JP6420316B2 - フッ素化フィルム - Google Patents

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Description

本発明は、屋外で、特に農場において、温室カバーフィルム(もしくは温室フィルム)として使用するのに適したものにする特性を有する、または建造物、特に農業用建造物の本体にはめ込まれる半透明のフィルムの形態における、フッ素化フィルムに関する。本発明によるフィルムは、ポリフッ化ビニリデンマトリックスと少なくとも1種の衝撃改良剤を含む。
温室は、食糧生産作物を、この成長の促進のために、またはこれらを季節とは無関係に生産するために自然力から遮閉することによって、一般に農業生産を目的とした、完全に取り囲まれ得る構造物である。カバーは、半透明であり、一般的にガラス製であるが、硬質または軟質のプラスチック(例えばポリエチレンフィルム、半硬質PVCシート)製の場合もあり、これらは一般的に紫外線に耐えるために処理されている。フィルムは、フィルムの引裂強度を高めるために補強され得る。
一般的に、温室フィルムは、多くの特性:
機械的特性、例えば−20℃から+60℃までの温度範囲での引裂強度、クリープ強度、延伸性;
光学的特性、例えば可視光の透過率、紫外線に対する耐性;
化学的耐性、特に農薬に対する耐性;
耐久性、湿熱および冷気に対する耐性;
耐熱性、内部の熱エネルギーを保ちながら温室中の赤外線を一晩反射する高い能力;
を有する必要がある。
場合により、温室フィルムは、更なる特性:
耐火性;
曇り止め特性;
防汚性;
を示し得る。
農業用途のための単層フィルムを製造するためには、フルオロポリマー、特にフッ化ビニリデンをベースとするフルオロポリマーを使用することが知られている。フィルムブロー技術またはキャストフィルム技術によって得られる、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)またはVDF/HFP(フッ化ビニリデン/ヘキサフルオロプロピレン)コポリマーをベースとする単層フィルムは、良好な機械的特性、光学的特性、化学的耐性および耐久性を示すため、これらの単層フィルムは農業用温室用途のための良好な候補である。しかしながら、これらのフィルムの引裂強度は、特に押出方向(MD)において不十分である。
文献WO2011/121228は、結晶化温度TcAを有する第一のフッ化ビニリデンコポリマー製の層Aおよび結晶化温度TcBを有する第二のフッ化ビニリデンコポリマー製の層Bを含み、TcAは、TcBより高く、層Aと層Bとは交互になっており、層Aは、外側に配置されて、層Bは、2つの層Aの間に配置されている、少なくとも3層を含む多層フッ素化フィルムを記載している。これらのフィルムの引裂強度は、公知のフッ素化フィルムに対して大きく改善されたが、低温ではまだ不十分のままである。
国際公開第2011/121228号
従って、上記一般的特性に加えて、−20℃から+60℃までに及ぶ温度範囲内で良好な引裂強度特性を示す温室カバーとしての用途のためのフッ素化フィルムを得ることが望まれることになる。
他の用途は、建造物の屋根、特に自然光の心地よい分配により動物の健康に寄与するうえで、光を散乱させる必要がある家畜用建造物の屋根に関連している。
コア−シェル衝撃改良剤の添加によってポリフッ化ビニリデンポリマーを改質することによって、フィルムの、特に低温での引裂強度における大きな改善が得られる一方で、フィルムを温室カバーフィルムとしてまたはより一般的には農業用建造物のためのフィルムとして使用するのに適合した、可視領域における透過性の水準および耐火性の水準は維持されることが判明した。
本発明の主題の一つは、少なくとも1種のコア−シェル衝撃改良剤の添加によって改質されたPVDF製の単層フィルムである。
本発明のもう一つの主題は、少なくとも1種のコア−シェル衝撃改良剤で改質されたPVDFの少なくとも1層と、非改質のPVDF、つまり衝撃改良剤を含まないPVDFの少なくとも1層(以下、「PVDF層」と呼ぶ)を含む多層フィルムである。
