KR20120123149A - 불소중합체 성형 방법 및 불소중합체 성형품 - Google Patents

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Abstract

융점이 상이한 2종 이상의 불소중합체의 혼합물을 최저 융점을 갖는 불소중합체의 융점 이상 및 최고 융점을 갖는 불소중합체의 융점 미만의 온도에서 성형하는 불소공중합체 성형 방법이 제공되며, 생성된 불소중합체 성형품은 내화학성 및 기체 투과 저항성이 우수하고 선팽창계수가 작다.

Description

불소중합체 성형 방법 및 불소중합체 성형품 {Fluoropolymer Molding Process And Fluoropolymer Molded Product}
본 발명은 내화학성 및 기체 투과 저항성이 우수하고 선팽창계수가 작은 불소중합체 성형품을 위한 성형 방법, 및 상기 방법으로부터 수득된 불소중합체 성형품에 관한 것이다.
내열성 및 내화학성을 갖는 불소중합체는 파이프 또는 탱크의 라이닝 및 반도체 제조 공정 또는 화학 공장에서 화학물질을 이송하는데 사용되는 파이프, 플랜지 및 커플링과 같은 조인트, 및 화학물질 저장 용기에서 활용될 수 있다.
불소중합체 중에서, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)은 내열성, 내화학성과 같은 우수한 특성을 갖고, 380℃에서 108 Pa?s 이상의 비정상적으로 높은 용융 점도를 갖는다. 이러한 높은 점도 때문에, PTFE는 용융 유동성이 없다. 따라서 용융 제조 방법, 예를 들어 압출 성형, 사출 성형, 블로우 성형, 및 이송 성형은 PTFE를 제조하는데 사용할 수 없다.
PTFE는 비융융 (non-melting) 가공성이기 때문에, 그것은 비용융 제조 방법, 예를 들어 페이스트 압출 및 압축 성형을 사용하여 제조된다. 페이스트 압출은 전단력의 적용에 의해 피브릴화된 미세 PTFE 분말이 공지된 윤활제와 혼합물 (페이스트)을 형성하는 방법이다. 이러한 페이스트는 저온 (75℃를 초과하지 않음)에서 압출된다. 압축 성형은 PTFE 분말을 그의 유리전이온도 (Tg)를 초과하는 온도에서 유지시키고, 금형 내에 적재한 후 램 (ram)으로 압축하고 가열하여 (소결하여) 성형물을 얻는 방법이다.
그러나, 페이스트 압출 방법에서, 페이스트 압출 후에 윤활제가 제거되어야 한다. 또한, 성형품 내의 잔류 윤활제는 탄화 (carbonization)될 수 있고, 이것은 성형품의 변색 및 내화학성과 전자 특성의 감소와 같은 문제를 초래할 수 있다. 또한, 윤활제의 너무 빠른 휘발성으로 인한 성형품의 쪼개짐 (crack)의 형성을 방지하기 위해서, 점진적으로 온도를 상승시켜서 윤활제를 제거해야하는 필요성은 시간 소모적이고 제조 싸이클의 기간을 증가시킨다.
또한 압축 성형은 단순한 형상에 대해서만 실용적이다. 복잡한 형상을 원하는 경우, 압축 성형된 PTFE 블록은 이러한 결과를 성취하기 위해 기계로 가공되어야 한다.
테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로(알킬 비닐 에테르) 공중합체 (PFA)는 PTFE와 동일하게 내열성 및 내화학성이 우수하다는 장점을 갖고, 용융 성형, 예를 들어 압출 성형, 사출 성형, 블로우 성형, 이송 성형, 및 용융 압축 성형에 사용될 수 있다. 그것은 방법이 더 경제적이기 때문에, PFA로부터 제조된 물품은 PTFE로부터 제조된 동일한 물품보다 가격이 더 싸고, 대량 제조에 적합하다.
그럼에도 불구하고, 그것은 내화학성 및 기체 투과 저항성 면에서 PTFE에 비해 열악하기 때문에, PTFE를 PFA와 블렌딩하여 성형품의 결정도를 증가시킴으로써 내화학성 및 기체 투과 저항성이 개선될 수 있음이 제안되었다. 그러나, 성형 분말로서 일반적으로 사용되는 PTFE는 분자량이 크기 때문에, 첨가되는 PTFE의 양이 많아짐에 따라서 수반되는 점도가 상당히 증가되어, 용융 성형을 더 어렵게 만드는 문제점이 있다. 동시에, PTFE의 경우에서와 동일한 방식으로, 더 높은 점도를 갖는 조성물을 사용하여 비용융 성형, 예를 들어 압축 성형 또는 페이스트 압출 성형을 수행하는 것이 가능하지만, 이러한 방법에 대해 상기에서 주지한 바와 같이, 이것은 성형품의 형상에 대해 제한적이기 때문에 실용적이지 않다.
