JP2020203444A - ゴム物品及びその製造方法、ならびにゴム製品 - Google Patents

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Abstract

【課題】架橋性含フッ素ゴム組成物の硬化物とシリコーンゴム成形品とを、安定な界面で一体成形することができ、両方のゴムの特性を有するゴム物品、及び簡単で安価なその製造方法を提供する。【解決手段】架橋性含フッ素ゴム組成物(a)をシリコーンゴム成形品(b)に積層し、上記(a)を硬化して上記(b)と接着させ一体化してなるゴム物品であって、上記架橋性含フッ素ゴム組成物(a)中のパーオキサイド架橋剤が、架橋性含フッ素ゴム組成物の硬化開始と同時、又は硬化開始よりも遅れて分解するパーオキサイド架橋剤であるゴム物品。【選択図】図1

Description

本発明は耐溶剤性、耐薬品性、耐熱性、低温特性が良好なパーオキサイド架橋タイプパーフルオロポリエーテル系含フッ素ゴム組成物と、圧縮永久歪、加工性が良好なシリコーンゴム成形品とを一体化したゴム物品及びその製造方法、ならびにこのゴム物品を有するゴム製品に関する。
従来のフッ化ビニリデン系フッ素ゴムは、耐熱性、耐薬品性、機械的強度等に優れたエラストマーなので、自動車及び機械産業を中心に広い分野で工業的に使用されている。
しかしながら、その耐薬品性は不十分であり、ケトン系、低級アルコール系、カルボニル系、有機酸系等の極性溶剤には容易に膨潤してしまい、アミンを含む薬品には劣化してゴム強度や伸びが極端に低下してしまうという欠点を有している。また、低温特性においても、−20℃以下ではゴム弾性を失ってしまい、シール材として使用できなくなってしまうため、寒冷地での使用には限界があるのが一般的である。
そこで、それらの欠点を改善するために、パーフルオロ化合物と含フッ素オルガノ水素ポリシロキサンとを主成分とする液状もしくはミラブルタイプの含フッ素硬化性組成物が提案されている(特許文献1〜4:特許第2990646号(特開平8−199070号)公報、特開2000−007835号公報、特開2001−106893号公報、特開2003−201401号公報参照)。
しかしながら、これらの含フッ素硬化性組成物は、異種の安価なゴムとのブレンドも困難であるためにその成型品は一般的に高価であり、使用用途は限定されてしまう。
このような背景よりミラブルタイプに限定したパーフルオロポリエーテル系含フッ素ゴム組成物と硬化シリコーンゴムの一体成型に関する技術(特許第4296424号公報)も提案されている。しかしながら、この方法だと本来は液状であるパーフルオロポリエーテル系含フッ素ゴムを一部架橋させてから配合を行いミラブルタイプとする必要があり、手間がかかり、必然的に高価なものになってしまう。
特許第2990646号公報 特開2000−007835号公報 特開2001−106893号公報 特開2003−201401号公報 特許第4296424号公報
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、架橋性含フッ素ゴム組成物の硬化物とシリコーンゴム成形品とを、安定な界面で一体成形することができ、両方のゴムの特性を有するゴム物品、及び簡単で安価なその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、架橋性含フッ素ゴム組成物に、分子中にヒドロシリル基を有する付加反応可能な架橋剤と、架橋性含フッ素ゴム組成物の硬化開始と同時、又は硬化開始よりも、遅れて分解するパーオキサイド架橋剤とを選定して配合することにより、上記課題を解決できることを知見し、本発明をなすに至ったものである。
従って、本発明は下記ゴム物品及びその製造方法、ならびにゴム製品を提供する。
1.架橋性含フッ素ゴム組成物(a)をシリコーンゴム成形品(b)に積層し、上記(a)を硬化して上記(b)と接着させ一体化してなるゴム物品であって、
上記架橋性含フッ素ゴム組成物(a)が、
(A)分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有し、かつ主鎖中に二価のパーフルオロアルキレン構造又は二価のパーフルオロポリエーテル構造を有するパーフルオロ化合物、
(B)補強性フィラー、
(C)分子中にヒドロシリル基を有する付加反応可能な架橋剤:(A)成分を硬化させるのに十分な量、及び
(D)架橋性含フッ素ゴム組成物の硬化開始と同時、又は硬化開始よりも遅れて分解するパーオキサイド架橋剤を含有し、
架橋サイトがSi−CH=CH2であるパーオキサイド架橋タイプパーフルオロポリエーテル系含フッ素ゴム組成物であり、
上記シリコーンゴム成形品(b)が、
(E)平均組成式
(R11ISiO(4-I)/2
(式中、R11は非置換又は置換の一価炭化水素基であり、Iは1.95<I<2.05を満たす数である。)
で表されるジオルガノポリシロキサンであって、該ジオルガノポリシロキサンのケイ素原子に結合する全R11中、0.01〜15モル%が一価の脂肪族不飽和炭化水素基であるジオルガノポリシロキサン、
(F)補強性充填剤、及び
(G)架橋剤
を含有するシリコーンゴム組成物を成形後硬化してなるシリコーンゴム成形品であるゴム物品。
2.上記シリコーンゴム成形品(b)が、パーオキサイド架橋タイプのシリコーンゴム組成物の成形品である1記載のゴム物品。
3.上記シリコーンゴム成形品(b)が、付加架橋タイプのシリコーンゴム組成物の成形品である1記載のゴム物品。
4.架橋性含フッ素ゴム組成物(a)をシリコーンゴム成形品(b)に積層した後、上記(a)を硬化して上記(b)と接着させる工程を含み、上記(a)の硬化物とシリコーンゴム成形品(b)とが一体化してなるゴム物品の製造方法であって、
上記組成物(a)が、
(A)分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有し、かつ主鎖中に二価のパーフルオロアルキレン構造又は二価のパーフルオロポリエーテル構造を有するパーフルオロ化合物、
(B)補強性フィラー、
