JP2022028402A - 樹脂ペレット及びその成形品 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体製造装置に用いられる成形品を好適に成形可能な、それ自身が高い清浄性を有する樹脂ペレット、及び該樹脂ペレットからなる半導体製造装置に用いられる成形品を提供する。【解決手段】テトラフルオロエチレンの単独重合体又は共重合体から選択される少なくとも1種を含有する樹脂ペレットであって、該ペレットに含有され又は付着したフッ素含有物を、フッ素含有抽出剤中に溶解・抽出して得られる抽出液を蒸発・乾固させた後の蒸発残渣が20×10-6mg/mm2以下であることを特徴とする。【選択図】なし

Description

本発明は、半導体製造装置に用いられる成形品の成形に好適に使用可能な樹脂ペレット、及びこの樹脂ペレットを用いて成形される半導体製造装置に用いられる液体移送用成形品及び/又は液体接触用成形品等の成形品に関する。
半導体デバイスの回路パターンの微細化・高密度化・高集積化、及び配線の多層化が進むにつれ、製造プロセスも複雑化し工程数も増え続けている。その結果として、半導体デバイスの回路パターンにおいて欠陥とされるサイズも益々小さくなっている。このため、半導体製造装置で使用する材料やプロセス自体が汚染発生源となっていることがあり、半導体製造現場における、パーティクル(異物微粒子)や、金属(メタル)不純物、化学汚染物質などの微小(極微量)な汚染物質が、半導体製品の歩留まりや信頼性にますます大きな影響を及ぼすようになっている(非特許文献1)。パーティクルの場合、サブミクロンサイズの微細なものであってもウェーハ表面に付着すると不良につながる欠陥の原因となりうるので、サブミクロンのパーティクルの除去までもが必要とされる。そのため、微細な半導体デバイスの回路パターンの欠損発生を抑え、回路パターンサイズよりも大きいパーティクルを減少させるため、ウェーハに対するパーティクルの付着を防止する半導体製造装置で使用する材料やプロセスの清浄性(低パーティクル、及び低メタル)が益々重要になっている。
半導体製造装置では、フッ素樹脂の特性を活かしてフッ素樹脂成形品が使用される機会が多くなった。しかしながら、フッ素樹脂成形品の表面にはパーティクル(異物微粒子)が付着しやすく、またウェーハ表面に付着して不良につながる欠陥の原因となりうるサブミクロンサイズの微細なパーティクルまで除去することは容易ではない。通常、半導体製造に際して使用されているフッ素樹脂成形品の洗浄処理は、界面活性剤の希水溶液、強酸、超純水などを使用して行なわれているが、これらの方法では洗浄に長時間を要するうえに、半導体製造装置に使用されるフッ素樹脂成形品に求められる要求を満たすほどの清浄性のレベルに達することは難しかった。
そのため、半導体製造に際して使用されるフッ素樹脂成形品に付着する微粒子を除去する処理方法が提案されている(特許文献1)。しかしながら、特許文献1で提案されている処理方法では、実施に特別な装置を必要とするなど簡便な手段で実施することができないうえに、半導体製造に際して使用されるフッ素樹脂成形品に求められる要求を満たすほどの清浄性のレベルに達することは難しかった。
また半導体製造装置に使用されるフッ素樹脂成形品の洗浄に使用される薬液はコスト及び環境負荷が高いという問題を有している。
特開平08-005140号公報 特表2012-518010号公報
「新版シリコンウェーハ表面のクリーン化技術」、リアライズ社、2000年発行、服部毅著
本発明者は、上記従来技術の問題を解決するため、鋭意研究を行った結果、半導体製造装置に用いられる成形品を成形するために用いられる樹脂ペレットに関し、該樹脂ペレット自身が高い清浄性を有する樹脂ペレットを見出し、本発明に至ったものである。
本発明はまた、該樹脂ペレットからなる半導体製造装置に用いられる成形品であって、それ自身が高い清浄性を有する成形品を提供するものである。
本発明は、半導体製造装置に用いられる成形品を成形するために用いられる、高い清浄性を有する樹脂ペレットであり、テトラフルオロエチレンの単独重合体又は共重合体から選択される少なくとも1種を含有する樹脂ペレットであって、該樹脂ペレットに含有され又は付着したフッ素含有物を、フッ素含有抽出剤中に溶解・抽出して得られる抽出液を蒸発・乾固させた後の蒸発残渣が20×10-6mg/mm以下である樹脂ペレットを提供する。
本発明の上記樹脂ペレットにおいては、
(1)前記蒸発残渣が、0~10×10-6mg/mmの範囲にあること、
(2)前記蒸発残渣が、0~1.0×10-6mg/mmの範囲にあること、
(3)前記テトラフルオロエチレン(TFE)の共重合体が、TFE/ヘキサフルオロプロピレン(HFP)共重合体(FEP)、TFE/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)(PAVE)共重合体(PFA)、エチレン/TFE共重合体(ETFE)、TFE/HFP/PAVE共重合体、TFE/HFP/ビニリデンフロライド共重合体(THV)、TFE/エチレン/パーフルオロジメチルジオキソール共重合体、TFE/CF=CFOCFCF(CF)OCFCFSOF共重合体、或いはこれら共重合体の混合物の少なくとも1種であること、
(4)前記フッ素含有抽出剤が、デカフルオロペンタンであること、
が好適な態様である。
本発明によればまた、テトラフルオロエチレンの単独重合体又は共重合体から選択される少なくとも1種を含有する樹脂ペレットを、フッ素含有洗浄剤で洗浄することを特徴とする上記樹脂ペレットの製造方法が提供される。
本発明の樹脂ペレットの製造方法においては、
(1)前記フッ素含有洗浄剤が、ハイドロフルオロカーボン、パーフルオロカーボン、フッ素含有エーテルから選択される少なくとも1種であること、
(2)前記フッ素含有洗剤による洗浄の後に、酸又はアルカリ性溶液でさらに洗浄を行うこと、
が好適な態様である
