JP2015007218A - フルオロポリマーの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 フルオロポリマー、特にテトラフルオロエチレン又はクロロトリフルオロエチレン単位を必須として含むフルオロポリマー、を製造する際に、重合速度を速くして、より効率的に製造することができ、押出し成形時の成形性を向上させ、着色を抑制することができるフルオロポリマーの製造方法を提供する。【解決手段】 パーオキシジカーボネートの存在下にテトラフルオロエチレン又はクロロトリフルオロエチレンを重合してフルオロポリマーを得る工程を含み、該パーオキシジカーボネートは、一般式:R−O−C(=O)−O−O−C(=O)−O−R(式中、Rは、同一又は異なって、炭素数4のアルキル基又はアルコキシアルキル基を表す。)で表されることを特徴とするフルオロポリマーの製造方法。【選択図】なし

Description

本発明は、フルオロポリマーの製造方法に関する。
フルオロポリマーは、フッ素原子に由来する耐熱性、耐薬品性等の性質から広く用いられ、フルオロポリマーの構成、構造等により様々な用途への展開が行われている。
そのようなフルオロポリマーを製造する方法としては、例えば、特定のパーオキシジカーボネート10〜80重量%とメタノール20〜90重量%からなる有機過酸化物組成物を重合開始剤として用いて、水性媒体中でフッ化ビニリデン系単量体を重合して重合体を得る方法が開示されている(特許文献1参照。)。
また、ジイソプロピルパーオキシジカーボネートの存在下に水性媒体中でテトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとを重合させる工程(1)と、工程(1)により製造されたテトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体をフッ素化する工程(2)とを含むテトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体の製造方法(特許文献2参照。)や、油溶性パーオキサイド及び炭化水素系乳化剤の存在下に水性媒体中において含フッ素単量体を重合することよりなる含フッ素重合体の製造方法(特許文献3参照。)が開示されている。
その他、テトラフルオロエチレン、ビニリデンフルオライド、及び、エチレン性不飽和単量体(但し、テトラフルオロエチレン及びビニリデンフルオライドを除く。)の共重合単位を含む共重合体であって、動的粘弾性測定による170℃における貯蔵弾性率が60〜400MPaであるフッ素樹脂が製造されている(特許文献4参照。)。
特開平4−285602号公報 国際公開第2009/014004号 特開2006−111722号公報 国際公開第2010/110129号
上述のように、種々のフルオロポリマーの開発が行われており、その製造に適した製造方法も同時に種々開発されている。ただし、フルオロポリマーの製造方法としては、更に効率的な製造方法とするための工夫の余地のあるものであった。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、フルオロポリマー、特にテトラフルオロエチレン又はクロロトリフルオロエチレン単位を必須として含むフルオロポリマー、を製造する際に、重合速度を速くして、より効率的に製造することができ、押出し成形時の成形性を向上させ、着色を抑制することができるフルオロポリマーの製造方法を提供することを目的とする。
本発明者は、テトラフルオロエチレン又はクロロトリフルオロエチレン単位を必須として含むフルオロポリマーを製造するに際して、重合反応時の重合速度を速くすることによってより効率的にフルオロポリマーを製造することができ、押出し成形時の成形性を良好なものとすることができる製造方法について種々検討を行い、重合反応時に用いる重合開始剤に着目した。そうしたところ、重合開始剤として、一般式:
R−O−C(=O)−O−O−C(=O)−O−R
(式中、Rは、同一又は異なって、炭素数4のアルキル基又はアルコキシアルキル基を表す。)で表されるパーオキシジカーボネートを用いると、重合反応時の重合速度が特に速くなることを見出した。また、押出し成形時の成形性が向上し、着色を抑制することができることも見出した。このように、一般式:
R−O−C(=O)−O−O−C(=O)−O−R
(式中、Rは、同一又は異なって、炭素数4のアルキル基又はアルコキシアルキル基を表す。)で表されるパーオキシジカーボネートの存在下にテトラフルオロエチレン又はクロロトリフルオロエチレンを重合してフルオロポリマーを得ることにより、上記課題をみごとに解決できることを見出し、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明は、パーオキシジカーボネートの存在下にテトラフルオロエチレン又はクロロトリフルオロエチレンを重合してフルオロポリマーを得る工程を含み、該パーオキシジカーボネートは、一般式:
R−O−C(=O)−O−O−C(=O)−O−R
(式中、Rは、同一又は異なって、炭素数4のアルキル基又はアルコキシアルキル基を表す。)で表されるフルオロポリマーの製造方法である。
上記パーオキシジカーボネートは、ジ−sec−ブチルパーオキシジカーボネート又はジ−2−エトキシエチルパーオキシジカーボネートであることが好ましい。
上記フルオロポリマーを得る工程は、テトラフルオロエチレン又はクロロトリフルオロエチレンと、エチレン、クロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニル、へキサフルオロプロピレン、へキサフルオロイソブテン、CH=CX(CF(式中、XはH又はF、XはH、F又はCl、nは1〜10の整数である。)で示される単量体、CF=CF−ORf(式中、Rfは、炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基又は炭素数1〜17のパーフルオロアルコキシアルキル基を表す。)で表されるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)、及び、CF=CF−OCH−Rf(式中、Rfは、炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基を表す。)で表されるアルキルパーフルオロビニルエーテル誘導体からなる群より選択される少なくとも1種の単量体とを重合することが好ましい。