(C)分子中にヒドロシリル基を有する付加反応可能な架橋剤:(A)成分を硬化させるのに十分な量、及び
(D)パーオキサイド架橋剤
を含有し、架橋サイトがSi−CH=CH2であるパーオキサイド架橋タイプパーフルオロポリエーテル系含フッ素ゴム組成物であり、
上記シリコーンゴム成形品(b)が、
(E)平均組成式
(R11ISiO(4-I)/2
(式中、R11は非置換又は置換の一価炭化水素基であり、Iは1.95<I<2.05を満たす数である。)
で表されるジオルガノポリシロキサンであって、該ジオルガノポリシロキサンのケイ素原子に結合する全R11中、0.01〜15モル%が一価の脂肪族不飽和炭化水素基であるジオルガノポリシロキサン、
(F)補強性充填剤、及び
(G)架橋剤
を含有するシリコーンゴム組成物を成形後硬化してなるシリコーンゴム成形品であり、上記(a)を硬化して上記(b)と接着させる工程において、架橋性含フッ素ゴム組成物の硬化開始と同時、又は硬化開始よりもパーオキサイド架橋剤が遅れて分解することを特徴とするゴム物品の製造方法。
5.上記シリコーンゴム成形品(b)が、パーオキサイド架橋タイプのシリコーンゴム組成物の成形品であることを特徴とする4記載のゴム物品の製造方法。
6.上記シリコーンゴム成形品(b)が、付加架橋タイプのシリコーンゴム組成物の成形品であることを特徴とする4記載のゴム物品の製造方法。
7.1〜3のいずれかに記載のゴム物品を部分構造又は全体構造として有するゴム製品。
8.シール材、O−リング、ダイヤフラム、ホース、キャップ又はバルブ材である7記載のゴム製品。
本発明によれば、架橋性含フッ素ゴム組成物とシリコーンゴム成形品とを、安定な界面で一体成形することができ、得られたゴム物品は、パーフルオロポリエーテル系含フッ素ゴムの優れた耐薬品性等とシリコーンゴムの優れた圧縮成型ひずみ等の特性を持ったゴムの特性を有し、その工業的な利用価値は大きい。
本発明のゴム物品の一例を示す断面図である。 本発明のゴム物品の他の例を示す断面図である。
以下、本発明について詳細に説明する。
(a)架橋性含フッ素ゴム組成物(架橋サイトがSi−CH=CH2であるパーオキサイド架橋タイプパーフルオロポリエーテル系含フッ素ゴム組成物)
本発明に使用される(a)架橋サイトがSi−CH=CH2であるパーオキサイド架橋タイプパーフルオロポリエーテル系含フッ素ゴム組成物としては、前記した特許第2990646号(特開平8−199070号)公報、特開2000−007835号公報、特開2001−106893号公報、特開2003−201401号公報等に記載されているものが使用でき、商品名SIFELシリーズ(信越化学工業(株)製)として一般的に入手可能なものである。
即ち、特開平8−199070号公報(特許文献1)では、
(A')下記一般式(1)で示される含フッ素アミド化合物、
Figure 2020203444
[式中、R1は非置換又は置換の一価炭化水素基、R2は水素原子又は非置換又は置換の一価炭化水素基、Qは下記一般式(2)又は下記一般式(3)で示される基
Figure 2020203444
(式中、R3は結合途中に酸素原子、窒素原子及びケイ素原子の1種又は2種以上を介在させてもよい非置換又は置換の二価炭化水素基を示す。)
Figure 2020203444
(式中、R4及びR5はそれぞれ非置換又は置換の二価炭化水素基を示す。)、Rfは二価のパーフルオロアルキレン基又は二価のパーフルオロポリエーテル基であり、aは0以上の整数である。]
(B')一分子中に1個以上の一価のパーフルオロオキシアルキル基、一価のパーフルオロアルキル基、二価のパーフルオロオキシアルキレン基又は二価のパーフルオロアルキレン基を有し、かつ2個以上のヒドロシリル基を有する含フッ素オルガノ水素シロキサン、
(C')触媒量の白金族化合物
を含有する組成物であって、上記(B')成分の量は該組成物中の脂肪族不飽和基1モルに対し、ヒドロシリル基(Si−H基)が0.5〜5モルとなる量であることを特徴とする硬化性組成物が開示されている。
また、特開2000−007835号公報(特許文献2)において、(A)分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有し、かつ主鎖中に二価のパーフルオロアルキレン構造又は二価のパーフルオロポリエーテル構造を有するパーフルオロ化合物の前記アルケニル基の一部に、分子中に少なくとも2個のヒドロシリル基を有するアルケニル基と付加反応可能な化合物が付加してなるポリマー、(B)補強性フィラー、(C)分子中にヒドロシリル基を有する付加反応可能な架橋剤を前記(A)成分を硬化させるのに十分な量を含有してなることを特徴とする架橋性フッ素ゴム組成物が開示されている。
特開2001−106893号公報(特許文献3)においては、前記した特許文献2と同じ(A)成分、(B)成分、(C)成分に、(D')成分として分子中に少なくとも1個のフルオロアルキル基又はフルオロポリアルキルエーテル基及び分子中に1個のシラノール基を有する表面処理剤を含有してなることを特徴とする架橋性フッ素ゴム組成物が開示されている。
さらに、特開2003−201401号公報(特許文献4)では、(A”)25℃における粘度が1,000Pa・s以上である下記一般式(4)で表される高分子化合物
Figure 2020203444
(但し、nは1以上の整数、Rfは二価のパーフルオロアルキレン基又はパーフルオロオキシアルキレン基、Q1は二価の有機基、Zは一価の有機基を示す。)、
(B”)補強性フィラー、(C”)パーオキサイド架橋剤を含有してなることを特徴とする架橋性フッ素ゴム組成物が開示されている。
ここで、上記式(4)において、Rfの二価のパーフルオロアルキレン基、二価のパーフルオロオキシアルキレン基(二価のパーフルオロポリエーテル基)としては、−Cm2m−(m=2〜15)で示される二価のパーフルオロアルキレン基又は下記式(5),(6),(7)で示される基から選ばれる二価のパーフルオロオキシアルキレン基であることが好ましい。
Figure 2020203444
