JP5435025B2 - エラストマー組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、エラストマー組成物に関する。さらに詳しくは、ハードディスクドライブ用カバー一体型ガスケットのパッキング材成形材料等として好適に用いられるエラストマー組成物に関する。
近年、電子機器製品の小型化、高性能化に伴い、構成部品を小さく、かつ薄くすることが求められている。構成部品を小さくすると、製造工程上の組立作業性が悪くなるという観点から、種々の部品の一体化、複合化が求められている。また、同時にアウトガス性、シール性などの要求特性の性能向上も求められている。
電子記憶装置のうち、特に水や埃の侵入を防ぎ、しかも低アウトガス性が要求されるハードディスクのドライブカバーとして装着されるガスケットとしては、ゴム単体や発泡ポリウレタンシートをステンレス鋼製やアルミニウム製等の金属カバーに挟む形で取り付けられるものであって、ステンレス鋼製等の金属カバーとフッ素ゴム等のゴム材料とを接着剤で接合し、一体化することで、組み付け作業を良好とすることが、特許文献１で提案されている。
しかしながら、この方法では、あらかじめ別工程でガスケット形状のゴムを加硫成形しておき、後から金属製カバーに接着剤で接合するというものであり、工程が長く煩雑であった。実際に、ガスケットの加硫工程では数分間の時間を要し、また加硫後のガスケットが細くちぎれ易く、ゴミなどが付着し易いため、組み付け前に何度も洗浄や選別が必要であり、そのためより簡略化された方法が望まれていた。
かかる問題点を解決すべく、ゴム材料に比べ加硫工程が不要で工程が簡略化でき、かつ材料のリサイクルが可能でコストダウンできるポリスチレン系ブロックコーポリマー製エラストマーからなるガスケット材料が、特許文献２で提案されている。
この材料は、細く、柔らかく、しかも粘着し易いといった性質を持つため、ガスケットを何らかの方法であらかじめ固定しておかないと、ハードディスクドライブ組み付け作業では非常に作業性が悪いものとなる。この対策として、枠体と称するものにポリスチレン系ブロックコポリマー製のガスケットをあらかじめ射出成形により作製し、あとからハードディスクドライブ等の箱体、蓋体の間に組付け一体化しているものの、結局枠体などといった他の部品を必要としている。
特に、ハードディスクドライブカバーとして装着されるガスケットには、シール性およびクリーン性についての要求が厳しい。
シール性についていえば、これを左右する材料特性として、硬度、圧縮永久歪および湿度透過性の３つが挙げられる。硬度(JIS K6253準拠、ショアA)は60以下、特に25〜55が好ましく、硬度が65以上になると一般に製品として組付けたとき、その反力で隙間があいてシールすることができなくなり、一方25未満となると、ガスケットがちぎれやすくまた粘着しやすいため、取扱いに特別の注意が必要となる。
耐圧縮永久歪特性の劣る材料では、長時間組付けている間に緊迫力がなくなってシールできなくなり、これの値が100％以上では使用不能となる。さらに、シール対象物は、ゴミ、埃などの他に水蒸気(湿気)もあり、またハードディスクドライブ内に水蒸気があると、錆の原因ともなるので、水透過性の低いことも必要とされる。
クリーン性についていえば、これに関連する要素としてアウトガス、含有成分および脱落し易い充填材の３つが挙げられる。材料から発生するアウトガスがディスクに付着すると、クラッシュの原因となる。また、塩素、シリコーン、イオウ、硫酸、硝酸、アクリル酸エステル等(イオンとして存在する場合を含む)も、ハードディスクドライブ内を腐食させるおそれがある。さらに、充填材を多量に含有し、しかもそれがポリマーと親和性がない場合には、その粒子が脱落し、それがハードディスクドライブ内に入ってしまうとやはりクラッシュの原因となる。
