WO2012081413A1 - 積層体 - Google Patents

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利昭 増井
祐己 桑嶋
小野 剛
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ダイキン工業株式会社
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Definitions

  • Patent Document 1 In order to improve the interfacial adhesion between the fluororesin layer and the rubber layer, it is known to use epoxidized rubber or a blend of epoxidized rubber and rubber as the rubber used in the rubber layer (Patent Document 1). ).
  • the rubber composition for vulcanization further contains at least one vulcanizing agent (a5) selected from the group consisting of a sulfur vulcanizing vulcanizing agent and a peroxide vulcanizing vulcanizing agent.
  • a5 selected from the group consisting of a sulfur vulcanizing vulcanizing agent and a peroxide vulcanizing vulcanizing agent.
  • the laminate of the present invention is obtained by vulcanizing the laminate, and the rubber layer (A1) obtained by vulcanizing the rubber layer (A) and the fluororesin layer (B) are vulcanized and bonded. Preferably there is.
  • fluorine-containing vinyl monomer (d) represented by the above formulas (1) to (4) include 1,1-dihydroperfluoropropene-1, 1,1-dihydroperfluorobutene-1, perfluoro ( 1,1,5-trihydro-1-pentene), 1,1,7-trihydroperfluoroheptene-1,1,1,2-trihydroperfluorohexene-1,1,1,2-trihydro Perfluorooctene-1, 2,2,3,3,4,4,5,5-octafluoropentyl vinyl ether, perfluoro (methyl vinyl ether), perfluoro (propyl vinyl ether), hexafluoropropene, perfluorobutene-1 3,3,3-trifluoro-2- (trifluoromethyl) propene-1 and the like.
  • the conductive single powder or conductive single fiber is not particularly limited, and examples thereof include metal powder such as copper and nickel; metal fiber such as iron and stainless steel; carbon black, carbon fiber, and Japanese Patent Laid-Open No. 3-174018. Examples thereof include carbon fibrils.
  • the unvulcanized rubber (a1) is a diene-based non-fluorinated rubber (NBR, SBR, BR, etc.)
  • a sulfur vulcanization system and a peroxide vulcanization system are usually employed. It is preferably at least one selected from the group consisting of a vulcanizing vulcanizing agent and a peroxide vulcanizing agent.
  • thiazole-based metal salt a zinc salt of mercaptobenzothiazole (ZnMBT) is preferably used.
  • the rubber composition for vulcanization contains magnesium oxide (a3).
  • the blending amount of magnesium oxide (a3) is preferably 3 to 20 parts by weight, particularly preferably 5 to 15 parts by weight, based on 100 parts by weight of the unvulcanized rubber (a1), from the viewpoint of adhesiveness and rubber physical properties. .
  • the laminated body having a specific structure of the present invention has excellent adhesiveness by making magnesium oxide (a3) essential.
  • the rubber composition for vulcanization preferably does not contain an amine compound because it inhibits vulcanization characteristics or impairs physical properties of the rubber.
  • the rubber layer (A) and the fluororesin layer (B) are laminated by forming the rubber layer (A) and the fluororesin layer (B) separately and then laminating them by means such as pressure bonding. Either a method of simultaneously molding and laminating the resin layer (B) or a method of applying the fluororesin layer (B) to the rubber layer (A) may be used.
  • a molding method such as multilayer extrusion molding, multilayer blow molding, multilayer injection molding, etc. can be applied. It can be set as multilayer molded articles, such as a hose and a multilayer tank.
  • the vulcanized rubber layer (A1) and the fluororesin layer (B) are vulcanized and bonded, and a strong interlayer adhesion is generated.
  • the fuel pipe has a (A)-(B)-(C1) type structure, a non-fluororubber layer is provided as the rubber layer (A), and a fluororubber layer is provided as the rubber layer (C1).
  • A non-fluororubber layer
  • C1 fluororubber layer

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

ゴム層(A)と(A)上に積層されたフッ素樹脂層(B)とを備える積層体において、(A)は、未加流ゴム(a1)、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7塩、1,5-ジアザビシクロ(4.3.0)-ノネン-5塩、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7、1,5-ジアザビシクロ(4.3.0)-ノネン-5から選択される少なくとも1種の化合物(a2)、MgO(a3)、シリカ(a4)を含有し、(a1)100質量部に対し、(a2)を1.0-5.0質量部含む加硫用ゴム組成物から形成され、(B)は、エチレン及びTFE由来の重合単位を有するフッ素ポリマー(b1)を含有し、(b1)は、TFE由来の重合単位が全重合単位に対し60モル%以上であり、かつ融点が200℃以上であるフッ素ポリマー組成物を含む積層体とすることにより、ゴム層とフッ素樹脂層との接着性、耐薬品性に優れた積層体が得られる。

