JPWO2014084400A1 - ポリテトラフルオロエチレン水性分散液の製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、長鎖含フッ素界面活性剤を使用しなくとも、多段重合によってPTFE粒子の粒子径が小さく分散安定性に優れたPTFE水性分散液を製造できる方法を提供することを目的とする。本発明は、含フッ素界面活性剤及び重合開始剤の存在下、フルオロモノマーの重合を水性媒体中で行うことにより、PTFE及び溶融加工性のフッ素樹脂(但し、ポリテトラフルオロエチレンを除く)からなる群より選択される少なくとも1種のフルオロポリマーの微粒子を含む水性分散液を製造する工程(1)、及び、フルオロポリマー微粒子及び重合開始剤の存在下、更に、TFE、又は、TFEと変性モノマーとの重合を水性媒体中で行うことによりPTFE粒子を含む水性分散液を製造する工程(2)を含み、フルオロポリマー微粒子は、当量重量(EW)が6,000以上であり、体積平均粒子径が0.1nm以上、20nm未満であるPTFE水性分散液の製造方法である。
Description
本発明は、ポリテトラフルオロエチレン水性分散液の製造方法に関する。
フッ素樹脂水性分散液は、一般に、含フッ素界面活性剤の存在下にフルオロモノマーを乳化重合することにより製造される。含フッ素界面活性剤としては、従来、パーフルオロオクタン酸又はその塩等の長鎖含フッ素界面活性剤が使用されてきた(例えば、特許文献1参照)。
しかし、特許文献2には、パーフルオロオクタン酸アンモニウムが自然界には存在せず分解され難い物質であることから、環境面からその排出を抑えることが提案されていること、また、生体蓄積性が高いことが指摘されていることが開示されている。
そこで、特許文献2では、テトラフルオロエチレンを単独で、または共重合可能な他のモノマーと共に、水性媒体中で乳化重合を行う際に、
一般式(1): XCF2CF2(O)mCF2CF2OCF2COOA
(式中、Xは水素原子またはフッ素原子、Aは水素原子、アルカリ金属またはNH4であり、mは0〜1の整数である。)で表される含フッ素乳化剤を最終ポリテトラフルオロエチレン収量に対して1500〜20000ppm使用して得られることを特徴とするポリテトラフルオロエチレン水性乳化液が提案されている。
一般式(1): XCF2CF2(O)mCF2CF2OCF2COOA
(式中、Xは水素原子またはフッ素原子、Aは水素原子、アルカリ金属またはNH4であり、mは0〜1の整数である。)で表される含フッ素乳化剤を最終ポリテトラフルオロエチレン収量に対して1500〜20000ppm使用して得られることを特徴とするポリテトラフルオロエチレン水性乳化液が提案されている。
例えば、特許文献3には、反応性化合物及び連鎖移動剤の存在下、テトラフルオロエチレン、又は、テトラフルオロエチレンと前記テトラフルオロエチレンと共重合可能な変性モノマーとの乳化重合を水性媒体中で行うものであって、前記反応性化合物は、ラジカル重合で反応可能な官能基と親水基とを有し、前記水性媒体に対して10ppmに相当する量を超える量であることを特徴とする低分子量ポリテトラフルオロエチレンの製造方法が記載されている。
また、特許文献4には、フルオロポリマー粒子の水性分散液を作製するための方法であって、水性重合媒体にフッ素化イオノマーの分散微粒子を備える工程と、該水性重合媒体中該フッ素化イオノマーの分散微粒子および開始剤の存在下で、少なくとも1つのフッ素化モノマーを重合させて、フルオロポリマーの粒子の水性分散液を形成させる工程とを含む方法が記載されている。
従来の技術では、長鎖含フッ素界面活性剤と異なる含フッ素界面活性剤を用いてフルオロモノマーを重合すると、得られるフッ素樹脂粒子の粒子径が大きくなる傾向があった。また、分散安定性が低くなる傾向があり、重合中に撹拌翼への重合体の付着が起こる等の問題があった。特に多段重合を行う場合に、粒子径が充分に小さく分散安定性に優れたポリテトラフルオロエチレン水性分散液を得ることは容易ではなかった。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、長鎖含フッ素界面活性剤を使用しなくとも、多段重合によってポリテトラフルオロエチレン粒子の粒子径が小さく分散安定性に優れたポリテトラフルオロエチレン水性分散液を製造することができる方法を提供することを目的とする。
本発明者は、含フッ素界面活性剤及び重合開始剤の存在下、フルオロモノマーの重合を水性媒体中で行うことにより、ポリテトラフルオロエチレン及び溶融加工性のフッ素樹脂(但し、ポリテトラフルオロエチレンを除く)からなる群より選択される少なくとも1種のフルオロポリマーの微粒子を含む水性分散液を製造する工程(1)、及び、当該フルオロポリマー微粒子及び重合開始剤の存在下、更に、テトラフルオロエチレン、又は、テトラフルオロエチレンと変性モノマーとの重合を水性媒体中で行うことにより、ポリテトラフルオロエチレン粒子を含む水性分散液を製造する工程(2)を含むポリテトラフルオロエチレン水性分散液の製造方法について種々検討した。そして、上記工程(1)において含フッ素界面活性剤を多量に使用することで、従来用いられてきた長鎖含フッ素界面活性剤を使用しなくとも、体積平均粒子径が極めて小さいフルオロポリマー微粒子を含む水性分散液を製造でき、その結果、工程(2)において、粒子径が極めて小さいポリテトラフルオロエチレン粒子を含む分散安定性に優れた水性分散液を製造できることを見いだし、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、含フッ素界面活性剤及び重合開始剤の存在下、フルオロモノマーの重合を水性媒体中で行うことにより、ポリテトラフルオロエチレン及び溶融加工性のフッ素樹脂(但し、ポリテトラフルオロエチレンを除く)からなる群より選択される少なくとも1種のフルオロポリマーの微粒子を含む水性分散液を製造する工程(1)、及び、上記フルオロポリマー微粒子及び重合開始剤の存在下、更に、テトラフルオロエチレン、又は、テトラフルオロエチレンと変性モノマーとの重合を水性媒体中で行うことにより、ポリテトラフルオロエチレン粒子を含む水性分散液を製造する工程(2)、を含み、上記フルオロポリマー微粒子は、当量重量(EW)が6,000以上であり、体積平均粒子径が0.1nm以上、20nm未満であることを特徴とするポリテトラフルオロエチレン水性分散液の製造方法である。
含フッ素界面活性剤は、下記一般式(1)
X−(CF2)m1−Y (1)
(式中、XはH又はFを表し、m1は3〜5の整数を表し、Yは−SO3M、−SO4M、−SO3R、−SO4R、−COOM、−PO3M2、−PO4M2(MはH、NH4又はアルカリ金属を表し、Rは炭素数1〜12のアルキル基を表す。)を表す。)で表される含フッ素化合物であることが好ましい。
X−(CF2)m1−Y (1)
(式中、XはH又はFを表し、m1は3〜5の整数を表し、Yは−SO3M、−SO4M、−SO3R、−SO4R、−COOM、−PO3M2、−PO4M2(MはH、NH4又はアルカリ金属を表し、Rは炭素数1〜12のアルキル基を表す。)を表す。)で表される含フッ素化合物であることが好ましい。
工程(1)及び(2)における重合を、下記一般式(2)
X−(CF2)m2−Y (2)
(式中、XはH又はFを表し、m2は6以上の整数を表し、Yは−SO3M、−SO4M、−SO3R、−SO4R、−COOM、−PO3M2、−PO4M2(MはH、NH4又はアルカリ金属を表し、Rは炭素数1〜12のアルキル基を表す。)を表す。)で表される含フッ素化合物の非存在下に行うことが好ましい。
X−(CF2)m2−Y (2)
(式中、XはH又はFを表し、m2は6以上の整数を表し、Yは−SO3M、−SO4M、−SO3R、−SO4R、−COOM、−PO3M2、−PO4M2(MはH、NH4又はアルカリ金属を表し、Rは炭素数1〜12のアルキル基を表す。)を表す。)で表される含フッ素化合物の非存在下に行うことが好ましい。
含フッ素界面活性剤は、LogPOWが3.4以下であることが好ましい。
ポリテトラフルオロエチレン粒子は、平均一次粒子径が100〜500nmであることが好ましい。
本発明のポリテトラフルオロエチレン水性分散液の製造方法によれば、長鎖含フッ素界面活性剤を使用しなくとも、多段重合によって粒子径が極めて小さいポリテトラフルオロエチレン粒子を含む分散安定性に優れた水性分散液を製造することができる。
本発明を具体的に説明する前に、本明細書で使用するいくつかの用語を定義又は説明する。
本明細書において、フッ素樹脂とは、部分結晶性フルオロポリマーであり、フッ素ゴムではなく、フルオロプラスチックスである。フッ素樹脂は、融点を有し、熱可塑性を有するが、溶融加工性であっても、非溶融加工性であってもよい。
本明細書において、溶融加工性とは、押出機および射出成形機などの従来の加工機器を用いて、ポリマーを溶融して加工することが可能であることを意味する。従って、溶融加工性のフッ素樹脂は、後述する測定方法により測定されるメルトフローレートが0.01〜500g/10分であることが通常である。
本明細書において、パーフルオロ樹脂とは、ポリマーの主鎖を構成する炭素原子に結合した一価の原子が全てフッ素原子であるパーフルオロポリマーからなる樹脂である。但し、ポリマーの主鎖を構成する炭素原子には、一価の原子(フッ素原子)の他、アルキル基、フルオロアルキル基、アルコキシ基、フルオロアルコキシ基等の基が結合していてもよい。ポリマーの主鎖を構成する炭素原子に結合しているフッ素原子のいくつかが塩素原子で置換されていてもよい。ポリマー末端基、すなわち、ポリマー鎖を終わらせる基にフッ素原子以外の他の原子が存在してもよい。ポリマー末端基は、大抵、重合反応のために使用した重合開始剤又は連鎖移動剤に由来する基である。
本明細書において、フッ素ゴムとは、非晶質フルオロポリマーである。「非晶質」とは、フルオロポリマーの示差走査熱量測定〔DSC〕(昇温温度10℃/分)あるいは示差熱分析〔DTA〕(昇温速度10℃/分)において現われた融解ピーク(ΔH)の大きさが4.5J/g以下であることをいう。フッ素ゴムは、架橋することにより、エラストマー特性を示す。エラストマー特性とは、ポリマーを延伸することができ、ポリマーを延伸するのに必要とされる力がもはや適用されなくなったときに、その元の長さを保持できる特性を意味する。
本明細書において、パーフルオロモノマーとは、分子中に炭素原子−水素原子結合を含まないモノマーである。上記パーフルオロモノマーは、炭素原子及びフッ素原子の他、炭素原子に結合しているフッ素原子のいくつかが塩素原子で置換されたモノマーであってもよく、炭素原子の他、窒素原子、酸素原子及び硫黄原子を有するものであってもよい。上記パーフルオロモノマーとしては、全ての水素原子がフッ素原子に置換されたモノマーであることが好ましい。上記パーフルオロモノマーには、架橋部位を与えるモノマーは含まれない。
架橋部位を与えるモノマーとは、硬化剤により架橋を形成するための架橋部位をフルオロポリマーに与える架橋性基を有するモノマー(キュアサイトモノマー)である。
本明細書において、ポリテトラフルオロエチレン〔PTFE〕は、全重合単位に対するテトラフルオロエチレンの含有量が99モル%以上であるフルオロポリマーであることが好ましい。
本明細書において、フッ素樹脂(但し、ポリテトラフルオロエチレンを除く)及びフッ素ゴムは、いずれも、全重合単位に対するテトラフルオロエチレンの含有量が99モル%未満であるフルオロポリマーであることが好ましい。
本明細書において、フルオロポリマーを構成する各モノマーの含有量は、NMR、FT−IR、元素分析、蛍光X線分析をモノマーの種類によって適宜組み合わせることで算出できる。
次に、本発明を具体的に説明する。
本発明のポリテトラフルオロエチレン〔PTFE〕水性分散液の製造方法は、フルオロポリマー微粒子を含む水性分散液を製造する工程(1)及びPTFE粒子を含む水性分散液を製造する工程(2)を含む。本発明の製造方法は、工程(1)において特定の含フッ素界面活性剤を多量に使用することにより、体積平均粒子径が0.1nm以上、20nm未満であるフルオロポリマー微粒子を含む水性分散液を製造し、極めて限定された体積平均粒子径を有するフルオロポリマー微粒子を使用して更にフルオロモノマーの重合を行うところに特徴があり、この特徴によって、粒子径が極めて小さいPTFE粒子を含む分散安定性に優れた水性分散液を製造することができる。
工程(1)では、含フッ素界面活性剤及び重合開始剤の存在下、フルオロモノマーの重合を水性媒体中で行うことにより、PTFE及び溶融加工性のフッ素樹脂(但し、PTFEを除く)からなる群より選択される少なくとも1種のフルオロポリマーの微粒子を含む水性分散液を製造する。
工程(1)における含フッ素界面活性剤の使用量は、水性媒体の2000〜500000ppmに相当する量であることが好ましい。含フッ素界面活性剤の使用量が少なすぎると、粒子径が小さいフルオロポリマー微粒子を含む水性分散液を得ることができず、使用量が多すぎると、使用量に見合った効果が得られず経済的に不利である。含フッ素界面活性剤の使用量は、4600ppm以上であることがより好ましく、18,000ppm以上であることが更に好ましく、20,000ppm以上であることが更により好ましく、23,000ppm以上であることが特に好ましく、40,000ppm以上であることが最も好ましく、400,000ppm以下であることがより好ましく、300,000ppm以下であることが更に好ましい。
上記フルオロポリマー微粒子は、体積平均粒子径が0.1nm以上、20nm未満である。体積平均粒子径が上記範囲にあるフルオロポリマー微粒子を工程(2)に供することによって、粒子径が極めて小さいPTFE粒子を含む分散安定性に優れた水性分散液を製造することができる。工程(2)において体積平均粒子径が大きすぎるフルオロポリマー微粒子を使用すると、粒子径が極めて小さいPTFE粒子を含む分散安定性に優れた水性分散液を製造することができない。体積平均粒子径が0.1nm未満のフルオロポリマー微粒子は製造が容易でない。フルオロポリマー微粒子の体積平均粒子径は、0.5nm以上であることが好ましく、1.0nm以上であることがより好ましく、15nm以下であることが好ましく、10nm以下であることがより好ましく、5nm以下であることが特に好ましい。
工程(1)において、体積平均粒子径は、動的光散乱法により測定される。フルオロポリマー固形分濃度1.0質量%に調整したフルオロポリマー水性分散液を作成し、ELSZ−1000S(大塚電子株式会社製)を使用して25℃、積算70回にて測定した値である。溶媒(水)の屈折率は1.3328、溶媒(水)の粘度は0.8878mPa・sとした。体積平均粒子径は一次粒子に分散した状態の平均粒子径である。
上記含フッ素界面活性剤は、LogPOWが3.4以下であることが好ましい。上記LogPOWは、1−オクタノールと水との分配係数であり、LogP[式中、Pは、含フッ素界面活性剤を含有するオクタノール/水(1:1)混合液が相分離した際のオクタノール中の含フッ素界面活性剤濃度/水中の含フッ素界面活性剤濃度比を表す]で表されるものである。上記LogPOWは、1.5以上であることが好ましく、PTFEから除去しやすい点で、3.0以下であることがより好ましく、2.8以下であることが更に好ましい。
上記LogPOWは、カラム;TOSOH ODS−120Tカラム(φ4.6mm×250mm、東ソー(株)製)、溶離液;アセトニトリル/0.6質量%HClO4水=1/1(vol/vol%)、流速;1.0ml/分、サンプル量;300μL、カラム温度;40℃、検出光;UV210nmの条件で、既知のオクタノール/水分配係数を有する標準物質(ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸及びデカン酸)についてHPLCを行い、各溶出時間と既知のオクタノール/水分配係数との検量線を作成し、この検量線に基づき、試料液におけるHPLCの溶出時間から算出する。
LogPOWが3.4以下の含フッ素界面活性剤としては、含フッ素アニオン性界面活性剤が好ましく、米国特許出願公開第2007/0015864号明細書、米国特許出願公開第2007/0015865号明細書、米国特許出願公開第2007/0015866号明細書、米国特許出願公開第2007/0276103号明細書、米国特許出願公開第2007/0117914号明細書、米国特許出願公開第2007/142541号明細書、米国特許出願公開第2008/0015319号明細書、米国特許第3250808号明細書、米国特許第3271341号明細書、特開2003−119204号公報、国際公開第2005/042593号パンフレット、国際公開第2008/060461号パンフレット、国際公開第2007/046377号パンフレット、国際公開第2007/119526号パンフレット、国際公開第2007/046482号パンフレット、国際公開第2007/046345号パンフレットに記載されたもの等を使用できる。
LogPOWが3.4以下の含フッ素界面活性剤としては、アニオン界面活性剤であることが好ましい。
上記アニオン界面活性剤としては、例えば、カルボン酸系界面活性剤、スルホン酸系界面活性剤等が好ましく、これらの界面活性剤としては、下記一般式(I)で表されるパーフルオロカルボン酸(I)、下記一般式(II)で表されるω−Hパーフルオロカルボン酸(II)、下記一般式(III)で表されるパーフルオロポリエーテルカルボン酸(III)、下記一般式(IV)で表されるパーフルオロアルキルアルキレンカルボン酸(IV)、下記一般式(V)で表されるパーフルオロアルコキシフルオロカルボン酸(V)、下記一般式(VI)で表されるパーフルオロアルキルスルホン酸(VI)、及び/又は、下記一般式(VII)で表されるパーフルオロアルキルアルキレンスルホン酸(VII)からなるものが挙げられる。
上記パーフルオロカルボン酸(I)は、下記一般式(I)
F(CF2)n1COOM (I)
(式中、n1は、3〜6の整数であり、Mは、H、NH4又はアルカリ金属元素である。)で表されるものである。
F(CF2)n1COOM (I)
(式中、n1は、3〜6の整数であり、Mは、H、NH4又はアルカリ金属元素である。)で表されるものである。
上記一般式(I)において、重合反応の安定性の点で、上記n1の好ましい下限は4である。また、上記Mは、得られるPTFE水性分散液の加工時に残存しにくいという点で、NH4であることが好ましい。
上記パーフルオロカルボン酸(I)としては、例えば、F(CF2)6COOM、F(CF2)5COOM、F(CF2)4COOM(各式中、Mは、上記定義したものである。)等が好ましい。
上記ω−Hパーフルオロカルボン酸(II)は、下記一般式(II)
H(CF2)n2COOM (II)
(式中、n2は、4〜8の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
H(CF2)n2COOM (II)
(式中、n2は、4〜8の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
上記一般式(II)において、重合反応の安定性の点で、上記n2の好ましい上限は6である。また、上記Mは、得られるPTFE水性分散液の加工時に残存しにくいという点で、NH4であることが好ましい。
