JP2001072719A - 含フッ素共重合体の製造法 - Google Patents

含フッ素共重合体の製造法

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JP2001072719A
JP2001072719A JP24773499A JP24773499A JP2001072719A JP 2001072719 A JP2001072719 A JP 2001072719A JP 24773499 A JP24773499 A JP 24773499A JP 24773499 A JP24773499 A JP 24773499A JP 2001072719 A JP2001072719 A JP 2001072719A
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fluorinated
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Satoshi Kurihara
智 栗原
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Nippon Mektron KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 テトラフルオロエチレンと含フッ素ビニルエ
ーテルとをヒドロクロロフルオロカーボン系不活性溶媒
および連鎖移動剤の存在下で溶液重合させるに際し、成
形材料として適当な溶融粘度を有し、また成形品の寸法
安定性を確保させる制御された分子量分布を有する含フ
ッ素共重合体の製造法を提供する。 【解決手段】 テトラフルオロエチレンおよび一般式 C
F2=CFOCH2(CF2)nX (ここで、Xは水素原子またはハロゲ
ン原子であり、nは1以上の整数である)で表わされた
フッ素ビニルエーテルを、反応溶媒として CF3CF2CHCl2
-CF2ClCF2CHClF 混合溶媒を用い、全仕込モノマー量に
対して0.5〜4モル%の連鎖移動剤の存在下で共重合反応
させ、含フッ素共重合体を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、含フッ素共重合体
の製造法に関する。更に詳しくは、テトラフルオロエチ
レンと含フッ素ビニルエーテルとの共重合体である含フ
ッ素共重合体の製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】含フッ素共重合体は、耐熱性、耐溶剤
性、耐薬品性などにすぐれているため、その特徴を活か
して種々の用途に用いられている。かかる含フッ素共重
合体は、溶液重合法、けん濁重合法、乳化重合法等によ
って製造されており、溶液重合の場合の重合媒体として
は、高分子量物を与えることや重合速度などの点から、
一般にクロロフルオロカーボン系不活性溶媒が用いられ
ている。クロロフルオロカーボン系不活性溶媒として
は、例えばトリクロロフルオロメタン、ジクロロジフル
オロメタン、トリクロロトリフルオロエタン、ジクロロ
テトラフルオロエタン等が挙げられ、取扱性の点からト
リクロロトリフルオロエタンが一般に用いられている。
【0003】しかるに、近年オゾン層破壊が地球規模の
環境破壊問題として国際的に取り上げられ、その原因物
質として特定のクロロフルオロカーボンの使用が禁止さ
れるに至った。そのため、含フッ素共重合体を製造する
際に用いられてきたクロロフルオロカーボン系不活性溶
媒に対する代替品開発要請も大なるものがある。
【0004】クロロフルオロカーボン系不活性溶媒の代
替品としては、オゾン層破壊への影響が少ない、水素原
子を含むヒドロクロロフルオロカーボン系不活性溶媒が
提案されている。しかしながら、C-H結合を有する化合
物は、テトラフルオロエチレンに対して連鎖移動性を示
すことが知られている。また、テトラフルオロエチレン
に含フッ素ビニルエーテルを共重合させようとすると、
含フッ素ビニルエーテル自体にC-H結合があり、連鎖移
動性を示すことから、高分子量の共重合体を製造する際
の重合反応溶媒として使用することは困難であった。
【0005】十分に高い分子量の共重合体を得るために
は、重合時に添加する連鎖移動剤の量を減少させる必要
がある。ところが、連鎖移動剤の添加量を減少させると
分子量分布が広くなり、成形された最終製品の寸法制御
に問題を生ずるようになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、テト
ラフルオロエチレンと含フッ素ビニルエーテルとをヒド
ロクロロフルオロカーボン系不活性溶媒および連鎖移動
剤の存在下で溶液重合させるに際し、成形材料として適
当な溶融粘度を有し、また成形品の寸法安定性を確保さ
せる制御された分子量分布を有する含フッ素共重合体の
製造法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
