JP6504434B2 - フッ化ビニリデン系樹脂組成物製フィルム - Google Patents
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Description
フッ化ビニリデン系樹脂の中でもフッ化ビニリデンのホモポリマー(以下「PVDF」と記す。)は、融点と分解温度との差が大きく、成形加工に適した熱可塑性樹脂である。また、PVDFは、結晶性ポリマーであり、成形品とした際の透明性が必ずしも高いものではない。
球晶サイズを小さくする手段としては、溶融状態のポリマーを急速に冷却(急冷)する方法が挙げられる(非特許文献1参照)。
また、球晶サイズを小さくする手段としては、結晶の一次核として作用する添加剤(核剤)をポリマー中に分散させる方法が挙げられる(非特許文献2参照)。
特に、核剤をポリマー中に分散させる方法は、簡便に球晶サイズを小さく制御し得る手段である。核剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、フラバンスロン等の有機顔料が知られている。
例えば特許文献1には、PVDFとアクリル樹脂との混合物に、核剤としてポリテトラフルオロエチレンを添加して調製された樹脂組成物が開示されている。
前記の核剤をポリマー中に分散させる方法では、核剤の分散性が問題となる。特許文献1の発明においては、粒径の小さな核剤であればPVDFの結晶化速度を高める効果があるものの、核剤同士が凝集して可視光線の波長より大きな球晶サイズとなり、成形品の透明性又は外観の低下を招く場合もあった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、急冷する設備を必要とせず簡便に成形が可能で、かつ、透明性に優れた成形品が得られる樹脂組成物を課題とする。
本発明の樹脂組成物においては、前記アクリル変性ポリテトラフルオロエチレンの含有量が、ポリテトラフルオロエチレン量に換算して、0.5質量%超3.0質量%未満であることが好ましい。
本発明の樹脂組成物においては、前記フッ化ビニリデン系樹脂が、フッ化ビニリデンのホモポリマーであることが好ましい。
本発明の成形品としては、ヘイズ(%)を厚さ(μm)で除した値が0.20以下のフィルムが好適に挙げられる。
本発明の成形品は、透明性に優れる。
本発明の樹脂組成物は、フッ化ビニリデン系樹脂と、アクリル変性ポリテトラフルオロエチレンと、からなる。
本発明において、「フッ化ビニリデン系樹脂」とは、フッ化ビニリデン単位を主成分とするポリマーを意味する。フッ化ビニリデン単位の含有量は、ポリマー100質量%中、50質量%以上であり、好ましくは75質量%以上であり、より好ましくは85質量%以上であり、100質量%(ホモポリマー)であってもよい。
フッ化ビニリデン系樹脂の重量平均分子量は、成形加工に適した溶融粘度が得られやすいことから、35万以下が好ましく、30万以下がより好ましい。また、成形品の力学的強度が確保されやすいことから、フッ化ビニリデン系樹脂の重量平均分子量は、5万以上が好ましく、7万以上がより好ましい。
尚、本明細書において、重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィーによって測定される。
フッ化ビニリデン系樹脂がコポリマーである場合、フッ化ビニリデンと共重合するコモノマーとしては、含フッ素モノマーが好ましく、例えばヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン等が挙げられる。
フッ化ビニリデン系樹脂を合成する際の重合方法は、懸濁重合、乳化重合など、公知の重合方法に基づく方法であれば如何なるものでもよい。
フッ化ビニリデン系樹脂としては、結晶化しやすいことから、フッ化ビニリデンのホモポリマー(PVDF)が好ましい。
フッ化ビニリデン系樹脂は、例えば、アルケマ株式会社製のKynar720、Kynar710(以上、商品名)、株式会社クレハ製のKF#850(商品名)、ソルベイソレクシス株式会社製のSolef1006、Solef1008(以上、商品名)等が工業的に入手可能である。
アクリル変性ポリテトラフルオロエチレン(アクリル変性PTFE)は、PTFEにアクリル変性が施された化合物である。アクリル変性PTFEとしては、例えば、PTFEをアクリル樹脂で変性した樹脂が挙げられる。
