JPH08506604A - 放射線で架橋させたパーフルオロエラストマー類のフッ素置換 - Google Patents
放射線で架橋させたパーフルオロエラストマー類のフッ素置換Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、イオン化放射線に暴露することで予め架橋させたパーフルオロエラストマーのフッ素置換を行う方法に関する。その結果として得られる生成物は低下したガス放出を示す。このことから、この方法を受けさせたパーフルオロエラストマー部品はクリーンルームおよび半導体製造で特に有効性を示す。
Description
【発明の詳細な説明】
放射線で架橋させたパーフルオロエラストマー類のフッ素置換
発明の分野
本発明は、放射線で架橋させたパーフルオロエラストマー類にフッ素置換を受
けさせることによって、加熱した時のガス放出量が低くなることと高温における
圧縮永久歪み抵抗力が改良されることとして示されるように、上記材料が示す熱
安定性を改良する方法に関する。また、上記様式で処理したパーフルオロ(メチ
ルビニルエーテル)/テトラフルオロエチレンのコポリマー類も開示する。
技術背景
シールの如きゴム部品で高温耐性および/または耐薬品性が必要とされている
場合、パーフルオロエラストマー類が用いられている。これらの材料の架橋は、
典型的に、そのポリマー鎖の中に硬化部位モノマーを少量組み込んで反応性を示
す架橋部位を持たせることを通して行われている。しかしながら、ある用途では
、化学品を添加して架橋を生じさせることは必ずしも望ましくものでない、と言
うのは、これによって、特に高温になるとその架橋ポリマーから低分子量種のガ
スが放出される可能性があり、このことから、「奇麗な」環境の化学汚染がもた
らされ得る。
また、パーフルオロエラストマー類をイオン化放射線に暴露することでもそれ
らの硬化を生じさせることができ、これは、そのポリマーの中に新しい化学種を
故意に導入するものでない。しかしながら、放射線暴露では、その結果としてし
ばしば、その架橋させたパーフルオロエラストマーの中に比較的不安定な基が生
じる。フッ素置換を受けさせると、
これらの不安定基の多くが壊れて、比較的低いガス放出性を示す生成物が生じる
ことをここに見い出した。
完全フッ素置換されている熱可塑材のフッ素置換を行うと「不純物」または比
較的不安定な基が除去されることは公知であり、これに関しては例えば米国特許
第4,675,380号、4,687,708号および4,743,658号を
参照のこと。また、部分フッ素置換されているポリマー類をフッ素で処理すると
完全フッ素置換されているポリマー類が生じ、これに関しては米国特許第4,9
48,844号を参照のこと。これらの特許はいずれも架橋ポリマー類に関する
ものでないと考えられる。
発明の要約
本発明は架橋パーフルオロエラストマーのフッ素置換方法に関するものであり
、この方法は、放射線暴露で予め架橋させたパーフルオロエラストマーと約25
kPaから約5.0MPaの分圧のフッ素とを約−50℃から約200℃の温度
で接触させることを含んでいる。
発明の詳細
本明細書で用いるパーフルオロエラストマー類をイオン化放射線で予め架橋さ
せておく。上記ポリマー類の架橋は1991年8月20日付けで提出した共譲渡
の米国特許出願07/747,318号(これは引用することによって本明細書
に組み入れられる)の中に記述されている。パーフルオロエラストマーの暴露を
均一に行うためのシステムが取り付けられているファンデグラーフ電子ビーム加
速装置を用いて発生させた如き、イオン化放射線に、このパーフルオロエラスト
マーを暴露することによって、この架橋を実施する。通常、放射線量が約2から
20メガ
ラッドの放射線を用いると満足される結果が得られる。
如何なるパーフルオロエラストマーも使用可能であるが、本明細書で好適に用
いるパーフルオロエラストマーは、テトラフルオロエチレンとパーフルオロ(メ
チルビニルエーテル)から誘導された繰り返し単位を少なくとも95モル%、よ
