JPH06346017A - フッ素樹脂粉末分散液 - Google Patents
フッ素樹脂粉末分散液Info
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- JPH06346017A JPH06346017A JP5156378A JP15637893A JPH06346017A JP H06346017 A JPH06346017 A JP H06346017A JP 5156378 A JP5156378 A JP 5156378A JP 15637893 A JP15637893 A JP 15637893A JP H06346017 A JPH06346017 A JP H06346017A
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Abstract
で、垂直面に対しても塗膜が脱落せず、厚膜のフッソ樹
脂加工ができるフッ素樹脂粉末分散液の提供。 【構成】 分散液に基づいて5〜50容量%の平均粒径5
〜300 μm、空隙率0.74以下でかつ全表面積10m2/cm3以
下の熱流動性フッ素樹脂粉末と、表面張力45ダイン/cm
以下の液体分散媒からなるフッ素樹脂粉末分散液におい
て、沸点が150〜340 ℃の有機液体を熱流動性フッ素樹
脂粉末に対して10〜45wt%含有することを特徴とするフ
ッ素樹脂粉末分散液。上記分散液に(a) 平均粒径0.5 μ
m以下の熱流動性フッ素樹脂微粒子を平均粒径5〜300
μmの熱流動性フッ素樹脂粉末に対して40wt%以下およ
び/または(b)繊維長さが20μm以上でアスペクト比が
2以上の繊維状耐熱性充填材を全固形分に対して65vol%
以下含有させることにより更に効果が増大する。
Description
ッ素樹脂粉末分散液に関し、更に詳しくは分散液の不可
逆的な凝固がなく、極めて厚い塗膜を形成できるフッ素
樹脂粉末分散液に関する。
着性、耐熱性、低摩擦係数、電気絶縁性などの性質を持
っており、且つピンホールのない被膜を形成できるため
塗料として利用されている。このような塗装用途に使用
される熱流動性フッ素樹脂としては、例えばテトラフル
オロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルと
の共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレンとヘキ
サフルオロプロピレンとの共重合体(FEP)、テトラ
フルオロエチレンとエチレンとの共重合体(ETFE)
などがある。これらの樹脂は、水や有機液体に不溶であ
るので溶液型の塗料として利用することができない。そ
のため例えば、粉体塗料による静電塗装(特公昭54-186
90)あるいは界面活性剤で安定化された水分散液(特公
平1-25506)や有機液体分散液(特公昭48-33021)など
の分散液による吹き付け、浸漬、流し掛けなどの手段で
被塗装物上に塗布したのち、加熱溶融処理して塗膜を形
成している。
は通常50〜100μm程度であり、一方分散液塗料で
は通常20μmの塗膜が得られる。しかし、この程度の
厚みでは防食用途には充分な厚みとは言えず、より厚い
塗膜を形成することが可能な塗料の開発が望まれてい
た。
るため先に表面張力45ダイン/cm以下の液体分散媒
に平均粒径2〜300μm、空隙率0. 74以下の熱流
動性含フッ素樹脂粉末を含有してなる厚膜塗装用弗素樹
脂分散液を提案した(特公昭57-15607)。この提案によ
り、塗装面が水平であれば500μmの厚膜であっても
形成することが可能となったが、垂直面等の場合にはフ
ッ素樹脂粉末が塗装面から脱落してしまうという問題が
あった。
性が必要となる用途では、その性能がほぼその膜の厚さ
に依存するため厚膜を形成できる塗料組成物及びその塗
装方法が望まれている。
る有機液体を含有させることにより、分散液中の熱流動
