JPH0637560B2 - 溶融処理可能なテトラフルオロエチレン共重合体及びその製造方法 - Google Patents

溶融処理可能なテトラフルオロエチレン共重合体及びその製造方法

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JPH0637560B2
JPH0637560B2 JP61247653A JP24765386A JPH0637560B2 JP H0637560 B2 JPH0637560 B2 JP H0637560B2 JP 61247653 A JP61247653 A JP 61247653A JP 24765386 A JP24765386 A JP 24765386A JP H0637560 B2 JPH0637560 B2 JP H0637560B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は良好な粒子流動特性及び熱安定性を有するテト
ラフルオロエチレンパーフルオロ(アルキルビニルエー
テル)(TFE/PAVE)共重合体の溶融処理可能な
(melt-processible)粒子の製造方法、並びに本法の生
成物に関するものである。
かかる溶融処理可能な共重合体はワイヤー上に押出す
か、またはフイルムもしくは管状に押出すか、被覆物と
して使用し得るか、或いは中空製品またはライニング
(lining)を製造するためのロート成形(rotomoldin
g)用途に使用し得る。
テトラフルオロエチレン重合体には2つのタイプがあ
る。1つのものは溶融処理不可能な重合体であり、その
際に溶融粘度が高すぎて通常の溶融押出処理により重合
体を処理することはできない。その代り、この重合体は
重合体のタイプに依存して普通に焼結するか、またはペ
ースト押出しする。他の群は溶融押出可能な範囲に溶融
粘度を有する溶融処理可能なテトラフルオロエチレン共
重合体である。
乾燥後に重合体器及び/または凝集器から直接得られる
溶融処理可能なテトラフルオロエチレン共重合体樹脂は
毛状物(fluff)または粉末として称される。毛状物は
安定化させるためにしばしば処理し、そして/または溶
融押出しする。ロートキヤステイングの如き用途があ
り、その際に特に高純度の樹脂が望ましい場合に自由流
動性の、即ち容易に流動可能な粉末(ここに「粒子」と
称する)は溶融押出されたペレツトより好ましい。金属
性処理装置からの汚染を避けるための最少の処理工程に
おいて安定であり、そして容易に取り扱える溶融処理可
能な共重合体粒子を与えることが望ましい。通常の溶融
製造方法及びロートキヤステイング用途の両方に使用し
得る粒子を与えることが殊に望ましい。
また熱的に安定である樹脂を得ることが望ましい。多く
の安定化法が本分野で公知であり、その殆んどが樹脂を
溶融することを必要とする。かくてこれらの方法により
安定化される樹脂は本発明の基礎である自由流動性粒子
としてではなく(長時間で、且つ高価な再粉砕工程な
し)、一般にはペレツトとしてのみ入手できる。
かかる樹脂の他の望ましい特徴は粒子が低い金属汚染状
態にあるべきことである。粒子が通常の熱プラスチツク
処理装置中で溶融された場合、たとえ耐食性合金を用い
ている場合でも、腐食性のテトラフルオロエチレン共重
合体溶融物が熱プラスチツク処理装置の内部金属表面と
接触する際に必然的に汚染が生じる。低濃度の金属汚染
を有する共重合体が半導体工業における用途に対して殊
に望ましい。
本特許の目的はテトラフルオロエチレン/パーフルオロ
(アルキルビニルエーテル)共重合体の新規な生成物状
態、即ち自由流動性で、耐摩耗性で、一般的に球形で、
熱安定性の粒子にある。これらの粒子は、特にロートラ
イニング(rotolining)金属処理装置により生成される
際に高純度で、且つ空気中で熱的に安定であり、殊にフ
リースタンデイング(free-standing)のロート成形さ
れた製品を製造する際に用途を有し、そして欠陥を含ま
