JPWO2018139606A1 - フィラメントおよびフィラメント用フッ素樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1の実施例には、ポリエチレンテレフタレート93重量%とエチレン−テトラフルオロエチレン(以下、ETFEとも記す。)7重量%との混合物、またはナイロン6の95重量%とETFE5重量%との混合物を紡糸したフィラメントが記載されている。
特許文献2の実施例には、ナイロン6とナイロン66とのブレンド品75〜95重量%とETFE25〜5重量%との混合物を紡糸したフィラメントが記載されている。
本発明は、引張り破断強度および成形加工性に優れるフィラメントおよびフィラメント用フッ素樹脂組成物を提供することを目的とする。
<1> 含フッ素熱可塑性樹脂と非フッ素熱可塑性樹脂を含むフッ素樹脂組成物からなるフィラメントであって、
前記フッ素樹脂組成物中、前記含フッ素熱可塑性樹脂と非フッ素熱可塑性樹脂の合計含有量が70体積%以上であり、
前記含フッ素熱可塑性樹脂と非フッ素熱可塑性樹脂の合計の含有量に対して、含フッ素熱可塑性樹脂の含有量が0.1〜50体積%であり、
前記フィラメントの長さ方向に垂直な断面の走査電子顕微鏡写真において、40μm×30μmの矩形範囲内に存在する、前記含フッ素熱可塑性樹脂からなる領域のうち、長径3μm以上の領域が0個であることを特徴とするフィラメント。
<2> 含フッ素熱可塑性樹脂と非フッ素熱可塑性樹脂を含むフッ素樹脂組成物からなるフィラメントであって、
前記フッ素樹脂組成物中、前記含フッ素熱可塑性樹脂と非フッ素熱可塑性樹脂の合計の含有量が70体積%以上であり、
前記含フッ素熱可塑性樹脂と非フッ素熱可塑性樹脂の合計の含有量に対して、含フッ素熱可塑性樹脂が0.1〜50体積%であり、
前記含フッ素熱可塑性樹脂が、カルボニル基含有基、ヒドロキシ基、エポキシ基およびイソシアネート基からなる群から選ばれる少なくとも1種の官能基を有する含フッ素熱可塑性樹脂を含むことを特徴とするフィラメント。
<4> 前記ポリアミド樹脂が、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド46、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド9T、ポリアミド610、ポリアミド612、ポリアミド6/66コポリマー、ポリアミド6/66/610コポリマー、ポリアミド6T、ポリアミド6IおよびポリアミドMXD6からなる群から選ばれる少なくとも1種である、<3>のフィラメント。
<5> 前記含フッ素熱可塑性樹脂が、カルボニル基含有基、ヒドロキシ基、エポキシ基およびイソシアネート基からなる群から選ばれる少なくとも1種の官能基を導入したフッ素樹脂を含み、該フッ素樹脂がテトラフルオロエチレンに基づく単位またはクロロトリフルオロエチレンに基づく単位を有するフッ素樹脂、またはポリフッ化ビニリデンである、<1>〜<4>のいずれかのフィラメント。
<6> 前記フッ素樹脂が、テトラフルオロエチレンに基づく単位およびフルオロアルキルビニルエーテルに基づく単位、テトラフルオロエチレンに基づく単位およびヘキサフルオロプロピレンに基づく単位、エチレンに基づく単位およびテトラフルオロエチレンに基づく単位、エチレンに基づく単位およびクロロトリフルオロエチレンに基づく単位を有する樹脂、またはポリクロロトリフルオロエチレンである、<5>のフィラメント。
<7> 前記含フッ素熱可塑性樹脂が、テトラフルオロエチレンまたはクロロトリフルオロエチレンに基づく単位と、酸無水物基を有する環状炭化水素単量体に基づく単位と、含フッ素単量体に基づく単位(ただし、テトラフルオロエチレンまたはクロロトリフルオロエチレンに基づく単位は除く)とを有するフッ素樹脂を含む、<1>〜<6>のいずれかのフィラメント。
<8> 前記フィラメントの直径が0.01〜3mmである、<1>〜<7>のいずれかのフィラメント。
<10> 前記フッ素樹脂組成物に含まれるポリアミド樹脂からなるフィラメントを23℃で24時間、水に浸漬した後の吸水率をαとし、前記フッ素樹脂組成物からなるフィラメントの同条件での吸水率をβとしたとき、β/αが0.40〜0.95である、<3>または<4>のフィラメント。
<11> 含フッ素熱可塑性樹脂と非フッ素熱可塑性樹脂を含み、
前記含フッ素熱可塑性樹脂と非フッ素熱可塑性樹脂の合計の含有量が70体積%以上であり、
前記含フッ素熱可塑性樹脂と非フッ素熱可塑性樹脂の合計の含有量に対して、含フッ素熱可塑性樹脂の含有量が0.1〜50体積%であり、
下記の成形条件でフィラメントに成形したとき、該フィラメントの長さ方向に垂直な断面の40μm×30μmの矩形範囲内の走査電子顕微鏡写真に存在する、前記含フッ素熱可塑性樹脂からなる領域のうち、長径3μm以上の領域が0個であることを特徴とするフィラメント用フッ素樹脂組成物。
成形条件:キャピラリー型レオメーターを用い、炉体内温度260℃、下式(1)、(2)で算出されるせん断速度(γ)を60.8sec−1、下式(3)で算出されるフィラメントの延伸倍率を1.5〜1.6とし、直径0.65±0.01mmのフッ素樹脂フィラメントを得る。
γ=4×Q/33.14×r3)…(1)
Q=V×D2×3.14/4 …(2)
フィラメント延伸倍率=吐出ダイ内径/フィラメント直径…(3)
式(1)、(2)中、Qは溶融樹脂体積速度(mm3/sec)、rは吐出ダイの半径(mm)、Dは炉体の内径(mm)、Vはピストンスピード(mm/sec−1)である。
