JP6733670B2 - 積層体 - Google Patents
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Description
すなわち、排ガス中のPMやNOxを低減するためには、燃焼効率を高めることが必要となり、そのため、DPFシステム、ターボシステムが高温化し、ディーゼル車用のエアホース、DPFセンサーホース等にも従来よりも高い耐熱性が必要である。
そこで、ゴムよりも低価格で、かつ、大きな押出速度で成形でき、加硫工程も不要な樹脂を主成分とした積層体からなるエアホースの開発が検討されている。
[1]含フッ素共重合体を含有する第1の層と、該第1の層に直接積層したポリアミドを含有する第2の層とを有する積層体であって、
前記含フッ素共重合体が、下記単位(a1)と下記単位(a2)と下記単位(a3)とカルボニル基含有基とを有し、各単位の割合が下記の通りである含フッ素共重合体であって、該含フッ素共重合体の200℃における引張伸度が200%以上であり、
前記ポリアミドが、融点が220℃以上のポリアミドであって、前記第2の層の23℃における曲げ弾性率が1200MPa以下である
ことを特徴とする積層体。
含フッ素共重合体が有する単位とそれらの含有割合:
単位(a1);テトラフルオロエチレンに基づく単位。
単位(a2);エチレンに基づく単位。
単位(a3);カルボニル基含有基を有しない共重合性モノマーであって、その少なくとも一部がCH2=CX(CF2)nY(ただし、XおよびYは独立に水素原子またはフッ素原子であり、nは2〜8の整数である。)で表されるモノマーである、モノマーに基づく単位。
単位(a1)と単位(a2)との合計に対する単位(a1)のモル比;0.510〜0.600。
単位(a1)と単位(a2)との合計に対する単位(a3)のモル比;0.005〜0.030。
含フッ素共重合体を構成する全単位の合計モル量に対する、単位(a1)と単位(a2)と単位(a3)との合計モル量の割合;90モル%以上。
[3]前記カルボニル基含有基が、炭化水素基の炭素原子間にカルボニル基を有する基、カーボネート基、カルボキシ基、ハロホルミル基、アルコキシカルボニル基、および酸無水物残基からなる群から選択される少なくとも1種である、[1]または[2]の積層体。
[4]前記カルボニル基含有基が酸無水物残基である、[1]〜[3]のいずれかの積層体。
[5]前記含フッ素共重合体が下記単位(a4)を有する、[1]〜[4]のいずれかの積層体。
単位(a4):カルボニル基含有基を有するモノマーに基づく単位。
[6]前記単位(a4)が、酸無水物残基を有する非フッ素モノマーに基づく単位である、[5]の積層体。
[8]前記第2の層が、さらに耐衝撃性改良剤を含有する、[1]〜[7]のいずれかの積層体。
[9]前記第2の層における前記耐衝撃性改良剤の含有量が、前記ポリアミド100質量部に対して、5〜90質量部である、[8]の積層体。
[11]前記積層体の200℃における引張伸度が100%以上である、[1]〜[10]のいずれかの積層体。
[12]積層ホースである、[1]〜[11]のいずれかの積層体。
[13]輸送機器用エアホースである、[12]の積層体。
本明細書において、「ポリアミド単位」とは、ラクタムの重縮合、アミノ酸の重縮合またはジアミンとジカルボン酸の縮重合で形成されたポリアミド構造を意味する。
「モノマー」とは、重合性不飽和結合、すなわち重合反応性の炭素−炭素二重結合を有する化合物を意味する。
「主鎖」とは、モノマーが重合することによって形成される炭素鎖の中で、炭素数が最大である部分を指す。
(含フッ素共重合体)
第1の層を構成する含フッ素共重合体は、単位(a1)と単位(a2)と単位(a3)とカルボニル基含有基とを有する。
第1の層は上記含フッ素共重合体を含有するため、フッ素樹脂に基づく優れた耐酸性、耐油性、難燃性等を有する。第1の層に対する上記含フッ素共重合体の含有量は、50質量%以上が好ましく、70質量%以上がより好ましく、100質量%であってもよい。
なお、本発明における上記含フッ素共重合体を、以下、「共重合体(A)」ともいう。
共重合体(A)が単位(a2)を有するため、第1の層は、引張強度、引張伸度等の機械的特性、成形性に優れる。
単位(a3)の全モル量に対するCH2=CX(CF2)nYに基づく単位のモル量は、80モル%以上が好ましく、90モル%以上がより好ましく、100モル%が特に好ましい。
単位(a1)および単位(a2)に加えて、単位(a3)を有することにより、融点が高く、かつ、高温条件下での引張強度、引張伸度等の機械的特性、柔軟性に優れ、200℃における引張伸度が200%以上である共重合体(A)が得られやすい。また、該共重合体(A)を用いることにより、高温条件下でエンジンオイル等のオイル分と長期間接触した場合でも、耐久性に優れ、第1の層と後述の第2の層との層間が剥離しない積層体が得られやすい。
nは4〜8が好ましく、4〜6がより好ましい。nが上記範囲内であると、融点と、高温条件下での引張強度、引張伸度、柔軟性等の特性とそのバランスに優れた共重合体(A)が得られやすい。また、200℃における引張伸度が200%以上である共重合体(A)が得られやすい。また、該共重合体(A)を用いることにより、高温条件下でエンジンオイル等のオイル分と長期間接触した場合でも第1の層と後述の第2の層との層間が剥離しない積層体が得られやすい。
CH2=CX(CF2)nYの具体例としては、CH2=CHC2F5、CH2=CHC4F9、CH2=CHC6F13、CH2=CHC8F17等が挙げられ、なかでもCH2=CHC4F9、CH2=CHC6F13、CH2=CHC8F17が好ましく、CH2=CHC4F9、CH2=CHC6F13が特に好ましい。
CH2=CX(CF2)nYは、1種または2種以上を用いることができる。
(1)ヘキサフルオロプロピレン(HFP)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)等の不飽和基に水素原子を有しないフルオロオレフィン。
(2)フッ化ビニリデン(VDF)、フッ化ビニル(VF)、トリフルオロエチレン、ヘキサフルオロイソブチレン等の不飽和基に水素原子を有するフルオロオレフィン。
