KR101005244B1

KR101005244B1 - 영구 압축 변형율이 향상된 플루오로중합체

Info

Publication number: KR101005244B1
Application number: KR1020057000870A
Authority: KR
Inventors: 윌리엄 디 콕지오; 피터 제이 스콧; 클라우스 힌트저; 에릭 디 하레
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2011-01-04
Also published as: JP2010242105A; US20040014900A1; AU2003232114A1; DE60317530T2; DE60317530D1; RU2005101073A; WO2004009660A1; EP1539844A1; ATE378359T1; CN1668658A; EP1539844B1; JP2005533162A; RU2326907C2; CN1297577C; US6803435B2; KR20050030629A

Abstract

본 발명은 (a) (i) 화학식 CF₂=CF-R_f(식 중, R_f는 플루오르 또는 C₁-C₈ 퍼플루오로알킬임), (ii) 화학식 CF₂=CF-R_f및 C₂-C₉올레핀의 총 몰 기준으로 약 10 몰% 이상의 수소 함유 C₂-C₉ 올레핀, (iii) 플루오로중합체 사슬 당 1개 이상의 말단 브롬 원자(들)를 포함하는 평균 2개 이상의 브롬 원자, (iv) 임의로 화학식 CX₂=CX-R(식 중, X는 각각 독립적으로 H, F, 또는 Cl이고 R은 할로겐이거나, 또는 1개 이상의 에테르 가교(들)를 포함할 수 있는 C₁-C₈ 알킬 또는 알케닐 기임), (v) 임의로 브롬 함유 경화 부위 단량체로부터 유도된 혼성중합 단위를 포함하는 플루오로중합체; (b) 임의로 퍼옥시드 경화제; 및 (c) 임의로 가교결합 보조제를 포함하는 경화성 조성물을 제공한다. 또한 본 발명은 그러한 플루오로중합체 조성물의 제조 및 사용 방법도 제공한다.

Description

영구 압축 변형율이 향상된 플루오로중합체{FLUOROPOLYMERS HAVING IMPROVED COMPRESSION SET}

본 발명은 브롬화 염의 존재하에 제조할 수 있고, 1개 이상의 헤테로원자(들) 및 수소 함유 C₂-C₉ 올레핀을 함유할 수 있으며, C₂-C₁₀ 플루오르화 올레핀의 혼성중합 단위를 가지는 퍼옥시드-경화성 플루오로중합체 조성물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그러한 플루오로중합체 조성물의 제조 방법 및 경화된 조성물로부터 제조된 물품에 관한 것이기도 하다.

중합체 사슬의 말단에 1개 이하의 요오드 원자 또는 브롬 원자를 가지며, 사슬내 브롬 함량이 0.05 중량% - 2 중량%인 플루오로탄성중합체가 미국 특허 5,173, 553에 기재되어 있다. 이 플루오로탄성중합체는 특히 사출 성형 공정에서의 향상된 가공성, 몰드 이형성, 및 열 안정성을 가지는 것으로 알려져 있다. 플루오로탄성중합체는 비닐리덴 플루오라이드 및/또는 테트라플루오로에틸렌의 플루오르화 단량체 단위 및 임의로 헥사플루오로프로펜 및/또는 퍼플루오로알킬-퍼플루오로 비닐 에테르로부터 제조한다. 이 플루오르화 공중합체는 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 및/또는 이소부틸렌으로부터 유도된 단량체 단위 40 몰% 이하의 양과 조합할 수 있다.

테트라플루오로에틸렌과 프로필렌의 공중합체는 제조하여 퍼옥시드로 경화시킨다. 경화 후 그러한 중합체의 물성은 바람직하지 못할 정도로 고 영구 압축 변형율(compression set) 값을 가진다.

발명의 개요

요약하건대, 본 발명은 (a) (i) 화학식 CF₂=CF-R_f(식 중, R_f는 플루오르 또는 C₁-C₈ 퍼플루오로알킬임), (ii) 화학식 CF₂=CF-R_f및 수소 함유 C₂-C₉올레핀의 총 몰 기준으로 약 10 몰% 이상의 수소 함유 C₂-C₉ 올레핀, (iii) 플루오로중합체 사슬 당 1개 이상의 말단 브롬 원자(들)를 포함하는 평균 2개 이상의 브롬 원자, (iv) 임의로 화학식 CX₂=CX-R(식 중, X는 각각 독립적으로 H, F, 또는 Cl이고, R은 할로겐이거나 또는 1 이상의 에테르 가교(들)를 포함할 수 있는 C₁-C₈ 알킬 또는 알케닐 기임), (v) 임의로 브롬 함유 경화 부위 단량체로부터 유도된 혼성중합 단위를 포함하는 플루오로중합체; (b) 임의로 퍼옥시드 경화제; 및 (c) 임의로 가교결합 보조제(crosslinking co-agent)를 포함하는 경화성 조성물을 제공한다. 경화성 조성물내의 플루오로중합체는 브롬 염의 존재하에서 중합하는 것이 바람직하다.

