JPH083405A - ペルフルオロポリマーを基剤とする発泡性固体組成物およびその製造法 - Google Patents
ペルフルオロポリマーを基剤とする発泡性固体組成物およびその製造法Info
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Abstract
ロポリマーと、このポリマーマトリックス中に均質に分
散した、(b)ポリマー(a)に対して0.02〜10
重量%の成核剤および(c)0.05〜20重量%の、
(1)から選択されるフルオロオキシアルキレン単位か
らなるフルオロポリエーテル から選択されるフルオロオキシアルキレン単位からなる
フルオロポリエーテルを含んでなり、単位はポリマー鎖
に統計学的に分布し、フルオロポリエーテルはHまたは
Clを含むことが出来る中性のフルオロアルキルまたは
ペルフルオロアルキル末端基を有し、数平均分子量が3
500未満である。 【効果】ポリマー(a)を溶融状態で成分(b)および
(c)と混合した後、冷却して、ポリマー(a)の密度
より最大7%低い密度を有する実質的に未膨脹の固体組
成物を得ることができる。
Description
分散した液体フルオロポリエーテルと成核剤とを含んで
なる、ペルフルオロポリマーを基剤とする発泡性の固体
組成物、その製造法、および発泡コーティングの製造に
おけるその使用に関する。ペルフルオロポリマーは、耐
熱性が260℃にまで達することができ、体積抵抗率お
よび表面抵抗率が高く、誘電剛性が高く、誘電率が低
く、誘電正接が低く、耐化学薬品性や耐湿性が高いなど
の高特性を有するため、コーティング分野、特に電線コ
ーティングで用いられることが知られている。このよう
な特性により、ペルフルオロポリマーはマイクロケーブ
ルやデーター伝送分野で使用するのに特に適しており、
誘電率および誘電正接の値が低いため、極めて高い電圧
でも良好な絶縁を行なうことができる小型化したケーブ
ルを製造することができ、絶縁外装の容量特性が最小と
なり、その結果、デジタルまたはいわゆるマイクロ波伝
送において10GHzを越えることさえある周波数で伝
送される電気信号の歪みが減少する。
リマーそのままの外装の誘電率より低い誘電率を有する
ペルフルオロポリマーの発泡外装を、発泡またはブロー
技術によって得ることができることが特に知られてい
る。ペルフルオロポリマーの発泡についての既知の技術
は、通常は成核剤、および発泡剤としてガスまたはポリ
マーの押出温度でガスを生成する化合物を用いている。
このような発泡剤は、通常はワイヤーに押出段階と同時
にペルフルオロポリマー中に導入されるが、その配合に
は顕著な問題があり、従ってボイド率が高く、均一で微
細な気泡を有し、不規則または荒れており気泡構造が粗
いケーブル表面のない発泡ポリマーを得ることが困難で
ある。特に、熱により分解してガスを発生する有機およ
び無機の固体発泡または膨脹剤を用いることには、フル
オロポリマーの押出しに要する高温では、これらの薬剤
は速やかに分解し、発泡ポリマー中のボイド率、気泡の
均一性およびそれらの微細度を調整することが困難であ
り、またそれらの分解生成物がペルフルオロポリマーの
良好な特性、特に誘電特性を変化させることがあるの
で、重大な問題がある。
らは、ペルフルオロポリマーフォームでコーティングし
たケーブルの製造法において、クロロフルオロカーボン
(CFC)、好ましくはCHClF2を成核剤としての
窒化ホウ素の存在下にて発泡剤として用いる方法が知ら
れている。このような方法によれば、CFCを加圧下に
てポリマー中に浸透させ、これを次に押出機に供給し
て、ワイヤーコーティングに用いる発泡ポリマーをダイ
出口で直接得るのである。このような方法には、ポリマ
ーに導入されるCFCの量を調整することが困難であ
