JP2000034382A - 熱架橋化フルオロポリマ―、熱可塑性フルオロポリマ―の架橋方法、および熱成形可能なフルオロポリマ―組成物 - Google Patents

熱架橋化フルオロポリマ―、熱可塑性フルオロポリマ―の架橋方法、および熱成形可能なフルオロポリマ―組成物

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JP2000034382A JP11184271A JP18427199A JP2000034382A JP 2000034382 A JP2000034382 A JP 2000034382A JP 11184271 A JP11184271 A JP 11184271A JP 18427199 A JP18427199 A JP 18427199A JP 2000034382 A JP2000034382 A JP 2000034382A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フルオロポリマーを架橋し、それによって特
性を改善した熱架橋化フロオロポリマーと、特性を改善
するための熱可塑性フルオロポリマーの架橋方法、およ
び熱成形可能なフルオロポリマー組成物を提供する。 【解決手段】 懸垂官能基を有し融解成形可能な熱可塑
性のフルオロポリマーを多官能性求核体の存在下で熱架
橋させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本出願は、1998年6月2
9日出願の米国仮出願第60/091,104号の特典
を請求するものである。
【0002】本発明は、熱可塑性フルオロポリマー、よ
り詳細には、架橋化熱可塑性フルオロポリマーの分野に
属する。
【0003】
【従来の技術】熱可塑性フルオロポリマーは、耐薬品
性、独特な表面特性、高い常用温度、および良好な電気
絶縁性を含む優れた特性の組み合わせのため、周知であ
る。結果として、フルオロポリマー樹脂は、電線絶縁被
覆、電線ジャケット、ホース、チューブ、フィルム、化
学処理装置の内張り、研究所および製造立地での流体取
扱用物品などを含む広範な適用範囲で使用されている。
これらの適用範囲中若干のものでの常用温度は、高いこ
とがあり得る。熱可塑性プラスチックで普通のように、
フルオロポリマーの若干の特性は、温度が上昇するにつ
れ、変化する。例えば,曲げ弾性係数および引っ張り強
さは、典型的には温度上昇につれて低下する。
【0004】高温でのフルオロポリマーの物性について
は、主として架橋によって改善するよう努力されてき
た。通常、架橋への手法は、シアヌル酸トリアリルまた
はイソシアヌル酸トリアリル(米国特許第5,353,
961号)またはジアクリル酸金属(米国特許第5,4
09,997号)などの併用剤とも呼ばれる架橋促進剤
のETFEコポリマーなどのフルオロポリマーへの組み
込みと、次いで架橋を実施するためのイオン化放射処理
とを伴う。
【0005】フルオロポリマーを架橋し、それによって
特性改善を達成する改良方法が望まれている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、前記
従来の問題点を解決した熱架橋化フルオロポリマー、熱
可塑性フルオロポリマーの架橋方法、および熱成形可能
なフロオロポリマー組成物を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、架橋前には熱
可塑性で融解成形可能なフルオロポリマーであって、フ
ルオロポリマーの架橋が熱で実施される架橋化フルオロ
ポリマーを提供する。
【0008】本発明はまた、フルオロポリマーを成形品
へ融解成形し終わる前にフルオロポリマーを架橋促進剤
と結合させ、その後、成形を完了することを含む、懸垂
官能基を有する融解成形可能な熱化塑性フルオロポリマ
ーを架橋する方法も提供する。フルオロポリマーはま
た、架橋促進剤に曝す前に物品に成形して、次いで前記
促進剤は物品に注入することもできる。好ましい架橋促
進剤は、求核体であり、単官能性または多官能性アミン
などがある。
【0009】官能化フルオロポリマーをイオン化放射の
高価な使用とかかる処理のために必要な高い費用の装置
とを必要としない熱工程によって効果的に架橋できるこ
とが発見されている。そのように架橋することができる
官能性フルオロポリマーは、懸垂官能基を有し、かつ架
橋前に融解成形可能である。架橋は、架橋促進剤の存在
下で行われる。架橋が熱で行われるので、架橋工程につ
いては、融解成形可能なフルオロポリマーの成形品への
成形と同調させることができる。
【0010】本明細書で使用の「熱工程」(therm
al process)および「熱で行われる」(th
ermally occurs)とは、本発明に係る架
橋方法が熱だけで活性化することを意味すると理解され
たい。それは、官能化フルオロポリマーと架橋促進剤と
を一緒にして混合し、温度を少なくとも架橋を励起する
に十分なレベルまで上げるとともに、そ所望の架橋を実
現するに十分な時間だけ維持すれば、充分である。架橋
を実施するのに必要な時間が一般的に温度に応じて変わ
り、温度が上がればより急速に架橋が行われることは、
当業者には理解されよう。典型的に、温度少なくとも7
5℃およびより頻繁には少なくとも100℃は、架橋が
有意の程度まで行われるために必要である。従って、触
媒などの手法によって、またはイオン化放射によって提
供されるような架橋開始は、必要としない。本発明に係
る熱架橋がかかる補助手法によって補充することができ
る可能性は、当業者には理解されよう。かかる補充され
た架橋方法は、架橋がかかる補助手法なしでも行われる
場合には、本発明の範囲内にある。
【0011】本発明に係る熱架橋に使用される架橋促進
剤の添加量は、少量である。架橋促進剤が分子量500
以下を有する化合物など低分子量化合物である場合に
は、架橋促進剤の量は、一般的にフルオロポリマー樹脂
に対して2重量%以下、通常は1重量%以下である。か
かる架橋促進剤の存在量は、一般的に、フルオロポリマ
