JPH0483B2 - - Google Patents
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Description
本発明は改良されたパー弗素化樹脂、特に安定
な重合体末端基を有する溶融加工可能なテトラフ
ルオルエチレン(TFE)/パーフルオル(アル
キルビニル)エーテル(PAVE)共重合体の粒子
に関する。この改良された樹脂はSi、SiO2及び
金属表面に対する腐食性の減少を示す。 テトラフルオルエチレン/パーフルオル(アル
キルビニル)エーテル(TFE/PAVE)の溶融
加工可能な共重合体は、工業的な射出成形製品及
び電線絶縁用に広く使用されている。そして化学
安定性と高温特性の独特な組合せのために、それ
は広範囲の射出成形部品、押出しパイプ及びチユ
ーブ、そして容器の上塗り材(liner)に対する
好適な材料となる。このような品質は、それを珪
素材料の貯蔵、輸送又は処理のための容器又は保
持器として望ましいものにする。しかし、或る種
のシリコン加工工程では、SiO2表面層を有する
シリコン、例えばシリコンウエハー、をケミカル
エツチング溶液と接触させる必要がある。この工
程は極度にコンタミネーシヨン(異物の混入)を
嫌う。それ故、珪素とエツチング溶液に対する容
器は、汚れ源とならないために化学的に非常に安
定でなければならず、TFE/PAVEから作られ
る容器は非常に安定な純粋なTFE/PAVE樹脂
から作るべきである。 TFE/PAVE樹脂は水性重合(米国特許第
36359260号)或はパーハロゲン化溶媒中での重合
(米国特許第3642742号)或いは水性及びパーハロ
ゲン化法の双方を含む混成法(ヨーロツパ特許願
第83104139.9号)によつて製造される。遊離基重
合開始剤及び連鎖移動剤がこれらの重合では使用
され、特許文献において広く議論されている。例
えば過硫酸塩開始剤及びアルカン連鎖移動剤が
TFE/PAVE共重合体の水性重合に対して記述
されている(米国特許第3635926号)。弗素化パー
オキサイド開始剤及びアルコール、ハロゲン化ア
ルカン、及び弗素化アルコールは非水性重合(米
国特許第3642742号)或いは水性/非水性混成重
合(ヨーロツパ特許願第83104139.9号)に対して
記述されている。開始剤及び連鎖移動剤の特別な
選択は選ぶ処理条件(温度及び反応物濃度)及び
所望の樹脂の性質(粘度及び分子量分布)によつ
て決められる。 開始剤及び連鎖移動剤の選択は共重合体鎖の末
端基を決定する。水性重合において、過硫酸塩は
−COOH末端基を与える。重合緩衝剤例えばア
ンモニウム塩を用いるならば、−CO2NH4末端基
が得られ、これは熱的調整中に−CONH2に変化
する。メタンを連鎖移動剤として用いるならば、
樹脂中には−CF2H及び−CF2CH3末端も存在し
よう。 非水性(又は水性/非水性)重合においては、
パーオキサイド例えば(ClF2C(CF2)nCOO)2を
開始剤として使用しうるが、末端基−CF2Clを与
える。メタノールを連鎖移動剤として用いるなら
ば、−CF2H及び−CF2CH2OH末端基も存在する。
この種の重合において、生長鎖上のPVAEラジカ
ルの単分子転位、即ち により−COF末端基も生成する。 TFE/PAVE共重合体のパーフルオル化鎖は
非常に良好な熱安定性と化学的不活性を有するけ
れど、上述のTFE/PAVE共重合体の末端基は
化学的に反応があり、熱的に不安定である。 今回、これらの不安定な末端基は非常に低濃度
でも珪素表面上の、たとえばシリコンウエハー表
面上の、SiO2層と反応し得る化合物を発生する
ことが発見された。腐食源はある種の末端基、特
に−COF、−CONH2及び−CF2CH2OHの酸化、
加水分解及び/又は熱分解によつて発生するHF
を放出することが発見された。この不安定な末端
基から発生するHFは同様に金属も腐食し、弗化
金属腐食生成物を与えることが発見された。 腐食源の発見の結果として、上述の腐食潜在性
を有する不安定な末端基を含有しない改良された
TFE/PAVE樹脂が開発された。ここで、樹脂
とは、後述するように、粉末、フレーク、ペレツ
ト、立方体、ビーズなどのような粒状形の物体、
すなわち粒子を意味する。改良された樹脂は腐食
性の抽出しうる弗化物イオンを、溶解したHF又
はCOF2の形で極く低量でしか有さず、また酸化、
加水分解及び/又は熱分解で更なるHFを発生し
うる末端基を殆んど定量的に含まない。 すなわち、本発明によれば、90〜99重量%の式
−CF2CF2−で表わされる反復単位及び1〜10重
量%の式−CF(ORf)−CF2− [式中、Rfば炭素数1〜8のパーフルオルアル
キル基である] で表わされる少なくとも1種の反復単位から本質
的に成る溶融加工可能な非弾性テトラフルオルエ
チレン共重合体の粒子であつて、 (a) 372℃における溶融粘度が107ポイズ以下であ
ること、 (b) 該共重合体中の末端基−CF2CH2OH、−
CONH2及び−COFが炭素数106当り6つより
少ないこと、及び (c) 抽出しうる弗化物イオンを重量で3ppm又は
それ以下しか含んでいないこと、 を特徴とする粒子が提供される。 このような改良された本発明の共重合体粒子は
不安定な末端基を有するTFE/PAVE樹脂を、
殆んどすべての不安定な末端基を除去するのに十
分な条件下に弗素ガスと接触させ、更に抽出しう
る弗化物イオン含量を必要な低量まで減ずること
によつて製造される。 弗素化しうるテトラフルオルエチレン/パーフ
ルオル(アルキルビニル)エーテル共重合体は、
TFE/PAVE共重合体の製造について記述した
常法のいずれかによつて作られたものである。共
重合体はビニルエーテルに由来する反復単位を1
〜10重量%、好ましくは2〜4重量%で含有す
る。 共単量体のこの含量は、共重合体が弾性体より
もむしろプラスチツクとなる、即ち部分的に結晶
