KR20190006599A - 하나 이상의 플루오로중합체를 함유하는 내열성이 개선된 다층 용품 - Google Patents

하나 이상의 플루오로중합체를 함유하는 내열성이 개선된 다층 용품 Download PDF

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Abstract

플루오로중합체를 함유하는 적어도 하나의 제1 층 및 실리콘 수지를 함유하는 적어도 하나의 제2 층을 포함하는 다층 용품으로서, 상기 층을 서로 적어도 부분적으로 접촉시켜 공통 계면을 형성하며, 여기서 적어도 하나의 제1 층은 광화 탄소의 입자를 추가로 포함하고, 플루오로중합체는 경화성이거나 경화되는 다층 용품이 제공된다. 다층 용품의 제조 방법 및 다층 용품의 사용 방법이 또한 제공된다.

Description

하나 이상의 플루오로중합체를 함유하는 내열성이 개선된 다층 용품 {Multilayer articles having the improved thermal resistance containing one or more fluoropolymers}
본 발명은 내열성이 개선된 다층 용품에 관한 것이다. 상기 용품은 적어도 하나의 경화성 또는 경화된 플루오로중합체를 함유한다. 본 발명은 또한 이러한 다층 용품의 제조 방법 및 이들의 응용에 관한 것이다.
플루오로중합체, 즉, 플루오르화된 골격을 갖는 중합체는 오랫동안 알려져 있으며, 내열성, 내화학성, 내후성, UV-안정성 등과 같은 여러 바람직한 특성 때문에 다양한 응용에서 사용되어 왔다. 다양한 플루오로중합체가 예를 들어 문헌["Modern Fluoropolymers", edited by John Scheirs, Wiley Science 1997]에 기재되어 있다.
부분적으로 플루오르화된 탄성중합체 (FKM) 및 퍼플루오르화된 탄성중합체 (FFKM)는 탄화수소 연료에 대한 내화학성으로 인해 자동차 산업에서, 특히 연료 관리 시스템 및 연료 연소 엔진의 구성성분으로서 다년간 사용되어 왔다. 완전히 플루오르화되지 않았지만 하나 이상의 탄소-수소 결합 및/또는 하나 이상의 탄화수소 공단량체를 함유하는 부분적으로 플루오르화된 탄성중합체는 공단량체를 함유한다. 자동차 산업에서 효율을 개선하고 탄소 배출을 개선해야 한다는 일반적인 필요성으로 인해 엔진(under-the-hood)의 온도가 높아졌다. 따라서, 엔진 응용에 증가된 온도 하에 개선된 수명을 갖는 플루오로탄성중합체를 함유하는 용품을 제공할 필요가 있다. 특히, 플루오로탄성중합체 층이 실리콘 층에 결합되는, 호스와 같은 플루오로탄성중합체를 함유하는 다층 용품에 대한 필요성이 존재한다.
하기 발명의 일 측면에서, 플루오로중합체를 함유하는 적어도 하나의 제1 층 및 실리콘 수지를 함유하는 적어도 하나의 제2 층을 포함하는 다층 용품이 제공되고, 상기 층을 서로 적어도 부분적으로 접촉시켜 층을 함께 결합시키는 공통 계면을 형성하며, 여기서 적어도 하나의 제1 층은 광화 탄소(mineralized carbon)의 탄소 입자를 추가로 포함하고, 플루오로중합체는 경화된다.
다른 측면에서, 다층 복합 용품의 생산 방법이 제공되며, 상기 방법은
(a) 경화성 플루오로중합체를 포함하는 제1 층, 플루오로중합체 및 광화 탄소의 탄소 입자를 경화시키기 위한 경화제를 제공하는 단계;
(b) 실리콘 수지를 함유하는 제2 층을 제공하는 단계;
(c) 층을 접촉시켜 층 사이에 층을 결합시키는 공통 계면을 형성하는 단계;
(d) 적어도 제1 층을 경화시키는 단계를 포함한다.
또 다른 측면에서, 다층 용품을 포함하는 다층 호스가 제공된다.
본 발명의 임의의 실시 형태를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명은 그 적용에 있어서 하기 설명에서 기술된 구성 요소의 배열 및 구조의 상세 내용에 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 실시 형태가 가능하며 다양한 방식으로 실시되거나 수행될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 단수 표현 ("a", "an", "the")은 상호교환가능하게 사용되고, 하나 이상을 의미하며, "및/또는"은 하나 또는 둘 모두가 언급된 경우가 발생할 수 있음을 지시하는 데 사용되는데, 예를 들어, A 및/또는 B는 (A 및 B) 및 (A 또는 B)를 포함한다. 또한 본 명세서에서, 종점(endpoint)에 의한 범위의 언급은 그 범위 내에 포함되는 모든 수를 포함한다 (예를 들어, 1 내지 10은 1.4, 1.9, 2.33, 5.75, 9.98 등을 포함함). 또한 본 명세서에서, "적어도 하나"의 언급은 1 이상의 모든 수를 포함한다 (예를 들어, 적어도 2, 적어도 4, 적어도 6, 적어도 8, 적어도 10, 적어도 25, 적어도 50, 적어도 100 등). 또한, 본 명세서에서 사용된 어법 및 용어는 설명의 목적을 위한 것이며, 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다는 것이 이해되어야 한다. 제한을 의미하는, "이루어지는(consisting)"이라는 표현의 이용과 대조적으로, "포함하는(including)", "함유하는(containing)", "구비하는(comprising)" 또는 "갖는(having)" 및 이들의 변형의 이용은 그 후에 열거되는 항목 및 추가의 항목에 제한되지 않고, 포괄하는 것을 의미하는 것이다.
달리 명시되지 않는 한, 조성물의 성분의 양은 중량% (또는 "%wt" 또는 "wt%")로 표시될 수 있다. 달리 명시되지 않는 한, 모든 성분의 양은 100 wt%이다. 성분의 양이 몰%로 확인되는 경우, 달리 명시되지 않는 한, 모든 성분의 양은 100 몰%이다. 대안적으로, 성분의 양은 플루오로중합체 100부당(per hundred part; phr) 부로 표시될 수 있다.
달리 명시하지 않는 한, 본 발명의 모든 실시 형태는 자유롭게 조합될 수 있다.
플루오로중합체:
다층 용품의 제1 층은 적어도 하나의 경화성 또는 경화된 플루오로중합체를 포함한다. 전형적으로, 플루오로중합체의 양은 층의 총 중량을 기준으로 50 중량% 초과, 또는 심지어 75 중량% 초과일 수 있다. 일 실시 형태에서, 제1 층은 플루오로중합체 조성물의 총 중량을 기준으로 적어도 80 중량%를 함유한다. 일 실시 형태에서, 제1 층은 하나 이상의 플루오로중합체로 이루어지며, 이는 층이 임의의 다른 중합체를 함유하지 않고, 비중합성 첨가제를 함유할 수 있다는 것을 의미한다. 플루오로중합체는 부분적으로 또는 완전히 플루오르화된 골격을 포함할 수 있는데, 즉 부분적으로 플루오르화된 중합체 또는 퍼플루오르화된 중합체일 수 있다. 바람직하게는, 플루오로중합체는 부분적으로 플루오르화된다. 적합한 플루오로중합체는 불소 함량이 적어도 50 중량%, 바람직하게는 적어도 66 중량%인 것들을 포함한다. 특정 실시 형태에서, 불소 함량이 66, 69 또는 71 중량%인 플루오로중합체를 포함하여, 플루오로중합체는 불소 함량이 62 내지 72 중량%이다.
