JP2013539807A - フルオロエラストマー - Google Patents

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Abstract

本発明は、爆発的減圧を含む石油およびガス産業に関する要件を満たすことができ、標準的な装置で、適切な処理量で硬化部品が得られるように容易に加工することができる、過酸化物硬化型フルオロエラストマーに関し、前記フルオロエラストマーは、− フッ化ビニリデン(VDF)から誘導される繰り返し単位と、− ヘキサフルオロプロピレン(HFP)から誘導される繰り返し単位と、− 一般式:(式中、R、R、R、R、RおよびRは互いに等しくまたは異なり、H、ハロゲン、または、場合により1つ以上の酸素基を含むC〜Cの任意選択によりハロゲン化された基であり、Zは、任意選択により酸素原子を含有する、直鎖もしくは分岐鎖のC〜C18の任意選択によりハロゲン化されたアルキレン基もしくはシクロアルキレン基、または(パー)フルオロポリオキシアルキレン基である)を有する少なくとも1種類のビスオレフィン[ビスオレフィン(OF)]から誘導される繰り返し単位と、− ヨウ素または臭素硬化部位、を含み、前記フルオロエラストマーはさらに、ASTM D1646に準拠して測定した場合、低くとも85MU(1+10、121℃)のムーニー粘度(ML)を有する。本出願人は、驚くべきことに、上記に詳述したフルオロエラストマーが、その高分子量、従ってそのムーニー粘度値にも関わらず、爆発的減圧条件で傑出した特性を発揮する(実質的に破壊が起こらない)ように、特に高温でもおよび/または劣悪な環境に(例えば、高温で薬品に)暴露された後でも、傑出したシール性および機械的特性を有する硬化部品が得られるように効果的に加工できることを見出した。
【化1】

Description

本願は、2010年10月15日に出願された欧州特許出願公開第10187722.3号明細書の優先権を主張し、参照によりこの出願の内容全体をあらゆる目的で本明細書に援用する。
本発明は、改善された機械的特性と耐薬品性を有するフルオロエラストマー、ならびに石油およびガス産業に好適な成形物品を製造するためのその使用に関する。
数年来、フッ化ビニリデンをベースにするフルオロエラストマーは、広範な作業温度域における傑出した機械的特性とその耐薬品性のため、エネルギー、石油およびガス産業での使用に成功している。それらは、例えば、特に弁(ボール弁、逆止弁、制御弁)、分離装置、コネクターシステム、測定装置、ゲージング装置および監視装置、ならびにダウンホール用ツール(downhole service tools)等のような様々な装置にシール材または可撓性部品として使用されてきた。
石油の供給不足に伴い、掘削作業はますます劣悪な環境、即ち、より一層多くの薬品を注入し、より圧力の高い、より坑底温度の高い環境に入って行かざるを得ず、さらにこれと併せて、全ての部品の耐用寿命の延長が依然として必要とされており、改善された性能を有するシールが依然として必要とされている。
対処すべき課題の1つは、爆発的減圧(E.D.)の問題である、すなわち、この用語を使用するとき、エラストマー部品が極高圧の流体に暴露された後に生じる条件を包含しており、これらの条件は、例えば、高圧弁が急に開放されるとき、または可撓性ガスホースを切り離すときに生じる。流体の圧力が急に低下すると、膨れ、内部亀裂、および割れの形態の構造破壊が生じるおそれがある。実際、システムのエラストマー部品は、ある程度、それらの表面に溶解する流体、特にガスの浸透および拡散を受け易い。時間と共に、これらの部品は前記流体で飽和され、エラストマーの内部ガス圧が周囲圧力と平衡状態を維持する限り、損傷が(あったとしても)最小限に留まり、エラストマー部品の性能の低下は、化学的劣化もしくは熱劣化などの他の要因によって、または押出時の損傷によって起こらない限り、起こらない。
しかし、外部ガス圧を取り除くと、または圧力の変動が起こると、エラストマー部品の内部と表面との間に大きい圧力勾配が生じ、前記部品内に拡散したガスが膨張し、表面の方に移動する。前記勾配が部品の二軸膨張能力を超えると、亀裂の形成および膨れの成長により破損または破裂が生じることになる。
前述の条件におけるそれらの特性のため、および従来の等級のフルオロエラストマーの性能が比較的低いため、水素化ニトリルブタジエンゴムは、E.D.の問題が重要な争点となる使用分野に最適な材料と認識されてきたが、それにもかかわらず、これらの材料は作業域が比較的狭く、特に200℃を超える温度では性能が低く、特定の薬品に対する耐薬品性が低い。
E.D.の問題に対処するためにも、また、より高い連続使用温度(一般に200℃を超える)を確保するためにも、そして、より広範囲の薬品に耐えるようにするためにも、改善された耐薬品性と機械的特性を特に高温で有すると共に、傑出したシール能力を依然として有し、さらに爆発的減圧に対して要求される耐性を確保することができるフルオロエラストマーが必要とされている。
他方、比較的高分子量を有するフルオロエラストマーがこれまでに記載されてきた。特に、欧州特許出願公開第0967248A号明細書(AUSIMONT SPA)1998年6月23日は、その実施例3Bに、ビスオレフィンから誘導される繰り返し単位、および1,6−ジヨードパーフルオロヘキサンを連鎖移動剤として使用して得られるヨウ素化末端鎖を含むVDF/HFP/TFE三元共重合体(53.5モル%、HFP23.5モル%、TFE23モル%)(ヨウ素含有量=0.19重量%)を開示しており、ASTM D1646によるこの三元共重合体の121℃でのムーニー粘度ML(1+10)は80ムーニー単位である。この成分は、ムーニー粘度が37の化合物が得られるように、低ムーニーフラクションと中ムーニーフラクションをさらに含む多峰性分子量組成物の高ムーニーフラクションとして使用される。換言すれば、高ムーニーフルオロエラストマーは一般に、十分な加工性が確保されるように、より分子量の低い材料と混合してフルオロエラストマー組成物の配合に使用された。それにもかかわらず、これらの組成物は、100℃以上の温度では既にその機械的性能が失われるため、それらは石油およびガス使用要件に値することができない。
ここで、本出願人は、驚くべきことに、爆発的減圧を含む、石油およびガス産業に関する前述の全ての要件に適合し、標準的な装置で、適切な処理量で硬化部品が得られるように容易に加工できる特定の過酸化物硬化型フルオロエラストマーを見出した。
従って、本発明の対象は、
− フッ化ビニリデン(VDF)から誘導される繰り返し単位と、
− ヘキサフルオロプロピレン(HFP)から誘導される繰り返し単位と、
− 一般式:

