JP7401833B2 - 含フッ素共重合体 - Google Patents
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Description
I:吸光度
K:補正係数
t:フィルムの厚さ(mm)
ジノルマルプロピルパーオキシジカーボネート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジsec-ブチルパーオキシジカーボネートなどのジアルキルパーオキシカーボネート類;
t-ブチルパーオキシイソブチレート、t-ブチルパーオキシピバレートなどのパーオキシエステル類;
ジt-ブチルパーオキサイドなどのジアルキルパーオキサイド類;
ジ[フルオロ(またはフルオロクロロ)アシル]パーオキサイド類;
などが代表的なものとしてあげられる。
食品包装用フィルム、食品製造工程で使用する流体移送ラインのライニング材、パッキン、シール材、シート等の食品製造装置用流体移送部材;
薬品用の薬栓、包装フィルム、薬品製造工程で使用される流体移送ラインのライニング材、パッキン、シール材、シート等の薬液移送部材;
化学プラントや半導体工場の薬液タンクや配管の内面ライニング部材;
自動車の燃料系統並びに周辺装置に用いられるO(角)リング・チューブ・パッキン、バルブ芯材、ホース、シール材等、自動車のAT装置に用いられるホース、シール材等の燃料移送部材;
自動車のエンジン並びに周辺装置に用いられるキャブレターのフランジガスケット、シャフトシール、バルブステムシール、シール材、ホース等、自動車のブレーキホース、エアコンホース、ラジエーターホース、電線被覆材等のその他の自動車部材;
半導体製造装置のO(角)リング、チューブ、パッキン、バルブ芯材、ホース、シール材、ロール、ガスケット、ダイヤフラム、継手等の半導体装置用薬液移送部材;
塗装設備用の塗装ロール、ホース、チューブ、インク用容器等の塗装・インク用部材;
飲食物用のチューブ又は飲食物用ホース等のチューブ、ホース、ベルト、パッキン、継手等の飲食物移送部材、食品包装材、ガラス調理機器;
廃液輸送用のチューブ、ホース等の廃液輸送用部材;
高温液体輸送用のチューブ、ホース等の高温液体輸送用部材;
スチーム配管用のチューブ、ホース等のスチーム配管用部材;
船舶のデッキ等の配管に巻き付けるテープ等の配管用防食テープ;
電線被覆材、光ファイバー被覆材、太陽電池の光起電素子の光入射側表面に設ける透明な表面被覆材および裏面剤等の各種被覆材;
ダイヤフラムポンプのダイヤフラムや各種パッキン類等の摺動部材;
農業用フィルム、各種屋根材・側壁等の耐侯性カバー;
建築分野で使用される内装材、不燃性防火安全ガラス等のガラス類の被覆材;
家電分野等で使用されるラミネート鋼板等のライニング材;
テトラフルオロエチレン単位、ヘキサフルオロプロピレン単位およびパーフルオロ(プロピルビニルエーテル)単位を含有する含フッ素共重合体であって、
ヘキサフルオロプロピレン単位の含有量が、全単量体単位に対して、10.3~11.6質量%であり、
パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)単位の含有量が、全単量体単位に対して、1.4~2.6質量%であり、
372℃におけるメルトフローレートが、24.1~39.9g/10分である
カルボニル基含有末端基、-CF=CF2および-CH2OHの合計数が、主鎖炭素数106個当たり、120個以下である
含フッ素共重合体が提供される。
<2> 本開示の第2の観点によれば、
ヘキサフルオロプロピレン単位の含有量が、全単量体単位に対して、10.5~11.4質量%である第1の観点による含フッ素共重合体が提供される。
<3> 本開示の第3の観点によれば、
パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)単位の含有量が、全単量体単位に対して、1.5~2.2質量%である第1または第2の観点による含フッ素共重合体が提供される。
<4> 本開示の第4の観点によれば、
