WO2009142136A1 - 含フッ素弾性共重合体組成物およびその架橋ゴム部材 - Google Patents

含フッ素弾性共重合体組成物およびその架橋ゴム部材 Download PDF

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rubber member
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fluorinated elastic
crosslinked rubber
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正英 淀川
斉藤 正幸
満 関
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旭硝子株式会社
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    • C08J2327/00Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers
    • C08J2327/02Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08J2327/12Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms

Definitions

  • the present invention relates to a fluorinated elastic copolymer composition capable of providing a crosslinked rubber member excellent in hot water resistance and steam resistance, and a crosslinked rubber member excellent in hot water resistance and steam resistance.
  • a crosslinked rubber member obtained by crosslinking a fluorinated elastic copolymer is widely used in various applications because it is excellent in heat resistance, weather resistance, chemical resistance, water resistance, insulation and the like.
  • tetrafluoroethylene-propylene copolymer is particularly excellent in base resistance and water resistance, and is used for applications such as alkaline fluid packing, engine oil seal, steam resistance packing, and hot water piping packing. (For example, see Patent Document 1).
  • sterilization methods such as sterilization with a chemical solution, sterilization with ozone water, and sterilization with ultraviolet rays are listed as sterilization methods. Also, sterilization with hot water or steam is widely used as an effective sterilization means. Further, the cross-linked rubber member of the fluorinated elastic copolymer has been attracting more and more attention as a material that is durable to all these sterilization means.
  • sterilization with hot water or steam is used in food and beverage production facilities, pharmaceutical production facilities, medical facilities, various microorganism testing facilities, and the like for culturing microorganisms, in order to avoid contamination of microorganisms.
  • industrial facilities such as power plants that use hot water or steam as a heat medium, and the hot water resistance and steam resistance of the facilities are increasingly required.
  • household equipment a widespread use of private power generation equipment, hot water supply equipment, and the like, there is a demand for rubber members that have good hot water resistance and steam resistance, and that require less frequent replacement.
  • the following methods are known as methods for molding a fluorinated elastic copolymer to obtain a crosslinked rubber member. That is, if necessary, a filler, a cross-linking agent, a cross-linking aid, various additives, etc. are added and kneaded using a two-roll, kneader, extruder, etc., and a fluorinated elastic copolymer composition is obtained. Then, the fluorinated elastic copolymer composition is molded by extrusion molding, compression molding using a mold or the like, and simultaneously with or after molding, heating, ionizing radiation irradiation, etc. There is a method of obtaining a crosslinked rubber member by crosslinking using means.
  • An object of the present invention is to provide a fluorinated elastic copolymer composition capable of providing a crosslinked rubber member excellent in hot water resistance and steam resistance, and a crosslinked rubber member excellent in hot water resistance and steam resistance obtained by crosslinking the same. Is to provide.
  • the present invention provides a fluorinated elastic copolymer composition and a crosslinked rubber member having the following constitutions.
  • the compound represented by the general formula (1) is 0.1% with respect to 100 parts by mass of the fluorinated elastic copolymer and the compound represented by the following general formula (1).
  • a fluorine-containing elastic copolymer composition characterized by containing in an amount of ⁇ 10 parts by mass. (RCOO ⁇ ) n M n + (1) (Wherein R is an organic group having 10 to 30 carbon atoms, n is an integer of 2 or 3, M is an alkaline earth metal, Zn, Cd, Co, Sn, Cu, Pb, Ni or Al. )
  • the fluorinated elastic copolymer composition of the present invention can provide a crosslinked rubber member having excellent hot water resistance and steam resistance even under severe conditions.
  • the crosslinked rubber member of the present invention is excellent in hot water resistance and steam resistance, as well as in heat resistance, weather resistance, chemical resistance, insulation, and mechanical properties.
  • the cross-linked rubber member of the present invention is used as a structural member such as a sealing material used for sterilizing food, beverage and other manufacturing equipment, pharmaceutical manufacturing equipment, medical equipment, various microorganism testing equipment, etc. with hot water or steam. It can be used suitably. Moreover, it can be suitably used as a structural member such as a sealing material for industrial equipment, such as a power plant, which uses hot water or steam as a heat medium, household equipment such as private power generation equipment, hot water supply equipment, etc. . Furthermore, the crosslinked rubber member of the present invention is excellent in durability in all these sterilizing means. In particular, when the hot water or steam used is 150 ° C. or higher, more significantly 170 ° C. or higher, the crosslinked rubber member of the present invention is extremely effective as a sealing material.
  • the fluorinated elastic copolymer in the present invention is a copolymer containing repeating units based on a fluorinated monomer.
  • the fluorine-containing monomer include fluoroolefins such as tetrafluoroethylene, vinylidene fluoride, hexafluoropropylene, chlorotrifluoroethylene, and vinyl fluoride; perfluoro such as perfluoro (methyl vinyl ether) and perfluoro (propyl vinyl ether). (Alkyl vinyl ethers); (perfluoroalkyl) ethylenes such as trifluoromethylethylene and pentafluoroethylethylene;
  • the fluorine-containing elastic copolymer of the present invention can contain a repeating unit based on a hydrocarbon-based monomer that does not contain fluorine.
  • hydrocarbon-based monomer not containing fluorine examples include olefins such as ethylene, propylene, butene, and isobutene; vinyl ethers such as methyl vinyl ether and ethyl vinyl ether; vinyl esters such as vinyl acetate;
  • fluorinated elastic copolymer examples include tetrafluoroethylene-propylene copolymer, tetrafluoroethylene-propylene-vinylidene fluoride copolymer, tetrafluoroethylene-propylene-perfluoroalkylethylene copolymer, ethylene -Tetrafluoroethylene-perfluoro (alkyl vinyl ether) copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-perfluoro (alkyl vinyl ether) ) Copolymer, vinylidene fluoride-perfluoro (alkyl vinyl ether) -tetrafluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-perfluoro (alkyl vinyl ether) copolymer, etc. It is
  • a tetrafluoroethylene-propylene copolymer is preferable from the viewpoint of hot water resistance and steam resistance.