アクリル変性PTFEのガラス転移温度(Tg)は、特に制限されないが、40〜80℃の範囲が好ましい。アクリル変性PTFEのTgが40℃以上であれば、アクリル変性PTFE自体のブロッキングが生じにくくなり、粉体取扱性に優れる。また、アクリル変性PTFEのTgが80℃以下であれば、合成によりアクリル変性PTFEを得る場合、固形分を回収する際に微粉の発生が抑制される等、粉体特性に優れる。
尚、本明細書において、ガラス転移温度(Tg)は、示差走査熱量分析によって測定される。
ここでの含フッ素モノマーとしては、ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、フルオロアルキルエチレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル等の含フッ素オレフィン、パーフルオロアルキル(メタ)アクリレート等の含フッ素アルキル(メタ)アクリレート等が挙げられる。含フッ素モノマーは、1種単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。
テトラフルオロエチレンモノマーと含フッ素モノマーとの共重合体において、含フッ素モノマーの割合は、テトラフルオロエチレン100質量部に対して、10質量部以下が好ましい。
尚、本明細書において、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレート又はメタクリレートを示す。
このアクリル樹脂は、その組成、分子量、粒子径、合成方法等は特に制限されず、単量体を重合して得られる重合体であればよい。また、このアクリル樹脂は、フッ化ビニリデン系樹脂への分散性向上の効果に加えて、任意の性能を向上させる効果を付与するものでもよい。
かかるアクリル樹脂は、成形品の透明性を確保する観点から、例えば、フッ化ビニリデン系樹脂に相溶する単量体の重合体が好ましい。フッ化ビニリデン系樹脂に相溶する単量体としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、酢酸ビニル等が挙げられる。これらの単量体は、1種単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。
かかるアクリル樹脂としては、乳化重合の容易性、PVDFとの相溶性の観点から、メチル(メタ)アクリレート単独の重合体、又は、メチル(メタ)アクリレート単位を主成分(共重合体100質量%中に50質量%以上)とする共重合体が好ましい。
アクリル変性部分の重量平均分子量が10万以上であると、アクリル変性PTFEが充分なガラス転移温度を有し、得られる粉体の粉体取扱性がより良好となる。また、アクリル変性部分の重量平均分子量が2000万以下であると、フッ化ビニリデン系樹脂への分散性に優れ、得られる成形品は表面外観に優れる傾向がある。
アクリル変性PTFEを合成する方法としては、公知の方法であればいずれでもよく、例えば、PTFEの水性分散液と、アクリル樹脂の水性分散液と、を用いるラテックスブレンド法などが挙げられる。
PTFEの水性分散液としては、フルオンAD−1、フルオンAD−936、フルオンAD−915L、フルオンAD−915E、フルオンAD−939L、フルオンAD−939E(以上、商品名;旭硝子株式会社製)、ポリフロンD−1、ポリフロンD−2(以上、商品名;ダイキン工業株式会社製)、テフロン30J(商品名、三井・デュポンポリフロン社製)等が挙げられる。これらのPTFEの水性分散液は、1種単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。
アクリル変性PTFEの市販品としては、例えば、メタブレンA−3000、メタブレンA−3700、メタブレンA−3750、メタブレンA―3800(以上、商品名;三菱レイヨン株式会社製)等が挙げられる。
樹脂組成物中にアクリル変性PTFEがPTFE量に換算して0.5質量%超含まれていれば、結晶の核剤としての効果が充分に発揮される。また、アクリル変性PTFEがPTFE量に換算して3.0質量%未満の含有量であれば、成形加工に適した溶融粘度が容易に維持される。
結晶の核剤としての効果と成形加工に適した溶融粘度との両立の観点から、アクリル変性PTFEの含有量は、PTFE量に換算して、1.0〜2.5質量%がより好ましく、1.0〜2.0質量%がさらに好ましい。
フッ化ビニリデン系樹脂とアクリル変性PTFEとの混合には、公知の混合方法を用いることができ、例えば、押出混練、ロール混練等の溶融混練法が挙げられる。
