JP6979031B2 - ポリテトラフルオロエチレン水性分散液 - Google Patents
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Description
特許文献1には、該水性乳化液に、分散剤として非イオン性界面活性剤を添加して安定化し、必要に応じて濃縮して、機械的安定性が良好なPTFE水性分散液を得る方法が記載されている。
かかるPTFE水性分散液は、例えば水性分散液の形態で基材に含浸、コーティングまたはスクリーン印刷する方法に用いられる。さらに増粘剤や表面改質剤を添加して高粘度とした塗料の形態で、比較的厚い塗膜の形成に用いられる。
本発明は、機械的安定性に優れるとともに、泡立ち難いPTFE水性分散液の提供を目的とする。
[1]平均一次粒子径が0.1〜0.5μmのポリテトラフルオロエチレン粒子を15〜70質量%、炭素数4〜7でエーテル性酸素原子を有してもよい含フッ素カルボン酸およびその塩からなる群から選ばれる1種以上の含フッ素乳化剤を、前記ポリテトラフルオロエチレン粒子の質量に対して0.1〜20,000ppm、下式(I)で表される非イオン性界面活性剤を、前記ポリテトラフルオロエチレン粒子の100質量部に対して1〜20質量部、ポリエーテルポリシロキサンコポリマーを、前記ポリテトラフルオロエチレン粒子の100質量部に対して0.15〜3質量部、および水を含有することを特徴とするポリテトラフルオロエチレン水性分散液。
R1−O−A−H ・・・(I)
[式中、R1は炭素数8〜18のアルキル基であり、Aはオキシエチレン基の平均繰り返し数5〜20およびオキシプロピレン基の平均繰り返し数0〜2より構成されるポリオキシアルキレン鎖である。]
[3]前記ポリテトラフルオロエチレン粒子の標準比重が、2.14以上、2.22未満である、[1]または[2]の水性分散液。
[4]前記含フッ素乳化剤が、エーテル性酸素原子を有する含フッ素カルボン酸のアンモニウム塩である、[1]〜[3]のいずれかの水性分散液。
[5]前記式(I)で表される非イオン性界面活性剤におけるAが、オキシエチレン基の平均繰り返し数7〜12およびオキシプロピレン基の平均繰り返し数0.5〜1.5より構成されるポリオキシアルキレン鎖である、[1]〜[4]のいずれかの水性分散液。
[7]前記ブロックコポリマーが、直鎖状ポリシロキサン鎖と直鎖状ポリエーテル鎖が交互に結合したブロックコポリマーである、[6]の水性分散液。
[8]前記ブロックコポリマーが、前記直鎖状ポリシロキサン鎖の末端ケイ素原子と前記直鎖状ポリエーテル鎖の末端酸素原子が結合した、ブロックコポリマーである、[7]の水性分散液。
[9]前記ポリエーテルポリシロキサンコポリマーのポリエーテル鎖がオキシエチレン基とオキシプロピレン基とからなる、[1]〜[8]のいずれかの水性分散液。
[10]前記ポリエーテルポリシロキサンコポリマーの、ポリエーテル鎖とポリシロキサン鎖の合計に対するポリシロキサン鎖の割合が30〜65質量%である、[1]〜[9]のいずれかの水性分散液。
[11]前記ポリエーテルポリシロキサンコポリマーの、ポリエーテル鎖を構成する全オキシアルキレン基に対するオキシエチレン基の割合が33〜66モル%である、[1]〜[10]のいずれかの水性分散液。
本発明において泡立ち難いとは、泡立たない、または泡立ちが生じても速やかに泡が消滅することを意味する。以下、低起泡性ともいう。
PTFE粒子の「平均一次粒子径」は、PTFE水性分散液中のPTFE粒子の粒子径をレーザー散乱法粒子径分布分析計により測定した体積基準のメジアン径を意味する。
PTFE粒子の「標準比重(以下、SSGともいう。)」は分子量の指標であり、この値が大きいほど分子量が小さいことを意味する。測定はASTM D1457−91a、D4895−91aに準拠して行う。
含有量の単位である「ppm」は質量基準である。
本発明において、PTFE粒子は非溶融成形性の重合体の粒子であり、TFE単独重合体の粒子と変性PTFEの粒子の両方を含む。PTFE粒子としては、非溶融成形性の変性PTFEの粒子が好ましい。
「非溶融成形性」とは、溶融成形可能ではないこと、つまり溶融流動性を示さないことを意味する。具体的には、ASTM D3307に準拠し、測定温度372℃、荷重49Nで測定されるメルトフローレートが0.5g/10分未満であることを意味する。
変性PTFEとは、溶融成形性を与えない程度に、TFEにコモノマーを共重合したTFE重合体である。
変性PTFEにおけるコモノマー単位の含有量は、全モノマー単位に対して、好ましくは0.5質量%以下であり、より好ましくは0.4質量%以下である。
変性PTFEの製造において、TFEとコモノマーとの共重合反応において消費されるTFEとコモノマーの合計量は、生成する変性PTFEの量とほぼ等しい。
