WO2014115623A1 - 組成物、並びに、発泡成形体及び電線の製造方法 - Google Patents

組成物、並びに、発泡成形体及び電線の製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、平均泡径が小さく、かつ発泡率が大きい発泡成形体及び発泡電線を製造することができる組成物を提供することを目的とする。 本発明は、フッ素樹脂と、平均粒子径が10.5μm以上の窒化ホウ素又は(D84-D16)/D50で表わされる粒度分布が1.2以下である窒化ホウ素と、を含むことを特徴とする組成物である。

Description

組成物、並びに、発泡成形体及び電線の製造方法
本発明は、組成物、並びに、発泡成形体及び電線の製造方法に関する。
電線の被覆材としては、電気的特性を向上させるべく誘電率の低下が望まれており、低誘電率化のためには被覆材を発泡体にすることが効果的である。樹脂を材料とする発泡体は、通常、溶融させた樹脂の中に気体を存在させて成形する発泡成形により得られる。
発泡体中の気泡は、得られる発泡体の形状や特性を均一なものにするため、微細であって均一に分布していることが好ましい。気泡の細小化や均一分布化を目的として、発泡成形時に気泡を発生させる起点となるように、樹脂中に発泡核剤を存在させる方法がある。
フッ素樹脂等の樹脂に加える発泡核剤としては、熱的に安定で化学的に不活性であり、低毒性であって、添加による誘電率変化が僅少である等の優れた電気的性質を有することから、窒化ホウ素(BN)が用いられている。
フッ素樹脂等の樹脂に発泡核剤としてBNを配合して発泡体を得る方法として、例えば次のような開示がある。
特許文献1には、発泡核剤としてセラミックス又はその原料とゼオライトの組み合わせのうち、BNとゼオライトの組み合わせが好適であることが開示されている。
特許文献2及び特許文献3には、発泡核剤としてBNを用いる方法が開示されている。
特許文献3には、表面積が5~10m/gであるBNを発泡核剤として添加する方法が開示されている。
特許文献4、特許文献5及び特許文献6には、8.6m/gの表面積を有するBNをスルホン酸及びホスホン酸並びにこれらの酸の塩と併用することが開示されている。
特許文献7及び特許文献8には、表面積が約8m/gであるBNを金属陽イオン及び多原子陰イオンからなり特定の関係式を満たす熱的に安定な無機塩、例えば四ホウ酸ナトリウムと併用することが開示されている。
特許文献9には、フッ素樹脂発泡体の形成において、BNは平均粒子径が10μm未満のものが好ましく、樹脂とBNとを適切なミルで粉砕することが開示されている。
特許文献10には、脱炭酸により発泡可能な樹脂粉末、BN及び金属塩を混合してブレンドを得、圧縮機次いでハンマーミル等のグラインダーを用いて粗砕して粉体を生成させるか、ブレンドからペレットミルを用いてペレットを生成させ、押出機に供給する方法が開示されており、ブレンドはHENSCHELミキサー(Purnell International社製)の使用が好ましいとされている。
特許文献11には、加工可能なフッ素重合体物質とBNに加え、スルホン酸若しくはホスホン酸又はこれらの酸塩、並びに/又は、多原子アニオン含有無機塩を組み合せて用いる発泡方法であって、BN結晶が最終寸法まで成長しており、平均粒子寸法が12μm以下である方法が開示されており、このBNは、個々の結晶を破壊する機械的粉砕ではなく、成長した個々のクリスタリットのアグロメレーションが生じる場合は脱アグロメレーションされたものであると記載されている。
特許文献12には、フッ素樹脂(A)及び発泡核剤(B)を含有する樹脂組成物であって、前記発泡核剤(B)はd99が15μm以下であることを特徴とする樹脂組成物が記載されており、発泡核剤(B)として、窒化ホウ素を用いている。
特許文献13には、発泡成形品を得るための組成物として、特定の含フッ素共重合体を含む組成物が記載されており、該組成物が窒化ホウ素を含んでもよいことが記載されている。特許文献14及び特許文献15には、高速押出可能な高メルトフローレートを有する含フッ素重合体が記載されており、含フッ素重合体に添加する発泡核剤として窒化ホウ素が記載されている。
特許文献16及び17には、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン系共重合体100質量部と、標準比重が2.15~2.30であるポリテトラフルオロエチレン0.01~3質量部とからなるフッ素樹脂組成物であって、前記フッ素樹脂組成物は、前記テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン系共重合体からなる水性分散液と、前期ポリテトラフルオロエチレンからなる水性分散液とを混合したのち凝析し、次いで乾燥後に溶融押出することにより得られるフッ素樹脂組成物が記載されており、窒化ホウ素を含む組成物から発泡電線を形成したことが記載されている。
特開平8-12796号公報 特開昭63-24503号公報 特開昭63-110508号公報 特開昭59-11340号公報 特公平6-89166号公報 米国特許第4877815号公報 米国特許第5023279号公報 特公平7-121999号公報 特開平1-172431号公報 特開平10-195216号公報 特開平10-45931号公報 国際公開第2003/000792号 米国特許第3072583号公報 米国特許第7122609号公報 米国特許第7126056号公報 国際公開第2006/123694号 特表2010-539252号公報
本発明の目的は、上記の現状に鑑み、平均泡径が小さく、かつ発泡率が大きい発泡成形体及び発泡電線を製造することができる組成物を提供することである。
本発明は、フッ素樹脂と、平均粒子径が10.5μm以上の窒化ホウ素と、を含むことを特徴とする組成物(以下「第一の組成物」ともいう)である。
本発明の第一の組成物において、窒化ホウ素は、(D84-D16)/D50で表わされる粒度分布が1.2以下であることが好ましい。
