JP2008007703A - 改質ふっ素樹脂組成物及びそれを用いた成形体 - Google Patents

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Abstract


【課題】優れた耐熱性,耐摩耗性を実現することが可能な改質ふっ素樹脂組成物及び成形体を提供する。
【解決手段】 改質ふっ素樹脂或いはふっ素樹脂と改質ふっ素樹脂の混合物に、BET比表面積が80m2 /g以上の金属酸化物を配合したものである。
【選択図】なし

Description

本発明は、改質ふっ素樹脂組成物及び改質ふっ素樹脂からなる耐熱性、耐摩耗性,耐クリープ性に優れたしゅう動部品,シール品,パッキン,ガスケット,半導体製造用容器・治具・配管等の成形体に関するものである。
ふっ素樹脂は、低摩擦性,耐熱性,電気特性,耐薬品性やクリーン性(非汚染性)に優れており、産業,民生用の各種用途に広く利用されている。しかしふっ素樹脂はしゅう動環境下や高温での圧縮環境下で、摩耗やクリープ変形が大きく、使用できないケースがあった。このためふっ素樹脂に充てん剤を加えることにより、摩耗やクリープ変形を改善する対策がとられてきた。
特開平10−316761号公報 特開2000−290409号公報
しかしながら、充てん剤を加える方法では、充てん剤がふっ素樹脂固有の耐薬品性やクリーン性等の性能を低下させるため、その利用範囲が制限されることが多く、必ずしも満足のいくものではなかった。
このような問題を解決できる技術として、低酸素濃度雰囲気下、ふっ素樹脂の融点近傍で電離性放射線を照射した改質ふっ素樹脂が提案されており、優れた耐摩耗性,耐クリープ性を付与でき、しかもふっ素樹脂本来の良好な特性を実現できる。
しかし、このような改質により耐熱性が低下してしまうという新たな問題を生じる。これは架橋構造を導入することにより、架橋部の反対側の第3級ふっ素が熱により外れやすいことによるものと推察している。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、優れた耐熱性,耐摩耗性を実現することが可能な改質ふっ素樹脂組成物及びそれを用いた成形体を提供することにある。
上記目的を達成するために請求項1の発明は、改質ふっ素樹脂に、BET比表面積が80m2 /g以上の金属酸化物を配合したことを特徴とする改質ふっ素樹脂組成物である。
請求項2の発明は、ふっ素樹脂と改質ふっ素樹脂の混合物に、BET比表面積が80m2 /g以上の金属酸化物を配合したことを特徴とする改質ふっ素樹脂組成物である。
請求項3の発明は、金属酸化物が、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化鉛、酸化カルシウムのいずれかである請求項1又は2記載の改質ふっ素樹脂組成物である。
請求項4の発明は、金属酸化物の添加量が、改質ふっ素樹脂に対し、0.5から30重量部である請求項1〜3のいずれかに記載の改質ふっ素樹脂組成物である。
請求項5の発明は、前記改質ふっ素樹脂は、ふっ素樹脂を酸素濃度10-3mol/g以下の不活性化ガス雰囲気下で、且つその融点以上に加熱された状態で電離性放射線を照射線量1kGy〜10MGyの範囲で照射したものである請求項1〜4のいずれかに記載の改質ふっ素樹脂組成物である。
請求項6の発明は、ふっ素樹脂がポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリテトラフルオロエチレン−フルオロアルコキシトリフルオロエチレン(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン(FEP)のいずれか1種類以上を含むものである請求項1〜5のいずれか記載の改質ふっ素樹脂組成物である。
請求項7の発明は、請求項1〜6いずれか記載の改質ふっ素樹脂組成物で成形したことを特徴とする成形体である。
本発明によれば、優れた耐熱性,耐摩耗性を実現することが可能となり、ふっ素樹脂の応用範囲を広げる上で大きく貢献するものである。
以下、本発明の好適な一実施の形態を詳述する。
本発明は、改質ふっ素樹脂、或いは改質ふっ素樹脂とふっ素樹脂の混合物に、BET比表面積が80m2 /g以上の金属酸化物を配合したものである。
本発明に使用されるふっ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE),ポリテトラフルオロエチレン−フルオロアルコキシトリフルオロエチレン(PFA),ポリテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン(FEP)が挙げられる。
上記PTFEの中にはパーフルオロ(アルキルビニルエーテル),ヘキサフルオロプロピレン,(パーフルオロアルキル)エチレンあるいはクロロトリフルオロエチレン等の共重合性モノマーに基づく重合単位を0.2モル%以下含有するものも含まれる。また上記ふっ素樹脂の場合、その分子構造中に少量の第3成分を含むことは有り得る。
本発明の改質ふっ素樹脂は、ふっ素樹脂成形体或いはふっ素樹脂粉末を、酸素濃度10-3mol/g以下の不活性化ガス雰囲気下で、且つその融点以上に加熱された状態において電離性放射線を照射線量1kGy〜10MGyの範囲で照射することにより製造できる。
電離性放射線の照射は、酸素濃度10-3mol/g以下の不活性化ガス雰囲気下で、且つその融点以上に加熱された状態において行い、その照射線量は1kGy〜10MGyの範囲内が望ましい。
本発明で電離性放射線としては、γ線,電子線,X線,中性子線あるいは高エネルギーイオン等が使用される。
