JPH03259925A - ポリテトラフルオロエチレン粒状粉末の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、自動供給機によって成形装置に供給するに適
した粉末流動性の極めて優れたポリテトラフルオロエチ
レン粒状粉末の製法に関する。

［従来の技術］ テトラフルオロエチレンを乳化剤の実質的不存在下に水
性媒体中において重合してえられるポリテトラフルオロ
エチレン成形粉末は、その成形方法か他の熱可塑性樹脂
の成形方法、たとえば溶融成形、溶融射出成形、加熱圧
縮法などとは異なり粉末冶金の分野で採用されている方
法に類似した粉体成形法がとられるため、その成形用粉
末には幾つかの特殊な性質が要求されており、その基本
的な性質として粉末流動性がすぐれていること、各粒子
が軟らかくて比較的低い圧力で圧縮されて緻密な予備成
形品となること、さらに見かけ密度が大きいことの３つ
があげられる。とくに、自動成形機器による成形のばあ
いには、金型への充填が均一かつ容易に行なわれる必要
があり、粉末流動性の良好なことは必須の要件である。

このようム要件を満たすポリテトラフルオロエチレン粒
状粉末の製法としては、有機液体を含む水性媒体中で攪
拌造粒する方法か従来から知られている（特公昭４４−
２２６１９号公報参照）。

そして、前記製法をさらに改良し、粉末の粒度分布をよ
り均一にし、さらに良好な粉末流動性を有するポリテト
ラフルオロエチレン粒状粉末の製法か提案され（特公昭
５７−１５１２８号公報参照）、広〈実施されている。

この特公昭５７−１５１２８号公報によれば、ポリテト
ラフルオロエチレン粉末を表面張力３５ダイン／（２）
以下の有機液体の存在下水性媒体中で攪拌造粒するにあ
たり、水性媒体に対する攪拌機構に加えて粉末に対する
解砕機構を備えた装置を用い、攪拌と粉末の解砕とを併
用する方法が記載されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、前記方法によれば粉末流動性を向上させるため
に、表面張力が３５ダイン／備以下の有機液体をポリテ
トラフルオロエチレン粉末に対し２０〜３００重量％の
範囲で必ず存在させなければならなかった。このような
、有機液体は高価であり、できることなら使用しないの
が望ましい。また、広く使用されているトリクロロトリ
フルオロエタン等のフロン系の有機液体は、オゾン層を
破壊するとの説があり、世界的にその使用が規制される
方向に向かいつつある。

本発明の目的は、前記のような有機液体を全く使用する
ことなく、粉末流動性の極めて優れたポリテトラフルオ
ロエチレン粒状粉末をうろことのできる製法を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段］ すなわち、本発明は、粒径６００ミクロン以下のポリテ
トラフルオロエチレン粉末を有機液体の不存在下に水性
媒体中で攪拌造粒するにあたり、水性媒体に対する攪拌
機構に加えて粉末に対する解砕機構を備えた装置を用い
、攪拌と粉末の解砕とを併用し、該攪拌と解砕とを６０
〜１００℃の温度下で行なうことを特徴とするポリテト
ラフルオロエチレン粒状粉末の製法に関する。

［作用および実施例コ 本発明において、原料の一次粒子として用いるポリテト
ラフルオロエチレン粉末としては重合開始剤を含む水の
存在下にテトラフルオロエチレンを重合させてえられる
重合体粉末を、水の存在下または乾燥状態で、ハンマー
・ミル、羽根つきの回転子をもった粉砕機、気流エネル
ギー型粉砕機、衝撃粉砕機などの粉砕機によって平均粒
径６００ミクロン以下、好ましくは５０ミクロン以下の
粒状粉末としたものが用いられる。

５０ミクロン以下の粉末を使用したばあい電気特性のよ
いものかえられる。この粒状粉末の形状は繊維状であろ
うと非繊維状であろうとさしつかえない。

本発明において、水性媒体としては、通常水が用いられ
る。この水は、必らずしも高い純度に精製されたもので
ある必要はないが、無機質または有機質の不純物が混入
しているものを使用すると、これかえられたポリテトラ
フルオロエチレン粉末中に残存し、結果として成形品に
好ましくない着色を起し、かつ絶縁破壊電圧を低下せし
める原因と通るから、このような原因となる不純物は水
性媒体からあらかじめ除去しておく必要がある。