本発明はまた、フッ素樹脂と、(D84-D16)/D50で表わされる粒度分布が1.2以下である窒化ホウ素と、を含むことを特徴とする組成物(以下「第二の組成物」ともいう)である。
本発明の第二の組成物において、窒化ホウ素の平均粒子径は5.0μm以上であることが好ましい。
本発明の第一及び第二の組成物において、窒化ホウ素は、粉砕されたものであることが好ましい。
本発明の第一及び第二の組成物において、フッ素樹脂は、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン系共重合体、テトラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体、又は、テトラフルオロエチレン/エチレン系共重合体であることが好ましい。
本発明の第一及び第二の組成物において、フッ素樹脂は、制限されるものではないが、フッ素化処理されているフッ素樹脂であることが好ましい。
本発明の第一及び第二の組成物は、窒化ホウ素の含有量が、フッ素樹脂と窒化ホウ素の合計量に対して0.5質量%以上であることが好ましい。
本発明の第一及び第二の組成物は、更に、スルホン酸又はその塩を含むことが好ましい。
上記スルホン酸又はその塩は、下記式(1):
F(CFSOH   (1)
(式中、nは4又は5である。)、又は、下記式(2):
F(CFCHCHSOH   (2)
(式中、nは4又は5である。)で表わされるスルホン酸、若しくは、それらの塩であることが好ましい。
本発明はまた、上記組成物から得られる発泡成形体でもある。
本発明は更に、芯線と、上記芯線に被覆された上記組成物から得られる被覆材とを備える電線でもある。
本発明は更に、上記組成物を発泡成形する工程を含むことを特徴とする発泡成形体の製造方法でもある。
本発明はそして、上記組成物を芯線に被覆して電線を得る工程を含むことを特徴とする電線の製造方法でもある。
本発明の組成物は、上記構成を有することにより、平均泡径が小さく、かつ発泡率が大きい発泡成形体及び発泡電線を製造することができる。
実施例10で得られた電線の断面写真である。
本発明の第一の組成物は、フッ素樹脂と、平均粒子径が10.5μm以上の窒化ホウ素と、を含むものである。
本発明の第二の組成物は、フッ素樹脂と、(D84-D16)/D50で表わされる粒度分布が1.2以下である窒化ホウ素と、を含むものである。
以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明の第一の組成物において、窒化ホウ素は、平均粒子径が10.5μm以上である。従来、窒化ホウ素の平均粒子径は小さくする傾向にあり、平均粒子径が比較的大きい窒化ホウ素を用いることは具体的に検討されていなかった。
しかしながら、本発明の第一の組成物は、上記特定の範囲の平均粒子径を有する窒化ホウ素を含有することにより、平均泡径が小さく、かつ発泡率が大きい発泡成形体及び発泡電線を製造することができる。平均泡径が10.5μm未満であると、平均泡径が大きくなる。また、発泡率が小さくなる。
本発明の第一の組成物において、窒化ホウ素は、平均粒子径が11.0μm以上であることが好ましく、12.0μm以上であることがより好ましく、13.0μm以上であることが更に好ましく、15.0μm以上であることが特に好ましい。窒化ホウ素の平均粒子径が上記範囲であることにより、平均泡径が小さく、かつ発泡率が大きい発泡成形体及び発泡電線を製造することができる。
また、窒化ホウ素の平均粒子径が大きすぎるとスパークが多く発生するおそれがある。窒化ホウ素の平均粒子径は、25.0μm以下であることが好ましく、20.0μm以下であることがより好ましい。
窒化ホウ素の平均粒子径は、レーザ回折・散乱式粒度分布分析装置(例えば、日機装(株)製のマイクロトラックMT3300)を用いて求めた値である。湿式法を用いる場合、媒体としては適宜選択すればよいが、例えば、メタノール等を使用すればよい。
本発明の第一の組成物において、窒化ホウ素は、(D84-D16)/D50で表わされる粒度分布が1.2以下であることが好ましい。
D84、D50及びD16は、窒化ホウ素の粉体の集団の全体積を100%として累積カーブを求めたとき、その累積カーブが、84%となる点の粒径(μm)、50%となる点の粒径(μm)、16%となる点の粒径(μm)を表す。なお、粒度分布の累積は小粒径側より行う。上記粉体の集団の全体積は、メタノール等の媒質に窒化ホウ素の粉体を分散させたサンプルを調製し、レーザ回折・散乱式粒度分布分析装置(例えば、日機装(株)製のマイクロトラックMT3300)を用いて得られる。
窒化ホウ素の粒度分布が上記範囲であることにより、微細で、均一な気泡を有する被覆材を形成することができるとともに、スパークの発生をより抑制することができる。
上記粒度分布は、1.1以下であることがより好ましく、1.0以下であることが更に好ましい。粒度分布の下限は特に限定されないが、例えば、0.1であってよい。
上記粒度分布(体積粒度分布)の累積カーブは、レーザ回折・散乱式粒度分布分析装置(例えば、日機装(株)製のマイクロトラックMT3300)を用いて得られるものである。湿式法を用いる場合、媒体としては適宜選択すればよいが、例えば、メタノール等を使用すればよい。
本発明の第二の組成物において、窒化ホウ素は、(D84-D16)/D50で表わされる粒度分布が1.2以下である。
従来、窒化ホウ素の平均粒子径を小さくする検討は成されていたが、窒化ホウ素の粒度分布に着目した検討は具体的に行われていなかった。
本発明の第二の組成物は、上記特定の範囲の平均粒子径を有する窒化ホウ素を含有することにより、平均泡径が小さく、かつ発泡率が大きい発泡成形体及び発泡電線を製造することができるものである。