ぬ高分子コーテイングまたはライニングを与える。新規
な生成物は改善された熱安定性及び低い発泡傾向を有す
る。更に詳細には、この生成物は溶融処理可能であり、
実質的に非弾性のTFE/PAVE共重合体であり、そ
の際にPAVE中のパーフルオロアルキル基は炭素原子
1〜8個を有し、そしが共重合体は1乃至10重量%間
のPAVE(0.4〜4モル%)を含み、ここに共重合体
は (a)372℃で1×10乃至1×10ポイズ間の溶
融粘度、 (b)実質的に球形の粒形、 (c)30より小さい摩耗因子(Attrition Factor)、及び (d)200乃至3000μm間の平均粒径、 を有する。
本発明の方法はハロカーボン溶媒例えばF−113
(1,1,2−トリクロロ−1,2,2−トリフルオロ
エタン)中で重合させた溶融処理可能なTFE/PAV
E共重合体を用いる。ハロカーボン溶媒中で重合させる
場合、共重合体は通常適当な乾燥器中にて溶媒を蒸発さ
せることにより単離され、取扱いが困難な低密度の細か
く分割された粉末が生じる。本発明の方法において、共
重合体スラリー(または溶液)を攪拌しながら水に加
え、そして溶媒を蒸発させるために加熱する。この処理
により形が球形であり、そして容易に取り扱える共重合
体粒子が生じる。
次に粒子を乾燥し、そしてこのものを示差走査熱量計
(DSC)のピーク溶融点及び溶融開始温度より25℃
下の間の昇温された温度で硬化させる(即ち粒子を完全
に溶融させるか、または実質的に変形させることのない
ように硬化させるために熱処理する)。硬化によりもろ
さが減じるために取扱いが容易になる。共重合体が不安
定な末端を含む場合、粒子をフツ素を含む大気に曝して
不安定な末端基を安定なフツ素化された末端基に転化さ
せ、これにより更に最終用途の加熱処理中における発泡
または揮発分の発生を減少させる。
安定化された自由流動性粒子の利点はかかる粒子が通常
の熱プラスチツク処理装置中で溶融せず、そして金属汚
染が低いことにある。
これらの粒子は低い発泡傾向と共に最適な粒径及び自由
流動特性のためにロートキヤステイング用途に特に十分
に適している。
テトラフルオロエチレンを有する特定の共重合可能なコ
モノマーにはパーフルオロ(メチルビニルエーテル)、
パーフルオロ(n−プロピルビニルエーテル)、パーフ
ルオロ(n−ヘプチルビニルエーテル)などが含まれ
る。
コモノマー含有量は共重合体がエラストマーよりはむし
ろプラスチツクである程度に十分低く、即ちこれらのも
のは部分的に結晶性であり、そして押出後に室温で2X
の延伸条件からもとの長さに迅速に収縮しない。
共重合体は約5重量%までの少量の少なくとも1つの追
加のコモノマーを含有し得る。かかる共重合可能なコモ
ノマーは式 または式中、Rは−Rfまたは−Rf−Xであり、こ
こにRfは炭素原子1〜12個のパーフルオロアルキル
基であり、−Rf−は結合価が鎖の各々の末端にある炭
素原子1〜12個の二価のパーフルオロアルキレン基で
あり、そしてXはHまたはClであり;そしてRは−
Rfまたは−Rf−Xである、 により表わされる。
特定の共重合可能なフツ素化されたエチレン性不飽和コ
モノマーにはヘキサフルオロプロピレン、3,3,3−
トリフルオロプロピレン−1,3,3,4,4,5,
5,6,6,6−ノナフルオロヘキセン−1,3−ヒド
ロパーフルオロ(プロピルビニルエーテル)またはその
混合物が含まれる。
ハロカーボン溶媒中でのTFEと種々のコモノマーとの
重合は十分公知である一例えば米国特許第3,642,742号
参照。適当なハロカーボン溶媒には過フツ素化された溶
媒例えばパーフルオロシクロブタン、パーフルオロジメ
チルシクロブタンまたはパーフルオロシクロヘキサンが
ある。好適な溶媒には商業的に入手できる炭素原子1〜
4個、好ましくは炭素原子1または2個を有するクロロ
フルオロアルカンがある。好適な溶媒の例にはCCl
、CClF、CClFCClF、CCl
−CClF及びCClF−CClFがあり、これ
