JPH11246607A - ポリテトラフルオロエチレンを含む水性分散液の製造方法 - Google Patents

ポリテトラフルオロエチレンを含む水性分散液の製造方法

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JPH11246607A
JPH11246607A JP10048092A JP4809298A JPH11246607A JP H11246607 A JPH11246607 A JP H11246607A JP 10048092 A JP10048092 A JP 10048092A JP 4809298 A JP4809298 A JP 4809298A JP H11246607 A JPH11246607 A JP H11246607A
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aqueous dispersion
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fine powder
ptfe
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JP10048092A
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Hiroki Kamiya
浩樹 神谷
Kimiaki Kashiwagi
王明 柏木
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Asahi Glass Co Ltd
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    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
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Abstract

(57)【要約】 【課題】延伸加工により、優れた性質の多孔質体を得る
ためのファインパウダの製造方法、これにより得られる
均一性および強度の高い多孔質体の提供。 【解決手段】界面活性剤としてC919COONH4
どを用いてポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の
水性分散液を製造する。この水性分散液を凝集して得ら
れるPTFEファインパウダを用いてペースト押し出し
し、250℃以上で延伸して上記多孔質体を得る。

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(以下、TFEという)を含む水性分散液の製造
方法に関する。また、二次加工により優れた均一性およ
び強度を有する延伸多孔質体を与えるポリテトラフルオ
ロエチレン(以下、PTFEという)ファインパウダ
と、そのファインパウダを用いて得られる延伸多孔質体
に関する。
【0002】
【従来の技術】PTFEファインパウダは、一般にTF
Eを水性媒体中で界面活性剤を使用して重合する、いわ
ゆる乳化重合法によって製造された水性分散液からの凝
集により得られる。また、界面活性剤として、一般的に
は、重合中の分散体粒子の安定性に優れるペルフルオロ
オクタン酸アンモニウムが用いられている。
【0003】分散体粒子を凝集させて得られるファイン
パウダは、適当な助剤、例えば、流動パラフィン、ナフ
サ、ホワイトオイルなどとともに押し出しするペースト
押し出し成形法により管、棒、フィルムのような成形体
を製造し、これを高温にて延伸加工することで、延伸多
孔質体が得られることは公知である。しかし、上記界面
活性剤を用いて製造されたPTFEファインパウダから
得られる延伸多孔質体は、機械特性、均一外観などが劣
るという問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、二次加工に
より、優れた性質の延伸多孔質体を得るためのファイン
パウダを提供し、また、これにより得られる均一性およ
び強度の高い延伸多孔質体を提供する。
【0005】
【課題を解決するための手段】発明者らは、TFEの水
性分散重合時に用いる界面活性剤、特に疎水的な界面活
性剤を用いて製造することにより、二次加工によって得
られる多孔質体の性質、特に均一性が向上することを見
出した。
【0006】すなわち、本発明は、式1または式2で表
される化合物(両式中、nは8〜11の整数、mは0〜
2の整数、Xは−COOMまたは−SO3 M、Yは−C
OOM、ただし、Mはアルカリ金属イオンまたはアンモ
ニウムイオン。)から選ばれる1種以上の界面活性剤が
存在する水性媒体中でTFEを重合することを特徴とす
る、PTFEを含む水性分散液の製造方法を提供する。
【0007】
【化2】 Cn2n+1X・・・式1 C37 O(CF(CF3 )CF2 O)m CF(CF3 )Y・・・式2
【0008】また、上記の方法で製造された水性分散液
中のPTFEを凝集して得られる粉末状のPTFEファ
インパウダを提供する。また、上記ファインパウダを用
いてペースト押し出し後、250℃以上の温度で延伸し
て得られる多孔質体を提供する。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明では式1で表される化合物
(以下、界面活性剤(式1)ともいう)または式2で表
される化合物(以下、界面活性剤(式2)ともいう)を
界面活性剤として用いることが重要である。
【0010】界面活性剤(式1)において、nはペルフ
