WO2012026401A1 - ポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法およびポリテトラフルオロエチレン延伸フィルム - Google Patents
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- C08J2327/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers
- C08J2327/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C08J2327/12—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
- C08J2327/18—Homopolymers or copolymers of tetrafluoroethylene
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- C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
- C08L2205/02—Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group
Definitions
- the present invention relates to a method for producing a stretched polytetrafluoroethylene film and a stretched polytetrafluoroethylene film.
- PTFE Polytetrafluoroethylene
- a PTFE film has been manufactured by a skive method, in which a film is cut out from a block-shaped casing obtained by sintering PTFE powder in the manner of peeling katsura, that is, cut into a thin film.
- a method for obtaining a high-strength PTFE film by stretching for example, a method using solid-phase stretching in which stretching is performed at a temperature equal to or lower than the melting point of PTFE, that is, PTFE is not substantially melted is disclosed. Specifically, the following methods (i) to (iii) can be mentioned.
- (I) A method of stretching a film obtained by compression molding PTFE powder at a temperature lower than the melting point at a temperature at which the film does not substantially melt Patent Document 1.
- Methods (i) to (iv) can provide higher strength than films produced by the skive method.
- PTFE films used for applications such as dome roofing materials are often required to have particularly high tensile breaking strength, and further improvements are required.
- An object of the present invention is to provide a method for producing a stretched PTFE film having higher tensile breaking strength, and a stretched PTFE film obtained by the production method.
- a method for producing a stretched PTFE film having the following steps (I) and (II).
- An emulsion of PTFE (A) having a number average molecular weight of 5 ⁇ 10 6 or more and an emulsion of PTFE (B) having a number average molecular weight of 1 ⁇ 10 6 to 4 ⁇ 10 6 are obtained by combining PTFE (A) and PTFE (B ) To obtain a film by compression molding in a molten state a resin composition obtained by mixing so that the solid content ratio (A / B) is 99/1 to 10/90.
- a step of melt stretching the film is obtained by mixing so that the solid content ratio (A / B) is 99/1 to 10/90.
- the step (I) includes a step (I-1) of pressing the resin composition in a reduced pressure atmosphere in a state of being heated below the melting point, and further heating the resin composition heated and pressed in a reduced pressure atmosphere.
- the average particle diameter of the polytetrafluoroethylene (A) in the polytetrafluoroethylene (A) emulsion is 0.03 to 0.5 ⁇ m
- the polytetrafluoroethylene (B) emulsion The method for producing a stretched polytetrafluoroethylene film according to any one of [1] to [3], wherein the average particle size in the polytetrafluoroethylene (B) is 0.03 to 0.5 ⁇ m.
- [6] Production of a stretched polytetrafluoroethylene film according to any one of [1] to [5], wherein the temperature at which the resin composition in the step (I) is in a solid phase is 15 to 150 ° C. Method.
- [7] The method for producing a stretched polytetrafluoroethylene film according to any one of [1] to [6], wherein the temperature at which the resin composition in the step (I) is in a molten state is 330 to 420 ° C. .
- [8] The method for producing a stretched polytetrafluoroethylene film according to any one of [1] to [7], wherein the resin composition before melting used in the step (I) is in a powder form.
- polytetrafluoroethylene according to any one of [1] to [8], wherein the polytetrafluoroethylene (A) and the polytetrafluoroethylene (B) are polytetrafluoroethylene obtained by emulsion polymerization.
- a method for producing a stretched tetrafluoroethylene film [10] The polytetrafluoropolymer according to [9], wherein the polymerization temperature in the emulsion polymerization is 10 to 95 ° C., the polymerization pressure is 0.5 to 4.0 MPa, and the polymerization time is 90 to 520 minutes.
- a method for producing an ethylene stretched film wherein the polymerization temperature in the emulsion polymerization is 10 to 95 ° C., the polymerization pressure is 0.5 to 4.0 MPa, and the polymerization time is 90 to 520 minutes.
- [14] The method for producing a stretched polytetrafluoroethylene film according to [13], wherein in the simultaneous biaxial stretching, a stretching ratio is 2.5 times or more.
- [15] A polytetrafluoroethylene produced by the method for producing a stretched polytetrafluoroethylene film according to any one of [1] to [14], having a haze of 50% or less and a tensile strength at break of 30 MPa or more. Ethylene stretched film.
- a stretched PTFE film having a high tensile breaking strength can be obtained.
- the stretched PTFE film of the present invention has high tensile strength at break.
- FIG. 13 is a front view showing a stretching machine used in Examples 10 to 12.
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing a stretching machine used in Examples 10 to 12.
- FIG. 14 is a graph in which the integrated intensity of the quasi-hexagonal 100-plane reflection peak in the equatorial direction in Examples 10 to 12 is plotted against the stretching time.
- 10 is a graph showing the relationship between the stretching time and the integrated intensity ratio of amorphous scattering in Examples 10 to 12.
- the method for producing a stretched PTFE film of the present invention is a method having the following steps (I) and (II).
- An emulsion of PTFE (A) having a number average molecular weight of 5 ⁇ 10 6 or more and an emulsion of PTFE (B) having a number average molecular weight of 1 ⁇ 10 6 to 4 ⁇ 10 6 are obtained by combining PTFE (A) and PTFE (B ) To obtain a film by compression molding in a molten state a resin composition obtained by mixing so that the solid content ratio (A / B) is 99/1 to 10/90.
- a step of melt stretching the film is a step having the following steps (I) and (II).
- the resin composition was prepared by mixing an emulsion of PTFE (A) having a number average molecular weight of 5 ⁇ 10 6 or more and an emulsion of PTFE (B) having a number average molecular weight of 1 ⁇ 10 6 to 4 ⁇ 10 6 , and then aggregating and drying the mixture. Can be obtained.
- the solid content ratio (A / B) of PTFE (A) and PTFE (B) in the mixing of the emulsion of PTFE (A) and the emulsion of PTFE (B) is 99/1 to 10/90, and 95/5 to 20/80 is preferable, and 90/10 to 40/60 is more preferable.
- PTFE (A) and PTFE (B) include modified PTFE in addition to a homopolymer of tetrafluoroethylene (hereinafter referred to as “TFE”).
- Modified PTFE is a copolymer obtained by copolymerizing a fluorine-containing comonomer with TFE within a range not imparting melt moldability such as extrusion molding and injection molding.
- the fluorine-containing comonomer include vinylidene fluoride (VdF), hexafluoropropylene (HFP), perfluoro (alkyl vinyl ether) (PFAVE), chlorotrifluoroethylene (CTFE), polyfluoroalkylethylene, and perfluoro-2.
- PTFE (A) is a modified PTFE
- the ratio of the repeating unit based on the fluorine-containing comonomer with respect to all repeating units is 0.5% by mass or less from the viewpoint of maintaining the heat resistance, weather resistance and water repellency inherent to PTFE.
- 0.4 mass% or less is more preferable.
- the ratio of the repeating unit based on the fluorine-containing comonomer with respect to all repeating units is 0.5% by mass or less from the viewpoint of maintaining the heat resistance, weather resistance, and water repellency inherent to PTFE.
- 0.4 mass% or less is more preferable.
- the number average molecular weight (hereinafter referred to as “Mn”) of PTFE (A) is 5 ⁇ 10 6 or more, preferably 5 ⁇ 10 6 to 5 ⁇ 10 7 and more preferably 5 ⁇ 10 6 to 2 ⁇ 10 7. preferable.
- Mn of PTFE (A) is 5 ⁇ 10 6 or more, a stretched PTFE film having a high tensile breaking strength can be obtained.
- Mn of PTFE (A) is 5 ⁇ 10 7 or less, the melt viscosity does not become too high, and melt stretching in step (II) becomes easy.
- Mn in this specification is the molecular weight calculated
- DSC differential scanning calorimeter
- the average particle diameter of PTFE (A) in the emulsion of PTFE (A) is preferably 0.03 to 0.5 ⁇ m, more preferably 0.04 to 0.4 ⁇ m.
- the average particle diameter of PTFE (A) is 0.03 ⁇ m or more, a stretched PTFE stretched film is easily obtained. If the average particle diameter of PTFE (A) is 0.5 ⁇ m or less, the film is difficult to tear during stretching.
- the average particle diameter of PTFE (A) is measured with a spectrophotometer.
- the solid content concentration of PTFE (A) in the emulsion of PTFE (A) is preferably 3 to 50% by mass, more preferably 4 to 45% by mass, and even more preferably 5 to 40% by mass.
- the Mn of PTFE (B) is 1 ⁇ 10 6 to 4 ⁇ 10 6 , preferably 1.2 ⁇ 10 6 to 3.5 ⁇ 10 6, more preferably 1.5 ⁇ 10 6 to 3 ⁇ 10 6. . If the Mn of PTFE (B) is 1 ⁇ 10 6 or more, the strength of the stretched PTFE film can be maintained. Moreover, if Mn of PTFE (B) is 4 ⁇ 10 6 or less, a molded film that is easily stretched can be obtained.
- the average particle diameter of PTFE (B) in the emulsion of PTFE (B) is preferably 0.03 to 0.5 ⁇ m, and more preferably 0.04 to 0.4 ⁇ m. If the average particle diameter of PTFE (B) is 0.03 ⁇ m or more, a PTFE stretched film having high strength is easily obtained. If the average particle diameter of PTFE (B) is 0.5 ⁇ m or less, the film is difficult to tear during stretching. The average particle diameter of PTFE (B) is measured with a spectrophotometer.
- the solid content concentration of PTFE (B) in the emulsion of PTFE (B) is preferably 3 to 50% by mass, more preferably 4 to 45% by mass, and even more preferably 5 to 40% by mass.
- PTFE (A) and PTFE (B) are preferably PTFE obtained by emulsion polymerization from the viewpoint of easily obtaining a PTFE stretched film having high tensile strength at break. Moreover, if PTFE (A) and PTFE (B) are produced by emulsion polymerization, an emulsion of PTFE (A) and PTFE (B) can be obtained.
- a resin composition can be prepared.
- emulsion polymerization for example, a monomer composition containing TFE as an essential component and optionally containing a fluorine-containing comonomer in the presence of water, a fluorine-containing surfactant, a radical polymerization initiator and a paraffin wax stabilizer is polymerized. The method of letting it be mentioned.
- an anionic fluorine-containing surfactant is preferable.
- a compound represented by the following formula (1) hereinafter referred to as “compound (1)” is preferable.
- R 1 is a linear or branched alkyl group, a linear or branched alkenyl group having 5 to 9 carbon atoms and 90 to 100% of hydrogen atoms substituted by fluorine atoms, Or a cyclic alkyl group (provided that the alkyl group, alkenyl group, or cyclic alkyl group may have one or two etheric oxygen atoms), and X represents —NH 4 , hydrogen Atom or alkali metal.)
- EAA C 2 F 5 OC 2 F 4 OC 2 F 4 COONH 4
- APFO C 7 F 15 COONH 4
- HC 7 F. 14 COONH 4 , C 6 F 13 COONH 4 , HC 6 F 12 COONH 4 , C 8 F 17 COONH 4 , C 4 F 9 OC 2 F 4 COONH 4 and the like.
- the amount of the fluorine-containing surfactant used is preferably 0.05 to 1.0% by mass, more preferably 0.1 to 0.8% by mass, and more preferably 0.15 to 0.005%, based on the total amount of PTFE produced. 6% by mass is particularly preferred.
- radical polymerization initiator examples include persulfates such as ammonium persulfate and potassium persulfate; water-soluble organic peroxides such as disuccinic acid peroxide, diglutaric acid peroxide, and tert-butyl hydroperoxide; chlorate and bromic acid.
- examples thereof include a redox polymerization initiator by a combination of a salt, a permanganate, and a reducing agent.
- the amount of radical polymerization initiator used is preferably 0.01 to 0.20% by mass, more preferably 0.01 to 0.15% by mass, based on the total amount of monomers used for polymerization.
- paraffin wax stabilizer a purified wax having a melting point of 30 to 99 ° C. is preferable, a purified wax having a melting point of 40 to 80 ° C. is more preferable, and a purified wax having a melting point of 45 to 70 ° C. is more preferable.
- the amount of the paraffin wax stabilizer used is preferably 0.1 to 12% by mass, more preferably 0.1 to 8% by mass, based on the mass of water used.
- the polymerization temperature of emulsion polymerization is preferably 10 to 95 ° C, more preferably 15 to 90 ° C.
- the polymerization pressure is preferably 0.5 to 4.0 MPa, more preferably 0.6 to 3.5 MPa.
- the polymerization time is preferably 90 to 520 minutes, more preferably 90 to 450 minutes.
- a product powder is obtained.
- the aggregation method a known method can be adopted. For example, after the mixed emulsion is diluted with water so that the total concentration of PTFE (A) and PTFE (B) in the mixed emulsion (100 mass%) is 8 to 20 mass%, the resin composition is stirred vigorously. Aggregate things.
- the pH of the mixed emulsion may be adjusted as necessary, and an aggregation aid such as an electrolyte or a water-soluble organic solvent may be added.
- an aggregation aid such as an electrolyte or a water-soluble organic solvent may be added.
- the pH adjuster include sodium carbonate and sodium hydrogen carbonate.
- the electrolyte include inorganic salts such as potassium nitrate, sodium nitrate, sodium carbonate, and sodium bicarbonate.
- the water-soluble organic solvent include alcohols and acetone.
- the resin composition After the resin composition is agglomerated, it is stirred moderately, and the agglomerated resin composition is separated from water, granulated and sized to obtain a wet resin composition. In addition, the process in which the average particle diameter of the resin composition grows to 100 ⁇ m is granulated, and the process in which the particle properties and the particle size distribution are adjusted by continuing stirring is defined as granulated.
- the wet resin composition separated from the mixed emulsion is dried.
- the drying temperature of the wet resin composition is preferably 110 to 250 ° C, more preferably 120 to 230 ° C.
- the average particle size of the resin composition is preferably 0.001 to 1 mm.
- the average particle size of the resin composition is 0.001 mm or more, it is easy to obtain the resin composition.
- the average particle diameter of a resin composition is 1 mm or less, it will be easy to arrange
- the average particle size of the resin composition is measured by a laser particle size measuring device.
- Step (I) As the step (I), in particular, when biaxial stretching is performed in the later-described step (II), a PTFE stretched film having a high tensile breaking strength is easily obtained, and therefore the following steps (I-1) and (I-2) ) Are preferable, and the following steps (I-1) to (I-3) are more preferable.
- (I-1) A step of pressing the resin composition in a reduced-pressure atmosphere while being heated to the melting point or lower.
- (I-2) A step of further heating the pressed resin composition in a reduced pressure atmosphere to a molten state, and compression-molding it at a pressure higher than the pressing in step (I-1).
- Step (I-3) A step of obtaining a molded film by cooling in a pressed state in a reduced pressure atmosphere.
- Step (I) can be performed using a compression molding apparatus.
- a compression molding apparatus for example, a vacuum press machine in which a press machine is installed in a vacuum chamber can be used.
- steps (I-1) to (I-3) using a vacuum press will be described as an example.
- the pressure for pressing the resin composition in step (I-1) is the first pressure V 1 (unit: MPa)
- the pressure for pressing the resin composition in step (I-2) is the second pressure V 2. (Unit: MPa).
- Step (I-1) As shown in FIG. 1, a release polyimide film 12 is placed on a stainless steel plate 11, and a stainless steel plate 13 in which an opening 13 a having a desired shape is formed. Next, after a predetermined amount of the resin composition is put into the opening 13a, a release polyimide film 14 is placed on the stainless steel plate 13, and a stainless steel plate 15 is placed thereon to obtain the laminate 1 for film formation. . Next, at room temperature, the laminate 1 is placed between the upper and lower plates of the press machine installed in the vacuum chamber, the vacuum chamber is depressurized to form a reduced pressure atmosphere, and the upper and lower plates of the press machine are laminated.
- the upper plate and the lower plate are heated to heat the laminate 1 to a predetermined temperature below the melting point of the resin composition. pressing the object in the first pressure V 1. Since the air between the raw material powders can be efficiently removed by pressing the resin composition in a state of being heated to the melting point or lower, it becomes easy to obtain a uniform molded film without voids.
- the melting point of the resin composition is measured by a differential scanning calorimeter (DSC).
- the resin composition is preferably in the form of a powder from the viewpoint of excellent handleability and high degassing efficiency.
- the amount of the resin composition introduced into the opening 13a is preferably such that the ratio (V A / V B ) of the volume V A of the resin composition to be introduced and the volume V B of the opening 13a is 1 to 10.
- the ratio (V A / V B ) is 1 or more, the adhesiveness between the raw materials is good, and it is easy to obtain a molded film having high strength suitable for high magnification melt drawing.
- the ratio (V A / V B ) is 10 or less, it becomes easy to produce a molded film by compression molding.
