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技術 コーティング剤水性分散液

出願人 NOK株式会社
発明者 東良敏弘
出願日 2015年10月1日 (4年4ヶ月経過) 出願番号 2016-552163
公開日 2017年7月13日 (2年7ヶ月経過) 公開番号 WO2016-052702
状態 不明
技術分野
  • -
主要キーワード ゴム製シール材 溶着効果 非粘着特性 非粘着性コーティング マンドル 水性コーティング剤組成物 ヘリウムリークディテクタ PTFEパウダー
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この項目の情報は公開日時点(2017年7月13日)のものです。
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課題・解決手段

固形分として、PTFE 20〜80重量%、好ましくは29〜70重量%、アクリル樹脂10〜50重量%、好ましくは14〜36重量%およびエチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂10〜50重量%、好ましくは20〜45重量%を含有してなるコーティング剤水性分散液。本発明に係るコーティング剤水性分散液は、ゴム製シール材等の表面処理剤として用いられたとき、シール相手材への粘着低減、ゴム材表面から出るブルームの抑制がみられ、柔軟性とも相まって、ゴム材とコーティング剤との接着性バランスにすぐれている。

概要

背景

ゴム製シール材表面処理剤として用いられるコーティング剤水性分散液としては、種々のものが用いられている。例えば、特許文献1には、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン樹脂)粒子ポリオキシアルキレンアルキルエーテル系化合物とを含み、造膜改良剤としてアクリル樹脂界面活性剤等を含み得るPTFE水性分散液組成物が記載されている。この組成物は、クラック限界膜厚が極めて大きく、1回の含浸または塗装によっても厚膜化が可能であるとされているが、後記各種試験の内柔軟性評価接着性評価などは満足させるものの、加湿試験による接着性低下評価を満足させない。

特許文献2には、微粒子パーフルオロカーボン重合体雲母または金属フレーク、(メタ)アクリル系重合体および液体担体からなるコーティング組成物が記載されている。これは、主としてPTFE被覆調理器具に用いられており、後記各種試験の内接着性評価は満足させるものの、柔軟性評価や加湿試験による接着性低下評価を満足させない。

特許文献3には、エチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂エマルジョンおよび粒径の異なるPTFEパウダー2種以上からなる水性コーティング剤組成物が記載されている。この組成物は、塗膜密着性、作業性、耐熱性耐薬品性にすぐれているとされており、後記各種試験の内柔軟性評価、加湿試験による接着性低下評価は満足させるものの、接着性評価を満足させない。

特許文献4には、フルオロポリマーアクリルポリマーおよびポリオールまたはジオールを有する非粘着性コーティングが記載されている。また、特許文献5には、フッ素樹脂粒子ディスパージョンおよび解重合性アクリル樹脂粒子エマルジョンからなるフッ素樹脂コーティング用水性分散組成物が記載されている。

しかしながら、これらの組成物は300℃以上で焼成させるため、フッ素ゴムシリコーンゴムではゴム劣化がみられ、NBR等の耐熱性の低いゴム材料では著しく劣化し、シール部品に適用することができない。

概要

固形分として、PTFE 20〜80重量%、好ましくは29〜70重量%、アクリル樹脂10〜50重量%、好ましくは14〜36重量%およびエチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂10〜50重量%、好ましくは20〜45重量%を含有してなるコーティング剤水性分散液。本発明に係るコーティング剤水性分散液は、ゴム製シール材等の表面処理剤として用いられたとき、シール相手材への粘着低減、ゴム材表面から出るブルームの抑制がみられ、柔軟性とも相まって、ゴム材とコーティング剤との接着性のバランスにすぐれている。

目的

本発明の目的は、ゴム製シール材等に用いられたとき、それに要求された各種特性を満足させるコーティング剤水性分散液を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
- 件
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請求項1

固形分として、PTFE 20〜80重量%、アクリル樹脂10〜50重量%およびエチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂10〜50重量%を含有してなるコーティング剤水性分散液

請求項2

固形分として、PTFE 29〜70重量%、アクリル樹脂15〜40重量%およびエチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂14〜36重量%を含有してなる請求項1記載のコーティング剤水性分散液。

請求項3

PTFE水性分散液、アクリル樹脂水性分散液およびエチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂水性分散液の混合物からなる請求項1または2記載のコーティング剤水性分散液。

