JPH1077318A - エチレンフッ素含有コポリマー - Google Patents
エチレンフッ素含有コポリマーInfo
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Abstract
ポリマー。 【解決手段】 任意に 0.1〜10モル%量の第三コモノマ
ーが存在し、二次融解温度より約30℃高い温度で測定さ
れる剪断速度1sec-1で粘度102 〜105 Pa.secを有し、か
つ剪断速度範囲 1〜10sec-1における粘度Pa.secと剪断
速度sec-1の比として算出される200 より高い勾配を有
する剪断粘度/剪断速度の図の流動曲線を有し、10s -1
より高い剪断速度値の加工性帯を有する、ECTFE 及びET
FEタイプのエチレンフッ素含有コポリマー。
Description
度な機械的特性を有するエチレンフッ素含有コポリマー
に関する。フッ素含有コポリマーは、より詳しくはTFE
(テトラフルオロエチレン)とのエチレンコポリマー(ET
FE)、又はCTFE(クロロトリフルオロエチレン)とのエ
チレンコポリマー(ECTFE)である。ETCFE の市販品の名
称は、ハラール(Halar(登録商標))である。
(エチレン- クロロトリフルオロエチレン)、及び改変E
FTE(後述の改質剤参照)の改変及び非改変フッ素含有
コポリマーは、良好な機械的特性を有するが、溶融粘度
の減少(低分子量)に伴って劇的に壊変することが知ら
れている。現在、パイプ、シート及びケーブルに用いら
れるものよりも高分子量のこれらの生成物は、以下に詳
述するとおり、不幸にも一般に使用される従来の機械に
おいて処理できないために使用できない。該機械は、 1
〜10000sec-1、好ましくは 1〜1000sec-1の融解剪断速
度で作用することが知られている。
融粘度の異なる900 、300 及び500のタイプがある(メ
ルトフローインデックス(MFI))。900 のタイプは、非常
に高度な分子量(低MFI)を有することで特徴づけられ、
このために良好な機械的特性を有する。しかしながら、
これは約40sec-1より大きな剪断速度では処理されない
欠点があり、一般に 1〜20sec-1で利用される。実際
に、この剪断速度を越えたならば、製品はある種の粗さ
を示し、及び/又は溶融物は加工時に不安定で、製品を
得ることができない。したがって、これらの処理の生産
性は、非常に低い。
安定性がない、溶融流動曲線(剪断粘度/剪断速度)の
剪断速度範囲の領域又は加工性帯が定義される。一般
に、粘度は、コポリマーの二次融解温度より約30〜50℃
高い温度で測定される。さらに、ケーブルの製造が望ま
しい場合には、ケーブルのラインがより高度な剪断速
度、一般には100sec-1より高速で作動するために、900
グレードで得ることができない。
グレードの使用であった。 500グレードは、 900グレー
ドと比較すると粘度が非常に低く、 100〜500sec-1の加
工性領域を有する。しかし、機械的特性は、 900グレー
ドに対して特に高温で非常に低く、このためにケーブル
は良好な機械的特性を示さない。300グレードは 900〜5
00 の中間粘度を有し、このために 500グレードと比較
して優れた機械的特性を有するが、最適な特性プロフィ
ールを生じるのには十分ではない。さらに、加工性領域
が十分に広くなく、実際に最大60sec-1まで処理するこ
とができる。このため、これはケーブルには使用できな
い。
好な機械的特性を有する)が、500のタイプの帯に加工
性領域を有するグレードを利用可能にすることが望まし
い。これらの必要条件に合致し得る生成物は、市場には
ない。他方、 900グレードより優れた機械的特性が望ま
しい場合には、これは不可能である。 900グレードより
高分子量を有するものは、機械が作動する加工性範囲の
下限を移行する必要があるために、生成物の加工性領域
が狭いことによって生産性を減少させる。本願の例は、
