JP5644913B2 - 架橋性フッ素ゴム組成物、フッ素ゴム成形品及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の架橋性フッ素ゴム組成物には、従来の技術に比べて、例えば、低摩擦性を向上させるためにフッ素樹脂の混合割合を増加させてもフッ素ゴムが本来有する圧縮成形歪が損なわれにくかったり、フッ素樹脂の混合割合が同じであっても圧縮永久歪が小さい成形品が得られたりするなどの利点がある。
上記共凝析の方法としては、特に各樹脂が均一に分散し易い点で、上記(i)の方法が好ましい。特に、フッ素ゴム(A)及びフッ素樹脂(B)は、フッ素ゴム(A)の水性分散液と、フッ素樹脂(B)の水性分散液とを混合した後に凝析し、次いで凝析物を回収し、所望により乾燥させることにより得られたものであることが好ましい。
フッ素ゴム(A)は、通常、主鎖を構成する炭素原子に結合しているフッ素原子を有し、且つゴム弾性を有する非晶質の重合体からなる。上記フッ素ゴム(A)は、1種の重合体からなるものであってもよいし、2種以上の重合体からなるものであってもよい。
CFX=CXOCF2OR1 (1)
(式中、Xは、同一又は異なり、H、F又はCF3を表し、R1は、直鎖又は分岐した、H、Cl、Br及びIからなる群より選択される少なくとも1種の原子を1〜2個含んでいてもよい炭素数が1〜6のフルオロアルキル基、若しくは、H、Cl、Br及びIからなる群より選択される少なくとも1種の原子を1〜2個含んでいてもよい炭素数が5又は6の環状フルオロアルキル基を表す。)で表されるフルオロビニルエーテルなどの含フッ素単量体があげられる。これらのなかでも、式(1)で表されるフルオロビニルエーテル、TFE、HFP及びPAVEからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、TFE、HFP及びPAVEからなる群より選択される少なくとも1種であることがより好ましい。
CF2=CFO(CF2CFY1O)p−(CF2CF2CF2O)q−Rf (2)
(式中、Y1はF又はCF3を表し、Rfは炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基を表す。pは0〜5の整数を表し、qは0〜5の整数を表す。)であることが好ましい。
R2IxBry
(式中、xおよびyはそれぞれ0〜2の整数であり、かつ1≦x+y≦2を満たすものであり、R2は、炭素数1〜16の飽和もしくは不飽和のフルオロ炭化水素基、炭素数1〜16の飽和もしくは不飽和のクロロフルオロ炭化水素基、又は、炭素数1〜3の炭化水素基であり、これらは酸素原子を含んでいてもよい)で表される化合物があげられる。
耐薬品性の観点からはパーオキサイド架橋系が好ましく、耐熱性の観点からはポリオール架橋系が好ましい。上記架橋性フッ素ゴム組成物は、それぞれの架橋系において使用される架橋剤を含むものであってよい。架橋剤の配合量は、架橋剤の種類等によって適宜選択すればよいが、フッ素ゴム(A)100質量部に対して0.2〜5.0質量部であることが好ましく、より好ましくは0.3〜3.0質量部である。
有機過酸化物の配合量は、フッ素ゴム(A)100質量部に対して0.1〜15質量部が好ましく、より好ましくは0.3〜5質量部である。
フッ素樹脂(B)は、特定の組成を有するテトラフルオロエチレン単位及びヘキサフルオロプロピレン単位からなる共重合体である。特定の組成を有するフッ素樹脂(B)を用いることで、本発明の架橋性フッ素ゴム組成物から得られる成形品表面の低摩擦性を向上させることができ、同時に、成形品の低圧縮永久歪性を向上させることができる。また、成形品表面の耐摩耗性、非粘着性も向上させることができる。
テトラフルオロエチレン単位及びヘキサフルオロプロピレン単位からなる共重合体は、フッ素ゴム(A)との相溶性に優れる点、フッ素ゴム成形品の耐熱性が優れたものとなる点からも好ましい。また、自動車分野等の燃料系統に使用されるホース等として本発明のフッ素ゴム成形品を使用する場合、優れた燃料バリア性が発現する点でも好ましい。
CF2=CF−ORf6
(式中、Rf6は炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基を表す。)で表されるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)〔PAVE〕、下記式:
CX5X6=CX7(CF2)nX8