性フッ素樹脂粉末が膜形成の為の焼成熱により溶融し粉
末同士が融着し始めるまでこれらに保持され脱落せずに
厚膜形成が可能になり、更に該分散液に平均粒径0. 5
μm以下の熱流動性フッ素樹脂微粒子や、繊維長さが2
0μm以上でアスペクト比が2以上の繊維状耐熱性充填
材を含有させるとその効果は一段と向上することを見出
した。
を用いた一回の膜形成工程で防食性能に優れた100〜
1500μmの厚塗り塗装加工が垂直面等においても可
能であるフッ樹脂粉末分散液を提供することである。
液に基づいて5〜50容量%の平均粒径5〜300μ
m、空隙率0. 74以下でかつ全表面積10m2 /cm
3 以下の熱流動性フッ素樹脂粉末と、表面張力45ダイ
ン/cm以下の液体分散媒からなるフッ素樹脂粉末分散
液において、沸点が150〜340℃の有機液体を熱流
動性フッ素樹脂粉末に対して10〜45重量%含有する
ことを特徴とするフッ素樹脂粉末分散液である。
(a) 平均粒径0. 5μm以下の熱流動性フッ素樹脂微粒
子を平均粒径5〜300μmの熱流動性フッ素樹脂粉末
に対して40重量%以下および/または(b) 繊維長さが
20μm以上でアスペクト比が2以上の繊維状耐熱性充
填材を全固形分に対して65容量%以下を含有するフッ
素樹脂粉末分散液を包含する。
動性フッ素樹脂は、テトラフルオロエチレンと他のコモ
ノマーからなる融点以上の温度で溶融液化して流動性を
示す共重合体であり、例えばテトラフルオロエチレンと
ペルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体(P
FA)、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロ
ピレンとの共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレ
ンとエチレンとの共重合体(ETFE)などを挙げるこ
とができる。
樹脂粉末の平均粒径は5〜300μm、空隙率は0. 7
4以下、特に好ましい空隙率は0. 34〜0. 65であ
り、かつ全表面積10m2 /cm3 以下である。空隙率
が0. 74より大きくなると、塗膜にクラックが発生し
易くなったり、表面平滑性が失われやすくなる。なお、
本発明でいう空隙率とは、粉体層中の空間の体積を示す
ものであって下記の式によって表される。 空隙率=1−(粉末の見かけ比重/粉末を構成する物質
の真比重)
る熱流動性フッ素樹脂粉末は、分散媒中に分散させるた
めに撹拌されたりスプレーにより噴霧された時に破砕さ
れにくく、また同粉末が分散媒中で沈降分離した際には
撹拌によって容易に再分散が可能である特性を有してい
る。破砕された場合にはクラックや凹凸な膜の原因とな
り、また再分散が悪い場合には一定の濃度の分散液を得
ることが困難となるため結果として一定の厚みの塗膜を
形成することができない。
当りの該樹脂粉末の全表面積(単位:m2 /cm3 )を
表すものであって、下記の式によって求める事が出来
る。 全表面積=粉末1g当りの全表面積×樹脂の比重 なお粉末1g当たりの全表面積はBET法によって測定
される。
率0. 74以下、かつ全表面積10m2 /cm3 以下の
熱流動性フッ素樹脂粉末は、例えば特公昭53−112
96に記載されているように、前記共重合体粉末をガス
流と共に該共重合体の融点以上の温度に維持された雰囲
気を有する焼成室内に、個々の粒子が実質的に融着しな
い状態で噴霧することによって製造することができる。
また特開平4−202329記載のようにコロイダル粒
子を凝集させた後、半融させ粉砕することによっても製
造可能である。
有される樹脂粉末の平均粒径が300μmを越えると、
形成される塗膜にピンホールが発生する傾向があり、ま
た5μm未満の場合には、厚膜形成の場合に膜表面にク
ラックが発生し易くなる傾向があるので、分散質である