請求項4

平均粒子径200〜500nmのPTFE水性分散液が用いられた請求項3記載のコーティング剤水性分散液。

請求項5

ゴム製シール材表面処理剤として用いられる請求項1または2記載のコーティング剤水性分散液。

請求項6

請求項5記載のコーティング剤水性分散液で表面処理されたゴム製シール材。

請求項7

NBR製シール材である請求項6記載のゴム製シール材。

技術分野

0001

本発明は、コーティング剤水性分散液に関する。さらに詳しくは、ゴム製シール材表面処理剤等として有効に用いられるコーティング剤水性分散液に関する。

背景技術

0002

ゴム製シール材の表面処理剤として用いられるコーティング剤水性分散液としては、種々のものが用いられている。例えば、特許文献1には、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン樹脂)粒子ポリオキシアルキレンアルキルエーテル系化合物とを含み、造膜改良剤としてアクリル樹脂界面活性剤等を含み得るPTFE水性分散液組成物が記載されている。この組成物は、クラック限界膜厚が極めて大きく、1回の含浸または塗装によっても厚膜化が可能であるとされているが、後記各種試験の内柔軟性評価接着性評価などは満足させるものの、加湿試験による接着性低下評価を満足させない。

0003

特許文献2には、微粒子パーフルオロカーボン重合体雲母または金属フレーク、(メタ)アクリル系重合体および液体担体からなるコーティング組成物が記載されている。これは、主としてPTFE被覆調理器具に用いられており、後記各種試験の内接着性評価は満足させるものの、柔軟性評価や加湿試験による接着性低下評価を満足させない。

0004

特許文献3には、エチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂エマルジョンおよび粒径の異なるPTFEパウダー2種以上からなる水性コーティング剤組成物が記載されている。この組成物は、塗膜密着性、作業性、耐熱性耐薬品性にすぐれているとされており、後記各種試験の内柔軟性評価、加湿試験による接着性低下評価は満足させるものの、接着性評価を満足させない。

0006

しかしながら、これらの組成物は300℃以上で焼成させるため、フッ素ゴムシリコーンゴムではゴム劣化がみられ、NBR等の耐熱性の低いゴム材料では著しく劣化し、シール部品に適用することができない。

0007

特開2006−117900号公報
特開昭48−68559号公報
特開2010−106222号公報
特表2006−511674号公報
特開2007−191709号公報
特開昭61−171776号公報
特開平02−138380号公報
特開昭60−226509号公報
特開昭61−69880号公報

先行技術

0008

J. Applied Polymer Science 第17巻 第3253〜7頁 (1973)

発明が解決しようとする課題

0009

本発明の目的は、ゴム製シール材等に用いられたとき、それに要求された各種特性を満足させるコーティング剤水性分散液を提供することにある。

課題を解決するための手段

0010

かかる本発明の目的は、固形分として、PTFE 20〜80重量%、アクリル樹脂10〜50重量%およびエチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂10〜50重量%を含有してなるコーティング剤水性分散液によって達成される。

発明の効果

0011

PTFE粒子バインダーとしてアクリル樹脂およびエチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂の両者を添加することにより、加熱処理によるアクリル樹脂の熱硬化とエチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂の溶融によるゴムへの溶着効果とが得られ、また加熱処理は約180℃以下で短時間の処理で行うことができるのでゴムを劣化させない。

0012

これら両者を添加することにより、シール相手材への粘着低減、ゴム材表面から出るブルームの抑制がみられ、柔軟性とも相まって、ゴム材とコーティング剤との接着性のバランスにすぐれている。界面活性剤やオイルを添加すれば粘着性を低減できるが、ゴム材との接着性の低下が避けられず、一方本発明にあっては、かかる低分子分を添加しないため、ゴムとの接着性も良好である。

0013

本発明のコーティング剤水性分散液は、Oリングオイルシールガスケットダイアフラムバルブ等の各種ゴム製シール材に有効に適用されるが、これら以外にも各種ゴム部品粘着防止低摩擦化摩耗防止などに適用される。