本発明のもう一つの主題は、本発明によるフィルムの、農業用カバー材料としての、特に温室または建造物用のカバー材料としての使用である。
本発明の他の特性および利点は、以下の記述を読むことで明らかになるであろう。
第1の態様によれば、本発明は、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)マトリックス基材と、少なくとも1種の衝撃改良剤を含む単層ポリマーフィルムであって、衝撃改良剤の重量基準の含有量は、2.5%から40%未満である単層ポリマーフィルムに関する。フィルムの厚さは、30ミクロンから200ミクロンであり、好ましくは80ミクロンから150ミクロンである(境界は含まれる。)。
一実施形態によれば、衝撃改良剤の含有量は、5%を超え、かつ30%以下である。
一実施形態によれば、本発明による単層フィルムは、PVDFマトリックスと、少なくとも1種のコア−シェル衝撃改良剤からなる。
構造物の最終的な厚さの百分率としての厚さの配分は、以下の通りである。改質されたPVDF層:20%から95%、非改質のPVDF層:5%から80%、即ち、例えば30ミクロンの全厚さおよび70/30の配分の場合に、改質されたPVDF層:21ミクロンおよび非改質のPVDF層:9ミクロン。
第2の態様によれば、本発明は、単層フィルムの少なくとも1層と、少なくとも1層の他のPVDF層を含む多層フィルムに関する。多層フィルムの場合に、全体厚さは、30ミクロンから200ミクロンである。一実施形態によれば、多層フィルムは、コア−シェル衝撃改良剤で改質されたPVDFの中央層とPVDF製の2層の外層からなる。後者の外層は、同じ構造を有し得、または外層は、異なる構造を有し得る。
PVDFマトリックスは、PVDFホモポリマーから構成されるか、またはフッ化ビニル;トリフルオロエチレン(VF3);クロロトリフルオロエチレン(CTFE);1,2−ジフルオロエチレン;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);ペルフルオロ(アルキルビニル)エーテル、例えばペルフルオロ(メチルビニル)エーテル(PMVE)、ペルフルオロ(エチルビニル)エーテル(PEVE)およびペルフルオロ(プロピルビニル)エーテル(PPVE);ペルフルオロ(1,3−ジオキソール)もしくはペルフルオロ(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソール)(PDD)から選択されるフッ素化コモノマーとフッ化ビニリデン(VDF、CH=CF)との共重合によって調製されるコポリマーから構成される。
好ましくは、フッ素化コモノマーは、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)、トリフルオロエチレン(VF3)およびテトラフルオロエチレン(TFE)ならびにこれらの混合物から選択される。
コモノマーは、有利にはHFPである。好ましくは、コポリマーは、VDFおよびHFPのみを含む。
好ましくは、フッ素化コポリマーは、少なくとも50重量%のVDF、有利には少なくとも75重量%のVDF、好ましくは少なくとも80重量%のVDFを含む、VDFコポリマー、例えばVDF−HFPである。より具体的には、例えばArkema社によってKynar Flex(R)の名称で販売される75%を上回るVDFとこの残部にHFPを含むVDFコポリマーを挙げることができる。
コア−シェル衝撃改良剤は、一実施形態によれば、エラストマー(25℃未満の、好ましくは0℃未満の、より好ましくは−5℃未満の、更により好ましくは−25℃未満のガラス転移温度を有する。)製のコアと、少なくとも1つの熱可塑性シェル(25℃を上回るガラス転移温度を有する少なくとも1種のポリマーを含む。)とを有する微粒子の形で提供される。粒子のサイズは、一般的に、1ミクロン未満であり、有利には50nmから300nmである。コアの例としては、イソプレンまたはブタジエンホモポリマー、イソプレンと30モル%以下のビニルモノマーとのコポリマーおよびブタジエンと30モル%以下のビニルモノマーとのコポリマーを挙げることができる。ビニルモノマーは、スチレン、アルキルスチレン、アクリロニトリルまたはアルキル(メタ)アクリレートであり得る。もう一つの中心的な一群は、アルキル(メタ)アクリレートのホモポリマーおよびアルキル(メタ)アクリレートと別のアルキル(メタ)アクリレートおよびビニルモノマーから選択される30モル%以下のモノマーとのコポリマーからなる。アルキル(メタ)アクリレートは、有利にはブチルアクリレートである。