化し且つ室温で2倍の延伸状態からその元の長さ
へ急速に収縮しないぐらの十分に低量である。し
かし共単量体含量は共重合体が溶融加工が可能で
ないほど低量ではない。 ここに「溶融加工可能な」とは、共重合体粒子
が通常の溶融加工装置で加工できる(即ち成形品
例えば射出成形品、フイルム、繊維、チユーブ、
電線コーテイングなどへ加工できる)ことを意味
する。このためには、共重合体粒子の加工温度に
おける溶融粘度が372℃で高々107ポイズであるこ
とが必要である。好ましくはそれは372℃におい
て104〜106ポイズの範囲である。 溶融加工可能な重合体粒子の溶融粘度は、次の
ように改変したASTM法D−1238号に従つて測
定した:シリンダー、オリフイス及びピストン・
チツプを耐腐食性合金例えばヘイネス・ステライ
ト(Hayness Stellite)(tm)19又はインコネル
(tm)625から作つた。試料5.0gを372±1℃に
保つた内径9.53mmのシリンダーに仕込んだ。試料
をシリンダーに仕込んでから5分後に、これを直
径2.10mm、長い方形端のオリフイス8mmから5000
gの負荷(ピストン+重さ)下に押出した。これ
は変形応力44.8kPaに相応した。ポイズ単位の溶
融粘度は53170を観察されたg/分単位の押出し
速度で割つた値として計算される。 共単量体は式Rf−O−CF=CF2(式中、Rfは炭
素数1〜8のパーフルオルアキル)を有する。好
適な種類はn−パーフルオルアルキルである。特
別な共重合しうる共単量体はパーフルオル(メチ
ルビニルエーテル)、パーフルオル(n−プロピ
ルビニルエーテル)、パーフルオル(n−ヘプチ
ルビニルエーテル)を含む。これらの共単量体の
混合物も使用しうる。 重合したてのTFE/PAVE共重合体は炭素数
106当り少くとも約80の−CF2CH2OH、−CONH2
又は−COFの末端基を含み、これらの不安定な
末端基は加工及び/又は続く熱処理中に反応又は
分解してHFを生成し、これが樹脂中の認めうる
抽出可能な弗化物イオン含量となる。勿論、不安
定な末端基の数とは無関係に出発重合体が使用で
き、その数は弗素化時に減少する。出発重合体は
重合方法に依存していずれかの抽出可能な弗化物
イオンを含有しておらず、そのような場合には不
安定な末端基の数だけが弗素化と吹付け時に減少
しよう。 共重合体は少くとも一つの第三共単量体の少量
を、即ち5重量%までを、含有することができ
る。本発明においていう「本質的に成る」という
語は、このことを意味している。代表的なそのよ
うな共重合しうる共重合体は式
な重合体末端基を有する溶融加工可能なテトラフ
ルオルエチレン(TFE)/パーフルオル(アル
キルビニル)エーテル(PAVE)共重合体の粒子
に関する。この改良された樹脂はSi、SiO2及び
金属表面に対する腐食性の減少を示す。 テトラフルオルエチレン/パーフルオル(アル
キルビニル)エーテル(TFE/PAVE)の溶融
加工可能な共重合体は、工業的な射出成形製品及
び電線絶縁用に広く使用されている。そして化学
安定性と高温特性の独特な組合せのために、それ
は広範囲の射出成形部品、押出しパイプ及びチユ
ーブ、そして容器の上塗り材(liner)に対する
好適な材料となる。このような品質は、それを珪
素材料の貯蔵、輸送又は処理のための容器又は保
持器として望ましいものにする。しかし、或る種
のシリコン加工工程では、SiO2表面層を有する
シリコン、例えばシリコンウエハー、をケミカル
エツチング溶液と接触させる必要がある。この工
程は極度にコンタミネーシヨン(異物の混入)を
嫌う。それ故、珪素とエツチング溶液に対する容
器は、汚れ源とならないために化学的に非常に安
定でなければならず、TFE/PAVEから作られ
る容器は非常に安定な純粋なTFE/PAVE樹脂
から作るべきである。 TFE/PAVE樹脂は水性重合(米国特許第
36359260号)或はパーハロゲン化溶媒中での重合
(米国特許第3642742号)或いは水性及びパーハロ
ゲン化法の双方を含む混成法(ヨーロツパ特許願
第83104139.9号)によつて製造される。遊離基重
合開始剤及び連鎖移動剤がこれらの重合では使用
され、特許文献において広く議論されている。例
えば過硫酸塩開始剤及びアルカン連鎖移動剤が
TFE/PAVE共重合体の水性重合に対して記述
されている(米国特許第3635926号)。弗素化パー
オキサイド開始剤及びアルコール、ハロゲン化ア
ルカン、及び弗素化アルコールは非水性重合(米
国特許第3642742号)或いは水性/非水性混成重
合(ヨーロツパ特許願第83104139.9号)に対して
記述されている。開始剤及び連鎖移動剤の特別な
選択は選ぶ処理条件(温度及び反応物濃度)及び
所望の樹脂の性質(粘度及び分子量分布)によつ
て決められる。 開始剤及び連鎖移動剤の選択は共重合体鎖の末
端基を決定する。水性重合において、過硫酸塩は
−COOH末端基を与える。重合緩衝剤例えばア
ンモニウム塩を用いるならば、−CO2NH4末端基
が得られ、これは熱的調整中に−CONH2に変化
する。メタンを連鎖移動剤として用いるならば、
樹脂中には−CF2H及び−CF2CH3末端も存在し
よう。 非水性(又は水性/非水性)重合においては、
パーオキサイド例えば(ClF2C(CF2)nCOO)2を
開始剤として使用しうるが、末端基−CF2Clを与
える。メタノールを連鎖移動剤として用いるなら
ば、−CF2H及び−CF2CH2OH末端基も存在する。
この種の重合において、生長鎖上のPVAEラジカ
ルの単分子転位、即ち により−COF末端基も生成する。 TFE/PAVE共重合体のパーフルオル化鎖は
非常に良好な熱安定性と化学的不活性を有するけ
れど、上述のTFE/PAVE共重合体の末端基は
化学的に反応があり、熱的に不安定である。 今回、これらの不安定な末端基は非常に低濃度
でも珪素表面上の、たとえばシリコンウエハー表
