DE69601335T2 - Tetrafluorethylen-Terpolymer - Google Patents

Tetrafluorethylen-Terpolymer

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DE69601335T2
DE69601335T2 DE1996601335 DE69601335T DE69601335T2 DE 69601335 T2 DE69601335 T2 DE 69601335T2 DE 1996601335 DE1996601335 DE 1996601335 DE 69601335 T DE69601335 T DE 69601335T DE 69601335 T2 DE69601335 T2 DE 69601335T2
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F214/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen
    • C08F214/18Monomers containing fluorine
    • C08F214/26Tetrafluoroethene
    • C08F214/262Tetrafluoroethene with fluorinated vinyl ethers

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Description

    GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der schmelzverarbeitbaren Copolymeren von Tetrafluroethylen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Carlson offenbart in dem US-Patent 4 029 868 (1977) die Verbesserung von schmelzverarbeitbaren Copolymeren von Tetrafluorethylen (TFE) und Hexafluorpropylen (HFP), welche 4 bis 12 Gew.-% HFP enthalten, durch Einarbeitung von 0,5 bis 3 Gew.-% von entweder Perfluor(ethylvinylether) oder Perfluor(propylvinylether) in das Copolymere. Das sich ergebende Terpolymere ist auch schmelzverarbeitbar, besitzt eine verbesserte Hochtemperaturzugfestigkeit ohne verringerte Biegebeständigkeit und zeigt ein Zurückschnappen, so daß es als wärmeschrumpfbares Schlauchmaterial geeignet ist. Die Polymerisation wird unter Anwendung des Lösungsmittelverfahrens oder des wäßrigen Dispersionsverfahrens unter Zusatz von Lösungsmittel durchgeführt, wie dies von Carlson in den US-Patenten 3 528 954 bzw. 3 642 742 beschrieben wird. Der HFP-Gehalt entspricht einem HFP-Infrarotindex(HFPI)-Bereich von 0,9 bis 2,7 unter Anwendung des Multiplikationsfaktors von 4,5, welcher zur Umwandlung des HFPI in den HFP-Gehalt in Gew.-% angegeben ist. Das Beispiel 13 offenbart ein TFE/HFP/PEVE-Terpolymeres (4,5 Gew.-% HFP und 1,2 Gew.-% PEVE), welches eine hohe Zähigkeit ergeben soll, jedoch sind die meisten der Beispiele auf TFE/HFP/PPVE-Terpolymeres gerichtet.
  • McDermott & Pierkarski demonstrierten anschließend an Carlson in SIR H130 (1986) den Vorzug für TFE/HFP/PPVE-Terpolymeres, indem sie nur dieses Polymere zur Erzielung einer verbesserten Spannungsrißbeständigkeit offenbarten, wobei diese Verbesserung mit einem HFP-Gehalt von 9 bis 17 Gew.-% und einem PPVE-Gehalt von 0,2 bis 2 Gew.-% erzielt wurde. Der HFP-Gehalt entspricht einem HFPI-Bereich von etwa 2,8 bis 5,3 unter Anwendung des zur Umwandlung des HFPI in den HFP-Gehalt in Gew.-% offenbarten Multiplikationsfaktors von 3,2. Das nicht wäßrige Polymerisationsverfahren der '954- und '868- Patente von Carlson werden in Bezug genommen. Die wäßrige Dispersionspolymerisation ist ebenfalls offenbart mit der wahlweisen Zugabe einer nicht reaktiven Fluorkohlenstoffphase, um die Monomerdiffusion oder die Lösung des Initiators zu begünstigen. Das Ziel von SIR H130 war es, die Spannungsrißbeständigkeit bei gleicher Copolyschmelzviskosität zu verbessern, um eine schnellere Extrusionsgeschwindigkeit zu gestatten, während die Spannungsrißbeständigkeit auf einem hohen Niveau gehalten wird. Das durch SIR H130 gelöste Problem stellt einen Kompromiß zwischen der Extrusionsgeschwindigkeit und der Spannungsrißbeständigkeit dar. Die Zur-Verfügung-Stellung eines Copolymeren mit einer Schmelzviskosität, die eine schnellere Extrusion erlaubte, erfolgte unter etwas Aufopferung der Spannungsrißbeständigkeit.