(3)ペルフルオロ(メチルビニルエーテル)、ペルフルオロ(エチルビニルエーテル)、ペルフルオロ(プロピルビニルエーテル)、ペルフルオロ(ブチルビニルエーテル)等のペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)。
(4)CF2=CFOCF2CF=CF2、CF2=CFO(CF2)2CF=CF2等の不飽和結合を2個有するペルフルオロビニルエーテル類。
(5)ペルフルオロ(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソール)、2,2,4−トリフルオロ−5−トリフルオロメトキシ−1,3−ジオキソール、ペルフルオロ(2−メチレン−4−メチル−1,3−ジオキソラン)等の脂肪族環構造を有する含フッ素モノマー類。
(6)プロピレン、ブテン、イソブチレン等のオレフィン。
該合計モル量は100モル%であってもよい。該合計モル量が100モル%である場合、共重合体(A)は、後述するカルボニル基含有基を有するモノマーに基づく単位を有しないで、主鎖末端基として後述するカルボニル基含有基を有する。
カルボニル基含有基としては、たとえば、炭化水素基の炭素原子間にカルボニル基を有する基、カーボネート基、カルボキシ基、ハロホルミル基、アルコキシカルボニル基、酸無水物残基等が挙げられる。
上記炭化水素基の炭素原子間にカルボニル基を有する基における炭化水素基としては、たとえば炭素数2〜8のアルキレン基等が挙げられる。なお、該アルキレン基の炭素数は、カルボニル基を含まない状態での炭素数である。該アルキレン基は直鎖状でも分岐状でもよい。
ハロホルミル基は、−C(=O)−X1(ただし、X1はハロゲン原子である。)で表される。ハロホルミル基におけるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子等が挙げられ、他基材との反応性の点から、フッ素原子が好ましい。すなわちハロホルミル基としてはフルオロホルミル基(カルボニルフルオリド基ともいう。)が好ましい。
アルコキシカルボニル基におけるアルコキシ基は、直鎖状でも分岐状でもよく、他基材との反応性の点から、炭素数1〜8のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基またはエトキシ基が特に好ましい。
カルボニル基含有基の数が上記範囲の下限値以上であると、共重合体(A)を含有する第1の層と、後述の第2の層との間の接着性がより優れ、高温条件下でエンジンオイル等のオイル分と長期間接触した場合でも第1の層と第2の層との層間が剥離しない積層体が得られやすい。上記範囲の上限値以下であると、共重合体(A)の熱安定性、加工性等に優れる。
カルボニル基含有基の数は、核磁気共鳴(NMR)分析、赤外吸収スペクトル分析等の方法により、測定できる。たとえば、特開2007−314720号公報に記載のように赤外吸収スペクトル分析等の方法を用いて、共重合体(A)を構成する全単位中のカルボニル基含有基を有する単位の割合(モル%)を求め、該割合から、カルボニル基含有基の数を算出することができる。
(1)重合反応で共重合体(A)を製造する際に、カルボニル基含有基を有するモノマーを使用する方法。該方法によれば、カルボニル基含有基を有するモノマーに基づく単位(すなわち、単位(a4))を有する共重合体(A)が得られる。
(2)重合反応で共重合体(A)を製造する際に、カルボニル基含有基を有するラジカル重合開始剤、およびカルボニル基含有基を有する連鎖移動剤の少なくとも一方を使用する方法。該方法によれば、カルボニル基含有基を有する主鎖末端基を備えた共重合体(A)が得られる。
(3)熱分解によりカルボニル基含有基を生成する熱分解部位を有する含フッ素共重合体を加熱し、該含フッ素共重合体を部分的に熱分解することで、カルボニル基含有基を生成させる方法。
(4)カルボニル基含有基を有しない含フッ素共重合体に、カルボニル基含有基を有するモノマーをグラフト重合して、該含フッ素共重合体にカルボニル基含有基を導入する方法。
なかでも、共重合体(A)は、上記(1)の方法により得られる、単位(a4)を有するものが、熱安定性に優れる点で好ましい。
IAH、NAHおよびCAHからなる群より選ばれる1種以上に基づく単位であれば、従来、たとえば特開平11−193312号公報に記載の無水マレイン酸を用いた場合に必要であるような特殊な重合方法を用いることなく、単位(a4)を含有する共重合体(A)を容易に製造できる。
なかでも重合性に優れる点から、単位(a4)としては、IAHに基づく単位が好ましい。
なお、以下、「単位(a1)と単位(a2)との合計に対する単位(a1)のモル比」を「モル比[(a1)/{(a1)+(a2)}]」で表す。
なお、以下、「単位(a1)と単位(a2)との合計に対する単位(a3)のモル比」を「モル比[(a3)/{(a1)+(a2)}]」で表す。
なお、以下、「単位(a1)と単位(a2)との合計に対する単位(a4)のモル比」を「モル比[(a4)/{(a1)+(a2)}]」で表す。
なお、本明細書において融点および結晶化温度は、実施例に示す測定による値である。
共重合体(A)の融点および結晶化温度は、当該共重合体(A)を構成する上述の各単位の種類や含有割合、分子量等によって調整できる。
Q値は、含フッ素共重合体の溶融流動性を表す指標であり、分子量の目安である。Q値が大きいと分子量が低く、小さいと分子量が高いことを示す。
Q値が上記下限値以上であると、共重合体(A)の成形性に優れ、溶融成形が可能である。上記上限値以下であると、共重合体(A)の機械的特性に優れる。
なお、本明細書においてQ値は、実施例に示す測定による値である。
なお、本明細書において10%減量点は、実施例に示す測定による値である。
共重合体(A)の引張伸度は、さらに、220℃において200%以上がより好ましく、240℃において100%以上が最も好ましい。
