JP3587072B2

JP3587072B2 - 粉体状架橋フッ素樹脂の製造方法

Info

Publication number: JP3587072B2
Application number: JP36529398A
Authority: JP
Inventors: 有孝辰巳; 康彰山本; 孝康浅井; 修川勝
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2018-12-22
Also published as: JP2000186155A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に耐摩耗性，耐クリープ性等に優れた架橋フッ素樹脂成形品を得ることができる粉体状架橋フッ素樹脂の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、広範な用途を有するフッ素樹脂は、ポリエチレン樹脂等のように架橋させることによって各種特性を向上させることが技術的に困難とされていたが、最近、フッ素樹脂を効果的且つ容易に架橋処理する方法が提案されている。
【０００３】
このフッ素樹脂架橋方法は、無酸素の不活性ガス化雰囲気中でその融点より若干高い温度に保った状態で所定量の放射線を照射して架橋処理を行うようにしたものであり、耐摩耗性，耐クリープ性，耐放射線性等の諸特性に優れた架橋フッ素樹脂成形品を容易に得ることが可能となった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような従来のフッ素樹脂のうち、特に工業的に広く用いられているポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと称す）を架橋させた粉体状の架橋ＰＴＦＥを他のフッ素樹脂、例えば未架橋のＰＴＦＥやＰＦＡ樹脂等とブレンドして固め、摺動体等の機械部品に加工することによって、従来にない優れた特性を有する製品群を得られることが期待されている。
【０００５】
しかしながら、この粉体状の架橋ＰＴＦＥは、従来、未架橋のＰＴＦＥ粉末をマット状に固めた後、低酸素の雰囲気ガス中でそのＰＴＦＥの融点を若干上回る温度に加熱した状態で所定量の放射線を照射して架橋させ、その後常温まで冷却してから粉砕器等で所定粒径に粉砕加工することで得られるようになっているため、製作に多くの工程を要し、その結果、生産性が低くかつ製造コストが高くなってしまうといった欠点があった。
【０００６】
また、架橋後のＰＴＦＥは粘りが強くなっているため、粉砕加工が難しい上に、粉砕加工時に粉体粒径が不揃いとなったり、不純物が混入したりして品質が劣化する可能性がある等といった種々の問題点もあった。
【０００７】
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は、粒径が均一で高品質の粉体状架橋フッ素樹脂を効率的に且つ安価に得ることができる新規な粉体状架橋フッ素樹脂の製造方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、先ず、原料供給ラインとガス供給ラインと排出ラインとが接続された架橋容器内に、上記原料供給ラインから一定量の粉体状の未架橋フッ素樹脂を供給すると共に上記ガス供給ラインとから雰囲気ガスを供給して密閉する。次に、送風インペラー等の攪拌手段等によってその架橋容器内に雰囲気ガスの高速気流を発生させて粉体状の未架橋フッ素樹脂をそれぞれ粒子単位で個々に分離独立するように浮遊させると共に、電気ヒータ線等の加熱手段によってその内部の粉体状の未架橋フッ素樹脂と雰囲気ガスとをその未架橋フッ素樹脂の融点温度以上に加熱する。その後、低酸素雰囲気中で浮遊している粉体状の未架橋フッ素樹脂に放射線を照射して一定時間架橋処理を行う。
【０００９】
すなわち、未架橋フッ素樹脂粉末を雰囲気ガス流によって浮遊させることで、粒子間の距離が大きくなると共に、粒子間の相対的移動速度が増すため、その融点以上に加熱しても未架橋フッ素樹脂粉末同志が凝集することなくそれぞれ独立した状態で効果的に架橋処理が施されることから、効率的に粉体状の架橋フッ素樹脂が得られる。これによって従来のようなマット成形，冷却工程，粉砕工程の全てが省略できるため、生産性が大幅に向上する。また、粉砕工程がなくなることにより、粉砕時に伴う不純物混入や粒径の不揃いによる品質低下等の不都合を確実に回避することができる。