(式中、R、R、R、R、RおよびRは互いに等しくまたは異なり、H、ハロゲン、または、場合により1つ以上の酸素基を含むC〜Cの任意選択によりハロゲン化された基であり、Zは、任意選択により酸素原子を含有する、直鎖もしくは分岐鎖のC〜C18の任意選択によりハロゲン化されたアルキレンもしくはシクロアルキレン基、または(パー)フルオロポリオキシアルキレン基である)
を有する少なくとも1種類のビスオレフィン[ビスオレフィン(OF)]から誘導される繰り返し単位と、
− ヨウ素または臭素硬化部位と
を含むフルオロエラストマー[フルオロエラストマー(A)]であり、
前記フルオロエラストマーは、ASTM D1646に準拠して測定した場合、低くとも85MU(1+10、121℃)のムーニー粘度(ML)を有する。
本出願人は、驚くべきことに、上記に詳述したフルオロエラストマーが、その高分子量、従ってそのムーニー粘度値にも関わらず、爆発的減圧条件で傑出した特性を発揮する(実質的に破壊が起こらない)ように、特に高温でもおよび/または劣悪な環境に(例えば、高温の薬品に)暴露された後でも、傑出したシール性および機械的特性を有する硬化部品が得られるように効果的に加工できることを見出した。
本発明の目的では、「フルオロエラストマー」[フルオロエラストマー(A)]という用語は、真のエラストマーを得るための主構成成分として使用されるフルオロポリマー樹脂を指すものとし、前記フルオロポリマー樹脂は、少なくとも1個のフッ素原子を含む少なくとも1種類のエチレン性不飽和モノマーから誘導される繰り返し単位(以下、(過)フッ素化モノマー)を10重量%超、好ましくは30重量%超、および任意選択により、フッ素原子を含有しない少なくとも1種類のエチレン性不飽和モノマーから誘導される繰り返し単位(以下、水素化モノマー)を含む。真のエラストマーは、ASTM、Special Technical Bulletin、第184規格により、室温でその固有長さの2倍に伸長でき、それらを5分間張力下に保持した後、解放すると、同時にその初期長さの10%以内に戻る材料として定義されている。
フルオロエラストマー(A)は、一般に、非晶質の生成物であるかまたは結晶化度が低く(結晶相が20体積%未満)、ガラス転移温度(T)が室温未満の生成物である。ほとんどの場合、フルオロエラストマー(A)のTは、有利には10℃未満、好ましくは5℃未満、より好ましくは0℃未満、さらにより好ましくは−5℃未満である。
フルオロエラストマー(A)は、通常、VDFから誘導される繰り返し単位をフルオロエラストマーの全繰り返し単位に対して少なくとも35モル%、好ましくは少なくとも40モル%、より好ましくは少なくとも45モル%含む。
フルオロエラストマー(A)は、通常、VDFから誘導される繰り返し単位をフルオロエラストマーの全繰り返し単位に対して、多くても85モル%、好ましくは多くても80モル%、より好ましくは多くても78モル%含む。
HFPに関して、フルオロエラストマー(A)は、通常、HFPから誘導される繰り返し単位をフルオロエラストマーの全繰り返し単位に対して、少なくとも10モル%、好ましくは少なくとも12モル%、より好ましくは少なくとも15モル%含む。
さらに、フルオロエラストマー(A)は、通常、HFPから誘導される繰り返し単位をフルオロエラストマーの全繰り返し単位に対して、多くても45モル%、好ましくは多くても40モル%、より好ましくは多くても35モル%含む。
前述のように、フルオロエラストマー(A)は、ASTM D1646に準拠して測定した場合、低くても85MU(1+10、121℃)のムーニー粘度(ML)を有することが必要であり、ASTM D1646に準拠して測定した場合、85MU(1+10、121℃)未満のムーニー粘度(ML)を有するフルオロエラストマーは、低温と高温の両方で機械的特性が劣るため、原油探鉱、採収、および輸送の環境などの、侵食性で(aggressive)非常に厳しい環境で使用するのに適さないことが分かった
ASTM D1646に準拠して測定した場合、好ましくは低くても86MU、好ましくは低くても87MU(1+10、121℃)のムーニー粘度(ML)を有するフルオロエラストマー(A)では、通常、良好な結果が得られた。
ムーニー粘度(ML)(1+10、121℃)の上限は特に制限されないが、高スループットの処理能力を維持するために、ASTM D1646に準拠して測定した場合、高くても130MU、好ましくは高くても125、より好ましくは高くても120(1+10、121℃)のムーニー粘度(ML)を有するフルオロエラストマー(A)が好ましいことが理解される。
特に優れた性能を発揮することが分かったフルオロエラストマーは、ビスオレフィン(OF)、VDFおよびHFPから誘導される繰り返し単位の他に、
− VDFおよびHFPとは異なる少なくとも1種類の(過)フッ素化モノマーから誘導される繰り返し単位と、
− 任意選択により、少なくとも1種類の水素化モノマーから誘導される繰り返し単位と
を含むものである。
好適な(過)フッ素化モノマーの非限定例としては、特に、
(a)テトラフルオロエチレン(TFE)、ヘキサフルオロイソブチレンなどのC〜Cパーフルオロオレフィン、
(b)フッ化ビニル(VF)、トリフルオロエチレン(TrFE)、式CH=CH−R(式中、RはC〜Cパーフルオロアルキル基である)のパーフルオロアルキルエチレンなどの水素含有C〜Cオレフィン、
(c)クロロトリフルオロエチレン(CTFE)などのC〜Cクロロおよび/またはブロモおよび/またはヨード−フルオロオレフィン、
(d)式CF=CFOR(式中、RはC〜C(パー)フルオロアルキル基、例えば、CF、C、Cである)の(パー)フルオロアルキルビニルエーテル(PAVE)、
(e)式CF=CFOX(式中、Xは、結合酸素原子を含むC〜C12((パー)フルオロ)−オキシアルキル、例えば、パーフルオロ−2−プロポキシプロピル基である)の(パー)フルオロオキシアルキルビニルエーテル、
(f)式:

(式中、Rf3、Rf4、Rf5、Rf6は、互いに等しいかまたは異なり、独立して、フッ素原子、および任意選択により1個または2個以上の酸素原子を含むC〜C(パー)フルオロアルキル基、特に−CF、−C、−C、−OCF、−OCFCFOCFなどから選択される)を有する(パー)フルオロジオキソール、好ましくは、パーフルオロジオキソール、
(g)式:
CFX=CXOCFOR’’
{式中、R’’は直鎖または分岐鎖のC〜C(パー)フルオロアルキル、C〜C環状(パー)フルオロアルキル、および1〜3個の結合酸素原子を含む直鎖または分岐鎖のC〜C(パー)フルオロオキシアルキルから選択され、X=F、Hであり、好ましくは、XはFであり、R’’は−CFCF(MOVE1)、−CFCFOCF(MOVE2)、または−CF(MOVE3)である}
を有する(パー)フルオロメトキシビニルエーテル(以下、MOVE)
がある。
水素化モノマーの例としては、特に、エチレン、プロピレン、1−ブテン、ジエンモノマー、スチレンモノマー、α−オレフィンを含む非フッ素化α−オレフィンがあり、通常αーオレフィンが使用される。高い耐塩基性を達成するためには、C〜C非フッ素化α−オレフィン(Ol)、特に、エチレンおよびプロピレンが選択される。
特に、傑出した性能を発揮することが分かったフルオロエラストマーは、ビスオレフィン(OF)、VDFおよびHFPから誘導される繰り返し単位の他に、
− テトラフルオロエチレン(TFE)から誘導される繰り返し単位と、
− 任意選択により、少なくとも1種類の水素化モノマーから誘導される繰り返し単位および/またはVDF、TFE、HFPとは異なる他の少なくとも1種類の(過)フッ素化モノマーから誘導される繰り返し単位と
を含むものがある。
この実施形態のフルオロエラストマー(A)は、通常、TFEから誘導される繰り返し単位を、フルオロエラストマーの全繰り返し単位に対して少なくとも0.5モル%、好ましくは少なくとも1モル%、より好ましくは少なくとも5モル%含む。
さらに、この実施形態のフルオロエラストマー(A)は、通常、TFEから誘導される繰り返し単位を、フルオロエラストマーの全繰り返し単位に対して多くても35モル%、好ましくは多くても30モル%、より好ましくは多くても28モル%含む。
ビスオレフィン(OF)は、好ましくは、式(OF−1)、(OF−2)および(OF−3)、すなわち、

(式中、jは2〜10、好ましくは4〜8の整数であり、R、R、R、Rは、互いに等しいかまたは異なり、H、FまたはC1〜5アルキル基もしくは(パー)フルオロアルキル基である)、

{式中、Aはそれぞれ、互いに且つ出現ごとに等しいかまたは異なり、独立してF、Cl、およびHから選択され、Bはそれぞれ、互いに且つ出現ごとに等しいかまたは異なり、独立してF、Cl、HおよびOR(式中、Rは、部分的に、実質的にまたは完全にフッ素化または塩素化されていてもよい分岐鎖または直鎖のアルキル基である)から選択され、Eは、エーテル結合が挿入されていてもよい、任意選択によりフッ素化されている炭素数2〜10の2価の基であり、好ましくは、Eは−(CF−基(mは3〜5の整数である)であり、好ましい(OF−2)型ビスオレフィンは、FC=F−O−(CF−O−CF=CFである。}