  • Wie dies auf dem vorliegenden Gebiet üblich ist, gründen sowohl Carlson als auch McDermott & Piekarski den HFP-Gehalt auf Messungen des HFPI. Diese Menge wurde durch Bro & Sandt in dem US-Patent 2 946 763 eingeführt, welcher TFE/HFP- Copolymere betrifft. Bro & Sandt führten auch den Multiplikationsfaktor von 4, 5 ein, um den HFP-Gehalt in Gew.-% aus dem HFPI zu erhalten. Während jüngere Berechnungen zu anderen Multiplikationsfaktoren geführt haben, werden die von Infrarotmessungen zu unterschiedlichen Zeiten abgeleiteten HFPI- Werte als im allgemeinen verläßlich angesehen.
  • Es besteht das Bedürfnis nach einem TFE/HFP-Copolymerharz, das ohne Opfer bei der Spannungsrißbeständigkeit schneller extrudiert werden kann.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt sowohl eine höhere Extrusionsgeschwindigkeit als auch eine höhere Spannungsrißbeständigkeit im wesentlichen dadurch zur Verfügung, daß anstelle von PPVE PEVE in einer TFE/HFP/PEVE-Terpolymerzusammensetzung verwendet wird, welche eine größere Menge an HFP ent hält als in dem '868-Terpolymeren vorlag. Die maximale Extrusionsgeschwindigkeit ist nicht nur hoch, sondern übertrifft überraschenderweise diejenige, die mit dem Terpolymeren von SIR H130 ohne Opfer bei der Spannungsrißbeständigkeit erhalten werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung kann demzufolge definiert werden als ein teilweise kristallines Copolymeres, welches Tetrafluorethylen, Hexafluorpropylen in einer Menge entsprechend einem HFPI von 2,8 bis etwa 5,3 und 0,2 bis 3 Gew.-% Perfluor (ethylvinylether) umfaßt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist festgestellt worden, daß das erfindungsgemäße TFE/HFP/PEVE-Copolymerharz mit Geschwindigkeiten extrudiert werden kann, die überraschenderweise höher sind als dies mit dem entsprechenden TFE/HFP/PPVE-Copolymeren möglich ist. Bei der Schmelzextrusion von TFE/HFP/PEVE-Harz als Drahtisolierung ist es möglich, bei Drahtgeschwindigkeiten zu arbeiten, die 1,5mal so schnell sind wie mit dem entsprechenden Harz, das PPVE enthält, was eine sehr beträchtliche und kommerziell bedeutende Verbesserung darstellt.
  • Wie anhand der folgenden Beispiele erläutert werden wird, zeigt das erfindungsgemäße TFE/HFP/PEVE-Copolymere bemerkenswerterweise keinen Schmelzbruch bei der Kapillarrheometrie bei Schergeschwindigkeiten, die wesentlich über den Schergeschwindigkeiten, beispielsweise dem 2-fachen der Schergeschwindigkeiten liegen, bei welchen das entsprechende Harz, das anstelle von PEVE PPVE enthält, starken Schmelzbruch zeigt.
  • Wie durch die folgenden Beispiele ebenfalls erläutert werden wird, kann das erfindungsgemäße TFE/HFP/PEVE-Copolymere auch einem größeren und schnelleren Schmelzstrecken unterzogen werden als das entsprechende Harz, welches PPVE enthält. Das Schmelzstrecken ("Ausziehen") ist eine Technik, die bei bestimmten Fluorpolymeren angewandt wird, um die Geschwindigkeit zu erhöhen, welche sonst durch Schmelzbrüche bei der Extrusion eingeschränkt wäre, d.h., es wird eine Düse mit einer relativ großen Öffnung verwendet und die extrudierte Schmelze zu den gewünschten Enddimensionen gestreckt. Das Schmelzstrecken wird üblicherweise durch das Streckverhältnis charakterisiert, welches als das Verhältnis der Querschnittsfläche der Düsenöffnung zu der Querschnittsfläche des fertigen Extrudats berechnet wird.
