JP2006117912A - 変性ポリテトラフルオロエチレン及びその製造方法 - Google Patents

変性ポリテトラフルオロエチレン及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】造膜性に優れ、透明性に優れた被膜を形成する変性ポリテトラフルオロエチレンとその水性分散体及び水性分散液組成物並びに上記変性ポリテトラフルオロエチレンの製造方法を提供する。
【解決手段】テトラフルオロエチレンと共単量体とを重合して得られる変性ポリテトラフルオロエチレンであって、上記共単量体に由来する共単量体単位は、上記変性ポリテトラフルオロエチレンの0.1〜1.0質量%であり、上記変性ポリテトラフルオロエチレンは、平均一次粒子径が220〜500nmであり、共単量体は、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)及び/又はビニリデンフルオライドであることを特徴とする変性ポリテトラフルオロエチレン。
【選択図】なし

Description

本発明は、変性ポリテトラフルオロエチレン、該変性ポリテトラフルオロエチレン製造方法、変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散体及び変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散液組成物に関する。
ポリテトラフルオロエチレン〔PTFE〕樹脂粒子を含む水性分散液組成物は、従来、ガラス繊維、カーボン繊維、ケブラー繊維等に含浸して屋根材等の含浸体の製造に用いられ、また、高周波プリント基板、搬送用ベルト、パッキン等の用途において、被塗装物上に塗布し焼成することよりなるフィルム形成に用いられてきた。
従来のPTFE樹脂粒子を含む水性分散液組成物は、1回あたりの含浸・塗布量をある膜厚以上にすると、被膜にクラックが生じ、品質が損なわれる問題があった。この問題を解決するため、厚膜の加工品が求められる場合、含浸又は塗布の工程を繰返す方法が行われてきたが、この方法には、生産コストが上昇する問題、はじきが生じる問題があった。
PTFEの製造方法としては、従来、乳化重合において乳化剤の全添加量を分割して添加する方法(例えば、特許文献1参照。)、乳化重合において乳化剤を断続的に添加する方法(例えば、特許文献2参照。)、重合第1段階にて4kg/cm未満、第2段階にて6〜30kg/cmの圧力下に重合を行う方法(例えば、特許文献3参照。)等が提案されている。
PTFEの製造方法としては、また、一定温度で重合を進行させ重合すべきテトラフルオロエチレン〔TFE〕全量の少なくとも30重量%が重合した後に、該一定温度で全量を重合する場合よりも同じく全量を一定温度で重合したとき少なくとも0.01高い無定形指数を有する重合体が得られる温度へ重合温度を変更する方法が提案されている(例えば、特許文献4参照。)。
しかしながら、該重合途中の温度変更について、40℃から18℃へ、また70℃から90若しくは92℃への変更例しか記載されていない。また、特許文献4には、変性PTFEについて特に記載されておらず、しかもペースト押出成形用のファインパウダーを得る技術である。
PTFE重合途中に温度変更を行う方法としては、また、重合開始温度が60℃以下、好ましくは55℃以下、より好ましくは50℃以下であり、55℃より高い温度で重合を完了させ、該完了温度を上記開始温度より少なくとも5℃、好ましくは少なくとも10℃高くする方法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
特許文献2には、変性PTFEについて、40℃で重合を開始し80℃で完了する実施例が記載されているのみである。特許文献2には、また、反応熱による温度上昇があること、及び、重合開始から完了までの間の温度を直線的、段階的又は連続的に上昇させることが記載されている。この方法は、パラフィンワックス等の液体安定剤を重合完了時に存在させることを要し、該液体安定剤は低い重合開始温度では存在しないことが好ましいとされる。
PTFE樹脂粒子を含む水性分散液組成物として、変性PTFE樹脂粒子を含む水性分散液組成物を塗料等の被膜に加工すると、透明性を有する被膜を得ることができることが知られている。
変性PTFEとしては、例えば、共単量体としてクロロトリフルオロエチレンを0.001〜2モル%含有する平均粒子径約0.2〜0.5μmの変性PTFE(例えば、特許文献5参照。)、共単量体として殻部にクロロトリフルオロエチレンを0.04〜0.25重量%、芯部にフルオロアルキルビニルエーテルを0.01〜0.15重量%含有する平均粒子径約0.1〜0.6μmの変性PTFE(例えば、特許文献6参照。)が開示されている。
しかしながら、これらの変性PTFEは、クロロトリフルオロエチレンを必須単量体とするものであり、用途により耐熱性が不充分であるという不都合があった。
変性PTFEの共単量体としてパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)〔PAVE〕を用いた変性PTFEファインパウダーとして、PAVEが0.02〜0.3重量%である平均粒子径約0.05〜0.6μmのもの(例えば、特許文献7参照。)、PAVEが0.02〜0.3重量%である平均粒子径0.05〜0.5μmのもの(例えば、特許文献8参照。)が提案されている。
しかしながら、これらの変性PTFEとしては、実際には、共単量体単位が極めて少ないか又は平均粒子径が小さく、クラック限界厚膜が不充分であったり、得られる被膜の透明性に劣る問題があった。
特公昭46−14466号公報 特開2000−143707号公報 特開昭60−76516号公報 特開昭52−112686号公報 特開昭51−36291号公報 特開昭63−56532号公報 特開昭64−1711号公報 特開平10−53624号公報
本発明の目的は、上記現状に鑑み、造膜性に優れ、透明性に優れた被膜を形成する変性ポリテトラフルオロエチレンとその水性分散体及び水性分散液組成物並びに上記変性ポリテトラフルオロエチレンの製造方法を提供することにある。
本発明は、テトラフルオロエチレンと共単量体とを重合して得られる変性ポリテトラフルオロエチレンであって、上記共単量体に由来する共単量体単位は、上記変性ポリテトラフルオロエチレンの0.1〜1.0質量%であり、上記変性ポリテトラフルオロエチレンは、平均一次粒子径が220〜500nmであり、共単量体は、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)及び/又はビニリデンフルオライドであることを特徴とする変性ポリテトラフルオロエチレンである。
本発明は、水性重合媒体中でテトラフルオロエチレンと共単量体との重合を行うことにより変性ポリテトラフルオロエチレンを製造する変性ポリテトラフルオロエチレン製造方法であって、上記重合は、上記重合の開始後、上記水性重合媒体1リットルあたり1g以上の上記テトラフルオロエチレンが消費されるまでの期間において重合圧0.3MPa以下にて重合反応を行う工程(1)、及び、上記工程(1)の後、重合圧1〜3MPaにて重合反応を行う工程(2)を含むものであることを特徴とする変性ポリテトラフルオロエチレン製造方法である(以下、変性PTFE製造方法(P)ということがある。)。
本発明は、水性重合媒体中でテトラフルオロエチレンと共単量体との重合を行うことにより変性ポリテトラフルオロエチレンを製造する変性ポリテトラフルオロエチレン製造方法であって、上記重合は、上記重合の開始後、上記水性重合媒体1リットルあたり1g以上の上記テトラフルオロエチレンが消費されるまでの期間において重合温度X℃(55<X<70)にて重合反応を行う工程(i)、及び、上記工程(i)の後、重合温度Y℃(Y≧X+3、Xは上記と同じ。)にて重合反応を行う工程(ii)を含むものであることを特徴とする変性ポリテトラフルオロエチレン製造方法である(以下、変性PTFE製造方法(Q)ということがある。)。
本発明は、上記変性PTFE製造方法(P)及び変性PTFE製造方法(Q)により製造されたことを特徴とする変性ポリテトラフルオロエチレンである。
本発明は、上記変性ポリテトラフルオロエチレンからなる粒子が水性媒体に分散していることを特徴とする変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散体である。
本発明は、変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散体と重合後に添加した界面活性剤とを含む変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散液組成物であって、該変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散体は、上述の変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散体であることを特徴とする変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散液組成物である。