ルオロアルキル基の鎖長を示し、8〜11の整数である
が、特に9であることが好ましい。nが12以上では、
界面活性剤としての水溶性が低下し、界面活性効果が低
く、水性分散液は得られない。nが7である界面活性剤
は通常のTFE重合に用いられるが、nが7以下の化合
物は、特にPTFEの延伸多孔質体の均一性において本
発明における界面活性剤に劣る。なお、ペルフルオロア
ルキル基は直鎖状でも分岐状でもよい。
【0011】Xは界面活性剤(式1)の親水基部分で、
−COOMまたは−SO3 Mであり、Mはナトリウム、
カリウム、リチウムなどのアルカリ金属イオン、または
アンモニウムイオンであり、好ましくはアンモニウムイ
オンである。界面活性剤(式1)として、C919CO
ONH4 が特に好ましい。
【0012】本発明の界面活性剤(式2)において、m
は0、1または2であるが、1が好ましい。mが3以上
であると水溶性が低下し、界面活性効果が低く、水性分
散液は得られない。
【0013】Yは界面活性剤(式2)の親水基部分で、
−COOMであり、Mはナトリウム、カリウム、リチウ
ムなどのアルカリ金属イオン、またはアンモニウムイオ
ンであるが、好ましくはアンモニウムイオンである。界
面活性剤(式2)として、C37 OCF(CF3 )C
2 OCF(CF3 )COONH4 が特に好ましい。な
お、C37 基は直鎖状であるものが好ましい。
【0014】界面活性剤(式1)は、Cn2n+1COO
H(nは8〜11の整数)にアンモニア水またはアルカ
リ金属水酸化物を加えて得られる。また、界面活性剤
(式2)は、まずヘキサプロピレンオキシド(以下、H
FPOという)からKFなどの金属フッ化物の存在下で
HFPOダイマー、HFPOトリマー、HFPOテトラ
マーからなるオリゴマーを合成した後、これをさらに加
水分解してカルボン酸を得、次いでアンモニア水または
アルカリ金属水酸化物を加えて得られる。
【0015】本発明において、通常は界面活性剤(式
1)および界面活性剤(式2)から選ばれる1種を用い
るが、2種以上を併用してもよい。2種以上を併用する
場合は、界面活性剤(式1)の2種以上でも界面活性剤
(式2)の2種以上でもよく、界面活性剤(式1)の1
種以上と界面活性剤(式2)の1種以上との併用でもよ
い。さらには、分散体粒子安定化のため、通常使用され
る、界面活性剤(式1)以外かつ界面活性剤(式2)以
外の界面活性剤、例えばペルフルオロオクタン酸アンモ
ニウムなど、を併用してもよい。
【0016】通常、重合開始時に臨界ミセル濃度以下の
量の界面活性剤が添加される。本発明では、通常水性媒
体として用いる水に対して、界面活性剤(式1)と界面
活性剤(式2)との合量で0.2重量%以下添加され
る。添加量が多いと、アスペクト比の大きい分散体粒子
が成生し、分散体粒子の安定性を損なう。また、重合速
度が極端に低下しないよう、界面活性剤(式1)と界面
活性剤(式2)との合量で0.01重量%以上添加する
ことが好ましい。
【0017】重合の進行とともに分散体粒子径が増大す
ると分散体は不安定となるため、分散体の安定性を補う
観点から、重合途中にアスペクト比の大きい粒子の発生
を誘発しない程度に本発明における界面活性剤を追加添
加してもよい。追加添加量は水に対して、界面活性剤
(式1)と界面活性剤(式2)との合量で0.2重量%
を超えてもよい。アスペクト比が極端に大きいと分散体
粒子間のからみ合いが発生し、水性分散液がゲル状とな
り安定な水性分散液が得られにくい。
【0018】本発明により得られるPTFEは、通常の
水性分散重合によって製造される。通常、重合温度50
〜120℃で、重合圧力はTFE自体の圧力である6〜
40kg/cm2 Gにて行われる。開始剤には、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
して用いてもよい。
【0019】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の分解剤を添加するなどして
重合中のラジカル濃度を調節することもできる。
【0020】重合は、通常生成PTFE分散体濃度が2
0〜40重量%に達した時点でTFEを系外に放出し撹
拌を停止し重合を終了する。次いでPTFEの水性分散
液を抜き出した後、分散体を凝集させてPTFE粒子を
分離回収する。
【0021】凝集は公知の方法により行える。例えば、
水で希釈してPTFE分散体濃度を10〜20重量%と
した後、激しく撹拌して行う。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
剤を加えてもよい。適度な撹拌を行うことによって、P
TFE分散体が水から分離され、造粒および整粒された
PTFEのファインパウダが得られる。
【0022】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、好ましくは静置の状態を保ち真
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
粉末同士の接触や摩擦は一般にファインパウダに好まし
くない。乾燥温度は10〜250℃が好ましく、特に1
00〜250℃が好ましい。
【0023】延伸多孔質体は、一般的な方法で製造でき
る。すなわち、PTFEファインパウダ100gに対し
て10〜50ml程度の潤滑剤を添加し、混合したのち
密閉容器内で充分に熟成する。潤滑剤には、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系溶
剤、シリコーンオイル、フッ素オイル、含フッ素化合物