바람직하게는, 플루오로중합체는 탄성중합체이다. 플루오로탄성중합체는 경화성 또는 경화된 플루오로중합체이다. 전형적으로, 이들은 실질적으로 비결정성(amorphous)이며, 이는 이들이 결정성 세그먼트를 가지지 않거나 아주 소량만 가지고 있음을 의미한다. 이러한 재료는 탄성중합체성이고, 본 기술 분야에서 플루오로고무(fluororubber)로도 불린다. 이러한 플루오로탄성중합체가 본 기술 분야에 알려져 있다. 이들은 전형적으로 유리 전이 온도가 25℃ 미만이다.
적합한 플루오로중합체는 공중합체이며, 하나 이상의 다른 플루오르화 단량체 및/또는 하나 이상의 비플루오르화 단량체와 조합된 하나 이상의 플루오르화 단량체의 중합체를 포함한다. 플루오르화 단량체의 예로는, 수소 및/또는 염소 원자를 가지거나 가지지 않을 수 있는 플루오르화 C2-C8 올레핀, 예컨대 테트라플루오로에틸렌 (TFE), 클로로트라이플루오로에틸렌 (CTFE), 2-클로로펜타플루오로프로펜, 다이클로로다이플루오로에틸렌, 비닐 플루오라이드, 비닐리덴 플루오라이드 (VDF) 및 플루오르화 알킬 비닐 단량체, 예컨대 헥사플루오로프로필렌 (HFP); 퍼플루오르화 비닐 에테르 (집합적으로 PVE로 지칭됨)를 포함하는 플루오르화 비닐 에테르 및 퍼플루오르화 알릴 에테르 (집합적으로 PAE로 지칭됨)를 포함하는 플루오르화 알릴 에테르가 포함된다. 적합한 비플루오르화 공단량체로는 염화 비닐, 염화 비닐리덴 및 C2-C8 올레핀, 예컨대 에틸렌 (E) 및 프로필렌 (P)이 포함된다. 특히, PAE 및 PVE로부터 선택되는 공단량체의 사용은 중합체의 유리 전이 온도를 낮추고, 저온 성능을 증가시킬 것이다.
적합한 플루오로중합체의 특정예에는 하기 단량체 조성물의 중합체가 포함된다: VDF-HFP, TFE-P, VDF-TFE-HFP, VDF-TFE-PVE, TFE-PVE, E-TFE-PVE 및 염소를 함유하는 단량체, 예컨대 CTFE로부터 유래된 단위를 추가로 포함하는 임의의 상술한 공중합체. 적합한 비결정성 공중합체의 또 다른 추가의 예에는 CTFE-P에서와 같이 비플루오르화 공단량체와 CTFE의 조합을 갖는 공중합체가 포함된다.
바람직한 플루오로중합체는 일반적으로 VDF 및 TFE로부터 유래된 반복 단위 20 내지 85%, 바람직하게는 50 내지 80 몰%를 포함하며, 이는 하나 이상의 다른 플루오르화 에틸렌계 불포화 단량체, 예컨대 HFP 및/또는 하나 이상의 비플루오르화 C2-C8 올레핀, 예컨대 에틸렌 및 프로필렌, 또는 하나 이상의 PAE 및 PVE 또는 이들의 조합과 공중합될 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 이러한 중합체는 전형적으로 비결정성이다. 존재할 경우, 플루오르화 에틸렌계 불포화 공단량체로부터 유도된 단위는 일반적으로 5 내지 45 몰%, 바람직하게는 10 내지 40 몰%이다. 존재할 경우, 비플루오르화 공단량체의 양은 일반적으로 0 내지 50 몰%, 바람직하게는 1 내지 30 몰%이다.
일 실시 형태에서, 특정 플루오로중합체는 공단량체 함량이 40 내지 80 / 12 내지 25 / 6 내지 36 몰%인 VDF/HFP/TFE 삼중합체를 포함하며, 총 몰량이 100%인 경화 부위 단량체를 포함할 수 있다.
플루오로중합체는 경화성이고, 가교결합(경화)될 수 있다. 다층 용품, 특히 다층 용품을 함유하는 완제품에서, 플루오로중합체는 전형적으로 경화된 형태로 존재하는데, 즉, 가교결합되고, 하나 이상의 경화제와 반응한다. 전형적으로, 플루오로중합체는 이미 탄성이거나 경화 후에 탄성으로 되거나, 이들의 탄성은 경화에 의해 개선될 수 있다. 바람직하게는, 플루오로중합체는 퍼옥사이드 경화 반응에 의해 경화될 수 있다(또는 경화된다). 이는 플루오로중합체가 하나 이상의 퍼옥사이드 경화제 또는 퍼옥사이드 경화제에 의해 생성된 라디칼에 의해 경화될 수 있음(또는 경화됨)을 의미한다. 보조제(coagent)가 퍼옥사이드 경화제(들)와 조합하여 사용될 수 있다. 퍼옥사이드 경화 반응에 의해 경화될 수 있는 플루오로중합체는 전형적으로 퍼옥사이드 경화 반응에 참여할 수 있는 하나 이상의 기를 함유한다. 이러한 기는 퍼옥사이드 경화제 또는 이러한 경화제에 의해 생성된 라디칼과 반응하여 가교결합을 형성한다. 이어서, 중합체는 3차원 네트워크를 형성할 수 있으며, 탄성적으로 되고 더 탄성적으로 된다. 퍼옥사이드 경화 반응에 참여할 수 있는 전형적인 기에는 할로겐(불소 이외의 것, 바람직하게는 염소, 브롬 및 요오드, 가장 바람직하게는 브롬 및 요오드) 및 니트릴 기가 포함된다. 퍼옥사이드 경화 반응에 참여할 수 있는 기는 중합체 사슬을 따라 분포될 수 있고/있거나 플루오로중합체의 말단 기 내에 함유될 수 있다. 전형적으로, 플루오로중합체 내에 함유된 이들 기 (특히, 브롬 및/또는 요오드)의 양은 플루오로중합체의 총 중량에 대해 0.001 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.01 내지 2.5 중량%이다.
사슬을 따라 퍼옥사이드 경화 반응에 참여할 수 있는 할로겐을 투입하기 위하여, 플루오로중합체의 중합에 경화 부위 단량체가 사용될 수 있다(예를 들어, 유럽 특허 제2 110 251 A1호, 미국 특허 제4,831,085호 및 미국 특허 제4,214,060호 참조). 이러한 공단량체에는, 예를 들어,
(a) 하기 일반 화학식을 갖는 브로모- 또는 요오도- (퍼)플루오로알킬-(퍼)플루오로비닐에테르:
ZRf-O-CX=CX2
(상기 식에서, 각각의 X는 동일하거나 상이할 수 있으며, H 또는 F를 나타내고, Z는 Br 또는 I, 바람직하게는 I이며, Rf는 1 내지 12개의 탄소 원자를 함유하고, 임의로 염소 및/또는 에테르 산소 원자를 함유하는 (퍼)플루오로알킬렌이며, 적합한 예에는 BrCF2-O-CF=CF2, BrCF2CF2-O-CF=CF2, BrCF2CF2CF2-O-CF=CF2, CF3CFBrCF2-O-CF=CF2; ICF2-O-CF=CF2, ICF2CF2-O-CF=CF2, ICF2CF2CF2-O-CF=CF2, CF3CFICF2-O-CF=CF2가 포함됨);
(b) 브로모- 또는 요오도 퍼플루오로올레핀, 예컨대 하기 화학식을 갖는 것들:
Z'-(Rf')r-CX=CX2
(상기 식에서, 각각의 X는 독립적으로 H 또는 F를 나타내고, Z'은 Br 또는 I, 바람직하게는 I이며, Rf'는 1 내지 12개의 탄소 원자를 함유하고, 임의로 염소 원자를 함유하는 퍼플루오로알킬렌이며, r은 0 또는 1임); 및
(c) 비플루오르화 브로모 및 요오도-올레핀, 예컨대 비닐 브로마이드, 4-브로모-1-부텐 및 4-요오도-1-부텐, 및 비닐 요오다이드를 포함하나, 이에 한정되지 않으며, 구체적인 예에는 브로모트라이플루오로에틸렌, 4-브로모-퍼플루오로부텐-1, 또는 브로모플루오로올레핀, 예컨대 1-브로모-2,2-다이플루오로에틸렌 및 4-브로모-3,3,4,4-테트라플루오로부텐-1, 요오도트라이플루오로에틸렌, 4-요오도-퍼플루오로부텐-1, 또는 요오도-올레핀, 예를 들어, 1-요오도-2,2-다이플루오로에틸렌 및 4-요오도-3,3,4,4-테트라플루오로부텐-1이나, 이에 한정되지 않는 것들이 포함된다.