り好適には少なくとも98モル%含んでいる。このようなパーフルオロエラスト
マーは、テトラフルオロエチレンとパーフルオロ(メチルビニルエーテル)との
ジポリマーであるか、或は硬化部位モノマーを0.1から5モノマー%、より好
適には約0.2から約2モル%含んでいるパーフルオロエラストマーであっても
よい。硬化部位モノマーは、化学的に架橋し得る(放射線でのみ架橋が生じるの
とは対照的に)「反応性」基を含んでいる通常完全フッ素置換されているモノマ
ーを意味している。上記硬化部位モノマー類は、米国特許第4,281,092
号に記述されている如きシアノ置換パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)類
、および/または米国特許第4,035,565号に記述されている如き臭素含
有オレフィン類、および/または米国特許第3,467,638号および3,6
82,872号に記述されているパーフルオロフェノキシ置換オレフィン類など
であってもよい。
別の好適なパーフルオロエラストマーにおける繰り返し単位の少なくとも約9
5モル%は、テトラフルオロエチレンとCF2=CF[OCF2CF(CF3)]
qOC3F7[ここで、qは0または1から10の整数である]から誘導された単
位である。他の好適なパーフルオロエラストマー類は、その繰り返し単位の95
%がテトラフルオロエチレンとパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)[これ
のアルキル基は1から4個の炭素原子を含んでいる];或はテトラフルオロエチ
レンとパーフルオ
ロ(アルキルビニルエーテル)[これのアルキル基は1から4個の炭素原子を含
んでいる]とCF2=CF[OCF2CF(CF3)]qOC2F7[ここで、qは
0または1から10の整数である]から誘導された単位であるパーフルオロエラ
ストマー類である。
−50℃から約200℃、好適には約25℃から約100℃でこのフッ素置換
を実施する。このフッ素の分圧は約25kPaから約5.0MPaである。この
雰囲気は高純度のフッ素ガスであってもよいが、窒素の如き不活性ガスでこのフ
ッ素を希釈するのが好適である。この不活性ガス量がフッ素量の約1から約50
体積%である混合物が好適である。
フッ素置換は如何なる度合でも有益であるが、フッ素がそのパーフルオロエラ
ストマー全部の中に浸透してそれと反応するに充分な期間このフッ素置換を実施
するのが好適である。上記フッ素置換に必要とされる時間はいくつかの要因に応
じて変化するであろう。このパーフルオロエラストマー種の厚みを薄くし、そし
て/またはフッ素置換の温度を高め、そして/またはフッ素分圧を高くすると、
満足されるフッ素置換を得るに必要な時間が短くなるであろう。
放射線で架橋させたパーフルオロエラストマー類は、フッ素置換を受けさせた
後、加熱した時低いガス放出量を示すと共に、酸素プラズマに対して改良された
抵抗力を示す(実施例1−5参照)。化学品汚染を最小限にすることが要求され
ている環境、例えばクリーンルームおよび半導体製造工程などでパーフルオロエ
ラストマー部品を用いる時、このことが特に価値を示す。本明細書で放射線架橋
させてフッ素置換を受けさせたパーフルオロエラストマーに、そのような用途で
用いられている通常の充填材、例えばカーボンブラック、硫酸バリウム、二酸化
チタンお
よび炭酸カルシウムなどを含めてもよい。勿論、使用する如何なる充填材もフッ
素に対して不活性でなくてはならない。半導体産業における用途では充填材を全
く用いないのが好適である。
この放射線で架橋させたパーフルオロエラストマー類内に存在する不安定基の
1種はカルボキシル基(本明細書では、この基にカルボキシレート基を含めると
共に、酸の二量体と単量体基を含める)である。赤外分光法を用いることで、そ
のポリマー内に存在しているこれらの基を容易に検出することができる。フッ素
で処理した後のポリマー内に存在しているカルボキシル基の数を炭素原子100
