JPS6023689B2 - テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体の製造方法 - Google Patents

テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体の製造方法

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JPS6023689B2
JPS6023689B2 JP51016639A JP1663976A JPS6023689B2 JP S6023689 B2 JPS6023689 B2 JP S6023689B2 JP 51016639 A JP51016639 A JP 51016639A JP 1663976 A JP1663976 A JP 1663976A JP S6023689 B2 JPS6023689 B2 JP S6023689B2
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polymerization
hfp
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正弘 奥田
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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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はテトラフルオロェチレン/へキサフルオロブロ
ピレン共重合体の製造方法、特に耐ストレスクラツク性
の優れたテトラフルオロヱチレン/へキサフルオロプロ
ピレン共重合体の製造方法に関する。
テトラフルオロェチレン(以下「TFE」と云う。
)とへキサフルオロプロピレン(以下「HFP」と云う
)の共重合体はポリテトラフルオロェチレン(以下「P
TFE」と云う。)に匹敵する耐熱性、耐薬品性、電気
的特性など有し、かつPTFEにはみられない熔融流動
性を有するところから、圧縮成形、押出成形、射出成形
、流動浸溝塗装などの熔融加工法によって加することが
でき、広汎な途に使用されている。これらの熔融加工に
用いられるTFE/HFP共重合体は、通常、成形性の
観点から、後で定義する比熔融粘度が約1びポィズ以下
、好ましくは3×1『ボィズ以下であることが必要であ
り、同時に実用上要求される機械的強度の点から比熔融
粘度は少くとも1びポィズ以上でなければならない。上
記の範囲の比熔融粘度を有し、機械的強度の点で実用上
満足できる性質を有するTFE/HFP共重合体はHF
P含有量が約8〜20重量%の場合に「 この中でも特
に1Q重量%以上の場合に得られ易い。
しかしながら、比熔融粘度が約1ぴポィズ以下のTFE
/HFP共重合体はその成形品に内部的な歪が存在する
とき、応力下において180午0以上の温度にした場合
や有機溶剤に接触させた場合などに亀裂を生じ易い(す
なわちストレスクラックを起し易い)ため、使用範囲が
限定される。結晶性重合体のストレスクラツク性の改良
方法はポリエチレン、ポリスチレンなどについてよく研
究されており、弾性体をブレンドまたはグラフトさせる
方法が広く行われているが、TFE/HFP共重合体の
場合は通常300〜420qoの高温度で成形され、成
形品も用途によっては200qo以上の温度で使用され
るため、上記の方法では成形時に弾性体の熱分解による
着色が起ったり、成形品の耐熱性が携われる恐れがある
。本発明者らの研究によれば、TFE/HFP共重合体
の耐ストレスクラツク性は後で定義するHFP含有量お
よび分子量を増大させれば改善される。
すなわち、HFP含有量が8重量%以上のTFE/HF
P共重合体は十分なシート形成能を有するようになり、
HFP含有量が増すにつれて耐ストレスクラツク性も増
大する。しかしながら、HFP含有量の増加は共重合体
の融点や耐熱性の低下、重合速度の低下などの不利益を
もたらす。また分子量を増すと比熔融粘度が上昇し、耐
ストレスクラック性も向上するが、成形性の著しい低下
