JPWO2005049746A1 - 含フッ素エラストマー塗料組成物 - Google Patents

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Abstract

本発明は、架橋可能な含フッ素エラストマー、架橋剤および溶剤からなる、溶液安定性に優れた含フッ素エラストマー塗料組成物を提供する。さらに、前記組成物からなる、熱安定性および架橋安定性に優れた塗膜を提供する。(A)一般式(1):(式中、Y1は、−NHR1、−NH2、−OHまたは−SHであり、R1は、フッ素原子または1価の有機基である)で示される架橋性反応基を少なくとも2個含む化合物、(B)一般式(1)で示される架橋性反応基と反応可能な架橋部位を有する含フッ素エラストマー、および(C)溶剤からなる含フッ素エラストマー塗料組成物である。

Description

本発明は、架橋可能な含フッ素エラストマー、架橋剤および溶剤からなる含フッ素エラストマー塗料組成物に関する。また、前記塗料組成物からなる塗膜およびその塗膜を有する塗装物品に関する。
テトラフルオロエチレン(TFE)−パーフルオロビニルエーテル系のパーフルオロエラストマーは、その卓抜した耐薬品性、耐溶剤性、耐熱性を示すことから、自動車工業、半導体工業、化学工業などの分野において広く用いられており、その用途の一つとして、塗料として用いることが知られている。
フッ素含有量の高いパーフルオロエラストマーは、ポリオール架橋やアミン架橋などでは、架橋させることができないため、パーフルオロゴムを架橋することができるパーオキサイド架橋剤を用いた塗料組成物が開発されている。たとえば、塗料用の組成物として、パーフルオロゴムおよびパーオキサイド系架橋剤からなるコーティング用組成物が開示されている(例えば、特開昭61−201078号公報または特開昭64−75573号公報参照)。しかし、これらのコーティング用組成物は、酸素が存在する条件下では、架橋阻害がおこり、架橋できないため、スチーム加硫缶中によるスチーム架橋等、酸素を排除した条件下での架橋が必要であった。また、架橋部位の耐熱性が劣っているという問題もあった。
架橋部位の耐熱性に優れるパーフルオロゴムの有効な架橋手段として、イミダゾール系架橋剤が開示されている(例えば、国際公開WO01/32773号パンフレット参照)。しかし、該イミダゾール系架橋剤を含む含フッ素エラストマー組成物は、シール材として好適に用いられるものであって、塗料としては知られていないのが現状である。
従って、パーフルオロエラストマーを用いて、有効かつ実用的な架橋が可能である塗料は、存在しなかった。
本発明は、架橋可能な含フッ素エラストマー、架橋剤および溶剤からなる、溶液安定性に優れた含フッ素エラストマー塗料組成物を提供する。また、前記塗料組成物からなり、熱安定性および架橋安定性に優れた塗膜およびその塗膜を有する塗装物品を提供する。
すなわち本発明は、(A)一般式(1):
Figure 2005049746
(式中、Yは、−NHR、−NH、−OHまたは−SHであり、Rは、フッ素原子または1価の有機基である)で示される架橋性反応基を少なくとも2個含む化合物、(B)一般式(1)で示される架橋性反応基と反応可能な架橋部位を有する含フッ素エラストマー、および(C)溶剤からなる含フッ素エラストマー塗料組成物に関する。
含フッ素エラストマーが、パーフルオロエラストマーであることが好ましい。
架橋部位が、シアノ基、カルボキシル基およびアルコキシカルボニル基からなる群から選択される少なくとも1つの基からなることが好ましい。
溶剤が、水素濃度3%以下のフッ素系溶剤であることが好ましい。
また、本発明は、前記含フッ素エラストマー塗料組成物を空気中で架橋することにより得られる塗膜に関する。
さらに、本発明は、金属、樹脂、ゴムまたはそれらの複合体からなる物品の一部または全面に、前記塗料組成物からなる塗膜を有する塗装物品に関する。
本発明は、(A)一般式(1):
Figure 2005049746
(式中、Yは、−NHR、−NH、−OHまたは−SHであり、Rは、フッ素原子または1価の有機基である)で示される架橋性反応基を少なくとも2個含む化合物、(B)一般式(1)で示される架橋性反応基と反応可能な架橋部位を有する含フッ素エラストマー、および(C)溶剤からなる含フッ素エラストマー塗料組成物に関する。
<化合物(A)>
化合物(A)は、架橋構造を形成するために一般式(1):
Figure 2005049746
(式中、Yは、−NHR、−NH、−OHまたは−SHであり、Rは、フッ素原子または1価の有機基であり、好ましくは−NHRである)で示される架橋性反応基を少なくとも2個、好ましくは2〜3個、より好ましくは2個有する。一般式(1)で示される架橋性反応基が、2個未満であると、架橋することができないため、塗膜を形成することができない。
一般式(1)で示される架橋性反応基における置換基Rは、水素原子以外の1価の有機基またはフッ素原子である。N−R結合は、N−H結合よりも耐酸化性が高いため好ましい。
1価の有機基としては、限定されるものではないが、脂肪族炭化水素基、フェニル基またはベンジル基があげられる。具体的には、たとえば、Rの少なくとも1つが−CH、−C、−Cなどの炭素数1〜10、特に1〜6の低級アルキル基;−CF、−C、−CHF、−CHCF、−CHなどの炭素数1〜10、特に1〜6のフッ素原子含有低級アルキル基;フェニル基;ベンジル基;−C、−CHなどのフッ素原子で1〜5個の水素原子が置換されたフェニル基またはベンジル基;−C5−n(CF、−CH5−n(CF(nは1〜5の整数)などの−CFで1〜5個の水素原子が置換されたフェニル基またはベンジル基などがあげられる。
これらのうち、耐熱性が特に優れており、架橋反応性が良好であり、さらに合成が比較的容易である点から、フェニル基、−CHが好ましい。
化合物(A)として、一般式(1)で示される架橋性反応基を2個有する一般式(2):
Figure 2005049746
(Yは、前記同様であり、Rは、−SO−、−O−、−CO−、炭素数1〜10のアルキレン基、
Figure 2005049746
または単結合手である。)で示される化合物が合成が容易な点から好ましい。
炭素数1〜10のアルキレン基の好ましい具体例としては、たとえば炭素数1〜6の非置換アルキレン基、または炭素数1〜10のパーフルオロアルキレン基などがあげられるが、パーフルオロアルキレン基としては、
