JP2006160898A - フッ素ゴム組成物および同組成物からなるシール材 - Google Patents

Abstract

【課題】パーフロロゴム（FFKM）よりも低価格でかつ非着香性に優れ、耐薬品性、耐熱性を有しているフッ素ゴム組成物および同組成物からなるシール材を提供する。
【解決手段】本発明の課題の解決手段であるフッ素ゴム組成物は、フッ素ゴム100重量部と、窒化ホウ素充填剤1〜100重量部とを含有するものである。また、本発明の課題の解決手段であるシール材は、上記のフッ素ゴム組成物を加硫成形してなるものである。
【選択図】 なし

Description

本発明は、フッ素ゴム組成物および同組成物からなるシール材に関するものである。

従来、水道機器や食品加工装置で使用されるシール材の材料としては、EPDMゴム、ブチルゴム(IIR)、水素添加ニトリルゴム(HNBR)、ウレタンゴム(U)、フッ素ゴム(FKM)、シリコーンゴム(VMQ)等が知られている。これらは、Oリング、ガスケット、パッキンなどのシール材に使用されている。

上記した材料のシール材を水道機器や、食品分野の製造加工プラント・装置などに使用する場合には、次のような問題がある。すなわち、各種の飲料の製造工場において、ジュースなどの複数種類の製品は、同じ飲料製造ラインを用いて生産されているため、ある飲料製品を製造した際の果汁成分等のニオイが、シール材に付着し(以下、「着香現象」という。) 、そのシール材を介して、次に製造する飲料製品に移り、その品質を低下させるという問題がある。

上記した着香現象のために、シール材の交換頻度が上がり、メンテナンスコストの増大を引き起こしたり、或いは、上記したニオイの他飲料製品への移りを確実に防止するために別の製造ラインを構築したりすることが必要となり、飲料製品の製造コストが増大する。このため、着香しないシール材が要求されている。

また、食品や飲料製品の加工プラント・装置の大型化や複雑化、ライン化が進むなかで、その消毒や洗浄方法は、装置全体を分解し滅菌洗浄するという従来の方法に代わり、装置、設備の分解をせずに、自動洗浄を可能とするCIP(Cleaning in Place)システムが導入されている。

通常CIPシステムは、NaOHによるアルカリ洗浄プロセス、HNO₃やNaClOによる酸洗浄プロセス、高温スチームによる洗浄プロセス等からなり、こうしたシステムに使用されるシール材は従来以上に過酷な環境に曝されることとなる。このため、従来の上記したような材料では、耐薬品性や耐熱性の点で不十分であり、さらに高い耐熱性、耐薬品性のあるシール材が求められる。

現行、着香現象を防止するシール材としては、フッ素樹脂、ゴムにフッ素樹脂を被覆したパッキン、パーフロロゴム(FFKM)などがある。フッ素樹脂は着香性や耐薬品性には優れるが、クリープを起しやすく長期シール性の確保に問題がある。また、弾力性がないことから、使用できる範囲が限られる。また、ゴムにフッ素樹脂を被覆したパッキンでは、ある程度の弾力性があり、ゴムの弾性によりフッ素樹脂のように大きなクリープも生じないが、被覆したフッ素樹脂が剥離したり、ゴムとフッ素樹脂間に蒸気や液体などが侵入したり、ふくれを起したりするなどの現象が発生することがあり、不向きな一面を持っている。また、パーフロロゴム(FFKM)は、耐熱性、耐薬品性、非着香性に優れたゴムであるが、非常に高価格であり、実際的に使用できない状況である。

なお、本発明に関連する参考文献としては次のような文献がある。
特開平７−２５８４７５号公報

本発明は上記のような実状に鑑みて開発されたものである。その目的とするところは、パーフロロゴム（FFKM）よりも低価格でかつ非着香性に優れ、耐薬品性、耐熱性を有しているフッ素ゴム組成物および同組成物からなるシール材を提供することにある。

本発明は上記の目的を有効に達成するために、次のような構成にしてある。すなわち、本発明のフッ素ゴム組成物は、フッ素ゴム100重量部と、窒化ホウ素充填剤1〜100重量部とを含有する構成である。

また、本発明のシール材は、フッ素ゴム100重量部と、窒化ホウ素充填剤1〜100重量部とを含有するフッ素ゴム組成物を加硫成形してなる構成である。

本発明のフッ素ゴム組成物は、フッ素ゴムにニオイ成分を吸着しにくい窒化ホウ素を充填したものであるので、非着香性を向上させ、パーフロロゴム（FFKM）よりも低価格でかつ非着香性に優れ、耐薬品性を有し、幅広い温度領域(-5〜150℃)で安定性(耐熱、耐低温性)を奏することができる。

