JP3364283B2 - オルガノ−オニウム化合物を有するフルオロエラストマー組成物 - Google Patents

オルガノ−オニウム化合物を有するフルオロエラストマー組成物

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、フッ化ビニリデンと1
又は複数のその他のフッ素含有エチレン系不飽和モノマ
ーとの弾性コポリマー及びオルガノ−オニウム化合物を
含んで成る硬化性フルオロエラストマー組成物に関す
る。別の観点において、本発明は該組成物を硬化せしめ
るための方法及びそれにより得られる成形品に関する。
【0002】
【従来の技術】フルオロエラストマー、特にフッ化ビニ
リデンと、その他のエチレン系不飽和ハロゲン化モノマ
ー、例えばヘキサフルオロプロペンとのコポリマーは、
高温製品、例えばシール、ガスケット及びラインニング
において特に有用である。例えばBrullo, R.A.の「Fluo
roelastomer Rubber for Automotive Applications」Au
tomotive Elastomer & Design 1985年6月、「Fluoroel
astomer, Seal Up Automotive Future」Materials Engi
neering 1988年10月、及び「Fluorinated Elastomers」
Kirk-Othmer, Encyelopedia of Chemical Technology
第8巻、頁500 〜515(第3版, John Wiley & Sons, 197
9)を参照のこと。
【0003】フルオロエラストマーは硬化したときに
熱、溶剤、腐蝕性化学品及び蒸気による損傷に対する優
れた耐久性を有する。しかしながら、これらのポリマー
からの成形製品の製造において、特に近代的な製造法、
例えば射出成形において、この硬化ポリマーは一般にモ
ルドの表面に、たとえモルド剥離剤をこのモルドキャビ
ティー上に吹き付ける又はポリマーの中に含ませたとき
でさえも付着してしまい、従ってその成形品はこのモル
ドから取出すときにしばしばちぎれる又は損傷を受けて
しまう。更に、ポリマーの中にモルド剥離剤を含ませる
ことは硬化組成物の物理特性、例えばムーニースコーチ
及び圧縮歪みに対してかなりの有害な効果を及ぼすこと
があり、これはこの硬化組成物の有用な商業的用途を限
定しうる。モルドキャビティーの表面上へのポリマー付
着(「モルドの汚れ」)及びモルドからの成形加硫ゴム
の剥離の悪さはその欠点の主たる理由であり、成形品の
廃棄をもたらし、かかる成形品の製造費の負担となる。
【0004】フルオロエラストマーのための現在用いら
れている硬化剤には、芳香族ポリヒドロキシ化合物、例
えば、アンモニウム、ホスホニウム又はスルホニウム化
合物のような一定の加硫促進剤と組合せて利用されてい
るポリフェノールが挙げられる。かかるかオルガノ−オ
ニウム化合物は例えば米国特許第 4,882,390号(Grootae
rtら) 、第 4,233,421号(Worm)及び第 5,083,123号(Gue
nthnerら) に記述されている。
【0005】米国特許第 4,925,892号及び第 4,868,234
号 (Tabbら) には、第四ホスホニウム化合物、及び金属
接着促進剤として働くテトラアルキルアンモニウムハロ
ゲン化物を含んで成る一定のフルオロエラストマー組成
物が記述されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】常用の硬化フルオロエ
ラストマーは数多くの有用な特性を有するが、一般に、
かかる組成物の硬化は特定の用途、例えば射出成形にと
っては遅すぎるものであり、又は硬化製品はモルドから
取出すのに難しいものであり、又は硬化製品は所望され
ない物理特性、例えば高圧縮歪みを有するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】簡潔すると、第一の観点
において、本発明は (A)フッ化ビニリデンと、1もしくは複数のその他の
フッ素含有エチレン系不飽和モノマーとに由来する共重
合単位を含んで成る弾性ゴム; (B)スルホニウム化合物;並びに (C)ホスホニウム及びアンモニウム化合物より成る群
から選ばれる少なくとも一種のオルガノ−オニウム; を含んで成る硬化弾性組成物を提供する。
【0008】本発明の組成物は好ましくはポリヒドロキ
シ化合物を含んで成る。前記ポリヒドロキシ化合物は独
立化合物として、又は前記スルホニウム化合物及び前記
ホスホニウムもしくはアンモニウム化合物の(オルガノ
−オニウム化合物)いづれか又は両者のアニオン系部分
として存在していてよい。該組成物は好ましくは酸受容
体を含む。
【0009】本発明は更に成形製品、例えばO−リング
を提供するための本発明の組成物の硬化についての方法
を提供し、この方法は本発明の組成物の成形及び硬化を
含んで成る。
【0010】本発明は更に本発明の組成物をその硬化状
態において含んで成る成形製品を提供する。
【0011】本発明において利用するオルガノ−オニウ
ム化合物の組合せは許容される迅速な硬化時間、所望の
物理特性及びモルド剥離剤の利用を伴わない優れたモル
ド剥離特性を有する成形製品を提供する。
【0012】本発明において有用なポリヒドロキシ化合
物はゴムにとっての架橋剤として機能することのできる
ものである。かかる架橋剤はよく知られており、そして
当業界において、例えば米国特許第 4,259,463号(Moggi
ら) 、第 3,876,654号(Pattison)及び第 4,233,421号(W
orm)に記載され、そして芳香族ポリヒドロキシ化合物及
び脂肪族ポリヒドロキシ化合物、並びに前記化合物の誘
導体が挙げられうる。更に、ポリヒドロキシ化合物の混
合物が本発明において利用できうる。
【0013】代表的な芳香族ポリヒドロキシ化合物には
