JPS59115313A - 改質された粒状ポリテトラフルオロエチレン共重合体およびその製造方法 - Google Patents

改質された粒状ポリテトラフルオロエチレン共重合体およびその製造方法

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JPS59115313A
JPS59115313A JP23162983A JP23162983A JPS59115313A JP S59115313 A JPS59115313 A JP S59115313A JP 23162983 A JP23162983 A JP 23162983A JP 23162983 A JP23162983 A JP 23162983A JP S59115313 A JPS59115313 A JP S59115313A
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F214/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen
    • C08F214/18Monomers containing fluorine
    • C08F214/26Tetrafluoroethene

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】 本発明は少くとも1種の選択きれたフルオロアルキルエ
チレンを共重合した状態で少蚤含有する改良粒状ポリテ
トラフルオロエチレン組成物およびそのような組成物の
製造方法に関するものであ机 粒状ポリテトラフルオロエチレン成形用樹脂は鋳型成形
およびラム(ram)押出し加工によるビレツ) (b
illet)その他のプラスチックス製品の製造に使用
される1粒状ポリテトラフルオロエチレンはテトラフル
オロエチレンを、分散剤を殆どまたはまったく使用せず
、倣しく伎件して重合させ沈殿樹脂を作る方法により製
造する。この樹脂は通常゛粒状″樹脂と呼ばれ、この方
法は゛けん渦電合”と呼ばれる。不作において゛粒状”
の語が用いられた場合、それはけん渦電合法により作ら
れた樹脂を定義するものとして用いられている。
ポリテトラフルオロエチレン材料には、ほかに、当業者
+i41で6微粉”ポリテトラフルオロエチレンと叶ば
れているものがある。このいわゆる“微粉”を作るには
“水性分散重合”と叶ばれる方法が用いられる。この方
法では十分な分散剤を使用して、おだやかに攪拌し、微
小なコロイドサイズの粒子が水性反応媒体中に分散した
ものを作るようにする。この水性分散重合では重合反応
中、樹脂粒子が沈w(すなわち凝集)するのを妨ける1
分散液そのま\でも用いられるし1また1分離工程で分
散粒子を凝集させて6微粉”を得ることもある。
この2棟の重合法で、はつきυと異なる製品か製造され
る1粒状製品は種々の形に成形することができるか、一
方、水性分散法で製造した微粉は成形することができず
、分散被覆(a:tspersxoncoatlng)
によシ加工するかtまたは滑剤を加えてペースト押出し
により加工しなければならな水性分散重合法により製造
したテトラフルオロエチレン重合体は一般に、極めて柔
軟で変形し易い微/J%粒で、粒状重合体と比較して分
子量が低いため翫押し出されtc樹脂の機械的強度が小
さいのでラム押出し加工には適していない。
粒状製品を得るためのテトラフルオロエチレンのけん渦
電合は一般に、攪拌器系を装着した重合反応槽を、遊離
基(free  radical)形成触媒ならびに任
意に緩衝液および任意に小量のフン累置換乳化剤を含有
する水性媒体で満たして行なわれる。空気を除去してテ
トラフルオロエチレン重合体槽に供給する。重合反応開
始後は1重合圧を一定に保ちながら重合体の形成量に見
合う速度で気体のテトラフルオロエチレンを供給する、
小量の共重合単量体が存在すると、生成する改質粒状ポ
リテトラフルオロエチレン粒子の性質が変えられること
は従来から知られている。たとえば焼結性が改良され、
結晶化度が減少する。この技術に好適な2糧の共重合単
量体はへキサフルオログロビレン 0F3−OF−OF
2および過フッ素化プロビルヒ、:=ルエーfル0F3
C!F2cF2−0−OF=CF2である。このことは
英国特許第1. T i 6. Z T 0号および米
国特許第3,855i91号から・明らかである。しか
し、過フッ素化グロビルビニルエーテルを用いると〜生
成した粒状共重合体の熔融粘度が比較的低く、これから
成形した大型ビレット(billet)は焼結(sin
tering)中ニ自t’c”変形する(たわむ)傾向
がある。より高い熔融粘度を有する粒状共重合体を製造
するのに用い得る共重合体を発見することが望ましいで