ー重量に対して少なくとも0.01重量%、より普通に
は、少なくとも0.05重量%である。架橋促進剤がポ
リマー性である場合には、フルオロポリマーと架橋促進
剤との合計量に対して3〜30重量%、より普通には1
0〜25重量%など、より大量の架橋促進剤を使用する
ことができる。架橋促進剤は、加工温度でそれ自体安定
していなければならない。
【0012】使用することができる架橋促進剤として
は、単官能性および多官能性求核体を含む求核体などが
ある。好ましい求核体としては、第1級および第2級ア
ミンを含むアミンなどがある。使用することができる多
官能性アミンとしては、例えば、パラフェニレンジアミ
ン、メタ−フェニレンジアミンおよびメチレンジアニリ
ンなどの芳香族ジアミン、1,6−ジアミノヘキサンな
どの脂肪族ジアミン、およびビス(ヘキサメチレン)ト
リアミンなどの脂肪族トリアミンなどがある。使用する
ことができる単官能性アミンとしては、例えば、アニリ
ン、ジエチルアミン、およびアンモニアなどがある。単
官能性架橋促進剤の使用は、特に驚くべきである。本発
明に使用することができるポリマー性架橋促進剤として
は、ポリアミドなどがある。複数の架橋促進剤を使用す
ることができることは、当業者には理解されよう。従っ
て、少なくとも1つの架橋促進剤を使用する。
【0013】本発明に係る架橋は、熱により行われるの
で、懸垂官能基を有するフルオロポリマーと架橋促進剤
とを含有する架橋性組成物を従来型の立法体形状で提供
することは困難である。これは、かかる立方体が、融解
押出、すなわち熱架橋を促進して組成物を後続する所望
の物品または成形品への成形に比較的適当でなくまたは
不適当にするはずの高温工程によって、通常調製される
からである。さらに、熱架橋が、融解加工装置、例え
ば、押出機または射出成形機の内部で、あまりに急速
に、および/またはあまりに大きな程度にまで起こっ
て、装置内外で樹脂の流れを阻害ないし阻止すらするよ
うにはならないように、注意しなければならない。架橋
促進剤および懸垂官能基を有するフルオロポリマーは、
先ず、室温で所望の比率で結合させることができ、次い
で混合物を意図した融解成形技法で成形することができ
るが、この場合には、架橋温度は、通常少なくとも25
0℃、より頻繁には少なくとも275℃とする。促進剤
とフルオロポリマーとは、乾燥状態で、ドラム中で転が
しなどによって混合することができ、または融解加工装
置に1または複数の成分の供給を同時にまたは個別に計
量することによって、結合させることができる。下記実
施形態例で示す通り、低分子量架橋促進剤はまた、適当
な溶媒中の促進剤溶液からフルオロポリマー樹脂上に堆
積させることもできる。促進剤とフルオロポリマーとの
予備結合は、融解加工装置中の滞留時間が比較的短い場
合には、満足にすることができるが、滞留時間が比較的
長いかまたは架橋が比較的急速な場合には、満足に行わ
れないことがある。促進剤および官能化フルオロポリマ
ーはまた、本発明に係る融解加工可能組成物の融解加工
装置中の滞留時間を短縮し、それで装置内部の所望外の
融解粘度(MV)増大の危険性を軽減するかまたは防止
することができる方法で、融解加工中に結合させること
もできる。例えば、これについては、溶液中などの促進
剤を懸垂官能基を有するフルオロポリマー融解物に対し
て、それ(融解物)が流体物質注入用装置を備えた融解
押出機のバレル沿いに移送されるのにつれて、注入する
ことによって、実施することができる。かかる手順で、
促進剤については、良好な混合を実施するために融解物
出口(ダイ)から十分に上流にあるだけでなく、また押
出機内部で行われることがあるいかなる架橋も押出機か
らの融解物出口を阻害しないほど十分に金型に近接した
点で、注入することができる。
【0014】ポリアミドを架橋促進剤として使用する場
合には、フルオロポリマーおよびポリアミドとは、高せ
ん断下で一緒に融解ブレンドすることが好ましい。成分
は、先ず所望の比率で結合させ、相互に乾燥状態で、ド
ラム中で転がすなどして、ブレンドすることができ、ま
たは融解ブレンド装置に対する1または複数の成分の供
給を同時にまたは個別に計量することによって、結合さ
せることができる。好ましくは、融解ブレンドは、We
rner & Pfleiderer社製またはBer
storff社製などの2軸スクリュー押出機で行う。
当業者には周知の多数の他の高せん断融解ブレンド装置
を本発明の精神から逸脱することなく使用することがで
きる。ポリアミドを架橋促進剤として使用する場合に
は、フルオロポリマーは融解ブレンドの連続相であり、
ポリアミドは分散相としてフルオロポリマー中に存在す
る。
【0015】本発明に係る組成物は、安定剤、顔料、例
えばガラスまたはグラファイトなどの充填剤、その他を
含め、熱可塑性プラスチックに普通に使用されているよ
うな添加剤を含有することができる。かかる添加剤は、
本質的な方法では架橋に参加しないという意味で、「不
活性」である。
【0016】各種特性の変化は架橋を反映することがで
きる。典型的には、融解粘度および引っ張り強さが増大
するのに反して、破壊時の引っ張り伸びは減少する。硬
度および/または曲げ弾性係数もまた、増大して架橋が
起こったことを示すことができる。本発明に係る架橋に
ついては、曲げ弾性係数の大幅な増大が観察された。1
00%超の増大を開示している実施形態例2を参照のこ
と。かかる大幅増大は、架橋が起こったと断定するため
には必要でない。例えば、25%または10%の増加で
も架橋が起こったことを示すはずである。別法としてま
たは追加的に、架橋促進剤の存在下における懸垂官能基
を有するフルオロポリマーの架橋は、メルトフローレー
ト(MFR)の減少(融解粘度の増大)によって示され
る。MFRのゼロへの減少を示した実施形態例2を再度
参照のこと。曲げ弾性係数の場合と同様に、かかる大き
な変化は、架橋が起こったと断定するためには必要とし
ない。例えば、MFRの減少30%または15%すらも
架橋が起こったことを示すはずである。
【0017】本発明に係る組成物中のフルオロポリマー