本発明によればさらに、上記樹脂ペレットから成る成形品が提供される。
本発明の上記成形品においては、
(1)上記成形品に含有され又は付着したフッ素含有物を、フッ素含有抽出剤中に溶解・抽出して得られる抽出液を蒸発・乾固させた後の蒸発残渣が20×10-6mg/mm以下であること、
(2)中空部を有する成形品であること、
(3)フッ素含有洗浄剤、特にハイドロフルオロカーボン、パーフルオロカーボン、フッ素含有エーテルから選択される少なくとも1種であるフッ素含有洗浄剤で洗浄されたものであること、
(4)前記フッ素含有洗浄剤による洗浄の後に、さらに酸又はアルカリ性溶液で洗浄されたものであること、
が好適な態様である。
本発明により、半導体製造装置に用いられる成形品を好適に成形可能な、それ自身が高い清浄性を有する樹脂ペレットが提供される。該樹脂ペレットのメルトフローレート(MFR)は、洗浄前の樹脂ペレットのメルトフローレートと同等であるため、成形品の成形条件を変更することなく用いることが可能となる。
本発明により、該樹脂ペレットからなる半導体製造装置に用いられる成形品であって、それ自身が高い清浄性を有するフッ素樹脂成形品が提供される。
本発明により、それ自身が高い清浄性を有する、半導体製造装置に用いられる液体移送用成形品や液体接触用成形品等の成形品が提供されるので、これら成形品を用いた半導体製造装置によって、欠損発生を抑えて半導体デバイスの回路パターンを製造することが可能となる。
(樹脂ペレット)
本発明の樹脂ペレットは、テトラフルオロエチレン(TFE)の単独重合体又は共重合体から選択される少なくとも1種を含有する樹脂ペレットであって、該樹脂ペレットに含有され又は付着したフッ素含有物を、フッ素含有抽出液中に溶解・抽出して得られる抽出液を蒸発・乾固させた後の蒸発残渣が20×10-6mg/mm以下であることが重要な特徴であり、半導体製造装置に用いられる成形品を好適に成形可能な、高い清浄性を有している。
(フッ素含有物)
本発明の樹脂ペレットに含有され又は付着したフッ素含有物は、炭素及びフッ素を含有し、テトラフルオロエチレンの単独重合体及びTFEの共重合体中の不安定末端基が熱分解することにより生じるフッ素を含むガス状の分解物が温度低下により固化したものであり、これらのフッ素含有物が樹脂ペレットに極微量に含有又は付着する。
かかるフッ素含有物は、単位面積当たりの付着量(含有量)が極微量であることに加えて、炭化水素系有機溶媒に対して高い耐性を示し炭化水素系有機溶媒に溶解し難いという特性を有するため、ガスクロマトグラフ質量分析(GC/MS)においても検出されず、定量分析を行うことが困難な化合物である。また、極性的には無極性~中極性の化合物であり、分子量が低く、約150℃で分解が開始し、約300℃以下で気化する化合物である。
このようなフッ素含有物は、半導体製造工程においてウェーハ表面に付着し、微細な半導体デバイスの回路パターンの欠損発生原因となるナノサイズのパーティクル(異物微粒子)となるため好ましくないが、本発明の樹脂ペレットにおいては、前述した蒸発残渣が可及的にゼロに近く、20×10-6mg/mm以下に低減されていることからわかるように、このようなフッ素含有物が著しく低減されている。
(蒸発残渣)
本発明の樹脂ペレットにおいては、樹脂ペレットに含有又は付着したフッ素含有物をフッ素含有抽出剤中に抽出して成る抽出液を蒸発・乾固させた後の蒸発残渣が可及的にゼロに近く、20×10-6mg/mm以下、好ましくは、0~10×10-6mg/mmの範囲、より好ましくは、0~1.0×10-6mg/mmの範囲にあることが望ましい。蒸発残渣がこの範囲にある樹脂ペレットは、半導体製造工程においてウェーハ表面に付着し、微細な半導体デバイスの回路パターンの欠損発生原因となる粒径が300nm以下、特に50nm以下のナノサイズのパーティクルの発生の原因となる原因物質(フッ素含有物)が抑制されている。
そのため、本発明の樹脂ペレットを成形材料として用いた成形品は、結果として、該ナノサイズのパーティクル(異物微粒子)の発生も抑制されたフッ素樹脂成形品となる。
なお、50nm以下のナノサイズのパーティクルの発生の原因となる原因物質には、前記フッ素含有物の他に金属イオンもしくは金属微粒子も含まれる。金属イオンはフッ素イオンと容易に結合するため、金属イオンもしくは金属微粒子が核となり、フッ素含有物の凝集体を形成することがある。本発明においては、この様な金属イオンもしくは金属微粒子を内包するフッ素含有物の凝集体も低減することが可能である。
加えて、フッ素含有物の凝集体で覆われた金属イオンもしくは金属微粒子(フッ素含有物に内包された結合された金属イオンもしくは金属微粒子)は、酸やアルカリによる溶解・洗浄効果が軽減してしまうが、後述するフッ素含有洗浄剤による洗浄により、金属イオンもしくは金属微粒子を保護しているフッ素含有物が除去されることで、該金属イオンもしくは金属微粒子における酸やアルカリによる溶解・洗浄効果を高めることができる。
すなわち、フッ素含有洗浄剤による洗浄の後処理として、酸やアルカリによる洗浄を加えることで、フッ素含有物及びフッ素含有物の凝集体が低減されるだけでなく、金属イオンもしくは金属微粒子が低減された樹脂ペレット、並びに該ペレットからなる、フッ素含有物並びに金属イオンもしくは金属微粒子の両方が低減されたフッ素樹脂成形品を得ることが可能となる。
本発明において、樹脂ペレットに含有又は付着したフッ素含有物を溶解・抽出させるために使用するフッ素含有抽出剤としては、樹脂ペレットに含有又は付着したフッ素含有物を溶解し得る限り種々のフッ素含有溶剤を使用することができ、このようなフッ素含有抽出剤としては、ハイドロフルオロカーボン、パーフルオロカーボン、フッ素含有エーテル等から選択される少なくとも1種のフッ素含有抽出剤を例示することができるが、蒸発残渣の測定に用いるフッ素含有抽出剤においては、蒸発残渣中に、フッ素含有抽出剤に含まれる不純物成分(意図的に添加された成分)が残らないものであることが好ましい。フッ素含有物の溶解が可能であっても、蒸発残渣として、フッ素含有抽出剤に含まれる不純物成分が残る場合、例えば、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)等の場合には、PGMEAに添加されている不純物成分(酸化防止剤)が蒸発残渣として残るため好ましくない。