などが挙げられ、ファインパウダを濡らし、かつ押し出
し後容易に蒸発除去できればよい。
【0024】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成形体をカ
レンダリング等によってシート化する。
【0025】押し出し時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。すなわち、R/R=50〜8
00、特にR/R=80〜200、で行うのが好まし
い。このとき、ペーストにかかる圧力、すなわち、押し
出し圧力は通常100〜1000kg/cm2 である。
押し出し圧力が小さいほど押し出し成形性が良好である
が、あまりに小さいとファインパウダ粒子の配向が充分
でなく、延伸性が低下する。この点から、R/Rが設定
される。
【0026】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
伸して好ましい多孔質体が得られる。250℃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℃
超ではPTFEが融解するため多孔質体が得られにく
い。
【0027】押し出し成形体の延伸は均一に行われるこ
とが好ましい。ここでいう均一とは、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
向に対する重量分布や孔径分布などが均一であることを
いう。
【0028】延伸倍率は特に限定されないが、延伸倍率
2倍未満では実質的に多孔構造とならず、50倍超では
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
などが起こりやすく、2〜50倍程度で行うことが好ま
しい。また、延伸速度も限定されないが、通常50〜1
000%/秒で行われる。
【0029】本発明で得られたPTFEの水性分散液は
塗料原料として使用でき、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。また、本発明
のファインパウダを延伸多孔質体製造以外のペースト押
し出し成形用の原料として使用できる。特に、加工され
た延伸多孔質体は均一性および強度に優れ、耐水性衣料
や、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。
【0030】
【実施例】以下、本発明を実施例(例1〜4)および比
較例(例5)で説明するが、これに限定されない。な
お、得られた重合体の性質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、AST
M 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。この標準の成形部品
は、成形粉末12.0gを、直径2.86cmの金型に
おいて352kg/cm2 の圧力下に2分間保持し予備
成形する。ついでこの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、1℃/分の速度で294℃まで冷却したのちオー
ブンから取り出し23℃にて3時間以上保持したのち測
定試料とした。
【0031】また、延伸多孔質体の製造および均一性の
評価は、以下の方法に従って行った。 (2)延伸加工性評価試料の作成:ファインパウダ50
gと炭化水素油である押し出し潤滑剤(出光石化製、ス
ーパーゾルFP25)11.8ml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、20kg
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入れ18
0℃にて潤滑剤を蒸発除去する。これを約50mmに切
断し、延伸加工用試料とした。
【0032】(3)延伸多孔質体の作成: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10m
m、温度250℃、引張速度200%/秒にて10倍の
長さ(100mm)に延伸した。
【0033】(4)多孔質体の均一性評価:延伸前試料
(チャック間10mm)の中心にマーキングして延伸
し、延伸後試料(100mm)の中心(チャックより5
0mm)の位置からマーキング位置までのずれの距離
(L)mmを測定し、以下の式により均一性(%)の指
標とした。値の大きい程均一性が高いことを示す。
【0034】
【数1】均一性(%)=((100/2−L)/(10
0/2))×100
【0035】(5)延伸ロッドの強度測定:延伸ロッド
5本の破断強度を測定し、その平均値を延伸ロッド1本
当たり破断強度(kg)とした。
【0036】[例1]クロロホルムを用い再結晶により
精製したペルフルオロデカン酸(C919COOH)4
9gをイオン交換水140mlに加え懸濁させた。これ
に29%アンモニア水7.1gを加えアンモニウム塩化
した後、水および過剰のアンモニアを留去することによ
り白色固体のペルフルオロデカン酸アンモニウム(C9
19COONH4 )50gを得た。
【0037】脱イオン水634g、ペルフルオロデカン
酸アンモニウムの0.435g、およびパラフィンワッ
クス7.9gを撹拌機付の1000mlのオートクレー
ブに仕込み、系内をTFEで置換した。内温を65℃に
し、16kg/cm2 GまでTFEで昇圧した。0.5
重量%ジコハク酸ペルオキシド水溶液10mlを圧入
し、重合を開始した。内圧を維持するようTFEをを導
入しながら、重合を継続した。TFEを70g添加した
ところで、0.791gのペルフルオロデカン酸アンモ