フッ化ビニリデン系樹脂とアクリル変性PTFEとを混合する際の配合順序は、特に制限されず、フッ化ビニリデン系樹脂の全量とアクリル変性PTFEの全量とを一括で混合してもよく、フッ化ビニリデン系樹脂の所定量の一部にアクリル変性PTFEの全量を混合してマスターバッチを製造した後、残りのフッ化ビニリデン系樹脂を混合してもよい。
本発明の樹脂組成物は、用途に応じて各種の成形加工が可能である。
本発明の成形品は、上記本発明の樹脂組成物を成形して得られるものである。
成形方法としては、特に制限されず、公知の成形方法を用いることができ、例えば、押出成形、射出成形、カレンダー成形、ブロー成形、熱成形、真空成形、圧縮(プレス)成形、溶融紡糸などが挙げられる。
本発明の成形品としては、例えばフィルム、シート、糸などが挙げられる。
かかるフィルムは、好ましい厚さが400μm以下の平面状成形品である。かかるフィルムの厚さは、より好ましくは50〜400μm、さらに好ましくは200〜350μmである。
かかるフィルムのヘイズは、好ましくは65%以下、より好ましくは53%以下、さらに好ましくは0.1〜45%である。
また、本発明の樹脂組成物を成形することにより、ヘイズ(%)を厚さ(μm)で除した値が0.20以下であるフィルム、が容易に得られる。好ましくは、ヘイズ(%)を厚さ(μm)で除した値が0.10〜0.20であるフィルムが容易に得られる。前記の除した値が0.20以下であるフィルムは、より高い透明性を有する。
本発明の成形品における結晶の径は、好ましくは1μm以下、より好ましくは500nm以下、さらに好ましくは100nm以下である。かかる結晶の径が小さいほど、透明性に優れる。尚、結晶の径の測定方法としては、公知の測定方法を用いることができ、例えば、広角X線回折の回折ピークの半値幅を取る方法などが挙げられる。
本発明の成形品における結晶化度は、好ましくは15%以上、より好ましくは25%以上、さらに好ましくは35%以上である。かかる結晶化度が大きいほど、結晶性高分子としての特性が発現しやすい。また、成形品を加熱した際に白化しにくく、透明性が維持されやすい。
本発明においては、PTFEにアクリル変性が施されているため、樹脂組成物を成形する際、アクリル変性PTFEを構成するPTFEが溶融張力によりナノファイバー化して樹脂組成物中に分散しやすい。そして、その微細なPTFE表面で、可視光の波長よりもはるかに小さいフッ化ビニリデン系樹脂の配向結晶が生成する。これによって、透明性に優れたフィルムが得られる。
本発明の樹脂組成物を成形して得られる成形品は、フッ化ビニリデン系樹脂元来の特性を損なうことなく透明性に優れる。
市販のヘイズメーターを用い、JIS−K7105に則り、フィルムの全光線透過率及びヘイズをそれぞれ測定した。製造した各例のフィルム1枚につき3点ずつ測定し、これらの平均値を求めた。
ノギスを用いて、フィルムの厚さを測定した。製造した各例のフィルム1枚当たり、任意に選んだ5ヶ所の厚さを測定し、これらの平均値(1の位を四捨五入)を求めた。
X線構造評価装置NANO−Viewer(商品名、株式会社リガク製)を用い、CuKαにより単色化された波長0.154nmのX線を光源として、製造したフィルムを測定した。
散乱角度40°までの散乱強度分布を、イメージングプレートBAS−SR127(商品名、富士フイルム株式会社製)で検出し、イメージングプレート読み取り装置R−AXIS D53(商品名、株式会社リガク製)を用いてイメージを取得した(図1(a)、図2(a))。
X線構造評価装置NANO−Viewer(商品名、株式会社リガク製)を用い、CuKαにより単色化された波長0.154nmのX線を光源として、製造したフィルムを観察した。
散乱角度0.07°から4°までの散乱強度分布を、イメージングプレートBAS−SR127(商品名、富士フイルム株式会社製)で検出し、イメージングプレート読み取り装置R−AXIS D53(商品名、株式会社リガク製)を用いてイメージを取得した(図1(b)、図2(b))。
偏光顕微鏡BH−2(商品名、オリンパス株式会社製)を用い、直交ニコル下、鋭敏色検板を挿入して、製造したフィルムを観察した(図1(c)、図2(c))。
樹脂組成物を製造する際、フッ化ビニリデン系樹脂とアクリル変性PTFEとをそれぞれ配合するのに用いた原料を以下に示す。
真空乾燥機にて80℃で一晩予備乾燥したフッ化ビニリデン系樹脂に、アクリル変性PTFEをドライブレンドし、混合物を得た。
次いで、スクリューφ30mmの二軸押出機BT−30(商品名、株式会社プラスチック工学研究所製)を用いて、前記混合物を、最高設定温度200℃で押し出してペレット化し、樹脂組成物を得た。
