JP2001064317A - 含フッ素共重合体の安定化方法 - Google Patents
含フッ素共重合体の安定化方法Info
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Abstract
しなくても、一旦加熱溶融された溶融加工可能な含フッ
素共重合体の揮発分含量を効率よく低減できる方法を提
供する。 【解決手段】 溶融加工可能な含フッ素共重合体を加熱
溶融した後、閉鎖容器内で含フッ素共重合体を非静止状
態で再加熱することにより、含フッ素共重合体の揮発分
含量を初期揮発分含量の30%以下に減少させる。
Description
の安定化方法に関し、更に詳しくは溶融加工可能な含フ
ッ素共重合体の熱安定性を改善する方法に関する。
サフルオロプロピレンとの乳化共重合体から、溶融加工
により最終製品を製造すると、最終製品中に揮発性物質
による気泡または空隙を生じることがある。この揮発性
物質は、熱および/または剪断力に対し不安定なポリマ
ー末端およびポリマー主鎖に起因して発生する。また、
溶融加工時に不安定な部位を安定化した場合であって
も、加工されたポリマー中に揮発物質が残留し、上記同
様、最終製品に加工すると気泡および空隙を生じること
がある。
工を行った後、開放条件下で、具体的には電気炉中で、
テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共
重合体を皿または網上に静置して加熱することにより、
共重合体の揮発分含量を初期揮発分含量の70%以下に
減少する方法を開示している。しかし、開放条件下にお
ける処理では、加熱操作の過程において外部からの異物
混入は避け難い。また、静置加熱することで揮発分含量
は減少できるが、共重合体の充填厚みを厚くすると、揮
発分の拡散の影響を受けて処理時間が長くなる上に充填
層内での処理が不均一になり、充填厚みを薄くする場合
には大きい面積の皿または網が必要となり、その結果大
型の装置が必要となる。
避けながら、大型の装置を使用しなくても、一旦加熱溶
融された溶融加工可能な含フッ素共重合体の揮発分含量
を効率よく低減できる方法が望まれている。
題は、溶融加工可能な含フッ素共重合体を加熱溶融した
後、閉鎖容器内で含フッ素共重合体を非静止状態で再加
熱することにより、含フッ素共重合体の揮発分含量を初
期揮発分含量の30%以下に減少させる、含フッ素共重
合の安定化方法により解決される。なお、本明細書にお
ける「揮発分含量」は、乾燥した共重合体を約10mmHg
絶対圧の下に380℃で30分間加熱した時に失われる
共重合体の重量の、加熱前の乾燥共重合体重量に対する
割合(%)によって表わされる。
工可能な含フッ素共重合体は、従来既知の溶融加工可能
な含フッ素共重合体のいずれでもよく、例えば、テトラ
フルオロエチレン(TFE)、ヘキサフルオロプロピレ
ン(HFP)、パーフルオロアルキルビニルエーテル、
エチレン(E)およびビニリデンフロライド(VdF)
からなる群から選択される少なくとも2種のモノマーか
らなる共重合体、またはビニリデンフロライド単独重合
体などが挙げられる。とりわけ、HFP含量が8〜25
重量%でありかつパーフルオロアルキルビニルエーテル
含量が0〜5重量%であるTFE−HFP−パーフルオ
ロアルキルビニルエーテル共重合体が好ましく例示でき
る。
ルは、好ましくは式: CF2=CFO(CF2)mF (式中、mは1〜6の数である。)で表わされるビニル
エーテル、または式: CF2=CF[O-CF2CF(CF3)]nOC3F7 (式中、nは1〜4の数である。)で表わされるビニル
エーテルである。
合体は、上記モノマーから乳化重合または懸濁重合で製
造されたものである。更に、これらの重合体がテトラフ
ルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体
(FEP)、TFE−パーフルオロビニルエーテル共重
合体(PFA)、またはTFE−HFP−パーフルオロ
アルキルビニルエーテル共重合体である場合には、共重
合体は、好ましくは372℃において0.1〜100k
Pa.sの溶融粘度を有する。
重合体を360〜430℃の温度条件で10分以下加熱
し溶融した後、さらに130℃から含フッ素共重合体の
融点の範囲、好ましくは150℃から含フッ素共重合体
の融点の範囲で再加熱を行う2段階の処理工程を含んで
いる。1段階目の加熱は、押出機を用いた加熱であって
も、異物の混入を防止する対策の施された電気炉中にお
いて皿上に静置して行う加熱であっても良い。1段階目
の処理温度が360℃より低いと、共重合体の末端およ
び主鎖の不安定成分が十分に安定化されず、2段階目の
再加熱処理を行い、揮発分含量を低減したとしても、最
終製品に溶融加工する時に発泡を生じることがある。
り、1段階目で溶融し、所望形状に加工した含フッ素共
重合体の形状を維持しつつ溶融させることなく揮発分含
量を減少させることが可能である。2段階目の加熱は、
130℃ないし含フッ素共重合体の融点の温度範囲で、
温度K)である。)で表される関係式に従って行い、揮
発分を減少させる。この際の加熱温度が130℃未満で
あると、処理時間がかかるだけでなく、揮発分含量を十
分に減少させることができない。
置内の空塔速度が0.8m/s以下、好ましくは0.05
