JP2020015906A - 成形品の製造方法および成形品 - Google Patents

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Abstract

【課題】パーティクル発生量が低減化された成形品を製造できる成形品の製造方法を提供すること。【解決手段】テトラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体を温度T1(℃)で成形して成形材料を調製する調製工程、および、前記成形材料を温度T2(℃)で押出成形して成形品を得る成形工程を含み、温度T1および温度T2が、20≦T1−T2≦80の関係を充足する成形品の製造方法を提供する。【選択図】 図2

Description

本開示は、成形品の製造方法および成形品に関する。
特許文献1には、不安定基を有する溶融加工可能な含フッ素重合体を水および酸素の存在下で安定化する安定化処理領域を含む混練機内で溶融混練する含フッ素重合体の安定化に先立って、該安定化処理領域の前の領域として含フッ素重合体中の低分子量物を分解または揮散するのに充分な温度と時間において含フッ素重合体を溶融混練する溶融領域を配置し、該溶融領域において低分子量物を分解および/または揮散させて安定化処理領域の前で混練機外に放出することを特徴とする安定化された含フッ素重合体の製造方法が記載されている。
国際公開第2002/050135号
本開示では、パーティクル発生量が低減化された成形品を製造できる成形品の製造方法を提供することを目的とする。
また、本開示では、パーティクル発生量が低減化された成形品を提供することを目的とする。
本開示によれば、テトラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体を温度T1(℃)で成形して成形材料を調製する調製工程、および、前記成形材料を温度T2(℃)で押出成形して成形品を得る成形工程を含み、温度T1および温度T2が、20≦T1−T2≦80の関係を充足する成形品の製造方法が提供される。
前記調製工程における温度T1(℃)が、390℃以上であることが好ましい。
前記調製工程において用いるテトラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体の融点が、295℃以上であることが好ましい。
前記調製工程において用いるテトラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体のパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)単位の含有量が、3.5〜7.0質量%であることが好ましい。
前記調製工程において、押出成形して成形材料を調製することが好ましい。
前記調製工程において得られる成形材料が、ペレットであることが好ましい。
前記成形工程において得られる成形品が、チューブであることが好ましい。
また、本開示によれば、融点が、295℃以上であるテトラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体を含有し、イソプロピルアルコールと接触した場合に、イソプロピルアルコール中に分散する30nmφサイズ以上のパーティクルの数が700個/ml以下である成形品が提供される。
本開示の成形品が、チューブであることが好ましい。
本開示によれば、パーティクル発生量が低減化された成形品を製造できる成形品の製造方法を提供することができる。
また、本開示によれば、パーティクル発生量が低減化された成形品を提供することができる。
図1は、従来のチューブの成形工程において、チューブにパーティクルが付着する機構を説明するための図である。 図2は、調製工程の一例を説明するための図である。 図3は、パーティクル数の測定方法を説明するための図である。
以下、本開示の具体的な実施形態について詳細に説明するが、本開示は、以下の実施形態に限定されるものではない。
半導体の微細化プロセスの進展により、半導体装置や薬液供給設備において使用されている成形品からの汚染物質の低減化が重要になってきている。たとえば、特開2014−222756号公報では、薬液を供給するための配管からパーティクルが発生し、これが薬液内に入り込む問題が指摘されている。
テトラフルオロエチレン単位(TFE単位)とパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)単位(PAVE単位)とを含有する共重合体(以下、TFE/PAVE共重合体(または、PFA)という)を含む成形品は、耐薬液性などに優れることから、半導体装置や薬液供給設備に多数使用されており、高純度薬液に接触している面積も大きい。しかし、特許文献1を含む従来技術においては、組成などによっては非常に高い融点を示すTFE/PAVE共重合体を含有する成形品からの、パーティクルの発生を抑制する方法は検討されていない。
そこで、本発明者らがパーティクル低減化技術について鋭意検討したところ、原料から成形品を製造する一連の工程において、TFE/PAVE共重合体を加熱する温度を厳密に制御することにより、最終的に得られる成形品からのパーティクルの発生を、従来にないレベルまで抑制できることが見出された。
また、本発明者らが今回得た知見によれば、パーティクルが検出できなくなるまで超純水で成形品を洗浄しても、洗浄後の成形品にさらにイソプロピルアルコールを接触させると、イソプロピルアルコール中にパーティクルが検出される。すなわち、超純水を用いて成形品を洗浄し、超純水(洗浄水)を回収し、超純水中に分散したパーティクルを測定する従来の評価方法では、パーティクル数を正確に評価できておらず、イソプロピルアルコールを用いた新規な評価方法によって、始めて、パーティクル数を正確に評価できることも、あわせて見出された。
本開示の製造方法は、これらの知見に基づき完成されたものであり、TFE/PAVE共重合体を温度T1(℃)で成形して成形材料を調製する調製工程、および、前記成形材料を温度T2(℃)で押出成形して成形品を得る成形工程を含む製造方法において、温度T1および温度T2が、20≦T1−T2≦80の関係を充足することを特徴とする。