Description

積層体
本発明は、積層体に関する。
従来、昨今の環境意識の高まりから、自動車業界では、アルコールを添加することによる燃料種の多様化が進んできており、耐薬品性に優れた材料へのニーズが大きくなりつつある。また、従来の燃料よりも高温で使用するケースが出てきており、耐薬品性に加え、耐熱性も兼ね備えた材料が求められている。
また、燃料輸送用ホースにおいては、振動吸収の観点から、柔軟性に優れたホースが求められている。これらの要求特性を満足することを目的として、フッ素樹脂層とゴム層とを有する積層体が提案されてきた。しかし、フッ素樹脂層とゴム層とは容易に接着しない。
フッ素樹脂層とゴム層との界面接着性の向上のために、ゴム層に用いられるゴムとして、エポキシ化ゴムまたはエポキシ化ゴムとゴムのブレンド物を使用することが知られている(特許文献1)。
また、フッ素樹脂にゴムを直接接着させるため、フッ素樹脂としてカルボニル基などの反応性官能基を有する熱可塑性フッ素樹脂を用い、さらにこの熱可塑性フッ素樹脂とゴム層の少なくとも一方にトリアリルイソシアヌレートのような多官能性化合物を配合することも知られている(特許文献2)。
NBR等のジエン系ゴムに、DBU塩等とともに、硫黄系加硫剤、カルバミン酸金属塩およびチアゾール系金属塩の少なくとも一方、酸化マグネシウムを添加してなるジエン系ゴム層と、フッ化ビニリデン系共重合体(THV)層とが隣接した層構造を備える燃料ホースも知られている(特許文献3)。
フッ化ビニリデンを必須とするフルオロポリマを使用し、脱弗化水素組成物を混合することにより、フルオロポリマ層に対する硬化性エラストマ化合物の接着性を改良することも知られている(特許文献4)。
脱弗化水素組成物を硬化性エラストマに混合することにより、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、及びエチレンを含む共重合単位から誘導される共重合体を含むフルオロポリマを硬化性エラストマに結合させる方法も知られている(特許文献5)。
特開平7-266501号公報 特開2005-22403号公報 特開2007-261079号公報 特表2001-526972号公報 特表2001-527104号公報
フッ化ビニリデン系共重合体(THV)やフッ化ビニリデンを必須とするフルオロポリマは、耐塩基性や耐アミン性に劣るので、特許文献3及び4に記載された技術では、耐薬品性に優れた積層体を得ることができないという問題があった。
特許文献5に記載された方法では、使用できるフッ素樹脂が低融点のものに限られ、耐熱性に優れたフッ素樹脂とゴムとの接着が実現できず、更なる改善の余地があった。
本発明は、接着剤を使用せず、またゴム層とフッ素樹脂層の各層に表面処理を施すこともなく、ゴム層と耐熱性に優れたフッ素樹脂層とが強固に接着し、耐薬品性にも優れた積層体を提供する。
本発明者らは、フッ素樹脂としてエチレン及びテトラフルオロエチレンに由来する重合単位を有するフッ素ポリマー(ETFE)をゴムとの積層体とすることにより、積層体の耐薬品性を改善することを思いついた。そして、驚くべきことに、ETFEの融点が高い場合であっても、テトラフルオロエチレンに由来する重合単位を特定の組成で含む場合には、ETFEがゴムと強固に接着することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、ゴム層(A)と、ゴム層(A)上に積層されたフッ素樹脂層(B)と、を備える積層体であって、
ゴム層(A)は、加硫用ゴム組成物から形成される層であり、
加硫用ゴム組成物は、未加硫ゴム(a1)、
1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7塩、1,5-ジアザビシクロ(4.3.0)-ノネン-5塩、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7、及び、1,5-ジアザビシクロ(4.3.0)-ノネン-5からなる群より選択される少なくとも1種の化合物(a2)、
酸化マグネシウム(a3)、並びに、
シリカ(a4)を含有し、
化合物(a2)は、未加硫ゴム(a1)100質量部に対して1.0質量部を超え、5.0質量部以下であり、
フッ素樹脂層(B)は、フッ素ポリマー組成物から形成される層であり、
フッ素ポリマー組成物は、エチレン及びテトラフルオロエチレンに由来する重合単位を有するフッ素ポリマー(b1)を含有し、
フッ素ポリマー(b1)は、テトラフルオロエチレンに由来する重合単位が全重合単位に対して60モル%以上であり、かつ融点が200℃以上である
ことを特徴とする積層体に関する。
加硫用ゴム組成物は、更に、硫黄加硫系加硫剤及びパーオキサイド加硫系加硫剤からなる群より選択される少なくとも1種の加硫剤(a5)を含有することが好ましい。
加硫用ゴム組成物は、更に、カルバミン酸金属塩及びチアゾール系金属塩からなる群より選択される少なくとも1種の金属塩(a6)を含有することが好ましい。
未加硫ゴム(a1)は、非フッ素ゴムであることが好ましい。
未加硫ゴム(a1)は、アクリロニトリル-ブタジエンゴムであることが好ましい。
化合物(a2)は、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7、1,8-ベンジル-1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)-7-ウンデセニウムクロライド、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7のナフトエ酸塩、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7のフェノール塩、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7のオルトフタル酸塩、及び、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7のギ酸塩からなる群より選択される少なくとも1種の化合物であることが好ましい。
フッ素ポリマー(b1)は、エチレン、テトラフルオロエチレン及び含フッ素ビニルモノマー(e)に由来する重合単位を有する共重合体であり、含フッ素ビニルモノマー(e)は、下記式(5):
CH=CF-(CF-X     (5)
(式中、XはH又はFである。nは、1~10の整数である。)で表される単量体であり、エチレン及びテトラフルオロエチレンに由来する重合単位が全重合単位に対して合計で90~99.9モル%であることが好ましい。
本発明の積層体は、フッ素樹脂層(B)の両側にゴム層(A)が積層されていることが好ましい。
本発明の積層体は、ゴム層(A)の両側にフッ素樹脂層(B)が積層されていることが好ましい。
本発明の積層体は、更に、ゴム層(A)上又はフッ素樹脂層(B)上に、ゴム層(A)およびフッ素樹脂層(B)以外のポリマー層(C)を含むことが好ましい。
本発明の積層体は、上記積層体を加硫処理して得られ、ゴム層(A)が加硫したゴム層(A1)とフッ素樹脂層(B)とが加硫接着されているものであることが好ましい。
本発明の積層体は、フッ素樹脂層とゴム層を積層するにあたり、上記構成を有することによって、ゴム加硫時に化学的に強固な接着が得られるため、接着に特別の工程が不要であり、低コストでの成形が可能であり、成形も容易である。また、耐薬品性、及び耐熱性にも優れる。更に、押出成形のような普通の方法で成形することができるため、薄膜化も可能であり、柔軟性の点でも改善される。
本発明の積層体は、ゴム層(A)と、ゴム層(A)上に積層されたフッ素樹脂層(B)と、を備えることを特徴とする。
以下、各層について説明する。
まず、本発明の積層体におけるフッ素樹脂層(B)について説明する。
(B)フッ素樹脂層
フッ素樹脂層(B)は、フッ素ポリマー組成物から形成される層である。
フッ素ポリマー組成物は、少なくともエチレン及びテトラフルオロエチレン(TFE)に由来する重合単位を有するフッ素ポリマー(b1)を含有する。フッ素樹脂層(B)が、フッ素ポリマー(b1)を含有するフッ素ポリマー組成物から形成される層であるため、本発明の積層体は、耐薬品性に優れる。近年燃料の多様化が進んでいるが、耐薬品性に優れるため、そのような種々の燃料を用いる場合にも有用である。
フッ素ポリマー(b1)は、テトラフルオロエチレンに由来する重合単位(以下「TFE単位」ともいう。)が全重合単位に対して60モル%以上であり、かつ融点が200℃以上である。従来、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)や、融点が200℃以上であるような、耐熱性に優れるエチレン及びテトラフルオロエチレンに由来する重合単位を有するフッ素ポリマーは、ゴムと強固な接着を実現することができなかった。本発明の積層体では、フッ素ポリマー組成物が、60モル%以上のTFE単位を含むフッ素ポリマー(b1)を含有するので、フッ素ポリマー(b1)の融点が200℃以上であっても、フッ素樹脂層(B)とゴム層(A)との強固な接着が実現される。また、フッ素ポリマー(b1)が上記構成を有するため、本発明の積層体は耐薬品性により優れる。
フッ素ポリマー(b1)のTFE単位は、全重合単位に対して、62モル%以上であることが好ましく、より好ましくは、63モル%以上である。また、67モル%以下であることが好ましく、66モル%以下であることがより好ましい。
