JP6304253B2 - 架橋性含フッ素エラストマー組成物及びその架橋物 - Google Patents

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Description

本発明は、架橋性含フッ素エラストマー組成物及びその架橋物に関する。
含フッ素エラストマーの架橋方法は、得られる架橋物の特性に影響することが知られている。特にペルフルオロエラストマーは架橋が容易でないことが知られている。そこで、架橋物の特性の改良、架橋反応性の向上等のため、種々の架橋方法が提案されてきた。
例えばペルフルオロエラストマーの架橋方法として、下記の方法等が提案されている。
(1)架橋部位としてニトリル基を有するペルフルオロエラストマーを、有機スズ化合物の存在下、3個のニトリル基からトリアジン環を形成させる架橋方法(特許文献1)。
(2)架橋部位として臭素原子を有するペルフルオロエラストマーを、ペルオキシドの存在下、架橋助剤であるトリアリルイソシアヌレート(以下、TAICとも記す。)と反応させる架橋方法(特許文献2)。
(3)高分子鎖末端に架橋部位としてヨウ素原子を有するペルフルオロエラストマーを、ペルオキシドの存在下、TAICと反応させる架橋方法(特許文献3、4)。
(4)高分子鎖末端にヨウ素原子を有するペルフルオロエラストマーを、ペルオキシドの存在下、架橋助剤である1,6−ジビニルペルフルオロヘキサンと反応させる架橋方法(特許文献5)。
しかし、(1)の方法で得られる架橋物は、耐薬品性、特に耐アミン性が充分でない。
(2)、(3)の方法で得られる架橋物は、イソシアヌレート環の架橋点を有するので、耐熱性が充分でない。
(4)の方法で得られる架橋物は、耐熱性に優れるが、耐薬品性、特に耐アミン性が充分でない。
したがって、架橋反応性に優れ、得られた架橋物が耐薬品性及び耐熱性に優れるペルフルオロエラストマー組成物の開発が望まれる。
米国特許第4394489号明細書 米国特許第4035565号明細書 米国特許第4243770号明細書 国際公開第90/014367号 日本特許第5057657号公報
本発明は、架橋反応性に優れ、その架橋物が耐熱性および耐薬品性に優れる架橋性含フッ素エラストマー組成物及びその架橋物を提供することを目的とする。
本発明は、以下の[1]〜[17]の構成を有する、架橋性含フッ素エラストマー組成物及びその架橋物を提供する。
[1]含フッ素エラストマーと、2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物と、を含有することを特徴とする架橋性含フッ素エラストマー組成物。
[2]前記2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物が、芳香環に結合したビニル基またはアリル基を2個以上有する、[1]の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
[3]前記2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物が、下式(1)で表される基(1)を2個以上有する含フッ素芳香族化合物、及び芳香環に結合するビニル基を2個以上有する芳香族炭化水素のいずれか一方又は両方を含む、[1]または[2]の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
Figure 0006304253
[式中、sは0又は1であり、R、R、R及びRはそれぞれ独立に水素原子又はフッ素原子である。]
[4]前記含フッ素芳香族化合物が、前記基(1)を2個以上有する含フッ素芳香族化合物を含み、
前記基(1)を2個以上有する含フッ素芳香族化合物が、
下式(A)で表される含フッ素芳香族化合物(A)、並びに
下式(x)で表される含フッ素芳香族化合物(x)と、前記基(1)とフェノール性水酸基とを有する芳香族化合物(y1)及び前記基(1)と芳香環を置換するフッ素原子とを有する芳香族化合物(y2)のいずれか一方または両方と、フェノール性水酸基を3個以上有する化合物(z)とを、脱HF剤存在下に縮合反応させて得られ、前記基(1)及びエーテル結合を有する含フッ素芳香族化合物(B)、のいずれか一方又は両方を含む、[3]の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
Figure 0006304253
[式中、nは0〜6の整数、aは0〜5の整数、bは0〜4の整数、cは0〜4の整数であり、a+c+nは2〜6、a+bは2〜9であり、Zは単結合、−O−、−S−、−CO−、−C(CH−、−C(CF−、−SO−、又は−SO−であり、Rfは炭素数1〜8のフルオロアルキル基であり、Y及びYはそれぞれ独立に前記基(1)である。芳香環内のFはその芳香環の水素原子が全てフッ素原子で置換されていることを表す。]
Figure 0006304253
[式中、Nは0〜3の整数、d、eはそれぞれ独立に0〜3の整数であり、Rf及びRfはそれぞれ独立に炭素数1〜8のフルオロアルキル基である。芳香環内のFはその芳香環の水素原子が全てフッ素原子で置換されていることを表す。]
[5]前記含フッ素芳香族化合物(x)が、ペルフルオロベンゼン、ペルフルオロトルエン、ペルフルオロキシレン、ペルフルオロビフェニル、ペルフルオロテルフェニル、ペルフルオロトリフェニルベンゼン類、ペルフルオロテトラフェニルベンゼン類、ペルフルオロペンタフェニルベンゼン類、及びペルフルオロヘキサフェニルベンゼン類からなる群から選択される少なくとも1種である、[4]の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
[6]前記化合物(z)が、トリヒドロキシベンゼン、トリヒドロキシビフェニル、トリヒドロキシナフタレン、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、トリス(4−ヒドロキシフェニル)ベンゼン、テトラヒドロキシベンゼン、テトラヒドロキシビフェニル、テトラヒドロキシビナフチル、及びテトラヒドロキシスピロインダン類からなる群から選択される少なくとも1種である、[4]または[5]の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
[7]前記含フッ素芳香族化合物(A)が、
前記式(A)中のY及びYにおけるR、R、R及びRがそれぞれ水素原子であること、並びに
前記式(A)中のcが0であるか、またはcが1〜4の整数であってRfが炭素数1〜8のペルフルオロアルキル基であること、の両方を満たすものである、[4]の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
[8]前記含フッ素芳香族化合物(A)が、下式(A−1)または(A−2)で表される化合物である、[7]の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
Figure 0006304253
[9]前記2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物の含有量が、前記含フッ素エラストマーの質量に対して0.1〜15質量%である、[1]〜[8]の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
[10]有機過酸化物をさらに含有し、その含有量が、前記含フッ素エラストマーの質量に対して0.1〜5質量%である、[1]〜[9]の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
[11]前記含フッ素エラストマーが、ヨウ素原子及び/又は臭素原子を含む、[1]〜[10]の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
[12]前記含フッ素エラストマーが、ペルフルオロエラストマーである、[1]〜[11]の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
[13]前記含フッ素エラストマーが、高分子鎖末端にヨウ素原子を有するテトラフルオロエチレン/ペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体である、[1]〜[12]の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
[14]さらに、前記2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物以外の架橋助剤を含有し、その含有量が、前記含フッ素エラストマーの質量に対して0.1〜3質量%である[1]〜[13]のいずれかに記載の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
[15]前記2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物/該芳香族化合物以外の架橋助剤の質量比が1/30〜150/1である、[14]に記載の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
[16]前記2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物以外の架橋助剤が、トリアリルイソシアヌレートである、[14]または[15]に記載の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
[17][1]〜[16]の架橋性含フッ素エラストマー組成物を架橋させてなる架橋物。
本発明の架橋性含フッ素エラストマー組成物は、架橋反応性に優れ、その架橋物が耐熱性および耐薬品性に優れる。本発明の架橋物は、耐熱性および耐薬品性に優れる。
〔架橋性含フッ素エラストマー組成物〕
本発明の架橋性含フッ素エラストマー組成物は、含フッ素エラストマーと、2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物(以下、架橋性芳香族化合物とも記す。)と、を含有することを特徴とする。
(架橋性芳香族化合物)
本発明において、芳香族化合物は、芳香環を有する化合物である。
芳香環としては、ベンゼン環、ベンゼン環を含む縮合環(ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン、ピレン等)、ビフェニルを含む芳香族多環等が挙げられる。
架橋性芳香族化合物が有する架橋性不飽和二重結合の含有量は、架橋性芳香族化合物の1gに対して、1〜20mmolが好ましく、3〜10mmolがより好ましい。
架橋性芳香族化合物としては、架橋性不飽和二重結合を含む官能基(以下、架橋性官能基ともいう。)を2個以上有する芳香族化合物が挙げられる。
前記架橋性官能基としては、例えばビニル基(エテニル基ともいう。)、アリル基、(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリロイルオキシ基、ビニルオキシ基、トリフルオロビニル基、トリフルオロビニルオキシ基、シクロプロペニル基、シクロブテニル基、シクロペンタジエニル基を含む環状の架橋性官能基等が挙げられる。「(メタ)アクリロイル」は、アクリロイルまたはメタクリロイルを示す。
架橋性芳香族化合物が有する架橋性官能基は1種でも2種以上でもよい。
架橋性芳香族化合物としては、架橋性含フッ素エラストマー組成物の架橋反応性、その架橋物の耐熱性、耐薬品性、原料入手性の容易さ、及び製造コスト等の点で、芳香環に結合したビニル基またはアリル基を2個以上有するものが好ましく、下式(1)で表される基(1)を有するものがより好ましい。
架橋性芳香族化合物が有する基(1)は1個でも2個以上でもよい。架橋性芳香族化合物が有する基(1)が1個である場合、他の架橋性官能基を1個以上さらに有する。