(Xはそれぞれ独立にF又はCF3基、rは2〜6の整数、t、uはそれぞれ1又は2、p、qはそれぞれ0〜200の整数、sは0〜6の整数であるが、p、q、sが同時に0とはならない。)
Figure 2020203444
(Xは前記と同じ、v、wはそれぞれ1〜50の整数である。)
Figure 2020203444
(yは1〜100の整数である。)
また、上記式(4)において、Q1は、下記式(8)で表される基である。
Figure 2020203444
(但し、R6は炭素数1〜10のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基及びこれらの基の水素原子の一部又は全部をハロゲン原子で置換した基から選ばれる一価炭化水素基、R7は水素原子又はR6と同様の一価炭化水素基、R8は酸素原子又は炭素数1〜8のアルキレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基、これらの基の水素原子の一部をハロゲン原子で置換した基、及び上記アルキレン基とアリーレン基とを組み合わせた基から選ばれる二価炭化水素基、R9はR6と同様の一価炭化水素基、R10はR6と同様の一価炭化水素基、又は炭素数2〜20の脂肪族不飽和結合を含有する一価炭化水素基、及びこれらの基の水素原子の一部又は全部をハロゲン原子で置換した基から選ばれる一価炭化水素基を示す。)
さらに、上記式(4)において、Zは酸素、窒素、硫黄及びケイ素から選ばれる原子を結合途中に有していてもよい炭素数1〜30の一価の有機基である。
この組成物について、さらに詳述すると、本発明の架橋性フッ素ゴム組成物の(A)成分は、分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有し、かつ主鎖中に二価パーフルオロアルキレン又は二価パーフルオロポリエーテル構造を有するパーフルオロ化合物である。
ここで、パーフルオロ化合物は、樹脂又はゴムのような高分子量重合体に合成することが技術的に困難である化合物で、分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有し、かつ主鎖中に二価パーフルオロアルキレン又は二価パーフルオロポリエーテル構造を有し、好ましくは25℃における粘度が25〜1,000,000mm2/sである直鎖状パーフルオロ化合物であり、このパーフルオロ化合物としては、例えば下記一般式(i)で示されるものが挙げられる。
Figure 2020203444
[式中、Dは独立に−CH2−,−CH2O−,−CH2OCH2−,−Y−NR15SO2−又は−Y−NR15−CO−(但し、Yは−CH2−又は
Figure 2020203444
であり、R15は水素原子又は非置換又は置換の一価炭化水素基)を示し、Rfは二価パーフルオロアルキレン基又は二価パーフルオロポリエーテル基を示し、zは独立に0又は1である。Q'は下記一般式(ii),(iii)又は(iv)
Figure 2020203444
〔式中、D,z,R15は上記と同様の意味を示し、R16は非置換又は置換の二価炭化水素基であり、R17は結合途中に酸素原子、窒素原子、ケイ素原子及び硫黄原子の1種又は2種以上を介在させてもよい非置換又は置換の二価炭化水素基あるいは下記一般式(v)又は(vi)
Figure 2020203444
(R18は非置換又は置換の一価炭化水素基、R19は炭素原子、酸素原子、窒素原子、ケイ素原子及び硫黄原子の1種又は2種以上を主鎖構造中に含む基)
で示される基である。〕
で示される基を意味し、aは0以上の整数である。]
ここで、Rfは、二価パーフルオロアルキレン基又は二価パーフルオロポリエーテル基であり、特に二価パーフルオロアルキレン基としては
−Cm'2m'
(但し、m'=1〜10、好ましくは2〜6である。)
で示されるものが好ましく、二価パーフルオロポリエーテル基としては下記式で示されるものが好ましい。
Figure 2020203444
(XはF又はCF3基、p',q',r'はそれぞれp'≧1、q'≧1、2≦p'+q'≦200、特に2≦p'+q'≦110、0≦r'≦6の整数)
Figure 2020203444
(r',s',t'はそれぞれ0≦r'≦6、s'≧0、t'≧0、0≦s'+t'≦200、特に2≦s'+t'≦110の整数)
Figure 2020203444
(XはF又はCF3基、u',v'はそれぞれ1≦u'≦100、1≦v'≦50の整数)
Figure 2020203444
(w'は1≦w'≦100の整数)
(A)成分の配合量は、架橋性含フッ素ゴム組成物(a)中50〜99質量%が好ましく、60〜90質量%がより好ましい。
[(B)補強性フィラー]
補強性フィラーとしては、カーボンブラック、ヒュームドシリカ等が挙げられ、1種単独で又は2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。中でも、接着性の点から、シリカ(粉末)が好ましい。
シリカとしては、架橋性含フッ素ゴム組成物において、機械的強度、熱安定性、耐候性、耐薬品性あるいは難燃性を向上させたり、硬化時における熱収縮の減少、硬化して得られる弾性体の熱膨張率を低下させたりする目的で、ヒュームドシリカ、湿式シリカ、粉砕シリカ等を挙げることができ、また、これらを各種表面処理剤で処理したものであってもよい。この中で、機械的強度の向上、各組成の分散安定性向上の点から、ヒュームドシリカが好ましく、分散性の向上の点から、ヒュームドシリカをシラン等のケイ素化合物系表面処理剤で処理したものがより好ましい。
表面処理剤(疎水化処理剤)としては、加水分解性基を有するケイ素化合物であるジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン等のオルガノクロロシラン、ヘキサメチルジシラザン等のシラザン化合物及びヘキサメチルシクロトリシラザン等の環状シラザン等が好ましい。
シリカのBET法による比表面積は、機械的特性を向上させるため50m2/g以上とすることが好ましく、組成物へのシリカ配合時の増粘が大きくなり、配合が困難となるため、300m2/g以下とすることが好ましい。
