JP2018528105A - 1種以上のフルオロポリマーを含有する耐熱性の改善された多層物品 - Google Patents
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Abstract
Description
(a)硬化性フルオロポリマー、フルオロポリマーを硬化するための硬化剤、及び無機化炭素の炭素粒子を含む第1の層を用意すること、
(b)シリコーン樹脂を含有する第2の層を用意すること、
(c)これらの層を接触させて、これらの層を結合する、層の間の共通の境界面を形成すること、
(d)少なくとも第1の層を硬化に供することを含む、方法が提供される。
多層物品の第1の層は、少なくとも1種の硬化性である又は硬化されているフルオロポリマーを含む。典型的には、フルオロポリマーの量は、層の総重量に基づいて、50重量%超、又は更に75重量%超であってもよい。一実施形態では、第1の層は、組成物の総重量に基づいて、少なくとも80重量%のフルオロポリマーを含む。一実施形態では、第1の層は、1種以上のフルオロポリマーからなり、これは、この層が、他のポリマーを一切含有しないが非ポリマー添加剤は含有し得ることを意味する。フルオロポリマーは、部分的に又は完全にフッ素化された主鎖を有してもよく、すなわち、それは、部分的にフッ素化されたポリマーであってもよく、又はペルフッ素化されたポリマーであってもよい。好ましくは、フルオロポリマーは、部分的にフッ素化されている。好適なフルオロポリマーには、フッ素の含有量が、少なくとも50重量%、好ましくは少なくとも66重量%であるものが挙げられる。特定の実施形態では、フルオロポリマーは、フッ素の含有量が、62〜72重量%であり、フッ素の含有量が66重量%、69重量%又は71重量%であるフルオロポリマーを含む。
(a)以下の一般式を有するブロモ−又はヨード−(ペル)フルオロアルキル−(ペル)フルオロビニルエーテル:
ZRf−O−CX=CX2
(式中、各Xは、同一であっても異なっていてもよく、H又はFを表し、Zは、Br又はI、好ましくはIであり、Rfは、任意に塩素原子及び/又はエーテル酸素原子を含有する、1〜12個の炭素原子を含有する(ペル)フルオロアルキレンである)。好ましい例には、BrCF2−O−CF=CF2、BrCF2CF2−O−CF=CF2、BrCF2CF2CF2−O−CF=CF2、CF3CFBrCF2−O−CF=CF2;ICF2−O−CF=CF2、ICF2CF2−O−CF=CF2、ICF2CF2CF2−O−CF=CF2、CF3CFICF2−O−CF=CF2)が挙げられる;
(b)以下の式を有するものなどの、ブロモ−又はヨードペルフルオロオレフィン:
Z’−(Rf)r−CX=CX2
(式中、各Xは、独立してH又はFを表し、Z’は、Br又はI、好ましくはIであり、Rfは、任意に塩素原子を含有する、1〜12個の炭素原子を含有するペルフルオロアルキレンであり、rは、0又は1である);及び
(c)非フッ素化臭素及びヨウ素−オレフィン、例えば臭化ビニル、4−ブロモ−1−ブテン及び4−ヨード−1−ブテン、並びにヨウ化ビニルである。特定の例には、以下がある:ブロモトリフルオロエチレン、4−ブロモ−ペルフルオロブテン−1、又はブロモフルオロオレフィン、例えば1−ブロモ−2,2−ジフルオロエチレン及び4−ブロモ−3,3,4,4−テトラフルオロブテン−1、ヨードトリフルオロエチレン、4−ヨード−ペルフルオロブテン−1、又は1−ヨード−2,2−ジフルオロエチレン及び4−ヨード−3,3,4,4−テトラフルオロブテン−1などであるがこれらに限定されないのはヨード−オレフィン。
CF2=CF−CF2−O−Rf−CN;
CF2=CFO(CF2)rCN;CF2=CFO[CF2CF(CF3)O]p(CF2)vOCF(CF3)CN;
CF2=CF[OCF2CF(CF3)]kO(CF2)uCN