  • Die erfindungsgemäßen TFE/HFP/PEVE-Cpolymeren weisen einen HFP-Gehalt entsprechend einem HFPI = 2,8 bis 5,3, vorzugsweise einem HFPI = 2,8 bis 4,7, auf. Aus Gründen der Produktivität bei der Polymerisation wird ein HFP-Gehalt entsprechen einem HFPI = 2,8 bis 4,1 besonders bevorzugt. Der HFPI wird anhand der unten beschriebenen Infrarotmethode ermittelt. Der PEVE-Gehalt der erfindungsgemäßen Copolymeren liegt im Bereich von 0,2 bis 3 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 2,5 Gew.-%. Der PEVE-Gehalt im Copolymeren wird anhand der ebenfalls unten erläuterten Infrarotmethode bestimmt.
  • Der Fachmann wird erkennen, daß ein oder mehrere zusätzliche copolymerisierbare Monomere in die erfindungsgemäßen TFE/HFP/PEVE-Copolymeren eingearbeitet werden können. Die Menge eines solchen zusätzlichen Monomeren wird so sein, daß das erhaltene Copolymere teilweise kristallin ist, was sich am Auffinden einer Schmelzendötherme durch Differentialabtastkalorimetrie bei einem Harz im ursprünglich polymerisierten Zustand zeigt, d.h. bei einem Harz, das zuvor nicht geschmolzen worden ist.
  • Die erfindungsgemäßen Copolymeren weisen im allgemeinen eine Schmelzviskosität (MV) im Bereich von 0,5-50 · 10³ Pa·s auf. Eine MV von nicht mehr als 10 · 10³ Pa·s, insbesondere im Bereich von 1-10 · 10³ Pas, ist bevorzugt.
  • Der Fachmann wird erkennen, daß andere physikalische Eigenschaften der erfindungsgemäßen Copolymeren im allgemeinen mit dem HFPI, dem PEVE-Gehalt und der MV variieren werden. Bei der Vielfalt der unter den oben beschriebenen Bereichen möglichen Kombinationen ist es tatsächlich unmöglich, feste Werte für derartige andere Eigenschaften anzugeben, die die erfindungsgemäßen Copolymeren als eine Gruppe charakterisieren. Das derzeitige kommerzielle Interesse jedoch liegt bei Harzen mit einer MIT-Biegebeständigkeit von im allgemeinen wenigstens 2000 oder 3000 Zyklen, vorzugsweise wenigstens 4000 Zyklen. Die Spannungsrißbildung oder Sprödigkeit und die Biegebeständigkeit hängen, wie dies im Stand der Technik hinlänglich bekannt ist, sehr von der Dicke eines in der Anwendung befindlichen Gegenstandes ab. Ein Copolymeres mit einer höheren MIT- Biegebeständigkeit, welche an Probekörpern mit einer Standarddicke gemessen wird, sollte zur Erzielung einer besseren Zähigkeit in dickeren Abschnitten eingesetzt werden, während ein Copolymeres mit einer geringeren MIT-Biegebeständigkeit eine äquivalente Zähigkeit aufweisen kann, wenn es in dünneren Abschnitten eingesetzt wird. Solche dünneren Abschnitte werden beispielsweise in Folien, Drahtisolierungen mit geringem Durchmesser und in Zellwänden von Schaumstrukturen angetroffen.
  • Die erfindungsgemäßen TFE/HFP/PEVE-Copolymeren können anhand jedes Polymerisationsverfahrens hergestellt werden, welches im allgemeinen eine homogene Copolymerzusammensetzung ergibt. Solche Verfahren umfassen die Polymerisation in wäßrigen Medien, die Polymerisation in nicht wäßrigen Medien, sowie die Polymerisation in gemischten Medien. Organische Flüssigkeiten, die im Rahmen der beiden zuletzt genannten Polymerisationssysteme eingesetzt werden, sind üblicherweise halogenierte Verbindungen. Im Hinblick auf die derzeitigen Umweltbedenken gegen solche Verbindungen wird die wäßrige Dispersionspolymerisation bevorzugt. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise für ein TFE/HFP/PPVE-Copolymeres in SIR H130 offenbart.