- the pressure of the reduced-pressure atmosphere in the vacuum chamber is preferably 10 Torr (about 1.33 kPa) or less, more preferably 1 Torr (about 1.33 ⁇ 10 2 Pa) or less, from the viewpoint of excellent degassing efficiency from the resin composition.
- the pressure in the reduced pressure atmosphere is preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 3 Torr (about 0.13 Pa) or more, preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 2 Torr (about 1.33 Pa) or more is more preferable.
- the ambient temperature of the resin composition at the time of heating (hereinafter, the ambient temperature of the resin composition in the step (I-1), that is, the temperature at which the resin composition in the step (I-1) is in a solid phase state is referred to as “ The temperature is referred to as “T 1 ”) below the melting point of PTFE. If the temperature T 1 is below the melting point of PTFE, for the raw material powder is a solid state (melting point or less), since the raw material powder itself is plastically deformed, the air between the raw material powder can be efficiently removed.
- the temperature T 1 is preferably 15 to 150 ° C., more preferably 60 to 120 ° C.
- the resin composition can be heated by heating the stainless steel plates 11, 13, 15, irradiating with a laser such as infrared rays, or blowing hot air.
- the order of the operation for depressurizing the inside of the vacuum chamber and the heating operation is not particularly limited, and the resin composition may be heated after depressurizing the inside of the vacuum chamber, or the vacuum chamber is depressurized after the resin composition is heated. Alternatively, the resin composition may be heated while reducing the pressure in the vacuum chamber.
- the first pressure V 1 is preferably 0.01 to 100 MPa, more preferably 0.01 to 50 MPa, and further preferably 0.1 to 10 MPa. If the first pressure V 1 is 0.01MPa or more, high strength step (II) damaged hard molded film is obtained at a tensile strength at break is higher PTFE oriented film is easily obtained. Further, if the first pressure V 1 is 0.1MPa or more, obtained by more stable PTFE oriented film having a high tensile strength at break easily.
- the first pressure V 1 is equal to or less than 100 MPa, can be used in a press molding machine which does not have a special mechanism.
- Step (I-1) first pressure V 1 in the or increasing the pressure within the above range during the process may be varied by or lower. However, the first pressure V 1 is preferably maintained at a constant pressure within the above range from the viewpoint that a molded film with a constant quality can be obtained stably.
- the time for pressing the resin composition at the first pressure V 1 while being heated to the temperature T 1 is preferably 1 to 100 minutes, and more preferably 5 to 60 minutes. If the said time is 1 minute or more, the deaeration efficiency from this resin composition will improve, and it will become easy to obtain the high intensity
- Step (I-2) The ambient temperature of the resin composition heated and pressed under a reduced pressure atmosphere (hereinafter, the ambient temperature of the resin composition in the step (I-2), that is, the resin composition in the step (I-2) is in a molten state. the temperature of "temperature T 2".) is, further heated so as to be above the melting point of the resin composition in a state where the resin composition was melted in a second pressure V 2 by a pressing machine a resin composition By pressing and holding for a certain time, it is compression-molded into a film shape.
- the preferable range of the pressure in the reduced pressure atmosphere in the step (I-2) is the same as the preferable range of the pressure in the reduced pressure atmosphere in the step (I-1).
- the temperature T 2 is preferably 330 to 420 ° C., more preferably 350 to 400 ° C. If temperature T 2 is 330 ° C. or higher, the raw material powder is fused by the pressure of the resin composition, easily obtained molded film which can melt drawing. Further, if the temperature T 2 is 420 ° C. or less, easily suppress the resin composition is deteriorated by thermal decomposition.
- the second pressure V 2 is preferably 0.1 to 100 MPa, and more preferably 1 to 50 MPa. If the second pressure V 2 is 0.1MPa or more, adhesion between the raw material becomes favorable, easy high strength molded film can be obtained.
- the second pressure V 2 is equal to or less than 100 MPa, can be used in a press molding machine which does not have a special mechanism.
- Step (I-2) a second pressure V 2 in the or increasing the pressure within the above range during the process may be varied by or lower. However, easily obtained stable molded film quality is constant, from the point it is relatively easy to manufacture, it is preferred that the second pressure V 2 is maintained at a constant pressure within said range.
- the difference (V 2 ⁇ V 1 ) between the second pressure V 2 and the first pressure V 1 is preferably 0.1 to 99 MPa, and more preferably 1 to 50 MPa.
- the difference (V 2 ⁇ V 1 ) is 0.1 MPa or more, the molten resin composition obtained in the step (I-1) can be easily formed into a film. If the difference (V 2 ⁇ V 1 ) is 99 MPa or less, a press molding machine having no special mechanism can be used.
- the time for pressing and compressing the resin composition at the second pressure V 2 while maintaining the temperature T 2 is preferably 1 to 100 minutes. If the compression time is 1 minute or longer, a molded film having good adhesion between raw materials and high strength can be easily obtained. Further, if the compression time is 100 minutes or less, the productivity is improved.
- Step (I-3) Under a reduced pressure, by cooling in a state pressed with a second pressure V 2 by a press machine, the resin composition is compressed into a film shape, below its melting point, preferably solidified by cooling to room temperature. And the laminated body 1 taken out from the inside of a vacuum chamber is decomposed
- the thickness of the molded film is preferably from 0.01 to 100 mm, more preferably from 0.1 to 10 mm. When the thickness of the molded film is 0.01 mm or more, the adhesion between the raw materials is improved. Moreover, if the thickness of a molded film is 100 mm or less, melt stretch of a molded film will become easy.
- the thickness of the molded film can be adjusted by the thickness of the stainless steel plate 13 and the amount of the resin composition charged into the opening 13a.
- the shape of the molded film is not particularly limited as long as it is a shape according to the use of the stretched PTFE film produced by the production method of the present invention. The shape of the molded film can be changed to a desired shape by adjusting the shape of the opening 13 a of the stainless steel plate 13.
- the steps (I-1) to (I-3) are performed in a reduced pressure atmosphere. Thereby, a resin composition is deaerated and it can prevent that air mixes in a molded film. Therefore, the adhesiveness between the PTFE in the molded film is improved, and a molded film that is not easily damaged in melt stretching in the step (II) described later is obtained.
- the resin composition is pressed in a state of being heated to a melting point or lower and then heated at a higher temperature to apply a higher pressure to form a film shape. Compression molding.
- the adhesion between the raw material powders of the resin composition is improved, and a molded film having higher strength is obtained. Therefore, in the step (II), a PTFE stretched film that can be melt stretched at a high magnification without damaging the molded film and has a higher tensile breaking strength is obtained.
- the adhesion between the raw materials is improved by melting the resin composition in a pressed state, the raw materials are prevented from peeling and becoming porous particularly when biaxially stretching in the step (II). It is easy to improve the transparency of the obtained PTFE stretched film.
- the step (I) in the present invention is not limited to the steps (I-1) to (I-3).
- step (II) when uniaxial stretching is performed particularly in step (II), only step (I-2) and step (I-3) may be performed without performing step (I-1).
- the method of using the laminate 1 is not limited.
- the stainless steel plate 11, the release polyimide film 12, the stainless steel plate 13, the release polyimide film 14 and the stainless steel plate 15 are all in a disk shape, but these shapes are other than the disk shape. Also good.
- the opening 13a is also rectangular in the present embodiment, but may have a shape other than a rectangle.
- a laminated body in which the resin composition is sandwiched between two release polyimide films without using the disk-shaped stainless steel plate 13 in which the openings 13a are formed may be used.
- a polymer, metal, or the like that does not decompose to 400 ° C. can be suitably used as the release material.
- the resin composition may be taken out after performing the step (I-1) and roll-rolled in a molten state as the step (I-2).
- Step (II) For example, the molded film obtained in the step (I) is stretched by the chuck-type stretching machine 101 illustrated in FIG. 2 while being melted by blowing hot air.
- Molded film containing PTFE (A) and PTFE (B) is an ultra-high molecular weight resin molded body having a molecular weight of 1 ⁇ 10 6 or more, so the melt viscosity is high and the film state is maintained even in a molten state. Can be stretched as is. As shown in FIG.
- the stretching machine 101 includes an upper hot air blowing unit 110 (hereinafter referred to as “blowing unit 110”), a chuck unit 120 that holds the molded film 20, and a lower hot air blowing unit 130 (hereinafter referred to as “ Spraying part 130 ").
- Blowing unit 110 an upper hot air blowing unit 110
- chuck unit 120 that holds the molded film 20
- Spraying part 130 a lower hot air blowing unit 130
- the chuck part 120 is a part that holds the molded film 20 and pulls and stretches the molten molded film 20.
- the chuck unit 120 grips four corners of the molded film 20 with four chucks on the same horizontal plane (a plane orthogonal to FIG. 2), and separates the chucks in the diagonal direction of the molded film 20.
- the molded film 20 can be biaxially stretched in the vertical direction and the horizontal direction.
- the blowing part 110 is a part that blows hot air on the molded film 20 from above.
- the blowing unit 110 is provided with a hot air introduction port 111 for introducing hot air into the interior 110a and a blowout port 112 for blowing the hot air, and a transparent upper lid 113 is provided on the upper part.
- the shape of the inside 110a of the spraying portion 110 is a shape that becomes narrower toward the molded film 20 side.
- the blowing unit 110 hot air is guided from the hot air inlet 111 to the inside 110 a and blown out from the outlet 112 toward the molded film 20.
- the stretching machine 101 by making the shape of the inside 110a of the spraying part 110 into a narrowed shape, hot air from the outlet 112 is blown to the part of the molded film 20 that is gripped by the chuck part 120 and the vicinity thereof. Instead, hot air is sprayed only on the central portion of the molded film 20. Therefore, the central portion of the molded film 20 can be melted without melting the portion gripped by the chuck portion 120 of the molded film 20 and the vicinity thereof.
- the transparent upper cover 113 is provided in the upper part of the spraying part 110, it can transfer to extending
- the blowing part 130 is a part that blows hot air from below on the molded film 20.
- the blowing unit 130 includes a hot air introduction port 131 for introducing hot air into the inside 130a, a hot air blowing plate 135 in which a blowing port 135a for blowing out hot air is formed, and air guide plates 132 and 133 for guiding the hot air to the blowing port 135a in the inside 130a. , 134 are provided. Openings 132a, 133a, and 134a are formed in the air guide plates 132, 133, and 134, respectively.
- outlets 135 a are formed in the hot air blowing plate 135.
- Each of the outlets 135a is formed at a position where hot air is blown only to a portion of the molded film 20 that is gripped by the chuck portion 120 and a portion other than the vicinity thereof. That is, all the outlets 135a are formed at positions corresponding to the central portion of the unstretched molded film 20.
- the number, size, position, and the like of the openings 132a, 133a, and 134a formed in the air guide plates 132, 133, and 134 are such that hot air can be efficiently blown out vertically from the outlet 135a by computer simulation. Has been calculated.
- hot air is introduced from the hot air inlet 131, and sequentially passes through the openings 132 a, 133 a, and 134 a formed in the air guide plates 132, 133, and 134 in the interior 130 a, and is blown out provided in the hot air blowing plate 135. It blows out from the mouth 135a. As a result, hot air is blown only on the central portion of the molded film 20. As described above, in the stretching machine 101, the hot air from the blowing unit 110 and the hot air from the blowing unit 130 are not blown to the portion of the molded film 20 held by the chuck unit 120 and the vicinity thereof. Therefore, only the central part of the molded film 20 can be melted in a state in which those parts are maintained at a temperature lower than the melting point of the resin composition.
- step (II) the temperature around the molded film 20 by hot air from the blowing unit 110 and the blowing unit 130, that is, the temperature at which the film is melted in step (II) (hereinafter referred to as “temperature T 3 ”). ) Is maintained at a temperature at which the molded film 20 is melted, that is, a temperature equal to or higher than the melting point of the resin composition for a certain period of time, and the molded film 20 is melted except for the portion gripped by the chuck portion 120. Is stretched by the chuck portion 120 to be melt-stretched. If melt-stretching is performed by such partial hot air blowing, it becomes easy to melt-stretch without causing damage to the molded film 20, and it is easy to obtain a PTFE stretched film having high strength and excellent transparency.
- the temperature T 3 is preferably 330 to 420 ° C., more preferably 350 to 400 ° C. If the temperature T 3 is 330 ° C. or higher, since the formed film can be stretched in the molten state, the tensile strength at break is higher PTFE oriented film is easily obtained. Also, if the temperature T 3 is 420 ° C. or less, easily suppress the obtained PTFE oriented film is deteriorated by thermal decomposition.
- the time for maintaining the molded film 20 at the temperature T 3 in the step (II) is preferably 0.1 to 100 minutes, and more preferably 1 to 10 minutes. If the said time is 1 minute or more, the molded film 20 will be easily melted sufficiently. Moreover, if the said time is 100 minutes or less, productivity will improve.
- the stretching may be uniaxial stretching or biaxial stretching.
- biaxial stretching a method of sequentially stretching one axis at a time (sequential biaxial stretching) or a method of simultaneously stretching biaxials (simultaneous biaxial stretching) may be used, but it is transparent with high tensile breaking strength.
- simultaneous biaxial stretching is preferable because a PTFE stretched film having excellent properties is easily obtained stably.
- the simultaneous biaxial stretching is more preferably simultaneous biaxial stretching in a molten state by blowing hot air on the molded film as in the stretching machine 101.
- the stretching speed when melt-stretching the molded film 20 is preferably 1 to 1000 mm / min, and more preferably 10 to 100 mm / min. If the stretching speed is 1 mm / min or more, productivity is improved. Further, when the stretching speed is 1000 mm / min or less, it becomes easy to produce a PTFE stretched film without causing breakage.
- the draw ratio in step (II) varies depending on the temperature T 3 , but is preferably 1.1 to 10 times, and more preferably 2 to 5 times.
- the draw ratio is a ratio of the length in the stretch axis direction of the PTFE stretched film after stretching to the length in the stretch axis direction of the molded film 20 before stretching.
- both the stretching ratios in the vertical and horizontal biaxial directions are within the above ranges.
- the biaxial stretching ratio when the molded film 20 is simultaneously biaxially stretched is particularly preferably 2.5 times or more from the viewpoint of obtaining a PTFE stretched film having higher tensile breaking strength.
- the biaxial stretching ratios are the same and within the above range. Is more preferable.
- a PTFE stretched film having a high maximum stretch ratio at the time of melt stretching and excellent workability, and having a higher tensile breaking strength than a conventional PTFE stretched film can be obtained.
- This factor is considered as follows.
- high-molecular-weight PTFE (A) having a Mn of 5.0 ⁇ 10 6 or more is used alone, entanglement of long molecular chains of PTFE (A) is difficult to be unraveled during melt stretching in step (II), and low stretching. Since the film breaks at a magnification, a high tensile breaking strength cannot be obtained.
- the manufacturing method of this invention is not limited to the above-mentioned method.
- the method of performing the process (II) after improving the adhesiveness between powder further by roll-rolling etc. to this molded film may be sufficient.
- the stretching machine used in the step (II) is not limited to the above-described stretching machine 101.
- the stretching machine has chucks that respectively grip four corners of the molded film, and the molded film is either vertical or horizontal. It may be a stretching machine that can be uniaxially stretched in this direction, or it may be a stretching machine that can be uniaxially stretched by gripping two opposing sides of the formed film.
- stretching machine which has a heating mechanism which heats the whole molded film, and a cooling mechanism which cools the part hold
- the stretched PTFE film of the present invention is a film manufactured by the above-described manufacturing method and has a high tensile breaking strength.
- the thickness of the stretched PTFE film may be appropriately determined depending on the application, and is preferably 0.001 to 10 mm, more preferably 0.01 to 1 mm. If thickness is 0.001 mm or more, it will be easy to obtain the uniform PTFE stretched film which does not have damage, such as a pinhole and a crack, in a film. Moreover, if thickness is 10 mm or less, the tensile fracture strength of a PTFE stretched film will improve.
- the thickness of the stretched PTFE film can be controlled by adjusting the thickness of the molded film and the stretch ratio of melt stretching.
- the tensile breaking strength of the stretched PTFE film of the present invention is preferably 30 MPa or more, and more preferably 50 MPa or more.
- the tensile breaking strength of the PTFE stretched film means a value obtained by conducting a tensile test at room temperature using a tensile tester on a sample piece cut out from the PTFE stretched film.
- the size of the specimen is JIS dumbbell-shaped No. 5 (straight portion 12.5 mm, width 4 mm), and the tensile speed is 20 mm / min. .
- a sample piece cut out to a length of 30 mm was used from a PTFE stretched film obtained by uniaxially stretching a JIS dumbbell-shaped No. 5 test piece in the length direction. 0.6 mm / min.
- the tensile tester include a Tensilon universal tester RTC-1325A (manufactured by ORIENTEC).
- the tensile strength at break is Mn of PTFE (A) and PTFE (B) to be used, press pressure (V 1 , V 2 ) in step (I), press temperature (T 1 , T 2 ), melting in step (II) It can be adjusted by temperature, draw ratio, and the like.