PTFE粒子の含有量が15質量%未満であると、PTFE水性分散液の粘度が低すぎてPTFE粒子が沈降しやすく保存安定性が低い。また、PTFE粒子の含有量が70質量%よりも大きいとPTFE水性分散液の流動性が乏しくなり、次工程での取扱い性が良くない。例えば次工程が含浸工程である場合は浸透性が不充分となりやすく、混合工程である場合は分散性が低下しやすい。
PTFE水性分散液には、炭素数4〜7でエーテル性酸素原子を有してもよい含フッ素カルボン酸およびその塩からなる群から選ばれる1種以上の含フッ素乳化剤が含まれる。ここで、炭素数とは、一分子中の全炭素数を意味する。
該含フッ素乳化剤の一部または全部は、乳化重合法によりPTFEを製造する工程で用いられた乳化剤である。
該含フッ素乳化剤としては、炭素数4〜7でエーテル性酸素原子を有する含フッ素カルボン酸およびその塩からなる群から選ばれる1種以上の含フッ素乳化剤が好ましい。
該エーテル性酸素原子を有する含フッ素カルボン酸は、炭素数が4〜7で主鎖の炭素鎖の途中にエーテル性酸素原子を有し、末端に−COOHを有する化合物である。末端の−COOHは塩を形成していてもよい。主鎖の途中に存在するエーテル性酸素原子は1個以上であり、1〜4個が好ましく、1または2個がより好ましい。炭素数は5〜7が好ましい。
より好ましい具体例としては、C2F5OCF2CF2OCF2COOH、CF3O(CF2)3OCF2COOH、CF3OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COOH、CF3O(CF2)3OCF2CF2COOH、CF3O(CF2)3OCHFCF2COOH、C4F9OCF(CF3)COOH、C3F7OCF(CF3)COOHおよびこれらのLi、Na、K、NH4などの塩が挙げられる。
さらに好ましくは、上記化合物のアンモニウム塩(NH4の塩)である。アンモニウム塩であると水性媒体中への溶解性に優れるとともに、金属イオン成分がPTFEに不純物として残留するおそれがない。
C2F5OCF2CF2OCF2COONH4(以下、EEAという。)が特に好ましい。
該含フッ素乳化剤の含有量が上記範囲の上限値以下であると、PTFE水性分散液の流動性が良好で次工程での取扱い性が良い。上記範囲の下限値以上であるとPTFE水性分散液においてPTFE粒子の良好な分散性が得られる。泡立ちが生じ難い点では該含フッ素乳化剤の含有量は少ない方が好ましい。
PTFE水性分散液は、下式(I)で表される非イオン性界面活性剤(以下、非イオン性界面活性剤(I)ともいう。)を含む。非イオン性界面活性剤(I)はPTFE水性分散液の分散安定性に寄与する。
R1−O−A−H ・・・(I)
式(I)において、R1は炭素数8〜18のアルキル基である。R1の炭素数は10〜16が好ましく、12〜16がより好ましい。R1の炭素数が18以下であるとPTFE水性分散液の良好な分散安定性が得られやすい。またR1の炭素数が18を超えると流動温度が高いため取扱い難い。R1の炭素数が8より小さいとPTFE水性分散液の表面張力が高くなり、浸透性やぬれ性が低下しやすい。
Aはオキシエチレン基の平均繰り返し数5〜20およびオキシプロピレン基の平均繰り返し数0〜2からなるポリオキシアルキレン鎖であり、親水基である。オキシプロピレン基の平均繰り返し数が0超の場合、Aにおけるオキシエチレン基とオキシプロピレン基はブロック状に配列しても、ランダム状に配列してもよい。
PTFE水性分散液の粘度および安定性の点からは、オキシエチレン基の平均繰り返し数7〜12およびオキシプロピレン基の平均繰り返し数0〜2より構成されるポリオキシアルキレン鎖が好ましい。特にAがオキシプロピレン基を0.5〜1.5有すると低起泡性が良好であり好ましい。
市販品としては、ダウ社製タージトール(登録商標)15Sシリーズ、ライオン社製ライオノール(登録商標)TDシリーズなどが挙げられる。
非イオン性界面活性剤(I)の含有量が上記範囲の下限値以上であると、PTFE水性分散液の良好な分散安定性が得られる。また良好なぬれ性も得られやすい。上限値以下であると、PTFE水性分散液から得られるコーティング層に欠陥が生じ難い。また最終製品において良好な耐久性が得られやすい。
本発明のPTFE水性分散液はポリエーテルポリシロキサンコポリマーを含む。ポリエーテルポリシロキサンコポリマーは、ポリシロキサン鎖とポリエーテル鎖を有する共重合体である。
本発明におけるポリシロキサン鎖は、ケイ素原子に結合した有機基を有するオルガノポリシロキサン鎖を意味する。この有機基は、ケイ素原子に結合する炭素原子を末端に有する。ただし、ポリエーテル鎖を有する有機基の場合はケイ素原子に結合する末端原子は酸素原子であってもよい。
