JP7306472B2 - 光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物とその接着方法 - Google Patents

光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物とその接着方法 Download PDF

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Description

本発明は、光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物及びその接着方法に関する。
従来、加熱によるアルケニル基とヒドロシリル基との付加反応を利用した硬化性含フッ素エラストマー組成物は公知であり、更に第3成分として、ヒドロシリル基(SiH基)とエポキシ基及び/又はトリアルコキシシリル基を有するオルガノポリシロキサンを添加することにより自己接着性を付与した組成物が提案されている(特許文献1及び2)。これは、比較的短時間の加熱により硬化させることができ、得られた硬化物(含フッ素エラストマー)は、耐溶剤性、耐薬品性、耐熱性、低温特性、低透湿性、電気特性に優れているので、これらの特性が要求される各種工業分野の接着用途に使用されている。特に、自動車工業において電装部品の接着シール剤として多用されている。
近年、省エネルギー化や生産性の向上の観点から、より低温且つ短時間で硬化・接着可能なエラストマー材料の開発が求められている。しかしながら、上記加熱硬化タイプの接着剤組成物で速硬化性を得ようとすると、保存安定性や可使時間が犠牲になってしまい、逆に良好な保存安定性や可使時間の確保には速硬化性が犠牲になる、というジレンマがあった。また、一度の加熱処理で硬化工程と接着工程を担っているため、より低温で硬化物と基材との接着性を得ようとした場合、硬化工程に時間がかかってしまい、その結果短時間で硬化と接着性を得ることが困難であった。
一方、撥水撥油性、耐薬品性などに優れたエラストマー組成物として、(A)少なくとも2個のアルケニル基を有し、パーフルオロポリエーテル構造を有する直鎖状フルオロポリエーテル化合物、(B)少なくとも2個のメルカプト基を有し、1価フルオロアルキル基又は1価フルオロポリエーテル基を有するオルガノポリシロキサン及び(C)光開始剤を含有する光硬化性フルオロポリエーテル系ゴム組成物が開発されており、自動車用、化学プラント用、インクジェットプリンター用、半導体用製造ライン用など、各種電気電子部品のコーティング材、ポッティング材としての応用が期待される(特許文献3)。
しかし、上記光硬化性フルオロポリエーテル系ゴム組成物は、硬化物がゲル状又はゴム状で非常に軟らかく、また各種基材へ接着性を持たないため、各種基材へのコーティング、ポッティング用途としては好適な材料ではあるが、封止材、接着シール材など、基材への接着性を求められる用途や、エラストマー材料としての強度が求められる用途には適用が困難な材料であった。
それに鑑み、室温で良好な保存性と速硬化性を兼ね備え、低温且つ短時間で接着性を発現する光硬化型のフルオロエラストマー材料が提案されている(特許文献4)。
特許第3239717号公報 特許第3567973号公報 特開2007-106785号公報 特開2016-145354号公報
しかし、光硬化型のフルオロポリエーテル系ゴム組成物において、速硬化性かつそれによる短時間での接着性を優先すると、UV照射後の硬化時に架橋剤に含まれるSi-H基の脱水素反応により発生した水素が樹脂材料中に気泡として残存してしまい、樹脂強度低下の原因となっていた。
従って、本発明は、組成物は良好な保存安定性と速硬化性を併せ持ち、低温にて短時間で接着が可能であり、且つ硬化時に樹脂中に気泡が発生しないという特長を有する光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物及びその接着方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意研究した結果、発泡抑制剤を添加した光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物を基材表面上に塗布し、光硬化させることで、基材とフッ素エラストマーとを低温かつ短時間で接着させ、且つ樹脂中に気泡を発生させないことが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち本発明は、下記、発泡抑制剤を添加した光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物及びその接着方法を提供するものである。
[1]
(A)1分子中に2個以上のアルケニル基を有し、且つ主鎖中にパーフルオロポリエーテル構造を有する直鎖状ポリフルオロ化合物 100質量部、
(B)1分子中にケイ素原子に結合した水素原子を2個以上有する含フッ素オルガノ水素ポリシロキサン (A)成分中のアルケニル基1モルに対して(B)成分中のケイ素原子に結合した水素原子が0.5~3.0モルとなる量、
(C)光活性型ヒドロシリル化反応触媒 (A)成分の質量に対して金属原子換算で0.1~500ppm
及び
(D)平均一次粒径が30μm以下のゼオライト 0.1~20質量部、
を含有する光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物。
[2]
(A)成分が、下記式(1)で表される直鎖状フルオロポリエーテル化合物である[1]に記載の光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物。
CH2=CH-(X)g-Rf1-(X’)g-CH=CH2 (1)
[式(1)中、Xは-CH2-、-CH2O-、-CH2OCH2-又は-Y-NR1-CO-
(ここで、Yは-CH2-、-Si(CH32CH2CH2CH2-、-Si(CH3)(CH=CH2)CH2CH2CH2-、-Si(CH=CH22CH2CH2CH2-又は下記構造式(Z)
Figure 0007306472000001
(式(Z)中、R3、R4はそれぞれ独立に-CH3又は-CH=CH2である。)
で示されるo-、m-又はp-シリルフェニレン基であり、R1は水素原子又は非置換若しくは置換の1価炭化水素基である)であり、
X’は-CH2-、-OCH2-、-CH2OCH2-又は-CO-NR2-Y’-
(ここで、Y’は-CH2-、-CH2CH2CH2Si(CH32-、-CH2CH2CH2Si(CH3)(CH=CH2)-、-CH2CH2CH2Si(CH=CH22-又は下記構造式(Z’)
Figure 0007306472000002
(式(Z’)中、R3'、R4'はそれぞれ独立に-CH3又は-CH=CH2である。)
で示されるo-、m-又はp-シリルフェニレン基であり、R2は水素原子又は非置換若しくは置換の1価炭化水素基である。)である。
gは独立に0又は1である。
Rf1は下記式(i)又は(ii)
Figure 0007306472000003
(式(i)中、p及びqはそれぞれ0又は1~150の整数であって、且つpとqの和の平均は2~200である。rは0~6の整数であり、tは2又は3である。)
Figure 0007306472000004
(式(ii)中、uは1~200の整数であり、vは1~50の整数であり、tは2又は3である。)
で表される2価のパーフルオロポリエーテル基である。]
[3]
更に(E)成分として、疎水性シリカ粉末を(A)成分100質量部に対し0.5~30質量部含む[1]又は[2]に記載の光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物。
[4]
更に(F)成分として、1分子中に、ケイ素原子に結合した水素原子と、炭素原子又は炭素原子と酸素原子を介してケイ素原子に結合したエポキシ基及び/又はトリアルコキシシリル基とをそれぞれ1個以上有する、(B)成分以外のオルガノ水素シロキサン化合物を(A)成分100質量部に対し、0.05~5.0質量部含む[1]~[3]のいずれかに記載の光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物。
[5]
更に(G)成分として、ヒドロシリル化反応の反応制御剤を含む[1]~[4]のいずれかに記載の光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物。
[6]
基材表面を予めプラズマ照射により改質させ、その外表面上に[1]~[5]のいずれかに記載の光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物を塗布し、該エラストマー組成物の表面に光照射して該エラストマー組成物を硬化し、10~120℃で静置する工程を含む、該基材と該エラストマー組成物の硬化物とを接着させる方法。