(式中、X5、X6及びX7は、同一若しくは異なって、水素原子又はフッ素原子を表し、X8は、水素原子、フッ素原子又は塩素原子を表し、nは2〜10の整数を表す。)で表されるビニル単量体、及び、下記式:
CF2=CF−OCH2−Rf7
(式中、Rf7は炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基を表す。)で表されるアルキルパーフルオロビニルエーテル誘導体等が挙げられ、なかでも、PAVEであることが好ましい。
なお、本発明の架橋性フッ素ゴム組成物は、含フッ素熱可塑性エラストマーは含まない。
更に、フッ素樹脂とフッ素ゴムの明確な界面状態が存在しないので、表面のフッ素樹脂に富む領域が脱落や剥離することもなく、耐久性にも優れている。
例えば、フッ素ゴム(A)と特定の組成を有するフッ素樹脂(B)とを共凝析することによって得られた共凝析粉末を含む架橋性フッ素ゴム組成物を架橋させて得られる架橋物を、さらに特定の条件下に熱処理すると、得られるフッ素ゴム成形品表面が低摩擦性、非粘着性及び撥水・撥油性に優れるとともに、圧縮永久歪も小さいフッ素ゴム成形品が得られる。
図1(a)は、フッ素ゴム成形品が有する凸部の形状を模式的に示す斜視図であり、(b)は(a)の表面に垂直な直線B1と直線B2を含む平面で凸部31を切断した断面図であり、(c)は(a)の表面と平行な直線C1と直線C2を含む平面で切断した断面図である。そして、図1(a)〜(c)には、フッ素ゴム成形品の表面の微小領域を模式的に描画している。フッ素ゴム成形品の表面には、図1(a)〜(c)に示すように、例えば、略円錐形状(コーン形状)の凸部31が形成されている。
本発明のフッ素ゴム成形品は、この特徴によりフッ素樹脂の混合割合が小さくても、フッ素ゴムの欠点であった耐摩耗性、低摩擦性及び非粘着性が改善され、また、フッ素ゴムの利点が損なわれることもなく、圧縮永久歪が小さいものとなる。なお、上記凸部を有する領域の面積比は、使用する用途によって、フッ素ゴム成形品が低摩擦性、耐摩耗性、又は、非粘着性が必要とされる部分において達成されていれば、本発明の効果は十分に奏される。
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、ガスケット、ダイアフラム、その他の各種シール材等があげられ、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、クォーツウィンドウのO−リング、チャンバーのO−リング、ゲートのO−リング、ベルジャーのO−リング、カップリングのO−リング、ポンプのO−リング、ダイアフラム、半導体用ガス制御装置のO−リング、レジスト現像液、剥離液用のO−リング、その他の各種シール材として用いることができる。
また、上記分野の各種ロールに用いることができる。
自動車関連分野では、ピストンリング、シャフトシール、バルブステムシール、クランクシャフトシール、カムシャフトシール、オイルシールなどがあげられる。
一般に、他材と接触して摺動を行う部位に用いられるフッ素ゴム製品があげられる。
コンピュータ分野での、ハードディスククラッシュストッパーなどがあげられる。
自動車のワイパーブレード、屋外テントの引き布などがあげられる。
(I)フッ素ゴム(A)とフッ素樹脂(B)とを共凝析して共凝析粉末を得た後、上記架橋性フッ素ゴム組成物を得る工程、(II)架橋性フッ素ゴム組成物を成形し、架橋して、架橋成形品を得る成形架橋工程、及び、(III)架橋成形品をフッ素樹脂(B)の融点以上の温度に加熱してフッ素ゴム成形品を得る熱処理工程を含む。
この工程は、フッ素ゴム(A)とフッ素樹脂(B)とを共凝析して共凝析粉末を得た後、上記架橋性フッ素ゴム組成物を得る工程である。
この工程は、混合工程(I)で得られた架橋性フッ素ゴム組成物を成形し架橋して架橋成形品を製造する工程である。成形及び架橋の順序は限定されず、成形した後架橋してもよいし、架橋した後成形してもよいし、成形と架橋とを同時に行ってもよい。
この工程では、成形架橋工程(II)で得られた架橋成形品をフッ素樹脂(B)の融点以上の温度に加熱してフッ素ゴム成型品を得る。
核磁気共鳴装置AC300(Bruker−Biospin社製)を用い、測定温度を(ポリマーの融点+50)℃として19F−NMR測定を行い求めた。
示差走査熱量計RDC220(Seiko Instruments社製)を用い、ASTM D−4591に準拠して、昇温速度10℃/分にて熱測定を行い、一度融点ピークの吸熱終了温度+30℃になったら、降温速度−10℃/分で50℃まで降温させ、再度昇温速度10℃/分で吸熱終了温度+30℃まで昇温させ、得られた吸熱曲線のピークから融点を求めた。