樹脂は融解成形可能であり、従って押出、射出成形、圧
縮成形、トランスファ成形などの融解加工技法によって
成形品に転化することができる。かかる技法による成形
については、融解粘度(MV)が特定のフルオロポリマ
ーについて従来測定された通り、通常0.5×103
ら100×103Pa・sの範囲にあるが、この範囲外
のMVも周知である。好ましくは、MVは1〜25×1
3Pa・sの範囲にある。フルオロポリマー樹脂がフ
ルオロポリマーのブレンドである場合には、各フルオロ
ポリマー成分のMVは通常前記範囲内にあるが、当業者
が理解するように、ブレンドすることにより成分がより
広い範囲のMVを有することを可能にできる。フルオロ
ポリマーについて、MVは、修正ASTM D−123
8によって測定したメルトフローレート(MFR)から
算出される。特定フルオロポリマーについては、例え
ば、米国特許第4,380,618号および下記引用の
ASTM標準を参照のこと。MVは、そのポリマーの試
験条件および密度に応じた式により、MFRと反比例す
る。
【0018】本明細書で使用の「官能化フルオロポリマ
ー」とは、官能性側基または側基に結合した官能基、す
なわち懸垂官能基を意味する。通常、ただし必ずそうと
は限らないが、かかる官能性単位は、懸垂側基の末端に
存在する。かかる懸垂官能基を有さないフルオロポリマ
ーは、本明細書では時として「非官能性ポリマー」とし
て記載することがある。従って、非官能性フルオロポリ
マーと官能性フルオロポリマーとは、少なくとも後者に
は懸垂官能基が存在する点で異なる。非官能性フルオロ
ポリマーは、官能化フルオロポリマーの前駆物質となる
ことができ、この場合には、官能化過程は官能基の非官
能性ポリマーに対する付加を伴う。ただし、「官能化」
はまた、本明細書では、例え非官能性フルオロポリマー
が前駆物質となり得なくても、懸垂官能基が存在しなけ
れば非官能性であるはずの官能化フルオロポリマーの調
製を含めて、より広い意味でも使用される。
【0019】本発明の文脈で、官能基は、官能基および
架橋促進剤が共にフルオロポリマー組成物中に存在する
場合には、架橋反応に参加する能力を有する基である。
かかる官能基については、例えば、重合中にフルオロポ
リマーに対してかかる官能基を有するモノマー、すなわ
ち官能性モノマーを組み込むことによって、またはそれ
に対してフルオロポリマーに極性官能基を付与する化合
物をグラフト結合させることによって、導入することが
できる。かかるグラフト化フルオロポリマーとしては、
米国特許第5,576,106号に記載のグラフト化フ
ルオロポリマー粉末および欧州特許第0650987号
に記載のグラフト化フルオロポリマーなどがある。他の
周知のクラフト化方法も使用することができる。好まし
い極性−グラフト化フルオロポリマーとしては、同特許
第5,576,106号の界面−グラフト化粉末などが
ある。グラフト化によって提供される極性官能基の例と
しては、カルボン酸、スルホン酸、およびリン酸を含む
酸、それらのエステルおよび塩、ならびにエポキシドな
どがある。メタクリル酸グリシジルは、エポキシド基を
提供するグラフト化化合物の例である。グラフト化さ
れ、それによって極性−グラフト化フルオロポリマーの
1部となる化合物中では、マレイン酸および無水マレイ
ン酸(MAnh)が好ましい。無水マレイン酸は、ハロ
ゲン置換して、例えばジクロロ無水マレイン酸およびジ
フルオロ無水マレイン酸とすることができる。
【0020】架橋反応に参加できる官能基としては、エ
ステル、アルコール、酸(炭素、硫黄、リン系の酸)な
らびにそれらの塩およびハロゲン化物などがある。他の
官能基としては、無水物およびエポキシドなどがある。
好ましい官能基としては、無水物、特に無水マレイン酸
などがある。当業者が理解するように、複数タイプの官
能基が存在することができる。ただし、普通は、単独タ
イプの官能基を使用する。
【0021】フルオロポリマー樹脂成分中、すなわち官
能化フルオロポリマー中、または本発明に係る融解成形
可能なフルオロポリマー組成物の非官能化フルオロポリ
マーが存在する場合には、非官能性フルオロポリマーお
よび官能化フルオロポリマーにおける官能基濃度は、架
橋を実施するために有効である。当業者によって理解さ
れるように、架橋を実施するために有効な官能基濃度
は、少なくとも官能基のタイプおよび架橋促進剤のタイ
プに応じて変えることができる。存在する官能基濃度
は、フルオロポリマー樹脂中の主鎖炭素原子数との関係
で表すことができる。一般的に、存在する官能基濃度
は、組成物中の全フルオロポリマーに対して主鎖炭素原
子106当たり少なくとも約25である。官能基濃度
は、存在する全フルオロポリマーに対して、通常は炭素
原子106当たり25〜2500の範囲、好ましくは主
鎖炭素原子106当たり50〜2000の範囲にある。
【0022】官能化フルオロポリマー樹脂中における所
望の官能基濃度は、官能基を有する単一フルオロポリマ
ーまたはかかるフルオロポリマーの混合物で実現するこ
とができる。所望の官能基濃度はまた、より高い濃度の
官能基を有する官能化フルオロポリマー(またはその混
合物)を非官能性フルオロポリマー(またはそれの混合
物)、すなわち、事実上、官能基を持たないフルオロポ
リマーとブレンドすることによっても、実現することが
できる。本実施形態では、官能化フルオロポリマーは、
非官能性フルオロポリマーで薄める(希釈する)ことが
できる官能基濃縮物として作用する。この手法は、非官
能性フルオロポリマーとの混合比率を様々にかえること
によって単一官能化フルオロポリマーで各種の官能基濃
度を実現することを可能にする長所があり、本発明の好
ましい実施形態である。ブレンド品である官能化フルオ
ロポリマーにおいて、官能化フルオロポリマー成分は、
非官能化フルオロポリマー成分に比して少量であること
が好ましい。
【0023】従って、本発明の一実施形態では、架橋性
フルオロポリマー組成物は、少量の官能化フルオロポリ
マーと主要量の非官能性フルオロポリマーとを含有す
る。「主要量」とは、非官能性フルオロポリマーと官能