[7]
基材が金属、ガラス、セラミック又は合成樹脂である[6]に記載の接着方法。
本発明の接着方法によれば、発泡抑制剤を添加した光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物を塗布し、光硬化させることで、基材と含フッ素エラストマーとを低温かつ短時間で接着させ、且つ樹脂中に気泡を発生させないことが可能となる。
以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
〔(A)成分〕
本発明の光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物における(A)成分の直鎖状ポリフルオロ化合物は、上記式(1)で表される直鎖状フルオロポリエーテル化合物であることが好ましい。なお、本発明において「直鎖状」とは、ポリフルオロ化合物の主鎖(フルオロポリエーテル構造)を構成する繰り返し単位であるフルオロオキシアルキレン基同士が直鎖状に結合していることを意味するものであって、フルオロポリエーテル構造を構成する繰り返し単位(フルオロオキシアルキレン基)自体は直鎖状であっても、分岐鎖状(例えば、パーフルオロオキシ(メチル)メチレン基、パーフルオロオキシ(メチル)エチレン基、パーフルオロオキシ(メチル)プロピレン基等)であってもよい。
ここで、R1及びR2としては、水素原子、炭素数1~12、特に1~10の炭化水素基が好ましく、該炭化水素基としては、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基等のアルキル基;フェニル基、トリル基等のアリール基;ベンジル基、フェニルエチル基等のアラルキル基などや、これらの基の水素原子の一部又は全部をフッ素等のハロゲン原子で置換した置換1価炭化水素基などが好ましいものとして挙げられる。
ここで、上記式(1)中のRf1は2価のパーフルオロポリエーテル基であり、下記式(i)又は(ii)で表されるものである。
Figure 0007306472000005
(式(i)中、p及びqはそれぞれ0又は1~150の整数、好ましくは10~150の整数であって、且つpとqの和の平均は、2~200、好ましくは20~160である。また、rは0~6の整数、好ましくは0~4の整数であり、tは2又は3である。)
Figure 0007306472000006
(式(ii)中、uは1~200の整数、好ましくは20~160の整数であり、vは1~50の整数、好ましくは5~40の整数であり、tは2又は3である。)
Rf1の好ましい例としては、例えば、下記の3つのもの((i-1)、(i-2)及び(ii-1))が挙げられる。この内、特に1番目の式(i-1)の構造の2価の基が好ましい。
Figure 0007306472000007
(式(i-1)中、p1及びq1はそれぞれ1~150の整数であり、p1+q1(平均)=2~200である。Lは2~6の整数である。)
Figure 0007306472000008
(式(i-2)中、p2及びq2はそれぞれ1~150の整数であり、p2+q2(平均)=2~200である。Lは2~6の整数である。)
Figure 0007306472000009
(式(ii-1)中、u1は1~200の整数であり、v1は1~50の整数である。)
(A)成分の好ましい例としては、下記式(2)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0007306472000010
[式(2)中、X1は-CH2-、-CH2O-、-CH2OCH2-又は-Y-NR11-CO-(Yは前記と同じものを示し、R11は水素原子、メチル基、フェニル基又はアリル基である。)を示し、X1’は-CH2-、-OCH2-、-CH2OCH2-又は-CO-NR12-Y’-(R12は上記R11と同じものを示し、Y’は前記と同じものを示す。)で表される基であり、gは独立に0又は1であり、Lは2~6の整数であり、p3及びq3はそれぞれ1~150の整数であり、p3+q3(平均)=2~200である。]
式(1)で表される直鎖状フルオロポリエーテル化合物の具体例としては、下記式で表されるものが挙げられる。
Figure 0007306472000011
(式中、p’及びq’はそれぞれ1~150の整数、p’+q’(平均)=6~200である。)
Figure 0007306472000012
(式中、p’及びq’はそれぞれ1~150の整数であり、p’+q’(平均)=6~200である。)
Figure 0007306472000013
(式中、p”及びq”はそれぞれ1~150の整数であり、p”+q” (平均)=2~200である。)
上記式(1)で表される直鎖状フルオロポリエーテル化合物に含まれるアルケニル基(特にはケイ素原子に結合したアルケニル基)の量は0.005~0.050モル/100gが好ましく、更に好ましくは0.007~0.040モル/100gである。直鎖状フルオロポリエーテル化合物に含まれるアルケニル基量が少なすぎると硬化物の物理的強度が低下したり、硬化物が得られなくなったりする場合がある。直鎖状フルオロポリエーテル化合物に含まれるアルケニル基量が多すぎると得られる硬化物が脆く割れやすい場合がある。
なお、上記式(1)の直鎖状フルオロポリエーテル化合物の粘度(23℃)は、100~100,000mPa・s、より好ましくは500~50,000mPa・s、更に好ましくは1,000~20,000mPa・sの範囲内にあることが、光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物をシール、ポッティング、コーティング、含浸等に使用する際に、得られる硬化物においても適当な物理的特性を有しているので望ましい。式(1)の直鎖状フルオロポリエーテル化合物は用途に応じて最も適切な粘度のものを選択する。また、低粘度のポリマーと高粘度のポリマーを混合し、所望の粘度に調整して用いることも可能である。
なお、本発明において、粘度は回転粘度計(例えば、BL型、BH型、BS型、コーンプレート型、レオメータ等)により測定したものであり、特に、上記式(1)で表される直鎖状フルオロポリエーテル化合物の粘度(23℃)は、JIS K7117-1に準拠して測定したものである。また、主鎖のパーフルオロポリエーテル構造を構成するパーフルオロオキシアルキレン単位の繰り返し数などで反映される直鎖状フルオロポリエーテル化合物の重合度(又は分子量)は、フッ素系溶剤を展開溶媒としてゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)分析におけるポリスチレン換算の数平均重合度(又は数平均分子量)等として求めたものである。
更に、上記式(1)の直鎖状フルオロポリエーテル化合物を目的に応じた所望の数平均分子量に調節して使用するため、予め上記したような直鎖状フルオロポリエーテル化合物を分子内にヒドロシリル基(Si-H基)を2個含有する有機ケイ素化合物と通常の方法及び条件でヒドロシリル化反応させ、鎖長延長した生成物を(A)成分として使用することも可能である。
これらの直鎖状フルオロポリエーテル化合物は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
(A)成分の、1分子中に2個以上のアルケニル基を有し、且つ主鎖中にパーフルオロポリエーテル構造を有する直鎖状ポリフルオロ化合物の組成物中の配合量は、50~99質量%とすることが好ましく、特に70~95質量%、更に80~95質量%とすることが好ましい。
〔(B)成分〕
(B)成分は、ケイ素原子に結合した水素原子(即ち、Si-Hで示されるヒドロシリル基)を1分子中に2個以上、好ましくは3~50個有する含フッ素オルガノ水素ポリシロキサン(含フッ素オルガノハイドロジェンポリシロキサン)である。(B)成分は、上記(A)成分の架橋剤及び/又は鎖長延長剤として機能するものであり、また、(A)成分との相溶性、分散性、硬化後の均一性等の観点から、1分子中に含フッ素有機基を1個以上、好ましくは1~10個有するものが好ましく、含フッ素有機基として、1分子中に1個以上の1価のパーフルオロアルキル基、1価のパーフルオロオキシアルキル基、2価のパーフルオロアルキレン基、又は2価のパーフルオロオキシアルキレン基等のフッ素含有基を有するものが好ましい。
この1価又は2価の含フッ素有機基としては、例えば下記式で表されるパーフルオロアルキル基、パーフルオロオキシアルキル基、パーフルオロアルキレン基及びパーフルオロオキシアルキレン基等を挙げることができる。
g2g+1
-Cg2g
(式中、gは1~20の整数、好ましくは2~10の整数である。)
