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JP6348366B2 - ガスケット - Google Patents

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Description

本発明は、ガスケットに関する。
シール状態を維持しながら摺動する部分、例えば、注射器のプランジャーに一体化されてプランジャーとシリンジのシールを行うガスケットには、耐液漏れ性を重視し、ゴム等の弾性体が使用されているが、摺動性に若干問題がある(特許文献1参照)。そのため、摺動面にシリコーンオイルなどの摺動性改良剤を塗布しているが、最近上市されているバイオ製剤にシリコーンオイルが悪影響を及ぼす可能性が指摘されている。一方、摺動性改良剤を塗布していないガスケットは摺動性に劣るため、投与の際にプランジャーを円滑に押せずに脈動し、注入量が不正確になる、患者に苦痛を与えるなどの問題が生じる。
このような、耐液漏れ性と摺動性の相反する要求を満たすため、自己潤滑性を有するPTFEフィルムを被覆する技術が提案されているが(特許文献2参照)、一般に高価なため、加工製品の製造コストが上昇し、応用範囲が限定される。また、PTFEフィルムを被覆した製品を、摺動などが繰り返され、耐久性が要求される用途に適用することに、信頼性の不安もある。更に、PTFEは放射線に弱いため、照射線による滅菌ができないという問題もある。
特開2004−298220号公報 特開2010−142573号公報
本発明は、前記課題を解決し、摺動性、耐液漏れ性等の性能に優れたガスケットを提供することを目的とする。
本発明は、摺動面に複数の環状突出部を有し、少なくとも一部の表面にポリマー鎖が固定化されたガスケットであって、前記環状突出部のうち、天面に最も近い第1突出部及び/又は天面から最も遠い底面側突出部が、幅0.1mm以上の環状平坦部を有するガスケットに関する。
前記第1突出部の環状平坦部の幅より、前記底面側突出部の環状平坦部の幅の方が大きいことが好ましい。
前記底面側突出部の環状平坦部の幅が0.4mm以上であることが好ましい。
前記環状突出部を3個以上有し、前記第1突出部及び前記底面側突出部の外径より、前記第1突出部と前記底面側突出部の間にある中間突出部の外径の方が小さいことが好ましい。
前記中間突出部の外径が前記第1突出部の外径の96〜99.5%であることが好ましい。
前記第1突出部は、天面側及び底面側に曲面部を有し、底面側曲面部の曲率が天面側曲面部の曲率がより大きいことが好ましい。
前記底面側曲面部の曲率が0.4〜2.0であることが好ましい。
前記ポリマー鎖は、基材ガスケットの表面に重合開始点Aを形成する工程1と、前記重合開始点Aを起点にしてモノマーをラジカル重合させてポリマー鎖を成長させる工程2とを含む表面改質方法を用いて固定化されたものであることが好ましい。
前記表面改質方法は、前記工程2で成長させたポリマー鎖に、更に同一又は異なるポリマー鎖を延長又は固定化させる工程3を含むことが好ましい。
前記工程1は、前記基材ガスケットの表面に光重合開始剤Aを吸着させ、又は更に300〜450nmのLED光を照射し、前記表面上の光重合開始剤Aから重合開始点Aを形成させるものであることが好ましい。
前記工程2は、前記重合開始点Aを起点にしてモノマーを300〜450nmのLED光の照射によりラジカル重合させてポリマー鎖を成長させるものであることが好ましい。
前記ポリマー鎖は、基材ガスケットの表面に光重合開始剤Aの存在下でモノマーをラジカル重合させてポリマー鎖を成長させる工程Iを含む表面改質方法を用いて固定化されたものであることが好ましい。
前記表面改質方法は、前記工程Iで成長させたポリマー鎖に、更に同一又は異なるポリマー鎖を延長又は固定化させる工程IIを含むことが好ましい。
前記工程Iは、モノマーを300〜450nmのLED光の照射によりラジカル重合させてポリマー鎖を成長させるものであることが好ましい。
前記ポリマー鎖の長さが、10〜50000nmであることが好ましい。
本発明によれば、摺動面に複数の環状突出部を有し、少なくとも一部の表面にポリマー鎖が固定化されたガスケットであって、前記環状突出部のうち、天面に最も近い第1突出部及び/又は天面から最も遠い底面側突出部が、幅0.1mm以上の環状平坦部を有するガスケットであるので、摺動面に薬液に悪影響を及ぼすシリコーンオイルなどの摺動性改良剤を塗布することなく、摺動性、耐液漏れ性等の性能に優れたガスケットを提供できる。
ポリマー鎖を固定化する基材ガスケットを示す側面図の一例である。 図1の第1突出部における環状平坦部を示す部分拡大図の一例である。 図1の底面側突出部における環状平坦部を示す部分拡大図の一例である。
本発明のガスケットは、摺動面に複数の環状突出部を有し、少なくとも一部の表面にポリマー鎖が固定化されたもので、前記環状突出部のうち、天面に最も近い第1突出部及び/又は天面から最も遠い底面側突出部が、幅0.1mm以上の環状平坦部を有するものである。表面にポリマー鎖を固定化するとともに、摺動面に所定の環状平坦部を持つ第1突出部、底面側突出部等の環状突出部を設けているため、摺動性を大幅に改善することができ、摺動性及び耐液漏れ性を高次元に両立することができる。
以下、本発明の好ましい実施形態の一例を、図を用いて説明する。
図1はポリマー鎖を固定化する基材(基材ガスケット)を示す側面図の一例である。図2、3は、それぞれ、図1の第1突出部、底面側突出部における環状平坦部を示す部分拡大図(円で囲まれた部位)の一例である。
本発明のガスケットは、液体を注入するバレルと、バレル内に注入された液体を押し出すプランジャーと、プランジャーの先端部に取り付けられるガスケットとを備えるシリンジ、等に用いられる。
ガスケットは、図1に示される基材ガスケット1の表面の少なくとも一部にポリマー鎖(図示せず)が固定化されている。図1に示す直胴状の基材ガスケット1は、接液側の天面部12、プランジャーの先端部に接合される底面部13の周縁が、高さ方向(摺動方向)に延びる摺動部14(胴部)と一体に形成されている。