を伴う。本発明者らはTFE/HFP共重合本来の耐性
、成形性、耐薬品性、電気的特性などを全く損わないで
耐ストレスクラツク性を改良する方法について検討を重
ねた結果、反応初期にTFE組成を大とすることによっ
て反応速度を大きくし、以後TFE組成を低下させて反
応速度を大きくし、所望組成のTFE/HFP共重合体
を得る方法を採用することにより耐ストレスクラック性
を改良し得る事実を見出し、本発明を完成するに至った
本発明の方法によって、共重合体の耐ストレスクラック
性が改良される真の理由は不明であるが、次の事実はそ
の一部を説明するものと考えられてよい。すなわち、T
FE/HFP共重合体では高い比熔融粘度のものと低い
比熔融粘度のものをブレンドした場合他のものに比し同
一比熔融粘度、同一HFP含有量でも箸しく耐ストレス
クラック性が劣ること、重合反応時に分子量調節剤を用
いて重合した共重合体は分子量調節剤を用いずに重合さ
せた共重合体に比べて耐ストレスクラック性が秀れてい
ることなどから、分子量分布が広いものは狭いものに比
し耐ストレスクラック性が劣り、なかでも低分子量成分
が特に亜影響を及ぼすものと推定される。ところで、従
来のTFEとHFPの重合反応は、初期において反応速
度が著しく遅いため低分子量成分が生じ易いのに対し、
本発明では反応初期において重合系中のTFE組成を増
大させることにより反応速度を増大さ、低分子量成分の
生成を抑制するとともに、その後はHFEの量を低下さ
せて重合反応を続けているので、従来のTFEとHFP
の重合反応で生成する共重合体に比し、本発明で得られ
る英重合体は、比熔融粘度およびHFP含有量が略同一
であっても低分子量成分をほとんど含まず、分子量成分
をほとんど含まず、分子量分布が狭いため、耐ストレス
クラック性が改良されるものと考えられる。このように
本発明で得られるTFEノHFP共重合体は、従来公知
の弾性体をブレンドしたりグラフトして耐ストレスクラ
ツク性を改良したものと異なり、本質的にTFEとHF
Pの両単量体の共重合体よりなり、反応初期において生
成するTFE含有量の大きい、すなわちHFP含有量の
少ないTFE/HFP共重合体を少量含むのみであるか
ら、TFE/HFP共重合体の本来の化学的、物理的諸
性質を何ら損うことなく耐ストレスクラツク性が改善さ
れている。従って、圧縮成形、押出成形、射出成形、流
動浸漬塗装など種々の熔融加工法によってこれを加工す
ることができ、酸化剤、還元剤、溶剤、薬品類に接する
否とを問わず高温から極低温にわたる広範囲の温度条件
下で安定であり、電気的、機械的および化学的用途など
に成形品として使用することができる。本発明において
、重合系中のTFE含有割合を高く保持する期間は、最
終的に得られる共重合体の収量の少くとも15重量%、
好ましくは少なくとも2の重量%の共重合体が生成する
に必要な時間とするのが本発明の効果を得るために必要
である。
この期間は時間の比率にしておよび重合反応時間全体の
1/10以内である。また、この期間においてTFEの
含有割合を高〈する程度は、目的とするTFE/HFP
共重合体のHFPの含有割合が全体として8重量%以上
、特に1の重量%以上必要であることを考慮して、初期
重合段階で生成する重合体中のHFPの含有割合が1の
重量%以下、特に2〜1の重量%となるようにすればよ
い。
しかして、共重合体のHFP含有割合は重合系に存在す
るHFP単量体の量と関係し、上記共重合体中のHFP
2〜1の重量%は重合係中のHFP単量体の量でほぼ6
5〜88重量%に相当するから、重合初期の重合系中の
HFPの量はこの範囲に制御すればよい。本発明におい
て重合の後期で生成する共重合体中のHFP含有量は、
重合の初期に生成する共重合体中のHFP含有量よりも
約2重量%多くなればよいが、ただし最終的に得られる
共重合体のHFP含有量は8〜20重量%でなければな
らないので、このことを考慮して後期のHFP含有量を
決定する必要がある。
共重合体中のHFP含有量は主として重合系中の両単量
体の存在割合によって決められることは通常の共重合体
の場合と同機であり、この点を次に説明する。