このような観点から、本発明の樹脂ペレットの蒸発残渣測定に用いるフッ素含有抽出剤としては、上記蒸発残渣の純粋性の面からも、1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタン、1,1,1,2,3,3,4,5,5,5-デカフルオロペンタン、1,1,1,2,3,3,4,4,5,5-デカフルオロペンタン、1,1,2,3,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタン、1,1,2,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタン、1,1,2,2,3,3,4,4,5,5-デカフルオロペンタン、1,2,2,3,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタン、1,1,1,3,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタン、1,1,1,2,2,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタン等のデカフルオロペンタンを用いることが好ましく、より好ましくは1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタンを用いることが望ましい。
フッ素含有抽出剤は、溶解させるフッ素含有物の種類により適宜選択することができ、且つ、樹脂ペレットそれ自体を溶解させないことが好ましい。このようなフッ素含有抽出剤はフッ素含有物との沸点差が大きいことが好ましく、沸点差が10℃以上あることがより好ましい。すなわち、樹脂ペレットに含有又は付着するフッ素含有物は、前述した通り、約150℃から分解が開始するため、フッ素含有抽出剤の沸点が150℃に近い場合にはフッ素含有物の分解が始まり、フッ素含有物の蒸発残渣が減少し定量分析が困難になる。具体的には、フッ素含有抽出剤は、室温(20~30℃)でガス状又は液状であって、フッ素含有物の分子構造を破壊しない沸点を有することが好ましく、0~120℃、好ましくは0~70℃、より好ましくは20~70℃の沸点を有することが望ましい。加えて、取扱い性の面からは室温(20~30℃)より20℃以上高いことが望ましい。
蒸発残渣の測定に際して、樹脂ペレットとフッ素含有抽出剤の混合比(フッ素含有抽出剤/樹脂ペレット)は、重量比で2.0~2.5となるように、樹脂ペレットをフッ素含有抽出剤中に浸漬することが好適である。
樹脂ペレットをフッ素含有抽出剤中に浸漬した状態で、60±2℃の温度で20時間静置した後、フッ素含有物が抽出されたフッ素含有抽出剤(抽出液)から樹脂ペレットを分離し、該抽出液を蒸発・乾固させる。蒸発・乾固にはエバポレーターを用いることが好ましく、蒸発残渣の定量には電子天秤を用いることが好ましい。
尚、該ナノサイズのパーティクル(異物微粒子)の粒径とその数については、例えばパーティクルカウンター(液中パーティクルカウンター)、ウェーハ上表面欠陥検査装置、全反射蛍光X線分析装置(TXRF)などによって測定することができる。
本発明の樹脂ペレットの蒸発残渣は、蒸発・乾固の工程を経ることにより、極微量なフッ素含有物が濃縮されるため定量可能となったものである。その結果、半導体製造工程においてウェーハ表面に付着し、微細な半導体デバイスの回路パターンの欠損発生原因となるナノサイズのパーティクル(異物微粒子)を形成する原因物質となるフッ素含有物の、樹脂ペレットへの含有又は付着の有無判断が可能になると共に、ウェーハ上へのフッ素含有物の残留量の予測が可能となる。
(ペレット形状)
本発明の樹脂ペレットは、テトラフルオロエチレンの単独重合体及び共重合体から選択される少なくとも1種を含有する樹脂から成り、樹脂を粒状(ペレット状)に加工しハンドリング性を向上させた成形用材料として用いられるものである。
樹脂ペレットの平均粒径は、これに限定されるものではないが、0.4~5.0mmであることが好ましい。上記平均粒径の範囲にある樹脂ペレットには、ミニペレットと呼ばれる平均粒径0.4~1mm未満のペレット、或いは平均粒径1.0~5.0mmのペレットがあり、その用途によって好適な平均粒径を有するペレットを成形用材料として適宜用いることができる。
(TFE単独重合体)
本発明の樹脂ペレットを構成するテトラフルオロエチレンの単独重合体としては、テトラフルオロエチレン(TFE)の単独重合体であるPTFE、PTFEの特性を損なわない範囲でテトラフルオロエチレン(TFE)と共重合可能な少なくとも1種のモノマーにより変性された熱溶融性を有さない変性PTFE、及びPTFEと少なくとも1種の変性PTFEとの混合物であってもよい。変性PTFEとしては、該モノマーとして、エテン、プロペン、イソブチレン、クロロエテン、ジクロロエテン、フルオロエテン、ジフロロエテン、ペルフルオロブチルエチレン(3,3,4,4,5,5,6,6,6,-ノナフルオロ-1-ヘキセン)、クロロトリフルオロエテン、炭素数3以上のパーフルオロアルケン、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)などが挙げられる。
