JP6389340B2 - 黄酸化鉄を含むフルオロシリコーンエラストマー - Google Patents

黄酸化鉄を含むフルオロシリコーンエラストマー

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Description

本開示は、高温性能が改善された硬化フルオロシリコーンエラストマーを提供する、安定剤を含有するフルオロシリコーンエラストマーベース組成物に関する。安定剤は、黄酸化鉄と、任意に炭酸カルシウムを含む。安定剤は、Oリング、コネクター、及びターボチャージャーホースのような自動車ホース構成のための硬化フルオロシリコーンエラストマーの製造に特に有用である。
フルオロシリコーンゴムを使用する自動車用途では、性能改善を実証することが常に要求される。技術的トレンドから、熱及び化学品の両方への曝露に対する耐性増大への要求が高まり続けている。例えば、西欧諸国では、ターボディーゼル乗用車が著しい成長を示し続けており、ガソリン乗用車がその犠牲になっている。米国では、小型トラック市場で同様の成長を経験している。そのため、ホース、特にターボディーゼルエンジンホースの供用温度は上がり続けている。同様に、耐燃料性及び耐油性の改善も要求されている。典型的には、自動車用途に使用されるホースは、シリコーンゴム(米国材料試験協会(American Society of Test Methods、ASTM)によりVMQエラストマーと分類される)に封入された繊維補強材からなり、内面がフルオロシリコーンエラストマー(FVMQ)層でライニングされた多層構造を有する。一般的に、フルオロシリコーンエラストマー(FVMQ)の熱安定性は、シリコーンエラストマー(非フッ素含有シリコーンエラストマー又はVMQのようなゴム)よりも低い。
米国特許第5,340,866号は、硬化性フルオロシリコーン組成物の調製に臨界量の水酸化セリウム及びベンガラを使用することによって、提供された物理的特性を犠牲にすることなく熱安定性が改善された熱硬化性フルオロシリコーンゴム組成物を開示している。
欧州特許第2155823号は、高温性能が改善された硬化フルオロシリコーンエラストマーを提供する安定剤を含有する、フルオロシリコーンエラストマーベース組成物を開示している。安定剤は、カーボンブラック、炭酸カルシウム、酸化鉄、及び任意に酸化亜鉛を含む。安定剤は、Oリング、コネクター、及び自動車ホース構成用の硬化フルオロシリコーンエラストマーの製造に特に有用である。
日本特許第03466272号は、黄酸化鉄微粉を含む硬化性オルガノポリシロキサン組成物を開示している。
自動車用途に使用されるフルオロシリコーンエラストマーの熱安定性を、特にOリング、コネクター、及びターボチャージャーホースのようなホース構成における使用に関して、改善する必要がある。単独で又は組み合わせて使用されるセリウム水和物又は水酸化物、ベンガラ、炭酸カルシウム、カーボンブラック及び酸化亜鉛のような熱安定剤は、このようなシリコーンエラストマー配合物に耐熱性をもたらすことが知られているが、更に高温まで耐熱性を向上させる必要がある。
本発明者らは、シリコーンエラストマーベース組成物に添加したときに、従来の熱安定剤成分を使用した類似のシリコーンエラストマーと比較して、改善された熱老化特性を硬化シリコーンエラストマーにもたらす安定剤組成物を発見した。シリコーンエラストマーベースがフルオロシリコーンエラストマーベースであるとき、安定剤組成物は、得られる硬化フルオロシリコーンエラストマーの熱老化の改善をもたらす。改善されたフルオロシリコーンエラストマーは、Oリング、コネクター、又はシリコーンゴムをベースとするターボチャージャーホース用のインナーライナー等の種々の自動車用途で特に有用である。
本開示は、硬化フルオロシリコーンエラストマーの熱安定性又は耐熱性を改善する方法であって、
I)安定剤をフルオロシリコーンエラストマーベース及び硬化剤と混合して、硬化性フルオロシリコーンエラストマー組成物を形成する工程であって、上記安定剤が、
B1)黄酸化鉄、及び
B2)任意に、酸受容体を含む、工程と、
II)上記安定剤を含有するフルオロシリコーンエラストマー組成物を加硫する工程と、を含む方法に関する。
硬化性フルオロシリコーンエラストマー組成物は、
A)67.0〜99.4重量%のフルオロシリコーンエラストマーベースと、
B)以下を含む0.5〜30.0重量%の安定剤と、
B1)黄酸化鉄、及び
B2)任意に、酸受容体
C)0.1〜3.0重量%の硬化剤と、を含んでもよく、
ただし、全ての成分の重量%は合計が100重量%である。
一実施形態において、フルオロシリコーンエラストマーベースは、
A1)ペルフルオロアルキルポリジオルガノポリシロキサン、
A2)補強充填剤、
A3)任意の非フッ素化ポリジオルガノポリシロキサン
A4)任意の水酸化セリウム又はセリウム水和物、及び
A5)任意の接着促進剤を含む。
本開示は、得られる硬化フルオロシリコーンエラストマー及び硬化フルオロシリコーンエラストマーから調製される製造物品にも関する。フルオロシリコーンエラストマーは、フッ素化シリコーンエラストマーとも呼ばれる場合もある。
本開示は、更に、硬化性フルオロシリコーンエラストマー組成物から硬化/加硫された硬化フルオロシリコーンエラストマーの熱安定性又は耐熱性を改善するための、
B1)黄酸化鉄、及び
B2)任意に、酸受容体
を含む安定剤の、上記硬化性フルオロシリコーンエラストマー組成物への使用に関する。
フルオロシリコーンエラストマーベース