MFRは、ASTM D3307−01に準拠し、メルトインデクサー(東洋精機社製)を用いて、280℃、5kg荷重下で内径2mm、長さ8mmのノズルから10分間あたりに流出するポリマーの質量(g/10分)をMFRとした。
貯蔵弾性率は、動的粘弾性測定により70℃で測定する値であり、アイティ−計測制御社製動的粘弾性装置DVA220で長さ30mm、巾5mm、厚み0.25mmのサンプルを引張モード、つかみ幅20mm、測定温度25℃から200℃、昇温速度2℃/min、周波数1Hzの条件で測定した。
熱分解開始温度は、示差熱・熱重量測定装置〔TG−DTA〕を用いて加熱試験に供したフッ素樹脂の質量が1質量%減少する時の温度を熱分解開始温度とした。
キュラストメーターII型(JSR(株)製)にて最低トルク(ML)、最高トルク(MH)、誘導時間(T10)および最適加硫時間(T90)を測定した。
JIS K6251に準じて測定した。
JIS K6251に準じて測定した。
JIS K6251に準じて測定した。
JIS K6253に準じ、デュロメータ タイプAにて測定した(ピーク値)。
レスカ社製フリクションプレーヤーFPR2000で、加重20g(Pinは、φ5mm材質SUJ2)、回転モード、回転数120rpm、回転半径10mmで測定を行い、回転後5分以上経過した後、安定した際の摩擦係数を読み取り、その数値を動摩擦係数とした。
JIS K6262に準じて200℃×70h後の圧縮永久歪を測定した。
凸部を有する領域の面積比、凸部の高さ、凸部の底部断面積、凸部の個数等は、例えば、キーエンス社製、カラー3Dレーザー顕微鏡(VK−9700)を用い、解析ソフトとして三谷商事株式会社製のWinRooF Ver.6.4.0を用いて算出した。凸部を有する領域の面積比は、凸部の底部断面積を求め、断面積合計の値が、測定全領域面積に占める割合として求められる。凸部の個数は、測定領域中の凸部の個数を1mm2当たりの数に換算したものである。
ポリオール架橋可能な2元フッ素ゴム(ダイキン工業(株)製のG7400BP)
カーボンブラック(Cancarb社製のMTカーボン:N990)
ビスフェノールAF 特級試薬 和光純薬工業(株)製
BTPPC 特級試薬 和光純薬工業(株)製
酸化マグネシウム 協和化学工業(株)製 MA150
水酸化カルシウム 近江化学工業(株)製 CALDIC2000
攪拌機を備えた内容積3Lのステンレス製オートクレーブに、脱イオン水1767g、含フッ素アリルエーテル化合物としてCH2=CFCF2−O−(CF(CF3)CF2O)−CF(CF3)−COONH4の50%水溶液を0.283g(脱イオン水量の80ppmに相当する量)を、含フッ素アニオン性界面活性剤としてF(CF2)5COONH4の50%水溶液を3.53g(脱イオン水量の1000ppmに相当する量)を仕込んだ。オートクレーブ内を真空引きし、窒素置換した後、ヘキサフルオロプロピレン〔HFP〕を3.5MPaになるように導入し、95℃まで昇温した。引き続き、HFP、TFEを圧力が4.0MPaになるまで導入した。引き続き、重合開始剤として3.0質量%の過硫酸アンモニウム水溶液16gを圧入して重合を開始した。重合開始剤を圧入した後、5分経った時点で圧力低下が始まるので、重合槽圧力を4.0MPaに保つようにTFE/HFP=91/9(モル比)の混合ガスを供給して重合を継続した。また、重合速度を維持するため、重合開始時から定常的に3.0質量%の過硫酸アンモニウム水溶液を圧入し、重合終了時までトータル35gを追加した。重合開始5時間後に攪拌を停止してモノマーガスを放出し、反応を停止させた。その後、室温まで冷却して白色のTFE/HFP共重合体〔FEP〕ディスパージョン(エマルション)2200gを得た。得られたエマルションの一部を乾燥して固形分濃度を測定したところ、20.1%であった。
TFE/HFP=84.7/15.3(モル比)
融点:186℃
MFR:7.5g/10min(280℃、5kg)
70℃における貯蔵弾性率(E’):59MPa
熱分解開始温度(1%質量減温度):371℃