共重合体(A)の上述のモル比[(a1)/{(a1)+(a2)}]と、上述のモル比[(a3)/{(a1)+(a2)}]と、該共重合体(A)を構成する全単位の合計モル量に対する、単位(a1)と単位(a2)と単位(a3)との合計モル量がいずれも上述した範囲内であると、該共重合体(A)の200℃における引張伸度は、通常、上記範囲にある。単位(a3)を構成するCH2=CX(CF2)nYのnが小さく、たとえばn=2である場合等には、共重合体(A)の200℃における引張伸度が200%未満となる場合がある。その場合には、上述のモル比[(a3)/{(a1)+(a2)}]を高めること等により、共重合体(A)の高温条件下での引張伸度が向上し、200℃における引張伸度が上記範囲となりやすい。
ラジカル重合開始剤としては、その半減期が10時間である温度が、0〜100℃が好ましく、20〜90℃がより好ましい。具体例としては、アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ化合物、イソブチリルペルオキシド、オクタノイルペルオキシド、ベンゾイルペルオキシド、ラウロイルペルオキシド等の非フッ素系ジアシルペルオキシド、ジイソプロピルペルオキシジカーボネート等のペルオキシジカーボネート、tert−ブチルペルオキシピバレート、tert−ブチルペルオキシイソブチレート、tert−ブチルペルオキシアセテート等のペルオキシエステル、(Z(CF2)rCOO)2(ここで、Zは水素原子、フッ素原子又は塩素原子であり、rは1〜10の整数である。)で表される化合物等の含フッ素ジアシルペルオキシド、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等の無機過酸化物等が挙げられる。
連鎖移動剤として、カルボニル基含有基を有する連鎖移動剤を用いると、カルボニル基含有基を共重合体(A)の主鎖末端基として導入できる。そのような連鎖移動剤としては、酢酸、無水酢酸、酢酸メチル等が挙げられる。
重合条件は特に限定されず、重合温度は0〜100℃が好ましく、20〜90℃がより好ましい。重合圧力は0.1〜10MPaが好ましく、0.5〜3MPaがより好ましい。重合時間は1〜30時間が好ましい。
第1の層は、本発明の効果を損なわない範囲で、共重合体(A)以外の樹脂および添加剤等の他の成分を含んでもよい。
共重合体(A)以外の樹脂としては、後述のポリアミド(B)、共重合体(A)以外のフッ素系樹脂、後述のポリアミド(B)以外のポリアミド系樹脂、後述の耐衝撃性改良剤、フッ素系樹脂およびポリアミド系樹脂以外の樹脂等が挙げられる。以下、フッ素系樹脂、ポリアミド系樹脂および後述の耐衝撃性改良剤以外の樹脂を「他の樹脂」ともいう。
共重合体(A)以外のフッ素系樹脂としては、たとえば共重合体(A)以外の含フッ素重合体であるポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニル(PVF)、ポリクロルフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン/クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、TFE/ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、TFE/ヘキサフルオロプロピレン/ビニリデンフルオライド共重合体(THV)、TFE/フルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体(PFA)等が挙げられる。
また、他の樹脂としては、高密度ポリエチレン(HDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、ポリプロピレン(PP)、エチレン/プロピレン共重合体(EPR)、エチレン/ブテン共重合体(EBR)、エチレン/酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレン/酢酸ビニル共重合体鹸化物(EVOH)、エチレン/アクリル酸共重合体(EAA)、エチレン/メタクリル酸共重合体(EMAA)、エチレン/アクリル酸メチル共重合体(EMA)、エチレン/メタクリル酸メチル共重合体(EMMA)、エチレン/アクリル酸エチル共重合体(EEA)等のポリオレフィン系樹脂、及び、カルボキシル基及びその塩、酸無水物基、エポキシ基等の官能基が含有された上記ポリオレフィン系樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレブタレート(PET)、ポリエチレンイソフタレート(PEI)、PET/PEI共重合体、ポリアリレート(PAR)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンナフタレート(PBN)、液晶ポリエステル(LCP)等のポリエステル系樹脂、ポリアセタール(POM)、ポリフェニレンオキシド(PPO)等のポリエーテル系樹脂、ポリサルホン(PSF)、ポリエーテルスルホン(PES)等のポリサルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリチオエーテルサルホン(PTES)等のポリチオエーテル系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアリルエーテルケトン(PAEK)等のポリケトン系樹脂、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリロニトリル、アクリロニトリル/スチレン共重合体(AS)、メタクリロニトリル/スチレン共重合体、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン共重合体(ABS)、メタクリロニトリル/スチレン/ブタジエン共重合体(MBS)等のポリニトリル系樹脂、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリメタクリル酸エチル(PEMA)等のポリメタクリレート系樹脂、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリ塩化ビニル(PVC)、塩化ビニル/塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニリデン/メチルアクリレート共重合体等のポリビニル系樹脂、酢酸セルロース、酪酸セルロース等のセルロース系樹脂等が挙げられる。