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明の変性PTFEは、特に限定されず、粉末として成形材料に用いることもできるが、水性分散液組成物を構成する樹脂粒子としてコーティング用組成物に好適である。コーティング用組成物として用いる際、該コーティング用組成物を被塗装物上に塗装又は被含浸体に含浸することにより、変性PTFEからなる被膜を被塗装物上又は被含浸体表面上に形成することができる。
本明細書において、上記被塗装物と被含浸体との両方を含み得る概念として「基材」ということがある。塗装及び含浸は、一般に、上記コーティング用組成物を被塗装物上に塗布し又は被含浸体を浸漬し(本明細書において、塗布及び浸漬を含み得る概念として「適用」ということがある)、必要に応じて加熱等を行うことにより乾燥し、次いで、変性PTFEの融点以上の温度に焼成することよりなる操作をいう。
本発明の変性ポリテトラフルオロエチレン〔変性PTFE〕は、テトラフルオロエチレン〔TFE〕と共単量体とを重合して得られるものである。
上記共単量体は、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)〔PAVE〕及び/又はビニリデンフルオライド〔VdF〕である。
本明細書において、上記「HFP、PAVE及び/又はVdF」とは、HFPを用いるがPAVE及びVdFを用いない場合、PAVEを用いるがHFP及びVdFを用いない場合、VdFを用いるがHFP及びPAVEを用いない場合、HFPとPAVEとを用いるがVdFを用いない場合、VdFとPAVEとを用いるがHFPを用いない場合、VdFとHFPとを用いるがPAVEを用いない場合、VdF、HFP及びPAVEを用いる場合の何れであってもよく、これらの何れの場合であってもPAVEを用いる際に該PAVEとして1種又は2種以上を用いることができる。
上記共単量体としては、PAVE及び/又はHFPが好ましく、なかでも、得られる被膜の透明性に優れる点で、PAVEがより好ましい。
上記PAVEとしては、例えば、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)[PMVE]、パーフルオロ(エチルビニルエーテル)[PEVE]、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)[PPVE]等が挙げられるが、なかでも、PMVE及び/又はPPVEが好ましい。
本発明の変性PTFEは、上記共単量体に由来する共単量体単位が該変性PTFEの0.1〜1.0質量%であるものである。
本発明の変性PTFEは、共単量体単位が該変性PTFEの0.1質量%未満であると、透明性に優れた成形体及び被膜を形成することができず、1.0質量%を超えると、ポリテトラフルオロエチレンとしての性状が損なわれる。
本明細書において、上記「共単量体単位」は、変性PTFEの分子構造上の一部分であって、共単量体に由来する部分を意味する。例えば、共単量体がPPVEである場合、共単量体単位は、変性PTFEの分子構造上、PPVEに由来し、−[CF−CF(−O−C)]−で表される部分である。
上記変性PTFEに占める共単量体単位の好ましい上限は0.7質量%であり、共単量体の使用量に見合った透明性を塗膜等に得る点で、より好ましい上限は0.5質量%、更に好ましい上限は0.35質量%、特に好ましい上限は0.3質量%である。
本発明の変性PTFEは、平均一次粒子径が220〜500nmであるものである。
上記平均一次粒子径は、好ましい下限が230nm、より好ましい下限が280nmであり、好ましい上限が400nm、好ましい上限が350nmである。
本明細書において、平均一次粒子径とは、後述の重合上がりの水性分散体における一次粒子の平均粒子径である。
本発明の変性PTFEは、平均一次粒子径が上記範囲内のように比較的大きいので、特にコーティング用組成物に用いると、基材に適用した後の乾燥時に従来生じていたマッドクラック、及び、焼成後の冷却に伴う樹脂収縮により従来生じていた収縮クラックを、ともに低減することができ、また、1回の塗装又は含浸によるクラック限界膜厚を極めて大きくして1回の塗装又は含浸によっても厚膜化を可能にすることができる(厚塗り性)。
本明細書において、上述のクラックの発生を少なくして被膜を形成することができる性質を、「造膜性」と称することがある。
本発明の変性PTFEは、平均一次粒子径が220nm未満であると、コーティング用組成物に調製して適用した際、上記造膜性に劣ることがあり、平均一次粒子径が500nmを超えると、水性分散液組成物に調製した際、変性PTFEからなる粒子の沈降が著しく、組成物としての安定性に劣る。
本発明の変性PTFEは、上述のとおり、変性PTFEであるにもかかわらず、平均一次粒子径が大きいものであり、平均一次粒子径の大きさは、共単量体単位の割合が上述の範囲内のように比較的多いものであっても維持することができる。従って、本発明の変性PTFEは、厚みがあるにもかかわらず、耐クラック性に優れ且つ透明性にも優れた成形体及び被膜を形成することができる。
本発明の変性PTFE(以下、「本発明の変性PTFE(a)」ということがある。)は、後述の本発明の変性PTFE製造方法によって好適に製造することができる。
本明細書において、(P)又は(Q)を付すことなく単に「変性PTFE製造方法」というときは、上述の変性PTFE製造方法(P)であるか又は変性PTFE製造方法(Q)であるか区別することなく、両製造方法を総称する用語として用いる。
本発明の変性PTFE(a)は、また、水性重合媒体中でTFEと共単量体との重合を乳化剤の存在下に行うにあたり、乳化剤の添加を分割して又は連続的に行う方法(本明細書において、「乳化剤連続仕込法」ということがある)によっても製造することができる。上記水性重合媒体については、後述する。
上記乳化剤連続仕込法において、乳化剤の初期添加量は水性重合媒体100質量部に対し1.0×10−4〜5.0×10−2質量部であることが好ましい。1.0×10−4質量部未満であると、重合反応系の乳化が不充分となる場合があり、5.0×10−2質量部を超えると、得られる変性PTFEからなる粒子の平均一次粒子径が小さくなる場合がある。水性重合媒体100質量部に対する上記乳化剤の初期添加量のより好ましい下限は1.0×10−3質量部であり、より好ましい上限は3.0×10−2質量部である。上記「乳化剤の初期添加量」は、重合反応開始時に重合反応系に存在させる乳化剤の量である。
上記乳化剤としては、例えば、フルオロカーボン系乳化剤、炭化水素系乳化剤等が挙げられるが、フルオロカーボン系乳化剤が好ましく、中でも、炭素数8〜12のパーフルオロカーボン系乳化剤がより好ましい。
上記乳化剤は、合計で、上記水性重合媒体の1.0×10−4〜1.0質量%の量を添加することが好ましい。
上記乳化剤連続仕込法を用いる場合、後述の本発明の変性PTFE製造方法(P)における重合圧の管理を厳重に行う必要がなく、例えば、重合の開始から終了まで一定の重合圧下に重合反応を行うことも可能である。上記乳化剤連続仕込法は、本発明の変性PTFE製造方法(P)において、例えば、重合温度50〜90℃において重合圧0.5〜3MPa下にて行うことが好ましい。
また、乳化剤連続仕込法を行う際に乳化剤の初期添加量を低く設定することにより、得られる変性PTFEの平均一次粒子径をより大きくすることもできる。
以下に、本発明の変性PTFE製造方法(P)と変性PTFE製造方法(Q)とに共通する事項に関し、本発明の変性PTFE製造方法について記載する。
本発明の変性PTFE製造方法は、水性重合媒体中でテトラフルオロエチレン[TFE]と共単量体との重合を行うことにより変性PTFEを製造するものである。
上記水性重合媒体とは、TFEと共単量体との重合を行わせる水性の反応媒体を意味する。
上記水性重合媒体としては、例えば、水、水と公知の水溶性溶媒との混合液等が挙げられるが、水であることが好ましい。本明細書において、上記水性重合媒体の質量は、後述の重合開始剤又はその他の添加剤の何れの質量をも含まないものである。
上記水溶性溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等の水溶性アルコール等が挙げられる。
上記共単量体としては特に限定されず、例えば、HFP、PAVE、VdF、クロロトリフルオロエチレン〔CTFE〕等が挙げられるが、工業的には、HFP、PAVE及び/又はVdFであることが好ましい。上記「HFP、PAVE及び/又はVdF」は、本発明の変性PTFEについて上述したことと同じ概念である。