例えば、国際公開第2007/119829号公報に記載されるTFEとTFE以外の極微量のモノマーとの共重合体が挙げられ、より具体的にはテトラフルオロエチレンと、0.005~1モル%、好ましくは0.01~0.1モル%、より好ましくは0.01~0.05モル%の、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)、フルオロアルキルエチレン、クロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニリデン、フッ化ビニル、エチレンから選択される少なくとも1種のモノマーとの、溶融成形性を有さない共重合体等も挙げられる。中でもフッ素含有モノマーが好ましく、より好ましくは、炭素数3~6個のパーフルオロアルケン、アルキル基の炭素数が1~6個のパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)などが挙げられる。
テトラフルオロエチレン単独重合体は、溶液重合、乳化重合、懸濁重合等公知の方法によって製造することができる。
(TFE共重合体)
本発明の樹脂ペレットを構成するテトラフルオロエチレンの共重合体としては、テトラフルオロエチレン(TFE)と、テトラフルオロエチレン(TFE)と共重合可能な、1モル%以上のモノマーとの共重合体である。テトラフルオロエチレンの共重合体は、融点以上の温度で溶融して流動性(熱溶融性)を示す共重合体、或いは該共重合体を含む組成物であって、不飽和フッ素化炭化水素、不飽和フッ素化塩素化炭化水素、エーテル基含有不飽和フッ素化炭化水素などの共重合体、或いはこれら不飽和フッ素化炭化水素類とエチレンの共重合体等の熱溶融性フッ素樹脂が挙げられる。
例えば、テトラフルオロエチレンと、1~60モル%以下の少なくとも1種のコモノマーとを含む共重合体であって、例えば、炭素数3以上のパーフルオロアルケン、フルオロアルコキシトリフルオロエチレン(好ましくはパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)(PAVE)(アルキル基は炭素数1~5の直鎖もしくは分岐アルキル基))から選ばれる少なくとも1種のモノマーとの共重合体、あるいはこれらモノマーとエチレンの共重合体などを挙げられる。
好ましい共重合体としては、TFE/ヘキサフルオロプロピレン(HFP)共重合体(FEP)、TFE/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)(PAVE)共重合体(PFA)、エチレン/TFE共重合体(ETFE)、TFE/HFP/PAVE共重合体、TFE/HFP/ビニリデンフロライド共重合体(THV)、TFE/エチレン/パーフルオロジメチルジオキソール共重合体、TFE/CF=CFOCFCF(CF)OCFCFSOF共重合体、或いはこれら共重合体の混合物が挙げられ、より好ましくは、TFE/パーフルオロ(メチルビニルエーテル)(PMVE)共重合体、TFE/パーフルオロ(エチルビニルエーテル)(PEVE)共重合体、TFE/パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)(PPVE)共重合体、TFE/パーフルオロ(ブテニルビニルエーテル)共重合体から選択される少なくとも1種の共重合体が挙げられる。
これら共重合体中のPAVEは好ましくは1~30モル%、より好ましくは1~20モル%であることが望ましい。また、FEP中のヘキサフルオロプロピレンは1~10モル%であることが好ましい。
更に、熱分解物の発生を抑制するため、-CFCHOH、-CONH及び-COF等の不安定な末端基を、熱的に安定な-CF末端基に変換し(フッ素化し)、不純物の溶出を極限まで低減させた共重合体を用いることも出来る。
テトラフルオロエチレン共重合体は、ASTM D-1238に準じ372℃におけるメルトフローレート(MFR)が約1~100g/10分の共重合体であることが好ましい。メルトフローレート(MFR)は成形法に応じて選択することが出来、例えば、溶融押出成形、射出成形などの溶融成形では、1~100g/10分、好ましくは1~50g/10分、より好ましくは1~20g/10分であることが望ましい。
テトラフルオロエチレンの共重合体は、単独で使用しても、これら共重合体の2種以上の混合物であってもよい。また、モノマー種類、モノマー含有量、分子量(重量平均分子量又は数平均分子量)、分子量分布、融点及びメルトフローレート(MFR)等が異なる、あるいは機械的物性等が異なる少なくとも2種類以上の同一種類の共重合体同士の混合物も挙げられる。例えば、PFA同士或いはFEP同士の混合物が挙げられる。
このようなテトラフルオロエチレン共重合体は、溶液重合、乳化重合、懸濁重合等公知の方法によって製造することができる。
テトラフルオロエチレン共重合体の融点は限定されないが、150℃以上、好ましくは150℃~340℃であることが望ましい。
本発明のテトラフルオロエチレンの単独重合体及び共重合体から選択される少なくとも1種を含有する樹脂としては、溶融成形性を有さない上記テトラフルオロエチレンの重合体と、溶融成形性を有するテトラフルオロエチレン共重合体の混合物であっても良い。
(樹脂ペレットの製造方法)
本発明の樹脂ペレットは、上記テトラフルオロエチレンの単独重合体及び共重合体から選択される少なくとも1種の樹脂を粒状(ペレット状)に成形した後、フッ素含有洗浄剤で洗浄処理することにより製造することができる。
樹脂ペレットを得るための成形方法に特に限定はなく、従来公知の方法を用いることができる。例えば、一軸押出機、二軸押出機、タンデム押出機を用いて溶融混練後押出し、メルトカット法或いはストランド法にて所定長さに切断して、ペレットを得ることが出来る。
樹脂ペレットの平均粒径は、前述した通り0.4~5.0mmの範囲にあることが好ましい。
本発明の樹脂ペレットにおいては、得られた樹脂ペレットをフッ素含有洗浄剤で洗浄することにより、樹脂ペレットに含有又は付着したフッ素含有物を、前述した蒸発残渣が可及的にゼロに近い範囲まで低減することが可能になる。
樹脂ペレットの洗浄は、後述するフッ素含有洗浄剤を樹脂ペレットに接触させることにより行う。例えば、フッ素含有洗浄剤に樹脂ペレットを浸漬(及び撹拌)する方法、或いはフッ素含有洗浄剤を樹脂ペレット表面上に流動させる(ポンプ等を用いて本発明の含フッ素含有洗浄剤を循環させる)方法などが挙げられる。
