JP6715005B2 - フッ素樹脂成形体 - Google Patents
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Description
なお、フレックスライフ値とは、繰り返し曲げ応力を受ける用途に重要な物性値であり、耐ストレスクラック性の目安ともなるものである。
本発明により、機械的特性に関して高いフレックスライフ値を有し、分解物量に関連して低い加熱重量減値を有し、生産性良く製造することを可能とすることに関してゼロシェア粘度が低いPFA成形体が提供される。
本発明により、さらに塩酸透過係数が低いので、成形体にブリスターが発生し難いという特徴を有しており、表面平滑性が長く維持されるという特性も有するPFA成形体が提供される。
本発明のPFAの成形は、310℃〜370℃、好ましくは320〜360℃の温度で実施される。その結果、本発明のPFA成形体の加熱重量減が低いものを得ることができる。本発明の成形温度は、樹脂温度を指す。
ゼロシェア粘度がこの範囲にあるということは、成形体製造時に押出線速を高くできることを意味しており、成形体を生産性良く製造することができることを意味する。
ブリスターとは、チューブの外表面に生じるフクレ状の構造である。PFAチューブは、半導体や液晶の製造工程、または化学プラント等、非常に厳しい化学的、熱的、物理的およびそれらの複合的環境の中で使用される。そのため、ブリスターは、ケミカルアタック、温度や圧力の急激な変動、薬液およびガスの浸透・透過あるいはそれらの相互作用によって、物理的な破壊を受けて生じるものと推定される。ブリスターが発生すると、チューブの外表面に外観異常及び機械強度の低下が生じるので、長期使用が困難になるおそれがある。
また、本発明のPFA成形体であって、溶融押出成形して得られたチューブは、薬液透過性が低く、ブリスターが発生し難いチューブであって、長期間の使用を可能とするものである。
本発明で用いた物性の測定方法および原材料は下記のとおりである。
(1)融解温度(℃)
PFAの融点は、パーキンエルマー社製ダイヤモンドDSCを使用した。試料10mgを秤量して専用のアルミパンに入れ、専用のクリンパーによってクリンプした後DSC本体に収納し昇温を開始する。200℃から380℃まで10℃/分で昇温し、この時得られる融解曲線から融解ピーク温度を融点(℃)として求めた。
フレックスライフの測定:JIS P 8115に準じて行った。(株)安田精機製作所製の5連式MIT耐屈折試験機(形式307)を用いて、厚さ0.2mmのフィルムを試験片とし、それが切断されるまでの屈曲回数を求めた。
試験片の作製:測定対象フッ素樹脂成形体を粉砕し、得られた粉砕物を350℃の温度で溶融させて、圧縮成形にてフィルム成形し、厚さ0.2mmのフィルムを作製し所定の形状(15mm幅)にて試験片とした。
オーブンにて380℃で1時間加熱したアルミカップ(アズワン株式会社製)を3つ用意し、電子天秤にて小数第五位まで重量を測定する。この重量をアルミ重量とする。
測定対象フッ素樹脂成形体を約3mm角に切り出し、アルミカップ3つにそれぞれ約10gずつ入れ電子天秤にて小数第五位までの重量を測定する。この重量を合計重量とする。
3mm角に切り出したフッ素樹脂成形体を入れたアルミカップを金属トレイに入れ、オーブンにて360℃で1時間焼成する。焼成後オーブンから取り出し90分間自然冷却させ、電子天秤にて小数第五位までの重量を記録する。この重量を加熱後重量とする。加熱後重量は、加熱後フッ素樹脂の重量とアルミ重量の合計となる。
加熱重量減(重量%)は次の式で算出した。
加熱重量減(重量%)=(合計重量−加熱後重量)/(合計重量−アルミ重量)×100