ビニルモノマーは、スチレン、アルキルスチレン、アクリロニトリル、ブタジエンまたはイソプレンであり得る。コア−シェルのコポリマーのコアは、全体的にまたは部分的に架橋され得る。コアの調製の間に少なくとも二官能性モノマーを添加することで十分であり、これらのモノマーは、ポリオールのポリ(メタ)アクリル酸エステル、例えばブチレンジ(メタ)アクリレートおよびトリメチロールプロパントリメタクリレートから選択され得る。他の二官能性モノマーは、例えばジビニルベンゼン、トリビニルベンゼン、ビニルアクリレートおよびビニルメタクリレートである。コアは、グラフト化によってまたは重合の間にコモノマーとして、不飽和官能性モノマー、例えば不飽和カルボン酸無水物、不飽和カルボン酸および不飽和エポキシドをコア内に導入することによって架橋され得る。例としては、無水マレイン酸、(メタ)アクリル酸およびグリシジルメタクリレートが挙げられる。
シェルは、スチレン、アルキルスチレンもしくはメチルメタクリレートのホモポリマーであるか、または少なくとも70モル%のこれらのモノマーの1種と、他の前記モノマー、別のアルキル(メタ)アクリレート、ビニルアセテートおよびアクリロニトリルから選択される少なくとも1種のコモノマーを含むコポリマーである。シェルは、グラフト化によってまたは重合の間にコモノマーとして、不飽和官能性モノマー、例えば不飽和カルボン酸無水物、不飽和カルボン酸および不飽和エポキシドをシェル内に導入することによって官能化され得る。例としては、無水マレイン酸、(メタ)アクリル酸およびグリシジルメタクリレートが挙げられる。
シェルポリマーの例として、ポリスチレンおよびPMMAが挙げられる。一方がポリスチレン製であり、外側のもう一方がPMMA製である2つのシェルを有するコア−シェルのポリマーも存在する。一実施形態によれば、衝撃改良剤は、ポリ(ブチルアクリレート)またはブチルアクリレートとブタジエンのコポリマー製のコアおよびPMMA製のシェルを有する。
有利には、重量基準で、コアは、70%から98%までのコア−シェル型ポリマーに相当し、シェルは、30%から2%までに相当する。
全てのこれらのコア−シェル衝撃改良剤は、時には、エラストマー製のコアのため、軟質/硬質とも呼ばれる。他の種類のコア−シェル型の衝撃改良剤、例えば硬質/軟質/硬質の衝撃改良剤、即ちこの順序で硬質コア、軟質シェルおよび硬質シェルを有する衝撃改良剤も存在する。硬質部分は、前記軟質/硬質の衝撃改良剤のシェルのポリマーからなり得、軟質部分は、前記軟質/硬質の衝撃改良剤のコアのポリマーからなり得る。例えば、この順序で、
メチルメタクリレートおよびエチルアクリレートのコポリマー製のコア、
ブチルアクリレートおよびスチレンのコポリマー製のシェル、
メチルメタクリレートおよびエチルアクリレートのコポリマー製のシェル、
からなる衝撃改良剤を挙げることができる。
他の種類のコア−シェル型の衝撃改良剤、例えば硬質(コア)/軟質/中硬質の衝撃改良剤も存在する。先の衝撃改良剤と比べると、違いは、外側の「中硬質」シェルにあり、このシェルは、一方が中間シェルであり、もう一方が外側シェルである2つのシェルからなる。中間シェルは、メチルメタクリレート、スチレンならびにアルキルアクリレート、ブタジエンおよびイソプレンから選択される少なくとも1種のモノマーのコポリマーである。外側シェルは、PMMAホモポリマーまたはコポリマーである。例えば、この順序で、
メチルメタクリレートおよびエチルアクリレートのコポリマー製のコア、
ブチルアクリレートおよびスチレンのコポリマー製のシェル、
メチルメタクリレート、ブチルアクリレートおよびスチレンのコポリマー製のシェル、
メチルメタクリレートおよびエチルアクリレートのコポリマー製のシェル、
からなる衝撃改良剤も挙げられる。