일본 공개 공보 제2002-167488호 및 동 제2003-327770호에서, 또한 미세분말로서 공지된 저분자량 PTFE를 사용함으로써, 점도가 증가되는 것을 피할 수 있고 용융 성형이 가능하며, 따라서 내화학성 및 기체 투과 저항성의 증가가 성취될 수 있음이 제안되었다. 그러나, 저분자량 PTFE의 첨가는 기계적 강도에 악영향을 미쳐서, 첨가될 수 있는 저분자량 PTFE의 양이 제한된다.
또한, 불소중합체 성형품이 융점을 초과하는 온도에서 가열될 경우, 다른 물질, 예를 들어 파이프에 사용되는 금속에 비해 선팽창계수가 더 커진다. 따라서, 불소중합체 라이닝된 파이프에서 승온에 노출될 경우 라이닝이 뒤틀릴 수 있고, 이것은 조인트의 밀봉부에서의 누출을 일으킬 수 있다. 성형품의 결정도가 높을 수록 선팽창계수는 작아지기 때문에 (비정질 영역이 더 적을수록 더 큰 팽창계수를 가짐), 성형품의 결정도가 높은 것이 바람직하다. 성형품의 결정도는 가열 후 느린 냉각을 통해서 증가될 수 있지만, 효과가 미미하며, 이러한 수단으로 내화학성 및 기체 투과 저항성이 개선되고 선팽창계수가 감소된 물질을 수득하는 것이 가능하지 않다.
상기한 일본 공개 공보는 참고로 본원에 인용된다.
<발명의 개요>
본 발명은 용융 가공가능하고, 내화학성 및 기체 투과 저항성이 우수하고 선팽창계수가 작은 성형품을 생성하는 불소중합체 조성물을 제공한다.
본 발명은 용융 제조방법을 통해서 내화학성 및 기체 투과 저항성이 우수하고 선팽창계수가 작은 불소중합체 제품을 수득하는 것이 가능한 방법을 추가로 제공한다.
본 발명은 상기 성형 방법에 의해 수득되는, 내화학성 및 기체 투과 저항성이 우수하고 선팽창계수가 작은 불소중합체 성형품을 제공한다.
본 발명은 각각 융점이 상이한 2종 이상의 불소중합체를 합하여 혼합물을 수득하고, 최저 융점을 갖는 불소중합체의 융점 이상 및 최고 융점을 갖는 불소중합체의 융점 미만의 온도에서 성형을 수행하는 성형 방법을 제공한다.
본 발명에서 사용되는 불소중합체는 융점이 상이한 2종 이상의 불소중합체를 포함하며, 폴리테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로(알킬 비닐 에테르) 공중합체, 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체, 에틸렌/테트라플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌/클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 공중합체, 및 테트라플루오로에틸렌/비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 공중합체로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
불소중합체 성형 방법이 본 발명의 바람직한 양태이다.
본 발명의 바람직한 양태는 불소중합체가 폴리테트라플루오로에틸렌 및 테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로(알킬 비닐 에테르) 공중합체인 불소중합체 성형 방법이다.
본 발명의 바람직한 양태는 불소중합체가 폴리테트라플루오로에틸렌 및 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체인 불소중합체 성형 방법이다.
본 발명의 바람직한 양태는 폴리테트라플루오로에틸렌의 용융열 (△H)이 약 45 J/g 이상인 불소중합체 성형 방법이다.
본 발명은 또한 상기 불소중합체 성형 방법에 의해 수득된 불소중합체 성형품을 제공한다.
100℃ 내지 15O℃에서 선팽창계수가 약 15 x 10-5 /°K 이하인 불소중합체 성형품이 본 발명의 바람직한 양태이다.
비중이 약 2.180 이상인 불소중합체 성형품이 본 발명의 바람직한 양태이다.