フッ素ポリマー(b1)の融点は、200℃以上である。該融点は、210℃以上であることがより好ましい。フッ素ポリマー(b1)の融点は260℃以下であることが好ましく、250℃以下であることがより好ましく、240℃以下であることが更に好ましい。
フッ素ポリマー(b1)の融点は、示差走査熱量測定(DSC)装置を用い、10℃/分の速度で昇温したときの融解熱曲線における極大値に対応する温度として求める。
フッ素ポリマー(b1)は、エチレン及びTFEと共重合可能な単量体に由来する重合単位を有するものであることも好ましい。エチレン及びTFEと共重合可能な単量体としては、例えば、下記式(1):
CH=CXf1   (1)
で表される単量体、下記式(2):
CF=CFRf1    (2)
で表される単量体、下記式(3):
CF=CFORf1   (3)
で表される単量体、及び、下記式(4):
CH=C(Rf1  (4)
で表される単量体からなる群より選択される少なくとも1種の含フッ素ビニルモノマー(d)が好ましい。式(1)~(4)中、XはH又はF、Rf1はエーテル結合性酸素原子を含んでいてもよいフルオロアルキル基を表す。Rf1としては炭素数1~8のエーテル結合性酸素原子を含んでいてもよいフルオロアルキル基であることが好ましい。Rf1としては、炭素数1~6のフルオロアルキル基であることが更に好ましく、炭素数1~4のフルオロアルキル基が特に好ましい。
上記式(1)~(4)で示される含フッ素ビニルモノマー(d)の具体例としては、1,1-ジヒドロパーフルオロプロペン-1、1,1-ジヒドロパーフルオロブテン-1、パーフルオロ(1,1,5-トリヒドロ-1-ペンテン)、1,1,7-トリヒドロパーフルオロへプテン-1、1,1,2-トリヒドロパーフルオロヘキセン-1、1,1,2-トリヒドロパーフルオロオクテン-1、2,2,3,3,4,4,5,5-オクタフルオロペンチルビニルエーテル、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)、ヘキサフルオロプロペン、パーフルオロブテン-1、3,3,3-トリフルオロ-2-(トリフルオロメチル)プロペン-1等を挙げることができる。
上記エチレン及びTFEと共重合可能な単量体としては、中でも、下記式(5):
CH=CF-(CF-X  (5)
(式中、XはH又はFである。nは、1~10の整数である。)で表される含フッ素ビニルモノマー(e)が好ましい。上記nは、1~3の整数であることがより好ましい。上記エチレン及びTFEと共重合可能な単量体としては、パーフルオロ(1,1,5-トリヒドロ-1-ペンテン)、及び、1,1-ジヒドロパーフルオロプロペン-1からなる群より選択される少なくとも1種の含フッ素ビニルモノマーがより好ましい。
フッ素ポリマー(b1)としては、エチレン/TFE共重合体、及び、エチレン/TFE/含フッ素ビニルモノマー(d)共重合体からなる群より選択される少なくとも1種のポリマーが好ましい。
フッ素ポリマー(b1)としては、エチレン/テトラフルオロエチレン/(式(1)で表される含フッ素ビニルモノマー)共重合体であることが好ましく、エチレン/テトラフルオロエチレン/含フッ素ビニルモノマー(e)共重合体であることがより好ましい。なお、本明細書中で、エチレン/テトラフルオロエチレン/含フッ素ビニルモノマー(e)共重合体は、エチレンに由来する重合単位、TFEに由来する重合単位、及び含フッ素ビニルモノマー(e)に由来する重合単位からなる共重合体を意味する。
フッ素ポリマー(b1)において、エチレン及びTFEに由来する重合単位が全重合単位に対して合計で90~99.9モル%であることが好ましく、95~99.9モル%であることがより好ましく、96~99.8モル%であることが更に好ましい。
フッ素ポリマー(b1)において、上記エチレン及びTFEと共重合可能な単量体に由来する重合単位は、全重合単位に対して、0.1~10モル%が好ましく、0.1~5モル%がより好ましく、0.2~4モル%が特に好ましい。
フッ素ポリマー(b1)がエチレン及びTFEと共重合可能な単量体に由来する重合単位を有するものである場合、エチレン単位は、全重合単位に対して、30~39.9モル%であることが好ましく、より好ましくは、36~39.8モル%である。
フッ素ポリマー(b1)は、ポリマーの主鎖末端および/または側鎖に、カルボニル基、ヒドロキシル基、ヘテロ環基、およびアミノ基からなる群より選択される少なくとも1種の反応性官能基を導入したものであってもよい。
本明細書において、「カルボニル基」は、炭素-酸素二重結合から構成される炭素2価の基であり、-C(=O)-で表されるものに代表される。前記カルボニル基を含む反応性官能基としては特に限定されず、たとえばカーボネート基、カルボン酸ハライド基(ハロゲノホルミル基)、ホルミル基、カルボキシル基、エステル結合(-C(=O)O-)、酸無水物結合(-C(=O)O-C(=O)-)、イソシアネート基、アミド基、イミド基(-C(=O)-NH-C(=O)-)、ウレタン結合(-NH-C(=O)O-)、カルバモイル基(NH-C(=O)-)、カルバモイルオキシ基(NH-C(=O)O-)、ウレイド基(NH-C(=O)-NH-)、オキサモイル基(NH-C(=O)-C(=O)-)など、化学構造上の一部としてカルボニル基を含むものがあげられる。
アミド基、イミド基、ウレタン結合、カルバモイル基、カルバモイルオキシ基、ウレイド基、オキサモイル基などにおいては、その窒素原子に結合する水素原子は、たとえばアルキル基などの炭化水素基で置換されていてもよい。
フッ素ポリマー(b1)は、ポリマーの主鎖末端または側鎖のいずれかに反応性官能基を有する重合体からなるものであってもよいし、主鎖末端および側鎖の両方に反応性官能基を有する重合体からなるものであってもよい。主鎖末端に反応性官能基を有する場合、主鎖の両方の末端に有していてもよいし、いずれか一方の末端にのみ有していてもよい。前記反応性官能基がエーテル結合を有するものである場合、該反応性官能基を主鎖中に有するものであってもよい。
フッ素ポリマー(b1)は、主鎖末端に反応性官能基を有する重合体からなるものが、機械特性、耐薬品性を著しく低下させない理由で、または、生産性、コスト面で有利である理由で好ましい。
フッ素ポリマー(b1)は、ポリマーの主鎖末端または側鎖末端に、ヘテロ環基またはアミノ基を有するものであってもよい。
ヘテロ環基とは、そのヘテロ環部位の環内にヘテロ原子(例えば、窒素原子、イオウ原子、酸素原子)を持つものであり、飽和環であっても、不飽和環であってもよく、単環であっても縮合環であってもよい。ヘテロ環基の中では、オキサゾリル基が好ましい。
アミノ基とは、アンモニア、第一級または第二級アミンから水素を除去した1価の官能基である。具体的には、例えば、式:
-NR
およびRは、同じであっても異なっていてもよく、水素原子または炭素原子数1~20の1価の有機基である。アミノ基の具体例としては、-NH、―NH(CH)、-N(CH、―NH(CHCH)、―N(C、―NH(C)などがあげられる。
フッ素ポリマー(b1)の分子量は、得られる成形体が良好な耐薬品性、機械特性、燃料低透過性などを発現できるような範囲であることが好ましい。たとえば、メルトフローレート(MFR)を分子量の指標とする場合、フッ素ポリマーのMFRは、0.5~100g/10分であることが好ましい。より好ましくは、10~50g/10分である。
MFRは、メルトインデクサー(東洋精機製作所(株)製)を用い、297℃、5kg荷重下で直径2mm、長さ8mmのノズルから単位時間(10分間)に流出するポリマーの重量(g)を測定する。
フッ素ポリマー(b1)は、懸濁重合、溶液重合、乳化重合、塊状重合等、従来公知の重合方法により得ることができる。前記重合において、温度、圧力などの各条件、重合開始剤やその他の添加剤は、フッ素ポリマー(b1)の組成や量に応じて適宜設定することができる。
本発明においてフッ素樹脂層(B)は、これらのフッ素ポリマー(b1)を1種含有するものであってもよいし、2種以上含有するものであってもよい。フッ素ポリマー(b1)は、フッ素ポリマー組成物に対して、20質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上であることが更に好ましい。
フッ素ポリマー組成物は、フッ素ゴムを含むものであることも好ましい形態の一つである。
上記フッ素ゴムとしては特に限定されないが、例えば、パーオキサイド架橋可能なフッ素ゴム、ポリオール架橋可能なフッ素ゴム、ポリアミン架橋可能なフッ素ゴム等を挙げることができる。
上記パーオキサイド架橋可能なフッ素ゴムとしては特に限定されず、パーオキサイド架橋可能な部位を有するフッ素ゴムであればよい。上記パーオキサイド架橋可能な部位としては特に限定されず、例えば、ヨウ素原子、臭素原子等を挙げることができる。
上記ポリオール架橋可能なフッ素ゴムとしては特に限定されず、ポリオール架橋可能な部位を有するフッ素ゴムであればよい。上記ポリオール架橋可能な部位としては特に限定されず、例えば、フッ化ビニリデン(VdF)単位を有する部位等を挙げることができる。
上記架橋部位を導入する方法としては、フッ素ゴムの重合時に架橋部位を与える単量体を共重合する方法等が挙げられる。
上記フッ素ゴムとしては、ビニリデンフルオライド(VdF)/ヘキサフルオロプロピレン(HFP)系フッ素ゴム、VdF/HFP/テトラフルオロエチレン(TFE)系フッ素ゴム、TFE/プロピレン系フッ素ゴム、TFE/プロピレン/VdF系フッ素ゴム、エチレン/HFP系フッ素ゴム、エチレン/HFP/VdF系フッ素ゴム、エチレン/HFP/TFE系フッ素ゴム、VdF/TFE/パーフルオロアルキルビニルエーテル(PAVE)系フッ素ゴム、VdF/CTFE系フッ素ゴム等を挙げることができる。