共重合体(A)以外の樹脂は1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
熱安定剤としては、銅化合物、錫化合物、鉄化合物、鉛化合物、チタン化合物、アルミニウム化合物等が挙げられ、酸化銅、ヨウ化銅、アルミナ、硫酸錫、硫酸ゲルマニウム、塩基性硫酸鉛、亜硫酸錫、燐酸バリウム、ピロリン酸錫等が好ましく、酸化銅、ヨウ化銅がより好ましい。熱安定剤の含有量は、第1の層に対して、1×10−8〜5質量%が好ましく、1×10−7〜2質量%がより好ましく、5×10−7〜1質量%が特に好ましい。
導電性材料としては、カーボンブラック、アセチレンブラック等が挙げられる。導電性材料を含むと、積層体が燃料配管用チューブやホース等の場合、静電荷蓄積防止に有利であり好ましい。
第1の層が共重合体(A)以外の樹脂、添加剤等の他の成分を含有する場合、他の成分の合計の含有量は、第1の層に対する共重合体(A)の含有量が上記下限値以上である範囲で含有することが好ましい。
第2の層は、融点が220℃以上のポリアミドを含有し、23℃における曲げ弾性率が1200MPa以下である。第2の層は、含有するポリアミドの種類によっては、後述の耐衝撃性改良剤を含有することにより、23℃における曲げ弾性率が1200MPa以下に制御されていてもよい。
以下、融点が220℃以上のポリアミドを「ポリアミド(B)」ともいう。
第2の層の23℃における曲げ弾性率は、1100MPa以下が好ましく、1000MPa以下がより好ましく、900MPa以下が最も好ましい。第2の層の23℃における曲げ弾性率が上記上限値以下であれば、柔軟性に優れ、自動車用エアホース等のホース用途に適する。また、23℃における曲げ弾性率が上記上限値以下であれば、高温における曲げ弾性率が充分に低く、高温での柔軟性に優れる。そのため、低温から高温までの幅広い使用温度において柔軟性が優れ、温度変化に伴う収縮、膨張に耐えられる。
第2の層の23℃における曲げ弾性率は、ホースにおける剛性の点から、100MPa以上が好ましく、200MPa以上がより好ましく、300MPa以上が特に好ましい。
なお、本明細書において曲げ弾性率は、23℃において、ASTM D790に準拠した方法で測定した値である。
第2の層を構成するポリアミド(B)としては、融点が220℃以上である公知のポリアミドを使用できる。ポリアミド(B)の融点は、240℃以上が好ましく、250℃以上がより好ましい。融点が上記下限値以上であれば、ポリアミド(B)および該ポリアミド(B)を含む第2の層は耐熱性に優れる。ポリアミド(B)の融点は、他材料との共押出成形性等の観点から、320℃以下が好ましく、300℃以下がより好ましい。
ポリアミドは1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
コポリアミドとしては、たとえば、下記の単位(b1)および単位(b2)を有するポリアミドであって、該ポリアミドを構成する全単位の合計モル量に対する、単位(b1)と単位(b2)との合計モル量が80モル%以上であるポリアミド(以下、「ポリアミド(B1)」ともいう。)が挙げられる。該合計モル量は、90モル%以上が好ましい。該ポリアミド(B1)は、単位(b1)と単位(b2)以外の、後述の単位(b3)を20モル%以下の範囲で含むことができる。単位(b3)の含有量は10モル%以下が好ましい。
単位(b2):1つの窒素原子当たり8〜13以下の炭素原子を有する1種以上の脂肪族単位。
なお、ここで脂肪族とは、直鎖または分岐鎖状の飽和または不飽和の非環式炭化水素を意味する。単位(b2)における脂肪族には、環式炭化水素は含まないものとする。
芳香族ジカルボン酸としては、テレフタル酸(ポリアミドの組成において「T」で表される。)、イソフタル酸(ポリアミドの組成において「I」で表される。)、ナフタレン酸等が挙げられる。芳香族ジカルボン酸は、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。ポリアミドの組成において、テレフタル酸は「T」、イソフタル酸は「I」と表記される。
なかでも、単位(b1)は、「10T」を有することが好ましい。
単位(b2)は、1つの窒素原子当たり8〜13の炭素原子を有する。単位(b2)は、1つの窒素原子当たり9〜13の炭素原子を有することが好ましい。具体的には、単位(b2)は、ラクタムの縮重合、またはアミノ酸の縮重合、またはジアミンとジカルボン酸との縮重合に由来する。単位(b2)が1つの窒素原子当たりの炭素原子数が異なる複数の単位を有する場合、単位(b2)における1つの窒素原子当たりの炭素原子数は、モル平均値を採用する。
なお、コポリアミドにおいても、1つの窒素原子当たりの炭素原子の数は、ポリアミドと同じ原則にしたがって計算される。すなわち、各アミド単位のモル比率で計算される。
単位(b2)を構成するラクタム、アミノ酸、脂肪族ジアミンおよび脂肪族ジカルボン酸は、それらに由来する単位における1つの窒素原子当たりの炭素原子数が上記範囲であるように選択される。
脂肪酸の二量体は、たとえば欧州特許第0471566号明細書に記載のような炭化水素の長鎖を有する不飽和一塩基脂肪酸(例えばリノール酸。)のオリゴマー化または重合で得られる、ダイマー化された脂肪酸である。
単位(b2)のモル量は、ポリアミドを構成する全ポリアミド単位の合計モル量に対して5〜20モル%が好ましい。
ポリアミド(B1)は、単位(b3)を含んでもよい。単位(b3)は、単位(b1)および単位(b2)以外のポリアミド単位である。
単位(b3)としては、芳香族ジカルボン酸に由来する単位とジアミンに由来する単位で形成される1種以上の半芳香族単位を含むことができる。ここで使用するジアミンの炭素数は、4〜8、または14以上である。
単位(b3)としては、1つの窒素原子当たりの炭素原子数が4〜7であるか、14以上である1種以上の脂肪族単位も挙げられる。