熱流動性フッ素樹脂粉末の平均粒径は5〜300μmと
なる粉末をえらぶべきである。
平均粒子径が5〜300μmの熱流動性フッ素樹脂粉末
を分散液に基づいて5〜50容量%含有しているもので
ある。樹脂濃度が50容量%以上である場合には分散液
の流動性が悪いため、例えば塗装用途においては、流し
掛け塗装とか浸漬塗装に際して均一な塗膜にする事が困
難となり、また吹き付け塗装の場合には吹き付け圧力を
高くする必要があり好ましくない。また樹脂濃度が5容
量%以下の場合には厚膜が形成しにくく、またフッ素樹
脂粉末分散液の使用量が多くなり、乾燥時間も多大にな
るため経済性から好ましくない。
45ダイン/cm以下である。さらに多成分の分散媒を
使用する場合においては分散媒が互いに相溶性を有し且
つその混合分散媒の表面張力が45ダイン/cm以下で
あることが必要である。表面張力が45ダイン/cmを
こえると本発明の粉末を充分に濡らす事ができないた
め、不安定な分散液となる。
としては、例えばヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水
素、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素類、メタノ
ール、エタノール、イソプロパノール、t−ブタノール
等のアルコール類、アセトン、MEK等のケトン類及び
これらの混合物があげられる。
は、上記分散媒のほかに更に沸点が150〜340℃の
有機液体を添加混合して調製されることが必要である。
沸点が150〜340℃の有機液体(以下高沸点有機液
体と呼ぶことがある)としては、例えばエチレングリコ
ール、ジエチレングリコール、グリセリン、ポリエチレ
ングリコール、グリコールエーテル、N- メチルピロリ
ドン、イソブチルベンゼン、トリエタノールアミン、灯
油等及びこれらの混合物があげられる。
の昇温工程でも樹脂粉末粒子間に含有され、液体状の架
橋剤として作用して、塗装基材からの樹脂粉末の脱落を
防止し、焼成後は塗膜に残留しないので高品質のフッ素
樹脂塗膜が得られる。沸点が150℃以下の分散媒のみ
を使用した場合は樹脂粉末の脱落が起こり、340℃以
上の分散媒を使用した場合は発泡や着色が起こり、好ま
しくない。
は熱流動性フッ素樹脂粉末の分散液の濃度、分散媒の種
類、目的とする塗膜厚み、乾燥・焼成の昇温速度等によ
って変化するが熱流動性フッ素樹脂粉末に対して10〜
45重量%とする。10重量%以下では乾燥・ 焼成途中
で粉末が脱落しやすく、45重量%以上では膜形成が出
来ないことがある。
媒及びこれと混合使用される高沸点有機液体としては水
又は水溶性の有機液体を用いることが好ましく、このよ
うな液体分散媒の具体例としてはエタノール、イソプロ
パノール、t−ブタノール等のアルコール類、そして高
沸点有機液体としてエチレングリコール、グリセリン、
ポリエチレングリコール及びこれらの混合物が好まし
い。水の比が多くなると塗膜形成効率が悪くなるので作
業目的、目的膜厚等を考慮して混合比を決定すべきであ
る。
均粒径0. 5μm以下の熱流動性フッ素樹脂微粒子(以
下熱流動性フッ素樹脂微粒子とよぶことがある)を含有
する。平均粒径0. 5μm以下である熱流動性フッ素樹
脂微粒子は、塗装面を形成する平均粒径5〜300μm
熱流動性フッ素樹脂粉末よりもその熱融着開始温度が高
くないものであることが望ましい。つまり平均粒径5〜
300μmの熱流動性フッ素樹脂がPFAの場合にはP
FA,FEPもしくはETFEが、FEPの場合にはF
EPもしくはETFEが適当であるが、より好ましくは
平均粒径5〜300μmの熱流動性フッ素樹脂粉末と同
じ樹脂である。同樹脂であっても平均粒子径が0. 5μ
m以下の熱流動性フッ素樹脂粒子は、乾燥から焼成の段
階で平均粒径5〜300μmの熱流動性フッ素樹脂粉末
よりも先に溶融して膜形成に効果がある。
には、乳化重合によって得られる水分散液を利用でき
