JP5372003B2 - 加硫可能なフルオロエラストマー組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、フッ化ビニリデン(VDF)をベースとするフルオロエラストマーマトリックスとテトラフルオロエチレン(TFE)をベースとする半結晶性フルオロポリマーとを含むフルオロエラストマー組成物であって、押出による変換に特に好適である組成物、それらの製造方法、およびこれらの組成物から製造される物品に関する。
VDFベースのフルオロエラストマーは、市場で主として入手可能なフルオロカーボンエラストマーのクラスの1つである。それらの優れた耐熱性および耐化学薬品性特性によって、これらのポリマーは一般に、エレクトロニクス、航空、原子力、軍事、自動車、海洋およびエネルギー産業などの分野でのそれらの使用のために、気密性と、鉱油、作動油、可燃物、脂肪族塩素化および芳香族炭化水素ならびに多様な性質の溶剤または化学試剤などの物質に対する耐性とが絶対に保証されなければならない、シーリング部品、パイプ、オイルシールおよびOリングなどの工業用品の製造を意図される配合物の製造に使用される。
製品の具体的な用途および特定の形態を考えれば、フッ化ビニリデン(VDF)をベースとするフルオロエラストマーに適用される変換方法は、大部分は、圧縮成形または射出成形方法に頼ってきた。
しかしながら、かかる材料をベースとする異形材およびチューブの、特に自動車工業での、増大しつつある使用は、それらを変換するための押出ベース技術の開発を最近になって促してきた。この技術によってVDFベースのフルオロエラストマーを変換するためには、高い生産効率を確保するために、材料が高速で押し出され得ること、かつ、欠陥なしに(シャークスキンなしに)、所望のサイズおよび最適表面品質を維持するように、押出製品が低いダイ膨潤を有することが不可欠である。言うまでもなく、VDFベースのフルオロエラストマーの固有の機械的特性もまた保存されなければならない。
先行技術で、加工助剤、例えばセバシン酸エステルなどの可塑剤、脂肪酸から誘導されるエステルおよびアルコール、または低分子量ポリエチレンなどの水素化ポリマーもしくは有機シリコーンの使用が、VDFベースのフルオロエラストマーの押出において、ブレンドの押出速度および押出物の表面品質を改善することを可能にすることが知られている。しかしながら、かかる添加剤は、機械的特性を低下させるという欠点を有する。
製品の機械的特性および気密性を改善するためにVDFベースのフルオロエラストマーマトリックスにフルオロポリマーフィラーを使用することもまた先行技術で公知の慣行である。文献(特許文献1)、(特許文献2)および(特許文献3)は、Oリングおよび他の製品を製造するための、分散性のTFEベースのフルオロポリマーフィラーが高ムーニー(Mooney)粘度(49〜52MU)のVDFベースのフルオロエラストマーマトリックス中へ組み込まれているフルオロエラストマー組成物を開示している。
また、文献(特許文献4)は、VDFベースのフルオロエラストマーマトリックスと鎖中に少量のTFEベースの繰り返し単位を含むTHVタイプ(テトラフルオロエチレン(TFE)、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)、フッ化ビニリデン(VDF))のフルオロポリマーとを含むフルオロエラストマー組成物を開示している。しかしながら、これらのTHVフルオロポリマーでは、エラストマーの押出性(ダイ膨潤、表面品質)の改善、例えば、押出プロセスに特有な、約100秒−1の剪断速度を得ることができない。
先行技術のフルオロエラストマー組成物は、それらが高速で処理することができず、かつ、押出物の顕著なダイ膨潤および/または表面品質における欠陥を引き起こすので、押出による変換に好適ではない。
EP1 262 517号明細書 EP1 260 550号明細書 EP1 262 497号明細書 米国特許第6,310,141号明細書
それ故、特性の次の組み合わせ:
− 押出のより高速、すなわち、より高い生産効率、
− 押出における改善されたダイ膨潤、すなわち、低下したダイ膨潤値、
− ASTM標準D2230−96(2002年)格付けシステムBに従って評価されるときに、表面欠陥、特にシャークスキンを含まない押出物
を有する押出のためのフルオロエラストマー組成物であって、上述の特性が最適の機械的特性を維持しながら得られる組成物が必要とされていると感じられた。
従って、本発明の一主題は、
A)ASTM標準D1646に従って測定される、35MU(ムーニー(Mooney)単位)未満、好ましくは25MU未満、より好ましくは20MU未満の121℃でのムーニー(Mooney)粘度(1+10)のフッ化ビニリデン(VDF)をベースとするフルオロエラストマーマトリックス;
B)A)+B)の総重量に対して20%〜70重量%、好ましくは25%〜60重量%、より好ましくは35%〜55重量%の量の、半結晶性フルオロポリマーであって、テトラフルオロエチレン(TFE)ホモポリマー、およびTFEと0.01〜10モル%、好ましくは0.05〜7モル%の量の、少なくとも1個のエチレン型の不飽和を含有する1種以上のモノマーとのコポリマーから選択され、10〜400nmの平均粒度を有する半結晶性フルオロポリマー
を含む加硫可能なフルオロエラストマー組成物である。
本出願人は、意外かつ予想外にも、上記のムーニー(Mooney)粘度を有するVDFベースのフルオロエラストマーマトリックスの選択、および上述の半結晶性フルオロポリマーの好適な選択によって、上述の特性の組み合わせ、すなわち、注目に値する機械的特性と組み合わせて押出による加工中の優れた挙動を得ることが可能であることを見いだした。