본 발명은 내화학성 및 기체 투과 저항성이 우수하고, 선팽창계수가 작은 불소중합체 성형품을 위한 성형 방법뿐만 아니라 상기 성형 방법으로부터 수득된 불소중합체 성형품을 제공한다.
본 발명의 불소중합체 성형 방법에 따라, 융점이 상이한 2종 이상의 불소중합체를 합하여 수득된 혼합물의 성형을 최저 융점을 갖는 불소중합체의 융점 이상 및 최고 융점을 갖는 불소중합체의 융점 미만의 온도에서 수행함으로써, 고융점을 갖는 불소중합체의 결정도가 유지되어, 생성된 불소중합체 성형품은 내화학성 및 기체 투과 저항성이 우수하고 선팽창계수가 작다.
또한, 용융 성형 방법인 본 발명의 불소중합체 성형 방법을 달성할 수 있기 때문에, 형상이 복잡한 폴리테트라플루오로에틸렌 고함량 성형품을 제공할 수 있다.
본 발명의 불소중합체 성형품은 내화학성 및 기체 투과 저항성과 같은 성능이 우수하고 선팽창계수가 작기 때문에, 불소중합체 성형품은 반도체, 화학적 부식 (CPI)의 예방분야, 사무 자동화 (OA), 슬라이딩 재료, 운송수단 제품 (엔진 성분, 예를 들어 전기 케이블, 산소 센서, 및 연료 호스) 및 인쇄 회로 보드 분야에서 용도를 발견할 수 있다.
본 발명은 융점이 상이한 2종 이상의 불소중합체를 합하여 혼합물을 수득하고, 최저 융점을 갖는 불소중합체의 융점 이상 및 최고 융점을 갖는 불소중합체의 융점 미만의 온도에서 성형을 수행하는 불소중합체 성형 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 불소중합체 성형 방법에 의해 수득된 불소중합체 성형품을 제공한다.
본 발명의 바람직한 불소중합체를 위해서, 융점이 상이한 2종 이상의 불소중합체는 폴리테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로(알킬 비닐 에테르) 공중합체 (PFA), 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체 (FEP), 에틸렌/테트라플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌/클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 공중합체, 및 테트라플루오로에틸렌/비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 공중합체로 이루어진 군에서 선택된다.
이들 중에서, 고융점 불소중합체로서는 폴리테트라플루오로에틸렌 및 저융점 불소중합체로서는 PFA 및/또는 FEP가 바람직하다. 용융열 (△H)이 약 45 J/g 이상인 폴리테트라플루오로에틸렌이 바람직하다. 용융열 (△H)이 약 45 J/g보다 작을 경우, 결정도가 더 낮을 것이고, 내화학성과 기체 투과 저항성, 및 선팽창계수가 덜 개선될 것이다. 이들 중합체의 전형적인 융점은 폴리테트라플루오로에틸렌 - 약 343℃ (제1 용융에서) (후속 용융에서 약 327℃), PFA - 약 275 내지 310℃ (공단량체 (퍼플루오로(알킬 비닐 에테르) 함량)에 의존성임), 및 FEP - 약 250 내지 280℃ (공단량체 (헥사플루오로프로필렌) 함량에 의존성임)이다.
불소중합체 성형품 표면의 매끄러움 (매끄러움은 대부분의 분야에서 유익함)의 관점에서, 특히 청결성 및 세정의 용이함이 중요한 경우, 측정가능한 MFR을 갖는 PTFE와는 대조적으로 PTFE 용융 유동 속도 (MFR)가 약 0 g/10분 미만인 것이 바람직하다. MFR이 약 1 g/10분 이상인 폴리테트라플루오로에틸렌으로는, 즉 저분자량 폴리테트라플루오로에틸렌 (일반적으로 미세분말이라 칭함)이 사용되는 경우, 불소중합체 성형품의 표면이 매우 매끄럽지는 않을 것이다.
본원에서 사용되는 용어 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)은 테트라플루오로에틸렌의 단독중합체, 또는 약 2 중량％ 미만의 공중합성 불소단량체를 포함하는 테트라플루오로에틸렌의 공중합체 (때로는 개질된 PTFE로 하기에서 지칭함)를 의미한다. 개질된 PTFE 내의 공중합성 불소단량체의 함량은 바람직하게는 약 2 중량％ 미만, 보다 바람직하게는 약 1.5 중량％ 이하, 좀더 바람직하게는 약 1 중량％ 이하이다.