万個当たり約1000個未満にするのが好適であり、炭素原子100万個当たり
約600個未満にするのがより好適である。テトラフルオロエチレンとパーフル
オロ(メチルビニルエーテル)から誘導された単位がポリマー繰り返し単位の9
5モル%以上であるポリマー類の場合、このことが特に当てはまる。このような
ポリマー類における、炭素原子100万個当たりのカルボキシル基含有数(N)
は、以下に示す方法を用いることで測定可能であり、この方法は、請求の範囲に
示すカルボキシル基含有数の測定で使用すべき方法であり、そしてこれをまた本
明細書の以下の実施例で用いる。
厚さが約0.25mmのフィルムを用いて赤外スペクトルを得る(パーフルオ
ロエラストマーが架橋していることから、ミクロトームを用いてそのバルクサン
プルからこのフィルムを入手してもよい)。以下に示す吸収帯の吸光度を測定す
る:約2360cm-1の所の厚み帯[2700cm-1付近と2200cm-1付近
にある最小ピークの間に直線基線を引き、それに対する最大ピークから測定した
吸光度];約1775cm-1の所の酸二量体帯[約1830cm-1と約1730
cm-1の所にある
最小ピークの間に直線基線を引き、それに対する最大ピークから測定した吸光度
];約1700cm-1の所のカルボキシレート帯[約1730cm-1と約162
0cm-1の所にある最小ピークの間に直線基線を引き、それに対する最大ピーク
から測定した吸光度]。炭素原子100万当たりの酸二量体基の数(NAD)を、
下記の方程式:
から計算する。
カルボキシレート基の数(NCG)を、下記の方程式:
から計算する。
次に、炭素原子100万当たりのカルボキシル基の数(N)は、
N=NAD+NCG
である。
本実施例では、下記の省略形を用いる:
8CNVE
パーフルオロ(4,7−ジオキサ−5−トリフルオロメチルノネ−8−エンニト
リル)(CA#69804−19−9)
PMVE
パーフルオロ(メチルビニルエーテル)
TFE
テトラフルオロエチレン。
本実施例における物性試験では下記の操作を用いた:
圧縮永久歪み
ASTM D395−89、方法BおよびD1414−90
張力および伸び
ASTM D1708およびASTM D1414−90。
実施例1−6
振とう管の中に、モル比が約67.5/32/0.5のTFE/PMVE/8
CNVEパーフルオロエラストマーから成形したOリング(AS568A−21
4)を7個入れた。予めこれらのOリングを電子ビーム照射(14Mラッド)に
暴露した後150℃/24時間の後硬化を受けさせることによって、これらを架
橋させておいた(詳細に関しては1991年8月20日付けで提出した米国特許
連続番号07/747,318を参照のこと)。上記管の排気を行った後、25
/75(F2/N2)比でフッ素と窒素が入っている気体混合物で加圧して1.3
8MPaにした。この管を40℃に6時間保持した。次に、排気を行い、この管
の窒素フラッシュ洗浄を行うことで、残存している全てのフッ素を除去した後、
この管を開けてOリングを取り出した。これらのOリングを80℃のオーブンの
中に24時間入れることで、吸着されている全ての気体を除去した。
フッ素置換条件を以下に示すように変化させる以外は同じ操作を用いて実施例
2−6を実施した。フッ素/窒素混合物の組成および圧力は実施例1と同じであ
った。
これらの実施例に関する種々の試験結果を以下に示す。「対照」は、架橋させ
たがその後この対照のフッ素置換を行わない以外は上記実施例のサンプルと同様
な様式で処理したサンプルであった。
これらのOリングを張力および圧縮永久歪み抵抗力に関して試験し、その結果
を表1、3および5に示す。
これらのOリングを、以下に記述する如き熱重量測定/赤外分析(TGA/I
R)で試験した。
TGA装置の重量測定用ボートの中にサンプルを約1g入れる。この区分室を
窒素パージの下に位置させて、温度を調節したランプの下で加熱した。そのオフ
ガスを20cmのセルの中を通し、これをFT−IR分光計で連続走査する。こ
の実験全体を通してその20cmのセルと伝達系を240℃に維持する。このサ