以上の点に鑑み、特許文献３では、金属製カバーに接着剤を介してパッキング材を一体化させたガスケットにおいて、パッキング材としてスチレン系熱可塑性エラストマー 70〜30重量％および部分的に動的架橋されたポリオレフィン系熱可塑性エラストマー 30〜70重量％よりなるブレンド物 100重量部、ポリプロピレン系樹脂 10〜100重量部、可塑剤 20〜130重量部および架橋剤 0.1〜10重量部の混合物からの成形物であって、硬度(JIS K6253準拠 デュロメータータイプA)が40〜50であり、圧縮永久歪(JIS K6262準拠；100℃、72時間)が50％以下のパッキング材が用いられ、製作が容易でありかつ低アウトガス性、低硬度および高温におけるシール性などにすぐれたハードディスクドライブ用ガスケットを、本出願人は提案している。しかしながら、特許文献３記載のガスケットの機能を維持しつつ、さらなる低アウトガス化を達成し得るシール材料が求められている。
特許第２，５１７，７９７号公報 特許第２，９６１，０６８号公報 特開２００４−２８８２９６号公報
本発明の目的は、低アウトガス性、低硬度および高温におけるシール性などにすぐれ、ハードディスクドライブ用カバー一体型ガスケットのガスケット材成形材料等として好適に用いられるエラストマー組成物を提供することにある。
かかる本発明の目的は、(A)エチレン・プロピレン系共重合ゴムまたはポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、好ましくは部分的に動的架橋されたポリオレフィン系熱可塑性エラストマー100重量部、(B)ポリプロピレン系樹脂10〜200重量部、(C)スチレン系熱可塑性エラストマー 10〜200重量部、(D)粘度(ASTM D-445に対応するJIS K2283準拠)が5〜20mm2/秒(100℃)である、C10、C12またはC12・C14由来のポリα-オレフィン可塑剤100〜400重量部、(E)有機過酸化物架橋剤を0.1〜5重量部および(F)多官能性不飽和化合物架橋助剤が0.1〜2.5重量部を含有してなるエラストマー組成物によって達成される。
本発明に係るエラストマー組成物は、可塑剤として特定のポリα-オレフィンを用いることにより、この組成物より得られる成形物が、従来品に比してさらなる低アウトガス性を達成し得るといったすぐれた効果を奏する。かかるエラストマー組成物は、ハードディスクドライブ用カバー一体型ガスケットのパッキング材成形材料等として好適に用いられる。
エチレン・プロピレン系共重合ゴム(A)としては、エチレン・プロピレン・非共役ジエン３元共重合ゴムまたはエチレン・プロピレン共重合ゴムが用いられる。エチレン・プロピレン・非共役ジエン３元共重合ゴムとしては、エチレン含有量が50〜80重量％で、ヨウ素価が10〜25の範囲のものが用いられ、非共役ジエンとしては、ジシクロペンタジエン、1,4-ヘキサジエン、ジシクロオクタジエン、メチレンノルボルネン、エチリデンノルボルネンなどが用いられる。また、エチレン・プロピレン共重合ゴムとしては、エチレン含有量が10〜25重量％で、メルトフローレートMFR(ASTM D-1239に対応するJIS K7210準拠)が、3〜30g/10分であるものが用いられる。
ポリプロピレン系樹脂(B)は、プロピレンを触媒存在下で重合して得られる熱可塑性樹脂で、アイソタクチック、シンジオクタクチック構造などをとる結晶性高分子、あるいはプロピレンと少量のプロピレン以外のα-オレフィン、例えばエチレン、1-ブテン、1-ヘキセン、4-メチル-1-ペンテンなどの共重合体である。ポリプロピレン系樹脂としては、MFRが0.1〜100g/10分の結晶性重合体が用いられる。ここで、MFRがこれより小さいものが用いられると、流動性が悪くて目的の成形性が得られず、一方これよりも大きいものが用いられると、十分な物性が得られない。ポリプロピレン系樹脂は、エチレン・プロピレン系共重合ゴム100重量部に対して、10〜200重量部の割合で用いられる。配合割合がこれより多くなると、耐熱性が低下して塑性変形し易くなるため、シール性が低下するようになり、一方配合割合がこれより少なくなると、流動性が低下し、加工性、特に射出成形による連続生産性が悪化するようになる。