性フルオロポリマーとの合計重量に対して非官能性フル
オロポリマー少なくとも50重量%、好ましくは少なく
とも70重量%を意味する。次いで、本発明のこの実施
形態では、官能化フルオロポリマー中の官能基濃度は、
十分高いものであり、非官能性フルオロポリマーと官能
性フルオロポリマーとの合計量中の官能基平均濃度が主
鎖炭素原子106当たり少なくとも約25、通常は主鎖
炭素原子106当たり25〜2500の範囲、好ましく
は主鎖炭素原子106当たり50〜2000の範囲にな
る。
【0024】広範な各種のフルオロポリマーを使用する
ことができる。フルオロポリマーは、少なくとも1個の
フッ素を含有するモノマーから作られるが、フッ素また
は他のハロゲンを含有しないモノマーを組み込むことも
できる。フッ素化モノマーとしては、炭素原子2から8
個を含有するフルオロオレフィンであるもの、およびフ
ッ素化ビニルエーテル(FVE)であって、式CY2
CYORまたはCY2=CYOR′ORのものなどがあ
り、ただし、YはHまたはFであり、−Rは、炭素原子
1から8個を含有する完全フッ素化または部分フッ素化
直鎖もしくは分枝アルキル基であり、−R′−は、炭素
原子1から8個を含有する完全フッ素化または部分フッ
素化直鎖もしくは分枝アルキレン基である。好ましいR
基は、炭素原子1から4個を含有し、好ましくは過フッ
素化されている。好ましいR′基は、炭素原子2から4
個を含有し、好ましくは過フッ素化されている。使用で
きる炭化水素モノマーとしては、エチレン、プロピレ
ン、n−ブチレン、およびイソ−ブチレンなどがある。
フルオロポリマーがグラフト化によって官能化される場
合には、好ましくは少なくとも1つのモノマーが水素を
含有し、それについてポリマー中の水素/フッ素原子比
率が好ましくは少なくとも0.1/1である。ただし、
フルオロポリマーは、好ましくは、フッ素少なくとも3
5重量%を含有する。使用できるフルオロポリマー樹脂
としては、炭素原子3〜8個を有するペルフルオロオレ
フィンと直鎖または分枝アルキル基が炭素原子1〜5個
を含有するペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)
(PAVE)とから選択した1つまたは複数の共重合性
モノマーとのテトラフルオロエチレン(TFE)のコポ
リマーなどがある。好ましいペルフルオロポリマーとし
ては、少なくとも1つのヘキサフルオロプロピレン(H
EP)およびPAVEとのTFEのコポリマーなどがあ
る。好ましいコモノマーとしては、アルキル基が炭素原
子1〜3個、特に炭素原子2〜3個を含有するPAV
E、すなわちペルフルオロ(エチルビニルエーテル)
(PEVE)およびペルフルオロ(プロピルビニルエー
テル)(PPVE)などがある。好ましいフルオロポリ
マーとしてはまた、エチレンの、TFEまたはクロロト
リフルオロエチレン(CTFE)など過ハロゲン化モノ
マーとのコポリマーなどがあり、かかるコポリマーはそ
れぞれETFEおよびECTFEと呼ばれている。ET
FEの場合には、少量の追加モノマーは、高温脆性低下
などの特性の改善に普通に使用される。PPVE、PE
VE、ペルフルオロブチルエチレン(PFBE)、およ
びヘキサフルオロイソブチレン(HFIB)は、好まし
い追加コモノマーである。ECTFEもまた、追加変性
コモノマーを有することができる。使用することができ
る他のフルオロポリマーとしては、ホモポリマーおよび
他のペルフルオロオレフィン、特にHEPおよび任意選
択でTFEとのコポリマーを含めて、フッ化ビニリデン
(VF2)などがある。VF2少量を含有するTFE/H
EPコポリマーもまた、使用することができて、そのコ
ポリマーはしばしばTHVとも呼ばれる。過フッ素化コ
ポリマーの例としては、HEP、および/またはPPV
EまたはPEVEとのTFEのコポリマーなどがある。
代表的なフルオロポリマーは、例えば、ASTM標準規
格D−2116、D−3159、およびD−3307に
記載されている。かかるフルオロポリマーは、融解開始
時に示差走査熱量分析法(DSC)によって測定される
融解吸熱に伴うゼロでない融解熱によって示される通
り、通常は部分的結晶性である。別法としてまたは追加
的に、好ましいフルオロポリマーは、エラストマー性の
反対で、非エラストマー性である。
【0025】官能化フルオロポリマーとしては、前記文
節に記述し、さらに官能性モノマーから誘導された共重
合化単位を含有するものなどのフルオロポリマーなどが
ある。ただし、官能性モノマー濃度がTFEコポリマー
中で十分高い場合には、他のコモノマーを必要としない
ことがある。通常は、必ずそうとは限らないが、かかる
モノマーによって導入された官能基は懸垂側基の末端に
ある。所望の官能性を有する懸垂側基を導入する官能性
モノマーの例としては、グラフト化化合物と同一の上記
に再引用したエチレン的不飽和化合物などがある。かか
る官能性モノマーは、例えば、下記実施形態例で例示す
るCO2媒質中での重合によってフルオロポリマーに組
み込むことができる。所望の官能性を有する懸垂側基を
導入する官能性モノマーはまた、一般式CY2=CY−
Zを有し、ただし、YはHまたはFであり、Zは官能基
を含有する。好ましくは、YはFであり、−Zは−Rf
−Xであって、ただしRfはフッ素化ジラジカルであ
り、XはCH2基を含有することができる官能基であ
る。好ましくは、Rfは、炭素原子2〜20個を有する
直鎖または分枝ペルフルオロアルコキシであるから、そ
の官能性コモノマーはフッ素化ビニルエーテルである。
かかるフルオロビニルエーテルの例としては、米国特許
第4,982,009号に開示されているCF2=CF
[OCF2CF(CF3)]m−O−(CF2nCH2OH
および米国特許第5,310,838号に開示されてい
るアルコールエステルCF2=CF[OCF2CF(CF
3)]m−O−(CF2n−(CH2p−0−CORなど
がある。追加フルオロビニルエーテルとしては、米国特
許第4,138,426号に開示されているCF2=C
F[OCF2CF(CF3)]mO(CF2nCOOHお