上記ω−Hパーフルオロカルボン酸(II)としては、例えば、H(CF2)8COOM、H(CF2)7COOM、H(CF2)6COOM、H(CF2)5COOM、H(CF2)4COOM(各式中、Mは、上記定義したものである。)等が好ましい。
上記パーフルオロポリエーテルカルボン酸(III)は、下記一般式(III)
Rf1−O−(CF(CF3)CF2O)n3CF(CF3)COOM (III)
(式中、Rf1は、炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基であり、n3は、0〜3の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
Rf1−O−(CF(CF3)CF2O)n3CF(CF3)COOM (III)
(式中、Rf1は、炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基であり、n3は、0〜3の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
上記一般式(III)において、上記Rf1は、重合時の安定性の点で、炭素数4以下のパーフルオロアルキル基であることが好ましく、n3は、0又は1であることが好ましく、上記Mは、得られるPTFE水性分散液の加工時に残存しにくいという点で、NH4であることが好ましい。
上記パーフルオロポリエーテルカルボン酸(III)としては、例えば、
C4F9OCF(CF3)COOM、C3F7OCF(CF3)COOM、
C2F5OCF(CF3)COOM、CF3OCF(CF3)COOM、
CF3OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COOM
(各式中、Mは上記定義したものである)等が好ましく、重合時の安定性と除去効率とが共によい点で、
CF3OCF(CF3)COOM、CF3OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COOM
(各式中、Mは上記定義したものである)等がより好ましい。
C4F9OCF(CF3)COOM、C3F7OCF(CF3)COOM、
C2F5OCF(CF3)COOM、CF3OCF(CF3)COOM、
CF3OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COOM
(各式中、Mは上記定義したものである)等が好ましく、重合時の安定性と除去効率とが共によい点で、
CF3OCF(CF3)COOM、CF3OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COOM
(各式中、Mは上記定義したものである)等がより好ましい。
上記パーフルオロアルキルアルキレンカルボン酸(IV)は、下記一般式(IV)
Rf2(CH2)n4Rf3COOM (IV)
(式中、Rf2は、炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基であり、Rf3は、直鎖状又は分岐状の炭素数1〜3のパーフルオロアルキレン基、n4は、1〜3の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
Rf2(CH2)n4Rf3COOM (IV)
(式中、Rf2は、炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基であり、Rf3は、直鎖状又は分岐状の炭素数1〜3のパーフルオロアルキレン基、n4は、1〜3の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
上記一般式(IV)において、上記Rf2は、炭素数2以上のパーフルオロアルキル基、又は、炭素数4以下のパーフルオロアルキル基であることが好ましい。上記Rf3は、炭素数1又は2のパーフルオロアルキレン基であることが好ましく、−(CF2)−又は−CF(CF3)−であることがより好ましい。上記n4は、1又は2であることが好ましく、1であることがより好ましい。上記Mは、得られるPTFE水性分散液の加工時に残存しにくいという点で、NH4であることが好ましい。
上記パーフルオロアルキルアルキレンカルボン酸(IV)としては、例えば、
C4F9CH2CF2COOM、C3F7CH2CF2COOM、
C2F5CH2CF2COOM、C4F9CH2CF(CF3)COOM、
C3F7CH2CF(CF3)COOM、C2F5CH2CF(CF3)COOM、
C4F9CH2CH2CF2COOM、C3F7CH2CH2CF2COOM、
C2F5CH2CH2CF2COOM
(各式中、Mは上記定義したものである)等が好ましい。
C4F9CH2CF2COOM、C3F7CH2CF2COOM、
C2F5CH2CF2COOM、C4F9CH2CF(CF3)COOM、
C3F7CH2CF(CF3)COOM、C2F5CH2CF(CF3)COOM、
C4F9CH2CH2CF2COOM、C3F7CH2CH2CF2COOM、
C2F5CH2CH2CF2COOM
(各式中、Mは上記定義したものである)等が好ましい。
上記パーフルオロアルコキシフルオロカルボン酸(V)は、下記一般式(V)
Rf4−O−CY1Y2CF2−COOM (V)
(式中、Rf4は、炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基であり、Y1及びY2は、同一若しくは異なって、H又はFであり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
Rf4−O−CY1Y2CF2−COOM (V)
(式中、Rf4は、炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基であり、Y1及びY2は、同一若しくは異なって、H又はFであり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
上記一般式(V)において、上記Rf4は、重合安定性の点で、炭素数1〜3のパーフルオロアルキル基であることが好ましく、炭素数3のパーフルオロアルキル基がより好ましい。上記Mは、得られるPTFE水性分散液の加工時に残存しにくいという点で、NH4であることが好ましい。
上記パーフルオロアルコキシフルオロカルボン酸(V)としては、
C3F7OCH2CF2COOM、C3F7OCHFCF2COOM、
C3F7OCF2CF2COOM
(各式中、Mは上記定義したものである)等が好ましい。
C3F7OCH2CF2COOM、C3F7OCHFCF2COOM、
C3F7OCF2CF2COOM
(各式中、Mは上記定義したものである)等が好ましい。
上記パーフルオロアルキルスルホン酸(VI)は、下記一般式(VI)
F(CF2)n5SO3M (VI)
(式中、n5は、3〜6の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
上記一般式(VI)において、上記n5は、重合安定性の点で、4又は5の整数であることが好ましく、上記Mは、得られるPTFE水性分散液の加工時に残存しにくいという点で、NH4であることが好ましい。
上記パーフルオロアルキルスルホン酸(VI)としては、例えば、
F(CF2)4SO3M、F(CF2)5SO3M
(各式中、Mは上記定義したものである)等が好ましい。
F(CF2)n5SO3M (VI)
(式中、n5は、3〜6の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
上記一般式(VI)において、上記n5は、重合安定性の点で、4又は5の整数であることが好ましく、上記Mは、得られるPTFE水性分散液の加工時に残存しにくいという点で、NH4であることが好ましい。
上記パーフルオロアルキルスルホン酸(VI)としては、例えば、
F(CF2)4SO3M、F(CF2)5SO3M
(各式中、Mは上記定義したものである)等が好ましい。
上記パーフルオロアルキルアルキレンスルホン酸(VII)は、下記一般式(VII)
Rf5(CH2)n6SO3M (VII)
(式中、Rf5は、1〜5のパーフルオロアルキル基であり、n6は、1〜3の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
Rf5(CH2)n6SO3M (VII)
(式中、Rf5は、1〜5のパーフルオロアルキル基であり、n6は、1〜3の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
上記一般式(VII)において、Rf5は、炭素数1〜3のパーフルオロアルキル基であることが好ましく、炭素数3のパーフルオロアルキル基であることがより好ましい。上記n6は、1又は2であることが好ましく、1であることが好ましい。上記Mは、得られるPTFE水性分散液の加工時に残存しにくい点で、NH4であることが好ましい。
上記パーフルオロアルキルアルキレンスルホン酸(VII)としては、例えば、
C3F7CH2SO3M
(式中、Mは上記定義したものである)等が好ましい。
C3F7CH2SO3M
(式中、Mは上記定義したものである)等が好ましい。
LogPOWが3.4以下の含フッ素界面活性剤としては、下記一般式(1)
X−(CF2)m1−Y (1)
(式中、XはH又はFを表し、m1は3〜5の整数を表し、Yは−SO3M、−SO4M、−SO3R、−SO4R、−COOM、−PO3M2、−PO4M2(MはH、NH4又はアルカリ金属を表し、Rは炭素数1〜12のアルキル基を表す。)を表す。)で表される含フッ素化合物、一般式(II)で表されるω−Hパーフルオロカルボン酸(II)、一般式(III)で表されるパーフルオロポリエーテルカルボン酸(III)、一般式(IV)で表されるパーフルオロアルキルアルキレンカルボン酸(IV)、一般式(V)で表されるパーフルオロアルコキシフルオロカルボン酸(V)、及び、一般式(VII)で表されるパーフルオロアルキルアルキレンスルホン酸(VII)からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。
X−(CF2)m1−Y (1)
(式中、XはH又はFを表し、m1は3〜5の整数を表し、Yは−SO3M、−SO4M、−SO3R、−SO4R、−COOM、−PO3M2、−PO4M2(MはH、NH4又はアルカリ金属を表し、Rは炭素数1〜12のアルキル基を表す。)を表す。)で表される含フッ素化合物、一般式(II)で表されるω−Hパーフルオロカルボン酸(II)、一般式(III)で表されるパーフルオロポリエーテルカルボン酸(III)、一般式(IV)で表されるパーフルオロアルキルアルキレンカルボン酸(IV)、一般式(V)で表されるパーフルオロアルコキシフルオロカルボン酸(V)、及び、一般式(VII)で表されるパーフルオロアルキルアルキレンスルホン酸(VII)からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。
また、LogPOWが3.4以下の含フッ素界面活性剤としては、下記一般式(1)
X−(CF2)m1−Y (1)
(式中、XはH又はFを表し、m1は3〜5の整数を表し、Yは−SO3M、−SO4M、−SO3R、−SO4R、−COOM、−PO3M2、−PO4M2(MはH、NH4又はアルカリ金属を表し、Rは炭素数1〜12のアルキル基を表す。)を表す。)で表される含フッ素化合物、下記一般式(3)
CF3OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COOX (3)
(式中、Xは水素原子、NH4又はアルカリ金属原子を表す。)で表される含フッ素化合物、及び、下記一般式(4)
CF3CF2OCF2CF2OCF2COOX (4)
(式中、Xは水素原子、NH4又はアルカリ金属原子を表す。)で表される含フッ素化合物からなる群より選択される少なくとも1種であることがより好ましい。
X−(CF2)m1−Y (1)
(式中、XはH又はFを表し、m1は3〜5の整数を表し、Yは−SO3M、−SO4M、−SO3R、−SO4R、−COOM、−PO3M2、−PO4M2(MはH、NH4又はアルカリ金属を表し、Rは炭素数1〜12のアルキル基を表す。)を表す。)で表される含フッ素化合物、下記一般式(3)
CF3OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COOX (3)
(式中、Xは水素原子、NH4又はアルカリ金属原子を表す。)で表される含フッ素化合物、及び、下記一般式(4)
CF3CF2OCF2CF2OCF2COOX (4)
(式中、Xは水素原子、NH4又はアルカリ金属原子を表す。)で表される含フッ素化合物からなる群より選択される少なくとも1種であることがより好ましい。
また、LogPOWが3.4以下の含フッ素界面活性剤としては、下記一般式(1)
X−(CF2)m1−Y (1)
(式中、XはH又はFを表し、m1は3〜5の整数を表し、Yは−SO3M、−SO4M、−SO3R、−SO4R、−COOM、−PO3M2、−PO4M2(MはH、NH4又はアルカリ金属を表し、Rは炭素数1〜12のアルキル基を表す。)を表す。)で表される含フッ素化合物が更に好ましい。
X−(CF2)m1−Y (1)
(式中、XはH又はFを表し、m1は3〜5の整数を表し、Yは−SO3M、−SO4M、−SO3R、−SO4R、−COOM、−PO3M2、−PO4M2(MはH、NH4又はアルカリ金属を表し、Rは炭素数1〜12のアルキル基を表す。)を表す。)で表される含フッ素化合物が更に好ましい。
工程(1)において、フルオロモノマーを重合することによりPTFE及び溶融加工性のフッ素樹脂(但し、PTFEを除く)からなる群より選択される少なくとも1種のフルオロポリマーの微粒子を含む水性分散液が得られる。
上記フルオロモノマーとしては、フルオロオレフィン、好ましくは炭素原子2〜10個を有するフルオロオレフィン;環式のフッ素化されたモノマー;式CQ2=CQOR1又はCQ2=CQOR2OR3(Qは、H又はFであり、R1及びR3は、水素原子の一部又は全てがフッ素原子で置換されている炭素数1〜8のアルキル基であり、R2は、水素原子の一部又は全てがフッ素原子で置換されている炭素数1〜8のアルキレン基である。)で表されるフッ素化アルキルビニルエーテル;ニトリル基を有するフッ素含有オレフィン;ニトリル基を有するフッ素含有ビニルエーテル等が挙げられる。
上記フルオロモノマーとしては、より具体的には、テトラフルオロエチレン〔TFE〕、ヘキサフルオロプロピレン〔HFP〕、クロロトリフルオロエチレン〔CTFE〕、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン〔VDF〕、トリフルオロエチレン、ヘキサフルオロイソブチレン、CH2=CZ1(CF2)nZ2(式中、Z1はH又はF、Z2はH、F又はCl、nは1〜10の整数である。)で表される単量体、CF2=CF−ORf6(式中、Rf6は、炭素数1〜8のパーフルオロアルキル基を表す。)で表されるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)〔PAVE〕、CF2=CF−O−CH2−Rf7(式中、Rf7は、炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基を表す。)で表されるアルキルパーフルオロビニルエーテル誘導体、パーフルオロ−2,2−ジメチル−1,3−ジオキソール〔PDD〕、及び、パーフルオロ−2−メチレン−4−メチル−1,3−ジオキソラン〔PMD〕からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。
CH2=CZ1(CF2)nZ2で表される単量体としては、CH2=CFCF3、CH2=CH−C4F9、CH2=CH−C6F13、CH2=CF−C3F6H等が挙げられる。
CF2=CF−ORf6で表されるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)としては、CF2=CF−OCF3、CF2=CF−OCF2CF3及びCF2=CF−OCF2CF2CF3が挙げられる。
上記フルオロモノマーに加えて、フッ素非含有モノマーを重合してもよい。上記フッ素非含有モノマーとしては、上記フルオロモノマーと反応性を有する炭化水素系モノマー等が挙げられる。上記炭化水素系モノマーとしては、例えば、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン等のアルケン類;エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル等のアルキルビニルエーテル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、n−酪酸ビニル、イソ酪酸ビニル、吉草酸ビニル、ピバリン酸ビニル、カプロン酸ビニル、カプリル酸ビニル、カプリン酸ビニル、バーサチック酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ミリスチン酸ビニル、パルミチン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、安息香酸ビニル、パラ−t−ブチル安息香酸ビニル、シクロヘキサンカルボン酸ビニル、モノクロル酢酸ビニル、アジピン酸ビニル、アクリル酸ビニル、メタクリル酸ビニル、クロトン酸ビニル、ソルビン酸ビニル、桂皮酸ビニル、ウンデシレン酸ビニル、ヒドロキシ酢酸ビニル、ヒドロキシプロピオイン酸ビニル、ヒドロキシ酪酸ビニル、ヒドロキシ吉草酸ビニル、ヒドロキシイソ酪酸ビニル、ヒドロキシシクロヘキサンカルボン酸ビニル等のビニルエステル類;エチルアリルエーテル、プロピルアリルエーテル、ブチルアリルエーテル、イソブチルアリルエーテル、シクロヘキシルアリルエーテル等のアルキルアリルエーテル類;エチルアリルエステル、プロピルアリルエステル、ブチルアリルエステル、イソブチルアリルエステル、シクロヘキシルアリルエステル等のアルキルアリルエステル類等が挙げられる。
上記フッ素非含有モノマーとしては、また、官能基含有炭化水素系モノマーであってもよい。上記官能基含有炭化水素系モノマーとしては、例えば、ヒドロキシエチルビニルエーテル、ヒドロキシプロピルビニルエーテル、ヒドロキシブチルビニルエーテル、ヒドロキシイソブチルビニルエーテル、ヒドロキシシクロヘキシルビニルエーテル等のヒドロキシアルキルビニルエーテル類;グリシジルビニルエーテル、グリシジルアリルエーテル等のグリシジル基を有するフッ素非含有モノマー;アミノアルキルビニルエーテル、アミノアルキルアリルエーテル等のアミノ基を有するフッ素非含有モノマー;(メタ)アクリルアミド、メチロールアクリルアミド等のアミド基を有するフッ素非含有モノマー;臭素含有オレフィン、ヨウ素含有オレフィン、臭素含有ビニルエーテル、ヨウ素含有ビニルエーテル;ニトリル基を有するフッ素非含有モノマー等が挙げられる。