本発明の変性PTFE製造方法における重合は、公知の重合開始剤、その他の添加剤等を適宜添加して行うことができる。
上記重合開始剤としては、例えば、過硫酸アンモニウム[APS]、過硫酸カリウム等の過硫酸塩や、ジコハク酸パーオキサイド[DSP]等の有機過酸化物等が挙げられる。
上記重合は、重合圧力を後述の条件にて行うものであれば、その他の条件を、目的とする変性PTFEの組成、製造量等に応じて適宜設定することができる。
上記変性PTFE製造方法における重合は、また、公知の液体安定剤を適宜添加して行うことができる。上記液体安定剤としては、パラフィンワックスが挙げられ、該液体安定剤は重合開始時に存在してもよく、重合開始後に添加してもよい。
本発明の変性PTFE製造方法における重合の方法としては、例えば、乳化重合が好ましい。
本発明の変性PTFE製造方法(P)における重合は、
該重合の開始後、上述の水性重合媒体1リットルあたり1g以上のテトラフルオロエチレンが消費されるまでの期間において重合圧0.3MPa以下にて重合反応を行う工程(1)、及び、
上記工程(1)の後、重合圧1〜3MPaにて重合反応を行う工程(2)
を含むものである。
上記工程(1)における重合圧の好ましい下限は0.10MPa、より好ましい下限は0.20MPaであり、好ましい上限は0.28MPa、より好ましい上限は0.25MPaである。
本明細書において、上記工程(2)における重合圧「1〜3MPa」は、1.00±0.05MPa〜3.00±0.05MPaを含む概念である。
上記工程(2)における重合圧の好ましい下限は1.3MPa、より好ましい下限は1.5MPaであり、好ましい上限は2.8MPaであり、2.5MPa以下であってもよい。
一般に、変性PTFEの製造に際し重合圧が高いと、共単量体の共重合性が低下し、得られる樹脂粒子の平均一次粒子径も低下する傾向にある。しかしながら、本発明の変性PTFE製造方法(P)は、上記特定の高圧下に重合反応を行う工程(2)に先行して、上記特定の低圧下に重合反応を行う工程(1)を行うものであるので、共単量体の共重合性を損なうことなく平均一次粒子径が大きい変性PTFEを製造することを可能にしたものである。
本発明の変性PTFE製造方法(P)は、また、上記工程(2)を含むものであるので、重合時間を短縮化し、生産性を向上することも可能である。
本発明の変性PTFE製造方法(Q)における重合は、
変性PTFEを製造するために水性重合媒体中で行うTFEと共単量体との重合を、該重合の開始後、上述の水性重合媒体1リットルあたり1g以上のTFEが消費されるまでの期間において重合温度X℃(55<X<70)にて重合反応を行う工程(i)、及び、
前記工程(i)の後、重合温度Y℃(Y≧X+3、Xは上記と同じ。)にて重合反応を行う工程(ii)
を含むものである。
上記変性PTFE製造方法(Q)において、重合圧の管理を厳重に行う必要はなく、例えば、重合の開始から終了まで一定の重合圧下に重合反応を行うことも可能である。上記工程(ii)において、上記重合圧は比較的高いことが好ましく、1MPa以上であることがより好ましい。
上記工程(i)において、上記重合温度X℃としては、60℃を超えることが好ましく、62〜68℃であることがより好ましい。上記工程(i)において、工程(i)を通して重合温度をX℃に維持することが好ましい。重合反応においては、その反応熱により温度が上昇する傾向にあるが、水性重合媒体中であるので、温度管理が容易である。
上記工程(ii)は、重合温度をY℃に変更する以外、通常、上記工程(i)の重合条件にて重合反応を行うことができる。即ち、上記工程(ii)は、重合温度をY℃に変更しさえすれば、通常、工程(i)における重合反応をそのまま継続して行うものであってよい。従って、上記工程(ii)における重合反応は、通常、水性重合媒体中にて行う。
上記重合温度Y℃は、上記重合温度X℃よりも3℃以上高い温度である。工程(ii)における重合反応を水性重合媒体中にて行う場合、上記重合温度Y℃の好ましい上限は100℃、より好ましい上限は95℃、更に好ましい上限は90℃である。
上記工程(i)における重合温度X℃から上記工程(ii)における重合温度Y℃への昇温の幅は、重合温度Y℃が上記範囲内であれば、40℃未満であることが好ましく、30℃以下であることがより好ましく、20℃未満であることが更に好ましく、15℃以下であることが特に好ましく、5℃未満であることが最も好ましい。本発明の変性PTFE製造方法は、上記工程(i)における重合温度X℃から上記工程(ii)における重合温度Y℃への昇温の幅が上述の範囲のように極めて小さくても本願発明の目的を達成することができる。
上記工程(ii)において、工程(ii)を通して重合温度をY℃に維持することが好ましい。重合反応においては、その反応熱により温度が上昇する傾向にあるが、重合反応を水性重合媒体中にて行う場合、温度管理が容易である。
本発明の変性PTFE製造方法(Q)は、上述の通り工程(i)において上記特定範囲の重合温度にて重合を開始し、該重合温度よりも3℃以上高い温度にて工程(ii)における重合反応を行うことを含むものであるので、共単量体の共重合性を損なうことなく平均一次粒子径が大きい変性PTFEの製造を可能にしたものである。
本発明の変性PTFE製造方法(Q)は、また、上記工程(i)における重合温度から上記工程(ii)における重合温度への昇温の幅が上述の範囲のように極めて小さくても本願発明の目的を達成することができる点で、エネルギー効率良く、生産性を向上することも可能である。
本発明の変性PTFE製造方法は、また、水性重合媒体中でTFEと共単量体との重合を行うことにより変性PTFEを製造するものであって、該重合を、該重合の開始後、上記水性重合媒体1リットルあたり1g以上の上記TFEが消費されるまでの期間において重合反応を行う第1重合工程、及び、該第1重合工程の後に重合反応を行う第2重合工程を含むものであり、該第2重合工程を重合圧1〜3MPaにて重合反応を行うものとすれば、上記第1重合工程における重合反応を、(p)重合圧0.3MPa以下にて行う、又は、(q)第2重合工程における重合反応を行う重合温度よりも3℃以上低い温度にて行う、と捉えることもできる。
本発明の変性PTFE製造方法により製造された変性PTFE(以下、「本発明の変性PTFE(b)」と称することもある。)もまた、本発明の1つである。
本発明の変性PTFE(b)は、上述した本発明の変性PTFE(a)であることが好ましいが、本発明の変性PTFE製造方法により製造されたものであれば必ずしも変性PTFE(a)と同じである必要はない。
以下、本発明の変性PTFE(a)及び変性PTFE(b)を総称する場合、(a)又は(b)を付さずに、単に「本発明の変性PTFE」と称することとする。
本発明の変性PTFE(b)は、上記本発明の変性PTFE製造方法に従って、水性重合媒体中でテトラフルオロエチレンと共単量体との重合を行うことにより得られる変性PTFE水性分散体(「重合上がりの水性分散体」ということがある。)に分散している樹脂粒子として製造される。上記水性重合媒体は、上記変性PTFE水性分散体において「水性媒体」として存在することとなる。
上記変性PTFE水性分散体(重合上がりの水性分散体)は、変性PTFEからなる粒子(一次粒子)が上記水性媒体に分散している分散系である。
上記変性PTFE水性分散体は、用途に応じて、(A)界面活性剤を添加してポリマー濃度を高めたものである変性PTFE水性分散液濃縮品に調製してもよいし、(B)上記変性PTFE水性分散体を凝析して水性媒体を除去し、乾燥してなる変性PTFE粉末に調製してもよいし、(C)上記変性PTFE水性分散体又は上記変性PTFE水性分散液濃縮品に界面活性剤と所望により添加剤等とを添加してなる変性PTFE水性分散液組成物に調製してもよい。
なお、上記(B)の凝析により、重合上がりの水性分散体中に分散していた一次粒子は、凝集して二次粒子を形成する。
本明細書において、上述の「変性PTFE水性分散体」は、上記(A)及び(C)に記載した界面活性剤を重合後に添加していないものである点で、重合後に界面活性剤を添加したものである「変性PTFE水性分散液組成物」と区別される概念である。
本発明の変性PTFE(b)は、変性PTFEであるので、透明性に優れた成形体又は被膜を形成することができる。
本発明の変性PTFE(b)は、平均一次粒子径が、通常、220〜500nmの範囲内にある。従って、本発明の変性PTFE(b)は、造膜性に優れている。
本発明の変性PTFE水性分散体は、上述の本発明の変性PTFEからなる粒子が水性媒体に分散しているものである。
本発明の変性PTFE水性分散体は、変性PTFE樹脂固形分が該変性PTFE水性分散体の20〜40質量%の量であるものが好ましい。