摺動部14の外周面には、天面部12に最も近い位置にバレルの周胴部における内周面と摺接する第1突出部14a、天面部12から最も遠い位置に同様に摺接する底面側突出部14c、14aと14cの間の位置に同様に摺接する中間突出部14b、が設けられている(図1は、天面部12と第1突出部11aが一体に形成されている)。
図2(第1突出部14aの部分拡大図)及び図3(底面側突出部14cの部分拡大図)に示されているように、第1突出部14aの摺接面は、基材ガスケット1の高さ方向(摺動方向)に幅Haを有する環状平坦部141a(直胴部)、底面側突出部14cの摺接面は、同方向に幅Hcを有する環状平坦部141c(直胴部)が設けられている。更に図1の例では、中間突出部14bにも、同方向に幅Hbを有する環状平坦部141b(直胴部、図示せず)が設けられている。なお、各環状平坦部は、完全な直胴状でなくてもよく、例えば、注射器に用いる場合に、バレルの内周面に充分に摺接し、耐液漏れ性が確保される形態であればよい。
摺動性及び耐液漏れ性の両立という観点から、底面側突出部14cにおける環状平坦部141c(環状底面側平坦部)の幅Hcは、第1突出部14aにおける環状平坦部141a(環状第1平坦部)の幅Haより大きいことが好ましい。
摺動性及び耐液漏れ性の両立という観点から、環状平坦部141a(環状第1平坦部)の幅Ha、環状平坦部141c(環状底面側平坦部)の幅Hcは、共に、0.1mm以上である。特に、環状第1平坦部141aの幅Haは、0.1〜1.0mmが好ましく、0.2〜0.8mmがより好ましく、0.2〜0.4mmが更に好ましい。環状底面側平坦部141cの幅Hcは、0.2mm以上が好ましく、0.4mm以上がより好ましく、0.5mm以上が更に好ましく、また、1.0mm以下が好ましく、0.8mm以下がより好ましい。なお、中間突出部14bにおける環状平坦部141b(環状中間平坦部)の幅Hbは、環状第1平坦部の幅Haと同様の範囲が好ましい。
摺動性及び耐液漏れ性の両立という観点から、環状第1突出部14aの摺接面は、基材ガスケット1の高さ方向に幅Haを有する環状第1平坦部141aの他、該環状第1平坦部141aから天面側に延びる曲面部(天面側曲面部142a)、底面側に延びる曲面部(底面側曲面部143a)によって構成されていることが好ましい。
なかでも、摺動性及び耐液漏れ性の両立という観点から、環状第1突出部14aでは、底面側曲面部143aの曲率が天面側曲面部142aの曲率がより大きいことが望ましく、具体的には、天面側曲面部142aの曲率/底面側曲面部143aの曲率が10/90〜45/55が好ましく、20/80〜45/55がより好ましい。また、底面側曲面143aの曲率は、0.4〜2.0が好ましく、0.4〜1.0がより好ましく、0.6〜1.0が更に好ましい。
なお、図1には、中間突出部14b、底面側突出部14cとして、曲面部を有しない例が示されているが、同様に曲面部を有するものでもよい。
本発明のガスケットの環状突出部は、複数であるが、摺動性及び耐液漏れ性の両立という観点から、3個以上が好ましい。3個以上の環状突出部を有する場合、第1突出部及び底面側突出部の両外径より、これらの間に設けられた1個以上の中間突出部の外径の方が小さいことが望ましい。例えば、3個の環状突出部を有する図1の形態では、第1突出部14a及び底面側突出部14cの両外径に比べ、中間突出部14bの外径が小さいことが好適である。なお、第1突出部14a、中間突出部14b、底面側突出部14cの外径は、それぞれ、環状第1平坦部141a、環状中間平坦部141b、環状底面側平坦部141cの外径La、Lb、Lcである。
摺動性及び耐液漏れ性の両立という観点から、第1突出部及び底面側突出部の間に設けられた1個以上の中間突出部の外径は、第1突出部の外径の96〜99.5%が好ましく、97〜98%がより好ましい。
直胴状の基材ガスケット1は、接液側の天面部12、プランジャーの先端部に接合される底面部13、第1突出部14a、中間突出部14b、底面側突出部14c、14a〜14cより外径の小さい他の胴部等の摺動部14の他の形状は、特に限定されず、公知のガスケットの形状を採用できる。
本発明のガスケットは、前記のとおり、摺動面に複数の環状突出部を有するとともに、少なくとも一部の表面にポリマー鎖が固定化されたものである。ポリマー鎖は、特に限定されず、従来公知のモノマーの重合により形成される高分子鎖等が挙げられる。固定化法も特に限定されず、表面からモノマーを重合してグラフトさせるgraft from法や、ポリマー鎖を表面と反応させて固定化するgraft to(on)法、等の公知の方法を採用できる。
このような本発明のガスケットは、例えば、摺動面に複数の環状突出部を有する基材ガスケットに、以下の表面改質方法を適用することにより製造できる。
本発明のガスケットは、基材ガスケットの表面に重合開始点Aを形成する工程1と、前記重合開始点Aを起点にしてモノマーをラジカル重合させてポリマー鎖を成長させる工程2とを含む表面改質方法を用いて、ポリマー鎖を固定化することにより、製造できる。
工程1では、加硫成形後のゴム又は成形後の熱可塑性エラストマー(基材ガスケット)の表面に重合開始点Aを形成する。
上記加硫ゴム、上記熱可塑性エラストマーとしては、二重結合に隣接する炭素原子(アリル位の炭素原子)を有するものが好適に使用される。
ゴムとしては、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、天然ゴム、脱タンパク天然ゴムなどのジエン系ゴム、及びイソプレンユニットを不飽和度として数パーセント含むブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、シリコーンゴムなどが挙げられる。ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴムの場合、加硫ゴムからの抽出物が少なくなる点から、トリアジンによる架橋ゴムが好ましい。この場合、受酸剤を含んでもよく、好適な受酸剤としては、ハイドロタルサイト、炭酸マグネシウムが挙げられる。
他のゴムの場合は、硫黄加硫が好ましい。その場合、硫黄加硫で一般に使用されている加硫促進剤、酸化亜鉛、フィラー、シランカップリング剤などの配合剤を添加してもよい。フィラーとしては、カーボンブラック、シリカ、クレー、タルク、炭酸カルシウムなどを好適に使用できる。