この水性媒体はポリテトラフルオロエチレン粉末に対し
　１５０〜５０００％の範囲で用いて該粉末をスラリー
状として攪拌造粒に供せられる。水性媒体の使用量はポ
リテトラフルオロエチレン粉末のスラリーに流動性を与
えるに足るだけの量であれば充分であって、それよりも
多量に加えることは経済的に不利であり、逆に不足する
と造粒、解砕の操作をスムーズに行ないえない。

しかし、該スラリーが完全に流動性を有する状態であれ
ば、水性媒体の多少の増減は問題ではない。

本発明は水性媒体中におけるポリテトラフルオロエチレ
ン粉末の攪拌造粒機構と解砕機構とを併用し、攪拌と同
時にまたは攪拌の前または後に解砕機構を働らかせると
いうものであり、該攪拌と解砕とを６０〜１００℃の温
度下で行なうものである。ここで、温度条件は極めて重
要であり、６０℃未満では本発明でえられるような極め
て粉末流動性に優れたものはえられず、また、１００℃
を超えるばあい粉末流動性を阻害するものではないが装
置上また操作上好ましくない。

好ましい温度範囲は７０〜１００℃である。通常このよ
うな温度範囲で前記攪拌と解砕とを行なうためには、水
性媒体の温度をこのような範囲（６０〜１００℃）に維
持することによって達成される。これによって容易に希
望する粒径を有する均一な粒度の粉末流動性に優れたポ
リテトラフルオロエチレン粉末をうろことができる。な
お、ここで粉末粒子に対する解砕機構とは、成粒子の二
次的集合体としてすでに生成している適当な大きさの造
粒物あるいは異常に大きな塊りの集塊物を部分的に解砕
してその二次粒子径を低下させることのできる機構をい
う。

つぎに図面により、本発明の製法において使用する装置
を例示的に説明する。すなわち第１図および第２図はそ
れぞれ該装置の概略縦断面図である。第１図において（
１）は攪拌槽で該攪拌槽（１）内にはその中央に垂直に
回転軸（２）か配置され、該回転軸の下端部には放射状
に攪拌ｇ　（３）が設けられ、また上端部はモータ（４
）に接続されている。（５）は水性媒体供給口である。

また（６）は解砕機、（９）はモータであり、該解砕機
（６）は移送管（７）および（８）によってそれぞれ攪
拌槽（１）の底部および上部に接続されている。解砕機
（６）としては、円筒体の内部でタービン翼状のカッタ
ーが回転して水性媒体を移送しつつ該媒体中に含まれて
いるポリテトラフルオロエチレン粉末粒子を解砕するよ
うにしたものを用いればよく、このようｔｉ装置として
はたとえば切断と衝撃を与えるカッターとステータとを
有するパイプラインホモミキサー（特殊機化工業■製）
やデスインデグレータ−（■小松製作新製）などが好適
である。しかしてこれによって造粒を行なうには攪拌槽
（１）内にポリテトラフルオロエチレン粉末を含有する
水性媒体を水性媒体供給口（５）より仕込み、攪拌翼（
３）によって攪拌し、攪拌と同時に、あるいは攪拌後に
攪拌槽（１）の底部から水性媒体を移送管（７）によっ
て抜出し、解砕機（６）を通過させることによって、形
成混入せられた大粒径の粒子を解砕して移送管（８）よ
り攪拌槽（１）内に戻す。

このように攪拌ｔｌ　（１）内での攪拌造粒と解砕機（
６）での大粒径の粒子の解砕とを同時に、あるいは順次
に、もしくは交互に行なうことによって、粒度の均一な
造粒物かえられる。またこのばあい攪拌機は動かさず解
砕機（６）のみを用いて粒子を解砕しつつ水性媒体を循
環させることによっても同様の造粒粉末かえられる。そ
の理由は解砕機による水性媒体の循環によって攪拌効果
が達せられるためと考えられる。

第２図は本発明の製法に採用可能な別の装置の実施例を
示す概略縦断面図であって、攪拌槽（転）内には解砕機
（２υと回転軸ＣＩ＋）に設けられた攪拌翼０２）とが
並置されている。Ｄは回転軸Ｈ用モータ、のは解砕機（
２１１用モータである。攪拌ｍ０２Ｊは回転軸０１１の
下端部のボスＯΦに放射状にかつ螺旋状に取りつけられ
ている。したがってこのばあいは槽内の水性媒体は攪拌
１！０２）によって攪拌されっつそのなかに含まれるポ
リテトラフルオロエチレン粉末が造粒され、解砕機（２
Ｉｌｌによって粒子の解砕が行なわれる。

