン液約 380 度。 TGA 温度が高いほど、潜在的な耐熱性は大きくなります。

④ 投与量 – コストと物理的特性に直接影響します。酸化鉄レッド 2-5 部、二酸化セリウム 0.5 ～ 4 部、HPCS 0.5% ～ 3%、水酸化セリウムマスターバッチ 5% ～ 10%、酸化鉄ドープ TiO₂ 2% ～ 5%、ナノコンポジットタイプ 1 ～ 3 部。添加量が少なすぎると耐熱性が不十分になり、添加量が多すぎると機械的特性に影響を及ぼし、コストが増加し、分散が困難になる可能性があります。

⑤ 色の影響 – 見落とされがちですが重要です。酸化鉄の赤色は製品を赤/茶色に変え、二酸化セリウムは淡黄色、酸化コバルトは灰黒色になります。有機シリコンやナ​​ノ複合材の種類は色に実質的に影響を与えません。-透明または淡色の製品は、有機シリコン タイプまたは表面処理されたナノコンポジット タイプからのみ選択できます。-

06 アプリケーションの状況

新エネルギー車 (41.2%) – バッテリー パックのシール、高電圧ケーブルの絶縁、熱管理システムのシール。- 2025 年には、新エネルギー車のバッテリー パックのシールに使用される耐熱剤の消費量は 1,980 トンに達し、前年比 28.9% 増加しました。{{6}{7}}、最大の下流市場となっています。要件には、200～250 度の長期耐熱性が含まれ、難燃性と低 VOC 要件も満たしています。{10}

太陽光発電 (28.5%) – 太陽光発電フレームの接着剤、ジャンクションボックスのポッティングコンパウンド。屋外で長時間日光や大きな温度差にさらされる場合は、耐熱性と耐候性の両方が必要です。-

家庭用電化製品 (15.7%) – スマートフォンの画面接着および内部コンポーネントの保護 (電話機あたり約 0.005 kg)、家電製品のコンプレッサーのシールおよび回路基板の保護 (2024 年に約 2,500 トン)。要件には、明るい色または透明な素材、主にシリコン-ベースの耐熱剤-が含まれます。

産業用センサー (9.3%) – 高温-センサーのシールには長期的な安定性が必要です。-。

医療グレードのシリコン（5.3%） – FDA/ISO 10993 認証と高純度の耐熱剤が必要です。-

航空宇宙 – 航空機およびロケットのシール、宇宙船のドア シーリング システム。使用された特殊耐熱剤: 312 トン、前年比 22.4% 増加--。 300度を超える極端な温度耐性が必要です。主にレアアースと有機ケイ素化合物。

その他の従来の分野 – 工業用ホットスタンピング部品（ホットスタンピングプレート、ホットスタンピングローラー、ホットスタンピングホイール）、低融点合金金型（鉛、錫、亜鉛合金宝飾品の金型）、耐熱天板/シリコンキッチン用品、ワイヤーとケーブル、ホース、ゴムローラー、ラミネーターシリコンシート、シリコン絶縁体、熱伝導性シリコンシート、シールリングなど-。

07 よくある問題とトラブルシューティング ガイド
ワークショップで最も一般的な 6 つの問題とトラブルシューティングの手順:

問題

原因

解決

耐熱性が不十分/高温になると硬化して割れてしまう

添加不足、分散ムラ、二次加硫不足、耐熱剤の種類違い

添加量を増やしてください。確実に分散させるために混合時間を延長します。 200度×4hの二次加硫は必須。 250度以上で希土類または有機ケイ素剤に置き換える

製品が赤/茶色/色が一致しない

酸化鉄ベンガラや酸化コバルトなどの着色耐熱剤を使用

二酸化セリウム（淡黄色）または有機ケイ素剤（透明/無色）に置き換えてください。淡色の製品には有機シリコン系耐熱剤を優先します。-

透明感の低下・かすみ

金属酸化物フィラーとシリカゲルの屈折率の不一致、分散不良

有機シリコンシリコン-ベースの耐熱剤（HPCS または液体有機タイプ）と交換します。 nano-タイプは使用前に表面処理が必要です。

不完全な加硫/未加硫-

耐熱剤中の金属イオンや硫黄-、リン-、窒素-を含む成分は白金触媒を毒します。

白金系を有機ケイ素ベースの耐熱剤に置き換えます。-過酸化物システムの場合は、耐熱剤が過酸化物を消費しないことを確認します。事前に小規模なテストを実施します。-

機械的特性の低下/引張強度の低下

Excessive heat resistant agent addition (>10部）、フィラーの凝集。

添加量を減らしてください。ナノ-コンポジットタイプ（低添加量、高効率）に切り替えます。分散プロセスを最適化します (3 ロールミル/高せん断)。-

大きな圧縮永久歪

架橋密度が不十分なため、耐熱剤が架橋に影響を与えます。

TAIC 架橋助剤を過酸化物系に添加します (過酸化物の 1.5 ～ 2 倍)。二次加硫プロセスを最適化します。

08 選択ポイント: 6 つの質問による決定フレームワーク
耐熱剤を選択するときは、まず次の 6 つの質問をしてください。

①対象となる耐温度はどれくらいですか？ ① **200-250 度の間の温度の場合:** 酸化鉄レッドを選択してください (費用対効果が最も高い)。- 250-280度の場合は、酸化鉄+セリウム化合物またはナノコンポジットタイプを選択してください。 280 ～ 300 度の場合は、希土類化合物または有機ケイ素化合物 (HPCS) を選択します。 300℃を超える場合はフェニルシリコーンゴムと耐熱剤の併用が必要です。

② **色と透明性の要件:** 赤/濃い製品の場合、酸化鉄赤色が最も経済的です。明/半透明の製品の場合は、二酸化セリウムまたはナノ-タイプを選択してください。完全に透明な製品には、有機ケイ素化合物 (HPCS または液体有機耐熱剤) のみが適しています。

③ **長期または短期-使用:** 長期間の連続使用 (数千時間) の場合、熱老化後の機械的特性の高い保持が必要なため、レアアースまたは有機ケイ素化合物が推奨されます。短期間の断続的な使用には、酸化鉄レッドで十分です。-

④ **どのような加硫システム:** 過酸化物システムは最も幅広い互換性があり、ほとんどの耐熱剤を使用できます。白金系では、白金に干渉する硫黄、リン、窒素、および金属イオンを避けなければならず、有機ケイ素化合物が好ましい。二重加硫システムは、フェニルシリコーンゴムの極度の温度耐性のために使用されています。

⑤ **どのようなプロセス:** あらゆる種類のゴム配合物をオープンミル/ニーダーを使用して混合できます。 LSR の場合は、液体有機耐熱剤または事前分散マスターバッチが推奨されます。{0}{1}耐熱効果を発揮させるために二次加硫が必要となりますのでご注意ください。

⑥ 認証要件はありますか？医療用途には FDA/ISO 10993 生体適合性が必要です。食品と接触する用途には LFGB/FDA が必要です。電子アプリケーションでは、RoHS/REACH 準拠と低 VOC が必要です (TiO₂+Fe₂O₃ システムを選択すると、VOC を 60% ～ 80% 削減できます)。自動車用途では、OEM 規格への準拠が必要です。

この6つの質問が明確になると選考の方向性が決まります。投与量の残りの調整とプロセスの最適化については、Yaneng 技術チームがサンプル テストを支援します。