JPS60171110A - パーフルオロ化コポリマーの押出仕上げ方法 - Google Patents

パーフルオロ化コポリマーの押出仕上げ方法

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JPS60171110A
JPS60171110A JP60004189A JP418985A JPS60171110A JP S60171110 A JPS60171110 A JP S60171110A JP 60004189 A JP60004189 A JP 60004189A JP 418985 A JP418985 A JP 418985A JP S60171110 A JPS60171110 A JP S60171110A
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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、熱安定性を改良するための原料のパーフルオ
ロ化コポリマーの処理に関する。
テトラフルオロエチレン(TFE)とパーフルオロ化ア
ルファオレフィン、例えば、ヘキサフルオロプロピレン
(HEP)との水性分散共重合は、有用な最終製品に溶
融加工する前に、さらに処理、すなわち、「仕上げ」し
なくてはならない原料生成物を生成する。「仕上げ」の
主要な目的は、最終製品中に気泡または空隙を生じうる
揮発性物質の源を除去することである。
揮発性物質のいくつかの源は、不適当な末端基または不
安定な主鎖を含む未仕上げの原料生成物中に存在しうる
0種々のタイプの末端基が存在しうるが、普通の過硫酸
塩開始剤の使用はカルボン酸末端基に導く、これらのカ
ルボン酸末端基の分解は、米国特許第3.085.08
3号(R。
C,5chreyer)中に論じられているように、加
工温度における揮発性物質の主要な源でありうる。押出
後のポリマーの末端基は、ビニル(−CF=CF2)、
ジフルオロハイドライド(−、CF3I)、内部オレフ
ィン[−CF=CF(CF2 )nCFa ]、(CF
2)ncHaまたはカルボン酸フルオライド(COF)
でることもある。これらの末端基の相対量は、押出条件
、開始剤のタイプ、脱カルボキシル化を触媒しうる塩類
の存在、および湿分のレベルに依存する。 。
開始剤の第2の源は、加工中に熱劣化する比較的に不安
定な結合がポリマー主鎖中に存在するためであると信じ
られる。これらの結合は、重合から直接前られる安定な
末端基をポリマーが有する場合でさえ存在しうる。これ
らの結合の大部分を俳除することは、低い揮発性物質の
レベルを達成するために望ましい、パーフルオロポリマ
ー中の不安定な主鎖の結合の構造は、同定されてきてい
ないが、TFEを含まないコモノマーの1酸であるよう
に思われる。こうして、TFE/RFPコポリマーにお
いて、不安定な主鎖の結合は2つの隣接するRFP単位
から生ずる。TFE/HFPコポリマーのフレーク(未
仕上げ)の初期の熱分解から生ずる揮発性物質は、RF
P七ツマ−に非常に富んでいる。TFE/RFPコポリ
マー中の不安定な主鎖のレベルは、分子量(および溶融
粘度)の逆関数であるように思われる。これはHPF二
酸が重合における末端停止機構のような組み合わせによ
り形成することを示唆している。ポリマーの主鎖の不安
定性の構造に無関係に、溶融加工中の気泡の形成を伴な
う問題を生ずる濃度が存在しうる。
不安定な主鎖の結合は、良好な混合および高い剪断を達
成するように設計された二輪スクリュー押出機内のよう
な、高い剪断の条件下で除去されうることが発見された
詳しくは、本発明の方法は、 a)室内において、80〜99重量%単位のテトラフル
オロエチレンと相補的に20〜1重量%単位の少なくと
もl@のエチレン系不飽和共重合性コモノマーの原料の
(すなわち、重合したばかりの)溶融加工可能なコポリ
マーであって15より大きい主鎖の揮発物質指数(ba
ckbonevolatinles 1ndex)およ
び102〜io”Pae、sの溶融粘度を有するコポリ
マーを105Paより小さい絶対圧力および220℃〜
450℃の温度に付し、その間前記コポリマーを前記室
内を通して動かしかつ500〜7000逆秒の剪断速度
に十分な時間付して15より小さい主鎖の揮発物質指数
を有するコポリマーを生成し、そして b)前記コポリマーを前記室から取り出す。
ことからなる熱的に安定なコポリマーを製造する方法で
ある。
好ましくは、室は押出機であり、最も好ましくは、混線
ブロックを含有する二輪スクリュー押出機である。
