JP2002053620A - テトラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体及びその製造方法 - Google Patents

テトラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】機械特性と射出成形性に優れたテトラフルオロ
エチレン(TFE)/パーフルオロ(アルキルビニルエ
ーテル)(PVE)共重合体とその製造方法の提供。 【解決手段】TFEの重合単位/PVEの重合単位の含
有モル比が98.1/1.9〜95.0/5.0の範囲
にあり、メルトフローレートが35〜60g/10mi
nの範囲にあり、重量平均分子量/数平均分子量の比が
1〜1.7の範囲にあるTFE/PVE共重合体。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、射出成形性に優れ
るテトラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビ
ニルエーテル)共重合体(以下、PFAという。)及び
その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】PFAは、耐熱性、耐薬品性、耐溶剤性
などに優れた高分子材料であり、その特徴を生かして種
々の用途に用いられている。しかし、射出成形法によっ
てPFAを成形する場合、微細な形状や複雑な形状の成
形体を得ようとすると、成形体に表面荒れが発生しやす
く、成形体の歩留まりが低下する問題があった。
【0003】このような射出成形時の問題を解決するた
めに、PFAを低分子量化して溶融粘度を低下させる方
法が検討されている。しかし、PFAの低分子量化によ
り成形性は向上するが、機械特性も低下する問題があ
る。したがって、機械特性を保ちながら成形性に優れ、
成形体の表面荒れが起こりにくいPFAの開発が求めら
れていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の課題
を解決し、機械特性及び射出成形性に優れたPFAを提
供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、テトラフルオ
ロエチレンに基づく重合単位(A)とパーフルオロ(ア
ルキルビニルエーテル)に基づく重合単位(B)からな
るPFAであって、(A)/(B)の含有モル比が9
8.1/1.9〜95.0/5.0の範囲にあり、か
つ、372℃におけるメルトフローレート(以下、MF
Rという。)が35〜60g/10minの範囲にあ
り、かつ、Mw/Mn(ここで、Mwは重量平均分子量
を、Mnは数平均分子量を表す。)が1〜1.7の範囲
にあることを特徴とするPFAを提供する。
【0006】また、本発明は、重合開始源の存在下、テ
トラフルオロエチレン(a)とパーフルオロ(アルキル
ビニルエーテル)(b)を、(a)/(b)=90/1
0〜55/45(モル比)の範囲で共重合反応させてP
FAを製造する方法において、連鎖移動剤の存在下に、
前記共重合反応系の(b)/(a)のモル比の変動幅を
±20%以内に制御して共重合反応させることを特徴と
する前記PFAの製造方法を提供する。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明のPFAは、(A)と
(B)からなり、(A)/(B)の含有モル比が98.
1/1.9〜95.0/5.0の範囲にある。(B)の
比率が少なすぎると機械特性が劣り、多すぎると熱安定
性が劣り、また(A)の比率が少なすぎると共重合体の
製造の面で不利を伴う。(A)と(B)の比率が98.
1/1.9〜97.0/3.0の範囲にあると、成形性
及び成形体の機械特性の耐久性に優れるのでより好まし
い。
【0008】上記(B)におけるパーフルオロ(アルキ
ルビニルエーテル)(b)としては、直鎖構造、分岐構
造、環状構造のパーフルオロアルキル基を有するパーフ
ルオロビニルエーテルが好ましく採用される。具体例と
しては、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)、パーフルオロ(ブチルビニル
エーテル)、パーフルオロ(ヘキシルビニルエーテ
ル)、パーフルオロ(オクチルビニルエーテル)などが
挙げられる。特に、炭素数1〜8の直鎖状のパーフルオ
ロアルキル基を有する(b)が、入手の容易性などから
好ましい。
【0009】本発明において、PFAのMFRは、AS