攪拌機を備えた内容積3Lのステンレス製オートクレーブに、脱イオン水1767g、含フッ素アリルエーテル化合物としてCH2=CFCF2−O−(CF(CF3)CF2O)−CF(CF3)−COONH4の50%水溶液を0.283g(脱イオン水量の80ppmに相当する量)を、含フッ素アニオン性界面活性剤としてF(CF2)5COONH4の50%水溶液を3.53g(脱イオン水量の1000ppmに相当する量)を仕込んだ。オートクレーブ内を真空引きし、窒素置換した後、ヘキサフルオロプロピレン〔HFP〕を3.5MPaになるように導入し、パーフルオロ(プロピル)ビニルエーテル〔PPVE〕を17g圧入し、95℃まで昇温した。引き続き、HFP、TFEを圧力が4.0MPaになるまで導入した。引き続き、重合開始剤として3.0質量%の過硫酸アンモニウム水溶液16gを圧入して重合を開始した。重合開始剤を圧入した後、5分経った時点で圧力低下が始まるので、重合槽圧力を4.0MPaに保つようにTFE/HFP=91/9(モル比)の混合ガスを供給して重合を継続した。また、重合速度を維持するため、重合開始時から定常的に3.0質量%の過硫酸アンモニウム水溶液を圧入し、重合終了時までトータル35gを追加した。重合開始5時間後に攪拌を停止してモノマーガスを放出し、反応を停止させた。その後、室温まで冷却して白色のTFE/HFP/PPVE共重合体〔FEP〕ディスパージョン(エマルション)2210gを得た。
得られたエマルションの一部を乾燥して固形分濃度を測定したところ、20.3%であった。
引き続き110℃で乾燥して55gのポリマーを得た。
TFE/HFP/PPVE=85.5/13.5/1.0(モル比)
融点:188℃
MFR:8.1g/10min(280℃、5kg)
70℃における貯蔵弾性率(E’):68MPa
熱分解開始温度(1%質量減温度):369℃
攪拌機を備えた内容積3Lのステンレス製オートクレーブに、脱イオン水1767g、含フッ素アリルエーテル化合物としてCH2=CFCF2−O−(CF(CF3)CF2O)−CF(CF3)−COONH4の50%水溶液を0.283g(脱イオン水量の80ppmに相当する量)を、含フッ素アニオン性界面活性剤としてF(CF2)5COONH4の50%水溶液を3.53g(脱イオン水量の1000ppmに相当する量)を仕込んだ。オートクレーブ内を真空引きし、窒素置換した後、ヘキサフルオロプロピレン〔HFP〕を3.4MPaになるように導入し、95℃まで昇温した。引き続き、HFP、TFEを圧力が4.2MPaになるまで導入した。引き続き、重合開始剤として3.0質量%の過硫酸アンモニウム水溶液16gを圧入して重合を開始した。重合開始剤を圧入した後、5分経った時点で圧力低下が始まるので、重合槽圧力を4.2MPaに保つようにTFE/HFP=91/9(モル比)の混合ガスを供給して重合を継続した。また、重合速度を維持するため、重合開始時から定常的に3.0質量%の過硫酸アンモニウム水溶液を圧入し、重合終了時までトータル35gを追加した。重合開始2時間後に攪拌を停止してモノマーガスを放出し、反応を停止させた。その後、室温まで冷却して白色のTFE/HFP共重合体〔FEP〕ディスパージョン(エマルション)2192gを得た。得られたエマルションの一部を乾燥して固形分濃度を測定したところ、20.1%であった。
TFE/HFP=87.9/12.1(モル比)
融点:215℃
MFR:6.8g/10min(280℃、5kg)
70℃における貯蔵弾性率(E’):167MPa
熱分解開始温度(1%質量減温度):398℃
容量1Lのミキサー内に、水500ccと塩化マグネシウム4gをあらかじめ混合した溶液に合成例1のFEP水性ディスパージョン(B1)とフッ素ゴムディスパージョン(A1)とを固形分が体積比で75/25(フッ素ゴム/FEP)となるようにあらかじめ混合した溶液400ccを投入し、ミキサーにて5分間混合し、共凝析した。
共凝析後、固形分を取り出し、120℃×24時間乾燥炉で乾燥させた後、オープンロールにて表1に示す所定の配合物を混合して、架橋性フッ素ゴム組成物とした。その後、成形金型内で、180℃、5分間、40kg/cm2の加圧下で架橋して、一次架橋成形品を得た。その後、一次架橋成形品を230℃に維持された加熱炉中に24時間入れて加熱処理を行うことで、試験成形品を得た。表1に成形品の物性を示す。
合成例1のFEP水性ディスパージョン(B1)の代わりに合成例2のFEP水性ディスパージョン(B2)を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で試験成形品を得た。表1に成形品の物性を示す。
合成例1のFEP水性ディスパージョン(B1)の代わりに参考合成例1のFEP水性ディスパージョンを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で試験成形品を得た。表1に成形品の物性を示す。