重合過程において逐次生成する重合体の単量体組成(す
なわち共重合体のHFP含有量)は温度、圧力、乳化剤
添加の有無等の重合条件によって変化するが、これを決
定する主要な因子は重合中のオートクレープ中の単量体
組成である。
すなわち、重合の際オートクレープ中の単量体組成と得
られる共重合体中の単量体組成に関し、下記‘1}式が
知られている。x × r,X+Y
(1’y Y X+r2Yこの式を本発明の場
合にあてはめると、 x:得られる共重合体中のHFEのモル%y:得られる
共重合体中のHFPのモル%X:重合の際のオートクレ
ープ中のTFEのモル%Y:重合の際のオートクレープ
中のHFPのモル%r.:重合体連鎖にTFEが付加す
る場合の共重合反応性比r2:重合体連鎖にHFPが付
加する場合の英重合反応性比である。
ここで、r,および吻ま選択した重合条件に応じて変化
するので、各重合条件に応じて実験的に定める必要があ
る。あらゆる重合条件に対するr,およびr2の値を示
すことは困難であるが、本発明者が測定したところによ
るもっとも代表的な場合については次の通りである。温
度50qo以下の懸濁重合の場合は、r,=60,r2
=0であった。
温度50午0以上の乳化重合の場合は、r,=20,r
2=0であった。
これに従えば、例えば、50午0以下の懸濁重合の場合
、本発明の初期重合段階において得られるべきHFP含
有量2〜1の重量%のTFE/HFPの共重合体は、前
記のとおり重合系中のHFP含有量単量体の含有量をほ
ぼ65〜8紅重量%としたとき得られることがわかる。
なお、TFE/HFP共重合体は、その単量体組成と融
点の間に直線的な関係のあることが明らかにされており
、本発明方法の反応初期に生成するHFP2〜10重量
%の共重合体の融点は概ね280〜310℃の範囲にあ
るから、反応後期に生成する共重合体の融点はこれより
低くなるわけであり、このように本発明にかかる共重合
体が特異な二重組成を持つものであることは、該共重合
体の各温度における熱吸収を差動熱量計により装定する
ことによって確認することができる。本発明の重合反応
は、以上のように重合途中で単量体組成を変更すること
を除仇ま、通常の方法および条件で行なえばよい。
これら方法および条件について次に説明する。重合反応
は空気およびミネラルをあらかじめ取除いた水をオート
クレープ中へ導入し、ここへTFEおよびHFP含有量
単量体を導入し、さらに重合開始剤を添加することによ
って開始することができる。
本発明方法で使用する重合開始剤としては、遊離ラジカ
ル重合開始剤、特に重合体に安定な末端基を与える有機
ラジカル重合開始剤が好ましく、たとえば特公昭49一
28675号記載の錠(フルオロアシル)パーオキシド
類、特公昭47一44301号記載のジ(クロロフルィ
ロアシル)パーオキシド類、ジイソプロピルパーオキシ
ジカーボネートの如きジアルキルパーオキシジカーボネ
ート類、イソブチルリルバーオキシドの如きジアシルパ
ーオキシド類、ターシヤリープチルパーオキシピバレー
ト、ターシヤリーブチルパ一オキシイソブチレート、ジ
ターシヤリーブチルピーイキシオキザレートの如きパー
オキシェステル類などを挙げることができる。
重合媒体としては水を用いることができる。
また、TFEおよびHFP含有量単量体を溶解すること
のできる溶媒の適当量を水に加えて使用することもでき
る。好ましい溶媒としてはトリクロロトリフルオロエタ
ンおよびモノフルオロトリクロロメタンが例示される。
また、重合温度は一般に0〜1000Cの範囲であり、
重合圧力は0.5〜30X9/仇Gの範囲から選択する
ことができる。本発明に従い、重合系中のTFE/HF
Pとの含有割合は、重合途中で変更せられる。
すなわち、重合途中から重合系中のTFEの存在割合を
減少させ、相対的にHFP含有量の存在割合を増加させ
なければならない。その具体的な方法として次の2つの
方法のいずれかが適当である。一つの方法は重合用オー
トクレープへHFP含有量を追加する方法である。他の
方法は重合系中に単量体の液相が存在する場合に採用す
ることができる方法であって、一定圧力で初期段階の重
合を進行させたのち、単量体組成を変更する時になった