단독중합체이거나 또는 개질되었든지 간에 폴리테트라플루오로에틸렌 자체는, 압출과 같은 통상적인 용융 가공 방법에 의해서 용융 가공이 가능하지 않다.
상기 테트라플루오로에틸렌 공중합체 (개질된 PTFE)에서, 공중합성 불소단량체의 예는 C-3 (즉 탄소 원자수가 3인 것) 이상의 올레핀, 보다 바람직하게는 탄소 원자수가 3 이상, 가장 바람직하게는 탄소 원자수가 3 내지 6인 퍼플루오로알켄, C-1 내지 C-6 퍼플루오로(알킬 비닐 에테르) (여기서, 알킬기의 탄소 원자수는 바람직하게는 1 내지 6임), 및 클로로트리플루오로에틸렌 등을 포함한다. 바람직하게 포함된 공중합성 불소단량체로 언급될 수 있는 구체예는 헥사플루오로프로필렌 (HFP), 퍼플루오로(메틸 비닐 에테르) (PMVE), 퍼플루오로(에틸 비닐 에테르) (PEVE), 퍼플루오로(프로필 비닐 에테르) (PPVE), 및 퍼플루오로(부틸 비닐 에테르) (PBVE), 및 클로로트리플루오로에틸렌 (CTFE)을 포함한다. 이들 중에서, HFP, PEVE 및 PPVE가 보다 바람직하고, HFP가 가장 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 융점이 상이한 2종 이상의 불소중합체를 위해서, 유화 중합으로 수득된 수성 분산액을 사용하는 것이 바람직하다. 수성 불소중합체 분산액의 경우, 불소중합체 입자에 대한 평균 입자 직경은 약 0.10 내지 0.40 ㎛, 바람직하게는 약 0.2 내지 0.3 ㎛이고, 수 중 불소중합체의 함량이 약 25 내지 70 중량％인 것이 바람직하다. 수성 불소중합체 분산액을 수득하는 방법을 위해서, 적합한 임의의 통상적으로 공지된 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 일본 등록 공보 제37-4643호, 동 제46-14466호, 및 동 제56-26242호에 기재된 방법을 사용하는 것이 만족스럽다.
융점이 상이한 2종 이상의 불소중합체를 혼합하여 수득되는 혼합물의 경우, 약 10 내지 95 중량％의 고융점 불소중합체 및 약 90 내지 5 중량％의 저융점 불소중합체를 포함하는 혼합물이 바람직하다. 혼합비는 목적하는 내화학성 및 기체 투과 저항성, 선팽창계수, 최대 강도, 및 신도를 고려하여 결정된다. 그러나, 고융점 불소중합체의 비율이 약 10 중량％ 미만인 것은, 불소중합체 성형품의 결정도가 낮을 것이기 때문에 바람직하지 않다. 또한 저융점 불소중합체의 비율이 약 5 중량％ 미만인 것은, 불소중합체 성형품의 기계적 강도가 열악할 것이기 때문에 (예를 들어 인장 강도 및 신도가 열악할 것이기 때문에) 바람직하지 않다.
상기 혼합물을 수득하는 방법에는 특별한 제한이 없지만, 바람직한 방법은 고융점 불소중합체 함유 수성 분산액을 저융점 불소중합체 함유 수성 분산액과 혼합하는 것이다. 본 발명의 혼합물이 상기 방법에 의해 수득되는 경우, 혼합물의 조성은 불소중합체 수성 분산액 각각에 대해 바람직한 조성의 범위를 반영할 것이지만, 혼합비는 바람직하게 적합하게 조정될 수 있다.
바람직한 구체예인 유화 중합에 의해 수득된 본 발명의 혼합물은 고융점 불소중합체 수성 분산액 (예를 들어, 평균 입자 직경이 0.24 ㎛인 것) 및 저융점 불소중합체 수성 분산액 (예를 들어, 평균 입자 직경이 0.24 ㎛인 것)을 분산액 중의 중합체의 중량을 기준으로 약 95:5 내지 약 10:90의 비율로 함께 혼합하고, 교반 및 응고시킨 후, 수득된 응고물을 건조시켜 평균 입자 직경이 300 내지 600 ㎛ 정도, 보다 바람직하게는 400 ㎛ 정도인 분말을 얻는 것이다.