ポリシロキサン鎖は直鎖でもよく、分岐鎖でもよい。好ましくは、直鎖状のポリシロキサン鎖である。以下、直鎖状ポリシロキサン鎖を有するポリエーテルポリシロキサンコポリマーについて説明するが、本発明におけるポリエーテルポリシロキサンコポリマーはこれに限られるものではなく、公知の分岐状のポリエーテルポリシロキサンコポリマーであってもよい。
また、D単位の一部は、ポリエーテル鎖を有するD単位であってもよく、その場合はM単位の3つのRはすべてアルキル基であってもよい。ポリエーテル鎖を有するD単位としては、例えば、2つのRの一方がポリエーテル鎖を有する有機基であるD単位が挙げられる。ポリエーテル鎖を有する有機基としては、ケイ素原子に結合する炭素原子または酸素原子を末端に有する有機基が挙げられる。
上記ブロックコポリマーのより具体的な構造としては、2つのM単位のケイ素原子がポリエーテル鎖末端の酸素原子に直接連結するタイプのもの(以下、「タイプIIa」という。)、2つのM単位のケイ素原子がポリエーテル鎖末端の2価の有機基の炭素原子に結合するタイプのもの(以下、「タイプIIb」という。)、D単位の一部がポリエーテル鎖に連結するタイプのもの(以下、「タイプIIc」という。)が挙げられる。
本発明におけるポリエーテルポリシロキサンコポリマーとしては、上記タイプIIaとタイプIIbのブロックコポリマーが好ましく、上記タイプIIaのブロックコポリマーが特に好ましい。
ブロックコポリマーであるポリエーテルポリシロキサンコポリマーは公知であり、例えば、WO2008/064965や特開平01−249109号公報には上記タイプIIaのブロックコポリマーが記載され、WO2016166979や特開2013−60594号公報には上記タイプIIbのブロックコポリマーが記載されている。また、本発明におけるポリエーテルポリシロキサンコポリマーとしては、市販品を用いることもできる。
R21−(CaH2aO)c−{(SiR’2O)n−(CaH2aO)b}e−(SiR’2O)n−(CaH2aO)c−R22 …(IIa)
式中、R’はメチル基またはエチル基であり、R21およびR22はそれぞれ独立してアルキル基、アルケニル基、アリール基またはアルアルキル基であり、nは2〜30であり、eは1〜50である。
(CaH2aO)bおよび(CaH2aO)cは、それぞれ独立に、オキシエチレン基とオキシプロピレン基のランダム鎖またはブロック鎖からなるポリエーテル鎖を表し、bは2〜50、cは2〜50であり、aは各ポリエーテル鎖における平均値で表され2.1〜2.9である。
上記R’はメチル基であることが好ましく、上記R21およびR22はいずれもアルキル基またはアルケニル基であることが好ましい。
上記式(IIa)で表されるブロックコポリマーは、例えば、下記式(IIa−1)と、下記式(IIa−2)と下記式(IIa−3)とを脱塩化水素縮重合により製造することができる。ただし、R22はR21と同一の基とする。
Cl−(SiR’2O)n−1−SiR’2−Cl …(IIa−1)
HO−(CaH2aO)b−H …(IIa−2)
R21−(CaH2aO)c−H …(IIa−3)
R25−O−(CaH2aO)d−R3−{(SiR’2O)nSiR’2−R3−O−(CaH2aO)d−R3}f−R25 …(IIb)
式中、R’、a、n前記式(IIa)と同じであり、R25はアルキル基、アルケニル基、アリール基またはアルアルキル基であり、R3はアルキレン基であり、fは1〜50である。
(CaH2aO)dはオキシエチレン基とオキシプロピレン基のランダム鎖またはブロック鎖からなるポリエーテル鎖を表し、dは2〜50である。
R25は炭素数2〜6の末端に不飽和結合を有するアルケニル基またはそれから誘導される基であり、アルケニル基であることが好ましく、アリル基または2-メチルアリル基であることがより好ましい。R3は、アルケニル基であるR25の不飽和基に水素原子が付加して生成するアルキレン基であり、トリメチレン基または2-メチルトリメチレン基であることが好ましい。
前記式(IIb)で表されるブロックコポリマーは、下式(IIb−1)で表されるジハイドロジェンポリシロキサンと下式(IIb−2)で表されるポリオキシアルキレンジアルケニルエーテルとのハイドロシリレーション反応で製造することができる。R2は炭素数2〜6の末端に不飽和結合を有するアルケニル基であり、アリル基または2-メチルアリル基であることが好ましい。
H−(SiR’2O)nSiR’2−H …(IIb−1)
R2−O−(CaH2aO)b−R2 …(IIb−2)
PTFE水性分散液は、シリカを含んでもよい。シリカは疎水性シリカが好ましい。疎水性シリカは未処理のシリカを表面処理剤で疎水化処理したものである。表面処理剤としては、トリメチルメトキシシラン、トリメチルクロロシラン、ヘキサメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシラザン等の有機官能性シリコーンが挙げられる。