D84、D50及びD16は、窒化ホウ素の粉体の集団の全体積を100%として累積カーブを求めたとき、その累積カーブが、84%となる点の粒径(μm)、50%となる点の粒径(μm)、16%となる点の粒径(μm)を表す。なお、粒度分布の累積は小粒径側より行う。上記粉体の集団の全体積は、メタノール等の媒質に窒化ホウ素の粉体を分散させたサンプルを調製し、レーザ回折・散乱式粒度分布分析装置(例えば、日機装(株)製のマイクロトラックMT3300)を用いて得ることができる。
窒化ホウ素の粒度分布が上記範囲であることにより、微細で、均一な気泡を有する被覆材を形成することができるとともに、スパークの発生をより抑制することができる。
上記粒度分布は、1.1以下であることが好ましく、1.0以下であることがより好ましい。粒度分布の下限は特に限定されないが、例えば、0.1であってよい。
上記粒度分布(体積粒度分布)の累積カーブは、レーザ回折・散乱式粒度分布分析装置を用いて得られるものである。湿式法を用いる場合、媒体としてはメタノールを使用すればよい。
本発明の第二の組成物において、窒化ホウ素は、平均粒子径が5.0μm以上であることが好ましい。より好ましくは8.0μm以上であり、更に好ましくは8.5μm以上であり、更により好ましくは、10.5μm以上である。窒化ホウ素の平均粒子径が上記範囲であることにより、より平均泡径が小さく、かつ発泡率が大きい発泡成形体及び発泡電線を製造することができる。窒化ホウ素の平均粒子径は、25.0μm以下であることが好ましく、20.0μm以下であることがより好ましい。窒化ホウ素の平均粒子径は、10.5μm未満であってもよい。
窒化ホウ素の平均粒子径は、レーザ回折・散乱式粒度分布分析装置(例えば、日機装(株)製のマイクロトラックMT3300)を用いて求めた値である。湿式法を用いる場合、媒体としては適宜選択すればよいが、例えば、メタノール等を使用すればよい。
本発明の第一及び第二の組成物において、窒化ホウ素は、粉砕されたものであることが好ましい。窒化ホウ素が粉砕されたものであることにより、平均泡径が小さく、かつ発泡率が大きい発泡成形体及び発泡電線を製造することができる。また、スパークが少ない発泡成形体及び発泡電線を製造することができる。
また、上記粉砕は、窒化ホウ素の平均粒子径、粒度分布を上記範囲内にすることができる方法及び条件で行うことができる。例えば、粉砕機の種類、条件を適宜選択して行う。上記粉砕機としては、例えば、ジェットミル、ハンマーミル、ボールミル、ピンミル等を用いることができる。
窒化ホウ素は、分級することにより、上記範囲の平均粒子径、粒度分布に調整してもよい。
本発明の第一及び第二の組成物は、窒化ホウ素の含有量がフッ素樹脂と窒化ホウ素の合計量に対して0.1質量%以上であることが好ましく、0.4質量%以上であることがより好ましく、0.5質量%であることが更に好ましく、0.6質量%以上であることが更により好ましい。窒化ホウ素の含有量が少なすぎると、得られる発泡電線の被覆材において微細な気泡が得られにくくなるおそれがある。
窒化ホウ素の含有量は、フッ素樹脂と窒化ホウ素の合計量に対して、0.7質量%以上であることが特に好ましい。窒化ホウ素の含有量が0.7質量%以上であることによって、特に平均泡径と発泡率のバランスが優れる発泡成形体及び発泡電線を製造することができる。
窒化ホウ素の含有量は、フッ素樹脂と窒化ホウ素の合計量に対して2.0質量%以下であることが好ましく、1.5質量%以下であることがより好ましく、1.0質量%以下であることが更に好ましい。窒化ホウ素の含有量が多すぎると、製造コストが高くなるおそれがある。
本発明の第一及び第二の組成物において、フッ素樹脂は、溶融加工可能なものであれば特に限定されず、例えば、テトラフルオロエチレン(TFE)/ヘキサフルオロプロピレン(HFP)系共重合体、TFE/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)(PAVE)共重合体、TFE/エチレン系共重合体〔ETFE〕、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)/エチレン共重合体〔ECTFE〕、ポリビニリデンフルオライド〔PVdF〕、ポリクロロトリフルオロエチレン〔PCTFE〕、TFE/ビニリデンフルオライド(VdF)共重合体〔VT〕、ポリビニルフルオライド〔PVF〕、TFE/VdF/CTFE共重合体〔VTC〕、TFE/エチレン/HFP共重合体、TFE/HFP/VdF共重合体等が挙げられる。
上記PAVEとしては、例えば、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)〔PMVE〕、パーフルオロ(エチルビニルエーテル)〔PEVE〕、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)〔PPVE〕等が挙げられる。中でも、PPVEが好ましい。これらは1種又は2種以上を用いることができる。
フッ素樹脂は、各フッ素樹脂の本質的性質を損なわない範囲の量で、その他の単量体に基づく重合単位を有するものであってもよい。上記その他の単量体としては、例えば、TFE、HFP、エチレン、プロピレン、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)、パーフルオロアルキルエチレン、ハイドロフルオロオレフィン、フルオロアルキルエチレン、パーフルオロ(アルキルアリルエーテル)等から適宜選択することができる。上記その他の単量体を構成するパーフルオロアルキル基としては、炭素数1~10であるものが好ましい。
優れた耐熱性を有することから、フッ素樹脂は、TFE/HFP系共重合体、TFE/PAVE共重合体、又は、TFE/エチレン系共重合体であることが好ましく、TFE/HFP系共重合体、又は、TFE/PAVE共重合体がより好ましい。上記フッ素樹脂は、2種以上を併用してもよい。また、より優れた電気特性を有することからパーフルオロ樹脂であることも好ましい。
TFE/HFP系共重合体は、TFE/HFPが質量比で、80~97/3~20であることが好ましく、84~92/8~16であることがより好ましい。