Figure 0006304253
[式中、sは0又は1であり、R、R、R及びRはそれぞれ独立に水素原子又はフッ素原子である。]
式(1)中、sは、架橋反応性に優れる点で、0であることが好ましい。
また、架橋反応性に優れる点で、R、R、R及びRのうち、少なくとも1つが水素原子であることが好ましく、R、R、R及びRがそれぞれ水素原子であることが特に好ましい。R、R、R及びRのうち、水素原子であるものの数が多いほど、架橋性含フッ素エラストマー組成物の架橋反応性に優れる。従来、含フッ素エラストマーの架橋に用いられる架橋助剤が水素原子を含むと架橋物は耐熱性が十分でない場合があったが、本発明においては、架橋性芳香族化合物が水素原子を含んでいても、架橋物は耐熱性に優れる。
基(1)の具体例としては、ビニル置換フェニル基、アリル置換フェニル基等が挙げられる。架橋反応性が高く、高い架橋密度が得られる点で、ビニル置換フェニル基が好ましい。
架橋性芳香族化合物は、基(1)を2個以上有する含フッ素芳香族化合物、及び芳香環に結合するビニル基を2個以上有する芳香族炭化水素のいずれか一方又は両方を含むことが好ましい。
前記含フッ素芳香族化合物は、下記の含フッ素芳香族化合物(A)、及び含フッ素芳香族化合物(B)のいずれか一方又は両方を含むことが好ましい。
含フッ素芳香族化合物(A):下式(A)で表される含フッ素芳香族化合物。
含フッ素芳香族化合物(B):下式(x)で表される含フッ素芳香族化合物(x)と、前記基(1)とフェノール性水酸基とを有する芳香族化合物(y1)及び前記基(1)と芳香環を置換するフッ素原子とを有する芳香族化合物(y2)のいずれか一方または両方と、フェノール性水酸基を3個以上有する化合物(z)とを、脱HF剤存在下に縮合反応させて得られ、前記基(1)及びエーテル結合を有する含フッ素芳香族化合物。
Figure 0006304253
[式中、nは0〜6の整数、aは0〜5の整数、bは0〜4の整数、cは0〜4の整数であり、a+c+nは2〜6、a+bは2〜9であり、Zは単結合、−O−、−S−、−CO−、−C(CH−、−C(CF−、−SO−、又は−SO−であり、Rfは炭素数1〜8のフルオロアルキル基であり、Y及びYはそれぞれ独立に前記基(1)である。芳香環内のFはその芳香環の水素原子が全てフッ素原子で置換されていることを表す。]
Figure 0006304253
[式中、Nは0〜3の整数、d、eはそれぞれ独立に0〜3の整数であり、Rf及びRfはそれぞれ独立に炭素数1〜8のフルオロアルキル基である。芳香環内のFはその芳香環の水素原子が全てフッ素原子で置換されていることを表す。]
以下、含フッ素芳香族化合物(A)、含フッ素芳香族化合物(B)、及び芳香環に結合するビニル基を2個以上有する芳香族炭化水素(以下、芳香族炭化水素(C)ともいう。)それぞれについて詳しく説明する。
[含フッ素芳香族化合物(A)]
前記式(A)において、nは0〜4が好ましく、0〜3がより好ましい。
aは1〜3が好ましく、1〜2がより好ましい。
bは1〜3が好ましく、1〜2がより好ましい。
cは0又は1が好ましく、0がより好ましい。
a+c+nは2〜4が好ましい。a+bは2〜6が好ましい。
Zは単結合、−O−、又は−S−であることが好ましく、単結合、又は−O−であることがより好ましい。
Rfにおけるフルオロアルキル基の炭素数は、1〜6が好ましく、1〜4がより好ましく、1が最も好ましい。フルオロアルキル基としては、耐熱性に優れることから、ペルフルオロアルキル基が好ましい。その具体例としては、ペルフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、ペルフルオロブチル基、ペルフルオロヘキシル基、ペルフルオロオクチル基等が挙げられる。Rfとしてはペルフルオロメチル基が最も好ましい。
及びYにおける基(1)の説明は前記と同様である。
式(A)中、Y及びYは同じであっても異なってもよく、同じであることが好ましい。
含フッ素芳香族化合物(A)の分子量は、300〜2000が好ましく、350〜1000がより好ましい。分子量がこの範囲にあると、架橋性含フッ素エラストマー組成物は架橋反応性がより高くなり、その架橋物は耐熱性、耐薬品性がより優れたものとなりやすい。
含フッ素芳香族化合物(A)としては、本発明の効果に優れる点で、前記式(A)中のY及びYにおけるR、R、R及びRがそれぞれ水素原子であること、並びに前記式(A)中のcが0であるか、またはcが1〜4の整数であって、Rfが炭素数1〜8のペルフルオロアルキル基であること、の両方を満たすものが好ましく、下式(A−1)または(A−2)で表される化合物が特に好ましい。
Figure 0006304253
<含フッ素芳香族化合物(A)の製造方法>
含フッ素芳香族化合物(A)の製造方法としては、特に限定されないが、下式(a1)で表される芳香族化合物(以下、芳香族化合物(a1)と記す。)と、下式(a2)で表される含フッ素芳香族化合物(以下、含フッ素芳香族化合物(a2)と記す。)とを、脱HF剤存在下に縮合反応させる方法が好ましい。
該縮合反応においては、芳香族化合物(a1)の−OXから誘導されるフェノキシイオンが、含フッ素芳香族化合物(a2)の芳香環のフッ素原子が結合した炭素原子を攻撃し、次いで、フッ素原子が脱離する反応機構等によりエーテル結合が生成する。これにより、含フッ素芳香族化合物(A)が得られる。
Figure 0006304253
[式(a1)中、sは0又は1であり、R、R、R及びRはそれぞれ独立に水素原子又はフッ素原子であり、Xは、水素原子、CHCO、CHCHCO、(CHC(CHSi、又は(CHSiである。式(a2)中、nは0〜6の整数、cは0〜4の整数、c+nは0〜6であり、Zは単結合、−O−、−S−、−CO−、−C(CH−、−C(CF−、−SO−、又は−SO−であり、Rfは炭素数1〜8のフルオロアルキル基である。芳香環内のFはその芳香環の水素原子が全てフッ素原子で置換されていることを表す。]
式(a1)中のs、R、R、R、及びRの好ましい範囲及びより好ましい範囲は、式(A)におけるものと同じである。
Xとしては、水素原子、CHCO、またはCHCHCOが好ましい。
芳香族化合物(a1)の具体例としては、4−エテニルフェノール(4−ヒドロキシスチレンともいう)、2−エテニルフェノール、3−エテニルフェノール、4−エテニルテトラフルオロフェノール等のエテニルフェノール類、2−(2−プロペニル)フェノール、3−(2−プロペニル)フェノール、4−(2−プロペニル)テトラフルオロフェノール等の2−プロペニルフェノール類等の反応性二重結合を有するフェノール類、及びそれらの誘導体である4−エテニル−1−アセトキシベンゼン(p−アセトキシスチレンともいう)、4−エテニル−1−トリメチルシロキシベンゼン等が挙げられる。これらの誘導体は、含フッ素芳香族化合物(A)の製造時に、アセトキシ基やトリメチルシロキシ基が水酸基(フェノール性水酸基)に変換され、含フッ素芳香族化合物(a2)と反応する。
芳香族化合物(a1)としては、架橋性不飽和二重結合の反応性という観点から、エテニル基を有する芳香族化合物がより好ましく、フッ素原子を含有しない芳香族化合物がさらに好ましく、4−エテニルフェノール、又は4−エテニル−1−アセトキシベンゼンが最も好ましい。
含フッ素芳香族化合物(a2)は、含フッ素芳香族化合物(A)の骨格を構成する。
式(a2)中のn、c、Z、Rfの好ましい範囲及びより好ましい範囲は、式(A)におけるものと同じである。
含フッ素芳香族化合物(a2)の具体例としては、ペルフルオロベンゼン、ペルフルオロトルエン、ペルフルオロキシレン、ペルフルオロビフェニル、ペルフルオロテルフェニル、ペルフルオロトリフェニルベンゼン類、ペルフルオロテトラフェニルベンゼン類、ペルフルオロペンタフェニルベンゼン類、ペルフルオロヘキサフェニルベンゼン類、1、1’−オキシビス[2,3,4,5,6−ペンタフルオロベンゼン]類、1、1’−チオビス[2,3,4,5,6−ペンタフルオロベンゼン]類、ビス(2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニル)メタノン類、1、1’−サルフォニルビス[2,3,4,5,6−ペンタフルオロベンゼン]類、1、2,3,4,5−ペンタフルオロ−6−[(2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニル)サルフィニル]ベンゼン類等が挙げられる。
含フッ素芳香族化合物(a2)としては、製造のしやすさと原料入手性の点から、ペルフルオロベンゼン、ペルフルオロトルエン、又はペルフルオロビフェニルが好ましい。また、架橋物が耐熱性に優れる点から、ペルフルオロトルエン又はペルフルオロビフェニルがより好ましい。
含フッ素芳香族化合物(A)の製造に用いられる脱HF剤としては、塩基性化合物が好ましく、アルカリ金属の炭酸塩、炭酸水素塩又は水酸化物が特に好ましい。具体例としては、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。脱HF剤としては、アルカリ金属水酸化物が好ましい。
芳香族化合物(a1)と含フッ素芳香族化合物(a2)との縮合反応において、脱HF剤の使用量は、芳香族化合物(a1)1モルに対し、1モル以上が必要であり、1.1〜3モルが好ましい。
縮合反応は、反応試薬の溶解性及び反応速度上昇の点から、極性溶媒中で行うことが好ましい。極性溶媒としては、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、スルホラン等の非プロトン性の極性溶媒を含む溶媒が好ましい。
極性溶媒には、生成する含フッ素芳香族化合物(A)の溶解性を低下させず、縮合反応に悪影響を及ぼさない範囲で、トルエン、キシレン、ベンゼン、テトラヒドロフラン、ベンゾトリフルオライド、キシレンヘキサフルオライド等が含まれていてもよい。これらを含有することによって、溶媒の極性(誘電率)が変化し、反応速度をコントロールできる。
なお、極性溶媒以外の溶媒中では上記製造方法で含フッ素芳香族化合物(A)を製造できないというわけではない。例えば、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル(以下、ジグライムとも記す。)、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル等の低極性溶剤を用いても製造は可能である。
縮合反応条件は、0〜100℃で1〜72時間が好ましい。
中でも、極性溶媒中で縮合反応を行う場合は、反応の急激な進行を抑制する、目的物の生成を阻害する副反応を抑制する等の点から、3〜50℃で2〜48時間が好ましく、5〜20℃で9〜24時間がより好ましく、5〜10℃で12〜24時間が特に好ましい。
極性溶媒以外の溶媒中で縮合反応を行う場合は、製造効率、反応速度の増大等の点から、40〜80℃で12〜24時間が特に好ましい。
芳香族化合物(a1)と含フッ素芳香族化合物(a2)との縮合反応後に、含フッ素芳香族化合物(A)は、必要に応じて、中和、再沈殿、抽出、ろ過等の方法で精製される。精製は、効率がよい点から、製造時において好ましく使用される極性溶媒が存在する状態で行うことが好ましい。
得られた含フッ素芳香族化合物(A)の構造は、核磁気共鳴(NMR)、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)等の公知の分析方法により同定できる。
[含フッ素芳香族化合物(B)]
含フッ素芳香族化合物(B)は、前記式(x)で表される含フッ素芳香族化合物(x)と、前記基(1)とフェノール性水酸基とを有する芳香族化合物(y1)及び前記基(1)と芳香環を置換するフッ素原子とを有する芳香族化合物(y2)のいずれか一方または両方と、フェノール性水酸基を3個以上有する芳香族化合物(z)とを、脱HF剤存在下に縮合反応させて得られるものであり、前記基(1)及びエーテル結合を有する。