- the haze (cloudiness) of the PTFE stretched film obtained by biaxial stretching is preferably 50% or less, and more preferably 45% or less.
- the haze of the stretched PTFE film means a value measured according to JIS K7105 “Testing method for optical properties of plastic”. Haze is Mn of PTFE (A) and PTFE (B) to be used, press pressure (V 1 , V 2 ) in step (I), press temperature (T 1 , T 2 ), melting temperature in step (II), It can be adjusted by the draw ratio.
- Example 1 A 100 L pressure vessel with a stirrer is charged with 60 L of water, 60 g of ammonium perfluoro-3,6-dioxaoctanoate, which is a fluorine-containing surfactant, and 750 g of paraffin wax. The polymerization was started by adding 5 g of 2-succinic acid peroxide as a radical polymerization initiator at 1.7 MPa. The polymerization was continued while introducing gaseous TFE so that the internal pressure of the vessel was maintained.
- Example 2 Production of PTFE
- a 100 L pressure vessel with a stirrer 60 L of water, 65 g of ammonium perfluoro-3,6-dioxaoctanoate as a fluorine-containing surfactant, 750 g of paraffin wax, and the internal temperature of the vessel
- Polymerization was started by adding 25 g of 2-succinic acid peroxide as a radical polymerization initiator at 70 ° C. and a pressure of 1.7 MPa. The polymerization was continued while introducing gaseous TFE so that the internal pressure of the vessel was maintained.
- Example 3 Production of Resin Composition Emulsion 1 obtained in Example 1 and Emulsion 2 obtained in Example 2 have a solid content ratio (A1 / B1) between PTFE (A1) and PTFE (B1) of 75 / Thus, an emulsion of the resin composition I in which PTFE (A1) and PTFE (B1) were distributed at the secondary particle level was obtained. Next, after the obtained emulsion was diluted with water so that the solid content concentration became 10% by mass, the resin composition I was aggregated by mechanical stirring, the water was filtered off, and dried at 200 ° C. for 7 hours. A fine powder of the resin composition I was obtained.
- Example 4 Production of resin composition Except that emulsion 1 and emulsion 2 were mixed so that the solid content ratio (A1 / B1) of PTFE (A1) and PTFE (B1) was 50/50. In the same manner as in No. 3, a fine powder of the resin composition II was obtained.
- Example 5 Production of resin composition Except that emulsion 1 and emulsion 2 were mixed so that the solid content ratio (A1 / B1) of PTFE (A1) and PTFE (B1) was 25/75. In the same manner as in Example 3, a fine powder of the resin composition III was obtained.
- Mn of PTFE (A1) and PTFE (B1) produced in each example is a molecular weight determined according to the method described in the following document from the heat of crystallization estimated by performing DSC temperature drop measurement after melting the raw material PTFE powder.
- solid content ratio ( A1 / B1) 50/50
- a 125 ⁇ m-thick release polyimide film 14 (trade name “UPILEX-125S”, manufactured by Ube Industries Co., Ltd.) is placed on the disk-shaped stainless steel plate 13, and further a disk shape having a diameter of 100 mm ⁇ thickness of 2 mm.
- a stainless steel plate 15 was placed to obtain a laminate for film formation (laminate 1).
- a vacuum press made by Baldwin
- the press machine installed in the vacuum chamber at room temperature.
- the laminate 1 was placed between the plate and the lower plate, and the inside of the vacuum chamber was depressurized to 1 ⁇ 10 ⁇ 1 Torr with a rotary pump.
- the temperature of the upper plate and the lower plate of the press machine (temperature T 1 around the resin composition II) was raised to 80 ° C. over 10 minutes and held there for 10 minutes.
- the resin composition II was pressed at 2.2314 MPa (first pressure V 1 , cylinder pressure 30 MPa) with a vacuum press.
- Step (I-2) While maintaining the reduced pressure atmosphere, the temperature in the vacuum chamber (temperature T 2 around the resin composition II) is 370 ° C., and the pressure by the vacuum press is 2.9752 MPa (second pressure V 2 , cylinder pressure 40 MPa). In this state, it was held for 5 minutes for compression molding.
- Step (I-3) A reduced-pressure atmosphere in step (I-2), while maintaining the state of being pressed by the second pressure V 2, the temperature of the vacuum chamber was cooled to room temperature cool, taken out laminate 1 from the vacuum chamber, laminate 1 was decomposed to obtain a molded film.
- the first pressure V 1 and the second pressure V 2 were converted from the cylinder pressure to the effective pressure by the following method.
- (Effective pressure) (cylinder pressure) ⁇ [(cylinder area) / (press plate area)]
- the stretch ratio was set to 2.9 times x 2.9 times, and the same biaxial stretching was performed again to obtain a stretched PTFE film, and the tensile strength at break and haze were measured.
- Example 7 A molded film was obtained in the same manner as in Example 6 except that PTFE (A1) obtained in Example 1 was used instead of Resin Composition II. Thereafter, the film was stretched in the same manner as in Example 6 until a hole was formed in the molded film, and the maximum stretching ratio was 2.7 times 2.7 times. Therefore, the stretch ratio was set to 2.7 times ⁇ 2.7 times, and the same biaxial stretching was performed again to obtain a PTFE stretched film, and the tensile strength at break and haze were measured.
- Example 8 A molded film was obtained in the same manner as in Example 6 except that PTFE (B1) obtained in Example 2 was used instead of Resin Composition II. Thereafter, the film was melt-drawn in the same manner as in Example 6 until a hole was formed in the molded film. As a result, the maximum draw ratio was 2.4 times 2.4 times. Therefore, the stretch ratio was set to 2.4 ⁇ 2.4, and the same biaxial stretching was performed again to obtain a PTFE stretched film, and the tensile strength at break and haze were measured.
- Table 1 shows the measurement results of the PTFE stretched films obtained in Examples 6 to 8.
- the molded film of Example 6 was melt-drawn at a draw ratio of 2.4 times ⁇ 2.4 times, 2.7 times ⁇ 2.7 times, and the molded film of Example 7 was drawn at a draw ratio of 2.
- the tensile strength at break of what was melt stretched at 4 ⁇ 2.4 times was also measured, and the relationship between the draw ratio and the tensile strength at break was shown in FIG.
- the PTFE stretched film of Example 6 using the resin composition II is compared with the PTFE stretched film of Example 7 using PTFE (A1) and the PTFE stretched film of Example 8 using PTFE (B).
- the maximum draw ratio was large and the tensile strength at break was high.
- the stretched PTFE film of Example 6 using the resin composition II significantly improved the tensile strength at the time when the draw ratio reached 2.5 times or more.
- Step (I): In the same manner as in Example 6, a film-forming laminate 1 in which the resin composition II (solid content ratio (A / B) 50/50) was sandwiched was obtained. Next, using a vacuum press (made by Baldwin) having an upper plate and a lower plate and a cylinder for generating pressure between the upper plate and the lower plate, the press machine installed in the vacuum chamber at room temperature. The laminate 1 was placed between the upper plate and the lower plate, and the pressure in the vacuum chamber was reduced to 1 ⁇ 10 ⁇ 1 Torr with a rotary pump.
- a vacuum press made by Baldwin
- the temperature of the upper plate and the lower plate of the press machine (temperature T 2 around the resin composition II) was 370 ° C., held at that temperature for 5 minutes, and then 2.2314 MPa (cylinder pressure 30 MPa) by a vacuum press machine.
- the resin composition II was pressed to perform compression molding.
- the temperature in the vacuum chamber is cooled to room temperature by cooling, the laminate 1 is taken out from the vacuum chamber, the laminate 1 is disassembled, and the molded film Got.
- the stretching machine 201 is referred to as a stretching furnace 210, an upper hot air blowing section 220 (hereinafter referred to as “blowing section 220”) for blowing hot air into the stretching furnace 210, and a lower hot air blowing section 230 (hereinafter referred to as “blowing section 230”). ) And a chuck portion 240 that holds the test piece 30 in the stretching furnace 210.
- a transparent window 222 is formed on the front surface 221 of the drawing furnace 210 so that the molten state of the test piece 30 can be confirmed from the outside.
- the window 222 is sealed with a polyimide film (thickness 25 ⁇ m).
- the grip portion of the test piece 30 is gripped by the chuck portion 240, hot air of 370 ° C. is blown from each of the blowing portion 220 and the blowing portion 230 for 5 minutes to melt the test piece 30, and the molten state is visually observed from the window 222.
- the film was uniaxially stretched in the length direction at a stretching speed of 24 mm / min to obtain a PTFE stretched film.
- the draw ratio was 3.0 times. About the obtained PTFE stretched film, the tensile breaking strength was measured.
- Example 11 A PTFE stretched film was obtained in the same manner as in Example 10 except that the PTFE (A1) obtained in Example 1 was used instead of the resin composition II, and the tensile strength at break was measured.
- Example 12 A PTFE stretched film was obtained in the same manner as in Example 10 except that the PTFE (B1) obtained in Example 2 was used instead of the resin composition II, and the tensile strength at break was measured.
- the profile in the length direction (meridian direction) and the width direction (equator line direction) of the test piece 30 is cut out, and using the Vogt function, the profile in the equator line direction is
- the integrated intensity was calculated by separating into an amorphous scattering peak and a pseudo-hexagonal 100-plane reflection peak.
- the integrated intensity of the amorphous scattering peak was determined.
- the integrated intensity of the quasi-hexagonal 100-plane reflection peak in the equator direction was plotted against the stretching time (FIG. 7). This value is an index that quantitatively represents the orientation state (crystal orientation) of the crystal chain in the stretching direction.
- the ratio of the integrated intensity of the amorphous scattering peak in the equatorial line direction to the integrated intensity of the amorphous scattering peak in the meridian direction was plotted against the stretching time (FIG. 8).
- This value is an index that quantitatively represents the orientation state (amorphous orientation) of the amorphous chain in the stretching direction.
- the integrated intensity ratio of amorphous scattering in the equator line direction and the meridian direction in the test piece 30 when not stretched was set to 1.0.
- Table 3 shows the tensile strength at break of the PTFE stretched films of Examples 10 to 12.
- Example 10 using the resin composition II was tensile compared to Example 11 using PTFE (A1) and the PTFE stretched film of Example 12 using PTFE (B). The breaking strength was high. Moreover, as shown in FIG. 7, compared with Example 11 using high molecular weight PTFE (A1) and Example 12 using low molecular weight PTFE (B1), it contains PTFE (A1) and PTFE (B1).
- the integrated intensity of the pseudo hexagonal 100-plane reflection peak suddenly increased from the stretching time of around 60 seconds. Further, as shown in FIG. 8, the integrated intensity ratio of amorphous scattering also increased rapidly from about 40 seconds in the stretching time in Example 10.
- the PTFE stretched film produced by the method of the present invention has a high tensile breaking strength, it can be suitably used for, for example, a dome roof material.
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Abstract
数平均分子量5×106以上のポリテトラフルオロエチレン(A)のエマルションと、数平均分子量1×106~4×106のポリテトラフルオロエチレン(B)のエマルションとを、ポリテトラフルオロエチレン(A)とポリテトラフルオロエチレン(B)の固形分比(A/B)が99/1~10/90となるように混合して得られた樹脂組成物を、減圧雰囲気下、溶融状態で圧縮成形してフィルムを得て、該フィルムを溶融延伸する、PTFE延伸フィルムの製造方法。
Description
本発明は、ポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法およびポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムに関する。
本願は、2010年8月26日に、日本に出願された特願2010-189636号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、2010年8月26日に、日本に出願された特願2010-189636号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
ポリテトラフルオロエチレン(以下、「PTFE」という。)は、融点が高く(約330℃)、化学安定性、耐薬品性に優れるため、各種の耐久材料として使用されている。また、耐候性、撥水性にも優れているため、ドーム屋根等の構造膜材料として使用されている。PTFEは、溶融粘度が非常に高いため、押出成形等の溶融成形によってフィルムを成形することは困難である。そこで、従来は、PTFEの粉末を焼結したブロック状の躯体から、桂剥きの要領で膜を削り出す、つまり、薄層のフィルム状に削り出す、スカイブ法によりPTFEフィルムを製造していた。
一方、フィルムの強度を高める方法としては、一旦成形したフィルムを延伸し、該フィルムを形成する高分子の分子鎖を延ばして配向させる方法が知られている。しかし、スカイブ法により製造されたPTFEフィルムは、延伸すると低倍率の延伸でもフィルムに破断が生じてしまうため、延伸によって充分に強度を向上させることは難しい。
延伸により高い強度のPTFEフィルムを得る方法としては、例えば、PTFEの融点以下、すなわちPTFEが実質的に溶融していない状態で延伸する固相延伸を利用する方法が開示されている。具体的には、下記方法(i)~(iii)が挙げられる。
(i)PTFEの粉末を融点より低い温度で圧縮成形して得たフィルムを、該フィルムが実質的に融解しない温度で延伸する方法(特許文献1)。
(ii)PTFEの粉末に潤滑剤を加えて押出成形し、圧延加工して得られるシートから、前記潤滑剤を除去して得られた多孔性フィルムを、PTFEの融点より低い温度で延伸した後に無孔になるまで焼成する方法(特許文献2)。
(iii)PTFEの粉末に潤滑剤を加えて押出成形し、PTFEの融点以下で二軸延伸する方法(特許文献3)。
(i)PTFEの粉末を融点より低い温度で圧縮成形して得たフィルムを、該フィルムが実質的に融解しない温度で延伸する方法(特許文献1)。
(ii)PTFEの粉末に潤滑剤を加えて押出成形し、圧延加工して得られるシートから、前記潤滑剤を除去して得られた多孔性フィルムを、PTFEの融点より低い温度で延伸した後に無孔になるまで焼成する方法(特許文献2)。
(iii)PTFEの粉末に潤滑剤を加えて押出成形し、PTFEの融点以下で二軸延伸する方法(特許文献3)。
一方、本発明者等は、下記方法(iv)を報告している。
(iv)PTFEフィルムを溶融させた状態で延伸する溶融延伸により延伸フィルムを得る方法(非特許文献1および2)。これは、PTFEが融点以上の温度で著しく高い粘度を有することに着目し、通常の熱可塑性樹脂では実施できない溶融延伸を試みたものである。
(iv)PTFEフィルムを溶融させた状態で延伸する溶融延伸により延伸フィルムを得る方法(非特許文献1および2)。これは、PTFEが融点以上の温度で著しく高い粘度を有することに着目し、通常の熱可塑性樹脂では実施できない溶融延伸を試みたものである。
第54回高分子学会討論会、第54巻(No.2)、3097頁、2005年
Morioka, T.; Kakiage, M; Yamanobe, T.; Komoto, T.; Higuchi,Y.; Kamiya, H.; Arai, K; Murakami, S.; Uehara, H. Macromolecules 2007, 40, 9413-9419.