0014

本発明のコーティング剤水性分散液は、固形分として、PTFE 20〜80重量%、好ましくは29〜70重量%、アクリル樹脂10〜50重量%、好ましくは15〜40重量%、エチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂10〜50重量%、好ましくは14〜36重量%を含有してなり、その合計量は100重量%である。このコーティング剤水性分散液は、これら3成分を同時に分散させて水性分散液とすることができるが、好ましくはいずれも市販品のPTFE水性分散液、アクリル樹脂水性分散液およびエチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂水性分散液の混合物として調製される。

0015

PTFE水性分散液は、低摩擦化、シール相手材への粘着性低減、柔軟性の低下、ゴム材表面から出るブルームの抑制、コーティング中の接触による粘着のし難さなどの目的で用いられる。これらは、PTFEが微粒子状であり、PTFEの非粘着性低摩擦特性のために発現する性質であり、またPTFEは分子量が大きく、粒子が小さいため、ゴム材表面からのブルームの遮蔽遅延化を達成させる。

0016

PTFEとしては、テトラフルオロエチレン単独重合体のみならず、これに少量のパーフルオロビニルエーテルヘキサフルオロプロピレン、エチレン等を共重合させたものも含まれ、それの数平均分子量Mnが2×104〜1×107であることが好ましく、2×105〜8×106であることが特に好ましい。Mnがこれより小さいとコーティング膜が脆くなる傾向があり、これより大きいと溶融粘度が高すぎて、粒子同士が融着し難くなる傾向がみられる。Mnは、非特許文献1記載の方法により求めることができる。

0017

また、PTFE水性分散液の平均粒子径は、約200〜500nmであることが好ましい。特に好ましくは、約200〜400nmであり、約200nmより小さいと粒子同士が凝集し易くなり塗布面にザラツキが生じ、約500nmより大きいと粒子が沈降し易くなり、水性分散液組成物の安定性が低下する。全固形分中のPTFEの割合が約20重量%より少ないと、摩擦係数が高くなり、粘着し易くなる。また、ゴム材表面からのブルームを遮蔽することができなくなる。一方、約80重量%より多いと、ゴムとの接着性や柔軟性が低下するようになる。さらに、コーティング膜表面にPTFE粒子の凝集塊が発生し、表面粗さを大きくし、シール性が悪化するばかりではなく、その凝集塊が脱落し、汚染物となる。

0018

アクリル樹脂水性分散液は、低摩擦化、シール相手材への粘着性低減、柔軟性低減、ゴム材表面から出るブルームの抑制などの目的で用いられ、熱で硬化する。

0019

アクリル樹脂としては、一般式CH2=CRCOOR´(R:水素原子またはメチル基、好ましくはメチル基、R´:C1〜C16、好ましくはC2〜C12の直鎖状または分岐状アルキル基)で表される(メタ)アクリル酸アルキルエステルの単独重合体または共重合体であって、その単独重合体のガラス転移温度Tgが-20℃以下であるものが用いられる。このTgが低い程粘着性がなくなり、硬くなって、低摩擦となる。逆に、Tgが高いと強度が下がり、粘着があって、摩擦係数が高くなる。

0020

前記一般式で表される(メタ)アクリル酸アルキルエステル、好ましくはメタクリル酸アルキルエステルとしては、メチルエチルプロピルブチルイソブチルペンチル、ジメチルプロピルn-ヘキシルn-オクチルイソオクチル、2-エチルヘキシル、イソノニルn-デシル、n-ドデシル等の炭素数1〜16、好ましくは2〜12のアルキル基を有するものが一般に用いられる。

0021

アクリル樹脂水性分散液としては、例えば特許文献6〜7に記載される如きものが用いられるが、これらに限定されるものではない。全固形分中のアクリル樹脂の割合が約10重量%より少ないと、摩擦係数が高くなり、また粘着し易くなる。一方、50重量%より多く用いられると、ゴムとの接着性や柔軟性が悪化する。

0022

前述の通りPTFEの割合が高いと、コーティング表面にPTFEの凝集塊が発生し、表面粗さが大きくなり、シール性が悪化し、その凝集塊が脱落し、汚染物となり、PTFEを少なくすると非粘着特性、低摩擦特性が損なわれるようになるが、PTFEの一部に代えてアクリル樹脂を配合することにより、このようなPTFEの問題点を克服することができる。

0023

エチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂水性分散液としては、例えば特許文献8〜9に記載される如きものが用いられるが、これらに限定されるものではない。エチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂は、粘着性があり、柔らかいため、摩擦係数を上昇させ、シール相手材への粘着性を増大させるが、柔軟性を向上させ、ゴムとの接着性を向上させる。

