JP2005314678A - フルオロポリマーブレンドを含有するエラストマー組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】高度にエラストマー特性を発現し、高レベルの耐溶剤性及び他の特性を示す組成物の提供。
【解決手段】加工可能なゴム組成物は、完全にフッ素化したポリマーと部分的にフッ素化したポリマーを含んでなる熱可塑性マトリックス中に分散している硬化したフルオロカーボンエラストマーを含む。加工温度は完全にフッ素化したポリマーの融点未満である。本組成物は、硬化剤、未硬化フルオロカーボンエラストマー、完全にフッ素化した熱可塑性材料、及び部分的にフッ素化した熱可塑性材料を混ぜ合わせ、かつ該混合物をエラストマー材料の加硫を達成する為に十分な温度で十分な時間加熱し、同時に加熱工程中、機械エネルギーを加えて混合物を混合することにより製造される。本ゴム組成物から、ブロー成形、射出成形、及び押出成形のような通常の熱可塑性樹脂プロセスによりシール、ガスケット、Ｏ-リング、ホースのような造形品が容易に形成される。
【選択図】なし

Description

（序文）
本発明は、フッ素含有エラストマー組成物に関する。
硬化したエラストマー又はゴムは、成形品の応用で役立つ種々の物理的性質を有する。それら特性には、高度な可撓性、弾性、及び圧縮ひずみに対する抵抗性がある。それらはそれ自体、シールやガスケットのような種々の応用で用途がある。未硬化エラストマー又はゴムは樹脂又はガム質の形態である。適切なエラストマー特性を有する成形品を得るため、未硬化樹脂を種々の架橋剤で架橋又は硬化させる。
通常のエラストマーでは、一般的に、硬化又は部分的に硬化した物品を形成するために適した温度と圧力条件下、型内で硬化を行う。硬化反応は熱硬化性物質を生成するので、エラストマーが硬化した後、通常のゴム組成物は加工できない。
動的加硫ゴムは、エラストマーを熱可塑性材料と一緒に撹拌又は混合しながら架橋反応を行うことによって調製される。結果の組成物は、エラストマーの硬化が完了した後でさえ、さらに溶融加工することができる。該組成物から製造した成形品はエラストマー特性を有するにもかかわらず、該組成物は通常の熱可塑性樹脂技術によって熱的又は溶融加工することができる。
熱可塑性樹脂技術では、加工可能な組成物をまず融かしてから、成形品を作製する前にかなりの時間、融点を超える温度で保持する。加工温度は組成物の溶融挙動にもよるだろうが、大部分は該熱可塑性材料によって決まる。いくつかの用途では、高いフッ素含量の熱可塑性樹脂が、その組成物の高い化学的安定性のため好ましい。このような高フッ素熱可塑性樹脂は、かなり高い融点を特徴とする。
加工の間、硬化したエラストマーは、該硬化したエラストマーが安定な温度を超えうる高温を受けやすい。高温に長期間さらすと、硬化したエラストマーを分解しうる。このような加工可能な組成物でフッ素化した熱可塑性樹脂を使用することの欠点は、その融点が、硬化したエラストマーの安定性範囲より一般的に高いことである。部分的にフッ素化したポリマーを用いることで融点を下げられるが、より低いフッ素含量は、その用途で好ましいレベル未満の耐溶剤性及び他の特性を有することになりかねない。
高度にエラストマー特性を発現しながら、高レベルの耐溶剤性及び他の特性を示す組成物を提供することが望ましい。
（概要）
加工可能なゴム組成物は、熱可塑性材料を含むマトリックス中に分散している硬化したフルオロカーボンエラストマーを含む。熱可塑性材料は、完全にフッ素化した熱可塑性ポリマーと部分的にフッ素化した熱可塑性ポリマーを含有するフッ素樹脂ブレンドである。種々の実施形態で、該組成物の３５質量％以上を硬化したエラストマーが構成する。本組成物は、好ましくは例えば示差走査熱量測定によって決定される、該フッ素樹脂ブレンドの高融点の完全フッ素化ポリマーの融点より低い単一融点を示す。同時に、該熱可塑性樹脂のフッ素含量は６０％を超え、好ましくは６５％を超える。
加工可能なゴム組成物の製造方法は、硬化剤の存在下でエラストマー成分と熱可塑性成分を混合する工程、及び混合中加熱してエラストマー成分の硬化を達成する工程を含む。好ましい実施形態では、エラストマー成分がフルオロカーボンエラストマーであり、かつ熱可塑性成分が上述したようなフッ素樹脂ブレンドである。通常の熱可塑性樹脂技術でゴム組成物を溶融加工することによって成形品を作ることができる。このような技術は、完全にフッ素化したポリマーの融点未満、好ましくは２８０℃未満の温度でゴム組成物を溶融かつ加工する工程を含む。
好適なフルオロカーボンエラストマーとしては、フェノール又はペルオキシド硬化剤で硬化しうるもの、及びＦＫＭ、ＦＦＫＭ、ＦＴＰＭと示されるものが挙げられる。フッ素樹脂ブレンドは、好ましくはＰＦＡ、ＭＦＡ、及びＦＥＰから成る群より選択される完全にフッ素化したポリマー、並びにポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンのコポリマー、ＥＴＦＥ、及びＥＣＴＦＥから成る群より選択される部分的にフッ素化したポリマーを含む。
（詳細な説明）
以下の好ましい実施形態の説明は、事実上典型例に過ぎず、決して本発明、その応用、又は用途を限定することを意図しない。
本明細書で用いる表題（“序文”及び“概要”のような）は、本発明の開示内の話題の一般的構成のためのみを意図しており、かつ本発明又はそのいずれかの局面の開示を限定することを意図しない。特に、“序文”で開示する主題は、本発明の範囲内の技術の局面を包含し、先行技術の列挙を構成するものではない。“概要”で開示する主題は、本発明又はそのいずれかの実施形態の全範囲の排他的又は完全な開示でない。
本明細書における参考文献の引用は、当該参考文献が先行技術であり、或いは本明細書で開示する本発明の特許性に何らかの関連性を有するという承認を構成しない。この明細書の説明セクションで引用するすべての参考文献は、参照によってその全体が本明細書に取り込まれる。
説明及び特有の実施例は本発明の実施形態を示すが、例証目的のためだけを意図しており、本発明の範囲を限定することを意図しない。さらに、規定した特徴を有する複数の実施形態の列挙は、さらなる特徴を有する他の実施形態、又は規定した特徴の異なる組合せを取り入れた他の実施形態を排除することを意図しない。特有の実施例は、この発明の組成物をどうやって作り、どうやって使用するか、また本発明の方法をどうやって実施するかの例示目的で提供したものであり、かつ別に明瞭に言及しない限り、この発明の特定の実施形態を行い又は行わず、或いは試験し又は試験しなかった代表であることを意図しない。
本明細書で使用する場合、語“好ましい”及び“好ましくは”は、特定条件下で特定の利益を与える本発明の実施形態を指す。しかし、同一条件又は他の条件下で、他の実施形態が好ましいこともありうる。さらに、１又は複数の好ましい実施形態の列挙は、他の実施形態が有用でないことを意味せず、かつ本発明の範囲から他の実施形態を排除することを意図しない。
本明細書で使用する場合、用語“挙げられる”及びその変形は、リスト中の項目の列挙が、この発明の材料、組成物、装置、及び方法でも有用でありうる他の同様の項目の排除にならないように、非限定的であることを意図する。
用語“エラストマー材料、エラストマー”等は、弾力性を有し、或いは変性（すなわち硬化若しくは架橋）して弾力性を有しうる化学組成物を指す。文脈によって、この用語は、弾力性が完全に発現していない未硬化又は部分的に硬化した材料、或いは完全に弾力性が発現している硬化したゴム様材料を指す。本明細書のいくつかの点では、この用語は、明瞭さのため“硬化した、部分的に硬化した、又は未硬化”のような形容詞と共に使用される。
用語“硬化剤(curing agent)、硬化剤(curative)、硬化剤(curative agent)”等は、（未硬化）エラストマーと反応して硬化したエラストマーを形成し、かつその硬化した生成物の弾力性を発現させる化合物又は組成物を示すために交換可能に用いられる。文脈により、この用語は、正式な硬化開始剤（例えば、ペルオキシドのようなラジカル開始剤）のみならず、開始剤（例えば、トリアリルイソシアヌレート）と共に使用しうる架橋剤を表すために使用される。いくつかの点で、用語“硬化系”等を用いて、硬化に使用される開始剤及び架橋剤と任意的な追加成分の組合せを表す。硬化系は、エラストマー供給業者によって提供され（エラストマー中に組み込まれていることもある）、かつ製造業者の使用説明書に従って使用しうることが多いことを理解すべきである。
本発明の一実施形態により、熱可塑性材料を含むマトリックス中に分散している硬化したフルオロカーボンエラストマーを含んでなる加工可能なゴム組成物であって、前記熱可塑性材料は完全にフッ素化した熱可塑性ポリマーと部分的にフッ素化した熱可塑性ポリマーを含み、かつ前記硬化したフルオロカーボンエラストマーは、硬化したフルオロカーボンエラストマーと熱可塑性材料の総質量に対して３５質量％以上のレベルで存在する、加工可能なゴム組成物を提供する。種々の実施形態で、硬化したエラストマーは、総質量の４０質量％以上、又は５０質量％以上である。
別の局面では、熱可塑性マトリックス中に分散している硬化したフルオロカーボンエラストマーを含んでなる加工可能なゴム組成物であって、前記熱可塑性材料は完全にフッ素化した熱可塑性ポリマーと部分的にフッ素化した熱可塑性ポリマーを含み、かつ前記硬化したフルオロカーボンエラストマーは不連続相又は前記マトリックスと共連続的な相として存在する、加工可能なゴム組成物が提供される。エラストマー相の寸法は、該加工可能なゴム組成物から形成した成形品の低温ミクロトーム断面について原子間力顕微鏡で測定した場合、１０μm未満である。種々の実施形態では、この寸法が１μm未満である。
別の実施形態では、硬化剤の存在下でエラストマー成分と熱可塑性成分を混合する工程、及び混合中、加熱して前記エラストマー成分の硬化を達成する工程を含む、加工可能なゴム組成物の製造方法であって、該エラストマー材料はフルオロカーボンエラストマーを含み；かつ該熱可塑性材料は、完全にフッ素化した熱可塑性ポリマーと部分的にフッ素化した熱可塑性ポリマーを含むフッ素樹脂ブレンドである、加工可能なゴム組成物の製造方法が提供される。
本発明の組成物は、完全にフッ素化したポリマーと部分的にフッ素化したポリマーを含むフッ素樹脂ブレンドを基礎とする。フッ素樹脂ブレンドは、好ましくは１０〜９０質量％の完全にフッ素化したポリマーと１０〜９０質量％の部分的にフッ素化したポリマーを含む。質量比、完全にフッ素化したポリマー対部分的にフッ素化したポリマーは、好ましくは１：９〜９：１の範囲である。本組成物は、好ましくは３０５℃未満、好ましくは２５０℃未満の単一融点を示す。フッ素樹脂ブレンドの完全にフッ素化したポリマーの融点未満の温度で操作する熱可塑性樹脂技術によって、本組成物を溶融加工し、成形品に二次加工することができる。
