JP2022058283A - フッ素樹脂、積層体およびチューブ - Google Patents

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Abstract

【課題】高いライン速度で押出成形することによりチューブを製造する場合であっても、平滑な内面を有するチューブを得ることができるフッ素樹脂を提供すること。【解決手段】130℃で40000時間の熱処理を行うことにより得られる熱処理後のフッ素樹脂の引張強度、および、熱処理前のフッ素樹脂の引張強度から、下記式により算出される引張強度維持率が、50%以上であるフッ素樹脂を提供する。引張強度維持率(%)=(熱処理後のフッ素樹脂の引張強度(MPa))/(熱処理前のフッ素樹脂の引張強度(MPa))×100【選択図】 なし

Description

本開示は、フッ素樹脂、積層体およびチューブに関する。
フッ素樹脂により形成されるチューブが知られている。また、フッ素樹脂と他のポリマー材料とを積層することにより形成される積層チューブも知られている。
このような積層チューブの製造方法として、特許文献1では、ダイ及び前記ダイに樹脂を供給する複数の押出機からなる共押出し装置を用いて同時多層共押出し法により、少なくとも、ポリアミド(A)と含フッ素エチレン性重合体(B)とを積層し、前記ポリアミド(A)及び前記含フッ素エチレン性重合体(B)からなる積層体を得る多層積層体の製造方法であって、前記ダイの温度を260℃を超えて310℃以下の範囲にすることを特徴とする多層積層体の製造方法が提案されている。
国際公開第2001/070485号
本開示では、高いライン速度で押出成形することによりチューブを製造する場合であっても、平滑な内面を有するチューブを得ることができるフッ素樹脂を提供することを目的とする。
本開示によれば、130℃で40000時間の熱処理を行うことにより得られる熱処理後のフッ素樹脂の引張強度、および、熱処理前のフッ素樹脂の引張強度から、下記式により算出される引張強度維持率が、50%以上であるフッ素樹脂が提供される。
引張強度維持率(%)=(熱処理後のフッ素樹脂の引張強度(MPa))/(熱処理前のフッ素樹脂の引張強度(MPa))×100
また、本開示によれば、60℃で10日間パーフルオロシクロブタンにフッ素樹脂を浸漬させた場合に、パーフルオロシクロブタン中に抽出される抽出物の抽出量が、浸漬させた前記フッ素樹脂の質量に対して、0.3質量%以下であるフッ素樹脂が提供される。
前記フッ素樹脂が、溶融加工性フッ素樹脂であることが好ましい。
前記フッ素樹脂が、カーボネート基およびカルボン酸ハライド基からなる群より選択される少なくとも1種を有し、カーボネート基およびカルボン酸ハライド基の合計数が主鎖炭素数10個あたり、3~800個であることが好ましい。
前記フッ素樹脂が、エチレン単位およびテトラフルオロエチレン単位を含有することが好ましい。
前記フッ素樹脂が、ヘキサフルオロプロピレン単位をさらに含有することが好ましい。
前記フッ素樹脂が、クロロトリフルオロエチレン単位およびテトラフルオロエチレン単位を含有することが好ましい。
また、本開示によれば、上記のフッ素樹脂を含有するフッ素樹脂層および非フッ素樹脂を含有する非フッ素樹脂層を備える積層体が提供される。
前記非フッ素樹脂層として、ポリアミド樹脂を含有するポリアミド樹脂層を含有することが好ましい。
前記フッ素樹脂層と前記ポリアミド樹脂層とが接着しており、前記フッ素樹脂層と前記ポリアミド樹脂層との層間接着強度が30N/cm以上であることが好ましい。
前記非フッ素樹脂層として、エチレン/ビニルアルコール共重合体(EVOH)樹脂を含有するEVOH層を備えることが好ましい。
また、本開示によれば、上記の積層体により形成される多層のチューブが提供される。
また、本開示によれば、上記のフッ素樹脂を含有する単層のチューブが提供される。
前記チューブの内面が前記フッ素樹脂により形成されており、前記内面の表面粗度Raが、1.0μm以下であることが好ましい。
本開示によれば、高いライン速度で押出成形することによりチューブを製造する場合であっても、平滑な内面を有するチューブを製造することができるフッ素樹脂を提供することができる。
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。
本開示のフッ素樹脂は、130℃で40000時間の熱処理を行った後の引張強度維持率が、50%以上であるフッ素樹脂である(以下、「第1のフッ素樹脂」ということがある)。
本開示のフッ素樹脂は、パーフルオロシクロブタン中に抽出される抽出物の抽出量が、浸漬させたフッ素樹脂の質量に対して、0.3質量%以下である(以下、「第2のフッ素樹脂」ということがある)。
特許文献1に記載の製造方法では、比較的高いダイ温度を採用することにより、層間が接着した多層積層体が得られる。しかしながら、フッ素樹脂の耐熱性が不足している場合は、比較的高いダイ温度にフッ素樹脂が曝されるなどの理由から、得られるチューブの内面が粗くなることがあり、特に高いライン速度で押出成形する場合に、得られるチューブの内面が粗くなることがある。
そこで、上記の問題を解決できる手段を鋭意検討したところ、引張強度維持率が高いフッ素樹脂を押出成形の材料として用いると、高いライン速度で押出成形した場合でも、平滑な内面を有するチューブが製造できることが見出された。さらには、引張強度維持率が高いフッ素樹脂を製造する方法もあわせて見出された。本開示の第1のフッ素樹脂は、これらの知見に基づき完成された。
また、上記の問題を解決できる手段を鋭意検討したところ、パーフルオロシクロブタン中に抽出される抽出物の抽出量が少ないフッ素樹脂を押出成形の材料として用いると、高いライン速度で押出成形した場合でも、平滑な内面を有するチューブが製造できることが見出された。さらには、パーフルオロシクロブタン抽出量が少ないフッ素樹脂を製造する方法もあわせて見出された。本開示の第2のフッ素樹脂は、これらの知見に基づき完成された。
本開示の第1のフッ素樹脂は、130℃で40000時間の熱処理を行った後の引張強度維持率が50%以上である。引張強度維持率は、130℃で40000時間の熱処理を行うことにより得られる熱処理後のフッ素樹脂の引張強度、および、熱処理前のフッ素樹脂の引張強度から、下記式により算出される。
引張強度維持率(%)=(熱処理後のフッ素樹脂の引張強度(MPa))/(熱処理前のフッ素樹脂の引張強度(MPa))×100
本開示の第1のフッ素樹脂は、135℃で40000時間の熱処理を行った後の引張強度維持率が50%以上であってよく、150℃で40000時間の熱処理を行った後の引張強度維持率が50%以上であってよく、170℃で40000時間の熱処理を行った後の引張強度維持率が50%以上であってよく、200℃で40000時間の熱処理を行った後の引張強度維持率が50%以上であってよい。言い換えると、本開示の第1のフッ素樹脂は、40000時間の熱処理を行った後の引張強度維持率が50%となる熱処理の温度が、好ましくは130℃以上であり、より好ましくは135℃以上であり、さらに好ましくは150℃以上であり、特に好ましくは170℃以上であり、最も好ましくは200℃以上である。
本開示の第1のフッ素樹脂は、熱処理を行った後の引張強度維持率が高く、耐熱性に優れることから、成形時における分解が抑制され、高いライン速度で押出成形した場合でも、平滑な内面を有するチューブが製造でき、さらには、耐熱性に優れた成形品を得ることもできる。近年、自動車のエンジンのダウンサイジングが進み、エンジンや排気ガスの温度が上昇する傾向にある。これに伴って、自動車の内部に設置される部品にもこれまで以上の耐熱性が求められている。本開示の第1のフッ素樹脂は、熱処理を行った後の引張強度維持率が高いことから、燃料チューブなどの、非常に高温になる自動車の内部に設置される部品を形成する材料としても好適に利用可能である。
本開示の第2のフッ素樹脂は、パーフルオロシクロブタン中に抽出される抽出物の抽出量が、浸漬させたフッ素樹脂の質量に対して、0.3質量%以下である。抽出物の抽出量としては、好ましくは0.2質量%以下であり、より好ましくは0.1質量%以下であり、更に好ましくは0.05質量%以下であり、特に好ましくは0.03質量%以下である。
抽出物の抽出量は、フッ素樹脂を60℃で10日間パーフルオロシクロブタンに浸漬させ、パーフルオロシクロブタンからフッ素樹脂を取り出してパーフルオロシクロブタンを回収し、パーフルオロシクロブタンを加熱することによりパーフルオロシクロブタンを除去し、残った抽出物の質量(残渣の乾燥質量)を測定し、浸漬させたフッ素樹脂の質量に対する抽出物の質量の割合を算出することにより、特定することができる。
本開示の第2のフッ素樹脂は、パーフルオロシクロブタン中に抽出される抽出物の抽出量が少ないことから、高いライン速度で押出成形した場合でも、抽出物の影響が無い、平滑な内面を有するチューブが製造でき、さらには、耐熱性に優れた成形品を得ることもできる。近年、自動車のエンジンのダウンサイジングが進み、エンジンや排気ガスの温度が上昇する傾向にある。これに伴って、自動車の内部に設置される部品にもこれまで以上の耐熱性が求められている。本開示の第2のフッ素樹脂は、パーフルオロシクロブタン中に抽出される抽出物の抽出量が少ないことから、燃料チューブなどの、非常に高温になる自動車の内部に設置される部品を形成する材料としても好適に利用可能である。
本開示の第2のフッ素樹脂は、本開示の第1のフッ素樹脂と同様に、高い引張強度維持率を有することが好ましい。本開示の第2のフッ素樹脂の引張強度維持率は、本開示の第1のフッ素樹脂と同様の引張強度維持率を有することができる。
以下、本開示の第1のフッ素樹脂および本開示の第2のフッ素樹脂に共通する構成について、説明する。以下では、本開示の第1のフッ素樹脂および本開示の第2のフッ素樹脂をあわせて、単に「本開示のフッ素樹脂」ということがある。
本開示のフッ素樹脂は、反応性官能基を有することが好ましい。本開示のフッ素樹脂が反応性官能基を有するものであると、他の材料との高い接着性を示す。したがって、反応性官能基を有するフッ素樹脂を用いることにより、層間接着強度に優れた積層体および多層チューブを高い生産性で製造することできる。フッ素樹脂は、ポリマーの主鎖末端および/または側鎖に、反応性官能基を有することがより好ましい。反応性官能基としては、カルボニル基、ヒドロキシル基、ヘテロ環基およびアミノ基からなる群より選択される少なくとも1種が好ましい。
本開示において、「カルボニル基」は、炭素-酸素二重結合から構成される炭素2価の基であり、-C(=O)-で表されるものに代表される。上記カルボニル基を含む反応性官能基としては特に限定されず、たとえばカーボネート基、カルボン酸ハライド基(ハロゲノホルミル基)、ホルミル基、カルボキシル基、エステル結合(-C(=O)O-)、酸無水物結合(-C(=O)O-C(=O)-)、イソシアネート基、アミド基、イミド基(-C(=O)-NH-C(=O)-)、ウレタン結合(-NH-C(=O)O-)、カルバモイル基(NH-C(=O)-)、カルバモイルオキシ基(NH-C(=O)O-)、ウレイド基(NH-C(=O)-NH-)、オキサモイル基(NH-C(=O)-C(=O)-)など、化学構造上の一部としてカルボニル基を含むものが挙げられる。