本開示における成分A)は、フルオロシリコーンエラストマーベースである。本明細書で使用するとき、「フルオロシリコーンエラストマーベース」は、後で硬化又は加硫されるとフルオロシリコーンエラストマー又はゴムを提供するシリコーン組成物である。シリコーンは、(RSiO0.5)、(HORSiO0.5)、(RSiO)、(RSiO1.5)、又は(SiO)シロキシ単位から独立して選択されるシロキサン単位を含有するオルガノポリシロキサンを指し、式中、Rは任意の一価の有機基又は水素であってよい。これらシロキシ単位を様々な方法で組み合わせて、環状、直鎖状又は分枝状の構造を形成することができる。本明細書で使用するとき、フルオロシリコーンは、少なくとも1つのR置換基がフッ素原子を含有する、例えばRで表記されるペルフルオロアルキル基である、オルガノポリシロキサンを指す。
一実施形態において、成分A)は、
A1)ペルフルオロアルキルポリジオルガノポリシロキサン、
A2)補強充填剤、
A3)任意の非フッ素化ポリジオルガノポリシロキサン、
A4)任意の水酸化セリウム又はセリウム水和物、及び
A5)任意の接着促進剤
を含む、フルオロシリコーンエラストマーベースであってもよく、そのそれぞれを以下により詳細に記載する。
フルオロシリコーンエラストマーベースは、当該技術分野において既知であり、ペルフルオロアルキルポリジオルガノシロキサン(A1)、補強充填剤(A2)、及び任意に、非フッ素化ポリジオルガノシロキサン(A3)を含む。典型的には、A1内のペルフルオロアルキル含有ポリジオルガノシロキサン繰り返し単位のうちの少なくとも90モル%は、式RCHCH(CH)SiO2/2によって記載され、繰り返し単位のうちの10モル%以下は式R SiOによって記載され、Rは、1〜10個の炭素原子を含有するペルフルオロアルキル基であり、各Rは、メチル、フェニル及びビニルから独立して選択される。ペルフルオロアルキル基は、典型的には、CF、C、C、C、C15及びC1021である。ペルフルオロアルキル含有ポリジオルガノシロキサンの末端封鎖基は、ヒドロキシル又はトリオルガノシリル、例えば、トリメチルシリル又はジメチルビニルシリルである。繰り返し単位及び/又は末端封鎖基の選択は、フルオロシリコーンエラストマーベースを硬化フルオロシリコーンエラストマーに変換するための所望の硬化反応によって決定される。例えば、エラストマーベースがオルガノハイドロジェンシロキサン付加反応触媒の組み合わせによって、又はビニル固有ペルオキシドによって硬化されるとき、末端封鎖基又はポリジオルガノシロキサン繰り返し単位は、ビニル基のようなアルケニル基を含有するであろう。ペルフルオロアルキル含有ポリジオルガノシロキサンは、典型的には、液体フルオロシリコーンエラストマーベースについては25℃及び1Hzで1000Pa・s以上、あるいは、25℃及び1Hzで10,000Pa・s超の粘度(コーンプレート型レオメータを使用)を有し、そのため高コンシステンシーフルオロシリコーンエラストマーベースではガム様コンシステンシーを有する。本方法及び組成物に有用なペルフルオロアルキル含有ポリジオルガノシロキサンは市販されている。本発明に有用な1つのペルフルオロアルキル含有ポリジオルガノシロキサンは、米国特許第3,179,619号に記載されている。上記のポリジオルガノシロキサンを製造する別の方法は、米国特許第3,002,951号に開示されている。後者の米国特許は、環状シロキサントリマーから、ケイ素原子に結合したペルフルオロアルキル基を有する高分子量ペルフルオロアルキル含有ポリジオルガノシロキサンを製造する方法を教示している。この後者の米国特許で使用された環状シロキサントリマーは、米国特許第2,979,519号に示されている。ペルフルオロアルキル含有ポリジオルガノシロキサンを製造する他の方法は、米国特許第3,274,153号、米国特許第3,294,740号及び米国特許第3,373,138号に開示されている。
ペルフルオロアルキル含有ポリジオルガノシロキサンは、1種類のホモポリマー若しくはコポリマーであってもよく、又は種々のホモポリマー、コポリマーの混合物若しくはホモポリマーとコポリマーとの混合物であってもよい。典型的には、ペルフルオロアルキル含有ポリジオルガノシロキサンは、ヒドロキシル末端封鎖又はビニル末端封鎖ポリメチル−(3,3,3−トリフルオロプロピル)シロキサンであり、その繰り返し単位のうちの少なくとも99モル%はメチル−3,3,3−トリフルオロプロピルシロキシである。
硬化性フルオロシリコーンエラストマー組成物に使用されるペルフルオロアルキルポリジオルガノポリシロキサンの量は、様々であり得るが、典型的には組成物の27.5〜96.9、あるいは50〜95、あるいは60〜90、あるいは70〜85重量%の範囲である。
フルオロシリコーンエラストマーベースの補強充填剤は、典型的には、シリカである。ヒュームドシリカ、沈降シリカ、シリカエーロゲル及びシリカキセロゲルなど、多数の形態のシリカが市販されている。典型的には、補強シリカ充填剤は、少なくとも100m/g、あるいは少なくとも200m/gの表面積を有する。補強シリカ充填剤は、エラストマーの他の特性に悪影響を与えることなく所望の補強を提供する任意の量で添加することができる。一般的に、ペルフルオロアルキル含有ポリジオルガノシロキサン100部当たり5−100部の量の補強シリカ充填剤が有用である。したがって、硬化性フルオロシリコーンエラストマー組成物は、2.5−47.5重量%の補強充填剤を含有してもよい。