  • the molar ratio of the repeating unit based on tetrafluoroethylene / the repeating unit based on propylene in the tetrafluoroethylene-propylene copolymer is preferably 90/10 to 10/90, more preferably 70/30 to 30/70, Most preferred is 30-50 / 50.
  • the fluorinated elastic copolymer in the present invention may contain repeating units based on monomers having various crosslinkable functional groups.
  • the crosslinking reactivity can be increased by heat-treating the fluorinated elastic copolymer.
  • monomers having a crosslinkable functional group monomers containing iodine atom or bromine atom; vinyl esters such as vinyl acrylate, vinyl methacrylate, vinyl crotonate, vinyl chloroacetate, vinyl bromoacetate; vinyl glycidyl ether, allyl And vinyl ethers such as glycidyl ether, hydroxyethyl vinyl ether, hydroxybutyl butyl vinyl ether, and chloroethyl vinyl ether.
  • the content of the repeating unit based on the monomer having a crosslinkable functional group is preferably from 0.1 to 20 mol%, more preferably from 0.1 to 10 mol% in the fluorinated elastic copolymer.
  • the fluorinated elastic copolymer may be a polymer having an iodine atom terminal or a bromine atom terminal.
  • the Mooney viscosity ML 1 + 4 (100 ° C.) of the fluorinated elastic copolymer used in the present invention is not particularly limited, but is preferably 20 to 180, more preferably 30 to 150.
  • Mooney viscosity is a measure of various average molecular weights. A high Mooney viscosity indicates a high molecular weight, and a low Mooney viscosity indicates a low molecular weight. A Mooney viscosity within the above range is preferable because of excellent moldability.
  • the fluorinated elastic copolymer composition of the present invention contains a compound represented by the following general formula (1).
  • (RCOO ⁇ ) n M n + (1) (Wherein R is an organic group having 10 to 30 carbon atoms, n is an integer of 2 or 3, M is an alkaline earth metal, Zn, Cd, Co, Sn, Cu, Pb, Ni or Al .)
  • R in the compound represented by the general formula (1) is an organic group having 10 to 30 carbon atoms.
  • the organic group preferably has 10 to 25 carbon atoms, more preferably 10 to 20 carbon atoms, and most preferably 12 to 18 carbon atoms.
  • the organic group in the general formula (1) may be saturated or unsaturated, is preferably an aliphatic hydrocarbon group, more preferably a linear aliphatic hydrocarbon group, and most preferably a saturated linear aliphatic hydrocarbon group.
  • the compound represented by the general formula (1) is a compound generally known as a metal salt of a higher fatty acid.
  • the compound represented by the general formula (1) may be a naturally derived component such as animal fatty acid or an artificially synthesized component. Moreover, the mixture of a 2 or more types of carbon number fatty acid may be sufficient.
  • M in the general formula (1) is an alkaline earth metal, Zn, Cd, Co, Sn, Cu, Pb, Ni, or Al, but is preferably an alkaline earth metal, Zn, Pb, Al, Mg, Ba, Ca, Zn and Al are more preferable, Ca and Al are further preferable, and Ca is most preferable.
  • Specific examples of the compound represented by the general formula (1) include calcium stearate, zinc stearate, barium stearate, magnesium stearate, aluminum stearate, cadmium stearate, cobalt stearate, tin stearate, lead stearate.
  • the compound represented by the general formula (1) is preferably calcium stearate, zinc stearate, barium stearate, magnesium stearate, or aluminum stearate, and more preferably calcium stearate or aluminum stearate. Further, calcium stearate is most preferable.
  • the content of the compound represented by the general formula (1) is 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the fluorinated elastic copolymer. The content is appropriately determined within the above range depending on the composition of the fluorinated elastic copolymer composition containing a filler or additive suitable for obtaining the desired crosslinked rubber member.
  • the content is preferably 0.2 to 5 parts by mass, more preferably 0.2 to 3 parts by mass, and most preferably 0.3 to 2 parts by mass. If the content is too small, the moldability is inferior, and if it is too large, the heat resistance of the resulting crosslinked rubber member may be lowered. Within the above range, the moldability is excellent and the cross-linked rubber member is remarkably excellent in hot water resistance and steam resistance.
  • the fluorinated elastic copolymer composition of the present invention is crosslinked by a conventional crosslinking method to give a crosslinked rubber member.
  • a conventional crosslinking method crosslinking with an organic peroxide or crosslinking with ionizing radiation is particularly preferred from the viewpoint of hot water resistance and steam resistance of the resulting crosslinked rubber member.
  • crosslinking methods since the chemical bond by crosslinking is a covalent bond with no charge separation or small charge separation, the crosslinked rubber member is considered to be excellent in hot water resistance and steam resistance.
  • an organic peroxide is usually used as the organic peroxide used for crosslinking.
  • the organic peroxide include benzoyl peroxide, dicumyl peroxide, di-tert-butyl peroxide, 2,5-dimethyl-2,5-bis (tert-butylperoxy) hexane, 2,5 -Dimethyl-2,5-bis (t-butylperoxy) hexyne-3, ⁇ , ⁇ '-bis (tert-butylperoxy) -p-diisopropylbenzene, 1,1-bis (tert-butylperoxy) -3,3,5-trimethylcyclohexane and the like.