372℃におけるメルトフローレートが、24.2~35.0g/10分である第1~第3のいずれかの観点による含フッ素共重合体が提供される。
<5> 本開示の第5の観点によれば、
-CF2Hの数が、主鎖炭素数106個当たり、120個以下である第1~第4のいずれかの観点による含フッ素共重合体が提供される。
<6> 本開示の第6の観点によれば、
第1~第5のいずれかの観点による含フッ素共重合体を含有する射出成形体が提供される。
<7> 本開示の第7の観点によれば、
第1~第5のいずれかの観点による含フッ素共重合体を含有する被覆層を備える被覆電線が提供される。
<8> 本開示の第8の観点によれば、
第1~第5のいずれかの観点による含フッ素共重合体を含有する成形体であって、前記成形体が、バルブ、配管部材、ライニング、バイアル瓶または電線被覆である成形体が提供される。
含フッ素共重合体の各単量体単位の含有量は、NMR分析装置(たとえば、ブルカーバイオスピン社製、AVANCE300 高温プローブ)、または、赤外吸収測定装置(パーキンエルマー社製、Spectrum One)を用いて測定した。
含フッ素共重合体のMFRは、ASTM D-1238に準拠して、メルトインデクサーG-01(東洋精機製作所製)を用い、372℃、5kg荷重下で、内径2mm、長さ8mmのダイから10分間あたりに流出するポリマーの質量(g/10分)を測定することにより、求めた。
含フッ素共重合体の-CF2H基の数は、核磁気共鳴装置AVANCE-300(ブルカーバイオスピン社製)を用い、測定温度を(ポリマーの融点+20)℃として19F-NMR測定を行い、-CF2H基のピーク積分値から求めた。
実施例および比較例で得られた乾燥粉体もしくはペレットを、コールドプレスにより成形して、厚さ0.25~0.3mmのフィルムを作製した。このフィルムをフーリエ変換赤外分光分析装置〔FT-IR(Spectrum One、パーキンエルマー社製)〕により40回スキャンし、分析して赤外吸収スペクトルを得た。得られた赤外吸収スペクトルを、既知のフィルムの赤外吸収スペクトルと比較して末端基の種類を決定した。また、得られた赤外吸収スペクトルと、既知のフィルムの赤外吸収スペクトルとの差スペクトルに現れる特定の官能基の吸収ピークから、下記式(A)に従って試料における炭素原子1×106個あたりの官能基数Nを算出した。
I:吸光度
K:補正係数
t:フィルムの厚さ(mm)
国際公開第2019/220850号に記載の方法にて分析を行った。吸収周波数を1817cm-1、モル吸光度係数を170(l/cm/mol)、補正係数を1426とした以外は、官能基数Nの算出方法と同様にして、-OC(=O)O-R(カーボネート基)の数を算出した。
含フッ素共重合体の融点は、示差走査熱量計(商品名:X-DSC7000、日立ハイテクサイエンス社製)を用いて、昇温速度10℃/分で200℃から350℃までの1度目の昇温を行い、続けて、冷却速度10℃/分で350℃から200℃まで冷却し、再度、昇温速度10℃/分で200℃から350℃までの2度目の昇温を行 い、2度目の昇温過程で生ずる溶融曲線ピークから融点を求めた。
容積174Lの攪拌機付きオートクレーブに脱イオン水40.25kgとメタノール0.412kgを投入し、オートクレーブ内を十分に真空窒素置換した。その後、オートクレーブ内を真空脱気し、真空状態となったオートクレーブ内にHFP40.25kgとPPVE0.93kg投入し、オートクレーブを25.5℃に加温した。続けて、オートクレーブの内部圧力が0.855MPaになるまでTFEを投入し、次に8質量%のジ(ω-ヒドロパーフルオロヘキサノイル)パーオキサイド溶液(以下DHPと略す)1.25kgをオートクレーブ内に投入して重合を開始した。重合開始時点のオートクレーブの内部圧力を0.855MPaに設定し、TFEを連続追加することで設定圧力を保つようにした。重合開始から1.5時間後にメタノール0.412kgを追加投入した。重合開始から2時間後、4時間後、にDHP1.25kgを追加投入するとともに内部圧力を0.002MPa下げ、6時間後に0.96kgを投入するとともに内部圧力を0.002MPa下げた。以降、反応が終了するまで2時間ごとにDHP0.25kgを追加投入し、その都度内部圧力を0.002MPa下げた。