非常に高度な性能、例えば高温の熱サイクルに付される
時でさえ良好な機械抵抗性を有するパイプ、及び熱成形
処理におけるシートの製造からなる。
ことに、特に高温、一般に 100〜200 ℃、好ましくは14
0〜180 ℃で優れた機械的特性と組合わさった良好な加
工性を有する生成物を得られる条件下でECTFE及びETFE
のエチレンフッ素含有コポリマーを合成できることを見
いだした。
ードの100sec-1より大きな剪断速度で可能であるが、 9
00グレードと類似か又はより優れている非常に高度な機
械的特性を有する。特にハラールケーブルをつくるため
には、温度275 ℃で測定される1sec-1の剪断速度で104
Pa.sec未満、好ましくは102 より大きな溶融粘度を有す
る本発明のコポリマーが用いられる。粘度は、一般にコ
ポリマーの二次融解温度より高い約30〜50℃の温度で測
定される。
の加工性は、 300グレードの60sec -1より低い剪断速度
で可能であるが、 900グレードより明らかに優れた機械
的特性を有する。特に、これらのハラール製品をつくる
ためには、温度 275℃で測定される1sec-1の剪断速度で
105 Pa.sec未満、好ましくは103 より高い溶融粘度を有
する本発明のコポリマーが用いられる。粘度は、一般に
コポリマーの二次融解温度より約30〜50℃高い温度で測
定される。
〜10モル%の 1以上のコモノマーの存在下で、二次融解
温度より約30〜50℃高い温度で測定される剪断速度1sec
-1で102 〜105 Pa.secの粘度を示し、剪断速度範囲 1〜
10sec-1における粘度Pa.secと剪断速度sec-1の比として
算出される200 より高い勾配を有する剪断粘度/剪断速
度の図の流動曲線(該曲線は、10s-1より高い、好まし
くは50sec-1より高い剪断速度値の加工性帯を有する)
を示す。
形態のタイプの分子量分布を示し、上記のように測定さ
れた粘度 1〜5.103 Pa.secの低分子量のポリマー画分を
含む。一般に、該低分子量画分は 5〜60重量%、好まし
くは30〜55重量%であり、残りの部分は高分子量を有
し、 100重量%を相補する対応量である。
/又は狭くてもよく、一方は低分子量、他方は高分子量
が優勢である異なる分子量のポリマーの同時存在を示
す。公知であるように、一般に本発明のポリマーの分子
量は、溶媒、例えば室温におけるメチルエチルケトン(M
EK)中のフッ素含有エチレンコポリマーの低溶解性のた
めに測定しにくい。したがって、分子量決定用のゲル濾
過クロマトグラフィー(GPC)は、利用できない。
ASTM D3835によって測定した。本発明のコポリマーの合
成に利用可能な方法は、ハラールの製造方法(例えば本
願出願人名のヨーロッパ特許第673952号及び673951号参
照)の改変、すなわち得られた全ポリマーに対し40〜95
重量%のコモノマーを重合し、次いで上述の低分子量画
分の製造用連鎖移動剤を添加することからなる。移動剤
のない重合相では、高分子量が生じる。
ポリマーの製造で利用される全体の20%未満の量の連鎖
移動剤が存在してもよい。高分子量画分、特にパイプ、
詳しくは高度な海深で利用される石油輸送用のフレキシ
ブルパイプの製造のために好ましい系は、連鎖移動剤な
しでの操作、又は全モノマーに対し1 重量%未満、好ま
しくは 0.2重量%未満の量の連鎖移動剤の存在下におけ
る操作である。
又は連続的な重合方法における合成条件の改変により、
本発明のコポリマーを製造する他の方法を容易に見いだ
し、上記の比の高及び低分子量画分を得ることができ
る。セミバッチの方法の例は、所望の高及び低分子量画
分を生じるために、反応のあいだ温度及び圧力条件を変
化させる方法である。
が低分子量画分を生じ、後者の合成条件が高分子量画分
を形成させる、2 つのカスケード重合リアクターが利用
できる。低分子量画分の粘度は、本願出願人により構築
された方法、すなわち反応媒体、例えば乳化重合の場合