なお、ゴムの加硫条件は適宜設定すれば良く、ゴムの加硫温度は、好ましくは150℃以上、より好ましくは170℃以上、更に好ましくは175℃以上である。
熱可塑性エラストマーとしては、例えば、可塑性成分(ハードセグメント)の集まりが架橋点の役割を果たすことにより常温でゴム弾性を有する高分子化合物(スチレン−ブタジエンスチレン共重合体などの熱可塑性エラストマー(TPE)など);熱可塑性成分及びゴム成分が混合され架橋剤によって動的架橋が行われたゴム弾性を有する高分子化合物(スチレン系ブロック共重合体又はオレフィン系樹脂と、架橋されたゴム成分とを含むポリマーアロイなどの熱可塑性エラストマー(TPV)など)が挙げられる。
また、他の好適な熱可塑性エラストマーとして、ナイロン、ポリエステル、ウレタン、ポリプロピレン、PTEF等のフッ素系エラストマー、及びそれらの動的架橋熱可塑性エラストマーが挙げられる。動的架橋熱可塑性エラストマーの場合、ハロゲン化ブチルゴムを熱可塑性エラストマー中で動的架橋したものが好ましい。この場合の熱可塑性エラストマーは、ナイロン、ウレタン、ポリプロピレン、SIBS(スチレン−イソブチレン−スチレンブロック共重合体)などが好ましい。
重合開始点Aは、例えば、基材ガスケットの表面に光重合開始剤Aを吸着させることで形成される。光重合開始剤Aとしては、例えば、カルボニル化合物、テトラエチルチウラムジスルフィドなどの有機硫黄化合物、過硫化物、レドックス系化合物、アゾ化合物、ジアゾ化合物、ハロゲン化合物、光還元性色素などが挙げられ、なかでも、カルボニル化合物が好ましい。
光重合開始剤Aとしてのカルボニル化合物としては、ベンゾフェノン及びその誘導体が好ましく、例えば、下記式で表されるベンゾフェノン系化合物を好適に使用できる。
Figure 0006348366
(式において、R〜R及びR′〜R′は、同一若しくは異なって、水素原子、アルキル基、ハロゲン(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素)、水酸基、1〜3級アミノ基、メルカプト基、又は酸素原子、窒素原子、硫黄原子を含んでもよい炭化水素基を表し、隣り合う任意の2つが互いに連結し、それらが結合している炭素原子と共に環構造を形成してもよい。)
ベンゾフェノン系化合物の具体例としては、ベンゾフェノン、キサントン、9−フルオレノン、2,4−ジクロロベンゾフェノン、o−ベンゾイル安息香酸メチル、4,4′−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4′−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノンなどが挙げられる。なかでも、良好にポリマーブラシが得られるという点から、ベンゾフェノン、キサントン、9−フルオレノンが特に好ましい。
ベンゾフェノン系化合物として、フルオロベンゾフェノン系化合物も好適に使用でき、例えば、下記式で示される2,3,4,5,6−ペンタフルオロベンゾフェノン、デカフルオロベンゾフェノンなどが挙げられる。
Figure 0006348366
光重合開始剤Aとしては、重合速度が速い点、及びゴムなどに吸着及び/又は反応し易い点から、チオキサントン系化合物も好適に使用可能である。例えば、下記式で表される化合物を好適に使用できる。
Figure 0006348366
(式中、R11〜R14及びR11′〜R14′は、同一若しくは異なって、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、環状アルキル基、アリール基、アルケニル基、アルコキシ基、又はアリールオキシ基を表す。)
上記式で示されるチオキサントン系化合物としては、チオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、4−イソプロピルチオキサントン、2,3−ジエチルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2,4−ジクロロチオキサントン、2−メトキシチオキサントン、1−クロロ−4−プロポキシチオキサントン、2−シクロヘキシルチオキサントン、4−シクロヘキシルチオキサントン、2−ビニルチオキサントン、2,4−ジビニルチオキサントン、2,4−ジフェニルチオキサントン、2−ブテニル−4−フェニルチオキサントン、2−メトキシチオキサントン、2−p−オクチルオキシフェニル−4−エチルチオキサントンなどが挙げられる。なかでも、R11〜R14及びR11′〜R14′のうちの1〜2個、特に2個がアルキル基により置換されているものが好ましく、2,4−Diethylthioxanthone(2,4−ジエチルチオキサントン)がより好ましい。
ベンゾフェノン系化合物、チオキサントン系化合物などの光重合開始剤Aの基材ガスケット表面への吸着方法は、公知の方法を用いれば良い。例えば、ベンゾフェノン系化合物、チオキサントン系化合物については、基材ガスケットの改質する表面部位を、ベンゾフェノン系化合物、チオキサントン系化合物を有機溶媒に溶解させて得られた溶液で処理することで表面に吸着させ、必要に応じて有機溶媒を乾燥により蒸発させることにより、重合開始点が形成される。表面処理方法としては、該ベンゾフェノン系化合物溶液、該チオキサントン系化合物溶液を基材ガスケットの表面に接触させることが可能であれば特に限定されず、例えば、該ベンゾフェノン系化合物溶液、該チオキサントン系化合物溶液の塗布、吹き付け、該溶液中への浸漬などが好適である。更に、一部の表面にのみ表面改質が必要なときには、必要な一部の表面にのみ光重合開始剤Aを吸着させればよく、この場合には、例えば、該溶液の塗布、該溶液の吹き付けなどが好適である。上記溶媒としては、メタノール、エタノール、アセトン、ベンゼン、トルエン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、THFなどを使用できるが、基材ガスケットを膨潤させない点、乾燥・蒸発が早い点でアセトンが好ましい。
