JP2506565B2 - 加硫可能なフルオロエラストマ―組成物 - Google Patents

加硫可能なフルオロエラストマ―組成物

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JP2506565B2 JP6019756A JP1975694A JP2506565B2 JP 2506565 B2 JP2506565 B2 JP 2506565B2 JP 6019756 A JP6019756 A JP 6019756A JP 1975694 A JP1975694 A JP 1975694A JP 2506565 B2 JP2506565 B2 JP 2506565B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、加硫された場合
に、金属に対し高度の接着性を示す、フッ化ビニリデン
単位を主体とした特定組成の共重合体、架橋剤及び加硫
促進剤を含有する加硫可能な組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】高フッ素含有量のフルオロエラストマー
類は、一般に連続使用に対して高度の化学安定性と温度
260℃での耐熱性が要求される分野において広く利用
されている。
【0003】これらの利用分野中、例えばオイルリング
による回転軸のシーリングのようなある種の分野では、
例えば「ラバー・ケミストリー・アンド・テクノロジー
(Rubb.Chem.Tech.)」,第55巻,第
908ページ(1982年)に記載されているようなそ
れぞれの目的に応じた要求特性に加えて、ガスケットの
シーリング部分を構成するエラストマーと金属製部分と
の間に完全な接着が行われるような高い接着性が絶対的
要件として要求されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に鑑み、加硫した場合に金属に対して優れた接着性
を示す、加硫可能なフルオロエラストマー組成物を提供
することを目的としてなされたものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、金属に対
し、優れた接着性を示す加硫可能なフルオロエラストマ
ー組成物を提供するために、種々研究を重ねた結果、特
定の組成をもつフッ素含有エラストマーと、特定の架橋
剤と、特定の加硫促進剤とを含有するフルオロエラスト
マー組成物が十分な加硫性と加工時の安全性を有し、か
つ加硫後において、高温時において長時間使用しても優
れた物性を維持し、過酷な使用条件下でも十分に耐えう
る、金属に対する高度の接着性を示すことを見出し、こ
の知見に基づいて本発明をなすに至った。
【0006】すなわち、本発明は、CH2=CF2 54
〜86モル%、CF2=CF−CF313〜23モル%、
CF2=CFCl 0.5〜5モル%及びCF2=CF2
0〜32モル%の共重合体と有効量の芳香族ポリヒドロ
キシル化合物系架橋剤とを含むフルオロエラストマー組
成物に対し、窒素、リン、ヒ素又はアンチモンの第四級
化合物の中から選ばれた加硫促進剤を、前記共重合体1
00重量部当り0.2〜3重量部配合したことを特徴と
する加熱により加硫可能なフルオロエラストマー組成物
を提供するものである。
【0007】本発明で用いる上記の共重合体は、フッ化
ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフ
ルオロエチレン及び場合により用いられるテトラフルオ
ロエチレンから成る単量体混合物を所定割合で共重合さ
せることによって調製することができる。この際、通
常、単量体混合物における各単量体の割合は上記共重合
体の単量体単位の組成割合と同じになる。
【0008】この場合、単量体混合物中のクロロトリフ
ルオロエチレンの組成割合は0.5〜5モル%、特に好
ましくは0.8〜2.5モル%の範囲とすることが重要
である。この割合が0.5モル%未満では加硫による十
分な接着性が得られないし、また5モル%を超えても接
着性は優れるものの、金型の汚染、加硫処理後のエラス
トマーの化学的・熱的安定性の悪化などの障害が発生す
る。