加硫可能なフルオロエラストマー組成物は、半結晶性フルオロポリマーB)をフルオロエラストマーマトリックスA)またはフルオロエラストマーA)と混合することによって得てもよい。好ましくは、本発明のフルオロエラストマー組成物は、半結晶性フルオロポリマーB)のラテックスをフルオロエラストマーA)のラテックスと混合し、引き続き凝固させることによって得てもよい。あるいはまた、フルオロエラストマー組成物は、第1工程で、ポリマーB)のラテックスを有利に得るために、半結晶性フルオロポリマーB)が重合され、引き続きポリマーB)の前記ラテックスの存在下にフルオロエラストマーA)を重合させ、凝固が一般に最終段階で行われる方法によって得てもよい。このような方法で、フルオロエラストマーA)は半結晶性フルオロポリマーB)の粒子を覆う。この場合、フルオロエラストマー組成物は有利には、フルオロポリマーB)がコアを構成し、フルオロエラストマーA)がシェルを形成するコア/シェル形態を有する。
本発明のフルオロエラストマーマトリックスA)に使用されるフルオロエラストマーは有利には、VDFが、次のもの:
− テトラフルオロエチレン(TFE)、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)またはヘキサフルオロイソブテンなどの、C〜Cパーフルオロオレフィン;
− クロロトリフルオロエチレン(CTFE)などの、C〜Cクロロ−および/またはブロモ−および/またはヨード−フルオロオレフィン;
− RがC〜C(パー)フルオロアルキル、例えばCF、CまたはCである、(パー)フルオロアルキルビニルエーテル(本明細書では以下:PAVE)CF=CFOR
− Xが1個以上のエーテル基を含有するC〜C12((パー)フルオロ)オキシアルキル、例えばパーフルオロ−2−プロポキシプロピルである、(パー)フルオロオキシアルキルビニルエーテルCF=CFOX;
− 式:
Figure 0005372003
(式中、基Rf3、Rf4、Rf5およびRf6のそれぞれは独立して、同一であっても異なってもよく、フッ素原子または1個以上の酸素原子を任意選択的に含んでいてもよいC〜Cパーフルオロアルキル基、例えば−CF、−C、−C、−OCFまたは−OCFCFOCFである)
の(パー)フルオロジオキソール、好ましくはパーフルオロジオキソール;
− 一般式:
CFX=CXOCFOR” (I−Ba)
(式中、R”は、線状または分岐のC〜C(パー)フルオロアルキル;環状のC〜C(パー)フルオロアルキル;および1〜3個の酸素原子を含有する、線状または分岐のC〜C(パー)フルオロオキシアルキルから選択され;X=FまたはHであり;好ましくは、XはFであり、R”は−CFCF(MOVE1)、−CFCFOCF(MOVE2);または−CF(MOVE3)である)
を有する(パー)フルオロメトキシビニルエーテル(本明細書では以下:MOVE);
− 非フッ素化C〜Cオレフィン(Ol)、例えばエチレンおよびプロピレン、
から選択される少なくとも1種のコモノマーと共重合されている、VDFベースのコポリマーである。
フルオロエラストマーA)の好ましい組成(モル百分率で)は、100%がモノマーのモル百分率の合計であって、次のもの:
(a)フッ化ビニリデン(VDF)35〜85%、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)10〜45%、テトラフルオロエチレン(TFE)0〜30%、パーフルオロアルキルビニルエーテル(PAVE)0〜15%、
(b)フッ化ビニリデン(VDF)50〜80%、パーフルオロアルキルビニルエーテル(PAVE)5〜50%、テトラフルオロエチレン(TFE)0〜30%、
(c)フッ化ビニリデン(VDF)20〜30%、非フッ素化C〜Cオレフィン(Ol)10〜30%、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)および/またはパーフルオロアルキルビニルエーテル(PAVE)18〜27%、テトラフルオロエチレン(TFE)10〜30%、
(d)テトラフルオロエチレン(TFE)33〜75%、パーフルオロアルキルビニルエーテル(PAVE)15〜45%、フッ化ビニリデン(VDF)5〜30%、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)0〜30%、
(e)フッ化ビニリデン(VDF)35〜85%、(パー)フルオロメトキシビニルエーテル(MOVE)5〜40%、パーフルオロアルキルビニルエーテル(PAVE)0〜30%、テトラフルオロエチレン(TFE)0〜40%、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)0〜30%
である。
任意選択的に、フルオロエラストマーマトリックスはまた、一般式:
Figure 0005372003
(式中、
、R、R、R、RおよびRは、同一であっても異なってもよく、HまたはC〜Cアルキルであり;
Zは、酸素原子を任意選択的に含有していてもよい線状または分岐のC〜C18アルキレンまたはシクロアルキレン基、好ましくは、例えば、本出願人の名義でのEP661 304号明細書に記載されているような、少なくとも部分的にフッ素化された、または(パー)フルオロポリオキシアルキレン基である)
を有するビス−オレフィンに由来するモノマー単位を含んでいてもよい。
フルオロエラストマーA)の鎖で、かかるビス−オレフィンに由来する単位の量は、フルオロエラストマーのベース構造を構成する、上に示された他のモノマー単位の100モル当たり、一般に0.01モル%〜1.0モル%、好ましくは0.03モル%〜0.5モル%、さらにより好ましくは0.05モル%〜0.2モル%である。
フルオロエラストマーA)の製造方法は、ラジカル開始剤の存在下に水性エマルジョン中でモノマーを重合させることによって行われてもよい。重合は、25〜90℃、より好ましくは50〜85℃の温度で行われる。本方法が行われる圧力は、0.5〜7MPa、より好ましくは1〜5MPaである。好ましくは、フルオロエラストマーA)は、(パー)フルオロポリオキシアルキレンのマイクロエマルジョンで製造される。例えば、参照により全体を援用される、米国特許第4,789,717号明細書および同第4,864,006号明細書を参照されたい。