上記フルオロポリマーを得る工程は、テトラフルオロエチレン及びエチレンを重合することが好ましい。
上記フルオロポリマーを得る工程は、テトラフルオロエチレン及びCF=CF−ORf(式中、Rfは、炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基又は炭素数1〜17のパーフルオロアルコキシアルキル基を表す。)で表されるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)を重合することが好ましい。
上記フルオロポリマーを得る工程は、テトラフルオロエチレン及びヘキサフルオロプロピレンを重合することが好ましい。
上記フルオロポリマーを得る工程は、クロロトリフルオロエチレンを重合することが好ましい。
上記重合は、乳化重合法、懸濁重合法、溶液重合法、又は、塊状重合法により行われることが好ましい。
本発明のフルオロポリマーの製造方法は、上記の構成よりなることから、重合反応時の重合速度を速くすることができるため、テトラフルオロエチレン又はクロロトリフルオロエチレン単位を必須として含むフルオロポリマーをより効率的に製造することができる。そして更に、押出し成形時の成形性を向上させ、着色を抑制することができるフルオロポリマーを製造することができる。
本発明のフルオロポリマーの製造方法は、一般式:
R−O−C(=O)−O−O−C(=O)−O−R
(式中、Rは、同一又は異なって、炭素数4のアルキル基又はアルコキシアルキル基を表す。)で表されるパーオキシジカーボネート存在下にテトラフルオロエチレン又はクロロトリフルオロエチレンを重合してフルオロポリマーを得る工程を含むものであるが、当該工程を含む限り、その他の工程を含んでいてもよい。
上記フルオロポリマーを得る工程においては、一般式:
R−O−C(=O)−O−O−C(=O)−O−R
(式中、Rは、同一又は異なって、炭素数4のアルキル基又はアルコキシアルキル基を表す。)で表されるパーオキシジカーボネートが重合開始剤として用いられる。上記一般式中のRの炭素数が5以上であると、炭素鎖からの連鎖移動反応が発生し、得られる重合体の分子量が低下するおそれがあり、3以下であると生成するラジカルの反応性が低下し充分な反応速度が得られない傾向がある。
上記パーオキシジカーボネートとしては、ジ−sec−ブチルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エトキシエチルパーオキシジカーボネート等が挙げられる。
上記パーオキシジカーボネートは、メタノール、脂肪族炭化水素系溶媒、トリクロロフルオロエタンのようなフッ素系溶媒に希釈して使用することができる。
上記重合においては、テトラフルオロエチレン〔TFE〕又はクロロトリフルオロエチレン〔CTFE〕と、エチレン〔Et〕、クロロトリフルオロエチレン〔CTFE〕、フッ化ビニル、へキサフルオロプロピレン〔HFP〕、へキサフルオロイソブテン、CH=CX(CF(式中、XはH又はF、XはH、F又はCl、nは1〜10の整数である。)で示される単量体、CF=CF−ORf(式中、Rfは、炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基又は炭素数1〜17のパーフルオロアルコキシアルキル基、好ましくは炭素数5〜10のパーフルオロアルキル基又は炭素数4〜17のパーフルオロアルコキシアルキル基、を表す。)で表されるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)〔PAVE〕、及び、CF=CF−OCH−Rf(式中、Rfは、炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基を表す。)で表されるアルキルパーフルオロビニルエーテル誘導体からなる群より選択される少なくとも1種の単量体とを重合することが好ましく、なかでも、TFE又はCTFEと、エチレン、クロロトリフルオロエチレン、へキサフルオロプロピレン、CH=CX(CF(式中、XはH又はF、XはH、F又はCl、nは1〜10の整数である。)で示される単量体、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)からなる群より選択される少なくとも1種の単量体とを重合することがより好ましい。
テトラフルオロエチレンと共重合させる単量体としては、エチレン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)及びヘキサフルオロプロピレンからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。特に好適な組合せは、テトラフルオロエチレン及びエチレン、テトラフルオロエチレン及びクロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン及びパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)、テトラフルオロエチレン及びヘキサフルオロプロピレン、又は、テトラフルオロエチレン、エチレン及びヘキサフルオロプロピレンである。
テトラフルオロエチレンは、特に大きな重合速度が実現できることから、最終的に得られるフルオロポリマーを構成する全重合単位を100モル%としたときに、99〜40モル%となるように重合させることが好ましく、98.5〜50モル%となるように重合させることがより好ましい。
上記重合においては、クロロトリフルオロエチレンを重合することもできる。その際、本発明の効果を損なわない範囲で、クロロトリフルオロエチレンに加えて、クロロトリフルオロエチレンと共重合可能な単量体を重合してもよい。
