JP2003268034A - ポリテトラフルオロエチレン水性分散液組成物およびその製造方法 - Google Patents
ポリテトラフルオロエチレン水性分散液組成物およびその製造方法Info
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Abstract
性剤(APFC)濃度を低減した、PTFE高濃度水性
分散液組成物を提供する。 【解決手段】 APFCの存在下でテトラフルオロエチ
レンを乳化重合して得られるPTFEを10〜50質量
%含有するPTFE水性乳化重合液に、平均分子量が4
50〜800であり、無機性/有機性比が1.07〜
1.50であるノニオン界面活性剤をPTFEの質量に
対して2〜20質量%添加し、かつ水をPTFEの質量
に対して10〜800質量%添加し、PTFEを1〜4
0質量%含有するPTFE水性分散液を得て、さらにP
TFEを沈降させて濃縮し、PTFE高濃度水性分散液
組成物を上澄みから分別する。
Description
ロエチレン(以下、PTFEという。)の水性分散液組
成物の製造方法およびその製造方法により得られたPT
FE水性分散組成物に関する。
開始剤、パーフルオロカルボン酸塩(APFCとい
う。)系アニオン界面活性剤、およびパラフィンワック
ス安定剤等の存在下で、テトラフルオロエチレン(以
下、TFEという。)モノマーを重合させることにより
得られ、PTFE微粒子を含有するPTFE水性乳化重
合液として得られる。重合後のPTFE水性乳化重合液
は、そのまま使用されたり、濃縮して使用されたり、ま
たは界面活性剤、フィラー若しくはその他公知の他の成
分を必要に応じて配合したPTFE水性分散液組成物と
して使用されたりするが、PTFE水性分散液組成物中
のAPFCは特別に除去することは工業的には行われて
いなかった。このAPFCは高価であり、PTFEの重
合時に使用されるAPFCは、できるだけ回収して再使
用することが好ましい。
て利用するPTFEの水性分散液組成物中に含まれるA
PFC濃度を下げ、できるだけ製品外にAPFCを移行
させることが必要である。PTFE水性分散液組成物外
にAPFCを移行させるために、WO00/35971
号明細書にはPTFE水性分散液組成物をイオン交換樹
脂に通し、APFCを吸着させる方法が提案されている
が、イオン交換樹脂がPTFE粒子により閉塞するため
吸着性能が低下する問題がある。また、WO01/79
332号明細書にはPTFE水性分散液組成物を煮沸し
てAPFCを揮発させる方法が提案されているが、処理
過程で凝集物を生成し歩留まりが低下しやすい問題があ
る。
性分散液組成物中に含まれるAPFC濃度を効率的に低
減できる方法およびその方法により得られるPTFE水
性分散液組成物を提供することを目的とする。
を克服するために鋭意研究を重ねた結果、PTFE水性
乳化重合液に特定のノニオン界面活性剤および水を特定
量添加することにより、PTFE粒子表面に吸着してい
るAPFCが効率的に水相に移行することを発見し、P
TFEを沈降させPTFE高濃度水性分散液組成物を上
澄みから分別する濃縮工程により水相を除去することに
よりPTFE水性分散液組成物中のAPFC濃度を大幅
に低減できることを見出し、本発明を完成するに至っ
た。これにより得られた水相からは多量のAPFCを回
収することが可能となった。すなわち、本発明は、AP
FC系アニオン界面活性剤の存在下でPTFEを乳化重
合して得られるPTFEを10〜50質量%含有するP
TFE水性乳化重合液に、平均分子量が450〜800
であり、無機性/有機性比が1.07〜1.50である
ノニオン界面活性剤をPTFEの質量に対して2〜20
質量%添加し、かつ水をPTFEの質量に対して10〜