脂環式ジアミンとしては、ビス(3,5−ジアルキル−4−アミノシクロヘキシル)メタン、ビス(3,5−ジアルキル−4−アミノ−シクロヘキシル)、ビス(3,5−ジアルキル−4−アミノシクロヘキシル)プロパン、ビス(3,5−ジアルキル−4−アミノシクロヘキシル)ブタン、ビス−(3−メチル−4−アミノシクロヘキシル)−メタン(BMACMまたはMACM)、p−ビス(アミノシクロヘキシル)メタン(PACM)およびイソプロピリデンジ(シクロヘキシルアミン)(PACP)が挙げられる。また、ノルボルニルメタン、シクロヘキシルメタン、ジシクロヘキシルプロパン、ジ(メチルシクロヘキシル)またはジ(メチルシクロヘキシル)プロパンからなる炭素骨格を有するものが挙げられる。脂環式ジアミンは1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
上記脂環式ジカルボン酸を使用する場合、ジアミンとしては上記のような直鎖または分岐鎖の脂肪族、脂環式または芳香族のジアミンを使用できる。
(1)40〜75モル%の1種または2種以上のポリアミド単位(b1)、
(2)20〜50モル%の1種または2種以上のポリアミド単位(b2)、
(3)0〜20モル%の上記ポリアミド単位(b1)およびポリアミド単位(b2)以外の1種または2種以上のポリアミド単位(b3)。
(1)50〜75モル%の1種または2種以上のポリアミド単位(b1)、
(2)25〜50モル%の1種または2種以上のポリアミド位(b2)。
本明細書において、溶融エンタルピーは、ISO 11357規格に準じDSCで測定する。具体的には、ポリアミドを最初に340℃の温度まで20℃/分の速度で加熱し、次いで、20℃の温度まで20℃/分の速度で冷却し、さらに、340℃の温度まで20℃/分の速度で第2回目の加熱をする。この第2回目の加熱時に溶融エンタルピーを測定する。
本明細書において、末端アミノ基の含有量は、当業者に公知のポテンショメトリによる従来法で測定できる。
第2の層に用いるポリアミド(B)の種類によっては、上述のとおり、耐衝撃性改良剤を含むことによって、第2の層の23℃における曲げ弾性率が上記範囲に制御されていてもよい。
耐衝撃性改良剤としては、1種以上の無水物基、酸基等の官能基を有するポリオレフィン系共重合体等が好ましい。該ポリオレフィン系共重合体は、ガラス転移温度(Tg)が−10℃以下で、ISO178に規定された曲げモジュールが100MPa以下であるものが好ましい。耐衝撃性改良剤としては、上記ポリオレフィン系共重合体等とともに、エポキシ基を有する1種以上のポリマー等を併用してもよい。該耐衝撃性改良剤は、第2の層において、架橋したエラストマー相を形成し、これにより第2の層の曲げ弾性率を低下させる。
本明細書においてガラス転移温度とは、示差走査熱量測定(DSC)法で測定した中間点ガラス転移温度を意味する。
具体的には、たとえば、エチレン、ブチルアクリレートおよび無水マレイン酸の共重合体(質量比として、エチレン/ブチルアクリレート/無水マレイン酸=68.5/30/1.5)、エチレン、メチルアクリレートおよびグリシジルメタアクリレートのコポリマー(質量比として、エチレン/メチルアクリレート/グリシジルメタアクリレート=65/30/5)等が挙げられる。
第2の層における耐衝撃性改良剤の含有量は、第2の層の曲げ弾性率が適切な範囲であるように、ポリアミド(B)および耐衝撃性改良剤の種類に応じて、適宜設定できる。
耐衝撃性改良剤は、1種単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
第2の層は、曲げ弾性率が上記上限値以下である範囲であって、かつ、本発明の効果を損なわない範囲において、ポリアミド(B)および耐衝撃性改良剤以外の樹脂成分を含んでもよい。
ポリアミド(B)および耐衝撃性改良剤以外の樹脂としては、ポリアミド(B)以外のポリアミド、上述の共重合体(A)やそれ以外のフッ素系樹脂、および上述の他の樹脂が挙げられる。
ポリアミド(B)以外のポリアミドとしては、たとえば、ポリウンデカンアミド(ポリアミド11)、ポリドデカンアミド(ポリアミド12)、ポリエチレンアジパミド(ポリアミド26)、ポリヘキサメチレンアゼラミド(ポリアミド69)、ポリヘキサメチレンウンデカミド(ポリアミド611)、ポリヘキサメチレンドデカミド(ポリアミド612)、ポリノナメチレンアジパミド(ポリアミド96)、ポリノナメチレンアゼラミド(ポリアミド99)、ポリノナメチレンセバカミド(ポリアミド910)、ポリノナメチレンウンデカミド(ポリアミド911)、ポリデカメチレンアジパミド(ポリアミド106)、ポリデカメチレンアゼラミド(ポリアミド109)、ポリデカメチレンセバカミド(ポリアミド1010)、ポリデカメチレンドデカミド(ポリアミド1012)、ポリドデカメチレンアジパミド(ポリアミド126)、ポリドデカメチレンアゼラミド(ポリアミド129)、ポリドデカメチレンセバカミド(ポリアミド1210)、ポリドデカメチレンドデカミド(ポリアミド1212)等の単独重合体やこれらを形成する原料モノマーを数種用いた共重合体等が挙げられる。
また、ポリメタキシリレンスベラミド(ポリアミドMXD8)、ポリメタキシリレンアゼラミド(ポリアミドMXD9)、ポリメタキシリレンセバカミド(ポリアミドMXD10)、ポリメタキシリレンドデカミド(ポリアミドMXD12)、ポリメタキシリレンテレフタラミド(ポリアミドMXDT)、ポリメタキシリレンイソフタラミド(ポリアミドMXDI)、ポリメタキシリレンナフタラミド(ポリアミドMXDN)、ポリビス(4−アミノシクロヘキシル)メタンドデカミド(ポリアミドPACM12)、ポリビス(4−アミノシクロヘキシル)メタンテレフタラミド(ポリアミドPACMT)、ポリビス(4−アミノシクロヘキシル)メタンイソフタラミド(ポリアミドPACMI)、ポリビス(3−メチル−4−アミノシクロヘキシル)メタンドデカミド(ポリアミドジメチルPACM12)、ポリイソホロンアジパミド(ポリアミドIPD6)、ポリイソホロンテレフタラミド(ポリアミドIPDT)、ポリヘキサメチレンイソフタラミド(ポリアミド6I)、ポリノナメチレンイソフタラミド(ポリアミド9I)、ポリノナメチレンヘキサヒドロテレフタラミド(ポリアミド9T(H))、ポリデカメチレンイソフタラミド(ポリアミド10I)、ポリデカメチレンヘキサヒドロテレフタラミド(ポリアミド10T(H))、ポリウンデカメチレンイソフタラミド(ポリアミド11I)、ポリウンデカメチレンヘキサヒドロテレフタラミド(ポリアミド11T(H))、ポリドデカメチレンイソフタラミド(ポリアミド12I)、ポリドデカメチレンヘキサヒドロテレフタラミド(ポリアミド12T(H))やこれらポリアミド原料モノマー及び/又は上記脂肪族ポリアミドの原料モノマー数種を用いた共重合体等が挙げられる。