Figure 0007306472000014
(式中、fは1~200の整数、好ましくは1~100の整数、hは1~3の整数である。)
Figure 0007306472000015
(式中、i及びjはそれぞれ1以上の整数、好ましくは1~100の整数であり、i+jの平均は2~200、好ましくは2~100である。)
-(CF2O)d-(CF2CF2O)e-CF2
(式中、d及びeはそれぞれ1~50の整数、好ましくは1~40の整数である。)
また、これらパーフルオロアルキル基、パーフルオロオキシアルキル基、パーフルオロアルキレン基又はパーフルオロオキシアルキレン基とケイ素原子とは2価の連結基により繋がれていることが好ましく、該2価の連結基としては、アルキレン基、アリーレン基及びそれらの組み合わせ、若しくはこれらの基にエーテル結合(酸素原子)、アミド結合、カルボニル結合、エステル結合、ジオルガノシリレン基等を介在させたものであってもよく、例えば、以下の炭素数2~13の2価の連結基等が挙げられるが、これらに限定されない。
-CH2CH2
-CH2CH2CH2
-CH2CH2CH2OCH2
-CH2CH2CH2-NH-CO-
-CH2CH2CH2-N(Ph)-CO-
-CH2CH2CH2-N(CH3)-CO-
-CH2CH2CH2-N(CH2CH3)-CO-
-CH2CH2-Si(CH32-Ph’-N(CH3)-CO-
-CH2CH2CH2-Si(CH32-Ph’-N(CH3)-CO-
-CH2CH2CH2-O-CO-
(式中、Phはフェニル基であり、Ph’はフェニレン基である。)
また、この(B)成分の含フッ素オルガノ水素ポリシロキサンにおける上記1価又は2価の含フッ素有機基及びケイ素原子に結合した水素原子以外のケイ素原子に結合した1価の置換基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、デシル基等のアルキル基;ビニル基、アリル基等のアルケニル基;フェニル基、トリル基、ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェニルエチル基等のアラルキル基及びこれらの基の水素原子の一部又は全部が塩素原子、シアノ基等で置換された、例えば、クロロメチル基、クロロプロピル基、シアノエチル基等の炭素数1~20、好ましくは1~12の非置換又は置換の1価炭化水素基が挙げられる。
(B)成分の含フッ素オルガノ水素ポリシロキサンとしては、環状、直鎖状、分岐鎖状、三次元網状及びそれらの組み合わせのいずれでもよい。この含フッ素オルガノ水素ポリシロキサンのケイ素原子数は、特に制限されるものではないが、通常2~60、好ましくは3~30程度である。
このような1価又は2価の含フッ素有機基及びケイ素原子結合水素原子を有する(B)成分としては、例えば次の化合物が挙げられる。これらの化合物は、1種単独でも2種以上を併用して用いてもよい。なお、下記式において、Meはメチル基を示し、Phはフェニル基を示す。
Figure 0007306472000016
Figure 0007306472000017
Figure 0007306472000018
Figure 0007306472000019
Figure 0007306472000020
Figure 0007306472000021
Figure 0007306472000022
Figure 0007306472000023
Figure 0007306472000024
Figure 0007306472000025
上記(B)成分の含フッ素オルガノ水素ポリシロキサンに含まれるSi-H基量は0.00050~0.01000モル/gが好ましく、更に好ましくは0.00100~0.00800モル/gである。含フッ素オルガノ水素ポリシロキサンに含まれるSi-H基量が少なすぎると架橋密度が不十分となり、得られる硬化物の物理的特性が低下する場合がある。また、(B)成分の含フッ素オルガノ水素ポリシロキサンに含まれるSi-H基量が多すぎると硬化時に発泡したり、得られる硬化物の物理的特性が経時で大きく変化したりする場合がある。
これらの含フッ素オルガノ水素ポリシロキサンは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
上記(B)成分の配合量は、(A)成分中に含まれるビニル基、アリル基、シクロアルケニル基等のアルケニル基1モルに対し、(B)成分中のヒドロシリル基、即ちSi-H基が0.5~3.0モルとなる量であり、特に0.8~2.0モルとなる量が好ましい。ヒドロシリル基(≡Si-H)が少なすぎると、架橋密度が不十分となる結果、硬化物が得られないことがある。また、ヒドロシリル基(≡Si-H)が多すぎると硬化時に発泡することがある。
なお、(B)成分の含フッ素オルガノ水素ポリシロキサンは、分子中にエポキシ基及びトリアルコキシシリル基を含有しないものである点において、後述する(F)成分の接着向上剤としてのオルガノ水素シロキサンとは明確に区別されるものである。
〔(C)成分〕
(C)成分は、光活性型ヒドロシリル化反応触媒である。光活性型ヒドロシリル化反応触媒は、光、特に300~400nmの紫外線の照射によって活性化され、(A)成分中のアルケニル基と、(B)成分中のヒドロシリル基との付加反応を促進する触媒である。この光活性型ヒドロシリル化反応触媒は、主に白金族系金属触媒及びニッケル系金属触媒が挙げられ、白金族系金属触媒としては白金系、パラジウム系、ロジウム系の金属錯体化合物、ニッケル系金属触媒としてはニッケル系、鉄系、コバルト系の金族錯体化合物が挙げられる。中でも白金系金属錯体化合物は、比較的入手し易く且つ良好な触媒活性を示すため好ましい。
光活性型の白金系金属錯体化合物としては、例えば、(η5-シクロペンタジエニル)トリ(σ-アルキル)白金錯体化合物やβ-ジケトナト白金錯体化合物などがあり、具体的には(メチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金(IV)、(シクロペンタジエニル)トリメチル白金(IV)、(1,2,3,4,5-ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金(IV)、(シクロペンタジエニル)ジメチルエチル白金(IV)、(シクロペンタジエニル)ジメチルアセチル白金(IV)、(トリメチルシリルシクロペンタジエニル)トリメチル白金(IV)、(メトキシカルボニルシクロペンタジエニル)トリメチル白金(IV)、(ジメチルフェニルシリルシクロペンタジエニル)トリメチルシクロペンタジエニル白金(IV)、トリメチル(アセチルアセトナト)白金(IV)、トリメチル(3,5-ヘプタンジオネート)白金(IV)、トリメチル(メチルアセトアセテート)白金(IV)、ビス(2,4-ペンタンジオナト)白金(II)、ビス(2,4-へキサンジオナト)白金(II)、ビス(2,4-へプタンジオナト)白金(II)、ビス(3,5-ヘプタンジオナト)白金(II)、ビス(1-フェニル-1,3-ブタンジオナト)白金(II)、ビス(1,3-ジフェニル-1,3-プロパンジオナト)白金(II)、ビス(ヘキサフルオロアセチルアセトナト)白金(II)などが挙げられる。
これらの触媒の使用にあたっては、それが固体触媒であるときには固体状で使用することも可能であるが、より均一な硬化物を得るためには適切な溶媒に溶解したものを(A)成分のフルオロポリエーテル化合物に相溶させて使用することが好ましい。
使用する溶媒の種類については、触媒が可溶なものであれば特に限定はされないが、炭化水素基の水素の一部がフッ素で置換された溶媒、又は炭化水素基の水素の一部がフッ素で置換された溶媒と炭化水素基の水素の全てがフッ素で置換された溶媒との混合溶媒を使用することが、触媒を組成物中により均一に分散可能である点で、より好ましい。
炭化水素基の水素の一部がフッ素で置換された溶媒としては、例えば1,3-ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン、1,2-ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン、1,4-ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン、1-メチル-3-(ペンタフルオロエチル)ベンゼン、1,1,1-トリフルオロ-3-[3-(トリフルオロメチル)フェニル]プロパン-2-オン、4-フルオロ-3-(トリフルオロメチル)安息香酸メチル、ヘプタフルオロ酪酸n-ブチル、3,5-ビス(トリフルオロメチル)安息香酸エチル、2-メチル-5-(トリフルオロメチル)ベンズアルデヒド、2,3-ジメトキシベンゾトリフルオリドなどが挙げられる。