Figure 2005049746
などがあげられる。なお、これらの化合物は、特公平2−59177号公報、特開平8−120146号公報などで、ビスジアミノフェニル化合物の例示として知られているものである。
これらの中でもより好ましい化合物(A)としては、一般式(3):
Figure 2005049746
(式中、Rは、同じかまたは異なり、いずれも炭素数1〜10のアルキル基;フッ素原子を含有する炭素数1〜10のアルキル基;フェニル基;ベンジル基;フッ素原子および/または−CFで1〜5個の水素原子が置換されたフェニル基またはベンジル基である)で示される化合物である。
具体例としては、限定的ではないが、たとえば2,2−ビス[3−アミノ−4−(N−メチルアミノ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[3−アミノ−4−(N−エチルアミノ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[3−アミノ−4−(N−プロピルアミノ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[3−アミノ−4−(N−フェニルアミノ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[3−アミノ−4−(N−パーフルオロフェニルアミノ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[3−アミノ−4−(N−ベンジルアミノ)フェニル]ヘキサフルオロプロパンなどがあげられる。これらの中でも、架橋物の耐熱性の点から、2,2−ビス[3−アミノ−4−(N−フェニルアミノ)フェニル]ヘキサフルオロプロパンがさらに好ましい。
以上に説明した化合物(A)は、機械的強度、耐熱性、耐薬品性に優れ、特に耐熱性と耐薬品性にバランスよく優れた架橋物を与えるものである。
なお、2,2−ビス−[3−アミノ−4−(N−フェニルアミノ)フェニル]ヘキサフルオロプロパンは、ジャーナル・オブ・ポリマー・サイエンスのポリマー・ケミストリー編、Vol.20、2381〜2393頁(1982)でモノマーとして合成されている。
化合物(A)の添加量は、含フッ素エラストマー(B)100重量部に対して、0.1〜20重量部であることが好ましく、0.5〜10重量部であることがより好ましい。化合物(A)が、0.1重量部未満であると、実用上充分な機械的強度、耐熱性、耐薬品性が得られない傾向があり、20重量部をこえると、架橋に多大な時間がかかる上、架橋物が硬く柔軟性がなくなる傾向がある。
<含フッ素エラストマー(B)>
含フッ素エラストマー(B)は、一般式(1)で示される架橋性反応基と反応可能な架橋部位を有するものであればよく、特に限定されるものではない。
一般式(1)で示される架橋性反応基と反応可能な架橋部位としては、シアノ基(−CN基)、カルボキシル基(−COOH基)、アルコキシカルボニル基(−COOR基。Rは炭素数1〜3のアルキル基)があげられるが、これらの中でも、架橋物の耐熱性の点から、シアノ基であることが好ましい。
含フッ素エラストマー(B)としては、架橋可能なものであれば、とくに制限はないが、耐熱性、耐薬品性の点からパーフルオロエラストマーであることが好ましい。
含フッ素エラストマー(B)としては、とくに制限はなく、例えば、フッ素ゴム(a)、熱可塑性フッ素ゴム(b)、およびこれらのフッ素ゴムからなるゴム組成物などがあげられる。
フッ素ゴム(a)としては、非パーフルオロフッ素ゴム(a−1)およびパーフルオロフッ素ゴム(a−2)があげられる。また、熱可塑性フッ素ゴム(b)としては、エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントと非エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントからなるものがあげられ、エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントおよび非エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントのそれぞれの構成単位の90モル%以上がパーハロオレフィンである含フッ素多元セグメント化ポリマー(b−1)、エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントの構成単位の90モル%以上がパーハロオレフィンであり、かつ非エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントが構成単位として90モル%未満のパーハロオレフィンを含む含フッ素多元セグメント化ポリマー(b−2)、およびエラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントが構成単位として90モル%未満のパーハロオレフィンを含み、かつ非エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントの構成単位の90モル%以上がパーハロオレフィンであるかまたは構成単位として90モル%未満のパーハロオレフィンを含む含フッ素多元セグメント化ポリマー(b−3)があげられる。
非パーフルオロフッ素ゴム(a−1)としては、ビニリデンフルオライド(VdF)系フッ素ゴム、テトラフルオロエチレン(TFE)/プロピレン系フッ素ゴム、テトラフルオロエチレン(TFE)/プロピレン/ビニリデンフルオライド(VdF)系フッ素ゴム、エチレン/ヘキサフルオロプロピレン(HFP)系フッ素ゴム、エチレン/ヘキサフルオロプロピレン(HFP)/ビニリデンフルオライド(VdF)系フッ素ゴム、エチレン/ヘキサフルオロプロピレン(HFP)/テトラフルオロエチレン(TFE)系フッ素ゴム、フルオロシリコーン系フッ素ゴム、またはフルオロホスファゼン系フッ素ゴムなどがあげられ、これらをそれぞれ単独で、または本発明の効果を損なわない範囲で任意に組合わせて用いることができる。