800質量%添加し、PTFEを1〜40質量%含有す
るPTFE水性分散液を得て、さらにPTFEを沈降さ
せて濃縮し、PTFE高濃度水性分散液組成物を上澄み
から分別することを特徴とするPTFE水性分散液組成
物の製造方法を提供する。
組成物の製造方法において、ノニオン界面活性剤の添加
量がPTFEの質量に対して2.5〜12質量%であ
り、水の添加量がPTFEの質量に対して20〜500
質量%であるPTFE水性分散液組成物の製造方法を提
供する。また、本発明は、上記PTFE水性分散液組成
物の製造方法により得られたPTFE高濃度水性分散液
組成物に、さらにPTFEの質量に対して0〜20質量
%のノニオン界面活性剤および20〜500質量%の水
を添加し、さらにPTFEを沈降させて濃縮し、PTF
E高濃度水性分散液組成物を上澄みから分別することを
特徴とするPTFE水性分散液組成物の製造方法を提供
する。また、本発明は、上記PTFE水性分散液組成物
の製造方法により得られた、APFC系アニオン界面活
性剤の含有量がPTFEの質量に対して500ppm未
満であるPTFE水性分散液組成物を提供する。また、
本発明は、上記PTFE水性分散液組成物の製造方法に
より得られた、APFC系アニオン界面活性剤の含有量
がPTFEの質量に対して300ppm未満であるPT
FE水性分散液組成物を提供する。
るPTFE水性乳化重合液は、APFC系アニオン界面
活性剤の存在下でTFEを乳化重合して得られるPTF
Eを10〜50質量%含有するPTFE水性乳化重合液
である。ここで、PTFEとは、TFEの単独重合物、
または実質的に溶融加工のできない程度の微量のクロロ
トリフルオロエチレン等のハロゲン化エチレン、ヘキサ
フルオロプロピレン等のハロゲン化プロピレン、パーフ
ルオロアルキルビニルエーテル等のフルオロビニルエー
テル等の、TFEと共重合しうる共重合成分に基づく重
合単位を含むいわゆる変性PTFEをいう。PTFEの
平均分子量は、100,000〜100,000,00
0の範囲のものが好ましい。
物系重合開始剤、APFC系アニオン界面活性剤および
パラフィンワックス安定剤等の存在下で、TFEモノマ
ーを2〜50気圧の加圧下で注入することにより重合さ
せることにより得られるものが好ましい。APFC系ア
ニオン界面活性剤は、一般式(1)で表されるものが好
ましい。
性基である。) 一般式(1)におけるXのパーフルオロ炭化水素基は、
炭素数が3〜12のものが好ましく、4〜10がより好
ましく、中でもXがC7F15であることが特に好まし
い。また、Yの塩基性基は、NH4、アミノ基、アルカ
リ金属、アルカリ土類金属などが挙げられるが、NH4
であることが好ましい。PTFE水性乳化重合液中のP
TFEの平均粒子径は、0.15〜0.50μmが好ま
しく、0.18〜0.45μmがより好ましく、0.2
〜0.35μmが特に好ましい。粒子径が小さすぎると
濃縮工程での沈降性が悪く、粒子径が大きすぎると製品
の保存安定性が低下するため好ましくない。PTFE水
性乳化重合液中のPTFE粒子の形状は、粒子の長径を
短径で除したアスペクト比の平均値が1〜3のものが好
ましく、これは球状や紡錘状のものが該当する。アスペ
クト比が大きすぎるいわゆる針状粒子の場合、濃縮工程
における沈降性が悪く、また比表面積が大きいためにA
PFCがPTFE粒子表面に残留しやすく好ましくな
い。PTFE水性乳化重合液中のPTFE濃度は10〜
50質量%が好ましく、15〜40質量%がより好まし
く、20〜35質量%が特に好ましい。PTFE濃度が
低い状態で重合工程を終えた場合、PTFE粒子径が小
さすぎる、または針状粒子を含有しやすいため好ましく
ない。
は、平均分子量が450〜800であるものが好まし