上記フッ素ゴムは、耐熱性、圧縮永久ひずみ、加工性、コストの点から、VdF単位を含むVdF系フッ素ゴムが好ましく、VdF/HFP系フッ素ゴム、及び、VdF/TFE/HFP系フッ素ゴム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。更に好ましくは、VdF/TFE/HFP系フッ素ゴムである。上記フッ素ゴムは、以上説明したものを1種に限らず2種以上用いてもよい。
フッ素ゴムは、フッ素含有率64質量%以上のフッ素ゴムであることが好ましく、フッ素含有率66質量%以上のフッ素ゴムであることがより好ましい。フッ素含有率の上限値は特に限定されないが、74質量%以下であることが好ましい。フッ素含有率が、64質量%未満であると耐薬品性、耐燃料油性、燃料透過性が劣る傾向がある。
上記フッ素ゴムは、上記フッ素ポリマー(b1)及び架橋剤の存在下、未架橋のフッ素ゴムを溶融条件下にて動的に架橋処理した架橋フッ素ゴムであってもよい。このように、上記フッ素ゴムを動的に架橋処理することにより、上記フッ素ポリマー組成物から形成されるフッ素樹脂層(B)の柔軟性が向上することから好ましい。
ここで、動的に架橋処理するとは、バンバリーミキサー、加圧ニーダー、押出機等を使用して、未架橋のフッ素ゴムを溶融混練と同時に動的に架橋させることをいう。これらの中でも、高剪断力を加えることができる点で、二軸押出機等の押出機であることが好ましい。動的に架橋処理することで、フッ素ポリマー(b1)と架橋フッ素ゴムの相構造を制御することができる。
また、溶融条件下とは、フッ素樹脂が溶融する温度以上であることを意味する。好適な温度範囲はフッ素ポリマー(b1)の融点や未架橋のフッ素ゴムのガラス転移温度により異なるが、120~330℃であることが好ましく、130~320℃であることがより好ましい。温度が、120℃未満であると、フッ素ポリマー(b1)とフッ素ゴムの間の分散が粗大化する傾向があり、330℃をこえると、フッ素ゴムが熱劣化する傾向がある。
得られたフッ素ポリマー組成物は、フッ素ポリマー(b1)が連続相を形成し、かつ架橋フッ素ゴムが分散相を形成する構造、またはフッ素ポリマー(b1)と架橋フッ素ゴムが共連続を形成する構造を有することができるが、その中でも、フッ素樹脂が連続相を形成し、かつ架橋フッ素ゴムが分散相を形成する構造を有することが好ましい。
未架橋のフッ素ゴムが、分散当初マトリックスを形成していた場合でも、架橋反応の進行に伴い、未架橋のフッ素ゴムが架橋フッ素ゴムとなることで溶融粘度が上昇し、架橋フッ素ゴムが分散相になるか、またはフッ素樹脂との共連続構造を形成する。
また、フッ素ポリマー組成物は、フッ素ポリマー(b1)が連続相を形成し、かつ架橋フッ素ゴムが分散相を形成する構造の一部に、フッ素ポリマー(b1)と架橋フッ素ゴムとの共連続構造を含んでいても良い。
このような構造を形成すると、より優れた耐薬品性、耐熱性、燃料バリア性及び耐油性を示すフッ素樹脂層(B)を得ることができる。上記架橋フッ素ゴムの平均分散粒子径は、0.01~30μmであることが好ましく、0.1~20μmであることがより好ましく、0.1~10μmであることがさらに好ましい。平均分散粒子径が、0.01μm未満であると、流動性が低下する傾向があり、30μmを超えると、成形品の強度が低下する傾向がある。
上記フッ素ポリマー組成物がフッ素ゴムを含む場合、フッ素ポリマー組成物におけるフッ素ゴムとフッ素樹脂の質量割合は、3/97~90/10(フッ素ゴム/フッ素樹脂)であることが好ましい。フッ素樹脂の質量割合が90/10(フッ素ゴム/フッ素樹脂)よりも小さくなると、燃料低透過性や耐低温脆化性の改善効果が小さくなるおそれがある。燃料低透過性、耐低温脆化性とゴム弾性をバランスよく向上させる点から、上記質量割合(フッ素ゴム/フッ素樹脂)は、5/95~70/30がより好ましく、10/90~50/50がさらに好ましい。
フッ素樹脂層(B)は、さらに、目的や用途に応じてその性能を損なわない範囲で、無機質粉末、ガラス繊維、炭素粉末、炭素繊維、金属酸化物などの種々の充填剤を配合したものであってもよい。
たとえば、燃料透過性をさらに低減させるために、モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ノントロナイト、ヘクトライト、ソーコナイト、スチブンサイトなどのスメクタイト系の層状粘度鉱物や、雲母等の高アスペクト比を有する微小層状鉱物を添加してもよい。
また、導電性を付与するために、導電性フィラーを添加してもよい。導電性フィラーとしては特に限定されず、たとえば金属、炭素などの導電性単体粉末または導電性単体繊維;酸化亜鉛などの導電性化合物の粉末;表面導電化処理粉末などがあげられる。導電性フィラーを配合する場合、溶融混練して予めペレットを作製することが好ましい。
前記導電性単体粉末または導電性単体繊維としては特に限定されず、たとえば銅、ニッケルなどの金属粉末;鉄、ステンレススチールなどの金属繊維;カーボンブラック、炭素繊維、特開平3-174018号公報等に記載の炭素フィブリルなどがあげられる。
前記表面導電化処理粉末は、ガラスビーズ、酸化チタンなどの非導電性粉末の表面に導電化処理を施して得られる粉末である。
表面導電化処理の方法としては特に限定されず、たとえば金属スパッタリング、無電解メッキなどがあげられる。
導電性フィラーのなかでもカーボンブラックは、経済性や静電荷蓄積防止の観点で有利であるので好適に用いられる。
導電性フィラーを配合してなるフッ素ポリマー組成物の体積抵抗率は、1×10~1×10Ω・cmであることが好ましい。より好ましい下限は、1×10Ω・cmであり、より好ましい上限は、1×10Ω・cmである。
また、充填剤以外に、熱安定化剤、補強剤、紫外線吸収剤、顔料、その他任意の添加剤を配合してもよい。
(A)ゴム層
ゴム層(A)は、加硫用ゴム組成物から形成される層である。
加硫用ゴム組成物は、必須成分として未加硫ゴム(a1)、化合物(a2)、酸化マグネシウム(a3)、並びに、シリカ(a4)を含む。ゴム層(A)が上記構成を有するものであるため、層(A)と層(B)とが強固に接着した積層体が得られる。
加硫用ゴム組成物は、更に、任意成分として加硫剤(a5)及び金属塩(a6)の少なくともいずれかを含んでもよい。特に、加硫用ゴム組成物が未加硫ゴム(a1)及び化合物(a2)に加えて、加硫剤(a5)及び金属塩(a6)を含むものであると、層(A)と層(B)とをより大きな接着強度で接着できる。
未加硫ゴム(a1)は、加硫用ゴム組成物に対して、20質量%以上であることが好ましく、30質量%以上であることがより好ましく、40質量%以上であることが更に好ましい。未加硫ゴム(a1)は、フッ素ゴムでもよいが、耐寒性が良好な点や、コスト面で優れていることから、非フッ素ゴムが好ましい。
非フッ素ゴムの具体例としては、たとえばアクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)またはその水素化物(HNBR)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、クロロプレンゴム(CR)、ブタジエンゴム(BR)、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)などのジエン系ゴム、エチレン-プロピレン-ターモノマー共重合体ゴム、シリコーンゴム、ブチルゴム、エピクロルヒドリンゴム、アクリル系ゴムなどがあげられる。
未加硫ゴム(a1)としては、耐熱性、耐油性、耐候性、押出成形性が良好な点から、ジエン系のゴムであることが好ましく、NBRまたはその水素化物(HNBR)であることがより好ましい。
加硫用ゴム組成物は、ゴム層(A)に未加硫ゴム(a1)とは別の特性を付与するために、樹脂を含有してもよい。樹脂としては、たとえばポリ塩化ビニル(PVC)、塩素化ポリスチレン、クロロスルホン化ポリスチレン-エチレン、エチレン-酢酸ビニル共重合体などがあげられる。たとえば、加硫用ゴム組成物がNBRとPVCとを含有する場合、耐オゾン性を向上させることができる。この場合、PVCの配合量は、NBR100質量部に対し10~70質量部が好ましい。
化合物(a2)は、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7塩(DBU塩)、1,5-ジアザビシクロ(4.3.0)-ノネン-5塩(DBN塩)、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7(DBU)、及び、1,5-ジアザビシクロ(4.3.0)-ノネン-5(DBN)からなる群より選択される少なくとも1種の化合物である。化合物(a2)を含むことによって、加硫用ゴム組成物の加硫特性を改善できる。
DBU塩およびDBN塩としては、DBU又はDBNの炭酸塩、長鎖脂肪族カルボン酸塩、芳香族カルボン酸塩、オルトフタル酸塩、p-トルエンスルホン酸塩、フェノール塩、フェノール樹脂塩、ナフトエ酸塩、オクチル酸塩、オレイン酸塩、ギ酸塩、フェノールノボラック樹脂塩などがあげられ、1,8-ベンジル-1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)-7-ウンデセニウムクロライド(DBU-B)、ナフトエ酸塩、オルトフタル酸塩、フェノール塩、及び、ギ酸塩からなる群より選択される少なくとも1種の化合物であることが好ましい。