TM D−3307に準じて測定される値であり、35
〜60g/10minの範囲にある。MFRが小さすぎ
ると、微細な成形体や複雑な成形体を成形する場合に、
表面荒れを生起する。MFRが大きすぎると、耐熱性や
機械特性が低下する。好ましくは40〜55g/10m
in、さらに好ましくは40〜50g/10min、の
範囲が採用される。
【0010】本発明のPFAは、比較的高いMFRを有
するにもかかわらず、MIT折り曲げ寿命は、6500
回以上、特に8000回以上という優れた機械特性の耐
久性を示す。本発明のPFAにおいては、MFR(xg
/10min)とMIT折り曲げ寿命(y回)の間にy
>−875x+40000の関係があることを見出し
た。
【0011】本発明において、PFAのMw/Mnは、1
〜1.7の範囲にある。Mw/Mnの下限は1である。こ
れより小さい値のPFAは製造できない。またMw/Mn
が大きすぎると機械特性が実用上充分でない。好ましく
は1.2〜1.7の範囲が採用される。
【0012】本発明のPFAを製造するにあたり、重合
方法としては、特に限定されることなく、懸濁重合、乳
化重合、溶液重合、塊状重合などの各種の重合方法が採
用される。重合開始源としては、遊離ラジカル開始剤、
酸化還元系開始剤、電離放射線、熱、光などが採用され
る。
【0013】遊離ラジカル開始剤としては、(C37
OO)2などのビス(フルオロアシル)パーオキシド
類、(ClC26COO)2などのビス(クロロフルオ
ロアシル)パーオキシド類、ジイソブチリルパーオキシ
ドなどのジアシルパーオキシド類、ジイソプロピルパー
オキシジカーボネートなどのジアルキルパーオキシジカ
ーボネート類、tert−ブチルパーオキシイソブチレ
ート、tert−ブチルパーオキシピバレートなどのパ
ーオキシエステル類、過硫酸アンモニウムなどの過硫酸
塩類、アゾビスイソブチロニトリルなどのアゾ系開始剤
類などが挙げられる。
【0014】上記の各種重合方法における重合媒体とし
ては、溶液重合ではCClF2CF2CClFH(以下、
HCFC225cbという。)などのハイドロクロロフ
ルオロカーボン類、CF3CF2CF2CF2CH2CH3
CF3CF(CF3)CFHCFHCF3などのハイドロ
フルオロカーボン類、CCl3F、C2Cl33などのク
ロロフルオロカーボン類、sec−ブチルアルコール、
tert−ブチルアルコールなどの炭素数4〜6個のア
ルコール類などが挙げられる。また、懸濁重合や乳化重
合では、水又は水と他の媒体との混合媒体が用いられ
る。他の媒体としては、溶液重合で用いられる前記媒体
と同様のものが好ましい。
【0015】本発明のPFAの好ましい製造方法は、重
合開始源の存在下、テトラフルオロエチレン(a)とパ
ーフルオロ(アルキルビニルエーテル)(b)を、
(a)/(b)=90/10〜55/45(モル比)の
範囲で共重合反応させてPFAを製造する方法におい
て、連鎖移動剤の存在下に、前記共重合反応系の(b)
/(a)のモル比の変動幅を±20%以内に制御して共
重合反応させる方法である。
【0016】上記の好ましい製造方法において、共重合
反応のモル比(a)/(b)は、90/10〜55/4
5が採用される。より好ましくは、(a)/(b)=8
5/15〜60/40(モル比)である。共重合反応モ
ル比がこの範囲外であると、本発明のPFAを容易に製
造できないという難点が生ずる。
【0017】上記の好ましい製造方法において、共重合
反応系の(b)/(a)のモル比の変動幅を±20%以
内に制御して共重合反応させることが重要である。より
好ましくは、該変動幅が±15%以内である。該変動幅
がこれより大きく変動すると、Mw/Mnが1.7を超え
るPFAが生成する傾向が増大する。
【0018】Mw/Mnが1〜1.7の範囲にあるPFA
を製造するためには、重合の開始から終了までの間に、
重合場における(a)と(b)のモノマー組成比をでき
るかぎり一定に制御することが効果的である。(a)と
(b)のモノマー反応性が異なるため、共重合反応中に
モノマー組成比が変動すると、生成するPFAの分子量
に相違が生起して、Mw/Mnが大きくなる。そこで、重
合場におけるモノマー組成比をできるかぎり一定に保持
する重合操作方法が重要である。
【0019】具体的な重合操作方法としては、共重合反
応で生成するPFAの組成と略同様の組成でモノマーを
連続的に重合槽へ供給する方法がある。この供給方法
は、連続式重合反応系や回分式重合反応系において採用