ンプルから出て来る揮発性ガスを全部そのセルの中に通す。この系から高沸点ガ
ス(150℃以上の沸点)を凝縮させた後、その室温のガスをガスバッグの中に
集めて10mのセルに移す。このガスバッグを用いることで、この実験全体を通
してゆっくりと発生して来るガスまたは量的に検出限界未満であるガスの検出を
行うことが可能になる。従って、20cmのセル内で検出されないような低レベ
ルのガスを検出する時、この10mのセルが役立つ。その発生して来るHFをS
iF4として測定する。その結果を表2に示す。両方の組の実験において、サン
プルに24℃から450℃の加熱サイクルを受けさせた時発生する揮発物量に関
して対照が最大値を示すことは明らかである。全ての場合において、フッ素置換
を受けさせたサンプルは有意に低い揮発性生成物発生を示した(表2および4参
照)。
また、Branson IPCプラズマエッチャー(plasma etch
er)を用いて酸素および酸素/C2F6(1:1)プラズマにOリングを暴露す
ることによる試験を行った。
酸素プラズマにOリングを暴露した時の重量損失を下記の如く追跡した:最初
に、これらのOリングをフッ化溶媒(1,1,2−トリクロロ−1,2,2−ト
リフルオロエタン)で洗浄した後、80℃の真空オーブン内で一晩乾燥させた。
次に、これらの重量測定を行った後、IPC−Bransonエッチャーの中に
入れて、その中でこれらを50Wおよび0.5トールの酸素プラズマに8時間暴
露した。この暴露を行っている間、特定の間隔でそのOリングの重量を測定した
。図1に示す結果は、フッ素置換を受けさせると(実施例1、2および3)重量
損失が対照が示す重量損失の半分のみになることを示している。
別の組の実験において、Oリングを酸素および酸素/C2F6プラズマに下記の
3つの暴露条件下で暴露した:50Wおよび0.5トールで0.
5時間、200Wおよび0.5トールで2時間、そして200Wおよび0.5ト
ールで4時間。頂点が10ナノメートルの化学分析用電子分光法(ESCA)で
表面変化を追跡し、そして走査電子顕微鏡で表面の幾何構造を追跡した。その結
果、プラズマ暴露を受けさせると対照は小さい度合で表面の化学劣化を示すが実
施例1、2および3で得られるOリングの劣化は検出不可能な度合であることが
定性的に示された。
炭素原子100万個当たりのカルボキシル基数(本明細書で記述する「N」)
の計算で用いた赤外ピークは下記の通りである:
2358cm-1 厚み帯
1773cm-1 カルボン酸吸光
1726と1676cm-1 カルボン酸塩アニオン
【手続補正書】特許法第184条の8
【提出日】1994年12月14日
【補正内容】
は例えば米国特許第4,675,380号、4,687,708号および4,
743,658号を参照のこと。また、部分フッ素置換されているポリマー類を
フッ素で処理すると完全フッ素置換されているポリマー類が生じ、これに関して
は米国特許第4,948,844号を参照のこと。これらの特許はいずれも架橋
ポリマー類に関するものでないと考えられる。
発明の要約
本発明は架橋パーフルオロエラストマーのフッ素置換方法に関するものであり
、この方法は、放射線暴露で予め架橋させたパーフルオロエラストマーと25k
Paから5.0MPaの分圧のフッ素とを−50℃から200℃の温度で接触さ
せることを含んでいる。
発明の詳細
本明細書で用いるパーフルオロエラストマー類をイオン化放射線で予め架橋さ
せておく。上記ポリマー類の架橋は1991年8月20日付けで提出した共譲渡
の米国特許第 5,260,351号の中に記述されている。パーフルオロエラ
ストマーの暴露を均一に行うためのシステムが取り付けられているファンデグラ
ーフ電子ビーム加速装置を用いて発生させた如き、イオン化放射線に、このパー
フルオロエラストマーを暴露することによって、この架橋を実施する。通常、放
射線量が2から20メガラッドの放射線を用いると満足される結果が得られる。
如何なるパーフルオロエラストマーも使用可能であるが、本明細書で好適に用