また炭化水素基の水素の全てがフッ素で置換された溶媒としては、例えばオクタフルオロトルエン、(1,1,2,3,3,3-ヘキサフルオロプロポキシ)パーフルオロベンゼン、ペンタフルオロエチル2,2,2-トリフルオロエチルエーテル、フロリナート(3M社製)、PF5060(3M社製)、パーフルオロポリエーテルオリゴマーなどが挙げられる。
触媒を溶液として用いる場合、(A)成分の直鎖状ポリフルオロ化合物と触媒溶液との好ましい混合比は、100:0.01~1.00(質量比)の範囲である。触媒溶液の添加量がこの範囲より多い場合には、硬化物の物性に影響を与える可能性があり、一方この範囲よりも少ない場合には、組成物への分散不良を招く可能性がある。よって、触媒溶液の濃度はこの混合比の範囲内になるよう、適宜調整を行えばよい。
(C)成分の配合量は、(A)成分に対して金属原子の質量換算で0.1~500ppmであり、特に1~100ppmが好ましい。配合量が少なすぎると、十分な光硬化性が得られず、一方多すぎると硬化物の耐熱性に悪影響を及ぼす可能性がある。
〔(D)成分〕
(D)成分のゼオライトは、結晶性ゼオライトで、分子径レベルの微細な空孔を有し、その空孔内に微小分子が取り込まれることで系中の発泡を抑制するという特長を有する。本発明においては、この(D)成分を必須とし、予め組成物に添加しておくことで、組成物へのUV照射後、良好な硬化性・接着性を維持しつつ(B)成分に由来する脱水素反応により発生した水素が捕集され、組成物に発泡のない良好な硬化物を得ることが可能となる。
ゼオライトの種類は、アルミノケイ酸塩、アルミノリン酸塩又はシリコアルミノリン酸塩の総称であり、その細孔の大きさによって様々なグレードが存在する。脱水素により発生した水素を吸着させるという観点から、好ましくはアルミノケイ酸塩の3Aまたは4Aグレード(細孔径3ÅのA型ゼオライトまたは細孔径4ÅのA型ゼオライト)だが、これらに限定されない。
(D)成分のゼオライトは、従来の硬化特性、硬化後物性を損なうことなく発泡を抑制可能な室温硬化型フルオロポリエーテル組成物を得るためには、平均一次粒径が30μm以下であることが必要であり、特に好ましくは平均一次粒径が15nm~20μmである。ゼオライトの平均一次粒径が30μmより大きいと、UV照射時に深部への光透過性が低下し、硬化後物性に悪影響を及ぼす等の不都合が生じるおそれがある。
(D)成分の平均一次粒径は、走査電子顕微鏡(SEM)による粒子の観察において、任意に選択した30個以上の一次粒子について粒子径を測定し、その一次粒子の粒子径を平均(数平均)して求める。その際、粒子径は、粒子の投影面積と等しい面積を持つ、円の直径(円相当径)とする。
(D)成分の配合量は、(A)成分100質量部に対して0.1~20質量部、好ましくは0.5~10質量部である。(D)成分の配合量がこれより少なくなると、良好な発泡抑制を付与することが適わず、逆に多くなると粘度が増大し作業性に劣る、硬化後の物性に悪影響を及ぼす等の不都合が生じる。
〔(E)成分〕
(E)成分の疎水性シリカ粉末は、必要に応じて本発明の組成物に配合してもよい任意成分であり、光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物から得られる硬化物に適切な物理的強度を付与すると同時に、後述する(F)成分のオルガノ水素シロキサンを該組成物中に均一に分散させる作用を有するものである。この(E)成分の疎水性シリカ粉末としては、シリコーンゴム用充填剤として公知のBET比表面積が50m2/g以上、特に50~400m2/gの微粉末シリカを疎水化処理したものが好適である。
微粉末シリカとしては、煙霧質シリカ(ヒュームドシリカ又は乾式シリカ)、沈降性シリカ(湿式シリカ)、コロイドシリカ等が例示されるが、これらの中では煙霧質シリカが最も好ましい。
BET比表面積が50m2/g未満の場合は、得られる硬化物の物理的強度が不十分であり、また、(F)成分が均一に分散しないことがある。400m2/gを超えると混練作業が困難となり、(E)成分自身の分散が不均一になる場合がある。なお、本発明におけるBET比表面積は、DIN 66131に準拠して測定できる。
また、上記微粉末シリカの疎水化処理剤としては、オルガノクロロシラン、オルガノジシラザン、環状オルガノポリシラザン、線状オルガノポリシロキサン等が例示されるが、これらの中ではオルガノクロロシラン、オルガノジシラザン、環状オルガノポリシラザンが好ましい。
本発明の組成物に(E)成分を配合する場合、その配合量は、(A)成分100質量部に対し、0.5~30質量部が好ましく、1~25質量部がより好ましい。配合量が0.5質量部未満の場合には、これを配合する効果が得られない場合がある。一方、30質量部を超えると組成物の流動性が悪くなり、また光による硬化性も著しく低下することがある。
〔(F)成分〕
(F)成分のオルガノ水素シロキサンは、必要に応じて本発明の組成物に配合してもよい任意成分であり、本発明の組成物を硬化してなる硬化物に各種基材に対する接着性を向上させるための接着付与剤として配合するものである。このような(F)成分のオルガノ水素シロキサンは、1分子中に、ケイ素原子に結合した水素原子と、炭素原子又は炭素原子と酸素原子を介してケイ素原子に結合したエポキシ基及び/又はトリアルコキシシリル基とをそれぞれ1個以上有するものであり、好ましくは更に加えてケイ素原子に結合した炭素原子又は炭素原子と酸素原子を含む2価の連結基を介してケイ素原子に結合した1価のパーフルオロアルキル基又は1価のパーフルオロオキシアルキル基を1個以上有する含フッ素オルガノ水素シロキサンである。なお、(F)成分は、分子中にエポキシ基及び/又はトリアルコキシシリル基を必須に含有するものである点において上述した(B)成分とは明確に区別される。
このようなオルガノ水素シロキサンのシロキサン骨格は、環状、鎖状、分岐状などのいずれでもよく、またこれらの混合形態でもよい。
具体的には、下記平均組成式で表わされるものを用いることができる。
Figure 0007306472000026
(式中、R5は独立に非置換又はハロゲン置換の1価炭化水素基であり、A、Bは下記に示す。wは0≦w≦100、xは1≦x≦100、yは1≦y≦100、zは0≦z≦100を示す。)
5のハロゲン置換又は非置換の1価炭化水素基としては、炭素数1~10、特に1~8のものが好ましく、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基等のアルキル基;フェニル基、トリル基等のアリール基;ベンジル基、フェニルエチル基等のアラルキル基などや、これらの基の水素原子の一部又は全部をフッ素等のハロゲン原子で置換した置換1価炭化水素基などが挙げられ、この中で特にメチル基が好ましい。
wは0≦w≦20が好ましく、xは1≦x≦20が好ましく、yは1≦y≦20が好ましく、zは1≦z≦20が好ましく、3≦w+x+y+z≦50が好ましい。
Aは炭素原子又は炭素原子と酸素原子を介してケイ素原子に結合したエポキシ基及び/又はトリアルコキシシリル基を示し、具体的には、下記の基を挙げることができる。
Figure 0007306472000027
[式中、R6は酸素原子が介在してもよい炭素数1~10、特に1~5の2価炭化水素基(アルキレン基、シクロアルキレン基等)を示す。]
-R7-Si(OR83
[式中、R7は炭素数1~10、特に1~4の2価炭化水素基(アルキレン基等)を示し、R8は炭素数1~8、特に1~4の1価炭化水素基(アルキル基等)を示す。]
Figure 0007306472000028
[式中、R9は炭素数1~8、特に1~4の1価炭化水素基(アルキル基等)を示し、R10はメチル基又はエチル基、kは2~10の整数を示す。]
Bは、炭素原子又は炭素原子と酸素原子を介してケイ素原子に結合した1価のパーフルオロアルキル基又はパーフルオロオキシアルキル基を示す。1価のパーフルオロアルキル基又はパーフルオロオキシアルキル基の例としては、例えば、下記一般式で表されるもの等を挙げることができる。
g'2g'+1
(式中、g’は1~20、好ましくは2~10の整数である。)
F-[CF(CF3)CF2O]f'-Ch'2h'
(式中、f’は2~200、好ましくは2~100の整数であり、h’は1~3の整数である。)
炭素原子又は炭素原子と酸素原子を含む2価の連結基としては、アルキレン基、アリーレン基及びそれらの組み合わせ、或いはこれらの基にエーテル結合酸素原子、アミド結合、カルボニル結合等を介在させたものであってもよく、例えば、
-CH2CH2
-CH2CH2CH2
-CH2CH2CH2OCH2
-CH2CH2CH2-NH-CO-
-CH2CH2CH2-N(CH3)-CO-
-CH2CH2CH2-N(Ph)-CO-
(但し、Phはフェニル基である。)
等の炭素数2~12の2価の連結基が挙げられる。