  • Bei der wäßrigen Polymerisation kann ein breiter Bereich von Temperaturen angewandt werden. Wegen der geringen Reaktivität von HFP im Vergleich zu derjenigen von TFE sind höhere Temperaturen, wie beispielsweise Temperaturen im Bereich von etwa 95º bis 115ºC, von Vorteil. Eine Temperatur im Bereich von 98º bis 108ºC wird zur Herstellung der erfindungsgemäßen Copolymeren mittels des in den Beispielen weiter unten angewandten wäßrigen halbkontinuierlichen Verfahrens bevorzugt. Bei der Emulsionspolymerisation eingesetzte oberflächen aktive Mittel scheinen bei Temperaturen oberhalb 103º bis 108ºC weniger wirksam zu sein, und es besteht eine Tendenz zum Verlust an Dispersionsstabilität.
  • Es können oberflächenaktive Mittel eingesetzt werden, die für die Verwendung bei der Dispersionspolymerisation von TFE/HFP-Copolymeren geeignet sind. Solche oberflächenaktiven Mittel umfassen beispielsweise Ammoniumperfluoroctanoat (C-8), Ammoniumperfluornonanoat (C-9) und die Perfluoralkylethansulfonsäuren und deren Salze, welche in dem US-Patent 4 380 618 offenbart sind.
  • Initiatoren, die üblicherweise bei der Emuslionspolymerisation von TFE-Copolymeren eingesetzt werden, sind wasserlösliche, freiradikalische Initiatoren, wie z.B. Ammoniumpersulfat (APS), Kaliumpersulfat (KPS) oder Dibernsteinsäureperoxid. APS und/oder KPS werden bevorzugt.
  • Nachdem der Reaktor mit Wasser, dem oberflächenaktiven Mittel und den Monomeren beschickt, auf die gewählte Temperatur erhitzt und mit dem Rühren begonnen worden ist, wird eine Lösung des Initiators mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit hinzugefügt, um die Polymerisation zu starten. Ein Druckabfall ist ein übliches Anzeichen dafür, daß die Polymerisation begonnen hat. Dann wird mit der TFE-Zugabe begonnen und diese gemäß dem gewählten Schema zur Regulierung der Polymerisation kontrolliert. Eine Initiatorlösung, die die gleiche oder eine andere sein kann als die erste Initiatorlösung, wird gewöhnlich während des gesamten Ablaufes der Reaktion zugesetzt.
  • Es gibt verschiedene Alternativen zur Regulierung der Geschwindigkeit der TFE/HFP-Copolymerisation, und diese sind auf die Polymerisation der erfindungsgemäßen TFE/HFP/PEVE-Copolymeren anwendbar. Bei den meisten Alternativen ist es üblich, zunächst das gesamte HFP-Monomere vorzulegen und dann TFE bis zu dem gewünschten Gesamtdruck hinzuzufügen. Um den gewählten Druck aufrechtzuerhalten, wird zusätzliches TFE dann nach dem Einspritzen des Initiators und dem Anspringen der Reaktion zugesetzt. Das TFE kann mit einer konstanten Geschwindigkeit zugesetzt werden, wobei die Rührgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Notwendigkeit, die aktuelle Polymeri sationsgeschwindigkeit zu erhöhen oder zu erniedrigen, geändert und auf diese Weise ein konstanter Gesamtdruck aufrechterhalten wird. Alternativ dazu können sowohl der Gesamtdruck als auch die Rührgeschwindigkeit konstant gehalten werden, während TFE nach Bedarf zur Aufrechterhaltung des konstanten Druckes zugesetzt wird. Eine dritte Alternative besteht darin, die Polymerisation bei variabler Rührgeschwindigkeit, jedoch bei ständig zunehmenden TFE-Einspeisegeschwindigkeiten in Stufen durchzuführen.
  • Das HFP-Monomere ist sehr viel weniger reaktiv als das TFE-Monomere, so daß das HFP/TFE-Verhältnis hoch gehalten werden muß, um einen hohen Einbau an HFP zu gewährleisten.
  • Das PEVE kann in das Copolymere entweder durch Vorlegen, Vorlegen zuzüglich anschließendem Zusetzen (Zupumpen) oder durch Zupumpen des PEVE in den Reaktor eingebaut werden. Die Reaktivität des PEVE im Vergleich zu dem TFE ist derart, daß ein TFE/HFP/PEVE-Copolymeres erhalten werden kann, welches zufriedenstellend gleichförmig in Bezug auf den PEVE-Einbau ist, wenn das PEVE in dem Reaktor vorgelegt wird.