<12> 前記成形条件で成形したフィラメントの引張り破断強度が20MPa以上である、<11>のフィラメント用フッ素樹脂組成物。
<13> 前記含フッ素熱可塑性樹脂が、カルボニル基含有基、ヒドロキシ基、エポキシ基およびイソシアネート基からなる群から選ばれる少なくとも1種の官能基を有する含フッ素熱可塑性樹脂である、<11>または<12>のフィラメント用フッ素樹脂組成物。
<14> 前記非フッ素系熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂を含む、<11>〜<13>のいずれかのフィラメント用フッ素樹脂組成物。
<15> 前記ポリアミド樹脂がポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド46、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド9T、ポリアミド610、ポリアミド612、ポリアミド6/66コポリマー、ポリアミド6/66/610コポリマー、ポリアミド6T、ポリアミド6IおよびポリアミドMXD6からなる群から選ばれる少なくとも1種である、<14>のフィラメント用フッ素樹脂組成物。
フィラメント断面の走査電子顕微鏡写真において、含フッ素熱可塑性樹脂からなる領域に外接する2本の平行線の距離の、最大値を長径、最小値を短径とする。
「融点」は、示差走査熱量測定(DSC)法で測定した融解ピークの最大値に対応する温度である。
「溶融成形可能である」とは、溶融流動性を示すことを意味する。
「溶融流動性を示す」とは、荷重49Nの条件下、樹脂の融点よりも20℃以上高い温度において、溶融流れ速度が0.1〜1000g/10分となる温度が存在することを意味する。
「溶融流れ速度」は、JIS K 7210:1999(ISO 1133:1997)に規定されるメルトマスフローレート(MFR)である。
「単位」とは、単量体が重合することによって形成された該単量体に由来する原子団を意味する。単位は、重合反応によって直接形成された原子団であってもよく、重合体を処理することによって該単位の一部が別の構造に変換された原子団であってもよい。
本発明の第1の態様は、含フッ素熱可塑性樹脂と非フッ素熱可塑性樹脂を含むフッ素樹脂組成物(以下、組成物C1とも記す。)からなるフィラメントである。
含フッ素熱可塑性樹脂は、フッ素原子を含有し、溶融成形可能な樹脂である。以下、フッ素樹脂Aとも記す。
非フッ素熱可塑性樹脂はフッ素原子を含まず、溶融成形可能な樹脂である。以下、熱可塑性樹脂Bとも記す。
<製造方法例1>
具体的には、組成物C1を加熱溶融または溶融混練し、糸状に押出し成形し、冷却しながら張力をかけてフィラメントを製造する方法が好ましい。フィラメント直径に対する、糸状に押出した直後の直径の比がフィラメント延伸倍率である。
例えば、組成物C1を溶融紡糸装置の炉体(バレル)に供給して加熱溶融し、吐出ダイから押出し、張力をかけて引き取りながら冷却してフィラメントを製造する。炉体(バレル)内温度が加熱溶融温度である。吐出ダイ内径/フィラメント直径の比をフィラメント延伸倍率とする。
組成物C1を加熱溶融または溶融混練し、糸状に押出成形したのち、冷却し、次いで組成物C1の軟化点温度以上で、所定倍率に延伸し、冷却することによる製造方法も好ましい。例えば、組成物C1を溶融紡糸装置の炉体(バレル)に供給して加熱溶融し、吐出ダイから押出し、水槽に浸すことで急冷する。次いで、組成物C1の軟化点温度以上に加熱された延伸炉内で加熱延伸し、その後冷却して製造する。延伸倍率は延伸炉前後における糸状成形物の速度の比を延伸倍率とする。また、前記水槽に浸して急冷する工程の後一旦巻き取りを行い、その後延伸炉を用いて延伸を行うことによっても製造できる。延伸、冷却後、再度加熱炉を用いて加熱処理をすることも好ましい。
上記加熱処理工程を、張力をかけながら行うことで、より機械物性、に優れたフィラメントを得ることができる。加熱処理工程において、前工程で延伸したフィラメントを、収縮させる(緩和処理とも呼ぶ)ことによっても、機械特性に優れたフィラメントを得ることができる。延伸工程を一段階ではなく、多段で行うことによっても本発明のフィラメントを得ることができる。
製造方法例1、2における押出し時のせん断速度は10〜2000sec−1が好ましく、20〜500sec−1がより好ましい。
製造方法例2における、延伸炉の温度に関しては、組成物C1を構成する樹脂成分のガラス転移以上、融点以下が好ましい。また、延伸、冷却後の加熱処理の温度については組成物C1を構成する樹脂成分のガラス転移温度以上、融点以下が好ましい。
製造方法例2における収縮量に関しては、延伸後のフィラメントに対して、0.1〜20%が好ましい。
上記該粗大ドメインが存在しないと、フィラメントの引張り破断強度が優れる。また組成物C1を溶融紡糸してフィラメントを製造する際の破断張力が優れる。破断張力が優れると紡糸後の引き取り速度を大きくして紡糸時の厚みムラを抑制できるなど、成形加工性に優れる。
長径/短径の比の平均値は、長径の計測値が大きい順に100個の領域を選択し、それぞれの長径/短径を算出し、平均した値である。該長径/短径の比が前記範囲内であるとフィラメントの引張り破断強度が優れる。また組成物C1を溶融紡糸してフィラメントを製造する際の破断張力が優れ、成形加工性が優れる。
フッ素樹脂Aの一部または全部として、接着性官能基を有するフッ素樹脂aを用いることによって、フィラメントの引張り破断強度が向上する。組成物C2を溶融紡糸してフィラメントを製造する際の破断張力が向上する。