また、ポリマー鎖固定部位にベンゾフェノン系化合物溶液、該チオキサントン系化合物溶液による表面処理を施して光重合開始剤Aを吸着させた後、更に光を照射して基材ガスケットの表面に化学結合させることが好ましい。例えば、波長300〜450nm(好ましくは300〜400nm、より好ましくは350〜400nm)の紫外線を照射して、ベンゾフェノン系化合物、チオキサントン系化合物を表面に固定化できる。前記工程1及び該固定化においては、下記式で示されるように、ゴム表面の水素が引き抜かれ、ベンゾフェノンのC=Oの炭素とゴム表面の炭素に共有結合が形成されると同時に、引き抜かれた水素がC=Oの酸素に結合し、C−O−Hが形成される。また、この水素引き抜き反応は基材ガスケットのアリル位の水素で選択的に行われるため、ゴムはアリル水素を持つブタジエン、イソプレンユニットを含むものが好ましい。
Figure 0006348366
なかでも、基材ガスケットの表面を光重合開始剤Aで処理することで該光重合開始剤Aを表面に吸着させ、次いで、処理後の表面に300〜450nmのLED光を照射することにより、重合開始点Aを形成することが好ましく、特に、基材ガスケットの表面にベンゾフェノン系化合物溶液、チオキサントン系化合物溶液による表面処理を施して光重合開始剤Aを吸着させた後、更に処理後の表面に300〜450nmのLED光を照射することで、吸着させた光重合開始剤Aを表面に化学結合させることが好ましい。波長が300nm未満では、基材ガスケットの分子を切断させて、ダメージを与える可能性があるため、300nm以上の光が好ましく、基材ガスケットのダメージが非常に少ないという観点から、355nm以上の光が更に好ましい。一方、450nmを超える光では、重合開始剤が活性されにくく、重合反応が進みにくいため、450nm以下の光が好ましく、重合開始剤をより活性させる観点から、400nm以下の光が更に好ましい。LED光の波長は、355〜380nmが特に好適である。なお、LED光は波長が狭く、中心波長以外の波長が出ない点で好適であるが、水銀ランプ等でもフィルターを用いて、300nm未満の光をカットすれば、LED光と同様の効果を得ることも可能である。
工程2では、前記重合開始点Aを起点にしてモノマーをラジカル重合させてポリマー鎖を成長させる。
モノマーとしては、特に限定されないが、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートや、(メタ)アクリル酸、ジメチル(メタ)アクリルアミド、ジエチル(メタ)アクリルアミド、イソプロピル(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリルアミド、メトキシメチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロニトリル、フッ素含有モノマー等が挙げられる。モノマーは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。なかでも、経済性の観点から、工程2で使用するモノマーは、(メタ)アクリル酸、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、ジメチル(メタ)アクリルアミド、ジエチル(メタ)アクリルアミド、イソプロピル(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリルアミド、メトキシメチル(メタ)アクリレートが好ましく、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリルアミドがより好ましく、アクリル酸、アクリルアミドが更に好ましい。
フッ素含有モノマーとしては、含フッ素(メタ)アクリル変性有機ケイ素化合物、環状シロキサンなどが挙げられる。フッ素含有モノマーとしては、本発明の効果がより良好に得られるという点から、パーフルオロポリエーテル基を有するモノマーが好ましい。
フッ素含有モノマーとしては、例えば、(A)下記式(1)で表される含フッ素エポキシ変性有機ケイ素化合物に、(B)(メタ)アクリル基を有する不飽和モノカルボン酸を付加反応させることにより得られる含フッ素(メタ)アクリル変性有機ケイ素化合物を好適に使用できる。
Figure 0006348366
(Rf11はフルオロアルキル構造又はフルオロポリエーテル構造を含む分子量100〜40,000の一価又は二価の基である。Q11は少なくとも(a+b)個のSi原子を有する(a+b)価の、シロキサン構造、非置換又はハロゲン置換のシルアルキレン構造、シルアリーレン構造又はこれらの2種以上の組み合せからなる連結基であり、環状構造をなしていてもよく、Q12は炭素数1〜20の二価の炭化水素基であり、環状構造をなしていてもよく、途中エーテル結合(−O−)又はエステル結合(−COO−)を含んでいてもよい。R11〜R13はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜10の一価炭化水素基であり、これらの基の水素原子の一部又は全部がハロゲン原子で置換されていても良く、R11とR12が結合してこれらが結合している炭素原子と共に一つの環をなしていても良い。Rf11が一価のときにはa’は1であり、かつaは1〜6の整数であり、Rf11が二価のときにはaは1であり、かつa’は2である。bは1〜20の整数である。)
含フッ素エポキシ変性有機ケイ素化合物(A)について、式(1)のQ11としては、具体的には以下に示される構造のものなどが挙げられる。
Figure 0006348366
なお、式中のa、bは前記と同一で、共に1〜4の整数が好ましく、また、a+bは3〜5の整数が好ましい。a個及びb個の各ユニットの並びはランダムであり、a個及びb個の各ユニットの破線で示される結合手は、Rf11又は下記式で示される基と結合する。
Figure 0006348366
(式中、Q12、R11〜R13は上記の通りである。)
式(1)において、Q12の二価の炭化水素基の炭素数は2〜15が好ましく、Q12の具体的な構造としては、−CHCH−、−CHCH(CH)−、−CHCHCHOCH−などが挙げられる。
11〜R13の一価炭化水素基の炭素数は1〜8が好ましく、R11〜R13の具体例としては、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基等が挙げられる。