  • the content of the organic peroxide is preferably 0.3 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the fluorinated elastic copolymer. When the content is less than 0.3 parts by mass, crosslinking may be insufficient. When the amount is more than 10 parts by mass, the elasticity of the crosslinked rubber member may be lost. More preferably, the content of the organic peroxide is 0.5 to 3 parts by mass.
  • a cross-linking agent may be blended in the fluorinated elastic copolymer composition. Moreover, it is not necessary to mix
  • radiation to be irradiated include electron beams, gamma rays, and ultraviolet rays. The dose in electron beam irradiation is preferably 1 to 2000 kGy, more preferably 10 to 200 kGy.
  • the crosslinking agent used for crosslinking by ionizing radiation include dicumyl peroxide, 2,5-dimethyl-2,5-bis (tert-butylperoxy) hexane, ⁇ - ⁇ '-bis (tert-butylperoxy).
  • the content of the cross-linking agent is preferably 0.3 to 10 parts by mass, more preferably 0.5 to 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the fluorinated elastic copolymer.
  • an unsaturated polyfunctional compound is preferably added as a crosslinking aid to the fluorinated elastic copolymer composition.
  • crosslinking aids include triallyl cyanurate, triallyl isocyanurate, triallyl isocyanurate prepolymer, trimethallyl isocyanurate, 1,3,5-triacryloylhexahydro-1,3,5-triazine, triallyltrialy Melitate, m-phenylenediamine bismaleimide, p-quinone dioxime, p, p'-dibenzoylquinone dioxime, dipropargyl terephthalate, diallyl phthalate, N, N ', N ", N" "-tetraallyl And vinyl group-containing siloxane oligomers such as terephthalamide, polymethylvinylsiloxane, and polymethylphenylvinylsiloxan
  • the content of the crosslinking aid is preferably 0.1 to 10 parts by weight, more preferably 0.5 to 7 parts by weight, and most preferably 1 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the fluorinated elastic copolymer. .
  • various compounds conventionally used in the production of crosslinked rubber members can be further blended as necessary.
  • Specific examples of the compounding agent include fillers such as carbon black, silica, clay, talc and glass fiber, pigments such as titanium oxide and bengara, resins and rubbers other than the fluorinated elastic copolymer.
  • the fluorinated elastic copolymer composition of the present invention is easily produced by uniformly mixing each of the above components with a rubber mixing device such as a roll, a kneader, a Banbury mixer, or an extruder.
  • the fluorinated elastic copolymer composition of the present invention can be molded by an ordinary rubber molding method. Examples of the molding method include compression molding, injection molding, extrusion molding, calendar molding, dipping dissolved in a solvent, or coating.
  • the fluorinated elastic copolymer composition of the present invention can be crosslinked simultaneously with molding or after molding to obtain a crosslinked rubber member.
  • a crosslinked rubber member For crosslinking with an organic peroxide, hot press crosslinking, steam crosslinking, hot air crosslinking, lead-based crosslinking, or the like is employed in consideration of the molding method and the shape of the crosslinked rubber member.
  • the crosslinking conditions are usually preferably 100 to 400 ° C. for several seconds to 24 hours, more preferably 140 to 250 ° C. for 1 minute to 1 hour.
  • secondary crosslinking is preferably employed for the purpose of improving mechanical properties, compression set and other properties of the crosslinked rubber member.
  • the secondary crosslinking conditions are preferably 100 to 300 ° C.
  • the crosslinked rubber member obtained by crosslinking with an organic peroxide can be further irradiated with ionizing radiation to increase the crosslinking density.
  • the crosslinked rubber member of the present invention has a volume expansion coefficient in a hot water resistance test at 180 ° C. of 70 hours in accordance with JIS K6258 and a steam resistance test in 170 ° C. of 70 hours in accordance with JIS K6258. It is preferably within 10%, more preferably within 8%, even more preferably within 5%, and most preferably within 3%.
  • the crosslinked rubber member of the present invention is useful for O-rings, seals, packings, gaskets, valves, tubes, hoses, rolls, sheets, connectors, and the like of food production facilities that perform steam sterilization, hot water sterilization, and the like.
  • crosslinking rubber member of this invention may be a thing of various shapes.
  • the shape may be a square, an O-shape, a ferrule, or a different shape such as a D-shape, an L-shape, a T-shape, a V-shape, an X-shape, or a Y-shape.
  • the hot water resistance test and the steam resistance test of Examples and Comparative Examples were performed by the following methods.
  • Tables 1 to 4 the amount of each component used is shown in parts by mass.
  • Heat resistance test The measurement was performed according to JIS K6258.
  • the hot water resistance test of the crosslinked rubber member the crosslinked rubber member was placed in a sealed container together with a predetermined amount of water sufficient to immerse, heated at 180 ° C. for 70 hours, and then cooled to room temperature. Thereafter, the change in physical properties of the crosslinked rubber member was measured within 30 minutes after taking out the crosslinked rubber member from the sealed container.
  • the fluorinated elastic copolymer composition is prepared by uniformly mixing the fluorinated elastic copolymer-1 and the fluorinated elastic copolymer-2 with two rolls. Manufactured. The obtained fluorinated elastic copolymer composition was press-crosslinked at 170 ° C. for 20 minutes. Thereafter, secondary crosslinking was performed in an oven at 180 ° C. for 4 hours to obtain a crosslinked rubber member. Using the obtained crosslinked rubber member, normal properties were measured, and a hot water resistance test was conducted. The results are shown in Table 1.
  • fluorinated elastic copolymer-1 was prepared by uniformly mixing fluorinated elastic copolymer-1 with various components using two rolls. The obtained fluorinated elastic copolymer composition was press-crosslinked at 170 ° C. for 20 minutes. Subsequently, secondary crosslinking was performed in an oven at 180 ° C. for 4 hours to obtain a crosslinked rubber member. Using the obtained crosslinked rubber member, normal properties were measured and a steam resistance test was performed. The results are shown in Table 3.