TFE/HFP系共重合体は、TFEとHFPとからなる2元共重合体であってもよいし、更に、TFE及びHFPと共重合可能なコモノマーからなる3元共重合体(例えば、TFE/HFP/PAVE共重合体)であってもよい。
TFE/HFP系共重合体は、PAVEに基づく重合単位を含むTFE/HFP/PAVE共重合体であることも好ましい。
TFE/HFP/PAVE共重合体は、TFE/HFP/PAVEが質量比で、70~97/3~20/0.1~10であることが好ましく、81~92/5~16/0.3~5であることがより好ましい。
TFE/PAVE共重合体は、TFE/PAVEが質量比で、90~99/1~10であることが好ましく、92~97/3~8であることがより好ましい。
TFE/エチレン系共重合体は、TFE/エチレンがモル比で、20~80/20~80であることが好ましく、40~65/35~60であることがより好ましい。また、TFE/エチレン系共重合体は、他の単量体成分を含有していてもよい。
すなわち、TFE/エチレン系共重合体は、TFEとエチレンとからなる2元共重合体であってもよいし、更に、TFE及びエチレンと共重合可能なコモノマーからなる3元共重合体(例えば、TFE/エチレン/HFP共重合体)であってもよい。
TFE/エチレン系共重合体は、HFPに基づく重合単位を含むTFE/エチレン/HFP共重合体であることも好ましい。TFE/エチレン/HFP共重合体は、TFE/エチレン/HFPがモル比で、40~65/30~60/0.5~20であることが好ましく、40~65/30~60/0.5~10であることがより好ましい。
フッ素樹脂のメルトフローレート(MFR)は、0.1~100g/10分であることが好ましい。より好ましくは、4~70g/10分であり、更に好ましくは、19~60g/10分であり、スパークの発生を抑制でき、発泡率が大きくなることから、更により好ましくは、34~50g/10分であり、特に好ましくは、34~42g/10分である。
上記MFRは、ASTM D-1238に準拠して、直径2.1mmで長さが8mmのダイにて、荷重5kg、372℃で測定した値である。
フッ素樹脂は、単量体成分を通常の重合方法、例えば乳化重合、懸濁重合、溶液重合、塊状重合、気相重合等の各方法を用いて重合することにより合成することができる。上記重合反応において、メタノール等の連鎖移動剤を使用することもある。金属イオン含有試薬を使用することなく、重合かつ単離することによりフッ素樹脂を製造してもよい。
フッ素樹脂は、ポリマー主鎖及びポリマー側鎖の少なくとも一方の部位に、-CF、-CFH等の末端基を有しているものであってよく、特に制限されるものではないが、フッ素化処理されているフッ素樹脂であることが好ましい。フッ素化処理されていないフッ素樹脂は、-COOH、-CHOH、-COF、-CONH等の熱的及び電気特性的に不安定な末端基(以下、このような末端基を「不安定末端基」ともいう。)を有する場合がある。このような不安定末端基は、上記フッ素化処理により低減することができる。
フッ素樹脂は、上記不安定末端基が少ないか又は含まないことが好ましく、上記4種の不安定末端基と-CFH末端基とを合計した数が、炭素数1×10個あたり50個以下であることがより好ましい。50個を超えると、成形不良が生じるおそれがある。上記不安定末端基は、20個以下であることがより好ましく、10個以下であることが更に好ましい。本明細書において、上記不安定末端基数は赤外吸収スペクトル測定から得られた値である。上記不安定末端基および-CFH末端基が存在せず全て-CF末端基であってもよい。
上記フッ素化処理は、フッ素化処理されていないフッ素樹脂とフッ素含有化合物とを接触させることにより行うことができる。
上記フッ素含有化合物としては特に限定されないが、フッ素化処理条件下にてフッ素ラジカルを発生するフッ素ラジカル源が挙げられる。上記フッ素ラジカル源としては、Fガス、CoF、AgF、UF、OF、N、CFOF、及び、フッ化ハロゲン(例えばIF、ClF)等が挙げられる。
上記Fガス等のフッ素ラジカル源は、100%濃度のものであってもよいが、安全性の面から不活性ガスと混合し5~50質量%、好ましくは15~30質量%に希釈して使用することが好ましい。上記不活性ガスとしては、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等が挙げられるが、経済的な面より窒素ガスが好ましい。
上記フッ素化処理の条件は、特に限定されず、溶融させた状態のフッ素樹脂とフッ素含有化合物とを接触させてもよいが、通常、フッ素樹脂の融点以下、好ましくは20~220℃、更に好ましくは100~200℃の温度下で行うことができる。上記フッ素化処理は、一般に1~30時間、好ましくは5~20時間行う。
上記フッ素化処理は、フッ素化処理されていないフッ素樹脂をフッ素ガス(Fガス)と接触させるものが好ましい。
本発明の第一及び第二の組成物は、更に、多原子アニオン含有無機塩や、スルホン酸、ホスホン酸、又は、それらの塩を含有してもよい。
上記多原子アニオン含有無機塩としては、米国特許第4,764,538号明細書に開示されているものが挙げられる。
本発明の第一及び第二の組成物は、フッ素樹脂と、平均粒子径が10.5μm以上の窒化ホウ素又は(D84-D16)/D50で表わされる粒度分布が1.2以下である窒化ホウ素とに加えて、更に、スルホン酸又はその塩を含むことも好ましい。
上記スルホン酸又はその塩は、耐熱性が優れることから、アルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩であることが好ましい。
上記スルホン酸又はその塩としては、下記式(1):
F(CFSOH   (1)
(式中、nは4又は5である。)、又は、下記式(2):
F(CFCHCHSOH   (2)
(式中、nは4又は5である。)で表わされるスルホン酸、若しくは、それらの塩である化合物(A)であることが好ましい。
上記化合物(A)を使用することで、平均泡径が小さく、かつ発泡率が大きい発泡成形体及び発泡電線を製造することができる。