다른 양태에서, 본 발명은 (a) 중합체 사슬 당 1개 이상의 말단 브롬 원자(들)를 포함하는 평균 2개 이상의 브롬 원자를 갖고 있는 테트라플루오로에틸렌과 프로필렌을 포함하는 공중합체, (b) 퍼옥시드 경화제, 및 (c) 임의로 가교결합 보조제의 반응 생성물을 포함하는 경화된 플루오로탄성중합체 조성물을 제공하며, 여기서 상기 조성물은 공단량체 비율이 유사하고 사슬 당 브롬 원자가 평균 2개 미만인 비교 공중합체보다 더 낮은 영구 압축 변형율 값을 가진다. 상기 비교 공중합체는 단량체 비율이 약 5 몰% 이내 또는 훨씬 더 이내라는 점에서 본 발명의 플루오로중합체와 유사하지만, 비교 물질은 브롬량이 좀 더 적어서, 중합체 사슬 당 2개 미만의 브롬 원자를 함유하고/하거나 본 발명의 플루오로중합체의 1개 이상의 말단 브롬 원자보다 적은 수의 브롬 원자를 가진다.

또 다른 양태에서, 본 발명은 화학식 CF₂=CF-R_f(식 중, R_f는 플루오르 또는 C₁-C₈ 퍼플루오로알킬임)를 개시제와 함께 화학식 CF₂=CF-R_f및 수소 함유 C₂-C₉올레핀의 총 몰 기준으로 약 10 몰% 이상의 수소 함유 C₂-C₉ 올레핀, 브롬화 염, 임의로 화학식 CX₂=CX-R(식 중, X는 각각 독립적으로 H, F, 또는 Cl이고, R은 할로겐이거나 또는 1개 이상의 에테르 가교(들)를 포함할 수 있는 C₁-C₈ 알킬 또는 알케닐 기임), 및 임의로 브롬 함유 경화 부위 단량체와 조합시키는 단계; 상기 조합물을 중합시키는 단계를 포함하는 플루오로중합체 조성물의 제조 방법을 제공한다.

또 다른 양태에서, 본 발명은 경화된 조성물을 포함하는 플루오로중합체 물품을 제공한다.

본 발명은 라디칼 개시제 및 브롬 염의 존재하에서 제조되는 플루오르화 탄성중합체(예를 들어, 테트라플루오로에틸렌-프로필렌, 즉 "TFE-P")를 제공한다. 놀랍게도, 본 발명의 개시제 시스템은 경화 부위 단량체가 플루오로중합체로부터 제거된 경우에도 매우 우수한 물성을 가진 TFE-P와 같은 경화성 플루오로중합체를 제공한다. 이 플루오로탄성중합체는 향상된 물성을 나타낸다. 본 발명의 다른 잇점은 경화 후, 본 발명의 플루오로탄성중합체가 공지된 TFE-P 탄성중합체와 비교한 바와 같이 현저히 감소된 영구 압축 변형율을 나타낸다는 점이다.

본 발명의 다른 특징 및 잇점은 후술하는 본 발명의 상세한 설명 및 특허 청구의 범위로부터 분명하게 이해할 수 있다. 발명의 개시내용의 원리에 관한 상기 개요는 예시된 실시양태 각각이나 본 발명의 개시내용의 실시 전부를 설명한 것이 아니다. 후술하는 발명의 상세한 설명은 본 명세서에 개시된 원리를 이용하여 바람직한 특정 실시양태를 더욱 구체적으로 예시한다.

발명의 상세한 설명

본 발명의 플루오로탄성중합체 조성물은 수소 함유 C₂-C₉ 올레핀과 함께 화학식 CF₂=CF-R_f를 가진 플루오르화 단량체의 혼성중합 단위로부터 유도되며, 상기 식 중, R_f는 플루오르이거나, 또는 수소 원자 1/2 미만이 플루오르로 치환되고, 보다 바람직하게는 수소 원자 1/4 미만이 플루오르로 치환되며, 다른 실시양태에서는 비플루오르화되어 있는 C₁-C₈ 퍼플루오로알킬이다.

상기 중합체는 1개 이상의 브롬 함유 경화 부위 단량체, 예컨대 브로모트리플루오로에틸렌(BTFE), 브로모디플루오로에틸렌(BDFE), 브로모테트라플루오로부텐(BTFB), 1개 또는 2개의 플루오르 원자가 브롬 원자로 치환된 퍼플루오로 비닐 에테르, 요오드 함유 경화 부위 단량체 등을 임의로 함유할 수 있다. 플루오로중합체내 브롬 함유 경화 부위 단량체의 양은 약 5 몰% 이하 또는 그 미만이다. 브롬 함유 경화 부위 단량체가 포함되는 경우, 이것의 양은 총 플루오로중합체 조성물을 기준으로 바람직하게는 약 0.01 몰% 내지 약 4 몰%, 더욱 바람직하게는 약 0.05 몰% 내지 약 2 몰%이다. 플루오로중합체가 브롬 함유 경화 부위 단량체를 함유하는 경우, 수소 함유 C₂-C₉ 올레핀의 양은 총 플루오로중합체 조성물의 약 10 몰% 이상이다. 프로필렌은 바람직한 C₂-C₉ 올레핀의 한 예이다.

경화성 조성물은 플루오로중합체 사슬 당 평균 2개 이상의 브롬 원자를 가진다. 이 브롬 원자는 통상적으로 중합체 사슬 말단에서 확인된다(즉, 말단 브롬 원자들). 또한, 브롬 원자는, 선형 중합체가 예를 들어 브롬화 퍼플루오로 비닐 에테르 또는 브로모테트라플루오로부텐(BTFB) 경화 부위 단량체를 이용하여 중합될 때와 같이 중합체 골격을 따라 치환되어 있는 것으로 확인할 수 있다. 이 플루오로중합체는 1개 이상의 말단 브롬 원자를 가진다.