該縮合反応においては、芳香族化合物(z)または芳香族化合物(y1)のフェノール性水酸基から誘導されるフェノキシイオンが、含フッ素芳香族化合物(x)または芳香族化合物(y2)の芳香環のフッ素原子が結合した炭素原子またはフルオロアルキル基のフッ素原子が結合した炭素原子を攻撃し、次いで、フッ素原子が脱離する反応機構等によりエーテル結合が生成する。縮合反応における芳香環の位置関係により、ジオキシン骨格が生成する可能性もある。
このようにして得られる含フッ素芳香族化合物(B)は、複数の芳香環がエーテル結合を含む連結基を介して結合しているポリアリーレン構造を有する。また、含フッ素芳香族化合物(B)の分子構造中には、化合物(z)によって分岐構造が導入されている。また、含フッ素芳香族化合物(B)は、芳香族化合物(x)又は芳香族化合物(y2)に由来してフッ素原子を有し、芳香族化合物(y1)又は芳香族化合物(y2)に由来して基(1)を有する。
<含フッ素芳香族化合物(x)>
前記式(x)において、Nは0〜3の整数である。Nは0〜2が好ましく、0または1がより好ましい。
d、eはそれぞれ独立に0〜3の整数である。d、eはそれぞれ独立に0〜2が好ましく、0又は1がより好ましい。
Rf及びRfが多いと含フッ素芳香族化合物(B)の製造が困難となるので、d+eは0〜4が好ましく、0〜2がより好ましく、0が最も好ましい。
Rf及びRfにおけるフルオロアルキル基の炭素数は、1〜6が好ましく、1〜4がより好ましく、1が最も好ましい。フルオロアルキル基としては、耐熱性に優れることから、ペルフルオロアルキル基が好ましい。その具体例としては、ペルフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、ペルフルオロブチル基、ペルフルオロヘキシル基、ペルフルオロオクチル基等が挙げられる。
Rf及びRfは同じであっても異なってもよく、同じであることが好ましく、ペルオロメチル基であることが特に好ましい。
含フッ素芳香族化合物(x)としては、ペルフルオロベンゼン、ペルフルオロトルエン、ペルフルオロキシレン、ペルフルオロビフェニル、ペルフルオロテルフェニル、ペルフルオロトリフェニルベンゼン類、ペルフルオロテトラフェニルベンゼン類、ペルフルオロペンタフェニルベンゼン類、又はペルフルオロヘキサフェニルベンゼン類が好ましく、特にペルフルオロベンゼン、ペルフルオロトルエン、又はペルフルオロビフェニルが好ましい。高耐熱性の観点から、含フッ素芳香族化合物(x)としては、ペルフルオロトルエン又はペルフルオロビフェニルがより好ましい。
含フッ素芳香族化合物(x)の分子量は、150〜2000がより好ましく、150〜1000が最も好ましい。この範囲にあると、質量平均分子量が1.0×10〜5.0×10である含フッ素芳香族化合物(B)を容易に製造できる。
<芳香族化合物(y1)、芳香族化合物(y2)>
芳香族化合物(y1)としては、フェノール性水酸基を1個有する芳香族化合物が好ましい。芳香族化合物(y1)はフッ素原子を含んでも含まなくてもよい。
フッ素原子を含まない芳香族化合物(y1)の具体例としては、4−エテニルフェノール(4−ヒドロキシスチレンともいう)、2−エテニルフェノール、3−エテニルフェノール、4−エテニルテトラフルオロフェノール等のエテニルフェノール類、2−(2−プロペニル)フェノール、3−(2−プロペニル)フェノール等の2−プロペニルフェノール類等の反応性二重結合を有するフェノール類、及びそれらの誘導体である4−エテニル−1−アセトキシベンゼン(p−アセトキシスチレンともいう)、4−エテニル−1−トリメチルシロキシベンゼン等が挙げられる。
また、フッ素原子を含む芳香族化合物(y1)の具体例としては、4−エテニル−2−フルオロフェノール、4−エテニル−3−フルオロフェノール、4−エテニル−2、3−ジフルオロフェノール、5−エテニル−3−フルオロフェノール等のフルオロエテニルフェノール類、4−(2−プロペニル)テトラフルオロフェノール等の反応性二重結合を有するフルオロフェノール類、及びそれらの誘導体である4−エテニル−3−フルオロ−1−アセトキシベンゼン等が挙げられる。
前記の各種誘導体は、含フッ素芳香族化合物(B)の製造時に、アセトキシ基やトリメチルシロキシ基が水酸基(フェノール性水酸基)に変換され、含フッ素芳香族化合物(x)と反応する。
芳香族化合物(y1)としては、架橋性不飽和二重結合の反応性という観点から、エテニル基を有する芳香族化合物がより好ましく、フッ素原子を含まない芳香族化合物が最も好ましい。
芳香族化合物(y2)の具体例としては、4−エテニル−2−フルオロベンゼン、4−エテニル−3−フルオロベンゼン、4−エテニル−2、3−ジフルオロベンゼン、5−エテニル−3−フルオロベンゼン等のフルオロエテニルベンゼン類、4−(2−プロペニル)テトラフルオロベンゼン等の反応性二重結合を有するフルオロベンゼン類等が挙げられる。
これらは単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
<芳香族化合物(z)>
芳香族化合物(z)としては、フェノール性水酸基を3個以上有する多官能フェノール類が好ましい。
芳香族化合物(z)におけるフェノール性水酸基の数は3〜6個が好ましく、3〜4個がより好ましい。
芳香族化合物(z)の具体例としては、トリヒドロキシベンゼン、トリヒドロキシビフェニル、トリヒドロキシナフタレン、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、トリス(4−ヒドロキシフェニル)ベンゼン、テトラヒドロキシベンゼン、テトラヒドロキシビフェニル、テトラヒドロキシビナフチル、テトラヒドロキシスピロインダン類等が挙げられる。化合物(z)としては、架橋物の誘電率が低くなることから、トリヒドロキシベンゼン又は1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタンがより好ましい。
含フッ素芳香族化合物(B)の製造において、含フッ素芳香族化合物(x)と、芳香族化合物(y1)及び芳香族化合物(y2)のいずれか一方または両方と、芳香族化合物(z)との縮合反応は、一段階で全てを反応させてもよく、多段階に分けて反応させてもよい。また反応原料のうち特定の化合物を先に優先的に反応させた後に、引き続いて他の化合物を反応させてもよい。縮合反応を多段階に分けて行う場合に、途中で得られた中間生成物は、反応系から分離し精製した後に、後続の反応(縮合反応)に用いてもよい。反応の場において原料化合物は一括で投入されてもよく、連続的に投入されてもよく、間歇的に投入されてもよい。
含フッ素芳香族化合物(x)と、芳香族化合物(y1)及び芳香族化合物(y2)のいずれか一方または両方と、化合物(z)との縮合反応に用いられる脱HF剤としては、含フッ素芳香族化合物(A)の説明で挙げたものと同様のものが挙げられる。
含フッ素芳香族化合物(B)は、特許第4730436号公報に記載の製造方法に準じて製造できる。
含フッ素芳香族化合物(B)の質量平均分子量は1.0×10〜5.0×10であることが好ましく、1.0×10〜3.0×10がより好ましく、1.0×10〜2.0×10が特に好ましい。質量平均分子量が低いと分子鎖が短く、架橋物は耐熱性に優れる。
なお、本明細書における質量平均分子量は、分子量既知の標準ポリスチレン試料を用いて作成した検量線を用い、ゲルパーミエーションクロマトグラフィで測定することによって得られるポリスチレン換算の質量平均分子量である。
[芳香族炭化水素(C)]
芳香環に結合するビニル基を2個以上有する芳香族炭化水素(以下、芳香族炭化水素(C)という。)としては、例えば、下式(C1)で表される化合物(以下、化合物(C1)と記す。)が挙げられる。
Figure 0006304253
[式中、gは2〜6の整数であり、Rはg価の芳香族炭化水素基である。]
式(C1)中、gは2又は3が好ましい。
における芳香族炭化水素基としては、ベンゼン、ナフタレン、ビフェニル、アントラセン、フェナントレン、テトラセン、ピレン等の芳香族炭化水素からg個の水素原子を除いた基が挙げられる。
としては、ベンゼンからg個の水素原子を除いた基、又は2〜4個のベンゼン環からなる芳香族炭化水素からg個の水素原子を除いた基が好ましい。
が、ベンゼンからg個の水素原子を除いた基である場合の化合物(C1)の具体例としては、ジビニルベンゼン、トリビニルベンゼン等が挙げられる。
が、2〜4個のベンゼン環からなる芳香族炭化水素からg個の水素原子を除いた基である場合の化合物(C1)の具体例としては、下式(C1−1)〜(C1−7)で表される化合物(以下、化合物(C1−1)〜化合物(C1−7)という。)等が挙げられる。
Figure 0006304253
芳香族炭化水素(C)は、市販のものを使用してもよく、公知の製造方法に準じて製造したものを用いてもよい。
例えばジビニルベンゼン、化合物(C1−3)はそれぞれ試薬として市販されている。化合物(C1−1)は、特開平11−158255号公報の記載に準じて製造できる。化合物(C1−2)は、Advanced Synthesis & Catalysis (Adv. Synth. Catal.), 2009, 351, 2024−2030の記載に準じて製造できる。化合物(C1−7)は、J. Org. Chem., 1983, 48(17), 2930−2932の記載に準じて製造できる。
本発明において、架橋性芳香族化合物は1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
本発明の架橋性含フッ素エラストマー組成物中、架橋性芳香族化合物の含有量は、含フッ素エラストマーの質量に対して0.1〜15質量%が好ましく、0.1〜12質量%がより好ましく、0.1〜10質量%が最も好ましい。
架橋性芳香族化合物の含有量が上記の範囲内にあると、架橋性含フッ素エラストマー組成物は架橋反応性に優れ、得られる架橋物は、耐熱性、耐薬品性、及び圧縮永久歪みを始めとするゴム物性に優れる。
(含フッ素エラストマー)
本発明における含フッ素エラストマーとしては、例えば、フルオロモノマーの共重合体、及びフルオロモノマーと炭化水素モノマーとの共重合体が挙げられる。
フルオロモノマーとしては、テトラフルオロエチレン(以下、TFEと記す。)、フッ化ビニリデン(以下、VDFと記す。)、クロロトリフルオロエチレン(以下、CTFEと記す。)、ヘキサフルオロプロピレン(以下、HFPと記す。)、ペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)(以下、PAVEと記す。)、3,3,3,2−テトラフルオロ−1−プロペン等が挙げられる。
PAVEとしては、CF=CFO−Rf4(ただし、Rf4は、炭素数1〜10のペルフルオロアルキル基または炭素原子−炭素原子間にエーテル性酸素原子を1個以上有する炭素数2〜10のペルフルオロアルキル基(オキサペルフルオロアルキル基ともいう)である。)で表される化合物が好ましい。
PAVEの具体例としては、ぺルフルオロ(メチルビニルエーテル)、ぺルフルオロ(エチルビニルエーテル)、ぺルフルオロ(プロピルビニルエーテル)、ぺルフルオロ(メトキシエチルビニルエーテル)、ぺルフルオロ(エトキシエチルビニルエーテル)、ぺルフルオロ(プロポキシプロピルビニルエーテル)が挙げられる。特に、ぺルフルオロ(メチルビニルエーテル)、ぺルフルオロ(エチルビニルエーテル)、又はぺルフルオロ(プロピルビニルエーテル)が好ましい。
フルオロモノマーは、1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
炭化水素モノマーとしては、エチレン(以下、Eと記す。)、プロピレン(以下、Pと記す。)、イソブテン、1−ブテン等のオレフィンが挙げられる。
炭化水素モノマーは、1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