下記のものが含まれる: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、並びに次
式のビスフェノール
【化1】 (式中、Aは1〜13個の炭素原子の二価の脂肪式、脂
環式又は芳香族基、又はチオ、オキシ、カルボニル、ス
ルフィニルもしくはスルホニル基であり;Aは任意的に
1又は複数の塩素又はフッ素原子により置換されてお
り;Xは0又は1であり;nは1又は2であり;そして
このポリヒドロキシ化合物の任意の芳香環は任意的に塩
素、フッ素もしくは臭素のうちの少なくとも1原子、又
はカルボキシル、又はアルキル、又はアシル(例えば−
COR;ここでRはC1 〜C8 のアルキル、アリール又
はシクロアルキル基である)基により置換されていてよ
い)。上記のビスフェノールの一般式より、いづれの環
において−OH基は任意の位置(1位、即ち、A基が環
に連結している炭素原子を除き)に付加されていてよい
ことがわかるであろう。特定の芳香族ポリヒドロキシ化
合物には、4,4′−チオジフェノール、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A」)、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」)が
挙げられ、そして本明細書にその教示内容を全て参考と
して組込む米国特許第 4,233,421号(Worm)に例示されて
いる。
【0014】代表的な脂肪式ポリヒドロキシ化合物に
は、フッ化ポリエーテルジオール、フルオロ脂肪式ジオ
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、並びにその他、例えば米国特許
第 4,358,559号(Holcombら) 及びその中に引用されてい
る文献に記述されているものが挙げられる。架橋剤とし
て利用できる代表的なポリヒドロキシ化合物のポリヒド
ロキシ誘導体は米国特許第 4,446,270号(Guenthnerら)
に記述されており、そして例えば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
ンが含まれる。
【0015】好ましいポリヒドロキシ化合物は式(I)
を有する芳香族ポリヒドロキシ化合物、例えばビスフェ
ノールA及びビスフェノールAFである。2種以上のポ
リヒドロキシ化合物の配合物が本発明において利用でき
うる。一定の組成物において1つのポリヒドロキシ化合
物を別の化合物に変更したとき、当業者は特定の用途の
ための適切な硬化速度を担うであろう硬化時間及び温度
を設定することができるであろう。
【0016】本発明の組成物において有用なオルガノ−
オニウム化合物は硬化促進剤として機能できる。知られ
ている通り、ホスホニウム、アンモニウム又はスルホニ
ウム化合物はホスフィン、アミン又はスルフィドの共役
酸であり、従って前記ホスフィン、アミン又はスルフィ
ドと電子供与燐、窒素又は硫黄原子の価数及びオルガノ
−オニウム化合物の陽電荷を高める適当なアルキル化剤
(例えばアルキルハロゲン化物又はアシルハロゲン化
物)との反応により生成できる。本発明における利用に
適するオルガノ−オニウム化合物は知られており、そし
て当業界において述べられている。例えば米国特許第
4,882,390号(Grootaertら)、第 4,233,421号(Worm)及
び第 5,086,123号を参照のこと(これらの詳細は本明細
書に参考として組込む)。
【0017】前記ホスホニウム化合物にはアミノ−ホス
ホニウム、ホスホラン(例えばトリアリールホスホラ
ン)及びイミニウム化合物を含む燐より成る群から選ば
れる。
【0018】ホスホニウム又はアンモニウム化合物の第
1の種類は概して、相対的に陽性なイオン及び相対的に
陰性なイオンを含んで成り(燐又は窒素原子が一般に陽
イオンの中心原子を構成する)、これらの化合物は一般
にアンモニウム又はホスホニウムの塩又は化合物として
知られており、好ましくは次の一般式を有する:
【化2】 〔式中、Qは窒素又は燐であり;Xは有機系又は無機系
アニオン、例えばハロゲン化物、チオスルフェート、ホ
ルメート、シアネート、チオシアネート、テトラフェニ
ルボレート、パークロレート、ニトレート、テトラフル
オロボレート、ヘキサフルオロホスフェート、オキサレ
ート、ステアレート、ハロアセテート、パラートルエン
スルホネート、ZnCl4 -2, CdCl4 -2, NiBr4 -2, Hg
I3 - , スルフェート、アセテート、ホスフェート、ホス
ホネート、ヒドロキシド、アルコキシド、フェノキシ
ド、トリフルオロメタンスルホネート、ベンゼンスルホ
ネート、ヘキサクロロホスフェート、ヘキサクロロスタ
ンネート、ヘキサフルオロアルセネート、ヘキサフルオ
ロアンチモネート、2−メルカプトベンゾチアゾレー
ト、パーフルロオアルカンスルホンアミドアニオン又は
ビスフェノキシドであり;nはアニオンXの価数に相当
し;そしてR2 ,R3 ,R4 及びR5 はアルキル、アリ
ール、アルケニル又はそれらの組合せより成る基の群か
ら選ばれる;R2 ,R3,R4 及びR5 は塩素、フッ
素、臭素、シアノ、−OR及び−COOR成分(ここで
RはC1 〜C20のアルキル、アリール、アラルキル及び
アルケニルより成る群から選ばれる)により置換されて
いてよい〕。前記のR基の任意の組は互いに、及び窒素
又は燐原子と連結して複素環を形成していることができ
るアンモニウム又はホスホニウム化合物の好ましい種類
は一般式(II)を有しており、そして基R2 ,R3 ,R
4 又はR5 のうちの少なくとも一つがアルキル又はアル
ケニルである。この好ましい種類の代表例はトリブチル
ベンジルアンモニウムクロリド、テトラブチルアンモニ
ウムクロリド、テトラブチルアンモニウムブロミド、テ
トラヘキシルアンモニウムクロリド、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ホスホニウ
ムクロリド、ジブチルジフェニルホスホニウムクロリ