본 발명의 다른 실시양태에서, 브롬 함유 경화 부위 단량체는 본 발명의 플루오로탄성중합체 조성물을 가교 결합시키는 데 반드시 필요한 것이 아니다. 이 양태에서, 경화성 조성물은 플루오로중합체 사슬 당 평균 2개 이상의 말단 브롬 원자를 가진다. 이러한 말단 브롬 원자는 주쇄 및/또는 분지쇄에 발생한다.

본 발명의 조성물내 플루오로중합체 사슬은 선형, 분지형 또는 이들의 조합일 수 있다. 경화성 조성물은 브롬 함유 경화 부위 단량체가 포함되든 포함되지 않든 낮은 영구 압축 변형율을 비롯한 매우 우수한 물성을 가진 플루오로탄성중합체를 생성한다. 대조적으로, 사슬 당 1개 미만의 브롬 원자를 가진 것을 제외하고는 모든 면에서 유사한 비교 물질은 경화하여 소정의 물성을 제공하지 않는다. 또한 대조적으로, 본 발명의 플루오로중합체와 유사한 브롬 함유 경화 부위 단량체의 수준을 가지지만 중합체 사슬 말단에 추가의 브롬 원자(본 발명의 플루오로중합체에서는 제공됨)가 결여된 비교 물질은 훨씬 더 높은 영구 압축 변형율 수준을 가진다.

플루오로중합체가 경화 부위 단량체를 함유하지 않는 경우, 수소 함유 C₂-C₉ 올레핀의 양은 약 10 몰% 이상, 더욱 바람직하게는 약 15 몰% 이상이거나 심지어 20 몰% 범위이다. 다른 실시양태에서, 수소 함유 C₂-C₉ 올레핀 함량은 약 25 몰% 이상, 더욱 바람직하게는 약 30 몰% 이상이거나 심지어 약 40 몰% 이상이다. 이 수소 함유 올레핀의 양은 약 90 몰% 이하, 더욱 바람직하게는 약 80 몰% 이하의 범위이다. 몇몇 바람직한 실시양태에서, 이 플루오로중합체는 비닐리덴 플루오라이드를 약 0.5 몰% 내지 약 20 몰%의 양으로 포함한다.

본 발명에 유용한 올레핀은 하기 화학식으로 표시되는 것이다:

CX₂=CX-R

상기 식 중에서, X는 각각 독립적으로 수소 또는 플루오르 또는 염소이고, R 은 수소, 플루오르, 또는 C₁-C₁₂ 알킬, 바람직하게는 C₁-C₃ 알킬이다. 바람직한 올레핀은 부분 플루오르화 단량체(예를 들어, 비닐리덴 플루오라이드) 또는 α-올레핀을 비롯한 올레핀(예를 들어, 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 펜텐, 헥센 등)과 같은 수소 함유 단량체를 포함한다. 또한, 상기 언급한 물질들의 배합물도 유용하다.

또한, 퍼플루오르화 비닐 에테르는 본 발명의 공단량체로서도 적당하다. 이러한 퍼플루오로 비닐 에테르로는, 예를 들어 CF₂=CFOCF₃, CF₂=CFOCF₂CF₂OCF₃, CF₂=CFOCF₂CF₂CF₂0CF₃, CF₂=CFOCF₂CF₂CF₃, CF₂=CFOCF₂CF(CF₃)OCF₂CF ₂CF₃, 및 CF₂=CFOCF₂CF(CF₃)OCF₂CF(CF₃)OCF₂CF ₂CF₃를 들 수 있다.

본 발명의 플루오로탄성중합체 조성물은 임의의 공지된 방법에 의해 제조한다. 하나의 독창적인 방법은 브롬 함유 염 존재하에 수성 에멀션 중에서 수행하는 자유 라디칼 중합 방법이다. 브롬 함유 염은 중합 매질 및 중합 조건에서 브롬 이온을 제공할 수 있는 화합물을 포함한다. 이러한 염의 예로는, 예를 들어 KBr, NH₄Br, HBr의 다른 염, 예를 들어 Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Pt 등과 같은 전이 금속의 브롬화물 뿐만 아니라 예를 들어 Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Cu, Ag, Zn, Cd 등과 같은 주기율 시스템의 IA족, IB족, IIA족 및 IIB족에 속하는 금속의 브롬화물, 또는 예를 들어 Al, Ga, Sn, Pb 등과 같은 주기율 시스템의 III족 및 IVB족에 속하는 금속의 브롬화물을 들 수 있다. 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 브롬화물을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 방법에 사용하고자 하는, 브롬화물 이온을 제공할 수 있는 화합물의 양은 소정의 수준의 영구 압축 변형율 내성과 같은 소정의 결과를 얻는 데 효과적인 양이다. 개시제에 비하여 브롬화물 염의 몰비는 약 1:0.1 내지 1:10, 더욱 바람직하게는 약 1:0.5 내지 1:5이다. 상기 언급한 브롬 함유 염 이외에도 R이 C_l-C₉ 알킬인, NR₄ ⁺Br^- 및 HN(R)₃ ⁺Br과 같은 알킬 암모늄 염을 사용할 수 있다. 또 다른 유용한 부류의 브롬 함유 화합물은 N-브로모숙신이미드와 같은 이미드이다. 바람직한 브롬 염은 KBr, FeBr₂, CuBr, 및 NH₄Br과 같은 4차염이다.