본 발명의 혼합물을 위해 제안된 용융 유동도 (F) (전단 묽어짐 (shear-thinning) 또는 요변성 (thixotropy)의 측정)는 바람직하게는 약 0.1 이상, 보다 바람직하게는 약 1.0 이상이다. 용융 유동도 (F)가 너무 작으면, 증가된 전단 속도 (전단 응력)로 인한 감소된 용융 점도는 불리할 것이며, 가공성이 불량해지는 경향이 있을 것이다. 용융 유동도 (F)는 하기 수학식 (1)로 결정할 수 있다.
Figure pat00001
(상기 식 중, y = 전단 속도 (초-1), MV1 = 전단 속도 γ1에서의 용융 점도, MV2 = 전단 속도 γ2에서의 용융 점도임).
전단 속도의 함수로서의 점도는 하기 수학식 (2)로부터 결정할 수 있다.
Figure pat00002
(상기 식 중, △P = 고정된 전단 속도 (γ)에서 분말 샘플의 압출 동안의 압력 (MPa)임, 모세관 유동 시험기 (도쿄 세이키사 (Toyo Seiki Co., Ltd.)의 캐필로그래프 (Capillograph) 1B)를 사용하고, 실린더 바닥에서 고정된 성형 온도로 오리피스 (직경 (φ): 2 mm, 길이 (L): 20 mm)의 온도를 증가시킴). 국제 단위 시스템으로는 수학식 2가 다음 수학식과 같이 나타내진다.
MV(Pa?s) = △P/(10γ)
상기에 기재된 바와 같이 수득된 혼합물의 경우, 필요할 경우 임의의 바람직한 첨가제가 포함될 수 있다. 이러한 첨가제의 예는 산화방지제, 광안정화제, 형광 미백제, 안료, 색소, 염료, 충전제, 예를 들어 카본 블랙, 흑연, 알루미나, 운모, 탄화규소, 질화붕소, 산화티타늄, 산화비스무트, 청동, 금, 은, 강철, 및 니켈을 포함할 수 있다. 이들은 분말, 분말 섬유 또는 섬유와 같은 적절한 형태일 수 있다. 최근에 대량 제조에 도입되고 시판되는 나노재료, 예를 들어 플러린 (C60) 및 탄소 나노튜브가 또한 첨가제로서 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 목적물에 부정적인 영향을 미치지 않는 한, 불소중합체 이외에 다른 중합체의 미세입자, 및 다른 성분이 포함되고 사용될 수 있다.
본 발명에서 불소중합체를 위한 바람직한 성형 방법은 최저 융점 불소중합체의 용융 온도 이상 및 최고 융점 불소중합체의 융융 온도 미만의 온도에서, 융점이 상이한 2종 이상의 불소중합체를 합하여 수득된 혼합물에 대해 수행되는 용융 성형 방법이다. 이러한 성형 방법의 예는 압출성형, 사출성형, 이송 성형, 및 융용 압축 성형을 포함한다. 본 발명의 PTFE 고함량 혼합물의 경우 성형 방법은 페이스트 압출 또는 압축 성형일 수 있다.
최고 융점 불소중합체가 PTFE이고, 최저 융점 불소중합체가 PFA인 경우, 상기와 같이 (2종의 중합체의 수성 분산액을 혼합하고, 생성된 혼합물을 응고시키고 건조시켜서) 수득된 혼합 분말을 사용하여 PFA의 융융 온도 이상 및 PTFE의 융융 온도 이하의 온도에서 비드 또는 펠렛을 성형할 수 있다. 비드를 펠렛으로 절단할 수 있고, 이것을 최저 융점 불소중합체의 용융 온도 이상 및 최고 융점 불소중합체의 용융 온도 미만의 온도에서 연속 용융 압출을 수행하는데 사용할 수 있다. 상기 비드 또는 펠렛에 함유된 임의의 불안정한 말단기는 예를 들어 불소화를 통해 농도가 감소될 수 있다.
또한, 공지된 페이스트 압출 윤활제와 함께 상기 혼합물을 압축하여 예비성형체를 수득한 후, 최저 융점을 갖는 불소중합체의 융점 이상 및 최고 융점을 갖는 불소중합체의 융점 이하의 온도에서 상기 예비성형체를 페이스트 압출기에 넣고, 압출하고, 상기 윤활제를 제거한다.