上記クロロトリフルオロエチレンと共重合可能な単量体としては、HFP、CZ=CZ(CF(式中、Z、Z及びZは、同一又は異なって、水素原子又はフッ素原子を表し、Zは、水素原子、フッ素原子又は塩素原子を表し、mは2〜10の整数を表す。)で表されるビニル単量体、CF=CF−ORf(式中、Rfは、炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基又は炭素数1〜17のパーフルオロアルコキシアルキル基を表す。)で表されるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)、CF=CF−OCH−Rf(式中、Rfは、炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基を表す。)で表されるアルキルパーフルオロビニルエーテル誘導体等が挙げられる。
クロロトリフルオロエチレンも特に大きな重合速度を実現できることから、最終的に得られるフルオロポリマーを構成する全重合単位を100モル%としたときに、クロロトリフルオロエチレンが100モル%となるように重合させることが好ましいが、クロロトリフルオロエチレンが99.9〜90モル%となるように重合させることも好ましく、より好ましくは99.9〜95モル%であり、更に好ましくは99.8〜96モル%である。
本発明の製造方法は、フルオロポリマーの熱安定性を高めるために、フルオロポリマーをアンモニア又はアンモニウム塩と接触させる工程を含むものであってもよい。アンモニア又はアンモニウム塩と接触させることにより、主鎖の末端に存在する不安定な末端基を安定な−CONH基に変換することができる。
本発明の製造方法は、フルオロポリマーの熱安定性を高めるために、フルオロポリマーをフッ素ガスと接触させる工程を含むものであってもよい。フッ素ガスと接触させることにより、主鎖の末端に存在する不安定な末端基を安定な−CF基に変換することができる。
フルオロポリマーはフッ素樹脂であることが好ましく、TFE/PAVE共重合体〔PFA〕、TFE/HFP共重合体〔FEP〕、Et/TFE共重合体〔ETFE〕、CTFE/TFE共重合体、TFE/Et/HFP共重合体〔EFEP〕、及び、CTFE単独重合体〔PCTFE〕からなる群より選択される少なくとも1種であることがより好ましく、PFA、FEP、ETFE、及び、PCTFEからなる群より選択される少なくとも1種であることが更に好ましい。
PFAとしては、特に限定されないが、TFE単位とPAVE単位とのモル比(TFE単位/PAVE単位)が70〜99/30〜1である共重合体が好ましい。より好ましいモル比は、80〜98.5/20〜1.5である。TFE単位が少なすぎると機械物性が低下する傾向があり、多すぎると融点が高くなりすぎ成形性が低下する傾向がある。
PFAは、TFE及びPAVEと共重合可能な単量体に由来する単量体単位が0.1〜10モル%であり、TFE単位及びPAVE単位が合計で90〜99.9モル%である共重合体であることも好ましい。
TFE及びPAVEと共重合可能な単量体としては、HFP、CZ=CZ(CF(式中、Z、Z及びZは、同一又は異なって、水素原子又はフッ素原子を表し、Zは、水素原子、フッ素原子又は塩素原子を表し、mは2〜10の整数を表す。)で表されるビニル単量体、CF=CF−ORf(式中、Rfは、炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基又は炭素数1〜17のパーフルオロアルコキシアルキル基を表す。)で表されるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)、CF=CF−OCH−Rf(式中、Rfは、炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基を表す。)で表されるアルキルパーフルオロビニルエーテル誘導体等が挙げられる。
FEPとしては、特に限定されないが、TFE単位とHFP単位とのモル比(TFE単位/HFP単位)が70〜99/30〜1である共重合体が好ましい。より好ましいモル比は、80〜97/20〜3である。TFE単位が少なすぎると機械物性が低下する傾向があり、多すぎると融点が高くなりすぎ成形性が低下する傾向がある。
FEPは、TFE及びHFPと共重合可能な単量体に由来する単量体単位が0.1〜10モル%であり、TFE単位及びHFP単位が合計で90〜99.9モル%である共重合体であることも好ましい。TFE及びHFPと共重合可能な単量体としては、PAVE、上記アルキルパーフルオロビニルエーテル誘導体等が挙げられる。
ETFEとしては、TFE単位とEt単位とのモル比(TFE単位/Et単位)が20〜90/80〜10である共重合体が好ましい。より好ましいモル比は37〜85/63〜15であり、更に好ましいモル比は38〜80/62〜20である。
ETFEは、TFE、Et、並びに、TFE及びEtと共重合可能な単量体からなる共重合体であってもよい。
TFE及びEtと共重合可能な単量体としては、下記式:
CH=CXRf、CF=CFRf、CF=CFORf、CH=C(Rf
(式中、Xは水素原子またはフッ素原子、Rfはエーテル結合性酸素原子を含んでいてもよいフルオロアルキル基を表す。)で表される単量体が挙げられ、なかでも、CF=CFRf、CF=CFORf及びCH=CXRfで表される含フッ素ビニルモノマーからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、HFP、CF=CFORf(式中、Rfは炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基又は炭素数1〜17のパーフルオロアルコキシアルキル基を表す。)で表されるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)及びRfが炭素数1〜8のフルオロアルキル基であるCH=CXRfで表される含フッ素ビニルモノマーからなる群より選択される少なくとも1種であることがより好ましい。
上記含フッ素ビニルモノマーとしては、例えば、CH=CH−C、CH=CF−CF−CF−CFH、CH=CH−C13、CH=CH−C15等が挙げられる。
また、TFE及びEtと共重合可能な単量体としては、イタコン酸、無水イタコン酸等の脂肪族不飽和カルボン酸であってもよい。
ETFEは、TFE及びEtと共重合可能な単量体に由来する単量体単位が0.1〜10モル%であることが好ましく、0.1〜5モル%であることがより好ましく、0.2〜4モル%であることが特に好ましい。