본 발명의 경화성 플루오로중합체는 플루오로중합체 사슬 당 평균 2개 이상의 브롬 원자(이들 중 1개 이상의 브롬 원자는 말단에 존재함)를 포함한다. 플루오로중합체 사슬 당 1개 미만의 브롬 원자를 사용하는 경우, 플루오로탄성중합체를 낮은 영구 압축 변형율과 같은 소정의 물성을 가지는 망상조직으로 가교결합 시키기에는 이들 원자의 양이 너무 적다.

임의로 자유 라디칼 중합 공정 동안, 1개 또는 2개의 브롬 원자를 함유하고, 충분히 안정하여 소정의 중합 조건하에서 바람직하지 않은 부반응이 진행되지 않는 브롬화 화합물과 같은 브롬 함유 사슬 전이제(CTA: chain transfer agent)를 사용할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시양태에서는, 그러한 물질이 결과적으로 바람직하지 않은 유기 잔류물을 생성시키며 중합 속도를 감소시키기 때문에, 사슬 전이제(CTA)를 전혀 사용하지 않는다. 이러한 실시양태에서, 형성된 플루오로중합체는 사슬 전이제로부터 유래한 잔류물을 실질적으로 함유하지 않는다. 즉, 플루오로중합체는 CTA로부터 유래한 잔류물을 약 0.1 중량% 미만, 바람직하게는 0.05 중량% 미만, 더욱 바람직하게는 0 중량%의 양으로 함유한다. 이러한 사슬 전이제는 해당 기술, 예를 들면, 본 명세서에 참고 인용되어 있는 미국 특허 4,000,356(Weisgerber 등에 특허 허여됨)에 공지되어 있다.

본 발명의 바람직한 APS/KBr 시스템은 중합 속도 향상시키고, 바람직하지 않은 유기 잔류물을 남기지 않으며, 중합 효율을 증가시키고, 낮은 영구 압축 변형율 특성을 가진 플루오로중합체를 제공하는 것을 비롯한 1 이상의 잇점을 제공한다. 이러한 중합체는 무기 브롬 염으로부터 유래한 잔류물을 함유할 수 있으며, 또한 이 잔류물은 공지된 방법으로 제거할 수 있다.

본 발명의 조성물은 탄성중합체 또는 열가소성 물질일 수 있다.

유용한 플루오로중합체의 하나의 예는 테트라플루오로에틸렌의 주요 단량체 단위 및 1개 이상의 올레핀으로 주구성된다. 이 실시양태에서, 공중합된 올레핀 단위는 공중합체내에 존재하는 총 단량체 단위의 약 10 몰% 내지 약 70 몰%(더욱 바람직하게는 35 몰% 내지 60 몰%)를 포함한다.

놀랍게도, 브롬 함유 물질로 제조한 중합체는 이 물질을 부족하게 사용한 방법으로 제조한 비교 중합체보다 영구 압축 변형율이 보다 낮은 것과 같은 훨씬 더 우수한 특성을 가진다.

본 발명의 플루오로탄성중합체 조성물은 놀랍게도 심지어 경화 부위 단량체가 없는 경우에도 임의로 1 이상의 가교결합 보조제와 함께, 1 이상의 공지된 경화제, 바람직하게는 퍼옥시드 화합물을 사용하여 경화시킬 수 있다. 적당한 퍼옥시드 경화제는 일반적으로 경화 온도에서 자유 라디칼을 발생시키는 것들, 예컨대 개시내용이 본 명세서에 참조 인용된 WO 99/48939와 같은 해당 기술에서 기재된 것들이다. 50℃ 이상의 온도에서 각각 분해되는 디알킬 퍼옥시드 및 비스(디알킬 퍼옥시드)가 특히 바람직하며, 여기서 알킬기는 1개 내지 12개의 탄소 원자(더욱 바람직하게는 1개 내지 6개의 탄소 원자)를 가지며, 선형이거나 분지형일 수 있다. 많은 경우에 있어서, 퍼옥시 산소 원자에 부착된 3차 탄소 원자를 가지는 디-t-부틸 퍼옥시드를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 유형의 바람직한 퍼옥시드 중에는 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥스-3-인 및 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)-헥산이 있다. 유용한 퍼옥시드의 추가의 예로는 디쿠밀 퍼옥시드, 디벤조일 퍼옥시드, t-부틸 퍼벤조에이트, a,a'-비스(t-부틸퍼옥시-디이소프로필벤젠), 및 디[1,3-디메틸-3-(t-부틸퍼옥시)-부틸]카보네이트와 같은 화합물을 들 수 있다. 일반적으로는, 플루오로탄성중합체 100부 당 퍼옥시드 약 1부 내지 3부를 사용한다.