これらのオルガノ水素シロキサンは、1分子中にケイ素原子に結合した水素原子(Si-H基)を3個以上有するオルガノ水素シロキサンに、ビニル基、アリル基等の脂肪族不飽和基とエポキシ基及び/又はトリアルコキシシリル基とを含有する化合物、更に必要により脂肪族不飽和基とパーフルオロアルキル基又はパーフルオロオキシアルキル基とを含有する化合物を、常法に従って部分付加反応させることにより得ることができる。なお、上記脂肪族不飽和基の数は、Si-H基の数より少ない必要がある。
このオルガノ水素シロキサンの製造に際しては、反応終了後に目的物質を単離してもよいが、未反応物及び付加反応触媒を除去しただけの混合物を使用することもできる。
(F)成分のオルガノポリシロキサンとして、具体的には、下記の構造式で示されるものが例示される。なお、下記式において、Meはメチル基であり、Phはフェニル基である。
Figure 0007306472000029
Figure 0007306472000030
(o,q,rは正の整数、pは0以上の整数。)
Figure 0007306472000031
Figure 0007306472000032
(o,q,rは正の整数、pは0以上の整数。)
Figure 0007306472000033
(F)成分は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の組成物に(F)成分を配合する場合、その使用量は、(A)成分100質量部に対し、0.05~5.0質量部、好ましくは0.1~3.0質量部の範囲である。0.05質量部未満の場合にはこれを配合する効果が得られない場合があり、5.0質量部を超えると組成物の流動性が悪くなり、得られる硬化物の物理的強度が低下し、また硬化性を阻害する場合がある。
また、組成物全体中に含まれるケイ素原子結合アルケニル基の合計(特に(A)成分中のケイ素原子結合アルケニル基)に対する組成物全体中に含まれるヒドロシリル基(Si-H基)の合計のモル比、特には(A)成分のケイ素原子結合アルケニル基に対する(B)成分及び(F)成分中のSi-H基の合計のモル比(Si-H基/アルケニル基)が、0.5~3.0モル/モル、特に0.8~2.0モル/モルとなる量であることが好ましい。組成物全体中に含まれるヒドロシリル基(Si-H基)の量が上記モル比よりも少ないと、架橋密度が不十分となる結果、硬化物が得られなかったり、また、所望の接着性が得られない場合があり、逆にこのモル比より多いと、脱水素反応による発泡が多くなり、表面が平滑な硬化物を得られない場合がある。
〔(G)成分〕
(G)成分のヒドロシリル化反応の反応制御剤は、必要に応じて本発明の組成物に配合してもよい任意成分である。ここで(G)成分の反応制御剤の例としては、例えば、1-エチニル-1-ヒドロキシシクロヘキサン、3-メチル-1-ブチン-3-オール、3,5-ジメチル-1-ヘキシン-3-オール、3-メチル-1-ペンテン-3-オール、フェニルブチノールなどのアセチレンアルコールや、3-メチル-3-ペンテン-1-イン、3,5-ジメチル-3-ヘキセン-1-イン等のアセチレン化合物、以下の構造式で示される含フッ素アセチレンアルコール化合物、ポリメチルビニルシロキサン環式化合物及び有機リン化合物などが挙げられる。
Figure 0007306472000034
Figure 0007306472000035
Figure 0007306472000036
Figure 0007306472000037
Figure 0007306472000038
これらの反応制御剤の使用にあたっては、トルエン等の適切な溶媒に溶解したものを使用してもよい。また、これら反応制御剤は、その化学構造によって制御能力が異なるため、添加量についてはそれぞれ最適な量に調整すべきである。一般的に、反応制御剤の添加量が少なすぎると室温での長期保存安定性が得られず、多すぎると硬化が鈍くなり、十分な硬化性が得られなくなる可能性がある。
本発明の組成物に(G)成分を配合する場合、その使用量は、(A)成分100質量部に対し0.01~0.5質量部、特には0.02~0.3質量部の範囲が好ましい。
〔その他の成分〕
光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物においては、その実用性を高めるために上記の成分以外にも、可塑剤、粘度調節剤、可撓性付与剤、(D)成分及び(E)成分以外の無機充填剤、接着促進剤、シランカップリング剤等の各種配合剤を必要に応じて添加することができる。これら添加剤の配合量は、本発明の目的を損なわない範囲、及び組成物の特性及び硬化物の物性を損なわない限りにおいて任意である。
可塑剤、粘度調節剤、可撓性付与剤として、下記式(3)で表されるポリフルオロモノアルケニル化合物及び/又は下記式(4)、(5)もしくは(6)で表される直鎖状または側鎖を有するポリフルオロ化合物を併用することができる。
Rf3-(X’)aCH=CH2 (3)
[式(3)中、X’は上記(A)成分中の式(1)の化合物中の定義と同じであり、aは0又は1であり、Rf3は、下記式(iii)で表される基である。
Figure 0007306472000039
(式中、f1は1以上の整数、好ましくは2~100の整数であり、tは1~3の整数であり、且つf1は上記(A)成分のRf1基に関するp+q(平均)及びrの和、並びにu及びvの和のいずれの和よりも小さい。)]
1-(CF2CF2CF2O)c1-D2 (4)
(式中、D1及びD2は、それぞれ独立に式:Cs2s+1-(sは0~3)で表される基であり、c1は1~200の整数、好ましくは2~100の整数であり、且つ、前記(A)成分のRf1基に関するp+q(平均)及びrの和、並びにu及びvの和のいずれの和よりも小さい。)
3-O-(CF2O)d1(CF2CF2O)e1-D3 (5)
(式中、D3は式:CW2W+1-(wは0~3)で表される基であり、d1及びe1はそれぞれ1~200の整数、好ましくは1~100の整数であり、且つ、d1とe1の和は、前記(A)成分のRf1基に関するp+q(平均)及びrの和、並びにu及びvの和のいずれの和以下である。)
3-O-(CF2O)f1[CF2CF(CF3)O]g1-D3 (6)
(式中、D3は上記と同じであり、f1及びg1はそれぞれ1~200の整数、好ましくは1~100の整数であり、且つ、f1とg1の和は、前記(A)成分のRf1基に関するp+q(平均)及びrの和、並びにu及びvの和のいずれの和以下である。)
上記式(3)で表されるポリフルオロモノアルケニル化合物の具体例としては、例えば、下記のものが挙げられる(なお、下記f1’は、上記f1の要件を満足するものである。)。
Figure 0007306472000040
(式中、f1’は1~100の整数である。)
上記式(4)、(5)もしくは(6)で表される直鎖状または側鎖を有するポリフルオロ化合物の具体例としては、例えば、下記のものが挙げられる(なお、下記c1’、d1’とe1’の和及びf1’とg1’和は、それぞれ上記c1、d1とe1の和及びf1とg1の和の要件を満足するものである。)。
F-(CF2CF2CF2O)c1'-CF2CF3
CF3-[(OCF2CF2e1'(OCF2d1']-O-CF3
CF3-[(OCF(CF3)CF2g1'(OCF2f1']-O-CF3
(式中、c1’は1~200の整数であり、d1’は1~200の整数、e1’は1~200の整数で、d1’+e1’=2~200、f1’は1~200の整数、g1’は1~200の整数で、f1’+g1’=2~200である。)
また、上記式(3)~(6)の化合物の回転粘度計による粘度(23℃)は、上記式(1)の直鎖状フルオロポリエーテル化合物と同様の理由により、5~100,000mPa・sの範囲であることが望ましい。
上記式(3)~(6)の化合物を配合する場合、その配合量は、光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物中の(A)成分100質量部に対して1~300質量部が好ましく、特に50~250質量部が好ましい。
(D)成分及び(E)成分以外の無機充填剤として、例えば、石英粉末、溶融石英粉末、珪藻土、炭酸カルシウム等の補強性又は準補強性充填剤、酸化チタン、酸化鉄、カーボンブラック、アルミン酸コバルト等の無機顔料、酸化鉄、カーボンブラック、酸化セリウム、水酸化セリウム、炭酸亜鉛、炭酸マグネシウム、炭酸マンガン等の耐熱向上剤、アルミナ、窒化硼素、炭化ケイ素、金属粉末等の熱伝導性付与剤、カーボンブラック、銀粉末、導電性亜鉛華等の導電性付与剤等を添加することができる。
また、上記(F)成分以外の接着付与剤として、チタン酸エステル等の接着促進剤、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン等のエポキシ基含有シラン等のシランカップリング剤等を添加することができる。