の水、懸濁重合の場合の有機相(又はその一部)にあて
はまる濃度に関する連鎖移動剤の粘度の量の検量線を実
験を通して図示することにより、判断できる。有機相
は、モノマー及び有機溶媒によってのみ形成できること
に注意すべきである(この方法の詳細は実施例1 を参
照)。
を有するケトン、エステル、エーテル又は脂肪族アルコ
ール; 1〜6 個の炭素原子を有する炭化水素又はハロゲ
ン含有炭化水素;アルキルが 1〜5 個の炭素原子を有す
るビス(アルキル)カーボネート等を挙げることができ
る。それらのうち、クロロホルム及びメチルシクロペン
タンが特に好ましい。利用される連鎖移動剤の全量は、
使用されるモノマーのタイプ、反応温度及び圧力によっ
て、かなり広範囲に変動できる。一般に、このような量
は、リアクターに導入される全モノマー量に対し0.01〜
30重量%、好ましくは0.05〜10重量%で変動する。
ては、当該分野で公知のもの、例えばアルキルが 1〜4
個の炭素原子を有する(パー)フルオロアルキルビニル
エーテル、特にパーフルオロプロピルビニルエーテルの
ようなフッ素含有ビニルコモノマーが挙げられる(米国
特許第3,624,250 号参照)。前記のものの他に可能なコ
モノマーは、例えば式R-CH=CH2(式中、Rはパーフルオ
ロアルキル又はパーフルオロアルコキシパーフルオロア
ルキル)を有するものが、ヨーロッパ特許第 185,241
号、同 185,242号、米国特許第3,847,881 号、同4,513,
129 号に記載されている。
のような他の改変コモノマー(例えば、米国特許第3,86
5,845 号、ヨーロッパ特許第76,581号、同 80,187 号、
同 95,077 号、同 73,087 号参照)、特に2,2,4-トリフ
ルオロ-5-トリフルオロメトキシ-1,3-ジオキソール(TT
D)(ヨーロッパ特許出願第 720,991号参照)も用いられ
ることを見いだした。
%、好ましくは40〜60モル%のエチレン、(b) テトラフ
ルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、又はそ
の混合物から選択される30〜70モル%、好ましくは40〜
60モル%のフッ素含有モノマー、(c) モノマー(a)及び
(b)の全量に対して 0.1〜10モル%、好ましくは 0.3〜
5モル%、より好ましくは 0.5〜2.5 モル%の上記改変
モノマーからなる。
術、すなわち-60 〜+150℃、好ましくは-20 〜+100℃の
温度における好適な反応開始剤の存在下で、有機媒体の
懸濁液又は水性乳化液中の対応するモノマーの共重合に
より製造できる。反応圧力は、一般に 0.5〜100 バー
ル、好ましくは 5〜40バールである。様々な反応開始剤
のうち、特に以下; (i) 式(Rf-CO-O)2(式中、Rfは(パー)ハロアルキルC1
〜C10)のビス- アシルペルオキシド(例えばヨーロッパ
特許第185,242 号及び米国特許第4,513,129 号参照)、
又はオロポリオキシアルキレン基(例えばヨーロッパ特
許第186,215 号及び米国特許第5,021,516 号参照)、そ
れらのうちビス-トリクロロアセチルペルオキシド及び
ビス-ジクロロフルオロアセチルペルオキシドが特に好
ましい、(ii)ジアルキルペルオキシド、そのうちジテル
トブチルペルオキシド(DTBP)が特に好ましい、(iii) 水
溶性無機ペルキシド、例えばパースルフェート又はアン
モニウムもしくはアルカリ金属パースルフェート、アン
モニウム又はカリウムパースルフェートが特に好まし
い、(iv) アルキルが 1〜8 個の炭素原子を有するジア
ルキルパーオキシジカーボネート、例えばジ-n-プロピ
ル-パーオキシジカーボネート及びジ-イソプロピル-パ
ーオキシジカーボネート(ヨーロッパ特許第526,216 号
参照) 、(v) アンモニウムパースルフェート/ナトリウ
ムスルファイト、水素化パーオキシド/アミノイミノメ