본 발명의 불소중합체 성형 방법에서, 저융점 불소중합체의 용융 온도 미만의 온도에서 방법을 수행하는 것은, 성형 압력의 증가가 동반되고 불소중합체 성형품의 강도 및 신도가 열악할 것이기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 고융점 불소중합체의 용융 온도 이상의 온도에서 성형을 수행하는 것은, 수득된 불소중합체 성형품의 결정도가 낮아지고 우수한 내화성과 기체 투과 저항성 및 바람직하게 작은 선팽창계수를 성취하는 것이 가능하지 않기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명의 불소중합체 성형 방법에서, 용융 성형은 고융점 불소중합체의 높은 결정도를 유지시키면서 수행될 수 있으므로, 내화학성 및 기체 투과 저항성이 우수하고 선팽창계수가 작은 불소중합체 성형품을 수득할 수 있다.
100℃ 내지 150℃에서 선팽창계수가 약 15 x 10-5 /°K 이하인 본 발명의 불소중합체 성형품은, 상기 온도에서 치수 안정성이 우수하기 때문에 바람직하다. 고온 사용 조건 하에서 선팽창계수가 너무 크면, 수득된 불소중합체 성형품이 탈형되어, 예를 들어 튜브와 조인트 사이의 밀봉이 실패하여 화학물질이 누출될 우려가 생길 것이다.
본 발명의 불소중합체 성형품의 비중은 바람직하게는 약 2.160 이상, 보다 바람직하게는 약 2.180 이상이다. 불소중합체의 비중은 중합체의 결정도의 지표이다. 비중이 낮을수록 결정도가 낮다는 것을 의미한다. 결과적으로, 내화학성 및 기체 투과 저항성도 낮아질 것이다.
임의의 특정 방식에 제한되지 않지만, 본 발명의 불소중합체 성형품은 내화학성과 기체 투과 저항성 및 작은 선팽창계수가 필요한 분야, 예를 들어 튜브, 밀봉, 로드, 섬유, 패킹, 케이블, 라이닝, 및 본 발명의 성형품을 사용하는 적층품에서 사용될 것이다.
본 발명의 불소중합체 성형품은 반도체, CPI, OA, 슬라이딩 재료, 운송 수단 부품 (엔진 성분, 예를 들어 전기 케이블, 산소 센서, 및 연료 호스), 및 인쇄 회로 보드의 용도에 적합하다.
도 1은 실시예 2에서 수득된 압출품 (비드)의 외관 사진이다.
도 2는 비교 실시예 1에서 수득된 압출품의 외관 사진이다.
[실시예]
본 발명을 실시양태의 실시예 및 비교 실시예로 보다 상세하게 하기에서 설명하지만, 이러한 논의는 본 발명을 임의의 방식으로 제한하고자 함이 아니다.
하기 방법에 따라서 물리적 특성을 측정하였다.
(1) 융점 (융융 피크 온도)
시차주사열량계 (피리스 (Pyris) 1 DSC, 퍼킨 엘머 (Perkin Elmer))를 사용하였다. 분말 중합체 샘플 10 mg 분획을 칭량하여 알루미늄 팬에 넣고, 크림퍼로 구겨 폐쇄시키고, 중앙 DSC 유니트에 넣고, 10℃/분의 속도로 온도를 150℃에서 360℃까지 상승시켰다. 이 방법으로 수득된 용융 곡선으로부터 피크 온도 (용융 흡열의 최대 온도) (Tm)를 결정하고, 이것을 용융 온도로 하였다.
(2) 용융 유동 속도 (MFR)
실린더, 다이 및 피스톤이 장치된 ASTM D-1238-95-적용 내식성 용융 인덱서 (ASTM D-1238-95-compliant corrosion resistant melt indexer) (도쿄 세이키사)를 사용하였고, 372±1℃에서 유지되는 실린더 내에 5 g의 분말 중합체 샘플을 패킹하고 5분 동안 유지시키고, 5 kg 하중 (피스톤과 추가된 분동의 합) 하에서 샘플이 다이 오리피스에 통과하게 하여, g/10분의 단위로 중합체 압출 속도로서 MFR을 나타내었다.
(3) 용융열
시차주사열량계 (피리스 1 DSC, 퍼킨 엘머)를 사용하였다. 분말 중합체 샘플 10 mg 분획을 칭량하여 알루미늄 팬에 넣고, 크림퍼로 구겨 폐쇄시키고, 중앙 DSC 유니트에 넣고, 10℃/분의 속도로 온도를 150℃에서 360℃까지 상승시켰다. 이 방법으로 수득된 용융 곡선에서, 용융 피크의 양 측면 상의 용융 곡선 및 용융 곡선이 기준선으로부터 분리되는 지점과 기준선으로 복귀하는 지점을 연결하는 직선에 의해 정의된 면적으로부터 용융열을 결정하였다.