キャピラリーフローテスター(キャピログラフ1D型、東洋精機製)を用い、340℃に昇温したシリンダー内(シリンダー径9.55mm)にフッ素樹脂成形体を約3mm角に切り出したものを30g入れ、5分間保持して樹脂を完全に溶融させた。底部のオリフィス(φ2mm×20mmL)から0.76, 1.140, 1.520, 2.280, 3.040, 4.560, 7.600, 11.40, 22.80, 30.40, 45.60, 76.00, 114.0, 152.0, 228.0, 304.0, 456.0, 760.0の各せん断速度(sec−1)にて溶融樹脂を押出し、その時のせん断粘度(Pa・s)を測定した。
得られたせん断速度とせん断粘度のデータをTA Orchestrator Version7.2.0.4(TA Instruments製)に入力し、Carreau Modelを用いてカーブフィッティングを実施した。ゼロシェア粘度は以下の式を用いたカーブフィッティングより算出される。
式 y=C1(1+(C2x)C3)(C4−1)/C3
C1=ゼロシェア粘度
x=せん断速度(sec−1)
y=せん断粘度(Pa・s)
得られた無延伸チューブより約5mm角の試料を切り取り、チューブ内面側の表面粗さ(Ra)を走査型レーザー顕微鏡(レーザーテック株式会社製カラーコンフォーカル顕微鏡OPTELICS C130)により測定した。
12.7mmφ、厚み1.6mmのチューブを分析に用いた。200mm長に切ったPFAチューブ2の片末端をPFA丸棒4にて溶着封止した。片末端はピラースーパー300封止栓1を取り付けた。図1に示す通りチューブにバイトン(登録商標)/PTFE複合冶具5、ガラス容器3及びバイトン(登録商標)栓6を取り付けた。1より質量濃度35%塩酸をバイトン(登録商標)栓上端まで封入し、封止栓を締めた。また、ガラス容器3内部に80gの超純水を入れ、バイトン(登録商標)栓7を嵌めた。接続部分にPTFEシールを巻きつけて密閉した。70℃に加温したオーブン内に静止し、2週間の加温の後、超純水をダイオネクス製イオンクロマトグラフィーIC20/LC25にて塩化物イオンの量を測定し、単位面積あたりの塩化物イオン透過量に換算した。
下記のブリスター発生試験により、得られたブリスター測定用成形体についてブリスター発生個数を測定した。
(a)ブリスター発生試験
中空部を有する成形体の中空部内に35質量%濃度の塩酸を封入し、塩酸の入った成形体を容器中で純水に浸漬し、容器ごと70℃のオーブン内に置く。
この状態で2週間保持した後、成形体を取出し塩酸を抜き出して、成形体中空内を純水で5回洗浄した後、室温にて12時間風乾を行い、ブリスター測定用成形体を得た。
また、貯蔵容器(ボトル)、フィルターハウジング、ポンプ等、密閉して用いられる成形体においては、チューブと同様に封止栓を用いることも、成形体に付属の蓋を用いて封止することも可能である。配管用の継ぎ手(フィッティング)においても、チューブと同様に市販の封止栓を用いることができる。
1)測定用成形体表面の転写
PFA板(ショアーD硬度 D51、1.5mm厚)を基板とし、基板上にカーボン転写紙(SOL General Carbon paper #1300 pencil use)をその転写面を上にして置き、その上に白紙のコピー用普通紙(厚さ0.09mm)を置く。
コピー用紙の上にブリスター測定用成形体を置き、その上から測定用成形体の測定面を荷重1kgで押圧して転写紙に押圧模様を形成させる。得られた縦40mm、横20mmの転写像についてブリスターの個数測定を行う。
成形体の測定面が平面である場合には、測定面を荷重1kgで押圧すればよく、測定面が曲面を有する場合には荷重1kgで押圧しながら測定面を移動させて測定面全部の転写像を得る。
図2は、成形体がチューブ状の場合の転写像作成例を示す概略図である。図2では幅20mmに切り出したチューブ10を、錘12の荷重1kgで押圧しながら、PFA板14上に転写面を上にして置かれたカーボン転写紙8上のコピー用紙9の上を、長さ40mmまで回転させて転写像を得る。この場合、図2に示すようなガイド部11を設けて安定した転写ができるようにしてもよい。