らの化合物はそれぞれ「Freon 12」、「Fre
on 11」、「Freon 112」、「Freon
113」及び「Freon 114」なる商標で販売
されている。最も好適な溶媒は「Freon 113」
である。
「溶融処理可能な」なる用語は共重合体が通常の溶融処
理装置により処理し得る(即ち成形製品例えばフイル
ム、繊維、チユーブ、ワイヤー被覆物などに製造するこ
ことを意味する。このことは処理温度での共重合体の溶
融粘度が10ポリズ以下であることを必要とする。好
ましくはこのものは372℃で10〜10ポイズの
範囲にある。
溶融処理可能な重合体の溶融粘度はAmerican Society f
or Testing and Materials Method D−1238によ
り次のように改良して測定した:シリンダー、オリフイ
ス及びピストン、チツプは耐食性合金例えばハイネス・
ステライト(Haynes Stellite)(tm)19またはイ
ンコネル(Inconel)(商標)625製である。試料5.0
gを372℃±1℃に保持した内径9.53mmのシリンダー
に充てんする。試料をシリンダーに充てんして5分後
に、このものを5000gの荷重下(ピストン+重り)
で直径2.10mm、長さ8.00mmの四角い角のオリフイスを通
して押し出す。
これは44.8kPaの剪断応力に相当する。ポイズでの溶
融粘度は53170を観測された押出速度g/分で割る
ことにより計算される。
本発明の方法において、重合体5〜25重量%を含む共
重合体スラリーまたは懸濁液を水に加え、攪拌し、そし
て20乃至100℃間の温度及び50〜500kPaの
圧力で加熱した。最後の微量の溶媒を除去するために真
空を使用し得る。水に対するスラリー比は容量ベースで
1/10〜2/1である。重合体の粒径は攪拌強度によ
り制制し得る。粒径は100〜3000μmの範囲であ
り得る。過度の攪拌機の力を用いずに100〜500μ
mの範囲の小さい粒子を得るために、ビーズ径を減少さ
せる表面張力を低める界面活性剤を用いることが有用で
ある。いくつかの界面活性剤例えば「Triton」X−10
0(改良されたポリエチレンオキシド)、フルオロ界面
活性剤例えばパーフルオロカプロン酸アンモニウムなど
を使用し得る。
次に本明細書に記載する摩耗因子が30より小、好まし
くは20より小になるまでであるが、粒子が凝集する前
まで加熱処理により粒子を硬化させる。「粒子が凝集す
る前」なる用語は以後に定義するD50が20%より増
大しないことを意味する。
造粒工程中に生じる粒子の加熱硬化は共重合体の融点の
比較的近くで生じる。硬化が生じる温度は共重合体融点
ばかりでなく、他の特性例えばコモノマー及び分子量分
布に依存する。これらの特性は溶融の開始が生じる温度
に影響する。
この加熱硬化現象は本明細書に記載されるように示差走
査熱量計により測定する際の共重合体融点及び溶融開始
温度より25℃下の温度間の範囲内の温度に保持する場
合に生じる。粒子は有用な硬度を与えるに十分な時間こ
の範囲内の温度に曝さなければならない。熱硬化後、粒
子は製造工程及びまたは溶融加工における続いての工程
間での摩耗及び微粒子生成を防止するに有用な硬度を有
する。
重合工程から直接得られる未処理の重合体に見られる末
端基は用いる開始剤及び分子量改質剤に依存する。例え
ばある開始剤の場合重合末端基はカルボン酸(−CO
H)を含有する。酸末端基は単量体または二量体形の両
方に見られる。分子量改質剤例えばメタノールを用いる
場合、末端の部分はカルビノール(−CHOH)並び
により安定なジフルオロメチル末端(−CFH)であ
り得る。またメタノールの存在によりメチルエステル末
端(−COCH)が生じる。ビニル末端(−CF=
CF)は一般に重合の直接的な結果ではないが、最初
に生成されるカルボン酸末端の脱カルボキシル化の結果
として生成される。酸フツ化物末端は、一般にビニル末
端またはカルビノール末端の空気酸化から生じる。上記
のすべての末端基(−CFH以外)は熱的及び/また