(式中、rは、2〜12の整数を表し、pは、0〜4の整数を表し、kは、1又は2を表し、vは、0〜6の整数を表し、uは、1〜6の整数を表し、Rfは、ペルフルオロアルキレン又は二価ペルフルオロエーテル基である)。ニトリル含有フッ素化モノマーの特定の例には、ペルフルオロ(8−シアノ−5−メチル−3,6−ジオキサ−1−オクテン)、CF2=CFO(CF2)5CN、及びCF2=CFO(CF2)3OCF(CF3)CNが挙げられる。
第1の層及び/又は第2の層は、フルオロポリマー層の、シリコーンポリマー層への十分な結合を付与するための、脱フッ化水素剤の存在を必要としないことがある。したがって、第1の層、又は第2の層、又は両方の層は、脱フッ化水素剤を含まない又は脱フッ化水素剤を本質的に含まなくてもよい。「脱フッ化水素剤を本質的に含まない」は、第1の組成物及び第2の組成物中の、又は第1の組成物と第2の組成物とを含有する組成物中の、脱フッ化水素剤の量が、フルオロポリマー100部当たり0部を超えるが0.01部未満であってもよいことを意味する。脱フッ化水素剤は、好ましくは硬化条件、例えばフルオロポリマー組成物を温度120℃〜200℃に1〜120分間供することにおいて、フルオロポリマーと反応して、フルオロポリマー主鎖中に二重結合を発生させることができる作用剤である。脱フッ化水素剤の例には、有機オニウム、例えばトリフェニルベンジルホスホニウムクロリド、トリブチルアリルホスホニウムクロリド、トリブチルベンジルアンモニウムクロリド、テトラベンジルアンモニウムブロミド、トリアリールスルホニウムクロリド、8−ベンジル−1,8−ジアザビシクロ「5,4,0]−7−ウンデセニウムクロリド、ベンジルトリス(ジメチルアミノ)ホスホニウムクロリド、ベンジル(ジエチルアミノ)ジフェニルホスホニウムクロリド、及び1,8ジアザ[5,4,0]ビシクルウンデカ−7−エン(DBU)及び1,5−ジアザビシクロ[4,3,0]−5−ノネン(DBN)などの塩基が挙げられる。
過酸化物硬化剤は、典型的には、有機過酸化物を含む。好適な有機過酸化物は、硬化反応において使用される温度(典型的には約120℃〜約200℃、又は約140℃〜約180℃)においてフリーラジカルを発生するものである。50℃を上回る温度において分解するジアルキル過酸化物又はビス(ジアルキル過酸化物)が特に好ましい。多くの事例では、ペルオキシ酸素に結合している第三級炭素原子を有するジ−第三級ブチル過酸化物を使用することが好ましい。このタイプの最も有用な過酸化物の中では、2,5−ジメチル−2,5−ジ(第三級ブチルペルオキシ)ヘキシン−3及び2,5−ジメチル−2,5−ジ(第三級ブチルペルオキシ)ヘキサンがある。他の過酸化物には、例えば、過酸化ジクミル、過酸化ジベンゾイル、過安息香酸第三級ブチル、α,α’−ビス(t−ブチルペルオキシ−ジイソプロピルベンゼン)、及びジ[1,3−ジメチル−3−(t−ブチルペルオキシ)−ブチル]カーボネートが挙げられる。一般に、フルオロポリマー100部当たり約1〜5部の過酸化物硬化剤が使用される。過酸化物硬化剤は、例えば、商品名Perkadox、Luperco及びTrigonoxで市販されている。
典型的には、第2の層中に含有されている1種以上のシリコーン樹脂は、ポリシロキサンである。ポリシロキサンは、−Si−O−Si−繰り返し単位を含む。典型的には、ポリシロキサンは、ポリジメチルシロキサンを含む。シリコーン樹脂は、好ましくは、硬化性である又は硬化されている。シリコーン含有ポリマーは、硬化の際に弾性になることができ、又はそれらの弾性特性が、硬化の際に向上することができる。好ましくは、硬化性である又は硬化されているシリコーン含有ポリマー(「シリコーン樹脂」又は「シリコーンゴム」とも称される)は、弾性である。シリコーン含有ポリマーは、過酸化物硬化反応によって硬化性であり得る。このような過酸化物硬化性シリコーン含有ポリマーは、典型的に、メチル基及び/又はビニル基を含む。過酸化物硬化性フルオロポリマーに関する上記と同一の過酸化物硬化剤、又は過酸化物硬化剤と共架橋剤との組合せが、使用され得る。硬化されているシリコーンポリマーの架橋密度は、シリコーンポリマーのビニル又はメチルの濃度と、硬化剤の量との両方に依存し得る。過酸化物硬化剤は、典型的に、硬化性シリコーンポリマー100部当たり0.1〜10部の量で使用される。