電離性放射線の照射を行う際は、ふっ素樹脂成形体やその粉末を、その結晶融点以上に加熱しておく必要がある。例えばふっ素樹脂としてPTFEを使用する場合には、この融点である327℃よりも高い温度で照射する必要があり、またPFA,FEPを使用する場合には、前者が310℃,後者が275℃に特定される融点よりも高い温度に加熱して照射する。ふっ素樹脂をその融点以上に加熱することは、ふっ素樹脂を構成する主鎖の分子運動を活発化させることになり、その結果、分子間の架橋反応を効率よく促進させることが可能となる。ただし過度の加熱は逆に分子主鎖の切断と分解を招くようになるので、加熱温度はふっ素樹脂の融点よりも10〜30℃高い範囲に内に抑えるべきである。
このようにして改質したふっ素樹脂は、耐摩耗性や耐クリープ性等に優れるという特徴を有するが、分子中に架橋構造を導入することにより電子密度に偏りを生じ、その結果、熱により第3級ふっ素が外れやすくなり、分子鎖の切断により耐熱性の低下を招く。
このような現象を踏まえ、鋭意検討した結果、金属酸化物を添加することが極めて有効なことを見出し、本発明に至った。金属酸化物によるこのような効果について詳細は不明であるが、熱により脱離した第3級ふっ素を補足し安定化することにより、その後の劣化の連鎖反応を停止させるものと予想している。
本発明における金属酸化物としては酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化鉛、酸化カルシウムが挙げられ、これらは1種あるいは併用してもよい。金属酸化物のBET比表面積は80m2 /g以上である必要があり、限定値未満では耐熱性への著しい効果を発現できない。このことは耐熱性に著しい効果を発揮するには、高表面活性が必要とされるためと推察される。なおBET比表面積の上限は特に設けないが、300m2 /gを超えると凝集が著しくなり均一分散が難しくなるため、これ以下に抑えることが望ましい。
金属酸化物の添加量は、改質ふっ素樹脂に対し、0.5から30重量部であることが望ましく、限定値未満では期待する耐熱性への効果がほとんど発現されず、また限定値を超えて添加してもその効果が飽和し増量効果が見られない。
このような金属酸化物は、粒径が30μm以下のものを用いるのが、分散性等の点から望ましい。
本発明による改質ふっ素樹脂組成物及びその成形体の用途としては、しゅう動部品,シール品,パッキン,ガスケット,半導体関連製造部品(半導体製造用容器・治具・配管等)等、幅広い用途が期待できる。
表1に示す実施例及び表2に示す比較例を基に、本発明を具体的に説明する。
Figure 2008007703
Figure 2008007703
PTFEには旭硝子の商品名P−63P、PFAにはダイキン工業の商品名N−20を使用した。
PTFE系は、配合剤をミキサで混合した後、ホットホーミングにより成形した。粉体をφ45、高さ80mmの金型に充填し、360℃で1.5時間加熱後、圧力50MPaで圧縮成形しビレットを作製した。これを厚さ1mmに切削し評価用シートを得た。
PFAでは、PFAとその他配合剤を20mm径の2軸混練機により340℃、回転数20rpmで混練し、その後、これを360℃のホットプレスにより10MPa、10分の条件でプレスし、厚さ1mmの評価用シートを得た。
改質PTFEは、上記P−63PのPTFEを酸素濃度10-5mol/g,窒素雰囲気下、340℃の温度のもとで電子線(加速電圧1.5MeV)を120kGy照射することにより作製した。
このようにして得られた試料の特性評価を、次に述べる。なお、測定数は各試料3点とし、これらの算術平均を平均値とした。
なお酸化マグネシウムのBET比表面積については、ISO 9277に準拠し窒素ガス吸収法により測定した。
(1)耐摩耗性
試験にはスラスト摩耗試験装置を使用し、JISK7218に準じ、SUS304製の円筒リング(外径25.6mm,内径20.6mm)に試験片(外径25.6mm,内径20.6mm,厚さ1mm)を貼り合せ、相手材にはSUS304板(縦30mm,横30mm,厚さ5mm、平均粗さ0.2μm)を用い、圧力0.4MPa,速度2m/secの条件で行った。
50時間後の重量減少を測定し、比摩耗量(×10-8mm3 /Nm)を算出すると共に、定常状態のトルク曲線から摩擦係数を出した。
(2)耐熱性
縦,横30mm,厚さ1mmのシートを360℃に保持した恒温槽に4時間入れ、その後取出した。1時間放置し、空冷後、180°の折り曲げ試験を行い、亀裂や破断の見られないものを合格、何れかの現象が見られたものを不合格とした。
本発明の実施例1〜6の結果から分かるようにいずれも比摩耗量が小さく耐磨耗性に優れ、耐熱性試験においても亀裂や破断が見られず、良好な耐熱性を有する。
これに対し、金属酸化物を添加していない比較例1、酸化鉄を添加した比較例3は、耐熱性試験で亀裂を生じ、耐熱性に劣る。
また比較例2、5は、実施例1、5と同様にそれぞれ酸化マグネシウムを10重量部加えているが、酸化マグネシウムのBET比表面積が50m2 /g、70m2 /gと規定値(80m2 /g)以下であり、いずれも耐熱性試験で亀裂を生じ、耐熱性に劣る。
これにより、金属酸化物(酸化マグネシウム)のBET比表面積は、80m2 /g以上であることがよい。また比較例6は、酸化マグネシウムのBET比表面積が、300m2 /gで、実施例6の酸化マグネシウムのBET比表面積(250m2 /g)より高いが耐熱性に劣った。これはBET比表面積が非常に高いため、酸化マグネシウムによる凝集を生じ、結果として耐摩耗性及び耐熱性の低下を招くものとみられる。よってBET比表面積は、300m2 /g未満が望ましい。
また改質PTFEを添加せず、ふっ素樹脂にBET比表面積が規定値の酸化マグネシウムを配合した比較例4は、比摩耗量が大きく、耐摩耗性の低いことが分かる。