このようなR11〜R13とQ12の組み合わせからなる前記式で示される基としては、例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 0006348366
式(1)において、Rf11の分子量は500〜20,000が好ましい。また、Rf11は−C2iO−(iは、単位毎に独立に、1〜6の整数である。)で表される繰り返し単位を1〜500個、好ましくは2〜400個、より好ましくは4〜200個含むものが好適である。なお、本発明において、分子量は、H−NMR及び19F−NMRに基づく末端構造と主鎖構造との比率から算出される数平均分子量である。
式(1)のRf11としては、下記式(3)で表される基が挙げられる。
Figure 0006348366
(Rf’11は二価の分子量300〜30,000のパーフルオロポリエーテル基であり、途中分岐を含んでいても良い。Q13は二価の有機基であり、酸素原子、窒素原子、フッ素原子又はケイ素原子を含んでいてもよく、また、環状構造又は不飽和結合を有する基であってもよい。Q 11はQ13又はフッ素原子である。Tは、下記式(4)
Figure 0006348366
(R11〜R13、Q12、a、bは式(1)で定義した通りであり、Q14は少なくとも(a+b)個のSi原子を有する(a+b)価のシロキサン構造、非置換又はハロゲン置換のシルアルキレン構造、シルアリーレン構造又はこれらの2種以上の組み合せからなる連結基である。)
で表される連結基であり、vは0〜5の整数であり、なおかつQ 11がフッ素原子のときv=0である。)
式(3)において、Rf’11の分子量は500〜20,000が好ましく、Rf’11の具体例としては、下記式で表される二価のパーフルオロポリエーテル基などが挙げられる。
Figure 0006348366
(式中、Yはそれぞれ独立にF又はCF基、rは2〜6の整数、m、nはそれぞれ0〜200、好ましくは0〜100の整数、但し、m+nは2〜200、好ましくは3〜150の整数である。sは0〜6の整数であり、各繰り返し単位はランダムに結合されていてよい。)
Figure 0006348366
(式中、jは1〜3の整数、kは1〜200、好ましくは1〜60の整数である。)
式(3)のQ13としては、下記のものが例示される。なお、式中、Phはフェニル基を示す。
Figure 0006348366
式(1)において、Rf11が一価の場合、aは1〜3の整数が好ましい。bは1〜6の整数が好ましい。また、a+bは3〜6の整数が好ましい。
式(1)におけるRf11の具体例としては、以下で示される基などが挙げられる。
Figure 0006348366
(式中、m、n、r、sは上述した通りである。)
含フッ素エポキシ変性有機ケイ素化合物(A)の具体例としては、以下の化合物などを例示できる。
Figure 0006348366
(式中、j、m、nは上記と同じである。b’は1〜8の整数である。)
なお、これらの含フッ素エポキシ変性有機ケイ素化合物は、単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
(メタ)アクリル基を有する不飽和モノカルボン酸(B)としては、アクリル酸、メタクリル酸が好適であるが、2−クロロアクリル酸、2−(トリフルオロメチル)アクリル酸、2,3,3−トリフルオロアクリル酸等のように一部の水素原子が塩素、フッ素等のハロゲン原子でハロゲン化されているものを用いることもできる。また、必要に応じてこれらのカルボン酸がアリル基、シリル基等で保護されたものを用いることもできる。なお、これらの不飽和モノカルボン酸は、単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
含フッ素(メタ)アクリル変性有機ケイ素化合物は、含フッ素エポキシ変性有機ケイ素化合物(A)のエポキシ基と(メタ)アクリル基を有する不飽和モノカルボン酸(B)のカルボキシル基とを公知の方法で反応させて得られ、具体的には、以下に示す化合物などが挙げられる。
Figure 0006348366
(式中、j、m、n、b’は上記と同じである。)
フッ素含有モノマーとして、前記具体例などの含フッ素エポキシ変性有機ケイ素化合物及び前記具体例などの含フッ素(メタ)アクリル変性有機ケイ素化合物の混合物を好適に使用でき、特に下記式で示される含フッ素エポキシ変性有機ケイ素化合物及び含フッ素(メタ)アクリル変性有機ケイ素化合物の混合物が好ましい。これにより、本発明の効果がより良好に得られる。
Figure 0006348366
(式中、b’+b’は2〜6.5であり、Rf’12は下記の基である。)
Figure 0006348366
(式中、nは2〜100である。)
前記フッ素含有モノマーとしては、下記式;
(Rf2121SiO)(R21SiO)
(式中、R21は水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基又はフェニル基であり、Rf21はフッ素原子を含有する有機基であり、Rは(メタ)アクリル基を含有する有機基であり、hはh≧2である。)
で表される環状シロキサンからなり、1分子中にF原子を3個以上及びSi原子を3個以上含有する多官能(メタ)アクリレート化合物も挙げられる。
多官能(メタ)アクリレート化合物において、Rf21としては、C2t+1(CH−(式中、tは1〜8の整数、uは2〜10の整数である。)で示される基又はパーフルオロポリエーテル置換アルキル基が挙げられ、具体的には、CF−、C−、C−、C17−、C17−、CC(CF−、COC(CF)FCFOCFCF−、COC(CF)FCFOC(CF)FC−、CFCFCFOC(CF)FCFOC(CF)FCONHC−等が例示できる。
の具体例としては、CH=CHCOO−、CH=C(CH)COO−、CH=CHCOOC−、CH=C(CH)COOC−、CH=CHCOOCO−、CH=C(CH)COOCO−等が挙げられる。更にRは、Si原子への結合がSi−O−C結合であることが好ましい。hについては、3≦h≦5が好ましい。
多官能(メタ)アクリレート化合物は、1分子中にF原子を3個以上及びSi原子を3個以上、好ましくはF原子を3〜17個及びSi原子を3〜8個含有するものである。
前記多官能(メタ)アクリレート化合物の具体例としては、以下に示す化合物などが例示される。