あろう、ヘキザフルオログロビレンの使用も¥j、た、
完全に満足すべきものとは言えない。この共重合単量体
の存在は生成する共重合体の熱安定性をテトラフルオロ
エチレン単一重合体よりも低下させる。
このような不安定性の証拠は米国特許’43.655゜
391号の第1 m 29〜30行に示されている。
共重合体の熱的安定性に有意の有害な影響を与えない共
重合単量体を発見することが望ましい、本発明は少くと
も1種の式 %式% 式中Rfは2〜10個の炭素原子を有するフッ素置換ア
ルキル基であって、過フッ素化されているか)!、たは
水素もしくはフッ素以外のハロゲンから選ばれた1個の
置換基がバf基の炭素原子に結合しているものを除いて
過フン素化されているものである、 の共重合可能な単量体の重合単位を〜生成重合体の熔融
粘度が380℃において約lX108 PaS以下にな
ることのないような量で含有するテトラフルオロエチレ
ン重合体からなる粒状改質ポリテトラフルオロエチレン
重合体に関するものである。
本発明の重合体は熔融流動法たとえば熔融押出しまたは
射出成形にょシ加工することが不可能であることによυ
示されるような高分子量のものである。よって、これら
は“熔融加工不能”(non−melt−fabric
able)すなわち熔融物を押出し成形することが不可
能である、これらはテトラフルオロエチレンけん渦電合
法により作られ、したがっていわゆる粒状テトラフルオ
ロエチレン正合体である。これらの熔融加工不能性から
見て、これら共重合体は一般に680℃で測定してlX
108PaS 以上の熔融粘度を有している。
このような高い熔融粘度は共重合単量体の量を低く保つ
ことによって得られる。たとえばテトラフルオロエチレ
ン単位に付随的に存在する重合した共重合単量体単位の
量は好ましくは全重合体N量しては、好ましくは、少く
ともQ、01%の共重合単量体が共重合した形で存在す
ることである。共重合単量体は次の構造式を有する。
Rf−CH=CH。
R4は過フッ素化された FCOF2)n−(n1i2
〜10の炭素原子の個数を示す整数であるう)でりって
もよく1また1Hまたは他のノ・ログン(01、Brも
しくはI)、好ましくはC1またはBrである1フツ素
に置き候わった1個の置枦丞を除いて過フッ素化された
ものでりってもよい。
本発明記載の重合体を製造するのに用いることのできる
共重合単量体の例には次のようなものが含まれる。 C
F3−0F2−OH:=OH2;0F3(CF2)9C
H:O[(2i OF2M−OF2−cu=ca2;O
F、、 R(0F2)9− CH=OF(、、; 0F
2Br−0F2−OH=−OH2;OF2Br (CF
、)、 OH=Q u、 ; OF、−0FH−CF2
−OL=OH,、、および類似物質、共重合単量体の混
合物も用い得る。過フッ素化ブチルエチレン CF、−
(0F2)3−0ff=OH2が好ましい。
本発明の重合体の製造に用いられる方法は粒状ポリテト
ラフルオロエチレンの製造に用いられる通常のけん渦電
合法である。このような重合は数多くの特許またとえば
米国特許第6.245.972号および米国特許第3,
855.19’i号に記載されている。簡潔に記せば、
通常の遊離基塑電合開始剤を任意に緩衝液とSまた任意
に少量(F20を基準にして約2001)pmまで)の
乳化剤とともに加えた水を入れたオートクレーブにテト
ラフルオロエチレンを圧入する。この反応混合物’K(
Jt3″l−シて適当な温度および圧力で重合を行なわ
せる。重合が完了してから重合体を単離して乾燥する。
共重合単量体は前投入(precharge)してもよ
いが、共重合単量がナト2フルオロエチレン羊量体より
もかなり速く反応するので、重合体鎖全体にわたって共
重合単量体単位を小量ず\比較的均一に分布させた重合
体を得るためには重合工程全般にわたって共重合単量体
を添加するのが好ましい。
したがって、共重合単量体は好ましくは重合槽に前投入
し〜かつ、その後、重合中に追加分とじてか、または連
続投入によって添加する。あまり多量の共重合単量tが
存在するとそれ自身で反応してしまうので一時に多量の
共重合単量体を添加しないことが重要である。
重合温良は通常は50〜120℃であり、開始剤は過酸
化物または過硫酸塩である。過ルj五散アンモニウムの
ような無機過硫酸塩が好ましい、所望ならばpHを6〜
9に保持する緩衝液を用いてもよい。加えて1小量(た
とえば存在する水を基準にして10 D 11)pHl
 または200 pI)mまで)の分散剤を生成する重
合体粒子の表面積を増加させるために使用してもよい、
N合反応の進行にともなって重合体粒子を確実に凝集さ
せるために一十分に■袢、拝する、 本発明記載の重合体は高い熔融粘度を持っているのでビ