本発明においては、前記のごとくして調製せられたポリ
テトラフルオロエチレン粉末の水性スラリーを造粒用攪
拌槽内に仕込んで攪拌造粒と解砕を行なうのが好ましい
か、ばあいによってはポリテトラフルオロエチレン粉末
をあらかじめ少量の水で濡らしたものを攪拌槽中で残部
の水性媒体と混合したり、あるいは攪拌槽中にあらかじ
め水性媒体を仕込んでおきこれにポリテトラフルオロエ
チレン粉末を投入して攪拌する方法を採用することもで
きる。

ポリテトラフルオロエチレン粉末のスラリーは、攪拌の
効果により造粒せられるが、それと同時に、もしくは造
粒後に大粒子たとえば５０００ミクロン程度以上のもの
が解砕機によって解砕せられ、最終的に６００ミクロン
以下の均一ね粒度の粉末となる。

かくして造粒化せられた粉末は水性媒体から分離され、
乾燥せられて目的とするポリテトラフルオロエチレン造
粒物がえられる。この造粒工程は、加圧下または減圧下
においても行なうことができる。

このようにして、本発明の製法によりえられたポリテト
ラフルオロエチレン粒状粉末はつぎの性質を有している
。

平均粒径：３００〜６００ミクロン 見かけ密度：　　０．５ｇ／ｆｆｆ以上粉末流動度：８
以上 本明細書においてポリテトラフルオロエチレン粉末の平
均粒径の測定はつぎのような通常の方法によって求める
。上から順に１Ｏ１２０，３２，４８および６０メツシ
ユ（インチメツシュ）の標準ふるいを重ね、ｌＯメツシ
ュふるい上に粉末をのせ、ふるいを振動させて下方へ順
次細かい粉末粒子を落下させ、各ふるい上に残留した粉
末の割合を％で求めたのち、対数確率紙上に各ふるいの
目の開き（横軸）に対して残留割合の累積パーセント（
縦軸）を目盛り、これらの点を直線で結び、この直線上
で割合か５０％となる粒径を求め、この値を平均粒径と
する。

本明細書において「粉末流動度」はつぎのようにして測
定される。測定装置としては第３図に示されるごとく支
持台（４２）に中心線を一致させて支持した上下のホッ
パー（３１）および（３２）を用いる。上部ホッパ＝（
３１）は、入口（３３）の直径７４ｍｍ、出口（３４）
の直径１２１１！ｌ、入口（３３）から出口（３４）ま
での高さ　１２３關で、出口（３４）に仕切板（３５）
があり、これによって中の粉末を保持したり落したりす
ることができる。下部ホッパー（３２）は入口（３６）
の直径７６關、出口（３７）の直径１２ａｍ、入口（３
６）から出口（３７）までの高さ　１２０ｕで、上部ホ
ッパーと同様出口（３７）に仕切板（３８）が設けられ
ている。上部ホッパーと下部ホッパーとの距離は各仕切
板の間が１５ｃｍとなるように調節されている。なお第
３図中（３９）および（４０）はそれぞれ各ホッパーの
出口カバーであり、（４１）は落下した粉末の受器であ
る。

粉末流動度の測定は被測定粉末約２００　ｇを２３．５
〜２４．５℃に調温した室内に４時間以上放置し、ｌＯ
メツシュ（目の開き１６８０ミクロン）でふるったのち
、同温度で行なわれる。

（１）　　ます、容量３０ｃｃのコツプに丁度１ばいの
被Ｍ］定粉末を上部ホッパー（３１）へ入れたのち、た
だちに仕切板（３５）を引抜いて粉末を下部ホッパーへ
落す。落ちないときは針金でつついて落す。粉末が下部
ホッパー（３２）に完全に落ちてから１５±２秒間放置
したのち下部ホッパーの仕切板（３８）を引抜いて粉末
が出口（３７）から流れ落ちるかどうかを観察し、この
とき８秒以内に全部流れ落ちたばあいを落ちたものと判
定する。

（Ｉ）　　以上と同じ測定を３回くり返して落ちるかど
うかをみ、３回のうち２回以上流れ落ちたばあいは流動
性「良」と判定し、１回も落ちないばあいは流動性「不
良」と判定する。３回のうち１回だけ流れ落ちたばあい
は、さらに２回同じ測定を行ない、その２回とも落ちた
ばあいは結局その粉末の流動性は「良」と判定し、それ
以上のばあいは流動性「不良」と判定する。