得られたペレット状の樹脂組成物を、PETフィルム「ルミラーS10」(商品名、東レ株式会社製)間に挟んだ。次いで、樹脂組成物を挟んでいる前記PETフィルムを、SUS板間に挟み、ミニテストプレス−10型機(商品名、株式会社東洋精機製作所製)を用いてプレス成形し、成形品としてフィルムを得た。
前記プレス成形の条件は、加熱温度200℃、プレス時間5分間とした。また、前記プレス後の冷却を、樹脂組成物をSUS板間に挟んだまま空気中で15分間放冷することにより行った(以下この冷却方法を「徐冷」という)。
得られたフィルムの厚さは220μmであった。フィルムの全光線透過率は93%、フィルムのヘイズは31%であった。フィルムのヘイズ(%)をフィルムの厚さ(μm)で除した値(ヘイズ(%)/厚さ(μm))は0.14であった。
アクリル変性PTFE(PTFE量に換算して1.0質量%)を、市販の未変性PTFE微粒子「ルブロンL−2」(商品名、ダイキン工業株式会社製)1.0質量%に変更した以外は、実施例1と同様にして、ペレット状の樹脂組成物を得た。
次いで、得られたペレット状の樹脂組成物を、実施例1と同様にしてプレス成形し、フィルムを得た。
得られたフィルムの厚さは220μmであった。フィルムの全光線透過率は95%、フィルムのヘイズは56%であった。ヘイズ(%)/厚さ(μm)は0.25であった。
アクリル変性PTFEを配合せず、フッ化ビニリデン系樹脂のみを用いた以外は、実施例1と同様にして、ペレット状の樹脂組成物(フッ化ビニリデン系樹脂)を得た。
次いで、得られたペレット状の樹脂組成物を、実施例1と同様にしてプレス成形し、フィルムを得た。
得られたフィルムの厚さは220μmであった。フィルムの全光線透過率は93%、フィルムのヘイズは54%であった。ヘイズ(%)/厚さ(μm)は0.25であった。
比較例2と同一のペレット状の樹脂組成物を、プレス後の冷却方法を除き、比較例2と同様にしてプレス成形し、フィルムを得た。
プレス後の冷却は、徐冷に代えて、PETフィルム間にある樹脂組成物を挟むSUS板を、水中に30秒間浸漬することにより行った(以下この冷却方法を「急冷」という)。
得られたフィルムの厚さは220μmであった。フィルムの全光線透過率は93%、フィルムのヘイズは46%であった。ヘイズ(%)/厚さ(μm)は0.21であった。
アクリル変性PTFEの配合量を、PTFE量に換算して樹脂組成物中に2.0質量%含まれるように変更した以外は、実施例1と同様にして、ペレット状の樹脂組成物を得た。
次いで、得られたペレット状の樹脂組成物を、実施例1と同様にしてプレス成形し、フィルムを得た。
得られたフィルムの厚さは220μmであった。フィルムの全光線透過率は93%、フィルムのヘイズは44%であった。ヘイズ(%)/厚さ(μm)は0.20であった。
アクリル変性PTFE(PTFE量に換算して2.0質量%)を、市販の未変性PTFE微粒子「ルブロンL−2」(商品名、ダイキン工業株式会社製)2.0質量%に変更した以外は、実施例2と同様にして、ペレット状の樹脂組成物を得た。
次いで、得られたペレット状の樹脂組成物を、実施例2と同様にしてプレス成形し、フィルムを得た。
得られたフィルムの厚さは220μmであった。フィルムの全光線透過率は95%、フィルムのヘイズは63%であった。ヘイズ(%)/厚さ(μm)は0.29であった。
アクリル変性PTFEの配合量を、PTFE量に換算して樹脂組成物中に0.5質量%含まれるように変更した以外は、実施例1と同様にして、ペレット状の樹脂組成物を得た。
次いで、得られたペレット状の樹脂組成物を、実施例1と同様にしてプレス成形し、フィルムを得た。
得られたフィルムの厚さは220μmであった。フィルムの全光線透過率は94%、フィルムのヘイズは53%であった。ヘイズ(%)/厚さ(μm)は0.24であった。
アクリル変性PTFEの配合量を、PTFE量に換算して樹脂組成物中に3.0質量%含まれるように変更した以外は、実施例1と同様にして、ペレット状の樹脂組成物を得た。
次いで、得られたペレット状の樹脂組成物を、実施例1と同様にしてプレス成形し、フィルムを得た。
得られたフィルムの厚さは220μmであった。フィルムの全光線透過率は92%、フィルムのヘイズは52%であった。ヘイズ(%)/厚さ(μm)は0.24であった。
実施例1と同一のペレット状の樹脂組成物を用い、目的のフィルムの厚さを変更した以外は実施例1と同様にしてプレス成形し、フィルムを得た。
得られたフィルムの厚さは350μmであった。フィルムの全光線透過率は90%、フィルムのヘイズは64%であった。ヘイズ(%)/厚さ(μm)は0.18であった。