タンスルフィン酸のような有機又は無機のレドックス
系、を用いることができる。
あいだに生じる熱を有利に分散させるために通常水が加
えられる有機相により形成される。該有機相は、溶媒の
添加のないモノマー自体、又は好適な有機溶媒中に溶解
したモノマーにより形成できる。有機溶媒としては、CC
l2F2(CFC-12)、CCl3F(CFC-11) 、CCl2FCClF2(CFC-113)
、CClF2CClF2(CFC-114) のようなクロロフルオロカー
ボンが従来用いられる。このような生成物は、成層圏に
存在するオゾンで破壊的な影響を受けるので、米国特許
第5,182,342 号に記載される炭素、フッ素、水素及び任
意に酸素のみを含む化合物のような代替となる生成物が
後に提案されている。効果的な代替物は、ヨーロッパ出
願第 612,767号に記載される分枝鎖の炭化水素(6〜25個
の炭素原子を有し、メチル基と炭素原子数の比が0.5 よ
り高い)であり、例えば2,3-ジメチルブタン、2,3-ジメ
チルペンタン、2,2,4-トリメチルペンタン、2,2,4,6,6-
ペンタメチルヘプタン、2,2,4,4,6-ペンタメチルヘプタ
ン、又はその混合物などがある。
好適な界面活性剤の存在が必要である。もっとも一般的
には、式;Rf-X-M+ (式中、Rfは(パー)フルオロアル
キル鎖C5-C16又は(パー)フルオロポリオキシアルキレ
ン鎖であり、X-は-COO-又は-SO3 -であり、M+はH+、N
H4 +、アルカリ金属イオンから選択される)を有するフ
ッ素含有界面活性剤が用いられる。このうち、1 以上の
カルボキシル基を末端基とするアンモニウム及び/又は
ナトリウムパーフルオロ-オクタノエート、(パー)フ
ルオロポリオキシアルキレンなどが挙げられる。
717 号及び同4,864,006 号により乳濁液もしくはパーフ
ルオロポリオキシアルキレンのミクロ乳濁液の存在下
で、又は本願出願人名のヨーロッパ特許出願第 625,526
号及び同 712,882号により任意に炭化水素との混合物で
ある水素含有末端基及び/又は水素含有繰り返し単位を
有するフルオロポリオキシアルキレンのミクロ乳濁液の
存在下で有利に行うことができる。
れらは単に本発明の例証のためであり、本発明の範囲を
限定するものではない。実施例1 バフルとハステロイ(Hastelloy) C で450rpmで作用する
攪拌機を備えた13リットルのエナメルのオートクレーブ
に、 4.3リットルの脱イオン水、 1.7リットル(1.36kg)
のメチルアルコール、685gのパーフルオロプロピルビニ
ルエーテル及び3kg のクロロトリフルオロエチレンを導
入した。次いで、温度を5 ℃まで上昇させた。次いで、
エチレンを絶対圧11.35 バールまで供給した。次に、表
に示すタイター(titre)を有するイソオクタン中のトリ
クロロアセチルペルオキシド(TCAP)の反応開始剤を溶液
の形態で125gのエチレンがなくなるまで流速7.5cc/時間
でオートクレーブに導入し、-17 ℃に保持した。この転
化で、40mlのクロロホルムを導入し、連続的に開始剤の
流速を60cc/時間まで増加させた。
のエチレンを連続的に供給して重合の全時間のあいだ一
定に保持した。得られたポリマーの他の反応パラメータ
ー、ASTM 3275-89によるメルトフローインデックス(MF
I)及び差動走査熱量法(DSC)により決定した二次融解
温度(Tm(II))は、表に示す。表に示す175 ℃での機械的
特性は、圧縮成形プラックを利用してASTM D1708により
得た。ポリマーの流曲線(剪断粘度/剪断速度)は、 1
〜1000s-1の範囲のASTMD3835により275 ℃でつくり、こ
れから剪断速度 1〜10sec-1で決定される加工性領域と
勾配を得た。
エチレン(kg)を有するように、様々な生成物が、開始時
にのみ異なる量のクロロホルムをオートクレーブに導入
して重合される。反応条件の操作(圧力及び温度)は、