【0009】この際の、共重合反応は、乳化重合条件
下、ラジカル開始剤の存在下で行うのが好ましい。この
ラジカル開始剤としては、例えばアルカリ性過硫酸塩、
過ホウ酸塩、過炭酸塩などが挙げられる。また、ペルオ
キシ開始剤と還元剤の組み合わせ、例えばアルカリ金属
又はアンモニウムの亜硫酸塩、重亜硫酸塩、メタ重亜硫
酸塩、チオ硫酸塩、亜リン酸塩、又は次亜硫酸塩、ある
いは第一銅塩、第二鉄塩、シルバーソルト、その他の易
酸化性金属塩の使用も可能である。さらに、有機ラジカ
ル開始剤を使用して、Na−ラウリル硫酸塩、アンモニ
ウム・パーフルオロオクタン酸塩のような表面活性剤の
存在下に操作することも可能である。もちろん、表面活
性剤は無機開始剤を用いて共重合反応を行う際にも使用
することができる。
【0010】乳化重合中は連鎖移動剤を存在させるのが
有用である。乳化重合により得られる共重合体は、従来
の方法、例えば電解質による凝固、あるいは氷結、次い
でろ過、洗浄、乾燥といった方法により、乳液から単離
することができる。
【0011】共重合反応は、塊状で、あるいは例えばフ
レオン(Freon)113や114のようなクロロフ
ルオロ炭化水素などの有機液体中で行うこともできる。
有機液体は重合反応条件下で連鎖移動剤として作用しな
いものが好ましく、フレオン113よりもフレオン11
4の方が好ましい。
【0012】共重合体の調製に際しては、反応混合物を
前もって不活性ガスで洗浄した加圧反応器中で4〜40
kg/cm2の圧力で45℃〜135℃の温度に加熱す
るのが好ましい。
【0013】本発明に用いる共重合体は、最も広く使用
されている市販品についていえば、0.2〜1.5dl
/gの範囲の固有粘度をもつ。ムーニー粘度は大半がA
STM D 1646規格による回転子Lにより100℃
運転で50〜150の範囲にある。
【0014】次に、この共重合体に配合される架橋剤
は、芳香族ポリヒドロキシル化合物系架橋剤であるが、
このような架橋剤としては、例えばヒドロキノン、ヘキ
サフルオロイソプロピリデン‐ビス‐(4‐ヒドロキシ
ベンゼン)(ビスフェノールAF)などが挙げられる。
この芳香族ポリヒドロキシル化合物系架橋剤は、所望の
架橋度に応じた有効量で用いられる。
【0015】加硫促進剤は、窒素、リン、ヒ素又はアン
チモンの第四級化合物からなり、このような化合物とし
ては、例えば以下の一般式(1)、(2)、(3)、
(4)及び(5)の各化合物が挙げられる。
【0016】独国特許第1,356,344号明細書
(デュポン社)、米国特許第3,655,727号明細
書(EM社)に記載されたアンモニウム化合物で次の一
般式を有するもの:
【化1】
【化2】
【化3】 [式中のR1、R2、R3及びR4は同じか又は異なり、ア
ルキル、フルオロアルキル、アラルキル、ポリオキシア
ルキル又はポリオキシフルオロアルキル各基で炭素原子
数1〜20を有し、かつR1、R2、R3及びR4のうち少
なくとも二つの基はアルキル基又はアラルキル基、R5
は炭素原子数1〜20のアルキル基、Xは水酸化物、ハ
ロゲン化物、硫酸塩、亜硫酸塩、炭酸塩、ペンタクロロ
チオフェノラート、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフル
オロケイ酸、ヘキサフルオロリン酸、ジメチルリン酸又
は炭素原子数1〜20のアルキル基又はアラルキル基又
はアリール基のカルボン酸塩又はジカルボン酸塩から誘
導された残基、qは1又は2でXのイオン価である]
【0017】米国特許第3,876,654号明細書
(デュポン社)、米国特許第3,752,787号明細
書(デュポン社)のホスホニウム化合物で次の一般式を
有するもの:
【化4】 [式中、Pはリンである他に、またヒ素やアンチモンで
もあり、R6、R7、R8及びR9は炭素原子数1〜20の
アルキル、アリール、アリールアルキル又はアルケニル
各基、塩素、フッ素、臭素、シアノ基、−OR10、−C
OOR10又は類縁置換物(R10は炭素原子数1〜20の
アルキル、アリール、アリールアルキル又はアルケニル
各基)であり、Zはハロゲン化物、硫酸塩、亜硫酸塩、
炭酸塩、ペンタクロロチオフェノラート、テトラフルオ