ビニリデンフルオライド系フッ素ゴムとは、ビニリデンフルオライド45〜85モル%と、ビニリデンフルオライドと共重合可能な少なくとも1種の他の単量体55〜15モル%とからなる含フッ素エラストマー性共重合体をいう。好ましくは、ビニリデンフルオライド50〜80モル%と、ビニリデンフルオライドと共重合可能な少なくとも1種の他の単量体50〜20モル%とからなる含フッ素エラストマー性共重合体をいう。
ビニリデンフルオライドと共重合可能な少なくとも1種の他の単量体としては、たとえばテトラフルオロエチレン(TFE)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、トリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)、トリフルオロプロピレン、テトラフルオロプロピレン、ペンタフルオロプロピレン、トリフルオロブテン、テトラフルオロイソブテン、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)(PAVE)、フッ化ビニルなどの含フッ素単量体、エチレン、プロピレン、アルキルビニルエーテルなどの非フッ素単量体があげられる。これらをそれぞれ単独で、または、任意に組み合わせて用いることができる。これらのなかでも、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)が好ましい。
具体的なゴムとしては、VdF−HFP系ゴム、VdF−HFP−TFE系ゴム、VdF−CTFE系ゴム、VdF−CTFE−TFE系ゴムなどがある。
テトラフルオロエチレン/プロピレン系フッ素ゴムとは、テトラフルオロエチレン45〜70モル%、プロピレン55〜30モル%からなり、さらにテトラフルオロエチレンとプロピレンの合計量に対して、架橋部位を与える単量体0〜5モル%含有する含フッ素共重合体をいう。
架橋部位を与える単量体としては、たとえば特開平4−505345号公報、特開平5−500070号公報に記載されているようなシアノ基含有単量体、カルボキシル基含有単量体、アルコキシカルボニル基含有単量体などがあげられる。
パーフルオロフッ素ゴム(a−2)としては、テトラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)/架橋部位を与える単量体からなるものなどがあげられる。テトラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)の組成は、50〜90/10〜50モル%であることが好ましく、より好ましくは、50〜80/20〜50モル%であり、さらに好ましくは、55〜70/30〜45モル%である。また、架橋部位を与える単量体は、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)の合計量に対して、0〜5モル%であることが好ましく、0〜2モル%であることがより好ましい。
この場合のパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)としては、たとえばパーフルオロ(メチルビニルエーテル)、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)などがあげられ、これらをそれぞれ単独で、または任意に組合わせて用いることができる。
架橋部位を与える単量体としては、たとえば、一般式(4):
CF=CFO(CFCF(CF)O)(CF−X (4)
(式中、mは、0〜5の整数、nは、1〜3の整数、Xは、シアノ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基)で表される単量体などがあげられ、これらをそれぞれ単独で、または任意に組合わせて用いることができる。
このシアノ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基が、架橋部位となり、化合物(A)と架橋反応が進行する。
つぎに、熱可塑性フッ素ゴム(b)である、含フッ素多元セグメント化ポリマー(b−1)について説明する。
まず、エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントについて説明する。エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントは、重合体に柔軟性を付与し、ガラス転移点が25℃以下、好ましくは0℃以下である。その構成単位の90モル%以上を構成するパーハロオレフィンとしては、たとえば、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、一般式(5):
CF=CFO(CFCFYO)−(CFCFCFO)−R (5)
(式中、Yは、FまたはCF、R は、炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基、pは、0〜5の整数、qは、0〜5の整数)で表されるパーフルオロビニルエーテルなどがあげられる。
エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントを構成するパーハロオレフィン以外の構成単位としては、たとえばビニリデンフルオライド、トリフルオロエチレン、トリフルオロプロピレン、テトラフルオロプロピレン、ペンタフルオロプロピレン、トリフルオロブテン、テトラフルオロイソブテン、フッ化ビニルなどの含フッ素単量体、エチレン、プロピレン、アルキルビニルエーテルなどの非フッ素単量体などであればよい。
エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントの好ましい例としては、テトラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)/架橋部位を与える単量体からなるエラストマー性ポリマー鎖があげられる。テトラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)の組成は、50〜85/50〜15モル%であり、架橋部位を与える単量体が、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)の合計量に対して、0〜5モル%であることが好ましい。
架橋部位を与える単量体としては、たとえば、一般式(4)、一般式(5)で表されるような単量体などがあげられる。