本態様において、前記走査電子顕微鏡写真の矩形範囲内に存在する粗大ドメインの数が0個であることが好ましい。
第2の態様のフィラメントの製造方法は、前記第1の態様における製造方法例1および製造方法例2が挙げられる。
本発明のフィラメントの引張破断強度は、好ましくは20MPa以上、より好ましくは100MPa以上である。本発明のフィラメントは引張り破断強度に優れ、各種用途のモノフィラメント材やマルチフィラメント材として用いられる。例えば、ラケットのガット材、釣り糸、ブラシ用ブリッスル、面ファスナー、タイヤコード、人工芝、絨毯、自動車座席用シート、魚網、ロープ、ザイル、フィルター用糸、精密メッシュ、芝刈り機用フィラメント、歯ブラシ、各種清掃用ブラシ、自動車用フロアマット、縫製糸、フィルター、エアーバック、シートベルト、精密養生ネット、カーペットのパイルヤーン、椅子張り材、3Dプリンタ向けのフィラメント材、草刈コード、スポーツウェア、作業着等に代表される衣類、ガラス繊維や炭素繊維などの強化繊維との混繊糸、繊維強化複合材に好適である。
ガット材用のフィラメントの直径としては0.01〜3mmが好ましく、0.1〜1mmがより好ましい。釣り糸用のフィラメントの直径としては0.01〜3mmが好ましく、0.05〜2.5mmがより好ましい。
フッ素樹脂Aの含有量が前記範囲内であるとフィラメントの引張り破断強度が優れる。また、組成物C1、C2を溶融紡糸してフィラメントを製造する際の破断張力が優れ、成形加工性が優れる。
組成物C1、C2において、フッ素樹脂Aと熱可塑性樹脂Bの合計の含有量は70体積%以上であり、75体積%以上が好ましく、95体積%以下がより好ましい。100体積%でもよい。
フッ素樹脂Aは、フッ素樹脂aと、接着性官能基を有しないフッ素樹脂とに分けられる。
接着性官能基を有しないフッ素樹脂としては、溶融成形が可能な公知のフッ素樹脂を用いることができる。具体例としては、テトラフルオロエチレン/フルオロアルキルビニルエーテル共重合体、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、エチレン/テトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン、エチレン/クロロトリフルオロエチレン共重合体等が挙げられる。
なお、前記「テトラフルオロエチレン/フルオロアルキルビニルエーテル共重合体」とは、テトラフルオロエチレンに基づく単位およびフルオロアルキルビニルエーテルに基づく単位を有する共重合体を意味する。他の共重合体も同様である。
フッ素樹脂Aにおいて、フッ素樹脂aの含有量は1〜98体積%が好ましく、10〜90体積%がより好ましく、10〜30体積%がさらに好ましい。フッ素樹脂aは1種でもよく、2種以上を併用してもよい。また、フッ素樹脂aの1分子中に存在する接着性官能基は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。
フッ素樹脂aは、フィラメントの引張り破断強度および紡糸時の破断張力により優れる点から、接着性官能基は少なくともカルボニル基含有基を有することが好ましい。
カルボニル基含有基としては、たとえば、炭化水素基の炭素原子間にカルボニル基を有する基、カーボネート基、カルボキシ基、ハロホルミル基、アルコキシカルボニル基、酸無水物基等が挙げられる。
ハロホルミル基は、−C(=O)−X(ただし、Xはハロゲン原子である。)で表される。該ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。すなわちハロホルミル基としてはフルオロホルミル基(カルボニルフルオリド基とも記す。)が好ましい。
アルコキシカルボニル基におけるアルコキシ基は、直鎖状であってもよく、分岐状であってもよく、炭素数1〜8のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基またはエトキシ基が特に好ましい。
フッ素樹脂aの融点は、フッ素樹脂aを構成する単位の種類や割合、フッ素樹脂aの分子量等によって調整できる。たとえば、後述する単位u1の割合が多くなるほど、融点が上がる傾向がある。
接着性官能基を導入する方法としては、接着性官能基を有する単量体を共重合させる方法、接着性官能基を有する連鎖移動剤または重合開始剤を用いる方法、表面処理によって接着性官能基を導入する方法、接着性官能基を有する単量体をグラフト重合させる方法等が挙げられる。
フッ素樹脂aとして、例えば、テトラフルオロエチレン/フルオロアルキルビニルエーテル共重合体、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、エチレン/テトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン、またはエチレン/クロロトリフルオロエチレン共重合体に、カルボニル基含有基、ヒドロキシ基、エポキシ基およびイソシアネート基からなる群から選ばれる少なくとも1種の官能基を導入したフッ素樹脂が挙げられる。
フッ素樹脂a1:フッ素樹脂の製造の際に用いた単量体、連鎖移動剤および重合開始剤からなる群から選ばれる少なくとも1種に基づく接着性官能基を有するフッ素樹脂。
フッ素樹脂a2:コロナ放電処理、プラズマ処理等の表面処理によって接着性官能基を有しないフッ素樹脂に接着性官能基を導入したフッ素樹脂。