とりわけ好適なのは、シリコーンポリマー100部当たり0.5〜3部の間のレベルである。多層物品の第2の層中で使用され得る過酸化物硬化剤は、第1の層中で使用されるものに適応し得る。同一の又は異なる作用剤が使用され得る。例えば、異なる温度において活性化される異なる作用剤を、第1の層中のフルオロポリマーが第2の層中のシリコーンポリマーの前に又は後に硬化し得るように、使用することができる。過酸化物硬化性シリコーンポリマーは、例えば、Wacker Chemie AGから商品名Elastosil R 401/60及びElastosil R 760/70で市販されている。
本明細書で提供されている物品は、少なくとも第1の層若しくは第2の層中に、又は両方の層中に、無機化炭素の炭素粒子を含有する。このような粒子は、無機化炭素源、例えば石炭から、採鉱及び粉砕を介して得ることができる。無機化炭素の炭素粒子には、石炭、黒鉛、コークス及び木炭が挙げられ、好ましくは石炭である。石炭には、亜炭、亜瀝青石炭、瀝青石炭、及び無煙炭が挙げられる。木炭及びコークスは、石炭を、酸素の不在下で加熱することによって得られる。黒鉛は、炭素の結晶形態として知られ、これもまた採鉱から入手可能である。例えば、異なるタイプの鉱床で生じる3種の天然黒鉛が知られており、すなわち結晶フレーク黒鉛、非晶質黒鉛、及び高配向性熱分解黒鉛である。本明細書で言及した無機化炭素からの炭素粒子は、炭素源、例えばタール、エチレンクラッキングタール、天然ガスを含む炭化水素、及び植物性油を燃焼させて得た炭素粒子とは区別されるべきである。したがって、無機化炭素の炭素粒子は、カーボンブラック、アセチレンブラック及びケチェンブラックを含む又はカーボンブラックは含まない。
第1の層若しくは第2の層、又は両方の層は、上記の成分に加えて、添加剤を含有してもよい。このような添加剤には、酸捕捉剤、充填剤、加工助剤、着色剤、接着促進剤、抗酸化剤、並びにフルオロポリマー及びシリコーン樹脂のゴム配合及び処理において典型的に使用される他のものが挙げられる。
これらの層を調製するために、所望の成分を含有する層を製造するための組成物が調製される。本明細書で提供される層を製造するための組成物は、1種以上のポリマーを、追加の成分と、従来のゴム加工装置中で混合することによって調製され得る。このような設備には、ゴム用ロール機、バンバリーミキサなどの密閉式ミキサ、及び混合押出成形機が挙げられる。次いで、得られた組成物は、シート、層又は積層物へ形成されてもよく、又はそうでなければフルオロポリマー化合物及びシリコーン樹脂の加工における、当技術分野で既知の手段によって加工されてもよい。
(a)本明細書に記載の第1の層を用意すること
(b)本明細書に記載の第2の層を用意すること
(c)これらの層の間に共通の境界面を形成すること
(d)少なくとも第1の層を硬化に供することを含む、方法によって製造することができる。
カーボンブラック1:Evonikから入手可能なMT N−990
カーボンブラック2:Evonikから入手可能なSRF N−774
石炭粒子:Coal Fillers Incorporated,USAから入手可能なAUSTIN BLACK 325、瀝青石炭粉末
充填剤:Evonikから入手可能なAEROSIL 200V Aerosil 200V、フュームドシリカ
ZnO:Lanxessから入手可能な酸化亜鉛
MgO:Lanxessから入手可能な酸化マグネシウム
Ca(OH)2:Lanxessから入手可能な水酸化カルシウム
La2O3:Lanxessから入手可能な酸化ランタン
ハイドロタルサイト:Kisuma Chemicalsから入手可能なハイドロタルサイトDHT−4V
TAIC(70%):Lehmann&Vossから入手可能なトリアリル−イソシアヌレート、シリカ担体上70%
硬化剤:Akzo Nobelから入手可能なTRIGONOX 101−50D:有機過酸化物、シリカ担体上50%活性
加工添加剤:Schill+Seilacherから入手可能なSTRUKTOL HT290(脂肪酸誘導体とワックスとのブレンド)
n.d.=決定しなかった