플루오로탄성중합체 조성물은 경화성 플루오로탄성중합체 제제에 통상적으로 사용되는 보조제를 어느 것이든 포함할 수 있다. 임의로, 1개 이상의 가교결합 보조제를 퍼옥시드 경화제와 조합할 수 있다. 예를 들어, 경화제 시스템의 일부로서 플루오로탄성중합체 조성물과 종종 혼합되는 하나의 물질은 퍼옥시드 경화제와 협력하여 유용한 경화를 제공할 수 있는 폴리 불포화 화합물로 구성된 보조제(경우에 따라서는 보조 경화제라고 칭함)이다. 이 보조제는 퍼옥시드 경화제와의 조합시 특히 유용하다. 상기 보조제(들)은 일반적으로 플루오로중합체 100부 당 보조제 0.1부 내지 10부(phr), 바람직하게는 1 phr 내지 5 phr와 동등한 양으로 첨가한다. 본 발명의 퍼옥시드 경화제와 함께 사용하기에 유용한 보조제의 예로는 트리알릴 시아누레이트; 트리알릴 이소시아누레이트; 트리(메틸알릴)이소시아누레이트; 트리스(디알릴아민)-s-트리아진; 트리알릴 포스파이트; N, N-디알릴 아크릴아미드; 헥사알릴 포스포아미드; N,N,N',N'-테트라알킬 테트라프탈아미드; N,N,N',N'-테트라알릴 말론아미드; 트리비닐 이소시아누레이트; 1,3,5-트리비닐-트리메틸시클로트리실록산; 및 트리(5-노르보르넨-2-메틸렌)시아누레이트를 들 수 있다. 특히 유용한 것은 트리알릴 이소시아누레이트이다. 다른 유용한 보조제로는 EP 0 661 304 Al, EP 0 784 064 Al, EP 0 769 521 Al, 및 미국 특허 5,585,449에 개시된 비스-올레핀을 들 수 있다.

경화 부위 단량체를 함유하지 않는 플루오로중합체는 보조제와 함께 전술한 퍼옥시드 경화 시스템을 사용여 경화시키거나, 비스페놀/오늄 시스템을 사용한 것과 같은 공지된 가교결합 반응을 통해 경화시킬 수 있다. 또한, 혼합된 경화 시스템(퍼옥시드/비스페놀)도 사용할 수 있다. 이러한 경우, 중합체는 종종 혼입된 특정량의 VDF를 가진다.

의도된 작업 조건에 대한 적당한 안정성을 갖는 한, 플루오로탄성중합체 배합에 통상적으로 사용된 카본 블랙, 안정화제, 가소제, 윤활제, 충전제, 및 가공 보조제와 같은 첨가제는 조성물 안에 혼입시킬 수 있다.

또한, 1개 이상의 공지된 산 수용체도 본 발명의 조성물에 첨가할 수 있다. 그러나, 추출가능한 금속 화합물의 존재가 바람직하지 않은 경우(예를 들어, 반도 체 용도의 경우)에는 무기산 수용체의 사용을 최소화 해야하고, 모두 회피하는 것이 바람직하다. 유용한 산 수용체로는 예를 들어, 산화 아연, 수산화 칼슘, 탄산 칼슘, 산화 마그네슘 등을 들 수 있다.

경화성 플루오로탄성중합체 조성물은 1 이상의 플루오로탄성중합체(들), 퍼옥시드 경화제, 임의의 선택된 첨가제(들), 임의의 추가의 경화제(필요한 경우), 및 임의의 다른 보조제(필요한 경우)를 종래의 고무 가공 장비내에서 혼합함으로써 제조할 수 있다. 배합 성분 및 종래의 다른 보조제 또는 성분의 소정량은 비가황 플루오로카본 검 스톡(gum stock)에 첨가하고, 바로 이어서 내부 혼합기(예, Banbury 혼합기), 롤 밀, 또는 임의의 다른 편리한 혼합 장치와 같은 일반적인 고무 혼합 장치 어느 것이든 사용함으로써 혼합하거나 배합할 수 있다. 혼합 공정 동안 혼합물의 온도는 통상적으로 약 120℃ 이상으로 올라가지 않아야 한다. 혼합하는 동안, 효과적인 경화를 위해 검 전반에 걸쳐 성분 및 보조제를 균일하게 분포시키는 것이 바람직하다.

이어서, 상기 혼합물은 예를 들어 압출(예를 들어, 튜브 또는 호스 라이닝의 형상으로 압출)하거나 성형(예를 들어, O-링의 형태로 성형)하는 것에 의해 가공하고 형상화한다. 이어서, 상기 형상화된 물품은 가열하여 검 조성물을 경화시킴으로써 경화된 물품을 형성시킬 수 있다.

배합된 혼합물의 성형 또는 압착 경화는 통상적으로 적당한 압력 하에 소정의 지속 시간 동안 혼합물을 경화시키는 데 충분한 온도에서 수행한다. 이는 일반적으로 약 1분 내지 15시간, 통상적으로 5분 내지 30분의 시간 동안 약 95℃ 내지 약 230℃, 바람직하게는 약 150℃ 내지 약 205℃가 적당하다. 일반적으로는 약 700 kPa 내지 약 20,600 kPa을 압력이 몰드내 배합된 혼합물에 부가한다. 몰드는 먼저 이형제로 코팅하고 예비 소성 처리할 수 있다.