く、500〜750であるものがより好ましく、550
〜700であるものが特に好ましい。平均分子量がこの
範囲外ではAPFCをPTFEから離脱させる効果が低
下し、またこの範囲より大きい場合には流動温度が高い
ために取扱いにくく、またこの範囲より小さい場合には
PTFE水性分散液組成物としたときの液表面張力が高
くコーティング用途に適さないため好ましくない。ま
た、ノニオン界面活性剤は、無機性/有機性比が1.0
7〜1.50であるものが好ましく、1.10〜1.4
0であるものが特に好ましい。無機性/有機性比がこの
範囲であると、PTFE粒子表面に吸着したAPFCに
対して特異的に水相への離脱を促す作用があり、この範
囲より小さくても大きくても効果が低下する。
提唱した有機概念図に基づくパラメーターの比であり、
藤本武彦著の新・界面活性剤入門(1981年、三洋化
成工業株式会社発行)P198の表等を用い、界面活性
剤の分子構造から無機性の数値および有機性の数値を算
出し、無機性の数値を有機性の数値で除した値をさす。
なお、市販のノニオン界面活性剤は分子量分布を有する
混合物であり平均分子式が標記されているが、無機性/
有機性比は、平均分子式から算出できる。
(2)で示されるポリオキシアルキレンアルキルエーテ
ル系ノニオン界面活性剤または一般式(3)で示される
ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル系ノニオ
ン界面活性剤が好適である。
を有し、xは8〜18である1級または2級アルキル基
であり、Aはオキシエチレン鎖単独、またはオキシエチ
レンとオキシプロピレンとの共重合鎖から構成されるポ
リオキシアルキレン鎖である。) 一般式(2)においては、Rのアルキル基は炭素数が1
1〜18が好ましく、12〜16が特に好ましい。
は分岐を有し、x’は4〜12であるアルキル基であ
り、A’はポリオキシエチレン鎖である。) 一般式(3)においては、R’のアルキル基は炭素数が
6〜10が好ましい。
(OC2H4)10-OH(分子量=641、無機性/
有機性比=1.29)、C12H25-(OC2 H4)
10-OH(分子量=627、無機性/有機性比=1.
33)、C10H21CH(CH 3)CH2-(OC2
H4)9-OH(分子量=597、無機性/有機性比=
1.29)、C13H27-(OC2H4)9-OCH
(CH3)CH2-OH(分子量=655、無機性/有
機性比=1.19)、C16H33-(OC2H4)1
0-OH(分子量=683、無機性/有機性比=1.1
8)、HC(C5H11)(C7H15)-(OC2H
4)9-OH(分子量=597、無機性/有機性比=
1.29)、C(CH3)3CH2C(CH3)2C6
H4-(OC2H4) 10-OH(分子量=647、無機
性/有機性比=1.35)などの平均分子式を有するノ
ニオン界面活性剤を使用することができる。本発明にお
ける、PTFE水性乳化重合液へのノニオン界面活性剤
の添加量はPTFEの質量に対して2〜20質量%がよ
く、さらに好ましくは2.5〜12質量%である。その
添加量が少ない場合にはPTFE粒子からのAPFCの
離脱が少なく、多すぎると不経済であるばかりでなく、
得られるPTFE高濃度水性分散液組成物中のノニオン
界面活性剤濃度が高くなりすぎ好ましくない。
に添加される水としては、蒸留水またはイオン交換水で
あることが粘度安定化のために好ましい。また、水の全
量または一部を用いてあらかじめノニオン界面活性剤を
希釈しておくと、特に分子量が高いノニオン界面活性剤
を使用する場合にはPTFE水性乳化重合液と混合しや
すいため好ましい。水の添加量は多いほうが、APFC
がより水相に移行するため好ましいが、多すぎるとPT
FE粒子の沈降、濃縮に時間を要し生産性が低下するた