また、本発明のシール材では、上記の効果とともに、非着香性を有しているので、ジュースなどの複数種類の製品を、同じ飲料製造ラインを用いて生産した場合でも、先の飲料製品のニオイがシール材を介して、その後に製造する飲料製品に移行するといったことがなく、飲料製品の品質を低下させることがない。

次に本発明について説明すると、本発明のフッ素ゴム組成物は、フッ素ゴム100重量部と、窒化ホウ素充填剤1〜100重量部とを含有するものであり、本発明のシール材は、上記のフッ素ゴム組成物を加硫成形してなるものである。

フッ素ゴムについては、耐熱性、耐薬品性に優れ、着香しにくいと考えられる分子構造を持つため、この開発目的のベースゴムとすることとした。フッ素ゴムは、フッ素濃度が64〜71%程度のものが市販されているが、本発明においては、いずれのものでもよく、用途に応じて適当なものを使用すればよい。

本発明における配合成分の検討
フッ素ゴムの非着香性をさらに向上させる為、充填剤の検討を行った。非着香住を向上させるためには、
（１）ニオイ成分を吸着しても出さない
（２）ニオイ成分を分解する
（３）ゴム表面膜を形成させニオイの吸着を防ぐ
（４）ニオイがゴムに着かないようにする
などの方法が考えられる。

これらの方法を検討したが、
（１)の方法では、CIP洗浄や熱によって吸着したニオイ成分が脱着し思うような効果は得られなかった。
（２)の方法は、ニオイ成分は数十種類におよぶものであり、全てを分解するのは難しいと判断した。
（３)の方法においては、膜がゴムの伸びに追随せずシール材として必要とされる適当な伸びが得られず不向きと判断した。
（４)の方法は、様々な種類の充填剤を検討したが、その中でも窒化ホウ素充填剤は着香性が非常に少なく、CＩPや熱によってもニオイ成分の脱着が少なく総合的に非着香性に対して非常に良好な結果が得られた。

つぎに、本発明のフッ素ゴム組成物を構成する各成分、及びその配合、シール材の成形方法及びその評価試験の方法についてより詳しく説明する。

１)フッ素ゴム
フッ素ゴムは、フッ素濃度が64〜71%程度のものが市販されており、フッ素ゴムの共重合成分からの分類により、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、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、ビニリデンフルオライド−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−プロピレン共重合体などがある。具体的にはダイキン社製のダイエルシリーズ、デュポンダウエラストマー社製のバイトンシリーズ、住友３Ｍ社製のダイネオンフッ素ゴム、ソルベイソレクシス社製のテクノフロンシリーズなどとして入手できる。これらのフッ素ゴムのうち、本発明では特に制限はなく、使用条件や用途に応じて適宜選択すればよい。

また、加硫系も過酸化物加硫、ポリオール加硫、アミン加硫などがあるが、本発明では特に限定はなく、使用条件や用途に応じて適宜選択すればよい。

２）窒化ホウ素充填剤
窒化ホウ素充填剤は、高純度に結晶化させた白色の粉末であり、結晶系が六方晶系で、黒鉛と同様に層状構造の持ったものが好ましい。また、窒化ホウ素充填剤の平均粒径はゴムの補強効果を考える1〜20μmが望ましく、なかでも、補強効果が大きいのは小粒径のものであるので、7μm以下のものが望ましい。なお、窒化ホウ素充填剤としては、具体的には、水島合金社製や昭和電工社製のものがあるが、本発明では特に限定はなく、使用条件や用途に応じて適宜選択すればよい。

窒化ホウ素充填剤は、フッ素ゴム100重量部に対して、窒化ホウ素充填剤1重量部から100部の割合で配合すればよく、なかでも望ましくはフッ素ゴム100部に対して10〜80部、さらに望ましくは20〜60部配合するのがよい。充填剤が20部以下では大きな補強効果が得られず、また、60部を超えると圧縮永久歪が悪くなるとともに伸びが小さくなる。シール材料としては、20〜60部の範囲が物性のバランスがよい。

３)その他の配合成分
各試料の成形用ゴム組成物は、上記の他、下記の表１に示すように加硫成形に必要な加硫剤、共架橋剤など一般的なゴム薬品を配合してもよい。

４)ゴムの配合
全てのゴム配合はミキシングロールを使用して混練りを行った。
使用機器：6インチミキシングロール
下記の表１のベースゴム及び配合薬品を秤量した。その後、ベースゴムをロールに巻きつけ、素練りを5分行った。素練り後、加硫剤及び架橋剤以外の配合薬品（充填剤や加工助剤等）を数回に分けて投入し、数度の切り返しを行い配合薬品が分散するのを確認した(15分)。最後に、加硫剤及び架橋剤を数回に分けて投入し、配合薬品が分散するのを確認した。その後、5回薄通しを行い、ゴムの厚みが、3mmになるようにロール間隔を調整し分出しを行った。