  • Example 10 100 kGy of fluorinated elastic copolymer-1 in which 100 parts by mass of fluorinated elastic copolymer-1 was blended with 1 part by mass of calcium stearate, 30 parts by mass of MT carbon, and 5 parts by mass of TAIC. A cross-linked rubber member that was cross-linked by irradiation with an electron beam was obtained. Table 3 shows the normal physical properties and the steam resistance test results of the obtained crosslinked rubber member.
  • Fluorine-containing elastic copolymer-1 Aflas 150P (Asahi Glass Co., Ltd., tetrafluoroethylene-propylene copolymer, Mooney viscosity ML 1 + 4 (100 ° C.) 95).
  • Fluorine-containing elastic copolymer-2 Daiel G-902 (manufactured by Daikin Industries, Ltd., vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer, Mooney viscosity ML 1 + 4 (100 ° C.) 50).
  • TAIC triallyl isocyanurate (manufactured by Nippon Kasei Co., Ltd.)
  • Parkadox 14 ⁇ , ⁇ ′-bis (tert-butylperoxy) -p-diisopropylbenzene (manufactured by Kayaku Akzo).
  • Perhexa 25B 2,5-dimethyl-2,5-bis (tert-butylperoxy) hexane (manufactured by NOF Corporation).
  • Example 11 A packing is produced using the fluorinated elastic copolymer composition having the composition shown in Example 1. When used as a packing in a food production process, it exhibits good durability against steam (170 ° C.) used during sterilization of the process.
  • the crosslinked rubber member obtained from the fluorinated elastic copolymer composition of the present invention is an O-ring, seal, packing, gasket, valve, tube, hose, roll, sheet of food production equipment that performs steam sterilization, hot water sterilization, etc. Useful for connectors, etc.
  • microbial culture members that sterilize using steam and hot water, industrial and household equipment members that require steam and hot water piping, hot water and steam are used as the heat medium It is useful for components such as power generation equipment members and sealing materials exposed to hot water and steam.

Abstract

 含フッ素弾性共重合体組成物、および、該含フッ素弾性共重合体組成物を架橋して得られる、厳しい条件下での耐熱水性および耐スチーム性にも優れた架橋ゴム部材を提供する。  含フッ素弾性共重合体及び下記一般式(1)で表される化合物を含有し、該下記一般式(1)で表される化合物の含有割合が、含フッ素弾性共重合体の100質量部に対して0.1~10質量部であることを特徴とする含フッ素弾性共重合体組成物。  (RCOOn+ (1) (式中、Rは、炭素数10~30である有機基であり、nは2又は3の整数であり、Mは アルカリ土類金属、Zn、Cd、Co、Sn、Cu、Pb、Ni又はAlである。)

Description

含フッ素弾性共重合体組成物およびその架橋ゴム部材
 本発明は、耐熱水性及び耐スチーム性に優れる架橋ゴム部材を与えることができる含フッ素弾性共重合体組成物、並びに耐熱水性及び耐スチーム性に優れる架橋ゴム部材に関する。
 含フッ素弾性共重合体を架橋することにより得られる架橋ゴム部材は、耐熱性、耐候性、耐薬品性、耐水性、絶縁性などに優れることから、各種用途で広く用いられている。
 なかでも、テトラフルオロエチレン-プロピレン共重合体は、耐塩基性、耐水性に特に優れ、アルカリ流体用パッキン、エンジンオイルシール、耐スチーム性パッキン、熱水配管用パッキン等の用途に用いられている(例えば、特許文献1を参照。)。
 最近、食品や飲料の製造設備においては、食品の安全性がますます重要視され、その製造工程を殺菌することが強く求められている。殺菌の方法には、薬液による殺菌やオゾン水による殺菌、紫外線による殺菌などの様々な方法が挙げられている。また、熱水やスチームによる殺菌も有効な殺菌手段として広く用いられている。更に含フッ素弾性共重合体の架橋ゴム部材は、これらすべての殺菌手段に耐久する材料としてますます注目されてきている。