上記調製工程における温度T1(℃)は、成形材料を調製するために、TFE/PAVE共重合体を成形する際の成形温度である。上記調製工程においては、成形に支障が無い範囲で、一定に保つように成形温度を設定してもよいし、成形温度を変化させてもよい。成形温度を変化させる場合には、上記調製工程におけるいずれかの時点の温度をT1として、温度T1および温度T2が20≦T1−T2≦80の関係を充足するように、成形温度を変化させることができる。すなわち、上記調製工程における温度T1は、上記調製工程におけるいずれかの時点の温度であってよく、また、上記調製工程における最高温度であってもよい。温度T1は、共重合体温度ではなく、成形に用いる成形機の設定温度である。
温度T1としては、パーティクル発生量が一層低減化された成形品を得ることができ、生産性にも優れることから、好ましくはTFE/PAVE共重合体の融点または軟化点以上であり、より好ましくはTFE/PAVE共重合体の融点以上であり、さらに好ましくは350℃以上であり、よりさらに好ましくは370℃以上であり、特に好ましくは390℃以上であり、最も好ましくは400℃以上である。また、温度T1としては、TFE/PAVE共重合体にダメージを与えることなく、パーティクル発生量が一層低減化された成形品を得ることができ、生産性にも優れることから、好ましくはTFE/PAVE共重合体の熱分解温度未満であり、より好ましくは430℃以下である。従来の成形材料の調製工程では、比較的高温でTFE/PAVE共重合体を成形する利点が知られていなかったことから、TFE/PAVE共重合体への影響、製造コスト、安全性などを考慮して、成形温度を低温に設定してきた。しかしながら、成形温度を可能な範囲で低めに設定する従来の方法を採用すると、パーティクル発生量を十分に抑制できない傾向があることが、本発明者らによって見出された。
上記成形工程における温度T2(℃)は、上記成形材料を成形する際の成形温度である。上記成形工程においては、成形に支障が無い範囲で、一定に保つように成形温度を設定してもよいし、成形温度を変化させてもよい。成形温度を変化させる場合には、上記成形工程におけるいずれかの時点の温度をT2として、温度T1および温度T2が20≦T1−T2≦80の関係を充足するように、成形温度を変化させることができる。すなわち、上記成形工程における温度T2は、上記成形工程におけるいずれかの時点の温度であってよく、また、上記成形工程における最高温度であってもよい。温度T2は、共重合体温度ではなく、成形に用いる成形機の設定温度である。
温度T2は、不等式:20≦T1−T2≦80を充足するように、温度T1よりも低い温度に設定される。すなわち、本開示の製造方法においては、温度T1と温度T2との温度差を、20〜80℃の範囲に制御することによって、最終的に得られる成形品からのパーティクルの発生を、従来にないレベルまで抑制することができる。一方、上記成形品に成形する際に、生産性を重視して、押出速度を高めるために、成形温度を可能な範囲で高めに設定する従来の方法を採用すると、パーティクル発生量を十分に抑制できない。温度T1および温度T2は、パーティクル発生量が一層低減化された成形品を得ることができることから、不等式:30≦T1−T2を充足することが好ましく、不等式:40≦T1−T2を充足することがより好ましく、また、不等式:T1−T2≦70を充足することが好ましい。また、製造する成形品が大きいほど、T1とT2との温度差を大きくすることが好ましい。
温度T1および温度T2を厳密に制御することによって、パーティクル発生量が低減化された成形品を製造できる理由は、明確ではないが、次のように推測される。図1は、従来のチューブの成形工程において、チューブにパーティクルが付着する機構を説明するための図である。図1に示すように、シリンダー111内で溶融されたTFE/PAVE共重合体101は、アダプター112を通過し、ダイ113から押し出されて、サイジングダイ114まで伸びる溶融状態のTFE/PAVE共重合体のコーン102を形成した後、サイジングダイ114を通過して、チューブ103を形成する。チューブ103の外形は、サイジングダイ114により規定され、チューブ103の肉厚は、スクリュー115の回転数で制御された押し出し量により規定される。コーン102およびチューブ103の内部には、ダイ113に設けられた孔116から外気121が送り込まれ、溶融状態のTFE/PAVE共重合体が冷却されて固化する。外気121は、通常、フィルターを通過させることによって、環境由来の汚染粒子が除去されている。ダイ温度まで加熱されたTFE/PAVE共重合体101がダイ113から押し出されると、溶融状態のTFE/PAVE共重合体の表面から、低分子量体131が揮発し、TFE/PAVE共重合体が冷却されるにしたがって、コーン102およびチューブ103の内面に付着する。従来のチューブの成形工程では、このような現象が生じており、付着した低分子量体が、パーティクルとして、薬液中に溶出していたものと推測される。低分子量体は、TFE/PAVE共重合体と似た化学構造を有しており、水中や薬液中では、チューブ内面と強い疎水性相互作用により付着するため、水による洗浄は極めて困難である。
一方、本開示の製造方法においては、温度T1および温度T2を厳密に制御することによって、成形工程においてTFE/PAVE共重合体を溶融させても、低分子量体が発生しにくく、パーティクル発生量が低減化された成形品を製造できるものと推測される。
上記調製工程において、成形材料を調製するための成形方法としては特に限定されないが、上記成形工程における押出成形に適した形状に成形できる方法が好ましく、押出成形法がより好ましい。上記調製工程において、押出成形して成形材料を調製することによって、高い生産性で成形材料を調製でき、パーティクル発生量が一層低減化された成形品を得ることができる。
上記調製工程において用いるTFE/PAVE共重合体の形状は、特に限定されないが、製造が容易であることから、粒子または粉末であることが好ましい。
上記成形材料の形状は、特に限定されないが、上記成形工程における押出成形に適した形状が好ましい。上記成形材料は、粉末、ペレット、クラムなどであってよいが、上記成形材料を調製するための成形方法として、押出成形法を採用することができ、上記成形工程における押出成形に適した形状であって、生産性に優れ、パーティクル発生量が一層低減化された成形品を得ることができることから、ペレットであることが好ましい。