好ましいコア−シェル衝撃改良剤の例としては、アクリルベースのコア−シェル衝撃改良剤、例えばArkema社製のDurastrength(R)の製品群の衝撃改良剤、Dow社製のアクリルベースの製品群Paraloid(商標)EXLの衝撃改良剤またはKaneka社製のアクリルベースのKane Ace(R)製品群の衝撃改良剤が挙げられる。
もう一つの実施形態によれば、衝撃改良剤は、アクリレート/ポリシロキサンコポリマー製のコアと硬質樹脂製のシェルを含む。この場合には、コアは、1種以上のビニルモノマーを、アルキル基が2個から10個までの炭素原子を含むアルキルアクリレートまたはアルキルメタクリレートなどのモノマーから得られたゴムタイプのポリマーの存在下で重合することによって調製される軟質ゴムタイプの材料である。多官能性モノマー、例えばジビニルベンゼン、エチレンジメタクリレート、トリアリルシアヌレートまたはトリアリルイソシアヌレートは、重合の間に架橋剤として添加することができる。こうして得られたゴムタイプのポリマーは、ポリシロキサンを含むゴムと混合される。こうして調製されたエラストマーは、少なくとも20重量%の、好ましくは少なくとも40重量%のゴムタイプのポリマーを含む。この種類の衝撃改良剤の例は、5重量%から95重量%までのポリシロキサンベースのゴムと、5重量%から95重量%までのポリ(アクリル(メタ)アクリレート)ゴムとを含む複合ゴムを少なくとも1種のビニルモノマーでグラフト化することによる共重合によって調製されるゴムベースのグラフト化コポリマーである。これらの衝撃改良剤の粒子のサイズは、0.01ミクロンから1ミクロンである。この種類の製品は、三菱レーヨン社によって表示Metablen(R)S−2001として販売されている。
もう一つの実施形態によれば、衝撃改良剤は、ポリ(オルガノシロキサン)コアと熱可塑性樹脂のシェルから構成されている。ポリ(オルガノシロキサン)コアの有機基は、好ましくは、1個から18個の炭素、有利には1個から6個の炭素を含むアルキル基もしくはビニル基またはアリール基または置換された炭化水素である。ポリ(オルガノシロキサン)は、1つ以上のこれらの基を含む。シロキサンは、ポリ(オルガノシロキサン)の架橋度を定義する様々な官能化度を有する。好ましくは、平均官能化度は、2から3であり、こうして部分的に架橋されたコアが形成される。シェルは、アルキルアクリレートもしくはメタクリレート、アクリロニトリル、スチレン、ビニルスチレン、ビニルプロピオネート、マレイミド、塩化ビニル、エチレン、ブタジエン、イソプレンおよびクロロプレンなどのモノマーから得られるポリマーまたはコポリマーから形成される。好ましくは、シェルは、スチレンまたはアルキルが1個から4個の炭素を有するアルキルアクリレートもしくはメタクリレートから構成される。コアの割合は、粒子の0.05重量%から90重量%、好ましくは60重量%から80重量%である。粒子のサイズは、10nmから400nmである。この衝撃改良剤は、1つのコアが2つの連続的なシェルによって取り囲まれた形で提供され得る。コアおよび外側シェルの記載は、上記した単独のシェルを有するシリコーン含有の衝撃改良剤のものと同じままである。中間シェルは、コアのものとは異なるが、同じ組成物の一群から選択されるポリ(オルガノシロキサン)からなる。この種類の衝撃改良剤の例としては、Wacker Silicones社製のGenioperl(R)の製品群の製品が挙げられる。
本発明による単層フィルムは、艶消し剤(matifying agent)、赤外線反射剤、乳白剤、可塑剤または真珠光沢顔料から選択される少なくとも1種の添加剤を含み得る。
もう一つの態様によれば、本発明は、上記のフィルムの調製方法に関する。一実施形態によれば、PVDF/コア−シェル混合物は、当業者に公知の溶融配合技術、例えばBUSSまたは二軸スクリュー技術で得られる。もう一つの実施形態によれば、PVDF/コア−シェル混合物は、それぞれのラテックスを混合することによって調製される。引き続きフィルムは、フィルムブロー技術またはキャストフィルム技術によって得られ、ここで、これらの技術は、有利には非常に幅広いフィルムを得ることを可能にする。フィルムは、200℃から280℃の温度で押出することができる。ブロー比は、1.2から4、好ましくは1.5から3であるべきである。ドロー比に関しては、2から15、好ましくは5から10であるべきである。