典型的には、補強シリカ充填剤は、抗クレープ剤で処理される。この剤は、補強シリカ充填剤をペルフルオロアルキル含有ポリジオルガノシロキサンに添加する前に、補強シリカ充填剤を処理するために添加されてもよく、又はペルフルオロアルキル含有ポリジオルガノシロキサンを補強シリカ充填剤と混合している間に補強シリカ充填剤を処理するために(その場で)添加されてもよい。抗クレープ剤の例としては、以下のもの及びこれらの混合物が挙げられる:シラン、例えば、トリメチルクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、メチルトリクロロシラン、メチルトリメトキシシラン及び3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン;シラザン、例えば、テトラメチルジビニルジシラザン、ヘキサメチルジシラザン、及びテトラメチルジ(3,3,3−トリフルオロプロピル)ジシラザン(tetramethydi(3,3,3−trifluoropropyl)disilazane);環状シロキサン、例えば、環状ジオルガノシロキサン;及び低分子量ポリジオルガノシロキサン、例えば、ヒドロキシル末端封鎖ポリジメチルシロキサン、ヒドロキシル末端封鎖ポリメチルビニルシロキサン、ヒドロキシル末端封鎖ポリメチル(3,3,3−トリフルオロプロピル)シロキサン並びにこれらシラン、シラザン又はシロキサンのコポリマー。好ましい抗クレープ剤は、低分子量ポリジオルガノシロキサン及びシラザンである。抗クレープ剤は、クレープ硬化を減じ、かつエラストマーの特性に悪影響を与えない任意の量で添加することができる。典型的な量は、フルオロシリコーンエラストマーベースの0.1〜15重量%の範囲である。
成分A3)は任意の非フッ素化ポリジオルガノポリシロキサンである。典型的には、任意の非フッ素化ポリジオルガノシロキサンは、ケイ素原子に結合した全有機置換基のうちの少なくとも50%がメチル基である、ポリジオルガノシロキサンガム又はポリマーである。ポリジオルガノシロキサンの他の有機置換基は、ビニル又はフェニル基であってよい。存在する場合、ビニル基は、ケイ素結合置換基の総数の2.5%以下で含まれるべきである。成分(A3)の例としては、
ジメチルビニルシロキシ末端ジメチルポリシロキサン、
メチルビニルシロキサンとジメチルシロキサンとのジメチルビニルシロキシ末端コポリマー、
メチルビニルシロキサンとジメチルシロキサンとのシラノール末端コポリマー、
メチルフェニルシロキサンとジメチルシロキサンとのジメチルビニルシロキシ末端コポリマー、
メチルフェニルシロキサンとメチルビニルシロキサンとジメチルシロキサンとのジメチルビニルシロキシ末端コポリマー、ジフェニルシロキサンとジメチルシロキサンとのジメチルビニルシロキシ末端コポリマー、ジフェニルシロキサンとメチルビニルシロキサンとジメチルシロキサンとのジメチルビニルシロキシ末端コポリマーが挙げられる。
ポリジオルガノシロキサンガム又はポリマーの選択は、フルオロシリコーンエラストマーベースのコンシステンシーによって決定される。典型的には、ポリジオルガノシロキサンポリマーは液体形態のフルオロシリコーンエラストマーベースに添加されるのに対し、高コンシステンシーのフルオロシリコーンベースの形態はポリジオルガノシロキサンガム又はポリマーの両方を利用することができる。典型的には、ポリジオルガノシロキサンガムはウィリアムス可塑度計で測定したときに少なくとも1.00mmの可塑度を有し、あるいはガムは1.25〜1.85mmの範囲内の可塑度を有する。
任意の非フッ素化ポリジオルガノポリシロキサンは、存在する場合、硬化性フルオロシリコーンエラストマー組成物の0.1〜10重量%の量で使用されてよい。
任意成分A4)は、水酸化セリウム又はセリウム水和物である。熱安定性のためにシリコーンエラストマー組成物に水酸化セリウム又はセリウム水和物を添加することは公知である。しかし、そのような組成物は、熱安定性が、典型的には200℃までに限られてきた。本安定剤組成物(成分B)は、単独で又は水酸化セリウム若しくはセリウム水和物のような従来の熱安定剤と共に使用したときに、典型的には200℃を超える熱安定性をもたらす。成分A4として有用な水酸化セリウム又はセリウム水和物としては、式Ce(OH)・xHOを有するセリウム化合物[CAS登録番号12014−56−1]が挙げられる。
水酸化セリウム又はセリウム水和物の量は変わり得るが、典型的には、シリコーンエラストマー組成物の0.1〜10重量%の範囲である。最も均一かつ最適な混合を確実にするために、典型的には、成分A4とフルオロシリコーンベース又は非フッ素化ポリジオルガノポリシロキサン(A1又はA3)成分の一部とを混合することによって水酸化セリウム又はセリウム水和物成分の「マスターバッチ」が調製される。マスターバッチ化された水酸化セリウム又はセリウム水和物成分は、その後フルオロシリコーンエラストマー組成物に添加されてもよい。そのようなマスターバッチ化された組成物は市販されており、本組成物に有用なものとしては、SILASTIC(登録商標)HT−1改質剤(Dow Corning Corporation,Midland,MI)がある。
成分A5)は、任意の接着促進剤である。使用される場合、接着促進剤は、シリコーン組成物に添加され、ホース組立品のような製造物品において、フルオロシリコーンエラストマーの他のゴム又はエラストマー成分への接着性を改善する。あるいは、接着促進剤は製造物品中の他の組成物又は成分に添加することができる。例えば、多層ホース構成体では、接着促進剤は、開示された硬化フルオロシリコーンエラストマー組成物と接触するシリコーンゴム成分に添加されてもよい。接着促進剤は、次の一般式を有するフルオロ変性オルガノハイドロジェンポリシロキサンから選択されてもよく、
(MeSiO)(MeHSiO)(RCHCH(Me)SiO)(SiMe
式中、x及びyは、1〜200、あるいは5〜100、あるいは10〜50で変動してもよく、
Meはメチルであり、Rは上記のように1〜10個の炭素原子を含有するペルフルオロアルキル基である。成分A5として好適な市販のフルオロ変性オルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、SYL−OFF(登録商標)Q2−7560架橋剤、及びSYL−OFF(登録商標)SL−7561架橋剤(Dow Corning Corporation,Midland,MI)が挙げられる。硬化性フルオロシリコーンエラストマー組成物中に存在する場合、接着促進剤の量は変動し得るが、典型的には全体の0.1〜5、あるいは0.5〜5重量%の範囲である。
