JP2006169448A - ポリテトラフルオロエチレン水性分散液 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 乳化重合により得られる平均粒径が0.1〜0.5μmのPTFE微粒子を5質量%以上かつ30質量%未満、R−O−A−H(式中、Rは炭素数8〜18の直鎖または分岐を有する飽和または不飽和指肪族炭化水素基であり、Aはオキシエチレン基数5〜20およびオキシプロピレン基数0〜2により構成されるポリオキシアルキレン鎖である。)の平均的分子構造を有する非イオン系界面活性剤をPTFEに対して1〜12質量%、および平均分子量10万〜200万のポリエチレンオキシドをPTFEに対して1〜10質量%含有させる。
【選択図】なし
Description
これらの各種用途に用いられるPTFE水性分散液は、テトラフルオロエチレン(以下、TFEという)モノマーを水中で乳化重合させて得られる乳化重合液に、界面活性剤を添加して安定化し、濃縮し、必要に応じて界面活性剤を添加し、さらに防腐効果をもたせるためにアンモニアを配合して得られる。
しかし、従来のPTFE水性分散液は、ポンプを用いた移液や液循環の際に、ポンプ内部のこすれ力やせん断作用によりPTFE粒子が凝集する問題があり、特に、PTFEのフィブリル化を利用した粉体結着剤用途において、PTFE水性分散液をポンプで移液しながら粉体に連続散布する際に、長時間運転するとポンプが閉塞する問題があった。
また、PTFE水性分散液は、PTFE微粒子の比重が2.1〜2.3であり水よりも重いために沈降し底部に堆積しやすいという分散安定性に問題があった。また、沈降したPTFE微粒子を長期間放置すると、攪拌等の操作では再分散できない凝集物を生じ、PTFE水性分散液の濃度や品質が低下するという問題があった。このため、保管中は頻繁にPTFE水性分散液を攪拌し、均一性を維持する必要があった。
(式中、Rは炭素数8〜18の直鎖または分岐を有する飽和または不飽和指肪族炭化水素基であり、Aはオキシエチレン基数5〜20およびオキシプロピレン基数0〜2より構成されるポリオキシアルキレン鎖である。)
また、本発明は、上記PTFE水性分散液において、pHが1〜7であるPTFE水性分散液である。
なお、平均分子量は、結晶化熱を用い、諏訪ら(Journal of Applied Polymer Science,17,3253(1973)の方法から求められる。
本発明において、PTFEとは、TFEの単独重合物のみでなく、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、へ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TFEと共重合し得る成分の1種または2種以上に基づく重合単位を含み、実質的に溶融加工のできない、いわゆる変性PTFEも含まれる。
本発明のPTFE水性分散液に用いられる一般式(1)の非イオン系界面活性剤は、アルキルフェノールを原料としたものではないため環境面での問題が少なく、アルキル硫酸塩などのアニオン系界面活性剤と比較して、PTFE水性分散液のこすれ安定性を優れたものにすることができる。
ポリエチレンオキシドの含有量は、PTFEに対して1〜10質量%であり、好ましくは1.2〜7質量%であり、特に好ましくは1.5〜5質量%であり、最も好ましくは1.8〜4.0質量%である。この含有量が上記範囲より少ないとこすれ安定性が低く、含有量が上記範囲より多いとPTFE水性分散液の粘度が増加し取り扱い難くなるため好ましくない。
本発明のPTFE水性分散液は、pHが1〜7の範囲が好ましく、2〜6の範囲がさらに好ましく、特に好ましくは2.5〜5の範囲である。pHがこの範囲よりも小さい場合にはPTFE微粒子の分散が不安定となる場合がある。また、pHがこの範囲よりも大きい場合にはPTFE水性分散液の分散安定性や再分散性が低下する。
本発明のPTFE水性分散液が、pHが1〜7の範囲で分散安定性や再分散性が良好である理由は明確ではないが、pHが高い場合と比べてPTFE微粒子表面の表面電位が強まり反発しあって安定化していると推定される。
本発明のPTFE水性分散液は、一般式(1)の非イオン系界面活性剤以外の成分を1種または2種以上含有してもよく、その具体例としては、微量のパーフルオロオクタン酸アンモニウム等の含フッ素カルボン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエステル系界面活性剤、ポリオキシエチレンソルビタンエステル系界面活性剤、含フッ素ノニオン系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤などの界面活性剤のほか、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、水溶性ポリウレタン系増粘剤、エチレングリコールプロピレングリコール共重合体などのポリマ一、チキソトロビー付与剤、レベリング剤、有機着色剤などがあげられる。
例1〜7の配合や結果は表1にまとめて記載した。また各例で使用した添加剤(a)〜(k)は、表2にまとめて記載した。
サンプルの作製方法および各項目の評価方法を以下に示す。
(B)PTFE濃度および界面活性剤濃度:あらかじめ秤量したアルミ皿(質量W1)にPTFE水性分散液7gをとり秤量後(質量W2)、120℃オ一ブン中で2時問乾燥させ秤量し(質量W3)、380℃オ一ブン中で35分間焼成し、冷却後秤量し(質量W4)、以下の式によって算出した。