スチレン系熱可塑性エラストマー(C)としては、ポリスチレン-ポリ(エチレン-プロピレン)-ポリスチレンのトリブロック共重合体〔SEPS〕、ポリスチレン-ポリ(エチレン／エチレン-プロピレン)-ポリスチレンのトリブロック共重合体〔SEEPS〕等が用いられる。SEPSは、ポリスチレン-ポリイソプレン-ポリスチレンブロック共重合体を水素添加することよって得られ、またSEEPSは、ポリスチレン-(エチレン-イソプレン)ランダム共重合体−ポリスチレンブロック共重合体を水素添加することによって得られる。また、これらのスチレン系熱可塑性エラストマーは、水酸基等の官能性基を有していてもよく、さらにSEP、SEBS等であってもよい。
これらのスチレン系熱可塑性エラストマーの数平均分子量Mnは50000以上であることが好ましい。この数平均分子量Mnがこれ未満であると、可塑剤のブリードが増加し、圧縮永久歪も大きくなり、実際の使用耐えないという不都合が生じることがある。一方、この数平均分子量Mnの上限については特に制限されるものではないが、通常は400000程度である。かかるスチレン系熱可塑性エラストマーは、その非晶質ポリスチレンブロックの含有量が10〜70重量％、好ましくは15〜60重量％の範囲のものが用いられる。また、両末端の非晶質ポリスチレンブロックを連結する部分の重合体としては、非晶質のものが好ましい。スチレン系熱可塑性エラストマーは主に単独で用いられるが、二種以上をブレンドして用いてもよい。実際には、これらの条件を満足させるクラレ製品セプトン2006〔SEPS〕、セプトン4055、セプトン4077〔SEEPS〕等が用いられる。
かかるスチレン系熱可塑性エラストマーは、エチレン・プロピレン系共重合ゴム100重量部に対して、10〜200重量部の割合で用いられる。スチレン系熱可塑性エラストマーの割合がこれより少ないと、流動性が低下して射出成形による連続生産性が悪化するようになり、一方これより多い割合で用いられると、耐熱性が低下して塑性変形し易くなるため、シール性が低下するようになる。
可塑剤(D)としては、α-オレフィンを原料とした重合物であるポリα-オレフィンが用いられる。用いられるポリα-オレフィンは、C10、C12もしくはC12とC14を原料とし、JIS K2283に準拠した100℃における粘度が5〜20mm2/秒、好ましくは6〜10mm2/秒のものが用いられる。かかるポリα-オレフィンは、エチレン・プロピレン系共重合ゴム100重量部に対して、100〜400重量部の割合で用いられる。配合量がこれより多くなると、ポリマー中に十分伸展できず、滲みが生じて汚染の原因となり、一方配合量がこれより少なくなると、硬度が高くなり、製品としての反力が大きくなって、ガスケット製品として成立しなくなる。
以上の各成分は、有機過酸化物架橋剤(E)により架橋される。有機過酸化物としては、例えばジクミルパーオキサイド、ジ第3ブチルパーオキサイド、2,5-ジメチル-2,5-ジ(第3ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(第3ブチルパーオキシ)ヘキシン-3、第3ブチルクミルパーオキサイド等が用いられ、これらは、エチレン・プロピレン系共重合ゴム100重量部当り0.1〜5重量部、好ましくは1〜4重量部の割合で用いられる。また、有機過酸化物架橋剤と共に架橋助剤を用いることが好ましく、架橋助剤(F)としては、例えばトリアリルイソシアヌレート、トリアリルシアヌレート、N,N'-m-フェニレンジマレイミド、トリメチロールプロパントリメタクリレート等の架橋性モノマー(多官能性不飽和化合物)が、エチレン・プロピレン系共重合ゴム100重量部当り0.1〜2.5重量部、好ましくは0.5〜2重量部の割合で用いられる。架橋剤が用いられない場合には、ポリスチレン系熱可塑性エラストマーの部分架橋が行われず、後記シール性試験でのシール性に劣ったガスケットしか得られない。