方法(i)~(iv)は、スカイブ法により製造したフィルムよりも高い強度が得られる。しかし、ドーム屋根材等の用途に使用されるPTFEフィルムは、特に高い引張破断強度が求められる場合が多く、そのさらなる向上が求められている。
本発明は、より高い引張破断強度を有するPTFE延伸フィルムの製造方法、および該製造方法により得られるPTFE延伸フィルムの提供を目的とする。
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。
[1]下記工程(I)および(II)を有するPTFE延伸フィルムの製造方法。
(I)数平均分子量5×106以上のPTFE(A)のエマルションと、数平均分子量1×106~4×106のPTFE(B)のエマルションとを、PTFE(A)とPTFE(B)の固形分比(A/B)が99/1~10/90となるように混合して得られた樹脂組成物を、減圧雰囲気下、溶融状態で圧縮成形してフィルムを得る工程。
(II)前記フィルムを溶融延伸する工程。
[2]前記工程(I)が、減圧雰囲気下、前記樹脂組成物を融点以下に加熱した状態で押圧する工程(I-1)と、減圧雰囲気下、加熱押圧された樹脂組成物をさらに加熱して溶融状態とし、前記工程(I-1)の押圧より高圧で圧縮成形する工程(I-2)を有する、[1]に記載のPTFE延伸フィルムの製造方法。
[3]前記工程(I)が、さらに、減圧雰囲気下、押圧した状態のまま放冷して成形フィルムを得る工程(I-3)を有する[2]に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
[4] ポリテトラフルオロエチレン(A)のエマルション中のポリテトラフルオロエチレン(A)の平均粒子径が、0.03~0.5μmであり、かつ、ポリテトラフルオロエチレン(B)のエマルション中のポリテトラフルオロエチレン(B)中の平均粒子径が、0.03~0.5μmである[1]~[3]のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
[5]前記減圧雰囲気が、10Torr以下の減圧雰囲気である、[1]~[4]のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
[6]前記工程(I)における樹脂組成物を固相状態とする温度が、15~150℃である[1]~[5]のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
[7]前記工程(I)における樹脂組成物を溶融状態とする温度が330~420℃である、[1]~[6]のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
[8]前記工程(I)で使用する溶融前の樹脂組成物が粉末状である、[1]~[7]のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
[9]前記ポリテトラフルオロエチレン(A)およびポリテトラフルオロエチレン(B)が、乳化重合により得られたポリテトラフルオロエチレンである、[1]~[8]のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
[10]前記乳化重合における重合温度が10~95℃であり、重合圧力が0.5~4.0MPaであり、かつ、重合時間が90~520分である[9]に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
[11]前記工程(II)でフィルムを溶融状態とする温度が330~420℃である、[1]~[10]のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
[12]前記溶融延伸が二軸延伸である、[1]~[8]のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
[13]前記二軸延伸が、前記フィルムに熱風を吹きつけて溶融状態とし、二軸同時に延伸する同時二軸延伸である、[12]に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
[14]前記同時二軸延伸において、延伸倍率を2.5倍以上とする、[13]に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
[15][1]~[14]のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法により製造され、ヘイズが50%以下で、かつ引張破断強度が30MPa以上であるポリテトラフルオロエチレン延伸フィルム。
[1]下記工程(I)および(II)を有するPTFE延伸フィルムの製造方法。
(I)数平均分子量5×106以上のPTFE(A)のエマルションと、数平均分子量1×106~4×106のPTFE(B)のエマルションとを、PTFE(A)とPTFE(B)の固形分比(A/B)が99/1~10/90となるように混合して得られた樹脂組成物を、減圧雰囲気下、溶融状態で圧縮成形してフィルムを得る工程。
(II)前記フィルムを溶融延伸する工程。
[2]前記工程(I)が、減圧雰囲気下、前記樹脂組成物を融点以下に加熱した状態で押圧する工程(I-1)と、減圧雰囲気下、加熱押圧された樹脂組成物をさらに加熱して溶融状態とし、前記工程(I-1)の押圧より高圧で圧縮成形する工程(I-2)を有する、[1]に記載のPTFE延伸フィルムの製造方法。
[3]前記工程(I)が、さらに、減圧雰囲気下、押圧した状態のまま放冷して成形フィルムを得る工程(I-3)を有する[2]に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
[4] ポリテトラフルオロエチレン(A)のエマルション中のポリテトラフルオロエチレン(A)の平均粒子径が、0.03~0.5μmであり、かつ、ポリテトラフルオロエチレン(B)のエマルション中のポリテトラフルオロエチレン(B)中の平均粒子径が、0.03~0.5μmである[1]~[3]のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
[5]前記減圧雰囲気が、10Torr以下の減圧雰囲気である、[1]~[4]のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
[6]前記工程(I)における樹脂組成物を固相状態とする温度が、15~150℃である[1]~[5]のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
[7]前記工程(I)における樹脂組成物を溶融状態とする温度が330~420℃である、[1]~[6]のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
[8]前記工程(I)で使用する溶融前の樹脂組成物が粉末状である、[1]~[7]のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
[9]前記ポリテトラフルオロエチレン(A)およびポリテトラフルオロエチレン(B)が、乳化重合により得られたポリテトラフルオロエチレンである、[1]~[8]のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
[10]前記乳化重合における重合温度が10~95℃であり、重合圧力が0.5~4.0MPaであり、かつ、重合時間が90~520分である[9]に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
[11]前記工程(II)でフィルムを溶融状態とする温度が330~420℃である、[1]~[10]のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
[12]前記溶融延伸が二軸延伸である、[1]~[8]のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
[13]前記二軸延伸が、前記フィルムに熱風を吹きつけて溶融状態とし、二軸同時に延伸する同時二軸延伸である、[12]に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
[14]前記同時二軸延伸において、延伸倍率を2.5倍以上とする、[13]に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
[15][1]~[14]のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法により製造され、ヘイズが50%以下で、かつ引張破断強度が30MPa以上であるポリテトラフルオロエチレン延伸フィルム。
本発明の製造方法によれば、高い引張破断強度を有するPTFE延伸フィルムが得られる。
本発明のPTFE延伸フィルムは、引張破断強度が高い。
本発明のPTFE延伸フィルムは、引張破断強度が高い。
<PTFE延伸フィルムの製造方法>
本発明のPTFE延伸フィルムの製造方法は、下記工程(I)および(II)を有する方法である。
(I)数平均分子量5×106以上のPTFE(A)のエマルションと、数平均分子量1×106~4×106のPTFE(B)のエマルションとを、PTFE(A)とPTFE(B)の固形分比(A/B)が99/1~10/90となるように混合して得られた樹脂組成物を、減圧雰囲気下、溶融状態で圧縮成形してフィルムを得る工程。
(II)前記フィルムを溶融延伸する工程。
本発明のPTFE延伸フィルムの製造方法は、下記工程(I)および(II)を有する方法である。
(I)数平均分子量5×106以上のPTFE(A)のエマルションと、数平均分子量1×106~4×106のPTFE(B)のエマルションとを、PTFE(A)とPTFE(B)の固形分比(A/B)が99/1~10/90となるように混合して得られた樹脂組成物を、減圧雰囲気下、溶融状態で圧縮成形してフィルムを得る工程。
(II)前記フィルムを溶融延伸する工程。
[樹脂組成物]
樹脂組成物は、数平均分子量5×106以上のPTFE(A)のエマルションと、数平均分子量1×106~4×106のPTFE(B)のエマルションとを混合した後、凝集、乾燥させることで得られる。
PTFE(A)のエマルションとPTFE(B)のエマルションの混合におけるPTFE(A)とPTFE(B)の固形分比(A/B)は、99/1~10/90であり、95/5~20/80が好ましく、90/10~40/60がより好ましい。
樹脂組成物は、数平均分子量5×106以上のPTFE(A)のエマルションと、数平均分子量1×106~4×106のPTFE(B)のエマルションとを混合した後、凝集、乾燥させることで得られる。
PTFE(A)のエマルションとPTFE(B)のエマルションの混合におけるPTFE(A)とPTFE(B)の固形分比(A/B)は、99/1~10/90であり、95/5~20/80が好ましく、90/10~40/60がより好ましい。
PTFE(A)およびPTFE(B)には、テトラフルオロエチレン(以下、「TFE」という。)の単独重合体に加え、変性PTFEが含まれる。変性PTFEとは、押出成形、射出成形等の溶融成形性を付与しない範囲で、TFEに含フッ素コモノマーを共重合して得たコポリマーである。
前記含フッ素コモノマーとしては、例えば、フッ化ビニリデン(VdF)、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)(PFAVE)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、ポリフルオロアルキルエチレン、パーフルオロ-2,2-ジメチル-1,3-ジオキソール、パーフルオロ-4-アルキル-1,3-ジオキソールおよびCF2=CFO(CF2)nCF=CF2(式中、nは1または2である。)から選ばれる1種以上が挙げられる。
PTFE(A)が変性PTFEである場合、全繰り返し単位に対する含フッ素コモノマーに基づく繰り返し単位の割合は、PTFE固有の耐熱性、耐候性および撥水性を維持する点から、0.5質量%以下が好ましく、0.4質量%以下がより好ましい。
PTFE(B)が変性PTFEである場合、全繰り返し単位に対する含フッ素コモノマーに基づく繰り返し単位の割合は、PTFE固有の耐熱性、耐候性および撥水性を維持する点から、0.5質量%以下が好ましく、0.4質量%以下がより好ましい。
前記含フッ素コモノマーとしては、例えば、フッ化ビニリデン(VdF)、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)(PFAVE)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、ポリフルオロアルキルエチレン、パーフルオロ-2,2-ジメチル-1,3-ジオキソール、パーフルオロ-4-アルキル-1,3-ジオキソールおよびCF2=CFO(CF2)nCF=CF2(式中、nは1または2である。)から選ばれる1種以上が挙げられる。
PTFE(A)が変性PTFEである場合、全繰り返し単位に対する含フッ素コモノマーに基づく繰り返し単位の割合は、PTFE固有の耐熱性、耐候性および撥水性を維持する点から、0.5質量%以下が好ましく、0.4質量%以下がより好ましい。
PTFE(B)が変性PTFEである場合、全繰り返し単位に対する含フッ素コモノマーに基づく繰り返し単位の割合は、PTFE固有の耐熱性、耐候性および撥水性を維持する点から、0.5質量%以下が好ましく、0.4質量%以下がより好ましい。
PTFE(A)の数平均分子量(以下、「Mn」という。)は、5×106以上であり、5×106~5×107が好ましく、5×106~2×107がより好ましい。PTFE(A)のMnが5×106以上であれば、高い引張破断強度を有するPTFE延伸フィルムが得られる。また、PTFE(A)のMnが5×107以下であれば、溶融粘度が高くなりすぎず、工程(II)の溶融延伸が容易になる。
なお、本明細書におけるMnは、原料PTFE粉末を溶融後に示差走査型熱量計(DSC)の降温測定を行って見積もった結晶化熱から、下記の文献に記載の方法に従って求めた分子量である。
文献:Suwa, T.; Takehisa, M.; Machi, S., J. Appl. Polym. Sci. vol.17, pp.3253(1973).
なお、本明細書におけるMnは、原料PTFE粉末を溶融後に示差走査型熱量計(DSC)の降温測定を行って見積もった結晶化熱から、下記の文献に記載の方法に従って求めた分子量である。
文献:Suwa, T.; Takehisa, M.; Machi, S., J. Appl. Polym. Sci. vol.17, pp.3253(1973).
PTFE(A)のエマルション中のPTFE(A)の平均粒子径は、0.03~0.5μmが好ましく、0.04~0.4μmがより好ましい。PTFE(A)の平均粒子径が0.03μm以上であれば、強度が高いPTFE延伸フィルムが得られやすい。PTFE(A)の平均粒子径が0.5μm以下であれば、延伸時にフィルムが破れにくくなる。
PTFE(A)の平均粒子径は、分光光度計により測定される。
PTFE(A)の平均粒子径は、分光光度計により測定される。
PTFE(A)のエマルション中のPTFE(A)の固形分濃度は、3~50質量%が好ましく、4~45質量%がより好ましく、5~40質量%がさらに好ましい。
PTFE(B)のMnは、1×106~4×106であり、1.2×106~3.5×106が好ましく、1.5×106~3×106がより好ましい。PTFE(B)のMnが1×106以上であれば、PTFE延伸フィルムの強度を高く維持できる。また、PTFE(B)のMnが4×106以下であれば、伸び易い成形フィルムが得られる。
PTFE(B)のエマルション中のPTFE(B)の平均粒子径は、0.03~0.5μmが好ましく、0.04~0.4μmがより好ましい。PTFE(B)の平均粒子径が0.03μm以上であれば、強度が高いPTFE延伸フィルムが得られやすい。PTFE(B)の平均粒子径が0.5μm以下であれば、延伸時にフィルムが破れにくくなる。
PTFE(B)の平均粒子径は、分光光度計により測定される。
PTFE(B)の平均粒子径は、分光光度計により測定される。
PTFE(B)のエマルション中のPTFE(B)の固形分濃度は、3~50質量%が好ましく、4~45質量%がより好ましく、5~40質量%がさらに好ましい。
PTFE(A)およびPTFE(B)は、引張破断強度が高いPTFE延伸フィルムが得られやすい点から、乳化重合により得られたPTFEであることが好ましい。また、PTFE(A)およびPTFE(B)を乳化重合により製造すれば、PTFE(A)およびPTFE(B)のエマルションが得られるので、別途分散処理を行わなくてもそれらのエマルションを混合して樹脂組成物を調製できる。
乳化重合としては、例えば、水、含フッ素界面活性剤、ラジカル重合開始剤およびパラフィンワックス安定剤の存在下に、TFEを必須成分として含み、必要に応じて含フッ素コモノマーを含むモノマー組成物を重合させる方法が挙げられる。
乳化重合としては、例えば、水、含フッ素界面活性剤、ラジカル重合開始剤およびパラフィンワックス安定剤の存在下に、TFEを必須成分として含み、必要に応じて含フッ素コモノマーを含むモノマー組成物を重合させる方法が挙げられる。
含フッ素界面活性剤としては、アニオン性の含フッ素界面活性剤が好ましい。アニオン性の含フッ素界面活性剤としては、例えば、下式(1)で示される化合物(以下、「化合物(1)」という。)が好ましい。
R1-COOX ・・・(1)
(ただし、式(1)中、R1は炭素数5~9で、水素原子の90~100%がフッ素原子で置換された、直鎖もしくは分岐のアルキル基、直鎖もしくは分岐のアルケニル基、または環状アルキル基、(ただし、該アルキル基、アルケニル基、または環状アルキル基は1個または2個のエーテル性の酸素原子を有してもよい。)であり、Xは、-NH4、水素原子またはアルカリ金属である。)
R1-COOX ・・・(1)