は加水分解に不安定であると考えられる。このことは
「不安定末端基」なる用語により意味されるものであ
る。これらのものは溶融加工の際に泡または空隙の原因
となる傾向を有する。これらの空隙は加工された製品の
物理的または電気的特性に害になり得る。重合体におけ
る炭素10個当り80より少ない、好ましくは10よ
り少ないこれらの不安定末端を有することが望ましい。
上記の不安定末端基は重合体をフツ素で処理することに
より減ずるか、または除去し得る。フツ素化は種々のフ
ツ素ラジカル発生化合物を用いて行い得るが、好ましく
は重合体をフツ素ガスと接触させる。フツ素との反応は
極めて発熱的であるため、フツ素を不活性ガス例えば窒
素で希釈することが好ましい。フツ素/不活性ガス混合
物中のフツ素の濃度は1〜50容量%であり得るが、好
ましくは10〜30%である。0℃乃至重合体の融点間
のいずれかの反応温度を使用し得るが、130乃至20
0℃間の温度範囲が妥当な反応時間(フツ素下で2〜1
2時間)を与えるに実際的であると見られる。新しい表
面を連続的に曝すために重合体を攪拌することが好まし
い。フツ素化中のガス圧力は大気圧から1MPaの範囲
であり得る。大気圧反応器を用いる場合、フツ素/不活
性ガス混合物を反応器に連続的に通すことが便利であ
る。所望の時間重合体を曝した後、過剰のフツ素化を試
料から除去し、次に冷却する。
不安定末端基の殆んどはフツ素によりパーフルオロメチ
ル(−CF)末端に転化される。酸フツ化物末端はフ
ツ素に最も耐性があるが、十分高い温度または十分な時
間で反応するであろう。
試験方法 摩耗因子 次のようなスクリーニング試験により粒子の硬さを測定
する: 装置:Fritsch Pulveristte(商標)、Model 24−0
217−000〔テクマー社(TaKmar Company、シンシ
ナテイー、OH〕 ふるい(米国標準試験ふるい) −700μmより大きいD50の粒子に対しては高さ5
1mm×直径203mm×30メツシユ。
−700μmより小さいD50の粒子に対しては高さ5
1mm×直径203mm×80メツシユ。
パン及びドーム蓋、直径203mm。
直径19mmステンレス・スチール製ボール(各々32
g)。
重合体100g(W)を予備秤量されたパン(W
上に置かれたスクリーン上に置く。ドーム蓋を上端に置
き、そしてFritsch Pulverisette(商標)装置に位置さ
せる。倍率を1.5mmに設定する(3の倍率設定)。
保持用ストラツプ(strap)を蓋に取付け、そしてしつ
かり締める。タイマーを10分間設定し、そして活性化
する。10分間の最後に、蓋及びスクリーンを除去し、
スクリーンの底部リム(rim)の内側に付着する重合体
をブラシでパン中に落とす。パンを秤量する(W)。
12個のステンレス・スチール製ボールをスクリーン上
に置き、パン/スクリーン/蓋を再び組み立て、そして
Pulverisette(商標)中に置く。タイマーを10分間設
定し、そして活性化する。10分後、スクリーンを解体
し、底部リムの内側に付着する重合体を再びブラシでパ
ン中に落とす。パン及び内容物を秤量する(W)。次
のように摩耗因子を計算する: 平均粒径 「平均粒径」は次のように改良したASTM法D−14
57−81a(12.3、3)に従う乾式ふるい法によ
り測定する:直径203mmのふるいセツトを一番大きい
メツシユ開口を上端にして順番に組み立てる。米国標準
試験ふるい径(ASTM E−11仕様)のリストか
ら、6メツシユ及び200メツシユの範囲の間の開口を
有し、その範囲中に平均粒径のものが落ちることが期待
される4〜8つの隣接するふるいを選ぶ。
好ましくは試料分離器を用いて得られ、そして0.01g近
くまでに秤量される40〜60gの試験される試料の代
表的な30分を上端スクリーンに充てんする。スクリー
ンセツトをふるい振盪機〔代表的にはフイツシヤー・サ
イエンテイフイツク(Fisher Scientific)Co.,Cat.No.