好ましくは、lO’Paより小さい絶対圧力が用いられ
るであろう。
好ましくは、共重合性コモノマーはへキサフルオロプロ
ピレンである。
好ましくは、工程b)において、とくに引き続く仕上げ
工程、例えば、濾過またはフッ素化を実施する場合、押
出機または他の溶融物ボンピング装置を前記室へ取り付
けることによりポリマーを前記室から取り出し、そして
前記コポリマーをこの付加した押出機または他の溶融物
ボンピング装置を通して単に押出すことにより取り出す
ことが最も便利である。前記押出機または他の溶融物ボ
ンピング装置は−・軸スクリュー押出機で゛あることが
できる。
TFEコポリマーは溶融加工可能なフッ素含有樹脂、例
えば、TFE/アルファオレフィン、例えば、TFE−
へキサフルオロプロピレンコポリマーである。これらの
溶融加工可能なフッ素含有樹脂は溶融流動性である。す
なわち、これらの樹脂の溶融粘度は最適加工温度におい
て一般に10’ポアズより低く、シたがって、ポリテト
ラフルオロエチレンに比較してピンホールおよlボイド
が少ないフィルムを提供する。ポリテトラフルオロエチ
レンはきわめて優れた化学的抵抗性および耐食性を有す
るが、約380℃の加工温度においてさえ1010.、
.1011ポアズのきわめて高い溶融粘度を有するので
、溶融流動性または溶融加工性をもたない。
使用する室が押出機であるとき、概算剪断速度は次式に
より計算することができる: DN ” α=剪断速度、S−1 D=ニスクリユー直径(mm) N= r pm h=ニスクリユーバレル壁との間の距離(mm) π=3.1416 剪断速度はスクリューチップおよび混線ブロックのねじ
山の頂において最高である。
用いる温度は、220〜450℃の範囲、好ましくは2
40〜400℃の範囲である。
用いる滞留時間は、主鎖の揮発物質指数を上に記載した
値に減少するために要する時間である。
・般に、これは約1〜30分である。
室から取り出したポリマーが不安定な末端基を含有する
か、あるいはそれが劣った色を有する場合、これらの問
題はフッ素化により排除することができる。フッ素化は
種々のフッ素ラジカル発生化合物を英国特許第1,21
0,794号に記載される条件下で使用して実施するこ
とができる。
好ましくは、ポリマーをフッ素/不活性ガス混合物とポ
リマーの融点より低い高温にお゛いて接触させる。フッ
素化は部分的に充填した(ポリマーを)容器内で実施し
、この容器にフッ素/不活性ガス混合物を通過させ、同
時にポリマーを撹拌して新しい表面を露出させ、その時
温度は100〜250℃、好ましくは130〜200℃
であることができ、そして滞留時間は30分ないし12
時間であることができ、低い温度においてはより長い時
間を必要とする。フッ素/窒素の25775%混合物は
フッ素化媒質として好ましい、カルボン酸フルオライド
末端(これはフッ素と非常にゆっくり反応する)を除外
して、不安定な末端はフッ素の作用によりパーフルオロ
メチル(−CF3)末端に転化する。末端基の定量的測
定は、米国特許第3.085.083号に記載されてい
る赤外分析により実施することができる。
加工すべき樹脂が−CH=CF2末端基または−CH=
CF、末端基に転化可能な末端基を含有するとき、酸フ
ルオライド(−COF)末端は−CH= CF 2基の
酸化により形成することができる。酸フルオライド末端
は安定化技術、例えば、フッ素化に抵抗性〒あり、それ
ゆえ押出加工の間に最小とすべきである。これは2つの
方法で実施することができる。l)フレークおよびフレ
ーク取扱い装置を窒素でスパークして大気の酸素を除去
する。そうでないと、酸素はビニル末端基を酸化するこ
とがある。(窒素との接触時間は吸収および吸着された
酸素のすべてを本質的に除去するために十分な時間であ
る。)2)水を押出機内にポリマーと一緒に注入して、
これにより形成された酸フルオライド末端がカルボン酸
へ加水分解されうるようにする。湿分の添加の必要なレ
ベルは、酸フルオライドのレベル(これはポリマー供給
物中の末端基のタイプに依存する)および押出条件の過
酷さに依存するが、一般にコポリマーに基づいて0.5
〜1.5重量%であろう。
この方法への減圧の適用は、樹脂の分解からのガス、過
剰の水(使用した場合)、および低分子量のフルオロ−
オリゴマーを除去する機能をする。
フッ素化以外の技術を利用して不安定な末端基を排除す
ることもできることは明らかであろう。
1つのこのような方法は米国特許第3,085゜083
号に記載されている湿潤加熱処理である。
ある種の開始剤、例えば、パーフルオロアシルパーオキ