フッ素樹脂a3:接着性官能基を有しないフッ素樹脂に、接着性官能基を有する単量体をグラフト重合して得られたフッ素樹脂。
フッ素樹脂a1においては、フッ素樹脂a1の主鎖の末端基および主鎖のペンダント基のいずれか一方または両方に接着性官能基が存在するため、フィラメントの引張り破断強度、および紡糸時の破断張力により優れる。
また、フッ素樹脂a2における接着性官能基は、表面処理によって形成されたため不安定であり、時間とともに消失しやすい。
方法(i):単量体の重合によってフッ素樹脂a1を製造する際に、接着性官能基を有する単量体を用いる。
方法(ii):接着性官能基を有する連鎖移動剤の存在下に、単量体の重合によってフッ素樹脂a1を製造する。
接着性官能基を有する連鎖移動剤としては、酢酸、無水酢酸、酢酸メチル、エチレングリコール、プロピレングリコール等が挙げられる。
方法(iii):接着性官能基を有するラジカル重合開始剤等の重合開始剤の存在下に、単量体の重合によってフッ素樹脂a1を製造する。
接着性官能基を有するラジカル重合開始剤としては、ジ−n−プロピルペルオキシジカーボネート、ジイソプロピルペルオキシカーボネート、tert−ブチルペルオキシイソプロピルカーボネート、ビス(4−tert−ブチルシクロヘキシル)ペルオキシジカーボネート、ジ−2−エチルヘキシルペルオキシジカーボネート等が挙げられる。
接着性官能基を有する単量体としては、カルボキシ基を有する単量体(マレイン酸、イタコン酸、シトラコン酸、ウンデシレン酸等);酸無水物基を有する単量体(無水イタコン酸(以下、IAHとも記す。)、無水シトラコン酸(以下、CAHとも記す。)、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物(以下、NAHとも記す。)、無水マレイン酸等)、水酸基およびエポキシ基を有する単量体(ヒドロキシブチルビニルエーテル、グリシジルビニルエーテル等)等が挙げられる。
単量体に基づく接着性官能基を有するフッ素樹脂a1としては、フィラメントの引張り破断強度および紡糸時の破断張力により優れる点から、下記のフッ素樹脂a11が特に好ましい。
テトラフルオロエチレン(以下、TFEとも記す。)またはクロロトリフルオロエチレン(以下、CTFEとも記す。)に基づく単位u1と、酸無水物基を有する環状炭化水素単量体(以下、酸無水物系単量体とも記す。)に基づく単位u2と、含フッ素単量体(ただし、TFEおよびCTFEを除く。)に基づく単位u3とを有するフッ素樹脂a11。
ここで、単位u2の有する酸無水物基が接着性官能基に相当する。
酸無水物系単量体としては、フィラメントの引張り破断強度および紡糸時の破断張力により優れる点から、IAHまたはNAHが好ましい。
FAEとしては、CH2=CF(CF2)2F、CH2=CF(CF2)3F、CH2=CF(CF2)4F、CH2=CF(CF2)5F、CH2=CF(CF2)6F、CH2=CF(CF2)2H、CH2=CF(CF2)3H、CH2=CF(CF2)4H、CH2=CF(CF2)5H、CH2=CF(CF2)6H、CH2=CH(CF2)2F、CH2=CH(CF2)3F、CH2=CH(CF2)4F、CH2=CH(CF2)5F、CH2=CH(CF2)6F、CH2=CH(CF2)2H、CH2=CH(CF2)3H、CH2=CH(CF2)4H、CH2=CH(CF2)5H、CH2=CH(CF2)6H等が挙げられる。
FAEとしては、CH2=CH(CF2)q1X4(ただし、q1は、2〜6であり、2〜4が好ましい。)が好ましく、CH2=CH(CF2)2F、CH2=CH(CF2)3F、CH2=CH(CF2)4F、CH2=CF(CF2)3H、CH2=CF(CF2)4Hがより好ましく、CH2=CH(CF2)4FまたはCH2=CH(CF2)2Fが特に好ましい。
単位u1の含有割合は、単位u1と単位u2と単位u3との合計の含有量に対して、90〜99.89モル%が好ましく、95〜99.47モル%がより好ましく、96〜98.95モル%がさらに好ましい。
単位u2の含有割合は、単位u1と単位u2と単位u3との合計の含有量に対して、0.01〜3モル%が好ましく、0.03〜2モル%がより好ましく、0.05〜1モル%がさらに好ましい。
単位u3の含有割合は、単位u1と単位u2と単位u3との合計の含有量に対して、0.1〜9.99モル%が好ましく、0.5〜9.97モル%がより好ましく、1〜9.95モル%がさらに好ましい。
フッ素原子を有しない単量体としては、重合性炭素−炭素二重結合を1つ有しフッ素原子を有しない化合物が好ましく、たとえば、オレフィン(エチレン(以下、Eとも記す。)、プロピレン、1−ブテン等)、ビニルエステル(酢酸ビニル等)等が挙げられる。フッ素原子を有しない単量体は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
フッ素原子を有しない単量体としては、フィラメントの引張り破断強度および紡糸時の破断張力により優れる点から、エチレン、プロピレン、1−ブテンが好ましく、エチレンが特に好ましい。
単位u4を用いる場合、単位u1と単位u2と単位u3と単位u4との合計100モル%に対して、単位u4が20〜75モル%が好ましく、35〜50モル%がより好ましく、37〜55モル%がさらに好ましい。
単位u1の含有割合は、単位u1と単位u2と単位u3と単位u4との合計100モル%のうち、25〜80モル%が好ましく、40〜65モル%がより好ましく、45〜63モル%がさらに好ましい。