本発明の第一及び第二の組成物から得られる被覆材の平均泡径及び発泡率のバランスがよいことから、化合物(A)は、式(1)又は(2)で表わされるスルホン酸、若しくは、そのアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩であることが好ましい。より好ましくは、式(1)又は(2)で表わされるスルホン酸のバリウム塩、カリウム塩、ナトリウム塩、又は、ルビジウム塩である。
本発明の第一及び第二の組成物は、上記化合物(A)の含有量が、フッ素樹脂に対して2000ppm以下であることが好ましく、1500ppm以下であることがより好ましい。更に好ましくは、1000ppm以下であり、更により好ましくは500ppm以下であり、特に好ましくは250ppm以下である。
本発明の組成物は、化合物(A)の含有量が、フッ素樹脂に対して0.01ppm以上であることが好ましい。より好ましくは、0.1ppm以上である。
化合物(A)の含有量が少なすぎると、得られる被覆材において微細な気泡が得られにくくなり、多すぎるとスパークが多く発生するおそれがある。
化合物(A)がバリウム塩である場合、本発明の組成物は、化合物(A)の含有量が、フッ素樹脂に対して1500ppm以下であることが好ましい。より好ましくは、1000ppm以下であり、更に好ましくは500ppm以下である。
化合物(A)がバリウム塩である場合、本発明の組成物は、化合物(A)の含有量が、フッ素樹脂に対して0.01ppm以上であることが好ましい。より好ましくは、0.1ppm以上であり、更に好ましくは、1ppm以上であり、更により好ましくは、4ppm以上であり、特に好ましくは、10ppm以上である。
化合物(A)の含有量が少なすぎると微細な気泡が得られにくくなり、多すぎるとスパークが多く発生するおそれがある。
化合物(A)がカリウム塩である場合、本発明の組成物は、化合物(A)の含有量が、フッ素樹脂に対して2000ppm以下であることが好ましい。より好ましくは、1500ppm以下であり、更に好ましくは1000ppm以下であり、特に好ましくは500ppm以下である。
化合物(A)がカリウム塩である場合、本発明の組成物は、化合物(A)の含有量が、フッ素樹脂に対して0.01ppm以上であることが好ましい。より好ましくは、0.1ppm以上であり、更に好ましくは、1ppm以上であり、更により好ましくは、4ppm以上であり、特に好ましくは、10ppm以上である。
化合物(A)の含有量が少なすぎると微細な気泡が得られにくくなり、多すぎるとスパークが多く発生するおそれがある。
化合物(A)はナトリウム塩であることが好ましい。化合物(A)がナトリウム塩である場合、本発明の組成物は、化合物(A)の含有量が、フッ素樹脂に対して250ppm以下であることが好ましい。より好ましくは、100ppm以下である。
化合物(A)がナトリウム塩である場合、本発明の組成物は、化合物(A)の含有量が、フッ素樹脂に対して0.01ppm以上であることが好ましい。より好ましくは、0.1ppm以上であり、更に好ましくは、1ppm以上であり、更により好ましくは、4ppm以上であり、特に好ましくは、10ppm以上である。
化合物(A)の含有量が少なすぎると微細な気泡が得られにくくなり、多すぎるとスパークが多く発生するおそれがある。
化合物(A)は、発泡率の制御が極めて容易であることから、ルビジウム塩であることが好ましい。化合物(A)がルビジウム塩である場合、本発明の組成物は、化合物(A)の含有量が、フッ素樹脂に対して500ppm以下であることが好ましい。より好ましくは、250ppm以下である。
化合物(A)がルビジウム塩である場合、本発明の組成物は、化合物(A)の含有量が、フッ素樹脂に対して0.01ppm以上であることが好ましい。より好ましくは、0.1ppm以上であり、更に好ましくは、1ppm以上であり、更により好ましくは、4ppm以上であり、特に好ましくは、10ppm以上である。
化合物(A)の含有量が少なすぎると微細な気泡が得られにくくなり、多すぎるとスパークが多く発生するおそれがある。
一般に、C-H結合に比べ、C-F結合は結合エネルギーが大きく、化学的に強固な構造であるため、化合物(A)は、C-H結合を含有しない、式(1)で示されるスルホン酸又はその塩であることがより好ましい。
本発明の第一及び第二の組成物は、フッ素樹脂、窒化ホウ素以外に、本発明の効果を損なわない範囲で従来公知の充填材を含むものであってもよい。
上記充填材としては、例えば、グラファイト、炭素繊維、コークス、シリカ、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化スズ、酸化アンチモン、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ガラス、タルク、マイカ、雲母、窒化アルミニウム、リン酸カルシウム、セリサイト、珪藻土、窒化珪素、ファインシリカ、アルミナ、ジルコニア、石英粉、カオリン、ベントナイト、酸化チタン等が挙げられる。上記充填材の形状としては特に限定されず、繊維状、針状、粉末状、粒状、ビーズ状等が挙げられる。なお、上記充填材は、窒化ホウ素とは異なるものである。
本発明の第一及び第二の組成物は、更に、上記フッ素樹脂以外の熱可塑性樹脂を含有するものであってもよい。上記フッ素樹脂以外の熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂等の汎用樹脂;ナイロン、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等のエンジニアリングプラスチックが挙げられる。
本発明の第一及び第二の組成物は、更に、添加剤等のその他の成分を含有するものであってもよい。その他の成分としては、例えば、ガラス繊維、ガラス粉末、アスベスト繊維等の充填材や、補強剤、安定剤、潤滑剤、顔料、その他の添加剤等が挙げられる。