実施例のとおりである。このような合成生成物は、流動
学的観点から、特に1sec-1の剪断速度(275℃における)
の剪断粘度を算出することにより特徴づけられた。
られ、その回帰(regression)によりPa.secの粘度ηの以
下の式が得られる:
に残存しているクロロホルムとクロロトリフルオロエチ
レンの濃度比を算出して得られる。例えば、比率18.2ml
/kg を生じるオートクレーブにCHCl3 40mlを連続的に導
入しているので、質量バランスから、実施例1の反応で
はCFTEの残存量は約2.2kg である。したがって、反応式
(I)から、255Pa.s.の粘度が得られる。
々な重合により得た。ポリマーは、内径54.7mm、外径6
5.66mm のダイを有する直径45mmの一軸スクリュー押出
機で処理した。押出し試験の操作条件は、以下のとおり
である; -スクリュー速度 60rpm -流速 25kg/時間 -ラインの速度 0.6m/分 -融解温度 280℃。 このようにして厚さ3.2mm 、直径50mmのパイプを得た。
パイプは、実施例1 に記載のものと事実上同等の機械的
特性を有し、内外表面に滑面を有している。
ては、実施例1 を繰り返した。
たエナメルのオートクレーブに、 4.3リットルの脱イオ
ン水、 1.7リットルのメチルアルコール、300gの2,2,4-
トリフルオロ-5-トリフルオロメトキシ-1,3-ジオキソー
ル(TTD) 及び3kg のクロロトリフルオロエチレンを導入
した。次いで、オートクレーブを反応温度5 ℃まで上昇
させた。
で供給した。次に、表に示すタイターを有するイソオク
タン中のトリクロロアセチルペルオキシド(TCAP)の反応
開始剤をオートクレーブに溶液の形態で175gのエチレン
がなくなるまで流速7.5cc/時間で導入し、-17 ℃に保持
した。この転化で54mlのクロロホルムを導入し、連続的
に開始剤の流速を60cc/時間まで増加させた。
のエチレンを連続的に供給して重合の全時間のあいだ一
定に保持した。他の反応パラメーター、メルトフローイ
ンデックス(MFI) 及び二次融解温度(Tm(II))、175 ℃で
の機械的特性及びポリマーの加工性領域は、表に示す。
したことを除いては実施例4 を繰り返したが、反応のあ
いだにクロロホルムを加えず、反応開始剤の流速を7.5c
c/時間に常に保持した。
一軸スクリュー押出機で処理し、シートを製造した。試
験の操作条件は、以下のとおりである; -スクリュー速度 35rpm -ラインの速度 0.6m/分 -融解温度 275℃ -圧延温度 225℃。 このようにして、厚さ1mm のシートを得た。
mm/分の2 つの成形速度で熱成形した。4 つの場合いず
れにも破砕は認められなかった。
を備えた直径38mmの一軸スクリュー押出機で処理した。
試験の操作条件は、以下のとおりである; -スクリュー速度 33rpm -ラインの速度 160m/分 -融解温度 286℃。 このようにして直径0.8mm の導体(銅) と厚さ0.22mmの
絶縁体を有するワイヤーを得た。
給したことを除いては、実施例1 を繰り返した。
いて算出した (2) 押出し生成物は、わずかな粗さを示す。
断速度で良好な加工性と高度な機械的特性を有し、高温
処理でもそれらの特性を保持するエチレンフッ素含有コ
ポリマーを得ることができる。
Claims (17)
- 【請求項1】 任意に全量で 0.1〜10モル%の 1以上の
コモノマーが存在し、二次融解温度より約30〜50℃高い
温度で測定される剪断速度1sec-1で粘度102〜105 Pa.se
cを有し、かつ剪断速度範囲 1〜10sec-1における粘度P
a.secと剪断速度sec-1の比として算出される200 より高
い勾配を有する剪断粘度/剪断速度の図の流動曲線を示
し、該曲線は10s-1より高い剪断速度値の加工性帯を有
する、ECTFE 及びETFEタイプのエチレンフッ素含有コポ
リマー。 - 【請求項2】 コポリマーが二形態のタイプの分子量分