光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物は、上記した(A)~(G)成分とその他の任意成分とをプラネタリーミキサー、ロスミキサー、ホバートミキサー等の混合装置、必要に応じてニーダー、三本ロール等の混練装置を使用して均一に混合することによって製造することができる。なお、(D)成分と(E)成分については、(D)成分及び(E)成分をそれぞれ(A)成分中に均一に分散させるために、(D)成分及び(E)成分のそれぞれを(A)成分と予め均一に混合してベースコンパウンドを調製し、その後それぞれのベースコンパウンドと残余の成分とを混合することが好ましい。また、組成物を製造する際、混合時に巻き込まれ得る組成物中に内包された空気を抜くために、製造工程の最後に、例えば遠心分離等の手段を用いて脱泡操作を施すことが好ましい。
光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物の接着方法
本発明の光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物の接着方法(即ち、光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物の硬化物を基材表面上に接着させる方法)は、以下3つの工程より成る。つまり、
1.まず、基材表面をプラズマ照射により改質させる工程
2.次に、表面改質を行った基材上に上記光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物を塗布し、光硬化させる工程
3.最後に、上記得られたフッ素エラストマー(硬化物)を一定時間放置することで、該フッ素エラストマー(硬化物)を基材に接着させる工程
である。以下、それぞれの工程に関して詳述する。
1.基材表面を改質させる工程
まず、基材表面を、酸素を含む雰囲気中でのプラズマ照射により改質させる。本発明における基材の表面改質方法は、酸素を含む雰囲気中にてプラズマ照射により行われる。なお、プラズマ照射による基材の表面改質とは、一般的に、金属基材やガラス、セラミック等の無機基材に対しては、ゴミや脂分などの有機物を分解・クリーニングする効果が、有機樹脂製の基材に対しては、上記のクリーニング効果に加え、更に、該樹脂表面を分解して基材の表面に凹凸を与えたり、カルボニル基などの極性基を生やしたりする効果(親水性化効果)があると考えられている。
本発明で用いられる基材は、特に限定されないが、例えば、鉄、アルミニウム、ステンレス等の金属、ガラス、セラミック、及びPPS、PBT、PET、ナイロン等の合成樹脂等が挙げられる。
また、表面改質の効果を高めるため、上記プラズマ照射を実施する前に、基材表面を有機溶剤等による脱脂処理やプリベーク処理等を行うことが好ましい。
プラズマ処理方法
本発明に用いるプラズマ処理の方法については、大気圧、低圧いずれのプラズマ処理を用いてもよいが、該プラズマ処理は少なくとも酸素を含む雰囲気中で行うことが必要であり、好ましくは空気、より好ましくは酸素を含むガス(例えば、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス等)の雰囲気中でプラズマを発生させ表面改質を行うとよい。
大気圧プラズマ処理を行う場合、照射距離は3mm~10cm、好ましくは5mm~5cmである。照射距離が近すぎると、処理面積が狭まることによる作業性低下や基材の劣化を招く可能性がある等の点から好ましくなく、距離が遠すぎると、改質効率が低下し、所望の改質効果が得られなくなる可能性があるため好ましくない。
また、大気圧プラズマの照射時間は1~120秒、好ましくは5~60秒である。照射時間がこれよりも短いと所望の改質効果が得られない可能性があり、逆に長いと作業性低下や基材の劣化を招く可能性がある等の理由から好ましくない。
低圧プラズマ処理を行う場合、50~500Wの高周波出力で5~120秒、好ましくは100~300Wで10~60秒照射を行えばよい。これよりも低出力、短時間での照射では、所望の改質効果が得られない可能性があり、これよりも高出力、長時間の照射では作業性の低下や基材の劣化等を招く可能性があるため好ましくない。
2.光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマーを光硬化させる工程
次に、上記工程1で得られた表面改質を行った基材表面上に、上記光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物を塗布し、該組成物に光照射して硬化させることにより、含フッ素エラストマー(硬化物)を得る。
ここで、硬化の際、照射する光は、近紫外線(以下、単に、紫外線と記載する場合がある。)であることが好ましく、特には、発光スペクトルにおける最大ピーク波長が300~400nmの領域にあり、且つ300nmより短い波長領域にある各波長の放射照度は前記最大ピーク波長の放射照度の5%以下、好ましくは1%以下、より好ましくは0.1%以下、つまり0に近ければ近いほど好ましい。300nmより短い波長領域にあり、放射照度が前記最大ピーク波長の放射照度の5%より大きい波長を有する光を照射すると、ポリマー末端基の分解が起きたり、触媒の一部が分解したりするなどして、十分な硬化物を得ることができない可能性がある。
光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物を硬化させて含フッ素エラストマーを得るのに用いる活性光線種は特に限定はされないが、上記波長の紫外線が好ましい。紫外線照射量(照度)は、積算光量として好ましくは1,000~50,000mJ/cm2、より好ましくは2,000~20,000mJ/cm2、更に好ましくは5,000~10,000mJ/cm2とすることが良好な硬化性を得る上で望ましい。紫外線照射量(照度)が上記範囲未満の場合、組成物中の光活性型ヒドロシリル化反応触媒を活性化するのに十分なエネルギーが得られず、十分な物性(機械的強度等)を有する硬化物(含フッ素エラストマー)を得ることができない可能性があり、一方、紫外線照射量(照度)が上記範囲を超える場合、組成物に必要以上のエネルギーが照射され、ポリマー末端基の分解が起こったり、触媒の一部が失活したりするなどして、十分な硬化物を得ることができない可能性がある。
紫外線照射は複数の発光スペクトルを有する光であっても、単一の発光スペクトルを有する光であってもよい。また、単一の発光スペクトルは300~400nmの領域にブロードなスペクトルを有するものであってもよい。単一の発光スペクトルを有する光は、300~400nm、好ましくは350~380nmの範囲にピーク(即ち、最大ピーク波長)を有する光である。このような光を照射する光源としては、紫外線発光ダイオード(紫外線LED)や、紫外線発光半導体レーザー等の紫外線発光半導体素子光源が挙げられる。
複数の発光スペクトルを有する光を照射する光源としては、メタルハライドランプ、キセノンランプ、カーボンアーク灯、ケミカルランプ、ナトリウムランプ、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ等のランプ等、窒素等の気体レーザー、有機色素溶液の液体レーザー、無機単結晶に希土類イオンを含有させた固体レーザー等が挙げられる。
前記光が発光スペクトルにおいて300nmより短い波長領域にピークを有する場合、若しくは300nmより短い波長領域に前記発光スペクトルにおける最大ピーク波長の放射照度の5%より大きい放射照度を有する波長が存在する場合(例えば、発光スペクトルが広域波長領域に渡ってブロードである場合)には、光学フィルターにより300nmより短い波長領域にある波長の光を除去することが好ましい。これにより、300nmより短い波長領域にある各波長の放射照度を最大ピーク波長の放射照度の5%以下、好ましくは1%以下、より好ましくは0.1%以下、更に好ましくは0%にすることができる。なお、発光スペクトルにおいて300~400nmの波長領域に複数のピークが存在する場合には、その中で最大の吸光度を示すピーク波長を最大ピーク波長とする。光学フィルターは300nmより短い波長をカットするものであれば特に制限されず公知のものを使用すればよい。例えば365nmバンドパスフィルター等を使用することができる。なお、紫外線の照度、スペクトル分布は分光放射照度計、例えばUSR-45D(ウシオ電機)にて測定することができる。
光照射装置としては特に限定されないが、例えば、スポット式照射装置、面式照射装置、ライン式照射装置、コンベア式照射装置等の照射装置が使用できる。