圓　以上の測定で流動性「良」と判定された粉末につい
ては、つぎの同じ容！３０ｃｃのコツプ２はいの粉末を
上部ホッパーへ入れて前述したところと同様にして測定
を行ない、結果が流動性「良」とでたときは順次粉末の
はい数を増加してゆき、「不良」となるまで続け、最高
８はいまで測定する。各測定の際には、前回の測定で下
部ホッパーから流出した粉末を再使用してもよい ■　以上の測定でポリテトラフルオロエチレン粉末は使
用量が多いほど流れ落ちにくくなる。

そこで流動性「不良」となったときのはい数から１を引
いた数をもってその粉末の「粉末流動度」と定める。

本明細書において「見かけ密度」の測定はＪＩＳ　Ｋ６
８９１に準じて行なわれる。

本明細書において「絶縁破壊電圧」の測定はＪＩＳ　Ｋ
６１ｉ９１に準じて行なわれる。

実施例１ 第１図に示される装置を用いてポリテトラフルオロエチ
レン粉末の造粒を行なった。

すなわち、内径１５００ｍｍ、全高２０００＋＋鳳のタ
ンクに最大径６００１Ｊｉのヤジリ羽根タービン式の攪
拌翼をとりつけ、かつパイプラインホモミキサー（特殊
機化工業■製の解砕機）をとりつけ、ついでタンク内に
９０℃の温水１００ＯＮおよび平均粒径４２０ミクロン
（粒度分布は第１表に示す）、見かけ密度０．３１　ｇ
／ｘ！、粉末流動塵が０のポリテトラフルオロエチレン
粉末５００ｋｇを投入し、タンク内の温度を９０℃に保
持しながら攪拌翼を９８ｒｐｍで回転させた。同時にタ
ンク内のスラリーを５００４１１　／分の割合で解砕機
を通して循環させ１０分間運転をつづけ、さらに攪拌を
３分間継続させた。ついでポリテトラフルオロエチレン
粉末を水から分離し、乾燥したところ、該粉末は第１表
に示すごとき均一な粒度分布を示した。

第１表の粒度分布の測定結果から対数確率紙により平均
粒径を算出したところ、造粒粉末の平均粒径は４８１ミ
クロンであり、粉末流動塵は８であった。

なお、えられた粒状粉末のそのほかの性質を原料粉末と
比較して第２表にまとめて示す。

第　　２　　表 実施例２ 実施例１と同様の装置を用いて、原料粉末（こ、平均粒
径３０ミクロン、見かけ密度０．２９　ｇｌｌｌ、粉末
流動塵０のポリテトラフルオロエチレン粉末を使用した
以外は実施例１と同じ方法：こよってポリテトラフルオ
ロエチレン粉末を処理し、水から分離、乾燥してえられ
た粉末の粒度分布は第３表に示すものであった。

［以下余白］ 第３表の粒度分布から算出した造粒粉末の平均粒径は５
７８ミクロンであり、また粉末流動度は８てあった。こ
の粉末の他の性質を測定したところ第４表のとおりであ
った。

第４表 実施例３ 実施例１と同様の装置と原料粉末を用いタンク内温度を
７０℃にしたほかは実施例１と同じ方法によりポリテト
ラフルオロエチレン粉末を処理し、水から分離、乾燥し
てえられた粉末の粒度分布は第５表のとおりであった。

［以下余白］ 第５表の粒度分布から算出した造粒粉末の平均粒径は４
２７ミクロンであり、粉末流動産は８であった。この粉
末の他の性質を測定したところ第６表のとおりてあった
。

第　　６　　表 いて同条件でポリテトラフルオロエチレン粉末を処理し
た結果、えられた粉末の粒度分布は第７表に示すごとく
大粒子か多いものであった。

このものを用いると成形作業が難しく成形品の表面に凹
凸がはげしく現われ、成形品をそのまま使用するには切
削を必要とした。

［以下余白］ 比較例１ パイプラインホモミキサーを使用しなかったほかは、実
施例１と同様の装置と原料粉末を用第７表の粒度分布か
ら算出した造粒粉末の平均粒径は１２７０ミクロンであ
り、粉末流動産は０であった。また、この粉末のその他
の性質を測定したところ第８表のとおりであった。

第　　８　　表 比較例２ 攪拌および解砕時の温度を４０℃にしたほかは実施例２
と同様の装置と原料粉末を用いてポリテトラフルオロエ
チレン粉末を処理し、水から分離、乾燥してえられた粉
末の粒度分布は第９表に示すとおりであった。

Ｅ以下余白〕 第９表の粒度分布から算出した造粒粉末の平均粒径は３
３１　ミクロンであり、粉末流動産は０であった。また
、この粉末のその他の性質を測定したところ第１０表に
示すとおりであった。