シリカを用いる場合、PTFE水性分散液中のシリカの含有量は、PTFE粒子の100質量部に対して0.05〜3質量部が好ましく、0.05〜2質量部がより好ましく、0.1〜1質量部がさらに好ましい。シリカの含有量が上記範囲内であると、良好な消泡効果が得られやすい。
PTFE水性分散液は、下式(III)で表される化合物(以下、化合物(III)ともいう。)を含むことが好ましい。該化合物を含有するPTFE水性分散液は泡立ち難い。
R5としては、直鎖状、分岐状のいずれでもよく、炭素数3〜4のアルキル基が好ましく、炭素数3がより好ましい。特に、−CH(CH3)2が好ましい。
特に、PTFE水性分散液が低起泡性に優れる点から、式(IIIa)の化合物(以下、化合物(IIIa)ともいう。)が好ましい。
化合物(III)または化合物(IIIa)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。併用する場合、m1とm2の合計は、その平均値を示すことから、整数でなくてもよい。
式(IIIa)の好ましい具体例としては、
n1=2、m1+m2=3である化合物、n1=2、m1+m2=4である化合物、
n1=2、m1+m2=5である化合物、
n1=1、m1+m2=1である化合物、n1=1、m1+m2=1.3である化合物、
n1=1、m1+m2=2である化合物、n1=1、m1+m2=3である化合物、
n1=1、m1+m2=3.5である化合物、n1=1、m1+m2=4である化合物、等が挙げられる。中でも、PTFE水性分散液が機械的安定性試験による安定性保持時間が長い点で、n1=2、m1+m2=4である化合物(IIIa)が好ましい。
本発明における、化合物(III)および化合物(IIIa)としては、市販品を用いることもできる。市販品としては、ダイノール604(商品名、エアープロダクツ社製)、サーフィノール440(商品名、エアープロダクツ社製)、サーフィノール420(商品名、エアープロダクツ社製)等が挙げられる。
化合物(III)の含有量が0.01質量部以上であると低起泡性の向上効果に優れ、3.0質量部以下であると化合物(III)の溶け残りが抑えられる。化合物(III)の溶け残りが多いと、例えばPTFE水性分散液をコーティングしたときにコーティング層の均一性が損なわれやすい。
PTFE水性分散液は、上記含フッ素乳化剤、非イオン性界面活性剤(I)、ポリエーテルポリシロキサンコポリマー、化合物(III)のいずれにも該当しない、他の界面活性剤を本発明の効果を損なわない範囲で含んでもよい。
例えば、他の界面活性剤の含有量はPTFE粒子の100質量部に対して、3質量部以下が好ましく、2質量部以下がより好ましく、1質量部以下がさらに好ましい。含まなくてもよい。
本発明のPTFE水性分散液は、分散媒の一部または全部として水を含む。
また、上述したPTFE粒子、含フッ素乳化剤、非イオン性界面活性剤(I)、ポリエーテルポリシロキサンコポリマー、シリカ、化合物(III)、他の界面活性剤、または水のいずれにも該当しないその他の成分を、本発明の効果を損なわない範囲で含んでもよい。
その他の成分は、例えば、シクロジメチルシロキサン、PTFE粒子の乳化重合工程で使用された成分等である。また、ポリエチレンオキシドやポリウレタン系の粘性調整剤、レベリング剤、防腐剤、着色剤、フィラー、有機溶剤、アンモニア水など公知の添加剤を含んでもよい。
ポリエチレンオキシドは、質量平均分子量が10万〜150万が好ましく、20万〜100万がより好ましい。
ポリウレタン系の粘度調整剤としては、SNシックナー621N(商品名、サンノプコ社製)、アデカノールUH140S(商品名、旭電化工業社製)等が挙げられ、アデカノールUH140S(商品名、旭電化工業社製)が好ましい。
有機溶剤としては、水溶性有機溶剤が好ましい。
その他の成分の合計量は、PTFE粒子の100質量部に対して5質量部以下が好ましく、4質量部以下がより好ましく、3質量部以下がさらに好ましい。
PTFE水性分散液の23℃における粘度は3〜300mPa・sが好ましく、3〜100mPa・sがより好ましく、5〜50mPa・sがさらに好ましい。該粘度が上記範囲の下限値以上であるとコーティングしたときにコーティング層が薄くなりすぎず、上限値以下であるとコーティングしたときのコーティング層の厚みを調整しやすい。
本発明のPTFE水性分散液は、水性媒体中で、上記含フッ素乳化剤を用いて乳化重合する方法によりPTFE水性乳化液を得、該PTFE水性乳化液に非イオン性界面活性剤(I)を添加して安定化し、これを濃縮して、または濃縮せずにポリエーテルポリシロキサンコポリマーおよび必要に応じた成分を配合して製造できる。
ポリエーテルポリシロキサンコポリマーは、これを含むエマルションの状態で添加することが好ましい。
