JP3451354B2 - 低温用パーフルオロエラストマー類 - Google Patents
低温用パーフルオロエラストマー類Info
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Description
あり、特に上記エラストマー類が示す低温特性を向上さ
せることに関する。
2,872号、4,281,092号、4,487,903号および4,983,697号
などに記述されているパーフルオロエラストマー類は、
例外的に厳しい条件下でこれらを用いることを魅力的に
している特性を示す。これらの材料は、エラストマーの
特質が必要とされている用途で用いるに適切であると同
時に、高温暴露または攻撃性化学品暴露に耐性を示す。
は、通常、他のエラストマー類と同様に、このポリマー
類の中に入れるパーフルオロエラストマー類の比率を変
化させること、カーボンブラックおよび他のコンパンド
用材料の量を変化させること、並びに硬化もしくは加硫
化学を変化させることによって行われる。しかしなが
ら、特定の用途では、公知手段を用いたのでは達成不可
能な特性組み合わせが必要とされる。特に望ましい1つ
の改良は、サービス温度範囲をより低い温度にまで広げ
ることを伴わせながらガラス転移温度(Tg)を低くする
ことであろう。
温特性を向上させる目的でポリエーテル類が用いられて
きた。例えば、特開平01−193349号には、40℃における
動粘度が190−408センチストークの範囲のパーフルオロ
ポリエーテル添加剤が例示されている。加うるに、向上
した低温特性を示す、パーフルオロエラストマー類とヘ
キサフルオロプロピレンオキサイド/硬化部位モノマー
のジポリマー類から成る共加硫性ブレンド物がヨーロッ
パ特許第105 445号に開示されている。
パンドに組み込むことを通して熱老化および化学品暴露
特性を犠牲にすることなく向上した低温特性を示す硬化
パーフルオロエラストマー類を提供するものである。
ルキル基が1−5個の炭素原子を含んでいるパーフルオ
ロ(アルキルビニル)エーテルと3モルパーセント以下
の量の少なくとも1種の硬化部位原子団を共重合させた
単位を含むパーフルオロエラストマー組成物において、
この組成物に少なくとも約3000mm2/秒の粘度を示すパー
フルオロポリエーテルを約5から20phr更に含める改良
を提供する。
フルオロエラストマーコンパンドにブレンドすると硬化
後のパーフルオロエラストマー類が示す低温特性が向上
し得ることを見い出したことが基になっている。驚くべ
きことに、適当な粘度を示すPFPEを選択するとTgが有意
に低くくなる。上記コンパンドを用いてシールを製造す
ると、低温におけるシーリング能力(sealing capabil
ities)が向上する。高温安定性および耐化学品性を犠
牲にすることなくこれらの改良を達成する。
トラフルオロエチレン(TFE)または他のパーフルオロ
オレフィン類とパーフルオロ(アルキルビニル)エーテ
ル類(ここで、このアルキル基は1から5個の炭素原子
を含んでいる)から、本発明のパーフルオロエラストマ
ー類を製造する。このような反応体の典型的なものはパ
ーフルオロ(メチルビニル)エーテル(PMVE)およびパ
ーフルオロ(プロピルビニル)エーテル(PPVE)であ
る。典型的には、架橋を助長するコモノマーと協力させ
てこれらのモノマー類を用いる。また、完全フッ素置換
されていないモノマー類を低濃度で用いることも可能で
ある。通常、所望の架橋特性を得る目的でこのようなモ
ノマー類を用い、約3モル%以下の濃度でこれらを存在
させてもよい。上記モノマー類の例にはブロモテトラフ
ルオロブテン、ブロモトリフルオロエチレン、およびシ
アノ基含有モノマー類が含まれる。別法としてか或は追
加的に、完全フッ素置換されていない連鎖移動剤をこの
重合反応で用いることにより、硬化の目的で用いるに望
ましいフラグメントをこのポリマーの中に導入すること
も可能である。このような薬剤にはジ−ヨード化合物が
含まれ、この化合物はポリマーの中に結合したヨウ素を
もたらし、通常これは分子末端の所に結合する。代表的
なパーフルオロエラストマー類が米国特許第3,467,638
号、4,281,092号、4,487,903号、4,529,784号、4,948,8
53号および4,983,697号に示されている。
飽和フルオロカーボン基で分離されて存在する鎖構造の
ものであればよい。その分子内にフルオロカーボン基を
2種以上存在させることも可能である。
は、下記が含まれる: (−CFCF3−CF2−O−)n (I) (−CF2−CF2−CF2−O−)n (II) (−CF2−CF2−O−)n−(−CF2−O−)m(III) (−CF2−CFCF3−O−)n(−CF2−O−)m (IV) Chemistry International、13、147頁(1991)の中でF
ranco Piacentiがこれらの構造を考察している。この
論評に示されているように、このPFPEは完全フッ素置換