よびそのカルボン酸エステルCF2=CF[OCF2CF
(CF3)]mO(CF2nCOORなどがある。これら
の式で、m=0〜3、n=1〜4、p=1〜2であり、
Rはメチルまたはエチルである。好ましいフルオロビニ
ルエーテルとしては、CF2=CF[OCF2CF(CF
3)]O(CF22−CH2−OHなどがある。これらの
フルオロビニルエーテルは、官能性をポリマーに組み込
む能力、および官能性を得られたコポリマーに組み込む
能力があるために、有用である。懸垂官能基を導入する
好ましいコモノマーとしては、無水マレイン酸、ジクロ
ロ無水マレイン酸、ジフルオロ無水マレイン酸およびマ
レイン酸などがある。
【0026】官能化フルオロポリマーが共重合で実現す
る場合には、本発明に係る官能化フルオロポリマー中の
官能性モノマー量は、官能化フルオロポリマーが非官能
性フルオロポリマーを含むブレンドのときですら、官能
基の所望濃度を実現するには少ない。一般的に、官能性
モノマー量は、官能化フルオロポリマーの全重量、すな
わち官能性モノマーを含有するフルオロポリマー成分に
対して、10重量%以下、好ましくは5重量%以下であ
る。一定の例では、例えば、官能化融解成形可能フルオ
ロポリマー中に非官能性モノマーを使用することが望ま
しくないときには、官能性モノマーのより高い濃度10
重量%超が望ましいこともある。官能化フルオロポリマ
ーは均質になることができるが、全官能化フルオロポリ
マーに亘って官能性モノマーの均一濃度を有することは
必要でない。
【0027】例えば、グラフト化、共重合のいずれかに
よって、ハロゲン非含有化合物、例えば、無水マレイン
酸またはマレイン酸によって融解成形可能なフルオロポ
リマーに懸垂官能基を導入するときには、フルオロポリ
マーにグラフト結合したグラフト化合物の量またはフル
オロポリマーに取り込まれた官能性コポリマーの量は、
組成物に存在する全フルオロポリマーに対して、一般的
に0.01〜1.0重量%の範囲、好ましくは0.02
〜0.5重量%の範囲になる。その組成物が非官能性フ
ルオロポリマーおよび官能化フルオロポリマーを共に含
有する場合には、官能化フルオロポリマーは、組成物中
の官能化フルオロポリマー含有率に応じてより大量のグ
ラフト化合物または共重合コモノマー単位を有すること
になる。一般的に、無水マレイン酸またはマレイン酸の
量は、かかるフルオロポリマーブレンド中の官能化フル
オロポリマー全重量に対して0.05重量%から5重量
%の範囲にある。好ましくは、ブレンドの官能化フルオ
ロポリマー成分中の無水マレイン酸量またはマレイン酸
量は、0.1〜3重量%、より好ましくは0.1〜1重
量%である。
【0028】
【発明の実施の形態】別段の特記がない限り、下記実施
形態例に使用のフルオロポリマーは、エチレン(E)、
テトラフルオロエチレン(TFE)およびペルフルオロ
ブチルエチレン(PFBE)のコポリマー(ETFE)
であって、E/TFEモル比約0.9、PFBE約1モ
ル%、およびメルトフローレート(MFR)7.4g/
10分を有する。そのポリマーは、一般的には米国特許
第3,624,250号の方法によって微細分割毛羽ま
たは粉末として調製する。この毛羽は、空き目0.04
インチ(1.0mm)を備えたフルイを使用して粉砕機
(Fitzpatrick Co.製、Fitzmil
l(登録商標))を通し精製する。平均粒径は、米国標
準スクリーン分析法によって定量して約100〜200
μm(約0.1〜0.2mm)である。別段の特記がな
い限り、Fitzmill(登録商標)から出る粉末
(ETFE粉末)は、分別せずに使用する。無水マレイ
ン酸は、米国特許第5,576,106号でKerbo
wにより開示された照射法によってETFE粉末表面に
グラフト結合させ、グラフト化無水マレイン酸濃度約
0.30重量%を得る。グラフト化ETFE粉末は、ロ
ール圧密機で圧密し、次いでハンマ粉砕機(FitzM
ill(登録商標))で粒化することによって、粒を形
成する。
【0029】使用ETFE組成物中のグラフト化無水マ
レイン酸濃度については、赤外線吸光ピーク約1795
cm-1とサンプル厚さmil(約0.025mm)当た
り吸光度を重量%濃度に換算するための増倍比率3.8
(mm当りの吸光度に換算するには0.97)とを使用
して米国特許第5,576,106号でのKerbow
の方法によって定量する。
【0030】下記例示のTFE/PEVEコポリマー中
の共重合した無水マレイン酸およびジクロロ無水マレイ
ン酸の濃度は、フーリエ変換赤外線(FTIR)分光法
によって推計する。CaF2セル0.102mmに入れ
たエタノール10mL中の無水コハク酸0.1g溶液
は、1867cm-1で1765cm2/gおよび179
0cm-1で10,894cm2/gの吸光を示す。薄い
フィルムとして冷圧するときには、TFE/PEVE/
MAnhタポリマーは、約1897cm-1および約18
20cm-1でピークを示す。後者は、共重合無水マレイ
ン酸がエタノール性無水コハク酸と同じ吸光度を有する
と仮定して、共重合MAnh濃度を推計するために使用
する。内部厚バンドとして広く使用されてきた約236
5cm-1での吸光バンドについては、フィルム厚さを測
定するために使用する。市販のTFE/PPVEコポリ
マー(Teflon(登録商標)PFAフルオロポリマ
ー樹脂グレード340)対照サンプルのスペクトルは、
計算前に差し引く。
【0031】ETFEのメルトフローレート(MFR)
樹脂は、ASTM試験法D−3159に従って測定す
る。別段の特記がない限り、PFA樹脂(TFEとPA
VEとのコポリマー)のMFRは、ASTM D−33
07に従って測定する。MFRが高すぎて規定の重り5
kgを使用して正確に測定できないときには、重り21
60gを使用し、融解粘度(MV)は、重り5kgで行
った測定との比較ができるようにMFRから算出する。
【0032】使用する方程式は、下記の通りである。
【0033】
【数1】MV=(Wt・Or4・ρ・18681.1
8)/(Pr2・OL・MFR) ただし、Orは、インチ表示でオリフィスの半径(0.