フルオロシリコーンエラストマーベースは、二酸化チタン、石英、グラファイト、ガラス繊維及びガラスミクロスフェアのような増量充填剤も含んでもよい。フルオロシリコーンエラストマーベースは、顔料、着色剤、難燃剤、追加の熱安定性添加剤、圧縮永久ひずみ改良添加剤及びゴム分野で一般に使用されるその他の添加剤も含んでもよい。
本開示で有用な代表的なフルオロシリコーンエラストマーベースは、米国特許第3,179,619号、米国特許第4,882,368号、米国特許第5,081,172号及び米国特許第5,171,773号に教示されており、これらは参照によりその全体が本明細書に援用される。
安定剤
本開示における成分B)は安定剤組成物である。本明細書で使用するとき、「安定剤」は、後で硬化されるフルオロシリコーンエラストマー組成物の熱安定性又は耐油性のいずれかを改善する目的で、硬化性フルオロシリコーンエラストマー組成物に添加される成分(少なくともB1及びB2)の特定の組み合わせを指す。安定剤は、
B1)黄酸化鉄、及び
B2)任意に、酸受容体
を含み、そのそれぞれを以下により詳細に記載する。
成分B1は、黄酸化鉄であり、酸化鉄(III)、酸化水酸化鉄(III)、水和酸化鉄、水酸化鉄(III)、又はオキシ水酸化鉄としても記載され、CAS51274−00−1、ピグメントイエロー42又はC.I.77492とも表記される。黄酸化鉄は、一般的に式:FeOOH又はFeO(OH)mHOで示され、式中、mは正の数である。黄酸化鉄の種類及び供給源は変動し得る。黄酸化鉄は、典型的には、種々の多形体の微粉末であり、典型的には<50マイクロメートルの粒径を有する。本開示において成分B1として好適な酸化鉄の代表的な非限定例としては、バイフェロックス(登録商標)3920、バイフェロックス(登録商標)3910;バイフェロックス(登録商標)943、バイフェロックス(登録商標)3950、バイフェロックス(登録商標)イエロー420、バイフェロックス(登録商標)イエロー920(Lanxess Deutschland,GmbH(D−51369 Leverkusen、Germany))、C.I.ピグメントイエロー42、アリアベルイエロー300407、AZ 138;カポキシトイエロー4214、カポキシトイエロー4214C(Cappelle Pigments NV(Belgium))、Tarox LL−XLO(チタン工業(日本));マピコ(登録商標)イエロー1050、マピコ(登録商標)イエロー5、マピコ(登録商標)イエローLL−XLO(Rockwood Pigments(2051 Lynch Avenue,East St.Louis,IL,USA))が挙げられる。
成分B1の製造プロセスは、特に重要ではないが、オキシ水酸化鉄の沈殿後に、洗浄による精製、乾燥及びミリングを必要とする場合がある。
安定剤は、安定剤成分の全重量に対して5〜100重量%、あるいは10〜100重量%、あるいは20〜100重量%の黄酸化鉄B1を含む。
任意成分B2は、酸受容体である。酸受容体は、フッ素酸(HF)と反応できる材料又は化合物として定義される。酸受容体は、第II族金属炭酸塩、第II族金属酸化物、第II族金属水酸化物、又はこれらの混合物からなる群から選択されてよい。典型的には、酸受容体は、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、又はこれらの混合物を含む群から選択されてよい。場合によっては、酸受容体は炭酸カルシウムであってよい。
炭酸カルシウムの種類及び供給源は変動し得る。炭酸カルシウムの代表的な非限定例は、この分類の材料の概要記事、例えば、Chemical Economics Handbook−SRI International 2007,Calcium Carbonate 724.6000Aに見ることができる。典型的には、炭酸カルシウムは、96%超のCaCOであり、平均粒径は5−6マイクロメートルである。炭酸カルシウムの代表的な非限定例としては、OMYA BLP(登録商標)3(OMYA(Orgon France))、GAMA−SPERSE CS−11(IMERYS(Paris France))が挙げられる。
安定剤は、安定剤成分の全重量に対して0〜95重量%、あるいは0〜90重量%、あるいは0〜80重量%の酸受容体B2を含む。
任意に、安定剤はカーボンブラックを含んでもよい。カーボンブラックの種類及び供給源は変動し得る。カーボンブラックの代表的な非限定例は、この分類の材料の概要記事、例えばChemical Economics Handbook−SRI International 2005,Carbon Black 731.3000Aに見ることができる。典型的には、カーボンブラックは、非晶質であり、少なくとも98%の炭素含有量、0.05マイクロメートルの平均粒径、少なくとも44m/gの比表面積を有する。カーボンブラックの代表的な非限定例としては、Elementis Pigments Inc.(Fairview Heights,IL 62208)により供給されるSUPERJET(登録商標)カーボンブラック(LB−1011);Sid Richardson Carbon Co(3560 W Market Street,Suite 420,Akron,OH 44333)により供給されるSR 511;及びN330、N550、N762、N990(Degussa Engineered Carbons(Parsippany,NJ 07054))が挙げられる。
場合によっては、カーボンブラックは、安定剤の全重量を基準にして<5重量%の量で使用されてもよい。更なる場合において、カーボンブラックを回避してもよく、すなわち、安定剤は0重量%のカーボンブラックを含んでもよい。