本発明の第一又は第二の組成物は、例えば、平均粒子径が10.5μm以上の窒化ホウ素又は(D84-D16)/D50で表わされる粒度分布が1.2以下である窒化ホウ素と、フッ素樹脂とを混合して混合物を得る混合工程を含む製造方法(以下「組成物の製造方法」という。)により得ることができる。
上記混合の方法としては従来公知の方法等を用いることができるが、上記窒化ホウ素が凝集しにくい混合方法が好ましい。
上記混合の方法としては、ヘンシェルミキサー、リボンミキサー、Vブレンダー、ボールミル等を用いる方法などが挙げられる。また、例えば、溶融混錬により混合する方法もあげられる。
上記組成物の製造方法は、上記混合工程の前に、窒化ホウ素を粉砕及び/又は分級して、平均粒子径が10.5μm以上の窒化ホウ素又は(D84-D16)/D50で表わされる粒度分布が1.2以下である窒化ホウ素を得る工程、を含むものであってもよい。
上記組成物の製造方法は、上記混合工程により得られた混合物を混練する混練工程を含むものであってもよい。上記混練により、ペレットを得ることができる。上記混練は、例えば、単軸スクリュー押出機、2軸スクリュー押出機等の従来公知の溶融混練機を用いる方法により行うことができる。
上記組成物の製造方法は、フッ素樹脂をフッ素化処理する工程を含むものであってもよい。フッ素化処理としては、上述した方法を用いることができる。フッ素化処理は、例えば、上記混練により得られたペレットと、フッ素含有化合物とを接触させることにより行ってよい。
本発明の組成物に含有し得るとして既に説明した、フッ素樹脂以外の熱可塑性樹脂;多原子アニオン含有無機塩;スルホン酸、ホスホン酸、又は、それらの塩;充填材;その他の添加剤等の各成分は、その性質等に応じ、上記組成物の製造方法の各工程において適宜添加することができる。また、フッ素樹脂、窒化ホウ素を更に添加してもよい。
本発明の組成物は、発泡性組成物として好適に使用することができる。また、上記組成物は、発泡成形体用組成物として好適に使用することができる。更に、上記組成物は、電線の被覆材を形成するための電線被覆用組成物として好適に使用することができる。
本発明の発泡成形体の製造方法は、上記第一又は第二の組成物を発泡成形する工程、を含むものである。
上記組成物を発泡成形する方法としては特に限定されず、例えば、従来公知の方法を用いることができ、例えば、溶融した上記フッ素樹脂(溶融樹脂)にガスを使用し、発泡操作用に設計されたスクリュー押出機に本発明の樹脂組成物を投入し、連続的なガス射出法を用いる方法等が挙げられる。
上記ガスとしては、例えば、クロロジフルオロメタン、窒素、二酸化炭素等のガス又は上記ガスの混合物を用いることができ、加圧気体として押出機内の溶融樹脂中に導入してもよいし、化学的発泡剤を溶融樹脂中に混和させることにより発生させてもよい。上記ガスは、上記押出機内の溶融樹脂中に溶解する。
上記溶融樹脂中に溶解したガスは、溶融樹脂中に溶解したガスは、溶融物の圧力が押出ダイを出る時に突如低下することにより、溶融物から出て来る。押出機から押し出された押出物は、次いで、例えば、水中に導入される等の方法により冷却されて固化する。
上記発泡成形体は、上記組成物を発泡成形して得られたものであるので、誘電率が低く、安定したキャパシタンスを呈し、軽量であり、特に、後述の被覆材として線径、厚さ等の大きさが安定した形状を得ることができる。
発泡成形体中の気泡の総容積は、例えば上記押出機中のガスの挿入量の調節等により、あるいは、溶解するガスの種類を選択することにより、用途に応じて適宜調整することができる。
上記発泡成形体は、上記押出機からの押出時に用途に応じて成形された成形体として得られる。上記成形の方法としては加熱溶融成形であれば特に限定されず、例えば、押出発泡成形、射出発泡成形、金型発泡成形等が挙げられる。
上記発泡成形体の形状としては特に限定されず、例えば、発泡電線等の被覆材;線材等のフィラメント状;シート状;フィルム状;ロッド状;パイプ状等の種々の形状にすることができる。上記発泡成形体は、例えば、電気的絶縁材;断熱材;遮音材;浮遊材等の軽量構造材;クッション等の緩衝材等として用いることができる。また、上記発泡成形体は、発泡電線の被覆材として特に好適に用いることができる。
得られる発泡成形体は、本発明の組成物の溶融固化体及び気泡を含有するものであって、上記気泡が溶融固化体中に均一に分布しているものであることが好ましい。上記気泡の平均泡径は限定されるものではないが、例えば、60μm以下であることが好ましい。また、平均泡径は、0.1μm以上であることが好ましい。
上記発泡成形体の発泡率は特に限定されないが20%以上であることが好ましい。発泡率の上限は特に限定されないが、例えば、80%である。
本発明の電線の製造方法は、上記組成物を芯線に被覆して電線を得る工程、を含むものである。上記組成物を用いることで、微細で、均一な気泡を有する被覆材を備える発泡電線を形成することができる。上記電線を得る工程は、上記組成物を発泡成形するものであることが好ましい。
上記電線の製造方法により得られる電線は、上記組成物から形成された被覆材と芯線とからなるものである。上記組成物を芯線に被覆して得られる電線も本発明の一つである。
上記被覆材は、上記組成物を芯線に被覆して得られたものであるので、微細で、均一な気泡を有する。また、誘電率が低く、安定したキャパシタンスを呈し、軽量であり、線径、厚さ等の大きさが安定した形状を得ることができる。
上記電線は、上述の組成物を芯線上に被覆すること以外は、従来と同様の方法で作成することができ、例えば、押出発泡成形を用いて製造することができる。好ましい押出成形条件は、使用する組成物の組成や芯線のサイズに応じて適宜選択することができる。
上記組成物を芯線に被覆する方法としては、例えば、溶融したフッ素樹脂(溶融樹脂)にガスを使用し、発泡操作用に設計されたスクリュー押出機に本発明の組成物を投入し、連続的なガス射出法を用いる方法等が挙げられる。上記ガスとしては、発泡成形体の製造方法に用いられるガスと同じものを使用できる。