面上の、SiO2層と反応し得る化合物を発生する
ことが発見された。腐食源はある種の末端基、特
に−COF、−CONH2及び−CF2CH2OHの酸化、
加水分解及び/又は熱分解によつて発生するHF
を放出することが発見された。この不安定な末端
基から発生するHFは同様に金属も腐食し、弗化
金属腐食生成物を与えることが発見された。 腐食源の発見の結果として、上述の腐食潜在性
を有する不安定な末端基を含有しない改良された
TFE/PAVE樹脂が開発された。ここで、樹脂
とは、後述するように、粉末、フレーク、ペレツ
ト、立方体、ビーズなどのような粒状形の物体、
すなわち粒子を意味する。改良された樹脂は腐食
性の抽出しうる弗化物イオンを、溶解したHF又
はCOF2の形で極く低量でしか有さず、また酸化、
加水分解及び/又は熱分解で更なるHFを発生し
うる末端基を殆んど定量的に含まない。 すなわち、本発明によれば、90〜99重量%の式
−CF2CF2−で表わされる反復単位及び1〜10重
量%の式−CF(ORf)−CF2− [式中、Rfば炭素数1〜8のパーフルオルアル
キル基である] で表わされる少なくとも1種の反復単位から本質
的に成る溶融加工可能な非弾性テトラフルオルエ
チレン共重合体の粒子であつて、 (a) 372℃における溶融粘度が107ポイズ以下であ
ること、 (b) 該共重合体中の末端基−CF2CH2OH、−
CONH2及び−COFが炭素数106当り6つより
少ないこと、及び (c) 抽出しうる弗化物イオンを重量で3ppm又は
それ以下しか含んでいないこと、 を特徴とする粒子が提供される。 このような改良された本発明の共重合体粒子は
不安定な末端基を有するTFE/PAVE樹脂を、
殆んどすべての不安定な末端基を除去するのに十
分な条件下に弗素ガスと接触させ、更に抽出しう
る弗化物イオン含量を必要な低量まで減ずること
によつて製造される。 弗素化しうるテトラフルオルエチレン/パーフ
ルオル(アルキルビニル)エーテル共重合体は、
TFE/PAVE共重合体の製造について記述した
常法のいずれかによつて作られたものである。共
重合体はビニルエーテルに由来する反復単位を1
〜10重量%、好ましくは2〜4重量%で含有す
る。 共単量体のこの含量は、共重合体が弾性体より
もむしろプラスチツクとなる、即ち部分的に結晶
化し且つ室温で2倍の延伸状態からその元の長さ
へ急速に収縮しないぐらの十分に低量である。し
かし共単量体含量は共重合体が溶融加工が可能で
ないほど低量ではない。 ここに「溶融加工可能な」とは、共重合体粒子
が通常の溶融加工装置で加工できる(即ち成形品
例えば射出成形品、フイルム、繊維、チユーブ、
電線コーテイングなどへ加工できる)ことを意味
する。このためには、共重合体粒子の加工温度に
おける溶融粘度が372℃で高々107ポイズであるこ
とが必要である。好ましくはそれは372℃におい
て104〜106ポイズの範囲である。 溶融加工可能な重合体粒子の溶融粘度は、次の
ように改変したASTM法D−1238号に従つて測
定した:シリンダー、オリフイス及びピストン・
チツプを耐腐食性合金例えばヘイネス・ステライ
ト(Hayness Stellite)(tm)19又はインコネル
(tm)625から作つた。試料5.0gを372±1℃に
保つた内径9.53mmのシリンダーに仕込んだ。試料
をシリンダーに仕込んでから5分後に、これを直
径2.10mm、長い方形端のオリフイス8mmから5000
gの負荷(ピストン+重さ)下に押出した。これ
は変形応力44.8kPaに相応した。ポイズ単位の溶
融粘度は53170を観察されたg/分単位の押出し
速度で割つた値として計算される。 共単量体は式Rf−O−CF=CF2(式中、Rfは炭
素数1〜8のパーフルオルアキル)を有する。好
適な種類はn−パーフルオルアルキルである。特
別な共重合しうる共単量体はパーフルオル(メチ
ルビニルエーテル)、パーフルオル(n−プロピ
ルビニルエーテル)、パーフルオル(n−ヘプチ
ルビニルエーテル)を含む。これらの共単量体の
混合物も使用しうる。 重合したてのTFE/PAVE共重合体は炭素数
106当り少くとも約80の−CF2CH2OH、−CONH2
又は−COFの末端基を含み、これらの不安定な
末端基は加工及び/又は続く熱処理中に反応又は
分解してHFを生成し、これが樹脂中の認めうる
抽出可能な弗化物イオン含量となる。勿論、不安
定な末端基の数とは無関係に出発重合体が使用で
き、その数は弗素化時に減少する。出発重合体は
重合方法に依存していずれかの抽出可能な弗化物
イオンを含有しておらず、そのような場合には不
安定な末端基の数だけが弗素化と吹付け時に減少
しよう。 共重合体は少くとも一つの第三共単量体の少量
を、即ち5重量%までを、含有することができ
る。本発明においていう「本質的に成る」という
語は、このことを意味している。代表的なそのよ
うな共重合しうる共重合体は式
【式】又は
【式】
[式中、R1は−Rf又はRfXであり、但しRfは炭
素数1〜12のパーフルオルアルキル基であり、−
Rf−は鎖の各端に結合原子価のある炭素数1〜
12のパーフルオルアルキレンジラジカルであり、
そしてXはH又はClであり;そしてR2は−Rf又
は−Rf−Xである] によつて表わされる。特別なそのような共重合し
うる弗素化されたエチレン性不飽和共単量体はヘ
キサフルオルプロピレン、3,3,3−トルフル
オルプロピレン−1,3,3,4,4,5,5,
6,6,6−ノナフルオルヘキセン−1を含む。 上述の不安定な末端基は重合体粒子の弗素での
処理によつて実質的に除去しうる。この弗素化は
種々の弗素ラジカルを発生する化合物を用いて行
ないうるが、好ましくは重合体粒子を弗素ガスと
接触させる。その弗素との反応は非常に発熱であ
るから、弗素を窒素のような不活性ガスで希釈す
ることが好適である。反応条件は相互に密接に関
係がある。1つずつの条件は厳密でなく、条件の