Claims (7)

  1. 改質ふっ素樹脂に、BET比表面積が80m2 /g以上の金属酸化物を配合したことを特徴とする改質ふっ素樹脂組成物。
  2. ふっ素樹脂と改質ふっ素樹脂の混合物に、BET比表面積が80m2 /g以上の金属酸化物を配合したことを特徴とする改質ふっ素樹脂組成物。
  3. 金属酸化物が、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化鉛、酸化カルシウムのいずれかである請求項1又は2記載の改質ふっ素樹脂組成物。
  4. 金属酸化物の添加量が、改質ふっ素樹脂に対し、0.5から30重量部である請求項1〜3のいずれかに記載の改質ふっ素樹脂組成物。
  5. 前記改質ふっ素樹脂は、ふっ素樹脂を酸素濃度10-3mol/g以下の不活性化ガス雰囲気下で、且つその融点以上に加熱された状態で電離性放射線を照射線量1kGy〜10MGyの範囲で照射したものである請求項1〜4のいずれかに記載の改質ふっ素樹脂組成物。
  6. ふっ素樹脂がポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリテトラフルオロエチレン−フルオロアルコキシトリフルオロエチレン(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン(FEP)のいずれか1種類以上を含むものである請求項1〜5のいずれか記載の改質ふっ素樹脂組成物。
  7. 請求項1〜6いずれか記載の改質ふっ素樹脂組成物で成形したことを特徴とする成形体。
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