り、また添加に用いたものと異なる押出機にCFCを混
合した材料を押出すことによって発泡ポリマーでコーテ
ィングしたワイヤーを得ることができないという問題が
ある。添加とワイヤーコーティング工程とを無理に結合
しても、特にマイクロケーブルの分野では膨脹比率を高
くし、気泡を均一で微細にすることが極めて困難とな
る。発泡剤として窒素を用いて、これをケーブルの押出
の際に400〜500バールの圧で注入するペルフルオ
ロポリマーの発泡法も知られている。このような方法に
は、高圧で操作しなければならす、また、高膨脹比、お
よび制御された均一な発泡を得て、特に発泡した外装の
厚みが約1mmと薄いマイクロケーブルの分野で発泡ポ
リマーが独立の微細で均一な気泡を示すようにするた
め、押出機の容量に関連して加圧下で注入するガス量を
調整する必要があるという問題がある。また、このよう
な方法では、ペルフルオロポリマーケーブルを押出すの
に現在用いられている押出機を実質的に変更する必要が
ある。
れている通常の押出機に供給することができ、高特性を
有し、既知の方法に見られる欠点を示さない発泡ケーブ
ルを得ることができる、ポリマーマトリックスに均質に
分散した液体フルオロポリエーテルと成核剤とを含むペ
ルフルオロポリマーを基剤とする特定の膨脹性または発
泡性の固体組成物を見出した。この膨脹性組成物は安定
で長期保存が可能であり、ペルフルオロポリマーケーブ
ル用に通常の押出機を変更する必要がない。前記の発泡
性組成物を用いることによって、発泡ケーブルの押出し
を簡便に行うことができ、ボイド率および発泡気泡の微
細度および均一性の制御が問題とならず、外装が微細で
均一な構造を示し、約1mmという極めて薄いものにつ
いても不規則さまたは表面に荒れがない発泡ケーブルを
得ることができる。それ故、本発明の目的は、ペルフル
オロポリマーを基剤とする膨脹性または熱発泡性の固体
組成物であって、(a) 少なくとも1種類の熱加工性ペ
ルフルオロポリマーと、このポリマーマトリックス中に
均質に分散した、(b) ポリマー(a) に対して0.00
2〜10重量%の成核剤、および CF2CF2CF2O、(CF2CF2CH2O)から
選択されるフルオロオキシアルキレン単位からなるフル
オロポリエーテルを含んでなり、前記単位はポリマー鎖
に統計学的に分布し、前記フルオロポリエーテルHまた
はClを含むことができる中性のフルオロアルキルまた
はペルフルオロアルキル末端基を有し、数平均分子量が
3,500未満、好ましくは350〜2,500、更に
好ましくは900〜1,800であり、該組成物はポリ
マー(a) を溶融状態で成分(b) および(c) と混合した
後、冷却して、ポリマー(a) の密度よりせいぜい7%低
い密度を有する実質的に未膨脹の固体組成物を生成させ
ることによって得ることができることを特徴とするもの
である。
ン(TFE)とペルフルオロアルキルビニルエーテル、
特にペルフルオロ(プロピルビニルエーテル)(PF
A)またはペルフルオロ(メチルビニルエーテル)(M
FA)とのコポリマー、TFEとヘキサフルオロプロペ
ン(FEP)とのコポリマー、少量の重合性モノマーで
僅かに改質したTFEコポリマーまたはそれらの混合物
を用いることができる。これらのペルフルオロポリマー
のフッ素含量は少なくとも60重量%であり、数平均分
子量は500,000〜2,000,000である。成
分(b) としては、溶融したペルフルオロポリマーの内部
で成長する気泡の配置を調整することができる、当該技
術分野で知られている微細に細分された無機または有機
の膨脹成核剤を用いることができる。これらには、窒化
ホウ素またはケイ素、シリカ、アルミナ、タルク、硫化
亜鉛、ポリマー(a) よりも高い融点を有するPTFE粉
末などを挙げることができる。それらは、ポリマー(a)
に対して0.02〜2重量%の量で用いるのが好まし