(ただし、式(1)中、R1は炭素数5~9で、水素原子の90~100%がフッ素原子で置換された、直鎖もしくは分岐のアルキル基、直鎖もしくは分岐のアルケニル基、または環状アルキル基、(ただし、該アルキル基、アルケニル基、または環状アルキル基は1個または2個のエーテル性の酸素原子を有してもよい。)であり、Xは、-NH4、水素原子またはアルカリ金属である。)
化合物(1)としては、水への溶解性に優れると共に、金属イオン成分がPTFE(A)やPTFE(B)中に不純物として残留するおそれがない点から、Xが-NH4であるアンモニウム塩が好ましい。具体例としては、C2F5OC2F4OC2F4COONH4(以下、「EEA」と記す。)、C7F15COONH4(以下、「APFO」と記す。)、HC7F14COONH4、C6F13COONH4、HC6F12COONH4、C8F17COONH4、C4F9OC2F4COONH4等が挙げられる。なかでも、重合プロセスの安定性の点から、EEAまたはAPFOが特に好ましい。
含フッ素界面活性剤の使用量は、生成するPTFEの総量に対して、0.05~1.0質量%が好ましく、0.1~0.8質量%がより好ましく、0.15~0.6質量%が特に好ましい。
含フッ素界面活性剤の使用量は、生成するPTFEの総量に対して、0.05~1.0質量%が好ましく、0.1~0.8質量%がより好ましく、0.15~0.6質量%が特に好ましい。
ラジカル重合開始剤としては、例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩;ジコハク酸パーオキシド、ジグルタル酸パーオキシド、tert-ブチルヒドロパーオキシド等の水溶性有機過酸化物;塩素酸塩、臭素酸塩、過マンガン酸塩と、還元剤との組み合わせによる酸化還元系重合開始剤等が挙げられる。
ラジカル重合開始剤の使用量は、重合に使用するモノマーの総量に対して0.01~0.20質量%が好ましく、0.01~0.15質量%がより好ましい。
ラジカル重合開始剤の使用量は、重合に使用するモノマーの総量に対して0.01~0.20質量%が好ましく、0.01~0.15質量%がより好ましい。
パラフィンワックス安定剤としては、融点が30~99℃の精製ワックスが好ましく、融点が40~80℃の精製ワックスがより好ましく、融点が45~70℃の精製ワックスがさらに好ましい。
パラフィンワックス安定剤の使用量は、使用する水の質量に対して、0.1~12質量%が好ましく、0.1~8質量%がより好ましい。
パラフィンワックス安定剤の使用量は、使用する水の質量に対して、0.1~12質量%が好ましく、0.1~8質量%がより好ましい。
乳化重合の重合温度は、10~95℃が好ましく、15~90℃がより好ましい。
重合圧力は0.5~4.0MPaが好ましく、0.6~3.5MPaがより好ましい。
重合時間は90~520分が好ましく、90~450分がより好ましい。
重合圧力は0.5~4.0MPaが好ましく、0.6~3.5MPaがより好ましい。
重合時間は90~520分が好ましく、90~450分がより好ましい。
PTFE(A)のエマルションとPTFE(B)のエマルションを混合した後、その混合エマルションを凝集し、乾燥させることで、PTFE(A)とPTFE(B)が二次粒子レベルで混合された樹脂組成物の粉末が得られる。
凝集方法としては、公知の方法が採用できる。例えば、混合エマルション(100質量%)中のPTFE(A)とPTFE(B)を合計した濃度が8~20質量%になるように、混合エマルションを水で希釈した後、激しく撹拌して樹脂組成物を凝集させる。
凝集の際は、必要に応じて、混合エマルションのpHを調節してもよく、電解質、水溶性の有機溶剤等の凝集助剤を加えてもよい。
pH調節剤としては、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムが挙げられる。
電解質としては、硝酸カリウム、硝酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等の無機塩等が挙げられる。
水溶性の有機溶剤としては、アルコール類、アセトン等が挙げられる。
凝集方法としては、公知の方法が採用できる。例えば、混合エマルション(100質量%)中のPTFE(A)とPTFE(B)を合計した濃度が8~20質量%になるように、混合エマルションを水で希釈した後、激しく撹拌して樹脂組成物を凝集させる。
凝集の際は、必要に応じて、混合エマルションのpHを調節してもよく、電解質、水溶性の有機溶剤等の凝集助剤を加えてもよい。
pH調節剤としては、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムが挙げられる。
電解質としては、硝酸カリウム、硝酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等の無機塩等が挙げられる。
水溶性の有機溶剤としては、アルコール類、アセトン等が挙げられる。
樹脂組成物を凝集させた後、適度に撹拌し、凝集した樹脂組成物を水から分離し、造粒、整粒して、湿潤状態の樹脂組成物を得る。なお、樹脂組成物の平均粒子径が100μmまで成長する過程を造粒とし、撹拌を続けることで粒子性状や粒度分布が整えられる過程を整粒とする。
次に、混合エマルションから分離した湿潤状態の樹脂組成物を乾燥させる。
湿潤状態の樹脂組成物の乾燥温度は、110~250℃が好ましく、120~230℃がより好ましい。
次に、混合エマルションから分離した湿潤状態の樹脂組成物を乾燥させる。
湿潤状態の樹脂組成物の乾燥温度は、110~250℃が好ましく、120~230℃がより好ましい。
樹脂組成物の平均粒子径は、0.001~1mmが好ましい。樹脂組成物の平均粒子径が0.001mm以上であれば、樹脂組成物の入手が容易になる。また、樹脂組成物の平均粒子径が1mm以下であれば、圧縮成形の際、樹脂組成物を均一に配置しやすい。
樹脂組成物の平均粒子径は、レーザー式粒径測定器により測定される。
樹脂組成物の平均粒子径は、レーザー式粒径測定器により測定される。
[工程(I)]
工程(I)としては、特に後述の工程(II)で二軸延伸を行う場合、引張破断強度が高いPTFE延伸フィルムが得られやすい点から、下記工程(I-1)および工程(I-2)を有する工程が好ましく、下記工程(I-1)~工程(I-3)を有する工程がさらに好ましい。
(I-1)減圧雰囲気下、樹脂組成物を融点以下に加熱した状態で押圧する工程。
(I-2)減圧雰囲気下、加熱押圧された樹脂組成物をさらに加熱して溶融状態とし、工程(I-1)の押圧より高圧で圧縮成形する工程。
(I-3)減圧雰囲気下、押圧した状態のまま放冷して成形フィルムを得る工程。
工程(I)は、圧縮成形装置を使用して実施できる。圧縮成形装置としては、例えば、真空チャンバ内にプレス機を設置した真空プレス機が使用できる。以下、一例として真空プレス機を使用した工程(I-1)~(I-3)を説明する。また、以下、工程(I-1)において樹脂組成物を押圧する圧力を第1圧力V1(単位:MPa)、工程(I-2)において樹脂組成物を押圧する圧力を第2圧力V2(単位:MPa)とする。
工程(I)としては、特に後述の工程(II)で二軸延伸を行う場合、引張破断強度が高いPTFE延伸フィルムが得られやすい点から、下記工程(I-1)および工程(I-2)を有する工程が好ましく、下記工程(I-1)~工程(I-3)を有する工程がさらに好ましい。
(I-1)減圧雰囲気下、樹脂組成物を融点以下に加熱した状態で押圧する工程。
(I-2)減圧雰囲気下、加熱押圧された樹脂組成物をさらに加熱して溶融状態とし、工程(I-1)の押圧より高圧で圧縮成形する工程。
(I-3)減圧雰囲気下、押圧した状態のまま放冷して成形フィルムを得る工程。
工程(I)は、圧縮成形装置を使用して実施できる。圧縮成形装置としては、例えば、真空チャンバ内にプレス機を設置した真空プレス機が使用できる。以下、一例として真空プレス機を使用した工程(I-1)~(I-3)を説明する。また、以下、工程(I-1)において樹脂組成物を押圧する圧力を第1圧力V1(単位:MPa)、工程(I-2)において樹脂組成物を押圧する圧力を第2圧力V2(単位:MPa)とする。
工程(I-1):
図1に示すように、ステンレス板11上に、離型用ポリイミド膜12を置き、さらに所望の形状の開口13aが形成されたステンレス板13を置く。次いで、開口13a内に、樹脂組成物を所定量投入した後、ステンレス板13上に離型用ポリイミド膜14を置き、さらにその上にステンレス板15を置いてフィルム成形用の積層体1を得る。次いで、室温下で、真空チャンバ内に設置されたプレス機の上板と下板の間に積層体1を設置し、真空チャンバ内を減圧して減圧雰囲気とし、プレス機の上板と下板を積層体1に圧力がかからないよう触れる程度まで近づけてから、該上板と下板を加熱することで積層体1を樹脂組成物の融点以下の所定の温度に加熱し、その後、プレス機により樹脂組成物を第1圧力V1で押圧する。
樹脂組成物を、融点以下に加熱した状態で押圧することで、原料粉末間の空気を効率的に除去できるので、空隙のない均一な成形フィルムを得やすくなる。なお、樹脂組成物の融点は、示差走査型熱量計(DSC)により測定される。
図1に示すように、ステンレス板11上に、離型用ポリイミド膜12を置き、さらに所望の形状の開口13aが形成されたステンレス板13を置く。次いで、開口13a内に、樹脂組成物を所定量投入した後、ステンレス板13上に離型用ポリイミド膜14を置き、さらにその上にステンレス板15を置いてフィルム成形用の積層体1を得る。次いで、室温下で、真空チャンバ内に設置されたプレス機の上板と下板の間に積層体1を設置し、真空チャンバ内を減圧して減圧雰囲気とし、プレス機の上板と下板を積層体1に圧力がかからないよう触れる程度まで近づけてから、該上板と下板を加熱することで積層体1を樹脂組成物の融点以下の所定の温度に加熱し、その後、プレス機により樹脂組成物を第1圧力V1で押圧する。
樹脂組成物を、融点以下に加熱した状態で押圧することで、原料粉末間の空気を効率的に除去できるので、空隙のない均一な成形フィルムを得やすくなる。なお、樹脂組成物の融点は、示差走査型熱量計(DSC)により測定される。
開口13aに投入する樹脂組成物の状態は、例えば、粉末状、塊状等が挙げられる。樹脂組成物は、取り扱い性に優れ、脱気効率が高い点から、粉末状が好ましい。
開口13aへの樹脂組成物の投入量は、投入する樹脂組成物の体積VAと、開口13aの容積VBとの比(VA/VB)が1~10となる量が好ましい。前記比(VA/VB)が1以上であれば、原料間の接着性が良好で、高倍率の溶融延伸に適した強度の高い成形フィルムが得られやすい。また、前記比(VA/VB)が10以下であれば、圧縮成形による成形フィルムの製造が容易になる。
開口13aへの樹脂組成物の投入量は、投入する樹脂組成物の体積VAと、開口13aの容積VBとの比(VA/VB)が1~10となる量が好ましい。前記比(VA/VB)が1以上であれば、原料間の接着性が良好で、高倍率の溶融延伸に適した強度の高い成形フィルムが得られやすい。また、前記比(VA/VB)が10以下であれば、圧縮成形による成形フィルムの製造が容易になる。
真空チャンバ内の減圧雰囲気の圧力は、樹脂組成物からの脱気効率が優れる点から、10Torr(約1.33kPa)以下が好ましく、1Torr(約1.33×102Pa)以下がより好ましい。また、ロータリーポンプ等の真空ポンプの付設により通常のプレス成形機でもフィルム成形が可能となることから、減圧雰囲気の圧力は、1×10-3Torr(約0.13Pa)以上が好ましく、1×10-2Torr(約1.33Pa)以上がより好ましい。
加熱の際の樹脂組成物の周囲の温度(以下、工程(I-1)における樹脂組成物の周囲の温度、つまり、工程(I-1)における樹脂組成物を固相状態とする温度を「温度T1」という。)は、PTFEの融点以下とする。
温度T1がPTFEの融点以下であれば、原料粉末が固相状態(融点以下)であるため、原料粉末自体が塑性変形するので、原料粉末間の空気を効率的に除去できる。温度T1は、15~150℃が好ましく、60~120℃がより好ましい。
樹脂組成物の加熱は、ステンレス板11、13、15の加熱、赤外線等のレーザー照射、熱風の吹き付け等により行える。
温度T1がPTFEの融点以下であれば、原料粉末が固相状態(融点以下)であるため、原料粉末自体が塑性変形するので、原料粉末間の空気を効率的に除去できる。温度T1は、15~150℃が好ましく、60~120℃がより好ましい。
樹脂組成物の加熱は、ステンレス板11、13、15の加熱、赤外線等のレーザー照射、熱風の吹き付け等により行える。
真空チャンバ内を減圧する操作と、加熱操作の順序は特に限定されず、真空チャンバ内を減圧した後に樹脂組成物を加熱してもよく、樹脂組成物を加熱した後に真空チャンバ内を減圧してもよく、真空チャンバ内を減圧しながら樹脂組成物を加熱してもよい。
第1圧力V1は、0.01~100MPaが好ましく、0.01~50MPaがより好ましく、0.1~10MPaがさらに好ましい。第1圧力V1が0.01MPa以上であれば、強度が高く工程(II)において破損し難い成形フィルムが得られ、引張破断強度が高いPTFE延伸フィルムが得られやすい。また、第1圧力V1が0.1MPa以上であれば、高い引張破断強度を有するPTFE延伸フィルムがより安定して得られやすい。また、第1圧力V1が100MPa以下であれば、特別な機構を有していないプレス成形機でも使用できる。
工程(I-1)における第1圧力V1は、工程中に前記範囲内で圧力を高くしたり、低くしたりして変動させてもよい。ただし、品質が一定した成形フィルムが安定して得られやすい点から、第1圧力V1は前記範囲内において一定の圧力で維持することが好ましい。
工程(I-1)における第1圧力V1は、工程中に前記範囲内で圧力を高くしたり、低くしたりして変動させてもよい。ただし、品質が一定した成形フィルムが安定して得られやすい点から、第1圧力V1は前記範囲内において一定の圧力で維持することが好ましい。
樹脂組成物を温度T1に加熱した状態で第1圧力V1で押圧する時間は、1~100分が好ましく、5~60分がより好ましい。前記時間が1分以上であれば、該樹脂組成物からの脱気効率が向上し、原料粉末間の密着性が良好な強度の高い成形フィルムが得られやすくなる。また、前記時間が100分以下であれば、生産性が向上する。
工程(I-2):
減圧雰囲気下、加熱押圧された樹脂組成物の周囲の温度(以下、工程(I-2)における樹脂組成物の周囲の温度、つまり、工程(I-2)における樹脂組成物を溶融状態とする温度を「温度T2」という。)が、樹脂組成物の融点以上となるようにさらに加熱して、樹脂組成物を溶融させた状態で、プレス機により第2圧力V2で樹脂組成物を押圧して一定時間保持することでフィルム形状に圧縮成形する。
工程(I-2)における減圧雰囲気の圧力の好ましい範囲は、工程(I-1)における減圧雰囲気の圧力の好ましい範囲と同じである。
減圧雰囲気下、加熱押圧された樹脂組成物の周囲の温度(以下、工程(I-2)における樹脂組成物の周囲の温度、つまり、工程(I-2)における樹脂組成物を溶融状態とする温度を「温度T2」という。)が、樹脂組成物の融点以上となるようにさらに加熱して、樹脂組成物を溶融させた状態で、プレス機により第2圧力V2で樹脂組成物を押圧して一定時間保持することでフィルム形状に圧縮成形する。
工程(I-2)における減圧雰囲気の圧力の好ましい範囲は、工程(I-1)における減圧雰囲気の圧力の好ましい範囲と同じである。
温度T2は、330~420℃が好ましく、350~400℃がより好ましい。温度T2が330℃以上であれば、樹脂組成物の原料粉末が押圧によって融着し、溶融延伸可能な成形フィルムが得られやすい。また、温度T2が420℃以下であれば、樹脂組成物が熱分解して劣化することを抑制しやすい。
第2圧力V2は、0.1~100MPaが好ましく、1~50MPaがより好ましい。
第2圧力V2が0.1MPa以上であれば、原料間の接着性が良好になり、強度が高い成形フィルムが得られやすい。また、第2圧力V2が100MPa以下であれば、特別な機構を有していないプレス成形機でも使用できる。
工程(I-2)における第2圧力V2は、工程中に前記範囲内で圧力を高くしたり、低くしたりして変動させてもよい。ただし、品質が一定した成形フィルムが安定して得られやすく、その製造が容易である点から、第2圧力V2は前記範囲内において一定の圧力で維持することが好ましい。
第2圧力V2が0.1MPa以上であれば、原料間の接着性が良好になり、強度が高い成形フィルムが得られやすい。また、第2圧力V2が100MPa以下であれば、特別な機構を有していないプレス成形機でも使用できる。
工程(I-2)における第2圧力V2は、工程中に前記範囲内で圧力を高くしたり、低くしたりして変動させてもよい。ただし、品質が一定した成形フィルムが安定して得られやすく、その製造が容易である点から、第2圧力V2は前記範囲内において一定の圧力で維持することが好ましい。
工程(I-2)は、圧縮によって樹脂組成物の原料粉末間の密着性を向上させて均一なフィルムを得るための工程であるので、工程(I-2)の第2圧力V2は工程(I-1)の第1圧力V1よりも高いことが好ましい。第2圧力V2と第1圧力V1の差(V2-V1)は、0.1~99MPaが好ましく、1~50MPaがより好ましい。差(V2-V1)が0.1MPa以上であれば、工程(I-1)で得られた溶融状態の樹脂組成物を容易にフィルム状に成形できる。また、差(V2-V1)が99MPa以下であれば、特別な機構を有していないプレス成形機を使用できる。
温度T2で維持した状態で樹脂組成物を第2圧力V2で押圧して圧縮する時間は、1~100分が好ましい。圧縮時間が1分以上であれば、原料間の接着性が良好で強度の高い成形フィルムが得られやすい。また、圧縮時間が100分以下であれば、生産性が向上する。
工程(I-3):
減圧雰囲気下、プレス機によって第2圧力V2で押圧した状態で放冷することにより、フィルム形状に圧縮されている樹脂組成物を、その融点未満、好ましくは室温まで冷却して固化させる。そして、真空チャンバ内から取り出した積層体1を分解して成形フィルムを得る。これにより、PTFE(A)およびPTFE(B)を含有する成形フィルムが得られる。