テトラフルオロエチレンおよび一般式 CF2=CFOCH2(CF 2)
nX (ここで、Xは水素原子またはハロゲン原子であり、n
は1以上の整数である)で表わされた含フッ素ビニルエー
テルとを、反応溶媒として CF3CF2CHCl2-CF2ClCF2CHClF
混合溶媒を用い、全仕込モノマー量に対して0.5〜4モ
ル%の連鎖移動剤の存在下で共重合反応させ、含フッ素
共重合体を製造することによって達成される。
【0008】
【発明の実施の形態】テトラフルオロエチレンと共重合
される含フッ素ビニルエーテルは、一般式 CF2=CFOCH2(CF2)nX X:水素原子またはハロゲン原子、好ましくはフッ素原
子 n:1以上の整数、好ましくは1〜10 で表わされる化合物であり、これら両者は得られる共重
合体の機械的強度を確保するという点から、テトラフル
オロエチレンが60〜99.5モル%、好ましくは70〜99.5モ
ル%、また含フッ素ビニルエーテルが40〜0.5モル%、好
ましくは30〜0.5モル%の割合で共重合されていることが
望ましい。
【0009】含フッ素共重合体中には、本発明の目的を
阻害しない範囲内、より具体的には約5モル%以下の割合
で、他の含フッ素単量体、例えばフッ化ビニリデン、フ
ッ化ビニル、ヘキサフルオロプロペン、クロロトリフル
オロエチレン、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)、
パーフルオロ(エチルビニルエーテル)、パーフルオロ
(プロピルビニルエーテル)等を共重合させることもでき
る。
【0010】共重合反応は、共にヒドロクロロフルオロ
カーボン系不活性溶媒である CF3CF 2CHCl2 と CF2ClCF2
CHClF との混合溶媒であって、前者が約1〜99容積%。好
ましくは約40〜60容積%、後者が約99〜1容積%、好まし
くは約60〜40容積%よりなる反応溶媒を用いた溶液重合
法によって行われ、その際全仕込モノマー量(テトラフ
ルオロエチレンと含フッ素ビニルエーテルの合計量であ
って、他の含フッ素単量体を共重合させた場合にはそれ
を含まない)に対して0.5〜4モル%、好ましくは1〜3モル
%となる量の連鎖移動剤がラジカル重合開始剤と共に用
いられる。
【0011】ラジカル重合開始剤としては、有機過酸化
物によって代表される公知の過酸化物が用いられる。そ
れの使用量は、重合温度や連鎖移動剤の濃度などによっ
て支配される最適値があるため、一概には決められない
が、一般的には反応溶媒中に溶存しているモノマーの合
計量に対して約0.01〜5モル%、好ましくは約0.01〜2モ
ル%である。
【0012】連鎖移動剤としては、メタノール、エタノ
ール等のアルコール、メタン、エタン等の炭化水素が一
般に用いられるが、得られる含フッ素共重合体の溶融粘
度の調節や加熱時の着色防止という点からは、メタノー
ルが好んで用いられる。これらの連鎖移動剤は、得られ
る含フッ素共重合体の溶融粘度や分子量分布の指標とな
る分子量分布指数(MWDI)を所望の値とするために、前記
の如く全仕込みモノマー量に対して0.5〜4モル%の割合
で用いられなければならない。これ以下の使用割合で
は、MWDIが大きくなって成形品の寸法安定性に欠けるよ
うになり、一方これ以上の割合で用いられると、共重合
反応が進行しなかったり、あるいは進行しても低粘度
(低分子量)の共重合体しか得られなくなる。
【0013】共重合反応は、所定の重合温度に重合槽を
昇温させた後、ラジカル重合開始剤を添加して、溶液重
合法として行われる。重合温度は、約0〜40℃、好まし
くは約15〜35℃であり、これ以上の温度では、ヒドロク
ロロフルオロカーボン系不活性溶媒と含フッ素ビニルエ
ーテルのC-H結合とが連鎖移動を起し、高分子量の含フ
ッ素共重合体を得ることが困難となる。重合時間は、他
の重合条件にもよるが、一般には重合温度が約15〜35℃
の場合で約0.5〜10時間程度である。なお、テトラフル
オロエチレンによる重合圧力は、約0.1〜1MPaの範囲内
でも十分に重合反応は進行する。
【0014】得られる含フッ素共重合体は、その共重合
組成にもよるが、含フッ素ビニルエーテルの共重合割合
が約0.5〜10モル%の場合には、372℃で測定した溶融粘
度が1.5〜3.5×104ポイズの範囲内で、また共重合割合
が約10〜40モル%の場合には、260℃で測定した溶融粘度
が1.5〜3.0×104ポイズの範囲内であることが好まし
い。溶融粘度がこうした範囲よりも低い場合には、分子
量が低いため成形品の機械的強度を低下させる原因とな
り、一方こうした範囲よりも高い場合には、分子量が高
すぎて溶融成形材料としての流動性が悪く、メルトフラ
クチャーなどの問題をひき起すようになる。
【0015】
【発明の効果】テトラフルオロエチレンと含フッ素ビニ
ルエーテルとを共重合させるに際し、ヒドロクロロフル
オロカーボン系不活性溶媒を用いると、含フッ素ビニル
エーテル中のC-H結合と重合溶媒とが連鎖移動を起し、