 また、微生物を培養する、食品および飲料の製造設備、医薬品製造設備、医療用設備、各種微生物試験設備などにおいては、微生物のコンタミネーションを避ける目的で熱水やスチームによる殺菌が用いられている。
 また、工業設備としても、発電所などに代表される、熱水やスチームを熱媒として使用する設備などが多く、設備の耐熱水性および耐スチーム性がますます求められている。
 さらに、家庭用設備としても、自家発電設備や給湯設備などの普及が広まり、耐熱水性および耐スチーム性が良好で、交換頻度の少ないゴム部材が求められている。
 一般に、含フッ素弾性共重合体を成形加工し、架橋ゴム部材を得る方法としては、以下の方法が知られている。すなわち、必要に応じて充填剤、架橋剤、架橋助剤、各種の添加剤等を加えて、2本ロール、ニーダー、押出し機などを用いて混錬し、含フッ素弾性共重合体組成物を得て、次いで、該含フッ素弾性共重合体組成物を、押出し成形、金型を使用しての圧縮成形などにより成形して、成形と同時に、または成形後に、加熱、電離性放射線照射等の手段を用いて架橋し、架橋ゴム部材を得る方法がある。
 これまで、上記の混錬や成形工程において、含フッ素弾性共重合体に、高級脂肪酸、高級脂肪酸金属塩、脂肪族アミン、天然ワックス、ポリエチレンワックス等の加工助剤を添加すると、それらの作業が容易になることが知られている(例えば、特許文献2や非特許文献1を参照。)。しかし、これらの加工助剤が、含フッ素弾性共重合体から得た架橋ゴム部材の特性、特に、耐熱水性及び耐スチーム性に大きく影響することは知られていなかった。
 特に、上記の用途において、使用される熱水やスチームが170℃以上のときに、十分な耐熱水性及び耐スチーム性を有する含フッ素弾性共重合体組成物の架橋ゴム部材は、知られていなかった。
特開昭53-9848号公報 特開平7-196879号公報 新版ゴム技術の基礎(日本ゴム協会編)改定第2刷(平成17年11月30日発行)166頁
 本発明の目的は、耐熱水性及び耐スチーム性に優れる架橋ゴム部材を与えることができる含フッ素弾性共重合体組成物、およびそれを架橋して得られる耐熱水性及び耐スチーム性に優れる架橋ゴム部材を提供することにある。
 本発明は、以下の構成を有する含フッ素弾性共重合体組成物、及び架橋ゴム部材を提供する。
[1]含フッ素弾性共重合体及び下記一般式(1)で表される化合物を、含フッ素弾性共重合体の100質量部に対して一般式(1)で表される化合物が0.1~10質量部の割合で含有することを特徴とする含フッ素弾性共重合体組成物。
 (RCOOn+ (1)
 (式中、Rは、炭素数10~30の有機基であり、nは2又は3の整数であり、
 Mはアルカリ土類金属、Zn、Cd、Co、Sn、Cu、Pb、Ni又はAlである。)
[2]前記一般式(1)中のRが、炭素数10~25である飽和の直鎖脂肪族炭化水素基である上記[1]に記載の含フッ素弾性共重合体組成物。
[3]前記一般式(1)中のMが、Mg、Ba、Ca、Zn又はAlである上記[1]又は[2]に記載の含フッ素弾性共重合体組成物。
[4]前記一般式(1)で表される化合物が、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸マグネシウム及びステアリン酸アルミニウムからなる群から選ばれる1種以上である上記[1]~[3]のいずれかに記載の含フッ素弾性共重合体組成物。
[5]さらに、有機過酸化物を含有する上記[1]~[4]のいずれかに記載の含フッ素弾性共重合体組成物。
[6]さらに、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、又は、トリメタリルイソシアヌレートを含有する上記[1]~[5]のいずれかに記載の含フッ素弾性共重合体組成物。
[7]上記[1]~[6]のいずれかに記載の含フッ素弾性共重合体組成物を有機過酸化物または電離性放射線により架橋させてなることを特徴とする架橋ゴム部材。
[8]JIS K6258に準拠した180℃で70時間の耐熱水試験における体積膨潤率が10%以下である上記[7]に記載の架橋ゴム部材。
[9]JIS K6258に準拠した170℃で70時間の耐スチーム性試験における体積膨潤率が10%以下である上記[7]に記載の架橋ゴム部材。
[10]上記[7]~[9]のいずれかに記載の架橋ゴム部材からなることを特徴とする耐熱水装置用構成部材。
[11]上記[7]~[9]のいずれかに記載の架橋ゴム部材からなることを特徴とする耐スチーム装置用構成部材。
 本発明の含フッ素弾性共重合体組成物は、厳しい条件下にも耐熱水性及び耐スチーム性に優れる架橋ゴム部材を与えることができる。また、本発明の架橋ゴム部材は、耐熱水性及び耐スチーム性に優れている他、耐熱性、耐候性、耐薬品性、絶縁性、機械的特性に優れている。
 本発明の架橋ゴム部材は、食品、飲料などの製造設備、医薬品製造設備、医療用設備、各種微生物試験設備などを熱水やスチームによって殺菌を行う際に使用されるシール材などの構成部材として好適に用いることができる。また、発電所などに代表される、熱水やスチームを熱媒として使用する工業設備、自家発電設備、給湯設備などの家庭用設備、などのシール材などの構成部材として好適に用いることができる。更に、本発明の架橋ゴム部材は、これらすべての殺菌手段において耐久性に優れる。特に、使用される熱水やスチームが150℃以上、より顕著には170℃以上のときに、本発明の架橋ゴム部材はシール材として極めて有効である。
 本発明における含フッ素弾性共重合体は、含フッ素モノマーに基づく繰り返し単位を含有する共重合体である。
 該含フッ素モノマーとしては、テトラフルオロエチレン、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニル等のフルオロオレフィン類;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)などのパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)類;トリフルオロメチルエチレン、ペンタフルオロエチルエチレンなどの(パーフルオロアルキル)エチレン類;などが挙げられる。
 本発明の含フッ素弾性共重合体は、フッ素を含有しない炭化水素系のモノマーに基づく繰り返し単位を含有できる。該フッ素を含有しない炭化水素系のモノマーとしては、エチレン、プロピレン、ブテン、イソブテンなどのオレフィン類;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテルなどのビニルエーテル類;酢酸ビニルなどのビニルエステル類;などが挙げられる。