洗浄処理は、経済的な観点から室温~飽和蒸気圧が70kPa程度となる温度、或いは用いる含フッ素溶剤の沸点よりおよそ10℃低い温度で行うことが好ましい。
また、洗浄処理に用いられるフッ素含有洗浄剤と樹脂ペレットの混合比(フッ素含有洗浄剤/樹脂ペレット(重量比))は任意であるが、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.1以上であることが望ましい。
樹脂ペレットの洗浄に用いるフッ素含有洗浄剤は、樹脂ペレットに含有され又は付着したナノサイズのパーティクルの原因となる原因物質(フッ素含有物)を溶解させるための溶媒であって、フッ素含有溶剤からなるものである。フッ素含有洗浄剤としては、ハイドロフルオロカーボン、パーフルオロカーボン、フッ素含有エーテルから選択される少なくとも1種であることが好ましい。
ハイドロフルオロカーボンは、飽和又は不飽和であって、炭素数3~9、好ましくは4~8の、炭素、フッ素及び水素原子のみを含む化合物であって、炭素原子に結合する全原子の少なくとも50%以上がフッ素原子である化合物である。例えば、トリデカフルオロオクタン、ペンタデカフルオロヘプタン、デカフルオロペンタン、ペンタフルオロブタン、ペンタフルオロプロパン、へプタフルオロシクロペンタン等の飽和炭化水素、或いは下記一般式(I)
-CHCH=CHCH-R ・・・(I)
(式中、Rはペルフルオロアルキル基である)
で表されるハイドロフルオロオレフィン(HFO)等の不飽和炭化水素を挙げることが出来る。
飽和炭化水素としては、C10で表されるデカフルオロペンタンを用いることが好ましい。デカフルオロペンタンには複数の構造異性体が存在するがそれらの混合物であってもよい。より好ましくは1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタン、または1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタンと他のデカフルオロペンタン異性体との混合物であっても良い。
不飽和炭化水素としては、好ましくは、2,3,3,3-テトラフルオロ-1-プロペン(HFO-1234yf)、これらの異性体、または1,1,1,4,4,4-ヘキサフルオロ-2-ブテン、これらの異性体、或いは前記異性体の混合物であっても良い。1,1,1,4,4,4-ヘキサフルオロ-2-ブテンは、(Z)-HFO-1336mzzmであることがより好ましい。
パーフルオロカーボンとしては、飽和又は不飽和であって、炭素数1~9の、炭素及びフッ素原子のみを含む化合物であって、テトラフルオロメタン、ヘキサフルオロエタン、オクタフルオロプロパン、デカフルオロブタン、ドデカフルオロペンタン、テトラデカフルオロヘキサン、或いは、オクタフルオロシクロブタン、パーフルオロメチルシクロヘキサン等の完全フッ素化されたシクロアルカン、更に下記一般式(II)
CF=CFR・・・・ (II)
(式中、Rは、パーフルオロアルキル基を示す)
で表されるパーフルオロオレフィン等の不飽和炭化水素、例えば、パーフルオロへプテン等が挙げられる。パーフルオロヘプテンには数種の異性体、例えば、パーフルオロ-2-へプテン、パーフルオロ-3-へプテン等、が存在するが、これらを単独又は混合して用いても良い。
フッ素含有エーテルとはフッ素を含むエーテルであり、ハイドロフルオロエーテル(HFE)、パーフルオロエーテル(PFE)等が挙げられる。
ハイドロフルオロエーテル(HFE)としては、飽和又は不飽和であって、エーテル結合を有する化合物が挙げられ、例えば、ヘキサフルオロイソプロパノール、トリフルオロエタノール、テトラフルオロエタノール、ペンタフルオロプロパノール、1,1,1-トリフルオロエチル-1,1,2,2-テトラフルオロエチルエーテル、ノナフルオロブチルメチルエーテル、アルコキシパーフルオロアルケン等が挙げられる。好ましくは、炭素数3~8のハイドロフルオロエーテルであって、例えば、スリーエム ジャパン株式会社製Novec(登録商標)7200、Novec(登録商標)7500、Novec(登録商標)7600等が挙げられる。
パーフルオロエーテル(PFE)としては、パーフルオロ(プロピル)メチルエーテル、パーフルオロ(ブチル)メチルエーテル、パーフルオロ(ヘキシル)メチルエーテル、パーフルオロ(ブチル)エチルエーテルなどのパーフルオロ(アルキル)アルキルエーテル等が挙げられる。
アルコキシパーフルオロアルケンとしては、炭素数が5~10のメトキシパーフルオロアルケンもしくはエトキシパーフルオロアルケンが挙げられ、好ましくは、メトキシパーフルオロペンテン、メトキシパーフルオロへキセン、メトキシパーフルオロヘプテン、及びメトキシパーフルオロオクテン、エトキシパーフルオロペンテン、エトキシパーフルオロへキセン、エトキシパーフルオロヘプテン、エトキシパーフルオロオクテン、及びこれら混合物などを挙げることができる。なお、アルコキシパーフルオロアルケンには複数の構造異性体があるが、構造には特に制限はなく、それらの混合物であってもよく、本発明の目的に合うものを適宜選択することができる。
より好ましくは、メトキシパーフルオロヘプテン、その異性体、或いはそれらの混合物が挙げられる。メトキシパーフルオロヘプテンの構造としては、以下のものが挙げられるが、何れの構造のものでもよい。
(1)CF(CFCF=CFCF(OCH)CF
(2)CFCFCF=CF(CF(OCH)CF
(3)CFCFCF=CFCF(OCH)CFCF
(4)CFCF=CFCF(OCH)(CFCF
(5)CFCF=CFCFCF(OCH)CFCF
(6)CFCFCF=C(OCH)(CFCF
(7)CFCFC(OCH)=CFCFCFCF
好適に使用されるメトキシパーフルオロヘプテンとしては、例えば、三井・ケマーズ フロロプロダクツ株式会社製オプテオン(登録商標)SF10が挙げられる。