いるパーフルオロエラストマーは、テトラフルオロエチレンとパーフルオロ(メ
チルビニユルエーテル)から誘導された繰り返し単位を少なくとも95モル%、
より好適には少なくとも98モル%含んでいる。
このようなパーフルオロエラストマーは、テトラフルオロエチレンとパーフルオ
ロ(メチルビニルエーテル)とのジポリマーであるか、或は硬化部位モノマーを
0.1から5モノマー%、より好適には0.2から2モル%含んでいるパーフル
オロエラストマーであってもよい。硬化部位モノマーは、化学的に架橋し得る(
放射線でのみ架橋が生じるのとは対照的に)「反応性」基を含んでいる通常完全
フッ素置換されているモ
TFE
テトラフルオロエチレン。
本実施例における物性試験では下記の操作を用いた:
圧縮永久歪み
ASTM D395−89、方法BおよびD1414−90
張力および伸び
ASTM D1708およびASTM D1414−90。
実施例1−6
振とう管の中に、モル比が約67.5/32/0.5のTFE/PMVE/8
CNVEパーフルオロエラストマーから成形したOリング(AS568A−21
4)を7個入れた。予めこれらのOリングを電子ビーム照射(14Mラッド)に
暴露した後150℃/24時間の後硬化を受けさせることによって、これらを架
橋させておいた(詳細に関しては1991年8月20日付けで提出した米国特許
第5,260,351号を参照のこと)。上記管の排気を行った後、25/75
(F2/N2)比でフッ素と窒素が入っている気体混合物で加圧して1.38MP
aにした。この管を40℃に6時間保持した。次に、排気を行い、この管の窒素
フラッシュ洗浄を行うことで、残存している全てのフッ素を除去した後、この管
を開けてOリングを取り出した。これらのOリングを80℃のオーブンの中に2
4時間入れることで、吸着されている全ての気体を除去した。
フッ素置換条件を以下に示すように変化させる以外は同じ操作を用いて実施例
2−6を実施した。フッ素/窒素混合物の組成および圧力は実施例1と同じであ
った。
請求の範囲
1. 放射線暴露で予め架橋させたパーフルオロエラストマーと25kPaか
ら5.0MPaの分圧のフッ素とを−50℃から200℃の温度で接触させるこ
とを含む、架橋パーフルオロエラストマーのフッ素置換方法。
2. 上記温度が25℃から100℃である請求の範囲1記載の方法。
3. 上記パーフルオロエラストマー内の繰り返し単位の少なくとも95モル
%がテトラフルオロエチレンとパーフルオロ(メチルビニルエーテル)から誘導
された繰り返し単位である請求の範囲1記載の方法。
4. 上記パーフルオロエラストマー内の繰り返し単位の少なくとも95モル
%がテトラフルオロエチレンとパーフルオロ(メチルビニルエーテル)から誘導
された繰り返し単位である請求の範囲2記載の方法。
5. 上記パーフルオロエラストマー内の繰り返し単位の少なくとも98モル
%がテトラフルオロエチレンとパーフルオロ(メチルビニルエーテル)から誘導
された繰り返し単位である請求の範囲1記載の方法。
6. 上記パーフルオロエラストマーの中に硬化部位モノマーが0.1から5
モル%の量で存在している請求の範囲5記載の方法。
7. 上記パーフルオロエラストマーが有するカルボキシル基の数が、フッ素
置換後、炭素原子100万個当たり1000個未満である請求の範囲5記載の方
法。
8. 上記パーフルオロエラストマーが有するカルボキシル基の数が、フッ素
置換後、炭素原子100万個当たり600個未満である請求の範囲7記載の方法
。
9. 上記パーフルオロエラストマーが有するカルボキシル基の数が、
フッ素置換後、炭素原子100万個当たり1000個未満である請求の範囲4記
載の方法。
10. 上記パーフルオロエラストマーの中に硬化部位モノマーが存在してい
る請求の範囲9記載の方法。
11. カーボンブラック、硫酸バリウム、二酸化チタン、炭酸カルシウムお
よびそれらの混合物から選択される充填材を存在させる請求の範囲1記載の方法
。
12. 上記パーフルオロエラストマー内の繰り返し単位の少なくとも95モ