ド、テトラブチルホスホニウムクロリド、トリブチル
(2−メトキシ)プロピルホスホニウムクロリド及びト
リフェニルベンジルホスホニウムクロリド化合物であ
る。
【0019】本発明において有用なホスホニウム化合物
の他の種類はアミノ−ホスホニウム化合物であり、その
いくつかは当業界において述べられている。例えば米国
特許第 4,259,463号(Moggiら)を参照のこと。このアミ
ノホスホニウム化合物はMoggi らにより述べられている
イオンタイプであることができ、そして次の一般式; 〔P(NR6R7)nR8 4-n+ mX-m (III ) 又は R9 〔P(NR6R7)rR8 3-r+ 2(X -m)p (IV) を有することができる〔式中、R6 ,R7 及びR8 は同
一又は異なっていてよく、そしてアルキル、シクロアル
キル、アリール、アラルキル、オキシアルキル又はポリ
(オキシアルキル)基(遊離又はエーテル化末端OH基
を有する)より成る群から選ばれることができ、1〜1
8個、しかしながら好ましくは1〜12個の炭素原子を
含んでよく、そして置換基としてハロゲン、CN,OH
又はカルボアルコキシ基を含んでよい;更に、R6 及び
7 は互いと連結し合って窒素原子と共に複素環を形成
していてよい;R9 は二価のアルキレン、アリールエン
又はオキソアルキレン基であり、nは1〜4の整数であ
り、rは1〜3の整数であり、mは1又は2であり、そ
してアニオンXの価数に対応し、pは1又は2であり、
ここでm掛けるpは2である;Xは式IIについて上記し
たような価数mのアニオンであり、そして有機系又は無
機系のいづれでよい〕。
【0020】本発明において有用な別の種類のホスホニ
ウム化合物はホスホラン化合物、例えばトリアリールホ
スホラン化合物である;そのいくつかは知られており、
そして当業界に述べられている。例えば本明細書にその
詳細を参考として組込んだ米国特許第 3,752,787号(de
Brunner)を参照のこと。本発明において有用ないくつか
のトリアリールホスホラン化合物は次の一般式を有す
る:
【化3】 〔式中、Arはアリールであり、例えばフェニル、置換
化フェニル、例えばメトキシフェニル、クロロフェニ
ル、トリル、及びその他の周知の基、例えばナフチルよ
り選ばれ;R10及びR11は、(a)R10の場合において
は水素、メチル、エチル、プロピル及びカルバルコキシ
(C1 −C6 アルキル)、そして(b)R11の場合はカ
ルバルコキシ(C1 −C6 アルキル)シアノ及び−CO
NH2 のそれぞれより選ばれる独立の基;並びに(2)
単一の基であってそれが連結している炭素原子と一緒に
【化4】 より選ばれる環式基を形成する基、より成る群から選ば
れる〕。
【0021】本発明において有用なその他の種類のイミ
ニウム化合物は周知であり、そして当業界、例えば本明
細書にその詳細を参考として組込んだヨーロッパ特許出
願第182299A2号及び第120462A1号に述べられている。前
記イミニウム化合物のいくつかは次の一般式を有する
【化5】 〔式中、R13,R14及びR15は同一又は異なっていてよ
く、そしてアリール、C 1 〜C20アルキル、C3 〜C8
シクロアルキル、C7 〜C20アラルキル基より成る群か
ら選ばれる;前記アルール又はアラルキル基は任意的
に、C1 〜C20アルキル基、C3 〜C8 シクロ−アルキ
ル基、ハロゲン原子、及び式−N(R16)R 17(ここで
16及びR17は同一又は異なっていてよく、そしてC1
〜C20アルキル、C3 〜C8 原子シクロアルキル及びフ
ェニル基より成る群から選ばれる)より成る群から選ば
れることができる;Xはアニオン、例えば前記したもの
であり、そしてCはXの価数である〕。
【0022】代表的なホスホニウム化合物にはテトラメ
チルホスホニウムクロリド、テトラブチルホスホニウム
クロリド、トリブチ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、テトラフェニ
ルホスホニウムクロリド、ベンジルトリス(ジメチルア
ミノ)ホスホニウムクロリド及びビス(ベンジルジフェ
ニルホスフィン)イミニウムクロリドが挙げられる。
【0023】本発明において有用なスルホニウム化合物
は周知であり、そして当業界に述べられている。例えば
米国特許第 4,233,421号(Worm)を参照のこと。簡潔する
と、スルホニウム化合物は硫黄含有有機化合物であり、
そのうちの少なくとも1個の硫黄原子は炭素−硫黄共有
結合によって1〜20個の炭素原子を有する3つの有機
成分と共有結合しており、且つ、アニオンとイオン的に
結合している。前記有機成分は同一のものでも異ってい
るものでもよい。該スルホニウム化合物は一個以上の相
対的に陽性の硫黄原子を有しうる、例えば 〔(C6H5)2S + (CH2)4S + (C6H5)2 〕2Cl - であり、そしてその2つの炭素−硫黄共有結合は二価の
有機成分の炭素原子間にあってよく、即ち、この硫黄原
子は環式構造におけるヘテロ原子であってよい。
【0024】スルホニウム化合物の好ましい種類は次式
を有する塩である
【化6】 〔式中、R18,R19及びR20は同一又は異なっていてよ
く、ただしかかる基の少なくとも1つは芳香族であり、
そしてかかる基は4〜20個の炭素原子を有する芳香族
基(例えば置換化及び未置換のフェニル、チエニル及び
フラニル)及び1〜20個の炭素原子を有するアルキル
基より選ぶことができる;このアルキル基には置換化ア
ルキル基が含まれる(置換基は例えばハロゲン、ヒドロ
キシ、アルコキシ、アリールである;Zは酸素;硫黄;
>S=0;>C=0;−SO2 −;−N(N21)−;
(ここでN21はアリール又はアシル(例えばアセチル、
ベンゾイル等)である);炭素−炭素結合;及び−C
(R22)(R23)−(ここでR22及びR23は水素、1〜
4個の炭素原子を有するアルキル基及び2〜4個の炭素
原子を有するアルケニル基である)より成る群から選ば
れ、nは0又は1であり;Xは例えば前記したような無
