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JP7705361B2 - フッ素樹脂組成物、及び、成形体 - Google Patents

フッ素樹脂組成物、及び、成形体 Download PDF

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Description

本開示は、フッ素樹脂組成物、及び、成形体に関する。
成形加工等のために融点以上の温度に加熱した履歴のあるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)は、そのまま再度成形材料として使用しても充分な物性が得られないため、成形用途での再生は一部に止まっている。
特許文献1及び2には、焼成後に粉砕されたPTFEや加熱済みPTFEのリサイクルに関する技術が記載されている。
国際公開第2019/244433号 特開2006-70233号公報
本開示は、融点以上の温度に加熱した履歴のあるフッ素樹脂を含むにもかかわらず、引張特性に優れるフッ素樹脂組成物、及び、上記フッ素樹脂組成物から得られる成形体を提供することを目的とする。
本開示は、融点以上の温度に加熱した履歴のある溶融流動性を示さないフッ素樹脂Aと、溶融流動性を示すフッ素樹脂Bとを含む、溶融流動性を示さないフッ素樹脂組成物を提供する。
フッ素樹脂Aは、ポリテトラフルオロエチレンであることが好ましい。
フッ素樹脂Bは、MFRが0.25g/10分以上であることが好ましい。
フッ素樹脂Bは、融点が320℃以下のフッ素樹脂であることが好ましい。
上記フッ素樹脂組成物は、更に、融点以上の温度に加熱した履歴のない部分を有する溶融流動性を示さないフッ素樹脂Cを含むことが好ましい。
上記フッ素樹脂組成物は、333℃未満の温度領域に1つ以上、かつ、333~360℃の温度領域に1つ以上の融点を有することが好ましい。
上記フッ素樹脂組成物は、テトラフルオロエチレン単位、及び、テトラフルオロエチレンと共重合可能な変性モノマーに基づく変性モノマー単位を含み、全重合単位に対し、上記変性モノマー単位の量が1.0質量%以下であることが好ましい。
上記フッ素樹脂組成物は、平均二次粒子径が5~700μmであることが好ましい。
低分子量含フッ素化合物の含有量が、上記フッ素樹脂組成物に対し1質量ppm以下であることが好ましい。
上記フッ素樹脂組成物は、粉末であることが好ましい。
上記フッ素樹脂組成物は、圧縮成形用粉末であることが好ましい。
上記フッ素樹脂組成物は、引張破断強度が10MPa以上であることが好ましい。
上記フッ素樹脂組成物は、引張破断歪が150%以上であることが好ましい。
本開示は、上記フッ素樹脂組成物を圧縮成形及び焼成して得られる成形体も提供する。
本開示によれば、融点以上の温度に加熱した履歴のあるフッ素樹脂を含むにもかかわらず、引張特性に優れるフッ素樹脂組成物、及び、上記フッ素樹脂組成物から得られる成形体を提供することができる。
以下、本開示を具体的に説明する。
本開示は、融点以上の温度に加熱した履歴のある溶融流動性を示さないフッ素樹脂Aと、溶融流動性を示すフッ素樹脂Bとを含む、溶融流動性を示さないフッ素樹脂組成物を提供する。
本開示のフッ素樹脂組成物は、溶融流動性を示すフッ素樹脂Bを含むので、融点以上の温度に加熱した履歴のあるフッ素樹脂Aを含むにもかかわらず、引張特性(例えば、引張破断強度、引張破断歪)に優れる。この効果は、成形時に、フッ素樹脂Aの粒子間の界面がフッ素樹脂Bによって埋まることによると考えられる。
本開示のフッ素樹脂組成物において、フッ素樹脂Aとフッ素樹脂Bとを見分ける方法としては、例えば、ホットステージ上に上記フッ素樹脂組成物を乗せて、5℃/minで昇温させながら顕微鏡で観察し、粒子の形状を維持するかどうかでフッ素樹脂A及びBのいずれの粒子であるかを判別する方法が挙げられる。
上記フッ素樹脂Aは、融点以上の温度に加熱した履歴を有する。上記加熱としては、成形加工、加熱処理等のための加熱等が挙げられる。
フッ素樹脂Aは、融点が100℃以上、333℃未満であることが好ましく、332℃未満であることがより好ましく、331℃未満であることが更に好ましい。
下限は限定されないが、140℃であることがより好ましく、180℃以上であることが更に好ましい。
フッ素樹脂Aは、333℃未満の温度領域に1つ以上の融点を有することが好ましい。上記333℃未満の温度領域は、332℃未満であることがより好ましく、331℃未満であることが更に好ましく、また、100℃以上であることが好ましく、140℃以上であることがより好ましく、180℃以上であることが更に好ましい。
融点が上記範囲内にあることは、融点以上の温度に加熱した履歴があることを示す。
フッ素樹脂Aは、333℃以上の温度領域にも融点を有していてもよい。
本明細書において、フッ素樹脂の融点は、X-DSC7000(株式会社日立ハイテクサイエンス社製)を用い、10℃/分の昇温速度で示差走査熱量測定〔DSC〕を行って得られた融解熱曲線における極小点に対応する温度である。1つの融解ピーク中に極小点が2つ以上ある場合は、それぞれを融点とする。
フッ素樹脂Aは、溶融流動性を示さない。
本明細書において、溶融流動性を示さないとは、メルトフローレート(MFR)が0.25g/10分未満、好ましくは0.10g/10分未満、より好ましくは0.05g/10分以下であることを意味する。
本明細書において、MFRは、ASTM D1238に従って、メルトインデクサーを用いて、フッ素樹脂の種類によって定められた測定温度(例えば、PFAやFEPの場合は372℃、ETFEの場合は297℃)、荷重(例えば、PFA、FEP及びETFEの場合は5kg)において内径2.095mm、長さ8mmのノズルから10分間あたりに流出するポリマーの質量(g/10分)として得られる値である。PTFEの場合は、PFAと同様の測定条件で測定して得られる値である。
また、フッ素樹脂を圧縮成形した予備成形体(未焼成の成形体)を、当該フッ素樹脂の融点以上で1時間以上加熱した場合に、加熱前の厚みに対する加熱後の厚みの減少率が20%未満であるか、又は、加熱後の厚みが加熱前の厚みより増加することも、当該フッ素樹脂が溶融流動性を示さないことを意味する。
フッ素樹脂Aとしては、ポリテトラフルオロエチレン[PTFE]が好ましい。上記PTFEは、高分子量PTFEであってよい。
フッ素樹脂Aとしての上記PTFEは、TFEの単独重合体であってもよいし、99.0質量%以上のTFEに基づく重合単位と、1.0質量%以下の変性モノマーに基づく重合単位(以下「変性モノマー単位」とも記載する)とを含む変性PTFEであってもよい。上記変性PTFEは、TFEに基づく重合単位及び変性モノマー単位のみからなるものであってよい。
上記変性PTFEは、変性モノマー単位の含有量が全重合単位に対し0.00001~1.0質量%の範囲であることが好ましい。変性モノマー単位の含有量の下限としては、0.0001質量%がより好ましく、0.001質量%が更に好ましく、0.005質量%が更により好ましく、0.010質量%が殊更に好ましい。変性モノマー単位の含有量の上限としては、0.90質量%が好ましく、0.50質量%がより好ましく、0.40質量%が更に好ましく、0.30質量%が更により好ましく、0.20質量%が殊更に好ましく、0.10質量%が特に好ましい。
本明細書において、上記変性モノマー単位とは、PTFEの分子構造の一部分であって変性モノマーに由来する部分を意味する。
上記変性モノマーとしては、TFEとの共重合が可能なものであれば特に限定されず、例えば、ヘキサフルオロプロピレン〔HFP〕等のパーフルオロオレフィン;トリフルオロエチレン、フッ化ビニリデン〔VDF〕等の水素含有フルオロオレフィン;クロロトリフルオロエチレン等のパーハロオレフィン;パーフルオロビニルエーテル:パーフルオロアリルエーテル;(パーフルオロアルキル)エチレン、エチレン等が挙げられる。また、用いる変性モノマーは1種であってもよいし、複数種であってもよい。
上記パーフルオロビニルエーテルとしては特に限定されず、例えば、下記一般式(A):
CF=CF-ORf (A)
(式中、Rfは、パーフルオロ有機基を表す。)で表されるパーフルオロ不飽和化合物等が挙げられる。本明細書において、上記「パーフルオロ有機基」とは、炭素原子に結合する水素原子が全てフッ素原子に置換されてなる有機基を意味する。上記パーフルオロ有機基は、エーテル酸素を有していてもよい。
上記パーフルオロビニルエーテルとしては、例えば、上記一般式(A)において、Rfが炭素数1~10のパーフルオロアルキル基であるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)〔PAVE〕が挙げられる。上記パーフルオロアルキル基の炭素数は、好ましくは1~5である。
上記PAVEにおけるパーフルオロアルキル基としては、例えば、パーフルオロメチル基、パーフルオロエチル基、パーフルオロプロピル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロペンチル基、パーフルオロヘキシル基等が挙げられる。
上記パーフルオロビニルエーテルとしては、更に、上記一般式(A)において、Rfが炭素数4~9のパーフルオロ(アルコキシアルキル)基であるもの、Rfが下記式:
Figure 0007705361000001
(式中、mは、0又は1~4の整数を表す。)で表される基であるもの、Rfが下記式:
Figure 0007705361000002
(式中、nは、1~4の整数を表す。)で表される基であるもの等が挙げられる。
(パーフルオロアルキル)エチレン(PFAE)としては特に限定されず、例えば、(パーフルオロブチル)エチレン(PFBE)、(パーフルオロヘキシル)エチレン等が挙げられる。
パーフルオロアリルエーテルとしては、例えば、一般式(B):
CF=CF-CF-ORf (B)
(式中、Rfは、パーフルオロ有機基を表す。)で表されるフルオロモノマーが挙げられる。
上記Rfは、炭素数1~10のパーフルオロアルキル基又は炭素数1~10のパーフルオロアルコキシアルキル基が好ましい。上記パーフルオロアリルエーテルとしては、CF=CF-CF-O-CF、CF=CF-CF-O-C、CF=CF-CF-O-C、及び、CF=CF-CF-O-Cからなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、CF=CF-CF-O-C、CF=CF-CF-O-C、及び、CF=CF-CF-O-Cからなる群より選択される少なくとも1種がより好ましく、CF=CF-CF-O-CFCFCFが更に好ましい。
フッ素樹脂Aとしての上記PTFEは、標準比重(SSG)が2.280以下であることが好ましく、2.10以下であることがより好ましい。また、1.50以上であることが好ましく、1.60以上であることがより好ましい。上記SSGは、ASTM D 4895-89に準拠して成形されたサンプルを用い、ASTM D-792に準拠した水置換法により測定する。
フッ素樹脂Aとしての上記PTFEは、通常、非溶融二次加工性を有する。上記非溶融二次加工性とは、ASTM D-1238及びD-2116に準拠して、融点より高い温度でメルトフローレートを測定できない性質、言い換えると、溶融温度領域でも容易に流動しない性質を意味する。
フッ素樹脂Aとしての上記PTFE(高分子量PTFE)は、融点の1つが310℃以上であることが好ましく、320℃以上であることがより好ましく、また、333℃未満であることが好ましい。333℃以上の温度領域にも融点を有してもよい。
本開示のフッ素樹脂組成物は、フッ素樹脂Aの粒子を含むものであってよい。上記フッ素樹脂Aの粒子は、フッ素樹脂Aの二次粒子であってよい。
上記フッ素樹脂Aの粒子は、平均二次粒子径が1~200μmであることが好ましい。上記平均二次粒子径は、5μm以上であることがより好ましく、10μm以上であることが更に好ましく、また、150μm以下であることがより好ましく、100μm以下であることが更に好ましく、70μm以下であることが更により好ましく、50μm以下であることが特に好ましく、30μm以下であることが最も好ましい。