중합체 사슬을 따라 분포된 경화 부위 대신에 또는 이에 더하여, 경화 부위는, 예를 들어 유럽 특허 제101 930 A1호에 기재된 바와 같이 중합체 제조 동안 반응 매질 중에 적합한 반응 개시제 또는 적합한 사슬 전달제를 사용한 결과로서 중합체의 말단 위치에 위치될 수 있다.
적합한 사슬 전달제의 예에는 화학식 RfPx(상기 식에서, P는 Br 또는 I이고, Rf는 1 내지 12개의 탄소 원자를 가지며, 임의로 염소 원자를 함유하는 x가(x-valent) (퍼)플루오로알킬 라디칼이되, 이때 x는 1 또는 2임)를 갖는 것들이 포함된다. 구체적인 예에는 CF2Br2, Br(CF2)2Br, Br(CF2)4Br, CF2ClBr, CF3CFBrCF2Br, I(CF2)2I, I(CF2)4I가 포함된다. 적합한 사슬 전달제의 추가적인 예가, 예를 들어, 미국 특허 제4,000,356호, 유럽 특허 제407 937 A1호 및 미국 특허 제4,243,770호에 개시되어 있다. 사슬 전달제의 추가의 예에는 비플루오르화 사슬 전달제, 예를 들어 다이-요오도메탄 또는 다이-브로모메탄이 포함된다.
유용한 개시제의 예에는 일반 화학식 X(CF2)nSO2Na의 것들이 포함되며, n=1 내지 10이다 (이때, X는 Br 또는 I임). 또한 추가로, 개시 및/또는 중합은 할라이드 염, 예를 들어, 염화칼륨, 염화나트륨, 브롬화칼륨, 브롬화암모늄, 염화암모늄 및 요오드화칼륨 또는 요오드화나트륨을 비롯한 금속 또는 암모늄 할라이드의 존재 하에서 수행되어 플루오로중합체의 말단 위치에 할라이드를 투입할 수 있다.
추가적으로, 경화 부위 성분은 플루오로중합체의 중합에 사용되는 니트릴 함유 단량체로부터 유도될 수 있다. 니트릴 함유 단량체의 예에는 하기가 포함되지만 이로 한정되지 않는다:
Figure pat00001
상기 식에서, r은 2 내지 12의 정수를 나타내고; p는 0 내지 4의 정수를 나타내며; k는 1 또는 2를 나타내고; v는 0 내지 6의 정수를 나타내며; u는 1 내지 6의 정수를 나타내고, Rf는 퍼플루오로알킬렌 또는 2가 퍼플루오로에테르 기이다. 니트릴 함유 플루오르화 단량체의 구체적인 예에는 퍼플루오로 (8-시아노-5-메틸-3,6-다이옥사-1-옥텐), CF2=CFO(CF2)5CN, 및 CF2=CFO(CF2)3OCF(CF3)CN이 포함된다.
플루오로중합체는 플루오로중합체의 제조를 위한 알려진 중합 방법 중 임의의 것에 따라 제조될 수 있다. 이러한 방법에는 비제한적으로 수성 유화 중합, 현탁 중합 및 유기 용매 중에서의 중합이 포함된다. 플루오로중합체는 전형적으로 무니(Mooney) 점도(120℃에서의 ML1+10)가 1 내지 150 단위, 적합하게는 2 내지 100 단위 또는 15 내지 60 단위일 것이다. 무니 점도를, 예를 들어, ASTM D 1646에 따라 측정할 수 있다. 분자량 분포는 모노-모달(mono-modal), 바이-모달(bi-modal) 또는 멀티-모달(multi-modal)일 수 있다.
탈플루오르화수소제(Dehydrofluorination agent):
제1 층 및/또는 제2 층은 실리콘 중합체 층으로의 플루오로중합체 층의 충분한 결합을 제공하기 위해 탈플루오르화수소제의 존재를 요구하지 않을 수 있다. 따라서, 제1 층, 제2 층 또는 두 층 모두에는 탈플루오르화수소제가 부재할 수 있거나, 탈플루오르화수소제가 본질적으로 부재할 수 있다. "탈플루오르화수소제가 본질적으로 부재하는"은 제1 및 제2 또는 제1 및 제2 조성물을 함유하는 조성물 중의 탈플루오르화수소제의 양이 플루오로중합체 100부당 0 초과 0.01부 미만일 수 있음을 의미한다. 탈플루오르화수소제는, 바람직하게는, 예를 들어, 플루오로중합체 조성물을 120℃ 내지 200℃의 온도에서 1 내지 120분 동안 처리하는 경화 조건에서, 플루오로중합체와 반응하여 플루오로중합체 골격에 이중 결합을 생성할 수 있는 제제이다. 탈플루오르화수소제의 예에는 유기-오늄, 예컨대 트라이페닐벤질 포스포늄 클로라이드, 트라이부틸알릴 포스포늄 클로라이드, 트라이부틸벤질 암모늄 클로라이드, 테트라벤질 암모늄 브로마이드, 트라이아릴 설포늄 클로라이드, 8-벤질-1,8-다이아자바이사이클로[5.4.0]-7-운데세늄 클로라이드, 벤질 트리스(다이메틸아미노) 포스포늄 클로라이드, 벤질(다이에틸아미노)다이페닐포스포늄 클로라이드 및 염기, 예컨대 1.8 다이아자[5.4.0]바이사이클 운데크-7-엔 (DBU) 및 1,5-다이아자바이사이클로[4.3.0]-5-노넨 (DBN)이 포함된다.
퍼옥사이드 경화제:
퍼옥사이드 경화제는 전형적으로 유기 퍼옥사이드를 포함한다. 적합한 유기 퍼옥사이드는 경화 반응에 사용되는 온도(전형적으로, 약 120℃ 내지 약 200℃ 또는 약 140℃ 내지 약 180℃의 온도)에서 자유 라디칼을 생성하는 것들이다. 50℃ 초과의 온도에서 분해되는 다이알킬 퍼옥사이드 또는 비스(다이알킬 퍼옥사이드)가 특히 바람직하다. 많은 경우에 퍼옥시 산소에 부착된 3차 탄소 원자를 갖는 다이-3차부틸 퍼옥사이드를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 유형 중 가장 유용한 퍼옥사이드 중에는 2,5-다이메틸-2,5-다이(3차부틸퍼옥시)헥신-3 및 2,5-다이메틸-2,5-다이(3차부틸퍼옥시)헥산이 있다. 다른 퍼옥사이드에는, 예를 들어, 다이쿠밀 퍼옥사이드, 다이벤조일 퍼옥사이드, 3차부틸 퍼벤조에이트, 알파, 알파'-비스(t-부틸퍼옥시-다이아이소프로필벤젠) 및 다이[1,3-다이메틸-3-(t-부틸퍼옥시)-부틸]카보네이트가 포함된다. 일반적으로, 플루오로중합체 100부당 약 1 내지 5부의 퍼옥사이드 경화제가 사용된다. 퍼옥사이드 경화제는, 예를 들어, 상표명 퍼카독스(Perkadox), 루퍼코(Luperco) 및 트리고녹스(Trigonox)로 시판된다.