単位u2の含有割合は、単位u1と単位u2と単位u3と単位u4との合計100モル%のうち、0.01〜5モル%が好ましく、0.03〜3モル%がより好ましく、0.05〜1モル%がさらに好ましい。
単位u3の含有割合は、単位u1と単位u2と単位u3と単位u4との合計100モル%のうち、0.2〜20モル%が好ましく、0.5〜15モル%がより好ましく、1〜12モル%がさらに好ましい。
単位u4の含有割合は、単位u1と単位u2と単位u3と単位u4との合計100モル%に対して、20〜75モル%が好ましく、35〜50モル%がより好ましく、37〜55モル%がさらに好ましい。
単位u2の含有割合が前記範囲内であれば、フッ素樹脂a11における酸無水物基の量が適切になり、フィラメントの引張り破断強度および紡糸時の破断張力により優れる。単位u3の含有割合が前記範囲内であれば、フッ素樹脂a11の成形性、熱安定性に著しく優れる。
各単位の含有割合は、フッ素樹脂(a11)の溶融NMR分析、フッ素含有量分析、赤外吸収スペクトル分析等により算出できる。
フッ素樹脂aは、常法により製造できる。単量体の重合によってフッ素樹脂aを製造する場合、重合方法としては、ラジカル重合開始剤を用いる重合方法が好ましい。
重合方法としては、塊状重合法、有機溶媒(フッ化炭化水素、塩化炭化水素、フッ化塩化炭化水素、アルコール、炭化水素等)を用いる溶液重合法、水性媒体と必要に応じて適当な有機溶媒とを用いる懸濁重合法、水性媒体と乳化剤とを用いる乳化重合法が挙げられ、溶液重合法が好ましい。
結晶性樹脂としては、ポリエステル系樹脂(ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、液晶ポリエステル等)、ポリオレフィン系樹脂(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、酸変性ポリエチレン、酸変性ポリプロピレン、酸変性ポリブチレン等)、ポリオキシメチレン、ポリアミド、ポリアセタール系樹脂、ポリアリーレンスルフィド樹脂(ポリフェニレンスルフィド等)、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルニトリル、液晶ポリマー等が挙げられる。
その他としては、フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂等が挙げられる。
また、上記以外の好ましい例としては、ポリオキシメチレン;ポリウレタン系エラストマー;ポリオレフィン系樹脂;ポリアセタール系樹脂;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等の熱可塑性ポリエステル樹脂;等の熱可塑性樹脂が挙げられる。
ω−アミノ酸としては、ε−アミノカプロン酸、7−アミノヘプタン酸、9−アミノノナン酸、11−アミノウンデカン酸、12−アミノドデカン酸、2−クロロ−パラアミノメチル安息香酸、2−メチル−パラアミノメチル安息香酸、4−アミノメチル安息香酸等が挙げられる。
ラクタムとしては、ε−カプロラクタム、エナントラクタム、カプリルラクタム、ウンデカンラクタム、ラウリルラクタム、α−ピロリドン、α−ピペリドン等が挙げられる。
カルボン酸としては、アジピン酸、グルタル酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカンジオン酸、ドデカジオン酸、ヘキサデカジオン酸、ヘキサデセンジオン酸、エイコサンジオン酸、エイコサジエンジオン酸、ジグリコール酸、2,2,4−トリメチルアジピン酸、キシリレンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、2−クロロテレフタル酸、2−メチルテレフタル酸、5−メチルイソフタル酸、5−ナトリウムスルホイソフタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸等が挙げられる。
ポリアミドとしては、具体的には、機械物性と成形加工性のバランスに優れている点から、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド46、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド9T、ポリアミド610、ポリアミド612、ポリアミド6/66コポリマー、ポリアミド6/66/610コポリマー、ポリアミド6T、ポリアミド6IおよびポリアミドMXD6からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド12、ポリアミド9T、ポリアミド6Tがより好ましく、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド9Tが特に好ましい。
組成物C1またはC2に含まれる他の成分としては、無機フィラー、有機フィラー、着色剤、結晶化抑制剤、耐光剤、充填剤、帯電防止剤、難燃剤、可塑剤等が挙げられる。
本発明の第3の態様は、フッ素樹脂Aと熱可塑性樹脂Bを含み、フッ素樹脂Aと熱可塑性樹脂Bの合計の含有量が70体積%以上であり、フッ素樹脂Aと熱可塑性樹脂Bの合計の含有量に対して、フッ素樹脂Aの含有量が0.1〜50体積%であり、下記の成形条件でフィラメントに成形したときに、該フィラメントの長さ方向に垂直な断面の40μm×30μmの矩形範囲内の走査電子顕微鏡写真に存在する、前記フッ素樹脂Aからなる領域のうち、長径3μm以上の領域が0個であるフィラメントとなる、フィラメント用フッ素樹脂組成物である。