表面処理剤を使用してシリカ表面を処理したシリカ微粉末は、予め粉体の状態で直接処理されたものがよく、通常処理方法としては、一般周知の技術を採用することができ、例えば、常圧で密閉された機械混練り装置に、又は流動層に上記未処理のシリカ微粉末と処理剤を入れ、必要に応じて不活性ガス存在下において室温又は熱処理にて混合処理され、場合により触媒及び加水分解を促進するための水を使用してもよく、混練り後乾燥することにより調製することができる。処理剤の配合量は、その処理剤の被覆面積から計算される量以上であればよい。
シリカの嵩密度は30〜80g/Lであることが好ましい。シリカの嵩密度が30g/Lより小さいと、組成物の粘度が増大するために配合が困難となるおそれがあり、80g/Lを超えると、十分な補強効果が付与されないおそれがある。
(B)成分の配合量は、架橋性含フッ素ゴム組成物(a)中1〜50質量%が好ましく、5〜30質量%がより好ましい。1質量%未満では接着に悪影響を与えるおそれがあり、また、ゴム物性が劣ったものになってしまうおそれがある。一方、50質量%を超えると、ゴム材料としての伸びや強度が不足するおそれがある。
[(C)分子中にヒドロシリル基を有する付加反応可能な架橋剤]
(C)成分の架橋剤としては、分子中にヒドロシリル基を少なくとも2個、好ましくは3個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンを挙げることができる。このオルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、付加反応硬化型シリコーンゴム組成物に通常用いられるオルガノハイドロジェンポリシロキサンを使用することができる。
(C)成分としては、分散性や耐熱性を考慮すると、以下に示す式(vii)又は式(viii)の化合物が好ましい。
Figure 2020203444
〔式中、D,z,Rfは上記と同様の意味を示す。Wは下記一般式(ix)
Figure 2020203444
(但し、R18は非置換又は置換の一価炭化水素基、bは式(vii)の化合物の場合は1,2又は3、式(viii)の化合物の場合は2又は3である。)
で示される基を示す。〕
ここで、Dは独立に−CH2−,−CH2O−,−CH2OCH2−,−Y−NR15SO2−又は−Y−NR15−CO−(但し、Yは−CH2−又は
Figure 2020203444
であり、R15は水素原子又は非置換又は置換の一価炭化水素基)を示し、Rfは二価パーフルオロアルキレン基又は二価パーフルオロポリエーテル基を示し、zは独立に0又は1である。
(C)成分の配合量は、上記(A)成分中の残存アルケニル基と反応し、(A)成分を硬化するに十分な量である。この場合、この架橋剤は、保存安定性の点からゴム成形直前に添加することが好ましく、その添加量は、モル比で((C)成分のヒドロシリル基)/((A)成分中のアルケニル基)が0.5〜5となる量が好ましく、0.8〜2となる量がより好ましい。
(C)成分には、必要に応じ、白金族金属化合物等の付加反応触媒を配合することができる。白金族金属化合物は一般に貴金属の化合物であり、高価格であることから、比較的入手し易い白金化合物がよく用いられる。
これらの触媒の使用量は、特に制限されるものではなく、触媒量で所望とする硬化速度を得ることができるが、経済的見地又は良好な硬化物を得るためには、(A)及び(C)成分の合計量に対して0.1〜1,000ppm(白金族金属換算)、より好ましくは0.1〜500ppm(同上)程度の範囲とするのがよい。
[(D)パーオキサイド架橋剤]
(D)成分のパーオキサイド架橋剤としては、例えば、ジベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシアセテート、t−ブチルパーオキシベンゾエート、2,5−ジメチル−2,5−ジ−t−ブチルパーオキシヘキサン等が挙げられるが、保存安定性やスコーチ防止の点から、2,5−ジメチル−2,5−ジ−t−ブチルパーオキシヘキサンが好ましい。
本発明においては、架橋性含フッ素ゴム組成物の硬化開始と同時、又は硬化開始よりも遅れて分解するパーオキサイド架橋剤を選定する必要がある。そうでないと、無効分解又は架橋や接着に関与することのないラジカル反応が発生してしまう。具体的には、架橋性含フッ素ゴム組成物のキュラストメーターによる硬化開始時間(架橋反応開始時間)と、パーオキサイドの1分半減期温度を参考にして決定する。また、架橋性含フッ素ゴム組成物の硬化(架橋)温度に対する、パーオキサイド架橋剤の分解温度も重要である。架橋性含フッ素ゴム組成物の硬化開始時間(架橋反応開始時間)は、触媒量で調整することができ、パーオキサイド架橋剤の分解温度に合わせて、架橋性含フッ素ゴム組成物の触媒量を調整してもよい。キュラストメーターによる硬化開始時間(架橋反応開始時間)は、曲線の最低値となる時間であり、硬化終了時間(架橋反応終了時間)はトルク上昇がなくなった時間をいう。
(D)成分の配合量は、(A)成分とシリコーンゴムを架橋接着させるに十分な量であればよいが、(A)成分100質量部に対して0.1〜3質量部が好ましく、0.5〜2質量部がより好ましい。0.1質量部未満だと、接着が不十分になったり架橋が遅くなるおそれがあり、一方、3質量部を超えると、粘度が上昇したりゴム物性に悪影響を与えるおそれがある。(D)成分は接着直前に配合することが好ましい。
架橋性含フッ素ゴム組成物(a)は、液状ゴム組成物であり、シリコーンゴムの耐薬品性を向上させるための表面の薄膜形成等には好適である。
(b)シリコーンゴム成形品
シリコーンゴム成形品は、
(E)平均組成式
(R11ISiO(4-I)/2
(式中、R11は非置換又は置換の一価炭化水素基であり、Iは1.95<I<2.05を満たす数である。)
で表されるジオルガノポリシロキサンであって、該ジオルガノポリシロキサンのケイ素原子に結合する全R11中、0.01〜15モル%が一価の脂肪族不飽和炭化水素基であるジオルガノポリシロキサン、
(F)補強性充填剤、及び
(G)架橋剤