らオートクレープの気相から単量体ガスを一部排し減圧
する方法である。この場合、液相よりも気相にTFEが
多割合で存在するため、排出により、全オートクレープ
中に存在する単量体組成よりも大きい割合でTFEが除
去される結果、重合系中の単量体組成は前よりHFP含
有量が多くなるわけである。重合系中の単量体組成を変
更した後は、重合の進行にしたがって重合槽の圧力が低
下するので、その圧力を単量体を圧入することによって
回復し一定圧力を保持することは常法どおりである。
圧入する単量体は通常TFEのみでもよいが、消費され
た量に見合ったTFEとFEP含有量とを用いてもよい
。全重合時間は所望とする共重合体の収量に従って決め
られるべしものであるが、通常は2〜100時間の範囲
である。
重合中はオートクレープ中に酸素の混入することを避け
なけれならない。オートクレープ中の共重合体が目的と
する収量に到達したとき、残りの単量体を回収し、微粒
子状又は顎粒状のTFE/FEP共重合体を収得する。
以下に実施例、比較例および試験例をあげて本発明をさ
らに詳細に説明する。
なお、「部Jとあるのは全て重量部である。また、生成
共重合体のHFP含有量含有量(重量%)は、厚さ約4
0仏のフィルムの赤外線吸収スペクトル分析によって測
定した980肌‐1の波数における吸光度を2350伽
‐1の波数における吸光度で割った値を3.2倍して得
たものである。なおまた、比熔融粘度とは高化式フロー
テスターを用いて求めたもので、共重合体を内径9.5
側のシリンダーに装填し、温度380q Cに5分間保
持したのち5k9のピストン荷重下に内径2.1肋、長
さ8柳のオリフィスを通して同温度で押出し、このとき
の押出速度(夕/分)で53150を割って得たもので
ある。実施例 1 水300礎部を収容できるジャケットつきSUS−32
蝿洋式オートクレープに脱酸素、脱ミネラルした水10
0の部を入れ、内部空間を純窒素ガスで十分に置換した
のち、TFE180部およびHFP800部を圧入する
楢内の温度を20ooに保ち、灘粋しながら重合開始剤
としてジ(の−ハイドロトデカフルオロヘプタノィル)
パーオキシド2.0部を圧入し、重合反応を開始させる
。このときの圧力は9.0〜9.2k9/均Gである。
20分後、7.2k9/めGまですみやかにモノマーを
パージし、分子量調節剤としてメチルアルコール16部
を圧入し、以後は反応の進行に伴い圧力が低下すること
に7.2k9/鮒GまでTFEを逐次供給して復圧しつ
つ反応を続ける。
この間槽内の温度は20q0に保つ。2岬時間反応後、
未反応のモノマーをパージし、ポリマ−を得る。これを
十分に水洗し、12000で24時間乾燥し、158部
の白色粉末状共重合体を得る。この共重合体の比熔融粘
度は8×1ぴポィズ、HFP含有量は12.1%であっ
た。また、理学電機株製差動熱量計により乾燥後の粉末
10の9を昇温速度10q○/minで昇温しながら融
解温度を測定したところ、268ooに主吸熱ピーク(
融点)が認められ、28yoにも小さし、吸熱ピーク存
在した。実施例 2TFE12碇部およびHFP40膳
部を使用することを除き実施例1と同様に【/て反応を
開始し、15分後HFP含有量250部とメチルアルコ
ール17部を圧入し、以後は実施例1と同様にして重合
を行い、比熔融粘度7.6×1びポィズ、HFP含有量
12.2%の共重合体13$邦を得る。
この共重合体を差動熱量計測定すると268℃に融点の
吸熱ピークが認められ、29100にも小さし、吸熱ピ
ークが認められた。実施例 3TFE24碇邦を使用す
ることを除き実施例1と同機にして反応を開始し、4分
後7.2k9/係Gまでモノマーをパージし、メチルア
ルコール16部を庄入し、以後は実施例1と同様にして
重合を行い、比熔融粘度7.8×1ぴポィズ、HFP含
有量12.1%の共重合体154部を得る。
この共重合体を叢動熱量計測定すると267o0に融点
の吸熱ピークが認められ、2斑℃にも小さし、吸熱ピー
クが認められた。比較例 1TFE12碇都およびHF
P60碇郡を使用し、反応途中でのモノマーの一部放出
をしないことを除き、実施例1と同様にして重合を行い
、比熔融粘度8.5×1ぴポイズ、HFP含有量12.