一局面では、本方法は、硬化剤、未硬化又は部分的に硬化したエラストマー材料、及び熱可塑性材料を混ぜ合わせて混合物を形成し、エラストマー材料の加硫を達成するために十分な温度で十分な時間混合物を加熱することによって行い、本方法では、加熱工程中、機械エネルギーを加えて混合物を混合する。別の局面では、本方法は、エラストマー材料と熱可塑性材料を、連続的熱可塑性相中のエラストマー材料の分散系を形成するために十分な時間と十分なせん断速度で混合する工程、混合を続けながら該分散系に硬化剤を添加する工程、及び該硬化剤、エラストマー材料、熱可塑性材料を混合し続けながら該分散系を加熱する工程を含む。
熱可塑性材料を含むマトリックス中に分散している硬化したフルオロカーボンエラストマーを含んでなる成形品であって、該熱可塑性材料が１０〜９０質量％の完全にフッ素化した熱可塑性ポリマーと１０〜９０質量％の部分的にフッ素化した熱可塑性ポリマーを含む成形品も提供される。好ましい実施形態では、該物品の硬度がショアーＡ５０以上、好ましくは約６０〜約８０ショアーＡ硬度であり；物品の引張り強さが４MPa以上、好ましくは約５〜約７MPaであり；物品の１００％モジュラスが４MPa以上、好ましくは約６〜約８MPaであり；又は物品の破断点伸びが１０％以上、好ましくは約１００％〜約２００％である。非限定例は、成形シール、ガスケット、及びオーリング、並びに押出ホースである。完全にフッ素化したポリマーの融点未満の温度で、上述したゴム組成物をさらに加工することによって成形品が作られる。
別の実施形態では、加工可能なゴム組成物からゴム成形品を作るための製造プロセスのコスト低減方法は、製造プロセスの間に生じたスクラップ材料をリサイクルして、該加工可能なゴム組成物を含む新しい成形品を作る工程を含む。ここで、該ゴム組成物は上述したとおりである。製造プロセスは、ブロー成形、射出成形、及び押出成形のような通常の熱可塑性樹脂技術を含む。リサイクル工程は、該熱可塑性材料中の完全にフッ素化したポリマーの融点未満の温度で該加工可能な組成物を溶融する工程を含む。
フルオロカーボンエラストマーは、フッ素含有ポリマーに基づく硬化性組成物である。種々のタイプのフルオロエラストマーを使用しうる。１分類のフルオロエラストマーは、ＡＳＴＭ-Ｄ １４１８、“ゴム及びゴムラテックス-命名の標準的慣習”に与えられてい
る。コモノマーとしてフッ化ビニリデンを利用するフルオロゴムには名称ＦＫＭが与えられる。数種類のＦＫＭフルオロエラストマーが商業的に入手可能である。第１種類は化学的にヘキサフルオロプロピレンとフッ化ビニリデンのコポリマーとして記述しうる。これらＦＫＭエラストマーは、有利な組合せの全体的特性を有する傾向がある。約６６質量％のフッ素を有するいくつかの市販態様が入手可能である。別タイプのＦＫＭエラストマーは化学的にテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、及びフッ化ビニリデンのターポリマーとして記述しうる。このようなエラストマーは、高い耐熱性と芳香族溶剤に対する良い耐性を有する傾向がある。例えば６８〜６９．５質量％のフッ素を有するものが商業的に入手可能である。別のＦＫＭエラストマーは化学的にテトラフルオロエチレン、フッ化ビニルエーテル、及びフッ化ビニリデンのターポリマーとして記述される。このようなエラストマーは、改良された低温性能を有する傾向がある。それらは６２〜６８質量％のフッ素と共に利用できる。第４タイプのＦＫＭエラストマーはテトラフルオロエチレン、プロピレン、及びフッ化ビニリデンのターポリマーとして記述される。このようなＦＫＭエラストマーは、改良された耐塩基性を有する傾向がある。いくつかの市販態様は、約６７質量％のフッ素を含有する。第５タイプのＦＫＭエラストマーはテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、エチレン、フッ化ビニルエーテル及びフッ化ビニリデンのペンタポリマーとして記述しうる。このようなエラストマーは、典型的に、改良された耐塩基性と改良された低温性能を有する。
別分類のフルオロカーボンエラストマーはＦＦＫＭと命名される。これらエラストマーは、該ポリマーが完全にフッ素化し、かつ炭素水素結合を含まないので、ペルフルオロエラストマーと命名しうる。集団としてＦＦＫＭフルオロエラストマーは優れた流体耐性を有する傾向がある。それらは、初めは商標名Kalrez(登録商標)でDuPontによって導入された。さらなる供給業者として、DaikinとAusimontが挙げられる。
第３分類のフルオロカーボンエラストマーはＦＴＰＭとして命名される。この分類の典型は、プロピレンとテトラフルオロエチレンのコポリマーである。この分類はアミンのような塩基性物質に対する高い耐性を特徴とする。
好ましいフルオロカーボンエラストマーとしては、１種以上のフッ素含有モノマー、主にフッ化ビニリデン（ＶＤＦ）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＥＰ）、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、及びペルフルオロビニルエーテル（ＰＦＶＥ）の商業的に入手可能なコポリマーが挙げられる。好ましいＰＦＶＥとしては、Ｃ1-8ペルフルオロアルキル基、好ましくは１〜６個の炭素を有するペルフルオロアルキル基を有するもの、具体的にはペルフルオロメチルビニルエーテルとペルフルオロプロピルビニルエーテルが挙げられる。さらに、このコポリマーは、エチレン（Ｅｔ）及びプロピレン（Ｐｒ）のようなオレフィン由来の繰返し単位をも含有しうる。このコポリマーは、さらに後述する相対的に小量の硬化部位モノマー（ＣＳＭ）をも含有しうる。好ましいコポリマーフルオロカーボンエラストマーとしては、ＶＤＦ/ＨＦＰ、ＶＤＦ/ＨＦＰ/ＣＳＭ、ＶＤＦ/ＨＦＰ/ＴＦＥ、ＶＤＦ/ＨＦＰ/ＴＦＥ/ＣＳＭ、ＶＤＦ/ＰＦＶＥ/ＴＦＥ/ＣＳＭ、ＴＦＥ/Ｐｒ、ＴＦＥ/Ｐｒ/ＶＤＦ、ＴＦＥ/Ｅｔ/ＰＦＶＥ/ＶＤＦ/ＣＳＭ、ＴＦＥ/Ｅｔ/ＰＦＶＥ/ＣＳＭ及びＴＦＥ/ＰＦＶＥ/ＣＳＭが挙げられる。エラストマー名は、該エラストマーゴムが合成されるモノマーを示す。種々の実施形態では、エラストマーゴムは一般的に１５〜１６０の範囲のムーニー粘度（ＭＬ１＋１０、１２１℃で大ローター）を与え、流れ及び物理的性質の組合せで選択することができる。エラストマー供給業者としてはDyneon（3M）、Asahi Glass Fluoropolymers、Solvay/Ausimont、DuPont、及びDaikinが挙げられる。
好ましい実施形態で、エラストマー材料は１０〜９０モル％のテトラフルオロエチレンと、１０〜９０モル％のＣ2-4オレフィンと、３０モル％までの１種以上の追加のフッ素含有モノマーに由来する繰返し単位を含む。好ましくは、繰返し単位は２５〜９０モル％のテトラフルオロエチレンと１０〜７５モル％のＣ2-4オレフィンに由来する。別の好ましい実施形態では、繰返し単位は４５〜６５モル％のテトラフルオロエチレンと２０〜５５モル％のＣ2-4オレフィンに由来する。
種々の実施形態で、モル比、テトラフルオロエチレン単位対Ｃ2-4オレフィン繰返し単位は６０：４０〜４０：６０である。別の実施形態では、エラストマー材料はＣ2-4オレフィンとテトラフルオロエチレンの交互単位を含む。このようなポリマーでは、モル比、テトラフルオロエチレン対Ｃ2-4オレフィンは約５０：５０である。
別の実施形態では、エラストマー材料がＡ-Ｂ-Ａ構造（Ａはポリテトラフルオロエチレンのブロックを表し、Ｂはポリオレフィンのブロックを表す）を有するブロックコポリマーとして提供される。
好ましいＣ2-4オレフィンはプロピレンである。テトラフルオロエチレンとプロピレンのコポリマーに基づくエラストマー材料は、例えば商標名Aflas(登録商標)でAsahiから商業的に入手可能である。
加硫したエラストマー材料中の好ましい追加のモノマーは二フッ化ビニリデンである。本発明のエラストマー材料中で使用しうる他のフッ素含有モノマーとしては、限定でなく、ペルフルオロアルキルビニル化合物、ペルフルオロアルキルビニリデン化合物、及びペルフルオロアルコキシビニル化合物が挙げられる。ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）はペルフルオロアルキルビニルモノマーの例である。ペルフルオロメチルビニルエーテルは好ましいペルフルオロアルキルビニルモノマーの例である。例えば、テトラフルオロエチレン、エチレン、及びペルフルオロメチルビニルエーテルのコポリマーに基づくゴムが商標名Viton(登録商標)ETPでDuPontから商業的に入手可能である。
別の実施形態では、エラストマー材料は、フルオロモノマーフッ化ビニリデン（ＶＤＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）に由来する繰返し単位を含有する硬化性フルオロカーボンエラストマーである。いくつかの実施形態では、エラストマーはさらにテトラフルオロエチレンに由来する繰返し単位を含有する。
この実施形態では、エラストマー材料は、化学的にＶＤＦとＨＦＰのコポリマー、又はＶＤＦ、ＨＦＰ、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）のターポリマーと、任意的な硬化部位モノマーとから構成される。好ましい実施形態では、エラストマー材料は約６６〜約７０質量％のフッ素を含む。エラストマーは商業的に入手可能であり、DuPont Dow ElastomersからのViton(登録商標)Ａ、Viton(登録商標)Ｂ、及びViton(登録商標)Ｆシリーズのエラストマーによって例示される。ガム質ポリマーだけを含有するグレード、又は硬化剤含有プレコンパウンドとしてのグレードが商業的に入手可能である。
別の実施形態では、エラストマーは化学的にＴＦＥとＰＦＶＥのコポリマー、任意にＶＤＦとのターポリマーとして記述することができる。エラストマーは、さらに硬化部位モノマーに由来する繰返し単位を含有しうる。
本発明の加工可能なゴム組成物を作るために使用するフルオロカーボンエラストマー材料は、典型的に、所望モル比の出発モノマーを含有するモノマー混合物のフリーラジカル乳化重合によって調製することができる。開始剤は、典型的に有機又は無機ペルオキシド化合物であり、乳化剤は典型的にフッ素化した酸性セッケンである。モノマーレベルと比較した使用開始剤の相対量及びもしあれば連鎖移動剤の選択によって、生成されるポリマーの分子量を調節しうる。典型的な連鎖移動剤として、四塩化炭素、メタノール、及びアセトンが挙げられる。乳化重合はバッチ又は連続条件下で行うことができる。上述したように、このようなフルオロエラストマーは商業的に入手可能である。
種々の実施形態で、本発明の組成物のフルオロエラストマーは、少なくとも１種のハロゲン化した硬化部位、又は非共役ジエンの共重合単位の存在に起因する反応性二重結合をも含む。種々の実施形態で、フルオロカーボンエラストマーは５モル％まで、好ましくは３モル％までの、いわゆる硬化部位モノマーに由来する繰返し単位を含む。