アミド基、イミド基、ウレタン結合、カルバモイル基、カルバモイルオキシ基、ウレイド基、オキサモイル基などにおいては、その窒素原子に結合する水素原子は、たとえばアルキル基などの炭化水素基で置換されていてもよい。
反応性官能基としては、導入が容易である点、フッ素樹脂が適度な耐熱性と比較的低温での良好な接着性とを有する点から、アミド基、カルバモイル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カーボネート基、カルボン酸ハライド基、酸無水物結合が好ましく、アミド基、カルバモイル基、ヒドロキシル基、カーボネート基、カルボン酸ハライド基、酸無水物結合がより好ましい。
反応性官能基としては、なかでも、カーボネート基およびカルボン酸ハライド基からなる群より選択される少なくとも1種が好ましい。カーボネート基およびカルボン酸ハライド基としては、国際公開第99/45044号に記載の基であってよい。
フッ素樹脂は、ポリマーの主鎖末端または側鎖のいずれかに反応性官能基を有する重合体からなるものであってもよいし、主鎖末端および側鎖の両方に反応性官能基を有する重合体からなるものであってもよい。主鎖末端に反応性官能基を有する場合、主鎖の両方の末端に有していてもよいし、いずれか一方の末端にのみ有していてもよい。上記反応性官能基は、エーテル結合をも有する場合、該反応性官能基をさらに主鎖中に有するものであってもよい。
フッ素樹脂は、主鎖末端に反応性官能基を有する重合体からなるものが、機械物性、耐薬品性を著しく低下させない理由で、または、生産性、コスト面で有利である理由で好ましい。
上記反応性官能基の数は、隣接する層の種類、形状、接着の目的、用途、必要とされる接着力と隣接する層との接着方法などの違いにより適宜選択すればよい。
反応性官能基の数としては、さらに高い接着性が得られることから、主鎖炭素数10個あたり、好ましくは3~800個であり、より好ましくは15個以上であり、さらに好ましくは30個以上であり、特に好ましくは50個以上であり、好ましくは500個以下であり、より好ましくは300個以下である。また、本開示のフッ素樹脂がカーボネート基およびカルボン酸ハライド基からなる群より選択される少なくとも1種を有する場合には、カーボネート基およびカルボン酸ハライド基の合計数としては、主鎖炭素数10個あたり、好ましくは3~800個であり、より好ましくは15個以上であり、さらに好ましくは30個以上であり、特に好ましくは50個以上であり、好ましくは500個以下であり、より好ましくは300個以下である。
反応性官能基の数は、フッ素樹脂をその融点より50℃高い成形温度、5MPaの成形圧力にて圧縮成形することにより得られる厚み50~200μmのフィルムシートを、赤外分光光度計を用いて赤外吸収スペクトル分析し、既知のフィルムの赤外吸収スペクトルと比較して反応性官能基の特性吸収の種類を決定し、各差スペクトルから次式により算出する個数である。
反応性官能基の個数(主鎖炭素数10個あたり)=(l×K)/t
l:吸光度
K:補正係数
t:フィルム厚(mm)
対象となる反応性官能基の補正係数を表1に示す。
Figure 2022058283000001
表1の補正係数は、主鎖炭素数10個あたりの反応性官能基の個数を計算するためにモデル化合物の赤外吸収スペクトルから決定された値である。
フッ素樹脂を成形する際の加熱等により、又は、経時的に、カルボン酸ハライド基がカルボン酸に分解してしまうことがある。従って、上記フッ素樹脂には、上記カーボネートおよび/またはカルボン酸ハライド基のほかに、これらに由来するカルボン酸基も一般的には含まれていると考えるべきである。
反応性官能基を主鎖および/または側鎖の末端に導入する方法としては、反応性官能基含有の単量体(β)を共重合して導入する方法、反応性官能基を有するまたは生ずる化合物を重合開始剤として用いる方法、反応性官能基を有するまたは生ずる化合物を連鎖移動剤として用いる方法、フッ素ポリマーに高分子反応で反応性官能基を導入する方法、これらの方法を併用する方法などが例示できる。
共重合で反応性官能基を導入する場合の反応性官能基含有の単量体(β)としては、フッ素樹脂を与える単量体と共重合可能な単量体で上記反応性官能基を有するものであれば、特に制限されない。具体的には、たとえば次のものが例示できる。
上記単量体(β)の第1としては、国際公開第2005/100420号に記載の脂肪族不飽和カルボン酸類が挙げられる。不飽和カルボン酸類は、重合性の炭素-炭素不飽和結合を1分子中に少なくとも1個有し、かつ、カルボニルオキシ基(-C(=O)-O-)を1分子中に少なくとも1個有するものが好ましい。
上記脂肪族不飽和カルボン酸としては、脂肪族不飽和モノカルボン酸であってもよいし、カルボキシル基を2個以上有する脂肪族不飽和ポリカルボン酸であってもよい。脂肪族不飽和モノカルボン酸としては、たとえば(メタ)アクリル酸、クロトン酸などの炭素数3~6の不飽和脂肪族モノカルボン酸類が挙げられる。
上記脂肪族不飽和ポリカルボン酸としては、たとえばマレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸、アコニット酸、マレイン酸無水物、イタコン酸無水物またはシトラコン酸無水物などの炭素数3~6の不飽和脂肪族ポリカルボン酸類が挙げられる。
上記単量体(β)の第2としては、式:
CX =CY-(Rf-Z
(式中、Zは、前記反応性官能基;XおよびYは、同一または異なって、水素原子もしくはフッ素原子;Rfは、炭素数1~40のアルキレン基、炭素数1~40の含フッ素オキシアルキレン基、エーテル結合を有する炭素数2~40の含フッ素アルキレン基またはエーテル結合を有する炭素数2~40の含フッ素オキシアルキレン基;nは、0または1)で表される不飽和化合物が挙げられる。
共重合により導入される反応性官能基含有の単量体(β)単位の含有率は、0.05モル%以上が好ましく、0.1モル%以上がより好ましい。多すぎると、加熱溶融時にゲル化や加硫反応が発生しやすいため、単量体(β)単位の含有率の上限としては、5モル%が好ましく、3モル%がさらに好ましい。
カルボン酸ハライド基を有するフッ素樹脂を得るためには種々の方法を採用できるが、例えば、上述のカーボネート基を有するフッ素樹脂を加熱し、熱分解(脱炭酸)させることにより得ることができる。加熱温度は、カーボネート基の種類、フッ素樹脂の種類によって異なるが、重合体自体が270℃以上、好ましくは280℃以上、特に好ましくは300℃以上になるように加熱するのが好ましい。加熱温度の上限は、フッ素樹脂のカーボネート基以外の部位の熱分解温度以下にすることが好ましい。
フッ素樹脂は、ポリマーの主鎖末端または側鎖末端にヘテロ環基またはアミノ基を有するものであってもよい。
ヘテロ環基とは、そのヘテロ環部位の環内にヘテロ原子(例えば、窒素原子、イオウ原子、酸素原子)を持つものであり、飽和環であっても、不飽和環であってもよく、単環であっても縮合環であってもよい。ヘテロ環基の中では、オキサゾリル基が好ましい。
アミノ基とは、アンモニア、第一級または第二級アミンから水素を除去した1価の官能基である。具体的には、例えば、式:
-NR
(式中、RおよびRは、同じであっても異なっていてもよく、水素原子または炭素原子数1~20の1価の有機基である。)で表される基である。アミノ基の具体例としては、-NH、-NH(CH)、-N(CH、-NH(CHCH)、-N(C、-NH(C)などが挙げられる。
本開示のフッ素樹脂は、比較的高い熱分解開始温度を有する。フッ素樹脂の熱分解開始温度としては、好ましくは330℃以上であり、より好ましくは350℃以上であり、さらに好ましくは365℃以上であり、特に好ましくは370℃以上であり、最も好ましくは400℃以上であり、500℃以下であってよい。熱分解開始温度は、示差熱・熱重量測定装置を用いて、空気雰囲気下でフッ素樹脂を10℃/分で昇温し、フッ素樹脂の質量が1質量%減少する時の温度である。
フッ素樹脂の融点は、好ましくは160℃以上であり、より好ましくは190℃以上であり、さらに好ましくは230℃以上であり、特に好ましくは240℃以上であり、好ましくは324℃未満であり、より好ましくは320℃以下であり、さらに好ましくは300℃以下であり、特に好ましくは280℃以下であり、最も好ましくは260℃以下である。
一般的な成形温度範囲である230~350℃の範囲の任意の温度(たとえば、265℃または297℃)におけるフッ素樹脂のメルトフローレート(MFR)は、好ましくは0.5g/10分以上であり、より好ましくは2.0g/10分以上であり、さらに好ましくは5.0g/10分以上であり、特に好ましくは10g/10分以上であり、最も好ましくは15g/10分以上であり、好ましくは100g/10分以下であり、より好ましくは50g/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35g/10分以下である。メルトフローレートは、たとえば、メルトインデクサーを用いて、任意の温度(たとえば、265℃または297℃)で、任意の荷重(たとえば、2.16kgまたは5kg)で、内径2mm、長さ8mmのノズルから単位時間(10分間)あたりに流出するフッ素樹脂の質量(g)を測定することにより、特定できる。
本開示のフッ素樹脂は、部分結晶性フルオロポリマーであり、フッ素ゴムではなく、フルオロプラスチックスである。フッ素樹脂は、融点を有し、熱可塑性を有する。フッ素樹脂は、溶融加工性であっても、非溶融加工性であってもよいが、溶融押出成形により高い生産性でチューブを作製することができることから、溶融加工性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、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。
溶融加工性のフッ素樹脂としては、たとえば、テトラフルオロエチレン(TFE)/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)(PAVE)共重合体、テトラフルオロエチレン(TFE)/ヘキサフルオロプロピレン(HFP)共重合体、TFE/エチレン共重合体〔ETFE〕、TFE/エチレン/HFP共重合体、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)/エチレン共重合体〔ECTFE〕、ポリビニリデンフルオライド〔PVdF〕、ポリクロロトリフルオロエチレン〔PCTFE〕、CTFE/TFE共重合体、TFE/ビニリデンフルオライド(VdF)共重合体〔VT〕、ポリビニルフルオライド〔PVF〕、TFE/VdF/CTFE共重合体〔VTC〕、TFE/HFP/VdF共重合体等が挙げられる。
PAVEとしては、たとえば、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)(PMVE)、パーフルオロ(エチルビニルエーテル)(PEVE)、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)(PPVE)等が挙げられる。中でも、PPVEが好ましい。これらは1種又は2種以上を用いることができる。