フッ素含有洗浄剤においても、前述したフッ素含有抽出剤と同様に、溶解させるフッ素含有物の種類により適宜選択することができ、フッ素含有物との沸点差が大きいことが好ましく、沸点差が10℃以上あることがより好ましい。具体的には、フッ素含有洗浄剤は、室温(20~30℃)でガス状又は液状であって、フッ素含有物の分子構造を破壊しない沸点を有することが好ましく、0~120℃、好ましくは0~70℃、より好ましくは20~70℃の沸点を有することが望ましい。加えて、取扱い性の面からは室温(20~30℃)より20℃以上高いことが望ましい。
また樹脂ペレットの洗浄に用いられるフッ素含有洗浄剤においても、樹脂ペレット上にフッ素含有洗浄剤の不純物成分(意図的に添加された成分)が残らないものであることが好ましく、前述した蒸発残渣の測定に用いたフッ素含有抽出剤と同様に、1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタン、1,1,1,2,3,3,4,5,5,5-デカフルオロペンタン、1,1,1,2,3,3,4,4,5,5-デカフルオロペンタン、1,1,2,3,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタン、1,1,2,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタン、1,1,2,2,3,3,4,4,5,5-デカフルオロペンタン、1,2,2,3,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタン、1,1,1,3,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタン、1,1,1,2,2,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタン等のデカフルオロペンタンを用いることが好ましく、より好ましくは1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタンを用いることが望ましい。
上記フッ素含有洗浄剤で洗浄された樹脂ペレットは、フッ素含有洗浄剤と分離された後、270±5℃の温度で20時間乾燥した後、炉冷することにより、本発明の樹脂ペレットとなる。該洗浄された樹脂ペレットのメルトフローレートは、洗浄前の樹脂ペレットのメルトフローレートと同等であるため、成形品の成形条件を変更することなく、用いることが可能となる。
本発明においては更に、上述したフッ素含有洗浄剤による洗浄の後処理として、前述した通り、酸やアルカリによる洗浄を加えることもできる。これにより、フッ素含有物及びフッ素含有物の凝集体が低減されるだけでなく、金属イオンもしくは金属微粒子が低減された樹脂ペレットを得ることが可能となる。
(成形品)
本発明の成形品は、上述した本発明の樹脂ペレットからなる成形品であり、成形品に含有され又は付着したフッ素含有物を、フッ素含有抽出剤中に溶解・抽出して得られる抽出液を蒸発・乾固させた後の蒸発残渣が、20×10-6mg/mm以下である成形品であることが好ましい。
成形品においても蒸発残渣は可及的にゼロに近いことが望ましく、20×10-6mg/mm以下、好ましくは、0~10×10-6mg/mmの範囲、より好ましくは、0~1.0×10-6mg/mmの範囲にあることが望ましい。蒸発残渣がこの範囲にある本発明の成形品は、前記パーティクルの発生原因となる原因物質(フッ素含有物)の発生が抑制されているため、半導体製造に際して使用される高い清浄性を有する成形品として好適に用いることが可能となる。
尚、成形品に含有され又は付着したフッ素含有物の蒸発残渣の測定は、前述した樹脂ペレットと同様にして行うことができるが、成形品の形状に応じて、成形品表面とフッ素含有抽出剤とを接触させることが好ましく、例えばチューブやボトルのように中空部を有する成形品においては、チューブやボトルの内部にフッ素含有抽出剤を封入することにより、抽出液を採取することができる。
本発明の成形品は、液体移送用成形品、液体接触用成形品などとして用いられる成形品であることが好適である。具体的には、液体移送用成形品とはチューブ、配管(パイプ)、配管用の継手(フィッティング)、ガスケット、Oリング、ポンプ、バルブ、レギュレーター、フィルターハウジングなど液体移送装置に使用される成形品であり、液体接触用成形品とは、搬送容器、貯蔵容器などの容器類(ボトル、キャップ、内蓋)、ウェーハキャリア、フィルムなど液体移送以外の液体と接触する用具および装置に使用される成形品である。
本発明の成形品は、中空部を有する成形品であることが好ましい。このような中空部を有する成形品としては、ボトル、チューブ、パイプ、配管用の継手(フィッティング)が挙げられる。
本発明の成形品の成形方法としては特に制限はなく、前述した本発明の樹脂ペレットを用い、従来公知の成形方法により成形することができる。成形方法としては、圧縮成形、ペースト押出成形、溶融圧縮成形、溶融押出成形、射出成形、トランスファー成形、ブロー成形、回転成形、ライニング成形、フィルム成形などを挙げることができる。
本発明の成形品は、本発明の樹脂ペレットを用いて成形されていることから、前述した蒸発残渣が20×10-6mg/mm以下に低減されているが、前述したフッ素含有洗浄剤を用いた洗浄処理に更に付されていても良い。これにより成形品の清浄性を更に向上することができる。
洗浄処理は、前述した樹脂ペレットの洗浄処理と同様に、フッ素含有洗浄剤を成形品に接触、浸漬(及び撹拌)、振とうする方法、或いはフッ素含有洗浄剤を成形品の表面上に流動させる(ポンプ等を用いてフッ素含有洗浄剤を循環)方法などが挙げられる。
洗浄処理の条件も、前述した樹脂ペレットの洗浄処理と同様に行うことができる。