間の関係が重要である。高温を用いる場合にはよ
り短い反応時間が使用でき、その逆も可能であ
る。同様に高圧を用いる場合、反応温度と時間は
減少させうる。弗素/不活性ガス混合物中の弗素
量は1〜100容量%であつてよいが、好ましくは
純弗素での処理がより危険であるから10〜25%で
ある。温度は150〜250℃、好ましくは200〜250℃
であつてよく、弗素化時間は4〜16時間、好まし
くは8〜12時間でありうる。重合体粒子を撹拌し
て新しい表面を連続的に露出させることは好適で
ある。弗素化中のガス圧は1〜10気圧絶対圧の範
囲であるが、好ましくは大気圧が使用される。反
応器を大気圧で用いる場合、弗素/不活性ガス混
合物を反応器中へ連続的に通過させることが簡便
である。不安定な末端は−CF3末端に転化され
る。 弗素化工程に対して弗素濃度と反応時間の組合
せを表現する他の手段は、重合体ポンド当りの弗
素の添加量を定義することである。適用しうる値
の範囲は重合体Kg当り弗素1.8〜5.1g、望ましく
は2.4〜3.3g/Kgである。これらの値は反応の開
始時に0.1〜1気圧で反応器のもたらす弗素の量
を含む。 弗素化に供される重合体粒子はいずれかの粒状
形、例えば粉末、フレーク、ペレツト、立方体又
はビーズの形であつてよい。勘弁のために粒子の
寸法は5mmの辺長又は直径を越えるべきでない。 重合体粒子を所望の時間弗素に露呈した後、重
合体粒子を、抽出可能な弗化物イオンの量が重量
で3ppm又はそれ以下になるまて、不活性な、即
ち共重合体粒子にとつて不活性なガス例えば窒素
流に供する。一般にこの吹きつけ(sparge)工
程においては、反応容器を好ましくは0.1気圧ま
で脱気し、続いて不活性な吹きつけガスを添加す
る。吹きつけ完結する最小時間は流出する吹きつ
けガスを殿粉/ヨウ化物溶液と接触させる、普通
バイブリングさせることにより或いは殿粉/ヨウ
化物紙上を通過させることにより規定される。指
示薬の発色がなければ流出ガス中に弗素のないこ
とがわかる。一般に1〜4時間の吹きつけが適当
である。 弗素化及び吹きつけ条件は、処理後に共重合体
が重合体鎖の炭素数106当り6つより少ない−
CF2CH2OH、−CONH2及び−COFの末端基を含
み、また共重合体粒子が重量で3ppm又はそれ以
下の抽出可能な弗化物イオン含量を有するような
ものである。 前述の不安定末端基のうちで−COFは安定な
−CF3基へ転化するのに最も困難なものである。
それが転化したならば、他のものも転化している
ことが確実である。 得られる共重合体は珪素、酸化珪素及び他の金
属に対する腐食性が低く、珪素を基体とする材料
のための容器を作るのに有用である。 試験法 末端基分析 薄いフイルム(0.25〜0.30mm)を、加熱した平
板プレスを用いて350℃で成形した。このフイル
ムをニコレツト(Nicolet)5DX型フーリエ変換
赤外分光器で掃引した。用いたすべての運転条件
は、変換を行なう前に集積された掃引数を除いて
ニコレツト制御ソフトウエアにおいてデフオール
ト・セツテイング(default setting)として与え
られているものであつた(40回掃引/デフオー
ル・モードにおいて10回掃引)。 同様に分析すべき末端基を全然有さないことが
知られている参照材料のフイルムを成形し、掃引
した。そしてソフトウエアの相互消去モードを用
いて参照材料の吸収スペクトルを試料の吸収から
消去した。4.25μmの−CF2倍音吸収帯を用いて、
相互消去中の試料と参照材料の間の厚さの差を相
殺した。2つの範囲5.13〜5.88μm(1950〜1700
cm-1)及び2.70〜3.45μm(3700〜2900cm-1)にお
けるスペクトルの違いは反応性末端基による吸収
を表わす。 腐食に対する主たる興味は、容易に酸化されて
HF及び酸フルオリド末端基を生成するカルビノ
ール末端基と酸フルオリド基である。炭素数100
万当りの末端基を計算するための補正係数をモデ
ル化合物の吸収から決定した。下表は方程式: 末端基/炭素数106=吸収+CF/フイルム の厚さmmによつて末端基を決定するための波長と
係数を表わす。末端基 波長 補正係数(CF) −COF 5.31μm 440 −CH2OH 2.75μm 2300 −CONH2 2.91μm 460 パーフルオルプロピルビニルエーテル(PPVE)
含量の決定 本明細書に記述される溶融加工しうるTFE/
PPVE中のPPVE含量も赤外分光法で決定した。
10.07μmでの吸収と4.25μmでのそれとの比を、
厚さ約0.05mmのフイルムを用いて窒素雰囲気下に
決定した。このフイルムを350℃で圧縮成形し、
次いで直ぐに氷水中で急冷した。次いでこの吸収
の比を用いて、公知のPPVE含量の参照フイルム
で作つた補正曲線からPPVEのパーセントを決定
した。参照フイルムを補正するために主基準とし
ては 19F NMRを用いた。 抽出しうる弗化物イオンの含量 試験すべき試料(ペレツト、ビーズ、薄片な
ど)10gをポリエチレンのビンに入れた。メタノ
ール/水(容量比1:1)の混合物10mlを添加
し、オリオン(Orion)94−09−09全イオン強度
調節緩衝(普通弗化物の特異的なイオンの測定に
使用される)10mlを添加した。混合物のメタノー
ル部分は抽出を加速するために必要であつた。混
合物を短期間撹拌し、24時間放置した。弗化物イ
オンの濃度を、適当に補正した特別な弗化物イオ
ン電極(オリオン96−90−00)を用いて試料混合
物から直接決定した。抽出溶液1ml当り0.05〜
50μgの範囲の弗化物イオンの補正は重合体試料
中の重量で0.1〜100ppmの範囲の濃度を分析する
のに適当であつた。 殿粉/ヨウ化物試験 吹きつけガスをヨウ化カリウム/殿粉紙[フイ
ツシヤー・サイエンテイフイツク社の試験紙を用
いた]上に通過させた。試験紙に色のつかない場
合はガス中に弗素のないことを示す。 実施例 これらの実施例で用いるテトラフルオルエチレ