ETFEは、耐熱性が良好となる点で、ETFEを構成する全単量体単位に対するTFE単位の含有量が50〜80モル%であることが好ましく、51〜75モル%であることがより好ましく、52〜70モル%であることが更に好ましい。
PCTFEとしては、CTFEのみからなる単独重合体であることが好ましいが、CTFE、及び、CTFEと共重合可能な単量体からなる共重合体であってもよい。
CTFEと共重合可能な単量体としては、上述したとおりである。
PCTFEは、CTFEと共重合可能な単量体に由来する単量体単位が0モル%であることが好ましいが、0.1〜10モル%であることも好ましく、より好ましくは0.1〜5モル%であり、更に好ましくは0.2〜4モル%である。
上述した共重合体の各単量体の含有量は、NMR、FT−IR、元素分析、蛍光X線分析を単量体の種類によって適宜組み合わせることで算出できる。
上記フッ素樹脂は、融点が160〜320℃であるものが好ましく、180℃以上であることがより好ましく、210℃以上であることが更に好ましく、300℃以下であることがより好ましく、270℃以下であることが更に好ましい。
上記融点は、示差走査熱量計〔DSC〕を用いて10℃/分の速度で昇温したときの融解熱曲線における極大値に対応する温度である。
PFA又はFEPは、いずれも372℃におけるメルトフローレート(MFR)が0.1〜100g/10分であることが好ましく、0.5g/10分以上がより好ましく、1g/10分以上が更に好ましく、80g/10分以下がより好ましく、45g/10分以下が更に好ましい。
上記MFRは、ASTM D 3307に準拠する方法で測定して得られる値である。
ETFEは、297℃におけるメルトフローレート(MFR)が0.1〜100g/10分であることが好ましく、0.5g/10分以上がより好ましく、1g/10分以上が更に好ましく、80g/10分以下がより好ましく、45g/10分以下が更に好ましい。
上記MFRは、ASTM D 3159に準拠する方法で測定して得られる値である。
EFEPは、265℃におけるメルトフローレート(MFR)が0.1〜100g/10分であることが好ましく、0.5g/10分以上がより好ましく、3g/10分以上が更に好ましく、80g/10分以下がより好ましく、45g/10分以下が更に好ましい。
上記MFRは、ASTM D 7472に準拠する方法で測定して得られる値である。
PCTFEは、265℃におけるメルトフローレート(MFR)が0.05〜50g/10分であることが好ましく、0.1g/10分以上がより好ましく、0.15g/10分以上が更に好ましく、5g/10分以下がより好ましく、3.5g/10分以下が更に好ましい。
上記MFRは、ASTM D 7472に準拠する方法で測定して得られる値である。
上記重合は、一般式:
R−O−C(=O)−O−O−C(=O)−O−R
(式中、Rは、同一又は異なって、炭素数4のアルキル基又はアルコキシアルキル基を表す。)で表されるパーオキシジカーボネートを重合開始剤とする他は、公知の方法により行うことができ、乳化重合法、懸濁重合法、溶液重合法、又は、塊状重合法により行うことができる。なかでも上記パーオキシジカーボネートは、加水分解が少ないので、水が存在する重合であっても開始剤効率が高く、特に乳化および懸濁重合に好適である。
上記重合における一般式:
R−O−C(=O)−O−O−C(=O)−O−R
(式中、Rは、同一又は異なって、炭素数4のアルキル基又はアルコキシアルキル基を表す。)で表されるパーオキシジカーボネートの使用量としては、得られる重合体100質量%に対して、0.01〜20質量%であることが好ましい。上記パーオキシジカーボネートの使用量がこのような範囲であると、生成物の着色および発泡が少なく、フルオロポリマーの重合速度を充分に速くすることが可能となる。より好ましくは、0.05〜15質量%であり、更に好ましくは、0.1〜10質量%であり、更により好ましくは、0.1〜7質量%である。
上記重合における重合媒体としては、一般式:
R−O−C(=O)−O−O−C(=O)−O−R
(式中、Rは、同一又は異なって、炭素数4のアルキル基又はアルコキシアルキル基を表す。)で表されるパーオキシジカーボネートを分散もしくは溶解させるものであれば良く、水、フッ素含有有機溶媒、アルコール、エーテル、ケトン等のフッ素非含有有機溶媒を単独もしくは併用して用いることが出来る。特にフッ素含有有機溶媒がテトラフルオロエチレン及び又はクロロトリフルオロエチレンを充分に溶解させることから好適であり、CHCClF、CHCClF、CFCFCClH,CFClCFCFHCl等のハイドロクロロフルオロアルカン類、CFClCFClCFCF、CFCFClCFClCF等のクロロフルオロアルカン類、オクタフルオロシクロブタン、CFCFCFCF、CFCFCFCFCFCF等のパーフルオロアルカン類、C、C、C11H、C10、C13H、C12またはCで、具体的には1,1,2,2−テトラフルオロシクロブタン、CFHCFCFCFH、CFCFHCFCFCF、CFCFCFCFCFH、CFCFCFHCFCF、CFCFHCFHCFCF、CFHCFCFCFCFH、CFHCFHCFCFCF、CFCFCFCFCFCFH、CFCH(CF)CFCFCF、CFCF(CF)CFHCFCF、CFCF(CF)CFHCFHCF、CFCH(CF)CFHCFCF、CFHCFCFCFCFCFH、CFCFCFCFCHCHなどのハイドロフルオロカーボン類、CFCHOCFCHF、CHFCFCHOCFCHF、CFCFCHOCFCHF等のヒドロフルオロアルキルエーテル類が好適であり、なかでもオクタフルオロシクロブタンなどのパーフルオロアルカン類が重合における連鎖移動反応が少ないことから好適である。
上記重合における反応温度は、20〜50℃であることが好ましく、32℃以上がより好ましく、34℃以上が更に好ましい。他方、45℃以下がより好ましく、40℃以下が更に好ましい。反応温度が高すぎると反応時に低分子量成分が生成し、押出し成形時に発泡してしまったり、着色してしまったりするおそれがある。反応温度が低すぎると充分な反応速度が得られず、工業的に不向きである。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例、比較例の各単量体の含有率は、溶融下、300MHzの19F−NMRを用い、得られたチャートより計算した。