フルオロモノマーの共重合体としては、TFE/PAVE共重合体、VDF/HFP共重合体、TFE/VDF/HFP共重合体、VDF/HFP/PAVE共重合体、VDF/CTFE共重合体等が挙げられる。
フルオロモノマーと炭化水素モノマーとの共重合体としては、TFE/P共重合体、TFE/P/VDF共重合体、TFE/P/CTFE共重合体、E/HFP共重合体等が挙げられる。
含フッ素エラストマーとしては、TFE/PAVE共重合体、VDF/HFP共重合体、TFE/VDF/HFP共重合体、VDF/HFP/PAVE共重合体、TFE/P共重合体、及びTFE/P/VDF共重合体からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、TFE/PAVE共重合体がより好ましい。これらの含フッ素エラストマーは耐熱性に優れる。
TFE/PAVE共重合体の共重合組成は、TFEに基づく構成単位/PAVEに基づく構成単位=30/70〜80/20(モル比)が好ましく、50/50〜75/25(モル比)がより好ましく、55/45〜70/30(モル比)が最も好ましい。
VDF/HFP共重合体の共重合組成は、VDFに基づく構成単位/HFPに基づく構成単位=60/40〜95/5(モル比)が好ましく、70/30〜90/10(モル比)がより好ましく、75/25〜85/15(モル比)が最も好ましい。
TFE/VDF/HFP共重合体の共重合組成は、TFEに基づく構成単位/VDFに基づく構成単位/HFPに基づく構成単位=5/50/45〜65/30/5(モル比)が好ましく、15/50/35〜25/65/10(モル比)がより好ましく、20/50/30〜20/65/15(モル比)が最も好ましい。
TFE/P共重合体の共重合組成は、TFEに基づく構成単位/Pに基づく構成単位=40/60〜70/30(モル比)が好ましく、45/55〜65/35(モル比)がより好ましく、50/50〜60/40(モル比)が最も好ましい。
含フッ素エラストマーは、上記のモノマーに基づく構成単位以外に、その他のモノマーに基づく構成単位を有してもよい。
その他のモノマーとしては、フルオロジエン、ヨウ素原子及び臭素原子のいずれか一方又は両方を含むモノマー等が好ましい。
前記フルオロジエンとは、フッ素原子を1個以上有し、かつ重合性二重結合を2個有し、環化重合性を有しない化合物である。
フルオロジエンとしては、炭素原子とフッ素原子から構成されるペルフルオロジエン、炭素原子とフッ素原子と酸素原子から構成されるペルフルオロジエン、水素原子を有するフルオロジエン等が挙げられる。フルオロジエンとしては、架橋物が耐熱性及び耐薬品性に優れることから、ペルフルオロジエンが好ましく、炭素原子とフッ素原子と酸素原子から構成されるペルフルオロジエンがより好ましく、ペルフルオロビニルエーテル基を有するペルフルオロジエンが最も好ましい。
ペルフルオロビニルエーテル基を有するペルフルオロジエンの具体例としては、CF=CFO(CFOCF=CF、CF=CFO(CFOCF=CF、CF=CFO(CFOCF=CF、CF=CFO(CFOCF=CF、CF=CFO(CFOCF(CF)CFOCF=CF等が挙げられる。
水素原子を有するフルオロジエンの具体例としては、CH=CFCFO(CFOCFCF=CH、CH=CFCFO(CFOCFCF=CH、CH=CFCFO(CFOCFCF=CH、CH=CFCFO(CFOCF(CF)CFOCFCF=CH、CH=CFCFOCF(CF)CFOCF=CF、CH=CFCFOCF(CF)CFOCF(CF)CFOCF=CF、CH=CH(CFCH=CH、CH=CH(CFCH=CH、CH=CHCFCFOCFCFCH=CH等が挙げられる。
フルオロジエンとしては、CF=CFO(CFOCF=CF、CF=CFO(CFOCF=CF、CH=CH(CFCH=CH、CH=CH(CFCH=CH、又はCH=CHCFCFOCFCFCH=CHが好ましく、CF=CFO(CFOCF=CF、CF=CFO(CFOCF=CF、CH=CH(CFCH=CH2、又はCH=CH(CFCH=CHがより好ましい。
含フッ素エラストマーがフルオロジエンに基づく構成単位を有すると、含フッ素エラストマーは、分岐構造を有するものとなり、1分子あたりの高分子末端基の数が平均2個を超える。それ故、高分子鎖末端にヨウ素原子や臭素原子を有する含フッ素エラストマーの場合、フルオロジエンに基づく構成単位を有する含フッ素エラストマーを含有する含フッ素エラストマー組成物は、分岐のない線状の含フッ素エラストマーを含有する含フッ素エラストマー組成物と比較して、架橋反応性に優れる。
含フッ素エラストマー中、フルオロジエンに基づく構成単位の含有量は、含フッ素エラストマー中の全構成単位に対して、0.01〜5モル%が好ましく、0.01〜3モル%がより好ましく、0.05〜1モル%が最も好ましい。
ヨウ素原子及び臭素原子のいずれか一方又は両方を含むモノマーの具体例としては、CF=CFBr、CH=CHCFCFBr、CF=CFOCFCFI、CF=CFOCFCFBr、CF=CFOCFCFCHI、CF=CFOCFCFCHBr、CF=CFOCFCF(CF)OCFCFCHI、CF=CFOCFCF(CF)OCFCFCHBr等が挙げられる。
ヨウ素原子及び臭素原子のいずれか一方又は両方を含むモノマーとしては、CF=CFBr、CH=CHCFCFBr、CF=CFOCFCFI、CF=CFOCFCFBr、CF=CFOCFCFCHI、又はCF=CFOCFCFCHBrが好ましく、CF=CFOCFCFI、又はCF=CFOCFCFCHIがより好ましい。
含フッ素エラストマーが、ヨウ素原子及び臭素原子のいずれか一方又は両方を含有するモノマーに基づく構成単位を有すると、側鎖にヨウ素原子または臭素原子を有する含フッ素エラストマーが得られる。
含フッ素エラストマー中、ヨウ素原子及び臭素原子のいずれか一方又は両方を含むモノマーに基づく構成単位の含有量は、含フッ素エラストマー中の全構成単位に対して、0.01〜5モル%が好ましく、0.01〜3モル%がより好ましく、0.05〜1モル%が最も好ましい。
含フッ素エラストマーは、高分子鎖末端または側鎖にヨウ素原子又は臭素原子を有することが好ましく、ヨウ素原子を含有することがより好ましい。ヨウ素原子又は臭素原子は、前記芳香族化合物が有する架橋性不飽和二重結合と反応する架橋点として機能する。含フッ素エラストマーがヨウ素原子又は臭素原子を含有すると、本発明の含フッ素エラストマー組成物は架橋反応性に優れ、架橋物は耐熱性、及び耐薬品性に優れる。
含フッ素エラストマー中のヨウ素原子及び臭素原子の合計の含有量は、含フッ素エラストマーの1gあたりのモル量として、0.1〜30μmol/gが好ましく、0.2〜20μmol/gがより好ましい。この範囲内にあれば、含フッ素エラストマー組成物は、特に架橋反応性に優れる。
なお、高分子鎖末端にヨウ素原子を有する含フッ素エラストマーは、後述のように、ヨウ素原子または臭素原子を有する連鎖移動剤の存在下に含フッ素エラストマーを製造する方法により製造することが好ましい。
含フッ素エラストマーとしては、架橋物の耐熱性、及び耐薬品性に特に優れる点でペルフルオロエラストマーが好ましい。また、架橋反応点の数を制御でき、ゴム特性を発現しやすい点で、高分子鎖末端にヨウ素原子を有するTFE/PAVE共重合体が特に好ましい。
含フッ素エラストマーのムーニー粘度は、50〜250が好ましく、50〜200がより好ましく、50〜150が最も好ましい。ムーニー粘度は、分子量の目安である。ムーニー粘度が小さい(分子量が高い)と架橋物の物性は良好であるが、あまりに大きいと流動性が低くなり加工性が不良である。一方、あまりに大きい(分子量が低い)と架橋物の物性が不良である。ムーニー粘度がこの範囲にあると、加工性に優れ、架橋物はゴム特性に優れる。
含フッ素エラストマーのムーニー粘度は、例えば、JIS K6300に準じて、直径38.1mm、厚さ5.54mmの大ローターを用い、100℃で、予熱時間を1分、ローター回転時間を4分に設定して測定された粘度を示される。
分子量の目安として、貯蔵弾性率G’を用いることも好ましい。
含フッ素エラストマーの貯蔵弾性率G’は、200〜700kPaが好ましく、300〜650kPaがより好ましく、400〜600kPaが最も好ましい。G’は分子量の目安である。G’が大きい(分子量が高い)と架橋物の物性は良好であるが、あまりに大きいと流動性が低くなり加工性が不良である。一方、G’があまりに小さい(分子量が低い)と架橋物の物性は不良であるが、流動性が高くなり加工性が良くなる。G’が前記の範囲にあると、加工性に優れ、架橋物はゴム特性に優れる。
含フッ素エラストマーの貯蔵弾性率G’は、後記するように、動的粘弾性測定装置(DMA)により測定される。
<含フッ素エラストマーの製造方法>
含フッ素エラストマーは、フルオロモノマーを含むモノマー混合物を通常の方法でラジカル重合することによって製造することができる。
ラジカル重合法としては、乳化重合法、溶液重合法、懸濁重合法、塊状重合法等の公知の重合法が挙げられる。特に、水溶性ラジカル重合開始剤を用いた乳化重合法が好ましい。乳化重合は、高分子量の含フッ素エラストマーの製造に適する。
乳化重合では、水性媒体、乳化剤、ラジカル重合開始剤、必要により連鎖移動剤の存在下に、モノマー混合物を重合して、含フッ素エラストマーを製造する。
重合温度は、0〜100℃が好ましく、10〜90℃がより好ましい。重合時間は、6〜24時間が好ましく、6〜12時間がより好ましい。重合圧力は、0.1〜20MPaが好ましく、0.3〜10MPaがより好ましい。この範囲にあるとモノマー転化率が良く、ポリマー収率も高い。また、生産性に優れる。
ラジカル重合開始剤としては、含フッ素エラストマーの製造に用いられている公知のラジカル重合開始剤が挙げられる。ラジカル重合開始剤は、重合方法に応じて適宜選択すればよい。水性媒体中での重合(乳化重合法等)の場合には、水溶性ラジカル重合開始剤が好ましい。溶液重合の場合には、有機過酸化物開始剤やアゾ系開始剤が好ましい。
水溶性ラジカル重合開始剤としては、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩、過酸化水素、ジコハク酸過酸化物、アゾビスイソブチルアミジン二塩酸塩等の有機系開始剤等が挙げられる。また、過硫酸類または過酸化水素と、亜硫酸水素ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム等の還元剤との組み合わせからなるレドックス系開始剤や、該レドックス系開始剤にさらに少量の鉄、第一鉄塩、硫酸銀等を共存させた無機系開始剤も用いることができる。
ラジカル重合開始剤は、ラジカル共重合時の初期に一括で仕込んでもよく、重合の進行に従って順次供給してもよい。重合反応の均一性、得られる含フッ素エラストマーの分子量分布の制御性等の点から、重合反応の進行に応じて順次供給することが好ましい。
ラジカル重合開始剤の量は、全モノマーの合計質量数に対して、0.01〜3質量%が好ましく、0.1〜1質量%がより好ましい。
水性媒体としては、水、水と水溶性有機溶媒との混合物等が挙げられる。
水溶性有機溶媒としては、tert−ブタノール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコール等が挙げられる。水性媒体が水溶性有機溶媒を含有するとモノマーの分散性、及び生成したポリマーの分散性を向上させ、生産性を高めることができる。
水性媒体としては、水が好ましい。
乳化剤としては、従来乳化重合に用いられている乳化剤を利用できる。得られるラテックスが機械的及び化学的安定性に優れることから、イオン性乳化剤が好ましく、アニオン性乳化剤がより好ましい。
アニオン性乳化剤としては、アニオン性炭化水素系乳化剤、アニオン性含フッ素乳化剤が挙げられる。
アニオン性炭化水素系乳化剤の具体例としては、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等が挙げられる。