퍼옥사이드 경화제는 하나 이상의 보조제와 조합하여 사용될 수 있다. 보조제는 경화 속도를 증가시키고/시키거나, 경화 온도를 낮추고/낮추거나 경화 결과를 개선시킬 수 있다. 전형적으로, 보조제는 다중불포화 화합물, 예컨대 다이알릴, 트라이알릴, 폴리알릴, 다이비닐, 트라이비닐 및 폴리비닐 화합물로 구성된다. 보조제는 플루오로중합체 100부당 약 0.1 내지 약 10부, 바람직하게는 플루오로중합체 100부당 약 2 내지 약 5부의 양으로 첨가될 수 있다. 유용한 보조제의 예에는 트라이알릴 시아누레이트; 트라이알릴 아이소시아누레이트; 트라이알릴 트라이멜리테이트; 트라이(메틸알릴)아이소시아누레이트; 트리스(다이알릴아민)-s-트라이아진; 트라이알릴 포스파이트; N,N-다이알릴 아크릴아미드; 헥사알릴 포스포르아미드; N,N,N',N'-테트라알킬 테트라프탈아미드; N,N,N',N'-테트라알릴 이날론아미드(inalonamide); 트라이비닐 아이소시아누레이트; 2,4,6-트라이비닐 메틸트라이실록산; N,N'-m-페닐렌비스말레이미드; 다이알릴-프탈레이트 및 트라이(5-노르보르넨-2-메틸렌)시아누레이트가 포함된다. 특히 트라이알릴 아이소시아누레이트가 유용하다. 다른 유용한 보조제에는 유럽 특허 제0661304 A1호 및 유럽 특허 제0769521 A1호에 개시된 비스-올레핀이 포함된다.
퍼옥사이드 경화제는 바람직하게는 조성물에 포함되어 제1 층을 생성하지만, 조성물에 포함되어 제2 층 또는 둘 모두를 제조할 수도 있다. 경화 전에 제1 조성물과 제2 조성물 사이에 또는 제1 층과 제2 층 사이에 위치한 퍼옥사이드 경화제를 별도의 조성물에 투입하는 것도 고려된다.
실리콘 수지:
전형적으로, 제2 층에 함유된 하나 이상의 실리콘 수지는 폴리실록산이다. 폴리실록산은 반복되는 -Si-O-Si- 단위를 포함한다. 전형적으로, 폴리실록산은 폴리다이메틸실록산를 포함한다. 실리콘 수지는 바람직하게는 경화성이거나 경화된다. 실리콘 함유 중합체는 경화 시에 탄성이 될 수 있거나, 이들의 탄성은 경화 시에 증가할 수 있다. 바람직하게는, 경화성 또는 경화된 실리콘 함유 중합체 ("실리콘 수지 또는 실리콘 고무"로도 불림)는 탄성중합체성이다. 실리콘 함유 중합체는 퍼옥사이드 경화 반응에 의해 경화될 수 있다. 이러한 퍼옥사이드 경화성 실리콘 함유 중합체는 전형적으로 메틸 및/또는 비닐 기를 포함한다. 동일한 퍼옥사이드 경화제 또는 퍼옥사이드-경화성 플루오로중합체와 관련하여 상술한 퍼옥사이드 경화제 및 보조제의 배합물이 사용될 수 있다. 경화된 실리콘 중합체의 가교결합 밀도는 실리콘 중합체의 비닐 또는 메틸 수준, 및 경화제의 양에 따라 달라질 수 있다. 퍼옥사이드 경화제는 전형적으로 경화성 실리콘 중합체 100부당 0.1 내지 10부의 양으로 사용된다. 실리콘 중합체 100부당 0.5 내지 3부의 수준이 특히 적합하다. 다층 용품의 제2 층에서 사용할 수 있는 퍼옥사이드 경화제는 제1 층에 사용되는 것으로 조절될 수 있다. 동일하거나 상이한 제제가 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 층의 플루오로중합체가 제2 층의 실리콘 중합체 전이나 후에 경화되도록 상이한 온도에서 활성화되는 상이한 제제가 사용될 수 있다. 퍼옥사이드 경화성 실리콘 중합체가, 예를 들어, 바커 케미 아게(Wacker Chemie AG)부터 상표명 엘라스토실(Elastosil) R 401/60 및 엘라스토실 R 760/70로 시판된다.
실리콘 함유 중합체는 대안적으로 또는 추가적으로 금속 함유 화합물의 사용에 의해 또한 경화될 수 있다. 이는 이들이 소위 부가형 경화 시스템(addition curing system)에 의해 경화될 수 있음을 의미한다. 이러한 시스템에서, 중합체는 금속 촉매를 사용하여 경화된다. 바람직한 금속 촉매에는 백금 함유 화합물, 특히 유기 리간드 또는 잔류물을 포함하는 백금 염 또는 백금 착물이 포함된다. 해당 경화성 실리콘은 "백금 경화성"으로도 불린다. 금속 화합물에 의해 경화될 수 있는 실리콘 함유 중합체는 전형적으로 반응성 기, 예컨대 비닐 기를 함유한다.
실리콘 중합체 조성물은 또한 Si-H 기를 포함하는 실리콘을 함유할 수 있다. 이러한 실리콘은 가교결합제로 작용할 수 있다.
금속-경화성 실리콘 중합체는 1부분 실리콘 시스템 또는 2부분 실리콘 시스템으로 사용될 수 있다. 1부분 금속 (백금) 경화성 실리콘 중합체가, 예를 들어, 독일 소재의 바커 케미 아게로부터 상표명 엘라스토실 R 플러스 4450/60 및 엘라스토실 R 플러스 4110/70로 시판된다. 2부분 실리콘 시스템에서, 액체 실리콘 고무 (LSR)로도 불리는 비닐-작용성 실리콘 중합체 (전형적으로 파트 A로 식별됨)는 Si-H 기를 갖는 실리콘 (파트 B)의 존재 하에 가황될 수 있다. 파트 A는 전형적으로 백금 촉매를 함유한다. 2부분 백금 경화성 실리콘 시스템이, 예를 들어, 바커 케미 아게로부터 상표명 엘라스토실 R 533/60 A/B 및 엘라스토실 LR 7665 및 다우 코닝(Dow Corning)으로부터 실라스틱(Silastic) 9252/900P로 시판된다. 유용한 백금 촉매의 예가 본 기술 분야에 알려져 있다. 백금 촉매는 전형적으로 2 내지 200 ppm 백금의 양으로 사용된다.
실리콘 수지 외에도, 제2 층은 경화제, 예를 들어, 상술한 퍼옥사이드 경화제 및 보조제를 포함하는 촉매 및 가교결합제를 함유할 수 있다. 실리콘 중합체 층은 후술한 것들을 포함하는 다른 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
광화 탄소의 탄소 입자:
본 명세서에 제공된 용품은 적어도 제1, 제2 또는 두 층 모두에 광화 탄소의 탄소 입자를 함유한다. 이러한 입자는 채광 및 연삭을 통해 광화 탄소 공급원, 예컨대 석탄으로부터 얻을 수 있다. 광화 탄소의 탄소 입자에는 석탄, 흑연, 코크스 및 목탄, 바람직하게는 석탄이 포함된다. 석탄에는 갈탄, 아역청탄, 역청탄 및 무연탄이 포함된다. 산소의 부재 하에 석탄을 가열하여 목탄 및 코크스를 얻는다. 흑연은 탄소의 결정질 형태로 알려져 있으며, 채광으로 또한 얻을 수 있다. 예를 들어, 3가지 상이한 유형의 천연 흑연이 알려져 있으며, 각각은 상이한 유형의 광상, 즉 결정성 편상 흑연, 비결정성 흑연 및 고배열의 열분해 흑연에서 발생한다. 본 명세서에 언급된 바와 같은 광화 탄소로부터의 탄소 입자는 탄소 공급원, 예컨대 타르, 에틸렌 크래킹 타르(ethylene cracking tar), 천연가스, 및 식물유를 포함하는 탄화수소를 연소하여 얻은 탄소 입자와 구별된다. 따라서, 광화 탄소의 탄소 입자는 그을음(soot) 또는 카본 블랙, 아세틸렌 블랙 및 케첸 블랙(ketchen black)을 포함하는 카본 블랙을 포함하지 않는다.