2層の間の接着性を、「T−剥離試験」として一般に知られる、ASTM D−1876により、Instron(登録商標)機械的試験機を用いて、そこでFKM外領域を引張試験機中に置いて、評価した。クロスヘッド速度を、50mm/分とした。報告する結果は、少なくとも3つの供試体の平均値である。ポスト硬化は、これらの積層物へ適用しなかった。試験結果は、N/mm2単位の分離力として評価している。
フルオロエラストマーシートは、組成物を、表1に示す成分と2ロールミル上でミリングして厚さ約3mmのシートを調製することによって、調製した。シリコーン樹脂シートは、シリコーン樹脂を、2ロールミル上で厚さ3mmのシートへとミリングすることによって、調製した。シリコーンシートを2枚のフルオロポリマーシートの間に置いてその物品をホットプレス(Agila 96/90)中、温度177℃に30分間供することによって、3層物品を形成した。得られた積層物は、厚さが約5mmであり、室温において4時間冷却し、次いで長さ8cmの条片へ切断した。この積層物を、循環空気オーブン中、220℃において、表2に示す時間にわたり、ポスト硬化した。ポスト硬化したシートの、層の接着強度を決定した。結果を表2に示す。
フルオロポリマー組成物が、表3に示す成分を含有していた以外は、先の実施例を繰り返した。接着強度を、上記のように決定した。結果を表4に示す。
実施例2は、比較例3よりも良好な性能を示した。瀝青石炭粉末とカーボンブラックとの両方を含有する比較例4は、FKM層及びVMQ層の初期接着が、実施例2と同様であることを示したが、長期にわたる熱への曝露の際に、接着強度が大きく低下した。
5層の物品を、実施例1について説明したように、各フルオロエラストマーシートを2枚のシリコーンシートの間に挟んで調製した。これらのシートを調製するのに使用した組成物を表7に示す。これらの試料をポスト硬化し、上記のように試験したが、加熱処理は異なるものとした。N/mm2単位の分離力の、試験条件及び結果を、表8〜10に示す。
1mmのFKMを5mmのVMQ層へ積層させた層からなる、厚さ6mm、長さ70mm、幅25mmの試験片を作製した。VMQ層は、実施例1で使用したのと同じVMQからなる。FKMを、表11に示す組成物から製造した。試験片を、温度が220℃〜250℃まで10℃ずつ増加する空気循環オーブン中へ入れ、それらのFKM層が金属プレート上に下向きに面するようにした。表12に示す時間の後、試料をオーブンから取り出して、室温において4時間冷却させた。可撓性を試験するために、試料を、前後に180°長手方向の曲げに供し、それによって積層物の端部のみが一緒に強く押された。次いで、試料を、欠陥について目視検査した。結果を表12にまとめ、表中、「可撓である」は、物品が完全な可撓性を呈することを示し、「クラック」は、裸眼で目視可能な物品のVMQ層のクラックを示す。いくつかの実験では、他の欠陥が認められ、これは、層の間の気体の発生に起因すると見られる。
2層のホース
実施例11では、3mmのVMQ層を、1mmのFKM内層上に押出成形することによって、2層のホースを製造した。FKM層を、実施例10の組成物から調製した。比較例7aでは、比較例6の組成物を使用する同じ方法で、層のホースを調製した。シリコーン樹脂は、実施例1のものを使用した。これらのホースを177℃において20分間オートクレーブ硬化し、次いで長さ22cmの切片へカットし、220℃又は250℃のいずれかにおいて試料をポスト硬化する前に、端部を切り落とした。1週間及び2週間のインターバルの後、これらの試料を室温において4時間冷却させ、次いで180°曲げた。220℃における1週間及び2週間後、両方の試料(実施例10及び比較例7)は、目視可能な欠陥を示すことなく、可撓なままであった。しかしながら、250℃における1週間後、VMQ外層は、曲げた際にクラックを呈した。対照的に、実施例10の試料は、可撓なままであり、曲げた際にクラックを呈さなかった。実施例10のホースは、250℃へ9日間曝露した後でさえ、クラックなしで可撓なままであった。