光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物を硬化させる際、光照射時間は、用いる光の照度によるが、例えば1~300秒、好ましくは10~200秒、より好ましくは30~150秒であり、光照射の1~60分後、特には5~30分後には組成物は流動性を失いゴム弾性体を得ることができる。
また光硬化の際の環境温度は、硬化時間に影響を与える。つまり、低い温度では硬化完了に要する時間がより長く、逆に高い温度ではより短くなる。光硬化の特長を活かす意味で、硬化の際の環境温度は10~120℃が好ましい。それより低いと、硬化に長時間を要するため作業性の面から好ましくなく、逆にそれより高いと、基材によっては熱劣化(熱変形・熱変色)を引き起こす可能性があるため好ましくない。
本発明において、光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物の、表面改質処理を行った基材への塗布方法は、組成物を基材上に塗布した後、上記方法により光照射を行い硬化させてもよく、また別途光照射を行った組成物を、硬化するまでの間に基材上に塗布する方法でもよい。
ここで、上記組成物の塗布方法としては特に限定されないが、ポッティングやバーコーター塗布、ロール塗布、スピンコートなどが例として挙げられる。また、上記組成物の塗布量は特に限定されないが、塗布厚みが1μm~10mm、特に10μm~5mmとなる量であることが好ましい。
3.フッ素エラストマーを接着させる工程
上記、基材上のフッ素エラストマー(硬化物)を所定時間以上静置することで、基材とフッ素エラストマー(硬化物)とを接着させることができる。ここで十分な時間静置しないと、ゴム弾性を有する硬化物は得られるものの、基材との接着性が不十分になる場合がある。
その際、静置する環境温度は10~120℃であることが必要である。この温度範囲より低いと接着性の発現により長時間を要することになり、逆にこの温度範囲より高いと基材によっては熱劣化(熱変形・熱変色)を引き起こす可能性があるため好ましくない。
また静置する時間については、環境温度によって左右されるため特に限定されず、適宜選択すればよいが、5分間~7日間が好ましく、更に10分間~48時間が好ましく、特に6時間~48時間が好ましい。
本発明の接着方法は、光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物の硬化物を自動車関連部品、各種電気・電子部品などに接着させる方法として有用である。例えば、自動車の制御系に使用される各種圧力センサー、ガス濃度検知器、温度センサーなどの検知器・センサーの接着シール剤や保護用コーティング剤、ポッティング剤、また各種ガス、温水、薬品などに曝されるセンサーなどの保護用封止剤、インクジェットプリンター用の接着剤、プリンターヘッド用の接着剤・封止剤、レーザープリンターや複写装置のロールやベルトのコーティング剤、各種回路基板の接着シール剤、コーティング剤、ポッティング剤などとして、これらの部品に光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物の硬化物を接着するのに有用な方法である。
以下、調製例、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。なお、下記の例において部は質量部を示す。Meはメチル基を示し、Viはビニル基を示す。また、分子量はGPC分析におけるポリスチレン換算の数平均分子量を示す。粘度は23℃における測定値を示す(JIS K7117-1に準拠)。
ベースコンパウンドAの調製
下記式(7)で示されるポリマー(粘度11,000mPa・s、数平均分子量17,500、ビニル基量0.012モル/100g)100部をプラネタリーミキサー内に仕込み、内温を50~100℃に保持しながら、ジメチルジクロロシランで表面処理された煙霧質シリカ(BET比表面積110m2/g)10部を分割添加した。その後、加熱を停止して1時間減圧下(ゲージ圧;-0.093MPa)で混練した。引き続き混練しながら装置を加熱し、内温が130℃に達してから130~160℃に保持しながら1時間減圧下(ゲージ圧;-0.093MPa)で熱処理した。次に、内容物を40℃以下に冷却後、内容物を取り出し、三本ロールを2回通してベースコンパウンドA(ベースA)を得た。
Figure 0007306472000041
(m+n≒90)
ベースコンパウンドBの調製
上記式(7)で示されるポリマー100部をプラネタリーミキサー内に仕込み、内温を50~100℃に保持しながら、ゼオライト(中村超硬社製 Zeoal Z4A-005 平均一次粒径50nm)10部を分割添加した。その後、加熱を停止して1時間減圧下(ゲージ圧;-0.093MPa)で混練した。引き続き混練しながら装置を加熱し、内温が130℃に達してから130~160℃に保持しながら1時間減圧下(ゲージ圧;-0.093MPa)で熱処理した。次に、内容物を40℃以下に冷却後、内容物を取り出し、三本ロールを2回通してベースコンパウンドB(ベースB)を得た。
ベースコンパウンドCの調製
上記式(7)で示されるポリマー100部をプラネタリーミキサー内に仕込み、内温を50~100℃に保持しながら、モレキュラーシーブパウダー3A(ユニオン昭和社製、平均一次粒径1800nmの多孔質ゼオライト粉末)10部を分割添加した。その後、加熱を停止して1時間減圧下(ゲージ圧;-0.093MPa)で混練した。引き続き混練しながら装置を加熱し、内温が130℃に達してから130~160℃に保持しながら1時間減圧下(ゲージ圧;-0.093MPa)で熱処理した。次に、内容物を40℃以下に冷却後、内容物を取り出し、三本ロールを2回通してベースコンパウンドC(ベースC)を得た。
ベースコンパウンドDの調製
上記式(7)で示されるポリマー100部をプラネタリーミキサー内に仕込み、内温を50~100℃に保持しながら、多孔質シリカビーズ(三好化成社製 SB-300 平均一次粒径5μm)10部を分割添加した。その後、加熱を停止して1時間減圧下(ゲージ圧;-0.093MPa)で混練した。引き続き混練しながら装置を加熱し、内温が130℃に達してから130~160℃に保持しながら1時間減圧下(ゲージ圧;-0.093MPa)で熱処理した。次に、内容物を40℃以下に冷却後、内容物を取り出し、三本ロールを2回通してベースコンパウンドD(ベースD)を得た。
光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物の調製
[調製例1]
上記ベースコンパウンドA55部、及びベースコンパウンドB55部をプラネタリーミキサー内に仕込み、均一になるまで混合した。これに(メチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金(IV)の1,3-ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン溶液(白金濃度3.0質量%)0.055部、及び1-エチニル-1-ヒドロキシシクロヘキサンのトルエン溶液(5.0質量%)0.064部を添加し、均一になるまで混合した。次に下記式(9)で示される含フッ素オルガノ水素ポリシロキサン0.25部(Si-H基量0.0050モル/g)、下記式(10)で示される含フッ素オルガノ水素ポリシロキサン1.96部(Si-H基量0.0072モル/g)、下記式(12)で示される接着付与剤2.2部、及び下記式(13)で示されるエポキシ基含有シラン化合物0.1部を順次添加し、均一になるように混合した。その後、遠心分離機により脱泡操作を行うことにより組成物Aを調製した。
Figure 0007306472000042
Figure 0007306472000043
Figure 0007306472000044
Figure 0007306472000045
[調製例2]
上記ベースコンパウンドA55部、ベースコンパウンドB33部、及び上記式(7)で示されるポリマー20部をプラネタリーミキサー内に仕込み、均一になるまで混合した。これに(メチルシクロペンタジエニル)トリメチル白金(IV)の1,3-ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン溶液(白金濃度3.0質量%)0.054部、及び1-エチニル-1-ヒドロキシシクロヘキサンのトルエン溶液(5.0質量%)0.063部を添加し、均一になるまで混合した。次に上記式(9)で示される含フッ素オルガノ水素ポリシロキサン1.23部(Si-H基量0.0050モル/g)、上記式(10)で示される含フッ素オルガノ水素ポリシロキサン1.20部(Si-H基量0.0072モル/g)、上記式(12)で示される接着付与剤2.2部、及び上記式(13)で示されるエポキシ基含有シラン化合物0.1部を順次添加し、均一になるように混合した。その後、遠心分離機により脱泡操作を行うことにより組成物Bを調製した。