ロホウ酸、ヘキサフルオロケイ酸、ヘキサフルオロリン
酸、ジメチルリン酸又は炭素原子数1〜20のアルキル
基又はアラルキル基又はアルケニル基のカルボン酸塩又
はジカルボン酸塩から誘導された残基、rは1又は2で
Zのイオン価である]
【0018】英国特許第2,010,285号明細書
(モンテヂソン社)のアミノホスホニウム化合物で次の
一般式を有するもの:
【化5】 (式中、R11、R12及びR13は同じか又は異なり、アル
キル、シクロアルキル、アリール、アリールアルキル、
オキシアルキル又はポリオキシアルキル各基でフリーの
又はエーテル化したヒドロキシ末端基をもち、炭素原子
数1〜18を有し、置換基としてハロゲン、シアノ基、
ヒドロキシル基、カルボアルコキシル各基を有してもよ
く、R11及びR12は窒素原子により相互にリンクしてヘ
テロ環式リングを形成し、sは1〜4の整数であり、Y
は無機塩又は有機塩の残基であり、mは1〜3の整数で
Yのイオン価を示す)
【0019】加硫促進剤として特に有用なものは、1‐
テトラフルオロホウ酸塩‐1‐ベンジル‐N,N′,
N″‐ヘキサメチルホスホラントリアミン、1‐クロロ
‐1,1‐ジフェニル‐1‐ベンジル‐N‐ジエチルホ
スホランアミンである。このものは公知であって、例え
ば「ジャーナル・オブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソ
サエティ(J.Am.Chem.Soc.)」,第84
巻,第5794ページ(1960年)に記載されている
方法により製造することができる。
【0020】本発明組成物においては、所定の共重合体
と有効量の芳香族ポリヒドロキシル系架橋剤との混合物
に対し、上記の加硫促進剤を、共重合体100重量部当
り0.2〜3重量部の割合で配合することが必要であ
る。
【0021】本発明組成物には、上記の共重合体架橋剤
及び加硫促進剤に加え、場合により酸受容体などの既知
の添加物を配合することができる。このような添加物と
しては、例えば酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸
化鉛などの少なくとも二価の金属の塩基性酸化物からな
る無機酸受容体や、水酸化カルシウム、水酸化ストロン
チウム又は水酸化バリウムなどの少なくとも1種の塩基
性水酸化物及び/又はカルシウム、ストロンチウム、バ
リウム、ナトリウム又はカリウムの炭酸塩、安息香酸塩
又はリン酸塩などのアルカリ又はアルカリ土類金属の弱
酸塩が挙げられる。
【0022】これらの添加物の配合割合は、通常、共重
合体100重量部に対し、上記無機酸受容体で1〜40
重量部、上記の金属の塩基性水酸化物や弱酸塩は0.5
〜10重量部の範囲で選ばれる。本発明の組成物は、例
えば170℃でプレスしたのち250℃で10時間以上
加熱することによって加硫することができる。
【0023】
【実施例】次に実施例によって本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定される
ものではない。なお、実施例及び比較例において、加硫
可能な組成物の各成分量は重量部である。
【0024】製造例1 エラストマーa 水3.4リットルを機械的撹拌装置付きで内容積5リッ
トルのオートクレーブ中に入れ、ヘキサフルオロプロペ
ンを自生圧によりオートクレーブ内圧が5気圧となるよ
うに導入する。圧縮機により加熱し、ガス貯槽より送ら
れてくる次のモル組成の単量体混合ガスを12kg/c
2ゲージ圧となるまで導入する。 フッ化ビニリデン(以下、VDFと略す) 79.4% ヘキサフルオロプロペン(以下、PEPと略す) 19.6% クロロトリフルオロエチレン(以下、CTFEと略す) 1% 次いで、過硫酸アンモニウム10g含有水溶液100m
lを供給する。0.5kg/cm2ゲージ圧まで降圧す
ると、オートクレーブ内圧を12kg/cm2ゲージ恒
圧に保持するようにガス貯槽中の上記単量体混合ガスを
供給して操作を繰り返す。80分後には単量体380標
準リットルが消費される。撹拌を停止し、残留ガスを排
出し、乳液を捕集して硫酸アルミニウムで凝固、水洗し
て共重合体から成るエラストマーaを得た。これを60