フッ素樹脂は、各フッ素樹脂の本質的性質を損なわない範囲の量で、その他の単量体に基づく重合単位を有するものであってもよい。上記その他の単量体としては、例えば、TFE、HFP、エチレン、プロピレン、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)、パーフルオロアルキルエチレン、ハイドロフルオロオレフィン、フルオロアルキルエチレン、パーフルオロ(アルキルアリルエーテル)等から適宜選択することができる。
フッ素樹脂としては、TFE/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)(PAVE)共重合体、テトラフルオロエチレン(TFE)/ヘキサフルオロプロピレン(HFP)共重合体、TFE/エチレン共重合体〔ETFE〕、TFE/エチレン/HFP共重合体、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)/エチレン共重合体〔ECTFE〕、ポリクロロトリフルオロエチレン〔PCTFE〕およびCTFE/TFE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/エチレン共重合体〔ETFE〕、TFE/エチレン/HFP共重合体、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)/エチレン共重合体〔ECTFE〕、ポリクロロトリフルオロエチレン〔PCTFE〕およびCTFE/TFE共重合体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、TFE/エチレン共重合体〔ETFE〕、TFE/エチレン/HFP共重合体およびCTFE/TFE共重合体からなる群より選択される少なくとも1種がさらに好ましい。
本開示において、フッ素樹脂の各単量体単位の含有量は、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。
TFE/HFP共重合体は、TFE/HFPが質量比で、80~97/3~20であることが好ましく、84~92/8~16であることがより好ましい。
TFE/HFP共重合体は、TFEとHFPとからなる2元共重合体であってもよいし、更に、TFE及びHFPと共重合可能な単量体からなる3元共重合体(例えば、TFE/HFP/PAVE共重合体)であってもよい。
TFE/HFP共重合体は、PAVEに基づく重合単位を含むTFE/HFP/PAVE共重合体であることも好ましい。
TFE/HFP/PAVE共重合体は、TFE/HFP/PAVEが質量比で、70~97/3~20/0.1~10であることが好ましく、81~92/5~16/0.3~5であることがより好ましい。
TFE/PAVE共重合体は、TFE/PAVEが質量比で、90~99/1~10であることが好ましく、92~97/3~8であることがより好ましい。
ETFEは、エチレン単位およびTFE単位を含有する共重合体である。共重合体に、エチレン単位およびTFE単位を導入することにより、より一層平滑な内面を有するチューブを得ることができ、他の材料と積層して積層体を作製することも容易になる。ETFEとしては、TFE単位とエチレン単位とのモル比(TFE単位/エチレン単位)が20/80以上90/10以下である共重合体が好ましい。より好ましいモル比は37/63以上85/15以下であり、さらに好ましいモル比は38/62以上80/20以下である。上記ETFEは、TFE、エチレン、並びに、TFEおよびエチレン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。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HまたはF、Rfはエーテル結合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およびCH=CXRfで表される含フッ素ビニル単量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、HFP、CF=CF-ORf(式中、Rfは炭素数1~5のパーフルオロアルキル基を表す。)で表されるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)および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単量体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、HFPが更に好ましい。また、TFEおよびエチレン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およびエチレンと共重合可能な単量体単位が、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。
TFE/エチレン共重合体は、HFPに基づく重合単位(HFP単位)を含むTFE/エチレン/HFP共重合体であることも好ましい。TFE/エチレン/HFP共重合体は、TFE/エチレン/HFPがモル比で、40~65/30~60/0.5~20であることが好ましく、40~65/30~60/0.5~10であることがより好ましい。
ETFEの融点は、好ましくは160℃以上であり、より好ましくは170℃以上であり、さらに好ましくは180℃以上であり、特に好ましくは190℃以上であり、好ましくは324℃未満であり、より好ましくは320℃以下であり、さらに好ましくは300℃以下であり、特に好ましくは280℃以下であり、最も好ましくは260℃以下である。
ETFEのMFR(297℃)は、好ましくは0.5g/10分以上であり、より好ましくは2.0g/10分以上であり、さらに好ましくは5.0g/10分以上であり、特に好ましくは8g/10分以上であり、最も好ましくは10g/10分以上であり、好ましくは100g/10分以下であり、より好ましくは50g/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。ETFEのMFRの測定は、温度297℃、荷重5kgで行われる。
ETFEとして、特開2019-90013号公報に記載のエチレン/テトラフルオロエチレン共重合体を用いることも好適である。
エチレン/CTFE共重合体(ECTFE)は、エチレン単位とCTFE単位とを含む共重合体であって、エチレン単位とCTFE単位の合計に対して、エチレン単位が46~52モル%であり、CTFE単位が54~48モル%であることが好ましい。ECTFEは、エチレン単位とCTFE単位のみからなる2元共重合体であってもよいし、さらに、エチレンおよびCTFEと共重合可能な単量体(例えば、フルオロアルキルビニルエーテル(PAVE)誘導体)に基づく重合単位を含むものであってもよい。
エチレンおよびCTFEと共重合可能な単量体に基づく重合単位の含有量は、エチレン単位とCTFE単位と上記共重合可能な単量体に基づく重合単位との合計に対して、0.01~5モル%であることが好ましい。
ECTFEのMFR(230℃)は、好ましくは0.5~100g/10分である。ECTFEのMFRの測定は、温度230℃、荷重2.16kgで行われる。
CTFE/TFE共重合体は、CTFE単位およびTFE単位を含有する。共重合体に、CTFE単位およびTFE単位を導入することにより、フッ素樹脂の熱処理を行った後の引張強度維持率を一層高めることができ、パーフルオロシクロブタン中に抽出される抽出物の抽出量を一層減少させることができる。CTFE/TFE共重合体としては、CTFE単位、TFE単位およびこれらと共重合可能な単量体(α)に由来する単量体(α)単位を含むものが特に好ましい。
単量体(α)としては、CTFEおよびTFEと共重合可能な単量体であれば特に限定されず、エチレン(Et)、VdF、CF=CF-ORf(式中、Rfは、炭素数1~8のパーフルオロアルキル基)で表されるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)〔PAVE〕、CX=CX(CF(式中、X、XおよびXは同一もしくは異なって、水素原子またはフッ素原子;Xは、水素原子、フッ素原子または塩素原子;nは、1~10の整数)で表されるビニル単量体、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)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などがあげられ、なかでも、PAVE、上記ビニル単量体および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種であることが好ましく、PAVEおよびHFP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。
PAVEとしては、CF=CF-ORf(式中、Rfは炭素数1~5のパーフルオロアルキル基を表す。)で表されるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)が好ましく、たとえば、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)〔PMVE〕、パーフルオロ(エチルビニルエーテル)〔PEVE〕、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)〔PPVE〕、パーフルオロ(ブチルビニルエーテル)などがあげられ、なかでも、PMVE、PEVEおよび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。
アルキルパーフルオロビニルエーテル誘導体としては、Rfが炭素数1~3のパーフルオロアルキル基であるものが好ましく、CF=CF-OCH-CFCFがより好ましい。
CTFE/TFE共重合体における、CTFE単位とTFE単位との比率は、好ましくは、CTFE単位が15~90モル%であり、TFE単位が85~10モル%であり、より好ましくは、CTFE単位が15~50モル%であり、TFE単位が85~50モル%であり、さらに好ましくは、CTFE単位が15~25モル%であり、TFE単位が85~75モル%である。
CTFE/TFE共重合体は、CTFE単位とTFE単位との合計が90~99.9モル%であり、単量体(α)単位が0.1~10モル%であるものが好ましい。単量体(α)単位が0.1モル%未満であると、成形性、耐環境応力割れ性および耐燃料クラック性に劣りやすく、10モル%を超えると、燃料バリア性、耐熱性、機械物性に劣る傾向にある。
CTFE/TFE共重合体としては、CTFE/TFE/PAVE共重合体が特に好ましい。
