JPH11240917A - テトラフルオロエチレン系共重合体とその用途 - Google Patents

テトラフルオロエチレン系共重合体とその用途

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JPH11240917A
JPH11240917A JP24397698A JP24397698A JPH11240917A JP H11240917 A JPH11240917 A JP H11240917A JP 24397698 A JP24397698 A JP 24397698A JP 24397698 A JP24397698 A JP 24397698A JP H11240917 A JPH11240917 A JP H11240917A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】押し出し加工性に優れ、延伸加工による均一な
多孔質体の製造に有用なテトラフルオロエチレン系共重
合体の提供。 【解決手段】テトラフルオロエチレンとCH2 =CH−
f (Rf はペルフルオロアルキル基)で表されるフッ
素化コモノマ、例えば(ペルフルオロブチル)エチレ
ン)、との乳化重合により製造され、フッ素化コモノマ
に基づく重合単位を0.005〜0.05モル%含み、
標準比重が2.155未満の共重合体。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はテトラフルオロエチ
レン系共重合体(以下、PTFEという)のファインパ
ウダおよびその多孔質成形体に関する。
【0002】
【従来の技術】PTFEのファインパウダは、水性媒体
中で乳化剤を使用して重合する、いわゆる乳化重合法に
よって得られる重合体微粒子を凝集させて製造される。
テトラフルオロエチレン(以下、TFE)と、それと共
重合可能なコモノマの比較的少量とを共重合してPTF
Eを変性することは技術的に公知である。また、ファイ
ンパウダに適当な助剤を添加してペースト押し出し加工
する際の加工性を改良するため、PTFEの変性は有効
であることが知られている。
【0003】特公昭56−26242、特公昭56−2
6243には、クロロトリフルオロエチレン(以下、C
TFEという)などのコモノマとTFEを使用する変性
PTFEの製造において、実質重合終期に生成する重合
体中のCTFEなどのコモノマに基づく重合単位の割合
を多くなるようにする方法が提案されている。
【0004】特公昭59−34724には、変性PTF
Eの各種コモノマに基づく重合単位の割合を重合初期に
高くする方法が提案されているが、得られる変性PTF
Eの標準比重は2.2以上であり分子量が低く延伸加工
に充分でない。
【0005】特公昭56−26242には、重合中、終
始コモノマを添加しつつ、かつ初期の段階での添加量を
多くする方法が提案されている。この場合、PTFE中
のコモノマに基づく重合単位の割合が多く延伸加工には
不充分と推測される。
【0006】また、特公平3−66926には、Rf
CH=CH2 (Rf は炭素数1〜10のペルフルオロア
ルキル基)をコモノマとしてPTFEを変性する方法が
提案されている。ここでは初期に変性度を大きくなるよ
うに、コモノマを重合途中まで連続添加する方法が提案
されている。
【0007】上記の変性は、主にファインパウダのペー
スト押し出し加工性の改良、例えば押し出し圧の低減な
どを目的として行われており、コモノマに基づく重合単
位の含有割合は0.5重量%以下であるが、実質的には
0.1重量%以上と比較的大量に含有している。このた
め、実質的に溶融成形性を有していないが、かなりの結
晶性の低下を伴っている。また、変性されたPTFE
は、導入されたコモノマ構造による耐熱性が低下する問
題がある。さらに、コモノマ構造により分子配向が起こ
りにくく、そのため延伸時に破断が生じ、実質上延伸多
孔質体の製造に使用できない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は押し出し加工
性に優れ、均一な延伸加工が可能で、高強度の多孔体が