い。
フルオロポリエーテルを用いることができる。 (1) ペルフルオロオキシアルキレン単位の「ランダ
ム」分布を有する (式中、m、n、pは、前記の平均分子量の要件を満足
する平均値を有し、RfおよびR′fは互いに同一また
は異なるものであり、フルオロアルキルまたはペルフル
オロアルキル末端基である)、(2) ペルフルオロオキ
シアルキレン単位の「ランダム」分布を有する RfO(CF2CF2O)n(CFO)mR′f (式中nおよびmは、前記要件を満足する値を有す
る)、(3)
を有する)、(4)
RfO(CF2CF2CF2O)nR′fまたは RfO(CH2CF2CF2O)nR′f (式中、nは前記要件を満足する値を有する)。
fは、互いに同一または異なるものであり、中性のフル
オロアルキルまたはペルフルオロアルキル末端基であ
り、好ましくは1〜3個の炭素原子を有し、 CF2Y−、CF2YCF2−、CF3CFY−、YC
F2CF(CF3)−、YCF(CF3)CF2− (式中、YはF、ClまたはHである)から選択するこ
とができる。クラス(1) のペルフルオロポリエーテル
は、商標FOMBLIN Y(R) またはGALDEN
(R) によって商業的に知られており、クラス(2) のペル
フルオロポリエーテルは、商標FOMBLIN Z(R)
によって知られており、これらの商標はいずれもMonted
ison社のものである。商業的に知られているクラス(4)
の生成物はKRYTOX(R) (Du Pont)である。クラス
(5) の生成物は、米国特許第4,523,039号明細
書に記載されており、クラス(6) の生成物は、Daikin社
の欧州特許EP148,482号明細書に記載されてい
る。クラス(3) の生成物は、米国特許第3,665,0
41号明細書に記載の方法に従って製造される。
ーテルは、ポリマー(a) の平均融点とこの温度より30
℃高い温度との間での蒸気圧が10バール未満であり、
これはポリマー(a) に対して0.1〜16重量%の量で
好ましく用いることができる。フルオロポリエーテルの
好ましい例は、前記クラス(1) の、Ausimont社により市
販されている、過フッ化末端基を有するGALDEN
D40(R) およびGALDEN HT(R) 、または類似
のペルフルオロポリエーテルであって末端基のYがHで
あるものである。成分(a) 、(b) および(c) の他に、膨
脹性組成物は、潤滑剤、安定剤、補強剤および顔料など
の当該技術分野で知られている他の添加剤を含むことが
できる。
の固体組成物の製造法は、 1. ペルフルオロポリマー(a) を溶融状態で、(a) に
対して0.002〜10重量%の成核剤(b) および0.
05〜20重量%の少なくとも1種類の前記定義したフ
ルオロポリエーテル(c) と、ポリマー(a) の融点とフル
オロポリエーテル(c) の蒸気圧が10バール未満である
温度との間の温度で、速かに混合し、均質化し、 2. 混合物をダイから押出し、 3. 押出した生成物を急冷して、密度が出発ペルフル
オロポリマー(a) の密度よりせいぜい7%低い実質的に
未膨脹の固体組成物を得る、 ことを含んでなる。この方法は、溶融ポリマー中に成分
(b) および(c) を注入するための注入口と、ダイ、水冷
却系および切断装置とによって形成されるグラニュレー
ターとを備えた一軸スクリューまたは二軸スクリュー押
出機で行なうことができる。実際には、ペルフルオロポ
リマーを加熱系を備えた押出機に供給して、ここで融解
した後、注入によって液状のフルオロポリエーテルと成
核剤と混合し、次いでこれを押出機で混合した後、ダイ
を通して押出し、その出口でこのようにして得られた小
さな棒状生成物を水槽で冷却し、ペレット状に切断す
る。成核剤および可能な他の固体添加剤は、場合によっ