アニオン性含フッ素乳化剤としては、エーテル性酸素原子を有していてもよい含フッ素カルボン酸およびその塩、含フッ素スルホン酸およびその塩等が挙げられる。塩としては、アンモニウム塩、アルカリ金属塩(Li、Na、K等)等が挙げられ、アンモニウム塩が好ましい。なかでも、エーテル性酸素原子を有していてもよい含フッ素カルボン酸およびその塩が好ましく、エーテル性酸素原子を1〜3個含有してもよい炭素数5〜7の含フッ素カルボン酸およびその塩がより好ましい。
含フッ素カルボン酸の具体例としては、ぺルフルオロカルボン酸、エーテル性酸素原子を有するぺルフルオロカルボン酸、水素原子を有する含フッ素カルボン酸等が挙げられる。
ぺルフルオロカルボン酸としては、ペルフルオロオクタン酸、ぺルフルオロヘプタン酸、ペルフルオロヘキサン酸等が挙げられる。
エーテル性酸素原子を有するぺルフルオロカルボン酸としては、COCF(CF)CFOCF(CF)COOH、COCOCFCOOH、COCOCFCOOH、COCOCFCOOH、COCFCFOCFCFOCFCOOH、CO(CFCOOH、CFOCOCFCOOH、CFOCFOCFOCFCOOH、CFOCFOCFOCFOCFCOOH、CFO(CFCFO)CFCOOH、CFOCFCFCFOCFCOOH、COCFCOOH、COCFCFCOOH、CFOCF(CF)CFOCF(CF)COOH、COCF(CF)COOH等が挙げられる。
水素原子を有する含フッ素カルボン酸としては、ω−ハイドロぺルフルオロオクタン酸、COCF(CF)CFOCHFCOOH、CFCFHO(CFCOOH、CFO(CFOCHFCFCOOH、CFO(CFOCHFCOOH、COCHFCFCOOH、CFCFHO(CFCOOH等が挙げられる。
含フッ素スルホン酸としては、ぺルフルオロオクタンスルホン酸、C13CHCHSOH等が挙げられる。
連鎖移動剤を用いると、含フッ素エラストマーの分子量を適切に制御できるので好ましい。連鎖移動剤としては、ヨウ素原子及び臭素原子のいずれか一方又は両方を有するものが好ましい。例えば、ヨウ素原子を2個有するジヨード化合物、ヨウ素原子および臭素原子を1個ずつ有するモノヨードモノブロモ化合物等が挙げられる。
特に、高分子鎖末端にヨウ素原子又は臭素原子を含有する含フッ素エラストマーの製造には、ヨウ素原子又は臭素原子を有する連鎖移動剤を用いることが好ましい。
ヨウ素原子又は臭素原子を有する連鎖移動剤としては、IRf4I、IRf5Br等が好ましい。
f4及びRf5は、炭素数1〜12のフルオロアルキレン基または炭素原子−炭素原子間にエーテル性酸素原子を1個以上有する炭素数2〜12のフルオロアルキレン基(オキサフルオロアルキレン基ともいう)である。
f4及びRf5は、炭素数3〜12のフルオロアルキレン基またはオキサフルオロアルキレン基が好ましく、炭素数3〜12のペルフルオロアルキレン基がより好ましい。
IRf4Iとしては、ジヨードジフルオロメタン、1,2−ジヨードペルフルオロエタン、1,3−ジヨードペルフルオロプロパン、1,4−ジヨードペルフルオロブタン、1,5−ジヨードペルフルオロペンタン、1,6−ジヨードペルフルオロヘキサン、1,7−ジヨードペルフルオロヘプタン、1,8−ジヨードペルフルオロオクタン等が挙げられる。
IRf4Iとしては、1,4−ジヨードペルフルオロブタン又は1,6−ジヨードペルフルオロヘキサンが好ましい。
IRfBrとしては、1−ヨード−2−ブロモペルフルオロブタン、1−ヨード−6−ブロモペルフルオロヘキサン等が挙げられる。
連鎖移動剤は、ラジカル共重合時の初期に一括で仕込んでもよく、重合の進行に従って順次供給してもよい。ヨウ素原子または臭素原子を有する連鎖移動剤を用いる場合には、初期に一括で仕込むことが好ましい。
連鎖移動剤の使用量は、全モノマーの合計モル数に対して、0.01〜5モル%が好ましく、0.05〜1モル%がより好ましい。
乳化重合では、pH緩衝剤を用いることも好ましい。
pH緩衝剤としては、無機塩類(リン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、これらの水和物等)等が挙げられる。
(その他の成分)
本発明の架橋性含フッ素エラストマー組成物は、有機過酸化物をさらに含有することが好ましい。有機過酸化物を含有すると架橋点の反応確率を高めることができ、架橋物の生産性、耐熱性、及び耐薬品性の向上に寄与することができる。特に、本発明の架橋性含フッ素エラストマー組成物を加熱により架橋させて架橋物とする場合、架橋性含フッ素エラストマー組成物が有機過酸化物を含有すると加熱による架橋が容易である。
有機過酸化物としては、加熱によって容易にラジカルを発生するものであればよく半減期が1分である温度(1分間半減期温度ともいう。)が80〜220℃であるものが好ましい。有機過酸化物としては、ジイソプロピルペルオキシジカルボネート、1,1−ジ(t−ヘキシルペルオキシ)−3,5,5−トリメチルシクロへキサン、2,5−ジメチルへキサン−2,5−ジヒドロペルオキシド、ジ−t−ブチルペルオキシド、t−ブチルクミルペルオキシド、ジクミルペルオキシド、α,α’−ビス(t−ブチルペルオキシ)−p−ジイソプロピルベンゼン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)−へキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)−へキシン−3、ジベンゾイルペルオキシド、t−ブチルペルオキシベンゾエート、2,5−ジメチル−2,5−ジ(ベンゾイルペルオキシ)へキサン、t−ブチルペルオキシマレイン酸、t−ヘキシルペルオキシイソプロピルモノカーボネート等が挙げられる。ジイソプロピルペルオキシジカルボネート、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)−へキサン、又はt−ブチルペルオキシベンゾエートが特に好ましい。
有機過酸化物は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
架橋性含フッ素エラストマー組成物中の有機過酸化物の含有量は、含フッ素エラストマーの質量に対して0.1〜5質量%が好ましく、0.2〜4質量%がより好ましく、0.5〜3質量%が最も好ましい。
有機過酸化物の含有量が上記範囲の下限値以上であれば、架橋性含フッ素エラストマー組成物は架橋反応性に優れる。有機過酸化物の含有量が上記範囲の上限値以下であれば、有機過酸化物の架橋効率に優れ、分解物の生成量が抑制される。
本発明の架橋性含フッ素エラストマー組成物には、本発明における2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物以外の架橋助剤を含有することが好ましい。
2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物以外の架橋助剤としては、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)、トリメタリルイソシアヌレート(TMAIC)、トリアリルシアヌレート(TAC)、トリメタリルシアヌレート(TMAC)、メチルジアリルイソシアヌレート(MeDAIC)、ジアリルイソシアヌレートダイマー(DAIC-dimer)等が挙げられる。さらに、
Figure 0006304253
等のアリル基含有グリコールウリル化合物、フェニレンビスマレイミド、ジフェニルメタンビスマレイミド等のマレイミド化合物等も挙げられる。中でも、TAIC又はDAIC−dimerが好ましい。
2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物以外の架橋助剤を含有する場合、その含有量は、含フッ素エラストマーの質量に対して0.1〜3質量%が好ましく、0.1〜2質量%がより好ましく、0.1〜1質量%が最も好ましい。
本発明において、2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物/該芳香族化合物以外の架橋助剤の質量比は、1/30〜150/1が好ましく、1/20〜120/1がより好ましく、1/10〜100/1が最も好ましい。この範囲にあると、架橋性含フッ素エラストマー組成物が、架橋反応性に優れ、それから得られた架橋物は、機械特性、耐熱性、耐薬品性に優れる。
本発明の架橋性含フッ素エラストマー組成物には、上記以外のその他の添加剤を含有することも好ましい。
その他の添加剤としては、受酸剤、スコーチ遅延剤、顔料、充填剤、及び補強材等が挙げられる。
受酸剤としては、2価金属の酸化物や水酸化物又はハイドロタルサイト等がある。具体的には、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化亜鉛、酸化鉛、酸化銅、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、ハイドロタルサイト等が挙げられる。受酸剤は、1種単独で使用しても2種以上を併用しても良い。
受酸剤の含有量は、含フッ素エラストマーの質量に対して0.1〜20質量%が好ましく、0.2〜10質量%がより好ましく、0.5〜5質量%が最も好ましい。
スコーチ遅延剤としては、ビスフェノールA、ビスフェノールAF、フェノール、p−ヒドロキシ安息香酸エチル等のフェノール性水酸基含有化合物類、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル等のキノン類、2,4−ジ(3−イソプロピルフェニル)−4−メチル−1−ペンテン、2−(3−イソプロピルフェニル)−4−(4−イソプロピルフェニル)−4−メチル−1−ペンテン、2,4−ジ(4−メチルフェニル)−4−メチル−1−ペンテン等のα−メチルスチレンダイマー類等が挙げられる。
顔料、充填剤、補強材としては、カーボンブラック、酸化チタン、二酸化ケイ素、クレー、タルク、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリクロロトリフルオロエチレン、TFE/エチレン共重合体、TFE/プロピレン共重合体、TFE/フッ化ビニリデン共重合体等が挙げられる。その他の添加剤の含有量は、含フッ素エラストマーの質量に対して0.1〜10質量%が好ましく、0.5〜5質量%がより好ましく、0.5〜3質量%が最も好ましい。
(架橋性含フッ素エラストマー組成物の製造方法)
架橋性含フッ素エラストマー組成物は、含フッ素エラストマーと、2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物と、必要に応じて有機過酸化物、その他の添加剤等の任意成分を配合することにより製造できる。
配合方法としては、特に限定されず、公知の方法を採用できる。例えば含フッ素エラストマーと、2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物と、必要に応じて有機過酸化物、その他の添加剤等の任意成分を、2本ロール、バンバリーミキサー、ニーダー等の混練機を用いて混練する方法が好ましい。また、前記の各成分を溶媒に溶解又は分散した状態で混練して配合する方法も採用できる。
前記各成分の配合の順序としては、最初に、発熱によって反応または分解が起きにくい成分を含フッ素エラストマーと充分に混錬し、次いで、反応しやすい成分または分解しやすい成分を混錬することが好ましい。例えば、2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する含フッ素芳香族化合物は先に混錬し、有機過酸化物は後から混練することが好ましい。混練の際、架橋反応が進行しないようにするために、混練機を水冷して20〜120℃の温度範囲に維持することが好ましい。混練温度は、40〜60℃がより好ましい。
〔架橋物〕
本発明の架橋物は、前記架橋性含フッ素エラストマー組成物を架橋させてなる。
架橋方法としては、加熱、放射線照射等の方法が適用できる。架橋性含フッ素エラストマー組成物が有機過酸化物を含有する場合、加熱による架橋が好ましい。