(実施例1)
内容積1000Lのオートクレーブに蒸留水312Lを投入し、充分に窒素置換を行った後、オクタフルオロシクロブタン212kgを仕込み、系内を35℃、攪拌速度130rpmに保った。その後、系内圧力が1.28MPaGになるまで、テトラフルオロエチレン[TFE]/エチレン[Et]=79/21モル%の混合ガスを仕込んだ。さらに、パーフルオロ(1,1,5−トリハイドロ−1−ペンテン)[CH=CF(CFH]1.5kg、シクロヘキサン1.3kgを仕込み、その後にジ−sec−ブチルパーオキシジカーボネート[SBP]1.25kgを投入して重合を開始した。重合の進行と共に系内圧力が低下するので、テトラフルオロエチレン/エチレン=56.0/44.0モル%の混合ガスを連続して供給し、系内圧力を1.28MPaGに保った。そして、パーフルオロ(1,1,5−トリハイドロ−1−ペンテン)についても合計量8.5kgを連続して仕込んで重合を継続した。重合開始15時間後、放圧して大気圧に戻し、反応生成物を水洗、乾燥してETFEの粉末200kgを得た。得られたETFEのメルトフローレート(MFR)を、メルトインデクサー(東洋精機社製)を用いて、ASTM D 3159に準拠して測定したところ、14.5g/10分であった。また、得られたETFEの融点を、示差走査熱量計〔DSC〕(商品名:RDC220、セイコー電子社製)を用いて、10℃/分の速度で昇温したときの融解熱曲線における極大値から求めたところ、264℃であった。得られた組成物の各単量体の含有率(モル比)はTFE/Et/CH=CF(CFH=55.0/43.5/1.5であった。
次いでφ30mm押出機を用い、シリンダー温度340℃で50g/minの速度で溶融押出を行い、押出機から出てきた樹脂の発泡状態および着色度合いを目視にて確認したところ、発泡および着色は見られなかった。
(実施例2)
174L容積のオートクレーブに蒸留水34Lを投入し、充分に窒素置換を行った後、パーフルオロシクロブタン30.4kgとパーフルオロ(プロピルビニルエーテル)(CF=CFOCFCFCF)[PPVE]0.95kg、メタノール1.7kgとを仕込み、系内の温度を35℃、攪拌速度を200rpmに保った。次いで、テトラフルオロエチレン[TFE]を0.6MPaGまで圧入した後、ジ−sec−ブチルパーオキシジカーボネート[SBP]0.068kgを投入して重合を開始した。重合の進行とともに系内圧力が低下するので、TFEを連続供給して圧力を一定にし、PPVEは一時間毎に0.065kg追加して17時間重合を継続した。放出して大気圧に戻した後、得られた反応生成物を水洗、乾燥してPFAの粉末30kgの粉末を得た。得られたPFAのメルトフローレート(MFR)を、メルトインデクサー(東洋精機社製)を用いて、ASTM D 3307に準拠して測定したところ、15g/10分であった。また、得られたPFAの融点を、示差走査熱量計〔DSC〕(商品名:RDC220、セイコー電子社製)を用いて、10℃/分の速度で昇温したときの融解熱曲線における極大値から求めたところ、300℃であった。得られた組成物の各単量体の含有率(モル比)はTFE/PPVE=98.0/2.0であった。
次いでφ30mm押出機を用い、シリンダー温度400℃で50g/minの速度で溶融押出を行い、押出機から出てきた樹脂の発泡状態および着色度合いを目視にて確認したところ、発泡および着色は見られなかった。
(実施例3)
内容量1336リットルのジャケット付き攪拌式ガラスライニング製オートクレーブに、脱ミネラル、脱酸素した後、純水360リットルを仕込んだ。攪拌を開始し、内部空間を純窒素で充分置換した後、槽内を真空にし、ヘキサフルオロプロピレン[HFP]360kgを仕込んだ。引き続き、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)[PPVE]3.5kgを圧入し、槽内温度を反応温度の35℃にし、テトラフルオロエチレン[TFE]を1.27MPaGまで圧入した。ここに、開始剤として、ジ−sec−ブチルパーオキシジカーボネート[SBP]1.05kgと分子量調節剤としてメタノール0.7kgを圧入し、重合を開始した。反応中、系内の圧力を一定に保持するようTFEとHFPの混合モノマー(混合比率(モル比) TFE:HFP=86:14)を逐次追加し、また同時に、混合モノマーの追加量に応じてPPVEを360gずつ10回に分けて追加圧入した。16時間後、TFE、HEP、PPVEを計390kg仕込んだところで反応を終了し、モノマーをパージし、得られたポリマーを分離、洗浄、乾燥することにより、FEPの粉末360kgを得た。
得られたFEPのメルトフローレート(MFR)を、メルトインデクサー(東洋精機社製)を用いて、ASTM D 3307に準拠して測定したところ、21g/10分であった。また、得られたFEPの融点を、示差走査熱量計〔DSC〕(商品名:RDC220、セイコー電子社製)を用いて、10℃/分の速度で昇温したときの融解熱曲線における極大値から求めたところ、250℃であった。得られた組成物の各単量体の含有率(モル比)はTFE/HFP/PPVE=91.5/8.1/0.4であった。
次いでφ30mm押出機を用い、シリンダー温度390℃で50g/minの速度で溶融押出を行い、押出機から出てきた樹脂の発泡状態および着色度合いを目視にて確認したところ、発泡および着色は見られなかった。
(実施例4)
内容量10Lのステンレス製重合槽内を真空にした後、クロロトリフルオロエチレン[CTFE]10kgを仕込み、内温を35℃に調節した。次にジ−sec−ブチルパーオキシジカーボネート[SBP]11.3gを重合器内に圧入して重合を開始させた。重合を開始してから35時間後、未反応単量体をパージした後、反応混合物を重合器から取り出し、洗浄、乾燥することによりPCTFEの粉末6.8kgを得た。
得られたPCTFEのメルトフローレート(MFR)を、メルトインデクサー(東洋精機社製)を用いて、ASTM D 7472に準拠して測定したところ、1g/10分であった。また、得られたPCTFEの融点を、示差走査熱量計〔DSC〕(商品名:RDC220、セイコー電子社製)を用いて、10℃/分の速度で昇温したときの融解熱曲線における極大値から求めたところ、213℃であった。得られた組成物の各単量体の含有率(モル比)はCTFE=100であった。