め、PTFEの質量に対して10〜800質量%が好ま
しく、20〜600質量%がより好ましく、30〜50
0質量%がさらに好ましい。水およびノニオン界面活性
剤を添加した後のPTFE水性分散液は、PTFE濃度
が1〜40質量%であることが好ましく、3〜30質量
%がより好ましく、4〜24質量%がさらに好ましく、
5〜19質量%が特に好ましい。また、PTFE水性分
散液組成物への水とノニオン界面活性剤の添加に加え
て、微量の、APFE以外のアニオン界面活性剤、コハ
ク酸やクエン酸等の有機酸、有機酸塩、無機酸、アンモ
ニア等の無機塩基および無機酸塩等の添加により、濃縮
速度を改善させ、場合によりAPFCの水相への移行を
促すことも可能である。
材(48(1975)p510、里川孝臣)に記載され
るように、PTFEの真比重が約2.2と水に対して大
きいことを利用した、ED法(Electro−dec
antation法)、または相分離法(熱濃縮法)な
どの種々の方法が利用できる。ノニオン界面活性剤およ
び水を加えたPTFE水性分散液はPTFE粒子の沈降
後、上部に多量のAPFCが含有される上澄みを生成
し、この上澄みを分液することによりAPFC含有量の
少ないPTFE高濃度水性分散液組成物を分別すること
ができる。なお、PTFE粒子の濃縮工程において、P
TFE水性分散液を濃縮装置の深さ方向の中央部から連
続的または間欠的に供給し、上部に生成する上澄みをオ
ーバーフローさせて分液し、低部に生成するPTFE高
濃度水性分散液組成物を連続的に採取して分別すること
も可能である。
は、PTFE濃度が30〜70質量%であることが好ま
しく、50〜70質量%であることがより好ましく、6
0〜70質量%であることが特に好ましい。高濃度であ
るほうがより多くのAPFCをPTFE高濃度水性分散
液組成物から除去できるが、高濃度すぎるとPTFE粒
子が工程中で凝集しやすいため好ましくない。また、本
発明においては、上記方法で得られたPTFE高濃度水
性分散液組成物に対し、さらにPTFEの質量に対して
0〜20質量%のノニオン界面活性剤および20〜50
0質量%の水を添加したのち再度濃縮工程を経ることに
より、得られたPTFE高濃度水性分散液組成物中のA
PFC濃度をさらに低減することが可能である。さら
に、この再濃縮工程を2回以上の複数回実施してもよ
い。得られたPTFE高濃度水性分散液組成物は、PT
FE質量に対するAPFCの濃度が低減されている。
減されたPTFE高濃度水性分散液組成物はそのまま、
または水で希釈して使用することができるほか、安定性
向上のためあるいは粘性やぬれ性の向上のためにノニオ
ン界面活性剤を後添加してもよい。また、腐敗防止や粘
度安定化のためにアンモニア等を添加してpHを8〜1
1、好ましくは9〜10に調整しても良い。その他、ア
ニオン系界面活性剤、ポリエチレンオキシド系やポリウ
レタン系の粘性調整剤、各種レベリング剤、防腐剤、着
色剤、フィラー、有機溶剤、その他公知の他の成分を必
要に応じて添加し、実際の使用に適したPTFE水性分
散液組成物として使用することができる。なお、本発明
においては、PTFE水性分散液組成物とはPTFE高
濃度水性分散液組成物を含めたものを意味する。PTF
E水性分散液組成物のPTFE濃度は、PTFE濃度が
30〜70質量%であることが好ましく、50〜70質
量%であることがより好ましく、60〜70質量%であ
ることが特に好ましい。また、PTFE水性分散液組成
物中のノニオン界面活性剤濃度は、使用目的によるが、
PTFEの質量に対して2〜20質量%が好ましく、
2.5〜12質量%がより好ましい。得られたPTFE
水性分散液組成物におけるAPFCの濃度は、PTFE
質量に対して500ppm未満であることが好ましく、