ラジカル開始剤の例は、任意選択的に第一鉄、第一銅もしくは銀塩、または他の容易に酸化可能な金属の塩と組み合わせてもよい、過硫酸、過リン酸、過ホウ酸または過炭酸アルカリ金属またはアンモニウムである。様々なタイプの界面活性剤も、通常は、反応媒体中に存在し、中でもフッ素化界面活性剤が特に好ましい。
本発明のフルオロエラストマーの製造において、示したムーニー(Mooney)粘度を得るために連鎖移動剤を使用することおよび/または重合開始剤の量を増やすことが可能である。当業者は、使用することが望ましい移動剤または開始剤の量をフルオロエラストマー組成物A)に応じて容易に決定することができる。
用語「半結晶性フルオロポリマーB)」は、DSC分析でガラス転移温度Tgに加えて、少なくとも1つの結晶融点を有するフルオロポリマーを意味する。
言い換えれば、半結晶性フルオロポリマーB)は一般に、ASTM標準規格D3418に従って測定して、少なくとも5J/gの、好ましくは少なくとも15J/gの、より好ましくは少なくとも25J/gの融解熱を有する。
半結晶性フルオロポリマーB)の平均粒度は、約10〜約400nm、好ましくは約40〜約300nm、より好ましくは約60〜約250nmである。
本出願人は意外にも、ポリマーB)の平均粒度が400nm未満のものであることがまた不可欠であることを見いだした。
本出願人は、ポリマー(B)の平均粒度が400nmを超えた場合、前記フルオロエラストマー(A)が本発明のムーニー(Mooney)粘度要件(すなわち、35MU未満)を満たす場合でさえ、組成物への前記ポリマー(B)粒子の添加がフルオロエラストマーマトリックスにおける機械的特性の改善のためのいかなる相乗効果ももたらさないことを見いだした。
半結晶性ポリマーB)の平均粒度は、ISO 13762に従って、例えば、小角X線散乱法によるX線マイクロトラック(X−rays Microtrack)粒子分析計を用いて有利に測定することができる。
それでもなお、他の分析方法を、半結晶性ポリマーB)の平均粒度の測定のために用いることができる。
前記半結晶性フルオロポリマーB)の製造は、水性エマルジョンとして、または、米国特許第4,789,717号明細書および同第4,864,006号明細書に記載されているように、パーフルオロポリオキシアルキレンの分散系もしくはマイクロエマルジョンとしてモノマーを重合させることによって行われる。
特に、水性マイクロエマルジョン重合法は、例えば、本出願人の名義での欧州特許出願EP969 027号明細書に記載されているようなパーフルオロポリオキシアルキレンの存在下に行われる。米国特許第5,523,346号明細書および同第5,616,648号明細書に記載されているような、油相が重合性の不飽和モノマーから構成されるマイクロエマルジョン重合法もまた用いられてもよい。
半結晶性フルオロポリマーB)は、テトラフルオロエチレン(TFE)ホモポリマー、および、TFEと、0.01モル%〜10モル%、好ましくは0.05モル%〜7モル%の量での、少なくとも1つのエチレン型の不飽和を含有する1種以上のモノマーとのコポリマーから選択される。
前記エチレン系不飽和モノマーは、水素化タイプのものまたはフッ素化タイプのものであってもよい。挙げられてもよい水素化モノマーの中には、エチレン、プロピレン、アクリルモノマー、例えば、メチルメタクリレート、(メタ)アクリル酸、ブチルアクリレートおよびヒドロキシエチルヘキシルアクリレート、並びにスチレンモノマーがある。
挙げることができるフッ素化エチレン系不飽和モノマーの中には、VDFと組み合わせてフルオロエラストマーA)の製造用のコモノマーとして上にリストされたもの、および次のもの:
− 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(TrFE)およびパーフルオロアルキルエチレンCH=CH−R、(式中、RはC〜Cパーフルオロアルキルである)などの、C〜C水素化フルオロオレフィン、
がある。
好ましいフッ素化モノマーは、PAVE、特にパーフルオロメチル、パーフルオロエチル、およびパーフルオロプロピルビニルエーテル、ならびに上に定義されるような(パー)フルオロジオキソール、特にパーフルオロジオキソールである。
半結晶性フルオロポリマーB)は、部分フッ素化(すなわち、それは水素を含有する繰り返し単位を含んでもよい)または過フッ素化(水素を含有する繰り返し単位を含まない)であってもよい。過フッ素化半結晶性フルオロポリマー(パーフルオロポリマー)が一般に好ましい。
任意選択的に、半結晶性フルオロポリマーは、コア+シェル半結晶性フルオロポリマー中のベースモノマーの総モル数に対して0.1モル%〜10モル%の量での、臭素化および/またはヨウ素化コモノマーに由来する、臭素および/またはヨウ素原子を鎖中に含有する半結晶性フルオロポリマーのシェルで覆われていてもよく、コア中のおよびシェル中の半結晶性フルオロポリマーは、特許EP1 031 606号明細書に記載されているような、様々な組成物であってよい。
本発明のさらなる主題は、加硫可能なフルオロエラストマー組成物である。一般に、加硫剤と混合されたフルオロエラストマー組成物は、配合物(コンパウンド)と一般に言われるものを構成する。配合物はまた、加硫配合物を製造するために使用される加硫助剤および通常の成分を含有してもよい。これらの成分の中には、本明細書で以下に詳細に記載されるようなフィラー、装入物、顔料、酸化防止剤、安定剤などがある。
本発明の組成物は、過酸化物もしくはイオン加硫または2つの方法の組み合わせ(混合加硫)を受けてもよい。架橋が過酸化物加硫または混合加硫によって行われる場合、フルオロエラストマーA)は、ヨウ素および/または臭素原子を高分子の鎖中におよび/または末端に含有する。フルオロエラストマーマトリックス中へのかかるヨウ素および/または臭素原子の導入は、最終製品中の硬化部位コモノマーの含有率が一般に他のベースモノマー単位の100モル当たり0.05〜4モルであるような量で、例えば、米国特許第035,565号明細書および同第4,694,045号明細書に記載されているように、2〜10個の炭素原子を含有するブロモ−および/またはヨード−オレフィン、あるいはまた、米国特許第4,745,165号明細書、同第4,564,662号明細書およびEP199 138号明細書に記載されているように、ヨード−および/またはブロモ−フルオロアルキルビニルエーテルなどの、臭素化および/またはヨウ素化「硬化部位」コモノマーの添加によって行われてもよい。