4〜909から得られる「Ro-Tap」(商標)振盪機〕中
で約10分間振盪する。振盪後、各々のふるい上に保持
される物質の正味の重量を0.01の近くまで測定する。
ASTM D−1921−63法に記載されるように保
持される積分%対ふるい開口を対数−確率紙上にプロツ
トするか、またはこれらのデータの等価のコンピユータ
補挿により重量平均粒径を求める。μmでの平均粒径は
保持される積分重量%の50%(D50)の横軸のプロ
ツトから読む。
DSC分析 Du Pont Model 1090熱分析計、Model 910 D
SCセルベース及びDu Pont General Analysis Progra
m,Version 1.0を用いてDSC分析を行う。装置は製造
者により推奨されるようにインジウム標準10mgを用い
て較正する。重合体試料量は6〜10mgであり、アルミ
ニウム製カプセル中に縮めて入れる。試料の融点に依存
して異なつた加熱及び冷却サイクルを用いる。試料は溶
融吸熱ピーク温度の90±5℃下の温度から40±5℃
上の温度まで1分当り10℃で溶融吸熱を通して2回走
査する。吸熱の第一及び第二の走査の間に、試料を10
℃/分の速度で最高から最低走査温度に冷却する。「溶
融吸熱ピーク温度」は第一の溶融吸熱のピーク温度とし
て定義される。「溶融開始温度」はDu Pont General An
alysis Program,Version 1.0を用いて第一の溶融走査の
導関数をプロツトすることにより図から求める。このも
のは0.2mW/分により延伸された導関数曲線が最初に
ゼロベースライン(溶融曲線の低温エツジ上)を越える
温度として定義される。
実施例1 脱塩水2をホツト−プレート上に置いたビーカー中に
13mm出ている4枚の等しく置かれた四角いバツフルを
備えた3.5入りステレス・スチール製ビーカー(直径
152mm)に加えた。攪拌機羽根は時計方間に回転する
場合に上方向にポンピングするために水平から35〜4
0°のピツチで直径17mmのハブ(hub)上に溶接され
た4枚の34mm×17mm×3.2mm厚さの刃を有してい
た。羽根の直径は85mmであつた。この水を500rp
mで攪拌し、そして46℃に加熱した。このものにF−
113(1,1,2−トリクロロ−1,2,2−トリフ
ルオロエチレン)中の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)(TFE/PPV
E)共重合体(1.3モル%PPVE)の10.7重量%スラ
リー725gを加え、そして攪拌を1200rpmに増
大させた。温度は46〜48℃に保持した。3分後、攪
拌を800rpmに減じた。更に3分後、透明な外観を
有す小さな重合体ビーズが生成し、そして攪拌を停止し
た。水相をチーズ布の2重層を通して注いで除去し、そ
して重合体を熱風乾燥器中にて150℃で14時間乾燥
した。
この方法により次の特性を有する極めて均一な球形ビー
ズ生成物が得られた: D16=1050μm D50=840μm D84=600μm MV=372℃で15.4×10ポイズ 295℃で3時間加熱硬化した後、摩耗因子は7.5であ
つた。
実施例2 6インチ離れた2枚のタービン羽根(11/2″ハブに溶
接され、そして45°の角度で上方へのピツチの長さ1
1/16で巾7/8″で厚さ1/8″の6枚の刃)を有する攪拌機
及び高さ18″で巾7/8″で、そして壁から5/32″離れ
た4枚のバツフルを備えた10ガロン入りのステンレス
・スチール製オートクレープ中に脱塩水15及びF−
113中のTFE/PPVE共重合体(1.3モル%PP
VE)の11.0%固体スラリー12を加えた。釜を閉
じ、840rpmで攪拌し、そして55℃で加熱した。
排気バルブを徐々に開いて0.4ポンド/分の速度でF−
113を排気した(釜中の圧力は31/2〜4psigで
あつた)。排気送度及び圧力がゼロに達した場合、攪拌