更に、前記の通り、金属イオンもしくは金属微粒子を保護しているフッ素含有物も除去されるため、本発明によるフッ素含有洗浄剤による洗浄の後処理として、酸やアルカリによる洗浄を加えることで、フッ素含有物が低減されるだけでなく、金属イオンもしくは金属微粒子も低減された樹脂ペレット、並びに該ペレットからなるフッ素含有物、並びに金属イオンもしくは金属微粒子、の両方が低減されたフッ素樹脂成形体を得ることが可能となる。
本発明で用いるフッ素含有洗浄剤は、樹脂ペレット又は成形品の付着物又は含有物を溶解・抽出できる場合には、前述したテトラフルオロエチレンの単独重合体又は共重合体から選択される少なくとも1種から成る樹脂ペレット或いはこれから成る成形品以外の、他のエンジニアリングプラスチックからなる樹脂ペレット、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂ペレット、及びそれらの樹脂ペレットからなる成形品に用いることも可能である。
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
なお、実施例に用いた材料、洗浄処理、及び測定方法は以下のとおりである。
(材料)
1.樹脂ペレット
(1)PFAペレット(1)
(MFR 2g/10分、融点310℃)
(2)PFAペレット(2)
(MFR 5g/10分、融点263℃)
2.フッ素含有抽出剤
(1)1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタン(沸点55℃) (表中、「XF」で表記)
3.フッ素含有洗浄剤
(1)メトキシパーフルオロヘプテン(沸点110℃)(表中、「SF10」で表記)
(2)パーフルオロヘプテン(沸点72℃)(表中、「PFH」で表記)
(3)1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタン(沸点55℃) (表中、「XF」で表記)
4.樹脂ペレットからなる成形品
(1)チューブ
表1に記載される樹脂ペレットを用い、該樹脂ペレットを融点以上に加熱して押出成形により、外径6.35mm、内径4.35mm、長さ50mの無延伸チューブを得た。
(2)ボトル
表1に記載される樹脂ペレットを用い、該樹脂ペレットを融点以上に加熱しブロー成形により100mlボトルを得た。
5.洗浄処理
(1)樹脂ペレットの洗浄処理
表1又は表3に示す重量比(フッ素含有洗浄剤/樹脂ペレット)にて、フッ素含有洗浄剤と樹脂ペレットとを混合した混合物を、オーブンを用いて表1又は表3に示す洗浄温度で2時間加熱した後、樹脂ペレットとフッ素含有洗浄剤を分離した。分離した樹脂ペレットを、表1又は表3に示す乾燥温度にて20時間乾燥した後、室温(20~30℃)になるまで炉冷した。
(2)成形品(チューブ)の洗浄処理
前記無延伸チューブ50mに、表2に示すフッ素含有洗浄剤を、両端を100mmずつ折ってプラスチックバンドを用いて封入し、60℃のオーブン内で20時間静置した後、0.003μmのインラインフィルターを通した窒素ガスを用い、該チューブを室温(20~30℃)にて5~10分間乾燥した。
(3)成形品(ボトル)の洗浄処理
前記100mlのボトルに、表2に示すフッ素含有洗浄剤130gを洗浄処理されたPFA製蓋を用いて封入し、室温で168時間静置した後、フッ素含有洗浄剤を排出し、該ボトルを室温(20~30℃)にて24時間以上、清浄度クラス100以下のクリーンルーム内で乾燥した。
(測定方法)
6.蒸発残渣の測定
(1)1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタン(XF)の蒸発残渣(ブランク)
ナスフラスコ(300ml)に、1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタン(XF)を500g又は130g入れ、各々エバポレーターを用いて蒸発・乾固させ、各々の蒸発残渣を電子天秤を用いて秤量し、1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタンの蒸発残渣量(mg)を求めた。
(2)樹脂ペレットの蒸発残渣
前記樹脂ペレットを1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタン(XF)に浸漬し、60℃で20時間静置した後、1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタン(XF)を膜口径0.2μmのポリプロピレン製濾過膜を用いて濾過し、樹脂ペレットに含有され又は付着していたPFA微粉を除去し抽出液とした。該抽出液の500gを、エバポレーターを用いて蒸発・乾固させ、その蒸発残渣を、電子天秤を用いて秤量し、その量から、前記(1)の1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタンの500gにおける蒸発残渣量を減じて、ペレット単位表面積あたりの蒸発残渣(mg/mm)を求めた。尚、ペレットの表面積はSEMI C90-1015に準じて算出した。
(3)成形品(無延伸チューブ)の蒸発残渣
前記成形品(無延伸チューブ)50mに、1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタン(XF)を、両端を100mmずつ折ってプラスチックバンドを用いて封入し、60℃で20時間静置した後、窒素ガスを用いて抜き出し抽出液とした。該抽出液の500gを、エバポレーターを用いて蒸発・乾固させ、その蒸発残渣を、電子天秤を用いて秤量し、その量から、前記(1)の1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタンの500gにおける蒸発残渣量を減じて、無延伸チューブの内表面積あたりの蒸発残渣(mg/mm)を求めた。
(4)成形品(ボトル)の蒸発残渣