Figure 0006348366
また、フッ素含有モノマーとして、赤外線吸収スペクトルの1045cm−1付近、1180cm−1付近、806cm−1付近、1720cm−1付近、1532cm−1付近、3350cm−1付近に吸収ピークを持つものを使用することが好ましく、特に1045cm−1付近と1180cm−1付近に強い吸収ピークを持ち、806cm−1付近と1720cm−1付近に吸収ピークを持ち、1532cm−1付近に弱い吸収ピークを持ち、3350cm−1付近にブロードな弱い吸収ピークを持つものが好適である。この場合、摺動性などの性能により優れたポリマー鎖を形成できる。
更にフッ素含有モノマーは、Chloroform−d(重クロロホルム)溶液での13C NMRスペクトルにおいて、化学シフト値として13.01、14.63、23.04、40.13、50.65、63.54、68.97、73.76、76.74、77.06、77.38、113.21、114.11、116.96、117.72、118.47、128.06、131.38、156.46、166.02ppm付近にシグナルを持つものが好ましい。
また、フッ素含有モノマーは、Chloroform−d(重クロロホルム)溶液でのH NMRスペクトルにおいて、化学シフト値として3.40、3.41、3.49、3.60、5.26、5.58、6.12、6.14、6.40、6.42、6.46ppm付近にシグナルを持つものが好ましい。
工程2のモノマーのラジカル重合の方法としては、ベンゾフェノン系化合物、チオキサントン系化合物などが吸着又は共有結合した基材ガスケットの表面に、モノマー若しくはその溶液を塗工(噴霧)し、又は、該基材ガスケットをモノマー若しくはその溶液に浸漬し、紫外線などの光を照射することでラジカル重合(光ラジカル重合)が進行し、該基材ガスケット表面に対して、ポリマー鎖を成長させることができる。更に前記塗工後に、表面に透明なガラス・PET・ポリカーボネートなどで覆い、その上から紫外線などの光を照射することでそれぞれのラジカル重合(光ラジカル重合)を進行させ、基材ガスケット表面に対して、ポリマー鎖を成長させることもできる。
また、ラジカル重合性モノマーの使用量は、形成するポリマー鎖の長さ、その鎖により発揮される性能などにより、適宜設定すればよい。
塗工(噴霧)溶媒、塗工(噴霧)方法、浸漬方法、照射条件などは、従来公知の材料及び方法を適用できる。なお、ラジカル重合性モノマーの溶液としては、水溶液又は使用する光重合開始剤(ベンゾフェノン系化合物、チオキサントン系化合物など)を溶解しない有機溶媒に溶解させた溶液が使用される。また、ラジカル重合性モノマー(液体)、その溶液として、4−メチルフェノールなどの公知の重合禁止剤を含むものも使用できる。
モノマー(液体)若しくはその溶液の塗布後又はモノマー若しくはその溶液への浸漬後、光照射することでモノマーのラジカル重合が進行するが、主に紫外光に発光波長をもつ高圧水銀灯、メタルハライドランプ、LEDランプなどのUV照射光源を好適に利用できる。照射光量は、重合時間や反応の進行の均一性を考慮して適宜設定すればよい。また、反応容器内における酸素などの活性ガスによる重合阻害を防ぐために、光照射時又は光照射前において、反応容器内や反応液中の酸素を除くことが好ましい。そのため、反応容器内や反応液中に窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを導入して酸素などの活性ガスを反応系外に排出し、反応系内を不活性ガス雰囲気に置換すること、反応容器内を真空引きし、酸素を脱気すること、などが適宜行われている。更に、酸素などの反応阻害を防ぐために、UV照射光源をガラスやプラスチックなどの反応容器と反応液や基材ガスケットの間に空気層(酸素含有量が15%以上)が入らない位置に設置する、などの工夫も適宜行われる。
紫外線を照射する場合、その波長は、好ましくは300〜450nm、より好ましくは300〜400nmである。これにより、基材ガスケットの表面に良好にポリマー鎖を形成できる。光源としては高圧水銀ランプや、365nmの中心波長を持つLED、375nmの中心波長を持つLEDなどを使用することが出来る。なかでも、300〜450nmのLED光を照射することが好ましく、355〜380nmのLED光を照射することがより好ましい。特に、ベンゾフェノンの励起波長366nmに近い365nmの中心波長を持つLEDなどが効率の点から好ましい。
前記表面改質方法は、工程2で成長させたポリマー鎖に、更に同一又は異なるポリマー鎖を延長又は固定化させる工程3を含むものでもよい。工程3は、更にポリマー鎖を延長又は固定化する工程であれば特に限定されず、例えば、工程2で成長させたポリマー鎖の表面に重合開始点Bを形成する工程3−1と、前記重合開始点Bを起点にしてモノマーをラジカル重合させてポリマー鎖を成長させる工程3−2とを含むものが挙げられる。
工程3−1の重合開始点Bの形成は、得られたポリマー鎖の表面に対して、新たに光重合開始剤Bを吸着させること、必要に応じて更に化学結合させること等、工程1と同様の手法を適用することで実施できる。ここで、光重合開始剤Bは、光重合開始剤Aと同様のものを使用できる。
工程3−2では、前記重合開始点Bを起点にしてモノマーをラジカル重合させてポリマー鎖を成長させる。
工程3−2で用いるモノマーとしては、工程2で用いたモノマーと同様のものを使用できる。なかでも、優れた耐液漏れ性、摺動性が得られるという理由から、(メタ)アクリロニトリル、フッ素含有モノマーが好ましく、フッ素含有モノマーがより好ましい。
工程3−2のモノマーのラジカル重合の方法としては、例えば、工程2のモノマーをラジカル重合する方法と同様のものを適用できる。
なお、工程3は、工程3−1及び工程3−2のサイクルを更に繰り返すものでもよい。この場合、工程3−1及び工程3−2で鎖延長させたポリマー鎖に、更にポリマー鎖が鎖延長される。
また、本発明のガスケットは、基材ガスケットの表面に光重合開始剤Aの存在下でモノマーをラジカル重合させてポリマー鎖を成長させる工程Iを含む表面改質方法を用いて、ポリマー鎖を固定化することでも製造できる。ここで、該表面改質方法は、該工程Iで成長させたポリマー鎖に、更に同一又は異なるポリマー鎖を延長又は固定化させる工程IIを含むものでもよい。なお、工程IIは、延長又は固定化させる工程を繰り返すものでもよく、この場合、鎖延長させたポリマー鎖が更に鎖延長されることになる。