ここで、以上の必須成分中エチレン・プロピレン系共重合ゴムに代えて、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーを(A)成分として用いることもできる。ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーは、エチレン・プロピレン・非共役ジエン３元共重合ゴムまたはエチレン・プロピレン共重合ゴムおよびポリプロピレン系樹脂を主成分とするものであり、好ましくは部分的に動的架橋されたポリオレフィン系熱可塑性エラストマーが用いられる。部分的に動的架橋されたポリオレフィン系熱可塑性エラストマーは、エチレン・プロピレン系共重合ゴムとポリプロピレン系樹脂の混練時に有機過酸化物等を加え、ゴム相を部分架橋させて得られたものであり、これら両ポリマーをせん断力の下で部分架橋させる１段法あるいは前もってオレフィン系ゴムを部分架橋させた後、これをポリプロピレン系樹脂とブレンドする２段法によって得られたもののいずれをも使用することができる。かかるポリオレフィン系熱可塑性エラストマーとしては、市販品、例えば三井化学製品ミラストマー、AES製品サントプレーン等のシリーズのものをそのまま使用することができる。
エチレン・プロピレン系共重合ゴムの代わりにポリオレフィン系熱可塑性エラストマーが用いられる場合には、エチレン・プロピレン系共重合ゴムを用いる場合とは異なり、有機過酸化物をさらに配合しなくても足りることとなる。なお、(A)成分としてポリオレフィン系熱可塑性エラストマーが用いられた場合には、(A)成分としてエチレン・プロピレン系共重合ゴムが用いられた場合の同じ割合で、(B)、(C)、(D)各成分が用いられる。
以上の各成分を必須成分とする混合物には、必要に応じて通常ゴムや熱可塑性エラストマーに配合されているりん片状を含む粉末状固体充填剤(例えば各種の金属粉、ガラス粉、セラミックス粉、粒状あるいは粉末状ポリマー、クレー、珪藻土、タルク、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、金属酸化物、マイカ、グラファイト、水酸化アルミニウム等)、老化防止剤(例えばアミン類およびその誘導体、イミダゾール類、フェノール類およびその誘導体等)、ワックス類、安定剤、粘着付与剤、離型剤、顔料、難燃剤、滑剤等が配合されて用いられる。
また、磨耗性、成形性等の改良のため、少量の他の熱可塑性樹脂やゴムを添加することもできる。さらに、強度、剛性の向上のため短繊維等を添加することもできる。
これらの混合物は、加熱混練機、例えば一軸押出機、二軸押出機、ロール、バンバリーミキサ、プラベンダ、ニーダ、高剪断型ミキサ等を用いて溶融混練りし、架橋剤、さらに必要に応じて架橋助剤等を添加し、またはこれら必要な成分を同時に混合し、加熱溶融して混練りされる。また、高分子有機材料と可塑剤とを混練りした熱可塑性材料を予め用意し、この材料をここで用いたものと同種もしくは種類の異なる一種以上の高分子有機材料にさらに混ぜ合わせて用いることもできる。ここで、エチレン・プロピレン系共重合ゴムの代わりに動的架橋されたポリオレフィン系熱可塑性エラストマーを用いることにより、混練時の電力量や加工時間、製品にかかる熱履歴を削減することができる。
得られたコンパウンドは、射出成形や押出成形など公知の方法により所望の形状に成形して、高い防塵性が要求されるハードディスクドライブ用のガスケットのほか、これ以外の気密性が要求される部位に適用されるガスケット材、パッキング材として使用することができる。
ハードディスクドライブ用のガスケットとして用いられる場合には、例えば接着剤を塗布した金属製カバーを挿入した金型内に射出することにより、パッキング材として一体成形される。金属製カバーとしては、アルミニウム板、アルミニウム板にメッキ処理を施したもの、ステンレス鋼板、ステンレス製制振鋼板などが、また接着剤としては、ポリオレフィン系樹脂の側鎖に無水マレイン酸、アクリル酸、エポキシ基、水酸基などの極性基を有する化合物をグラフトさせて変性したものを芳香族や脂肪族の有機溶媒に溶解し液状化させたものや、ディスパージョン化させたもの、またはスチレン・ブタジエン共重合ゴムを芳香族や脂肪族の有機溶剤に溶解し液状化させたものなどが、単独または混合して用いられる。接着剤の塗布方法としては、浸漬塗布、スプレー塗布、スクリーン印刷、刷毛塗り、スタンプ方式など必要に応じて最適な方法が選択される。