使用されてもよい他のヨウ素化化合物は、欧州特許出願EP860 436号明細書におよび同EP979 832号明細書に記載されているような、トリヨウ素化トリアジン誘導体である。
その代わりにまたは硬化部位コモノマーと組み合わせて、ヨウ素化および/または臭素化連鎖移動剤、例えば式R(I)(Br)(式中、Rは、1〜8個の炭素原子を含有する(パー)フルオロアルキルまたは(パー)フルオロクロロアルキルであり、xおよびyは、1≦x+y≦2で、0〜2の整数である)の化合物(例えば、米国特許第4,243,770号明細書および同第4,943,622号明細書を参照されたい)の反応混合物への添加によってフルオロエラストマーA)へ末端のヨウ素および/または臭素原子を導入することが可能である。米国特許第5,173,553号明細書に記載されているように、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のヨウ化物および/または臭化物を連鎖移動剤として使用することもまた可能である。
ヨウ素および/または臭素を含有する連鎖移動剤と組み合わせて、酢酸エチル、マロン酸ジエチルなどの、当技術分野で公知の他の連鎖移動剤を使用することが可能である。
過酸化物加硫は、熱分解によってラジカルを発生させることができる好適な過酸化物の添加によって、公知の方法に従って行われる。最も一般に使用される試剤の中では、次のもの:ジアルキルペルオキシド、例えばジ−第三ブチルペルオキシドおよび2,5−ジメチル−2,5−ジ(第三ブチルペルオキシ)ヘキサン;ジクミルペルオキシド;ジベンゾイルペルオキシド;過安息香酸ジ−第三ブチル;ビス[1,3−ジメチル−3−(第三ブチルペルオキシ)ブチル]カーボネートが挙げられる。他の過酸化物系は、例えば、特許出願EP36 596号明細書およびEP410 351号明細書に記載されている。
(a)ポリマーに対して一般に0.5重量%〜10重量%、好ましくは1重量%〜7重量%の量での、加硫助剤;これらの加硫助剤の中で、一般に使用されるものは、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;2,4,6−トリビニルメチルトリシロキサンなどであり;TAICが特に好ましく;
他の好ましい架橋剤は欧州特許EP69 520号明細書に記載されているビス−オレフィンである。
使用されてもよい他の架橋剤は、特許出願EP860 436号明細書におよび国際公開第97/05122号パンフレットに記載されているトリアジンであり;
(b)任意選択的に、弱酸の塩、例えばステアリン酸、安息香酸、炭酸、シュウ酸または亜リン酸のNa、KまたはCa塩と任意選択的に組み合わせられた、二価の金属、例えばMg、ZnまたはCaの酸化物または水酸化物から選択される、ポリマーの重量に対して1重量%〜15重量%、好ましくは2重量%〜10重量%の量での、金属化合物;
(c)増粘フィラー、顔料、酸化防止剤、安定剤などの、他の通常の添加剤
などである。
イオン加硫は、当技術分野で周知である加硫剤および促進剤の添加によって行われる。促進剤の量は0.05〜5phrであり、加硫剤の量は0.5〜15phr、好ましくは1〜6phrである。
使用されてもよい加硫剤として、例えば、EP335 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ているように、芳香族または脂肪族ポリヒドロキシル化化合物、またはそれらの誘導体が挙げられてもよい。これらの中では、2つの芳香環が脂肪族、脂環式もしくは芳香族二価基を介して、または酸素原子、あるいはまたカルボニル基を介して結合しているビスフェノールを特に挙げることができる。ビスフェノールAFが特に好ましい。
使用されてもよい促進剤の例には、第四級アンモニウムもしくはホスホニウム塩(例えば、EP335 705号明細書および米国特許第3,876,654号明細書を参照されたい);アミノホスホニウム塩(例えば、米国特許第4,259,463号明細書を参照されたい);ホスホラン(例えば、米国特許第3,752,787号明細書を参照されたい)が挙げられる。第四級ホスホニウム塩およびアミノホスホニウム塩が好ましい。
促進剤および加硫剤を別々に使用する代わりに、1:2〜1:5、好ましくは1:3〜1:5のモル比での促進剤と加硫剤との付加体であって、促進剤が上で定義されたような、正電荷を有する有機オニウム化合物の1つであり、加硫剤が上に示された化合物、特にジ−もしくはポリヒドロキシ化合物から選択され;示されたモル比での促進剤と加硫剤との反応の生成物を溶融させることによってか、または示された量の加硫剤で補充された付加体の1:1混合物を溶融させることによって得られる付加体を使用することもまた可能である。付加体中に含有されるものに対して過剰の促進剤がまた任意選択的に存在してもよい。
付加体の製造のために、特に好ましい陽イオンは、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およびテトラブチルホスホニウムであり;特に好ましい陰イオンの中には、2つの芳香環が3〜7個の炭素原子を含有するパーフルオロアルキル基から選択される二価基に結合しており、OH基がパラ位にあるビスフェノール化合物がある。
この付加体の製造は、参照により全体を本明細書に援用する、本出願人の名義の欧州特許出願EP684 277号明細書に記載されている。
加硫配合物はまた、
i)フルオロエラストマーコポリマーの100部当たり1〜40部の量での、フッ化ビニリデンコポリマーのイオン加硫において公知のものから選択される1種以上の無機酸受容体;