硬化部位モノマーは、好ましくは臭素化、塩素化、及びヨウ素化したオレフィン；臭素化、塩素化、及びヨウ素化した不飽和エーテル；及び非共役ジエンから成る群より選択される。ハロゲン化した硬化部位は、フルオロエラストマーポリマー鎖の末端位に存在する硬化部位モノマー又はハロゲン原子を共重合しうる。硬化部位モノマー、反応性二重結合又はハロゲン化末端基が反応して架橋結合を形成しうる。
臭素化した硬化部位モノマーは、他のハロゲン、好ましくはフッ素を含有しうる。例は、ブロモトリフルオロエチレン、4-ブロモ-3,3,4,4-テトラフルオロブテン-1及び他のもの、例えば臭化ビニル、1-ブロモ-2,2-ジフルオロエチレン、臭化ペルフルオロアリル、4-ブロモ-1,1,2-トリフルオロブテン、4-ブロモ-1,1,3,3,4,4-ヘキサフルオロブテン、4-ブロモ-3-クロロ-1,1,3,4,4-ペンタフルオロブテン、6-ブロモ-5,5,6,6-テトラフルオロヘキセン、4-ブロモペルフルオロブテン-1及び臭化3,3-ジフルオロアリルである。本発明で有用な臭素化した不飽和エーテル硬化部位モノマーとしては、2-ブロモ-ペルフルオロエチルペルフルオロビニルエーテル及び分類ＣＦ2Br-Ｒf-Ｏ-ＣＦ=ＣＦ2(Ｒfはペルフルオロアルキレン)のフッ化化合物、例えばＣＦ2BrＣＦ2-Ｏ-ＣＦ=ＣＦ2、及び分類ＲＯＣＦ=ＣＦBr又はＲＯＣBr=ＣＦ2（式中、Ｒは低級アルキル基又はフルオロアルキル基である）のフルオロビニルエーテル、例えばＣＨ3ＯＣＦ=ＣＦBr若しくはＣＦ3ＣＨ2ＯＣＦ=ＣＦBrのようなエーテルが挙げられる。
ヨウ素化したオレフィンを硬化部位モノマーとして使用することもできる。好適なヨウ素化モノマーとしては、式：ＣＨＲ=ＣＨ-Ｚ-ＣＨ2ＣＨＲ-Ｉ（式中、Ｒは-Ｈ又は-ＣＨ3であり；Ｚは、直鎖若しくは分岐した、任意に１個以上のエーテル酸素原子を含有していてもよいＣ1〜Ｃ18(ペル)フルオロアルキレン基、又は米国特許第5,674,959号に開示されているような(ペル)フルオロポリオキシアルキレン基である）のヨウ素化オレフィンが挙げられる。有用なヨウ素化した硬化部位モノマーの他の例は、米国特許第5,717,036号で開示されているような式：Ｉ(ＣＨ2ＣＦ2ＣＦ2)nＯＣＦ=ＣＦ2及びＩＣＨ2ＣＦ2Ｏ[ＣＦ(ＣＦ3)ＣＦ2Ｏ]nＣＦ=ＣＦ2（式中、ｎ＝１〜３）等の不飽和エーテルである。さらに、ヨードエチレン、4-ヨード-3,3,4,4-テトラフルオロブテン-1；3-クロロ-4-ヨード-3,4,4-トリフルオロブテン；2-ヨード-1,1,2,2-テトラフルオロ-1-(ビニルオキシ)エタン；2-ヨード-1-(ペルフルオロビニルオキシ)-1,1,2,2-テトラフルオロエチレン；1,1,2,3,3,3-ヘキサフルオロ-2-ヨード-1-(ペルフルオロビニルオキシ)プロパン；2-ヨードエチルビニルエーテル；3,3,4,5,5,5-ヘキサフルオロ-4-ヨードペンテン；及びヨードトリフルオロエチレンを含む好適なヨウ素化した硬化部位モノマーが米国特許第4,694,045号に開示されている。
非共役ジエン硬化部位モノマーの例として、1,4-ペンタジエン、1,5-ヘキサジエン、1,7-オクタジエン及びカナダ国特許第2,067,891号に開示されているもののような他のものが挙げられる。好適なトリエンは8-メチル-4-エチリデン-1,7-オクタジエンである。
上で列挙した硬化部位モノマーのうち、好ましい化合物としては、4-ブロモ-3,3,4,4-テトラフルオロブテン-1；4-ヨード-3,3,4,4-テトラフルオロブテン-1；及びブロモトリフルオロエチレンが挙げられる。
さらに、又は代わりに、フルオロエラストマーの調製時に連鎖移動剤又は分子量調節剤を使用する結果として該フルオロエラストマー鎖末端にヨウ素、臭素又はその混合物が存在しうる。このような薬剤としてはヨウ素含有化合物が挙げられ、ポリマー分子の一端又は両端に結合したヨウ素をもたらす。ヨウ化メチレン；1,4-ジヨードペルフルオロ-n-ブタン；及び1,6-ジヨード-3,3,4,4-テトラフルオロヘキサンがこのような薬剤の代表である。他のヨウ素化連鎖移動剤として、1,3-ジヨードペルフルオロプロパン；1,4-ジヨードペルフルオロブタン；1,6-ジヨードペルフルオロヘキサン;1,3-ジヨード-2-クロロペルフルオロプロパン；1,2-ジ(ヨードジフルオロメチル)ペルフルオロシクロブタン；モノヨードペルフルオロエタン；モノヨードペルフルオロブタン；及び2-ヨード-1-ヒドロペルフルオロエタンが挙げられる。二ヨウ素化連鎖移動剤が特に好ましい。臭素化した連鎖移動剤の例としては、1-ブロモ-2-ヨードペルフルオロエタン；1-ブロモ-3-ヨードペルフルオロプロパン；1-ヨード-2-ブロモ-1,1-ジフルオロエタン及び米国特許第5,151,492号に開示されているような他のものが挙げられる。
さらに、又は代わりに、フルオロエラストマーの調製時に連鎖移動剤又は分子量調節剤を使用する結果として該フルオロエラストマー鎖末端にヨウ素、臭素又はその混合物が存在しうる。このような薬剤としてはヨウ素含有化合物が挙げられ、ポリマー分子の一端又は両端に結合したヨウ素をもたらす。ヨウ化メチレン；1,4-ジヨードペルフルオロ-n-ブタン；及び1,6-ジヨード-3,3,4,4-テトラフルオロヘキサンがこのような薬剤の代表である。他のヨウ素化連鎖移動剤として、1,3-ジヨードペルフルオロプロパン；1,4-ジヨードペルフルオロブタン；1,6-ジヨードペルフルオロヘキサン;1,3-ジヨード-2-クロロペルフルオロプロパン；1,2-ジ(ヨードジフルオロメチル)ペルフルオロシクロブタン；モノヨードペルフルオロエタン；モノヨードペルフルオロブタン；及び2-ヨード-1-ヒドロペルフルオロエタンが挙げられる。二ヨウ素化連鎖移動剤が特に好ましい。臭素化した連鎖移動剤の例としては、1-ブロモ-2-ヨードペルフルオロエタン；1-ブロモ-3-ヨードペルフルオロプロパン；1-ヨード-2-ブロモ-1,1-ジフルオロエタン及び米国特許第5,151,492号に開示されているような他のものが挙げられる。
低レベル、好ましくは約５モル％以下、さらに好ましくは約３モル％以下の、エポキシ、カルボン酸、カルボン酸ハライド、カルボン酸エステル、カルボン酸塩、スルホン酸基、スルホン酸アルキルエステル、及びスルホン酸塩のような官能基を導入する他の硬化モノマーを使用することができる。このようなモノマー及び硬化については、例えばKamiyaらの米国特許第5,354,811号に記載されている。
硬化部位モノマーに基づくフルオロカーボンエラストマーは商業的に入手可能である。非限定例として、DuPontからのViton GF、GLT-305、GLT-505、GBL-200、及びGBL-900グレードが挙げられる。他に、DaikinからのG-900及びLTシリーズ、NOKからのFXシリーズ及びREシリーズ、SolvayからのTecnoflon P457及びP757が挙げられる。
フルオロカーボンエラストマーは、フッ素樹脂ブレンドの存在下で動的に加硫する。ブレンドは完全にフッ素化したポリマーと、フッ化ビニリデンの熱可塑性ホモ-又はコポリマーのような部分的にフッ素化したポリマーとを含有する。ブレンドは少量の非フッ素含有ポリマーを含んでもよいが、その量は、該ブレンドが適合性を維持し、均質な熱可塑性相を与え、かつ後述する融点挙動を示すという必要条件によって制限される。種々の実施形態では、フッ素樹脂ブレンド中の完全にフッ素化したポリマー対部分的にフッ素化したポリマーの比は約９：１〜１：９の範囲である。種々の実施形態で、ブレンドは約１０〜約９０部、約２０〜約８０部、約２５〜約７５部、約３３〜約６７部、約４０〜約６０部、又は約５０部の一方の成分と、合わせて１００部までになるレベルで存在する他方の成分とを含む。完全にフッ素化したポリマーと部分的にフッ素化したポリマー以外に該フッ素樹脂ブレンド中に他のポリマーが存在しない実施形態では、部は、該フッ素樹脂ブレンドの総質量の質量％に相当する。
別の局面では、フッ素樹脂ブレンドは２種のフルオロポリマーを含み、一方は６５wt％より多いフッ素含量を有し、他方は６５wt％未満のフッ素含量を有する。２種のフルオロポリマーは、上述したように同比率で存在する。好ましい実施形態では、６５％より多いフッ素を有するポリマーは完全にフッ素化している。
後述するように、フッ素樹脂ブレンドから作られる加工可能なゴム組成物は、該ブレンドの完全にフッ素化したポリマーの融点未満のＤＳＣ融点を示す。種々の実施形態では、ＤＳＣ融点は３０５℃未満、２９０℃未満、２６０℃未満、又は２５０℃未満である。好ましい実施形態では、融点は２４０℃未満である。従って、種々の実施形態で、加工可能なゴム組成物は３０５℃未満の融点及び６０wt％より多いフッ素含量の連続相を有する。好ましくは、フッ素含量が６５wt％より多く、かつ融点が２９０℃未満。２６０℃未満、又は２５０℃実未満である。別の好ましい実施形態では、本組成物は２４０℃未満の融点を示す。
広範なポリマー及び市販品から熱可塑性フッ素含有ポリマーを選択しうる。このポリマーは溶融加工可能、すなわち加熱すると軟化して流れ、射出成形、押出成形、圧縮成形、及びブロー成形のような熱可塑性樹脂技術で容易に加工することができる。この材料は溶融かつ再加工することで容易にサイクルしうる。５９〜７６質量％のフッ素を含有する市販態様を利用できる。
完全にフッ素化した熱可塑性ポリマーとして、テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルのコポリマーが挙げられる。ペルフルオロアルキル基は、好ましくは１〜６個の炭素原子の基である。コポリマーの例は、ＰＦＡ（ＴＦＥとペルフルオロプロピルビニルエーテルのコポリマー）及びＭＦＡ（ＴＦＥとペルフルオロメチルビニルエーテルのコポリマー）である。完全にフッ素化した熱可塑性ポリマーの他の例としては、ＴＦＥと３〜８個の炭素原子のペルフルオロオレフィンのコポリマーが挙げられる。非限定例としてＦＥＰ（ＴＦＥとヘキサフルオロプロピレンのコポリマー）が挙げられる。