例えば、工程Iは、基材ガスケットの表面に光重合開始剤A及びモノマーを接触させた後、300〜450nmのLED光を照射することで、該光重合開始剤Aから重合開始点Aを生じさせるとともに、該重合開始点Aを起点としてモノマーをラジカル重合させてポリマー鎖を成長させ、工程IIは、工程Iで形成されたポリマー鎖の表面に光重合開始剤B及びモノマーを接触させた後、300〜450nmのLED光を照射することで、該光重合開始剤Bから重合開始点Bを生じさせるとともに、該重合開始点Bを起点としてモノマーをラジカル重合させてポリマー鎖を成長させることにより実施できる。
工程I、工程IIのモノマーのそれぞれのラジカル重合の方法としては、基材ガスケットの表面又は工程Iでポリマー鎖が形成された基材ガスケットに、ベンゾフェノン系化合物、チオキサントン系化合物などの光重合開始剤A又はBを含むモノマー(液体)若しくはそれらの溶液を塗工(噴霧)し、又は、基材ガスケット又は工程Iでポリマー鎖が形成された基材ガスケットを光重合開始剤A又はBを含むモノマー(液体)若しくはそれらの溶液に浸漬し、紫外線などの光を照射することでそれぞれのラジカル重合(光ラジカル重合)が進行し、該基材ガスケット表面に対して、ポリマー鎖を成長、延長させることができる。更に、前述の透明なガラス・PET・ポリカーボネートなどで覆い、その上から紫外線などの光を照射する方法なども採用できる。なお、還元剤、抗酸化物質を添加してもよい。また、塗工(噴霧)溶媒、塗工(噴霧)方法、浸漬方法、照射条件などは、前述と同様の材料及び方法を適用できる。
前記表面改質方法により形成される最終的なポリマー鎖の重合度は、好ましくは20〜200000、より好ましくは350〜50000である。
最終的な全ポリマー鎖の長さは、好ましくは10〜50000nm、より好ましくは100〜50000nm、更に好ましくは500〜10000nmである。10nm未満であると、良好な摺動性が得られない傾向がある。50000nmを超えると、摺動性の更なる向上が期待できず、高価なモノマーを使用するために原料コストが上昇する傾向があり、また、表面処理による表面模様が肉眼で見えるようになり、美観を損ねたり、シール性が低下する傾向がある。
上記工程2、工程3、工程I、工程IIでは、重合開始点A又はBを起点にして2種以上のモノマーを同時にラジカル重合させてもよい。更に、基材ガスケットの表面に複数のポリマー鎖を成長させてもよい。前記表面改質方法は、ポリマー鎖間を架橋するものでもよい。この場合、ポリマー鎖間には、イオン架橋、酸素原子を有する親水性基による架橋、ヨウ素などのハロゲン基による架橋が形成されてもよい。また、UV照射や電子線照射による架橋を行ってもよい。
ポリマー鎖は、基材ガスケット表面の少なくとも一部に施されていればよく、表面全体に施されていてもよい。なかでも、摺動性等の点から、基材ガスケットの少なくとも摺動面に改質が施されていることが好ましい。
参考例1〜7、実施例8、9)
表1に記載の形状を有する基材ガスケット(イソプレンユニットを含むクロロブチルゴム(不飽和度:1〜2%)をトリアジンで架橋(180℃で10分加硫))を、ベンゾフェノンの3wt%アセトン溶液に5分間浸漬して、基材ガスケット表面にベンゾフェノンを吸着させ、乾燥させた。
乾燥した基材ガスケットをアクリルアミド水溶液(2.5M)の入ったガラス反応容器に浸漬し、365nmの波長を持つLED−UVライトを150分照射し、ラジカル重合を行ってゴム表面にポリマー鎖を成長させた。これにより目的のガスケットを得た。
(実施例10)
表1に記載の形状を有する基材ガスケット(イソプレンユニットを含むクロロブチルゴム(不飽和度:1〜2%)をトリアジンで架橋(180℃で10分加硫))を、ベンゾフェノンの3wt%アセトン溶液に浸漬して、基材ガスケット表面にベンゾフェノンを吸着させ、乾燥させた。
乾燥した基材ガスケットをアクリルアミド水溶液(2.5M)の入ったガラス反応容器に浸漬し、365nmの波長を持つLED−UVライトを150分照射し、ラジカル重合を行ってゴム表面にポリマー鎖を成長させた。その後、表面を水洗し、乾燥させた。
次に、乾燥したガスケットを再度ベンゾフェノンの3wt%アセトン溶液に5分間浸漬して、ポリマー鎖の表面にベンゾフェノンを吸着させ、乾燥させた。
更に、乾燥したガスケット表面に、フッ素含有モノマー液(信越化学工業社製 KY−1203(下記式で示される含フッ素エポキシ変性有機ケイ素化合物及び含フッ素(メタ)アクリル変性有機ケイ素化合物の混合物)をエタノールで20wt%に希釈したもの)を塗布し、365nmの波長を持つLED−UVライトを10分間照射してラジカル重合を行って、ポリマー鎖を延長させた。これにより目的のガスケットを得た。
Figure 0006348366
(式中、b’+b’は2〜6.5であり、Rf’12は下記の基である。)
Figure 0006348366
(式中、nは2〜100である。)
(実施例11)
表1に記載の形状を有する基材ガスケット(イソプレンユニットを含むクロロブチルゴム(不飽和度:1〜2%)をトリアジンで架橋(180℃で10分加硫))を、ベンゾフェノンの3wt%アセトン溶液に浸漬して、基材ガスケット表面にベンゾフェノンを吸着させ、乾燥させた。
乾燥した基材ガスケットをアクリルアミド/アクリル酸混合水溶液(2.5M、アクリルアミド:アクリル酸=75:25)の入ったガラス反応容器に浸漬し、365nmの波長を持つLED−UVライトを150分照射し、ラジカル重合を行ってゴム表面にポリマー鎖を成長させた。その後、表面を水洗し、乾燥させた。
次に、乾燥したガスケットを再度ベンゾフェノンの3wt%アセトン溶液に5分間浸漬して、ポリマー鎖の表面にベンゾフェノンを吸着させ、乾燥させた。
更に、乾燥したガスケット表面に、フッ素含有モノマー液(信越化学工業社製:KY−1203(上記式で示される含フッ素エポキシ変性有機ケイ素化合物及び含フッ素(メタ)アクリル変性有機ケイ素化合物の混合物)をエタノールで20wt%に希釈したもの)を塗布し、365nmの波長を持つLED−UVライトを10分間照射してラジカル重合を行って、ポリマー鎖を延長させた。これにより目的のガスケットを得た。