ン/パーフルオルプロピルビニルエーテル共重合
体(TFE/PAVE)は一般に米国特許第3642742
号[カールソン(Carlson)]に従つて製造した。
この特許はTFE/PPVE共重合体をF−113(1,
1,2−トリクロル−1,2,2−トリフルオル
エタン)溶媒中でパーフルオルプロピルオニルパ
ーオキサイド開始剤及び連鎖移動剤としてのメタ
ノールを用いて製造する方法を教示している。 実施例 1 押出したペレツト(平均寸法約3mm)のテトラ
フルオルエチレン/パーフルオル(プロピルビニ
ル)エーテル(PPVE)共重合体(溶融粘度4.1
×104ポイズ及びPPVE含量3.4重量%)66.3Kgを
ダブルコーン型混合機/反応器の弗素化装置中へ
仕込んだ。反応器の容量は425であつた。混合
機とのその内容物を窒素でパージし、次いで0.1
気圧に脱気した。温度を樹脂床中の熱電対で測定
して200℃まで上昇させ、圧力を窒素ガス混合物
中25モル%弗素の添加によつて1.0気圧(絶対圧)
まで上昇させた。このガス混合物を8時間流し続
け、この時点で弗素1480gの全量を樹脂中に通過
させた。次いで熱を切り、容器を0.1気圧まで脱
気した。大気圧での窒素吹きつけを開始し、殿
粉/ヨウ化物試験が陰性になるまで(約1時間)
継続させた。この時点で温度を30℃まで冷却し、
重合体を取出した。 得られた試験は、分析によると0.8ppmの抽出
しうる弗化物イオン及び5つの酸フルオリド末端
基(−COF)/炭素数100万を有し、 −CONH2又は−CH2−CH2−OH基は検出でき
なかつた(1以下)。 上記で得られた樹脂200gを、アウレル
(Aurel)社製の直径10cm(4インチ)のシリコ
ンウエハーの半分と供に、500mlのポリメチルペ
ンテン容器(これは試験条件下で不活性な容器で
ある)に入れた。72時間の後に、ウエハーを弗化
物及び酸化物層に関してESCA(Electron
Spectroscopy for Chemical Analysis)で分析
した。酸化物層への影響は検知されず、弗素原子
の僅かな生成しか検知されなかつた。 実施例 2 実施例1で用いたものと同様の共重合体試料
(MV=4.9×104ポイズ、PPVE含量=3重量%)
454Kgを、弗素/窒素ガス中の弗素濃度が10モル
%であり、反応器温度が200℃であり、そして反
応時間が15時間である以外実施例1と同様に脱気
し、弗素化し、脱気したのち、窒素による吹きつ
けを行なつた。得られた樹脂は分析によると
0.5ppmの抽出しうる弗化物イオン及び1つより
少ない酸フルオリド弗化物末端基/炭素数100万
を有し、−CONH2又は−CF2−CH2OH基は検出
されなかつた。 上記で得られた樹脂200gを、直径10cm(4イ
ンチ)シリコンウエハーの半分と共に、500mlの
ポリメチルペンテンの広口ビンの中に入れた。72
時間の後に、酸化物層を反応及び弗化物結合の生
成に関して、ウエハーをESCAで分析した。酸化
物層の劣化及び弗素は検知されなかつた。 比較例 A 実施例1に用いたものと同様の押上し機でペレ
ツトにした共重合体(MV=3×104ポイズ、
PPVE含量=3.1重量%)1.36Kgを上述のように
285〜290℃の空気炉中で3時間処理した。共重合
体は弗素化しなかつた。得られた重合体は、分析
によると39ppmの抽出しうる弗化物イオンと炭素
数100万当り138の酸フルオリド末端基を含有し
た。 上記で得られた樹脂を、直径10cm(4インチ)
の3個のシリンコウエハーと共に、密閉されたポ
リプロピレン箱中に168時間置いた。ESCA分析
は、ウエハー表面上の酸化物層が完全に除去され
たこと(即ち、検知しうるSi−O結合が全くない
こと)及びウエハー表面における弗素含量が2.4
%であることを示した。 実施例 3 実施例1に用いたものと同様の共重合体試料
(MV=3.5×104ポイズ、PPVE含量3.4重量%)
49.5Kgを弗素化器(反応器容量=68.5)に仕込
んだ。この容器と内容物に窒素を吹きつけ、210
℃まで加熱した。この反応器を0.1気圧にまで脱
気し、次いで窒素中弗素の10モル%混合物を用い
て1気圧までにした。この混合物を、元の圧力を
1気圧にするものを含めて全量で247.5gの弗素
が6時間の容器に添加されるように供給した。6
時間の終りに、弗素混合物を止め、容器を0.1気
圧にまで脱気したのち、実施例1と同様に窒素に
よる吹きつけを行なつた。15分の吹きつけ後に殿
粉/ヨウ化物試験は陰性になつた。 得られた重合体は分析によると炭素数100万当
り5つの酸フルオリド末端基を有し、また−
CONH2又は−CF2CH2OH基が検知されず、
3ppmの抽出しうる弗化物イオンを有した。 上記で得られた樹脂200gを、直径10cm(4イ
ンチ)のシリンコンウエハーの半分と共に、500
mlのポリメチルペンテン広口ビンの中に入れた。
ピンに栓をしたままで72時間放置したのち、シリ
コンウエハーのESCAで分析した。酸化物層には
検知され得るほどの変化がなく、ただ表面上の弗
素結合を形成する反応が表面層の原子組成の0.6
%に相当する量で検知されたにすぎなかつた。 比較例 B 本実施例で用いる共重合体は、過硫酸アンモニ
ウム開始剤、炭酸アンモニウム緩衝剤、パーフル
オルオクタン酸アンモニウム分散剤及びエタン連
鎖移動剤を用いる水性重合法によつてTFE/
PAVE共重合体を製造する方法を教示する米国特
許第3635926号に従つて製造した。70の−
CONH2末端基を含むテトラフルオルエチレン/
パーフルオルプロピルビニルエーテルの不規則な
粒体形状の試料(MV=3.1×104ポイズ、PPVE
含量=3.3%)200Kgを英国特許第1210794号に記
述された条件(250℃で2時間、弗素圧36psig)
に従つて弗素化した。得られた重合体粒子は炭素
数100万当り2つの酸フルオリド末端基、10ppm