部分的にフッ素化した熱可塑性ポリマーとして、Ｅ-ＴＦＥ（エチレンとＴＦＥのコポリマー）、Ｅ-ＣＴＦＥ（エチレンとクロロトリフルオロエチレンのコポリマー）、及びＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）が挙げられる。フッ化ビニリデンの多くの熱可塑性コポリマーも本発明用に好適な熱可塑性ポリマーである。これらには、限定するものではないが、ヘキサフルオロプロピレンのようなペルフルオロオレフィンとのコポリマー、及びクロロトリフルオロエチレンとのコポリマーが含まれる。熱可塑性ターポリマーも使用できる。これには、ＴＦＥ、ＨＦＰ、及びフッ化ビニリデンの熱可塑性ターポリマーが含まれる。完全にフッ素化したフッ素樹脂は、本発明のフッ素樹脂ブレンド中にも含まれるフッ化ビニリデンベース熱可塑性樹脂と比較した場合、相対的に高い融点を特徴とする。例として、ＰＦＡは約３０５℃の融点を有し、ＭＦＡは２８０〜２９０℃の融点を有し、かつＦＥＰは約２６０〜２９０℃の融点を有する。個々のグレードの融点は、正確な構造、加工条件、及び他の因子によって決まるが、ここで与えた値は代表である。高融点の結果、ブロー成形、射出成形、及び押出成形のような熱可塑性加工技術をその相対的に高い融点を超える温度で行う必要がある。硬化したエラストマーを含有する組成物の熱可塑性加工の場合、エラストマーは、該熱可塑性樹脂を融かしてそれを流動させるために必要な相対的に高い温度に長時間さらされる。この高温によって多くのエラストマーが有害な影響を及ぼされ、分解を受ける。
上述したフッ化ビリにデンのホモ-及びコポリマーのような部分的にフッ素化したフッ素樹脂は、完全にフッ素化したフッ素樹脂より相対的に低い融点を有する。例えば、ポリフッ化ビニリデンは約１６０〜１７０℃の融点を有する。いくつかのコポリマー熱可塑性樹脂は、小量のコモノマーの存在のため、ずっと低い融点を有する。例えば、Kynar Flexシリーズのような市販態様で例示される小量のヘキサフルオロプロピレンとのフッ化ビニリデンコポリマーは、約１０５〜１６０℃の範囲、典型的に約１３０℃の融点を示す。低温の溶融はエネルギーコストの低減及び該組成物中の硬化したエラストマーの分解の問題の回避につながるので、これら低い融点は熱可塑性加工における利点をもたらす。いくつかの用途で部分的にフッ素化したポリマーの１つの欠点は、その相対的に低いフッ素含量である。ポリフッ化ビニリデンは約５９％までしかフッ素を含まず、完全にフッ素化したポリマーは、約７１％（ＭＦＡ）〜約７６％（ＦＥＰ）のフッ素含量を有する。いくつかの用途では、耐溶剤性及び他の特性の向上に寄与するため、より高いフッ素含量が望ましい。
フッ素樹脂ブレンドは、該ブレンドのフッ素含量がより高いという点で、ほとんど部分的にフッ素化したポリマーから成る組成物を超える利点を与え、該組成物製の成形品のより良い耐溶剤性及び他の特性をもたらす。該ブレンドのフッ素含量は、本質的に個々成分のフッ素含量の加重平均である。非限定例として、ＦＥＰ（７６％Ｆ）とポリフッ化ビニリデン（５９％Ｆ）の５０／５０ブレンドは、約（５９＋７６）／２、つまり６７．５％フッ素である。
連続相としてフッ素樹脂ブレンドを含有する本発明の加工可能なゴム組成物は、好ましくは例えば示差走査熱量測定（ＤＳＣ）で測定した場合、単一融点を示す。有利には、ブレンドの融点は、完全にフッ素化したポリマーと部分的にフッ素化したポリマーの融点の中間である。例えば、５０／５０ＰＶＤＦ（融点１６０℃）とＰＦＡ（融点３０５℃）から作られる動的加硫ゴムのＤＳＣ融点は約２３５℃だった。このような組成物は完全にフッ素化したポリマーの融点より低温で引き続き加工できるので、該組成物の引き続く熱可塑性加工で、硬化したフルオロエラストマーの分解温度を回避することができる。
好ましい実施形態では、完全にフッ素化した熱可塑性ポリマーと部分的にフッ素化した熱可塑性ポリマーの混合物（すなわち、上述した“フッ素樹脂ブレンド”）の存在下でフルオロカーボンエラストマーが硬化して、硬化したフルオロエラストマーの粒子を含有する動的加硫ゴムを形成する。動的加硫は、好ましくは、より高い溶融成分、すなわち完全にフッ素化したポリマーの融点より高温で行う。これは、エラストマーを硬化するために必要な短時間だけであるが、硬化中及び硬化したフルオロエラストマーをかなり高温にさらす。加工可能なゴム組成物をこのようにして形成した後、該組成物によって示される、完全にフッ素化したポリマーの融点より低いＤＳＣ融点で、又はわずかに高い（例えば、１０〜３０℃高い）温度での熱可塑性樹脂技術で引き続き該組成物を加工することができる。
有用な硬化剤として、ジアミン、ペルオキシド、及びポリオール／オニウム塩配合物が挙げられる。ジアミン硬化剤は、比較的ゆっくり硬化するが、いくつかの領域で利点を提供する。このような硬化剤は、例えばDuPont Dow ElastomersからのDiak-1のように商業的に入手可能である。
ペルオキシド硬化剤は有機ペルオキシドを含む。ペルオキシドは、まずフルオロカーボンエラストマーから水素又はハロゲン原子を抽出して、架橋結合しうるフリーラジカルを生じさせることによって機能すると考えられる。ペルオキシド硬化剤は、好ましくは架橋剤をも含む。種々の実施形態では、架橋剤は少なくとも２部位のオレフィン性不飽和を含み、ペルオキシドの反応によって生成したフルオロカーボンエラストマー分子上のフリーラジカルと反応する。
広範な有機ペルオキシドが周知かつ商業的に入手可能である。有機ペルオキシドは、広範な温度にわたって活性化される。ペルオキシドの活性化温度は、半減期として知られるパラメーターで記述しうる。典型的に、例えば０．１時間、１時間、及び１０時間という半減期の値は摂氏温度で与えられる。例えば、１４３℃の０．１時間のＴ1/2は、当該温度で、０．１時間以内でペルオキシドの半分が分解することを示す。０．１時間のＴ1/2が１１８℃〜２２８℃の有機ペルオキシドが商業的に入手可能である。Ｔ1/2値は、フルオロカーボンエラストマーを架橋するときの開始反応、すなわちラジカル含有中間体を形成するためのペルオキシドの分解の反応速度論を示す。
いくつかの実施形態では、有機ペルオキシドのＴ1/2をペルオキシドを添加する予定の溶融物質の温度に調和させることができる。フルオロカーボンエラストマーの硬化を開始するための商業的に入手可能な有機ペルオキシドの非限定例として、4,4-ジ-(tert-ブチルペルオキシ)吉草酸ブチル；ペルオキシ安息香酸tert-ブチル；ジ-tert-アミルペルオキシド；ジクミルペルオキシド；ジ-(tert-ブチルペルオキシイソプロピル)ベンゼン；2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルペルオキシ)ヘキサン；tert-ブチルクミルペルオキシド；2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルペルオキシ)ヘキシン-3；ジ-tert-ブチルペルオキシド；3,6,9-トリエチル-3,6,9-トリメチル-1,4,7-トリペルオキソナン；1,1,3,3-テトラメチルブチルヒドロペルオキシド；ジイソプロピルベンゼンモノヒドロペルオキシド；クミルヒドロペルオキシド；tert-ブチルヒドロペルオキシド；tert-アミルヒドロペルオキシド；ペルオキシイソ酪酸tert-ブチル；ペルオキシ酢酸tert-アミル；炭酸tert-ブチルペルオキシステアリル；ジ(1-ヒドロキシシクロヘキシル)ペルオキシド；3,3-ジ(tert-ブチルペルオキシ)酪酸エチル；及びtert-ブチル3-イソプロペニルクミルペルオキシドが挙げられる。
１種以上の架橋補助剤をペルオキシドと併用することができる。非限定例として、トリアリルシアヌレート；トリアリルイソシアヌレート；トリ(メタリル)-イソシアヌレート；トリス(ジアリルアミン)-s-トリアジン、トリアリルホスファイト；N,N-ジアリルアクリルアミド；ヘキサアリルホスホルアミド；N,N,N',N'-テトラアリルテレフタルアミド；N,N,N',N'-テトラアリルマロンアミド；トリビニルイソシアヌレート；2,4,6-トリビニルメチルトリシロキサン；及びトリ(5-ノルボルネン-2-メチレン)シアヌレートが挙げられる。架橋補助剤は、少なくとも２部位のオレフィン性不飽和を含む。これら不飽和部位が、フルオロカーボンエラストマー分子上に生じたフリーラジカルと反応して該エラストマーを架橋する。一般的に用いられる架橋剤はトリアリルイソシアヌレート（ＴＡＩＣ）である。
好適なオニウム塩は、例えば、米国特許第4,233,421号；第4,912,171号；及び第5,262,490号に記載されている。例として、塩化トリフェニルベンジルホスホニウム、塩化トリブチルアルキルホスホニウム、塩化トリブチルベンジルアンモニウム、臭化テトラブチルアンモニウム、及び塩化トリアリールスルホニウムが挙げられる。
別分類の有用なオニウム塩は下記式で示される。
Figure 2005314678
 式中、
Ｑは窒素又はリンであり；
Ｚは水素原子であり、或いは
末端が式-ＣＯＯＡ（Ａは水素原子又はＮＨ4 +カチオンである）の基である４〜約２０個の炭素原子を有する置換若しくは無置換の環式若しくは脂環式アルキル基であり、或いはＺは、式-ＣＹ2ＣＯＯＲ’（Ｙは水素若しくはハロゲン原子であり、又は任意に１個以上の四級ヘテロ原子を含有しうる１〜約６個の炭素原子を有する置換若しくは無置換アルキル若しくはアリール基であり、かつＲ’は水素原子、ＮＨ4 +カチオン、アルキル基であり、又は脂環式無水物、例えば式-ＣＯＲ（Ｒはアルキル基であり、又はそれ自体有機オニウムを含有する（すなわち、ビス-有機-オニウムを与える）基である）の基であり；好ましくはＲ’は水素である）の基であり；Ｚは、末端が式-ＣＯＯＡ（Ａは水素原子であり、又はＮＨ4 +カチオンである）の基である４〜約２０個の炭素原子を有する置換若しくは無置換の環式若しくは脂環式アルキル基でもよく；
Ｒ1、Ｒ2、及びＲ3は、それぞれ独立的に水素原子又はアルキル、アリール、アルケニル、又はその組合せであり、各Ｒ1、Ｒ2、及びＲ3は、塩素、フッ素、臭素、シアノ、-ＯＲ’’、又は-ＣＯＯＲ’’（Ｒ’’はＣ1〜Ｃ20アルキル、アリール、アラルキル、又はアルケニルである）で置換されていてもよく、かつＲ1、Ｒ2、及びＲ3基いずれの対も相互に結合し、かつＱと結合してヘテロ環式環を形成していてもよく；Ｒ1、Ｒ2、及びＲ3基の１個以上は式Ｚ（Ｚは上記定義どおりである）の基でもよく；
Ｘは有機若しくは無機アニオン（例えば、限定ではなく、ハロゲン化物、硫酸塩、酢酸塩、リン酸塩、ホスホン酸塩、水酸化物、アルコキシド、フェノキシド又はビスフェノキシド）であり；かつ
ｎはアニオンＸの原子価に等しい数である。
ポリオール架橋剤は、米国特許第4,259,463号（Moggiら）、米国特許第3,876,654号（Pattsion）米国特許第4,233,421号（Worm）、及び米国防衛公開T107,801（Nersasian）に開示されている当該ポリヒドロキシ化合物のような、フルオロエラストマー用の架橋剤又は補助硬化剤として作用すると技術的に知られている当該ポリヒドロキシ化合物のいずれでもよい。好ましいポリオールとして、芳香族ポリヒドロキシ化合物、脂環式ポリヒドロキシ化合物、及びフェノール樹脂が挙げられる。
代表的な芳香族ポリヒドロキシ化合物として、以下の化合物のいずれか１つが挙げられる：ジ-、トリ-、及びテトラヒドロキシベンゼン、-ナフタレン、及び-アントラセン、並びに下記式のビスフェノール
Figure 2005314678