04125インチ、1.04775mm)、ρは、2.
16g/ccとして取ったポリマー密度、Prは、イン
チ表示でピストンの半径(0.1865インチ、4.7
371mm)、OLは、インチ表示でオリフィスランド
長さ(0.315インチ、8.001mm)を表す。
【0034】注として、MFRは、時として架橋を評価
するために温度350℃で測定する。硬度(Shore
D)は、ASTM D−2240に従って測定し、曲
げ弾性係数は、ASTM D−790に従って測定し
た。
【0035】(実施形態例1)容量1Lのガラス容器中
のパラフェニレンジアミン(PPD)0.5gをアセト
ン200mLに溶解する。次いで、上記に大要を示した
通りに調製したグラフト化ETFE粒50gを添加し、
スラリーを電動撹拌棒で撹拌する。薄黄色が観察され
る。室温で1時間撹拌後、薄黄色固体を濾過し、Sox
hlet抽出筒に入れ、アセトンで5時間抽出し、無水
物基と反応しなかったPPDをすべて除去する。次い
で、ポリマー固体を真空オーブン中で12時間125℃
で乾燥する。PPDでそのように処理した樹脂について
は、MFRの測定を図ってもフローが一切得られず、架
橋が起こったことを示している。熱圧試料上にフーリエ
変換IR分光法で得られた上記PPD変性のサンプルの
赤外線(IR)スペクトルは、アミド官能性を明瞭に示
し、アミンおよび無水物の反応によって造成されたアミ
ド結合により架橋が存在することを示している。グラフ
ト化無水マレイン酸がなく、MFR4.4g/10分を
有するETFE粉末で実験を繰り返すとき、PPDで処
理の粉末はMFR4.2g/10分を有し、懸垂官能基
が本発明に係る方法によるフルオロポリマーの効果的架
橋にとり重要なことを示す。
【0036】(実施形態例2)アセトン100mL中の
PPD2gの貯蔵溶液を調製する。この溶液の30mL
部分を上記に大要を示した通りに調製したグラフト化E
TFE粒100gと混合し、ETFE樹脂に対して混合
物中のPPD濃度0.6重量%を生成する。次いで、そ
の混合物を実験室覆いの中で1晩室温で乾固する。PP
D処理粒は、ASTM D−3159で規定の厚さ1.
5mmのシートを成形するのに使用し、それから試料を
引っ張り強さ、硬度、および曲げ弾性係数試験用に切り
出す。引っ張り強さ試験は、ASTM D−3159に
従って行う。ただし、微小引っ張り試料の代わりにタイ
プIVの棒(ASTM D−638)を使用する。試験
結果については、共にPPDなしで、グラフト化しなか
った類似のETFE樹脂(対照A)とグラフト化したE
TFE粒(対照B)との対応する試験結果と共に表1に
示す。多官能性求核体の存在下での官能性フルオロポリ
マーの熱架橋については、提示された特性すべての変化
によって、最も際立っては、曲げ弾性係数の増大および
MFRの減少によって示される。架橋は、シートの成形
中に行われ、それに対する成形温度は、ASTM規格に
規定された通り、300℃であった。
【0037】
【表1】
【0038】(実施形態例3)上記に大要を示した通り
に調整したグラフト化ETFE粒は、各種の比率(名目
上重量比20/80、35/65、50/50)で、E
/TFEモル比約0.9、PFBE約1モル%、および
MFR6.0g/10分を有し懸垂官能基を有さないE
TFE樹脂の立方体とブレンドする。それら粒および立
方体は乾燥ブレンドし、得られた混合物は、混合部を有
する軽量スクリューを備えた標準短軸スクリュー押出機
を使用して融解ブレンドし、押出物は、立方体に集束切
断する。ブレンド中のグラフト化無水マレイン酸濃度に
ついては、表2に示す。実施形態例2のPPD/アセト
ン貯蔵溶液の2mL部分は、ブレンド立方体および非ブ
レント成分の各7gに添加する。その混合物は前記の通
り乾燥して、堆積PPD0.6重量%を含有する組成物
を得る。PPD処理立方体または粒は、300℃または
340℃のメルトフローレート測定装置に入れ、ピスト
ンを作動させてからピストンに荷重を掛け、5または1
0分間その温度に保ち、次いでMFR測定を行う。MF
R値は、また表2に示すが、架橋が多官能基求核体の存
在下で両温度で懸垂官能基の全濃度について行われるこ
と、および架橋度が官能基の濃度と共に増大することを
示す。星印は、保持期間10分についてのMFR値を特
定し、他の全部は5分間保持についてのものである。高
温での時間の影響は、実施形態例5で対処する。
【0039】
【表2】
【0040】(実施形態例4)本実施形態例は、多官能
性求核体濃度の架橋に対する影響を例示する。無水マレ
イン酸グラフト濃度0.061重量%(実施形態例3)
を有するブレンド立方体を使用し、ただしPPD濃度は
貯蔵溶液を希釈することによって様々に変えて、実施形
態例3の手順を事実上そのまま繰り返す。存在するPP
Dを有さないサンプルは、類似の方法で、ただし清浄ア
セトンを使用して調製する。MFR測定は、すべて記述
温度で5分間保持後に行う。表3に提示の試験結果は、
架橋が多官能性求核体の存在するときに行われること、
および架橋度が多官能性求核体の濃度に応じて増大する
ことを示す。