本明細書において、上記変性PTFE樹脂固形分は、変性PTFE水性分散体又は変性PTFE水性分散液組成物10gを、380℃の温度にて45分間乾燥して得られた残渣の質量と、該乾燥前の上記PTFE水性分散体又は変性PTFE水性分散液組成物の質量に占める割合の百分率として求めた値である。
本発明の変性PTFE水性分散体は、通常、上述の本発明の変性PTFE製造方法により得られるものであり、その場合、重合上がりの水性分散体である。
本発明の変性PTFE水性分散体は、本発明の変性PTFEを含むことから造膜性に優れ、透明性に優れる被膜を形成することができるので、コーティング材料として好適に使用することができる。
本発明の変性PTFE水性分散体は、コーティング材料として使用する際、用途に応じて、上述の変性PTFE水性分散液濃縮品、変性PTFE粉末、変性PTFE水性分散液組成物等に調製することができる。
本発明の変性PTFE水性分散体は、また、本発明の変性PTFEを含むことから耐薬品性、耐熱性等に優れているので、変性PTFE粉末に調製して、成形体に加工することもできる。
本発明の変性PTFE水性分散液組成物は、変性PTFE水性分散体と重合後に添加した界面活性剤とを含むものであって、上記変性PTFE水性分散体は、上述の本発明の変性PTFE水性分散体であるものである。
本発明の変性PTFE水性分散液組成物において、重合後に添加した上記界面活性剤は、変性PTFE水性分散体に含まれるものと同一種類であってもよいし、異なる種類であってもよい。
重合後に添加した上記界面活性剤としては、特に限定されないが、公知の炭化水素系界面活性剤が好ましく、下記一般式(I):
R−O−A−H (I)
(式中、Rは、直鎖状又は分岐鎖状の炭素数8〜19、好ましくは10〜16のアルキル基;Aは、炭素数8〜58のポリオキシアルキレン鎖)
で表されるポリオキシアルキレンアルキルエーテルからなるものがより好ましい。
上記Aとしては、4〜20個のオキシエチレン単位及び0〜6個のオキシプロピレン単位を有するポリオキシアルキレン鎖が好ましい。
本発明の変性PTFE水性分散液組成物は、重合後に添加した上記界面活性剤を1種又は2種以上含むものであってもよい。
本発明の変性PTFE水性分散液組成物は、重合後に添加した上記界面活性剤の合計量が変性PTFE樹脂固形分100質量部に対し3〜20質量部であることが好ましい。変性PTFE樹脂固形分100質量部に対する重合後に添加した上記界面活性剤の合計量は、より好ましい下限が5質量部であり、より好ましい上限が16質量部である。
本明細書において、上記界面活性剤の合計量は、上記変性PTFE樹脂固形分と、PTFE水性分散液組成物を調製する際に配合する量(PTFE水性分散体調製時の配合量も含む)とから、変性PTFE樹脂固形分の質量%として求めることもできるし、また、PTFE水性分散液組成物10gを100℃の温度にて60分間乾燥して得られた残渣をヘキサンで抽出し、その後ヘキサンを揮散させて得られた残渣の質量を、該乾燥前の変性PTFE樹脂固形分の質量に占める割合の百分率として求めることもできる。
本発明の変性PTFE水性分散液組成物において、上記変性PTFE水性分散体は、上述の本発明の変性PTFE水性分散体である。
本発明の変性PTFE水性分散液組成物において、上記変性PTFE水性分散体は、変性PTFE樹脂固形分が変性PTFE水性分散液組成物の30〜75質量%の量となる範囲で配合することができる。
本発明の変性PTFE水性分散液組成物において、変性PTFE樹脂固形分の量の好ましい下限は変性PTFE水性分散液組成物の40質量%であり、好ましい上限は変性PTFE水性分散液組成物の65質量%である。
本発明の変性PTFE水性分散液組成物としては、更に、造膜改良剤をも含むものが好ましい。
本明細書において、上記「造膜改良剤」は、これを配合することにより、配合しないものに比べ、造膜性を向上し得るものであればよい。
上記造膜改良剤は、本発明の変性PTFE水性分散液組成物を基材に適用して得られる被膜において、該変性PTFE水性分散液組成物の界面活性剤が変性PTFE樹脂粒子同士の間の間隙を充填することを補充して、造膜性を向上するものと考えられる。
本発明において、上記造膜改良剤としては特に限定されないが、アクリル樹脂、シリコーン系界面活性剤、380℃での分解残渣が5%以上である非イオン性界面活性剤及び/又は乾燥遅延剤であることが好ましい。
本明細書において、上記「アクリル樹脂、シリコーン系界面活性剤、380℃での分解残渣が5%以上である非イオン性界面活性剤及び/又は乾燥遅延剤」とは、これら4種類のうち、1種又は2種以上を用いることができる。
上記アクリル樹脂としては、特に限定されないが、メタクリレート系単量体に由来する重合体が好ましい。
上記メタクリレート系単量体としては、例えば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ジメチルプロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ペンチルメタクリレート等が挙げられる。
上記アクリル樹脂は、水性分散体に調製して使用することが好ましい。
上記アクリル樹脂は、単独重合体であっても安定な水性分散体に調製することができるが、安定な水性分散体を容易に調製し易い点で、カルボキシル基又はヒドロキシル基を有する単量体を適宜共単量体とする重合体であることが好ましい。上記アクリル樹脂を水性分散体に調製して使用する場合、更に安定性を高めるために、必要に応じて、該水性分散体に非イオン性界面活性剤を添加してもよい。
上記アクリル樹脂は、得られる水性分散液組成物の造膜性の点で、300〜320℃の温度範囲で加熱前の約25〜50質量%残存し、330〜345℃の温度範囲で加熱前の10〜20質量%残存するものが好ましい。
上記シリコーン系界面活性剤としては、例えば、下記一般式:
SiO−(SiR O)−(SiRO)−SiR
(式中、nは、0〜20の整数を表し、mは、0〜20の整数を表し、n+m>1である。Rは、同一又は異なって、炭素数1〜30のアルキル基、炭素数6〜30のアリール基、炭素数1〜30のアルコキシル基、炭素数6〜30のアリールオキシ基、又は、水素原子を表す。Rは、式−R−(CO)−(CO)−Yで表される置換基を表す。Rは、炭素数1〜30のアルキレン基を表し、Yは、炭素数1〜30のアルキル基を表す。q及びrは、同一又は異なって、0〜20の整数を表し、q+r>1である。)
により表されるものが挙げられる。製造者によっては、このような一般式を有する化合物を変性シリコーンオイルとして販売しているが、本願ではシリコーン系界面活性剤として扱うこととする。
上記380℃での分解残渣が5%以上である非イオン性界面活性剤としては、例えば、公知のポリオキシエチレン誘導体等が挙げられる。
本明細書において、「380℃での分解残渣が5%以上である」とは、380℃にて少なくとも10分間加熱した後の残渣が、該加熱前の5質量%以上であることを意味する。
上記乾燥遅延剤は、当業者に通常「乾燥遅延剤」と認識されているものであればよく、例えば、200〜300℃程度の沸点を有する溶剤等が挙げられ、更に水溶性の溶剤が好ましい。
このような溶剤としては、グリセリン、ジエチレングリコールモノエチルエーテル(エチルカルビトール)、ジエチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルカルビトール)、トリエチレングリコール、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、2−ブテン−1,4−ジオール、2−エチル−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール等が好ましい。
上記乾燥遅延剤は、本発明の変性PTFE水性分散液組成物を基材に適用して得られる被膜から、乾燥や加熱により水、界面活性剤等を低減又は除去した後においても、該被膜中に残存して変性PTFEからなる粒子同士の間の間隙を埋める作用をすることにより、造膜性を向上するものと考えられる。
乾燥遅延剤のうち、ジエチレングリコールモノアルキルエーテルは、アクリル樹脂を溶解する働きを有するので、アクリル樹脂と併用することにより造膜性を一層向上させることが可能となる。
本発明の変性PTFE水性分散液組成物は、上記造膜改良剤として、なかでも、アクリル樹脂、シリコーン系界面活性剤又は380℃での分解残渣が5%以上である非イオン性界面活性剤を含むことが好ましく、アクリル樹脂を含むことがより好ましい。
本発明において造膜改良剤として用いるアクリル樹脂は、本発明の変性PTFE水性分散液組成物を塗布乾燥したのち焼成する際、変性PTFEへのバインダー効果を維持しながら徐々に分解するので、収縮クラックの発生を防止することができる。
本発明の変性PTFE水性分散液組成物において、上記造膜改良剤は、その種類に応じて、適宜、配合量を設定することができるが、変性PTFE樹脂固形分100質量部に対して10質量部以下であることが好ましい。