上記ペレットとしては、生産が容易であり、取り扱いも容易であることから、長さ1〜3mm、直径0.5〜3mmの略円柱状のペレットが好ましい。ペレットの直径としては、1〜2mmがより好ましい。
上記調製工程においては、特に、押出成形して、成形材料としてペレットを調製することが、高い生産性で成形材料を調製でき、パーティクル発生量が一層低減化された成形品を得ることができることから、好ましい。
上記調製工程において、押出成形して成形材料を調製する場合には、押出機を用いることができる。上記押出機は、単軸押出機であっても、二軸押出機であってもよい。
図2は、上記調製工程の一例を説明するための図である。図2に示す調製工程においては、押出機210が、シリンダー211と、シリンダー211内に収容されたスクリュー212と、シリンダー211の先端に取り付けられたダイ213と、シリンダー211に原料を供給するためのホッパー214と、シリンダー211を回転させるための駆動装置215と、を備えている。この実施形態では、まず、原料であるTFE/PAVE共重合体の粉末(図示せず)がホッパー214からシリンダー211に供給され、シリンダー211内でTFE/PAVE共重合体が溶融される。次に、溶融したTFE/PAVE共重合体201は、ダイ213から押し出されてストランド202を形成する。ダイ213から押し出されたストランド202は、一定の距離を走行した後、水槽221に投入されて、冷却される。最後に、冷却されたストランド202は、ペレタイザー222に投入され、ペレタイザー222に設けられたカッター(図示せず)で切断されて、ペレット231として排出される。この際、ダイ213から押し出された高温のストランド202からは、低分子量体が揮発するものと推測される。
押出機210のシリンダー211にはベント孔(図示せず)を設けてもよく、ベント孔に真空ポンプ(図示せず)を接続してもよい。ベント孔を設けることによって、溶融したTFE/PAVE共重合体201から揮発した低分子量体を、シリンダー211外に排出することができる。
たとえば、図2に示した調製工程のように、冷却したストランドをカットしてペレットを調製する方法ではなく、ダイから押し出された直後のストランドを冷却前にカットするホットカット法や、ダイから押し出された直後のストランドを水中に投入して水中でカットする水中カット法により、ペレットを調製する場合、TFE/PAVE共重合体から低分子量体を十分に揮発させられない可能性があるため、シリンダーにベント孔を設けることが好適である。
低分子量体を十分に揮発させて、パーティクル発生量が一層低減化された成形品を得ることができることから、押出機のシリンダーがベント孔を備えていない場合には、通常、ダイから押し出されたストランドから低分子量体が揮発することが最も容易であることから、上述した温度T1および温度T2の関係を充足するように、ダイ温度を温度T1として設定することが至便である。また、押出機のシリンダーがベント孔を備える場合には、ベント孔から低分子量体が揮発することが最も容易であることから、ベント孔が位置するシリンダーの温度を温度T1に設定することが好ましい。また、ベント孔に真空ポンプを接続する場合は、低分子量体の揮発が円滑に進むことが期待されることから、真空ポンプを接続しない場合よりも、温度T1を低下させてもよい。以上のことから、上記調製工程においては、低分子量体揮発領域(低分子量体が容易に揮発する領域)を設け、低分子量体揮発領域のTFE/PAVE共重合体の温度を、温度T1として制御することが好ましい。また、上記調製工程においては、温度T1に設定されたダイを備える押出機、または、温度T1に設定されたシリンダーおよび該シリンダーに設けられたベント孔を備える押出機を用いることがより好ましい。
上記押出機には、ストランドの押出安定化のために、ブレーカープレートを設置してもよい。また、ダイから押し出すストランドの本数は、特に限定されないが、5〜350本であってよい。押出機が備えるスクリューの回転数は、特に限定されず、押出量や押出安定性を考慮して設定され、たとえば、5〜40rpmの範囲である。
ダイから押し出されたストランドの直径は、パーティクル発生量が一層低減化された成形品を製造する観点からは、小さい方が好ましいが、ストランドが細すぎると、調製工程においてストランドが切断するなどの不具合が発生する可能性がある。したがって、ストランドの直径としては、好ましくは0.5〜3mmであり、より好ましくは1〜2mmである。
上記調製工程において得られた成形材料を、再度、温度T1(℃)で成形して、成形材料を調製してもよい。上記調製工程を繰り返すことにより、パーティクル発生量が一層低減化された成形品を製造することができる。
上記成形工程では、上記調製工程において得られた成形材料を、温度T2(℃)で押出成形して成形品を得る。上記成形品の形状は、押出成形により成形可能な形状であれば特に限定されず、ペレット、フィルム、シート、板、ロッド、ブロック、円筒、容器、電線、チューブ、ボトル等が挙げられる。上記成形品としては、好ましくはチューブ、フィルムまたはボトルであり、より好ましくはチューブである。上述したように、従来の成形方法によると、チューブの内面に低分子量体が付着しやすく、パーティクルの発生源となると推測されるのであるが、本開示の製造方法によれば、チューブを製造した場合であっても、パーティクル発生量が低減化されたチューブを得ることができる。
上記成形工程における押出成形には、押出機を用いることができる。上記押出機は、単軸押出機であっても、二軸押出機であってもよい。上記押出機は、通常、シリンダーと、シリンダー内に収容されたスクリューと、シリンダーの先端に取り付けられたダイと、ダイをシリンダーに連結させるためのアダプターと、シリンダーに原料を供給するためのホッパーと、シリンダーを回転させるための駆動装置と、を備えている。ホッパーからの投入が容易であることから、上記調製工程において調製する成形材料としては、上記したとおり、ペレットが好ましい。シリンダーに投入された成形材料は、シリンダー内で溶融され、ダイから押し出されて、チューブに成形される。シリンダー、アダプター、ダイなどの温度は、成形品の大きさや形状に合わせて設定することができ、好適にはダイ温度が最も高くなるように設定される。上記したように、チューブの成形工程では、ダイから押し出された溶融状態のTFE/PAVE共重合体から低分子量体が揮発して、チューブ内面に付着しやすいと推測されるため、ダイ温度を温度T2として制御することが好ましい。