成形条件:キャピラリー型レオメーターを用い、炉体内温度260℃、下式(1)、(2)で算出されるせん断速度(γ)を60.8sec−1、下式(3)で算出されるフィラメントの延伸倍率を1.5〜1.6とし、直径0.65±0.01mmのフッ素樹脂フィラメントを得る。
γ=4×Q/(3.14×r3)…(1)
Q=V×D2×3.14/4 …(2)
フィラメント延伸倍率=吐出ダイ直径/フィラメント直径…(3)
式(1)、(2)中、Qは溶融樹脂体積速度(mm3/sec)、rは吐出ダイ半径(mm)、Dは炉体内径(mm)、Vはピストンスピード(mm/sec−1)である。
本態様のフィラメント用樹脂組成物は、前記成形条件で成形して得られるフィラメントの引張り破断強度が20MPa以上であることが好ましい。引張り破断強度の測定方法は後述する。
例えば、フッ素樹脂Aおよび熱可塑性樹脂Bが粒子径100μm未満で水または有機溶剤に分散されている分散液に、非フッ素熱可塑性樹脂からなるフィラメントをディップした後、50℃以上の温度で乾燥してフィラメントを製造する方法が好ましい。この方法によれば、非フッ素熱可塑性樹脂からなる芯線の周上に、組成物C1またはC2からなる被覆層を有するフィラメントが得られる。
また、組成物C1または組成物C2を用いて製造方法例1、製造方法例2の方法によりフィラメントを製造する際、クロスヘッドダイを用いることで、組成物C1または組成物C2と非フッ素樹脂が多層構造となった芯鞘構造のフィラメントを得ることもできる。芯鞘構造のフィラメントとは、フィラメントの中心部と側面部で樹脂の成分が異なる多層構造のフィラメントである。
<測定方法>
(接着性官能基の含有量)
下記の赤外吸収スペクトル分析によって、フッ素樹脂aにおける、接着性官能基を有するIAHに基づく単位の割合を求めた。
フッ素樹脂aをプレス成形して厚み200μmのフィルムを得た。赤外吸収スペクトルにおいて、フッ素樹脂a中のIAHに基づく単位における吸収ピークは、1778cm−1に現れる。該吸収ピークの吸光度を測定し、IAHのモル吸光係数20810mol−1・l・cm−1を用いて、IAHに基づく単位の割合(モル%)を求めた。
前記割合をn(モル%)とすると、主鎖炭素数1×106個に対する接着性官能基(酸無水物基)の個数は、[n×106/100]個と算出される。
示差走査熱量計(DSC装置、セイコーインスツル社製)を用い、樹脂を10℃/分の速度で昇温したときの融解ピークを記録し、極大値に対応する温度(℃)を融点とした。
メルトインデクサー(テクノセブン社製)を用い、297℃、荷重49Nの条件下で直径2mm、長さ8mmのノズルから、10分間に流出する重合体の質量(g)を測定することにより求めた。
東洋精機社製ストログラフを用いて測定した。具体的には、フィラメントの端部をチャック間60mmにて固定した。その後、引張り速度30mm/minにて引張り試験を実施し、引張り破断強度を下記式に従って算出した。
引張り破断強度(MPa)=破断時の荷重(N)/サンプルの断面積(mm2)
(破断張力)
東洋精機社製キャピログラフを用いて測定した。オリフィスは内径1mmφ、長さ10mmを使用し、シリンダ温度は260℃、ピストン速度は3mm/minの条件でストランドの溶融押し出し成型を行い、吐出されるストランドを350mm下のロードセル付きプーリーに掛けて1m/分の速度で引き取り、安定後に引き取り速度を4分間で200m/分の速度に達する割合で増加させ、ストランドが破断したときのロードセル付きプーリーにかかる荷重(N)を破断張力とした。
フィラメントを長さ方向に垂直に切断した。切断面を、走査電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製、FE−SEM)で観察した。倍率3000倍で、(縦)40μm×(横)30μmの矩形範囲内に存在する島部の長径を測定し、長径が3μm以上である島部の数を計測して粗大ドメインの数とした。
また、倍率3000倍で、40μm×30μmの矩形範囲内に存在する島部の長径および短径を計測し、長径の計測値が大きい方から20個の島部を選択し、それぞれの長径/短径の比を算出し、20個の平均値を「含フッ素熱可塑性樹脂からなる領域の長径/短径の比」とした。また、島部が小さくて計測できない場合は倍率30000倍で4μm×3μmの矩形範囲内に存在する島部の長径および短径を計測し、長径の計測値が最も大きい島部を選択し、その長径/短径の比を「含フッ素熱可塑性樹脂からなる領域の長径/短径の比」とした。
なお、島部については、エネルギー分散型X線分析装置(アメテック社製EDX)を用いた元素分析によって、フッ素樹脂Aからなる領域であることを確認した。
評価用サンプルとして直径2.0mm±0.1mmのフィラメントを製造し、フィラメントを長さ方向に垂直に切断した。切断面を、走査電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製、FE−SEM)で観察し、無作為に選んだ100個の島部の長径を測定し、それらの平均値を「含フッ素熱可塑性樹脂からなる領域の平均径」とした。
(吸水率の測定)
フィラメント5gを測り取り、50℃に設定したオーブンで24時間乾燥した。その後、23℃、50%RH環境下で24時間放置し、質量の測定を行った。この質量をフィラメントの初期質量とした。そのフィラメントを超純水(和光純薬社製)300ml中に23℃で24時間浸漬したのち、キムタオル(日本製紙クレシア社製)で水分を拭き取った。水分ふき取り後、質量を測定し、水浸浸漬後の質量とした。吸水率(%)を以下の式に従い計算した。
