JP4801311B2 - フルオロエラストマー - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、機械的特性、圧縮永久歪および低温特性の改良された組み合わせを有するフルオロエラストマーおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
ペルフルオロアルキルビニルエーテルは、Oリングおよびシャフト封止のような製造物を提供するのに適切なフルオロエラストマーを得るために、フッ化ビニリデン(VDF)のようなオレフィンの共重合用モノマーとして通常用いられ、上記すべてのものは自動車および化学工業で使用されていることが公知である。架橋性フルオロエラストマー中への多量のペルフルオロエラストマーの導入は、フッ化ゴムの低温における弾力特性をもたらす。
【0003】
改良された機械特性および圧縮永久歪特性と組み合わせて、改善された低温特性を有する利用可能なフルオロエラストマーの必要性を感じられた。
前記の技術的問題を解決するために、様々な構造特性を有するフルオロビニルエーテルが先行技術で提案されてきた。しかしながら、先行技術から得られたポリマーは、上記特性の組み合わせを示していない。
【0004】
米国特許第3,132,123号明細書(特許文献1)には、それぞれのホモポリマーおよびTFEとのコポリマーのペルフルオロアルキルビニルエーテルの製造方法が記載されている。ホモポリマーは、極限実験条件下において4,000〜18,000atmの重合圧力を用いて得られる。ペルフルオロメチルビニルエーテル(MVE)のホモポリマーはエラストマーであるが、そのTgは十分に低くない。記載されたビニルエーテルの一般式は以下:
である:
CF2=CFOR0 F
(式中、R0 Fは、好ましくは1〜5の炭素原子のペルフルオロアルキル基である)である。
【0005】
米国特許第3,450,684号明細書(特許文献2)は、式:
CF2=CFO(CF2CFX0O)n'CF2CF2X0
(式中、X0はF、Cl、CF3、Hであり、n’は1〜20の範囲であってよい)
のビニルエーテルに関する。
また、UV重合により得られるホモポリマーが記載されている。例証されたコポリマーは、低温での機械的特性および弾力特性(elastomeric properties)で特徴付けられていない。
【0006】
米国特許第3,817,960号明細書(特許文献3)は、式:
CF3O(CF2O)n"CF2CF2OCF=CF2
(式中、n”は1〜5の範囲であってよい)
のペルフルオロビニルエーテルの製造および重合方法に関する。上記特性についての特性データは記載されていない。
【0007】
米国特許第4,487,903号明細書(特許文献4)は、式:
CF2=CF(OCF2CFY0)n 0OX2
(式中、n0は1〜4の範囲内であり、Y0はF、Cl、CF3、Hであり;X2はC1−C3ペルフルオロアルキル、C1−C3ω-ハイドロペルフルオロアルキル、C1−C3ω-クロロペルフルオロアルキルであってよい)
のペルフルオロビニルエーテルが使用されるフルオロエラストマーのコポリマーの製造に関する。そのポリマーは、15〜50モル%の範囲内のフルオロビニルエーテルユニット含量を有する。前記ビニルエーテルは、上記PVE(ペルフルオロプロピルビニルエーテル)およびMVEタイプのペルフルオロビニルエーテルよりも優れた低温特性を有するコポリマーを提供する。また、この場合の硬化エラストマーの上記特性に関する特性データは示されていない。
【0008】
欧州特許第130,052号明細書(特許文献5)には、−15〜−100℃の範囲内のTgを有する非晶質ペルフルオロポリマーの取得を導くペルフルオロビニルポリエーテル(PVPE)の重合が記載されている。記載されたポリマーは、−76℃に達するTg値を有し、ペルフルオロポリエーテルを可塑剤として使用することによりさらにTg値が減少する。この特許には、式:
CF2=CFO(CF2CF(CF3)O)n'''R0 f'
(式中、n'''は3〜30の範囲内であり、R0 f'はペルフルオロアルキルである)
のビニルエーテル(PVPE)とのTFEおよびMVEのコポリマーおよびターポリマーが記載されている。精製が困難なため、使用されるビニルエーテルは異なる値のn'''を有するビニルエーテルの混合物である。この特許によれば、Tgの減少に最も著しい効果が現れたのは、n'''が3またはそれ以上、好ましくは4より高い場合である。
【0009】
米国特許第4,766,190号明細書(特許文献6)は、米国特許第4,487,903号に記載のものと同様に、得られたポリマーの機械的特性を増大させるため、ペルフルオロビニルポリエーテル(PVPE)とTFEおよび低い割合のペルフルオロプロペンとの重合に関する。低温での機械的特性および弾力特性の改善は記載されていない。
【0010】
米国特許第5,268,405号明細書(特許文献7)は、ペルフッ化ゴム(TFE/MVEコポリマー)の可塑剤としての高い粘性を有するペルフルオロポリエーテルの使用による、低いTgを有するペルフッ化ゴムの製造方法を開示している。得られた製造物は、使用中、特にペルフルオロポリエーテル(PFPE)が低い分子量(低い粘性)を有する場合に、PFPEが滲出するという欠点を有する。したがって、この特許では、高い粘性を有するPFPEの使用が開示され、低い粘性のものは前もって取り除かれている。
【0011】
米国特許第5,401,818号明細書(特許文献8)は、式:
R1 f(OCF2CF2CF2)m'-OCF=CF2
(式中、R1 fはC1−C3ペルフルオロアルキル基であり、m’は1〜4の範囲の整数である)