 式中、Ａは、１〜１３個の炭素原子の二官能性脂肪族、シクロ脂肪族、若しくは芳香族基、又はチオ、オキシ、カルボニル、若しくはスルホニル基であり、Ａは、任意に少なくとも１個の塩素若しくはフッ素原子で置換されていてもよく、ｘは０又は１であり、ｎは１又は２であり、該ポリヒドロキシ化合物のいずれの芳香族環も、任意に少なくとも１個の塩素、フッ素若しくは臭素原子、又はカルボキシ若しくはアシル基（例えば、-ＣＯＲ、ここで、ＲはＨ又はＣ1〜Ｃ8アルキル、アリール若しくはシクロアルキル基である）又は例えば１〜８個の炭素原子を有するアルキル基で置換されていてもよい。上記ビスフェノールの式IIIから、-ＯＨ基はどちらかの環のいずれの位置（数１以外）でも結合しうることが分かるだろう。２種以上のこのような化合物のブレンドも使用できる。好ましいビスフェノール化合物はビスフェノールＡＦ、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパンである。他の非限定例として、4,4’-ジヒドロキシジフェニルスルホン（ビスフェノールＳ）及び2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン（ビスフェノールＡ）が挙げられる。ヒドロキノンのような芳香族ポリヒドロキシ化合物も硬化剤として使用できる。さらなる非限定例として、カテコール、レゾルシノール、2-メチルレゾルシノール、5-メチルレゾルシノール、2-メチルヒドロキノン、2,5-ジメチルヒドロキノン、及び2-t-ブチルヒドロキノン、1,5-ジヒドロキシナフタレン及び9,10-ジヒドロキシアントラセンが挙げられる。
脂肪族ポリヒドロキシ化合物は、ポリオール硬化剤としても使用しうる。例として、フルオロ脂肪族ジオール、例えば1,1,6,6-テトラヒドロオクタフルオロヘキサンジオール、及び米国特許第4,358,559号（Holcombら）及びこの特許で引用した参考文献に記載されている当該化合物のような他の化合物が挙げられる。米国特許第4,446,270号（Guenthnerら）に記載されている当該化合物のようなポリヒドロキシ化合物の誘導体も使用でき、例えば、2-(4-アリルオキシフェニル)-2-(4-ヒドロキシフェニル)プロパンが挙げられる。２種以上のポリヒドロキシ化合物の混合物も使用することができる。
ゴムポリマーを架橋できるフェノール樹脂はポリオール硬化剤として利用しうる。米国特許第2,972,600号及び第3,287,440号に記載されているように、フェノール樹脂への言及はこれら樹脂の混合物を包含しうる。これらフェノール系樹脂を使用して、他の硬化剤を使用せずに所望レベルの硬化を得ることができる。
フェノール樹脂硬化剤は、アルカリ性溶媒中におけるアルキル置換フェノール若しくは無置換フェノールのアルデヒド、好ましくはホルムアルデヒドとの縮合、又は二官能性フェノールジアルコールの縮合によって調製することができる。アルキル置換フェノールのアルキル置換基は、典型的に１〜約１０個の炭素原子を含む。１〜約１０個の炭素原子を含有するアルキル基によってパラ位で置換されているジメチロールフェノール又はフェノール系樹脂が好ましい。有用な商業的に入手可能なフェノール樹脂として、アルキルフェノール-ホルムアルデヒド樹脂、及びブロモメチル化アルキルフェノール-ホルムアルデヒド樹脂が挙げられる。
一実施形態では、フェノール樹脂硬化剤は、下記一般式で表すことができる。
Figure 2005314678
 式中、Ｑは、-ＣＨ2-及び-ＣＨ2-Ｏ-ＣＨ2-から成る群より選択される二価基であり；ｍはゼロ又は１〜２０の正整数であり、かつＲ’は水素又は有機基である。好ましくは、Ｑが二価基-ＣＨ2-Ｏ-ＣＨ2-であり、ｍがゼロ又は１〜１０の正整数であり、かつＲ’が水素又は２０個未満の炭素原子を有する有機基である。別の実施形態で、好ましくはｍがゼロ又は１〜５の正整数であり、かつＲ’が水素又は４〜１２個の炭素原子を有する有機基である。他の好ましいフェノール樹脂は米国特許第5,952,425号でも定義されている。
本発明の硬化したフルオロカーボンエラストマー組成物は動的加硫プロセスによって調製される。動的加硫は、熱可塑性組成物中に含まれるゴム（ここではフルオロカーボンエラストマー）の加硫又は硬化プロセスであり、このプロセスで熱可塑性成分の融点を超える温度で十分に高いせん断力の条件下で硬化性ゴムが加硫される。このやり方では、ゴムは熱可塑性マトリックス内で同時に架橋かつ分散する。動的加硫は、ロールミル、モリヤマミキサー、バンバリーミキサー、ブラベンダーミキサー、連続ミキサー、一軸及び二軸スクリュー押出機のような混合押出機などのような通常の混合装置内、硬化剤の存在下、高温で機械エネルギーを加えてエラストマー及び熱可塑性成分を混合することで達成できる。動的に硬化した組成物の有利な特徴は、エラストマー成分が完全に硬化するという事実にもかかわらず、該組成物が押出成形、射出成形、及び圧縮成形のような通常のプラスチック加工技術で加工及び再加工できることである。スクラップ又はフラッシングも熱可塑性樹脂技術で廃物利用及び再加工することができる。
動的加硫のプロセスから生じる加硫したエラストマー材料は、通常、連続的な熱可塑性ポリマーマトリックス内に小粒子として存在する。熱可塑性材料に対するエラストマー材料の量、硬化系、硬化のメカニズム及びミキシングの量と程度によって、共-連続形態も可能である。
動的加硫後、硬化したフルオロエラストマーが約５０μm未満の平均粒子サイズ、好ましくは約２５μm未満の平均粒子サイズを有する分散した粒子の形態である均質混合物が得られる。粒子サイズは、加工可能なゴム組成物製の成形品の低温ミクロトーム断面について原子間力顕微鏡で調製した地図から決定することができる。
典型的に、粒子は、原子間力顕微鏡技術で測定した場合１０μm以下、さらに好ましくは５μm以下の平均サイズを有する。粒子が１μm以下の平均サイズを有する実施形態もある。他の実施形態では、平均粒子サイズがより大きい場合でさえ、熱可塑性マトリックス内に、１ミクロン未満の直径の硬化したエラストマー粒子が有意な数分散している。
種々の実施形態で、動的加硫系に添加する予定の硬化剤として使用するため、ペルオキシドのマスターバッチを調製する。マスターバッチを作製するため、ペルオキシド硬化開始剤、フルオロカーボンエラストマー、及び任意に架橋剤を混ぜることができる。好ましい実施形態では、マスターバッチは約５〜約５０質量％のペルオキシドを含有する。マスターバッチは、バンバリーミキサー等のような通常のミキサー内で配合剤を混ぜることによって簡便に調製することができる。二軸スクリュー押出機のようなスクリューミキサーでコンパウンドしてもよい。フルオロカーボンエラストマーとペルオキシドを含有するマスターバッチは、バッチ混合物を処理する動的加硫の間、或いは二軸スクリュー押出機のような連続ミキサー内で溶融混合物に添加することができる。
ペルオキシドマスターバッチのフルオロカーボンエラストマーを選択して、動的加硫プロセス時のフルオロカーボンエラストマー中のミキシングと適合させることができる。典型的な動的加硫プロセスでは、溶融熱可塑性材料中でフルオロカーボンエラストマーを一緒に混合する。温度は、該熱可塑性材料の融点より通常１０〜３０℃高い。任意にマスターバッチの形態で多部位のオレフィン性不飽和を含有する架橋剤と一緒にペルオキシド硬化剤を添加すると、動的加硫ゴムのエラストマー相中へのペルオキシド硬化剤の組み込みを速くすることができる。マスターバッチのフルオロカーボンエラストマー成分が、溶融混合物への添加時に該ペルオキシドが突沸及び揮発することから守るとも考えられる。
一実施形態では、ペルオキシドマスターバッチと溶融混合物で同一のフルオロカーボンエラストマーを選択する。このやり方では、ペルオキシドを含有するマスターバッチは、動的加硫ゴムのフルオロカーボンエラストマーと即座に適合する。マスターバッチ法を用いることによって、動的加硫プロセスで硬化させるフルオロカーボンエラストマーの一部をペルオキシドと一緒に加える。動的加硫プロセスの異なる段階でフルオロカーボンエラストマーの装填を伴う動的加硫の処方は、マスターバッチ中のフルオロカーボンエラストマーの濃度によって設計かつ計算することができる。
マスターバッチは、広範なペルオキシド濃度を含むことができるが、通常約５質量％から約５０質量％までのペルオキシドを有するマスターバッチを調製することが好ましい。いくつかの実施形態では、完全に硬化した動的加硫ゴムの所望特性を達成するのにできる限り小量のフルオロカーボンエラストマーにペルオキシドをマスターバッチバッチプロセスで添加することが望ましい。他の実施形態では、フルオロカーボンエラストマーと熱可塑性材料の最初の溶融ブレンディング後、動的加硫プロセス中にさらにフルオロカーボンエラストマーを添加することが望ましいだろう。この場合、好ましい範囲の下限近傍のペルオキシド濃度を有するマスターバッチを使用することができる。
マスターバッチは、ブレンディング温度が、該ペルオキシドが作用してフルオロカーボンエラストマーを硬化させるであろう温度を超えないような条件下でブレンドする。典型的に、効率的なブレンディングに十分な低粘度の混合物を与えるため、マスターバッチを１００℃までの温度でブレンドすることができる。マスターバッチのブレンディングに好ましい温度範囲は８０〜１００℃である。反応性エラストマーでは、８０℃以下でブレンドすることが望ましいこともある。
好ましい実施形態では、可塑剤、エクステンダー油、合成加工油、又はその組合せを本発明の組成物に使用することができる。選択する加工油のタイプは、典型的に、本組成物中に存在する特有のゴムと共に通常使用する加工油と一致する。エクステンダー油としては、限定するものではないが、芳香族、ナフタレン、及びパラフィン系エクステンダー油が挙げられる。好ましい合成加工油として、多線形α-オレフィンが挙げられる。エクステンダー油は、有機エステル、アルキルエーテル、又はその組合せをも包含しうる。米国特許第5,397,832号に開示されているように、本発明の組成物に、ある程度低分子量から中程度の分子量の有機エステル及びアルキルエーテルエステルを添加すると、熱可塑性成分とゴム成分、及びその全体的な組成物のＴgを下げ、かつ低温特性、特に可撓性及び強度を高めることが分かった。これら有機エステル及びアルキルエーテルエステルは、一般的に約１０，０００未満の分子量を有する。特に好適なエステルとして、約２０００未満、好ましくは約６００未満の平均分子量を有するモノマー及びオリゴマー材料が挙げられる。一実施形態では、エステルは脂肪族モノ-若しくはジエステル又は代わりにオリゴマー脂肪族エステル若しくはアルキルエーテルエステルでよい。
エラストマー材料、熱可塑性ポリマー材料、及び硬化剤に加え、この発明の加工可能なゴム組成物は、安定剤、加工助剤、硬化促進剤、充填材、顔料、接着剤、粘着付与剤、及びロウのような他の添加剤を含みうる。加硫の前又は後に、ゴム、熱可塑性材料、及びそのブレンドのコンパウンド工程で慣習的な配合剤の添加によって、本発明の組成物及び物品の特性を変えることができる。