上記平均二次粒子径は、ベックマン・コールター製レーザー回折式粒度分布測定装置(LS13 320)を用いて、乾式で、バキューム圧20mHOで測定を行ない、粒度分布積算(体積基準)の50%に対応する粒子径に等しいとする。
上記フッ素樹脂Aの粒子は、D90が10μm以上であることが好ましく、30μm以上であることがより好ましく、50μm以上であることが更に好ましく、また、600μm以下であることが好ましく、500μm以下であることがより好ましく、400μm以下であることが更に好ましい。
上記D90は、ベックマン・コールター製レーザー回折式粒度分布測定装置(LS13 320)を用いて、乾式で、バキューム圧20mHOで測定を行ない、粒度分布積算(体積基準)の90%に対応する粒子径に等しいとする。
上記フッ素樹脂Aの粒子は、例えば、融点以上の温度に加熱した履歴のない溶融流動性を示さないフッ素樹脂を圧縮成形し、焼成して得られた成形品の切削屑を粉砕することにより得ることができる。上記粉砕は、粉砕機等で行うことができる。粗粉砕した後、微細化してもよい。圧縮成形の形状は特に問わない。焼成する温度はフッ素樹脂の融点以上であれば良い。粉砕機は特に限定されず、切削屑を粉砕(好ましくは微細化)することができるものであればよい。例えば、エアジェットミル、ハンマーミル、フォースミル、石臼型の粉砕機、凍結粉砕機等が挙げられる。
上記フッ素樹脂Aの粒子は、また、融点以上の温度に加熱した履歴のない溶融流動性を示さないフッ素樹脂の粉末を圧縮成形せずに融点以上に加熱した後、粉砕機を用いて粉砕することによっても、得ることができる。粉砕機は上記同様である。
上記フッ素樹脂Bは、溶融流動性を示す。
本明細書において、溶融流動性を示すとは、MFRが0.25g/10分以上、好ましくは0.50g/10分以上、より好ましくは1.00g/10分以上であることを意味する。上記MFRは、100g/10分以下であってよく、80g/10分以下であることが好ましい。
また、フッ素樹脂を圧縮成形した予備成形体(未焼成の成形体)を、当該フッ素樹脂の融点以上で1時間以上加熱した場合に、加熱前の厚みに対する加熱後の厚みの減少率が20%以上であることも、当該フッ素樹脂が溶融流動性を示すことを意味する。
上記フッ素樹脂Bは、融点以上の温度に加熱した履歴を有さないことが好ましい。
フッ素樹脂Bは、融点が100~340℃であることが好ましい。上記融点は、140℃以上であることがより好ましく、160℃以上であることが更に好ましく、また、336℃以下であることがより好ましく、333℃以下であることが更に好ましく、332℃以下であることが更により好ましく、331℃以下であることが殊更に好ましく、330℃以下であることが特に好ましい。
フッ素樹脂Bの融点は、上述の方法により測定することができるが、フッ素樹脂Aとフッ素樹脂Bとの合計に対し、フッ素樹脂Bが例えば5質量%以下と少ない場合は、上記方法では検出しにくい場合がある。その場合は、昇温時にフッ素樹脂Bの融点より低い温度(好ましくは上記融点より10℃以上低い温度)で10分間保持した後に、再度10℃/分の速度で昇温することでフッ素樹脂Bの融解ピークを検出できることがある。この方法で昇温しても構わない。
フッ素樹脂Bとしては、融点が320℃以下のフッ素樹脂、及び、低分子量ポリテトラフルオロエチレン(低分子量PTFE)からなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、融点が320℃以下のフッ素樹脂がより好ましい。
フッ素樹脂Bとしては、パーフルオロ樹脂も好ましい。
上記融点が320℃以下のフッ素樹脂としては、テトラフルオロエチレン[TFE]/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)[PAVE]又はパーフルオロ(アルキルアリルエーテル)共重合体[PFA]、TFE/ヘキサフルオロプロピレン[HFP]共重合体[FEP]、エチレン[Et]/TFE共重合体[ETFE]、Et/TFE/HFP共重合体[EFEP]、ポリクロロトリフルオロエチレン[PCTFE]、クロロトリフルオロエチレン[CTFE]/TFE共重合体、CTFE/TFE/PAVE共重合体、Et/CTFE共重合体、ポリフッ化ビニル[PVF]、ポリフッ化ビニリデン[PVdF]、フッ化ビニリデン[VdF]/TFE共重合体、VdF/HFP共重合体、VdF/TFE/HFP共重合体、VdF/HFP/(メタ)アクリル酸共重合体、VdF/CTFE共重合体、VdF/ペンタフルオロプロピレン共重合体、VdF/PAVE/TFE共重合体等が挙げられ、PFA、FEP及びETFEからなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、PFA及びFEPからなる群より選択される少なくとも1種がより好ましく、PFAが更に好ましい。
上記PFAは、TFE単位と、PAVE単位又はパーフルオロ(アルキルアリルエーテル)単位とを含む。上記PAVEとしては、上記一般式(A)において、Rfが炭素数1~10のパーフルオロアルキル基であるモノマーが挙げられる。上記パーフルオロ(アルキルアリルエーテル)としては、上記一般式(B)において、Rfが炭素数1~10のパーフルオロアルキル基であるモノマーが挙げられる。
上記PFAとしては、特に限定されないが、TFE単位と、PAVE単位又はパーフルオロ(アルキルアリルエーテル)単位とのモル比(TFE単位/(PAVE単位又はパーフルオロ(アルキルアリルエーテル)単位))が70/30以上99/1未満である共重合体が好ましい。より好ましいモル比は、70/30以上98.9/1.1以下であり、更に好ましいモル比は、80/20以上98.9/1.1以下である。上記PFAは、TFE及びPAVE又はパーフルオロ(アルキルアリルエーテル)と共重合可能な単量体に由来する重合単位が0.1~10モル%(TFE単位及びPAVE単位又はパーフルオロ(アルキルアリルエーテル)単位が合計で90~99.9モル%)、より好ましくは0.1~5モル%、特に好ましくは0.2~4モル%である共重合体であることも好ましい。
TFE及びPAVE又はパーフルオロ(アルキルアリルエーテル)と共重合可能な単量体としては、HFP、式(I):CZ=CZ(CF(式中、Z、Z及びZは、同一若しくは異なって、水素原子又はフッ素原子を表し、Zは、水素原子、フッ素原子又は塩素原子を表し、nは2~10の整数を表す。)で表されるビニル単量体、及び、式(II):CF=CF-OCH-Rf(式中、Rfは炭素数1~5のパーフルオロアルキル基を表す。)で表されるアルキルパーフルオロビニルエーテル誘導体、式(III):CZ=CZ-CZ-O-Rf(式中、式中、Z、Z及びZは、同一又は異なって、水素原子、塩素原子又はフッ素原子を表し、Z及びZは、水素原子又はフッ素原子を表し、Rfは炭素数1~5のパーフルオロアルキル基を表す。)で表されるアリルエーテル単量体等が挙げられる。上記アリルエーテル単量体としては、CH=CFCF-O-Rf、CF=CFCH-O-Rf、CH=CHCF-O-Rf(式中、Rfは上記式(III)と同じ)等が好ましく挙げられる。
また、TFE及びPAVE又はパーフルオロ(アルキルアリルエーテル)と共重合可能な単量体としては、更に、イタコン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、及び5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物等の、不飽和モノカルボン酸、不飽和ジカルボン酸、不飽和ジカルボン酸の酸無水物等も挙げられる。
上記PFAは、融点が180~320℃であることが好ましく、230~320℃であることがより好ましく、280~320℃であることが更に好ましい。
上記PFAは、MFRが0.25g/10分以上、100g/10分以下であることが好ましく、0.5g/10分以上であることがより好ましく、1.0g/10分以上であることが更に好ましく、また、90g/10分以下であることがより好ましく、80g/10分以下であることが更に好ましい。
PFAのMFRは、ASTM D1238に従って、メルトインデクサーを用いて、測定温度372℃、荷重5kgにおいて内径2.095mm、長さ8mmのノズルから10分間あたりに流出するポリマーの質量(g/10分)として得られる値である。
上記FEPとしては、特に限定されないが、TFE単位とHFP単位とのモル比(TFE単位/HFP単位)が70/30以上99/1未満である共重合体が好ましい。より好ましいモル比は、70/30以上98.9/1.1以下であり、更に好ましいモル比は、80/20以上98.9/1.1以下である。上記FEPは、TFE及びHFPと共重合可能な単量体に由来する重合単位が0.1~10モル%(TFE単位及びHFP単位が合計で90~99.9モル%)、より好ましくは0.1~5モル%、特に好ましくは0.2~4モル%である共重合体であることも好ましい。
TFE及びHFPと共重合可能な単量体としては、PAVE、式(III)で表される単量体、式(II)で表されるアルキルパーフルオロビニルエーテル誘導体等が挙げられる。
また、TFE及びHFPと共重合可能な単量体としては、更に、イタコン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、及び5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物等の、不飽和モノカルボン酸、不飽和ジカルボン酸、不飽和ジカルボン酸の酸無水物等も挙げられる。
上記FEPは、融点が150~320℃であることが好ましく、200~320℃であることがより好ましく、240~320℃であることが更に好ましい。
上記FEPは、MFRが0.25g/10分以上、100g/10分以下であることが好ましく、0.5g/10分以上であることがより好ましく、1.0g/10分以上であることが更に好ましく、また、80g/10分以下であることがより好ましく、60g/10分以下であることが更に好ましい。
FEPのMFRは、ASTM D1238に従って、メルトインデクサーを用いて、測定温度372℃、荷重5kgにおいて内径2.095mm、長さ8mmのノズルから10分間あたりに流出するポリマーの質量(g/10分)として得られる値である。
上記ETFEとしては、TFE単位とエチレン単位とのモル比(TFE単位/エチレン単位)が20/80以上90/10以下である共重合体が好ましい。より好ましいモル比は37/63以上85/15以下であり、更に好ましいモル比は38/62以上80/20以下である。ETFEは、TFE、エチレン、並びに、TFE及びエチレンと共重合可能な単量体からなる共重合体であってもよい。共重合可能な単量体としては、下記式
CH=CXRf、CF=CFRf、CF=CFORf、CH=C(Rf(式中、Xは水素原子又はフッ素原子、Rfはエーテル結合を含んでいてもよいフルオロアルキル基を表す。)で表される単量体や式(III)で表される単量体が挙げられ、なかでも、CF=CFRf、CF=CFORf及びCH=CXRfで表される含フッ素ビニルモノマー、式(III)で表される単量体が好ましく、HFP、CF=CF-ORf(式中、Rfは炭素数1~5のパーフルオロアルキル基を表す。)で表されるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)、CF=CF-CF-O-Rf(式中、Rfは炭素数1~5のパーフルオロアルキル基を表す。)で表されるパーフルオロアルキルアリルエーテル及びRfが炭素数1~8のフルオロアルキル基であるCH=CXRfで表される含フッ素ビニルモノマーがより好ましい。また、TFE及びエチレンと共重合可能な単量体としては、イタコン酸、無水イタコン酸等の脂肪族不飽和カルボン酸であってもよい。TFE及びエチレンと共重合可能な単量体は、含フッ素重合体に対して0.1~10モル%が好ましく、0.1~5モル%がより好ましく、0.2~4モル%が特に好ましい。
上記ETFEは、融点が140~320℃であることが好ましく、160~320℃であることがより好ましく、195~320℃であることが更に好ましい。
上記ETFEは、MFRが0.25g/10分以上、100g/10分以下であることが好ましく、0.5g/10分以上であることがより好ましく、1.0g/10分以上であることが更に好ましく、また、90g/10分以下であることがより好ましく、80g/10分以下であることが更に好ましい。