もう一つの態様によれば、本発明は、単層フィルムまたは単層フィルムの1層を含む多層フィルムの、農業用温室カバー材料としての使用に関する。本出願における本発明による改質されたフルオロポリマーの層の使用は、カバーフィルムの耐久性およびこの引裂強度を更なる添加物を用いることなく高めることを可能にする。
もう一つの態様によれば、本発明は、単層フィルムまたは単層フィルムの少なくとも1層を含む多層フィルムの、建造物、特に農業用建造物、例えば家畜用建造物の屋根および/またはファサードのためのフィルムの製造のための材料としての使用に関する。その際、これらの温室フィルムは、改善された耐久性と組み合わせて紫外線に対する優れた透明性を有するという利点を示す。
構造物の例
押出コンパウンドは、当分野の通例に従い、温度が240℃に設定されたダイを備えた同方向回転二軸スクリュー押出機において製造される。引き続き、フィルムは、パンケーキダイ(直径50mm、ギャップ1.2mm)を有する5層式の研究室用ライン(5−layer laboratory line)でフィルムブロー成形によって製造される。引取速度は3m/分であり、ブローアップ比(BUR)は2.8である。フィルム全体の厚さは、100μmに設定される。
本研究の材料
PE:LDPE Exxon LD165BW1、MI(190℃、2.16kg)=1。
PVDF:5g/10分(230℃;5kg)のMFR、142℃の融点(Tm)、23℃で650MPaのヤング率を有するフッ化ビニリデンとHFPのコポリマー。Tmは、DSCまたは示差走査熱量測定によって測定された。弾性率は、規格ISO 178に従って測定された。
CS:ポリメチルメタクリレートシェルで被覆されたポリジメチルシロキサンコアを含む、Wacker社製のGenioperl(R)P52。これらの粒子の直径は、150nmのオーダーの直径である。
実施した試験は以下の通りである:
低温引裂強度のキャラクタリゼーション:フィルムを枠に入れて、1Nの引張下に置く。この試験は、30cmの高さから、円錐形先端を有する1kgの重さのストライカーを落下させることにある。この試験は、環境調節チャンバ中で行われ、変形の延性と脆性の性質は、貫通後のフィルムに観察される破壊プロフィールから推測される。
フィルムの光学的特性は、可視領域で透過率を計ると共に、ヘイズの程度を計ることによって測定された。フィルムの透過率は、400nmから740nmので、規格ASTM D1003に従ってC光源を用いて2度視野でMinolta社製のCM−3610d分光比色計を使用して評価された。
フィルムの耐火性は、M0(不燃性)からM5(非常に易可燃性)までの範囲のスケールでのフィルムの分類で実施される規格NF P92−503に従って測定される。この試験は、フィルムを火炎に曝して、
発火源が取り除かれた後の残炎時間を計ること、
燃えたフィルムの長さおよび幅を計ること、
燃焼滴下物の存在を計ること、
にある。
PVDFフィルムが存在する場合の耐火性の範囲において、5秒より長い残炎時間は、1レベルの格下げ(M1からM2へ)を招く。同様に、燃焼滴下物の存在、失われた長さの平均が35cmを上回ることまたは失われた幅の平均が9cmを上回ることは、それぞれ更なる格下げを招く。
これらの結果は、表1に表されている。
これらの結果は、PVDFマトリックスへのコア−シェル衝撃改良剤の添加が、衝撃改良剤無しのフィルムと比較して、フッ素化フィルムの引裂強度の大きな改善を可能にすることを示している。
機械的特性の向上は、添加剤とマトリックスの屈折率が近いおかげでフィルムの透過率に限られた影響しか与えずに達成される。この衝撃改良剤は全く可燃性でもないため、フィルムの耐火性は高くとどまっている。
Figure 0006420316

Claims (21)