シド[F (CF2 ) n CO2) 201は、重
合から直接安定な末端基を与え、それゆえフッ素化を必
要としない。
−ス暑」I− ポリマーの標準の溶融粘度は、ASTMD−1238−
52T(これを次のように修正した)に従い測定したニ
ジリンダ−、オリフィスおよび ゛ピストンチップは耐
食性の合金、HaynesStellite 19(H
aynes Ste!l’ite Co、)から作る。
5.0gの試料を内径9.53mm(0,375インチ
)のシリンダー(これは372±1℃に維持する)へ供
給する。試料をシリンダーへ供給してから5分後に、そ
れを直径2.lOmm(0,0825インチ)、長さ8
.00mm(0,315インチ)の四角形のへりのオリ
フィスを通して5000gの荷重(ピストン十重り)の
ちとに押出す。これは44.8kPa (6,5psi
)に相当する。溶融粘度(Pa)は観測された押出速度
(g/分)で5317を割ることにより計算される。
加工中に気泡を形成するフルオロポリマーの傾向は、「
揮発物質指数」試験により前もって測定した。この試験
はポリマーの試料を380℃に加熱することにより生じ
た圧力を測定する。この圧力の上昇は、脱着した溶解ガ
ス、ポリマーの末端基および主鎖の分解の結果である。
ここに記載する本発明の主目的は不安定な主鎖の結合の
除去である。こうして、ここに示す試料のすべてはフッ
素で処理して不安定な末端基を除去した後、揮発性物質
の含量の分析をした。「揮発物質指数」試験の修正を用
いて、ポリマー中の溶解ガス、ことに空気の観測される
圧力の上昇−2の寄与を除去する。ここで用いた手順に
おいて、樹脂の1010g (w)の試料をアルミニウ
ムはくのシンプル(+、 h + mb l e)へ入
れ、これを頂部にマノメーターを備えるガラス管へ供給
する。この管を0、1〜2m+nHg (13,3〜2
67Pa)に排気し、次いで平衡に到達した時、150
℃に維持された熱ブロックへ3時間入れる。この管を再
排気して脱着されたガスを除去し、次いでこの管を38
0℃に維持された熱ブロフクへ少なくとも40分間入れ
る。圧力の読みを時間の関数として記録する。主鎖の揮
発物質指数を次式により計算する: 主鎖の揮発物質指数(V、1.) (Pa0 PIO)V 0w ここでI’toおよびPa0は熱ブロツク中において1
0および40分後の試料の圧力(mmHg)であり、■
は管の体積(ml)であり、モしてWは試料の乗継(g
)である、装置の体積は110±10m1である。
分析を前述のように実施したとき、高い「揮発物質指数
1は、樹脂を溶融加工するとき、例えば、成形品または
針金上の被膜に溶融加工するとき潜在的に分解し、揮発
物質および気泡を与えうるポリマー鎖の主鎖の不安定な
結合の比較的高いレベルを示す。樹脂の性質に悪影響を
及ぼす加工時に形成する気泡の量を回避するためには、
「揮発物質指数」は15より小、好ましくはlOより小
であるべきである。
押出された立方体または押出されかつ加工された立方体
の色を、白色光を試料に投光し、そして反射された光を
フィルターに通過させ、それを光電池で測定1すること
により決定した。高いパーセントの緑(G%)の反射は
、立方体の白さの高いレベルを示す。実施例において使
用する測色計はrDucolorノ測色計であった。
押出されたばかり立方体の色は、押出条件の過酷さ、存
在する重合開始剤の残留物のレベルおよびタイプ、およ
び存在する場合、それらの組み合わせのレベルに依存す
る。剪断へa露した後の色は、非常の暗色であることが
ある。フッ素化は高いG%値で示されるように本質的に
白色の立方体を生ずる。
加硫酸アンモニウム(APS)または混合加硫酸アンモ
ニウム/カリウム(APS/KPS)を使用して重合し
かつ重合時の種々の溶融粘度を有する数種のテトラフル
オロエチレン/ヘキサフルオロプロピレンコポリマー(
TFE/HFPコポリマー)を、後述のようにして仕上
げて、溶融加−1′、時の気泡の形成の傾向が減少した
生成物を製造した。
真空口および真空系を備える二軸スクリュー押出機を使
用して実験を実施した。前記押出機を同様に真空口およ
び真空系を備える一軸スクリユー押出−機内へ供給した
。二軸スクリュー押出機は。
樹脂溶融機および所望の主鎖の安定化が実施される反応
器の役目をした。−軸スクリユー押出機は、スクリーン
パックおよび次いでダイを通して樹脂を動かすための必
要な圧力を発生させる溶融物のポンプとし使用した。真
空を加えて揮発物質を溶融した樹脂から除去した。
前述の押出装置はrKombiplast」押出fi(
Werner and Pfleiderer Cor