PTFE水性乳化液は、水性媒体、重合開始剤、前記含フッ素乳化剤、安定化助剤の存在下で、TFEを重合反応させる方法、またはTFEとコモノマーの1種以上を重合反応させる方法で製造できる。
コモノマーを用いる場合、重合反応の開始前に、その全量を重合反応容器に仕込んでおくと、生成するPTFEの粒子径が均一になりやすい点で好ましい。
重合条件としては、重合温度は10〜95℃が好ましく、重合圧力は0.5〜4.0MPaが好ましい。重合時間は1〜20時間が好ましい。
重合工程における前記含フッ素乳化剤の使用量は、最終的なPTFE粒子の収量に対して1,500〜20,000ppmが好ましく、2,000〜20,000ppmがより好ましく、2,000〜15,000ppmがさらに好ましい。
安定化助剤の使用量は、使用する水性媒体に対して0.1〜12質量%が好ましく、0.1〜8質量%がより好ましい。
重合開始剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。開始剤としては、ジコハク酸パーオキシドと過硫酸塩の混合系がより好ましい。
重合開始剤の使用量は、通常、最終的なPTFE粒子の収量に対して、0.01〜0.20質量%が好ましく、0.01〜0.15質量%がより好ましい。
連鎖移動剤としては、メタノール、エタノール、メタン、エタン、プロパン、水素、およびハロゲン化炭化水素からなる群から選ばれる1種以上が好ましく、メタノールを含むことがより好ましい。
連鎖移動剤を用いる場合は、重合反応の開始後から、重合に使用するTFEの全量の添加が終了するまでの間に、重合系中に連鎖移動剤を添加することが好ましい。連鎖移動剤の添加は、一括添加、連続添加、断続添加のいずれでもよい。
特に、連鎖移動剤は、TFEの添加量がTFEの全使用量の10〜95質量%に達した時点に添加することがより好ましい。
連鎖移動剤の合計の使用量は、最終的なPTFE粒子の収量に対して、0.002〜0.3質量%が好ましく、0.005〜0.3質量%がより好ましく、0.006〜0.25質量%が特に好ましい。
PTFE水性乳化液中の、PTFE粒子の含有量は15〜40質量%が好ましく、17〜35質量%がより好ましく、20〜30質量%が特に好ましい。
こうして得られたPTFE水性乳化液に、非イオン性界面活性剤(I)、ポリエーテルポリシロキサンコポリマーおよび必要に応じた成分を配合して低濃度のPTFE水性分散液が得られる。
同様に、PTFE水性乳化液に、非イオン性界面活性剤(I)を添加し、公知の方法で濃縮して得られた濃縮液に、ポリエーテルポリシロキサンコポリマーおよび必要に応じた成分を添加して高濃度のPTFE水性分散液を得ることができる。高濃度のPTFE水性分散液中の、PTFE粒子の含有量は40〜70質量%が好ましく、50〜70質量%がより好ましい。
濃縮工程においては、上澄みとともにある程度の量の含フッ素乳化剤や非イオン性界面活性剤(I)が除去される。
また濃縮工程の前に、公知の方法によって含フッ素乳化剤を低減させてもよい。例えば、アニオン交換樹脂に吸着させる方法を用いることができる。
非イオン性界面活性剤(I)は、PTFE水性分散液の濃縮工程後に、追加添加して、所定の含有量に調整することが好ましい。
本発明のPTFE水性分散液は、例えば以下の用途に用いられる。
各種フッ素樹脂コーティング加工、フッ素樹脂フィルム、フッ素樹脂繊維等の作製。
コーティング加工において、PTFE水性分散液組成物を被塗装物に塗装することにより、表面にPTFE被覆層を有する塗装物品が得られる。被塗装物(基材ともいう)としては、特に限定されず、例えば、各種金属、ホーロー、ガラス、各種セラミックス、各種耐熱樹脂成形品が挙げられる。
上記塗装は、通常、本発明のPTFE水性分散液組成物を基材に塗布した後、乾燥し、次いで焼成することにより行う。PTFE水性分散液組成物は、基材に直接塗装してもよく、基材との密着性を向上させるために、プライマー層を設けてその上塗り層として形成してもよい。
通常、被塗装物と接したままの樹脂成形品、または、被塗装物とプライマー層等を介して接したままの樹脂成形品として使用される。
樹脂成形品としては、例えば、金属調理器具、ベアリング、バルブ、電線、金属箔、ボイラー、パイプ、船底、オーブン内張り、アイロン底板、製氷トレー、雪かきシャベル、すき、シュート、コンベア、ロール、金型、ダイス、のこぎり、やすり、きり等の工具、包丁、はさみ、ホッパー、その他の工業用コンテナ(特に半導体工業用)、鋳型等が挙げられる。
基材の種類によっては、上記焼成の後、基材から剥離してPTFEフィルムを得ることもできる。前記PTFEフィルムは、高周波プリント基板、搬送用ベルト、パッキン等の被覆材として好適に使用できる。
基材として繊維状基材、織布、不織布等の多孔性基材を使用すると、基材にPTFEが含浸された製品が得られる。