 含フッ素弾性共重合体の具体的例としては、テトラフルオロエチレン-プロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン-プロピレン-フッ化ビニリデン共重合体、テトラフルオロエチレン-プロピレン-パーフルオロアルキルエチレン共重合体、エチレン-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)共重合体、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン-パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体、フッ化ビニリデン-パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)-テトラフルオロエチレン共重合体、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)共重合体などが挙げられる。
 なかでも、耐熱水性および耐スチーム性の点からテトラフルオロエチレン-プロピレン共重合体が好ましい。テトラフルオロエチレン-プロピレン共重合体におけるテトラフルオロエチレンに基づく繰り返し単位/プロピレンに基づく繰り返し単位のモル比は、90/10~10/90が好ましく、70/30~30/70がより好ましく、70/30~50/50が最も好ましい。
 本発明における含フッ素弾性共重合体は、各種の架橋性官能基を有するモノマーに基づく繰り返し単位を含有してもよい。架橋性官能基を有するモノマーに基づく繰り返し単位を含有すると、含フッ素弾性共重合体を熱処理することなどにより架橋反応性を高めるができる。
 架橋性官能基を有するモノマーとしては、ヨウ素原子や臭素原子を含有するモノマー;アクリル酸ビニル、メタクリル酸ビニル、クロトン酸ビニル、クロロ酢酸ビニル、ブロモ酢酸ビニルなどのビニルエステル類;ビニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、ヒドロキシブチルブチルビニルエーテル、クロロエチルビニルエーテルなどのビニルエーテル類;などが挙げられる。
 架橋性官能基を有するモノマーに基づく繰り返し単位の含有量は、含フッ素弾性共重合体中、0.1~20モル%が好ましく、0.1~10モル%がより好ましい。該含フッ素弾性共重合体は、ヨウ素原子末端や臭素原子末端を有するポリマーであってもよい。
 本発明に用いる含フッ素弾性共重合体のムーニー粘度ML1+4(100℃)は、特に制限されないが、20~180が好ましく、30~150がより好ましい。ムーニー粘度は、各種の平均分子量の目安であり、ムーニー粘度が高いと分子量が高いことを示し、ムーニー粘度が低いと分子量が低いことを示す。ムーニー粘度が上記範囲であると成形性に優れるので好ましい。
 本発明の含フッ素弾性共重合体組成物は、下記の一般式(1)で表される化合物を含有する。
 (RCOOn+ (1)
 (式中、Rは、炭素数10~30の有機基であり、nは2又は3の整数であり、Mはアルカリ土類金属、Zn、Cd、Co、Sn、Cu、Pb、Ni又はAlである。)
 前記一般式(1)で表される化合物におけるRは、炭素数10~30の有機基である。有機基の炭素数は、10~25が好ましく、10~20がより好ましく、12~18が最も好ましい。
 一般式(1)における有機基としては、飽和でも不飽和でもよく、脂肪族炭化水素基が好ましく、直鎖脂肪族炭化水素基がより好ましく、飽和の直鎖脂肪族炭化水素基が最も好ましい。一般式(1)で表される化合物は、一般に高級脂肪酸の金属塩として知られる化合物である。
 一般式(1)で表される化合物は、動物性脂肪酸など天然由来成分であっても人工合成成分であってもよい。また、2種以上の炭素数の脂肪酸の混合物であってもよい。
 一般式(1)におけるMは、アルカリ土類金属、Zn、Cd、Co、Sn、Cu、Pb、Ni又はAlであるが、アルカリ土類金属、Zn、Pb、Alが好ましく、Mg、Ba、Ca、Zn、Alがより好ましく、Ca、Alがさらに好ましく、Caが最も好ましい。
 一般式(1)で表される化合物の具体例としては、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸カドミウム、ステアリン酸コバルト、ステアリン酸スズ、ステアリン酸鉛、ステアリン酸銅、ステアリン酸ニッケル、ステアリン酸リチウム、リシノール酸カルシウム、パルミチン酸亜鉛、ミリスチン酸アルミニウムなどが挙げられる。これらの1種または2種以上が含フッ素弾性共重合体に配合される。
 一般式(1)で表される化合物は、なかでも、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸アルミニウムが好ましく、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウムがより好ましい。さらにステアリン酸カルシウムが最も好ましい。
 一般式(1)で表される化合物の含有量は、含フッ素弾性共重合体の100質量部に対して0.1~10質量部である。該含有量は、目的とする架橋ゴム部材を得るために適した充填剤や添加剤を含有する含フッ素弾性共重合体組成物の組成により、前記範囲で適宜決められる。該含有量は、好ましくは0.2~5質量部であり、より好ましくは0.2~3質量部であり、最も好ましくは0.3~2質量部である。該含有量が少なすぎると成形加工性が劣り、多すぎると得られた架橋ゴム部材の耐熱性が低下することがある。前記範囲にあると成形加工性に優れ、架橋ゴム部材の耐熱水性及び耐スチーム性に著しく優れる。
 本発明の含フッ素弾性共重合体組成物は、通常の架橋方法により架橋され、架橋ゴム部材を与える。架橋方法としては、特に、有機過酸化物による架橋または電離性放射線による架橋が、得られる架橋ゴム部材の耐熱水性及び耐スチーム性の点から好ましい。これらの架橋方法では、架橋による化学結合が、電荷の分離がない、または電荷の分離が小さい共有結合であるために、架橋ゴム部材は耐熱水性及び耐スチーム性に優れると考えられる。