광화 탄소의 탄소 입자의 입자 크기는 전형적으로 8 마이크로미터 이하 또는 3 마이크로미터 이하이다. 광화 탄소 공급원은 연삭될 수 있고, 예를 들어, 본 기술 분야에 알려진 바와 같은 규정된 메시 크기의 체를 사용하여 원하는 입자 크기 부분을 얻을 수 있다. 일 실시 형태에서, 탄소 입자의 입자 크기는 3 내지 8 마이크로미터 범위, 바람직하게는 4 내지 7 마이크로미터 범위이다. 일 실시 형태에서, 입자의 평균 입자 크기는 3 내지 8 마이크로미터이며, 이때 평균은 수 평균이다. 평균 입자 크기를, 예를 들어, 마이크로택(Microtac)의 레이저 반사 입자 분석기를 사용한 레이저 회절을 통해 측정할 수 있다. 탄소 입자의 비중은 1.0 내지 1.5 g/㎤ 범위, 바람직하게는 1.1 내지 1.4 g/㎤ 범위일 수 있다.
일 실시 형태에서 광화 탄소의 탄소 입자는 석탄 입자이다. ASTM D3175에 따른 입자의 휘발성 물질의 함량은 30% 이하, 바람직하게는 25% 이하, 더욱 바람직하게는 22% 이하일 수 있다. 바람직하게는, ASTM D3037에 따른 탄소 입자의 질소 표면적 (B.E.T.)은 2 내지 20 m2/g 범위, 바람직하게는 4 내지 15 m2/g 범위, 더욱 바람직하게는 6 내지 12 m2/g 범위이다. ASTM D3177에 따른 탄소 입자의 황 함량은 0.1 내지 1.5% 범위, 바람직하게는 0.5 내지 1.1% 범위일 수 있다. 본 발명에 따른 적합한 탄소 입자의 전형적인 예는 역청탄으로부터의 입자이다. 역청탄이, 예를 들어, 미국 블루필드 소재의 코울 필러즈 인코포레이티드(Coal Fillers Incorporated)로부터 상표명 오스틴 블랙(AUSTIN BLACK)으로 시판된다.
일반적으로, 적어도 하나의 제1 층은 층의 중량을 기준으로 0.1 내지 50%wt, 바람직하게는 5 내지 40%wt, 더욱 바람직하게는 10 내지 35%wt의 양의 광화 탄소의 탄소 입자를 포함한다. 바람직하게는, 제1 층은 플루오로중합체 100부당 0.1부 내지 50부의 양으로, 더욱 바람직하게는 플루오로중합체 100부당 5부 내지 40부의 양으로, 가장 바람직하게는 플루오로중합체 100부당 10 내지 35부 범위의 광화 탄소의 탄소 입자를 포함한다.
바람직하게는, 제2 층은 또한 광화 탄소의 탄소 입자를 포함한다. 일 실시 형태에서, 제2 층은 제2 층의 중량을 기준으로 0.1 내지 40 wt% 양의 입자, 바람직하게는 실리콘 수지 100부당 0.1 내지 40부의 입자를 포함한다. 바람직한 양은 1 내지 30%wt이고, 더욱 바람직한 양은 5 내지 20%wt이다. 바람직하게는, 제2 층에 포함된 입자는 역청탄을 포함한다. 일 실시 형태에서, 제1 층 또는 제2 층은 카본 블랙을 함유하지 않거나, 제1 층 및 제2 층에는 본질적으로 카본 블랙이 부재한다.
제1 층 또는 제2 층, 또는 두 층 모두는 광화 탄소의 탄소 입자 외에도 다른 탄소 공급원, 예를 들어, 카본 블랙의 입자 또는 탄소 공급원의 연소로부터 얻은 다른 탄소 입자를 포함하는 다른 탄소 입자를 함유할 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시 형태에서, 제1 층은 임의의 카본 블랙을 함유하지 않거나, 이에는 본질적으로 카본 블랙이 부재하는데, 이는 제1 층이 제1 층의 중량을 기준으로 5 wt% 미만, 바람직하게는 1 wt% 미만, 더욱 바람직하게는 0.1 wt% 미만의 카본 블랙을 함유함을 의미한다.
첨가제:
제1 층 또는 제2 층 또는 두 층 모두는 상술한 성분 외에도 첨가제를 함유할 수 있다. 이러한 첨가제에는 산 스캐빈저(scavenger), 충전제, 가공 보조제, 착색제, 접착 촉진제, 항산화제 및 고무 배합, 및 플루오로중합체 및 실리콘 수지의 가공에 전형적으로 사용되는 다른 것들이 포함된다.
산 스캐빈저는 전형적으로 무기 산화물 또는 수산화물이며, 바람직하게는 알칼리 금속 산화물 및/또는 수산화물 및/또는 하이드로탈사이트, 알칼리 토금속 산화물 및/또는 수산화물 및/또는 하이드로탈사이트 또는 희토류 산화물 및/또는 수산화물 및/또는 하이드로탈사이트로부터 선택된다. 특정예에는 Ca(OH)2, Mg(OH)2, La(OH)3, CaO, MgO, La2O3, 하이드로탈사이트, 및 이들의 임의의 배합물이 포함된다. 바람직한 실시 형태에서, 제1 층은 적어도 하나의 무기 산화물, 무기 수산화물 또는 하이드로탈사이트 또는 이들의 배합물을 층의 총 중량을 기준으로 6 내지 25 중량%, 바람직하게는 플루오로중합체 100부당 6 내지 25부 범위의 양으로 포함한다. 일 실시 형태에서, 제1 층은 층의 총 중량을 기준으로 7 내지 20 중량%, 또는 플루오로중합체 100부당 7 내지 20부, 바람직하게는 8 내지 15%wt 또는 플루오로중합체 100부당 8 내지 15부의 무기 산화물, 무기 수산화물 또는 하이드로탈사이트, 또는 이들의 배합물을 함유한다.
가공 보조제의 특정예에는 에폭시 수지, 지방산 염 (예를 들어 스테아르산나트륨) 및 옥살산 염, 및 탄화수소 오일, 예컨대 광유 또는 탄화수소 왁스가 포함된다.
충전제의 특정예에는 실리카, 특히 건식(fumed) 실리카, 습식(precipitated) 실리카, 이산화티타늄, 탄산칼슘, 산화마그네슘 및 산화제2철이 포함된다.
다층 용품의 제조:
층을 만들기 위해, 원하는 성분을 함유하는 층을 만드는 조성물을 제조한다. 본 명세서에 제공된 바와 같은 층을 생성하는 조성물을 종래의 고무 가공 장비에서 하나 이상의 중합체를 추가의 성분과 혼합하여 제조할 수 있다. 이러한 장비에는 고무 밀(mill), 내부 혼합기, 예컨대 밴버리(Banbury) 혼합기, 및 혼합 압출기가 포함된다. 이어서, 결과로 생성된 조성물은 시트, 층 또는 라미네이트로 형성되거나, 그렇지 않다면 플루오로중합체 화합물 및 실리콘 수지를 가공하는 본 기술 분야에 알려진 방법으로 가공될 수 있다.