ETFEのMFRは、ASTM D1238に従って、メルトインデクサーを用いて、測定温度297℃、荷重5kgにおいて内径2.095mm、長さ8mmのノズルから10分間あたりに流出するポリマーの質量(g/10分)として得られる値である。
上記低分子量PTFEは、380℃における溶融粘度(複素粘度)が1.0×10~1.0×10Pa・sであることが好ましい。
上記溶融粘度は、1.0×10Pa・s以上であることがより好ましく、1.5×10Pa・s以上であることが更に好ましく、7.0×10Pa・s以上であることが特にり好ましく、また、7.0×10Pa・s以下であることがより好ましく、3.0×10Pa・s以下であることが更に好ましく、1.0×10Pa・s以下であることが特に好ましい。
本明細書において、「低分子量PTFE」とは、上記溶融粘度が上記の範囲内にあるPTFEを意味する。
上記溶融粘度は、ASTM D 1238に準拠し、フローテスター(島津製作所社製)及び2φ-8Lのダイを用い、予め380℃で5分間加熱しておいた2gの試料を0.7MPaの荷重にて上記温度に保って測定した値である。
上記低分子量PTFEは、372℃、荷重5kgにおいて内径2.095mm、長さ8mmのノズルから10分間あたりに流出するポリマーの質量(g/10分)として得られるMFRの値が0.25g/10分以上であることが好ましく、0.10g/10分以上であることがより好ましく、0.05g/10分以上であることが更に好ましい。上記MFRは、また、50g/10分以下であることが好ましく、30g/10分以下であることがより好ましく、10g/10分以下であることが更に好ましい。
上記低分子量PTFEは、融点が320~340℃であることが好ましい。上記融点は、324℃以上であることがより好ましく、また、336℃以下であることがより好ましく、333℃以下であることが更に好ましく、332℃以下であることが更により好ましく、331℃以下であることが殊更に好ましく、330℃以下であることが特に好ましい。
上記低分子量PTFEは、TFEの単独重合体であってもよいし、99.0質量%以上のTFEに基づく重合単位と、1.0質量%以下の変性モノマーに基づく重合単位(以下「変性モノマー単位」とも記載する)とを含む変性PTFEであってもよい。上記変性PTFEは、TFEに基づく重合単位及び変性モノマー単位のみからなるものであってよい。
上記変性PTFEは、変性モノマー単位の含有量が全重合単位に対し0.00001~1.0質量%の範囲であることが好ましい。変性モノマー単位の含有量の下限としては、0.0001質量%がより好ましく、0.001質量%が更に好ましく、0.005質量%が更により好ましく、0.010質量%が殊更に好ましい。変性モノマー単位の含有量の上限としては、0.90質量%が好ましく、0.50質量%がより好ましく、0.40質量%が更に好ましく、0.30質量%が更により好ましく、0.20質量%が殊更に好ましく、0.10質量%が特に好ましい。
上記変性モノマーとしては、溶融流動性を示さないフッ素樹脂としてのPTFE(高分子量PTFE)について上述した単量体が挙げられる。
上述した重合体の各重合単位の含有量は、NMR、FT-IR、元素分析、蛍光X線分析を単量体の種類によって適宜組み合わせることで算出できる。
上記フッ素樹脂Bは、乳化重合、懸濁重合、溶液重合等の公知の重合方法により製造することができる。
本開示のフッ素樹脂組成物は、フッ素樹脂Bの粒子を含むものであってよい。上記フッ素樹脂Bの粒子は、フッ素樹脂Bの一次粒子であってもよく、二次粒子であってもよい。
上記フッ素樹脂Bの粒子が一次粒子(水性分散液の状態)である場合は、平均一次粒子径が500nm以下であることが好ましい。上記平均一次粒子径は、400nm以下であることがより好ましく、300nm以下であることが更に好ましい。上記平均一次粒子径は、また、10nm以上であることが好ましく、25nm以上であることがより好ましく、50nm以上であることが更に好ましく、100nm以上であることが更により好ましく、150nm以上であることが特に好ましい。
上記平均一次粒子径は、固形分濃度を0.5質量%に調整した水性分散液をアルミ箔に滴下し、150℃、1時間の条件で水を乾燥除去したものの走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、無作為に抽出した100個以上の粒子の直径の平均値である。
上記フッ素樹脂Bの粒子が二次粒子(粉末の状態)である場合は、平均二次粒子径が100μm以下であることが好ましい。上記平均二次粒子径は、70μm以下であることがより好ましく、50μm以下であることが更に好ましく、40μm以下であることが特に好ましい。上記平均二次粒子径は、また、1μm以上であることが好ましく、5μm以上であることがより好ましく、10μm以上であることが更に好ましく、20μm以上であることが更により好ましい。
上記平均二次粒子径は、ベックマン・コールター製レーザー回折式粒度分布測定装置(LS13 320)を用いて、乾式で、バキューム圧20mHOで測定を行ない、粒度分布積算(体積基準)の50%に対応する粒子径に等しいとする。
本開示のフッ素樹脂組成物は、更に、融点以上の温度に加熱した履歴のない部分を有する溶融流動性を示さないフッ素樹脂Cを含むことが好ましい。本開示のフッ素樹脂組成物はフッ素樹脂Cを含まなくても引張特性に優れるが、フッ素樹脂Cを更に含むことで、引張特性が一層向上する。
本開示のフッ素樹脂組成物は、フッ素樹脂A及びBと、任意で、フッ素樹脂Cとを含むものであることが好ましい。
フッ素樹脂Cは、融点以上の温度に加熱した履歴のない部分を有する。
フッ素樹脂Cは、333~360℃の温度領域に1つ以上の融点を有することが好ましい。上記温度領域は、334℃以上であることがより好ましく、335℃以上であることが更に好ましく、また、355℃以下であることがより好ましく、350℃以下であることが更に好ましい。
融点が上記範囲内にあることは、融点以上の温度に加熱した履歴がない部分を有することを示す。
上記融点とともに、333℃未満の温度領域にも融点を有していても構わない。
本開示のフッ素樹脂組成物は、更にフッ素樹脂Cを含む場合、333℃未満の温度領域に1つ以上、333~360℃の温度領域に1つ以上の融点を有することが好ましい。
上記333℃未満の温度領域は、332℃未満であることがより好ましく、331℃未満であることが更に好ましく、100℃以上であることが好ましく、140℃以上であることがより好ましく、160℃以上であることが更に好ましい。
上記333~360℃の温度領域は、334℃以上であることがより好ましく、335℃であることが更に好ましく、また、355℃以下であることがより好ましく、350℃以下であることが更に好ましい。
上記2つの温度領域に融点を有することは、フッ素樹脂組成物が、融点以上の温度に加熱した履歴のある溶融流動性を示さないフッ素樹脂Aと、融点以上の温度に加熱した履歴のない部分を有する溶融流動性を示さないフッ素樹脂Cとを含むことを示す。
フッ素樹脂Cは、溶融流動性を示さない。溶融流動性については、上述したとおりである。
フッ素樹脂Cとしては、PTFEが好ましい。上記PTFEは、高分子量PTFEであってよい。
フッ素樹脂Cとしての上記PTFE(高分子量PTFE)は、示差走査熱量計〔DSC〕を用いて10℃/分の速度で昇温したときの融解熱曲線において、333~347℃の範囲に少なくとも1つ以上の吸熱ピークが現れ、上記融解熱曲線から算出される290~350℃の融解熱量が62mJ/mg以上であることが好ましい。
フッ素樹脂Cとしての上記PTFEは、標準比重(SSG)が2.130~2.280であることが好ましい。上記標準比重は、ASTM D4895 89に準拠して成形されたサンプルを用い、ASTM D 792に準拠した水置換法により測定する。
融点以上の温度に加熱した履歴のないPTFEについての「高分子量」とは、上記標準比重が上記の範囲内にあることを意味する。
フッ素樹脂Cとしての上記PTFEは、通常、非溶融二次加工性を有する。非溶融二次加工性については、上述したとおりである。
フッ素樹脂Cとしての上記PTFEは、TFEの単独重合体であってもよいし、99.0質量%以上のTFEに基づく重合単位と、1.0質量%以下の変性モノマーに基づく重合単位(変性モノマー単位)とを含む変性PTFEであってもよい。上記変性PTFEは、TFEに基づく重合単位及び変性モノマー単位のみからなるものであってよい。
上記変性PTFEは、変性モノマー単位の含有量が全重合単位に対し0.00001~1.0質量%の範囲であることが好ましい。変性モノマー単位の含有量の下限としては、0.0001質量%がより好ましく、0.001質量%が更に好ましく、0.005質量%が更により好ましく、0.010質量%が殊更に好ましい。変性モノマー単位の含有量の上限としては、0.90質量%が好ましく、0.50質量%がより好ましく、0.40質量%が更に好ましく、0.30質量%が更により好ましく、0.20質量%が殊更に好ましく、0.10質量%が特に好ましい。
フッ素樹脂Cとしての上記PTFEにおいて使用し得る変性モノマーは、フッ素樹脂AとしてのPTFE(高分子量PTFE)について例示したものと同様である。
本開示のフッ素樹脂組成物は、フッ素樹脂Cの粒子を含むものであってよい。上記フッ素樹脂Cの粒子は、フッ素樹脂Cの一次粒子であってもよく、二次粒子であってもよい。
上記フッ素樹脂Cの粒子が一次粒子(水性分散液の状態)である場合は、平均一次粒子径が500nm以下であることが好ましい。上記平均一次粒子径は、400nm以下であることがより好ましく、350nm以下であることが更に好ましく、300nm以下であることが特に好ましい。上記平均一次粒子径は、また、10nm以上であることが好ましく、25nm以上であることがより好ましく、50nm以上であることが更に好ましく、100nm以上であることが更により好ましく、150nm以上であることが特に好ましい。
上記平均一次粒子径は、固形分濃度を0.5質量%に調整した水性分散液をアルミ箔に滴下し、150℃、1時間の条件で水を乾燥除去したものの走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、無作為に抽出した100個以上の粒子の直径の平均値である。
上記フッ素樹脂Cの粒子が二次粒子(粉末の状態)である場合は、平均二次粒子径が700μm以下であることが好ましい。上記平均二次粒子径は、500μm以下であることがより好ましく、100μm以下であることが更に好ましく、60μm以下であることが更により好ましく、50μm以下であることが特に好ましい。上記平均二次粒子径は、また、1μm以上であることが好ましく、5μm以上であることがより好ましく、10μm以上であることが更に好ましく、20μm以上であることが更により好ましい。
上記平均二次粒子径は、ベックマン・コールター製レーザー回折式粒度分布測定装置(LS13 320)を用いて、乾式で、バキューム圧20mHOで測定を行ない、粒度分布積算(体積基準)の50%に対応する粒子径に等しいとする。
本開示のフッ素樹脂組成物の一態様において、上記フッ素樹脂Cの粒子は、一次粒子の状態で存在する場合は、平均アスペクト比が2.0以下であることが好ましく、1.7以下であることがより好ましく、1.6以下であることが更に好ましく、1.5以下であることが更により好ましく、1.4以下であることが殊更に好ましく、1.3以下であることが特に好ましい。上記平均アスペクト比は、また、1.0以上であってよい。
上記平均アスペクト比は、上記フッ素樹脂組成物を走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、無作為に抽出した100個以上の一次粒子について画像処理を行い、その長径と短径の比の平均より求める。
本開示のフッ素樹脂組成物の別の一態様において、上記フッ素樹脂Cの粒子は、一次粒子の状態で存在する場合は、上記フッ素樹脂Cの粒子の全数に対し、アスペクト比が2.5以上の上記フッ素樹脂Cの粒子の割合が0.5%以上であることが好ましく、1.0%以上であることがより好ましく、1.5%以上であることが更に好ましく、2.0%以上であることが特に好ましい。上記割合は、また、20%以下であることが好ましく、15%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましい。