つぎに、非エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントについて説明する。非エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントの構成単位の90モル%以上を構成するパーハロオレフィンとしては、たとえばテトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)、ヘキサフルオロプロピレン、一般式(6):
CF=CF(CF (6)
(式中、rは、1〜10の整数、Xは、フッ素原子または塩素原子)で表される化合物、パーフルオロ−2−ブテンなどのパーハロオレフィンなどがあげられる。
非エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントを構成するパーハロオレフィン以外の構成単位としては、エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントを構成するパーハロオレフィン以外の構成単位と同様のものがあげられる。
非エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントの好ましい例としては、テトラフルオロエチレン85〜100モル%、および一般式(7):
CF=CF−R (7)
(式中、R は、R または−OR であり、R は、炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基)で表される化合物0〜15モル%からなる非エラストマー性ポリマー鎖があげられる。
つぎに、含フッ素多元セグメント化ポリマー(b−2)について説明する。
この場合のエラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントは、前記含フッ素多元セグメント化ポリマー(b−1)について説明したものと同じでよい。
非エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントの構成単位としては、ビニリデンフルオライド、フッ化ビニル、トリフルオロエチレン、一般式(8):
CH=CX−(CF−X (8)
(式中、Xは、水素原子またはフッ素原子、sは、1〜10の整数)で表される化合物、CH=C(CFなどの部分フッ素化オレフィンなどがあげられる。
また、これらの単量体と共重合可能なエチレン、プロピレン、塩化ビニル、ビニルエーテル、カルボン酸ビニルエステル、アクリル酸などの単量体も共重合成分として用いることができる。
つぎに、含フッ素多元セグメント化ポリマー(b−3)について説明する。
含フッ素多元セグメント化ポリマー(b−3)におけるエラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントはガラス転移点が25℃以下、好ましくは0℃以下のポリマー鎖である。
また、エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントは、構成単位として90モル%未満のパーハロオレフィンを含む。この場合のパーハロオレフィン以外の構成単位としては、前記含フッ素多元セグメント化ポリマー(b−1)のパーハロオレフィン以外の構成単位と同じものがあげられる。
含フッ素多元セグメント化ポリマー(b−3)における非エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントは、前述した含フッ素多元セグメント化ポリマー(b−1)または(b−2)における非エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントと同じでよい。
熱可塑性フッ素ゴム(b)は、1分子中にエラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントと非エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントがブロックやグラフトの形態で結合した含フッ素多元セグメント化ポリマーであることが重要である。
エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントの数平均分子量は、得られる含フッ素多元セグメント化ポリマー全体へ柔軟性の付与、弾性の付与、機械的物性の付与の点から、5,000〜750,000であることが好ましく、20,000〜400,000であることがより好ましい。
非エラストマー性セグメントの数平均分子量は、1,000〜1,200,000であることが好ましく、より好ましくは3,000〜600,000である。
また、熱可塑性パーフルオロゴム(b)(含フッ素多元セグメント化ポリマー)の耐熱性という点から、非エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントの結晶融点は、150℃以上であることが好ましく、200〜360℃であることがより好ましい。
熱可塑性パーフルオロゴム(b)は、1分子中にエラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントと非エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントがブロックやグラフトの形態で結合した含フッ素多元セグメント化ポリマーであることが重要であり、エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントの両側に非エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントが結合したポリマー分子、エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントの片側に非エラストマー性含フッ素ポリマー鎖セグメントが結合したポリマー分子を主体とするものである。
本発明においては、前述のようなフッ素ゴム(a)と熱可塑性フッ素ゴム(b)とからなる組成物を用いることもできる。
<含フッ素エラストマー(B)の製造方法>
本発明に使用される含フッ素エラストマー(B)は、常法により製造することができ、乳化重合法、懸濁重合法、溶液重合法などの重合法により製造することができる。重合時の温度、時間などの重合条件としては、モノマーの種類や目的とするエラストマーにより適宜決定すればよい。