  • BEISPIELE
  • Die Fluorpolymerzusammensetzungen wurden an 0,095 bis 0,10&sup5; mm dicken und bei 300ºC gepreßten Filmen unter Verwendung der Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie ermittelt. Für die HFP-Bestimmung wurde das in dem US-Patent 4 380 618 beschriebene Verfahren angewandt. Bei der Anwendung dieses Verfahrens wurden die Absorptionsbanden verwendet, die bei etwa 10,18 um und bei etwa 4,25 um beobachtet wurden. Der HFP-Gehalt wird als ein HFP-Index (HFPI) ausgedrückt, dem Verhältnis der Extinktion bei 10,18 um zu der Extinktion bei 4,25 um. Der HFP-Gehalt in Gew.-% wurde als 3,2 · HFPI berechnet.
  • Das PEVE wurde aus der Infrarotbande bei 9,17 um bestimmt. Der PEVE-Gehalt in Gew.-% wurde berechnet als 1,3 · dem Verhältnis der Extinktion bei 9,17 um zu der Extinktion bei 4,25 um. Die Extinktion bei 9,17 um wurde unter Verwendung eines TFE/HFP-Dipolymervergleichsfilmes ermittelt, um eine starke Extinktion zu substrahieren, die die Bande bei 9,17 um überlagert. Die Eigendickeextinktion bei 4,25 um wurde ohne Verwendung eines Vergleichsfilmes ermittelt.
  • Die Schmelzviskositäten der Fluorpolymeren wurden anhand des in dem US-Patent 4 380 618 beschriebenen modifizierten ASTM-Verfahrens D1238-52T bestimmt.
  • Die thermischen Eigenschaften der Fluorpolymerharze wurden mittels DSC nach dem ASTM-Verfahren D-4591-87 bestimmt. Die angegebene Schmelztemperatur ist die Spitzentemperatur der Endotherme beim zweiten Schmelzen.
  • Die durchschnittliche Größe der Polymerteilchen im polymerisierten Zustand, d.h., die rohe Dispersionsteilchengröße (RDPS), wurde mit Hilfe der Photonkorrelationsspektroskopie gemessen.
  • Die Standard-MIT-Dauer-Knicktestvorrichtung, welche in der ASTM-Vorschrift D2176 beschrieben ist, wurde zur Bestimmung der Biegebeständigkeit (MIT-Biegebeständigkeit) verwendet. Die Messungen wurden an Formpreßfilmen durchgeführt, die in kaltem Wasser abgeschreckt worden waren. Die Filmdicke betrug 0,008 ± 0,0005 Inch (0,20 ± 0,013 mm).
  • Sofern nichts anderes angegeben ist, beruhen die im folgenden angegebenen Lösungskonzentrationen auf dem Gesamtgewicht aus Lösungsmittel, Wasser und des gelösten Stoffes oder der gelösten Stoffe. Die angegebene Konzentrationen an Polymerfeststoffen in Dispersionen beruhen auf dem Gesamtgewicht aus Feststoffen und wäßrigem Medium und wurden gravimetrisch bestimmt, d.h. durch Wiegen der Dispersion, Trocknen und Wiegen der getrockneten Feststoffe, oder anhand einer etablierten Korrelation zwischen der relativen Dispersionsdichte und dem gravimetrischen Verfahren.