本開示の製造方法としての特に好適な態様としては、温度T1に設定されたダイを備える押出機、または、温度T1に設定されたシリンダーおよび該シリンダーに設けられたベント孔を備える押出機を用いて、TFE/PAVE共重合体を押出成形してペレットを調製する調製工程、および、該ペレットを温度T2(℃)に設定されたダイを備える押出機を用いて、押出成形してチューブを得る成形工程を含み、温度T1および温度T2が、上記した関係を充足する製造方法が挙げられる。
次に、上記調製工程において用いるテトラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体について、説明する。
上記TFE/PAVE共重合体は、溶融加工性のフッ素樹脂であることが好ましい。本開示において、溶融加工性とは、押出機および射出成形機などの従来の加工機器を用いて、ポリマーを溶融して加工することが可能であることを意味する。従って、溶融加工性のフッ素樹脂は、後述する測定方法により測定されるメルトフローレートが0.01〜500g/10分であることが通常である。
上記TFE/PAVE共重合体におけるPAVEに基づく単量体単位の含有量は、全単量体単位に対して、好ましくは1.0〜10質量%であり、より好ましくは2.0質量%以上であり、さらに好ましくは3.5質量%以上であり、特に好ましくは4.0質量%以上であり、最も好ましくは5.0質量%以上であり、より好ましくは8.0質量%以下であり、さらに好ましくは7.0質量%以下であり、特に好ましくは6.5質量%以下であり、最も好ましくは6.0質量%以下である。なお、上記PAVEに基づく単量体単位の量は、19F−NMR法により測定する。
上記PAVE単位を構成するPAVEとしては、一般式(1):
CF=CFO(CFCFYO)−(CFCFCFO)−R (1)
(式中、YはFまたはCFを表し、Rは炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基を表す。pは0〜5の整数を表し、qは0〜5の整数を表す。)で表される単量体、および、一般式(2):
CFX=CXOCFOR (2)
(式中、Xは、同一または異なり、H、FまたはCFを表し、Rは、直鎖または分岐した、H、Cl、BrおよびIからなる群より選択される少なくとも1種の原子を1〜2個含んでいてもよい炭素数が1〜6のフルオロアルキル基、若しくは、H、Cl、BrおよびIからなる群より選択される少なくとも1種の原子を1〜2個含んでいてもよい炭素数が5または6の環状フルオロアルキル基を表す。)で表される単量体からなる群より選択される少なくとも1種を挙げることができる。
なかでも、上記PAVEとしては、一般式(1)で表される単量体が好ましく、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)、パーフルオロ(エチルビニルエーテル)およびパーフルオロ(プロピルビニルエーテル)(PPVE)からなる群より選択される少なくとも1種がより好ましく、PPVEがさらに好ましい。
上記TFE/PAVE共重合体としては、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70/30以上99/1未満である共重合体が好ましい。より好ましいモル比は、70/30以上98.9/1.1以下であり、さらに好ましいモル比は、80/20以上98.9/1.1以下である。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。
上記TFE/PAVE共重合体は、TFEおよび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単位および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およびPAVEと共重合可能な単量体としては、HFP、CZ=CZ(CF(式中、Z、ZおよびZは、同一または異なって、HまたはFを表し、Zは、H、FまたはClを表し、nは2〜10の整数を表す。)で表されるビニル単量体、および、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等が挙げられる。なかでも、HFPが好ましい。
上記TFE/PAVE共重合体としては、TFE単位およびPAVE単位のみからなる共重合体、および、上記TFE/HFP/PAVE共重合体からなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、TFE単位およびPAVE単位のみからなる共重合体がより好ましい。
上記TFE/PAVE共重合体の融点は、好ましくは280〜322℃であり、より好ましくは290℃以上であり、さらに好ましくは295℃以上であり、特に好ましくは300℃以上であり、より好ましくは315℃以下である。融点の高い共重合体を成形するためには、共重合体を高温に加熱して成形する必要があるため、成形品の表面に特に低分子量体が付着しやすく、パーティクルを発生させやすかった。これは、成形温度が高いほど、成形時に共重合体から低分子量体が容易に揮発するためと考えられる。本開示の製造方法によれば、融点が高いTFE/PAVE共重合体を用いた場合であっても、パーティクル発生量が低減化された成形品を製造できる。上記融点は、示差走査熱量計〔DSC〕を用いて測定できる。
上記TFE/PAVE共重合体のガラス転移温度(Tg)は、好ましくは70〜110℃であり、より好ましくは80℃以上であり、より好ましくは100℃以下である。上記ガラス転移温度は、動的粘弾性測定により測定できる。
上記TFE/PAVE共重合体の372℃におけるメルトフローレート(MFR)は、好ましくは0.1〜100g/10分であり、より好ましくは0.5g/10分以上であり、さらに好ましくは1g/10分以上であり、より好ましくは80g/10分以下であり、さらに好ましくは40g/10分以下であり、特に好ましくは30g/10分以下である。MFRは、ASTM D1238に従って、メルトインデクサー(安田精機製作所社製)を用いて、372℃、5kg荷重下で内径2mm、長さ8mmのノズルから10分間あたりに流出するポリマーの質量(g/10分)として得られる値である。