可塑剤及び離型剤を含む種々多様な加工助剤を使用しうる。加工助剤の非限定例として、カルナウバロウ、ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）やジブチルフタレートシリケート（ＤＳＢ）のようなフタレートエステル可塑剤、ステアリン酸亜鉛やステアリン酸ナトリウムのような脂肪酸、ポリエチレンロウ、及びケラミドが挙げられる。いくつかの実施形態では、高温加工助剤が好ましい。これには、限定するものではないが、Ｃ10〜Ｃ28アルコールのブレンドのような線状脂肪アルコール、有機シリコーン、及び官能化ペルフルオロポリエーテルが挙げられる。いくつかの実施形態では、本組成物は、約１〜約１５質量％、好ましくは約５〜約１０質量％の加工助剤を含む。
硬化促進剤又は硬化安定剤として通常、酸受容体化合物を使用する。好ましい酸受容体化合物として二価金属の酸化物及び水酸化物が挙げられる。非限定例としてＣａ(ＯＨ)2、ＭｇＯ、ＣａＯ、及びＺｎＯが挙げられる。
充填材の非限定例として、硫酸バリウム、硫酸亜鉛、カーボンブラック、シリカ、二酸化チタン、クレー、タルク、ガラス繊維、ヒュームドシリカ並びに鉱物繊維、木材セルロース繊維、炭素繊維、ホウ素繊維及びアラミド繊維（Kevlar）のような不連続繊維のような有機及び無機の両充填材が挙げられる。加工添加剤のいくつかの非限定例として、ステアリン酸及びラウリン酸が挙げられる。カーボンブラック、エクステンダー油、又は両者の、好ましくは動的加硫前の添加が特に好ましい。カーボンブラック充填材の非限定例として、ＳＡＦブラック、ＨＡＦブラック、ＳＲＰブラック及びAustinブラックが挙げられる。カーボンブラックは引張り強さを高め、エクステンダー油は加工性、油膨潤に対する耐性、熱安定性、ヒステリシス、コスト、及び永久ひずみを向上させることができる。好ましい実施形態では、カルボキシブロックのような充填材が本発明の組成物の総質量の約４０質量％を構成しうる。好ましくは、本組成物は１〜４０質量％の充填材を含む。他の実施形態では、充填材は本組成物の１０〜２５質量％を構成する。
加硫したエラストマー材料（本明細書では一般的に“ゴム”とも称する）は、通常、連続的な熱可塑性ポリマーマトリックス内に小粒子として存在する。熱可塑性材料に対するエラストマー材料の量、硬化系、並びにエラストマーの硬化のメカニズムと程度及びミキシングの量と程度によって、共-連続形態もありうる。好ましくは、エラストマー材料は完全に架橋／硬化している。
完全な架橋は、熱可塑性材料とエラストマー材料のブレンドに適切な硬化剤又は硬化系を添加し、かつ加硫条件下でゴムを所望程度に架橋又は硬化させることによって達成しうる。好ましい実施形態では、エラストマーは動的加硫のプロセスで架橋する。用語動的加硫は、熱可塑性組成物（ここではフッ素樹脂ブレンド）中に含まれるゴム（ここではフルオロカーボンエラストマー）の加硫又は硬化プロセスを指し、硬化性ゴムが熱可塑性成分の融点より高温で十分に高いせん断力の条件下で加硫される。このようにして、ゴムは熱可塑性マトリックス内で同時に架橋かつ分散する。動的加硫は、ロールミル、モリヤマミキサー、バンバリーミキサー、ブラベンダーミキサー、連続ミキサー、一軸及び二軸スクリュー押出機のような混合押出機などのような通常の混合装置内で、硬化剤の存在下、高温で機械エネルギーを加えてエラストマー成分と熱可塑性成分を混合することで達成される。動的に硬化した組成物の有利な特徴は、エラストマー成分が完全に硬化しているという事実にもかかわらず、該組成物が押出成形、射出成形、及び圧縮成形のような通常のプラスチック加工技術で加工及び再加工できることである。スクラップ又はフラッシングも廃物利用及び再加工することができる。本発明の組成物の１つの利点は、本組成物が単一の完全にフッ素化した熱可塑性ポリマー製組成物より相対的に低い温度で加工できることである。
通常数分以下で加硫反応を完了するためには、加硫温度での加熱及びミキシング又は素練りで十分であるが、より短い加硫時間が望ましい場合、より高い温度及び／又はより高いせん断力を使用することができる。好適な範囲の加硫温度は、熱可塑性材料のほぼ融点から約３００℃以上までである。加硫が起こり、或いは完了するまで中断することなく混合し続けることが好ましい。
混合を停止した後に明かな硬化を許すと、加工できない熱可塑性加硫ゴムが得られかもしれない。この場合、１種の後硬化工程を行って硬化プロセスを完了することができる。いくつかの実施形態では、後硬化は、クールダウン時の間に、エラストマーと熱可塑性材料を混合し続ける形態を取る。
動的加硫後、ゴムが本質的に約５０μm未満の平均粒子サイズ、好ましくは約２５μm未満の平均粒子サイズの分散した小粒子の形態である均質混合物が得られる。さらに典型的かつ好ましくは、粒子は約１０μm以下、好ましくは約５μm以下、さらに好ましくは約１μm以下の平均粒子サイズを有する。他の実施形態では、平均粒子サイズがより大きい場合でさえ、熱可塑性マトリックス内に、有意な数の１μm未満のサイズの硬化したエラストマー粒子があるだろう。
上で言及した粒子のサイズは、球状粒子の直径、又は等価体積の球の直径と同等視しうる。すべての粒子が球状であるわけではないと解釈すべきである。かなり等方性のなので球径に近いサイズを容易に決定しうる粒子もある。他の粒子は、１又は２つの寸法が別の寸法より長いという点で異方性でありうる。このような場合、上で言及した好ましい粒子サイズは、粒子の最も短い寸法に相当する。
いくつかの実施形態では、硬化したエラストマー材料が、分散した、分離した、又は不連続の相を形成し、該粒子が熱可塑性マトリックスで構成されている連続相によって相互に分離されている形態である。このような構造は、硬化したエラストマーの相対的に低い装填、すなわち該組成物の相対的に高量を熱可塑性材料がふさいでいる場合に、より好ましいと予想される。他の実施形態では、硬化した材料は熱可塑性材料と共-連続相の形態であるかもしれない。このような構造は、相対的に高量の硬化したエラストマーで好ましいと考えられる。中間のエラストマー装填では、硬化したエラストマーは分離した粒子の形態のもあり、共-連続相の形態のもあるという点で、中間状態では２相組成物の構造を取りうる。
本組成物の均質性、相間の接触の大きい表面積を示す小粒子サイズ、及び工業的応用で役立つ十分な硬度、引張り強さ、モジュラス、破断点伸び、又は圧縮ひずみを有する成形品に形成される能力が、エラストマー相と熱可塑性相との間の相対的に高度な適合性を示している。
加硫の進行は、混合時の混合トルク又は混合エネルギー要求のモニタリングで分かりうる。混合トルク又は混合エネルギー曲線は、一般に最大値を通過し、その後いくらか長く混合を続けて該ブレンドの加工性を高めることができる。特定の実施形態では、動的加硫の完了後、追加配合剤を添加する。好ましくは加硫が本質的に完了し、すなわち硬化剤が本質的に消耗された後、安定剤パッケージを熱可塑性加硫ゴムに添加する。
本発明の加工可能なゴム組成物は、バッチプロセス又は連続プロセスで製造することができる。バッチプロセスでは、所定装入量のエラストマー材料、フッ素樹脂ブレンド、及び硬化剤を混合装置に加える。典型的なバッチ手順では、まず、熱可塑性材料の連続相内で所望粒子サイズのエラストマー材料が与えられるまで、エラストマー材料とフッ素樹脂ブレンドを混合、ブレンド、素練り又は別のやり方で物理的に混ぜ合わせる。エラストマー材料の構造が所望どおりになったら、機械エネルギーを加えてエラストマー材料とフッ素樹脂ブレンドを混合しながら硬化剤を加えてよい。硬化は、硬化剤の存在下、フッ素樹脂ブレンドとエラストマー材料の混合配合物を加熱し、又は加熱し続けることによって達成される。硬化が完了したら、この加工可能なゴム組成物をさらなる加工のため反応容器（混合チャンバー）から取り出すことができる。
該熱可塑性材料が軟化かつ流動する温度で、エラストマー材料とフッ素樹脂ブレンドを混合することが好ましい。このような温度が、硬化剤が活性化する温度未満の場合、硬化剤は、バッチプロセスの最初の粒子分散工程時の混合物の一部でよい。いくつかの実施形態では、硬化剤をその硬化温度未満の温度でエラストマー材料及びフッ素樹脂ブレンドと混ぜ合わせる。所望の分散が達成されたとき、温度を上げて硬化を果たすことができる。種々の実施形態で、エラストマー中に予め配合された硬化剤を含有する商業的に入手可能なエラストマー材料を使用する。しかし、硬化剤が最初の混合工程の温度で活性化する場合（一般的に、フッ素樹脂ブレンド中に相対的に高い融点の完全にフッ素化したポリマーを用いた場合だろう）、熱可塑性マトリックス内のエラストマー材料の所望粒度分布が達成されるまで、硬化剤を省くことが好ましい。別の実施形態では、エラストマー材料とフッ素樹脂ブレンドを混合後、硬化剤を添加する。好ましい実施形態では、全混合物を機械的に撹拌、扇動、又は別のやり方で混合し続けながら、フッ素樹脂ブレンド中のエラストマー粒子の混合物に硬化剤を添加する。
連続プロセスを用いても本発明の加工可能なゴム組成物を製造することができる。好ましい実施形態では、共回転又は逆回転スクリュータイプのどちらかの二軸スクリュー押出装置は、材料添加用ポートと、二軸スクリュー装置のモジュール成分で構成される反応チャンバーとを備える。典型的な連続手順では、フィーダー（ロス-イン-ウエイトフイーダー又は容積計量フィーダー）で第１ホッパーからフッ素樹脂ブレンドとエラストマー材料をスクリュー押出機内に挿入してそれらを混ぜ合わせる。温度とスクリューパラメーターを調整して、熱可塑性材料マトリックス中の未硬化エラストマー成分の所望の混合と粒度分布を達成するために適した温度とせん断力を与えることができる。混合の持続時間は、押出装置のより長いか又は短い長さを与え、或いは混合段階の間に通過するエラストマー材料と熱可塑性材料の混合のためのスクリュー回転速度を調節することによって調節できる。混合の程度は、強い、中程度又は穏やかなスクリュー設計のようなスクリューシャフト内の混合スクリュー要素構成によっても調節できる。そして、フッ素樹脂ブレンドとエラストマー材料の混合物が二軸スクリュー押出経路の下方に移動し続けるとき、下流ポートで、サイドフィーダー（ロス-イン-ウエイトフイーダー又は容積計量フィーダー）を用いて硬化剤を連続的に該混合物に添加することができる。硬化剤添加ポートの下流では、混合パラメーターと通過時間は上述したように変化しうる。せん断速度、温度、混合の持続時間、混合スクリュー要素構成、及び硬化剤を添加する時点を調整することによって、本発明の加工可能なゴム組成物を連続プロセスで製造することができる。バッチプロセスにおけるように、エラストマー材料は、硬化剤、通常フェノール又はフェノール樹脂硬化剤を含めて商業的に配合されていてもよい。