(比較例1)
イソプレンユニットを含むクロロブチルゴム(不飽和度:1〜2%)をトリアジンで架橋した加硫ゴムガスケット(180℃で10分加硫)そのものを用いた。
(比較例2)
表1に記載の形状を有する基材ガスケット(イソプレンユニットを含むクロロブチルゴム(不飽和度:1〜2%)をトリアジンで架橋(180℃で10分加硫))を、ベンゾフェノンの3wt%アセトン溶液に5分間浸漬して、基材ガスケット表面にベンゾフェノンを吸着させ、乾燥させた。
乾燥した基材ガスケットをアクリルアミド水溶液(2.5M)の入ったガラス反応容器に浸漬し、365nmの波長を持つLED−UVライトを150分照射し、ラジカル重合を行ってゴム表面にポリマー鎖を成長させた。これにより目的のガスケットを得た。
参考例、実施例、比較例で作製した表面改質弾性体を以下の方法で評価した。
(ポリマー鎖の長さ)
ガスケット表面に形成されたポリマー鎖の長さは、ポリマー鎖が形成されたガスケット断面を、SEMを使用し、加速電圧15kV、1000倍で測定した。撮影されたポリマー層の厚みをポリマー鎖の長さとした。
(摩擦抵抗力)
ガスケット表面の摩擦抵抗力を測定するために、参考例、実施例、比較例で作製した加硫ゴムガスケットを注射器のCOP樹脂シリンジにセットし、引張試験機を用いて押し込んでいき、そのときの摩擦抵抗力を測定した(押し込み速度:30mm/min)。比較例1の摩擦抵抗力を100として、下記式を用い、各参考例、実施例について摩擦抵抗指数で示した。指数が小さい方が、摩擦抵抗力が低いことを示す。
(摩擦抵抗指数)=各参考例、実施例の摩擦抵抗力/比較例1の摩擦抵抗力×100
(耐液漏れ性)
参考例、実施例、比較例で作製した加硫ゴムガスケットを注射器のCOP樹脂シリンジにセットし、食紅水溶液を入れ、キャップをして、40℃で2週間保管して、液漏れの状態を目視で確認した。
Figure 0006348366
表1より、実施例のガスケット表面は、摩擦抵抗力が大きく下がり、良好な摺動性が得られることが明らかとなった。また、比較例2と実施例から、ガスケット形状を特定にすると耐液漏れ性が良好になることがわかった。
従って、注射器のプランジャーのガスケットに使用した場合、十分な耐液漏れ性とともにプランジャーのシリンジに対する摩擦力が軽減され、注射器による処置を容易にかつ正確に行うことができる。また、静摩擦係数と動摩擦係数との差が少ないため、プランジャーの押し始めとその後のプランジャー進入動作とを脈動させることなく円滑に行うことができる。更に、注射器のシリンジを熱可塑性エラストマーで作製し、その内表面にポリマー鎖を生成させたときも、上記と同様に注射器による処方を容易に行うことができる。
1 基材ガスケット
12 天面部
13 底面部
14 摺動部
14a 第1突出部
14b 中間突出部
14c 底面側突出部
141a 第1突出部の環状平坦部(環状第1平坦部)
141c 底面側突出部の環状平坦部(環状底面側平坦部)
La 環状第1平坦部の外径
Lb 環状中間平坦部の外径
Lc 環状底面側平坦部の外径
Ha 第1突出部の環状平坦部の幅
Hc 底面側突出部の環状平坦部の幅
142a 天面側曲面部
143a 底面側曲面部

Claims (14)

  1. 摺動面に複数の環状突出部を有し、少なくとも一部の表面にポリマー鎖が固定化されたガスケットであって、
    前記環状突出部のうち、天面に最も近い第1突出部及び/又は天面から最も遠い底面側突出部が、幅0.1mm以上の環状平坦部を有し、
    前記第1突出部は、天面側及び底面側に曲面部を有し、底面側曲面部の曲率が天面側曲面部の曲率より大きいガスケット。
  2. 前記第1突出部の環状平坦部の幅より、前記底面側突出部の環状平坦部の幅の方が大きい請求項1記載のガスケット。
  3. 前記底面側突出部の環状平坦部の幅が0.4mm以上である請求項1又は2記載のガスケット。
  4. 前記環状突出部を3個以上有し、
    前記第1突出部及び前記底面側突出部の外径より、前記第1突出部と前記底面側突出部の間にある中間突出部の外径の方が小さい請求項1〜3のいずれかに記載のガスケット。
  5. 前記中間突出部の外径が前記第1突出部の外径の96〜99.5%である請求項4記載のガスケット。
  6. 前記底面側曲面部の曲率が0.4〜2.0である請求項1〜5のいずれかに記載のガスケット。
  7. 前記ポリマー鎖は、基材ガスケットの表面に重合開始点Aを形成する工程1と、前記重合開始点Aを起点にしてモノマーをラジカル重合させてポリマー鎖を成長させる工程2とを含む表面改質方法を用いて固定化されたものである請求項1〜のいずれかに記載のガスケット。
  8. 前記表面改質方法は、前記工程2で成長させたポリマー鎖に、更に同一又は異なるポリマー鎖を延長又は固定化させる工程3を含む請求項記載のガスケット。
  9. 前記工程1は、前記基材ガスケットの表面に光重合開始剤Aを吸着させ、又は更に300〜450nmのLED光を照射し、前記表面上の光重合開始剤Aから重合開始点Aを形成させるものである請求項又は記載のガスケット。
  10. 前記工程2は、前記重合開始点Aを起点にしてモノマーを300〜450nmのLED光の照射によりラジカル重合させてポリマー鎖を成長させるものである請求項のいずれかに記載のガスケット。
  11. 前記ポリマー鎖は、基材ガスケットの表面に光重合開始剤Aの存在下でモノマーをラジカル重合させてポリマー鎖を成長させる工程Iを含む表面改質方法を用いて固定化されたものである請求項1〜のいずれかに記載のガスケット。
  12. 前記表面改質方法は、前記工程Iで成長させたポリマー鎖に、更に同一又は異なるポリマー鎖を延長又は固定化させる工程IIを含む請求項11記載のガスケット。
  13. 前記工程Iは、モノマーを300〜450nmのLED光の照射によりラジカル重合させてポリマー鎖を成長させるものである請求項11又は12記載のガスケット。
  14. 前記ポリマー鎖の長さが、10〜50000nmである請求項1〜13のいずれかに記載のガスケット。
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