減圧雰囲気下、プレス機によって第2圧力V2で押圧した状態で放冷することにより、フィルム形状に圧縮されている樹脂組成物を、その融点未満、好ましくは室温まで冷却して固化させる。そして、真空チャンバ内から取り出した積層体1を分解して成形フィルムを得る。これにより、PTFE(A)およびPTFE(B)を含有する成形フィルムが得られる。
成形フィルムの厚みは、0.01~100mmが好ましく、0.1~10mmがより好ましい。成形フィルムの厚みが0.01mm以上であれば、原料間の密着性が向上する。
また、成形フィルムの厚みが100mm以下であれば、成形フィルムの溶融延伸が容易になる。成形フィルムの厚みは、ステンレス板13の厚み、および開口13aへの樹脂組成物の投入量により調節できる。
成形フィルムの形状は、本発明の製造方法により製造するPTFE延伸フィルムの用途に応じた形状であればよく、特に限定されない。成形フィルムの形状は、ステンレス板13の開口13aの形状を調節することにより所望の形状にできる。
また、成形フィルムの厚みが100mm以下であれば、成形フィルムの溶融延伸が容易になる。成形フィルムの厚みは、ステンレス板13の厚み、および開口13aへの樹脂組成物の投入量により調節できる。
成形フィルムの形状は、本発明の製造方法により製造するPTFE延伸フィルムの用途に応じた形状であればよく、特に限定されない。成形フィルムの形状は、ステンレス板13の開口13aの形状を調節することにより所望の形状にできる。
以上のように、前記工程(I-1)から工程(I-3)までは、減圧雰囲気下で行う。
これにより、樹脂組成物が脱気され、成形フィルム中に空気が混入することを防止できる。そのため、成形フィルムにおけるPTFE間の接着性が良好となり、後述する工程(II)の溶融延伸において破損し難い成形フィルムが得られる。
また、前記工程(I-1)~工程(I-3)では、樹脂組成物を融点以下に加熱した状態で押圧した後、さらに高温で溶融させた状態で、より高圧を印加してフィルム形状に圧縮成形する。これにより、押圧していない状態で樹脂組成物を溶融する場合に比べ、樹脂組成物の原料粉末間の密着性が向上し、より高い強度を有する成形フィルムが得られる。
そのため、工程(II)において該成形フィルムを破損させずに高倍率で溶融延伸でき、より引張破断強度が高いPTFE延伸フィルムが得られる。また、樹脂組成物を押圧した状態で溶融させることで、原料間の密着性が向上するため、特に工程(II)で二軸延伸する際に原料間が剥離して多孔化することを抑制しやすく、得られるPTFE延伸フィルムの透明性も向上する。
これにより、樹脂組成物が脱気され、成形フィルム中に空気が混入することを防止できる。そのため、成形フィルムにおけるPTFE間の接着性が良好となり、後述する工程(II)の溶融延伸において破損し難い成形フィルムが得られる。
また、前記工程(I-1)~工程(I-3)では、樹脂組成物を融点以下に加熱した状態で押圧した後、さらに高温で溶融させた状態で、より高圧を印加してフィルム形状に圧縮成形する。これにより、押圧していない状態で樹脂組成物を溶融する場合に比べ、樹脂組成物の原料粉末間の密着性が向上し、より高い強度を有する成形フィルムが得られる。
そのため、工程(II)において該成形フィルムを破損させずに高倍率で溶融延伸でき、より引張破断強度が高いPTFE延伸フィルムが得られる。また、樹脂組成物を押圧した状態で溶融させることで、原料間の密着性が向上するため、特に工程(II)で二軸延伸する際に原料間が剥離して多孔化することを抑制しやすく、得られるPTFE延伸フィルムの透明性も向上する。
本発明における工程(I)は、前記工程(I-1)~工程(I-3)には限定されない。例えば、特に工程(II)で一軸延伸を行う場合は、工程(I-1)を行わず、工程(I-2)と工程(I-3)のみを行ってもよい。
また、前記積層体1を使用する方法には限定されない。例えば、本実施形態では、ステンレス板11、離型用ポリイミド膜12、ステンレス板13、離型用ポリイミド膜14、ステンレス板15は全て円盤状であるが、これらの形状は円盤状以外であってもよい。また、開口13aについても本実施形態例では矩形であるが、矩形以外の形状であってもよい。また、開口13aが形成された円盤状のステンレス板13を有さず、2枚の離型用ポリイミド膜で樹脂組成物を挟んだ積層体を使用してもよい。また、フィルム形状の開口部を有する金型を使用してもよい。フィルムがステンレス等の基板や金型に粘着しなければ、離型用ポリイミド膜は使用しなくてもよい。また、離型材は、ポリイミドフィルム以外にも、400℃まで分解しないポリマー、金属等が好適に利用できる。また、工程(I-1)を行った後に樹脂組成物を取り出し、工程(I-2)として溶融状態でロール圧延してもよい。
また、前記積層体1を使用する方法には限定されない。例えば、本実施形態では、ステンレス板11、離型用ポリイミド膜12、ステンレス板13、離型用ポリイミド膜14、ステンレス板15は全て円盤状であるが、これらの形状は円盤状以外であってもよい。また、開口13aについても本実施形態例では矩形であるが、矩形以外の形状であってもよい。また、開口13aが形成された円盤状のステンレス板13を有さず、2枚の離型用ポリイミド膜で樹脂組成物を挟んだ積層体を使用してもよい。また、フィルム形状の開口部を有する金型を使用してもよい。フィルムがステンレス等の基板や金型に粘着しなければ、離型用ポリイミド膜は使用しなくてもよい。また、離型材は、ポリイミドフィルム以外にも、400℃まで分解しないポリマー、金属等が好適に利用できる。また、工程(I-1)を行った後に樹脂組成物を取り出し、工程(I-2)として溶融状態でロール圧延してもよい。
[工程(II)]
例えば、図2に例示したチャック式の延伸機101により、工程(I)で得られた成形フィルムを熱風吹き付けにより溶融させた状態で延伸する。PTFE(A)およびPTFE(B)を含有する成形フィルムは、分子量が数平均分子量1×106以上の超高分子量の樹脂成形体であるため、溶融粘度が高く、溶融状態でもフィルム状態を保持したまま延伸できる。
延伸機101は、図2に示すように、上部熱風吹き付け部110(以下、「吹き付け部110」という。)と、成形フィルム20を把持するチャック部120と、下部熱風吹き付け部130(以下、「吹き付け部130」という。)とを備えている。
例えば、図2に例示したチャック式の延伸機101により、工程(I)で得られた成形フィルムを熱風吹き付けにより溶融させた状態で延伸する。PTFE(A)およびPTFE(B)を含有する成形フィルムは、分子量が数平均分子量1×106以上の超高分子量の樹脂成形体であるため、溶融粘度が高く、溶融状態でもフィルム状態を保持したまま延伸できる。
延伸機101は、図2に示すように、上部熱風吹き付け部110(以下、「吹き付け部110」という。)と、成形フィルム20を把持するチャック部120と、下部熱風吹き付け部130(以下、「吹き付け部130」という。)とを備えている。
チャック部120は、成形フィルム20を把持して、溶融状態の成形フィルム20を引っ張って延伸する部分である。チャック部120は、同一水平面(図2と直交する面)上にある4つのチャックで成形フィルム20の4つの角をそれぞれ把持し、それらチャックをそれぞれ成形フィルム20の対角線方向に引き離していくことで成形フィルム20を縦方向および横方向に二軸延伸できるようになっている。
吹き付け部110は、成形フィルム20に上部から熱風を吹き付ける部分である。吹き付け部110は、内部110aに熱風を導入する熱風導入口111と、熱風を吹き出す吹出し口112が設けられており、上部には透明な上蓋113が設けられている。吹き付け部110の内部110aの形状は、成形フィルム20側にいくほど窄まった形状になっている。
吹き付け部110においては、熱風が熱風導入口111から内部110aへと導かれ、吹出し口112から成形フィルム20に向けて吹き出されるようになっている。延伸機101では、吹き付け部110の内部110aの形状を窄まった形状にすることにより、成形フィルム20においてチャック部120で把持されている部分とその近傍には吹出し口112から出る熱風が吹き付けられず、成形フィルム20の中央部だけに熱風が吹き付けられるようになっている。そのため、成形フィルム20のチャック部120で把持されている部分とその近傍を溶融させずに、成形フィルム20の中央部分を溶融させることができる。
また、吹き付け部110の上部は、透明の上蓋113が設けられているため、吹き付け部110の上部から直接目視により成形フィルム20が溶融したことを確認してから延伸操作に移行できる。
吹き付け部130は、成形フィルム20に下部から熱風を吹き付ける部分である。吹き付け部130は、内部130aに熱風を導入する熱風導入口131と、熱風を吹き出す吹出し口135aが形成された熱風吹き出し板135と、内部130aで吹出し口135aに熱風を導く導風板132、133、134が設けられている。導風板132、133、134にはそれぞれ開口132a、133a、134aが形成されている。
この例では、図3に示すように、熱風吹き出し板135に9つの吹出し口135aが形成されている。また、これら吹出し口135aはそれぞれ、成形フィルム20におけるチャック部120により把持された部分とその近傍を除いた部分だけに熱風が吹き付けられる位置に形成されている。すなわち、全ての吹出し口135aが、未延伸状態の成形フィルム20の中央部分に対応する位置に形成されている。
また、導風板132、133、134にそれぞれ形成されている開口132a、133a、134aの数、大きさ、位置等は、コンピュータによるシミュレーションにより、吹出し口135aから熱風が効率良く垂直に吹き出せるように計算されている。
また、導風板132、133、134にそれぞれ形成されている開口132a、133a、134aの数、大きさ、位置等は、コンピュータによるシミュレーションにより、吹出し口135aから熱風が効率良く垂直に吹き出せるように計算されている。
吹き付け部130では、熱風が熱風導入口131から導入され、内部130aで導風板132、133、134に形成された開口132a、133a、134aを順次通過し、熱風吹き出し板135に設けられた吹出し口135aから吹き出される。これにより、熱風が成形フィルム20の中央部分のみに吹き付けられる。このように、延伸機101では、吹き付け部110からの熱風および吹き付け部130からの熱風が、成形フィルム20のチャック部120に把持された部分とその近傍には吹き付けられないようになっている。そのため、それらの部分を樹脂組成物の融点よりも低い温度に維持した状態で成形フィルム20の中央部分のみを溶融させられる。
工程(II)では、吹き付け部110と吹き付け部130からの熱風により、成形フィルム20の周囲の温度、つまり、工程(II)でフィルムを溶融状態とする温度(以下、「温度T3」という。)を、成形フィルム20が溶融する温度、すなわち樹脂組成物の融点以上の温度で一定時間維持し、成形フィルム20におけるチャック部120により把持している部分以外を溶融させた状態で、成形フィルム20をチャック部120により延伸することで溶融延伸する。このような部分熱風吹き付けにより溶融延伸すれば、成形フィルム20に破損を生じさせずに溶融延伸することが容易になり、高い強度で優れた透明性を有するPTFE延伸フィルムを得やすい。
温度T3は、330~420℃が好ましく、350~400℃がより好ましい。温度T3が330℃以上であれば、成形フィルムを溶融状態で延伸できるので、引張破断強度が高いPTFE延伸フィルムが得られやすい。また、温度T3が420℃以下であれば、得られるPTFE延伸フィルムが熱分解により劣化することを抑制しやすい。
工程(II)において成形フィルム20を温度T3で維持する時間は、0.1~100分が好ましく、1~10分がより好ましい。前記時間が1分以上であれば、成形フィルム20を充分に溶融させやすい。また、前記時間が100分以下であれば、生産性が向上する。
工程(II)において成形フィルム20を温度T3で維持する時間は、0.1~100分が好ましく、1~10分がより好ましい。前記時間が1分以上であれば、成形フィルム20を充分に溶融させやすい。また、前記時間が100分以下であれば、生産性が向上する。
延伸は一軸延伸であってもよく、二軸延伸であってもよい。二軸延伸の場合、一軸ずつ逐次延伸する方法(逐次二軸延伸)であってもよく、二軸を同時に延伸する方法(同時二軸延伸)であってもよいが、高い引張破断強度で透明性に優れるPTFE延伸フィルムが安定して得られやすい点から、同時二軸延伸が好ましい。また、同時二軸延伸は、前記延伸機101のように、成形フィルムに熱風を吹きつけることで溶融状態として、同時二軸延伸することがより好ましい。
成形フィルム20を溶融延伸する際の延伸速度は、1~1000mm/分が好ましく、10~100mm/分がより好ましい。延伸速度が1mm/分以上であれば、生産性が向上する。また、延伸速度が1000mm/分以下であれば、破損を生じさせずにPTFE延伸フィルムを製造することが容易になる。
工程(II)における延伸倍率は、温度T3によっても異なるが、1.1倍~10倍が好ましく、2倍~5倍がより好ましい。延伸倍率が1.1倍以上であれば、高い引張破断強度を有するPTFE延伸フィルムが得られやすい。また、延伸倍率が10倍以下であれば、フィルムに破損を生じさせずに安定してPTFE延伸フィルムを製造することが容易になる。なお、延伸倍率とは、延伸前の成形フィルム20の延伸軸方向の長さに対する、延伸後のPTFE延伸フィルムの延伸軸方向の長さの倍率である。
二軸延伸では、縦、横の二軸におけるそれぞれの延伸倍率が共に前記範囲内であることが好ましい。成形フィルム20を同時二軸延伸する場合の二軸の延伸倍率は、より高い引張破断強度のPTFE延伸フィルムが得られる点から、2.5倍以上が特に好ましい。また、フィルムの縦、横それぞれの方向に沿った引張破断強度、および透明性が均一なPTFE延伸フィルムが得られやすい点から、二軸それぞれの延伸倍率が同じで、かつ前記範囲内であることがより好ましい。
以上説明した製造方法によれば、溶融延伸時の最大延伸倍率が高く加工性に優れており、従来のPTFE延伸フィルムに比べて引張破断強度の高いPTFE延伸フィルムが得られる。この要因は、以下のように考えられる。
Mnが5.0×106以上の高分子量のPTFE(A)を単独で使用した場合、工程(II)の溶融延伸時において、PTFE(A)の長い分子鎖の絡み合いがほぐれ難く、低い延伸倍率でフィルムが破断するために高い引張破断強度が得られない。一方、Mnが1.0×106~4.0×106の高分子量のPTFE(B)を単独で使用した場合、工程(II)の溶融延伸では分子鎖がほぐれやすく、延伸方向に沿って分子鎖が配向しやすい。しかし、分子鎖が短いために分子末端が多く存在し、高い引張破断強度が得られない。これに対し、本発明の製造方法における、PTFE(A)とPTFE(B)を含有する樹脂組成物を使用した成形フィルムの溶融延伸では、分子鎖の短いPTFE(B)が存在することで、PTFE(A)の分子鎖の絡み合いがほぐれやすくなり、延伸方向に沿って配向しやすくなるため、これが骨格となって高い引張破断強度が得られると考えられる。
Mnが5.0×106以上の高分子量のPTFE(A)を単独で使用した場合、工程(II)の溶融延伸時において、PTFE(A)の長い分子鎖の絡み合いがほぐれ難く、低い延伸倍率でフィルムが破断するために高い引張破断強度が得られない。一方、Mnが1.0×106~4.0×106の高分子量のPTFE(B)を単独で使用した場合、工程(II)の溶融延伸では分子鎖がほぐれやすく、延伸方向に沿って分子鎖が配向しやすい。しかし、分子鎖が短いために分子末端が多く存在し、高い引張破断強度が得られない。これに対し、本発明の製造方法における、PTFE(A)とPTFE(B)を含有する樹脂組成物を使用した成形フィルムの溶融延伸では、分子鎖の短いPTFE(B)が存在することで、PTFE(A)の分子鎖の絡み合いがほぐれやすくなり、延伸方向に沿って配向しやすくなるため、これが骨格となって高い引張破断強度が得られると考えられる。
なお、本発明の製造方法は、前述の方法には限定されない。例えば、工程(I)により成形フィルムを得た後に、該成形フィルムにロール圧延等によりさらに粉末間の密着性を高め、その後に工程(II)を行う方法であってもよい。
また、工程(II)において使用する延伸機は、前述の延伸機101には限定されず、例えば、成形フィルムの4つの角をそれぞれ把持するチャックを有し、該成形フィルムを縦、横いずれかの方向に一軸延伸できる延伸機であってもよく、成形フィルムの対向する2辺を把持して一軸延伸できる延伸機であってもよい。
また、成形フィルム全体を加熱する加熱機構と、該成形フィルムのチャック部で把持される部分を冷却する冷却機構を有する延伸機であってもよい。
また、工程(II)において使用する延伸機は、前述の延伸機101には限定されず、例えば、成形フィルムの4つの角をそれぞれ把持するチャックを有し、該成形フィルムを縦、横いずれかの方向に一軸延伸できる延伸機であってもよく、成形フィルムの対向する2辺を把持して一軸延伸できる延伸機であってもよい。
また、成形フィルム全体を加熱する加熱機構と、該成形フィルムのチャック部で把持される部分を冷却する冷却機構を有する延伸機であってもよい。
<PTFE延伸フィルム>
本発明のPTFE延伸フィルムは、前述の製造方法により製造されるフィルムであり、高い引張破断強度を有している。
PTFE延伸フィルムの厚みは、用途に応じて適宜決定すればよく、0.001~10mmが好ましく、0.01~1mmがより好ましい。厚みが0.001mm以上であれば、フィルムにピンホールや亀裂等の破損がない均一なPTFE延伸フィルムを得やすい。
また、厚みが10mm以下であれば、PTFE延伸フィルムの引張破断強度が向上する。
PTFE延伸フィルムの厚みは、成形フィルムの厚み、溶融延伸の延伸比を調節することにより制御できる。
本発明のPTFE延伸フィルムは、前述の製造方法により製造されるフィルムであり、高い引張破断強度を有している。
PTFE延伸フィルムの厚みは、用途に応じて適宜決定すればよく、0.001~10mmが好ましく、0.01~1mmがより好ましい。厚みが0.001mm以上であれば、フィルムにピンホールや亀裂等の破損がない均一なPTFE延伸フィルムを得やすい。