得られる被覆材は、本発明の組成物の溶融固化体及び気泡を含有するものであって、上記気泡が溶融固化体中に均一に分布しているものであることが好ましい。
上記気泡の平均泡径は限定されるものではないが、例えば、60μm以下であることが好ましく、45μm以下であることがより好ましく、35μm以下であることが更に好ましく、30μm以下であることが更により好ましく、25μm以下であることが特に好ましく、23μm以下であることが殊更に好ましい。上記窒化ホウ素と上記式(1)又は(2)で表わされるスルホン酸又はその塩とを併用することで、気泡の平均泡径をより容易に23μm以下とすることができる。
また、平均泡径は、0.1μm以上であることが好ましく、1μm以上であることがより好ましい。
このような被覆材の構造は、上述のように、本発明の組成物中における窒化ホウ素が、上記特定の平均粒子径を有することに起因して得られるものである。
上記平均泡径は、走査型電子顕微鏡(SEM)により被覆材断面の画像を取り、画像処理により各泡の直径を算出し、平均することにより求めた値である。
上記被覆材は、発泡率が20%以上であることが好ましい。より好ましくは、30%以上であり、更に好ましくは33%以上であり、更により好ましくは35%以上である。上限は特に限定されないが、例えば、80%である。発泡率の上限は60%であってもよい。
上記発泡率は、((フッ素樹脂の比重―発泡体の比重)/フッ素樹脂の比重)×100として求めた値である。上記発泡率は、例えば上記押出機中のガスの挿入量の調節等により、あるいは、溶解するガスの種類を選択することにより、用途に応じて適宜調整することができる。
上記被覆材は、3500mあたりのスパーク数が5個未満であることが好ましい。より好ましくは、3個未満であり、更に好ましくは1個以下である。
上記スパーク数は、Beta LaserMike Sparktester HFS1220にて1500Vの電圧で測定して得られた値である。
芯線の材料としては、例えば、銅、アルミ等の金属導体材料を用いることができる。芯線は、直径0.02~3mmであるものが好ましい。芯線の直径は、0.04mm以上であることがより好ましく、0.05mm以上が更に好ましく、0.1mm以上が特に好ましい。芯線の直径は、2mm以下がより好ましい。
上記電線は、上記被覆材の厚みが0.1~3.0mmであるものが好ましい。被覆材の厚みは、2.0mm以下であることも好ましい。
芯線の具体例としては、例えば、AWG(アメリカンワイヤゲージ)-46(直径40マイクロメートルの中実銅製ワイヤー)、AWG-26(直径404マイクロメートルの中実銅製ワイヤー)、AWG-24(直径510マイクロメートルの中実銅製ワイヤー)、AWG-22(直径635マイクロメートルの中実銅製ワイヤー)等を用いてもよい。
上記発泡電線は、芯線、及び、芯線を被覆する被覆材とからなるものである。上記発泡電線は、コンピューター及びその周辺機器を接続するケーブル類、例えば、LAN用ケーブル等として用いることができる。
上記発泡電線は、芯線と被覆材の間に非発泡層を挿入した2層構造(スキン-フォーム)や、外層に非発泡層を被覆した2層構造(フォーム-スキン)、更にはスキン-フォームの外層に非発泡層を被覆した3層構造(スキン-フォーム-スキン)であっても良い。
上記電線の非発泡層は特に限定されず、TFE/HFP系共重合体、TFE/PAVE共重合体、TFE/エチレン系共重合体、フッ化ビニリデン系重合体、ポリエチレン〔PE〕等のポリオレフィン樹脂、ポリ塩化ビニル〔PVC〕等の樹脂からなる樹脂層であってよい。
つぎに本発明を実施例をあげて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
本明細書における各種の特性については、つぎの方法で測定した。
(窒化ホウ素の平均粒子径及び粒度分布)
窒化ホウ素の粉体約30mgをメタノール約20mlに投入後、超音波洗浄機(電力100W)にて2分間分散させ、日機装(株)製のマイクロトラックMT3300を用いて湿式法(透過、粒子屈折率1.63)で測定した。平均粒子径及び粒度分布をそれぞれ2回測定して平均した。
粒度分布は、窒化ホウ素の粉体の集団の全体積を100%として累積カーブを求め、その累積カーブから、D84、D50及びD16を算出し、(D84-D16)/D50で表わされる値を粒度分布の指標とする。D84、D50及びD16は、累積カーブが、84%となる点の粒径(μm)、50%となる点の粒径(μm)、16%となる点の粒径(μm)を表す。なお、粒度分布の累積は小粒径側より行う。
本粒度分布の測定方法、D50は、累積平均径(中心径:Median径)として粒度分布を評価するパラメータのひとつとして一般的に利用されるものである。
(融点)
フッ素樹脂の融点は、RDC220(セイコー電子社製)をして、昇温速度10℃/分で測定したときのピークに対応する温度を融点とした。
(MFR)
フッ素樹脂のMFRは、ASTM D-1238に準拠して、KAYENESS メルトインデクサー Series4000(安田精機社製)を用い、直径2.1mmで長さが8mmのダイで、372℃、5kg荷重にて測定した時の値とした。
(平均泡径)
電線断面のSEM画像を取り、画像処理により各泡の直径を算出し、平均することにより平均泡径を求めた。
(キャパシタンス)
CAPAC300 19C(Zumbach社製)を用いてキャパシタンスを測定した。
(スパーク数)
3500mあたりのスパーク数を、Beta LaserMike Sparktester HFS1220を用いて1500Vの電圧で測定した。
(発泡率)
((フッ素樹脂の比重-発泡体の比重)/フッ素樹脂の比重)×100として求めた。
実施例1~23及び比較例1~3
平均粒子径が22μm、19μm、15μm、13.5μm、13μm、8μmの未粉砕の窒化ホウ素(以下「BN」ともいう。)を準備した。
また、平均粒子径が19μm又は22μmの未粉砕BNを、ジェットミルを用いて粉砕し、平均粒子径が8.5μm、13.5μm、14.5μmの粉砕BNを得た。