次いでφ30mm押出機を用い、シリンダー温度300℃で10g/minの速度で溶融押出を行い、押出機から出てきた樹脂の発泡状態および着色度合いを目視にて確認したところ、発泡および着色は見られなかった。
(実施例5)
内容積1000Lのオートクレーブに蒸留水312Lを投入し、充分に窒素置換を行った後、オクタフルオロシクロブタン212kgを仕込み、系内を25℃、攪拌速度130rpmに保った。その後、系内圧力が1.13MPaGになるまで、テトラフルオロエチレン[TFE]/エチレン[Et]=79/21モル%の混合ガスを仕込んだ。さらに、パーフルオロ(1,1,5−トリハイドロ−1−ペンテン)[CH=CF(CFH]1.5kg、シクロヘキサン1.7kgを仕込み、その後にジ−sec−ブチルパーオキシジカーボネート[SBP]1.25kgを投入して重合を開始した。重合の進行と共に系内圧力が低下するので、テトラフルオロエチレン/エチレン=56.0/44.0モル%の混合ガスを連続して供給し、系内圧力を1.13MPaGに保った。そして、パーフルオロ(1,1,5−トリハイドロ−1−ペンテン)についても合計量8.5kgを連続して仕込んで重合を継続した。重合開始36時間後、放圧して大気圧に戻し、反応生成物を水洗、乾燥してETFEの粉末200kgを得た。
得られたETFEのメルトフローレート(MFR)を、メルトインデクサー(東洋精機社製)を用いて、ASTM D 3159に準拠して測定したところ、14g/10分であった。また、得られたETFEの融点を、示差走査熱量計〔DSC〕(商品名:RDC220、セイコー電子社製)を用いて、10℃/分の速度で昇温したときの融解熱曲線における極大値から求めたところ、264℃であった。得られた組成物の各単量体の含有率(モル比)はTFE/Et/CH=CF(CFH=55.0/43.5/1.5であった。
次いでφ30mm押出機を用い、シリンダー温度340℃で50g/minの速度で溶融押出を行い、押出機から出てきた樹脂の発泡状態および着色度合いを目視にて確認したところ、発泡および着色は見られなかった。
(実施例6)
内容積1000Lのオートクレーブに蒸留水312Lを投入し、充分に窒素置換を行った後、オクタフルオロシクロブタン212kgを仕込み、系内を60℃、攪拌速度130rpmに保った。その後、系内圧力が1.70MPaGになるまで、テトラフルオロエチレン[TFE]/エチレン[Et]=79/21モル%の混合ガスを仕込んだ。さらに、パーフルオロ(1,1,5−トリハイドロ−1−ペンテン)[CH=CF(CFH]1.5kg、シクロヘキサン1.1kgを仕込み、その後にジ−sec−ブチルパーオキシジカーボネート[SBP]1.25kgを投入して重合を開始した。重合の進行と共に系内圧力が低下するので、テトラフルオロエチレン/エチレン=56.0/44.0モル%の混合ガスを連続して供給し、系内圧力を1.70MPaGに保った。そして、パーフルオロ(1,1,5−トリハイドロ−1−ペンテン)についても合計量8.5kgを連続して仕込んで重合を継続した。重合開始25時間後、放圧して大気圧に戻し、反応生成物を水洗、乾燥してETFEの粉末200kgを得た。
得られたETFEのメルトフローレート(MFR)を、メルトインデクサー(東洋精機社製)を用いて、ASTM D 3159に準拠して測定したところ、15g/10分であった。また、得られたETFEの融点を、示差走査熱量計〔DSC〕(商品名:RDC220、セイコー電子社製)を用いて、10℃/分の速度で昇温したときの融解熱曲線における極大値から求めたところ、264℃であった。得られた組成物の各単量体の含有率(モル比)はTFE/Et/CH=CF(CFH=55.0/43.5/1.5であった。
次いでφ30mm押出機を用い、シリンダー温度340℃で50g/minの速度で溶融押出を行い、押出機から出てきた樹脂の発泡状態および着色度合いを目視にて確認したところ、小さい泡が多数発生し、多少褐色の着色がみられた。
(実施例7)
内容積1000Lのオートクレーブに蒸留水312Lを投入し、充分に窒素置換を行った後、オクタフルオロシクロブタン212kgを仕込み、系内を35℃、攪拌速度130rpmに保った。その後、系内圧力が1.28MPaGになるまで、テトラフルオロエチレン[TFE]/エチレン[Et]=79/21モル%の混合ガスを仕込んだ。さらに、パーフルオロ(1,1,5−トリハイドロ−1−ペンテン)[CH=CF(CFH]1.5kg、シクロヘキサン1.3kgを仕込み、その後にジ−2−エトキシエチルパーオキシジカーボネート[EEP]1.42kgを投入して重合を開始した。重合の進行と共に系内圧力が低下するので、テトラフルオロエチレン/エチレン=56.0/44.0モル%の混合ガスを連続して供給し、系内圧力を1.28MPaGに保った。そして、パーフルオロ(1,1,5−トリハイドロ−1−ペンテン)についても合計量8.5kgを連続して仕込んで重合を継続した。重合開始15時間後、放圧して大気圧に戻し、反応生成物を水洗、乾燥してETFEの粉末200kgを得た。
得られたETFEのメルトフローレート(MFR)を、メルトインデクサー(東洋精機社製)を用いて、ASTM D 3159に準拠して測定したところ、14.5g/10分であった。また、得られたETFEの融点を、示差走査熱量計〔DSC〕(商品名:RDC220、セイコー電子社製)を用いて、10℃/分の速度で昇温したときの融解熱曲線における極大値から求めたところ、264℃であった。得られた組成物の各単量体の含有率(モル比)はTFE/Et/CH=CF(CFH=55.0/43.5/1.5であった。
次いでφ30mm押出機を用い、シリンダー温度340℃で50g/minの速度で溶融押出を行い、押出機から出てきた樹脂の発泡状態および着色度合いを目視にて確認したところ、発泡および着色は見られなかった。
(実施例8)