(式中、E、AおよびBは前述と同じ意味を有し、R5、R6、R7は、互いに等しいかまたは異なり、H、FまたはC1〜5アルキル基もしくは(パー)フルオロアルキル基である)
に適合するものからなる群から選択される。
ビスオレフィン(OL)から誘導される繰り返し単位の量は特に限定されないが、十分な加工性を確保するために、前記繰り返し単位の量は、フルオロエラストマーの他の全ての繰り返し単位に対して通常、少なくとも0.01モル%、好ましくは少なくとも0.03モル%、さらにより好ましくは少なくとも0.05モル%、最も好ましくは少なくとも0.1モル%であり、通常、多くても5.0モル%、好ましくは多くても0.5モル%、より好ましくは多くても0.2モル%である。
最も好ましいフルオロエラストマー(A)は、以下の組成(単位:mol%)、すなわち、
(i)フッ化ビニリデン(VDF)35〜85%、ヘキサフルオロプロペン(HFP)10〜45%、テトラフルオロエチレン(TFE)0〜30%、パーフルオロアルキルビニルエーテル(PAVE)0〜15%、ビスオレフィン(OF)0.01〜5.0%、
(ii)フッ化ビニリデン(VDF)35〜85%、C〜C非フッ素化オレフィン(Ol)10〜30%、ヘキサフルオロプロペン(HFP)18〜27%(場合によりHFPの代わりにパーフルオロアルキルビニルエーテル(PAVE)が0〜15%の範囲で部分的に使用される)、テトラフルオロエチレン(TFE)10〜30%、ビスオレフィン(OF)0.01〜5%、
(iii)フッ化ビニリデン(VDF)35〜85%、(パー)フルオロメトキシビニルエーテル(MOVE)5〜40%、パーフルオロアルキルビニルエーテル(PAVE)0〜30%、テトラフルオロエチレン(TFE)1〜35%、ヘキサフルオロプロペン(HFP)10〜30%、ビスオレフィン(OF)0.01〜5%
を有するものである。
前述のように、フルオロエラストマー(A)は、ヨウ素および/または臭素硬化部位を含む。ヨウ素硬化部位は硬化速度を最大にするために選択される部位である。
許容される反応性を確保するために、一般に、フルオロエラストマー(A)中のヨウ素および/または臭素の含有量は、フルオロエラストマー(A)の全重量に対して少なくとも0.05重量%、好ましくは少なくとも0.1重量%、より好ましくは少なくとも0.15重量%とすべきであることが理解される。
他方、副反応および/または熱安定性に対する有害作用を回避するために、フルオロエラストマー(A)の全重量に対して2重量%を超えない、より具体的には1重量%を超えない、またはさらには0.5重量%を超えないヨウ素および/または臭素量が一般に選択される。
これらの硬化部位は全て、フルオロエラストマーポリマー鎖の主鎖に結合したペンダント基として含まれてもよく、または前記ポリマー鎖の末端基として含まれてもよい。
第1の実施形態によれば、ヨウ素および/または臭素硬化部位は、フルオロエラストマーポリマー鎖の主鎖に結合したペンダント基として含まれ、この実施形態によるフルオロエラストマーは、通常、
− 例えば、米国特許第4035565号明細書(DU PONT)1977年7月12日に記載のブロモトリフルオロエチレンもしくはブロモテトラフルオロブテン、または米国特許第4694045号明細書(DU PONT)1987年9月15日に開示の他の化合物であるブロモおよび/またはヨードα−オレフィンなどの、炭素数2〜10のブロモおよび/またはヨードα−オレフィン、
− ヨードおよび/またはブロモフルオロアルキルビニルエーテル(特に、米国特許第4745165号明細書(AUSIMONT SPA)1988年5月17日、米国特許第4564662号明細書(MINNESOTA MINING & MFG[US])1986年1月14日、および欧州特許出願公開第199138A号明細書(ダイキン工業株式会社)1986年10月29日に記載のもの)
から選択される臭素化および/またはヨウ素化硬化部位コモノマーから誘導される繰り返し単位を含む。
有利には前述のヨウ素および/または臭素重量含有量を確保するように、この実施形態によるフルオロエラストマーは、一般に、臭素化および/またはヨウ素化硬化位モノマーから誘導される繰り返し単位を、フルオロエラストマーの他の全ての繰り返し単位100mol当たり0.05〜5molの量で含む。
第2の好ましい実施形態によれば、ヨウ素および/または臭素硬化部位はフルオロエラストマーポリマー鎖の末端基として含まれ、この実施形態によるフルオロエラストマーは一般に、
− ヨウ素化および/または臭素化連鎖移動剤。好適な連鎖移動剤は、通常、式R(I)(Br)(式中、Rは、炭素数1〜8の(パー)フルオロアルキルまたは(パー)フルオロクロロアルキルであり、xおよびyは0〜2の整数であり、1≦x+y≦2である)のものである(例えば、米国特許第4243770号明細書(ダイキン工業株式会社)1981年1月6日、および米国特許第4943622号明細書(日本メクトロン株式会社)1990年7月24日を参照されたい)、
− 特に米国特許第5173553号明細書(AUSIMONT SRL)1992年12月22日に記載のアルカリ金属またはアルカリ土類金属のヨウ化物および/または臭化物
のいずれかのフルオロエラストマーの製造中に、重合媒体に添加することにより得られる。
本発明はまた、成形物品を製造するための前述のフルオロエラストマー(A)の使用にも関する。
フルオロエラストマー(A)は、例えば、成形(射出成形、押出成形)、カレンダー加工、または押出しにより所望の成形物品に二次加工することができ、それは、有利にはその加工自体の間におよび/または後工程(後処理または後硬化)中に加硫(硬化)され、有利には比較的柔軟で脆弱なフルオロエラストマーが、非粘着性で、強度のある、不溶性で、耐薬品性と耐熱性のある硬化フルオロエラストマーから製造された最終物品に変化する。
本発明のフルオロエラストマーは、有利には、過酸化物硬化法により、または過酸化物/イオン混合法により硬化される。
過酸化物硬化は、通常、既知の方法に従い、熱分解によりラジカルを発生させることができる好適な過酸化物を添加することにより行われる。一般に有機過酸化物が使用される。
従って、さらに本発明の対象は、上記に詳述したフルオロエラストマー(A)および少なくとも1種類の過酸化物、通常、有機過酸化物を含む過酸化物硬化型組成物である。
最も一般的に使用される過酸化物の中で、ジアルキルパーオキサイド、例えば、ジ−tert−ブチルパーオキサイドおよび2,5−ジメチル−2,5−ビス(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサン、ジクミルパーオキサイド、ジベンゾイルパーオキサイド、ジ−tert−ブチルパーベンゾエート、ビス[1,3−ジメチル−3−(tert−ブチルパーオキシ)ブチル]カーボネートを挙げることができる。他の好適な過酸化物系には、特に欧州特許出願公開第136596A号明細書(MONTEDISON SPA)1985年4月10日、および欧州特許出願公開第410351A号明細書(AUSIMONT SRL)1991年1月30日に記載のものがあり、その内容は参照により本明細書に援用される。
上記に詳述した過酸化物硬化型組成物中に一般的に含まれる他の成分には、
(a)ポリマーに対して一般に0.5重量%〜10重量%、好ましくは1重量%〜7重量%の量の硬化助剤(curing coagents)、これらの硬化助剤の中で、以下のもの、すなわち、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)、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、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、上記に詳述したビスオレフィン(OF)、エチレン性不飽和基で置換されたトリアジン、特に、欧州特許出願公開第860436A号明細書(AUSIMONT SPA)1998年8月26日、および国際公開第97/05122号パンフレット(DU PONT[US])1997年2月13日に記載されているものなどが一般に使用され、前述の硬化助剤の中で、上記に詳述したTAICおよびビスオレフィン(OF)、より具体的には上記に詳述した式(OF−1)のものにより、特に良好な結果が得られることが分かった、