上記割合は、上記フッ素樹脂組成物を走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、無作為に抽出した100個以上の一次粒子について画像処理を行って各粒子のアスペクト比を算出し、上記抽出した粒子の全数に対する割合として求める。
本開示のフッ素樹脂組成物におけるフッ素樹脂Aの含有量は、引張特性が一層向上する点で、上記フッ素樹脂組成物に対し、10~99.5質量%であることが好ましい。上記含有量は、30質量%以上であることがより好ましく、40質量%以上であることが更に好ましく、50質量%以上であることが特に好ましく、また、99質量%以下であることがより好ましく、95質量%以下であることが更に好ましく、90質量%以下であることが更により好ましく、85質量%以下であることが殊更に好ましく、80質量%以下であることが特に好ましい。
本開示のフッ素樹脂組成物におけるフッ素樹脂Bの含有量は、引張特性が一層向上する点で、上記フッ素樹脂組成物に対し、0.5~30質量%であることが好ましい。上記含有量は、1.0質量%以上であることがより好ましく、3質量%以上であることが更に好ましく、5質量%以上であることが更により好ましく、7質量%以上であることが特に好ましく、また、25質量%以下であることがより好ましく、20質量%以下であることが更に好ましく、15質量%以下であることが更により好ましく、10質量%以下であることが特に好ましい。
本開示のフッ素樹脂組成物におけるフッ素樹脂Cの含有量は、引張特性が一層向上する点で、上記フッ素樹脂組成物に対し、0~80質量%であることが好ましい。上記含有量は、1質量%以上であることがより好ましく、10質量%以上であることが更に好ましく、20質量%以上であることが更により好ましく、30質量%以上であることが殊更に好ましく、40質量%以上であることが特に好ましく、また、75質量%以下であることがより好ましく、70質量%以下であることが更に好ましく、65質量%以下であることが更により好ましく、60質量%以下であることが殊更に好ましく、50質量%以下であることが特に好ましい。
本開示のフッ素樹脂組成物におけるフッ素樹脂A~Cの合計量は、上記フッ素樹脂組成物に対し、80質量%以上であることが好ましく、85質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることが更に好ましく、95質量%以上であることが更により好ましく、98質量%以上であることが特に好ましい。
本開示のフッ素樹脂組成物は、溶融流動性を示さない。
本開示のフッ素樹脂組成物のMFRは0.25g/10分未満であってよく、好ましくは0.10g/10分未満であり、より好ましくは0.05g/10分以下である。
また、本開示のフッ素樹脂組成物を圧縮成形した予備成形体(未焼成の成形体)を、当該フッ素樹脂組成物の融点以上で1時間以上加熱した場合に、加熱前の厚みに対する加熱後の厚みの減少率が20%未満であるか、又は、加熱後の厚みが加熱前の厚みより増加することも、当該フッ素樹脂組成物が溶融流動性示さないことを意味するので好ましい。
本開示のフッ素樹脂組成物は、TFE単位、及び、TFEと共重合可能な変性モノマーに基づく変性モノマー単位を含み、全重合単位に対し、上記変性モノマー単位の量が1.0質量%以下であることが好ましい。また、TFE単位の量が99.0質量%以上であることが好ましい。
本開示のフッ素樹脂組成物における上記変性モノマー単位の含有量の下限は、0質量%であってもよく、0.0001質量%がより好ましく、0.001質量%が更に好ましく、0.005質量%が更により好ましく、0.010質量%が殊更に好ましい。変性モノマー単位の含有量の上限としては、0.90質量%が好ましく、0.50質量%がより好ましく、0.40質量%が更に好ましく、0.30質量%が更により好ましく、0.20質量%が殊更に好ましく、0.10質量%が特に好ましい。
上記変性モノマー単位の含有量は、NMR、FT-IR、元素分析、蛍光X線分析を単量体の種類によって適宜組み合わせることで算出できる。また、原料組成が分かっている場合は、原料組成から計算により求めることもできる。
本開示のフッ素樹脂組成物の形態は特に限定されないが、粉末であることが好ましい。
本開示のフッ素樹脂組成物は、平均二次粒子径が5~700μmであることが好ましい。上記平均二次粒子径は、10μm以上であることがより好ましく、20μm以上であることが更に好ましく、また、600μm以下であることがより好ましく、500μm以下であることより好ましく、400μm以下が更に好ましい。
上記平均二次粒子径は、ベックマン・コールター製レーザー回折式粒度分布測定装置(LS13 320)を用いて、乾式で、バキューム圧20mHOで測定を行ない、粒度分布積算(体積基準)の50%に対応する粒子径に等しいとする。
本開示のフッ素樹脂組成物は、D90が10μm以上であることが好ましく、30μm以上であることがより好ましく、50μm以上であることが更に好ましく、また、600μm以下であることが好ましく、500μm以下であることがより好ましく、400μm以下であることが更に好ましい。
上記D90は、ベックマン・コールター製レーザー回折式粒度分布測定装置(LS13 320)を用いて、乾式で、バキューム圧20mHOで測定を行ない、粒度分布積算(体積基準)の90%に対応する粒子径に等しいとする。
本開示のフッ素樹脂組成物は、引張特性が一層向上する点で、低分子量含フッ素化合物の含有量(総量)が、上記フッ素樹脂組成物に対し1質量ppm以下であることが好ましく、500質量ppb以下であることがより好ましく、100質量ppb以下であることが更に好ましく、50質量ppb以下であることが更により好ましく、25質量ppb以下であることが殊更に好ましく、10質量ppb以下であることが特に好ましく、5質量ppb以下であることが特により好ましく、1質量ppb以下であることが殊更特に好ましく、1質量ppb未満であることが最も好ましい。
上記低分子量含フッ素化合物の含有量は、試料をメタノールでソックスレー抽出した後、液体クロマトグラフ質量計(LC/MS/MS)により測定する。
上記低分子量含フッ素化合物としては、炭素数4以上の含フッ素カルボン酸及びその塩、炭素数4以上の含フッ素スルホン酸及びその塩等が挙げられ、これらはいずれもエーテル結合(-O-)を有していてもよい。
上記低分子量含フッ素化合物としては、アニオン性含フッ素界面活性剤等が挙げられる。アニオン性含フッ素界面活性剤は、例えば、アニオン性基を除く部分の総炭素数が20以下のフッ素原子を含む界面活性剤であってよい。
上記アニオン性含フッ素界面活性剤はまた、アニオン性部分の分子量が800以下のフッ素を含む界面活性剤であってよい。
なお、上記「アニオン性部分」は、上記含フッ素界面活性剤のカチオンを除く部分を意味する。例えば、後述する式(I)で表されるF(CFn1COOMの場合には、「F(CFn1COO」の部分である。
上記低分子量含フッ素化合物としてはまた、LogPOWが3.5以下の含フッ素界面活性剤が挙げられる。上記LogPOWは、1-オクタノールと水との分配係数であり、LogP[式中、Pは、含フッ素界面活性剤を含有するオクタノール/水(1:1)混合液が相分離した際のオクタノール中の含フッ素界面活性剤濃度/水中の含フッ素界面活性剤濃度比を表す]で表されるものである。
上記LogPOWは、カラム;TOSOH ODS-120Tカラム(φ4.6mm×250mm、東ソー(株)製)、溶離液;アセトニトリル/0.6質量%HClO水=1/1(vol/vol%)、流速;1.0ml/分、サンプル量;300μL、カラム温度;40℃、検出光;UV210nmの条件で、既知のオクタノール/水分配係数を有する標準物質(ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸及びデカン酸)についてHPLCを行い、各溶出時間と既知のオクタノール/水分配係数との検量線を作成し、この検量線に基づき、試料液におけるHPLCの溶出時間から算出する。
上記含フッ素界面活性剤として具体的には、米国特許出願公開第2007/0015864号明細書、米国特許出願公開第2007/0015865号明細書、米国特許出願公開第2007/0015866号明細書、米国特許出願公開第2007/0276103号明細書、米国特許出願公開第2007/0117914号明細書、米国特許出願公開第2007/142541号明細書、米国特許出願公開第2008/0015319号明細書、米国特許第3250808号明細書、米国特許第3271341号明細書、特開2003-119204号公報、国際公開第2005/042593号、国際公開第2008/060461号、国際公開第2007/046377号、特開2007-119526号公報、国際公開第2007/046482号、国際公開第2007/046345号、米国特許出願公開第2014/0228531号、国際公開第2013/189824号、国際公開第2013/189826号に記載されたもの等が挙げられる。
上記アニオン性含フッ素界面活性剤としては、下記一般式(N):
n0-Rfn0-Y (N
(式中、Xn0は、H、Cl又は及びFである。Rfn0は、炭素数3~20で、鎖状、分枝鎖状又は環状で、一部又は全てのHがFにより置換されたアルキレン基であり、該アルキレン基は1つ以上のエーテル結合を含んでもよく、一部のHがClにより置換されていてもよい。Yはアニオン性基である。)で表される化合物が挙げられる。
のアニオン性基は、-COOM、-SOM、又は、-SOMであってよく、-COOM、又は、-SOMであってよい。
Mは、H、金属原子、NR 、置換基を有していてもよいイミダゾリウム、置換基を有していてもよいピリジニウム又は置換基を有していてもよいホスホニウムであり、Rは、H又は有機基である。
上記金属原子としては、アルカリ金属(1族)、アルカリ土類金属(2族)等が挙げられ、例えば、Na、K又はLiである。
は、H又はC1-10の有機基であってよく、H又はC1-4の有機基であってよく、H又はC1-4のアルキル基であってよい。
Mは、H、金属原子又はNR であってよく、H、アルカリ金属(1族)、アルカリ土類金属(2族)又はNR であってよく、H、Na、K、Li又はNHであってよい。
上記Rfn0は、Hの50%以上がフッ素に置換されているものであってよい。
上記一般式(N)で表される化合物としては、下記一般式(N):
n0-(CFm1-Y (N
(式中、Xn0は、H、Cl及びFであり、m1は3~15の整数であり、Yは、上記定義したものである。)で表される化合物、下記一般式(N):
Rfn1-O-(CF(CF)CFO)m2CFXn1-Y (N
(式中、Rfn1は、炭素数1~5のパーフルオロアルキル基であり、m2は、0~3の整数であり、Xn1は、F又はCFであり、Yは、上記定義したものである。)で表される化合物、下記一般式(N):
Rfn2(CHm3-(Rfn3-Y (N
(式中、Rfn2は、炭素数1~13のエーテル結合及び/又は塩素原子を含み得る、部分又は完全フッ素化されたアルキル基であり、m3は、1~3の整数であり、Rfn3は、直鎖状又は分岐状の炭素数1~3のパーフルオロアルキレン基であり、qは0又は1であり、Yは、上記定義したものである。)で表される化合物、下記一般式(N):
Rfn4-O-(CYn1n2CF-Y (N
(式中、Rfn4は、炭素数1~12のエーテル結合を含み得る直鎖状又は分枝鎖状の部分又は完全フッ素化されたアルキル基であり、Yn1及びYn2は、同一若しくは異なって、H又はFであり、pは0又は1であり、Yは、上記定義したものである。)で表される化合物、及び、一般式(N):
Figure 0007705361000003
(式中、Xn2、Xn3及びXn4は、同一若しくは異なってもよく、H、F、又は、炭素数1~6のエーテル結合を含んでよい直鎖状又は分岐鎖状の部分又は完全フッ素化されたアルキル基である。Rfn5は、炭素数1~3のエーテル結合を含み得る直鎖状又は分岐鎖状の部分又は完全フッ素化されたアルキレン基であり、Lは連結基であり、Yは、上記定義したものである。但し、Xn2、Xn3、Xn4及びRfn5の合計炭素数は18以下である。)で表される化合物が挙げられる。