吸水率=((水浸漬後の質量―初期質量)/初期質量)×100
含フッ素熱可塑性樹脂A−2:接着性官能基を有しないフッ素樹脂、旭硝子社製、融点:227℃、溶融流れ速度(297℃、荷重49N):23.1g/10分。該樹脂は、国際公開第2016/006644号の例9に記載の方法で製造し、TFE/E/CH2=CH(CF2)4Fのモル比は57.1/39.5/3.4であった。
含フッ素熱可塑性樹脂A−3:接着性官能基を有しないフッ素樹脂、旭硝子社製、融点:240℃、溶融流れ速度(297℃、荷重49N):22.5g/10分。該樹脂は、国際公開第2016/006644号の例9に記載の方法で製造し、TFE/E/CH2=CH(CF2)4Fのモル比は58.6/39.1/2.3であった。
非フッ素熱可塑性樹脂B−1:ポリアミド6、宇部興産社製、製品名:UBEナイロン 1024B、融点223℃。
非フッ素熱可塑性樹脂B−2:ポリアミド66、旭化成社製、製品名:1500 X11、融点265℃。
例1〜4は実施例であり、例5〜7は比較例である。
含フッ素熱可塑性樹脂A−1、A−2、および非フッ素熱可塑性樹脂B−1を、表1に示す配合でドライブレンドした混合物を、溶融紡糸装置の炉体(バレル)に供給して加熱溶融し、吐出ダイから押出し、張力をかけて引き取りながら冷却してフィラメントを製造した。製造条件は下記の通りとした。
[製造条件]
炉体内温度:260℃、せん断速度(γ):60.8sec−1、
延伸倍率:1.5〜1.6倍、フィラメント直径:0.65±0.01mm(なお、評価用サンプルは、下記するように、2.0mm±0.1mm)
上記例1〜7で得られたフィラメントについて、引張り破断強度、断面における粗大ドメインの数、断面における「含フッ素熱可塑性樹脂からなる領域の長径/短径の比、」および破断張力を求めた結果を表1に示す。
また、フィラメント直径を2.0mm±0.1mmに変更したほかは同様にして評価用サンプルを製造し、上記の方法で「含フッ素熱可塑性樹脂からなる領域の平均径」を求めた。結果を表1に示す。
一方、フッ素樹脂Aが、接着性官能基を有するフッ素樹脂aを含まず、フィラメント断面において粗大ドメインが1個以上存在する例5〜7は、引張り破断強度が劣り、破断張力が低かった。
例8〜10は実施例であり、例11は比較例である。
含フッ素熱可塑性樹脂A−1、A−3、非フッ素熱可塑性樹脂B−2を、表2に示す配合でドライブレンドした混合物を、溶融紡糸装置の炉体(バレル)に供給して加熱溶融し、吐出ダイから押出し、張力をかけて引き取りながら冷却してフィラメントを製造した。製造条件は下記の通りとした。
[製造条件]
炉体内温度:280℃、 せん断速度(γ):121.6sec−1、
延伸倍率:3.0〜4.5倍、フィラメント直径:0.22mm
上記の方法で、得られたフィラメントの引張り破断強度を測定した。結果を表2に示す。シリンダ温度を280℃とし、ピストン速度を5mm/minとした他は上記の方法で破断張力を測定した。結果を表2に示す。
例12、13は実施例であり、例14、15は比較例である。
含フッ素熱可塑性樹脂A−1、非フッ素熱可塑性樹脂B−1およびB−2を、表3に示す配合でドライブレンドした混合物を、2軸押出機(テクノベル社製、KZW15TW−45MG)に投入し、下記の条件にて溶融混練し、2軸押出機先端のダイより吐出させ、水温15℃の水槽にて急冷することで、直径3mmの未延伸糸状成形体を得た。
溶融混練の条件:樹脂吐出量:2.0kg/時間、スクリュー回転数:200rpm、設定樹脂温度:例12、例14では260℃、例13、例15では300℃。
得られた未延伸糸状成形体を、恒温槽の設置された引張試験機(オリエンテック社製 RTC−1210A)にセットし、温度80℃に設定された恒温槽中で40秒間予熱したのち、100mm/分の速度で、延伸倍率3.5倍まで延伸し、その後、恒温槽中で1分間加熱処理を行い、フィラメントを得た。延伸倍率は未延伸時のチャック間距離をL1とし、延伸後のチャック間距離をL2とした場合、L2/L1とした。
得られたフィラメントの、引張破断強度、断面における粗大ドメインの数、含フッ素熱可塑性樹脂からなる領域の長径、短径の比、含フッ素熱可塑性樹脂からなる領域の平均径、吸水率、引張破断強度を前述の方法により測定した。結果を表3に示す。
Claims (15)
- 含フッ素熱可塑性樹脂と非フッ素熱可塑性樹脂を含むフッ素樹脂組成物からなるフィラメントであって、
前記フッ素樹脂組成物中、前記含フッ素熱可塑性樹脂と非フッ素熱可塑性樹脂の合計の含有量が70体積%以上であり、
前記含フッ素熱可塑性樹脂と非フッ素熱可塑性樹脂の合計の含有量に対して、含フッ素熱可塑性樹脂の含有量が0.1〜50体積%であり、
前記フィラメントの長さ方向に垂直な断面の走査電子顕微鏡写真において、40μm×30μmの矩形範囲内に存在する、前記含フッ素熱可塑性樹脂からなる領域のうち、長径3μm以上の領域が0個であることを特徴とするフィラメント。 - 含フッ素熱可塑性樹脂と非フッ素熱可塑性樹脂を含むフッ素樹脂組成物からなるフィラメントであって、
前記フッ素樹脂組成物中、前記含フッ素熱可塑性樹脂と非フッ素熱可塑性樹脂の合計の含有量が70体積%以上であり、
前記含フッ素熱可塑性樹脂と非フッ素熱可塑性樹脂の合計の含有量に対して、含フッ素熱可塑性樹脂の含有量が0.1〜50体積%であり、