CTFE/TFE/PAVE共重合体において、上記PAVEとしては、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)〔PMVE〕、パーフルオロ(エチルビニルエーテル)〔PEVE〕、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)〔PPVE〕、パーフルオロ(ブチルビニルエーテル)などが挙げられ、なかでも、PMVE、PEVEおよびPPVEからなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、PPVEがより好ましい。
CTFE/TFE/PAVE共重合体において、PAVE単位は、全単量体単位の0.5モル%以上であることが好ましく、5モル%以下であることが好ましい。
CTFE/TFE共重合体の融点は、好ましくは190℃以上であり、より好ましくは210℃以上であり、さらに好ましくは220℃以上であり、特に好ましくは230℃以上であり、最も好ましくは240℃以上であり、好ましくは324℃未満であり、より好ましくは320℃以下であり、さらに好ましくは270℃以下であり、最も好ましくは260℃以下である。
CTFE/TFE共重合体のMFR(297℃)は、好ましくは0.5g/10分以上であり、より好ましくは2.0g/10分以上であり、さらに好ましくは5.0g/10分以上であり、特に好ましくは7g/10分以上であり、最も好ましくは10g/10分以上であり、好ましくは100g/10分以下であり、より好ましくは50g/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35g/10分以下である。CTFE/TFE共重合体のMFRの測定は、温度297℃、荷重5kgで行われる。
フッ素樹脂は、懸濁重合、溶液重合、乳化重合、塊状重合などの重合方法により、フッ素樹脂を構成することとなる含フッ素単量体を重合することにより製造することができる。重合方法としては、乳化重合または懸濁重合が好ましく、懸濁重合がより好ましい。重合において、温度、圧力などの各条件、重合開始剤やその他の添加剤は、フッ素樹脂の組成や量に応じて適宜設定することができる。
重合開始剤としては、油溶性ラジカル重合開始剤、または水溶性ラジカル重合開始剤を使用できるが、油溶性ラジカル重合開始剤が好ましい。
油溶性ラジカル重合開始剤としては、公知の油溶性の過酸化物であってよく、たとえば、
ジノルマルプロピルパーオキシジカーボネート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、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などのジアルキルパーオキシカーボネート類;
t-ブチルパーオキシイソブチレート、t-ブチルパーオキシピバレートなどのパーオキシエステル類;
ジt-ブチルパーオキサイドなどのジアルキルパーオキサイド類;
ジ[フルオロ(またはフルオロクロロ)アシル]パーオキサイド類;
などが代表的なものとしてあげられる。
ジ[フルオロ(またはフルオロクロロ)アシル]パーオキサイド類としては、[(RfCOO)-](Rfは、パーフルオロアルキル基、ω-ハイドロパーフルオロアルキル基またはフルオロクロロアルキル基)で表されるジアシルパーオキサイドが挙げられる。
ジ[フルオロ(またはフルオロクロロ)アシル]パーオキサイド類としては、たとえば、ジ(ω-ハイドロ-ドデカフルオロヘキサノイル)パーオキサイド、ジ(ω-ハイドロ-テトラデカフルオロヘプタノイル)パーオキサイド、ジ(ω-ハイドロ-ヘキサデカフルオロノナノイル)パーオキサイド、ジ(パーフルオロプロピオニル)パーオキサイド、ジ(パーフルオロブチリル)パーオキサイド、ジ(パーフルオロパレリル)パーオキサイド、ジ(パーフルオロヘキサノイル)パーオキサイド、ジ(パーフルオロヘプタノイル)パーオキサイド、ジ(パーフルオロオクタノイル)パーオキサイド、ジ(パーフルオロノナノイル)パーオキサイド、ジ(ω-クロロ-ヘキサフルオロブチリル)パーオキサイド、ジ(ω-クロロ-デカフルオロヘキサノイル)パーオキサイド、ジ(ω-クロロ-テトラデカフルオロオクタノイル)パーオキサイド、ω-ハイドロ-ドデカフルオロヘプタノイル-ω-ハイドロヘキサデカフルオロノナノイル-パーオキサイド、ω-クロロ-ヘキサフルオロブチリル-ω-クロロ-デカフルオロヘキサノイル-パーオキサイド、ω-ハイドロドデカフルオロヘプタノイル-パーフルオロブチリル-パーオキサイド、ジ(ジクロロペンタフルオロブタノイル)パーオキサイド、ジ(トリクロロオクタフルオロヘキサノイル)パーオキサイド、ジ(テトラクロロウンデカフルオロオクタノイル)パーオキサイド、ジ(ペンタクロロテトラデカフルオロデカノイル)パーオキサイド、ジ(ウンデカクロロトリアコンタフルオロドコサノイル)パーオキサイドなどが挙げられる。
水溶性ラジカル重合開始剤としては、公知の水溶性過酸化物であってよく、たとえば、過硫酸、過ホウ酸、過塩素酸、過リン酸、過炭酸などのアンモニウム塩、カリウム塩、ナトリウム塩、ジコハク酸パーオキサイド、ジグルタル酸パーオキサイドなどの有機過酸化物、t-ブチルパーマレート、t-ブチルハイドロパーオキサイドなどが挙げられる。サルファイト類のような還元剤を過酸化物に組み合わせて使用してもよく、その使用量は過酸化物に対して0.1~20倍であってよい。
重合においては、界面活性剤、連鎖移動剤、および、溶媒を使用することができ、それぞれ従来公知のものを使用することができる。
界面活性剤としては、公知の界面活性剤が使用でき、たとえば、非イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤などが使用できる。なかでも、含フッ素アニオン性界面活性剤が好ましく、エーテル結合性酸素を含んでもよい(すなわち、炭素原子間に酸素原子が挿入されていてもよい)、炭素数4~20の直鎖または分岐した含フッ素アニオン性界面活性剤がより好ましい。界面活性剤の添加量(対重合水)は、好ましくは50~5000ppmである。
連鎖移動剤としては、たとえば、エタン、イソペンタン、n-ヘキサン、シクロヘキサンなどの炭化水素類;トルエン、キシレンなどの芳香族類;アセトンなどのケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチルなどの酢酸エステル類;メタノール、エタノールなどのアルコール類;メチルメルカプタンなどのメルカプタン類;四塩化炭素、クロロホルム、塩化メチレン、塩化メチル等のハロゲン化炭化水素などが挙げられる。連鎖移動剤の添加量は、用いる化合物の連鎖移動定数の大きさにより変わりうるが、通常重合溶媒に対して0.01~20質量%の範囲で使用される。
溶媒としては、水や、水とアルコールとの混合溶媒等が挙げられる。
懸濁重合では、水に加えて、フッ素系溶媒を使用してもよい。フッ素系溶媒としては、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;CFCFHCFHCFCFCF、CFHCFCFCFCFH、CFCFCFCFCFCFCFH等のハイドロフルオロアルカン類;CHOC、CHOCCFCFCHOCHF、CFCHFCFOCH、CHFCFOCHF、(CFCHCFOCH、CFCFCHOCHCHF、CFCHFCFOCHCF等のハイドロフルオロエーテル類;パーフルオロシクロブタン、CFCFCFCF、CFCFCFCFCF、CFCFCFCFCFCF等のパーフルオロアルカン類等が挙げられ、なかでも、パーフルオロアルカン類が好ましい。フッ素系溶媒の使用量は、懸濁性および経済性の面から、水性媒体に対して10~100質量%が好ましい。
重合温度としては特に限定されず、0~100℃であってよい。重合圧力は、用いる溶媒の種類、量および蒸気圧、重合温度等の他の重合条件に応じて適宜定められるが、通常、0~9.8MPaGであってよい。
乳化重合によりフッ素樹脂を製造する場合は、通常、フッ素樹脂粒子が分散した水性分散液が得られる。乳化重合により得られた水性分散液中のフッ素樹脂粒子を凝析させ、フッ素樹脂を回収してもよい。懸濁重合によりフッ素樹脂を製造する場合は、通常、湿潤したフッ素樹脂を回収することができる。回収したフッ素樹脂を洗浄したり、乾燥したりしてもよい。
本開示のフッ素樹脂は、いかなる形態であってもよく、水性分散液、粉末、ペレット等であってよい。本開示のフッ素樹脂の形態としては、フッ素樹脂の引張強度維持率を高めたり、パーフルオロシクロブタン中に抽出される抽出物の抽出量を減少させたりすることが容易であることから、ペレットであることが好ましい。
本開示のフッ素樹脂は、含フッ素単量体を重合することによりフッ素樹脂を得て、得られたフッ素樹脂を十分に洗浄し、洗浄したフッ素樹脂を乾燥させ、ベント孔が設けられたシリンダーを備える押出機を用いて、乾燥させたフッ素樹脂をペレットに成形する製造方法により、好適に製造することができる。
重合終了後、得られたフッ素樹脂を回収して、十分に洗浄することにより、フッ素樹脂の引張強度維持率を高めたり、パーフルオロシクロブタン中に抽出される抽出物の抽出量を減少させたりすることができる。洗浄方法としては、フッ素樹脂と水を混合して攪拌する方法、フッ素樹脂と水を混合して攪拌および脱水する操作を繰り返す方法、フッ素樹脂を水に投入して超音波を負荷する方法などを挙げることができる。上記方法の後に得られる水を分析し、フッ素樹脂が目的の引張強度維持率や抽出量になっていることが想定される結果となるまで洗浄を繰り返すことができる。
フッ素樹脂を成形するための押出機が備えるシリンダーにベント孔を設け、溶融したフッ素樹脂から生じる揮発物をシリンダー内からベント孔を介して除去することにより、フッ素樹脂の引張強度維持率を高めたり、パーフルオロシクロブタン中に抽出される抽出物の抽出量を減少させたりすることができる。ベント孔には、減圧装置を接続することができる。ベント孔の周辺のシリンダー内(脱揮領域)の圧力を減圧にすることで揮発物の除去を促進することができる。脱揮領域の絶対圧力は0.01~0.1MPaであってよい。
本開示のフッ素樹脂(または本開示のフッ素樹脂を含有する組成物)は、本開示の目的を損なわない範囲で、たとえば、導電性材料、補強剤、充填剤、紫外線吸収剤、顔料等の各種添加剤を添加してなるものであってもよい。このような添加剤を用いることにより、導電性、表面硬度、耐摩耗性、帯電性、耐候性等のフッ素樹脂の特性を向上させることができる。
本開示のフッ素樹脂(または本開示のフッ素樹脂を含有する組成物)は、熱安定剤等の安定剤、具体的には、酸化第一銅(酸化銅(I))、酸化第二銅(酸化銅(II))、ヨウ化第一銅、ヨウ化第二銅を実質的に含まない。「実質的に含まない」とは、 酸化第一銅(酸化銅(I))、酸化第二銅(酸化銅(II))、ヨウ化第一銅、ヨウ化第二銅は積極的に添加されないことを意味する。
本開示の積層体は、上記のフッ素樹脂を含有するフッ素樹脂層および非フッ素樹脂を含有する非フッ素樹脂層を備える。
フッ素樹脂層は、上記のフッ素樹脂に加えて、導電性フィラーをさらに含有することができる。導電性フィラーを含有することにより、燃料または薬液と本開示の積層体との摩擦などによって生じる静電気の蓄積を防ぎ、静電気の放電によって生じる可能性のある火災や爆発、あるいは、本開示の積層体のクラックや穴あきとそれによって生じる燃料漏れを防止することができる。
上記導電性フィラーとしては特に限定されず、例えば、金属、炭素等の導電性単体粉末または導電性単体繊維;酸化亜鉛等の導電性化合物の粉末;表面導電化処理粉末等が挙げられる。