  • Beispiel 1
  • Einzylindrischer, horizontaler und mit einem Wassermantel und Paddelrührer ausgerüsteter Reaktor aus rostfreiem Stahl mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von etwa 1,5 und einer Wasserkapazität von 80 Gew.-Teilen wurde mit 50 Teilen entmineralisiertem Wasser und 0,36 Teilen einer 20 gew.-%igen Lösung eines Ammoniumperfluoroctanoat-oberflächenaktiven Mittels (C-8, Fluorad® FC-143, 3M) in Wasser beschickt. Während der Paddelrührer des Reaktors mit einer Geschwindigkeit von 35 Upm bewegt wurde, wurde der Reaktor auf 65ºC erhitzt, evakuiert, mit TFE gespült und nochmals evakuiert. Die Reaktortemperatur wurde dann auf 103ºC angehoben, und 0,22 Teile (berechnet aus einem 946 mbar (711 mmHg) Druckanstieg) flüssiges PEVE wurden in den Reaktor eingespritzt. Nachdem die Temperatur bei 103ºC konstant geworden war, wurde langsam HFP in den Reaktor eingeführt, bis der Druck 437 psig (3,1 MPa) betrug. Anschließend wurde TFE in den Reaktor eingeführt, um einen Enddruck von 600 psig (4,2 MPa) zu erreichen. Dann wurden 0,39 Teile einer frisch zubereiteten wäßrigen Initiatorlösung, welche 0,80 Gew.-% Ammoniumpersulfat (APS) und 0,80 Gew.-% Kaliumpersulfat (KPS) enthielt, bei einer Geschwindigkeit von 0,1 Teil/Min. in den Reaktor eingeführt. Anschließend wurde die gleiche Initiatorlösung während der restlichen Dauer der Polymerisation mit einer Geschwindigkeit von 0,013 Teilen/Min. in den Reaktor gepumpt. Nachdem die Polymerisation begonnen hatte, was sich an einem 10 psig (0,07 MPa) Reaktordruckabfall zeigte, wurde zusätzliches TFE in den Reaktor eingeführt, um den Druck konstant bei 600 psig (4,2 MPa) zu halten, bis insgesamt 17,5 Teile TFE nach dem Anspringen in den Reaktor eingeführt worden waren. Die Gesamtreaktionszeit betrug 175 Minuten bei einer TFE-Zugabegeschwindigkeit von 0,1 Teil/Min. Durch Einstellen der Rührgeschwindigkeit wurde die Reaktionsgeschwindigkeit konstant gehalten. Am Ende der Reaktionsdauer wurden die TFE-Zugabe und die Initiator-Zugabe abgebrochen und der Reaktor wurde unter Aufrechterhaltung der Bewegung abgekühlt. Als die Temperatur des Reaktorinhalts 90ºC erreichte, wurde der Reaktor langsam entlüftet. Nach dem Entlüften auf nahezu atmosphärischem Druck wurde der Reaktor mit Stickstoff gespült, um restliches Monomeres zu entfernen. Nach weiterem Abkühlen wurde die Dispersion bei unterhalb 70ºC aus dem Reaktor entnommen. Der Feststoffgehalt der Dispersion betrug 28,1 Gew.-%, und die rohe Dispersionsteilchengröße (RDPS) betrug 0,188 um. Nach der me chanischen Koagulation wurde das Polymere durch Abpressen von überschüssigem Wasser aus dem naßen Polymeren und anschliessendem Trocknen dieses Polymeren in einem auf 150ºC gehaltenen Luftkonvektionsofen isoliert. Das TFE/HFP/PEVE-Terpolymere besaß eine MV von 2,70 · 10³ Pa·s, einen HFPI von 4,06 (13,1 Gew.-% HFP), einen PEVE-Gehalt von 0,68 Gew.-% und einen Schmelzpunkt von 241ºC. Dieses Polymere wurde durch 1,5-stündiges Erhitzen bei 360ºC an feuchter Luft, welche 13 Mol-% Wasser enthielt, stabilisiert. Ein aus dem stabilisierten Copolymerharz gepreßter Film besaß dann eine MIT-Biegebeständigkeit von 10900 Zyklen bis zum Bruch, was zeigt, daß die erfindungsgemäßen PEVE-Terpolymeren eine gute Biegebeständigkeit aufweisen.
  • Kontrolle A
  • Das Verfahren von Beispiel 1 wurde im allgemeinen wiederholt, mit der Ausnahme, daß anstelle des PEVE 0,33 Teile PPVE verwendet wurden, das HFP bis zu einem Druck von 435 psig (3,1 MPa) eingeführt wurde und die Pumpgeschwindigkeit für die Initiatorlösung während des ganzen Ansatzes 0,009 Teile/Min. betrug. Der Feststoffgehalt der Dispersion lag bei 29,9 Gew.-%, und die rohe Dispersionsteilchengröße (RDPS) betrug 0,176 um. Das TFE/HFP/PPVE-Terpolymere wies eine MV von 2,08 · 10³ Pa·s und einen Schmelzpunkt von 252ºC auf. Durch Hochtemperatur¹&sup9;F-NMR-Messung wurde ermittelt, daß der HFP- Gehalt 12,0 Gew.-% (entsprechend einem HFPI = 3,75) und der PPVE-Gehalt 0,85 Gew.-% betrugen. Ein aus dem stabilisierten Copolymerharz gepreßter Film wies dann eine MIT-Biegebeständigkeit von 6200 Zyklen bis zum Bruch auf.