上記TFE/PAVE共重合体としては、パーティクル発生量が一層低減化された成形品を製造できることから、少ない官能基数を有する共重合体が好ましく、官能基を合計で炭素原子10個あたり0〜50個有することが好ましい。炭素原子10個あたりの官能基の個数は、より好ましくは0〜30個であり、さらに好ましくは0〜15個である。
上記官能基は、上記TFE/PAVE共重合体の主鎖末端または側鎖末端に存在する官能基、および、主鎖中または側鎖中に存在する官能基である。上記官能基としては、−CF=CF、−CFH、−COF、−COOH、−COOCH、−CONHおよび−CHOHからなる群より選択される少なくとも1種が好ましい。
上記官能基の種類の同定および官能基数の測定には、赤外分光分析法を用いることができる。
官能基数については、具体的には、以下の方法で測定する。まず、上記TFE/PAVE共重合体を330〜340℃にて30分間溶融し、圧縮成形して、厚さ0.25〜0.3mmのフィルムを作製する。このフィルムをフーリエ変換赤外分光分析により分析して、上記TFE/PAVE共重合体の赤外吸収スペクトルを得、完全にフッ素化されて官能基が存在しないベーススペクトルとの差スペクトルを得る。この差スペクトルに現れる特定の官能基の吸収ピークから、下記式(A)に従って、上記TFE/PAVE共重合体における炭素原子1×10個あたりの官能基数Nを算出する。
N=I×K/t (A)
I:吸光度
K:補正係数
t:フィルムの厚さ(mm)
参考までに、本開示における官能基について、吸収周波数、モル吸光係数および補正係数を表1に示す。また、モル吸光係数は低分子モデル化合物のFT−IR測定データから決定したものである。
Figure 2020015906
なお、−CHCFH、−CHCOF、−CHCOOH、−CHCOOCH、−CHCONHの吸収周波数は、それぞれ表中に示す、−CFH、−COF、−COOH freeと−COOH bonded、−COOCH、−CONHの吸収周波数から数十カイザー(cm−1)低くなる。
従って、たとえば、−COFの官能基数とは、−CFCOFに起因する吸収周波数1883cm−1の吸収ピークから求めた官能基数と、−CHCOFに起因する吸収周波数1840cm−1の吸収ピークから求めた官能基数との合計である。
上記官能基数は、−CF=CF、−CFH、−COF、−COOH、−COOCH、−CONHおよび−CHOHの合計数であってよい。
上記官能基は、たとえば、上記TFE/PAVE共重合体を製造する際に用いた連鎖移動剤や重合開始剤によって、上記TFE/PAVE共重合体に導入される。たとえば、連鎖移動剤としてアルコールを使用したり、重合開始剤として−CHOHの構造を有する過酸化物を使用したりした場合、上記TFE/PAVE共重合体の主鎖末端に−CHOHが導入される。また、官能基を有する単量体を重合することによって、上記官能基が上記TFE/PAVE共重合体の側鎖末端に導入される。
このような官能基を有する上記TFE/PAVE共重合体を、フッ素化処理することによって、上記範囲内の官能基数を有する上記TFE/PAVE共重合体を得ることができる。すなわち、本開示の製造方法において用いる上記TFE/PAVE共重合体は、フッ素化処理されたものであることが好ましい。また、本開示の製造方法において用いる上記TFE/PAVE共重合体は、−CF末端基を有することも好ましい。
上記フッ素化処理は、フッ素化処理されていないTFE/PAVE共重合体とフッ素含有化合物とを接触させることにより行うことができる。
上記フッ素含有化合物としては特に限定されないが、フッ素化処理条件下にてフッ素ラジカルを発生するフッ素ラジカル源が挙げられる。上記フッ素ラジカル源としては、Fガス、CoF、AgF、UF、OF、N、CFOF、フッ化ハロゲン(例えばIF、ClF)等が挙げられる。
上記Fガス等のフッ素ラジカル源は、100%濃度のものであってもよいが、安全性の面から不活性ガスと混合し5〜50質量%に希釈して使用することが好ましく、15〜30質量%に希釈して使用することがより好ましい。上記不活性ガスとしては、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等が挙げられるが、経済的な面より窒素ガスが好ましい。
上記フッ素化処理の条件は、特に限定されず、溶融させた状態のTFE/PAVE共重合体とフッ素含有化合物とを接触させてもよいが、通常、TFE/PAVE共重合体の融点以下、好ましくは20〜220℃、より好ましくは100〜200℃の温度下で行うことができる。上記フッ素化処理は、一般に1〜30時間、好ましくは5〜25時間行う。上記フッ素化処理は、フッ素化処理されていないTFE/PAVE共重合体をフッ素ガス(Fガス)と接触させるものが好ましい。
上記TFE/PAVE共重合体は、例えば、その構成単位となるモノマーや、重合開始剤等の添加剤を適宜混合して、乳化重合、懸濁重合を行う等の従来公知の方法により製造することができる。
次に、本開示の成形品について、説明する。本開示の成形品は、融点が、295℃以上であるTFE/PAVE共重合体を含有し、イソプロピルアルコールと接触した場合に、イソプロピルアルコール中に分散する30nmφサイズ以上のパーティクルの数が700個/ml以下である。
本開示の成形品に含有されるTFE/PAVE共重合体としては、本開示の製造方法において用いるTFE/PAVE共重合体と同様のものを挙げることができ、本開示の製造方法において用いるTFE/PAVE共重合体と同様のものが好適である。
本開示の成形品に含有されるTFE/PAVE共重合体の融点は、295℃以上である。融点の高い共重合体を成形するためには、共重合体を高温に加熱して成形する必要があるため、成形品の表面に特に低分子量体が付着しやすく、パーティクルを発生させやすかった。本開示の成形品は、融点が295℃以上であるTFE/PAVE共重合体を含有するにも関わらず、パーティクルの発生量が少ない。TFE/PAVE共重合体の融点としては、より好ましくは300℃以上であり、好ましくは322℃以下であり、より好ましくは315℃以下である。