本発明の架橋物は、通常、架橋物の用途に応じた形状の成形体として製造される。
該成形体は、例えば前記架橋性含フッ素エラストマー組成物を成形し、該成形と同時に、又は該成形の後に架橋を行うことにより製造できる。
架橋性含フッ素エラストマー組成物の成形方法としては、押出成形、射出成形、トランスファー成形、プレス成形等の公知の成形方法を採用できる。
成形時の加熱温度は、120〜220℃が好ましく、130〜200℃がより好ましく、130〜170℃が最も好ましい。成形時の加熱時間は、10〜40分が好ましく、15〜30分がより好ましい。
成形時に高温で加熱することにより、成形と同時に架橋が進行する。しかし、前記温度では、充分な架橋にはさらに長時間を要する場合が多いことから、短時間加熱し成形をした後、得られた含フッ素エラストマー組成物の架橋物(以下、一次架橋物と記す。)を、電気、熱風、蒸気等を熱源とするオーブン等でさらに加熱して架橋を進行させること(以下、二次架橋と記す。)が好ましい。二次架橋を行うことによって、架橋物の架橋が充分に進行し、また、架橋物に含まれる有機過酸化物の残渣が分解、揮散し、その量が低減される。
二次架橋時の加熱温度としては、150〜280℃が好ましく、180℃〜260℃がより好ましく、200〜250℃がさらに好ましい。二次架橋における加熱時間は1〜48時間が好ましく、2〜24時間がより好ましい。
本発明の架橋性含フッ素エラストマー組成物から得られた架橋物は、機械特性、耐薬品性、耐熱性等に優れる。
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。なお、各測定項目は下記方法により測定した。実施例7、8、17は参考例である。
[含フッ素エラストマーの共重合組成、及び含フッ素芳香族化合物の同定]
含フッ素エラストマー、及び含フッ素芳香族化合物について、日本電子社製(JEOL)のFT−NMR装置JNM−AL300によってH−NMR、19F−NMRの測定を行い、その結果から共重合組成の決定、及び含フッ素芳香族化合物の同定を行った。
[含フッ素エラストマーの貯蔵弾性率G’の測定方法]
Alpha Technologies社製RPA2000を用いて、ASTM D5289、及びD6204に従い、温度100℃、振幅0.5度、振動数50回/分で測定した値を貯蔵弾性率G’とした。
[ヨウ素原子含有量]
含フッ素エラストマーの2mgを燃焼し、発生したガスを0.02質量%ヒドラジン水溶液に吸収させ、得られた溶液をICP発光法によって分析し、該溶液中のヨウ素原子の含有量を測定し、その結果から含フッ素エラストマー中のヨウ素原子の含有量を決定した。
[ガラス転移温度(Tg)]
含フッ素芳香族化合物(A−1)のガラス転移温度(Tg)の測定は、TA Instrument社製DSC Q−100によって測定した。昇温速度10℃/分で135℃まで昇温し、冷却速度20℃/分で冷却し、再び昇温速度10℃/分で135℃まで昇温する条件で測定し、得られたDSC曲線の変曲点での温度をTgとした。
[融点(Tm)]
含フッ素芳香族化合物(A−1)、及び(A−2)の融点(Tm)の測定は、TA Instrument社製DSC Q−100によって測定した。昇温速度10℃/分で135℃まで昇温し、冷却速度20℃/分で冷却し、再び昇温速度10℃/分で135℃まで昇温する条件で測定し、得られたDSC曲線の吸熱ピークのピークトップでの温度をTmとした。なお、複数のTmが観測された場合には、低い方からTm、Tm、Tm等と記載した。複数のTmが観測される理由は、複数の結晶状態が存在するためであると考えられる。
[耐熱性試験]
耐熱性試験用のサンプル(10mm×30mm、厚さ1mmの架橋性含フッ素エラストマー組成物の架橋物)を、熱風オーブンの中で、所定温度で所定時間加熱した後取り出し、目視で観察し、下記の基準で、所定温度で所定時間の耐熱性試験における耐熱性を評価した。
○(良好):サンプルが変形しなかった。
×(不良):サンプルが変形した。
耐熱性試験は、300℃×48時間、300℃×72時間、325℃×24時間、325℃×48時間、325℃×72時間の条件のうち、加熱温度が300℃で加熱時間が短いものから実施し、評価が「×」となった時点でそれよりも長時間や高温の条件下の耐熱性試験は行わなかった。
[耐薬品性試験]
サンプル瓶中で、耐薬品試験用のサンプル(13mm×13mm、厚さ1mmの架橋性含フッ素エラストマー組成物の架橋物)を、48%NaOH水溶液、及びN,N−ジメチルアセトアミド(以下、DMAcと記す。)にそれぞれ浸漬させて、40℃で180時間保持した後取り出し、目視で観察し、下記の基準で耐薬品性を評価した。
○(良好):サンプルに着色、膨潤、及び収縮のいずれもが見られなかった。
×(不良):サンプルに着色、膨潤、及び収縮のいずれかの変化が見られた。
[引張り強さ・伸び]
架橋性含フッ素エラストマー組成物を130℃×20分の条件で加熱成形して厚さ1mmのシート状の一次架橋ゴム物品を得た。次いで、250℃×4時間の条件で2次架橋を実施し架橋ゴム物品を得た。JISK6251(2004年)に準じ、得られた架橋ゴム物品の試料を、4号ダンベル形状に打ち抜いて得た試験片を、上島製作所社製試験機(製品名:クイックリーダー)を用いて、室温で引張試験を行い破断強度および破断時の伸びを測定した。
[硬度]
JISK6253(1997年)に準じ、23℃でデュロメータータイプAを用いて、厚さ1mmのシート状の架橋ゴム物品を6枚重ねて、硬度を測定した。
[耐熱老化試験]
JISK6257(2003年)に準じ、270℃×168hrの条件で熱老化後、硬度変化・引張り強さ変化率・伸び変化率を測定した。
[圧縮永久歪試験]
JISK6262(1997年)に準じ、P26サイズのOリングを試料とし、圧縮割合25%、270℃×168hrの条件で圧縮後、圧縮永久歪率を測定した。
[離型性]
サイズ100mm×60mm×1mmtのシートを130℃×20分の条件で成形後、金型から手でシートの角を持ち脱型する際に、成形品の一部に切れや欠けが発生するか否かを目視で判定した。
切れや欠けが発生しない場合○(良好)、切れや欠けが発生した場合×(不良)と判定した。
(合成例1:ヨウ素末端の含フッ素エラストマー(F1)の合成)
アンカー型撹拌翼を備えた内容積20Lのステンレス鋼製耐圧反応器に、脱気したイオン交換水の8770g、CFCFOCFCFOCFCOONHの733g、リン酸水素二ナトリウム・12水和物の15.9g及びCF=CFO(CFOCF=CF(以下、C4DVEと記す。)の18.0gを仕込み、気相を窒素置換した。375rpmの回転速度で撹拌しながら、CF=CFO−CF(以降、PMVEと記す。)の554g、TFEの115gを仕込み、内温を80℃まで昇温させた。内圧は0.90MPaG(Gはゲージ圧であることを意味する。)であった。過硫酸アンモニウムの2.5質量%水溶液の40mLを添加して重合を開始した。
重合の進行に伴い反応器の内圧が低下するため、内圧が0.89MPaGに降下した時点でTFEガスを圧入し、内圧を0.91MPaGまで昇圧させた。この操作を繰り返して反応器の内圧を0.89〜0.91MPaGに保持して重合反応を継続した。TFEの添加量が30gになった時点で、1,4−ジヨードペルフルオロブタンの16.0gを窒素背圧により添加した。以降、TFEの80gが添加される毎に、PMVEの80.0gを窒素背圧により添加した。PMVEの圧入は、TFEの800gを添加するまで続けた。重合開始から終了までのPMVEの添加量の合計は635gだった。
過硫酸アンモニウム水溶液添加後のTFEの総添加量が800gとなった時点で、TFEの添加を停止し、反応器の内温を10℃まで冷却して重合反応を停止させた。ヨウ素末端の含フッ素エラストマー(F1)のラテックスの6530gを得た。重合時間は9時間であった。ラテックス中の固形分の濃度は、20質量%であった。
ラテックスの5000gを撹拌しながら、ラテックスに96%硫酸の50gを添加して含フッ素エラストマー(F1)を凝集させた。凝集物を分離したのち、1回あたり5000gの超純水によって10回洗浄した。50℃で12時間、真空乾燥することによって白色の含フッ素エラストマー(F1)を得た。
含フッ素エラストマー(F1)の共重合組成は、TFEに基づく構成単位/PMVEに基づく構成単位/C4DVEに基づく構成単位=76/24/0.10(モル比)であり、C4DVEに由来する重合性二重結合に基づくシグナルは観測されなかった。したがって、C4DVEのビニル基は重合中にすべて消費され、含フッ素エラストマー(F1)中にはビニル基は存在しないと推定された。
含フッ素エラストマー(F1)中のヨウ素原子の含有量は、18.8μmol/gであった。また、貯蔵弾性率G’は、495kPaであった。
(合成例2:含フッ素芳香族化合物(B1)の合成)
ジムロートコンデンサ、熱電対温度計、メカニカルスターラの付いた0.5Lガラス製4つ口フラスコに、ペルフルオロビフェニル(22.5g)、1,3,5−トリヒドロキシベンゼン(3.7g)、及びDMAc(149g)を仕込んだ。撹拌しながらオイルバス上で加温し、液温が40℃となった時点で炭酸カリウム(18g)を素早く添加した。撹拌を継続しながら40℃で16時間加熱した。その後、反応液を室温に冷却し、激しく撹拌した0.5N塩酸約1Lに徐々に滴下し、再沈殿を行った。ろ過後、さらに純水で2回洗浄した後に、70℃で12時間真空乾燥を行って白色粉末状の含フッ素芳香族化合物β(16g)を得た。含フッ素芳香族化合物βの数平均分子量は5,021、質量平均分子量は27,817であった。
ジムロートコンデンサ、熱電対温度計、メカニカルスターラの付いた0.5Lガラス製4つ口フラスコに、上記で得られた含フッ素芳香族化合物β(11.3g)、4−アセトキシスチレン(5.9g)、及びジエチレングリコールジメチルエーテル(154g)を仕込んだ。さらに、撹拌しながら室温下、48%水酸化カリウム水溶液(5.3g)を仕込み、室温下、20時間撹拌した。その後、激しく撹拌した0.5N塩酸約1Lに徐々に滴下し、再沈殿を行った。ろ過後、さらに純水で2回洗浄した後に、70℃で12時間真空乾燥を行って白色粉末状の含フッ素芳香族化合物(B1)(10g)を得た。
得られた含フッ素芳香族化合物(B1)はスチリル基を有していることを、NMRで確認した。含フッ素芳香族化合物(B1)の数平均分子量は5,720、質量平均分子量は31,278であった。
(合成例3:含フッ素芳香族化合物(A−1)の合成)
窒素を導入するための三方コック、熱電対温度計を備えた2Lの4口フラスコに、ペルフルオロビフェニルの82.2g、p−アセトキシスチレンの98.4gを入れ、DMAcの708.9gに溶解させた後、48%の水酸化カリウム水溶液の140.0gを添加し撹拌し反応させた。反応液の温度は8〜9℃の範囲で制御し、24時間反応させた。その後、反応粗液を0.5Nの塩酸の3090g中に滴下させると、白色の固体が析出した。ろ過により得られた固体をろ別し、イオン交換水で2回洗浄することにより、白色固体である含フッ素芳香族化合物(A−1)の122g(収率92.8%)を得た。
得られた含フッ素芳香族化合物(A−1)について、NMR、及びDSCによる分析を行った。結果を以下に示す。
H−NMR、19F−NMRスペクトル;
H−NMR(300.4MHz、溶媒:重アセトン、基準:テトラメチルシラン(TMS)、内部標準:ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン)δ(ppm):7.55、7.20、6.75、5.80、5.25。
19F−NMR(282.7MHz、溶媒:重アセトン、基準:CFCl、内部標準:ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン)δ(ppm):−140.0、−155.5。
Tg=−1.6℃、Tm=79.5℃、Tm=107.3℃。
上記の結果から、含フッ素芳香族化合物(A−1)が以下に示す構造を有することが確認された。
Figure 0006304253