繊維状基材としては、例えば、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維(ケプラー繊維等)が挙げられる。織布や不織布としては、例えば、膜構造建築物の屋根材(テント膜)等が挙げられる。該屋根材として光透過性が求められる場合、PTFEとして変性PTFEを用いることが好ましい。
以下の測定方法および評価方法を用いた。
<PTFEの平均一次粒子径>
レーザー散乱法粒子径分布分析計(堀場製作所社、LA−920(製品名)を用いて測定した。
<PTFEの標準比重(SSG)>
ASTM D1457−91a、D4895−91aに準拠して測定した。
PTFE水性乳化液、濃縮液またはPTFE水性分散液中のPTFE粒子の含有量は以下の方法で求めることができる。
測定対象の液10gをサンプルとして質量既知のアルミ皿に入れ、380℃で35分間加熱し、界面活性剤等を熱分解して除去した。加熱後の質量を、サンプル10g中のPTFE粒子の質量とする。
<含フッ素乳化剤の含有量>
PTFE水性乳化液、濃縮液またはPTFE水性分散液中の含フッ素乳化剤の含有量は以下の方法で求めることができる。
LCMS(質量分析装置付き高速液体クロマトグラフィー)を用い、あらかじめ濃度既知の含フッ素乳化剤を使用して得られたピーク面積から検量線を作成する。次に、測定対象の液の所定量をサンプルとし、70℃で16時間乾燥した後、含フッ素乳化剤をエタノールで抽出し、LCMSでのピーク面積を測定し、検量線を用いてサンプル中の含フッ素乳化剤の含有量を求める。
PTFE水性乳化液、濃縮液またはPTFE水性分散液中の非イオン性界面活性剤(I)の含有量は以下の方法で求めることができる。
測定対象の液10gをサンプルとして質量既知のアルミ皿に入れ、120℃で1時間乾燥後の質量を測定し、予め測定したPTFE粒子の含有量を引いて非イオン性界面活性剤(I)の含有量を求める。
<ポリエーテルポリシロキサンコポリマーの含有量>
PTFE水性分散液中のポリエーテルポリシロキサンコポリマーの含有量は以下の方法で求めることができる。
測定対象の液1gとメタノール4gを混合して攪拌後、遠心分離(5000rpm、10分間)する。得られた上澄み液を乾固し、重水素化クロロホルム1mLに溶解してNMRにて測定する。
PTFE水性分散液の粘度は、ブルックフィールド型粘度計で、No.1スピンドルを用い、回転数60rpm、温度23℃で測定した値である。
<機械的安定性試験>
直径65mm、内容積400mlのプラスチックカップにPTFE水性分散液の100gを入れ、60℃の水槽に漬け、直径55mmの撹拌翼(図1)を、プラスチックカップの底面から撹拌翼の中心(図1(b)の軸方向において、撹拌翼の下端から7mmの位置)までの高さが20mmとなるようにセットして、3000rpmで回転させ、PTFE水性分散液が凝集するか固化して飛び散るまでの時間を、安定性保持時間として測定する。
下記の基準で機械的安定性を評価する。
A:安定性保持時間が30分以上。
B:安定性保持時間が20分以上、30分未満。
C:安定性保持時間が20分未満。
JIS K3362に準処するロスマイルス法に従って低起泡性試験を行う。具体的には、内径50mmのシリンダーにPTFE水性分散液の50mLを入れ、この液に対して、90cmの高さから200mLのPTFE水性分散液を、内径2.9mmの開口より流下させる。シリンダー内の液に流下した液が衝突することにより泡が発生する。200mLを流下し終えた直後の泡の高さ(単位:cm)を測定する。この値が小さいほど泡立ち難いことを示す。
下記の基準で低起泡性を評価する。
A:泡の高さが6cm以下。
B:泡の高さが6cm超、10cm以下。
C:泡の高さが10cm超。
縦100mm×横75mm、厚さ0.5mmの長方形のアルミ板を用意し、4辺のうち1つの長辺と1つの短辺に沿って、幅18mm、厚さ0.2mmのビニールテープをL字状に張り付ける。該ビニールテープが交差する近傍(L字の内角近傍)のアルミ板上に約1mlのPTFE水性分散液を、スポイトを使用して滴下し、直ちに外径12mm、長さ300mmのステンレス棒を用いたブレードコーティング法により、アルミ板上に塗布する。該ステンレス棒は、一端側が前記長辺に沿うビニールテープに接し、かつ他端側がアルミ板の長辺に接した状態で、該長辺に平行に移動させる。したがって、該ステンレス棒とアルミ板とのギャップは、該ステンレス棒の一端側(最大0.2mm)から他端側(最小0mm)に向かって漸次小さくなる。
こうしてPTFE水性分散が塗布されたアルミ板を120℃のオーブンに2分間入れて水分を乾燥させ、常温下で5分間放冷した後にビニールテープを剥がす。次いで380℃のオーブンに10分間入れて焼成を行い、常温まで放冷した後に、アルミ板上の塗膜を目視で観察する。アルミ板上でPTFE水性分散がはじかれると、塗膜に円形のくぼみが発生する。くぼみ内にアルミ板が露出しているものを「はじき部」とし、露出したアルミ板の直径を測定して「はじき部」の直径とする。以下の基準で評価する。