前記ボトル(100ml)に、1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタン(XF)を130g封入し、室温℃で168時間静置した後、抽出液とした。該抽出液の130gを、エバポレーターを用いて蒸発・乾固させ、その蒸発残渣を、電子天秤を用いて秤量し、その量から、前記(1)の1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタンの130gにおける蒸発残渣量を減じて、ボトルの内表面積あたりの蒸発残渣(mg/mm)を求めた。
7.メルトフローレート(MFR)
ASTM D-1238-95に準拠した耐食性のシリンダー、ダイ、ピストンを備えたメルトインデクサー(東洋精機製)を用いて、5gの試料粉末を372±1℃に保持されたシリンダーに充填して5分間保持した後、5kgの荷重(ピストン及び重り)下でダイオリフィスを通して押出し、この時の押出量(g/10分)をMFRとして求めた。
(実施例1~6)
表1に示す樹脂ペレット及び条件にて洗浄処理した後、樹脂ペレットの蒸発残渣を求めた。結果を表1に示す。
(比較例1)
洗浄処理を行わない以外は実施例1と同様にして、表1に示す樹脂ペレットの蒸発残渣を求めた。結果を表1に示す。
(実施例7~10)
表2に示す実施例1,3,4,及び6の樹脂ペレットからなる成形品(チューブ)の蒸発残渣を求めた。結果を表2に示す。
(実施例11~14)
表2に示す実施例1,3,4,及び6の樹脂ペレットからなる成形品(チューブ)を洗浄処理した後、該成形品(チューブ)の蒸発残渣を求めた。結果を表2に示す。
(実施例15)
表2に示す実施例3の樹脂ペレットからなる成形品(ボトル)を洗浄処理した後、該成形品(ボトル)の蒸発残渣を求めた。結果を表2に示す。
(比較例2)
比較例1の樹脂ペレットを用いる以外は、実施例7と同様にして、比較例1のペレットからなる成形品(チューブ)の蒸発残渣を求めた。結果を表2に示す。
(比較例3)
比較例1の樹脂ペレットを用いる以外は、実施例11と同様にして、比較例1のペレットからなる成形品(チューブ)の蒸発残渣を求めた。結果を表2に示す。
(比較例4)
比較例1のペレットからなる成形品(ボトル)の蒸発残渣を求めた。結果を表2に示す。
(比較例5)
比較例1の樹脂ペレットを用いる以外は、実施例15と同様にして、比較例1のペレットからなる成形品(ボトル)の蒸発残渣を求めた。結果を表2に示す。
(実施例16及び17)
表3に示す樹脂ペレット及び条件にて洗浄処理した後、該樹脂ペレットの蒸発残渣を求めた。結果を表3に示す。
(比較例6)
洗浄処理を行わない以外は実施例16と同様にして、樹脂ペレットの蒸発残渣を求めた。結果を表3に示す。
Figure 2022028402000001
Figure 2022028402000002
Figure 2022028402000003
本発明の樹脂ペレットは、半導体製造に際して使用される高い清浄性が必要とされる成形品を成形するための成形用材料として好適に利用することができる。また本発明の成形品は、半導体製造に際して使用される高い清浄性を有する液体移送用成形品や液体接触用成形品として好適に利用することができる。

Claims (13)

  1. テトラフルオロエチレンの単独重合体又は共重合体から選択される少なくとも1種を含有する樹脂ペレットであって、該ペレットに含有され又は付着したフッ素含有物を、フッ素含有抽出剤中に溶解・抽出して得られる抽出液を蒸発・乾固させた後の蒸発残渣が20×10-6mg/mm以下であることを特徴とする樹脂ペレット。
  2. 前記蒸発残渣が、0~10×10-6mg/mmの範囲にある請求項1記載の樹脂ペレット。
  3. 前記蒸発残渣が、0~1.0×10-6mg/mmの範囲にある請求項1又は2に記載の樹脂ペレット。
  4. 前記テトラフルオロエチレン(TFE)の共重合体が、TFE/ヘキサフルオロプロピレン(HFP)共重合体(FEP)、TFE/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)(PAVE)共重合体(PFA)、エチレン/TFE共重合体(ETFE)、TFE/HFP/PAVE共重合体、TFE/HFP/ビニリデンフロライド共重合体(THV)、TFE/エチレン/パーフルオロジメチルジオキソール共重合体、TFE/CF=CFOCFCF(CF)OCFCFSOF共重合体、或いはこれら共重合体の混合物の少なくとも1種である請求項1~3の何れかに記載の樹脂ペレット。
  5. 前記フッ素含有抽出剤が、デカフルオロペンタンである請求項1~4の何れかに記載の樹脂ペレット。
  6. テトラフルオロエチレンの単独重合体又は共重合体から選択される少なくとも1種を含有する樹脂ペレットを、フッ素含有洗浄剤で洗浄することを特徴とする請求項1~5の何れかに記載の樹脂ペレットの製造方法。
  7. 前記フッ素含有洗浄剤が、ハイドロフルオロカーボン、パーフルオロカーボン、フッ素含有エーテルから選択される少なくとも1種である請求項6記載の樹脂ペレットの製造方法。
  8. 前記フッ素含有洗浄剤で洗浄した後、酸又はアルカリ性溶液でさらに洗浄する請求項6又は7記載の樹脂ペレットの製造方法。
  9. 請求項1~5の何れかに記載された樹脂ペレットから成ることを特徴とする成形品。
  10. 前記成形品に含有され又は付着したフッ素含有物を、フッ素含有抽出剤中に溶解・抽出して得られる抽出液を蒸発・乾固させた後の蒸発残渣が20×10-6mg/mm以下である請求項8記載の成形品。
  11. 前記成形品が、中空部を有する成形品である請求項9又は10記載の成形品。
  12. 前記成形品が、フッ素含有洗浄剤で洗浄されたもの、またはフッ素含有洗浄剤で洗浄された後、酸又はアルカリ性溶液で洗浄されたものである請求項9~11の何れかに記載の成形品。
  13. 前記フッ素含有洗浄剤が、ハイドロフルオロカーボン、パーフルオロカーボン、フッ素含有エーテルから選択される少なくとも1種である請求項12記載の成形品。
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