できる。ただし、共重合反応終期に、生成したPFA、
モノマー及び媒体などを含む反応場の粘度が増加する場
合は、(a)はガス状なので反応場へ連続的にかつ均一
に供給されるが、(b)は液状なので反応場へ連続的に
かつ均一に供給されなくなる場合があり、Mw/Mn
1.7を超えるPFAが生成する傾向が増大する。
【0020】より好ましくは、(b)が全量仕込まれた
共重合反応系に、所定量の(a)を導入して共重合反応
を開始させる方法が採用される。この方法では、通常は
(b)を仕込んだ後に(a)を導入するが、あらかじめ
(a)の一部を(b)とともに仕込み、反応の進行とと
もに反応で消費された量の(a)を仕込む方法も好まし
く採用される。
【0021】上記(b)の全量仕込み方法において、
(b)の仕込量を多めにすると、反応で(b)が消費さ
れても共重合反応系内の(b)の濃度変化が少なくなる
ので好ましい。しかし、(b)の仕込量があまりに多い
と、(a)の仕込量も増加する必要があり、重合圧力が
上昇するので製造設備上好ましくない。通常は、(a)
の圧力としては、0.1〜10MPaの範囲が好まし
い。より好ましくは0.5〜3MPaの範囲、最も好ま
しくは1〜2.5MPaの範囲が採用される。
【0022】また、共重合反応で(b)が消費されるに
従って、徐々に(a)の圧力を下げる操作方法は、重合
反応場における(b)/(a)の変動幅をできるかぎり
小さくするうえで好ましい。重合反応場における(b)
/(a)のモノマー組成比を一定にする操作方法は、生
成PFAの組成分布を狭くし、Mw/Mnを小さくできる
ので、特に好ましい。このように、PFAの組成分布を
狭くできることも、PFAの機械特性の向上に寄与して
いるものと考えられる。最終的に得られるPFA濃度と
しては、あまりに濃度が低いと装置の使用効率が低下す
るので、重合媒体に対して5〜30質量%の範囲が好ま
しい。
【0023】上記の好ましい製造方法においては、
(a)と(b)を連鎖移動剤の存在下に共重合反応させ
ることが重要である。連鎖移動剤の具体例としては、メ
タノール、エタノール、プロパノールなどの炭素数3以
下のアルコール類、メタン、エタン、ペンタン、シクロ
ヘキサンなどの炭素数1〜6のアルカン類などが挙げら
れる。特に、メタノールが取り扱いの簡便性より好まし
い。
【0024】連鎖移動剤の添加量は、連鎖移動剤の種類
により適宜変更できるが、例えば懸濁重合において連鎖
移動剤としてメタノール等のアルコール類を用いる場
合、水系重合媒体に対して10〜20質量%の範囲を用
いることが好ましい。また、懸濁重合において連鎖移動
剤としてメタン、エタン等のアルカン類を用いる場合、
水系重合媒体に対して0.01〜3質量%の範囲を用い
ることが好ましい。これらは、PFAのMFRを35〜
60g/10minに制御するうえで好ましい。重合温
度は、通常0℃〜100℃の範囲が好ましく採用され
る。
【0025】本発明のPFAは、樹脂単独で成形される
他に、種々の配合剤を配合した組成物として成形される
ことも好ましい。配合剤としては、導電性付与のための
カーボンブラック、機械強度付与のためのカーボン繊
維、その他顔料などが挙げられる。本発明のPFAは、
射出成形、圧縮成形、押出し成形、トランスファー成
形、ブロー成形などの各種成形法で成形できる。より好
ましくは射出成形法である。
【0026】本発明のPFAは、化学工業分野、半導体
工業分野、電気・電子工業分野等で種々の製品に適用さ
れる。製品の具体例として、パイプ及びフィッティング
類、チューブ及びホース類、バルブ類、シリコンウエハ
ーのキャリア、フィルム類、モノフィラメント、電線・
ケーブルの被覆材、電極保持器の絶縁材料、ライニング
用粉体塗料などが挙げられる。
【0027】本発明において、Mw/Mnは、Poly
m.Eng.Sci.,29(1989),645
(W.H.Tuminello)及びMacromo
l.,26(1993),499(W.H.Tumin
ello et,al.)に記載の方法に従って測定さ
れる。
【0028】すなわち、330℃の測定温度で、PFA
を溶融させた状態で周波数を変数としてPFAの貯蔵弾
性率G(ω)を測定する。このG(ω)が、分子量
分布の積算を表している。定量的には、式(1)から周
波数軸を分子量軸に変換し、式(2)から弾性率軸を分
子量分布軸に変換する。ここで、ωは貯蔵弾性率を測定
した周波数、Wiは特定周波数ωに対応する分子量Mの
質量分率、GN 0はプラトー弾性率を表し、GN 0には3.