A:はじき部が1個またはゼロ。
B:はじき部が2個以上あり、直径が5mm以上のはじき部が1個またはゼロ。
C:はじき部が2個以上あり、直径が5mm以上のはじき部が2個以上。
コモノマー(1):(パーフルオロブチル)エチレン。
含フッ素乳化剤(1):EEA。
連鎖移動剤(1):メタノール。
ポリエーテルポリシロキサンコポリマー(1):上式(IIa)において、R’がメチル基、R21およびR22がそれぞれアリル基、aが2.5、bが4、cが4、nが4、eが2であるブロック共重合体。ポリシロキサン鎖とポリエーテル鎖の合計に対してポリシロキサン鎖は35質量%であり、ポリエーテル鎖を構成するオキシエチレン基とオキシプロピレン基の合計に対してオキシエチレン基は50モル%である。
式(IIIa)の化合物(1):Dynol 604(製品名、エアープロダクツ社製)、式(IIIa)においてn1=2、m1+m2=4である化合物。
低起泡剤(1):アンチフォーム E−20(製品名、花王社製)、ジメチルポリシロキサンおよびポリオキシエチレンアルキルエーテル含有。
低起泡剤(2):BYK−016(製品名、ビックケミー・ジャパン社製)シリカ系疎水性粒子および二酸化ケイ素含有。
低起泡剤(3):BYK−1640(製品名、ビックケミー・ジャパン社製)、界面活性ポリマーおよびシリカ系疎水性粒子含有。
邪魔板、撹拌機を備えた、100Lのステンレス鋼製オートクレーブに、含フッ素乳化剤(1)の75g、パラフィンワックスの924g、脱イオン水の59リットルを仕込んだ。オートクレーブを窒素置換した後、減圧にして、コモノマー(1)の3.5gを仕込んだ。さらにTFEで加圧し、撹拌しながら79℃に昇温した。次いでTFEで1.42MPaまで昇圧し、過硫酸アンモニウム0.2g、ジコハク酸パーオキシド(濃度80質量%、残りは水分)の26.3gを約70℃の温水の1リットルに溶解して注入して重合反応を開始した。6分ほどで内圧が1.40MPaまで降下した。オートクレーブ内圧が1.42MPaに保たれるようにTFEを添加しながら重合を進行させた。重合開始後のTFEの添加量が3.91kgになったところで、含フッ素乳化剤(1)を158g添加した。また、重合開始後のTFEの添加量が20.80kgになったところで、連鎖移動剤(1)の13.9gを添加した。そして、重合開始後のTFEの添加量が23.11kgになったところで反応を終了させた。この間、重合温度は85℃まで上げた。重合時間は140分であった。
得られたPTFE水性乳化液を冷却し、上澄みのパラフィンワックスを除去し、PTFE水性乳化液を取り出した。反応器に残った凝固物は痕跡程度であった。得られたPTFE水性乳化液中のPTFE粒子の含有量は26.5質量%であった。
得られたPTFE水性乳化液中のPTFE微粒子の平均一次粒子径は、0.21μmであり、PTFEのSSGは2.179であった。
また、得られたPTFE粒子におけるコモノマー(1)に基づく単位の含有量は、全モノマー単位に対して、0.015質量%であった。
製造例1で得たPTFE水性乳化液に、式(I)の非イオン性界面活性剤(1)(以下、非イオン性界面活性剤(1)という。)を、PTFE粒子の100質量部に対して有効成分が3.0質量部となるように溶解させて、安定な水性分散液とした。
次いで5Lビーカーに該水性分散液の5kgと強塩基型陰イオン交換樹脂(ピュロライト社製、PUROLITE(登録商標)A300)の200gを入れ、室温で12時間撹拌した。
さらに該水性分散液をメッシュサイズ100のナイロン製メッシュで濾別後、電気泳動法により濃縮し、上澄みを除去し、PTFE粒子の含有量が65質量%であり、非イオン性界面活性剤(1)の含有量がPTFE粒子の100質量部に対して2.0質量部である濃縮液を得た。
この濃縮液に、非イオン性界面活性剤(1)およびポリエーテルポリシロキサンコポリマー(1)を加えるとともに、水および濃度500ppmとなる量のアンモニアを加えて、目的のPTFE水性分散液を得た。
得られたPTFE水性分散液におけるPTFE粒子の含有量(単位:質量%)、PTFE粒子100質量部に対する各成分の含有量(単位:質量部)を表1に示す。
このPTFE水性分散液の比重および粘度を上記の方法で測定した。また上記の方法で機械的安定性試験、低起泡性試験およびコーティング性試験を行った。これらの結果を表1に示す。
実施例1において、濃縮液に添加する化合物を表1に示す通りに変更した。実施例2において、前記濃縮液に、非イオン性界面活性剤(1)およびポリエーテルポリシロキサンコポリマー(1)を加える際に、式(IIIa)の化合物(1)も加えた。