次に、実施例について本発明を説明する。
実施例１
エチレン・プロピレン・ジエン共重合ゴム 100重量部
(三井化学製品EPT3072EP)
ポリプロピレン樹脂(プライムポリマー製品J-700GP/PP 60 〃
ホモポリマー； MFR 8.0g/10分)
スチレン系熱可塑性エラストマー 115 〃
(クラレ製品セプトン4077/SEEPS；Mn 260000,
非晶質ポリスチレンブロック含有量30重量％)
可塑剤 170 〃
(イネオス製品Durasyn168；C10由来のポリα-オレフィン、
粘度7.8mm2/秒)
架橋剤(日本油脂製品パークミルD) 2.4 〃
架橋助剤(日本化成製品TAIC M60； 1.2 〃
トリアリルイソシアヌレート)
以上の各成分を、二軸押出機(神戸製鋼製ハイパーKTX46)を用い、設定温度210〜180℃、回転速度150rpmの条件下で混合押出しを行い、得られた材料(混合物)を射出成形機(川口鉄工製KM-80)を用い、設定温度210〜180℃、射出速度0.5秒、射出圧力100MPa、サイクルタイム30秒の条件下でテストシート(150×150×2mm)を成形し、硬度、アウトガス性および湿度透過性の試験に用いた。
硬度：ASTM D-2240に対応するJIS K6253：1997準拠(テストシート3枚重
ね合わせ)
アウトガス性試験：50×3×2mmの短冊状のテストシートを120℃、1時間
熱抽出した後、アウトガス量を測定し、30μg/g未
満のアウトガス量を示したものを○、30μg/g 以上
で50μg/g未満のアウトガス量を示したものを△、
50μg/g以上のアウトガス量を示すものを×と評価
（アウトガス量が50μg/g以上を示すものは高性能
が要求されるサーバーなどのハードディスク用ガス
ケットとして好ましくなく、一方、アウトガス量が
50μg/g未満、特に30μg/g未満を示すものは、ハー
ドディスク用ガスケットとして好ましい）
湿度透過性試験：円筒状のSUS容器(内径27mm、深さ50mm)に蒸留水10ml
を入れ、直径30mm、厚み1mmに調整したテストシート
を挟み、SUS製の中空の蓋(開口部の内径27mm)で固定
して、70℃、100時間後のデータから水蒸気透過係数
(g・mm/cm2・24H)を算出し、5×10-3(g・mm/cm2・24H
)未満の値を示したものを○、5×10-3(g・mm/cm2・24
H)以上の値を示したものを×と評価
（水蒸気透過係数が5×10-3以上の値を示すものはハ
ードディスク用ガスケットとして好ましくない）
また、予めカバー形状に附型されたアルミニウム板(無電解ニッケルメッキ2〜5μm処理)に変性オレフィン樹脂系接着剤(三井化学製品ユニストールR120K)を塗布した部品を、金型にインサートしておき、同様に射出速度0.5秒、射出圧力100MPa、サイクルタイム30秒の条件下でカバーにガスケットを成形し、このカバー一体型ガスケットを用い、シール性試験および成形性評価を行った。
シール性試験：カバーに一体成形されたガスケットを実機リーク試験機に
装着した状態で、80℃、168時間の熱処理を行った後室温
に戻し、試験機内部から5kPaの正圧を30秒間かけ続けて、
15秒後にリークしなかったものを○、リークしたものを×
と評価
（ガスケット材料の耐圧縮永久歪特性が劣る場合やガスケ
ット形状に欠陥がある場合はリークする）
成形性評価：製品の射出成形において、所定の製品形状に成形できないこ
とで、変形、ヒケ、カケ、ウエルド、ショートショット、バ
リなどの発生や、カバーに一体成形できない現象が生じると
いった不具合のみられたものを×、このような不具合のみら
れなかったものを○と評価
実施例２
実施例１において、可塑剤としてイネオス製品Durasyn 166(C10由来のポリα-オレフィン、粘度6.0mm2/秒)が同量用いられた。
実施例３