(合成例4:含フッ素芳香族化合物(A−2)の合成)
窒素を導入するための三方コック、熱電対温度計を備えた1Lの4口フラスコに、ペルフルオロトルエンの25.0g、及びp−アセトキシスチレンの68.7gを入れ、ジグライムの385.0gに溶解させた後、48%の水酸化ナトリウム水溶液の102.5gを加えて撹拌させ反応させた。反応液の温度は60℃に制御し、6時間反応させた。その後、反応粗液を0.5Nの塩酸の1744g中に滴下させると、白色の固体が析出した。ろ過により得られた固体をろ別し、イオン交換水で2回洗浄することにより、白色固体である含フッ素芳香族化合物(A−2)の30.1g(収率53.0%)を得た。
得られた含フッ素芳香族化合物(A−2)について、NMR、及びDSCによる分析を行った。結果を以下に示す。
H−NMR、19F−NMRスペクトル;
H−NMR(300.4MHz、溶媒:重アセトン、基準:TMS、内部標準:ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン)δ(ppm):7.50、7.15、6.75、5.75、5.20。
19F−NMR(282.7MHz、溶媒:重アセトン、基準:CFCl、内部標準:ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン)δ(ppm):−56.7、−142.0。
Tg=−0.4℃、Tm=122.1℃、Tm=130.2℃。
上記の結果から、含フッ素芳香族化合物(A−2)が以下に示す構造を有することが確認された。
Figure 0006304253
(実施例1)
含フッ素エラストマー(F1)の1.01g、含フッ素芳香族化合物(A−1)の0.104g、1H−トリデカフルオロヘキサン(旭硝子社製AC−2000;以下、AC−2000と記す。)の20.0g、酸化マグネシウムの0.0306g、及び2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキサン(日本油脂社製パーヘキサ25B;以下、パーヘキサ25Bと記す。)の0.0203gを、50mLのナスフラスコ内で混合し撹拌することによって架橋性含フッ素エラストマー組成物の分散液を得た。
該分散液を、ポリテトラフルオロエチレン(以下、PTFEと記す。)のシート上に流延して窒素フローによって溶媒を除去し、続いて170℃で12分間、ステンレス板間で加熱プレスすることによって、厚さ1mmのフィルム(架橋性含フッ素エラストマー組成物の架橋物)を作製した。
得られたフィルムを10mm×30mmに切断して耐熱性試験用のサンプルを作製し、表1に示す温度と時間での耐熱性試験を実施した。結果を表1に示す。
また、得られたフィルムを13mm×13mmに切断して耐薬品試験用のサンプルを作製し、耐薬品試験を実施した。結果を表1に示す。
(実施例2)
酸化マグネシウムを配合しなかった以外は実施例1と同様にして、架橋性含フッ素エラストマー組成物の分散液を調製し、厚さ1mmのフィルムを作製した。該フィルムから耐熱性試験用及び耐薬品試験用のサンプルを作製し、耐熱性試験及び耐薬品試験を実施した。結果を表1に示す。
(実施例3)
含フッ素エラストマー(F1)の1.01g、含フッ素芳香族化合物(A−2)の0.105g、AC−2000の20.3g、酸化マグネシウムの0.0318g、パーヘキサ25Bの0.0165gを用いた以外は実施例1と同様にして、架橋性含フッ素エラストマー組成物の分散液を調製し、厚さ1mmのフィルムを作製した。該フィルムから耐熱性試験用及び耐薬品試験用のサンプルを作製し、耐熱性試験及び耐薬品試験を実施した。結果を表1に示す。
(実施例4)
酸化マグネシウムを配合しなかった以外は実施例3と同様にして、架橋性含フッ素エラストマー組成物の分散液を調製し、厚さ1mmのフィルムを作製した。該フィルムから耐熱性試験用及び耐薬品試験用のサンプルを作製し、耐熱性試験及び耐薬品試験を実施した。結果を表1に示す。
(実施例5)
含フッ素エラストマー(F1)の1.02g、含フッ素芳香族化合物(B1)の0.0950g、AC−2000の20.2g、酸化マグネシウムの0.0321g、パーヘキサ25Bの0.0200gを用いた以外は実施例1と同様にして、架橋性含フッ素エラストマー組成物の分散液を調製し、厚さ1mmのフィルムを作製した。該フィルムから耐熱性試験用及び耐薬品試験用のサンプルを作製し、耐熱性試験及び耐薬品試験を実施した。結果を表1に示す。
(実施例6)
酸化マグネシウムを配合しなかった以外は実施例5と同様にして、架橋性含フッ素エラストマー組成物の分散液を調製し、厚さ1mmのフィルムを作製した。該フィルムから耐熱性試験用及び耐薬品試験用のサンプルを作製し、耐熱性試験及び耐薬品試験を実施した。結果を表1に示す。
(実施例7)
含フッ素エラストマー(F1)の1.00g、ジビニルベンゼンの0.1010g、AC−2000の20.5g、酸化マグネシウムの0.0313g、パーヘキサ25Bの0.0188gを用いた以外は実施例1と同様にして、架橋性含フッ素エラストマー組成物の分散液を調製し、厚さ1mmのフィルムを作製した。該フィルムから耐熱性試験用及び耐薬品試験用のサンプルを作製し、耐熱性試験及び耐薬品試験を実施した。結果を表1に示す。
(実施例8)
酸化マグネシウムを配合しなかった以外は実施例7と同様にして、架橋性含フッ素エラストマー組成物の分散液を調製し、厚さ1mmのフィルムを作製した。該フィルムから耐熱性試験用及び耐薬品試験用のサンプルを作製し、耐熱性試験及び耐薬品試験を実施した。結果を表1に示す。
(比較例1)
架橋性含フッ素エラストマー(F1)の1.02g、トリアリルイソシアヌレート(以下、TAICと記す。)の0.104g、AC−2000の20.2g、酸化マグネシウムの0.0298g、パーヘキサ25Bの0.0180gを用いた以外は実施例1と同様にして、架橋性含フッ素エラストマー組成物の分散液を調製し、厚さ1mmのフィルムを作製した。該フィルムから耐熱性試験用及び耐薬品試験用のサンプルを作製し、耐熱性試験及び耐薬品試験を実施した。結果を表1に示す。
(比較例2)
架橋性含フッ素エラストマー(F1)の1.00g、1,6−ジビニルペルフルオロヘキサンの0.104g、AC−2000の20.6g、酸化マグネシウムの0.0310g、パーヘキサ25Bの0.0185gを用いた以外は実施例1と同様にして、架橋性含フッ素エラストマー組成物の分散液を調製し、厚さ1mmのフィルムを作製した。該フィルムから耐熱性試験用及び耐薬品試験用のサンプルを作製し、耐熱性試験及び耐薬品試験を実施した。結果を表1に示す。
Figure 0006304253
実施例1〜6の架橋性含フッ素エラストマー組成物の架橋物は、300℃72時間の耐熱性試験で全く変形が見られず、耐熱性に優れていた。特に実施例1〜2、5〜6の架橋性含フッ素エラストマー組成物の架橋物は、325℃48時間の耐熱性試験でも全く変形が見られなかった。また、実施例1〜6の架橋性含フッ素エラストマー組成物の架橋物は、48%NaOH水溶液、DMAcのいずれを用いた耐薬品試験でも着色、膨潤及び収縮が見られず、耐薬品性に優れていた。
一方、2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物の代わりに、より架橋反応性の高いと考えられる、単位質量当たりの架橋性基の含有量が多い炭化水素のアリル基を3個有するTAICを用いた比較例1の架橋性含フッ素エラストマー組成物の架橋物は、300℃で72時間の耐熱性試験で大きな変形が見られ、本発明より耐熱性が充分でなかった。これはTAIC自体の耐熱性の低さに由来すると考えられる。
なお、実施例7及び8で用いた芳香族炭化水素(C)は、比較例1で用いたTAICよりも単位質量当たりの架橋性基の含有量が少ないが、得られた架橋物の耐熱性は、TAICを用いた場合と同等であった。このことから、芳香族炭化水素(C)がTAICよりも架橋反応性の向上効果に優れ、より少ない配合量で架橋性含フッ素エラストマー組成物の架橋反応性を向上できることが確認できた。また、実施例7及び8で得られた架橋物は耐薬品性にも優れていた。芳香族炭化水素(C)を用いて高耐薬品性を有する含フッ素エラストマー組成物の架橋物を得られることはこれまで全く知られていなかった。
また、2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物の代わりに、1,6−ジビニルペルフルオロヘキサンを用いた比較例2の架橋性含フッ素エラストマー組成物の架橋物は、DMAcに溶け、体積が収縮した。ゆえに、この架橋剤では耐薬品性に劣ることが判明した。
(実施例9)
含フッ素エラストマー(F1)の100gに、含フッ素芳香族化合物(A−1)の10g、TAIC(TAIC−WH60;TAICをホワイトカーボンに60%含浸させた粉体タイプ、以下、TAIC−WH60と記す)の0.5g、酸化マグネシウム(MgO#150;協和化学社製の高活性酸化マグネシウム、製品名はキョーワマグ150)の3g、t−ブチルペルオキシベンゾエート(製品名カヤブチルB、化薬アクゾ社製、以下、カヤブチルBと記す)の2g、カーボンブラック(MTカーボン;Cancarb社製のカーボンブラックで、製品名はThermax N990。以下、MT−Cと記す)の5g、ステアリン酸ナトリウムの1gを2本ロールで混練し、架橋性含フッ素エラストマー組成物を得た。該架橋性含フッ素エラストマー組成物を、130℃で40分間熱プレスし、次いで、250℃で4時間、2次架橋して、厚さ1mmのフィルムを作製した。該フィルムから耐熱性試験用及び耐薬品試験用のサンプルを作製し、耐熱性試験及び耐薬品試験を実施した。結果を表2に示す。
(実施例10〜14)
含フッ素化合物(A−1)、TAIC−WH60及びその他の添加物の配合量を、表2に示す値に変更する以外は実施例9と同様にして、架橋ゴム物品の試験片を得、耐熱性試験及び耐薬品試験を実施した。結果を表2に示す。
(比較例3)
含フッ素エラストマー(F1)の100gに、TAIC−WH60の3g、カヤブチルBの1.3g、MT−Cの15g、ステアリン酸ナトリウムの1gを2本ロールで混練し、架橋性含フッ素エラストマー組成物を得た。該架橋性含フッ素エラストマー組成物を、130℃で40分間熱プレスし、次いで、250℃で4時間、2次架橋して、厚さ1mmの架橋ゴム物品を作製した。該架橋ゴム物品から耐熱性試験用及び耐薬品試験用のサンプルを作製し、耐熱性試験及び耐薬品試験を実施した。結果を表2に示す。
Figure 0006304253
(実施例15)
含フッ素エラストマー(F1)の1.51g、含フッ素芳香族化合物(A−2)の0.152g、TAIC−WH60の0.0101g、AC−2000の24.8g、酸化マグネシウムの0.0450g、及びパーヘキサ25Bの0.0273gを用いた以外は実施例1と同様にして、架橋性含フッ素エラストマー組成物の分散液を調製し、厚さ1mmのフィルムを作製した。該フィルムから耐熱性試験用及び耐薬品試験用のサンプルを作製し、耐熱性試験及び耐薬品試験を実施した。結果を表3に示す。
(実施例16)
含フッ素エラストマー(F1)の1.51g、含フッ素芳香族化合物(B1)の0.149g、TAIC−WH60の0.0100g、AC−2000の24.9g、酸化マグネシウムの0.0443g、及びパーヘキサ25Bの0.0298gを用いた以外は実施例1と同様にして、架橋性含フッ素エラストマー組成物の分散液を調製し、厚さ1mmのフィルムを作製した。該フィルムから耐熱性試験用及び耐薬品試験用のサンプルを作製し、耐熱性試験及び耐薬品試験を実施した。結果を表3に示す。
(実施例17)
含フッ素エラストマー(F1)の1.50g、ジビニルベンゼンの0.120g、TAIC−WH60の0.00571g、AC−2000の24.8g、及びパーヘキサ25Bの0.0266gを用いた以外は実施例1と同様にして、架橋性含フッ素エラストマー組成物の分散液を調製し、厚さ1mmのフィルムを作製した。該フィルムから耐熱性試験用及び耐薬品試験用のサンプルを作製し、耐熱性試験及び耐薬品試験を実施した。結果を表3に示す。