容積174Lの攪拌機付きオートクレーブに脱イオン水40.25kgとメタノール0.209kgを投入し、オートクレーブ内を十分に真空窒素置換した。その後、オートクレーブ内を真空脱気し、真空状態となったオートクレーブ内にHFP40.25kgとPPVE0.57kg投入し、オートクレーブを30.0℃に加温した。続けて、オートクレーブの内部圧力が0.887MPaになるまでTFEを投入し、次に8質量%のジ(ω-ヒドロパーフルオロヘキサノイル)パーオキサイド溶液(以下DHPと略す)0.63kgをオートクレーブ内に投入して重合を開始した。重合開始時点のオートクレーブの内部圧力を0.887MPaに設定し、TFEを連続追加することで設定圧力を保つようにした。重合開始から1.5時間後にメタノール0.209kgを追加投入した。重合開始から2時間後、4時間後、にDHP0.63kgを追加投入するとともに内部圧力を0.001MPa下げ、6時間後に0.48kgを投入するとともに内部圧力を0.001MPa下げた。以降、反応が終了するまで2時間ごとにDHP0.13kgを追加投入し、その都度内部圧力を0.001MPa下げた。
重合開始前に投入するメタノールの量を0.384kgに変更し、重合開始後に分割して追加投入するメタノールの量をそれぞれ0.384kgに変更し、重合開始前に投入するPPVEの量を0.63kgに変更し、重合開始後に分割して追加投入するPPVEの量をそれぞれ0.19kgに変更し、重合開始前後のオートクレーブ内部の設定圧力を0.911MPaに変更した以外は、比較例2と同様にして共重合体ペレットを得た。得られたペレットを用いて上記した方法によりHFP含有量とPPVE含有量を測定した。結果を表3に示す。
重合開始前に投入するメタノールの量を0.234kgに変更し、重合開始後に分割して追加投入するメタノールの量をそれぞれ0.234kgに変更し、重合開始前に投入するPPVEの量を0.68kgに変更し、重合開始後に分割して追加投入するPPVEの量をそれぞれ0.21kgに変更し、重合開始前後のオートクレーブ内部の設定圧力を0.903MPaに変更した以外は、比較例2と同様にして共重合体ペレットを得た。得られたペレットを用いて上記した方法によりHFP含有量とPPVE含有量を測定した。結果を表3に示す。
重合開始前に投入するメタノールの量を0.278kgに変更し、重合開始後に分割して追加投入するメタノールの量をそれぞれ0.278kgに変更し、重合開始前に投入するPPVEの量を0.42kgに変更し、重合開始後に分割して追加投入するPPVEの量をそれぞれ0.13kgに変更し、重合開始前後のオートクレーブ内部の設定圧力を0.900MPaに変更した以外は、比較例2と同様にして共重合体ペレットを得た。得られたペレットを用いて上記した方法によりHFP含有量とPPVE含有量を測定した。結果を表3に示す。
重合開始前に投入するメタノールの量を0.324kgに変更し、重合開始後に分割して追加投入するメタノールの量をそれぞれ0.324kgに変更し、重合開始前に投入するPPVEの量を0.84kgに変更し、重合開始後に分割して追加投入するPPVEの量をそれぞれ0.24kgに変更し、重合開始前後のオートクレーブ内部の設定圧力を0.917MPaに変更した以外は、比較例2と同様にして共重合体ペレットを得た。得られたペレットを用いて上記した方法によりHFP含有量とPPVE含有量を測定した。結果を表3に示す。
重合開始前に投入するメタノールの量を0.306kgに変更し、重合開始後に分割して追加投入するメタノールの量をそれぞれ0.306kgに変更し、重合開始前に投入するPPVEの量を0.74kgに変更し、重合開始後に分割して追加投入するPPVEの量をそれぞれ0.22kgに変更し、重合開始前後のオートクレーブ内部の設定圧力を0.911MPaに変更した以外は、比較例2と同様にして共重合体ペレットを得た。得られたペレットを用いて上記した方法によりHFP含有量とPPVE含有量を測定した。結果を表3に示す。