이어서, 성형된 혼합물 또는 압축 경화된 물품은 일반적으로 경화를 완결하는 데 충분한 시간 및 온도에서 후경화(예를 들어 오븐에서)시키는 데, 이러한 시간 및 온도는 물품의 단면 두께에 따라 증가하며, 통상적으로는 약 2시간 내지 50시간 또는 그 이상의 기간 및 약 150℃ 내지 약 300℃, 통상적으로 약 230℃의 온도이다. 단면적이 두꺼운 경우, 후경화 동안의 온도는 상기 범위의 하한에서 소정의 최대 온도까지 점차적으로 상승한다. 사용된 최대 온도는 바람직하게는 약 300℃이며, 이 온도는 4시간 이상 유지한다. 이러한 후경화 단계는 일반적으로 가교결합을 완결시키며 또한 경화된 조성물로부터 잔류 휘발성물질도 방출시킬 수 있다. 적당한 후경화 사이클의 하나의 예는 성형된 부분을 230℃에서 16시간 동안 열에 노출시키는 과정을 수반한다. 상기 부분은 오븐 열을 차단하는 것과 같은 방법으로 주위 온도로 복원시킬 수 있다.

플루오로중합체 조성물은 O-링, 개스킷, 튜빙 및 밀봉제와 같은 물품의 제조에 유용하다. 이러한 물품은 공지된 방법으로 제조한다. 이러한 방법은, 예를 들어 플루오로탄성중합체 조성물의 배합된 제제를 다양한 첨가제와 압력하에 성형하는 단계, 물품을 경화시키는 단계, 및 이어서 이를 후경화 사이클로 처리하는 단계를 포함한다. 경화 후, 본 발명의 플루오로탄성중합체는 공지된 탄성중합체와 비교하여 현저히 감소된 영구 압축 변형율을 나타낸다. 이러한 개선점은 TFE-P 탄성중합체에서 가장 나타나지만, 70 중량% 플루오르 삼원중합체(terpolymer) 또는 66% 플루오르 공중합체 탄성중합체와 같은 다른 중합체는 TFE-P 탄성중합체에서 나타난 정도로 그러한 이익을 나타낼 수 없다.

본 발명의 목적 및 잇점은 후술하는 실시예에 추가로 예시하지만, 다른 조건 및 세부 사항 뿐만 아니라 이들 실시예에 인용한 특정 물질 및 그 양은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석하여서는 안된다.

플루오로중합체 제제에 관하여 하기 사용된 백분율은 충전된 단량체 및 염의 총량 기준 하의 중량 백분율(중량%)이다. 플루오로중합체 배합과 관련하여 하기 사용된 부는 플루오로탄성중합체 검 100 중량부에 대한 첨가제 중량부(phr)를 기준으로 한다. 사용된 물질은 달리 언급하지 않는 한, 위스콘신주 밀워키 소재의 알드리치 케미컬 컴파니로부터 구입하였다.

시험 방법

후술하는 실시예에서는, 달리 언급하지 않는 한 후술하는 시험 방법을 이용하여 지시된 결과를 얻었다.

샘플 배합: 각각의 플루오로탄성중합체 검 100부를 Ca(OH)₂(일리노이주 소재, CP 케미칼 브래드포드로부터 구입 가능함) 3 phr, N990 카본 블랙(조지아주 아틀란타 소재, 컬럼비아 케미칼로부터 구입 가능함) 30 phr, 퍼옥시드(코네티컷주 노르워크 소재, R.T. 반데르빌트 컴파니로부터 Varox(등록상표) DBPH 50로 구입 가능한 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)-헥산) 2 phr, 및 72 중량% 트리알릴 이소시아누레이트(TAIC) 보조제(델라웨어주 윌밍톤 소재, 듀퐁으로부터 구입 가능함) 3.5 phr과 배합시키는 데 2본-롤 밀을 사용하였다.

후경화: 달리 언급하지 않는 한, 압축 경화 샘플을 제조하기 위해 177℃에서 10분 동안 약 6.9 MPa로 압축함으로써 물성 측정을 하기 위한, 치수 150 x 150 x 2.0 mm인 샘플 시트를 제조하였다. 이어서, 압축 경화 샘플 시트를 질소하에, 230℃에서 16시간 동안 열에 노출시켰다. 샘플은 시험 하기 전에 주위 온도(약 23℃)로 복귀시켰다.

물성: 후경화 시트를 ASTM Die D로 절단한 샘플상에서 ASTM D 412-92를 이용하여 파단시 인장 강도 및 파단시 신장률을 측정하였다. 단위를 메가파스칼(MPa)로 기록하였다.

영구 압축 변형율: ASTM 395-89 방법 B를 이용하여 O-링 샘플을 측정하였다. 0-링은 단면 두께가 0.139 in.(3.5 mm.)였다. 결과를 원래의 것에 대한 변형율(%)로서 기록하였다.