ii)フルオロエラストマーコポリマーの100部当たり0.5〜10部の量での、フッ化ビニリデンコポリマーのイオン加硫において公知のものから選択される1種以上の塩基性化合物、
を含有してもよい。
ポイントii)で挙げた塩基性化合物は、Ca(OH)、弱酸の金属塩、例えば炭酸、安息香酸、シュウ酸および亜リン酸Ca、NaおよびKならびに上述の水酸化物と上述の金属塩との混合物によって構成される群から一般に選択され;タイプi)のこれらの化合物の中では、MgOが挙げられる。
増粘剤、顔料、酸化防止剤、安定剤などの他の通常の添加剤が次に、加硫配合物に添加されてもよい。
イオン、過酸化物および/または混合加硫剤を使用して加硫される、加硫可能な生成物は、押出後に本発明の加硫可能な組成物から得られてもよい。
本発明の組成物を用いて、フッ素化されていてもされていなくてもよい、他のエラストマーとの、または他のフッ素化もしくは非フッ素化ポリマーとの複合生成物を共押出によって製造することが可能である。特に、共押出は、本発明のフルオロエラストマー組成物の1種以上と、1種以上のフッ素化もしくは非フッ素化エラストマーおよび/または1種以上のフッ素化もしくは非フッ素化熱可塑性ポリマーとの間で行われてもよい。好ましいエラストマーの例は、NBRゴム(ニトリル/ブタジエンゴム)、ACMゴム(アクリルゴム)、エピクロロヒドリン(ECO)などである。挙げられてもよいポリマーの例は、ケブラー(Kevlar)(登録商標)、PVC、THV、PVDFなどである。
本発明の組成物は、これらの配合物が表面に欠陥を含まない押出物を得るために押し出しされうるので、共押出物または多層構造体を製造するために特に好適である。この特徴は、フルオロエラストマー組成物を使用する加工業者によって望まれているものである。
上記のような共押出によって得られた生成物の加硫は、本発明の加硫可能な組成物について示されるように行われる。
本発明のさらなる主題は、上に示されるように得ることができる加硫製品である。
本発明の組成物は、燃料パイプなどの押出品を製造するために特に好適である。加えて、本発明の組成物は、複雑な形状さえも有する製品、例えば給油口ホースとして知られる製品を押出によって製造するために特に好適である。
そのように望まれる場合、本発明の組成物は、押出によって得ることができない製品を、すなわち、他の加工方法を用いることによって製造するために使用されてもよい。かかる製品の例は、化学もしくは石油化学プラント用のまたは自動車工業用のシャフトシール、ガスケット、ダイアフラム、およびバルブ用シーリング部品である。
以下の実施例は、本発明の主題の非限定的な例示として与えられる。
方法
ムーニー(Mooney)粘度(1+10)121℃の測定
この測定は、ASTM方法D1646に準拠して行う。
押出加工性試験
この試験は、ASTM方法D2230(ガーベイ(Garvey)試験)に準拠して行う。押出機ヘッドの温度は115℃である。本体の温度は100℃である。
機械的特性
機械的特性は、ASTM標準規格D412Cに準拠して測定する。
実施例1
40%半結晶性フルオロポリマーB)を含有する、本発明によるフルオロエラストマー組成物の製造
a)半結晶性フルオロポリマーB)の製造
6.5リットルの脱塩水と、600の平均分子量の、式:CFClO(CF−CF(CF)O)(CFO)CFCOOH(式中、n/m=10である)の酸末端基を含有する56.4mlのパーフルオロポリオキシアルキレン;56.4mlの30容量%NHOH水溶液;112.8mlの脱塩水;450の平均分子量の、式:CFO(CF−CF(CF)O)(CFO)CF(式中、n/m=20である)の34.4mlのガルデン(Galden)(登録商標)D02を混合することによってあらかじめ得られた260mlのパーフルオロポリオキシアルキレンマイクロエマルジョンとを、排気後に、545rmpで作動する撹拌機を備えた10リットルのオートクレーブへ導入した。
オートクレーブを次に80℃にし、反応の全体にわたってこの温度に維持した。オートクレーブをエタンで0.6バール(0.06MPa)の圧力に、次に6.5モル%のパーフルオロメチルビニルエーテル(PMVE)および93.5モル%のテトラフルオロエチレン(TFE)から構成されるモノマー混合物で20バール(2MPa)の圧力にした。
0.13gの過硫酸アンモニウム(APS)を次に、開始剤としてオートクレーブへ導入した。
反応の間ずっと、次のモノマー混合物:2モル%のPMVEおよび98モル%のTFEを連続的に送り込むことによって圧力を20バールに維持した。
モノマーの100%転化に相当する、160分間の反応後に、オートクレーブを冷却し、ラテックスを排出させた。
b)フルオロエラストマーA)のラテックスの製造
14リットルの脱塩水を、排気後に、460rpmで作動する攪拌機を備えた22リットルのオートクレーブへ導入した。オートクレーブを次に85℃にし、反応の全体にわたってこの温度に維持した。次の組成(モル単位で):VDF:34%;HFP:54%;TFE:12%を有するモノマー混合物を次に、圧力を15バール(1.5MPa)にするように送り込んだ。
開始剤としての56gの過硫酸アンモニウム(APS)と34.8mlの酢酸エチルとを次にオートクレーブへ導入した。(モル単位で):VDF:60%;HFP:20%;TFE:20%から構成される混合物を送り込むことによって重合の全体にわたって15バールの圧力を一定に保った。
モノマーの100%転化に相当する、95分間の反応後に、オートクレーブを冷却し、ラテックスを排出させた。得られたフルオロエラストマーは、10MUのムーニー(Mooney)粘度を有した。
c)ラテックスの混合および本発明の組成物の製造
a)で得られたラテックスをb)で製造されたラテックスと、A)+B)の総重量に対して40重量%に等しい半結晶性ポリマーの量を得るように混合した。混合後に、ラテックスを硫酸アルミニウム溶液(ラテックスの1リットル当たり6gのAl(SO)で凝固させ、循環エアオーブン中90℃で16時間乾燥させた。組成物の特性を表1に示す。
比較例2
40%半結晶性フルオロポリマーB)を含有する組成物の製造