第　　ｌＯ表 ℃の純水１０００４）　、平均粒径３０ミクロン、見か
け密度０．２９ｇ／ｉ１のポリテトラフルオロエチレン
粉末５００ｋｇ、　ｌ−リクロロトリフルオロエタン２
５０ｇを投入しタンク内の温度を３０℃に保持しながら
攪拌機を４００ｒｐｍで１０分間回転させた。ついでポ
リテトラフルオロエチレン粉末を水から分離し乾燥した
ところ、この粉末は第１１表に示す性質を示した。

第　　１１　　表 比較例３ 内径１５００關、全高２０００　ａｍのタンクに２枚羽
根プロペラ攪拌機を取付け、ついでタンク内に３０試験
例 実施例１および比較例３でえられたポリテトラフルオロ
エチレン粉末を用い、粉末流動性および粉末流動性の保
持性を知るために第４Ａ〜４Ｄ図に示す手順で自動成形
試験を行なった。

試験に供されるポリテトラフルオロエチレン粉末（４３
）５００ｇを第４Ａ図のごとくシャトルボックス（４４
）に入れる。シャトルボックス（４４）は金型（４５〉
の上へ移動し、金型の上で５回移動方向に振動する（第
４Ｂ図）。このとき金型（４４〉の円筒状凹部（４６）
に粉末が充填される。円筒状金型は円径５ｇｍｍ、外径
６４ｕ１深さ２４Ｍの大きさで、底面は上下に可動の下
ラム（４７）の頂面で形成されている。つぎにシャトル
ボックスは元に戻り、直ちに第４Ｃ図のように、円筒状
の上ラム（４８）が降下し金型に充填された粉末を圧縮
する。圧縮後節４Ｄ図のごこく上ラム（４８）は上昇し
て元に戻り、同時に下ラム（４７）が、その頂面が金型
頂面と同じ平面になるまで上昇し、圧縮成形で形成され
た予備成形体（４９）を上へ押し上げる。

このときシャトルボックスは粉末（４３〉とともに再び
金型上へ移動してきており、予備成形体（４９）を金型
上から排除すると同時に、下ラム（４７）が下降し四部
（４６）を形成し、以下第４Ａ図−第４Ｄ図の工程が繰
り返される。以上の充填圧縮のサイクルは、粉末が金型
凹部の上部まで充填されず、充填後に空隙が認められる
ようになるまで継続する。

この方法でえられる各予備成形体（４９）の重量は、粉
末の見かけ密度および金型の凹部に充分均一に粉末が充
填されているかどうかで異なる。

第５図は、各成形サイクルごとにえられた予備成形体の
重量を測り、横◆由に成形サイクル（回）、縦紬に各サ
イクルでえられる予備成形体の重ｆｎ　（ｇ）をとって
表わしたグラフである。

第５図にみられるとおり、実施例１の粉末のばあい、最
初から８１回までほぼ同じ重量の粉末が自動充填されこ
の間はぼ均一の千Ｗｉｇ形体かえられたが、比較例３の
粉末のばあい、見かけ密度が実施例１の粉末に比して高
いため最初のうち予備成形体の重量は大であるが急激に
重量か減少し、３８回目に粉末が上面まで充填されなく
なったため終了した。実施例１のばあい残り粉末量はご
くわずかであったが、比較例３のばあい最初の量の約半
分が残った。

［発明の効果］ 本発明の型性によれば、高価でかつ使用が制限される有
機液体を用いることなく、極めて粉末流動性に優れたポ
リテトラフルオロエチレン粒状粉末を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１〜２図はそれぞれ本発明において用いる装置を例示
的に示した概略縦断面図、第３図は粉末流動産の測定装
置を示す概略側面図、第４Ａ〜４Ｄ図は試験例で用いた
圧縮成形法の概略説明図、第５図は試験例の各成形サイ
クルでえられた予備成形体の重量の変化を示すグラフで
ある。 （図面の主要符号） （１）、ＱＯＩ　、攪拌槽 （３）、ａ２１：攪拌翼 （６）、（２℃：解砕機

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　粒径６００ミクロン以下のポリテトラフルオロエチ
   レン粉末を有機液体の不存在下に水性媒体中で攪拌造粒
   するにあたり、水性媒体に対する攪拌機構に加えて粉末
   に対する解砕機構を備えた装置を用い、攪拌と粉末の解
   砕とを併用し、該攪拌と解砕とを６０〜１００℃の温度
   下で行なうことを特徴とするポリテトラフルオロエチレ
   ン粒状粉末の製法。