플루오로중합체 제조: 실시예 1-4 및 비교 실시예 CE 1-3

해당 기술에 공지된 표준 기법을 이용하는 자유 라디칼 에멀션 중합에 의해 테트라플루오로에틸렌(TFE), 프로필렌(P), 및 임의의 경화 부위 단량체(CSM)의 공중합체를 중합하였다. 통상적인 실험에서는, 물 105 kg, 암모늄 퍼플루오로옥타노에이트(미네소타주 세인트 폴 소재, 3M 컴파니로부터 구입 가능한 3M(등록상표) FC 143) 635g, 및 완충제로서 K₂HP0₄260 g을 총 체적 195 L인 고압 스테인레스 스틸 중합용 용기에 충전하였다. 이 용기를 밀봉하고 질소/진공 사이클로 3회 플러쉬 처리하여 산소 무함유 환경을 보장하였다. 용기에 중량 백분율 93.5:4.0:2.5인 단량체 TFE:P:CSM(4-브로모-3,3,4,4-테트라플루오로부텐(BTFB))의 예비충전 기체상 혼합물을 충전하여 용기를 73℃까지 가열하고, 절대 압력 17 bar로 가압하였다. 일단 용기 압력 및 온도를 안정화시킨 후에는, 10% 과황산암모늄(NH₄)₂S₂0₈(APS) 개시제 수용액을 주입하여 반응을 개시하였다. 반응의 개시는, 컴퓨터 제어 단량체 공급 시스템이 중량비 TFE 78.7:P 20.7:CSM 2.6인 단량체를 용기에 공급한 시점 이후에 용기내 압력 강하로 확인하였다. 프로필렌 200 g을 급속히 첨가하여 중합을 종결시킨 시점 이후에, 단량체 혼합물 총 23.4 kg을 6.5시간에 걸쳐 공급하였다. 과량의 단량체를 배출시키고 고형분 19.3%인 라텍스 129 kg을 얻었다.

중합체 라텍스를 MgCl₂에 의한 염 엉김으로 응고시켰다. 중합체를 열수로 5회 세척하고, 단리하였으며, 130℃에서 16시간 동안 건조시켰다. XRF-분광법을 비롯한 ^lH/^l9F NMR 상호 적분 방법(cross integration method)을 사용하여 중합체 조성을 측정하였다. 상기 조성물은 TFE 75.4 중량%: P 22 중량%: CSM 2.6 중량%를 함유하는 것으로 확인되었다.

다른 중합체들을 유사한 방법으로 제조하였다. APS/KBr 개시 시스템으로 이루어진 중합에 있어서, 예비 충전 단계에서 KBr을 용기에 충전하였다. 하기 표는 본 연구에 사용된 다른 실시예 및 비교 중합체의 중합 조건을 제공하였다. 형성된 물질을 마련하고, 시험 방법 부분에서 기술한 바와 같이 시험하였다. 데이터를 하기 표 2에 나타내었다.

비교 실시예 CE 4 및 CE 5:

이들 실시예에서는, 테트라플루오로에틸렌(TFE), 헥사플루오로프로필렌(HFP), 및 비닐리덴 플루오라이드(VDF)의 삼원중합체를 표준 자유 라디칼 에멀션 중합에 의해 중합하였다. 물 115 kg, FX 1006(암모늄 퍼플루오로옥타노에이트, 수중 고형분 30%) 930 g, 수산화암모늄(수 중의 25% 활성 NH₃) 200 g을 총 체적 195 L인 고압 스테인레스 스틸 용기에 충전하였다. 상기 실시예에 기술된 바와 같이 용기를 질소로 정화시키고, 동시에 용기가 내부 압력 15.5 bar(절대 압력) 및 온도 78℃로 될 때까지, TFE 7 중량%, HFP 77중량%, VDF 15.6 중량% 및 4-브로모-3,3,4,4-테트라플루오로 부텐 0.4 중량%으로 구성된 단량체 혼합물로 가압하였다. 일단 평형 상태에 도달한 후에는, 10 중량% APS 수용액을 빠르게 주입하여 중합을 개시하였다. 일정한 운전 압력을 유지하기 위해 TFE, HFP 및 VDF의 단량체 혼합물을 용기에 공급한 시점에서, 반응은 내부 압력 강하로 확인하였다. 단량체 혼합물의 조성을 하기 표 1에 나타내었다. 중합에 의해 얻어진 라텍스는 MgCl₂를 사용하여 응고시켰으며, 열수로 5회 세척한 후 130℃에서 건조시켰다. 중합체 조성을 ¹H/¹⁹F 상호 적분 NMR로 측정하였다. 또한, 이 데이터도 표 1에 나타내었다. 형성된 물질을 마련하고 시험 방법 부분에 기재한 대로 시험하였다. 이 데이터를 하기 표 2에 나타내었다.

비교 실시예 6 및 7 (CE 6 및 CE 7):

이들 실시예에서는, 헥사플루오로프로필렌과 비닐리덴 플루오라이드의 공중합체를 표준 자유 라디칼 에멀션 중합에 의해 중합시켰다. 이 방법은 CE 4-5에 기재된 것과 동일하였다. 그러나, VDF 및 HFP의 공중합체 조성만 사용하였다. 물 2.8 kg, FX 1006(암모늄 퍼플루오로옥타노에이트, 수중 고형분 30%) 12 g을 총 체적 4.7 L인 스테인레스 스틸 용기에 충전하였다. 전술한 바와 같이 용기를 질소로 정화시키고, 동시에 용기가 내부 압력 14 bar(절대 압력) 및 온도 80℃로 될 때까지 HFP 66 중량%, VDF 33 중량% 및 4-브로모-3,3,4,4-테트라플루오로 부텐 1 중량%으로 구성된 단량체 혼합물로 가압하였다. 일단 평형 상태에 도달한 후에는, 10 중량% APS 용액을 빠르게 주입하여 중합을 개시하였다. 일정한 운전 압력을 유지하기 위해 HFP 및 VDF의 단량체 혼합물을 용기에 공급한 시점에서, 반응은 내부 압력 강하에 의해 확인하였다. 단량체 혼합물의 조성을 하기 표 1에 나타내었다. 이러한 중합에 의해 얻어진 라텍스를 응고시켰으며, 세척하여 건조시킨 후 CE 4에 기술된 대로 분석하였다. 또한 이 데이터도 하기 표 1에 나타내었다. 형성된 물질을 마련하고 시험 방법 부분에 기술한 바와 같이 시험하였다. 이 데이터를 하기 표 2에 나타내었다.