得られるPTFEを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】発明者は、TFEと共重
合するコモノマに基づく重合単位の導入量を加工性に影
響を及ぼさない程度に限定することで延伸加工による均
一、かつ高強度の多孔質体製造に適切な変性PTFEが
得られることを見いだした。
【0010】すなわち、本発明は、TFEと一般式CH
2 =CH−Rf (ただし、Rf は炭素数が1〜10のペ
ルフルオロアルキル基)で表されるフッ素化コモノマと
の重合体であって、フッ素化コモノマに基づく重合単位
の含有量が0.005〜0.05モル%であることを特
徴とするPTFEを提供する。また、PTFEの標準比
重が2.155より小さい上記PTFEを提供する。ま
た、上記PTFEからなる粉体をペースト押し出し後、
250℃以上の温度で延伸されたものであることを特徴
とする重合体の多孔質体を提供する。
【0011】フッ素化コモノマとしては、(ペルフルオ
ロエチル)エチレン、(ペルフルオロブチル)エチレン
や(ペルフルオロオクチル)エチレンが、得られるPT
FEの延伸加工性、また延伸加工した加工物の均一性や
機械的強度の点から好ましく、特に、(ペルフルオロブ
チル)エチレンが好ましい。これらのフッ素化コモノマ
は、IRf で表されるヨウ素化合物に過酸化物存在下に
エチレンを付加し、その後KOHなどの塩基性化合物で
脱HIすることにより容易に製造される。
【0012】本発明におけるフッ素化コモノマに基づく
重合単位の含有量は、延伸加工性の観点から厳密に制御
される必要がある。含有量は変性PTFE中0.005
〜0.05モル%の範囲である。0.05モル%を超え
るとポリマの結晶性が微妙に低下し、ペースト押し出し
圧は低下するが延伸加工性が著しく低下する。また、
0.005モル%未満では、延伸加工品の物性改良など
実質的に変性の効果が得られにくい。特に、0.01〜
0.04モル%であることが好ましい。
【0013】本発明のPTFEは、フッ素化コモノマに
基づく重合単位の含有量が前記特公平3−66926の
実施例に記載されている変性PTFE(0.17重量%
以上(0.069モル%以上に相当))より実質的に少
ないが、ペースト押し出し加工性がTFE単独重合体と
変わらないことから、従来の変性PTFEと区別され
る。
【0014】さらに、延伸加工性の点からPTFEの分
子量が充分高いことが好ましい。一般に分子量と相関の
ある重合体の標準比重をもって分子量の尺度としてい
る。すなわち、分子量が高いほど標準比重は小さい値と
なる。共重合体の場合はその原理上標準比重による分子
量は厳密には単独重合体とは異なるが、本発明では、添
加するフッ素化コモノマ量が少ないことから便宜上分子
量の目安として標準比重を採用している。
【0015】本発明のPTFEの標準比重は2.155
より小さい、すなわち高分子量であることが好ましい。
またあまりに高分子量では結晶化度が極端に低下して耐
熱性が低下するため、PTFEの標準比重は2.130
以上であることが好ましい。
【0016】本発明のPTFEは、PTFEの製造に通
常に使用される乳化重合により製造される。この重合方
法は、米国特許第3142665号、第3391099
号などに記述されている。
【0017】オートクレーブに水、通常の遊離基重合開
始剤、凝集物の生成を抑制するためのパラフィンワック
スおよび乳化剤を仕込んだ後、撹拌しながらTFEを圧
入する。この後、オートクレーブを穏やかに撹拌し、適
当な温度および圧力で重合を行う。重合完了時に得られ
る乳化分散液はそのままでも使用できるが、一般に成形
用途には、通常重合体微粒子を公知の方法によって凝集
させて得られるファインパウダを使用する。
【0018】本発明のPTFEの製造においては、フッ
素化コモノマを連続添加や途中添加を行わず、初期に一
括して必要量だけ添加することが好ましい。初期一括添
加することで、重合初期に生成する重合体微粒子のコア
部のフッ素化コモノマに基づく重合単位の割合が高く、
重合の進行とともに徐々にその割合が低下し、重合終期