【００１０】
そして、このような架橋終了後、この架橋容器の排気ラインを開くと共にその内部に上記ガス供給ラインから雰囲気ガスのみを流し込んで架橋フッ素樹脂を雰囲気ガスと共に排出ラインから抜き出して分離器に流し、ここで雰囲気ガスと粉体状の架橋フッ素樹脂とに分離する。
【００１１】
これによって、架橋後の粉体状架橋フッ素樹脂を効率的に抜き出すことができるため、その後の未架橋フッ素樹脂の供給，架橋処理を迅速に行うことができ、さらに生産性の向上と製造工程の自動化を達成することができる。
【００１２】
尚、未架橋フッ素樹脂粉末を集合させて直接放射線を照射して架橋処理した場合、これを融点以上に加熱した際に、粉末が凝集して（結合の緩い）塊状となってしまい、従来工程と同様の状態となるため、本発明の目的を達成することができない。また、架橋後の粉末は温度が未架橋フッ素樹脂の融点以上に上がっても凝集して塊状となることはない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施する好適一形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本発明方法を実現する粉体状架橋フッ素樹脂製造装置（以下、製造装置と略す。）の実施の一形態を示す側面図、図２はそのＡ−Ａ断面図である。
【００１５】
図示するように、この製造装置は、遮蔽壁２９内に収容された架橋容器４と、この架橋容器４上部に形成された樹脂供給口１５側に接続された原料供給ラインＬ１と、同じくこの架橋容器４上部に形成された排出口１４に接続された排出ラインＬ２と、この架橋容器４底部に形成されたガス供給口１３側に接続されたガス供給ラインＬ３と、この架橋容器４の天井部を区画する照射窓１２側に設けられた放射線照射手段Ｓとから主に構成されている。
【００１６】
先ず、この架橋容器４は、密閉された箱形の容器本体４ａの周囲に断熱外皮４ｂが被覆形成されると共に、その容器本体４ａ内底部に送風インペラー等の攪拌機１６を備えたものであり、断熱外皮４ｂ内に張り巡らされたヒータ線２６によって容器本体４ａ内雰囲気を任意の温度に加熱維持すると共に、攪拌機１６によって強制的に内部に強いガス流を発生させるようになっている。
【００１７】
次に、原料供給ラインＬ１は、一端部（架橋容器４側）が第一サイクロン分離器５を介して樹脂供給口１５側に接続され、その他端部側に、貯留ホッパー１とスクリューコンベア２と粉体・ガス混合槽３とが順次接続された構成をしており、貯留ホッパー１内の粉体状未架橋ＰＴＦＥ２０をスクリューコンベア２によって一定量ずつ粉体・ガス混合槽３に供給すると共に、この粉体・ガス混合槽３６内に供給された粉体状未架橋ＰＴＦＥ２０をブロア２４によって雰囲気ガス供給部６から送られてくる雰囲気ガスと共に第一サイクロン分離器５を介して樹脂供給口１５から架橋容器４内に供給するようになっている。すなわち、この粉体・ガス混合槽３内底部には、架橋容器４と同様に送風インペラー等の攪拌手段２３が設けられており、接線方向に接続された雰囲気ガス噴出口２１から流れてきた不活性ガス等の雰囲気ガスと共に粉体状未架橋ＰＴＦＥ２０を巻き上げるように浮遊攪拌させながら粉体・ガス混合体抽出口２２からサイクロン分離器５側に気体搬送するようになっている。
【００１８】
また、このサイクロン分離器５の排気口５ａには、真空引き手段７と排ガス処理手段８とが併設された第一排気ラインＬ４が接続されており、真空引き手段７によって架橋容器４内の空気を強制排気すると共に、粉体状未架橋ＰＴＦＥ２０を搬送してきた雰囲気ガスの一部を排ガス処理手段８によって無害化して大気中に放出するようになっている。
【００１９】
一方、排出ラインＬ２はその上流側に排気ブロア２８と、製品コンテナ１０が付設された第二サイクロン分離器９が備えられた構成をしており、架橋容器４内粉体を排気ブロア２８によって排出口１４から雰囲気ガスと共に抜き出した後、第二サイクロン分離器９によってこの雰囲気ガス中から粉体などの固形物のみを製品コンテナ１０内に分離回収するようになっている。また、このサイクロン分離器９の排気口９ａには第二排気ラインＬ５が接続されており、サイクロン分離器９で固形物を分離した残りの雰囲気ガスを上述した排ガス処理手段８側に流し、無害化して大気中に放出するようになっている。尚、上記第一排気ラインＬ４及び第二排気ラインＬ５には、それぞれフィルター２５，２５が設けられており、サイクロン分離器５，９で分離されなかった粉体状未架橋ＰＴＦＥ２０を捕集して回収するようになっている。