本開示の成形品は、イソプロピルアルコール(30nmφサイズ以上のパーティクル数が30個/ml以下)と接触した場合に、イソプロピルアルコール中に分散するパーティクルの数が、700個/ml以下であり、好ましくは600個/ml以下であり、より好ましくは500個/ml以下であり、下限は特に限定されないが、好ましくは50個/ml以上である。イソプロピルアルコール中に分散するパーティクルの数の測定方法については、後述する。
本開示の成形品の形状は、特に限定されず、ペレット、フィルム、シート、板、ロッド、ブロック、円筒、容器、電線、チューブ、ボトル等が挙げられる。本開示の成形品としては、好ましくはチューブ、フィルムまたはボトルであり、より好ましくはチューブである。上述したように、従来の成形方法によると、チューブの内面に低分子量体が付着しやすく、パーティクルの発生源になると推測されるのであるが、本開示の成形品は、チューブである場合であっても、パーティクル発生量が少ない。
上記チューブは、チューブの内容量と同等量のイソプロピルアルコール(30nmφサイズ以上のパーティクル数が30個/ml以下)でチューブ内を満たし、室温にて、一日間放置した後、イソプロピルアルコールを回収した場合に、回収したイソプロピルアルコール中に分散する30nmφサイズ以上のパーティクルの数が、好ましくは700個/ml以下であり、より好ましくは600個/ml以下であり、さらに好ましくは500個/ml以下であり、下限は特に限定されないが、好ましくは50個/ml以上である。イソプロピルアルコール中に分散するパーティクルの数の測定方法については、後述する。
上記チューブの外径は、特に限定されないが、2〜100mmであってよく、5〜50mmであってよい。また、上記チューブの厚みは、0.1〜10mmであってよく、0.3〜5mmであってよい。本開示の製造方法によれば、特に、外径が20mm以上であって、厚みが1mm以上の、比較的大きなチューブを製造しても、イソプロピルアルコール中に分散するパーティクルの数を上記の範囲とすることができる。したがって、本開示のチューブは、外径が20mm以上であって、厚みが1mm以上のチューブであってよい。
本開示の成形品および本開示の製造方法により得られる成形品は、特に限定されないが、例えば、以下の用途に適用することができる:
ダイヤフラムポンプの隔膜部、ベローズ成形品、電線被覆品、半導体用部品、パッキン・シール、コピーロール用薄肉チューブ、モノフィラメント、ベルト、ガスケット、光学レンズ部品、石油発掘用チューブ、地熱発電用チューブ、石油発掘用電線、サテライト用電線、原子力発電用電線、航空機用電線、太陽電池パネルフィルム、二次電池や電気二重層コンデンサーなどのガスケット、OAロール等。
上記成形品は、また、ガスや薬液を流通させるためのチューブ、薬品を保管するためのボトル、ガスバック、薬液バック、薬液容器、冷凍保存用バック等として好適に利用できる。
上記成形品は、また、開閉バルブのボディーや部品類、継手とチューブを接続する際に使用されるスリーブ類、薬液ボトルや容器のスクリューキャップ類、またギア類、ネジ類、フライパン、鍋、炊飯ジャー、金属など基盤上にフッ素樹脂を被覆された製品類、離形フィルム等に好適に利用できる。
上記成形品の特に好適な用途は、半導体製造用の薬液供給設備の配管、半導体製造装置用のチューブ類、継手類、バルブ、タンク、容器、薬液バック、ウェハーキャリアなどパーフロ系フッ素樹脂部材である。
本開示の成形品および本開示の製造方法により得られる成形品がチューブであることも、好適な態様の一つである。
半導体工場においては、半導体製造に用いる超純水や高純度薬液を流通させるためのチューブが多く使用されている。TFE/PAVE共重合体を含む成形品から発生する微粒子(パーティクル)は、疎水性を有する。したがって、特にチューブ内に水系薬液が流通する場合には、微粒子とチューブとの相互作用により、チューブ内面に微粒子が付着しやすく、付着した微粒子は、純水などの洗浄水による除去が困難である。したがって、半導体工場において新しいチューブを用いる場合には、チューブ内を洗浄(フラッシング)するために、多量の超純水や薬液が必要になったり、長時間の洗浄が必要になったりするなどの問題がある。
上記チューブは、上記構成を有することから、パーティクルが内面にほとんど付着しておらず、パーティクルを発生させにくい。上記チューブは、このような効果を奏することから、薬液を流通させるための薬液配管用チューブであることが好ましい。上記薬液としては、半導体製造に用いる薬液が挙げられ、たとえば、アンモニア水、オゾン水、過酸化水素水、塩酸、硫酸、レジスト液、シンナー液、現像液などの薬液が挙げられる。
以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
つぎに本開示の実施形態について実施例をあげて説明するが、本開示はかかる実施例のみに限定されるものではない。
実施例の各数値は以下の方法により測定した。
(融点)
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として求めた。
(MFR)
実施例および比較例で用いた共重合体の粉末およびペレットについて、ASTM D1238に従って、メルトインデクサー(安田精機製作所社製)を用いて、372℃、5kg荷重下で内径2mm、長さ8mmのノズルから10分間あたりに流出するポリマーの質量(g/10分)を求めた。
(単量体単位の含有量)
各単量体単位の含有量は、19F−NMR法により測定した。
(官能基数)
試料を330〜340℃にて30分間溶融し、圧縮成形して、厚さ0.25〜0.3mmのフィルムを作製する。このフィルムをフーリエ変換赤外分光分析装置〔FT−IR(商品名:1760X型、パーキンエルマー社製)により40回スキャンし、分析して赤外吸収スペクトルを得、完全にフッ素化されて官能基が存在しないベーススペクトルとの差スペクトルを得る。この差スペクトルに現れる特定の官能基の吸収ピークから、下記式(A)に従って試料における炭素原子1×10個あたりの官能基数Nを算出する。
N=I×K/t (A)
I:吸光度
K:補正係数
t:フィルムの厚さ(mm)
参考までに、本開示における官能基について、吸収周波数、モル吸光係数および補正係数を表2に示す。また、モル吸光係数は低分子モデル化合物のFT−IR測定データから決定したものである。