(4) 비중
압축 성형 디바이스 (고온 프레스 (Hot Press) WFA-37, 신토 인더스트리사 (Shinto Industry Co., Ltd.))를 사용하였고, 분말 중합체 샘플을 표 1에 나타낸 바와 같은 압출 온도에서 용융 압축 성형 (4 MPa)하여 두께가 대략 1.0 mm인 시트를 얻었다. 수득된 시트에서 샘플 조각 (높이:20 mm, 폭:20 mm)을 절단하고, JIS K711의 방법 A (물 치환 방법)을 통해서 비중을 측정하였다.
(5) 내화학성 및 기체 투과 저항성
압축 성형기 (고온 프레스 WFA-37, 신토 인더스트리사)를 사용하였고, 분말 샘플을 표 1에 나타낸 바와 같은 압출 온도에서 용융 압축 성형 (4 MPa)하여 두께가 대략 1.0 mm인 시트를 얻었다. 기체 투과성 측정 장치 (시바타 케미컬 인스트루먼트사 (Shibata Chemical Instrument Co.), 모델 넘버 S-69)를 사용하여 수득된 시트의 질소 기체 투과성을 23℃의 온도에서 측정하였다.
(6) 선팽창계수
압축 성형기 (고온 프레스 WFA-37, 신토 인더스트리사)를 사용하였고, 분말 샘플을 표 1에 나타낸 바와 같은 압출 온도에서 용융 압축 성형 (4 MPa)하여 빌렛을 얻었다. 선반 (lathe)을 사용하여 수득된 빌렛에서 측정 샘플 (직경:4 mm, 길이:20 mm)을 절단하였다. TMA TM-7000 장치 (배큠 엔지니어링사 (Vacuum Engineering, Inc.))를 사용하였고, 5℃/분의 속도로 -10℃에서 270℃까지 온도를 상승시켰다. 100℃ 내지 15O℃에서 치수 변화를 측정하여, ASTM D696에 따라서 선팽창계수를 결정하였다.
(7) 압출 표면, 파단시 인장 강도 및 신도
모세관 유동 시험기 (캐필로그래프 (Capillograph) 1B, 도쿄 세이키사)를 사용하였고, 분말 중합체 샘플을 표 1에 나타낸 압출 온도에서 제어되는 실린더 바닥에서 오리피스 (직경:2 mm, 길이:20 mm)로부터 15.2 s-1의 전단 속도로 램압출하여, 비드를 수득하였다. 수득된 비드의 압출 표면에 대해, 돌기형 표면 조도 시험기 (서프콤 (SURFCOM) 575A-3D, 도쿄 세미쯔 (Tokyo Seimitsu))를 사용하여 무작위로 선택된 5개의 지점에서 표면 조도 (R(a))를 측정하였고, 5개 지점의 표면 조도 (R(a))에 대한 평균값이 약 100 ㎛ 이하인 경우 표면을 매끄러운 것으로 간주하였다. 또한, 수득된 비드에 대한 파단시 최대 인장 강도 및 파단시 신도를 측정하기 위해 텐실론 (Tensilon) RTC-1310A (오리엔테크사 (Orientec Co., Ltd.))을 사용하였다. 22.2 mm의 척크 (chuck) 간격 거리 및 50 mm/분의 신장 속도에서 측정하였다.
원료 물질
본 발명의 실시양태 및 비교 실시예에서 사용한 원료 물질은 하기에 기재한 바와 같았다.
(1) 개질된 PTFE의 수성 분산액
0.3 중량％의 헥사플루오로프로필렌으로 개질된 대략 30 중량％의 PTFE의 수성 분산액 (평균 입자 직경 = 0.24 ㎛, 융점 = 343℃, MFR = 0 g/10분, 용융열 (△H) = 70 J/g).
(2) PFA의 수성 분산액
대략 45 중량％의 테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로(에틸 비닐 에테르) 공중합체의 수성 분산액 (평균 입자 직경 = 0.24 ㎛, 융점 = 285℃; MFR = 30 g/10분).