0024

エチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂が全固形分中10重量%より少なく用いられると、柔軟性やゴムとの接着性を低下させる。一方、50重量%より多く用いられると、摩擦係数が高くなり、粘着し易くなるばかりではなく、コーティング時に基材同士が接触した場合にも粘着し易くなる。

0025

以上の3種類の水性分散液の混合物を含んでなるコーティング剤のコーティング方法は、特に限定されないが、例えばディッピング法スプレー法ロールコート法ドクターブレード法クローコート法などによって行われる。コーティング後の乾燥は、室温乃至約100℃で約5〜20分間程度行われ、それの焼成は用いられるゴムの種類に応じて、PTFEの溶融温度よりも低い約120〜230℃、好ましくは約180℃以下で約5〜120分間程度行われ、そこに膜厚約5〜10μmのコーティング被膜を形成させる。

0026

シール材を構成するゴムとしては、耐熱性の低いNBRのみならず、水素化NBR、アクリルゴム、フッ素ゴム等が用いられ、本発明のコーティング剤水性分散液は、これらのゴム製シール材に有効に適用される。

0027

次に、実施例について本発明を説明する。

0028

実施例1
下記配合のNBR組成物を180℃、6分間のプレス加硫を行い、
NBR(JSR製品JSR N220S) 100重量部
カーボンブラック(新日化カーボン製品HTC#S-S) 40 〃
亜鉛華(正同化工業製品亜鉛華3号) 5 〃
ステアリン酸(ミヨシ油脂製品) 3 〃
老化防止剤(精工化学製品サンタイトR) 4 〃
老化防止剤(大内新興化学工業製品老防6C) 3 〃
可塑剤(ADEKA製品RS-107) 15 〃
硫黄(細井化学工業製品) 1.2 〃
加硫促進剤(大内新興化学工業製品ノクセラーTT) 2 〃
加硫促進剤(大内新興化学工業製品ノクセラーCZ) 2.5 〃
厚さ2mmのシートまたはOリングを成形した後、メチルエチルケトンキムワイプに付けて表面をふき取り、そこにコーティング剤をスプレーを用いて5〜10μmの膜厚で塗布し、140℃で30分間加熱処理した。

0029

コーティング剤としては、PTFE水性分散液(ダイキン製品ポリフロンディスパージョンD-1E、固形分濃度61重量%、平均粒子径220nm)52重量部(固形分として59重量%)、アクリル樹脂水性分散液(日本カーバイド製品ニカゾールFX-329、固形分濃度45重量%)23重量部(固形分として19.5重量%)およびエチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂水性分散液(同社製品ニカゾールRX-66E、固形分濃度46重量%)25重量部(固形分として21.7重量%)の混合物が用いられた。

0030

加熱処理シートまたはOリングについて、次の各項目の測定または評価が行われた。
摩擦係数:
ASTMD-1894、JIS K7125、JIS P8147、ISO 8295に準拠して、新東科
製表面性試験機イドン・トライギアを用いて、コーティングし
ゴムシート表面の動摩擦係数を測定
(試験条件)相手材:直径10mmのSUS304鋼球
移動速度:50mm/分
荷重:0.49N
振幅:50mm
屈曲試験によるコーティング剤の柔軟性評価:
コーティングしたゴムシートを直径6mmのマンドル屈曲させ、その
屈曲部粘着テープを粘着させ、コーティング剤が剥離するか否かを
評価
(評価) ○:屈曲部のコーティング剤の剥れテープへの転写
なし
×:屈曲部のコーティング剤の剥れ、テープへの転写
あり
粘着試験による接着性評価:
コーティングしたゴムシートを直径13mmの円盤状に打ち抜き、
相手材:SUS430
圧縮率:33.3%
で2枚の相手材で挟み、80℃で60分間加熱し、その後室温条件下で
1時間静置した後圧縮型から解放し、コーティング剤のSUS430相手材
への粘着による、コーティング剤の転写状態を評価
(評価) ○:コーティング剤の転写がない
△:コーティング剤の一部が転写
×:離型後コーティング剤が相手材の圧縮面全面に転