℃で乾燥するとムーニー粘度76−ML1+4(100
℃)(ASTM D 1646)を示す。エラストマーa
における単量体単位の組成は、事実上、ガス貯槽中の単
量体混合ガスの組成に相当する。
【0025】製造例2 エラストマーb 単量体混合ガスの組成をVDF79%、PEP19%及
びCTFE2%に変えた以外は製造例1と同様にして単
量体単位の組成が単量体混合ガスの組成と同一の共重合
体からなるエラストマーbを得た。このもののムーニー
粘度は74−ML1+4(100℃)である。
【0026】製造例3 エラストマーc 単量体混合ガスの組成をVDF79.3%、PEP1
9.2%及びCTFE1.5%に変え、過硫酸アンモニ
ウム量を8gに変えた以外は製造例1と同様にして単量
体単位の組成が単量体混合ガスの組成と同一の共重合体
からなるエラストマーcを得た。このもののムーニー粘
度は78−ML1+4(100℃)である。
【0027】製造例4 エラストマーd 単量体混合ガスの組成をVDF77.5%、PEP19
%及びCTFE3.5%に変え、過硫酸アンモニウム量
を8gに変え、重合操作を15気圧で行った以外は製造
例1と同様にして単量体単位の組成が単量体混合ガスの
組成と同一の共重合体からなるエラストマーdを得た。
このもののムーニー粘度は72−ML1+4(100
℃)である。
【0028】製造例5 エラストマーe 単量体混合ガスの組成をVDF80%、PEP15%及
びCTFE5%に変えた以外は製造例4と同様にして単
量体単位の組成が単量体混合ガスの組成と同一の共重合
体からなるエラストマーeを得た。このもののムーニー
粘度は70−ML1+4(100℃)である。
【0029】比較製造例1 エラストマーf 単量体混合ガスの組成をVDF80%及びPEP20%
に変えた以外は製造例1と同様にして単量体単位の組成
が単量体混合ガスの組成と同一の共重合体からなるエラ
ストマーfを得た。このもののムーニー粘度は78−M
L1+4(100℃)である。
【0030】実施例1〜8 表1に示す各成分を表1に示す各割合で配合して加硫可
能な組成物を調製した。なお、加硫促進剤は1‐テトラ
フルオロホウ酸塩‐1‐ベンジル‐N,N′,N″‐ヘ
キサメチルホスホラントリアミンを用いた。この組成物
の加硫物の種々の特性を表1に示す。
【0031】この特性のうち、金属との間の接着性につ
いての評価は、剥離あるいは剥し手段に基づく評価方法
ではゴム状の加硫物の耐引裂き性に拘束されるため、A
STM D 816 method B《Adhesio
n strength inshear》によった。
【0032】図1に示すサンドウイッチ型試料(M=金
属、G=本発明組成物、A=接着剤)を調製した。この
際、80mm×25mm×2mmの小金属板(炭素鋼U
NIFe 37A)をAlgofrene113(1,
1,2‐トリクロロトリフルオロエタン)蒸気浴中で脱
脂し、接着部を金剛砂(グラニュロメトリ=0.01m
m)で砂吹き処理したのち、再度脱脂処理する。接着部
に接着剤を噴霧塗布する。接着剤としてはHenkel
社製のChemosil511号製品を使用した。接着
剤処理金属板と本発明組成物の接着は圧力60〜70k
g/cm2、温度170±2℃の加硫条件下でのプレス
加硫工程中に行われる。重複面は約625mm2であ
り、加硫物の厚さは3.8mmであった。このようにし
て調製された試料を50mm/分の速度で以下の
(イ)、(ロ)及び(ハ)の条件下での各引張強さ試験
に供し、接着抵抗を評価した。 (イ)175℃で8分プレス加硫した後。 (ロ)250℃で16時間オーブン中で後加硫した後。 (ハ)250℃で16時間熱熟成し、次いで100℃で
48時間沸騰水処理した後。
【0033】
【表1】
【0034】表中の符号は次のとおりの意味を有する。 (1)ASTM D 2084 準拠。 (2)ASTM D 1646 準拠。 (3)ASTM D 412 準拠、2mm厚試料使用。 (4)ASTM D 1415 準拠。6mm厚試料使
用。 (5)ASTM D 395 method B 準拠 (6)ASTM D 816 method B 準拠
【0035】実施例9〜14 表2に示す各成分を表2に示す各割合で配合して加硫可