高分子量の共重合体を得ることを困難とさせるが、特定
のヒドロクロロフルオロカーボン系不活性溶媒を用いる
ことにより、適度に高分子量の含フッ素共重合体の製造
を可能とし、しかも得られた含フッ素共重合体は、分子
量分布の点で問題がなく、成形品の寸法安定性を確保さ
せるという効果を奏する。
【0016】このように、本発明に係る含フッ素共重合
体の製造法は、環境破壊をもたらすことの少ないヒドロ
クロロフルオロカーボン系不活性溶媒を反応溶媒として
用い、耐熱性、耐溶剤性、透明性、成形性などにすぐれ
た含フッ素共重合体を効率良く製造することを可能とす
る。
【0017】
【実施例】次に、実施例について本発明を説明する。
【0018】比較例1 攪拌機を備えた容量3Lのステンレス鋼反応容器中に、CF
3CF2CHCl2-CF2ClCF2CHClF(容積比45:55) 混合溶媒(旭硝子製品アサヒクリーンAK-225) 1540ml を仕込み、内部を脱気した後、 CF2=CFOCH2CF2CF3 [FVE] 200g(14モル%) を減圧下で加え、温度を20℃に上げた。そこに、 CF2=CF2 [TFE] 530g(86モル%) を加え、内圧を0.85MPaとした後、過酸化ブチリル(C3F7
CO)2O2 10g(重合溶媒中に存在するモノマー量に対して
0.02モル%)を5重量%の濃度で溶解させた CCl2FCClF2
液を導入して重合反応を開始させた。
【0019】重合反応中その温度を20℃に保ち、重合圧
力が0.69MPaになった時点で、反応器内の圧力を放出
し、重合反応液を回収した。反応溶媒を減圧下で留去
し、未反応モノマーを冷却トラップで回収した後、残渣
を150℃で12時間減圧乾燥して、白色の共重合体185g(重
合率25.3%)を得た。
【0020】得られた含フッ素ランダム共重合体につい
て、次の各項目の測定を行った。
【0021】含フッ素ビニルエーテル含有量[FVE]の測
定:この共重合体の赤外線吸収スペクトルの2990cm-1
近(-CH2-基)、900cm-1付近(-CH2OCF2-基)および1200cm
-1付近(-CF2-基)の吸収帯を確認、定量することによ
り、含フッ素ランダム共重合体であることの確認および
含フッ素ビニルエーテルに基く単量体単位の含量が求め
られる。
【0022】溶融粘度の測定:東洋精機製作所製メルト
・インデクサを用い、そのシリンダ(内径9.5mm)に得ら
れた共重合体を入れ、含フッ素ビニルエーテル単量体単
位の含有量が5〜10モル%の場合には372℃、また10〜40
モル%の場合には260℃の温度に5分間保った後、5Kgのピ
ストン荷重下に内径2.095mm、長さ8.00mmのオリフィス
を通して押出し、このときの押出速度(g/分)で53150を
割った値として算出する。
【0023】分子量分布指数(HWDI)の測定:上記メルト
・インデクサを用いて測定を行った。測定は、含フッ素
ビニルエーテル単量体単位の含有量が5〜10モル%の場合
には372℃、また10〜40モル%の場合には260℃の温度に5
分間保った後、5Kgのピストン荷重下に内径2.095mm、長
さ8.00mmのオリフィスを通して押出し、このときの溶融
物速度(5Kg荷重下での10分間当りの溶融物重量)を求め
た後、0.32Kgのピストン荷重下に押出された溶融物速度
(0.32Kg荷重下での10分間当りの溶融物重量)を測定し、
前者の値を16.2倍の後者の値で除することにより、MWDI
の値を算出した。
【0024】なお、MWDIの値は、多くの用途に対して2
以下であることが好ましい。2以上の場合には、溶融押
出物の膨張が大きく、これを成形材料として用いた場
合、最終製品の寸法安定性に欠ける。
【0025】膨張度の測定:メルト・インデクサのオリ
フィスから押出された糸の直径を測定し、オリフィスの
直径と比較する。膨張度は、オリフィスの直径に対する
押出された糸の直径の増加分の比として示された。
【0026】なお、膨張度の値は、多くの用途に対して
20%以下であることが好ましい。20%以上の場合には、溶
融押出物の膨張が大きいため、これを成形材料として用
いた場合、最終製品の寸法安定性に欠ける。
【0027】比較例2 比較例1の共重合反応が、連鎖移動剤としてのメタノー
ル13.1ml(全仕込モノマー量に対して5.0モル%)の共存下
で行われた。
【0028】実施例1 比較例1の共重合反応が、メタノール4.9ml(全仕込モノ
マー量に対して2.0モル%)の共存下で行われ、また反応
温度が24℃に変更された。
【0029】実施例2 実施例1の共重合反応において、FVE量が12g(1モル%)に
変更され、また反応温度が27℃に変更された。更に、反
応の終点圧力が0.51MPaに変更された。
【0030】実施例3 実施例1の共重合反応において、FVE量が80g(6モル%)に
変更され、また反応温度が26℃に変更された。更に、反
応の終点圧力が0.59MPaに変更された。
【0031】以上の各実施例および比較例における測定