の重合体微粒子のシェル部では実質的にフッ素化コモノ
マを含まないホモポリマが生成する。このような構造
は、延伸性、延伸加工品の物性の観点で好ましい。
【0019】フッ素化コモノマを連続添加する方法、ま
たは重合のある時期まで添加する方法は、フッ素化コモ
ノマに基づく重合単位の割合の比較的高い部分が全体の
粒子に占め、ペースト押し出し加工には有利であっても
延伸加工に有利なファインパウダが得られにくい。
【0020】また、TFEを初期に一括添加して重合し
て製造できるが、重合初期に生成する重合体微粒子のコ
ア部のフッ素化コモノマに基づく重合単位の割合を高く
するためにTFEを連続添加や途中分割添加し重合して
製造することが好ましい。
【0021】本発明においてTFEと共重合可能なフッ
素化コモノマを1種または2種以上使用でき、またこれ
以外の共重合可能なモノマを併用することもできる。こ
の場合に併用されるモノマはTFEと共重合する重合性
化合物であればその構造は特に限定されないが、得られ
る変性PTFEの耐熱性の観点から、ペルフルオロの重
合性化合物が好ましい。
【0022】乳化分散液中の重合体微粒子の大きさは、
公知の方法で制御できる。例えば、米国特許第3391
099号の記載のように、乳化剤の添加を制御すること
で所望の粒子径が得られる。また、特開昭60−765
16に示されるように重合中のTFE圧力を変動させる
ことで制御できる。
【0023】乳化剤には、連鎖移動に関与しないペルフ
ルオロアルカンカルボン酸の塩またはペルフルオロアル
カンスルホン酸の塩を使用できる。特に炭素数7〜9の
ペルフルオロアルカンカルボン酸アンモニウムが好まし
く用いられる。
【0024】開始剤はジコハク酸ペルオキシド、ジグル
タル酸ペルオキシドなどのペルオキシドまたは過硫酸ア
ンモニウム、過硫酸カリウムなどの過硫酸塩を単独でま
たは併用して用いられる。また、亜硫酸ナトリウムなど
の還元剤と共用しレドックス系にして用いられる。さら
に、重合中に、ヒドロキノン、カテコールなどのラジカ
ル捕捉剤を添加したり、亜硫酸アンモニウムなどのペル
オキシド分解剤を添加するなどにより重合中のラジカル
濃度を調節することもできる。
【0025】重合は、通常、温度50〜120℃、圧力
6〜40kg/cm2 で行われる。通常、重合体の濃度
が20〜40重量%となった時点で系外に未反応モノマ
を放出し撹拌を停止し重合を終了した後、重合体微粒子
を凝集させる。
【0026】凝集は公知の方法により行いうる。すなわ
ち、重合体の濃度を10〜20重量%になるように水で
希釈した後、激しく撹拌して凝集させる。場合によって
はpHを調節してもよく、電解質や水溶性の有機溶剤な
どの凝集助剤を加えて行ってもよい。その後、適度な撹
拌を行うことによって、凝集した重合体を水から分離
し、造粒および整粒され、次いで乾燥して、粉末粒子状
の重合体すなわちファインパウダが得られる。
【0027】乾燥は、通常凝集で得られた湿潤粉末をあ
まり流動させない状態、好ましくは静置し、真空、高周
波、熱風などで行う。ファインパウダは小さな剪断力で
も簡単にフィブリル化して、元の重合終了後の結晶構造
の状態を失う性質を有する。特に延伸加工用途におい
て、加工性の低下を防止するため、特に高い温度での粉
体どうしの接触ないし摩擦は好ましくない。乾燥は10
〜250℃、特には100〜250℃で行うことが好ま
しい。
【0028】通常の変性PTFEはフッ素化コモノマに
基づく重合単位の含有量が多いため延伸できず破断する
が、本発明のPTFEの延伸多孔質体は、一般的な方法
で製造しうる。すなわち、ファインパウダに対して5〜
20重量%の潤滑剤を添加し、混合した後密閉容器内で
充分に熟成する。
【0029】用いられる潤滑剤は、例えばソルベントナ
フサ、ホワイトオイルなどの石油系溶剤、トルオール
類、ケトン類、エステル類などの炭化水素油、シリコー
ンオイル、フッ素オイル、含フッ素化合物などであり、
ファインパウダを濡らし、かつ押し出し後容易に押し出
し成形体から蒸発除去されるものであればよい。
【0030】潤滑剤を添加したファインパウダを、1〜
50kg/cm2 程度の圧力で予備成形したのち、ペー