【0041】
【表3】
【0042】(実施形態例5)本実施形態例は、時間の
架橋に対する影響を例示する。無水マレイン酸グラフト
濃度0.01重量%を有し、PPD濃度が(実施形態例
4と同様に)0.1重量%となるように処理したブレン
ド曲線を用いて、ただしその温度での保持時間を5分か
ら20分に変えて、MFR測定手順を実質的に繰り返
す。無水マレイン酸グラフト濃度0.061重量%を有
し、PPD濃度0.1重量%を有するように(実施形態
例4と同様に)処理したブレンド立方体を使用して、た
だし温度保持時間を5分から20分まで様々に変えて、
同じMFR測定手順を事実上そのまま繰り返した。存在
するPPDがない同一サンプルについての実施形態例4
のMFR値と共に、これらの結果は、行われる架橋の大
部分が5分以内、長くとも10分以内に行われることを
示している。これは、MFRが1.5〜1.8g/10
分の範囲における値に漸次近接しているように見えるか
らである。
【0043】
【表4】
【0044】ポリマー調製物1 TFE/PEVE/MAnhコポリマー 容量1リットルの直立型撹拌反応器に無水マレイン酸
(MAnh)0.5gを注入して、閉じる。反応器は、
数回CO2を注入し排気することによってCO2でパージ
する。反応器を40℃まで加熱して、撹拌機を800r
pmで始動させる。次いで、反応器に圧力1300ps
ig(9.1MPa)になるまでTFE185g、CO
2470g、およびエタン2.19gのTFE/CO2
エタン混合物を注入し、PEVE30mLを注入する。
次いで、CF3CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF
HCF3中の[CF3CF2CF2OCF(CF3)CO
O]2開始剤の0.68重量%溶液15mLを注入す
る。開始剤溶液のこの量を注入し終えたとき、同溶液の
添加速度を毎分0.16mLまで減らし、この開始剤補
給を重合終了まで継続する。TFE/CO2混合物の供
給もまた、TFE毎時116g、CO2毎時77gの率
で開始し、1.5時間継続する。1.5時間後に、原料
補給および撹拌機を停止し、反応器を排気して開放し、
真空オーブン中で1時間100℃で蒸気液化の上、ポリ
マー固体を白色粉末として回収する。TFEコポリマー
は、フーリエ変換赤外線分光分析法によって定量された
PEVE3.4重量%およびMAnh0.08重量%を
含有する。融点(Tm)は、306℃である。おもり2
160gを使用するMFR測定は、9.79である。こ
れに基づくMVは、2.35×103Pa・sである。
このポリマーを、「ポリマー1」と指定する。
【0045】ポリマー調製物2〜4 MAnhおよびジクロロ−MAnhコポリマーポリマー
2〜4(P2〜P4)は、上記手順に実質上そのまま従
って調製するが、ただしPEVEの量は32mLであ
り、ジクロロ無水マレイン酸を1例では使用し、若干の
予め注入した成分については、表5に示した通り様々に
変える。収率、ポリマー組成物、およびポリマー特性に
ついてもまた、表5に示す。P2およびP4についての
MFRは、重り2160gで得られる。
【0046】
【表5】
【0047】(実施形態例6)実施形態例3の一般的手
順に、ポリマー1(ポリマー調製物1)および市販のT
FE/PPVE(Teflon(登録商標)PFAフル
オロポリマー樹脂グレード340、DuPont製)コ
ポリマー樹脂の立方体を使用して従う。ただし、ポリマ
ー1およびPFA340立方体については、乾燥ブレン
ドだけで融解ブレンドはせず、PPD堆積量は0.57
重量%である。荷重をかける前に5分間保持した表6の
MFR試験結果は、架橋が架橋促進剤の存在下で共重合
によって導入された懸垂官能基を有するポリマーについ
て行われることを示している。
【0048】
【表6】
【0049】(実施形態例7)ポリマーP1、P3、お
よびP4を各種アミンに露呈し、次いでMFRを測定す
る。従う一般的手順は、アミン約0.1gを4A型分子
フルイ上で乾燥したアセトン10g中に溶解すること、
および乾燥アセトン11gでポリマー粉末約4gを「湿
す」ことである。次いで、これら2つの調製品を組み合
わせ、混合物を超音波槽中で0.8〜1.5時間、常温
で撹拌し、1例では手で振って2時間放置する。次い
で、ポリマー固体は、真空濾過で混合物から分離し、ア
セトンで2回洗浄し、水銀柱10インチ(25.4c
m)(34kPa)の真空オーブン中で90℃で乾燥し
た上、(372℃における)MFRを測定する。
【0050】P3およびP4と併用したアニリンについ
て、またはP3と併用したジエチルアミンについて、こ
の手順を踏んだ場合には、MFRはゼロである。P1と
併用したメチレンジアミンについて、この手順を事実上
そのまま踏み、ただしP1の量を3gとすると、MFR
はまたもゼロである。メチレンジアミンとP1との組み
合わせについて、MFR測定前のFTIRは無水物基の
約40%がメチレンジアニリンと反応したことを示す。
【0051】P1と併用したアニリンについてこの手順
を事実上そのまま踏み、ただしアニリンの量を僅か0.