14×105Paを用いた。さらに、式(3)及び文献
値logK=−15.7を用いて絶対分子量に変換す
る。
【0029】具体的には、動的粘弾性測定により得た
[G(ω)/GN 00.5をlogωに対しプロット
し、次式により連続関数にフィッティングする。ここ
で、i=1〜nの整数、Ai,Bi,Ci:フィッティン
グパラメータ、X=logωである。
【0030】
【数1】
【0031】得られたフィッティング曲線をlogωで
微分することで分子量分布曲線(MWD)を得、次式よ
りMn、Mwを求める。
【0032】
【数2】
【0033】
【実施例】MIT折り曲げ寿命、含フッ素重合体の組成
及び融点は以下の方法で測定した。 [MIT折り曲げ寿命]PFAを340℃で圧縮成形し
て得た厚さ0.220〜0.236μmのフィルムを、
幅12.5mmの短冊状に打ち抜いて測定試料を得た。
ASTM D2176に準じて、荷重1.25kg、折
り曲げ角度±135°、室温で東洋精機社製折り曲げ試
験機MIT−Dを用いて測定試料の折り曲げ試験を行っ
た。破断するまでの折り曲げ回数がMIT折り曲げ寿命
である。
【0034】[含フッ素重合体の組成]含フッ素重合体
の約30μm厚の成形フィルムを作成し、赤外吸収スペ
クトルを測定した。(2370cm-1における吸収量の
値)/(985cm-1における吸収量×0.95の値)
の比(重量比)から(PPVEに基づく重合単位)/
(TFEに基づく重合単位)のモル比に換算して求め
た。 [含フッ素重合体の融点]セイコー電子社製DSCを用
いて試料10mgを10℃/分の速度で昇温し、溶融ピ
ークの温度を融点とした。
【0035】[例1]内容積110リットルのステンレ
ス鋼製重合槽を脱気し、水の47kg、HCFC225
cb(旭硝子社製)の29kg、パーフルオロ(プロピ
ルビニルエーテル)(以下、PPVEという。)の5.
2kg、TFEの7.5kg、メタノールの5.5kg
を仕込んだ。温度を50℃に保持して、重合開始剤のビ
ス(パーフルオロブチリル)パーオキシドを0.25質
量%溶液(溶媒:HCFC225cb)として300m
lを仕込み、重合を開始させた。重合中、重合槽内にT
FEを導入し、重合圧力を1.3MPaに保持した。重
合の進行に伴い重合速度が低下するので、重合速度がほ
ぼ一定になるように重合開始剤溶液を断続的に仕込ん
だ。TFEの導入量が10kgになった時点で重合を終
了させ、10.6kgのPFAの白色粉末を得た。
【0036】PFA中のPPVEに基づく重合単位の平
均含有量は2.1モル%、MFRは41g/10mi
n、Mw/Mnは1.59、融点は301℃であった。T
FE/PPVEの反応モル比は初期に79.3/20.
7、重合終了時に81.1/18.9であり、反応中の
PPVE/TFEの変動幅は−11.0%であると計算
される。このPFAのMIT折り曲げ寿命は8574回
であった。
【0037】得られたPFAを350℃で2軸押出機を
用いてペレット化した。ついで、日本製鋼所製の射出成
形機J75SA(スクリュー径40mm)を用いて、シ
リンダー温度390℃、金型温度190℃、射出速度6
0mm/secの成形条件で、50mm×100mm×
2mmの試験片を射出成形した。試験片の表面荒れの有
無を目視で調べた結果、表面荒れ発生率は1%であっ
た。
【0038】[例2]PPVEの5.0kgを使用し、
TFEの導入量が3.3kgになった時点で重合圧を
1.2MPaに、TFE導入量が6.6kgになった時
点で1.1MPaに変更する以外は、例1と同様に重合
を行い、10.8kgのPFAの白色粉末を得た。PF
A中のPPVEに基づく重合単位の平均含有量は1.9
モル%、MFRは46g/10min、Mw/Mnは1.