硬化性フルオロシリコーンエラストマー組成物に使用される安定剤の量は、全硬化性フルオロシリコーンエラストマー組成物の0.5−20重量%、あるいは1〜10重量%、あるいは2〜6重量%で変動し得る。
安定剤は、典型的には黄酸化鉄B1を含み、追加的に酸受容体B2を含んでもよい。場合によっては、安定剤は、本質的に酸化鉄B1からなってもよく、安定剤はまた、酸化鉄B1と酸受容体B2との混合物から本質的になってもよい。なお更なる場合には、安定剤は、酸化鉄B1のみからなってもよく、又は安定剤は酸化鉄B1と酸受容体B2との組み合わせからなってもよい。
安定剤の各成分が硬化性フルオロシリコーンエラストマー組成物に添加及び混合される方法は、変動し得る。例えば、成分B1とB2との混合物が最初に作製され、フルオロシリコーンエラストマーベース組成物に混和されてもよい。あるいは、それぞれの個別成分は、任意の順序で硬化性フルオロシリコーンエラストマー組成物に直接添加及び混合されてもよい。最も均一かつ最適な混合を確実にするために、典型的には、個別の安定剤成分をフルオロシリコーンベース(A1又はA3)成分の一部と共に添加することによって各安定剤成分の「マスターバッチ」が調製される。マスターバッチ化された安定剤成分は、その後フルオロシリコーンエラストマー組成物に個別に添加されてもよい。マスターバッチ化された安定剤成分はまた、フルオロシリコーンエラストマー組成物に添加される前に、合わせて混合されてもよい。したがって、各安定剤成分とフルオロシリコーンエラストマーベースとの混合は、個別の安定剤成分(B1又はB2)、又は予め混合した安定剤成分(B1+B2)を、フルオロシリコーンエラストマーベース成分の一部と共に添加し、その後個別の又は予め混合した安定剤を含むフルオロシリコーンエラストマーベースの上記部分をフルオロシリコーンエラストマー組成物の残部に添加することによって、調製されてもよい。それ故、各安定剤成分(B1及び/又はB2)とフルオロシリコーンエラストマーベースとの混合は、1つ又は両方の安定剤成分(B1及び/又はB2)を個別に又は組み合わせて、フルオロシリコーンエラストマーベース成分の1つ(又はそれ以上の)部分に導入して、1つ(又はそれ以上の)マスターバッチを形成し、その後当該又は各マスターバッチをフルオロシリコーンエラストマー組成物の残部に添加することによって、実施してもよい。マスターバッチ技術は、黄酸化鉄及び任意に、酸受容体の添加に特に有用である。特定の用途に要求される安定剤の量は、フルオロシリコーンゴムベース(A)の選択、安定剤組成物(B)の選択、熱安定性の要求及び硬化フルオロシリコーンエラストマーの調製に選択されたプロセスに基づいて、ゴムの当業者によって容易に決定される。安定剤組成物は、フルオロシリコーンエラストマーベースの加工性に影響し得る。しかし、本安定剤に類似した添加成分については、加工性に影響する要因を克服するための技法は周知である。かかる技法としては、シリコーンエラストマーベース内のかかる成分の濃度、粒子形状、及び表面活性を変えることが挙げられる。
C)硬化剤
硬化剤は、安定剤を含有するフルオロシリコーンエラストマーベースに、硬化フルオロシリコーンエラストマーの形成をもたらすために添加される。好ましい硬化剤は、シリコーン分野で硬化剤としてよく知られている有機過酸化物である。本発明の方法に従って使用することができる、好適な過酸化物の具体例としては、2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルペルオキシ)ヘキサン;過酸化ベンゾイル;過酸化ジクミル;t−ブチルペルオキシO−トルエート;環状ペルオキシケタール;t−ブチルヒドロペルオキシド;t−ブチルペルオキシピバレート;ラウロイルペルオキシド;t−アミルペルオキシ2−エチルヘキサノエート;ビニルトリス(t−ブチルペルオキシ)シラン;ジ−t−ブチルペルオキシド、1,3−ビス(t−ブチルペルオキシイソプロピル)ベンゼン;ジ−(2,4−ジクロロベンゾイル)ペルオキシド;2,2,4−トリメチルペンチル−2−ヒドロペルオキシド;2,5−ビス(t−ブチルペルオキシ)−2,5−ジメチルヘキシン−3、t−ブチル−ペルオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート;クメンヒドロペルオキシド;t−ブチルペルオキシベンゾエート;及びジイソプロピルベンゼンモノヒドロペルオキシド;ジ(4メチルベンゾイル)−ペルオキシド;1,1−ビス(t−ブチルペルオキシ)−3,3,5−トリメチル−シクロヘキサン;t−ブチルペルオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート;t−ブチルペルオキシ−(2−エチルヘキシル)カーボネートが挙げられる。有機過酸化物の量は重要ではない。有用な量は、安定剤を含有するフルオロシリコーンエラストマーベースの0.1〜3重量%の範囲である。
安定剤を含有するフルオロシリコーンエラストマーベースは、当該技術分野で既知の他の硬化剤、例えばオルガノハイドロジェンポリシロキサン/付加反応触媒の組み合わせによっても硬化可能である。この組み合わせのオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、各分子に少なくとも2個のケイ素結合水素原子を含有しなければならない。オルガノハイドロジェンポリシロキサンの例としては、トリメチルシロキシ末端ジメチルシロキサンメチルハイドロジェンシロキサンコポリマー、ハイドロジェンジメチルシロキシ末端ジメチルシロキサンメチルハイドロジェンシロキサンコポリマー及び類似の化合物が挙げられる。分子構造は直鎖、分枝状又は環状でもよく、その重合度(DP)は少なくとも2であるべきである。付加反応触媒の例としては、白金及び白金化合物触媒、例えば白金黒、クロロ白金酸、四塩化白金、クロロ白金酸/オレフィン錯体、クロロ白金酸/メチルビニルシロキサン錯体及び類似の化合物;又は上記の白金若しくは白金化合物触媒を含有するミクロ粒子状熱可塑性触媒;ロジウム化合物及びコバルトカルボニルが挙げられる。