されている末端基を有している。本発明で用いるPFPE
は、ASTM−D−445に従って20℃で測定した時、少なく
とも約3000mm2/秒、好適には3000−4000mm2/秒の範囲の
動粘度を示すべきである。
化学構造: で表される、ヘキサフルオロプロピレンエポキシドのフ
ッ素末端キャップド(florine−end−capped)ホモポリ
マー類シリーズを基とする、一般目的の潤滑剤として商
業的に入手可能である。本発明で必要な粘度にするに
は、これらの化合物に、この必要な粘度を与えるに充分
な数(上式におけるn)の繰り返し単位を持たせるべき
である。
ー100部当たり約5から20部のPFPE量でPFPEをそのフル
オロエラストマー組成物の中に組み込む。このPFPEの量
が約5部未満であると、そのパーフルオロエラストマー
の有意な改良は得られない。PFPEの濃度を約20phr以上
にしてもさらなる改良は得られず、その組成物から染み
出して来る可能性がある。
トマー類に通常の優れた特性が必要とされている幅広く
多様な用途で、本発明の組成物を用いることができる。
特別な用途には、極めて低い温度を受けるシーリングお
よびパッキン用途が含まれる。例えば、本ブレンド物か
ら製造したバルブ用パッキンは、約−50℃の温度でも満
足される機能を果し得る。
PFPEオイルが用いられていた。しかしながら、以前に用
いられていたこの種類のオイルは揮発性を示すと共に滲
出性を示し(fugitive)、従ってこれを可塑化に充分な
ほど高いレベルで組み込むと染み出ていた。この染み出
し問題を解決する以前の試みには、パーフルオロエラス
トマーと一緒に共硬化する硬化部位モノマーを組み込む
ことが含まれていた。本発明は、高粘度PFPEの使用を条
件として指定することにより、以前には達成不可能であ
った加工と性能特徴との組み合わせを提供するものであ
る。
の材料と一緒にパーフルオロエラストマーとパーフルオ
ロポリエーテルが入っているコンパンドをゴム用の標準
的2本ロールミルで製造したが、ここでは、これらのロ
ールを約55℃に加熱した。このミル混合方法では最初に
パーフルオロエラストマーポリマーを単独でロール間隙
に導入し、帯が生じるまで混練りしてこのポリマーを充
分にブレンドし、そして回転しているバンクをこのロー
ル上に維持する。次に、予め重量測定しておいたパーフ
ルオロポリエーテルを含む添加剤を上記ロール間隙に加
えた後、その結果として生じる組成物が均一になるまで
混練りを行う。
を下記の如く識別して特徴付ける。
エーテルであり、20℃の粘度は約1600mm2/秒であり、KR
YTOX(商標)フッ化オイルグレード143AD(DuPont Com
pany)として商業的に入手可能であり、そしてこれは、
本発明以前のパーフルオロエラストマーコンパンドで用
いられていたPFPEオイルの代表的なものである。
ポリエーテルであり、20℃の粘度は約3500mm2/秒であ
り、そしてこれは、KRYTOX(商標)フッ化オイルグレー
ド16350(DuPont Company)として商業的に入手可能で
ある。
が1.9mmの15cm平方のシートを生じさせることによっ
て、大部分の物性試験を行うに適切な形状に変化させ
た。硬化および後硬化に関しては、種々の実施例の中で
概略を示す操作に従わせた。表Iに要約する試験方法で
要求される如き物性試験で用いる試験片を上記シートか
らダイスで切り取った。Tgの測定では示差走査熱量計
(DSC)を用いた。
ーセントを重量で表す。
部位モノマーとしての5−ペンタフルオロフェノキシ−
パーフルオロ−(5−メチル−3−オキサ−1−ペンテ
ン)とTFEとPMVEとのエラストマー状コポリマーであっ
た。一般的に米国特許第3,467,638号に記述されている
ようにしてこれの製造を行った。表IIに挙げるようにし
てポリマーPをPFPEおよび他の材料と一緒にコンパンド
化し、成形した後、上に記述した操作に従って試験を行
った。この成形シートのプレス硬化を190℃で30分間行
った後、オーブン内の窒素雰囲気下で後硬化を行った
が、ここでは、最初温度を40時間かけてゆっくりと室温
から260℃にまで上昇させた後、260℃における後硬化を
8時間行った。表IIの試験結果は、これらの組成物の機
械的特性に対してPFPE XもPFPE Yも同様な効果を示
すが、PFPE濃度を3phr以上にするとPFPE YがTgに驚く
べきほど高い効果を示すことを表している。表IIにおけ
る実施例6の結果は、2つのコンパンド調合物を用いて
行った測定の平均である。他の実施例および対照の結果
は単一のコンパンドを基にした結果である。
Iに挙げるようにPFPEおよび他の材料と一緒にコンパン
ド化し、成形した後、上に記述した操作に従って試験を
行った。ポリマーRは、一般的に米国特許第4,281,092
号に記述されている如く製造したTFE/PMVE/8−CNVEパー
フルオロエラストマーであった。硬化部位モノマーであ