上記一般式(N)で表される化合物としてより具体的には、下記一般式(I)で表されるパーフルオロカルボン酸(I)、下記一般式(II)で表されるω-Hパーフルオロカルボン酸(II)、下記一般式(III)で表されるパーフルオロエーテルカルボン酸(III)、下記一般式(IV)で表されるパーフルオロアルキルアルキレンカルボン酸(IV)、下記一般式(V)で表されるアルコキシフルオロカルボン酸(V)、下記一般式(VI)で表されるパーフルオロアルキルスルホン酸(VI)、下記一般式(VII)で表されるω-Hパーフルオロスルホン酸(VII)、下記一般式(VIII)で表されるパーフルオロアルキルアルキレンスルホン酸(VIII)、下記一般式(IX)で表されるアルキルアルキレンカルボン酸(IX)、下記一般式(X)で表されるフルオロカルボン酸(X)、下記一般式(XI)で表されるアルコキシフルオロスルホン酸(XI)、下記一般式(XII)で表される化合物(XII)、下記一般式(XIII)で表される化合物(XIII)等が挙げられる。
上記パーフルオロカルボン酸(I)は、下記一般式(I):
F(CFn1COOM (I)
(式中、n1は、3~14の整数であり、Mは、H、金属原子、NR 、置換基を有していてもよいイミダゾリウム、置換基を有していてもよいピリジニウム又は置換基を有していてもよいホスホニウムであり、Rは、H又は有機基である。)で表されるものである。
上記ω-Hパーフルオロカルボン酸(II)は、下記一般式(II):
H(CFn2COOM (II)
(式中、n2は、4~15の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
上記パーフルオロエーテルカルボン酸(III)は、下記一般式(III):
Rf-O-(CF(CF)CFO)n3CF(CF)COOM (III)
(式中、Rfは、炭素数1~5のパーフルオロアルキル基であり、n3は、0~3の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
上記パーフルオロアルキルアルキレンカルボン酸(IV)は、下記一般式(IV):
Rf(CHn4RfCOOM (IV)
(式中、Rfは、炭素数1~5のパーフルオロアルキル基であり、Rfは、直鎖状又は分岐状の炭素数1~3のパーフルオロアルキレン基、n4は、1~3の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
上記アルコキシフルオロカルボン酸(V)は、下記一般式(V):
Rf-O-CYCF-COOM (V)
(式中、Rfは、炭素数1~12のエーテル結合及び/又は塩素原子を含み得る直鎖状又は分枝鎖状の部分又は完全フッ素化されたアルキル基であり、Y及びYは、同一若しくは異なって、H又はFであり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
上記パーフルオロアルキルスルホン酸(VI)は、下記一般式(VI):
F(CFn5SOM (VI)
(式中、n5は、3~14の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
上記ω-Hパーフルオロスルホン酸(VII)は、下記一般式(VII):
H(CFn6SOM (VII)
(式中、n6は、4~14の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
上記パーフルオロアルキルアルキレンスルホン酸(VIII)は、下記一般式(VIII):
Rf(CHn7SOM (VIII)
(式中、Rfは、炭素数1~13のパーフルオロアルキル基であり、n7は、1~3の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
上記アルキルアルキレンカルボン酸(IX)は、下記一般式(IX):
Rf(CHn8COOM (IX)
(式中、Rfは、炭素数1~13のエーテル結合を含み得る直鎖状または分岐鎖状の部分又は完全フッ素化されたアルキル基であり、n8は、1~3の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
上記フルオロカルボン酸(X)は、下記一般式(X):
Rf-O-Rf-O-CF-COOM (X)
(式中、Rfは、炭素数1~6のエーテル結合及び/又は塩素原子を含み得る直鎖状又は分枝鎖状の部分又は完全フッ素化されたアルキル基であり、Rfは、炭素数1~6の直鎖状又は分枝鎖状の部分又は完全フッ素化されたアルキル基であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
上記アルコキシフルオロスルホン酸(XI)は、下記一般式(XI):
Rf-O-CYCF-SOM (XI)
(式中、Rfは、炭素数1~12のエーテル結合を含み得る直鎖状又は分枝鎖状であって、塩素を含んでもよい、部分又は完全フッ素化されたアルキル基であり、Y及びYは、同一若しくは異なって、H又はFであり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
上記化合物(XII)は、下記一般式(XII):
Figure 0007705361000004
(式中、X、X及びXは、同一若しくは異なってもよく、H、F及び炭素数1~6のエーテル結合を含み得る直鎖状又は分岐鎖状の部分又は完全フッ素化されたアルキル基であり、Rf10は、炭素数1~3のパーフルオロアルキレン基であり、Lは連結基であり、Yはアニオン性基である。)で表されるものである。
は、-COOM、-SOM、又は、-SOMであってよく、-SOM、又は、COOMであってよい(式中、Mは上記定義したものである。)。
Lとしては、例えば、単結合、炭素数1~10のエーテル結合を含みうる部分又は完全フッ素化されたアルキレン基が挙げられる。
上記化合物(XIII)は、下記一般式(XIII):
Rf11-O-(CFCF(CF)O)n9(CFO)n10CFCOOM (XIII)
(式中、Rf11は、塩素を含む炭素数1~5のフルオロアルキル基であり、n9は、0~3の整数であり、n10は、0~3の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。化合物(XIII)としては、CFClO(CFCF(CF)O)n9(CFO)n10CFCOONH(平均分子量750の混合物、式中、n9及びn10は上記定義したものである。)が挙げられる。
上述したように上記アニオン性含フッ素界面活性剤としては、カルボン酸系界面活性剤、スルホン酸系界面活性剤等が挙げられる。
上記含フッ素界面活性剤は、1種の含フッ素界面活性剤であってもよいし、2種以上の含フッ素界面活性剤を含有する混合物であってもよい。
上記含フッ素界面活性剤としては、以下の式で表される化合物が挙げられる。含フッ素界面活性剤は、これらの化合物の混合物であってよい。
F(CFCOOM、
F(CFCOOM、
H(CFCOOM、
H(CFCOOM、
CFO(CFOCHFCFCOOM、
OCF(CF)CFOCF(CF)COOM、
CFCFCFOCF(CF)COOM、
CFCFOCFCFOCFCOOM、
OCF(CF)CFOCF(CF)COOM、
CFOCF(CF)CFOCF(CF)COOM、
CFClCFCFOCF(CF)CFOCFCOOM、
CFClCFCFOCFCF(CF)OCFCOOM、
CFClCF(CF)OCF(CF)CFOCFCOOM、
CFClCF(CF)OCFCF(CF)OCFCOOM、
Figure 0007705361000005
(各式中、Mは、H、金属原子、NR 、置換基を有していてもよいイミダゾリウム、置換基を有していてもよいピリジニウム又は置換基を有していてもよいホスホニウムである。Rは、上記定義したものである。)
本開示のフッ素樹脂組成物は、更に、充填材を含んでもよい。
上記充填材としては、例えば、ガラス繊維、ガラスビーズ、炭素繊維、球状カーボン、カーボンブラック、グラファイト、シリカ、アルミナ、マイカ、炭化珪素、窒化硼素、酸化チタン、酸化ビスマス、酸化コバルト、二硫化モリブデン、ブロンズ、金、銀、銅、及び、ニッケルからなる群より選択される少なくとも1種が挙げられる。
なかでも、ガラス繊維、炭素繊維、カーボンブラック、及び、ブロンズからなる群より選択される少なくとも1種が好ましい。
上記充填材の含有量は、例えば、上記フッ素樹脂組成物に対し、0~80質量%であってよい。
本開示のフッ素樹脂組成物は、例えば、フッ素樹脂Aの粉末と、フッ素樹脂Bの粒子と、必要に応じてフッ素樹脂Cの粒子とを混合することにより製造することができる。
上記フッ素樹脂Bの粒子は、粉末の形態でフッ素樹脂Aの粉末と混合されてもよく、水性分散液の形態でフッ素樹脂Aの粉末と混合されてもよいが、引張特性に一層優れるフッ素樹脂組成物を製造できる点で、水性分散液の形態でフッ素樹脂Aの粉末と混合されることが好ましい。
上記フッ素樹脂Bの粒子を含む水性分散液は、公知の方法により製造することができる。例えば、アニオン性界面活性剤及び重合開始剤の存在下、フッ素樹脂Bを構成するのに必要なモノマーの乳化重合を水性媒体中で行うことにより、製造することができる。上記乳化重合において、必要に応じて、連鎖移動剤、緩衝剤、pH調整剤、安定化助剤、分散安定剤等を使用してもよい。
当業者であれば、上記乳化重合の条件を調整することにより、フッ素樹脂Bの組成や物性、粒子の物性等を制御することができる。
上記水性分散液は、炭化水素系界面活性剤を含んでもよい。上記炭化水素系界面活性剤は、フッ素原子を含まないことが好ましい。上記炭化水素系界面活性剤は、上記乳化重合に使用されたものであってもよく、上記乳化重合の後に添加されたものであってもよい。
上記炭化水素系界面活性剤としては、例えば、特表2013-542308号公報、特表2013-542309号公報、特表2013-542310号公報に記載されているもの等を使用することができる。
炭化水素系界面活性剤は、同じ分子上に親水性部分及び疎水性部分を有する。これらは、カチオン性、非イオン性又はアニオン性であってよい。
カチオン性界面活性剤は、通常、アルキル化臭化アンモニウム等のアルキル化ハロゲン化アンモニウム等の正に帯電した親水性部分と、長鎖脂肪酸等の疎水性部分とを有する。
アニオン性界面活性剤は、通常、カルボン酸塩、スルホン酸塩又は硫酸塩等の親水性部分と、アルキル等の長鎖炭化水素部分である疎水性部分とを有する。
非イオン性界面活性剤は、通常、帯電した基を含まず、長鎖炭化水素である疎水性部分を有する。非イオン性界面活性剤の親水性部分は、エチレンオキシドとの重合から誘導されるエチレンエーテルの鎖等の水溶性官能基を含む。
上記炭化水素系界面活性剤は、アニオン系界面活性剤又は非イオン性界面活性剤であることが好ましい。
アニオン性炭化水素系界面活性剤としては、Resolution Performance ProductsのVersatic(登録商標)10、BASF製のAvanel Sシリーズ(S-70、S-74等)等が挙げられる。
アニオン性炭化水素系界面活性剤としては、R-L-M(式中、Rが、置換基を有してもよい炭素数1以上の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、又は、置換基を有してもよい炭素数3以上の環状のアルキル基であり、炭素数が3以上の場合は1価又は2価の複素環を含んでもよいし、環を巻いていてもよい。Lが、-ArSO 、-SO 、-SO-、-PO 又は-COOであり、Mは、H、金属原子、NR (Rは、同一でも異なっていてもよく、H又は炭素数1~10の有機基)、置換基を有していてもよいイミダゾリウム、置換基を有していてもよいピリジニウム、又は、置換基を有していてもよいホスホニウムである。-ArSO は、アリールスルホン酸塩である。)によって表されるアニオン性界面活性剤も挙げられる。
具体的には、CH-(CH-L-M(式中、nが、6~17の整数である。L及びMが、上記と同じ)によって表されるものが挙げられる。
Rが、12~16個の炭素原子を有するアルキル基であり、Lが、硫酸塩又はドデシル硫酸ナトリウム(SDS)であるものの混合物も使用できる。