Figure 2020015906
(パーティクル数)
(1)イソプロピルアルコールの調製
5nmφのフィルターを用いて、市販の高純度イソプロピルアルコール(IPA)を濾過した。濾過したIPAを、1日間放置して、30nmφサイズ以上のパーティクル数が、30個/ml以下であることを確認した。チューブの洗浄およびパーティクル数の測定には、このようにして濾過したIPAを用いた。
(2)サンプルチューブの作製
クリーンルームのクリーンベンチ内で、実施例および比較例で作製したチューブを、3mの長さにカットした。得られたサンプルチューブの内面を、サンプルチューブ内容量の5倍の量の超純水を用いて洗浄して、環境由来の汚染粒子を除去した。次に、濾過したIPAを、サンプルチューブ内に供給して、チューブの内容量と同等量の高純度IPAを封入した後、すぐに排液して、超純水をIPAで置換した。
(3)パーティクル数の測定
上記(2)で得られたサンプルチューブを、チューブの内容量と同等量の高純度IPAで満たし、室温にて、一日間放置した。外径10mm×内径8mm×長さ3mのサンプルチューブの場合は、150mLのIPAを封入した。また、外径25.4mm×内径22.2mm×長さ3mのサンプルの場合は、1160mLのIPAを封入した。さらに、外径6.0mm×内径4.0mm×長さ3mのサンプルの場合は、37mLのIPAを封入した。
次に、シリンジポンプを用いて、サンプルチューブに封入したIPAを、パーティクルカウンター(リオン社製、光散乱式液中粒子検出器KS−19F)に導入して、パーティクル数を測定した。
パーティクルカウンターにIPAを導入した直後に、最大のパーティクル数が測定され、その後、測定されるパーティクル数は徐々に低下傾向を示した。測定開始後の、30nmφサイズ以上のパーティクル総数の最大値を、サンプルチューブからの溶出パーティクル数として比較した。
図3は、パーティクル数の測定方法を説明するための図である。
まず、第1の薬液容器321中に窒素ガス331を供給し、薬液容器321に貯留されたイソプロピルアルコール(IPA)311を加圧する。加圧されたIPA311は、フィルター322を通過して、第2の薬液容器323に貯留される。第2の薬液容器323内のIPA312は、1日間放置した後、測定に用いる。
第2の薬液容器323の下部には、バルブ324が接続されており、バルブ324を介して、サンプルチューブ301を第2の薬液容器323と接続する。サンプルチューブ301の他端は、バルブ326を介して、パーティクルカウンター341に接続する。さらに、パーティクルカウンター341の下流側には、サンプルチューブ301内のIPAを、パーティクルカウンター341に導入できるように、シリンジポンプ342を設ける。
また、サンプルチューブ301に超純水332を供給するための別のラインを設けて、フィルター328およびバルブ325を介して、サンプルチューブ301をこのラインにも接続する。
なお、サンプルチューブ301に接続されたバルブ324〜326を開閉することによって、IPA312および超純水332にパーティクルが混入することを避けるために、バルブ324〜326として、ダイヤフラムバルブを用いる必要がある。
このようにして、パーティクル数を測定するためのシステムを構成したら、フィルター328を通過させた超純水332を、サンプルチューブ301に供給して、サンプルチューブ301内を洗浄して、排液333として排出する。次に、第2の薬液容器323からIPA312をサンプルチューブ301に供給して、超純水をIPAで置換した後、サンプルチューブ301に所定量のIPAを封入する。
IPAの封入後、所定時間が経過したら、シリンジポンプ342を作動させて、サンプルチューブ301内のIPAをパーティクルカウンター341に導入する。本開示においては、このようにして、パーティクル数を測定する。
上記した測定方法では、サンプルチューブに封入したIPAを、シリンジポンプを用いて、パーティクルカウンターに直接導入したが、サンプルチューブに封入したIPAを、IPAにより十分に洗浄された容器に回収した後、回収したIPAをパーティクルカウンターに導入しても構わない。
上記した測定方法は、チューブ内面から発生するパーティクル数の測定方法であるが、チューブ以外の成形品の表面から発生するパーティクル数も同様の方法により測定することができる。すなわち、超純水を用いて成形品の表面を十分に洗浄した後、表面に付着した超純水をIPAで置換する。得られた成形品を、高純度IPA中に投入し、室温にて、一日間放置する。成形品を浸漬した後のIPAを、パーティクルカウンターに導入し、パーティクル数を測定する。成形品が大きすぎてIPAの浸漬が困難な場合には、適切な大きさに切断して作製した測定用のサンプルを用いてもよいが、成形品表面から発生するパーティクル数を正確に測定するために、切断面は可能な限り小さい方が好ましい。
このように測定した場合の成形品表面とIPAとの接液面積は、上記したチューブの測定方法におけるチューブ内面とIPAとの接液面積とは異なる。しかしながら、次式により、上記で測定されたパーティクル数の測定値を、上記したチューブ(外径25.4mm×内径22.2mm×長さ3m)の測定方法と同等の接液面積で測定した場合のパーティクル数(次式において、「成形品のパーティクル数の換算値」という)に換算することができる。
成形品のパーティクル数の換算値(個/ml) = C×A/B×0.56
A:IPAに浸漬させた成形品の表面積(cm
B:成形品を浸漬させたIPAの量(ml)
C:パーティクル数の測定値(個/ml)
本開示においては、このような測定方法および換算方法によって、チューブ以外の成形品がイソプロピルアルコールと接触した場合に、イソプロピルアルコール中に分散するパーティクルの数を決定する。
比較例1
(1)調製工程
TFE/PPVE共重合体1(TFEとPPVEとの組成比(質量%):TFE/PPVE=94.5/5.5、融点:304℃、MFR:2.1g/10分、官能基数6個/C10個)の粉末を、スクリュー型押出機(軸径32mm、L/D=52.5)に投入し、シリンダー内で溶融させた後、ダイから押し出した。この際、スクリュー型押出機のシリンダー温度を320〜350℃、アダプター温度340〜350℃、ダイ温度を350℃に設定した。また、スクリュー型押出機のシリンダーは、ベント孔を備えていなかった。したがって、比較例1の調製工程においては、ダイから押し出されたストランドから低分子量体が最も容易に揮発すると推測されるため、ダイ温度を温度T1として制御した。実際、ダイから押し出されたストランドから揮発物(ポリマーヒューム)が揮発する様子が目視で観察できた。