より具体的には、化合物(a2)は、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7、1,8-ベンジル-1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)-7-ウンデセニウムクロライド、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7のナフトエ酸塩、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7のフェノール塩、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7のオルトフタル酸塩、及び、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7のギ酸塩からなる群より選択される少なくとも1種の化合物であることが好ましい。
化合物(a2)としては、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7、1,8-ベンジル-1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)-7-ウンデセニウムクロライド、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7のフェノール塩、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7のオルトフタル酸塩、及び、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7のギ酸塩からなる群より選択される少なくとも1種の化合物であることがより好ましい。更に好ましくは、1,8-ベンジル-1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)-7-ウンデセニウムクロライド、及び、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7のギ酸塩からなる群より選択される少なくとも1種の化合物である。また、特に好ましくは、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7のギ酸塩である。
化合物(a2)としては、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7と1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7のナフトエ酸塩との組み合わせも好ましい形態の一つである。また、1,8-ベンジル-1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)-7-ウンデセニウムクロライドと1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7のナフトエ酸塩との組み合わせも好ましい形態の一つである。
化合物(a2)は、未加硫ゴム(a1)100質量部に対して1.0質量部を超え、5.0質量部以下である。化合物(a2)は、未加硫ゴム(a1)100質量部に対して、1.5質量部以上であることが好ましい。化合物(a2)が少なすぎると接着力が充分でないおそれがある。また、化合物(a2)は、未加硫ゴム(a1)100質量部に対して、4.0質量部以下であることが好ましく、3.5質量部以下であることがより好ましく、2.0質量部以下であることが更に好ましい。
加硫剤(a5)は、加硫用ゴム組成物の加硫系に合わせて、従来公知のものが使用できる。未加硫ゴム(a1)を加硫することにより、得られる加硫ゴム層の引張強度などの機械的強度が向上し、良好な弾性も獲得できる。
本発明の積層体で用いられ得る加硫系としては、硫黄加硫系、ポリアミン加硫系、ポリオール加硫系、パーオキサイド加硫系、イミダゾール加硫系、トリアジン加硫系、オキサゾール加硫系、チアゾール加硫系のいずれも採用できるが、未加硫ゴムに加硫性基(キュアサイト)が含まれる場合はキュアサイトの種類によって、または加硫された積層体に付与する特性や用途により適宜選択すればよい。
加硫剤(a5)としては、加硫系に合わせて硫黄加硫系加硫剤、ポリアミン加硫系加硫剤、ポリオール加硫系加硫剤、パーオキサイド加硫系加硫剤、イミダゾール加硫系加硫剤、トリアジン加硫系加硫剤、オキサゾール加硫系加硫剤、チアゾール加硫系加硫剤のいずれも採用でき、単独で使用または併用してもよい。
たとえば、未加硫ゴム(a1)がジエン系の非フッ素ゴム(NBR、SBR、BRなど)の場合は硫黄加硫系およびパーオキサイド加硫系が通常採用されるので、加硫剤としても硫黄加硫系加硫剤及びパーオキサイド加硫系加硫剤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い。
硫黄加硫系加硫剤としては、粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、表面処理硫黄、不溶性硫黄、塩化硫黄、二塩化硫黄、ジスルフィド化合物、ポリスルフィド化合物などが例示できる。
硫黄加硫系加硫剤の配合量は、未加硫ゴム(a1)100質量部に対して、1.0~10.0質量部が好ましい。少なすぎると接着性が不充分となり、多すぎると硬くなりすぎる傾向にある。
パーオキサイド加硫系加硫剤としては、熱や酸化還元系の存在下で容易にパーオキシラジカルを発生する有機過酸化物が好ましいものとしてあげられる。
有機過酸化物としては、たとえば1,1-ビス(t-ブチルパーオキシ)-3,5,5-トリメチルシクロヘキサン、2,5-ジメチルヘキサン-2,5-ジヒドロキシパーオキシド、ジ-t-ブチルパーオキシド、t-ブチルクミルパーオキシド、ジクミルパーオキシド、α,α’-ビス(t-ブチルパーオキシ)-p-ジイソプロピルベンゼン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(t-ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(t-ブチルパーオキシ)ヘキシン-3、ベンゾイルパーオキシド、t-ブチルパーオキシベンゼン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、t-ブチルパーオキシマレイン酸、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネートなどを例示することができる。そのなかでも好ましいものはジアルキル化合物である。一般に活性-O=O-の量、分解温度などから種類ならびに配合量が選ばれる。配合量は通常、未加硫ゴム100質量部に対して0.1~15.0質量部、好ましくは0.3~5.0質量部である。
加硫剤(a5)としては、硫黄加硫系加硫剤及びパーオキサイド加硫系加硫剤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、硫黄加硫系加硫剤がより好ましく、その添加量は未加硫ゴム(a1)100質量部に対して0.5~5.0質量部であることが好ましく、特に好ましくは1.0~3.0質量部である。
金属塩(a6)は、カルバミン酸金属塩及びチアゾール系金属塩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い。
上記カルバミン酸金属塩としては、例えば、ジメチルジチオカルバメートの亜鉛塩(ZnMDC)、ジエチルジチオカルバメートの亜鉛塩(ZnEDC)、ジブチルジチオカルバメートの亜鉛塩(ZnBDC)、ジメチルジチオカルバメートの鉄塩(FeMDC)、エチルフェニルジチオカルバメートの亜鉛塩(ZnEPDC)、N-ペンタメチレンジチオカルバメートの亜鉛塩、ジベンジルジチオカルバメートの亜鉛塩、ジメチルジチオカルバメートのナトリウム塩(NaMDC)、ジエチルジチオカルバメートのナトリウム塩(NaEDC)、ジブチルジチオカルバメートのナトリウム塩(NaBDC)、ジメチルジチオカルバメートの銅塩(CuMDC)、ジエチルジチオカルバメートのテルリウム塩(TeEDC)等があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併用して用いられる。これらのなかでも、接着性、ゴム物性の点で、ZnMDC、ZnEDC、又は、ZnBDCが好適に用いられる。
上記チアゾール系金属塩としては、メルカプトベンゾチアゾールの亜鉛塩(ZnMBT)が好適に用いられる。
金属塩(a6)の配合量は、未加硫ゴム(a1)100質量部に対して0.01~3.0質量部が好ましく、0.01~0.5質量部がより好ましく、特に好ましくは0.05~0.3質量部である。金属塩(a6)の配合量が少なすぎると加硫ゴム物性が悪くなる傾向がみられ、多すぎると未加硫物性が悪くなる傾向がみられる。
加硫用ゴム組成物は、酸化マグネシウム(a3)を含む。酸化マグネシウム(a3)の配合量は、接着性、ゴム物性の点から、未加硫ゴム(a1)100質量部に対して3~20質量部が好ましく、特に好ましくは5~15質量部である。本発明の特定の構造を有する積層体は、酸化マグネシウム(a3)を必須とすることによって優れた接着性を有するものとなる。
加硫用ゴム組成物は、シリカ(a4)を含む。シリカ(a4)としては、塩基性シリカ、酸性シリカを用いることができ、接着性の観点から、塩基性シリカを用いる方が好ましい。塩基性シリカとしては、カープレックス1120(DSLジャパン(株)製)が挙げられる。また、接着性、ゴム物性の観点から、未加硫ゴム(a1)100質量部に対して10~40質量部が好ましく、特に好ましくは15~25質量部である。本発明の特定の構造を有する積層体は、シリカ(a4)を必須とすることによって優れた接着性を有するものとなる。
加硫用ゴム組成物は、加硫特性を阻害したりゴムの物性を損なったりするため、アミン化合物を、含有しないことが好ましい。