a)半結晶性フルオロポリマーB)のラテックスの製造
実施例1(a)のラテックスを使用した。
b)フルオロエラストマーA)のラテックスの製造
6.5リットルの脱塩水と、実施例1(a)に記載した組成を有する67mlのパーフルオロポリオキシアルキレンマイクロエマルジョンとを、排気後に、545rpmで作動する撹拌機を備えた10リットルのオートクレーブへ導入した。
オートクレーブを次に80℃にし、反応の全体にわたってこの温度に維持した。次の組成(モル単位で):VDF:48%;HFP:45%;TFE:7%を有するモノマー混合物を次に、圧力を30バール(3MPa)にするように送り込んだ。
次のものを次にオートクレーブへ導入した:
− 開始剤としての0.32gの過硫酸アンモニウム(APS);
− 連鎖移動剤としての21gの1,4−ジヨードパーフルオロブタン(C);添加は3回に分けて、重合の開始時に、3.2gに等しい第1部分、20%転化後に、9.4gに等しい第2部分、および80%転化時に、8.4gに等しい第3部分、で行った;
− 10gの式CH=CH−(CF−CH=CHのビス−オレフィン;添加は20回に分けて、重合の開始から、モノマーの転化率の5%増分毎に0.5gずつ行った;
− (モル単位で):VDF:70%;HFP:19%;TFE:11%から構成される混合物を送り込むことによって重合の全体にわたって30バールの圧力を一定に保った。
モノマーの100%転化に相当する、160分間の反応後に、オートクレーブを冷却し、ラテックスを排出させた。得られたフルオロエラストマーは、47MUのムーニー(Mooney)粘度を有した。
c)ラテックスの混合および組成物の製造
a)で得られたラテックスをb)で製造されたラテックスと、A)+B)の総重量に対して40重量%に等しい半結晶性ポリマーの量を得るように混合した。混合後に、ラテックスを硫酸アルミニウム溶液(ラテックスの1リットル当たり6gのAl(SO)で凝固させ、循環エアオーブン中90℃で16時間乾燥させた。組成物の特性を表1に示す。
実施例3
40%半結晶性フルオロポリマーB)を含有する本発明の組成物の製造
a)半結晶性フルオロポリマーB)のラテックスの製造
実施例1(a)のラテックスを使用した。
b)フルオロエラストマーA)のラテックスの製造
フルオロエラストマーを、
− 圧力を30バールにするために最初に送り込んだモノマー混合物は次の組成(モル単位で):VDF:17%;HFP:70%;TFE:13%を有した;
− 25gのCを送り込んだ(開始時に3g;20%転化後に9g;80%転化後に8g);
− 次の組成(モル単位で):VDF:50%;HFP:25%;TFE:25%を有する混合物を送り込むことによって圧力を30バールで一定に保った
ことを除いては、比較例2(b)と同じ手順に従うことによって製造した。
180分間の反応後に得られたポリマーは、22MUのムーニー(Mooney)粘度を有した。
c)ラテックスの混合および本発明の組成物の製造
実施例1に記載された手順を繰り返した。
本発明の組成物の特性評価を表1に示す。
実施例4
40%半結晶性フルオロポリマーB)を含有する本発明の組成物の製造
a)半結晶性フルオロポリマーB)のラテックスの製造
TFE/パーフルオロメチルビニルエーテルポリマーを含有する、Solvay Solexisによって製造されたハイフロン(Hyflon)(登録商標)MFA 1041ラテックスを使用した。
b)フルオロエラストマーA)のラテックスの製造
実施例3(b)で用いられたものに類似の手順に従ったが、
− 22mlのNHOHを含む以外は実施例3と同様の60mlのマイクロエマルジョン;
− 20バール(2MPa)までの初期供給物が次の組成(モル%単位で):VDF:28%;HFP:56%;TFE:15%を有する状態で85℃の反応温度;
− 開始剤としての9gの過硫酸アンモニウムおよび23.8mlの酢酸エチル;
− 次の組成(モル%単位で):VDF:50%;HFP:25%;TFE:25%を有する混合物を送り込むことによって反応の52分間一定に保たれる、20バールの全圧、
を使用した。得られたポリマーは、9MUのムーニー(Mooney)粘度を有した。
c)ラテックスの混合および本発明の組成物の製造
実施例1に記載された手順を繰り返した。
本発明の組成物の特性評価を表1に示す。
実施例5
30%半結晶性フルオロポリマーB)を含有する組成物の製造
a)半結晶性フルオロポリマーB)のラテックスの製造
実施例1を繰り返した。
b)フルオロエラストマーA)のラテックスの製造
実施例1の手順を繰り返した。
c)ラテックスの混合および最終組成物の製造
a)で得られたラテックスをb)で得られたラテックスとA)+B)の総重量に対して30重量%に等しい半結晶性ポリマーの量を得るように混合した。本発明の組成物の特性評価を表1に示す。
比較例6
30%半結晶性フルオロポリマーB)を含有する組成物の製造
a)半結晶性フルオロポリマーB)のラテックスの製造
実施例1(a)のラテックスを使用した。
b)フルオロエラストマーA)のラテックスの製造
実施例3(b)に記載した手順を繰り返したが、20gのみのCを送り込んだ(開始時に3g;20%転化後に9g;80%転化後に8g)。
得られたフルオロエラストマーは、43MUのムーニー(Mooney)粘度を有した。
c)ラテックスの混合および組成物の製造
a)で得られたラテックスを、A)+B)の総重量に対して30重量%に等しい半結晶性ポリマーの量を得るように混合したことを除いては、実施例1に記載された手順を繰り返した。
組成物の特性評価を表1に示す。
実施例7
40%半結晶性フルオロポリマーB)を含有する組成物の製造
a)半結晶性フルオロポリマーB)のラテックスの製造
Solvay Solexisによって製造される、TFEとプロピルビニルエーテルとのコポリマーを含有するハイフロン(Hyflon)(登録商標)PFA P450ラテックスを使用する。
b)フルオロエラストマーA)のラテックスの製造
実施例4(b)のラテックスを使用した。