poration 製)である・ポリマー溶融物と接触
するようになる部分には耐食性材料が使用されていた。
二軸スクリュー押出機は並んで配置された2本の同時回
転スクリューを有した。スクリュー形状は相互にかみ合
う輪郭および密な隙間をもって設計されていて、スクリ
ューは自己ぬぐい型(se l f−wip i ng
)であった。スクリューの形状は混線ブロックおよび運
搬区画を含んでいたが、最高の剪断は混線区画において
生ずる。スクリューは3つの係合する混練ブロックの区
画を含有した。混線プロ・ンクにおける密な隙間に加え
て、高いスクリュー速度(162’r p mまで)は
高い剪断に寄与した。
二軸スクリュー押出機は内容物を一軸スクリユー溶融ポ
ンプ中に送入した。−軸スクリユー溶融ポンプは、スク
リーンパックを通す癌過のために低い剪断速度で圧力を
発生するように設計されていた。この−軸スクリユー押
出機は後部に真空口を有し、ここに溶融物は二軸スクリ
ュー押出機から到達した。スクリーンパックはいくつか
の異るスクリーンサイズを含有し、それらのうちの最小
は200X600メツシユであった。
ダイは15または28個の直径2.5mmの穴を有しく
大きい数のダイの穴を粘度が高い樹脂に使用した)そし
て押出される溶融物をペレットに溶融切断し、ペレット
を水流で冷却した。ペレットは直径約3.5mm、厚さ
1.5〜3.0mmの円筒形であった。
押出条件の詳細を表工に示す。
−−ス − − ヴ【断速度、s −3 チャンネル 2.0 隙間 9マ スクリユ一速度(rpm) 8 バレル温度、 ’0 360 動力(kW) 2.0 保圧時間、s 300 真空口の圧力(kPa) 12.3 スクリーンパツクの 1 圧力(MPa) 10.1 保圧時間、S 800 L工二杢潰 ダイの孔のa 15 圧力(MPa) 8.7 溶融物の温度、℃ 365 九色!匁並I 溶融粘度(kPa−s) 9.5 G% 5 3.5 9.2 1 70 450 14 37 370 350 3.8 9.4 300 4 θ2 11.6 13.3 15.2 21.4 820 1075 15 28 8.3 9.3 372 365 22.5 68.3 18 5 押出されたペレットは表工に示す溶融粘度を有した。ペ
レットは低いG 96値により示されるように灰−褐色
であった(同様に表Iにおけるように)、末端基の分析
は、ペレット、ことに実施例2の試料が多少の不安定な
末端基を含有することを示した。次いでをペレットをフ
ッ素ガスに暴露して色を改良しかつ残留する不安定な末
端基を排除した。
−1きJ〈フッ−″ フン素化反応器を使用した。この反応器は、ガス人口お
よび通気接続および電気加熱マントルを備える変ヂした
二重円錐形のブレンダーであった。ガス人口を混転する
粒子中に沈め、そして通気口をA気室間中に向け、そし
て両者を回転するブレンダー内に静止させて保持させる
。ポリマーのペレットを反応器内に入れ、次いでそれを
密閉し、回転を5rpmで開始した。ポリマーのペレッ
トを反応器上の電気マントルおよびまた熱い濾過した空
気で加熱した。ポリマーが所望の温度に到達したとき、
空気流を遮断し、減圧を反応器に適用してすべての空気
を除去した。フッ素/窒素(25/75容量%)の混合
物を反応器に通して供給し、その間を電気マントルのヒ
ーターで前記温度を維持した。フッ素化の条件を表II
に要約する。
フッ素化サイクルの終において、フ・ン素および電気マ
ントルヒーターのスイッチを切り、反応器をもう ・度
ゆっくり排気した。次いで残留フッ素を反応器から窒素
でパージした。窒素のパージを湿潤ヨウ化カリウム紙で
フッ素について検査した(nl【配紙はフッ素の存在下
に暗色化する)、フッ素が通過した後、ガス流を冷却用
の冷たい空気に切換えた。バッチが冷却した後、それを
落下させた。
末端基の分析はすべての不安定な末端基のほとんど完全
な除去を示した(表■参照)。フ・ン素化ペレットの他
の分析は表IVに示されている。ペレ、ントの色は真っ
白であり、これは高い0%値により示される。
表IV中に示された押出されかつフン素化されたペレッ
トの「主鎖の揮発物質指数J (BVI)値はすべて1
5の最小よりもかなり下であり、これは気泡不含の加工
を可能とするために必要であると信じられる。試料の押
出に使用したフレーク(フッ素化して末端基を除去した
)の「主鎖の揮発物質指数」も表■に示されており、そ
してすべて15より大きい、押出の間に発生した剪断は
低い「主鎖の揮発物質指数」の達成するために必要饗あ
ることが明らかである。