  1. ポリフッ化ビニリデン(PVDF)マトリックスと、ポリ(オルガノシロキサン)コアおよび少なくとも1つの熱可塑性シェルからなる少なくとも1種のコア−シェル衝撃改良剤を含む単層ポリマーフィルムであって、衝撃改良剤の重量基準の含有量が2.5%から40%未満である、単層ポリマーフィルム。
  2. 衝撃改良剤の重量基準の含有量は、5%を超え、かつ30%以下である請求項1に記載のフィルム。
  3. 前記PVDFマトリックスは、PVDFホモポリマーから構成されるか、またはフッ化ビニル;トリフルオロエチレン;クロロトリフルオロエチレン;1,2−ジフルオロエチレン;テトラフルオロエチレン;ヘキサフルオロプロピレン;ペルフルオロ(メチルビニル)エーテル、ペルフルオロ(エチルビニル)エーテル(PEVE)およびペルフルオロ(プロピルビニル)エーテルから選択されるペルフルオロ(アルキルビニル)エーテル;ペルフルオロ(1,3−ジオキソール)ならびにペルフルオロ(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソール)から選択されるフッ素化コモノマーとフッ化ビニリデンの共重合によって調製されるコポリマーから構成される請求項1および2のいずれかに記載のフィルム。
  4. 前記ポリ(オルガノシロキサン)コアは、1個から18個の炭素を含むアルキル基もしくはビニル基、アリール基ならびに置換された炭化水素から選択される1つ以上の基を含む請求項1から3の一項に記載のフィルム。
  5. 前記アルキル基もしくは前記ビニル基は1個から6個の炭素を含む請求項4に記載のフィルム。
  6. 前記コアは、全体的にまたは部分的に架橋されている請求項1から5の一項に記載のフィルム。
  7. 前記コアの平均官能化度は2から3の間である請求項6に記載のフィルム。
  8. 前記シェルは、アルキルアクリレートもしくはメタクリレート、アクリロニトリル、スチレン、ビニルスチレン、ビニルプロピオネート、マレイミド、塩化ビニル、エチレン、ブタジエン、イソプレンおよびクロロプレンから選択されるモノマーから形成されるポリマーまたはコポリマーである請求項1から7の一項に記載のフィルム。
  9. 前記シェルは、スチレン、アルキルスチレンもしくはメチルメタクリレートのホモポリマーであるか、または少なくとも70モル%のこれらのモノマーの1種と、残りのモノマー、別のアルキル(メタ)アクリレート、ビニルアセテートおよびアクリロニトリルから選択される少なくとも1種のコモノマーを含むコポリマーである請求項8に記載のフィルム。
  10. 30ミクロンから200ミクロンの厚さを有する請求項1から9のいずれか一項に記載のフィルム。
  11. 80ミクロンから150ミクロンの厚さを有する請求項10に記載のフィルム。
  12. 前記衝撃改良剤中の前記コアの割合は0.05重量%から90重量%である請求項1から11のいずれか一項に記載のフィルム。
  13. 前記衝撃改良剤中の前記コアの割合は60重量%から80重量%である請求項12に記載のフィルム。
  14. 艶消し剤、赤外線反射剤、乳白剤、可塑剤または真珠光沢顔料から選択される少なくとも1種の添加剤を含む請求項1から13のいずれか一項に記載のフィルム。
  15. 請求項1から14のいずれか一項に記載のフィルムの少なくとも1層と、少なくとも1層のPVDF層を含む多層フィルム。
  16. 請求項1から14の一項に記載の1層の内層と、2層のPVDFの外層からなり、前記外層が同一または異なる構造を有する請求項15に記載のフィルム。
  17. 農業用カバー材料としての、請求項1から14の一項に記載のフィルムまたは請求項15および16のいずれかに記載のフィルムの使用。
  18. 前記農業用カバー材料は温室用カバーである請求項17に記載の使用。
  19. 建造物の屋根および/またはファサードのためのフィルムの製造のための材料としての、請求項1から14の一項に記載のフィルムまたは請求項15および16のいずれかに記載のフィルムの使用。
  20. 前記建造物は農業用建造物である請求項19に記載の使用。
  21. 前記農業用建造物は家畜用建造物である請求項20に記載の使用。
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