機系又は有機系アニオンであり;そしてaはXの価数で
ある〕。
【0025】本発明において有用なフルオロエラストマ
ーガムの製造において有用な適当なフッ素含有エチレン
系不飽和モノマーには、フッ素含有ポリマーの製造に典
型的に利用される末端不飽和モノオレフィン、例えばヘ
キサフルオロプロペン、クロロトリフルオロエチレン、
2−クロロペンタフルオロプロペン、パーフルオロアル
キルビニルエーテル、例えばCF3 OCF=CF2 又は
CF3 CF2 OCF=CF2 、テトラフルオロエチレ
ン、1−ヒドロペンタフルオロプロペン、2−ヒドロペ
ンタフルオロプロペン、ジクロロジフルオロエチレン、
トリフルオロエチレン、1,1−ジクロロフルオロエチ
レン、ビニルフルオリド及びそれらの混合物が挙げられ
る。フッ素を含まない末端不飽和モノオレフィンコモノ
マー、例えばエチレン又はプロピレンもコモノマーとし
て利用されうる。
【0026】本発明の組成物には加工剤、例えば配合物
の成形又は押出しを補助するのに常用されているもの、
例えば米国特許第 3,753,937号(Stivers) に記載のカル
ナバワックスが配合されうる。本発明に利用できるその
他の加工助剤はジオルガノ硫黄酸化物、例えば米国特許
第 4,287,320号(Kolb)に記載のジクロロジフェニルスル
ホンである。
【0027】フルオロ脂肪式スルホンアミドも加えるこ
とができ、それには式Rf SO2 NHR11(ここでR11
は水素原子、又は例えば1〜20個の炭素原子、好まし
くは1〜12個の炭素原子を有するアルキル基であり、
f はフルオロ脂肪式基、例えばパーフルオロアルキ
ル、例えばCn 2n+1〔ここでnは1〜20である〕、
パーフルオロシクロアルキル、例えばCn 2n-1〔ここ
でnは3〜20である〕である)が挙げられ、かかる化
合物は例えば米国特許第 5,086,123号(Guenthnerら) に
記載されている。このフルオロ脂肪式スルホンアミドは
好ましくはパーフルオロアルカンスルホンアミドであ
り、そして独立化合物として、又はオルガノ−オニウム
化合物のアニオンとして加えられうる。
【0028】硬化組成物又は加硫ゴムの物理特性を向上
せしめるために上記のポリマーに充填剤がしばしば加え
られる。充填剤を利用するとき、これはゴムの約100
重量百分率まで、好ましくはゴムの約1〜50重量百分
率の量において加硫化処方に加えられる。利用できうる
充填剤の例は補強用耐熱カーボンブラック又は比較的低
めの補強特性の非ブラック顔料、例えば粘土、バライト
等である。
【0029】該オルガノ−オニウム化合物及びポリヒド
ロキシ化合物は前記化合物をコポリマーガムストックの
中に混練することにより微細に分割した固形状態におい
てガムに加えることができる。従って混合せしめたガム
ストックは一般に長期、例えば2年以上にわたって室温
で保存することができる。硬化させる前に、酸受容体を
このオルガノ−オニウム−ポリヒドロキシ含有ガムスト
ックの中に混練する。その後はこのストックの棚寿命は
より限られてしまう。酸受容体は無機系又は有機系化合
物でよい。有機系酸受容体にはステアリン酸ナトリウム
及びシュウ酸マグネシウムが挙げられる。しかしなが
ら、酸受容体は一般に無機系塩基であり、そして酸化マ
グネシウム、酸化鉛、酸化カルシウム、水酸化カルシウ
ム、二塩基性亜燐酸鉛、酸化亜鉛、炭酸バリウム、水酸
化ストロンチウム、炭酸カルシウム等が挙げられる。好
ましい酸受容体は水酸化マグネシウム及び水酸化カルシ
ウムである。この酸受容体は単独で、又は組合されて利
用してよく、そして好ましくはポリマーの2〜25重量
百分率に範囲する量において利用されうる。硬化系の全
ての成分を本弾性ガムの中に組込む前に混ぜ合わせるこ
とは本発明の範囲を逸脱しない。
【0030】ポリヒドロキシ又はフルオロ脂肪式スルホ
ンアミド化合物はオルガノ−オニウム化合物のアニオン
として加えられることもできる。これらのオルガノ−オ
ニウム化合物(ポリヒドロキシ又はフロオロ脂肪式スル
ホンアミドアニオンを伴う)は金属塩、例えばポリヒド
ロキシ又はフルオロ脂肪式スルホンアミド化合物のナト
リウム、カルシウム塩等と、当量のオルガノ−オニウム
ハロゲン化物とを反応させることにより調製できる。前
記金属塩はポリヒドロキシ又はフルオロ脂肪式スルホン
アミド化合物と塩基、例えばメトキシドナトリウムと
を、適当な溶剤、例えばメタノールの中で反応させるこ
とにより作ることができる。ある状況においては、1又
は複数のジオルガノ硫黄酸化物化合物、並びにその他の
常用の添加剤又は成分、例えば遅延剤、加工助剤、補強
剤及び充填剤をガムストックに加えることも所望されう
る。
【0031】前記ポリヒドロキシ及びオルガノ−オニウ
ム化合物の相対量は酸受容体と混ぜ合わせたときにこの
組成物の所望の硬化を担うような量においてこの組成物
の中に存在している。硬化系の成分の代表的な比率を下
記の第1表に記載する。それらに関する量は全てゴムの
重量百分率(「phr 」)で示しているか、又は重量百万
分率(「mmhr」)で示す。何らかの記載がない限り、
「ゴム」は弾性コポリマー又はガムを意味する。これら
の比率は一般域であり、そしてそれぞれの特定の硬化時
間及び温度の特定の値は当業者により明らかにされるで
あろう。
【0032】 第1表 ──────────────────────────── 配合範囲 ──────────────────────────── 成分 量 ──────────────── ────────── 酸受容体 0.5〜40phr オルガノ−オニウム化合物(総量) 0.2〜5mmhr ポリヒドロキシ化合物 0.3〜10mmhr ──────────────────────────── 有用な硬化弾性体は上記の配合域の中で獲得できるが、
特定の所望の特性を有する弾性製品はこの記載の範囲内
で成分の相対量を変えることによって獲得できうる。好
ましくは、該組成分は1.0〜3.0mmhrのオルガノ−