〜0.5m/sである熱風を加熱源として、または上記条
件の熱風と装置壁からの伝熱との併用によって行う。2
段階目の加熱処理を連続的に行う場合には、装置内の滞
留時間を均一にし、加えて排出時の物性を均質化するこ
とが望ましい。熱風の空塔速度が0.8m/sを越える
と、共重合体の仕込および排出を連続的に行う場合に
は、熱風の風量、圧力などの影響を受けて、共重合体が
浮遊化し、混合されるので、均一な揮発成分を含む共重
合体が得られるように操作を行うのが困難となる。
なく、処理時には密閉できる装置であり、形状は縦型の
塔でも横型の装置でも良い。本明細書において「閉鎖容
器」とは、連続式の場合であっても、回分式であって
も、加熱処理中に容器内部の雰囲気が外部雰囲気と直接
的に接触せず、共重合体の出入りする部分を除いてはフ
ィルター等によって異物粒子数や異物の最大径を管理さ
れた空気のみを装置内に導入できる装置を意味し、内部
の雰囲気は必ずしも完全に外部雰囲気(大気)から遮断
される必要はない。
のような容器に共重合体を静置して加熱する場合を排除
する意味である。例えば、連続式の場合は、共重合体の
粒子が容器内で充填層状をなしており、仕込み速度に応
じて装置内を連続的に移動し最終的に装置外に排出され
る移動層の状態を表わし、回分式の場合は、攪拌機等に
より共重合体を強制的に浮遊化、流動化した状態を表わ
す。
でも良いが、共重合体を連続的に仕込み、排出を行うこ
とにより、温度の分布および揮発分の減少率の分布が比
較的狭い範囲に制御され、安定して発泡の生じない含フ
ッ素共重合体が製造できる。縦型の連続処理装置の場合
は、含フッ素共重合体を上部から仕込み、重力によって
上部から下部に移動させつつ加熱し、下部から排出する
ことによって流動させる移動層形式の装置が有利であ
る。また横型の回分式装置の場合は、熱風式乾燥機や伝
導伝熱式乾燥機のような攪拌機によって含フッ素共重合
体を流動化させることが効率的である。また、閉鎖容器
内で強制的に熱風を送り込み加熱処理を行うことによっ
て外部からの異物の混入を防止することができる。連続
で処理を行う縦型の移動層形式装置の場合は、例えば仕
込みおよび排出部にロータリーバルブを設置し、熱風に
より装置内の微加圧を維持することによって異物の混入
を防止できる。さらに、再加熱装置に引き続き、含フッ
素共重合体を連続的に冷却する装置を設置し、最終的に
充填出荷可能な温度以下に具体的には60℃以下に冷却
することが可能である。
する。ここで、「揮発分含量」は、乾燥した共重合体を
約10mmHg絶対圧の下に380℃で30分間加熱し
た時に失われる共重合体の重量の、加熱前の共重合体重
量に対する割合(%)によって表わされる。また、発泡
試験は、厚さ2.0mmの成型シートを300℃で10
分間加熱して溶融させた時に、目視によりシート内に気
泡の発生が確認されれば「発泡あり」、確認されなけれ
「発泡なし」と評価する。異物の有無は、370℃にお
いて約3mmの厚みを持ったφ120mmの円盤状シー
トを成型し、そのシートに含まれる異物の有無を目視で
評価する。
ピルビニルエーテル含フッ素共重合体を用いた。この共
重合体の溶融粘度は、2.3kPa.sであり、押出し
前の揮発分含量は0.88重量%、ヘキサフルオロプロ
ピレン含量が11.5重量%、パーフルオロプロピルビ
ニルエーテル含量が0.9重量%であった。この共重合
体を洗浄、乾燥した後、370℃の温度、2分間の滞留
時間という条件で、内径95mm、L/D30のシリン
ダーを有する単軸押出機で押出加工した。押出された含
フッ素共重合体はペレタイザーでペレット化した後、連
続的に、200℃で5時間の滞留時間となるように設計
された移動層に仕込み、再加熱した。熱風はフィルタ
(3μm粒子を99.97%カット)を通して異物を除
去した後、0.35m/sの空塔速度で連続的に加熱源と
して再加熱装置に供給された。再加熱装置の高さは36
50mm、内径は850mmであり、装置下部にコーン
状パンチングメタルを設置して、熱風仕込口を移動層か
ら分離し、ペレットの排出を容易にした。
トは引き続き冷却装置に仕込み、60℃以下に冷却し、
連続的に回収した。冷却装置から回収されたペレットの
揮発分含量は0.23重量%であり、これは初期揮発分
含量(0.88重量%)の26%であった。発泡試験で
は発泡を認められず、異物も含まれていなかった。
ットの揮発分含量は0.75重量%であり、発泡試験で
は発泡が生じた。 比較例2 実施例1において押出し加工後再加熱前に採取したペレ
ットを電気炉中の皿上に約20mmの厚みで静置し、2
00℃で5時間再加熱を行った。再加熱後の揮発分含量
は0.31重量%であって、初期揮発分含量の35%ま
で低下し、発泡試験において発泡も起こさなかった。し
かし、電気炉中での再加熱処理段階で異物が外部より混
入しており、目視により黒色の異物が複数個確認され
た。上記の結果を表1にまとめて示す。
5℃の温度、2分間の滞留時間という条件で、内径95
mm、L/Dが30のシリンダーを有する単軸押出機で
押出加工した。押出加工したペレットが外部と直接接触
しないように、フィルタ(3μm粒子を99.97%カ
ット)を通した空気によって移送し、235℃で1.5
時間の滞留時間をとなるように設計された移動層に連続
的に仕込み、実施例1と同様に熱風によって再加熱し
た。押出機から排出されたペレットの揮発分含量は0.