上記導電性単体粉末または導電性単体繊維としては特に限定されず、例えば、銅、ニッケル等の金属粉末;鉄、ステンレス等の金属繊維;カーボンブラック、炭素繊維、特開平3-174018号公報等に記載の炭素フィブリル、カーボン・ナノチューブ、カーボン・ナノホーン等が挙げられる。
上記表面導電化処理粉末は、ガラスビーズ、酸化チタン等の非導電性粉末の表面に導電化処理を施して得られる粉末である。上記導電化処理の方法としては特に限定されず、例えば、金属スパッタリング、無電解メッキ等が挙げられる。上述した導電性フィラーのなかでもカーボンブラックは、経済性の観点で有利であるので好適に用いられる。
上記導電性フィラーの配合量としては、フッ素樹脂の種類、積層体に要求される導電性能、成形条件等に基づいて適宜決められるが、フッ素樹脂100質量部に対して1~30質量部であることが好ましい。より好ましい下限は5質量部、より好ましい上限は20質量部である。
フッ素樹脂層は、導電性フィラーのほか、本開示の目的を損なわない範囲で、たとえば、補強剤、充填剤、紫外線吸収剤、顔料等の各種添加剤を添加してなるものであってもよい。このような添加剤を用いることにより、表面硬度、耐摩耗性、帯電性、耐候性等のフッ素樹脂層の特性を向上させることができる。
非フッ素樹脂層は、非フッ素樹脂を含有する層である。本開示の積層体は、非フッ素樹脂層を備えることから、フッ素樹脂層を備えることにより得られる優れた効果に加えて、非フッ素樹脂層を備えることにより得られる優れた効果を奏する。
非フッ素樹脂としては、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアラミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン樹脂〔ABS〕、セルロース系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂〔PEEK〕、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂〔PES〕、ポリエーテルイミド樹脂等の機械的強度に優れ、耐圧性や成形体の形状の維持を主たる役割とできる樹脂(以下、構造部材系樹脂とする。)、エチレン/ビニルアルコール共重合体樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリブチレンナフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリフタルアミド〔PPA〕等の燃料や気体に対する耐透過性能の高い樹脂(以下、耐透過性樹脂とする。)が挙げられる。
非フッ素樹脂としては、なかでも、ポリアミド樹脂、エチレン/ビニルアルコール共重合体樹脂およびポリオレフィン系樹脂からなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、ポリアミド樹脂およびエチレン/ビニルアルコール共重合体樹脂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、ポリアミド樹脂がさらに好ましい。
本開示の積層体は、非フッ素樹脂層が上記構造部材系樹脂を含有すると、機械的強度に優れるものとなり、非フッ素樹脂層が上記耐透過性樹脂を含有すると、燃料に対する耐透過性に優れるものとなる。
ポリアミド樹脂は、分子内に繰り返し単位としてアミド結合〔-NH-C(=O)-〕を有するポリマーからなるものである。
ポリアミド樹脂としては、分子内のアミド結合が脂肪族構造または脂環族構造と結合しているポリマーからなるいわゆるナイロン樹脂、または、分子内のアミド結合が芳香族構造と結合しているポリマーからなるいわゆるアラミド樹脂のいずれであってもよい。
ポリアミド樹脂(ナイロン樹脂)としては特に限定されず、例えば、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド610、ポリアミド1010、ポリアミド612、ポリアミド6/66、ポリアミド66/12、ポリアミド46、メタキシリレンジアミン/アジピン酸共重合体、ポリアミド62、ポリアミド92、ポリアミド122、ポリアミド142、および、ポリアミド6T、ポリアミド9Tなどの芳香族系ポリアミド等のポリマーからなるものが挙げられ、これらのなかから2種以上を組み合わせて用いてもよい。
アラミド樹脂としては特に限定されず、例えば、ポリパラフェニレンテレフタラミド、ポリメタフェニレンイソフタラミド等が挙げられる。
ポリアミド樹脂は、また、繰り返し単位としてアミド結合を有しない構造が分子の一部にブロック共重合またはグラフト共重合されている高分子からなるものであってもよい。このようなポリアミド樹脂としては、例えば、ポリアミド6/ポリエステル共重合体、ポリアミド6/ポリエーテル共重合体、ポリアミド12/ポリエステル共重合体、ポリアミド12/ポリエーテル共重合体等のポリアミド系エラストマーからなるもの等が挙げられる。これらのポリアミド系エラストマーは、ポリアミドオリゴマーとポリエステルオリゴマーがエステル結合を介してブロック共重合することにより得られたもの、または、ポリアミドオリゴマーとポリエーテルオリゴマーとがエーテル結合を介してブロック共重合することにより得られたものである。上記ポリエステルオリゴマーとしては、たとえば、ポリカプロラクトン、ポリエチレンアジペート等が挙げられ、上記ポリエーテルオリゴマーとしては、たとえば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等が挙げられる。上記ポリアミド系エラストマーとしては、ポリアミド6/ポリテトラメチレングリコール共重合体、ポリアミド12/ポリテトラメチレングリコール共重合体が好ましい。
ポリアミド樹脂としては、ポリアミド樹脂からなる層が薄層でも十分な機械的強度が得られることから、なかでも、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド610、ポリアミド1010、ポリアミド612、ポリアミド62、ポリアミド6/66、ポリアミド66/12、ポリアミド6/ポリエステル共重合体、ポリアミド6/ポリエーテル共重合体、ポリアミド12/ポリエステル共重合体、ポリアミド12/ポリエーテル共重合体等が好ましく、これらのなかから2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ポリアミド樹脂のアミン価は10~80(当量/10g)が好ましい。アミン価が上記範囲内にあると、比較的低い温度で共押出する場合においても、層間接着力を優れたものとすることができる。アミン価が10(当量/10g)未満であると、層間接着力が不十分になるおそれがある。80(当量/10g)を超えると、積層体の機械的強度が不十分であり、また、貯蔵中に着色しやすくなりハンドリング性に劣るおそれがある。より好ましい下限は15(当量/10g)であり、さらに好ましい下限は23(当量/10g)であり、より好ましい上限は60(当量/10g)、さらに好ましい上限は50(当量/10g)である。
本開示において、アミン価はポリアミド樹脂1gをm-クレゾール50mlに加熱溶解し、これを1/10規定p-トルエンスルホン酸水溶液を用いて、チモールブルーを指示薬として滴定して求められる値であり、特に別の記載をしない限り、積層する前のポリアミド樹脂のアミン価を意味する。積層する前のポリアミド樹脂が有するアミノ基の数のうち、一部分は隣接する層との接着に消費されると考えられるが、その数は層全体に対してごく微量であるので、上述した積層する前のポリアミド樹脂のアミン価と本開示の積層体におけるアミン価は、実質的に同程度となる。
ポリオレフィン系樹脂は、フッ素原子を有しないビニル基含有単量体に由来する単量体単位を有する樹脂である。フッ素原子を有しないビニル基含有単量体としては特に限定されないが、層間接着性が求められる用途では上述した極性官能基を有するものが好ましい。
ポリオレフィン系樹脂としては特に限定されず、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、高密度ポリオレフィン、低密度ポリオレフィン等のポリオレフィンのほか、上記ポリオレフィンを無水マレイン酸等で変性した変性ポリオレフィン、エポキシ変性ポリオレフィン、アミン変性ポリオレフィン等が挙げられ、その中でも高密度ポリオレフィンが好ましい。
エチレン/ビニルアルコール共重合体樹脂は、エチレンおよび酢酸ビニルから得られたエチレン/酢酸ビニル共重合体を鹸化して得られるものである。共重合するエチレンおよび酢酸ビニルの配合比は、後述する式によって規定される酢酸ビニル単位のモル数の割合に応じて適宜決定される。
エチレン/ビニルアルコール共重合体樹脂は、酢酸ビニル単位Xモル%および鹸化度Y%が、X×Y/100≧7を満足するものが好ましい。X×Y/100<7であると、層間接着力が不十分になることがある。X×Y/100≧10がより好ましい。X×Y/100の値は、エチレン/ビニルアルコール共重合体樹脂が有するヒドロキシル基の含有率の指標であり、X×Y/100の値が大きいことは、エチレン/ビニルアルコール共重合体樹脂が有するヒドロキシル基の含有率が高いことを意味する。
ヒドロキシル基は、EVOH層と積層する相手材との接着に関与し得る基であり、エチレン/ビニルアルコール共重合体樹脂のヒドロキシル基の含有率が高いと、積層体における層間接着性が向上する。本開示において、上記「積層する相手材」は、接触して積層している材料のことをいう。
本開示において、「酢酸ビニル単位Xモル%」とは、エチレン/ビニルアルコール共重合体樹脂の分子における付加されたエチレンおよび酢酸ビニルの合計モル数〔N〕に占める、酢酸ビニル単位に由来する酢酸ビニルのモル数〔Ni〕の割合であって、下記式
Xi(%)=(Ni/N)×100
で表されるモル含有率Xiの平均値を意味する。酢酸ビニル単位Xモル%は、赤外吸収分光〔IR〕を用いて測定することにより得られる値である。
本開示において、「酢酸ビニル単位」とは、エチレン/ビニルアルコール共重合体樹脂の分子構造上の一部分であって、酢酸ビニルに由来する部分を意味する。酢酸ビニル単位は、鹸化されてヒドロキシル基を有しているものであってもよいし、鹸化しておらずアセトキシル基を有しているものであってもよい。
「鹸化度」は、鹸化された酢酸ビニル単位の数と鹸化されていない酢酸ビニル単位の数との合計に対する、鹸化された酢酸ビニル単位の数の割合を表す百分率である。鹸化度は、赤外吸収分光〔IR〕を用いて測定することにより得られる値である。
エチレン/ビニルアルコール共重合体樹脂であって、XおよびYが上記式を満足するものとしては、例えばエバールF101(クラレ社製、酢酸ビニル単位X=68.0モル%;鹸化度Y=95%;X×Y/100=64.6)、メルセンH6051(東ソー社製、酢酸ビニル単位X=11.2モル%;鹸化度Y=100%;X×Y/100=11.2)、テクノリンクK200(田岡化学社製、酢酸ビニル単位X=11.2モル%;鹸化度Y=85%;X×Y/100=9.52)等の市販品が挙げられる。