300ppm未満であることが特に好ましい。なお、本
発明で分取した上澄み液には多量のAPFCが含有さ
れ、イオン交換回収法や、溶媒抽出法や、蒸発乾固法
や、蒸留法等の公知のプロセスで回収できる。上澄み液
中にはPTFE粒子がほとんど含まれないため、イオン
交換樹脂の閉塞や前処理フィルターの目詰まりも少な
く、工業的に安定した回収プロセスの実現が容易であ
る。
に詳しく説明するが、これらは何ら本発明を限定するも
のではない。なお、実施例は例1〜5、11〜12であ
り、比較例は例6〜10である。各項目の評価方法は以
下に示す。 (A)PTFEの平均分子量:諏訪(J.Appl.P
olym.Sci,17,3253(1973)記載)
の方法に従い、示差熱分析での潜熱から求めた。 (B)PTFEの平均粒子径:PTFE水性分散液を乾
燥後、走査型電子顕微鏡を用いて10000倍で写真撮
影し、平均値を求めた。 (C)PTFE濃度および界面活性剤濃度:分散液サン
プル約10gを質量既知のアルミ皿に入れ、120℃1
時間後の水分乾燥後の質量、および380℃35分加熱
後の界面活性剤分解後の質量を求め、PTFE濃度およ
びPTFE質量に対する界面活性剤濃度を算出した。な
お、本発明でいう界面活性剤濃度はAPFCを含む数値
である。
ルー溶液(水約500mLに硫酸12gを徐々に加え、
冷却後これにメチレンブルー0.03g、無水硫酸ナト
リウム50gを溶解し、水を加えて1Lとする)5m
L、クロロホルム5mLを入れ、さらに試料の10倍希
釈液を1g加えて激しく振り混ぜ静置後、下層のクロロ
ホルム相を採取し穴径0.2μmのフィルターで濾過
し、分光光度計で650nmの吸光度を測定した。アニ
オン界面活性剤であるAPFCの量に応じてクロロホル
ム相が青色を呈する。あらかじめ濃度既知のAPFC水
溶液1gを使用して同様の方法で吸光度を測定し、作成
した検量線を用いてサンプル中のAPFC濃度を求め
た。なお、PTFE水性分散液組成物中のAPFC濃度
の判定基準は、PTFEの質量に対して500ppm未
満は良好、500ppm以上は不良とした。 (E)pH:ガラス電極法によった。 なお、各例で使用した界面活性剤(a)〜(h)は、表
1、表2のそれぞれに対応する符号の界面活性剤に相当
する。用いた界面活性剤の化学構造を表3に示す。
クタン酸アンモニウムをPTFEの質量に対して300
0ppmをTFEの重合前に添加し、乳化重合法により
PTFE粒子の形状が球状であり、平均粒径が0.25
μmであり、平均分子量が約300万であり、PTFE
濃度が30質量%であるPTFE水性乳化重合液を得
た。この重合後のPTFE水性乳化重合液を撹拌凝集し
てPTFEを取り出しAPFC濃度を分析するとPTF
Eの質量に対して2800ppmであり、ほとんどのA
PFCはPTFE微粒子に吸着していた。このPTFE
水性乳化重合液に対して、あらかじめPTFEの質量に
対して6質量%の割合の(a)〜(e)の各ノニオン界
面活性剤をPTFEの質量に対して300質量%の蒸留
水に溶解したものを加え、ED法により濃縮を行ない、
PTFE濃度が約66質量%のPTFE高濃度水性分散
液組成物を得た。このPTFE高濃度水性分散液組成物
に、界面活性剤(a)を追加し、水およびアンモニアを
加え、表1中に配合(1)〜(5)として示すPTFE
水性分散液組成物を得た。これらのPTFE水性分散液
組成物中のAPFC濃度は、PTFEの質量に対して2
94〜425ppmであり、重合前の添加量に比べて大
幅に低減されており良好であった。
加するノニオン界面活性剤として(f)〜(h)を使用
するほかは例1と同様の工程を用い、PTFE水性分散
液組成物を得たが、APFC濃度はPTFEの質量に対
して750ppm以上あり好ましくなかった。 [例9]濃縮工程前に水を添加しないこと以外は、例1