소위 예비혼합물을 준비하는 것이 또한 가능하다. 예비혼합물은 플루오로중합체(들) 및 층, 시트 또는 라미네이트로 형성되는 제1 층을 제조하는 다른 성분의 전부는 아니지만 일부를 포함한다. 이러한 예비혼합물의 조성은 원하는 저장 기간 동안 예비혼합물의 원하는 안정성에 따라 달라질 것이다. 예를 들어, 예비혼합물은 플루오로중합체(들), 및 조성물의 경화에 필요한 모든 성분은 아니지만, 퍼옥사이드 경화 시스템 중 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 예비혼합물로부터 퍼옥사이드 경화제를 배제하고, 제1 조성물을 제1 층으로 성형할 때만 퍼옥사이드를 첨가하는 것이 바람직할 수 있다.
하나 이상의 퍼옥사이드 경화성 실리콘 함유 중합체를 함유하는 조성물을, 예를 들어, 종래의 고무 가공 장비에서 성분을 혼합하여 제조할 수 있다. 이러한 장비에는 고무 밀, 내부 혼합기, 예컨대 밴버리 혼합기 및 혼합 압출기가 포함된다. 통상적인 혼합 방법, 예컨대 드럼 롤러(drum roller), 기계적 교반기 또는 혼합기를 사용하여 파트 A를 파트 B, 및 임의로 다른 성분과 혼합하여 2부분 실리콘 조성물을 제조할 수 있다.
다양한 상이한 중합체가 사용될 수 있고, 또한 실리콘 중합체 및 플루오로중합체의 배합물 또는 플루오르화 모이어티를 함유하는 실리콘 중합체가 제1 층, 제2 층 또는 두 층 모두에서 사용될 수 있다.
이어서, 중합체 배합 및 성형의 표준 장비, 예컨대 롤 밀 또는 압출기를 사용하여 층을 생성하는 조성물은 층 또는 시트로 형성된다. 호스를 제조하기 위해, 조성물을 압출할 수 있다. 예를 들어, 제1 층을 제조하기 위한 조성물을 실리콘 층 위에, 또는 그 반대로 압출할 수 있다. 두 층의 압출 성형 및 형성은 동시에 또는 순차적으로 일어날 수 있다.
제1 및 제2 층을 동시에 또는 순차적으로 경화시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 층을 형성하고, 서로 상에 압출시킨 후, 제1 층을 경화가 일어나는 조건에 노출시켰다. 이어서, 제2 층을 경화가 일어나는 조건에 노출시키거나, 두 층 모두를 동시에 경화가 일어나는 조건에 노출시킬 수 있다. 제1 층을 경화되거나 부분적으로 경화된 제2 층 상에 경화시키는 것이 또한 가능하다. 전형적으로, 제1 층을 제2 층 상에 형성하고, 두 층 모두가 공통 계면을 형성하도록 경화시킨다.
바람직하게는, ASTM D-1876에 따른 본 발명의 다층 용품의 제1 층과 제2 층 사이의 계면의 초기 박리 강도는 2 N/㎟ 이상, 바람직하게는 2.5 N/㎟ 이상, 더욱 바람직하게는 3 N/㎟ 이상, 더욱 더 바람직하게는 3.5 N/㎟ 이상이다. 이와 관련하여, 21일 후의 200 내지 240℃ 범위의 온도에서, ASTM D-1876에 따른 본 발명의 다층 복합 용품의 제1 층과 제2 층 사이의 계면의 박리 강도는 0.5 N/㎟ 이상, 바람직하게는 1.0 N/㎟ 이상, 더욱 바람직하게는 1.5 N/㎟ 이상인 것이 또한 바람직하다.
본 명세서에 제공된 다층 용품은 장기간에 걸쳐 양호한 접착성을 유지한다. 또한, 결합은 고온에 노출되어도 유지된다. 다층 용품은 고온에 장기간 노출시 가요성을 유지한다. 따라서, 본 명세서에 제공된 용품은 호스, 특히 연료 운반 호스 또는 터보 차저(turbo charger) 호스를 포함하는 탄화수소 증기에 노출될 수 있는 호스의 제조에 적합하다.
특정 실시 형태에서, 본 명세서에 제공된 다층 용품은 다층 호스, 용기, 기계용 롤러 또는 시일의 적어도 일부를 형성한다. 바람직하게는 적어도 하나의 제1 층은 호스의 최내층, 더욱 바람직하게는 터보 차저 호스의 최내층을 구성한다. 터보 차저 호스는 배기 가스에 의해 구동되는 터빈에 의해 압축된 주입 가스의 경로 설정을 수행하는 터보차저 연소 엔진(turbocharged combustion engine) 시스템의 일부이다.
2층 호스의 외층을 형성할 수 있거나 2개 초과의 층을 갖는 다층 호스의 중간층을 형성할 수 있는 본 명세서에 제공된 바와 같은 제2 층에 결합되는, 본 명세서에 제공된 제1 층이 호스의 최내층을 형성할 수 있는 다층 호스를 제조할 수 있다. 2개 초과의 층을 갖는 다층 호스는 보강층을 포함하는, 실리콘 수지 또는 플루오로중합체 수지 또는 상이한 재료의 추가층을 함유할 수 있다. 일 실시 형태에서, 제1 층은 다층 입자의 최내층을 형성하지 않지만, 중간층을 형성한다. 이러한 경우에, 다른 플루오로중합체 또는 상이한 재료가 플루오로중합체 층의 일면에 결합할 수 있는 반면에, 플루오로중합체 층의 다른 면은 실리콘 수지와 공통 계면을 형성한다.
본 명세서에 제공된 다층 용품이 하기를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다:
(a) 본 명세서에 기재된 바와 같이 제1 층을 제공하는 단계;
(b) 본 명세서에 기재된 바와 같이 제2 층을 제공하는 단계;
(c) 층 사이에 공통 계면을 형성하는 단계;
(d) 적어도 제1 층을 경화시키는 단계.
단계 (a)의 제1 층은 바람직하게는 경화할 수 있는 형태의 플루오로중합체 및 플루오로중합체를 경화시키기 위한 하나 이상의 경화제를 포함하고, 바람직하게는 본 명세서에 기재된 퍼옥사이드 경화제를 포함한다. 제1 층은 본 명세서에 기재된 성분의 일부 또는 전부를 본 명세서에 기재된 바와 같은 양으로 포함할 수 있다.
단계 (b)의 제2 층은 실리콘 수지를 포함한다. 바람직하게는, 실리콘 수지는 여전히 경화성이고, 바람직하게는 퍼옥사이드 경화성이다.
예를 들어, 열과 압력의 적용을 통해 층을 함께 적층시켜 공통 계면을 형성할 수 있는데, 이에 의해 다층 용품을 형성한다. 바람직하게는, 공통 계면은 적어도 제1 층, 바람직하게는 제1 및 제2 층에 경화가 일어나는 조건을 적용하여 형성된다. 이를 동시에 또는 순차적으로 수행할 수 있다. 층을 함께 결합시키는 공통 계면은 경화를 통해 형성된다.
결과로 생성된 용품에, 예를 들어, 임의의 후경화 단계 (e)에서 추가의 열, 압력 또는 둘 모두를 추가로 처리하여, (후경화) 층간의 결합 강도를 향상시키는 것이 바람직할 수 있다. 단계 (c)의 압출 성형에 의해 다층 용품이 제조되는 경우 단계 (e)에서 추가의 열을 공급하는 하나의 방법은 압출 성형 공정의 종료시 다층 용품의 냉각을 지연시키는 것이다. 대안적으로, 단계 (c)에서 단순히 성분을 처리하는 데 필요한 것보다 높은 온도에서 층을 적층시키거나 압출하여 추가의 열 에너지를 다층 용품에 가할 수 있다. 다른 대안으로서, 임의의 단계 (e)에서 완성된 다층 용품을 연장된 기간 동안 승온에서 유지할 수 있다. 예를 들어, 완성된 용품을 상기 용품의 온도를 상승시키기 위한 개별 장치, 예컨대 오븐, 오토클레이브 또는 가열된 액조(liquid bath)에 배치할 수 있다. 이러한 방법의 조합이 또한 사용될 수 있다.