オニウム化合物及び3.0〜6.0mmhrのポリヒドロキ
シ化合物を含んで成る。このスルホニウム総オルガノ−
オニウムモル数に基づき好ましくは25〜85モル%、
最も好ましくは50〜75モル%である。
【0033】本発明に従い、所望する量の酸受容体、オ
ルガノ−オニウム化合物及びポリヒドロキシ化合物、ジ
オルガノ硫黄酸化物化合物、並びに任意のその他の常用
の添加剤又は成分を未加硫コポリマー(即ち、ガムスト
ック)に加え、次いでそれとよくかき混ぜるか、又は通
常のゴム混合装置、例えばバンバリーミキサー、ロール
ミルもしくは任意のその他の常用混合装置を利用するこ
とにより配合する。
【0034】最良の結果のためにミル上のこの混合物の
温度は約120℃を超えるべきではない。混練の際、そ
の成分及び添加剤を硬化性ポリマー全体にわたって均質
に分散させる必要がある。この硬化処理は典型的にはモ
ルド、例えばキャビティー又はトランスファーモルドに
おいて配合混合物を押出し又は加圧し、次いでオーブン
硬化することを含んで成る。本発明の組成物は射出成形
のために特に有用である。配合混合物の加圧(プレス硬
化)は約95℃〜約230℃、好ましくは約150℃〜
約205℃で1分から約15時間、通常は5分〜30分
間行う。約700kPa 〜約20,600kPa 、好ましく
は約3,400〜約6,800kPa の圧力をモルド中の
配合混合物にかける。成形加硫ガムを通常次に、約15
0℃〜約315℃、通常は約232℃の温度で約2〜5
0時間又はサンプルの断面の厚みに依存してより長く後
硬化させる。厚めの断面のためには、後硬化の際の温度
は通常最低限から、選ばれられた所望の最大温度に至る
まで徐々に高める。薄めの断面、例えば5mm以下のため
には、加硫ゴム又は硬化シート部分を所望の最大温度の
オーブンの中に入れてよい。最大温度は約260℃が好
ましく、そしてこの温度で約4時間以上保つ。
【0035】本発明の加硫化高フッ化弾性体の第1の主
たる用途は、高温にて加圧のもとで流体を含む自動車製
品におけるシャフトシール、ガスケット、O−リング
等、例えば航空機における油圧系において、又は化学品
の処理における反応器の部品としての用途がある。
【0036】以下の実施例は本発明をよりよく理解する
手助けのために提供し、本発明の範囲を不必要に限定す
るためではない。
【0037】
【実施例】実施例1〜2及び比較例C1〜C5 フッ素含有ポリマーFC2145、即ち、約26〜31
のムーニー粘度(ML1+10@121℃)を有するフ
ッ化ビニリデン(60重量%)とヘキサフルオロプロペ
ン(40重量%)とのコポリマー(3M社より入手可)
をビスフェノールAF架橋剤(Aldrich Chemical社より
入手可)及びオニウム促進剤で硬化せしめ、そして得ら
れる硬化ポリマーの物理特性を決定した。100gのこ
のフッ素含有ポリマーを以下の硬化用及び配合用成分と
混ぜ合わせた:30gのカーボンブラック(Therm
ax MT(商標)、ASTM N990);0.5g
のCaCO3 ;1.0gのジクロロジフェニルスルホ
ン;3gの酸化マグネシウム(Maglite D(商
標));及び6gの水酸化カルシウム。この組成物はビ
スフェノールAF、並びに1又は複数の以下のオルガノ
−オニウム化合物も含む:
【0038】次式のスルホニウムA
【化7】 (これは Austin Chemical社より購入した「トリアリー
ルスルホニウムクロリド」をビスフェノールAFのナト
リウム塩と反応させることにより調製);次式のホスホ
ニウムB
【化8】 (これはトリフェニルベンジルホスホニウムクロリド
(Aldrich Chemical社より入手可)をビスフェノールA
Fのナトリウム塩と反応させることにより調製);アン
モニウムC
【化9】 (これはトリブチルベンジルアンモニウムクロリド(Al
drich Chemical社より入手可)をビスフェノールAFの
ナトリウム金属塩と反応させることにより調製);次式
のスルホニウムD (アリール)3S+ C8F17SO2N- (CH3) (これは Austin Chemical社より購入した「トリアリー
ルスルホニウムクロリド」をN−メチル−パーフルオロ
オクタンスルホンアミドのナトリウム塩と反応させるこ
とにより調製)。
【0039】Austin Chemical 社由来の「トリアリール
スルホニウムクロリド」はトリフェニルスルホニウムク
ロリド、ジフェニル〔4−(フェニルチオ)フェニル〕
スルホニウムクロリド及び(チオジ−4,1−フェニレ
ン)ビス(ジフェニルスルホニウム)ジクロリドを含む
混合物と言われている。
【0040】各実施例及び比較例におけるビスフェノー
ルAF及びフルオロ脂肪式スルホンアミドの総量は10
0gのゴム当り6.54mmole(mmhr) である。各実施例
及び比較例のオニウム及びビスフェノールAF組成を表
2にまとめた。
【0041】未硬化組成物の硬化特性及び流動特性をA
STM D2084−75を利用して、予備加熱なし
で、100cpm のオスシレーター周波数にて、3°のa
rcにて177℃で獲得した。最小トルク(ML )、プ
ラトーマは最大トルクが得られなかったときの特定の期
間の際に達せられた最も高いトルク(MH )、トルクが
L より0.2N.m 高くなるのにかかる時間(ts2)及
びトルクがML +0.9MH −0.9ML に達するのに
かかる時間(ti(90))を決定した。その結果を表
2にまとめる。
【0042】配合せしめたポリマー組成物を10分間1
77℃でプレス硬化せしめ、次いで260℃で16時間
後硬化せしめて物理特性を決定した。破断張力、破断伸
び率及び100%伸び率での弾性率をASTMダイDに
より1.8mmのシートの硬化ポリマーから切断したサン
プルに基づいてASTM法D−412−80を用いて獲
得した。硬度(ショア−A−2)はショア−装置及びM
fg社の「A−2」硬度測定器具を用いてASTM法D
−2240−81に従ってこの硬化サンプルに基づいて
室温で測定した。圧縮歪みは200℃で70時間にわた