ル%が、テトラフルオロエチレンとCF2=CF[OCF2CF(CF3)]qO
C3F7[ここで、qは0または1から10の整数である];テトラフルオロエチ
レンとパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)[この中のアルキル基は1から
4個の炭素原子を含んでいる];或はテトラフルオロエチレンとパーフルオロ(
アルキルビニルエーテル〕[この中のアルキル基は1から4個の炭素原子を含ん
でいる]とCF2=CF[OCF2CF(CF3)]qOC3F7[ここで、qは0
または1から10の整数である];から誘導された単位である請求の範囲1記載
の方法。
13. 請求の範囲1の方法の生成物。
14. 請求の範囲4の方法の生成物。
15. 請求の範囲7の方法の生成物。
16. 請求の範囲10の方法の生成物。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1. 放射線暴露で予め架橋させたパーフルオロエラストマーと約25kPa から約5.0MPaの分圧のフッ素とを約−50℃から約200℃の温度で接触 させることを含む、架橋パーフルオロエラストマーのフッ素置換方法。 2. 上記温度が約25℃から約100℃である請求の範囲1記載の方法。 3. 上記パーフルオロエラストマー内の繰り返し単位の少なくとも95モル %がテトラフルオロエチレンとパーフルオロ(メチルビニルエーテル)から誘導 された繰り返し単位である請求の範囲1記載の方法。 4. 上記パーフルオロエラストマー内の繰り返し単位の少なくとも95モル %がテトラフルオロエチレンとパーフルオロ(メチルビニルエーテル)から誘導 された繰り返し単位である請求の範囲2記載の方法。 5. 上記パーフルオロエラストマー内の繰り返し単位の少なくとも98モル %がテトラフルオロエチレンとパーフルオロ(メチルビニルエーテル)から誘導 された繰り返し単位である請求の範囲1記載の方法。 6. 上記パーフルオロエラストマーの中に硬化部位モノマーが存在している 請求の範囲5記載の方法。 7. 上記パーフルオロエラストマーが有するカルボキシル基の数が、フッ素 置換後、炭素原子100万個当たり1000個未満である請求の範囲5記載の方 法。 8. 上記パーフルオロエラストマーが有するカルボキシル基の数が、フッ素 置換後、炭素原子100万個当たり600個未満である請求の範囲7記載の方法 。 9. 上記パーフルオロエラストマーが有するカルボキシル基の数が、フッ素 置換後、炭素原子100万個当たり1000個未満である請求の範囲4記載の方 法。 10. 上記パーフルオロエラストマーの中に硬化部位モノマーが存在してい る請求の範囲9記載の方法。 11. カーボンブラック、硫酸バリウム、二酸化チタン、炭酸カルシウムお よびそれらの混合物から選択される充填材を存在させる請求の範囲1記載の方法 。 12. 充填材を全く存在させない請求の範囲1記載の方法。 13. 上記パーフルオロエラストマー内の繰り返し単位の少なくとも95モ ル%が、テトラフルオロエチレンとCF2=CF[OCF2CF(CF3)]qO C3F7[ここで、qは0または1から10の整数である];テトラフルオロエチ レンとパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)[この中のアルキル基は1から 4個の炭素原子を含んでいる];或はテトラフルオロエチレンとパーフルオロ( アルキルビニルエーテル)[この中のアルキル基は1から4個の炭素原子を含ん でいる]とCF2=CF[OCF2CF(CF3)]qOC3F7[ここで、qは0 または1から10の整数である];から誘導された単位である請求の範囲1記載 の方法。 14. 請求の範囲1の方法の生成物。 15. 請求の範囲4の方法の生成物。 16. 請求の範囲7の方法の生成物。 17. 請求の範囲10の方法の生成物。
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