上記PTFEとしては、ホモPTFEであっても、変性PTFEであってもよい。変性PTFEは、TFE単位とTFEと共重合可能な変性モノマーに基づく変性モノマー単位とを含む。また、上記PTFEは、非溶融加工性及びフィブリル化性を有する高分子量PTFEであってもよいし、溶融加工性を有し、フィブリル化性を有しない低分子量PTFEであってもよい。
上記変性モノマーとしては、TFEとの共重合が可能なものであれば特に限定されず、例えば、ヘキサフルオロプロピレン〔HFP〕等のパーフルオロオレフィン;クロロトリフルオロエチレン〔CTFE〕等のクロロフルオロオレフィン;トリフルオロエチレン、フッ化ビニリデン〔VDF〕等の水素含有フルオロオレフィン;パーフルオロビニルエーテル;パーフルオロアルキルエチレン;エチレン;ニトリル基を有するフッ素含有ビニルエーテル等が挙げられる。また、用いる変性モノマーは1種であってもよいし、複数種であってもよい。
上記パーフルオロビニルエーテルとしては特に限定されず、例えば、下記一般式(5)
CF2=CF−ORf8 (5)
(式中、Rf8は、パーフルオロ有機基を表す。)で表されるパーフルオロ不飽和化合物等が挙げられる。本明細書において、上記「パーフルオロ有機基」とは、炭素原子に結合する水素原子が全てフッ素原子に置換されてなる有機基を意味する。上記パーフルオロ有機基は、エーテル酸素を有していてもよい。
CF2=CF−ORf8 (5)
(式中、Rf8は、パーフルオロ有機基を表す。)で表されるパーフルオロ不飽和化合物等が挙げられる。本明細書において、上記「パーフルオロ有機基」とは、炭素原子に結合する水素原子が全てフッ素原子に置換されてなる有機基を意味する。上記パーフルオロ有機基は、エーテル酸素を有していてもよい。
上記パーフルオロビニルエーテルとしては、例えば、上記一般式(5)において、Rf8が炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基を表すものであるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)〔PAVE〕が挙げられる。上記パーフルオロアルキル基の炭素数は、好ましくは1〜5である。
上記PAVEにおけるパーフルオロアルキル基としては、例えば、パーフルオロメチル基、パーフルオロエチル基、パーフルオロプロピル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロペンチル基、パーフルオロヘキシル基等が挙げられるが、パーフルオロアルキル基がパーフルオロプロピル基であるパープルオロプロピルビニルエーテル〔PPVE〕が好ましい。
上記パーフルオロビニルエーテルとしては、更に、上記一般式(5)において、Rf8が炭素数4〜9のパーフルオロ(アルコキシアルキル)基であるもの、Rf8が下記式:
上記パーフルオロビニルエーテルとしては、更に、上記一般式(5)において、Rf8が炭素数4〜9のパーフルオロ(アルコキシアルキル)基であるもの、Rf8が下記式:
(式中、mは、0又は1〜4の整数を表す。)で表される基であるもの、Rf8が下記式:
(式中、nは、1〜4の整数を表す。)で表される基であるもの等が挙げられる。
パーフルオロアルキルエチレンとしては特に限定されず、例えば、パーフルオロブチルエチレン(PFBE)、パーフルオロヘキシルエチレン(PFHE)等が挙げられる。
パーフルオロアルキルエチレンとしては特に限定されず、例えば、パーフルオロブチルエチレン(PFBE)、パーフルオロヘキシルエチレン(PFHE)等が挙げられる。
ニトリル基を有するフッ素含有ビニルエーテルとしては、CF2=CFORf9CN(式中、Rf9は2つの炭素原子間に酸素原子が挿入されていてもよい炭素数が2〜7のアルキレン基を表す。)で表されるフッ素含有ビニルエーテルがより好ましい。
上記変性PTFEにおける変性モノマーとしては、HFP、CTFE、VDF、PPVE、PFBE及びエチレンからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。より好ましくは、HFP及びCTFEからなる群より選択される少なくとも1種の単量体である。
上記変性PTFEは、変性モノマー単位が0.001〜2モル%の範囲であることが好ましく、0.001〜1モル%未満の範囲であることがより好ましい。
本明細書において、PTFEを構成する各単量体の含有量は、NMR、FT−IR、元素分析、蛍光X線分析を単量体の種類によって適宜組み合わせることで算出できる。
工程(1)において得られるPTFEは、溶融粘度(MV)が1.0×10Pa・S以上であることが好ましく、1.0×102Pa・S以上であることがより好ましく、1.0×103Pa・S以上であることが更に好ましい。溶融粘度が小さすぎると、工程(2)を経て得られたPTFEを加熱・焼成する際にボイドの発生原因となり、PTFE成形体に欠陥が生じるおそれがある。
上記溶融粘度は、ASTM D 1238に準拠し、フローテスター(島津製作所社製)及び2φ−8Lのダイを用い、予め測定温度(380℃)で5分間加熱しておいた2gの試料を0.7MPaの荷重にて上記温度に保って測定することができる。
工程(1)において得られるPTFEは、融点が324〜360℃であることが好ましい。
本明細書において、融点は、示差走査熱量計〔DSC〕を用いて10℃/分の速度で昇温したときの融解熱曲線における極大値に対応する温度である。
溶融加工性のフッ素樹脂としては、TFE/PAVE共重合体〔PFA〕、TFE/HFP共重合体〔FEP〕、エチレン〔Et〕/TFE共重合体〔ETFE〕、Et/TFE/HFP共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン〔PCTFE〕、CTFE/TFE共重合体、Et/CTFE共重合体、及び、PVFからなる群より選択される少なくとも1種のフッ素樹脂であることが好ましく、PFA及びFEPからなる群より選択される少なくとも1種のパーフルオロ樹脂であることがより好ましい。
PFAとしては、特に限定されないが、TFE単位とPAVE単位とのモル比(TFE単位/PAVE単位)が70/30以上99/1未満である共重合体が好ましい。より好ましいモル比は、70/30以上98.9/1.1以下であり、更に好ましいモル比は、80/20以上98.9/1.1以下である。TFE単位が少なすぎると機械物性が低下する傾向があり、多すぎると融点が高くなりすぎ成形性が低下する傾向がある。上記PFAは、TFE及びPAVEと共重合可能な単量体に由来する単量体単位が0.1〜10モル%であり、TFE単位及びPAVE単位が合計で90〜99.9モル%である共重合体であることも好ましい。TFE及びPAVEと共重合可能な単量体としては、HFP、CZ3Z4=CZ5(CF2)nZ6(式中、Z3、Z4及びZ5は、同一若しくは異なって、水素原子又はフッ素原子を表し、Z6は、水素原子、フッ素原子又は塩素原子を表し、nは2〜10の整数を表す。)で表されるビニル単量体、及び、CF2=CF−OCH2−Rf7(式中、Rf7は炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基を表す。)で表されるアルキルパーフルオロビニルエーテル誘導体等が挙げられる。
上記PFAは、融点が上記PTFEの融点よりも低く、180〜324℃未満であることが好ましく、230〜320℃であることがより好ましく、280〜320℃であることが更に好ましい。
上記PFAは、メルトフローレート(MFR)MFRが0.1〜500g/10分であることが好ましい。
本明細書において、MFRは、ASTMD1238に準拠した方法で得られる値であり、フルオロポリマーの種類によって定められた測定温度(例えば、PFAやFEPの場合は372℃、ETFEの場合は297℃)、荷重(例えば、PFA、FEP及びETFEの場合は5kg)において測定される。
FEPとしては、特に限定されないが、TFE単位とHFP単位とのモル比(TFE単位/HFP単位)が70/30以上99/1未満である共重合体が好ましい。より好ましいモル比は、70/30以上98.9/1.1以下であり、更に好ましいモル比は、80/20以上98.9/1.1以下である。TFE単位が少なすぎると機械物性が低下する傾向があり、多すぎると融点が高くなりすぎ成形性が低下する傾向がある。FEPは、TFE及びHFPと共重合可能な単量体に由来する単量体単位が0.1〜10モル%であり、TFE単位及びHFP単位が合計で90〜99.9モル%である共重合体であることも好ましい。TFE及びHFPと共重合可能な単量体としては、PAVE、アルキルパーフルオロビニルエーテル誘導体等が挙げられる。
上記FEPは、融点が上記PTFEの融点よりも低く、150〜324℃未満であることが好ましく、200〜320℃であることがより好ましく、240〜320℃であることが更に好ましい。
上記FEPは、MFRが0.01〜500g/10分であることが好ましい。
ETFEとしては、TFE単位とエチレン単位とのモル比(TFE単位/エチレン単位)が20/80以上90/10以下である共重合体が好ましい。より好ましいモル比は37/63以上85/15以下であり、更に好ましいモル比は38/62以上80/20以下である。ETFEは、TFE、エチレン、並びに、TFE及びエチレンと共重合可能な単量体からなる共重合体であってもよい。共重合可能な単量体としては、下記式
CH2=CX5Rf3、CF2=CFRf3、CF2=CFORf3、CH2=C(Rf3)2
(式中、X5は水素原子又はフッ素原子、Rf3はエーテル結合を含んでいてもよいフルオロアルキル基を表す。)で表される単量体が挙げられ、なかでも、CF2=CFRf3、CF2=CFORf3及びCH2=CX5Rf3で表される含フッ素ビニルモノマーが好ましく、HFP、CF2=CF−ORf4(式中、Rf4は炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基を表す。)で表されるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)及びRf3が炭素数1〜8のフルオロアルキル基であるCH2=CX5Rf3で表される含フッ素ビニルモノマーがより好ましい。また、TFE及びエチレンと共重合可能な単量体としては、イタコン酸、無水イタコン酸等の脂肪族不飽和カルボン酸であってもよい。TFE及びエチレンと共重合可能な単量体は、含フッ素重合体に対して0.1〜10モル%が好ましく、0.1〜5モル%がより好ましく、0.2〜4モル%が特に好ましい。
CH2=CX5Rf3、CF2=CFRf3、CF2=CFORf3、CH2=C(Rf3)2
(式中、X5は水素原子又はフッ素原子、Rf3はエーテル結合を含んでいてもよいフルオロアルキル基を表す。)で表される単量体が挙げられ、なかでも、CF2=CFRf3、CF2=CFORf3及びCH2=CX5Rf3で表される含フッ素ビニルモノマーが好ましく、HFP、CF2=CF−ORf4(式中、Rf4は炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基を表す。)で表されるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)及びRf3が炭素数1〜8のフルオロアルキル基であるCH2=CX5Rf3で表される含フッ素ビニルモノマーがより好ましい。また、TFE及びエチレンと共重合可能な単量体としては、イタコン酸、無水イタコン酸等の脂肪族不飽和カルボン酸であってもよい。TFE及びエチレンと共重合可能な単量体は、含フッ素重合体に対して0.1〜10モル%が好ましく、0.1〜5モル%がより好ましく、0.2〜4モル%が特に好ましい。
上記ETFEは、融点が上記PTFEの融点よりも低く、140〜324℃未満であることが好ましく、160〜320℃であることがより好ましく、195〜320℃であることが更に好ましい。
上記ETFEは、MFRが1〜500g/10分であることが好ましい。
上述した共重合体の各単量体単位の含有量は、NMR、FT−IR、元素分析、蛍光X線分析を単量体の種類によって適宜組み合わせることで算出できる。
上記フルオロポリマーは、後述するフルオロポリマー水性分散液の用途に適用することが困難であることから、フッ素化イオノマーでないことが好ましい。
上記フルオロポリマーは、当量重量(EW)が6,000以上であることが好ましい。当量重量(EW)は、イオン交換基1当量当たりの乾燥重量であり、フルオロポリマーの当量重量(EW)が大きいことは、フルオロポリマーを構成するモノマーにイオノマーがほとんど含まれないことを意味する。工程(1)により得られるフルオロポリマー微粒子は、イオノマーがほとんど含まれないにも関わらず、驚くべきことに極めて小さな体積平均粒子径を有する。当量重量(EW)は、10,000以上であることがより好ましく、上限は特に限定されないが、50,000,000以下であることが好ましい。
特許文献4に記載されたフルオロポリマー粒子の水性分散液を作製するための方法では、第一段目の工程でフッ素化イオノマーの分散微粒子を形成させることを必須とするため、最終的に得られるフルオロポリマーも耐熱性が劣り、得られるフルオロポリマーを加熱すると、発泡が生じたり、着色が生じたりすることがある。本発明の製造方法は、工程(1)で得られるフルオロポリマーの当量重量(EW)が6,000以上であることから、工程(2)で得られるポリテトラフルオロエチレンは優れた耐熱性を有している。
上記当量重量は、次の方法により測定することができる。
フルオロポリマーを含む水性分散液に塩酸あるいは硝酸を添加してフルオロポリマーを凝析させる。凝析したフルオロポリマーは、洗浄液が中性になるまで純水にて洗浄を行った後、水分がなくなるまで110℃以下で真空加熱乾燥させる。乾燥させたフルオロポリマーのおよそ0.3gを、25℃の飽和NaCl水溶液30mLに浸漬し、攪拌しながら30分間放置する。次いで、飽和NaCl水溶液中のプロトンを、フェノールフタレインを指示薬として0.01N水酸化ナトリウム水溶液を用いて中和滴定する。中和後に得られたイオン交換基の対イオンがナトリウムイオンの状態となっているフルオロポリマーを、純水ですすぎ、さらに真空乾燥して秤量する。中和に要した水酸化ナトリウムの物質量をM(mmol)、イオン交換基の対イオンがナトリウムイオンのフルオロポリマーの質量をW(mg)とし、下記式より当量重量EW(g/eq)を求める。
EW=(W/M)−22
フルオロポリマーを含む水性分散液に塩酸あるいは硝酸を添加してフルオロポリマーを凝析させる。凝析したフルオロポリマーは、洗浄液が中性になるまで純水にて洗浄を行った後、水分がなくなるまで110℃以下で真空加熱乾燥させる。乾燥させたフルオロポリマーのおよそ0.3gを、25℃の飽和NaCl水溶液30mLに浸漬し、攪拌しながら30分間放置する。次いで、飽和NaCl水溶液中のプロトンを、フェノールフタレインを指示薬として0.01N水酸化ナトリウム水溶液を用いて中和滴定する。中和後に得られたイオン交換基の対イオンがナトリウムイオンの状態となっているフルオロポリマーを、純水ですすぎ、さらに真空乾燥して秤量する。中和に要した水酸化ナトリウムの物質量をM(mmol)、イオン交換基の対イオンがナトリウムイオンのフルオロポリマーの質量をW(mg)とし、下記式より当量重量EW(g/eq)を求める。
EW=(W/M)−22
上記重合開始剤としては、上記重合温度範囲でラジカルを発生しうるものであれば特に限定されず、公知の油溶性及び/又は水溶性の重合開始剤を使用することができる。更に、還元剤等と組み合わせてレドックスとして重合を開始することもできる。上記重合開始剤の濃度は、モノマーの種類、目的とする重合体の分子量、反応速度によって適宜決定される。
上記重合開始剤としては、過硫酸塩及び有機過酸化物からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。重合開始剤としては、フルオロポリマー微粒子の水性分散液中での分散安定性が良好となることから、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウムなどの過硫酸塩、ジサクシニックアシッドパーオキサイド、ジグルタニックアシッドパーオキサイドなどの水溶性有機過酸化物が挙げられる。
上記重合開始剤の使用量は、フルオロポリマー微粒子の水性分散液中での分散安定性が良好となることから、水性媒体の2ppmに相当する量以上であることが好ましい。
上記水性媒体は、重合を行わせる反応媒体であって、水を含む液体を意味する。上記水性媒体は、水を含むものであれば特に限定されず、水と、例えば、アルコール、エーテル、ケトン等のフッ素非含有有機溶媒、及び/又は、沸点が40℃以下であるフッ素含有有機溶媒とを含むものであってもよい。
工程(1)における重合を連鎖移動剤の存在下に行ってもよい。上記連鎖移動剤としては、公知のものが使用できるが、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の飽和炭化水素、クロロメタン、ジクロロメタン、ジフルオロエタン等のハロゲン化炭化水素類、メタノール、エタノール等のアルコール類、水素等が挙げられるが、常温常圧で気体状態のものが好ましく、エタン又はプロパンがより好ましい。
上記連鎖移動剤の使用量は、通常、供給されるフルオロモノマー全量に対して、1〜50,000ppmであり、好ましくは1〜20,000ppmである。
上記連鎖移動剤は、重合開始前に一括して反応容器中に添加してもよいし、重合中に複数回に分割して添加してもよいし、また、重合中に連続的に添加してもよい。
上記重合は、10〜95℃で行うことが好ましく、30℃以上で行うことがより好ましく、90℃以下で行うことがより好ましい。
上記重合は、0.05〜3.9MPaGで行うことが好ましく、0.1MPaG以上で行うことがより好ましく、3.0MPaG以下で行うことがより好ましい。
上記重合は、重合反応器に、フルオロモノマーを仕込み、反応器の内容物を撹拌し、そして反応器を所定の重合温度に保持し、次に重合開始剤を加え、重合反応を開始することにより行う。重合反応開始前に、必要に応じて、水性媒体、添加剤等を反応器に仕込んでもよい。重合反応開始後に、目的に応じて、フルオロモノマー、重合開始剤、連鎖移動剤等を追加添加してもよい。
上記重合を行うことにより、フルオロポリマー微粒子を含む水性分散液を製造することができる。得られる水性分散液の固形分濃度は、おおむね1〜40質量%である。上記固形分濃度は、水性分散液1gを、送風乾燥機中で150℃、60分の条件で乾燥し、水性分散液の質量(1g)に対する、加熱残分の質量の割合を百分率で表したものである。
フルオロポリマー微粒子を含む水性分散液は、フルオロポリマー微粒子の固形分濃度が5.0質量%である水性分散液について測定したフルオロポリマー微粒子の沈降物量が10.0質量%以下であることが好ましく、7.0質量%以下であることがより好ましく、5.5質量%以下であることが更に好ましく、3.0質量%以下であることが特に好ましい。下限は特に限定されない。
ここで、「フルオロポリマー微粒子の沈降物量」とは、例えば、以下の方法で測定する。25℃に保持した30gの水性分散液を、専用の容器に入れ、RT15A7型のロータを備えた日立工機社製の遠心分離機(himac CT15D)を用いて、5000rpmの回転数で5分間保持し、沈降物層と水性分散液層に分離する。水性分散液層を取り出して固形分量を求め、用いた水性分散液中の固形分量との差から沈降物量を計算する。沈降物量を、用いた水性分散液に含まれるフルオロポリマー量に占める割合(質量%)として測定する。割合が低いほど貯蔵安定性に優れることを示す。