エチレン/ビニルアルコール共重合体樹脂は、200℃におけるMFRが0.5~100g/10分であるものが好ましい。MFRが0.5g/10分未満であっても、100g/10分を超えても、エチレン/ビニルアルコール共重合体樹脂の溶融粘度と、相手材の溶融粘度との差が大きくなる傾向があり、各層の厚みにムラが生じる可能性があることから、好ましくない。好ましい下限は1g/10分であり、好ましい上限は50g/10分である。
非フッ素樹脂は、融点が、50~400℃であることが好ましい。下限は、より好ましくは100℃であり、さらに好ましくは150℃である。上限は、より好ましくは300℃であり、さらに好ましくは250℃である。
融点は、示差走査熱量計(DSC)装置(セイコー社製)を用い、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る。
非フッ素樹脂層は、本開示の目的を損なわない範囲で、たとえば、熱安定剤等の安定剤、補強剤、充填剤、紫外線吸収剤、顔料等の各種添加剤を添加してなるものであってもよい。このような添加剤を用いることにより、熱安定性、表面硬度、耐摩耗性、帯電性、耐候性等の非フッ素樹脂の特性を向上させることができる。
本開示の積層体は、フッ素樹脂層および非フッ素樹脂層として、ポリアミド樹脂を含有するポリアミド樹脂層を備えることが好ましい。本開示の積層体においては、接着剤層などを設けることなく、優れた層間接着強度が得られることから、フッ素樹脂層とポリアミド樹脂層とが直接接着していることが好ましい。本開示の積層体としては、たとえば、最内層/最外層として、フッ素樹脂層/ポリアミド樹脂層を備える積層体などが挙げられる。フッ素樹脂層およびポリアミド樹脂層を備える積層体は、フッ素樹脂の持つ耐油性、燃料バリア性、耐薬品性、薬液低透過性、耐熱性、耐候性、耐汚染性などの優れた特性と、ポリアミド樹脂の持つ高強度、高靱性、軽量で加工性に優れ、特に柔軟である等の特性を併せ持つことができる。
ポリアミド樹脂が上述したアミン価を有する場合、フッ素樹脂層とポリアミド樹脂層とを特に強固に接着させることができる。フッ素樹脂層とポリアミド樹脂層と層間接着強度としては、好ましくは30N/cm以上である。
層間接着強度は、テンシロン万能試験機を用いて、25mm/分の速度で180°剥離試験を行うことにより求める。
本開示の積層体は、フッ素樹脂層およびエチレン/ビニルアルコール共重合体(EVOH)樹脂を含有するEVOH層を備えることが好ましい。フッ素樹脂層およびEVOH層を備える積層体は、フッ素樹脂の持つ耐油性、燃料バリア性、耐薬品性、薬液低透過性、耐熱性、耐候性、耐汚染性などの優れた特性と、EVOHの持つ燃料バリア性、薬液低透過性などの優れた特性とを併せ持つことができる。
本開示の積層体は、優れた層間接着強度が得られ、3種類の樹脂の優れた特性が得られることから、フッ素樹脂層およびEVOH層に加えて、ポリアミド樹脂層をさらに備えることがより好ましい。本開示の積層体においては、接着剤層などを設けることなく、優れた層間接着強度が得られることから、フッ素樹脂層とポリアミド樹脂層とが直接接着しており、ポリアミド樹脂層とEVOH層とが直接接着していることが好ましい。
本開示の積層体としては、たとえば、
最内層/最外層として、フッ素樹脂層/ポリアミド樹脂層を備える積層体、
最内層/中間層/最外層として、フッ素樹脂層/EVOH層/ポリアミド樹脂層を備える積層体、フッ素樹脂層/ポリアミド樹脂層/EVOH層を備える積層体、
最内層/内層/中間層/最外層として、フッ素樹脂層/ポリアミド樹脂層/EVOH層/ポリアミド樹脂層を備える積層体、
最内層/内層/中間層/外層/最外層として、フッ素樹脂層/ポリアミド樹脂層/EVOH層/ポリアミド樹脂層/ポリアミド樹脂層を備える積層体、フッ素樹脂層/ポリアミド樹脂層/EVOH層/ポリアミド樹脂層/ポリオレフィン樹脂層を備える積層体
最内層/内層1/内層2/中間層/外層/最外層として、フッ素樹脂層/ポリアミド樹脂層/ポリアミド樹脂層/EVOH層/ポリアミド樹脂層/ポリアミド樹脂層を備える積層体、フッ素樹脂層/ポリアミド樹脂層/EVOH層/ポリアミド樹脂層/ポリアミド樹脂層/ポリオレフィン樹脂層を備える積層体、フッ素樹脂層/ポリアミド樹脂層/EVOH層/ポリアミド樹脂層/ポリオレフィン樹脂層/ポリアミド樹脂層を備える積層体、フッ素樹脂層/フッ素樹脂層/ポリアミド樹脂層/EVOH層/ポリアミド樹脂層/ポリオレフィン樹脂層を備える積層体
などが挙げられる。
本開示の積層体が2以上のフッ素樹脂層を備える場合、各層に含まれるフッ素樹脂の種類は同一であってもよいし、異なっていてもよい。本開示の積層体が2以上のポリアミド樹脂層を備える場合、各層に含まれるポリアミド樹脂の種類は同一であってもよし、異なっていてもよい。本開示の積層体が2以上のEVOH層を備える場合、各層に含まれるエチレン/ビニルアルコール共重合体の種類は同一であってもよし、異なっていてもよい。本開示の積層体において、接している各層の境界は必ずしも明確である必要はなく、各層を構成するポリマーの分子鎖同士が接している面から相互に侵入し、濃度勾配がある層構造であってもよい。
本開示の積層体は、他の層を有していてもよい。本開示の積層体の各層の厚さ、形状などは、使用目的、使用形態などによって適宜選定すればよい。
本開示の単層のチューブ(ホース)は、上記のフッ素樹脂を含有する。本開示の多層のチューブ(ホース)は、上記の積層体により形成される。いずれのチューブにおいても、チューブの内面が上記のフッ素樹脂により形成されていることが好ましい。上記のフッ素樹脂は、引張強度維持率が非常に大きいことから、上記のフッ素樹脂により形成されるチューブの内面を非常に平滑なものとすることができる。上記のフッ素樹脂は、パーフルオロシクロブタン中に抽出される抽出物の抽出量が非常に少ないことから、上記のフッ素樹脂により形成されるチューブの内面を非常に平滑なものとすることができる。チューブの内面の表面粗度Raは、たとえば、1.0μm以下であり、好ましくは0.5μm以下であり、より好ましくは0.2μm以下であり、0.01μm以上であってよい。表面粗度は、JIS B0601-1994に準拠して測定することができる。
チューブの外径としては、好ましくは2~20mmであり、より好ましくは3mm以上であり、さらに好ましくは4mm以上であり、最も好ましくは6mm以上であり、より好ましくは18mm以下であり、さらに好ましくは16mm以下であり、最も好ましくは14mm以下である。
チューブの内径としては、好ましくは1~15mmであり、より好ましくは2mm以上であり、さらに好ましくは3mm以上であり、最も好ましくは4mm以上であり、より好ましくは13mm以下であり、さらに好ましくは11mm以下であり、最も好ましくは10mm以下である。
チューブの厚み(外径と内径との差)は、好ましくは0.5~8mmであり、より好ましくは0.6~6mmであり、さらに好ましくは0.6~4mmであり、最も好ましくは0.7~2mmである。
積層体およびチューブにおけるフッ素樹脂層の厚みは、好ましくは0.05~0.4mmであり、より好ましくは0.06~0.3mmであり、更に好ましくは0.07~0.25mmである。フッ素樹脂層の厚みは、積層体およびチューブがフッ素樹脂層を2層以上備える場合は、各層の合計の厚みである。
積層体およびチューブにおける非フッ素樹脂層の厚みは、好ましくは0.05~4mmであり、より好ましくは0.1~3mmであり、さらに好ましくは0.5~2mmである。非フッ素樹脂層の厚みは、積層体およびチューブが非フッ素樹脂層を2層以上備える場合は、各層の合計の厚みである。
積層体およびチューブが最内層/最外層の2層構造を備える場合の最内層の厚みは、好ましくは0.05~0.4mmであり、より好ましくは0.06~0.3mmであり、更に好ましくは0.07~0.25mmである。最外層の厚みは、好ましくは0.05~4mmであり、より好ましくは0.1~3mmであり、さらに好ましくは0.5~2mmである。
積層体およびチューブが最内層/内層/中間層/外層/最外層の5層構造を備える場合の最内層の厚みは、好ましくは0.01~0.5mm、より好ましくは0.02~0.25mm、さらに好ましくは0.03~0.15mmである。
内層の厚みは、好ましくは0.01~1.0mm、より好ましくは0.03~0.5mm、さらに好ましくは0.05~0.3mmである。
中間層の厚みは、好ましくは0.01~0.5mm、より好ましくは0.02~0.25mm、さらに好ましくは0.03~0.15mmである。
外層の厚みは、好ましくは0.01~1.0mm、より好ましくは0.03~0.5mm、さらに好ましくは0.05~0.3mmである。
最外層の厚みは、好ましくは0.01~1.0mm、より好ましくは0.03~0.7mm、さらに好ましくは0.05~0.5mmである。
本開示のフッ素樹脂は、耐油性、燃料バリア性、耐薬品性、薬液低透過性、耐熱性、耐候性、耐汚染性などに優れていることから、半導体、自動車、建築、電気・電子、化学プラント、医薬関連等の様々な分野で用いることができる。さらに、本開示のフッ素樹脂は、他の材料との高い接着性を有しており、本開示のフッ素樹脂を用いることにより、高いライン速度で押出成形することによりチューブを製造する場合であっても、層間が強固に接着しており、平滑な内面を有するチューブを得ることができる。本開示のフッ素樹脂は、高いライン速度で押出成形することができるだけでなく、低いライン速度でも押出成形することができる。したがって、本開示のフッ素樹脂は、積層体、チューブなどに特に好適に用いることができる。
本開示のフッ素樹脂を成形することにより、フィルム、シート、チューブ(ホース)、ボトル、タンクなどの各種の成形品を得ることができる。本開示のフッ素樹脂を含有する成形品は、耐油性、燃料バリア性、耐薬品性、薬液低透過性、耐熱性、耐候性、耐汚染性などに優れている。
本開示の積層体は、フィルム形状、シート形状、チューブ(ホース)形状、ボトル形状、タンク形状等の各種形状とすることができる。フィルム形状、シート形状、チューブ形状、ホース形状は、波形形状、蛇腹(corrugated)形状、渦巻き(convoluted)形状等であってもよい。
チューブ(ホース)は、波形形状、蛇腹(corrugated)形状、渦巻き(convoluted)形状等であってよい。チューブ(ホース)が波形形状を有する場合、波形の折り目が複数個環状に配設されている領域を有することにより、その領域において環状の一側を圧縮し、他側を外方に伸張することができるので、応力疲労や層間の剥離を伴うことなく容易に任意の角度で曲げることが可能となる。
波形領域の形成方法は限定されないが、直管状のチューブを成形した後に、引き続いてモールド成形等し、所定の波形形状等とすることにより容易に形成することができる。
フッ素樹脂の成形方法としては、特に限定されず、加熱圧縮成形法、トランスファー成形法、押出成形法、射出成形法、カレンダー成形法などが挙げられる。成形には通常用いられるフッ素ポリマーの成形機、たとえば射出成形機、ブロー成形機、押出成形機、各種塗装装置などが使用でき、シート状、チューブ状など、各種形状の成形品および積層体を製造することが可能である。多層押出成形、多層ブロー成形、多層射出成形などの成形方法により、多層チューブ、多層ホース、多層タンクなどの多層成形品とすることができる。