また本発明においては、目的または必要に応じて、一般の加硫用ゴム組成物に配合する通常の添加物、たとえば充填剤、加工助剤、可塑剤、軟化剤、老化防止剤、着色剤、安定剤、接着助剤、離型剤、導電性付与剤、熱伝導性付与剤、表面非粘着剤、粘着付与剤、柔軟性付与剤、耐熱性改善剤、難燃剤、紫外線吸収剤、耐油性向上剤、発泡剤、スコーチ防止剤、滑剤、エポキシ樹脂などの各種添加剤を配合することができる。また、前記のものとは異なる常用の加硫剤や加硫促進剤を1種または2種以上配合してもよい。ただし、これらの添加剤は、本発明の目的であるフッ素樹脂層(B)との接着力を損なわない範囲の量で配合する。
充填剤としては、酸化カルシウム、酸化チタン、酸化アルミニウムなどの金属酸化物;水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウムなどの金属水酸化物;炭酸マグネシウム、炭酸アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウムなどの炭酸塩;ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸アルミニウムなどのケイ酸塩;硫酸アルミニウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどの硫酸塩;合成ハイドロタルサイト、二硫化モリブデン、硫化鉄、硫化銅などの金属硫化物;ケイ藻土、アスベスト、リトポン(硫化亜鉛/硫化バリウム)、グラファイト、カーボンブラック、フッ化カーボン、フッ化カルシウム、コークス、石英微粉末、亜鉛華、タルク、雲母粉末、ワラストナイト、炭素繊維、アラミド繊維、各種ウィスカー、ガラス繊維、有機補強剤、有機充填剤などがあげられる。
加工助剤としては、ステアリン酸、オレイン酸、パルミチン酸、ラウリン酸などの高級脂肪酸;ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸亜鉛などの高級脂肪酸塩;ステアリン酸アミド、オレイン酸アミドなどの高級脂肪酸アミド;オレイン酸エチルなどの高級脂肪酸エステル、ステアリルアミン、オレイルアミンなどの高級脂肪族アミン;カルナバワックス、セレシンワックスなどの石油系ワックス;エチレングリコール、グリセリン、ジエチレングリコールなどのポリグリコール;ワセリン、パラフィンなどの脂肪族炭化水素;シリコーン系オイル、シリコーン系ポリマー、低分子量ポリエチレン、フタル酸エステル類、リン酸エステル類、ロジン、(ハロゲン化)ジアルキルアミン、(ハロゲン化)ジアルキルスルフォン、界面活性剤などがあげられる。
可塑剤としては、たとえばフタル酸誘導体やセバシン酸誘導体、軟化剤としては、たとえば潤滑油、プロセスオイル、コールタール、ヒマシ油、ステアリン酸カルシウム、老化防止剤としては、たとえばフェニレンジアミン類、フォスフェート類、キノリン類、クレゾール類、フェノール類、ジチオカルバメート金属塩などがあげられる。
エポキシ樹脂としては、たとえばビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、多官能エポキシ樹脂などがあげられる。これらのうちビスフェノールA型エポキシ樹脂が耐薬品性、接着性が良好な点から好ましく、さらに式(1):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
で表わされるエポキシ樹脂が特に好ましくあげられる。ここで、式(1)において、nは平均値であり、0.1~3が好ましく、0.1~0.5がより好ましく、0.1~0.3がさらに好ましい。nが0.1未満であると、フッ素樹脂(b)との接着力が低下する傾向がある。一方、nが3を超えると、エポキシ樹脂自体の粘度が高くなり、加硫用ゴム組成物中での均一な分散が困難になる傾向がある。
エポキシ樹脂を配合する場合の含有量は、フッ素樹脂(b)との接着力をより向上させる点から、未加硫ゴム100質量部に対して、1質量部以上が好ましく、2質量部以上がより好ましく、3質量部以上が特に好ましい。ゴム層が硬くなりすぎないようにする点から、未加硫ゴム100質量部に対して、25質量部以下が好ましく、15質量部以下がより好ましく、10質量部以下が特に好ましい。
本発明の積層体の好適な形態の一つとしては、化合物(a2)が、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7のギ酸塩であり、かつフッ素ポリマー(b1)のMFRが20g/10分以下であるものが挙げられる。本発明の積層体が上記構成からなることによって、より接着強度に優れる積層体とすることができる。
加硫用ゴム組成物は、未加硫ゴム(a1)、化合物(a2)、酸化マグネシウム(a3)、及び、シリカ(a4)、さらに要すれば加硫剤(a5)、金属塩(a6)並びにその他の添加剤を混練することにより調製される。
混練は、たとえば100℃以下の温度でオープンロール、バンバリーミキサー、加圧ニーダーなどを用いて行うことができる。
本発明の積層体は、ゴム層(A)とフッ素樹脂層(B)を積層することにより製造できる。本発明の積層体は、フッ素樹脂層(B)の両側にゴム層(A)が積層されていてもよいし、ゴム層(A)の両側にフッ素樹脂層(B)が積層されていてもよい。
ゴム層(A)とフッ素樹脂層(B)の積層は、ゴム層(A)とフッ素樹脂層(B)を別々に成形した後に圧着などの手段で積層する方法、ゴム層(A)とフッ素樹脂層(B)を同時に成形して積層する方法、ゴム層(A)にフッ素樹脂層(B)を塗布する方法のいずれでもよい。
ゴム層(A)とフッ素樹脂層(B)を別々に成形した後に圧着などの手段で積層する方法では、フッ素ポリマーの成形方法と加硫用ゴム組成物のそれぞれ単独での成形方法が採用できる。
ゴム層(A)の成形は、加硫用ゴム組成物を加熱圧縮成形法、トランスファー成形法、押出成形法、射出成形法、カレンダー成形法、塗装法などにより、シート状、チューブ状などの各種形状の成形体とすることができる。
フッ素樹脂層(B)は、加熱圧縮成形、溶融押出成形、射出成形、塗装(粉体塗装を含む)などの方法により成形できる。成形には通常用いられるフッ素ポリマーの成形機、たとえば射出成形機、ブロー成形機、押出成形機、各種塗装装置などが使用でき、シート状、チューブ状など、各種形状の積層体を製造することが可能である。これらのうち、生産性が優れている点から、溶融押出成形法が好ましい。
また、後述するように、フッ素樹脂層(B)に他のポリマー層(C)を積層する場合は、多層押出成形、多層ブロー成形、多層射出成形などの成形方法を適用でき、多層チューブ、多層ホース、多層タンクなどの多層成形品とすることができる。
ゴム層(A)とフッ素樹脂層(B)を同時に成形して積層する方法としては、ゴム層(A)を形成する加硫用ゴム組成物およびフッ素樹脂層(B)を形成するフッ素ポリマー(b1)を用いて、多層圧縮成形法、多層トランスファー成形法、多層押出成形法、多層射出成形法、ダブリング法などの方法により成形と同時に積層する方法があげられる。この方法では、未加硫成形体であるゴム層(A)とフッ素樹脂層(B)とを同時に積層できるため、ゴム層(A)とフッ素樹脂層(B)とを密着させる工程が特に必要ではなく、また、後の加硫工程において強固な接着を得るのに好適である。
本発明の積層体は、未加硫のゴム層(A)とフッ素樹脂層(B)との積層体であってもよいが、さらにこの未加硫積層体を加硫することにより、強固な層間接着力が得られる。
すなわち本発明は、本発明の未加硫積層体を加硫処理して得られ、未加硫のゴム層(A)を加硫したゴム層(A1)とフッ素樹脂層(B)が加硫接着されている加硫積層体にも関する。
加硫処理は、従来公知の加硫用ゴム組成物の加硫方法と条件が採用できる。たとえば、未加硫積層体を長時間加硫する方法、未加硫積層体を比較的単時間で前処理としての熱処理をし(加硫も生じている)、ついで長時間かけて加硫を行う方法がある。これらのうち、未加硫積層体を比較的単時間で前処理としての熱処理をし、ついで長時間かけて加硫を行う方法が、前処理でゴム層(A)とフッ素樹脂層(B)との密着性が容易に得られ、また、前処理で既にゴム層(A)が加硫しており形状が安定化しているので、その後の加硫における積層体の保持方法をさまざまに選択することができるので好適である。
加硫処理の条件は特に制限されるものではなく、通常の条件で行うことができるが、130~260℃で、10分~80時間、スチーム、プレス、オーブン、エアーバス、赤外線、マイクロウェーブ、被鉛加硫などを用いて処理を行うことが好ましい。より好ましくは、160~230℃で、20~80時間かけて行う。
前処理の加熱条件も特に制限されないが、100~170℃で、30秒~1時間、スチーム、プレス、オーブン、エアーバス、赤外線、マイクロウェーブ、被鉛加硫などを用いて処理を行うことが好ましい。
得られる加硫積層体では加硫ゴム層(A1)とフッ素樹脂層(B)が加硫接着しており、強固な層間接着力が生じている。
本発明の積層体(未加硫積層体および加硫積層体)は、ゴム層(A、A1。以下、ゴム層(A)を代表として説明するが、下記積層体の構造において、ゴム層(A)に代えて加硫ゴム層(A1)を用いてもよい。)とフッ素樹脂層(B)の2層構造でもよいし、(A)-(B)-(A)または(B)-(A)-(B)といった3層構造でもよい。さらに、ゴム層(A)およびフッ素樹脂層(B)以外のポリマー層(C)が接着された3層以上の多層構造であってもよい。
ポリマー層(C)としては、ゴム層(A)以外のゴム層(C1)、フッ素樹脂層(B)以外の樹脂層(C2)、さらには繊維補強層などでもよい。また、ポリマー層(C)を介して、ゴム層(A)および/またはフッ素樹脂層(B)をさらに積層させてもよい。