フルオロポリマー微粒子を含む水性分散液は、フルオロポリマー微粒子の固形分濃度が5.0質量%である水性分散液について測定したフルオロポリマー微粒子のメッシュアップ量が2.5質量%以下であることが好ましく、2.0質量%以下であることがより好ましく、1.8質量%以下であることが更に好ましく、1.3質量%以下であることが特に好ましい。下限は特に限定されない。
ここで、「フルオロポリマー微粒子のメッシュアップ量」とは、例えば、以下の方法で測定する。65℃に保持した100g水性分散液を、内径4.76mm、外径7.94mmのチューブ(タイゴンチューブ)を備えた東京理化器械株式会社製の定量送液ポンプ(RP−2000型 ローラーポンプ)を用い、吐出流量が10L/時間の条件で2時間循環する。その後、200メッシュSUS網を用いてろ過した際のメッシュアップ量を、用いた水性分散液に含まれるフルオロポリマー量に占める割合(質量%)として測定する。割合が低いほど機械的安定性に優れることを示す。
工程(1)における重合は、下記一般式(2)
X−(CF2)m2−Y (2)
(式中、XはH又はFを表し、m2は6以上の整数を表し、Yは−SO3M、−SO4M、−SO3R、−SO4R、−COOM、−PO3M2、−PO4M2(MはH、NH4又はアルカリ金属を表し、Rは炭素数1〜12のアルキル基を表す。)を表す。)で表される含フッ素化合物の非存在下に行うことが好ましい。本発明の製造方法によれば、このような従来の長鎖含フッ素界面活性剤を使用しなくても、粒子径の充分小さいフルオロポリマー粒子を含む水性分散液を製造することができる。
工程(1)における重合は、乳化重合であることが好ましい。工程(1)における重合は、ラジカル重合であることが好ましい。
X−(CF2)m2−Y (2)
(式中、XはH又はFを表し、m2は6以上の整数を表し、Yは−SO3M、−SO4M、−SO3R、−SO4R、−COOM、−PO3M2、−PO4M2(MはH、NH4又はアルカリ金属を表し、Rは炭素数1〜12のアルキル基を表す。)を表す。)で表される含フッ素化合物の非存在下に行うことが好ましい。本発明の製造方法によれば、このような従来の長鎖含フッ素界面活性剤を使用しなくても、粒子径の充分小さいフルオロポリマー粒子を含む水性分散液を製造することができる。
工程(1)における重合は、乳化重合であることが好ましい。工程(1)における重合は、ラジカル重合であることが好ましい。
工程(1)における重合は、TFEの転化率が10%以下となるまで行うことが好ましい。より好ましくは5%以下、さらに好ましくは1%以下である。本明細書において、上記「転化率」は、重合すべきTFEの量(工程(2)で得られるPTFE粒子を形成するのに必要なTFEの総量)に対し、重合途中のある時点における重合に消費されたTFEの量が占める割合である。
工程(1)により得られるフルオロポリマーの微粒子を含む水性分散液は、フルオロポリマー微粒子の粒子数が5×1015個/cc以上であることが好ましい。このように粒子数が多いと、重合速度が速くなりフルオロポリマーの生産性が向上する点で有利である。粒子数は、含フッ素界面活性剤の使用量、撹拌速度、フルオロモノマーの投入量等を調整することにより調整することができる。粒子数の下限は1×1017個/ccであることがより好ましい。上限は特に限定されないが、5×1021個/ccであることが好ましい。上記粒子数は下記式により算出することができる。
式中、ポリマー粒子の個数は水1ccあたりであり、比重は、工程(1)で合成されるポリマーの比重の実測値を用いる。工程(1)で合成されるポリマーがPTFEである場合は、比重は2.28を用いる。
工程(1)の後に、フルオロポリマー微粒子を含む水性分散液をモノマーの非存在下に加熱処理することが好ましい。加熱処理することにより、フルオロポリマー微粒子を含む水性分散液を製造する工程において使用した重合開始剤の未分解残存分を失活させることができる。未分解残存分があれば、工程(2)の重合準備段階において、重合反応が進行し、副反応を起こす可能性がある。加熱処理の条件は、工程(1)に使用する重合開始剤の分解速度により、分解速度が速いものは、低温、短時間で行うことができ、逆の場合は、逆となる。過硫酸塩の場合、80℃以上で3時間以上行うことが望ましい。
工程(1)の後に、工程(1)で得られた水性分散液に水を添加して希釈されたフルオロポリマー微粒子を含む水性分散液を得る工程(1−2)を含むことが好ましい。工程(1−2)を含むことにより、工程(2)に供する水性分散液中のフルオロポリマー微粒子の粒子数及び含フッ素界面活性剤濃度を調整することができる。
工程(1−2)では、フルオロポリマー微粒子の粒子数を5×1014個/cc以上かつ1×1019個以下に調整することが好ましい。粒子数は1×1015個/cc以上であることがより好ましい。粒子数が多すぎると、工程(2)でフルオロポリマー粒子を安定化させるために多量の含フッ素界面活性剤が必要となるおそれがあり、粒子数が少なすぎると、重合速度が遅くなったり、攪拌翼への付着量が多くなったりするおそれがある。
工程(1−2)で得られる水性分散液中のフルオロポリマー微粒子の粒子数の個数は、以下の計算式により算出することができる。
{工程(1)で得られる水性分散液中のフルオロポリマー微粒子の個数×工程(2)で用いる工程(1)の水性分散液の質量×(100−工程(1)で得られる水性分散液の固形分濃度)/100}/(工程(2)を開始する直前の水性分散液中の水性媒体の質量)
なお、「工程(2)を開始する直前の水性分散液中の水性媒体の質量」は、工程(2)で最初に重合開始剤を投入した直後の水性分散液中の水性媒体の質量であり、工程(1)で得られる水性分散液に投入する、水、重合開始剤を溶解させた水性媒体等の質量を含む。
{工程(1)で得られる水性分散液中のフルオロポリマー微粒子の個数×工程(2)で用いる工程(1)の水性分散液の質量×(100−工程(1)で得られる水性分散液の固形分濃度)/100}/(工程(2)を開始する直前の水性分散液中の水性媒体の質量)
なお、「工程(2)を開始する直前の水性分散液中の水性媒体の質量」は、工程(2)で最初に重合開始剤を投入した直後の水性分散液中の水性媒体の質量であり、工程(1)で得られる水性分散液に投入する、水、重合開始剤を溶解させた水性媒体等の質量を含む。
工程(1)の後に、圧力開放を行う工程を含むことが好ましい。圧力開放を行うことにより、オレフィン系共単量体は実質的に全量が反応系から取り除かれる。上記圧力開放の後、後述の工程(2)において反応系にテトラフルオロエチレン、又は、テトラフルオロエチレンと変性モノマーとを供給した場合、上記圧力開放を行うまでに形成した粒状体に対し、その外表面を被覆するようにテトラフルオロエチレン単位を含む層が形成されるものと考えられる。
上記圧力開放時における反応系の圧力は、通常、大気圧0.1MPaとすることができる。
上記圧力開放時における反応系の圧力は、通常、大気圧0.1MPaとすることができる。
工程(2)では、工程(1)で得られたフルオロポリマー微粒子及び重合開始剤の存在下、更に、テトラフルオロエチレン、又は、テトラフルオロエチレンと変性モノマーとの重合を水性媒体中で行うことにより、PTFE粒子を含む水性分散液を製造する。
工程(2)における、テトラフルオロエチレンと共重合可能な変性モノマーとしては、工程(1)において使用できる変性モノマーと同じものが挙げられる。工程(1)において変性モノマーを使用した場合、工程(2)において使用する変性モノマーは、工程(1)において使用した変性モノマーと同じ種類であってもよいし、異なる種類であってもよい。
上記変性モノマーの使用量は、テトラフルオロエチレンと変性モノマーとの合計量の0.001〜2モル%の範囲であることが好ましく、0.001〜1モル%の範囲であることがより好ましい。
工程(2)で使用する重合開始剤としては、工程(1)で使用する重合開始剤と同じものが挙げられる。工程(2)で使用する重合開始剤は、工程(1)において使用した重合開始剤と同じ種類であってもよいし、異なる種類であってもよい。
工程(2)における重合開始剤の使用量は、PTFE粒子の水性分散液中での分散安定性が良好な状態を保つ反応時間に収まるように適宜選択する。
工程(2)で使用する水性媒体としては、工程(1)で使用する水性媒体と同じものが挙げられる。工程(2)で使用する水性媒体は、工程(1)において使用した水性媒体と同じ種類であってもよいし、異なる種類であってもよい。
工程(2)における重合を連鎖移動剤の存在下に行ってもよい。上記連鎖移動剤としては、工程(1)で使用可能な連鎖移動剤と同様のものを挙げることができる。工程(1)で連鎖移動剤を使用した場合には、工程(2)で使用する連鎖移動剤は、工程(1)において使用した連鎖移動剤と同じ種類であってもよいし、異なる種類であってもよい。
工程(2)における連鎖移動剤の使用量は、通常、供給されるテトラフルオロエチレン及び変性モノマーの全量に対して、1〜50,000ppmであり、好ましくは1〜20,000ppmである。
上記連鎖移動剤は、重合開始前に一括して反応容器中に添加してもよいし、重合中に複数回に分割して添加してもよいし、また、重合中に連続的に添加してもよい。
工程(2)における重合は、10〜95℃で行うことが好ましく、30℃以上で行うことがより好ましく、90℃以下で行うことがより好ましい。
工程(2)における重合は、0.4〜3.9MPaGで行うことが好ましく、0.6MPaG以上で行うことがより好ましく、3.0MPaG以下で行うことがより好ましい。
工程(2)における重合は、重合反応器に、工程(1)で得られたフルオロポリマー微粒子を仕込み、反応器の内容物を撹拌し、そして反応器を所定の重合温度に保持し、次に重合開始剤を加え、重合反応を開始することにより行う。重合反応器に、工程(1)で得られたフルオロポリマー微粒子を仕込むには、重合反応器に、工程(1)で得られたフルオロポリマー微粒子を含む水性分散液を仕込めばよい。重合反応開始前に、必要に応じて、水性媒体、界面活性剤、添加剤等を反応器に仕込んでもよい。重合反応開始後に、目的に応じて、テトラフルオロエチレン又は変性モノマー、重合開始剤、界面活性剤、連鎖移動剤等を追加添加してもよい。
工程(2)における重合では、重合反応開始時における水性媒体中のフルオロポリマー微粒子の含有量は、水性媒体の10〜50,000ppmに相当する量であることが好ましい。より好ましくは50〜10,000ppmに相当する量である。重合反応開始時における水性媒体中のフルオロポリマー微粒子の含有量は、重合反応容器に工程(1)で得られたフルオロポリマー微粒子を含む水性分散液に必要に応じて追加の水性媒体を混合して調整することができる。
工程(2)における重合で使用することができる界面活性剤としては、上述したLogPOWが3.4以下の含フッ素界面活性剤が挙げられる。工程(2)で使用する界面活性剤は、工程(1)において使用した界面活性剤と同じ種類であってもよいし、異なる種類であってもよい。
工程(2)における重合での界面活性剤の使用量は、水性媒体の10〜10,000ppmに相当する量であることが好ましい。より好ましくは50〜5,000ppmに相当する量である。
工程(2)における重合は、下記一般式(2)
X−(CF2)m2−Y (2)
(式中、XはH又はFを表し、m2は6以上の整数を表し、Yは−SO3M、−SO4M、−SO3R、−SO4R、−COOM、−PO3M2、−PO4M2(MはH、NH4又はアルカリ金属を表し、Rは炭素数1〜12のアルキル基を表す。)を表す。)で表される含フッ素化合物の非存在下に行うことが好ましい。本発明の製造方法によれば、このような従来の長鎖含フッ素界面活性剤を使用しなくても、粒子径の充分小さいPTFE粒子を含む水性分散液を製造することができる。
工程(2)における重合は、乳化重合であることが好ましい。工程(2)における重合は、ラジカル重合であることが好ましい。
X−(CF2)m2−Y (2)
(式中、XはH又はFを表し、m2は6以上の整数を表し、Yは−SO3M、−SO4M、−SO3R、−SO4R、−COOM、−PO3M2、−PO4M2(MはH、NH4又はアルカリ金属を表し、Rは炭素数1〜12のアルキル基を表す。)を表す。)で表される含フッ素化合物の非存在下に行うことが好ましい。本発明の製造方法によれば、このような従来の長鎖含フッ素界面活性剤を使用しなくても、粒子径の充分小さいPTFE粒子を含む水性分散液を製造することができる。
工程(2)における重合は、乳化重合であることが好ましい。工程(2)における重合は、ラジカル重合であることが好ましい。
工程(1)及び(2)における重合を、下記一般式(2)
X−(CF2)m2−Y (2)
(式中、XはH又はFを表し、m2は6以上の整数を表し、Yは−SO3M、−SO4M、−SO3R、−SO4R、−COOM、−PO3M2、−PO4M2(MはH、NH4又はアルカリ金属を表し、Rは炭素数1〜12のアルキル基を表す。)を表す。)で表される含フッ素化合物の非存在下に行うことは、本発明の好適な実施形態の1つである。
X−(CF2)m2−Y (2)
(式中、XはH又はFを表し、m2は6以上の整数を表し、Yは−SO3M、−SO4M、−SO3R、−SO4R、−COOM、−PO3M2、−PO4M2(MはH、NH4又はアルカリ金属を表し、Rは炭素数1〜12のアルキル基を表す。)を表す。)で表される含フッ素化合物の非存在下に行うことは、本発明の好適な実施形態の1つである。
工程(2)で得られるPTFE粒子は、平均一次粒子径が100〜500nmであることが好ましい。上記平均一次粒子径は、好ましい上限が400nmである。
上記平均一次粒子径は、固形分濃度0.22質量%に調整したPTFE水性分散液の単位長さに対する550nmの投射光の透過率と、透過型電子顕微鏡写真により決定された平均一次粒子径との検量線をもとにして、上記透過率から間接的に決定した値である。平均一次粒子径は一次粒子に分散した状態の平均粒子径である。
上記PTFE粒子は、標準比重〔SSG〕が2.000〜2.300であることが好ましい。上記SSGは、好ましい下限が2.100であり、好ましい上限が2.280である。
上記SSGは、ASTM D−1457 69に従い測定したものである。
上記PTFE粒子は、融点が324〜350℃であることが好ましく、324〜348℃であることがより好ましい。
上記PTFE粒子は、コアシェル構造を有するものである。上記コアシェル構造は、工程(1)で得られるフルオロポリマー微粒子をコア部とし、工程(2)で新たに形成されたポリテトラフルオロエチレン又は変性ポリテトラフルオロエチレンをシェル部とする構造であると考えられる。
上記PTFE粒子は、粒子に対して0.001〜15質量%のコアを含むことが好ましく、0.05〜10質量%のコアを含むことがより好ましい。コアの量が多すぎると、所望の特性を有するPTFE粒子が製造できないおそれがあり、コアの量が少なすぎると、生産性に劣るおそれがある。PTFE粒子に占めるコアの量は重合条件から計算により算出することができる。
すなわち、本発明の製造方法は、PTFE粒子に占めるコアの量が上述の範囲になるように、工程(1)及び(2)を行うことが好ましい。
工程(2)において、上記重合を行うことにより、PTFE粒子を含む水性分散液を製造することができる。得られる水性分散液の固形分濃度は、おおむね10〜40質量%である。上記固形分濃度は、水性分散液1gを、送風乾燥機中で150℃、60分の条件で乾燥し、水性分散液の質量(1g)に対する、加熱残分の質量の割合を百分率で表したものである。
また、本発明の製造方法により得られるPTFE水性分散液を、ノニオン界面活性剤の存在下に陰イオン交換樹脂と接触させる工程(I)と、工程(I)で得られた水性分散液を、水性分散液中の固形分濃度が水性分散液100質量%に対して30〜70質量%となるように濃縮する工程(II)とを含む製造方法により、含フッ素界面活性剤を含まず、固形分濃度が高いPTFE水性分散液を製造することもできる。上記固形分濃度は、水性分散液1gを、送風乾燥機中で380℃、60分の条件で乾燥し、水性分散液の質量(1g)に対する、加熱残分の質量の割合を百分率で表したものである。
上記陰イオン交換樹脂と接触させる工程は、従来公知の方法で行うことができる。また、上記濃縮方法としては、上述のものが挙げられる。
本発明の製造方法は、上記工程(I)の後、PTFEの水性分散液と陰イオン交換樹脂とを分離してPTFEの水性分散液を回収する工程を含むことが好ましい。
本発明の製造方法は、上記工程(I)の後、PTFEの水性分散液と陰イオン交換樹脂とを分離してPTFEの水性分散液を回収する工程を含むことが好ましい。
ノニオン界面活性剤としては、フッ素を含有しないノニオン性の化合物からなるものであれば特に限定されず、公知のものを使用できる。上記ノニオン界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキレンアルキルエーテル等のエーテル型ノニオン界面活性剤;エチレンオキサイド/プロピレンオキサイドブロック共重合体等のポリオキシエチレン誘導体;ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル等のエステル型ノニオン界面活性剤;ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルキルアルカノールアミド等のアミン系ノニオン界面活性剤等が挙げられる。これらはいずれも非フッ素化ノニオン界面活性剤である。
上記ノニオン界面活性剤を構成する化合物において、その疎水基は、アルキルフェノール基、直鎖アルキル基及び分岐アルキル基の何れであってもよいが、アルキルフェノール基を構造中に有しない化合物等、ベンゼン環を有さないものであることが好ましい。
上記ノニオン界面活性剤としては、なかでも、ポリオキシエチレンアルキルエーテルが好ましい。上記ポリオキシエチレンアルキルエーテルとしては、炭素数10〜20のアルキル基を有するポリオキシエチレンアルキルエーテル構造からなるものが好ましく、炭素数10〜15のアルキル基を有するポリオキシエチレンアルキルエーテル構造からなるものがより好ましい。上記ポリオキシエチレンアルキルエーテル構造におけるアルキル基は、分岐構造を有していることが好ましい。
上記ポリオキシエチレンアルキルエーテルの市販品としては、例えば、Genapol X080(製品名、クラリアント社製)、タージトール9−S−15(製品名、クラリアント社製)、ノイゲンTDS−80(製品名、第一工業製薬社製)、レオコールTD−90(製品名、ライオン社製)等が挙げられる。