重合開始剤としては、好ましくはカルボキシル基またはカルボキシル基を生成し得る基(たとえば、酸フルオライド、酸クロライド、−CFOHなどがあげられる。これらはいずれも水の存在下にカルボキシル基を生ずる)をエラストマー末端に存在させ得るものが好ましい。具体例としては、たとえば過硫酸アンモニウム(APS)、過硫酸カリウム(KPS)などがあげられる。
重合反応混合物から重合生成物を単離方法としては、酸処理により凝析する方法が、工程の簡略化の点から好ましい。または、重合混合物を酸処理し、その後凍結乾燥などの手段で重合生成物を単離してもよい。さらに超音波などによる凝析や機械力による凝析などの方法も採用できる。
本発明で用いる含フッ素エラストマー(B)は、重合生成物を酸処理することにより、重合生成物に存在しているカルボン酸の金属塩やアンモニウム塩などの基をカルボキシル基に変換することができる。酸処理法としては、たとえば塩酸、硫酸、硝酸などにより洗浄するか、これらの酸で重合反応後の混合物の系をpH3以下にする方法が適当である。
また、ヨウ素や臭素を含有する架橋性エラストマーを発煙硝酸により酸化してカルボキシル基を導入することもできる。
さらに、シアノ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基の導入方法としては、国際公開00/05959号パンフレットに記載の方法も用いることができる。
<溶剤(C)>
本発明に使用できる溶剤としては、特に限定されず、含フッ素エラストマーを充分にとかすことができるものであればよい。また、含フッ素エラストマーとして、パーフルオロエラストマーを使用する場合は、パーフルオロエラストマーを充分にとかすことができる点で、化学構造から計算される水素濃度が3%以下のフッ素系溶剤が好ましく、水素濃度が0%である完全フッ素化溶剤がより好ましい。水素濃度が3%をこえる溶剤であると、パーフオロエラストマーの溶解性に乏しい傾向がある。
さらに、化合物(A)中のフェニルアミン骨格は、一部の低級ケトン系などの溶剤では、変質してしまう傾向があり、長期の溶液安定性を損なうため、変質しない溶剤を使うことが好ましい。
フェニルアミン骨格を変質させない、フッ素系溶剤としては、パーフロ3級アミン(例えば、パーフルオロトリ−n−ブチルアミン、パーフルオロトリエチルアミン)、CFC(完全ハロゲン化クロロフルオロカーボン)、HFC(ハイドロフルオロカーボン)、HCFC(ハイドロクロロフルオロカーボン)、フロリナートFC−77(登録商標、住友スリーエム株式会社製、主成分:C16O)などがあげられる。また、フッ素系溶剤以外の溶剤としては、メチルイソブチルケトン、イソホロンなどのケトン類、酢酸ブチル、酢酸イソペンチルなどのエステル類、ジエチレングリコールジメチルエーテルなどのエーテル類、トルエン、キシレンなどの炭化水素類、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドンなどのアミド類があげられる。これらは、単独もしくは2種類以上の溶剤を併用して用いることができる。
また、溶剤(C)は、塗料組成物全体の重量を基準にして、40〜95重量%用いることが好ましく、70〜90重量%用いることがより好ましい。溶剤が40重量%未満であると、組成物の溶液粘度が高く加工が困難になる傾向があり、95重量%をこえると、一度の塗布で得られる膜厚が非常に薄くなる傾向がある。
<含フッ素エラストマー塗料組成物>
本発明の塗料組成物は、溶剤以外の各成分を、通常のゴム用加工機械、たとえば、オープンロール、バンバリーミキサー、ニーダーなどを用いて混合し、コンパウンドとした後、溶剤に溶解または分散させることにより調製することができる。この他、ボールミル等の密閉式混合機を用い、各成分を混合する方法によっても調製することができる。
また、必要に応じて架橋性エラストマー組成物に配合される通常の添加物、たとえば充填剤、加工助剤、可塑剤、着色剤、安定剤、接着助剤などの各種添加剤を配合することができ、前記のものとは異なる常用の架橋剤や架橋促進剤を1種またはそれ以上配合してもよい。
充填剤としては、カーボンブラック、金属酸化物などの無機フィラー、エンジニアリング樹脂粉末などの有機フィラーなどがあげられ、具体的には、金属酸化物としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムなどがあげられ、有機フィラーとしては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミドなどのイミド構造を有するイミド系フィラー;ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリオキシベンゾエートなどをあげることができる。
本発明の塗料組成物により被覆する物質基材(被塗物)としては、鉄、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、真鍮などの金属類;ガラス板、ガラス繊維の織布および不織布などのガラス製品;ポリプロピレン、ポリオキシメチレン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリスルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトンなどの汎用および耐熱性樹脂の成形品および被覆物;SBR、ブチルゴム、NBR、EPDMなどの汎用ゴム、およびシリコーンゴム、フッ素ゴムなどの耐熱性ゴムの成形品および被覆物;天然繊維および合成繊維の織布および不織布などを使用することができるが、本発明の組成物は特にイミド系樹脂やフッ素ゴムの成形品への接着性に優れる。
得られた塗料組成物のコーティング方法としては、例えば、ディップコーティング、流延、スプレーコーティング、刷毛塗り、カーテンフローコーティングなどにより行うことができる。また、塗布が可能な基材としては、金属、樹脂、ゴムまたはそれらの複合体などがあげられる。
塗布されたコーティング膜は、塗布後、溶剤を蒸発させ、さらに塗料組成物の架橋を行うことが好ましい。溶剤を蒸発させる方法としては、風乾、オーブンによる乾燥等、通常用いられている方法であれば、特に限定はされない。
架橋条件としては、使用する架橋剤などの種類により適宜決めればよいが、通常、150〜300℃の温度で、1分〜24時間焼成を行う。