る25%圧縮の後の硬化(177℃で10分間のプレス
硬化、それに続く260℃で16時間の後硬化)O−リ
ングに基づいてASTM法D−395−78、方法Bを
利用して決定した。圧縮歪みの結果を残留圧縮のパーセ
ントとして報告する。硬化ポリマーの得られた物理特性
を第2表にまとめる。
【0043】
【表1】
【0044】
【表2】
【0045】このフルオロエラストマー組成物の硬化速
度に対する種々のレベルのオルガノ−オニウム促進化合
物の効果はtc′(90)又は90%の硬化に至る時間
において見い出せうる。この組成物の中により多くのオ
ニウム化合物が存在していると、その硬化速度はより速
くなる。しかしながら同レベルのオニウム化合物におい
て、ホスホニウム及びアンモニウム促進剤単独はそれぞ
れスルホニウム促進剤単独よりも有効である。ところ
で、スルホニウムをホスホニウム又はアンモニウム促進
剤と組合せて用いると予測できない相乗作用が認められ
た。第2表に示す通り、1.2mmhrの総オニウム濃度に
おいて、tc′(90)値は、単独のスルホニウム、ホ
スホニウム及びアンモニウム含有オニウム化合物を含む
組成物(比較例C2,C6及びC8)に関してそれぞれ
12.3,4.0及び3.5分であった。1.27mmhr
の同じ総オニウムレベルでの混合スルホニウムとホスホ
ニウム、及び混合スルホニウムとアンモニウムの組成物
はそれぞれ5.5及び4.8分のtc′(90)値を有
していた(その時間は、4.0及び3.5のtc′(9
0)値をそれぞれ有する、ホスホニウム又はアンモニウ
ムの促進剤のみを含む組成物とほぼ同等の速さであっ
た)。
【0046】試験域において硬化速度とオニウム化合物
のモル数との間にほぼ直線関係があると仮定して、オニ
ウム化合物の混合物を含む組成物についての予測のt
c′(90)値は以下の式より計算できる tcalc=(x)(Tx)+(y)(Ty) (ここでx及びy(x+y=1)はそれぞれこの組成物
中のオニウム化合物の混合物におけるスルホニウム及び
ホスホニウム又はアンモニウム化合物のモル分率であ
る)。Txはスルホニウム化合物のtc′(90)であ
り、そしてTyはホスホニウム又はアンモニウム化合物
のtc′(90)である。Tx及びTyは、各オニウム
化合物単独のレベルが対象の混合物中のオルガノ−オニ
ウム化合物の総計レベルに等しいときの、一方のオニウ
ム化合物のみを含む組成物のtc′(90)を表わす。
従って、1.27mmhrでは、比較例C2及びC6のそれ
ぞれから、Tx=12.3分、そしてTy=4.0分で
ある。
【0047】これにより、上記の式を用いた実施例1に
関する計算tc′(90)は、xが0.76/1.27
=0.60であり、yが0.51/1.27=0.40
であることより、tcalc=(0.60)(12.3)+
(0.4)(4.0)=9.0分となり、実施例1にお
いて獲得した実測値5.5分のほぼ2倍であった。実施
例2に関して、1.27mmhrにて、比較例C2及びC8
からTx=12.3分そしてTy=3.5分であること
より、実施例2についての上式を用いて計算したtc′
(90)は、xが0.76/1.27=0.67であ
り、Yが0.51/1.27=0.40より、tcalc
(0.60)(12.3)+(0.40)(3.5)=
8.8分となり、ここでも実施例8において得られた実
測値4.8分のほぼ2倍であった。
【0048】第2表は、ホスホニウムとアンモニウム化
合物と比較して、それと同等の硬化速度を得るのにはよ
り高いレベルの単独のオルガノ−スルホニウム化合物を
必要とすることを示している(実施例C6及びC8と比
較しながら比較例C4を参照のこと)。第2表はまた、
スルホニウム促進剤の増加は物理特性、例えば圧縮歪み
に有害な効果を及ぼすことを示す(実施例C3及びC4
と比較しながら比較例C2を参照のこと)。
【0049】第2表にまとめた実施例は本発明の有用性
を例証する。それらは、スルホニウムとアンモニウム又
はホスホニウム化合物の組合せを有する組成物におけ
る、最終硬化製品の優れた物理特性を維持しながらの硬
化速度に関する予測できない相乗効果を例証する。
【0050】混合したスルホニウムとホスホニウム又は
混合したスルホニウムとアンモニウム化合物を含む本発
明の硬化フルオロエラストマー組成物の優れた物理特性
に加えて、これらの組成物は射出成形に関して優れた特
性も示す。射出成形において、硬化製品、例えばO−リ
ングの優れたモルド剥離性を、迅速な硬化速度及び優れ
た物理特性と合せて有することは有利である。優れたモ
ルド剥離性は、モルドのキャビティーの中に付着する部
分を人手でにより運転者が取除くことを必要としない自
動化運転を可能にする。迅速な硬化周期は硬化製品の物
理特性を犠牲にせずに運転全体を経済的に有効にするの
に必要であり、なぜなら物理特性は部品の実際の使用パ
ラメーター、例えばO−リングの圧縮歪み及びシール力
を決定するからである。
【0051】以下の実施例5及び比較例C9は、スルホ
ニウム及びホスホニウム硬化促進剤の混合物を含む本発
明のフルオロエラストマー組成物の、ホスホニウム硬化
促進剤のみを含む組成物と比較しての優れたモルド剥離
特性及び射出成形のし易さの特徴を実証する。これらの
例において用いたフルオロエラストマーの組成を下記の
表に示す。C9の組成は、射出成形によるO−リングの
製造に関する現時点での技術的水準に属する組成物であ
る。何らかの記載がない限り、量は重量部である。
【0052】 実施例5 比較例C9 フルオロエラストマー 100 100 ビスフェノールAF 5.25 5.25 スルホニウムA, mmhr 0.77 − ホスホニウムB,mmhr 0.51 1.0 MTブラック 30 30 Ca(OH)2 6 6 MgO 3 3 ジクロロジフェニルスルホン 1.0 1.0 カルナバワックス 0.75 0.75
【0053】この組成物を二軸ゴムミル上で混練し、一
夜室温で保存し、そして翌朝再混練した。再混練した直