を含有するシリコーンゴム組成物を成形後硬化してなるシリコーンゴム成形品である。成形加工は特に限定されず、プレスやHAVにより成形加工された硬化物であればよく、架橋系や加工方法は任意に選択できる。シリコーンゴム組成物は特に制約はなく、液状ゴムやミラブルタイプであっても特に問題なく接着が可能である。さらに、架橋反応は特に限定されないが、架橋サイトがSi−CH=CH2を含むシリコーンゴム組成物としては、有機過酸化物を用いて硬化させるパーオキサイド架橋と、Si−H基含有化合物及び白金族金属系触媒を用いて硬化させる付加架橋が一般的である。
[(E)ジオルガノポリシロキサン]
(E)成分のジオルガノポリシロキサンは、下記平均組成式(I)
(R11xSiO(4-x)/2 (I)
(式中、R11は非置換又は置換の一価炭化水素基であり、xは1.95<x<2.05を満たす数である。)
で表され、該ジオルガノポリシロキサンのケイ素原子に結合する全R11中、0.01〜15モル%が一価の脂肪族不飽和炭化水素基である。脂肪族不飽和炭化水素基の含有割合が0.01モル%未満の場合、十分な引裂強さを有する硬化物が得られないおそれがあり、また、15モル%を超えると、得られる硬化物が脆くなり、十分な引裂強さが得られない等の不都合があるおそれがある。
一価の脂肪族不飽和炭化水素基としては、例えば、ビニル基、アリル基等の炭素数2〜8のアルケニル基が挙げられ、その中でも好ましいものは、ビニル基である。また、上記脂肪族不飽和炭化水素基以外のR11としては、好ましくは炭素数1〜10、さらに好ましくは炭素数1〜8の一価炭化水素基が挙げられ、具体的には、例えば、メチル基、エチル基等のアルキル基;フェニル基等のアリール基;ベンジル基等のアラルキル基;これらの基の水素原子の一部又は全部をハロゲン原子等で置換した、トリフルオロプロピル基等の基等が例示され、これらの中で好ましいものは、メチル基である。また、(E)成分のジオルガノポリシロキサンは、ケイ素原子に結合する水酸基を有していてもよい。
上記平均組成式(I)において、xは1.95<x<2.05を満たす数である。xが1.95未満の場合、安定な直鎖状ポリマーが得られず、ゲル化し易く、またxが2.05を超えると、高分子量のポリマーになり難いおそれがある。
また、(E)成分のジオルガノポリシロキサンの重合度は、得られる硬化物の機械的強度を十分なものとするために、1,000以上であることが好ましく、2,000以上であることがより好ましく、3,000〜10,000であることがさらに好ましい。重合度は、テトラヒドロフラン(THF)等を展開溶媒としたゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)分析におけるポリスチレン換算値として求めた数平均重合度である(以下、同じ)。
(E)成分のジオルガノポリシロキサンとしては、具体的には、下記一般式(II)
Figure 2020203444
(式中、cは1以上の整数、dは1以上の整数であり、c+dは、好ましくは1,000以上の整数であり、さらに好ましくは2,000以上の整数であり、特に好ましくは3,000〜10,000の整数である。但し、c及びdは、ケイ素原子に結合する全有機基中の−CH=CH2基の割合が0.01〜15モル%となるような数値である。複数のR12は同一でも異なってもよく、メチル基、ビニル基又は水酸基である。)
で表される化合物;
下記一般式(III)
Figure 2020203444
(式中、eは1以上の整数、fは1以上の整数、gは1以上の整数であり、e+f+gは、好ましくは1,000以上の整数であり、さらに好ましくは2,000以上の整数であり、特に好ましくは3,000〜10,000の整数である。但し、e、f及びgは、ケイ素原子に結合する全有機基中の−CH=CH2基の割合が0.01〜15モル%となるような数値である。複数のR13は同一でも異なってもよく、メチル基、ビニル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基又は水酸基である。)
で表される化合物;
下記一般式(IV)
Figure 2020203444
(式中、eは1以上の整数、fは1以上の整数であり、gは1以上の整数であり、e+f+gは、好ましくは1,000以上の整数であり、さらに好ましくは2,000以上の整数であり、特に好ましくは3,000〜10,000の整数である。但し、e、f及びgは、ケイ素原子に結合する全有機基中の−CH=CH2基の割合が0.01〜15モル%となるような数値である。複数のR14は同一でも異なってもよく、メチル基、ビニル基、フェニル基又は水酸基である。)
で表される化合物等が例示される。
それらの中でも上記一般式(II)で表される化合物が好ましい。
(E)成分のジオルガノポリシロキサンは、公知の方法により製造することができ、例えば、オルガノハロシランの1種又は2種以上を(共)加水分解することにより得られた環状ポリシロキサン(シロキサンの3量体又は4量体)を塩基性触媒又は酸性触媒存在下で開環重合することにより製造される。
[(F)補強性充填剤]
(F)成分の補強性充填剤は、得られる硬化物に機械的強を付与するのみならず、電気伝導性、熱伝導性等をも付与するものである。(F)成分としては、例えば、ヒュームドシリカ、沈降シリカ、溶融シリカ、石英粉末、けいそう土、ケイ酸アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、アルミナ、炭酸カルシウム、炭酸亜鉛、カーボンブラック等が挙げられる。中でも、補強性を十分なものとするためにシリカが好ましい。また、BET法による比表面積10m2/g以上のものが好ましく、100m2/g以上のものがより好ましく、比表面積100〜400m2/gのヒュームドシリカ及び沈降シリカがさらに好ましい。
(F)成分の補強性充填剤は、例えば、(CH33SiCl、(CH32SiCl2、(CH3)SiCl3等のクロロシラン;CH2=CHSi(OCH33、(CH32Si(OCH32、CH3Si(OCH33等のアルコキシシラン;(CH33SiNHSi(CH33等のオルガノシラザン;下記一般式
Figure 2020203444