重合開始前に投入するメタノールの量を0.287kgに変更し、重合開始後に分割して追加投入するメタノールの量をそれぞれ0.287kgに変更し、重合開始前に投入するPPVEの量を0.65kgに変更し、重合開始後に分割して追加投入するPPVEの量をそれぞれ0.20kgに変更し、重合開始前後のオートクレーブ内部の設定圧力を0.905MPaに変更した以外は、比較例2と同様にして共重合体ペレットを得た。得られたペレットを用いて、上記した方法により各種物性を測定した。結果を表3に示す。
重合開始前に投入するメタノールの量を0.260kgに変更し、重合開始後に分割して追加投入するメタノールの量をそれぞれ0.260kgに変更し、重合開始前に投入するPPVEの量を0.53kgに変更し、重合開始後に分割して追加投入するPPVEの量をそれぞれ0.17kgに変更し、重合開始前後のオートクレーブ内部の設定圧力を0.900MPaに変更した以外は、比較例2と同様にして共重合体ペレットを得た。得られたペレットを用いて上記した方法によりHFP含有量とPPVE含有量を測定した。結果を表3に示す。
ペレットおよびヒートプレス成形機を用いて、厚さ約0.2mmのシート状試験片を作製し、これから10cm×10cmの試験片を切り出した。テーバー摩耗試験機(No.101 特型テーバー式アブレーションテスター、安田精機製作所社製)の試験台に作製した試験片を固定し、試験片表面温度130℃、荷重500g、摩耗輪CS-10(研磨紙#240で20回転研磨したもの)、回転速度60rpmの条件で、テーバー摩耗試験機を用いて摩耗試験を行った。1000回転後の試験片重量を計量し、同じ試験片でさらに4300回転試験後に試験片重量を計量した。次式により、摩耗量を求めた。
摩耗量(mg)=M1-M2
M1:1000回転後の試験片重量(mg)
M2:4300回転後の試験片重量(mg)
ペレットおよびヒートプレス成形機を用いて、厚さ約4.3mmのシート状試験片を作製し、これから80×10mmの試験片を切り出し、電気炉にて100℃で20時間加熱した。得られた試験片を用いた以外は、JIS K-K 7191-1に記載の方法に準じて、ヒートディストーションテスター(安田精機製作所社製)にて、試験温度30~150℃、昇温速度120℃/時間、曲げ応力1.8MPa、フラットワイズ法の条件にて試験を行った。次式により荷重たわみ率を求めた。95℃での荷重たわみ率が小さいシートは、高温時剛性に優れている。
荷重たわみ率(%)=a2/a1×100
a1:試験前の試験片厚み(mm)
a2:95℃でのたわみ量(mm)
耐クリープ性の測定は、ASTM D395またはJIS K6262:2013に記載の方法に準じた。ペレットおよびヒートプレス成形機を用いて、外径13mm、高さ8mmの成形体を作製した。得られた成形体を切削することにより、外径13mm、高さ6mmの試験片を作製した。作製した試験片を、圧縮装置を用いて、常温で圧縮変形率25%まで圧縮した。圧縮した試験片を圧縮装置に固定したまま、電気炉内に静置し、45℃、72時間放置した。電気炉から圧縮装置を取り出し、室温まで冷却後、試験片を取り外した。回収した試験片を室温で30分放置した後、回収した試験片の高さを測定し、次式により復元割合を求めた。
復元割合(%)=(t2-t1)/t3×100
t1:スペーサーの高さ(mm)
t2:圧縮装置から取り外した試験片の高さ(mm)
t3:圧縮変形させた高さ(mm)
上記の試験においては、t1=4.5mm、t3=1.5mmである。
日立ハイテクサイエンス社製TMA-7100を用いて引張クリープ歪を測定した。ペレットおよびヒートプレス成形機を用いて、厚さ約0.1mmのシートを作製し、シートから幅2mm、長さ22mmのサンプルを作製した。サンプルを治具間距離10mmで測定治具に装着した。サンプルに対して、断面荷重が4.30N/mm2になるように荷重を負荷し、115℃に放置し、試験開始後70分の時点から試験開始後825分の時点までのサンプルの長さの変位(mm)を測定し、初期のサンプル長(10mm)に対する長さの変位(mm)の割合(引張クリープ歪(%))を算出した。115℃、825分間の条件で測定する引張クリープ歪(%)が小さいシートは、非常に高温の環境中で引張荷重が負荷されても伸びにくく、高温耐引張クリープ特性に優れている。