加湿試験によるゴムからのブルームによるゴムとの接着性低下評価:
コーティングしたゴムシートについて、50℃、90%RH、15時間の加熱
試験を行い、テープ剥離試験を5回くり返し行い、加湿試験でゴムか
らのブルームにより、コーティング剤の剥れが発生するか否かを評価
(評価) ○:剥れがない
△:テープ剥離試験5回迄に剥離試験ごとに少しずつ
剥れる
×:1回のテープ剥離試験で剥れる
ブリーディング評価:
コーティングしたゴムシートについて、70℃、30日間の加熱試験を行
い、コーティング表面にゴムからのブルーム成分が析出するか否かを
評価
(評価) ○:表面に固形物の析出が目視では判断できない
×:表面に固形物の析出が目視できる
パーツフィーダによるOリングの搬送特性評価:
コーティング処理したOリング(内径7.8mm、太さ1.9mm径呼び番号
JIS B2401-4種DP8)をパーツフィーダによるOリングの搬送特性評価に
使用した
(評価) ○:コーティング処理をせずに、シリコーンオイル
塗布したものよりも搬送速度が大きい
×:コーティング処理をせずに、シリコーンオイルを
塗布したものと同等の搬送速度
注)コーティング処理をしないゴムにシリコーンオイルを塗布して搬
送すると、シリコーンオイルのベトツキで搬送が遅くなり、また
ブロッキングしたOリングは、パーツフィーダ上に残る
粘着せず、摩擦係数が低い程搬送速度は大きくなる
Oリングのリーク試験
コーティングしたOリング(内径119.6mm、太さ7mm径、呼び番号P120)
を5%圧縮し、ヘリウムリークディテクタを用いて、ヘリウムガス
入3分間後のヘリウム漏れ量を測定
(評価) ○:漏れが少ない
×:漏れが多い

0031

実施例2
実施例1において、PTFE水性分散液量が24重量部(固形分として29.7重量%)、アクリル樹脂水性分散液量が38重量部(固形分として34.8重量%)、エチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂水性分散液量が38重量部(固形分として35.6重量%)にそれぞれ変更された。

0032

実施例3
実施例1において、PTFE水性分散液量が38重量部(固形分として45.25重量%)、アクリル樹脂水性分散液量が45重量部(固形分として39.5重量%)、エチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂水性分散液量が17重量部(固形分として15.25重量%)にそれぞれ変更された。

0033

比較例1
実施例1において、PTFE水性分散液が用いられず、アクリル樹脂水性分散液量が51重量部(固形分として50重量%)、エチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂水性分散液量が49重量部(固形分として50重量%)にそれぞれ変更された。

0034

比較例2
実施例1において、アクリル樹脂水性分散液が用いられず、PTFE水性分散液量が43重量部(固形分として50重量%)、エチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂水性分散液量が57重量部(固形分として50重量%)にそれぞれ変更された。

0035

比較例3
実施例1において、エチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂水性分散液が用いられず、PTFE水性分散液量が42重量部(固形分として49.5重量%)、アクリル樹脂水性分散液量が58重量部(固形分として50.5重量%)にそれぞれ変更された。

0036

比較例4
実施例1において、PTFE水性分散液量が8重量部(固形分として10.4重量%)、アクリル樹脂水性分散液量が41重量部(固形分として39.4重量%)、エチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂水性分散液量が51重量部(固形分として50.1重量%)にそれぞれ変更された。

0037

比較例5
実施例1において、PTFE水性分散液量が87重量部(固形分として90重量%)、アクリル樹脂水性分散液量が7重量部(固形分として5.3重量%)、エチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂水性分散液量が6重量部(固形分として4.6重量%)にそれぞれ変更された。

実施例

0038

以上の各実施例および比較例で得られた測定または評価結果は、次の表に示される。

実施例 比較例
測定・評価項目1 2 3 1 2 3 4 5
摩擦係数0.5 0.7 0.6 >1.5 1.0 0.6 0.9 0.3
柔軟性評価○ ○ ○ ○ ○ × ○ ×
接着性評価○ △ ○ × × × × ○
接着性低下評価 ○ ○ △ ○ ○ × △ ×
ブリーディング評価 ○ ○ ○ × ○ ○ × ○
搬送特性評価 ○ ○ ○ × × ○ × ○
Oリングリーク試験○ ○ ○ ○ ○ × ○ ×

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