る。熱流動性フッ素樹脂微粒子の平均粒子径が0. 5μ
m以上であると平均粒径5〜300μmの熱流動性フッ
素樹脂粉末同志を融着する効果が小さい。
粒径5〜300μmの熱流動性フッ素樹脂粉末に対して
40重量%以下が好ましい。40重量%以上では特にP
FAに対してFEPを用いた時に膜中の発泡や表面平滑
性に劣る他マッドクラックの原因となる。
塗装面より脱落せずに良好な被膜を形成するため、本発
明においてはフッ素樹脂粉末分散液に、繊維長さが20
μm以上でアスペクト比が2以上である繊維状耐熱性充
填材を添加することができる。これは粒径の大きな熱流
動性フッ素樹脂粉末とこの充填材が絡みあって膜の脱離
防止効果を示し、また膜形成中においても基材と樹脂と
の熱膨張や熱収縮の差によって生じる歪を緩和するもの
と考えられる。繊維長さが20μm以下でアスペクト比
が2以下では膜の脱離防止効果が少ない。その含有量は
熱流動性フッ素樹脂粉末と充填材を含めた全固形分に対
して65容量%以下が望ましい。65容量%以上では空
隙が多く均一な膜になりにくい。繊維として具体的には
ガラス、カーボン、ロックウール、セラミックその他チ
タン酸カリのウィスカーなどの無機繊維及びアラミド繊
維などの有機繊維があげられる。
るいは前記熱流動性フッ素樹脂微粒子と併用して用いる
こともできる。
維状充填剤以外にも充填剤を含有することができる。こ
のような充填剤は、例えば,金属粉,金属酸化物、ガラ
スビーズ、セラミックス、炭化珪素、カーボンブラッ
ク,グラファイトの無機物やPPS、PEEK、アラミ
ド、" エコノール" (芳香族ポリエステル)の耐熱性プ
ラスチック等をあげることができる。これらは上記繊維
状耐熱性充填剤とともに、あるいはこの充填剤のみを配
合することができるが、これらは少なくとも200℃以
上、好ましくは300℃以上の耐熱性を有し、その他熱
流動性フッ素樹脂粉末の分解を促進しないことが望まし
い。またフッ素樹脂粉末の熱分解に基づく塗膜の発泡を
抑えるためには、平均粒径20μm以下のPPSを0.
01〜1wt% 含有すると有効である。
を分散媒と混合するときに充填材を導入して得られる。
特に着色を目的とする顔料は、従来の分散液のように界
面活性剤を使用していないので焼成後もその残留がなく
発色が鮮やかである。また、塗装膜に導電性を与えるた
めにカーボンブラック、グラファイト、その他金属や金
属酸化物などの導電性物質を添加した場合にも少量の添
加混合で機能が発揮される。
した時に薄すぎて液タレが発生したり濃すぎて凹凸にな
らないよう、ザーンカップNo. 4(東洋精機製)で8
〜14sec 程度が好ましい。
散液は、充填材の種類とか添加量の選択あるいは他の充
填材入り塗料を重ね塗りすることや傾斜型塗装を行うこ
とによって防食・非粘着・耐摩耗・電気絶縁用途などを
目的とした加工に適している。たとえば防食用途では、
反応槽、撹拌翼、バッフル、熱交換パイプ、耐摩耗用途
では、ホッパー、シューター、コンプレッサーロータ
ー、製紙ロール、離型金型、摺動材、電気絶縁用途で
は、電極等がある。
する。なお実施例において使用した樹脂、分散剤等の原
料、塗膜形成試験方法及び塗膜の物性評価方法等は以下
のとおりである。
ッ素樹脂微粒子
製、マイクロトラック粒度分析計model 7991-01 により
測定。 (b) 平均粒径0. 5μm以下の樹脂微粒子: 濁度法:島津マルチパーパス自己分光光度計(ハロゲン
ランプ)により測定。 (2)全表面積: 全表面積=粉末1g当たりの全表面積×樹脂の比重 粉末1g当たりの全表面積はBET法により測定。
フッ素樹脂粉末分散液をスプレーにて吹き付けて、膜厚
相当分塗装し、塗装面を45度下向きにして熱風強制循
環炉炉に入れ、下記表1及び表2に示した温度サイクル
で乾燥・焼成を行ない、膜を形成する。各温度において
の塗膜の形成及び脱離状態を観察した。