3%の共重合体131部を得る。
この共重合体を差動熱量計測定すると26700にのみ
融点の吸熱ピークが認められた。比較例 2 メチルアルコール1碇都を使用することを除き、比較例
1と同様にして重合を行い、比熔融粘度1.8×1『ポ
ィズ、HFP含有量12.1%の共重合体161部を得
る。
この共重合体を差動熱量測定すると2磯℃にのみ融点の
吸熱ピークが認められた。比較例 3TFEIO碇部お
よびメチルアルコール9部を使用することを除き、比較
例1と同様にして重合を行い、比熔融粘度8.0×1ぴ
ポィズ、HFP含有量13.8%の共重合体10$部を
得る。
この共重合体を差動熱量測定する2570にのみ融点の
吸熱ピークが認められた。比較例 4 TFE18碇部を使用し、反応時間を8時間とすること
を除き、比較例1と同様にして重合を行い、比熔融粘度
2.8×1びポィズ、HFP含有量10.0%の英重合
体189部を得る。
この共重合体を差動熱量測定すると278こ0にのみ融
点の吸熱ピークが認められた。比較例 5 (ブレンド組成例1) 比較例2のTFE/HFP共重合体50部と比熔融粘度
7×1ぴポィズ、HFP含有量12.2%の粉末状TF
E/HFP共重合体05部を乳鉢で十分に混合したのち
、シリンダー径12肋、長さ20仇舷、押出ダィの径1
.8肌、長さ1仇肋の押出機によって温度340℃で2
回熔融押出を行ったところ、比熔融粘度1.6×1ぴポ
ィズ、HFP含有量12.2%のブレンド体が得られた
比較例 6 (ブレンド組成例2) 比較例1のTFE/HFP共重合体50部と比較例4の
TFE/HFP共重合体5部を乳鉢で十分混合し、以後
は比較例5と同様にして熔融押出を行ったところ、比熔
融粘度9.8×1びポィズ、HFP含有量12.0%の
ブレンド体が得られた。
試験例 各実施例および比較例で得られた共重合体ならびに各組
成例のブレンド体の耐ストレスクラツク性を測定した。
測定方法は次のとおりである。〔EF−50〕試料50
夕を直径12仇凧のくぼみを有する円筒金型に充填し、
これを電気炉に入れ、温度350qoに3粉ご間保持す
る。
次いで60k9/めGの加圧下、同温度で1分間保持し
たのち、加圧下水冷し、厚さ2.3〜2.4肌のシート
を得る。このシートを電気炉に入れ、温度240ooで
2加持間加熱したのち、39×13側の長方形の試験片
を切りとり、カミソリ刃で中心付近の長辺方向に長さ1
1側、深さ0.5側の切れ目をつける。次いでこの試験
片をASTMD1693−70規格のホルダーに折り曲
げてセットし、室温下、メチルアルコール中に浸債する
。測定試験片2の女の半数にクラツクが生じるまでの時
間を測定し、これをストレスクラツク抵抗値EF−50
0とする。〔TF−50〕 EF−50と同機の手法で試験片を作成し、ASTMD
1693一70規格のホルダーにセットし、炉内温度2
00℃ののぞき窓付きの電気炉に入れて加熱し、測定試
験片2の父の半数にクラツク抵抗値TF−50とする。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレ
    ンを重合開始剤の存在下に重合させてヘキサフルオロプ
    ロピレン含有量が8〜20重量%の範囲内にあるテトラ
    フルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体
    を得るに当り、反応初期に重合系中のテトラフルオロエ
    チレンの含有割合を高くして重合せしめ、以後テトラフ
    ルオロエチレン組成を低下させて重合を行なうことを特
    徴とするテトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロ
    ピレン共重合体の製造方法。 2 反応初期にヘキサフルオロプロピレン含有量が10
    重量%以下の共重合体が生成するような条件下でテトラ
    フルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンを重合さ
    せ、以後ヘキサフルオロプロピレン含有量が上記共重合
    体中のヘキサフルオロプロピレン含有量よりも大となる
    ような条件下でテトラフルオロエチレンとヘキサフルオ
    ロプロピレンを重合させて得られる上記1記載のテトラ
    フルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体
    の製造方法。 3 反応初期の時間が最終的に得られる共重合体の量に
    対し少くとも15重量%の共重合体が生成するにたる時
    間に相当する上記2記載のテトラフルオロエチレン/ヘ
    キサフルオロプロピレン共重合体の製造方法。
JP51016639A 1976-02-17 1976-02-17 テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体の製造方法 Expired JPS6023689B2 (ja)

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