で表され、それぞれのコポリマーが低温で改良された特性を有するペルフルオロビニルエーテルの製造方法に関する。前記ペルフルオロビニルエーテルの製造方法は、産業的見地から補足的方法の単一性を必要とする元素F2とのペルフッ素化をさらに要求される。
【0012】
その上、ペルフルオロオキシアルキルビニルエーテルのペルフルオロオキシアルキレン置換基側の一部であるペルフルオロオキシアルキレンユニットを増加することにより、得られた非晶質コポリマーのTgが減少することは公知である。しかしながら、上記の特性の最良の組み合わせを有するポリマーを得ることは不可能である。
【0013】
ペルフルオロメチルビニルエーテルとのTFEの非晶質コポリマーは、約0℃またはそれより少し低いTgを有する(Maskornik, M.ら,「ECD-006 Fluoroelastomer- A high performance engineering material」,Soc. Plast Eng. Tech. Pao. (1974), 20, 675-7、非特許文献1)。MVEホモポリマーの推定値Tgは、約−5℃である(J. Macromol. Sci.-Phys.,Bl(4), 815-830, Dec. 1967、非特許文献2)。
【0014】
欧州特許出願第1,148,072号明細書(特許文献9)において、各コポリマーのTgを低下させることが可能なフルオロビニルエーテルが記載されるが、得られた製造物の機械的および弾力特性は記載されていない。
【0015】
米国特許第6,294,627号明細書(特許文献10)に、式:
CF2=CF-O-(CF2)mm-(O(CF2)pp)nn-O-RfXL
(式中、mmは1〜4であり、nnは0〜6であり、ppは1〜2であり、RfXLはC1−C4ペルフッ化アルキル基である)
のフルオロビニルエーテルとのVDFベースのコポリマーが記載されている。この特許の実施例では、酸素原子数が4またはそれ以上で、mmが2であるフルオロビニルエーテルが用いられている。低いTg値であるが、例えば、7MPaより低い破断点応力および62ショアーAより低い硬度値のような不十分な機械特性が得られる。
【0016】
先行技術に記載されるフルオロエラストマーは、上記特性の最良の組み合わせを示しておらず、特に、硬化する際に、以下の特性の組み合わせ:
−改良された機械特性および弾力特性、
−例えば、TR10(ASTM D 1329法)で示されるような低温度に対する高耐性、
−同じ酸素数および炭素原子を有するビニルエーテルに対する非常に低いTg、
−ポリマー(kg)/(時間×水(リットル))のフルオロポリマーの高い生産性
を示すフルオロエラストマーが入手可能になる必要性があった。
【0017】
【特許文献1】
米国特許第3,132,123号明細書
【特許文献2】
米国特許第3,450,684号明細書
【特許文献3】
米国特許第3,817,960号明細書
【特許文献4】
米国特許第4,487,903号明細書
【特許文献5】
欧州特許第130,052号明細書
【特許文献6】
米国特許第4,766,190号明細書
【特許文献7】
米国特許第5,268,405号明細書
【特許文献8】
米国特許第5,401,818号明細書
【特許文献9】
欧州特許出願第1,148,072号明細書
【特許文献10】
米国特許第6,294,627号明細書
【非特許文献1】
Maskornik, M.ら,「ECD-006 Fluoroelastomer- A high performance engineering material」,Soc. Plast Eng. Tech. Pao. (1974), 20, 675-7
【非特許文献2】
J. Macromol. Sci.-Phys.,Bl(4), 815-830, Dec. 1967
【0018】
【課題を解決するための手段】
出願人は、以下に記載されるように、上記の技術的課題を解決できることを意外にも予期せず見出した。
【0019】
本発明の目的は、以下のモノマー:
a)フッ化ビニル(VF)、フッ化ビニリデン(VDF)、トリフルオロエチレン、ペルフルオロアルキルエチレンCH2=CH−R2 f(式中、R2 fはC1−C6ペルフルオロアルキルである)のようなC2−C8水素化フルオロオレフィン;
b)一般式:
CFX=CXOCF2OR (I)
(式中、Rは以下:
−C2−C6直鎖または分岐状(ペル)フルオロアルキル、
−C5−C6環式(ペル)フルオロアルキル、
―1〜3の酸素原子を含むC2−C6直鎖または分岐状(ペル)フルオロオキシアルキル
の意味を有し、XはF、Hである)のフルオロビニルエーテル;
c)一般式:
RI 1RI 2C=CRI 3−Z−CRI 4=CRI 5RI 6 (IA)
(式中、RI 1、RI 2、RI 3、RI 4、RI 5、RI 6は同一または互いに異って、HまたはC1−C5アルキルであり、Zは任意に酸素原子を含有し、好ましくは少なくとも一部がフッ化されたC1−C18直鎖もしくは分岐状アルキレンまたはC4−C18シクロアルキレン基、あるいは(ペル)フルオロポリオキシアルキレン基である)を有するビスオレフィン;
d)任意に、以下:
−(ペル)フルオロアルキルビニルエーテル(PAVE)CF2=CFOR2 f(式中、R2 fはC1−C6(ペル)フルオロアルキル、例えばトリフルオロメチル、ヘプタフルオロプロピルである)、
−(ペル)フルオロ-オキシアルキルビニルエーテルCF2=CFOXa(式中、XaはC1−C12アルキル、C1−C12オキシアルキルまたは1つ以上のエーテル基を有するC1−C12(ペル)フルオロオキシアルキル、例えばペルフルオロ−2−プロポキシプロピルである)、
から選択される1つ以上のフッ化オレフィンコモノマー;