る8−CNVEはパーフルオロ−(8−シアノ−5−メチル
−3,6−ジオキサ−1−オクテン)である。この成形シ
ートのプレス硬化を200℃で30分間行った後、窒素雰囲
気のオーブン内で後硬化を行ったが、ここでは、後硬化
を90℃で6時間行い、10時間かけて一定速度で305℃に
した後、305℃で26時間行った。表IIIの試験結果が示す
ように、機械的特性は使用したカーボンブラック量の明
らかな関数である。しかしながら、ブレンド物の中にPF
PE Yを組み込むと、このPFPE Yを入れたブレンド物
のカーボン充填率は中間的であるにも拘らず、このブレ
ンド物が示すTgは、PFPE Xを入れたブレンド物いずれ
もが示すTgよりも有意に低かった。
に挙げるようにPFPEおよび他の材料と一緒にコンパンド
化し、成形した後、上に記述した操作に従って試験を行
った。ポリマーSは、TFEとPMVEとBTFBのコポリマーで
あり、ここで、BTFBは硬化部位モノマー、即ち4−ブロ
モ−3,3,4,4−テトラフルオロブテンである。この種類
のパーフルオロエラストマー類およびそれらの製造は米
国特許第4,035,565号に記述されている。上に記述した
一般的操作で混練りおよび成形を行い、このシートのプ
レス硬化を177℃で10分間行った後、窒素雰囲気のオー
ブン内で後硬化を行ったが、ここでは、実施例1−6の
時間−温度スケジュールに従わせた。表IVの試験結果
は、カーボンブラックの充填率が比較的高いにも拘らず
PFPE Yが有利にポリマーS型パーフルオロエラストマ
ー類のTgを下げることを表している。
ンパンドを製造し、成形した後、製造したままの状態で
試験を行うと共に空気中260℃で70時間熱老化させた後
試験を行った。表Vに結果を示すが、上に示した実施例
と相互に関係していることから、これらの調合物をまた
A'、D'および4'として識別する。これらの結果は、この
コンパンドの熱安定性に対してPFPEがほとんど効果を示
さないことを表しており、そして高い粘度を示すPFPEを
用いると重量損失が低くなることを示唆している。重量
損失に関してPFPE Yが示す有利さは、同じコンパンド
から成形したOリングを260℃で70時間、168時間および
336時間老化させた時の老化で示された。PFPE Yが入
っているコンパンドが示す重量変化は、対照A'が示すそ
れと本質的に等しく、そしてPFPE Xが入っている対照
D'が示すそれのほぼ半分であった。336時間後の重量変
化に関しては、対照A'は−3.2%であり、対照D'は−5.9
%であり、そして実施例4'は−2.9%であった。
HFP/TFEターポリマーであるポリマーTを用いて、水素
含有フルオロエラストマーで高粘度PFPEが示す利点を調
査した。ポリマーTを、30phrのMTカーボンブラック、3
phrの酸化マグネシウム、6phrの水酸化カルシウム、0.6
phrのベンジルトリフェニルホスホニウムクロライド
(1.2phrのフルオロエラストマー担体の中に入ってい
る)、1.6phrのビスフェノールAF(米ぬかワックスを少
量含んでいるフルオロエラストマー担体1.6phrの中に入
っている)、および表VIに挙げる如き量のPFPEと一緒に
コンパンド化し、成形した後、上に記述した操作に従っ
て試験を行った。表VIに結果も示すが、これは、このよ
うな水素含有フルオロエラストマーではどちらのPFPEも
Tgに大きな効果を示さず、高粘度のPFPEがパーフルオロ
エラストマーで示す有利さは明白でないことを表してい
る。
Claims (4)
- 【請求項1】a)パーフルオロオレフィンと、アルキル
基が1−5個の炭素原子を含んでいるパーフルオロ(ア
ルキルビニル)エーテルと、3モルパーセント以下の量
の少なくとも1種の硬化部位原子団と共重合させた単位
を有するパーフルオロエラストマー、およびb)ASTM
D−445に従って20℃で測定した時に少なくとも3000mm2
/秒の動粘度を示すパーフルオロポリエーテルを5から2
0phr含んで成るパーフルオロエラストマー組成物であっ
て、該パーフルオロポリエーテルがその分子主鎖内に飽
和フルオロカーボン基で分離された酸素原子を含むもの
である、ことを特徴とするパーフルオロエラストマー組
成物。 - 【請求項2】該パーフルオロポリエーテルが一般式: [式中、nは繰り返し単位の数であって、ASTM D−44
5に従って20℃で測定した時に少なくとも3000mm2/秒の
動粘度を該パーフルオロポリエーテルに与えるに充分な
数である。] で表される請求の範囲1のパーフルオロエラストマー組
成物。 - 【請求項3】該パーフルオロポリエーテルが3000から40
00mm2/秒の粘度を示す請求の範囲1のパーフルオロエラ
ストマー組成物。 - 【請求項4】該パーフルオロポリエーテルを7から15ph
r含んでいる請求の範囲1のパーフルオロエラストマー
組成物。
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