内容積1000Lのオートクレーブに蒸留水312Lを投入し、充分に窒素置換を行った後、オクタフルオロシクロブタン212kgを仕込み、系内を35℃、攪拌速度130rpmに保った。その後、系内圧力が1.28MPaGになるまで、テトラフルオロエチレン[TFE]/エチレン[Et]=79/21モル%の混合ガスを仕込んだ。さらに、パーフルオロ(1,1,5−トリハイドロ−1−ペンテン)[CH=CF(CFH]1.5kg、シクロヘキサン0.2kgを仕込み、その後にジ−sec−ブチルパーオキシジカーボネート[SBP]11.25kgを投入して重合を開始した。重合の進行と共に系内圧力が低下するので、テトラフルオロエチレン/エチレン=56.0/44.0モル%の混合ガスを連続して供給し、系内圧力を1.28MPaGに保った。そして、パーフルオロ(1,1,5−トリハイドロ−1−ペンテン)についても合計量8.5kgを連続して仕込んで重合を継続した。重合開始4時間後、放圧して大気圧に戻し、反応生成物を水洗、乾燥してETFEの粉末200kgを得た。得られたETFEのメルトフローレート(MFR)を、メルトインデクサー(東洋精機社製)を用いて、ASTM D 3159に準拠して測定したところ、14.5g/10分であった。また、得られたETFEの融点を、示差走査熱量計〔DSC〕(商品名:RDC220、セイコー電子社製)を用いて、10℃/分の速度で昇温したときの融解熱曲線における極大値から求めたところ、264℃であった。得られた組成物の各単量体の含有率(モル比)はTFE/Et/CH=CF(CFH=55.0/43.5/1.5であった。
次いでφ30mm押出機を用い、シリンダー温度340℃で50g/minの速度で溶融押出を行い、押出機から出てきた樹脂の発泡状態および着色度合いを目視にて確認したところ、発泡および着色は見られなかった。
(比較例1)
内容積1000Lのオートクレーブに蒸留水312Lを投入し、充分に窒素置換を行った後、オクタフルオロシクロブタン212kgを仕込み、系内を35℃、攪拌速度130rpmに保った。その後、系内圧力が1.28MPaGになるまで、テトラフルオロエチレン[TFE]/エチレン[Et]=79/21モル%の混合ガスを仕込んだ。さらに、パーフルオロ(1,1,5−トリハイドロ−1−ペンテン)[CH=CF(CFH]1.5kg、シクロヘキサン1.7kgを仕込み、その後にジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート[NPP]1.10kgを投入して重合を開始した。重合の進行と共に系内圧力が低下するので、テトラフルオロエチレン/エチレン=56.0/44.0モル%の混合ガスを連続して供給し、系内圧力を1.28MPaGに保った。そして、パーフルオロ(1,1,5−トリハイドロ−1−ペンテン)についても合計量8.5kgを連続して仕込んで重合を継続した。重合開始25時間後、放圧して大気圧に戻し、反応生成物を水洗、乾燥してETFEの粉末200kgを得た。
得られたETFEのメルトフローレート(MFR)を、メルトインデクサー(東洋精機社製)を用いて、ASTM D 3159に準拠して測定したところ、14.5g/10分であった。また、得られたETFEの融点を、示差走査熱量計〔DSC〕(商品名:RDC220、セイコー電子社製)を用いて、10℃/分の速度で昇温したときの融解熱曲線における極大値から求めたところ、264℃であった。得られた組成物の各単量体の含有率(モル比)はTFE/Et/CH=CF(CFH=55.0/43.5/1.5であった。
次いでφ30mm押出機を用い、シリンダー温度340℃で50g/minの速度で溶融押出を行い、押出機から出てきた樹脂の発泡状態および着色度合いを目視にて確認したところ、着色は見られなかったが、著しく発泡が見られた。
(比較例2)
174L容積のオートクレーブに蒸留水34Lを投入し、充分に窒素置換を行った後、パーフルオロシクロブタン30.4kgとパーフルオロ(プロピルビニルエーテル)(CF=CFOCFCFCF)[PPVE]0.95kg、メタノール2.2kgとを仕込み、系内の温度を35℃、攪拌速度を200rpmに保った。次いで、テトラフルオロエチレン[TFE]を0.6MPaGまで圧入した後、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート[NPP]0.060kgを投入して重合を開始した。重合の進行とともに系内圧力が低下するので、TFEを連続供給して圧力を一定にし、PPVEは一時間毎に0.065kg追加して28時間重合を継続した。放出して大気圧に戻した後、得られた反応生成物を水洗、乾燥してPFA30kgの粉末を得た。
得られたPFAのメルトフローレート(MFR)を、メルトインデクサー(東洋精機社製)を用いて、ASTM D 3307に準拠して測定したところ、15g/10分であった。また、得られたPFAの融点を、示差走査熱量計〔DSC〕(商品名:RDC220、セイコー電子社製)を用いて、10℃/分の速度で昇温したときの融解熱曲線における極大値から求めたところ、300℃であった。得られた組成物の各単量体の含有率(モル比)はTFE/PPVE=98.0/2.0であった。
次いでφ30mm押出機を用い、シリンダー温度400℃で50g/minの速度で溶融押出を行い、押出機から出てきた樹脂の発泡状態および着色度合いを目視にて確認したところ、着色は見られなかったが、著しく発泡が見られた。
(比較例3)
内容量1336リットルのジャケット付き攪拌式ガラスライニング製オートクレーブに、脱ミネラル、脱酸素した後、純水360リットルを仕込んだ。攪拌を開始し、内部空間を純窒素で充分置換した後、槽内を真空にし、ヘキサフルオロプロピレン[HFP]360kgを仕込んだ。引き続き、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)[PPVE]3.5kgを圧入し、槽内温度を反応温度の35℃にし、テトラフルオロエチレン[TFE]を1.27MPaGまで圧入した。ここに、開始剤として、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート[NPP]0.93kgと分子量調節剤としてメタノール0.9kgを圧入し、重合を開始した。反応中、系内の圧力を一定に保持するようTFEとHFPの混合モノマー(混合比率(モル比) TFE:HFP=86:14)を逐次追加し、また同時に、混合モノマーの追加量に応じてPPVEを360gずつ10回に分けて追加圧入した。27時間後、TFE、HEP、PPVEを計390kg仕込んだところで反応を終了し、モノマーをパージし、得られたポリマーを分離、洗浄、乾燥することにより、FEPの粉末360kgを得た。