レット(b、1llets)の製造に適している。(ビ
レットは裂いてチーfまたはシートにするのに廟用であ
る、)本件電合体はまた高い絶縁強度を示しS電気グレ
ードの切り裂きチーブに有用である。荷重変形が小さい
のでガスケツ)%に有用である。曲げ強腿が尚いのでベ
ロー(bellows)や膜に有用である。また1ガス
透過性が低いので化学系の内張り(11Ωing)およ
び隔膜(dlaphragm)K有用であル。
本発明の粒状(けん濁)重合体と共重合単量体含量のよ
り高いテトラフルオロエチレン共重合体とは特性の区別
をしなければならない、後者は熱可塑性樹脂に慣習的な
押出し法により熔融物を加工できるほどに十分な共重合
単量体を含有している。本発明の粒状けん渦電合体は非
改買ポリテトラフルオロエチレン自身と同様に、熔融物
の押出し加工ができない型のテトラフルオロエチレン重
合体に属していて、加工するには特別な成型法を用いな
ければならない。
その上1本発明の重合体はけん渦電合によるものである
ため、分散重合微粉電合体とは異なる形態を有している
、後者の重合体は多量の乳化剤の存在下に製造され1重
合反応終了後も水性媒質中にコロイド状の分散状態を保
っている。これらの微粉重合体はコロイド分散液から凝
集によって得られ、1だ凝集によって平均粒径α1乃至
α5μmのコロイド状−次粒子の集塊(agglome
rates)が形成される。当業者間には公知のことで
あるがこの重合体はラム押出し法または鋳型焼結加工技
術では、共重合改質剤を含有していたとしても、成形す
ることができないつ 後に記載する実施例で得られた重合体の性質は下記の方
法により測定した。
1)共重合単量体含有量の定景 共重合体中の共重合単量体含有量はフーリエ変換(FT
)赤外分光法によシ定量した。、lOミルの冷間圧延フ
ィルムを調製し、ニコレット(Nicolst) 70
00 If’ T赤外分光計を用V’z分解能4 cm
 −”でスペクトルを得た7880m −”の−〇H2
−屈折振動(bending)を用い、NMRの分析値
を用いて補正した11880+i+−”の吸光度は88
8m−1と880crn−1との吸光度の差を取って計
算した。過フッ素化ブチルエチレン(PFBE)共重合
単量体については次式により計算した。
式中t=厚さくミル)、A=吸光度。
2)標準比重(SSG) 成形用粉末の標準比重はAsTM D1457−69に
従って標準成形試験片の水排除量により測定する。標準
成形部品を作るには、1’2.Ofの成形用粉末を直径
2.866nのダイで54.48および6.9oMPa
(352および7α4 Kf/ cm 2)の圧力で予
備成形し、続いて〜予備成形品の焼結工程で、毎分2℃
の速さで600℃から580℃まで加熱し、380℃に
30分間保持し)毎分1℃の速さで295℃まで冷却し
、この温度に25゜分間保持する。その後試験片を室温
まで冷却し、比重を測定する。
6)比表面積(SSA) SSAは6カンタソルプ(Quantasor’b)”
表面積分析器で測定した。この測定は反応槽から洗浄お
よび乾燥直後に得られる粗原料重合体を用いて行なった
っ 4)熔融粘度 熔融粘度は380℃に保持した焼結片の引張シフリープ
(tenθ11θ crθθp)を測定して計算する。
詳細には次のとおシである。122の成形用粉末を直径
7.6cmの鋳型中で、11.152crnのゴム製網
膜と紙製スペーサーとの間に置く。ついで)鋳型に徐々
に圧力を加えて4α5 Kg / cm 2の値が得ら
れるまで昇圧する。この圧力に5分間保持したのち、徐
々に減圧する。試料円板を鋳型から取出し、網膜と紙製
スペーサーとをはがしたのち)り 380℃で50分間焼結する。ついで、加熱炉を毎分約
1℃の速さで290℃まで冷却して試料を取出す、下記
の寸法のひソ割れのない矩形細片を切り取る。巾α15
2乃至El 165 cm s厚゛さQ、152乃至[
1165cIn5長さ少々くとも6cm。
寸法は正確にはかり〜断面積を計算する。試験細片の両
端を銀被覆銅線を用いて石英棒に巻きつける。巻きつけ
部の間隔は4.0 cmである。この石英棒−試料組立
て品を円柱状加熱炉に入れ、長さ45の試験片を380
±2℃の温度に加熱する。ついで、下端の石英棒におも
りをつけて、試料細片にか\る全重量が約171になる
ようにする。伸び対時間の測定値を得て100乃至13
0分の間隔でクリープ曲線の最良の平均値を測定する。
ついで見かけの熔融粘度を次の関係から計算する。
77app= (WLtg)/3(dLt/dt)’A
T式中、 ηapp−(見かけの)剪断熔融粘度、単位ボイズ W=試料の引張り負性〜 2 Lt−試料の長さく680℃における)、cm (4,
52cm ) g−重力定数、980 口/ 5ec2([iL t/