の残存アミド末端基、及び4000ppmよりも多い抽
出しうる弗化物イオンを示した。 上記で得られた樹脂に、実施例3と同様にし
て、直径10cm(4インチ)のシリコンウエハーの
半分を曝露した。この曝露されたウエハーに対す
るESCA分析は、ウエハーの表面上に弗素結合を
形成する反応が表面層の原子組成の1.7%に相当
する量で起つたこと及びSi−O結合の約90%が除
去されたことを示した。これは、樹脂が多すぎる
量の抽出しうる弗化物イオンを含んでいることの
証明である。 実施例1〜3並びに比較例A及びBにおける試
験の結果を一括して、供試樹脂の特性と共に表示
すれば、下記の第1表の通りである。
素数1〜12のパーフルオルアルキル基であり、−
Rf−は鎖の各端に結合原子価のある炭素数1〜
12のパーフルオルアルキレンジラジカルであり、
そしてXはH又はClであり;そしてR2は−Rf又
は−Rf−Xである] によつて表わされる。特別なそのような共重合し
うる弗素化されたエチレン性不飽和共単量体はヘ
キサフルオルプロピレン、3,3,3−トルフル
オルプロピレン−1,3,3,4,4,5,5,
6,6,6−ノナフルオルヘキセン−1を含む。 上述の不安定な末端基は重合体粒子の弗素での
処理によつて実質的に除去しうる。この弗素化は
種々の弗素ラジカルを発生する化合物を用いて行
ないうるが、好ましくは重合体粒子を弗素ガスと
接触させる。その弗素との反応は非常に発熱であ
るから、弗素を窒素のような不活性ガスで希釈す
ることが好適である。反応条件は相互に密接に関
係がある。1つずつの条件は厳密でなく、条件の
間の関係が重要である。高温を用いる場合にはよ
り短い反応時間が使用でき、その逆も可能であ
る。同様に高圧を用いる場合、反応温度と時間は
減少させうる。弗素/不活性ガス混合物中の弗素
量は1〜100容量%であつてよいが、好ましくは
純弗素での処理がより危険であるから10〜25%で
ある。温度は150〜250℃、好ましくは200〜250℃
であつてよく、弗素化時間は4〜16時間、好まし
くは8〜12時間でありうる。重合体粒子を撹拌し
て新しい表面を連続的に露出させることは好適で
ある。弗素化中のガス圧は1〜10気圧絶対圧の範
囲であるが、好ましくは大気圧が使用される。反
応器を大気圧で用いる場合、弗素/不活性ガス混
合物を反応器中へ連続的に通過させることが簡便
である。不安定な末端は−CF3末端に転化され
る。 弗素化工程に対して弗素濃度と反応時間の組合
せを表現する他の手段は、重合体ポンド当りの弗
素の添加量を定義することである。適用しうる値
の範囲は重合体Kg当り弗素1.8〜5.1g、望ましく
は2.4〜3.3g/Kgである。これらの値は反応の開
始時に0.1〜1気圧で反応器のもたらす弗素の量
を含む。 弗素化に供される重合体粒子はいずれかの粒状
形、例えば粉末、フレーク、ペレツト、立方体又
はビーズの形であつてよい。勘弁のために粒子の
寸法は5mmの辺長又は直径を越えるべきでない。 重合体粒子を所望の時間弗素に露呈した後、重
合体粒子を、抽出可能な弗化物イオンの量が重量
で3ppm又はそれ以下になるまて、不活性な、即
ち共重合体粒子にとつて不活性なガス例えば窒素
流に供する。一般にこの吹きつけ(sparge)工
程においては、反応容器を好ましくは0.1気圧ま
で脱気し、続いて不活性な吹きつけガスを添加す
る。吹きつけ完結する最小時間は流出する吹きつ
けガスを殿粉/ヨウ化物溶液と接触させる、普通
バイブリングさせることにより或いは殿粉/ヨウ
化物紙上を通過させることにより規定される。指
示薬の発色がなければ流出ガス中に弗素のないこ
とがわかる。一般に1〜4時間の吹きつけが適当
である。 弗素化及び吹きつけ条件は、処理後に共重合体
が重合体鎖の炭素数106当り6つより少ない−
CF2CH2OH、−CONH2及び−COFの末端基を含
み、また共重合体粒子が重量で3ppm又はそれ以
下の抽出可能な弗化物イオン含量を有するような
ものである。 前述の不安定末端基のうちで−COFは安定な
−CF3基へ転化するのに最も困難なものである。
それが転化したならば、他のものも転化している
ことが確実である。 得られる共重合体は珪素、酸化珪素及び他の金
属に対する腐食性が低く、珪素を基体とする材料
のための容器を作るのに有用である。 試験法 末端基分析 薄いフイルム(0.25〜0.30mm)を、加熱した平
板プレスを用いて350℃で成形した。このフイル
ムをニコレツト(Nicolet)5DX型フーリエ変換
赤外分光器で掃引した。用いたすべての運転条件
は、変換を行なう前に集積された掃引数を除いて
ニコレツト制御ソフトウエアにおいてデフオール
ト・セツテイング(default setting)として与え
られているものであつた(40回掃引/デフオー
ル・モードにおいて10回掃引)。 同様に分析すべき末端基を全然有さないことが
知られている参照材料のフイルムを成形し、掃引
した。そしてソフトウエアの相互消去モードを用
いて参照材料の吸収スペクトルを試料の吸収から
消去した。4.25μmの−CF2倍音吸収帯を用いて、
相互消去中の試料と参照材料の間の厚さの差を相
殺した。2つの範囲5.13〜5.88μm(1950〜1700
cm-1)及び2.70〜3.45μm(3700〜2900cm-1)にお
けるスペクトルの違いは反応性末端基による吸収
を表わす。 腐食に対する主たる興味は、容易に酸化されて
HF及び酸フルオリド末端基を生成するカルビノ
ール末端基と酸フルオリド基である。炭素数100
万当りの末端基を計算するための補正係数をモデ
ル化合物の吸収から決定した。下表は方程式: 末端基/炭素数106=吸収+CF/フイルム の厚さmmによつて末端基を決定するための波長と
係数を表わす。末端基 波長 補正係数(CF) −COF 5.31μm 440 −CH2OH 2.75μm 2300 −CONH2 2.91μm 460 パーフルオルプロピルビニルエーテル(PPVE)