本開示の積層体の製造方法としては、たとえば、
(1)各層を形成するポリマーを共押出成形することにより、層間を熱融着(溶融接着)させ1段で多層構造の積層体を形成する方法(共押出成形)、
(2)押出機によりそれぞれ別個に作製した各層を重ね合せ、熱融着により層間を接着させる方法、
(3)予め作製した層の表面上に、押出機により、該層に隣接することとなる層を形成するポリマーを押し出すことにより積層体を形成する方法、
(4)予め作製した層の表面上に、該層に隣接することとなる層を形成するポリマーを静電塗装したのち、得られる塗装物を全体的にまたは塗装した側から加熱することにより、塗装に供したポリマーを加熱溶融して層を成形する方法
等が挙げられる。
本開示の積層体がチューブまたはホースである場合、例えば、上記(2)に相当する方法として、(2a)押出機により円筒状の各層をそれぞれ別個に形成し、内層となる層に該層に接触する層を熱収縮チューブにて被膜する方法、上記(3)に相当する方法として、(3a)先ず内層となる層を内層押出機で形成し、この外周面に、外層押出機で該層に接触する層を形成する方法、上記(4)に相当する方法として、(4a)内層を構成するポリマーを該層に接触する層の内側に静電塗装したのち、得られる塗装物を加熱オーブンに入れて全体的に加熱するか、または、円筒状の塗装物品の内側に棒状の加熱装置を挿入して内側から加熱することにより、内層を構成するポリマーを加熱溶融して成形する方法、等が挙げられる。
本開示の積層体およびチューブを構成する各層が共押出可能なものであれば、上記(1)の共押出成形によって形成することが一般的である。上記共押出成形としては、マルチマニホールド法、フィードブロック法等の従来公知の多層共押製造法が挙げられる。
上記(2)及び(3)の成形方法においては、各層を形成したのち、層間接着性を高めることを目的として、各層における他の層との接触面を表面処理してもよい。そのような表面処理としては、ナトリウムエッチング処理等のエッチング処理;コロナ処理;低温プラズマ処理等のプラズマ処理が挙げられる。
本開示の積層体の成形方法としては、また、複数の材料を多段階に分けて回転成形によって積層する成形方法も可能である。その場合、必ずしも外層材料の融点は内層材料の融点より高くする必要はなく、内層材料の融点は外層材料の融点より100℃以上高くてもよい。その場合は内部にも加熱部があった方が好ましい。
本開示の積層体およびチューブは、高いライン速度でフッ素樹脂を押出成形することにより製造することができる。ライン速度としては、好ましくは15m/分以上であり、より好ましくは20m/分以上であり、100m/分以下であってもよい。本開示の積層体は、このように高いライン速度で成形することにより得られたものであったとしても、層間が強固に接着しており、表面が平滑である。本開示のチューブは、このように高いライン速度で成形することにより得られたものであったとしても、内面が平滑である。本開示の積層体およびチューブは、低いライン速度でフッ素樹脂を押出成形することにより製造することもできる。ライン速度は、たとえば、8~100m/分であってよい。
本開示の積層体およびチューブは、押出成形機を用いて、フッ素樹脂および必要に応じて他の材料を成形することにより製造することができる。押出成形機としては、特に限定されないが、シリンダー、アダプター、ならびに、ダイヘッドおよびダイチップを有するスパイラルマルチマニホールドダイまたはクロスヘッドダイを備える押出成形機を用いることができる。
押出成形機は、通常、ホッパー、スクリュー、シリンダー、アダプター(スクリューとダイとの連結部分)、ダイからなる。スクリューを備える押出成形機は、単軸押出機であっても2軸押出機であってもよい。シリンダーにベント孔を設け、ベント孔を開放したり減圧したりして、フッ素樹脂から発生する揮発成分を除くことも可能である。
シリンダー温度としては、好ましくは150~350℃であり、より好ましくは180~330℃である。ダイ温度としては、好ましくは230~330℃であり、より好ましくは250~320℃である。チップ温度としては、好ましくは230~330℃であり、より好ましくは250~320℃である。ダイ温度およびチップ温度を上記の範囲内に設定することによって、表面が一層平滑な積層体または内面が一層平滑なチューブを得ることができる。特に、フッ素樹脂(たとえばETFE)とともに、ポリアミド樹脂またはエチレン/ビニルアルコール共重合体樹脂を共押出成形することにより、積層体または多層チューブを製造する場合には、表面が一層平滑な積層体または内面が一層平滑なチューブを得るために、上記のダイ温度およびチップ温度に設定することが好ましい。
本開示のフッ素樹脂、積層体およびチューブは、以下の用途に用いることができる。
フィルム、シート類;食品用フィルム、食品用シート、薬品用フィルム、離型フィルム、薬品用シート、農業用フィルム、ダイヤフラムポンプのダイヤフラムや各種パッキン等
チューブ、ホース類;薬液用チューブまたは薬液用ホース、塗料用チューブまたは塗料用ホース(プリンタ用途含む)、自動車燃料用チューブ若しくは自動車燃料用ホース等の燃料用チューブまたは燃料用ホース、溶剤用チューブまたは溶剤用ホース、自動車のラジエーターホース、エアコンホース、ブレーキホース、電線被覆材、飲食物用チューブまたは飲食物用ホース、ガソリンスタンド用地下埋設チューブ若しくはホース、海底油田用チューブ若しくはホース(インジェクションチューブ、原油移送チューブ含む)等
ボトル、容器、タンク類;自動車のラジエータータンク、ガソリンタンク等の燃料用タンク、溶剤用タンク、塗料用タンク、半導体用薬液容器等の薬液容器、飲食物用タンク等
その他;キャブレターのフランジガスケット、燃料ポンプのOリング等の各種自動車用シール、油圧機器のシール等の各種機械関係シール、ギア、医療用チューブ(カテーテル含む)、索道管等
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。
<ポリマー組成>
実施例で得られたフッ素樹脂のペレットおよび核磁気共鳴装置AC300(Bruker-Biospin社製)を用い、19F-NMR測定を行い、各ピークの積分値からポリマー組成を求めた。また、単量体の種類によっては元素分析の結果を適宜組み合わせて、ポリマー組成(ポリマーの各単量体単位の含有量)を求めた。
<融点>
実施例で得られたフッ素樹脂のペレットおよび示差走査熱量計RDC220(Seiko Instruments社製)を用いて、ASTM D 4591に従い、昇温速度10℃/分で熱測定を行い、得られた吸熱曲線のピークから、フッ素樹脂の融点を求めた。
<メルトフローレート(MFR)>
実施例で得られたフッ素樹脂のペレットおよびメルトインデクサー(安田精機製作所社製)を用いて、ASTM D 1238に従い、265℃または297℃、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フッ素樹脂の質量(g/10分)をMFRとして求めた。
<カーボネート基およびカルボン酸フルオライド基の個数>
実施例で得られたフッ素樹脂のペレットを、室温で圧縮成形し、厚さ50~200μmのフィルムを作製した。このフィルムの赤外吸収スペクトル分析によってカーボネート基〔-OC(=O)O-〕のカルボニル基由来のピークが1817cm-1〔ν(C=O)〕の吸収波長に現れ、カルボン酸フルオライド基〔-COF〕のカルボニル基由来のピークが1884cm-1〔ν(C=O)〕の吸収波長に現れるので、そのν(C=O)ピークの吸光度を測定し、下記式によりフッ素樹脂の主鎖炭素数10個あたりの個数を算出した。
カーボネート基またはカルボン酸フルオライド基の個数(主鎖炭素数10個あたり)=(l×K)/t
l:吸光度
K:補正係数 (-OC(=O)O-R:1426,-COF:405)
t:フィルム厚(mm)
赤外吸収スペクトル分析は、Perkin-Elmer FTIRスペクトロメーター1760X(パーキンエルマー社製)を用いて40回スキャンして行った。得られたIRスペクトルをPerkin-Elmer Spectrum for Windows Ver.1.4Cにて自動でベースラインを判定させ1817cm-1および1884cm-1のピークの吸光度を測定した。フィルムの厚さはマイクロメーターにて測定した。
<引張強度>
実施例で得られたフッ素樹脂のペレットを、室温にて圧縮成形し、厚さ2.0mmのフィルムを作製した。得られたフィルムから、試験片(ASTM V型ダンベル)を作製した。得られた試験片および引張試験機(島津製作所社製、AUTOGRAPH AG-1)を用いて、ASTM D 638に準拠して、チャック間距離を25mm、引張速度50mm/分の条件で引張強度を測定した。
<引張強度維持率>
上記で得られた試験片(ASTM V型ダンベル)を、電気炉に設置し、130℃で40000時間の熱処理を行い、試験片を電気炉から取り出し、常温になるまで冷却した。熱処理前後の試験片の引張強度を上記した方法により測定し、下記式にしたがって、引張強度維持率を算出した。さらに、引張強度維持率が50%となる温度を把握するために、130℃を超える任意の温度でも40000時間の熱処理を行い、同様にして引張強度維持率を算出した。
引張強度維持率(%)=(熱処理後のフッ素樹脂の引張強度(MPa))/(熱処理前のフッ素樹脂の引張強度(MPa))×100
<パーフルオロシクロブタン抽出量>
実施例で得られたフッ素樹脂のペレット約10g全てをパーフルオロシクロブタンに浸漬させ、60℃で10日間(240時間)放置した。その後、ペレットを取り出して、パーフルオロシクロブタンを回収した。得られたパーフルオロシクロブタンを室温で1週間以上乾燥させて、加熱して、パーフルオロシクロブタンを完全に除去し、抽出物の質量(残渣の乾燥質量)を測定した。下記式にしたがって、浸漬させたペレット(フッ素樹脂)の質量に対する抽出物の質量の割合を抽出量として算出した。
抽出量(質量%)=(抽出物の質量(残渣の乾燥質量)(g))/(パーフルオロシクロブタンに浸漬させたペレットの質量(g))×100
<熱分解開始温度>
示差熱・熱重量測定装置TG/DTA6200あるいはTG/DTA7200(日立ハイテクサイエンス社製)を用いて、実施例で得られたフッ素樹脂のペレットを、空気雰囲気下で10℃/分で昇温し、フッ素樹脂の質量が1質量%減少するときの温度を熱分解開始温度とした。
実施例1(フッ素樹脂Aの製造)
オートクレーブに蒸留水380L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166kg、HFP83kgおよびパーフルオロ(1,1,5-トリハイドロ-1-ペンテン)(CH=CF(CFH)0.3kgを仕込み、系内を35℃、攪拌速度200rpmに保った。その後、TFEを0.87MPaまで圧入し、更に引き続いてEtを0.95MPa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6.3kg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、TFE/Et/HFP=46/44/10モル%の混合ガスを連続して供給し、系内圧力を0.95MPa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)を合計量3.2kgとなるように連続して仕込み、23時間、攪拌を継続した。放圧して大気圧に戻した後、反応生成物を回収した。