結果は、次の表に示される。 表 FVE含量 溶液粘度 分子量 膨張度 (モル%) (×10 4 ポイズ) 分布指数 (%) 比較例1 14 2.1 3.9 98 〃 2 14 1.0 1.1 13 実施例1 14 2.0 1.4 16 〃 2 1 2.3 1.1 9 〃 3 6 1.9 1.3 12
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成12年3月23日(2000.3.2
3)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正内容】
【0007】
【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
テトラフルオロエチレンおよび一般式 CF2=CFOCH2(CF 2)
nX (ここで、Xは水素原子またはハロゲン原子であり、n
は1以上の整数である)で表わされた含フッ素ビニルエー
テルを、反応溶媒として CF3CF2CHCl2-CF2ClCF 2CHClF
混合溶媒を用い、全仕込モノマー量に対して0.5〜4モル
%の連鎖移動剤の存在下で共重合反応させ、含フッ素共
重合体を製造することによって達成される。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0022
【補正方法】変更
【補正内容】
【0022】 溶融粘度の測定:東洋精機製作所製メル
ト・インデクサを用い、そのシリンダ(内径9.5mm)に得
られた共重合体を入れ、含フッ素ビニルエーテル単量体
単位の含有量が0.5〜10モル%の場合には372℃、また10
〜40モル%の場合には260℃の温度に5分間保った後、5Kg
のピストン荷重下に内径2.095mm、長さ8.00mmのオリフ
ィスを通して押出し、このときの押出速度(g/分)で5315
0を割った値として算出する。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0023
【補正方法】変更
【補正内容】
【0023】 分子量分布指数(HWDI)の測定:上記メル
ト・インデクサを用いて測定を行った。測定は、含フッ
素ビニルエーテル単量体単位の含有量が0.5〜10モル%の
場合には372℃、また10〜40モル%の場合には260℃の温
度に5分間保った後、5Kgのピストン荷重下に内径2.095m
m、長さ8.00mmのオリフィスを通して押出し、このとき
の溶融物速度(5Kg荷重下での10分間当りの溶融物重量)
を求めた後、0.32Kgのピストン荷重下に押出された溶融
物速度(0.32Kg荷重下での10分間当りの溶融物重量)を測
定し、前者の値を16.2倍の後者の値で除することによ
り、MWDIの値を算出した。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 テトラフルオロエチレンおよび一般式 C
    F2=CFOCH2(CF2)nX (ここで、Xは水素原子またはハロゲ
    ン原子であり、nは1以上の整数である)で表わされた含
    フッ素ビニルエーテルとを、反応溶媒として CF3CF2CHC
    l2-CF2ClCF2CHClF 混合溶媒を用い、全仕込モノマー量
    に対して0.5〜4モル%の連鎖移動剤の存在下で共重合反
    応させることを特徴とする含フッ素共重合体の製造法。
  2. 【請求項2】 15〜35℃の反応温度で共重合反応が行わ
    れる請求項1記載の含フッ素共重合体の製造法。
  3. 【請求項3】 連鎖移動剤がメタノールである請求項1
    または2記載の含フッ素共重合体の製造法。
  4. 【請求項4】 テトラフルオロエチレンが60〜99.5モル
    %、含フッ素ビニルエーテルが40〜0.5モル%の共重合組
    成を有する共重合体を形成させる請求項1または2記載
    の含フッ素共重合体の製造法。
  5. 【請求項5】 テトラフルオロエチレンおよび一般式 C
    F2=CFOCH2(CF2)nX (ここで、Xは水素原子またはハロゲ
    ン原子であり、nは1以上の整数である)で表わされる含
    フッ素ビニルエーテルとの共重合体であって、含フッ素
    ビニルエーテルの共重合割合が5〜10モル%であり、372
    ℃で測定した溶融粘度が1.5〜3.5×104ポイズである含
    フッ素共重合体。
  6. 【請求項6】 テトラフルオロエチレンおよび一般式 C
    F2=CFOCH2(CF2)nX (ここで、Xは水素原子またはハロゲ
    ン原子であり、nは1以上の整数である)で表わされる含
    フッ素ビニルエーテルとの共重合体であって、含フッ素
    ビニルエーテルの共重合割合が10〜40モル%であり、260
    ℃で測定した溶融粘度が1.5〜3.0×104ポイズである含
    フッ素共重合体。
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