Jul− 末端基の一分析 支旌桝五スt −末孤方1− 1 −COF CO2H(”m ) −CF=CF2 −Co、H(D) 2 −COF CO2H(m ) −CF=CF。
−Co、H(D) 3 −COF CO2H(m ) −CF=CF。
−co、H(D) 注: 木2つのタイプの一〇〇、H末端端および二挙体
または水素結合の −ブ/lO’C,,− 0 5 5116 0 242 517 2261’2 19 0 0 0 2 21 4 0 基、すなわち、モノマーの−Co2H(m)末−Co2
H(D)末端が赤外により見られる。
酸フルオライド末t4 これらの実施例の第1節において使用したものに類似す
る二軸スクリュー押出機へ水を添加し、このとき押出さ
れた生成物中の酸フルオライド末端基のレベルにって得
られる効果を示す実験を実施した。供給物は混合APS
/KPS開始剤を使用して重合されたHEP/TFEコ
ポリマーであった。このコポリマーは37.3kPa嗜
sの溶融粘度および1000重量%のRFP含量を有ニ
アた。押出装置は、小型である以外、前述のものと同様
であった。28mmの二軸スクリュー押出機はポリマー
を38mmの一軸スクリユー押出機\供給し、次いでス
クリー〉・パックおよびダイに通した。水を添加しく二
軸スクリュー供給スロートへ直接添加した、1.0%)
あるいは添加しないで、他は同 の条件下に樹脂を押出
した。水を添加しないで押出した樹脂は37酩フルオラ
イド末端/10”炭素原子を含有し、これに対して水を
添加して押出した樹脂は検出IIf能な酸フルオライド
末端を含有しなかった。
窒素をスパークするとき酸フルオライド末端基の形成に
ついて得られる効果を示すために、他の実験を実施した
。水の添加について前述したのと同一・のポリマー供給
物および同一の装置を使用した。吸収および吸着された
酸素の本質的にすべて除去するために押出機供給物ビン
内のフレークをスパークすることは、酸フルオライド末
端の減少に有効ではないことが発見された。しかしなが
ら、フレークを窒素で減圧下に−・夜スパーンし、次い
で窒素の雰囲気の供給系を通して押出機に供給すると、
酸フルオライド末端基は押出された生成物中に存在しな
かった。明らかなように、フルオロポリマーのフレーク
は、長時間のスパークを必要とする十分な吸収および吸
着された空気(酸素)を含有した。この実験についての
対照(窒素なスパークせず、あるいは水を添加しない)
は、22酸フルオライド末端基/106炭素原子を含有
した。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、a)室内において、80〜99重量%のテトラフル
    オロエチレンの単位と相補的に20−1重量%の少なく
    とも1種のエチレン系不飽和共重合性コモノマーの単位
    の原料の溶融加工可能なコポリマーであって、15より
    大きい主鎖の揮発物質指数および102〜10’Paw
    sの溶融粘度を有するコポリマーを10’Paより小さ
    い絶対圧力および220℃〜450℃の温度に付し、そ
    の間前記コポリマーを前記室内を通して動かしかつ50
    0〜7000逆秒の剪断速度に十分な時間伺して15よ
    り小さい主鎖の揮発物質指数を有するコポリマーを生成
    し、そして b)前記コポリマーを前記室から取り出す、ことを特徴
    とする熱的に安定なコポリマーを製造する方法。 2、前記室が混線ブロックを含有する二輪スクリュー押
    出機である特許請求の範囲第1項記載の方法。 3、コポリマーが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コポリマーである特許請求の範囲第
    1項記載の方法。 4、工程b)の後に、コポリマーを攪拌しながら、コポ
    リマーをフッ素ガスと接触させる特許請求の範囲第1.
    2または3項記載の方法。 5、水を前記室へ酸フルオライド末端基のすべてを除去
    するために十分な量で添加する特許請求の範囲第1.2
    または3項記載の方法。 6、工程a)の前に、コポリマーを十分な時間窒素と接
    触させて、工程a)を実施する直前にコポリマーから吸
    収および吸着された酸素の本質的にすべてを除去する特
    許請求の範囲第1.2または3項記載の方法。
JP60004189A 1984-01-16 1985-01-16 パーフルオロ化コポリマーの押出仕上げ方法 Granted JPS60171110A (ja)

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