ゴム層(C1)の材料としては、フッ素樹脂層(B)と直接接着されているゴム層(A)として使用したゴム以外のゴムがあげられ、フッ素ゴムでも非フッ素ゴムでもよい。具体例は、未加硫ゴム(a1)の例としてあげたものが例示できる。
なお、ゴム層(C1)を形成する未加硫ゴム組成物中にも、加硫剤(a5)や、その他の配合剤を配合してもよい。
樹脂層(C2)の材料としては、フッ素樹脂(フッ素ポリマー(b1)を除く)、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアラミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン樹脂(ABS)、セルロース系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂(PES)、ポリエーテルイミド樹脂などの機械的強度に優れた樹脂や、エチレン/ビニルアルコール共重合体からなる樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリブチレンナフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリフタルアミド(PPA)などの燃料や気体の透過性が低い樹脂(以下、低透過性樹脂ということもある)があげられる。なかでも成形性、接着性が良好な点からポリアミド樹脂が好ましい。積層体として加硫処理に供される場合は、樹脂の融点が熱処理の温度よりも高いことが望ましい。
つぎに本発明の積層体の層構造について説明する。
(1)ゴム層(A)-フッ素樹脂層(B)の2層構造
基本構造であり、上述したとおり、従来、フッ素樹脂層(B)とゴム層(A)を積層させるには、層間(フッ素樹脂層-ゴム層)の接着が不充分なため、樹脂側において表面処理を施したり、別途接着剤を層間に塗布したり、テープ状のフィルムを巻き付けて固定したりなどと工程が複雑になりがちであったが、そのような複雑な工程を組まずに、加硫することにより加硫接着が起こり化学的に強固な接着が得られる。
(2)ゴム層-フッ素樹脂層(B)-ゴム層の3層構造
(A)-(B)-(A)および(A)-(B)-(C1)がある。シール性が要求される場合、たとえば燃料配管などの接合部は、シール性保持のためにゴム層を両側に配置することが望ましい。内外層のゴム層は同じ種類であっても、違う種類であっても良い。
また、燃料配管を(A)-(B)-(C1)型構造とし、ゴム層(A)として非フッ素ゴム層を、ゴム層(C1)としてフッ素ゴム層を設け、フッ素ゴム層(C1)を配管の内層にすることにより、耐薬品性、燃料低透過性が向上する。
(3)樹脂層-ゴム層(A)-樹脂層の3層構造
(B)-(A)-(B)および(B)-(A)-(C2)がある。
内外層のゴム層は同じ種類であっても、違う種類であっても良い。
樹脂層を両側に配置することで形状が安定する。また、耐薬品性が重視される場合に好適である。さらにそれぞれの側に別の機械特性を要求されるような場合は、(B)-(A)-(C2)型であってもよい。
(4)樹脂層(C2)-フッ素樹脂層(B)-ゴム層(A)の3層構造
(5)フッ素樹脂層(B)-ゴム層(A)-ゴム層(C1)の3層構造
(6)4層構造以上
(2)~(5)の3層構造に加えて、さらに任意のゴム層(A)または(C1)、樹脂層(B)または(C2)を目的に応じて積層してもよい。また、金属箔などの層を設けてもよいし、ゴム層(A)とフッ素樹脂層(B)との層間以外には接着剤層を介在させてもよい。
またさらに、ポリマー層(C)と積層してライニング体とすることもできる。
なお、各層の厚さ、形状などは、使用目的、使用形態などによって適宜選定すればよい。
本発明の積層体、特に加硫積層体は、燃料低透過性に優れるほか、耐熱性・耐油性・耐燃料油性・耐LLC性・耐スチーム性に優れており、また、苛酷な条件下での使用に充分耐えうるものであり、各種の用途に使用可能である。
たとえば、自動車用エンジンのエンジン本体、主運動系、動弁系、潤滑・冷却系、燃料系、吸気・排気系など、駆動系のトランスミッション系など、シャーシのステアリング系、ブレーキ系など、電装品の基本電装部品、制御系電装部品、装備電装部品などの、耐熱性・耐油性・耐燃料油性・耐LLC性・耐スチーム性が要求されるガスケットや非接触型および接触型のパッキン類(セルフシールパッキン、ピストンリング、割リング形パッキン、メカニカルシール、オイルシールなど)などのシール、ベローズ、ダイヤフラム、ホース、チューブ、電線などとして好適な特性を備えている。
具体的には、以下に列記する用途に使用可能である。
エンジン本体の、シリンダーヘッドガスケット、シリンダーヘッドカバーガスケット、オイルパンパッキン、一般ガスケットなどのガスケット、O-リング、パッキン、タイミングベルトカバーガスケットなどのシール、コントロールホースなどのホース、エンジンマウントの防振ゴム、水素貯蔵システム内の高圧弁用シール材など。
主運動系の、クランクシャフトシール、カムシャフトシールなどのシャフトシールなど。
動弁系の、エンジンバルブのバルブステムシールなど。
潤滑・冷却系の、エンジンオイルクーラーのエンジンオイルクーラーホース、オイルリターンホース、シールガスケットなどや、ラジエータ周辺のウォーターホース、バキュームポンプのバキュームポンプオイルホースなど。
燃料系の、燃料ポンプのオイルシール、ダイヤフラム、バルブなど、フィラー(ネック)ホース、燃料供給ホース、燃料リターンホース、ベーパー(エバポ)ホースなどの燃料ホース、燃料タンクのインタンクホース、フィラーシール、タンクパッキン、インタンクフューエルポンプマウントなど、燃料配管チューブのチューブ本体やコネクターO-リングなど、燃料噴射装置のインジェクタークッションリング、インジェクターシールリング、インジェクターO-リング、プレッシャーレギュレーターダイヤフラム、チェックバルブ類など、キャブレターのニードルバルブ花弁、加速ポンプピストン、フランジガスケット、コントロールホースなど、複合空気制御装置(CAC)のバルブシート、ダイヤフラムなど。
吸気・排気系の、マニホールドの吸気マニホールドパッキン、排気マニホールドパッキンなど、EGR(排気際循環)のダイヤフラム、コントロールホース、エミッションコントロールホースなど、BPTのダイヤフラムなど、ABバルブのアフターバーン防止バルブシートなど、スロットルのスロットルボディパッキン、ターボチャージャーのターボオイルホース(供給)、ターボオイルホース(リターン)、ターボエアホース、インタークーラーホース、タービンシャフトシールなど。
トランスミッション系の、トランスミッション関連のベアリングシール、オイルシール、O-リング、パッキン、トルコンホースなど、ATのミッションオイルホース、ATFホース、O-リング、パッキン類など。
ステアリング系の、パワーステアリングオイルホースなど。
ブレーキ系の、オイルシール、O-リング、パッキン、ブレーキオイルホースなど、マスターバックの大気弁、真空弁、ダイヤフラムなど、マスターシリンダーのピストンカップ(ゴムカップ)など、キャリパーシール、ブーツ類など。
基本電装品の、電線(ハーネス)の絶縁体やシースなど、ハーネス外装部品のチューブなど。
制御系電装品の、各種センサー線の被覆材料など。
装備電装品の、カーエアコンのO-リング、パッキン、クーラーホース、外装品のワイパーブレードなど。
また自動車用以外では、たとえば、船舶、航空機などの輸送機関における耐油、耐薬品、耐熱、耐スチーム、あるいは耐候用のパッキン、O-リング、ホース、その他のシール材、ダイヤフラム、バルブに、また化学プラントにおける同様のパッキン、O-リング、シール材、ダイヤフラム、バルブ、ホース、ロール、チューブ、耐薬品用コーティング、ライニングに、食品プラント機器および食品機器(家庭用品を含む)における同様のパッキン、O-リング、ホース、シール材、ベルト、ダイヤフラム、バルブ、ロール、チューブに、原子力プラント機器における同様のパッキン、O-リング、ホース、シール材、ダイヤフラム、バルブ、チューブに、一般工業部品における同様のパッキン、O-リング、ホース、シール材、ダイヤフラム、バルブ、ロール、チューブ、ライニング、マンドレル、電線、フレキシブルジョイント、ベルト、ゴム板、ウエザーストリップ、PPC複写機のロールブレードなどへの用途に好適である。たとえば、PTFEダイヤフラムのバックアップゴム材は滑り性が悪いため、使用している間にすり減ったり、破れたりする問題があったが、本発明の積層体を用いることにより、この問題を改善でき、好適に使用できる。
また、食品ゴムシール材用途においては、従来ゴムシール材において着香性やゴムの欠片などが食品中に混入するトラブルがあるが、本発明の積層体を用いることにより、この問題を改善でき、好適に使用できる。医薬・ケミカル用途のゴムシール材溶剤を使用する配管のシール材としてゴム材料は溶剤に膨潤する問題があるが、本発明の積層体を用いることにより、樹脂を被覆する事で改善される。一般工業分野では、ゴム材料の強度、すべり性、耐薬品性、透過性を改善する目的において、たとえば、ゴムロール、O-リング、パッキン、シール材等に好適に用いることができる。特に、リチウムイオン電池のパッキン用途には耐薬品性とシールの両方を同時に維持できることから好適に使用できる。その他、低摩擦による摺動性が要求される用途においては、好適に使用できる。
本発明における前記積層体からなる燃料配管は通常の方法によって製造することができ、特に制限されることはない。また、本発明の燃料配管には、コルゲートチューブも含まれる。
これらの中でも、特に前記積層体からなる燃料配管は、耐熱性、燃料低透過性の点で好ましい。
つぎに本発明を実施例をあげて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
以下、実施例および比較例において使用するフッ素樹脂およびその測定方法について記載する。