本発明の製造方法によって得られるPTFE水性分散液をそのまま、又は、必要に応じて添加剤を添加して塗装することにより以下に例示する被覆物品を製造することができる。上記被覆物品としては、例えば、フライパン、グリル鍋、圧力鍋、その他の各種鍋、炊飯器、餅つき器、オーブン、ホットプレート、パン焼き型、包丁、ガステーブル等の調理器具;電気ポット、製氷トレー等の飲食用容器;練りロール、圧延ロール、コンベア、ホッパー等の食品工業用部品;オフィスオートメーション機器〔OA〕用ロール、OA用ベルト、OA用分離爪、製紙ロール、フィルム製造用カレンダーロール等の工業用品;発泡スチロール成形用等の金型、鋳型、合板・化粧板製造用離型板等の成形金型離型;レンジフード等の厨房用品;コンベアーベルト等の冷凍食品製造装置;のこぎり、やすり、ダイス、きり等の工具;アイロン、鋏、包丁等の家庭用品;金属箔、電線;食品加工機、包装機、紡繊機械等のすべり軸受;カメラ・時計の摺動部品;パイプ、バルブ、ベアリング等の自動車部品、雪かきシャベル、すき、シュート、船底、ボイラー、工業用コンテナ(特に半導体工業用)が挙げられる。
上記PTFE水性分散液の用途としては、また、不織布、樹脂成形品等の多孔性支持体を含浸させ乾燥した後、好ましくは焼成することよりなる含浸;ガラス等の基材上に塗布し乾燥した後、必要に応じて水中に浸漬し、基材を剥離して薄膜を得ることよりなるキャスト製膜等が挙げられ、これら適用例としては、水性分散型塗料、電極用結着剤、電極用撥水剤等が挙げられる。
上記PTFE水性分散液は、加工助剤として使用することも好ましい。加工助剤として使用する場合、上記PTFE水性分散液をホストポリマー等に混合することにより、ホストポリマー溶融加工時の溶融強度向上や、得られたポリマーの機械的強度、電気特性、難燃性、滴下防止性、摺動性を向上することができる。
上記PTFE水性分散液は、熱溶融加工性フッ素樹脂と複合させてから加工助剤として使用することも好ましい。上記PTFE水性分散液は、例えば、特開平11−49912号公報、特開2003−24693号公報、米国特許第5804654号明細書、特開平11−29679号公報、特開2003−2980号公報に記載されたPTFEの原料として好適である。
上記PTFE水性分散液は、塵埃抑制処理剤として使用することも好ましい。上記塵埃抑制処理剤は、発塵性物質と混合し、該混合物に20〜200℃の温度で圧縮−せん断作用を施すことによりポリテトラフルオロエチレンをフィブリル化して発塵性物質の塵埃を抑制する方法、例えば特許第2827152号公報、特許第2538783号公報等に開示された方法において、用いることができる。上記塵埃抑制処理剤は、建材分野、土壌安定材分野、固化材分野、肥料分野、焼却灰及び有害物質の埋立処分分野、防爆分野、化粧品分野等の塵埃抑制処理に好適に用いられる。
上記PTFE水性分散液は、例えば、国際公開第2007/004250号パンフレットに記載の塵埃抑制処理剤組成物に好適に用いることができ、国際公開第2007/000812号パンフレットに記載の塵埃抑制処理方法にも好適に用いることができる。
上記PTFE水性分散液は、分散紡糸法(Dispersion Spinning method)によりポリテトラフルオロエチレン繊維を得る原料として使用することも好ましい。上記分散紡糸法とは、上記ポリテトラフルオロエチレン水性分散液とマトリックス高分子の水性分散液とを混合し、当該混合物を押出加工して中間体繊維構造物を形成し、該中間体繊維構造物を焼成することによって上記マトリックス高分子を分解及びポリテトラフルオロエチレン粒子の焼結を行ってポリテトラフルオロエチレン繊維を得る方法である。
また、本発明の製造方法によって得られるPTFE水性分散液を凝析する工程、得られた凝析粒子の洗浄を行う工程、及び、乾燥を行う工程を行うことにより、PTFEのファインパウダーを製造することもできる。
上記の凝析、洗浄及び乾燥の方法としては、従来公知の方法を採用してよい。
上記ファインパウダーは、チューブ、電線被覆、シール部材、パッキン、摺動部材等の各種成形材料や添加剤として好適に使用することができる。
上記PTFE水性分散液はまた、熱溶融加工性フッ素樹脂の水性分散液と混合して凝析させることにより、共凝析粉末とすることも好ましい。上記共凝析粉末は、加工助剤として好適である。上記熱溶融加工性フッ素樹脂としては、例えば、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(FEP)、テトラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体(PFA)、エチレン/テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、エチレン/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(EFEP)等が挙げられるが、中でもFEPが好ましい。
次に本発明を実施例をあげて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
実施例の各数値は以下の方法により測定した。
(平均粒子径)
(体積平均粒子径)
動的光散乱法により測定される。フルオロポリマー固形分濃度1.0質量%に調整したフルオロポリマー水性分散液を作成し、ELSZ−1000S(大塚電子株式会社製)を使用して25℃、積算70回にて測定した。溶媒(水)の屈折率は1.3328、溶媒(水)の粘度は0.8878mPa・sとした。
(平均一次粒子径)
固形分濃度0.22質量%に調整したPTFE水性分散液の単位長さに対する550nmの投射光の透過率と、透過型電子顕微鏡写真により決定された平均一次粒子径との検量線をもとにして、上記透過率から間接的に決定した。
(体積平均粒子径)
動的光散乱法により測定される。フルオロポリマー固形分濃度1.0質量%に調整したフルオロポリマー水性分散液を作成し、ELSZ−1000S(大塚電子株式会社製)を使用して25℃、積算70回にて測定した。溶媒(水)の屈折率は1.3328、溶媒(水)の粘度は0.8878mPa・sとした。
(平均一次粒子径)
固形分濃度0.22質量%に調整したPTFE水性分散液の単位長さに対する550nmの投射光の透過率と、透過型電子顕微鏡写真により決定された平均一次粒子径との検量線をもとにして、上記透過率から間接的に決定した。
(溶融粘度(MV))
ASTM D 1238に準拠し、フローテスター(島津製作所社製)及び2φ−8Lのダイを用い、予め測定温度(380℃)で5分間加熱しておいた2gの試料を0.7MPaの荷重にて上記温度に保って測定した。
ASTM D 1238に準拠し、フローテスター(島津製作所社製)及び2φ−8Lのダイを用い、予め測定温度(380℃)で5分間加熱しておいた2gの試料を0.7MPaの荷重にて上記温度に保って測定した。
(変性量)
NMR、FT−IR、元素分析、蛍光X線分析を単量体の種類によって適宜組み合わせて測定した。
NMR、FT−IR、元素分析、蛍光X線分析を単量体の種類によって適宜組み合わせて測定した。
(融点)
示差走査熱量計〔DSC〕を用いて10℃/分の速度で昇温したときの融解熱曲線における極大値に対応する温度として求めた。
示差走査熱量計〔DSC〕を用いて10℃/分の速度で昇温したときの融解熱曲線における極大値に対応する温度として求めた。
(固形分濃度)
重合により得られた濃縮前の水性分散液の固形分濃度は、水性分散液1gを、送風乾燥機中で150℃、60分の条件で乾燥し、水性分散液の質量(1g)に対する、加熱残分の質量の割合を百分率で表した値を採用した。
また、濃縮後の水性分散液の固形分濃度は、水性分散液1gを、送風乾燥機中で380℃、60分の条件で乾燥し、水性分散液の質量(1g)に対する、加熱残分の質量の割合を百分率で表した値を採用した。
重合により得られた濃縮前の水性分散液の固形分濃度は、水性分散液1gを、送風乾燥機中で150℃、60分の条件で乾燥し、水性分散液の質量(1g)に対する、加熱残分の質量の割合を百分率で表した値を採用した。
また、濃縮後の水性分散液の固形分濃度は、水性分散液1gを、送風乾燥機中で380℃、60分の条件で乾燥し、水性分散液の質量(1g)に対する、加熱残分の質量の割合を百分率で表した値を採用した。
(標準比重(SSG))
ASTM D−1457 69に従い測定した。
ASTM D−1457 69に従い測定した。
(メルトフローレート(MFR))
MFRは、ASTMD1238に準拠した方法で、フルオロポリマーの種類によって定められた測定温度(例えば、PFAやFEPの場合は372℃、ETFEの場合は297℃)、荷重(例えば、PFA、FEP及びETFEの場合は5kg)において測定した。
MFRは、ASTMD1238に準拠した方法で、フルオロポリマーの種類によって定められた測定温度(例えば、PFAやFEPの場合は372℃、ETFEの場合は297℃)、荷重(例えば、PFA、FEP及びETFEの場合は5kg)において測定した。
(分散安定性の評価)
(貯蔵安定性試験)
25℃に保持した30gのフルオロポリマー水性分散液を、専用の容器に入れ、RT15A7型のロータを備えた日立工機社製の遠心分離機(himac CT15D)を用いて、5000rpmの回転数で5分間保持し、沈降物層とフルオロポリマー水性分散液層に分離した。フルオロポリマー水性分散液層を取り出して固形分量を求め、用いたフルオロポリマー水性分散液中の固形分量との差から沈降物量を計算した。沈降物量を、用いたフルオロポリマー水性分散液に含まれるフルオロポリマー量に占める割合(質量%)として測定した。割合が低いほど貯蔵安定性に優れることを示す。
(貯蔵安定性試験)
25℃に保持した30gのフルオロポリマー水性分散液を、専用の容器に入れ、RT15A7型のロータを備えた日立工機社製の遠心分離機(himac CT15D)を用いて、5000rpmの回転数で5分間保持し、沈降物層とフルオロポリマー水性分散液層に分離した。フルオロポリマー水性分散液層を取り出して固形分量を求め、用いたフルオロポリマー水性分散液中の固形分量との差から沈降物量を計算した。沈降物量を、用いたフルオロポリマー水性分散液に含まれるフルオロポリマー量に占める割合(質量%)として測定した。割合が低いほど貯蔵安定性に優れることを示す。
(機械的安定性試験)
65℃に保持した100gのフルオロポリマー水性分散液を、内径4.76mm、外径7.94mmのチューブ(タイゴンチューブ)を備えた東京理化器械株式会社製の定量送液ポンプ(RP−2000型 ローラーポンプ)を用い、吐出流量が10L/時間の条件で2時間循環した。その後、200メッシュSUS網を用いてろ過した際のメッシュアップ量を、用いたフルオロポリマー水性分散液に含まれるフルオロポリマー量に占める割合(質量%)として測定した。割合が低いほど機械的安定性に優れることを示す。
65℃に保持した100gのフルオロポリマー水性分散液を、内径4.76mm、外径7.94mmのチューブ(タイゴンチューブ)を備えた東京理化器械株式会社製の定量送液ポンプ(RP−2000型 ローラーポンプ)を用い、吐出流量が10L/時間の条件で2時間循環した。その後、200メッシュSUS網を用いてろ過した際のメッシュアップ量を、用いたフルオロポリマー水性分散液に含まれるフルオロポリマー量に占める割合(質量%)として測定した。割合が低いほど機械的安定性に優れることを示す。
(1)1段階目
(合成例1)
内容量1Lの撹拌機付きガラス製反応器に、530gの脱イオン水、30gのパラフィンワックス及び55.0gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤(APFH)を入れた。次いで反応器の内容物を85℃まで加熱しながら吸引すると同時にTFE単量体でパージして反応器内の酸素を除いた。その後、0.03gのエタンガスを反応器に加え、内容物を540rpmで攪拌した。反応器中にTFE単量体を0.73MPaGの圧力となるまで加えた。20gの脱イオン水に溶解した0.11gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を反応器に注入し、反応器を0.83MPaGの圧力にした。開始剤の注入後に圧力の低下が起こり重合の開始が観測された。TFE単量体を反応器に加えて圧力を保ち、約140gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた。その後に、反応器内の圧力が常圧になるまで排気し、内容物を反応器から取り出して冷却した。上澄みのパラフィンワックスをPTFE水性分散液から取り除いた。
得られたPTFE水性分散液の固形分濃度は20.5質量%であり、体積平均粒子径は0.9nmであった。
得られたPTFE水性分散液の一部を冷凍庫に入れて凍結した。凍結したPTFE水性分散液を25℃になるまで放置して凝固した粉末を得た。凝固した湿潤粉末を150℃で18時間乾燥した。このときのPTFE粉末の溶融粘度は3.0×103Pa・S、融点は327.0℃であった。
得られたPTFE水性分散液を固形分濃度が5.0質量%となるように脱イオン水を加え、貯蔵安定性を評価した結果、沈降物量は0.1質量%であった。
得られたPTFE水性分散液を分散剤量が10.0質量%となるように重合したときと同一の分散剤であるAPFHを加えた。さらに、固形分濃度が5.0質量%なるように脱イオン水を加え、機械的安定性を評価した結果、メッシュアップ量は0.1質量%であった。
(合成例1)
内容量1Lの撹拌機付きガラス製反応器に、530gの脱イオン水、30gのパラフィンワックス及び55.0gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤(APFH)を入れた。次いで反応器の内容物を85℃まで加熱しながら吸引すると同時にTFE単量体でパージして反応器内の酸素を除いた。その後、0.03gのエタンガスを反応器に加え、内容物を540rpmで攪拌した。反応器中にTFE単量体を0.73MPaGの圧力となるまで加えた。20gの脱イオン水に溶解した0.11gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を反応器に注入し、反応器を0.83MPaGの圧力にした。開始剤の注入後に圧力の低下が起こり重合の開始が観測された。TFE単量体を反応器に加えて圧力を保ち、約140gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた。その後に、反応器内の圧力が常圧になるまで排気し、内容物を反応器から取り出して冷却した。上澄みのパラフィンワックスをPTFE水性分散液から取り除いた。
得られたPTFE水性分散液の固形分濃度は20.5質量%であり、体積平均粒子径は0.9nmであった。
得られたPTFE水性分散液の一部を冷凍庫に入れて凍結した。凍結したPTFE水性分散液を25℃になるまで放置して凝固した粉末を得た。凝固した湿潤粉末を150℃で18時間乾燥した。このときのPTFE粉末の溶融粘度は3.0×103Pa・S、融点は327.0℃であった。
得られたPTFE水性分散液を固形分濃度が5.0質量%となるように脱イオン水を加え、貯蔵安定性を評価した結果、沈降物量は0.1質量%であった。
得られたPTFE水性分散液を分散剤量が10.0質量%となるように重合したときと同一の分散剤であるAPFHを加えた。さらに、固形分濃度が5.0質量%なるように脱イオン水を加え、機械的安定性を評価した結果、メッシュアップ量は0.1質量%であった。
(合成例2)
合成例1における85℃の重合温度を70℃にした以外は合成例1と同様に重合を行った。
合成例1における85℃の重合温度を70℃にした以外は合成例1と同様に重合を行った。
(合成例3)
合成例1における0.11gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を0.006gとした以外は合成例1と同様に重合を行った。
合成例1における0.11gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を0.006gとした以外は合成例1と同様に重合を行った。
(合成例4)
合成例1における0.11gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を0.003gとした以外は合成例1と同様に重合を行った。
合成例1における0.11gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を0.003gとした以外は合成例1と同様に重合を行った。
(合成例5)
合成例1における0.11gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を0.028gとした以外は合成例1と同様に重合を行った。
合成例1における0.11gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を0.028gとした以外は合成例1と同様に重合を行った。
(合成例6)
合成例1における0.11gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を0.006gとし、約185gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた以外は合成例1と同様に重合を行った。
合成例1における0.11gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を0.006gとし、約185gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた以外は合成例1と同様に重合を行った。
(合成例7)
合成例1における0.11gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を0.006gとし、55.0gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤(APFH)を26.4gとし、約10gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた以外は合成例1と同様に重合を行った。
合成例1における0.11gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を0.006gとし、55.0gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤(APFH)を26.4gとし、約10gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた以外は合成例1と同様に重合を行った。
(合成例8)
合成例1における0.11gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を0.006gとし、0.03gのエタンガスを0.01gとし、保った0.83MPaGの反応器の圧力を0.20MPaGとし、約40gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた以外は合成例1と同様に重合を行った。
合成例1における0.11gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を0.006gとし、0.03gのエタンガスを0.01gとし、保った0.83MPaGの反応器の圧力を0.20MPaGとし、約40gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた以外は合成例1と同様に重合を行った。