アニオン性炭化水素系界面活性剤としては、R(-L-M(式中、Rが、置換基を有してもよい炭素数1以上の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基、又は、置換基を有してもよい炭素数3以上の環状のアルキレン基であり、炭素数が3以上の場合は1価又は2価の複素環を含んでもよいし、環を巻いていてもよい。Lが、-ArSO 、-SO 、-SO-、-PO 又は-COOであり、Mは、H、金属原子、NR (Rは、同一でも異なっていてもよく、H又は炭素数1~10の有機基)、置換基を有していてもよいイミダゾリウム、置換基を有していてもよいピリジニウム、又は、置換基を有していてもよいホスホニウムである。-ArSO は、アリールスルホン酸塩である。)によって表されるアニオン性界面活性剤も挙げられる。
アニオン性炭化水素系界面活性剤としては、R(-L-M(式中、Rが、置換基を有してもよい炭素数1以上の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキリジン基、又は、置換基を有してもよい炭素数3以上の環状のアルキリジン基であり、炭素数が3以上の場合は1価又は2価の複素環を含んでもよいし、環を巻いていてもよい。Lが、-ArSO 、-SO 、-SO-、-PO 又は-COOであり、Mは、H、金属原子、NR (Rは、同一でも異なっていてもよく、H又は炭素数1~10の有機基)、置換基を有していてもよいイミダゾリウム、置換基を有していてもよいピリジニウム、又は、置換基を有していてもよいホスホニウムである。-ArSO は、アリールスルホン酸塩である。)によって表されるアニオン性界面活性剤も挙げられる。
アニオン性炭化水素系界面活性剤としては、Akzo Nobel Surface Chemistry LLCのスルホサクシネート界面活性剤Lankropol(登録商標)K8300等も挙げられる。
スルホサクシネート炭化水素系界面活性剤としては、スルホコハク酸ジイソデシルNa塩、(ClariantのEmulsogen(登録商標)SB10)、スルホコハク酸ジイソトリデシルNa塩(Cesapinia ChemicalsのPolirol(登録商標)TR/LNA)等が挙げられる。
アニオン性炭化水素系界面活性剤としては、Omnova Solutions,Inc.のPolyFox(登録商標)界面活性剤(PolyFoxTMPF-156A、PolyFoxTMPF-136A等)も挙げられる。
上記非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキレンアルキルエーテル等のエーテル型非イオン性界面活性剤;エチレンオキサイド/プロピレンオキサイドブロック共重合体等のポリオキシエチレン誘導体;ポリオキシエチレン脂肪酸エステル(ポリオキシエチレンアルキルエステル)、ソルビタン脂肪酸エステル(ソルビタンアルキルエステル)、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル(ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル)、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル(グリセロールエステル)等のエステル型非イオン性界面活性剤;ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルキルアルカノールアミド等のアミン系非イオン性界面活性剤;それらの誘導体等が挙げられ、これらの1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記非イオン性界面活性剤は、非フッ素化非イオン性界面活性剤であってよい。
上記ポリオキシエチレンアルキルエーテルとしては、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンベヘニルエーテル等が挙げられる。
上記ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルとしては、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル等が挙げられる。
上記ポリオキシエチレン脂肪酸エステルの具体例:ポリエチレングリコールモノラウリレート、ポリエチレングリコールモノオレエート、ポリエチレングリコールモノステアレート等が挙げられる。
上記ソルビタン脂肪酸エステルとしては、ソルビタンモノラウリレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート等が挙げられる。
上記ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルとしては、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウリレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート等が挙げられる。
上記グリセリン脂肪酸エステルとしては、モノミリスチン酸グリセロール、モノステアリン酸グリセロール、モノオレイン酸グリセロール等が挙げられる。
上記誘導体としては、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルフェニル-ホルムアルデヒド凝縮物、ポリオキシエチレンアルキルエーテルホスフェート等が挙げられる。
上記エーテル型非イオン性界面活性剤及びエステル型非イオン性界面活性剤は、10~18のHLB値を有してよい。
非イオン性炭化水素系界面活性剤としては、Dow Chemical Company製のTriton(登録商標)Xシリーズ(X15、X45、X100等)、Tergitol(登録商標)15-Sシリーズ、Tergitol(登録商標)TMNシリーズ(TMN-6、TMN-10、TMN-100等)、Tergitol(登録商標)Lシリーズ、BASF製のPluronic(登録商標)Rシリーズ(31R1、17R2、10R5、25R4(m~22、n~23))、T-Detシリーズ(A138)、Iconol(登録商標)TDAシリーズ(TDA-6、TDA-9、TDA-10)等が挙げられる。
上記非イオン性界面活性剤を構成する化合物において、その疎水基は、アルキルフェノール基、直鎖アルキル基及び分岐アルキル基の何れであってもよいが、アルキルフェノール基を構造中に有しない化合物等、ベンゼン環を有さないものであることが好ましい。
上記非イオン性界面活性剤としては、なかでも、エーテル結合(-O-)を有するものが好ましく、上述したエーテル型非イオン性界面活性剤がより好ましく、ポリオキシエチレンアルキルエーテルが更に好ましい。上記ポリオキシエチレンアルキルエーテルとしては、炭素数10~20のアルキル基を有するポリオキシエチレンアルキルエーテル構造からなるものが好ましく、炭素数10~15のアルキル基を有するポリオキシエチレンアルキルエーテル構造からなるものがより好ましい。上記ポリオキシエチレンアルキルエーテル構造におけるアルキル基は、分岐構造を有していることが好ましい。
上記炭化水素系界面活性剤の含有量は、着色が一層少なく引張特性に一層優れるフッ素樹脂組成物を製造できる点で、上記水性分散液の固形分に対し12質量%以下であることが好ましく、8質量%以下がより好ましく、6質量%以下が更に好ましく、4質量%以下が更により好ましく、2質量%以下が殊更に好ましく、1質量%以下が特に好ましい。上記炭化水素系界面活性剤の含有量は、また、1質量ppm以上であってよく、10質量ppm以上であってもよく、100質量ppm以上であってもよく、500質量ppm以上であってもよい。
上記乳化重合により得られた水性分散液、又は、上記炭化水素系界面活性剤を含む水性分散液を、陰イオン交換樹脂又は陰イオン交換樹脂及び陽イオン交換樹脂を含む混床と接触させてもよく、濃縮してもよく、これらの両方により処理してもよい。上記処理を行うことにより、低分子量含フッ素化合物を除去することができる。上記処理としては、公知の処理を採用することができる。
フッ素樹脂Aの粉末とフッ素樹脂Bの粒子を含む水性分散液とを混合して得られた混合物を凝析してもよい。凝析の方法としては、凍結や機械的剪断力により乳化粒子を凝集させる方法が挙げられる。メタノール、アセトン等の水溶性有機化合物、硝酸カリウム、炭酸アンモニウム等の無機塩や、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸等を凝析剤として添加しながら撹拌を行ってもよい。上記凝析は、また、インラインミキサー等を使用して連続的に行ってもよい。
上記混合物を乾燥することにより、フッ素樹脂組成物が得られる。上記凝析により得られた湿潤粉末を乾燥してもよい。
乾燥の方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができ、例えば、真空、高周波、熱風等の手段を用いて行うことができる。
上記乾燥の温度としては、50℃以上が好ましく、70℃以上がより好ましく、100℃以上が更に好ましく、150℃以上が特に好ましく、また、300℃以下が好ましく、250℃以下がより好ましい。
上記フッ素樹脂Cの粒子は、粉末の形態でフッ素樹脂Aの粉末(及びフッ素樹脂Bの粒子)と混合されてもよく、水性分散液の形態でフッ素樹脂Aの粉末(及びフッ素樹脂Bの粒子)と混合されてもよい。
得られたフッ素樹脂組成物を粉砕してもよい。上記粉砕は公知の方法により行ってよく、例えば、エアジェットミル、ハンマーミル、フォースミル、石臼型の粉砕機、凍結粉砕機等の粉砕機を用いて行うことができる。
得られたフッ素樹脂組成物を造粒してもよい。これにより、見掛密度が高く、取り扱い性に優れるフッ素樹脂組成物が得られる。
上記造粒の方法としては、公知の方法が挙げられ、水中造粒法、温水造粒法、乳化分散造粒法、乳化温水造粒法、無溶剤造粒法、乾式溶剤造粒法等が挙げられる。
本開示のフッ素樹脂組成物は、引張破断強度が10MPa以上であることが好ましく、13MPa以上であることがより好ましく、15MPa以上であることが更に好ましく、17MPa以上であることが更により好ましく、20MPa以上であることが特に好ましい。上限は特に限定されないが、例えば30MPaであってよい。
上記引張破断強度は、φ100mmの金型に35gの上記フッ素樹脂組成物を投入し、30MPaの圧力、1分間の条件で圧縮成形し、室温から300℃まで3時間で昇温し、その後300℃から370℃まで4時間で昇温し、370℃で12時間保持した後、300℃まで5時間で降温したのち、室温まで1時間で降温する工程によって焼成した成形体を打ち抜いて作成したダンベルを用いて、ASTM D1708に準じて測定する。
本開示のフッ素樹脂組成物は、引張破断歪が150%以上であることが好ましく、200%以上であることがより好ましく、250%以上であることが更に好ましく、300%以上であることが更により好ましく、360%以上であることが殊更に好ましく、400%以上であることが特に好ましい。上限は特に限定されないが、例えば600%であってよい。
上記引張破断歪は、φ100mmの金型に35gの上記フッ素樹脂組成物を投入し、30MPaの圧力、1分間の条件で圧縮成形し、室温から300℃まで3時間で昇温し、その後300℃から370℃まで4時間で昇温し、370℃で12時間保持した後、300℃まで5時間で降温したのち、室温まで1時間で降温する工程によって焼成した成形体を打ち抜いて作成したダンベルを用いて、ASTM D1708に準じて測定する。
本開示のフッ素樹脂組成物は、成形材料として好適に使用し得る。上記フッ素樹脂組成物を成形する方法としては、特に限定されないが、圧縮成形、ラム押出成形、アイソスタティック成形等が挙げられる。なかでも、圧縮成形が好ましい。
本開示のフッ素樹脂組成物は、圧縮成形用粉末であることが好ましい。
本開示は、本開示のフッ素樹脂組成物を圧縮成形及び焼成して得られる成形体も提供する。
本開示の成形体は、融点以上の温度に加熱した履歴のあるフッ素樹脂を含むにもかかわらず、引張特性に優れる。
上記圧縮成形は、例えば、10~50MPaの圧力で、1分~30時間保持することにより行うことができる。
上記焼成は、例えば、350~380℃の温度で0.5~50時間加熱することにより行うことができる。