 架橋に用いる有機過酸化物としては、通常、有機過酸化物が使用される。有機過酸化物の具体例としては、ベンゾイルパーオキシド、ジクミルパーオキシド、ジ-tert-ブチルパーオキシド、2,5-ジメチル-2,5-ビス(tert-ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ビス(t-ブチルパーオキシ)ヘキシン-3、α,α’-ビス(tert-ブチルパーオキシ)-p-ジイソプロピルベンゼン、1,1-ビス(tert-ブチルパーオキシ)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサンなどが挙げられる。
 有機過酸化物の含有量は、含フッ素弾性共重合体の100質量部に対して0.3~10質量部が好ましい。含有量が、0.3質量部より少ない場合には、架橋が不十分となることがある。10質量部より多い場合には、架橋ゴム部材の弾性が失われることがある。より好ましくは、有機過酸化物の含有量は0.5~3質量部である。
 電離性放射線による架橋では、含フッ素弾性共重合体組成物中に、架橋剤を配合してもよい。また、架橋助剤を配合してもしなくてもよい。照射する放射線としては、電子線、ガンマ線、紫外線などが挙げられる。電子線照射における照射量は、1~2000kGyが好ましく、10~200kGyがより好ましい。
 電離性放射線による架橋で用いられる架橋剤としては、ジクミルパーオキシド、2,5-ジメチル-2,5-ビス(tert-ブチルパーオキシ)ヘキサン、α-α’-ビス(tert-ブチルパーオキシ)-p-ジイソプロピルベンゼンなどが挙げられ、ジクミルパーオキシド、α-α’-ビス(tert-ブチルパーオキシ)-p-ジイソプロピルベンゼンが好ましい。
 該架橋剤の含有量は、含フッ素弾性共重合体の100質量部に対して0.3~10質量部が好ましく、0.5~3質量部がより好ましい。
 有機過酸化物による架橋または電離性放射線による架橋では、含フッ素弾性共重合体組成物に、架橋助剤として不飽和多官能化合物を配合することが好ましい。架橋助剤としては、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルイソシアヌレートプレポリマー、トリメタリルイソシアヌレート、1,3,5-トリアクリロイルヘキサヒドロ-1,3,5-トリアジン、トリアリルトリメリテート、m-フェニレンジアミンビスマレイミド、p-キノンジオキシム、p,p’-ジベンゾイルキノンジオキシム、ジプロパルギルテレフタレート、ジアリルフタレート、N,N′,N′′,N′′′-テトラアリルテレフタールアミド、ポリメチルビニルシロキサン、ポリメチルフェニルビニルシロキサン等のビニル基含有シロキサンオリゴマー等が挙げられる。特に、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリメタリルイソシアヌレートがより好ましく、トリアリルイソシアヌレートがさらに好ましい。
 架橋助剤の含有量は、含フッ素弾性共重合体の100質量部に対して0.1~10質量部が好ましく、0.5~7質量部がより好ましく、1~5質量部が最も好ましい。
 本発明の含フッ素弾性共重合体組成物には、必要に応じて、従来より架橋ゴム部材の製造に使用されている種々の配合物をさらに配合できる。
 配合剤の具体例としては、カーボンブラック、シリカ、クレイ、タルク、ガラス繊維などの充填剤、酸化チタン、ベンガラなどの顔料、含フッ素弾性共重合体以外の樹脂やゴムなどが挙げられる。
 本発明の含フッ素弾性共重合体組成物は、ロール、ニーダー、バンバリーミキサー、押し出し機などのゴム用混合装置で、上記の各成分を均一に混合することにより容易に製造される。
 本発明の含フッ素弾性共重合体組成物は、通常のゴムの成形方法により成形できる。成形方法としては、圧縮成形、射出成形、押し出し成形、カレンダー成形、溶剤に溶かしてのディッピング、若しくはコーティングなどが挙げられる。
 本発明の含フッ素弾性共重合体組成物は、成形と同時に、または成形後に、架橋して、架橋ゴム部材を得ることができる。
 有機過酸化物による架橋は、成形法や架橋ゴム部材の形状を考慮して、加熱プレス架橋、スチーム架橋、熱風架橋、被鉛架橋などが採用される。架橋の条件は、通常は100~400℃で数秒~24時間の範囲が好ましく、140~250℃で1分~1時間がより好ましい。また、架橋ゴム部材の機械特性、圧縮永久歪の向上、その他の特性の安定化を目的として、二次架橋が好ましくは採用される。二次架橋の条件としては、100~300℃で30分~48時間程度が好ましく、140~250℃で1~24時間がより好ましい。
 また、電離性放射線による架橋では、架橋時の温度の制限はない。有機過酸化物による架橋により得られた架橋ゴム部材に必要に応じてさらに電離性放射線を照射し、架橋密度を高めることもできる。
 本発明の架橋ゴム部材は、JIS K6258に準拠した180℃で70時間の耐熱水性試験、および、同じく、JIS K6258に準拠した170℃で70時間の耐スチーム性試験において、その体積膨張率が、10%以内であることが好ましく、8%以内であることがより好ましく、5%以内であることが更に好ましく、3%以内であることが最も好ましい。
 本発明の架橋ゴム部材は、スチーム殺菌、熱水殺菌などを行う食品製造設備のOリング、シール、パッキン、ガスケット、バルブ、チューブ、ホース、ロール、シート、コネクターなどに有用である。
 なお、本発明の架橋ゴム部材を用いて作製されるリング、シール、パッキンの断面形状は、種々の形状のものであってもよい。具体的には、例えば、四角、O字、へルールなどの形状や、D字、L字、T字、V字、X字、Y字などの異形状のものであってもよい。
 次に、本発明を実施例により、さらに具体的に説明する。なお、本発明は、これらの例によって何ら制限されて解釈されるものではない。
 実施例及び比較例の耐熱水性試験及び耐スチーム性試験は、以下に示す方法で行った。
 表1~表4において、使用した各成分の量は、いずれも質量部で示した。
[耐熱水性試験]
 JIS K6258に準拠して測定した。架橋ゴム部材の耐熱水性試験は、架橋ゴム部材を、浸漬させるのに十分な所定量の水とともに密閉容器に入れ、180℃で70時間加熱した後、常温まで冷却した。その後、密閉容器から架橋ゴム部材を取り出して30分以内に、架橋ゴム部材の物性の変化を測定した。
[耐スチーム性試験]