また、厚みが10mm以下であれば、PTFE延伸フィルムの引張破断強度が向上する。
PTFE延伸フィルムの厚みは、成形フィルムの厚み、溶融延伸の延伸比を調節することにより制御できる。
本発明のPTFE延伸フィルムの引張破断強度は、30MPa以上が好ましく、50MPa以上がより好ましい。ただし、PTFE延伸フィルムの引張破断強度とは、PTFE延伸フィルムから切り出した試料片について、引張試験機により室温にて引っ張り試験を行って得られた値を意味する。二軸延伸により得たPTFE延伸フィルムについては、JIS K7127:1999に従い、試料片の大きさはJISダンベル状5号形(直線部分12.5mm、幅4mm)とし、引張速度は20mm/分とする。また、一軸延伸については、JISダンベル状5号形の試験片を長さ方向に一軸延伸して得たPTFE延伸フィルムから、長さ30mmとなるように切り出した試料片を使用し、引張速度は0.6mm/分とする。引張試験機としては、例えば、テンシロン万能試験機RTC-1325A(ORIENTEC社製)が挙げられる。
引張破断強度は、使用するPTFE(A)およびPTFE(B)のMn、工程(I)におけるプレス圧力(V1、V2)、プレス温度(T1、T2)、工程(II)における溶融温度、延伸倍率等により調節できる。
引張破断強度は、使用するPTFE(A)およびPTFE(B)のMn、工程(I)におけるプレス圧力(V1、V2)、プレス温度(T1、T2)、工程(II)における溶融温度、延伸倍率等により調節できる。
また、二軸延伸により得たPTFE延伸フィルムのヘイズ(曇度)は、50%以下が好ましく、45%以下がより好ましい。ただし、PTFE延伸フィルムのヘイズは、JIS K7105「プラスチックの光学的特性試験方法」に従って測定した値を意味する。
ヘイズは、使用するPTFE(A)およびPTFE(B)のMn、工程(I)におけるプレス圧力(V1、V2)、プレス温度(T1、T2)、工程(II)における溶融温度、延伸倍率等により調節できる。
ヘイズは、使用するPTFE(A)およびPTFE(B)のMn、工程(I)におけるプレス圧力(V1、V2)、プレス温度(T1、T2)、工程(II)における溶融温度、延伸倍率等により調節できる。
以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。
<PTFE、樹脂組成物の製造>
[例1]
100Lの攪拌機付圧力容器に、水60L、含フッ素界面活性剤であるアンモニウム・パーフルオロ-3,6-ジオキサオクタノエイト60g、パラフィンワックス750gを仕込み、容器の内温を70℃、圧力を1.7MPaとして、ラジカル重合開始剤である2-コハク酸パーオキサイド5gを添加して重合を開始した。重合は、容器の内圧が維持されるように、ガス状のTFEを導入しながら継続した。TFEの導入量が26kgとなった時点で、圧力容器の内温を室温まで冷却して重合を停止し、未反応ガスを空放して圧力容器を開放し、PTFE(A1)のエマルション(以下、「エマルション1」という。)を得た。エマルション1の固形分濃度は28質量%であった。
エマルション1を、固形分濃度が10質量%となるように水で希釈した後、機械撹拌によってPTFE(A1)を凝集させ、水をろ別し、200℃で7時間乾燥して、PTFE(A1)のファインパウダーを得た。得られたPTFE(A1)のMnは1×107であった。
<PTFE、樹脂組成物の製造>
[例1]
100Lの攪拌機付圧力容器に、水60L、含フッ素界面活性剤であるアンモニウム・パーフルオロ-3,6-ジオキサオクタノエイト60g、パラフィンワックス750gを仕込み、容器の内温を70℃、圧力を1.7MPaとして、ラジカル重合開始剤である2-コハク酸パーオキサイド5gを添加して重合を開始した。重合は、容器の内圧が維持されるように、ガス状のTFEを導入しながら継続した。TFEの導入量が26kgとなった時点で、圧力容器の内温を室温まで冷却して重合を停止し、未反応ガスを空放して圧力容器を開放し、PTFE(A1)のエマルション(以下、「エマルション1」という。)を得た。エマルション1の固形分濃度は28質量%であった。
エマルション1を、固形分濃度が10質量%となるように水で希釈した後、機械撹拌によってPTFE(A1)を凝集させ、水をろ別し、200℃で7時間乾燥して、PTFE(A1)のファインパウダーを得た。得られたPTFE(A1)のMnは1×107であった。
[例2]PTFEの製造
100Lの攪拌機付圧力容器に、水60L、含フッ素界面活性剤であるアンモニウム・パーフルオロ-3,6-ジオキサオクタノエイト65g、パラフィンワックス750g、容器の内温を70℃、圧力を1.7MPaとして、ラジカル重合開始剤である2-コハク酸パーオキサイド25gを添加して重合を開始した。
重合は、容器の内圧が維持されるように、ガス状のTFEを導入しながら継続した。TFEの導入量が26kgとなった時点で、圧力容器の内温を室温まで冷却して重合を停止し、未反応ガスを空放して圧力容器を開放し、PTFE(B1)のエマルション(以下、「エマルション2」という。)を得た。エマルション2の固形分濃度は28質量%であった。
エマルション2を、固形分濃度が10質量%となるように水で希釈した後、機械撹拌によってPTFE(B1)を凝集させ、水をろ別し、200℃で7時間乾燥して、PTFE(B1)のファインパウダーを得た。得られたPTFE(B1)のMnは2×106であった。
100Lの攪拌機付圧力容器に、水60L、含フッ素界面活性剤であるアンモニウム・パーフルオロ-3,6-ジオキサオクタノエイト65g、パラフィンワックス750g、容器の内温を70℃、圧力を1.7MPaとして、ラジカル重合開始剤である2-コハク酸パーオキサイド25gを添加して重合を開始した。
重合は、容器の内圧が維持されるように、ガス状のTFEを導入しながら継続した。TFEの導入量が26kgとなった時点で、圧力容器の内温を室温まで冷却して重合を停止し、未反応ガスを空放して圧力容器を開放し、PTFE(B1)のエマルション(以下、「エマルション2」という。)を得た。エマルション2の固形分濃度は28質量%であった。
エマルション2を、固形分濃度が10質量%となるように水で希釈した後、機械撹拌によってPTFE(B1)を凝集させ、水をろ別し、200℃で7時間乾燥して、PTFE(B1)のファインパウダーを得た。得られたPTFE(B1)のMnは2×106であった。
[例3]樹脂組成物の製造
例1で得たエマルション1と、例2で得たエマルション2とを、PTFE(A1)とPTFE(B1)との固形分比(A1/B1)が75/25となるように混合し、二次粒子レベルでPTFE(A1)とPTFE(B1)が分布した樹脂組成物Iのエマルションを得た。次いで、得られたエマルションを、固形分濃度が10質量%となるように水で希釈した後、機械撹拌によって樹脂組成物Iを凝集させ、水をろ別し、200℃で7時間乾燥して、樹脂組成物Iのファインパウダーを得た。
例1で得たエマルション1と、例2で得たエマルション2とを、PTFE(A1)とPTFE(B1)との固形分比(A1/B1)が75/25となるように混合し、二次粒子レベルでPTFE(A1)とPTFE(B1)が分布した樹脂組成物Iのエマルションを得た。次いで、得られたエマルションを、固形分濃度が10質量%となるように水で希釈した後、機械撹拌によって樹脂組成物Iを凝集させ、水をろ別し、200℃で7時間乾燥して、樹脂組成物Iのファインパウダーを得た。
[例4]樹脂組成物の製造
エマルション1とエマルション2とを、PTFE(A1)とPTFE(B1)との固形分比(A1/B1)が50/50となるように混合した以外は、例3と同様にして樹脂組成物IIのファインパウダーを得た。
エマルション1とエマルション2とを、PTFE(A1)とPTFE(B1)との固形分比(A1/B1)が50/50となるように混合した以外は、例3と同様にして樹脂組成物IIのファインパウダーを得た。
[例5]樹脂組成物の製造
エマルション1とエマルション2とを、PTFE(A1)とPTFE(B1)との固形分比(A1/B1)が25/75となるように混合した以外は、例3と同様にして樹脂組成物IIIのファインパウダーを得た。
エマルション1とエマルション2とを、PTFE(A1)とPTFE(B1)との固形分比(A1/B1)が25/75となるように混合した以外は、例3と同様にして樹脂組成物IIIのファインパウダーを得た。
[数平均分子量(Mn)の測定]
各例で製造したPTFE(A1)、PTFE(B1)のMnは、原料PTFE粉末を溶融後にDSC降温測定を行って見積もった結晶化熱から、下記の文献に記載の方法に従って求めた分子量である。
文献:Suwa, T.; Takehisa, M.; Machi, S., J. Appl. Polym. Sci. vol.17, pp.3253 (1973).
各例で製造したPTFE(A1)、PTFE(B1)のMnは、原料PTFE粉末を溶融後にDSC降温測定を行って見積もった結晶化熱から、下記の文献に記載の方法に従って求めた分子量である。
文献:Suwa, T.; Takehisa, M.; Machi, S., J. Appl. Polym. Sci. vol.17, pp.3253 (1973).
<二軸延伸によるPTFE延伸フィルムの製造>
[例6]
工程(I-1):
図1に示すように、直径100mm×厚さ2mmの円盤状のステンレス板11上に、厚さ125μmの離型用ポリイミド膜12(商品名「UPILEX-125S」、宇部興産社製)を置き、さらに縦70mm×横70mmの矩形の開口13aが形成された直径100mm×厚さ4mmの円盤状のステンレス板13を置き、開口13a内に、例4で得た樹脂組成物II(固形分比(A1/B1)=50/50)4.5gを投入した。次いで、円盤状のステンレス板13上に厚さ125μmの離型用ポリイミド膜14(商品名「UPILEX-125S」、宇部興産社製)を置き、さらにその上に直径100mm×厚さ2mmの円盤状のステンレス板15を置き、フィルム成形用の積層体(積層体1)を得た。
次いで、上板および下板、および該上板と下板間に圧力を生じさせるシリンダを有する真空プレス機(ボールドウィン社製)を用い、室温にて、真空チャンバ内に設置されたプレス機の上板と下板の間に積層体1を置き、ロータリーポンプで真空チャンバ内を1×10-1Torrまで減圧した。その後、プレス機の上板と下板の温度(樹脂組成物IIの周囲の温度T1)を10分かけて80℃まで昇温し、そのまま10分間保持した。この状態で、真空プレス機により2.2314MPa(第1圧力V1、シリンダ圧力30MPa)で樹脂組成物IIを押圧した。
[例6]
工程(I-1):
図1に示すように、直径100mm×厚さ2mmの円盤状のステンレス板11上に、厚さ125μmの離型用ポリイミド膜12(商品名「UPILEX-125S」、宇部興産社製)を置き、さらに縦70mm×横70mmの矩形の開口13aが形成された直径100mm×厚さ4mmの円盤状のステンレス板13を置き、開口13a内に、例4で得た樹脂組成物II(固形分比(A1/B1)=50/50)4.5gを投入した。次いで、円盤状のステンレス板13上に厚さ125μmの離型用ポリイミド膜14(商品名「UPILEX-125S」、宇部興産社製)を置き、さらにその上に直径100mm×厚さ2mmの円盤状のステンレス板15を置き、フィルム成形用の積層体(積層体1)を得た。
次いで、上板および下板、および該上板と下板間に圧力を生じさせるシリンダを有する真空プレス機(ボールドウィン社製)を用い、室温にて、真空チャンバ内に設置されたプレス機の上板と下板の間に積層体1を置き、ロータリーポンプで真空チャンバ内を1×10-1Torrまで減圧した。その後、プレス機の上板と下板の温度(樹脂組成物IIの周囲の温度T1)を10分かけて80℃まで昇温し、そのまま10分間保持した。この状態で、真空プレス機により2.2314MPa(第1圧力V1、シリンダ圧力30MPa)で樹脂組成物IIを押圧した。
工程(I-2):
減圧雰囲気を維持したまま、真空チャンバ内の温度(樹脂組成物IIの周囲の温度T2)を370℃とし、真空プレス機による圧力を2.9752MPa(第2圧力V2、シリンダ圧力40MPa)とし、その状態で5分間保持して圧縮成形を行った。
減圧雰囲気を維持したまま、真空チャンバ内の温度(樹脂組成物IIの周囲の温度T2)を370℃とし、真空プレス機による圧力を2.9752MPa(第2圧力V2、シリンダ圧力40MPa)とし、その状態で5分間保持して圧縮成形を行った。
工程(I-3):
工程(I-2)における減圧雰囲気と、第2圧力V2で押圧した状態を維持したまま、放冷により真空チャンバ内の温度を室温まで冷却し、真空チャンバから積層体1を取り出し、積層体1を分解して成形フィルムを得た。
なお、第1圧力V1および第2圧力V2は、それぞれシリンダ圧力から実効圧力を以下の方法で換算した。
(実効圧力)=(シリンダ圧力)×[(シリンダ面積)/(プレス板面積)]
工程(I-2)における減圧雰囲気と、第2圧力V2で押圧した状態を維持したまま、放冷により真空チャンバ内の温度を室温まで冷却し、真空チャンバから積層体1を取り出し、積層体1を分解して成形フィルムを得た。
なお、第1圧力V1および第2圧力V2は、それぞれシリンダ圧力から実効圧力を以下の方法で換算した。
(実効圧力)=(シリンダ圧力)×[(シリンダ面積)/(プレス板面積)]
工程(II):
工程(I)で得た成形フィルムを縦45mm×横45mmに切り出し、400℃までの延伸に耐え得るように耐熱性を持たせた図2の延伸機101(アイランド工業社製)を使用して二軸延伸を行った。チャック部120で得られた成形フィルムを把持し、吹き付け部110および吹き付け部130それぞれから380℃の熱風を5分間吹き付けて成形フィルムを溶融させ、上蓋113側から目視により溶融状態となったことを確認してから、延伸速度30mm/分で縦方向および横方向に同時二軸延伸した。成形フィルムに穴が開くまで溶融延伸したところ、最大延伸倍率は2.9倍×2.9倍であった。そこで、延伸倍率を2.9倍×2.9倍に設定して同様の二軸延伸を再度実施してPTFE延伸フィルムを得て、引張破断強度とヘイズを測定した。
工程(I)で得た成形フィルムを縦45mm×横45mmに切り出し、400℃までの延伸に耐え得るように耐熱性を持たせた図2の延伸機101(アイランド工業社製)を使用して二軸延伸を行った。チャック部120で得られた成形フィルムを把持し、吹き付け部110および吹き付け部130それぞれから380℃の熱風を5分間吹き付けて成形フィルムを溶融させ、上蓋113側から目視により溶融状態となったことを確認してから、延伸速度30mm/分で縦方向および横方向に同時二軸延伸した。成形フィルムに穴が開くまで溶融延伸したところ、最大延伸倍率は2.9倍×2.9倍であった。そこで、延伸倍率を2.9倍×2.9倍に設定して同様の二軸延伸を再度実施してPTFE延伸フィルムを得て、引張破断強度とヘイズを測定した。
[例7]
樹脂組成物IIの代わりに、例1で得たPTFE(A1)を使用した以外は、例6と同様にして成形フィルムを得た。その後、該成形フィルムに穴が開くまで、例6と同様にして溶融延伸したところ、最大延伸倍率は2.7倍×2.7倍であった。そこで、延伸倍率を2.7倍×2.7倍に設定して同様の二軸延伸を再度実施してPTFE延伸フィルムを得て、引張破断強度とヘイズを測定した。
樹脂組成物IIの代わりに、例1で得たPTFE(A1)を使用した以外は、例6と同様にして成形フィルムを得た。その後、該成形フィルムに穴が開くまで、例6と同様にして溶融延伸したところ、最大延伸倍率は2.7倍×2.7倍であった。そこで、延伸倍率を2.7倍×2.7倍に設定して同様の二軸延伸を再度実施してPTFE延伸フィルムを得て、引張破断強度とヘイズを測定した。
[例8]
樹脂組成物IIの代わりに、例2で得たPTFE(B1)を使用した以外は、例6と同様にして成形フィルムを得た。その後、該成形フィルムに穴が開くまで、例6と同様にして溶融延伸したところ、最大延伸倍率は2.4倍×2.4倍であった。そこで、延伸倍率を2.4倍×2.4倍に設定して同様の二軸延伸を再度実施してPTFE延伸フィルムを得て、引張破断強度とヘイズを測定した。
樹脂組成物IIの代わりに、例2で得たPTFE(B1)を使用した以外は、例6と同様にして成形フィルムを得た。その後、該成形フィルムに穴が開くまで、例6と同様にして溶融延伸したところ、最大延伸倍率は2.4倍×2.4倍であった。そこで、延伸倍率を2.4倍×2.4倍に設定して同様の二軸延伸を再度実施してPTFE延伸フィルムを得て、引張破断強度とヘイズを測定した。
[測定方法]
(引張破断強度)
JIS K7127:1999に従い、得られたPTFE延伸フィルム(厚さ46μm)から、JISダンベル状5号形状(直線部分12.5mm、幅4mm)で試料片を切り出し、テンシロン万能試験機RTC-1325A(ORIENTEC社製)を使用して、室温で引張破断強度(単位:MPa)を測定した。引張速度は20mm/分とした。
(ヘイズ)
得られたPTFE延伸フィルム(厚さ46μm)について、JIS K7105:1981「プラスチックの光学的特性試験方法」に従ってヘイズ(曇度、単位:%)を測定した。
(引張破断強度)
JIS K7127:1999に従い、得られたPTFE延伸フィルム(厚さ46μm)から、JISダンベル状5号形状(直線部分12.5mm、幅4mm)で試料片を切り出し、テンシロン万能試験機RTC-1325A(ORIENTEC社製)を使用して、室温で引張破断強度(単位:MPa)を測定した。引張速度は20mm/分とした。
(ヘイズ)
得られたPTFE延伸フィルム(厚さ46μm)について、JIS K7105:1981「プラスチックの光学的特性試験方法」に従ってヘイズ(曇度、単位:%)を測定した。
例6~8で得られたPTFE延伸フィルムの測定結果を表1に示す。また、比較のために、例6の成形フィルムは延伸倍率2.4倍×2.4倍、2.7倍×2.7倍で溶融延伸したもの、例7の成形フィルムは延伸倍率2.4倍×2.4倍で溶融延伸したものの引張破断強度も測定し、延伸倍率と引張破断強度との関係を図4に示した。