本開示の成形体は、引張破断強度が10MPa以上であることが好ましく、13MPa以上であることがより好ましく、15MPa以上であることが更に好ましく、17MPa以上であることが更により好ましく、20MPa以上であることが特に好ましい。上限は特に限定されないが、例えば30MPaであってよい。
上記引張破断強度は、ASTM D1708に準じて測定する。
本開示の成形体は、引張破断歪が150%以上であることが好ましく、200%以上であることがより好ましく、250%以上であることが更に好ましく、300%以上であることが更により好ましく、360%以上であることが殊更に好ましく、400%以上であることが特に好ましい。上限は特に限定されないが、例えば600%であってよい。
上記引張破断歪は、ASTM D1708に準じて測定する。
本開示のフッ素樹脂組成物から得られる成形体は、ライニングシート、パッキン、ガスケット、ダイヤフラム弁、耐熱電線、車両モータ・発電機等の耐熱絶縁テープ、離型シート、シール材、ケーシング、スリーブ、ベロース、ホース、ピストンリング、バタフライバルブ、角槽、ウェハーキャリア等に好適に用いることができる。
以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
次に実施例を挙げて本開示を更に詳しく説明するが、本開示はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
各種物性は下記方法にて測定した。
(融点)
X-DSC7000(株式会社日立ハイテクサイエンス社製)を用い、10℃/分の昇温速度で示差走査熱量測定〔DSC〕を行って得られた融解熱曲線における極小点に対応する温度として求めた。1つの融解ピーク中に極小点が2つ以上ある場合は、それぞれを融点とした。
フッ素樹脂Bが5質量%以下の場合は、X-DSC7000(株式会社日立ハイテクサイエンス社製)を用い、10℃/分の昇温速度でフッ素樹脂Bの融点未満である300℃まで昇温し、300℃で10分間保持した後、10℃/分の昇温速度で昇温し示差走査熱量測定〔DSC〕を行って得られた融解熱曲線における極小点に対応する温度として求めた。
(フッ素樹脂の単量体組成)
19F-NMR法により測定した。
(フッ素樹脂組成物の単量体組成)
原料組成から計算により求めた。
(粉末の二次粒子径)
ベックマン・コールター製レーザー回折式粒度分布測定装置(LS13 320)を用いて、乾式で、バキューム圧20mHOで測定を行ない、得られた粒度分布(体積基準)に基づいて求めた。平均二次粒子径は、粒度分布積算の50%に対応する粒子径に等しいとした。10%に対応する粒子径をD10、90%に対応する粒子径をD90とした。
(平均一次粒子径)
固形分濃度を0.5質量%に調整した水性分散液をアルミ箔に滴下し、150℃、1時間の条件で水を乾燥除去したものの走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、無作為に抽出した100個以上の粒子の直径の平均値として求めた。
(アスペクト比)
固形分濃度が0.5質量%となるように希釈したフッ素樹脂水性分散液を走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、無作為に抽出した100個以上の粒子について画像処理を行い、その長径と短径の比の平均より平均アスペクト比を求めた。
アスペクト比が2.5以上の粒子の割合は、固形分濃度が0.5質量%となるように希釈したフッ素樹脂水性分散液を走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、無作為に抽出した100個以上の粒子について画像処理を行って各粒子のアスペクト比を算出し、上記抽出した粒子の全数に対する割合として求めた。
(水性分散液の固形分濃度)
水性分散液中の固形分濃度(P質量%)は、試料約1g(Xg)を直径5cmのアルミカップにとり、110℃にて30分で加熱した加熱残分(Yg)、更に、得られた加熱残分(Yg)を300℃にて30分加熱した加熱残分(Zg)より、式:P=[Z/X]×100(質量%)から算出した。
(水性分散液中の非イオン性界面活性剤の含有量)
水性分散液中の非イオン性界面活性剤のPTFEに対する含有量(N質量%)は、試料約1g(Xg)を直径5cmのアルミカップにとり、110℃にて30分で加熱した加熱残分(Yg)、更に、得られた加熱残分(Yg)を300℃にて30分加熱した加熱残分(Zg)より、式:N=[(Y-Z)/Z]×100(質量%)から算出した。
(見掛密度)
JIS K 6891に準拠して測定した。
(標準比重(SSG))
ASTM D4895 89に準拠して成形されたサンプルを用い、ASTM D 792に準拠した水置換法により測定した。
(MFR)
ASTM D1238に準拠して、メルトインデクサーを用いて、フッ素樹脂の種類によって定められた測定温度(例えば、PFAやFEPの場合は372℃、ETFEの場合は297℃)、荷重(例えば、PFA、FEP及びETFEの場合は5kg)において内径2.095mm、長さ8mmのノズルから10分間あたりに流出するポリマーの質量(g/10分)を測定した。
(引張試験)
φ100mmの金型に35gの粉末を入れて、30MPa、1分間の圧縮成形を行った後に、室温から300℃まで3時間で昇温し、その後300℃から370℃まで4時間で昇温し、370℃で12時間保持した後、300℃まで5時間で降温したのち、室温まで1時間で降温する工程により焼成することで成形品を得、この成形品を打ち抜くことでダンベルを用意し、ASTM D 1708に準じて引張試験を行い、引張破断強度、引張破断歪を測定した。
(フッ素樹脂組成物の溶融流動性)
上記引張試験と同じ条件でフッ素樹脂組成物(粉末)を圧縮成形及び焼成した際に、焼成前の厚みに対する焼成後の厚みが20%以上減少した場合に、フッ素樹脂組成物に溶融流動性があると判定し、焼成前後の減少率が20%未満であるか、又は、焼成後の厚みが焼成前の厚みより増加する場合に溶融流動性がないと判定した。
(低分子量含フッ素化合物含有量)
フッ素樹脂組成物(粉末)を1g秤量し、アンモニア水とメタノールで調製した0.3%水酸化アンモニウムメタノール溶液(A)を10mL加え、60℃に温調した超音波洗浄機にサンプル瓶をセットし、2時間の超音波処理を行ない、抽出液を得た。抽出液中の含フッ素化合物について、液体クロマトグラフ質量分析計(Agilent社製1290 Infinity II型LC、6530型飛行時間型質量分析計)を用いて測定を行った。測定機器構成と測定条件を表1に示す。精密質量から分子量800以下のフッ素化合物と同定できる化合物をピーク抽出し、抽出クロマトグラムを描いた。濃度既知の含パーフルオロオクタン酸の水溶液を用いて、4水準の含有量の水溶液を作製し、それぞれの含有量の水溶液の分析を行ない、含有量とその含有量に対するエリア面積と関係をプロットし、検量線を描いた。上記検量線を用いて、抽出液中の分子量800以下の含フッ素化合物の含有量は、上記抽出クロマトグラムと検量線を用いて、パーフルオロオクタン酸換算で計算した。
Figure 0007705361000006
合成例1(パーフルオロエーテルカルボン酸アンモニウム塩Aの合成)
1Lオートクレーブを窒素にて置換した後、脱水したテトラメチル尿素16.5g及びジエチレングルコールジメチルエーテル220gを仕込み、冷却した。フッ化カルボニル38.5gを仕込み、次いでヘキサフルオロプロピレンオキサイド100gを導入して撹拌した。その後、フッ化カルボニル38.5g及びヘキサフルオロプロピレンオキサイド100gを追加で仕込んだ。その後、更にフッ化カルボニル及びヘキサフルオロプロピレンオキサイドを同量の仕込みを行った。反応終了後、反応混合液を取り出して、分液して下層の反応生成物を得た。
6Lオートクレーブにテトラグライム1000mL、CsF(75g)を入れ、オートクレーブ内を窒素で置換した。その後、オートクレーブを冷却し、上記で得られた反応生成物を2100g仕込み、ヘキサフルオロプロピレンオキサイドをオートクレーブに導入して反応を開始した。最終的に、ヘキサフルオロプロピレンオキサイドを1510g仕込んだ。その後、内容物を抜き出し、分液ロートにより上層と下層を分離した。上層は1320g、下層は3290gであった。下層を精留し、単離した。
次に、単離した目的物1000gに純水1000gを加えて加水分解を行った。その後、分液ロートで分液して有機層(下層)を回収した。回収した溶液は硫酸水を用いて洗浄した。更に得られた溶液を単蒸留して精製した。精製後、得られた化合物と28質量%アンモニア水溶液76gと純水600gを混合した水溶液に、500gの上記で得られた単蒸留物を滴下した。滴下終了後、28質量%アンモニア水溶液を加えてpHが7になるように調整した。これを凍結乾燥することでパーフルオロエーテルカルボン酸アンモニウム塩Aを得た。
製造例1(フッ素樹脂粉末A-1の作製)
TFEモノマーのみの懸濁重合で得られたホモPTFEの粗粉末を粉砕機で粉砕して得られたPTFEモールディングパウダー(標準比重(SSG):2.159,融点:345.0℃)35gを使用して、φ100mmの金型にて30MPa、1分間の条件で圧縮成形し、370℃で3時間焼成することで成形品を得た。得られた成形品を切削した後に、粉砕機で粉砕し、フッ素樹脂粉末A-1を得た。フッ素樹脂粉末A-1の融点は328℃、平均二次粒子径は23μm、D10は8μm、D90は48μm、見掛密度は0.64g/mlであった。
製造例2(フッ素樹脂粉末A-2の作製)
製造例1と同様にして得られた成形品を切削した後に、粉砕機で粉砕し、フッ素樹脂粉末A-2を得た。フッ素樹脂粉末A-2の融点は328℃、平均二次粒子径は37μm、D10は7μm、D90は87μm、見掛密度は0.53g/mlであった。
製造例3(PFA粒子を含むPFA水性分散液B-1の作製)
撹拌翼を備えた内容積6LのSUS製のオートクレーブにて、パーフルオロエーテルカルボン酸アンモニウム塩Aを使用して、公知の乳化重合方法によりTFE単位とパーフルオロ(プロピルビニルエーテル)(PPVE)単位とからなるPFA粒子を含むPFA水性分散液B-1を得た。
得られたPFA水性分散液B-1の固形分濃度は14質量%であり、平均一次粒子径は291nm、MFRは22g/10min、融点は314℃、PPVE単位の含有量は1.4モル%であった。
製造例4(PFA粉末B-2の作製)
撹拌翼を備えた内容積6LのSUS製のオートクレーブにて、パーフルオロエーテルカルボン酸アンモニウム塩Aを使用して、公知の乳化重合方法によりTFE単位とパーフルオロ(プロピルビニルエーテル)(PPVE)単位とからなるPFA粒子を含むPFA水性分散液を得た。得られたPFA水性分散液を凝析してPFA粉末B-2を得た。PFA粉末B-2の平均二次粒子径は11μm、MFRは27g/10min、融点は298℃、PPVE単位の含有量は2.1モル%であった。
製造例5(PFA粉末B-3の作製)
製造例3と同様にして得られたPFA水性分散液を凝析してPFA粉末B-3を得た。PFA粉末B-3の平均二次粒子径は1.5μm、MFRは28g/10min、融点は314℃、PPVE単位の含有量は1.4モル%であった。
製造例6(FEP粉末B-4の作製)
撹拌翼を備えた内容積6LのSUS製のオートクレーブにて、過硫酸アンモニウムを使用して、公知の乳化重合方法によりTFE単位とヘキサフロプロピレン[HFP]単位、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)単位とからなるFEP粒子を含むFEP水性分散液を得た。得られたFEP水性分散液を硝酸により凝析、圧搾により脱水し、170℃にて4時間乾燥し、FEP粉末B-4を得た。得られたFEP粉末の平均二次粒子径は19μm、MFRは24g/10min、融点は261℃、HFP単位とPPVE単位の含有量の合計は7.6モル%であった。
製造例7(FEP粉末B-5の作製)
国際公開第2001/036504号の実施例1に記載の方法を用い、(TFEモノマー、HFPモノマー、ジ-(ω-ヒドロデカフルオロヘプタノイル)パーオキサイド(DHP)及びメタノールの仕込み量を調整して)TFE単位とヘキサフロプロピレン[HFP]単位とからなるFEP粉末B-5を得た。得られたFEP粉末の平均二次粒子径は50μm、MFRは1g/10min、融点は302℃、FEP単位とPPVE単位の含有量の合計は8.4モル%であった。