실시예
본 발명은 본 발명을 한정하고자 함이 없이 추가로 기재된다. 하기 실시예는 소정의 실시 형태를 예시하기 위하여 제공되나, 어떠한 방식으로든지 한정하고자 하는 것이 아니다. 이에 앞서, 재료 및 이들의 특성을 특성화하는 데 사용된 일부 시험 방법이 기재될 것이다.
약어:
카본 블랙 1: 에보닉(Evonik)으로부터 입수가능한 MT N-990
카본 블랙 2: 에보닉으로부터 입수가능한 SRF N-774
석탄 입자: 미국 소재의 코울 필러즈 인코포레이티드로부터 입수가능한 역청탄 분말인 오스틴 블랙 325
충전제: 에어로실(AEROSIL) 200V 에어로실 200V: 에보닉으로부터 입수가능한 건식 실리카
ZnO: 랑세스(Lanxess)로부터 입수가능한 산화아연
MgO: 랑세스로부터 입수가능한 산화마그네슘
Ca(OH)2: 랑세스로부터 입수가능한 수산화칼슘
La2O3: 랑세스로부터 입수가능한 산화란탄
하이드로탈사이트: 키수마 케미칼즈(Kisuma Chemicals)로부터 입수가능한 하이드로탈사이트 DHT ― 4V
TAIC (70%): 레만 & 보스(Lehmann & Voss)로부터 입수가능한 70% 실리케이트 담체 상 트라이알릴-아이소시아누레이트.
경화제: TRIGONOX 101-50D: 악조 노벨(Akzo Nobel)로부터 입수가능한, 실리카 담체 상에서 50% 활성인 유기 퍼옥사이드
가공 첨가제: 실 + 자일라허(Schill + Seilacher)로부터 입수가능한 (지방산 유도체와 왁스의 블렌드) STRUKTOL HT290
n.d.: 측정되지 않음
방법
두 층간의 접착을 FKM 외면이 인장 시험기 내로 배치되므로 인스트론(INSTRON)(등록상표) 기계 시험기를 사용하여, 일반적으로 'T-박리' 시험으로 알려진 ASTM D-1876에 따라 평가하였다. 크로스 헤드(Cross-head) 속도는 50 mm/min이었다. 보고된 결과는 3개 이상의 시편의 평균 값이다. 이러한 라미네이트에는 후경화가 적용되지 않았다. 시험 결과를 N/㎟ 단위로 주어진 분리력(Separation force)으로 평가한다.
하기 기재된 모든 실시예에서, 제2 층을 제조하기 위해 조성물에 사용된 실리콘 수지는 바커사의 엘라스토실 R 760/70/MH/C1/H3이었다. 양은 각각 플루오로중합체 100부당 부 및 실리콘 수지 100부당 부로 주어진다.
유리 전이 온도 (Tg)를 온도 변조 DSC로 측정할 수 있다. 텍사스 인스트루먼츠(Texas Instruments) Q200 변조된 DSC는 다음과 같은 측정 조건을 적용하여 사용될 수 있다: 2℃/min으로 150℃에서 50℃, 60초 동안 +1℃/min의 변조 진폭(modulation amplitude).
실시예 1 및 비교예 1 및 비교예 2
표 1에 나타낸 성분으로 조성물을 2 롤 밀(2 roll mill) 상에서 밀링(milling)하여 약 3 mm 두께의 시트를 제조함으로써 플루오로탄성중합체 시트를 제조하였다. 2 롤 밀 상에서 실리콘 수지를 3 mm 두께의 시트로 밀링함으로써 실리콘 수지 시트를 제조하였다. 2개의 플루오로중합체 시트 사이에 실리콘 시트를 배치시키고, 용품에 고온 프레스 (아길라(Agila) 96/90)에서 30분 동안 177℃의 온도를 처리하여 3층 용품이 형성되었다. 결과로 생성된 라미네이트의 두께는 약 5mm이며, 실온에서 4시간 동안 냉각시킨 다음, 8 cm 길이의 스트립(strip)으로 절단하였다. 라미네이트를 공기 순환식 오븐에서 220℃로 표 2에 나타낸 시간 동안 후경화시켰다. 후경화된 시트 층의 접착 강도를 측정하였다. 결과를 표 2에 나타내었다.
[표 1]
Figure pat00002
[표 2]
Figure pat00003
열에 장시간 노출된 후에도 실시예 1의 초기 접착 강도는 비교예1 및 비교예 2의 것보다 높았다.
실시예 2 및 비교예 3 및 비교예 4:
플루오로중합체 조성물이 표 3에 나타낸 성분을 함유한다는 것을 제외하고 이전 실시예를 반복하였다. 상술한 바와 같이 접착 강도를 측정하였다. 결과를 표 4에 나타내었다.
[표 3]
Figure pat00004
[표 4]
Figure pat00005
실시예 2는 비교예 3보다 더 우수한 성능을 보였다. 역청탄 분말 및 카본 블랙을 모두 함유하는 비교예 4의 FKM 및 VMQ 층의 초기 접착은 실시예 2와 유사하였지만, 열에 장시간 노출시 접착 강도가 크게 감소하였다.
실시예 3 내지 실시예 6:
실시예 3 내지 실시예 6에서, 플루오로중합체 조성물과 표 5에 나타낸 성분을 사용하여 이전 실험을 반복하였다. 상술한 바와 같이 샘플을 시험하였다. 결과를 표 6에 분리력(N/㎟ 단위)으로 나타내었다.
[표 5]
Figure pat00006
[표 6]
Figure pat00007
실시예 7 내지 실시예 9 및 비교예 5
각각의 플루오로탄성중합체 시트가 2개의 실리콘 시트 사이에 개재된(sandwiched), 실시예 1에 기재된 바와 같이 제조된 5-층 용품. 시트를 제조하기 위해 사용된 조성물이 표 7에 나와 있다. 샘플을 상술한 바와 같으나 상이한 열 처리로 후경화시키고 시험하였다. 시험 조건 및 결과가 표 8 내지 표 10에 분리력(N/㎟ 단위)으로 나와 있다.
[표 7]
Figure pat00008
[표 8]
Figure pat00009
[표 9]
Figure pat00010
[표 10]
Figure pat00011
실시예 10 및 비교예 6
5 mm의 VMQ 층에 적층된 1 mm의 FKM 층으로 이루어진 두께 6 mm, 길이 70 mm 및 폭 25 mm의 시험편을 제조하였다. VMQ 층은 실시예 1에 사용된 것과 동일한 VMQ로 이루어진다. FKM을 표 11에 나타낸 조성물로부터 제조하였다. 시험편을 공기 순환식 오븐에서 220℃에서 250℃까지 10℃씩 증가하는 온도에 두었는데, 이때 FKM 층은 금속판 위에 아래를 향하게 두었다. 표 12에 나타낸 시간 후에, 샘플을 오븐에서 꺼내 실온에서 4시간 동안 냉각시켰다. 가요성을 시험하기 위해, 샘플을 길이방향으로 앞뒤로 180° 구부리면 라미네이트의 끝부분만이 함께 압착되었다. 이어서, 샘플을 결함에 대해 시각적으로 검사하였다. 결과가 표 12에 요약되어 있으며, 여기서 "가요성"은 완전한 가요성을 보이는 용품을 의미하고, "균열(cracking)"은 육안으로 보이는 용품의 VMQ 층의 균열을 의미한다. 일부 실험에서, 층 사이의 기체 발생으로 인한 것으로 보이는 다른 결함이 발견되었다.