(11; ) =負荷下における試料の伸び速度−伸び
対時間曲線の勾配、crn/8eCAT=試料の断面積
(380℃におけるン16n2断面積は380℃におい
て室温時の値の67%増加する。
5)絶縁強度 絶縁強度は、1402の粉末を直径5.6 cmの鋳型
に入れて成型し、2901:から380′Cまて一毎分
6℃で加熱して380℃で6一時間焼結し1680℃か
ら290℃まで毎分1℃で冷癲したもので測定した。測
定はペックマンPA5型AO絶縁強度試験器を用いて5
−−テープで行なった。
b)TGA TGAijデュポン95tTGA分析器を用いて測定し
た1重量損失は定温での2時間値および4時間値を測定
した。(負の重量損失は実際には重量増を示す、) 7)引張シ強度および伸び 引張り強度および伸びはASTM−D−1457−69
に従って測定した。
実施例 実施例 1 38tのポリケトル(polykettle)容器に2
1.8Kgの脱鉱物質水(aen+1nera11ze
dwater)、α30 F (13,81)pm)の
過フッ累化オクタノン酸アンモニウム(APFo)II
J、および五〇りの過硫酸アンモニウム(APs)開始
剤を装入した。容器の内容物を65℃に加熱して脱気し
た。容器を2枚羽根、45°傾斜の攪拌器を用いて60
0RPMで撹拌した。1mlの過フッ素化ブチルエチレ
ン(PFBE)を注射器を用いて反応容器に注入したつ
9ついで1テトラフルオ0 工f L/ン(TFK)を
反応容器に、圧力が1.72XTO’Paになるまで添
加した1重合開始が圧力降下によシ確認されてから、T
FEを加えて圧力を1.72X10’Pa に保ち、追
加の8−のPFBKをマイクロフィーダー(micro
−feeder)を用いて毎分0.1 rILlの速さ
で連続的に添加した。所望量のTFEを添加したのち供
給を停止し−5,5X10’Paの圧力に降下するまで
混合物を反応させた1反応時間は95分であった。
a 2 K9のTF、Eが重合した。ガス抜きして真空
にしたのちh窒素を用いて反応容器の圧力を大気圧にも
どし、内容物を50℃以下に冷却した1重合体を反応容
器からとシ出し、粘着物を分離した。
重合体は平均粒径α06叫以下に切し1した。
重合体の諸物性は表1に示した。
実施例2〜5 下記成分量を用いて実施例1を操シかえした。
重合体の諸物性は表1に示した、 米 \ 比較例 A 実施例1記載の共重合体の性質をテトラフルオロエチレ
ント過フッ素化プロピルビニルエーテル(PP、VB)
とから調製した共重合体と比較した、この比較例の共重
合体は実施例1記載の共重合のA製に用いた方法に従っ
て調製した。成分その他の関連する製法データは次のと
おりであった。
A’PF’O,p            [13AP
S、y             a65PPVE、前
投入量、Ml       05PPVE、連続供給量
、Ml     10マイクロフィーダー速度、d/分
    01TFE、反応量s Kf7.7 反応時間1分           140とのPPV
Fi改質テトラフルオロエチレン共重合体の物性データ
は実施例1の共重合体のそれと次のように比較される。
表2 実施例1     比較例 共重合単量体重量%   (N2  PFBEj   
a08  PPVESEiG、予備成形圧 34.48 MPa   ’   2.174    
  2.173融点、℃       345    
   347熔融粘度、Pa、S、    α6X10
’     1.1×IO8このデータからPPVE改
質重合体(比較例)が、SSGが実質的に同等であるに
もか\わらず、実施例1のPFBE改質樹脂より熔融粘
度が低いことが見られる。高い熔融粘度は、重いビレッ
トが焼結温度で形状を保持するために、成形用樹脂にと
っては望ましいことである。
比較例 B APS(1,7of、O−8(L30fqヘキサフルオ
ログロビレン(HFP)前投入のみ139を使用し1か
つ、湿度を60℃とした以外は実施例1の方法に従って
テトラフルオロエチレ7 トRFPとを反応させ、共重
合体を調製した。共重合体中の共重合したHFPの量比
はCLo7重量裂であった。RFP改質共重合体を熱安
定性について実施例2の共重合体と比較した結果は次の
とおりであった。
P F、EE       HFP (The rmaI ASTM法D−1457 TI工が低いことは安定性が良好であることを比較例 
C 実施例1記載の重合体の直径5.6onの円板状成形品
(+6[]r)と、比較例A (PPVEと同様の、た
ソし)処方を変えてPPVEを前投入のみとして生産ス
ケールの量で調製した重合体(mV=1.6X 10’
 Pa8 )からの試料とを空気中で、どちらの成形品
も円板の上を4.8 Kfの重量で覆って、580℃で