PTFE濃度(質量%)=(W4−W1)×100/(W2−W1)
界面活性剤濃度(PTFEに対する質量%)=(W3−W4)×100/(W4−W1)
(D)粘度:ブルックフィールド型粘度計を用い、#1スピンドルを使用し、60rpmで液温23℃でのPTFE水性分散液の粘度を測定した。
(E)こすれ安定性:外径7.9mm、内径4.8mmのタイゴン製チューブを装着したチューブ式ポンプを用い、200mLビーカ中の100mLのPTFE水性分散物を室温23℃で、送液量毎分200mLにて6時間連続で循環運転した。終了後に200メッシュナイロンフィルターで凝集物を補集し、120℃1時間乾燥後の質量を測定した。なお、この凝集物量が1g以下であればこすれ安定性は良好であり、1g超は不良とした。
重合開始剤としてのジコハク酸パーオキサイド、分散安定剤としてのパーフルオロオクタン酸アンモニウムの存在下で、乳化重合法により、PTFE微粒子の平均粒径が0.25μmであり、PTFEの平均分子量が約300万であり、PTFE濃度が約29質量%であり、pHが3.3である乳化重合液を得た。この乳化重合液に、非イオン性界面活性剤(a)をPTFEに対して2.8質量%、平均分子量90万のポリエチレンオキシドをPTFEに対して2質量%、プロピオン酸をPTFEに対して0.02質量%、水を加え、表1中に示すPTFE水性分散液を得た。
このPTFE水性分散液のこすれ安定性、分散安定性、再分散性は良好であった。
例1の乳化重合液に、非イオン系界面活性剤(a)をPTFEに対して1.9質量%溶解させ、平均分子量200万のポリエチレンオキシドをPTFEに対して2質量%、水を加え、表1中に示すPTFE水性分散液を得た。このPTFE水性分散液のこすれ安定性、分散安定性、再分散性は良好であった。
例1の乳化重合液に、非イオン系界面活性剤(b)をPTFEに対して3.8質量%溶解させ、平均分子量90万のポリエチレンオキシドをPTFEに対して2質量%、硝酸をPTFEに対して0.01質量%、水を加え、表1中に示すPTFE水性分散液を得た。
このPTFE水性分散液のこすれ安定性、分散安定性、再分散性は良好であった。
乳化重合法により、PTFE微粒子の平均粒径が0.20μmであり、PTFEの平均分子量が約100万であり、PTFE濃度が24質量%である乳化重合液を得た。この乳化重合液に非イオン系界面活性剤(b)をPTFEに対して2.1質量%、平均分子量50万のポリエチレンオキシドをPTFEに対して3質量%、防腐剤であるベンゾイソチアゾリン化合物(i)をPTFEに対して0.02質量%、水を加え、表1に示すPTFE水性分散液を得た。
このPTFE水性分散液のこすれ安定性、分散安定性、再分散性、は良好であった。
例1の乳化重合液に非イオン系界面活性剤(a)をPTFEに対して3.5質量%の割合で溶解させ、電気濃縮法により濃縮を行ない、上澄みを除去し、PTFE濃度が67質量%であり、非イオン系界面活性剤(a)がPTFEに対して2.2質量%含有されているPTFE濃縮液を得たのち、非イオン系界面活性剤(a)を2.6質量%、平均分子量50万のポリエチレンオキシド(f)をPTFEに対して0.2質量%、アンモニア水(j)をPTFEに対して0.2質量%、水を加え、表1に示すPTFE水性分散液を得た。
このPTFE水性分散液のこすれ安定性、分散安定性、再分散性は不良であった。なお、分散安定性の試験において得られた沈降物は、硬かった。
例1で得た乳化重合液に、アニオン系界面活性剤であるラウリル硫酸ナトリウム(c)をPTFEに対して2.0質量%、平均分子量90万のポリエチレンオキシド(d)をPTFEに対して2質量%、水を加え、表1に示すPTFE水性分散液を得た。
このPTFE水性分散液のこすれ安定性、分散安定性、再分散性は不良であった。なお、分散安定性の試験において得られた沈降物は、硬かった。
例5のPTFE濃縮液に非イオン系界面活性剤(a)を追加してPTFEに対して5質量%とし、平均分子量1万のポリエチレンオキシド(k)をPTFEに対して2質量%、アンモニア水(j)をPTFEに対して0.2質量%、水を加え、表1に示すPTFE水性分散液を得た。
このPTFE水性分散液のこすれ安定性、分散安定性、再分散性は不良であった。なお、分散安定性の試験において得られた沈降物は、硬かった。
Claims (2)
- 乳化重合により得られる平均粒径が0.1〜0.5μmのポリテトラフルオロエチレン微粒子を5質量%以上かつ30質量%未満、一般式(1)で示される平均的分子構造を有する非イオン系界面活性剤をポリテトラフルオロエチレンに対して1〜12質量%、および平均分子量10万〜200万のポリエチレンオキシドをポリテトラフルオロエチレンに対して1〜10質量%含有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。
R−O−A−H (1)
(式中、Rは炭素数8〜18の直鎖または分岐を有する飽和または不飽和指肪族炭化水素基であり、Aはオキシエチレン基数5〜20およびオキシプロピレン基数0〜2より構成されるポリオキシアルキレン鎖である。) - pHが1〜7の範囲にある、請求項1記載のポリテトラフルオロエチレン水性分散液。
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