【００２０】
他方、ガス供給ラインＬ３は、その下流側にブロア２７と、上述した雰囲気ガス供給部６とが備えられた構成をしており、ブロア２７によって雰囲気ガス供給部６から供給される雰囲気ガスをガス供給口１３から架橋容器４内に圧送するようになっている。
【００２１】
また、放射線照射手段Ｓは、主に高電圧加速器１７，電子線偏向器１８及びガイドホーン１９から構成されており、架橋容器４の天井部に設けられた放射線照射窓１２を介して所定量の電離放射線を架橋容器４内に扇状に均一放射するようになっている。尚、この放射線照射窓１２は薄いチタン箔で覆われており、架橋容器４の天井部を密閉して区画するようになっている。
【００２２】
次に、このような構成をした製造装置を用いて本発明方法を説明する。
【００２３】
先ず、排出口１４のバルブ１４ａを開くと共に排出ラインＬ２のブロア２８を駆動して架橋容器４内を真空引きして一定以下の低酸素雰囲気とした後、このバルブ１４ａを閉じて架橋容器４内を密閉する。すなわち、架橋容器４内に多量の酸素が存在すると、この酸素が後に説明する放射線架橋時の阻害成分となり、良好な架橋が行えないからである。尚、この雰囲気ガスの許容酸素含有量は、必ずしも無酸素のレベルでなくとも良いことが判明している。
【００２４】
次に、樹脂供給口１５のバルブ１５ａを開くと共に、粉体供給ラインＬ１のスクリューコンベア２及びブロア２４を駆動して一定量の粉体状未架橋ＰＴＦＥ２０と雰囲気ガスとの混合体を粉体供給ラインＬ１から第一サイクロン分離器５を介して架橋容器４内に供給した後、同じくこの樹脂供給口１５のバルブ１５ａを閉じて架橋容器４内を密閉する。
【００２５】
次に、このようにして雰囲気ガスと一定量の粉体状未架橋ＰＴＦＥ２０が架橋容器４内に収容されたなら攪拌手段１６を駆動して架橋容器４内に雰囲気ガスの強いガス流を発生させると同時に断熱外皮４ｂ内に設けられたヒータ線２６に通電して容器本体４ａ内を粉体状未架橋ＰＴＦＥ２０の融点温度以上、例えば３４０℃程度まで加熱する。すると、このガス流に伴って架橋容器４底部に堆積していた粉体状未架橋ＰＴＦＥ２０が架橋容器４内上方へ強制的に舞い上げられて所定時間滞留するように浮遊した状態で加熱され、やがてその粉体状未架橋ＰＴＦＥ２０がその融点以上の所定温度まで加熱されることになる。この時、各粉体状未架橋ＰＴＦＥ２０は、それぞれ独立した状態或いは相互に高速で接触で浮遊しながら加熱される状態となっているため、その融点以上の所定温度まで加熱されても相互に凝集したりすることはなく、堆積した状態で加熱した場合のように塊状を形成することはない。
【００２６】
そして、このような状態を維持したまま放射線照射手段Ｓから放射線照射窓１２を介して所定量の放射線を架橋容器４内に照射すると、粉体状未架橋ＰＴＦＥ２０が個々に独立した状態で効率的に放射線架橋され、連続的に架橋ＰＴＦＥ粉末が生成される。
【００２７】
その後、このようにして予め定めた時間まで放射線を照射して全ての粉体の架橋処理が完了したならば、放射線照射を停止してから排出口１４のバルブ１４ａとガス供給口１３のバルブ１３ａを開いた後、ガス供給ラインＬ３のブロア２７を駆動してガス供給ラインＬ３から架橋容器４内に雰囲気ガスを圧送する。すると、この架橋容器４内で架橋処理された粉体状架橋ＰＴＦＥが先に供給された雰囲気ガスと共に排出口１４から排出ラインＬ２側へ排出された後、第二サイクロン分離器９に達し、ここで架橋済みの粉体状ＰＴＦＥが遠心力を受けて雰囲気ガス中から分離落下して製品コンテナ１０内に回収され、残りの雰囲気ガスはその排出口９ａから第二排気ラインＬ５を通過して排ガス処理部８側へ流れ、ここで無害化されて大気中に放出されることになる。
【００２８】
そして、このようにして架橋容器４内の全ての架橋済みＰＴＦＥ粉体が取り出されたならば、再び上述したように原料供給ラインＬ１から一定量の粉体状未架橋ＰＴＦＥ２０と雰囲気ガスを供給して、同様な操作を行うことでその後新たな粉体状未架橋ＰＴＦＥ２０を連続して架橋処理し、製品コンテナ１０内にて取り出すことが可能となる。
【００２９】