(b)任意選択により、ポリマーの重量に対して1重量%〜15重量%、好ましくは2重量%〜10重量%の量の金属化合物、例えば、Mg、Zn、CaまたはPbなどの2価の金属の酸化物または水酸化物から選択されるものを、任意選択により弱酸の塩、例えば、Ba、Na、K、Pb、Caのステアリン酸塩、安息香酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩または亜リン酸塩などと組み合わせたもの、
(c)任意選択により、特に欧州特許第708797A号明細書(DU PONT)1996年5月1日に記載の1,8−ビス(ジメチルアミノ)ナフタレン、オクタデシルアミンなどの金属非酸化物タイプの受酸剤、、
(d)任意選択により、充填剤、増粘剤、顔料、酸化防止剤、安定剤、および加工助剤等の他の従来の添加剤、
がある。
過酸化物/イオン混合硬化は、硬化性組成物中に、当該技術分野で公知の、イオン硬化に好適な1種類以上の硬化剤および1種類以上の促進剤をさらに導入することにより達成することができる。促進剤の量は、一般に、0.05〜5phr含まれ、硬化剤の量は、通常、0.5〜15phr、好ましくは1〜6phr含まれる。
芳香族または脂肪族ポリヒドロキシル化化合物またはその誘導体を硬化剤として使用してもよい。その例は、特に、欧州特許出願公開第335705A号明細書(MINNESOTA MINING & MFG[US]+)1989年10月4日、および米国特許第4233427号明細書(RHONE POULENC IND)1980年11月11日に記載されている。これらの中で、特に、ジヒドロキシ、トリヒドロキシおよびテトラヒドロキシベンゼン、ナフタレンまたはアントラセン、2つの芳香環が2価の脂肪族基、脂環式基もしくは芳香族基により、または代わりに酸素原子もしくはイオウ原子、または他にカルボニル基により一緒に結合されているビスフェノールが挙げられる。芳香環は1個以上の塩素原子、フッ素原子もしくは臭素原子で、またはカルボニル基、アルキル基もしくはアシル基で置換されていてもよい。ビスフェノールAFが特に好ましい。
使用できる促進剤の例としては、第四級アンモニウムまたはホスホニウム塩(例えば、欧州特許出願公開第335705A号明細書(MINNESOTA MINING & MFG[US]+)1989年10月4日、および米国特許第3876654号明細書(DU PONT)1975年4月8日を参照されたい)、アミノホスホニウム塩(例えば、米国特許第4259463号明細書(MONTEDISON SPA)1981年3月31日を参照されたい)、ホスホラン(例えば、米国特許第3752787号明細書(DU PONT)1973年8月14日を参照されたい)、欧州特許出願公開第0120462A号明細書(MONTEDISON SPA)1984年10月3日に記載の式[ArP−N=PAr+nn−(式中、Arはアリール基であり、n=1または2であり、Xはn価のアニオンである)の、または、例えば、欧州特許出願公開第0182299A号明細書(旭化成工業株式会社)1986年5月28日に記載の式[(RP)N](式中、Rはアリール基またはアルキル基であり、Xは1価のアニオンである)のイミン化合物が挙げられる。第四級ホスホニウム塩およびアミノホスホニウム塩が好ましい。
促進剤と硬化剤を別々に使用する代わりに、促進剤と硬化剤との1:2〜1:5、好ましくは1:3〜1:5のモル比の付加物を使用することも可能であり、促進剤は前述の正電荷を有する有機オニウム化合物の1つであり、硬化剤は前述の化合物、特に、ジヒドロキシもしくはポリヒドロキシ化合物またはジチオールもしくはポリチオール化合物から選択され、付加物は促進剤と硬化剤との前述のモル比での反応生成物を融解することにより、または、前述の量の硬化剤を補った1:1付加物の混合物を融解することにより得られる。任意選択により、この付加物に含有されるものと比較して過剰の促進剤が存在してもよい。
以下のものは、付加物を調製するためのカチオンとして特に好ましい、すなわち、1,1−ジフェニル−1−ベンジル−N−ジエチルホスホランアミンおよびテトラブチルホスホニウム、特に好ましいアニオンは、2つの芳香環が炭素数3〜7のパーフルオロアルキル基から選択される2価の基により結合されており、OH基がパラ位にあるビスフェノール化合物である。前述の付加物の調製に好適な方法は、欧州特許出願公開第0684277A号明細書(AUSIMONT SPA[IT])1995年11月29日に記載されており、この文献は参照によりその内容全体が本明細書に援用される。
イオン経路により硬化する場合、本発明の組成物を含む硬化性化合物に一般に添加される他の成分には、
i)通常、フルオロエラストマー(A)100部当たり1〜40部の量で含まれる、フッ化ビニリデン共重合体のイオン硬化で既知のものから選択される1種類以上の鉱酸受容剤、
ii)通常、フルオロエラストマー(A)100部当たり0.5〜10部の量で添加される、フッ化ビニリデン共重合体のイオン硬化で既知のものから選択される1種類以上の塩基性化合物、
がある。
細目ii)に記載の塩基性化合物は、一般に、Ca(OH)、Sr(OH)、Ba(OH)、弱酸の金属塩、例えば、Ca、Sr、Ba、NaおよびKの炭酸塩、安息香酸塩、シュウ酸塩および亜リン酸塩、ならびに前述の水酸化物と前述の金属塩との混合物によって構成される群から選択され、タイプi)の化合物の中ではMgOを挙げることができる。
混合物の前述の量は、フルオロエラストマー(A)100phrに対するものである。また、硬化性混合物に、充填剤、増粘剤、顔料、酸化防止剤および安定剤等の他の従来の添加剤を添加してもよい。
最後に、本発明は、フルオロエラストマー(A)から得られる硬化物品に関する。前記硬化物品は、一般に、上記に詳述した過酸化物硬化型組成物を成形および硬化することにより得られる。
硬化物品は、特に、パイプ、継手、Oリングであってもよく、フルオロエラストマー(A)から得られる硬化物品のエネルギー産業または石油およびガス産業における使用は、本発明の別の態様である。
特に、フルオロエラストマー(A)から得られる硬化物品を含む、特に、陸上の場所と沖合の場所の両方における原油の採収および輸送用の掘削およびライザー(raiser)装置は、本発明のさらに別の態様である。
参照により本明細書に援用される特許、特許出願、および刊行物のいずれかの開示が、用語を不明確にし得る程度まで本説明と矛盾する場合、本説明が優先されるものとする。
ここで、以下の実施例を参照して本発明をより詳細に説明するが、それらは本発明を説明することを目的とするに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
比較例1−HNBRゴム
ZeonからZEPTOL(登録商標)2000の商標名で市販されているHNBRゴムを比較の目的で使用したが、HNBRゴムは一般に、急速ガス減圧特性に関する最新技術の材料と見なされることが理解される。
実施例2−88MU(1+10、121℃)のムーニー粘度を有するVDF/TFE/HFP三元共重合体の製造
次の手順に従い実施例2のフルオロエラストマーを製造した、すなわち、
460rpmで作動する攪拌機を備えた22lのオートクレーブ内に、真空排気後、脱塩水13.0l、および、
式:
CFO(CF−CF(CF)O)(CFO)CFCOOH
(式中、n/m=10)の、平均分子量600の酸末端パーフルオロポリオキシアルキレン21.20ml、
30体積%のNHOH水溶液7.45ml、