52、融点は302℃であった。TFE/PPVEの反
応モル比は初期に80/20、重合終了時に79/21
であり、反応中のPPVE/TFEの変動幅は5.7%
であると計算される。このPFAのMIT折り曲げ寿命
は8200回であった。得られたPFAを用いて例1と
同様にして、ペレット化後、射出成形試験を実施した結
果、表面荒れの発生率は0%であった。
【0039】[例3]PPVEの5.7kgを使用する
以外は、例1と同様に重合を行い、10.9kgのPF
Aの白色粉末を得た。該PFA中のPPVEに基づく重
合単位の平均含有量は2.4モル%、MFRは47g/
10min、Mw/Mnは1.67、融点は299℃であ
った。TFE/PPVEの反応モル比は初期に77.8
/22.2、重合終了時に79.9/20.1であり、
反応中のPPVE/TFEの変動幅は−11.7%であ
ると計算される。このPFAのMIT折り曲げ寿命は9
400回であった。得られたPFAを用いて例1と同様
にして、ペレット化後、射出成形試験を実施した結果、
表面荒れの発生率は0%であった。
【0040】[例4(比較例)]PPVEの3.4k
g、TFEの8.0kg、メタノールの3.8kgを使
用する以外は、例1と同様に重合を行い、10.8kg
のPFA白色粉末を得た。該PFA中のPPVEに基づ
く重合単位の平均含有量は1.4モル%、MFRは14
g/10minであった。また、Mw/Mnは1.54、
融点は307℃であった。TFE/PPVEの反応モル
比は初期に86.2/13.8、重合終了時に87.6
/12.4であり、反応中のPPVE/TFEの変動幅
は−11.6%であると計算される。得られたPFAを
用いて例1と同様にして、ペレット化後、射出成形を実
施した結果、表面荒れの発生率は17%であり、射出成
形性が不良であった。
【0041】[例5(比較例)]内容積110リットル
のステンレス鋼製重合容器を脱気し、水の52kg、H
CFC225cbの7.2kg、PPVEの2.1k
g、TFEの4.1kg、パーフルオロデカン酸アンモ
ニウムの161gを仕込んだ。ついで、27℃において
圧力差0.25MPa分のメタンを仕込み、70℃に昇
温した。重合開始剤として過硫酸アンモニウムの152
gを仕込み、重合を開始させた。重合中、重合槽内にT
FEを導入し、重合圧力を1.63MPaに保持した。
TFEの導入量が10kgになった時点で重合を終了さ
せて、10.5kgのPFAの白色粉末を得た。
【0042】PFA中のPPVEに基づく重合単位の平
均含有量は2.0モル%、MFRは38g/10mi
n、Mw/Mnは1.72、融点は303℃であった。T
FE/PPVEの反応モル比は初期に83.7/16.
1、重合終了時に87.5/12.5であり、反応中の
PPVE/TFEの変動幅は−25.7%であると計算
される。このPFAのMIT折り曲げ寿命は6300回
であり、低い値であった。得られたPFAを用いて例1
と同様にして、ペレット化後、射出成形を実施した結
果、表面荒れの発生率は4%であり、射出成形性も十分
でなかった。
【0043】
【発明の効果】本発明のPFAは、射出成形で微細な形
状や複雑な形状の成形体を成形しても表面荒れの発生が
少なく、射出成形性に優れる。また、従来のPFAに比
べて高速での成形が可能となり、メルトフラクチャーの
発生が少ないなどの射出成形性に優れる。成形体は折り
曲げ寿命が長いなどの機械特性にも優れる。
フロントページの続き Fターム(参考) 4J011 NA12 NA19 NB04 NB06 4J100 AC26P AE39Q CA04 DA04 DA43 FA03 FA04

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】テトラフルオロエチレンに基づく重合単位
    (A)とパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)に基
    づく重合単位(B)からなるテトラフルオロエチレン/
    パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体であ
    って、(A)/(B)の含有モル比が98.1/1.9
    〜95.0/5.0の範囲にあり、かつ、372℃にお
    けるメルトフローレートが35〜60g/10minの
    範囲にあり、かつ、M w/Mn(ここで、Mwは重量平均
    分子量を、Mnは数平均分子量を表す。)が1〜1.7
    の範囲にあることを特徴とするテトラフルオロエチレン
    /パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体。
  2. 【請求項2】重合開始源の存在下、テトラフルオロエチ
    レン(a)とパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)
    (b)を、(a)/(b)=90/10〜55/45
    (モル比)の範囲で共重合反応させてテトラフルオロエ
    チレン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重
    合体を製造する方法において、連鎖移動剤の存在下に、
    前記共重合反応系の(b)/(a)のモル比の変動幅を
    ±20%以内に制御して共重合反応させることを特徴と
    する請求項1記載のテトラフルオロエチレン/パーフル
    オロ(アルキルビニルエーテル)共重合体の製造方法。
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