(3) FEP의 수성 분산액
대략 36.5 중량％의 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체의 수성 분산액 (평균 입자 직경 = 0.18 ㎛, 융점 = 259.5℃, MFR = 24.1 g/10분).
분말 중합체 샘플의 제조
융점이 상이한 불소중합체의 수성 분산액을 수지의 중량이 중량％로 기재된 도 1에 나타낸 바와 같은 비율로 블렌딩하였다. 분산액 블렌드를 고속 교반기에 의해 응고시켰다 (기계적 응고). 이와 같이 수득된 응고물을 여과하여 물에서 고상물을 분리하였고, 고상물을 16시간 동안 270℃에서 건조시켜서 평균 입자 직경이 300 내지 800 ㎛인 분말 샘플을 얻었다.
실시예 1 내지 5 및 비교 실시예 1 및 2
분말 샘플에 대한 MFR 및 도 1에 나타낸 온도에서 분말 샘플을 성형하여 수득된 성형품에 대한 비중, 질소 기체 투과성, 선팽창계수, 압출 표면, 최대 강도 및 신도를 측정하였다. 결과를 표 1에 요약하였다.
[표 1a]
Figure pat00003
[표 1b]
Figure pat00004
융점이 보다 낮은 PFA 또는 FEP의 융점 초과 및 융점이 보다 높은 PTFE의 융점 미만의 온도에서 압출되는 혼합물은 보다 큰 밀도와 보다 낮은 결정도 및 보다 작은 선팽창계수를 갖는다는 것을 알 수 있었다. 실시예 2의 압출물 외관을 도 1에 나타내었고, 그것은 매끄럽고 평탄하였다. 비교 실시예 1의 압출물 외관 (실시예 1과 동일한 PTFE:PFA 블렌드이지만 38O℃, 즉 블렌드의 보다 높은 용융 성분 (PTFE)의 융점을 초과하는 온도에서 압출함)은 도 1의 압출물에 비해 매우 평탄하지 않아 열악하였다. 이러한 블렌드는 성형할 수 없었다.
본 발명은 내화학성과 기체 투과 저항성이 우수하고 선팽창계수가 작은 불소중합체 성형품의 성형 방법뿐만 아니라 상기 성형 방법으로 수득된 불소중합체 성형품을 제공한다.
성형을 사용할 수 있을뿐만 아니라, 본 발명의 불소중합체 성형 방법은 내화학성과 기체 투과 저항성이 우수하고 선팽창계수가 작은 불소중합체 성형품을 수득하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 불소중합체 성형품은 내화학성 및 기체 투과 저항성과 같은 성능이 우수하고 선팽창계수가 작기 때문에, 이들 불소중합체 성형품은 예를 들어 반도체, 화학물질 제조 산업 (CPI), OA, 슬라이딩 재료, 운송수단 제품 (엔진 성분, 예를 들어 전기 케이블, 산소 센서, 및 연료 호스) 및 인쇄 회로 보드에서 용도를 발견할 수 있다.

Claims (8)

  1. 융점이 상이한 2종 이상의 불소중합체의 혼합물을 최저 융점을 갖는 불소중합체의 융점 이상 및 최고 융점을 갖는 불소중합체의 융점 미만의 온도에서 성형하는 것을 포함하는 불소중합체 성형 방법.
  2. 제1항에 있어서, 융점이 상이한 2종 이상의 불소중합체가 폴리테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로(알킬 비닐 에테르) 공중합체, 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체, 에틸렌/테트라플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌/클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 공중합체, 및 테트라플루오로에틸렌/비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 것인 불소중합체 성형 방법.
  3. 제1항에 있어서, 불소중합체가 폴리테트라플루오로에틸렌 및 테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로(알킬 비닐 에테르) 공중합체인 불소중합체 성형 방법.
  4. 제1항에 있어서, 불소중합체가 폴리테트라플루오로에틸렌 및 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체인 불소중합체 성형 방법.
  5. 제2항에 있어서, 폴리테트라플루오로에틸렌의 결정 용융열 (△H)이 약 45 J/g 이상인 불소중합체 성형 방법.
  6. 제1항의 불소중합체 성형 방법에 의해서 수득된 불소중합체 성형품.
  7. 제6항에 있어서, 100℃ 내지 150℃ 사이의 선팽창계수가 약 15 x 10-5/°K 이하인 불소중합체 성형품.
  8. 제6항에 있어서, 비중이 약 2.160 이상인 불소중합체 성형품.
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