03gとすると、MVは、最初の値2.35×103
a・s(ポリマー調製物1)からは大幅な増大を示し、
4.4×104Pa・sであった。
【0052】これらの結果は、共重合によって導入され
た懸垂官能基を有するポリマーについて架橋が架橋促進
剤の存在下で行われること、および単官能性と多官能性
化合物とが共に架橋促進剤として有効なことを示してい
る。
【0053】(実施形態例8)ポリマーP3約5.5g
を含有する容量50mLのビーカを広口ガラスジャーに
入れる。水酸化アンモニウム30%の約5mLをビーカ
の外側のジャーの底に注意深く入れ、ジャーを蓋で閉じ
る。従って、ポリマーは、液体に接触せずにNH3蒸気
に露呈される。約8時間後に、ビーカをジャーから出し
て、既に薄黄色になった樹脂を真空オーブン中に90℃
で1時間入れておく。MFRはゼロで、懸垂官能基を有
するフルオロポリマー用の架橋促進剤としてのアンモニ
アの有効性を示している。
【0054】(実施形態例9)実施形態例8の手順を事
実上そのまま繰り返すが、ただしグラフト化ETFE粒
をポリマーP3の代わりに使用しNH3蒸気への露呈時
間は約20時間とする。MFRは、露呈前の7.7g/
10分から露呈後の2.3g/10分へ減少し、架橋促
進剤としてのアンモニアの有効性を示す。
【0055】実施形態例7〜9は、架橋促進剤を懸垂官
能基を有するフルオロポリマーへ注入して官能化フルオ
ロポリマーの有効な架橋を得る工程を実証する。従っ
て、融解成形によって生成される成形品であって、懸垂
官能基を有するフルオロポリマーを含有するものは、ア
ンモニアなどの架橋促進剤を注入することによって、次
いで好ましくは成形品を加熱することによって、架橋さ
せることができる。
【0056】(実施形態例10)グラフト化ETFE粒
と懸垂官能基を有さないETFE樹脂立方体との融解ブ
レンド品であって、粒/立方体比20/80、30/7
0、および50/50を有するものを、実施形態例3と
同様に調製する。次いで、得られたETFEブレンド立
方体と懸垂官能基を有さないETFEの立方体とは各種
の比率で6,6−ポリアミド(Zytel(登録商標)
ナイロン樹脂グレード101、DuPont製、以下
「ナイロン」という)に対して、180rpmおよび外
部バレル温度330℃で操作する25−mm Brab
ender並列2軸スクリュー押出機を通して1または
2パスで融解混合することによってブレンドする。ナイ
ロン濃度は、全フルオロポリマー100部当たりの重量
部(phr)で示す。MFRは、基準通りと荷重をかけ
る前に温度を30分間保った後とで測定する。表7のM
FR値は、このポリアミドの場合には、懸垂官能基を有
するフルオロポリマーの熱架橋がポリマー性架橋促進剤
の存在下で行われることを示している。
【0057】
【表7】
【0058】前述の実施形態例は、共重合によって導入
された懸垂官能基を有するポリマーが架橋促進剤の存在
下で架橋すること、ならびに単官能性および多官能性化
合物が架橋促進剤としてそれぞれ有効であることを示し
ている。架橋度は、添加した架橋促進剤の量に応じて様
々に変わる。従って、架橋度は、特定の最終用途に応じ
て、堅めまたは固めの物品が望まれる場合には多めの架
橋、また柔軟性を保持すると共に温度上昇につれての物
性変化に対する抵抗性を増大させるためには少なめの架
橋とするというように選択することができる。
【0059】さらに、前述の実施形態例は、懸垂官能基
を有するポリマーに対して架橋促進剤を添加する方法の
簡便性を示している。架橋促進剤は、液体または蒸気相
から注入によって導入することができる。このようにし
て、第1に、懸垂官能基を有するフルオロポリマーから
物品を成形すること、第2に、架橋促進剤を注入するこ
と、第3に、注入した物品を加熱してポリマーを架橋す
ることが可能である。
フロントページの続き (72)発明者 パトリック エドワード リンドナー アメリカ合衆国 26101 ウエスト ヴァ ージニア州 パーカーズバーグ セニック ヒルズ ドライブ 44 (72)発明者 ピーター ドワイト スポーン アメリカ合衆国 03452 ニュー ハンプ シャー州 ジャフレイ(番地なし) ピー オー ボックス 591

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱架橋化フルオロポリマーであって、該
    フルオロポリマーは架橋前に熱可塑性かつ融解成形可能
    であり、該フルオロポリマーの架橋が熱により実施され
    ることを特徴とする熱架橋化フルオロポリマー。
  2. 【請求項2】 前記架橋前のフルオロポリマーが懸垂官
    能基を有し、前記架橋が少なくとも1つの架橋促進剤の
    存在下で実施されることを特徴とする請求項1に記載の
    熱架橋化フルオロポリマー。
  3. 【請求項3】 前記架橋促進剤が求核体であることを特
    徴とする請求項2に記載の熱架橋化フルオロポリマー。
  4. 【請求項4】 前記求核体がアミンであることを特徴と
    する請求項3に記載の熱架橋化フルオロポリマー。
  5. 【請求項5】 懸垂官能基を有する融解成形可能な熱可
    塑性フルオロポリマーを架橋するための方法であって、
    前記フルオロポリマーを成形品へ融解成形し終わる前に
    前記フロオロポリマーを求核体と結合させ、その後、前
    記融解成形を完了させることを含むことを特徴とする方
    法。
  6. 【請求項6】 懸垂官能基を有する融解成形可能な熱可
    塑性フルオロポリマーを架橋するための方法であって、
    前記フルオロポリマーから成形品を融解成形し、得られ
    た成形品に架橋促進剤を注入することを含み、前記注入
    は前記フルオロポリマーの融点以下で実施されることを
    特徴とする方法。
  7. 【請求項7】 前記注入を受けた成形品を加熱してフル
    オロポリマーを熱架橋することを特徴とする請求項6に
    記載の方法。
  8. 【請求項8】 懸垂官能基を有する熱可塑性フルオロポ
    リマー(a)と架橋促進剤(b)とを含むことを特徴と
    する熱成形可能なフルオロポリマー組成物。
  9. 【請求項9】 触媒が存在しないことを特徴とする請求
    項8に記載の組成物。
  10. 【請求項10】 少なくとも懸垂官能基を有する熱可塑
    性フルオロポリマー(a)と架橋促進剤(b)とからな
    ることを特徴とする融解成形可能なフルオロポリマー組
    成物。
  11. 【請求項11】 前記架橋促進剤がポリアミドであるこ
    とを特徴とする請求項2に記載の熱架橋化フルオロポリ
    マー。
  12. 【請求項12】 前記架橋前の前記フルオロポリマーの
    少なくともいくつかが懸垂官能基を有し、前記架橋が架
    橋促進剤の存在下で実施されることを特徴とする請求項
    1に記載の熱架橋化フルオロポリマー。
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