スト押し出しする。場合によっては押し出し物をカレン
ダリング等によってシート化する。
【0031】押し出しにおいて、ファインパウダ粒子の
配向を促進することが重要で、押し出し機のリダクショ
ンレシオR/R(バレル面積と押し出しダイの面積比)
を充分とることが好ましい。R/R=50〜800で行
うのがよく、好ましくは、80〜200で行われる。こ
のとき、ペーストにかかる圧力を押し出し圧力という
が、通常100〜1000kg/cm2 である。押し出
し圧力が小さいほど押し出し加工性が良好であるが、あ
まりに小さいと粒子の配向が充分でなく、延伸性が低下
する。これらの点からR/Rが設定される。
【0032】この後、押し出し成形体に含まれる潤滑剤
を蒸発除去し、250℃以上の温度にて2〜50倍に延
伸することによって好ましい多孔質体が得られる。25
0℃未満では延伸倍率の小さな多孔質体のみ得られやす
く、350℃以上ではPTFEが融解するため多孔質体
が得られにくい。
【0033】多孔質体は、延伸が均一に行われることが
好ましい。均一とは、延伸により成形体全体が均等に延
伸されることであり、具体的には、多孔質体の延伸方向
の重量分布や孔径分布が均一であることをいう。
【0034】延伸倍率は特に限定されないが、延伸倍率
2倍以下では実質的に多孔構造とならず、50倍以上で
は安定した多孔構造とならず場合によっては延伸時に破
断等が起きやすく、2〜50倍程度で行うことが好まし
い。また、延伸速度は特に限定されないが、通常50〜
1000%/秒にて行われる。
【0035】本発明のPTFEの乳化分散液を塗料原料
とすることもでき、ロール、調理器具への塗装、ガラス
クロス含浸加工などに使用できる。特に、延伸加工品に
好適に使用できる。本発明のPTFEの延伸多孔質体は
延伸均一性、強度が特に優れる。この多孔質体は、特に
耐久性の要求される工業用品、例えば、バグフィルタ、
パッキン、ガスケット、その他被覆用途などに有用であ
る。
【0036】
【実施例】以下に、本発明を実施例(例1〜3、6〜
8)、比較例(例4、5)で説明するが、本発明はこれ
らによって限定されない。
【0037】[例1]邪魔板、撹拌機を備えた、100
リットルのステンレス鋼製オートクレーブに、ペルフル
オロオクタン酸アンモニウム35g、パラフィンワック
ス78g、脱イオン水63.4リットルを仕込んだ。オ
ートクレーブを窒素置換し、さらにTFEで再度置換
後、撹拌しながら72℃に昇温した。TFEを19kg
/cm2まで昇圧し、(ペルフルオロブチル)エチレン
(以下、PFBEという)5.0g、水3リットルに溶
解したジコハク酸ペルオキシド5.4gを注入した。約
3分ほどで内圧が18.5kg/cm2 まで降下した。
【0038】オートクレーブ内圧を19kg/cm2
保つようにTFEを添加しながら重合を進行させた。T
FEの添加量が720gになったところで、水3リット
ルに溶解した65gのペルフルオロオクタン酸アンモニ
ウムを圧入した。TFEの添加量が25kgになったと
ころで反応を終了させ、オートクレーブ中のTFEを大
気放出した。得られた乳化分散液を冷却し、上澄みのパ
ラフィンワックスを除去した。乳化分散液の重合体微粒
子濃度は約28.1重量%であり、重合体微粒子の平均
粒子径は0.210μmであった。
【0039】この乳化分散液をイオン交換水で重合体微
粒子濃度10重量%に希釈し、凝固するまで激しく撹拌
した。凝固後さらに5分間撹拌し、ついで凝固した重合
体を200℃で乾燥した。得られた重合体の標準比重は
2.149であった。また、赤外分光計で求めた、重合
体中のPFBEに基づく重合単位の含量は、仕込んだP
FBEのすべてが反応した量である0.02モル%であ
った。得られた重合体を用い、下記に示す延伸加工試験
を行った試験結果を表1に示す。
【0040】得られた重合体の特性は下記の方法で測定
した。 (1)標準比重:粉末状の重合体の標準比重はASTM
D1457−69法に従い標準の成形試験試料で置換
される水量によって測定した。この標準の成形試験試料
は次のようにして作成した。まず、粉末状重合体12.