(1)ポリマーの組成
19F-NMR分析により測定した。
(2)融点
セイコー型DSC装置を用い、10℃/minの速度で昇温したときの融解ピークを記録し、極大値に対応する温度を融点とした。
(3)MFR(Melt Flow Rate)
メルトインデクサー(東洋精機製作所(株)製)を用い、297℃、5kg加重下で直径2mm、長さ8mmのノズルから単位時間(10分間)に流出するポリマーの重量(g)を測定した。
以下、実施例および比較例中の各フッ素樹脂シートは、下記表1に示すものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
(加硫用ゴム組成物の調製)
下記表2に示す材料を、8インチオープンロールを用いて混練することにより、約3mmの厚みの加硫用ゴム組成物Aからなるシート(ゴム層A)及び加硫用ゴム組成物Bからなるシート(ゴム層B)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
(実施例1~4及び比較例1~8)
上記で得られた厚さ約3mmの加硫用ゴム組成物シートと、表1に示す厚みのフッ素樹脂シートを重ね合わせ、片方の端部に幅約10~15mmのフッ素樹脂フィルム(厚さ10μm、ダイキン工業(株)製 商品名 ポリフロンPTFE M731スカイブフィルム)を両シートの間に挟んだ後、得られるシートが厚み2mmになるよう金属製スペーサーを入れた金型に挿入し、160℃で45分間プレスすることにより、シート状の積層体を得た。得られた積層体を幅10mm×長さ40mm×3セットの短冊状に切断し、フッ素樹脂シートを剥がして掴みしろとした試験片を作製した。この試験片について、オートグラフ((株)島津製作所製 AGS-J 5kN)を使用して、JIS-K-6256(架橋ゴムの接着試験方法)に記載の方法に準拠し、25℃において50mm/minの引張速度で剥離試験を行い、接着強度を測定し、得られたN=3のデータの平均値を算出し、接着強度とした。また、剥離モードを観測し、以下の基準で評価した。結果を表3に示す。
(接着評価)
○…積層体の界面で加硫用ゴム組成物あるいはフッ素樹脂が材料破壊し、界面で剥離するのが不可能であった。
×…積層体の界面で比較的容易に剥離した。
実施例5
(フッ素ゴム含有フッ素樹脂シート(フッ素樹脂シート(7))の調製)
フッ素ポリマー(I)(TFE/Et/パーフルオロ(1,1,5-トリヒドロ-1-ペンテン)=64.6/33.0/2.4)とフッ素ゴムフルコンパウンド(フッ素ゴムプレコンパウンド100質量部とMgO 3質量部を、8インチロール2本を備えた練りロール機を用いて通常の方法で25~70℃で混練りしたもの。フッ素ゴムプレコンパウンドはポリオール架橋可能な3元フッ素ゴム(VdF/TFE/HFP=50/20/30モル%)100質量部、GP21(ビスフェノールAFとBTPPCの溶融混合物(質量比2対1))3質量部を加圧型ニーダーを100℃で混練りしたもの)をラボプラストミル((株)東洋精機製作所製)を用いて混練した。混練するフッ素ポリマー(I)とフッ素ゴムフルコンパウンドは、それらの合計体積が、ラボプラストミルの混練部全容積の77体積%となるように全量を調整し、ラボプラストミルの温度は、組成物に用いたフッ素ポリマー(I)の融点(220℃)より40℃高い温度(260℃)に設定した。ラボプラストミルの温度が安定した後、フッ素ポリマー(I)とフッ素ゴムフルコンパウンドとを質量比70/30で添加し、添加後即、撹拌数を80rpmに上昇させた。トルクが最大の値を示した時点(キュラストII型のT90に対応する)から、10分後まで撹拌し、フッ素ポリマー(I)とフッ素ゴムフルコンパウンド動的架橋組成物を得た。また、ヒートプレスによりこの組成物の0.5mm厚シート(フッ素ゴム含有フッ素樹脂シート(7))を作製した。
得られたフッ素樹脂シート(7)と、厚さ約3mmの加硫用ゴム組成物シートとを重ね合わせ、実施例1と同じ方法で、シート状の積層体を得た。また、得られた積層体を用いて、実施例1と同じ方法で試験片を作製した。この試験片を用いて、実施例1と同じ方法で、接着強度を測定し、接着評価を行った。結果を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
本発明の積層体、特に加硫積層体は、ゴム層と、耐熱性に優れたフッ素樹脂層と、が強固に接着し、耐薬品性にも優れるほか、耐熱性・耐油性・耐燃料油性・耐LLC性・耐スチーム性に優れており、自動車用エンジンのエンジン本体、主運動系、動弁系、潤滑・冷却系、燃料系、吸気・排気系など、駆動系のトランスミッション系など、シャーシのステアリング系、ブレーキ系など、電装品の基本電装部品、制御系電装部品、装備電装部品などの、耐熱性・耐油性・耐燃料油性・耐LLC性・耐スチーム性が要求されるガスケットや非接触型および接触型のパッキン類(セルフシールパッキン、ピストンリング、割リング形パッキン、メカニカルシール、オイルシールなど)などのシール、ベローズ、ダイヤフラム、ホース、チューブ、電線等に使用可能である。

Claims (11)

  1. ゴム層(A)と、ゴム層(A)上に積層されたフッ素樹脂層(B)と、を備える積層体であって、
    ゴム層(A)は、加硫用ゴム組成物から形成される層であり、
    加硫用ゴム組成物は、未加硫ゴム(a1)、
    1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7塩、1,5-ジアザビシクロ(4.3.0)-ノネン-5塩、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7、及び、1,5-ジアザビシクロ(4.3.0)-ノネン-5からなる群より選択される少なくとも1種の化合物(a2)、
    酸化マグネシウム(a3)、並びに、
    シリカ(a4)を含有し、
    化合物(a2)は、未加硫ゴム(a1)100質量部に対して1.0質量部を超え、5.0質量部以下であり、
    フッ素樹脂層(B)は、フッ素ポリマー組成物から形成される層であり、
    フッ素ポリマー組成物は、エチレン及びテトラフルオロエチレンに由来する重合単位を有するフッ素ポリマー(b1)を含有し、
    フッ素ポリマー(b1)は、テトラフルオロエチレンに由来する重合単位が全重合単位に対して60モル%以上であり、かつ融点が200℃以上である
    ことを特徴とする積層体。
  2. 加硫用ゴム組成物は、更に、
    硫黄加硫系加硫剤及びパーオキサイド加硫系加硫剤からなる群より選択される少なくとも1種の加硫剤(a5)を含有する請求項1記載の積層体。
  3. 加硫用ゴム組成物は、更に、
    カルバミン酸金属塩及びチアゾール系金属塩からなる群より選択される少なくとも1種の金属塩(a6)を含有する請求項1又は2記載の積層体。
  4. 未加硫ゴム(a1)は、非フッ素ゴムである請求項1、2又は3記載の積層体。
  5. 未加硫ゴム(a1)は、アクリロニトリル-ブタジエンゴムである請求項1、2、3又は4記載の積層体。
  6. 化合物(a2)は、
    1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7、1,8-ベンジル-1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)-7-ウンデセニウムクロライド、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7のナフトエ酸塩、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7のフェノール塩、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7のオルトフタル酸塩、及び、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7のギ酸塩からなる群より選択される少なくとも1種の化合物
    である請求項1、2、3、4又は5記載の積層体。
  7. フッ素ポリマー(b1)は、エチレン、テトラフルオロエチレン及び含フッ素ビニルモノマー(e)に由来する重合単位を有する共重合体であり、
    含フッ素ビニルモノマー(e)は、下記式(5):
    CH=CF-(CF-X     (5)
    (式中、XはH又はFである。nは、1~10の整数である。)で表される単量体であり、
    エチレン及びテトラフルオロエチレンに由来する重合単位が全重合単位に対して合計で90~99.9モル%である
    請求項1、2、3、4、5又は6記載の積層体。
  8. フッ素樹脂層(B)の両側にゴム層(A)が積層されている請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の積層体。
  9. ゴム層(A)の両側にフッ素樹脂層(B)が積層されている請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の積層体。
  10. 更に、ゴム層(A)上又はフッ素樹脂層(B)上に、ゴム層(A)及びフッ素樹脂層(B)以外のポリマー層(C)を含む請求項1、2、3、4、5、6、7、8又は9記載の積層体。
  11. 請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9又は10記載の積層体を加硫処理して得られ、ゴム層(A)が加硫したゴム層(A1)とフッ素樹脂層(B)とが加硫接着されていることを特徴とする積層体。
     
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