表1および図4に示すように、樹脂組成物IIを使用した例6のPTFE延伸フィルムは、PTFE(A1)を使用した例7、PTFE(B)を使用した例8のPTFE延伸フィルムに比べて、最大延伸倍率が大きく、引張破断強度が高かった。また、図4に示すように、樹脂組成物IIを使用した例6のPTFE延伸フィルムは、延伸倍率が2.5倍以上となった時点で引張破断強度が著しく向上した。
[例9]
樹脂組成物IIの代わりに、例3で得た樹脂組成物I(固形分比(A/B)=75/25)、例5で得た樹脂組成物III(固形分比(A/B)=25/75)を使用した以外は例6と同様にして得た成形フィルム、および例6と同様にして得た成形フィルム(固形分比(A/B)=50/50)を、縦25mm×横25mmに切り出したそれぞれの試料片について、例6と同様にして、フィルムに穴が開くまで溶融状態で同時二軸延伸し、最大延伸倍率を求めた。その結果を表2に示す。
樹脂組成物IIの代わりに、例3で得た樹脂組成物I(固形分比(A/B)=75/25)、例5で得た樹脂組成物III(固形分比(A/B)=25/75)を使用した以外は例6と同様にして得た成形フィルム、および例6と同様にして得た成形フィルム(固形分比(A/B)=50/50)を、縦25mm×横25mmに切り出したそれぞれの試料片について、例6と同様にして、フィルムに穴が開くまで溶融状態で同時二軸延伸し、最大延伸倍率を求めた。その結果を表2に示す。
表2に示すように、固形分比(A/B)が75/25、50/50、25/75である樹脂組成物I~IIIによる成形フィルムの溶融延伸では、いずれも最大延伸倍率が2.9倍×2.9倍程度と高く、ほぼ同等の溶融延伸が可能であった。
<一軸延伸によるPTFE延伸フィルムの製造>
[例10]
工程(I):
例6と同様にして、樹脂組成物II(固形分比(A/B)=50/50)を挟み込んだフィルム成形用の積層体1を得た。
次いで、上板および下板、および該上板と下板間に圧力を生じさせるシリンダを有する真空プレス機(ボールドウィン社製)を使用し、室温にて、真空チャンバ内に設置されたプレス機の上板と下板の間に積層体1を置き、ロータリーポンプで真空チャンバ内を1×10-1Torrまで減圧した。その後、プレス機の上板と下板の温度(樹脂組成物IIの周囲の温度T2)を370℃とし、その温度で5分間保持した後、真空プレス機により2.2314MPa(シリンダ圧力30MPa)で樹脂組成物IIを押圧して圧縮成形を行った。次いで、減圧雰囲気と、真空プレス機により押圧した状態を維持したまま、放冷により真空チャンバ内の温度を室温まで冷却し、真空チャンバから積層体1を取り出し、積層体1を分解して成形フィルムを得た。
[例10]
工程(I):
例6と同様にして、樹脂組成物II(固形分比(A/B)=50/50)を挟み込んだフィルム成形用の積層体1を得た。
次いで、上板および下板、および該上板と下板間に圧力を生じさせるシリンダを有する真空プレス機(ボールドウィン社製)を使用し、室温にて、真空チャンバ内に設置されたプレス機の上板と下板の間に積層体1を置き、ロータリーポンプで真空チャンバ内を1×10-1Torrまで減圧した。その後、プレス機の上板と下板の温度(樹脂組成物IIの周囲の温度T2)を370℃とし、その温度で5分間保持した後、真空プレス機により2.2314MPa(シリンダ圧力30MPa)で樹脂組成物IIを押圧して圧縮成形を行った。次いで、減圧雰囲気と、真空プレス機により押圧した状態を維持したまま、放冷により真空チャンバ内の温度を室温まで冷却し、真空チャンバから積層体1を取り出し、積層体1を分解して成形フィルムを得た。
工程(II):
工程(I)で得た成形フィルムからJISダンベル状5号形状(直線部分12.5mm、幅4mm)の試験片を切り出し、400℃までの延伸に耐え得るように耐熱性を持たせた図5および図6に例示した自作の延伸機201を使用して一軸延伸を行った。
延伸機201は、延伸炉210と、延伸炉210内に熱風を吹き込む上部熱風吹き付け部220(以下、「吹き付け部220」という。)および下部熱風吹き付け部230(以下、「吹き付け部230」という。)と、延伸炉210内で試験片30を把持するチャック部240とを備えている。また、延伸炉210の正面221には、外部から試験片30の溶融状態を確認できるように、透明の窓222が形成されている。窓222は、ポリイミド膜(厚さ25μm)で封じられている。
チャック部240で試験片30の持ち手部分を把持し、吹き付け部220および吹き付け部230それぞれから370℃の熱風を5分間吹き付けて試験片30を溶融させ、窓222から目視により溶融状態となったことを確認してから、延伸速度24mm/分で長さ方向に一軸延伸し、PTFE延伸フィルムを得た。延伸倍率は3.0倍とした。得られたPTFE延伸フィルムについて、引張破断強度を測定した。
工程(I)で得た成形フィルムからJISダンベル状5号形状(直線部分12.5mm、幅4mm)の試験片を切り出し、400℃までの延伸に耐え得るように耐熱性を持たせた図5および図6に例示した自作の延伸機201を使用して一軸延伸を行った。
延伸機201は、延伸炉210と、延伸炉210内に熱風を吹き込む上部熱風吹き付け部220(以下、「吹き付け部220」という。)および下部熱風吹き付け部230(以下、「吹き付け部230」という。)と、延伸炉210内で試験片30を把持するチャック部240とを備えている。また、延伸炉210の正面221には、外部から試験片30の溶融状態を確認できるように、透明の窓222が形成されている。窓222は、ポリイミド膜(厚さ25μm)で封じられている。
チャック部240で試験片30の持ち手部分を把持し、吹き付け部220および吹き付け部230それぞれから370℃の熱風を5分間吹き付けて試験片30を溶融させ、窓222から目視により溶融状態となったことを確認してから、延伸速度24mm/分で長さ方向に一軸延伸し、PTFE延伸フィルムを得た。延伸倍率は3.0倍とした。得られたPTFE延伸フィルムについて、引張破断強度を測定した。
[例11]
樹脂組成物IIの代わりに、例1で得たPTFE(A1)を使用した以外は、例10と同様にしてPTFE延伸フィルムを得て、引張破断強度を測定した。
樹脂組成物IIの代わりに、例1で得たPTFE(A1)を使用した以外は、例10と同様にしてPTFE延伸フィルムを得て、引張破断強度を測定した。
[例12]
樹脂組成物IIの代わりに、例2で得たPTFE(B1)を使用した以外は、例10と同様にしてPTFE延伸フィルムを得て、引張破断強度を測定した。
樹脂組成物IIの代わりに、例2で得たPTFE(B1)を使用した以外は、例10と同様にしてPTFE延伸フィルムを得て、引張破断強度を測定した。
[測定方法]
(引張破断強度)
得られたPTFE延伸フィルムから、長さ30mmの試料片を切り出し、テンシロン万能試験機RTC-1325A(ORIENTEC社製)を使用して、室温で引張破断強度(単位:MPa)を測定した。引張速度は、0.6mm/分とした。
(引張破断強度)
得られたPTFE延伸フィルムから、長さ30mmの試料片を切り出し、テンシロン万能試験機RTC-1325A(ORIENTEC社製)を使用して、室温で引張破断強度(単位:MPa)を測定した。引張速度は、0.6mm/分とした。
(溶融延伸過程における非晶配向)
例10~12の試験片30の一軸延伸を、高輝度光科学研究センターのSPring-8 BL40B2ビームライン上に前記延伸機201を設置した状態で実施し、シンクロトン放射線を使用して、延伸過程におけるインプロセス計測を行った。延伸過程におけるWAXD像は、CCDカメラC4880(浜松ホトニクス社製)を使用して連続的に記録した。露光時間は0.2秒、記録したWAXD像の記録媒体(ハードティスク)への転送に要する時間は5.5秒であった。
各時間におけるWAXD像から、試験片30の長さ方向(子午線方向)と幅方向(赤道線方向)のプロファイルをそれぞれ切り出し、フォークト(Voigt)関数を使用して、赤道線方向のプロファイルについては、非晶散乱ピークと擬六方晶100面反射ピークに分離し、積分強度を算出した。また、子午線方向のプロファイルについては、非晶散乱ピークの積分強度を求めた。
このうち、赤道線方向の擬六方晶100面反射ピークの積分強度を延伸時間に対してプロットした(図7)。この値は、延伸方向への結晶鎖の配向状態(結晶配向)を定量的に表す指標となる。
また、赤道線方向の非晶散乱ピークの積分強度の子午線方向の非晶散乱ピークの積分強度に対する比を延伸時間に対してプロットした(図8)。この値は、延伸方向への非晶鎖の配向状態(非晶配向)を定量的に表す指標となる。
なお、図8においては、未延伸時の試験片30における赤道線方向と子午線方向の非晶散乱の積分強度比を1.0とした。擬六方晶100面反射ピークの積分強度(図7)および非晶散乱の積分強度比(図8)が大きいほど、成形フィルムの結晶鎖および非晶鎖が延伸方向に配向していることを意味する。
例10~12の試験片30の一軸延伸を、高輝度光科学研究センターのSPring-8 BL40B2ビームライン上に前記延伸機201を設置した状態で実施し、シンクロトン放射線を使用して、延伸過程におけるインプロセス計測を行った。延伸過程におけるWAXD像は、CCDカメラC4880(浜松ホトニクス社製)を使用して連続的に記録した。露光時間は0.2秒、記録したWAXD像の記録媒体(ハードティスク)への転送に要する時間は5.5秒であった。
各時間におけるWAXD像から、試験片30の長さ方向(子午線方向)と幅方向(赤道線方向)のプロファイルをそれぞれ切り出し、フォークト(Voigt)関数を使用して、赤道線方向のプロファイルについては、非晶散乱ピークと擬六方晶100面反射ピークに分離し、積分強度を算出した。また、子午線方向のプロファイルについては、非晶散乱ピークの積分強度を求めた。
このうち、赤道線方向の擬六方晶100面反射ピークの積分強度を延伸時間に対してプロットした(図7)。この値は、延伸方向への結晶鎖の配向状態(結晶配向)を定量的に表す指標となる。
また、赤道線方向の非晶散乱ピークの積分強度の子午線方向の非晶散乱ピークの積分強度に対する比を延伸時間に対してプロットした(図8)。この値は、延伸方向への非晶鎖の配向状態(非晶配向)を定量的に表す指標となる。
なお、図8においては、未延伸時の試験片30における赤道線方向と子午線方向の非晶散乱の積分強度比を1.0とした。擬六方晶100面反射ピークの積分強度(図7)および非晶散乱の積分強度比(図8)が大きいほど、成形フィルムの結晶鎖および非晶鎖が延伸方向に配向していることを意味する。
例10~12のPTFE延伸フィルムの引張破断強度を表3に示す。
表3に示すように、樹脂組成物IIを使用した例10のPTFE延伸フィルムは、PTFE(A1)を使用した例11、PTFE(B)を使用した例12のPTFE延伸フィルムに比べて、引張破断強度が高かった。
また、図7に示すように、高分子量のPTFE(A1)を使用した例11、低分子量のPTFE(B1)を使用した例12に比べて、PTFE(A1)とPTFE(B1)を含有する樹脂組成物IIを使用した例10では、延伸時間60秒付近から、擬六方晶100面反射ピークの積分強度が急激に上昇した。また、図8に示すように非晶散乱の積分強度比についても例10では延伸時間40秒付近から急激に上昇した。これは、樹脂組成物IIを使用した例10の成形フィルムの延伸において、延伸時間40~60秒にかけて、延伸方向への非晶成分の急激な配向化と、それに伴う結晶化が進行していることを示唆している。この要因としては、低分子量のPTFE(B1)が存在することで、高分子量のPTFE(A1)の分子鎖の絡み合いが解きほぐされやすくなり、PTFE(A1)の分子鎖が伸びた状態で高度に配向し、かつ、結晶化しやすくなったためであると考えられる。
また、図7に示すように、高分子量のPTFE(A1)を使用した例11、低分子量のPTFE(B1)を使用した例12に比べて、PTFE(A1)とPTFE(B1)を含有する樹脂組成物IIを使用した例10では、延伸時間60秒付近から、擬六方晶100面反射ピークの積分強度が急激に上昇した。また、図8に示すように非晶散乱の積分強度比についても例10では延伸時間40秒付近から急激に上昇した。これは、樹脂組成物IIを使用した例10の成形フィルムの延伸において、延伸時間40~60秒にかけて、延伸方向への非晶成分の急激な配向化と、それに伴う結晶化が進行していることを示唆している。この要因としては、低分子量のPTFE(B1)が存在することで、高分子量のPTFE(A1)の分子鎖の絡み合いが解きほぐされやすくなり、PTFE(A1)の分子鎖が伸びた状態で高度に配向し、かつ、結晶化しやすくなったためであると考えられる。
本発明の方法により製造されたPTFE延伸フィルムは、高い引張破断強度を有しているため、例えば、ドーム屋根材等に好適に用いることができる。
1 積層体
11 円盤状ステンレス板
12 離型用ポリイミド膜
13 円盤状ステンレス板
13a 開口
14 離型用ポリイミド膜
15 円盤状ステンレス板
20 成形フィルム
101 延伸機
110 上部熱風吹き付け部
112 吹出し口
120 チャック部
130 下部熱風吹き付け部
135 熱風吹き出し板
135a 吹出し口
201 延伸機
210 延伸炉
220 上部熱風吹き付け部
230 下部熱風吹き付け部
240 チャック部
11 円盤状ステンレス板
12 離型用ポリイミド膜
13 円盤状ステンレス板
13a 開口
14 離型用ポリイミド膜
15 円盤状ステンレス板
20 成形フィルム
101 延伸機
110 上部熱風吹き付け部
112 吹出し口
120 チャック部
130 下部熱風吹き付け部
135 熱風吹き出し板
135a 吹出し口
201 延伸機
210 延伸炉
220 上部熱風吹き付け部
230 下部熱風吹き付け部
240 チャック部
Claims (15)
- 下記工程(I)および(II)を有するポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
(I)数平均分子量5×106以上のポリテトラフルオロエチレン(A)のエマルションと、数平均分子量1×106~4×106のポリテトラフルオロエチレン(B)のエマルションとを、ポリテトラフルオロエチレン(A)とポリテトラフルオロエチレン(B)の固形分比(A/B)が99/1~10/90となるように混合して得られた樹脂組成物を、減圧雰囲気下、溶融状態で圧縮成形してフィルムを得る工程。
(II)前記フィルムを溶融延伸する工程。 - 前記工程(I)が、減圧雰囲気下、前記樹脂組成物を融点以下に加熱した状態で押圧する工程(I-1)と、減圧雰囲気下、加熱押圧された樹脂組成物をさらに加熱して溶融状態とし、前記工程(I-1)の押圧より高圧で圧縮成形する工程(I-2)を有する、請求項1に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
- 前記工程(I)が、さらに、減圧雰囲気下、押圧した状態のまま放冷して成形フィルムを得る工程(I-3)を有する請求項2に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
- ポリテトラフルオロエチレン(A)のエマルション中のポリテトラフルオロエチレン(A)の平均粒子径が、0.03~0.5μmであり、かつ、ポリテトラフルオロエチレン(B)のエマルション中のポリテトラフルオロエチレン(B)中の平均粒子径が、0.03~0.5μmである請求項1~3のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
- 前記減圧雰囲気が、10Torr以下の減圧雰囲気である、請求項1~4のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
- 前記工程(I)における樹脂組成物を固相状態とする温度が、15~150℃である請求項1~5のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
- 前記工程(I)における樹脂組成物を溶融状態とする温度が330~420℃である、請求項1~6のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
- 前記工程(I)で使用する溶融前の樹脂組成物が粉末状である、請求項1~の7いずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
- 前記ポリテトラフルオロエチレン(A)およびポリテトラフルオロエチレン(B)が、乳化重合により得られたポリテトラフルオロエチレンである、請求項1~8のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
- 前記乳化重合における重合温度が10~95℃であり、重合圧力が0.5~4.0MPaであり、かつ、重合時間が90~520分である請求項9に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
- 前記工程(II)でフィルムを溶融状態とする温度が330~420℃である、請求項1~10のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
- 前記溶融延伸が二軸延伸である、請求項1~8のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
- 前記二軸延伸が、前記フィルムに熱風を吹きつけて溶融状態とし、二軸同時に延伸する同時二軸延伸である、請求項12に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
- 前記同時二軸延伸において、延伸倍率を2.5倍以上とする、請求項13に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法。
- 請求項1~14のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン延伸フィルムの製造方法により製造され、ヘイズが50%以下で、かつ引張破断強度が30MPa以上であるポリテトラフルオロエチレン延伸フィルム。
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