(式中、h及びjは、h>0、j>1、1<h+j<100を満たす数である。)
で表されるシリコーンオイル等の表面処理剤で表面処理したものも使用可能である。また、表面処理剤の加水分解性を調整、促進するために少量の水を添加してもよい。
(F)成分の配合量は、(E)成分100質量部に対して、5〜200質量部が好ましく、10〜100質量部がより好ましい。(F)成分の配合量が少なすぎると、加工性が不十分で、十分な補強効果が得られず、多すぎると作業性、加工時の型流れ性等が低下したり、シリコーンゴムの機械的強度が却って低下するおそれがある。
[(G)架橋剤]
(G)成分の架橋剤は、本発明のシリコーンゴム組成物を硬化させ得るものであればよい。(G)成分としては、パーオキサイド架橋の場合は有機過酸化物であり、付加架橋の場合は、Si−H基含有化合物及び白金族金属系触媒である。有機過酸化物と、Si−H基含有化合物及び白金族金属系触媒とを併用することもできる。
有機過酸化物としては、通常、有機過酸化物硬化型シリコーンゴムを硬化させるために使用されているものを特に制約なく使用することができ、具体的には、例えば、ジベンゾイルパーオキサイド等のベンゾイルパーオキサイド、ビス(2,4−ジクロロベンゾイル)パーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、2,5−ジメチル−ジ−t−ブチルパーオキシヘキサン、t−ブチルパーベンゾエート、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、ジクミルパーオキサイド等が挙げられる。これらは1種単独でも2種以上を組み合わせて使用してもよい。
(G)成分として有機過酸化物を使用する場合、その配合量は、(E)成分のジオルガノポリシロキサン100質量部当たり、0.01〜3質量部が好ましく、0.05〜1質量部がより好ましい。
(G)成分として有機過酸化物を用いて、シリコーンゴム組成物を硬化する場合、通常、100〜400℃の温度で、1分〜5時間程度加熱すればよい。
(G)成分として、Si−H基含有化合物及び白金族金属系触媒との組み合わせを用いる場合、Si−H基含有化合物としては、1分子中に少なくとも2個のSi−H基を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンが挙げられる。オルガノハイドロジェンポリシロキサンの構造は、直鎖状、環状又は分岐状のいずれの構造であってもよい。また、Si−H基は、分子鎖の末端でも分子鎖の途中にあってもよい。オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、通常、重合度300以下のものを使用するのが好ましい。
オルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、具体的には、ジメチルハイドロジェンシリル基で末端が停止されたジオルガノポリシロキサン;ジメチルシロキシ単位、メチルハイドロジェンシロキシ単位及び末端トリメチルシロキシ単位からなる共重合体;ジメチルハイドロジェンシロキシ単位と、SiO2単位とからなる低粘度流体;1,3,5,7−テトラハイドロジェン−1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン;1−プロピル−3,5,7−トリハイドロジェン−1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン;1,5−ジハイドロジェン−3,7−ジヘキシル−1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン等が例示される。
(G)成分として、Si−H基含有化合物及び白金族金属系触媒を用いる場合、Si−H基含有化合物は、それに含まれるSi−H基が(E)成分のジオルガノポリシロキサンの脂肪族不飽和炭化水素基1モル当たり、0.5〜3.0モルとなる量が好ましく、1.0〜2.0モルとなる量がより好ましい。
白金族金属系触媒は、(E)成分のジオルガノポリシロキサンの脂肪族不飽和炭化水素基とオルガノハイドロジェンポリシロキサン中のSi−H基とのヒドロシリル化反応の触媒として使用するものである。白金族金属系触媒としては、例えば、米国特許第2,970,150号明細書に記載されている微粉末金属白金触媒、米国特許第2,823,218号明細書に記載されている塩化白金酸触媒、米国特許第3,159,601号明細書及び米国特許第3,159,662号明細書に記載されている白金−炭化水素錯化合物、米国特許第3,516,946号明細書に記載されている塩化白金酸−オレフィン錯化合物、米国特許第3,775,452号明細書、米国特許第3,814,780号明細書に記載されている白金−ビニルシロキサン錯体等の白金系触媒等を使用することができる。
(G)成分として、Si−H基含有化合物及び白金族金属系触媒を用いる場合、白金族金属系触媒の配合量は、(E)成分のオルガノポリシロキサンとSi−H基含有化合物の合計質量に対して、白金族金属量として0.1〜2,000ppmが好ましく、1〜1,000ppmがより好ましい。
(G)成分として、Si−H基含有化合物と白金族金属系触媒との組み合わせを用いて、シリコーンゴム組成物単体を硬化する場合、室温における保存安定性が良好で、かつ適度なポットライフを保持するために、メチルビニルシクロテトラシロキサンや、エチニルシクロヘキサノール等のアセチレンアルコール類等の反応制御剤を添加することも可能である。ヒドロシリル化反応による硬化は、60〜400℃の温度で1分〜5時間程度加熱することにより行われる。
加工方法は特に限定するものでなく金型を用いたプレス成形、射出成形、カレンダー成形、押し出し成形等、シリコーンゴムで一般的に用いられる加工方法を目的に応じて選択すればよい。
本発明は、架橋性含フッ素ゴム組成物(a)をシリコーンゴム成形品(b)に積層し、上記(a)を硬化して上記(b)と接着させ一体化してなるゴム物品であるが、架橋性含フッ素ゴム組成物(a)も、シリコーンゴム組成物と同様に、パーオキサイド架橋と付加架橋とを併用するもので、その架橋条件はシリコーンゴム組成物と共通点が多いが、詳細は以下の製造方法で説明する。