ポリアミド(B)以外のポリアミドや上述の他の樹脂等は1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。他の樹脂としては、PPSが好ましい。
第2の層がポリアミド(B)および耐衝撃性改良剤以外の樹脂成分を含有する場合、その含有量は、ポリアミド(B)の100質量部に対して、5質量部以上が好ましく、20質量部以上がより好ましく、30質量部以上が最も好ましい。該樹脂成分の含有量の上限は、100質量部以下が好ましく、60質量部以下がより好ましく、50質量部以下が特に好ましい。
第2の層がポリアミド(B)および耐衝撃性改良剤以外の樹脂、添加剤等の他の成分を含有する場合、他の成分の合計の含有量は、第2の層に対するポリアミド(B)および耐衝撃性改良剤の合計の含有量が上記下限値以上である範囲で含有することが好ましい。
また、可塑剤の含有量は、第2の層の100質量%に対して15質量%以下が好ましい。
本発明の積層体は、上述のとおり、共重合体(A)を含有する第1の層と、該第1の層に直接積層したポリアミド(B)を含有する第2の層とを有する。
積層体における各層の厚みには特に制限はないが、たとえば、第1の層の厚みは0.05〜5mmが好ましく、0.1〜3mmがより好ましく、0.2〜2mmが特に好ましい。第1の層の厚みが上記範囲の下限値以上であれば、自動車用エアホース等の積層ホースとしたときの、破裂強度等の機械的特性並びに耐ディーゼルオイル性、耐ブローバイガス性及び他の耐薬品性等の特性が向上する。上記範囲の上限値以下であれば、上記特性が低下せず優れる。
第2の層の厚みは0.05〜5mmが好ましく、0.1〜4mmがより好ましく、0.2〜3mmが特に好ましい。第2の層の厚みが上記範囲の下限値以上であれば、上記積層ホースとしたときの、破裂強度等の機械的特性が向上する。上記範囲の上限値以下であれば、上記特性が低下せず優れる。
第1の層の厚みは、積層ホースに求められる特性並びに価格の観点から、第2の層の厚み以下であることが好ましい。
積層体の全体としての厚みは、0.5〜10mmが好ましく、1〜7mmがより好ましく、2〜5mmが特に好ましい。積層体の厚みが上記範囲の下限値以上であれば、上記積層ホースとしたときの、破裂強度等の機械的特性並びに耐ディーゼルオイル性、耐ブローバイガス性及び他の耐薬品性の特性が向上する。上記範囲の上限値以下であれば、上記特性が低下せずに優れる。
なお、「ブローバイガス」とは、エンジンの圧縮燃焼工程で燃焼室からクランクケース内に漏れ出たガスのことをいう。
本発明の積層体は、必要に応じて、第1の層および第2の層に該当しない層を1層以上有していてもよい。そのような層としては、上述の共重合体(A)以外のフッ素系樹脂、上述のポリアミド(B)以外のポリアミドおよび上述の他の樹脂の1種以上を含有する層が挙げられる。
積層体において、第1の層と第2の層とが直接積層している限り、他の層は、第1の層において第2の層が存在していない側の表面、および第2の層において第1の層が存在していない側の表面の少なくとも一方に積層することができる。
積層体の製造方法の具体例としては、溶融積層方法、共押出積層法、共押出チューブ積層法、3次元多層ブロー成形、3次元多層ブロー成形インジェクションモールディング法等が挙げられる。
積層体が中空状の積層ホースである場合、積層ホースは、第1の層が第2の層よりも内側に配置されることが、ホース内部に流体が流された際の、耐ディーゼルオイル性、耐ブローバイガス性及び他の耐薬品性を維持するために好ましく、第1の層が最内層を形成していることがより好ましい。
特に自動車等の輸送機器用のエアホースには、内部を流れる流体が高温高圧であることから、高温条件下でも流体の圧力に耐えられる引張強度や、エンジン付近における振動や脈動を吸収でき、低温から高温までの幅広い使用温度における収縮、膨張に耐えられる引張伸度および柔軟性が求められる。本発明の積層体からなる積層ホースは、耐熱性に優れ、かつ、高温条件下での引張強度、引張伸度、柔軟性に優れ、エンジンオイル等のオイル分と長期間接触した場合でも層間が剥離しないものであるため、特に、自動車等の輸送機器用のエアホース(ターボエアホース、DPFセンサーホース、燃料ホース、エアホース、バキュームブレーキホース、コモンレールディーゼル燃料ホース、ヒーターホース、冷媒配管およびラジエーターホース等を含む。)に適している。
各種物性の測定方法を以下に示す。
以下の各例のうち、例1、2、4は比較例であり、例3、5〜10、例21〜30が実施例である。
単位(a4)の含有量は、赤外吸収スペクトル分析で求めた。具体的には、下記の手順で測定した。その他の単位の含有量(モル比)は、溶融NMR(核磁気共鳴)分析およびフッ素含有量分析で求めた。
<単位(a4)の含有量(モル%)>
含フッ素共重合体をプレス成形して厚み200μmのフィルムを作製した。得られたフィルムについて、フーリエ変換赤外分光器(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製、Nicolet iS10)により、1870cm−1付近に現れる酸無水物残基に由来する吸収の強度を測定した。その測定値と、モデル化合物から求めた酸無水物残基のモル吸光係数(無水イタコン酸:237L・mol−1・cm−1)を用いて、酸無水物残基の含有量を算出し、その値から単位(a4)の含有量を求めた。
<カルボニル基含有基の数>
上記単位(a4)の含有量に基づき、主鎖炭素数1×106個に対しての個数を求めた。
示差走査熱量計(セイコーインスツル株式会社製DSC−220CU)を用い、試料約5mgを室温から300℃まで10℃/分で昇温し、その後、10℃/分の降温速度で130℃まで冷却し、結晶化ピークの極大値に対応する温度を求め、結晶化温度とした。また、その後、10℃/分の昇温速度で温度を300℃まで上げたときの融解ピークの極大値に対応する温度を求め、融点とした。