(合成例9)
合成例1における0.11gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を0.006gとし、55.0gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤(APFH)を22.0gの2,3,3,3−テトラフルオロ−2−[1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)プロポキシ]−プロパン酸アンモニウム塩分散剤(CF3OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COONH4)〔PMPA〕とし、約40gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた以外は合成例1と同様に重合を行った。
合成例1における0.11gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を0.006gとし、55.0gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤(APFH)を22.0gの2,3,3,3−テトラフルオロ−2−[1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)プロポキシ]−プロパン酸アンモニウム塩分散剤(CF3OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COONH4)〔PMPA〕とし、約40gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた以外は合成例1と同様に重合を行った。
(合成例10)
合成例9における22.0gの2,3,3,3−テトラフルオロ−2−[1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)プロポキシ]−プロパン酸アンモニウム塩分散剤(CF3OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COONH4)〔PMPA〕を16.5gとした以外は合成例9と同様に重合を行った。
合成例9における22.0gの2,3,3,3−テトラフルオロ−2−[1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)プロポキシ]−プロパン酸アンモニウム塩分散剤(CF3OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COONH4)〔PMPA〕を16.5gとした以外は合成例9と同様に重合を行った。
(合成例11)
合成例9における22.0gの2,3,3,3−テトラフルオロ−2−[1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)プロポキシ]−プロパン酸アンモニウム塩分散剤(CF3OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COONH4)〔PMPA〕を11.0gとした以外は合成例9と同様に重合を行った。
合成例9における22.0gの2,3,3,3−テトラフルオロ−2−[1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)プロポキシ]−プロパン酸アンモニウム塩分散剤(CF3OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COONH4)〔PMPA〕を11.0gとした以外は合成例9と同様に重合を行った。
(合成例12)
合成例9における22.0gの2,3,3,3−テトラフルオロ−2−[1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)プロポキシ]−プロパン酸アンモニウム塩分散剤(CF3OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COONH4)〔PMPA〕を9.9gとした以外は合成例9と同様に重合を行った。
合成例9における22.0gの2,3,3,3−テトラフルオロ−2−[1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)プロポキシ]−プロパン酸アンモニウム塩分散剤(CF3OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COONH4)〔PMPA〕を9.9gとした以外は合成例9と同様に重合を行った。
(合成例13)
合成例9における22.0gの2,3,3,3−テトラフルオロ−2−[1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)プロポキシ]−プロパン酸アンモニウム塩分散剤(CF3OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COONH4)〔PMPA〕を110.0gのパーフルオロペンタン酸アンモニウム分散剤(APFP)とし、約140gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた以外は合成例9と同様に重合を行った。
合成例9における22.0gの2,3,3,3−テトラフルオロ−2−[1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)プロポキシ]−プロパン酸アンモニウム塩分散剤(CF3OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COONH4)〔PMPA〕を110.0gのパーフルオロペンタン酸アンモニウム分散剤(APFP)とし、約140gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた以外は合成例9と同様に重合を行った。
(合成例14)
内容量1Lの撹拌機付きガラス製反応器に、530gの脱イオン水、30gのパラフィンワックス及び55.0gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤(APFH)を入れた。次いで反応器の内容物を85℃まで加熱しながら吸引すると同時にTFE単量体でパージして反応器内の酸素を除いた。その後、0.03gのエタンガスと1.12gのパーフルオロ[3−(1−メチル−2−ビニルオキシ−エトキシ)プロピオニトリル](以下、CNVEと略する)とを反応器に加え、内容物を540rpmで攪拌した。反応器中にTFE単量体を0.73MPaGの圧力となるまで加えた。20gの脱イオン水に溶解した0.11gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を反応器に注入し、反応器を0.83MPaGの圧力にした。開始剤の注入後に圧力の低下が起こり重合の開始が観測された。TFE単量体を反応器に加えて圧力を保ち、約140gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた。その後に、反応器内の圧力が常圧になるまで排気し、内容物を反応器から取り出して冷却した。上澄みのパラフィンワックスをPTFE水性分散液から取り除いた。
得られたPTFE水性分散液の固形分濃度は19.9質量%であり、体積平均粒子径は1.3nmであった。
得られたPTFE水性分散液を冷凍庫に入れて凍結した。凍結したPTFE水性分散液を25℃になるまで放置して凝固した粉末を得た。凝固した湿潤粉末を70℃で50時間真空乾燥した。このときのPTFE粉末は加熱しても殆ど流動しなかったため溶融粘度は測定不能であった。融点は327.0℃、CNVE変性量は0.20モル%であった。
内容量1Lの撹拌機付きガラス製反応器に、530gの脱イオン水、30gのパラフィンワックス及び55.0gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤(APFH)を入れた。次いで反応器の内容物を85℃まで加熱しながら吸引すると同時にTFE単量体でパージして反応器内の酸素を除いた。その後、0.03gのエタンガスと1.12gのパーフルオロ[3−(1−メチル−2−ビニルオキシ−エトキシ)プロピオニトリル](以下、CNVEと略する)とを反応器に加え、内容物を540rpmで攪拌した。反応器中にTFE単量体を0.73MPaGの圧力となるまで加えた。20gの脱イオン水に溶解した0.11gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を反応器に注入し、反応器を0.83MPaGの圧力にした。開始剤の注入後に圧力の低下が起こり重合の開始が観測された。TFE単量体を反応器に加えて圧力を保ち、約140gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた。その後に、反応器内の圧力が常圧になるまで排気し、内容物を反応器から取り出して冷却した。上澄みのパラフィンワックスをPTFE水性分散液から取り除いた。
得られたPTFE水性分散液の固形分濃度は19.9質量%であり、体積平均粒子径は1.3nmであった。
得られたPTFE水性分散液を冷凍庫に入れて凍結した。凍結したPTFE水性分散液を25℃になるまで放置して凝固した粉末を得た。凝固した湿潤粉末を70℃で50時間真空乾燥した。このときのPTFE粉末は加熱しても殆ど流動しなかったため溶融粘度は測定不能であった。融点は327.0℃、CNVE変性量は0.20モル%であった。
(合成例15)
合成例14における0.03gのエタンガスを添加しなかったこと以外は合成例14と同様に重合を行った。
合成例14における0.03gのエタンガスを添加しなかったこと以外は合成例14と同様に重合を行った。
(合成例16)
合成例14における85℃の重合温度を70℃にした以外は合成例14と同様に重合を行った。
合成例14における85℃の重合温度を70℃にした以外は合成例14と同様に重合を行った。
(合成例17)
合成例14における0.11gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を0.006gとし、1.12gのCNVEを0.20gの3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクタ−1−エン(PFHE)とした以外は合成例14と同様に重合を行った。
合成例14における0.11gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を0.006gとし、1.12gのCNVEを0.20gの3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクタ−1−エン(PFHE)とした以外は合成例14と同様に重合を行った。
(合成例18)
合成例14における0.11gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を0.006gとし、1.12gのCNVEを0.20gのHFPとし、0.03gのエタンガスを添加しなかった以外は合成例14と同様に重合を行った。
合成例14における0.11gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を0.006gとし、1.12gのCNVEを0.20gのHFPとし、0.03gのエタンガスを添加しなかった以外は合成例14と同様に重合を行った。
(合成例19)
合成例14における0.11gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を0.006gとし、1.12gのCNVEを0.12gのPMVEとし、0.03gのエタンガスを添加せず、約40gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた以外は合成例14と同様に重合を行った。
合成例14における0.11gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を0.006gとし、1.12gのCNVEを0.12gのPMVEとし、0.03gのエタンガスを添加せず、約40gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた以外は合成例14と同様に重合を行った。
(合成例20)
合成例19における0.12gのPMVEを0.46gのPPVEとした以外は合成例19と同様に重合を行った。
合成例19における0.12gのPMVEを0.46gのPPVEとした以外は合成例19と同様に重合を行った。
(合成例21)
合成例19における0.12gのPMVEを0.18gのCTFEとした以外は合成例19と同様に重合を行った。
合成例19における0.12gのPMVEを0.18gのCTFEとした以外は合成例19と同様に重合を行った。
(合成例22)
合成例19における0.12gのPMVEを0.01gとし、保った0.83MPaGの反応器の圧力を0.20MPaGとした以外は合成例19と同様に重合を行った。
合成例19における0.12gのPMVEを0.01gとし、保った0.83MPaGの反応器の圧力を0.20MPaGとした以外は合成例19と同様に重合を行った。
(合成例23)
合成例16における55.0gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤(APFH)を27.5gの2,3,3,3−テトラフルオロ−2−[1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)プロポキシ]−プロパン酸アンモニウム塩分散剤(CF3OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COONH4)〔PMPA〕とした以外は合成例16と同様に重合を行った。
合成例16における55.0gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤(APFH)を27.5gの2,3,3,3−テトラフルオロ−2−[1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)プロポキシ]−プロパン酸アンモニウム塩分散剤(CF3OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COONH4)〔PMPA〕とした以外は合成例16と同様に重合を行った。
(合成例24)
合成例14における1.12gのCNVEを8.80gのPPVEとし、約120gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた以外は合成例14と同様に重合を行った。
得られたPFA水性分散液の固形分濃度は18.5質量%であり、体積平均粒子径は6.0nmであった。
得られたPFA水性分散液の一部を冷凍庫に入れて凍結した。凍結したPFA水性分散液を25℃になるまで放置して凝固した粉末を得た。凝固した湿潤粉末を150℃で18時間乾燥した。このときのPFA粉末のメルトフローレートは230g/10分、融点は319.7℃、PPVE変性量は1.49モル%であった。
合成例14における1.12gのCNVEを8.80gのPPVEとし、約120gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた以外は合成例14と同様に重合を行った。
得られたPFA水性分散液の固形分濃度は18.5質量%であり、体積平均粒子径は6.0nmであった。
得られたPFA水性分散液の一部を冷凍庫に入れて凍結した。凍結したPFA水性分散液を25℃になるまで放置して凝固した粉末を得た。凝固した湿潤粉末を150℃で18時間乾燥した。このときのPFA粉末のメルトフローレートは230g/10分、融点は319.7℃、PPVE変性量は1.49モル%であった。
(合成例25)
合成例24における8.80gのPPVEを5.90gとし、0.03gのエタンガスを0.02gとした以外は合成例24と同様に重合を行った。
合成例24における8.80gのPPVEを5.90gとし、0.03gのエタンガスを0.02gとした以外は合成例24と同様に重合を行った。
(合成例26)
合成例9における22.0gの2,3,3,3−テトラフルオロ−2−[1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)プロポキシ]−プロパン酸アンモニウム塩分散剤(CF3OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COONH4)〔PMPA〕を8.3gとした以外は合成例9と同様に重合を行った。
得られたPTFE水性分散液の固形分濃度は7.1質量%であり、体積平均粒子径は121.6nmであった。
得られたPTFE水性分散液の分散安定性を評価した結果、機械的安定性、貯蔵安定性が共に低かった。
合成例9における22.0gの2,3,3,3−テトラフルオロ−2−[1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)プロポキシ]−プロパン酸アンモニウム塩分散剤(CF3OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COONH4)〔PMPA〕を8.3gとした以外は合成例9と同様に重合を行った。
得られたPTFE水性分散液の固形分濃度は7.1質量%であり、体積平均粒子径は121.6nmであった。
得られたPTFE水性分散液の分散安定性を評価した結果、機械的安定性、貯蔵安定性が共に低かった。
各合成例における重合条件及び得られたPTFE水性分散液の評価結果をそれぞれ表1及び2に示す。
(2)2段階目
(実施例1)
内容量1Lの撹拌機付きガラス製反応器に、528.4gの脱イオン水、30gのパラフィンワックス、合成例1で作製した2.0gのPTFE水性分散液、及び0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤(APFH)を入れた。次いで反応器の内容物を70℃まで加熱しながら吸引すると同時にTFE単量体でパージして反応器内の酸素を除いた。その後、内容物を540rpmで攪拌した。反応器中にTFE単量体を0.73MPaGの圧力となるまで加えた。20gの脱イオン水に溶解した0.003gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を反応器に注入し、反応器を0.83MPaGの圧力にした。開始剤の注入後に圧力の低下が起こり重合の開始が観測された。TFE単量体を反応器に加えて圧力を保ち、約90gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた。その後に、反応器を排気し、内容物を反応器から取り出して冷却した。重合後の攪拌翼への付着物を量りとったところ0.49gであった。上澄みのパラフィンワックスをPTFE水性分散液から取り除いた。
尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を入れた量は、水性媒体中の全量が0.77gである。
得られたPTFE水性分散液の固形分濃度は13.9質量%であり、平均一次粒子径は228nmであった。
得られたPTFE水性分散液を脱イオン水で固形分濃度が約10重量%となるように希釈し、高速撹拌条件下で凝固させた。凝固した粉末を150℃で18時間乾燥した。このときのPTFE粉末のSSGは2.170、融点は344.2℃であった。
(実施例1)
内容量1Lの撹拌機付きガラス製反応器に、528.4gの脱イオン水、30gのパラフィンワックス、合成例1で作製した2.0gのPTFE水性分散液、及び0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤(APFH)を入れた。次いで反応器の内容物を70℃まで加熱しながら吸引すると同時にTFE単量体でパージして反応器内の酸素を除いた。その後、内容物を540rpmで攪拌した。反応器中にTFE単量体を0.73MPaGの圧力となるまで加えた。20gの脱イオン水に溶解した0.003gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を反応器に注入し、反応器を0.83MPaGの圧力にした。開始剤の注入後に圧力の低下が起こり重合の開始が観測された。TFE単量体を反応器に加えて圧力を保ち、約90gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた。その後に、反応器を排気し、内容物を反応器から取り出して冷却した。重合後の攪拌翼への付着物を量りとったところ0.49gであった。上澄みのパラフィンワックスをPTFE水性分散液から取り除いた。
尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を入れた量は、水性媒体中の全量が0.77gである。
得られたPTFE水性分散液の固形分濃度は13.9質量%であり、平均一次粒子径は228nmであった。
得られたPTFE水性分散液を脱イオン水で固形分濃度が約10重量%となるように希釈し、高速撹拌条件下で凝固させた。凝固した粉末を150℃で18時間乾燥した。このときのPTFE粉末のSSGは2.170、融点は344.2℃であった。
また、得られたPTFE水性分散液100gに対して、界面活性剤(第一工業製薬社製ノイゲンTDS−80)を2.0g添加し均一に混合した後、陰イオン交換樹脂(製品名:アンバーライトIRA900J、ローム・アンド・ハース社製)を充填したカラムを通過させた。得られた水性分散液を60℃に保持し、相分離によって得られた濃縮相を回収した。この濃縮相は、固形分濃度が65質量%であった。さらに水と界面活性剤を添加して、固形分濃度60質量%、界面活性剤量8質量%とし、アンモニア水でpHを9.8に調整した。
(実施例2)
実施例1における528.4gの脱イオン水を528.3gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を2.1gの合成例2で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.68gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
実施例1における528.4gの脱イオン水を528.3gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を2.1gの合成例2で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.68gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
(実施例3)
実施例1における528.4gの脱イオン水を526.1gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を5.0gの合成例2で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.46gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
実施例1における528.4gの脱イオン水を526.1gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を5.0gの合成例2で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.46gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
(実施例4)
実施例1における528.4gの脱イオン水を522.1gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を10.0gの合成例2で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.09gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
実施例1における528.4gの脱イオン水を522.1gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を10.0gの合成例2で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.09gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
(実施例5)
実施例1における528.4gの脱イオン水を526.1gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を5.0gの合成例2で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加しなかったこと以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤量は、水性媒体中の全量が0.37gである。
実施例1における528.4gの脱イオン水を526.1gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を5.0gの合成例2で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加しなかったこと以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤量は、水性媒体中の全量が0.37gである。
(実施例6)
実施例1における528.4gの脱イオン水を526.1gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を5.0gの合成例3で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.46gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
実施例1における528.4gの脱イオン水を526.1gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を5.0gの合成例3で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.46gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
(実施例7)
実施例1における528.4gの脱イオン水を526.1gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を5.0gの合成例3で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を1.29gとし、約230gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けたこと以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が1.65gである。
実施例1における528.4gの脱イオン水を526.1gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を5.0gの合成例3で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を1.29gとし、約230gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けたこと以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が1.65gである。
(実施例8)
実施例1における528.4gの脱イオン水を526.3gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を4.9gの合成例6で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.49gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
実施例1における528.4gの脱イオン水を526.3gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を4.9gの合成例6で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.49gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
(実施例9)
実施例1における528.4gの脱イオン水を485.7gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を45.0gの合成例7で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加しなかったこと以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤量は、水性媒体中の全量が2.03gである。
実施例1における528.4gの脱イオン水を485.7gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を45.0gの合成例7で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加しなかったこと以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤量は、水性媒体中の全量が2.03gである。
(実施例10)
実施例1における528.4gの脱イオン水を520.9gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を9.7gの合成例8で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加しなかったこと以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
実施例1における528.4gの脱イオン水を520.9gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を9.7gの合成例8で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加しなかったこと以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
(実施例11)
実施例1における528.4gの脱イオン水を515.8gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を15.4gの合成例9で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.28gのPMPAとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、PMPAを添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
実施例1における528.4gの脱イオン水を515.8gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を15.4gの合成例9で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.28gのPMPAとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、PMPAを添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
(実施例12)
実施例1における528.4gの脱イオン水を514.2gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を17.0gの合成例10で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.37gのPMPAとしたこと以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、PMPAを添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
実施例1における528.4gの脱イオン水を514.2gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を17.0gの合成例10で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.37gのPMPAとしたこと以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、PMPAを添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
(実施例13)
実施例1における528.4gの脱イオン水を492.8gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を40.0gの合成例11で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.10gのPMPAとしたこと以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、PMPAを添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
実施例1における528.4gの脱イオン水を492.8gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を40.0gの合成例11で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.10gのPMPAとしたこと以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、PMPAを添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
(実施例14)
実施例1における528.4gの脱イオン水を483.4gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を50.2gの合成例12で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加しなかったこと以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、PMPA量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
実施例1における528.4gの脱イオン水を483.4gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を50.2gの合成例12で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加しなかったこと以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、PMPA量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
(実施例15)
実施例1における528.4gの脱イオン水を525.2gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を6.0gの合成例13で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加しなかったこと以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、APFH量は、水性媒体中の全量が2.48gである。
実施例1における528.4gの脱イオン水を525.2gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を6.0gの合成例13で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加しなかったこと以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、APFH量は、水性媒体中の全量が2.48gである。
(実施例16)
実施例1における2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を2.0gの合成例14で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.68gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
実施例1における2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を2.0gの合成例14で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.68gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
(実施例17)
実施例1における528.4gの脱イオン水を529.2gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を1.0gの合成例9で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を2.38gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が2.48gである。