ニウムを15mlの水に溶解して圧入し、重合を継続
し、TFE250g添加したところで、TFEをパージ
し、オートクレーブを冷却し重合を停止した。得られた
水性分散液の固形分濃度は26.0重量%であった。
【0038】水性分散液の固形分濃度を約10重量%と
なるように水で希釈した後、機械撹拌によって上記の水
性分散重合体を凝集し、水をろ別し、180℃で7時間
乾燥して、PTFEファインパウダを得た。得られたP
TFEの標準比重は2.172であった。このPTFE
ファインパウダを用いて、上述の方法に基づき成形し、
均一性、破断強度を評価したところ、均一性指標は94
%、破断強度は0.553kgであった。
【0039】[例2]フッ化カリウムの存在化でHFP
Oトリマーからなるオリゴマーを得た後、加水分解して
カルボン酸とし、このカルボン酸95gに29%アンモ
ニア水16.8gを加えアンモニウム塩化した後、水お
よび過剰のアンモニアを留去することによりワックス状
のF(CF23 OCF(CF3 )CF2 OCF(CF
3 )COONH4 (以下、界面活性剤1という)96g
を得た。
【0040】初期仕込みに用いる界面活性剤を界面活性
剤1の0.421gに変更し、TFE70g添加したと
きに加える界面活性剤も界面活性剤1の0.771gに
変更した以外は例1と同様にして重合を行った。得られ
た水性分散液の固形分濃度は26.7重量%であった。
【0041】上記水性分散液から、例1と同様にしてP
TFEファインパウダを得た。得られたPTFEの標準
比重は2.167であった。このPTFEファインパウ
ダの均一性指標は94%、破断強度は0.501kgで
あった。
【0042】[例3]初期仕込みに用いる界面活性剤を
ペルフルオロデカン酸アンモニウムの0.435gと
し、TFE70g添加したときに加える界面活性剤をペ
ルフルオロオクタン酸アンモニウム(C715COON
4 )0.644gに変更した以外は例1と同様にして
重合を行った。得られた水性分散液の固形分濃度は2
7.8重量%であった。
【0043】上記水性分散液から、例1と同様にしてP
TFEファインパウダを得た。得られたPTFEの標準
比重は2.168であった。このPTFEファインパウ
ダの均一性指標は87%であった。
【0044】[例4]初期仕込みに用いる界面活性剤を
ペルフルオロドデカン酸アンモニウム(C1123COO
NH4 )の0.478gとし、TFE70g添加したと
きに加える界面活性剤をペルフルオロオクタン酸アンモ
ニウム0.644gに変更した以外は例1と同様にして
重合を行った。ペルフルオロドデカン酸アンモニウムは
疎水性が大きいため、PTFE分散体の安定性を損なわ
ないように、TFEを160g添加したところで重合を
停止した。得られた水性分散液の固形分濃度は17.2
重量%であった。
【0045】上記水性分散液から、例1と同様にしてP
TFEファインパウダを得た。得られたPTFEの標準
比重は2.163であった。このPTFEファインパウ
ダの均一性指標は89%、破断強度は0.516kgで
あった。
【0046】[例5]初期仕込みに用いる界面活性剤を
ペルフルオロオクタン酸アンモニウム0.354gに変
更し、TFE70g添加したときに加える界面活性剤も
ペルフルオロオクタン酸アンモニウム0.644gに変
更した以外は例1と同様にして重合を行った。得られた
水性分散液の固形分濃度は27.9重量%であった。
【0047】上記水性分散液から、例1と同様にしてP
TFEファインパウダを得た。得られたPTFEの標準
比重は2.164であった。このPTFEファインパウ
ダの均一性指標は67%、破断強度は0.430kgで
あった。
【0048】
【発明の効果】本発明の方法で得られたPTFEファイ
ンパウダは、延伸加工により均一性および強度の高い多
孔質体を与える。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C08J 3/075 CEW C08J 9/00 CEWA 3/12 CEW B29C 47/00 9/00 CEW C08J 3/03 CEW // B29C 47/00 B29K 27:18 105:04 C08L 27:18

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】式1または式2で表される化合物(両式
    中、nは8〜11の整数、mは0〜2の整数、Xは−C
    OOMまたは−SO3 M、Yは−COOM、ただし、M
    はアルカリ金属イオンまたはアンモニウムイオン。)か
    ら選ばれる1種以上の界面活性剤が存在する水性媒体中
    でテトラフルオロエチレンを重合することを特徴とす
    る、ポリテトラフルオロエチレンを含む水性分散液の製
    造方法。 【化1】 Cn2n+1X・・・式1 C37 O(CF(CF3 )CF2 O)m CF(CF3 )Y・・・式2
  2. 【請求項2】前記界面活性剤が、C919COONH4
    またはC37 OCF(CF3 )CF2 OCF(CF
    3 )COONH4 である、請求項1記載の製造方法。
  3. 【請求項3】請求項1または2記載の製造方法で製造さ
    れた水性分散液中のポリテトラフルオロエチレンを凝集
    して得られる粉末状のポリテトラフルオロエチレンファ
    インパウダ。
  4. 【請求項4】請求項3記載のファインパウダを用いてペ
    ースト押し出し成形した後、その成形体を250℃以上
    の温度で延伸して得られる多孔質体。
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