前記含フッ素熱可塑性樹脂が、カルボニル基含有基、ヒドロキシ基、エポキシ基およびイソシアネート基からなる群から選ばれる少なくとも1種の官能基を有する含フッ素熱可塑性樹脂を含むことを特徴とするフィラメント。 - 前記非フッ素系熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂を含む、請求項1または2に記載のフィラメント。
- 前記ポリアミド樹脂が、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド46、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド9T、ポリアミド610、ポリアミド612、ポリアミド6/66コポリマー、ポリアミド6/66/610コポリマー、ポリアミド6T、ポリアミド6IおよびポリアミドMXD6からなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項3に記載のフィラメント。
- 前記含フッ素熱可塑性樹脂が、カルボニル基含有基、ヒドロキシ基、エポキシ基およびイソシアネート基からなる群から選ばれる少なくとも1種の官能基を導入したフッ素樹脂を含み、該フッ素樹脂がテトラフルオロエチレンに基づく単位またはクロロトリフルオロエチレンに基づく単位を有するフッ素樹脂、またはポリフッ化ビニリデンである、請求項1〜4のいずれか一項に記載のフィラメント。
- 前記フッ素樹脂が、テトラフルオロエチレンに基づく単位およびフルオロアルキルビニルエーテルに基づく単位、テトラフルオロエチレンに基づく単位およびヘキサフルオロプロピレンに基づく単位、エチレンに基づく単位およびテトラフルオロエチレンに基づく単位、エチレンに基づく単位およびクロロトリフルオロエチレンに基づく単位を有する樹脂、またはポリクロロトリフルオロエチレンである、請求項5に記載のフィラメント。
- 前記含フッ素熱可塑性樹脂が、テトラフルオロエチレンまたはクロロトリフルオロエチレンに基づく単位と、酸無水物基を有する環状炭化水素単量体に基づく単位と、含フッ素単量体に基づく単位(ただし、テトラフルオロエチレンまたはクロロトリフルオロエチレンに基づく単位は除く)とを有するフッ素樹脂を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載のフィラメント。
- 前記フィラメントの直径が0.01〜3mmである、請求項1〜7のいずれか一項に記載のフィラメント。
- 前記フィラメントの引張り破断強度が20MPa以上である、請求項1〜8のいずれか一項に記載のフィラメント。
- 前記フッ素樹脂組成物に含まれるポリアミド樹脂からなるフィラメントを23℃で24時間、水に浸漬した後の吸水率をαとし、前記フッ素樹脂組成物からなるフィラメントの同条件での吸水率をβとしたとき、β/αが0.40〜0.95である、請求項3または4に記載のフィラメント。
- 含フッ素熱可塑性樹脂と非フッ素熱可塑性樹脂を含み、
前記含フッ素熱可塑性樹脂と非フッ素熱可塑性樹脂の合計の含有量が70体積%以上であり、
前記含フッ素熱可塑性樹脂と非フッ素熱可塑性樹脂の合計の含有量に対して、含フッ素熱可塑性樹脂の含有量が0.1〜50体積%であり、
下記の成形条件でフィラメントに成形したとき、該フィラメントの長さ方向に垂直な断面の40μm×30μmの矩形範囲内の走査電子顕微鏡写真に存在する、前記含フッ素熱可塑性樹脂からなる領域のうち、長径3μm以上の領域が0個であることを特徴とするフィラメント用フッ素樹脂組成物。
成形条件:キャピラリー型レオメーターを用い、炉体内温度260℃、下式(1)、(2)で算出されるせん断速度(γ)を60.8sec−1、下式(3)で算出されるフィラメントの延伸倍率を1.5〜1.6とし、直径0.65±0.01mmのフッ素樹脂フィラメントを得る。
γ=4×Q/33.14×r3)…(1)
Q=V×D2×3.14/4 …(2)
フィラメント延伸倍率=吐出ダイ内径/フィラメント直径…(3)
式(1)、(2)中、Qは溶融樹脂体積速度(mm3/sec)、rは吐出ダイの半径(mm)、Dは炉体の内径(mm)、Vはピストンスピード(mm/sec−1)である。 - 前記成形条件で成形したフィラメントの引張り破断強度が20MPa以上である、請求項11に記載のフィラメント用フッ素樹脂組成物。
- 前記含フッ素熱可塑性樹脂が、カルボニル基含有基、ヒドロキシ基、エポキシ基およびイソシアネート基からなる群から選ばれる少なくとも1種の官能基を有する含フッ素熱可塑性樹脂である、請求項11または12に記載のフィラメント用フッ素樹脂組成物。
- 前記非フッ素系熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂を含む、請求項11〜13のいずれか一項に記載のフィラメント用フッ素樹脂組成物。
- 前記ポリアミド樹脂がポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド46、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド9T、ポリアミド610、ポリアミド612、ポリアミド6/66コポリマー、ポリアミド6/66/610コポリマー、ポリアミド6T、ポリアミド6IおよびポリアミドMXD6からなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項14に記載のフィラメント用フッ素樹脂組成物。
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