後にこの組成物を20mm×6mmのストリップに切断し
て、射出成形装置への供給のために用意した。
【0054】ドイツ風のKlockner Ferromatic Desma Gm
6Hにより製造された射出成形装置DESMA966.0
5320をO−リングの作製のために用いた。
【0055】 装置の仕様 モルド封鎖力 55kN 射出ピストン径 55mm 射出ピストンストローク 120mm 射出圧力 200MPa (20
0atm )(最大) 射出速度 40cm/秒(最
大) 可塑化ユニット スクリュー径 30mm スクリューrpm 30−220 最大出力 7.5kW
【0056】別々の番号及びキャビティーの寸法、並び
にその他の異なるレイアウトを有する2つの別々のO−
リングモルド(A及びB)を用いた。A及びBの両方の
モルドはステンレススチール製(STAVAX ES
R)である。これらのモルドを清浄にし、そして使用前
に以下に従って処理した:(1)水酸化ナトリウム/清
浄剤溶液中で(この溶液中に30分浸した後)80℃で
15分超音波洗浄し、次いで脱イオン水ですすぎ、そし
て乾かし;(2)モルド表面を2気圧のもとで50〜1
500マイクロメーターのガラスビーズで研摩し;次い
で(3)工程1を繰り返し、そしてモルドを使用前に一
夜保存した。
【0057】 モルド キャビティーの数 6 4 O−リングの径、mm 26.5 50 O−リングの断面,mm 3.50 2.90 ランナーの長さ,mm 33 13 スプルーの長さ,mm 85 29 スプルーベースの径,mm 9.0 5.2 ノズル(8mm)及びチェックバルブ 有 有 独立インサートにおけるキャビティー 有 無 片方のキャビティーにおける圧力センサー 有 無 キャビティー付近の温度センサー 有 有
【0058】以下の表に示すような定常O−リング射出
成形条件を利用した。 モルド A A B B 実施例の組成 C9 C9 O−リング成形条件 モルド温度,℃ 197 193 217 210 可塑化ストローク,mm 8.0 8.2 5.5 5.5 背圧,MPa (atm ) 0.3(3) 0.4(4) 0.5(5) 0.5(5) Rpm スクリュー,%(最大の) 35 35 35 35 押出し機温度,℃ 60 60 60 60 バレル温度,℃ 95 95 95 95 加熱時間,秒 110 130 45 47 保持時間,秒 90 115 33 36 可塑化遅延時間,秒 100 117 35 37
【0059】モルドAを用いる実施例5の組成物を利用
したO−リングの射出成形の際、射出ピストンのストロ
ークを0.1mmづつ短くした。5ショット後、又はこの
組成物の装填後、キャビティー圧を記録した。以下の表
は、実施例5の組成物を用いた射出成形についての60
秒後の可塑化ストローク、ショット重量及びキャビティ
ー圧をまとめている。
【0060】 可塑化ストローク,mm ショット重量,g キャビティー圧, MPa,(atm) 8.4 22.98 3(30) 8.3 22.82 2(20) 8.2 22.65 1(10) 8.1 22.11 1(10) 8.0 22.11 1(10) 7.9 21.95 1(10)
【0061】定常O−リング製造条件の際に下記の観察
がなされた:モルド付着 :O−リングをモルドが取出すのに非常に小
さい力を必要とした。射出成形部品を取出す典型的な手
段である加圧空気はO−リングを取出すのに必要でなか
った。低いキャビティー圧は本発明の組成物についての
射出成形のし易さを示唆する。引裂 :O−リング、フラッシュ又はランナーの非常に少
ない例の引裂がモルドの取出しの際に観察された。(そ
の他のフルオロエラストマーによる典型的な実施では、
モルドからの部品の取出しのために加圧空気を利用しな
いとそれらは裂れるであろう。)スプルーの挙動 :何度かのショットにおいてモルドの上
部の中にスプルーが積み重なったが、それらは裂れるこ
となく簡単に取外すことができ、従ってO−リングの定
常製造を妨げなかった。モルドの汚れ :様々な条件のもとでの101回のショッ
ト後、モルドキャビティー又はランナー系において付着
は検出されなかった。
【0062】モルドAを用いる比較例C9の組成物を利
用したO−リングの射出成形の際、射出ピストンのスト
ロークを0.1mmづつ短くした。5ショット後、又は組
成物の装填後、そのキャビティー圧を記録した。しかし
ながら、実施例5の組成物についてと全く同一の射出装
置設定のもとでの加工の実施の試みは失敗に終わった。
スプルーはモルドの上部にひどく付着し、所望の定状条
件を可能としない妨げの原因となった。従って、より長
い保持時間(115秒)及びより長い可塑遅延時間(1
17秒)を必要とした。
【0063】下記の表に比較例C9の組成物の射出成形
のための60秒後の可塑化ストローク、ショット重量及
びキャビティー圧をまとめる。
【0064】 可塑化ストローク, ショット重量, キャビティー圧 mm MPa (atm) 8.5 22.78 11(110) 8.4 22.55 10(100) 8.3 22.46 3(30) 8.2 22.38 4(40)
【0065】射出ストロークを8.1mmにまで下げる試
みはせず、なぜならバレルにおける「ゴムクッション」
が薄くなりすぎると、装置を損う危険性があるからであ
る(実施例5の組成物については7.9mmぐらいの短い
射出ストロークで何ら問題がなかったことに注意)。実
施例5と比較して比較例C9の組成物の射出成形にとっ
てのキャビティー圧がより高いことに注目すべきであ
る。比較例C9の組成物を利用する定常O−リング製造
条件の際に下記の観察がなされた:モルド付着 :モルドからO−リングを取出すのに加圧空
気を加圧空気なしでは、モルドの取外しは難しく、部品
及びランナーの破損が伴った。引裂 :加圧空気を用いることにより、O−リング、ラン
ナー又はフラッシュの非常にわずかな裂れがモルドの取
外しの際に観察された(加圧空気なしでは、部品は頻繁