본 발명의 다양한 변형예 및 변경예는 본 발명의 범위와 원칙에서 벗어나지 않고서도 당업자에게는 자명하며, 본 발명은 전술하여 기재한 예시적인 실시양태에 한정하는 것으로 부당하게 해석되어서는 안된다. 모든 공개물 및 특허는 개별 공개물 또는 특허 각각이 특별하게 그리고 개별적으로 본 명세서에 참조 인용된 것으로 나타난 바와 동일한 정도로 본 명세서에 참조 인용되어 있다.

Claims

(a) (i) 화학식 CF₂=CF-R_f(식 중, R_f는 불소 또는 C₁-C₈ 퍼플루오로알킬임) 및

(ii) 화학식 CF₂=CF-R_f및 수소 함유 C₂-C₉올레핀의 총 몰 기준으로 약 10 몰% 이상의 수소 함유 C₂-C₉ 올레핀,

그리고, 임의로

(iii) 화학식 CX₂=CX-R(식 중, X는 각각 독립적으로 H, F, 또는 Cl이고, R은 할로겐이거나 또는 1 이상의 에테르 가교(들)를 포함할 수 있는 C₁-C₈ 알킬 또는 알케닐 기임), 및

(iv) 브롬 함유 경화 부위 단량체 중 하나 이상

으로부터 유도된 혼성중합 단위(interpolymerized unit)를 포함하는 플루오로중합체;

(b) 퍼옥시드 경화제; 및

(c) 임의로, 가교결합 보조제

를 포함하는 경화성 조성물로서,

상기 플루오로중합체는 플루오로중합체 사슬당 1개 초과의 말단 브롬 원자를 포함하는 평균 2개 이상의 브롬 원자를 갖고, 상기 플루오로중합체는 사슬 전이제로부터 유래한 잔류물을 약 0.1 중량% 미만 함유하는 것인 경화성 조성물.
제1항에 있어서, 플루오로중합체는 (i) C₂-C₉ 올레핀이 플루오르화 또는 비플루오르화되고, 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 펜텐, 헥센, 및 이들의 조합물로부터 임의로 선택된 α-올레핀으로부터 선택되는 특징, (ii) 플루오로중합체가 퍼플루오로알킬 비닐 에테르, 퍼플루오로알콕시 비닐 에테르, 및 이들의 조합물로부터 임의로 선택된 퍼플루오로 비닐 에테르를 포함하는, 화학식 CX₂=CX-R을 포함하는 특징, (iii) 플루오로중합체가 브로모트리플루오로에틸렌, 브로모디플루오로에틸렌, 브로모테트라플루오로부텐 및 이들의 조합물로부터 임의로 선택된, 브롬 함유 경화 부위 단량체를 포함하는 특징, (iv) R_f가 불소이고, 플루오로중합체가 약 30 내지 약 90 몰%의 테트라플루오로에틸렌을 포함하는 특징, (v) R_f가 불소이고, 플루오로중합체가 임의로 폴리프로필렌인 수소 함유 C₂-C₉ 올레핀을 약 80 몰% 미만 포함하는 특징, (vi) 플루오로중합체가 탄성중합체 및 열가소성 물질에서 선택되는 특징, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 특징을 갖는 것인 경화성 조성물.
제1항에 있어서, (i) 퍼옥시드 경화제가 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥스-3-인; 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)-헥산; 디쿠밀 퍼옥시드; 디벤조일 퍼옥시드; t-부틸 퍼벤조에이트; a,a'-비스(t-부틸퍼옥시디이소프로필벤젠); 디[1,3-디메틸-3-(t-부틸퍼옥시)-부틸]카보네이트; 및 이들의 조합으로부터 선택되는 특징, 및 (ii) 보조제가 트리알릴 시아누레이트; 트리알릴 이소시아누레이트; 트리(메틸알릴)이소시아누레이트; 트리스(디알릴아민)-s-트리아진; 트리알릴 포스파이트; N,N-디알릴 아크릴아미드; 헥사알릴 포스포아미드; N,N,N',N'-테트라알킬 테트라프탈아미드; N,N,N',N'-테트라알릴 말론아미드; 트리비닐 이소시아누레이트; 1,3,5-트리비닐-트리메틸시클로트리실록산; 트리(5-노르보르넨-2-메틸렌) 시아누레이트; 및 이들의 조합으로부터 선택되는 특징에서 선택된 특징을 갖는 것인 경화성 조성물.
(a) 중합체 사슬 당 1개 초과의 말단 브롬 원자를 포함하는 브롬 원자가 평균 2개 이상인, 테트라플루오로에틸렌과 프로필렌을 포함하는 공중합체,

(b) 퍼옥시드 경화제, 및

(c) 임의로 가교결합 보조제

의 반응 생성물을 포함하는 경화된 플루오로탄성중합체 조성물로서,

상기 조성물은 단량체 비율이 약 5 몰% 이내이고 중합체 사슬 당 브롬 원자가 평균 2개 미만인 비교 공중합체보다 낮은 영구 압축 변형율 값(compression set value)을 갖는 것인 경화된 플루오로탄성중합체 조성물.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제