[調製例3]
上記ベースコンパウンドA55部、ベースコンパウンドB11部、及び上記式(7)で示されるポリマー40部をプラネタリーミキサー内に仕込み、均一になるまで混合した。以下の成分の添加、混合は調製例1と同様にして組成物Cを調製した。
[調製例4]
上記ベースコンパウンドB55部、及び上記式(7)で示されるポリマー50部をプラネタリーミキサー内に仕込み、均一になるまで混合した。以下の成分の添加、混合は調製例1と同様にして組成物Dを調製した。
[調製例5]
上記ベースコンパウンドA55部、及びベースコンパウンドC55部をプラネタリーミキサー内に仕込み、均一になるまで混合した。以下の成分の添加、混合は調製例1と同様にして組成物Eを調製した。
[調製例6]
上記ベースコンパウンドA55部、及び上記式(7)で示されるポリマー50部をプラネタリーミキサー内に仕込み、均一になるまで混合した。以下の成分の添加、混合は調製例1と同様にして組成物Fを調製した。
[調製例7]
上記ベースコンパウンドA88部、及び上記式(7)で示されるポリマー20部をプラネタリーミキサー内に仕込み、均一になるまで混合した。以下の成分の添加、混合は調製例1と同様にして組成物Gを調製した。
[調製例8]
上記ベースコンパウンドA55部、及びベースコンパウンドD55部をプラネタリーミキサー内に仕込み、均一になるまで混合した。以下の成分の添加、混合は調製例1と同様にして組成物Hを調製した。
[実施例1~5及び比較例1~3]
各組成物の粘度
実施例1~5、比較例1~3の組成物(上記組成物A~H)について、JIS K7117-1に準じて23℃にて測定した。それらの結果を表1及び表2に示す。
光硬化物の硬化性試験
得られた組成物をカートリッジ容器に充填した後、テトラフルオロエチレン製平板(50mm×50mm×2mm)の上に押し出し、バーコーターを用いて組成物層の厚さが1mmになるように塗布した。UV-LED照射器(365nmタイプ、CCS社製)を用いて、上記組成物を塗布したテトラフルオロエチレン製平板に光照射を行った。その際、波長365nm、100mW/cm2のUV照度で、23℃で90秒間照射を行った。23℃で24時間静置した後、表面状態の観察を行い、タックがなく硬化している場合を○とし、タックがあり硬化していない場合を×とした。それらの結果を表1及び表2に示す。
光硬化物の接着性試験
次に、表1及び表2に記載の各種それぞれ2組の被着体(50mm×25mm)のテストパネルについて、エタノールで脱脂した後、低圧プラズマ照射装置(ヤマト科学社製プラズマドライクリーナー、O2/Ar=80cc/20cc、RF出力;250W、照射時間;30秒)でプラズマ処理を行った。プラズマ処理後、一方の被着体に各組成物を2g塗布後、上記と同様に光照射を行った。その後、もう一方の被着体にそれぞれの端部が10mmずつ重複するように厚さ80μmの組成物層を挟んで重ね合わせた後、23℃で24時間静置し、接着試験片を作製した。次に、JIS K6850に準じて引張せん断接着強さ試験(引張速度50mm/分)を行い、引張せん断接着強さ(MPa)及び凝集破壊率(面積%)を評価した。それらの結果を表1及び表2に示す。
光硬化物の発泡性試験
ガラス板(50mm×50mm×1mm)の表面をエタノールで脱脂した後、各組成物1gをガラス板の中心に塗布し、上記と同様な方法で光照射を行った。その後、このガラス板の両脇10mm部分に1mm厚の金属板を置き、上から別のガラス板を乗せて各組成物層を挟み込んだ。この状態で、23℃で2時間静置し、樹脂層中に発泡がなかった場合を○とし、1つでも発泡が確認された場合を×とした。それらの結果を表1及び表2に示す。
Figure 0007306472000046
Figure 0007306472000047
表1及び表2の結果より、本発明の実施例において、ゼオライトを含む光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物であれば、光硬化させることでフッ素エラストマー樹脂中に気泡が発生せず、低温かつ短時間で各種基材と良好に接着できることが確認された。

Claims (7)

  1. (A)1分子中に2個以上のアルケニル基を有し、且つ主鎖中にパーフルオロポリエーテル構造を有する直鎖状ポリフルオロ化合物 100質量部、
    (B)1分子中にケイ素原子に結合した水素原子を2個以上有する含フッ素オルガノ水素ポリシロキサン (A)成分中のアルケニル基1モルに対して(B)成分中のケイ素原子に結合した水素原子が1.2~3.0モルとなる量、
    (C)光活性型ヒドロシリル化反応触媒 (A)成分の質量に対して金属原子換算で0.1~500ppm
    及び
    (D)平均一次粒径が30μm以下のゼオライト 0.1~20質量部、
    を含有する光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物。
  2. (A)成分が、下記式(1)で表される直鎖状フルオロポリエーテル化合物である請求項1に記載の光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物。
    CH2=CH-(X)g-Rf1-(X’)g-CH=CH2 (1)
    [式(1)中、Xは-CH2-、-CH2O-、-CH2OCH2-又は-Y-NR1-CO-
    (ここで、Yは-CH2-、-Si(CH32CH2CH2CH2-、-Si(CH3)(CH=CH2)CH2CH2CH2-、-Si(CH=CH22CH2CH2CH2-又は下記構造式(Z)
    Figure 0007306472000048
    (式(Z)中、R3、R4はそれぞれ独立に-CH3又は-CH=CH2である。)
    で示されるo-、m-又はp-シリルフェニレン基であり、R1は水素原子又は非置換若しくは置換の1価炭化水素基である)であり、
    X’は-CH2-、-OCH2-、-CH2OCH2-又は-CO-NR2-Y’-
    (ここで、Y’は-CH2-、-CH2CH2CH2Si(CH32-、-CH2CH2CH2Si(CH3)(CH=CH2)-、-CH2CH2CH2Si(CH=CH22-又は下記構造式(Z’)
    Figure 0007306472000049
    (式(Z’)中、R3'、R4'はそれぞれ独立に-CH3又は-CH=CH2である。)
    で示されるo-、m-又はp-シリルフェニレン基であり、R2は水素原子又は非置換若しくは置換の1価炭化水素基である)である。
    gは独立に0又は1である。
    Rf1は下記式(i)又は(ii)
    Figure 0007306472000050
    (式(i)中、p及びqはそれぞれ0又は1~150の整数であって、且つpとqの和の平均は2~200である。rは0~6の整数であり、tは2又は3である。)
    Figure 0007306472000051
    (式(ii)中、uは1~200の整数であり、vは1~50の整数であり、tは2又は3である。)
    で表される2価のパーフルオロポリエーテル基である。]
  3. 更に(E)成分として、疎水性シリカ粉末を(A)成分100質量部に対し0.5~30質量部含む請求項1又は2に記載の光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物。
  4. 更に(F)成分として、1分子中に、ケイ素原子に結合した水素原子と、炭素原子又は炭素原子と酸素原子を介してケイ素原子に結合したエポキシ基及び/又はトリアルコキシシリル基とをそれぞれ1個以上有する、(B)成分以外のオルガノ水素シロキサン化合物を(A)成分100質量部に対し、0.05~5.0質量部含む請求項1~3のいずれか1項に記載の光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物。
  5. 更に(G)成分として、ヒドロシリル化反応の反応制御剤を含む請求項1~4のいずれか1項に記載の光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物。
  6. 基材表面を予めプラズマ照射により改質させ、その外表面上に請求項1~5のいずれか1項に記載の光硬化性フルオロポリエーテル系エラストマー組成物を塗布し、該エラストマー組成物の表面に光照射して該エラストマー組成物を硬化し、10~120℃で静置する工程を含む、該基材と該エラストマー組成物の硬化物とを接着させる方法。
  7. 基材が金属、ガラス、セラミック又は合成樹脂である請求項6に記載の接着方法。
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