その他は実施例1と同様にしてPTFE水性分散液を得、同様に評価した(以下、同様。)。
実施例1において、前記濃縮液にポリエーテルポリシロキサンコポリマー(1)を添加しなかった。その他は実施例1と同様にしてPTFE水性分散液を得た。
実施例1において、非イオン性界面活性剤(1)の添加量を変更した。また前記濃縮液にポリエーテルポリシロキサンコポリマー(1)を添加しなかった。その他は実施例1と同様にしてPTFE水性分散液を得た。
実施例1において、非イオン性界面活性剤(1)の添加量を変更した。また前記濃縮液にポリエーテルポリシロキサンコポリマー(1)を添加せず、その代わりに表1に示す低起泡剤を添加した。その他は実施例1と同様にしてPTFE水性分散液を得た。
実施例1において、ポリエーテルポリシロキサンコポリマー(1)の添加量を変更した。その他は実施例1と同様にしてPTFE水性分散液を得た。
比較例1、2は、濃縮液に添加する化合物を、式(I)の非イオン性界面活性剤のみとした比較例である。物性および機械安定性は良好であるが、低起泡性が不十分である。
比較例7、8は、非イオン性界面活性剤(1)と、ポリエーテルポリシロキサンコポリマー併用したが、ポリエーテルポリシロキサンコポリマーの添加量が少なくまたは多すぎ、低起泡性が不充分である。
なお、2016年11月28日に出願された日本特許出願2016−229920号の明細書、特許請求の範囲、要約書および図面の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
Claims (9)
- 平均一次粒子径が0.1〜0.5μmのポリテトラフルオロエチレン粒子を15〜70質量%、
炭素数4〜7でエーテル性酸素原子を有してもよい含フッ素カルボン酸およびその塩からなる群から選ばれる1種以上の含フッ素乳化剤を、前記ポリテトラフルオロエチレン粒子の質量に対して0.1〜20,000ppm、
下式(I)で表される非イオン性界面活性剤を、前記ポリテトラフルオロエチレン粒子の100質量部に対して1〜20質量部、
ポリエーテルポリシロキサンコポリマーを、前記ポリテトラフルオロエチレン粒子の100質量部に対して0.15〜3質量部、
および水を含有し、
前記ポリエーテルポリシロキサンコポリマーが、直鎖状ポリシロキサン鎖と直鎖状ポリエーテル鎖が交互に結合したブロックコポリマーである、ことを特徴とするポリテトラフルオロエチレン水性分散液。
R1−O−A−H ・・・(I)
[式中、R1は炭素数8〜18のアルキル基であり、Aはオキシエチレン基の平均繰り返し数5〜20およびオキシプロピレン基の平均繰り返し数0〜2より構成されるポリオキシアルキレン鎖である。] - 前記ポリテトラフルオロエチレン粒子が、非溶融成形性の変性PTFEの粒子である、請求項1に記載の水性分散液。
- 前記ポリテトラフルオロエチレン粒子の標準比重が、2.14以上、2.22未満である、請求項1または2に記載の水性分散液。
- 前記含フッ素乳化剤が、エーテル性酸素原子を有する含フッ素カルボン酸のアンモニウム塩である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の水性分散液。
- 前記式(I)で表される非イオン性界面活性剤におけるAが、オキシエチレン基の平均繰り返し数7〜12およびオキシプロピレン基の平均繰り返し数0.5〜1.5より構成されるポリオキシアルキレン鎖である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の水性分散液。
- 前記ブロックコポリマーが、前記直鎖状ポリシロキサン鎖の末端ケイ素原子と前記直鎖状ポリエーテル鎖の末端酸素原子が結合した、ブロックコポリマーである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の水性分散液。
- 前記ポリエーテルポリシロキサンコポリマーの、前記直鎖状ポリエーテル鎖がオキシエチレン基とオキシプロピレン基とからなる、請求項1〜6のいずれか一項に記載の水性分散液。
- 前記ポリエーテルポリシロキサンコポリマーの、前記直鎖状ポリエーテル鎖と前記直鎖状ポリシロキサン鎖の合計に対する前記直鎖状ポリシロキサン鎖の割合が30〜65質量%である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の水性分散液。
- 前記ポリエーテルポリシロキサンコポリマーの、前記直鎖状ポリエーテル鎖を構成する全オキシアルキレン基に対するオキシエチレン基の割合が33〜66モル%である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の水性分散液。
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