変性PTFE樹脂固形分100質量部に対する上記造膜改良剤のより好ましい上限は5質量部であり、下限は特に限定されないが、上記造膜改良剤を配合することによる効果を得る点で、好ましい下限は0.1質量部である。
本発明の変性PTFE水性分散液組成物は、上述の変性PTFE水性分散体、界面活性剤及び造膜改良剤に加え、本発明の変性PTFEの性質を損なわない範囲で、公知の添加剤を適宜添加するものであってもよい。
上記添加剤としては、例えば、顔料、充填剤、消泡剤、乾燥剤、増粘剤、レベリング剤、ハジキ防止剤、安定化剤等が挙げられる。
本発明の変性PTFE水性分散液組成物は、特に限定されないが、例えば、本発明の変性PTFE水性分散体を攪拌しながら、界面活性剤、並びに、必要に応じ、造膜改良剤及び他の添加剤を添加し、混合することにより調製することができる。
上記攪拌、添加及び混合の各操作の条件は、使用する組成物の種類や量により適宜設定することができるが、5〜40℃の温度にて行うことが好ましい。
本発明の変性PTFE水性分散液組成物は、上述の構成からなるので、上述のように耐クラック性、厚塗り性を向上するほか、1回の適用によるクラック限界膜厚を極めて大きくすることができ、1回の適用によるクラック限界膜厚は、従来2μm程度までしか達成されなかったのに対し、本発明によれば、例えば10μm程度以上とすることができ、更に15μm以上とすることもできる。
本明細書において、上記クラック限界膜厚は、20cm×10cm×1.5mmのアルミ板上に変性PTFE水性分散液組成物(5ml)を滴下し、コーティングアプリケーター(安田精機社製)を用い、膜厚が0μmを超え、30μm以下の間で連続的に変化するよう塗布し、100℃で10分間乾燥した後に380℃で15分間焼成した際、クラックが発生しない最大膜厚を測定したものである。
本発明の変性PTFE水性分散液組成物は、厚膜の被膜を得ることができ、かつ驚くべきことに、被膜は透明性とともに高い光透過性を有するものである。
試料に入射した光の一部は反射し、他は透過する。更に、透過した光の一部は拡散し、他は直進する。ここで、透明性は、全透過光に対する直進光の割合を意味するものである。また、光透過性は、入射光に対する全透過光の割合を意味するものである。
本発明の変性PTFEは、上述の構成からなるものであるので、本発明の変性PTFE水性分散液組成物の材料として好適である。
本発明の変性PTFE製造方法は、上述の構成からなるものであるので、簡便に本発明の変性PTFEを調製することができる。
本発明の変性PTFE水性分散体、及び、本発明の変性PTFE水性分散液組成物は、上述の構成からなるものであるので、造膜性に優れ、透明性及び光透過性に優れた被膜に加工することができる。
本発明を実験例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例及び比較例により限定されるものではない。
各実験例で行った測定は、以下の方法により行った。
(1)変性PTFE樹脂固形分
変性PTFE水性分散体又は変性PTFE水性分散液組成物10gを、380℃の温度にて45分間乾燥して得られた残渣の質量と、該乾燥前の上記PTFE水性分散体又は変性PTFE水性分散液組成物の質量に占める割合の百分率として求めた。
(2)平均一次粒子径
固形分濃度を0.22質量%に調整したポリテトラフルオロエチレン[PTFE]水性分散液の単位長さに対する550nmの投射光の透過率と、透過型電子顕微鏡写真における定方向径を測定して決定された平均粒子径との検量線をもとにして、上記透過率から決定した。
(3)パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)[PPVE]の共単量体単位量
PTFE水性分散液を凝析、洗浄、乾燥して得られたパウダーを用いて、赤外吸収スペクトルバンドの995cm−1の吸光度と2360cm−1の吸光度との比に0.95を乗じることにより得た。
(4)パーフルオロ(メチルビニルエーテル)[PMVE]の共単量体単位量
ガスクロマトグラフにより反応系内における残存量を測定し、仕込量との関係から消費量を算出することにより得た。
(5)ヘキサフルオロプロピレン[HFP]の共単量体単位量
PTFE水性分散液を凝析、洗浄、乾燥して得られたパウダーを用いて、赤外吸収スペクトルバンドの983cm−1の吸光度と935cm−1の吸光度との比に0.3を乗じることにより得た。
(6)界面活性剤量
上記(1)により求めた変性PTFE樹脂固形分と、PTFE水性分散液組成物を調製する際に配合する量(PTFE水性分散体調製時の配合量も含む)とから、変性PTFE樹脂固形分の質量%として求めた。
(7)クラック限界膜厚
20cm×10cm×1.5mmのアルミ板状に変性PTFE水性分散液組成物5mlを滴下し、コーティングアプリケーター(安田精機社製)を用いて、膜厚が0μmを超え、30μm以下の間で連続的に変化するよう1回塗布し、100℃で10分間乾燥した後に380℃で15分間焼成した。膜厚の厚い部分にはクラックが発生するが、クラックの発生しない最大膜厚をクラック限界膜厚とした。
(8)透明性と光透過性
上記クラック限界膜厚を評価する際に作製した被膜をアルミ板から剥がし取り、直読ヘイズメーター(東洋精機製作所社製)を用いて膜厚5μmの箇所の全光線透過率とヘイズ値を測定した。
全光線透過率は光の透過する割合を示し、値が大きいほど光透過性に優れることを意味する。ヘイズ値は透過光のうち拡散した光の割合を示し、値が小さいほど透明性に優れることを意味する。
実験例1
ステンレス製パドル型攪拌翼と温度調節用ジャケットを備え、内容量6Lのステンレス製オートクレーブに、脱イオン水3600g、融点56℃のパラフィンワックス180gおよびパーフルオロオクタン酸アンモニウム3.6gを仕込み、窒素ガスで3回、テトラフルオロエチレン[TFE]ガスで2回系内を置換して酸素を除いた後、TFEガスで内圧を0.05MPaにして攪拌を160rpm、内温を70℃に保った。
次に、パーフルオロ(プロピルビニルアルコール)[PPVE]2g、続いて10gの水に65mgの過硫酸アンモニウム[APS]を溶解させた水溶液をTFEで圧入し、内圧を0.25MPaとしてTFE仕込を停止し、工程(1)を開始した。その後、反応の進行に伴い内圧が低下するが、0.20MPaまで降下した時点でTFEを仕込み、内圧1.50MPaまで昇圧して、工程(2)を開始した。
反応中は内温70℃、攪拌160rpmを保ちながら工程(2)を継続し、内圧が常に1.50±0.05MPaを保つようにTFEを連続的に供給した。
APSの添加後、反応で消費されたTFEが1500gに達した時点(反応時間4.8時間;工程(1)及び工程(2)の合計反応時間、以下、同じ。)で、攪拌及びTFE供給を停止し、オートクレーブ内のガスを常圧まで放出して、変性PTFE水性分散体を得た。得られた変性PTFE水性分散体は、変性PTFE樹脂固形分が約30%、平均一次粒子径が329nm、変性PTFEの共単量体単位が変性PTFEの0.11質量%であった。
得られた変性PTFE水性分散体1000gに対し界面活性剤TDS−80C(第一工業製薬社製 ポリオキシエチレンアルキルエーテル)40gと純水160gを添加し、70℃で静置して、変性PTFE樹脂固形分が65%以上である変性PTFE水性分散液濃縮品を得た。これに界面活性剤TDS−120(第一工業製薬社製 ポリオキシエチレンアルキルエーテル)と純水を添加して、変性PTFE樹脂固形分が53質量%、界面活性剤量が変性PTFEの13質量%である変性PTFE水性分散液組成物を調製した。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚が14μm、全光線透過率が94.6%、ヘイズ値が11.3%であった。
実験例2
PPVE4gを添加したことを除いては、実験例1と同様の操作を実施し、反応時間5.4時間にて変性PTFE水性分散体を得た。得られた変性PTFE水性分散体は、平均一次粒子径283nm、変性PTFEの共単量体単位が変性PTFEの0.25質量%であった。
この変性PTFE水性分散体を実験例1と同様に濃縮して、変性PTFE水性分散液組成物を得た。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚が11μm、全光線透過率が96.3%、ヘイズ値が8.4%であった。
実験例3
PPVE8gを添加したことを除いては、実験例1と同様の操作を実施し、反応時間8.0時間にて、変性PTFE水性分散体を得た。得られた変性PTFE水性分散体は、平均一次粒子径が234nm、変性PTFE樹脂固形分の共単量体単位が変性PTFEの0.48質量%であった。
この変性PTFE水性分散体を実験例1と同様に濃縮して、変性PTFE水性分散液組成物を得た。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚が6μm、全光線透過率が98.1%、ヘイズ値が6.8%であった。