0gを直径2.86cmの金型に充填し、352kg/
cm2 の圧力下に2分間保持し予備成形する。ついでこ
の予備成形体をオーブン中で300℃から380℃まで
2℃/分で加熱し、380℃で30分保持し、次いで1
℃/分の速度で294℃まで冷却した後オーブンから取
り出し、23℃にて3時間以上保持したのち試験試料と
した。
【0041】(2)重合体微粒子の粒子径:レーザ回折
式の粒径測定装置(大塚電子製、LPA−3000/3
100)を用い重合体微粒子の濃度約0.1重量%にて
25℃で積算回数100回の測定を3回行い、その平均
値を重合体微粒子の粒子径とした。
【0042】(3)延伸加工性評価試料の作成:重合体
50gと炭化水素油である押し出し潤滑剤(出光石油化
学製、スーパーゾルFP)11.8gを混合し、25℃
で1時間以上熟成する。次にシリンダ(内径9.95m
m)付きの押し出しダイ(絞り角度30℃で内径1mm
のオリフィスを有する)に上記混合物を充填し、20k
gの負荷をシリンダに挿入したピストンに加え10分保
持する。この後ラムスピード100mm/分にて押し出
しロッド状物を得る。押し出し後半において圧力が平衡
状態になる部分における押し出し物をオーブンにいれ、
180℃にて潤滑剤を蒸発除去する。これを約50mm
に切断し延伸加工評価用試料とした。
【0043】(4)延伸加工性試験:上記試料を恒温槽
付きの引張試験器を用い、チャック間距離10mm、温
度250℃、引張速度1000%/秒にて10倍の長さ
に延伸した。この条件での延伸性を外観、均一性の観点
から評価した。外観は、A:滑らか、B:わずかにムラ
あり、C:かなりムラあり、D:延伸中に切断、の基準
で評価した。 (5)延伸ロッドの強度評価:上記(3)、(4)で得
られた延伸ロッド5本の強度を測定し、平均値をロッド
1本当たりの強度(kg)で示した。
【0044】(6)多孔質体の均一性評価:延伸前試料
(チャック間10mm)の中心(チャックより5mm)
にマーキングし、延伸後試料(100mm)の中心(チ
ャックより50mm)の位置からマーキングまでのずれ
の距離L(mm)を測定し、以下の式による値を均一性
(%)の指標とした。この値が大きいほど均一性が高い
ことを示す。
【0045】
【数1】均一性(%)=((100/2−L)/(10
0/2))×100
【0046】[例2]PFBEを2.5g用いること以
外は例1と同様にして重合体を得た。乳化分散液の重合
体微粒子濃度は約27.6重量%、重合体微粒子の平均
粒子径は0.233μm、重合体の標準比重は2.15
0であった。例1と同様の方法で求めた、重合体中のP
FBEに基づく重合単位の含量は0.01モル%であっ
た。例1と同様にした延伸加工試験の結果を表1に示
す。
【0047】[例3]PFBEを12g用いること以外
は例1と同様にして重合体を得た。乳化分散液の重合体
微粒子濃度は約28.3重量%、重合体微粒子の平均粒
子径は0.208μm、重合体の標準比重は2.150
であった。例1と同様の方法で求めた、重合体中のPF
BEに基づく重合単位の含量は0.048モル%であっ
た。例1と同様にした延伸加工試験の結果を表1に示
す。
【0048】[例4]PFBEを43g用いること以外
は例1と同様にして重合体を得た。乳化分散液の重合体
微粒子濃度は約28.0重量%、重合体微粒子の平均粒
子径は0.204μm、重合体の標準比重は2.141
であった。例1と同様の方法で求めた、重合体中のPF
BEに基づく重合単位の含量は0.17モル%であっ
た。例1と同様にした延伸加工試験の結果を表1に示
す。
【0049】[例5]PFBEを用いないこと以外は例
1と同様にして重合体を得た。乳化分散液の重合体微粒
子濃度は約28.0重量%、重合体微粒子の平均粒子径
は0.258μm、重合体の標準比重は2.151であ
った。例1と同様にした延伸加工試験の結果を表1に示
す。
【0050】例1〜3、例5においては、いずれも延伸
多孔質体が得られた。PFBE含量の高い例4は、ペー
スト押し出し圧が低く押し出し加工性に優れていたが、
延伸加工時に破断して多孔質体が得られなかった。ま