e)任意に、テトラフルオロエチレン(TFE)、ヘキサフルオロプロペン(HFP)のようなC2−C8ペルフルオロオレフィン、および/またはクロロトリフルオロエチレン(CTFE);
f)任意に、1つ以上のC2−C8非フッ化オレフィンコモノマー、例えばエチレン、プロピレン、イソブテン;
を重合して得ることができ、鎖および/または末端位がヨウ素および/または臭素から選択されるハロゲンからなり、前記ハロゲン原子が「硬化部位」コモノマーおよび/または重合に用いられる連鎖移動剤に由来する硬化性フルオロエラストマーを提供することである。
【0020】
【発明の実施の形態】
好ましいフルオロオレフィン成分a)は、VDFである。
好ましいフルオロビニルエーテル成分b)は、一般式:
CFX=CXOCF2OCF2CF2Y (II)
(式中、YはF、OCF3であり、Xは上記のとおりである)
のものであり、ペルフルオロビニルエーテルの式:
CF2=CFOCF2OCF2CF3 (MOVE1)
CF2=CFOCF2OCF2CF2OCF3 (MOVE2)
が最も好ましい。
【0021】
式(IA)のビスオレフィン成分c)において、好ましくは、RI 1、RI 2、RI 3、RI 4、RI 5、RI 6が水素で、ZがC4−C12ペルフルオロアルキレン基または式:
−(Q)p-CF2O-(CF2CF2O)ma(CF2O)na-CF2−(Q)p− (IIA)
[式中、Qが、C1−C10アルキレンまたはオキシアルキレン基で、好ましくは、−CH2OCH2−、−CH2O(CH2CH2O)sCH2−(式中、Sは1〜3の整数である)から選択され、pは0または1の整数であり、maおよびnaは、ma/na比が0.2〜5であるような数である]の(ペル)フルオロポリオキシアルキレン基であり、式(IIA)の(ペル)フルオロポリオキシアルキレン基の分子量が、500〜10,000、好ましくは、1,000〜4,000である。より好ましいビスオレフィンは、式:
CH2=CH−(CF2)t0−CH=CH2
(式中、t0は6〜10の整数である)
である。
【0022】
ポリマーの鎖および/または末端位におけるヨウ素および/または臭素原子は、臭素化および/またはヨウ化「硬化部位」コモノマー、例えば、以下:
−少なくとも1つの原子、好ましくは1〜3の臭素および/またはヨウ素原子を含有するC2−C10ブロモおよび/またはヨードオレフィン、
−少なくとも1つのヨウ素および/または臭素原子を含有するC1−C10直鎖または分岐状(ペル)フルオロアルキルビニルエーテルおよび/または(ペル)フルオロオキシアルキルビニルエーテル
により導入することができる。
【0023】
ポリマー末端位におけるヨウ素および/または臭素原子は、ヨウ化および/または臭素化連鎖移動剤、例えば、以下:
−式Rb f(I)x(Br)y'
(式中、Rb fが、1〜8の炭素原子を有する(ペル)フルオロアルキルまたは(ペル)フルオロクロロアルキルで、一方、xおよびyは、0〜2の間の整数で、1≦x+y≦2である)の化合物;
−アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のヨウ化物および/または臭素化物
を用いて導入することができる。
フルオロエラストマーは、好ましくは、鎖および/または末端位にヨウ素原子を含有する。
好ましい任意の成分d)は、式CF2=CF−O−CF3を有するペルフルオロメチルビニルエーテル(MVE)である
【0024】
上記のように、この発明のフルオロポリマーは、上記の特性の組み合わせを示す。
特に、ビニルエーテルの成分b)を用いて得られる低いTgは、不飽和に直接連結される(−OCF2O−)ユニットが存在するためである。その上、前記のユニットがビニルエーテル成分b)の反応性を増大させることが見出された。
【0025】
先行技術のVDFベースポリマーおよび任意にTFEと比較して、この発明のポリマーはより低いTgを示し、先行技術のVDFベースポリマーに組み込まれた同数の酸素および炭素原子を有するビニルエーテルは得られない。
この発明のポリマーの利点は、以下:
−より優れた機械特性および弾力特性、
−ポリマー(kg)/(時間×水(リットル))でのフルオロビニルエーテルの成分b)の非常に優れた反応性、
−低Tg
−低TR10
のように要約することができる。
【0026】
この発明のペルフルオロエラストマーを得るために使用可能なフルオロビニルエーテルの成分b)の量は、非結晶質コポリマーを得るために結晶部位の消失を導くような量であるべきである。
一般的に、非結晶ポリマーを得ることが可能なフルオロビニルエーテルの成分b)由来のユニット量は、好ましくは15モル%より高く、より好ましくは17モル%より高い。b)の最大量に制限はないが、80〜90%までのモル量が、通常用いられる。さらに、フルオロビニルエーテル成分b)由来のユニット、任意のモノマー成分d)、および/またはHFPおよびCTFE(成分e))由来のユニットがそのポリマー存在する場合、b)+d)HFP+CTFEの全モル量は、15モル%より高く、好ましくは17モル%より高くなければならない。b)+d)の全モル量は、80〜90%の割合に達してもよい。
【0027】
ビスオレフィン成分c)由来の鎖におけるユニット量は、通常、0.01〜2.0モル%、好ましくは0.05〜0.8モル%である。
最終化合物における臭素化および/またはヨウ化「硬化部位」コモノマー由来のユニット量は、0〜5モル%である。
鎖の末端基に存在する移動剤からのヨウ素および/または臭素量は、0〜2重量%、好ましくは0.05〜0.8重量%である。
ペルフッ素化ポリマー中に存在するヨウ素および/または臭素の総量は、0.05〜4重量%の範囲内である。
【0028】