5時間焼結した。焼結した成形品は次のような寸法であ
った。
平均厚さ、鋼    5.1       2.7上端
直径、cm    5.5      5.8下端直径
、tyn    5.6      5・7実施例1の
成形品は外見が正常であったが比較例あるのに、焼結前
(2,135cm )よりも減少していた。直径は(5
,7〜5.8 cm )は正常ならば焼結中□に収縮す
るはずであるのに焼結前(5,7cm )よりも、全般
的に増大していた。
特許出願人 イー・アイ・デュポン・デ・ニモアス・ア
ンド・カンノぞ二−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 少くとも1柿の式 %式% 式中Rfはフッ素匝換された2〜1o個の炭素原子を有
    するアルキル基であって、過フッ累化されているか〜ま
    たは水素またはフン累以外のハロケ9ンから選ばれた1
    個の置換基がRf基の炭素原子に結合して存在する以外
    は遇フッ諮化されているものである1 の共重合可能な単量体の重合単位を380℃における熔
    融粘度が約T X 、108PaS未満にならないjう
    なttで含有するテトラフルオロエチレン重合体からな
    る熔融加工不能性粒状改質ポリテトラフルオロエチレン
    aJ1つ Z 共重合可能な式 Rf−OH=OH2の単量体がR
    f が過フッ累化されているものであることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の組成物つ6、共重合可能
    な式 Rf−OH−OH2の単量体が過フッ素化ブチル
    エチレンであることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の組成物。 4、共重合可能な単量体か重合体の重量を基準にして2
    重量襲未満の量で存在することを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の組成物。 5 共重合可能な単量体が重合体の重量を基準にして0
    5服量多未満の示で存在することを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の組成物つ6、共重合可能な単量体が
    重合体の重量を基準にして2重量係未満の蓋で存在する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の組成物、
    Z 共重合可能な単量体が重合体の重量を基準にしてα
    5重量%未満の量で存在することを特徴とする特許請求
    の範囲第2項記載の組成物−a 共重合可能な単量体が
    重合体の電量を基準にして2重量%未満の量で存在する
    ことケ特徴とする特許請求の範囲第6項記載の組成vl
    Ja9 共重合可能な単量体が重合体の重量を基準にし
    て0.5重量係未満の量で存在することを特徴とする特
    許請求の範囲第6項記載の組成物。 1α 鋳型成形用樹脂の形態の特許請求の範囲第1項記
    載の組成物。 11、  鋳型成形品の形態の特許請求の範囲第1項記
    載の組成物。 12、鋳型成形用樹脂の形態の特許請求の範囲第2項記
    載の組成物。 13、鋳型成形品の形態の特許請求の範囲第2項記載の
    組成物。 14、鋳型成形用樹脂の形態の特許請求の範囲第6項記
    載の組成物。 15、鋳型成形品の形態の特許請求の範囲第6項記載の
    組成物。 +6.(1)  共重合単量体として式%式% 式中I(fは過フッ素置換されているかまたはRf基の
    炭素原子に水素またはフッ素以外の)・ログンから選択
    された1個の置換基が結合して存在する以外は過フッ素
    置換されている2〜10個の炭素原子を有するフッ累置
    換アルキル基である、 の単量体を使用し、かつ (2)重合工程全般にわたり上記共重合単量体を添加す
    ることを%徴とする、テトラフルオロエチレンと少くと
    も一種の上記共重合単量体とをけレンと少くとも一種の
    共重合単量体とを重合させて熔融加工不能性粒状改質ポ
    リテトラフルオロエチレン組成物を製造する方法っ 1′1 特許請求の範囲第1項に定義された組成物から
    作られた樹脂をラム(ram)押出しすることを特徴と
    する上記成形用樹脂の成形法。
JP23162983A 1982-12-13 1983-12-09 改質された粒状ポリテトラフルオロエチレン共重合体およびその製造方法 Granted JPS59115313A (ja)

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