機を130rpmに減速し、そして釜を70℃に加熱し
た。次に釜を10分間排気し(−14psig)、最後
のF−113を除去した。ビーズ重合体をフイルター・
バスケツト中に捕集し、そして150℃熱風乾燥器中に
て15時間乾燥した。これにより次の特性を有する極め
て均一なビーズ重合体4.7ポンドが得られた: D16=1050μm D50=980μm D84=900μm MV=372℃で3.61×10ポイズ 摩耗因子=95.1 290℃で3時間加熱硬化後に、摩耗因子は4.3であつ
た。
実施例3 表面張力を減少させるために脱塩水に加えられた「Trit
on」X−100 7gを有するF−113中のTFE/
PPVE共重合体(1.3モル%PPVE)の10.8%固体
スラリーを用いる以外は実施例2の方法をくり返して行
い、そしてこれにより小さなビーズ径が得られた。生じ
たビーズ重合体は次の特性を有していた: D16=320μm D50=250μm D84=190μm MV=372℃で29.3×10ポイズ 摩耗因子=85 290℃で3時間の加熱硬化後、摩耗因子は8.5であつ
た。
この重合体はその小さいビーズ粒径のために特にロート
成形に適している。熱的安定性を改善するために、重合
体をフツ素化して不安定な末端基を除去することができ
た。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルキル基が炭素原子1〜8個を含み、そ
    してエーテルを1乃至10重量%間の量で存在させるテ
    トラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニル
    エーテル)共重合体において、 (a)372℃で1×10乃至1×10ポイズ間の
    溶融粘度、 (b)実質的に球形の粒形、 (c)30より小さい摩耗因子、及び (d)100乃至3000μm間の平均粒径、 を有する該共重合体。
  2. 【請求項2】共重合可能なコモノマーがパーフルオロ
    (プロピルビニルエーテル)である、特許請求の範囲第
    1項記載の共重合体。
  3. 【請求項3】アルキル基が炭素原子1〜8個を含み、そ
    してエーテルを1乃至10重量%間の量で存在させるテ
    トラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニル
    エーテル)共重合体において、 (a)372℃で1×10乃至1×10ポイズ間の
    溶融粘度、 (b)実質的に球形の粒形、 (c)30より小さい摩耗因子、及び (d)100乃至3000μm間の平均粒径、 を有する該共重合体の製造方法であって、アルキル基が
    炭素原子1〜8個であり、そしてエーテルが1乃至10
    重量%の量で存在し、ハロカーボン溶媒中で調製された
    溶融処理可能な、実質的に非弾性テトラフルオロエチレ
    ン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体
    を、 A.ハロカーボン重合液中の該共重合体を1/10〜2/
    1の容量比の水と20〜100℃の温度で加熱しながら
    攪拌することによって接触させ、 B.加熱及び攪拌を保持しながらハロカーボン溶媒を排気
    し、 C.分離されたフツ素重合体粒子から水を除去し、そして
    これらのものを乾燥し、 D.乾燥した共重合体をその示差走査熱量計の溶融開始温
    度より25℃下乃至その初期溶融吸熱ピーク温度間の温
    度で加熱することにより硬化させる、ことを特徴とする
    方法。
  4. 【請求項4】共重合可能なコモノマーがパーフルオロ
    (プロピルビニルエーテル)である、特許請求の範囲第
    3項記載の方法。
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