架橋性含フッ素ゴム組成物(a)の硬化物は、シリコーンゴム成形品(b)の片面に形成されてもよく、両面に形成されていてもよい。また、架橋性含フッ素ゴム組成物(a)の硬化物と、シリコーンゴム成形品(b)との厚さの比は任意に決めることができる。
[製造方法]
本発明のゴム物品の製造方法は、架橋性含フッ素ゴム組成物(a)をシリコーンゴム成形品(b)に積層した後、上記(a)を硬化して上記(b)と接着させる工程を含み、上記(a)の硬化物とシリコーンゴム成形品(b)とが一体化してなるゴム物品の製造方法である。架橋条件(硬化)は、例えば、130〜180℃の温度で、3〜30分加熱することにより行われる。本発明においては、上記(a)を硬化して上記(b)と接着させる工程において、架橋性含フッ素ゴム組成物の硬化開始と同時、又は硬化開始よりもパーオキサイド架橋剤が遅れて分解することが重要である。このような条件にするための方法は上述した通りである。
本発明のゴム物品の製造方法の一例を、図を用いて説明する。
図1は、簡単な構造の加工品で2層ゴムシートを成形する場合であり、プレスやカレンダーロールで厚さ調整を行い、HAV架橋により成形を行ったシリコーンゴム成形品1を金型に入れ、続いて未硬化の架橋性含フッ素ゴム組成物を仕込んでプレスし、架橋して架橋性含フッ素ゴム組成物(a)の硬化物2とすることで容易に製造できる。
図1において、硬化物2の面は耐薬品性に優れたパーフルオロポリエーテル系含フッ素ゴム硬化物面であるため耐薬品性に優れ、この面上に薬剤が付着しても、シリコーンゴム成形品1の膨潤が発生したり、劣化したりすることはない。またシート特性としては、シリコーンゴム成形品1による圧縮永久ひずみや強度が優れるために、機械的なシートとしての耐久性は優れたものになる。
図2は、図1において、シリコーンゴム成形品1の架橋性含フッ素ゴム組成物(a)の硬化物2が形成されていない面に、図1と同様の方法で、さらに架橋性含フッ素ゴム組成物(a)の硬化物3が形成されたものである。
図2に示すような構造であれば、両面からの薬品の攻撃に耐えることができる。また、シリコーンゴム成形品1は、図1で説明したように機械的強度の良いものにしてもよく、逆に極端に硬度の低いものにして、クッション性を付与させることのも可能である。
なお図1,2において、架橋性含フッ素ゴム組成物(a)の硬化物と、シリコーンゴム成形品(b)との比率は任意である。
本発明の成型品は種々の用途に利用することができる。例えば、シール材、O−リング、ダイヤフラム、ホース、キャップ又はバルブ材等が挙げられる。即ち、耐油性を要求される自動車用ゴム部品、具体的にはフューエル・レギュレーター用ダイヤフラム、パルセーションダンパ用ダイヤフラム、オイルプレッシャースイッチ用ダイヤフラム、EGR用ダイヤフラム等のダイヤフラム類、キャニスタ用バルブ、パワーコントロール用バルブ等のバルブ類、クイックコネクタ用O−リング、インジェクター用O−リング等のO−リング類、あるいは、オイルシール、シリンダヘッド用ガスケット等のシール材等、化学プラント用ゴム部品、具体的にはポンプ用ダイヤフラム、バルブ類、O−リング類、ホース類、パッキン類、オイルシール、ガスケット等のシール材等、インクジェットプリンタ用ゴム部品、半導体製造ライン用ゴム部品、具体的には薬品が接触する機器用のダイヤフラム、弁、O−リング、パッキン、ガスケット等のシール材等、低摩擦耐磨耗性を要求されるバルブ等、分析、理化学機器用ゴム部品、具体的にはポンプ用ダイヤフラム、弁、シール部品(O−リング、パッキン等)、医療機器用ゴム部品、具体的にはポンプ、バルブ、ジョイント等、また、テント膜材料、シーラント、成型部品、押し出し部品、被覆材、複写機ロール材料、電気用防湿コーティング材、センサー用ポッティング材、燃料電池用シール材、積層ゴム布等に有用である。
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
[実施例及び比較例で用いられる組成物]
<架橋性含フッ素ゴム組成物(a)>
X1:SIFEL3505A/B
(信越化学工業(株)製、(A)〜(C)成分含有、付加架橋標準配合組成物)
X2:パーフルオロポリエーテル系含フッ素ゴム組成物:SIFEL3405A/B
(信越化学工業(株)製、(A)〜(C)成分含有、付加架橋標準配合組成物)
上記含フッ素ゴム組成物X,Yは、いずれも(B)成分として疎水化表面処理シリカを5〜30質量%の範囲で含有する。
(D)パーオキサイド架橋剤(D1):パーヘキサ25B(日本油脂社製)、2,5−ジメチル−ジ−t−ブチルパーオキシヘキサン、1分半減期温度:179.8℃
(D)パーオキサイド架橋剤(D2):ナイパーBMT、ベンゾイルパーオキサイド、1分半減期温度:131.1℃
<シリコーンゴム組成物>
Y1:シリコーンゴム組成物:KE951パーオキサイド架橋、(E)〜(G)成分含有、標準配合組成物(信越化学工業(株)製)
Y2:シリコーンゴム組成物:KE951付加架橋、(E)〜(G)成分含有、標準配合組成物(信越化学工業(株)製)
Y3:液状シリコーンゴム組成物:KE1950−50(信越化学工業(株)製、(E)〜(G)成分含有、付加架橋、標準配合組成物)
(1)シリコーンゴム成形品の作製
上記Y1〜3の液状シリコーンゴム組成物を、150又は170℃の温度で10分間加圧加熱して2mm厚のシートを作製した。
(2)架橋性含フッ素ゴム組成物(a)の作製
上記X1,X2の含フッ素ゴム組成物(a)に、表に示す(D1)又は(D2)を表に示す量で混合拡散して、架橋性含フッ素ゴム組成物組成物を作製した。
(3)ゴム物品の作製
上記(1)で作製したシートを4mm厚の金型にセットし、(2)で作製した組成物を十分量仕込んで、150又は170℃の温度で10分間加圧加熱して4mm厚のゴム物品を得た。
架橋性含フッ素ゴム組成物(a)の硬化開始時間(架橋反応開始時間)をキュラストメーターにより測定し、パーオキサイド架橋剤の1分半減期温度から、パーオキサイド架橋剤の分解開始時間を算出した。実施例では架橋性含フッ素ゴム組成物の硬化開始と同時、又は硬化開始よりもパーオキサイド架橋剤が遅れて分解した。得られたゴム物品について下記評価を行った。結果を表中に併記する。