布、すなわち粘度 1〜5.103 Pa.secの低分子量のポリマ
ー画分5〜60重量%と、高分子量を有し、100重量%を相
補する対応量である残りの部分を示す、請求項1に記載
のコポリマー。 - 【請求項3】 低分子量画分が30〜55重量%である、請
求項2に記載のコポリマー。 - 【請求項4】 高及び低分子量分布が、多少広くても及
び/又は狭くてもよく、一方は低分子量、他方は高分子
量が優勢である異なる分子量のポリマーの同時存在を示
す、請求項2又は3に記載のコポリマー。 - 【請求項5】 パイプ、シート及びケーブルの製造のた
めの請求項1〜4のいずれかに記載のコポリマーの使用。 - 【請求項6】 高度な海深で利用される石油輸送用のフ
レキシブルパイプの製造のための請求項5に記載のコポ
リマーの使用。 - 【請求項7】 得られた全ポリマーに対し40〜95重量%
のコモノマーを重合し、次いで低分子量画分の製造用連
鎖移動剤を添加することによる、請求項2〜4のいずれか
に記載のコポリマーの合成に利用可能な方法。 - 【請求項8】 高分子量の製造相において、最終コポリ
マーの製造で利用される全体の20重量%未満の量の連鎖
移動剤が存在する、請求項7に記載のコポリマーの合成
方法。 - 【請求項9】 高分子量の製造相において、高分子量画
分の製造用の連鎖移動剤なしで、又は全モノマーに対し
1重量%未満、好ましくは0.2重量%未満の量の連鎖移
動剤の存在下で操作する、請求項8に記載のコポリマー
の合成方法。 - 【請求項10】 連鎖移動剤が、3〜10個の炭素原子を
有するケトン、エステル、エーテル又は脂肪族アルコー
ル;1〜6個の炭素原子を有する炭化水素又はハロゲン含
有炭化水素;アルキルが1〜5個の炭素原子を有するビス
(アルキル)カーボネートから選択される、請求項7〜9
のいずれかに記載のコポリマーの合成方法。 - 【請求項11】 移動剤が、クロロホルム又はメチルシ
クロペンタンである請求項10に記載のコポリマーの合成
方法。 - 【請求項12】 用いられる連鎖移動剤の全量が、全モ
ノマー量に対し0.01〜30重量%で変動する請求項10又は
11に記載のコポリマーの合成方法。 - 【請求項13】 用いられる連鎖移動剤の全量が、0.05
〜10重量%で変動する請求項12に記載のコポリマーの合
成方法。 - 【請求項14】 コポリマーの改変コモノマーとして、
フッ素含有ビニルコモノマー、式R-CH=CH2(式中、R は
パーフルオロアルキル又はパーフルオロアルコキシパー
フルオロアルキル、フルオロジオキソル)のコモノマー
から選択される1 以上のモノマーが利用される請求項 7
〜13のいずれかに記載のコポリマーの合成方法。 - 【請求項15】 改変コモノマーが、2,2,4-トリフルオ
ロ-5-トリフルオロメトキシ-1,3-ジオキソール(TTD)、
(パー)フルオロアルキルビニルエーテル(アルキルは
1〜4 個の炭素原子を有する)から選択され、特にパー
フルオロプロピルビニルエーテルである、請求項14に記
載のコポリマーの合成方法。 - 【請求項16】 得られたコポリマーが、(a) 30〜70モ
ル%のエチレン、(b) テトラフルオロエチレン、クロロ
トリフルオロエチレン、又はその混合物から選択される
30〜70モル%のフッ素含有モノマー、(c) モノマー(a)
及び(b)の全量に対して0.1 〜10モル%の改変モノマー
からなる、請求項 7又は15に記載のコポリマーの合成方
法。 - 【請求項17】 得られたコポリマーが、(a) 40〜60モ
ル%のエチレン、(b) テトラフルオロエチレン、クロロ
トリフルオロエチレン、又はその混合物から選択される
40〜60モル%のフッ素含有モノマー、(c) モノマー(a)
及び(b)の全量に対して0.5 〜2.5 モル%の改変モノマ
ーからなる、請求項16に記載のコポリマーの合成方法。
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