ては押出機に供給されるペルフルオロポリマーまたはフ
ルオロポリエーテルと予備混合することができる。
るものでなければならず、すなわち溶融したペルフルオ
ロポリマー−フルオロポリエーテル−成核剤混合物が押
出機からの出口で実質的に未膨脹の状態となるように選
択した、混合段階の際に極めて短時間で制御された一定
温度でこの混合物を混合し、均質化することができるも
のでなければならない。換言すれば、温度は、フルオロ
ポリエーテルが混合段階中に実質的に液状のままである
ものでなければならない。実際には、混合を行う温度で
の蒸気圧が10バール以下であるフルオロポリエーテル
が用いられる。ダイ出口での溶融混合物の冷却は、速か
に行われ、好ましくはダイ出口から3秒以内に行われ
る。
顆粒はこのようにして得られ、液状のフルオロポリエー
テルと成核剤を均質に分散して含んでいる。特に、固体
状態で密度が2.12〜2.15g/ccのペルフルオ
ロポリマーを用いることによって、密度が2g/cc以
上の膨脹性顆粒が得られる。このようにして得られた膨
脹性顆粒は、安定であり室温条件で長期間保存すること
ができる。本発明のペルフルオロポリマーを基剤とする
膨脹性または発泡性の固体組成物、特に顆粒状のもの
は、電線に膨脹したペルフルオロポリマーのコーティン
グを施すのに適している。特に、本発明の発泡性の固体
組成物は、現有のプラントを全く改質する必要なく、押
出機およびダイを含んでなり、電線に熱加工性のフッ素
化ポリマーの押出しコーティングを行うための従来のプ
ラントで直接用いることができる。明らかなことは、ダ
イ出口での溶融ポリマーの温度が、用いたフルオロポリ
エーテルの蒸気圧が10バールを上回り、好ましくは2
0バールを上回り、フルオロポリマーが膨脹するように
して押出しを行うだけでよいのである。加圧下で作動し
またはセミチューブ(semitube)型の、ダイ出口での溶融
混合物の圧降下を良好に調節することができるダイを用
い、フルオロポリエーテルを膨脹させ、すなわち液体状
態から気体状態へ遷移させ、ペルフルオロポリマーを発
泡させるものを用いるのが更に好ましい。
電線上の発泡コーティングは、ボイド率または膨脹比が
コーティング厚みが約1mmの初期密度に対して60%
までであること、低い誘電率を有すること、および、未
膨脹のフッ素化ポリマーでコーティングしたフックアッ
プワイヤーに典型的なストリップ力の値に相当する値を
有することを特徴とする。それ故、本発明による膨脹性
組成物は、発泡した電気用のマイクロケーブルの製造、
および一般的には電気伝導性材料の絶縁コーティングな
らびに熱および音の絶縁に特に好適である。
説明する。実施例1〜6 膨脹性組成物の製造 ペルフルオロポリマーを基剤とする発泡性組成物の製造
についての総ての例では、直径が37mmであり、長さ
/直径比が30であり、液体導入用の取入口を備えたD
AVIS ELECTRIC一軸押出機を用いた。スク
リューの構造は、転移、圧縮、計量、フルオロポリエー
テル注入、圧縮、計量、混合の7つの区画に細分するこ
とができる。最後の混合段階は、成核剤、ペルフルオロ
ポリマーおよびフルオロポリエーテルを完全に均質化す
ることができるパインナップル型のターミナルで得られ
る。成核剤の導入は、成核剤5重量%を含むペルフルオ
ロポリマーのマスターバッチから開始し、次にペルフル
オロポリマーと乾式混合した後、押出機ホッパーに導入
することによって行った。フルオロポリエーテルの導入
は、容量供給ポンプを用いて押出機に設置された取入口
を通って液状フルオロポリエーテルを注入することによ
って行った。このようにして得られた溶融混合物を、押
出機出口に設置された2mmの3つの孔を有するダイを
通して押出した後、水槽で冷却し、最後にブレードカッ
ターで粗砕した。水槽の配置およびダイからの出口速度