31:凸部
Claims (16)
- フッ素ゴム(A)とフッ素樹脂(B)とを含む架橋性フッ素ゴム組成物であって、
前記フッ素樹脂(B)は、
テトラフルオロエチレン単位(a)及びヘキサフルオロプロピレン単位(b)のみからなり、(a)/(b)が、モル比で80.0〜87.3/12.7〜20.0である共重合体(B1)、又は、
テトラフルオロエチレン単位(a)、ヘキサフルオロプロピレン単位(b)、並びに、テトラフルオロエチレン及びヘキサフルオロプロピレンと共重合可能な単量体に基づく重合単位(c)からなり、(a)/(b)が、モル比で80.0〜90.0/10.0〜20.0であり、(c)/{(a)+(b)}が、モル比で0.1〜10.0/90.0〜99.9である共重合体(B2)
であり、
フッ素ゴム(A)とフッ素樹脂(B)との体積比(A)/(B)が95/5〜65/35であり、
フッ素ゴム(A)とフッ素樹脂(B)とを共凝析して得られた共凝析粉末からなる
ことを特徴とする架橋性フッ素ゴム組成物。 - 前記フッ素樹脂(B)は、共重合体(B1)である
請求項1記載の架橋性フッ素ゴム組成物。 - 前記フッ素樹脂(B)は、共重合体(B2)である
請求項1記載の架橋性フッ素ゴム組成物。 - 重合単位(c)は、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)単位である
請求項1又は3記載の架橋性フッ素ゴム組成物。 - フッ素樹脂(B)は、動的粘弾性測定による70℃における貯蔵弾性率(E’)が10〜160MPaの範囲である請求項1、2、3又は4記載の架橋性フッ素ゴム組成物。
- フッ素樹脂(B)は、融点が210℃以下である請求項1、2、3、4又は5記載の架橋性フッ素ゴム組成物。
- フッ素ゴム(A)は、ビニリデンフルオライド/ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフルオライド/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、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/ビニリデンフルオライド共重合体、エチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体、エチレン/ヘキサフルオロプロピレン/ビニリデンフルオライド共重合体、エチレン/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、ビニリデンフルオライド/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、及び、ビニリデンフルオライド/クロロトリフルオロエチレン共重合体からなる群より選択される少なくとも1種である
請求項1、2、3、4、5又は6記載の架橋性フッ素ゴム組成物。 - フッ素ゴム(A)は、架橋部位を与えるモノマー由来の共重合単位を含む請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の架橋性フッ素ゴム組成物。
- 請求項1、2、3、4、5、6、7又は8記載の架橋性フッ素ゴム組成物を架橋して得られるフッ素ゴム成形品。
- (I)フッ素ゴム(A)とフッ素樹脂(B)とを共凝析して共凝析粉末を得た後、請求項1、2、3、4、5、6、7又は8記載の架橋性フッ素ゴム組成物を得る工程、
(II)架橋性フッ素ゴム組成物を成形し、架橋して、架橋成形品を得る成形架橋工程、及び、
(III)架橋成形品をフッ素樹脂(B)の融点以上の温度に加熱してフッ素ゴム成形品を得る熱処理工程
を含むことを特徴とするフッ素ゴム成形品の製造方法。 - 架橋を行う温度は、フッ素ゴム(A)の架橋温度以上であり、フッ素樹脂(B)の融点未満である
請求項10記載のフッ素ゴム成形品の製造方法。 - 請求項10又は11記載の製造方法により得られるフッ素ゴム成形品。
- シール材である請求項9又は12記載のフッ素ゴム成形品。
- 摺動部材である請求項9又は12記載のフッ素ゴム成形品。
- 非粘着性部材である請求項9又は12記載のフッ素ゴム成形品。
- 表面に撥水撥油性を有する請求項9又は12記載のフッ素ゴム成形品。
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