脱塩水56.16ml、
式:
CFO(CF−CF(CF)O)(CFO)CF
(式中、n/m=20)の、平均分子量450のGALDEN(登録商標)D02 PFPE12.69ml、
を混合することにより予め得られたパーフルオロポリオキシアルキレンマイクロエマルション97.5mlを導入した。
次いで、オートクレーブを80℃に加熱し、全反応時間中、このような温度に維持した。次のモノマー、すなわち、フッ化ビニリデン(VDF)47.5モル%、ヘキサフルオロプロペン(HFP)45モル%、テトラフルオロエチレン(TFE)7.5モル%の気体混合物をオートクレーブに導入し、圧力を26バールにした。次いで、過硫酸アンモニウム(APS)1.04gを2段階添加で、即ち、0.71gを重合開始時に、0.33gをモノマー転化が20%増加した時に導入した。また、連鎖移動剤として、1,4−ジヨードパーフルオロブタン(C)38.57gを段階的に、即ち、第1部5.79gを重合開始時に、17.36gをモノマー転化が20%増加した時に、15.42gをモノマー転化が80%増加した時に導入した。さらに、式CH=CH−(CF−CH=CHを有するビスオレフィン27.08gを20等分して、各1.354gを重合開始から、モノマー転化が5%増加する毎に添加した。重合中、VDF70モル%、HFP19モル%、TFE11モル%からなる混合物を供給することにより、26バールの設定値圧力を一定に維持した。207分後、オートクレーブを冷却し、ラテックスを排出した。このようにして、121℃におけるムーニー粘度、ML(1+10)(ASTM D 1646)が88である三元共重合体のラテックス451.8g/lを得た。三元共重合体のヨウ素含有量およびモルモノマー組成は、それぞれ、0.24重量%およびVDF70.6モル%、HFP17.7モル%、TFE11.7モル%であることが分かり、NMR分析から、前述のビスオレフィンから誘導される繰り返し単位が前述の他の全ての繰り返し単位に対して約0.1モル%の量でフルオロエラストマー鎖に組み込まれていることが確認された。
実施例3−110MU(1+10、121℃)のムーニー粘度を有するVDF/TFE/HFP三元共重合体の製造
実施例2で従ったのと実質的に同じ手順を、545rpmで撹拌される内容積10リットルのオートクレーブ内で使用したが、但し、
− 最初に、オートクレーブに次のモノマー、すなわち、VDF:17モル%、HFP:70モル%、TFE:13モル%の気体混合物を、26バールの設定値圧力になるまで仕込み、
− APSを0.51g(開始時に0.35g、転化が20%増加した時に0.16g、Cを18.06g(開始時に2.71g、20%転化時に8.13gおよび20%転化時に7.22g)、ならびに同じビスオレフィンを12.13g(0.61gに20等分し、転化が5%増加する毎に)添加することにより反応を開始し、
− VDF48モル%、HFP27モル%、TFE25モル%からなる混合物を添加することにより、26バールの設定値圧力を維持した。
125分後、オートクレーブを冷却し、ラテックスを排出した。このようにして、121℃におけるムーニー粘度、ML(1+10)(ASTM D 1646)が110である三元共重合体のラテックス416.1g/lを得た。三元共重合体のヨウ素含有量およびモルモノマー組成は、それぞれ、0.23重量%およびVDF49.5モル%、HFP24.6モル%、TFE25.9モル%であることが分かり、NMR分析から、前述のビスオレフィンから誘導される繰り返し単位が、前述の他の全ての繰り返し単位に対して約0.1モル%の量でフルオロエラストマー鎖に組み込まれていることが確認された。
比較例4−欧州特許第0967248号明細書による76MU(1+10、121℃)のムーニー粘度を有するVDF/TFE/HFP三元共重合体の製造
比較の目的で、欧州特許出願公開第0967248A号明細書(AUSIMONT SPA)1998年6月23日の実施例3Bの教示に従って三元共重合体を製造した。
それに記載されている手順を使用し、反応の112分後に、121℃におけるムーニー粘度、ML(1+10)(ASTM D 1646)が76である三元共重合体421g/lを含むラテックスを得た。三元共重合体のヨウ素含有量とモルモノマー組成物は、それぞれ、0.20重量%およびVDF52.2モル%、HFP24.0モル%、TFE23.8モル%およびビスオレフィン(他の全ての繰り返し単位に対して約0.1モル%)であることが分かった。
硬化サンプルでの機械的特性および耐薬品性の測定
フルオロエラストマーを次の表に詳述した添加剤とBrabenderミキサー内で配合した。プレート(Plaques)およびOリング(サイズクラス=214)を加圧金型内で硬化させた後、空気循環炉内にて下記の条件(時間、温度)で後処理した。
DIN 53504 S2規格に準拠して、プレートから打ち抜いた試験片で引張特性を測定した。
M 50は、50%の伸びにおける引張強度(単位:MPa)であり、
M 100は、100%の伸びにおける引張強度(単位:MPa)であり、
T.S.は、引張強度(単位:MPa)であり、
E.B.は、破断強度(単位:%)である。
ショアA硬度(3’’)(HDS)は、ASTM D 2240法に準拠して、積み重ねられた3片のプレートで測定した。
圧縮永久歪(C−SET)は、ASTM D395 方法Bに準拠して、Oリング、航空宇宙規格(spaceman standard)AS568A(タイプ214)または6mmのボタン(タイプ2)で測定した。
ムーニー粘度(ML)(1+10、121℃)は、ASTM D1646に準拠して測定した。
ASTM D471規格、より正確には、125℃および150℃で70時間のIRM903試験、および100℃で168時間のジエタノールアミン(1%水溶液)試験により耐薬品性を評価した。結果を下記の表2〜4に要約する。
耐薬品性評価
125℃、70時間の試験IRM903−試験される試験片の機械的特性、硬度、重量および体積に見られる差(単位:%、およびHDSの単位:ポイント)。
150℃、70時間の試験IRM903−試験される試験片の機械的特性、硬度、重量および体積に見られる差
100℃のジエタノールアミン(1%水)中、168時間の試験−試験される試験片の機械的特性、硬度、重量および体積に見られる差
表1に詳述した配合物は、充填剤の量を適切に調整することにより、類似の硬度約90ShAが得られるように設計した。
表1のデータから、本発明のフルオロエラストマー(実施例2および3)は室温および高温で、HNBR(比較例1)と同等に優れており、従来技術のフルオロエラストマー(比較例4)よりずっと優れた機械的特性を発現することが明らかである。確かに、同じ初期硬度では、本発明のフルオロエラストマーは150℃でも約10MPaの引張強度を維持すると共に、100%に近い破断伸びを保つ。これは、高温で引張破断強度および破断伸びが消失する比較例4には当てはまらない。さらに、表1の圧縮永久歪データから、フルオロエラストマーのシール性能はHNBRをベースにする化合物のものよりずっと優れていることが分かる。また、本発明の化合物の引裂強度抵抗も、従来技術のフルオロエラストマーのものより優れている。
表2、3および4のデータから、本発明のフルオロエラストマーの耐薬品性はHNBRをベースにする化合物よりずっと優れていることが分かる。これは、表2および3のもののような侵食性の高い環境で特に当てはまる。
従って、本発明のフルオロエラストマーは、高温での優れた機械的特性と侵食性の高い環境における優れた耐薬品性を同時に有する唯一のポリマーであることが明らかである。この特性の組み合わせは、掘削泥水との接触時に、シール要素が高温の侵食性流体に曝される石油分野の産業で特に重要である。
高温での非常に優れた耐薬品性と非常に優れた機械的特性のこの特有の組み合わせは、本発明のフルオロエラストマーが急速ガス分解条件で起こるような非常に苛酷な条件に耐え得ることを示す。