は、ダイ孔からの溶融混合物の出口と水槽への入り口と
の間の時間を3秒以内に限定するようなやり方で調節す
る。
造法および得られた膨脹性組成物の特徴が記載されてお
り、詳細は次の通りである。 用いたペルフルオロポリマー:PEPは、Du Pont 製の
TFE/ヘキサフルオロプロペンコポリマーTEFLO
N(R) FEP100を意味し、MFAは、Ausimont製の
TFE/ペルフルオロ(メチルビニルエーテル)コポリ
マーHYFLON MFA640を意味し、PFAは、
Ausimont製のTFE/ペルフルオロ(プロピルビニルエ
ーテル)コポリマーHYFLON PFA450を意味
する。 用いた成核剤およびその導入量:BNは、平均粒度が5
ミクロンの極めて純粋な窒化ホウ素を意味し、PTFE
は、平均粒度が5ミクロンのAusimont製のポリテトラフ
ルオロエチレンALGOFLON(R) L203を意味す
る。 用いたフルオロポリエーテル:D40は、Ausimont製の
ペルフルオロポリエーテルGALDEN(R) を意味し、
HT270は、Ausimont製のフルオロポリエーテルGA
LDEN(R) HT270を意味し、H−Gは、部分的に
フッ素化した末端基を有すること以外はGALDEN
(R)D40と粘度および他の化学的物理的特性が同等な
フルオロポリエーテルを意味し、導入されるフルオロポ
リエーテルの量は、供給ポンプの流速および押出機のス
クリューによって供給されるポリマーの流速を知ること
によって押出機でのマスバランスから誘導され、押出機
の出口における溶融混合物(T混合物)温度は、押出機
ヘッドの浸漬熱電対によって測定し、得られた発泡性顆
粒に実際に含まれるフルオロポリエーテルの量は、フー
リエ変換赤外線分光法によって行った定量分析によって
測定し、得られた膨脹性混合物の最終密度は、ASTM
D792規格に準じて測定した。実施例13〜16
は、フルオロポリエーテルを用いていない比較例であ
る。
よる発泡したケーブル、および比較例13〜16の顆粒
を用いる比較用の未発泡ケーブルの製造発泡ケーブルお
よび比較用の未発泡ケーブルを製造するため、ペルフル
オロポリマーの未発泡ケーブルの押出しに用いられる従
来の型の3つのセクションからなるスクリューを備え、
圧力ダイを備えたB&H押出しヘッドを有する実施例1
〜16と同じDNVIS ELECTRIC製押出機を
用いた。総ての実施例で得られたケーブルは、19本の
ワイヤーの銅プレイトの1mm導体を有し、外径は3±
0.1mMである。第2表に、それぞれの実施例につい
て記載されている。押出機に供給される膨脹性および未
膨脹性顆粒の種類は、実施例1〜16に準じて得たもの
であり、押出機ヘッドにおける融点は、供給された顆粒
から得たものであり、得られたケーブルの誘電率Kは、
押出機と一列に配置されたZumbach 社製のCAPAC3
00型容量計を用いて測定したキャパシタンス値Cから
計算し、誘電率は、式 K=C/24.16・log(D/0.97) (式中、CはpF/mで表され、Dは得られたケーブル
のmmで表した外径である)を用いて計算され、ケーブ
ルのコーティングまたは押出し外装のボイド率V%は、
式 V%=[(2.1−K)・(2K+1)/3.3K]・
100 を用いて計算し、押出し外装の密度は、ASTM D7
92規格に準じて測定し、外装押出しに要するストリッ
プ力の値は、ASTM D3032/27規格に準じて
測定した。
Claims (11)
- 【請求項1】ペルフルオロポリマーを基剤とする膨脹性
または熱発泡性の固体組成物であって、(a) 少なくと
も1種類の熱加工性ペルフルオロポリマーと、このポリ
マーマトリックス中に均質に分散した、(b) ポリマー
(a) に対して0.002〜10重量%の成核剤、および CF2CF2CF2O、(CF2CF2CH2O)から