回収した反応生成物を、1000kgの蒸留水に投入し、60分間攪拌することにより洗浄した。この洗浄操作を合計で2回繰り返した。洗浄して得られたフッ素樹脂を乾燥させ、粉末状のフッ素樹脂を250kg得た。
粉末状のフッ素樹脂を、ベント孔を有するシリンダーを備える50mmφ単軸押し出し機に投入し、フッ素樹脂から生じる揮発物をベント孔から除去しながら、シリンダー内でフッ素樹脂を220℃で溶融させ、押出機から押し出すことにより、フッ素樹脂を円柱状のペレット(直径2.5mm、長さ2.5mm)に成形した。
得られたペレット状のフッ素樹脂Aの物性を以下に示す。
ポリマー組成(モル%):TFE/Et/HFP/パーフルオロ(1,1,5-トリハイドロ-1-ペンテン)=45.5/44.4/9.5/0.6
融点:197℃
メルトフローレート(265℃):26.3g/10分
カーボネート基およびカルボン酸フルオライド基の個数:237個/10
引張強度維持率(130℃):50%以上
引張強度維持率(139℃):50%
パーフルオロシクロブタン抽出量:0.16質量%
熱分解開始温度:360℃
実施例2(フッ素樹脂Bの製造)
オートクレーブに蒸留水380L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230kgおよびパーフルオロ(1,1,5-トリハイドロ-1-ペンテン)(CH=CF(CFH)0.9kgを仕込み、系内を20℃、攪拌速度200rpmに保った。その後、TFEを0.78MPaまで圧入し、更に引き続いてEtを0.89MPaまで圧入し、系内を35℃にした後、シクロヘキサンを1.1kg仕込み、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネートの50%メタノール溶液1.2kg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、TFE/Et=57/43モル%の混合ガスを連続して供給し、系内圧力を1.2MPa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)を合計量6.0kgとなるように連続して仕込み、26時間、攪拌を継続した。放圧して大気圧に戻した後、反応生成物を回収した。
回収した反応生成物を、1000kgの蒸留水に投入し、60分間攪拌することにより洗浄した。この洗浄操作を合計で2回繰り返した。洗浄して得られたフッ素樹脂を乾燥させ、粉末状のフッ素樹脂を200kg得た。
粉末状のフッ素樹脂を、ベント孔を有するシリンダーを備える50mmφ単軸押し出し機に投入し、フッ素樹脂から生じる揮発物をベント孔から除去しながら、シリンダー内でフッ素樹脂を300℃で溶融させ、押出機から押し出すことにより、フッ素樹脂を円柱状のペレット(直径2.5mm、長さ2.5mm)に成形した。
得られたペレット状のフッ素樹脂Bの物性を以下に示す。
ポリマー組成(モル%):TFE/Et/パーフルオロ(1,1,5-トリハイドロ-1-ペンテン)=57.2/41.6/1.2
融点:256℃
メルトフローレート(297℃):22.5g/10分
カーボネート基およびカルボン酸フルオライド基の個数:211個/10
引張強度維持率(130℃):50%以上
引張強度維持率(151℃):50%
パーフルオロシクロブタン抽出量:0質量%
熱分解開始温度:374℃
実施例3(フッ素樹脂Cの製造)
水174kgを収容できるジャケット付攪拌式重合槽に、蒸留水51.5kgを仕込み、内部空間を純窒素ガスで充分置換した後、窒素ガスを真空で排除した。次いでオクタフルオロシクロブタン40.6kg、CTFE1.3kg、TFE4.5kg、PPVE2.8kgを圧入した。連鎖移動剤としてn-プロピルアルコール0.075kgを添加して、温度を35℃に調節し、攪拌を開始した。ここへ重合開始剤としてジ-n-プロピルパーオキシジカーボネートの50質量%メタノール溶液を0.38kg添加して重合を開始した。重合中には、所望の共重合体組成と同組成に調製した混合モノマーを、槽内圧力が0.66MPaを維持するように追加仕込み15時間、攪拌を継続した。放圧して大気圧に戻した後、反応生成物を回収した。
回収した内容物を、150kgの蒸留水に投入し、60分間攪拌することにより洗浄した。この洗浄操作を合計で2回繰り返した。洗浄して得られたフッ素樹脂を乾燥させ、粉末状のフッ素樹脂を30kg得た。
粉末状の反応生成物を、ベント孔を有するシリンダーを備える50mmφ単軸押し出し機に投入し、フッ素樹脂から生じる揮発物をベント孔から除去しながら、シリンダー内でフッ素樹脂を270℃で溶融させ、押出機から押し出すことにより、フッ素樹脂を円柱状のペレット(直径2.5mm、長さ2.5mm)に成形した。
得られたペレット状のフッ素樹脂Cの物性を以下に示す。
ポリマー組成(モル%):CTFE/TFE/PPVE=21.0/76.5/2.5
融点:248℃
メルトフローレート(297℃):29.7g/10分
カーボネート基およびカルボン酸フルオライド基の個数:182個/10
引張強度維持率(130℃):50%以上
引張強度維持率(220℃):50%
パーフルオロシクロブタン抽出量:0.01質量%
熱分解開始温度:425℃
製造したフッ素樹脂A~Cを用いて得られる積層体について、実施例をあげて説明する。積層体の物性は以下の方法により測定した。
<接着強度>
各実施例で得られたチューブから1cm幅のテストピースを切り取り、テンシロン万能試験機を用いて、25mm/分の速度で180°剥離試験を行い、伸び量-引張強度グラフにおける極大5点平均を接着強度(N/cm)として求めた。
<表面粗度Ra>
各実施例で得られたチューブを切断して試験片を作製し、チューブの内面に相当する試験片の箇所について、表面粗度Raを測定した。表面粗度測定機(Mitutoyo製SURFTESTSV-600)を用いて、JIS B0601-1994に準拠して、測定点数5点の測定を3回繰り返し、得られた測定値の平均値を表面粗度Raとした。
実施例では、フッ素樹脂Aに加えて、次の材料を用いた。
ポリアミド12
ダイセル・エボニック社製、Vestamid X7297
ポリアミド612
ダイセル・エボニック社製、Vestamid SX8002
エチレン/ビニルアルコール共重合体樹脂
クラレ社製、F101B
実施例4(積層体の製造)
マルチマニホールドを装着した5種5層のチューブ押出し装置(プラ技研社製)を用いて、層(E)をポリアミド12、層(B、D)をポリアミド612、層(C)をエチレン/ビニルアルコール共重合体樹脂、層(A)をフッ素樹脂Aとして、5台の押出し機にそれぞれ供給して、表2に示す押出条件により、外径8mm、内径6mmの5種5層の多層チューブを成形した。多層チューブは、層(A)/層(B)/層(C)/層(D)/層(E)の層構成を有しており、層(A)が最内層である。評価結果を表2に示す。
実施例5
マルチマニホールドを装着した2種2層のチューブ押出し装置(プラスチック工学研究所社製)を用いて、層(B)をポリアミド12、層(A)をフッ素樹脂Aとして、2台の押出し機にそれぞれ供給して、表2に示す押出条件により、外径8mm、内径6mmの2種2層の多層チューブを成形した。多層チューブは、層(A)/層(B)の層構成を有しており、層(A)が最内層である。評価結果を表2に示す。
実施例6
マルチマニホールドを装着した2種2層のチューブ押出し装置(プラスチック工学研究所社製)を用いて、層(B)をポリアミド12、層(A)をフッ素樹脂Bとして、2台の押出し機にそれぞれ供給して、表2に示す押出条件により、外径8mm、内径6mmの2種2層の多層チューブを成形した。多層チューブは、層(A)/層(B)の層構成を有しており、層(A)が最内層である。評価結果を表2に示す。
実施例7
マルチマニホールドを装着した2種2層のチューブ押出し装置(プラスチック工学研究所社製)を用いて、層(B)をポリアミド12、層(A)をフッ素樹脂Cとして、2台の押出し機にそれぞれ供給して、表2に示す押出条件により、外径8mm、内径6mmの2種2層の多層チューブを成形した。多層チューブは、層(A)/層(B)の層構成を有しており、層(A)が最内層である。評価結果を表2に示す。
Figure 2022058283000002

Claims (14)

  1. 130℃で40000時間の熱処理を行うことにより得られる熱処理後のフッ素樹脂の引張強度、および、熱処理前のフッ素樹脂の引張強度から、下記式により算出される引張強度維持率が、50%以上であるフッ素樹脂。
    引張強度維持率(%)=(熱処理後のフッ素樹脂の引張強度(MPa))/(熱処理前のフッ素樹脂の引張強度(MPa))×100
  2. 60℃で10日間パーフルオロシクロブタンにフッ素樹脂を浸漬させた場合に、パーフルオロシクロブタン中に抽出される抽出物の抽出量が、浸漬させた前記フッ素樹脂の質量に対して、0.3質量%以下であるフッ素樹脂。
  3. 前記フッ素樹脂が、溶融加工性フッ素樹脂である請求項1または2に記載のフッ素樹脂。
  4. 前記フッ素樹脂が、カーボネート基およびカルボン酸ハライド基からなる群より選択される少なくとも1種を有し、カーボネート基およびカルボン酸ハライド基の合計数が主鎖炭素数10個あたり、3~800個である請求項1~3のいずれかに記載のフッ素樹脂。
  5. 前記フッ素樹脂が、エチレン単位およびテトラフルオロエチレン単位を含有する請求項1~4のいずれかに記載のフッ素樹脂。
  6. 前記フッ素樹脂が、ヘキサフルオロプロピレン単位をさらに含有する請求項5に記載のフッ素樹脂。
  7. 前記フッ素樹脂が、クロロトリフルオロエチレン単位およびテトラフルオロエチレン単位を含有する請求項1~4のいずれかに記載のフッ素樹脂。
  8. 請求項1~7のいずれかに記載のフッ素樹脂を含有するフッ素樹脂層および非フッ素樹脂を含有する非フッ素樹脂層を備える積層体。
  9. 前記非フッ素樹脂層として、ポリアミド樹脂を含有するポリアミド樹脂層を含有する請求項8に記載の積層体。
  10. 前記フッ素樹脂層と前記ポリアミド樹脂層とが接着しており、前記フッ素樹脂層と前記ポリアミド樹脂層との層間接着強度が30N/cm以上である請求項9に記載の積層体。
  11. 前記非フッ素樹脂層として、エチレン/ビニルアルコール共重合体(EVOH)樹脂を含有するEVOH層を備える請求項8~10のいずれかに記載の積層体。
  12. 請求項8~11のいずれかに記載の積層体により形成される多層のチューブ。
  13. 請求項1~7のいずれかに記載のフッ素樹脂を含有する単層のチューブ。
  14. 前記チューブの内面が前記フッ素樹脂により形成されており、前記内面の表面粗度Raが、1.0μm以下である請求項12または13に記載のチューブ。
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