本発明の組成物及び物品は十分な量の加硫したエラストマー材料（“ゴム”）を含み、問題のゴム状組成物を形成し、すなわちそれらは望ましい組合せの可撓性、軟度、及び圧縮ひずみを示す。好ましくは、本組成物はゴムと熱可塑性ポリマーを合わせた質量１００部当たり少なくとも約２５質量部のゴム、好ましくは少なくとも約３５質量部のゴム、さらに好ましくは少なくとも約４０質量部のゴム、なおさらに好ましくは少なくとも約４５質量部のゴム、さらになお好ましくは少なくとも約５０質量部のゴムを含むべきである。熱可塑性加硫ゴム中の硬化したゴムの量は、ゴムと熱可塑性ポリマーを合わせた総質量当たり一般的に約５〜約９５質量％、好ましくは約３５〜約９５質量％、さらに好ましくは約４０〜約９０質量％、さらに好ましくは約５０〜約８０質量％である。
本発明の加工可能なゴム組成物中のフッ素樹脂ブレンドの量は、ゴムとフッ素樹脂ブレンドを合わせた総質量当たり一般的に約５〜約９５質量％、好ましくは約１０〜約６５質量％、さらに好ましくは約２０〜約５０質量％である。
上述したように、本発明の加工可能なゴム組成物及び造形品は、硬化したゴムと、本明細書で述べたフッ素樹脂ブレンドを含み或いは本質的に該フッ素樹脂ブレンドから成る熱可塑性ポリマーとを含む。好ましくは、熱可塑性加硫ゴムは均質混合物であり、ゴムは非加硫マトリックス内で微細に分割かつよく分散したゴム粒子の形態である。しかし、この発明の熱可塑性加硫ゴムは、この発明の組成物である限り、不連続相を含有するものに限定されず、共-連続形態のような他の形態をも包含しうるものと解釈すべきである。特に好ましい実施形態では、ゴム粒子は、約５０μm未満、さらに好ましくは約２５μm未満、なおさらに好ましくは約１０μm以下、さらになお好ましくは約５μm未満の平均粒子サイズを有する。
有利には、本発明の造形品は、通常のゴムと異なり、熱可塑性材料のように加工かつリサイクルしうるゴム様物質である。これら物質は、好ましくはＡＳＴＭ Ｄ１５６６で定義されているように、室温でその元の長さの２倍に伸ばし、１分間保持した後解放した後、１分以内でその元の長さの１．５倍未満まで収縮する程度にゴム様である。また、これら物質は、好ましくはＡＳＴＭ Ｄ４１２に示される引張りひずみ要求を満たし、かつこれら物質はＡＳＴＭ Ｄ３９５による圧縮ひずみの弾性要求をも満たす。
種々の実施形態で、本発明の硬化した動的加硫ゴムは、フルオロカーボンエラストマーを加硫するための硬化剤を供給するためのペルオキシドマスターバッチの使用を通じて、バッチ、セミバッチ、又は連続プロセスで調製できる。例えば、フッ素樹脂ブレンドとフルオロカーボンエラストマーを、該熱可塑性材料が十分に流れてフルオロカーボンエラストマーの分散系を形成するであろう温度を超える温度でブレンドして第１混合物を形成することによって、溶融加工可能なフルオロエラストマー組成物を調製することができる。このような温度をメルトフロー温度と呼ぶことができる。次に、フルオロカーボンエラストマーと、好ましくは約５質量％より多い有機ペルオキシドを含有する第２混合物（マスターバッチ）を供給する。このマスターバッチは、ペルオキシドが活性化してフルオロカーボンエラストマーの架橋を開始するであろう温度未満の温度で配合かつ製造する。第１混合物と第２混合物を混ぜ、かつ第１及び第２混合物中のフルオロカーボンエラストマーの硬化を達成するために十分な温度で十分な時間加熱しながら一緒にブレンドする。
このプロセスは、連続的、例えば二軸スクリュー押出機のような押出ミキサー内で行うこともできる。一実施形態では、未硬化フルオロカーボンエラストマーとフッ素樹脂ブレンドの固体ブレンドを第１二軸スクリュー押出装置の第１フィーダーに供給する。固体ブレンドを、該熱可塑性材料が融けて流れるであろう温度を超える温度で加熱したバレルを有する押出機のバレル中に注入して熱可塑性材料中のフルオロカーボンエラストマーの分散系を生成する。例えば熱可塑性材料の結晶融点より高温でバレルを加熱しうる。好ましい実施形態では、この温度は該熱可塑性材料の融点より１０、２０又は３０℃高い。そして、固体ブレンドを二軸スクリュー押出機内で混合して均質な溶融ブレンドを形成する。５質量％以上の有機ペルオキシドを含有するペルオキシドマスターバッチを第２フィーダーに供給し、第１フィーダーの下流点で二軸スクリュー押出機のバレル中に注入する。そしてフルオロカーボンエラストマーの硬化を達成するために十分な時間かつ十分な温度で加熱し続けながら、バレル中のペルオキシドマスターバッチと均質溶融ブレンドをさらに混合する。次いで、硬化した動的加硫ゴムを二軸スクリュー押出装置から押し出すことができる。
代替実施形態では、有機ペルオキシド、フルオロカーボンエラストマー、及び任意の架橋剤を、該ペルオキシドを活性化してエラストマーを硬化させるであろう温度未満の温度でブレンドする二軸スクリュー押出装置で、ペルオキシドマスターバッチを第２フィーダーに供給することができる。このやり方では、連続的に、第１フィーダーポートでフルオロカーボンエラストマーとフッ素樹脂ブレンドを供給し、かつ該第１ポートから下流の第２ポートで硬化剤とフルオロカーボンエラストマーを供給することができる。
混合装置からの押出し後、動的に加硫したストランドを水浴内で冷却し、後で使用するためペレットに切断する。
実施例１〜３は、本発明の成形可能な組成物の製造方法を示す。それらはバッチ又は連続プロセスで製造することができる。
バッチプロセスでは、内部混合アタッチメントを備えたバンバリーミキサー、モリヤマミキサー、及びブラベンダーのようなバッチミキサー内で加工可能なゴム組成物をコンパウンドする。高温のフッ素樹脂（例えば、約３３５℃の融点を有するＰＦＡ）と低温のフッ素樹脂（例えば、Kynar Flex 2500-20、約１１５℃の融点を有する、フッ化ビニリデンとＨＦＰのコポリマー）を一緒に３５０〜３８０℃で融かし、均質なフッ素樹脂ブレンドが得られるまで１０〜１５分間撹拌する。混合段階中に、フッ素化加工助剤（例えばTecnoflon FPA-1）と任意的な相溶化剤を加えて混合効率を高める。そして、ミキサーにフルオロカーボンエラストマーを加え、かつ連続的に５０rpmのローター速度で１０〜１５分間熱可塑性ブレンドを混合する。次に、他の配合剤を添加する。エラストマーが硬化されない場合、この時に硬化剤を添加してもよい。例えばミキサー内で定常状態のトルク示度に達することで決定されるように、エラストマーの完全な硬化を達成するために必要なさらなる時間撹拌を続ける。本組成物をバッチミキサーから放出かつ造粒し、射出成形、圧縮成形、ブロー成形、単層押出成形、多層押出成形、インサート成形などのような引き続く二次加工プロセスで使用すための小サイズのペレットを作る。
連続プロセスは二軸スクリュー押出機内で行う。高温フッ素樹脂と低温フッ素樹脂のペレットを別々に混合し、押出機ホッパーに添加する。３５０〜３８０℃に加熱したバレル内に、加工助剤及び任意的な相溶化剤と共にペレットを供給する。この樹脂混合物を押出機バレルの溶融ゾーン内で融かし、圧縮ゾーン内で圧縮し、かつ第１混合ゾーン内で混合する。第１混合ゾーンの下流にある第１サイド供給ゾーンホッパーからバレル中にフルオロカーボンエラストマー（チョップドペレットとして）を供給する。エラストマーペレットをバレル内で融かし、スクリューを回転させて溶融樹脂／エラストマー混合物を第２混合ゾーン中に押しながら溶融フッ素樹脂混合物と混合する。第２混合ゾーンの下流にある第２サイド供給ゾーンで残りの配合剤を添加する。典型的なバレル内の滞留時間は１５０〜２００rpmのスクリュー速度で約１０〜１５分である。温度を３５０〜３８０℃で維持する。硬化したエラストマー／フッ素樹脂ブレンドを、直径１〜３mmのストランドダイを介して押し出し、水浴内で冷却してクエンチした後、ストランドペレタイザーに通す。種々多様な熱可塑性樹脂技術でペレットを成形品に加工することができる。この材料を物理的性質の測定用プラークに形成することもできる。
実施例１〜３では、以下の材料を使用する。
Tecnoflon FOR 50HS及びTecnoflon FOR 80HSは、樹脂中にビスフェノール硬化剤が配合されているSolvayからのポストキュアのない（少ない）ビスフェノール硬化性フルオロカーボンである。
Kynar Flex 2500-20は、Atofina Chemicalsからのフッ化ビニリデン／ＨＦＰコポリマーを基礎とした熱可塑性樹脂である。
Elastomag 170は、Rohm and Haasからの水酸化マグネシウム粉末である。
MT Blackは、カーボンブラック充填材である。
Struktol WS-280は、Struktolからの加工助剤である。
Tecnoflon FPA-1は、Solvayからの高温加工助剤である。
Fluorel FE 5840は、Dyneonからの高フッ素(７０％Ｆ)硬化組込みフルオロエラストマーである。
Dyneon BRE 7231Xは、Dyneonからの耐塩基性硬化組込みフルオロエラストマーである。これは、ＴＦＥ、プロピレン、及びフッ化ビニリデンのターポリマーを基礎とする。
ＰＦＡは、ＴＦＥとペルフルオロプロピルビニルエーテルのコポリマーである。
Rhenofit CFは、Rhein Chemieからの水酸化カルシウムである。
Austin Blackは、カーボンブラック充填材である。
Figure 2005314678
実施例１の組成物の融点は示差走査熱量測定で決定する。成形可能なゴム組成物の試料を２６０℃以上で加熱し、冷却時に吸熱の熱流を測定してＤＳＣ融点を決定する。組成物を熱可塑的加工によって造形品を調製する。組成物を約２６０〜２７０℃（ＤＳＣ融点の約２０〜３０℃超え）に加熱し、押出成形、射出成形、圧縮成形、インサーション成形、及び熱成形のような熱可塑性樹脂技術で造形品に作る。
Figure 2005314678
Figure 2005314678
実施例２の硬化した組成物から、通常のプラスチック加工技術で成形品を調製する。
現在本発明を実施するために最も有利又は好ましいと考えられる実施形態を含む種々の実施形態に照らして本発明について述べたが、本発明は、開示した実施形態に限定されないことを理解すべきである。むしろ、本開示を読むと、本技術の当業者の心に浮かぶであろう変形及び変更は、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲内であることを意図している。

Claims (58)

  1. 熱可塑性材料を含むマトリックス中に分散している硬化したフルオロカーボンエラストマーを含んでなる加工可能なゴム組成物であって、
    前記熱可塑性材料は、完全にフッ素化した熱可塑性ポリマーと部分的にフッ素化した熱可塑性ポリマーを含み；かつ
    前記硬化したフルオロカーボンエラストマーは、該硬化したフルオロカーボンエラストマーと熱可塑性材料の総質量に対して３５質量％以上のレベルで存在する、組成物。
  2. 前記硬化したフルオロカーボンエラストマーが５０質量％以上のレベルで存在する、請求項１に記載の組成物。
  3. 該組成物が３０５℃未満の単一融点を示す、請求項１に記載の組成物。