これらの未粉砕BN及び粉砕BNの粒度分布を測定した。各実施例及び比較例で用いたBNの粒度分布を表1~4に示す。
これらの未粉砕BN又は粉砕BNと、フッ素化処理した下記FEPペレットとを、FEPペレット及びBNの合計量の5重量%となるように配合し、国際公開第03/000792号と同様の方法でペレットを作成した。
これらのペレットとフッ素化処理した下記FEPペレットとをBNが下記表1~4に示す含有量となるように溶融混錬にて混合し、ペレット(組成物)を作製した。
特表2011-514407号公報の実施例2に記載の方法と同様の方法で得られたFEPペレット(A):TFE/HFP/PAVE共重合体、TFE/HFP/PAVE=87.5/11.5/1.0(重量比)、融点:255℃、メルトフローレート(MFR):23g/10分、不安定末端基と-CFH末端基とを合計した数は0個であった。
特表2011-514407号公報の実施例8に記載の方法と同様の方法で得られたFEPペレット(B):TFE/HFP/PAVE共重合体、TFE/HFP/PAVE=87.7/11.3/1.0(重量比)、融点:255℃、メルトフローレート(MFR):36g/10分、不安定末端基と-CFH末端基とを合計した数は0個であった。
特表2010-539252号公報の実施例1に記載の方法と同様の方法で得られたFEPペレット(C):TFE/HFP/PAVE共重合体、TFE/HFP/PAVE=87.8/11.2/1.0(重量比)、融点:255℃、メルトフローレート(MFR):35g/10分、不安定末端基と-CFH末端基とを合計した数は0個であった。
分子量調節のためのメタノール投入量を125LBSに変更した以外は特表2011-514407号公報の実施例8に記載の方法と同様の方法で得られたFEPペレット(D):TFE/HFP/PAVE共重合体、TFE/HFP/PAVE=87.7/11.3/1.0(重量比)、融点:255℃、メルトフローレート(MFR):41g/10分、不安定末端基と-CFH末端基とを合計した数は0個であった。
表6に示す押出機温度に設定され、発泡剤として溶融混練部に窒素ガスを導入された発泡成形用押出機に、上記方法にて得られたペレット(組成物)を供給して押出発泡成形し、銅線に被覆することにより被覆材を有する電線を得た。実施例10で得られた電線の断面写真を図1に示す。
得られた電線について各特性を評価した結果を表1~4に示す。
なお、上記発泡成形用押出機は、聖製作所社製の押出機及びシステム、Micodia社製のガスインジェクションノズル、並びに、ユニテック社製のクロスヘッドから構成されている。また、押出機の構成及び条件は下記表5に示す通りであり、スクリューには導入した窒素が均一に分散するようミキシングゾーンが備えられている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
本発明の組成物は、上述の構成からなることから、微細で、均一な気泡を有する被覆材を得ることができるため、特に、発泡電線の被覆材を形成するための材料として好適である。

Claims (14)

  1. フッ素樹脂と、
    平均粒子径が10.5μm以上の窒化ホウ素と、
    を含むことを特徴とする組成物。
  2. 窒化ホウ素は、(D84-D16)/D50で表わされる粒度分布が1.2以下である請求項1記載の組成物。
  3. フッ素樹脂と、
    (D84-D16)/D50で表わされる粒度分布が1.2以下である窒化ホウ素と、
    を含むことを特徴とする組成物。
  4. 窒化ホウ素の平均粒子径が5.0μm以上である請求項3記載の組成物。
  5. 窒化ホウ素は、粉砕されたものである請求項1、2、3又は4記載の組成物。
  6. フッ素樹脂は、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン系共重合体、テトラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体、又は、テトラフルオロエチレン/エチレン系共重合体である請求項1、2、3、4又は5記載の組成物。
  7. フッ素樹脂は、フッ素化処理されているフッ素樹脂である請求項1、2、3、4、5又は6記載の組成物。
  8. 窒化ホウ素の含有量が、フッ素樹脂と窒化ホウ素の合計量に対して0.5質量%以上である請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の組成物。
  9. 更に、スルホン酸又はその塩を含む請求項1、2、3、4、5、6、7又は8記載の組成物。
  10. スルホン酸又はその塩は、下記式(1):
    F(CFSOH   (1)
    (式中、nは4又は5である。)、又は、下記式(2):
    F(CFCHCHSOH   (2)
    (式中、nは4又は5である。)で表わされるスルホン酸、若しくは、それらの塩である
    請求項9記載の組成物。
  11. 請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9又は10記載の組成物から得られる発泡成形体。
  12. 芯線と、前記芯線に被覆された請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9又は10記載の組成物から得られる被覆材とを備える電線。
  13. 請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9又は10記載の組成物を発泡成形する工程、を含むことを特徴とする発泡成形体の製造方法。
  14. 請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9又は10記載の組成物を芯線に被覆して電線を得る工程、を含むことを特徴とする電線の製造方法。
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