島津製作所社製疲労試験機MMT-250NV-10を用いて10万回サイクル後引張強度を測定した。ペレットおよびヒートプレス成形機を用いて、厚さ約2.4mmのシートを作製し、ASTM D1708マイクロダンベル用いて、ダンベル形状(厚み2.4mm、幅5.0mm、測定部長さ22mm)のサンプルを作製した。サンプルを測定治具に装着し、サンプルを装着した状態で測定治具を140℃の恒温槽中に設置した。ストローク0.2mm、周波数100Hzで、一軸方向への引張りを繰り返し、引張り毎の引張強度(ストロークが+0.2mmの時の引張強度、単位:N)を測定した。
ペレットおよびヒートプレス成形機を用いて、厚さ約0.2mmのシートを作製し、15mm四方の試験片を作製した。50mLポリプロピレン製ボトルに、試験片10枚と3質量%過酸化水素水溶液15gを入れ、電気炉にて95℃で20時間加熱後、室温まで冷却した。過酸化水素水溶液から試験片を取り出し、残った過酸化水素水溶液にTISAB溶液(10)(関東化学社製)を添加し、得られた過酸化水素水溶液中のフッ素イオン濃度を、フッ素イオンメーターにて測定した。得られた測定値から、下記式にしたがって、シート重量当たりのフッ素イオン濃度(溶出フッ素イオン濃度)を算出した。
溶出フッ素イオン濃度(質量ppm)=測定値(ppm)×過酸化水素水溶液量(g)/試験片重量(g)
ペレットおよびヒートプレス成形機を用いて、厚さ約0.2mmのシート状試験片を作製した。試験カップ(透過面積12.56cm2)内にTHFを10g入れ、シート状試験片で覆い、PTFEガスケットを挟んで締め付け、密閉した。シート状試験片とテトラヒドロフラン(THF)が接するようにして、温度60℃で21日間保持した後取出し、室温で1時間放置後に質量減少量を測定した。次式により、THF透過度(mg・cm/m2・day)を求めた。
THF透過度(mg・cm/m2・day)=[質量減少量(mg)×シート状試験片の厚さ(cm)]/[透過面積(m2)・日数(day)]
ペレットおよびヒートプレス成形機を用いて、厚み約2mmの成形体を作製した。13.5mm×38mmの長方形ダンベルを用いて、得られたシートを打ち抜くことにより、3個の試験片を得た。得られた各試験片の長辺の中心に、ASTM D1693に準じて、19mm×0.45mmの刃でノッチを入れた。100mlポータブルリアクタ(TVS1型、耐圧ガラス工業社製)に、ノッチ試験片3個とテトラヒドロフラン(THF)25gを入れ、電気炉にて60℃で7日間加熱後、ノッチ試験片を取り出した。得られたノッチ試験片3個をASTM D1693に準じた応力亀裂試験治具に取り付け、電気炉にて120℃で24時間加熱した後、ノッチおよびその周辺を目視で観察し、亀裂の数を数えた。亀裂が生じないシートは、耐ソルベントクラック性が優れている。
○:亀裂の数が0個である
×:亀裂の数が1個以上である
ペレットおよびヒートプレス成形機を用いて、2.0mm厚の試験片(圧縮成形)を得た。上記試験片から、ASTM V型ダンベルを用いてダンベル状試験片を切り抜き、得られたダンベル状試験片を用いて、オートグラフ(島津製作所社製 AG―I 300kN)を使用して、ASTM D638に準じて、50mm/分の条件下で、140℃で引張強度を測定した。
140℃引張強度が高い成形体は、高温で引張力が加わった場合でも破損しにくい。
射出成形機(住友重機械工業社製、SE50EV-A)を使用し、シリンダ温度を385℃、金型温度を200℃、射出速度100mm/sとして、共重合体を射出成形した。金型として、HPM38にCrめっきを施した金型(15mm×15mm×1mmtの4個取り、サイドゲート)を用いた。
問題なく射出成形体が作製されたことを目視で確認した。
30mmφ電線被覆成形機(田辺プラスチック機械社製)により、導体径0.50mmの導体上に、下記被覆厚みで押出被覆し、被覆電線を得た。電線被覆押出成形条件は以下の通りである。