５)シール材の成形方法
下記の表１の成分を含んだフッ素ゴム組成物を3g秤量し、金型内に充填して70tプレス装置にて170℃、20分間、ゲージ圧力15MPaで加熱加圧成形して、寸法(AS-568-214):線径3.53mm、内径24.99mm)のOリングに成形した。

６)評価試験方法
(ａ)硬度試験の方法
JIS K6253に準拠し、JIS3号ダンベルを3枚重ねにして、デュロメー夕ー夕イプA硬さ試験機で測定した。判定基準は、60〜95の範囲にあることとした。

（ｂ）引張強さ及び伸び試験の方法
JIS K6251に準拠し、JIS3号ダンベルを引張試験装置にて規定速度で切断まで引っ張り、引張強さ及び伸びを測定した。判定基準は、引張り強さを10MPa以上、伸びは100%以上とした。

（ｃ）圧縮永久歪試験の方法
JIS K6262に準拠し、φ29×12.5ディスクを一定の圧縮割合(圧縮率25%)で圧縮し規定の温度(200℃)で規定時間（70時間）放置後、ひずみを取り除き規定時間後に試験片の厚さを測定した。判定基準は、40%以下とした。

（ｄ）着香性の評価
着香性の評価は、対象物となる飲料(果汁ジュース)100mlに試料(試料寸法:縦50mm、横20mm、厚さ2mm)を常温で24時間浸せきし、イオン交換水、80℃の水酸化ナトリウム水溶液(3%)、イオン交換水、80℃の硝酸水溶液(3%)、イオン交換水の順番で洗浄し、試料を取り出す。その後、第1段階の評価として被験者5名に試料のニオイをかがせて5段階で着香の度合いを評価した(EPDMを5、フッ素樹脂を0)。

第2段階の評価として、第1段階の試料を100m1のイオン交換水に浸漬し、20分間煮沸する。その後、冷却し室温になってから被験者5名にイオン交換水のニオイをかがせて5段階で着香の度合いを評価した(EPDMを5、フッ素樹脂をO)。これらの点数を平均して総合的に評価を行った。判定基準は、第1段階、第2段階ともに2未満であることとした。

（ｅ）成形性の評価方法
成形性は、シート及びOリングを成形し、その流動性、離型性、成形品の状態から官能的に判断した。評価は、成形性が「良好」、「普通」、「悪い」、の三段階で評価した。判定基準は、成形性が「良好」、「普通」を合格とした。

７)実施例の説明
以下、本発明の効果について、実施例を用いて説明する。なお、各実施例におけるフッ素ゴム、窒化ホウ素充填剤及び他の配合成分の配合割合、並びに各実施例の評価結果は表１にまとめて記載した。

フッ素ゴム（フッ素濃度71%）100重量部に窒化ホウ素充填剤（平均粒径7〜10μm）1重量部を配合したものである。充填剤量が少ない為、補強効果があまり見られないが、判定基準は満足している。着香性においても判定基準を満足している。

実施例１の窒化ホウ素充填剤の量を40重量部に増やしたものである。補強効果もあり、物性的にも良好なものとなっている。圧縮永久歪、着香性ともに判定基準を満足している。

窒化ホウ素充填剤の粒径を平均粒径1〜2μmに小さくし、その量を40重量部に増やしたものである。実施例１と補強効果は同程度であり、圧縮永久歪、着香性ともに判定基準を満足している。

実施例１の窒化ホウ素充填剤の量を100重量部に増やしたものである。圧縮永久歪、着香性ともに判定基準を満足しているが、伸びが判定基準下限であり、成形性が低下している。

（比較例１）
実施例１に充填剤を全く何も入れないものである。強度が判定基準を満足しておらず、また着香性も判定基準を満足していない。この配合より、窒化ホウ素充填剤の効果が確認できた。

（比較例２）
実施例１の窒化ホウ素充填剤の量を110重量部に増やしたものである。伸びが100%以下になり判定基準を満足しておらず、シール材としては不向きな材料となった。また、成形性がさらに低下し、成形しにくい材料であった。

（比較例３）
実施例１の窒化ホウ素充填剤の代わりに活性炭を配合したものである。着香性の評価は第1段階では3、第2段階では5であり、窒化ホウ素充填剤を添加したものとは程遠い結果となった。特に第2段階での評価は5とEPDMと同等であり、これは吸着されたニオイ成分が水中に放出された結果であると考えられる。

Claims (2)

1. フッ素ゴム100重量部と、窒化ホウ素充填剤1〜100重量部とを含有するフッ素ゴム組成物。
2. 請求項１に記載のフッ素ゴム組成物を加硫成形してなるシール材。