この発明のフルオロエラストマーは、フルオロビニルエーテル成分b)およびビスオレフィンの成分c)と共重合し、また成分d)、成分e)およびf)から選択される1つ以上のコモノマーが任意に存在し得るVDFベースのコポリマーが好ましい。
【0029】
好ましいモノマー組成は、モル%で、以下:
VDF 5〜85、好ましくは20〜85
成分b) 1〜45、好ましくは5〜40
成分c) 0.01〜2
ヨウ素量(重量%として) 0.05〜0.6
成分d) 0〜45、好ましくは5〜30
成分e) 0〜60
成分f) 0〜40、好ましくは5〜20
であり、成分e)がTFEと異なる場合、成分b)+成分d)+成分e)の総モルパーセントは、非晶質ポリマーを生じるような割合であり、15%より高く、好ましくは17%より高く、かつモノマーの総モルパーセントは100%に等しい。好ましい成分b)がムーブ1および/またはMOVE2である場合、成分c)は上記の好ましいビスオレフィンであり、成分d)はMVEであり、成分e)は任意にTFEの存在下におけるHFPまたはTFEであり、成分f)はエチレンである。
【0030】
式(IA)のビスオレフィン成分c)(式中、Zはアルキレンまたはシクロアルキレン基である)は、例えば、I. L. Knunyants ら,in Izv. Akad. Nauk. SSR, Ser. Khim.,1964(2), 384-6に記載されているように製造することができ、一方、(ペル)フルオロポリオキシアルキレン序列を含むビスオレフィンは、米国特許第3,810,874号明細書に記載されている。
【0031】
臭素化および/またはヨウ化「硬化部位」コモノマーは、例えば、米国特許第4,035,565号明細書および米国特許第4,694,045号明細書、米国特許第4,745,165号明細書、米国特許第4,564,662号明細書ならびに欧州特許第199,138号明細書に記載されている。
ヨウ化および/または臭素化連鎖移動剤については、例えば、米国特許第4,234,770号明細書および米国特許第4,943,622号明細書を参照する。
アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のヨウ化物および/または臭素化物で形成される連鎖移動剤については、米国特許第5,173,553号明細書を参照する。
【0032】
この発明のフルオロエラストマーの製造は、米国特許第4,789,717号明細書および米国特許第4,864,006号明細書に従って、ペルフルオロポリオキシアルキレンのエマルション、分散液またはマイクロエマルションの存在下、水性エマルション中のモノマーの共重合によって行われる。合成は、ペルフルオロポリオキシアルキレンマイクロエマルションの存在下で行われるのが好ましい。
【0033】
先行技術の公知の方法に従って、ラジカル開始剤、例えば、過硫酸、過リン酸、過硼酸または過炭酸のアルカリまたはアンモニウム塩と、任意に鉄、銅または銀の塩、もしくは他の易酸化性金属の組み合わせが用いられる。反応媒体には、各種の界面活性剤も存在させることができ、中でも式:
R3 f-X-M+
(式中、R3 fはC5−C16(ペル)フルオロアルキル鎖または(ペル)フルオロポリオキシアルキル鎖、X-は−COO-または−SO3 -であり、M+は、H+、NH4 +、アルキル金属イオンから選択される)
のフッ化界面活性剤が特に好ましい。一般的に最も使用されているものの中で、我々は、アンモニウムペルフルオロオクタノエート、1つ以上のカルボキシル基で終わる(ペル)フルオロポリオキシアルキレンなどを記憶している。米国特許第4,990,283号明細書および米国特許第4,864,006号明細書を参照。
【0034】
重合反応は、通常、25〜150℃の範囲内の温度で、1から10MPaまでの間からなる圧力で行われる。
ヨウ素および/または臭素を含有する連鎖移動剤の代わりに、またはそれと組み合わせて、酢酸エチル、マロン酸ジエチルのような先行技術において公知の他の連鎖移動剤を使用できる。
重合が完了する際に、フルオロエラストマーは、電解質の添加または冷却によって凝固するような従来方法でエマルションから単離される。
【0035】
この発明のフルオロエラストマーの目的は、好ましくは、公知技術に従って、加熱によってラジカルを発生し得る適切な過酸化物を添加して、過酸化物ルートで硬化することである。
最も一般的に使用される過酸化物のうち、例えば、ジ−t−ブチル-ペルオキシドおよび2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキソ)ヘキサンのようなジアルキルペルオキシド;ジクミルペルオキシド、ジベンゾイルペルオキシド;ジ−t−ブチルペルベンゾエート;ジ−[1,3−ジメチル−3−(t−ブチルペルオキソ)ブチル]炭酸塩が記載されている。他の過酸化物系は、例えば、欧州特許第136,596号明細書および欧州特許第410,351号に記載されている。
【0036】
次いで、硬化用ブレンドに次のように他の化合物が添加される:
(A)通常、ポリマーに対して0.5〜10重量%、好ましくは1〜7重量%の範囲内の量の硬化助剤;それらのうち一般的に用いられるものは、式(IA)のビスオレフィン;トリアリル-シアヌレート、トリアリル-イソシアヌレート(TAIC)、トリス(ジアリルアミン)−s−トリアジン;トリアリルホスファイト;N,N−ジアリル-アクリルアミド;N,N,N’,N’−テトラアリル-マロンアミド;トリ-ビニル-イソシアヌレート;および4,6−トリ-ビニル-メチルトリシロキサンなどであり、TAICおよび式:
CH2=CH-(CF2)6-CH=CH2
のビスオレフィンが特に好ましい;
【0037】