実施形態1 フルオロポリマーを含有する少なくとも1つの第1の層と、シリコーン樹脂を含有する少なくとも1つの第2の層とを含む多層物品であって、これらの層が、少なくとも部分的に互いに接触して、これらの層を一緒に結合している共通の境界面を形成しており、少なくとも1つの第1の層が、無機化炭素の炭素粒子を更に含み、フルオロポリマーが、硬化されている、多層物品。
(a)硬化性フルオロポリマー、フルオロポリマーを硬化するための硬化剤、及び無機化炭素の炭素粒子を含む第1の層を用意すること、
(b)シリコーン樹脂を含有する第2の層を用意すること、
(c)これらの層を接触させて、これらの層を結合する、これらの層の間の共通の境界面を形成すること、
(d)少なくとも第1の層を硬化に供することを含む、方法。
Claims (14)
- フルオロポリマーを含有する少なくとも1つの第1の層と、シリコーン樹脂を含有する少なくとも1つの第2の層とを含む多層物品であって、前記層が、少なくとも部分的に互いに接触して、前記層を一緒に結合している共通の境界面を形成しており、前記少なくとも1つの第1の層が、無機化炭素の炭素粒子を更に含み、前記フルオロポリマーが、硬化されている、多層物品。
- 前記フルオロポリマーが、過酸化物硬化剤の使用を含む硬化反応によって硬化されている、請求項1に記載の多層物品。
- 前記少なくとも1つの第2の層も、無機化炭素の炭素粒子を含む、請求項1又は2に記載の多層物品。
- 前記少なくとも1つの第1の層が、アルカリ金属酸化物、希土類酸化物、アルカリ金属水酸化物、希土類水酸化物から選択され、好ましくはCa(OH)2、Mg(OH)2、La(OH)3、CaO、MgO、La2O3、ハイドロタルサイト、及びこれらの組合せから選択される、少なくとも1種の酸化物又は水酸化物を更に含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の多層物品。
- 前記無機化炭素の炭素粒子が、石炭、コークス及び木炭から選択される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の多層物品。
- 前記炭素粒子は、密度が1.0〜1.5g/cm3の範囲内である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の多層物品。
- 前記炭素粒子は、粒径が3〜8マイクロメートルである、請求項1〜6のいずれか一項に記載の多層物品。
- 前記第1の層と前記第2の層との間の前記結合は、ASTM D−1876による剥離強度が、温度200〜240℃の範囲内において21日後に少なくとも0.5N/mm2である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の多層物品。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の多層物品を備える、多層ホース。
- 前記第1の層と前記第2の層との間の前記境界面は、ASTM D−1876による剥離強度が、温度200〜240℃の範囲内において21日後に少なくとも0.5N/mm2である、請求項9に記載の多層ホース。
- ターボチャージャホースである、請求項9又は10に記載の多層ホース。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の多層物品を製造する方法であって、
(e)硬化性フルオロポリマー、前記フルオロポリマーを硬化するための硬化剤、及び無機化炭素の炭素粒子を含む第1の層を用意すること、
(f)シリコーン樹脂を含有する第2の層を用意すること、
(g)前記層を接触させて、前記層を結合する、前記層の間の共通の境界面を形成すること、
(h)少なくとも前記第1の層を硬化に供することを含む、方法。 - 前記フルオロポリマーが、過酸化物硬化性であり、前記硬化剤が、過酸化物硬化剤を含む、請求項12に記載の方法。
- 前記多層物品がホースである、請求項12又は13のいずれかに記載の方法。
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