実施例1における528.4gの脱イオン水を529.2gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を1.0gの合成例9で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を2.38gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が2.48gである。
(実施例18)
実施例1における2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を2.0gの合成例9で作製したPTFE水性分散液とした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
実施例1における2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を2.0gの合成例9で作製したPTFE水性分散液とした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
(実施例19)
実施例1における2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を2.0gの合成例9で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加しなかったこと以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤量は、水性媒体中の全量が0.20gである。
実施例1における2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を2.0gの合成例9で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加しなかったこと以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤量は、水性媒体中の全量が0.20gである。
(実施例20)
実施例1における528.4gの脱イオン水を529.2gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を1.0gの合成例9で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加しなかったこと以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤量は、水性媒体中の全量が0.10gである。
実施例1における528.4gの脱イオン水を529.2gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を1.0gの合成例9で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加しなかったこと以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤量は、水性媒体中の全量が0.10gである。
(実施例21)
実施例1における528.4gの脱イオン水を523.6gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を8.0gの合成例17で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.23gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
実施例1における528.4gの脱イオン水を523.6gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を8.0gの合成例17で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.23gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
(実施例22)
実施例1における528.4gの脱イオン水を523.6gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を8.0gの合成例18で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.23gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
実施例1における528.4gの脱イオン水を523.6gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を8.0gの合成例18で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.23gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
(実施例23)
実施例1における528.4gの脱イオン水を522.5gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を8.0gの合成例19で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.15gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
実施例1における528.4gの脱イオン水を522.5gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を8.0gの合成例19で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.15gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
(実施例24)
実施例1における528.4gの脱イオン水を522.5gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を8.0gの合成例20で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.15gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
実施例1における528.4gの脱イオン水を522.5gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を8.0gの合成例20で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.15gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
(実施例25)
実施例1における528.4gの脱イオン水を522.5gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を8.0gの合成例21で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.14gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
実施例1における528.4gの脱イオン水を522.5gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を8.0gの合成例21で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.14gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
(実施例26)
実施例1における528.4gの脱イオン水を521.2gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を9.4gの合成例22で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.03gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
実施例1における528.4gの脱イオン水を521.2gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を9.4gの合成例22で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.03gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
(実施例27)
実施例1における528.4gの脱イオン水を520.8gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を11.3gの合成例24で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加しなかったこと以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
実施例1における528.4gの脱イオン水を520.8gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を11.3gの合成例24で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加しなかったこと以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
(実施例28)
内容量1Lの撹拌機付きガラス製反応器に、528.4gの脱イオン水、30gのパラフィンワックス、合成例1で作製した2.0gのPTFE水性分散液、及び0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤(APFH)を入れた。次いで反応器の内容物を70℃まで加熱しながら吸引すると同時にTFE単量体でパージして反応器内の酸素を除いた。その後、0.30gのPPVEを反応器に加え、内容物を540rpmで攪拌した。反応器中にTFE単量体を0.73MPaGの圧力となるまで加えた。20gの脱イオン水に溶解した0.003gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を反応器に注入し、反応器を0.83MPaGの圧力にした。開始剤の注入後に圧力の低下が起こり重合の開始が観測された。TFE単量体を反応器に加えて圧力を保ち、約90gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた。その後に、反応器を排気し、内容物を反応器から取り出して冷却した。重合後の攪拌翼への付着物を量りとったところ0.37gであった。上澄みのパラフィンワックスをPTFE水性分散液から取り除いた。
尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を入れた量は、水性媒体中の全量が0.77gである。
得られたPTFE水性分散液の固形分濃度は14.0質量%であり、平均一次粒子径は220nmであった。
得られたPTFE水性分散液を脱イオン水で固形分濃度が約10重量%となるように希釈し、高速撹拌条件下で凝固させた。凝固した粉末を150℃で18時間乾燥した。このときのPTFE粉末のSSGは2.173、融点は343.9℃、PPVE変性量は0.08モル%であった。
内容量1Lの撹拌機付きガラス製反応器に、528.4gの脱イオン水、30gのパラフィンワックス、合成例1で作製した2.0gのPTFE水性分散液、及び0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤(APFH)を入れた。次いで反応器の内容物を70℃まで加熱しながら吸引すると同時にTFE単量体でパージして反応器内の酸素を除いた。その後、0.30gのPPVEを反応器に加え、内容物を540rpmで攪拌した。反応器中にTFE単量体を0.73MPaGの圧力となるまで加えた。20gの脱イオン水に溶解した0.003gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を反応器に注入し、反応器を0.83MPaGの圧力にした。開始剤の注入後に圧力の低下が起こり重合の開始が観測された。TFE単量体を反応器に加えて圧力を保ち、約90gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた。その後に、反応器を排気し、内容物を反応器から取り出して冷却した。重合後の攪拌翼への付着物を量りとったところ0.37gであった。上澄みのパラフィンワックスをPTFE水性分散液から取り除いた。
尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を入れた量は、水性媒体中の全量が0.77gである。
得られたPTFE水性分散液の固形分濃度は14.0質量%であり、平均一次粒子径は220nmであった。
得られたPTFE水性分散液を脱イオン水で固形分濃度が約10重量%となるように希釈し、高速撹拌条件下で凝固させた。凝固した粉末を150℃で18時間乾燥した。このときのPTFE粉末のSSGは2.173、融点は343.9℃、PPVE変性量は0.08モル%であった。
(実施例29)
実施例28における0.30gのPPVEを0.20gのCTFEとした以外は実施例28と同様に重合を行った。このときのPTFE粉末のSSGは2.171、融点は343.8℃、CTFE変性量は0.16モル%であった。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.77gである。
実施例28における0.30gのPPVEを0.20gのCTFEとした以外は実施例28と同様に重合を行った。このときのPTFE粉末のSSGは2.171、融点は343.8℃、CTFE変性量は0.16モル%であった。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.77gである。
(比較例1)
実施例1における528.4gの脱イオン水を482.3gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を51.3gの合成例25で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.12gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
開始剤の注入後に圧力の低下が起こり重合の開始が観測された。しばらくすると、攪拌翼に付着物が生じ、更にしばらくすると急激にポリマーの凝集が観測されたため、約90gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けることができなかった。
実施例1における528.4gの脱イオン水を482.3gとし、2.0gの合成例1で作製したPTFE水性分散液を51.3gの合成例25で作製したPTFE水性分散液とし、0.63gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を0.12gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。尚、パーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤を添加した量は、水性媒体中の全量が0.83gである。
開始剤の注入後に圧力の低下が起こり重合の開始が観測された。しばらくすると、攪拌翼に付着物が生じ、更にしばらくすると急激にポリマーの凝集が観測されたため、約90gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けることができなかった。
各実施例における重合条件及び得られたPTFE水性分散液の評価結果をそれぞれ表3及び4に示す。
(注1)2段階目における乳化剤量は、1段階目で使用した乳化剤(1段階目で得られたPTFE水性分散液中の乳化剤)を含んだ量である。
(注2)撹拌翼への付着量は、PTFE、PTFEに付着したパラフィンワックス及び水を含んだ量である。
(注2)撹拌翼への付着量は、PTFE、PTFEに付着したパラフィンワックス及び水を含んだ量である。
本発明のポリテトラフルオロエチレン水性分散液の製造方法によれば、長鎖含フッ素界面活性剤を使用しなくとも、多段重合によって粒子径が極めて小さいポリテトラフルオロエチレン粒子を含む分散安定性に優れた水性分散液を製造することができる。
Claims (5)
- 含フッ素界面活性剤及び重合開始剤の存在下、フルオロモノマーの重合を水性媒体中で行うことにより、ポリテトラフルオロエチレン及び溶融加工性のフッ素樹脂(但し、ポリテトラフルオロエチレンを除く)からなる群より選択される少なくとも1種のフルオロポリマーの微粒子を含む水性分散液を製造する工程(1)、及び、
前記フルオロポリマー微粒子及び重合開始剤の存在下、更に、テトラフルオロエチレン、又は、テトラフルオロエチレンと変性モノマーとの重合を水性媒体中で行うことにより、ポリテトラフルオロエチレン粒子を含む水性分散液を製造する工程(2)、
を含み、
前記フルオロポリマー微粒子は、当量重量(EW)が6,000以上であり、体積平均粒子径が0.1nm以上、20nm未満である
ことを特徴とするポリテトラフルオロエチレン水性分散液の製造方法。 - 含フッ素界面活性剤は、下記一般式(1)
X−(CF2)m1−Y (1)
(式中、XはH又はFを表し、m1は3〜5の整数を表し、Yは−SO3M、−SO4M、−SO3R、−SO4R、−COOM、−PO3M2、−PO4M2(MはH、NH4又はアルカリ金属を表し、Rは炭素数1〜12のアルキル基を表す。)を表す。)で表される含フッ素化合物である請求項1記載のポリテトラフルオロエチレン水性分散液の製造方法。 - 前記工程(1)及び(2)における重合を、下記一般式(2)
X−(CF2)m2−Y (2)
(式中、XはH又はFを表し、m2は6以上の整数を表し、Yは−SO3M、−SO4M、−SO3R、−SO4R、−COOM、−PO3M2、−PO4M2(MはH、NH4又はアルカリ金属を表し、Rは炭素数1〜12のアルキル基を表す。)を表す。)で表される含フッ素化合物の非存在下に行う請求項1又は2記載のポリテトラフルオロエチレン水性分散液の製造方法。 - 含フッ素界面活性剤は、LogPOWが3.4以下である請求項1、2又は3記載のポリテトラフルオロエチレン水性分散液の製造方法。
- 前記ポリテトラフルオロエチレン粒子は、平均一次粒子径が100〜500nmである請求項1、2、3又は4記載のポリテトラフルオロエチレン水性分散液の製造方法。
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