(比較例4)
架橋性含フッ素エラストマー(F1)の1.51g、1,6−ジビニルペルフルオロヘキサンの0.160g、TAIC−WH60の0.0103g、AC−2000の25.10g、及びパーヘキサ25Bの0.0293gを用いた以外は実施例1と同様にして、架橋性含フッ素エラストマー組成物の分散液を調製し、厚さ1mmのフィルムを作製した。該フィルムから耐熱性試験用及び耐薬品試験用のサンプルを作製し、耐熱性試験及び耐薬品試験を実施した。結果を表3に示す。
Figure 0006304253
(実施例18)
含フッ素エラストマー(F1)の100gに、含フッ素芳香族化合物(A−1)の5g、TAIC−WH60の0.3g、MgO#150の1.5g、カヤブチルBの1g、乾式シリカ(日本アエロジル社製、製品名AEROSIL R8200。以下、R8200と記す)の10g、及びステアリン酸ナトリウムの1gを2本ロールで混練し、架橋性含フッ素エラストマー組成物を得た。該架橋性含フッ素エラストマー組成物を、130℃で40分間熱プレスし、次いで、250℃で4時間、2次架橋して、厚さ1mmのフィルムを作製した。該フィルムから耐熱性試験用及び耐薬品試験用のサンプルを作製し、耐熱性試験及び耐薬品試験を実施した。結果を表4に示す。
(実施例19)
含フッ素エラストマー(F1)の100gに、含フッ素芳香族化合物(A−1)の3g、TAIC−WH60の3g、MgO#150の1.5g、パーヘキサ25Bの1g、MT−Cの5g、及びステアリン酸ナトリウムの1gを2本ロールで混練し、架橋性含フッ素エラストマー組成物を得た。該架橋性含フッ素エラストマー組成物を、130℃で40分間熱プレスし、次いで、250℃で4時間、2次架橋して、厚さ1mmのフィルムを作製した。該フィルムから耐熱性試験用及び耐薬品試験用のサンプルを作製し、耐熱性試験及び耐薬品試験を実施した。結果を表4に示す。
(実施例20)
含フッ素エラストマー(F1)の100gに、含フッ素芳香族化合物(A−1)の4g、含フッ素芳香族化合物(A−2)の1g、TAIC−WH60の0.3g、パーヘキサ25Bの1g、MT−Cの5g、及びステアリン酸ナトリウムの1gを2本ロールで混練し、架橋性含フッ素エラストマー組成物を得た。該架橋性含フッ素エラストマー組成物を、130℃で40分間熱プレスし、次いで、250℃で4時間、2次架橋して、厚さ1mmのフィルムを作製した。該フィルムから耐熱性試験用及び耐薬品試験用のサンプルを作製し、耐熱性試験及び耐薬品試験を実施した。結果を表4に示す。
Figure 0006304253
表2の圧縮永久歪率から、2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物とTAICとを併用すると、TAIC単独使用に比較して、優れた特性を有する含フッ素エラストマー組成物の架橋物が得られることが確認された。
また、表3から、2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物とTAICとを併用すると、該芳香族化合物単独に比較して、更に優れた特性を有する架橋物が得られることが確認された。この効果は、比較例4のような芳香族と直接結合した架橋性不飽和二重結合を有しない化合物では見られないものである。
表4から、R8200を添加した組成物はMT−Cを添加した組成物よりも引張り強さに優れることが確認された(実施例18)。また、2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物/該芳香族化合物以外の架橋助剤の質量比が1/1のとき、圧縮永久歪みの値が小さく、熱による変形が生じにくいことが確認された(実施例19)。加えて、2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物を2種類以上添加した組成物は、圧縮永久歪みの値が小さく、熱による変形が生じにくいことが確認された(実施例20)。
本発明の架橋性含フッ素エラストマー組成物は、ゴム、樹脂、コーティング剤、塗料、封止材等の用途に使用できる。
本発明の架橋性含フッ素エラストマー組成物の架橋物は、輸送機械(自動車等)、一般機器、電気機器、半導体製造装置、化学プラント装置等の幅広い分野において、各種のゴム製品や樹脂製品として利用できる。
ゴム製品としては、シール材(Oリング、シート、ガスケット、オイルシール、ベアリングシール等)、ダイヤフラム、緩衝材、防振材、電線被覆材、工業ベルト類、チューブ・ホース類、シート類等が挙げられる。
上記以外にも、発光素子(LED等)の封止材、パワー半導体封止材、回路基板絶縁材、シール材、接着剤等が挙げられる。
なお、2013年8月7日に出願された日本特許出願2013−164620号及び2013年12月4日に出願された日本特許出願2013−251241号の明細書、特許請求の範囲、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。

Claims (14)

  1. 含フッ素エラストマーと、2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物と、を含有し、
    前記2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物が、下式(1)で表される基(1)を2個以上有する含フッ素芳香族化合物を含み、
    前記基(1)を2個以上有する含フッ素芳香族化合物が、
    下式(A)で表される含フッ素芳香族化合物(A)、並びに
    下式(x)で表される含フッ素芳香族化合物(x)と、前記基(1)とフェノール性水酸基とを有する芳香族化合物(y1)及び前記基(1)と芳香環を置換するフッ素原子とを有する芳香族化合物(y2)のいずれか一方または両方と、フェノール性水酸基を3個以上有する芳香族化合物(z)とを、脱HF剤存在下に縮合反応させて得られ、前記基(1)及びエーテル結合を有する含フッ素芳香族化合物(B)、のいずれか一方又は両方を含むことを特徴とする架橋性含フッ素エラストマー組成物。
    Figure 0006304253
    [式中、sは0又は1であり、R 、R 、R 及びR はそれぞれ独立に水素原子又はフッ素原子である。]
    Figure 0006304253
    [式中、nは0〜6の整数、aは0〜5の整数、bは0〜4の整数、cは0〜4の整数であり、a+c+nは2〜6、a+bは2〜9であり、Zは単結合、−O−、−S−、−CO−、−C(CH −、−C(CF −、−SO−、又は−SO −であり、Rf は炭素数1〜8のフルオロアルキル基であり、Y 及びY はそれぞれ独立に前記基(1)である。芳香環内のFはその芳香環の水素原子が全てフッ素原子で置換されていることを表す。]
    Figure 0006304253
    [式中、Nは0〜3の整数、d、eはそれぞれ独立に0〜3の整数であり、Rf 及びRf はそれぞれ独立に炭素数1〜8のフルオロアルキル基である。芳香環内のFはその芳香環の水素原子が全てフッ素原子で置換されていることを表す。]
  2. 前記含フッ素芳香族化合物(x)が、ペルフルオロベンゼン、ペルフルオロトルエン、ペルフルオロキシレン、ペルフルオロビフェニル、ペルフルオロテルフェニル、ペルフルオロトリフェニルベンゼン類、ペルフルオロテトラフェニルベンゼン類、ペルフルオロペンタフェニルベンゼン類、及びペルフルオロヘキサフェニルベンゼン類からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項に記載の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
  3. 前記芳香族化合物(z)が、トリヒドロキシベンゼン、トリヒドロキシビフェニル、トリヒドロキシナフタレン、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、トリス(4−ヒドロキシフェニル)ベンゼン、テトラヒドロキシベンゼン、テトラヒドロキシビフェニル、テトラヒドロキシビナフチル、及びテトラヒドロキシスピロインダン類からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項又はに記載の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
  4. 前記含フッ素芳香族化合物(A)が、
    前記式(A)中のY及びYにおけるR、R、R及びRがそれぞれ水素原子であること、並びに
    前記式(A)中のcが0であるか、またはcが1〜4の整数であってRfが炭素数1〜8のペルフルオロアルキル基であること、の両方を満たすものである、請求項に記載の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
  5. 前記含フッ素芳香族化合物(A)が、下式(A−1)または(A−2)で表される化合物である、請求項に記載の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
    Figure 0006304253
  6. 前記2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物の含有量が、前記含フッ素エラストマーの質量に対して0.1〜15質量%である、請求項1〜のいずれか一項に記載の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
  7. 有機過酸化物をさらに含有し、その含有量が、前記含フッ素エラストマーの質量に対して0.1〜5質量%である、請求項1〜のいずれか一項に記載の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
  8. 前記含フッ素エラストマーが、ヨウ素原子及び/又は臭素原子を含む、請求項1〜のいずれか一項に記載の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
  9. 前記含フッ素エラストマーが、ペルフルオロエラストマーである、請求項1〜のいずれか一項に記載の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
  10. 前記含フッ素エラストマーが、高分子鎖末端にヨウ素原子を有するテトラフルオロエチレン/ペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体である、請求項1〜のいずれか一項に記載の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
  11. さらに、前記2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物以外の架橋助剤を含有し、その含有量が、前記含フッ素エラストマーの質量に対して0.1〜3質量%である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
  12. 2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物/該芳香族化合物以外の架橋助剤の質量比が1/30〜150/1である、請求項11に記載の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
  13. 前記2個以上の架橋性不飽和二重結合を有する芳香族化合物以外の架橋助剤が、トリアリルイソシアヌレートである、請求項11または12に記載の架橋性含フッ素エラストマー組成物。
  14. 請求項1〜13のいずれか一項に記載の架橋性含フッ素エラストマー組成物を架橋させてなる架橋物。
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