A乳化重合液を混合し、樹脂分としてPTFE:PFA
=1:1にした液を基材に7〜10μm塗装した後、こ
の上に上記方法でフッ素樹脂粉末分散液を塗装する。
判定した。 〇:所望厚みの塗膜が形成されたもの。 ×:樹脂粉末が乾燥中に脱落したため塗装膜は形成でき
なかったもの。
し、液の浸透による膜表面からの消失時間(B)と自然
乾燥時間(A)の比により、下記2段階で評価した。自
然乾燥時間(A)8〜9分に対してポーラス面は2〜3
秒で浸透する。 ×(細孔あり):B/A <1/2 〇(細孔なし):B/A >1/2
液を10ml入れて24時間室温にて静置した後、沈降
分を計測し、そして試験管を衝撃を与えながら上下にひ
っくり返し再分散させるのに必要な上下回数を記録す
る。
46表面積0. 7m2 /cm3 のETFE粉末10部と
t- ブタノール2. 5部、エタノール2. 5部、ポリエ
チレングリコール(PEG)1.5部及び水6部を混合
してフッ素樹脂粉末分散液を調製した。このフッ素樹脂
粉末分散液を下塗り処理なしで上記(2)の塗膜形成試
験方法に従ってステンレス板状に直接塗装及び焼成し、
形成された塗膜の物性を評価した。装膜の厚みは310
μmであり、IPAテストによる浸透もなく、膜表面平
滑性も優れていた。樹脂粉末分散液の処方及び塗膜物性
を表3に示した。
として、平均粒径45μm空隙率0. 47表面積0.4
m2 /cm3 のFEP粉末を、高沸点有機液体としてエ
チレングリコール及びグリセリンを使用し、また充填剤
としてPPSをFEP粉末に対し0.1重量%添加し、
表3に示す処方でフッ素樹脂粉末分散液を調製し、実施
例1と同様にして(2)の塗膜形成試験方法に従って塗
装及び焼成した。塗装膜の厚みは310〜320μmで
あり、膜表面平滑性も優れていた。結果を表3に示す。
て、平均粒径45μm空隙率0. 47表面積0.4m2
/cm3 のFEP粉末を使用し、繊維状充填材としてC
F100(呉羽化学(株)製カーボンファイバー)と充
填剤としてPPSを添加し、表3に示す処方でフッ素樹
脂粉末分散液を調製し、実施例1と同様にして塗装及び
焼成した。装膜の厚みは340μmであり、膜表面平滑
性も優れていた。結果を表3に示す。
て平均粒径28μm空隙率0. 64表面積0. 6m2 /
cm3 のPFA粉末を用い、更に熱流動性フッ素樹脂微
粒子としてFEP粒子を平均粒子径0. 20μmのFE
P28重量%水分散液として加え、充填剤としてPPS
を添加し、表3に示す処方でフッ素樹脂粉末分散液を調
製し、実施例1と同様にして塗装及び焼成した。塗装膜
の厚みは340μmであり、着色もなく膜表面平滑性も
優れていた。結果を表3に示す。
熱流動性フッ素樹脂微粒子として実施例5で用いたPF
A粉末及びFEP水分散液を用い、繊維状充填材として
CF100を添加し、表4に示す処方でフッ素樹脂粉末
分散液を調製し、実施例1と同様にして塗装及び焼成し
た。塗装膜の厚みは340μmであり、膜表面平滑性も
優れていた。結果を表4に示す。
て実施例1で用いたETFE粉末を用い、熱流動性フッ
素樹脂微粉末は添加せず、繊維状充填材(CF200)
及びPPSを添加し、表4に示す処方でフッ素樹脂粉末
分散液を調製し、実施例1と同様にして塗装及び焼成し
た。厚み530μmの表面平滑性の優れた塗装膜が得ら
れた。結果を表4に示す。
め下塗り処理された基材に、表4、5に示す処方で調製
された熱流動性フッ素樹脂粉末分散液をスプレーし約1
000,1500μmの厚みの膜を作成したが、いずれ
も優れた表面平滑性を有していた。結果を表4及び5に
示す。
5に示す処方で調製された熱流動性フッ素樹脂粉末分散
液を直接基材に1500μm厚みで塗装した。表面平滑
性に優れた塗装膜が得られた。結果を表5に示す。
施例1と同じ処方でフッ素樹脂粉末分散液を調製し、実
施例1と同様にして目標厚み300μmで塗装及び焼成
したが、フッ素樹脂粉末が乾燥中に脱落したため塗装膜