c)ラテックスの混合および最終組成物の製造
実施例1の手順を繰り返した。
組成物の特性を表1に示す。
比較例8
40%半結晶性フルオロポリマーB)を含有するパーフルオロエラストマー組成物の製造
a)半結晶性フルオロポリマーB)のラテックスの製造
実施例1(a)のラテックスを使用した。
b)フルオロエラストマーA)のラテックスの製造
比較例6に記載した手順を繰り返したが、65mlのマイクロエマルジョンを送り込み、パーフルオロメチルビニルエーテル(MVE)(65モル%)とテトラフルオロエチレン(TFE)(35モル%)との混合物で初期圧力を25バール(2.5MPa)にし、22.6gのCを最初に加え、次の組成(モル単位で):MVE:40%;TFE:60%を有する混合物を送り込んで、25バールの一定圧力を反応の137分間維持する。得られたポリマーは、9MUのムーニー(Mooney)粘度を有する。
c)ラテックスの混合および組成物の製造
a)で得られたラテックスを、A)+B)の総重量に対して30重量%に等しい半結晶性ポリマーの量を得るように混合したことを除いては、実施例1に記載された手順を繰り返す。
比較例9
40%半結晶性フルオロポリマーB)を含有するパーフルオロエラストマー組成物の製造
a)半結晶性フルオロポリマーB)のラテックスの製造
実施例1(a)のラテックスを凝固させて400nmを大きく超える平均サイズ(約1μm)を有する固体微粒子を得た。
b)フルオロエラストマーA)のラテックスの製造
実施例3(b)に記載した手順を繰り返したが、
− 22mlのNHOHを含む以外は実施例3の65mlのマイクロエマルジョン;
− 20バール(2MPa)までの初期供給物が次の組成(モル%単位で):VDF:28%;HFP:56%;TFE:15%を有する状態で、85℃の反応温度;
− 9gの過硫酸アンモニウムおよび23.8mlの酢酸エチル;
− 次の混合物(モル%単位で):VDF:50%;HFP:25%;TFE:25%を供給することによって52分の間ずっと維持される、20バールの全圧、
を使用した。得られたポリマーは、9MUのムーニー(Mooney)粘度を有する。
c)フルオロポリマーとパーフルオロエラストマーとの混合および組成物の製造
工程b)からのフルオロエラストマーと工程a)からの半結晶性フルオロポリマーとを、A)+B)の総重量に対して40重量%に等しい半結晶性ポリマーの量をもたらすようにオープン−ミル中で混合した。
表1において、省略形FOR XA31は、ビスフェノールAF/1,1−ジフェニル−1−ベンジル−N−ジエチルホスホルアミン3/1付加体(モル比)を意味する。
機械的特性は、イオン加硫が行われる実施例1、4、5、7、および比較例9の組成物を含む調合物について230℃で8時間の硬化後に測定した。
過酸化物加硫が行われる比較例2、実施例3および比較例6の組成物を含む調合物については、機械的特性は230℃で4時間の硬化後に測定する。
この表は、本発明の組成物が、とりわけ破断点伸びに関して、良好な機械的特性を有することに加えて、ガーベイ(Garvey)試験に従って測定される最適押出特性を有することを示す。それぞれ、47および43に等しいムーニー(Mooney)粘度を有するVDFベースのフルオロエラストマー入りの組成物に相当する、比較例2および6は、その特性がガーベイ(Garvey)試験によれば不十分な押出物を生成する。比較例8は、パーフルオロエラストマーベースの組成物(すなわち、VDFをベースとしないフルオロポリマー)の押出特性は、半結晶性フルオロポリマーを添加することによって改善できないことを示す。
Figure 0005372003

Claims (12)

  1. A)ASTM標準規格D1646に準拠して測定される、35MU(ムーニー(Mooney)単位)未満の121℃でのムーニー(Mooney)粘度(1+10)の、フッ化ビニリデン(VDF)をベースとするフルオロエラストマーマトリックス;
    B)A)+B)の総重量に対して20%〜70重量%の量の、半結晶性フルオロポリマーであって、テトラフルオロエチレン(TFE)ホモポリマー、およびTFEと0.01〜10モル%の量の、少なくとも1個のエチレン型の不飽和を含有する1種以上のモノマーとのコポリマーから選択され、10〜400nmの平均粒度を有する半結晶性フルオロポリマー、
    を含む加硫可能なフルオロエラストマー組成物。
  2. 前記フルオロエラストマーマトリックスA)のフルオロエラストマーが、VDFが次のもの:
    − C〜Cパーフルオロオレフィン;
    − C〜Cクロロ−および/またはブロモ−および/またはヨード−フルオロオレフィン;
    − RがC〜C(パー)フルオロアルキルである、(パー)フルオロアルキルビニルエーテル(PAVE)CF=CFOR
    − Xが1個以上のエーテル基を含有するC〜C12((パー)フルオロ)オキシアルキルである、(パー)フルオロオキシアルキルビニルエーテルCF=CFOX;
    − 式:
    Figure 0005372003
    (式中、基Rf3、Rf4、Rf5およびRf6のそれぞれは独立して、同一であっても異なってもよく、フッ素原子、または1個以上の酸素原子含むかまたは含まないC〜Cパーフルオロアルキル基である)
    の(パー)フルオロジオキソール;
    − 一般式:
    CFX=CXOCFOR” (I−Ba)
    (式中、R”は、線状または分岐のC〜C(パー)フルオロアルキル;環状のC〜C(パー)フルオロアルキル;および1〜3個の酸素原子を含有する、線状または分岐のC〜C(パー)フルオロオキシアルキルから選択され;X=FまたはHである)
    を有する(パー)フルオロメトキシビニルエーテル(本明細書では以下:MOVE);
    − 非フッ素化C〜Cオレフィン(Ol)、
    から選択される少なくとも1種のコモノマーと共重合されているコポリマーである、請求項1に記載の加硫可能なフルオロエラストマー組成物。
  3. 前記フルオロエラストマーA)が、モノマーのモル百分率の合計が100%であって、次の組成:
    (a)フッ化ビニリデン(VDF)35〜85%、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)10〜45%、テトラフルオロエチレン(TFE)0〜30%、パーフルオロアルキルビニルエーテル(PAVE)0〜15%、
    (b)フッ化ビニリデン(VDF)50〜80%、パーフルオロアルキルビニルエーテル(PAVE)5〜50%、テトラフルオロエチレン(TFE)0〜30%、
    (c)フッ化ビニリデン(VDF)20〜30%、非フッ素化C〜Cオレフィン(Ol)10〜30%、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)および/またはパーフルオロアルキルビニルエーテル(PAVE)18〜27%、テトラフルオロエチレン(TFE)10〜30%、
    (d)テトラフルオロエチレン(TFE)33〜75%、パーフルオロアルキルビニルエーテル(PAVE)15〜45%、フッ化ビニリデン(VDF)5〜30%、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)0〜30%、または
    (e)フッ化ビニリデン(VDF)35〜85%、(パー)フルオロメトキシビニルエーテル(MOVE)5〜40%、パーフルオロアルキルビニルエーテル(PAVE)0〜30%、テトラフルオロエチレン(TFE)0〜40%、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)0〜30%、
    から選択される組成を有する、請求項1または2に記載の加硫可能なフルオロエラストマー組成物。
  4. 前記フルオロエラストマーマトリックスがまた、一般式:
    Figure 0005372003
    (式中、
    、R、R、R、RおよびRは、同一であっても異なってもよく、HまたはC〜Cアルキルであり;
    Zは、酸素原子を含むかまたは含まず、部分的にフッ素かされているかまたはフッ素化されていない線状または分岐のC〜C18アルキレンまたはシクロアルキレン基であるか、または(パー)フルオロポリオキシアルキレン基である)
    を有するビス−オレフィンに由来するモノマー単位を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の加硫可能なフルオロエラストマー組成物。
  5. ビス−オレフィンベースの単位の量が、フルオロエラストマーのベース構造を構成する他のモノマー単位の100モル当たり0.01モル%〜1.0モル%である、請求項4に記載の加硫可能なフルオロエラストマー組成物。
  6. 前記エチレン系不飽和コモノマーが水素化またはフッ素化タイプのものである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の加硫可能なフルオロエラストマー組成物。
  7. 前記水素化コモノマーが、エチレン、プロピレン、アクリルモノマー、およびスチレンモノマーから選択される、請求項6に記載の加硫可能なフルオロエラストマー組成物。
  8. 前記フッ素化コモノマーが、
    − C〜Cパーフルオロオレフィン;
    − C〜Cクロロ−および/またはブロモ−および/またはヨード−フルオロオレフィン;
    − RがC〜C(パー)フルオロアルキルである、(パー)フルオロアルキルビニルエーテル(本明細書では以下:PAVE)CF=CFOR
    − Xが1個以上のエーテル基を含有するC〜C12((パー)フルオロ)オキシアルキルである、(パー)フルオロオキシアルキルビニルエーテルCF=CFOX;
    − 式:
    Figure 0005372003
    (式中、基Rf3、Rf4、Rf5およびRf6のそれぞれは独立して、同一であっても異なってもよく、フッ素原子または1個以上の酸素原子を含むかまたは含まないC〜Cパーフルオロアルキル基である)
    の(パー)フルオロジオキソール;
    − 一般式:
    CFX=CXOCFOR” (I−Ba)
    (式中、R”は、線状または分岐のC〜C(パー)フルオロアルキル;環状のC〜C(パー)フルオロアルキル;および1〜3個の酸素原子を含有する、線状または分岐のC〜C(パー)フルオロオキシアルキルから選択され;X=FまたはHである)
    を有する(パー)フルオロメトキシビニルエーテル(本明細書では以下:MOVE);
    − 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(TrFE)およびRがC〜CパーフルオロアルキルであるパーフルオロアルキルエチレンCH=CH−Rなどの、水素化C〜Cフルオロオレフィン、
    から選択される、請求項6に記載の加硫可能なフルオロエラストマー組成物。
  9. 前記半結晶性(パー)フルオロポリマーが、コア+シェル半結晶性(パー)フルオロポリマー中のベースモノマーの総モル数に対して0.1モル%〜10モル%の量の、臭素化および/またはヨウ素化コモノマーに由来する、臭素および/またはヨウ素原子を鎖中に含有する半結晶性(パー)フルオロポリマーのシェルで覆われている、請求項1〜8のいずれか一項に記載の加硫可能なフルオロエラストマー組成物。
  10. 加硫助剤と加硫配合物成分とを含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の加硫可能なフルオロエラストマー組成物。
  11. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の加硫可能なフルオロエラストマー組成物の押出のための使用。
  12. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の組成物の加硫によって得られる加硫した製品。
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