  • Beispiele 2 bis 7
  • Das Verfahren von Beispiel 1 wurde im wesentlichen wiederholt, mit der Ausnahme der in Tabelle 1 angegebenen Unterschiede. Die Bemerkung "nc" bedeutet, daß keine Änderung in Bezug auf das Beispiel 1 vorliegt. Die Produkteigenschaften sind ebenfalls in der Tabelle zusammengefaßt. Die Daten zeigen, daß die erfindungsgemäßen PEVE-Terpolymeren eine ausgezeichnete Biegebeständigkeit besitzen. TABELLE 1 - Bedinungen und Ergebnisse der Beispiele 2 bis 7
  • Beispiel 8
  • Ein nach dem allgemeinen Verfahren von Beispiel 1 hergestelltes TFE/HFP/PEVE-Terpolymerharz mit einem HFPI = 3,69, einem PEVE-Gehalt von 0,71 Gew.-% und einer MV = 2,37 · 10³ Pas wurde bei 350ºC mittels Kapillarrheometrie unter Verwendung eines Instron®-Kapillarrheometers bewertet. Es wurden Wolframcarbiddüsen mit einem Kapillardurchmesser von 0,0762 cm, eine Kapillarlänge von 2,54 cm und einem 90º-Eingangswinkel verwendet. Durch Variieren der Geschwindigkeit der Polymerextrusion durch die Kapillardüse wurden Schergeschwindigkeiten im Bereich von 10,4 s&supmin;¹ bis 3470 s&supmin;¹ erreicht. Das Extrudat wurde über den gesamten, untersuchten Schergeschwindigkeitsbereich hinweg als glatt und unverzerrt beobachtet, und es zeigte kein Anzeichen eines Schmelzbruches, selbst bei der erreichten höchsten Schergeschwindigkeit. Im Gegensatz dazu zeigte ein TFE/HFP/PPVE-Terpolymerkontrollharz mit einem HFPI = 3,55, einem PPVE-Gehalt von 0,82 Gew.-% und einer MV = 2,44 · 10³ Pa·s bei Schergeschwindigkeiten unterhalb 10&sup4; s&supmin;¹ ein glattes Extrudat, bei Schergeschwindigkeiten von oberhalb 10&sup4; s&supmin;¹ jedoch einen haifischartigen Oberflächenschmelzbruch, der mit zunehmender Schergeschwindigkeit in seiner Schwere zunahm, so daß das Extrudat bei Schergeschwindigkeiten oberhalb 1000 s&supmin;¹ stark verzerrt wurde.
  • Beispiel 9
  • Das gleiche wie in Beispiel 8 verwendete TFE/HFP/PEVE- Terpolymerharz wurde unter uniaxialer Ausdehnung bei 350ºC unter Verwendung eines Goettfert Rheotens®-Zugtestgerätes für Polymerschmelzen bewertet. Bei diesem Test wird ein gleichmäßig extrudierter Schmelzstrang zwischen zwei gegenläufig rotierenden Rädern eingespannt, die den Strang mit konstanter Beschleunigung ausdehnen, bis der Strang bricht. Die beim Bruch erreichte Stranggeschwindigkeit ist ein Maß für die Ausdehnungseigenschaften des Polymeren und ein Anzeichen für die Fähigkeit des Polymeren, schmelzgestreckt zu werden. Das Polymere wurde bei einer Schergeschwindigkeit von 9648 s&supmin;¹ durch eine Kapillardüse mit einem Kapillardurchmesser von 0,2 cm, einer Kapillarlänge von 1 cm und einem 180º-Eintrittswinkel unter Bildung eines Schmelzstranges extrudiert. Der Strang wurde vertikal nach unten über eine Distanz von 10,7 cm extrudiert, wo er zwischen zwei gegenläufig rotierenden Rädern eingespannt wurde, die den Schmelzstrang mit einer konstanten Beschleunigung von 0,24 cm/s² ausdehnten. Der Strang wurde gleichmäßig bis zu einer Endabzugsgeschwindigkeit von 120 cm/s, der mit dem zur Verfügung stehenden Gerät maximal erreichbaren Geschwindigkeit, ausgedehnt. Im Gegensatz dazu konnte das in Beispiel 8 verwendete TFE/HFP/PPVE-Terpolymerkontrollharz gleichmäßig nur bis zu einer Abnahmegeschwindigkeit von 51 cm/s ausgedehnt werden, an welchem Punkt der Strang begann, Halsbildungen zu zeigen und starke Schwankungen in der Strangdicke zu erleiden. Der Schmelzstrang brach schließlich bei einer Abnahmegeschwindigkeit von 77 cm/s.