また、架橋方法としては、スチーム架橋など通常用いられている方法はもちろんのこと、常圧、加圧、減圧下においても、また、空気中においても、どのような条件下においても架橋反応を行うことができる。
従来のパーオキサイド架橋では、酸素が存在する条件下では、架橋阻害がおこるため、スチーム加硫缶中によるスチーム架橋や不活性ガス中での架橋等、架橋に大掛かりな設備を必要としたが、本発明の塗膜組成物は、空気中で架橋することが可能であるため、塗膜が簡便に得ることができることに加え、得られた塗膜は、熱安定性および耐薬品性に優れている。
本発明の塗料組成物から形成された被膜は、耐薬品性に優れ、高温長期圧縮時の表面ヘタリ性も改善されているので、メタルガスケットに適する。また、前記他の基材上へ被膜を形成することにより、耐熱性、耐溶剤性、潤滑性、被粘着性が要求される分野で使用でき、具体的な用途としては、以下に示す分野で好適に用いることができる。
半導体製造装置、液晶パネル製造装置、プラズマパネル製造装置、プラズマアドレス液晶パネル、フィールドエミッションディスプレイパネル、太陽電池基板等の半導体関連分野では、O(角)リング、パッキン、シール材、チューブ、ロール、コーティング、ライニング、ガスケット、ダイアフラム、ホース等があげられ、これらはCVD装置、ドライエッチング装置、ウェットエッチング装置、酸化拡散装置、スパッタリング装置、アッシング装置、洗浄装置、イオン注入装置、排気装置、薬液配管、ガス配管に用いることができる。具体的には、ゲートバルブのOリング、シール材として、クォーツウィンドウのOリング、シール材として、チャンバーのOリング、シール材として、ゲートのOリング、シール材として、ベルジャーのOリング、シール材として、カップリングのOリング、シール材として、ポンプのOリング、シール材、ダイアフラムとして、半導体用ガス制御装置のOリング、シール材として、レジスト現像液、剥離液用のOリング、シール材として、ウェハー洗浄液用のホース、チューブとして、ウェハー搬送用のロールとして、レジスト現像液槽、剥離液槽のライニング、コーティングとして、ウェハー洗浄液槽のライニング、コーティングとしてまたはウェットエッチング槽のライニング、コーティングとして用いることができる。さらに、封止材・シーリング剤、光ファイバーの石英の被覆材、絶縁、防振、防水、防湿を目的とした電子部品、回路基盤のポッティング、コーティング、接着シール、磁気記憶装置用ガスケット、エポキシ等の封止材料の変性材、クリーンルーム・クリーン設備用シーラント等として用いられる。
自動車分野では、ガスケット、シャフトシール、バルブステムシール、シール材およびホースはエンジンならびに周辺装置に用いることができ、ホースおよびシール材はAT装置に用いることができ、O(角)リング、チューブ、パッキン、バルブ芯材、ホース、シール材およびダイアフラムは燃料系統ならびに周辺装置に用いることができる。具体的には、エンジンヘッドガスケット、メタルガスケット、オイルパンガスケット、クランクシャフトシール、カムシャフトシール、バルブステムシール、マニホールドパッキン、オイルホース、酸素センサー用シール、ATFホース、インジェクターOリング、インジェクターパッキン、燃料ポンプOリング、ダイアフラム、燃料ホース、クランクシャフトシール、ギアボックスシール、パワーピストンパッキン、シリンダーライナーのシール、バルブステムのシール、自動変速機のフロントポンプシール、リアーアクスルピニオンシール、ユニバーサルジョイントのガスケット、スピードメーターのピニオンシール、フートブレーキのピストンカップ、トルク伝達のO−リング、オイルシール、排ガス再燃焼装置のシール、ベアリングシール、EGRチューブ、ツインキャブチューブ、キャブレターのセンサー用ダイアフラム、防振ゴム(エンジンマウント、排気部等)、再燃焼装置用ホース、酸素センサーブッシュ等として用いることができる。
航空機分野、ロケット分野および船舶分野では、ダイアフラム、O(角)リング、バルブ、チューブ、パッキン、ホース、シール材等があげられ、これらは燃料系統に用いることができる。具体的には、航空機分野では、ジェットエンジンバルブステムシール、燃料供給用ホース、ガスケットおよびO−リング、ローテーティングシャフトシール、油圧機器のガスケット、防火壁シール等に用いられ、船舶分野では、スクリューのプロペラシャフト船尾シール、ディーゼルエンジンの吸排気用バルブステムシール、バタフライバルブのバルブシール、バタフライ弁の軸シール等に用いられる。
プラント等の化学品分野では、ライニング、バルブ、パッキン、ロール、ホース、ダイアフラム、O(角)リング、チューブ、シール材、耐薬品用コーティング等があげられ、これらは医薬、農薬、塗料、樹脂等化学品製造工程に用いることができる。具体的には、化学薬品用ポンプ、流動計、配管のシール、熱交換器のシール、硫酸製造装置のガラス冷却器パッキング、農薬散布機、農薬移送ポンプのシール、ガス配管のシール、メッキ液用シール、高温真空乾燥機のパッキン、製紙用ベルトのコロシール、燃料電池のシール、風洞のジョイントシール、耐トリクレン用ロール(繊維染色用)、耐酸ホース(濃硫酸用)、ガスクロマトグラフィー、pHメーターのチューブ結合部のパッキン、塩素ガス移送ホース、ベンゼン、トルエン貯槽の雨水ドレンホース、分析機器、理化学機器のシール、チューブ、ダイアフラム、弁部品等として用いることができる。
医薬品等の薬品分野では、薬栓等として用いることができる。
現像機等の写真分野、印刷機械等の印刷分野および塗装設備等の塗装分野では、ロール等があげられ、それぞれフィルム現像機・X線フィルム現像機、印刷ロールおよび塗装ロールに用いることができる。具体的には、フィルム現像機・X線フィルム現像機の現像ロールとして、印刷ロールのグラビアロール、ガイドロールとして、塗装ロールの磁気テープ製造塗エラインのグラビアロール、磁気テープ製造塗エラインのガイドロール、各種コーティングロール等として用いることができる。さらに、乾式複写機のシール、印刷設備の印刷ロール、スクレーパー、チューブ、弁部品、塗布、塗装設備の塗布ロール、スクレーパー、チューブ、弁部品、プリンターのインキチューブ、ロール、ベルト、乾式複写機のベルト、ロール、印刷機のロール、ベルト等として用いることができる。
またチューブを分析・理化学機分野に用いることができる。