実験例4
PPVE2gに代えてパーフルオロ(メチルビニルエーテル)[PMVE]2gを添加したことを除いては、実験例1と同様の操作を実施し、反応時間5.8時間にて、変性PTFE水性分散体を得た。得られた変性PTFE水性分散体は、平均一次粒子径305nm、変性PTFEの共単量体単位が変性PTFEの0.13質量%であった。
この変性PTFE水性分散体を実験例1と同様に濃縮して、変性PTFE水性分散液組成物を得た。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚が14μm、全光線透過率94.0%、ヘイズ値13.1%であった。
実験例5
PPVE2gに代えてPMVE4gを添加したことを除いては、実験例1と同様の操作を実施し、反応時間6.5時間にて変性PTFE水性分散体を得た。得られた変性PTFE水性分散体は、平均一次粒子径258nm、変性PTFEの共単量体単位が変性PTFEの0.29質量%であった。
この変性PTFE水性分散体を実験例1と同様に濃縮して、変性PTFE水性分散液組成物を得た。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚10μm、全光線透過率95.4%、ヘイズ値11.4%であった。
実験例6
PPVE2gに代えてPMVE8gを添加したことを除いては、実験例1と同様の操作を実施し、反応時間9.4時間にて変性PTFE水性分散体を得た。得られた変性PTFE水性分散体は、平均一次粒子径221nm、変性PTFEの共単量体単位が変性PTFEの0.64質量%であった。
この変性PTFE水性分散体を実験例1と同様に濃縮して、変性PTFE水性分散液組成物を得た。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚6μm、全光線透過率98.0%、ヘイズ値7.2%であった。
実験例7
PPVE2gに代えてヘキサフルオロプロピレン[HFP]3gを添加したことを除いては、実験例1と同様の操作を実施し、反応時間4.8時間にて変性PTFE水性分散体を得た。得られた変性PTFE水性分散体は、平均一次粒子径298nm、変性PTFEの共単量体単位が変性PTFEの0.12質量%であった。
この変性PTFE水性分散体を実験例1と同様に濃縮して、変性PTFE水性分散液組成物を得た。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚は13μm、全光線透過率94.0%、ヘイズ値13.4%であった。
実験例8
PPVE2gに代えてHFP4gを添加したことを除いては、実験例1と同様の操作を実施し、反応時間5.2時間にて変性PTFE水性分散体を得た。得られた変性PTFE水性分散体は、平均一次粒子径290nm、変性PTFEの共単量体単位が変性PTFEの0.15質量%であった。
この変性PTFE水性分散体を実験例1と同様に濃縮して、変性PTFE水性分散液組成物を得た。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚12μm、全光線透過率94.4%、ヘイズ値12.8%であった。
実験例9
PPVE2gに代えてHFP8gを添加したことを除いては、実験例1と同様の操作を実施し、反応時間7.1時間にて変性PTFE水性分散体を得た。得られた変性PTFE水性分散体は、平均一次粒子径228nm、変性PTFEの共単量体単位が変性PTFEの0.28質量%であった。
この変性PTFE水性分散体を実験例1と同様に濃縮して、変性PTFE水性分散液組成物を得た。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚7μm、全光線透過率95.1%、ヘイズ値11.5%であった。
実験例10
PPVE4gを添加し、内圧1.00±0.05MPaで工程(2)を継続したことを除いては、実験例1と同様の操作を実施し、反応時間7.4時間にて変性PTFE水性分散体を得た。得られた変性PTFE水性分散体は、平均一次粒子径301nm、変性PTFEの共単量体単位が変性PTFEの0.28質量%であった。
この変性PTFE水性分散体を実験例1と同様に濃縮して、変性PTFE水性分散液組成物を得た。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚12μm、全光線透過率96.1%、ヘイズ値8.0%であった。
実験例11
PPVE4gを添加し、内圧2.70±0.05MPaで工程(2)を継続したことを除いては、実験例1と同様の操作を実施し、反応時間3.5時間にて変性PTFE水性分散体を得た。得られた変性PTFE水性分散体は、平均一次粒子径237nm、変性PTFEの共単量体単位が変性PTFEの0.20質量%であった。
この変性PTFE水性分散体を実験例1と同様に濃縮して、変性PTFE水性分散液組成物を得た。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚8μm、全光線透過率95.7%、ヘイズ値8.9%であった。
実験例12
ステンレス製パドル型攪拌翼と温度調節用ジャケットを備え、内容量6Lのステンレス製オートクレーブに、脱イオン水3600g、融点56℃のパラフィンワックス180g及びパーフルオロオクタン酸アンモニウム0.1gを仕込み、窒素ガスで3回、TFEガスで2回系内を置換して酸素を除いた後、TFEガスで内圧を0.05MPaにして攪拌を160rpm、内温を70℃に保った。
次にPPVE6g、続いて10gの水に65mgのAPSを溶解させた水溶液をTFEで圧入し、内圧を2.0MPaとして、工程(2)を開始した。
反応中は内温70℃、攪拌160rpmを保ちながら工程(2)を継続し、内圧が常に2.00±0.05MPaを保つようにTFEを連続的に供給した。また、パーフルオロオクタン酸アンモニウムを0.1g/TFE消費量43gの速度で連続的に供給した。
APS添加後、反応で消費されたTFEが1500gに達した時点(反応時間3.9時間)で、攪拌及びTFE供給を停止した。パーフルオロオクタン酸アンモニウムの仕込量は、反応前の仕込量も含めて3.6gであった。オートクレーブ内のガスを常圧まで放出して、変性PTFE樹脂固形分約30質量%の変性PTFE水性分散体を得た。得られた変性PTFE水性分散体は、平均一次粒子径293nm、変性PTFEの共単量体単位が変性PTFEの0.26質量%であった。
この変性PTFE水性分散体を実験例1と同様に濃縮して、変性PTFE水性分散液組成物を得た。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚10μm、全光線透過率95.8%、ヘイズ値9.1%であった。
実験例13
PPVE6gに代えてPMVE6gを添加したことを除いては、実験例12と同様の操作を実施し、反応時間4.8時間にて変性PTFE水性分散体を得た。得られた変性PTFE水性分散体は、平均一次粒子径280nm、変性PTFEの共単量体単位が変性PTFEの0.32質量%であった。
この変性PTFE水性分散体を実験例1と同様に濃縮して、変性PTFE水性分散液組成物を得た。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚10μm、全光線透過率95.7%、ヘイズ値11.0%であった。
実験例14
PPVE6gに代えてHFP6gを添加したことを除いては、実験例12と同様の操作を実施し、反応時間3.8時間にて変性PTFE水性分散体を得た。得られた変性PTFE水性分散体は、平均一次粒子径301nm、変性PTFEの共単量体単位が変性PTFEの0.18質量%であった。
この変性PTFE水性分散体を実験例1と同様に濃縮して、変性PTFE水性分散液組成物を得た。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚13μm、全光線透過率94.9%、ヘイズ値12.3%であった。
実験例15
PPVE1gを添加したことを除いては、実験例1と同様の操作を実施し、反応時間4.1時間にて変性PTFE水性分散体を得た。得られた変性PTFE水性分散体は、平均一次粒子径350nm、変性PTFEの共単量体単位が変性PTFEの0.07質量%であった。
この変性PTFE水性分散体を実験例1と同様に濃縮して、変性PTFE水性分散液組成物を得た。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚16μm、全光線透過率93.8%、ヘイズ値15.4%であった。クラック限界膜厚は良好な値であるが、実験例1と比較して光透過性は劣るものであった。
実験例16