一実施形態では、硬化性フルオロシリコーンエラストマー組成物は、
A1)27.5〜96.9重量%のペルフルオロアルキルポリジオルガノポリシロキサン、
A2)2.5〜47.5重量%の補強充填剤、
A3)任意に、0.1〜10重量%の非フッ素化ポリジオルガノポリシロキサン、
A4)任意に、0.1〜10重量%の水酸化セリウム又はセリウム水和物、
A5)任意に、0.1〜5重量%の接着促進剤
及び
B1)0.5〜30、あるいは1〜10、あるいは1〜5重量%の黄酸化鉄、
B2)0〜27、あるいは0.2〜10、あるいは0.5〜5重量%の酸受容体、
C)0.1−3重量%の硬化剤
を含み、ただし、全ての成分の重量%は合計が100重量%である。各成分は上に記載されている。更に別の実施形態では、硬化性フルオロシリコーンエラストマー組成物は、上記のように、平均式(MeSiO)(MeHSiO)(RCHCH(Me)SiO)(SiMe)を有するフルオロ変性オルガノハイドロジェンポリシロキサンから選ばれる接着促進剤を更に含む。
フルオロシリコーンエラストマーベースを硬化するための温度範囲は、室温又はそれ以上でもよい。典型的な温度範囲は50℃〜250℃である。温度範囲は、使用した触媒を活性化するのに十分であるべきである。
硬化フルオロシリコーンエラストマーは、本方法によって、すなわち、上に詳述したフルオロシリコーンエラストマー組成物を混合し、当該組成物を所望の形状に成形し、加硫して、硬化フルオロシリコーンエラストマーを得ることによって、製造することができる。
フルオロシリコーンエラストマー組成物は、好適な方法、例えば圧縮成形、射出成形、トランスファー成形、カレンダー加工及び押出しによって、所望の形状に成形されてよい。
所望の形状に成形した後、成形されたフルオロシリコーンエラストマーを加硫し、これにより組成物の硬化をもたらす。フルオロシリコーンエラストマー組成物が有機過酸化物加硫剤を含有する場合、組成物は有機過酸化物触媒を活性化するのに十分高い温度まで加熱することによって加硫される。成形時、温度は、15分以下の時間に対して典型的には100℃〜180℃である。押出作業のように熱風中で硬化させる場合、空気温度は300℃もの高温で、10〜60秒の短い暴露時間であってよい。
本発明の方法によって製造される硬化フルオロシリコーンエラストマーは、燃料、オイルへの曝露、及び高温での老化後に、物理特性の保持の改善を示す。
一実施形態では、硬化フルオロシリコーンエラストマーは、少なくとも7MPaの引張強度及び少なくとも200%の伸びを有する。
本発明の方法によって製造される硬化フルオロシリコーンエラストマーは、種々の用途で有用であり、例えば、限定するものではないが、Oリング、ガスケット、コネクター、シール、ライナー、ホース、チューブ、ダイヤフラム、ブーツ、弁、ベルト、ブランケット、コーティング、ローラー、成形品、押出シート、コーキング材、及び押出品によって例示される種々の製造物品を、自動車、船舶、及び航空機を含む運輸;化学及び石油プラント;電気;電線及びケーブル;食品加工装置;原子力発電所;航空宇宙;医療用途;並びにオイル及びガス掘削産業並びにその他用途が挙げられるがこれらに限定されない応用分野での使用のために構成するのに有用である。
本発明の方法によって製造される硬化フルオロシリコーンエラストマーは、高温燃料、高温オイル、及び高温への曝露後に物理特性の保持の改善を示す。フッ素化シリコーンエラストマーは、ホース、ガスケット、ダイヤフラム、ベルト、コーティング、及びシールなどの、自動車エンジンで見られるような燃料、潤滑油、及び高温に曝される用途に有用である。
本発明の方法によって製造された硬化フルオロシリコーンエラストマーは、Oリング、コネクター、及びホース、特に自動車及びトラックエンジンに使用するためのターボディーゼルエンジンホースの製造に、特に有用である。典型的には、ターボチャージャーホースは、フルオロエラストマー(FVMQ)のインナーライナーを有するシリコーンゴム(VMQ)及び補強繊維の層から構成される。本発明の方法によって製造された硬化フルオロシリコーンエラストマーは、ターボチャージャーホースのインナーライナーの構成に特に有用な材料である。ここに、特許請求の範囲及び上の記載に含まれる個別の特徴の考えられる全ての組み合わせは、本明細書の一部として包含される。
これらの実施例は、当業者に本発明を例示することを目的とするものであり、請求項に記載された本発明の範囲を制限するものとして解釈すべきではない。
全ての測定及び実験は、別段の表示がない限り、23℃で行った。別段の表示がない限り、全ての部数は重量部である。
[表]
コンパウンディング
全ての成分について、小数第2位まで表示する実験用天秤(2 place laboratory balance)を用いて、目標重量の2%以内になるように秤量した。実験用2本ロールミキサーを使用して、全ての配合物及び製造したマスターバッチを混合した。ミルは加熱せず、混合したいずれの材料の温度も常に50℃未満に保持した。
バイフェロックス3920(以後、3920と呼ぶ)、SR−511、及びOMYA BLP(登録商標)3(以後、BLP3と呼ぶ)粉末のマスターバッチを、ボウルミキサー(Brabender)を使用して最初に混合した。これは、粉末の良好な分散を確実にするために、粉末を試験配合物に導入する前に実施した。Silastic(登録商標)LS−2840フルオロシリコーンゴム(以後LS−2840と呼ぶ)を、上記のマスターバッチのキャリアとして使用した。LS−2840は全ての配合物の主成分であったことから、マスターバッチのうちの1つ以上の一部として配合物に導入したLS−2840は計上され、必要な未希釈LS−2840の量は実質的に減少した。