次に、ダイから押し出されたストランドを、ダイから一定の距離をおいて設置された水槽に投入して冷却した後、ペレタイザーに供給し、カッターで切断して、ペレットを調製した。得られたペレットは、長さ3.0mm、直径2.0mmの円柱状であり、MFRは2.0g/10mmであった。
(2)成形工程
上記にて得られたペレットを、チューブ押出成形機(シリンダー軸径50mm、L/D=22)を用いて、引き取り速度85cm/分で押出成形し、外径10.0mm、内径8.0mmのチューブを得た。この際、チューブ押出成形機のシリンダー温度を330〜360℃、アダプター温度を370℃、ダイ温度を370℃に設定した。比較例1の成形工程においては、ダイから押し出された溶融状態の共重合体1から揮発する低分子量体が、得られるチューブの内面に付着しやすいと考えられ、また、370℃が最高温度であることから、温度T2として、ダイ温度を制御した。
得られたチューブは、外径が10.0mm、内径が8.0mmであった。得られたチューブから発生するパーティクル数を上記の方法により求めた。結果を表3に示す。
実施例1〜3
シリンダー温度、アダプター温度、ダイ温度を変更することによって、温度T1を表3に記載の温度に変更した以外は、比較例1と同様にして、ペレットを調製した。
得られた各ペレットを用い、シリンダー温度、アダプター温度、ダイ温度を変更することによって、温度T2を表3に記載の温度に変更し、チューブサイズを表3に記載のサイズに変更した以外は、比較例1と同様にして、チューブを得た。
結果を表3に示す。
比較例2〜3、実施例4〜5
TFE/PPVE共重合体2(TFEとPPVEとの組成比(質量%):TFE/PPVE=94.3/5.7、融点:303℃、MFR:14.0g/10分、官能基数4個/C10個)を用い、シリンダー温度、アダプター温度、ダイ温度を変更することによって、温度T1を表3に記載の温度に変更した以外は、比較例1と同様にして、ペレットを調製した。
得られた各ペレットを用い、シリンダー温度、アダプター温度、ダイ温度を変更することによって、温度T2を表3に記載の温度に変更し、チューブサイズを表3に記載のサイズに変更した以外は、比較例1と同様にして、チューブを得た。
結果を表3に示す。
比較例4、実施例6
TFE/PPVE共重合体3(TFEとPPVEとの組成比(質量%):TFE/PPVE=96.7/3.3、融点:307℃、MFR:10.4g/10分、官能基数10個/C10個)を用い、シリンダー温度、アダプター温度、ダイ温度を変更することによって、温度T1を表3に記載の温度に変更した以外は、比較例1と同様にして、ペレットを調製した。
得られた各ペレットを用い、シリンダー温度、アダプター温度、ダイ温度を変更することによって、温度T2を表3に記載の温度に変更し、チューブサイズを表3に記載のサイズに変更した以外は、比較例1と同様にして、チューブを得た。
結果を表3に示す。
Figure 2020015906
101,201 TFE/PAVE共重合体
102 コーン
103 チューブ
111,211 シリンダー
112 アダプター
113,213 ダイ
114 サイジングダイ
115,212 スクリュー
116 孔
121 外気
131 低分子量体
202 ストランド
210 押出機
214 ホッパー
215 駆動装置
221 水槽
222 ペレタイザー
231 ペレット
301 サンプルチューブ
311,312 イソプロピルアルコール(IPA)
313,333 排液
321,323 薬液容器
322,328 フィルター
324,325,326,327 バルブ
331 窒素ガス
332 超純水
341 パーティクルカウンター
342 シリンジポンプ

Claims (9)

  1. テトラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体を温度T1(℃)で成形して成形材料を調製する調製工程、および、
    前記成形材料を温度T2(℃)で押出成形して成形品を得る成形工程を含み、
    温度T1および温度T2が、20≦T1−T2≦80の関係を充足する成形品の製造方法。
  2. 前記調製工程における温度T1(℃)が、390℃以上である請求項1に記載の製造方法。
  3. 前記調製工程において用いるテトラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体の融点が、295℃以上である請求項1または2に記載の製造方法。
  4. 前記調製工程において用いるテトラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体のパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)単位の含有量が、3.5〜7.0質量%である請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法。
  5. 前記調製工程において、押出成形して前記成形材料を調製する請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法。
  6. 前記調製工程において得られる前記成形材料が、ペレットである請求項1〜5のいずれかに記載の製造方法。
  7. 前記成形工程において得られる成形品が、チューブである請求項1〜6のいずれかに記載の製造方法。
  8. 融点が、295℃以上であるテトラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体を含有し、イソプロピルアルコールと接触した場合に、イソプロピルアルコール中に分散する30nmφサイズ以上のパーティクルの数が700個/ml以下である成形品。
  9. チューブである請求項8に記載の成形品。
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