  4. 該組成物が２９０℃未満の単一融点を示す、請求項３に記載の組成物。
  5. 該組成物が２５０℃未満の単一融点を示す、請求項４に記載の組成物。
  6. 前記熱可塑性材料が６０wt％より多いフッ素を含む、請求項１に記載の組成物。
  7. 前記熱可塑性材料が１０〜９０質量％の前記完全にフッ素化したポリマーを含む、請求項１に記載の組成物。
  8. 前記マトリックス中の前記完全にフッ素化したポリマーの質量対前記部分的にフッ素化したポリマーの質量の比が１：９〜９：１の範囲である、請求項１に記載の組成物。
  9. 前記マトリックス中の前記完全にフッ素化したポリマーの質量対前記部分的にフッ素化したポリマーの質量の比が１：２〜２：１の範囲である、請求項８に記載の組成物。
  10. 前記フルオロカーボンエラストマーが、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンに由来する繰返し単位を含む、請求項１に記載の組成物。
  11. 前記フルオロカーボンエラストマーが、さらにテトラフルオロエチレンに由来する繰返し単位を含む、請求項１０に記載の組成物。
  12. 前記フルオロカーボンエラストマーが、以下：ＶＤＦ/ＨＦＰ、ＶＤＦ/ＨＦＰ/ＴＦＥ、ＶＤＦ/ＰＦＶＥ/ＴＦＥ、ＴＦＥ/Ｐｒ、ＴＦＥ/Ｐｒ/ＶＤＦ、ＴＦＥ/Ｅｔ/ＰＦＶＥ/ＶＤＦ、ＴＦＥ/Ｅｔ/ＰＦＶＥ、ＴＦＥ/ＰＦＶＥ、及びその混合物から成る群より選択される、請求項１に記載の組成物。
  13. 前記フルオロカーボンエラストマーが硬化部位モノマーをも含む、請求項１２に記載の組成物。
  14. 前記熱可塑性材料が、ＰＦＡ、ＭＦＡ及びＦＥＰから成る群より選択される完全にフッ素化したポリマーと、ポリフッ化ビニリデン及びフッ化ビニリデンのコポリマーから成る群より選択される部分的にフッ素化したポリマーとを含む、請求項１に記載の組成物。
  15. 熱可塑性マトリックス中に分散している硬化したフルオロカーボンエラストマーを含んでなる加工可能なゴム組成物であって、
    前記熱可塑性マトリックスは、完全にフッ素化した熱可塑性ポリマーと部分的にフッ素化した熱可塑性ポリマーを含み；
    前記硬化したフルオロカーボンエラストマーは、不連続相又は前記マトリックスとの共連続相として存在し；かつ
    該加工可能なゴム組成物製造形品の低温ミクロトーム断面について原子間力顕微鏡で測定した場合、前記エラストマー相の寸法が１０μm未満である、組成物。
  16. 前記エラストマー相の前記寸法が１μm以下である、請求項１５に記載の組成物。
  17. 前記硬化したフルオロカーボンエラストマーが、少なくとも部分的に、連続的な熱可塑性相中に分散している粒子として存在する、請求項１５に記載の組成物。
  18. 前記硬化したフルオロカーボンエラストマーが、少なくとも部分的に、前記熱可塑性相と共連続的な分散相状態で存在する、請求項１５に記載の組成物。
  19. 該組成物が２９０℃未満の単一融点を示す、請求項１５に記載の組成物。
  20. 該組成物が２５０℃未満の単一融点を示す、請求項１５に記載の組成物。
  21. 前記マトリックス中の完全にフッ素化したポリマーの質量対部分的にフッ素化したポリマーの質量の比が、１：９〜９：１の範囲である、請求項１５に記載の組成物。
  22. 前記マトリックス中の完全にフッ素化したポリマーの質量対部分的にフッ素化したポリマーの質量の比が、１：２〜２：１の範囲である、請求項２１に記載の組成物。
  23. 加工可能なゴム組成物の製造方法であって、以下の工程、
    硬化剤の存在下でエラストマー成分と熱可塑性成分を混合する工程、及び
    混合工程中、加熱して前記エラストマー成分の硬化を達成する工程を含んでなり、
    前記エラストマー材料がフルオロカーボンエラストマーを含み、かつ
    前記熱可塑性材料が完全にフッ素化した熱可塑性ポリマーと部分的にフッ素化した熱可塑性ポリマーを含んでなるフッ素樹脂ブレンドであることを特徴とする方法。
  24. 前記硬化剤と、未硬化又は部分的に硬化したエラストマー材料と、熱可塑性材料とを混ぜ合わせることによって混合物を形成する工程；及び
    該混合物を前記エラストマー材料の加硫を達成するために十分な温度で十分な時間加熱する工程を含み、この加熱工程中、機械エネルギーを加えて前記混合物を混合することを特徴とする請求項２３に記載の方法。
  25. 以下の工程：
    前記エラストマー材料と前記熱可塑性材料を、連続的な熱可塑性相中の前記エラストマー材料の分散系を形成するために十分な時間かつ十分なせん断速度で混合する工程；
    前記混合を続けながら前記分散系に硬化剤を添加する工程；及び
    前記硬化剤、エラストマー材料、及び熱可塑性材料を混合し続けながら前記分散系を加熱する工程；
    を含む、請求項２３の方法。
  26. 前記マトリックス中の完全にフッ素化したポリマーの質量対部分的にフッ素化したポリマーの質量の比が、１：９〜９：１の範囲である、請求項２３に記載の方法。
  27. 前記マトリックス中の完全にフッ素化したポリマーの質量対部分的にフッ素化したポリマーの質量の比が、１：２〜２：１の範囲である、請求項２６に記載の方法。
  28. 前記フルオロカーボンエラストマーが、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンに由来する繰返し単位を含む、請求項２３に記載の方法。
  29. 前記フルオロカーボンエラストマーが、さらにテトラフルオロエチレンに由来する繰返し単位を含む、請求項２８に記載の方法。
  30. 前記フルオロカーボンエラストマーが、以下：ＶＤＦ/ＨＦＰ、ＶＤＦ/ＨＦＰ/ＴＦＥ、ＶＤＦ/ＰＦＶＥ/ＴＦＥ、ＴＦＥ/Ｐｒ、ＴＦＥ/Ｐｒ/ＶＤＦ、ＴＦＥ/Ｅｔ/ＰＦＶＥ/ＶＤＦ、ＴＦＥ/Ｅｔ/ＰＦＶＥ、ＴＦＥ/ＰＦＶＥ、及びその混合物から成る群より選択される、請求項２３に記載の方法。
  31. 前記フルオロカーボンエラストマーが硬化部位モノマーをも含む、請求項３０に記載の方法。
  32. 前記硬化剤がポリオールを含む、請求項２３に記載の方法。
  33. 前記硬化剤がペルオキシドを含む、請求項２３に記載の方法。
  34. 前記熱可塑性材料が、ＰＦＡ、ＭＦＡ及びＦＥＰから成る群より選択される完全にフッ素化したポリマーと、ポリフッ化ビニリデン及びフッ化ビニリデンのコポリマーから成る群より選択される部分的にフッ素化したポリマーとを含む、請求項２３に記載の方法。
  35. 連続プロセスを含む、請求項２３に記載の方法。
  36. 二軸スクリュー押出機内で行う、請求項３５に記載の方法。
  37. バッチプロセスを含む、請求項２３に記載の方法。
  38. 前記組成物が、前記硬化したエラストマー材料と熱可塑性材料を合わせて１００部当たり少なくとも約３５質量部の硬化したエラストマー材料を含む請求項２３に記載の方法。
  39. 前記組成物が、前記硬化したエラストマー材料と熱可塑性材料を合わせて１００部当たり少なくとも約５０質量部の硬化したエラストマー材料を含む請求項２３に記載の方法。
  40. 熱可塑性材料を含むマトリックス中に分散している硬化したフルオロカーボンエラストマーを含んでなる造形品であって、前記熱可塑性材料が、約１０〜約９０質量％の完全にフッ素化した熱可塑性ポリマーと、約１０〜約９０質量％の部分的にフッ素化したポリマーとを含むことを特徴とする造形品。
  41. 該物品の硬度がショアーＡ５０以上であり、該物品の引張り強さが４MPa以上であり、該物品の１００％モジュラスが４MPa以上であり、又は該物品の破断点伸びが１０％以上である、請求項４０に記載の造形品。
  42. 前記硬化したフルオロカーボンエラストマーが、硬化したフルオロカーボンエラストマーと熱可塑性ポリマーの総質量に対して少なくとも３５質量％のレベルで存在する、請求項４０に記載の造形品。
  43. 前記硬化したフルオロカーボンエラストマーが、硬化したフルオロカーボンエラストマーと熱可塑性ポリマーの総質量に対して少なくとも５０質量％のレベルで存在する、請求項４０に記載の造形品。
  44. 前記フルオロカーボンエラストマーが、以下：ＶＤＦ/ＨＦＰ、ＶＤＦ/ＨＦＰ/ＴＦＥ、ＶＤＦ/ＰＦＶＥ/ＴＦＥ、ＴＦＥ/Ｐｒ、ＴＦＥ/Ｐｒ/ＶＤＦ、ＴＦＥ/Ｅｔ/ＰＦＶＥ/ＶＤＦ、ＴＦＥ/Ｅｔ/ＰＦＶＥ、ＴＦＥ/ＰＦＶＥ、及びその混合物から成る群より選択される、請求項４０に記載の造形品。
  45. 請求項４０に記載どおりのシール。
  46. 請求項４０に記載どおりのＯ-リング。
  47. 請求項４０に記載どおりのガスケット。
  48. 請求項４０に記載どおりのホース。
  49. 加工可能なゴム組成物からゴム造形品を作るための製造プロセスのコスト低減方法であって、
    製造プロセス中に生じたスクラップ材料をリサイクルして、前記加工可能なゴム組成物を含んでなる新しい造形品を作る工程を含み、
    前記加工可能なゴム組成物が、熱可塑性材料の存在下におけるフルオロカーボンエラストマーの動的加硫の生成物であり、前記熱可塑性材料が、約１０〜約９０質量％の完全にフッ素化した熱可塑性ポリマーと、約１０〜約９０質量％の部分的にフッ素化した熱可塑性ポリマーとを含むことを特徴とする方法。
  50. 前記製造プロセスが熱可塑性樹脂加工技術で造形品を形成する工程を含む、請求項４９に記載の方法。
  51. 前記熱可塑性樹脂加工技術が、ブロー成形、射出成形、圧縮成形、及び押出成形から成る群より選択される、請求項４９に記載の方法。
  52. 前記リサイクル工程が、前記完全にフッ素化したポリマーの融点未満の温度で前記スクラップ材料を溶融させる工程を含む、請求項４９に記載の方法。
  53. 前記リサイクル工程が、２５０℃未満の温度で前記スクラップ材料を溶融させる工程を含む、請求項４９に記載の方法。
  54. 樹脂造形品の製造方法であって、以下の工程：
    完全にフッ素化したポリマーと部分的にフッ素化したポリマーを含むフッ素樹脂ブレンドの存在下でフルオロカーボンエラストマーを動的に加硫させることによって、加工可能なゴム組成物を調製する工程；
    前記ゴム組成物を溶融させる工程；及び
    前記溶融ゴム組成物から熱可塑性樹脂加工技術で前記造形品を製造する工程；
    を含んでなる方法。
  55. 前記完全にフッ素化したポリマーの融点未満の温度で前記ゴムを溶融させる工程を含む、請求項５４に記載の方法。
  56. ２８０℃未満の温度で前記ゴムを溶融させる工程を含み、前記フッ素樹脂ブレンドが、６５質量％より多いフッ素を含むことを特徴とする請求項５４に記載の方法。
  57. 前記溶融ゴム組成物を射出成形する工程を含む、請求項５４に記載の方法。
  58. 前記溶融ゴム組成物を押出成形する工程を含む、請求項５４に記載の方法。
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