含量の決定 本明細書に記述される溶融加工しうるTFE/
PPVE中のPPVE含量も赤外分光法で決定した。
10.07μmでの吸収と4.25μmでのそれとの比を、
厚さ約0.05mmのフイルムを用いて窒素雰囲気下に
決定した。このフイルムを350℃で圧縮成形し、
次いで直ぐに氷水中で急冷した。次いでこの吸収
の比を用いて、公知のPPVE含量の参照フイルム
で作つた補正曲線からPPVEのパーセントを決定
した。参照フイルムを補正するために主基準とし
ては 19F NMRを用いた。 抽出しうる弗化物イオンの含量 試験すべき試料(ペレツト、ビーズ、薄片な
ど)10gをポリエチレンのビンに入れた。メタノ
ール/水(容量比1:1)の混合物10mlを添加
し、オリオン(Orion)94−09−09全イオン強度
調節緩衝(普通弗化物の特異的なイオンの測定に
使用される)10mlを添加した。混合物のメタノー
ル部分は抽出を加速するために必要であつた。混
合物を短期間撹拌し、24時間放置した。弗化物イ
オンの濃度を、適当に補正した特別な弗化物イオ
ン電極(オリオン96−90−00)を用いて試料混合
物から直接決定した。抽出溶液1ml当り0.05〜
50μgの範囲の弗化物イオンの補正は重合体試料
中の重量で0.1〜100ppmの範囲の濃度を分析する
のに適当であつた。 殿粉/ヨウ化物試験 吹きつけガスをヨウ化カリウム/殿粉紙[フイ
ツシヤー・サイエンテイフイツク社の試験紙を用
いた]上に通過させた。試験紙に色のつかない場
合はガス中に弗素のないことを示す。 実施例 これらの実施例で用いるテトラフルオルエチレ
ン/パーフルオルプロピルビニルエーテル共重合
体(TFE/PAVE)は一般に米国特許第3642742
号[カールソン(Carlson)]に従つて製造した。
この特許はTFE/PPVE共重合体をF−113(1,
1,2−トリクロル−1,2,2−トリフルオル
エタン)溶媒中でパーフルオルプロピルオニルパ
ーオキサイド開始剤及び連鎖移動剤としてのメタ
ノールを用いて製造する方法を教示している。 実施例 1 押出したペレツト(平均寸法約3mm)のテトラ
フルオルエチレン/パーフルオル(プロピルビニ
ル)エーテル(PPVE)共重合体(溶融粘度4.1
×104ポイズ及びPPVE含量3.4重量%)66.3Kgを
ダブルコーン型混合機/反応器の弗素化装置中へ
仕込んだ。反応器の容量は425であつた。混合
機とのその内容物を窒素でパージし、次いで0.1
気圧に脱気した。温度を樹脂床中の熱電対で測定
して200℃まで上昇させ、圧力を窒素ガス混合物
中25モル%弗素の添加によつて1.0気圧(絶対圧)
まで上昇させた。このガス混合物を8時間流し続
け、この時点で弗素1480gの全量を樹脂中に通過
させた。次いで熱を切り、容器を0.1気圧まで脱
気した。大気圧での窒素吹きつけを開始し、殿
粉/ヨウ化物試験が陰性になるまで(約1時間)
継続させた。この時点で温度を30℃まで冷却し、
重合体を取出した。 得られた試験は、分析によると0.8ppmの抽出
しうる弗化物イオン及び5つの酸フルオリド末端
基(−COF)/炭素数100万を有し、 −CONH2又は−CH2−CH2−OH基は検出でき
なかつた(1以下)。 上記で得られた樹脂200gを、アウレル
(Aurel)社製の直径10cm(4インチ)のシリコ
ンウエハーの半分と供に、500mlのポリメチルペ
ンテン容器(これは試験条件下で不活性な容器で
ある)に入れた。72時間の後に、ウエハーを弗化
物及び酸化物層に関してESCA(Electron
Spectroscopy for Chemical Analysis)で分析
した。酸化物層への影響は検知されず、弗素原子
の僅かな生成しか検知されなかつた。 実施例 2 実施例1で用いたものと同様の共重合体試料
(MV=4.9×104ポイズ、PPVE含量=3重量%)
454Kgを、弗素/窒素ガス中の弗素濃度が10モル
%であり、反応器温度が200℃であり、そして反
応時間が15時間である以外実施例1と同様に脱気
し、弗素化し、脱気したのち、窒素による吹きつ
けを行なつた。得られた樹脂は分析によると
0.5ppmの抽出しうる弗化物イオン及び1つより
少ない酸フルオリド弗化物末端基/炭素数100万
を有し、−CONH2又は−CF2−CH2OH基は検出
されなかつた。 上記で得られた樹脂200gを、直径10cm(4イ
ンチ)シリコンウエハーの半分と共に、500mlの
ポリメチルペンテンの広口ビンの中に入れた。72
時間の後に、酸化物層を反応及び弗化物結合の生
成に関して、ウエハーをESCAで分析した。酸化
物層の劣化及び弗素は検知されなかつた。 比較例 A 実施例1に用いたものと同様の押上し機でペレ
ツトにした共重合体(MV=3×104ポイズ、
PPVE含量=3.1重量%)1.36Kgを上述のように
285〜290℃の空気炉中で3時間処理した。共重合
体は弗素化しなかつた。得られた重合体は、分析
によると39ppmの抽出しうる弗化物イオンと炭素
数100万当り138の酸フルオリド末端基を含有し
た。 上記で得られた樹脂を、直径10cm(4インチ)
の3個のシリンコウエハーと共に、密閉されたポ
リプロピレン箱中に168時間置いた。ESCA分析
は、ウエハー表面上の酸化物層が完全に除去され
たこと(即ち、検知しうるSi−O結合が全くない
こと)及びウエハー表面における弗素含量が2.4
%であることを示した。 実施例 3 実施例1に用いたものと同様の共重合体試料
(MV=3.5×104ポイズ、PPVE含量3.4重量%)
49.5Kgを弗素化器(反応器容量=68.5)に仕込
んだ。この容器と内容物に窒素を吹きつけ、210
℃まで加熱した。この反応器を0.1気圧にまで脱
気し、次いで窒素中弗素の10モル%混合物を用い
て1気圧までにした。この混合物を、元の圧力を
1気圧にするものを含めて全量で247.5gの弗素