は形成できなかった。結果を表6に示す。
ない以外は実施例2と同じ処方でフッ素樹脂粉末分散液
を調製し、実施例2と同様にして目標厚み300μmで
塗装及び焼成したが、フッ素樹脂粉末が乾燥中に脱落し
たため塗装膜は形成できなかった。結果を表6に示す。
及び熱流動性フッ素樹脂粉末であるFEP粉末を添加し
ない以外は実施例5と同じ処方でフッ素樹脂粉末分散液
を調製し、目標厚み300μmで実施例5と同様にして
塗装及び焼成したが、フッ素樹脂粉末が乾燥中に脱落し
たため塗装膜は形成できなかった。結果を表6に示す。
て、実施例2で用いたと同じFEP粉末を使用し、表6
に示す処方でt- ブタノール、エタノールからなる分散
媒にグリセリンを多量に添加し、これにFEP粉末を分
散して分散液を調製し、実施例2と同様にして目標厚み
300μmで塗装及び焼成したが、フッ素樹脂粉末が乾
燥中に脱落したため塗装膜は形成できなかった。結果を
表6に示す。
ない以外は実施例4と同じ処方でフッ素樹脂粉末分散液
を調製し、実施例4と同様にして目標厚み300μmで
塗装及び焼成したが、フッ素樹脂粉末が乾燥中に脱落し
たため塗装膜は形成できなかった。結果を表7に示す。
施例5と同じ処方でフッ素樹脂粉末分散液を調製し、実
施例5と同様にして目標厚み300μmで塗装及び焼成
したが、フッ素樹脂粉末が乾燥中に脱落したため塗装膜
は形成できなかった。結果を表7に示す。
て、実施例9で用いたと同じPFA粉末(MP103)
を使用し、PEGを添加せず、表7に示す処方でt- ブ
タノール、エタノールからなる分散媒に分散してフッ素
樹脂粉末分散液を調製し、実施例9と同様にしてあらか
じめ下塗り処理された基材に目標厚み800μmで塗装
及び焼成したが、フッ素樹脂粉末が乾燥中に脱落したた
め塗装膜は形成できなかった。結果を表7に示す。
子(添加量は28重量%水分散液の重量) E:繊維状耐熱性充填材 F:その他の充填材
m3 のPFA粒子5gにノニオン系界面活性剤Trit
on−X100の0. 2%水溶液を加えて10mlと
し、フッ素樹脂粉末分散液を調製した。これと実施例1
及び5で得られたフッ素樹脂粉末分散液について分散安
定性試験を行ない、分散安定性を比較した。結果を表8
に示す。
は、分散液に特定の沸点を有する有機液体を含有させる
ことにより乾燥・焼成時における塗装用粉末の脱落を防
止し、厚い塗膜り形成が可能となった。またこのフッ素
樹脂粉末分散液に、 (a)平均粒径0. 5μm以下の熱流
動性フッ素樹脂微粒子および/または (b)繊維長さが2
0μm以上でアスペクト比が2以上の繊維状耐熱性充填
材を含有させることにより、その効果が一層顕著とな
る。この分散液を基材に塗装することにより化学プラン
ト、機械工業、電気工業において有用な防食性、非粘着
性、耐薬品性、耐摩耗性、電気絶縁性等を基材に与える
ことができる。
Claims (3)
- 【請求項1】 分散液に基づいて5〜50容量%の平均
粒径5〜300μm、空隙率0. 74以下でかつ全表面
積10m2 /cm3 以下の熱流動性フッ素樹脂粉末と、
表面張力45ダイン/cm以下の液体分散媒からなるフ
ッ素樹脂粉末分散液において、沸点が150〜340℃
の有機液体を熱流動性フッ素樹脂粉末に対して10〜4
5重量%含有することを特徴とするフッ素樹脂粉末分散
液。 - 【請求項2】 (a) 平均粒径0. 5μm以下の熱流動性
フッ素樹脂微粒子を平均粒径5〜300μmの熱流動性
フッ素樹脂粉末に対して40重量%以下および/または
(b) 繊維長さが20μm以上でアスペクト比が2以上の
繊維状耐熱性充填材を全固形分に対して65容量%以下
含有する請求項1記載のフッ素樹脂粉末分散液。 - 【請求項3】 分散媒が水及び水溶性有機液体よりなる
請求項1または2記載のフッ素樹脂粉末分散液。
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