<接着の評価方法>
上記4mm厚のサンプル(ゴム物品)界面にカッターで切り込みを入れて引きはがした。
○:界面が接着しており凝集破壊となりかつトルエン中に24時間放置しても分離が確認されることのない状態。
×:界面が成形圧力による密着程度以下の剥離が発生する。又はトルエン中で24時間放置して界面より剥離が確認される。
Figure 2020203444
Figure 2020203444
本発明の代表的な実施例が1〜4であり、(D)パーオキサイド架橋剤量、成形温度、架橋性含フッ素ゴム組成物が多少変わっても、安定な一体ゴム物品が得られるのに対して、パーオキサイド架橋剤を配合してない比較例1は、接着性が全くなく、ゴム物品を取出し時には、材料界面にエアーが溜まって簡単に剥離してしまうものであった。
実施例4〜9は、架橋性含フッ素ゴム組成物及びシリコーンゴム組成物を変更し、一体化条件を変更したが、いずれも接着性は良好であり、実施例1〜4と同等なゴム物品を得ることができた。
比較例2,3は、150℃、10分にて架橋が終了する架橋性含フッ素ゴム組成物に、1分半減期温度が131.1℃のパーオキサイドを添加したところ、カッターの切り込みを入れるまでもなく簡単に剥離したのに加えて、硬化した含フッ素ゴムの伸びがほとんどなかった。比較例2,3では、架橋性含フッ素ゴム組成物の硬化開始よりも、パーオキサイド架橋剤が先に分解し、パーオキサイドが無効分解したものと推測される。
1 シリコーンゴム成形品1
2 架橋性含フッ素ゴム組成物(a)の硬化物
3 架橋性含フッ素ゴム組成物(a)の硬化物

Claims (8)

  1. 架橋性含フッ素ゴム組成物(a)をシリコーンゴム成形品(b)に積層し、上記(a)を硬化して上記(b)と接着させ一体化してなるゴム物品であって、
    上記架橋性含フッ素ゴム組成物(a)が、
    (A)分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有し、かつ主鎖中に二価のパーフルオロアルキレン構造又は二価のパーフルオロポリエーテル構造を有するパーフルオロ化合物、
    (B)補強性フィラー、
    (C)分子中にヒドロシリル基を有する付加反応可能な架橋剤:(A)成分を硬化させるのに十分な量、及び
    (D)架橋性含フッ素ゴム組成物の硬化開始と同時、又は硬化開始よりも遅れて分解するパーオキサイド架橋剤を含有し、
    架橋サイトがSi−CH=CH2であるパーオキサイド架橋タイプパーフルオロポリエーテル系含フッ素ゴム組成物であり、
    上記シリコーンゴム成形品(b)が、
    (E)平均組成式
    (R11ISiO(4-I)/2
    (式中、R11は非置換又は置換の一価炭化水素基であり、Iは1.95<I<2.05を満たす数である。)
    で表されるジオルガノポリシロキサンであって、該ジオルガノポリシロキサンのケイ素原子に結合する全R11中、0.01〜15モル%が一価の脂肪族不飽和炭化水素基であるジオルガノポリシロキサン、
    (F)補強性充填剤、及び
    (G)架橋剤
    を含有するシリコーンゴム組成物を成形後硬化してなるシリコーンゴム成形品であるゴム物品。
  2. 上記シリコーンゴム成形品(b)が、パーオキサイド架橋タイプのシリコーンゴム組成物の成形品である請求項1記載のゴム物品。
  3. 上記シリコーンゴム成形品(b)が、付加架橋タイプのシリコーンゴム組成物の成形品である請求項1記載のゴム物品。
  4. 架橋性含フッ素ゴム組成物(a)をシリコーンゴム成形品(b)に積層した後、上記(a)を硬化して上記(b)と接着させる工程を含み、上記(a)の硬化物とシリコーンゴム成形品(b)とが一体化してなるゴム物品の製造方法であって、
    上記組成物(a)が、
    (A)分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有し、かつ主鎖中に二価のパーフルオロアルキレン構造又は二価のパーフルオロポリエーテル構造を有するパーフルオロ化合物、
    (B)補強性フィラー、
    (C)分子中にヒドロシリル基を有する付加反応可能な架橋剤:(A)成分を硬化させるのに十分な量、及び
    (D)パーオキサイド架橋剤
    を含有し、架橋サイトがSi−CH=CH2であるパーオキサイド架橋タイプパーフルオロポリエーテル系含フッ素ゴム組成物であり、
    上記シリコーンゴム成形品(b)が、
    (E)平均組成式
    (R11ISiO(4-I)/2
    (式中、R11は非置換又は置換の一価炭化水素基であり、Iは1.95<I<2.05を満たす数である。)
    で表されるジオルガノポリシロキサンであって、該ジオルガノポリシロキサンのケイ素原子に結合する全R11中、0.01〜15モル%が一価の脂肪族不飽和炭化水素基であるジオルガノポリシロキサン、
    (F)補強性充填剤、及び
    (G)架橋剤
    を含有するシリコーンゴム組成物を成形後硬化してなるシリコーンゴム成形品であり、上記(a)を硬化して上記(b)と接着させる工程において、架橋性含フッ素ゴム組成物の硬化開始と同時、又は硬化開始よりもパーオキサイド架橋剤が遅れて分解することを特徴とするゴム物品の製造方法。
  5. 上記シリコーンゴム成形品(b)が、パーオキサイド架橋タイプのシリコーンゴム組成物の成形品であることを特徴とする請求項4記載のゴム物品の製造方法。
  6. 上記シリコーンゴム成形品(b)が、付加架橋タイプのシリコーンゴム組成物の成形品であることを特徴とする請求項4記載のゴム物品の製造方法。
  7. 請求項1〜3のいずれか1項記載のゴム物品を部分構造又は全体構造として有するゴム製品。
  8. シール材、O−リング、ダイヤフラム、ホース、キャップ又はバルブ材である請求項7記載のゴム製品。
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