比較例2と同一のペレット状の樹脂組成物を用い、目的のフィルムの厚さを変更した以外は比較例2と同様にしてプレス成形し、フィルムを得た。
得られたフィルムの厚さは350μmであった。フィルムの全光線透過率は91%、フィルムのヘイズは79%であった。ヘイズ(%)/厚さ(μm)は0.23であった。
比較例2と同一のペレット状の樹脂組成物を用い、目的のフィルムの厚さを変更した以外は比較例3と同様にしてプレス成形し、フィルムを得た。
得られたフィルムの厚さは350μmであった。フィルムの全光線透過率は92%、フィルムのヘイズは74%であった。ヘイズ(%)/厚さ(μm)は0.21であった。
実施例1と比較例3との対比から、フッ化ビニリデン系樹脂にアクリル変性PTFEを組み合わせる方が、成形の際に急冷を行うよりも、成形品の透明性向上の効果がより高いこと、が確認できる。
実施例5と比較例6との対比から、フッ化ビニリデン系樹脂にアクリル変性PTFEを組み合わせる方が、成形の際に急冷を行うよりも、成形品の透明性向上の効果がより高いこと、が確認できる。
実施例1の樹脂組成物を成形して得られたフィルムは、透明な外観であった。
実施例1の樹脂組成物を成形して得られたフィルムにおいては、WAXD及びSAXSによる各解析の結果から、樹脂成分が矢印方向に配向結晶化していること、が分かる(図1(a)、図1(b))。また、POMによる観察像には、明瞭なマルテーゼクロスは認められず、微小な粒径のナノ結晶が形成されていること、が確認できる(図1(c))。
比較例2の樹脂組成物を成形して得られたフィルムは、白濁していた。
比較例2の樹脂組成物を成形して得られたフィルムにおいては、WAXD及びSAXSによる各解析の結果から、樹脂成分の結晶状態は無配向であること、が分かる(図2(a)、図2(b))。また、POMによる観察像には、マルテーゼクロスが認められ、大きい粒径の結晶が形成されていること、が確認できる(図2(c))。
かかる樹脂組成物においては、アクリル変性ポリテトラフルオロエチレンによりフッ化ビニリデン系樹脂が元来備える結晶性が損なわれないため、成形品の透明性が高められる。
この透明性が求められる用途としては、例えば、ウェザーストリップ、バンパー、バンパーガード、サイドマッドガード、ボディーパネル、スポイラー、フロントグリル、ストラットマウント、ホイールキャップ、センターピラー、ドアミラー、センターオーナメント、サイドモール、ドアモール、ウインドモール、窓、ヘッドランプカバー、テールランプカバー、風防部品等の自動車外装用途;インストルメントパネル、コンソールボックス、メーターカバー、ドアロックペゼル、ステアリングホイール、パワーウィンドウスイッチベース、センタークラスター、ダッシュボード等の自動車内装用途;AV機器もしくは家具製品のフロントパネル、ボタン、エンブレム、表面化粧材等の用途;携帯電話等のハウジング、表示窓、ボタン等の用途;家具用外装材用途;壁面、天井、床等の建築用内装材用途;サイディング等の外壁、塀、屋根、門扉、破風板等の建築用外装材用途;窓枠、扉、手すり、敷居、鴨居等の家具類の表面化粧材用途;各種ディスプレイの用途;フレネルレンズ、偏光フィルム、偏光子保護フィルム、位相差フィルム、光拡散フィルム、視野角拡大フィルム、反射フィルム、反射防止フィルム、防眩フィルム、輝度向上フィルム、プリズムシート、マイクロレンズアレイ、タッチパネル用導電フィルム、導光用途フィルム、電子ペーパー用途フィルム等の光学用途;窓ガラス、電車、航空機、船舶等の自動車以外の各種乗り物の内外装用途;瓶、化粧品容器、小物入れ等の各種包装容器もしくは包装材料;景品もしくは小物等の雑貨等のその他各種用途向けのフィルム;太陽電池表面保護フィルム、太陽電池用封止フィルム、太陽電池用裏面保護フィルム、太陽電池用基盤フィルム、農業用ビニールハウス、高速道路遮音板用保護フィルム又は交通標識用最表面保護フィルム等が挙げられる。
Claims (1)
- フッ化ビニリデン系樹脂とアクリル変性ポリテトラフルオロエチレンとからなる樹脂組成物を成形して得られるフィルムであって、
前記アクリル変性ポリテトラフルオロエチレンの含有量が、ポリテトラフルオロエチレン量に換算して、0.5質量%超3.0質量%未満であり、
前記フッ化ビニリデン系樹脂が、フッ化ビニリデンのホモポリマーであり、
ヘイズ(%)を厚さ(μm)で除した値が0.20以下である、フィルム。
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