全ての試験配合物に、実験用2本ロールミルを用いたコンパウンディングも実施した。全試験配合物の主FSR成分を最初に添加し、より高速なロールに巻き付かせた。過酸化物を除いた他の全ての成分を添加し、組み込まれるまで混合した。次いで、材料をロールから切り取り、巻き取り、ロールを通して戻し、再度ロールの周りに巻き付かせた。材料を、その後同様に更に4−6回、切り剥がし、通して、巻き付かせた。
その後、材料を再度ミルに戻し、巻き付かせた。その後、過酸化物を添加し、組み込まれるまで混合した。次いで、材料をロールから切り取り、巻き取り、ロールを通して戻し、再度ロールの周りに巻き付かせた。材料を、その後同様に更に9回、切り剥がし、通して、巻き付かせた。その後、材料を、より広いニップギャップを使用してミルを通し、成形により適した約2.5mm厚の材料の連続シートを得た。
成形
テストスラブは、約192×192mmの正方形のシートを与える金属金型を用いて作製し、48×192mmの長方形を形成するテストスラブの上部は厚さ6mmであったが、テストスラブの残部は厚さ2mmであった。成形しようとする材料の密度に応じて、金型を完全に充填するのに十分な材料を使用した。テストスラブは、加熱プレス機内で170℃にて作製した。
10分の後、材料を速やかに金型から取り出し、低温のスチール製作業台上で放冷した。冷却後、識別番号及び成形条件をスラブ上に書き、試験中にスラブがそれ自体又は他のスラブとくっつくのを防止するため、タルクの薄いコーティングをその表面にまぶした。
試験方法
全ての材料を、試験前に熱風循環炉内で200℃の温度で4時間、後硬化した。
硬度
ASTM D2240−00に基づくDow Corning Corporation試験法0099を使用した。初期特性に関して、硬度は、テストスラブの6mm厚部分における5回の測定の中央値であった。熱老化については、3×2mmの積み重ねた試験片で老化の前後に1回測定を行った。ほとんどの場合、積み重ねた試験片と厚さ6mmのテストスラブとの間で、初期硬度にわずかな差が観察された。したがって、実施例では、老化後の硬度から硬度変化を引いた値は、概して、表示の初期硬度と等しくない。
引張強度、破断点伸び(EB)及び弾性率
グリップ分離速度が500mm/分であることを除き、DIN 53 504(1994年5月)に基づき、S2型試験片を使用するDow Corning Corporation試験法0137A。報告された結果は、3回の測定の中央値である。
熱老化
試験片は通常の試験用のとおり作製した。次いで、試験片の厚さを測定し、予め加熱した熱風循環炉内に試験片の端を固定してぶら下げ、所定の試験時間維持した。試験片は、各試験片の全ての側の周囲に良好な空気循環を確保するために十分な間隔を空けた。その後、試験片を外し、放冷して、16−48時間以内に引張り及び硬度試験法に従って試験し、老化前厚さを全ての特性計算に用いた。熱老化は、250℃±2.5℃で14日間実施した。
実施例1及び比較例1
本発明による実施例1a〜1cは、表1に示すように、黄酸化鉄を単独で又は酸受容体としての炭酸カルシウムと共に含む。
実施例1aは、熱老化後の引張強度及び破断点伸びの増大によって示されるように、黄酸化鉄なしの比較例と比べて、増大した熱安定性を示す。実施例1b及び1cは、酸受容体及び黄酸化鉄添加時の熱安定性の更なる改善を示す。
実施例2
表2は、CaCO、CaO、Ca(OH)及びMgCOなど、黄酸化鉄と組み合わせて使用してもよい酸受容体の選択肢を検討する。
実施例3及び比較例3
本発明による実施例3は、欧州特許第2155823号に教示されるように、黄酸化鉄及び酸受容体の炭酸カルシウムに加えてカーボンブラックを含む比較例3a、並びに米国特許第5,340,866号に教示されるように黄酸化鉄を含まないがベンガラ及び水酸化セリウムを含む比較例3cと比べて、老化後の引張強度及び破断点伸びがより高く、老化後のモジュラス値がより低いことで示されるように、改善された性能を示す。全ての組成(重量部)を、表3に開示する。
実施例4及び比較例4
実施例4は、任意の接着促進剤(AP MB)の存在下で、米国特許第5,340,866号に教示されるようにベンガラ及び水酸化セリウムの組み合わせを使用した比較例4と比べて、老化後の高い引張強度及び破断点伸びと、老化後の低いモジュラス値とによって示されるように、本発明の改善された性能を示す。全ての組成(重量部)を、表4に開示する。
実施例5及び6並びに比較例5及び6
実施例5及び6は、等しい性能を提供しながら、水酸化セリウム(HT−1)を黄酸化鉄に添加できることを示す。水酸化セリウムあり又はなしのいずれの場合も、黄酸化鉄の性能は、比較例5及び6で、ベンガラ(FeMB)ありで得られた性能よりも優れる。全ての組成(重量部)を、表5に開示する。
実施例7及び8並びに比較例7及び8
実施例7及び8は、等しい性能を提供しながら、水酸化セリウム(HT−1)を黄酸化鉄に添加できることを更に示す。黄酸化鉄の性能は、比較例7及び8でベンガラ(FeMB)を用いて得られた性能よりも有意に優れる。全ての組成(重量部)を、表6に開示する。
実施例9及び比較例9
実施例9は、酸受容体(炭酸カルシウム)と黄酸化鉄との組み合わせが、比較例9Aの場合のように、カーボンブラックの存在によって必ずしも良い影響を受けるとは限らないことを示す。
更に、炭酸カルシウム及び黄酸化鉄を用いた実施例9は、欧州特許第2155823号に教示されるような炭酸カルシウム、ベンガラ及びカーボンブラックの組み合わせ(比較例9B及び9Cによる)よりも、老化試料の引張強度及び破断点伸びに関して、有意に優れた性能を示す。
全ての組成(重量部)を、表7に開示する。
実施例10及び11並びに比較例10及び11
実施例10及び11は、水酸化セリウム(HT−1)が、黄酸化鉄を含有する硬化フルオロシリコーンエラストマーにおいて必ずしも卓越した性能を達成するとは限らないことを更に示す。黄酸化鉄の性能は、ここでも、比較例10及び11でベンガラを用いて得られた性能よりも有意に優れる。全ての組成(重量部)を、表8に開示する。