得られたFEPのメルトフローレート(MFR)を、メルトインデクサー(東洋精機社製)を用いて、ASTM D 3307に準拠して測定したところ、21g/10分であった。また、得られたFEPの融点を、示差走査熱量計〔DSC〕(商品名:RDC220、セイコー電子社製)を用いて、10℃/分の速度で昇温したときの融解熱曲線における極大値から求めたところ、250℃であった。得られた組成物の各単量体の含有率(モル比)はTFE/HFP/PPVE=91.5/8.1/0.4であった。
次いでφ30mm押出機を用い、シリンダー温度390℃で50g/minの速度で溶融押出を行い、押出機から出てきた樹脂の発泡状態および着色度合いを目視にて確認したところ、着色は見られなかったが、著しく発泡が見られた。
(比較例4)
内容量10Lのステンレス製重合槽内を真空にした後、クロロトリフルオロエチレン[CTFE]10kgを仕込み、内温を35℃に調節した。次にジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート[NPP]10gを重合器内に圧入して重合を開始させた。重合を開始してから60時間後、未反応単量体をパージした後、反応混合物を重合器から取り出し、洗浄、乾燥することによりPCTFEの粉末6.8kgを得た。
得られたPCTFEのメルトフローレート(MFR)を、メルトインデクサー(東洋精機社製)を用いて、ASTM D 7472に準拠して測定したところ、1g/10分であった。また、得られたPCTFEの融点を、示差走査熱量計〔DSC〕(商品名:RDC220、セイコー電子社製)を用いて、10℃/分の速度で昇温したときの融解熱曲線における極大値から求めたところ、213℃であった。得られた組成物の各単量体の含有率(モル比)はCTFE=100であった。
次いでφ30mm押出機を用い、シリンダー温度300℃で10g/minの速度で溶融押出を行い、押出機から出てきた樹脂の発泡状態および着色度合いを目視にて確認したところ、著しい発泡および褐色の着色が見られた。
各実施例、比較例の結果を表1に示す。
Figure 2015007218
なお、表1における略号は以下の通りである。
発泡「○」:発泡は見られなかった。
発泡「△」:小さい泡が多数発生した。
発泡「×」:著しい発泡が見られた。
着色「○」:着色は見られなかった。
着色「△」:多少褐色の着色が見られた。
着色「×」:褐色の着色が見られた。
また、表1における「開始剤1mol当りの反応速度」は、下記式により求めた。
開始剤1mol当りの反応速度〔kg/(hr・mol)〕=
得られるポリマー量〔kg〕/(重合反応時間〔hr〕・使用した重合開始剤量〔mol〕)
本発明のフルオロポリマーの製造方法は、テトラフルオロエチレン又はクロロトリフルオロエチレン単位を必須として含むフルオロポリマーをより効率的に製造することができ、押出し成形時の成形性を向上させ、着色を抑制することができることから、テトラフルオロエチレン又はクロロトリフルオロエチレン単位を必須として含むフルオロポリマーの製造方法として好適に用いることができる。

Claims (8)

  1. パーオキシジカーボネートの存在下にテトラフルオロエチレン又はクロロトリフルオロエチレンを重合してフルオロポリマーを得る工程を含み、
    該パーオキシジカーボネートは、一般式:
    R−O−C(=O)−O−O−C(=O)−O−R
    (式中、Rは、同一又は異なって、炭素数4のアルキル基又はアルコキシアルキル基を表す。)で表される
    ことを特徴とするフルオロポリマーの製造方法。
  2. 前記パーオキシジカーボネートが、ジ−sec−ブチルパーオキシジカーボネート又はジ−2−エトキシエチルパーオキシジカーボネートである請求項1記載のフルオロポリマーの製造方法。
  3. テトラフルオロエチレン又はクロロトリフルオロエチレンと、
    エチレン、クロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニル、へキサフルオロプロピレン、へキサフルオロイソブテン、CH=CX(CF(式中、XはH又はF、XはH、F又はCl、nは1〜10の整数である。)で示される単量体、CF=CF−ORf(式中、Rfは、炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基又は炭素数1〜17のパーフルオロアルコキシアルキル基を表す。)で表されるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)、及び、CF=CF−OCH−Rf(式中、Rfは、炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基を表す。)で表されるアルキルパーフルオロビニルエーテル誘導体からなる群より選択される少なくとも1種の単量体とを重合する請求項1又は2記載のフルオロポリマーの製造方法。
  4. テトラフルオロエチレン及びエチレンを重合する請求項3記載のフルオロポリマーの製造方法。
  5. テトラフルオロエチレン及びCF=CF−ORf(式中、Rfは、炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基又は炭素数1〜17のパーフルオロアルコキシアルキル基を表す。)で表されるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)を重合する請求項3記載のフルオロポリマーの製造方法。
  6. テトラフルオロエチレン及びヘキサフルオロプロピレンを重合する請求項3記載のフルオロポリマーの製造方法。
  7. クロロトリフルオロエチレンを重合する請求項3記載のフルオロポリマーの製造方法。
  8. 重合は、乳化重合法、懸濁重合法、溶液重合法、又は、塊状重合法により行われる請求項1、2、3、4、5、6又は7記載のフルオロポリマーの製造方法。
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