能な組成物を調製した。この組成物について、実施例1
と同様にして接着性、その他の物性を求めた。その結果
を表2に示す。
【0036】
【表2】
【0037】表中の*は、170℃、15分間プレス加
硫を意味する。他の符号は前記のとおりの意味を有す
る。
【0038】比較例1〜4 表3に示す各成分(加硫性エラストマーとしてエラスト
マーfを用いる)を表3に示す各割合で配合して加硫可
能な組成物を調製した。この組成物について、実施例1
と同様にして接着性、その他の物性を求めた。その結果
を表3に示す。
【0039】
【表3】
【0040】表中の符号は前記のとおりの意味を有す
る。
【0041】比較例5〜10 表4に示す各成分を表4に示す各割合で配合して加硫可
能な組成物を調製した。なお、エラストマーgないしi
は以下の組成及びガラス転移温度を有する。すなわち、
エラストマーgはVDF52.5%、PEP22.0
%、テトラフルオロエチレン(以下、FEと略す)2
4.0%及びCTFE1.5%からなり、そのTgは−
4.0℃であり、エラストマーhはVDF37.5%、
PEP61.0%及びCTFE1.5%からなり、その
Tgは−4.5℃であり、エラストマーiはVDF5
3.3%、PEP22.33%及びFE24.37%か
らなり、そのTgは−5.0℃である。この組成物につ
いて、実施例1と同様にして接着性、その他の物性を求
めた。その結果を表4に示す。
【0042】
【表4】
【0043】表中の符号(3)ないし(6)は前記のと
おりの意味を有し、他の符号は次のとおりの意味を有す
る。 (7)ASTM D 471 準拠(数値は膨潤について
重量%で示す)。 (8)ASTM D 746 準拠。
【0044】対低温挙動に関する数値は、Tg又はガラ
ス転移温度として評価した[dT/dt=10℃/分、
脆化点(ASTM D 746)によるDSC法]。
【0045】これらの表より、比較例の組成物は、CT
FEを有しないものでは、接着性が良好でないし、また
共重合体中のフッ化ビニリデンの量が少ないものでは硬
さや圧縮歪みが大きく、物性の全体的なバランスが良好
でないのに対し、実施例の本発明組成物は接着性が良好
で、硬さや圧縮歪みが小さく物性の全体的なバランスが
良好であることが分る。
【0046】
【発明の効果】本発明組成物は、被加硫状態で金属に対
する接着性に優れ、硬さや圧縮歪みなどの他の物性との
バランスが良好であるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明組成物の評価試験のための試料の構造
を示す説明図。
【符号の説明】
M 金属 G 本発明組成物 A 接着剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C08K 5/59 C08K 5/59 (72)発明者 ジヨバンニ・モギ イタリー国、ミラン、ヴイア・ガリレ イ、14番 (72)発明者 ジヨアンナ・シリロ イタリー国、ミラン、ヴイア・フオンタ ナ、5番 (56)参考文献 特開 昭52−36182(JP,A) 特開 昭59−144708(JP,A) 米国特許4446270(US,A) 米国特許3441455(US,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CH2=CF2 54〜86モル%、CF2
    =CF−CF3 13〜23モル%、CF2=CFCl
    0.5〜5モル%及びCF2=CF2 0〜32モル%の
    共重合体と有効量の芳香族ポリヒドロキシル化合物系架
    橋剤とを含むフルオロエラストマー組成物に対し、窒
    素、リン、ヒ素又はアンチモンの第四級化合物の中から
    選ばれた加硫促進剤を、前記共重合体100重量部当り
    0.2〜3重量部配合したことを特徴とする加熱により
    加硫可能なフルオロエラストマー組成物。
  2. 【請求項2】 共重合体中のCF2=CFCl量が0.
    8〜2.5モル%である請求項1記載のフルオロエラス
    トマー組成物。
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