た、例1〜3においては、例5と比較して優れた強度の
多孔質体が得られた。
【0051】[例6]PFBEの代わりに(ペルフルオ
ロエチル)エチレン(以下、PFEEという)5.0g
を用いる以外は例1と同様にして重合体を得た。乳化分
散液の重合体微粒子濃度は約27.9重量%、重合体微
粒子の平均粒子径は0.225μm、重合体の標準比重
は2.150であった。例1と同様の方法で求めた、重
合体中のPFEEに基づく重合単位の含量は0.02モ
ル%であった。例1と同様にした延伸加工試験の結果を
表1に示す。例6においては、例5と比較して優れた均
一性および強度の多孔質体が得られた。
【0052】[例7]PFBEの代わりに(ペルフルオ
クチル)エチレン(以下、PFOEという)5.0gを
用いる以外は例1と同様にして重合体を得た。乳化分散
液の重合体微粒子濃度は約28.1重量%、重合体微粒
子の平均粒子径は0.211μm、重合体の標準比重は
2.149であった。例1と同様の方法で求めた、PF
OEに基づく重合単位の含量は0.02モル%であっ
た。例1と同様にした延伸加工試験の結果を表1に示
す。例7においては、例5と比較して優れた均一性およ
び強度の多孔質体が得られた。
【0053】[例8]PFBEを1.0g用いること以
外は例1と同様にして重合体を得た。乳化分散液の重合
体微粒子濃度は約27.8重量%であり、重合体微粒子
の平均粒子径は0.236μmであり、重合体の標準比
重は2.151であった。例1と同様の方法で求めた、
重合体中のPFBEに基づく重合単位の含量は0.00
4モル%であった。例1と同様にした延伸加工試験の結
果を表1に示す。
【0054】
【表1】
【0055】
【発明の効果】TFEにペルフルオロアルキル基を有す
るコモノマを微量共重合させることにより、特に延伸加
工に有用なポリテトラフルオロエチレン重合体が得られ
る。この重合体よりなる延伸多孔物品は、均一性および
強度に優れた性質を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI // B29C 55/00 B29C 55/00 C08F 2/00 C08F 2/00 A (C08F 214/26 214:18) B29K 27:18 B29L 31:60

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】テトラフルオロエチレンと一般式CH2
    CH−Rf (ただし、Rf は炭素数が1〜10のペルフ
    ルオロアルキル基)で表されるフッ素化コモノマとの重
    合体であって、フッ素化コモノマに基づく重合単位の含
    有量が0.005〜0.05モル%であることを特徴と
    するテトラフルオロエチレン系共重合体。
  2. 【請求項2】フッ素化コモノマが(ペルフルオロブチ
    ル)エチレンである請求項1に記載のテトラフルオロエ
    チレン系共重合体。
  3. 【請求項3】テトラフルオロエチレンとフッ素化コモノ
    マとの乳化重合により生成する重合体微粒子の、少なく
    ともコア部分が請求項1または2に記載の重合体である
    テトラフルオロエチレン系共重合体。
  4. 【請求項4】標準比重が2.155より小さい重合体で
    ある請求項1、2または3に記載のテトラフルオロエチ
    レン系共重合体。
  5. 【請求項5】乳化重合により生成する重合体微粒子のコ
    ア部分のフッ素化コモノマに基づく重合単位の含有量
    が、シェル部分のフッ素化コモノマに基づく重合単位の
    含有量よりも大きい構造を有する重合体微粒子から得ら
    れる請求項1、2、3または4に記載のテトラフルオロ
    エチレン系共重合体からなる粉体。
  6. 【請求項6】請求項5に記載のテトラフルオロエチレン
    系共重合体からなる粉体をペースト押し出し後、250
    ℃以上の温度で延伸されたものであることを特徴とする
    重合体の多孔質体。
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