と同様の工程を用いてPTFE水性分散液組成物を得た
が、APFC濃度はPTFEの質量に対して830pp
mであり好ましくなかった。 [例10]ノニオン界面活性剤(c)の添加量をPTF
Eの質量に対して1.5質量%としたこと以外は例3と
同様の工程を用いてPTFE高濃度水性分散液組成物を
得たが、APFC濃度はPTFEの質量に対して132
0ppmであり好ましくなかった。
液に対して、ノニオン界面活性剤(a)をPTFEの質
量に対して12質量%添加し、さらにPTFEの質量に
対して50質量%の蒸留水および500ppmのアンモ
ニアを加え90℃で1晩放置し、相分離法によりPTF
E濃度が約64質量%で、界面活性剤濃度がPTFEの
質量に対して3.5質量%のPTFE濃縮液を得た。A
PFC濃度はPTFEの質量に対して220ppmと低
かった。 [例12]例1で作製したPTFE高濃度水性分散液組
成物に対してさらに、PTFEの質量に対して6質量%
のノニオン界面活性剤(a)および300質量%の水を
加え、ED法により濃縮を行ないPTFEが約65質量
%のPTFE濃縮液を得た。この濃縮液から調製したP
TFE水性分散液組成物のAPFC濃度は、PTFEの
質量に対して130ppmであり非常に低く、良好であ
った。
品中のAPFC濃度を低減し、より好ましいPTFE水
性分散液組成物を提供することができる。
Claims (5)
- 【請求項1】パーフルオロカルボン酸塩系アニオン界面
活性剤の存在下でテトラフルオロエチレンを乳化重合し
て得られるポリテトラフルオロエチレンを10〜50質
量%含有するポリテトラフルオロエチレン水性乳化重合
液に、平均分子量が450〜800であり、無機性/有
機性比が1.07〜1.50であるノニオン界面活性剤
をポリテトラフルオロエチレンの質量に対して2〜20
質量%添加し、かつ水をポリテトラフルオロエチレンの
質量に対して10〜800質量%添加し、ポリテトラフ
ルオロエチレンを1〜40質量%含有するポリテトラフ
ルオロエチレン水性分散液を得て、さらにポリテトラフ
ルオロエチレンを沈降させて濃縮し、ポリテトラフルオ
ロエチレン高濃度水性分散液組成物を上澄みから分別す
ることを特徴とするポリテトラフルオロエチレン水性分
散液組成物の製造方法。 - 【請求項2】ノニオン界面活性剤の添加量がポリテトラ
フルオロエチレンの質量に対して2.5〜12質量%で
あり、水の添加量がポリテトラフルオロエチレンの質量
に対して20〜500質量%である、請求項1に記載の
ポリテトラフルオロエチレン水性分散液組成物の製造方
法。 - 【請求項3】請求項1または2に記載の方法により得ら
れたポリテトラフルオロエチレン高濃度水性分散液組成
物に、さらにポリテトラフルオロエチレンの質量に対し
て0〜20質量%のノニオン界面活性剤および20〜5
00質量%の水を添加し、さらにポリテトラフルオロエ
チレンを沈降させ、ポリテトラフルオロエチレン高濃度
水性分散液組成物を上澄みから分別することを特徴とす
るポリテトラフルオロエチレン水性分散液組成物の製造
方法。 - 【請求項4】請求項1〜3のいずれかに記載の方法によ
り製造された、パーフルオロカルボン酸塩系アニオン界
面活性剤の含有量がポリテトラフルオロエチレンの質量
に対して500ppm未満であるポリテトラフルオロエ
チレン水性分散液組成物。 - 【請求項5】請求項1〜3のいずれかに記載の方法によ
り製造された、パーフルオロカルボン酸塩系アニオン界
面活性剤の含有量がポリテトラフルオロエチレンの質量
に対して300ppm未満であるポリテトラフルオロエ
チレン水性分散液組成物。
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