食品プラント機器分野では、ライニング、バルブ、パッキン、ロール、ホース、ダイアフラム、O(角)リング、チューブ、シール材、ベルト等があげられ、食品製造工程に用いることができる。具体的には、プレート式熱交換器のシール、自動販売機の電磁弁シール等として用いることができる。
原子力プラント機器分野では、パッキン、Oリング、ホース、シール材、ダイアフラム、バルブ、ロール、チューブ等があげられる。
鉄板加工設備等の鉄鋼分野では、ロール等があげられ、鉄板加工ロール等に用いることができる。
一般工業分野では、パッキング、Oリング、ホース、シール材、ダイアフラム、バルブ、ロール、チューブ、ライニング、マンドレル、電線、フレキシブルジョイント、ベルト、ゴム板、ウェザーストリップ、PPC複写機のロール、ロールブレード、ベルト等があげられる。具体的には、油圧、潤滑機械のシール、ベアリングシール、ドライクリーニング機器の窓、その他のシール、六フッ化ウランの濃縮装置のシール、サイクロトロンのシール(真空)バルブ、自動包装機のシール、空気中の亜硫酸ガス、塩素ガス分析用ポンプのダイアフラム(公害測定器)、印刷機のロール、ベルト、酸洗い用絞りロール等に用いられる。
電気分野では、具体的には、新幹線の絶縁油キャップ、液封型トランスのベンチングシール、油井ケーブルのジャケット等として用いられる。
燃料電池分野では、具体的には、電極、セパレーター間のシール材や水素・酸素・生成水配管のシール等として用いられる。
電子部品分野では、具体的には、放熱材原料、電磁波シールド材原料、エポキシ等のプリント配線板プリプレグ樹脂の変性材、電球等の飛散防止材、コンピューターのハードディスクドライブのガスケット等に用いられる。
現場施工型の成形に用いることが可能なものとしては特に限定されず、たとえば、自動車エンジン用メタルガスケットのコーティング剤、エンジンのオイルパンのガスケット、複写機・プリンター用のロール、建築用シーリング剤、磁気記録装置用のガスケット、クリーンルーム用フィルターユニットのシーリング剤、プリント基盤のコーティング剤、電気・電子部品の固定剤、電気機器リード線端子の絶縁防湿処理、電気炉等のオーブンのシール、シーズヒーターの末端処理、電子レンジの窓枠シール、CRTウェッジおよびネックの接着、自動車電装部品の接着、厨房、浴室、洗面所等の目地シール等があげられる。
つぎに本発明を実施例をあげて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
製造例1(シアノ基含有エラストマーの合成)
着火源をもたない内容積3mLのステンレススチール製オートクレーブに、純水1Lおよび乳化剤として
Figure 2005049746
10g、pH調整剤としてリン酸水素二ナトリウム・12水塩0.09gを仕込み、系内を窒素ガスで充分に置換し脱気したのち、600rpmで撹拌しながら、50℃に昇温し、テトラフルオロエチレン(TFE)とパーフルオロ(メチルビニルエーテル)(PMVE)の混合ガス(TFE/PMVE=25/75モル比)を、内圧が0.78MPa・Gになるように仕込んだ。ついで、過硫酸アンモニウム(APS)の527mg/mLの濃度の水溶液10mLを窒素圧で圧入して反応を開始した。
重合の進行により内圧が、0.69MPa・Gまで降下した時点で、CF=CFOCFCF(CF)OCFCFCN(CNVE)3gを窒素圧にて圧入した。ついで圧力が0.78MPa・Gになるように、TFEを4.7gおよびPMVE5.3gをそれぞれ自圧にて圧入した。以後、反応の進行にともない同様にTFE、PMVEを圧入し、0.69〜0.78MPa・Gのあいだで、昇圧、降圧を繰り返すと共に、TFEとPMVEの合計量が70g、130g、190gおよび250gとなった時点でそれぞれCNVE3gを窒素圧で圧入した。
重合反応の開始から19時間後、TFEおよびPMVEの合計仕込み量が、300gになった時点で、オートクレーブを冷却し、未反応モノマーを放出して固形分濃度21.2重量%の水性分散体1330gを得た。
この水性分散体のうち1196gを水3588gで希釈し、3.5重量%塩酸水溶液2800g中に、撹拌しながらゆっくりと添加した。添加後5分間撹拌した後、凝析物をろ別し、得られたポリマーをさらに2kgのHCFC−141b中にあけ、5分間撹拌し、再びろ別した。この後このHCFC−141bによる洗浄、ろ別の操作をさらに4回繰り返したのち、60℃で72時間真空乾燥させ、240gのシアノ基含有エラストマーを得た。
19F−NMR分析の結果、この重合体のモノマー単位組成は、TFE/PMVE/CNVE=56.6/42.3/1.1モル%であった。
製造例2(ヨウ素含有エラストマーの合成)
内容積1Lの電磁攪拌式ガラスオートクレーブに、純水500ミリリットルおよび乳化剤として
Figure 2005049746
50g、NaCl 1.634gを仕込んで溶解し、ついで、NaSO0.880gを仕込んだ。オートクレーブを脱気し、窒素ガスで内部空間を置換した後、CO[(CFO]CF=CF150gを仕込み、再びオートクレーブで脱気し、テトラフルオロエチレンで内部空間を置換した後、15℃でテトラフルオロエチレンを圧入して2.04kg/cmGまで加圧し、その後、ヘキサフルオロプロピレンで3.0kg/cmGまで加圧した。この時、オートクレーブの空間部のガス組成は、ヘキサフルオロプロピレン約35モル%であった。
オートクレーブ内容物を720rpmで攪拌しながら、これに過硫酸アンモニウム(APS)5mgの純水5mL溶液をテトラフルオロエチレンガスで圧入した。重合が開始されて、圧力が2.8kg/cmGまで低下したところで、I(CFI 1.0gをテトラフルオロエチレンガスで圧入して仕込んだ。その後、圧力が2.0kg/cmGまで低下した時点で、テトラフルオロエチレンを圧入して圧力を3.0kg/cmGに回復した。温度を15℃に保ちつつ、上記圧力の低下および回復を繰り返して、重合を9時間行った。その後、ヒドロキノン100mgの純水溶液をテトラフルオロエチレンガスで圧入して重合を停止した。オートクレーブ内の気体を放出した後、透明な分散液780.7gを回収した。この分散液に純水430gとアセトン450mLを、さらに塩酸150mLを加えて攪拌し、生成物を凝析させ、凝析物をアセトンで2回洗浄した後、100℃で減圧乾燥して、エラストマー状重合体145.9gを得た。
実施例1