(B)ポリマーに対して0〜15重量%、好ましくは2〜10重量%の範囲内の量で、例えば、Ba、Na、K、Pb、Caのステアリン酸塩、安息香酸塩、炭酸塩、蓚酸塩または亜リン酸塩のような弱酸塩と任意に組み合わせられた、例えば、Mg、Zn、CaまたはPbのような二価金属の酸化物および水酸化物から選択された任意の金属化合物;
(C)ポリマーに対して0〜10重量%の量の、欧州特許第708,797号明細書に記載されているような、1,8−ビスジメチルアミノナフタレン、オクタデシルアミンなどのような非金属酸化物タイプの任意の酸受容体;
【0038】
(D)各量がポリマーに対して0〜10重量%である、増粘剤、顔料、酸化防止剤、安定剤などのような任意の従来の添加剤;
(E)ポリマーに対して0〜80重量%、好ましくは15〜50重量%の量である、例えばカーボンブラック、シリカ、硫酸バリウム、二酸化チタンなどのような任意の充填剤であって、PTFE、MFAおよびPFAのような半晶質フルオロポリマーの充填剤も存在させることができる。
【0039】
この発明のコポリマーは、過酸化ルートで硬化される場合に、非常に優れた特性の組み合わせを示し、特に、以下の試験を満足する:モルパーセントで以下:
−フッ化ビニリデン(VDF) 80.92%
−フルオロビニルエーテル成分b)MOVE1 19.00%
−式CH2=CH-(CF2)6-CH=CH2のビスオレフィン成分c)0.08%
の組成を有するコポリマーは、過酸化物の架橋のために結合部位として:
−0.2重量%に等しい量で、ヨウ化移動剤の1,4−ジヨードペルフルオロブタン(C4F8I2)の鎖の末端基に存在するヨウ素、
−0.78重量%に等しい量で、コモノマーの4−ブロモヘプタフルオロエチルビニルエーテルCF2=CF-O-CF2CF2Brの鎖に存在する臭素、
を有し、
100phrのフルオロエラストマーについて、化合物中に
−Luperco(商品名)101XL* 2
−DRIMIX(商品名)TAIC** 4
−ZnO 5
−Black MT(商品名)N990 30
*45重量%の2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキソ)ヘキサンを含有する
**75重量%のTAIC
を含有し、
160℃で10分間加圧硬化し、強制空気循環炉中、230℃で4時間、後硬化に付し、室温から230℃に1時間継続して温める工程の後に、以下のような特性の組み合わせを示す:
−破断時の応力(ASTM D 412-83) >13MPa
−破断時の伸び(ASTM D 412-83) >120%
−硬度(ショアーA) >65
−200℃で70時間のOリング上の圧縮永久歪(ASTM D 395) <40%
−TR10(ASTM D 1329) ≦40℃。
【0040】
また、この発明のフルオロエラストマーは、イオン的に硬化させることができる。硬化用ブレンドに、先行技術で公知の適当なな硬化剤および促進剤、さらに成分(B)、(C)、(D)(E)を添加する。例えば、欧州特許第335,705号明細書および米国特許第4,233,427号明細書に記載されるように、硬化剤として、例えば、芳香族または脂肪族ポリヒドロキシ化合物またはその誘導体を用いることができる。それらの中で、特に、ジ−、トリ−およびテトラ−ヒドロキシベンゼン、ナフタレンおよびアントラセン;2つの芳香環が、脂肪族、脂環族または芳香族の2価の基、または1つの酸素もしくは硫黄原子、またはカルボニル基により互いに結合しているビスフェノールが挙げられる。芳香環は、1つ以上の塩素、フッ素、臭素原子またはカルボニル、アルキル、アシルで置換されていてもよい。
【0041】
使用できる促進剤としては、例えば、アンモニウム、ホスホニウム、アルソニウムまたはアンチモンの第4級塩(例えば、欧州特許第335,705号明細書および米国特許第3,876,654号明細書を参照)、アミノ-ホスホニウム塩(例えば、米国特許第4,259,463号明細書を参照)、ホスホラン(例えば、米国特許第3,752,787号明細書を参照)、欧州特許第182,299号明細書および欧州特許第120,462号明細書に記載のイミノ化合物などが挙げられる。促進剤と硬化剤との間の付加物を使用することもできる。米国特許第5,648,429号明細書、米国特許第5,430,381号明細書、米国特許第5,648,430号明細書を参照としてここに入れる。
また、欧州特許第136,596号明細書に記載されているように、イオンおよび過酸化物硬化剤の双方の混合系を使用することもできる。
【0042】
(ペル)フルオロビニルエーテル成分b)の合成方法は以下の工程からなる:
a’)次亜フッ素酸塩と式R1R2C=CR3R4のフッ化オレフィンとから次式の次亜フッ素酸塩
CF2(OF)2+R1R2C=CR3R4→
F-R1R2-CR3R4-OCF2OF (VI)
を得る当初反応:
b’)次亜フッ素酸塩と式R5R6C=CR7R8の第2のフッ化オレフィンとから中間体のF-CR1R2-CR3R4-OCF2O-CR5R6-CR7R8-F
F-R1R2-CR3R4-OCF2OF+R5R6C2=C1R7R8→
F-CR1R2-CR3R4-OCF2O-C2R5R6-C1R7R8-F (VII)
を得る反応:
c’)脱ハロゲン化または脱ヒドロハロゲンで、ペルフルオビニルエーテルを得る:
【0043】
前記合成スキームでは、
−化合物(VII)の式を参照して:
−[式中、R1、R4は同一または異なって、H、Fであり、R2、R3は同一または異なって、H、Clであり、次の条件で:(1)最終反応が脱ハロゲンの場合、R2、R3はClであり、(2)最終反応が脱ヒドロハロゲンの場合、2つの置換基R2、R3のうち一方がHで、他方はClであり;
−R5、R6、R7、R8は、