Claims (15)

  1. − フッ化ビニリデン(VDF)から誘導される繰り返し単位と、
    − ヘキサフルオロプロピレン(HFP)から誘導される繰り返し単位と、
    − 一般式:

    (式中、R、R、R、R、RおよびRは、互いに等しいかまたは異なり、H、ハロゲン、または、場合によっては1個以上の酸素基を含むC〜Cの任意選択によりハロゲン化された基であり、Zは、任意選択により酸素原子を含有する、直鎖もしくは分岐鎖のC〜C18の任意選択によりハロゲン化されたアルキレン基もしくはシクロアルキレン基、または(パー)フルオロポリオキシアルキレン基である)
    を有する少なくとも1種類のビスオレフィン[ビスオレフィン(OF)]から誘導される繰り返し単位と、
    − ヨウ素または臭素硬化部位と
    を含むフルオロエラストマー[フルオロエラストマー(A)]であって、
    ASTM D1646に準拠して測定した場合、少なくとも85MU(1+10、121℃)のムーニー粘度(ML)を有するフルオロエラストマー[フルオロエラストマー(A)]。
  2. 前記フルオロエラストマー(A)が、VDFから誘導される繰り返し単位を、前記フルオロエラストマーの全繰り返し単位に対して少なくとも35モル%、好ましくは少なくとも40モル%、より好ましくは少なくとも45モル%、且つ多くても85モル%、好ましくは多くても80モル%、より好ましくは多くても78モル%含む、請求項1に記載のフルオロエラストマー(A)。
  3. 前記フルオロエラストマー(A)が、HFPから誘導される繰り返し単位を、前記フルオロエラストマーの全繰り返し単位に対して少なくとも10モル%、好ましくは少なくとも12モル%、より好ましくは少なくとも15モル%、且つ多くても45モル%、好ましくは多くても40モル%、より好ましくは多くても35モル%含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のフルオロエラストマー(A)。
  4. ビスオレフィン(OF)、VDFおよびHFPから誘導される繰り返し単位の他に、
    − VDFおよびHFPとは異なる少なくとも1種類の(過)フッ素化モノマーから誘導される繰り返し単位と、
    − 任意選択により、少なくとも1種類の水素化モノマーから誘導される繰り返し単位と
    を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のフルオロエラストマー(A)。
  5. 前記(過)フッ素化モノマーが、
    (a)テトラフルオロエチレン(TFE)、ヘキサフルオロイソブチレンなどのC〜Cパーフルオロオレフィンと、
    (b)フッ化ビニル(VF)、トリフルオロエチレン(TrFE)、式CH=CH−R(式中、RはC〜Cパーフルオロアルキル基である)のパーフルオロアルキルエチレンなどの水素含有C〜Cオレフィンと、
    (c)クロロトリフルオロエチレン(CTFE)などのC〜Cクロロおよび/またはブロモおよび/またはヨード−フルオロオレフィンと、
    (d)式CF=CFOR(式中、RはC〜C(パー)フルオロアルキル基、例えば、CF、C、Cである)の(パー)フルオロアルキルビニルエーテル(PAVE)と、
    (e)式CF=CFOX(式中、Xは、結合酸素原子を含むC〜C12(パー)フルオロ)オキシアルキル、例えば、パーフルオロ−2−プロポキシプロピル基である)の(パー)フルオロオキシアルキルビニルエーテルと、
    (f)式:

    (式中、Rf3、Rf4、Rf5、Rf6は、互いに等しいかまたは異なり、独立して、フッ素原子、および任意選択により1個または2個以上の酸素原子を含むC〜C(パー)フルオロアルキル基、特に−CF、−C、−C、−OCF、−OCFCFOCFなどから選択される)を有する(パー)フルオロジオキソール、好ましくは、パーフルオロジオキソールと、
    (g)式:
    CFX=CXOCFOR’’
    {式中、R’’は直鎖または分岐鎖のC〜C(パー)フルオロアルキル、C〜C環状(パー)フルオロアルキル、および1〜3個の結合酸素原子を含む直鎖または分岐鎖のC〜C(パー)フルオロオキシアルキルから選択され、X=F、Hであり、好ましくは、XはFであり、R’’は−CFCF(MOVE1)、−CFCFOCF(MOVE2)、または−CF(MOVE3)である}
    を有する(パー)フルオロメトキシビニルエーテル(以下、MOVE)と
    からなる群から選択される、請求項4に記載のフルオロエラストマー。
  6. − テトラフルオロエチレン(TFE)から誘導される繰り返し単位と、
    − 任意選択により、少なくとも1種類の水素化モノマーから誘導される繰り返し単位および/またはVDF、HFPおよびTFEとは異なる他の少なくとも1種類の(過)フッ素化モノマーから誘導される繰り返し単位と
    をさらに含む、請求項5に記載のフルオロエラストマー(A)。
  7. 前記フルオロエラストマー(A)が、TFEから誘導される繰り返し単位を、前記フルオロエラストマーの全繰り返し単位に対して少なくとも0.5モル%、好ましくは少なくとも1モル%、より好ましくは少なくとも5モル%、且つ多くても35モル%、好ましくは多くても30モル%、より好ましくは多くても28モル%含む、請求項6に記載のフルオロエラストマー(A)。
  8. 前記ビスオレフィン(OF)が、式(OF−1)、(OF−2)および(OF−3)、すなわち、
    (式中、jは2〜10、好ましくは4〜8の整数であり、R1、R2、R3、R4は、互いに等しいかまたは異なり、H、FまたはC1〜5アルキル基もしくは(パー)フルオロアルキル基である)、

    {式中、Aはそれぞれ、互いに且つ出現ごとに等しいかまたは異なり、独立してF、Cl、およびHから選択され、Bはそれぞれ、互いに且つ出現ごとに等しいかまたは異なり、独立してF、Cl、HおよびOR(式中、Rは、部分的に、実質的にまたは完全にフッ素化または塩素化され得る分岐鎖または直鎖のアルキル基である)から選択され、Eは、エーテル結合が挿入されていてもよい、任意選択によりフッ素化されている炭素数2〜10の2価の基であり、好ましくは、Eは−(CF−基(mは3〜5の整数である)であり、好ましい(OF−2)型ビスオレフィンは、FC=CF−O−(CF−O−CF=CFである。}、

    (式中、E、AおよびBは、前述と同じ意味を有し、R5、R6、R7は、互いに等しいかまたは異なり、H、FまたはC1〜5アルキル基もしくは(パー)フルオロアルキル基である)
    に適合するものからなる群から選択される、請求項1〜7のいずれか一項に記載のフルオロエラストマー(A)。
  9. 前記ビスオレフィン(OL)から誘導される繰り返し単位の量が、前記フルオロエラストマーの他の全ての繰り返し単位に対して少なくとも0.01モル%、好ましくは少なくとも0.03モル%、より好ましくは少なくとも0.05モル%、且つ多くても5.0モル%、好ましくは多くても0.5モル%、より好ましくは多くても0.2モル%である、請求項1〜8のいずれか一項に記載のフルオロエラストマー(A)。
  10. ASTM D1646に準拠して測定した場合、前記フルオロエラストマー(A)が好ましくは低くても86MU、好ましくは低くても87MU、且つ高くても130MU、好ましくは高くても125MU、より好ましくは高くても120MU(1+10、121℃)のムーニー粘度(ML)を有する、請求項1〜9のいずれか一項に記載のフルオロエラストマー(A)。
  11. 請求項1〜10のいずれか一項に記載のフルオロエラストマー(A)および少なくとも1種類の過酸化物、好ましくは有機過酸化物を含む過酸化物硬化型組成物。
  12. (a)前記ポリマーに対して一般に0.5重量%〜10重量%、好ましくは1重量%〜7重量%の量の硬化助剤、これらの硬化助剤の中で、以下のもの、すなわち、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)、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、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、上記に詳述したビスオレフィン(OF)、エチレン性不飽和基で置換されたトリアジンが一般に使用される、と、
    (b)任意選択により、前記ポリマーの重量に対して1重量%〜15重量%、好ましくは2重量%〜10重量%の量の金属化合物、例えば、Mg、Zn、CaまたはPbなどの2価の金属の酸化物または水酸化物から選択されるものを、任意選択により弱酸の塩、例えば、Ba、Na、K、Pb、Caのステアリン酸塩、安息香酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩または亜リン酸塩などと組み合わせたものと、
    (c)任意選択により、1,8−ビス(ジメチルアミノ)ナフタレン、オクタデシルアミンなどの金属非酸化物タイプの受酸剤と
    (d)任意選択により、充填剤、増粘剤、顔料、酸化防止剤、安定剤、加工助剤などの他の従来の添加剤と
    をさらに含む、請求項11に記載の過酸化物硬化型組成物。
  13. 請求項1〜10のいずれか一項に記載のフルオロエラストマー(A)から得られる硬化物品。
  14. フルオロエラストマー(A)から得られる硬化物品のエネルギー産業または石油およびガス産業における使用。
  15. 請求項13に記載の少なくとも1種類の硬化物品を含む、原油の採収および輸送用の掘削およびライザー装置。
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