選択されるフルオロオキシアルキレン単位からなるフル
オロポリエーテルを含んでなり、前記単位はポリマー鎖
に統計学的に分布し、前記フルオロポリエーテルはHま
たはClを含むことができる中性のフルオロアルキルま
たはペルフルオロアルキル末端基を有し、数平均分子量
が3,500未満であり、該組成物は、ポリマー(a) を
溶融状態で成分(b) および(c) と混合した後、冷却し
て、ポリマー(a) の密度より最大7%低い密度を有する
実質的に未膨脹の固体組成物を生成させることによって
得ることができることを特徴とする、固体組成物。 - 【請求項2】成分(a) が、テトラフルオロエチレンとペ
ルフルオロアルキルビニルエーテルとの、またはヘキサ
フルオロプロペンとのコポリマーおよび、少量の重合性
モノマーで改質されたテトラフルオロエチレンポリマー
から選択された熱加工性ペルフルオロポリマーであり、
数平均分子量が500,000〜2,000,000で
ある、請求項1に記載の膨脹性組成物。 - 【請求項3】テトラフルオロエチレンコポリマーのペル
フルオロアルキルビニルエーテルがペルフルオロ(プロ
ピルビニルエーテル)およびペルフルオロ(メチルビニ
ルエーテル)から選択される、請求項2に記載の組成
物。 - 【請求項4】窒化ホウ素および高融点ポリテトラフルオ
ロエチレン粉末から選択される成核剤(b) をポリマー
(a) に対して0.02〜2重量%含む、請求項1に記載
の組成物。 - 【請求項5】フルオロポリエーテル(c) の数平均分子量
が350〜2,500であり、その蒸気圧がポリマー
(a) の融点とこの温度より30℃高い温度との間で10
バール未満であり、これをポリマー(a) に対して0.1
〜16重量%の量で用いる、請求項1〜4のいずれか1
項に記載の組成物。 - 【請求項6】フルオロポリエーテル(c) の数平均分子量
が900〜1,800である、請求項5に記載の組成
物。 - 【請求項7】フルオロポリエーテル(c) が、式 (式中、RfおよびR′fは互いに同一であるかまたは
異なり、CF2Y−、CF2YCF2−、CF3CFY
−、YCF2CF(CF3)−、YCF(CF3)CF
2−から選択されるフルオロアルキル末端基であり、Y
はF、ClまたはHであり、n、mおよびpはフルオロ
ポリエーテルの数平均分子量が3,500未満となるよ
うに選択される数である)を有し、ペルフルオロオキシ
アルキレン単位がランダムに分布しているフルオロポリ
エーテルから選択される、請求項5または6に記載の組
成物。 - 【請求項8】フルオロポリエーテルの末端基において、
YがHまたはFである、請求項7に記載の組成物。 - 【請求項9】1. ペルフルオロポリマー(a) を溶融状
態で、(a) に対して0.002〜10重量%の成核剤
(b) および0.05〜20重量%の少なくとも1種類の
フルオロポリエーテル(c) と、ポリマー(a) の融点とフ
ルオロポリエーテル(c) の蒸気圧が10バール未満であ
る温度との間の温度で、速かに混合し、均質化し、 2. 混合物をダイから押出し、 3. 押出した生成物を急冷して、密度がペルフルオロ
ポリマー(a) の密度より最大7%低い実質的に未膨脹の
固体組成物を得る、ことを含んでなる、請求項1〜8の
いずれか1項に記載の膨脹性の固体組成物の製造法。 - 【請求項10】フルオロポリエーテル(c) の蒸気圧が1
0バールを上回る温度で電線上に前記組成物を押出すこ
とによってこの導体をコーティングするための、請求項
1〜8のいずれか1項に記載の膨脹性固体組成物の使
用。 - 【請求項11】フルオロポリエーテル(c) の蒸気圧が2
0バールを上回る温度で、膨脹性組成物を押出す、請求
項10に記載の使用。
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