PPVE2gに代えてPMVE1gを添加したことを除いては、実験例1と同様の操作を実施し、反応時間5.0時間にて変性PTFE水性分散体を得た。得られた変性PTFE水性分散体は、平均一次粒子径327nm、変性PTFEの共単量体単位が変性PTFEの0.09質量%であった。
この変性PTFE水性分散体を実験例1と同様に濃縮して、変性PTFE水性分散液組成物を得た。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚14μm、全光線透過率93.5%、ヘイズ値16.3%であった。クラック限界膜厚は良好な値であるが、実験例4と比較して光透過性は劣るものであった。
実験例17
PPVE2gに代えてHFP1gを添加したことを除いては、実験例1と同様の操作を実施し、反応時間3.3時間にて、変性PTFE水性分散体を得た。得られた変性PTFE水性分散体は、平均一次粒子径354nm、変性PTFEの共単量体単位が変性PTFEの0.03質量%であった。
この変性PTFE水性分散体を実験例1と同様に濃縮して、変性PTFE水性分散液組成物を得た。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚18μm、全光線透過率92.8%、ヘイズ値17.9%であった。クラック限界膜厚は良好な値であるが、実験例7と比較して光透過性は劣るものであった。
実験例18
パーフルオロオクタン酸アンモニウム5.4gとPPVE10gを添加したことを除いては、実験例1と同様の操作を実施し、反応時間5.8時間にて変性PTFE水性分散体を得た。得られた変性PTFE水性分散体は、平均一次粒子径197nm、変性PTFEの共単量体単位が変性PTFEの0.64質量%であった。
この変性PTFE水性分散体を実験例1と同様に濃縮して、変性PTFE水性分散液組成物を得た。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚5μm未満であった。
実験例19
PPVE4gを添加し、内圧0.80±0.05MPaの範囲で一定にして重合反応を継続したことを除いては、実験例1と同様の操作を実施し、反応時間10.2時間にて変性PTFE水性分散体を得た。得られた変性PTFE水性分散体は、平均一次粒子径308nm、変性PTFEの共単量体単位が変性PTFEの0.30質量%であった。
この変性PTFE水性分散体を実験例1と同様に濃縮して、変性PTFE水性分散液組成物を得た。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚12μm、全光線透過率96.4%、ヘイズ値7.8%であった。
クラック限界膜厚や光透過性は良好な値であるが、実験例2と比較して重合時間は極めて長いものであった。
実験例20
PPVE4gを添加し、続いて10gの水に65mgのAPSを溶解させた水溶液をTFEで圧入し、内圧が0.40MPaとなった時点でTFEの仕込を停止し、第1の重合工程を開始させた。内圧が0.35MPaまで降下した時点でTFEを仕込み、内圧1.50±0.05MPaで第2の重合工程を継続したことを除いては、実験例1と同様の操作を実施し、反応時間4.4時間にて変性PTFE水性分散体を得た。
得られた変性PTFE水性分散体は、平均一次粒子径204nm、変性PTFEの共単量体単位が変性PTFEの0.18質量%であった。
この変性PTFE水性分散体を実験例1と同様に濃縮して、変性PTFE水性分散液組成物を得た。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚は5μm未満であった。
実験例21
ステンレス製パドル型攪拌翼と温度調節用ジャケットを備え、内容量6Lのステンレス製オートクレーブに、脱イオン水3600g、融点56℃のパラフィンワックス180g及びパーフルオロオクタン酸アンモニウム0.1gを仕込み、窒素ガスで3回、TFEガスで2回系内を置換して酸素を除いた後、TFEガスで内圧を0.05MPaにして攪拌を160rpm、内温を65℃に保った。
次にPPVE4.0g、続いて10gの水に18mgのAPSを溶解させた水溶液をTFEで圧入し、内圧を2.7MPaとして、工程(i)を開始した。その30分後に内温を68℃に昇温して、工程(ii)を開始した。
反応中は内温68℃、攪拌160rpmを保ちながら工程(ii)を継続し、内圧が常に2.70±0.05MPaを保つようにTFEを連続的に供給した。また、パーフルオロオクタン酸アンモニウムを0.1g/TFE消費量43gの速度で、PPVEを0.1g/TFE消費量150gの速度で、各々連続的に供給した。
APS添加後、反応で消費されたTFEが1500gに達した時点(反応時間4.6時間)で、攪拌及びTFE供給を停止した。パーフルオロオクタン酸アンモニウムの仕込量は、反応前の仕込量も含めて3.6g、PPVEの仕込量は、反応前の仕込量も含めて5.0gであった。オートクレーブ内のガスを常圧まで放出して、変性PTFE樹脂固形分約30質量%の変性PTFE水性分散体を得た。得られた変性PTFE水性分散体は、平均一次粒子系248nm、変性PTFEの共単量体単位が変性PTFEの0.11質量%であった。
この変性PTFE水性分散体を実験例1と同様に濃縮して、変性PTFE水性分散液組成物を得た。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚8μm、全光線透過率94.0%、ヘイズ値11.6%であった。
実験例22
ステンレス製パドル型攪拌翼と温度調節用ジャケットを備え、内容量6Lのステンレス製オートクレーブに、脱イオン水3600g、融点56℃のパラフィンワックス180g及びパーフルオロオクタン酸アンモニウム0.1gを仕込み、窒素ガスで3回、TFEガスで2回系内を置換して酸素を除いた後、TFEガスで内圧を0.05MPaにして攪拌を160rpm、内温を65℃に保った。
次にPPVE5.0g、続いて10gの水に25mgのAPSを溶解させた水溶液をTFEで圧入し、内圧を2.7MPaとして、工程(i)を開始した。その30分後に内温を70℃に昇温して、工程(ii)を開始した。
反応中は内温70℃、攪拌160rpmを保ちながら工程(ii)を継続し、内圧が常に2.70±0.05MPaを保つようにTFEを連続的に供給した。また、パーフルオロオクタン酸アンモニウムを0.1g/TFE消費量43gの速度で連続的に供給した。
APS添加後、反応で消費されたTFEが1500gに達した時点(反応時間2.7時間)で、攪拌及びTFE供給を停止した。パーフルオロオクタン酸アンモニウムの仕込量は、反応前の仕込量も含めて3.6gであった。オートクレーブ内のガスを常圧まで放出して、変性PTFE樹脂固形分約30質量%の変性PTFE水性分散体を得た。得られた変性PTFE水性分散体は、平均一次粒子系260nm、変性PTFEの共単量体単位が変性PTFEの0.11質量%であった。
この変性PTFE水性分散体を実験例1と同様に濃縮して、変性PTFE水性分散液組成物を得た。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚10μm、全光線透過率94.4%、ヘイズ値12.1%であった。
実験例23
ステンレス製パドル型攪拌翼と温度調節用ジャケットを備え、内容量6Lのステンレス製オートクレーブに、脱イオン水3600g、融点56℃のパラフィンワックス180g及びパーフルオロオクタン酸アンモニウム0.1gを仕込み、窒素ガスで3回、TFEガスで2回系内を置換して酸素を除いた後、TFEガスで内圧を0.05MPaにして攪拌を160rpm、内温を65℃に保った。
次にPPVE5.0g、続いて10gの水に18mgのAPSを溶解させた水溶液をTFEで圧入し、内圧を2.7MPaとして、工程(i)を開始した。その30分後に内温を70℃に昇温して、工程(ii)を開始した。
反応中は内温70℃、攪拌160rpmを保ちながら工程(ii)を継続し、内圧が常に2.70±0.05MPaを保つようにTFEを連続的に供給した。また、パーフルオロオクタン酸アンモニウムを0.1g/TFE消費量43gの速度で連続的に供給した。
APS添加後、反応で消費されたTFEが1500gに達した時点(反応時間3.9時間)で、攪拌及びTFE供給を停止した。パーフルオロオクタン酸アンモニウムの仕込量は、反応前の仕込量も含めて3.6gであった。オートクレーブ内のガスを常圧まで放出して、変性PTFE樹脂固形分約30質量%の変性PTFE水性分散体を得た。得られた変性PTFE水性分散体は、平均一次粒子系271nm、変性PTFEの共単量体単位が変性PTFEの0.11質量%であった。
この変性PTFE水性分散体を実験例1と同様に濃縮して、変性PTFE水性分散液組成物を得た。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚11μm、全光線透過率94.3%、ヘイズ値11.8%であった。
実験例24