Claims (16)

  1. 硬化フルオロシリコーンエラストマーの熱安定性又は耐熱性を改善する方法であって、
    I)安定剤をフルオロシリコーンエラストマーベース及び硬化剤と混合して、硬化性フルオロシリコーンエラストマー組成物を形成する工程であって、
    前記安定剤が、
    B1)黄酸化鉄、及び
    B2)任意に、酸受容体を含み、
    0質量%のカーボンブラックを含む、工程と、
    II)前記安定剤を含有する前記フルオロシリコーンエラストマー組成物を加硫する工程と、を含む、方法。
  2. 前記酸受容体が、第II族金属炭酸塩、第II族金属酸化物、第II族金属水酸化物、又はこれらの混合物からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
  3. 前記酸受容体が、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、又はこれらの混合物を含む群から選択される、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記黄酸化鉄が、式:
    FeOOH又は
    FeO(OH)mH
    (式中、mは正の数である)によって表されるオキシ水酸化鉄である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記フルオロシリコーンエラストマーベースが、
    A1)ペルフルオロアルキルポリジオルガノポリシロキサン、
    A2)補強充填剤、
    A3)任意の非フッ素化ポリジオルガノポリシロキサン
    A4)任意の水酸化セリウム又はセリウム水和物、及び
    A5)任意の接着促進剤を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記安定剤が、
    5〜100重量%のB1)黄酸化鉄、及び任意に、
    0〜95重量%のB2)酸受容体を含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記接着促進剤A5が、平均式
    (MeSiO)(MeHSiO)(RCHCH(Me)SiO)(SiMe
    (式中、x及びyは1〜200であり、
    Meはメチルであり、
    は1〜10個の炭素原子を含有するペルフルオロアルキル基である)を有するフルオロ変性オルガノハイドロジェンポリシロキサンから選択される、請求項5又は6に記載の方法。
  8. 前記硬化性フルオロシリコーンエラストマー組成物が、
    A)67〜99.4重量%のフルオロシリコーンエラストマーベースと、
    B)以下を含む0.5〜30重量%の安定剤と、
    B1)黄酸化鉄及び
    B2)任意に、酸受容体
    C)0.1〜3重量%の硬化剤と、
    を含み、ただし、全ての成分の重量%は合計が100重量%である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記硬化性フルオロシリコーンエラストマー組成物が、
    A1)27.5〜96.9重量%のペルフルオロアルキルポリジオルガノポリシロキサン、
    A2)2.5〜47.5重量%の補強充填剤、
    A3)任意に、0.1〜10重量%の非フッ素化ポリジオルガノポリシロキサン、
    A4)任意に、0.1〜10重量%の水酸化セリウム又はセリウム水和物、
    A5)任意に、0.1〜5重量%の接着促進剤、
    及び
    B1)0.5〜30重量%の黄酸化鉄、
    B2)0〜27重量%の酸受容体、
    C)0.1〜3重量%の硬化剤
    を含み、ただし、全ての成分の重量%は合計が100重量%である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 各安定剤成分(B1及び/又はB2)と前記フルオロシリコーンエラストマーベースとを混合する前記工程が、1つ又は両方の安定剤成分(B1及び/又はB2)を個別に又は組み合わせて、前記フルオロシリコーンエラストマーベース成分の1つ(又はそれ以上)の部分に導入して、1つ(又はそれ以上)のマスターバッチを形成し、その後前記又は各マスターバッチを前記フルオロシリコーンエラストマー組成物の残部に添加することによって実施される、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法によって製造された、硬化フルオロシリコーンエラストマー。
  12. 少なくとも7MPaの引張強度及び少なくとも200%の伸びを有する、請求項11に記載の硬化フルオロシリコーンエラストマー。
  13. 請求項11又は12に記載の硬化フルオロシリコーンエラストマーを含む製造物品。
  14. Oリング、ガスケット、シール、ライナー、ホース、チューブ、ダイヤフラム、ブーツ、弁、ベルト、ブランケット、コーティング、ローラー、成形品、押出シート、コーキング材、及び押出品から選択される、請求項13に記載の製造物品。
  15. 請求項11又は12に記載の硬化フルオロシリコーンエラストマーを含有するインナーライナーを含むホース構成体。
  16. 硬化性フルオロシリコーンエラストマー組成物から硬化/加硫した硬化フルオロシリコーンエラストマーの熱安定性又は耐熱性を改善するための、
    B1)黄酸化鉄、及び
    B2)任意に、酸受容体
    を含み、0質量%のカーボンブラックを含む、安定剤の、前記硬化性フルオロシリコーンエラストマー組成物への使用。
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