島津製作所社製のフローテスタを用いて、297℃にて、68.65Nの荷重下に直径:2.1mm、長さ:8mmのオリフィス中にフッ素樹脂を押し出すときの押出し速度を求め、Q値とした。
示差熱重量測定装置(TG−DTA 6200型 SII セイコーインスツルメンツ社製)を用いて、窒素雰囲気中10℃/分で昇温させたときに重量が10%減少する温度である。
含フッ素共重合体を溶融して、厚み0.1mmのプレスフィルムを作製し、動的粘弾性測定装置(「DVA−225」、アイティー計測制御社製)を用いて貯蔵弾性率の測定を行った。測定は、引張モードにて、周波数:1Hzの条件で行った。得られた貯蔵弾性率の60℃、200℃における値を採用した。
ASTM D−3159の方法に準拠して測定した。
具体的には、含フッ素共重合体と、ポリアミドについては、エー・アンド・デイ社製テンシロン引張試験機を用いて、プレス成形により作製した厚さ1mmの試験片を50mm/分の引張速度で引張り、試験片が破断する際の応力および伸度を測定した。なお、測定サンプルは、各測定温度(200℃、220℃、240℃)に調整された恒温セル内に取り付けて30分間経過した後に、上記測定に供した。
なお、含フッ素共重合体の引張強度および引張伸度は、下記の耐ブローバイガス試験を行う前後のサンプルについても測定した。
また、積層フィルムについても、上記方法により、各測定温度(23℃、200℃、220℃、240℃)において、引張試験を実施した。ただし、試験片には、厚さ300μmの含フッ素共重合体フィルムと厚さ300μmのポリアミドフィルムとを後述の方法で積層した積層フィルムを用いた。
積層フィルムを縦5cm横1cmの短冊状に切断し、試験片を作製した。引張試験機の下側のつかみ具で試験片の含フッ素共重合体フィルムを、上側のつかみ具で試験片のポリアミドフィルムをつかみ、上側のつかみ具を30mm/分の速度で上方に動かして180度の角度での剥離強度を測定した。剥離強度が大きいほど、積層フィルムの層間接着力が強いことを示す。
直径140mm、高さ280mmのステンレス鋼製容器に、ブローバイガスのモデル液として、軽油/ディーゼルオイル(「CF10W−30」、日石三菱製。)/蒸留水=45/45/10(容積%)の混合液の1kgを入れ、該混合液内にサンプルを浸漬し、密閉後、125℃のオーブン中で168時間加熱した。その後、サンプルを混合液から引き上げ、23℃まで冷却して、引張試験に供した。
なお、「ブローバイガス」とは、上述のとおり、エンジンの圧縮燃焼工程で燃焼室からクランクケース内に漏れ出たガスのことをいう。
直径140mm、高さ280mmのステンレス鋼製容器にディーゼルエンジンオイル(「クリーンディーゼルオイル 5W−30」日産自動車製。)の1kgを入れ、該容器の上端開口部を積層フィルムで密閉した。この際、含フッ素樹脂フィルム側を内側に配置した。その後、該容器を150℃のオーブン中で168時間加熱した。その後、積層フィルムを上端開口部から取り外し、23℃まで冷却して、剥離試験に供した。
第2の層の曲げ弾性率は、第2の層の形成に用いた材料(下記のPA−1およびPA−2)の曲げ弾性率を、23℃において、ASTM D790に準拠した方法で測定した値である。
(製造例5)
ダブルヘリカルリボン撹拌翼を備えた、内容積が430リットルのステンレス鋼製オートクレーブを脱気して、CF3(CF2)5H(重合溶媒)の352kg、CH2=CHC4F9の3.2kg、1,3−ジクロロ−1,1,2,2,3−ペンタフルオロプロパン(連鎖移動剤)の73kgを仕込み、攪拌しながら66℃まで昇温し、TFE/エチレン=84/16(モル%)の混合ガスを1.5MPaG(ゲージ圧)になるまで導入し、1質量%tert−ブチルペルオキシピバレート(重合開始剤)のCF3(CF2)5H溶液の1.7Lを注入し、重合を開始した。重合中は、圧力が1.5MPaGを維持するようにTFE/エチレン=54/46(モル%)の混合ガスと、該混合ガスの100モル%に対して1.6モル%に相当する量のCH2=CHC4F9と、0.15モル%に相当する量のIAH(1質量%IAHの1,3−ジクロロ−1,1,2,2,3−ペンタフルオロプロパン溶液として添加。)を連続的に添加し、TFE/エチレン混合ガスを33kg仕込んだ後にオートクレーブを冷却し、残留ガスをパージし、重合を終了させた。
得られた含フッ素共重合体のスラリーを850リットルの造粒槽へ移し、340Lの水を加えて攪拌しながら加熱し、重合媒体や残留モノマーを除去し造粒物を得た。
得られた造粒物を150℃で5時間乾燥して、製造例5の含フッ素共重合体の造粒物の34kgを得た。
造粒物の共重合組成および物性を表1に示す。
上記製造例5の製造方法において、重合溶媒、連鎖移動剤、重合開始剤、各単位を構成する各モノマーの仕込み比率を調整することにより、表1および2に示す共重合組成および物性を有する含フッ素共重合体の造粒物を得た。
(1)PA−1
アルケマ社製ポリアミド「Rilsan HT CESV P010 TL」、融点:265℃、曲げ弾性率(23℃):820MPa、組成:「PA1010/10T」(「1010」を41モル%含有。)、固有粘度:1.19(単位なし)、末端NH2基濃度:55μeq/g、引張強度:2.5MPa(200℃)、引張伸度:24.5%(200℃)。PA−1は耐衝撃性改良剤を含有している。また、上記融点は、PA−1に含まれるポリアミドの融点である。
(2)PA−2
BASF社製ポリアミド「Ultramid HFX37」、融点:220℃、曲げ弾性率(23℃):750MPa、275℃、5kgf(=49N)におけるMFR:2.9g/10分、引張強度:1.8MPa(200℃)、引張伸度:20.1%(200℃)。PA−2は耐衝撃性改良剤を含有している。また、上記融点は、PA−2に含まれるポリアミドの融点である。
製造例1〜10で製造した各含フッ素共重合体をそれぞれの融点+30〜50℃の温度で加熱して溶融させ、プレス成形して、第1の層を形成するための厚み300μmの含フッ素共重合体フィルムを作製した。なお、含フッ素共重合体フィルム単独の物性の測定用には、0.1mm及び1mmのフィルムを作製し、上記の測定に供した。