  • Beispiel 10 und Kontrolle B
  • Das TFE/HFP/PEVE-Copolymerharz von Beispiel 8 wurde mit Hilfe einer Schmelzstreck-Extrusionstechnik unter Verwendung einer Nokia-Mailiefer-60-mm-Drahtextrusionsanlage dazu verwendet, eine Isolierung auf einen festen AWG 24-Kupferleiter (20,1 mil = 0,51 mm Durchmesser) zu extrudieren. Der Extruder wies ein Länge/Durchmesser-Verhältnis von 30/l auf und war zur Erzeugung einer gleichförmigen Schmelze mit einer herkömmlichen Mischschnecke ausgerüstet (siehe Saxton, US-Patent 3 006 029). Der Düsendurchmesser betrug 0,32 Inch (8,13 mm), der Durchmesser der Führungsspitze betrug 0,19 Inch (4,83 mm), und die Steglänge betrug 0,75 Inch (19 mm). Das Streckverhältnis betrug 97. Die Konuslänge betrug 2 Inch (51 mm) und der Luftspalt bis zur Wasserabschreckung betrug 33 ft (10 m). Das Temperaturprofil, die weiteren Versuchsbedingungen und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 für Extrusionen angegeben, die bei 1500 ft/min (456 m/min) begannen und in mehreren Abschnitten auf 3000 ft/min (914 m/min) zunahmen. Bei höherer Geschwindigkeit wurde das Verfahren instabil. Die für eine dünnwandige Isolierung (0,164 mm) erreichte hohe Extrusionsgeschwindigkeit bei sehr geringem Auftreten von Funkendefekten zeigt den Vorteil des erfindungsgemäßen TFE/HFP/PEVE-Copolymeren in der Leistungsfähigkeit. Im Gegensatz dazu konnte eine ähnliche Extrusion eines TFE/HFP/PPVE-Terpolymerkontrollharzes mit einem HFPI = 3,22, einem PPVE-Gehalt von 0,93 Gew.-% und einer MV = 2,54 · 10³ Pas bei Geschwindigkeiten von bis zu etwa 1900 ft/min (579 m/min) durchgeführt werden. Die Bedingungen und Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben. Bei höherer Geschwindigkeit wurde das Verfahren instabil. TABELLE 2 - Extrusionszusammensetzung für Beispiel 10
  • * Druck beim Querkopf TABELLE 3 - Extrusionszusammenfassung für Kontrolle B
  • * Druck beim Querkopf

Claims (5)

1. Teilweise kristallines Copolymeres, umfassend Tetrafluorethylen, Hexafluorpropylen in einer Menge entsprechend einem HFPI von 2,8 bis 5,3, und 0,2 bis 3 Gew.-% Perfluor(ethylvinylether).
2. Copolymeres nach Anspruch 1, bei welchem die Menge an Perfluor(ethylvinylether) 0,5 bis 2,5 Gew.-% beträgt.
3. Copolymeres nach Anspruch 2, bei welchem die Menge an Hexafluorpropylen einem HFPI von 2,8 bis 4,1 entspricht.
4. Copolymeres nach Anspruch 1, bei welchem das Copolymere eine Schmelzviskosität von nicht mehr als 10 · 10³ Pa·s besitzt.
5. Copolymeres nach Anspruch 1, bei welchem das Copolymere eine MIT-Biegebeständigkeit von wenigstens 2000 Zyklen besitzt.
DE1996601335 1995-08-17 1996-08-12 Tetrafluorethylen-Terpolymer Expired - Lifetime DE69601335T2 (de)

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