が6時間の容器に添加されるように供給した。6
時間の終りに、弗素混合物を止め、容器を0.1気
圧にまで脱気したのち、実施例1と同様に窒素に
よる吹きつけを行なつた。15分の吹きつけ後に殿
粉/ヨウ化物試験は陰性になつた。 得られた重合体は分析によると炭素数100万当
り5つの酸フルオリド末端基を有し、また−
CONH2又は−CF2CH2OH基が検知されず、
3ppmの抽出しうる弗化物イオンを有した。 上記で得られた樹脂200gを、直径10cm(4イ
ンチ)のシリンコンウエハーの半分と共に、500
mlのポリメチルペンテン広口ビンの中に入れた。
ピンに栓をしたままで72時間放置したのち、シリ
コンウエハーのESCAで分析した。酸化物層には
検知され得るほどの変化がなく、ただ表面上の弗
素結合を形成する反応が表面層の原子組成の0.6
%に相当する量で検知されたにすぎなかつた。 比較例 B 本実施例で用いる共重合体は、過硫酸アンモニ
ウム開始剤、炭酸アンモニウム緩衝剤、パーフル
オルオクタン酸アンモニウム分散剤及びエタン連
鎖移動剤を用いる水性重合法によつてTFE/
PAVE共重合体を製造する方法を教示する米国特
許第3635926号に従つて製造した。70の−
CONH2末端基を含むテトラフルオルエチレン/
パーフルオルプロピルビニルエーテルの不規則な
粒体形状の試料(MV=3.1×104ポイズ、PPVE
含量=3.3%)200Kgを英国特許第1210794号に記
述された条件(250℃で2時間、弗素圧36psig)
に従つて弗素化した。得られた重合体粒子は炭素
数100万当り2つの酸フルオリド末端基、10ppm
の残存アミド末端基、及び4000ppmよりも多い抽
出しうる弗化物イオンを示した。 上記で得られた樹脂に、実施例3と同様にし
て、直径10cm(4インチ)のシリコンウエハーの
半分を曝露した。この曝露されたウエハーに対す
るESCA分析は、ウエハーの表面上に弗素結合を
形成する反応が表面層の原子組成の1.7%に相当
する量で起つたこと及びSi−O結合の約90%が除
去されたことを示した。これは、樹脂が多すぎる
量の抽出しうる弗化物イオンを含んでいることの
証明である。 実施例1〜3並びに比較例A及びBにおける試
験の結果を一括して、供試樹脂の特性と共に表示
すれば、下記の第1表の通りである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 90〜99重量%の式−CF2CF2−で表わされる
反復単位及び1〜10重量%の式 −CF(ORf)−CF2− [式中、Rfば炭素数1〜8のパーフルオルアル
キル基である] で表わされる少なくとも1種の反復単位から本質
的に成る溶融加工可能な非弾性テトラフルオルエ
チレン共重合体の粒子であつて、 (a) 372℃における溶融粘度が107ポイズ以下であ
ること、 (b) 該共重合体中の末端基−CF2CH2OH、−
CONH2及び−COFが炭素数106当り6つより
少ないこと、及び (c) 抽出しうる弗化物イオンを重量で3ppm又は
それ以下しか含んでいないこと、 を特徴とする粒子。 2 パーフルオル(アルキルビニル)エーテル反
復単位がn−パーフルオル(アルキビニル)エー
テル反復単位である特許請求の範囲第1項記載の
粒子。 3 エーテルがパーフルオル(プロピルビニル)
エーテルである特許請求の範囲第2項記載の粒
子。 4 パーフルオル(プロピルビニル)エーテル反
復単位の含有量が2〜4重量%である特許請求の
範囲第3項記載の粒子。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/789,893 US4743658A (en) | 1985-10-21 | 1985-10-21 | Stable tetrafluoroethylene copolymers |
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JP2256790A Division JPH0830097B2 (ja) | 1985-10-21 | 1990-09-26 | 安定なテトラフルオルエチレン共重合体粒子の製造法 |
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---|---|
JPS62104822A JPS62104822A (ja) | 1987-05-15 |
JPH0483B2 true JPH0483B2 (ja) | 1992-01-06 |
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---|---|---|---|
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JP2256791A Pending JPH03247609A (ja) | 1985-10-21 | 1990-09-26 | 安定なテトラフルオルエチレン共重合体 |
JP2256790A Expired - Lifetime JPH0830097B2 (ja) | 1985-10-21 | 1990-09-26 | 安定なテトラフルオルエチレン共重合体粒子の製造法 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2256791A Pending JPH03247609A (ja) | 1985-10-21 | 1990-09-26 | 安定なテトラフルオルエチレン共重合体 |
JP2256790A Expired - Lifetime JPH0830097B2 (ja) | 1985-10-21 | 1990-09-26 | 安定なテトラフルオルエチレン共重合体粒子の製造法 |
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