−Fまたはそれらのうち1つがC1−C4直鎖または分岐状ペルフルオロアルキル基もしくは1〜3の酸素原子を含有するC1−C4直鎖または分岐状ペルフルオロオキシアルキル基であり、あるいはR5およびR7またはR6およびR8が互いに結合して、C2およびC1とC5−C6ペルフルオロアルキル環を形成し、
−基R5〜R8のうち1つがC2−C4直鎖または分岐状フルオロアルキルもしくは1〜3の酸素原子を含有するC2−C4直鎖または分岐状フルオロオキシアルキルであり、他のR5〜R8のうち1つまたは2つがFであり、残りの1つまたは2つが同一または互いに異なって、H、Clから選択されれ、HおよびClから選択される置換基が2つである場合、それらの両方が同じ炭素原子に結合し、R5およびR7またはR6およびR8が互いに結合して、C2およびC1とC5−C6ペルフルオロアルキル環を形成し、2つの遊離置換基R6、R8またはR5、R7のうち一方がFで、他方がH、Clから選択される。
【0044】
−反応a’)で用いられるフルオロアルケンは、次の反応b’)のフルオロアルケンと代替可能であり、この場合、中間体の化合物(VII)の鎖にある−OCF2O−に対して、2つの各群R1〜R4およびR5〜R8の各基の位置が同じで、上記のスキームに従って合成が起こる際に占められた位置であり、2つのオレフィンが予定の工程でそれぞれ反応するという条件付きで、R1〜R4基およびR5〜R8基のそれぞれの置換基について定義される意味は、互いに交換可能である。
【0045】
上記のスキームの当初反応a’)において、その底部に放出口を備えた適当な反応器(第1反応器)で、不活性液体で適度に希釈された次亜フッ素酸塩ガス流CF2(OF)2を、不活性液体で任意に希釈されたオレフィンR1R2C=CR3R4で形成された流れと接触させ、中間体の次亜フッ素酸塩(VI)の形成を伴う化学反応a’)をさせる。化学量論的反応に見合うように、反応物を、およそ単位モル比で、または過剰なCF2(OF)2と共に、反応器に導入すべきである。反応器中の混合物の残留時間は、オレフィン反応、反応温度および任意の反応溶媒の存在によって、100分の数秒から約120秒にまでに及ぶ。
【0046】
反応温度は、−40℃〜−150℃、好ましくは−80℃〜−130℃の範囲であってもよい。
化合物(VI)は、通常、反応粗化合物から分離され、続いて、工程b’)に記載の次の反応に移される。
第1反応器から出される混合化合物は、第2反応器に供給される前に、室温に加熱してもよい。
【0047】
第2の反応b’)において、純粋状態または溶解状態で、第2のオレフィンR5R6C=CR7R8は、化合物(VII)の形成を伴う当初反応で得られた化合物と反応する。
続いて、反応器中の濃度を一定に維持するために、オレフィンを供給してもよい。反応b’)の温度は、−20〜−130℃、好ましくは−50〜−100℃の範囲であってもよい。オレフィンの濃度は、0.01Mまたはそれ以上、好ましくは3Mより高く、より好ましくは純化合物を使用してもよい。
【0048】
工程a’)およびb’)で用いられる溶媒は、ペルフッ化もしくはクロロヒドロフッ化溶媒またはヒドロフルオロカーボンである。前記溶媒の例は、CF2Cl2、CFCl3、CF3CF2H、CF3CFH2、CF3CF2CF3、CF3CCl2H、CF3CF2Clである。
【0049】
反応c’)において、工程a’)およびb’)で用いられるオレフィンによって、化合物(VII)を、反応粗化合物から蒸留の際に、脱塩素または脱塩化水素反応に付して、式(I)のビニルエーテルが得られる。
【0050】
この最終工程は、先行技術に広く記載されている反応を用いて行うことができる。合成に用いられる2つのオレフィンのR1〜R8置換基を適当に選択することにより、この発明のビニルエーテルが得られる。
【0051】
【実施例】
以下の実施例は、この発明を説明するための目的で示されるが、それらはこの発明の範囲を限定するものではない。
【0052】
実施例1
コポリマーVDF/MOVE1 81/19モル%
800rpmで駆動する攪拌器を備えた2リットルのオートクレーブに、排気後、1.3リットルの脱イオン水および
−式:
CF2ClO(CF2-CF(CF3)O)n(CF2O)mCF2COOH
(式中、n/m=10、600の平均分子量を有する)
の酸末端基を有する4.3mlのペルフルオロポリオキシアルキレン;
−30容量%の4.3mlのNH3水溶液;
−8.8mlの脱イオン水;
−式:
CF3O(CF2-CF(CF3)O)n(CF2O)mCF3
(式中、n/m=20、450の平均分子量を有する)
の2.6mlのGalden(商品名)D02
を混合することによって得られた20mlのマイクロエマルションを導入した。
【0053】
次いで、オートクレーブの内部を80℃の温度まで加熱し、全反応中、この温度を維持した。次いで、35gのCF2=CF-O-CF2-O-CF2CF3(MOVE1)および1.2gの1,4−ジヨードペルフルオロブタン(C4F8I2)を添加した。
次いで、オートクレーブを、純フッ化ビニリデン(VDF)と共に、8バール(0.8MPa)に加圧した。
【0054】
この工程が終了したとき、オートクレーブに、
−開始剤として0.065gの過硫酸アンモニウム(APS);
−0.6gの式CH2=CH-(CF2)6-CH=CH2のビスオレフィン;
その化合物の添加を、重合の開始時からスタートして、0.03gずつを合計20回で、かつモノマー転化率が5%ずつ増加するように行った;
−8.6gの式CF2=CF-O-CF2CF2Brの4−ブロモ−ヘプタフルオロエチルビニルエーテル;
その化合物の添加を、重合の開始時からスタートして、0.43gずつを合計20回で、かつモノマー転化率が5%ずつ増加するように行った;
−112gのCF2=CF-O-CF2-O-CF2CF3(MOVE1)