このように本発明方法は、粉体状未架橋ＰＴＦＥ同志を凝集・固化させることなく粉体状を維持したまま直接架橋処理することが可能となるため、従来のような煩わしい粉砕工程等が不要となり、粒径が均一で高品質な粉体状架橋ＰＴＦＥを効率的に得ることが可能となる。
【００３０】
また、本発明方法は、このように粉体状未架橋ＰＴＦＥを効果的に架橋処理できるだけでなく、未架橋ＰＴＦＥの供給と、架橋処理後のＰＴＦＥの取り出し・回収を連続して行うことができるため、より優れた生産性を発揮すると共に、自動化による大幅な省力化を達成することも可能となる。
【００３１】
尚、本実施の形態において、放射線の照射量を１００ｋＧｙとした場合、各粉体状未架橋ＰＴＦＥが放射線を吸収して約２３．９ｋｃａｌ／ｋｇの熱を発生し、この熱によって雰囲気ガスが加熱されるようになるため、放射線照射後は断熱外皮４ｂ内の電気ヒータ線による加熱を停止、或いはその出力を下げる等して電力エネルギーの節減を図ることもできる。
【００３２】
また、放射線がＰＴＦＥのような樹脂を透過する距離は、放射線自体の有するエネルギーの大きさ（加速電圧で決定される）にほぼ比例し、材料も密度に反比例するが、個々の粒子の大きさが小さく、また雰囲気ガスに浮遊させた混合体の平均密度は小さいため、放射線が通りやすいため、よりエネルギーの小さい放射線照射手段を用いても良好な架橋処理が可能となる。
【００３３】
さらに、本発明方法は上記ＰＴＦＥ以外の粉体状未架橋フッ素樹脂粉末、例えば、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）系重合体やテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン系重合体等もそのまま適用できることは勿論である。
【００３４】
また、一つの放射線照射手段に対して容器１を二つ以上併設し、交互に照射線を照射できるように構成すれば、ＰＴＦＥ粉末の取出し・投入作業と架橋処理を交互に行うことが可能となり、より効率的な架橋処理を行うことも可能となる。
【００３５】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、以下に示すような優れた効果を発揮することができる。
【００３６】
（１）粉体状未架橋フッ素樹脂粉末を凝集させることなく個々に分離独立した状態で効果的に架橋処理することができるため、従来製法のようなマット成形や粉砕等の工程を経ることなく直ちに粉末状架橋フッ素樹脂を得ることができる。
【００３７】
（２）これによって、粒径の不揃いや品質の低下の発生が回避され、高品質の粉体状架橋フッ素樹脂を効率的に得ることができるため、耐摩耗性，耐クリープ性等の諸特性に優れた架橋フッ素樹脂成形品を大量且つ安価に提供することができる。
【００３８】
（３）また、原料の供給と製品の回収を連続的かつ自動的に行うことができるため、優れた生産性と自動化による大幅な省力化の達成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法及び本発明方法に用いる粉体状架橋フッ素樹脂製造装置の実施の一形態を示す側面図である。
【図２】図１中Ａ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
４架橋容器
９ａ分離器
２０粉体状未架橋ＰＴＦＥ（粉体状未架橋フッ素樹脂）
Ｌ１原料供給ライン
Ｌ２排出ライン
Ｌ３ガス供給ライン
Ｓ放射線照射手段

Claims

原料供給ラインとガス供給ラインと排出ラインとが接続された架橋容器内に、上記原料供給ラインから一定量の粉体状未架橋フッ素樹脂を供給すると共に上記ガス供給ラインから雰囲気ガスを供給して密閉した後、その架橋容器内に雰囲気ガスの高速気流を発生させて粉体状未架橋フッ素樹脂をそれぞれ粒子単位で個々に分離独立するように浮遊させると共に、これら粉体状未架橋フッ素樹脂をその融点温度以上に加熱しながら低酸素雰囲気中で放射線を照射して一定時間架橋処理を行い、架橋終了後、この架橋容器内に上記ガス供給ラインから雰囲気ガスのみを流し込んで、形成された粉体状架橋フッ素樹脂を雰囲気ガスと共に排出ラインから抜き出して分離器に流し、ここで雰囲気ガスと粉体状架橋フッ素樹脂とに分離するようにしたことを特徴とする粉体状架橋フッ素樹脂の製造方法。
上記分離器として、遠心力によって雰囲気ガス中から粉体状架橋を分離するサイクロン分離器を用いたことを特徴とする請求項１に記載の粉体状架橋フッ素樹脂の製造方法。