実施例１において、可塑剤としてイネオス製品Durasyn 170(C10由来のポリα-オレフィン、粘度10.0mm2/秒)が同量用いられた。
実施例４
実施例１において、可塑剤としてイネオス製品Durasyn 148(C12由来のポリα-オレフィン、粘度7.8mm2/秒)が同量用いられた。
実施例５
実施例１において、可塑剤としてイネオス製品Durasyn 128(C12およびC14由来のポリα-オレフィン、粘度7.8mm2/秒)が同量用いられた。
実施例６
実施例１において、エチレン・プロピレン・ジエン共重合ゴムの代わりに、動的架橋されたオレフィン系熱可塑性エラストマー(三井化学製品ミラストマー7030B)が同量用いられ、またポリプロピレン樹脂量が15重量部に、スチレン系熱可塑性エラストマー量が80重量部に、可塑剤量が175重量部にそれぞれ変更されて用いられた。
比較例１
実施例１において、可塑剤として鉱油(出光興産製品プロセスオイルPW90；動粘度95mm2/秒)が同量用いられた。
比較例２
実施例１において、可塑剤として鉱油(出光興産製品プロセスオイルPW380；動粘度382mm2/秒)が同量用いられた。
比較例３
実施例１において、可塑剤として炭化水素系合成油(三井化学製品ルーカント HC-10；液状エチレン・α-オレフィンコオリゴマー、粘度10.0mm2/秒)が同量用いられた。
比較例４
実施例１において、可塑剤としてイネオス製品Durasyn 164(C10由来のポリα-オレフィン、粘度4.0mm2/秒)が同量用いられた。
比較例５
実施例１において、可塑剤としてイネオス製品Durasyn 174(C10由来のポリα-オレフィン、粘度40.0mm2/秒)が同量用いられた。
比較例６
実施例１において、エチレン・プロピレン・ジエン共重合ゴム、架橋剤および架橋助剤がいずれも用いられなかった。
比較例７
実施例１において、ポリプロピレン樹脂量が15重量部に変更され、またスチレン系熱可塑性エラストマーおよび可塑剤がいずれも用いられなかった。
以上の各実施例および比較例で得られた結果は、次の表に示される。
Figure 0005435025
本発明に係るシール材料成形用組成物より成形されたシール材は、ハードディスクドライブ用カバー一体型ガスケットのガスケット材、半導体製造現場あるいはクリーンルームなどのアウトガスを嫌う製品のパッキング材、ガスケット材として、有効に用いられる。

Claims (6)

  1. (A)エチレン・プロピレン系共重合ゴムまたはポリオレフィン系熱可塑性エラストマー100重量部、(B)ポリプロピレン系樹脂10〜200重量部、(C)スチレン系熱可塑性エラストマー 10〜200重量部、(D)粘度(ASTM D-445に対応するJIS K2283準拠)が5〜20mm2/秒(100℃)である、C10、C12またはC12・C14由来のポリα-オレフィン可塑剤100〜400重量部、(E)有機過酸化物架橋剤を0.1〜5重量部および(F)多官能性不飽和化合物架橋助剤が0.1〜2.5重量部を含有してなるエラストマー組成物。
  2. ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーとして部分的に動的架橋されたポリオレフィン系熱可塑性エラストマーが用いられた請求項１記載のエラストマー組成物。
  3. スチレン系熱可塑性エラストマーがポリスチレン-ポリ(エチレン-プロピレン)-ポリスチレントリブロック共重合体またはポリスチレン-ポリ(エチレン／エチレン-プロピレン)-ポリスチレントリブロック共重合体である請求項１記載のエラストマー組成物。
  4. シール材成形用として用いられる請求項１または２記載のエラストマー組成物。
  5. 請求項４記載のエラストマー組成物から架橋成形されたシール材。
  6. 金属製カバーに接着剤を介してパッキング材を一体化させたハードディスクドライブ用カバー一体型ガスケットのパッキング材として用いられた請求項５記載のシール材。
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