ステンレス製パドル型攪拌翼と温度調節用ジャケットを備え、内容量6Lのステンレス製オートクレーブに、脱イオン水3600g、融点56℃のパラフィンワックス180g及びパーフルオロオクタン酸アンモニウム0.1gを仕込み、窒素ガスで3回、TFEガスで2回系内を置換して酸素を除いた後、TFEガスで内圧を0.05MPaにして攪拌を160rpm、内温を70℃に保った。
次にPPVE5.0g、続いて10gの水に18mgのAPSを溶解させた水溶液をTFEで圧入し、内圧を2.7MPaとして、重合工程を開始した。
反応中は内温70℃、攪拌160rpmを保ちながら重合工程を継続し、内圧が常に2.70±0.05MPaを保つようにTFEを連続的に供給した。また、パーフルオロオクタン酸アンモニウムを0.1g/TFE消費量43gの速度で連続的に供給した。
APS添加後、反応で消費されたTFEが1500gに達した時点(反応時間3.4時間)で、攪拌及びTFE供給を停止した。パーフルオロオクタン酸アンモニウムの仕込量は、反応前の仕込量も含めて3.6gであった。オートクレーブ内のガスを常圧まで放出して、変性PTFE樹脂固形分約30質量%の変性PTFE水性分散体を得た。得られた変性PTFE水性分散体は、平均一次粒子系216nm、変性PTFEの共単量体単位が変性PTFEの0.12質量%であった。
この変性PTFE水性分散体を実験例1と同様に濃縮して、変性PTFE水性分散液組成物を得た。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚5μm未満であった。
実験例25
ステンレス製パドル型攪拌翼と温度調節用ジャケットを備え、内容量6Lのステンレス製オートクレーブに、脱イオン水3600g、融点56℃のパラフィンワックス180g及びパーフルオロオクタン酸アンモニウム0.1gを仕込み、窒素ガスで3回、TFEガスで2回系内を置換して酸素を除いた後、TFEガスで内圧を0.05MPaにして攪拌を160rpm、内温を65℃に保った。
次にPPVE5.0g、続いて10gの水に18mgのAPSを溶解させた水溶液をTFEで圧入し、内圧を2.7MPaとして、重合工程を開始した。
反応中は内温65℃、攪拌160rpmを保ちながら重合工程を継続し、内圧が常に2.70±0.05MPaを保つようにTFEを連続的に供給した。また、パーフルオロオクタン酸アンモニウムを0.1g/TFE消費量43gの速度で連続的に供給した。
APS添加後、反応で消費されたTFEが500gに達するのに2.1時間を要した。約30質量%の変性PTFE樹脂固形分を得るには更に長時間を要し、生産性の点で課題があるため、攪拌及びTFE供給を停止した。
実験例26
ステンレス製パドル型攪拌翼と温度調節用ジャケットを備え、内容量6Lのステンレス製オートクレーブに、脱イオン水3600g、融点56℃のパラフィンワックス180g及びパーフルオロオクタン酸アンモニウム0.1gを仕込み、窒素ガスで3回、TFEガスで2回系内を置換して酸素を除いた後、TFEガスで内圧を0.05MPaにして攪拌を160rpm、内温を70℃に保った。
次にPPVE5.0g、続いて10gの水に18mgのAPSを溶解させた水溶液をTFEで圧入し、内圧を2.7MPaとして、第1の重合工程を開始した。その30分後に内温を75℃に昇温して、第2の重合工程を開始した。
反応中は内温75℃、攪拌160rpmを保ちながら第2の重合工程を継続し、内圧が常に2.70±0.05MPaを保つようにTFEを連続的に供給した。また、パーフルオロオクタン酸アンモニウムを0.1g/TFE消費量43gの速度で連続的に供給した。
APS添加後、反応で消費されたTFEが1500gに達した時点(反応時間2.7時間)で、攪拌及びTFE供給を停止した。パーフルオロオクタン酸アンモニウムの仕込量は、反応前の仕込量も含めて3.6gであった。オートクレーブ内のガスを常圧まで放出して、変性PTFE樹脂固形分約30質量%の変性PTFE水性分散体を得た。得られた変性PTFE水性分散体は、平均一次粒子系209nm、変性PTFEの共単量体単位が変性PTFEの0.14質量%であった。
この変性PTFE水性分散体を実験例1と同様に濃縮して、変性PTFE水性分散液組成物を得た。得られた変性PTFE水性分散液組成物は、クラック限界膜厚5μm未満であった。
本発明の変性PTFEは、上述の構成からなるものであるので、本発明の変性PTFE水性分散液組成物の材料として好適である。
本発明の変性PTFE製造方法は、上述の構成からなるものであるので、簡便に本発明の変性PTFEを調製することができる。
本発明の変性PTFE水性分散体及び本発明の変性PTFE水性分散液組成物は、上述の構成からなるものであるので、造膜性に優れ、光沢性及び透明性に優れた被膜に加工することができる。

Claims (7)

  1. テトラフルオロエチレンと共単量体とを重合して得られる変性ポリテトラフルオロエチレンであって、
    前記共単量体に由来する共単量体単位は、前記変性ポリテトラフルオロエチレンの0.1〜1.0質量%であり、
    前記変性ポリテトラフルオロエチレンは、平均一次粒子径が220〜500nmであり、
    共単量体は、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)及び/又はビニリデンフルオライドである
    ことを特徴とする変性ポリテトラフルオロエチレン。
  2. 水性重合媒体中でテトラフルオロエチレンと共単量体との重合を行うことにより変性ポリテトラフルオロエチレンを製造する変性ポリテトラフルオロエチレン製造方法であって、
    前記重合は、
    前記重合の開始後、前記水性重合媒体1リットルあたり1g以上の前記テトラフルオロエチレンが消費されるまでの期間において重合圧0.3MPa以下にて重合反応を行う工程(1)、及び、
    前記工程(1)の後、重合圧1〜3MPaにて重合反応を行う工程(2)
    を含むものである
    ことを特徴とする変性ポリテトラフルオロエチレン製造方法。
  3. 水性重合媒体中でテトラフルオロエチレンと共単量体との重合を行うことにより変性ポリテトラフルオロエチレンを製造する変性ポリテトラフルオロエチレン製造方法であって、
    前記重合は、
    前記重合の開始後、前記水性重合媒体1リットルあたり1g以上の前記テトラフルオロエチレンが消費されるまでの期間において重合温度X℃(55<X<70)にて重合反応を行う工程(i)、及び、
    前記工程(i)の後、重合温度Y℃(Y≧X+3、Xは前記と同じ。)にて重合反応を行う工程(ii)
    を含むものである
    ことを特徴とする変性ポリテトラフルオロエチレン製造方法。
  4. 共単量体は、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)及び/又はビニリデンフルオライドである請求項2又は3記載の変性ポリテトラフルオロエチレン製造方法。
  5. 請求項2、3又は4記載の変性ポリテトラフルオロエチレン製造方法により製造された
    ことを特徴とする変性ポリテトラフルオロエチレン。
  6. 請求項1又は5記載の変性ポリテトラフルオロエチレンからなる粒子が水性媒体に分散している
    ことを特徴とする変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散体。
  7. 変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散体と重合後に添加した界面活性剤とを含む変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散液組成物であって、
    前記変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散体は、請求項6記載の変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散体である
    ことを特徴とする変性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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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015520283A (ja) * 2012-06-20 2015-07-16 ソルベイ スペシャルティ ポリマーズ イタリー エス.ピー.エー. テトラフルオロエチレンコポリマー
JP2022132103A (ja) * 2021-02-26 2022-09-07 ダイキン工業株式会社 共重合体、成形体、射出成形体および被覆電線

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