[표 11]
Figure pat00012
Figure pat00013
실시예 11 및 비교예 7
2-층 호스
실시예 11에서, 1 mm의 내부 FKM 층 위에 3 mm의 VMQ 층을 압출함으로써 2-층 호스를 제조하였다. FKM 층을 실시예 10의 조성물로부터 제조하였다. 비교예 7에서, 비교예 6의 조성물을 사용하여 동일한 방식으로 층 호스를 제조하였다. 실리콘 수지를 실시예 1에서와 같이 사용하였다. 이러한 호스를 20분 동안 177℃에서 오토클레이브 경화시킨 후, 22 cm 길이의 조각으로 자르고, 샘플을 220℃ 또는 250℃에서 후경화하기 전에 가장자리를 잘라냈다. 1주 및 2주의 간격을 두고, 샘플을 4시간 동안 실온에서 냉각시킨 후, 180°로 구부렸다. 220℃에서 1주 및 2주 후, 두 샘플 (실시예 10 및 비교예 7) 모두는 눈에 띄는 결함 없이 가요성을 유지하였다. 그러나, 250℃에서 1주일 후, 외부 VMQ 층은 굽힘시 균열을 일으켰다. 대조적으로, 실시예 10의 샘플은 가요성을 유지하고, 굽힘시 균열을 일으키지 않았다. 실시예 10의 호스는 250℃에 9일 동안 노출한 후에도 균열 없이 가요성을 유지하였다.
예시적인 실시 형태는 하기를 포함한다:
실시 형태 1. 플루오로중합체를 함유하는 적어도 하나의 제1 층 및 실리콘 수지를 함유하는 적어도 하나의 제2 층을 포함하는 다층 용품으로서, 상기 층은 서로 적어도 부분적으로 접촉하여 층을 함께 결합시키는 공통 계면을 형성하며, 여기서 적어도 하나의 제1 층은 광화 탄소의 탄소 입자를 추가로 포함하고, 플루오로중합체는 경화되는, 다층 용품.
실시 형태 2. 플루오로중합체가 퍼옥사이드 경화제의 사용을 포함하는 경화 반응에 의해 경화되는, 실시 형태 1의 다층 용품.
실시 형태 3. 적어도 하나의 제2 층이 또한 광화 탄소의 탄소 입자를 포함하는, 실시 형태 1 또는 실시 형태 2의 다층 용품.
실시 형태 4. 적어도 하나의 제1 층이 알칼리 금속 산화물, 희토류 산화물, 알칼리 금속 수산화물, 희토류 수산화물로부터 선택되는, 바람직하게는 Ca(OH)2, Mg(OH)2, La(OH)3, CaO, MgO, La2O3, 하이드로탈사이트, 및 이들의 조합로부터 선택되는 적어도 하나의 산화물 또는 수산화물을 추가로 포함하는, 실시 형태 1 내지 실시 형태 3 중 어느 하나의 다층 용품.
실시 형태 5. 광화 탄소의 탄소 입자가 석탄, 코크스 및 목탄으로부터 선택되는, 실시 형태 1 내지 실시 형태 4 중 어느 하나의 다층 용품.
실시 형태 6. 탄소 입자의 밀도가 1.0 내지 1.5 g/㎤ 범위인, 실시 형태 1 내지 실시 형태 5 중 어느 하나의 다층 용품.
실시 형태 7. 탄소 입자의 입자 크기가 3 내지 8 마이크로미터인, 실시 형태 1 내지 실시 형태 6 중 어느 하나의 다층 용품.
실시 형태 8. 제1 층과 제2 층 사이의 결합은 ASTM D-1876에 따른 박리 강도가 21일 후 200 내지 240℃ 범위의 온도에서 0.5 N/㎟ 이상인, 실시 형태 1 내지 실시 형태 7 중 어느 하나의 다층 용품.
실시 형태 9. 실시 형태 1 내지 실시 형태 8 중 어느 하나의 다층 용품을 포함하는 다층 호스.
실시 형태 10. 제1 층과 제2 층 사이의 계면은 ASTM D-1876에 따른 박리 강도가 21일 후 200 내지 240℃ 범위의 온도에서 0.5 N/㎟ 이상인, 실시 형태 9의 다층 호스.
실시 형태 11. 호스가 터보 차저 호스인, 실시 형태 9 또는 실시 형태 10의 다층 호스.
실시 형태 12. 실시 형태 1 내지 실시 형태 8 중 어느 하나의 다층 용품의 제조 방법으로서, 상기 방법은
(a) 경화성 플루오로중합체를 포함하는 제1 층, 플루오로중합체 및 광화 탄소의 탄소 입자를 경화시키기 위한 경화제를 제공하는 단계;
(b) 실리콘 수지를 함유하는 제2 층을 제공하는 단계;
(c) 층을 접촉시켜 층 사이에 층을 결합시키는 공통 계면을 형성하는 단계;
(d) 적어도 제1 층을 경화시키는 단계를 포함하는, 방법.
실시 형태 13. 플루오로중합체가 퍼옥사이드 경화성이고, 경화제가 퍼옥사이드 경화제를 포함하는, 실시 형태 12의 방법.
실시 형태 14. 다층 용품이 호스인, 실시 형태 12 또는 실시 형태 13의 방법.

Claims (9)

  1. 플루오로중합체를 함유하는 적어도 하나의 제1 층 및 실리콘 수지를 함유하는 적어도 하나의 제2 층을 포함하는 다층 용품으로서, 상기 층은 서로 적어도 부분적으로 접촉하여 층을 함께 결합시키는 공통 계면을 형성하며, 여기서 적어도 하나의 제1 층은 흑연, 석탄, 코크스 및 목탄으로부터 선택된 광화 탄소(mineralized carbon)의 탄소 입자를 추가로 포함하고, 적어도 하나의 제2 층이 또한 흑연, 석탄, 코크스 및 목탄으로부터 선택된 광화 탄소의 탄소 입자를 포함하고, 플루오로중합체는 경화되는, 다층 용품.
  2. 제1항에 있어서, 플루오로중합체가 퍼옥사이드 경화제의 사용을 포함하는 경화 반응에 의해 경화되는, 다층 용품.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 제1 층이 알칼리 금속 산화물, 희토류 산화물, 알칼리 금속 수산화물, 희토류 수산화물로부터 선택되는 적어도 하나의 산화물 또는 수산화물을 추가로 포함하는, 다층 용품.
  4. 제3항에 있어서, 적어도 하나의 산화물 또는 수산화물이 Ca(OH)2, Mg(OH)2, La(OH)3, CaO, MgO, La2O3, 하이드로탈사이트, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것인, 다층 용품.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 탄소 입자의 밀도가 1.0 내지 1.5 g/㎤ 범위인, 다층 용품.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 탄소 입자의 입자 크기가 3 내지 8 마이크로미터인, 다층 용품.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 층과 제2 층 사이의 결합은 ASTM D-1876에 따른 박리 강도가 200 내지 240℃ 범위의 온도에서 21일 후 0.5 N/㎟ 이상인, 다층 용품.
  8. 제1항 또는 제2항의 다층 용품을 포함하는 다층 호스.
  9. 제1항 또는 제2항의 다층 용품의 제조 방법으로서,
    (a) 경화성 플루오로중합체, 플루오로중합체를 경화시키기 위한 경화제, 및 흑연, 석탄, 코크스 및 목탄으로부터 선택된 광화 탄소의 탄소 입자를 포함하는 제1층을 제공하는 단계;
    (b) 실리콘 수지 및 흑연, 석탄, 코크스 및 목탄으로부터 선택된 광화 탄소의 탄소 입자를 함유하는 제2 층을 제공하는 단계;
    (c) 층을 접촉시켜 층 사이에 층을 결합시키는 공통 계면을 형성하는 단계; 및
    (d) 적어도 제1 층을 경화시키는 단계를 포함하는, 방법.
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