a)心導体:軟鋼線導体径0.50mm
b)被覆厚み:0.20mm
c)被覆電線径:0.90mm
d)電線引取速度:30m/分
e)押出条件:
・シリンダー軸径=30mm,L/D=22の単軸押出成形機
・ダイ(内径)/チップ(外形)=9.0mm/5.0mm
押出機の設定温度:バレル部C-1(320℃)、バレル部C-2(350℃)、バレル部C-3(370℃)、ヘッド部H(380℃)、ダイ部D-1(380℃)、ダイ部D-2(380℃)。心線予備加熱は80℃に設定した。
問題なく被覆電線が作製されたことを目視で確認した。
Claims (8)
- テトラフルオロエチレン単位、ヘキサフルオロプロピレン単位およびパーフルオロ(プロピルビニルエーテル)単位を含有する含フッ素共重合体であって、
ヘキサフルオロプロピレン単位の含有量が、全単量体単位に対して、10.3~11.6質量%であり、
パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)単位の含有量が、全単量体単位に対して、1.4~2.6質量%であり、
テトラフルオロエチレン単位の含有量が、全単量体単位に対して、85.8~88.3質量%であり、
372℃におけるメルトフローレートが、24.1~39.9g/10分であり、
カルボニル基含有末端基、-CF=CF2および-CH2OHの合計数が、主鎖炭素数106個当たり、120個以下である
含フッ素共重合体(ただし、
テトラフルオロエチレン単位、ヘキサフルオロプロピレン単位およびパーフルオロ(プロピルビニルエーテル)単位を含有する含フッ素共重合体であって、ヘキサフルオロプロピレン単位の含有量が、全単量体単位に対して、9.6~10.5質量%であり、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)単位の含有量が、全単量体単位に対して、1.2~1.6質量%であり、372℃におけるメルトフローレートが、17.0~40.0g/10分であり、カルボニル基含有末端基、-CF=CF 2 および-CH 2 OHの合計数が、主鎖炭素数10 6 個当たり、120個以下である含フッ素共重合体、ならびに、
テトラフルオロエチレン単位、ヘキサフルオロプロピレン単位およびパーフルオロ(プロピルビニルエーテル)単位を含有する含フッ素共重合体であって、ヘキサフルオロプロピレン単位の含有量が、全単量体単位に対して、9.4~10.3質量%であり、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)単位の含有量が、全単量体単位に対して、1.6~2.9質量%であり、372℃におけるメルトフローレートが、22.0~40.0g/10分であり、カルボニル基含有末端基、-CF=CF 2 および-CH 2 OHの合計数が、主鎖炭素数10 6 個当たり、120個以下である含フッ素共重合体、
を除く)。 - ヘキサフルオロプロピレン単位の含有量が、全単量体単位に対して、10.5~11.4質量%である請求項1に記載の含フッ素共重合体。
- パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)単位の含有量が、全単量体単位に対して、1.5~2.2質量%である請求項1または2に記載の含フッ素共重合体。
- 372℃におけるメルトフローレートが、24.2~35.0g/10分である請求項1または2に記載の含フッ素共重合体。
- -CF2Hの数が、主鎖炭素数106個当たり、120個以下である請求項1または2に記載の含フッ素共重合体。
- 請求項1または2に記載の含フッ素共重合体を含有する射出成形体。
- 請求項1または2に記載の含フッ素共重合体を含有する被覆層を備える被覆電線。
- 請求項1または2に記載の含フッ素共重合体を含有する成形体であって、前記成形体が、バルブ、配管部材、ライニング、バイアル瓶または電線被覆である成形体。
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