製造例1で得られたシアノ基含有する含フッ素エラストマーとジャーナル・オブ・ポリマー・サイエンスのポリマー・ケミストリー編、Vol.20、2381〜2393頁(1982)に記載の方法で合成した架橋剤である2,2−ビス[3−アミノ−4−(N−フェニルアミノ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン(AFTA−Ph)とカーボンブラック(Cancarb社製 Thermax N−990)とを重量比100/0.8/20(重量部)で、オープンロールにて混合した後に、パーフロ溶剤であるフロリナートFC−77(登録商標、住友スリーエム株式会社製、主成分:C16O)に溶解させ、固形分濃度が10重量%の塗料組成物を調整した。
次に、塗料組成物をSUS304板上に、バーコーターを用いて塗布し、30分の風乾した後、80〜100℃に設定したオーブンで30分間乾燥し、厚さ約10μmの塗膜を形成した。さらに、その後、200℃で10分間焼成を行った。
得られた塗装板について、以下の評価を行った結果を表1に示す。
(表面状態)
得られた塗装膜をフロリナートFC−77(登録商標、住友スリーエム株式会社製、主成分:C16O)に40℃で24時間浸漬し、表面状態を目視で観察し、以下の基準により評価した。
○:溶解しなかった。
△:塗膜の表面部分が溶解した。
×:塗膜がほぼ完全に溶解した。
(浸漬後の液の状態)
得られた塗装膜をフロリナートFC−77(登録商標、住友スリーエム株式会社製、主成分:C16O)に40℃で24時間浸漬した後の液の状態(色、にごり具合)を目視で観察し、以下の基準により評価した。
○:無色透明であり、変化はなかった(塗膜の溶解、カーボンブラックの脱落はない)。
△:黒い浮遊物があった(塗膜の溶解によるカーボンブラックの脱落が少ない)。
×:液が真っ黒になった(塗膜の溶解によるカーボンブラックの脱落が多い)。
比較例1
製造例2で得られた末端にヨウ素を含有する含フッ素エラストマーと、パーヘキサ25B(日本油脂(株)製)とトリアリルイソシアヌレート(TAIC)(日本化成(株)製)とカーボンブラック(Cancarb社製 Thermax N−990)とを重量比100/1/3/20(重量部)で、オープンロールにて混合した後に、パーフロ溶剤であるフロリナートFC−77(登録商標、住友スリーエム株式会社製、主成分:C16O)に溶解させ、固形分濃度を10重量%の塗料組成物を調整した以外は、実施例1と同様にして、塗装板を得た。
得られた塗装板について、塗膜の表面状態および浸漬後の液の状態について評価を行った結果を表1に示す。
比較例2
200℃で10分間焼成を行うかわりに、スチーム加硫缶中にて150℃で60分間加熱した以外は、比較例1と同様にして、塗装板を得た。
得られた塗装板について、塗膜の表面状態および浸漬後の液の状態について評価を行った結果を表1に示す。
Figure 2005049746
表1の比較例1および2で得られる塗膜は、フロリナートFC−77に浸漬した際に、塗膜が溶解すること、および塗料組成物に含有されているカーボンブラックが脱落することによる浸漬液の黒色化により、架橋反応が充分に進行していないことが分かる。それに対し、実施例1で得られる塗膜は、塗膜の溶解も、液のにごりもないことから、空気中で充分に架橋反応が進行していることが分かる。
比較例3
ポリオール系架橋剤含有の含フッ素エラストマー(ダイエルG−701、ダイキン工業株式会社製)、酸化マグネシウム(MA−150、協和化学工業株式会社製)、水酸化カルシウム(CALDIC#2000、近江化学工業株式会社製)、MTカーボンブラック(N990、Cancarb LTD.製)とを重量比100/3/6/20(重量部)で、オープンロールにて混練し、架橋可能なフッ素ゴム組成物を得た。
得られたフッ素ゴム組成物を170℃で10分間プレス架橋を行った後、さらに、230℃のエアーオーブン中で24時間かけてオーブン架橋し、厚みが2mmである20mm×30mmのフッ素ゴムシートを得た。
得られたフッ素ゴムシートをアセトン中に40℃で5時間浸漬し、浸漬前後の体積増加率を測定した結果を表2に示す。
実施例2
比較例3で得られたフッ素ゴムシートの表面に、実施例1で作製した塗料組成物を刷毛で塗布し、30分風乾した後、80〜100℃に設定したオーブンで30分間乾燥し、さらに、その後、200℃で10分間焼成を行った。この操作を3回繰り返した後、さらに、230℃で5時間の焼成を行い、表面が完全に塗膜で覆われたフッ素ゴムシートを得た。
得られたフッ素ゴムシートをアセトン中に40℃で5時間浸漬し、浸漬前後の体積増加率を測定した結果を表2に示す。
Figure 2005049746
本発明の含フッ素エラストマー塗料組成物は、架橋可能な含フッ素エラストマー、架橋剤および溶剤からなることにより、溶液安定性に優れており、さらに、熱安定性および架橋安定性に優れた塗膜、およびその塗膜を有する塗装物品を提供することができる。

Claims (6)

  1. (A)一般式(1):
    Figure 2005049746
    (式中、Yは、−NHR、−NH、−OHまたは−SHであり、Rは、フッ素原子または1価の有機基である)で示される架橋性反応基を少なくとも2個含む化合物、(B)一般式(1)で示される架橋性反応基と反応可能な架橋部位を有する含フッ素エラストマー、および(C)溶剤からなる含フッ素エラストマー塗料組成物。
  2. 含フッ素エラストマーが、パーフルオロエラストマーである請求の範囲第1項記載の含フッ素エラストマー塗料組成物。
  3. 架橋部位が、シアノ基、カルボキシル基およびアルコキシカルボニル基からなる群から選択される少なくとも1つの基からなる請求の範囲第1項または第2項記載の含フッ素エラストマー塗料組成物。
  4. 溶剤が、水素濃度3%以下のフッ素系溶剤である請求の範囲第1項、第2項または第3項記載の含フッ素エラストマー塗料組成物。
  5. 請求の範囲第1項、第2項、第3項または第4項記載の含フッ素エラストマー塗料組成物を空気中で架橋することにより得られる塗膜。
  6. 金属、樹脂、ゴムまたはそれらの複合体からなる物品の一部または全面に、請求の範囲第1項、第2項、第3項または第4項記載の塗料組成物からなる塗膜を有する塗装物品。
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