 JIS K6258に準拠して測定した。架橋ゴム部材の耐スチーム性試験は、架橋ゴム部材を、スチームを発生させるのに十分な所定量の水とともに密閉式スチーム発生装置に入れ、170℃で70時間スチーム環境下においた後、常温まで冷却した。次いで、密閉容器から架橋ゴム部材を取り出して30分以内に、架橋ゴム部材の物性の変化を測定した。
[実施例1~4]
 表1に示す成分および配合量に従い、含フッ素弾性共重合体-1及び含フッ素弾性共重合体-2に、各種成分を2本ロールで均一に混合して含フッ素弾性共重合体組成物を製造した。得られた含フッ素弾性共重合体組成物は、170℃で20分間プレス架橋した。その後、オーブン中において180℃で4時間の条件で二次架橋を行い、架橋ゴム部材を得た。得られた架橋ゴム部材を用いて、常態物性を測定し、耐熱水性試験を行った。その結果を表1に示す。
[比較例1~3]
 表2に示す成分および配合量に従い、実施例1と同様にして、含フッ素弾性共重合体組成物を製造し、架橋し、架橋ゴム部材を得た。得られた架橋ゴム部材を用いて、常態物性を測定し、耐熱水性試験を行った。結果を表2に示す。
[実施例6~9]
 表3に示す成分および配合量に従い、含フッ素弾性共重合体-1に、各種成分を2本ロールで均一に混合して含フッ素弾性共重合体組成物を製造した。得られた含フッ素弾性共重合体組成物は170℃で20分間プレス架橋した。次いで、オーブン中において180℃で4時間の条件で二次架橋を行い、架橋ゴム部材を得た。得られた架橋ゴム部材を用いて、常態物性を測定し、耐スチーム性試験を行った。その結果を表3に示す。
[比較例4~5]
 表4に示す成分および配合量に従い、実施例6と同様にして、含フッ素弾性共重合体組成物を製造し、架橋し、架橋ゴム部材を得た。得られた架橋ゴム部材を用いて、常態物性を測定し、耐スチーム性試験を行った。結果を表4に示す。
[実施例10]
 含フッ素弾性共重合体-1の100質量部に、ステアリン酸カルシウムの1質量部、MTカーボンの30質量部、およびTAICの5質量部が配合された含フッ素弾性共重合体組成物に、100kGyの電子線を照射して架橋し、良好に架橋された架橋ゴム部材を得た。得られた架橋ゴム部材の常態物性及び耐スチーム性試験結果を表3に示す。
 なお、表1~4に記載の略号は以下のとおりである。
 含フッ素弾性共重合体-1:アフラス150P(旭硝子社製、テトラフルオロエチレン-プロピレン共重合体、ムーニー粘度ML1+4(100℃)95)。
 含フッ素弾性共重合体-2:ダイエルG-902(ダイキン工業社製、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン共重合体、ムーニー粘度ML1+4(100℃)50)。
 TAIC:トリアリルイソシアヌレート(日本化成社製)、
 パーカドックス14:α,α’-ビス(tert-ブチルパーオキシ)-p-ジイソプロピルベンゼン(化薬アクゾ社製)。
 パーヘキサ25B:2,5-ジメチル-2,5-ビス(tert-ブチルパーオキシ)ヘキサン(日油社製)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
[実施例11]
 実施例1に示す配合の含フッ素弾性共重合体組成物を用いて、パッキンを製造する。食品製造工程のパッキンとして使用すると、工程の殺菌の際に使用するスチーム(170℃)に対し、良好な耐久性を示す。
 本発明の含フッ素弾性共重合体組成物から得られる架橋ゴム部材は、スチーム殺菌、熱水殺菌などを行う食品製造設備のOリング、シール、パッキン、ガスケット、バルブ、チューブ、ホース、ロール、シート、コネクターなどに有用であり、更に、スチームや熱水を使用した滅菌を行う微生物培養部材、スチームや熱水の配管を要する工業設備部材および家庭用設備部材、熱水やスチームを熱媒体に使用する発電設備部材、熱水やスチームに曝されるシール材等の構成部材などに有用である。

 なお、2008年5月20日に出願された日本特許出願2008-131972号の明細書、特許請求の範囲、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。

Claims (11)

  1.  含フッ素弾性共重合体及び下記一般式(1)で表される化合物を、含フッ素弾性共重合体の100質量部に対して一般式(1)で表される化合物が0.1~10質量部の割合で含有することを特徴とする含フッ素弾性共重合体組成物。
     (RCOOn+ (1)
     (式中、Rは、炭素数10~30の有機基であり、nは2又は3の整数であり、Mはアルカリ土類金属、Zn、Cd、Co、Sn、Cu、Pb、Ni又はAlである。)
  2.  前記一般式(1)中のRが、炭素数10~25である飽和の直鎖脂肪族炭化水素基である請求項1に記載の含フッ素弾性共重合体組成物。
  3.  前記一般式(1)中のMが、Mg、Ba、Ca、Zn又はAlである請求項1又は2に記載の含フッ素弾性共重合体組成物。
  4.  前記一般式(1)で表される化合物が、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸マグネシウム及びステアリン酸アルミニウムからなる群から選ばれる1種以上である請求項1~3のいずれかに記載の含フッ素弾性共重合体組成物。
  5.  さらに、有機過酸化物を含有する請求項1~4のいずれかに記載の含フッ素弾性共重合体組成物。
  6.  さらに、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、又は、トリメタリルイソシアヌレートを含有する請求項1~5のいずれかに記載の含フッ素弾性共重合体組成物。
  7.  請求項1~6のいずれかに記載の含フッ素弾性共重合体組成物を、有機過酸化物または電離性放射線により架橋させてなることを特徴とする架橋ゴム部材。
  8.  前記架橋ゴム部材のJIS K6258に準拠した180℃で70時間の耐熱水試験における体積膨潤率が10%以下である請求項7に記載の架橋ゴム部材。
  9.  前記架橋ゴム部材のJIS K6258に準拠した170℃で70時間の耐スチーム性試験における体積膨潤率が10%以下である請求項7に記載の架橋ゴム部材。
  10.  請求項7~9のいずれかに記載の架橋ゴム部材からなることを特徴とする耐熱水装置用構成部材。
  11.  請求項7~9のいずれかに記載の架橋ゴム部材からなることを特徴とする耐スチーム装置用構成部材。
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