その化合物の添加を、5%に等しいモノマー転化が起こる時からスタートして、5.9gずつを合計19回で、モノマー転化が5%ずつ増加するのが続くように行った;
を導入した。
【0055】
8バール(0.8MPa)の圧力を、純フッ化ビニリデン(VDF)を供給することによって、全重合中、一定に維持した。
70分の反応後、100%のモノマー転化率に対応して、オートクレーブを冷却し、ラテックスを排出した。
そのように得られたラテックスを硫酸アルミニウム溶液(1リットルのラテックスにつき6gのAl2(SO4)3)で凝固させ、空気循環炉中、90℃で16時間乾燥させた。220gのポリマーが得られた。
【0056】
C6F6に熱溶解したポリマーの19F−NMR分析によって、19%に等しいポリマー中のMOVE1のモル比が測定された。
DSCで測定されたTgは、−41℃であった。
テトラヒドロフラン(THF)中のポリマーの固有粘度は、35ml/gであった。XRFで測定されたポリマー中のヨウ素および臭素の重量パーセントは、それぞれ0.20重量%および0.78重量%であった。
ATSM D 1646法に従って測定されたムーニー粘度(ML(1+10’@121℃))は、7MUであった。
【0057】
実施例2(比較例)
コポリマーTFE/MOVE1 76/24
電磁攪拌器、圧力変換器ならびに反応体の供給口および排出口を備えた重合用の40mlのAISI−316反応器に、CFCl2CF2Cl中の3重量%のペルフルオロプロピオニルペルオキシド250μl、9.8ミリモルのMOVE1および18ミリモルのテトラフルオロエチレンを導入した。
【0058】
反応器を−196℃の温度に冷却し、排気し、次いで、再度室温に戻し、再度冷却した。この全工程を2回行った。
脱気操作の終わりに、反応器を30℃の温度に調温し、反応混合物を電磁撹拌下で維持した。約8時間(反応時間)かけて、内圧を6.4atmから4.7atmまで減圧した。
未反応のモノマーを蒸留し、真空下、150℃で3時間ポリマーをストリッピングした後、透明で無色のゴムのような1,100mgのポリマーを回収した。
【0059】
C6F6に熱溶解したポリマーの19F−NMR分析によって、ポリマー中のMOVE1のモル比が24%であると測定された。
DSCで測定されたTgは、−21.4℃であった。30℃で測定されたFluorinert(商品名)FC−75中のポリマーの固有粘度は、35.5ml/gであった。
【0060】
実施例3(比較例)
コポリマーTFE/β−PDE(CF3OCF2CF2OCF=CF2)77/23実施例2に記載されているものと同じ重合用反応器に、CFCl2-CF2Cl中の3重量%のペルフルオロプロピオニルペルオキシド250μl、10ミリモルのβ−PDEおよび18ミリモルのテトラフルオロエチレンを連続して導入した。
先の実施例2に記載されている手順を、電磁撹拌下、30℃の温度に調温する工程まで従った。
【0061】
ポリマーで行われる19F−NMR分析によって、ポリマー中のβ−PDEのモル比が23%であると測定された。DSCで測定されたTgは、−4.8℃であった。
前記Tg値は、実質的に同一のビニルエーテルのモル比を含む実施例2のTFE/MOVE1コポリマーで得られる値よりも高かった。
【0062】
【表1】
【0063】
【発明の効果】
この発明によれば、過酸化物ルートで硬化し得るフルオロエラストマーを提供することができる。
Claims (20)
- 以下のモノマー組成:
a)フッ化ビニリデン(VDF)5〜85モル%;
b)一般式(I):
CFX=CXOCF2OR (I)
(式中、Rは以下:
−C2−C6直鎖または分岐状(ペル)フルオロアルキル、
−C5−C6環式(ペル)フルオロアルキル、
−1〜3の酸素原子を含むC2−C6直鎖または分岐状(ペル)フルオロオキシアルキル
の意味を有し、XはF、Hである)のフルオロビニルエーテル1〜45モル%;
c)一般式(IA):
RI 1RI 2C=CRI 3−Z−CRI 4=CRI 5RI 6 (IA)
(式中、RI 1、RI 2、RI 3、RI 4、RI 5、RI 6は同一または互いに異って、HまたはC1−C5アルキルであり、Zは任意に酸素原子を含有するC1−C18直鎖もしくは分岐状アルキレンまたはC4−C18シクロアルキレン基、あるいは(ペル)フルオロポリオキシアルキレン基である)を有するビスオレフィン0.01〜2モル%;
d)任意に、以下:
−(ペル)フルオロアルキルビニルエーテル(PAVE)CF2=CFOR2 f(式中、R2 fはC1−C6(ペル)フルオロアルキルである)、
−(ペル)フルオロ-オキシアルキルビニルエーテルCF2=CFOXa(式中、XaはC1−C12アルキルまたはC1−C12オキシアルキルである)
から選択される1つ以上のフッ化オレフィンコモノマー0〜45モル%;
e)任意に、テトラフルオロエチレン(TFE)およびヘキサフルオロプロペン(HFP)から選択されるC2−C8ペルフルオロオレフィン、および/またはクロロトリフルオロエチレン(CTFE)0〜60モル%;
f)任意に、1つ以上のC2−C8非フッ化オレフィンコモノマー0〜40モル%;
のエマルション重合により得ることができ、鎖および/または末端位がヨウ素0.05〜0.6重量%および/または臭素からなり、前記ハロゲン原子が「硬化部位」コモノマーおよび/または重合に用いられる連鎖移動剤に由来する硬化性フルオロエラストマー。 - 前記フルオロビニルエーテル成分b)が、一般式(II):
CFX=CXOCF2OCF2CF2Y (II)
(式中、YはF、OCF3であり、Xは上記のとおりである)
を有する請求項1に記載の硬化性フルオロエラストマー。 - 前記フルオロビニルエーテル成分b)が、以下の式:
CF2=CFOCF2OCF2CF3 (MOVE1)
CF2=CFOCF2OCF2CF2OCF3 (MOVE2)
を有する請求項2に記載の硬化性フルオロエラストマー。 - 前記フルオロビニルエーテル成分b)が、以下の式:
CF2=CFOCF2OCF2CF3 (MOVE1)
を有する請求項1に記載の硬化性フルオロエラストマー。 - 前記ビスオレフィン成分c)の式(IA)において、RI 1、RI 2、RI 3、RI 4、RI 5、RI 6が水素で、ZがC4−C12ペルフルオロアルキレン基または式:
−(Q)p-CF2O-(CF2CF2O)ma(CF2O)na-CF2−(Q)p− (IIA)
[式中、Qが、C1−C10アルキレンまたはオキシアルキレン基であり、pは0または1の整数であり、maおよびnaは、ma/na比が0.2〜5である数である]の(ペル)フルオロポリオキシアルキレン基であり;
式(IIA)の(ペル)フルオロポリオキシアルキレン基の分子量が、500〜10,000である請求項1〜4のいずれか1つに記載の硬化性フルオロエラストマー。 - 前記ビスオレフィン成分c)が、式:
CH2=CH−(CF2)t0−CH=CH2
(式中、t0は6〜10の整数である)
を有する請求項5に記載の硬化性フルオロエラストマー。 - 前記臭素化および/またはヨウ化「硬化部位」コモノマーが、以下:
−1〜3の臭素および/またはヨウ素原子を含有するC2−C10ブロモおよび/またはヨードオレフィン、
−少なくとも1つのヨウ素および/または臭素原子を含有するC1−C10直鎖または分岐状(ペル)フルオロアルキルビニルエーテルおよび/または(ペル)フルオロオキシアルキルビニルエーテル
から選択される請求項1〜6のいずれか1つに記載の硬化性フルオロエラストマー。 - 前記ヨウ化および/または臭素化連鎖移動剤が、以下:
−式Rb f(I)x(Br)y'
(式中、Rb fが、1〜8の炭素原子を有する(ペル)フルオロアルキルまたは(ペル)フルオロクロロアルキルで、一方、xおよびyは、0〜2の間の整数で、1≦x+y≦2である)の化合物;
−アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のヨウ化物および/または臭素化物
から選択される請求項1〜6のいずれか1つに記載の硬化性フルオロエラストマー - 鎖および/または末端位にヨウ素原子を含有する請求項7または8に記載の硬化性フルオロエラストマー。
- 前記任意の成分d)が、ペルフルオロメチルビニルエーテル(MVE)CF2=CF−O−CF3である請求項1〜9のいずれか1つに記載の硬化性フルオロエラストマー。
- 前記フルオロビニルエーテルの成分b)由来のユニット量が、15モル%より高い請求項1〜10のいずれか1つに記載の硬化性フルオロエラストマー。
- 前記フルオロビニルエーテル成分b)、任意のモノマー成分d)、HFPおよびCTFE(成分e))由来の総ユニット量が、15モル%より高い請求項1〜11のいずれか1つに記載の硬化性フルオロエラストマー。
- 前記ビスオレフィン成分c)由来の鎖におけるユニット量が、0.01〜2.0モル%である請求項1〜12のいずれか1つに記載の硬化性フルオロエラストマー。
- 前記臭素化および/またはヨウ化「硬化部位」コモノマー由来のユニット量が、0〜5モル%で、鎖の末端基に存在する移動剤からのヨウ素および/または臭素量が、0〜2重量%である請求項1〜13のいずれか1つに記載の硬化性フルオロエラストマー。
- ポリマー中に存在するヨウ素および/または臭素の総量が、0.05〜4重量%の範囲内である請求項14に記載の硬化性フルオロエラストマー。
- モル%で、以下のモノマー組成:
VDF 5〜85、
前記成分b) 1〜45、
前記成分c) 0.01〜2
ヨウ素量(重量%として) 0.05〜0.6
前記成分d) 0〜45、
前記成分e) 0〜60、
前記成分f) 0〜40、
を有し、前記成分e)がTFEと異なる場合、前記成分b)+前記成分d)+前記成分e)の総モルパーセントが、15%より高く、かつモノマーの総モルパーセントが100%である請求項1〜15のいずれか1つに記載の硬化性フルオロエラストマー。 - 請求項1〜16のいずれか1つに記載の硬化性フルオロエラストマーおよび
(A)通常、ポリマーに対して0.5〜10重量%の範囲内の量の硬化助剤;
(B)0〜15重量%の範囲内の量で、Ba、Na、K、PbおよびCaのステアリン酸塩、安息香酸塩、炭酸塩、蓚酸塩および亜リン酸塩から選択される弱酸塩と任意に組み合わせられた、Mg、Zn、CaおよびPbから選択される二価金属の酸化物および水酸化物から選択された任意の金属化合物;
(C)ポリマーに対して0〜10重量%の量の、1,8−ビスジメチルアミノナフタレンおよびオクタデシルアミンから選択される非金属酸化物タイプの任意の酸受容体;
(D)各量がポリマーに対して0〜10重量%である、増粘剤、顔料、酸化防止剤および安定剤から選択される任意の添加剤;
(E)ポリマーに対して0〜80重量%の量である、カーボンブラック、シリカ、硫酸バリウム、二酸化チタンおよび半晶質フルオロポリマーから選択される任意の充填剤
を含有する過酸化物ルートで硬化可能なブレンド。 - イオンルートで硬化可能な請求項1〜16のいずれか1つに記載の硬化性フルオロエラストマー。
- 請求項1〜16のいずれか1つに記載の硬化性フルオロエラストマーまたは請求項17に記載のブレンドが硬化されたフルオロエラストマーまたは硬化されたブレンド。
- 請求項19に記載のフルオロエラストマーまたはブレンドから得ることが可能な製造物。
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