PA−1およびPA−2をそれぞれ加熱して溶融させ、それぞれプレス成形して、第2の層を形成するための厚み300μmのポリアミドフィルムを2種作製した。なお、加熱の温度は、それぞれのポリアミドの融点+20〜40°の温度とした。なお、ポリアミドフィルム単独の物性の測定用には、1mmのフィルムを作製し、上記の測定に供した。
表3〜6に示す組み合わせで、含フッ素共重合体フィルムと、ポリアミドフィルムとを重ね、含フッ素共重合体フィルムの融点+30〜50℃の温度で5分間熱プレスして、含フッ素共重合体フィルムと、ポリアミドフィルムとを溶融接着させた。その後冷却して、各例の積層フィルムを得た。
積層フィルムにおける含フッ素共重合体フィルムとポリアミドフィルムの初期の層間接着力(耐ディーゼル試験前)を上記剥離試験により測定した。また、積層フィルムに対して、上記耐ディーゼル試験を行った後の層間接着力も上記剥離試験により測定した。結果を表3〜6に示す。
なお、剥離試験に供する積層フィルムの製造において、含フッ素樹脂フィルムとポリアミドフィルムとを重ねた際、剥離試験を円滑に行えるように、フィルム端部の一箇所にエチレン/TFEフィルム(旭硝子社製「アフレックスフィルム」)を介在させて、含フッ素樹脂フィルムとポリアミドフィルムとの非接着端部を形成しておいた。
また、得られた積層フィルムについて、23℃、200℃、220℃、240℃において、上記方法にて、引張試験を行った。引張試験は、PA−1から形成されたポリアミドフィルムを有する積層フィルム(例1〜10)について行った。結果を表3および表4に示す。
一方、製造例1および2の含フッ素共重合体は、高温条件下での引張強度および引張伸度が劣り、製造例4の含フッ素共重合体は、高温条件下での引張伸度が劣る傾向であった。
一方、積層フィルムの高温条件下での引張強度および引張伸度は、以下のとおりであった。
表3および表4に示すように、特に高温条件下での引張強度および引張伸度に優れる製造例3、5〜10の含フッ素共重合体からなる第1の層と、曲げ弾性率が低く、引張強度および引張伸度に優れるPA−1からなる第2の層とを直接積層させた積層フィルムの高温条件下での引張強度は、200℃では例3、例5〜例10が優れ、220℃では例5〜例10が優れ、240℃では例5、7、9、10が優れる。引張伸度は、200℃では例3、例5〜例10が優れ、220℃では例5、例7、例9、例10が優れ、240℃では例5、例7、例9が優れる。
以上の結果から、200℃での引張強度、引張伸度は、実施例である例3及び例5〜10が優れた。なかでも例5〜10は、引張試験結果が良好でより耐熱性に優れ、例5、7、9は、最も耐熱性に優れた。
なお、2015年6月5日に出願された日本特許出願2015−114710号の明細書、特許請求の範囲およ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 (12)
- 含フッ素共重合体を含有する第1の層と、該第1の層に直接積層したポリアミドを含有する第2の層とを有する積層体であって、
前記含フッ素共重合体が、下記単位(a1)と下記単位(a2)と下記単位(a3)とカルボニル基含有基とを有し、各単位の割合が下記の通りである含フッ素共重合体であって、該含フッ素共重合体の200℃における引張伸度が200%以上であり、
前記ポリアミドが、融点が220℃以上のポリアミドであって、前記第2の層の23℃における曲げ弾性率が1200MPa以下である
ことを特徴とする積層体。
含フッ素共重合体が有する単位とそれらの含有割合:
単位(a1);テトラフルオロエチレンに基づく単位。
単位(a2);エチレンに基づく単位。
単位(a3);カルボニル基含有基を有しない共重合性モノマーであって、その少なくとも一部がCH2=CX(CF2)nY(ただし、Xは水素原子であり、Yはフッ素原子であり、nは4〜8の整数である。)で表されるモノマーである、モノマーに基づく単位。
単位(a1)と単位(a2)との合計に対する単位(a1)のモル比;0.510〜0.600。
単位(a1)と単位(a2)との合計に対する単位(a3)のモル比;0.011〜0.020。
含フッ素共重合体を構成する全単位の合計モル量に対する、単位(a1)と単位(a2)と単位(a3)との合計モル量の割合;90モル%以上。 - 前記含フッ素共重合体中の前記カルボニル基含有基の数が、前記含フッ素共重合体の主鎖炭素数1×106個に対して10〜60000個である、請求項1に記載の積層体。
- 前記カルボニル基含有基が、炭化水素基の炭素原子間にカルボニル基を有する基、カーボネート基、カルボキシ基、ハロホルミル基、アルコキシカルボニル基、および酸無水物残基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1または2に記載の積層体。
- 前記カルボニル基含有基が酸無水物残基である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の積層体。
- 前記含フッ素共重合体が下記単位(a4)を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の積層体。
単位(a4):カルボニル基含有基を有するモノマーに基づく単位。 - 前記単位(a4)が、酸無水物残基を有する非フッ素モノマーに基づく単位である、請求項5に記載の積層体。
- 前記第2の層が、さらに耐衝撃性改良剤を含有する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の積層体。
- 前記第2の層における前記耐衝撃性改良剤の含有量が、前記ポリアミド100質量部に対して、5〜90質量部である、請求項7に記載の積層体。
- 前記積層体の200℃における引張強度が2.0MPa以上である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の積層体。
- 前記積層体の200℃における引張伸度が100%以上である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の積層体。
- 積層ホースである、請求項1〜10のいずれか一項に記載の積層体。
- 輸送機器用エアホースである、請求項11に記載の積層体。
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