に壊れた)。スプルー挙動 :何度かのショットにおいてモルドの上部
にスプルーが重なったとき、取外すのが困難であった。モルドの汚れ :様々な条件のもとで全部で100ショッ
ト後、モルドキャビティー又はランナー系において付着
は観察されなかった。
【0066】モルドBを利用する実施例5の組成物を用
いたO−リングの射出成形を実施した。定常のO−リン
グの製造条件の際に下記の観察がなされた:モルド付着 :モルドからO−リングを取出すのに非常に
小さい力を必要とした。これは219℃を含む全ての成
形温度にとっての事実であった。射出成形部品を取出す
典型的な手段である加圧空気はO−リングを取出すのに
必要とされなかった。引裂 :モルドの取外しの際、非常にわずかなO−リン
グ、ランナー又はフラッシュ破損が認められた。スプルー挙動 :217℃以上の温度で135ショット目
まで、モルドの上部におけるスプルーの重なりは起きな
かった。何回かのショットにおいてもモルドの上部にス
プルーが重なったとしても、それは裂れることなく簡単
に取外しでき、O−リングの定常製造の妨げとならなか
った。モルドの汚れ :様々な条件のもとで全部で157ショッ
ト後、モルドキャビティー又はランナー系において付着
は認められなかった。
【0067】モルドBを用いて比較例C9の組成物を利
用してO−リングの射出成形を実施した。定常O−リン
グ製造条件の際に下記の観察がなされた。モルド付着 :モルドからO−リングを取出すのに加圧空
気は必要とした。加圧空気なしでは、モルドの取外しは
難しく、部品及びランナーの破損が伴った。引裂 :加圧空気のもとで、O−リング、ランナー又はフ
ラッシュの非常にわずかな裂れがモルドの取外しの際に
観察された(加圧空気なしでは、部品は頻繁に壊れ
た)。スプルー挙動 :211℃の温度及び45秒の加熱時間に
て、スプルーの付着の問題(同様にO−リングの流動不
良)が起きた。周期時間を短くする試みはひどいスプル
ー付着及び流動不良をもたらした。モルドの汚れ :様々な条件のもとでの全部で210ショ
ット後、モルドキャビティー又はランナー系において付
着は認められなかった。
【0068】スルホニウムとホスホニウムとの硬化促進
剤の混合物を含む本発明のフルオロエラストマー組成物
(実施例5)及びホスホニウム硬化促進剤のみを含む比
較フルオロエラストマー組成物(比較例C9)の射出成
形の結果をこれよりまとめる。
【0069】同一の装置射出成形設定値及び成形温度の
もとで、比較例C9の比較組成物と比べて実施例5の組
成物に関して有意に低いモルドキャビティー圧が測定さ
れた。同一の装置条件のもとで、実施例5の組成物は比
較例C9の組成物に比して同一レベルにまでモルドを充
填するのに短めの射出ピストンストロークを必要とし、
従って実施例5の組成物のより優れた流動特性を示唆す
る。実施例5の組成物は比較例C9の組成物より短めの
加熱及び周期時間を有した。実施例5の組成物は高めの
成形温度でトラブルなしで流れた。実施例5の組成物よ
り製造したO−リングは加圧空気なしで容易に取外しで
きたが、加圧空気なしで比較例C9の比較組成物から製
造したO−リングを取出す試みは破損部品をもたらし
た。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C08K 5/49 C08K 5/49 (72)発明者 ワーナー マリー グルータート アメリカ合衆国,ミネソタ 55144− 1000,セント ポール,スリーエム セ ンター(番地なし) (56)参考文献 特開 平1−299860(JP,A) 特開 平1−292055(JP,A) 特開 昭60−215042(JP,A) 特開 昭55−108884(JP,A) 特開 昭59−105046(JP,A) 米国特許4358559(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08L 27/16

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)フッ化ビニリデンと少なくとも1
    種のその他のフッ素含有エチレン系不飽和モノマーとに
    由来する共重合単位を含んで成る弾性ポリマー; (b)スルホニウム化合物;並びに、 (c)アンモニウム及びホスホニウム化合物より成る群
    から選ばれる少なくとも1種のオルガノ−オニウム化合
    物; を含んで成る弾性組成物。
  2. 【請求項2】 ポリヒドロキシ化合物又はポリヒドロキ
    シアニオンを更に含んで成る、請求項1に記載の組成
    物。
  3. 【請求項3】 前記スルホニウム化合物がオルガノ−オ
    ニウム化合物の総モル数の25〜85モル%として存在
    している、請求項1に記載の組成物。
  4. 【請求項4】 前記スルホニウム化合物がトリアリール
    スルホニウム化合物、トリフェニルベンジルホスホニウ
    ム化合物、又はトリブチルベンジルアンモニウム化合物
    である、請求項1に記載の組成物。
  5. 【請求項5】 硬化状態にある、請求項2に記載の組成
    物。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載の組成物を含んで成る成
    形製品。
JP20381793A 1992-08-24 1993-08-18 オルガノ−オニウム化合物を有するフルオロエラストマー組成物 Expired - Fee Related JP3364283B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US07/934,430 US5262490A (en) 1992-08-24 1992-08-24 Fluoroelastomer composition with organo-onium compounds
US934430 1997-09-19

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