14重量%であり、これは初期揮発分含量の16%であ
った。発泡試験では発泡は認められなかった。
ットの揮発分含量は0.68重量%であり、発泡試験で
は発泡が生じた。 比較例4 実施例2において押出し加工後再加熱前に採取したペレ
ットを電気炉中の皿上に約150mmの厚みで静置し、
235℃で1.5時間再加熱を行った。堆積したペレッ
トの上層部(ペレット堆積層の表面から深さ25mmまで
の部分)の揮発分含量は0.18重量%であり、発泡試
験でも発泡しなかった。一方、皿に近い下層部(皿の表
面から0〜30mmの部分)の揮発分含量は0.41重量
%であり、初期揮発分含量の47%までしか低下してお
らず、発泡試験では発泡が認められた。これは、皿上に
充填したペレット層が厚く、揮発分の拡散の影響が無視
できなくなり、皿の下部では十分に揮発分が低減できな
かったためである。また、比較例2と同様に、電気炉中
での再加熱処理段階で異物が外部より混入しており、複
数の異物が目視により確認された。異物は上層部だけで
なく、下層部でも確認された。実施例2および比較例3
−4の結果を表2にまとめて示す。
℃で24時間の滞留時間となるように設計された縦型円
筒容器内の移動層に連続的に仕込み、再加熱した。熱風
を、フィルタ(3μm粒子を99.97%カット)に通
した後、0.40m/sの空塔速度で連続的に加熱源とし
て円筒容器に供給した。円筒容器から排出されたペレッ
トの揮発分含量は0.56重量%であり、初期揮発分含
量の64%までしか低下しておらず、発泡試験では発泡
が認められた。
Claims (8)
- 【請求項1】 溶融加工可能な含フッ素共重合体を加熱
溶融した後、閉鎖容器内で含フッ素共重合体を非静止状
態で再加熱することにより、含フッ素共重合体の揮発分
含量を初期揮発分含量の30%以下に減少させることを
特徴とする、含フッ素共重合の安定化方法。 - 【請求項2】 再加熱温度は、130℃から前記共重合
体の融点までの範囲の温度である請求項1に記載の含フ
ッ素共重合の安定化方法。 - 【請求項3】 再加熱処理を、閉鎖容器内への異物の混
入を抑制しながら行う請求項1または2に記載の含フッ
素共重合の安定化方法。 - 【請求項4】 前記含フッ素共重合体は、テトラフルオ
ロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロ
アルキルビニルエーテル、エチレンおよびビニリデンフ
ルオライドからなる群から選択される少なくとも2種の
モノマーの共重合体である請求項1〜3のいずれかに記
載の含フッ素共重合の安定化方法。 - 【請求項5】 前記含フッ素共重合体は、ヘキサフルオ
ロプロピレン含量が8〜25重量%でありかつパーフル
オロアルキルビニルエーテル含量が0〜5重量%である
テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−
パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体である請
求項4に記載の含フッ素共重合の安定化方法。 - 【請求項6】 再加熱に付す含フッ素共重合体は、予め
360〜430℃の範囲の温度で10分を越えない時間
加熱して溶融された共重合体である請求項1〜5のいず
れかに記載の含フッ素共重合の安定化方法。 - 【請求項7】 含フッ素共重合体は、372℃において
0.1〜100kPa.sの溶融粘度を有する請求項1
〜6のいずれかに記載の含フッ素共重合の安定化方法。 - 【請求項8】 閉鎖容器内で行う再加熱処理を、連続的
に行う請求項1〜7のいずれかに記載の含フッ素共重合
の安定化方法。
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