製造例8(フッ素樹脂水性分散液C-1の作製)
撹拌翼を備えた内容積6LのSUS製のオートクレーブにて、パーフルオロエーテルカルボン酸アンモニウム塩Aを使用して、公知の乳化重合方法によりTFEモノマーのみからなるホモのPTFE粒子を含むフッ素樹脂水性分散液C-aを得た。
フッ素樹脂水性分散液C-aに非イオン性界面活性剤TDS-80(第一工業製薬社製)を加え、非イオン性界面活性剤濃度をPTFE100質量部に対し10質量部とした分散液を調製した。引き続き、直径20mmのカラムに、OH型の陰イオン交換樹脂(商品名アンバージェットAMJ4002、ローム・アンド・ハース社製)を250mL充填し、上記分散液をSV=1で通液した。更に、通液し得られた水性分散液に非イオン性界面活性剤TDS-80をPTFE100質量部に対し16質量部になるように加え、65℃にて3時間保持し、上澄相と濃縮相とに分離した。濃縮相を回収し、フッ素樹脂水性分散液C-bを得た。
フッ素樹脂水性分散液C-bに、非イオン化面活性剤TDS-80をPTFEに対して6.0質量%になるように追加し、更に脱イオン水及びアンモニア水を加え、フッ素樹脂水性分散液C-1を得た。固形分濃度が60.2質量%、非イオン性界面活性剤の含有量がPTFEに対して6.0質量%であった。
製造例9(フッ素樹脂粉末C-2の作製)
TFEモノマーのみの懸濁重合で得られたホモPTFEの粗粉末を粉砕機で粉砕し、フッ素樹脂粉末C-2を得た。フッ素樹脂粉末C-2の見掛密度は0.34g/ml、平均二次粒子径は24μm、D90が55μm、標準比重(SSG)は2.163、融点は345.0℃であった。
製造例10(フッ素樹脂粉末C-3の作製)
TFEとパーフルオロプロピルビニルエーテル(PPVE)との懸濁重合で得られた変性PTFEの粗粉末を粉砕機で粉砕し、フッ素樹脂粉末C-3を得た。フッ素樹脂粉末C-3の見掛密度は0.33g/ml、平均二次粒子径は28μm、D90が77μm、標準比重(SSG)は2.168、融点は341.5℃、PPVE単位の量は0.09質量%であった。
実施例1
95gのフッ素樹脂粉末A-1と36gのPFA水性分散液B-1とをフラスコ内で振り混ぜた後、メタノールを入れて凝析し、ろ過して、水とメタノールで洗浄することで湿潤粉末を取り出した。
得られた湿潤粉末を電気炉にて、150℃、15時間乾燥することで水を除去した。
乾燥後の粉末をワンダークラッシャーWC-3を用いて、回転数2900rpmで60秒間の粉砕を行なうことで混合粉末(フッ素樹脂組成物)を得た。上記混合粉末は、全重合単位に対しTFE単位を99.82質量%、PPVE単位を0.18質量%含んでいた。上記混合粉末の融点は314℃及び329℃、引張破断強度は12MPa、引張破断歪は253%、平均二次粒子径は25μm、D10は9μm、D90は51μmであった。
焼成前後で成形品の厚みが増加しており、形状を維持していたので、上記混合粉末は溶融流動性を示さないと判定した。
実施例2
95gのフッ素樹脂粉末A-1を90g、PFA水性分散液B-1を71gとした以外は実施例1と同様にして混合粉末を得た。上記混合粉末は、全重合単位に対しTFE単位を99.64質量%、PPVE単位を0.36質量%含んでいた。上記混合粉末の融点は315℃及び328℃、引張破断強度は15MPa、引張破断歪は353%、平均二次粒子径は25μm、D10は9μm、D90は52μm、低分子量含フッ素化合物(アニオン性部分の分子量が800以下のフッ素を含む界面活性剤)の含有量は1質量ppm以下であった。
焼成前後で成形品の厚みが増加しており、形状を維持していたので、上記混合粉末は溶融流動性を示さないと判定した。
比較例1
35gのフッ素樹脂粉末A-1(融点328℃)を用いて実施例1と同様に引張試験を行なったところ引張破断強度9MPa、引張破断歪145%、平均二次粒子径は23μm、D10は8μm、D90は48μmであった。
実施例3
フッ素樹脂粉末A-1を50g、PFA水性分散液B-1を14gとし、フッ素樹脂水性分散液C-1を80g用いて実施例1と同様にして混合粉末を得た。上記混合粉末は、全重合単位に対しTFE単位を99.928質量%、PPVE単位を0.072質量%含んでいた。上記混合粉末の融点は312℃、329℃及び337℃、引張破断強度は19MPa、引張破断歪は377%であった。
焼成前後で成形品の厚みが増加しており、形状を維持していたので、上記混合粉末は溶融流動性を示さないと判定した。
実施例4
フッ素樹脂粉末A-1を50g、PFA水性分散液B-1を36gとし、フッ素樹脂水性分散液C-1を75g用いて実施例1と同様にして混合粉末を得た。上記混合粉末は、全重合単位に対しTFE単位を99.82質量%、PPVE単位を0.18質量%含んでいた。上記混合粉末の融点は312℃、329℃及び337℃、引張破断強度は25MPa、引張破断歪は531%であった。
焼成前後で成形品の厚みが増加しており、形状を維持していたので、上記混合粉末は溶融流動性を示さないと判定した。
比較例2
フッ素樹脂粉末A-1を50g、フッ素樹脂水性分散液C-1を83g用いて実施例1と同様にして混合粉末を得た。上記混合粉末の融点は329℃及び337℃、引張破断強度は12MPa、引張破断歪は278%であった。
実施例5
75gのフッ素樹脂粉末A-1と25gのPFA粉末B-2とをワンダークラッシャーWC-3を用いて、回転数6900rpmで60秒間の混合を行なうことで混合粉末(フッ素樹脂組成物)を得た。上記混合粉末は、全重合単位に対しTFE単位を99.1質量%、PPVE単位を0.9質量%含んでいた。上記混合粉末の融点は298℃及び329℃、引張破断強度は16MPa、引張破断歪は297%、平均二次粒子径は22μm、D10は4μm、D90は64μmであった。
焼成前後で成形品の厚みが増加しており、形状を維持していたので、上記混合粉末は溶融流動性を示さないと判定した。
実施例6
フッ素樹脂粉末A-1を50gとし、FEP粉末B-4を3g、フッ素樹脂粉末C-2を47g用いて実施例5と同様にして混合粉末を得た。上記混合粉末は、全重合単位に対しTFE単位を99.64質量%、HFP単位を0.36質量%含んでいた。上記混合粉末の融点は263℃、329℃及び345℃、引張破断強度は22MPa、引張破断歪は404%、平均二次粒子径は27μm、D10は8μm、D90は64μmであった。
焼成前後で成形品の厚みが増加しており、形状を維持していたので、上記混合粉末は溶融流動性を示さないと判定した。
実施例7
90gのフッ素樹脂粉末A-1と36gのPFA水性分散液B-1とをフラスコ内で振り混ぜた後、メタノールを入れて凝析し、ろ過して、水とメタノールで洗浄することで湿潤粉末を取り出した。
得られた湿潤粉末を電気炉にて、150℃、15時間乾燥することで水を除去した。
乾燥後の粉末とフッ素樹脂粉末C-3とを混合し、ワンダークラッシャーWC-3を用いて、回転数2900rpmで60秒間の粉砕を行なうことで混合粉末(フッ素樹脂組成物)を得た。上記混合粉末は、全重合単位に対しTFE単位を99.82質量%、PPVE単位を0.18質量%含んでいた。上記混合粉末の融点は314℃、329℃及び342℃、引張破断強度は13MPa、引張破断歪は344%、平均二次粒子径は26μm、D10は9μm、D90は61μmであった。
焼成前後で成形品の厚みが増加しており、形状を維持していたので、上記混合粉末は溶融流動性を示さないと判定した。
実施例8
フッ素樹脂粉末A-1を50gとし、FEP粉末B-5を8g、フッ素樹脂粉末C-2を42g用いて実施例5と同様にして混合粉末を得た。上記混合粉末は、全重合単位に対しTFE単位を99.04質量%、HFP単位を0.96質量%含んでいた。上記混合粉末の融点は263℃、329℃及び345℃、引張破断強度は21MPa、引張破断歪は342%、平均二次粒子径は28μm、D10は9μm、D90は62μmであった。
焼成前後で成形品の厚みが増加しており、形状を維持していたので、上記混合粉末は溶融流動性を示さないと判定した。
実施例9
フッ素樹脂粉末A-2を90g、PFA粉末B-3を10g用いて実施例5と同様にして混合粉末を得た。上記混合粉末は、全重合単位に対しTFE単位を99.64質量%、PPVE単位を0.36質量%含んでいた。上記混合粉末の融点は314℃及び329℃、引張破断強度は12MPa、引張破断歪は275%であった。
焼成前後で成形品の厚みが増加しており、形状を維持していたので、上記混合粉末は溶融流動性を示さないと判定した。
実施例10
フッ素樹脂粉末A-1を50g、フッ素樹脂粉末A-2を40g、PFA粉末B-3を10g用いて実施例5と同様にして混合粉末を得た。上記混合粉末は、全重合単位に対しTFE単位を99.64質量%、PPVE単位を0.36質量%含んでいた。上記混合粉末の融点は314℃、329℃、及び342℃、引張破断強度は23MPa、引張破断歪は363%あった。
焼成前後で成形品の厚みが増加しており、形状を維持していたので、上記混合粉末は溶融流動性を示さないと判定した。

Claims (11)

  1. 溶融流動性を示さないフッ素樹脂組成物であって、
    融点以上の温度に加熱した履歴のある溶融流動性を示さないフッ素樹脂Aと、溶融流動性を示すフッ素樹脂Bと、融点以上の温度に加熱した履歴のない溶融流動性を示さないフッ素樹脂Cとを含み、
    フッ素樹脂Aは、ポリテトラフルオロエチレンであり、
    前記フッ素樹脂組成物に対し、フッ素樹脂Bの含有量が0.5~30質量%であり、
    下記条件で測定した引張破断強度が17MPa以上であり、
    圧縮成形、ラム押出成形又はアイソスタティック成形に用いられるフッ素樹脂組成物(ただし、多孔質体の製造に用いられる場合を除く)
    (測定条件)
    φ100mmの金型に35gの前記フッ素樹脂組成物を投入し、30MPaの圧力、1分間の条件で圧縮成形し、室温から300℃まで3時間で昇温し、その後300℃から370℃まで4時間で昇温し、370℃で12時間保持した後、300℃まで5時間で降温したのち、室温まで1時間で降温する工程によって焼成した成形体を打ち抜いて作成したダンベルを用いて、ASTM D1708に準じて測定する。
  2. フッ素樹脂Bは、MFRが0.25g/10分以上である請求項1に記載のフッ素樹脂組成物。
  3. フッ素樹脂Bは、融点が320℃以下のフッ素樹脂である請求項1又は2に記載のフッ素樹脂組成物。
  4. 333℃未満の温度領域に1つ以上、かつ、333~360℃の温度領域に1つ以上の融点を有する請求項1~3のいずれかに記載のフッ素樹脂組成物。
  5. 前記フッ素樹脂組成物は、テトラフルオロエチレン単位、及び、テトラフルオロエチレンと共重合可能な変性モノマーに基づく変性モノマー単位を含み、全重合単位に対し、前記変性モノマー単位の量が1.0質量%以下である請求項1~4のいずれかに記載のフッ素樹脂組成物。
  6. 平均二次粒子径が5~700μmである請求項1~5のいずれかに記載のフッ素樹脂組成物。
  7. 低分子量含フッ素化合物の含有量が、前記フッ素樹脂組成物に対し1質量ppm以下である請求項1~6のいずれかに記載のフッ素樹脂組成物。
  8. 粉末である請求項1~7のいずれかに記載のフッ素樹脂組成物。
  9. 圧縮成形用粉末である請求項1~8のいずれかに記載のフッ素樹脂組成物。
  10. 下記条件で測定した引張破断歪が150%以上である請求項1~9のいずれかに記載のフッ素樹脂組成物。
    (測定条件)
    φ100mmの金型に35gの前記フッ素樹脂組成物を投入し、30MPaの圧力、1分間の条件で圧縮成形し、室温から300℃まで3時間で昇温し、その後300℃から370℃まで4時間で昇温し、370℃で12時間保持した後、300℃まで5時間で降温したのち、室温まで1時間で降温する工程によって焼成した成形体を打ち抜いて作成したダンベルを用いて、ASTM D1708に準じて測定する。
  11. 請求項1~10のいずれかに記載のフッ素樹脂組成物を圧縮成形及び焼成して得られる成形体。
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