得られた転写像のうち縦40mm、横20mmの個数測定範囲に存在する斑状模様で長径が0.1mm以上のものの個数を測定する。個数測定は、顕微鏡(オリンパスBX51)を使用して20倍に拡大して行った。
測定用成形体3個について、得られた転写像のブリスターの個数測定を行い、その平均値をブリスター個数とした。
ブリスター発生度を、上記ブリスターの発生個数の測定に基づき、下記基準によってブリスター発生度として判定した。
○: ブリスターの発生個数<5個未満
×: ブリスターの発生個数≧5個以上
特公平4−83に従い、不安定末端基の個数を測定した。
(I)PFA(1)
テトラフルオロエチレン/パーフルオロエチルビニルエーテル共重合体[パーフルオロエチルビニルエーテル含有量4.7モル%、融点263℃、不安定末端基(−CH2OH末端基、−CONH2末端基、−COF末端基)が炭素数106個あたり6個未満]
(II)PFA(2)
テトラフルオロエチレン/パーフルオロプロピルビニルエーテル共重合体、[パーフルオロプロピルビニルエーテル含有量1.8モル%、融点303℃、不安定末端基(−CH2OH末端基、−CONH2末端基、−COF末端基)が炭素数106個あたり6個未満]。
(III)PFA(3)
テトラフルオロエチレン/パーフルオロプロピルビニルエーテル共重合体、[パーフルオロプロピルビニルエーテル含有量1.4モル%、融点310℃、不安定末端基(−CH2OH末端基−CONH2末端基、−COF末端基)が炭素数106個あたり6個未満]。
PFA(1)〜(3)を用い、φ30mmの押出成形機によって、表1に示す成形温度にて、外径12.7±0.12mm、厚さ1.59±0.10mmの無延伸チューブを得た。得られたチューブについて、フレックスライフ値、加熱重量減、ゼロシェア粘度を測定し、結果を表1に示した。
実施例3と比較例3の転写像を図3及び図4に示した。
2.PFAチューブ
3.ガラス容器35質量%塩酸
4.PFA丸棒
5.バイトン(登録商標)/PTFE複合冶具
6.バイトン(登録商標)栓
7.バイトン(登録商標)栓
8.カーボン転写紙
9.コピー用紙
10.ブリスター測定用PFAチューブ
11.ガイド部
12.錘
13.PTFE板
14.PFA板
Claims (6)
- テトラフルオロエチレン(TFE)とパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)(PAVE)との共重合体(PFA)で、PAVEの含有量が1〜10モル%あり、−CH2OH末端基、−CONH2末端基および−COF末端基からなる不安定末端基の合計が炭素数106個あたり6個未満である共重合体からなる中空部を有する成形体であり、該成形体のフレックスライフ値が2,000,000回以上であり、ゼロシェア粘度が10,000〜20,000Pa・sであり、かつ加熱重量減が0.05重量%以下である中空部を有するPFA成形体。
- 前記PFAのASTM D1238に準拠して、荷重5kg、測定温度372±0.1℃で測定したメルトフローレート(MFR)が、1〜100g/10分である請求項1に記載の中空部を有するPFA成形体。
- 前記PAVEが、パーフルオロ(エチルビニルエーテル)またはパーフルオロ(プロピルビニルエーテル)である請求項1または2に記載の中空部を有するPFA成形体。
- 前記中空部を有する成形体が、チューブ、ボトル、フィッティング、バルブ、棒状成形体、シート状成形体から選ばれた成形体である請求項1〜3のいずれかに記載の中空部を有するPFA成形体。
- 半導体もしくは液晶の製造工程または化学プラントで使用される部材に用いられる請求項1〜4のいずれかに記載の中空部を有するPFA成形体。
- 前記部材が、チューブ(管)、容器(ボトル)、フィッティング(配管用継ぎ手)、バルブ、ポンプおよびフィルターハウジングから選択される部材である請求項5に記載の中空部を有するPFA成形体。
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